JPH0339480A

JPH0339480A - Ｅｃｒプラズマ装置

Info

Publication number: JPH0339480A
Application number: JP17202289A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 淳一佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1991-02-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体装置の製造においてＣＶＤ装置、エツ
チング装置、スパッタリング装置等として使用されるＥ
、ＣＲプラズマ装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマ
を発生させるいわゆるＥＣＲプラズマ装置において、単
一のマイクロ波発生源により得られるマイクロ波電界を
複数の場所でプラズマ生成に利用できるように従来の装
置の構成を変更することにより、生産性、経済性等の向
上および装置の省スペース化を図るものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路をはじめとする各種電子デバイスの製造
において、低温プラズマを薄膜形成やエツチングに利用
するための各種の装置や方法が提案されている。低温プ
ラズマを利用すれば、比較的低温（２５０〜３５０°Ｃ
）でも高いエネルギー状態への分子の励起１分解、イオ
ン化等を引き起こすことができる。しかし、この低温プ
ラズマの電離度は極めて低くプラズマ密度より中性粒子
の密度が蟲かに高いため、分子の活性化、すなわち励起
。

分解、イオン化が必ずしも十分ではない、そこで近年で
は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用し、低ガ
ス圧下で高活性のプラズマを生成できるＥＣＲプラズマ
生戒生成注目されている。

ＥＣＲプラズマとは、発散磁界中でローレンツ力によっ
て円運動をしている電子にその角周波数ω６に等しい角
周波数ωを有するマイクロ波電界が与えられた時（ＥＣ
Ｒ条件の成立）、該電子が共鳴的にマイクロ波のエネル
ギーを吸収して発散磁界の減少する磁力線方向に沿って
加速され、さらに中性分子に衝突してイオン化を誘発す
ることにより効率良く生成されるプラズマである。ＥＣ
Ｒプラズマによれば、■基板に損傷を与えず低汚染で良
質な薄膜が形成できる、■高アスペクト比を要する加工
も高精度で行われる、■試料面に高周波バイアスを印加
することにより広範囲にイオンエネルギーを制御できる
等の優れた利点が得られる。

このようなＥＣＲプラズマを発生させるためのＥＣＲプ
ラズマ装置の最も基本的な装置構成は、たとえば特開昭
５６−１５５５３５号公報に開示されているような、マ
イクロ波導入部、プラズマ生成室。

試料室を各１個ずつ有するものである。

このような枚葉処理型の装置は、近年の半導体装置の分
野におけるデザインルールの微細化やウェハの大口径化
に対応するには有利であり、処理の均一性、メンテナン
スの容易化、装置の小型化等が達成し易いという利点が
ある反面、生産性の低下が大きな問題となる。特に、Ｅ
ＣＲプラズマ装置では低温、低圧下で各種のプロセスが
行われるために、本質的にプロセス速度が遅いという欠
点がある。

そこで、上述のようなＥＣＲプラズマ装置の生産性や経
済性を向上させる試みとして、複数のマイクロ波導入部
とその各々に接続される同数のプラズマ生成室を有し、
これら各プラズマ生成室。

がひとつの試料室に接続されてなるＥＣＲプラズマ装置
が特開昭６３−２４４６１９号公報に開示されている。

これを第４図に示す。

このＥＣＲプラズマ装置は、一対のマイクロ波発生源（
５１ａ）　、　（５１ｂ）により発生したマイクロ波を
導くための一対の矩形導波管（５２ａ）　、　（５２ｂ
）　、該矩形導波管（５２ａ）　、　（５２ｂ）の各々
に石英ガラス板等からなるマイクロ波導入窓（５３ａ）
　、　（５３ｂ）を介して接続され電子サイクロトロン
共鳴を利用してプラズマを発生させるための一対のプラ
ズマ生成室（５４ａ）　。

（５４ｂ）　、該プラズマ生成室（５４ａ）　、　（５
４ｂ）で生成したプラズマを引き出すためのプラズマ引
き出し窓（５５ａ）　、　（５５ｂ）　、ウェハ等の試
料（５６ａ）　、　（５６ｂ）を載置する一対の試料台
（５７ａ）　、　（５７ｂ）を配設し、プラズマ流（６
０ａ）　、　（６０ｂ）によりＣｖＤ、エツチング。

スパッタリング等の作業が行われる試料室（５８）、上
記矩形導波管（５２ａ）　、　（５２ｂ）の一端部から
プラズマ生成室（５４ａ）　、　（５４ｂ）にわたって
これらを周回するように配設された磁気コイル（５９ａ
）　、　（５９ｂ）等から主として構成され、さらに図
示は省略するが上記プラズマ生成室（５４ａ）　、　（
５４ｂ）の冷却手段、上記プラズマ生成室（５４ａ）　
、　（５４ｂ）にガスを導入するための一次ガス導入系
、上記試料室（５８）にガスを導入するための二次ガス
導入系、上記試料室（５８）に接続される排気系統、連
続処理を可能とするために上記試料室（５８）に接続さ
れるロードロック機構等を備えている。

かかるＥＣＲプラズマ装置では、２系統のプラズマ生成
手段に対して試料室が共通となされているため、生産性
、経済性９作業性等が改善されており、また同一のＥＣ
Ｒプラズマ装置を２台設置するよりは装置の占有空間が
節減されている。

〔発明が解決しようとする課題〕しかしながら、従来提案されているＥＣＲエツチング装
置は、いずれもひとつのプラズマ生成室に対して必ずひ
とつのマイクロ波供給系統が接続されているために、装
置の小型化に限度がある。

さらに、複数のマイクロ波電源を要することから真に生
産性、経済性に優れているとは言えない。

そこで本発明は、装置の占有空間を大幅に増大させるこ
となく生産性、経済性等の向上を可能とするＥＣＲプラ
ズマ装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上述の目的を達成するためには、単一のマ
イクロ波発生源を複数の場所におけるプラズマ生成に利
用することが有効であることを見出し、本発明を完成す
るに至ったものである。

すなわち、本発明の第１の発明にかかるＥＣＲプラズマ
装置は、単一のマイクロ波発生源と複数のプラズマ生成
領域を有し、前記プラズマ生成領域から発生するプラズ
マ流に面して試料を載置する試料室が該プラズマ生成領
域の各々に臨んで形成されてなるものである。

本発明の第２の発明にかかるＥＣＲプラズマ装置は、単
一のマイクロ波発生源と複数の試料を並列に載置する単
一の反応管を有し、上記マイクロ波発生源と上記反応管
の相対位置が変化することにより該反応管内の各試料に
臨んで複数のプラズマ生成領域が逐次形成されることを
特徴とするものである。

〔作用〕

本発明のＥＣＲプラズマ装置では、単一のマイクロ波発
生源により与えられるマイクロ波電界を複数の場所でプ
ラズマ生成に利用できるように、装置の構成が工夫され
ている。

まず、本発明の第１の発明にかかるＥＣＲプラズマ装置
は、タイプとしては前述の第４図に示すものと同様、プ
ラズマ生成室と試料室とを備えるものであり、複数のプ
ラズマ生成領域は単一のプラズマ生成室内の局所的空間
として同時に形成されるか、あるいは複数のプラズマ生
成室内で同時または交互に形成される。

また、本発明の第２の発明にかかるＥＣＲプラズマ装置
は、タイプとしてはプラズマ生成室と試料室とが兼用化
されたものであり、複数のプラズマ生成領域は単一の反
応管内の局所的空間として逐次的に形成される。

いずれにしても、本発明ではマイクロ波発生源が単一と
されているために極めて経済性が高く、また、処理を行
うべき試料の数をｎ倍（ただしｎは整数）に増やしたと
しても、装置全体の占有空間が増大する割合はｎ倍より
温かに少なくなるので、生産性の向上を省スペース化を
図りながら達成することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

実施例１本実施例は、単一のマイクロ波発生源に連なるマイクロ
波導波管が１本の細長いプラズマ生成室の長手方向の中
央に接続され、上記プラズマ生成室の両端部が同時にプ
ラズマ生成領域として機能するようになされ、さらに上
記各プラズマ生成領域にはんで設けられる各試料室内に
おいて所望のプロセスが行われるようになされたＥＣＲ
プラズマ装置の例である。

まず、上記ＥＣＲプラズマ装置の構成の概略を第１図に
示す。

このＥＣＲプラズマ装置は、マイクロ波発生源（１）に
より発生したマイクロ波を導くための矩形導波管（２）
、該矩形導波管（２）に石英ガラス板等からなるマイク
ロ波導入窓（３）を介して長手方向中央において接続さ
れ、電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発生
させるためのプラズマ生成室（４）、該プラズマ生成室
（４）の両端にそれぞれ配設され生成したプラズマを引
き出すためのプラズマ引き出し窓（５ａ）、（５ｂ）　
、ウェハ等の試料（６ａ）　、　（６ｂ）を載置する試
料台（７ａ）　、　（７ｂ）を配設し、ＣＶＤ、　エツ
チング、スパッタリング等のプロセスが行われる試料室
（８ａ）　、　（８ｂ）　、上記プラズマ生成室（４）
の両端部を周回するように配設される磁気コイル（９ａ
）　、　（９ｂ）等から主として構成され、これらの他
にも図示されない構造として上記プラズマ生成室（４）
にガスを導入するための一次ガス導入系、上記試料室（
８ａ）　、　（８ｂ）にガスを導入するための二次ガス
導入系、上記試料室（８ａ）　、　（８ｂ）からそれぞ
れ矢印Ａ、Ａ２方向に接続される排気系統等を有するも
のである。

上記マイクロ波発生源（１）から発生するマイクロ波に
よる電界の方向Ｅ　＋　（紙面に垂直）は、磁気コイル
（９ａ）　、　（９ｂ）によりそれぞれ形成される磁界
の方向Ｂｌ、Ｂ２と互いに直交するようになされている
。上記マイクロ波発生源（１〉　としてはたとえば周波
数２．４５Ｇ　Ｈｚのマグネトロンを使用することがで
き、図示しない整合器、マイクロ波電力計。

アイソレータ等を経て上記矩形導波管（２）に接続され
ている。

上記プラズマ生成室（４）の寸法および断面形状は、マ
イクロ波空洞共振モードを達威し高いマイクロ波放電効
率が得られるように設計されている。

このプラズマ生成室（４）の両端部がプラズマ生成領域
Ｐ、、Ｐ、となる。プラズマ生成室（４）の外壁は通常
二重構造とされ、冷却水管（図示せず、）を通じて水を
導入することによりプラズマの生成による温度上昇を防
止するようになされている。

プラズマ生成室（４）と各試料室（８ａ）　、　（８ｂ
）との境界にはそれぞれプラズマ引き出し窓（５ａ）　
、　（５ｂ）が配設されており、プラズマ流（１０ａ）
　、　（１０ｂ）の絞りとなると共に、マイクロ波に対
する反射面を構成し、プラズマ生成室（４）をマイクロ
波空洞共振器として作用させることを可能としている。

上記磁気コイル（９ａ）　、　（９ｂ）は、上記プラズ
マ生成室（４）内においてＥＣＲ条件を成立させ得る強
度の磁界を発生するものであり、たとえば周波数２．４
５Ｇ　Ｈｚのマイクロ波に対しては磁束密度８７５Ｇを
得るに十分なものが使用される。この磁気コイル（９ａ
）　、　（９ｂ）は、その発生する磁界がプラズマ生成
室（４）におけるＥＣＲに利用されるのみならず、試料
室（８ａ）　、　（８ｂ）にも及んで試料台（７ａ）　
、　（７ｂ）に向けて適当な勾配で減少する発散磁界が
形成されるように構成されている。したがって、磁気コ
イル（９ａ）と磁気コイル（９ｂ）の磁極の向きは互い
に逆向きである。

さらに上記試料台（７ａ）　、　（７ｂ）は、上記プラ
ズマ引き出し窓（５ａ）　、　（５ｂ）により絞られた
プラズマ流（１０ａ）　、　（１０ｂ）が入射可能であ
り、かつ所定の負電位を達成できる位置に設置されてい
る。上記試料台（７ａ）　、　（７ｂ）には高周波バイ
アスの印加手段（図示せず、）を設け、プラズマのエネ
ルギーを制御できるようにしても良い。

ここで、かかるＥＣＲプラズマ装置の使用方法を、酸化
シリコンを成長させる工程に適用する場合を例として説
明する。

まず、装置内の真空度を１０−’　Ｔｏｒｒ程度とし、
冷却された上記プラズマ生成室（４）内に一次ガス導入
系を通して酸素ガス、上記試料室（８ａ）　、　（８ｂ
）内に二次ガス導入系を通してシラン（ＳｉＨ４）ガス
をそれぞれ１０〜３０ｃｃ／分にて導入し、矩形導波管
（２）を通してマイクロ波発生ｆ！Ｘ（１〉により発生
させた２、４５Ｇ　Ｈｚ　、バ’７−１００〜３００　
Ｗのマイクロ波を導入し、磁気コイル（９ａ）　、　（
９ｂ）に直流電流を通じて磁束密度８７５Ｇの発散磁界
を形成させる。すると、プラズマ生成室（４）の両端部
の磁気コイル（９ａ）　、　（９ｂ）に包囲された部分
はそれぞれ酸素プラズマが高密度に生成したプラズマ生
成領域Ｐ、Ｐｚとなり、これらのプラズマ生成領域ＰＰ
２から試料台（７ａ）　、　（７ｂ）方向に向がって加
速された酸素プラズマ流（１０ａ）　、　（１０ｂ）が
二次ガス導入系から導入されたシランガスを分解し、試
料（６ａ）　。

（６ｂ）表面上で反応して酸化シリコン膜を堆積させる
。

このようにして、プラズマ発生ａ　（１）が単一であっ
ても２つのプラズマ生成領域Ｐ、、Ｐ、が形成できるこ
とにより、２つの試料室（８ａ）　、　（８ｂ）内で同
時に所望のプロセスを実行することができる。

実施例２本実施例は、単一のマイクロ波発生源に連なるマイクロ
波導波管が中途部において複数に分岐され、各分岐管の
先端部にプラズマ生成室が接続されてその内部がプラズ
マ生成領域となり、さらに上記各プラズマ生成領域に比
んで設けられる各試料室内において所望のプロセスが行
われるようになされたＥＣＲプラズマ装置の例である。

上記ＥＣＲプラズマ装置の構成の概略を第２図に示す。

このＥＣＲプラズマ装置においては、マイクロ波発生源
（２１）により発生したマイクロ波を導くための矩形導
波管（２２）が中途部において２方向に分岐されており
、分岐導波管（２２ａ）　、　（２２ｂ）となされてい
る、各分岐導波管（２２ａ）　、　（２２ｂ）の先端に
はマイクロ波導入窓（２３ａ）　、　（２３ｂ）を介し
てプラズマ生成室（２４ａ）　、　（２４ｂ）がそれぞ
れ接続され、この内部にてプラズマ生成領域Ｐ３．Ｐ、
が形成されるようになされている。上記プラズマ生成室
（２４ａ）　、　（２４ｂ）の周囲には磁気コイル（２
９ａ）　、　（２９ｂ）が配設されている。さらに上記
プラズマ生成室（２４ａ）　、　（２４ｂ）にはプラズ
マ引き出し窓（２５ａ）　、　（２５ｂ）を介して試料
室（２８ａ）　、　（２８ｂ）が接続されている。上記
試料室（２８ａ）　、　（２８ｂ）の内部には、上記プ
ラズマ生成領域Ｐｘ、Ｐａから発生するプラズマ流（３
０ａ）　、　（３０ｂ）に面して試料（２６ａ）　、　
（２６ｂ）をｉ！置する試料台（２７ａ）。

（２７ｂ）が配設されている。その他の図示されない構
造は、実施例１に前述したとおりである。

上記矩形導波管（２２）の分岐点には、マイクロ波の進
行方向を制御するためのマイクロ波反射板（３１）が−
支点を中心として回動自在に取りつけられており、図中
Ａ位置に保持された場合にはマイクロ波を分岐導波管（
２２ａ）へ誘導し、Ｂ位置に保持された場合にはマイク
ロ波を９０°の角度で反射させて分岐導波管（２２ｂ）
へ誘導する。かかる構成によれば、マイクロ波を連続的
に供給している状態で上記マイクロ波反射板（３１）の
保持位置をスイッチングさせることにより、いずれか一
方の試料室にて目的の処理を行っている間に、他方の試
料室を常圧に戻して試料の移動・交換等を行った後、再
び図中Ａ　１Ａ　ａ方向に接続されるいずれか一方の排
気系により真空排気を行うといった連続プロセスが可能
となる。したがって、装置の稼働率が向上し、生産性、
経済性３作業性等を改善することができる。

なお、上記マイクロ波反射板（３１）の代わりに適当な
結合器を分岐点に設置すれば、矩形導波管（２２）によ
り導波されたマイクロ波を分岐導波管（２２ａ）、（２
２ｂ）　ヘ等分に分配し、両方の試料室（２８ａ）　。

（２８ｂ）において同時に所望のプロセスを行うことも
可能である。

実施例３本実施例は、長手方向に複数の試料を並列に載置するこ
とのできる反応管の外部から単一のマイクロ波発生源に
連なるマイクロ波導波管をスキャンさせ、上記反応管内
でマイクロ波電界の与えられた場所において局部的にプ
ラズマ生成領域を形成させ、このプラズマ生成領域中に
存在する試料に対して所望のプロセスが行われるように
なされたＥＣＲプラズマ装置の例である。

上記ＥＣＲプラズマ装置の構成の概略を第３図に示す。

本実施例にかかるＥＣＲプラズマ装置は、前述の実施例
１および実施例２に示したＥＣＲプラズマ装置とは異な
り、プラズマ生成室と反応室とが兼用化された反応管（
４１）を有している。上記反応管（４１）中には、その
長袖方向にそって長尺状の試料台（４５）が配設されて
おり、さらに該試料台（４５）の上には複数（この場合
は５枚）の試料（４６ａ）　。

（４６ｂ）　、　（４６ｃ）　、　（４６ｄ）　、　（
４６ｅ）が並列に載置されている。上記試料台（４５）
には、反応管（４１）の一端において図中Ａ、力方向接
続される排気系統（図示せず、）による管内の排気を容
易とするために、貫通孔（４５ａ）が適宜設けられてい
る。さらに、上記反応管（４１）内には、各試料に臨ん
で材料ガスを供給するバイブ（４３）が分岐、開口され
ている。上記反応管（４１）の外部には、これを周回し
、かつその長袖方向へ磁界Ｂ、を形成する磁気コイル（
４９）、および上記磁界Ｂ、と直交方向（この図では紙
面に垂直な方向）に電界Ｅ２を与える矩形導波管（４２
）が配設されている。このＥＣＲプラズマ装置において
は、磁気コイル（４９）の形成する磁界とマイクロ波の
形成するマイクロ波電界が同時に与えられた場所におい
てのみＥＣＲプラズマの生成領域が形成される。したが
って、限られた断面積を有する単一の矩形導波管（４２
〉から導入されるマイクロ波を利用して限られた体積を
有する磁界内で各試料（４６ａ）　、　（４６ｂ）　、
　（４６ｃ）　、　（４６ｄ）　、　（４６ｅ）の近傍
においてＥＣＲプラズマを生成させるためには、磁気コ
イル（４９）　、矩形導波管（４２）　、および反応管
（４１）の相対位置を逐次変化させ得るような工夫がな
されれば良い、実用的には、上記磁気コイル（４９）と
矩形導波管（４２）とを一体内に移動可能とするような
手段を設け、これらを反応管（４１）に沿ってスキャン
させるか、あるいは磁気コイル（４９）と矩形導波管（
４２）とを固定し、反応管（４１）をスキャンさせるこ
とが考えられる。たとえば、第３図は磁気コイル（４９
）および矩形導波管（４２）が試料（４６ｂ）に臨んで
位置する場合を示しており、該試料（４６ｂ）の近傍が
プラズマ生ｔｃ　ＳＪ域Ｐｓとなる。

かかる装置では、プラズマ生成基と試料室とが一体化さ
れているために、プラズマの利用効率が高くなる。また
、マイクロ波が連続的に供給されていればスキャンに伴
ってプラズマ生成領域Ｐ。

も反応管（４１）内を連続的に移動するため、バッチ処
理が可能となる他、プロセスの均一性を向上させる上で
も有利となる。すなわち、固定された発散磁界内に試料
が置かれている場合には、試料の中心部と周辺部とでプ
ラズマの密度が変化するためにプロセスが不均一となる
虞れがあり、特に試料が大口径化された場合に大きな問
題となり易い。

しかし、本実施例の構成によれば、プロセスは均一に行
われる。

なお、上述の第３図に示す例では磁気コイル（４９）が
反応管〈４１〉の一部のみを周回するように配設されて
いるが、反応管（４１）全体が磁気コイルに周回される
ような構成も可能である。この場合には、矩形導波管（
４２）のみをスキャンさせれば、同様のプロセスが可能
となる。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明にかかるプラ
ズマ装置においては、単一のマイクロ波発生源により得
られるマイクロ波電界を複数の場所でプラズマ生成に利
用できるよう装置の構成が工夫されている。したがって
、装置全体の占有空間を大幅に増大させることなく、複
数の試料を対象とする並列処理やバッチ処理が可能とな
り、生産性、経済性１作業性が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の発明にかかるＥＣＲプラズマ装
置の一構成例を示す概略断面図である。第２図は本発明の第１の発明にかかるＥＣＲプラズマ装
置の他の構成例を示す概略断面図である。第３図は本発明の第２の発明にかかるプラズマ装置の一
構成例を示す概略断面図である。第４図は試料室が共通
化された従来のＥＣＲプラズマ装置の一構成例を示す概
略断面図である。１．２１　　　　　　　・・・マイクロ波発生源２、２
２．４２　　　　　・・・矩形導波管４．２４ａ、２４
ｂ　　　　・−プラズマ生成室６ａ、６ｂ、２６ａ、２
６ｂ、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ・・・
試料Ｐ＋、ｈ、ｈ、Ｐｎ、Ｐｓ　　・・・プラズマ生成領域
８ａ、８ｂ、２８ａ、２８ｂ　　−−１試料室９ａ、９
ｂ、２９ａ、２９ｂ、４９−　ＴＡ気ココイル４工　　
　　　　　・・・反応管

Claims

【特許請求の範囲】

（１）単一のマイクロ波発生源と複数のプラズマ生成領
域を有し、前記プラズマ生成領域から発生するプラズマ
流に面して試料を載置する試料室が該プラズマ生成領域
の各々に臨んで形成されてなるＥＣＲプラズマ装置。
（２）単一のマイクロ波発生源と複数の試料を並列に載
置する単一の反応管を有し、上記マイクロ波発生源と上
記反応管の相対位置が変化することにより該反応管内の
各試料に臨んで複数のプラズマ生成領域が逐次形成され
ることを特徴とするＥＣＲプラズマ装置。