JPH04137529A

JPH04137529A - ドライプロセス装置

Info

Publication number: JPH04137529A
Application number: JP25852090A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Noda; 周一野田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1992-05-12

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）この発明は、各種半導体装置の製造に用いる、マグネト
ロン放電を利用するドライプロセス装置に関するもので
ある。

（従来の技術）従来、この種の装置として、例えば、特開昭６３−９９
５３０号、同６３−１８６４２９号および同６３−２７
６２２６号等の公報に開示されるものかあり、−例とし
て特開昭６３−９９５３０号公報に開示されているマグ
ネトロンエツチング製画について闇単に説明する。

第２図（Ａ）および（Ｂ）は、マグネトロンエツチング
装置に組み込んで使用する磁場発生装Ｍを構成する永久
磁石の一例を概略的に示す平面図およびＩＩ　−ＩＩ線
の断面図である。永久磁石３０はリング状の形状となっ
ており、このリンク状永久磁石３０は、直径方向に平行
着磁することにより、一方の端部にはＮ極３２およびも
う一方の端部にはＳ極３４か形成される。また、例えば
、アルニコ（Ａβ−Ｎ　１−Ｇｏ系合金磁石材料）等の
高保磁力材料を用いた場合には、内周部には外周部と逆
の磁極（副磁極と呼ぶことにする）すなわちＳ副磁極３
６、Ｎ副磁極３８がそれぞれ形成される。このような磁
極構成をもつリング状永久磁石３ｏでは、リングで囲ま
れた中空部４０では平行な水平磁力線４２が得られる。

第３図はこのリング状永久磁石３０を装着したマグネト
ロンエツチング製雪の一例の説明に供する概略図である
。図中、１０は被処理体、例えば被エツチング基板（ウ
ェハ）を処理するための真空容器で、その内部にはカソ
ード電極１８とアノード電極２０とを対向配置して設け
である。このカソード電極１８には高周波（ＲＦ）電源
２４と接続し、またアノード電極２０は接地しである。

被処理体２２であるウェハは、カソード電極１８の、ア
ノード電極２０と対向する側の表面に、水平に、載置さ
れ、リング状永久磁石３０は、その中心軸○と直交する
方向から見た平行磁場領域かウェハ２２の表面またはそ
の直上で水平となるように、真空容器１０の外側に取り
付けであり、この容器１０の円周方向に自動回転可能な
構造として構成しである。ここで、導入管１２がらエツ
チングガスを真空容器１０内に導入し、真空ボシブ（図
示せず）を用いて排気管１４から適当な流量で排気を行
ない、この真空容器］０内のガス圧を適当に調節しなか
ら、カソード電極１８にＲＦ電源２４がら１３．５６Ｍ
Ｈｚの電力を印加し、ざらに、磁石３０を回転ざぜると
カソード電極面に垂直に発生する交流電場Ｅとそれに直
交する回転磁場Ｂとの作用で、マグネトロン放電２６が
発生する。このマグネトロン放電２６の部分のプラズマ
強度は交流電場Ｅと磁場Ｂの強度とに比例する。交流電
場Ｅおよび磁場Ｂの強度分布かともにウェハ２２土でほ
ぼ均一に形成されているので、プラズマ強度もほぼ均一
となる。このため、ウェハ面内で均−牲の優れたマグネ
トロンエツチングか可能となった。

（発明か解決しようとする課題）しかしなから、上述した従来構成のドライプロセス装置
では、 ■永久磁石に高保磁力磁石材料を用いているので、磁束
密度か弱い。これを補うためには、磁石か大型化してし
まう。

■磁石を大型化せずに磁束と度を上げるために高残留磁
束２度材料を用いることもてきるか、そのようにすると
逆に保磁力か下がるため、平行磁場か曲かってしまい、
このため、エツチングの均一性か劣化する。

■エツチングの均一性を良くするためには、被処理体の
表面と平行に、かつ、被処理体の高さに、磁石の表面の
レベルを合わせるようにして磁石を真空容器の外側に装
着する必要かあるか、このように磁石と被処理体とのレ
ベルをほぼ同一レベルに設定すると、被処理体を容器外
から容器内へと自動搬入するための、自動機械搬送機構
の障害となる等の問題点かあった。

この発明は、上述した従来構造の問題点に鑑みなされた
ものであり、従って、この発明の目的は、磁石の大型化
を来たさすに、ドライプロセスの均一性に優れ、しかも
、被処理体の搬送の１１１ｍ害とならない構成とした、
マグネトロン放電利用型のドライプロセス装置ミソ提供
することにある。

（課題を解決するための手段）この目的の達成を図るため、この発明によれば、被処理
体に対してドライプロセスを行なうための真空容器と、該真空容器内に設けたカソード電極および該カソード電
極に対向耐雪させたアノード電極と、前記真空容器外に
設けた磁場発生装置とを具え、前記磁場発生装置から発
生した磁場を用いて発生させたマグネトロン故′Ｉｌヲ
利用するドライプロセス製画にあいで、カソード電極の前記アノード電極側の表面を、該表面ま
たはその直上の磁力線と実質的に平行となる曲面として
形成してなることを特徴とする。

この発明の実施に当り、好ましくは、前記被処理体を前
記カソード電極の表面に載置し、前記処理体をマグネト
ロン放電を用いてエツチングするのか良い。

また、この発明の好適実施例によれば、前記被処理体を
前記カソード電極と対向耐雪し、該カソード電極の表面
にはスパッタ１ノシグターゲツトを取り付け、該ターゲ
ットをマグネトロン放電を用いでスパッタすることによ
り前記被処理体上に膜を堆積するのか良い。

また、この場合、好ましくは、前記カソード電極に取り
付けられるスパッタリングターゲットの表面を、該ター
ゲットの表面またはその直上の磁力線と平行となる曲面
として形成するのか良い。

また、この発明の他の実施例では、好ましくは、前記被
処理体を前記カソード電極の表面に載置し、前記被処理
体上にマグネトロンプラズマを用いて膜を気相成長させ
るのか良い。

また、この発明の他の実施例では、好ましくは、前記被
処理体を前記カソード電極の表面に、機械的な押しつけ
により仝看させて前記被処理体の表面と該表面またはそ
の直上の磁力線とか平行となるようにして、載置するの
か良い。

また、この発明の他の好適実施例によれば、前記被処理
体を前記カソード電極の表面に、静電的に密着古せて前
記被処理体の表面と該表面またはその直上の磁力線とか
平行となるようにしで、載置するのか良い。

また、この発明の他の実施例によれば、好ましくは、前
記磁場発生装置は、永久磁石を用いた装置とするのか良
い。この場合、好ましくは、前記永久磁石の形状をリン
グ状とするのか良い。

また、この発明の他の好Ｊ寅施例によれば、前記磁場発
生装置は、電磁石を用いた装置とするのか良い。

（作用）この発明のマグネトロン放電を利用するドライプロセス
製雪によれば、装着する磁場発生装置のもつ磁力線分布
にあわせ、被処理体を載置するカソード電極の、アノー
ド電極側の表面形状を曲面形状に加工することにより、
カソード電極の表面はもとよりその直上の磁力線とカソ
ード電極の表面とか実質的に平行となるようにしでいる
。従って、被処理体表面でのマグネトロン放電か均一化
する。

また、カソード電極の、アノード電極側の表面を磁力線
分布にあわせた形状としている。このため、高残留磁束
２度の材料で作製した磁石を用いた場合でも、磁極閉の
磁力線がふくらんでいる領域にカソード電極の当該表面
を位置させることができる。従って、磁石の大型化を図
らずに均一性の優れたドライプロセスを行なうことが可
能となる。

また、カソード電極表面を磁力線のふくらんでいる領域
に配Ｗ１するので、磁石自体は、真空容器の外側の、カ
ソード電極に対して下側または上側に配設することかで
き、従って、カソード電極表面への被処理体の搬送に支
障を来たすことかない。

（実施例）以下、図面ヲ参照して、この発明のドライプロセス装置
の実施例につき説明する。尚、図はこの発明が理解でき
る程度に、各構成成分の形状、大きざおよび配Ｍ関係を
概略的に示してあり、また、第２図に示した従来の構成
成分と同一の構成成分についでは原則として同一符号を
付して示し、そして、特に言及する場合を除き、その詳
細な説明を省略する。

この発明は、各種のドライプロセスに通用することかで
きるが、以下の実施例では、マグネトロンエツチング装
置を例に挙げて説明する。

第１図は、この発明の詳細な説明するため、マグネトロ
ンエツチング装置の一例を示す概略図である。第１図に
おいで、３０は磁場発生装Ｍを構成する永久磁石の一例
で、第２図で説明した１リング状永久磁石を示す、また
、このリング状永久磁石３０を、真空客器１０の外周囲
を円周方向に自動回転する機構を具えているが、その機
構については、ここでは省略する。尚、用いる磁石は永
久磁石、電磁石いずれの形式でもよく、また、磁石形状
も被処理体（以下、単にウェハと呼ｚ＜）２２に対し、
磁力線か水平にかかる形態のものであればどのような形
式でもよいが、この実施例の場合は、リング状永久磁石
を用いて説明する。

ウェハ２２を処理するための真空容器］○の内部には、
カソード電極１１８と、アノード電極２０とを対向配Ｍ
了る。カンート′１１極７１８には高周波（ＲＦ）電源
２４を接続し、一方、アノード電極２０は接地しである
。カソード電極１］８のアノード電極２０側の表面１１
８ａを立体加工して、当該表面かリング状永久磁石３０
の磁力線５０と実貢的に平行となるように、凸状の曲面
形状とする。尚、カソード電極１１８表面の凸面状加工
についての詳細は後述する。

真空容器１ｏのとなりには、ロートロツウ室６０を、ゲ
ートバルブ６２を介しで、この容器］○と接続してあり
、ウェハ２２かロードロック室６ｏから搬送アーム６４
により真空中を搬送され、カソード電極１１８の表面上
へ着脱自在に、自動的に載置できる構成となっている。

ウェハ２２の着脱や、搬送アーム６４への受は渡しの際
に、ウェハ２２を上下させるための機構としてウェハ持
ち上げどン６６を設けである。尚、ウェハ２２をカソー
ド電極］１８上へ載置させる場合には、ウェハおざえ６
８により、ウェハ２２をカソード電極面１１８ａに押し
つけてカソード電極表面１こ完全に茫着させる必要があ
る。また、この実施例においては、ウェハ２２のカソー
ド電極１１８への押しつけは、ウェハおざえ６８による
機械的なものであるが、静電引力を利用した機構のもの
であっても良い。尚、ここでは、ウェハ持ち上（プビン
６６およびウェハおざえ６８の具体的な機構についての
説明は省略する。

次に、上述したような構成の装置を用いて実際にエツチ
ングする手順につき説明する。ます、導入管１２から工
・ンチングガスを真空容器１０内に導入し、真空ポシブ
を用いて排気管１４を経て適当な流量で排気を行ない、
真空容器１０内ガス圧を適当に調整する。

次に、リング状永久磁石３０を円周方向に回転させなが
ら、カソード電極１］８にＲＦ電源２４から１３．５６
ＭＨｚの電力を印加する。そうすると、カソード電極１
１８の凸表面１］８ａの法線方向に交流電場Ｅが全土す
る。これら交流電場と垂直に交わるように、カソード電
極１１８の凸表面１１８ａと平行に磁石３０に起因する
磁力線（磁場Ｂ）５０かはしっているため、ウェハ２２
上では非常に均一なマグネトロン放電２６が形成される
。このため、マグネトロン放電を利用するエツチングで
は面内均一性の非常に優れたエツチングが可能となる。

次に、用いるリング状永久磁石３０の磁力線分布とカソ
ード電極表面形状が、ウェハ面内のエツチングの均−牲
に与える影響について説明する。

第４図（Ａ）〜（Ｃ）はリング状永久磁石３０の磁力線
分布とカソード電極表面形状および該磁石の取り付は位
置の関係を示した模式図である。

菓５図（Ａ）〜（Ｃ）は、実験により得られた第４図（
Ａ）〜（Ｃ）に対応するウェハ面内エツチング分布をそ
れぞれ示す図である。尚、実験では、ウェハ２２は直径
５インチ（１インチは約２．５４ｃｍ）のシリコン（Ｓ
ｌ）ウェハを用い、エツチング面内分布を、該ウェハ２
２上に塗布した有機膜（レジスト膜）を０２プラズマに
よリエツチングして、求めた。この実験での主要条件は
以下に示す通っである。

○２流量・５０ｓｅｃｍＯ２圧力　０．５Ｐａ日Ｆパワー記度ニア００ｍＷ／ｃｍ２リング状永久磁石回転数　１１００ｒｏ第４図（Ａ）は
、従来例と同様に、リング状永久磁石３０ｔウエハ２２
とほぼ水平に位置するようにした場合で、磁力線５０は
ウェハ２２の表面またはその直上で水平になる。このと
きのエツチング分布は、第５図（Ａ）に示すように非常
に均一であるが、ウェハ２２の真横にリング状永久磁石
３ｏか位置するために自動搬送機構にとっては障害とな
ってしまう。

第４図（Ｂ）は、自動搬送を容易にするために、１ノン
グ状永久磁石３０をカソード電極１８よりも下方向に下
げた場合で、ウェハ２２の表面またはその直上の磁力線
５０はふくらんでしまう。

この場合には、第５図（Ｂ）に示すようにウェハ２２の
中央部のエッチレートか速くなる。こうした傾向は位置
を変えることなくリング状永久磁石の材質を高残留磁束
密度のものに変えて磁束密度を増加しようとした場合も
同様であり、これを防ぐには、第４図（Ｂ）のリング状
永久磁石３０の外径をかなり大きくしなければならない
。

第４図（Ｃ）は、この発明の実施例の場合であり、リン
グ状永久磁石３０を下方に下げてもカソード電極１１８
の表面１１８ａかふくらんた磁力線５０と実質的に平行
となるように曲率半径２ｍの球面にしである。このとき
このカソード電極１１８上に載置するウェハ２２も、機
械的、もしくは静電的にカソード電極表面１］８ａに密
着させであるので、ウェハ２２の表面またはその直上の
ふくらんだ磁力線５０は、ウェハ表面と実質的に平行に
なる。このような場合には、第５図（Ｃ）に示すように
、エツチング分布は従来の第５図（Ａ）と同程度に均一
となる。

このように、用いる磁力線の分布と、電極形状によって
、エツチングの面内均一性か変化するのは、磁力線とウ
ェハ（カソード電極）表面か平行でない場合には、磁気
ミラーの効果によってプラズマ中の電子か磁力線とウニ
へ表面門の距離の広がる方向ヘトリフトし、プラズマが
不均一になるためと考えられる。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、多くの変形または変更を行ない得ること明らかであ
る。

例えば、上述した例では、ドライエツチングの例につき
説明したが、この発明は、カソード電極の表面にターゲ
ットを載置してこれをスパッタリングして成膜する場合
はもちろん、カソード電極の表面に載置した被処理体上
にマグネトロンプラズマを用いて膜を気相成長させる場
合にも適用して好適である。

ざらに、この発明では用いる磁場発主装置は、上述した
１ノング状永久磁石のみならず、永久磁石、電磁石のい
ずれの形式の磁石であっても、また、いかなる形状、取
り付は位置の磁場発生装置であってもウェハに対し水平
に磁場を印加することかできるタイプのものであれば良
い。

（発明の効果）上述した説明からも明らかなように、この発明によれば
、印加される磁力線に対し、ウェハ（カソード電極）表
面か実質的に平行どなるようにカソード表面を凸面とし
てあるので、 ■高残留磁束密度材料で作製した永久磁石を磁場発主源
としても磁力線のｚ）＜うみに間係なく、また、磁石の
大型化を図ることなく、高均一なマグネトロンドライプ
ロセス、特に、トライエツチングが可能となる。

■磁石の取り付は位置をカソード電極に対し下方へ下げ
ても高均一なドライプロセス、特に、ドライエツチング
か維持されるので、真空容器に自動搬送機構を接続し易
く、被処理体の搬送に支障を来たすことがないという効果が期待できる。

上述したこの発明は、マグネトロンエツチングのみなら
す、マグネトロンスパッタ、プラズマＣＶＤ等の磁場を
印加することにより特性の向上か期待されるすべてのド
ライプロセス製雪に適用して均一性に優れたプロセスの
結果を期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のドライプロセス装百の一実施例の
説明に供するマグネトロンエツチング装置の概略図、第２図（Ａ）および（Ｂ）は、従来のマグネトロンエツ
チング装置に組み込んだ磁場発主装置ｔを構成する永久
磁石の一例を示す平面図および断面図、第３図は、従来のマグネトロンエツチング装置の概略図
、第４図（Ａ）〜（Ｃ）および第５図（Ａ）〜（Ｃ）は、
この発明および従来の装置の比較説明図であって、第４
図（Ａ）および（Ｂ）と第５図（Ａ）および（Ｂ）は従
来装置の場合、第４図（Ｃ）および第５図（Ｃ）はこの
発明の装置の場合をそれぞれ示す図である。１０・・・真空容器、　　　　］２・・・導入管１４・
・・排気管、　　　　　２０・・・アノード電極２２・
・・被処理体（例えばウェハ）２４・・・日Ｆ１！源、　　　　２６・・・マグネトロ
ン放電３０・・・（ループ状）永久磁石５Ｑ・・・磁力線、　　　　　６０・・・ロードロック
室６２・・・ゲートバルブ、　６４・・・搬送アーム６
６・・・ウェハ持ち上げビン６８・・・ウェハおざえ、　　１１８・・・カソード電
極１１８ａ・・・カソード電極の表面。特許出願人　　　　　沖電気工業株式会社３０ル一プ状
永久磁石　　　　３２．３８Ｎ橿３４．３６Ｓ極　　　
　　　　　　　　４０中空部４２磁力線ノンウ状永久磁石第２　図エツチングガス真空容器導入管排気管アノード電極高周波（ＲＦ）型片交流電場マグネトロン７７電ループ状永久磁石カソード電極被処理体（ウェハ）磁場従来の装置概略図ａ比較説明図第４図ウェハ中心からの９冒（ｒｒ＋ｍ）ウェハ中心からの９百（ｍ　ｍ　）ウェハ中心からのイ′：１Ｍ（ｍｍ）（ウェハ面内エッヂレート分布図）比較説明図笛５　Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理体に対してドライプロセスを行なうための
真空容器と、該真空容器内に設けたカソード電極および該カソード電
極に対向配置させたアノード電極と、前記真空容器外に
設けた磁場発生装置とを具え、前記磁場発生装置から発
生した磁場を用いて発生させたマグネトロン放電を利用
するドライプロセス装置において、カソード電極の前記アノード電極側の表面を、該表面ま
たはその直上の磁力線と実質的に平行となる曲面として
形成してなることを特徴とするドライプロセス装置。
（２）前記被処理体を前記カソード電極の表面に載置し
、前記処理体をマグネトロン放電を用いてエッチングす
ることを特徴とする請求項１に記載のドライプロセス装
置。
（３）前記被処理体を前記カソード電極と対向配置し、
該カソード電極の表面にはスパッタリングターゲットを
取り付け、該ターゲットをマグネトロン放電を用いてス
パッタすることにより前記被処理体上に膜を堆積するこ
とを特徴とする請求項１に記載のドライプロセス装置。
（４）前記被処理体を前記カソード電極の表面に載置し
、前記被処理体上にマグネトロンプラズマを用いて膜を
気相成長させることを特徴とする請求項１に記載のドラ
イプロセス装置。
（５）前記被処理体を前記カソード電極の表面に、機械
的な押しつけにより密着させて前記被処理体の表面と該
表面またはその直上の磁力線とか平行となるようにして
、載置することを特徴とする請求項１に記載のドライプ
ロセス装置。
（６）前記被処理体を前記カソード電極の表面に、静電
的に密着させて前記被処理体の表面と該表面またはその
直上の磁力線とが平行となるようにして、載置すること
を特徴とする請求項１に記載のドライプロセス装置。
（７）前記カソード電極に取り付けられるスパッタリン
グターゲットの表面を、該ターゲットの表面またはその
直上の磁力線と平行となる曲面として形成してなること
を特徴とする請求項３に記載のドライプロセス装置。
（８）前記磁場発生装置は、永久磁石を用いた装置とし
たことを特徴とする請求項１に記載のドライプロセス装
置。
（９）前記永久磁石の形状をリング状としたことを特徴
とする請求項８に記載のドライプロセス装置。
（１０）前記磁場発生装置は、電磁石を用いた装置とし
たことを特徴とする請求項１に記載のドライプロセス装
置。