JPH04180221A - プラズマ処理方法 - Google Patents

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、プラズマ中のイオン、ラジカルなとを試料
基板に照射することにより、乾式エツチング、スパッタ
リング、ＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ＶａｐｏｒＤｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ　）等のプラズマ処理を行うプラズマ
処理方法に関するものである。

〔従来の技術〕

周知のように、乾式エツチング、スパッタリング、ＣＶ
Ｄ等のブうズマ処理方法は、処理ガスをプラズマ化し、
このプラズマ中のイオンなどを試料基板に照射するとい
う点ては実質的に同一の処理方法である。そこで、以下
、乾式エツチング処理の場合について説明する。ＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）を利用してプラズマ処理と
しての乾式エツチングを行う従来の有磁場マイクロ波プ
ラズマエツチング装置は、第６図に示す構成を備えたも
のが知られている。

真空容器５１は、平行部を備えた半球形状を持つ石英製
のマイクロ波照射窓５１ａかその上部に組み込まれると
ともに、ガス導入ボート５２と真空排気ポート５３を存
している。真空容器５Ｉ内には試料基板５４を載置する
基板支持台５５か設けてあり、この基板支持台５５の一
端は真空容器５１の外部に引き出されており、この部分
に高周波電源５６か接続されている。この高周波電源５
６は、通常１３．５６ＭＨｚの周波数を存しており、エ
ツチング速度を増大させるだめのものである。また、真
空容器５１には、前記マイクロ波照射窓５１ａを通して
マイクロ波発生器５７から通常２．４５ＧＨｚの周波数
を持つマイクロ波を真空容器５１内に導入するための導
波管５８か接続されており、さらに、マイクロ波照射窓
５１ａのまわりの導波管５８の外周部には、磁場発生用
のソレノイドコイル５９か配設されている。このソレノ
イドコイル５９は、真空容器５１内にＥＣＲ条件となる
８７５Ｇａｕｓｓ近傍の磁束密度ができるような磁場を
印加するものであり、その磁力線か発散することなく試
料基板５４の表面にてきるだけ垂直になることか必要と
されるものである。

このような構成の装置において、基板支持台５５に試料
基板５４を載置した後、真空容器５１内を排気し、プラ
ズマ化すべき処理ガスを導入して真空容器５１内のガス
雰囲気を置換する。真空容器５１内に処理ガスを導入し
ながらソレノイドコイル５９によって磁場を印加すると
ともにマイクロ波を導入すると、真空容器５１内にＥＣ
Ｒ条件のもとてプラズマか無電極放電にて生成される。

そして、プラズマ中のエツチングを主に担うイオンか、
ソレノイドコイル５９による磁力線に沿ってその周囲を
微小径にて螺旋運動をしなから試料基板５４へ移動し、
試料基板５４表面に磁力線の方向に従って入射し、これ
により乾式エツチングがなされている。

〔発明か解決しようとする課題〕

このように、磁場を印加したマイクロ波プラズマエツチ
ングにおいては、イオンか磁力線に沿って試料基板に入
射する。したかつて、試料基板を通過する際の磁力線の
方向は、その方向にエツチングか進行するので垂直エツ
チングの結果に大きな影響を与える。

上記紹介した有磁場で乾式エツチングを行う従来のプラ
ズマ処理方法においては、通常のソレノイドコイルを用
いて磁場を形成するようにしているので、磁力線の方向
をエツチングすべき試料基板面全体にわたって垂直に揃
えることに限界があった。このことは、試料基板、例え
ば、ＬＳＩの製造プロセスにおける半導体基板か大口径
（大面積）化してきていることにより、問題となってい
る。つまり、大口径（大面積）の試料基板Ｓをエツチン
グする場合、試料基板Ｓにおける周辺部においては、第
７図に示すように、磁力線Ｂが発散してその方向か試料
基板面に対し垂直とならず傾斜する。そのため、第８図
に示すように、マスクＭか施された試料基板面に、図に
おいて符号Ｃで示すイオンか傾斜した磁力線Ｂに従って
照射されなから、エツチングが進行する。その結果、第
９図に示すように、試料基板Ｓにおける周辺部において
は溝の側壁が傾斜したエツチングか施されることになり
、試料基板面全体にわたって垂直エツチングを行うこと
かできないという問題が生じている。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、
エツチングなとのプラズマ処理すべき大口径（大面積）
の試料基板においても磁力線の方向かこれに垂直になる
ようにして、プラズマ中のイオンなとを試料基板表面全
体にわたって垂直に入射させることかてきるようにした
、プラズマ処理方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明は、磁場発生手
段により磁場を印加した真空容器内に処理ガスとマイク
ロ波を導入し、真空容器内で放電を発生させることで導
入した処理ガスをプラズマ化し、このプラズマ中のイオ
ン、ラジカル等を真空容器内に配置された試料基板に照
射してエツチング、スパッタリング、ＣＶＤ等を行うプ
ラズマ処理方法において、前記磁場発生手段を、真空容
器の外周部に、同一の巻き数と半径寸法とを持つ２つの
磁場発生用円形コイルをそのコイル半径寸法に等しい間
隔をおいて同軸に配設して構成し、前記両円形コイルの
中心軸線上の中点付近に試料基板をこの両円形コイルに
平行になるように配置して前記同円形コイルに同方向に
相等しい電流を流すことを特徴とするものである。

〔作　用〕

上記のように構成された２つの磁場発生用円形コイルに
同方向に相等しい電流を流すと、この同円形コイルの中
心軸線上の中点付近における、前記円形コイルの直径内
であって同円形コイルと平行な面においては、磁力線の
方向はこの面に垂直になるとともに、磁場の強さもほぼ
一様となる。

このことから、磁場発生用円形コイルの径方向の寸法は
、試料基板の大きさに応じて定めることかできるので、
試料基板を２つの磁場発生用円形コイルの中心軸線上の
中点付近にこの同円形コイルに平行になるように配置し
、同円形コイルに同方向に相等しい電流を流すことによ
り、大口径の試料基板においても磁力線の方向をプラズ
マ処理すべき基板表面全体にわたって垂直にすることが
できる（第３図参照）。

第２図はこの発明に係る２つの磁場発生用円形コイルに
よる磁場形状のシミュレーション結果の一例を示す図で
ある。この場合、２つの磁場発生用円形コイル１６ａ、
　１６ｂは、ともにその巻き数か３２０ターン、内径Ｄ
１か４００ｍｍ、外径Ｄ２か４４０ｍｍとされている。

この同円形コイル１６ａ、１６ｂをコイル半径寸法にほ
ぼ等しい間隔２２０ｍｍをおいて同軸に配設し、同円形
コイル１６ａ、　１６ｂに同方向に相等しい直流電流６
０アンペアを流した場合のものである。

矢印にて磁力線の方向とのその強さか示されている。同
図から判るように、同円形コイル１６ａ。

１６ｂの各中心を結ぶ中心軸線上の中点付近における同
円形コイル１６ａ、　１６ｂと平行な面においては、磁
力線の方向はこの面に垂直になっているとともに中心軸
線から円形コイル１６ａ、１６ｂのほぼ内径程度の範囲
内では磁場の強さもほぼ一様になっている。

第４図はこの発明による方法を乾式エツチングに適用し
た場合の試料基板Ｓにおける周辺部でのエツチングの進
行の様子を説明するための図である。同図に示すように
、マスクＭが施された試料基板Ｓにおける周辺部におい
ても、磁力線Ｂの方向か試料基板面に垂直になるので、
図において符号て示すイオンかこの磁力線Ｂに従って照
射され、エツチング溝の側壁が傾斜することなく、エツ
チングが進行する。その結果、第５図に示すように、試
料基板Ｓのエツチング面全体にわたって垂直エツチング
を行うことかできる。また、磁力線の方向が試料基板面
に垂直になるので、プラズマの発生によって生成された
イオンが拡散しにくくなり、エツチング速度を増大でき
る。

一方、リング状ターゲットを用いるスパッタリングにお
いては、プラズマの発生によって生成された、スパッタ
リングに寄与するイオンのターゲット外への拡散か少な
くなり、成膜速度を増大させることができる。さらに、
ＣＶＤにおいては、成膜に寄与するイオン、ラジカルの
成膜すべき試料基板外への拡散が少なくなり、成膜速度
（堆積速度）を増大させることができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明による方法を乾式エツチングに適用
して実施するための有磁場マイクロ波プラズマエツチン
グ装置の一例を示す構成説明図である。

第１図において、１は真空容器であって、この真空容器
ｌには、その上部に石英製のマイクロ波照射窓２が嵌め
込まれるとともにプラズマ化すべき処理ガスを内部に導
入するためのガス導入ボート３か設けられており、下部
には内部を真空引きする真空排気ポート４が設けられて
いる。５は真真空容器ｌに接続された導波管であり、マ
イクロ波照射窓２を通して図示しないマイクロ波発生器
からのマイクロ波を真空容器ｌ内に導入するためのもの
である。

真空容器１の外周部には、同一の巻き数と半径寸法Ｒと
を有する、第！の磁場発生用円形コイル６ａと第２の磁
場発生用円形コイル６ｂとを、図に示すように、そのコ
イル半径寸法Ｒに等しい間隔Ｌ（Ｌ＝Ｒ）をおいて同軸
に配設しである。６ｃは直列に接続されこの２つの磁場
発生用円形コイル６ａ、　６ｂに直流励磁電流を供給す
るための励磁電流供給装置であり、両円形コイル６ａ、
　６ｂは、直流励磁電流か流されたとき、ともに下端側
かＮ極になるように巻かれている。前記２つの磁場発生
用円形コイル６ａ、　６ｂと励磁電流供給装置６ｃとに
よってヘルムホルツコイル装置６か構成されている。

７は真空容器ｌ内に設けられた基板支持台である。この
基板支持台７は、垂直エツチングすべき試料基板８を、
前記２つの円形コイル６ａ、　６ｂの各中心を結ぶ中心
軸線（この実施例では真空容器ｌの中心軸線に一致する
）の略中点に両円形コイル６ａ、　６ｂに平行になるよ
うに位置させ、これを保持するものとされている。この
基板支持台７の位置に対応して真空容器ｌの外周部に、
真空容器ｌの中に試料基板８を出し入れするための予備
排気機能を備えたロードロック室９が設けられている。

１０は基板受渡し棒である。基板支持台７の内部には図
示しない導管が埋設され温度調節のための冷却がなされ
るようになっている。さらに、この基板支持台７には、
エツチング速度を増大させるための高周波電源１１がコ
ンデンサ１２を介して接続されている。

このように構成される有磁場マイクロ波プラズマエツチ
ング装置を使用して試料基板８としての直径寸法６イン
チのソリコン基板のエツチングをＥＣＲ条件の下で行っ
た。

このソリコン基板にはマスクとしてンリコン酸化膜を施
し、エツチングガスには塩素を用い、基板温度は室温、
反応圧力は５Ｘ　ｌＯ”Ｔｏｒｒとした。

また、２．４５ＧＨｚの周波数を持つ投入したマイクロ
波のパワーは３００ワツト、基板支持台７を介してシリ
コン基板に印加する１３．５６ＭＨｚの周波数を持つ高
周波電源１１のパワーは１００ワツトとした。さらに、
ヘルムホルツコイル装置６の２つの磁場発生用円形コイ
ル６ａ、　６ｂには真空容器ｌ内の磁束密度が８７５Ｇ
ａｕｓｓになるように励磁電流供給装置６Ｃから直流電
流を供給した。その結果、６インチのシリコン基板のエ
ツチング面全体にわたって、エツチング溝の側壁か傾斜
することなく、垂直エツチングを行うことかてきた。ま
た、生成されたイオンか拡散しに（いため、６０００人
／分のエツチング速度が得られた。

上記実施例ではこの発明による方法を乾式エツチングに
適用した例について説明したか、この発明による方法は
、これに限定されるものではなく、スパッタリング、Ｃ
ＶＤにも適用し得るものてあり、この場合には、磁力線
の方向か試料基板面に垂直になるので、プラズマの発生
によって生成されたイオンやラジカルが拡散しにくくな
り、従来より成膜速度を増大することかできる。

〔発明の効果〕

以上の説明より理解されるように、この発明によるプラ
ズマ処理方法によれば、大口径（大面積）の試料基板に
おいても磁力線の方向をプラズマ処理すべき基板表面全
体にわたってこれに垂直にすることができるので、例え
ば乾式エツチングに適用した場合には、プラズマの発生
によるイオンが前記磁力線に従ってエツチングすべき試
料基板表面に照射されることにより、大口径の試料基板
においても、エツチング溝の側壁か傾斜することなく、
基板表面全体にわたって垂直エツチングを行うことかで
きる。また、磁力線か発散することなく試料基板面に垂
直となることによりプラズマの発生によって生成された
イオンの試料基板外への拡散か少なくなり、エツチング
速度の増大か可能となる。また、リング状ターケットを
用いるスパッタリングに適用した場合には、スパッタリ
ングに寄与するイオンのターゲット外への拡散か少なく
なるので、反応圧力を従来と同じとすれば成膜速度の増
大か可能となり、また、従来と同し成膜速度であれば低
圧化し得るのでスパッタリングガスの混入を減らすこと
かでき、これにより得られる薄膜の品質を高めることか
可能となる。さらに、ＣＶＤに適用した場合には、プラ
ズマの発生によって生成されたイオン、ラジカルの試料
基板外への拡散か少なくなるので、成膜速度の増大か可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による方法を乾式エツチングに適用し
て実施するための有磁場マイクロ波プラズマエツチング
装置の一例を示す構成説明図、第２図はこの発明に係る
２つの磁場発生用円形コイルによる磁場形状のシミュレ
ーション結果の一例を示す図、第３図はこの発明に係る
磁力線の様子を示す図、第４図はこの発明による方法を
乾式エツチングに適用した場合の試料基板における周辺
部でのエツチングの進行の様子を説明するための図、第
５図はこの発明による方法を乾式エツチングに適用した
場合のエツチング断面形状の説明図、第６図は従来の存
磁場マイクロ波プラズマエツチング装置の構成説明図、
第７図は従来技術に係る磁力線の様子を示す図、第８図
は従来技術による乾式エツチングにおいて試料基板にお
ける周辺部でのエツチングの進行の様子を説明するため
の図、第９図は従来技術による乾式エツチングにおける
エツチング断面形状の説明図である。 １−一真空容器、２−マイクロ波照射窓、３−ガス導入
ボート、４−真空排気ポート、５　導波管、６−ヘルム
ホルツコイル装置、６ａ・−第１の磁場発生用円形コイ
ル、６ｂ−第２の磁場発生用円形コイル、６ｃｍ励磁電
流供給装置、７　、基板支持台、８　試料基板、９　ロ
ードロック室、１１−高周波電源、１２　　コンデンサ
、１６ａ、　１６ｂ　　磁場発生用円形コイル、Ｓ−試
料基板、Ｍ〜マスク、Ｂ−・磁力線、Ｃイオン。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁場発生手段により磁場を印加した真空容器内に
   処理ガスとマイクロ波を導入し、真空容器内で放電を発
   生させることで導入した処理ガスをプラズマ化し、この
   プラズマ中のイオン、ラジカル等を真空容器内に配置さ
   れた試料基板に照射してエッチング、スパッタリング、
   ＣＶＤ等を行うプラズマ処理方法において、 前記磁場発生手段を、真空容器の外周部に、同一の巻き
   数と半径寸法とを持つ２つの磁場発生用円形コイルをそ
   のコイル半径寸法に等しい間隔をおいて同軸に配設して
   構成し、前記両円形コイルの中心軸線上の中点付近に試
   料基板をこの両円形コイルに平行になるように配置して
   前記両円形コイルに同方向に相等しい電流を流すことを
   特徴とするプラズマ処理方法。