JPH04299826A - Ｅｃｒプラズマ処理装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造技術分野
に利用され、特に、ウエハのプラズマ処理によりエッチ
ングを行うＥＣＲプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の微細加工の進展に伴って、より
高精度で低ダメージのエッチング装置やＣＶＤ装置が要
求されているが、近時、マイクロ波の導入によってプラ
ズマを励起し、このプラズマにて半導体ウエハのエッチ
ングを行うＥＣＲプラズマ処理装置（電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマ処理装置）が採用されてきている。

【０００３】このＥＣＲプラズマ処理装置の一例を図３
に示す。同図において、２はマイクロ波を導く導波管で
あり、一端が図示しないマグネトロンに連通する一方、
他端がプラズマ発生ボックス９の上部開口９ａに連通し
ている。このプラズマ発生ボックス９は、円筒状で、内
部がＥＣＲプラズマ（以下、プラズマと略記する）を励
起させるプラズマ発生室Ｂとなっており、外周には磁気
発生手段としてソレノイドコイル４が巻回されている。 このソレノイドコイル４は、通電によりプラズマ発生室
Ｂにおいてマイクロ波の導入方向（矢印Ｚ方向）に沿っ
た磁場を形成するものである。また、前記プラズマ発生
室Ｂの上部には、反応ガスを送給するガス供給管３が接
続され、下部にはプラズマ反応ボックス１０が連設され
ている。

【０００４】このプラズマ反応ボックス１０は、内部が
ウエハ６をエッチングするためのプラズマ反応室Ｃとな
っており、下部開口１０ｂは図示しない真空ポンプに連
通している。そして、プラズマ反応ボックス１０の上部
には、前記プラズマ発生室Ｂとプラズマ反応室Ｃとを仕
切る仕切壁１０ａを設けてそこにアパーチャ１１を形成
し、このアパーチャ１１にてプラズマを処理台５側に入
射させる領域を設定している。この処理台５は、プラズ
マ反応室Ｃにおいて前記マイクロ波の導入方向に直交す
る所定位置に配置され、上面に被処理物として半導体ウ
エハ６が載置されるようになっている。しかして、上記
導波管２、プラズマ発生室Ｂおよびプラズマ反応室Ｃは
、同一軸上（矢印Ｚ方向）に配置され、マイクロ波の導
入に伴ってプラズマ発生室Ｂ内には高密度のプラズマを
発生し得る円筒空胴共振空間が構成されるようになって
いる。この円筒空胴共振空間は、プラズマ発生室Ｂが仕
切壁１０ａにて仕切られることにより形成されるもので
、ＥＣＲプラズマを発生させる共振条件としては、プラ
ズマ処理ボックス９の内径を２ａ、高さをｈ、導入され
るマイクロ波の波長をλ０　としたとき、式（１）に示
す関係が成立する。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、上記式（１）を満たす前記プラズ
マ発生室Ｂの構造は、この従来例においては、マイクロ
波の波長λ０　＝１２．２ｃｍ、内径２ａ＝２０ｃｍ、
高さｈ＝１９．６ｃｍとなっており、ＴＥ１１３　（ｎ
＝３）モードの円筒空胴共振空間を構成するものである
。これにより、プラズマ発生室Ｂ内に導入されるマイク
ロ波が共振したとき、効率よくプラズマ発生室Ｂに吸収
され、高密度のプラズマを発生させることが可能となる
。

【０００７】次に、上記従来のＥＣＲプラズマ処理装置
の動作について説明する。

【０００８】まず、真空ポンプを起動してプラズマ発生
室Ｂとプラズマ反応室Ｃとを排気することにより、各室
内Ｂ、Ｃを１×１０−６Ｔｏｒｒまで減圧する。つぎに
、ガス供給管３を介してプラズマ発生室Ｂ内に反応ガス
としてハロゲンガスを供給し、プラズマ発生室Ｂ及びプ
ラズマ反応室Ｃの真空度が５×１０−４Ｔｏｒｒ　とな
るように調圧しておく。この後、ソレノイドコイル４に
通電して図３の右側のグラフに示すように、ＥＣＲ条件
である８７５ガウスの磁場を形成し、続いてマグネトロ
ンにて発生させた２．４５ＧＨｚ　のマイクロ波を導波
管２を介してプラズマ発生室Ｂ内に導入する。このとき
、反応ガスが励起してＥＣＲプラズマが発生し、プラズ
マ発生室Ｂ内は円筒空胴共振空間となる。これに伴って
、プラズマは磁場の方向に沿うプラズマ流となりアパー
チャ１１からプラズマ反応室Ｃ内に流入する。

【０００９】このプラズマ反応室Ｃにおいては、磁束密
度が疎となるので、プラズマ流はアパーチャ１１側から
処理台５側に向かうとき、漸次拡散することになる。こ
のため、プラズマが処理台５上に載置されたウエハ６の
全面に注がれて、イオンによりウエハ６のエッチング処
理が行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ＥＣＲプラズマ処理装置は、ソレノイドコイル４がプラ
ズマ発生室Ｂ側にのみ配置されていることから、プラズ
マ反応室Ｃ側においては発散磁場となり、ウエハ６の直
近でプラズマが拡散状態となる。従って、イオンの注入
方向が、ウエハ６に対して直角とならない状態が生じ、
ウエハ６の中央部より周辺部に向かって漸次傾斜する。 このため、図５（ａ）に示すように、ウエハ６の中央部
では、垂直なエッチング処理が行われるものの周辺部に
おいては同図（ｂ）の如くアンダー部分が弯曲するエッ
チングとなっていた。従って、半導体の歩留りが悪くな
り、製品の信頼性も低下するという問題が残されていた
。また、プラズマ発生室Ｂから一定の距離を隔てたプラ
ズマ反応室Ｃ内に処理台５を配置しているので、プラズ
マ流の経路は必然的に長くなる。このため、ウエハ６の
近傍ではプラズマ密度が低下して、ウエハ６のエッチン
グ処理速度が遅くなるという難点があった。

【００１１】本発明は、上記課題を解決することを目的
としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明はマイクロ波を導入する導波管と、この導波管
に一端が連通し外周には磁気発生手段が配置されたプラ
ズマ処理ボックスと、被処理物を載置する処理台とを備
え、前記プラズマ処理ボックス内における導波管側の空
間を、プラズマ処理室とし、このプラズマ処理室が空胴
共振空間となる位置に、前記処理台をマイクロ波の導入
方向に直交して配置したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】この発明は、プラズマ処理空間の所定位置に処
理台を配置して空胴共振空間を構成するようになってい
るので、プラズマ処理空間内にマイクロ波が導入された
とき、このマイクロ波の反射波が小さくなり、吸収効率
が向上する。このため、プラズマ処理空間において、高
密度のプラズマが発生する。そして、このプラズマは、
プラズマ処理ボックスの外周に配置された磁気発生手段
により形成される磁場の方向に沿ったプラズマ流となる
。このとき、プラズマ流の方向は、マイクロ波の導入方
向に一致するので、この方向に直交して配置された処理
台上の被処理物にはプラズマが直角に入射することにな
る。このため、被処理物の全面に亘って入射方向の揃っ
たイオンが注入されるので、被処理物が半導体ウエハで
あると、垂直なエッチングが行われるものである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、ＥＣＲプラズマ処理装置の縦断面図であ
る。このＥＣＲプラズマ処理装置は、プラズマ処理ボッ
クス１内に処理台５を配置して、円筒空胴共振空間を構
成するようになっており、他は図３に示す従来例と基本
的構成が略同一である。前記プラズマ処理ボックス１は
、上述のプラズマ発生室Ｂおよびプラズマ反応室Ｃを兼
ねるもので、円筒状に形成されている。そして、上部開
口１ａには、図示しないマグネトロンに連通する導波管
２の下端が接続されるとともに、この近傍に反応ガスと
してハロゲンガスを導入するガス供給管３が接続されて
いる。また、下部開口１ｂは、真空ポンプに連通し使用
済ガスを排出する排気口となっている。さらに、このプ
ラズマ処理ボックス１内の上部側は、被処理物としてウ
エハ６をエッチング処理するプラズマ処理室Ａとされ、
このプラズマ処理室Ａ側におけるプラズマ処理ボックス
１の外周に磁気発生手段としてソレノイドコイル４が巻
回されている。このソレノイドコイル４は、通電により
プラズマ処理室Ａにおいてマイクロ波の導入方向に沿っ
た８７５ガウスの磁場を形成するようになっている。

【００１５】前記処理台５は、ウエハ６を載置するもの
で、マイクロ波の導入方向である導波管２の軸方向Ｚに
直交して、円筒空胴共振空間を構成する所定位置に配置
されている。この処理台５は、上式（１）の諸条件を充
足してＴＥ１１３　モードの円筒空胴共振空間を得るた
めに、マイクロ波の波長λ０＝１２．２ｃｍ、内径２ａ
＝２０ｃｍとしたとき、高さｈが１９．６ｃｍとなるよ
うに設定している。これにより、ＥＣＲ条件である８７
５ガウスの磁束強度において、プラズマ処理室Ａ内にマ
イクロ波が導入されたとき、高密度のプラズマが励起さ
れるものである。

【００１６】次に、上記ＥＣＲプラズマ処理装置の動作
について説明する。

【００１７】まず、真空ポンプを起動してプラズマ処理
ボックス１内を排気することにより、プラズマ処理室Ａ
内を１×１０−６Ｔｏｒｒ　まで減圧する。つぎに、ガ
ス供給管３を介してプラズマ処理室Ａ内にハロゲンガス
を供給し、プラズマ処理室の真空度が５×１０−４Ｔｏ
ｒｒ　となるように調圧しておく。この後、ソレノイド
コイル４に通電してＥＣＲ条件である８７５ガウスの磁
場を形成する。この際、磁場はマイクロ波の導入方向Ｚ
に一致して、プラズマ処理ボックス１の長手方向に沿っ
て形成される。

【００１８】続いて、マグネトロンにて発生させた２．
４５ＧＨｚ　のマイクロ波を導波管２を介してプラズマ
処理室Ａ内に導入する。このとき、ハロゲンガスが励起
してプラズマ処理室Ａ内はＥＣＲプラズマを発生する円
筒空胴共振空間となる。この円筒空胴共振空間は、プラ
ズマ処理室Ａと処理台５とで構成され、図１の右側のグ
ラフに示す如くＥＣＲ条件である８７５ガウスの磁束密
度下にあることから、マイクロ波の反射波が小さくなり
、その吸収効率も向上するために高密度のプラズマが発
生する。そして、このプラズマは、ソレノイドコイル４
によって形成される磁場の方向、つまりマイクロ波の導
入方向Ｚに沿って処理台５側に向かうプラズマ流となる
。 このため、処理台５上のウエハ６には、経路の短い高密
度のプラズマ流が入射することになり、ウエハ６の全面
に垂直方向のイオンが注入される。よって、ウエハ６は
、図４に示すように、中央部（ａ）および周辺部（ｂ）
の何れにおいても、アンダー部に向けて垂直のエッチン
グが行われる。しかも、エッチングは高密度のプラズマ
を発生するプラズマ処理室Ａ内で行われるから、エッチ
ング速度は高速となる。

【００１９】次に、ＥＣＲプラズマ処理装置の他の実施
例について説明する。

【００２０】図２は、ＥＣＲプラズマ処理装置の縦断面
図である。このＥＣＲプラズマ処理装置は、プラズマ処
理ボックス２の外周に配置される磁気発生手段として２
個のヘルムホルツコイル７、８を用いたもので、他は上
記実施例と同一であり、詳細な説明は省略する。

【００２１】前記ヘルムホルツコイル７、８はプラズマ
処理ボックス１の上部と中央部とに巻回されており、上
部側のヘルムホルツコイル７がプラズマ処理ボックス１
の上端近傍に、中央部側のヘルムホルツコイル８が処理
台５の外方にそれぞれ位置するようになっている。

【００２２】しかして、上記構成により、ヘルムホルツ
コイル７、８のそれぞれに通電すると、図２の右側のグ
ラフに示すように、プラズマ処理ボックス１の長手方向
に沿って均一の８７５ガウスの磁場が形成される。この
とき、ヘルムホルツコイル７、８がプラズマ処理ボック
ス１の上部と中央部との外周に配置されていることから
、プラズマ処理室Ａにおいて内径方向に均質で広い領域
に及ぶ磁場が形成される。このため、マイクロ波をプラ
ズマ処理室Ａ内に導入すると、円筒空胴共振空間の形成
に伴って高密度のプラズマが発生する。そして、このプ
ラズマは、磁場の方向に沿って処理台５側に向かうプラ
ズマ流となり、処理台５上のウエハ６に供給される。 このとき、処理台５がプラズマ処理室１内において、８
７５ガウスの磁場内に配置されており、高密度のプラズ
マが与えられるとともに、プラズマ流の経路も短いので
、ウエハ６のエッチングはより高速度に行われる。しか
も、プラズマ流は、プラズマ処理室Ａの径方向において
均質な磁場によって形成されるので、ウエハ６に対する
入射方向（矢印Ｚ方向）が直線状に揃ったプラズマがウ
エハ６の全面に注がれることになる。このため、ウエハ
６には、中央部および周辺部の何れにおいても均質なイ
オンが注入されることになり、図４の如く、ウエハの中
央部（ａ）および周辺部（ｂ）の何れにおいても、アン
ダー部に到るまで垂直のエッチングが高速度で行われる
。

【００２３】なお、上記実施例においては、ＥＣＲプラ
ズマ処理装置を、ウエハ６のエッチングを行うためのエ
ッチング装置に使用する場合について説明したが、本発
明を薄膜を形成するためのＣＶＤ装置として採用するこ
とも可能である。この場合も、基板の全面に対して垂直
方向のイオンを注入することができるので、ステップカ
バレジ（段差被覆性）の特性が向上し、基板の全面に均
質な薄膜形成を行うことができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、プラズマ
処理室にて発生するプラズマが、マイクロ波の導入方向
に一致する磁場の方向に沿って被処理物に供給されるか
ら、この被処理物の全面に亘って直角方向のイオンを入
射させることができる。このため、ＥＣＲプラズマ処理
装置をエッチング装置に適用し、被処理物として例えば
ウエハをエッチングする場合は垂直なエッチング処理を
行うことができる。また、このＥＣＲプラズマ処理装置
を基板に薄膜を形成するＣＶＤ装置に適用する場合は、
ステップカバレジの良い半導体を得ることができる。よ
って、エッチング装置およびＣＶＤ装置の何れにおいて
も、歩留りが向上するため、良品質の製品を提供できる
効果がある。

【００２５】また本発明は、プラズマ処理ボックス内に
おけるプラズマ処理空間がマイクロ波の共振による空胴
共振空間となるように処理台を配置したので、マイクロ
波の導入時に反射波を小さくして吸収率を高め高密度の
プラズマを発生させることができる。このため、処理台
をプラズマ発生室の外方に位置させる従来のＥＣＲプラ
ズマ処理装置に比して、被処理物の高速処理が可能とな
り、生産性が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるＥＣＲプラズマ処理装置
を示す縦断面図である。

【図２】本発明の他の実施例であるＥＣＲプラズマ処理
装置を示す縦断面図である。

【図３】従来のＥＣＲプラズマ処理装置を示す縦断面図
である。

【図４】本発明のＥＣＲプラズマ処理装置によるエッチ
ング形状を示す断面図である。

【図５】従来のＥＣＲプラズマ処理装置によるエッチン
グ形状を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　プラズマ処理ボックス ２　　導波管 ４　　磁気発生手段（ソレノイドコイル）５　　処理台 ６　　被処理物（ウエハ） ７、８　　磁気発生手段（ヘルムホルツコイル）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　マイクロ波を導入する導波管と、この
   導波管に一端が連通し外周には磁気発生手段が配置され
   たプラズマ処理ボックスと、被処理物を載置する処理台
   とを備え、前記プラズマ処理ボックス内における導波管
   側の空間を、プラズマ処理室とし、このプラズマ処理室
   が空胴共振空間となる位置に、前記処理台をマイクロ波
   の導入方向に直交して配置したことを特徴とするＥＣＲ
   プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】　　磁気発生手段が空胴共振空間の形成時
   においてプラズマ波の導入方向に沿って均一な磁場強度
   を形成するコイルにより構成されてなることを特徴とす
   る請求項１に記載のＥＣＲプラズマ処理装置。