JPH04324631A

JPH04324631A - 表面処理装置

Info

Publication number: JPH04324631A
Application number: JP9446791A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsunaga; 康松永; Keiji Horioka; 啓治堀岡; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1992-11-13

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、半導体集積回路素子な
どの製造工程で用いられる放電加工装置に係わり、特に
被処理基体表面に対しエッチングや薄膜形成などの表面
処理を行うための表面処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩメモリなどの集積回路素子の製造
工程は、基本的に薄膜の堆積と、微細加工の繰り返しに
よって成り立っている。これらのうち、微細加工には液
相エッチング，プラズマエッチング及び反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）等が、薄膜堆積には化学気相成長（
ＣＶＤ），プラズマＣＶＤ及びスパッタ等が用いられる
が、特に最近は放電を利用する表面処理方法の比重が高
くなりつつある。

【０００３】ＲＩＥ，プラズマＣＶＤ及びスパッタ等に
用いられる放電加工装置は、一般に真空容器内に配置さ
れた平行平板電極に直流や交流の電界を印加し、容器内
にグロー放電やマグネトロン放電を発生する共通の特徴
を有する。一例として、典型的なマグネトロン型反応性
イオンエッチング装置の概略を図６に示す。

【０００４】真空容器６０内にウェハ６１を載置する電
極６２が設置され、この電極と容器６０の上壁からなる
対向電極６３との間に高周波電源６４が接続されている
。容器６０内にはガス導入口６５からＣＦ４　，Ｃｌ２
　等のハロゲンを含む反応性ガスが導入され、また容器
６０内のガスはガス排気口６６から排気される。対向電
極６３の裏面には永久磁石６７が設置され、この磁石６
７により各電極６２，６３間に放射状の平行磁界が印加
される。

【０００５】この装置では、電極６２，６３間に例えば
１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、
電極６２，６３間に放電が生起されてプラズマが発生す
る。被処理基体であるウェハ６１と放電中のプラズマの
間には、ウェハ６１を負、プラズマを正とする自己バイ
アス電圧が発生するため、プラズマ中のイオンはウェハ
６１の表面に向かって加速され略垂直に入射する。適切
な圧力，ウェハ温度及びガス組成を選択すると、イオン
の照射された面だけでエッチング反応が進行するため、
マスクの下にアンダーカットのない異方性エッチングが
実現できる。

【０００６】しかも、電極６２，６３間に放射状の平行
磁界を供給しているので、荷電粒子はこの磁界と電極の
自己負バイアスによるサイクロイド状のドリフト運動が
閉回路にて、同一軌道上を繰り返し周回することになる
。このため、高密度なプラズマを生成でき、加工速度は
速くなる。しかしながら、プラズマの密度がウェハ上で
一様ではなく、加工の均一性に問題がある。

【０００７】図７に示すように、階段状永久磁石７１に
よって電極６２，６３間に均一な平行磁界を供給すれば
磁界に平行方向の加工の均一性は上昇するが、垂直方向
では荷電粒子が一様に一方向にドリフト運動し、プラズ
マがかたよるので加工の均一性が悪い。これを防ぐため
に、図７では磁石７１を回転させる。しかしこの装置で
は、ドリフト運動の経路が閉回路をなしていないため、
高真空で高密度な放電を維持することは困難となる。

【０００８】一方、ＬＳＩの高度化と共に設計最小寸法
も縮小するため、加工精度やエッチングの均一性に対す
る要求は厳しくなる傾向にあり、ウェハ端部の影響を除
いた高精度なエッチングが可能で、高真空で放電が維持
できるような装置が要求される。また、プラズマＣＶＤ
装置やスパッタ成膜装置でもほぼ同じであり、成膜の速
度や膜の組成を均一にする様な装置構成を追求すると、
高真空で高密度な放電が困難となり、さらに電極面積や
反応容器の大きさを拡大せざるを得ない問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、平行
板電極を備えた表面処理装置においては、均一な一方向
磁界を与えれば加工の均一性や精度は上がるが、高真空
で高密度な放電が維持できない問題があった。また、加
工の均一性を追求すると反応容器を拡大せざるを得ない
問題もあった。

【００１０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、比較的小さな反応容器
で、比較的高真空で高密度な放電を維持でき、均一性に
優れた高精度な加工を行い得る表面処理装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、被処理
基体の周辺部における磁界強度を上げることにあり、こ
のために通常の磁気印加機構とは別に局所的に磁界を印
加する機構を設けたことにある。

【００１２】即ち本発明（請求項１）は、平行平板電極
間の放電プラズマを利用して被処理基体の表面処理を行
う表面処理装置において、真空容器と、この真空容器内
に配置され、被処理基体を載置するサセプタを兼ねた主
電極及び該主電極の周辺に配置された環状の副電極から
なる第１の電極と、この第１の電極に対向して設けられ
た第２の電極と、真空容器内に所定のガスを導入する手
段と、第１及び第２の電極間にこれらの電極面に対し略
平行な磁界を印加する第１の磁気印加手段と、副電極の
裏面側に配置された環状の永久磁石からなり、該副電極
の表面に対し略平行な磁界を印加する第２の磁気印加手
段と、主電極と第２の電極の間及び副電極と第２の電極
の間に、互いに独立に制御された電界を印加する手段と
を具備してなることを特徴とする。

【００１３】また、本発明（請求項２）は、平行平板電
極間の放電プラズマを利用して被処理基体の表面処理を
行う表面処理装置において、真空容器と、この真空容器
内に配置され被処理基体を載置する第１の電極と、第１
の電極に対向配置された第２の電極と、真空容器内に所
定のガスを導入する手段と、各電極間にこれらの電極面
に対し略平行な磁界を印加する第１の磁気印加手段と、
第１の電極の裏面側周辺部に配置された環状の永久磁石
からなり、第１の電極の周辺部に電極表面と略平行な磁
界を印加する第２の磁気印加手段と、第１の電極と第２
の電極の間に電圧を印加する手段とを具備してなること
を特徴とする。

【００１４】また、本発明（請求項３）は、平行平板電
極間の放電プラズマを利用して被処理基体の表面処理を
行う表面処理装置において、真空容器と、この真空容器
内に配置され、被処理基体を載置するサセプタを兼ねた
第１の電極と、この第１の電極に対向配置された第２の
電極と、第１及び第２の電極の対向方向を軸心とし、こ
れらの電極を囲むように配置された円筒状の第３の電極
と、真空容器内に所定のガスを導入する手段と、第１及
び第２電極間にこれらの電極面に対し略平行な磁界を印
加する第１の磁気印加手段と、第３の電極の軸心に略平
行な磁界を印加する第２の磁気印加手段と、第１，第２
，第３の電極の間に電界を印加する手段とを具備してな
ることを特徴とする。また、本発明の望ましい実施態様
としては次の　（１）〜（５）　があげられる。

【００１５】（１）　副電極の裏面側に配置して電極の
表面に対し略平行な磁界を印加する第２の磁気印加手段
として、２重の同心円周上に配置され、その内周部と外
周部が互いに逆極性となるように着磁された一対の永久
磁石を用いる。（２）　真空容器内に導入するガスとして、少なくとも
酸素又はハロゲン元素を含むガスを用いて、被処理基体
をエッチングする。

【００１６】（３）　真空容器内に導入するガスとして
、少なくとも周期律表第２族〜第６族の元素を含むガス
を用い、被処理基体表面に該周期律表第２族〜第６族の
元素の単体若しくは、化合物薄膜を堆積する。（４）　真空容器内に導入するガスとして、不活性ガス
を用い、主電極と副電極の表面材料を含む薄膜を被処理
基体表面に堆積する。（５）　第１，第２，第３の電極の間に互いに独立に制
御された電界を印加する。

【００１７】

【作用】本発明によれば、平行平板電極に対し均一な平
行磁界を有しているので、広範な領域で一様なプラズマ
を供給させることが可能で、また加工の均一性を上げる
ことが可能である。また、平行平板電極間に放射状の第
２の磁界を有しているので、印加電圧とこの第２の磁界
により荷電粒子の運動を閉回路にでき、荷電粒子を真空
容器の壁に逃がすことなく閉じ込めることが可能で、高
真空で高密度な放電が可能である。また、各電極に独立
に電圧を印加させることができるので、部分的なプラズ
マの生成，供給、或いは部分的な密度，温度の制御が可
能である。さらに、印加電圧によりウェハに当たる粒子
のエネルギーを制御することが可能で、方向性の優れた
ダメージの少ないエッチングや薄膜の堆積が可能である
。

【００１８】次に、ウェハより大きな電極或いは副電極
の作用について述べる。ウェハと同じ面積をもつ電極で
は、該電極の端部では、段差の効果或いは電極が打ち切
られる効果のために、中心部とは電界の大きさ及び方向
が異なり、エッチング速度が不均一になったり、加工形
状が不均一になったりする。本発明では、ウェハの周辺
部に副電極或いはウェハより口径が大きい電極を与えて
おり、さらに第２の磁界を与え、また各電極に独立に制
御可能な電圧を与えているので、ウェハ面上のプラズマ
の状態を周辺部まで制御することが可能で、加工の均一
性を向上させることが可能である。さらに本発明では、
ウェハ面積に対し電極面積を比較的小さくすることが可
能で、反応容器自体も縮小することが可能である。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施例に係る表面
処理装置を示す概略構成図である。図中１０は円筒型の
真空容器であり、この容器１０内にはウェハ（被処理基
体）１１を載置するサセプタを兼ねた主電極１２が設置
されている。主電極１２の外周部には、主電極１２とほ
ぼ同一な面内にドーナツ状の副電極１３が設置されてい
る。主電極１２及び副電極１３からなる第１の電極に対
向する容器１０の上壁が上部電極（第２の電極）１４を
なし、これらの電極１２，１３と１４から平行平板電極
が構成されている。

【００２１】上部電極１４には、外側にガス導入口１５
が設けられ、内側に複数のガス噴出口１６が設けられて
いる。そして、ガス導入口１５から導入されたガスはガ
ス噴出口１６から噴出され、容器１０内のウェハ１１表
面に均一に供給される。そして、容器１０内のガスは、
排気系１７により排気されるものとなっている。

【００２２】主電極１２には、整合器２１を介して高周
波電源２２が接続されている。副電極１３には、スイッ
チ２３を介して接地端、又は整合器２４を介して高周波
電源２５が接続される。ここで、高周波電源２２，２５
間には位相整合器２６が接続されている。また、上部電
極１４はスイッチ２７を介して接地端に接続されている
。なお、本実施例では、電源２２，２５として１３．５
６ＭＨｚの高周波を用いたが、高周波に限らず低周波や
直流を用いることも可能である。

【００２３】なお、主電極１２には図示しない温度制御
機構及び静電チャックが設けられており、ウェハ１１は
主電極１２上に吸着固定される。また、実施例では主電
極１２及び副電極１３を容器１０の一部として用いたが
、これらの電極１２，１３を容器１０で完全に囲むよう
にしてもよい。

【００２４】上部電極１４の上方（裏面側）には、段付
き永久磁石（第１の磁気印加手段）３１が非磁性体磁石
ホルダ３２に支持されており、回転軸３３により駆動可
能となっている。副電極１３の下方（裏面側）には、二
重の同心円周上に配置され、その内周部と外周部が互い
に逆極となるように着持された永久磁石（第２の磁気印
加手段）３４が設置されている。なお、図中１８は主電
極１２と副電極１３とを絶縁するための絶縁体、１９は
副電極１３と容器１０とを絶縁するための絶縁体を示し
ている。

【００２５】図２は図１のドーナツ状副電極及び第２の
磁気印加手段としての永久磁石の具体的構成を示す断面
図、図３はその平面図である。なお、図２は図３の矢視
Ａ−Ａ断面に相当している。図中３４ａ〜３４ｄはサマ
リウム・コバルト磁石、３５はアルミニウム容器、３６
は鉄のヨークである。磁石３４は、外側の円環体を構成
する半円環状の磁石３４ａ，３４ｂと、内側の円環体を
構成する半円環状の磁石３４ｃ，３４ｄからなり、副電
極１３側において外側と内側の磁極は逆極性となってい
る。

【００２６】この装置では、真空容器１０内を比較的低
圧力（１０−２〜１０−３Ｔｏｒｒ）で運転させる。容
器１０内を真空引きした後、エッチング用の反応性ガス
を導入口１５より一様にウェハ１１上に噴出させる。電
源２２，２５の出力を設定し、差動させて各電極間で放
電させる。この場合、電源２５の出力は電源２２に対し
５分の１から１０分の１でよい。そして、位相調整器２
６を調整し振幅と位相を、例えばエッチング速度とウェ
ハ１１上のエッチング速度分布が最も均一となるように
設定する。磁石３１を固定したままでは当然分布の異方
性が残るので、軸３３を中心にして回転させる。この場
合、ドーナツ状副電極１３の裏面の磁石３４による補正
磁界と印加電界によって、電極１２，１４間のプラズマ
分布の一様性を向上させることができる。

【００２７】また、第２の磁気印加手段としての磁石３
４はドーナツ状で、その磁界は平行方向に放射状となっ
ているので、この磁界と副電極１３への印加電圧による
自己負バイアスによる荷電粒子の電極間に平行方向のド
リフト運動は、閉回路となり真空容器１０の側壁に逃げ
ることはない。

【００２８】電極１２と副電極１３を絶縁層１８で分離
したことによる利点は、副電極１３に自由に電界を印加
できることである。ウェハ端部の電界は、中心部と比べ
、段差や電極が打ち切られる効果のために歪んでいる。ウェハ中心部と同じ電界を与えるために絶縁層を置き、
その周辺部に電界を印加して補正するのである。本装置
では、この絶縁層１８と副電極１３の大きさは比較的小
さく、数センチメートルでも効果がある。

【００２９】また、本装置は第３電極である容器１０の
側壁と副電極１３の距離を近ずけても該両電極間で放電
を制御することができるので、ウェハ面上のプラズマを
一様に保ったまま、容器１０の大きさを小さくできる。図４は、本発明の第２の実施例を示す概略構成図である
。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明は省略する。

【００３０】この実施例では、主電極（第１の電極）１
２をウェハ１１の口径よりも大きくし、第３電極である
容器１０の側壁４３の裏面にドーナツ状の永久磁石４１
（第２の磁気印加手段）４１を配置する。ここで、永久
磁石４１は、半径方向に着磁された同一径の円環状の磁
石を同軸的に配置し、それぞれの磁石の磁極を軸方向に
見て逆極性となるようにしている。高周波電力は第１の
電極１２に印加し、また第２の電極１４はスイッチ２７
により浮遊するか、接地するか選択できる。

【００３１】この実施例の場合、副電極の代わりに第１
の電極１２の口径を広げ、さらに第２の磁気印加手段と
しての永久磁石４１により主なプラズマの生成領域をウ
ェハ１１の外においている。そして、そこから第３の電
極（容器１０の側壁４３）に対して平行方向、即ち第１
の電極１２に対して垂直方向の磁界によってプラズマを
ウェハ面上に滑らかに供給できる。また、活性種も拡散
によってウェハ面上に供給される。また、第３電極とし
ての容器側壁４３への印加電圧の自己バイアスと、永久
磁石４１による磁界により、先の第１の実施例と同様に
、荷電粒子の運動を閉回路にできるので、真空容器１０
の側壁に荷電粒子が逃げることを防ぐことができる。図５は、本発明の第３の実施例を示す概略構成図である
。なお、図１と同一部分は同一符号を付して、その詳し
い説明は省略する。

【００３２】真空容器１０の側壁を第３電極５１とし、
内側にコイル５２と５４、外側にコイル５３と５５を配
置する。内側コイル５２と５４に同方向の電流、外側コ
イル５３，５５には内側コイルに対して逆方向の電流を
流すと、真空容器１０の中心部では垂直方向の磁界が打
ち消され、側壁では第１の電極１２に対し垂直方向、即
ち第３電極５１に対して平行方向の磁界は強められる。この強められた垂直方向の磁界と第３電極５１の自己負
バイアスによって荷電粒子の運動を閉回路にでき、第２
の実施例と同じ効果が得られる。さらに各コイルに流す
電流を調整すればプラズマの生成領域、密度を変化させ
ることができる。

【００３３】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、容器内に供給するガス
はエッチング用のガスに限るものではなく、膜形成用の
ガス或いは不活性のガスであってもよい。これらのガス
の選択により、エッチング，膜形成，その他の表面処理
に適用することができる。また、第１及び第２の磁気印
加手段を構成する磁石或いはコイルは実施例に何等限定
されるものではない。第１の磁気印加手段は第１及び第
２の電極間に平行磁界を印加するもの、第２の磁気印加
手段は第１の電極の周辺部に平行若しくは垂直磁界を印
加するものであればよい。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
較的小さな反応容器でも、ウェハの周辺部まで一様なプ
ラズマ或いは活性種を供給でき、均一な加工を実現でき
る。さらに、荷電粒子の運動を閉回路にしているので、
壁に逃げる効果を抑えて、低圧（１０−３Ｔｏｒｒ以下
）でも高密度なプラズマを生成維持でき、エッチング速
度或いは堆積速度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わる表面処理装置を
示す概略構成図、

【図２】第１の実施例に用いた第２の磁気印加手段の具
体的構成を示す断面図、

【図３】第１の実施例に用いた第２の磁気印加手段の具
体的構成を示す平面図、

【図４】本発明の第２の実施例を示す概略構成図、

【図
５】本発明の第３の実施例を示す概略構成図、

【図６】
従来の表面処理装置を示す概略構成図、

【図７】従来の
表面処理装置を示す概略構成図、

【符号の説明】

１０…真空容器、１１…シリコンウェハ（被処理基体）、１２…主電極（
第１の電極）、１３…副電極、１４…上部電極（第２の電極）、２２，２５…高周波電源、３１…段付き永久磁石（第１の磁気印加手段）、３４，
４１…ドーナツ状永久磁石（第２の磁気印加手段）、５１…円筒電極（第３の電極）、５２，５３，５４，５５…コイル（第２の磁気印加手段
）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、この真空容器内に配置され、
被処理基体を載置するサセプタを兼ねた主電極及び該主
電極の周辺部に配置された環状の副電極からなる第１の
電極と、この第１の電極に対向して設けられた第２の電
極と、前記真空容器内に所定のガスを導入する手段と、
第１及び第２の電極間にこれらの電極面に対し略平行な
磁界を印加する第１の磁気印加手段と、前記副電極の裏
面側に配置された環状の永久磁石からなり、該副電極の
表面に対し略平行な磁界を印加する第２の磁気印加手段
と、前記主電極と第２の電極の間及び前記副電極と第２
の電極の間に、互いに独立に制御された電界を印加する
手段とを具備してなることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】真空容器と、この真空容器内に配置され被
処理基体を載置する第１の電極と、第１の電極に対向配
置された第２の電極と、前記真空容器内に所定のガスを
導入する手段と、前記各電極間にこれらの電極面に対し
略平行な磁界を印加する第１の磁気印加手段と、第１の
電極の裏面側周辺部に配置された環状の永久磁石からな
り、第１の電極の周辺部に電極表面と略平行な磁界を印
加する第２の磁気印加手段と、第１の電極と第２の電極
の間に電圧を印加する手段とを具備してなることを特徴
とする表面処理装置。
【請求項３】真空容器と、この真空容器内に配置され被
処理基体を載置するサセプタを兼ねた第１の電極と、こ
の第１の電極に対向配置された第２の電極と、第１及び
第２の電極の対向方向を軸心とし、これらの電極を囲む
ように配置された円筒状の第３の電極と、前記真空容器
内に所定のガスを導入する手段と、第１及び第２電極間
にこれらの電極面に対し略平行な磁界を印加する第１の
磁気印加手段と、第３の電極の軸心に略平行な磁界を印
加する第２の磁気印加手段と、第１，第２，第３の電極
の間に電界を印加する手段とを具備してなることを特徴
とする表面処理装置。