JPH04343420A - プラズマ反応装置とそれを用いた基板の処理方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガス放電によりプラ
ズマを発生させ、発生したプラズマを利用して半導体基
板表面のエッチングを行なうプラズマ反応装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造においては、半導体基
板に薄膜形成、エッチング等の処理が行なわれる。この
ような半導体基板処理装置の一つとして、ガス放電によ
るプラズマを利用したプラズマ反応装置がある。図５は
、電子サイクロトロン共鳴放電（ＥＣＲ放電）により発
生するプラズマを利用した従来の一般的なプラズマ反応
装置１００　の概略断面図である。図５において、この
プラズマ反応装置１００　は反応室１とこの反応室１中
にマイクロ波を導入するための導波管６と、マイクロ波
の導入口となる石英板７と、反応室１の外周部にそれを
囲むように設けられた磁場発生手段である単一のソレノ
イドコイル４と、ミラーコイル５とを有する。反応室１
の上部にはガス導入口８が設けられ、反応室１の底部に
は排気口１３が設けられている。また、反応室１の内部
には、半導体基板２を載せる保持台３が設けられている
。

【０００３】この装置の動作は次の通りである。反応室
１内部を排気口１３から図示しない真空ポンプで十分に
排気した後、反応室１内にガス導入口８から反応性ガス
を導入しながらその一部を排気口１３から排気し、ガス
圧力を所定の値にする。さらに図示しないマイクロ波電
源により発生された周波数２．４５ＧＨｚ　のマイクロ
波を導波管６及び石英板７を介して反応室１に導入する
。一方、反応室１の周囲に設けられた単一のソレノイド
コイル４に通電してこのソレノイドコイルにより反応室
１内にＥＣＲを励起させるための磁場、つまり磁束密度
８７５Ｇａｕｓｓの領域を有する磁場を発生させる。さ
らにミラーコイル５にもソレノイドコイル４と同一方向
の磁界を発生させるよう通電し、ソレノイドコイル４と
ミラーコイル５の間に弱いミラー磁場を形成し、半導体
基板２の表面に対して、磁力線を垂直に作用させる。

【０００４】以上の動作において、反応室１内の反応性
ガス分子はＥＣＲにより加速された電子との衝突により
プラズマ化される。生成した反応性ガスプラズマは、磁
力線に沿って拡散し保持台３上の半導体基板２の表面に
垂直に入射する。このとき半導体基板２の表面が方向性
をもってエッチングされる。なお、この際に用いられる
ガスの種類，圧力，マイクロ波電力等は処理すべき半導
体基板２の工程に応じて選択される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のＥＣＲ放電を利
用したプラズマ反応装置１００　は、以上のように電子
サイクロトロン共鳴に必要な磁場を単一のソレノイドコ
イル４により発生していたために、共鳴領域を広くかつ
均一に形成する、つまり高エッチングレートで高均一の
エッチング装置を得ることが困難であった。この理由を
図６に示すソレノイド電流値とエッチレートおよび磁場
の均一性のデータも参考にして説明する。

【０００６】ソレノイドコイル４への通電電流値が図６
に示す約１６０　Ａと小さいときは、反応室径方向中心
付近ではＥＣＲ領域での磁場勾配が小さく、径方向中心
から遠ざかるに従い磁場勾配が大きく形成されているの
で、（図７で後述する）図５の斜線部１１で示す如く中
心付近で広く、径方向中心から遠ざかるに従い狭くなる
ような共鳴領域の分布を示す。一方、ソレノイドコイル
４の通電電流値が約１９０　Ａと大きいときは、ＥＣＲ
領域での磁場勾配が大きいので（図７で後述する）、図
５の斜線部１２に示すように均一なＥＣＲ領域が形成さ
れていたが、均一な磁場範囲が狭く、従って狭い共鳴領
域が形成されていた。

【０００７】ここで、従来のプラズマ反応装置を用いて
実験した結果を図６，図７に基づいて詳述する。使用し
たコイル諸元は、内径２７ｃｍ，外径３９ｃｍ，軸方向
長さ１４ｃｍ，巻数１６０　である。エッチングは、塩
素ガス流量１０ｃｃ／分，圧力０．５ｍＴｏｒｒ，マイ
クロ波電力６００　Ｗの条件下で生成したプラズマによ
り６インチ径のＳｉ基板を処理したものである。図７に
示す磁場特性によると、コイル電流値が小さい場合、磁
場勾配値が小さくなるが、中心軸上（Ｒ＝０ｃｍ）と中
心より径方向１０ｃｍの点（Ｒ＝１０ｃｍ）における勾
配値は大きく異なっている。磁場勾配値とＥＣＲ領域の
広さは反比例の関係にあるため、磁場勾配値が小さい時
に広いＥＣＲ領域が形成され、その結果生成されたプラ
ズマ密度が高まる。従って図６に示す如くコイル電流値
が小さい場合にエッチレートが高まることになる。実用
的なエッチレートは１０００Å／ｍｉｎ　以上が望まし
いが、そのとき磁場の均一性は２０％以上と極めて悪く
なり、図５に示した斜線１１のようなＥＣＲ領域の分布
となり、半導体基板２上のエッチングの均一性が得られ
ない。一方、均一なＥＣＲ領域（図５の１２）を得よう
とすると（図６のコイル電流１９０　Ａ付近）実用的な
エッチレート１０００Å／ｍｉｎ　はとても得られない
。

【０００８】以上のように従来のＥＣＲを用いたプラズ
マ反応装置では、エッチング速度の向上と均一性の向上
を両立させることができないという問題点があった。

【０００９】つまり、以上の説明からも判るように、磁
場勾配とエッチレートは密接な関係がある。エッチレー
トの均一性向上のためには磁場勾配の均一性向上が不可
欠である。図７中に示した磁場勾配値の径方向均一性は
中心軸から中心より１０ｃｍの点までの磁場勾配値の最
大値と最小値より次式により導出したものである。 　　図７の点線に示したカープから明らかなようにコイ
ル電流を増すことにより均一性が良好となる傾向があり
、図６に示したエッチレート均一性と良い一致を示して
いる。しかし、均一性を高めるためコイル電流を増すと
磁場勾配値が大きくなってしまうため、エッチレートが
低下することとなる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るプラズマ
反応装置は、磁場発生手段によって形成される磁場がＥ
ＣＲ領域内で軸方向に５０ガウス／ｃｍ以下の磁場勾配
値で、かつこの磁場勾配の最大値と最小値の差が１０ガ
ウス／ｃｍ以下に形成されているものである。

【００１１】

【作用】この発明におけるプラズマ反応装置では、ＥＣ
Ｒ領域内で軸方向に５０ガウス／ｃｍの磁場勾配で、か
つ均一性が１０ガウス／ｃｍ以下に形成されているので
、高密度プラズマを均一性高く生成でき、半導体基板を
高速かつ高均一で処理することが可能となる。

【００１２】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。但し、以下の実施例の構成及び作用は、図
５の装置と一部を除き同様であるので、以下においては
特に相違する点のみについて詳しく説明し、他の点の詳
しい説明は省略する。

【００１３】図１は、この発明の実施例を示す概略断面
図である。この実施例では、磁場発生手段２０がソレノ
イドコイル４とギャップＢだけ離して補助コイル９が設
置されている点を除けば、図５の装置と同じ構成である
。 また、ソレノイドコイル４と補助コイル９およびミラー
コイル５はそれぞれ独立に電流を流すように構成されて
いる。

【００１４】この実施例においては、ＥＣＲ領域をギャ
ップＢのの位置に形成するように、磁場発生手段２０の
ソレイノドコイル４と補助コイル９の電流値を設定して
いる。２つのコイルの通電電流は同一方向である。この
実施例のソレノイドコイル４は従来例の装置と同一のも
のを使用し、これに１４０　Ａの電流を印加している。 補助コイル９はギャップＢを３ｃｍとした位置に設置し
てあり、この補助コイルの諸元はコイル内径２７ｃｍ，
コイル外径３９ｃｍ，軸方向長さ６ｃｍ，巻数６４であ
る。

【００１５】本発明の一実施例による動作を説明する。 ソレノイドコイル４の単独励磁で形成される磁場は、従
来例の図５の１１で示されたように広い共鳴領域が形成
されるものの均一性に欠ける。

【００１６】この磁場に対して補助コイル９の励磁電流
値を増していくと、ギャップＢが存在するためにソレノ
イドコイル４と補助コイル９との間で弱いミラー磁場が
形成されてくる。

【００１７】この効果は反応室１の外周部から現れ始め
、励磁電流を増すにしたがい中心部に影響を及ぼしＥＣ
Ｒ領域が次第に広がっていく。図２は補助コイル電流を
変化させた場合の磁場特性を示す図である。この図から
判るように補助コイル電流が１１０　Ａ〜１４０　Ａの
範囲で磁場勾配が３０ガウス／ｃｍでかつ磁場勾配の最
大値と最小値の差である磁場勾配の均一性が１０％以下
を実現している。表１は上記本実施例によるプラズマ反
応装置によってＳｉエッチングを行なった結果を従来の
ものと対比して示したものである。このように本実施例
では磁場勾配値が２７ガウス／ｃｍと十分低くかつ均一
性も３．８％と向上しているので高いＳｉエッチレート
を保持しながら高い均一性を得て、従来装置の問題点を
解決している。

【００１８】

【表１】

【００１９】実施例２．上記実施例では、ギャップＢの
大きさを３ｃｍとしたが補助コイル９の長さＡの１／４
　〜１倍とすることによっても、上記実施例と同様の効
果を奏する。

【００２０】実施例３．上記実施例の磁場発生手段２０
は、ソレノイドコイル４と補助コイル９をギャップＢを
介して設けたものを示したが、必ずしも２個のコイルと
する必要はなく、図３に示すような１つのソレノイドコ
イル枠４ｂ内に、２個のコイル４，９をスペーサ１４を
介してギャップＢを設けた磁場発生手段２０でもよい。

【００２１】実施例４．またさらに上記磁場発生手段２
０は図４に示すような１つのソレノイドコイル４ｃに複
数の励磁用タップ１５を設けたものであってもよい。こ
の実施例では、タップを適宜使用することにより実質的
なギャップＢの長さを自由に設定出来るという特徴を有
する。

【００２２】

【発明の効果】以上のようにこの発明のプラズマ反応装
置は、プラズマ反応室と、この反応室にマイクロ波を導
入する導波管と、上記反応室の外周部に設けられた磁場
発生手段とを備え、上記マイクロ波と上記磁場発生手段
の形成する磁場とにより電子サイクロトロン共鳴を励起
してプラズマを発生させ、このプラズマにより上記反応
室内に設置された半導体基板を処理するプラズマ反応装
置において、上記磁場が上記電子サイクロトロン共鳴領
域内で、軸方向に５０ガウス／ｃｍ以下の磁場勾配値で
、かつこの磁場勾配の最大値と最小値の差が１０ガウス
／ｃｍ以下に形成されるように構成したので、高エッチ
ング速度で高均一のプラズマ反応装置が得られるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるプラズマ反応装置を
示す断面図である。

【図２】この発明の一実施例による磁場特性図である。

【図３】この発明の第３の実施例による磁場発生手段の
断面図である。

【図４】この発明の第４の実施例による磁場発生手段の
断面図である。

【図５】従来のプラズマ反応装置の断面図である。

【図６】従来のプラズマ反応装置によるエッチングレー
ト特性図である。

【図７】従来のプラズマ反応装置による磁場勾配特性図
である。

【符号の説明】

１　　反応室 ２　　半導体基板 ４　　ソレノイドコイル ５　　ミラーコイル ６　　導波管 ９　　補助コイル １０　　共鳴領域 １１　　共鳴領域 １２　　共鳴領域 １４　　スペーサ １５　　励磁用タップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　プラズマ反応室と、この反応室にマイ
   クロ波を導入する導波管と、上記反応室の外周部に設け
   られた磁場発生手段とを備え、上記マイクロ波と上記磁
   場発生手段の形成する磁場とにより電子サイクロトロン
   共鳴を励起してプラズマを発生させ、このプラズマによ
   り上記反応室内に設置された半導体基板を処理するプラ
   ズマ反応装置において、上記磁場が上記電子サイクロト
   ロン共鳴領域内で、軸方向に５０ガウス／ｃｍ以下の磁
   場勾配値で、かつこの磁場勾配の最大値と最小値の差が
   １０ガウス／ｃｍ以下に形成されていることを特徴とす
   るプラズマ反応装置。