JPH0513373A

JPH0513373A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0513373A
Application number: JP18532091A
Authority: JP
Inventors: Saburo Tsukada; 三郎塚田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-01-22

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマ処理装置で、低圧から高圧の広い圧
力範囲において、均一且つ安定で高密度のプラズマを形
成できるようにするとともに、装置自身を小型化できる
ようにする。【構成】プラズマ処理装置は、反応ガスのプラズマを
形成する場となる反応室４、反応室内の底部に配設され
たウエハ載置台２、相対向するように反応室の側壁外部
に設置された一対の対向電極５ａ及び５ｂ、対向電極５
ａ及び５ｂの間に高周波を印加することにより反応ガス
のプラズマを形成するための高周波電源６及びプラズマ
を高密度化するための永久磁石３を有し、その対向電極
５ａ及び５ｂはその間に誘起された電場がウエハ載置台
２に載置されたウェハ１の平面に対して略平行となるよ
うに配設され、且つ永久磁石３はその磁場がウェハの平
面に略垂直となるように配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プラズマ処理装置に
関する。より詳しくは、半導体デバイスの製造プロセス
の中のエッチングプロセス、ＣＶＤプロセス、スパッタ
プロセス、アッシングプロセス等において使用されるプ
ラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩの製造プロセスにおいては、高
集積化に伴い微細加工技術へ要求はますます高いものと
なっている。このため、例えばエッチングプロセス、Ｃ
ＶＤプロセス、スパッタプロセス、アッシングプロセス
の各プロセスにおいて、微細加工技術によく対応できる
プラズマ処理装置を使用することが一般的に行なわれて
いる。

【０００３】このような従来のプラズマ処理装置として
は、図２〜５に示すようなものがある。図２のプラズマ
処理装置は同軸型プラズマ処理装置と称され、これは、
石英のベルジャー２３、その底部にウェハ載置台２２及
び石英ベルジャー２３の側壁外部に設けられた一対の電
極２４ａ及び２４ｂとから構成されている。ウェハ２１
はウェハ載置台２２に載置される。一対の電極２４ａと
２４ｂと間に高周波電源２５からの高周波を印加するこ
とにより、圧力１０^−１〜１０^１Ｔｏｒｒで石英ベルジ
ャー２３中の反応ガスをプラズマ化する。

【０００４】図３のプラズマ処理装置は平行平板型プラ
ズマ処理装置と称され、アルミニウム製のチャンバー３
３、その底部に配設された電極３２ａ、電極３２ａと対
向するようにチャンバー３３の内部に配設された電極３
２ｂから構成されている。ウェハ３１は電極３２ａ上に
載置される。対向する電極３２ａと３２ｂとの間に、高
周波電源３４からの高周波を印加することにより、圧力
１０^−１〜１０^１Ｔｏｒｒで対向する電極３２ａと３２
ｂとの間の反応ガスをプラズマ化する。

【０００５】図４のプラズマ処理装置は有磁場平行平板
型プラズマ処理装置と称され、アルミニウム製のチャン
バー４３、その底部に配設された電極４２ａ、電極４２
ａと対向するようにチャンバー４３の内部に配設された
電極４２ｂ、及び対向する電極のそれぞれに対して平行
に配設された永久磁石４４から構成されている。ウェハ
４１は電極４２ａ上に載置される。対向電極４２ａと４
２ｂとの間に、高周波電源４５からの高周波を印加する
ことにより、圧力１０^−３〜１０^−１Ｔｏｒｒで対向電
極４２ａと４２ｂとの間の反応ガスをプラズマ化し、同
時に永久磁石４４の磁場を利用して生成したプラズマ中
の電子とガス分子との衝突回数を増大させてプラズマを
高密度化する。

【０００６】図５のプラズマ処理装置はＥＣＲ型プラズ
マ処理装置と称され、アルミニウム製のチャンバー５
３、その底部に配設されたウェハ載置台５２、チャンバ
ー５３の側壁外部に設けられたソレノイドコイル５４及
び導波管５５とから構成されている。ウェハ５１はウェ
ハ載置台５２上に載置される。導波管５５からチャンバ
ー５３に導入されたマイクロ波により反応ガスをプラズ
マ化するが、ソレノイドコイル５４により磁場を印加す
ることにより、低ガス圧力（圧力１０^−４〜１０^−２Ｔ
ｏｒｒ）ででも高密度なプラズマを生成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマ処理装置には以下に述べるような問題がある。
即ち、図２に示すような同軸型プラズマ処理装置には、
磁場を印加する手段を有さないので高密度のプラズマが
得られず、その結果、エッチング速度やＣＶＤ速度を向
上させることができず、また、低圧の反応ガスをプラズ
マ化することもできない。

【０００８】図３に示すような平行平板型プラズマ処理
装置も、磁場を印加する手段を有さないので高密度のプ
ラズマが得られず、その結果、エッチング速度やＣＶＤ
速度を向上させることができず、また、低圧の反応ガス
をプラズマ化することできない。また、ウェハ３１にバ
イアス電圧が印加される構造となっているので、プラズ
マ中の活性イオン種の入射によってウェハが損傷してし
まう場合がある。更に、チャンバー３３内にアルミニウ
ム等の金属製の対抗電極３２ａ及び３２ｂが配設されて
いるので、電極金属によるウェハの汚染が生ずる。

【０００９】図４に示すような有磁場平行平板型プラズ
マ処理装置は、平行平板型プラズマ処理装置に磁場を印
加できるようにしたものであるので、低圧で高密度のプ
ラズマを得ることはできるが、磁場の向きがウェハに平
行となっている。従って、ウェハ上のプラズマ密度が不
均一となり、ウェハ面内におけるエッチング速度分布等
が不均一となる。また、ウェハ４１にバイアス電圧が印
加される構造となっているので、プラズマ中の活性イオ
ン種の入射によってウェハが損傷してしまう場合があ
る。更に、チャンバー４３内にアルミニウム等の金属製
の対抗電極４２ａ及び４２ｂが配設されているので、電
極金属によるウェハの汚染が生ずる。

【００１０】図５に示すようなＥＣＲ型プラズマ処理装
置は、磁場を印加するためのソレノイドコイルを有する
ので、低圧で高密度のプラズマを得ることはできる。し
かし、反応ガスのプラズマ化に導波管５５により導かれ
たマイクロ波を使用しているので、プラズマが不安定に
なる場合がある。また、ソレノイドコイル５４により磁
場を印加しているので、永久磁石に比べ磁場が不安定に
なりやすい。更に、図５に示すようなＥＣＲ型プラズマ
処理装置は、導波管５５やソレノイドコイル５４、更に
はそれらに付随する装置を有するので、装置の小型化が
困難である。

【００１１】この発明は、以上のような従来技術の問題
点を解決し、低圧から高圧の広い圧力範囲（１０^−３〜
１０^０Ｔｏｒｒ）において、均一且つ安定で高密度のプ
ラズマを形成することができ、しかも装置自身を小型化
できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【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、反応ガスのプラズマを形成する場と
なる反応室、該反応室内の底部に配設されたウエハ載置
台、相対向するように該反応室の側壁外部に設置された
一対の対向電極、該対向電極間に高周波を印加すること
により反応ガスのプラズマを形成するための高周波電源
及び該プラズマを高密度化するための永久磁石を有する
プラズマ処理装置であって、該対向電極はその間に誘起
された電場が該ウエハ載置台に載置されたウェハの平面
に対して略平行となるように配設され、且つ該永久磁石
はその磁場が該ウェハの平面に略垂直となるように配設
されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供す
る。

【００１３】

【作用】この発明のプラズマ処理装置においては、まず
ウェハをウェハ載置台に載置し、その後、反応室を高真
空化する。そして反応室に反応ガスを所定流量で導入し
つつ所定の圧力を維持する。次いで、反応室の側壁外部
に設置された一対の対向電極間に高周波電源から高周波
を印加することにより、反応ガスを放電させプラズマを
ウェハ平面に平行に誘起する。それと共に磁場をウェハ
平面に垂直に印加する。これにより、低圧から高圧の広
い圧力範囲において、均一且つ安定で高密度のプラズマ
を形成することが可能となる。しかも低圧での作業性を
獲得するためにマイクロ波発生装置やソレノイドコイル
及びそれらに付随する装置類を使用しないので装置の小
型化が可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明のプラズマ処理装置を図面を
参照しながら説明する。

【００１５】実施例１図１は、この発明のプラズマ処理装置の例を示す図であ
る。この処理装置は、反応ガス導入管７と真空排気装置
（図示せず）に接続された排気管８とを有する円筒形の
反応室４、必要に応じて加熱及び／又は冷却手段（図示
せず）を有するウェハ載置台２、一対の対向電極５ａ及
び５ｂ、永久磁石３及び高周波電源６とから構成されて
いる。ウェハ載置台２は反応室４の底部に設置されてお
り、その上にウェハ１が載置される。

【００１６】この発明において、反応室４はその中に導
入される反応ガスのプラズマを形成する場となるもので
ある。また、プラズマ化された反応ガスによりウェハ載
置台２に載置されたウェハ１に対してエッチングプロセ
ス、ＣＶＤプロセス、スパッタプロセス、アッシングプ
ロセス等の各種プロセスを適用する場となるものであ
る。反応ガスのプラズマ化に先立って、反応室４は、真
空排気装置により１０^−６Ｔｏｒｒ程度まで排気され
る。このような反応室４としては、従来のプラズマ処理
装置において使用されているものの中から使用目的に応
じて適宜選択することができるが、ウェハの汚染を考慮
すると石英ベルジャーが好ましく使用できる。また、反
応ガスとしては、この発明のプラズマ処理装置の使用目
的に応じて選択すればよい。例えばＳｉのエッチングを
する場合には、ＳｉのエッチャントであるＦラジカルの
供給源となるＣＦ_４等を反応ガスとすればよい。

【００１７】対向電極５ａ及び５ｂ間には、例えば１
３．６５ＭＨｚの高周波を高周波電源から１〜２ｋＷの
パワーで印加する。また、対向電極５ａ及び５ｂは反応
室４の側壁外部に相対向するように設けられ、従って、
放電により電極間に挟まれた反応室４内で反応ガスのプ
ラズマが形成される。この結果、電極５ａ及び５ｂの材
質によるウェハ１の汚染を防止することができる。ま
た、対向電極５ａ及び５ｂは、その間に誘起される電場
（図中、破線矢印）がウェハ載置台２に載置されるウェ
ハ１の平面に平行となるように配設する。これによりプ
ラズマ密度のウェハ１の面内分布を均一にすることがで
きる。

【００１８】永久磁石３は、形成されたプラズマ中の電
子とガス分子との衝突回数を増大させてプラズマを高密
度化し、低圧から高圧の広い圧力範囲（１０^−３〜１０
^０Ｔｏｒｒ）でもプラズマを形成できるようにするため
の磁場を形成するものである。また、この永久磁石３
は、その磁界がウェハ１の平面に略垂直になるように配
設する。例えば、棒状の複数の永久磁石３をそのＮ極を
上にして、ウェハ１の平面に対して垂直になるように断
面が円筒系の反応室４の円周上に均等間隔で配設する。
このようにすると、ウェハ１の面内の磁束密度がほぼ均
一になる。このように磁界をウェハ１に垂直（図中、実
線矢印）になるようにする理由は、磁界がウェハ１に平
行であると、プラズマ中の活性種が磁場の方向、即ち、
ウェハ１の面内方向において活性種の密度の偏りを生じ
不均一なプラズマを形成することになるからである。

【００１９】ウエハ載置台２としては、一般のプラズマ
処理装置に使用されているものから適宜選択して使用す
ることができる。また、ウエハ載置台２には、低温エッ
チングを可能とするために冷却手段を設けることが好ま
しい。更に、エッチングの異方性を高めるために、ウエ
ハ載置台２と接触しているウェハ１にバイアス電圧を印
加できるようにしてもよい。

【００２０】実施例２（エッチングプロセス）この発明のプラズマ処理装置をＳｉ系材料のエッチング
プロセスに適用する例を説明する。

【００２１】まず、石英製の反応室の内部に配設された
ウェハ載置台に、Ｓｉ系ウエハを載せる。ウェハ載置台
は冷却装置により０〜−４０℃に冷却できるようにす
る。続いて反応室を真空排気装置としてターボ分子ポン
プ（排気能力１０００リットル／ｓｅｃ）とドライポン
プ（排気能力３０００リットル／ｍｉｎ）を用いて排気
する。なお、１３．５６ＭＨｚの高周波を使用し、永久
磁石として４０００ガウスのものを使用する。

【００２２】反応室内の圧力を１ｍＴｏｒｒに維持しな
がら、エッチングガスとしてＣｌ_２を３０〜５０ＳＣＣ
Ｍの流量で反応室に導入する。次いで、反応室を挟むよ
うに側壁外部に設けられた対向電極間に１ｋＷの高周波
電力を印加することにより、エッチングガスのプラズマ
を生成させＳｉ系ウエハをエッチングする。

【００２３】同様して、ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＷＳｉ_ｘポリ
サイドを２０００〜３０００オングストローム／ｍｉｎ
のエッチレートで、且つＳｉＯ_２に対して高選択比（ポ
リサイド：ＳｉＯ_２＝５０〜１００：１）の異方性エッ
チングができる。このエッチングにおいては、プラズマ
によるのウェハに対するダメージ（例えばｉｏｎｂｏ
ｎｂａｒｄｍｅｎｔ、チャージアップ）を、低ダメージ
性のプラズマ処理装置と知られている図５のＥＣＲプラ
ズマ処理装置と同レベルに抑制できる。また、高周波電
力を印加するための電極が反応室外部に位置しているの
で、電極による汚染がない。

【００２４】実施例３（アッシングプロセス）この発明のプラズマ処理装置をフォトレジストのアッシ
ングプロセスに適用する例を説明する。

【００２５】まず、石英製の反応室の内部に配設された
ウェハ載置台に、フォトレジストにより被覆されている
ウェハを載せる。ウェハ載置台は冷却装置により２０℃
に維持する。

【００２６】続いて反応室を真空排気装置としてターボ
分子ポンプ（排気能力１０００リットル／ｓｅｃ）とド
ライポンプ（排気能力３０００リットル／ｍｉｎ）を用
いて排気する。なお、１３．５６ＭＨｚの高周波を使用
し、永久磁石として４０００ガウスのものを使用する。

【００２７】反応室内４の圧力を１００ｍＴｏｒｒに維
持しながら、アッシングガスとしてＯ_２を１００〜１５
０ＳＣＣＭの流量で反応室に導入する。次いで、反応室
を挟むように側壁外部に設けられた対向電極間に、１．
５ｋＷの高周波電力を印加する。これにより、エッチン
グガスのプラズマを生成させてフォトレジストを２００
００〜５０００オングストローム／ｍｉｎというアッシ
ング速度でアッシングする。

【００２８】

【発明の効果】この発明のプラズマ処理装置によれば、
低圧から高圧の広い圧力範囲において、均一且つ安定で
高密度のプラズマを形成することが可能となる。しかも
低圧での作業性を獲得するためにマイクロ波発生装置や
ソレノイドコイル及びそれらに付随する装置類を使用し
ないので装置の小型化が可能となり、マルチチャンバー
として利用できる。さらに、電極が反応室内に配設され
ていないので、電極からの汚染を完全に防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の一つの実施態様を示す図で
ある。

【図２】図２は、従来の同軸型プラズマ処理装置を示す
図である。

【図３】図３は、従来の平行平板型プラズマ処理装置を
示す図である。

【図４】図４は、従来の有磁場平行平板型プラズマ処理
装置を示す図である。

【図５】図５は、ＥＣＲ型プラズマ処理装置を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ウェハ２ウェハ載置台３永久磁石４反応室５ａ、５ｂ電極６高周波電源７反応ガス導入管８排気管

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】反応ガスのプラズマを形成する場となる
反応室、該反応室内の底部に配設されたウエハ載置台、
相対向するように該反応室の側壁外部に設置された一対
の対向電極、該対向電極間に高周波を印加することによ
り反応ガスのプラズマを形成するための高周波電源及び
該プラズマを高密度化するための永久磁石を有するプラ
ズマ処理装置であって、該対向電極はその間に誘起され
た電場が該ウエハ載置台に載置されたウェハの平面に対
して略平行となるように配設され、且つ該永久磁石はそ
の磁場が該ウェハの平面に略垂直となるように配設され
ていることを特徴とするプラズマ処理装置。