JPH05206071A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 安定したプラズマが得られ、且つ不純物汚染
が発生しなく、メンテナンス性の良好なマイクロ波プラ
ズマ処理装置を提供することを目的としている。 【構成】 プラズマ発生室１に基板搬送室２が連設して
あり、プラズマ発生室１のマイクロ波導入窓４に導波管
５を介してマイクロ波電源６が接続してあると共に、プ
ラズマ発生室１の外側に空芯ソレノイドコイル３が設置
してある。プラズマ発生室１の内側にカーボン製の有頂
筒１９を設置し、プラズマ発生室１の内壁を金属以外の
導電製材料で覆ってある。有頂筒１９はプラズマ発生室
（ステンレス製）１と導電性の接続リング１８を介して
電気的に接続してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子サイクロトロン共
鳴現象を利用して生成したプラズマを用いて、基板表面
のエッチング、基板への薄膜形成等の表面処理を行う、
半導体デバイス等の製造プロセスに使用されるマイクロ
波プラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマ処理装置に付
いて図５により説明する。ここに示されたマイクロ波プ
ラズマ処理装置は、空芯ソレノイドコイル３を用いて、
所定の強さの磁場が印加されたプラズマ発生室１に、マ
イクロ波電源６より導波管５、マイクロ波導入窓４を経
由してマイクロ波を導入し電子サイクロトロン共鳴現象
を起こし、これにより発生したエネルギーでガス導入口
（図示していない）から導入されたプラズマ発生室１内
のガスをプラズマ化する。発生したプラズマは、前記磁
場の作る発散磁界に沿って拡散するので、基板搬送室２
内まで放電領域を広げることができる。この放電領域内
の所定の位置に設置された基板ホルダー１０には、高周
波バイアス電源１１が接続されており、高周波バイアス
電源１１から高周波電圧を基板ホルダー１０に印加し、
プラズマ中のイオンを加速して得られるプラズマによっ
て、基板ホルダー１０上に載置した基板１４の処理を行
う。１２はガス排気系である。

【０００３】上述したようなマイクロ波プラズマ処理装
置により被処理基板の処理を行う場合には、プラズマ発
生室１の内壁が、発生したプラズマによりスパッタされ
ることによって基板１４が重金属で汚染される問題が生
じることを回避するために、石英製の内壁カバー１６が
設置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来のマ
イクロ波プラズマ処理装置では、次のような欠点があっ
た。 (1) 図６に示すごとく、プラズマ処理中の基板ホルダ
ー１０の位置をプラズマ発生室１内に設定する場合に
は、高周波電力に対するアース電極が存在しないことに
なり、プラズマの電位が不安定になる。その結果、プラ
ズマ中のイオンやラジカルの組成比、存在量、エネルギ
ーが経時変化したり、それらの空間分布が変化したりす
るので、斯るプラズマによって、エッチングや、ＣＶＤ
などの処理を行うと、エッチング特性や、成膜特性が不
安定になる。

【０００５】(2) 図５に示したように、プラズマ処理
中の基板ホルダー１０の位置を基板搬送室２内に設定す
る場合には、基板搬送室２のプラズマ発生室１側の壁面
及びプラズマ発生室１と基板搬送室２の間の開口部分が
高周波電力に対するアース電極となる。この状態で、マ
イクロ波と磁場を作用させてプラズマを発生させ、高周
波バイアスにより、前記プラズマ中のイオンを加速しよ
うとすると、アース電極を構成する上記の部分の一部又
は全体と、高周波電極であるところの基板ホルダー１０
との間にプラズマが集中することになる。係る場合に
は、高周波電力に対するアース部分、即ち、基板搬送室
２のプラズマ発生室１側の壁面及びプラズマ発生室１と
基板搬送室２の間の開口部分が強いイオン衝撃を受ける
ことになるので、これらの部分がイオンによりスパッタ
されて生じる重金属などの不純物で基板ホルダー上に載
置された基板を汚染してしまうことになる。また、プラ
ズマが基板ホルダー１０の外周部に片寄りがちであるた
めに、エッチングやＣＶＤなどの処理を行うと基板内に
おける処理の均一性が損なわれがちである。さらにま
た、斯る状態におけるプラズマの状態を観察すると、プ
ラズマの集中する部分が変化しており、高周波バイアス
の電極間電圧の変動がある。エッチング特性や、ＣＶＤ
の成膜特性に経時変化や再現性不良が認められている
が、前記高周波バイアスの電極間電圧（Ｖ_pp）変動によ
る基板のバイアス電圧（Ｖ_DC) の変動が原因と考えられ
る。

【０００６】上記のような問題点を克服する試みとし
て、図７に示す特開昭６０−１５８６２９号公報所載の
発明が知られている。図中、１５は石英製ベルジャーで
ある。図７の装置においては、高周波バイアス用アース
電極１７が設置されていることにより、高周波バイアス
の印加が安定して行われる。しかしながら、ここに示さ
れたマイクロ波処理装置では、高周波バイアス用アース
電極はその効果を上げるためには複数個を同心円上に並
べて設置せざるをえず、高周波バイアス用アース電極相
互や基板ホルダーとの間隔が狭くなって、プラズマ処理
による反応生成物などの除去作業を困難にし、除去され
きらない反応生成物による被処理基板の汚染を生じると
いう問題点があった。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は、上記のような問
題点に鑑みてなされたもので、安定したプラズマが得ら
れ、且つ不純物汚染が発生しなく、メンテナンス性の良
好なマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的
としている。

【０００８】本発明は上記目的を達成するために、プラ
ズマ発生室のマイクロ波導入窓部分以外の壁面を金属以
外の導電性材料からなる内壁で覆い、該内壁をアース電
位と電気的に接続したことを特徴としている。

【０００９】前記導電性材料としては、カーボン、珪
素、又は炭化珪素、若しくはこれらの複合材からなる材
料を使用することができる。

【００１０】

【作用】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置において
は、プラズマ発生室の内壁をアース電位に保持できるの
で、基板ホルダーに高周波バイアスを印加した場合、内
壁が高周波バイアス用アース電極として作用し、プラズ
マの安定化を図ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１〜３を参照し
て説明する。

【００１２】図１は第１実施例のマイクロ波プラズマ処
理装置である。プラズマ発生室１と基板搬送室２が連設
してあり、プラズマ発生室１の外側周囲に空芯ソレノイ
ドコイル３が設置されていると共に、プラズマ発生室１
の上部に設けたマイクロ波導入窓４に導波管５を介して
マイクロ波電源６が接続してある構成は従来と同様であ
る。

【００１３】プラズマ発生室１はステンレス製で、側壁
と頂板からなる有頂筒状としたもので、内部には、カー
ボン製の有頂筒１９が嵌装してあり、頂板中央に設けた
開口部２０をマイクロ波導入窓４に一致させてある。カ
ーボン製の有頂筒１９の側壁とプラズマ発生室１の側壁
の間には、導電性の接続リング１８が装着され、プラズ
マ発生室１とカーボン製の有頂筒１９が電気的に接続さ
れている。

【００１４】図中、１０は基板ホルダー、１１は高周波
バイアス電源、１２はガス排気系、１４は基板である。

【００１５】次に、図２は第２実施例のマイクロ波プラ
ズマ処理装置である。プラズマ発生室１と基板搬送室２
を連設した基本的な構成は第１実施例と同様であるの
で、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

【００１６】ステンレス製で有頂筒状としたプラズマ発
生室１の内部には、カーボン製の有頂筒２１が嵌装して
ある。この有頂筒２１は、外径をプラズマ発生室１の内
径と略同一としてあり、側壁の下端外側に環状のフラン
ジ２２が形成してある。フランジ２２にはプラズマ発生
室１の側壁の下端外側に形成した環状のフランジ２３が
重ねられ、フランジ２３を基板搬送室２に固着した時、
カーボン製の有頂筒２１のフランジ２２がプラズマ発生
室１および基板搬送室２と電気的に接続される構造とし
てる。

【００１７】図中、１０は基板ホルダー、１１は高周波
バイアス電源、１２はガス排気系、１４は基板である。

【００１８】以上の実施例において、マイクロ波と磁場
の相互作用によって処理ガスをプラズマ化し、基板ホル
ダー１０に載置した基板１４の表面を処理するのは従来
技術と同様であるので、その説明は省略する。

【００１９】処理に際し、プラズマ発生室１および基板
搬送室２は接地されてアース電位とされる。従って、プ
ラズマ発生室１の内側に設置したカーボン製の有頂筒１
９、２１もアース電位となる。この結果、基板ホルダー
１０に高周波バイアスが印加された場合、有頂筒１９、
２１は、夫々、高周波バイアス用アース電極として作用
し、プラズマ発生室１内のプラズマの安定化を図ること
ができる。プラズマ中のイオンを、再現性良く、所望の
レベルまで加速して、基板１４を処理できるので、処理
特性、即ちエッチング特性や成膜特性の安定化を図るこ
とができる。

【００２０】図３は、第１実施例の装置と図５に示した
従来装置で、シリコンウェハーでなる基板１４の表面に
形成されたＳｉＯ₂ に対するエッチングを行った時のエ
ッチング速度および面内均一性を表わしたものである。
図中、ａが第１実施例の装置の場合のエッチング速度、
ｂが同じく面内均一性であり、ｃが従来装置の場合のエ
ッチング速度、ｄが同じく面内均一性である。図から明
らかなように、実施例の装置によれば、従来装置に比べ
て、エッチング速度を約３６００オングストローム／mi
n と高く、また、面内均一性も約±３％と良くできると
共に、これらの再現性も良くすることができた。

【００２１】前記カーボン製の有頂筒１９、２１はアー
ス電位とされるので、例えば多結晶シリコンのエッチン
グで使用される塩素系又は弗素系のガスや、ＳｉＯ₂ 膜
のエッチングで使用される弗化炭素系のガスのプラズマ
中のイオンでスパッタを受けることになるが、その反応
生成物は揮発性であるので、基板１４が汚染されるおそ
れは皆無である。

【００２２】一方、実施例の装置を、ＣＶＤ装置として
使用した場合、成膜時の反応生成物は基板以外の内部部
品上にも堆積することが避けられないが、カーボン製の
有頂筒１９、２１は単純な構造であるので、クリーニン
グが容易かつ完全にでき、堆積物の剥離によって生じる
パーティクルを無くし、基板が汚染されるのを防止する
ことができる。

【００２３】尚、実施例では有頂筒１９、２１をカーボ
ン製としたが、珪素、炭化珪素などの非金属導電体で構
成したり、カーボン、珪素、炭化珪素などの非金属導電
体の複合材料で構成しても良い。

【００２４】また、有頂筒はプラズマ発生室１と電気的
に接続してアース電位としたが、配線によってアース電
位に接続するようにすることも可能である。

【００２５】図４は、図２の実施例で、プラズマ発生室
１のフランジ２３と基板搬送室２の真空シール部分にＯ
リング２４を使用した場合に、カーボン製の有頂筒２１
のアース電位を確保するために、有頂筒２１のフランジ
２２と基板搬送室２の間にスパイラルシールド２６を使
用した例である。カーボン製の有頂筒２１とアース電位
の基板搬送室２をスパイラルシールド２６の金属コイル
２６ａを介して導通するようにしてある。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、マイク
ロ波プラズマ処理装置において、プラズマ発生室のマイ
クロ波導入窓部分以外の壁面を金属以外の導電性材料か
らなる内壁で覆い、該内壁をアース電位と電気的に接続
する構成を採用したことにより、安定したプラズマが得
られ、且つ不純物汚染が発生しないメンテナンス性の良
好なマイクロ波プラズマ処理装置を実現する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の断面図である。

【図２】本発明の第２実施例の断面図である。

【図３】本発明の第１実施例と従来装置のエッチング特
性を示したグラフである。

【図４】本発明の第２実施例の一部拡大断面図で、スパ
イラルシールドを介してアース電位を確保する場合の図
である。

【図５】従来の装置の断面図である。

【図６】他の従来装置の断面図である。

【図７】更に別の従来装置の断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ発生室 ２ 基板搬送室 ３ 空芯ソレノイドコイル ４ マイクロ波導入窓 ５ 導波管 ６ マイクロ波電源 １０ 基板ホルダー １１ 高周波バイアス電源 １２ ガス排気系 １４ 基板 １８ 接続リング １９ 有頂筒 ２０ 開口部 ２１ 有頂筒 ２２、２３ フランジ ２４、２５ Ｏリング ２６ スパイラルシールド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ発生室内で、マイクロ波により
   発生する電場と、該電場に直行する磁場とによって起こ
   る電子サイクロトロン共鳴現象を利用して処理ガスをプ
   ラズマ化し、該プラズマ中のイオンを高周波電圧の印加
   により加速して高周波印加電極上の被処理基板表面の処
   理をするマイクロ波プラズマ処理装置において、前記プ
   ラズマ発生室のマイクロ波導入窓部分以外の壁面を金属
   以外の導電性材料からなる内壁で覆い、該内壁をアース
   電位と電気的に接続したことを特徴とするマイクロ波プ
   ラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 プラズマ発生室の内壁を構成した金属以
   外の導電性材料は、カーボン、珪素、又は炭化珪素、若
   しくはこれらの複合材からなる材料を使用したことを特
   徴とする請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置。