JPH0521391A - マイクロ波プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本体コイル２７がプラズマ生成室１１の外周
部上方に配設された上部コイル２５と外周部側方に配設
された側部コイル２６とから形成される一方、試料台１
９の下方にミラー磁場形成用コイル３０が配設され、少
なくとも側部コイル２６がプラズマ生成室１１と所定の
間隔を有して配置されたマイクロ波プラズマ装置。 【効果】 試料Ｓの全面にわたって均一に所望の良好な
処理を施すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波プラズマ装置
に関し、より詳しくは主として半導体製造プロセスにお
いてＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)装置、エッチ
ング装置等として用いられるマイクロ波プラズマ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子サイクロトロン共鳴（以下ＥＣＲと
記す）励起によりプラズマを発生させる方法は、低ガス
圧力で電離度の高いプラズマを生成でき、イオンエネル
ギの広範な選択が可能であり、また大きなイオン電流が
とれ、イオン流の指向性及び均一性に優れる等の利点を
有している。このため、高周波半導体素子等の製造にお
ける薄膜形成やエッチング等のプロセスには欠かせない
ものとして、盛んに研究開発が進められている。

【０００３】図４は従来のマイクロ波プラズマ装置の一
例としてのエッチング装置を模式的に示した断面図であ
り、図中１１はプラズマ生成室を示している。プラズマ
生成室１１は、内部に冷却水路１１ａが形成された円筒
形状をなす周壁１１ｂと、上部壁１１ｃと、下部壁１１
ｄとにより仕切られて構成されており、上部壁１１ｃの
略中央にはマイクロ波導入口１２が形成されている。マ
イクロ波導入口１２は、その上部に配設されたマイクロ
波導入窓１３によって封止されており、マイクロ波導入
口１２には、このマイクロ波導入窓１３を介して導波管
１４の下端が接続されている。導波管１４の上端は、図
示しないマイクロ波発振器に接続され、マイクロ波発振
器で発生したマイクロ波は、導波管１４及びマイクロ波
導入窓１３を介してプラズマ生成室１１内へ導かれるよ
うになっている。さらに、上部壁１１ｃにはガス供給管
１５が接続されており、プラズマ生成室１１及び導波管
１４の下端側にわたってその周りには、プラズマ生成室
１１と略同心状に励磁コイル１８が配設されている。

【０００４】一方、プラズマ生成室１１の下部壁１１ｄ
には、プラズマ引き出し窓１６が形成されており、プラ
ズマ引き出し窓１６の下方にはプラズマ引き出し窓１６
によりプラズマ生成室１１と連通する試料室１７が配設
されている。試料室１７のプラズマ引き出し窓１６に対
向する箇所には、試料Ｓを静電チャック等により保持す
る試料台１９が配設され、試料室１７の下部壁には、図
示しない排気装置に接続される排気口２０が形成されて
いる。

【０００５】このように構成されているマイクロ波プラ
ズマ装置を用いて試料Ｓにエッチング処理を施す場合
は、まずプラズマ生成室１１及び試料室１７内を所要の
真空度に設定し、次いでプラズマ生成室１１内にガス供
給管１５を通じて所要のガスを供給した後、励磁コイル
１８で磁界を形成しつつ導波管１４よりプラズマ生成室
１１内にマイクロ波を導入する。するとプラズマ生成室
１１を空洞共振器としてガスが共鳴励起され、プラズマ
生成室１１内でプラズマが発生する。発生したプラズマ
は、励磁コイル１５によって形成された、試料室１７側
に向かうに従い磁束密度が低下している発散磁界によ
り、試料室１７内の試料Ｓ周辺に投射され、これにより
試料Ｓ表面にエッチングが施される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
マイクロ波プラズマ装置においては、励磁コイル１８に
より等磁場強度面が図５に示したように形成され、プラ
ズマ生成室１１内ではマイクロ波導入口１２に向って凸
形となり、試料室１７内では試料Ｓに向って凸形となっ
ており、これらマイクロ波導入口１２と試料Ｓとの中間
位置で等磁場強度面が略平面になっている。またプラズ
マ生成室１１内において等磁場強度面が平らな空間が狭
く、しかも磁場勾配が大きくなっている。

【０００７】このように形成される磁場分布にあって
は、プラズマへのマイクロ波の吸収効率が悪く、また中
心軸部でマイクロ波の吸収が大きい等、マイクロ波の吸
収効率、プラズマ密度の均一性及びプラズマの安定性等
の点において課題があった。

【０００８】本発明は上記した課題に鑑み発明されたも
のであって、磁場分布の改善を図ることによりプラズマ
へのマイクロ波の吸収効率及び吸収率の分布を改善し、
強度の強いプラズマを均一に安定的に生成することがで
き、試料表面におけるプラズマ処理を良好なものとする
ことができるマイクロ波プラズマ装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成するために
本発明に係るマイクロ波プラズマ装置は、電子サイクロ
トロン共鳴励起によりプラズマを発生させるプラズマ生
成室と、試料を載置する試料台を備え発生したプラズマ
を導入して前記試料に処理を施す試料室とを具備したマ
イクロ波プラズマ装置において、前記プラズマ生成室の
外周部上方に配設された上部コイルと外周部側方に配設
された側部コイルと、前記試料台の下方に配設されたミ
ラー磁場形成用コイルとを備え、少なくとも前記側部コ
イルが前記プラズマ生成室と所定の間隔を有して配置さ
れ、前記プラズマ生成室から前記試料に至る空間におい
て形成される磁場が、各水平断面において強度一定とな
るように前記各コイルにより調節可能となっていること
を特徴とし、また上記装置において、上部コイル、側部
コイル及びミラー磁場形成用コイルがそれぞれ複数個に
分割形成され、全体として紡錘円筒状に配設されている
ことを特徴としている。

【００１０】

【作用】プラズマへのマイクロ波の吸収効率や吸収率の
分布はほとんど磁場分布で決定され、またＥＣＲを使っ
たプラズマ生成法では主にＥＣＲ点でプラズマが多く生
成される。

【００１１】上記した装置によれば、前記プラズマ生成
室の外周部上方に配設された上部コイルと外周部側方に
配設された側部コイルと、前記試料台の下方に配設され
たミラー磁場形成用コイルとを備え、少なくとも前記側
部コイルが前記プラズマ生成室と所定の間隔を有して配
置され、前記プラズマ生成室から前記試料に至る空間に
おいて形成される磁場が、各水平断面において強度一定
となるように前記各コイルにより調節可能となっている
ので、前記上部コイル、前記側部コイル及び前記ミラー
磁場形成用コイルに流す電流量を調節することにより、
前記各水平断面における磁場強度が一定となる。

【００１２】また、少なくとも前記側部コイルが前記プ
ラズマ生成室と所定の間隔を有して配置されているの
で、前記プラズマ生成室の広い領域において磁場強度一
定面が平面となる。あるいは上部コイル、側部コイル及
びミラー磁場形成用コイルがそれぞれ複数個に分割形成
され、全体として紡錘円筒状に配設されている場合に
は、磁場強度一定面を広い領域において平面となすこと
がより容易となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係るマイクロ波プラズマ装置
の実施例を図面に基づいて説明する。なお、従来例と同
一機能を有する構成部品には同一の符合を付すこととす
る。第１図は本発明に係るプラズマプロセス装置の一実
施例を模式的に示した断面図であり、図中１１は略円筒
形状に形成されたプラズマ生成室を示している。プラズ
マ生成室１１の上部の略中央箇所には、マイクロ波導入
口１２が形成されており、マイクロ波導入口１２は、そ
の上部に配設されたマイクロ波導入窓１３によって封止
されている。マイクロ波導入口１２には、このマイクロ
波導入窓１３を介して導波管１４の下端が接続され、導
波管１４の上端は、図示しないマイクロ波発振器に接続
されている。そしてマイクロ波発振器で発生したマイク
ロ波は、導波管１４及びマイクロ波導入窓１３を介して
プラズマ生成室１１内へ導かれるようになっている。

【００１４】プラズマ生成室１１の下部には、プラズマ
引き出し窓１６が形成されており、プラズマ引き出し窓
１６の下方にはプラズマ引き出し窓１６によりプラズマ
生成室１１と連通する試料室１７が配設されている。ま
た、試料室１７のプラズマ引き出し窓１６に対向する箇
所には、試料Ｓを静電チャック等により保持する試料台
１９が配設されている。

【００１５】一方、プラズマ生成室１１の外周部上方に
はプラズマ生成室１１と略同心状に上部コイル２５が配
設され、プラズマ生成室１１の外周部側方にはマイクロ
波プラズマ装置と略同心状に側部コイル２６が配設さ
れ、これら上部コイル２５と側部コイル２６とにより本
体コイル２７が形成されている。側部コイル２６は上部
コイル２５よりも大きな径を有し、プラズマ生成室１１
との間に所定の間隔、例えばプラズマ生成室１１の半径
程度の間隔を有して配設されている。また本体コイル２
７の上面及び外周面近傍には磁性体２８が配設されてい
る。また試料室１７の外周部下方にはミラー磁場形成用
コイル３０が配設されており、このミラー磁場形成用コ
イル３０の下面及び外周面近傍には磁性体３１が配設さ
れている。

【００１６】このように構成されたマイクロ波プラズマ
装置を用いて試料Ｓにエッチングを施す場合、まず試料
台１９に試料Ｓを載置し、この後プラズマ生成室１１及
び試料室１７内を所定の真空度に設定し、次にプラズマ
生成室１１内にガス供給管（図示せず）を通じて所要の
ガスを供給する。そして上部コイル２５、側部コイル２
６及びミラー磁場形成用コイル３０に直流電流を流し、
図１に示したようにプラズマ生成室１１の略全域にわた
って下向きの磁界を一様に形成する。本実施例の場合、
各コイル間のアンペアターンの比は（上部コイル２
５）：（側部コイル２６）：（ミラー磁場形成用コイル
３０）＝３０：３５：１０に設定している。

【００１７】またこの時形成される磁場の様子を図２に
磁場強度一定線を用いて示してある。図２からもわかる
ようにプラズマ生成室１１内において磁場強度一定線が
略全域にわたって平面的となっており、この平面的状態
が試料Ｓ近傍まで維持されている。

【００１８】このとき、上部コイル２５、側部コイル２
６及びミラー磁場形成用コイル３０に流す電流量を調節
することによってプラズマ生成室１１から試料Ｓに至る
所望の空間位置に８７５Ｇ以上の磁場を平面的に形成す
ることができる。この８７５Ｇの磁場は周波数２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を用いてＥＣＲによるプラズマを発
生させる場合に必要とされる磁場強度である。

【００１９】上記した如く磁場を形成しつつ、導波管１
４よりプラズマ生成室１１内に２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を導入すると、プラズマ生成室１１を空洞共振器と
してガスが共鳴励起され、プラズマ生成室１１内の広い
領域において効率良くプラズマが発生する。発生したプ
ラズマのほとんどは本体コイル２７により形成された磁
場により試料室１７側に引き出され、試料Ｓに照射され
る。

【００２０】本実施例による場合、８７５Ｇの磁場が平
面的に形成されているので、マイクロ波パワーが同一平
面内で吸収されることとなり、密度分布が一様なプラズ
マを生成することができる。また、８７５ＧのＥＣＲプ
ラズマ生成面の形成位置を本体コイル２７及びミラー磁
場形成用コイル３０に流す電流量を同じ割合で変化させ
ることにより移動させることができる。

【００２１】従って、プラズマ生成室１１から試料Ｓに
至る空間において、ＥＣＲプラズマの生成状態を略一定
に保ちながらしかも略任意の位置にＥＣＲプラズマを生
成することができるため、プラズマ生成面からの距離に
依存するイオン電流密度、生成ラジカル密度を試料Ｓ近
傍で最適化することができる。このため、試料Ｓの全面
にわたって均一に所望の良好な処理を施すことができ
る。

【００２２】本実施例による場合、マイクロ波パワー１
ｋｗ、Ａｒガス圧力１ｍＴｏｒｒの条件で、試料Ｓ位置
においてイオン電流密度１８ｍＡ／ｃｍ² が直径２００
ｍｍの範囲において不均一性３％以下の値が得られた。
図３は本発明に係るマイクロ波プラズマ装置の別の実施
例を示しており、上部コイル３５、側部コイル３６及び
ミラー磁場形成用コイル３７がそれぞれ複数個に分割さ
れて形成されており、上部コイル３５、側部コイル３６
及びミラー磁場形成用コイル３７が全体として紡錘円筒
状に配設されている。

【００２３】この実施例のものでは、より容易に８７５
Ｇの磁場を平面的に形成することができ、またこの平面
を上部コイル３５、側部コイル３６及びミラー磁場形成
用コイル３７に流す電流量を調節することによって例え
ば電流量が小さいときの側部コイル３６の中央部位置か
ら、電流量を大きくしたときの側部コイル３６の両端方
向位置へ移動させることができる。

【００２４】従って上記した実施例の場合と同様に、プ
ラズマ生成室１１から試料Ｓに至る空間においてＥＣＲ
プラズマの生成状態を略一定に保ちながらしかも略任意
の位置にＥＣＲプラズマを生成することができる。従っ
てプラズマ生成面からの距離に依存するイオン電流密
度、生成ラジカル密度を試料Ｓ近傍で最適化することが
でき、試料Ｓの全面にわたって均一に所望の良好な処理
を施すことができる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように本発明
に係るマイクロ波プラズマ装置にあっては、前記プラズ
マ生成室の外周部上方に配設された上部コイルと外周部
側方に配設された側部コイル、前記試料台の下方に配設
させたミラー磁場形成用コイルとを備え、少なくとも前
記側部コイルが前記プラズマ生成室と所定の間隔を有し
て配置され、前記プラズマ生成室から前記試料に至る空
間において形成される磁場が、各水平断面において強度
一定となるように前記各コイルにより調節可能となって
いるので、ＥＣＲプラズマ生成面を平面的に形成するこ
とができ、密度分布が一様なプラズマを生成することが
できる。

【００２６】また、前記本体コイル及び前記ミラー磁場
形成用コイルに流す電流量を調節することによって、前
記ＥＣＲプラズマ生成面を移動させることができる。従
って前記プラズマ生成室から試料に至る空間において、
ＥＣＲプラズマの生成状態を略一定に保ちながらしかも
略任意の位置にＥＣＲプラズマを生成することができる
ため、試料の全面にわたって均一に所望の良好な処理を
施すことができる。

【００２７】また、上記装置において上部コイル、側部
コイル及びミラー磁場形成用コイルがそれぞれ複数個に
分割形成され、全体として紡錘円筒状に配設されている
場合には、より容易に平面的なＥＣＲプラズマ生成面を
形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロ波プラズマ装置の実施例
を示す模式的概略断面図である。

【図２】等磁場線の形成状態を示す模式的概略断面図で
ある。

【図３】別の実施例を示す模式的概略断面図である。

【図４】従来例を示す概略断面図である。

【図５】等磁場線の形成状態を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１１ プラズマ生成室 １７ 試料室 １９ 試料台 ２５、３５ 上部コイル ２６、３６ 側部コイル ２７ 本体コイル ３０、３７ ミラー磁場形成用コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子サイクロトロン共鳴励起によりプラ
   ズマを発生させるプラズマ生成室と、試料を載置する試
   料台を備え発生したプラズマを導入して前記試料に処理
   を施す試料室とを具備したマイクロ波プラズマ装置にお
   いて、前記プラズマ生成室の外周部上方に配設された上
   部コイルと外周部側方に配設された側部コイルと前記試
   料台の下方に配設されたミラー磁場形成用コイルとを備
   え、少なくとも前記側部コイルが前記プラズマ生成室と
   所定の間隔を有して配置され、前記プラズマ生成室から
   前記試料に至る空間において形成される磁場が、各水平
   断面において強度一定となるように前記各コイルにより
   調節可能となっていることを特徴とするマイクロ波プラ
   ズマ装置。
2. 【請求項２】 上部コイル、側部コイル及びミラー磁場
   形成用コイルがそれぞれ複数個に分割形成され、全体と
   して紡錘円筒状に配設されている請求項１記載のマイク
   ロ波プラズマ装置。