JPH0530500B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明はガス状物質を高周波放電によつて分解
し、上記分解ガスを利用して所定の基体の表面を
処理するプラズマ処理装置とくに上記基体上に成
膜を行なうプラズマ薄膜堆積法（以下プラズマ
CVD法という）および上記基体表面にプラズマ
によるエツチングを行なうプラズマ処理装置に関
するものである。

（発明の背景） 低温ガスを利用するプラズマCVD法において
は、処理温度が低く、膜生成速度が大きい等の長
所を有するため、半導体素子の製造プロセスおよ
びアモルフアズSi（ａ−Si）膜の生成に積極的に
使用されようとしている。また低温ガスプラズマ
を利用するエツチング法（プラズマエツチング
法）においては、エツチヤントの精製が容易で不
純物汚染を軽減することができ、かつ適当なバイ
アスを基板に印加することによりパターン転写精
度に優れる異方性エツチングが可能である等の長
所を有するため、半導体素子プロセス等に積極的
に使用されている。従来のプラズマCVD装置に
おいては、対向する平行平板電極にラジオ波
（RF）域の高周波電力を投入してプラズマを発生
させる平行平板型RFプラズマデポジシヨン装置
が主流になつており、またエツチング装置では同
様な構成のリアクテイブイオンエツチング
（RIE）装置が主流となつている。この方式では
試料を電極上に設置する事により大面積に均一な
処理（成膜またはエツチング速度等）が可能で生
産性が高いという特長を有する反面、つぎのよう
な欠点を有している。

(a) 放電可能なガス圧力が一般に10^-2〜
10^-1Torrであり放電の電子温度が低い（〜
4eV）ため結合エネルギの高い化学構造の物質
は十分分解されない。このためプラズマCVD
の場合は形成可能な膜物性に限界があり、また
エツチングの場合も使用できるエツチングガス
が限られる。

(b) 試料前面にイオンシースが形成されてプラズ
マに対して自動的にセルフバイアスが印加され
るため、試料に入射してくるイオンはセルフバ
イアスに相当する運動エネルギを持つ事になる
が、このエネルギは数百eV以上もありまたこ
の値を低減する方向に制御する事は困難であ
る。このため試料は必要以上の入射イオン衝撃
をうける（プラズマダメージ）。

(c) 電極材料（金属）がプラズマに接しており、
この電極材料がスパツタされて試料または生成
膜の不純物となる。

このため電子温度が高く、かつ入射イオンエネ
ルギが低く、また入射イオンエネルギの制御が可
能なプラズマ処理装置として、例えば特開昭59−
3018号公報に提示されている様なマイクロ波放電
方式のプラズマ処理装置が開発されている。この
マイクロ波放電方式のプラズマ処理装置は第４図
に示す如き構成をしている。すなわち、同図にお
いて、１は真空室、２はマイクロ波導入のための
導波管、３は放電管、４は電磁石または永久磁石
による電子サイクロトロン共鳴用の磁場発生装
置、５は真空室内に所望の磁場分布を形成するた
めの電磁石または永久磁石による磁場発生装置、
６はマイクロ波発生部、８は試料台、９は試料、
１０はエツチングガスまたは成膜原料ガスの導入
口、１１は排気ポートである。また１２は直流電
源、１３はコンデンサ、１４はFR電源であり、
これらにより試料９に外部電圧を引加することが
できる構成としてある。なお真空室１は放電管３
の内部と試料室７よりなる。

真空室１内に導入するマイクロ波（通常0.1〜
10GHz）は例えばマグネトロンによつて発生させ
円形導波管２を通して導びかれる。放電管３はマ
イクロ波を通すため絶縁物（例えば石英、アルミ
ナ等）で形成されている。真空室１内に放電ガス
を所定の圧力に導入してマイクロ波電力を導入す
るとマイクロ波電界と磁場発生装置４による磁場
の相乗効果によりマイクロ波放電が発生する。上
記磁場の強度は、電子の磁力線のまわりのサイク
ロトロン運動の同波数がマイクロ波周波数とほぼ
一致する様に設定される。但し上記両周波数が完
全に一致するとマイクロ波は完全反射してしまう
ため共鳴点を少しずらす様に設定されている。発
生したプラズマはローレンツ力によつて磁場強度
の強い放電管部から磁場強度の弱い試料室方向に
移送される。磁場発生装置５を用いない場合、磁
力線にそつて運ばれるプラズマは第１図中におい
て波線で示す様に発散する。磁場発生装置５は
通常、試料９の表面位置で磁力線を絞り、試料位
置にプラズマを収束するために設置される。この
結果第１図中において点線で囲まれた領域にプ
ラズマが形成される。

上述の構成のマイクロ波プラズマ処理装置は、
ガス圧５×10^-5〜３×10^-2Torrの低ガス圧で
放電が可能であり高い電子温度（〜8eV）が得ら
れ、エツチングガスや成膜原料ガス等の分解効率
が高い、イオンの入射エネルギが低く（約
20eV）、また必要に応じて直流電源１２または
RE電源１４により入射イオン運動エネルギを広
範囲（20eV以上）に変化させることが可能であ
る、無電極放電であるのでスパツクされた不純
物による試料や生成膜の汚染が少ないという特長
がある。

しかしながらこの装置には均一な処理が可能な
領域がせまいという欠点があり量産装置として様
いるには問題が多い。第４図で磁場発生装置５を
用いない場合には、プラズマ域は破線で示すよ
うに拡大されるが、磁束密度は試料９の外周部で
はかなり小さくなりこれに従つて処理速度も不均
一となる。また、磁力線の試料９の表面への入射
方向も外周ほど低角度となるが、この傾向は異方
性エツチングを行なう場合特に好ましくない。磁
場発生装置５を用いて第４図に点線で示す様な
プラズマを発生させれば限られた面積内での処理
の均一性の向上をするが、処理面積はかなり限ら
れたものとなる。この方式で均一処理域を拡げる
には放電管３の径を大きくする事が考えられる
が、電子サイクロトロン共鳴条件を満足するため
には、例えば2.45GHzのマイクロ波を用いた場
合、磁場発生装置４による磁束密度として0.2T
程度必要であるから、大幅な放電管径の拡大のた
めには大規模な電磁石が必要となり現実的ではな
い。したがつて従来のマイクロ波プラズマ処理装
置は大面積均一処理という量産性の面で大きな欠
点を有するものであつた。

（発明の目的） 本発明は上記に述べた従来の欠点を除去し、プ
ラズマ処理装置の均一な処理域を低コストで大巾
に拡大し、量産性に優れたプラズマ処理装置を提
供することにある。

（発明の概要） 本発明は上記の目的を達成するため、真空室内
に磁場を形成するための磁場発生機構と、高透磁
率の板状体にて形成され、試料を保持する高透磁
率板を上記試料台上に設け、上記真空室内にプラ
ズマを発生させて上記試料を表面処理するように
構成したことを特徴とするものである。

（発明の実施例） 以下本発明を実施例によつて詳細に説明する。

実施例 １ 第１図は本発明の一実施例を示すマイクロ波放
電方式のプラズマ処理装置の説明図である。同図
において、１５は高透磁率板にて軟鉄等の高透磁
性体にて形成され、試料台８上に搭載され、上面
に石英板等の誘電体にて形成された覆い１６を介
して試料９を搭載している。上記以外は従来と同
一であるので、第４図と同一符号をもつて示す。
上記の構成であるから、本実施例においても、
RF発信器１４により試料９へのバイアスを制御
することが可能である。また、前述した如く、高
透磁率板状体１５がない場合には、磁場発生装置
４によつて真空室１内に発生するプラズマは発散
磁界にそうて破線で示す領域に形成されるが、
試料９の表面への磁力線の入射方向および入射密
度の均一性はかなり悪くなる。これに対して本実
施例においては、高透磁率板１５上に試料９を搭
載しているので、磁場発生装置４によつて真空室
１内に発生する磁力線は、高透磁板１５により点
線で示す如く試料９の表面に略均一にかつ略垂
直な形状をして入射することができ、これによつ
て試料９の表面のプラズマ処理の均一性を向上す
ることができる。さらにCFガスを用いたSiO₂膜
のエツチングについて検討を行なつた結果、均一
な異方性エツチング域の大幅な拡大が可能である
ことが確認された。

実施例 ２ 本発明の第二の実施例を第２図に示す。この実
施例では磁場発生装置５が使用されている。高透
磁率板１５を用いない場合、いわゆるミラー磁場
分布で、磁場発生装置４による磁力線は一度発散
し試料９の表面で再び収束するから、これに対応
してプラズマは図中点線に示される領域に発生
する。この場合、磁場発生装置５による磁場強度
と試料９の位置の調整によりある程度の均一処理
域の確保は可能であるがこの領域は十分なもので
はなく、また均一域の拡大の最適化は必ずしも処
理速度および成膜時の膜物性の最適化に合致しな
いという問題がある。これに対して本実施例の如
く高透磁率板１５上に試料９を設置する構成とす
ると、磁場発生装置５による磁場強度や試料９の
位置を多少変動させても、試料９の表面に入射す
る磁力線はほぼ均一かつ垂直になつて図中点線
で示される領域に発生するプラズマにより大面積
に均一なプラズマ処理が可能となる。この構成で
SiF₄とN₂ガスによるSiN成膜を試みたところ良
好な結果が得られた。

実施例 ３ 本発明の第三の実施例を第３図に示す。本実施
例では試料９は試料形状とほぼ同型の高透磁率板
１５上に載置する構成とした。この様な構成にす
ると磁場発生装置４による磁力線は効率よく試料
９の表面に集中させる事が可能となり、図中点線
Ｖで示される領域にプラズマを集中させる事がで
きる。この構成で４枚のSiウエハにSiF₄とN₂ガ
スによるSiN成膜を試みたところ各試料とも均一
な膜厚の成膜が可能である事が確認された。また
プラズマの効率的利用により実施例２と比較して
30％の成膜速度の向上効果が認められた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば従来大面
積均一処理が困難であつたプラズマ処理装置の均
一処理域を低コストで大幅に拡大できる効果があ
り、特にマイクロ波プラズマを用いるエツチング
装置やデポジシヨン装置の量産性を高める効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すマイクロ波放
電方式によるプラズマ処理装置の説明図、第２図
は本発明の他の一実施例を示すマイクロ波放電方
式によるプラズマ処理装置の説明図、第３図は本
発明のさらに他の一実施例を示すマイクロ波方式
によるプラズマ処理装置の説明図、第４図は従来
のマイクロ波放電方式によるプラズマ処理装置の
説明図である。 １……真空室、２……導波管、３……放電管、
４……磁場発生装置、５……磁場発生装置、６…
…マイクロ波発生部、７……試料室、８……試料
台、９……試料、１０……ガス導入口、１１……
排気ポート、１２……直流電源、１３……コンデ
ンサ、１４……RF電源、１５……高透磁率板、
１６……遮蔽板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空室と、この真空室内に高周波電力を供給
   する機構と、上記真空室内に放電ガスを導入する
   機構と、上記真空室内に試料を保持する試料台と
   を設けたプラズマ処理装置において、前記真空室
   内に磁場を形成するための磁場発生機構と、高透
   磁率の板状体にて形成され、前記試料を保持する
   高透磁率板を前記試料台上に設け、上記真空室内
   にプラズマを発生させて上記試料を表面処理する
   ように構成したことを特徴とするプラズマ処理装
   置。 ２ 前記高透磁率板を前記試料よりも大きくかつ
   相似形状に形成し、その中心部に上記試料の中心
   部が一致する如く試料を保持するように構成した
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載
   のプラズマ処理装置。 ３ 前記真空室内に発生するプラズマにて前記試
   料のエツチングを行いうるように構成したことを
   特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載のプラ
   ズマ処理装置。 ４ 前記真空室内に発生するプラズマにて前記試
   料に被膜を形成するように構成したことを特徴と
   する前記特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処
   理装置。 ５ 前記高周波電力をマイクロ波にし、前記磁場
   発生機構を、上記マイクロ波の伝播経路にそつて
   磁場を形成しかつその磁場強度を上記マイクロ波
   の伝播経路にそうて除々に減少し、途中で部分的
   に電子サイクロトン共鳴条件を満足するように構
   成したことを特徴とする前記特許請求の範囲第１
   項記載のプラズマ処理装置。