JPH0565655A - Ecr型プラズマ処理装置 - Google Patents

Ecr型プラズマ処理装置

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JPH0565655A
JPH0565655A JP3229362A JP22936291A JPH0565655A JP H0565655 A JPH0565655 A JP H0565655A JP 3229362 A JP3229362 A JP 3229362A JP 22936291 A JP22936291 A JP 22936291A JP H0565655 A JPH0565655 A JP H0565655A
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ferromagnetic
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coil
type plasma
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Toshiaki Hasegawa
利昭 長谷川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ECR型プラズマ処理装置の室内のプラズマ
密度の分布を細かく制御して、膜厚分布又はエッチング
レートの分布を均一にさせる。 【構成】 反応室10内のウェーハ17を載置する試料
台11の下部に補助コイル12を配設すると共に、補助
コイル12内に、ウェーハの面方向において補助コイル
12の磁束密度の分布を同心円状に変化させる強磁性体
16を配したものである。この強磁性体16の形状は、
円板状であり、中央から周辺に向けてその厚さが増加す
るように形成されている。このため、補助コイル12に
よって生ずる磁場は、外側で強く内側で弱くなり、主コ
イル13の発散磁界の影響で外側へ拡がるプラズマの流
れを是正し、ウェーハ面でプラズマ密度を均一にするこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造プロ
セスにおいて用いられる、ECR型プラズマCVD装
置,ECR型プラズマエッチング装置等のECR型プラ
ズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】次世代以降のULSIのプロセス技術に
おいて、基板に対してダメージを与えずに絶縁膜を形成
する技術や、0.35ミクロンルール以下の微細パター
ンを埋め込み平坦化する技術が要求されている。それに
応える技術としてECR−CVD技術は注目されてい
る。
【0003】ECR−CVD法によるCVD技術は原料
ガスをECR法によって励起し、プラズマ状態にして発
生活性にすることによって、基板を加熱することなく、
しかも、従来の平行平板の電極に高周波の高電圧(R
F)をかけてプラズマを発生させCVDを行なう方法と
比べて、基板にダメージを与えずにCVD膜を形成する
ことが可能である。
【0004】また、サセプターにRFを印加することに
よって、基板のイオンの入射エネルギー(運動エネルギ
ー)を分子の解離(ECR法によって解離する)とは独
立にコントロールが可能である。(従来の平行板による
ものでは、プラズマを発生させることと、イオンの入射
エネルギーとは、独立にコントロールできない)この特
徴を活かしてイオンによるスパッタエッチングとCVD
とを競合させることで、従来のCVD法では埋め込めな
いようなトレンチにも埋め込みができるという方法であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ECR法によ
ってイオン化、あるいは、活性化した原料ガスを、発散
磁界によって広げて引出し基板表面に到達させるため、
原理的にそのガスの密度の分布が悪い(中央部分の密度
は高く、周辺部分の密度は低くなる。)したがって、C
VD膜の膜厚分布もよいものではない。そのため、将来
のウェーハの大口径化に対して深刻な問題になってい
る。
【0006】従来の装置においては、その対策として、
図5に示すように、ウェーハサセプタ1の下部に(プラ
ズマ発生室2の反射側)にミラー磁場を作る補助コイル
4を設置し、発散したプラズマ流5を収束させ、分布を
改善しようとしている。
【0007】さらに、カスプ磁場を作るコイル3(メイ
ンの補助コイル4と電流を流す方向と逆方向に電流を流
したもの)を設置し、中央付近の磁場の収束力を弱め、
中央部分のプラズマの密度を減少させることによって、
分布を改善しようとしている。なお、図中5はウェーハ
を示している。しかし、将来のウェーハの大口径化に対
応した装置にするには、さらに、きめ細かい磁場のコン
トロールが必要になることは確実である。この要求に応
えるには、コイルの数を増加させる必要があるが、補助
コイルの数が増加するため、機構が複雑になり、現実的
でない。
【0008】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、プラズマ密度がウェーハ
面で均一になり、成膜の場合は膜厚分布が向上し、エッ
チングを行なう場合はエッチングの分布が向上するEC
R型プラズマ処理装置を得んとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1記載の
発明は、主コイルと補助コイルとを備え、該補助コイル
により主コイルの発散磁界を補正してプラズマ流の分布
を変えることの可能なECR型プラズマ処理装置におい
て、前記補助コイルの磁束密度の分布を同心円状に変化
させたことを、その解決手段とし、請求項2記載の発明
は、その補助コイルの内部に同心円状の厚さの分布を有
する強磁性体を配したことを、その解決手段としてい
る。また、請求項3記載の発明は、上記補助コイルの内
部の強磁性体を複数の円盤状の強磁性体板を重ねて形成
したことを、その解決手段としている。さらに、請求項
4記載の発明は、補助コイルの内部透磁率の異なる強磁
性体を同心円状に配置し、主コイルの発散磁界を補正す
ることを、その解決手段としている。
【0010】
【作用】補助コイルの内部の透磁率を、強磁性体の形状
を変化させることや、透磁率の違う強磁性体を複数組み
合わせることにより、同心円状に変えることにより、主
コイルによってプラズマ密度が同心円状に異なる分布と
なるのを是正する作用がある。このため、成膜用ガス又
はエッチャントの供給量がウェーハのどの部分において
も、同じになり、膜厚分布又はエッチレートの分布が均
一化する。
【0011】
【実施例】以下、本発明に係るECR型プラズマ処理装
置の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0012】(第1実施例)図1は、本発明をECR型
プラズマCVD装置に適用した第1実施例を示してい
る。本実施例は、図1に示すように、反応室10内に試
料台11を配設し、この試料台11の下部に補助コイル
12を設けると共に、反応室10の上部に主コイル13
を配設し、この主コイル13で囲撓されるプラズマや生
成室14にマイクロ波導波管15からマイクロ波を導入
するようになっている。
【0013】そして、補助コイル12の中には、図示す
るように円板状の強性体16を配置させている。この強
磁性体16は、パーマロイで形成されたものであって、
中央が薄く、外側に向けて序々に厚くなるように形成さ
れている。本実施例では、中央の厚さを5cm、最外側
の厚さを10cmに設定している。なお、強磁性板体の
中央部3と外側部の厚さは、装置の形状,プロセス条件
等によって適宜変える必要があることは言うまでもな
い。
【0014】このようにな形状に、補助コイル12内の
強磁性体16を形成したことによって、補助コイル12
によって励磁される強磁性体16の周辺部分の磁束密度
は大きくなり、中央に近づくほど磁束密度が小さくなる
作用がある(周辺部の磁束密度な中央部の略2倍大きく
なる)。これにより、主コイル13の発散磁界によっ
て、試料台11の周辺外側方向に広がってしまうプラズ
マ18を強く集束させ、試料台11の中心に近づくほど
その集束力を弱めることができる。即ち、これは、従来
装置の課題である、周辺のプラズマ密度が薄く、中央に
行くほどプラズマ18の密度が濃いという問題を改善し
ている。このようにして、試料台11上にウェーハ17
が載置されて、CVDを行なった場合、ウェーハ17上
において原料ガスの供給密度を均一にすることによっ
て、均一な成膜を行なうことが可能となる。
【0015】なお、本実施例においては、強性体16を
パーマロイで形成したが、他の強磁性材料で形成しても
勿論よい。
【0016】(第2実施例)図2及び図3は、第2実施
例で用いる強磁性体16を示している。
【0017】本実施例においては、第1実施例における
強磁性体16の構成を変えたものであり、他の構成は、
第1実施例と同様である。
【0018】本実施例においては、図示するように、補
助コイル内の強磁性体16を3枚の強磁性板16a,1
6b,16cを重ねることにより構成している。これら
のうち強磁性板16aは、試料台と同程度の面積を有す
る円板形状であり、強磁性板16b,16cは、前記強
磁性板16aと外径寸法が同一で、夫々中央に内径を異
にする孔が形成されたドーナツ板形状をしている。そし
て、強磁性板16cの孔の内径は強磁性板16bの孔内
径より大きく設定されている。このため、強磁性板16
aに、順次強磁性板16b,強磁性板16cを重ねる
と、図2に示すように、構成された強磁性体16は、中
央から周辺に向けて漸次厚さが増す形状になる。なお、
本実施例においては、強磁性板16a,16b,16c
の厚さを夫々3cmに設定した。このため、強磁性体1
6の中央ではその厚さが3cmであり、周辺部では9c
mとなり、その中間部では6cmの厚さとなっている。
【0019】本実施例においても、第1実施例と同様
に、補助コイルで周辺に広がったプラズマを強く集束さ
せ、中心に近づくほどその集束力を弱くすることができ
る。即ち、設置されたウェーハに対して原料ガスの供給
密度を均一にでき、CVDによって成膜された膜厚を均
一にすることができる。
【0020】なお、本実施例においては、3板の強磁性
板16a,16b,16cを重ねる構成としたが、3枚
に限定されるものではなく、例えば、更に細かい磁場の
制御が必要なときは、薄い強磁性板を多数重ねる構成と
しても勿論よい。また、強磁性板に開口する孔の径寸法
の組合せも、装置の構造,プロセス条件等により、適宜
変更するものである。
【0021】また、本実施例は、強磁性板を簡単に重ね
合せ,取り外しができるため、条件出しが必要な実験装
置において、特に有効である。即ち、強磁性板を複数用
意して、磁場分布を強磁性板を取り替えることによって
変化させ、それによって最適の条件を見つけることが可
能となる。
【0022】(第3実施例)図4(A)及び(B)は、
本発明の第3実施例に用いる強磁性体16を示してい
る。なお、本実施例も、第1実施例における強磁性体1
6の構成を変えたものであり、他の構成は第1実施例と
同様である。
【0023】本実施例で用いる強磁性体16は、透磁率
の違う材料で成る強磁性部材16A,16B,16C,
16Dを同心円状に配設されたものであり、補助コイル
の磁束密度の分布を同心円状に漸次変化させ得るように
して、上記第1及び第2実施例と同様の効果を奏するも
のである。
【0024】まず、本実施例の強磁性体16を構成する
強磁性部材16Aは、試料台の外径と略同等の外径を有
し、内側の孔に強磁性部材16Bを嵌め込み、次に、強
磁性部材16Bの内側孔に強磁性部材16Cを嵌め込
み、この強磁性部材16Cの内側孔内に円柱状の強磁性
部材16Dを嵌め込んで、一枚の円板形状に形成してい
る。
【0025】そして、これら強磁性部材は、鉄(Fe)
とケイ素(Si)の合金で形成されており、透磁率の違
いは、その組成を変化させて得られるものである。その
組成は外側に位置する強磁性部材ほど、Siの濃度を濃
く(〜4%)し、内側ではほとんど純鉄に近いものとす
る。これによって、透磁率はμ0=500〜200まで
同心円状に変化させることができる。
【0026】本実施例においては、強磁性部材の組成を
以下に示すように変えた。
【0027】強磁性部材16A…Fe96%、Si4% 強磁性部材16B…Fe97%、Si3% 強磁性部材16C…Fe98%、Si2% 強磁性部材16D…Fe100%、Si0% なお、本実施例においては、強磁性部材をFeとSiの
組成を変えることにより、透磁率を変化させたが、他の
組成の強磁性材を用いて構成しても勿論よい。
【0028】以上、各実施例について説明したが、本発
明は、実質的に、補助コイルの磁束密度の分布を同心円
状に漸次変えればよいものであり、このような構成の要
旨に付随する各種の設計変更が可能である。
【0029】また、上記各実施例は、本発明をECR型
プラズマCVD装置に適用したが、ECR型プラズマエ
ッチング装置に適用すれば、ウェーハに対して均一な処
理が可能となり、磁場分布を同心円状にかえる点では全
く同様の作用を有するものである。
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、装置の中のウェーハに対してプラズマ密度を
均一にすることが可能となり、成膜による膜厚分布又は
エッチングレートを均一にできる効果がある。
【0031】また、機構が簡単であるため、従来装置を
容易に改善させる効果がある。
【0032】さらに、本発明によれば、細かい磁場の制
御が可能となり、例えば大口径サイズ(8インチ以上)
のウェーハを処理する装置にも対応できる効果がある。
【0033】また、従来のように補助コイルを複数設け
る必要がないため、それに伴う電源システムの設置や、
コイルの冷却システムを別途備える必要がなく、従来装
置のガス流量,排気速度等のシステムを変更しないでよ
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の断面説明図。
【図2】本発明の第2実施例で用いた強磁性体の断面
図。
【図3】本発明の第2実施例で用いた強磁性体の底面
図。
【図4】(A)は第3実施例で用いた強磁性体の平面
図、(B)はその断面図。
【図5】従来例の断面説明図。
【符号の説明】
10…反応室、11…試料台、12…補助コイル、13
…主コイル、16…強磁性体、16a,16b,16c
…強磁性板、16A,16B,16C,16D…強磁性
部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/31 C 8518−4M

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主コイルと補助コイルとを備え、該補助
    コイルにより主コイルの発散磁界を補正してプラズマ流
    の分布を変えることの可能なECR型プラズマ処理装置
    において、 前記補助コイルの磁束密度の分布を同心円状に変化させ
    たことを特徴とするECR型プラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 前記補助コイルの内部に同心円状の厚さ
    の分布を有する強磁性体を配したことを特徴とする請求
    項1記載に係るECR型プラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 前記補助コイルの内部の強磁性体を複数
    の円盤状の強磁性体板を重ねて形成したことを特徴とす
    る請求項2記載に係るECR型プラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】 前記補助コイルの内部に透磁率の異なる
    強磁性体を同心円状に配置し、主コイルの発散磁界を補
    正することを特徴とするECR型プラズマ処理装置。
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