JPH0575166B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体等の電子部品製造工程に用いる
プラズマ処理装置に関するもので、とくに反応性
プラズマによりエツチングを行なうドライエツチ
ング装置あるいはデポジシヨンを行なうCVD装
置に関するものである。

従来の技術 近年、半導体デバイスの集積化に伴い、プラズ
マ処理技術は重要な基幹技術となつている。本発
明を説明するにあたり、まず従来のプラズマ処理
装置について説明する。第７図ａ，ｂは平行平板
電極型プラズマ処理装置の概略図である。第７図
ａ，ｂにおいて２５は陽極、２６は陰極であり、
両電極間には高周波電源２７および整合器２８が
接続されている。２９は試料であり、一般に
CVD装置では第７図ａに示すように陽極上に試
料を載置し、またドライエツチング装置では同図
ｂに示すように陰極上に試料を載置してプラズマ
処理を行なう。このように用途により基板電極
は、陽極、陰極に使い分けられる。しかしこれら
従来装置においては反応ガスのイオン化率が低
く、例えばシリコン酸化膜のドライエツチングな
どエツチング速度が低く生産性での問題があつ
た。

そこで最近、上記問題点を解決する手段として
マグネトロン放電を利用したプラズマ処理装置の
報告がなされている（例えば特公昭60−11109号
公報）。

以下マグネトロン放電を利用したドライエツチ
ング装置について図を参照しながら説明する。第
８図は上記ドライエツチング装置の構成図であ
る。８図ａにおいて第７図と同一構成要素につい
ては同一番号を記している。３０は陰極２６の裏
面に設置された永久磁石であり、Ｎ−Ｓ極が間隔
をあけて隣接するようにポールピース３１に取り
付けられかつ外部駆動機構より支持棒３２をへて
一直線上を往復運動するように構成されている。

上記のように構成されたドライエツチング装置
について動作原理を簡単に説明する。陽極２５と
陰極２６間に高周波電力を印加しプラズマ放電さ
せると両電極間に電界Ｅが発生する。陰極裏面の
永久磁石３０の磁界Ｂは上記電界Ｅの方向に対し
直角方向成分をもつよう設置されている。プラズ
マ放電中の電子は電界Ｅと磁界ＢによりＥ×Ｂの
ドリフト運動をするため電子が陰極近傍にトラツ
プされマグネトロン放電をおこす。その結果、反
応ガスのイオン化効率を高めることができるわけ
である。従つて従来のマグネトロン放電を用いな
いドライエツチング装置に比べ、エツチング速度
を著しく向上させることができる。また同様にデ
ポジシヨンを行なうCVD装置においてもマグネ
トロン放電を用いてデポジシヨン速度を向上させ
ることが可能である。

発明が解決しようとする課題 このように試料を載置する陰極裏面に永久磁石
を設置してマグネトロン放電を利用するプラズマ
処理装置の場合、処理速度が著しく向上するとい
う特徴があるが、処理速度すなわちエツチング速
度やデポジシヨン速度が不均一になるという問題
があつた。

陰極裏面の永久磁石を固定した場合、Ｎ−Ｓ極
間にのみマグネトロン放電が発生しイオン化率が
高くなるが、上記磁極間以外の部分ではイオン化
率が低く、従つて処理速度が不均一となる。そこ
でこの均一性を解決すべく第８図ａに示すように
磁石２９を支持棒３２を介して一直線上に往復運
動させる手段が考案された。往復運動によりマグ
ネトロン放電が被処理物上に一様に走査されるた
め処理均一性を高めることができる。

しかしながら上記方式においては第８図ｂに示
すように試料２９の径以上に永久磁石３０を走査
する必要があり、試料が大型化するに伴つて永久
磁石３０の移動空間が増し装置が大型化してしま
うという問題があつた。

また、上記構成においては試料を載置する電極
（基板電極）の裏面に永久磁石が位置するため試
料を搬送するための機構も複雑になるという問題
点をも有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、装置を小型化でき
かつ容易に均一処理できるプラズマ処理装置を提
供するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するため、第１の発明は真空
容器内にあつて、試料を載置する基板電極と、前
記基板電極に平行して設置された対向電極と、前
記両電極間に高周波電力を印加する手段と、前記
真空容器内に反応ガスを供給する手段および前記
真空容器内を一定の圧力に保持するための排気手
段とからなるプラズマ処理装置において、前記対
向電極の裏面にあつて前記基板電極側に漏えい磁
界を発生する主磁気発生手段および副磁気発生手
段と、前記主磁気発生手段および前記副磁気発生
手段を同一平面でかつ同軸上で回転させるための
手段とを備え、前記副磁気発生手段を前記主磁気
発生手段の回転周辺部に設置するとともに前記副
磁気発生手段は設置位置が可変としたものであ
る。

また第２の発明は真空容器内にあつて、試料を
載置する基板電極と、基板電極に平行して設置さ
れた対向電極と、前記両電極間に高周波電力を印
加する手段と、前記真空容器内に反応ガスを供給
する手段および前記真空容器内を一定の圧力に保
持するための排気手段とからなるプラズマ処理装
置において、前記対向電極の裏面にあつて前記基
板電極側に漏えい磁界を発生する主磁気発生手段
と、前記主磁気発生手段を回転させるための手段
とを有し、前記基板電極周辺の円周上に、径方向
にＮ−Ｓ極を有する副磁気発生手段を所定の間隔
をもつて、かつ隣とは極性が異なるよう複数個配
設してなるものである。

作 用 第１の発明の作用は、回転周辺での移動距離に
伴う磁界効果の補正を同軸回転上の副磁気発生手
段により行ない、処理速度の均一化を容易にした
ものである。

また、第２の発明の作用は、回転周辺部での移
動距離に伴う磁界効果の補正を基板電極周辺の副
磁気発生手段により行ない、処理速度の均一化を
容易にしたものである。

実施例 以下本発明の一実施例のプラズマ処理装置、と
くにドライエツチング装置について図面を参照し
ながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるドライ
エツチング装置の構成を示すものである。第１図
において、１は対向電極（陽極）、２は基板電極
（陰極）で整合器３、高周波電源４が接続されて
いる。対向電極１の裏面には磁気発生手段として
永久磁石５が設置され、永久磁石を回転させるた
めの手段としてモータ６が接続されている。７は
対向電極１および永久磁石５を冷却するための媒
体の出入口、８は基板電極２を冷却するための媒
体の出入口である。９は基板電極を絶縁するため
の絶縁体、１０は被エツチング試料となるウエハ
である。１１はウエハ１０を移載するための昇降
機構であり、１２はそれぞれ反応ガス供給口、１
３は排気口であり、排気口１３には容器内の圧力
を一定にするための図示しない排気手段が接続さ
れている。

以上のように構成されたドライエツチング装置
について、以下第１図を用いてその動作を説明す
る。

まず同図において反応ガスが供給されかつ一定
の圧力で保持された状態で、高周波電源４により
基板電極２に電力が印加される。対向電極１と基
板電極２間において反応ガスがプラズマ化しウエ
ハ１０上に形成した被エツチング試料は上記反応
ガスプラズマによりスパツタあるいは化学反応に
より除去排出されエツチングが進行する。

第２図は本発明の第１の実施例に用いた装置の
主要部分の構成図で第１図と同一構成要素につい
て同一番号が記してある。

第２図ａにおいて、５は主磁気発生手段として
の永久磁石で第３図に示すように、長さ200mmの
直方体磁石（表面5Kガウス）１４を２個、Ｎ−
Ｓが対向するように非磁性体（アルミニウム）１
５をはさんで鉄製のポールピース１６を取つけた
ものを用いた。１７は副磁気発生手段としての永
久磁石であり第３図に示す永久磁石と同一構成で
長さ60mmのものを用いた。

また第２図ｂは永久磁石取り付け部の詳細図で
ある。同図において１８は永久磁石取り付けアー
ムで回転軸１９を中心に回転する。前記アームに
は主磁気発生機構としての永久磁石５と副磁気発
生機構としての永久磁石１７が固定されるが、永
久磁石１７はスリツト２０により固定位置が可変
である。

上記永久磁石を用いて、反応ガス：
CHF₃90SCCM＋CF₄10SCCM、圧力：300ｍ
Torr、高周波電力：400W、電極間隔：15mmの条
件で６インチSiウエハ上に堆積したSiO₂膜（プ
ラズマCVD膜）をレジストマスクを介してエツ
チングを行なつた。第４図は第２図ｂにおける永
久磁石１７の回転軸からの距離とエツチング特性
について示したものである。同図において(i)、
(ii)、(iii)はそれぞれ回転軸と永久磁石１７の距離が
40mm、60mm、80mmでのエツチング結果を示す。ま
た点線は永久磁石１７を用いない場合のエツチン
グ結果である。図より明らかなように永久磁石１
７の位置を調整することでエツチングの均一性が
異なり本実施例では60mmの距離にて均一性が最も
良かつた。

以上のように主磁気発生手段の回転周辺部に副
磁気発生手段を備えることでエツチングの均一性
を高めることができ、また副磁気発生手段の位置
を可変することでエツチング条件の変化によりエ
ツチングが不均一となつた際にも容易に均一性を
補正することができる。

なお本実施例においては副磁気発生手段として
の永久磁石の数を２個としたが１個あるいは３個
以上としてもよい。

次に本発明の第２実施例について図面を参照し
ながら説明する。

第５図は本発明の第２の実施例におけるドライ
エツチング装置の主要部分の構成図である。第１
図と同一構成要素について同一番号が記してあ
る。第５図において２１は基板電極周辺に配置し
た磁気発生手段としての永久磁石を示す。永久磁
石５のみの場合、第４図の点線に示すようにウエ
ハ中央部に対し周辺部のエツチング速度が低く、
エツチングが不均一となる。本発明で第５図に示
すように基板電極２の周辺の円周上に、径方向に
Ｎ−Ｓ極を有する永久磁石２１を所定の間隔をも
つて、かつ隣とは極性が異なるよう複数個、鉄製
ポールピース２２に固定し、基板電極２の周辺に
配置する構成をとつている。永久磁石２１により
ウエハ１０の周辺部のみに磁界によるマグネトロ
ン放電を発生させることができる。従つて、回転
する永久磁石５の磁界と永久磁石２１の磁界を重
畳することにより均一なエツチングが可能とな
る。

次に本発明の第３の実施例について図面を参照
しながら説明する。

第６図は本発明の第３の実施例におけるCVD
装置の主要構成部を示すものである。同図におい
て第２図ａと同一構成要素については同一番号が
記してある。永久磁石５，１７の構成は本発明の
第１の実施例で示したものであるが、第１の実施
例と異なるウエハ１０を載置する基板電極２３を
陽極、対向電極２４を陰極として高周波電力が印
加され、また基板電極２４にはウエハ１０を加熱
するための手段２４が取り付けられている点であ
る。

上記構成において反応ガスSiH₄＋N₂＋NH₄を
導入し、ウエハ温度300〜500℃にて高周波電力を
印加すると反応ガスプラズマによりウエハ上に
Si₃N₄のデポジシヨン膜が堆積する。本実施例の
装置を用いると、永久磁石を載置しない従来装置
に比べデポジシヨン速度が２〜３倍に増大し、か
つ均一性も著しく向上させることができる。

発明の効果 以上述べたように第１の発明によれば回転する
磁気発生手段に副磁気発生手段を併用することに
よつて、また第２の発明では対向電極裏面で回転
する手段を具備した磁気発生手段に基板電極周辺
に配置された副磁気発生手段を重畳することによ
つて容易に処理速度の均一性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるドライ
エツチング装置の断面構成図、第２図ａは本発明
の第１の実施例におけるドライエツチング装置の
構成を示す斜視図、第２図ｂは同装置の永久磁石
取り付け部の詳細図、第３図は同要部構成図、第
４図は本発明の第１の実施例におけるエツチング
特性を示す図、第５図は本発明の第２の実施例に
おけるドライエツチング装置の構成図、第６図は
本発明の第３の実施例におけるCVD装置の構成
図、第７図ａ，ｂ、第８図ａ，ｂは従来のプラズ
マ処理装置の構成図である。 １……対向電極、２……基板電極、４……高周
波電源、５，１７，２１……永久磁石、６……モ
ータ、１０……ウエハ、１２……反応ガス供給
口、１３……排気口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空容器内にあつて、試料を載置する基板電
   極と、前記基板電極に平行して設置された対向電
   極と、前記両電極間に高周波電力を印加する手段
   と、前記真空容器内に反応ガスを供給する手段お
   よび前記真空容器内を一定の圧力に保持するため
   の排気手段とからなるプラズマ処理装置におい
   て、前記対向電極の裏面にあつて前記基板電極側
   に漏えい磁界を発生する主磁気発生手段および副
   磁気発生手段と、前記主磁気発生手段および前記
   副磁気発生手段を同一平面でかつ同軸上で回転さ
   せるための手段とを備え、前記副磁気発生手段を
   前記主磁気発生手段の回転周辺部を設置するとと
   もに前記副磁気発生手段は設置位置が可変である
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。 ２ 真空容器内にあつて、試料を載置する基板電
   極と、基板電極に平行して設置された対向電極
   と、前記両電極間に高周波電力を印加する手段
   と、前記真空容器内に反応ガスを供給する手段お
   よび前記真空容器内を一定の圧力に保持するため
   の排気手段とからなるプラズマ処理装置におい
   て、前記対向電極の裏面にあつて前記基板電極側
   に漏えい磁界を発生する主磁気発生手段と、前記
   主磁気発生手段を回転させるための手段とを有
   し、前記基板電極周辺の円周上に、径方向にＮ−
   Ｓ極を有する副磁気発生手段を所定の間隔をもつ
   て、かつ隣とは極性が異なるよう複数個配設して
   なるプラズマ処理装置。