JPH0616500B2 - 乾式薄膜加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体素子等を作成する目的で、シリコ
ン，アルミニウム，ガラス等の基板上にSiO₂，窒化珪
素，ＰＳＧ(phospho-silicate glass)，SiC，ダイアモ
ンド等の薄膜を形成し、またはこれらの膜をエッチング
するための装置であって、内部を真空にすることの可能
な金属容器からなり該容器内部にマイクロ波とプラズマ
原料ガスとが導入されてプラズマが生成されるとともに
この生成されたプラズマを外部へ押し出すための開口を
備えたプラズマ生成室と、このプラズマ生成室と前記開
口を介して連通するとともに成膜原料ガスが導入される
空間を形成する反応室とを備え、前記反応室内に導入さ
れた成膜原料ガスに対する前記プラズマの作用により生
じた活性な分子，原子または活性種、あるいは前記プラ
ズマのみの作用により前記反応室内に配された被加工基
板上に薄膜形成またはエッチングが施される乾式薄膜加
工装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の薄膜加工装置として電極間の高周波放電を用い
たプラズマＣＶＤ(chemical vapor deposition，プラズ
マ中で励起された中性の気体分子の化学反応により固体
が析出される現象)やＲＩＥ(reactive ion etching，プ
ラズマ中の反応性イオンによる化学反応および反応性イ
オンの方向性による物理的反応によって行なわれるエッ
チング)などの方法を用いたものが知られている。これ
に対し、膜質の向上，成膜速度の増大，ガス利用効率の
改善，エッチングにおける異方性の向上等を実現する目
的でマイクロ波による無極性放電を用いたマイクロ波プ
ラズマプロセスが研究されており、とくにマイクロ波と
磁場との共鳴効果を用いたＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）プラズマを用いたＣＶＤ装置の実験機が市販さ
れ、実験に供されている。

第２図に示した装置はその一例で、マイクロ波共振器の
役割をするプラズマ生成室１と反応室２とを真空排気し
ておき、プラズマ生成室１へ目的に応じてN₂，O₂，H₂，
Ar等のキャリアガス（プラズマ生成用原料ガス）を流し
たところへマイクロ波を導波管７，マイクロ波導入窓６
を介して送り込む。プラズマ生成室１の端部には金属平
板でできた，中央部に開口を有するアパーチャ４が取り
付けられており、このアパーチャ４とプラズマ生成室１
とでマイクロ波共振器を構成している。この共振器の外
部には励磁コイル９が配置され、共振器内にＥＣＲ条件
すなわちマイクロ波に励振され磁力線まわりを円運動す
る電子の遠心力とこの円運動する電子が磁力線から受け
るローレンツ力とが平衡する条件を満たす磁場が発生し
ているため共振器内にＥＣＲプラズマが発生する。この
プラズマが反応室２内に押し出され基板ステージ11へ向
かう空間内にたとえば成膜原料ガスとしてのシランガス
を送りこんでこのガスを上記プラズマにより活性化する
と、発生した活性種の作用により基板の表面にキャリア
ガスの種類によって異なるシリコン系の各種薄膜が形成
される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のＥＣＲプラズマによる薄膜加工における問題点は
つぎの通りである。すなわち、ＥＣＲプラズマプロセス
では圧力領域が通常のプラズマＣＶＤより２桁程度低い
ので、ガス分子（原子）同志の衝突確率は低く従って気
相反応によるごみの発生は極めて少ない。反面、ＥＣＲ
プラズマプロセスの特徴として容器内壁に緻密な膜が付
着し、これを放置すると長時間ののちに剥離しごみの発
生の原因となる。これの影響を少なくするため、第２図
の実施例では基板であるウエハを重力に平行に保持して
おり、ウエハの基板ステージへの接着力は給電リード13
を介して給電される静電チャック12によって確保してい
る。実験用装置としてはこの方法でごみの影響を防ぐこ
とができるが、実用量産装置においては単にこの方法で
は膜の堆積に対応することができず、一定の運転期間ご
とに反応室のクリーニングを必要とするが、特にＥＣＲ
プロセス装置ではその原理的制約からプラズマ生成室の
口径をあまり大きくすることができず、このため薄膜加
工が施される基板は１枚づつ処理する枚葉式の装置とな
らざるを得ず、このため、ここには特に図示しないが、
反応室に装備されている，基板の搬入，搬出および貯蔵
のための各種部材や装置が多くなり、クリーニングのた
めの分解，清掃，再組立てに長時間を必要とし、装置の
ダウンタイムが長くなって生産性が低下するため、この
問題の解決は重要な技術課題となっている。

この発明の目的は、前記従来の問題点を解決し、ＥＣＲ
プロセス装置を含むマイクロ波プロセス装置が生産ライ
ンに用いられる場合に不可避的に必要とされる一定の運
転期間ごとの装置内クリーニングを簡単にかつ短時間で
行ないうる構造の装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明によれば、内部を
真空にすることの可能な金属容器からなり該容器内部に
マイクロ波とプラズマ原料ガスとが導入されてプラズマ
が生成されるとともにこの生成されたプラズマを外部へ
押し出すための開口を備えたプラズマ生成室と、このプ
ラズマ生成室と前記開口を介して連通するとともに成膜
原料ガスが導入される空間を形成する反応室とを備え、
前記反応室内に導入された成膜原料ガスに対する前記プ
ラズマの作用により生じた活性な分子，原子または活性
種、あるいは前記プラズマのみの作用により前記反応室
内に配された被加工基板上に薄膜形成またはエッチング
が施される乾式薄膜加工装置を、前記反応室の内壁がこ
の内壁への膜付着を防止するための筒上の遮蔽体によっ
て覆われるとともにこの遮蔽体が前記プラズマ生成室に
着脱可能に取り付けられている構造に構成するものとす
る。

〔作用〕

装置内で膜の付着が問題になる部位は、反応室２の内
壁，アパーチャ４の両面およびマイクロ波導入窓６のプ
ラズマ生成室側の面である。従って、前述のように、反
応室内壁への膜付着を、この内壁を覆う，安価な筒状の
遮蔽体により肩がわりさせ、かつこの遮蔽体をプラズマ
生成室に着脱可能に取り付けることにより、クリーニン
グに際して、まず、着脱可能に結合されたプラズマ生成
室と反応室とを分離し、プラズマ生成室側の前記遮蔽体
と、アパーチャと、マイクロ波導入窓とを捨てるととも
に、あらかじめ洗浄したプラズマ生成室にマイクロ波導
入窓，アパーチャ，遮蔽体および長い導波管中のプラズ
マ生成室側導波管部分を取り付けたものをユニットとし
て前記分離したプラズマ生成室側と交換することが可能
になる。このようにすれば、クリーニングのためのダウ
ンタイムがプラズマ生成室側のみを交換する短時間です
み、生産性が従来に比し著しく向上する。

〔実施例〕

第１図にこの発明の実施例を示す。冷却ジャケット３と
一体化された冷却水によって外周面が冷却されるプラズ
マ生成室１は反応室２に締付けねじ21を複数個用いて取
り付ける。真空の気密はＯリングパッキンを用いて確保
する。アパーチャ４はアルミニウム製とし図のごとくプ
ラズマ生成室１の端部に締付けねじを複数個用いて取り
付ける。アパーチャの外周側をとり囲みアルミニウム製
の筒状遮蔽体５を図のごとく反応室２の内壁を覆ってプ
ラズマ生成室１にねじを複数個用いて取り付ける。マイ
クロ波導入窓６は押え板7aを用いて導波管７とともにプ
ラズマ生成室１に固定し、真空の気密はＯリングパッキ
ンを用いて確保する。導波管同志の結合はフランジジョ
イント８を用いワンタッチでの着脱が可能とする。締付
けねじ21の着脱操作が容易となるよう励磁コイル９には
コイルリフト機構10を取り付け、ねじ21の着脱の際には
コイル全体を下降させることができるようにする。本実
施例ではごみの影響の除去をより徹底させるためウエハ
の表面が重力の方向に下を向く，いわゆるフェースダウ
ン構造をとっている。基板ステージ11に基板を保持しか
つ基板冷却効果を上げるために静電チャック12を用いる
点は従来方法と同様である。真空ベローズ14は基板ステ
ージ11の位置をアパーチャ４に対して可変とし、最適の
プロセス条件を得るために用いる。

本実施例では枚葉式連続処理装置を前提としているた
め、ロード室16およびアンロード室17を設置しゲートバ
ルブ15で反応室２との間を仕切って、反応室２内が薄膜
下降処理終了時ごとに大気圧に戻ることをさけてごみの
舞い上がりをさけている。ロード室16およびアンロード
室17内にはそれぞれ基板をセットしておくためのカセッ
ト18を用意し、ウエハ搬送機構19を用意してウエハの連
続自動処理の目的に供する。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、反応室内壁をこ
の内壁への膜付着を防止するための筒状の遮蔽体によっ
て覆うとともにこの遮蔽体をプラズマ生成室に着脱可能
に取り付けた構造に装置を構成したので、一定の運転期
間ごとのクリーニング時に、着脱可能に結合されたプラ
ズマ生成室と反応室とを分離し、プラズマ生成室側の前
記遮蔽体と、アパーチャと、マイクロ波導入窓とを捨て
るとともに、あらかじめ洗浄したプラズマ生成室にマイ
クロ波導入窓，アパーチャ，遮蔽体および長い導波管中
のプラズマ生成室側導波管部分を取り付けたものをユニ
ットとして前記分離したプラズマ生成室側と交換するこ
とが可能になり、クリーニング作業が著しく簡単になる
とともに、クリーニングのためのダウンタイムがプラズ
マ生成室側のみを交換する短時間ですむから、生産性が
従来に比して著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて構成される乾式薄膜加工装置
の一実施例を示す縦断面図、第２図は従来の乾式薄膜加
工装置の構成例を示す縦断面図である。 １：プラズマ生成室、２：反応室、５：遮蔽体、11：基
板ステージ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部を真空にすることの可能な金属容器か
   らなり該容器内部にマイクロ波とプラズマ原料ガスとが
   導入されてプラズマが生成されるとともにこの生成され
   たプラズマを外部へ押し出すための開口を備えたプラズ
   マ生成室と、このプラズマ生成室と前記開口を介して連
   通するとともに成膜原料ガスが導入される空間を形成す
   る反応室とを備え、前記反応室内に導入された成膜原料
   ガスに対する前記プラズマの作用により生じた活性な分
   子，原子または活性種、あるいは前記プラズマのみの作
   用により前記反応室内に配された被加工基板上に薄膜形
   成またはエッチングが施される乾式薄膜加工装置におい
   て、前記反応室の内壁がこの内壁への膜付着を防止する
   ための筒上の遮蔽体によって覆われるとともにこの遮蔽
   体が前記プラズマ生成室に着脱可能に取り付けられてい
   ることを特徴とする乾式薄膜加工装置。