JPH076998A

JPH076998A - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH076998A
Application number: JP1870291A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tsuboi; 秀夫坪井; Masahiro Ito; 正博伊藤; Toshio Hayashi; 俊雄林
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-02-12
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】大面積でしかも一様な高い密度のプラズマが生
成可能であり、被処理物の処理形式に応じてプラズマの
モードを変更できるマイクロ波プラズマ処理装置を提供
すること【構成】マイクロ波プラズマ処理装置のプラズマ生成室
(1)に連設した拡散室(7)の外周に、プラズマ引出方向の
磁場を形成し、且つその磁束密度がｆ＝ｅＢ／２πｍ
（ｆ：マイクロ波周波数，ｅ：電子の電荷，Ｂ：磁束密
度，ｍ：電子の質量）で表されるＥＣＲ条件よりも十分
大きな値を発生できる能力を持ち、且つ上記減衰磁場の
減衰量を自由に可変制御するための磁場制御用空芯コイ
ルを設けた【効果】拡散室内で自在に磁束密度を制御でき、プラズ
マの拡散状態を制御して被処理物の処理方法を任意に変
更し得、特にエッチング又はＣＶＤの方法を多様に選択
出来、大きな被処理物をプラズマ生成室を大きくせずに
拡散室を大きくして処理できるのでプラズマ処理装置が
安価になる

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、電子物品等の
製造プロセスに適用されるマイクロ波プラズマ処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマ処理装置は、
第１４図示のように、マイクロ波導入口Ａを備えた真空
のプラズマ生成室Ｂに連続してシリコンウエハ等の被処
理物Ｃを内部の支持台Ｉの上に用意した拡散室Ｄを設
け、該生成室Ｂの外周に、これを取巻き且つプラズマ引
出方向Ｅに沿った磁場でしかもその磁束密度がマイクロ
波導入口Ａの付近で最大となりプラズマ引出方向に向か
って減衰する減衰磁場を形成する空芯コイルＦを設けて
構成するを一般とする。

【０００３】該プラズマ生成室Ｂおよび拡散室Ｄの内部
は、排気口Ｇから真空に排気され、適当な真空圧になる
ようにガス導入管Ｈからガスが導入される。

【０００４】この装置に於いて、プラズマ生成室Ｂ内に
マイクロ波導入口Ａからマイクロ波が導入されると、該
プラズマ生成室Ｂ内に存在する電子がマイクロ波により
励起されてプラズマが発生し、そのプラズマは該生成室
Ｂおよび拡散室Ｄに形成される空芯コイルＦの磁場によ
り案内されて被処理物Ｃに向けて引き出される。

【０００５】該被処理物Ｃは、プラズマ中のイオンやラ
ジカルによりエッチングされ、或いは拡散室Ｄ内に堆積
性のガスが導入された場合には、プラズマ中のイオンや
ラジカルが被処理物の表面に飛来して薄膜状に堆積し、
該被処理物Ｃのプラズマ処理が行われる。

【０００６】空芯コイルＦの磁束密度によって定まる電
子のサイクロトロン運動の周波数がマイクロ波の周波数
に一致する場合、電子の磁場によるサイクロトロン運動
とマイクロ波の共鳴が起こり、高密度のプラズマが発生
する。この現象は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：
electoron cyclotron resonance）として知られてい
る。

【０００７】プラズマ中の電子は、空芯コイルＦの磁束
に沿ってプラズマ生成室Ｂから拡散室Ｄ内の被処理物へ
と向かうが、その途中で室Ｂ、Ｄの壁面に衝突すると消
滅し、これはプラズマ密度を減少させる不利を生ずるの
で、該生成室Ｂ及び拡散室Ｄの外周に、これらの室の内
壁への電子の衝突を防止するためのミラー磁場を形成す
るための磁石（図示してない）が設けられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のミラー
磁場を備えたプラズマ処理装置は、プラズマの引出し部
分または被処理物の処理面付近に必ず不均一な磁場が存
在し、この磁場の影響により一様なプラズマ密度が得ら
れなかった。また、従来の場合、プラズマ内部および被
処理物の処理面付近における磁束密度と、磁力線の方向
を制御出来なかった。

【０００９】近時は、半導体製造工程に於けるウエハの
大口径化に伴ない、例えば直径８インチの大面積ウエハ
に対してプラズマを照射しようとすると、プラズマ源す
なわちプラズマ生成室を大面積化しなければならない。
しかし、従来の装置では、プラズマの引出し部分に磁束
密度、磁力線の方向がいずれも不均一な磁場が存在する
ため、プラズマ密度の一様性が著しく悪化する。たとえ
大面積の被処理物に対応してプラズマ生成室を大面積化
しても、該生成室を大きくすることに伴い磁束密度が小
さくなるため、又、該生成室のパワー密度が低下するた
め、プラズマ密度が低下し、その結果、被処理物の処理
速度の低下と被処理物の処理面を均一に処理できない問
題があった。大面積の被処理物をプラズマで処理する場
合、被処理物の処理面に於いて次の条件が要求される。
(1)被処理物の処理表面に磁場が存在する場合には、そ
の磁束密度分布が一様で、且つ磁力線の向きが処理面に
対して垂直であること、(2)プラズマ生成部分および被
処理物の処理面付近の磁束密度が自由に変化させ得ら
れ、プラズマのモードが制御できること、即ち、被処理
物の処理のプロセスに合わせてプラズマのモードが変え
られること、(3)プラズマの密度拡散のみで被処理面へ
プラズマを輸送して被処理物をプラズマ処理する場合、
該被処理面の磁場を極めて弱い略０Gaussに制御でき
て、プラズマ密度を一様に出来ること、である。

【００１０】本発明の第１の目的は、大面積でしかも一
様な高い密度のプラズマを生成できるマイクロ波プラズ
マ処理装置を提供することにある。

【００１１】本発明の第２の目的は、被処理物の処理形
式の変更に応じてプラズマのモードを変更できるマイク
ロ波プラズマ処理装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に於いては、マイ
クロ波導入口を備えた真空のプラズマ生成室に連続して
被処理物を内部に用意した拡散室を設け、該生成室の外
周に、これを取巻き且つプラズマ引出方向に沿った磁場
でしかもその磁束密度がマイクロ波導入口付近で最大と
なりプラズマ引出方向に向かって減衰する減衰磁場を形
成する空芯コイルを設け、更に該生成室及び拡散室の外
周に、これらの室の内壁への電子の衝突を防止する磁場
を形成するための磁石を設け、マイクロ波により該生成
室内に発生する高密度プラズマを該拡散室内で拡散させ
て該被処理物にプラズマ処理を施す装置に於いて、該拡
散室の外周に、前記プラズマ引出方向の磁場を形成し、
且つその磁束密度がｆ＝ｅＢ／２πｍ（ｆ：マイクロ波
周波数(Hz)，ｅ：電子の電荷(C)，Ｂ：磁束密度(Tesl
a），ｍ：電子の質量(Kg)）で表されるＥＣＲ（electro
n cyclotron resonance）条件よりも十分大きな値を発
生できる能力を持ち、且つ上記減衰磁場の減衰量を自由
に可変制御するための磁場制御用空芯コイルを設けるこ
とにより、上記の目的を達成するようにした。

【００１３】

【作用】プラズマ生成室および拡散室の内部を真空に排
気したのち適当なガスを導入して圧力を調整し、マイク
ロ波導入口からマイクロ波を導入すると、プラズマ生成
室内にプラズマが発生する。該生成室内に、その外周に
設けた空芯コイルによりマイクロ波の伝搬方向と平行な
磁場が形成されている場合、該マイクロ波が右回りの円
偏波（プラズマ中では電子サイクロトロン波）である
と、電子サイクロトロン波の電界は、電子のサイクロト
ロン運動に於ける旋回方向と同方向に回転する。周波数
２．４５ＧＨｚの電子サイクロトロン波は、磁束密度が
８７５Gaussのとき電子サイクロトロン周波数ωce（ωc
e／２π＝２．８×１０^- ³Ｂ［ＧＨｚ］、ただし、Ｂ
［Ｇａｕｓｓ］：磁束密度）に一致し、電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ：electoron cyclotron resonance ）
を起こす。この時、プラズマ中の電子は、電子サイクロ
トロン波の電界によって連続的に加速され、エネルギー
を効率よく吸収する。

【００１４】電子サイクロトロン波を８７５Gauss （以
下、これをＥＣＲポイントという）より高い磁場側から
導入すると、プラズマ中を電子サイクロトロン波が低い
磁場側に向けて伝搬する。ＥＣＲポイントより高い磁場
領域に於ける電子サイクロトロン波をホイスラー波とい
うが、ホイスラー波の群速度Ｖｇ（Ｖｇ＝ｄω／ｄｋ：
ただし、ωは角周波数、ｋは波数）は、磁場が小さくな
るに従って（ただし、８７５Gauss以上）速くなる。ホ
イスラー波での伝搬（以下、これをホイスラーモードと
いう）の過程に於いても、電子はエネルギーを吸収す
る。一方、ＥＣＲポイントよりも磁場が小さくなると、
電子サイクロトロン波は伝搬できなくなり、電子のエネ
ルギー吸収も起こらなくなる。

【００１５】従って、プラズマ領域に適当な磁場を形成
することにより、電子サイクロトロン波をホイスラー波
のまま被処理物まで伝搬させ、或いはＥＣＲポイントを
介在させてエネルギーの吸収を効率よく起こし、電子サ
イクロトロン波が被処理物へ伝搬しないようにして、任
意に被処理物の処理方法を制御することが出来る。

【００１６】プラズマ生成室内には、その外周に設けた
空芯コイルにより、マイクロ波導入口付近で最大となる
磁場が形成されるが、該磁場は該プラズマ生成室に連設
した拡散室の外周に設けた磁場制御用空芯コイルによ
り、磁力線の向きをプラズマ引出方向に一様に制御さ
れ、且つ磁束密度も一様に制御できる。即ち、プラズマ
の密度とプラズマ中の荷電粒子の運動方向を一様に出
来、プラズマ生成室で発生した高密度のプラズマを拡散
室に於いて一様に拡散させて一様なプラズマが得られ
る。

【００１７】更に、該磁場制御用空芯コイルでプラズマ
生成室の外周の空芯コイルと逆向きの磁場を発生させ、
拡散室内の磁場の強度を制御できる。

【００１８】プラズマ生成室の外周の空芯コイルに強磁
性体を設けることにより、該空芯コイルの磁場が拡散室
に及ぼす影響を減少させ得、拡散室内で略０Gaussの領
域を作り、被処理物の処理面へのプラズマ輸送をプラズ
マの密度拡散のみで行い、一様なプラズマを処理面の前
方に作ることが出来る。

【００１９】プラズマ生成室および拡散室の内面にマル
チカスプ磁場を存在させることにより、発生したプラズ
マが壁面に触れて消滅することがなくなり、プラズマ密
度が減少しない。また、該内面に設けた高誘電体により
プラズマが直接金属壁に触れることがなくなり、プラズ
マ中の荷電粒子のロスが減少し、プラズマ密度の減少が
防止される。

【００２０】本発明の装置によれば、次のようなプラズ
マ制御を行える。

【００２１】(1)該空芯コイルおよび磁場制御用空芯コ
イルに大きな電流を流し、マイクロ波導入口から被処理
物の処理面までＥＣＲポイントよりも大きく且つ次第に
減衰する磁場を形成させる。この場合、プラズマ生成室
および拡散室内にＥＣＲポイントが存在しないため、マ
イクロ波導入口から導入したマイクロ波はホイスラー波
となり、プラズマ中で多量のラジカルと、比較的高エネ
ルギーのイオンとを発生する。これを利用して、イオン
衝撃を伴うラジカルエッチング、又はＣＶＤ（ｃｈｅｍ
ｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を行え
る。

【００２２】(2)該空芯コイルの電流を制御して、マイ
クロ波導入口付近でＥＣＲポイントよりも大きく、被処
理物の処理面付近で丁度ＥＣＲポイントとなる磁場を形
成させる。この場合、処理面付近では高密度のプラズマ
が存在し、イオン量が増大したイオンエッチング又はＣ
ＶＤで被処理物の処理を行える。

【００２３】(3)該空芯コイルの電流方向と逆方向の電
流を磁場制御用空芯コイルに流し、マイクロ波導入口付
近では最大で、プラズマ引出方向に次第に減衰し、被処
理物の処理面ではＥＣＲポイントよりも減衰した磁場を
形成させる。この場合、処理面の前方のＥＣＲポイント
でマイクロ波のエネルギーが吸収され、処理面付近では
マイクロ波が存在しなくなり、ＥＣＲポイントで高密度
のプラズマが発生するためイオン量が多く、しかもプラ
ズマは主に磁場勾配と密度勾配によって拡散し、処理面
をイオンによりソフトに一様にエッチング又は成膜する
ことが出来る。 (4)該空芯コイルの電流方向と逆方向の電流を磁場制御
用空芯コイルに流し、該空芯コイルに強磁性体を設けて
プラズマ引出方向の磁場を減衰させ、処理面で略０Gaus
sになる磁場を形成する。この場合、ＥＣＲポイントに
於いて高密度のプラズマが発生するが、処理面には磁場
が作用しないので、プラズマは密度勾配で拡散し、前記
(3)の場合よりもソフトなエッチング又はＣＶＤを行え
る。

【００２４】

【実施例】本発明の実施例を図面第１図に基づき説明す
る。

【００２５】同図に於いて、符号(1)は比較的小さな直
径を有する円筒形のプラズマ生成室を示し、該プラズマ
生成室の上方の円形の端部は閉鎖板(2)により閉鎖さ
れ、該閉鎖板(2)にはガス導入管(3)が貫通して設けられ
ると共に石英窓(4)が嵌められたマイクロ波導入口(5)が
設けられ、該マイクロ波導入口(5)の外部にはマイクロ
波導波管(6)が接続される。

【００２６】該プラズマ生成室(1)の下方の円形の端部
は解放され、そこに該プラズマ生成室(1)よりも大きな
直径の円筒形の気密に形成された拡散室(7)が接続され
る。該拡散室(7)はアースに接続され、その内部には、
該マイクロ波導入口(5)と対向するようにシリコンウエ
ハ等の被処理物(8)を支持する導電性材料から成るテー
ブル状のホルダ(9)が設けられ、該ホルダ(9)の根部(9a)
は該拡散室(7)の外部へ絶縁碍子(10)を介して延び、ブ
ロッキングコンデンサ(11)を介してRFバイアス電源(12)
に電気接続され更に該ホルダ(9)を拡散室(7)内で上下に
移動させる昇降装置(13)に連結される。該昇降装置(13)
は、例えば電動機で回転される螺子軸と、該螺子軸が噛
み合う螺子穴を有するアームとで構成される。被処理物
(8)としては、シリコンウエハに限らず金属板、ガラス
板その他各種の物が用いられる。該ホルダ(9)の側面全
体は、高誘電体物質(14)のシールドとアースシールド(1
5)とで２重に覆われる。該拡散室(7)には真空ポンプに
接続される真空排気口(16)が設けられ、該真空排気口(1
6)からの排気によりプラズマ生成室(1)と拡散室(7)の内
部が真空に排気される。

【００２７】該プラズマ生成室(1)および拡散室(7)の外
周には、両室(1)(7)の内壁へ電子の衝突を避けるための
カスプ磁場を形成すべく磁石(18)が多数設けられ、これ
らの磁石(18)の夫々は、タイル状の形状（ポイントカス
プ）を有し、両室(1)(7)に面する側とその反対側とで異
なる極性を持ち、両室(1)(7)の内壁側から各磁石(18)を
見たとき、第２図示のように、隣り合う磁石の極性が異
なるように配置される。

【００２８】上述したポイントカスプ磁場の代わりにラ
インカスプ（図示してない）を用いても良い。

【００２９】該プラズマ生成室(1)の外周には、その円
周方向に囲繞して環状のコイル即ち空芯コイル(17)が設
けられ、該空芯コイル(17)は、これへの通電により該プ
ラズマ生成室(1)から拡散室(7)の方向即ちプラズマ引出
方向へ向かう磁力線を発生する。該空芯コイル(17)は、
夫々に制御した電流の通電可能な複数個の空芯コイルの
集合体で構成することが好ましく、図示の実施例では３
個の空芯コイル(17a)(17b)(17c)で構成した。該空芯コ
イル(17)は、これへの通電でプラズマ生成室(1)の内部
のマイクロ波導入口(5)の付近で最大の磁束密度とな
り、マイクロ波引出方向に向かって次第に減衰する減衰
磁場を形成する。

【００３０】該拡散室(7)の外周には、該拡散室(7)を取
巻いて環状の磁場制御用空芯コイル(19)が設けられ、こ
れへの通電電流を制御することにより上記減衰磁場の減
衰量を制御する。該磁場制御用空芯コイル(19)は、図示
の場合、間隔を存して拡散室(7)の外周に配置した２組
の空芯コイル(19a)(19b)で構成し、各コイル(19a)(19b)
に夫々別個に方向及び大きさを制御した電流の通電を行
えるようにした。該磁場制御用空芯コイル(19)は、前記
プラズマ引出方向の磁場を拡散室(7)内に形成し得るよ
うに構成され、その磁束密度がｆ＝ｅＢ／２πｍ（ｆ：
マイクロ波周波数(Hz)，ｅ：電子の電荷(C)，Ｂ：磁束
密度(Ｔ)，ｍ：電子の質量(Kg)）で表されるＥＣＲ（el
ectron cyclotron resonance）条件よりも十分大きな値
を発生できる能力を持つ。

【００３１】空芯コイル(17)の外周から拡散室側の面に
は、必要に応じてカバー状の強磁性体(20)が着脱自在に
設けられ、該生成室(1)内の磁場の影響が拡散室(7)に及
ぶのを抑えるようにした。

【００３２】以上の構成の装置に於いて、拡散室(7)内
に用意した被処理物(8)にエッチングを施す場合、プラ
ズマ生成室(1)及び拡散室(7)内を真空に排気し、ガス導
入管(3)から適当な処理目的に適合したガス、例えばＢ
Ｃｌ₃ガス或いはＳｉＣｌ₄ガスとＣｌ₂ガスの混合ガス
等を導入して１０^- ³〜１０^- ⁴Torrの圧力に調整する。
また、拡散室(7)内に用意した被処理物(8)にＣＶＤを施
す場合には、プラズマ生成室(1)及び拡散室(7)内を真空
に排気し、ガス導入管(3)から適当な処理目的に適合し
たガス、例えばＮ₂（ＮＨ₃）ガス或いはＯ₂ガスとＳｉ
Ｈ₄ガスの混合ガス等を導入して１０^- ³〜１０^- ⁴Ｔｏ
ｒｒの圧力に調整する。そして、空芯コイル(17)にマイ
クロ波導入口(5)の付近でＥＣＲポイントよりも大きく
且つ最大の磁束密度を有し、プラズマ引出方向に向かっ
て次第に減衰する減衰磁場を形成するように制御した電
流を通電し、更に磁場制御用空芯コイル(19)に通電した
後、マイクロ波導入口(5)からマイクロ波を導入する。

【００３３】これによって、プラズマ生成室(1)にプラ
ズマが発生し、発生したプラズマは該生成室(1)と拡散
室(7)の外周の磁石(18)によるカスプ磁場及び高誘電体
物質(21)により両室の壁面に接触することが防止され、
プラズマ中の電子の磁力線に沿っての移動に伴いプラズ
マが拡散室(7)内で拡散する。被処理物(8)は、拡散室
(7)の内部のプラズマ中に発生するイオンやラジカルに
よりエッチング或いはＣＶＤのプラズマ処理が施され
る。

【００３４】空芯コイル(17)及び磁場制御用空芯コイル
(19)の電流を制御すると、第３図乃至第６図に曲線Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄで示すような勾配を持つ減衰磁場を形成する
ことができた。これら図示の場合、３個の空芯コイル(1
7)は、同一であり、マイクロ波導入口(5)の側方の位置
に２個のコイル(17a)(17b)の隣接面を位置させ、これら
のコイルと間隔を存して拡散室(7)寄りにもう一つのコ
イル(17c)を配置した。また、２個の磁場制御用空芯コ
イル(19)も同一のものである。

【００３５】第３図の場合、一番上方の空芯コイル(17
a)及び二番目の空芯コイル(17b)に夫々２００Ａの電流
を流し、三番目の空芯コイル(17c)に１００Ａの電流を
流した。そして、上方の磁場制御用空芯コイル(19a)及
び下方の磁場制御用空芯コイル(19b)には、上記空芯コ
イル(17)と同方向の磁場が発生する方向に２００Ａの電
流を夫々流した。これによりプラズマ生成室(1)及び拡
散室(7)に発生する磁場は、曲線Ａのように、マイクロ
波導入口(5)の位置で２０００Gaussとなり、次第に減衰
して被処理物(8)の位置では１３００Gaussになった。こ
の場合、マイクロ波導入口(5)から導入されたマイクロ
波は、ホイスラー波のまま被処理物(8)の処理面にまで
達し、ＥＣＲ共鳴は起らない。プラズマ生成室(1)で発
生したプラズマは、磁力線に沿って被処理面の直前まで
輸送されるが、ＥＣＲポイントが存在しないため、プラ
ズマ中にはラジカル量のイオン量に対する比が極めて増
大する。また或る程度のイオン量があるので、被処理物
(8)の処理面で発生するシースポテンシャルも或る程度
の電位差を持ち、その結果、多量のラジカルと或る程度
のシースポテンシャルで加速された比較的高エネルギー
のイオンの作用とにより、該処理面を処理する。エッチ
ングの場合はイオン衝撃を伴うラジカルエッチングで処
理出来る。このホイスラーモードのプラズマは、Ａｌ−
Ｃｕ等の配線のエッチングに適する。また、成膜の場合
は、多量のラジカルと或る程度のシースポテンシャルで
加速された比較的高エネルギーのイオンの作用とによ
り、膜応力の制御が必要なＳｉＮｘ等の窒化膜ＣＶＤに
適する。即ち、イオンのエネルギーを制御することによ
り、望ましい低い圧縮性応力をもつ窒化膜を作成でき
る。

【００３６】第４図示の場合、一番目の空芯コイル(17
a)には２００Ａ、二番目の空芯コイル(17b)には１５０
Ａ、三番目の空芯コイル(17c)に５０Ａの電流を夫々流
し、２つの磁場制御用空芯コイル(19)に夫々２００Ａの
電流を流した。これによりプラズマ生成室(1)及び拡散
室(7)に発生する磁場は、曲線Ｂのように、マイクロ波
導入口(5)の位置で２０００Gaussとなり、次第に減衰し
て被処理物(8)の位置ではＥＣＲポイントの８７５Gauss
になった。この場合、マイクロ波導入口(5)から導入さ
れたマイクロ波は、ホイスラー波となって被処理物(8)
の方向へ伝搬し、その処理面付近においてＥＣＲ共鳴を
起こし、高密度のプラズマが発生する。高密度プラズマ
領域に被処理物(8)が存在すると、その前方に発生する
シースポテンシャルは低くなり、またイオン量のラジカ
ル量に対する比も増大する。即ち、エッチングの場合
は、イオンエッチングで被処理物(8)の処理を行え、こ
れはＳｉＯ₂のエッチングに適する。また、成膜の場合
は、ＥＣＲポイント付近即ち被処理物付近で生成される
高密度プラズマの効果により、導入ガスの分解が促進さ
れ、緻密なＳｉＯｘ等の酸化膜の作成に適する。尚、シ
ースポテンシャルの低下により、イオンエネルギーが不
足する場合には、ＲＦ電源(12)から被処理物(8)にＲＦ
バイアスを加えることもできる。

【００３７】第５図示の場合、一番目の空芯コイル(17
a)には２００Ａ、二番目の空芯コイル(17b)には１５０
Ａ、三番目の空芯コイル(17c)に２０Ａの電流を夫々流
し、上方の磁場制御用空芯コイル(19a)に−２００Ａ即
ち空芯コイル(17)とは逆方向の２００Ａの電流、下方の
磁場制御用空芯コイル(19b)に２００Ａの電流を夫々流
した。これによりプラズマ生成室(1)及び拡散室(7)に発
生する磁場は、曲線Ｃのように、マイクロ波導入口(5)
の位置で２０００Gaussとなり、次第に減衰して途中の
位置ではＥＣＲポイントの８７５Gaussに減衰し、被処
理物(8)付近では３００Gaussになった。この場合、マイ
クロ波導入口(5)から導入されたマイクロ波は、被処理
物(8)付近のＥＣＲポイントで消滅し、処理面付近では
電子サイクロトロン波が存在しなくなり、ＥＣＲポイン
トが存在するためにイオン量が多く、しかもプラズマは
主に磁場勾配と密度勾配によって拡散し、被処理面をラ
ジカルとイオンによりソフトに一様にエッチング又は成
膜することが出来る。

【００３８】第６図示の場合、一番目及び二番目の空芯
コイル(17a)(17b)には２００Ａ、三番目の空芯コイル(1
7c)に２０Ａの電流を夫々流し、二番目と三番目の空芯
コイル(17b)(17c)の外周をカバー状の強磁性体(20)で覆
い、上方の磁場制御用空芯コイル(19a)に−５０Ａ、下
方の磁場制御用空芯コイル(19b)に−１０Ａの電流を夫
々流した（−の記号は空芯コイル(17)と逆方向の電流を
表す）。これによりプラズマ生成室(1)及び拡散室(7)に
発生する磁場は、曲線Ｄのように、マイクロ波導入口
(5)の位置で２０００Gaussとなり、次第に減衰して途中
の位置ではＥＣＲポイントの８７５Gaussに減衰し、被
処理物(8)付近では０Gaussになった。この場合は、マイ
クロ波導入口(5)から導入されたマイクロ波はホイスラ
ー波となり、途中のＥＣＲポイントで消滅し、処理面に
は磁場が作用しないので、ＥＣＲポイントで発生した高
密度のプラズマは密度勾配で拡散する。ＥＣＲポイント
で多くのイオンが発生し、しかもプラズマが密度勾配で
拡散するので、シースポテンシャルは低くなり、前記の
場合よりもソフトな処理を行える。このタイプのプラズ
マは、イオン量及びイオンエネルギーが小さくなり、ラ
ジカルが主体となるので、イオン衝撃を嫌うプロセスに
適している。即ち、エッチングの場合は、ゲートメタル
のエッチングに適し、成膜の場合はＳｉＯｘ等のゲート
電極上の成膜に適している。尚、この場合もイオンエネ
ルギーはＲＦ電源(12)からＲＦバイアスを被処理物(8)
に加えることで制御が可能である。

【００３９】第５図示の場合に於いて、拡散室(7)内の
磁束密度ベクトルを調べた結果を第７図に示す。これに
於いて明らかなように、被処理物(8)の付近ではほぼ被
処理物(8)の処理面に垂直で大きさの揃ったベクトルと
なり、方向性の一様なプラズマ処理とくに異方性エッチ
ングに適した磁束が発生している。磁場の形状に応じ
て、ホルダ(9)を昇降装置(13)により拡散室(7)内で移動
させ、被処理物(8)とマイクロ波導入口(5)との距離を変
更し、最適の磁束の位置に被処理物(8)を位置させ得
る。

【００４０】また、第６図示の場合の拡散室(7)内の磁
束密度ベクトルは、第８図示の如くであり、被処理物
(8)の付近ではベクトルの大きさが殆ど零で、プラズマ
は密度勾配で拡散室(7)内を拡散することが解る。

【００４１】該プラズマ生成室(1)は、第９図示のよう
に、拡散室(7)と同径に構成することも可能であり、ま
た、該拡散室(7)を、第１０図示のようにホーン状に構
成することも可能である。これら第９図及び第１０図の
例に於いて、参照符号は第１図と同一のものを示してい
る。

【００４２】第１図に示した本発明の装置により８イン
チウエハに塗布したポリシリコンをエッチングしたとこ
ろ、第１１図の実線で示したように、ウエハの中心部と
端部とでエッチングレートが±５％以内の略均一なエッ
チングを行えた。同図の破線は、従来のエッチング装置
で６インチのウエハをエッチングした場合を示し、ウエ
ハの中心部と端部とでは、±１０％程度のエッチング速
度の差がある。

【００４３】また、本発明の装置による上記８インチウ
エハに塗布したポリシリコンのエッチングに於いて、ウ
エハの端部のエッチング部分の断面は、第１２図のよう
に、磁力線がウエハと直交しているためにエッチング形
状がきれいな垂直状になるが、従来の装置では、小さい
６インチのウエハのポリシリコンをエッチングしても、
第１３図示のように発散磁場の磁力線の影響で傾斜した
エッチング形状になり、本発明の装置のほうが正確なエ
ッチングを行えることが確認できる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明に於いては、外周
に空芯コイルを備えたプラズマ生成室に連続して拡散室
を備え、マイクロ波の導入で発生するプラズマを拡散室
内で拡散させて該被処理物にプラズマ処理を施す装置に
於いて、該拡散室の外周に、前記プラズマ引出方向の磁
場を形成し、且つその磁束密度がＥＣＲ条件よりも十分
大きな値を発生できる能力を持ち、且つ上記減衰磁場の
減衰量を自由に可変制御するための磁場制御用空芯コイ
ルを設けたので、拡散室内で自在に磁束密度を制御する
ことができ、プラズマの拡散状態を制御して被処理物の
処理方法を任意に変更し得、特にエッチング又はＣＶＤ
の方法を多様に選択出来て便利であり、被処理物が大き
くてもプラズマ生成室を大きくせずに拡散室を大きくす
ればその処理が可能になり、プラズマ処理装置が安価に
なる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の截断側面図

【図２】第１図のＡ−Ａ線部分の展開図

【図３】第１図示の場合の磁場状態を表す説明図

【図４】第１図示の場合の磁場状態を表す説明図

【図５】第１図示の場合の磁場状態を表す説明図

【図６】第１図示の場合の磁場状態を表す説明図

【図７】図５の場合の磁束密度ベクトル図

【図８】図６の場合の磁束密度ベクトル図

【図９】本発明の他の実施例の截断側面図

【図１０】本発明の他の実施例の截断側面図

【図１１】本発明の装置と従来の装置のエッチングの均
一性を比較した図

【図１２】本発明の装置によりエッチングした部分の拡
大断面図

【図１３】従来の装置によりエッチングした部分の拡大
断面図

【図１４】図は従来例の截断側面図である。

【符号の説明】

(1)…プラズマ生成室 (5)…マイクロ波導入口 (7)…拡散室 (8)…被処理物 (14)…高誘電体
物質 (17)(17a)(17b)(17c) …空芯コイル (18)…磁石 (19)(19a)(19b)…磁場制御用空芯コイル (20)…強磁
性体 (21)…高誘電体物質

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｇ 8414−4ＫＨ０１Ｌ 21/205 21/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波導入口を備えた真空のプラズ
マ生成室に連続して被処理物を内部に用意した拡散室を
設け、該生成室の外周に、これを取巻き且つプラズマ引
出方向に沿った磁場でしかもその磁束密度がマイクロ波
導入口付近で最大となりプラズマ引出方向に向かって減
衰する減衰磁場を形成する空芯コイルを設け、更に該生
成室及び拡散室の外周に、これらの室の内壁への電子の
衝突を防止する磁場を形成するための磁石を設け、マイ
クロ波により該生成室内に発生する高密度プラズマを該
拡散室内で拡散させて該被処理物にプラズマ処理を施す
装置に於いて、該拡散室の外周に、前記プラズマ引出方
向の磁場を形成し、且つその磁束密度がｆ＝ｅＢ／２π
ｍ（ｆ：マイクロ波周波数(Hz)，ｅ：電子の電荷(C)，
Ｂ：磁束密度(T:tesla)，ｍ：電子の質量(Kg)）で表さ
れるＥＣＲ（electroncyclotron resonance）条件より
も十分大きな値を発生できる能力を持ち、且つ上記減衰
磁場の減衰量を自由に可変制御するための磁場制御用空
芯コイルを設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ
処理装置。
【請求項２】上記磁場制御用空芯コイルは、上記拡散
室の内部の磁力線の方向をプラズマ引出方向に一様に揃
えると共に該拡散室の径方向に磁束密度を一様にする能
力を有し、且つ磁力線の向きを制御することにより該拡
散室内の被処理物の処理面に略０Gaussの領域を発生さ
せ得るものであることを特徴とする請求項１に記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】上記プラズマ生成室の外周の空芯コイル
には、これで発生するプラズマ引出方向の磁場を吸収
し、該生成室内の磁場の影響が拡散室に及ぶのを減衰さ
せる強磁性体が設けられていることを特徴とする請求項
１又は２に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】上記生成室及び拡散室の外周に設けられ
たこれらの室の内壁への電子の衝突を防止する磁場を形
成するための磁石は、多数の永久磁石で構成され、該生
成室及び拡散室の内面上にマルチカスプ磁場を形成する
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置。
【請求項５】上記生成室及び拡散室の内壁を、高誘電
体物質で覆ったことを特徴とする請求項１乃至４に記載
のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】上記生成室の外周の空芯コイルは環状の
複数個の空芯コイルの集合体で構成され、拡散室の外周
の磁場制御用空芯コイルは互いに離れた複数個の環状の
空芯コイルで構成され、各コイルに通電する電流により
上記マイクロ波導入口から被処理物の処理面までの磁力
線の形状と磁場勾配を制御することを特徴とする請求項
１乃至５に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項７】上記空芯コイルは磁場制御用空芯コイル
よりも大きい磁束密度を発生することを特徴とする請求
項１乃至６に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】上記拡散室内の被処理物は、プラズマ引
出方向に往復移動可能であることを特徴とする請求項１
乃至７に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。