JPH0770519B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0770519B2
JPH0770519B2 JP61041415A JP4141586A JPH0770519B2 JP H0770519 B2 JPH0770519 B2 JP H0770519B2 JP 61041415 A JP61041415 A JP 61041415A JP 4141586 A JP4141586 A JP 4141586A JP H0770519 B2 JPH0770519 B2 JP H0770519B2
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coil
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマおよびそれに含まれるイオンを利用
して材料表面をエッチングするために、または材料表面
上に薄膜を形成するために用いるプラズマ処理装置に関
するものであり、特に半導体集積回路などの各種デバイ
スの製造工程において、微細なパターンを形成するため
のエッチングの工程、低温で良質の薄膜を形成するため
の膜形成工程に量産性よく適合するプラズマ処理装置に
関するものである。
[従来の技術] エッチングおよび薄膜形成に用いるプラズマ生成法とし
て、電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ生成法
があり、これは低圧ガス圧、高イオン化率、高活性の特
徴を有し、導入ガスの選択、イオンのエネルギーの制御
によって、優れた加工特性を発揮しうることが明らかに
されている(特公昭58−13626号公報、特開昭56−15553
5号公報参照)。
第5図にこのような電子サイクロトロン共鳴プラズマを
利用した従来のイオンシャワ装置の基本構成を示す。こ
こに、1はプラズマ生成室、2は図示しない排気系に連
る試料室、3はイオン引出し電極である。4はプラズマ
生成室1の上部に設けたマイクロ波導入窓であって、例
えば石英ガラス板により構成されている。5はマイクロ
波導入のための矩形導波管である。図示を省略したマイ
クロ波源としては、例えば2.45GHzのマグネトロンを用
いて構成される。6はプラズマ生成室1の適当な領域で
マイクロ波電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界強
度を発生させるための磁気コイルである。本例では磁気
コイル6を2個のコイルで構成しているが、単一のコイ
ルでもよい。ここで、イオン引出しの効果を高め、かつ
均一な大口径のイオンシャワを得るため、磁気コイル6
は磁界強度がプラズマ生成室1の上部からイオン引出し
電極3に向かって弱くなる、いわゆる発散磁界を形成す
るような構成としている。周波数2.45GHzのマイクロ波
に対しては、磁束密度875ガウスの強度で電子サイクロ
トロン共鳴が引起される。イオン引出し電極3はプラズ
マ生成室の壁1Aと同電位の電極3Aと接地電極3Bとからな
っており、両電極間の電圧は電源7によって制御され
る。イオン8はこの両電極間の電位差によって加速され
試料室2に入り、試料台9上のウエハなどの試料10を照
射する。11はプラズマ室を冷却するための冷却水通路、
12は絶縁体、13はプラズマ生成用ガスを導入するための
第1ガス導入系、14は必要のある時試料室2内に所望の
ガスを導入するための第2ガス導入系である。イオン引
出し電極によって引出されるイオンシャワの径はこの例
では150mmであり、多少の設計変更により径200mm程度ま
で拡大できる。最近の半導体集積回路用シリコンウエハ
は100〜200mmの径であり、これらのウエハに対して単枚
でのエッチングが可能である。しかしながら、高周波放
電を利用したプラズマ装置では多数枚のウエハの同時処
理が可能であり、これに比較して上記技術は量産性に欠
けるという欠点がある。この点を改良すべく、第5図の
構造を相似的に大形とすると、磁気コイル6もそのまゝ
相似的に大形化しなければならない。磁気コイル6は第
6図に示すように空芯領域が円形であったため、この形
のままで拡大すると、中心部Cとコイル部Dの距離aが
増加する。プラズマ生成室1の中央部で少なくとも電子
サイクロトロン共鳴条件の磁界強度(875ガウス)を保
ちつつ半径を増加する必要があるため、コイル巻数の増
加を必要とし、さらに円周長が増加するので、コイル重
量は拡大倍率の3乗に比例して増大、巨大化して、実用
的装置は構成できない。また2次元的拡大(半径方向の
み)では均一性が保てないので、高さ方向にも拡大しな
ければならない。
一方、マイクロ波の周波数を低下させて、電子サイクロ
トロン共鳴磁界の強度を低下させる方法もあるが、マイ
クロ波源、マイクロ波回路の入手、取扱いが困難になる
という問題がある。
ここではイオンシャワ装置について説明したが、低エネ
ルギーのイオンを発散磁界によって、イオン引出し電極
なしで、引出す方式の薄膜形成装置やエッチング装置に
ついても同様の問題がる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は上述した従来の欠点を解決し、磁気コイルの巨
大化を招くことなく処理面積を増大させた、量産性に優
れたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
このような目的を達成するために、発明のプラズマ処理
装置においては、プラズマ生成室に複数箇所からマイク
ロ波が導入され、プラズマ生成用の磁気コイルの平面断
面が長方形状またはそれに近似される形状の空芯領域を
有する。
〔作 用〕
本発明ではプラズマ生成用の磁気コイルを一方向に拡大
した構造としたので、磁気コイルおよび装置の巨大化を
伴わず、イオンの照射領域を拡大でき、量産性に優れた
高スループットの電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理
装置を提供できる。
〔実施例〕
以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
実施例1 第1図(A),(B)に本発明のイオンシャワー装置に
適用した実施例の構成を示す。同図(A)は装置の長手
方向に沿った断面図、同図(B)は装置の短手方向に沿
った断面図である。本実施例のプラズマ生成室1および
試料室2は平面断面がほゞ長方形状であり、平面断面が
やはりほゞ長方形状の空芯領域をもつ磁気コイル21がプ
ラズマ生成室1を囲んでいる。第1図(A),(B)に
おいて、第5図の従来装置と同一部分は同一参照番号を
付して説明を省略する。第2図に磁気コイル21の形状を
示す。第1図(A)は第2図のA−A′線に沿った断面
図であり、第1図(B)は第2図のB−B′線に沿った
断面図である。
第2図に示す本発明におけるコイルは従来コイルを横方
向(A−A′方向)に1次元的に拡大したもので、B−
B′方向におけるコイルの中心部C′とコイルD′の距
離bは変化せず、その空芯部に設けるべきプラズマ生成
室の体積を拡大率に比例して増加させることができる。
コイル内部の磁力線は従来では3次元的であるのに対
し、本発明コイルでは高さに対して面積が広く2次元的
のため流すべき電流は多少増加するが、その状態で1次
元的に、A−A′方向にさらに拡大しても電流を全く増
加させる必要がなく、任意の長さのコイル(任意の長さ
のプラズマ生成室)が容易に構成できる。B−B′方向
に沿う断面での磁力線の様子は第5図の従来装置とほぼ
同様のため、従来技術と同様の設計思想を本装置に適用
することができる。例えば磁力線に沿ってのプラズマ移
動を第2図B−B′方向のプラズマの拡大およびイオン
の効率的輸送に利用することができる。
第1図にもどり、本実施例では磁気コイル21は形成する
磁界が発散磁界でなく、平行磁界もしくはイオン引出し
電極3付近で磁界がやゝ強くなるような磁界の例を示し
てある。
マイクロ波は4本の矩形導波管5から、隔壁22によって
区切られた4室からなる矩形状のプラズマ生成室1に導
入され、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマが生
成され、そのプラズマはイオン引出し電極3に到達す
る。そしてイオンがシャワ状に引出され、試料10を照射
してエッチング等の処理を行う。プラズマ生成室1およ
び磁気コイル21は過熱防止のため水冷されている。隔壁
22は、例えばステンレススチールが用いられ、水冷され
たプラズマ生成室の壁1Aと結合され冷却される。複数の
導波管からプラズマ生成室1内に導入されたマイクロ波
が相互干渉を起すと均一なイオンシャワーを得ることが
できず、また一方の導波管から導入されたマイクロ波が
他方の導波管からもどるなど、効率が低下することがあ
る。隔壁22によって、プラズマ生成室1を各導波管に対
応して区切るとこのような干渉を防ぎ、均一なイオンシ
ャワーを効率よく得ることができる。導入ガスとしてC2
F6などのフッ化炭素を導入することによってSiO2などの
エッチングを高精度に実現できる。またCl2などの塩素
系ガスの導入によって、AlやSiの高精度エッチングが実
現できる。本実施例では第5図に示した従来の装置に比
較して4倍以上のイオンシャワ面積すなわち4台以上と
同等の性能を有するが、磁気コイルの大きさは2〜3倍
程度である。また、本実施例では多数枚のウエハが直線
状に試料台上に配列されているので、ウエハ搬送機構を
用いて、処理中に連続的に移動させ、スループットの高
い連続処理装置として用いることもできる。
実施例2 第3図(A),(B)は本発明の他の実施例を示す図で
あって、第3図(A)は第2図におけるA−A′線に沿
った断面に対応したイオンシャワ装置の断面構成を示
す。第3図(B)は第2図におけるB−B′線に沿った
断面に対応するこのイオンシャワ装置の断面構成を示
す。第3図(A),(B)において、第1図(A),
(B)に示した実施例または第5図に示した従来例と同
一部分は同一参照番号を付して説明を省略する。
本実施例においては、磁気コイル31は、プラズマ生成室
1内に形成する磁界強度が、第2図のB−B′方向で
は、イオン引出し電極3に向って弱くなる発散磁界を形
成するような構成となっている。この磁界の発散を利用
してイオンシャワの面積を増大させることができるので
磁気コイル31を実施例1の装置よりさらに小形化するこ
とが可能となっている。ここで、32はマイクロ波反射板
であり、マイクロ波が、イオン引出し電極3等に悪影響
を及ぼすことを防止する作用があるが、マイクロ波パワ
ーが低いなどの場合は省略することもできる。マイクロ
波は4本の矩形導波管5より4室からなる矩形状のプラ
ズマ生成室1に導入され、電子サイクロトロン共鳴によ
ってプラズマが生成され、そのプラズマは発散磁界に沿
って粗い格子(例えば太さ2mm中の20mmピッチの格子)
のマイクロ波反射格子32を通過して、イオン引出し電極
3に到達する。そしてイオンがシャワ状に引出され、試
料10を照射してエッチング等の処理を行う。エッチグな
どの作用は実施例1において説明したのと全く同様であ
る。
実施例3 第4図(A),(B)に本発明のさらに他の実施例とし
て、薄膜形成やエッチングに用いるプラズマ流装置に本
発明を適用した例を示す。第4図(A)は第2図におけ
るA−A′線に沿った断面に対応した本プラズマ流装置
の断面構成を示す図、第4図(B)は同様にB−B′線
に沿った断面に対応した断面構成を示す図である。本実
施例においては、イオン引出し電極3を用いず、プラズ
マ引出し窓41からイオンを試料室2に引出している。そ
の他の構成は第3図(A),(B)に示した第2の実施
例の装置とほゞ同様なので説明を省略する。
イオンエネルギーが50〜100eV以下ではイオン引出し電
極を用いる方法はイオン電流が低下して適用困難とな
る。本実施例では発散磁界と電子サイクロトロンプラズ
マの相互作用を利用して、イオン引出し電極なしで、イ
オンエネルギーを10〜50eVに制御して試料台9上にイオ
ン流として輸送し試料10の処理を行う(特開昭56−1555
35号公報参照)。イオン引出し電極がないため、第3図
(A),(B)に示したイオンシャワ装置より装置の構
成を簡略化することができる。
以上述べた各実施例においては、プラズマ生産室1は隔
壁22によって方形に区切られていたが、区切られた各空
間が、従来装置と同様の円形断面となるような隔壁を用
いることも可能である。また、複数の導波管から導入さ
れるマイクロ波の位相を揃えて相互干渉を押えることに
より、隔壁を一部または全部省略して2室構成または1
室構成として用いることができる。また、マイクロ波導
入用導波管5についても、マイクロ波分岐回路やテーパ
管、ホーン構造を用いて必要導波管数を低減させること
ができる。試料室を多室構成とし、それぞれ異なる条件
の多種の処理を施す連続装置として実施することもでき
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明ではプラズマ生成用の磁気
コイルを一方向に拡大した構造としたので、磁気コイル
および装置の巨大化を伴わず、イオンの照射領域を拡大
でき、量産性に優れた高スループットの電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ処理装置を提供できる。このため、エ
ッチングや薄膜形成の加工性能に優れた電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ技術を量産性よく各種デバイスの製造
に適用できる。
またウエハを直接状に配列して、バッチ処理だけでなく
処理中の試料移動によって連続処理にも適用でき、また
直角方向に移動させて大面積試料も処理できるという利
点もある。なお、本発明は磁界を必要とする他のプラズ
マ生成法に適用しても効果があることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図(A),(B)は本発明をイオンシャワー装置に
適用した実施例の構成を示す図で、同図(A)は磁気コ
イルの長手方向に沿った断面図、同図(B)は磁気コイ
ルの短手方向に沿った断面図、 第2図は本発明における磁気コイルの斜視図、 第3図(A),(B)は本発明を発散磁界を有する磁気
コイルをもつイオンシャワー装置に適用した実施例の構
成を示す図で、同図(A)は磁気コイルの長手方向に沿
った断面図、同図(B)は磁気コイルの短手方向に沿っ
た断面図、 第4図(A),(B)は本発明をプラズマ流装置に適用
した実施例の構成を示す図で、同図(A)は磁気コイル
の長手方向に沿った断面図、同図(B)は磁気コイルの
短手方向に沿った断面図、 第5図は従来のイオンシャワー装置の構成を示す断面
図、 第6図は従来の磁気コイルの斜視図である。 1……プラズマ生成室、 2……試料室、 3……イオン引出し電極、 3A……プラズマ生成室と同電位電極、 3B……接地電極、 4……マイクロ波導入窓、 5……導波管、 6……磁気コイル、 7……イオン引出し電源、 8……イオン、 9……試料台、 10……試料(ウエハ)、 11……冷却水通路、 12……絶縁体、 13……第1ガス導入系、 14……第2ガス導入系、 21……磁気コイル、 22……隔壁、 31……磁気コイル、 35……マイクロ波反射格子、 41……プラズマ引出し窓。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズ
    マを生成し、該プラズマ中のイオンを被加工体に照射し
    て処理を行うプラズマ処理装置において、プラズマ生成
    室に複数箇所からマイクロ波が導入され、プラズマ生成
    用の磁気コイルの平面断面が長方形状またはそれに近似
    される形状の空芯領域を有することを特徴とするプラズ
    マ処理装置。
  2. 【請求項2】前記磁気コイルの形成する磁界がプラズマ
    生成部から試料台に向かって磁界強度が弱くなる発散磁
    界の磁界分布であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のプラズマ処理装置。
JP61041415A 1986-02-28 1986-02-28 プラズマ処理装置 Expired - Lifetime JPH0770519B2 (ja)

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JPS62229841A (ja) * 1986-03-28 1987-10-08 Anelva Corp 真空処理装置
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