JPH10163173A - 半導体処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッチングや薄膜形成等の表面処理を均一に行
うためにプラズマ密度分布を制御すること。更にプラズ
マのイオン温度を低くして半導体の加工精度を向上する
こと。 【解決手段】真空容器の上部には上面と両側面を強磁牲
体できたヨーク４４で覆われた電磁石４３ａが置かれ
る。そして真空容器側面には上下方向の磁場を発生する
電磁石４３ｂ及び電磁石４３ｃが置かれる。プラズマは
８７５ガウスの磁場が発生する領域５０において主に発
生し、磁力線に挟まれた領域に閉じこめられる。ホルダ
ー１４に到達するプラズマはリング状となるが、電磁石
４３ｂと電磁石４３ｃの電流値を変化することでリング
状プラズマの半径を制御することができる。。またホル
ダー１４に到達するには磁力線を横切って拡散する必要
があり、プラズマのイオン温度を低くすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波と磁場
の相互作用を利用してプラズマを発生させ、該プラズマ
により基板のエッチングや薄膜形成等の表面処理を行う
半導体処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体処理装置は、特開平１−１
８４９２１号公報に開示されているように、放電室内に
プラズマを均一に発生するために、放電空間を有する真
空容器を備え且つ該真空容器が処理用の原料ガスの導入
手段、磁場発生手段及びマイクロは導入手段を少なくと
も有し、前記マイクロ波導入手段に多重の同軸管構造を
有する放射部材を使用したプラズマ処理装置が開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年半導体
の集積度が向上し、より細密な加工が必要となってきて
いる。４ＭbitＤＲＡＭでは０．５ミクロン、１６Ｍbit
ＤＲＡＭでは０．３５ミクロンの線幅程度の加工精度が
要求される．プラズマを用いて半導体を加工する場合、
加工精度を向上するためにはプラズマのイオン温度を低
くする必要があり、イオン温度を低くするためには電子
温度も低くすることが必要である。電子サイクロトロン
共鳴を利用して生成したプラズマは一般的に電子温度が
高く、それに伴いイオン温度も高いことが知られてい
る。

【０００４】先に述べた、特開平１−１８４９２１号公
報にの装置では、マイクロ波分布を制御してプラズマ密
度分布を可変としていたが、アンテナの構造が複雑であ
り、低イオン温度化等について考慮されていなかった。

【０００５】そこで、本発明では、エッチングや薄膜形
成等の表面処理を均一に行うためにプラズマ密度分布を
制御することを第１の目的としている。更にプラズマの
イオン温度を低くして半導体の加工精度を向上すること
を第２の目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、マイクロ波を導入窓よりプラズマへ放射す
るアンテナと、マイクロ波を発生するマイクロ波源と、
アンテナに電力を供給する導波管と、真空雰囲気を提供
する真空容器と、真空容器内に中性ガスを供給するガス
供給装置と、真空容器内のガスを排気する排気装置と、
真空容器内に磁場を発生させる磁場発生装置と、処理す
る半導体基板を置くためのホルダーと、ホルダーに高周
波電界を印加するための高周波電源を備え、電子サイク
ロトロン共鳴効果を利用してマイクロ波で電子を加速し
て中性ガスを衝突電離することによりプラズマを発生さ
せる半導体処理装置において、真空容器上部に置かれた
電磁石の上部と両側面を強磁牲体でできたヨークで覆
い，プラズマを磁場により閉じこめるためのミラー磁場
配位としたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。図１に、本発明を用いた半導体処理装置
の第一の実施例を示す。

【０００８】本装置は、マグネトロンを使ったマイクロ
波源４でマイクロ波を発生させ、マイクロ波を導波管１
５で伝搬させた後、導波管同軸変換器１６を用いて同軸
に変換し、同軸管１７を通って同軸アンテナ１に入力さ
れる。アンテナ１は、マイクロ波３を導入窓５側に放射
する。マイクロ波３は、導入窓５を通って真空容器８中
に伝搬し、８７５ガウスの磁場を発生する領域５０にお
いて電子を加速して中性ガス９を衝突電離することによ
りプラズマ６を発生させる。中性ガス９は、ガス供給装
置１０により真空容器８中に供給された後に、排気装置
１１により排気される。また、真空容器８中にはホルダ
ー１４が設けられ、このホルダー１４上に置かれた半導
体基板１３が発生したプラズマ６によりエッチングや薄
膜形成等の表面処理が行われる。なお、ホルダー１４に
は高周波電界を加えるための高周波電源２４が接続され
ている。

【０００９】次に、図２を用いて、簡単な装置構成で簡
単にプラズマ密度分布を制御でき、低いイオン温度で半
導体の加工精度を向上できる半導体処理装置を実現する
ための方法を説明する。

【００１０】図２は電磁石４によって発生する磁力線４
９を示したものであり、横軸に半径、縦軸が高さを示し
ている。電磁石４３ａは上面と両側面には強磁牲体でき
たヨーク４４で覆われている。

【００１１】この計算では電磁石４３ａのみに電流を流
している。このような磁力線分布において８７５ガウス
の磁場が発生する領域５０からプラズマが生成するとす
ると、発生するプラズマ６は磁力線に沿って移動するこ
とから、プラズマは磁力線に挟まれた領域に閉じこめら
れる。また磁力線に沿って移動するプラズマは磁場の弱
い方に押し戻される性質があるので、ヨーク４４に近い
ほど磁場が強くなるこの磁場配位では、プラズマ６は下
の方に密度が高い状態で閉じこめられる。このようなプ
ラズマを閉じ込める磁場配位をミラー磁場配位と呼ばれ
る。閉じ込められたプラズマから拡散してホルダー１４
に到達するプラズマはリング状となる。またホルダー１
４に到達するには磁力線を横切って拡散する必要があ
り、プラズマのイオン温度を低くすることができる。

【００１２】図３は図２と同様な計算結果であるが、電
磁石４３ｂ及び電磁石４３ｃに電磁石４３ａと逆方向の
電流を流している。その結果プラズマの閉じ込められる
領域の半径が小さくなり、ホルダー１４上に到達するリ
ング状プラズマの半径も小さくなる。よって電磁石４３
ｂ及び電磁石４３ｃに流れる電流値を変化するだけでホ
ルダー上のリング状プラズマの半径を制御できる。

【００１３】よって、図２及び図３で示した電磁石形状
によりプラズマを閉じ込めるミラー磁場配位を形成し、
ホルダー上に低イオン温度のプラズマを得ることができ
る。さらに電磁石４３ｂと電磁石４３ｃの電流値を変化
することで、ホルダー上のリング状プラズマの半径を変
化することができる。

【００１４】電磁石配置は図１に示すように、真空容器
の上部には上面と両側面を強磁牲体できたヨーク４４で
覆われた電磁石４３ａが置かれる。そして真空容器側面
には上下方向の磁場を発生する電磁石４３ｂ及び電磁石
４３ｃが置かれる。プラズマは８７５ガウスの磁場が発
生する領域５０において主に発生するので、プラズマ６
は磁力線４９に沿って移動することから、プラズマは磁
力線に挟まれた領域に閉じこめられる。また磁力線４９
に沿って移動するプラズマは磁場の弱い方に押し戻され
る性質があるので、ヨーク４４に近いほど磁場が強くな
るこの磁場配位では、プラズマ６は下の方に密度が高い
状態で閉じこめられる。閉じ込められたプラズマから拡
散してホルダー１４に到達するプラズマはリング状とな
る。またホルダー１４に到達するには磁力線を横切って
拡散する必要があり、プラズマのイオン温度を低くする
ことができる。更に、電磁石４３ｂと電磁石４３ｃの電
流値を変化することで磁力線が半径方向に湾曲し、プラ
ズマの閉じ込め分布が変化することからホルダー上のリ
ング状プラズマの半径を制御することができる。

【００１５】更に、この電磁石４３によって発生する磁
場はヨーク４４から離れるほど急激に弱くなることか
ら、ホルダー１４の上面を十分に磁場の弱くなる高さに
選ぶことで磁場の磁場の弱い条件での半導体処理プロセ
スが可能となる。そのことから強磁場中でのプロセスで
はチャージアップのダメージが大きいゲート酸化膜プロ
セスでは、低ダメージ化が期待できる。

【００１６】またこの磁場配位では８７５ガウスの磁場
を発生する領域５０はリング状となるが、アンテナをそ
の領域５０に放射するような同軸のアンテナ１とするこ
とで効率よくマイクロ波をプラズマに吸収させることが
できる。また本実施例ではリング状のマイクロ波を放射
するアンテナとして同軸のアンテナ１としているが、リ
ング状のマイクロ波を放射可能なアンテナであれば同様
な効果を発揮できる。

【００１７】本発明第二の実施例を図４と図５に従って
説明する。本実施例の基本的な装置構成は第一の実施例
と同じであるが、本実施例と第一の実施例の違いは、磁
場発生装置として小形の永久磁石４２を用いていること
である。図５は装置の上視図であり、永久磁石の磁極は
上部の方を表示している。この永久磁石４２により第一
の実施例における電磁石４３ａが発生していたものと同
等な磁場を発生することができる。本実施例では、永久
磁石を用いることで電磁石と比べ、電力消費を小さくす
ることができ、更に装置の小型化が図れる。

【００１８】本発明第三の実施例を図６に従って説明す
る。本実施例の基本的な装置構成は第一の実施例と同じ
であるが、本実施例と第一の実施例の違いは、プラズマ
の生成方法の違いによる。本実施例では、誘導コイル２
６に高周波電源２５により高周波電流を流し、その誘導
により真空容器８中に電場を発生させる。その誘導電場
が強く発生する領域５１において電子を加速して中性ガ
スを衝突電離することによりプラズマを発生させる。こ
の方式では磁場の有無や強度にあまり影響されずにプラ
ズマの生成が可能であるが、電磁石４３により磁場を加
えることでプラズマの密度分布制御が電磁石４３ｂ及び
電磁石４３ｃの電流値を変化させることで可能となる。
更にこの磁場配位でホルダー１４上のプラズマイオン温
度を低くすることが可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、ホルダー上のリング状
プラズマの半径を電磁石の電流値を変化することで制御
することができる。更にこの磁場配位ではプラズマのイ
オン温度を低くすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の電磁石が発生する磁力線の計算結果で
ある。

【図３】本発明の電磁石が発生する磁力線の計算結果で
ある。

【図４】本発明の第二の実施例を示す構成図である。

【図５】本発明の第二の実施例の上視図である。

【図６】本発明の第三の実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１…アンテナ、３…マイクロ波、４…マイクロ波源、５
…導入窓、６…プラズマ、８…真空容器、９…中性ガ
ス、１０…中性ガス供給装置、１１…排気装置、１３…
半導体基板、１４…ホルダー、１５…導波管、１６…同
軸導波管変換器、１７…同軸管、２４…高周波電源、２
５…高周波電源、２６…誘導コイル、４２…永久磁石、
４３…電磁石、４４…ヨーク、４９…磁力線、５０…８
７５ガウスの磁場が発生する領域、５１…強い誘導電界
により主にプラズマが生成する領域。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空雰囲気を提供する真空容器と、マイク
   ロ波を発生するマイクロ波源と、前記マイクロ波を導入
   窓より前記真空容器内のプラズマへ放射するアンテナ
   と、マイクロ波源から前記アンテナへマイクロ波伝送し
   かつ電力を供給する導波管と、前記真空容器内に中性ガ
   スを供給するガス供給装置と、前記真空容器内のガスを
   排気する排気装置と、前記真空容器内に磁場を発生させ
   る磁場発生装置と、前記深紅容器内に設置され処理する
   半導体基板を置くためのホルダーと、前記ホルダーに高
   周波電界を印加するための高周波電源を備え、電子サイ
   クロトロン共鳴効果を利用してマイクロ波で電子を加速
   して中性ガスを衝突電離することによりプラズマを発生
   させる半導体処理装置において、 前記真空容器上部に置かれた電磁石の上部と両側面を強
   磁牲体でできたヨークで覆い，プラズマを磁場により閉
   じこめるためのミラー磁場配位を形成したことを特徴と
   する半導体処理装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記真空容器の側面に
   配置した電磁石を用いて上下方向の磁場を発生させミラ
   ー磁場配位で閉じこもっているプラズマの径を変化させ
   ることを特徴とする半導体処理装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、小形永久磁石を
   二重に配置し，内側と外側で磁極を逆にすることでプラ
   ズマを閉じこめるためのミラー磁場配位を生成すること
   を特徴とする半導体処理装置。
4. 【請求項４】請求項１，２又は３において、アンテナを
   リング状の８７５ガウスの磁場が発生する領域にマイク
   ロ波を放射するようにしたことを特徴とした半導体処理
   装置。
5. 【請求項５】請求項１，２，３又は４において、誘導コ
   イルによって発生した誘導電界により電子を加速して中
   性ガスを衝突電離することによりプラズマを発生させた
   ことを特徴とする半導体処理装置。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４又は５において、ホ
   ルダーの上面を十分に磁場の弱くなる高さに選ぶことで
   磁場の弱い条件での半導体処理プロセスを可能としたこ
   とを特徴とする半導体処理装置。