JPS59144133A - プラズマドライ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波放電によシ発生させたプラズマを利用し
た処理装置に関し、特に半導体基板のエツチングや薄膜
形成に有効な処理装置に関するものである。

従来の高周波放電音用いたプラズマ処理装置、例えばプ
ラメマエソチング装置を第１図に示す。

図示のように、反応容器１内には平行平板電極２．３を
配置して一方の電極２上にはサセプタ４及び試料５を載
荷し、かつガス導入ロアがらエツチングガスを導入する
一方でガス排気口８がらガス排気して容器１内を一定の
圧力に保っている。そして、電極２に高周波電源６を接
続すると共に電極３を接地することによシ、電極２．３
間には高周波放電によシプラズマＰが発生し、プラズマ
にょシ試料５のエツチングを行なう。この場合、被エツ
チ膜がシリコン酸化膜の場合エッチガスはＣＦ。

とＦｉ２との混合ガス、０２Ｆ６、Ｃ！３Ｆ８．０ＨＦ
３等が用いられ、高周波電源の周波数には１３．５６　
ＭＨ２が使用される。また、被エツチ膜がシリコンやシ
リコン窒化膜の場合にはＣＦ４と０２の混合ガスが用い
られる。

更に、前述したプラズマ処理装置では、通常高周波電力
密度０．２〜０．３　Ｗ／　ｃｒ／ｌ　、圧力０．０１
〜０．１’１ｎｒｒの範囲においてエッチ速度数百λで
エツチングを行なっている。

ところで、半導体集積回路の微細パターン形成において
は、シリコン酸化膜等のエツチングの高速化が必要とさ
れる一方、エツチングの精度も扁める必要があシ、特に
この場合にはエツチングマスクとしての有機感光性樹脂
膜（ホトレジスト膜）のパターンを精度上くシリコン酸
化膜に転写しなければならない。このためには、ホトレ
ジスト膜に変形、損傷が生じてはならず、したがってホ
トレジ７スト膜に対するエッチ速度を小さくする必要が
ある。更に、基板の電気特性に対する影響も小石くする
必要がある。

前述したプラズマ処理装置にあっては昼周波電力密度を
大きくすればこれに伴なってシリコン酸化膜に対するエ
ッチ速度を増大することができる。

しかしながら、これに伴なってホトレジスト膜に対する
エツチング速度も増大され、パターンの変形、損傷？引
き起すことになる。これは、プラズマ中の電子が電極間
に印加されｆｃ高周波電界に追随して加乗され、試料に
衝突することによって試料の温度上昇音引き起し、その
結果ホトレジスト膜の変形、損傷やエッチ速度の増大を
生ずることが原図と考えられる。また、高周波電界にニ
ジ加速された電子によ多試料基板上に形成された半導体
素子の電気特性の損傷も住じてしまう。

更に前述したプラズマ処理装置を薄膜形成に利用する場
合においても高周波電源密度を大きくすれば形成速度の
増大が可能であるが、電界の不均一によって均一な膜厚
の薄膜を形成することが難かしい。

このため、従来では特開昭５６−３８８１９号や特開昭
５６−３８８２０号等において提案されているように、
磁界を利用してエツチング等の処理速度の増大を図る試
みがなされている。即ち、この装置は電極間に形成され
る電界と平行な磁界’に発生させてプラズマ中の電子等
全コントロールし、エツチング等の処理速度を増大させ
ようとするものである。しかしながら、この装置におい
ても充分満足できる効果は得られていない。

そこで、本発明者が種々の実験を有力ったところ、電極
間に形成する磁界の方向を電界の方向と直角にすれば、
プラズマ中の電子にサイクロイド運動全生起させて処理
速度の増大を図シ、効果の向上が得られることを見い出
した。しかし、この場合、充分な効果を得るためには磁
界の強度やその均−性金厳格に管理する必要があシ、単
にＮ柘、Ｓ極の対向する磁極（磁石）ラミ極の近傍に設
置するたけでは不充分である。

したがって本発明の目的は、マスク材料としてのホトレ
ジスト膜の変形、損傷全なくしかつ半導体素子の電気特
性の劣化を引き起すことなく被エツチ材を高速にエツチ
ングでき、また一方では絶縁膜や金属膜等の薄膜を均一
にかつ高速に形成することができるプラメマドライ処理
装置を提供することにある。

この目的を達成するために本発明では、相対する一対の
平行平板電極の外側に磁石を設置して電極間の高周波電
界に直交する磁界を形成するようにし、かつ前記磁石は
一対の礎石を高透磁性材料を介して同極同志で接続し、
全体を無端状に形成している。

直交する磁界を形成することにより、両電極間内の電子
にサイクロイド運動をせしめ、この運動中に衝突する反
応ガス分子の解離や電離の動車全高め、得られた高濃度
の反応種によってエツチング速度や膜形成（デポジショ
ン）速度を高めることができる。また磁石は同極同志を
高透磁性材料を弁して接続したことによシ磁界を均一な
ものにでき、前記した作用を更に向上することがてきる
。

以下本発明を図示の実施例に工υ説明する。

第２図は本発明をシリコン酸化膜の微細パターン用のド
ライエツチング処理装置に適用した実施例でおシ、反応
容器１１内に相対する一対の平行平板電極１２．１３を
配設すると共に、電極１２上にはサセプタＬ４’に載置
して被エツチ基板の試料１５’に乗せ、かつ高周波電源
１６に接続する。

電極１３は接地する。また、反応容器１１にはガス導入
口１７と排気口１８を設け、所定のガスを供給する一方
で容器１１内を所望のガス圧にコントロールする。そし
て、電極１２と１３の間に高周波電力で形成された高周
波電界の方向と直交する磁界Ｍを形成するように、電極
１２と１３の外側に永久磁石１９を配設している。

この永久磁石１９は第３図に示すように、半円環状に形
成した一対の磁石２０と２１を同極同志で対向させ、鉄
材等の高透磁性材料２２．２３全夫々の極間に介在させ
た上でこれらを溶接等の手段によシ一体に接続し、全体
全円環状、即ち無端状に形成゛シタものである。磁石２
０．２１の各磁極ギャップは勿論試料よシも太きいが、
大きくなるほど磁界の強度が低下するので最大でも試料
の大きさの２倍以下が好ましい。例えば、試料が１００
ｍ直径のシリコン板のとき磁石の幅は１２５叫、ギャッ
プは１５０鵬程度が好ましい。

以上の構成によれば、電極１２．１３間に生成されたプ
ラズマＰ中の電子は相直交する電界と磁界の作用を受ば
てサイクロイド運動をし、電極１２．１３０間でエッチ
ガスの解離に有効に作用してエッチガスの解離動産が高
められる。同時に電界方向への運動エネルギは磁界の作
用にニジ弱められ、試料に入射する電子のエネルギは７
４１ｇぐ試料の温度上昇は従来装置よシも小感くなる。

これによシ、エツチングに関与する活性種の濃度が高く
ガってエツチング速度が増大する一方で、試料温度の上
昇全防いでホトレジスト膜の形状劣化を防止し、微細加
工の精度を向上することができる。更に、永久磁石１９
の前述の構成によれば、互に同極同志を接続した磁石２
０．２１によシ磁極間、即ちプラズマ電界と直交する磁
界を集中的に形成できるので、磁界を高強度にかつ均一
なものにでき、前記した作用を更に活発にしてエツチン
グ速度の増大や均一性の向上を実現できる。なお、磁界
の僅かの不均一性は電極１２を水平回動できるように構
成して処理時に試料全回転すればこれに対処でき、エツ
チング速度のばらつきに大きな障害全発生させない。

ここで、反応ガスにフッ化炭素系のものを用いるときは
、ガスと永久磁石との反応にニジ試料が汚染されるので
、これを防止するために永久磁石ケ高純度のアルミニウ
ム或いは石英、テフロンで被覆することが有効である。

更に、永久磁石１９を反応容器１１内に設置する場合に
は、温度上昇を防止するために永久磁石と被覆側との間
に冷却媒体を流し、反応容器外に設けｆｃ濃度制御装置
によって冷却媒体、つまシ永久白石の温度をコントロー
ルすれば前記永久磁石を上期間にわたりて有効利用でき
る。

また、永久磁石１９は、一対の磁石２０．２１の各形状
を馬蹄形、矩形にしてもよく、接続した全体形状か必ず
しも円形マタはこれに近い形状にならガくともよい。ｆ
ｃだし、配設スペース上から反応容器や電極の形状に合
わせることが好ましい。

第４図は本発明の他の実施例を示し、前記実施例を更に
改良したものである。図中、第２図と同一部分には同一
符号を付して説明は省略する。本実施例では電極１２と
１３の間に第３の電極としてメツシュ電極２４會設け、
高周波電源が接続された電極１３とメツシュ電極２４と
の間に高周波放雷音生じさせ、形成され九プラズマに電
極１２．１３の外側に配置した永久磁石１９で電界と直
交する方向の磁界を作用させるものである。メツシュ電
極２４は正または負の直流または交流を通電するが、通
常では接地している。

本実施例によれば、形成され几プラメマ中の電子は電界
と磁界の作用によりサイクロイド運動をしてエツチング
ガスの解離効毘ヲ向上せしめ、かつ電子の電界方向の運
動エネルギを低減する。また、メツシュ電極２４の存在
によりメツシュを透過して試料に迄到達する電子の数は
低減される。

これに工見ブラメマを局在化させてプラメ−１を試料に
直接さらさない状態になシ、プラズマ中の電子やイオン
等の荷電粒子の影響？受けるのが少なくなる。したがっ
て、前例と同様に試料温度の上昇を防止し、ホトレジス
ト膜の形状劣化の防止を図る一方で被エツチ膜を高精度
にエツチングすることができる。

本実施例においても永久磁石１９は一対の磁石を同極同
志で接続し、高透磁性材料間に生ずる磁界の強度の向上
及び均一性を図ることは前述と同じである。

以上の実施例においてはドライエツチングを行なう処理
装置として構成した例であるが、反応ガス、反応条件を
変更すれば、試料基板上にシリコン、シリコン酸化膜、
シリコン窒化膜、モリブデン、モリブデンシリサイド等
の各種の薄膜を高速にデポジションする装置にも適用す
ることができる。

以上のように本発明のプラズマドライ処理装置によれば
、相対する電極間の高周波電界に直交する磁界音形成す
る磁石を電極の外側に配置し、かつこの磁石は一対の磁
石を同極同志接続して全体音無端状に形成しているので
、磁界の作用に１砂高濃度のプラズマを形成し活性種の
濃度？高めてエツチングやデポジションの速度を高める
一方、ホトレジスト膜の損傷を防いでエツチング８度の
向上を図シ、また形成される薄膜の厚さの均一化を向上
することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエツチング装置の構成図、第２図は本発
明のエツチング装置の構成図、第３図は永久磁石の平面
図、 第４図は他の実施例の構成図である。 １１・・・反応容器、１２，１３・・・電極、１５・・
・試料、１６・・・高周波電源、１９・・・永久磁石、
２０゜２１・・・磁石、２２，２３・・・高透磁性材料
、２４・・・メツシー電極、Ｐ・・・プラズマ、Ｂ・・
・磁界。 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　図 ／７ １４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応容器内に配設した一対の電極間にプラズマを発
   生させると共に、一方の電極に支持させた試料に前記プ
   ラズマ１用いてエツチング、デポジション等の処理を行
   なうプラズマドライ処理装置において、前記電極の外側
   には前記電極間に形成される電界と直角々方向の磁界全
   形成する磁石全配設し、この磁石は一対の磁石？高透磁
   性材料を介して同極同志で接続し、全体？無端状に形成
   したこと全特徴とするプラズマドライ処理装置。 ２、磁石は一対の半円環磁石を接続して全体を略円環状
   に形成して々る特許請求の範囲第１項記載のプラズマド
   ライ処理装置。 ３、両電極間にメツシュ状の第３電極を配設し、前記他
   方の電極との間に所要の高周波電力を印加してなる特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載のプラズマドライ処理
   装置。