JPS59202635A - エッチング装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はプラズマ処理装置に係り、とくに均一処理可能
な領域を拡大するのに好適な有磁場マイクロ波プラズマ
放電管の構造に関するものである。

〔発明の背景〕

従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構成例を第１図お
よび第２図に示す。図において、１は放電管であり、石
英あるいはアルミナ等の絶縁物から成つそおシ、上端は
閉じられ、下端は試料７に向って開口されている。２は
マイクロ波導入用の導波管、３は磁場発生用のソレノイ
ドコイル、９は永久磁石である。放電管１内に適当な放
電用ガスを導入し、ソレノイドコイル３によって軸方向
磁場を印加した状態で、導波管２を介して該放電管１内
にマイクロ波電力を供給することによって、放電管１内
の主放電部４にマイクロ波放電プラズマが発生する。こ
のプラズマ中のイオンによって試料７の表面を処理（エ
ツチング、デポジション等）することが可能である。な
お、図中の５は処理室、６は排気口、８は試料台を示し
ている。第１図および第２図においては、上部のソレノ
イドコイル３と下部の永久磁石９により試料７の上下で
強くなったミラー磁場を形成している。これはプラズマ
が発散しないように閉じ込めるためと、特に放電管１の
上部が加熱きれないようにするたコイル めのものである。上部のソレノイド３の内部にとべ くに強い磁場が存在しており、マイクロ波は導波管２に
よシ上部から導入されるため、この部分４に一番密度の
高いプラズマが形成される。したがって、この部分４を
以下主放電部と呼ぶことにする。この主放電部４中に直
接試料を置くと試料の温度上昇が激しいので、通常第１
図や第２図のように主放電部４より下方に試料８を置く
。なお第１図や第２図の装置においては装置全体を横向
きにしても上下逆向きしても基本的な特性には変化はな
い。また図では放電のためのガス導入手段については図
示していないが、放電管１の上部から、横からあるいは
下側から放電用のガスを適宜導入しうるものである。

第１図に比べて、第２図では試料台８の近くまで放電管
１が下方に長くのばされているが、これは放電管１の下
端開口部（試料のすぐ上部）を扇形形状にして試料台（
この場合は回転テーブル）８上におかれた試料７の表面
が均一にエツチング処理されるよりにするためと、磁場
に拘束されない電気的に中性なラジカルが四方六方に飛
散して、エッチ速度やデポジション速匠が遅くなる等プ
ラズマ処理能力の低下をおさえるための役割全果してい
る。

ところで、プラズマエツチングやプラズマデボジショ／
等のプラズマ処理を行なわせる装置においては、試料表
面の均一処理という観点からは、プラズマ中のイオンお
よびラジカルが試料の表面に均一に照射されることが必
用である。！た、処理能力の面からすれば、できるだけ
大面積の試料をまたはできるだけ多数の試料を同時に処
理できることが望まれており、その意味でできるだけ広
い面積にわたって均一に分布したプラズマが得られるこ
とが望ましい。しかしながら、上述したような有＠場マ
イクロ波放電プラズマを利用する場合には、消貴電力や
装置の大きさの問題からして、主放電部自体の面積（断
面績）を大きくすることには非常な困難が伴なう。とく
に、主放電部の大面積化に伴なうソレノイドコイルの大
型化は致命的な欠点となる。

〔発明の目的〕

しだ力・つて、本発明の目的は、有磁場マイクロ波プラ
ズマ処理装置において、主放電部自体を大面積化するこ
となく、試料表面に対してより広い均一処理領域を提供
すること〃・できるよう改良されたプラズマ処理装置を
提供することである。

〔発明の概要〕

そこで、本発明においては、主放電部自体の断面＆全人
きくすることなく、該主放電部から被処理試料に向って
絶祿物工９なる放電管の断面積を拡けることＶζより均
−処理司北な領域金波げてやることγ特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施例をめげて、本発明につき詳説する
。

まず、有磁場マイクロ波プラズマ発生装置の磁場の働き
について考察してみよう。

第３図に永久磁石９を設けない場合の試料台８の近傍に
おけるソレノイドコイル３による磁場の磁力線１０の分
布を模式的に示した。このように永久磁石９がないと磁
力線１０は図示のごとく急速に発散してしまう。１Ｏ−
３Ｔｏｒｒ以下圧力のもとてのマイクロ波放電では、プ
ラズマはこの磁力線に沿った形で分布することとなる。

第４図のように永久磁石９があると磁力線１０は中ぶく
れの形となり、したがって肉眼で見ても明らかに中ぶく
れのプラズマ発光がみられるようになる。

第５図に示したように、直径が大きくかつやや弱い永久
磁石９を用いるとさらに中ぶくれ傾向の強くなった磁力
線分布が得られ、試料部にほぼ均一な広いプラズマが形
成されることになる。また第６図のように下部永久磁石
９の代りにソレノイドコイル１１を設置しても第５図の
場合と同様になる。この場合純鉄などの磁心１２？ソレ
ノイドコイル１１の中に置いても艮い。このようとする
とソレノイドコイル１１の電流全調節することに工っで
磁力線の広が＃）全制御することが容易となる。

上記の考察に基いて、第７図に示したように、磁力線の
形（第５図参照）に沿って絶縁物放電管１を試料７に向
けて１′のごとく末広がりに構成することにより、はぼ
均一でしかも面積の広いプラズマ処理全可能とすること
ができる。放電管１゜１′の材質はマイクロ波を通す石
英やアルミナ等の耐熱性絶縁物である必要があり、とく
にプラズマエツチングでは金属汚染を避けるために、プ
ラズマはこのような耐熱性の絶縁物で囲まれていること
が望ましい。最適位置の調整のためにソレノイドコイル
３を移動でせることはプラズマ状態を変化させてしまう
ので、最適位置の調整は試料台８あるいは永久磁石９を
上下させることにより行なうのが望ましい。

第７図に示したように放電管１の形状を磁力線に沿って
１′のごとく末広がりの形状にする代りに、第８図に示
すように不連続に拡げるようにしてもよい。とくにソレ
ノイドコイル１１を用い、その電流ｆｃ変化烙せて磁場
を変えるような場合は、第８図に示したごとき構成とし
た方が実用的である。

なお、第１０図は、放電管１の上方にも永久磁石１４會
設け、その代りにソレノイドコイル３の電流を可調整と
した例である。絶縁性の艮好な永久磁石を用いれば、こ
のような構成も可能となる。

また第１１図、第１２図に示したように放電管１にフラ
ンジ１５についていて、Ｏ−リング等のノ（ツキング１
６により真空シールする場合には第１１図の末広が９の
構造では放電管１の交換等が困難となる。したがって、
この場合には、第１２図示のごとく、放電管を１の部分
と１′の部分とで分離できる構造としておくのがよい。

さらに、第９図に示したように、試料７の位置にソレノ
イドコイル１３金付加設置してそれに流す電流を変化さ
せて磁場の分布を制御することも可能である。

第７図、第８図で示した放電管の場合、第１１図に示し
たごときフランジエ５を設けてゴムバッキング１６を用
いて真空シールするためには、一体になった放電管では
、第１１図に示したごとき構成にすることは困難である
。そこで第１２図のように放電管を分けて作シその上部
１と下部拡張部１′とを何らかの方法で連結できるよう
にすれば良い。この場合部分ｌと１′の間に多少のすき
間があっても真空中であるから問題はない。

第１３図に本発明によるマイクロ波プラズマ処理装置に
よる試料のエツチングの実行例を示す。

第１図に示した広が９のない石英製放電管（内径１２０
ｍｍ）と第１２図に示した上下分離連結型の放電管（上
部内径１２０＋＋＋ｍ、下部内径２００　ｒｒｒｍ　）
とを用いて、六フッ化硫黄（ＳＦ６　）ガスで２×１Ｏ
−３Ｔｏｒｒ　のガス圧のもとてマイクロ波放電プラズ
マを発生させ、試料７としてシリコンウェハ全プラズマ
エツチングした場合のエツチング深さの半径方向分布が
それぞれ図中の曲線■と＠である。こｌよシ、エツチン
グの均一領域が面積で約２倍に広がっていることが分る
。

以上生として有磁場マイクロ波プラズマによるエツチン
グの例を示したが、導入ガスを変えること、さらには試
料温度を制御することにより１はぼ同様の構成の装置で
プラズマデポジションや、プラズマ酸化やプラズマ窒化
などの表面処理が可能となることはいうまでもない。

また、Ｉ　Ｑ−２Ｔｏｒｒ以上のガス圧で処理する場合
においても、ラジカルは末広が９の放電管の中で自由に
動き回るので均一領域拡大に効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第１３図の例からもわかるようにプラ
ズマによる均一処理の能力を容易に２倍以上に向上でき
る。したがって、半導体素子製造プロセスに利用してス
ループットの向上に寄与するところきわめて犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の有磁場マイクロ波プラズマ処理
装置を示す概略図である。第３図、第４図、第５図、第
６図は本発明の概念を示すための図である。第７図、第
８図、第９図、第１０図。 第１２図は本発明の実施例を示す図である。第１１図は
実施例のための参考図である。第１３図は本発明を用い
た有磁場マイクロ波プラズマエツチング例全示すデータ
図である。 １，１′・・・放電管、２・・・マイクロ波導波管、３
・・・ソレノイドコイル、４・・・主放電部、訃・・処
理室、６・・・排気口、７・・・試料、８・・・試料台
、９・・・永久磁石、１０・・・磁力線、１１・・・ソ
レノイドコイル、１２・・・磁心、１３・・・ソレノイ
ドコイル、１４・・・永久磁石、１５・・・放電管のフ
ランジ部、１６・・・ゴム”ｆ、ｔ　　図 第３図 γ　５　図 第　２　　図 ■　４　図 「 Ｚ　乙　図 茅　７　区 ７ 第　ｑ　図 第　７１　図 ■　８　図 ’ｆ３　　ｌｏ　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有磁場マイクロ波プラズマ放電を用いた処理装置に
   おいて、石英あるいはアルミナ等の絶縁物放電管がマイ
   クロ波導入口方向から試料方向に向かって主放電部より
   先の部分で広がった構造をもっていることを特徴とする
   プラズマ処理装置。 ２　少くとも試料の上と下にソレノイドコイルあるいは
   永久磁石金偏えた有磁場マイクロ波放電を用いているこ
   と’に％徴とする特許請求範囲第１項記載のプラズマ処
   理装置。 ３．２つ以上の絶縁物を適当に接続することによって放
   電管を形成することを特徴とする特許請求範囲第１項記
   載のプラズマ処理装置。