JPS60206029A - プラズマ表面処理装置 - 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、所定の気体をグロー放電により分解し・基板
表面でエツチング、薄膜の作成等の処理を行なうプラズ
マ表面処理装置に関する。

以下９本発明を０反応性イオンエツチングで代表させて
説明する。

近年半導体集積回路の微細化に伴い最少パターン寸法が
１　ｍ以下の大規模集積回路も試作、開発され、量産化
され始めている。従来のウェットエ、チングでは、この
微細パターンは加工することが出来ず、ドライエツチン
グによる異方性エツチングがこれらの集積回路の加工に
欠くことの出来ない技術となりている。ドライエ、チ／
グ装置にはいくつかの方式があるが、平行平板型電極を
備えた反応容器内の高周波印加電極に試料を載置して、
ＣＦ４やＣＣＡ！４等の弗素や塩素等のハロゲン化物を
含む反応性ガスの高周波プラズマにょシ。

試料をエツチングする反応性イオンエツチング装置は、
アルミニウム、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜などを
、フォトレジストや下地材料との間にエツチング速度の
高い選択性を保持しながら。

異方性エツチングを行うことが出来るため、最近の超Ｌ
ＳＩ製造工程のドライエ、チングでその主流を占めるに
至っている。

しかし、この反応性イオンエツチング装置においても量
産規模で微細加工を行おうとすると種々の問題が生じる
ことが明らかとなった。例えばシリコン酸化膜をＣＨＦ
３と０２の混合ガスでエツチングする場合、エツチング
速度がたかだか５００／Ａｍ１ｎと低いため、５ｏｏｏ
＾のシリコン酸化膜を工、テングする場合には追加工、
チングを含めて約１２〜１５分の二、チング時間が必要
である。エツチング速度を上昇させようとして高周波電
力を増加すると、プラズマ電位が上昇してしｔｚて反応
容器壁面がスバ、りされる割合が大きくなシ、基板表面
が反応容器の構成材料である重金属等で汚染されたり、
高エネルギーのイオン衝撃によりデバイス特性に悪影響
を与える場合がある。一方。

アルミエツチングやポリシリコンエツチングの場合にあ
ってもエツチング速度が実用しベルでたかだか１０００
λ／　ｍ　ｉ　ｎであるため、量産装置として用いる場
合には、６〜１０枚程度を同時に処理するいわゆるパッ
チ式装置がコストパーフォーマンス上優れていた。とこ
ろが最近のようにウェノ・−の直径が１２５諺とか１５
０ｍなど大口径化してくるとこれをパッチ式処装装置で
処理しようとすると。

電極面積を大きく取らざるを得すこのため装置は大型化
せざるを得なくなる。その上、ウェハー両角のエツチン
グ速度の均一性なども悪化の傾向を示し通常のバッチ装
置では大口径ウェハーの微細加工処理は極めて困難な□
ものとなって来た。

これに対して、ウェハー一枚一枚を逐次処理する枚葉処
理装置では、１　ｍ／ｍｉｎ程度のエツチング速度を実
現する平行平板型高速エツチング装置が発明されている
が、この装置を使って高速で工。

チングする場合には、エツチング加工特性が悪く。

殊にデバイスに与えるダメージの大きい欠点があって微
細加工では必ずしも満足する特性は得られていない。

これらに対し、ダメージを少くシ、尚かつ高速工、チを
実現する装置として最近磁場を用いて前記方式よシも１
〜２桁圧力の低い領域で高速エツチングする高速マグネ
トロンエツチング方式が考案された。（例、特願　昭５
６−１５１３９４）Ｌかしこの方式の装置で拡電場と磁
場が丁度直交している部分のみにプラズマ集中する性質
があるため、マグネットを駆動してこれを頻繁に移動し
磁界を変化させてウェハー内のエツチング速度分布の均
一化を計る必要があ〕、マグネ、トの駆動横溝に多大な
費用を要するという欠点がある。

本発明は上記高速ｉグネトロンエ、チング装置の欠点を
除去し、尚かり、基板に与えるダメージを少なくして高
速で、しかも多数枚の試料を効率良く処理出来る新らし
い型の高速マグネトｐンエッチング装置を提供するもの
で、以下図面を用い。

実施例についてこれを詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例である。図で１０１は円形短形
又は多角形断面の柱状電極でアシ、その柱面に対向する
位置には試料電極１００が置かれ、その上に試料１０２
が載置されている。１０３及び１０４は柱状電極１０１
と同電位で、この柱状電極に接続されている端板である
。

端板１０３　、１０４の面積は柱状電極１０１の断面よ
シも大きく、その縁部は柱状電極から鍔状に張出してい
る。

端板の一方１０４及び試料電極１００は絶縁体１０５及
び１０６を介して１反応容器１１０に取付けられている
。

それぞれはその構造及び必要に応じてシールド材で被わ
れ、不用の放電が端板１０４．試料電極１００の裏面等
で生じないように配慮される。この柱状電極１０１と端
板１０３　、１０４で構成された陰極は高周波電源１０
９に接続されている。一方試料電極１００は高周波電源
１９Ｇに接続されている。（高周波電源１９０は試料電
極１００と陰極１０１，１０３゜１０４の間に接続して
もよい。） 反応容器１１０は排気管１１１と排気バルブ１１２を介
し真空ポンプに接続されている。反応性ガスはガスコン
トローラ１１３を通し１反応容器中に導入される・１１
４及び１１５紘柱状電極周辺に柱状電極の軸にほぼ平行
な磁界を発生させるためのコイルである。さて、上記の
ようにした本発明の装置を動作するＫは、まず０反応容
器１１０を排気管１１１を３ 通して、１０〜１０　Ｔｏｒｒ程度の真空に排気した後
、ガスコントローラ１１３を通し、　ＣＦ４やＢＣｌａ
等のハロゲン化活性ガスを導入し、真空度１−３ を１０〜１０　Ｔｏｒｒに保つ。この状態でＲＦ電源１
０９及び１９０によシ、高周波電力を陰極１０１゜１０
３　、１０４及び試料電極１００と９反応容器１１００
間に印加すると柱状電極１０１の周辺にはプラズマが発
生する。さてこのとき柱状電極１０１とプラズマの間の
イオンシース中に生じる電位勾配は＝イル１１４と１１
５により発生する磁界の磁力線矢印Ｂと直交するために
、電子はマグネトロン運動を起こし１１７に示するよう
に柱状電極１０１０周辺を回転しながら柱状電極１０１
の端の方向へ拡散していく。柱状電極１０１０両端には
端板１０３　、１０４があシ、これら紘柱状電極１０１
と同電位で負にバイアスされているため、電子は端板１
０３　、１０４によりはね返され、１１８のように再び
柱状電極１０１の中央方向に戻される。この状態が繰シ
返されるため。

柱状電極１０１近傍にはプラズマ密度の非常に高い領域
を生じる。他方、試料電極に印加された高周波電圧のた
めに試料面には負の自己バイアス電圧が印加される。こ
のため、柱状電極近傍に生じた高い密度のプラズマとの
相互作用でプラズマのインピーダンスが低下するため低
電圧で多大なイオン電流を試料電極に流すことが出来る
。このため。

柱状電極１０１の柱面に対向ｔｘして置かれた試料１０
２のエツチング速度は従来のエツチング方式に比べて飛
躍的に改善出来る。そればかりでなく。

試料１０２に入射するイオンの入射エネルギーが従来の
ドライエ、チング装置等に比較して格段に低くなシ、そ
の上プラズマが試料電極１０００周辺に充分に集中する
ため、イオノ入射や不純物汚染によるダメージの少ない
エツチングを行うことが出来る。

上述は、ドライエツチング装置に本発明を施こすことに
より説明したものであるが１反応性ガスとして、　Ｓｉ
Ｈ４等の薄膜を生じやすいガスを用いれば、試料１０２
上に所望の薄膜を高速度で形成することも出来る。

本装置を複数枚の試料の処理に用いる場合は、試料１０
２を載置する試料電極１００は第１図と同様のものを柱
状電極１０１の周囲に複数個配置することができる。そ
してそのとき電源１９０は、必要に応じそれら試料電極
に対し共通にも個別にも設けることができる。

試料電極１００上の試料１０２で覆われる部分以外の部
分が広いときは、その部分を石英、テフロン等で作られ
たカバープレートで榎い、ｔた柱状電極１０１の内部を
水冷ｔｚｘｚｔパイプで水冷することは好結果をもたら
す。

柱状電極１０１の断面形状は、対向して設備される試料
電極の数に応じて、それらに平面状の柱面を対面させる
ため三角、六角、六角等の多角断面形状にすることも好
結果をもたらす。さらに、試料電極の一つの面上に多数
の試料を載置すればよシ多数の枚数の表面処理が同時に
可能である。

本発明のプラズマ表面処理装置拡以上に示した通シであ
って本ＩＡｆ！Ａを用いることにょシ、極めて簡単に高
密度プラスｉを均一に試料面上に生じさせることが出来
るため、均一な処理速度の高速処理を試料にダメージを
与えることなく実現することが可能となる。

尚本発明の上述の実施例では、磁気回路として電磁コイ
ルを用いたが、これは永久磁石に置換して良いことは言
うまでもない。

簡単な装置によって良質、高速のプラズマ表面処理を可
能にする本発明の工業的価値は高く、工業上有益な発明
ということができる。

【図面の簡単な説明】

（以下余白） 第１図は本発明の実施例の断面図である。 １０１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・柱状電極１０２・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・試　料１０３　、１０４・・・・・・
・・・・・・端　板１０５．１０６・・・・・・・・・
・・・絶縁体１０９．１９０・・・・・・・−・・・・
高周波電源１１０・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・反応容器１１１・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・排気管１１２・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・排気バルブ１１
３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
ガスコントロー２１１４．１１５・・・・・・・・・・
・・コ　イ　ル１１７．１１８・・・・・・・・・・・
・電　子特許出願人　日電アネルバ株式会社 ＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 柱状の電極とその両端に接続されたその断面積よシも大
   きい面積をもちかつそれと同電位の端板とで構成される
   陰極と、該陰極の周囲を囲む反応容器壁等で構成される
   陽極と、該柱状電極の柱面に対向する位置に置かれた試
   料電極と、該陽極と該陽極の間に高周波又は直流電圧を
   印加する手段と。 該陽極又は該陰極と該試料電極の間に高周波又は直流電
   圧を印加する手段と、前記柱状電極の□軸に平行な磁界
   を発生する磁気回路とを具え、該試料電極上に載置した
   試料を反応容器中に導入した活性ガスのプラズマによシ
   表面処理することを特徴とするプラズマ表面処理装置。