JPS6139521A - プラズマ表面処理装置 - Google Patents

プラズマ表面処理装置

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JPS6139521A
JPS6139521A JP6019584A JP6019584A JPS6139521A JP S6139521 A JPS6139521 A JP S6139521A JP 6019584 A JP6019584 A JP 6019584A JP 6019584 A JP6019584 A JP 6019584A JP S6139521 A JPS6139521 A JP S6139521A
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JP
Japan
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sample
cathode
columnar
plasma
electrode
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JP6019584A
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English (en)
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Tsutomu Tsukada
勉 塚田
Kiyoushiyoku Kin
金 京植
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623Mechanical discharge control means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

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、半導体集積回路寺のパターンを形成する際に
用いるドライエツチング装置等の、放電プラズマを利用
して試料上に膜堆積、エツチングなどの処理を施こすプ
ラズマ表面処理装置の改良に関する。以下これをドライ
エツチング装置で代表させて説明する。
近年半導体集積回路のIItmJl下の回路は従来のウ
ェットエツチングでは加工することが出来す。
ドライエツチングによる異方性エツチングが欠くことの
出来ない技術となっている。この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一周
波印加電極に試料を載置してCF4やCCl4等の弗素
や塩素等のハロゲン化物を含/エツチング装置は、アル
ミニウム、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜等を7オト
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LSI1lu造工程のドライエツチン
グでは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CHF5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^/m i nと低いため、 5ooo^のシリ
コン酸化膜をエツチングする場合には追加エツチングを
含めて約12〜15分のエツ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まって反応容器壁面
がスパッタさnる割合が大きくなり、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几たり、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た
シする。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レベルでた
かだか1000^/minであるため、これを量産装置
として用いる場合には6〜10枚程度のウェハーを同時
に処理するいわゆるバ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、ウェハーの
直径が125mmとか150順などの大口径化してくる
とこnをバッチ式処理装置で処理しようとする場合、電
極面積を太ぎ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、ウェハー曲内のエツチング
速度の均一性は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、ウニ・・−一枚一枚を遂次処理する枚葉
処理装置では、1μm/min程度のエツチング、速度
を実現する平行平板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エッチ欠点があって微細
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<L、!かつ高速エツチングを
実現する装置として最近磁場を用いて前記方式よりも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・ ンエッチング方式が考察された。(例、%開 
昭5s−53832)Lかしこの方式の装置では電場と
磁場が丁度直交している部分のみにプラズマが集中する
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らり。
マグネットの駆動機構に多大な費用を要するという欠点
がある。また、プラズマ密度を高めるためのマグネトロ
ン電極に印加される電圧の条件と。
損傷を少くシシかも充分なエツチング速度を得るための
ウェーハー等の試料近傍に発生せしめる電界の条件とは
、この方式の装置では必ずしも一致せず、一方の条件を
適宜にすれば他は適正を欠き。
それが、加工効率をかなシ低、い、ものにしている。
′・本発明はこれら従来の高5速マグネトロンエツチi
の、均1−性O悪さを改善し、同か、つ、高速に試料を
エツチングすることを目的とする。本発明はまた。試料
に印加する負のバイアス電圧と、プラズマ密度を高める
ためのマグネトロン電極に印加する電圧の夫々の電圧に
対し、最適条件を与え、試料に損傷を与えることなくし
かもこれを高速にエツチングすることを可能にする新規
の装置の提供金目的とする。
以下図を用い、実施例によって本発明の詳細な脱刷する
第1図は本発明の実施例である。図で101は円形、 
形又は多角形断面の柱状のマグネトロン陰極であり2.
この柱面4に対向する位、置には試料@極100が置か
れ、その上に試料102が載置されている。柱状陰極1
01の内部には磁石103 、104 、・・・・・・
・が収容されている。磁石は永久磁石でも電磁石でもよ
い。また単数、複数の何れでもよいが、複数のときは図
の如く同極を対向、させて収納する。図示しないが1.
スパッタエツチングの均一性を高めるために従来の装置
と同様に、これら磁石を、頻繁に、柱状陰極の軸方向に
移動させて磁界を変化さ虻る駆動機構を設ける仁とがあ
る。柱状陰極101゜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、不用の放電が柱状陰極の端部、試料電極の裏面等
で生じないように配慮さnる。そnに用いる方法は従来
の装置と同様であるため説明は省略する。柱状陰極10
1は高周波電源109に接続されている。また試料電極
100は高周波電源190に接続されている。(高周波
電源190は試料電極100と柱状陰極1010間に接
続してもよい。)反応容器110は排気管111と排気
パルプ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。
さて、上記のようにした本発明の装置を動作するには、
まず2反応容器110を排気管111を5通して、10
−3〜10−’ Torr程度の真空に排気した後、ガ
スコントローラ113 ’に通し、CF、やBCl3等
のノーロゲン化活性ガスを導入し、真空度を10〜10
”−3Torrに保つ=この状態でRFit源109及
び190により、高周波電力を柱状陰極101及び試料
電極100と1反応容器110の間に印加すると柱状陰
極101の周辺′マの間のイオンシース中に生じる電位
勾配従って電気力線は磁石103.104 、・N%N
%%%%%によ多発生する磁界の磁力f1!l16とは
ソ直交するために、電子はマグネトロン運動を起こし柱
状陰極101の周辺を回転しながら移動するが磁力線1
16は柱状電極101から出入しているため電子は柱状
陰極101の周辺でらせん運動し柱状陰極に当ってdは
ね返され、その状態が繰り返されるため、柱状M、11
o1近傍にはプラズマ密度の非常に高い領域を生じる。
このような高い密度のプラズマが生じると、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
流を柱状陰極及び試料電極に流すことが出来る。このた
め、柱状′[1極101の柱面に対向して置かれた試料
102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(、RF’屯源190の電圧全調整して
試料102に入射するイオンの入射エネルギーに従来の
反応性イオンエツチング装置に比較して充分低くとシし
かも集中したプラズマを試料電極100の周辺に置くよ
うにすることができるため、試料ユ02上ではイーオン
入射や不純物汚染によるダメージの少ない高速エツチン
グを行うことが出来る。
試料102を載置する試料電極100 Fi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。そしてそのときの電源190は共通にも2個
別にも設けることができる。試料電極100の試料10
2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覆い、ま
た柱状陰極101の内部を水冷パイプで水冷することは
従来の装置同様好結果をもたらす。
柱状陰極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
ためこれを三角、六角、六角等の多角形にすること、ま
た対向柱面の各全綴やかな凸又は凹面にすることもエツ
チングの均一性向上に好影響をもたらす。当然のことな
がら試料電極の一つの面上に多数の試料を載置すればよ
シ多数の枚数のエツチングが同時に可能である。
第2,3図は本発明を一枚処理のエツチング装置に応用
する時の装置の構成を示す側面図である。
柱状陰極の断面が円形の場合と 形の場合を示した。
本発明のドライエツチング装置は以上に示す通シであっ
て、前記した従来の諸装置の欠点を解消し、前記の目的
を達成するものである。即ち1本発明に於ては、各部材
の大きさ、距離゛を適嶺にすることによって極めて容易
に、高密度プラズマによる均一なエツチング速度の高速
エツチングを。
試料に大きい損傷を与えることなく実現することが可能
となる。
なお、電源109.190の電圧、電流、直・交流の別
1周減数1位相はこれを夫々適値に選定するものである
。その選択の自由度は極めて高い。
第4図は反応容器110の外側に′醒磁コイル114゜
電極101の磁力線の上に、柱状電極の軸にほゞ平行に
磁力flilBを加算させたものである。
但し柱状陰極内の磁石は単一にしてチシ、その磁力線は
磁力線Bとはy同方向にしである。
この構成によって、柱状陰極101及び試料電極102
の近傍の磁束密度が一層増加し、前述した諸効果は高め
られる。
なお、柱状陰極内の磁石が、同極を突合せた複数磁石と
なるときには、これに合せて、電磁コイルの数、極性を
構成することになる。この柱状電極の外部に設置する磁
石も、電磁石、永久磁石の何れでもよく、その設置場所
も反応容器の外に限定されない。
寸だ以上はドライエツチング装置で代^させて本発明を
説明したが、この構成の装置が膜堆積その他のプラズマ
表面処理全般に利用できることは明らかである。
簡単な装置によって良質、高速のスパッタエツチング?
可能にする本発明の工業的価値は尚〈。
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】
第1図は本発明の実施例の断面図、第2.3図は第1図
の側断面で単一試料電極の場合である。 100・・・・・・・・・試料電極 、1o1・・・・
・・・・・柱状陰極102・・・・・・・・・試料、1
03,104,114,115・・四i石105 、1
06−−−−−−絶縁体、  109 、 t 90−
・−・・′Rt源110・・・・・・・・・反応容器 
、111・・・聞・・排気管112・・・・・・・・・
排気パルプ 113・・・・・・・・・ガスコントローラ特許出願人
   日電アネルバ株式会社FIG、1 手続補正書(方式) %式% 2、発明の名称 プラズマ表面処理装置 3、補正をする者 事件との関係    特許出願人 住所 〒183東京都府中市四谷5−8−1名 称  
  日電アネルパ株式会社 代表者織 田善次部 4、代 理 人 住所 〒183東京都府中市四谷5−8−1昭和60年
8月27日(発送日) 13頁第15行〜16行番こ[第1図は・・・・・・場
合である。」とあるのを次の通り補正する。 「第1図は、第1の発明の実施例の断面図、第2,3図
は第1図の側断面で単−試料値極の場合、第4図は、第
2の発明の実施例の断面図である。」

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極内部に設けた磁石により該電極の表面の近傍
    に該表面より出、入する磁力線を発生させる柱状のマグ
    ネトロン陰極と、該柱状陰極の周囲を囲む反応容器壁等
    で構成される陽極と、該柱状陰極の柱面に対向する位置
    に置かれた試料電極と、該柱状陰極と該陽極の間に高周
    波又は直流電圧を印加して該磁力線にほゞ直交する電気
    力線を発注する手段と、該陽極又は該柱状陰極と該試料
    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り処理することを特徴とする
    プラズマ表面処理装置
  2. (2)該柱状陰極がその電極内部に、複数個の永久磁石
    であって互にその同極を対向させて連結しているものを
    内蔵していることを特徴とする第1項記載のプラズマ表
    面処理装置
  3. (3)該柱状陰極の試料電極に対向する面が平面又は緩
    やかな凸又は凹の曲面で構成されていることを特徴とす
    る。第1又は2項記載のプラズマ表面処理装置
  4. (4)該試料電極が該柱状陰極の周囲に複数個置かれて
    いることを特徴とする第1、2又は3項記載のプラズマ
    表面処理装置
  5. (5)該柱状陰極内部の磁石を、その軸方向に往復運動
    させる機構を備えていることを特徴とする第1、2、3
    又は4項記載のプラズマ表面処理装置
  6. (6)電極内部に設けた磁石により該電極の表面の近傍
    に該表面より出、入する磁力線を発生させる柱状のマグ
    ネトロン陰極と、該柱状陰極の軸にほゞ平行な磁力線を
    該柱状陰極と該試料電極の間の空間に発生する手段と、
    該柱状陰極の周囲を囲む反応容器壁等で構成される陽極
    と、該柱状陰極の柱面に対向する位置に置かれた試料電
    極と、該柱状陰極と該陽極の間に高周波又は直流電圧を
    印加して該二つの磁力線にほゞ直交する電気力線を発生
    する手段と、該陽極又は該柱状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
    のプラズマにより処理することを特徴とするプラズマ表
    面処理装置
  7. (7)該柱状陰極がその電極内部に、複数個の永久磁石
    であって互にその同極を対向させて連結しているものを
    内蔵していることを特徴とする第6項記載のプラズマ表
    面処理装置
  8. (8)該柱状陰極の試料電極に対向する面が平面又は緩
    やかな凸又は凹の曲面で構成されていることを特徴とす
    る。第6又は7項記載のプラズマ表面処理装置
  9. (9)該試料電極が該柱状陰極の周囲に複数個置かれて
    いることを特徴とする第6、7、又は8項記載のプラズ
    マ表面処理装置
  10. (10)該柱状陰極内部の磁石を、その軸方向に往復運
    動させる機構を備えていることを特徴とする第6、7、
    8又は9項記載のプラズマ表面処理装置
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