JPS63192229A - プラズマプロセス装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＣＶＤ（Ｃｈｅａ＋１ｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、エツチング装置、スパッタ
リング装置等として用いられるプラズマプロセス装置に
関するものである。

〔従来技術〕

−ＩＣにマイクロ波を利用したプラズマプロセス装置は
低ガス圧で活性度の高いプラズマを生成出来、また大径
のプラズマ流を引き出せることから高集積半導体素子等
における薄膜の形成、エツチングに適用し得るものとし
てその研究、開発が進められている。

第５図は薄膜形成装置として構成した従来のプラズマプ
ロセス装置を示す縦断面図であり、図中３１はプラズマ
生成室を示している。プラズマ生成室３１は上部壁中央
に石英ガラス板３１ａにて封止したマイクロ波導入口３
１ｂを、また下部壁中央には前記マイクロ波導入口３１
ｂと対向する位置にプラズマ引出窓３１ｃを夫々備えて
おり、前記マイクロ波導入口３１ｂには他端を図示しな
い高周波発振器に接続した導波管３２の一端が接続され
、またプラズマ引出窓３１ｃに臨ませて反応室３３を配
設し、更に周囲にはプラズマ生成室３１及びこれに接続
した導波管３２の一端部にわたってこれらを囲繞する態
様でこれらと同心状に励磁コイル３４を配設しである。

反応室３３内には円盤形の載置台３５が配設され、その
上には円板形をなすウェーハ等の試料Ｓがそのまま、又
は静電吸着等の手段にて着脱可能に載置され、更に反応
室３３の下部壁には図示しない排気装置に連なる排気口
３３ａが開口されている。３１ｇ。

３３ｇは原料ガス供給管である。

而してこのような薄膜形成装置にあっては、所要の真空
度に設定したプラズマ生成、室３１１反応反応室３３側
料ガスを供給し、励磁コイル３４にて磁界を形成しつつ
プラズマ生成室３１内にマイクロ波を導入してプラズマ
を生成させ、生成させたプラズマを励磁コイル３４にて
形成されるプラズマ引出窓３１ｃ前方の反応室３３側に
向かうに従い磁束密度が低下する発散磁界によってプラ
ズマ生成室３１からプラズマ引出窓３１ｃを経て反応室
３３内の載置台３５の試料Ｓ周辺に導出し、試料Ｓ表面
でプラズマ流中のイオン、ラジカル粒子による表面反応
を生起させ、試料Ｓ表面に成膜するようになっている（
特開昭５６−１５５５３５号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上述した如き従来のプラズマプロセス装置にあ
ってはプラズマ生成室３１で発生せしめられたプラズマ
はプラズマ室内のガス圧力、磁界強度と分布、マイクロ
波のプラズマ室への導入方法などの条件により一般に不
均一な分布をしており、励磁コイル３４によって形成さ
れる発散磁界の磁力線に沿ってプラズマ引出窓３１ｃを
経て反応室３３内の試料Ｓ周辺に引き出されるプラズマ
密度にも同様な傾向の分布が生じ、試料Ｓの中央部と周
縁部などで堆積速度に差が生じるなど、膜厚の不均一が
避けられないという問題があった。

このような膜厚の不均一性は薄膜形成装置においてのみ
ならず、エツチング装置、スパッタ薄膜形成装置（特開
昭５９−４７７２８号）として用いる場合においてもエ
ツチング深さ、膜厚等の処理速度がばらつく同様な現象
が認められている。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは複数の永久磁石により複数のカスプ
磁場をプラズマ流表面に形成し、これにより、試料室に
引出されたプラズマ流域の磁界分布強度を調節し、プラ
ズマ密度分布の一様化をはかり、均一な厚さの成膜、或
いはエツチング等の処理を行い得るようにしたプラズマ
プロセス装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にあっては試料室内に複数の永久磁石により複数
のカスプ磁場を形成し、またこれに加えて発散磁界の試
料周辺の強度分布を調節する補助コイルを設ける。

〔作用〕

本発明はこれによって試料室でプラズマ表面のカスプ磁
場による強い磁場でプラズマ内電子を閉じ込め得てイオ
ン化効率を高め得、またカスプ磁場に囲まれて形成され
た磁場の弱い空間でプラズマの密度分布が均一化され、
成膜速度、エツチング速度等の処理速度の均一化が図れ
る。

〔実施例〕

以下本発明を薄膜形成装置として構成した実施例につき
図面に基づき具体的に説明する。第１図は本発明に係る
プラズマ装置（以下本発明装置という）の縦断面図であ
り、図中１はプラズマ生成室、２は導波管、３は試料Ｓ
に対し成膜を施す試料室たる反応室、４は励磁コイルを
示している。

プラズマ生成室ｌは上部壁中央には石英ガラス板１ａで
閉鎖されたマイクロ波導入口１ｂを備え、また下部壁中
央には前記マイクロ波導入口１ｂと対向する位置に円形
のプラズマ引出窓１ｃを備えており、前記マイクロ波導
入口１ｂには導波管２の一端部が接続され、またプラズ
マ引出窓１ｃにはこれに臨ませて反応室３が配設され、
更に周囲にはプラズマ生成室ｌ及びこれに連結された導
波管２の一端部にわたって励磁コイル４が周設せしめら
れている。

導波管２の他端部は図示しない高周波発振器に接続され
ており、発せられたマイクロ波をマイク口波導入口１ｂ
からプラズマ生成室１内に導入するようにしである。励
磁コイル４は図示しない直流電源に接続されており、直
流電流の通流によってプラズマ生成室ｌ内にマイクロ波
の導入によりプラズマを生成し得るよう磁界を形成する
と共に、反応室３側に向けて磁束密度が低くなる発散磁
界を形成し、プラズマ生成室１内に生成されたプラズマ
を反応室３内に導出せしめるようになっている。

反応室３内にはその下部中央であって、プラズマ引出窓
１ｄと対向する位置にｉ１装台５が配設され、その上に
は円板形をなすウェーハ等の試料Ｓがそのまま、又は静
電吸着等の手段にて着脱可能に載置されるようにしてあ
り、また底壁には図示しない排気装置に連なる排気口３
ａを開口しである。Ｉｇｔ３ｇは原料ガス供給管である
。

そして本発明装置にあっては前記載置台５及びこれに載
置した試料Ｓの側方を含むその上、下方の所定幅にわた
ってその周囲を囲繞する態様で、短円筒形に形成された
永久磁石構造物６が載置台５、及びこの上に載置された
試料Ｓの周囲にこれと略同心に配設されている。

第２図（イ）は永久磁石構造物６の模式的平面図、第２
図（ロ）は第２図（イ）のローロ線による断面図であり
、非磁性体の円筒形をなす支持体６ａの外周面に周方向
に等間隔であって、且つ中心に対し対称な位置に支持体
６ａの軸長方向寸法に略等しい長さの棒状永久磁石６ｂ
を複数個配設固定しである。永久磁石６ｂは支持体６ａ
の中心に対し向かい合わせに位置する永久磁石同士は、
同極が相対向し、またＮ極側を支持体６ａの周面側に、
Ｓ極側を外方に位置させた場合と、Ｓ極側を支持体６ａ
の周面側に、Ｎ極側を外方にした場合とを周方向におい
て交互させた状態で配設固定されている。

これによって周方向に相隣する永久磁石６ｂ間に形成さ
れる磁界は第２図（イ）に示す如く磁力線が周方向に一
定間陥で尖点を形成する、所謂マルチカスブ磁界を形成
し、これによって全体として試料Ｓの周縁部の磁界分布
強度が強化されることとなり、試料表面に対するプラズ
マ密度分布の均一化が図れる。

なお、この永久磁石構造物６の構成については特に第２
図（イ）、（ロ）に示す態様にのみ限定するものではな
く、例えば第３図（イ）、（ロ）に示す如く構成しても
よい。第３図（イ）は本発明に用いる永久磁石構造物の
他の例を示す模式的平面図、第３図（ロ）は同じくその
ローロ線による縦断面図であり、短円筒形をなす支持体
１６ａの外周面に軸長方向に所要の間隔を隔ててリング
状永久磁石１６ｂ、　１６ｃを交互に複数個配設固定し
である。リング状永久磁石１６ｂは内周面側にＮ極が、
また外周面側にＳ極が形成され、一方リング状永久磁石
１６ｃは内周面側にＳ極が、また外周面側にＮ極が形成
されており、このような両永久磁石１６ｂ。

１６ｃを支持体１６ａの軸長方向に交互に配列固定され
ている。

このように永久磁石構造物１６にあっては第３図（イ）
、（ロ）に示す如く上、下に間隔を隔てて支持体１６ａ
に取り付けられたリング状永久磁石１６ｂ。

１６ｃによって、支持体１６ａの内側に周方向には一様
で、且つ軸長方向には所定の間隔で尖点を有するマルチ
カスプ磁界が形成される。

而して上述した如き本発明装置にあっては、励磁コイル
４にて形成された発散磁界によりプラズマ引出窓１ｃを
経てプラズマ生成室１から反応室３内に導入されたプラ
ズマ流は試料Ｓの周縁部で永久磁石構造物６によってマ
ルチカスプ磁界が形成され、試料Ｓの周縁部に相当する
部分の磁界分布強度を高めて試料Ｓ表面全体のプラズマ
密度分布が均一化されると共に、プラズマからの電子の
逃出を抑制してイオン化効率を高め、プラズマ密度自体
の高密度化も図れる。

第４図は本発明の他の実施例を示す縦断面図であり、試
料室たる反応室３内における試料Ｓの載置台５の周囲に
前記第１図に示す実施例と同様に永久磁石構造物６を配
設すると共に、プラズマ生成室１から反応室３内に導入
されたプラズマ流域を囲って反応室３内に他の永久磁石
構造物７．８及び補助コイル９．ｌＯが配設されている
。

永久磁石構造物７は反応室３内であってプラズマ引出窓
１ｃの周縁に沿うようこれと同心状に配設され、また永
久磁石構造物８はプラズマ引出窓１ｃから載置台５に至
るプラズマ流の中間部外周に沿わせて配設されている。

一方、補助コイル９．１０は略等大の円環状に形成され
ており、補助コイル９は永久磁石構造物７の外囲に、ま
た補助コイル１０は載置台下方に夫々配設せしめられ励
磁コイル４にて形成される発散磁界の強度分布、即ち軸
対称磁界の強度分布を夫々反応室３内の上、下域を分担
して調節するようになっている。上記永久磁石構造物６
．７．８、補助コイル９．１０の設置個数、配設位置等
については特に限定するものではなく、反応室３に引出
されたプラズマが均一な密度分布で載置台５の表面、具
体的には試料Ｓの表面に投射せしめ得るものであればよ
い。

なお永久磁石構造物６．７，８、補助コイル９゜１０は
図示しない昇降又は３次元位置調節手段に支持されてお
り、試料周辺のプラズマ密度が一様となるよう磁界分布
強度を調節すべくその位置を精細に設定し得るようにな
っていることは勿論である。

このような実施例で代表的な磁場強度は永久磁石構造物
内壁で、およそ３０００ガウス、中心近傍で０から２０
ガウス程度である。また上述の実施例は薄膜形成装置に
適用した場合につき説明したが何らこれに限らずエツチ
ング装置、スパッタリング装置等にも適用し得ることは
言うまでもない。

〔効果〕

以上の如く本発明装置にあっては、プラズマ引出窓から
試料室内の試料周辺に至る間のプラズマ流の周囲にマル
チカスプ磁場を形成するようにしたから、試料周辺に対
するプラズマ密度を高め得、特に大口径試料に対するプ
ラズマ密度の均一化が図れ、プラズマ内電子の流出が防
止出来て、イオン化効率が高まり、プラズマ密度も高め
得、また成膜エツチング等の処理速度が増大し、処理ガ
ス圧の低減が図れるなど本発明は優れた効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、第２図（イ）はマルチ
カスプ磁場を形成する永久磁石構造物の模式的平面図、
第２図（ロ）は第２図（イ）のローロ線による断面図、
第３図（イ）は永久磁石構造物の他の例を示す模式的平
面図、第３図（ロ）は第３図（イ）のローロ線による断
面図、第４図は本発明の他の実施例を示す縦断面図、第
５図は従来装置の縦断面図である。 １・・・プラズマ生成室　２・・・導波管３・・・反応
室　４・・・励磁コイル　５・・・載置台６．７．８・
・・永久磁石構造物 ９．１０・・・補助コイル　Ｓ・・・試料時　許　出願
人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　　河　　
野　　登　　夫纂　１　目 箋　２［１ ／ｌ ′ｉｉ、３ＥＪ 第　４　面 ｄ 算　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波を利用してプラズマを発生させ、これを
   発散磁界を利用して試料室側へ導出するようにしたプラ
   ズマプロセス装置において、前記試料室内に複数の永久
   磁石により複数のカスプ磁場を形成することを特徴とす
   るプラズマプロセス装置。 ２、前記複数のカスプ磁場は試料周辺に形成する特許請
   求の範囲第１項記載のプラズマプロセス装置。 ３、マイクロ波を利用してプラズマを発生させ、これを
   発散磁界を利用して試料室側へ導出するようにしたプラ
   ズマプロセス装置において、前記試料室内に複数の永久
   磁石により複数のカスプ磁場を形成すると共に、前記発
   散磁界の試料周辺の強度を調節する補助コイルを設けた
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。