JPS63271936A - 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〕 本発明はマイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａ
ｎｃｅ、　ＥＣＲ）励起により発生させたプラズマを利
用する高集積半導体素子等の製造装置、例えばＣＶＤ　
（Ｃｈｅｍｉｃａ　ＩＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）装置、エツチング装置、その他スパンタリング装置
等として用いられるプラズマプロセス装置に関する。

〔従来技術〕

マイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴励起により
プラズマを発生させる装置は低ガス圧で活性度の高いプ
ラズマを生成でき、イオンエネルギの広範囲な選択が可
能であり、また大きなイオン電流がとれ、イオン流の指
向性、均一性に優れるなどの利点があり、高集積半導体
素子等の製造に欠かせないものとしてその研究、開発が
進められている。

第２図はＣｖＤ装置として構成した従来におけるマイク
ロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴を利用するプラズ
マ装置の縦断面図であり、３１はプラズマ生成室を示し
ている。プラズマ生成室３１は周囲壁を２重構造にして
冷却水の通流路３１ａを備え、また−側壁中央には石英
ガラス板３１ｂにて封止したマイクロ波導入口３１ｃを
、更に他側壁中央には前記マイクロ波導入口３１ｃと対
向する位置に円形のプラズマ引出窓３１ｄを夫々備えて
いる。前記マイクロ波導入口３１ｃ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３１ｄ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内にはウェーハ等の試料Ｓを装着する試料台
３５が前記プラズマ引出窓３１ｄと対向させて配設され
、その前面には円板形をなす試料Ｓがそのまま、又は静
電吸着等の手段にて着脱可能に装着されるようになって
いる。試料台３５内には冷却用の冷却水通流路（図示せ
ず）が、また試料Ｓの装着位置には試料Ｓの静電吸着及
び／又はバイアス印加用電極３５ｂが夫々埋設されてお
り、通流路には冷却水供給管３５ａが、また電極３５ｂ
には直流電源（図示せず）及び整合器３７を介在させて
ＲＦ（ラジオ周波数）電源３８が接続せしめられている
。

前記試料台３５の後面側に位置する反応室３３の後壁に
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は原料ガス供給系、３１ｈ。

３１ｉは冷却水の供給系、排水系である。

而してこのようなＣｖＤ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３１９反応室３３内に原料ガ
ス供給系３１ｇから原料ガスを供給し、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、プラズマ生成室３１を空洞共振器として原
料ガスを共鳴励起し、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反
応室３３内の試料台３５上の試料Ｓ周辺に投射せしめ、
原料ガス供給系３３ｇから供給される原料ガスを分解し
、試料Ｓ表面に成膜を行うようになっている（特開昭５
７−１３３６３６号）。

ところで上述した如きプラズマプロセス装置では一般に
反応室３３の周囲壁は電気的に接地電位に設定されてお
り、またその周囲壁は水にて冷却する構成が採られてい
るため、プラズマ流に高い指向性が与えられているもの
の反応室３３内で成膜或いはエツチング処理を行ったと
き試料台３５表面及び反応室３３の周壁内面の各部にも
副次反応物の堆積が生じるのを避けることが出来ない。

例えば５ｉｌｌｓとＮＺ又はＮ１１．のガスとを原料ガ
スに用いて試料Ｓ表面に窒化ケイ素の膜を堆積させた場
合、反応室３３の周壁内面には反応生成物である窒化ケ
イ素、或いは余剰のＳ　ｉ　Ｈ，の分解による粉末状の
ケイ素が堆積する。従ってこのような成膜処理を反復し
てゆくと堆積層が厚くなり、一定収上になると壁面から
剥離し始め、反応室３３内に急激なガス流が生じると剥
離が進行し、剥離した薄片等が以後の成膜時に試料Ｓ面
に付着し、欠陥を発生させる原因となる。

また、フォトレジストをマスクとしてＣＦ、ガスプラズ
マにて酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜をエツチングすると
きはＣＦ、ガスから電離分解したフッ化炭素原子、　ｃ
ｐ、がフォトレジストと結合し、有機樹脂膜が周壁内面
に堆積し、この堆積物が残留ガスの吸着、或いは発生源
となり、エツチングの再現性を低下させる等の欠点があ
った。

この対策として従来にあっては試料台３５表面に対して
はバイアス印加用として用いられるＲＦ電源３８にて高
周波電界を印加し、エツチングガスを投射せしめてエツ
チング除去することが出来るが、反応室３３の周壁内面
に対しては一定の処理量毎に定期的に反応室３３の周壁
内面を機械的手段によってクリーニングする方法、或い
は反応室３３の周壁内面に防着板を取り付けておき、こ
れを交換すると共にクリーニングする方法、更にはＣＦ
、　、　０２等のガスプラズマによって反応室３３の周
壁内面の付着物をエツチング除去する方法等が試みられ
てきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし単純にクリーニングする方法、或いは防着板の交
換とクリーニングを併用する方法では付着物が極めて微
細な粒子状となるため、いずれも完全な付着物の除去は
難しく、しかも比較的長時間にわたって装置の稼動を停
止する必要があり、しかもこの間反応室３３を大気中に
曝すこととなるため、再現性が悪化する等生産効率の向
上を図るうえでの大きな障害となっていた。

更にエツチング除去する方法は反応室自体が電気的に接
地されているために十分な効果が得られていないのが現
状である。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とすることろはガスプラズマ放電によるエツチング
作用を利用して試料室内の堆積物の除去を自動的に、し
かも効率的に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、電子サイクロトロン共鳴励起により
プラズマを発生させるプラズマ生成室と、発生したプラ
ズマを引出窓を通じて導入し、前記引出窓に而して配置
した試料に処理を施す試料室とを備えたプラズマプロセ
ス装置において、前記試料室内にこれと電気的に絶縁さ
れて配設され、接地電位及び／又は複数の電位を選択的
に印加し得る導電性保護壁を設けた。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって試料室内に導入されたプ
ラズマ流を試料室の周壁内面に分散投射せしめて周壁内
面の堆積物をエツチング除去する。

〔実施例〕

以下本発明をＣＶＯ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１はステンレス鋼製であって、マイクロ
波に対して空洞共振器を構成するよう形成されており、
また周囲壁を２重構造として水冷ジャケラ）ｌａを備え
る中空円筒形をなし、−側壁中央には石英板１ｂで閉鎖
されたマイクロ波導入口１ｃを備え、また他側壁中央に
は前記マイクロ波導入口１ｃと対向する位置にプラズマ
の引出窓１ｄを備えている。前記マイクロ波導入口１ｃ
には導波管２の一端部が接続され、またプラズマ引出窓
１ｄ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１及びこれに連結された導波管２の
一端部にわたってこれらと同心状に励磁コイル４が周設
せしめられている。

導波管２はその他端部は図示しない高周波発振器に接続
され、高周波発振器で発せられたマイクロ波をマイクロ
波導入口ＩＣを経てプラズマ生成室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１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ｌ内に生成されたプラ
ズマを反応室３内に導入せしめるようになっている。

反応室３は中空の直方体形に形成され、プラズマ引出窓
１ｄと対向する側壁には図示しない排気装置に連なる排
気口３ａを開口してあり、また反応室３の内部には前記
プラズマ引出窓１ｄと対向させて試料台５が配設され、
この試料台５の前面に前記プラズマ引出窓１ｄと対向さ
せて試料Ｓが着脱可能に装着されている。試料台５内に
は冷却用の冷却水通流路及び試料Ｓに静電吸着および／
もしくはバイアス印加するための電極５ｂが埋設されて
おり、通流路には冷却水供給管５ａが、また電極５ｂに
は直流電源（図示せず）及び整合器７を介在させてＲＦ
（ラジオ高周波）電源８が接続されている。

そして反応室３の内側には試料台５の背面側の壁を除く
周囲壁の内面を覆うべくこれとの間に所要の間隙を隔て
て電気的に絶縁状態に維持して導電性の保護壁６．６が
配設されている。保護壁６゜６は例えばステンレス鋼板
等にて形成されており、各保護壁６．６は切替スイッチ
ｓｗ、　、　ｓｗ２、整合器９を介在させてＲＦ電源１
０に接続されている。

切替スイッチｓｗ、　、　ｓｗｚはその切替片を夫々整
合器９を介してＲＦ電源１０に接続する位置と、接地す
る位置とに選択的に切替え得るよう形成されており、成
膜中は接地側に、また壁面の堆積膜を除去するときはＲ
Ｆ電源１０側に接続されるようになっている。

なお切替スイッチｓｗ、　、　ＳＷ２は保護壁６，６に
対し接地電位と、他の負電位（ＲＦ電１ａｔｏ、高周波
電源に接続した場合もエツチングのためのプラズマが発
生すると保護壁は自動的に負電位となる：セルフバイア
ス）に設定される場合を示したが、特にこれに限るもの
ではなく、例えば接地電位以外の複数の負電位に選択設
定し得る構成としてもよい。

また電源としてはＲＦ電源１０にのみ限るものではなく
、例えば高周波電源又は直流電源でもよい。

直流電源を用いるときはその負極側を保護壁と接続する
。

その他１ｇ、３ｇはガス供給系、ｌｈ、ｌｉは夫々冷却
水の供給系、排水系を示している。

而してこのような本発明装置にあっては反応室３内の試
料台５に試料Ｓを装着し、プラズマ生成室ｌ２反応室３
内を所要の真空度に設定した後、ガス供給系１ｇ、３ｇ
を通じてプラズマ生成室１１反応室３内に原料ガスを供
給し、励磁コイル４に直流電流を通流すると共に、導波
管２．マイクロ波導入口１ｃを通じてマイクロ波をプラ
ズマ生成室ｌ内に導入する。プラズマ生成室ｌ内に導入
されたマイクロ波はプラズマ空洞共振器として機能する
プラズマ生成室１内で共振状態となり、原料ガスを分解
し、共鳴励起して、プラズマを生成せしめる。生成され
たプラズマは励磁コイル４にて形成される発散磁界によ
って反応室３内に導入され、ＲＦ電源８にて所定バイア
スを印加維持された試料Ｓ表面への成膜を行うようにな
っている。

なおこのときは反応室３の周囲壁は接地電位に、また保
護壁６，６は切替スイッチＳＷ、　、　ＳＷ２によって
同様に接地電位に夫々設定しておく。これにより反応室
３内のプラズマによって保護壁６，６が浮遊電位となっ
て成膜イオン流に影響を与えるのを防止し得る。

稼動時間が所定値に達すると、成膜作業を一時中止して
各切替スイッチ５ＩＡＩ、　ＳＷｚを夫々接地側からＲ
Ｆ電源１０側に切替え、またガス供給系３ｇからエツチ
ング用のガス１０％０□添加ＣＦ、を供給する。

試料台５についてもＲＦ電源８にて所定の電位を印加す
る。これによって反応室３でプラズマが生成せしめられ
ると自動的に各保護壁６，６及び試料台５は負電位に設
定され（セルフバイアス）、プラズマ放電は四周に分散
され、保護壁６及び試料台５表面に堆積した膜をエツチ
ング除去し、除去されたイオン、ガス等は排気口３ａを
通じて排出される。

〔数値例〕

第１図に示す如き装置でガス供給系１ｇからＮ２ガスを
ＩＯＳＣＣＭの割合で、またガス供給系３ｇから５ｉｌ
１４を８　ＳＣＣＭの割合で供給し、プラズマ生成室１
２反応室３内の真空度を０．１ｔ＊Ｔｏｒｒ、マイクロ
波パワーを２００Ｗとして試料表面に窒化ケイ素膜をの
ぺ膜厚で約１μｍ堆積させたところ、保護壁６．６の内
面には最大約０．４μｍの厚さに膜の付着がみられた。

次いで切替スイッチＳＷ、　、　ＳＷ、を夫々高周波電
源ｌＯ側に印加し、１０％０□添加ＣＦａガスを反応室
３内に４０５ＣＣＨの割合で導入し、真空度を０．５ｍ
Ｔｏｒｒ。

ＲＰパワーを２００−としてプラズマを発生させエツチ
ングを行った。この結果、約１０分間で付着膜が除去さ
れ、保護壁６，６はその材質であるステンレス鋼の光沢
に復帰させることができた。一方試料台５には別個に高
周波電位を印加し、同一の条件下で１５分間エツチング
した。

その結果クリーニングに要する時間は従来の１７１０に
短縮し得た。

なお上述の実施例は本発明装置をＣＶＯ装置に適用した
構成を示したが、何らこれに限るものではなく、例えば
エツチング装置、スパッタリング装置等にも適用し得る
ことは勿論である。

〔効果〕

以上の如く本発明にあっては、試料室内にこれを覆う態
様でこれと電気的に絶縁状態を維持した導電性の保護壁
を設け、接地電位及び／又は複数の負電位に設定し得る
ようにしたから、試料室の浄化工程を自動的に、しかも
高真空を維持した状態で行うことが出来て生産効率が高
い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図は従来装置の縦
断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発生
   させるプラズマ生成室と、発生したプラズマを引出窓を
   通じて導入し、前記引出窓に面して配置した試料に処理
   を施す試料室とを備えたプラズマプロセス装置において
   、前記試料室内にこれと電気的に絶縁されて配設され、
   接地電位及び／又は複数の電位を選択的に印加し得る導
   電性保護壁を設けたことを特徴とするプラズマプロセス
   装置。