JPS63274148A

JPS63274148A - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPS63274148A
Application number: JP10899587A
Authority: JP
Inventors: Yasue Sato; 安栄佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1987-05-06
Publication date: 1988-11-11

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】〔発明の属する技術分野〕本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置、とくに、マイ
クロ波を用いた被処理体のエンチング、堆Ｍｉ膜形成、
スパッタリング、灰化等のプラズマ処理装置に関する。

〔従来技術の説明〕

プラズマ処理法とは、特定の物質をプラズマ化して活性
の強いラジカルとし、このラジカルを被処理体に接触さ
せて被処理体にエツチング、堆積膜形成等の処理を施す
加工方法をいい、プラズマ処理装置とは、該プラズマ処
理法の実施に用いられる装置をいう。

従来、こうしたプラズマ処理装置は、原料ガス導入口と
排気口とを有する真空容器で形成されたプラズマ処理室
と、該プラズマ処理室に供給される原料ガスをプラズマ
化するエネルギーを供給する電磁波等を供給する装置と
からなっている。

ところで、プラズマ処理法は前述のラジカルの強い活性
に依拠するものであり、ラジカルの密度や被処理体の温
度等を適宜選択することにより、エツチング、堆積膜形
成等の各種の処理を所望に応じてなしうろことはプラズ
マ処理法の特徴であり、プラズマ処理法において重要な
ことはラジ、ラルの効率的生成である。

従来、プラズマ化エネルギーを与える媒体としては、１
３．５６ＭＨｚ程度の高周波数電磁波が使用されていた
が、近年、２．４５　Ｇ　Ｈｚ程度のマイクロ波を用い
ることにより、高審度プラズマを効率的に生成しうろこ
とが判明し、マイクロ波を用いたプラズマ処理法が注目
され、そのための装置もいくつか提案されている。

例えば、半導体デバイス、電子写真用感光体、画像入力
用センサー、撮像デバイス、光起電力素子、その他の各
種エレクトロニクス素子、光学素子等に用いる素子部材
としてのアモルファスシリコン（以下、ｒＡ−５ｉＪと
記す。）堆積膜をマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法
（以下、「ＭＷ−ＰＣＶＤ法」と記す、）により形成す
る方法及びそのための装置が提案されている。

このマイクロ波プラズマ処理技術では、マイクロ波によ
って発生する電場と、放電室外に置かれた磁場発生装置
によって発生した磁場とによって効率良く電子を加速し
、中性分子と衝突、電離させ発生した高密度プラズマを
用い処理を行う、特に電子のサイクロトロン周波数とマ
・イクロ波の周波数が一敗する様に磁場の大きさを決め
ると効率良くプラズマが発生できる。一般に使われる２
、、１５Ｇ　ｔ（ｚの場合、３１　ｉｆｆ場の大きさは
８７５ガウスである。

該マイクロ波プラズマ処理技術の長所は、放電圧力範囲
が高周波放電型に比べ１０−４〜１０　Ｔｏｒｒと広い
ことから、１０−３〜１０−’Ｔｏｒｒ　といった低圧
力では、イオンの平均自由行程がイオンンース幅よりも
大きくなり、イオンが試料に垂直に入射するため垂直エ
ンチング等が可能となり、また、０、１〜１０　Ｔｏｒ
ｒの圧力では多量の励起ガスを発生できるところにある
。また、試料に入射するイオンのエネルギーが２０ｅＶ
と低いため、試料に損傷を与えることなく処理を行うこ
とができることである。

しかしながら、従来のマイクロ波プラズマ処理装置にお
いては、プラズマ放電室は、供給するマイクロ波の共振
器として機能するように用いるため、その形状を特定の
モードとなるようにしなければならないという問題があ
る。

因に、特開昭６０−１２０５２５号公報には、第４図に
示す、マイクロ波プラズマ処理装置が開示されている０
図中、２１はプラズマ放電室、２２は処理室、２３はマ
イクロ波導入窓、２４は矩形導波管、２５はプラズマ流
、２６はプラズマ引出し窓、２７は試料、２日は試料＠
置台、２−９は試料台、３０は排気系、３１は磁気コイ
ル、３２は磁気シールド、３３は第１ガス導入系、３４
は第２ガス導入系、３５は冷却水の給水口、排水口を示
している。

該装置を用いてプラズマを生成するには、排気系３０に
よりプラズマ放電室２１と処理室２２を高真空に排気し
、第１ガス導入系３３又は／及び第２ガス導入系３４よ
りガスを導入し、１０−’〜Ｉ　Ｔｏｒｒの圧力とし、
マイクロ波源（図示せず）よりマイクロ波を矩形導入管
２４及びマイクロ波導入窓２３を介してプラズマ放電室
２１に導入し、同時にプラズマ放電室２１に周設した磁
気コイル３１により、プラズマ放電室の少なくとも一部
に電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を与える。

マイクロ波源として２．４５ＧＨｚのマグネトロンを用
いた場合には、電子サイクロトロン共鳴条件は磁束窓度
８７５Ｇであり、マイクロ波放電室２１はマイクロ波の
電界強度を高め、放電の効率を高めるためにマイクロ波
空洞共振器の条件を満たすように構成される。例えば、
Ｔ　Ｅ　Ｉ＋　３の円形空洞共振器モードでは、内のり
寸法で直径１７１、高さ２０ｃｍの円筒状とするのが好
ましい。

このように、従来のプラズマ放電室をマイクロ波の共振
器として用いる装置においては、放電室の大きさ、特に
プラズマ照射面積を決定する形状を任意に決定できない
という問題がある。

一方、古くからリジターノらにより、ヘリカルコイルや
スロットアンテナを用いた大口径プラズマ発生装置が、
プラズマ基礎物性研究用として開発され、そして実験さ
れてきている〔ジー・リジターノ、アール・ニー・エリ
ス・ジュニア、ダブリュ・エム・フーク、チー・エッチ
・ストウリノクス：レビュー　サイエンス　インストゥ
ラム３９巻、１９６８年（Ｇ、Ｌｉｇｉｔａｎｏ、Ｉ？
、Ａ、ＥＩＩｉｓ、Ｊｒ、。

Ｗ、Ｍ、ＩＩｏｏｋｅ、ａｎｄ　Ｔ、１１．５ｔｉｘ　
：　Ｒｅｖ、Ｓｃｉ、１ｎｓｔｒｕｒｓ、　３９＋１９
６８）　）。このクイ１のプラズマ発生装置は、プラズ
マ放電室を共Ｗｉ器として用いないため、プラズマ照射
面積を自由にでき、大口径のものに有利である。しかし
ながら、アンテナは導体であるためプラズマに直接接す
ると金属による汚染が問題となる。また、マイクロ波回
路に影響を与えないように、真空容器からアンテナをさ
さえる手段を設ける必要があるという問題もある。

（発明の目的〕本発明は、エツチング、堆積膜形成等に用いられるマイ
クロ波プラズマ処理装置における上述の問題を解決して
、マイクロ波供給アンテナの構造を簡略化したマイクロ
波プラズマ処理装置を提供することを主たる目的とする
ものである。

本発明の他の目的は、金属による汚染の問題のないマイ
クロ波プラズマ処理装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明者は、従来のアンテナを用いたマイクロ波プラズ
マ処理装置における前述の諸問題を解決し、上述の本発
明の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、マイクロ
波供給手段として、絶縁物で構成された真空容器の外壁
に、アンテナパターンをパターニングした構造のアンテ
ナを用いることにより、アンテナの機械的支持が不要と
なり、また、金属による汚染を防止しうるという知見を
得た。

本発明は、該知見に基づいて更なる研究を重ねた結果完
成せしめたものであり、その骨子とするところは、絶縁
物で構成された真空容器、該真空容器内にガスを導入す
る手段、及び該真空容器内にマイクロ波による電場と磁
場を形成しプラズマを発生させる手段とからなるマイク
ロ波プラズマ処理装置であって、マイクロ波を供給する
手段として前記真空容器の外壁に導体をパターニングし
たアンテナを用いることにある。

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明するが、本発明
は、これらにより限定されるものではない。

第１図は、本発明の実施例の１つを模式的に示す断面図
である。

図において、１，１０はガス導入口、２はマイクロ波供
給用同軸ケーブル、３は真空封止用誘電体、４はマイク
ロ波放射スロットアンテナ付放電容器、５は磁場発生用
空心コイル、６はプラズマ流、７は被処理試料（ウェハ
ー）、８は試料保持台、９は排気系である。

マイクロ波は、同軸ケーブル２により、スロットアンテ
ナ４に供給される。

第２図は、第１図における放電容器を示す斜視図であり
、放電容器４の外壁にアンテナパターン４１がパターニ
ングされた状態を示している。第２図の例では、アンテ
ナパターン４１はスロット型でリジターノコイルであり
、長さ１幅数ミリのスリットを入れたものである。該ス
リットの長さｌは、供給するマイクロ波の波長の４に選
ぶと定在波が発生し、この時このアンテナは’ｒｏ＋＋
　モードのキャビティと等価となり、このモードは、ア
ンテナの直径の大きさには依存しない。

放電容器４は、石英ガラス、アルミナ等のマイクロ波透
過性絶縁物で構成され、その外壁に、銅、銀等の金属を
蒸着し、パターン状にエツチングしてアンテナパターン
４１が形成される。該パターンの金属の厚さは、表皮効
果によって起こる表皮の深さよりも十分大きければよく
、例えば、銅の場合、２．４５ＧＩ（Ｚのマイクロ波を
用いるのであれば、銅の厚さは２０μｍ以上あればよい
。

第２図に示す例では、アンテナパターン４１をスロット
型のものを示しているが、ヘリカル型でもよく、いずれ
の場合も、発生した内部の電場の方向は同心円状となっ
て空心コイル５により発生した磁場と直交すゞることと
なる。この時、マイクロ波の周波数と電子サイクロトロ
ン周波数が一致する様に磁場を選んでやると、共鳴的に
電子が加速され、高密度プラズマが発生する。放電室は
金属の汚染を防ぐため、プラズマとアンテナが触接しな
い様に石英ガラス、アルミナ等の容器で形成する。

プラズマ発生領域Ａ及びプラズマ処理空間Ｂには、処理
プロセスに応じてプロセスガスをガス導入口１，１０よ
り導入する１例えばｐ６１ｉ−３ｉのエツチングの場合
にはＳＦ、ガスを用い、ＳｉＮ膜を堆積させる場合（プ
ラズマＣＶＤ法）には、ガス導入口１からＮ２ガス、ガ
ス導入口１０から５ｉｌＬガスを各々導入する。プラズ
マ発生領域Ａとプラズマ処理領域（又は反応領域）Ｂと
は排気系９によって真空排気され、適切な内部圧力に保
たされる。

第３図は、本発明のプラズマ処理装置を、イオンビール
処理装置として応用した他の実施例を模式的に示す断面
略図である。

図において、１乃至ｌＯは第１図に示すものと同じもの
を示しており、１１，１２．１３はイオンを引き出すた
めの電極群、１４．１５は該電極に電圧を供給するため
の電源、１６は引き出されたイオンビームである。

電極１１は正の電圧例えば５００Ｖ、電極１２には負の
電圧、例えば−５ｏｏｖをかけることによってプラズマ
流６からイオンを引き出す、引き出したイオンはイオン
ビームエ６となり、試料７に照射される。

該装置をエツチング装置として使う場合、例えばＳｉＯ
オをエツチングする時はガスとしてＣ２Ｆ６を使い、Ｃ
ＶＤ装置として使う場合、例えばＳ　ｉ　Ｏｚ膜を堆積
させる場合、Ｏｔガスを４入口１．５ｉＨｎガスを導入
口ｌＯから導入する。

ここで述べた実施例は引き出し電極として３群構成とし
たが、２群、１群でも同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明の装置は、マイクロ波供給手段として絶縁容器の
外壁にアンテナパターンをパターニングしたという簡単
な構造のアンテナを用いることで、機械的支持が不要と
なり、金属汚染を防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の実施例を模式的に示す断面略
図であり、第２図は第１図における放電容器を示す斜視
図である。第３図は本発明の装置の他の実施例を模式的
に示す断面略図である。第４図は、°従来のマイクロ波
プラズマ処理装置を模式的に示す断面略図である。第１〜３図において、１．１０・・・ガス導入口、２・
・・マイクロ波供給用同軸ケーブル、３・・・真空封止
用誘電体、４・・・マイクロ波放射スロットアンテナ付
放電容器、４１・・・アンテナパターン、５・・・磁場
発生用空心コイル、６・・・プラズマ流、７・・・被処
理試料（ウェハー）、８・・・試料保持台、９・・・排
気系、１１，１２．１３・・・電極群、１４．１５・・
・電源、１６・・・イオンビーム。第４図において、２１・・・プラズマ放電室、２２・・
・処理室、２３・・・マイクロ波導入窓、２４・・・矩
形導波管、２５・・・プラズマ流、２６・・・プラズマ
引出し窓、２７・・・試料、２８・・・試料載置台、２
９・・・試料台、３０・・・排気系、３１・・・磁気コ
イル、３２・・・磁気シールド、３３・・・第１ガス導
入系、３４・・・第２ガス導入系、３５・・・冷却水の
給水口、排水口。＋ｒ。第１図第　２ｒｌ！Ｊ第　３　図第４図 Φす

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁物で構成された真空に保持可能な放電容器、
該放電容器内にガスを導入する手段、及び該放電容器内
にマイクロ波による電場と磁場を形成しプラズマを発生
させる手段とからなるマイクロ波プラズマ処理装置であ
って、マイクロ波を供給する手段として前記放電容器の
外壁に導体をパターニングしたアンテナを用いたことを
特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
（２）前記アンテナのパターンが、スロットタイプ又は
ヘリカリタイプである特許請求の範囲第（１）項に記載
のマイクロ波プラズマ処理装置。