JPS63299338A - プラズマ処理装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明はマイクロ波と磁場の相互作用（電子サイクロト
ロン共鳴、以下１１Ｒと記す）によってプラズマを発生
させ、このプラズマを用いてドライエツチング、ＣＶＤ
（化学的気相堆積）あるいは薄膜加工を行なうプラズマ
処理装置に関するものである。

以下、主にドライエツチング装置について説明する。

従来の技術 半導体素子の回路が微細化、高集積度化するに伴ない、
ドライエツチング、プラズマＣｖＤあるいはプラズマア
ッシング等のプラズマを用いた製造プロセスでは低ダメ
ージ化が要求されている。

これに対応してＥＣＲ放電を用いたプラズマはプラズマ
電位が低く、したがってダメージの低減に適しており、
注目されている。

第４図に従来のＥＣＲドライエツチング装置の一例を示
す。第４図において、マグネトロン１０２Ｌによって発
生したマイクロ波は導波管３２Ｌを経て石英製放電管１
ａに導入される。一方、石英製放電管１２Ｌは３本の電
磁コイル４ａ、４ｂ、４０によって形成される磁場内に
挿入されており、石英製放電管１＆内部でＥＣＲ条件が
満足され放電管近傍から導入されたガスのプラズマが生
成する。

３本の電磁コイル４２Ｌ　、＋ｂ　、４０による磁場の
強度は、４ｈ、４ｂ、４ｃの順に順次低くなっており、
中央の電磁コイル４ｂによって放電管１Ｎの先端部付近
で８７５ガウスとなるように調整され、発生したプラズ
マは磁場勾配に沿って処理室５ａへと拡散によって流入
する。壕だ、被処理物（試料）の後方にはもう１本の電
磁コイル９ａを配しており、ミラー磁場によりプラズマ
が発散するのを防いでいる。この様にして磁場で拘束さ
れたプラズマを試料台７２Ｌ上の被処理物８ａに照射し
てその表面をエツチング等の加工を行なうものである。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記の様な構成では ■　プラズマを発生させるために放電管１ａ内の磁場を
８７５ガウス以上にし、かつプラズマが放電管１１Ｌの
壁面に衝突することなく輸送するためには電磁コイルが
３本も必要で、プラズマ源が非常に大きくかつ重くなり
装置のコンパクト化が困難であり、メンテナンス時に大
きな労力が必要でかつ、装置の価格が高価になる。

■　導波管３ａから放電管１ａへのマイクロ波の照射面
積が放電管１ａの底面積しかなくかつ、放電管１ａに照
射されたマイクロ波はプラズマの表面近傍で吸収される
ために放電管１１Ｌの先端部でしか強いプラズマが得ら
れない。マイクロ波の照射面積を大きくするためには放
電管１ａの直径を大きくするしか方法はなく装置のコン
パクト化、低価格化がむづかしい。

■　この方法で得られるプラズマはマイクロ波の電場の
強度分布を受けて、中央部が厚く周辺部で薄くなり均一
なプラズマが得られず、したがって加工の均一性も得ら
れない。

等の問題点がある 本発明は上記問題点に鑑み、放電管全体で強いプラズマ
が得られ、プラズマ発生部が小型化でき、メンテナンス
が容易で安価なプラズマ処理装置を提供するものである
。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明のプラズマ処理装置
は、マイクロ波を透過する材料で作製され、開口部を有
する放電管を内包する非磁性金属容器からなるプラズマ
発生室と、板状被処理物を載置でき、かつ直流あるいは
高周波（ＲＦ）バイアスを印加できる金属プレートの試
料台が電気絶縁性を有する部材を介して非磁性金属製容
器に固定された処理室と、プラズマ発生室にマイクロ波
を印加するためのマイクロ波発生装置及びマイクロ波伝
送路と、処理室及び放電管内を真空にするだめの排気装
置と、放電管内に８７５ガウス以上の磁場を作ることが
できる磁場発生装置とを備え、放電管内にＥＣＲプラズ
マを発生させ、このプラズマをプラズマ発生室の開口部
から磁場勾配を用いて処理室内に導入し被処理物の表面
を加工するプラズマ処理装置において、放電管とプラズ
マ発生室間に、マイクロ波を放射するアンテナを有し、
かつ８７５ガウス以上の磁場をプラズマ発生室の開口部
近傍に作るように磁場発生装置を配置し、さらに板状被
処理物のプラズマ発生室と反対側に板状被処理物表面に
磁場が零となるように磁石を設けたものである。

作用 本発明は上記した構成において、 ■　プラズマ発生室の開口部近傍に８７５ガウス以上の
磁場を発生させ、ＩＣＯＲプラズマを発生させるとプラ
ズマ輸送用の磁石が無くとも磁力線に沿った両極性拡散
によって短い距離（平均自由行程程度の距離）を移動す
るだけで狭い放電管から広い処理室に放出されて放電管
壁に衝突してプラズマ粒子の活性が損われることが無い
。したがって磁石も１本で用が足りることからプラズマ
発生部の大きさが非常に小さくなり、軽量化できる。

この時、プラズマは両極性拡散により磁場の高い方から
低い方へと拡散することから、プラズマを処理室の方へ
引き出すためには放電管の高さは磁石の高さ以下、さら
に望ましくは磁石の高さの％以下であることが好ましい
。

■　プラズマ発生室と放電管の間にアンテナを設けるこ
とによって、放電管へのマイクロ波の照射面は放電管の
底面から側面へと非常に大きく広げることができる。し
たがって、プラズマも放電管全体で発生し処理ガスのイ
オンやラジ、カル等の活性粒子の数を多量に得ることが
できる。

■　被処理物表面で磁場強度を零にすることによって、
放電管から引き出されたプラズマが不均一であっても磁
気的に均一化され加工の均一性が向上するとともに、プ
ラズマ中の活性粒子の運動エネルギーが減衰して加工時
のダメージを軽減できる。

等の効果がある。

実施例 以下、本発明の第１の実施例のプラズマ処理装置につい
て図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるプラズマ処理装
置の断面を示すものである。第１図において１は石英製
放電管、２はプラズマ発生室、３は導波管、４は電磁マ
グネット、６は処理室、６は電気絶縁性台、７は試料台
、８は試料、９は永久磁石、１２はアンテナである。

２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン（
図示せず）によって発生したマイクロ波は矩形の導波管
３を通じてプラズマ発生室２内部のスロッテッドライン
型ヘリカルアンテナ１２（以下、アンテナと記す）に導
入する。アンテナ１２は円筒状の鋼部にマイクロ波の半
波長の整数倍の長さのスロットがらせん状に設けられて
あり（スロッテッドライン凰ヘリカルアンテナ）、アン
テナ１２に導入されたマイクロ波はこのスロットを通っ
てマイクロ波を透過する材料である石英製の放電管１の
周囲全体からマイクロ波を放射する。一方、ステンレス
鋼（以下！ｍｕ！１３１６と記す）（非磁性金属）で作
ったプラズマ発生室２は、プラズマ発生室２の外側に設
けた電磁コイル４によって作られる磁場の中にあり、放
電管１の開口部近辺で９００ガウスの磁場強度がありＫ
ＣＲ条件を満足しており、また放電管１は円筒形（内径
？　５　ｔｔｒｍ　）で端面の一方は開放で、他方は半
球面状で、開放の端面が処理室６に通じている（放電管
１の高さは電磁コイル４と厚さとほぼ同じである）。

電磁コイル４の磁力線が、導波管３側から電磁コイル４
の中心部である空芯部を通って処理室６内で発散するよ
うに電磁コイル４に直流電流を印加してあり、その時の
試料８付近の磁場の強さは約４００ガウスである。さら
に、放電第１の真下には電気絶縁性のム１２ｏ５台６を
介してＳｕ！１３１６の試料台７が試料室６に固定され
ており、試料室６と試料台７は絶縁され、かつ試料台７
には直流電圧（ＤＣ５０Ｖ）が印加されている。

試料台７には永久磁石９（直径φ１５．高さ１９圏）数
個が挿入でき固定できる凹部を形成してあり、本実施例
では表面磁力が１８ｏＯガウスの永久磁石９０７個全部
のＲ極が上方（放電第１方向）になる様にセットした。

本実施例の軸方向の磁場分布を第２図（１）に示す。

永久磁石９の上方に、直径４インチのＳ１ウエハに５ｉ
ｎ２膜（１０００人厚）全村けた後、多結晶Ｓｉ膜（以
後、Ｐｏ１ｙ−８ｉ　　と記す）（４，０００人厚全村
形成したＳ１ウエハを置いた。ガス導入管１１からＳＦ
６　ガスを２１８ＣＣＭ放電管１に供給しながら処理室
５を真空排気してｓ、ａｍ’ｒｏｒｒに保持しながら電
磁コイル４に直流電流を印加すると同時に２．４５０Ｈ
２のマイクロ波ｓｏｏｗをアンテナ１２から印加して放
電管１内にプラズマを発生させた。

この様にして発生したプラズマを電磁コイル４の磁力線
に沿って処理室６内に拡散して試料８表面のＰｏ１ｙ−
３ｉ　　膜をエツチングした。

エツチング結果は、平均エツチング速度は２６００Å／
分でエツチングばらつきは±２００人（±７．７％）で
あった。

次に、比較例について説明する。

第１の比較例として、第１の実施例において試料８下部
の永久磁石９を全て取り除き、他の条件は実施例１と同
一の条件でＰｏ１ｙ−３ｉをエツチングした。第２の比
較例として、第１の実施例において試料８下部の永久磁
石９のＳ極を全て上方に向けて設置し他の条件は実施例
１と同一の条件でＰｏ１ｙ−３ｉをエツチングした。第
３の比較例として、第１の実施例において試料８下部の
永久磁石９の３極とＮ極を交互に設置し、他の条件は実
施例１と同一の条件でＰｏ１ｙ−３ｉをエツチングした
。

各場合のエツチング速度及びばらつきは、比較例１で６
８ｏｏ±８ｏＯ人／分（±１１．８％）、比較例２で５
９００±１１００八／分（±１８．６％）比較例３で５
６００±７００人／分（±１２．７％）であった。

また、第１の比較例及び第２の比較例の軸方向の磁場分
布を第２図（２）　、　（３）に併記した。

捷た、第４の比較例として第１の実施例の電磁マグネッ
ト４と同じ高さのｐｖｃ製スイスペーサ磁マグネット４
の下に置き、かつ放電管１．プラズマ発生室２．アンテ
ナ１２等の長さを延ばして放電管１２の出口から離れた
場所で’ＫＣＲプラズマを発生させた。その他条件は第
１の実施例と同一にしてＰｏ１ｙ−３ｉ膜をドライエツ
チングしたところ、Ｐｏ１ｙ−３ｉ膜はリング状にしか
エツチングされず、リングの内側及び外側はほとんどエ
ツチングされていなかった。

以上のように本実施例及び比較例によれば、スロッテッ
ドライン型ヘリカルアンテナを用いて放電管内にマイク
ロ波を放射して得たＥＣＲプラズマを用いてドライエツ
チングする方法において、放電管の出口近くでＫＣＲプ
ラズマを作ること及び、試料表面近くで磁場の強度が零
となるようにすることによって均一性の良いエツチング
が出来るし、プラズマ源を小さくできる。

以下、第２の実施例について記す。

第１の実施例で用いたスロットルライン型ヘリカルアン
テナの代りに、第３図に示すような円筒状の鋼部にマイ
クロ波の半波長の整数倍の長さのスロットをコの字形に
設けたスロット型アンテナを設置して第１の実施例と同
様にしてＰｏ１ｙ−８ｉ膜をエツチングしたところ、第
１の実施例とほぼ同等のエツチング性能が得られた。

また、第５の比較例として、第２の実施例と同じアンテ
ナを用いて第１から第４の比較例と同じようにドライエ
ツチングしたが結果はほぼ同じでエツチングの良好な均
一性は得られなかった。

発明の効果 以上のように本発明は、放電管の開口部近傍でＥＣＦｔ
条件を満足するような磁場分布となるように磁石を配し
、また被処理物表面近傍に磁場強度が零となるように磁
石を設置したものであり、均一性に優れた処理を施すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるプラズマ処理装
置の断面図、第２図は本発明の第１の実施例及び第１の
比較例、第２の比較例における磁場分布を示した図、第
３図は本発明の第２の実施例に用いたスロット型アンテ
ナの斜視図、第４図は従来のプラズマ処理装置の概略断
面図である。 １・・・・・・放電管、２・・・・・・プラズマ発生室
、３・・・・・・導波管、４・・・・・・電磁マグネ、
）、５・・・・・・処理室、６・・・・・・電気絶縁性
台、７・・・・・・試料台、８・・・・・・試料、９・
・・・・・永久磁石、１１・・・・・・ガス導入管、１
２・・・・・・スロッテッドライン型ヘリカルアンテナ
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名８・
−ｔｉｔキ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波を透過する材料で作製され、開口部を
   有する放電管を内包する非磁性金属製容器からなるプラ
   ズマ発生室と、板状の被処理物を載置でき、バイアスを
   印加できる金属プレートが電気絶縁性を有する部材を介
   して非磁性金属製容器に固定された処理室と、前記プラ
   ズマ発生室にマイクロ波を印加するためのマイクロ波発
   生装置及びマイクロ波伝送路と、前記処理室及び放電管
   内を真空にするための排気装置と、前記放電管内に８７
   ５ガウス以上の磁場を作ることができる磁場発生装置を
   備え、前記放電管内にガスを供給しながらマイクロ波と
   磁場を同時に印加してプラズマを発生させ、このプラズ
   マを前記プラズマ発生室の開口部から磁場を用いて処理
   室に導入して板状被処理物の表面にプラズマを照射して
   加工するプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生
   室に内包された前記放電管に向かってマイクロ波を放射
   するアンテナを有し、かつ８７５ガウス以上の磁場を前
   記プラズマ発生室の開口部近傍に作るように磁場発生装
   置を配置し、さらに板状被処理物に対して前記プラズマ
   発生室と反対側に、板状被処理物表面近くに磁場の強度
   が零となるように磁石を設置したことを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
2. （２）アンテナは、スロッテッドライン型ヘリカルコイ
   ルあるいはスロット型アンテナであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のプラズマ処理装置。