JPH01231322A - 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ナイクロトロン共鳴（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　ｌ？ｅｓｏｎ
ａｎｃｅ、　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
（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）　装置、エツチング装置、その他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。

〔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３Ｉ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、還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３１．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
きは試料台３５表面及び反応室３３の周壁内面各部にも
副次反応物の堆積が生じるのを避ける事ができない。

例えばＳｉＨ４とＮ２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５ｉｌ１４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、−室以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
Ｆ、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、又は汚染の発
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、又は
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ＣＦ４
　、０２等のガスプラズマによって反応室３３の周壁内
面又は防着板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、又は防着板の交換
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、しがち比較的長時間にわたゲζ装置の稼動を停止
する必要があり、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仕度効率の向上を図る
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。

一方金属製の防着板の場合は、エネルギーをもつプラズ
マイオンに照射されるとき、防着板自身もエツチングさ
れ金属汚染を誘発することも考えられる。

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
印加でき、絶縁性材料で被覆されている導電性保護壁を
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ット１ａ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ＩＣ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ＩＣ
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１ｃ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１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／
又はバイアス印加するための電ｉ５ｂ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絶縁性材料で被覆された
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、少なく
とも試料に面する側は溶射法によって絶縁性材料である
酸化アルミニウムのセラミック層６ａ、　６ａが形成さ
れ、前記保護壁６．６を被覆している。各保護壁６，６
は切替スイッチＳＷ、　、　ＳＷ、　、整合器９を介在
させてＲＦ電源１０に接続されている。

切替スイッチＳＷ、　、　ｓｗｔ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ＳＷＩ　、　ｓｗｚは保護壁６．６に
対し接地電位と、他の負電位（ＲＦ電源１０．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
ず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、１ｈ、１ｉ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１１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ｌ１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１ｆｆｌ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１内に導入する。プラズマ生成室１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。

なおこのときは試料室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ＳＷ、　、　ＳＷ２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１ｇからエツチ
ング用の１０％０□添加ＣＦ、ガスを供給する。

試料室５についてもＲＦ電源８にて所定の電位を印加す
る。これによゲで反応室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６．６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３
ａ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
ＩＯ５ｃｃＭの割合で、またガス供給系３ｇがら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０．７ｍＴｏｒｒ、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べ
膜厚で約１μｍ堆積させたところ、保護壁６，６の内面
のセラミック層６ａ、　６ａには最大約０．４　μｍの
厚さに膜の付着がみられた。またこの時点でのウェハ上
での０．３μｍ以上のパーティクルの付着は１０個／Ｃ
ｌ１１であった。

次いで切替スイッチＳＷ、　、　ＳＷ２を夫々高周波電
源１０側に印加し、１０％０２添加ＣＦ、ガスをプラズ
マ生成室ｌ内に４０５ＣＣＨの割合で導入し、真空度を
０．５ｍＴｏｒｒ、、ＲＦ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。この直後でのパー
ティクルは１個／　ｃｏ！以下となり、約１０分間のエ
ツチングで付着膜が除去されたことが確認でき、また保
護壁６．６は被覆した酸化アルミニウムのセラミック層
６ａ、　６ａの表面を露出させることができた。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ＣＶＤ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。

Ｃ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絶縁性材料の被
覆をもつ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。 ■・・・プラズマ生成室　２・・・導波管　３・・・反
応室４・・・励磁コイル　５・・・試料台　６・・・保
護壁６ａ・・・セラミック層　７・・・整合器　８・・
・ＩＩＦ電源９・・・整合器　１０・・・ＲＦ電源　Ｓ
・・・試料ＳＷ、　、　Ｓ匈２・・・切替スイッチ特　
許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　
　河　　野　　登　　夫５２　図

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、
   絶縁性材料で被覆されており、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。