JPH02294483A - 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〕 この発明は、半導体装置の製造などに使用される、マイ
クロ波プラズマを利用したドライエッチングおよびＣ　
Ｖ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）による薄膜形成が可能なマイクロ波プラズ
マ処理装置に関し、特にＲＦバイアスを被処理基板に印
加するものに関する． （従来の技術〕 この種のマイク口波プラズマ処理装置として、Ｂ　Ｃ　
Ｒ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓ
ｏｎａｎｃｅ）プラズマを用いたプロセス技術が注目さ
れている．ＥＣＲプラズマとは、磁場とマイクロ波との
共鳴効果を用いて電子を加速し、この電子の運動エネル
ギーを用いてガスを電離してプラズマを発生させる原理
に基づくものである．マイクロ波に励振された電子は磁
力線の周りを円運動し、その際、遠心力とローレンツカ
とがバランスする条件を、ＥＣＲ条件と呼んでいる．遠
心力を腸ｒω一ローレンツカをーｑｒωＢで表すと、こ
れらがバランスする条件は、ω／Ｂ＝ｑ／ｍである．こ
こでωは、マイクロ波の角周波数、Ｂは，磁束密度、ｑ
／ｍは電子の比電荷である．マイクロ波周波数は、工業
的に認められている２．４５ＧＨｚが一般に用いられ、
その場合の共鳴磁束密度は８７５ガウスである．ＥＣＲ
型のプラズマエッチング、ＣＶＤ１ｉ１ｔ置においては
、プラズマの高密度化をはかり、効率のよいエッチング
もしくは薄膜形成を行うためには、プラズマを発生させ
るために導入するマイクロ波を、ピーク電力の大きいパ
ルス状にして加える必要がある．さらに、エッチングに
おいて、異方性の高い加工を行うためには被加工基板と
プラズマとの間にＲＦバイアスを印加することが行われ
る．なおＲＦとは、Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙの
ことであり、この分野では高周波とも呼ばれ、ほぼ１０
０１［１｛ｚないし数十Ｍ｝Ｉｚの範囲の周波数である
．また薄膜形成においてもエッチングと同様にＲＦバイ
アスを印加することにより、基板表面の溝．穴などを緻
密な膜で均一に埋めることができ、また基板表面に段差
がある場合にも段差をなくし平坦な表面にすることが可
能となる．その理由は公知のように、ＲＦバイアスを印
加した場合、基板に対して垂直方向の電界でけでなく横
方向にも電界が生じ、これが膜形成に効果的に作用する
こと、また電界の集中により表面基板のとがった部分が
崩れ易くなるなどのためである． 上記のようなＥＣＲプラズマエッチング．ＣｖＤ装置と
して、例えば第２図に示すものが知られている．この装
置の構成および動作の概要を以下に説明する．まず、プ
ラズマ生成室３，処理室９を図示しない排気手段により
真空排気しておき、ガス供給手段４から例えばＮ．ガス
をプラズマ生成室３に流したところへ、図示されないマ
イクロ波発生器で発生したパルス状のマイクロ波を、そ
の伝達手段である導波管１を介してプラズマ生成室３へ
導入する．前記導波管１とプラズマ生成室３との間には
、大気圧下にある導波管１側と真空排気されたプラズマ
生成室３とを気密に隔離するための誘電体からなる真空
窓２を設けてある．プラズマ生成室３の下部の．中心に
大口径の開口７を有する金属板とプラズマ生成室３とで
半開放のマイクロ波共振器を構成している．この共振器
の外部にはｗＪ磁用ソレノイド６が配置され、共振器内
にＥＣＲ条件を満たす磁場を生じさせて、共振器内にプ
ラズマを発生する．このプラズマが磁力線に沿って処理
室９内に押し出され、基板台ｌＯに向かう空間内にガス
供給手段ｌ２から例えばモノシランガス（ＳｉＨ＊）を
供給して、このガスを前記プラズマにより活性化すると
、活性種が、ＲＦ発生器２０によりＲＦバイアスを印加
された被加工試料である基板ｌ１と反応して基板表面に
薄膜が形成される．なお基板ｌ１にＲＦバイアスを印加
するための配線は接地電位のシールドで覆われており基
板１１の周面は接地電位のシールドで囲まれている．な
おガス供給手段４からＮ諺ガスの代わりにエッチング用
のガスを供給することにより、この装置は基板のエッチ
ング加工用にも使用可能となる．〔発明が解決しようと
する課題〕 従来のこの種ＥＣＲプラズマエ，チング．ＣｖＤ装置に
おける問題点は次の通りである．すなわち、プラズマが
発生するのはマイクロ波がプラズマ生成室に導入されて
いる時のみであるので、プラズマの発生している時にの
みＲＦバイアスを印加してインピーダンスの整合をとり
、基板上に適切な電圧を印加する．このとき、ＲＦバイ
アス電位の基準となる基準電極は、従来、プラズマ処理
装置を構成している真空容器すなわちプラズマ生成室３
もしくは処理室９の内壁とし、これを接地電位として適
用していた．このため、基板に絶縁体の成膜を行った場
合、この基準電極にも膜が付き、膜が付着していない時
と付着した時とで基準電極としての効果が変化し、成膜
中における成膜状態が経時的に変化する原因となる． この発明の目的は、上記基準電極への絶縁体膜の付着に
よる基準電極の効果の経時変化を緩和し、安定な薄膜加
工を可能にするプラズマ処理装置の構成を提供すること
である． 〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、この発明によれば、マイク
ロ波発生手段であるマイクロ波発生器と、該マイクロ波
の伝達手段である導波管と、該導波管と結合されて前記
マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介し
て送入されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果により
プラズマ化して活性な原子，分子またはイオンを生ぜし
めるための磁力線を発生するソレノイドを備え、かつ軸
線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心軸と一致する
開口を前記マイクロ波を伝播する導波管と対向する側に
有するプラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口
を介して結合され該開口から前記磁力線に沿って流出す
る前記活性な原子．分子またはイオンを用いて表面にエ
ッチングが施されまたは薄膜が形成される基板が配され
る処理室と、該基板にＲＦバイアスを印加するためのＲ
Ｆ発生手段と、前記プラズマ生成室と処理室との排気を
行う真空排気系とを備えたプラズマ処理装置を、前記処
理室の内側に、前記基板に一方の端子が接続されるＲＦ
発生手段の他方の端子に接続されてとほぼ同軸に配され
た構成とするものとする．〔作用〕 このようにバイアス電位の基準電極を、筒状の導電体を
絶縁体で覆って形成し、絶縁体の厚さを、基板に形成さ
れる薄膜の厚さと比較して薄膜の厚さが無視されうる程
度の．例えば鶴オーダの厚さとすることにより、基板へ
の絶＆Ｉ薄膜形成時に基準電極表面に絶縁薄膜が形成さ
れても、成膜中の基準電極の効果の経時変化は実質的に
おきな《なる．このため基板の成膜状態の経時変化を気
にすることなく装置を運用することができる．（実施例
〕 本発明にもとづいて構成されるプラズマ処理装置である
ＥＣＲ型プラズマＣＶＤ装置の一実施例を第１図に示す
．基板のバイアス電位の基準となる基準電極長は、筒状
の導電体１５ａの全周面を絶縁体１５ｂで約ｌｍの厚さ
に覆ってなり、処理室９の内側にプラズマ生成室３の下
方の開口７とほぼ同軸に基板１１の前面側空間を囲むよ
うに配されている．そして、このＲＦ発生器２０の一方
の端子が基板台１０を介して基板１１に、また他方の端
子が基準電極長の筒状導電体１５ａに接続されている．
ＲＦ発生器２０から筒状導電体１５ａに到るリード線お
よび基板１１に到るリード線はともに接地電位のシール
ドで覆われている． プラズマ処理装置をこのように構成し、基板表面に例え
ばｍｓｉ体の薄膜を形成すると、基準電極長の内周面に
も絶縁体薄膜が形成されるが、この薄膜の厚さは基準電
極■の絶縁体１５ｂの厚さと比べて無視できる程度の厚
さであるから、基準電極■の基板成膜への効果の経時変
化は実質的に現われない． （発明の効果〕 以上に述べたように、この発明によれば、マイクロ波発
生手段であるマイクロ波発生器と、該マイクロ波の伝達
手段である導波管と、該導波管と結合されて前記マイク
ロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介して送入
されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果によりプラズ
マ化して活性な原子，分子またはイオンを生ゼしめるた
めの磁力線を発生するソレノイドを備え、かつ軸線が該
ソレノイドが生じる磁力線束の中心軸と一致する開口を
前記マイクロ波を伝播する導波管と対向する側に有する
プラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口を介し
て結合され該開口から前記磁力線に沿って流出する前記
活性な原子，分子またはイオンを用いて表面にエッチン
グが施されまたはＩＩＩＩが形成される基板が配される
処理室と、該基板にＲＦバイアスを印加するためのＲＦ
発生手段と、前記プラズマ生成室と処理室との排気を行
う真空排気系とを備えたプラズマ処理装置を、前記処理
室の内側に、前記基板に一方の端子が接続されるＲＦ発
生手段の他方の端子に接続されて基仮バイアス電位の基
準となる筒状の導電体を絶縁体で覆ってなる基準電極が
前記プラズマの開口とほぼ同軸に配された構成としたの
で、基板への絶縁薄膜形成時に基板バイアス電位の基準
となる基準電極の表面に絶縁薄膜が形成されても、基準
電極の導電体を覆っている絶縁体の厚さを薄膜の厚さと
比べて薄膜の厚さが無視されうる程度の厚さとしている
ことから、基準電極の基板成膜への効果が実質的に変化
することはなく、基板の成膜状態の変化を気にすること
なく装置を連用できるメリットが得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプラズマ処理装置構成の一実施例
を示す断面図、第２図は従来のプラズマ処理装置の構成
例を示す断面図である．１：ＨＬ波管（マイクロ波伝達
手段）　　３：プラズマ生成室、４：ガス供給手段、６
：励磁用ソレノイド、７Ｘ開口、９：処理室、ｌ１：基
板、ＸＳ：基準電橿、１５ａ　　：導電体、１５ｂ：絶
縁体、２０：Ｒ員？茶 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）パルス状のマイクロ波発生手段と、該マイクロ波を
   伝達する手段と、該マイクロ波の伝達手段と結合されて
   前記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を
   介して送入されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果に
   よりプラズマ化して活性な原子、分子またはイオンを生
   ぜせしめるための磁力線を発生する励磁用ソレノイドを
   備え、かつ軸線が該ソレノイドが生じる磁力線束の中心
   軸と一致する開口を前記マイクロ波伝達手段と対向する
   側に有するプラズマ生成室と、該プラズマ生成室と前記
   開口を介して結合され該開口から前記磁力線に沿って流
   出する前記活性な原子、分子またはイオンを用いて表面
   にエッチングが施されまたは薄膜が形成される基板が配
   される処理室と、該基板にＲＦバイアスを印加するため
   のＲＦ発生手段と、前記プラズマ生成室と処理室との排
   気を行う排気手段とを備えた乾式薄膜加工装置において
   、前記処理室の内側に、前記基板に一方の端子が接続さ
   れるＲＦ発生手段の他方の端子に接続されて基板バイア
   ス電位の基準となる筒状の導電体を絶縁体で覆ってなる
   基準電極が前記プラズマ生成室の開口とほぼ同軸に配さ
   れていることを特徴とするプラズマ処理装置。