JPH0244720A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理装置

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JPH0244720A
JPH0244720A JP19664188A JP19664188A JPH0244720A JP H0244720 A JPH0244720 A JP H0244720A JP 19664188 A JP19664188 A JP 19664188A JP 19664188 A JP19664188 A JP 19664188A JP H0244720 A JPH0244720 A JP H0244720A
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JP
Japan
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microwave
magnetic field
plasma
waveguides
wafer
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JP19664188A
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Satoshi Mihara
智 三原
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】 [概要] マイクロ波プラズマエツチングなどのマイクロ波プラズ
マ処理装置の改善に関し、 大口径のウェハーを均一に処理することを目的とし、 被処理基板上部に設けられたプラズマ発生室に対して、
該プラズマ発生室の側部より前記被処理基板に平行に、
且つ、平面的に中心位置に対し相対的に配置した複数個
のマイクロ波導波管を設け、該複数個のマイクロ波導波
管からのマイクロ波導入部分に磁石を配設して、該複数
個のマイクロ波導波管から同時にマイクロ波を照射する
ように構成する。
且つ、前記被処理基板に対して垂直な磁場を発生させる
1つまたは複数個の磁石を配置してなることを特徴とす
る。
[産業上の利用分野] 本発明はマイクロ波プラズマエツチングなどのマイクロ
波プラズマ処理装置にかかり、特に、高性能化のための
プラズマ処理装置の改善に関する。
半導体製造のプロセス技術として、ドライプロセスが半
導体装置の微細化、高集積化のために非常に重要な技術
となっており、マイクロ波を利用したプラズマ処理が最
近汎用されて、例えば、シリコン基板、レジスト膜、多
結晶シリコン膜のエツチング工程に使用されている。こ
のマイクロ波(2,45GH2)プラズマ処理は、従来
の高周波(13゜56MH2)を利用したプラズマ処理
に比べて、励起効率が高いメリットがあるものである。
しかし、このような処理装置はウェハーなどの被処理基
板の大型化に対処した改善が望まれている。
[従来の技術] マイクロ波プラズマ処理装置はマイクロ波電源とプラズ
マ発生室との間を導波管で接続しており、従来、マイク
ロ波の進行方向に垂直にマイクロ波透過窓を設けて、そ
のマイクロ波透過窓からプラズマ発生室にマイクロ波電
力を垂直に導入し、プラズマ処理室に配置したウェハー
(被処理基板)に垂直に照射する方式が一般に採られて
いる。ここに、マイクロ波透過窓とは、プラズマ処理室
内を真空封止しながら、マイクロ波のみを透過する窓の
ことで、石英またはアルミナが適材とされている。
第6図(a)、 (b)はそのうちの従来のマイクロ波
プラズマエツチング装置の概要図を示しており、第6図
(alは断面図で、1はマイクロ波導波管、2はマイク
ロ波透過窓、3はプラズマ発生室、4はプラズマエツチ
ング室、5はウェハー、6はステージ、7は反応ガス流
入口、8は排気口、 Ml、 M2はリング状の磁石で
ある。例えば、プラズマエツチング室4を10’ 〜1
0−’Torrの真空度とし、磁石旧。
M2によって第6図fb)に示すような磁場を形成して
いる。第6図(b)の縦軸は距離であり、同図(alの
寸法に一致した長さとなっている。
この第6図に示す磁場勾配によって電子(エレクトロン
)は磁場の弱くなる方向(ウェハ一方向)に加速され、
ウェハーがその電子を受けてチャージアップする。そう
すると、プラズマ電位とウェハーとの間に生じた電界(
電位差)によってイオンがウェハーにひき寄せられ、そ
のイオンによるエツチング反応が起こるものである。
[発明が解決しようとする課題] さて、このようなマイクロ波プラズマエツチング装置を
用いて、低ダメージで寸法制御性の良いECR(電子サ
イクロトロン共鳴)エツチングをおこなう場合、例えば
、プラズマ源がTE1)3モードで、マイクロ波の周波
数2.45GH2のとき、励起効率の点からプラズマ源
(プラズマ発生室)の内径寸法が20cIT1程度に限
定され、それ以上大きくしても損失が大きいと云う問題
がある。
従って、上記のような従来方式ではプラズマ源(プラズ
マ発生室)が小さくて、大口径のウェハ、例えば、8イ
ンチφのウェハーを全面均一にエツチングできない欠点
がある。
本発明はこのような問題点を解消させて、大口径のウェ
ハー面を均一に処理することを目的としたマイクロ波プ
ラズマ処理装置を提案するものである。
[課題を解決するための手段] その目的は、被処理基板上部に設けられたプラズマ発生
室に対して、該プラズマ発生室の側部より前記被処理基
板に平行に、且つ、二次元的に中心位置に対し相対的に
配置した複数個のマイクロ波導波管を設け、該複数個の
マイクロ波導波管からのマイクロ波導入部分に磁石を配
設して、該複数個のマイクロ波導波管から同時にマイク
ロ波を照射するように構成されているマイクロ波プラズ
マ処理装置によって達成される。
且つ、前記被処理基板に対して垂直な磁場を発生させる
1つまたは複数個の磁石を配置する。
〔作用] 即ち、本発明は、磁石による横方向と縦方向との磁場を
制御性良く形成し、電子をウェハーに到達させてチャー
ジアンプし、プラズマ発生室とつエバーとの電場によっ
てイオンをウェハーに引き寄せてエツチング反応を起こ
させる。このように、横方向から複数のマイクロ波を導
入すると、マイクロ波の周波数によってプラズマ発生室
の面積が規制される問題点が軽減され、容量の大きい均
一な高密度プラズマを発生させることが可能になり、従
って、大口径のウェハーを均一に処理することができる
[実施例] 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図(a)、 (b)は本発明にかかるマイクロ波プ
ラズマエツチング装置のプラズマ発生部を示す実施例(
I)図で、第1図(a)はプラズマ発生室の平断面図、
第1図(b)は同図fa)のAA断面を示しており、第
1図(blの右側部はプラズマ発生室縦方向中央の磁場
強度図、第1図fb)の下部はプラズマ発生室横方向中
央の磁場強度図で、磁場強度図の距離は同図fb)の寸
法に一致した長さにしである。第1図(a)。
(b)において、旧、 M4. M5. M6はリング
状の磁石。
13、14.15.16はマイクロ波導波管、 23.
24.25゜26はマイクロ波透過窓、30はプラズマ
発生室、40はプラズマエツチング室、50はウェハー
、60はステージ、 70は反応ガス流入口である。
即ち、本例は多角形のプラズマ発生室30に対し4つの
マイクロ波導波管を設け、それぞれのマイクロ波導波管
の導入口にリング状の磁石M3. M4゜M5. M6
を嵌め込んだ例で、磁場強度図に図示しているように、
4つの導波管からプラズマ発生室30の中心に向かって
横方向に磁場勾配(ミラー磁界)が生じ、且つ、縦方向
に磁場勾配が生じているために、図のように横方向に導
波管を配設してもウェハーをエツチングすることができ
、且つ、磁場強度を適切に選択すれば広範囲に均一な高
密度プラズマを発生できて、大口径のウェハーをも平均
的にエツチングすることができる。
次に、第2図(al、 (blは本発明にかかるマイク
ロ波プラズマエツチング装置のプラズマ発生部を示す実
施例(n)図で、第2図(a)はプラズマ発生室の平断
面図、第2図fblは同図fa)のBB断面図、第2図
fb)の周囲に第1図と同様の磁場強度図を示している
。図中の記号はM7. M8がリング状の磁石で、その
他の記号は第1図と同一部位に同一記号が付けである。
即ち、本例は第1図の実施例のようにマイクロ波導波管
の導入口にそれぞれ磁石を嵌め込む代わりに、2つの磁
石をプラズマ発生室30の上下に配置して、マイクロ波
導波管の導入部分からプラズマ発生室の下方(ウェハ一
方向)に向かって磁場勾配(発散磁界)を発生させてい
る。なお、第2図(bl下部に示すプラズマ発生室横方
向の磁場強度図は第1図とは逆に中心より周囲に磁場勾
配(発散磁界)を形成しているが、これは大口径のウェ
ハーに対応させて、広く均一化した高密度プラズマを発
生させるためで、この横方向の磁力線の勾配を適切に調
整すれば、第1図に示すエツチング装置よりも一層広範
囲に均一な高密度プラズマを発生でき、大口径のウェハ
ーに対処できる。
次に、第3図(a)、 (b)は本発明にかかるマイク
ロ波プラズマエツチング装置のプラズマ発生部を示す実
施例(I[I)図で、第3図(a)はプラズマ発生室の
平断面図、第3図(b)は同図(a)のCC断面図、第
3図(blの周囲には上記と同様の磁場強度図を示して
いる。図中の記号は第1図、第2図と同一部位に同一記
号が付けてあり、この第3図に示す実施例は第1図に示
す磁石と第2図に示す磁石とを併設したもので、この実
施例のように多くの磁石を配置すれば磁場分布の制御が
容易になり、且つ、−層広く均一な高密度プラズマを発
生できて、種々の大きさのウェハーに対応した磁場を発
生させることができる。但し、本実施例に設ける磁石M
7゜M8はウェハー50に対して垂直な磁場のみを発生
させる磁石で、この磁石M7. M8による磁場の調整
は前記第2図の実施例における磁場発生とは異なった調
整になる。
且つ、上記の実施例はいずれも4つのマイクロ波導波管
(マイクロ波電源)を設けたものであるが、これらのマ
イクロ波導波管を二次元平面で相互に相対的に配置でき
れば、3つ、6つなど他の数量のマイクロ波導波管を配
置して同様の効果が得られる。
次に、エツチングの実施例について説明する。
第4図は本発明を適用したマイクロ波プラズマエツチン
グ装置の概要図で、第3図で説明したプラズマ発注方式
を適用した装置である。図中の記号は第3図と同一部位
に同一記号が付けてあり、その他の80は排気口である
。且つ、ウェハー50にはバイアスとして13.56M
H2O高周波電源80を印加しており、これはエツチン
グ速度を一層速くし、エツチング形状をシャープにする
メリットがあるからである。
この第4図に示すエツチング装置を用いておこなったエ
ツチング例を第5図far〜(C1に示しており、第5
図(alは3層レジスト膜を形成する実施例である。基
板51上の厚い0FPR−800(レジスト)52を薄
い0FPR−800(レジスト> 54.5i02膜5
3をマスクにしてエツチングする工程であるが、それに
は酸素を反応ガスとしてマイクロ被電力IKW、高周波
電力100W、ガス圧3 X 10’ Torrの条件
で8インチψのウェハーをエツチング速度5000人/
分、均−性±5%以内でエツチングすることができた。
また、第5図(b)は多結晶シリコン膜をエツチングす
る実施例である。基板51上に5i02膜53を介して
多結晶シリコン膜55を被着しており、これを0FPR
−800(レジスト)54をマスクにしてエツチングす
る。塩素を反応ガスとしてマイクロ被電力IKW、高周
波電力10W、ガス圧8 X 10’ Torrの条件
で8インチφのウェハーをエツチング速度4000人/
分、均一性±5%以内でエツチングできた。
第5図fc)は基板に溝を形成する実施例である。
基板sl上の5i02 ff153をマスクにしてエン
チングするが、塩素を反応ガスとしてマイクロ被電力I
KW、高周波電力30W、ガス圧5 X 1.0’ T
orrの条件で8インチφのウェハーをエツチング速度
5000人/分、均−性±5%以内でエツチングするこ
とができた。
その他、タングステン、アルミニウム、その合金、5i
02膜などの材料をエツチングした結果、いずれも±5
%以内の均一性が得られた。
なお、上記実施例はエツチング処理の例であるが、被膜
成長処理の場合にも同様に本発明を適用して均質で、且
つ、均一な被着膜が得られるものである。
[発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複数
個のマイクロ波を導入するためにプラズマ発生室の形状
が比定されず、大容量の均一な磁場が形成できて、大口
径のウェハーを均一に寸法精度良くエツチングまたは成
長することができる大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (b)、第2図(a)、 (blおよ
び第3図(a)、 (b)は本発明にかかるプラズマ発
生部を示す実施例(1〜■)図、 第4図は本発明を適用したマイクロ波プラズマエツチン
グ装置の概要図、 第5図(a)〜(C)はエツチング例を示す図、第6図
は従来のマイクロ波プラズマエツチング装置の概要図で
ある。 図において、 M1〜M8は磁石、 1.13〜16はマイクロ波導波管、 2.23〜26はマイクロ波透過窓、 3.30はプラズマ発生室、 4.40はプラズマエツチング室、 550はウェハー 6.60はステージ、 7.70は反応ガス流入口、 8.80は排気口、 90は高周波電源 を示している。 →距離 イミiぎθVl−W・77・S 7”yズーマ発雲箸P
シジにTりう衣料クゴ(I)DグーSXE血 4す損≦p月lミD・かシフ゛う7−ン4ビナ音pa求
1ゾシ甲りブJどrガ刀第 31’M ΔF4J’ep e JFFI L 1. ?ブ7o;
E7゛tz−7x、、千>7−’gla+JRf[]第
4図 第 図 (b) 名そ」L5/1フイフafj7°フズ゛Z工、7すン?
 ・牧”lqJRfm第6図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被処理基板上部に設けられたプラズマ発生室に対
    して、該プラズマ発生室の側部より前記被処理基板に平
    行に、且つ、平面的に中心位置に対し相対的に配置した
    複数個のマイクロ波導波管を設け、該複数個のマイクロ
    波導波管からのマイクロ波導入部分に磁石を配設して、
    該複数個のマイクロ波導波管から同時にマイクロ波を照
    射するように構成されてなることを特徴とするマイクロ
    波プラズマ処理装置。
  2. (2)前記被処理基板に対して垂直な磁場を発生させる
    1つまたは複数個の磁石を配置してなることを特徴とす
    る請求項1記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
JP19664188A 1988-08-05 1988-08-05 マイクロ波プラズマ処理装置 Pending JPH0244720A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02170530A (ja) * 1988-12-23 1990-07-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体製造装置
JPH03261137A (ja) * 1990-03-12 1991-11-21 Akira Oota マイクロ波プラズマ発生装置
US5284544A (en) * 1990-02-23 1994-02-08 Hitachi, Ltd. Apparatus for and method of surface treatment for microelectronic devices

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