JPH025413A - 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を利用したプラズマ処理技術に係り
、特にプラズマエツチングの処理速度、均一性の向上に
適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

マイクロ波と磁場との相互作用を利用したマイクロ波プ
ラズマエツチング技術については、例えば、株式会社工
業調査会、「電子材料」昭和６１年３月号、Ｐ１０３〜
Ｐ１０９に記載がある。

その概要は、マイクロ波に磁界を加えることによって高
密度のプラズマを発生させる一方、試料が載置される電
極に高周波バイアスを印加することによってイオンの衝
撃を独立に制御する枚葉式プラズマエツチング装置につ
いて記載したものであり、下記のような利点が得られる
。

〔ｌ）、高密度のプラズマが均一に得られることからエ
ツチング速度が向上する。

（２）、イオン衝撃エネルギーの制御によってエツチン
グパターンの寸法精度が向上する。

（３）、低圧で処理を行うためにクリーンなエツチング
が可能となる。

ところで、半導体装置の製造プロセスにおいては、半導
体ウェハ（以下、ウェハという）の大口径化やエツチン
グパターンの微細化に伴って、前記枚葉式プラズマエツ
チング装置の歩留りに影響するウェハ面内のエツチング
処理の均一性向上が重要な課題となっている。

従来の枚葉式プラズマエツチング装習においては、高周
波印加電極を兼ねるウェハ載置台の周りにアース電極を
リング状に配設し、ウェハ載置台とアース電極との間に
おける高周波放電によってウェハ面に電気力線を発生さ
せていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが前記のような従来技術では、ウェハを載置させ
たウェハ載置台とアース電極との間に高周波放電を発生
させた場合、アース電極に近いウェハ外周とアース電極
から離れたウェハ中心では不均一な電気力線が発生して
しまう点について配慮がされておらず、ウェハ面内にお
けるエツチングの均一性の面で問題があった。

そこで、本発明の目的は、ウェハ面内にエツチング処理
を行う枚葉式プラズマエツチング装置において、高周波
印加電極を兼ねるウェハ載置台とアース電極との間に均
一な電気力線を発生させることのできる技術を提供する
ことにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願にふいて開示される発明のうち代表的なもののり要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、導波管内のマグネトロンから発生されるマイ
クロ波と磁場との相互作用により、チャンバ内にプラズ
マを発生させて所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理
装置であって、アース電極を前記チャンバ内の試料載置
台に対して平行に前記導波管内に配設したものである。

また、前記アース電極を導波管内で上下動可能とし、前
記アース電極の位置とチャンバの周囲に配設したＥＣＲ
用コイルおよび発散磁場形成用コイルのコイル電流との
間に生じる磁場において、共鳴現象を発生させるもので
ある。

〔作用〕

チャンバ内の試料載置台に載置されている試料にプラズ
マ処理を行う場合には、チャンバ内にマイクロ波と磁場
との相互作用によってプラズマを発生させて、高周波印
加電極を兼ねる試料載置台に高周波バイアスを印加する
ことによりエツチング処理を行うイオンの衝撃エネルギ
ーの制御を行っている。

そこで前記した手段によれば、高周波バイアスの印加時
におけるアース電極と高周波印加電極との間の電気力線
は試料面で均一となり、従って、エツチング処理を行う
イオンの照射も試料面で均一となる。

この結果、試料面におけるプラズマ処理の均一性が向上
する。

また、アース電極は、導波管内において上下動可能であ
るために、アース電極の位置とＥＣＲ用コイルおよび発
散磁場形成用コイルのコイル電流との間で生じる磁場の
共鳴現象によって高密度なプラズマが発生できる。

この結果、試料のエツチング処理速度の向上も図ること
ができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるプラズマエツチング装
置の要部を示す断面図、第２図は本実施例に用いられる
アース電極の平面図、第３図は高周波バイアス印加時の
電気力線を示す拡大断面図である。

本実施例のプラズマ処理装置は、高周波放電によってウ
ェハをエンチングするマイクロ波プラズマエツチング装
置であり、その要部は下記のように構成されている。

第１図に示すように、このプラズマエンチング１ｉ１の
チャンバ２の中央部には、図示しないエレベータ機構な
どによって上下動可能なウェハ載置台３が設けられ、チ
ャンバ２の側壁に設けられたシャッタ４から挿入された
ウェハ５がその上面中央に水平に載置されるようになっ
ている。

チャンバ２の側壁には排気口６およびガス供給ロアが設
けられ、チャンバ２の内部が所定の真空度に維持される
とともに、ＣＨＦ３などの反応ガスＧが供給されるよう
になっている。

チャンバ２は、ウェハ載置台３の上方部分が石英からな
るベルジャ８によって構成され、ベルジャ８の外周には
発数磁場形成用コイルＣ１が、その上方には電子をサイ
クロイド運動させるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃ
ｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）用コイルＣ２がそ
れぞれ配設され、これらによってウェハ載置台３の上方
に所定の磁束密度からなる磁場が形成されるようになっ
ている。

チャンバ２の上方には横り字状をなす導波管９が設けら
れ、その奥端に取り付けられたマグネトロン１０から発
生される周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波がチャンバ
２の内部に導入されろようになっている。

導波管９の内部には図示しないエレベータ機構などによ
って上下動可能なアース電極１１がウェハ載置台３に対
して平行に配設され、容遣１２を介して高周波電源１３
が接続されている高周波印加電極を兼ねるウェハ載置台
３との間に所定の高周波バイアスが印加されるようにな
っている。

アース電極１１には第２図に示すようにマイクロ波を通
すための孔１４が規則正しく貫通してあけられている。

次に、本実施例の作用を説明する。

まず、チャンバ２の側壁のンヤノタ４から挿入されたウ
ェハ５が下降位置にあるウェハ載置台３に載置されると
、エレベータ機構によりウェハ載置台３が上昇して、所
定の位置で停止する。

すると、排気口６から大気が吸引されてチャンバ２の内
部が所定の真空度（約１０−３〜１０−Ｔｏｒｒ）に維
持され、ＣＨＦ３　などの反応ガスＧがガス供給ロアか
ら供給される。

次いで、ＥＣＲ用コイルＣ２によって磁束密度８７５ガ
ウス以上の磁場が、また、発散磁場形成用コイルＣ１に
よって上記磁束密度よりは幾分弱い発数磁場がウェハ載
置台３の上方に形成され、高周波電源１３からウニ／％
載百台３に高周波バイアスが印加されると同時にマグネ
トロン１０からマイクロ波が発生される。

この時発生されたマイクロ波は、導波管９内を伝わり、
アース電極１１の孔１４を通過し、チャンバ２の内部へ
導入される。

すると、磁場とマイクロ波との相互作用によって、チャ
ンバ２の内部にＣＦ３　ラジカルやＣＦ、”イオンなど
を含む高密度のプラズマが発生され、高周波バイアスに
よって衝撃エネルギーの制御された＋イオンによるウェ
ハ５のエツチング処理が開始される。

その際、高周波放電はウェハ載置台３とウェハ載置台３
に対して平行に配設されているアース電極１１との間に
発生し、電気力線Ｈは第３図に示すようにウェハ５面に
対して垂直でかつウェハ５面内で均一に形成される。

従って電気力線Ｈに沿ってウェハ５△、照射する＋イオ
ンの密度はウェハ５面内で均一となり、エツチング処理
が均一に行われる。

また、マイクロ波の導入時にアース電極１１の位置を導
波管９内で上下に可動することにより、アース電極１１
の位置とコイルＣ１およびコイルＣ２を流れるコイル電
流との間で生じる磁場の共鳴現象によってチャンバ２内
で発生するプラズマの密度を可変できる。

従ってアース電極１１の最適位置を決めることにより、
最も高密度のプラズマを発生させることが可能となり、
ウェハ５のエツチング処理速度が向上する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、アース電極については第２図に示すように中
心から放射状に規則正しい孔を設けているが、この配列
および間隔などに限られるものではない。

また、実施例では石英からなるベルジャを用いたが、セ
ラミックなど他の絶縁材料でベルジャを構成してもよい
。

更に、マイクロ波を利用したプラズマＣＶＤ装置に適用
することも可能であり、この場合においても、チャンバ
内部のプラズマ密度を低下させることなく反応ガスの供
給および排気を速やかに行うことができるため、ウェハ
の表面に所望する薄膜を速やかに形成することが可能と
なる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である半導体ウェハのプラズマ処理装置
１．、適用した場合について説明したが、これに限定さ
れるものではなく、光デイスク用基板の微細加工など他
のプラズマ処理に適用することも可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

（１）、アース電極を高周波印加電極を兼ねる試料載置
台に対して平行に配設することにより、高周波バイアス
の印加における高周波放電時の電気力線が試料面に対し
て垂直に、かつ試料面内に均一に形成されるため、イオ
ンの照射が試料面内で均一になりエツチング処理の均一
性が向上する。

（２）、アース電極を導波管内で上下動可能とすること
により、アース電極の位置とＥＣＲ用コイルおよび完敗
磁場形成用コイルのコイル電流との間で生じる磁場の共
鳴現象のため、高密度のプラズマを発生することが可能
となり、試料面のエツチング処理速度が向上する。

（３）、上記（１）および（２）により、枚葉式プラズ
マエツチング装置の処理能力が向上し、試料の大口径化
やエツチングパターンの微細化に対応したエツチング処
理が可能になると同時に、半導体装置の高密度化が容易
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるプラズマエツチング装
置の要部を示す断面図、 第２図は本実施例に用いられるアース電極の平面図、 第３図は高周波バイアス印加時の電気力線を示す拡大断
面図である。 ｌ・・・プラズマエツチング装置、２・・・チャンバ、
３・・・ウェハ（試料）載置台、４・・・シャッタ、５
・・・半導体ウエノ＼（試料）、６・・排気口、７・・
・ガス供給口、８・・・ベルジャ、９・・・導波管、１
０・・・マグネトロン、１１・・・アース電極、１２・
・・容量、１３・・・高周波電源、１４・・・孔、Ｃ１
・・・発散磁場形成用コイル、Ｃ２・・・ＥＣＲ用コイ
ル、Ｇ・・・反応ガス、Ｈ・・・電気力線。 第１図 ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導波管内のマグネトロンから発生されるマイクロ波
   と磁場との相互作用により、チャンバ内にプラズマを発
   生させて所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置で
   あって、アース電極を前記チャンバ内の試料載置台に対
   して平行に前記導波管内に配設したことを特徴とするプ
   ラズマ処理装置。 ２、チャンバの周囲にＥＣＲ用コイルと発散磁場形成用
   コイルとを配設したことを特徴とする請求項１記載のプ
   ラズマ処理装置。 ３、導波管内を上下動可能であるアース電極とし、前記
   アース電極の位置とＥＣＲ用コイルおよび発散磁場形成
   用コイルのコイル電流との間で生じる磁場において、共
   鳴現象を発生させることを特徴とする請求項２記載のプ
   ラズマ処理装置。 ４、試料に照射されるイオンの衝撃エネルギーをプラズ
   マの発生と独立に制御できる高周波電源を試料載置台に
   接続したプラズマエッチング装置であることを特徴とす
   る請求項１記載のプラズマ処理装置。