JPH04214874A - プラズマ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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発生させたプラズマを
利用して試料に対する成膜、或いはエッチングを行うた
めのプラズマ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に高集積半導体装置の製造にはＲＦ
プラズマを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）　
装置やプラズマＣＶＤ　装置、或いは電子サイクロトロ
ン共鳴励起（ＥＣＲ）　により生成したプラズマを利用
するＣＶＤ　装置が用いられるが、特に電子サイクロト
ロン共鳴励起を利用したプラズマ装置は低ガス圧で活性
度の高いプラズマを生成出来、また大径のプラズマ流を
引き出せることから　ＣＶＤ装置，　エッチング装置と
して広く利用されている。図４は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励起により生成した
プラズマを利用する　ＣＶＤ装置の模式的断面図であり
、図４において、３１はプラズマ生成室を示している。 プラズマ生成室３１は中空の円筒形に形成され、周囲壁
を２重構造にして冷却水の通流室３１ａ　を備え、また
上部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、更に下部壁中央には前記マイ
クロ波導入口３１ｃ　と対向する位置にプラズマ引出窓
３１ｄ　を夫々備えている。前記マイクロ波導入口３１
ｃ　には他端を図示しないマイクロ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３１
ｄ　に臨ませて試料室３３を配設し、更に周囲にはプラ
ズマ生成室３１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を配設してある。

【０００３】試料室３３内には前記プラズマ引出窓３１
ｄ　と対向する位置に試料台３５が配設され、その上に
はウェーハ等の試料Ｓがそのまま、又は静電吸着等の手
段にて着脱可能に載置され、また試料室３３の下部壁に
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。３６はプラズマ生成室３１に連なるガス供給
系、３７ａ，３７ｂ　は冷却水の給水系，　排水系であ
る。而してこのようなプラズマ装置にあってはプラズマ
生成室３１，　試料室３３内を所定の真空度に設定した
後、プラズマ生成室３２内にガス供給系３６を通じて種
ガスを供給し、励磁コイル３４にて磁界を形成しつつマ
イクロ波導入口３１ｃ　を通じてプラズマ生成室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
器として種ガスを共鳴励起し、プラズマを生成させる。 生成したプラズマは励磁コイル３４にて形成された試料
室３３側に向かうに従い磁束密度が低下する発散磁界に
よって試料室３３内の試料Ｓ周辺に投射せしめられ、試
料Ｓ表面でプラズマ流中のイオン、ラジカル粒子による
表面反応を生起させて成膜処理を施すようになっている
（特開昭５７−１３３６３６　号公報）。

【０００４】ところでこのような装置にあってはプラズ
マ生成室３１内で生成されたプラズマを発散磁界によっ
て試料室３３内の試料Ｓ上に導くこととしているが、プ
ラズマ生成室内で生成されたプラズマは均一ではなく、
従って磁力線に沿って移動されるプラズマも不均一とな
り、今後一層大径化，異形化すると予測されるウェーハ
等の試料に対して均一な処理を施すことは難しいという
問題があった。図５は他の従来装置を示す模式図であり
、ベルジャ型をなす反応器４１における上部の半球型を
なす頂部外周にホーン型をなす導波管４２の一端部を外
嵌すると共に、導波管４２の他端部にマイクロ波発振器
４９を設け、また反応器４１の頂部外周及びこれに外嵌
した導波管４２の端部外周にわたって、励磁コイル４４
，４５　を同心状に配設し、更に反応器４１内には電源
Ｅによりバイアス電圧を印加可能とした載置台４６を設
け、該載置台４６上に試料Ｓを載置させるようにしてあ
る。４７，４８は反応器の側壁に接続したガス供給管，
　排気管である。

【０００５】而してこのような従来装置にあっては反応
器４１内を排気して所定の真空度に設定し、ガス供給管
４７を通じて反応器４１内にガスを供給しつつ導波管４
２を通じて電界を、また励磁コイル４４，４５　を用い
て磁界を印加し、反応器４１内にプラズマを生成させ、
試料Ｓに対する成膜，　エッチング等を行うようになっ
ている。このような装置は反応器４１内で生成させたプ
ラズマを同じ反応器４１内に配した試料Ｓに導く構造と
なっているため、プラズマ生成域の面積を拡大すると励
磁コイル４４，４５　を含めて装置全体が３次元的に大
きくなり、しかもプラズマ発生中プラズマ生成域でマイ
クロ波の高次モードが多く発生してマイクロ波の制御が
困難となり、同様に均一処理が難しいという難点があっ
た。

【０００６】この対策としてマイクロ波を用いて大面積
に均一なプラズマを生成出来る図６に示す如きプラズマ
処理装置が提案されている（特開昭６２−５６００　号
公報）。 図６は従来の更に他のプラズマ処理装置を示す模式的断
面図であり、金属製容器５１内を誘電損失の小さい耐熱
性板５２にて上，　下に仕切り、上部室５３の天井壁内
面にマイクロ波導波路を形成すべく誘電体層５５を設け
て誘電体線路を形成し、その一端部を導波管５６を介し
てマイクロ波発振器５７に連結する。一方、下部室５４
はプラズマ生成室として構成され、その周壁にガス導入
管５８，　排気管５９を連結すると共に、底部に試料Ｓ
を載置するようにしてある。６０は試料加熱用のヒータ
である。而してこのような装置にあってはプラズマ生成
室５４内に試料Ｓを収容し、内部を所定の真空度に設定
した後、試料Ｓをヒータ６０にて所定温度に加熱しつつ
、ガス導入管５８を通じてガスを導入し、またマイクロ
波発振器５７から発生させたマイクロ波を導波管５６，
　誘電体層５５を通じて上部室５３、更には下部室５４
内に導入し、下部室５４内にマイクロ波プラズマを生成
させ、試料Ｓ表面に対する処理を行うようになっている
。

【０００７】一般に図６に示す如き誘電体線路を用いる
プラズマ装置の構造を模式化して示すと図７に示す如く
になる。図７（ａ）　は誘電体線路を用いるプラズマ装
置の原理説明図であり、例えば図７（ａ），図７（ｂ）
　に示す如くマイクロ波の進行方向をｚ軸方向、これと
直交する反応器４１側をｘ軸方向とすると、誘電体線路
内を伝送されるマイクロ波の基本モードはＴＭモードで
あるから、その電界にはｚ軸方向成分Ｅｚ　，　ｘ軸方
向成分Ｅｘ　が夫々存在する。従ってこのような装置に
ついてｚ軸方向，ｘ軸方向のいずれの方向に磁場を加え
てもＥＣＲ　プラズマ生成条件を成立させることが可能
となる。ただ図７（ａ）　に示す如くｚ軸方向に磁場を
加えたときに所定の　ＥＣＲ条件が成立するのは等磁場
面ＭＳにおいてのみであるから、プラズマ発生域内の一
部分でのみしか　ＥＣＲプラズマが発生せず、プラズマ
の生成が試料に対して不均一となることを免れ得ない。 そこで図７（ｂ）　に示す如くマイクロ波プラズマに代
えて　ＥＣＲプラズマを生成させるべくｘ軸方向に磁場
を加えることで試料Ｓの処理面と対向する略全面にわた
って　ＥＣＲ条件を満たす等磁場面ＭＳを形成出来るこ
ととなり、大面積にわたり均一にプラズマを生成せしめ
得、大面積の試料Ｓも均一に処理することが可能となる
。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような従
来装置にあってはＬＳＩ　の微細化に伴い、マイクロロ
ーディング効果を抑制し、異方性エッチングを行う場合
、プラズマ生成室内の圧力を１０−３Ｔｏｒｒ以下に設
定することが必要とされるものの、この領域では活性度
の高いプラズマを生成させるのが難しく、またプラズマ
流の制御も難しいという問題があった。本発明はかかる
事情に鑑みてなされたものであって、その目的とすると
ころは、電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを
大面積にわたって均一に発生させ得、プラズマ流の制御
性も良く、その上装置全体を小嵩になし得るようにした
プラズマ装置を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るプラズ
マ装置は、一側端がマイクロ波を透過する耐熱性板で気
密に封止された内部に試料を配置する金属製容器と、該
耐熱製板に対向し、マイクロ波導波路を形成すべく配置
された誘電体層と、一端が前記誘電体層に連結され、他
端がマイクロ波発振器に連結された導波管と、前記金属
製容器内に電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマ
を生成させるべく前記誘電体層の外側に設けた磁場発生
手段を具備することを特徴とする。第２の発明に係るプ
ラズマ装置は、前記金属製容器の周囲に他の磁場発生手
段を備えることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明にあってはこれによって、試料表面に対
して平行な向きの等磁場面を持つ磁場を印加することが
可能となり、プラズマを均一に生成させ得ると共に、均
一な密度で試料表面に誘導出来、試料に対する均一な処
理が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。 （実施例１） 図１は本発明に係るプラズマ装置の模式的断面図であり
、図中１は中空直方体形の反応器であって上部壁を除く
全体が金属製であり、特に周囲壁は二重構造であって内
部に冷却水用の通流室１ａを備えている。反応器１の上
部壁はマイクロ波の透過が可能であって、しかも誘電損
失が小さい耐熱性板２、例えば石英ガラス，硼硅酸耐熱
ガラス等にて気密状態に封止されている。反応器１の内
部には図示しない試料台上に試料Ｓが配設されるように
してあり、またその周壁にはこれを貫通してガス供給管
３が、更に底壁には排気管４が夫々連結されている。

【００１２】耐熱性板２の上方には、耐熱性板２との間
に所要の空間を隔てて反応器１の上面を覆い得る大きさ
の、例えばアルミニウム板等の導電性板５と、その下面
に貼付させた誘電損失の小さい、例えばフッ素，ポリス
チレン，ポリエチレン樹脂製の誘電体層６とを積層した
状態で配置してマイクロ導波路である誘電体線路７が形
成されている。誘電体線路７の側部には導波管８を介し
てマイクロ波発振器９が連結されており、マイクロ波発
振器９から発振されたマイクロ波は導波管８、誘電体線
路７を経て反応器１の内部に導入され、ここに電界が形
成されるようになっている。そして前記誘電体線路７の
上方には、磁場発生手段として、中心部に鉄心１０を配
した励磁コイル１１が、その磁力線の向きを誘電体線路
７によるマイクロ波の伝播方向と直交する方向、具体的
には垂直方向に向けた状態で配設されている。

【００１３】而してこのような本発明装置にあっては、
反応器１の載置台上に試料Ｓを載置し、反応器１内のガ
スを排気して反応器１内を所定の真空度に設定した後、
ガス供給管４からガスを供給し、同時にマイクロ波発振
器９から導波管８、誘電体線路７を介してマイクロ波を
導入して電界を、また励磁コイル１１に通電して等磁場
面が試料Ｓの処理面と略平行な向きとなる磁場を夫々反
応器１内に形成する。これによって反応器１内にはプラ
ズマ生成条件が成立し、試料Ｓの処理面の全域にわたっ
てプラズマが均一に生成され、試料Ｓの表面に向けて移
動し、試料Ｓ表面に対する成膜，或いはエッチング等の
処理が施されることとなる。なお、励磁コイル１１には
鉄心１０を設けなくてもよいことは勿論である。

【００１４】（実施例２） 図２は本発明の他の実施例を示す模式的断面図であり、
この実施例にあっては図１に示す実施例１の励磁コイル
１１に比較してこれよりも小さい複数の励磁コイル１２
を夫々磁力線の方向が誘電体線路７中のマイクロ波伝播
方向と直交する方向であって、等磁場面が図７（ｂ）　
に示す如く試料Ｓの処理面と略平行となるよう配設され
ている。 １３はコイル１２の中心に配した鉄心である。他の構成
は図１に示す実施例１と実質的に同じであり、対応する
部分には同じ番号を付して説明を省略する。このような
実施例２にあっては励磁コイル１２の数を増すことによ
って　ＥＣＲプラズマ発生面積を適宜に設定することが
可能となる。なお励磁コイル１２の形状については特に
円形に限るものではなく、矩形，　棒状等としてもよい
。またコイルに代えて永久磁石を用いてもよいことは勿
論である。また、反応器１の内径に対する励磁コイル１
２の径等の大きさはコイルの巻数、コイルの厚さ、鉄心
の有無等の条件で変わるので夫々の装置に応じて設定す
る。

【００１５】（実施例３） 図３は本発明の更に他の実施例を示す模式的断面図であ
る。この実施例３では反応器２１は同じく中空直方体形
をなす金属製容器として構成されているが、試料Ｓの配
置してある位置よりも上方の部分の断面積を縮小し、こ
の縮小した部分の周囲壁にのみ冷却水用の通流室２１ａ
　を設け、またこの部分の周囲及びその上に配した耐熱
性板２の周囲にわたって第２の磁気発生手段たる励磁コ
イル１４を励磁コイル１１と略同心に配設してある。他
の構成は実施例１，２と実質的に同じであり、対応する
部分には同じ番号を付して説明を省略する。

【００１６】而してこのような実施例３にあっては、励
磁コイル１４を試料Ｓの配置位置により接近させ得るこ
ととなり、励磁コイル１１を大きくするよりも、小嵩で
効率的に磁場の形成が可能となる。しかも励磁コイル１
４は試料Ｓの配置位置よりも上方に配設されているから
反応器２１内には磁場強度が試料Ｓ側に向けて単調減少
するよう形成出来て、プラズマ流の逆流等を招くことが
なく、プラズマに対するより精細な制御が可能となる。 励磁コイル１４の設置位置については特に上記した態様
にのみ限定するものではないが、図７（ｂ）　に示す如
き、磁場を形成するためにはその下端部は試料Ｓの配置
位置よりも上方に位置させるのが望ましい。なお、本発
明の装置は試料面を水平にして用いる必要はなく、試料
が垂直になるように装置全体を例えば９０゜回転させた
状態でも用いることができる。

【００１７】（試験例１） 図１，図３に示す如きプラズマ装置を夫々用い、各装置
中の誘電体線路７としてマイクロ波進行方向の長さ　５
００ｍｍ，　幅２５０　ｍｍ，　厚さ２０ｍｍとしたフ
ッ素樹脂製の誘電体層６を用い、また誘電体層６から耐
熱性板２迄の距離は２０ｍｍとした。このような本発明
装置を用いて直径８″のＳｉウェーハを反応器１内にセ
ットし、反応器１内を所定の真空度にして反応器１内に
Ｎ２　，　ＳｉＨ４　を導入し、励磁コイル１４を用い
て反応器１内に　８７５　Ｇａｕｓｓの磁場を形成し、
電子サイクロトロン共鳴励起によってプラズマを生成さ
せ、試料Ｓ表面にＳｉＮ膜を形成した。形成されたＳｉ
Ｎ膜厚はいずれの装置を用いた場合も均一で、しかも均
質であることが確認された。

【００１８】

【発明の効果】以上の如く本発明装置にあっては広い面
積にわたって均一で活性度の高いプラズマが得られ、し
かも従来は　２００〜３００　℃程度の加熱を必要とし
ていた試料の加熱が不要となり、装置全体の構成が簡略
化され、高品質の成膜，　或いはエッチングが可能とな
る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】

【図１】本発明にかかるプラズマ装置の模式的断面図で
ある。

【図２】本発明の他の実施例を示す模式的断面図である
。

【図３】本発明の更に他の実施例を示す模式的断面図で
ある。

【図４】従来装置の模式的断面図である。

【図５】従来装置の模式的断面図である。

【図６】従来装置の模式的断面図である。

【図７】誘電体線路を用いるＥＣＲ　プラズマ装置の原
理説明図である。

【符号の説明】

１　　反応器 １ａ　　通流室 ２　　耐熱性板 ３　　ガス供給管 ５　　導電性板 ６　　誘電体層 ７　　誘電体線路 ８　　導波管 ９　　マイクロ波発振器 １０　　鉄心 １１　　励磁コイル １２　　励磁コイル １４　　励磁コイル ２１　　反応器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一側端がマイクロ波を透過する耐熱性
   板で気密に封止された内部に試料を配置する金属製容器
   と、該耐熱製板に対向し、マイクロ波導波路を形成すべ
   く配置された誘電体層と、一端が前記誘電体層に連結さ
   れ、他端がマイクロ波発振器に連結された導波管と、前
   記金属製容器内に電子サイクロトロン共鳴励起によりプ
   ラズマを生成させるべく前記誘電体層の外側に設けた磁
   場発生手段を具備することを特徴とするプラズマ装置。
2. 【請求項２】　　前記金属製容器の周囲に他の磁場発生
   手段を備える請求項１記載のプラズマ装置。