JPS61214523A

JPS61214523A - プラズマ反応処理装置

Info

Publication number: JPS61214523A
Application number: JP60054557A
Authority: JP
Inventors: Haruo Amada; 春男天田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1985-03-20
Publication date: 1986-09-24

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】〔技術分野〕本発明はプラズマ反応処理技術に関するもので、たとえ
ば、半導体装置の製造における半導体基板への薄膜の堆
積およびその薄膜の加工処理に利用して有効な技術忙関
する。

〔背景技術〕

周知のように、半導体素子を製造する場合には窒化シリ
コン膜や酸化シリコン膜等の薄膜の堆積（生成）処理、
およびこれらの膜の加工（エツチング）処理が多用され
ている。

従来、これらの反応処理手段として、熱を利用した加熱
反応処理が実施されていた。

近年はこれらの反応処理も低温処理、微細加工処理を目
的として、プラズマを利用したプラズマ反応処理が活用
されることが多くなっている。

従来、これらのプラズマ処理装置はたとえば１９８３年
３月１日付発行、の電子材料（工業調査会）の３１頁以
降に記載されているように、真空中、平行平板電極間Ｋ
ｌ　３．５６　（ＭＨｚ　）の高周波電力を作用させ、
プラズマ反応処理物である半導体ウェハを両電極の片側
に接地させ、反応ガスを供給し、プラズマイオンエツチ
ング処理する。

上述方法ではプラズマ反応処理として、グロー放電を用
いているため、イオン化効率が低くなり、エツチング速
度等のプラズマ処理速度が遅くなる。

また、平行平板電極形状により、グロー放電状態が異な
りプラズマ処理の方向性が生じ、均一プラズマ処理がで
きない、同時に、プラズマ処理中電極が加熱され、それに伴ない
反応処理物である半導体ウエノ１が加熱されるため、再
現性の良いプラズマ反応処理ができないことがわかった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来のプラズマ反応処理の欠点を排除し
、プラズマ反応処理速度を速め、かつ、均一性の高いプ
ラズマ反応処理を行なう処理方法とその装置を提供する
ことＫある。

即ち、処理速度に関しては、薄膜の堆積の際忙は堆積速
度を速め、薄膜の加工の場合には加工速度を速める。

また、均一性に関しては、堆積膜厚バラツキあるいは加
工深さ、加工幅のバラツキの少ないプラズマ処理を行な
う装置を提供することにある。

本発明の前記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。

〔発明の概要〕

本願において、開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単忙説明すれば下記の通りである。

即ち、プラズマ反応処理領域にマイクロ波等の電磁波を
高密度な電磁波として集中伝播させる一方、強磁界を作
用させ、上述電磁波の電子運動の活性化を高める。

この領域に反応ガスと被処理物を供給し、反応カスのプ
ラズマイオン化効率を高め、プラズマ反応処理速度を高
める、また、プラズマ反応処理の均一性を高める手段として、
マイクロ波伝播電極から、反応ガスを分散して、被処理
物に供給すると同時に電極あるいは被処理物を回転させ
ながら、プラズマ反応処理を行ない、被処理物に作用す
るプラズマ反応イオンが均等に作用するよ５にする。

他に、均一プラズマ反応処理手段として、マイクロ波伝
播電極によって構成されるマイクロ波電界強度分布を可
変制御し、被処理物に作用するプラズマイオン量を均等
圧し、均一処理を行なう。

なお、マイクロ波電界強度分布制御手段としては、マイ
クロ波伝送回路中に反射板の可動量が制御可能な反射終
端を設け、この反射板を可動させることＫより、マイク
ロ波電界強度分布を制御する。

また、プラズマ反応の再現性を得るためＫはプラズマ反
応処理の因子として、マイクロ波、強磁界、反応ガスの
みとなるよ５＆Ｃ被処理物を接触面積の少なくなる方法
で保持するか、被処理物を温度制御可能な支持台で接地
支持し、所定温度に保ちながらプラズマ反応処理する。

〔実施例１〕第１図は本発明の一実施による半導体ウェハ製造におけ
る半導体ウェハ上の酸化シリコン膜をエツチング処理す
るプラズマエツチング処理装置の要部断面図である。

装置構成から説明すると、処理部導波管１にはマイクロ
波を透過する石英製のサセプタ２があり、サセプタ２内
には電子冷熱３により一足温度忙保たれた水４が供給さ
れており、サセプタ２は一定温度に保たれている。

このサセプタ２上に、エツチングすべきパターンがレジ
ストによりマスクされた酸化シリコン膜５が生成されて
いるウニ八６が置かれている。このウェハ６上方には歯
形遅波電極７が構成され、マイクロ波が伝播された時、
サセプタ２と歯形遅波電極７間に集中電磁界が構成され
る。

一方、歯、形遅波電極７には複数のカス供給口８が設け
られており、ガス供給部９から供給された反応ガス１０
が処理ウニ八６に均等圧供給される。

処理部導波管１の外周には磁石１１が設置されており、
処理部導波管ｌ内に強磁界が作用する。

また、処理部導波管１０両側にはマイクロ波を通過し、
気密を保つための真空シールド板１２があり、排気部１
３により真空排気され、処理部導波管１内は真空状態に
保たれている。

一方、マイクロ波がマイクロ波発生部１５より発生され
、サーキュレータ１６を通り、処理部導波管１に伝播さ
れ、歯形遅波電極部７下で集中マイクロ波１７として構
成される。

なお、プラズマ反応処理に関与しないマイクロ波は反射
終端部１８に構成された反射板１’ｌＣより反射され、
前述の逆方向に伝播し、サーキュレータ１６により、ダ
ミーロード２０に導ひかれ、熱変換され消滅する。特に
前述反射板１９はＩＪ。

ア駆動モータ２１により左右動される。

全体制御部２２ではマイクロ波発生部１５より発生され
るマイクロ波出力量の制御をはじめ、サセプタ２を温度
調節する電子冷熱３の制御、反射板１９の移動量の制御
、ガス供給部９から供給するガス種の分類およびガス量
の制御を行なう。

次に、この装置によってウェハ６上に形成された酸化シ
リコン膜５をエツチング処理する方法について説明する
。サセプタ２上にエツチングすべき、パターンがレジス
ト膜等でマスクされた酸化シリコン［５が形成されたウ
ェハ６をセットし、排気部１３により、処理部導波管１
内を高真空にする。この高真空状態でマイクロ波発生部
１５からマイクロ波を発生すると、歯形遅波電極７下で
集中マイクロ波１７が生じる、同時に磁石１１による強磁界の作用により、マイクロ波
中の電子がサイクロイド運動し、励起される。この領域
にガス供給部９から反応ガス１０を供給すると、励起さ
れた電子と反応ガス１０分子が激しく衝突し、反応ガス
分子がイオン化されプラズマ状態になる。このプラズマ
化されたプラズマイオン忙より、酸化シリコン膜がエツ
チング加工される。

なお、このプラズマエツチング加工を均等に行ナウタめ
にリニアパルスモータ２により、反射板１９を可動させ
、処理ウェハ６に作用する集中マイクロ波１７強度分布
を可変し、プラズマイオンが被処理物である酸化シリコ
ン膜５上を均等に作用させ、均一なエツチング加工をさ
せる。

なお、集中マイクロ波を発生させる手段は第１図の歯形
遅波電極に限定されることな（、第２図１１Ｃ示ｆマイ
クロストリップ線路や第３図に示すアンテナ対で構成し
ても良い。

第２図を簡単に説明すると、マイクロ波２３が同軸ケー
ブル２４の中心導体２５を伝搬し、多段ストリット２６
が設けであるマイクロストリップ線路２７に伝わり、中
心導体２８から、同軸ケーブル２９に伝わる。この間、
マイクロストリップ線路２７近傍に集中マイクロ波が発
生する。

第３図は回転する上アンテナ３０に分散したガス供給口
３１を設け、反応ガス３２を供給する。

一方、下アンテナ３３に同様に分散した形で排気口３４
が設けてあり、処理空間を真空排気する。

なお、マイクロ波３５は上アンテナ３０から下アンテナ
３３へと集中伝播する。

一方、処理ウェハ３６は石英等のマイクロ波を透過する
材質で作られた支持台３７上忙゛接触面積が少なくなる
状態で保持している。

〔効果〕

（１）　　本発明は高真空下忙おいてＧＨ２周波数帯の
マイクロ波を集中伝播する高密度な電界領域に強磁界を
作用させ、電磁波中の電子運動の活性化を図り、その領
域に反応ガスと、被処理物を供給することから、反応ガ
スと電子との衝突確立が高くなり、プラズマイオン化効
率が極めて高くなり、プラズマ反応処理速度を速めるこ
とができる。

（２）上述（１）項のように周波数が極めて高いマイク
セ波により、プラズマイオンが導ひかれるため、小さな
電界強度で、プラズマ反応処理が行なわれるため、被処
理物へのプラズマイオンの衝突力が弱まり、ダメージが
少なくなる。

（３）被処理物に作用するマイクロ波電界強度分布を可
変制御できることから、第価的に被処理物に作用するプ
ラズマイオン量を制御でき、均等にプラズマイオン量を
作用できることから、均一性の高いプラズマ処理ができ
る。

以上、本発明の実施例に基づいて、具体的に説明したが
、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その
ｌ！旨を逸脱しない範囲で程々に変形が可能であること
はいうまでもない。

なお、本発明はプラズマ反応処理に関するものであり、
種々の膜の堆積あるいは、それらの膜の加工が可能であ
るプラズマ反応処理装置を提供する。

また、マイクロ波ビームアンテナを利用することにより
、マイクロ波をビーム状（スポット状）に集中照射する
ことが可能であり、被処理物の局所部分のプラズマ処理
も可能である、また、ラダー・リッジ回路電極により、被処理物の表面
のみにマイクロ波集中領域を構成してもよい。

〔利用分野〕

以上の説明では主として、本発明者忙よってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体素子製造に
おける半導体ウェハ上に形成された酸化シリコン膜をエ
ツチングするプラズマエツチング処理装置忙適用した場
合について説明したが、これに限定されるものではなく
、たとえば、半導体材料やその他プラズマ反応処理可能
な全ての物質のプラズマ処理方法に適用可能である。

たとえば、プラズマ気相成長処理装置（ＣＶＤ装置）、
プラズマ重合処理装置、プラズマ現像処理装置、プラズ
マアッシャ装置等をはじめ、あらゆる分野におけるプラ
ズマ処理装置に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１によるプラズマエツチング処理装置の
要部断面図、第２図はマイクロストリップ線路、第３図はアンテナ対による集中マイクロ波発生する電極
の構造図である。１・・・処理部導波管、２・・・サセプタ、３・・・電
子冷熱、４・・・水、５・・・酸化シリコン膜、６・・
・ウェハ、７・・・歯形遅波回路電極、８・・・ガス供
給口、９・・・ガス供給部、１０・・・反応ガス、１１
・・・磁石、１２・・・真空シールド板、１３・・・排
気部、１４・・・排気、１５・・・マイクロ波発生部、
１６・・・サーキュレータ、１７・・・集中マイクロ波
、１８・・・反射終端部、１９・・・反射板、２０・・
・ダミーロード、２１・・・ｌＪニアパルスモータ、２
２・・・全体制御部、２３・・・マイクロ波、２４・・
・同軸ケーブル、２５・・中心導体、２６・・・多段ス
リット、２７・・・マイクロストリップ線路、２８・・
・中心導体、２９・・・同軸ケーブル、３０・・・上ア
ンテナ、３１・・・ガス供給口、３２・・・反応ガス、
３３・・・下アンテナ、３４・・・排気口、３５・・・
マイクロ波、３６・・・ウェハ、３７・・・支持台。

Claims

【特許請求の範囲】１、真空処理部とこの真空処理部内に電磁波を伝播させ
る電磁波出射手段と、前記電磁波を限定した方向に、集
中伝播させる手段と、前述真空処理部内に、プラズマ反応ガスを供給するガス
供給部と、被処理物体を供給しする被処理物体供給部と
を具備することを特徴とするプラズマ反応処理装置。