JPS62111430A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に複数枚の試料
を同時にプラズマ暑こさらして処理するのｔこ好適なプ
ラズマ処理４Ｊｔ置に関するものである。

〔発明の背景〕

複数枚の試料を同時にプラズマにさらして処理するプラ
ズマ処理装置としては、例えば、１、￥公明６０−１１
１０９号公報番こ記載のような、複数枚の試料が別々の
位置で同時に載置されると共番こ高周波電圧が印加され
る電極を処理室内に回転可能蚤こ設け、電界と直交する
成分を有する磁界を発生させる磁石要素を′？ｌ！極の
下面を二対応して処理室に内設し、試料の処理中に電極
を回転させるようにしたものが知られている。

しかし、この装ｊａでは、高密度プラズマの相対的な回
転の中心からの距離に対応した周速度の違いによる処理
の均一性の低下については考慮が及んでいない。即ち、
回転中心から遠ざかるに従って高密度プラズマの移動速
度が速くなるため、処理速度が低下するといった問題が
ある。また、処理室内で′電極を回転させるため、この
回転により塵埃等の異物が分生じ、クリーンな状！虚で
の処理を達成する上での障害となるといった問題もある
。

半導体デバイスのパターンの微帷化が進むにつれて、こ
の問題はより一層重大化することが予想されろ。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、複数枚の試料の被処理面に対して同時
に処理速度が高（均一な処理を行うことができるプラズ
マ処理装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、プラズマ処理装置を、複数枚の試料を同時に
プラズマにさらして処理する装置において、＠記試料が
別々の位１１゛ｑで同時に設置される電極を固定して設
け、高密度プラズマを発生させて１ｌｆｆ記試料の被処
理面内の各点での高密度プラズマの通過速度と前記処理
速度との積を一定に保ちつつ前記高密度プラズマをＩＩ
ＩＩ記試料の被処理面上を円弧を描いて通過させる磁界
付与手段を設けた装ｊｌとしたもので、試料の被処理面
内の各点での高密度プラズマの通過速度と処理速度との
禎を一定に保ちつつ晶密Ｊｉプラズマを試料の被処理面
上を円弧を描いて通過させ該通過する高密度プラズマで
試料の被処理面を処理することで、複数枚の試料の被処
理面に対して同時に処理速度が高く均一な処理を行える
ようにしたものである。

〔発明の実施例〕

高処理速度で処理の均一性を確保するためには、同時に
処理される複数枚の試料の被処理面上のどの点において
もプラズマの回転中心からの距離に比例して高密度プラ
ズマの通過時間と局所的な処理速度の積が等しくなるよ
うに、磁界付与手段を構成する磁石要素の幾何学形状を
決定することが必要である。この場合、磁石要素の幾何
学形状を次のような指針に基いて決定した。

即ち、試料の被処理面上の各点において、高密度プラズ
マが通過する際の回転角が等しくなるようにすれば、高
密度プラズマの通過時間を等しくできることになる。そ
して、次の段階として、その幾何学形状を局所的な処理
速度の変動分だけ補正することが必要になる。この補正
は、いわゆるマグネトロン放電においては、磁石要素の
磁石の配列に従って電界と磁界とが直交する領域で高密
度プラズマが発生するか、それだけではなり、電子がド
リフト運動する方向に向ってプラズマの密度が増大し、
それに伴って局所的に処理速度が増大するという事実を
実験には確認したために必要となったものである。なお
、電子のドリフト運動が閉じるように磁石を配置すれば
、処理速度の局所的な増加が発生しないため、このよう
な補正は不要（こなる。

以下、プラズマ処理装置として反応性スパブタエッチン
グ装置を代表例に取り挙げ本発明の一実施例を第１図〜
グ（５図により説明する。

第１図で、電極ＩＯ上に複数枚の試料、例えば、半導体
素子基鈑（以下、ウェハと略）２０を別々の位１１′？
に設置し、高周波屯源加によって高周波放電を発生させ
、その結果生じるプラズマ荀によってウェハ（９）の被
処理面をエツチング処理する。この場合、？４極１０の
下方の大気側に回転手段（資）で回転できるようにして
磁石要素ωが配置される。第２図（ａ）　、　（ｂ）で
、強磁性体からなる円板６１の上に、２対の永久磁石６
２．６３と礪、６５とが互いに磁極が反対方向を向くよ
うに配置される。そして、その配置形状は、永久磁石６
２〜６５が円板６１の中心部から周辺部に向いてうずま
き曲線を描くよう（こする。

さらに、磁匝の極性が時計の回る方向に対してＳ極、Ｎ
極の順になるように配置する。なお、第２図（ａ）では
、２本のうずまき曲線を示したが、その限りではなく何
本でも良い。

このような構成により、プラズマ（ま磁極の間隙６．６
７の上方で局部的に集中し、その結果、第１図に示すよ
うなプラズマ初ができ、しかも円板６１の外周辺に向か
うにつれて漸次密度が増加するようになる。よって、磁
石要素ωを回転させずにエツチングを行うと、間隙量、
６７の上方の領域で高速なエツチングが起こり、しかも
円板６１の外周辺に向かうにつれてエツチング速度が増
加するようになる。その状況を第３図、第４図を用いて
説明する。？５３図の領域４１はエツチング速度の高い
領域、領域４２は低い領域である。図において、’Ｌｒ
Ｑは磁石の配列の両端における磁石要素（イ）の回転中
心からの距離である。この距１１１１１ｒｉからｒ。の
間で、領域４１１こ沿ってのエッチフグ速度は第４図に
示すように増加する。図において、エツチング速１北１
ユ距離ｒ１における値を１とした。このままで磁石要素
関を回転させると、全体のエツチング速度分布はプラズ
マの回転中心が底に対応するすりばち状になる。

そこで、次に磁石の配列形状の補正が必要となる。第５
図多こその補正方法を示す。これは、うずまき曲線を描
く高密度プラズマの回転中心からの距離に応じて、高密
度プラズマが通過する回転角即ち時間をエツチング速度
Ｒに反比例するように順次小さくする方法である。この
ようにすれば、磁石を回転させた場合において、均一な
電極を固定し、磁石要素を大気側に設けているため、塵
埃等の異物の発生を抑制でき、クリーンな状態での処理
を実現できる。

第６図は、本発明の第２の実施例を示すもので、上記一
実施例を示す第２図（ａ）と異なる点は、２本のうずま
き曲線の両端を接続してループを描くようにした点であ
る。この配列によりても、ウェハの各点で同じ時間だけ
高密度プラズマが通過するという条件は満たされている
。しかし１本実施例特有の効果として、プラズマの集中
部でのエツチング速度が一定であるため、上記一実施例
でのようなうずまき形状の補正が不必要になることが挙
げられる。この理由は、顛にも述べたとおり直交電磁界
によりドリフト運動する電子の軌跡が閉じているために
、均一な高密度プラズマが発生するからである。

第７図は、本発明の第３の実施例を示すもので、上記一
実施例を示す＠２図（ａ）と異なる点は、うずまきの場
合と同様な磁極配置を行い、プラズマの回転中心から放
射状に直線的な高密度プラズマを得るようにした点であ
る。ただし、磁石の対を互いに平行にすると、第４図の
ようなエツチング速度分布となるので、円板の外周辺に
向うに従って間隙を狭くすることにより、エツチング速
度が高密度プラズマの回転中心からの距離に対して線形
に増加するようになり、各位ｒＩでのプラズマの通過時
間の差が相殺されて、均一なエツチングが実現される。

第】図に示した一実施例では下部電極の下側に磁石要素
を配設したが、本発明はそれに限定するものではなく、
上部電極の上側に磁石要素を置いてもよい。第８図にそ
の実施例を示す。図において、電極１０上にウェハＩを
複数枚配置し、高周波放電によるプラズマにさらしてエ
ツチングを行うところは同様であるが、この例では、電
極１０と対向する電極１１の上側の大気中に回転可能に
磁石要素印が設置されている。この磁石要素ωは朋述の
第２図（ａ）、　（ｂ）　、　ｍ６ｔｉ、　ｉ７図ニ示
シタ構造のものであり、その働きも下部電極ｌＯの下側
に置いた場合と同じである。

このような構造によっても、静電しているウェハ加に対
し高密度プラズマの方が回転運動するため（こ、ウェハ
を回転させた場合と同様（こ均一なエツチングを行うこ
とができる。なお、本実施例の場合に限り次のような効
果がある。すなわち、磁石要素が高電圧の印加される電
極から遠く離れているので、磁石要素の絶縁に注意する
必要がない。

また、ウェハが設置される１ｇ極を薄くする必要がない
ので、該電極およびウェハの冷却が容易である。さらに
、電極間隔を変化させるためのウェハが設置される電極
の上下機構の付加が容鴇であるという効果も生まれる。

以上、本発明の実力缶例を反応性ヌパッタエッチング装
置を対象に説明したが、ここで次の変化があっても本発
明の構成２作用、効果１こ本実質な差異はなく、したが
って、本発明に包含されるものである。

（１）電極に印加される１１力が、高周波の場合、低周
波の場合、直流の場合。

（２）　　上記電力を印加する電極が、試料が複数枚設
置される′電極である場合、試料が設置されない゛電極
である場合。

（３）試料が複数枚設置される電極が’Ｊ１図のごとく
処理室の一部を構成している場合、処理室の内部に独立
したｌは極として構成された場合。

（４）　　プラズマによる処理目的がドライエツチング
の場合、スパッタリングの場合、気相成長の場合。

（５）　　ガスが処理室に設けられた供給孔から供紛さ
れる場合、試料か設置される？ｆｉ極と対向する１゛匡
極の下面から供給される場合、試料が設置される電極の
上面かつ試料の下方の周縁部から供給される場合。

（６）　　試料が設置される＠極、該電極と対向する電
極が温度制御される場合、温度制御されない場合。

（７）処理時に試料が温度制御される場合、温度制御さ
れない場合。

（８）試料の被処理面が上向、下向、垂直姿勢である場
合。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、複数枚の試料の被処理
面に対して同時畳こ処理速度が高く均一な処理を行うこ
とができるという効果が得られる。

【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の一実ｈｉ例
を示す反応性スパッタエツチング装置の構成図、第２図
（ａ）は、第１図の磁石要素の平面図、第２１Ｎ（ｂ）
は、第２図（ａ）のＡ−Ａ視断面図、第３図は、第２図
（ａ）の磁石要素でのエツチング速度領域図、第４図は
、同じくエツチング速度分布図、第５図は、第２図（ａ
）の磁石要素での磁石の配列形状の補正方法を示す回転
中心からの距離と回転角補正比との関係線図％第６図、
第７図は、本発明によるプラズマ処理装置の第２．＠３
の実施例を示すもので、それぞれ磁石要素の平面図、第
８図は、本発明によるプラズマ処理装置の第４の実施例
を示す反応性スパッタエツチング装置の構成図である。 １０、　１１・・・・・・電極、Ｉ・・・・・・ウェハ
、関・・・・・・高周波１１図 才２図 第３図 才４図　　　才５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、複数枚の試料を同時にプラズマにさらして処理する
   装置において、前記試料が別々の位置で同時に設置され
   る電極を固定して設け、高密度プラズマを発生させて前
   記試料の被処理面内の各点での高密度プラズマの通過速
   度と前記処理の速度との積を一定に保ちつつ前記高密度
   プラズマを前記試料の被処理面上を円弧を描いて通過さ
   せる磁界付与手段を設けたことを特徴とするプラズマ処
   理装置。