JP2515885B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に半導体素子
基板等の試料をマイクロ波電界と磁界の作用で発生する
プラズマを利用してエッチング等を行なうプラズマ処理
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子基板等の試料を少なくともマイクロ波電界
の作用によるプラズマを利用して処理する技術として
は、例えば、特公昭58−13627号公報等に記載のような
ものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕 例えば、シリコン酸化膜等の絶縁物のエッチング処理
では、プラズマ中のラジカル等の活性中性粒子よりも高
エネルギ粒子であるイオンの寄与度合が大きい。しか
し、イオンエネルギが高過ぎると試料にイオン損傷を与
え好ましくない。従って、プラズマは、処理ガスをイオ
ン化する程度のエネルギが好ましく、処理速度を向上さ
せるためには、イオン化率の向上、つまり、プラズマ密
度向上が必要となる。また、試料の被処理面上でプラズ
マ密度を均一にしないと、試料の処理の均一性を確保で
きない。

上記従来技術においては、試料の被処理面上でのプラ
ズマ中のイオン種を均一にする点についての配慮がされ
ておらず、試料の処理の均一性を確保する上で問題があ
った。

本発明の目的は、マイクロ波電界と磁場の作用による
プラズマを利用して処理される試料の処理均一性を確保
するとともに処理速度の高いプラズマ処理装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、プラズマ処理装置を、マイクロ波電界と
磁界との相乗作用によりプラズマが発生されるプラズマ
発生部と、該プラズマ発生部と近接配置され前記発生さ
れるプラズマを利用して試料が処理されるプラズマ処理
部と、該プラズマ処理部への前記磁界を遮へいする手段
とを具備したものとすることにより、達成される。

〔作用〕

プラズマ発生部では、マイクロ波電界と磁界との相乗
作用によりプラズマが発生させられる。該プラズマは、
プラズマ発生部に近接配置されたプラズマ処理部に入
り、該プラズマを利用して試料はここでエッチング処
理，成膜処理等処理される。この場合、プラズマ処理部
への磁界は、磁界遮へい手段により遮へいされる。つま
り、プラズマ発生部でのプラズマは、磁界が印加されて
いるため、プラズマ中の荷電粒子は、磁力線を中心に回
転運動を行うと共に、磁気勾配に沿ってプラズマは移動
する。一方、磁界遮へい手段によりプラズマ処理部に
は、磁界が印加されていないため、プラズマ処理部のプ
ラズマ中の荷電粒子は自由に拡散し、これにより、プラ
ズマ処理部は、均一なプラズマで満たされる。

〔実 施 例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図で放電空間70を形成する手段は、この場合放電
管10である。放電管10の形状は、この場合、一端が半球
状閉鎖端で、他端が円形開口の開放端の形状であり、石
英等の絶縁物で形成される。

マイクロ波発振手段であるマグネトロン20からのマイ
クロ波は、マイクロ波伝播手段である導波管30,31を介
して放電管10へ伝播される。前記放電管10の外周には磁
場印加手段である空芯コイル40,41がこの場合、２段に
設けてある。試料保持手段は表面に試料設置面を有する
試料台50であり、前記放電管10の鉛直下方に試料を水平
に載置できるよう配置してある。

第１図で、容器60はその頂壁が開放させられており、
放電管10の開放端に合致させている。

容器60の底壁には前記試料台50が設けてあり、試料台
軸51は容器60と気密絶縁されて（図示なし）容器60外へ
突出されており、試料台へのバイアス電源、この場合、
高周波電源80が接続されている。

また容器60には真空排気装置100が排気管101を介して
接続されている。ここで、試料空間90は容器60で囲まれ
た試料台50と放電管10の下端との空間を呼ぶ。この試料
空間90の上部には、容器60の外部から処理ガス導入装置
（図示なし）、処理ガス導入管110を介して処理ガスが
供給される。

磁場印加手段である上部空芯コイル40および下部空芯
コイル41は放電管10とほぼ対応した位置にあり、磁場遮
へい手段である純鉄等の磁気シールド120〜122により、
上部コイル40の上面、下部コイル41の下面および上部コ
イル40,下部コイル41の外周面を遮へいしており、放電
管10の球形頂部から開放端に向って磁場強度が弱まるよ
う考慮され、その強度は放電管内で電子サイクロトロン
共鳴条件が存在するよう設定されており、特に下部コイ
ル41の下面の磁気シールド122により試料空間90には磁
場が加わらない構造となっている。

次に、作用を説明する。第１図において、放電空間70
および試料空間90は、真空排気装置100により減圧排気
され、処理ガス供給装置から所定の処理ガス、例えばエ
ッチングガスが所定流量で導入される。放電空間70およ
び試料空間90に導入されたガスの一部は、真空排気装置
100により排気され、これにより前記空間70,90の圧力は
所定のエッチング圧力に調節される。一方、試料台50の
試料設置面には、試料130が被処理面上向き姿勢で設置
される。マグネトロン20で発振されたマイクロ波は、導
波管31,30により放電管10に伝播され、空芯コイル40,41
によって発生した磁界との相互作用により放電管10内に
あるエッチングガスはプラズマ化される。生成されたプ
ラズマ中の荷電粒子は放電空間70内の強い磁場作用によ
り、磁場と直角方向への拡散が抑制され、磁場の弱い放
電管10の開放端側へ拡散してゆく。放電空間70に生成す
るプラズマは、導波管30の寸法で決まるマイクロ波の電
界モード分布に近い密度の不均一が発生しており、上述
理由により密度不均一のプラズマが放電管10の開放端か
ら試料空間90へ放出される。一方、試料空間90は磁気シ
ールド122により磁場が存在しないため、試料空間90へ
放出されたプラズマは、試料空間90内で速やかに拡散が
進行し、均一化されたプラズマが試料台50に載置された
試料130の被処理面上を覆い、試料130の被処理面は該プ
ラズマにより均一性良くエッチング処理される。この
時、高周波電源80から試料台50に高周波バイアス電圧を
印加することにより、プラズマ中のイオン種は、高周波
バイアスの負の周期に試料130へ吸引されてその処理面
上に入射させられ、均一なイオンエッチングを行なうこ
とができる。また、放電空間と処理空間とが異っている
ため、放電空間において放電エネルギの異ったプラズ
マ、つまり、イオン種やラジカル種を変化させたプラズ
マを処理空間に影響なく発生させることができる。

上記一実施例では、プラズマ処理装置としてエッチン
グ装置を例により説明したが、その他に、例えばCVD装
置においても同様に適用できる。

第２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１図と異なる点は、容器60′を磁気遮
へい材で形成した点である。つまり、この場合、第１図
での磁気シールド120〜122は不用である。なお、第２図
で、その他第１図と同一装置，部品等は同一符号で示し
説明を省略する。

本実施例では、上記一実施例での作用と同様の作用が
生じ、同様の効果が得られる。

第３図は、本発明の第３の実施例を示すもので、上記
一実施例を示す第１図とる点は、試料130を囲み試料台5
0に磁気遮へい材で成された多孔円筒123が配設されてい
る点である。なお、第３図で、その他第１図と同一装
置，部品等は同一符号で示し説明を省略する。

本実施例でも、上記一実施例での作用，効果と同様の
作用，効果を奏し得る。なお、本実施例での多孔円筒に
替えてメッシュ状円筒等を用いても良く、また、必ずし
も円筒である必要はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁場とマイクロ波の相互作用による
高密度プラズマを発生させ、その密度分布を均一化でき
るので、プラズマ処理される試料の処理の高速化と均一
性を確保できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のプラズマ処理装置の構成
図、第２図は、本発明の第２の実施例のプラズマ処理装
置の構成図、第３図は、本発明の第３の実施例のプラズ
マ処理装置の要部構成図である。 10……放電管、20……マグネトロン、30,31……導波
管、40,41……空芯コイル、50……試料台、60,60′……
容器、80……高周波電源、100……真空排気装置、110…
…処理ガス導入管、120〜122……磁気シールド、123…
…多孔円筒

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波を発信する手段と、 該マイクロ波を伝播する手段と、 該手段が連結される閉止壁端を有する導波管と、 該導波管内に設けられ前記発信されたマイクロ波の電界
   と磁界との相乗作用によりプラズマが発生されるプラズ
   マ発生部と、 該プラズマ発生部と近接配置され、前記発生されるプラ
   ズマを利用して試料が処理されるプラズマ処理部と、 該プラズマ処理部への前記磁界を遮へいする手段と、 前記プラズマ発生部に連通し前記プラズマ処理部が設け
   られる空間を減圧排気する手段と、 前記減圧空間に処理ガスを供給する手段と を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】前記磁界を遮へいする手段は、前記磁界の
   印加領域を前記プラズマ発生部に限定可能なように、前
   記磁界を発生する手段に磁気シールド部材を設けたこと
   を特徴とする第１請求項に記載のプラズマ処理装置。