JPH01231320A - プラズマプロセス装置 - 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用いた電子サイクロトロン共鳴（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ＣｙｃｌｏＬｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａ
ｎｃｅ、　ＥＣＲ）励起により発生させたプラズマを利
用する高集積半導体素子等の製造装置、例えばＣＶＤ　
（Ｃｈｅｍ　ｉｃａ　ＩＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）装置、エツチング装置、その他スパッタリング装
置等として用いられるプラズマプロセス装置に関する。

〔従来技術〕

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
プラズマを発生させる装置は低ガス圧で活性度の高いプ
ラズマを生成でき、イオンエネルギの広範囲な選択が可
能であり、また大きなイオン電流がとれ、イオン流の指
向性、均一性に優れるなどの利点があり、高集積半導体
素子等の製造に欠かせないものとしてその研究、開発が
進められている。

第２図はＣｖＤ装置として構成した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を利用するプラズ
マ装置の縦断面図であり、３１はプラズマ生成室を示し
ている。プラズマ生成室３１は周囲壁を２重構造にして
冷却水の通流路３１ａを備え、また−側壁中央には石英
ガラス板３１ｂにて封止したマイクロ波導入口３１ｃを
、更に他側壁中央には前記マイクロ波導入口３１ｃと対
向する位置に円形のプラズマ引出窓３１ｄを夫々備えて
いる。前記マイクロ波導入口３１ｃには他端を図示しな
い高周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３１ｄに臨ませて反応室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を配設しである。

反応室３３内にはウェーハ等の試料Ｓを装着する試料台
３５が前記プラズマ引出窓３１ｄと対向させて配設され
、その前面には円板形をなす試料Ｓがそのまま、又は静
電吸着等の手段にて着脱可能に装着されるようになって
いる。試料台３５内には冷却用の冷却水通流路（図示せ
ず）が、また試料Ｓの装着位置には試料Ｓの静電吸着及
び／又はバイアス印加用電極３５ｂが夫々埋設されてお
り、通流路には冷却水供給管３５ａが、また電極３５ｂ
には直流を源（図示せず）及び整合器３７を介在させて
ＲＦ（ラジオ周波数）電源３８が接続せしめられている
。

前記試料台３５の後面側に位置する反応室３３の後壁に
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。３１ｇ、３３ｇは原料ガス供給系、３１ｈ。

３１ｉは冷却水の供給系、排水系である。

而してこのようなＣｖＤ装置にあっては、所要の真空度
に設定したプラズマ生成室３１１反応室３３内に原料ガ
ス供給系３１ｇから原料ガスを供給し、励磁コイル３４
にて磁界を形成しつつプラズマ生成室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
原料ガスを共鳴励起し、プラズマを生成させ、生成させ
たプラズマを励磁コイル３４にて形成される反応室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
反応室３３内の試料台３５上の試料Ｓ周辺に投射せしめ
、原料ガス供給系３３ｇから供給される原料ガスを分解
し、試料Ｓ表面に成膜を行うようになっている（特開昭
５７−１３３６３６号）。

ところで上述した如きプラズマプロセス装置では一般に
プラズマ生成室３１の周囲壁は電気的に接地電位に設定
されており、またその周囲壁は水にて冷却する構成が採
られている。このプラズマ生成室３１内で高密度プラズ
マを発生せしめプラズマ引出窓３１ｄよりプラズマ流と
して取出し反応室３３内で成膜又はエツチング処理を行
ったときプラズマ生成室３１の周壁内面の各部にも副次
反応物の堆積が生じるのを避けることが出来ない。

例えばＳ　ｉ　ｉｔ　ａとＮ２又はＮ）１２のガスとを
原料ガスに用いて試料Ｓ表面に窒化ケイ素の膜を堆積さ
せた場合、反応室３３の周壁内面及びプラズマ生成室３
１の内壁には反応生成物である窒化ケイ素、或いは余剰
のＳｉＨ４の分解による粉末状のケイ素が堆積する。従
ってこのような成膜処理を反復してゆくと堆積層が厚く
なり、一定板上になると壁面から剥離し始め、プラズマ
生成室３１内に急激なガス流が生じる、又はプラズマが
発生すると剥離が進行し、剥離した薄片等が以後の成膜
時に試料Ｓ面に付着し、欠陥を発生させる原因となる。

また、フォトレジストをマスクとしてＣＦ４ガスプラズ
マにて酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜をエツチングすると
きはＣＦ、ガスから電離分解したフン化炭素原子、　Ｃ
Ｆ、がフォトレジストと結合し、有機樹脂膜が周壁内面
に堆積し、この堆積物が残留ガスの吸着、又は汚染の発
生源となり、エツチングの再現性を低下させる等の欠点
があった。

この対策として従来にあっては一定の処理量毎に定期的
にプラズマ生成室３１の周壁内面を機械的手段によって
クリーニングする方法、又はプラズマ生成室３１周壁内
面に防着板を取り付けておき、これを交換すると共にク
リーニングする方法、更にはＣＦ４．　Ｏｘ等のガスプ
ラズマによってプラズマ生成室３１の周壁内面又は防着
板の付着物をエツチング除去する方法等が試みられてき
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし単純にクリーニングする方法、又は防着板の交換
とクリーニングを併用する方法では付着物が極めて微細
な粒子状となるため、いずれも完全な付着物の除去は難
しく、しかも比較的長時間にわたって装置の稼動を停止
する必要があり、この間プラズマ生成室３１及び反応室
３３を大気中に曝すこととなるため、再現性が悪化する
等生産効率の向上を図るうえでの大きな障害となってい
た。

更にエツチング除去する方法はプラ゛ズマ生成室自体が
電気的に接地されているために十分な効果が得られてい
ないのが現状である。一方エッチングすべきプラズマ生
成室３１の内壁又は防着板が金属で構成されている場合
、エネルギーをもつプラズマイオンに照射されることに
よってそれ自身がエツチングされ金属汚染を誘発するこ
とも考えられる。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とすることろはガスプラズマ放電によるエツチング
作用を利用してプラズマ生成室内の堆積物の除去を自動
的に、しかも効率的に行い得るようにしたプラズマプロ
セス装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にあっては、電子サイクロトロン共鳴励起により
プラズマを発生させるプラズマ生成室と、発生したプラ
ズマを引出窓を通じて導入し、前記引出窓に面して配置
した試料に処理を施す試料室とを備えたプラズマプロセ
ス装置において、前記プラズマ生成室内にこれと電気的
に絶縁されて配設され、接地電位及び／又は複数の電位
を選択的に印加でき、絶縁性材料で被覆されている導電
性保護壁を設けた。

〔作用〕

本発明にあってはこれによってプラズマ生成室内で発生
されたプラズマをプラズマ生成室の周壁内面に分散投射
５せしめて周壁内面の堆積物をエツチング除去する。

〔実施例〕

以下本発明をＣＶＤ装置として構成した実施例につき図
面に基づき具体的に説明する。第１図は本発明に係るプ
ラズマ装置（以下本発明装置という）の縦断面図であり
、図中１はプラズマ生成室、２は導波管、３は試料Ｓに
対し成膜を施す試料室たる反応室、４は励磁コイルを示
している。

プラズマ生成室ｌはステンレス鋼製であって、マイクロ
波に対して空洞共振器を構成するよう形成されており、
また周囲壁を２重構造として水冷ジャケットｌａを備え
る中空円筒形をなし、−側壁中央には石英＋Ｊｉ　１　
ｂで閉鎖されたマイクロ波導入口１ｃを備え、また他側
壁中央には前記マイクロ波導入口１ｃと対向する位置に
プラズマの引出窓１ｄを備えている。前記マイクロ波導
入口１ｃには導波管２の一端部が接続され、またプラズ
マ引出窓１ｄにはこれに臨ませて反応室３が配設され、
更に周囲にはプラズマ生成室ｌ及びこれに連結された導
波管２の一端部にわたってこれらと同心状に励磁コイル
４が周設せしめられている。

導波管２はその他端部は図示しない高周波発振器に接続
され、高周波発振器で発せられたマイクロ波をマイクロ
波導入口１ｃを経てプラズマ生成室１内に導入するよう
にしである。

励磁コイル４は図示しない直流電源に接続されており、
直流電流の通流によって、プラズマ生成室１内にマイク
ロ波の導入によりプラズマを生成し得るよう磁界を形成
すると共に、反応室３側に向けて磁束密度が低くなる発
散磁界を形成し、プラズマ生成室１内に生成されたプラ
ズマを反応室３内に導入せしめるようになっている。

反応室３は中空の直方体形に形成され、プラズマ引出窓
１ｄと対向する側壁には図示しない排気装置に連なる排
気口３ａを開口してあり、また反応室３の内部には前記
プラズマ引出窓１ｄと対向させて試料台５が配設され、
この試料台５の前面に前記プラズマ引出窓１ｄと対向さ
せて試料Ｓが着脱可能に装着されている。試料台５内に
は冷却用の冷却水通流路及び試料Ｓに静電吸着および／
又はバイアス印加するための電極５ｂが埋設されており
、通流路には冷却水供給管５ａが、また電極５ｂには直
流電源（図示せず）及び整合器７を介在させてＲＦ（ラ
ジオ高周波）電Ｒ８が接続されている。

そしてプラズマ生成室ｌの内側にはプラズマ引出窓１ｄ
を除く周囲壁の内面を覆うべくこれとの間に所要の間隙
を隔てて電気的に絶縁状態に維持して絶縁性材料で被覆
された導電性の保護壁６．６が配設されている。保護壁
６．６は例えばステンレス鋼板等にて形成されており、
少なくともプラズマに曝される内面は溶射法によって絶
縁性材料である酸化アルミニウムのセラミック層６ａ、
　６ａが形成され、前記保護壁６．６を被覆している。

各保護壁６，６は切替スイッチＳＬ　、　ＳＷｚ　、整
合器９を介在させてＲＦ電源１０に接続されている。

切替スイッチｓＷ、　、　５ｗｆｆ１はその切替片を夫
々整合器９を介してＲＦ電源１αに接続する位置と、接
地する位置とに選択的に切替え得るよう形成されており
、成膜中は接地側に、また壁面の堆積膜を除去するとき
はＲＦ電源１０側に接続されるようになっている。

なお切替スイッチＳＷＩ　、　ｓｗｚは保護壁６，６に
対し接地電位と、他の負電位（ＲＦ電源１０．高周波電
源に接続した場合もエツチングのためのプラズマが発生
すると保護壁は自動的に負電位となる：セルフバイアス
）に設定される場合を示したが、特にこれに限るもので
はなく、例えば接地電位以外の複数の負電位に選択設定
し得る構成としてもよい。

また電源としてはＲＦ電源１０にのみ限るものではなく
、例えば高周波電源又は直流電源でもよい。

直流電源を用いるときはその負極側を保護壁と接続する
。

その他１ｇ、３ｇはガス供給系、１ｈ、１ｉは夫々冷却
水の供給系、排水系を示している。

而してこのような本発明装置にあっては反応室３内の試
料台５に試料Ｓを装着し、プラズマ生成室１２反応室３
内を所要の真空度に設定した後、ガス供給系１ｇ、３ｇ
を通じてプラズマ生成室１１反応室３内に原料、ガスを
供給し、励磁コイル４に直流電流を通流すると共に、導
波管２．マイクロ波導入口１ｃを通じてマイクロ波をプ
ラズマ生成室１内に導入する。プラズマ生成室１内に導
入されたマイクロ波はプラズマ空洞共振器として機能す
るプラズマ生成室１内で共振状態となり、原料ガスを分
解し、共鳴励起して、プラズマを生成せしめる。生成さ
れたプラズマは励磁コイル４にて形成される発散磁界に
よって反応室３内に導入され、ＲＦ電源８にて所定バイ
アスを印加維持された試料Ｓ表面への成膜を行うように
なっている。

なおこのときはプラズマ生成室１の周囲壁は接地電位に
、また保護壁６，６は切替スイッチＳ−１゜ＳＷｔによ
って同様に接地電位に夫々設定しておく。

これによりプラズマ生成室１内のプラズマによって保護
壁６，６が浮遊電位となって成膜イオン流に影響を与え
るのを防止し得る。

稼動時間が所定値に達すると、成膜作業を一時中止して
各切替スイッチｓｗ、　、　ＳＬを夫々接地側からＲＦ
電源１０側に切替え、またガス供給系１ｇからエツチン
グ用の１０％０□添加ＣＦ４ガスを供給する。

これによってプラズマ生成室１でプラズマが生成せしめ
られると自動的に各保護壁６．６及び試料台５は負電位
に設定され（セルフバイアス）、プラズマ放電は四周に
分散され、保護壁６表面に堆積した膜をエツチング除去
し、除去されたイオン。

ガス等は排気口３ａを通じて排出される。

【数イ直例〕

第１図に示す如き装置でガス供給系１ｇからＮ２ガスを
ｌ０３ＣＣＨの割合で、またガス供給系３ｇからＳｉＨ
４を８　ＳＣＣＭの割合で供給し、プラズマ生成室１１
反応室３内の真空度を０．７ａ＋Ｔｏｒｒｓマイクロ波
パワーを２００−として試料表面に窒化ケイ素膜をのべ
膜厚で約１μｍ堆積させたところ、保護壁６．６の内面
のセラミックＪｉ６ａ、　６ａには最大約０．４μｍの
厚さに膜の付着がみられた。またこの時点でのウェハ上
での０．３μ−以上のパーティクルの付着は１０個／　
ｃｉであった。

次いで切替スイッチＳＷ、　、　ＳＷｔを夫々高周波電
源ｌＯ側に印加し、１０％０□添加ＣＦ４ガスをプラズ
マ生成室１内に４０５ＣＣＨの割合で導入し、真空度を
０．５ｍＴｏｒｒ、　ＲＦパワーを２０叶としてプラズ
マを発生させエツチングを行った。この直後でのパーテ
ィクルは１個／ｄ以下となり、約１０分間のエツチング
で付着膜が除去されたことが確認でき、また保護壁６．
６は被覆した酸化アルミニウムのセラミック層６ａ、　
６ａの表面を露出させることができた。その結果クリー
ニングに要する時間は従来の１／１０に短縮し得た。

なお上述の実施例は本発明装置をＣＶＤ装置に適用した
構成を示したが、何らこれに限るものではなく、例えば
エツチング装置、スパッタリング装置等にも適用し得る
ことは勿論である。

〔効果〕

以上の如く本発明にあっては、プラズマ生成室内にこれ
を覆う態様でこれと電気的に絶縁状態を維持した絶縁性
材料の被覆をもつ導電性の保護壁を設け、接地電位及び
／又は複数の負電位に設定し得るようにしたから、プラ
ズマ生成室の浄化工程を自動的に、しかも高真空を維持
したａ′態で行うことが出来て生産効率が高いなど本発
明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、第２図は従来装置の縦
断面図である。 １・・・プラズマ生成室　２・・・導波管　３・・・反
応室４・・・励磁コイル　５・・・試料台　６・・・保
護壁６ａ・・・セラミック層　７・・・整合器　８・・
・ＲＦ電源９・・・整合器　１０・・・ＲＦ電ａＳ・・
・試料ＳＷ、　、　ｓｗｉ・・・切替スイッチ特　許　
出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　　河
　　野　　登　　夫％２１２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発生
   させるプラズマ生成室と、発生したプラズマを引出窓を
   通じて導入し、前記引出窓に面して配置した試料に処理
   を施す試料室とを備えたプラズマプロセス装置において
   、前記プラズマ生成室内にこれと電気的に絶縁されて配
   設され、絶縁性材料で被覆されており、接地電位及び／
   又は複数の電位を選択的に印加し得る導電性保護壁を設
   けたことを特徴とするプラズマプロセス装置。