JP3732210B2 - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波プラズマ生成装置に係り、特に、半導体素子基板等の試料に対し
マイクロ波プラズマを利用して処理の高速化を図るのに好適なマイクロ波プラズマ生成装
置に関する。

従来のマイクロ波生成技術は、例えば、ニッケイ マイクロデバイセス（NIKKEI MICRO
DEVICES)１９９０年８月号，８８頁，図５に記載のように、マイクロ波を伝播する導波管
内にプラズマ生成室を有し、外部磁場とマイクロ波電界の作用によりこの導波管内にプラ
ズマを生成するようになっている。そして、このプラズマを利用して、半導体ウエハ基板
は処理される。

ニッケイ マイクロデバイセス（NIKKEI MICRODEVICES）１９９０年８月号，８８頁

上記従来技術では、プロセスガスの導入を反応副生成物の排気と無関係に設定している
ため、反応副生成物のウエハへの再付着が多く、ウエハの汚染や処理速度の低下が問題と
なっていた。

本発明の目的は、無汚染で高速度のウエハ処理ができるプラズマ生成装置を提供するこ
とにある。

上記目的を達成するために、本発明はマイクロ波生成ガスの供給口をウエハに対向させ
、中心部に集中させた。

ウエハのすぐ上に形成される反応副生成物の溜った領域を生成ガスが流れるため、反応
副生成物が排気されやすくなる。

本発明によれば、ウエハ処理によって発生する反応副生成物を効率的に排気することが
でき、処理の高速化を達成できる。

本発明の一実施例を図１，図２，図３で説明する。図１は有磁場型のマイクロ波プラズマ処理装置のブロック図である。図２，図３は本発明の断面図および平面図である。１はマグネトロンであり、マイクロ波の発振源である。３〜６は、導波管である。ここで、３は、矩形導波管であり、４は円矩形導波管、５は円形導波管、６はテーパ管である。放電室７は、例えば、純度の高いアルミ等で作られており、導波管の役目もしている。８は、真空室である。９は放電室７にマイクロ波を供給するための石英板である。１０，１１はソレノイドコイルであり、放電室７内に磁場を与える。１２は、半導体素子基板（以下、ウエハ）１４を載置する試料台であり、バイアス用電源、例えば、ＲＦ電源１３が接続できるようになっている。
１６は放電室７内，真空室８内を減圧排気するための真空ポンプ系である。１５は放電室７内にエッチング，成膜等の処理を行うガスを供給するガス供給系である。放電室７の石英板９の内側には、ガス供給口１７を持つ石英板１８が設置され、石英板９と石英板１８との間にはガスを溜めるための空間１９が設けられている。石英板９と石英１８との距離は、プラズマが侵入しないように微小距離に設定される。放電室７の側壁７′の中には通路２０が設置され、通路２０は空間１９とガス供給系１５と連通している。放電室７には、ガスの排出口２１が設けられ、真空室８に連通している。ガス供給口１７の大きさは、最大放電室の直径の１／４以下に設定されている。

尚、図１で、円形導波管５，テーパ管６，石英板９，試料台１２の試料設置面は同軸の
中心軸（図示省略）を有している。また、試料台１２の試料設置面でのウエハ１４の設置
は、例えば、機械的押しつけ力や静電吸着力等を利用して実施される。また、試料台１２
は、例えば、温度制御手段（図示省略）を備え、この手段により試料台１２の試料設置面
に設置されたウエハ１２の温度は所定の温度に調節される。

マグネトロンは、従来と同様に矩形導波管３に取り付けられており、例えば、２.４５
ＧＨｚ のマイクロ波を発振する。一方、放電室７内にはソレノイドコイル１０，１１に
より磁場分布が図１（ｂ）に示すように与えられており、ＥＣＲ点（８７５ガウス）とな
るところが放電室の中央付近に設定されている。

処理ガスは、供給系１５から通路２０を通り、空間１９に溜り、ガス供給口１７から放
電室の内に導入される。ガスは、放電室７内のプラズマ中で解離されて一部ラジカルとな
り、ウエハ１２の表面を処理する。この表面の処理により、反応副生成物が放電室７内に
飛散する。放電室７のガスの流れは、ガス供給口１７から排出口２１に向かうように形成
されている。従って、その流れに入った反応副生成物はガスの流れに乗って、排出口２１
から廃棄される。しかし、反応
副生成物は発生源のウエハ１２の上に溜りやすい。本実施例によれば、ガス供給口が放電
室７の中心に絞られているため、ガスが、上方から中心軸に沿って下降し、ウエハ１２に
衝突してからウエハ１２の面を通って排出口に向かうので、反応副生成物が効率的にウエ
ハ１２の面から排出口へ排気される。

本発明のもう一つの実施例について説明する。この実施例では、石英板に設けられたガス供給口が複数の小さい孔からなっている。その孔のあいている領域は、放電室の最大直径の１／４以下に設定されている。このように構成することにより、ガス供給口からのガスの速度が各供給口に一様になる効果がある。

本発明の一実施例を示す有磁場型マイクロ波プラズマ処理装置の構成と磁場分布を示すブロック図。 本発明の一実施例の断面図。 本発明の一実施例の平面図。

符号の説明

７…放電室、９…石英板、１２…試料台、１４…ウエハ、１７…ガス供給口、１８…石
英板、１９…空間、２０…通路、２１…排出口。

Claims (6)

1. プラズマがその内側で生成される放電室と、
   前記放電室内を減圧する減圧手段と、
   前記放電室内に配置され試料が載置される試料設置面を有する試料台と、
   前記放電室外に設けられたプラズマを発生するための電界を生成する手段と、
   前記試料台に高周波を印加する高周波電源と、
   前記放電室の前記試料設置面の上方で該試料設置面に面して対向して配置され上方から該試料設置面方向へ前記電界が伝播する絶縁体製の板部材と、
   該板部材に設けられ前記放電室の中心軸付近に絞って配置され処理ガスが前記放電室内に供給される供給口とを備え、
   前記供給口が前記放電室の最大直径の１／４以下の領域に配置され、
   前記試料台の外周側から前記処理ガスが排気される
   プラズマエッチング装置。
2. 前記供給口からの処理ガス供給により、前記プラズマによる処理により前記試料表面上に生じる反応副生成物の排気が可能なガスの流れを形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のプラズマエッチング装置。
3. 前記処理ガスの流れが前記供給口から前記放電室の中心軸に沿って前記放電室内を下降し前記試料台の外周と前記放電室の内壁との間から排出されるように構成した
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の記載のプラズマエッチング装置。
4. 前記絶縁体製の板部材が石英板である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマエッチング装置。
5. プラズマがその内側で生成される略円筒形の放電室と、
   前記放電室内の下方で前記放電室の中心付近に配置され試料が載置される試料設置面を有する試料台と、
   前記放電室外に設けられたプラズマを発生するための電界を生成する手段と、
   前記試料台に高周波を印加する高周波電源と、
   前記放電室の前記試料設置面の上方で該試料設置面に対向し前記プラズマに接するようにして配置され上方から該試料設置面方向へ前記電界が伝播する絶縁体製の板部材と、
   該板部材に設けられ前記放電室の中心軸付近に絞って配置され処理ガスが前記放電室内に供給される供給口と、
   前記放電室内を減圧する真空ポンプ系とを備え、
   前記供給口が前記放電室の最大直径の１／４以下の領域に配置され、
   前記放電室内に導入された前記処理ガスが前記供給口から前記試料台の外周側へ向かって流れこの試料台の外周と前記放電室の内壁との間から排出されるように構成した
   ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
6. 前記供給口からの処理ガス供給により、前記プラズマによる処理により前記試料表面上に生じる反応副生成物の排気が可能なガスの流れを形成するようにしたことを特徴とする請求項５記載のプラズマエッチング装置。

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