JPH01184921A

JPH01184921A - エッチング、アッシング及び成膜等に有用なプラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH01184921A
Application number: JP63010080A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hasegawa; 康生長谷川; Yasue Sato; 安栄佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-01-20
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1989-07-24

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】〔発明の属する技術分野〕本発明はプラズマ処理装置に関する。より詳細には本発
明は、被処理体のエツチング、スパッタリング、クリー
ニング、又はアッシング、及び基体上への成膜に適した
プラズマ処理装置に関する。

〔従来技術の説明〕

プラズマ処理法とは、特定の物質をプラズマ化して活性
の強いラジカルとイオンを発生させ、このラジカルとイ
オンを被処理体に接触させて被処理体にエツチング、堆
積膜形成、スパッタリング、クリーニング、アッシング
（灰化）等の処理を施す加工方法をいい、プラズマ処理
装置とは、該プラズマ処理法の実施に用いられる装置を
いう。

従来、こうしたプラズマ処理装置は、原料ガス導入口と
排気口とを有する真空容器で形成されたプラズマ処理室
と、該プラズマ処理室に供給される原料ガスをプラズマ
化するエネルギーを供給する電磁波等を供給する装置と
からなっている。

ところで、プラズマ処理法は前述のラジカルやイオンの
強い活性に依拠するものであり、ラジカルやイオンの密
度や被処理体の温度等を適宜選択することにより、エツ
チング、堆積膜形成等の各種の処理を所望に応じてなし
うろことはプラズマ処理法の特徴であり、プラズマ処理
法において重要なことはラジカルやイオンの効率的生成
である。

従来、プラズマ化エネルギーを与える媒体としては、１
３．５６ＭＨｚ程度の高周波数電磁波が使用されていた
が、近年、２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波を用いるこ
とにより、高密度プラズマを効率的に生成しうろことが
判明し、マイクロ波を用いたプラズマ処理法が注目され
、そのための装置もいくつか提案されている。

例えば、半導体デバイス、電子写真用感光体、画像人力
用センサー、撮像デバイス、光起電力素子、その他の各
種エレクトロニクス素子、光学素子等に用いる素子部材
としてのアモルファスシリコン（以下、ｒＡ−３ｉＪと
記す。）堆積膜をマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法
（以下、ｒＭＷ−ＰＣＶＤ法」と記す。）により形成す
る方法及びそのための装置が提案されている。

このプラズマ処理技術では、マイクロ波によって発生す
る電場と、放電室外に置かれた磁場発生装置によって発
生した磁場とによって効率良く電子を加速し、中性分子
と衝突、電離させ発生した高密度プラズマを用い処理を
行う。特に電子のサイクロトロン周波数とマイクロ波の
周波数が一部する様に磁場の大きさを決めると効率良く
プラズマが発生できる。一般に使われる２、４５ＧＨｚ
の場合、該６ｎ場の大きさは８７５ガウスである。

該プラズマ処理技術の長所は、放電圧力範囲が高周波放
電型に比べ１０−４〜１ＯＴｏｒｒと広いことから、１
０−〜１０−’Ｔｏｒｒといった低圧力では、イオンの
平均自由行程がイオンシース幅よりも大きくなり、例え
ば、エツチング装置においては、イオンが試料に垂直に
入射するため垂直エツチング等が可能となり、また、０
．１＝１０Ｔｏｒｒの圧力では多量の励起ガスを発生で
きるところにある。また、試料に入射するイオンのエネ
ルギーが２０ｅＶと低いため、試料に損傷を与えること
なく処理を行うことができることである。

しかしながら、従来のプラズマ処理装置においては、マ
イクロ波は放電室の断面に比べ小さいマイクロ波導入窓
によって放電室に供給されているため、プラズマが発生
した後は、マイクロ波は該マイクロ波導入窓の近傍にあ
るプラズマに吸収されてしまい、放電室内に均一なプラ
ズマが発生しなくなる問題がある。

因に、特開昭６０−１２０５２５号公報には、第３図に
示す、マイクロ波プラズマ処理装置が開示されている０
図中、４０１は放電室、４０２は処理室、４０３はマイ
クロ波導入窓、４０４は矩形導波管、４０５はプラズマ
流、４０６はプラズマ引出し窓、４０７は試料、４０８
は試料Ｒ置台、４０９は試料台、４１０は排気系、４１
１は磁気コイル、４１２は磁気シールド、４１３は第１
ガス導入系、４１４は第２ガス感人系、４１５は冷却水
の給水口、排水口を示している。

該装置を用いてプラズマを生成するには、排気系４１０
により放電室４０１と処理室４０２を高真空に排気し、
第１ガス導入系４１３又は／及び第２ガス導入系４１４
よりガスを導入し、１０−ｈ〜ｌ　Ｔｏｒｒの圧力とし
、マイクロ波Ｒ（図示せず）よりマイクロ波を矩形導波
管４０４及びマイクロ波導入窓４０３を介してプラズマ
放電室４０１に導入し、同時に放電室４０１に周設した
磁気コイル４１１により、放電室の少なくとも一部に電
子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界を与える。

マイクロ波源として２．４５ＧＨｚのマグネトロンを用
いた場合には、電子サイクロトロン共鳴条件は磁束態度
８７５Ｇであり、放電室４０１はマイクロ波の電界強度
を高め、放電の効率を高めるためにマイクロ波空洞共振
器の条件を満たすように構成される。例えばＴ　Ｅ　＋
　＋　３の円筒空洞共振モードでは、内矩寸法が直径１
７ｃｍで高さが２０ｃＩＩ＋のものとされる。そして共
振モードを満たすためにはマイクロ波透過窓は、サイズ
の小さいものにするのがよい。因みに従来例では、マイ
クロ波導入用導波管（通常ＪＩＳ規格ＷＲＪ−２（内径
１０９．２２龍Ｘ５４．６１龍）を用いる）の内断面と
同じ大きさのものを用いる。上述の構成で放電室内で発
生したプラズマはプラズマ引き出し窓４０６を介して試
料４０７に供給される。プラズマが発生すると導入され
たマイクロ波は放電室内のマイクロ波導入窓４０３の近
傍で該プラズマに吸収されるところとなる。この傾向は
、プラズマ密度が大きくなるにつれて大きくなり、その
場合放電室の内部にはマイクロ波が伝搬しなくなる。

そのために放電室内に均一なプラズマが発生しなくなり
、均一な処理ができなくなる。この問題を回避して均一
な処理を行うためには、プラズマ引出し窓４０６を絞る
ことが行われるが、その場合プラズマの供給される面積
が限られてしまったり、また、放電室内のプラズマが有
効に利用されないという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、従来のプラズマ処理装置における前述の問題
点を解決して、プラズマを効率的に生起せしめると共に
生起されたプラズマをエツチング、アッシングそして成
膜等の目的に有効に利用されるようにした、改善された
プラズマ処理装置を提供することを主たる目的とするも
のである。

本発明の他の目的は、真空容器内の放電空間へマイクロ
波導入手段に特定のマイクロ波放躬手段を設は前記真空
容器の放電空間へのマイクロ波の供給が円滑になされて
放電空間内でプラズマが効率的に且つ制御された分布状
態で生起されると共に生起するプラズマにより試料の制
御されたエツチング又はアッシング、そして基体上への
成膜を効率的に行い得るようにした、改善されたプラズ
マ処理装置を提供することにある。

〔発明の構成・効果〕

本発明は、従来のプラズマ処理装置における前述の問題
を解決し、前記目的を達成するものであって、その骨子
は、放電空間を有する真空容器を備え且つ該真空容器が
処理用の原料ガスの導入手段、磁場発生手段及びマイク
ロ波導入手段を少なくとも存し、前記マイクロ波導入手
段に多重の同軸管構造を有する放射部材を使用してなる
改善されたプラズマ処理装置にある。

以上の構成内容の本発明のプラズマ処理装置を図面の実
施例により以下に詳細に説明する。

第１図は本発明の典型的な装置例を示す図面である。第
１図において、■は、真空容器、２は、被処理体ホルダ
ー、３は、被処理体、４は、放電を起こす放電空間、５
は、反応室４に磁場を形成するための空心コイル、６は
、処理ガスを導入するためのガス導入口、？、８．９は
、導波管をそれぞれ示す。そして１０．１２，１５．．
１６は、それぞれ導波管からマイクロ波を導入する同軸
管導体、１１，１３．１４はそれぞれマイクロ波伝搬路
を導波管から同軸管へ変換するとき整合をとるためのプ
ランジャーを示す。１７〜１９は、同軸管の先端を拡げ
た形のマイクロ波放射部材を示し、２０は、マイクロ波
を透過し、且つ真空を封止するためのマイクロ波透過窓
を示す、、２１は、被処理体ホルダー２に高周波電力を
供給するための高周波電源を示す。

第１図に図示の装置の操作は例えば以下のようにして行
われる。

即ら、真空容器１の内部は図示されていない排気系によ
り、あらかじめ１０−’〜１０−ｈＴｏｒｒ以下の圧力
に保たれる。次にガス導入口２４により処理に用いる反
応ガスを導入し所定の圧力にする。

例えばＳｉ系のエツチングの場合であれば、反応ガスと
してＳＦ、等を用い、処理時の動作圧力を１０−３Ｔｏ
ｒｒ台で行うことができる。マイクロ波発振器で発生し
たマイクロ波はマイクロ波分配器によって導波路の数だ
け分けられ（ここでは３系統）、それぞれの強度を制御
するパワーコントローラー、位相変換器を通り平行に重
ねられた導波管７．　８．　９に導かれる。マイクロ波
は、さらにここから同軸管に変換され、反応室に導入さ
れる。

このとき、まず最上位に位置する導波管６からは、プラ
ンジャー１１，１３．１４によって整合をとり、同軸管
（１０−１２）の内部導体１０をロンドアンテナとして
マイクロ波が同軸管内に導かれる。にの同軸管は、その
下の導波管８．９を貫通し、このとき先の外部導体１２
を新たな内部導体とし、１２−１５間に導波管８からマ
イクロ波が導かれる。同様にして導波管９から同軸管１
５−１６間にマイクロ波が導かれる。同軸管の各層を伝
搬するマイクロ波はマイクロ波放射部材１１〜１９から
、マイクロ波透過窓を通して放電空間４に放射される。

マイクロ波透過窓の材質としては、石英、アルミナ、ボ
ロンナイトライド等のマイクロ波透過性物質が好ましい
、ここで、空心コイル５によって発生する磁場とカンプ
リングして反応ガスのプラズマを発生させ、被処理体３
の処理を行う、尚、ここで第２図に示すように、マイク
ロ波の導入をそれぞれ独立に制御したマイクロ波発振器
より導波管？、　　８．　９に導入し、マイクロ波を制
御することも可能である。このとき、各導波管に供給さ
れるマイクロ波の電力を制御してアンテナの中心から同
心円状になった各放電頭載のプラズマ密度を自由に変え
ることができ、これを調整することにより被処理体３の
処理速度を全面に亘って均一とすることが可能となる。

またそれぞれの放射部材から放射されるマイクロ波電力
を制御し、所望する分布の処理も可能である。第１図に
おいては、３重構造としたが、一般にｎ重構造でよく、
多重にすれば、それだけ、より細かい制御が可能となる
。さらに、被処理体の大きさにより必要のない領域の放
電を中止することで、同じ電力で必要な領域のみに強い
放電を発生させることができる。

また、被処理体ホルダー２は高周波型ａ２１（通常１３
．５６ＭＨｚ）より高周波電力を供給することによって
、これによって発生するプラズマと被処理体とに発生す
るバイアス電圧によって試料に入射するイオンを加速す
ることができる。この際のバイアス電圧は、高周波電力
によって制御でき、このことにより入射イオンを制御で
きるので制御性の良い処理が可能になる。

第３図は本発明のプラズマ処理装置の他の代表例を示す
ものである。第３図において、２２は、処理室、２３は
、イオン源の放電容器、２４゜２４”は、それぞれイオ
ン源に反応ガスを導入するガス導入口を示す。２５は、
プラズマを絶縁し、マイクロ波透過する材質の内容器を
示す。２６゜２７．２８は、イオン源で発生したプラズ
マよりイオンを取り出し、所定のエネルギーに加速する
引出し電極を示す、２９．３０は、該電極に直流電圧を
印加するための直流電源である。

本例は、本発明からする装置をイオンビーム処理装置に
応用した例である。該装置例の操作は例えば次のように
して行われる。即ち、図示しない排気系により、処理室
及びイオン源の双方を１×１０−”Ｔｏｒｒ以下の圧力
まで真空排気した後、ガス導入口２４より反応ガスをイ
オン源に導入し、前出の例で説明した方法で放電空間４
にプラズマ密度を任意に分布させた放電を発生させる。

それとは別に２４゛　より処理ガスを同時に導入し処理
してもよい、この発生したプラズマより放電に接した引
出し電極２６に一５０Ｖ〜−２ｋＶ、電極２７に＋１０
０Ｖ〜＋３　ｋＶを加えてイオンを引出し、所定電圧で
加速し、被処理体に照射することにより処理を行う。イ
オンビーム処理装置の場合、均一性に大きな影響を与え
る要因として、イオン引出し電極２５が存在するので本
発明によるプラズマ密度分布の制御は大きな効果を示す
、尚ここで示した例では、３枚の電極を用いたものを示
したが、１枚又は２枚の電極で構成しても同様の効果が
得られる。

装置侠■貫土第１図に示す装置を使って、Ｓｉ０ｇ膜を有するＳｉ基
板の５ｉｆｔのエツチングを行った場合について述べる
。

まず真空容器内をｌ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以下に真空
排気し、ガス導入口６よりエツチングガスＣｇＦａを導
入した。排気系を調整して、放電空間４の圧力をＩ　Ｘ
　１０−’Ｔｏｒｒに設定した。高周波電源から１３．
５６ＭＨｚ　、　　２００Ｗの電力の高周波を加え、ま
た、マイクロ波発振器より２００Ｗの電力のマイクロ波
を発振させ、パワーコントローラ、位相変換器、プラン
ジャー１１，１３．１４を調整し、反射マイクロ波を２
０Ｗ以下に押さえ、かつ均一性の良いエツチングができ
る条件にし、所定の時間エツチングを行い、所望のエツ
チング結果を得た。その結果は、均一性が良く、−数的
なＲＩＦに比べ、バイアス電圧が１００Ｖ以下にできた
ためダメージの少ないエツチングができた。

装置使用例２第１図に示す装置を使ってＳｉ基板に塗布したレジスト
（ノボラック系）のアッシングを行った場合について述
べる。

まず真空容器内をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下に真空
排気し、ガス導入口６よりエツチングガス０□を導入し
た。排気系を調整して放電空間４の圧力を３　Ｘ　１０
−’Ｔｏｒｒに設定した。

マイクロ波発振器より２００Ｗの電力のマイクロ波を発
振させ、パワーコントローラ位相変換器、プランジャー
１１，１３．１４を調整し、反射マイクロ波を２０Ｗ以
下に押さえ、かつ均一性の良いアッシング条件にし、所
定の時間アッシングを行い、所望のエツチング結果を得
た。その結果は均一性が良く、低圧でアッシングしたた
め、残渣がなく、イオンのエネルギーも２０ｅＶ以下の
ためダメージの少ないアッシングができた。

〔発明の効果の概略〕

以上′説明したように、本発明は概路次のような特段の
効果を奏する。即ち、マイクロ波放電を用いたプラズマ
処理装置において、多重構造となった同軸管の各層より
独立したマイクロ波を供給し、同心円状に放射せしめる
ことにより１被処理体の処理速度の均一性が向上する。

また、被処理体の大きさによって、放電領域を制限する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施したプラズマ処理装置の概略断
面図であり、第２図は、独立したマイクロ波発振器より
マイクロ波を供給する場合のマイクロ波供給部の結線図
であり、そして、第３図は、プラズマよりイオンを引き
出し処理する装置の概略断面図である。第４図は、従来のプラズマ処理装置の概略断面図である
。第１図について、１・・・真空客器、２・・・被処理体
ホルダー、３・・・被処理体、４・・・放電を起こす放
電空間、５・・・空心コイル、６・・・ガス導入口、７
．８゜９・・・導波管、ｔｏ、１２．１５．１６・・・
同軸管導体、１１，１３．１４・・・プランジャー、１
７〜１９・・・マイクロ波放射部材、２０・・・マイク
ロ波透過窓、２１・・・高周波電源。第３図について、２２・・・処理室、２３・・・放電容
器、２４．２４’・・・ガス導入口、２６，２７．２８
・・・イオン引き出し電極、２９．３０・・・直流電源
。第４図について、４０１・・・プラズマ放電室、４０２
・・・処理室、４０３・・・マイクロ波導入窓、４０４
・・・矩形導波管、４０５・・・プラズマ流、４０６・
・・プラズマ引出し窓、４０７・・・試料、４０８・・
・試料載置台、４０９・・・試料台、４１０・・・排気
系、４１１・・・磁気コイル、４１２・・・磁気シール
ド、４１３・・・第１ガス導入系、４１４・・・第２ガ
ス導入系、４１５・・・冷却水の給水口、排水口。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放電空間を有する真空容器を備え、且つ該真空容
器が原料ガスを導入する手段、磁場発生手段及びマイク
ロ波の導入手段を少なくとも有してなるプラズマ処理装
置であって、前記マイクロ波の導入の手段に多量の同軸
管構造を有する放射部材を使用したことを特徴とするプ
ラズマ処理装置。
（２）前記多重の同軸管にそれぞれ独立に制御されたマ
イクロ波発振器よりマイクロ波を供給するようにしたこ
とを特徴とする特許請求範囲第１項に記載のプラズマ処
理装置。
（３）前記多重の同軸管のそれぞれの同軸管へマイクロ
波を供給する途中にマイクロ波電力コントローラと位相
変換のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする
特許請求範囲第１項に記載のプラズマ処理装置。
（４）前記多重の同軸管へ供給するマイクロ波の伝搬路
を多重同軸管の同軸線上で導波管から同軸管へ変換する
ようにしたことを特徴とする特許請求範囲第１項に記載
のプラズマ処理装置。