JPH0362517A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理装置

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JPH0362517A
JPH0362517A JP1074316A JP7431689A JPH0362517A JP H0362517 A JPH0362517 A JP H0362517A JP 1074316 A JP1074316 A JP 1074316A JP 7431689 A JP7431689 A JP 7431689A JP H0362517 A JPH0362517 A JP H0362517A
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JP
Japan
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plasma
magnetic field
microwave
cyclotron resonance
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JP1074316A
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Seiji Sagawa
誠二 寒川
Masami Sasaki
佐々木 正巳
Sumio Mori
澄雄 森
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Canon Anelva Corp
NEC Corp
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NEC Corp
Anelva Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • C23F4/04Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00 by physical dissolution
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192Microwave generated discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266Magnetic control means
    • H01J37/32678Electron cyclotron resonance

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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、電子サイクロトロン共鳴現象を利用して生成
したプラズマを用いて、基板表面のエツチング、基板へ
の薄膜形成等の表面処理を行なう半導体デバイス等の製
造プロセスに使用されるマイクロ波プラズ了処理装置に
関する。
(従来の技術) 従来のこの種の装置として2つの例が知られている。第
1の例は、第3図に示す特開昭56−155535号公
報所載の発明である。ここに示されたマイクロ波プラズ
マ処理技術は、コイル3を用いて所定の強さの磁場が印
加されたプラズマ発生室1内に、マイクロ波発生器6よ
り導波管5、マイクロ波導入窓4を経由してマイクロ波
を導入し電子サイクロトロン共鳴現象を起こし、これに
より発生したエネルギーでガス導入系7から導入された
プラズマ発生室1内のガスをプラズマ化(9)し、プラ
ズマ引出し窓14からプラズマ流を前記磁場の作る発散
磁界を利用して基板処理室2内に引出し、そのイオンの
衝撃によって、基板ホルダー10上に載置した基板15
をエツチングするものである。12はガス排気系である
第2の例は、第4図に示す特開昭60−134423号
公報所載の発明である。ここに示されたマイクロ波プラ
ズマ処理技術では、第4図に示すような、勾配をもった
磁場が印加されたプラズマ発生室が使用されており、導
波管5、取入れ窓4を経由し石英ペルジャー13を通し
てマイクロ波が導入される方式である。このチャンバー
13内のプラズマ発生室1はマイクロ波空洞共振器の条
件に適合するようには槽底されておらず、基板ホルダー
10はプラズマ発生室1内に設置され、プラズマ発生室
は処理室を兼ねるという特徴をもつ。
この基板ホルダー10の設置位置は、前記公報では明か
でないが、この装置の詳細を紹介する「日経マイクロデ
バイスJ  (1988,6月号、PO2)および「S
EMIテクノロジーシンポジウムJ  (H388P1
33−P]44)  によれば、マイクロ波周波数2.
45GHzに対し電子サイクロトロン共鳴点となる87
5ガウスの位置から2cmはど離れた800ガウス以下
の所となっていることが明かである。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、−上述した従来の技術において、第1の例では
、基板上のエツチング形状を観察すると、第5図に示す
ように、aは基板中心、bは100φの基板周辺、Cは
150φの基板周辺の付近のエツチング形状を示すもの
であるが、基板中心付近aにおけるエツチング形状は垂
直になるが、基板周辺部に向かうにつれてエツチングの
傾斜が大きくなっていくことが明かになった。この傾向
は大口径の基板をエツチングする場合に顕著に表れてく
る。その理由は次の通りである。
即ち、プラズマ発生室内で生成されたプラズマは発散磁
界により基板方向へ引き出されるが、エツチング形状は
イオンの入射方向に大きく依存するが、エツチングに寄
与するイオンは基板の周辺部では基板に斜めに入射する
ことになるため、基板周辺部付近では内側に傾斜したエ
ツチング形状を示すに至る。またこの発明の装置ではイ
オン電流密度が低くなって、そのため、結果的にイオン
エネルギーが大きくなり、下地に対してダメージが入る
可能性がある。
さらに長い距離イオンを引き出すためにイオンの散乱が
起こり、散乱したイオンによるサイドエツチングが大き
いものになる。
以上のことから、この第1の従来技術には、基板表面の
全面において均一なエツチング形状が得られないこと、
イオンエネルギーが大きいこと、サイドエツチングが入
りやすいことなどの問題があった。
また第2の従来例においても; これは第1の従来例に
比べるとイオン電流密度はかなり大きく取れるが、その
基板設置位置が電子サイクロトロン共鳴点からはずれて
いるため、第6図に示すように基板に入射するイオンエ
ネルギーが大きくなり、基板に高いバイアス電圧を加え
ても、異方性が遠戚できないという問題があった。
(発明の従来技術に対する相違点) 上述した従来の電子サイクロトロン共鳴エツチング装置
に対し、本発明は高イオン電流密度、低イオンエネルギ
ー 異方性エツチングを実現するために、電子サイクロ
トロン共鳴点の限定された極く近傍位置に基板を設置し
てエツチングを行なうという相違点を有する。
(問題点を解決するための手段) 本発明は上記目的を遠戚するために次のように槽底され
ている。即ち、プラズマ発生室内でマイクロ波により発
生する電場と、該電場に直交する磁場とによって起こる
電子サイクロトロン共鳴現象を利用して処理ガスをプラ
ズマ化し、このプラズマ中の電子サイクロトロン共゛鳴
点の極く近傍、磁場強度で±3.0%の範囲の部分に基
板を設置してこれを処理する。この槽底をとるによって
、基板表面に垂直な磁力線のもとて基板を処理できるた
めイオンの入射角度がほぼ垂直となり、イオン電流密度
も大きく、イオン温度の最も低い位置で高速で低ダメー
ジの異方性エツチングが実現できることが判明した。
第7図、第8図に、本発明を適用した場合のエツチング
処理の結果を示す。第7図は2.45GH2のマイクロ
波を導入してECRプラズマを発生させたものであり、
従って875ガウスが共鳴点となっている。この結果が
示すように、エツチング形状は850〜900ガウスの
範囲においてのみほぼ90’ の実用値が得られている
。また、第8図にはこの基板にRFバイアス(例えば、
13.56MHz)を印加した場合の結果であって、セ
ルフバイアス電圧に対するとエツチング形状の変化を示
しである。この結果から、従来のものに比べ本発明では
セルフバイアス電圧の如何によらず常に90” の形状
が得られ優れ゛ていることがわかる。また高周波を印加
することでは、−層高速なエツチングができる。即ち従
来技術に比べて低い高周波バイアス電圧の印加で高速の
異方性エツチングが実現できる。
(実施例1) 次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の断面図である。第3図と同
じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
本装置は、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを
生成するプラズマ発生室1と、基板搬送室2−とが互い
に隣接するように構成されている。
このプラズマ生成基1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、マイクロ波空洞共振器の条
件に適合する形状に構成されている。
そして、プラズマ発生室1の外周には空芯ソレノイド3
が周設されている。またこのプラズマ発生室1には、プ
ラズマを生成するためのガスを導入するガス導入系7を
備えるとともに、石英ガラス、セラミックス等の絶縁物
からなる導入窓4が設けられている。
そして、該導入窓4を介してマイクロ波電源6から導波
管5を通して送られてきたマイクロ波がプラズマ発生室
1内に導入されるようになっている。また上記プラズマ
発生室1内には、マイクロ波の周波数が2.45GHz
の場合は、磁場強度が875ガウス±3.0%の位置に
基板ホルダー10が設置されている。
処理されるべき基板15は、図示しない搬送機構により
外部から基板搬送室2内に搬入され基板ホルダー10上
に載置される。また基板ホルダー10に高周波電源11
からコンデンサー110を通し゛C高周波電圧を印加て
きる構成になっている。
(実施例2) 第2図は、本発明の実施例2の断面図である。
本装置では、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマ
を生成するプラズマ発生室1内は、マイクロ波空洞共振
器の条件に構成されておらず、石英ペルジャー13の全
面からマイクロ波を導入するものである。そして、ブラ
ズ′マ発生室1の外周には、プラズマ発生室1からはガ
スを導入できないので、基板搬送室2内にガス導入ロア
が設けられている。また上記プラズマ発生室1内には、
磁場強度が875ガウス±3.0%となる位置に基板ホ
ルダー10が設置され、この基板ホルダー10には高周
波を印加てきる構成になっている。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明は、マイクロ波プラズマ処
理装置において、基板の処理を電子サイクロトロン共鳴
点て行なうことにより、高速、低損傷、異方性、エツチ
ングを実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すマイクロ波プラズ
マ処理装置の概略の正面断面図。 第2図は第2の実施例の同様の図。 第3図は従来の装置の同様の図。 第4図は従来の装置の第2の例の同様の図。 第5図は従来の装置による工・ツチング形状。 第6図は磁場強度によるプラズマ中のイオン温度、イオ
ン電流密度。 第7,8図は本発明を適用したときのエツチング形状を
示す。 1・・・プラズマ発生室、2・・・基板搬送室、3・・
・空芯ソレノイドコイル、4・・・マイクロ波導入窓、
5・・・導波管、6・・・マイクロ波電源、7・・・ガ
ス導入口、8−マイクロ波(2,45GHz)、9・・
・電子サイクロトロン共鳴点、IO・・・−X板ホルダ
ー 11・・・高周波バイアス電源、14・・・プラズ
マ引出し窓、15・・・基板。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)プラズマ発生室内でマイクロ波により発生する電
    場と、該電場に直交する磁場とによって起こる電子サイ
    クロトロン共鳴現象を利用して処理ガスをプラズマ化し
    、該プラズマを設置された基板に照射して基板を処理す
    るマイクロ波プラズマ処理装置において、基板の処理を
    、電子サイクロトロン共鳴点、あるいはその地点から磁
    場強度で±3.0%の範囲内で行なうことを特徴とする
    マイクロ波プラズマ処理装置。
  2. (2)基板設置電極に高周波バイアス電圧を印加するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波
    プラズマ処理装置。
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