JPH0634242U - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料表面におけるその径方向，周方向の反応
性ガス濃度の分布を均一化する。 【構成】 エッチング室３内に試料Ｓの表面側に向け
て、径方向及び周方向の夫々に対し噴出方向成分を持
ち、試料Ｓの中心を中心とする渦流状に反応性ガスを噴
出する複数のノズル孔7cを有する環状ガス供給管７を設
ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はマイクロ波を用いてプラズマを生成させ、このプラズマを用いて試料 表面に対する成膜，エッチング，スパッタリング処理を行うマイクロ波プラズマ 処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図６は特開平1-235326号公報に開示されている従来のマイクロ波プラズマ処理 装置を示す模式的断面図であり、図中11はプラズマ処理室を示している。プラズ マ処理室11の上部壁中央には中空紡錘形の空間12を形成してあり、ここにはテー パ形導波管13の一端が連結されている。 前記空間12の周壁にはガス供給装置14が、またプラズマ処理室11の上部及びこ れに接続した導波管13の周壁にわたって励磁コイル15が配設されている。

【０００３】 プラズマ処理室11の内部中央には試料台16が設置され、この試料台16には試料 Ｓが載置されている。前記ガス供給装置14は複数のガス供給管14a,14b,14c,14d を備えており、そのうちガス供給管14a は空間12の周壁内に形成した環状ガス路 12a に接続されている。環状ガス路12a は斜め上方に向けて、前記空間12の周壁 内面に開口する複数のノズルを備えており、ガス供給管14a を通じて環状ガス路 12a に供給されたプラズマ用種ガスはノズルから空間12内に上方に向けて噴出さ れるようになっている。

【０００４】 またガス供給管14b は同じく空間12の周壁内に形成された環状ガス路12b に接 続されている。環状ガス路12b には空間12の中心側に向けて略水平に前記空間12 の周壁内面に開口する複数のノズルを備えており、ガス供給管4bを通じて環状ガ ス路12b に供給された反応性ガスはノズルから空間12内に水平に噴出されるよう になっている。またガス供給管14c は同じく空間12の周壁内に形成された環状ガ ス路12c に接続されている。

【０００５】 環状ガス路12c には空間12の中心側に向けて水平に対し30°下向きで空間12の 周壁内面に開口する複数のノズルを備えており、ガス供給管14c を通じて環状ガ ス路12c に供給された反応性ガスはノズルから空間12内に30°下向きに噴出され るようになっている。

【０００６】 更にガス供給管14d は空間12の周壁内に形成された環状ガス路12d に接続され ている。環状ガス路12d には空間12の中心側に向けて水平に対し60°下向きで空 間12の周壁内面に開口する。複数のノズルを備えており、ガス供給管を通じて環 状ガス路12d に供給された反応性ガスはノズルから空間12内に60°下向きに噴出 されるようになっている。

【０００７】 このような従来のマイクロ波プラズマ処理装置においては、導波管13を通じて プラズマ処理室11にマイクロ波による電界を、また励磁コイル15にて磁界を形成 し、ガス供給管14a 〜14d を通じてプラズマ用種ガス及び反応性ガスをプラズマ 処理室11, 空間12内に導入しする。これによってプラズマ用種ガスを電子サイク ロトロン共鳴励起により電離してプラズマを生成させ、発生したプラズマを励磁 コイル15にて形成される発散磁界にて試料Ｓ側に向けて導く。 これによって反応性ガスがプラズマにて励起，又は電離され、活性化して試料 Ｓの表面に移動し、試料Ｓ表面に成膜が行われる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

ところでこのような従来装置にあっては試料Ｓ側からみると各ノズルから噴出 される反応性ガスは試料Ｓの上, 下に向かうため試料Ｓの上における上，下方向 のガス濃度の均一化が図れる反面、試料Ｓの上部中央のガス濃度が周辺部のガス 濃度よりも高くなり、試料Ｓの径方向における成膜速度に差が生じるという問題 があった。

【０００９】 本考案はかかる事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは試 料表面の上, 下方向並びに径方向におけるガス濃度分布を均一化して均一な成膜 、又はエッチング速度を得られるようにしたマイクロ波プラズマ処理装置を提供 するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波による電界と励磁コ イルによる磁界とによりガスをプラズマ化し、発生したプラズマをプラズマ処理 室内の試料側に導いて試料にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置に おいて、前記プラズマ処理室内に試料の中心を中心とする渦流状にガスを噴出す る複数のガス噴出口を有する環状ガス供給管を設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】

本考案にあっては、これによって試料上面におけるガスは渦流状となって上, 下方向は勿論、試料の面方向におけるガス濃度の均一化も図れることとなる。

【００１２】

【実施例】

以下本考案をプラズマエッチング装置に適用した実施例について図面に基づき 具体的に説明する。 図１は、本考案に係るマイクロ波プラズマ処理装置の模式的縦断面図であり、 図中１はプラズマ生成室、２は導波管、３はプラズマ処理室たるエッチング室、 ４は励磁コイルを示している。

【００１３】 プラズマ生成室１はステンレス鋼製で中空円筒形に形成され、上部側壁の中央 には石英ガラス板にて封止されたマイクロ波導入口1aを備え、またこれと対向す る下部壁の中央にはプラズマ引出口1bが開口せしめられている。前記マイクロ波 導入口1aには導波管２の一端部が接続せしめられ、またプラズマ引出口1bに臨ま せてエッチング室３が配設され、そしてプラズマ生成室１とこれに接続した導波 管２の端部にわたって、励磁コイル４が周設されている。

【００１４】 導波管２の他端部はマグネトロン５に接続されており、このマグネトロン５で 発生したマイクロ波を導波管２を通じてプラズマ生成室１に導入するようになっ ている。また、励磁コイル４は図示しない定電流電源に接続されるようになって おり、電流の通流によってプラズマ生成室１内へのマイクロ波の導入によりプラ ズマが生成するよう磁界を形成している。

【００１５】 一方エッチング室３には、プラズマ引出口1bと対向する下側壁に排気系に連な る排気口 (図示せず) が設けられ、またプラズマ引出口1bと対向する中央には載 置台６が設置され、この載置台６表面に試料Ｓを静電吸着によって着脱可能に固 定し得るようにしてある。またエッチング室３内の上部壁直下にはプラズマ引出 口1bと同心、換言すれば試料Ｓと同心状に環状ガス供給管７が配設されている。

【００１６】 図２は環状ガス供給管の平面図、図３は図２のIII −III 線による拡大断面図 であり、本考案の構成のうち垂直方向への均一化を実現するものである。 環状ガス供給管７はプラズマ引出口1bと同心の円環状をなすように形成されて おり、図３に示す如く断面矩形状をなし、中央部に断面円形のガス通流路7aを有 し、周方向における１個所にガス供給管を接続する接続孔7bを備え、また内周壁 には周方向に略30°間隔で複数（実施例では12個）のノズル孔7cが形成されてい る。各ノズル孔7cは図２，図３から明らかな如く環状ガス供給管７の内周壁面に 、水平であって、且つ径方向に対し45°だけ同じ方向に傾斜させて開口せしめて ある。この径方向に対する傾斜角は特に45°に限るものではなく、20°〜60°の 範囲内であればよい。

【００１７】 このような環状ガス供給管７からは図４に示す如くに反応ガスが環状ガス供給 管７の内側に向けて渦流を形成する如くに吹き出される。 図５(a) ，図５(b) は環状ガス供給管７の他の例を示す図３と同様の断面図で ある。図５(a) に示す例ではノズル孔7dが水平面に対し略30°下向きに傾斜し、 且つ径方向に対し45°傾斜させて開口させてある。他の構成は図２，図３に示す 構成と実質的に同じである。

【００１８】 また図５(b) に示す例は図３に示すノズル孔7cと図５(a) に示すノズル孔7dと を組合わせて２個一組として環状ガス供給管７の内周壁面に開口させてある。 図５(b) に示す例においてノズル孔7c,7d の開口位置は環状ガス供給管７の内 周壁面で上, 下に対向する位置に開口させてもよいが、周方向に位置をずらして 開口させてもよい。他の構成は図２，図３及び図５(a) に示す環状ガス供給管７ のそれと実質的に同じである。

【００１９】 図５(a) ，図５(b) に示す環状ガス供給管７にあってもノズル7c,7d から噴出 される反応ガスは渦流を形成し、載置台６又は試料Ｓの上方を含むエッチング室 ３内でその水平方向は勿論、垂直方向にも一層均一に分布させ得ることとなる。

【００２０】 次に本考案装置の動作を説明する。 本考案装置にあっては図示しないロードロック室を通じて、エッチング室３内 の載置台６上に試料Ｓを載置する。環状ガス供給管７を通じてプラズマ生成室１ ，エッチング室３内に反応性ガスを供給する。供給された反応性ガスの一部はプ ラズマ生成室１内にも供給される。 また励磁コイル４に電流を通流させて磁界を形成すると共に、導波管２を通じ マイクロ波を導入して電界を形成し、ガスを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。発生したプラズマは前記励磁コイル４にて形成される発 散磁界を利用してエッチング室３側に導かれる。

【００２１】 一方エッチング室３内にも環状ガス供給管７の各ノズル孔7cを通じて反応性ガ スが供給されているが、この反応性ガスは各ノズル孔7cから噴射されて試料Ｓの 上方で渦流状に旋回し、試料Ｓ上で上，下方向及び試料Ｓの径方向に均一な分布 となり、エッチング室３内に導入されたプラズマにより活性化され、試料Ｓに対 し均一な速度でエッチングを行うこととなる。

【００２２】 なお図５(a) に示す環状ガス供給管７の場合には、ノズル孔7dを通じて反応性 ガスが渦流状に旋回供給され、また図５(b) に示す環状ガス供給管７の場合には ノズル孔7c,7d を通じて反応性ガスが同様に渦流状に旋回供給される。 本考案装置と従来装置とを用いてシリコンウェーハ表面のポリシリコンをCl₂ ガス20sccmとＯ₂ ガス２sccmとを用いて圧力１mTorr の条件でエッチングし、エ ッチング速度の均一性を比較した結果、従来装置では速度差が７％であったのに 対し、本考案装置では４％であることが確認された。

【００２３】 上述の実施例にあっては環状ガス供給管７にノズル孔7c,7d を一組として周方 向に複数個設けた構成を示したが、ノズル孔の数については特に限定するもので はなく、必要に応じて設定すればよい。 また図５(b) に示す実施例にあっては、環状ガス供給管７のノズル孔7d の下 向き傾斜角度を30゜に設定した場合について説明したが、特にこの角度に限定す るものではなく、水平から垂直下向きの範囲内で適宜に設定すればよい。 更に上述の実施例は本考案をエッチング装置に適用した構成について説明した が、CVD 装置，スパッタリング装置に適用し得ることは勿論である。

【００２４】

【考案の効果】

以上の如く本考案装置にあっては、ガス供給装置のノズルの開口方向を上，下 方向及び周方向に夫々傾斜させて設定したから、プラズマ処理室内におけるガス は渦流となって試料周辺に均一に分布されることとなり、成膜速度，エッチング 速度等の処理速度の均一化が図れ、試料に対するプラズマ処理の均一性を向上し 得る等、本考案は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示
す縦断面図である。

【図２】環状ガス供給管の正面図である。

【図３】図２のIII −III 線による断面図である。

【図４】反応ガスの噴出方向を示す説明図である。

【図５】環状ガス供給管の他の例を示す断面図である。

【図６】従来のマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式
的縦断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ生成室 ２ 導波管 ３ エッチング室 ４ 励磁コイル ７ 環状ガス供給管 7c,7d ノズル孔

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波による電界と励磁コイルによ
   る磁界とによりガスをプラズマ化し、発生したプラズマ
   をプラズマ処理室内の試料側に導いて試料にプラズマ処
   理を施すマイクロ波プラズマ処理装置において、前記プ
   ラズマ処理室内に試料の中心を中心とする渦流状にガス
   を噴出する複数のガス噴出口を有する環状ガス供給管を
   設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。