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JP3238933B2 - マグネトロンプラズマ処理方法 - Google Patents
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JP3238933B2 - マグネトロンプラズマ処理方法 - Google Patents

マグネトロンプラズマ処理方法

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JP3238933B2
JP3238933B2 JP20740791A JP20740791A JP3238933B2 JP 3238933 B2 JP3238933 B2 JP 3238933B2 JP 20740791 A JP20740791 A JP 20740791A JP 20740791 A JP20740791 A JP 20740791A JP 3238933 B2 JP3238933 B2 JP 3238933B2
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JP
Japan
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electrode
processed
magnetic field
component
electric field
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啓治 堀岡
貴哉 松下
俊久 野沢
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Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Electron Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造装置
等に使用される、マグネトロンプラズマ処理方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、マグネトロンプラズマ処理装置と
しては、例えば半導体素子の製造に使用されるドライエ
ッチング装置やマグネトロンプラズマ薄膜形成装置等が
知られている。この種のマグネトロンプラズマ処理装置
においては、装置の処理室内にプラズマを生成し、この
プラズマ内のイオン、ラジカル、電子等の作用を利用し
て所望の処理(エッチング或いは薄膜形成等)が行なわ
れる。
【0003】以下、このようなマグネトロンプラズマ処
理装置について、図2に示したマグネトロンプラズマエ
ッチング装置を例に採って説明する。
【0004】同図において、真空引きが可能であり、且
つ、エッチングガスの導入が可能なプロセスチャンバー
40の内部には、被処理体としてのウエハ10を載置す
るための載置電極42と上部電極46が設けられてい
る。この載置電極42と上部電極46とは、共に導電性
材料で形成されており、また、上部電極46は接地さ
れ、載置電極42には周波数例えば380KHzまたは
13.56MHzの高周波電力を出力するRF電源44
が接続されている。このような構成により、上部電極4
6と載置電極42とを平行平板電極として、カソードカ
ップリング(RIE)方式により、ウエハ10に臨んで
プラズマを生成することができる。このプラズマ内のイ
オン或いはラジカル等がウエハ10を形成するシリコン
化合物と反応し、あるいは物理的に作用することによ
り、ウエハ10のエッチングが行なわれるのである。
【0005】また、かかる装置では、ヨーク36に支持
された2個の永久磁石38を回転軸36aで回転させる
ことによって、図2に破線で示したように、上部電極4
6と載置電極42との間に、この上部電極46および載
置電極42に水平成分の均一な磁界の形成を目的として
いる。これは、上部電極46と載置電極42との間に発
生する電界と、この電界に直交する磁界成分との作用に
よって、それぞれに直交する方向に電子のサイクロイド
運動を行なわせ、これにより電子とガス分子との衝突の
頻度を増大させるためである。これにより、低圧雰囲気
でのプラズマの発生を可能にし、プラズマの生成量を増
大させ、16M,32Mと超LSI製造工程での微細エ
ッチングを可能にさせることができ、したがって、エッ
チングの速度を速くすることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したプラズマエッ
チング装置では、エッチング量を、ウエハ10の全面で
均一にすることが要求される。
【0007】しかしながら、上述のごとき従来のプラズ
マエッチング装置を用いてエッチングを行なう場合、一
般にはウエハ10の周辺部付近よりも中央部付近の方が
エッチング速度が速くなってしまい、このため、エッチ
ングの均一性は、十分に満足することができるものでは
なかった。本発明者の検討によれば、これは、ウエハ1
0の中央部付近では永久磁石38によって得られる磁界
がウエハ10の表面とほぼ水平であり、したがって電界
と直交する成分が大きいのに対し、周辺部付近で形成さ
れる磁界はウエハ10の表面と水平ではないので電界と
直交する成分が小さく、このため電子のサイクロイド運
動が起こりにくいからであると考えられる。
【0008】このような問題は、マグネトロンプラズマ
エッチング装置に限らず、プラズマによって処理するプ
ラズマスパッタ装置やプラズマCVD装置等にも共通し
ている。
【0009】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みて試されたものであり、被処理体の全面につい
て均一な電子サイクロトロン運動力を生じさせるように
して処理を行なうことができるマグネトロンプラズマ処
方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のマグネトロンプ
ラズマ処理方法は、被処理体を載置する第1の電極と、
前記第1の電極に対向する第1の面、及びこの第1の面
の縁部にて前記第1の電極に垂直な第2の面とを有する
第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間
に電界を発生させる如く設けられた高周波電源と、前記
第1の電極と前記第2の電極との間に磁界を形成するた
めの磁界発生器とを具備するマグネトロンプラズマ処理
装置にて、前記被処理体をプラズマ処理する方法におい
て、記被処理体の中心部にて該被処理体と垂直な垂直
成分と、前記被処理体の周縁部にて該被処理体に平行な
水平成分とを有する電界を生成し、 記被処理体の中心
部にて該被処理体と平行な水平成分と、前記被処理体の
周縁部にて前記水平成分と直交する垂直成分とを有する
磁界を生成し、前記被処理体の周縁部において、前記電
界の垂直成分と前記磁界の水平成分とによる電子のサイ
クロイド運動が前記被処理体の中央部よりも減少する一
方で、前記電界の前記水平成分と前記磁界の前記垂直成
分とによる電子のサイクロイド運動を増大させて、前記
被処理体の全面にて均一な処理を行わせることを特徴と
する。
【0011】
【作用】第1の電極と垂直な面(第2の面)を第2の電
極に形成することにより、電源をオンした際に、第1の
電極に載置された被処理体の周縁部には水平な成分を有
する電界を発生させる。この電界の水平成分は、磁界発
生器によって形成される磁界の内、被処理体の周縁部に
形成される垂直な成分と作用して、フレミングの左手の
法則により電子のサイクロイド運動を起こす。これによ
り、磁界の垂直成分が大きい領域における、電子とガス
分子との衝突の頻度を増大させる。
【0012】すなわち、本発明では、第1の電極と第2
の電極との間に形成される磁界の内、被処理体の中心領
域における水平な磁界成分は、第2の電極の第1の面
(第1の電極に対向する面)と第1の電極とによって形
成される被処理体と垂直な電界成分と作用して、プラズ
マ内の電子にサイクロイド運動を行わせ、また、被処理
体の周縁領域における垂直な磁界成分は、第2の電極の
第2の面(第1の電極と垂直な面)と第1の電極とによ
って形成される被処理体と水平な電界成分と作用して、
プラズマ内の電子にサイクロイド運動を行わせる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例として、本発明
をマグネトロンプラズマエッチング装置に適用した場合
を例に採って説明する。
【0014】図1は、本実施例に係わるマグネトロンプ
ラズマエッチング装置の構成を概略的に示す断面図であ
る。被処理体であるウエハ10は、第1のサセプター1
2の上面に載置固定される。載置固定を行なう方式とし
ては、例えば、静電チャック(図示せず)方式を用いる
ことができる。これは、クーロン力によってウエハ10
を吸引して固定する方式である。前記第1のサセプター
12は、第2のサセプター14の上面に対して着脱自在
に固定される。このように、サセプターを2つに分割し
ているのは、サセプターが汚染された場合に上側の第1
のサセプター12のみを交換すればよいこととし、その
メインテナンスを容易にするためである。
【0015】第1,第2のサセプター12,14の側面
および底面は、絶縁セラミック16によって覆われてい
る。また、この絶縁セラミック16の下面には、冷却部
としての液体チッ素収容部20が設けられている。この
液体チッ素収容部20の内壁底面は、例えばポーラスに
形成され、各沸騰を起することができるようになってお
り、その内部の液体チッ素を−196℃に維持できる。
【0016】反応室を形成するためのチャンバーは、上
部チャンバー30と下部チャンバー32とから形成され
る。前記下部チャンバー32は、第1のサセプター12
のウエハ載置面のみをチャンバー室内に露出し、他の部
分を覆うような有底筒部を有する。すなわち、前記第
1,第2のサセプター12,14,絶縁セラミック1
6,液体チッ素収容部20の側面を覆う側壁32aと、
支持壁32bとを有している。一方、前記上部チャンバ
ー30は、下部チャンバー32の側壁32aの周囲を覆
うように筒状に形成され、その下端側が前記下部チャン
バー32と連結固定されている。また、この上部チャン
バー30は、第1のサセプター12の上面と対向する第
1の面30aと、第1のサセプター12の上面と垂直な
第2の面30bとを有している。なお、エッチングガス
は、第1の面30aの孔(図示せず)を介して導入され
る。
【0017】この上部チャンバー30と前記下部チャン
バー32とで構成される反応室内は、配管34によって
真空引きが可能である。
【0018】なお、図1に示すように、前記第1のサセ
プター12、第2のサセプター14、絶縁セラミック1
6、液体チッ素収容部20には、それぞれ貫通穴が設け
られており、この貫通穴には配管36が配置されてい
る。前記ウエハ10と前記第1のサセプター12との接
合面には、ウエハ10の裏面の微細な凹凸等に起因する
空隙が存在しており、ウエハ10に温度むらが生じる原
因となるが、この配管36を介して空隙に所定の圧力の
2 ガスを充満させることにより、かかる温度むらを防
止することができる。
【0019】本実施例のマグネトロンエッチング装置で
は、上部チャンバー30を接地し、第1,第2のサセプ
ター12,14にRF電力を供給することにより、2個
の電極を構成している。すなわち、上部チャンバー30
の第1の面30aおよび第2の面30bをそれそれアノ
ード電極として作用させ、第1のサセプター12の表面
カソード電極として作用させることにより、RIE方
式のマグネトロンプラズマエッチング装置を構成してい
る。そして、チャンバー内を真空引きした状態でエッチ
ングガスを導入し、上記対向電極間にエッチングガスに
よるプラズマを生成する。このように、本実施例では、
上部チャンバー30をカソード電極として使用している
ので、装置の構成を簡単にすることができ、さらに、後
述する永久磁石38を上部チャンバー30の外の天上部
に配置することができる。また、このように、永久磁石
38を上部チャンバー30の外に配置することにより、
反応室の容積を小さくすることができるので、配管34
につながれた真空ポンプ(図示せず)の負担を小さくす
ることができ、或いは、真空引きに要する時間を短縮す
ることができる。
【0020】なお、本実施例では、上述のように、アノ
ード電極(上部チャンバー30)が、カソード電極(第
1のサセプター12)に対向する電極部(第1の面30
a)とカソード電極と垂直な電極部(第2の面30b)
とを有しているので、カソード電極とアノード電極とに
よって形成される電界は、図1に実線で示すように、ウ
エハ10の中央部付近ではほぼ垂直となっており、周辺
部に近付くほど水平成分が大きくなる。
【0021】また、本実施例のマグネトロンエッチング
装置では、前記ウエハ10と対向する位置であって、前
記上部チャンバー30の外側上方にて永久磁石38を回
転させることにより、上部チャンバー30と第1のサセ
プター12のとの間に磁界を形成することができる。こ
のように、永久磁石38によって上部チャンバー30と
第1のサセプター12のとの間に磁界を形成するのは、
上部チャンバー30と第1のサセプター12との間に発
生する電界と、この電界に直交する界成分との作用に
よって、フレミングの左手の法則により、それぞれに直
交する方向に電子のサイクロイド運動を行なわせ、これ
により電子とガス分子との衝突の頻度を増大させるため
である。
【0022】永久磁石38によって形成される磁界は、
図1に破線で示したように、ウエハ10の中央部の上方
ではほぼ水平となっており、周辺部に近付く程円弧状傾
きが大きくなる(すなわち、垂直成分が大きくなる)。
これに対して、本実施例では、上述のように、アノード
電極(上部チャンバー30)に、カソード電極(第1の
サセプター12)に対向する電極部30aと垂直な電極
30bとを備えているので、上部チャンバー30と第
1のサセプター12とによって形成される電界は、ウエ
ハ10の中央部付近ではほぼ垂直となっており、周辺部
に近付く程水平成分が大きくなる。したがって、ウエハ
10の中央部付近のプラズマでは、電子のサイクロイド
運動は、主として電界の垂直成分と磁界の水平成分との
作用によって引き起こされる力は中央部周辺部では均一
化される。また、ウエハ10の周辺部に近い程、電界の
垂直成分および磁界の水平成分は小さくなるが、これと
同時に、ウエハ表面に対する電界は水平成分が大きくな
り、磁界は垂直成分が大きくなる。このため、ウエハ1
0の周辺部に近い程、ウエハ表面に対する電界の垂直成
分と磁界の水平成分との作用によって引き起こされる電
子のサイクロイド運動は減少するが、その一方で、電界
の水平成分と磁界の垂直成分との作用によって起こされ
る電子のサイクロイド運動が増大する。このようにし
て、本実施例では、ウエハ10の周辺部におけるプラズ
マの生成量と中央部におけるプラズマの生成量との差を
なくしているのである。これにより、ウエハ10のエッ
チング速度を均一にすることができ、ひいては、エッチ
ング量を均一にすることができる。
【0023】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形実施が可
能である。
【0024】
【0025】また、本発明は必ずしもマグネトロンプラ
ズマエッチング装置に適用するものに限らず、例えばス
パッタ装置、プラズマCVD装置,イオン源,X線源
等、他のマグネトロンプラズマ装置にも同様に適用でき
る。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のマ
グネトロンプラズマ処理方法によれば、被処理体の全面
について均一な処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わるマグネトロンプラズマ
エッチング装置の概略断面図である。
【図2】従来のマグネトロンプラズマエッチング装置の
概略断面図である。
【符号の説明】
10 ウエハ 12,14 サセプター 20 冷却部(液体チッ素収容部) 30 上部チャンバー 30a 上部チャンバーの第1の面 30b 上部チャンバーの第2の面 32 下部チャンバー 34,36 配管
TE032401
フロントページの続き (72)発明者 野沢 俊久 東京都新宿区西新宿2丁目3番1号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−211625(JP,A) 特開 昭63−13158(JP,A) 特開 昭63−2325(JP,A) 特開 平2−94522(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 14/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理体を載置する第1の電極と、 前記第1の電極に対向する第1の面、及びこの第1の面
    の縁部にて前記第1の電極に垂直な第2の面とを有する
    第2の電極と、 前記第1の電極と前記第2の電極との間に電界を発生さ
    せる如く設けられた高周波電源と、 前記第1の電極と前記第2の電極との間に磁界を形成す
    るための磁界発生器とを具備するマグネトロンプラズマ
    処理装置にて、前記被処理体をプラズマ処理する方法
    おいて、 記被処理体の中心部にて該被処理体と垂直な垂直成分
    と、前記被処理体の周縁部にて該被処理体に平行な水平
    成分とを有する電界を生成し、 記被処理体の中心部にて該被処理体と平行な水平成分
    と、前記被処理体の周縁部にて前記水平成分と直交する
    垂直成分とを有する磁界を生成し、 前記被処理体の周縁部において、前記電界の垂直成分と
    前記磁界の水平成分とによる電子のサイクロイド運動が
    前記被処理体の中央部よりも減少する一方で、前記電界
    の前記水平成分と前記磁界の前記垂直成分とによる電子
    のサイクロイド運動を増大させて、前記被処理体の全面
    にて均一な処理を行わせることを特徴とするマグネトロ
    ンプラズマ処理方法
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