JP2000277492A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体製造方法 - Google Patents

プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体製造方法

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JP2000277492A
JP2000277492A JP11083270A JP8327099A JP2000277492A JP 2000277492 A JP2000277492 A JP 2000277492A JP 11083270 A JP11083270 A JP 11083270A JP 8327099 A JP8327099 A JP 8327099A JP 2000277492 A JP2000277492 A JP 2000277492A
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generation chamber
waveguide
plasma generation
microwave
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Satoshi Kitazawa
聡 北澤
Hirobumi Seki
関　　博文
Naonori Wada
直憲 和田
Yuichiro Ueno
雄一郎 上野
Sei Takemori
聖 竹森
Hidetsugu Setoyama
英嗣 瀬戸山
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマ処理基板上におけるプラズマを高密度
化したプラズマ処理装置の提供。 【解決手段】内部にプラズマが生成されるプラズマ生成
室と、該プラズマ生成室内にプラズマを生成するための
マイクロ波を導入する導波部と、該導波部の周囲に設け
られ、前記マイクロ波との相互作用によりプラズマを生
成するための電子サイクロトロン共鳴磁場強度を有する
永久磁石と、前記プラズマ生成室内に生成されたプラズ
マに面して配置され、前記プラズマにより処理される被
処理物を保持する保持手段とを備え、前記導波部を前記
プラズマ生成室の側壁に複数設けると共に、この各導波
部の周囲に、少なくとも１個の前記永久磁石をその磁化
方向がマイクロ波導入方向に対してほぼ垂直となるよう
に配置したプラズマ処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置お
よびその方法に係り、特に、半導体装置等の製造におけ
るプラズマエッチング、プラズマＣＶＤ成膜、スパッタ
成膜等のプラズマを用いて処理する工程において、好適
なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ処理装置は、例えば、米
国特許第５,３７０,７６５号（以下、公知例と言う）に
記載されている。これは、プラズマ生成室内で広範囲に
わたり均一で、かつ、高密度のプラズマを確実に生成す
ること、および、加熱電子が直接処理基板面に入らない
ようにすることを目的とし、円筒形のチャンバーとそれ
に連結したガス導入部およびマイクロ波導波部と、チャ
ンバー内に処理基板を保持するための手段を有し、チャ
ンバー内の処理基板を取り囲むように電子サイクロトロ
ン共鳴磁場強度を超える連続的局所強磁場を形成するた
めの直線状の磁石を組み合わせた磁場発生手段を備えて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知例に記載の従来技術では、電子サイクロトロン共鳴領
域から出た磁力線は、磁石によって引き込まれ、すぐに
マイクロ波導出部の上または下の側壁に衝突してしま
う。このため、高エネルギー電子によってプラズマが効
果的に生成されず、プラズマ生成室の壁面へ高エネルギ
ー電子が散逸してしまう。このため、処理基板面上にお
いて、高密度のプラズマを効率良く生成することができ
ないと云う問題がある。
【０００４】本発明の第１の目的は、上記に鑑み、プラ
ズマ処理基板面上に高密度のプラズマを効率よく生成で
きるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供す
ることにある。
【０００５】また、本発明の第２目的は、上記プラズマ
処理装置を用いた半導体製造方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の要旨は次のとおりである。
【０００７】〔１〕 内部にプラズマが生成されるプラ
ズマ生成室と、該プラズマ生成室内にプラズマを生成す
るためのマイクロ波を導入する導波部と、該導波部の周
囲に設けられ、前記マイクロ波との相互作用によりプラ
ズマを生成するための電子サイクロトロン共鳴磁場強度
を有する永久磁石と、前記プラズマ生成室内に生成され
たプラズマに面して配置され、前記プラズマにより処理
される被処理物を保持する保持手段とを備え、前記導波
部を前記プラズマ生成室の側壁に複数設けると共に、こ
の各導波部の周囲に、少なくとも１個の前記永久磁石を
その磁化方向がマイクロ波導入方向に対してほぼ垂直と
なるように配置したことを特徴とするプラズマ処理装
置。
【０００８】〔２〕 内部にプラズマが生成されるプラ
ズマ生成室と、該プラズマ生成室内にプラズマを生成す
るためのマイクロ波を導入する導波部と、該導波部の周
囲に設けられ、前記マイクロ波との相互作用によりプラ
ズマを生成するための電子サイクロトロン共鳴磁場強度
を有する永久磁石と、前記プラズマ生成室内に生成され
たプラズマに面して配置され、前記プラズマにより処理
される被処理物を保持する保持手段とを備え、前記導波
部を前記プラズマ生成室の側壁に複数設け、この各導波
部の周囲に、少なくとも１個の第１の永久磁石を、その
磁化方向がマイクロ波導入方向にほぼ垂直で、かつ、極
性が前記導波部を挟んで等しくなる向きに配置すると共
に、少なくとも１個の第２の永久磁石を前記導波部の周
囲に極性を同一にして、前記プラズマ生成室側の極性が
前記第１の永久磁石の導波部側の極性と一致するように
配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【０００９】〔３〕 前記プラズマ生成室を形成する天
板に、前記プラズマ生成室側の極性が前記第２の永久磁
石の前記プラズマ生成室側の極性と同一になるよう永久
磁石を配置した〔２〕に記載のプラズマ処理装置。
【００１０】〔４〕 前記プラズマ生成室を形成する側
壁の前記各導波部間に、前記プラズマ生成室側の極性が
前記第２の永久磁石の前記プラズマ生成室側の極性と逆
になるよう永久磁石を配置した〔２〕に記載のプラズマ
処理装置。
【００１１】〔５〕 内部にプラズマが生成されるプラ
ズマ生成室と、該プラズマ生成室内にプラズマを生成す
るためのマイクロ波を導入する導波部と、該導波部の周
囲に設けられ、前記マイクロ波との相互作用によりプラ
ズマを生成するための電子サイクロトロン共鳴磁場強度
を有する永久磁石と、前記プラズマ生成室内に生成され
たプラズマに面して配置され、前記プラズマにより処理
される被処理物を保持する保持手段とを備え、前記永久
磁石は、前記プラズマ生成室内へのマイクロ波導出部に
おける磁力線の方向が前記マイクロ波の電界方向とほぼ
直交するように配置されていることを特徴とするプラズ
マ処理装置。
【００１２】〔６〕 前記導波部は矩形導波管で形成さ
れ、該矩形導波管の長辺方向は前記被処理物の面とほぼ
平行に配置されている前記〔１〕，〔２〕または〔５〕
に記載のプラズマ処理装置。
【００１３】〔７〕 前記導波部は矩形導波管で形成さ
れ、該矩形導波管の長辺方向は前記被処理物の面と交差
する方向に配置されている前記〔１〕，〔２〕または
〔５〕に記載のプラズマ処理装置。
【００１４】〔８〕 導波部からのマイクロ波と導波部
の周囲に設けられた永久磁石の磁場との相互作用により
プラズマ生成室内にプラズマを生成し、この生成された
プラズマによりプラズマ生成室内の被処理物を処理する
にあたって、前記マイクロ波は前記プラズマ生成室の側
壁から被処理物の面とほぼ平行な方向に導入され、この
マイクロ波と前記永久磁石との相互作用により生成され
たプラズマは、前記導波部の周囲に配置された永久磁石
と各導波部の間に配置された複数の永久磁石とで形成さ
れた磁力線により前記プラズマ生成室の中央付近に押し
込んで閉じ込められていることを特徴とするプラズマ処
理方法。
【００１５】
〔９〕 前記〔１〕〜〔５〕のいずれかに
記載のプラズマ生成室内にシリコンウエハを保持し、前
記プラズマ生成室内にＳｉＨ4，Ｏ2，ＳｉＦ4，ＣＦ4，
ＣＨ4または塩素を含むガスを導入すると共に、前記マ
イクロ波と前記永久磁石により形成されたプラズマ生成
領域において生成されたプラズマを前記シリコンウエハ
に作用させて半導体を製造することを特徴とする半導体
製造方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明は、導波部の周囲に設けら
れ、マイクロ波との相互作用によりプラズマを生成する
ための電子サイクロトロン共鳴磁場強度を有する永久磁
石を、プラズマ生成室内へのマイクロ波導出部における
磁力線の方向がマイクロ波の電界方向とほぼ直交するよ
うに配置したことを特徴とする。
【００１７】具体的には、導波部をプラズマ生成室の側
壁に複数設けると共に、この各導波部の周囲に、少なく
とも１個の永久磁石をその磁化方向がマイクロ波導入方
向に対してほぼ垂直となるように配置したり、あるいは
導波部をプラズマ生成室の側壁に複数設け、この各導波
部の周囲に、少なくとも１個の第１の永久磁石を、その
磁化方向がマイクロ波導入方向にほぼ垂直で、かつ極性
が前記導波部を挟んで等しくなる向きに配置すると共
に、少なくとも１個の第２の永久磁石を前記導波部の周
囲に極性を同一にして、前記プラズマ生成室側の極性が
前記第１の永久磁石の導波部側の極性と一致するように
配置した。
【００１８】また、導波部からのマイクロ波と導波部の
周囲に設けられた永久磁石の磁場との相互作用によりプ
ラズマ生成室内にプラズマを生成し、この生成されたプ
ラズマによりプラズマ生成室内の被処理物を処理するに
あたって、前記マイクロ波は前記プラズマ生成室の側壁
から被処理物の面とほぼ平行な方向に導入され、このマ
イクロ波と前記永久磁石との相互作用により生成された
プラズマは、前記導波部の周囲に配置された永久磁石と
各導波部の間に配置された複数の永久磁石とで形成され
た磁力線により前記プラズマ生成室の中央付近に押し込
んで閉じ込められるようにした。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１〜図４および図６、図７は本発明のプラズマ
処理装置の第一の実施例を示している。
【００２０】本実施例のプラズマ処理装置であるマイク
ロ波プラズマ生成装置は、図１，２に示すように、アル
ミニウム等の非磁性材によりほぼ円筒状に形成された一
つのプラズマ生成室１を有している。なお、図２は図１
を角度を変えて見た場合の断面図である。
【００２１】このプラズマ生成室１は、天板２と側壁３
で構成され、天板２と側壁３は絶縁物４を介して接続さ
れており、側壁３は絶縁物５を介しベースプレート６に
接続されている（ベースプレート６は電気的に基準電位
に接続されている）。
【００２２】ベースプレート６には、ゲートバルブ８を
介し基板９が搬送される搬送室１０が接続されていると
共に、別のゲートバルブ７を介してプラズマ生成室１内
を真空排気する真空排気装置１１が接続されている。ま
た、ベースプレート６には絶縁物１２を介し基板９を保
持する基板ホルダ１３が接続されている。図示はしてい
ないが、搬送室１０内に設けられた搬送ロボットより基
板９が基板ホルダ１３に受け渡される。
【００２３】側壁３にはガス導入用ノズル１４ａ，１４
ｂが設けられている（ガス導入用ノズル１４ａ，１４ｂ
は天板２に設けてもよい。また、ガス導入用ノズル１４
ａ，１４ｂのうち、一方を省略してもよい）。
【００２４】また、図１の上面図である図３に示すよう
に、プラズマ生成室１の側壁３には、四つのマイクロ波
導波部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが設けられ、マ
イクロ波導波部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄには、
それぞれにアルミニウムのような非磁性材により形成さ
れている導波管１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが接続
されている。
【００２５】導波管１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに
は各々スタブチューナ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ
と検波器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが接続されて
いる。
【００２６】図１に示すごとく、マイクロ波導波部１５
ａ，１５ｃの内部には、プラズマ生成室１の気密を保持
し得るように誘電体１９ａ，１９ｃが設けられ（図示し
ていないが、マイクロ波導波部１５ｂ，１５ｄの内部に
も誘電体１９ｂ，１９ｄが設けられている）、さらに、
誘電体１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは、誘電体１９
ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄのプラズマ生成室１側の先
端部が、プラズマ生成室１の内壁面とほぼ一致するよう
に設置されている。
【００２７】この誘電体１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９
ｄのプラズマ生成室１側の先端部は、その曲率がプラズ
マ生成室１の内面の曲率とほぼ一致している方が好まし
いが、必ずしもその必要はない。誘電体１９ａ，１９
ｂ，１９ｃ，１９ｄは通常では、石英やアルミナ等のセ
ラミックスが用いられる。
【００２８】マイクロ波導波部１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ，１５ｄの各々の周囲には、マイクロ波との相互作用
によりプラズマを生成するための電子サイクロトロン共
鳴磁場強度を有する永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，
２０ｄが配置されている。例えば、マイクロ波の周波数
が２.４５ＧＨｚの場合は、電子サイクロトロン共鳴の
磁場の強度は８７５Ｇａｕｓｓである。さらに、基板ホ
ルダ１３には高周波電源２１が接続されている。
【００２９】プラズマ生成室１を真空排気装置１１によ
り真空引きした後、プラズマ生成室１にガス導入用ノズ
ル１４ａ，１４ｂからアルゴンガスのような特定ガスを
導入し、プラズマ生成室１内をそのガス雰囲気にしてお
き、ガス雰囲気中でマイクロ波導波部１５ａ，１５ｂ，
１５ｃ，１５ｄよりマイクロ波を導入し、永久磁石２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより形成された磁場との
電子サイクロトロン共鳴によりプラズマが生成される。
そして、基板ホルダ１３に高周波電圧を印加することに
より、生成したプラズマを基板９に照射し、基板９の表
面を所望形状に加工する。
【００３０】マイクロ波導波部１５ａの周囲に配置され
た第１の永久磁石２４ａ、２４ｂは、図４に示すよう
に、磁化方向がマイクロ波導入方向にほぼ垂直で、か
つ、極性がマイクロ波導波管１６ａを挟んで同じとなる
向きに配置されている。ただし、第１の永久磁石は複数
の永久磁石からなる集合体でも構わない。
【００３１】さらに、図４に示すように、第２の永久磁
石２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂが、マイクロ波導波
管１５ａを囲むように極性を同一にして、かつ、プラズ
マ生成室１側の極性が、第１の永久磁石２４ａ，２４ｂ
のマイクロ波導波管１５ａ側の極性と一致するように配
置されている。
【００３２】第２の永久磁石２５ａ，２５ｂ，２６ａ，
２６ｂも複数の永久磁石からなる集合体でも構わない。
また、第１の永久磁石および第２の永久磁石は、必ずし
もマイクロ波導波管を挟んで両側に配置されている必要
はなく、片側のみでも構わない。
【００３３】その際、磁場はマイクロ波導波部１５ａに
おいて、電子サイクロトロン共鳴磁場強度（８７５Ｇａ
ｕｓｓ）を超える大きさの磁場となるように、第１の永
久磁石２４ａ，２４ｂ、および、第２の永久磁石２５
ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂは残留磁束密度の大きい
（約１１,０００Ｇａｕｓｓ）サマリウム・コバルト等
からなっている。
【００３４】マイクロ波がマイクロ波導波部１５ａから
入射する際、誘電体１９ａのプラズマ生成室１の内面と
一致する先端部近傍には、局所電子加熱領域２７が形成
（８７５Ｇａｕｓｓで２.４５ＧＨｚで形成）され、そ
こで高エネルギー電子が大量に生成される。
【００３５】なお、マイクロ波導波部１５ｂ、１５ｃ、
１５ｄの構造も１５ａと同様になっている。
【００３６】電子サイクロトロン共鳴によって吸収され
る電子のエネルギーは、磁場方向とマイクロ波の電界方
向との成す角度に依存する。磁場方向とマイクロ波の電
界方向とのなす角度をθとすると、実質的に電子サイク
ロトロン共鳴に寄与する有効電界強度はＥsinθとな
る。ここでＥはマイクロ波の電界強度である。即ち、有
効電界強度は磁場方向とマイクロ波の電界方向が直交す
る場合に最大となる。
【００３７】本実施例によれば、第１の永久磁石２４
ａ，２４ｂにより、誘電体１９ａのマイクロ波導出部に
おいて、磁力線の方向は、ほぼマイクロ波の電界方向と
直交するため、最大の有効電界強度が得られる。
【００３８】また、第１の永久磁石２４ａ，２４ｂの残
留磁束密度を大きくしたり、寸法を大きくすることによ
りマイクロ波導出部における磁場強度が強くなり、電子
サイクロトロン共鳴領域を拡大させることが可能であ
る。
【００３９】次に、前記公知例（米国特許第５,３７０,
７６５号）と比較して本発明の作用と効果を述べるため
に、図５に該公知例のマイクロ波導出部断面を示す。
【００４０】公知例では、マイクロ波導出部はプラズマ
生成室を取り巻くように周状に配置されており、図５に
示すように、プラズマ生成室のマイクロ波導出部の上下
に極性方向が対向する向きに永久磁石２８ａ，２８ｂが
プラズマ生成室の中心軸を取り囲むように周状に配置さ
れており、さらに、永久磁石２８ａ，２８ｂのプラズマ
生成室と反対側に、極性方向が斜めになるような図５に
示すような極性方向で永久磁石２９ａ，２９ｂ，３０
ａ，３０ｂが周状に配置されている。
【００４１】永久磁石２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９
ｂ，３０ａ，３０ｂにより、マイクロ波導出部の磁場強
度は、電子サイクロトロン共鳴磁場強度以上となってい
る。
【００４２】さらに、電子サイクロトロン共鳴で加熱さ
れた電子を閉じ込めるためのミラー磁場３１ａ，３１ｂ
が、プラズマ生成室の中心軸を取り囲むようにマイクロ
波導出部の上下に周状に形成される。永久磁石２８ａ，
２９ａ，３０ａによってミラー磁場３１ａが、また、永
久磁石２８ｂ，２９ｂ，３０ｂによってミラー磁場３１
ｂがそれぞれマイクロ波導出部近傍に局所化され、プラ
ズマ生成室中央部は弱磁場領域となっている。
【００４３】本実施例の第２の永久磁石２５ａ，２５ｂ
と、公知例の永久磁石２９ａ，２９ｂは、プラズマ生成
室の中心軸に対する磁化成分が逆向きであり、その効果
も本質的に異なる。
【００４４】ここで、本実施例の第２の永久磁石２５
ａ，２５ｂと、公知例の永久磁石２９ａ，２９ｂの効果
の違いを説明するために、図６を用いて、加熱電子の有
効生成領域と云う概念を導入する。
【００４５】電子サイクロトロン共鳴で加熱された電子
は、磁力線に沿ってサイクロトロン運動をしながら拡散
していくが、その加熱電子が有効にプラズマ生成に寄与
するためには、電子サイクロトロン共鳴領域から出た磁
力線が、壁面に衝突するまでの距離Ｌが、電子が中性粒
子と衝突するまでの平均自由行程λ以上となる必要があ
る。
【００４６】つまり、Ｌ＞λであれば、磁力線に沿って
拡散した電子が壁面に衝突する前に、中性粒子と少なく
とも１回以上は衝突するため、加熱された電子のエネル
ギーが無駄なくプラズマの生成に使われ、プラズマ密度
が増大する。
【００４７】ここで、電子サイクロトロン共鳴領域のう
ち、出射する磁力線がＬ＞λの条件を満たしている領域
を、その領域で加熱された電子が有効的にプラズマ生成
に寄与すると云う意味で、有効生成領域と定義する。
【００４８】本実施例においても公知例においても、電
子サイクロトロン共鳴領域から出た磁力線は、プラズマ
生成室内を通って側壁か天板、または、ベースプレート
に衝突する。
【００４９】公知例では、電子サイクロトロン共鳴領域
から出た磁力線は、図５に示す永久磁石２９ａあるいは
２９ｂによって引き込まれ、すぐにマイクロ波導出部上
下の側壁に衝突してしまうため、永久磁石２８ａ，２８
ｂ，２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂを大型化しない限
りＬ＞λの条件を満たさず、有効生成領域が小さくなる
ため高密度プラズマを生成することが困難となる。
【００５０】また、プラズマの大部分はミラー磁場３１
ａ，３１ｂ内、もしくはその近傍でのみ生成されるた
め、基板付近でのプラズマ密度が低くなってしまう。
【００５１】本実施例では、図６の永久磁石２５ａ，２
５ｂによって電子サイクロトロン共鳴領域から出た磁力
線は、すぐには壁面に衝突せずにプラズマ生成室内部へ
押し込まれるためＬが長くなり、Ｌ＞λの条件を容易に
満たすことができる。その結果、有効生成領域が増加
し、高密度プラズマを生成することが可能となる。
【００５２】また、第２の永久磁石２５ａ，２５ｂ，２
６ａ，２６ｂの配置、体積、残留磁束密度等を変えるこ
とにより、磁力線の押し込みの強さを自在に調整するこ
とが可能である。
【００５３】このとき、電子サイクロトロン共鳴領域か
ら出て、永久磁石２５ｂによって押し込まれた磁力線が
直接基板面に入り込むと、その磁力線に沿って拡散して
きた加熱電子によって、例えば、半導体デバイスの成膜
プロセス等に使われた場合は、デバイスダメージを引き
起こす原因となる可能性がある。
【００５４】しかし、これは図７に示すように、側壁お
よび天板に、第２の永久磁石と極性が逆となるように永
久磁石２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂを配置し、側
壁、天板方向に磁力線を引き込むことにより、回避する
ことが可能である。
【００５５】また、永久磁石２３ａ，２３ｂ，２４ａ，
２４ｂにより磁力線がプラズマ生成室の天板側に引き込
まれるため、基板面付近は弱磁場領域となり、プラズマ
が磁場の影響を受けずに等方的に拡散するため、基板面
上で均一なプラズマ分布が得られると云う利点もある。
【００５６】また、図７に示すように、天板２に、例え
ば、リング状の永久磁石２２をプラズマ生成室側の極性
を永久磁石２５ａ，２５ｂと同じとなるように配置する
ことにより、磁力線をさらに基板９方向に押し込んで、
Ｌを長くすることが可能である。なお、永久磁石２２は
必ずしもリング状である必要はなく、複数のブロック状
でも構わない。
【００５７】また、Ｌ＞λの条件を満たすためには、図
８に示すように、少なくともλ以上の長さの第１の永久
磁石を用いてもよい。この場合は必ずしも永久磁石２５
ａ，２５ｂは必要ない。
【００５８】また、図９に示すように導波管１６ａ、１
６ｂ、１６ｃ、１６ｄを図７の状態から９０度回転させ
た構成でもよい。
【００５９】公知例、および、図４に示した本発明の一
実施例について、基板面でのイオン飽和電流を測定した
結果を図１０に示す。
【００６０】有効生成領域の大きさを表す一つのパラメ
ータとして、図６に示すように、マイクロ波導出部の中
央断面における等磁束密度線（マイクロ波２.４５ＧＨ
ｚで８４５Ｇａｕｓｓ）上でＬ＞λの条件を満たしてい
る範囲の長さｓeffをとった。マイクロ波導出部の中央
は、マイクロ波の電界強度が最も大きく、高エネルギー
電子が最も多く生成される場所のため、ｓeffはこの断
面で定義した。なお、図１０の横軸はｓeff、縦軸はイ
オン飽和電流密度である。
【００６１】公知例と本発明の一実施例を比較すると、
本実施例のｓeffは公知例の約３倍になった結果、イオ
ン飽和電流密度は本実施例の方が約５倍となっている。
【００６２】本実施例のようなプラズマ処理装置を、例
えば、ＳｉＨ4、Ｏ2、ＳｉＦ4、ＣＦ4、ＣＨ4、また
は、塩素を含むガスを用いて、シリコン基板の処理に適
用すれば、高選択性・高速エッチング装置、ないしは高
速で高アスペクト比の配線間溝を埋め込むことが可能な
高スループット成膜装置を提供することができる。
【００６３】また、大型ガラス基板の処理に適用すれ
ば、高速成膜が可能な高スループットの液晶ディスプレ
イ製造装置を提供することができる。
【００６４】例えば、基板ホルダにシリコンウエハを保
持し、プラズマ生成室にガス導入用ノズルからＳｉ
Ｈ4、Ｏ2を導入する。ＳｉＨ4、Ｏ2ガス雰囲気中でマイ
クロ波導波部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄよりマイ
クロ波を導入すると、永久磁石２０ａ，２０ｂ，２０
ｃ，２０ｄにより形成された磁場との電子サイクロトロ
ン共鳴によりプラズマが生成され、ＳｉＨ4はＳｉＨ3、
ＳｉＨ2、ＳｉＨ、Ｓｉ等のシランラジカルに、Ｏ2はＯ
等の酸素ラジカルへと解離する。生成されたシランラジ
カルと酸素ラジカルはシリコンウエハ上で反応し、Ｓｉ
Ｏ2膜となる。
【００６５】さらに、アルゴンガスをＳｉＨ4、Ｏ2と同
時に導入し、基板ホルダ１３に高周波電圧を印加するこ
とにより基板表面に誘起された負のセルフバイアスで、
プラズマ中のアルゴンイオンがシリコンウエハ上に照射
され、アルゴンイオンでスパッタしながらＳｉＯ2成膜
を行うことにより、シリコンウエハ上の配線間段差を埋
め込みながら平坦な膜を形成することができる。
【００６６】また、ＳｉＨ4と同時にＮ2を導入すること
により、ＳｉＮの成膜を行うこともできる。
【００６７】また、ＳｉＨ4、Ｏ2と同時にＳｉＦ4、Ｃ
Ｆ4等のフッ素を含むガスを導入することにより、Ｓｉ
ＯＦの成膜を行うこともできる。
【００６８】また、ガス導入用ノズルからＣＦ4、Ｃ2Ｆ
6、Ｃ3Ｆ8等のフッ化炭素ガスを導入すると、これらの
ガスはプラズマ中でラジカルとなり、シリコンウエハ上
のＳｉＯ2等の酸化膜のエッチングを行うことができ
る。エッチング用のガスとしては塩素を含むガスでもよ
い。
【００６９】このように本実施例に示す構成とすること
により、簡単な手段をとるだけで永久磁石により電子サ
イクロトロン共鳴磁場領域が形成され、入射マイクロ波
によって高エネルギー電子が生成され、電子サイクロト
ロン共鳴領域から発する磁力線は少なくとも電子の平均
自由行程以上となる。この磁力線に沿って高エネルギー
電子を拡散させ、プラズマを効果的に生成させること
で、プラズマ処理基板面上におけるプラズマ密度を容易
に増大させることができる。
【００７０】また、従来の構成では、壁面に入り込む磁
力線に沿って高エネルギー電子がその部分に集中的に流
れ込むために、その部分の温度が局所的に上昇してしま
い、周囲との温度差により大きな熱応力が発生してい
た。しかし、本実施例の構成とすることにより、高エネ
ルギー電子が壁面に局所的に流れ込むことがなくなり、
局所的な温度上昇が防止され、周囲との温度差に伴う熱
応力の発生を防ぐことができる。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマ処理基板面上に高密度のプラズマを効率よく生
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の第一の実施例を示
す断面図である。
【図２】本発明のプラズマ処理装置の第一の実施例で図
１とは角度を変えて示した断面図である。
【図３】図１に示したプラズマ処理装置の上面図であ
る。
【図４】図１に示したプラズマ処理装置の導波部近傍の
詳細断面図である。
【図５】公知例のプラズマ処理装置の導波部近傍の詳細
断面図である。
【図６】図１のプラズマ生成室内における磁力線の様子
を示す図である。
【図７】図１に示したプラズマ処理装置の側面図であ
る。
【図８】本発明のプラズマ処理装置の第二の実施例の側
面図である。
【図９】本発明のプラズマ処理装置の第三の実施例の側
面図である。
【図１０】本発明と公知例のプラズマ処理装置における
イオン飽和電流密度の有効生成領域依存性を比較した特
性図である。
【符号の説明】
１…プラズマ生成室、２…天板、３…側壁、４，５，１
２…絶縁物、６…ベースプレート、７，８…ゲートバル
ブ、９…基板、１０…搬送室、１１…真空排気装置、１
３…基板ホルダ、１４…ガス導入用ノズル、１５…マイ
クロ波導波部、１６…導波管、１７…スタブチューナ、
１８…検波器、１９…誘電体、２０，２２，２３，２
４，２５，２６，２８，２９，３０，３４…永久磁石、
２１…高周波電源、２７…局所電子加熱領域、３１…ミ
ラー磁場、３２…磁力線、３３…有効生成領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ Ｃ (72)発明者 和田 直憲 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 上野 雄一郎 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 竹森 聖 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 瀬戸山 英嗣 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA04 AA06 AA14 BA29 BA35 BA44 CA04 CA12 FA02 KA34 4K057 DA20 DB06 DD03 DE01 DE06 DE07 DE08 DE14 DM28 DM29 DN01 5F004 AA00 AA02 BA14 BA16 BB14 BB18 BD04 DA01 DA02 DA03 DA04 DA23 DA26 DB03 5F045 AA08 AA09 AA10 AA19 AB31 AB32 AB33 AC01 AC02 AC08 AC11 AC15 AC16 AF01 AF02 AF03 BB09 DP01 DP02 DP03 EH01 EH03 EH16 EH17

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部にプラズマが生成されるプラズマ生
    成室と、該プラズマ生成室内にプラズマを生成するため
    のマイクロ波を導入する導波部と、該導波部の周囲に設
    けられ、前記マイクロ波との相互作用によりプラズマを
    生成するための電子サイクロトロン共鳴磁場強度を有す
    る永久磁石と、前記プラズマ生成室内に生成されたプラ
    ズマに面して配置され、前記プラズマにより処理される
    被処理物を保持する保持手段とを備え、 前記導波部を前記プラズマ生成室の側壁に複数設けると
    共に、この各導波部の周囲に、少なくとも１個の前記永
    久磁石をその磁化方向がマイクロ波導入方向に対してほ
    ぼ垂直となるように配置したことを特徴とするプラズマ
    処理装置。
  2. 【請求項２】 内部にプラズマが生成されるプラズマ生
    成室と、該プラズマ生成室内にプラズマを生成するため
    のマイクロ波を導入する導波部と、該導波部の周囲に設
    けられ、前記マイクロ波との相互作用によりプラズマを
    生成するための電子サイクロトロン共鳴磁場強度を有す
    る永久磁石と、前記プラズマ生成室内に生成されたプラ
    ズマに面して配置され、前記プラズマにより処理される
    被処理物を保持する保持手段とを備え、 前記導波部を前記プラズマ生成室の側壁に複数設け、こ
    の各導波部の周囲に、少なくとも１個の第１の永久磁石
    を、その磁化方向がマイクロ波導入方向にほぼ垂直で、
    かつ、極性が前記導波部を挟んで等しくなる向きに配置
    すると共に、少なくとも１個の第２の永久磁石を前記導
    波部の周囲に極性を同一にして、前記プラズマ生成室側
    の極性が前記第１の永久磁石の導波部側の極性と一致す
    るように配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 前記プラズマ生成室を形成する天板に、
    前記プラズマ生成室側の極性が前記第２の永久磁石の前
    記プラズマ生成室側の極性と同一になるよう永久磁石を
    配置した請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記プラズマ生成室を形成する側壁の前
    記各導波部間に、前記プラズマ生成室側の極性が前記第
    ２の永久磁石の前記プラズマ生成室側の極性と逆になる
    よう永久磁石を配置した請求項２に記載のプラズマ処理
    装置。
  5. 【請求項５】 内部にプラズマが生成されるプラズマ生
    成室と、該プラズマ生成室内にプラズマを生成するため
    のマイクロ波を導入する導波部と、該導波部の周囲に設
    けられ、前記マイクロ波との相互作用によりプラズマを
    生成するための電子サイクロトロン共鳴磁場強度を有す
    る永久磁石と、前記プラズマ生成室内に生成されたプラ
    ズマに面して配置され、前記プラズマにより処理される
    被処理物を保持する保持手段とを備え、 前記永久磁石は、前記プラズマ生成室内へのマイクロ波
    導出部における磁力線の方向が前記マイクロ波の電界方
    向とほぼ直交するように配置されていることを特徴とす
    るプラズマ処理装置。
  6. 【請求項６】 前記導波部は矩形導波管で形成され、該
    矩形導波管の長辺方向は前記被処理物の面とほぼ平行に
    配置されている請求項１，２または５に記載のプラズマ
    処理装置。
  7. 【請求項７】 前記導波部は矩形導波管で形成され、該
    矩形導波管の長辺方向は前記被処理物の面と交差する方
    向に配置されている請求項１，２または５に記載のプラ
    ズマ処理装置。
  8. 【請求項８】 導波部からのマイクロ波と導波部の周囲
    に設けられた永久磁石の磁場との相互作用によりプラズ
    マ生成室内にプラズマを生成し、この生成されたプラズ
    マによりプラズマ生成室内の被処理物を処理するにあた
    って、 前記マイクロ波は前記プラズマ生成室の側壁から被処理
    物の面とほぼ平行な方向に導入され、このマイクロ波と
    前記永久磁石との相互作用により生成されたプラズマ
    は、前記導波部の周囲に配置された永久磁石と各導波部
    の間に配置された複数の永久磁石とで形成された磁力線
    により前記プラズマ生成室の中央付近に押し込んで閉じ
    込められていることを特徴とするプラズマ処理方法。
  9. 【請求項９】 請求項１〜５のいずれかに記載のプラズ
    マ生成室内にシリコンウエハを保持し、前記プラズマ生
    成室内にＳｉＨ4，Ｏ2，ＳｉＦ4，ＣＦ4，ＣＨ4または
    塩素を含むガスを導入すると共に、前記マイクロ波と前
    記永久磁石により形成されたプラズマ生成領域において
    生成されたプラズマを前記シリコンウエハに作用させて
    半導体を製造することを特徴とする半導体製造方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539872C1 (ru) * 2013-07-05 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) Устройство свч плазменной обработки
WO2016186143A1 (ja) * 2015-05-20 2016-11-24 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体製造方法
JP2022504088A (ja) * 2018-10-02 2022-01-13 エヴァテック・アーゲー プラズマ支援原子層堆積（ｐｅａｌｄ）装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539872C1 (ru) * 2013-07-05 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) Устройство свч плазменной обработки
WO2016186143A1 (ja) * 2015-05-20 2016-11-24 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体製造方法
JPWO2016186143A1 (ja) * 2015-05-20 2018-03-29 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および半導体製造方法
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