JP2546405B2 - プラズマ処理装置ならびにその運転方法 - Google Patents
プラズマ処理装置ならびにその運転方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
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- H01J37/3266—Magnetic control means
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- H01J37/32678—Electron cyclotron resonance
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製造などに使用される、マ
イクロ波プラズマを使用したドライエッチングおよびCV
D（Chemical Vapor Deposition）による薄膜形成が可能
なマイクロ波プラズマ処理装置の構成とその運転方法に
関する。
イクロ波プラズマを使用したドライエッチングおよびCV
D（Chemical Vapor Deposition）による薄膜形成が可能
なマイクロ波プラズマ処理装置の構成とその運転方法に
関する。
この種のマイクロ波プラズマ処理装置としてECR（Ele
ctron Cycrotron Resonance）プラズマを用いて基板の
表面加工を行うものが注目されている。ECRプラズマと
は、磁場とマイクロ波との共鳴効果を用いて電子を加速
し、この電子の運動エネルギーを用いてガスを電離する
ことにより生成されるプラズマをいい、高密度のプラズ
マが得られる特徴がある。マイクロ波に励振された電子
は磁力線の周りを円運動し、その際、遠心力とローレン
ツ力とがバランスする条件をECR条件と呼んでいる。遠
心力をmrω2,ローレンツ力を−qrωＢで表すと、これら
がバランスする条件は、ω/B＝q/mである。ここでωは
マイクロ波の角周波数、Ｂは磁束密度、q/mは電子の比
電荷である。マイクロ波周波数は、工業的に認められて
いる2.45GHzが一般に用いられ、その場合の共鳴磁束密
度は875ガウスである。第２図に一般的なECRプラズマ装
置の構造説明のための断面図を示す。図には示されてい
ないマイクロ波発生器で発生したマイクロ波を、その伝
達手段である導波管１を介してプラズマ生成室３へ導入
する。プラズマ生成室３にはガス供給手段４を介してプ
ラズマ生成用のガス、例えばN2,O2,Ar等を供給する。前
記導波管１とプラズマ生成室３との間には、大気圧下に
ある導波管１側と真空排気されたプラズマ生成室３とを
気密に隔離するための真空窓２を設けてある。プラズマ
生成室３の下部には中心に大口径の開口７を有する金属
板が設けられ、この金属板とプラズマ生成室３とで半開
放のマイクロ波共振器を構成している。この共振器の外
部に励磁用ソレノイド６が配置され、共振器内にECR条
件を満たす磁場を形成させて、共振器内にプラズマを発
生する。このプラズマが磁力線に沿って処理室９内に押
し出され、基板台10に向かう空間内にガス供給手段12か
ら例えばモノシランガス（SiH4）を供給して、このガス
を前記プラズマにより活性化すると、活性種が、被加工
試料である基板11と反応して基板表面に薄膜が形成され
る。なおガス供給手段４からN2等のガスの代りにエッチ
ング用のガスを供給することにより、この装置は基板の
エッチング加工用にも使用可能となる。
ctron Cycrotron Resonance）プラズマを用いて基板の
表面加工を行うものが注目されている。ECRプラズマと
は、磁場とマイクロ波との共鳴効果を用いて電子を加速
し、この電子の運動エネルギーを用いてガスを電離する
ことにより生成されるプラズマをいい、高密度のプラズ
マが得られる特徴がある。マイクロ波に励振された電子
は磁力線の周りを円運動し、その際、遠心力とローレン
ツ力とがバランスする条件をECR条件と呼んでいる。遠
心力をmrω2,ローレンツ力を−qrωＢで表すと、これら
がバランスする条件は、ω/B＝q/mである。ここでωは
マイクロ波の角周波数、Ｂは磁束密度、q/mは電子の比
電荷である。マイクロ波周波数は、工業的に認められて
いる2.45GHzが一般に用いられ、その場合の共鳴磁束密
度は875ガウスである。第２図に一般的なECRプラズマ装
置の構造説明のための断面図を示す。図には示されてい
ないマイクロ波発生器で発生したマイクロ波を、その伝
達手段である導波管１を介してプラズマ生成室３へ導入
する。プラズマ生成室３にはガス供給手段４を介してプ
ラズマ生成用のガス、例えばN2,O2,Ar等を供給する。前
記導波管１とプラズマ生成室３との間には、大気圧下に
ある導波管１側と真空排気されたプラズマ生成室３とを
気密に隔離するための真空窓２を設けてある。プラズマ
生成室３の下部には中心に大口径の開口７を有する金属
板が設けられ、この金属板とプラズマ生成室３とで半開
放のマイクロ波共振器を構成している。この共振器の外
部に励磁用ソレノイド６が配置され、共振器内にECR条
件を満たす磁場を形成させて、共振器内にプラズマを発
生する。このプラズマが磁力線に沿って処理室９内に押
し出され、基板台10に向かう空間内にガス供給手段12か
ら例えばモノシランガス（SiH4）を供給して、このガス
を前記プラズマにより活性化すると、活性種が、被加工
試料である基板11と反応して基板表面に薄膜が形成され
る。なおガス供給手段４からN2等のガスの代りにエッチ
ング用のガスを供給することにより、この装置は基板の
エッチング加工用にも使用可能となる。
本発明が解決しようとする，従来のこの種のECRプラ
ズマエッチング、CVD装置の構成やその運転方法の問題
点に入る前に、まず、この種の装置におけるプラズマの
生成のされ方につき説明する。ECR型のプラズマエッチ
ング、CVD装置においては、プラズマの高密度化をはか
り、効率のよいエッチングもしくは薄膜形成を行うため
に、プラズマ生成室内にECR条件を満たす磁場領域を実
現するが、この磁場領域は、励磁用ソレノイドの軸方向
長さが有限であるために、軸方向長さを無限大と仮定し
た場合のように、プラズマ生成室内の全空間に広がって
存在することはできず、限定された領域となり、その形
状と軸方向の位置とは励磁用ソレノイドの外径，内径，
高さ，巻数などの設計諸元とソレノイド電流の大きさと
により変わる。また、プラズマの生成は、プラズマ生成
室内マイクロ波の電界強度と磁束密度との外積（Ｅ×
Ｂ）により規定されるため、プラズマ生成室内のマイク
ロ波電界分布とECR条件となる磁場領域（以下、共鳴磁
場領域と記す）との相対位置は、基板表面加工の速さと
質，例えば基板表面に形成される薄膜の成長速度と膜厚
分布や膜の緻密さなどの膜質とを規定する重要な因子と
なる。そして、プラズマ生成室内のマイクロ波電界分布
はプラズマ生成室の形状，寸法と、マイクロ波と負荷と
のマッチングの状態により決まる。マイクロ波電界分布
の一例として、第３図に、プラズマ生成室がマイクロ波
の共振モードTE113を生ずる共振器として形成された場
合のマイクロ波電界分布の模式図を示す。この場合に
は、プラズマ生成室内のマイクロ波定常波の膜が３個存
在し、プラズマ生成室の軸線上にこの定常波波形の振幅
に等しい電界強度をもち半径方向に小さくなって行く電
界強度の分布が生じる。従って、励磁用ソレノイドに流
す電流の大きさにより共鳴磁場領域の形成部位を制御す
れば、ECRプラズマの生成効率やプラズマ密度の分布を
プラズマ生成室内で制御することができる。この様子を
第４図に示す。ここで、細かいハッチを付した領域は、
周波数2.45GHZのマイクロ波と共鳴する磁場の磁束密度8
75ガウスに対し、磁束密度の誤差が±１％以内に収まる
磁場領域を示している。ソレノイドの長さ方向中心近傍
がECR条件となるようにソレノイド電流を流した場合に
は、共鳴磁場領域は、領域Ａに示すように、軸線近傍で
ソレノイドの長さ方向に厚く、径方向に厚みが急速に減
ずる形状となり、プラズマはソレノイドの軸線近傍に集
中する傾向を示す。一方、ソレノイドの長さ方向中心付
近から離れた所に共鳴磁場領域が形成されるようにソレ
ノイド電流を流した場合には、領域Ｂに示されるよう
に、共鳴磁場領域は軸線近傍でソレノイドの長さ方向の
厚みが薄くなるが、径方向には厚みがほぼ均一となる。
いま、領域Ａのような磁場領域によるプラズマ生成のモ
ードをモードＩと呼び、領域Ｂのような磁場領域による
プラズマ生成のモードをモードIIと呼ぶことにすると、
モードＩでプラズマを生成した場合には、プラズマの生
成効率が高く、比較的密度の高いプラズマが得られる。
また、モードIIでプラズマを生成すると、プラズマの生
成効率はモードＩと比べて低くなるが、径方向の密度分
布は均一化される。モードI,モードIIでプラズマを生成
したときのプラズマ密度の径方向分布の例をそれぞれ第
５図および第６図に示す。この例では、モードＩの場合
で径方向に約30％の差が生じるのに対し、モードIIの場
合には約10％以内の差に収まっている。
ズマエッチング、CVD装置の構成やその運転方法の問題
点に入る前に、まず、この種の装置におけるプラズマの
生成のされ方につき説明する。ECR型のプラズマエッチ
ング、CVD装置においては、プラズマの高密度化をはか
り、効率のよいエッチングもしくは薄膜形成を行うため
に、プラズマ生成室内にECR条件を満たす磁場領域を実
現するが、この磁場領域は、励磁用ソレノイドの軸方向
長さが有限であるために、軸方向長さを無限大と仮定し
た場合のように、プラズマ生成室内の全空間に広がって
存在することはできず、限定された領域となり、その形
状と軸方向の位置とは励磁用ソレノイドの外径，内径，
高さ，巻数などの設計諸元とソレノイド電流の大きさと
により変わる。また、プラズマの生成は、プラズマ生成
室内マイクロ波の電界強度と磁束密度との外積（Ｅ×
Ｂ）により規定されるため、プラズマ生成室内のマイク
ロ波電界分布とECR条件となる磁場領域（以下、共鳴磁
場領域と記す）との相対位置は、基板表面加工の速さと
質，例えば基板表面に形成される薄膜の成長速度と膜厚
分布や膜の緻密さなどの膜質とを規定する重要な因子と
なる。そして、プラズマ生成室内のマイクロ波電界分布
はプラズマ生成室の形状，寸法と、マイクロ波と負荷と
のマッチングの状態により決まる。マイクロ波電界分布
の一例として、第３図に、プラズマ生成室がマイクロ波
の共振モードTE113を生ずる共振器として形成された場
合のマイクロ波電界分布の模式図を示す。この場合に
は、プラズマ生成室内のマイクロ波定常波の膜が３個存
在し、プラズマ生成室の軸線上にこの定常波波形の振幅
に等しい電界強度をもち半径方向に小さくなって行く電
界強度の分布が生じる。従って、励磁用ソレノイドに流
す電流の大きさにより共鳴磁場領域の形成部位を制御す
れば、ECRプラズマの生成効率やプラズマ密度の分布を
プラズマ生成室内で制御することができる。この様子を
第４図に示す。ここで、細かいハッチを付した領域は、
周波数2.45GHZのマイクロ波と共鳴する磁場の磁束密度8
75ガウスに対し、磁束密度の誤差が±１％以内に収まる
磁場領域を示している。ソレノイドの長さ方向中心近傍
がECR条件となるようにソレノイド電流を流した場合に
は、共鳴磁場領域は、領域Ａに示すように、軸線近傍で
ソレノイドの長さ方向に厚く、径方向に厚みが急速に減
ずる形状となり、プラズマはソレノイドの軸線近傍に集
中する傾向を示す。一方、ソレノイドの長さ方向中心付
近から離れた所に共鳴磁場領域が形成されるようにソレ
ノイド電流を流した場合には、領域Ｂに示されるよう
に、共鳴磁場領域は軸線近傍でソレノイドの長さ方向の
厚みが薄くなるが、径方向には厚みがほぼ均一となる。
いま、領域Ａのような磁場領域によるプラズマ生成のモ
ードをモードＩと呼び、領域Ｂのような磁場領域による
プラズマ生成のモードをモードIIと呼ぶことにすると、
モードＩでプラズマを生成した場合には、プラズマの生
成効率が高く、比較的密度の高いプラズマが得られる。
また、モードIIでプラズマを生成すると、プラズマの生
成効率はモードＩと比べて低くなるが、径方向の密度分
布は均一化される。モードI,モードIIでプラズマを生成
したときのプラズマ密度の径方向分布の例をそれぞれ第
５図および第６図に示す。この例では、モードＩの場合
で径方向に約30％の差が生じるのに対し、モードIIの場
合には約10％以内の差に収まっている。
一方、例えば、基板表面に形成される薄膜の質，例え
ば膜の緻密さはプラズマ密度が大きくなると緻密にな
り、小さいと粗となる傾向がある。また、薄膜の膜厚分
布は、プラズマ密度に対応した分布となり、一例とし
て、モードＩでN2プラズマを生成し、処理室にシラン
（SiH4）を導入して基板表面にSi3H4膜を形成した場合
を示す第７図からも見られるように、プラズマ密度分布
と成膜速度分布すなわち膜厚分布とが極めてよく対応す
る。従って膜質や成膜速度を向上させようとすればモー
ドＩによる成膜が望ましく、膜厚分布を均一化しようと
すればモードIIになる成膜が望ましい。薄膜形成に際し
ては、必要十分な膜質，膜厚分布が得られるように装置
を運転すればよく、従来は、ソレノイド電流のみを調整
し、膜質，成膜速度と膜厚分布との総合特性が最良とな
ると考えられる電流で成膜を行なっていた。しかし、ソ
レノイド電流のみを調整する運転方法では、プラズマ生
成室と励磁用ソレノイドとの相対位置すなわちマイクロ
波電界分布とモードI,モードIIの共鳴磁場領域との相対
位置の関係から必ずしも十分な成膜総合特性を得ること
ができないという問題点があった。
ば膜の緻密さはプラズマ密度が大きくなると緻密にな
り、小さいと粗となる傾向がある。また、薄膜の膜厚分
布は、プラズマ密度に対応した分布となり、一例とし
て、モードＩでN2プラズマを生成し、処理室にシラン
（SiH4）を導入して基板表面にSi3H4膜を形成した場合
を示す第７図からも見られるように、プラズマ密度分布
と成膜速度分布すなわち膜厚分布とが極めてよく対応す
る。従って膜質や成膜速度を向上させようとすればモー
ドＩによる成膜が望ましく、膜厚分布を均一化しようと
すればモードIIになる成膜が望ましい。薄膜形成に際し
ては、必要十分な膜質，膜厚分布が得られるように装置
を運転すればよく、従来は、ソレノイド電流のみを調整
し、膜質，成膜速度と膜厚分布との総合特性が最良とな
ると考えられる電流で成膜を行なっていた。しかし、ソ
レノイド電流のみを調整する運転方法では、プラズマ生
成室と励磁用ソレノイドとの相対位置すなわちマイクロ
波電界分布とモードI,モードIIの共鳴磁場領域との相対
位置の関係から必ずしも十分な成膜総合特性を得ること
ができないという問題点があった。
この発明の目的は、成膜総合特性を、ソレノイド電流
のみによる場合よりも向上させることのできるプラズマ
処理装置の構成とその運転方法とを提供することであ
る。
のみによる場合よりも向上させることのできるプラズマ
処理装置の構成とその運転方法とを提供することであ
る。
上記課題を達成するために、この発明においては、励
磁用ソレノイドとプラズマ生成室との軸方向相対位置を
変えることができるように装置を構成して、マイクロ波
電界のプラズマ生成室内分布と共鳴磁場領域との相対位
置を機械的にも可調整とし、基板の表面加工に際して
は、プラズマ生成のモードがモードＩとなる共鳴磁場領
域と，モードIIとなる共鳴磁場領域との間の遷移領域内
に共鳴磁場領域を位置させるとともに、この位置をプラ
ズマ生成室内マイクロ波電界分布に対して表面加工の総
合特性が最良となる相対位置まで移動して成膜を行う運
転方法をとるものとする。
磁用ソレノイドとプラズマ生成室との軸方向相対位置を
変えることができるように装置を構成して、マイクロ波
電界のプラズマ生成室内分布と共鳴磁場領域との相対位
置を機械的にも可調整とし、基板の表面加工に際して
は、プラズマ生成のモードがモードＩとなる共鳴磁場領
域と，モードIIとなる共鳴磁場領域との間の遷移領域内
に共鳴磁場領域を位置させるとともに、この位置をプラ
ズマ生成室内マイクロ波電界分布に対して表面加工の総
合特性が最良となる相対位置まで移動して成膜を行う運
転方法をとるものとする。
まず、第８図に、プラズマ生成室内に生成されるプラ
ズマ密度のソレノイド電流依存性の一例を示す。この例
では、共鳴磁場領域が励磁用ソレノイドの軸線方向中心
付近に生じるモードＩは、ソレノイド電流が146A以下の
場合に生じ、また、共鳴磁場領域が励磁用ソレノイドの
軸線方向中心付近から離れた位置に生じるモードIIは、
ソレノイド電流が154A以上でないと生じない。そして、
モードＩおよびモードIIそれぞれの共鳴磁場領域におけ
るプラズマ密度には約１桁の差がある。そして、これら
両領域の間にプラズマ密度がソレノイド電流とともに変
化する遷移領域が存在する。従来の運転方法では、ソレ
ノイド電流を調整することにより、共鳴磁場領域をこの
遷移領域内の最適と考えられる位置に位置させて成膜が
行われていたことになる。しかし、プラズマの生成効率
はマイクロ波電界分布と共鳴磁場領域との相対位置によ
り大きく影響を受けるから、従来のように、励磁用ソレ
ノイドとプラズマ生成室との相対位置が固定されている
と、遷移領域内で最適と考えられていた共鳴磁場領域の
位置を、さらに適切なマイクロ波電界分布と共鳴磁場領
域との相対位置へ向けて移動させようとしても、不可能
である。しかし、本発明のように、励磁用ソレノイドと
プラズマ生成室との相対位置が可変となるように装置を
形成すれば、遷移領域内の随意の位置をプラズマ生成室
の軸方向に移動させることができ、表面加工の総合特性
を極限まで高めることのできる装置運転が可能になる。
ズマ密度のソレノイド電流依存性の一例を示す。この例
では、共鳴磁場領域が励磁用ソレノイドの軸線方向中心
付近に生じるモードＩは、ソレノイド電流が146A以下の
場合に生じ、また、共鳴磁場領域が励磁用ソレノイドの
軸線方向中心付近から離れた位置に生じるモードIIは、
ソレノイド電流が154A以上でないと生じない。そして、
モードＩおよびモードIIそれぞれの共鳴磁場領域におけ
るプラズマ密度には約１桁の差がある。そして、これら
両領域の間にプラズマ密度がソレノイド電流とともに変
化する遷移領域が存在する。従来の運転方法では、ソレ
ノイド電流を調整することにより、共鳴磁場領域をこの
遷移領域内の最適と考えられる位置に位置させて成膜が
行われていたことになる。しかし、プラズマの生成効率
はマイクロ波電界分布と共鳴磁場領域との相対位置によ
り大きく影響を受けるから、従来のように、励磁用ソレ
ノイドとプラズマ生成室との相対位置が固定されている
と、遷移領域内で最適と考えられていた共鳴磁場領域の
位置を、さらに適切なマイクロ波電界分布と共鳴磁場領
域との相対位置へ向けて移動させようとしても、不可能
である。しかし、本発明のように、励磁用ソレノイドと
プラズマ生成室との相対位置が可変となるように装置を
形成すれば、遷移領域内の随意の位置をプラズマ生成室
の軸方向に移動させることができ、表面加工の総合特性
を極限まで高めることのできる装置運転が可能になる。
第１図に本発明によるプラズマ処理装置構成の一実施
例を示す。図において、第２図と同一の部材には同一の
符号が付されている。プラズマ生成室３を同軸に包囲す
る励磁用ソレノイド16は、図示されない昇降機構により
上下方向移動可能に装置本体に載置される。ここで、励
磁用ソレノイド16は、ソレノイドに電流を流すことによ
りソレノイドの内側に形成された共鳴磁場領域の位置を
前記昇降機構によりプラズマ生成室３の軸線方向の広範
囲に移動させることができるため、軸方向の長さを従来
の励磁用ソレノイド６（第２図）と比べて短く形成さ
れ、ソレノイドを含む装置本体の小形化に寄与してい
る。なお、励磁用ソレノイド16と昇降機構との結合は、
非磁性材，例えばステンレスの棒材を介して行こなわれ
る。
例を示す。図において、第２図と同一の部材には同一の
符号が付されている。プラズマ生成室３を同軸に包囲す
る励磁用ソレノイド16は、図示されない昇降機構により
上下方向移動可能に装置本体に載置される。ここで、励
磁用ソレノイド16は、ソレノイドに電流を流すことによ
りソレノイドの内側に形成された共鳴磁場領域の位置を
前記昇降機構によりプラズマ生成室３の軸線方向の広範
囲に移動させることができるため、軸方向の長さを従来
の励磁用ソレノイド６（第２図）と比べて短く形成さ
れ、ソレノイドを含む装置本体の小形化に寄与してい
る。なお、励磁用ソレノイド16と昇降機構との結合は、
非磁性材，例えばステンレスの棒材を介して行こなわれ
る。
表面加工に際しては、第８図に示す遷移領域内に共鳴
磁場領域が生じるようにソレノイド電流を流すとともに
励磁用ソレノイド16を上下方向に移動させて膜質，膜厚
分布，成膜速度などの総合特性が最良となる位置に固定
して加工を行う。このような運転操作を、遷移領域内の
共鳴磁場領域の位置を変えて数回行うことにより、総合
特性が極限まで高められた表面加工が可能になる。な
お、ソレノイド電流の調整による遷移領域内所望位置へ
の共鳴磁場領域の設定は、ソレノイドの外径，半径方向
の厚み，長さを大きくすれば遷移領域の軸方向の幅が広
がり、より安定に行うことができる。
磁場領域が生じるようにソレノイド電流を流すとともに
励磁用ソレノイド16を上下方向に移動させて膜質，膜厚
分布，成膜速度などの総合特性が最良となる位置に固定
して加工を行う。このような運転操作を、遷移領域内の
共鳴磁場領域の位置を変えて数回行うことにより、総合
特性が極限まで高められた表面加工が可能になる。な
お、ソレノイド電流の調整による遷移領域内所望位置へ
の共鳴磁場領域の設定は、ソレノイドの外径，半径方向
の厚み，長さを大きくすれば遷移領域の軸方向の幅が広
がり、より安定に行うことができる。
以上に述べたように、本発明においては、装置の構成
要素として、マイクロ波発生手段と、該マイクロ波を伝
達する手段と、該マイクロ波の伝達手段と結合されて前
記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介
して送入されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果によ
りプラズマ化する磁場を形成する励磁用ソレノイドを同
軸に備え、かつ軸線が前記磁場の中心軸と一致する開口
を前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有するプラズ
マ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口を介して連通
し該開口から前記磁場に沿って流出するプラズマを用い
て表面加工が行われる基板が配される処理室と、を備え
たプラズマ処理装置を、前記励磁用ソレノイドとプラズ
マ生成室との軸方向相対位置を変えることができるよう
に構成し、プラズマ生成室内のマイクロ波電界分布と，
マイクロ波と共鳴する磁場領域との相対位置を機械的に
も可調整としたので、遷移領域内に形成させた共鳴磁場
領域をプラズマ生成室内マイクロ波電界分布に対する最
適相対位置に位置させて基板の表面加工を行わせる装置
運転が可能になり、成膜工程では成膜速度，膜質，膜厚
分布等の総合特性が極限まで高められ、エッチング工程
でも同様の総合特性が極限まで高められる表面加工が可
能になる。
要素として、マイクロ波発生手段と、該マイクロ波を伝
達する手段と、該マイクロ波の伝達手段と結合されて前
記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介
して送入されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果によ
りプラズマ化する磁場を形成する励磁用ソレノイドを同
軸に備え、かつ軸線が前記磁場の中心軸と一致する開口
を前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有するプラズ
マ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口を介して連通
し該開口から前記磁場に沿って流出するプラズマを用い
て表面加工が行われる基板が配される処理室と、を備え
たプラズマ処理装置を、前記励磁用ソレノイドとプラズ
マ生成室との軸方向相対位置を変えることができるよう
に構成し、プラズマ生成室内のマイクロ波電界分布と，
マイクロ波と共鳴する磁場領域との相対位置を機械的に
も可調整としたので、遷移領域内に形成させた共鳴磁場
領域をプラズマ生成室内マイクロ波電界分布に対する最
適相対位置に位置させて基板の表面加工を行わせる装置
運転が可能になり、成膜工程では成膜速度，膜質，膜厚
分布等の総合特性が極限まで高められ、エッチング工程
でも同様の総合特性が極限まで高められる表面加工が可
能になる。
第１図は本発明の一実施例になるECRプラズマ装置の断
面図、第２図は従来の一般的なECRプラズマ装置の例の
断面図、第３図はマイクロ波の共鳴モードTE113の共振
器内の電界強度を示すマイクロ波定常波の波形図、第４
図は共鳴磁場領域の励磁用ソレノイド内側の位置と断面
形状とを示す模式図、第５図および第６図はそれぞれ第
４図に示す領域Ａおよび領域Ｂに共鳴磁場領域を形成し
て基板の表面加工を行うときのプラズマ密度の面内分布
を示す線図、第７図はプラズマ密度分布と成膜速度分布
との対照図、第８図は共鳴磁場領域の形成位置によるプ
ラズマ密度の励磁用ソレノイド電流依存性を示す線図で
ある。 1:導波管（マイクロ波伝達手段）、3:プラズマ生成室、
4:ガス供給手段、6,16:励磁用ソレノイド、7:開口、9:
処理室。
面図、第２図は従来の一般的なECRプラズマ装置の例の
断面図、第３図はマイクロ波の共鳴モードTE113の共振
器内の電界強度を示すマイクロ波定常波の波形図、第４
図は共鳴磁場領域の励磁用ソレノイド内側の位置と断面
形状とを示す模式図、第５図および第６図はそれぞれ第
４図に示す領域Ａおよび領域Ｂに共鳴磁場領域を形成し
て基板の表面加工を行うときのプラズマ密度の面内分布
を示す線図、第７図はプラズマ密度分布と成膜速度分布
との対照図、第８図は共鳴磁場領域の形成位置によるプ
ラズマ密度の励磁用ソレノイド電流依存性を示す線図で
ある。 1:導波管（マイクロ波伝達手段）、3:プラズマ生成室、
4:ガス供給手段、6,16:励磁用ソレノイド、7:開口、9:
処理室。
Claims (2)
- 【請求項１】マイクロ波発生手段と、該マイクロ波を伝
達する手段と、該マイクロ波の伝達手段と結合されて前
記マイクロ波が導入されるとともに、ガス供給手段を介
して送入されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果によ
りプラズマ化する磁場を形成する励磁用ソレノイドを同
軸に備え、かつ軸線が前記磁場の中心軸と一致する開口
を前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有するプラズ
マ生成室と、該プラズマ生成室と前記開口を介して連通
し該開口から前記磁場に沿って流出するプラズマを用い
て表面加工が行われる基板が配される処理室と、を備え
たプラズマ処理装置において、前記励磁用ソレノイドと
プラズマ生成室との軸方向相対位置を可変に形成され、
マイクロ波電界のプラズマ生成室内分布と，マイクロ波
と共鳴する磁場領域との相対位置を機械的に可調整とさ
れたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】請求項第１項に記載のプラズマ処理装置の
運転方法であって、励磁用ソレノイド電流を調整して、
プラズマ生成効率が比較的高くプラズマ生成室軸線近傍
のプラズマ密度が周壁近傍よりも有意に大きくなる，励
磁用ソレノイドの軸線方向中心位置近傍の共鳴磁場領域
と、プラズマ生成効率が比較的低くプラズマ密度の径方
向分布が比較的均一となる，励磁用ソレノイドの軸線方
向中心位置から軸線方向に離れた共鳴磁場領域との間の
遷移領域内に共鳴磁場領域を形成するとともに該共鳴磁
場領域をプラズマ生成室との相対位置が最適となる位置
まで機械的に移動させて基板の表面加工を行うプラズマ
処理装置の運転方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2060426A JP2546405B2 (ja) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | プラズマ処理装置ならびにその運転方法 |
| US07/666,522 US5245157A (en) | 1990-03-12 | 1991-03-11 | Microwave plasma processing or semiconductor devices |
| DE4107753A DE4107753C2 (de) | 1990-03-12 | 1991-03-11 | Verfahren zum Betrieb einer Plasmabearbeitungseinrichtung |
| GB9105063A GB2243944B (en) | 1990-03-12 | 1991-03-11 | Plasma processing apparatus and operation method thereof |
| KR1019910003821A KR0125448B1 (ko) | 1990-03-12 | 1991-03-11 | 플라즈마 처리 장치 및 그의 동작방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2060426A JP2546405B2 (ja) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | プラズマ処理装置ならびにその運転方法 |
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| JP2546405B2 true JP2546405B2 (ja) | 1996-10-23 |
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Family Applications (1)
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| US5660744A (en) * | 1992-03-26 | 1997-08-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Plasma generating apparatus and surface processing apparatus |
| US5444207A (en) * | 1992-03-26 | 1995-08-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Plasma generating device and surface processing device and method for processing wafers in a uniform magnetic field |
| US5324388A (en) * | 1992-06-22 | 1994-06-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dry etching method and dry etching apparatus |
| JP3199957B2 (ja) * | 1994-06-20 | 2001-08-20 | 株式会社日立製作所 | マイクロ波プラズマ処理方法 |
| US5733820A (en) * | 1995-04-27 | 1998-03-31 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dry etching method |
| KR960043012A (ko) | 1995-05-19 | 1996-12-21 | 가나이 쯔도무 | 플라즈마 처리방법 및 처리장치 |
| JPH11162958A (ja) * | 1997-09-16 | 1999-06-18 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びその方法 |
| JP2000021871A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-21 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理方法 |
| DE10156615B4 (de) * | 2001-11-17 | 2004-10-07 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Einrichtung zur Erzeugung eines örtlich variierbaren Elektron-Zyklotron-Resonanz-Mikrowellen-Niederdruckplasmas |
| DE10341239B4 (de) * | 2003-09-08 | 2006-05-24 | Roth & Rau Ag | ECR-Plasmaquelle mit linearer Plasmaaustrittsöffnung |
| CN106298425B (zh) * | 2016-11-04 | 2017-09-29 | 大连理工大学 | 提高等离子体径向均匀性的等离子体腔室 |
| CN111526653B (zh) * | 2020-06-03 | 2024-04-26 | 吉林大学 | 具备电磁能量双重激发功能的微波耦合等离子体发生装置 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CS176690B1 (ja) * | 1975-03-04 | 1977-06-30 | ||
| CA1159012A (en) * | 1980-05-02 | 1983-12-20 | Seitaro Matsuo | Plasma deposition apparatus |
| JPS6037129A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-26 | Hitachi Ltd | 半導体製造装置 |
| DD217244A1 (de) * | 1983-08-31 | 1985-01-09 | Mikroelektronik Zt Forsch Tech | Verfahren und vorrichtung zur magnetischen einschnuerung von plasmen |
| EP0273741B1 (en) * | 1986-12-29 | 1991-10-23 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Plasma apparatus |
| EP0275965B1 (en) * | 1987-01-19 | 1995-05-31 | Hitachi, Ltd. | Plasma operation apparatus |
| JPH0620048B2 (ja) * | 1987-01-30 | 1994-03-16 | 富士電機株式会社 | 乾式薄膜加工装置 |
| US4778561A (en) * | 1987-10-30 | 1988-10-18 | Veeco Instruments, Inc. | Electron cyclotron resonance plasma source |
| DE3820237C1 (ja) * | 1988-06-14 | 1989-09-14 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften Ev, 3400 Goettingen, De | |
| US4952273A (en) * | 1988-09-21 | 1990-08-28 | Microscience, Inc. | Plasma generation in electron cyclotron resonance |
| JP2913671B2 (ja) * | 1989-06-29 | 1999-06-28 | ソニー株式会社 | Ｅｃｒプラズマｃｖｄ装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法 |
| US5032202A (en) * | 1989-10-03 | 1991-07-16 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Plasma generating apparatus for large area plasma processing |
| KR930004713B1 (ko) * | 1990-06-18 | 1993-06-03 | 삼성전자 주식회사 | 변조방식을 이용한 플라즈마 발생장치 및 방법 |
-
1990
- 1990-03-12 JP JP2060426A patent/JP2546405B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-03-11 US US07/666,522 patent/US5245157A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-11 DE DE4107753A patent/DE4107753C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-11 KR KR1019910003821A patent/KR0125448B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1991-03-11 GB GB9105063A patent/GB2243944B/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4107753C2 (de) | 1998-03-19 |
| US5245157A (en) | 1993-09-14 |
| GB2243944A (en) | 1991-11-13 |
| KR0125448B1 (ko) | 1997-12-26 |
| GB2243944B (en) | 1994-08-31 |
| GB9105063D0 (en) | 1991-04-24 |
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