JP2666697B2 - 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Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温プラズマを用いた半
導体素子の製造に係り、特にCVD、エッチング、スパッ
タ、アッシング等の各技術の高速処理に好適なマイクロ
はプラズマ処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】低温プラズマを用いた装置を大別すれ
ば、真空中で平行平板の電極の一方に１０ＫHz〜３０Ｍ
Hz程度の高周波電圧を印加して、プラズマを発生させる
技術を用いるもの（半導体研究１８；Ｐ１２１〜Ｐ１７
０，半導体研究１９；Ｐ２２５〜Ｐ２６７）と、２.４
５ＧHzのマイクロ波を真空室へ導入してプラズマを発生
させる技術を用いるものがある。従来、これらの内で平
行平板電極による技術が主として用いられてきた。 【０００３】一方、半導体素子の微細化に伴い、プラズ
マ処理時に発生するイオンの衝撃により素子特性が影響
を受けることが問題になってきた。更に、処理能力の向
上のために処理速度を上げることが要請されている。 【０００４】処理速度を高める場合、単にプラズマの密
度あるいはラジカル（イオン化直前の活性粒子）濃度を
高めるだけでは不十分である。プラズマ処理によるドラ
イエッチングや、プラズマＣＶＤではイオンのエネルギ
ーが重要な役割をはたしている。ドライエッチングの場
合、イオンのエネルギーが大きすぎると下地の膜が削ら
れたり結晶構造に影響を与え、素子特性が劣化する。ま
た小さすぎるとエッチング面に形成されるポリマーの除
去が十分行われず、エッチング速度が低下する。または
逆にポリマーによる保護膜が形成されず、パターンの側
面がエッチングされ、パターンの寸法精度が悪くなると
いった問題を発生する。 【０００５】プラズマＣＶＤでもイオンのエネルギーが
弱いと膜組成が粗となり、エネルギーが強いと密になる
というようにイオンエネルギーが成膜に影響する。 【０００６】したがってプラズマの高密度化と、イオン
エネルギーを適正に制御することが、今後のプラズマ処
理に不可欠である。公知例として特開昭５６−１３４８
０，特開昭５６−９６８４１号公報に示されるようなマ
イクロ波を用いた方式が提案されている。 【０００７】マイクロ波によりプラズマを発生させる場
合、マグネトロンにより発生したマイクロ波を低圧にし
たプラズマ発生室に放射しても、マイクロ波の電界強度
が十分でないため電子に十分なエネルギーが供給され
ず、プラズマを発生させることは困難である。したがっ
てマイクロ波によりプラズマを発生させるためには、電
子が磁場と垂直な平面を回転するサイクロトロン周波数
とマイクロ波の周波数を合致させ共鳴状態にして電子に
エネルギーを供給する方法と、マイクロ波を空胴共振器
に放射してマイクロ波の振幅を大きくし、電界強度を強
めて電子にエネルギーを供給する方法の２つがある。前
者が特開昭５６−１３４８０号公報に示されたもので有
磁場マイクロ波、あるいはＥＣＲ（Electron Cyclotron
Resonance)法とよばれている。後者は特開昭５６−９
６８４１号公報に示されたものである。 【０００８】マイクロ波により発生したプラズマはマイ
クロ波より電子へ直接エネルギーを供給されるために、
プラズマと基板との間に形成されるシース間電圧はほと
んど変化しない。したがって基板を載せる電極に高周波
電圧を印加し、シース間電圧を任意にコントロールする
ことにより、高速化に必要な高いプラズマ密度と適正な
イオンエネルギーに制御できる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理ではイオ
ンのエネルギーが重要な役割をはたすことをさきに述べ
た。 【００１０】従来技術の中でＥＣＲ方式では、特開昭５
６−１３４８０号公報に示されるように、基板を載せた
電極に高周波電圧を印加すると、この電極の対向する側
にはアース電極がないため、高周波電流は周囲処理室と
の間に流れ、基板上でのイオンエネルギーの効果が基板
周囲で強く中心部で弱くなり、基板全体を均一な条件で
処理できないという問題があった。 【００１１】また空胴共振器を使った方式では、共振器
の中でプラズマを発生させる構造のため、プラズマが発
生すると、マイクロ波の波長がプラズマの密度により変
化するため、共振条件が満たされず、プラズマが不安定
になるという問題があった。即ち、プラズマが発生する
までは共振条件が満足されているためマイクロ波の電界
強度が強くなりプラズマが発生する。しかしプラズマが
発生しプラズマ密度が高くなると、マイクロ波の波長が
変わり共振条件が満たされなくなって電界強度が小さく
なる。そして電子へのエネルギーの供給が低下しプラズ
マ密度が低下する。プラズマ密度が低下すると共振条件
が満たされ、ふたたびプラズマ密度が高まる。このよう
な現象のためプラズマを安定に発生させることは困難で
あった。 【００１２】また、これらのプラズマから基板に入射す
るイオンのエネルギーを制御するため、高周波電圧印加
電極を空胴共振器内に設けると、マイクロ波の反射等が
発生し、プラズマがさらに不安定になるという問題があ
った。 【００１３】本発明の目的は、安定で高密度なプラズマ
を発生させるとともに、基板に入射するイオンのエネル
ギーが、基板全体で均一にできるようにすることであ
る。 【００１４】 【課題を解決するための手段】一般に、導波管あるいは
導波管の一種と考えられる空胴共振器内をマイクロ波が
進行する場合、導波管の表面には、電場，磁場に対応し
た電流が流れる。 【００１５】したがってこの電流を横切るように導波管
の一部にスリットを設けると、スリットの両端に電荷が
たまり、これがマイクロ波の進行に伴って変化すること
からスリット両端間の電界が変化し導波管の外部にマイ
クロ波が放射される。 【００１６】前記目的は、上記原理を応用して、マイク
ロ波プラズマ処理装置を、マイクロ波発生源と、このマ
イクロ波発生源から供給されたマイクロ波を大気中で共
振させる空胴共振器手段と、マイクロ波の波長の半分以
上の長さを有して空胴共振器手段で共振させたマイクロ
波を放射する複数のスリットを平板上に配置したスリッ
ト手段と、内部にスリット手段と対向して基板を設置し
所定の圧力に維持された状態でスリット手段から放射さ
れたマイクロ波を導入してプラズマを発生させ基板を処
理するプラズマ処理室手段と、このプラズマ処理室手段
と空胴共振器手段とを分離しマイクロ波を透過する分離
手段とを備えて構成し、マイクロ波により発生させたプ
ラズマにより前記基板を処理することにより達成され
る。 【００１７】 【作用】従来のＥＣＲ方式では導波管の開口部より直接
マイクロ波をプラズマ発生室に放射する構成となってい
る。このためプラズマ発生室と導波管の開口部の間にア
ース電極を設置すると、マイクロ波がアース電極で反射
され、プラズマ発生室に供給できない。 【００１８】本発明では導波管の端面を閉じた構造と
し、この端面にマイクロ波を放射するスリットを設け
た。そして必要に応じて、この導波管の端面をアース電
位になるようにした。 【００１９】スリットの開口面積は導波管の端面全体の
1/3 程にすることができる。したがって基板を載せた電
極に高周波電圧を印加した場合、高周波電流は導波管の
端面と電極間に均等に流れ、イオンの効果を基板全面に
対し均等に発生させることができる。またスリットを通
して十分な量のマイクロ波が供給でき、高密度のプラズ
マを発生させることができる。 【００２０】一方、導波管に空胴共振器を接続した場合
には空胴共振器内で共振により振幅を大きくしたマイク
ロ波がスリットを通してプラズマ発生室に放射される。
そのためプラズマ発生室を従来のように空胴共振器構造
にしなくとも、高密度のプラズマを発生させることがで
きる。 【００２１】このため本発明に係る電極構造は従来のよ
うに空胴共振器との関連による制約を受けない。また空
胴共振器内ではプラズマが発生しないため、共振状態の
変化がなく、プラズマを安定に発生させることができ
る。さらに空胴共振器をアース電位に接続することで、
ＥＣＲ方式の場合と同様に、電極に平行な対向電極とす
ることができ、イオンの効果も基板全体に均一に発生さ
せることができる。 【００２２】 【実施例】以下に本発明の原理及び実施例を図１を用い
て説明する。 【００２３】空胴共振器１はＥ01モードの円形空胴共振
器であり、導波管２を通してマグネトロン３からマイク
ロ波が供給される。導波管２の取付けはＥ01モードとの
結合をよくするため、円形空胴共振器１に対し偏心して
取り付けられている。円形空胴共振器１のもう一方の側
にはセラミックス板４とスリット板５が固定してある。
その下にはプラズマ発生室６が接続してある。尚、セラ
ミックス板４により真空に封止した構造となっている。 【００２４】スリット板５の平面構造は図２ ５ｂに示
すようＥ01モードの電界に対し、直角方向にリング状の
スリット開口部がある。各スリット５ｃの長さは２.４
５ＧHzのマイクロ波を用いた場合、スリットからのマイ
クロ波の放射をよくするため、マイクロ波の1/2 波長に
当る６０mm以上の寸法としている。 【００２５】プラズマ発生室６（図１）には電極７，ガ
ス供給管９，ガス排気管１０が設けてある。電極７は絶
縁材８を介してプラズマ発生室６に固定されており、さ
らに高周波電源１１が接続してある。 【００２６】ガス供給管９には図示しないガス源からプ
ラズマ処理用ガスが設定流量だけ供給できるようになっ
ている。 【００２７】ガス排気管１０には図示しない真空排気ポ
ンプが接続してあり、プラズマ発生室内を１〜１０~3To
rrの圧力にコントロールできるようになっている。 【００２８】マグネトロン３を動作させマイクロ波を発
振させ、導波管２により空胴共振器１に供給する。空胴
共振器内で振幅を大きくしたマイクロ波のエネルギーは
スリット板５のスリットよりプラズマ発生室に放射され
る。プラズマ発生室に放射されたマイクロ波の振幅は空
胴共振器１で大きくなっているため、プラズマ発生室６
が空胴共振器構造でなくともプラズマが点灯し、維持さ
れる。 【００２９】まず、本発明の原理を応用した例として、
エッチングの場合について説明する。ガス供給管９より
エッチングガスを供給し、ガス排気管１０より排気し一
定圧力として、マイクロ波を供給して、スリット板５と
電極７の間にマイクロ波によるプラズマを発生させる。
マイクロ波はプラズマ中の電子に直接作用するために、
このプラズマと電極７の間の電位差は２０〜３０Ｖのレ
ベルである。電極７上に処理ウエハ１２を置き、高周波
電源１１より電極７に高周波電圧を印加する。電極７と
スリット板５は平行に設置されており、高周波電流は電
極７とスリット５の間に均等に流れる。そのため電極と
プラズマ間に発生する電界は均等になり、ウエハ１２に
は全面均一なエネルギーのエッチングガスのイオンが高
周波電圧印加により制御され、入射する。 【００３０】こられエッチングガスのイオンやプラズマ
中で励起されたエッチングガスの活性種（ラジカル）と
ウエハ１２上の被処理膜が反応しエッチングが進行す
る。 【００３１】この時入射するイオンのエネルギーが均等
であるため、ウエハ全面で均一なエッチングができる。 【００３２】次に本発明の実施例として、図１の装置を
プラズマＣＶＤへ適用した場合について説明する。Ｓi
Ｈ4およびＮ2，Ｎ2Ｏの混合ガスをガス供給管９より供
給し、プラズマによりＮ2Ｏ，ＳiＨ4を分解しＳiＯ4を
生成し、ウエハ１２上に成膜する。さらにプラズマから
のイオンの入射により膜質が制御される。この時イオン
の入射エネルギーが均等化できるため、ウエハ全面に均
質な成膜が行える。 【００３３】本実施例では円形導波管内のマイクロ波モ
ードがＥ01モードではある場合について説明したが、本
発生はこれに限定されるものではない。ただしスリット
が空胴共振器の表面に流れる電流に対し直角方向である
とマイクロ波放射の効率がよいため、Ｈ01モードの場合
は図３に示す構造となり、Ｈ11モードの場合は図４に示
す構造となる。 【００３４】このように本発明によればプラズマ処理に
不可欠なイオンの効果が均等化でき、かつ安定なプラズ
マを発生させることができる効果がある。 【００３５】図１に示す実施例ではプラズマ発生室にマ
イクロ波を放射するだけであるため、発生するプラズマ
密度が１０11cm~3以上になるとマイクロ波が反射され、
それ以上プラズマ密度を高めることはできない。プラズ
マ密度が１０11cm~3以上必要な場合は図５に示すように
コイル１３，コルイ１４により、マイクロ波の放射方向
と平行な磁場１５を設ける。 【００３６】本実施例の場合、マイクロ波の振幅は空胴
共振器１により高められているため、電子サイクロトロ
ンレゾナンスの状態にする必要はなく、必要なプラズマ
密度により磁場強度を選択することができる。またマイ
クロ波の振幅が従来のレゾナンス方式より大きくなるた
め、より真空度の高い領域で安定な放電を立てられる効
果もある。 【００３７】図６に本発明をアッシング処理に適用した
実施例を示す。 【００３８】本実施例は図１に示すものと同一番号の部
分は同じであるため、異なる部分のみ説明する。 【００３９】プラズマ処理室６の内部にはメッシュ板２
０がありウエハ１２はテーブル２１の上に置かれてい
る。 【００４０】ガス供給管９より酸素ガスを供給し、マグ
ネトロン３を動作させ、マイクロ波を供給し、スリット
板５とメッシュ板２０の間にプラズマを発生させる。 【００４１】メッシュ板２０はマイクロ波が透過しない
寸法となっているため、プラズマはメッシュ板５とスリ
ットの間にとじ込められる。酸素ガスはプラズマにより
ラジカル状態となり、メッシュ板２０を通してウエハ１
２上に供給される。この酸素ラジカルにより、ウエハ上
のレジスト膜がアッシング処理される。 【００４２】以上示した実施例では円形空胴共振器とス
リット板を組合せたものについて説明してきたが、本発
明はこれに限定されるものではない。 【００４３】図７にスパッタ装置に適用した例を説明す
る。 【００４４】処理室３３はセラミックス製であり図示し
ないガス供給口、ガス排気口により処理室内を１０~4To
rr〜１０~2Torrの圧力に制御できるようになっている。 【００４５】処理室３３内にはターゲット３４とウエハ
テーブル３６がある。ターゲットには高周波電源３５が
接続されており、ウエハテーブル３６はアースに接続さ
れている。処理室３３の外側にはシールド室４０と矩形
リング状の共振器３１ａが設けられている。 【００４６】リング状共振器は矩形導波管をリングにし
たもので、リングの周長を管内波長の1/2 の整数倍にし
ている。リング状導波管の一部には終端壁を設け、共振
するマイクロ波の位置がずれないようにしている。 【００４７】リング状共振器３１ａの平面構造を図８に
示す。共振器３１にはマグネトロン３２，導波管３０よ
りマイクロ波が供給される。シールド室４０（図７）の
外側にはコイル３７，コイル３８があり、カプス磁場４
２を発生する。シールド室はアルミまたはステンレス製
でありマイクロ波を外に出さないが、磁場は通す材料を
用いている。 【００４８】リング状共振器の内側には全周スリット４
３が設けられている。マイクロ波をリング状共振器に供
給すると、共振器内でマイクロ波の振幅が増幅され、振
幅の大きいマイクロ波がスリット４３より処理室３３内
に放射される。 【００４９】処理室３３内にアルゴンガスを導入し１０
~3Ｔorrレべルに保つと、カプス磁場４２にとじ込めら
れたプラズマがターゲット３４とウエハテーブル３６の
間に発生する。次に高周波電源３５より高周波電圧を印
加しアルゴンガスのイオンをターゲットに入射させ、タ
ーゲット材をスパッタしてウエハ３９上に成膜する。本
方式では図５に示す実施例でも述べたように振幅の大き
なマイクロ波により、より真空度の高い条件でも安定し
てプラズマを発生することができ、膜質をよくできる効
果がある。 【００５０】このリング状共振器とスリットを組合せた
方式はスパッタリングのみならず、エッチング，プラズ
マＣＶＤにも用いることができる。 【００５１】図９に、本発明を図７で説明したのとほぼ
同じ構成においてエッチングに応用した場合の原理につ
いて説明する。。 【００５２】基本構成は図７に説明したスパッタリング
装置と同じであるため、異なる点のみ説明する。 【００５３】処理室３３内には下部電極４６，上部電極
４５があり下部電極は絶縁物４１を介して処理室に固定
され、高周波電源４７より高周波電圧が印加できるよう
になっている。上部電極４５はアースに接続されてい
る。 【００５４】エッチングガスを導入し、処理室３３内を
１０~2Ｔorrレベルの圧力に保ち、マイクロ波をリング
状共振器３１に供給する。マイクロ波の振幅は増幅され
スリット４３より処理室内に放射され、上部電極４５と
下部電極４６の間にマイクロ波によるプラズマが発生す
る。 【００５５】下部電極４６に高周波電圧を印加すると、
平行な電極間に高周波電流が均等に流れ、ウエハ３９に
入射するイオンは均等なシース間電位差で加速されウエ
ハ全面で均一なエッチング処理特性を得ることができ
る。 【００５６】以上述べたように本発明によれば、マイク
ロ波を用いてプラズマを発生させる際に、ウエハを処理
する電極と対向する面にも電極を設置することができ
る。このため均一なプラズマ処理が可能となる。更に、
プラズマ発生室を空胴共振器の構造にする必要がないた
め、電極構造，プラズマ発生室の構造に制約がなくなる
効果がある。 【００５７】 【発明の効果】本発明によれば、空胴共振器内で共振に
より振幅を大きくしたマイクロ波をスリットを通してプ
ラズマ処理室内に放射するようにし、マイクロ波の共振
部とプラズマ発生部とを分離させ、共振部ではプラズマ
が発生しないような構造にしたので、マイクロ波の共振
状態に変化を来すことなくプラズマ処理室内で高密度の
プラズマを安定に発生させることができる。 【００５８】また、プラズマ中へのマイクロ波の放射に
スリット手段を用いることにより、イオンやラジカルの
効果を均一に処理対象に与えることができる。 【００５９】この結果、高速で最適なイオンエネルギー
によるプラズマ処理ができるという効果が得られる。更
に、均一な成膜を高速に行えるという効果も得られる。
導体素子の製造に係り、特にCVD、エッチング、スパッ
タ、アッシング等の各技術の高速処理に好適なマイクロ
はプラズマ処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】低温プラズマを用いた装置を大別すれ
ば、真空中で平行平板の電極の一方に１０ＫHz〜３０Ｍ
Hz程度の高周波電圧を印加して、プラズマを発生させる
技術を用いるもの（半導体研究１８；Ｐ１２１〜Ｐ１７
０，半導体研究１９；Ｐ２２５〜Ｐ２６７）と、２.４
５ＧHzのマイクロ波を真空室へ導入してプラズマを発生
させる技術を用いるものがある。従来、これらの内で平
行平板電極による技術が主として用いられてきた。 【０００３】一方、半導体素子の微細化に伴い、プラズ
マ処理時に発生するイオンの衝撃により素子特性が影響
を受けることが問題になってきた。更に、処理能力の向
上のために処理速度を上げることが要請されている。 【０００４】処理速度を高める場合、単にプラズマの密
度あるいはラジカル（イオン化直前の活性粒子）濃度を
高めるだけでは不十分である。プラズマ処理によるドラ
イエッチングや、プラズマＣＶＤではイオンのエネルギ
ーが重要な役割をはたしている。ドライエッチングの場
合、イオンのエネルギーが大きすぎると下地の膜が削ら
れたり結晶構造に影響を与え、素子特性が劣化する。ま
た小さすぎるとエッチング面に形成されるポリマーの除
去が十分行われず、エッチング速度が低下する。または
逆にポリマーによる保護膜が形成されず、パターンの側
面がエッチングされ、パターンの寸法精度が悪くなると
いった問題を発生する。 【０００５】プラズマＣＶＤでもイオンのエネルギーが
弱いと膜組成が粗となり、エネルギーが強いと密になる
というようにイオンエネルギーが成膜に影響する。 【０００６】したがってプラズマの高密度化と、イオン
エネルギーを適正に制御することが、今後のプラズマ処
理に不可欠である。公知例として特開昭５６−１３４８
０，特開昭５６−９６８４１号公報に示されるようなマ
イクロ波を用いた方式が提案されている。 【０００７】マイクロ波によりプラズマを発生させる場
合、マグネトロンにより発生したマイクロ波を低圧にし
たプラズマ発生室に放射しても、マイクロ波の電界強度
が十分でないため電子に十分なエネルギーが供給され
ず、プラズマを発生させることは困難である。したがっ
てマイクロ波によりプラズマを発生させるためには、電
子が磁場と垂直な平面を回転するサイクロトロン周波数
とマイクロ波の周波数を合致させ共鳴状態にして電子に
エネルギーを供給する方法と、マイクロ波を空胴共振器
に放射してマイクロ波の振幅を大きくし、電界強度を強
めて電子にエネルギーを供給する方法の２つがある。前
者が特開昭５６−１３４８０号公報に示されたもので有
磁場マイクロ波、あるいはＥＣＲ（Electron Cyclotron
Resonance)法とよばれている。後者は特開昭５６−９
６８４１号公報に示されたものである。 【０００８】マイクロ波により発生したプラズマはマイ
クロ波より電子へ直接エネルギーを供給されるために、
プラズマと基板との間に形成されるシース間電圧はほと
んど変化しない。したがって基板を載せる電極に高周波
電圧を印加し、シース間電圧を任意にコントロールする
ことにより、高速化に必要な高いプラズマ密度と適正な
イオンエネルギーに制御できる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理ではイオ
ンのエネルギーが重要な役割をはたすことをさきに述べ
た。 【００１０】従来技術の中でＥＣＲ方式では、特開昭５
６−１３４８０号公報に示されるように、基板を載せた
電極に高周波電圧を印加すると、この電極の対向する側
にはアース電極がないため、高周波電流は周囲処理室と
の間に流れ、基板上でのイオンエネルギーの効果が基板
周囲で強く中心部で弱くなり、基板全体を均一な条件で
処理できないという問題があった。 【００１１】また空胴共振器を使った方式では、共振器
の中でプラズマを発生させる構造のため、プラズマが発
生すると、マイクロ波の波長がプラズマの密度により変
化するため、共振条件が満たされず、プラズマが不安定
になるという問題があった。即ち、プラズマが発生する
までは共振条件が満足されているためマイクロ波の電界
強度が強くなりプラズマが発生する。しかしプラズマが
発生しプラズマ密度が高くなると、マイクロ波の波長が
変わり共振条件が満たされなくなって電界強度が小さく
なる。そして電子へのエネルギーの供給が低下しプラズ
マ密度が低下する。プラズマ密度が低下すると共振条件
が満たされ、ふたたびプラズマ密度が高まる。このよう
な現象のためプラズマを安定に発生させることは困難で
あった。 【００１２】また、これらのプラズマから基板に入射す
るイオンのエネルギーを制御するため、高周波電圧印加
電極を空胴共振器内に設けると、マイクロ波の反射等が
発生し、プラズマがさらに不安定になるという問題があ
った。 【００１３】本発明の目的は、安定で高密度なプラズマ
を発生させるとともに、基板に入射するイオンのエネル
ギーが、基板全体で均一にできるようにすることであ
る。 【００１４】 【課題を解決するための手段】一般に、導波管あるいは
導波管の一種と考えられる空胴共振器内をマイクロ波が
進行する場合、導波管の表面には、電場，磁場に対応し
た電流が流れる。 【００１５】したがってこの電流を横切るように導波管
の一部にスリットを設けると、スリットの両端に電荷が
たまり、これがマイクロ波の進行に伴って変化すること
からスリット両端間の電界が変化し導波管の外部にマイ
クロ波が放射される。 【００１６】前記目的は、上記原理を応用して、マイク
ロ波プラズマ処理装置を、マイクロ波発生源と、このマ
イクロ波発生源から供給されたマイクロ波を大気中で共
振させる空胴共振器手段と、マイクロ波の波長の半分以
上の長さを有して空胴共振器手段で共振させたマイクロ
波を放射する複数のスリットを平板上に配置したスリッ
ト手段と、内部にスリット手段と対向して基板を設置し
所定の圧力に維持された状態でスリット手段から放射さ
れたマイクロ波を導入してプラズマを発生させ基板を処
理するプラズマ処理室手段と、このプラズマ処理室手段
と空胴共振器手段とを分離しマイクロ波を透過する分離
手段とを備えて構成し、マイクロ波により発生させたプ
ラズマにより前記基板を処理することにより達成され
る。 【００１７】 【作用】従来のＥＣＲ方式では導波管の開口部より直接
マイクロ波をプラズマ発生室に放射する構成となってい
る。このためプラズマ発生室と導波管の開口部の間にア
ース電極を設置すると、マイクロ波がアース電極で反射
され、プラズマ発生室に供給できない。 【００１８】本発明では導波管の端面を閉じた構造と
し、この端面にマイクロ波を放射するスリットを設け
た。そして必要に応じて、この導波管の端面をアース電
位になるようにした。 【００１９】スリットの開口面積は導波管の端面全体の
1/3 程にすることができる。したがって基板を載せた電
極に高周波電圧を印加した場合、高周波電流は導波管の
端面と電極間に均等に流れ、イオンの効果を基板全面に
対し均等に発生させることができる。またスリットを通
して十分な量のマイクロ波が供給でき、高密度のプラズ
マを発生させることができる。 【００２０】一方、導波管に空胴共振器を接続した場合
には空胴共振器内で共振により振幅を大きくしたマイク
ロ波がスリットを通してプラズマ発生室に放射される。
そのためプラズマ発生室を従来のように空胴共振器構造
にしなくとも、高密度のプラズマを発生させることがで
きる。 【００２１】このため本発明に係る電極構造は従来のよ
うに空胴共振器との関連による制約を受けない。また空
胴共振器内ではプラズマが発生しないため、共振状態の
変化がなく、プラズマを安定に発生させることができ
る。さらに空胴共振器をアース電位に接続することで、
ＥＣＲ方式の場合と同様に、電極に平行な対向電極とす
ることができ、イオンの効果も基板全体に均一に発生さ
せることができる。 【００２２】 【実施例】以下に本発明の原理及び実施例を図１を用い
て説明する。 【００２３】空胴共振器１はＥ01モードの円形空胴共振
器であり、導波管２を通してマグネトロン３からマイク
ロ波が供給される。導波管２の取付けはＥ01モードとの
結合をよくするため、円形空胴共振器１に対し偏心して
取り付けられている。円形空胴共振器１のもう一方の側
にはセラミックス板４とスリット板５が固定してある。
その下にはプラズマ発生室６が接続してある。尚、セラ
ミックス板４により真空に封止した構造となっている。 【００２４】スリット板５の平面構造は図２ ５ｂに示
すようＥ01モードの電界に対し、直角方向にリング状の
スリット開口部がある。各スリット５ｃの長さは２.４
５ＧHzのマイクロ波を用いた場合、スリットからのマイ
クロ波の放射をよくするため、マイクロ波の1/2 波長に
当る６０mm以上の寸法としている。 【００２５】プラズマ発生室６（図１）には電極７，ガ
ス供給管９，ガス排気管１０が設けてある。電極７は絶
縁材８を介してプラズマ発生室６に固定されており、さ
らに高周波電源１１が接続してある。 【００２６】ガス供給管９には図示しないガス源からプ
ラズマ処理用ガスが設定流量だけ供給できるようになっ
ている。 【００２７】ガス排気管１０には図示しない真空排気ポ
ンプが接続してあり、プラズマ発生室内を１〜１０~3To
rrの圧力にコントロールできるようになっている。 【００２８】マグネトロン３を動作させマイクロ波を発
振させ、導波管２により空胴共振器１に供給する。空胴
共振器内で振幅を大きくしたマイクロ波のエネルギーは
スリット板５のスリットよりプラズマ発生室に放射され
る。プラズマ発生室に放射されたマイクロ波の振幅は空
胴共振器１で大きくなっているため、プラズマ発生室６
が空胴共振器構造でなくともプラズマが点灯し、維持さ
れる。 【００２９】まず、本発明の原理を応用した例として、
エッチングの場合について説明する。ガス供給管９より
エッチングガスを供給し、ガス排気管１０より排気し一
定圧力として、マイクロ波を供給して、スリット板５と
電極７の間にマイクロ波によるプラズマを発生させる。
マイクロ波はプラズマ中の電子に直接作用するために、
このプラズマと電極７の間の電位差は２０〜３０Ｖのレ
ベルである。電極７上に処理ウエハ１２を置き、高周波
電源１１より電極７に高周波電圧を印加する。電極７と
スリット板５は平行に設置されており、高周波電流は電
極７とスリット５の間に均等に流れる。そのため電極と
プラズマ間に発生する電界は均等になり、ウエハ１２に
は全面均一なエネルギーのエッチングガスのイオンが高
周波電圧印加により制御され、入射する。 【００３０】こられエッチングガスのイオンやプラズマ
中で励起されたエッチングガスの活性種（ラジカル）と
ウエハ１２上の被処理膜が反応しエッチングが進行す
る。 【００３１】この時入射するイオンのエネルギーが均等
であるため、ウエハ全面で均一なエッチングができる。 【００３２】次に本発明の実施例として、図１の装置を
プラズマＣＶＤへ適用した場合について説明する。Ｓi
Ｈ4およびＮ2，Ｎ2Ｏの混合ガスをガス供給管９より供
給し、プラズマによりＮ2Ｏ，ＳiＨ4を分解しＳiＯ4を
生成し、ウエハ１２上に成膜する。さらにプラズマから
のイオンの入射により膜質が制御される。この時イオン
の入射エネルギーが均等化できるため、ウエハ全面に均
質な成膜が行える。 【００３３】本実施例では円形導波管内のマイクロ波モ
ードがＥ01モードではある場合について説明したが、本
発生はこれに限定されるものではない。ただしスリット
が空胴共振器の表面に流れる電流に対し直角方向である
とマイクロ波放射の効率がよいため、Ｈ01モードの場合
は図３に示す構造となり、Ｈ11モードの場合は図４に示
す構造となる。 【００３４】このように本発明によればプラズマ処理に
不可欠なイオンの効果が均等化でき、かつ安定なプラズ
マを発生させることができる効果がある。 【００３５】図１に示す実施例ではプラズマ発生室にマ
イクロ波を放射するだけであるため、発生するプラズマ
密度が１０11cm~3以上になるとマイクロ波が反射され、
それ以上プラズマ密度を高めることはできない。プラズ
マ密度が１０11cm~3以上必要な場合は図５に示すように
コイル１３，コルイ１４により、マイクロ波の放射方向
と平行な磁場１５を設ける。 【００３６】本実施例の場合、マイクロ波の振幅は空胴
共振器１により高められているため、電子サイクロトロ
ンレゾナンスの状態にする必要はなく、必要なプラズマ
密度により磁場強度を選択することができる。またマイ
クロ波の振幅が従来のレゾナンス方式より大きくなるた
め、より真空度の高い領域で安定な放電を立てられる効
果もある。 【００３７】図６に本発明をアッシング処理に適用した
実施例を示す。 【００３８】本実施例は図１に示すものと同一番号の部
分は同じであるため、異なる部分のみ説明する。 【００３９】プラズマ処理室６の内部にはメッシュ板２
０がありウエハ１２はテーブル２１の上に置かれてい
る。 【００４０】ガス供給管９より酸素ガスを供給し、マグ
ネトロン３を動作させ、マイクロ波を供給し、スリット
板５とメッシュ板２０の間にプラズマを発生させる。 【００４１】メッシュ板２０はマイクロ波が透過しない
寸法となっているため、プラズマはメッシュ板５とスリ
ットの間にとじ込められる。酸素ガスはプラズマにより
ラジカル状態となり、メッシュ板２０を通してウエハ１
２上に供給される。この酸素ラジカルにより、ウエハ上
のレジスト膜がアッシング処理される。 【００４２】以上示した実施例では円形空胴共振器とス
リット板を組合せたものについて説明してきたが、本発
明はこれに限定されるものではない。 【００４３】図７にスパッタ装置に適用した例を説明す
る。 【００４４】処理室３３はセラミックス製であり図示し
ないガス供給口、ガス排気口により処理室内を１０~4To
rr〜１０~2Torrの圧力に制御できるようになっている。 【００４５】処理室３３内にはターゲット３４とウエハ
テーブル３６がある。ターゲットには高周波電源３５が
接続されており、ウエハテーブル３６はアースに接続さ
れている。処理室３３の外側にはシールド室４０と矩形
リング状の共振器３１ａが設けられている。 【００４６】リング状共振器は矩形導波管をリングにし
たもので、リングの周長を管内波長の1/2 の整数倍にし
ている。リング状導波管の一部には終端壁を設け、共振
するマイクロ波の位置がずれないようにしている。 【００４７】リング状共振器３１ａの平面構造を図８に
示す。共振器３１にはマグネトロン３２，導波管３０よ
りマイクロ波が供給される。シールド室４０（図７）の
外側にはコイル３７，コイル３８があり、カプス磁場４
２を発生する。シールド室はアルミまたはステンレス製
でありマイクロ波を外に出さないが、磁場は通す材料を
用いている。 【００４８】リング状共振器の内側には全周スリット４
３が設けられている。マイクロ波をリング状共振器に供
給すると、共振器内でマイクロ波の振幅が増幅され、振
幅の大きいマイクロ波がスリット４３より処理室３３内
に放射される。 【００４９】処理室３３内にアルゴンガスを導入し１０
~3Ｔorrレべルに保つと、カプス磁場４２にとじ込めら
れたプラズマがターゲット３４とウエハテーブル３６の
間に発生する。次に高周波電源３５より高周波電圧を印
加しアルゴンガスのイオンをターゲットに入射させ、タ
ーゲット材をスパッタしてウエハ３９上に成膜する。本
方式では図５に示す実施例でも述べたように振幅の大き
なマイクロ波により、より真空度の高い条件でも安定し
てプラズマを発生することができ、膜質をよくできる効
果がある。 【００５０】このリング状共振器とスリットを組合せた
方式はスパッタリングのみならず、エッチング，プラズ
マＣＶＤにも用いることができる。 【００５１】図９に、本発明を図７で説明したのとほぼ
同じ構成においてエッチングに応用した場合の原理につ
いて説明する。。 【００５２】基本構成は図７に説明したスパッタリング
装置と同じであるため、異なる点のみ説明する。 【００５３】処理室３３内には下部電極４６，上部電極
４５があり下部電極は絶縁物４１を介して処理室に固定
され、高周波電源４７より高周波電圧が印加できるよう
になっている。上部電極４５はアースに接続されてい
る。 【００５４】エッチングガスを導入し、処理室３３内を
１０~2Ｔorrレベルの圧力に保ち、マイクロ波をリング
状共振器３１に供給する。マイクロ波の振幅は増幅され
スリット４３より処理室内に放射され、上部電極４５と
下部電極４６の間にマイクロ波によるプラズマが発生す
る。 【００５５】下部電極４６に高周波電圧を印加すると、
平行な電極間に高周波電流が均等に流れ、ウエハ３９に
入射するイオンは均等なシース間電位差で加速されウエ
ハ全面で均一なエッチング処理特性を得ることができ
る。 【００５６】以上述べたように本発明によれば、マイク
ロ波を用いてプラズマを発生させる際に、ウエハを処理
する電極と対向する面にも電極を設置することができ
る。このため均一なプラズマ処理が可能となる。更に、
プラズマ発生室を空胴共振器の構造にする必要がないた
め、電極構造，プラズマ発生室の構造に制約がなくなる
効果がある。 【００５７】 【発明の効果】本発明によれば、空胴共振器内で共振に
より振幅を大きくしたマイクロ波をスリットを通してプ
ラズマ処理室内に放射するようにし、マイクロ波の共振
部とプラズマ発生部とを分離させ、共振部ではプラズマ
が発生しないような構造にしたので、マイクロ波の共振
状態に変化を来すことなくプラズマ処理室内で高密度の
プラズマを安定に発生させることができる。 【００５８】また、プラズマ中へのマイクロ波の放射に
スリット手段を用いることにより、イオンやラジカルの
効果を均一に処理対象に与えることができる。 【００５９】この結果、高速で最適なイオンエネルギー
によるプラズマ処理ができるという効果が得られる。更
に、均一な成膜を高速に行えるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の斜視図、
【図２】図１の実施例で用いられるスリットの平面図、
【図３】図２のスリットの別の実施例の平面図、
【図４】図２のスリットの第３の実施例の平面図、
【図５】本発明の原理を説明するエッチング装置の断面
図、 【図６】本発明を灰化装置に適用したときの一実施例の
断面図、 【図７】本発明をスパッタ装置に適用したときの一実施
例の断面図、 【図８】図７のスパッタ装置で用いられた共振器の平面
図、 【図９】本発明をエッチングに適用したときの原理を示
す断面図である。 【符号の説明】 １…空胴共振器、 ５…スリット板、 ６…プラズマ発生室、 ７…電極、 １１…高周波電源、 ３１…リング状共振器、 ３３…処理室、 ３４…ターゲット、 ３６…ウエハテーブル、 ３５…高周波電源。
図、 【図６】本発明を灰化装置に適用したときの一実施例の
断面図、 【図７】本発明をスパッタ装置に適用したときの一実施
例の断面図、 【図８】図７のスパッタ装置で用いられた共振器の平面
図、 【図９】本発明をエッチングに適用したときの原理を示
す断面図である。 【符号の説明】 １…空胴共振器、 ５…スリット板、 ６…プラズマ発生室、 ７…電極、 １１…高周波電源、 ３１…リング状共振器、 ３３…処理室、 ３４…ターゲット、 ３６…ウエハテーブル、 ３５…高周波電源。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205
21/3065 21/302 Ｂ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．マイクロ波発生源と、該マイクロ波発生源から供給
されたマイクロ波を大気中で共振させる空胴共振器手段
と、前記マイクロ波の波長の半分以上の長さを有して前
記空胴共振器手段で共振させた前記マイクロ波を放射す
る複数のスリットを平板上に配置したスリット手段と、
内部に前記スリット手段と対向して基板を設置し所定の
圧力に維持された状態で前記スリット手段から放射され
たマイクロ波を導入してプラズマを発生させ前記基板を
処理するプラズマ処理室手段と、該プラズマ処理室手段
と前記空胴共振器手段とを分離し前記マイクロ波を透過
する分離手段とを備え、前記マイクロ波により発生させ
たプラズマにより前記基板を処理することを特徴とする
マイクロ波プラズマ処理装置。 ２．前記複数のスリットが、それぞれ円弧形状をしてお
り、該円弧形状のスリットが同心円の周方向に等ピッチ
に配置されていることを特徴とする請求項１記載のマイ
クロ波プラズマ処理装置。 ３．前記複数のスリットが、それぞれ直線形状をしてお
り、該直線形状のスリットが同心円の半径方向に等ピッ
チに配置されていることを特徴とする請求項１記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置。 ４．前記複数のスリットが、それぞれ曲率の異なる曲線
形状をしており、該曲率の異なる曲線形状のスリットが
線対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載
のマイクロ波プラズマ処理装置。 ５．前記プラズマ処理がエッチング処理であることを特
徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置。 ６．前記プラズマ処理がCVD処理であることを特徴とす
る請求項１乃至４の何れかに記載のマイクロ波プラズマ
処理装置。 ７．マイクロ波発生源と、該マイクロ波発生源から供給
されたマイクロ波を大気中で共振させるリング状の空胴
共振器手段と、該空胴共振器手段で共振させた前記マイ
クロ波を前記リング状の内側に向けて放射するスリット
を有するスリット手段と、前記リング状の空胴共振器手
段の内側に配置されて前記マイクロ波を透過する壁面を
有して内部に基板を設置し所定の圧力に維持された状態
で前記スリット手段から放射されたマイクロ波を前記マ
イクロ波を透過する壁面を介して内部に導入してプラズ
マを発生させ前記基板を処理するプラズマ処理室手段
と、該プラズマ処理室手段の外周部を覆う前記マイクロ
波を遮断する材料で構成されたシールド手段とを備え、
前記マイクロ波により発生させたプラズマにより前記基
板を処理することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理
装置。 ８．前記プラズマ処理室手段は前記基板と対向する位置
にターゲットを備え、前記マイクロ波を前記プラズマ処
理室手段の周囲から内部に前記基板にほぼ平行な方向に
導入し、前記プラズマ処理により前記ターゲットをスパ
ッタして前記基板上に薄膜を形成することを特徴とする
請求項７記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5257994A JP2666697B2 (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5257994A JP2666697B2 (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24741286A Division JP2569019B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | エッチング方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH076969A JPH076969A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2666697B2 true JP2666697B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=17314065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5257994A Expired - Fee Related JP2666697B2 (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666697B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5613480A (en) * | 1979-07-13 | 1981-02-09 | Hitachi Ltd | Dry etching apparatus |
| JPS5696841A (en) * | 1979-12-28 | 1981-08-05 | Fujitsu Ltd | Microwave plasma treating apparatus |
| JPH0653927B2 (ja) * | 1985-07-09 | 1994-07-20 | 松下電器産業株式会社 | マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 |
-
1993
- 1993-10-15 JP JP5257994A patent/JP2666697B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH076969A (ja) | 1995-01-10 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |