JP2760845B2 - プラズマ処理装置及びその方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及びその方法Info
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- JP2760845B2 JP2760845B2 JP1152311A JP15231189A JP2760845B2 JP 2760845 B2 JP2760845 B2 JP 2760845B2 JP 1152311 A JP1152311 A JP 1152311A JP 15231189 A JP15231189 A JP 15231189A JP 2760845 B2 JP2760845 B2 JP 2760845B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温プラズマを用いて半導体素子等の製造
に使用されるプラズマ処理装置に係り、特に、CVD,エッ
チング，スパッタ，アッシング等の各処理を高速に行な
うのに好敵なプラズマ処理装置に関する。
に使用されるプラズマ処理装置に係り、特に、CVD,エッ
チング，スパッタ，アッシング等の各処理を高速に行な
うのに好敵なプラズマ処理装置に関する。
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〜30MHz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〜p170,半導体研究19;p225〜p267）
と、2.45GHz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。
行平板の電極の一方に10KHz〜30MHz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〜p170,半導体研究19;p225〜p267）
と、2.45GHz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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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56−13480号，特開昭56−9
6841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。
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56−13480号，特開昭56−9
6841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。
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、マイクロ波を空洞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（Elect−ron Cyclotron Resonance）法とよ
ばれている。後者は特開昭56−96841号公報に示された
ものである。
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、マイクロ波を空洞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（Elect−ron Cyclotron Resonance）法とよ
ばれている。後者は特開昭56−96841号公報に示された
ものである。
マイクロ波により発生したプラズマではマイクロ波か
ら電子へ直接エネルギーが供給されるために、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、高速処理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。
ら電子へ直接エネルギーが供給されるために、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、高速処理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。
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。
はたすことをさきに述べた。
従来技術の中でECR方式では、特開昭56−13480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。
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。
また空洞共振器を使った方式では、共振器の中でプラ
ズマを発生させるため構造のため、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。
ズマを発生させるため構造のため、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。
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洞
共振器内に設けると、マイクロ波の反射等が発生し、プ
ラズマはさらに不安定になるという問題があった。
エネルギーを制御するため、高周波電圧印加電極を空洞
共振器内に設けると、マイクロ波の反射等が発生し、プ
ラズマはさらに不安定になるという問題があった。
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プラズマ処理装置を提供すること
にある。
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プラズマ処理装置を提供すること
にある。
また本発明の目的は、マイクロ波を空洞共振器に導入
する導波口が偏寄った位置に設けられても、空洞共振器
からプラズマ室に導入される共振されたマイクロ波の分
布を均一にし、これによりプラズマ処理を安定して均一
化するようにしたプラズマ処理装置及びその方法を提供
することにある。
する導波口が偏寄った位置に設けられても、空洞共振器
からプラズマ室に導入される共振されたマイクロ波の分
布を均一にし、これによりプラズマ処理を安定して均一
化するようにしたプラズマ処理装置及びその方法を提供
することにある。
上記目的は、内部に発生したプラズマを維持しプラズ
マ処理を行なうプラズマ室と、該プラズマ室に第１スロ
ット板を介して連設したマイクロ波蓄積増大用の第１空
洞共振室と、該第１空洞共振室に前記第１スロット板と
平行な第２スロット板を介して連設したマイクロ波蓄積
増大用の第２空洞共振室と、該第２空洞共振室に導波管
を介してマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを備
えプラズマ処理装置を構成することで、達成される。
マ処理を行なうプラズマ室と、該プラズマ室に第１スロ
ット板を介して連設したマイクロ波蓄積増大用の第１空
洞共振室と、該第１空洞共振室に前記第１スロット板と
平行な第２スロット板を介して連設したマイクロ波蓄積
増大用の第２空洞共振室と、該第２空洞共振室に導波管
を介してマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを備
えプラズマ処理装置を構成することで、達成される。
また、上記目的を達成するために、本発明は、マイク
ロ波を発生するマイクロ波発生手段と、このマイクロ波
発生手段で発生させたマイクロ波を搬送するマイクロ波
導波手段と、このマイクロ波導波手段と電気的に絶縁な
材料で形成されたマイクロ波透過窓部を介して接続し内
部に試料を載置する載置台を設けたプラズマ処理室手段
とを備えたプラズマ処理装置において、マイクロ波導波
手段が、内部でのインピーダンスの分布を制御するイン
ピーダンス分布制御部を備えると共にプラズマ処理室と
接続する側の面に複数のスロットを形成したスロット手
段を備え、このスロット手段からインピーダンス分布制
御部によりインピーダンスの分布が制御されたマイクロ
波をマイクロ波透過窓部を介してプラズマ処理室手段の
内部に導入してこのプラズマ処理室手段の内部にプラズ
マを発生させる構成にした。
ロ波を発生するマイクロ波発生手段と、このマイクロ波
発生手段で発生させたマイクロ波を搬送するマイクロ波
導波手段と、このマイクロ波導波手段と電気的に絶縁な
材料で形成されたマイクロ波透過窓部を介して接続し内
部に試料を載置する載置台を設けたプラズマ処理室手段
とを備えたプラズマ処理装置において、マイクロ波導波
手段が、内部でのインピーダンスの分布を制御するイン
ピーダンス分布制御部を備えると共にプラズマ処理室と
接続する側の面に複数のスロットを形成したスロット手
段を備え、このスロット手段からインピーダンス分布制
御部によりインピーダンスの分布が制御されたマイクロ
波をマイクロ波透過窓部を介してプラズマ処理室手段の
内部に導入してこのプラズマ処理室手段の内部にプラズ
マを発生させる構成にした。
更に、本発明は、マイクロ波を発生させるマイクロ波
発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生させたマイ
クロ波を搬送するマイクロ波導波手段と、電気的に絶縁
な材料で形成されたマイクロ波透過窓部を介してマイク
ロ波導波手段と接続し内部に試料を載置する載置台を設
けたプラズマ処理室手段とを備えたプラズマ処理装置に
おいて、マイクロ波導波手段が、複数のスロットを有す
るスロット板を内部に備え、このスロット板によりイン
ピーダンスの分布を制御したマイクロ波をマイクロ波透
過窓部を介してプラズマ処理室手段の内部に放射してこ
のプラズマ処理室手段の内部にプラズマを発生させるよ
うにした。
発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生させたマイ
クロ波を搬送するマイクロ波導波手段と、電気的に絶縁
な材料で形成されたマイクロ波透過窓部を介してマイク
ロ波導波手段と接続し内部に試料を載置する載置台を設
けたプラズマ処理室手段とを備えたプラズマ処理装置に
おいて、マイクロ波導波手段が、複数のスロットを有す
るスロット板を内部に備え、このスロット板によりイン
ピーダンスの分布を制御したマイクロ波をマイクロ波透
過窓部を介してプラズマ処理室手段の内部に放射してこ
のプラズマ処理室手段の内部にプラズマを発生させるよ
うにした。
更に、本発明では、マイクロ波発生源で発生させたマ
イクロ波を導波管で搬送し、この導波管の内部で複数の
スロットを形成したスロット板を介してマイクロ波のイ
ンピーダンスを調整、このインピーダンスを調整したマ
イクロ波をプラズマ処理室の内部に放射してプラズマ処
理室の内部にプラズマを発生させ、この発生させたプラ
ズマによりプラズマ処理室の内部に設置した被処理基板
を処理する方法とした。
イクロ波を導波管で搬送し、この導波管の内部で複数の
スロットを形成したスロット板を介してマイクロ波のイ
ンピーダンスを調整、このインピーダンスを調整したマ
イクロ波をプラズマ処理室の内部に放射してプラズマ処
理室の内部にプラズマを発生させ、この発生させたプラ
ズマによりプラズマ処理室の内部に設置した被処理基板
を処理する方法とした。
一般に、導波管あるいは導波管の一種と考えられる空
洞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。
洞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。
したがってこの電流を横切るように導波管の一部にス
ロットを設けると、スロ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ロッ
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。
ロットを設けると、スロ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ロッ
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。
マイクロ波発生器から発生されたマイクロ波を空洞共
振器に導入する導波管は、その導入口を、該空洞共振器
に対して偏心して設けているのが一般的である。従っ
て、第２空洞共振室に導入されたマイクロ波が第２スロ
ット板を通っても、そのマイクロ波のエネルギー分布は
今だ均一とはいえない。そこで、この第２スロット板を
通ったマイクロ波を第１空洞共振室内に導入し、更に第
１スロット板を通してプラズマ室内に導入すると、マイ
クロ波のエネルギー分布は更に均一化されることにな
る。このエネルギー分布の均一化が進んだマイクロ波に
より発生したプラズマ室内のプラズマは安定で、且つ、
プラズマ処理する基板等に入射するイオンのエネルギー
も基板全面で均一化されることになる。即ち空洞共振器
へマイクロ波を導入する導波口が空洞共振器の中心から
ずれた位置に設けられる。このため、空洞共振器内部に
おいてこの導波口は周囲の部分に比べて電磁気に対する
インピーダンスが高くなるので、空洞共振器内部に流れ
る表面電流の分布は不均一になる。そこで、空洞共振器
内部のインピーダンスを、材料や表面処理の相違、ある
いはマイクロ波放射スロット板のスロット形状の調整、
あるいは２個以上連結した空洞共振室の中間に設けたス
ロット板の形状を調整することにより、補正制御する。
これにより空洞共振器内の表面電流の分布は均一化でき
るので、外部へ放射されるマイクロ波の分布ひいてはプ
ラズマの分布が均一となり、プラズマ処理も均一化でき
る。
振器に導入する導波管は、その導入口を、該空洞共振器
に対して偏心して設けているのが一般的である。従っ
て、第２空洞共振室に導入されたマイクロ波が第２スロ
ット板を通っても、そのマイクロ波のエネルギー分布は
今だ均一とはいえない。そこで、この第２スロット板を
通ったマイクロ波を第１空洞共振室内に導入し、更に第
１スロット板を通してプラズマ室内に導入すると、マイ
クロ波のエネルギー分布は更に均一化されることにな
る。このエネルギー分布の均一化が進んだマイクロ波に
より発生したプラズマ室内のプラズマは安定で、且つ、
プラズマ処理する基板等に入射するイオンのエネルギー
も基板全面で均一化されることになる。即ち空洞共振器
へマイクロ波を導入する導波口が空洞共振器の中心から
ずれた位置に設けられる。このため、空洞共振器内部に
おいてこの導波口は周囲の部分に比べて電磁気に対する
インピーダンスが高くなるので、空洞共振器内部に流れ
る表面電流の分布は不均一になる。そこで、空洞共振器
内部のインピーダンスを、材料や表面処理の相違、ある
いはマイクロ波放射スロット板のスロット形状の調整、
あるいは２個以上連結した空洞共振室の中間に設けたス
ロット板の形状を調整することにより、補正制御する。
これにより空洞共振器内の表面電流の分布は均一化でき
るので、外部へ放射されるマイクロ波の分布ひいてはプ
ラズマの分布が均一となり、プラズマ処理も均一化でき
る。
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置
の断面図である。有底円筒形のプラズマ室６の内周部に
は厚手の石英円筒15と石英リング16とが取り付けられ、
上部開口部にはＯリング13を介して厚手の石英板４が覆
蓋され、該石英板４が押さえリング14によりプラズマ室
６内を気密に閉塞するようになっている。プラズマ室６
の周壁にはリング状のガス案内溝6bが穿設され、このガ
ス案内溝6bに連通する複数のガス吹出孔15bが、石英円
筒15の外周に等間隔で穿設され、図示しないガス供給源
からガス供給管９を介し更にガス案内溝15bを通ってき
たガスがプラズマ室６内に均一に吹き出すようになって
いる。
の断面図である。有底円筒形のプラズマ室６の内周部に
は厚手の石英円筒15と石英リング16とが取り付けられ、
上部開口部にはＯリング13を介して厚手の石英板４が覆
蓋され、該石英板４が押さえリング14によりプラズマ室
６内を気密に閉塞するようになっている。プラズマ室６
の周壁にはリング状のガス案内溝6bが穿設され、このガ
ス案内溝6bに連通する複数のガス吹出孔15bが、石英円
筒15の外周に等間隔で穿設され、図示しないガス供給源
からガス供給管９を介し更にガス案内溝15bを通ってき
たガスがプラズマ室６内に均一に吹き出すようになって
いる。
プラズマ室６には、その底面から絶縁物８で絶縁され
た電極７が気密に挿入固定され、該電極７の上に基板12
が載置される構造となっている。この電極７には高周波
電源11が接続されている。尚電極７の周縁部には石英リ
ング17で覆ってある。また、プラズマ室６にはガス排気
管10が連通され、図示しない真空ポンプに接続されてい
る。
た電極７が気密に挿入固定され、該電極７の上に基板12
が載置される構造となっている。この電極７には高周波
電源11が接続されている。尚電極７の周縁部には石英リ
ング17で覆ってある。また、プラズマ室６にはガス排気
管10が連通され、図示しない真空ポンプに接続されてい
る。
円筒状の空洞共振器を構成する空洞共振室1aは、その
一方の開口部がスロット板20で閉塞され、この空洞共振
室1aがそのスロット板20が石英板４に密着するようにプ
ラズマ室６上部に固定されている。このスロット板20
は、電極７上に載置された基板12と石英板４を介して対
向する構成となっており、空洞共振室1aとスロット板20
とはアースに接続されている。空洞共振室1a,1bは本実
施例では、E01モードの円形空洞共振器を形成してい
る。
一方の開口部がスロット板20で閉塞され、この空洞共振
室1aがそのスロット板20が石英板４に密着するようにプ
ラズマ室６上部に固定されている。このスロット板20
は、電極７上に載置された基板12と石英板４を介して対
向する構成となっており、空洞共振室1aとスロット板20
とはアースに接続されている。空洞共振室1a,1bは本実
施例では、E01モードの円形空洞共振器を形成してい
る。
有底円筒状の空洞共振室1bは、その開口部がスロット
板21で閉塞され、このスロット板21が前記空洞共振室1a
の他方の開口部を閉塞する様に空洞共振室1a上に接続固
定されている。このため、空洞共振室1b及びスロット21
もアースに接続されることになる。このとき、両スロッ
ト板21,20は平行となるようになっている。空洞共振室1
bの底部には、空洞共振室1bに対して偏心した位置に導
波管２が接続され、この導波管２の端部にはマイクロ波
発生器であるマグネトロン３が設けてある。導波管２を
空洞共振室1bに偏心して取り付けたのは、E01モードと
の結合をよくするためである。空洞共振室1a,1bの長さ
ｔは、管内波長の1/2の整数倍あるいはそれに近い値に
してある。
板21で閉塞され、このスロット板21が前記空洞共振室1a
の他方の開口部を閉塞する様に空洞共振室1a上に接続固
定されている。このため、空洞共振室1b及びスロット21
もアースに接続されることになる。このとき、両スロッ
ト板21,20は平行となるようになっている。空洞共振室1
bの底部には、空洞共振室1bに対して偏心した位置に導
波管２が接続され、この導波管２の端部にはマイクロ波
発生器であるマグネトロン３が設けてある。導波管２を
空洞共振室1bに偏心して取り付けたのは、E01モードと
の結合をよくするためである。空洞共振室1a,1bの長さ
ｔは、管内波長の1/2の整数倍あるいはそれに近い値に
してある。
第２図は、スロット板21の平面図である。スロット板
21には、E01モードの電界に対して直角となる方向にリ
ング状のスロット21aが穿設されており、各スロット21a
の長さは、例えば2.45GHzのマイクロ波を用いる場合、
マイクロ波の1/2波長に当たる60mm以上の寸法にして、
スロット21aからのマイクロ波の放射を良好にしてい
る。
21には、E01モードの電界に対して直角となる方向にリ
ング状のスロット21aが穿設されており、各スロット21a
の長さは、例えば2.45GHzのマイクロ波を用いる場合、
マイクロ波の1/2波長に当たる60mm以上の寸法にして、
スロット21aからのマイクロ波の放射を良好にしてい
る。
上述したプラズマ処理装置を使用する場合、先ず、図
示しない真空ポンプを作動させてプラズマ室６内を高真
空状態とし、次に、図示しないガス発生源からのガスの
流量と、真空ポンプの排気量とを調整し、プラズマ室６
内のガス圧が１〜10-3Torrの所定圧となるようにする。
マグネトロン３を動作させてマイクロ波を発生させる。
このマイクロ波は導波管２を通して空洞共振室1a内に導
入される。空洞共振室1a内に導入されたマイクロ波は空
洞共振室1a内で振幅が大きくなり、このマイクロ波はス
ロット板21のスロット21aを介して空洞共振室1b内に放
射される。
示しない真空ポンプを作動させてプラズマ室６内を高真
空状態とし、次に、図示しないガス発生源からのガスの
流量と、真空ポンプの排気量とを調整し、プラズマ室６
内のガス圧が１〜10-3Torrの所定圧となるようにする。
マグネトロン３を動作させてマイクロ波を発生させる。
このマイクロ波は導波管２を通して空洞共振室1a内に導
入される。空洞共振室1a内に導入されたマイクロ波は空
洞共振室1a内で振幅が大きくなり、このマイクロ波はス
ロット板21のスロット21aを介して空洞共振室1b内に放
射される。
ところで、複数個設けたスロット21aから放射される
マイクロ波のエネルギーは、空洞共振器内の定在波によ
り形成される電界の強度分布によって変化するので、定
在波が空洞共振器内で均一になっていなければならな
い。しかし、上側の空洞共振室1a内で形成される定在波
は、導波管２との結合口があるために、均一な分布にな
りにくい。そこで、下側に更に、空洞共振室1b及びスロ
ット板20を設けることにより、空洞共振室1b内の定在波
の分布は空洞共振室1a内のそれに比較して大幅に均一化
される。その結果、スロット20aからプラズマ発生室へ
放射されるマイクロ波のエネルギー分布の均一性が向上
する。
マイクロ波のエネルギーは、空洞共振器内の定在波によ
り形成される電界の強度分布によって変化するので、定
在波が空洞共振器内で均一になっていなければならな
い。しかし、上側の空洞共振室1a内で形成される定在波
は、導波管２との結合口があるために、均一な分布にな
りにくい。そこで、下側に更に、空洞共振室1b及びスロ
ット板20を設けることにより、空洞共振室1b内の定在波
の分布は空洞共振室1a内のそれに比較して大幅に均一化
される。その結果、スロット20aからプラズマ発生室へ
放射されるマイクロ波のエネルギー分布の均一性が向上
する。
マグネトロン３で発生されたマイクロ波の振幅は、２
つの空洞共振室1a,1bで形成される空洞共振器１を通し
て増大されているため、プラズマ室６が空洞共振器構造
でなくても、マイクロ波の供給により、プラズマ室６内
のガスは励起されてイオンやラジルカルとなってプラズ
マが点灯し維持される。
つの空洞共振室1a,1bで形成される空洞共振器１を通し
て増大されているため、プラズマ室６が空洞共振器構造
でなくても、マイクロ波の供給により、プラズマ室６内
のガスは励起されてイオンやラジルカルとなってプラズ
マが点灯し維持される。
マイクロ波により発生したプラズマは、マイクロ波が
プラズマ中の電子に直接作用するため、プラズマと基板
12間の電位差は20〜30Vのレベルである。したがって、
マイクロ波によるプラズマだけでは基板12に入射するイ
オンのエネルギーが弱く、異方性エッチングは困難であ
る。そこで、電極７に高周波電源11から高周波電圧を印
加し、この電圧によりプラズマ中のイオンを加速して基
板12へ入射させる。このときのイオンエネルギーは、印
加する電圧により任意に制御でき、適正な値に設定でき
る。これにより異方性が高く、高精度なエッチングが可
能となる。
プラズマ中の電子に直接作用するため、プラズマと基板
12間の電位差は20〜30Vのレベルである。したがって、
マイクロ波によるプラズマだけでは基板12に入射するイ
オンのエネルギーが弱く、異方性エッチングは困難であ
る。そこで、電極７に高周波電源11から高周波電圧を印
加し、この電圧によりプラズマ中のイオンを加速して基
板12へ入射させる。このときのイオンエネルギーは、印
加する電圧により任意に制御でき、適正な値に設定でき
る。これにより異方性が高く、高精度なエッチングが可
能となる。
電極７に印加した高周波電力はプラズマ中を流れアー
ス側へ流入する。この高周波電流が均一でなければ、基
板12に入射するイオンのエネルギーが基板12上で均一に
ならず、エッチングの速度も基板上でばらつくという不
具合が生じる。しかし本実施例では電極７と対向する位
置にスロット板20があり、高周波電流が電極７上で均等
に流れるようになっている。
ス側へ流入する。この高周波電流が均一でなければ、基
板12に入射するイオンのエネルギーが基板12上で均一に
ならず、エッチングの速度も基板上でばらつくという不
具合が生じる。しかし本実施例では電極７と対向する位
置にスロット板20があり、高周波電流が電極７上で均等
に流れるようになっている。
従来装置において、サイドエッチングの生じない条件
でのPoly−Si膜のエッチング特性は、エッチング速度10
0nm/分，均一性±10％，下地SiO2膜とのエッチング速度
比６〜７というものであった。この従来装置でエッチン
グ速度を300nm/分以上に高めると、イオンの入射エネル
ギーが過大になるため、下地SiO2膜とのエッチング速度
比が５以下に低下する。また素子ダメージも発生するた
め、実用できなかった。
でのPoly−Si膜のエッチング特性は、エッチング速度10
0nm/分，均一性±10％，下地SiO2膜とのエッチング速度
比６〜７というものであった。この従来装置でエッチン
グ速度を300nm/分以上に高めると、イオンの入射エネル
ギーが過大になるため、下地SiO2膜とのエッチング速度
比が５以下に低下する。また素子ダメージも発生するた
め、実用できなかった。
しかるに、本実施例による装置では、エッチング速度
1000nm/分以上、下地SiO2膜とのエッチング速度比10以
上、均一性±５％以下を得ることができる。
1000nm/分以上、下地SiO2膜とのエッチング速度比10以
上、均一性±５％以下を得ることができる。
以上により、プラズマ処理した製品の歩留まりや信頼
性が向上する。尚、プラズマ処理としてエッチングにつ
いて説明したが、他のプラズマ処理についても同様に効
果があることはいうまでもない。
性が向上する。尚、プラズマ処理としてエッチングにつ
いて説明したが、他のプラズマ処理についても同様に効
果があることはいうまでもない。
第３図，第４図は、スロット板21のスロット板21aの
別の構造を示すものである。尚、スリット板20として、
スロット板21と同じものを使用してもよく、また、別の
任意のものを使用してもよい。例えば、第２図の形状を
したスロット板20,21を使用しても、また、第３図のス
ロット板21と第４図のスロット板20を組み合わせて使用
してもよい。
別の構造を示すものである。尚、スリット板20として、
スロット板21と同じものを使用してもよく、また、別の
任意のものを使用してもよい。例えば、第２図の形状を
したスロット板20,21を使用しても、また、第３図のス
ロット板21と第４図のスロット板20を組み合わせて使用
してもよい。
更に、上述した実施例では、空洞共振器とスリット板
との組合せを２段にしたプラズマ処理装置について説明
したが、３段以上にしてもよく、段数を重ねる程、プラ
ズマ室６内に供給されるマイクロ波のエネルギー分布の
均一性が高くなることはいうまでもない。
との組合せを２段にしたプラズマ処理装置について説明
したが、３段以上にしてもよく、段数を重ねる程、プラ
ズマ室６内に供給されるマイクロ波のエネルギー分布の
均一性が高くなることはいうまでもない。
更にまた、共振器の構造、高周波電源周波数も本実施
例に限定されるものではない。共振器の構造は矩形構造
による共振器、同軸構造による共振器など、共振条件が
成り立つものであれば共振モード、構造とも任意に選ぶ
ことができる。高周波電源周波数も直流から数十MHzま
で任意に選ぶことができる。ただしプラズマ処理する対
象が絶縁膜もしくは対象に絶縁膜が含まれる場合には10
00KHzから数十MHzまでの高周波が適当である。
例に限定されるものではない。共振器の構造は矩形構造
による共振器、同軸構造による共振器など、共振条件が
成り立つものであれば共振モード、構造とも任意に選ぶ
ことができる。高周波電源周波数も直流から数十MHzま
で任意に選ぶことができる。ただしプラズマ処理する対
象が絶縁膜もしくは対象に絶縁膜が含まれる場合には10
00KHzから数十MHzまでの高周波が適当である。
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。
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。
上述した実施例では、導波管つまり空洞共振器の端面
を閉じた構造とし、この端面にマイクロ波を放射するス
ロットを設けた。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。
を閉じた構造とし、この端面にマイクロ波を放射するス
ロットを設けた。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。
スロット20a,21aの開口面積は導波管（空洞共振室1a,
1b）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12を載せた電極７を高周波電圧を印加した場合、
高周波電流は導波管（空洞共振器1b）の端面（スロット
板20）と電極７と間に均等に流れ、イオンの効果を基板
12全面に対し均等に発生させることができる。またスロ
ット20a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。
1b）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12を載せた電極７を高周波電圧を印加した場合、
高周波電流は導波管（空洞共振器1b）の端面（スロット
板20）と電極７と間に均等に流れ、イオンの効果を基板
12全面に対し均等に発生させることができる。またスロ
ット20a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。
導波管２の空洞共振器を接続した本実施例の場合に
は、空洞共振室1a,1b内で共振により振幅を大きくした
マイクロ波がスロット21a,20aを通してプラズマ発生室
６に放射される。そのため、プラズマ発生室６を従来の
ように空洞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。
は、空洞共振室1a,1b内で共振により振幅を大きくした
マイクロ波がスロット21a,20aを通してプラズマ発生室
６に放射される。そのため、プラズマ発生室６を従来の
ように空洞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。
このため本実施例に係る電極構造は従来のように空洞
共振器との関連による制約を受けない。また空洞共振器
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
空洞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。
共振器との関連による制約を受けない。また空洞共振器
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
空洞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。
次に本発明の他の実施例を第５図乃至第18図に基づい
て説明する。即ち第５図は本発明の他の一実施例に係る
プラズマ処理装置の断面図である。有底円筒形の下部容
器５の上部に石英容器6a及び、これを固定する容器押え
6b及び高さ調整用の容器6cが乗り、上部開口部には厚手
の石英板４を取付けた容器フランジ16で覆蓋され、上記
各容器等の当接面はＯリング等により、プラズマ室６の
内部が気密に保たれる。なお石英板４の周囲にはＯリン
グ13が、Ｏリング押え14により固定されている。プラズ
マ室６上部の容器フランジ16にはガス導入管９を設け、
これに連通したガスノズルリング18の溝18b、ガスノズ
ル18cを設けることによりプラズマ室内へ処理ガスを均
一に吹出すようになっている。ガスノズルリング18の内
部にはプラズマの着火性が向上するための永久磁石を周
方向に等ピッチで配置している。即ちプラズマの着火性
を構造させる磁石手段を処理ガスを導入するガスノズル
リング18の内部に設けている。
て説明する。即ち第５図は本発明の他の一実施例に係る
プラズマ処理装置の断面図である。有底円筒形の下部容
器５の上部に石英容器6a及び、これを固定する容器押え
6b及び高さ調整用の容器6cが乗り、上部開口部には厚手
の石英板４を取付けた容器フランジ16で覆蓋され、上記
各容器等の当接面はＯリング等により、プラズマ室６の
内部が気密に保たれる。なお石英板４の周囲にはＯリン
グ13が、Ｏリング押え14により固定されている。プラズ
マ室６上部の容器フランジ16にはガス導入管９を設け、
これに連通したガスノズルリング18の溝18b、ガスノズ
ル18cを設けることによりプラズマ室内へ処理ガスを均
一に吹出すようになっている。ガスノズルリング18の内
部にはプラズマの着火性が向上するための永久磁石を周
方向に等ピッチで配置している。即ちプラズマの着火性
を構造させる磁石手段を処理ガスを導入するガスノズル
リング18の内部に設けている。
下部容器５には、その底面から絶縁物８で絶縁された
ステージ電極７が気密かつ、上下動容易に挿入固定さ
れ、ステージ電極７の上に基板12が載置される構造とな
っている。このステージ電極には高周波電源11が接続さ
れてい。なおステージ電極の周囲部には石英リング17で
覆ってある。また、プラズマ室６にはガス排気管10が連
通され、図示しない真空ポンプに接続されている。
ステージ電極７が気密かつ、上下動容易に挿入固定さ
れ、ステージ電極７の上に基板12が載置される構造とな
っている。このステージ電極には高周波電源11が接続さ
れてい。なおステージ電極の周囲部には石英リング17で
覆ってある。また、プラズマ室６にはガス排気管10が連
通され、図示しない真空ポンプに接続されている。
円筒状の空洞共振室1aは、その一方の開口部が、例え
ば第18図に示すようなスロット20aを形成したスロット
板20で閉塞され、この空洞共振室のスロット板20が石英
板４に密着するようにプラズマ室６上部に固定されてい
る。空洞共振器を構成する空洞共振器1a,1bは、本実施
例では、E01モードの円形空洞共振器である。
ば第18図に示すようなスロット20aを形成したスロット
板20で閉塞され、この空洞共振室のスロット板20が石英
板４に密着するようにプラズマ室６上部に固定されてい
る。空洞共振器を構成する空洞共振器1a,1bは、本実施
例では、E01モードの円形空洞共振器である。
有底円筒の空洞共振室1bは、その開口部がスロット板
21で閉塞され、このスロット板21が前記空洞共振室1aの
他方の開口部を閉塞する様に空洞共振室1a上に接続固定
されている。なお、スロット板21は空洞共振室1aと1bの
中間に挾まれつつ、水平方向にある程度移動できるよう
になっており止めねじ15によって位置決めされている。
両スロット板20,21は平行となるようになっている。空
洞共振室1bの底部には、空洞共振室1bに対して偏心した
位置に導波管２が接続され、この導波管２の端部にはマ
イクロ波発生器であるマグネトロン３が設けてある。導
波管２を空洞共振室1bに偏心して取付けたのは、E01モ
ードとの結合をよくするためである。即ちE01モードの
場合、表面電流が中心から外周へと放射状に流れる関係
で導波管２を空洞共振室1bに偏心して取付け結合をよく
する必要がある。導波管２はダミーロードa,コーナ導波
管2b及び整合器2cで構成されている。空洞共振室1a,1b
の内部の長さLa,Lbは、管内波長λｇの1/2の整数倍ある
いはそれに近い値にしている。
21で閉塞され、このスロット板21が前記空洞共振室1aの
他方の開口部を閉塞する様に空洞共振室1a上に接続固定
されている。なお、スロット板21は空洞共振室1aと1bの
中間に挾まれつつ、水平方向にある程度移動できるよう
になっており止めねじ15によって位置決めされている。
両スロット板20,21は平行となるようになっている。空
洞共振室1bの底部には、空洞共振室1bに対して偏心した
位置に導波管２が接続され、この導波管２の端部にはマ
イクロ波発生器であるマグネトロン３が設けてある。導
波管２を空洞共振室1bに偏心して取付けたのは、E01モ
ードとの結合をよくするためである。即ちE01モードの
場合、表面電流が中心から外周へと放射状に流れる関係
で導波管２を空洞共振室1bに偏心して取付け結合をよく
する必要がある。導波管２はダミーロードa,コーナ導波
管2b及び整合器2cで構成されている。空洞共振室1a,1b
の内部の長さLa,Lbは、管内波長λｇの1/2の整数倍ある
いはそれに近い値にしている。
第６図は、スロット板21の平面図である。スロット板
21には、E01モードの電界に対して直角となる方向にリ
ング状のスロット21b及び21cが穿設されており、各スロ
ット21bの長さは、本実施例では導波口1cの直下のスロ
ット21cを除いて、例えば2.45GHzのマイクロ波を用いる
場合、マイクロ波の1/2波長に当たる60mm強の寸法にし
て、スロット21bからの放射を良好にしている。スロッ
ト21cの長さは、導波口1cとスロット21cを併せた合計イ
ンピーダンスが、スロット21bのみのインピーダンスが
およそ等しくなるような長さに設定している。本実施例
の場合では実験結果から約50mmとしている。
21には、E01モードの電界に対して直角となる方向にリ
ング状のスロット21b及び21cが穿設されており、各スロ
ット21bの長さは、本実施例では導波口1cの直下のスロ
ット21cを除いて、例えば2.45GHzのマイクロ波を用いる
場合、マイクロ波の1/2波長に当たる60mm強の寸法にし
て、スロット21bからの放射を良好にしている。スロッ
ト21cの長さは、導波口1cとスロット21cを併せた合計イ
ンピーダンスが、スロット21bのみのインピーダンスが
およそ等しくなるような長さに設定している。本実施例
の場合では実験結果から約50mmとしている。
上述したプラズマ処理装置を使用する場合、先ず、図
示しない真空ポンプを作動させてプラズマ室６内を高真
空状態とし、次に、図示しないガス発生源からのガス流
量と、真空ポンプの排気量とを調整し、プラズマ室６内
のガス圧が0.1〜100Paの所定圧となるようにする。マグ
ネトロン３を動作させてマイクロ波を発生する。このマ
イクロ波は導波管２を通して空洞共振室1b内に導入され
る。空洞共振室1b内に導入されたマイクロ波は空洞共振
室1b内で振幅が大きくなり、このマイクロ波はスロット
板21のスロット21b,21cを介して空洞共振室1a内に放射
される。この場合、導波口1cは第16図に空洞共振器内の
電磁界分布モデルを示す模式図のようにマイクロ波の結
合度を高めるために、円筒状の空洞共振器１の中心軸に
対して偏心した位置にあり、しかもプラズマ処理の能力
を高める上で、マイクロ波電力量を大きくする必要性か
ら、導波口1cの寸法を導波管の内寸法と同じにしている
ため導波口1cを横切る表面電流に対するインピーダンス
が大きいのみならず、空洞共振室1bの内部のインピーダ
ンスが導波口1c側で大きくなる。おな第16図において、
31は磁界を,32は電界を示す。上記の結果、スロット板2
0のスロット20aから放射されるマイクロ波電界強度は、
そのままでは第17図に導波口影響による表面電流分布の
偏心を示すように、また第18図に放射スロット板の表面
電流分布及びマイクロ波放射強度分布ｍ（ｘ）,m（ｙ）
を示すように、導波口1cと反対側へ偏ってしまうが、本
実施例においては空洞共振器１を複数の空洞共振室1a,1
bにて形成し、その間にスロット板21を配置し、スロッ
ト21cの長さを、スロット21bより短かくしてインピーダ
ンスを下げているため、空洞共振室1bから空洞共振室1a
に放射されるマイクロ波の放射インピーダンスは全周に
亘って一様になるように矯正される。なお第17図におい
て、33は空洞共振室1bの天井を示し、34はその表面電流
を示す。第18図において、20はマイクロ波放射スロット
板を示し、35はその表面電流を示す。またｍ（ｘ）はこ
のスロット板20から放射されるｘ方向のマイクロ波放射
強度分布を示し、ｍ（ｙ）はこのスロット板20から放射
されるｙ方向のマイクロ波放射強度分布を示す。従って
空洞共振室1a内のマイクロ波の定在波によって生じる表
面電流は円周方向にほとんど一定となる。これにより、
スロット板20のスロット20aから放射されるマイクロ波
の分布は中心軸に対して軸対称になる。
示しない真空ポンプを作動させてプラズマ室６内を高真
空状態とし、次に、図示しないガス発生源からのガス流
量と、真空ポンプの排気量とを調整し、プラズマ室６内
のガス圧が0.1〜100Paの所定圧となるようにする。マグ
ネトロン３を動作させてマイクロ波を発生する。このマ
イクロ波は導波管２を通して空洞共振室1b内に導入され
る。空洞共振室1b内に導入されたマイクロ波は空洞共振
室1b内で振幅が大きくなり、このマイクロ波はスロット
板21のスロット21b,21cを介して空洞共振室1a内に放射
される。この場合、導波口1cは第16図に空洞共振器内の
電磁界分布モデルを示す模式図のようにマイクロ波の結
合度を高めるために、円筒状の空洞共振器１の中心軸に
対して偏心した位置にあり、しかもプラズマ処理の能力
を高める上で、マイクロ波電力量を大きくする必要性か
ら、導波口1cの寸法を導波管の内寸法と同じにしている
ため導波口1cを横切る表面電流に対するインピーダンス
が大きいのみならず、空洞共振室1bの内部のインピーダ
ンスが導波口1c側で大きくなる。おな第16図において、
31は磁界を,32は電界を示す。上記の結果、スロット板2
0のスロット20aから放射されるマイクロ波電界強度は、
そのままでは第17図に導波口影響による表面電流分布の
偏心を示すように、また第18図に放射スロット板の表面
電流分布及びマイクロ波放射強度分布ｍ（ｘ）,m（ｙ）
を示すように、導波口1cと反対側へ偏ってしまうが、本
実施例においては空洞共振器１を複数の空洞共振室1a,1
bにて形成し、その間にスロット板21を配置し、スロッ
ト21cの長さを、スロット21bより短かくしてインピーダ
ンスを下げているため、空洞共振室1bから空洞共振室1a
に放射されるマイクロ波の放射インピーダンスは全周に
亘って一様になるように矯正される。なお第17図におい
て、33は空洞共振室1bの天井を示し、34はその表面電流
を示す。第18図において、20はマイクロ波放射スロット
板を示し、35はその表面電流を示す。またｍ（ｘ）はこ
のスロット板20から放射されるｘ方向のマイクロ波放射
強度分布を示し、ｍ（ｙ）はこのスロット板20から放射
されるｙ方向のマイクロ波放射強度分布を示す。従って
空洞共振室1a内のマイクロ波の定在波によって生じる表
面電流は円周方向にほとんど一定となる。これにより、
スロット板20のスロット20aから放射されるマイクロ波
の分布は中心軸に対して軸対称になる。
こうして電界強度が高く、かつ偏りのないマイクロ波
がプラズマ室６内へ放射される。この場合の均一性は±
30〜±80％から±２％以下まで改善できる。プラズマ室
内の自由電子はマイクロ波の電界により加速され、処理
ガス（例えばBcl3とCl2の混合ガスもしくはSF6の混合ガ
スからなるエッチングガス又はSiH4ガス,N2Oガスあるい
はO2ガス及び稀釈用ガスとしてN2ガスを組合せたCVDガ
ス）の分子に衝突して励起されイオンやラジカルとな
り、プラズマが発生する。
がプラズマ室６内へ放射される。この場合の均一性は±
30〜±80％から±２％以下まで改善できる。プラズマ室
内の自由電子はマイクロ波の電界により加速され、処理
ガス（例えばBcl3とCl2の混合ガスもしくはSF6の混合ガ
スからなるエッチングガス又はSiH4ガス,N2Oガスあるい
はO2ガス及び稀釈用ガスとしてN2ガスを組合せたCVDガ
ス）の分子に衝突して励起されイオンやラジカルとな
り、プラズマが発生する。
マイクロ波により発生したプラズマは、マイクロ波が
プラズマ中の電子に直接作用するため、プラズマと基板
12間の電位差は20〜30Vのレベルである。したがって、
マイクロ波によるプラズマだけでは基板12に入射するイ
オンのエネルギーが弱く、異方性エッチングは困難であ
る。そこで、電極７に高周波電源11から高周波電圧を印
加し、この電圧によりプラズマ中のイオンを加速して基
板12へ入射させる。このときのイオンエネルギーは、印
加する電圧により任意に制御でき、適正な値に設定でき
る。これにより異方性が高く、高精度なエッチングが可
能となる。なお、電極７に印加した高周波電力プラズマ
中を流れ、アース電位とした容器６及びガスノズルリン
グ18の表面へ流入する。ガスノズルリング18や容器６は
基板12におよそ対向した位置にあるので、基板12に印加
される高周波電圧の基板12内での分布は均一となり、均
一なエッチングや成膜が実現できる。
プラズマ中の電子に直接作用するため、プラズマと基板
12間の電位差は20〜30Vのレベルである。したがって、
マイクロ波によるプラズマだけでは基板12に入射するイ
オンのエネルギーが弱く、異方性エッチングは困難であ
る。そこで、電極７に高周波電源11から高周波電圧を印
加し、この電圧によりプラズマ中のイオンを加速して基
板12へ入射させる。このときのイオンエネルギーは、印
加する電圧により任意に制御でき、適正な値に設定でき
る。これにより異方性が高く、高精度なエッチングが可
能となる。なお、電極７に印加した高周波電力プラズマ
中を流れ、アース電位とした容器６及びガスノズルリン
グ18の表面へ流入する。ガスノズルリング18や容器６は
基板12におよそ対向した位置にあるので、基板12に印加
される高周波電圧の基板12内での分布は均一となり、均
一なエッチングや成膜が実現できる。
本実施例によるドライエッチング装置では、例えばPo
ly−Siのエッチング速度600nm/min以上，下地となるSiO
2膜とのエッチング速度比15以上，均一性±２％以下か
つサイドエッチ量0.02μｍ以下の高性能なエッチング又
は均一性の優れた成膜を実現できる。
ly−Siのエッチング速度600nm/min以上，下地となるSiO
2膜とのエッチング速度比15以上，均一性±２％以下か
つサイドエッチ量0.02μｍ以下の高性能なエッチング又
は均一性の優れた成膜を実現できる。
以上により、プラズマ処理した製品の歩留まりや信頼
性が大きく向上できる。なお、プラズマ処理としてエッ
チングについて説明したが、他のプラズマ処理、例えば
プラズマCVDにおいても基本的には処理ガスが異なるだ
けで同様の効果が得られることは言うまでもない。
性が大きく向上できる。なお、プラズマ処理としてエッ
チングについて説明したが、他のプラズマ処理、例えば
プラズマCVDにおいても基本的には処理ガスが異なるだ
けで同様の効果が得られることは言うまでもない。
第７図乃至第10図は、表面電流分布を矯正できるE01
モードのスロット板21の他の実施例を示したものであ
る。第７図に示すように、スロット21bの幅を他のスロ
ット2bに比べて減少させて面積を減少させてもよく、ま
た第８図に示すようにスロット21b全体を中心から導波
口1eの偏心と逆側偏心させてもよく、また第９図に示す
ように分割させたスロット21eで形成して面積を減少さ
せてもよく、また第10図に示すようにスロット21fのみ
中心方向に変位させて配置させてもよいことは明らかで
ある。またこれらの実施例は単独又は組合せても同様
に、マイクロ波放射強度分布ｍ（ｘ）を矯正でき、しか
もスロット板21のみを交換することで、使用条件が変更
になっても容易に対応できる効果を有する。
モードのスロット板21の他の実施例を示したものであ
る。第７図に示すように、スロット21bの幅を他のスロ
ット2bに比べて減少させて面積を減少させてもよく、ま
た第８図に示すようにスロット21b全体を中心から導波
口1eの偏心と逆側偏心させてもよく、また第９図に示す
ように分割させたスロット21eで形成して面積を減少さ
せてもよく、また第10図に示すようにスロット21fのみ
中心方向に変位させて配置させてもよいことは明らかで
ある。またこれらの実施例は単独又は組合せても同様
に、マイクロ波放射強度分布ｍ（ｘ）を矯正でき、しか
もスロット板21のみを交換することで、使用条件が変更
になっても容易に対応できる効果を有する。
第11図の実施例は空洞共振器１の上端面に導波口1eの
マイクロ波に対するインピーダンスに対してインピーダ
ンスが軸対称になるように、蒸着またはスパッタ等の手
法で表面に、部分的に抵抗体30を設けたものである。形
状は第12図に示す矩形の他に第13図に示すリング形でも
よい。更には第14図及びそのCC断面を示す第15図のよう
に空洞共振器１の側面に設けてもよい。
マイクロ波に対するインピーダンスに対してインピーダ
ンスが軸対称になるように、蒸着またはスパッタ等の手
法で表面に、部分的に抵抗体30を設けたものである。形
状は第12図に示す矩形の他に第13図に示すリング形でも
よい。更には第14図及びそのCC断面を示す第15図のよう
に空洞共振器１の側面に設けてもよい。
上記実施例はすべてE01モードの場合を示しているがH
01モードの場合についても同様の考え方ができ、具体化
が可能であることは言うまでもない。即ち第19図にH01
モードの空洞共振器内の電磁界分布モデルを示す。導波
口1cについても電界32の向きに合せるため、H01モード
においても偏心させる必要がある。そのため第20図に示
すように空洞共振器の天井33において表面電流が導波口
1cの影響によって偏り、マイクロ波放射強度分布につい
てｘ方向に不均一性が生じ、前記実施例に示したように
対策する必要がある。
01モードの場合についても同様の考え方ができ、具体化
が可能であることは言うまでもない。即ち第19図にH01
モードの空洞共振器内の電磁界分布モデルを示す。導波
口1cについても電界32の向きに合せるため、H01モード
においても偏心させる必要がある。そのため第20図に示
すように空洞共振器の天井33において表面電流が導波口
1cの影響によって偏り、マイクロ波放射強度分布につい
てｘ方向に不均一性が生じ、前記実施例に示したように
対策する必要がある。
以上説明したように本発明によれば、マイクロ波を用
いたプラズマの発生を安定させる効果がある。
いたプラズマの発生を安定させる効果がある。
また本発明によれば空洞共振器との関連による装置構
成上の制約を受けない効果がある。従って空洞共振器を
アース電位に接続することで処理対象を載置した電極に
平行な対向電極を構成できる。この結果、対向電極に設
けられたスロットを通してマイクロ波のエネルギーを伝
播できるので、このエネルギーにより生じるイオンやラ
ジカルの効果を均一に処理対象に与えることができる。
成上の制約を受けない効果がある。従って空洞共振器を
アース電位に接続することで処理対象を載置した電極に
平行な対向電極を構成できる。この結果、対向電極に設
けられたスロットを通してマイクロ波のエネルギーを伝
播できるので、このエネルギーにより生じるイオンやラ
ジカルの効果を均一に処理対象に与えることができる。
またイオンやラジカルの影響を均一に発生させること
ができる。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。更に、半導体ウエハの微細
パターンを高精度、高速にかつ低損傷で形成できる。更
にまた均一な成膜を高速に行える効果がある。
ができる。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。更に、半導体ウエハの微細
パターンを高精度、高速にかつ低損傷で形成できる。更
にまた均一な成膜を高速に行える効果がある。
また、空洞共振器とスロット板の組合せを２段以上重
ねることにより、スロットから放射されるマイクロ波の
エネルギー分布の均一性を向上でき、これにより、プラ
ズマ処理の均一性を、更に向上できる効果がある。
ねることにより、スロットから放射されるマイクロ波の
エネルギー分布の均一性を向上でき、これにより、プラ
ズマ処理の均一性を、更に向上できる効果がある。
また本発明によれば、空洞共振器とスロットアンテナ
を組合せてプラズマ室へ電界強度の高いマイクロ波を放
射してプラズマを発生する場合において、プラズマ発生
室へ放射されるマイクロ波の分布を容易に矯正でき、し
かも調整方法も簡単であるので、プラズマ処理において
極めて良い均一性が得られ、プラズマ処理した製品の歩
留まりや信頼性を向上させることができる効果を奏す
る。
を組合せてプラズマ室へ電界強度の高いマイクロ波を放
射してプラズマを発生する場合において、プラズマ発生
室へ放射されるマイクロ波の分布を容易に矯正でき、し
かも調整方法も簡単であるので、プラズマ処理において
極めて良い均一性が得られ、プラズマ処理した製品の歩
留まりや信頼性を向上させることができる効果を奏す
る。
第１図は本発明の第１の一実施例に係るプラズマ処理装
置の構成図、第２図乃至第４図は各々第１図に示すスロ
ット板の夫々別の平面図、第５図は本発明の第２の一実
施例に係るプラズマ処理装置を示す縦断面図、第６図は
第５図に示す空洞共振室間に設けられたスロット板の一
実施例を示す平面図、第７図乃至第10図は第６図と異な
るスロット板の各実施例を示す平面図、第11図は本発明
の第３の一実施例のプラズマ処理装置を示す縦断面図、
第12図及び第13図は各々第11図に示すスロット板の実施
例を示した平面図、第14図は本発明の第４の一実施例の
プラズマ処理装置の空洞共振器部を示す縦断面図、第15
図は第14図のＣ−Ｃ断面を示す図、第16図は本発明に係
るE01モードの場合の空洞共振器内部の電磁界分布と導
波口との関係を示す模式図、第17図及び第18図はE01モ
ードにおいて導波口の偏心により生ずる空洞共振器内の
表面電流及びマイクロ波放射強度分布の偏りを表わす模
式図、第19図はH01モードの場合の空洞共振器内部の電
磁界分布と導波口との関係を示す模式図、第20図はH01
モードにおいて導波口の偏心による影響を示す図であ
る。 １……空洞共振器， 1a,1b……空洞共振室， 1c……導波口， ２……導波管， ３……マグネトロン， ４……石英板， ６……プラズマ発生室， ７……電極， ９……ガス導入管， 10……真空排気管， 11……高周波電極， 12……基板， 20,21……スロット板， 20a,21a,21b,21c,21e……スロット。
置の構成図、第２図乃至第４図は各々第１図に示すスロ
ット板の夫々別の平面図、第５図は本発明の第２の一実
施例に係るプラズマ処理装置を示す縦断面図、第６図は
第５図に示す空洞共振室間に設けられたスロット板の一
実施例を示す平面図、第７図乃至第10図は第６図と異な
るスロット板の各実施例を示す平面図、第11図は本発明
の第３の一実施例のプラズマ処理装置を示す縦断面図、
第12図及び第13図は各々第11図に示すスロット板の実施
例を示した平面図、第14図は本発明の第４の一実施例の
プラズマ処理装置の空洞共振器部を示す縦断面図、第15
図は第14図のＣ−Ｃ断面を示す図、第16図は本発明に係
るE01モードの場合の空洞共振器内部の電磁界分布と導
波口との関係を示す模式図、第17図及び第18図はE01モ
ードにおいて導波口の偏心により生ずる空洞共振器内の
表面電流及びマイクロ波放射強度分布の偏りを表わす模
式図、第19図はH01モードの場合の空洞共振器内部の電
磁界分布と導波口との関係を示す模式図、第20図はH01
モードにおいて導波口の偏心による影響を示す図であ
る。 １……空洞共振器， 1a,1b……空洞共振室， 1c……導波口， ２……導波管， ３……マグネトロン， ４……石英板， ６……プラズマ発生室， ７……電極， ９……ガス導入管， 10……真空排気管， 11……高周波電極， 12……基板， 20,21……スロット板， 20a,21a,21b,21c,21e……スロット。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ (56)参考文献 特開 昭63−5524（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−299037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−131454（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】内部に発生させたプラズマを維持し、プラ
ズマ処理を行うプラズマ室と、該プラズマ室に第１のス
ロット板を介して連接したマイクロ波蓄積増大用の第１
空洞共振室と、該第１空洞共振室に前記第１スロット板
と平行な第２スロット板を介して連接したマイクロ波蓄
積増大用の第２空洞共振室と、該第２空洞共振室に導波
管を介してマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを
備えて成ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】更に、前記第２の空洞共振室とマイクロ波
導入用の導波間との間に前記第２の空洞共振室側に第３
のスロット板を備えた第３の空洞共振室を介挿したこと
を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３】各スロット板の間隔を、マイクロ波の波長
の1/2の整数倍あるいはこれに近い値にしたことを特徴
とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項４】マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段
と、該マイクロ波発生手段で発生させたマイクロ波を搬
送するマイクロ波導波手段と、電気的に絶縁な材料で形
成されたマイクロ波透過窓部を介して前記マイクロ波導
波手段と接続し内部に試料を載置する載置台を設けたプ
ラズマ処理室手段とを備えたプラズマ処理装置であっ
て、前記マイクロ波導波手段が、内部でのインピーダン
スの分布を制御するインピーダンス分布制御部を備える
と共に前記プラズマ処理室と接続する側の面に複数のス
ロットを形成したスロット手段を備え、該スロット手段
から前記インピーダンス分布制御部によりインピーダン
スの分布が制御されたマイクロ波を前記マイクロ波透過
窓部を介して前記プラズマ処理室手段の内部に導入して
該プラズマ処理室手段の内部にプラズマを発生させるこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項５】前記載置台は、高周波電力を印加する電力
印加部と接続していることを特徴とする請求項４記載の
プラズマ処理装置。 - 【請求項６】マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段
と、該マイクロ波発生手段で発生させたマイクロ波を搬
送するマイクロ波導波手段と、電気的に絶縁な材料で形
成されたマイクロ波透過窓部を介して前記マイクロ波導
波手段と接続し内部に試料を載置する載置台を設けたプ
ラズマ処理室手段とを備えたプラズマ処理装置であっ
て、前記マイクロ波導波手段が、複数のスロットを有す
るスロット板を内部に備え、該スロット板によりインピ
ーダンスの分布を制御したマイクロ波を前記マイクロ波
透過窓部を介して前記プラズマ処理室手段の内部に放射
して該プラズマ処理室手段の内部にプラズマを発生させ
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項７】前記プラズマ処理室手段の内部へのマイク
ロ波の放射を、前記マイクロ波導波手段と前記マイクロ
波透過窓部との間に設けた、複数のスロットを有するス
ロット板により行うことを特徴とする請求項６記載のプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項８】マイクロ波発生源で発生させたマイクロ波
を導波管で搬送し、該導波管の内部で複数のスロットを
形成したスロット板を介して前記マイクロ波のインピー
ダンスを調整し、該インピーダンスを調整したマイクロ
波をプラズマ処理室の内部に放射して該プラズマ処理室
の内部にプラズマを発生させ、該発生させたプラズマに
より前記プラズマ処理室の内部に設置した被処理基板を
処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/538,150 US5134965A (en) | 1989-06-16 | 1990-06-14 | Processing apparatus and method for plasma processing |
| KR1019900008816A KR930008497B1 (ko) | 1989-06-16 | 1990-06-15 | 플라즈마 처리장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16872888 | 1988-07-08 | ||
| JP63-168728 | 1988-07-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138735A JPH02138735A (ja) | 1990-05-28 |
| JP2760845B2 true JP2760845B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=15873320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1152311A Expired - Fee Related JP2760845B2 (ja) | 1988-07-08 | 1989-06-16 | プラズマ処理装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760845B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5134965A (en) * | 1989-06-16 | 1992-08-04 | Hitachi, Ltd. | Processing apparatus and method for plasma processing |
| JP3020580B2 (ja) * | 1990-09-28 | 2000-03-15 | 株式会社日立製作所 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
| FR2693619B1 (fr) * | 1992-07-08 | 1994-10-07 | Valeo Vision | Dispositif pour le dépôt de polymère par l'intermédiaire d'un plasma excité par micro-ondes. |
| JPH06267910A (ja) * | 1993-03-17 | 1994-09-22 | Hitachi Ltd | マイクロ波プラズマ処理装置 |
| US6055927A (en) | 1997-01-14 | 2000-05-02 | Applied Komatsu Technology, Inc. | Apparatus and method for white powder reduction in silicon nitride deposition using remote plasma source cleaning technology |
| JP3625197B2 (ja) | 2001-01-18 | 2005-03-02 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ装置およびプラズマ生成方法 |
| JP4669153B2 (ja) * | 2001-04-27 | 2011-04-13 | キヤノン株式会社 | プラズマ処理装置、プラズマ処理方法および素子の製造方法 |
| JP2009088298A (ja) * | 2007-09-29 | 2009-04-23 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| JP5835985B2 (ja) * | 2010-09-16 | 2015-12-24 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61131454A (ja) * | 1984-11-30 | 1986-06-19 | Fujitsu Ltd | マイクロ波プラズマ処理方法と装置 |
| JPS62299037A (ja) * | 1986-06-18 | 1987-12-26 | Fujitsu Ltd | ウエハ上の被膜乾燥装置 |
| JPS635524A (ja) * | 1986-06-25 | 1988-01-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マイクロ波プラズマ発生装置 |
-
1989
- 1989-06-16 JP JP1152311A patent/JP2760845B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02138735A (ja) | 1990-05-28 |
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| JPH07263348A (ja) | プラズマ処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |