JP3088446B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法Info
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- JP3088446B2 JP3088446B2 JP02283469A JP28346990A JP3088446B2 JP 3088446 B2 JP3088446 B2 JP 3088446B2 JP 02283469 A JP02283469 A JP 02283469A JP 28346990 A JP28346990 A JP 28346990A JP 3088446 B2 JP3088446 B2 JP 3088446B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体素子や電子回路等を製造する際に用い
られるプラズマ処理装置およびその処理方法に関する。
られるプラズマ処理装置およびその処理方法に関する。
［従来の技術］ 半導体素子や電子回路、特に超LSIの製造プロセスに
おいて、プラズマ処理装置は重要な位置を占めている。
最終保護膜用のSiNや層間絶縁用のNSG,PSG,BPSGなどの
薄膜形成には、プラズマCVD装置が用いられ、配線用のA
lの薄膜形成にはスパッタリング装置が用いられる。各
種薄膜のエッチングにはRIE装置などが用いられ、フォ
トレジストの灰化にはプラズマアッシング装置が用いら
れている。プラズマを用いた処理はこれらの他に酸化、
窒化、クリーニング、ドーピング、エピタキシャルプロ
セスなどへの応用も研究されている。実用されているプ
ラズマ処理装置の多くは13.56MHzの高周波を電気エネル
ギー源として用い、これにより発生した１×1010/cm2程
度以上の電子密度をもつプラズマに基体を接触させてプ
ラズマ処理している。
おいて、プラズマ処理装置は重要な位置を占めている。
最終保護膜用のSiNや層間絶縁用のNSG,PSG,BPSGなどの
薄膜形成には、プラズマCVD装置が用いられ、配線用のA
lの薄膜形成にはスパッタリング装置が用いられる。各
種薄膜のエッチングにはRIE装置などが用いられ、フォ
トレジストの灰化にはプラズマアッシング装置が用いら
れている。プラズマを用いた処理はこれらの他に酸化、
窒化、クリーニング、ドーピング、エピタキシャルプロ
セスなどへの応用も研究されている。実用されているプ
ラズマ処理装置の多くは13.56MHzの高周波を電気エネル
ギー源として用い、これにより発生した１×1010/cm2程
度以上の電子密度をもつプラズマに基体を接触させてプ
ラズマ処理している。
［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来のプラズマ処理装置においては、処理を
施す基体をプラズマに接触させており、プラズマと接触
する基体の表面にはシース電界が形成される。このシー
ス電界によってプラズマ中のイオンが加速され、数十〜
百eV程度のエネルギーをもって基体に入射するため、基
体表面に損傷が生じやすいという欠点がある。
施す基体をプラズマに接触させており、プラズマと接触
する基体の表面にはシース電界が形成される。このシー
ス電界によってプラズマ中のイオンが加速され、数十〜
百eV程度のエネルギーをもって基体に入射するため、基
体表面に損傷が生じやすいという欠点がある。
上記欠点を解決するために、プラズマ発生室と処理室
とを分離した遠隔プラズマ処理装置が提案されていて、
損傷の少ない処理が可能にされているが、このものにお
いては、プラズマ発生室と基体とが空間的に離れている
ために、反応に有効な中性励起種が輸送の途中で衝突に
より失活しやすい。このため、処理が不完全（成膜の場
合緻密性が低い）となり、処理速度が遅くなってしまう
という欠点がある。
とを分離した遠隔プラズマ処理装置が提案されていて、
損傷の少ない処理が可能にされているが、このものにお
いては、プラズマ発生室と基体とが空間的に離れている
ために、反応に有効な中性励起種が輸送の途中で衝突に
より失活しやすい。このため、処理が不完全（成膜の場
合緻密性が低い）となり、処理速度が遅くなってしまう
という欠点がある。
本発明は上記従来例が有する欠点を解消するためにな
されたもので、イオンによる損傷が少なく、高速かつ高
精度に基体を処理することのできるプラズマ処理装置を
提供することを目的とする。
されたもので、イオンによる損傷が少なく、高速かつ高
精度に基体を処理することのできるプラズマ処理装置を
提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明のプラズマ処理装置は、所定ガスが流入され、
所定圧力に維持された処理室内にプラズマを発生させる
ことにより、該処理室内に設置された基体の処理を行う
プラズマ処理装置において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極と前記接地電極と前記高周波電極
との間に高周波電圧を印加する高周波電源とを有し、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交す
るミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れていることを特徴とする。
所定圧力に維持された処理室内にプラズマを発生させる
ことにより、該処理室内に設置された基体の処理を行う
プラズマ処理装置において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極と前記接地電極と前記高周波電極
との間に高周波電圧を印加する高周波電源とを有し、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交す
るミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れていることを特徴とする。
この場合、前記基体がプラズマ発生手段の近傍であ
り、かつ、プラズマ発生手段によって発生するプラズマ
のプラズマ密度の低い場所に設置されることとしてもよ
い。
り、かつ、プラズマ発生手段によって発生するプラズマ
のプラズマ密度の低い場所に設置されることとしてもよ
い。
また、前記基体もしくは前記基体に付着したガス分子
および反応中間体に吸収可能な波長光を前記基体に向け
て照射する光源手段を有することとしてもよい。
および反応中間体に吸収可能な波長光を前記基体に向け
て照射する光源手段を有することとしてもよい。
本発明のプラズマ処理方法は、所定ガスが流入され、
所定圧力に維持された処理室内にプラズマを発生させる
ことにより、該処理室内に設置された基体の処理を行う
プラズマ処理方法において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極と前記接地電極と前記高周波電極
との間に高周波電圧を印加する高周波電源とを含むもの
を用い、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交す
るミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れている装置の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、
該所定ガスを前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化
し、該プラズマを用いて前記基体の処理を行うことを特
徴とする。
所定圧力に維持された処理室内にプラズマを発生させる
ことにより、該処理室内に設置された基体の処理を行う
プラズマ処理方法において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極と前記接地電極と前記高周波電極
との間に高周波電圧を印加する高周波電源とを含むもの
を用い、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交す
るミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れている装置の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、
該所定ガスを前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化
し、該プラズマを用いて前記基体の処理を行うことを特
徴とする。
この場合、前記基体上に薄膜を形成してもよい。
また、前記基体の表面改質を行うこととしてもよい。
また、前記基体表面または前記基体表面の付着物を除
去することとしてもよい。
去することとしてもよい。
本発明の他の形態によるプラズマ処理装置は、所定ガ
スが流入され、0.001Torrから1Torrの間に圧力を維持す
ることが可能な処理室内にプラズマを発生させることに
より、該処理室内に設置された基体の処理を行うプラズ
マ処理装置において、 前記処理室内にプラズマを発生させるための、前記処
理室の外周部に設けられた二個の接地電極と該二個の接
地電極の間の処理室の外周部に設けられた高周波電極と
を含むプラズマ発生手段と、 前記プラズマ発生手段により形成される高周波電界と
直交するミラー磁界を発生させるための第１及び第２の
磁石を備える磁界発生手段と、を有し、 前記第１及び第２の磁石が、前記高周波電界と前記ミ
ラー磁界により決定される前記二個の接地電極の近傍領
域に前記プラズマ発生手段により発生したプラズマを閉
じ込めるように、前記二個の接地電極を挟む位置となる
前記処理室の外周部に設けられ、 前記基板を支持する支持手段は前記第１及び第２の磁
石に挟まれる領域の外に設けられることを特徴とする。
スが流入され、0.001Torrから1Torrの間に圧力を維持す
ることが可能な処理室内にプラズマを発生させることに
より、該処理室内に設置された基体の処理を行うプラズ
マ処理装置において、 前記処理室内にプラズマを発生させるための、前記処
理室の外周部に設けられた二個の接地電極と該二個の接
地電極の間の処理室の外周部に設けられた高周波電極と
を含むプラズマ発生手段と、 前記プラズマ発生手段により形成される高周波電界と
直交するミラー磁界を発生させるための第１及び第２の
磁石を備える磁界発生手段と、を有し、 前記第１及び第２の磁石が、前記高周波電界と前記ミ
ラー磁界により決定される前記二個の接地電極の近傍領
域に前記プラズマ発生手段により発生したプラズマを閉
じ込めるように、前記二個の接地電極を挟む位置となる
前記処理室の外周部に設けられ、 前記基板を支持する支持手段は前記第１及び第２の磁
石に挟まれる領域の外に設けられることを特徴とする。
本発明の他の形態によるプラズマ処理方法は、所定ガ
スが流入され、0.001Torrから1Torrの間に維持された処
理室内にプラズマを発生させることにより、該処理室内
に設置された基体の処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極とを含むものを用い、 前記プラズマ発生手段により形成される高周波電界と
直交するミラー磁界を発生させるため、前記二個の接地
電極を挟む位置となる前記処理室の外周部に第１及び第
２の磁石が配置された磁界発生手段が設けられている装
置の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、該所定ガス
を前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化し、前記基
体を第１及び第２の磁石に挟まれる領域外に配置して、
該プラズマを用いて前記基体の処理を行うことを特徴と
する。
スが流入され、0.001Torrから1Torrの間に維持された処
理室内にプラズマを発生させることにより、該処理室内
に設置された基体の処理を行うプラズマ処理方法におい
て、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極とを含むものを用い、 前記プラズマ発生手段により形成される高周波電界と
直交するミラー磁界を発生させるため、前記二個の接地
電極を挟む位置となる前記処理室の外周部に第１及び第
２の磁石が配置された磁界発生手段が設けられている装
置の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、該所定ガス
を前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化し、前記基
体を第１及び第２の磁石に挟まれる領域外に配置して、
該プラズマを用いて前記基体の処理を行うことを特徴と
する。
本発明のさらに他の形態によるプラズマ処理装置は、
所定ガスが流入され、所定圧力に維持された処理室内に
プラズマを発生させることにより、該処理室内に設置さ
れた基体の処理を行うプラズマ処理装置において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極とを含むものが用いられ、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交す
るミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れ、 前記基体をプラズマ発生手段の近傍であり、かつ、プ
ラズマ発生手段によって発生するプラズマのプラズマ密
度の低い場所に設置する支持体を有することを特徴とす
る。
所定ガスが流入され、所定圧力に維持された処理室内に
プラズマを発生させることにより、該処理室内に設置さ
れた基体の処理を行うプラズマ処理装置において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極とを含むものが用いられ、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交す
るミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れ、 前記基体をプラズマ発生手段の近傍であり、かつ、プ
ラズマ発生手段によって発生するプラズマのプラズマ密
度の低い場所に設置する支持体を有することを特徴とす
る。
この場合、前記基体もしくは前記基体に付着したガス
分子および反応中間体に吸収可能な波長光を前記基体に
向けて照射する光源手段を有することとしてもよい。
分子および反応中間体に吸収可能な波長光を前記基体に
向けて照射する光源手段を有することとしてもよい。
本発明のさらに他の形態によるプラズマ処理方法は、
所定ガスが流入され、所定圧力に維持された処理室内に
プラズマを発生させることにより、該処理室内に設置さ
れた基体の処理を行うプラズマ処理方法において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極とを含むものを用い、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交す
るミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れている装置の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、
該所定ガスを前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化
し、前記基体を前記プラズマ発生手段の近傍であって、
かつ、前記プラズマ発生手段によって発生するプラズマ
のプラズマ密度の低い場所に設置して、該プラズマを用
いて前記基体の処理を行うことを特徴とする。
所定ガスが流入され、所定圧力に維持された処理室内に
プラズマを発生させることにより、該処理室内に設置さ
れた基体の処理を行うプラズマ処理方法において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ
発生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個
の接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に
設けられた高周波電極とを含むものを用い、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交す
るミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れている装置の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、
該所定ガスを前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化
し、前記基体を前記プラズマ発生手段の近傍であって、
かつ、前記プラズマ発生手段によって発生するプラズマ
のプラズマ密度の低い場所に設置して、該プラズマを用
いて前記基体の処理を行うことを特徴とする。
この場合、前記基体上に薄膜を形成してもよい。
また、前記基体の表面改質を行うこととしてもよい。
さらに、前記基体表面または前記基体表面の付着物を
除去することとしてもよい。
除去することとしてもよい。
［作用］ 高周波電極の両隣に接地電極が設けられるため、高周
波電界はこれらの各電極間に局在し、他の部分へのもれ
は少ないものとなる。これらの各電極は処理室の外周部
を巻回するリング状に形成され、また、磁界発生手段に
より上記高周波電界と直交するミラー磁界が加えられる
ため、上記高周波電界およびミラー磁界によって決定さ
れるドリフト移動度に応じてプラズマが電極近傍に閉込
められる。
波電界はこれらの各電極間に局在し、他の部分へのもれ
は少ないものとなる。これらの各電極は処理室の外周部
を巻回するリング状に形成され、また、磁界発生手段に
より上記高周波電界と直交するミラー磁界が加えられる
ため、上記高周波電界およびミラー磁界によって決定さ
れるドリフト移動度に応じてプラズマが電極近傍に閉込
められる。
高周波電極近傍の電界は放電前も放電後も電極面に垂
直方向を向いているので、高周波電界に垂直なミラー電
界を発生させることにより、シース電界で加速された電
子は進行方向に常に垂直にかかる磁界によって電極面に
沿って周方向にサイクロイド運動し、プラズマは高周波
電極近傍にリング状に閉じ込められることになる。この
ため基体の設置位置を異ならせることにより、基体の表
面に生じる損傷や処理速度も異なるものとなる。
直方向を向いているので、高周波電界に垂直なミラー電
界を発生させることにより、シース電界で加速された電
子は進行方向に常に垂直にかかる磁界によって電極面に
沿って周方向にサイクロイド運動し、プラズマは高周波
電極近傍にリング状に閉じ込められることになる。この
ため基体の設置位置を異ならせることにより、基体の表
面に生じる損傷や処理速度も異なるものとなる。
基体をプラズマ発生手段の近傍であり、かつ、プラズ
マ発生手段によって発生するプラズマのプラズマ密度の
低い場所に設置した場合には高精度かつ高速な処理が行
なわれる。これは基体のダメージの原因となるイオンの
数は基体近傍のプラズマ密度に比例することによる。
マ発生手段によって発生するプラズマのプラズマ密度の
低い場所に設置した場合には高精度かつ高速な処理が行
なわれる。これは基体のダメージの原因となるイオンの
数は基体近傍のプラズマ密度に比例することによる。
電極との距離は近いがプラズマ密度の低い（例えば５
×108/cm3以下）空間に基体を設置すると、イオンの数
は従来のプラズマ処理装置（Ne〉１×1010/cm3）よりも
１〜２桁以上減少する。また、通常のプラズマ使用条件
（圧力〜10〜300Torr、電子温度２〜7eV）でプラズマ密
度を５×108/cm3以下にすると、シース厚が厚くなるた
めにシース中でイオンと分子の衝突が起こり、シース電
界により加速されたイオンのエネルギーは緩和される。
したがって基体に入射するイオンの数およびエネルギー
が減少し、基体に生じるダメージが低減されるととも
に、電極との距離は近いものとなるので反応して有効な
中性励起種が大量に基体に供給され、高精度な処理が可
能になる。
×108/cm3以下）空間に基体を設置すると、イオンの数
は従来のプラズマ処理装置（Ne〉１×1010/cm3）よりも
１〜２桁以上減少する。また、通常のプラズマ使用条件
（圧力〜10〜300Torr、電子温度２〜7eV）でプラズマ密
度を５×108/cm3以下にすると、シース厚が厚くなるた
めにシース中でイオンと分子の衝突が起こり、シース電
界により加速されたイオンのエネルギーは緩和される。
したがって基体に入射するイオンの数およびエネルギー
が減少し、基体に生じるダメージが低減されるととも
に、電極との距離は近いものとなるので反応して有効な
中性励起種が大量に基体に供給され、高精度な処理が可
能になる。
本発明のものでは上述のようなプラズマ発生領域の制
御を効率よく行なうことのできるミラー磁場を用いて行
なっているので、装置としての精度もよい。
御を効率よく行なうことのできるミラー磁場を用いて行
なっているので、装置としての精度もよい。
［実施例］ 第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す断面図で
ある。
ある。
本実施例は本発明の構造を用いてプラズマCVD装置を
構造したものである。
構造したものである。
図中、１は反応室、２はSi基板などの基体、３は本実
施例の基部となる支持体、４は基体２を加熱するヒー
タ、５は排気、６は第１の原料ガス、７は第２の原料ガ
ス、８は石英管、91,92は接地電極、10は高周波電極、1
1は高周波電源、121,122は高周波電極近傍の電界に垂直
なミラー磁界を発生させるための電磁石、13は窓、14は
窓支持体、15は孔である。
施例の基部となる支持体、４は基体２を加熱するヒー
タ、５は排気、６は第１の原料ガス、７は第２の原料ガ
ス、８は石英管、91,92は接地電極、10は高周波電極、1
1は高周波電源、121,122は高周波電極近傍の電界に垂直
なミラー磁界を発生させるための電磁石、13は窓、14は
窓支持体、15は孔である。
円筒状の石英管８は支持体３上に載置されており、そ
の外周部にはプラズマ発生手段である接地電極91、高周
波電源11より電源供給を受ける高周波電極10、接地電極
92が上から順に巻回されており、これらの各電極に該当
する部分が主たるプラズマ発生領域とされる。また、石
英管８の周囲であり、上記各電極の上下となる部分に
は、石英管８の外周面に対して垂直なミラー磁界を発生
させるための磁界発生手段である２個の電磁石121,122
が設けられている。石英管８と支持体３の接続部近傍の
内部は反応室１とされ、該反応室１の下部となる支持体
３上に基体２が不図示の支持具により載置されている。
ヒータ４は支持体３を介して基体２を加熱するためのも
ので、基体２が載置される箇所の支持体３の下部に設け
られている。石英管８の上部は窓支持体14を間にはさん
で、石英にて形成された窓13により塞がれている。この
窓支持体14には第２の原料ガス７を流入させるための孔
141が設けられている。また、支持体３には第１の原料
ガスを流入させるための孔15が設けられている。
の外周部にはプラズマ発生手段である接地電極91、高周
波電源11より電源供給を受ける高周波電極10、接地電極
92が上から順に巻回されており、これらの各電極に該当
する部分が主たるプラズマ発生領域とされる。また、石
英管８の周囲であり、上記各電極の上下となる部分に
は、石英管８の外周面に対して垂直なミラー磁界を発生
させるための磁界発生手段である２個の電磁石121,122
が設けられている。石英管８と支持体３の接続部近傍の
内部は反応室１とされ、該反応室１の下部となる支持体
３上に基体２が不図示の支持具により載置されている。
ヒータ４は支持体３を介して基体２を加熱するためのも
ので、基体２が載置される箇所の支持体３の下部に設け
られている。石英管８の上部は窓支持体14を間にはさん
で、石英にて形成された窓13により塞がれている。この
窓支持体14には第２の原料ガス７を流入させるための孔
141が設けられている。また、支持体３には第１の原料
ガスを流入させるための孔15が設けられている。
次に本実施例を用いて成膜を行なう際の動作について
説明する。
説明する。
利用者は、まず、支持体３上に基体２を設置し、ヒー
タ４に電流を流し、基体２を室温から数百℃の所望の温
度にまで加熱する。次に、基体２の近傍に直接導入する
第１の原料ガス６とプラズマ発生領域を通して導入する
第２の原料ガス７とを流入させるとともに、排気５側に
設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により0.00
1から1Torrの間の所望の圧力に保持する。さらに、各電
磁石121,122による数百ガウスのミラー磁場の存在下、
高周波電極10に高周波電源11で発生した高周波を数十か
ら数kW供給させて該高周波電極10と２個の接地電極91,9
2の間に局在するプラズマを発生させ、所望の膜厚がら
れるまで成膜を行なう。
タ４に電流を流し、基体２を室温から数百℃の所望の温
度にまで加熱する。次に、基体２の近傍に直接導入する
第１の原料ガス６とプラズマ発生領域を通して導入する
第２の原料ガス７とを流入させるとともに、排気５側に
設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により0.00
1から1Torrの間の所望の圧力に保持する。さらに、各電
磁石121,122による数百ガウスのミラー磁場の存在下、
高周波電極10に高周波電源11で発生した高周波を数十か
ら数kW供給させて該高周波電極10と２個の接地電極91,9
2の間に局在するプラズマを発生させ、所望の膜厚がら
れるまで成膜を行なう。
この方法で基体２の表面で第１の原料ガス６、第２の
原料ガス７と反応するため、SiN,SiO2,Ta2O5,Al2O3,AlN
などの絶縁体やａ−Si,Poly−Si,C−Si,GaAsなどの半導
体、Al,Wなどの金属を成膜させることが可能である。
原料ガス７と反応するため、SiN,SiO2,Ta2O5,Al2O3,AlN
などの絶縁体やａ−Si,Poly−Si,C−Si,GaAsなどの半導
体、Al,Wなどの金属を成膜させることが可能である。
以下、本実施例を用いてLSI保護用のSiN膜を成膜させ
る際の具体例を述べる。
る際の具体例を述べる。
基体２として、Si基板上にSiO2を8000Å成膜させた上
にAlパターンを7000Å形成させ、基体２を300℃に加熱
した後、第１の原料ガス６としてSiH4を20sccm,第２の
原料ガス７としてN2を200sccm流し、圧力を0.2Torrに保
った。高周波電極10に高周波電源11からの高周波を200W
供給させ、11分間成膜させた。その結果、密度2.8g/c
m3、水素含有率12atm％，ストレス２×109dyn/cm2圧縮
のダメージの少ない良質な膜が6600Å成膜された。従来
のプラズマCVD装置を用いて温度300℃,SiH4,20sccm,N2,
200sccm,圧力,0.2Torr高周波パワー200W条件で成膜させ
た場合の密度2.4g/cm3、水素含有率20atm％、ストレス
４×109dyn/cm2圧縮のものよりも良質のものとすること
ができ、ダメージの発生も少なかった。
にAlパターンを7000Å形成させ、基体２を300℃に加熱
した後、第１の原料ガス６としてSiH4を20sccm,第２の
原料ガス７としてN2を200sccm流し、圧力を0.2Torrに保
った。高周波電極10に高周波電源11からの高周波を200W
供給させ、11分間成膜させた。その結果、密度2.8g/c
m3、水素含有率12atm％，ストレス２×109dyn/cm2圧縮
のダメージの少ない良質な膜が6600Å成膜された。従来
のプラズマCVD装置を用いて温度300℃,SiH4,20sccm,N2,
200sccm,圧力,0.2Torr高周波パワー200W条件で成膜させ
た場合の密度2.4g/cm3、水素含有率20atm％、ストレス
４×109dyn/cm2圧縮のものよりも良質のものとすること
ができ、ダメージの発生も少なかった。
・密度は、エリプリメトリによる屈折率とオージュ分光
による組成比よりローレンツ−ローレンツ関係式により
求めた。
による組成比よりローレンツ−ローレンツ関係式により
求めた。
・水素含有率は赤外吸収スペクトル中のSi−H,N−Ｈバ
ンドの吸光度を吸収計数で割り求めた。
ンドの吸光度を吸収計数で割り求めた。
・ストレスは干渉計により測定した成膜前後の基体のそ
りの変化より求めた。
りの変化より求めた。
次に、第１図に示した実施例を表面改質装置に用いる
場合について説明する。
場合について説明する。
この場合、利用者は支持体３上に基体２を設置し、ヒ
ータ４に電流を流し、基体を室温から数百℃の所望の温
度に加熱する。次に、処理用として用いる第１、第２の
原料ガス６、７を流し、排気５側に設けられたコンダク
タンスバルブ（不図示）により0.001から1Torrの間の所
望の圧力に保持する。さらに、電磁石121,122による数
百ガウスのミラー磁場の存在下、高周波電極10に高周波
電源11で発生した高周波を数十から数kW供給させて該高
周波電極10と二個の接地電極91,92間に局在するプラズ
マを発生させ、処理を行なう。
ータ４に電流を流し、基体を室温から数百℃の所望の温
度に加熱する。次に、処理用として用いる第１、第２の
原料ガス６、７を流し、排気５側に設けられたコンダク
タンスバルブ（不図示）により0.001から1Torrの間の所
望の圧力に保持する。さらに、電磁石121,122による数
百ガウスのミラー磁場の存在下、高周波電極10に高周波
電源11で発生した高周波を数十から数kW供給させて該高
周波電極10と二個の接地電極91,92間に局在するプラズ
マを発生させ、処理を行なう。
この方法でSi,Al,Ti,Zn,Taなどの酸化，窒化が可能と
なり、B,As,Pなどのドーピングの処理が可能である。
なり、B,As,Pなどのドーピングの処理が可能である。
次に、第１図に示した実施例を用いてLSIゲート用のS
iを酸化した例について述べる。基体２としてSi基板を
用いた。この基体２を500℃に加熱した後、酸化に用い
るための第１、第２の原料ガス６、７としてO2を200scc
m流し、圧力を0.2Torrに保った。高周波電極10には高周
波電源11からの高周波を500W供給させ、100分間酸化さ
せた。その結果、密度2.1g/cm3、耐圧11MV/cm、Qss/q、
４×1010/cm2の良質な膜が600Å形成された。従来のプ
ラズマ酸化装置を用いた場合に形成される膜は、密度1.
8g/cm3、耐圧9MV/cm、Qss/q、１×1012/cm2であるた
め、本実施例のものの方が有利である。
iを酸化した例について述べる。基体２としてSi基板を
用いた。この基体２を500℃に加熱した後、酸化に用い
るための第１、第２の原料ガス６、７としてO2を200scc
m流し、圧力を0.2Torrに保った。高周波電極10には高周
波電源11からの高周波を500W供給させ、100分間酸化さ
せた。その結果、密度2.1g/cm3、耐圧11MV/cm、Qss/q、
４×1010/cm2の良質な膜が600Å形成された。従来のプ
ラズマ酸化装置を用いた場合に形成される膜は、密度1.
8g/cm3、耐圧9MV/cm、Qss/q、１×1012/cm2であるた
め、本実施例のものの方が有利である。
次に、第１図に示した実施例をクリーニング装置に使
用する場合について説明する。
用する場合について説明する。
まず、支持体３上に基体２を設置し、ヒータ４に電流
を流し、基体２を室温から数百℃の所望の温度に加熱す
る。次に、クリーニング用の第１、第２の原料ガス６、
７を流し、排気５側に設けられたコンダクタンスバルブ
（不図示）により0.001から1Torrの間の所望の圧力に保
持する。さらに、各電磁石121,122による数百ガウスの
ミラー磁場の存在下、高周波電極10に高周波電源11で発
生した高周波を数十から数kW供給させて該高周波電極10
と二個の接地電極91,92間に局在するプラズマを発生さ
せ、クリーニングを行なった。
を流し、基体２を室温から数百℃の所望の温度に加熱す
る。次に、クリーニング用の第１、第２の原料ガス６、
７を流し、排気５側に設けられたコンダクタンスバルブ
（不図示）により0.001から1Torrの間の所望の圧力に保
持する。さらに、各電磁石121,122による数百ガウスの
ミラー磁場の存在下、高周波電極10に高周波電源11で発
生した高周波を数十から数kW供給させて該高周波電極10
と二個の接地電極91,92間に局在するプラズマを発生さ
せ、クリーニングを行なった。
次に、第１図に示した実施例を用いて、Si基板のクリ
ーニングを行なった例について述べる。基体２としてSi
基板を用いた。この基体２を300℃に加熱した後、クリ
ーニングに用いるための第１、第２の原料ガス６、７と
して、NF3を200sccm流し、圧力を0.1Torrに保った。高
周波電極10に高周波電源11からの高周波を200W供給させ
る処理を８分間行なわせた。その後、光CVDによりSiO2
膜を900Å成膜させて界面特性（Qss/q）を測定したとこ
ろ３×1010/cm2の良好な値が得られた。
ーニングを行なった例について述べる。基体２としてSi
基板を用いた。この基体２を300℃に加熱した後、クリ
ーニングに用いるための第１、第２の原料ガス６、７と
して、NF3を200sccm流し、圧力を0.1Torrに保った。高
周波電極10に高周波電源11からの高周波を200W供給させ
る処理を８分間行なわせた。その後、光CVDによりSiO2
膜を900Å成膜させて界面特性（Qss/q）を測定したとこ
ろ３×1010/cm2の良好な値が得られた。
従来のプラズマクリーニング装置を用いた場合に形成
される膜は、Qss/q5×1011/cm2であるため、本実施例の
ものの方が有利である。
される膜は、Qss/q5×1011/cm2であるため、本実施例の
ものの方が有利である。
なお、第１図に示した実施例中の２個の接地電極91,9
2近傍の磁界は、プラズマ発生を抑えるためのものであ
るので、接地電極を含む面に平行な方がよい。ここで用
いる高周波の周波数は１〜300MHzの範囲の適当な値を選
択する。また、高周波電極近傍での磁束密度は、必要な
プラズマ閉込めの度合いに応じて100〜1kGの適当な値を
選択する。磁界発生手段として用いられる電磁石は永久
磁石でもよい。
2近傍の磁界は、プラズマ発生を抑えるためのものであ
るので、接地電極を含む面に平行な方がよい。ここで用
いる高周波の周波数は１〜300MHzの範囲の適当な値を選
択する。また、高周波電極近傍での磁束密度は、必要な
プラズマ閉込めの度合いに応じて100〜1kGの適当な値を
選択する。磁界発生手段として用いられる電磁石は永久
磁石でもよい。
第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す断面図で
ある。
ある。
本実施例は第１図に示した第１の実施例を用いて特開
昭62−90924号公報に示されるような光アシストプラズ
マCVD装置を構成したものである。
昭62−90924号公報に示されるような光アシストプラズ
マCVD装置を構成したものである。
図中、23は基体２や基体２に付着するガス分子および
反応中間体に吸収可能な波長光を発生するランプ、24は
ランプ23の光をミキシングするために設けられるフライ
アレイレンズ等のインテグレータ、25はインテグレータ
24の透過光を入射し、平行光束に成型して出射するコリ
メートレンズである。この他の構成は第１図に示したも
のと同様であるため、同一番号を付し、説明は省略す
る。
反応中間体に吸収可能な波長光を発生するランプ、24は
ランプ23の光をミキシングするために設けられるフライ
アレイレンズ等のインテグレータ、25はインテグレータ
24の透過光を入射し、平行光束に成型して出射するコリ
メートレンズである。この他の構成は第１図に示したも
のと同様であるため、同一番号を付し、説明は省略す
る。
本実施例を用いて成膜を行なわせる際の動作について
説明する。
説明する。
利用者は、まず、支持体３上に基体２を設置し、ラン
プ23からの光を窓13を介して被覆基体２に照射するとと
もに、ヒータ４により基体２を室温から数百℃の所望の
温度にまで加熱する。次に基体２近傍に直接導入する第
１の原料ガス６とプラズマ発生領域を通して導入する第
２の原料ガス７とを流入させるとともに、排気５側に設
けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により、0.00
1から1Torrの間の所望の圧力に保持する。さらに、各電
磁石121,122による数百ガウスのミラー磁場の存在下、
高周波電極10に高周波電源11で発生した高周波を数十か
ら数kW供給させて該高周波電極10と２個の接地電極91,9
2のそれぞれの間に局在するプラズマを発生させ、所望
の膜厚が得られるまで成膜を行なう。
プ23からの光を窓13を介して被覆基体２に照射するとと
もに、ヒータ４により基体２を室温から数百℃の所望の
温度にまで加熱する。次に基体２近傍に直接導入する第
１の原料ガス６とプラズマ発生領域を通して導入する第
２の原料ガス７とを流入させるとともに、排気５側に設
けられたコンダクタンスバルブ（不図示）により、0.00
1から1Torrの間の所望の圧力に保持する。さらに、各電
磁石121,122による数百ガウスのミラー磁場の存在下、
高周波電極10に高周波電源11で発生した高周波を数十か
ら数kW供給させて該高周波電極10と２個の接地電極91,9
2のそれぞれの間に局在するプラズマを発生させ、所望
の膜厚が得られるまで成膜を行なう。
原料ガスを変えることにより、この方法で、SiN,Si
02,Ta2O5,Al2O3,AlNなどの絶縁体、ａ−Si,Poly−Si,C
−Si,GaAsなどの半導体、Al,Wなどの金属を成膜可能で
ある。
02,Ta2O5,Al2O3,AlNなどの絶縁体、ａ−Si,Poly−Si,C
−Si,GaAsなどの半導体、Al,Wなどの金属を成膜可能で
ある。
以下第２図に示した実施例を用いてLSI保護用SiNを成
膜する具体例について述べる。
膜する具体例について述べる。
被覆基体２としてSi基板上にSiO2を8000Å成膜した上
にAlパターンを7000Å形成したものを用い、また、ラン
プ23としてはキセノンランプを用いた。ランプ23からの
光を0.6W/cm2程度基体２に照射した。この光照射により
基体２の温度は300℃まで上昇した。第１のガス６とし
てSiH4を20sccm、第２のガス７としてN2を200sccm流入
させ、圧力を0.05Torrに保った。続いて、高周波電極10
に高周波電源11からの高周波電力を0200W供給し、15分
間成膜した。
にAlパターンを7000Å形成したものを用い、また、ラン
プ23としてはキセノンランプを用いた。ランプ23からの
光を0.6W/cm2程度基体２に照射した。この光照射により
基体２の温度は300℃まで上昇した。第１のガス６とし
てSiH4を20sccm、第２のガス７としてN2を200sccm流入
させ、圧力を0.05Torrに保った。続いて、高周波電極10
に高周波電源11からの高周波電力を0200W供給し、15分
間成膜した。
その結果、密度3.1g/cm3、水素含有率5atm％、ストレ
ス２×109dyn/cm2引張のダメージの少ない良質な膜が73
00Å成膜された。従来のプラズマCVD装置を用いた場合
に形成された膜は、密度2.4g/cm3、水素含有率20atm
％、ストレス４×109dyn/cm2圧縮であり、ダメージが多
く発生することが多いため、本実施例のものの方が有利
である。
ス２×109dyn/cm2引張のダメージの少ない良質な膜が73
00Å成膜された。従来のプラズマCVD装置を用いた場合
に形成された膜は、密度2.4g/cm3、水素含有率20atm
％、ストレス４×109dyn/cm2圧縮であり、ダメージが多
く発生することが多いため、本実施例のものの方が有利
である。
［発明の効果］ 本発明は以上説明したように構成されているので、以
下に記載するような効果を奏する。
下に記載するような効果を奏する。
請求項１に記載したものにおいては、プラズマ発生手
段によって形成される高周波電界に対して、これと直交
するミラー磁界を磁界発生手段に発生させてプラズマを
局在化させることにより、基体の設置位置に応じて、該
基体の表面に生じる損傷や処理速度を異ならせることが
でき、これらを精度よく制御することが容易となる効果
がある。
段によって形成される高周波電界に対して、これと直交
するミラー磁界を磁界発生手段に発生させてプラズマを
局在化させることにより、基体の設置位置に応じて、該
基体の表面に生じる損傷や処理速度を異ならせることが
でき、これらを精度よく制御することが容易となる効果
がある。
請求項２に記載のものにおいては、プラズマ密度が低
く、かつプラズマ発生手段の近傍に基体が置かれるの
で、基体に入射するイオンのエネルギーおよび数が減少
され、反応に有効な中性励起種は基体近傍に大量に輸送
されるため、高精度かつ高速な処理を行なうことができ
る効果がある。
く、かつプラズマ発生手段の近傍に基体が置かれるの
で、基体に入射するイオンのエネルギーおよび数が減少
され、反応に有効な中性励起種は基体近傍に大量に輸送
されるため、高精度かつ高速な処理を行なうことができ
る効果がある。
請求項３に記載されたものにおいては、上記各効果を
備えた光アシストプラズマ処理装置を構成することがで
きる効果がある。
備えた光アシストプラズマ処理装置を構成することがで
きる効果がある。
請求項４、５、６または７に記載された方法において
は、上記各効果が有効に用いられた処理をそれぞれ行な
うことができる効果がある。
は、上記各効果が有効に用いられた処理をそれぞれ行な
うことができる効果がある。
第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す断面図、第
２図は本発明の第２の実施例の構成を示す断面図であ
る。 １……反応室、２……被覆基体、 ３……支持体、４……ヒータ、 ５……排気、６……第１の原料ガス、 ７……第２の原料ガス、８……石英管、 91,92……接地電極、10……高周波電極、 11……高周波電源、121,122……電磁石、 13……窓、14……窓支持体、 141,15……孔、23……ランプ、 24……インテグレータ、 25……コリメートレンズ。
２図は本発明の第２の実施例の構成を示す断面図であ
る。 １……反応室、２……被覆基体、 ３……支持体、４……ヒータ、 ５……排気、６……第１の原料ガス、 ７……第２の原料ガス、８……石英管、 91,92……接地電極、10……高周波電極、 11……高周波電源、121,122……電磁石、 13……窓、14……窓支持体、 141,15……孔、23……ランプ、 24……インテグレータ、 25……コリメートレンズ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 C23C 1/00 - 4/04 H01L 21/205 H01L 21/3065 H01L 21/31 - 21/32 H05H 1/46
Claims (15)
- 【請求項１】所定ガスが流入され、所定圧力に維持され
た処理室内にプラズマを発生させることにより、該処理
室内に設置された基体の処理を行うプラズマ処理装置に
おいて、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発
生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個の
接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に設
けられた高周波電極と前記接地電極と前記高周波電極と
の間に高周波電圧を印加する高周波電源とを有し、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交する
ミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けられ
ていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、 前記基体がプラズマ発生手段の近傍であり、かつ、プラ
ズマ発生手段によって発生するプラズマのプラズマ密度
の低い場所に設置されることを特徴とするプラズマ処理
装置。 - 【請求項３】請求項１または請求項２に記載のプラズマ
処理装置において、 前記基体もしくは前記基体に付着したガス分子および反
応中間体に吸収可能な波長光を前記基体に向けて照射す
る光源手段を有することを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項４】所定ガスが流入され、所定圧力に維持され
た処理室内にプラズマを発生させることにより、該処理
室内に設置された基体の処理を行うプラズマ処理方法に
おいて、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発
生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個の
接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に設
けられた高周波電極と前記接地電極と前記高周波電極と
の間に高周波電圧を印加する高周波電源とを含むものを
用い、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交する
ミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けられ
ている装置の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、該
所定ガスを前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化
し、該プラズマを用いて前記基体の処理を行うことを特
徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項５】前記基体上に薄膜を形成する請求項４に記
載のプラズマ処理方法。 - 【請求項６】前記基体の表面改質を行う請求項４に記載
のプラズマ処理方法。 - 【請求項７】前記基体表面または前記基体表面の付着物
を除去する請求項４に記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項８】所定ガスが流入され、0.001Torrから1Torr
の間に圧力を維持することが可能な処理室内にプラズマ
を発生させることにより、該処理室内に設置された基体
の処理を行うプラズマ処理装置において、 前記処理室内にプラズマを発生させるための、前記処理
室の外周部に設けられた二個の接地電極と該二個の接地
電極の間の処理室の外周部に設けられた高周波電極とを
含むプラズマ発生手段と、 前記プラズマ発生手段により形成される高周波電界と直
交するミラー磁界を発生させるための第１及び第２の磁
石を備える磁界発生手段と、を有し、 前記第１及び第２の磁石が、前記高周波電界と前記ミラ
ー磁界により決定される前記二個の接地電極の近傍領域
に前記プラズマ発生手段により発生したプラズマを閉じ
込めるように、前記二個の接地電極を挟む位置となる前
記処理室の外周部に設けられ、 前記基体を支持する支持手段は前記第１及び第２の磁石
に挟まれる領域の外に設けられることを特徴とするプラ
ズマ処理装置。 - 【請求項９】所定ガスが流入され、0.001Torrから1Torr
の間に維持された処理室内にプラズマを発生させること
により、該処理室内に設置された基体の処理を行うプラ
ズマ処理方法において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発
生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個の
接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に設
けられた高周波電極とを含むものを用い、 前記プラズマ発生手段により形成される高周波電界と直
交するミラー磁界を発生させるため、前記二個の接地電
極を挟む位置となる前記処理室の外周部に第１及び第２
の磁石が配置された磁界発生手段が設けられている装置
の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、該所定ガスを
前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化し、前記基体
を第１及び第２の磁石に挟まれる領域外に配置して、該
プラズマを用いて前記基体の処理を行うことを特徴とす
るプラズマ処理方法。 - 【請求項１０】所定ガスが流入され、所定圧力に維持さ
れた処理室内にプラズマを発生させることにより、該処
理室内に設置された基体の処理を行うプラズマ処理装置
において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発
生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個の
接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に設
けられた高周波電極とを含むものが用いられ、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交する
ミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けら
れ、 前記基体をプラズマ発生手段の近傍であり、かつ、プラ
ズマ発生手段によって発生するプラズマのプラズマ密度
の低い場所に設置する支持体を有することを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項１１】請求項10に記載のプラズマ処理装置にお
いて、 前記基体もしくは前記基体に付着したガス分子および反
応中間体に吸収可能な波長光を前記基体に向けて照射す
る光源手段を有することを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項１２】所定ガスが流入され、所定圧力に維持さ
れた処理室内にプラズマを発生させることにより、該処
理室内に設置された基体の処理を行うプラズマ処理方法
において、 前記処理室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発
生手段として、前記処理室の外周部に設けられた二個の
接地電極と該二個の接地電極の間の処理室の外周部に設
けられた高周波電極とを含むものを用い、 前記プラズマ発生手段により形成される電界と直交する
ミラー磁界を発生させるための磁界発生手段が設けられ
ている装置の前記処理室内に前記所定ガスを導入し、該
所定ガスを前記プラズマ発生手段を用いてプラズマ化
し、前記基体を前記プラズマ発生手段の近傍であって、
かつ、前記プラズマ発生手段によって発生するプラズマ
のプラズマ密度の低い場所に設置して、該プラズマを用
いて前記基体の処理を行うことを特徴とするプラズマ処
理方法。 - 【請求項１３】前記基体上に薄膜を形成する請求項12に
記載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１４】前記基体の表面改質を行う請求項12に記
載のプラズマ処理方法。 - 【請求項１５】前記基体表面または前記基体表面の付着
物を除去する請求項12に記載のプラズマ処理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02283469A JP3088446B2 (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| US08/320,551 US5707692A (en) | 1990-10-23 | 1994-10-11 | Apparatus and method for processing a base substance using plasma and a magnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02283469A JP3088446B2 (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04160162A JPH04160162A (ja) | 1992-06-03 |
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ID=17665953
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02283469A Expired - Lifetime JP3088446B2 (ja) | 1990-10-23 | 1990-10-23 | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2014160743A (ja) * | 2013-02-19 | 2014-09-04 | Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd | 貼付装置及び貼付装置の洗浄方法 |
-
1990
- 1990-10-23 JP JP02283469A patent/JP3088446B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04160162A (ja) | 1992-06-03 |
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