JP3368159B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハ等の被処理基板に対してプラズマ処理を行うためのプ
ラズマ処理装置に関する。
ハ等の被処理基板に対してプラズマ処理を行うためのプ
ラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の配線パタ−ンとしては、主に
アルミニウム配線が用いられ、これを絶縁するための層
間絶縁膜、例えばＳｉＯ2 膜（シリコン酸化膜）、Ｓｉ
ＯＦ（Ｆ添加シリコン酸化膜）の形成方法としては膜質
が良好なことから、マイクロ波と磁界とを組み合わせた
ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅ
ｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理が採用される傾向にあ
る。
アルミニウム配線が用いられ、これを絶縁するための層
間絶縁膜、例えばＳｉＯ2 膜（シリコン酸化膜）、Ｓｉ
ＯＦ（Ｆ添加シリコン酸化膜）の形成方法としては膜質
が良好なことから、マイクロ波と磁界とを組み合わせた
ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅ
ｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理が採用される傾向にあ
る。
【０００３】このＥＣＲプラズマ処理を行う従来のプラ
ズマ処理装置の一例を図１２に挙げると、プラズマ生成
室１Ａ内に例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管
１１を介して供給すると同時に、所定の大きさ、例えば
８７５ガウスの磁界を電磁コイル１２により印加して、
マイクロ波と磁界との相互作用（共鳴）でプラズマ生成
用ガス例えばＡｒガス及びＯ2 ガスを高密度プラズマ化
し、このプラズマにより、成膜室１Ｂ内に導入された反
応性ガス例えばＳｉＨ4 ガス又はＳｉＦ4 ガスを活性化
させてイオン種を形成し、載置台１３上の半導体ウエハ
Ｗ表面に薄膜を成膜するようになっている。
ズマ処理装置の一例を図１２に挙げると、プラズマ生成
室１Ａ内に例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管
１１を介して供給すると同時に、所定の大きさ、例えば
８７５ガウスの磁界を電磁コイル１２により印加して、
マイクロ波と磁界との相互作用（共鳴）でプラズマ生成
用ガス例えばＡｒガス及びＯ2 ガスを高密度プラズマ化
し、このプラズマにより、成膜室１Ｂ内に導入された反
応性ガス例えばＳｉＨ4 ガス又はＳｉＦ4 ガスを活性化
させてイオン種を形成し、載置台１３上の半導体ウエハ
Ｗ表面に薄膜を成膜するようになっている。
【０００４】前記導波管１１は、例えば図１３に示すよ
うに、途中で屈曲されたＴＥ11モ−ド（以下ＴＥモ−ド
という）を伝送する矩形導波管１１ａの下端側に円錐形
導波管１１ｂを接続してなり、円錐形導波管１１ｂの下
端側にはプラズマ生成室１Ａの上面が接続されている。
矩形導波管１１ａの他端側に接続されたマイクロ波発生
手段１４からマイクロ波を供給すると、マイクロ波は導
波管１１内をＴＥモ−ドで伝送しながらプラズマ生成室
１Ａに供給される。即ち矩形導波管１１ａを屈曲して、
この方形の端部を円錐形導波管１１ｂの上面の円形の端
部に接続すると、矩形導波管１１ａ中をＴＥモ−ドで伝
送するマイクロ波はそのまま円錐形導波管１１ｂ内をＴ
Ｅモ−ドで伝送する。
うに、途中で屈曲されたＴＥ11モ−ド（以下ＴＥモ−ド
という）を伝送する矩形導波管１１ａの下端側に円錐形
導波管１１ｂを接続してなり、円錐形導波管１１ｂの下
端側にはプラズマ生成室１Ａの上面が接続されている。
矩形導波管１１ａの他端側に接続されたマイクロ波発生
手段１４からマイクロ波を供給すると、マイクロ波は導
波管１１内をＴＥモ−ドで伝送しながらプラズマ生成室
１Ａに供給される。即ち矩形導波管１１ａを屈曲して、
この方形の端部を円錐形導波管１１ｂの上面の円形の端
部に接続すると、矩形導波管１１ａ中をＴＥモ−ドで伝
送するマイクロ波はそのまま円錐形導波管１１ｂ内をＴ
Ｅモ−ドで伝送する。
【０００５】ここで内径が２ａである円筒導波管のＴＥ
モ−ドについて図１４に基づいて説明すると、図１４
（ａ）は直径方向の断面図であり、図１４（ｂ）は、図
１４（ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。図１４
（ａ）中実線は電界、鎖線は磁界を夫々示しており、図
１４（ｂ）中○は電界が紙面の内側に向かう様子、●は
電界が紙面の外側に向かう様子を夫々示している。この
ようにＴＥモ−ドでは電界が円錐形導波管の直径方向に
存在しており、マイクロ波の波長λと前記ａとは、λ＝
３．４１ａの関係にある。
モ−ドについて図１４に基づいて説明すると、図１４
（ａ）は直径方向の断面図であり、図１４（ｂ）は、図
１４（ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。図１４
（ａ）中実線は電界、鎖線は磁界を夫々示しており、図
１４（ｂ）中○は電界が紙面の内側に向かう様子、●は
電界が紙面の外側に向かう様子を夫々示している。この
ようにＴＥモ−ドでは電界が円錐形導波管の直径方向に
存在しており、マイクロ波の波長λと前記ａとは、λ＝
３．４１ａの関係にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うに導波管を構成してＴＥモ−ドでマイクロ波をプラズ
マ室１Ａに供給すると、ＴＥモ−ドでは、図１４（ａ）
から明らかなように、中央部では電気力線の密度が高い
が、周縁部に近付くにつれて電気力線の密度が小さくな
る。従って中央部に比べて周縁部における電界強度が小
さいため電界分布が均一ではなく、これにより生成され
るプラズマの密度も周縁部では小さくなってしまうた
め、膜厚について高い面内均一性を確保することが困難
である。ところで近年パタ−ンの微細化が進む傾向にあ
ることから、高い膜厚の面内均一性が要求されている。
うに導波管を構成してＴＥモ−ドでマイクロ波をプラズ
マ室１Ａに供給すると、ＴＥモ−ドでは、図１４（ａ）
から明らかなように、中央部では電気力線の密度が高い
が、周縁部に近付くにつれて電気力線の密度が小さくな
る。従って中央部に比べて周縁部における電界強度が小
さいため電界分布が均一ではなく、これにより生成され
るプラズマの密度も周縁部では小さくなってしまうた
め、膜厚について高い面内均一性を確保することが困難
である。ところで近年パタ−ンの微細化が進む傾向にあ
ることから、高い膜厚の面内均一性が要求されている。
【０００７】一方、米国特許公報５，２３４，５２６
号には、ＴＭ01モ−ドを利用したプラズマ処理装置が開
示されている。この装置は、ＴＥモ−ドを伝送する矩形
導波管の端部を例えば内径が１０９ｍｍの円筒形導波管
の側部に接続してＴＭ01モ−ドでマイクロ波をプラズマ
室に供給する導波管を構成し、円筒形導波管の下端側に
プラズマ生成室の上面を接続して構成されている。この
ような導波管では前記矩形導波管と円筒形導波管との接
続部分がＴＥモ−ドからＴＭ01モ−ドへの変換器（ＴＭ
モ−ド変換器）を構成している。
号には、ＴＭ01モ−ドを利用したプラズマ処理装置が開
示されている。この装置は、ＴＥモ−ドを伝送する矩形
導波管の端部を例えば内径が１０９ｍｍの円筒形導波管
の側部に接続してＴＭ01モ−ドでマイクロ波をプラズマ
室に供給する導波管を構成し、円筒形導波管の下端側に
プラズマ生成室の上面を接続して構成されている。この
ような導波管では前記矩形導波管と円筒形導波管との接
続部分がＴＥモ−ドからＴＭ01モ−ドへの変換器（ＴＭ
モ−ド変換器）を構成している。
【０００８】ここで内径が２ａである円筒導波管のＴＭ
01モ−ドについて図１５に基づいて説明すると、図１５
（ａ）は直径方向の断面図であり、図１５（ｂ）は、図
１５（ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。ＴＭ01モ−
ドでは電界（実線で示す）は、導波管の管壁から中心を
通ってまた管壁に戻るように、半波長毎に向きを変えな
がら管壁に沿って伝播し、マイクロ波の波長λと前記ａ
とは、λ＝２．６１ａの関係にある。この図においても
鎖線は磁界を示しており、図１５（ｂ）中○は電界が紙
面の内側に向かう様子、●は電界が紙面の外側に向かう
様子を夫々示している。
01モ−ドについて図１５に基づいて説明すると、図１５
（ａ）は直径方向の断面図であり、図１５（ｂ）は、図
１５（ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。ＴＭ01モ−
ドでは電界（実線で示す）は、導波管の管壁から中心を
通ってまた管壁に戻るように、半波長毎に向きを変えな
がら管壁に沿って伝播し、マイクロ波の波長λと前記ａ
とは、λ＝２．６１ａの関係にある。この図においても
鎖線は磁界を示しており、図１５（ｂ）中○は電界が紙
面の内側に向かう様子、●は電界が紙面の外側に向かう
様子を夫々示している。
【０００９】このようなプラズマ処理装置では、例えば
６インチの半導体ウエハを処理する場合には、円筒形導
波管の内径が１０９ｍｍであるため、電界分布の均一性
は確保できる。しかしながら近年ウエハが大口径化する
傾向にあり、ウエハの大きさが円筒形導波管の内径より
も大きくなるので、ウエハ周縁部と対向する導波管出口
の領域の電界強度が小さくなってしまう。この結果ウエ
ハの中心部のプラズマ密度に比べてウエハの周縁部に近
い領域のプラズマ密度が小さくなるので、ウエハ面内に
おけるプラズマ密度が不均一となり、膜厚の均一性が悪
くなるという問題がある。
６インチの半導体ウエハを処理する場合には、円筒形導
波管の内径が１０９ｍｍであるため、電界分布の均一性
は確保できる。しかしながら近年ウエハが大口径化する
傾向にあり、ウエハの大きさが円筒形導波管の内径より
も大きくなるので、ウエハ周縁部と対向する導波管出口
の領域の電界強度が小さくなってしまう。この結果ウエ
ハの中心部のプラズマ密度に比べてウエハの周縁部に近
い領域のプラズマ密度が小さくなるので、ウエハ面内に
おけるプラズマ密度が不均一となり、膜厚の均一性が悪
くなるという問題がある。
【００１０】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は、広い面積に亘って均一なプラ
ズマを生成することができ、大口径の被処理基板に対し
て面内均一性の高いプラズマ処理を行なうことができる
プラズマ処理装置を提供することにある。
ものであり、その目的は、広い面積に亘って均一なプラ
ズマを生成することができ、大口径の被処理基板に対し
て面内均一性の高いプラズマ処理を行なうことができる
プラズマ処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、被処理基板の
載置台が内部に設けられると共に、高周波を透過するた
めの誘電体よりなる透過窓が設けられた真空容器と、前
記真空容器内に磁界を形成するための磁界形成手段と、
前記真空容器内にプラズマ発生用の２．４５ＧＨｚの高
周波をＴＭモ−ドで供給するための高周波供給手段と、
を備え、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマガス
をプラズマ化し、そのプラズマにより被処理基板に対し
て処理を行なうプラズマ処理装置において、前記高周波
供給手段は、出口側が前記透過窓の外面に設けられ、透
過窓に近づくつれて口径が大きくなる円錐形導波管を含
み、前記円錐形導波管の出口側に、マイクロ波の電界を
乱して被処理基板の面内におけるプラズマ密度の均一性
を高くするために円錐形導波管の出口側開口縁よりも内
側に、その内周面が位置するようにリング状の導電性部
材を設け、円錐形導波管の出口側の内径をφＡ、導電性
部材の内周面の内径をφＢとすると、φＡ＞１６０ｍｍ
であり、かつφＡ＞φＢであることを特徴とする。
載置台が内部に設けられると共に、高周波を透過するた
めの誘電体よりなる透過窓が設けられた真空容器と、前
記真空容器内に磁界を形成するための磁界形成手段と、
前記真空容器内にプラズマ発生用の２．４５ＧＨｚの高
周波をＴＭモ−ドで供給するための高周波供給手段と、
を備え、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマガス
をプラズマ化し、そのプラズマにより被処理基板に対し
て処理を行なうプラズマ処理装置において、前記高周波
供給手段は、出口側が前記透過窓の外面に設けられ、透
過窓に近づくつれて口径が大きくなる円錐形導波管を含
み、前記円錐形導波管の出口側に、マイクロ波の電界を
乱して被処理基板の面内におけるプラズマ密度の均一性
を高くするために円錐形導波管の出口側開口縁よりも内
側に、その内周面が位置するようにリング状の導電性部
材を設け、円錐形導波管の出口側の内径をφＡ、導電性
部材の内周面の内径をφＢとすると、φＡ＞１６０ｍｍ
であり、かつφＡ＞φＢであることを特徴とする。
【００１２】リング状の導電性部材は、例えば透過窓の
内面側に設けられている。またリング状の導電性部材
は、例えば透過窓の外面側の内周面を突出させて、その
内周面を円錐形導波管のテーパ面の出口側端部よりも内
側に位置するように構成される。
内面側に設けられている。またリング状の導電性部材
は、例えば透過窓の外面側の内周面を突出させて、その
内周面を円錐形導波管のテーパ面の出口側端部よりも内
側に位置するように構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明のプラズマ処理装置
の第１の実施の形態について説明するが、本実施の形態
は、プラズマ処理装置において、２．４５ＧＨｚの高周
波（マイクロ波）を伝送する円錐形導波管の出口径の最
適化を図ることにより、プラズマ密度を均一にするもの
である。
の第１の実施の形態について説明するが、本実施の形態
は、プラズマ処理装置において、２．４５ＧＨｚの高周
波（マイクロ波）を伝送する円錐形導波管の出口径の最
適化を図ることにより、プラズマ密度を均一にするもの
である。
【００１４】図１はこの実施の形態の係るプラズマ処理
装置を示す概略断面図であり、図中２は例えばアルミニ
ウム等により形成された真空容器である。この真空容器
２は上方に位置してプラズマを発生させる円筒状のプラ
ズマ室２１と、この下方に連通させて連結され、プラズ
マ室２１よりも内径の大きい円筒状の成膜室２２とから
なる。
装置を示す概略断面図であり、図中２は例えばアルミニ
ウム等により形成された真空容器である。この真空容器
２は上方に位置してプラズマを発生させる円筒状のプラ
ズマ室２１と、この下方に連通させて連結され、プラズ
マ室２１よりも内径の大きい円筒状の成膜室２２とから
なる。
【００１５】この真空容器２の上端面はマイクロ波を透
過するための円盤状の透過窓２３により構成されてい
る。この透過窓２３は誘電体例えば窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）により構成されており、例えば上下に２分割
された支持リング３の内周面の溝部に嵌合されて気密に
支持されている。そして真空容器２の側壁の上端と支持
リング３との間、支持リング３と透過窓２３との間には
夫々Ｏリング３１が設けられていて、真空容器２内の真
空状態を維持するようになっている。
過するための円盤状の透過窓２３により構成されてい
る。この透過窓２３は誘電体例えば窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）により構成されており、例えば上下に２分割
された支持リング３の内周面の溝部に嵌合されて気密に
支持されている。そして真空容器２の側壁の上端と支持
リング３との間、支持リング３と透過窓２３との間には
夫々Ｏリング３１が設けられていて、真空容器２内の真
空状態を維持するようになっている。
【００１６】この透過窓２３の上面には、プラズマ室２
１内に例えば例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をＴＭ
モ−ド例えばＴＭ01モードで供給するための導波管４が
設けられている。この導波管４は、図２に示すように、
矩形導波管４１の出口側の端部を円筒形導波管４２の上
部側の側部に直角に接続し、この円筒形導波管４２の出
口側（下端部）を下部側に向かって広がる円錐形導波管
４３の入口側（上端部）に接続して構成されており、前
記矩形導波管４１と円筒形導波管４２との接続部分がＴ
Ｍモ−ド変換器となっている。前記矩形導波管４１の入
口側は高周波電源部であるマイクロ波発振器４４に接続
されており、一方円錐形導波管４３の出口側（下端側）
は上述の透過窓２３の上面に接続されている。この例で
は、矩形導波管４１、円筒形導波管４２、円錐形導波管
４３、マイクロ波発振器４４により高周波供給手段が構
成されている。
１内に例えば例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波をＴＭ
モ−ド例えばＴＭ01モードで供給するための導波管４が
設けられている。この導波管４は、図２に示すように、
矩形導波管４１の出口側の端部を円筒形導波管４２の上
部側の側部に直角に接続し、この円筒形導波管４２の出
口側（下端部）を下部側に向かって広がる円錐形導波管
４３の入口側（上端部）に接続して構成されており、前
記矩形導波管４１と円筒形導波管４２との接続部分がＴ
Ｍモ−ド変換器となっている。前記矩形導波管４１の入
口側は高周波電源部であるマイクロ波発振器４４に接続
されており、一方円錐形導波管４３の出口側（下端側）
は上述の透過窓２３の上面に接続されている。この例で
は、矩形導波管４１、円筒形導波管４２、円錐形導波管
４３、マイクロ波発振器４４により高周波供給手段が構
成されている。
【００１７】ここで前記円筒形導波管４２の内径は１０
９ｍｍに設定されている。また円錐形導波管４３は、図
３に示すように、ここで伝送されるマイクロ波のモ−ド
を乱さないようにするために、長さＬは２．４５ＧＨｚ
の１波長に相当する長さである１２０ｍｍより大きくな
るように設定されることが必要であり、例えば２４５ｍ
ｍに設定されている。円錐形導波管４３の出口側の内径
φＡ（図３参照）は後述の実験例により例えば１３０〜
１６０ｍｍの大きさに設定されている。
９ｍｍに設定されている。また円錐形導波管４３は、図
３に示すように、ここで伝送されるマイクロ波のモ−ド
を乱さないようにするために、長さＬは２．４５ＧＨｚ
の１波長に相当する長さである１２０ｍｍより大きくな
るように設定されることが必要であり、例えば２４５ｍ
ｍに設定されている。円錐形導波管４３の出口側の内径
φＡ（図３参照）は後述の実験例により例えば１３０〜
１６０ｍｍの大きさに設定されている。
【００１８】また透過窓２３は例えば厚さ１０ｍｍ、直
径２００ｍｍに設定されており、支持リング３の内径φ
Ｂは、支持リング３にマイクロ波が接触することによっ
てマイクロ波の電界が乱されないように、透過窓２３の
下面側に張り出した支持リング３の内周面が、前記円錐
形導波管４３のテ−パ面４３ａの真空容器２側への延長
線よりも外側に位置するように設定されている。さらに
プラズマ室２１の内径φＣは例えば２５０ｍｍに設定さ
れている。
径２００ｍｍに設定されており、支持リング３の内径φ
Ｂは、支持リング３にマイクロ波が接触することによっ
てマイクロ波の電界が乱されないように、透過窓２３の
下面側に張り出した支持リング３の内周面が、前記円錐
形導波管４３のテ−パ面４３ａの真空容器２側への延長
線よりも外側に位置するように設定されている。さらに
プラズマ室２１の内径φＣは例えば２５０ｍｍに設定さ
れている。
【００１９】プラズマ室２１を区画する側壁の外周囲に
は、これに接近させて磁界形成手段として例えばリング
状のソレノイドコイル５が配置されており、このプラズ
マ室２１内に例えば上方から下方に向かう例えば８７５
ガウスの磁界を形成し得るようになっている。なおこの
ソレノイドコイルに代えて永久磁石を用いてもよい。ま
たプラズマ室２１を区画する側壁には、その周方向に沿
って均等に配置したプラズマガスノズル６１が設けられ
ている。このノズル６１には図示しないプラズマガス
源、例えばＡｒガス源とＯ2 ガス源が接続されており、
プラズマ室２１内の上部にＡｒガスやＯ2 を均等に供給
し得るようになっている。なお図中ノズル６１は図面の
煩雑化を避けるため２本しか記載していないが、実際に
はそれ以上設けている。
は、これに接近させて磁界形成手段として例えばリング
状のソレノイドコイル５が配置されており、このプラズ
マ室２１内に例えば上方から下方に向かう例えば８７５
ガウスの磁界を形成し得るようになっている。なおこの
ソレノイドコイルに代えて永久磁石を用いてもよい。ま
たプラズマ室２１を区画する側壁には、その周方向に沿
って均等に配置したプラズマガスノズル６１が設けられ
ている。このノズル６１には図示しないプラズマガス
源、例えばＡｒガス源とＯ2 ガス源が接続されており、
プラズマ室２１内の上部にＡｒガスやＯ2 を均等に供給
し得るようになっている。なお図中ノズル６１は図面の
煩雑化を避けるため２本しか記載していないが、実際に
はそれ以上設けている。
【００２０】一方前記成膜室２２内には、ガス供給孔２
４ａを備えた成膜ガス供給部２４が設けられていると共
に、被処理基板例えば８インチサイズ（２００ｍｍφ）
の半導体ウエハＷ（以下ウエハＷという）を載置するた
めの載置台７が設けられている。この載置台７は例えば
アルミニウムにより形成されており、昇降機構７１によ
り成膜室２２の下部側の位置と成膜ガス供給部２４の下
端側の位置との間で、気密に昇降できるように構成され
ている。また前記載置台７には、ウエハＷにイオンを引
き込むためのバイアス電圧を印加するようにプラズマ引
き込み用の例えば交流電源部７２が接続されている。ま
た成膜室２２の側壁には、成膜ガス供給部２４に反応性
ガスとして例えばＳｉＨ4 ガスやＳｉＦ4 ガスを導入す
るための反応性ガス導入ノズル６２が設けられると共
に、底部には図示しない排気口が形成されている。
４ａを備えた成膜ガス供給部２４が設けられていると共
に、被処理基板例えば８インチサイズ（２００ｍｍφ）
の半導体ウエハＷ（以下ウエハＷという）を載置するた
めの載置台７が設けられている。この載置台７は例えば
アルミニウムにより形成されており、昇降機構７１によ
り成膜室２２の下部側の位置と成膜ガス供給部２４の下
端側の位置との間で、気密に昇降できるように構成され
ている。また前記載置台７には、ウエハＷにイオンを引
き込むためのバイアス電圧を印加するようにプラズマ引
き込み用の例えば交流電源部７２が接続されている。ま
た成膜室２２の側壁には、成膜ガス供給部２４に反応性
ガスとして例えばＳｉＨ4 ガスやＳｉＦ4 ガスを導入す
るための反応性ガス導入ノズル６２が設けられると共
に、底部には図示しない排気口が形成されている。
【００２１】次に上述のプラズマ処理装置の作用につい
て、ＳｉＯ2 膜やＳｉＯＦ膜を形成する場合について説
明する。先ず載置台７をウエハＷの移載位置まで下降さ
せて、図示しないゲ−トバルブを介して図示しない搬送
ア−ムにより、ウエハＷを載置台７上に載置し、載置台
７をウエハＷの処理位置まで上昇させる。続いてゲ−ト
バルブを閉じて内部を密閉した後、図示しない排気口よ
り内部雰囲気を排出して所定の真空度まで真空引きし、
プラズマガスノズル６１からプラズマ室２１内へＯ2 ガ
ス及びＡｒガス等のプラズマ発生用ガスを導入すると共
に、反応性ガス導入ノズル６２から成膜室２２内へＳｉ
Ｈ4 ガスやＳｉＦ4 ガスを導入して、内部圧力を所定の
プロセス圧に維持し、かつマイクロ波発振器４４からマ
イクロ波を導入して、ウエハＷ上へのＳｉＯ2 の成膜処
理を開始する。
て、ＳｉＯ2 膜やＳｉＯＦ膜を形成する場合について説
明する。先ず載置台７をウエハＷの移載位置まで下降さ
せて、図示しないゲ−トバルブを介して図示しない搬送
ア−ムにより、ウエハＷを載置台７上に載置し、載置台
７をウエハＷの処理位置まで上昇させる。続いてゲ−ト
バルブを閉じて内部を密閉した後、図示しない排気口よ
り内部雰囲気を排出して所定の真空度まで真空引きし、
プラズマガスノズル６１からプラズマ室２１内へＯ2 ガ
ス及びＡｒガス等のプラズマ発生用ガスを導入すると共
に、反応性ガス導入ノズル６２から成膜室２２内へＳｉ
Ｈ4 ガスやＳｉＦ4 ガスを導入して、内部圧力を所定の
プロセス圧に維持し、かつマイクロ波発振器４４からマ
イクロ波を導入して、ウエハＷ上へのＳｉＯ2 の成膜処
理を開始する。
【００２２】マイクロ波発振器４４からの２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波は、矩形導波管４１内をＴＥモ−ドで伝
送され、矩形導波管４１と円筒形導波管４２との接続部
分でＴＭモ−ドに変換される。そして円錐形導波管４３
内をそのままＴＭモ−ドで伝送されて真空容器２の天井
部に至り、ここの透過窓２３を透過してプラズマ室２１
内に導入される。この際マイクロ波は支持リング３とは
接触しないので電界が乱されることなくプラズマ室２１
内に供給される。このプラズマ室２１内には、ソレノイ
ドコイル５により発生した磁界が上述のように、８７５
ガウスの強さで印加されており、この磁界とマイクロ波
との相互作用で（電界）×（磁界）を誘発して電子サイ
クロトロン共鳴が生じ、この共鳴によりＡｒガスやＯ2
ガスがプラズマ化され、かつ高密度化される。
ｚのマイクロ波は、矩形導波管４１内をＴＥモ−ドで伝
送され、矩形導波管４１と円筒形導波管４２との接続部
分でＴＭモ−ドに変換される。そして円錐形導波管４３
内をそのままＴＭモ−ドで伝送されて真空容器２の天井
部に至り、ここの透過窓２３を透過してプラズマ室２１
内に導入される。この際マイクロ波は支持リング３とは
接触しないので電界が乱されることなくプラズマ室２１
内に供給される。このプラズマ室２１内には、ソレノイ
ドコイル５により発生した磁界が上述のように、８７５
ガウスの強さで印加されており、この磁界とマイクロ波
との相互作用で（電界）×（磁界）を誘発して電子サイ
クロトロン共鳴が生じ、この共鳴によりＡｒガスやＯ2
ガスがプラズマ化され、かつ高密度化される。
【００２３】プラズマ室２１の出口２１ａから成膜室２
２に流れ込んだプラズマ流は、ここに供給されている反
応性ガスであるＳｉＨ4 ガスやＳｉＦ4 ガスを活性化さ
せて活性種を形成し、ウエハＷに向かい、これによりウ
エハＷ表面にＳｉＯ2 膜やＳｉＯＦ膜が成膜される。
２に流れ込んだプラズマ流は、ここに供給されている反
応性ガスであるＳｉＨ4 ガスやＳｉＦ4 ガスを活性化さ
せて活性種を形成し、ウエハＷに向かい、これによりウ
エハＷ表面にＳｉＯ2 膜やＳｉＯＦ膜が成膜される。
【００２４】ここで導波管４内を伝送されるマイクロ波
について説明すると、既述のように、マイクロ波は矩形
導波管４１と円筒形導波管４２との接続部分でＴＥモ−
ドからＴＭモ−ドに変換されるが、この際ＴＭモ−ドへ
の変換率は実際には１００％よりも若干低く例えば９８
％程度である。本発明では１００％が理想であるが、Ｔ
Ｍモ−ドにわずかにＴＥモ−ドを含む状態も特許請求の
範囲のＴＭモ−ドに相当するものとする。そして円錐形
導波管４３により次第に導波管の内径を大きくすること
により、マイクロ波は電界領域を広げながら伝送されて
プラズマ室２１内に供給される。
について説明すると、既述のように、マイクロ波は矩形
導波管４１と円筒形導波管４２との接続部分でＴＥモ−
ドからＴＭモ−ドに変換されるが、この際ＴＭモ−ドへ
の変換率は実際には１００％よりも若干低く例えば９８
％程度である。本発明では１００％が理想であるが、Ｔ
Ｍモ−ドにわずかにＴＥモ−ドを含む状態も特許請求の
範囲のＴＭモ−ドに相当するものとする。そして円錐形
導波管４３により次第に導波管の内径を大きくすること
により、マイクロ波は電界領域を広げながら伝送されて
プラズマ室２１内に供給される。
【００２５】マイクロ波がＴＭモ−ドで次第に電界領域
を広げながら円錐形導波管４３を伝送する様子を図４に
模式的に示すが、このようにＴＭモ−ドでは、電界が円
錐形導波管４３の管壁に沿って、半波長毎に向きを変え
ながら伝播していくので、円錐形導波管４３の出口側内
径を広げていくことにより、中央部分の電気力線の密度
が低下していく。このため円錐形導波管４３の広がり方
が小さく、出口側内径をそれ程大きくしなければ、図４
（ａ）に示すように、中央部分の密度の低下の程度は小
さく、円錐形導波管４３の投影領域では均一なプラズマ
密度を確保することができる。ところがこの投影領域よ
り外れた領域ではプラズマ密度の低下の程度が大きくて
プラズマ密度は低くなってしまい、しかも前記出口の面
積が大きくないことから、結局広い面積に亘って均一な
プラズマ領域Ｐを確保することができない。
を広げながら円錐形導波管４３を伝送する様子を図４に
模式的に示すが、このようにＴＭモ−ドでは、電界が円
錐形導波管４３の管壁に沿って、半波長毎に向きを変え
ながら伝播していくので、円錐形導波管４３の出口側内
径を広げていくことにより、中央部分の電気力線の密度
が低下していく。このため円錐形導波管４３の広がり方
が小さく、出口側内径をそれ程大きくしなければ、図４
（ａ）に示すように、中央部分の密度の低下の程度は小
さく、円錐形導波管４３の投影領域では均一なプラズマ
密度を確保することができる。ところがこの投影領域よ
り外れた領域ではプラズマ密度の低下の程度が大きくて
プラズマ密度は低くなってしまい、しかも前記出口の面
積が大きくないことから、結局広い面積に亘って均一な
プラズマ領域Ｐを確保することができない。
【００２６】一方、円錐形導波管４３の出口側の内径を
広げすぎると、円錐形導波管４３の中央部の電気力線の
密度が低くなるので電界強度が小さくなってしまう。こ
のためプラズマ室２１全体から見ると、図４（ｂ）に示
すように、周辺領域に比べて中央の領域のプラズマ密度
が落ちてしまうので、中央領域の成膜速度が遅くなり、
これによりＳｉＯ2 膜やＳｉＯＦ膜の膜厚が中央領域で
薄くなってしまう。
広げすぎると、円錐形導波管４３の中央部の電気力線の
密度が低くなるので電界強度が小さくなってしまう。こ
のためプラズマ室２１全体から見ると、図４（ｂ）に示
すように、周辺領域に比べて中央の領域のプラズマ密度
が落ちてしまうので、中央領域の成膜速度が遅くなり、
これによりＳｉＯ2 膜やＳｉＯＦ膜の膜厚が中央領域で
薄くなってしまう。
【００２７】従って円錐形導波管４３の出口側内径を広
げるといっても限度があり、広い面積に亘ってプラズマ
密度の均一化を図るためには、前記出口側内径が広すぎ
ず、狭すぎず、最適な範囲が存在する。これに対し従来
のＴＥモ−ドでは直径方向に電気力線が走るので、前記
出口側内径の広がりの度合いによって中央部分の電気力
線の密度が低くなるといったことはなく、導波管の横断
面における電気力線の密度のばらつきがあれば、それ自
体が拡大するだけであり、この点においてＴＭモ−ドと
は大きく異なっている。
げるといっても限度があり、広い面積に亘ってプラズマ
密度の均一化を図るためには、前記出口側内径が広すぎ
ず、狭すぎず、最適な範囲が存在する。これに対し従来
のＴＥモ−ドでは直径方向に電気力線が走るので、前記
出口側内径の広がりの度合いによって中央部分の電気力
線の密度が低くなるといったことはなく、導波管の横断
面における電気力線の密度のばらつきがあれば、それ自
体が拡大するだけであり、この点においてＴＭモ−ドと
は大きく異なっている。
【００２８】本実施の形態は、ＴＭモ−ドでマイクロ波
を伝送させた場合、このように円錐形導波管４３の出口
側内径の大きさが、プラズマ密度の均一性に大きな影響
を与える点に着目してなされたものであり、後述の実験
例に基づいて円錐形導波管４３の出口側内径φＡを追い
込むことにより、内径φＡの最適値が１３０〜１６０ｍ
ｍであることを把握した。
を伝送させた場合、このように円錐形導波管４３の出口
側内径の大きさが、プラズマ密度の均一性に大きな影響
を与える点に着目してなされたものであり、後述の実験
例に基づいて円錐形導波管４３の出口側内径φＡを追い
込むことにより、内径φＡの最適値が１３０〜１６０ｍ
ｍであることを把握した。
【００２９】続いて本発明者らが行った実験例について
説明する。プラズマ処理装置として図１に示す構成の装
置を用い、円筒形導波管４２の内径を１０９ｍｍ、透過
窓２３の直径を２００ｍｍ、成膜室内径φＣを２５０ｍ
ｍ、円錐形導波管４３の出口側内径φＡ≦支持リング３
の内径φＢの条件の下で、プラズマガスとしてＡｒガス
を３００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスを２００ｓｃｃｍ、反応性
ガスとしてＳｉＦ4 ガスを９０ｓｃｃｍの流量で供給す
ると共に、マイクロ波電力を２７００ｗ、高周波バイア
ス電力を２５００ｗとして、前記出口側内径φＡを変え
て８インチサイズのウエハＷに対して所定の成膜処理を
行い、成膜分布を測定した。ここで成膜分布はウエハＷ
の直径方向の９カ所の位置の膜厚を測定し、この偏差を
求めることにより測定した。またこの膜厚の測定値に基
づいて、ウエハＷの直径方向の膜厚の断面を図５に示し
た。
説明する。プラズマ処理装置として図１に示す構成の装
置を用い、円筒形導波管４２の内径を１０９ｍｍ、透過
窓２３の直径を２００ｍｍ、成膜室内径φＣを２５０ｍ
ｍ、円錐形導波管４３の出口側内径φＡ≦支持リング３
の内径φＢの条件の下で、プラズマガスとしてＡｒガス
を３００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスを２００ｓｃｃｍ、反応性
ガスとしてＳｉＦ4 ガスを９０ｓｃｃｍの流量で供給す
ると共に、マイクロ波電力を２７００ｗ、高周波バイア
ス電力を２５００ｗとして、前記出口側内径φＡを変え
て８インチサイズのウエハＷに対して所定の成膜処理を
行い、成膜分布を測定した。ここで成膜分布はウエハＷ
の直径方向の９カ所の位置の膜厚を測定し、この偏差を
求めることにより測定した。またこの膜厚の測定値に基
づいて、ウエハＷの直径方向の膜厚の断面を図５に示し
た。
【００３０】この結果を図５、図６に示すが、これらの
図から明らかなように、出口側内径φＡが１０９ｍｍ、
１２０ｍｍと小さい場合には膜厚は周縁部ではかなり薄
くなってしまい成膜分布は２０〜５２．５％と悪いが、
出口側内径φＡが１３０〜１６０ｍｍのときには成膜分
布が８．８％以下とかなり均一になり、特に出口側内径
φＡが１５０ｍｍのときには成膜分布が７．２％と均一
性が高いことが確認された。そして出口側内径φＡが１
６５ｍｍ、１９４ｍｍになると膜厚は中央部で極端に薄
くなってしまい、成膜分布も１８．７％〜２３．８％と
悪くなることが認められた。
図から明らかなように、出口側内径φＡが１０９ｍｍ、
１２０ｍｍと小さい場合には膜厚は周縁部ではかなり薄
くなってしまい成膜分布は２０〜５２．５％と悪いが、
出口側内径φＡが１３０〜１６０ｍｍのときには成膜分
布が８．８％以下とかなり均一になり、特に出口側内径
φＡが１５０ｍｍのときには成膜分布が７．２％と均一
性が高いことが確認された。そして出口側内径φＡが１
６５ｍｍ、１９４ｍｍになると膜厚は中央部で極端に薄
くなってしまい、成膜分布も１８．７％〜２３．８％と
悪くなることが認められた。
【００３１】以上の実験により、特に出口側内径φＡが
１５０ｍｍの時の成膜分布が良いことが確認されたた
め、より成膜分布を向上させるためにプラズマ処理の処
理条件の最適化を図ったところ、本発明者らは、Ａｒガ
スを３５０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスを２００ｓｃｃｍ、Ｓｉ
Ｆ4 ガスを１４０ｓｃｃｍの流量で供給し、マイクロ波
電力を２．８ｋｗ、高周波電力を２．５ｋｗとした場合
に、成膜速度が４４４５オングストロ−ム／ｍｉｎとな
り、成膜分布２．９７％を達成できることを確認した。
この結果を図７に示すが、図中の数字は膜厚（単位オン
グストロ−ム）を示している。
１５０ｍｍの時の成膜分布が良いことが確認されたた
め、より成膜分布を向上させるためにプラズマ処理の処
理条件の最適化を図ったところ、本発明者らは、Ａｒガ
スを３５０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスを２００ｓｃｃｍ、Ｓｉ
Ｆ4 ガスを１４０ｓｃｃｍの流量で供給し、マイクロ波
電力を２．８ｋｗ、高周波電力を２．５ｋｗとした場合
に、成膜速度が４４４５オングストロ−ム／ｍｉｎとな
り、成膜分布２．９７％を達成できることを確認した。
この結果を図７に示すが、図中の数字は膜厚（単位オン
グストロ−ム）を示している。
【００３２】上述のように、本実施の形態のプラズマ処
理装置では、プラズマを生成するためのマイクロ波の伝
送モ−ドをＴＭモ−ドとし、さらに円錐形導波管の出口
側内径の最適化を図っているので、広い面積でプラズマ
密度の均一化が図られ、この結果大口径のウエハに対し
て面内均一性の高いプラズマ処理を行なうことができ、
ウエハ上に成膜された薄膜の膜厚の均一性を向上させる
ことができる。即ち、ＴＭモ−ド変換器である円筒形導
波管４２と電界領域を広げるための円錐形導波管４３と
を組み合わせて、円筒形導波管４２の内径を１０９〜１
２０ｍｍ程度に設定して高い生成効率でＴＭモ−ドに変
換した後、円錐形導波管４３でマイクロ波を伝送してい
るので、ＴＭモ−ドの生成効率を確保しながら電界領域
を広げることができ、この結果広い領域でプラズマ密度
を均一にすることができる。
理装置では、プラズマを生成するためのマイクロ波の伝
送モ−ドをＴＭモ−ドとし、さらに円錐形導波管の出口
側内径の最適化を図っているので、広い面積でプラズマ
密度の均一化が図られ、この結果大口径のウエハに対し
て面内均一性の高いプラズマ処理を行なうことができ、
ウエハ上に成膜された薄膜の膜厚の均一性を向上させる
ことができる。即ち、ＴＭモ−ド変換器である円筒形導
波管４２と電界領域を広げるための円錐形導波管４３と
を組み合わせて、円筒形導波管４２の内径を１０９〜１
２０ｍｍ程度に設定して高い生成効率でＴＭモ−ドに変
換した後、円錐形導波管４３でマイクロ波を伝送してい
るので、ＴＭモ−ドの生成効率を確保しながら電界領域
を広げることができ、この結果広い領域でプラズマ密度
を均一にすることができる。
【００３３】ここで仮に円錐形導波管を用いずに、従来
のようにＴＭモ−ド変換器となる円筒形導波管のみを用
いてＴＭモ−ドを伝送させようとすると、円筒形導波管
はその内径が１０９〜１２０ｍｍよりも大きくなるとＴ
Ｍモ−ドの生成効率が悪化してしまうため、例えば円筒
形導波管の内径を１５０ｍｍ程度に大きくするとＴＭモ
−ドの生成効率が悪くなって、結局広い領域で均一なプ
ラズマを得ることはできない。
のようにＴＭモ−ド変換器となる円筒形導波管のみを用
いてＴＭモ−ドを伝送させようとすると、円筒形導波管
はその内径が１０９〜１２０ｍｍよりも大きくなるとＴ
Ｍモ−ドの生成効率が悪化してしまうため、例えば円筒
形導波管の内径を１５０ｍｍ程度に大きくするとＴＭモ
−ドの生成効率が悪くなって、結局広い領域で均一なプ
ラズマを得ることはできない。
【００３４】続いて本発明の第２の実施の形態について
図８、図９に基づいて説明する。本実施の形態は、プラ
ズマ処理装置において、円錐形導波管４３の出口側内径
φＡが第１の実施の形態で求めた最適値の上限である１
６０ｍｍよりも大きい場合に特に適した構成であって、
透過窓２３の下面側の支持リング３により、供給される
マイクロ波を乱し、これによって広い領域でプラズマ密
度を均一にしようとするものである。
図８、図９に基づいて説明する。本実施の形態は、プラ
ズマ処理装置において、円錐形導波管４３の出口側内径
φＡが第１の実施の形態で求めた最適値の上限である１
６０ｍｍよりも大きい場合に特に適した構成であって、
透過窓２３の下面側の支持リング３により、供給される
マイクロ波を乱し、これによって広い領域でプラズマ密
度を均一にしようとするものである。
【００３５】本実施の形態のプラズマ処理装置が上述の
第１の実施の形態と異なる点は、円錐形導波管４３の出
口側内径φＡが例えば１９４ｍｍであり、支持リング３
の透過窓２３の下面側の内周面が、図中に鎖線で示す円
錐形導波管４３のテ−パ面４３ａの延長線Ｓよりも内側
に位置するように構成したことである。
第１の実施の形態と異なる点は、円錐形導波管４３の出
口側内径φＡが例えば１９４ｍｍであり、支持リング３
の透過窓２３の下面側の内周面が、図中に鎖線で示す円
錐形導波管４３のテ−パ面４３ａの延長線Ｓよりも内側
に位置するように構成したことである。
【００３６】ここで支持リング３は導電性材料例えばＡ
ｌ（アルミニウム）により構成された導電性部材をなす
ものであり、図９（ａ）に示すように、支持リング３の
透過窓２３の下面側の内径φＢは、後述の実験例によ
り、φＡ＞φＢ＞０．９φＡを満たすように設定されて
おり、φＡが１９４ｍｍの条件では、１８０ｍｍ≦φＢ
≦１９０ｃｍになるように設定されている。その他の構
成は上述の第１の実施の形態と同様である。
ｌ（アルミニウム）により構成された導電性部材をなす
ものであり、図９（ａ）に示すように、支持リング３の
透過窓２３の下面側の内径φＢは、後述の実験例によ
り、φＡ＞φＢ＞０．９φＡを満たすように設定されて
おり、φＡが１９４ｍｍの条件では、１８０ｍｍ≦φＢ
≦１９０ｃｍになるように設定されている。その他の構
成は上述の第１の実施の形態と同様である。
【００３７】このような構成では、マイクロ波は円錐形
導波管４３の管壁に沿って伝播するが、この際誘電体
（透過窓２３）の部分では、透過窓２３の厚さが１０ｍ
ｍ程度であってマイクロ波の波長よりも十分小さいの
で、この誘電体（透過窓２３）によるマイクロ波の吸収
は無視できる程極めて小さく、実質はそのまま下方側に
伝播していく。ところが透過窓２３の下方側ではマイク
ロ波の伝播領域に導電性の支持リング３が突出している
ため、マイクロ波はこの支持リング３に接触して、これ
によりマイクロ波の電界が乱されて、共鳴、反射すると
考えられる。
導波管４３の管壁に沿って伝播するが、この際誘電体
（透過窓２３）の部分では、透過窓２３の厚さが１０ｍ
ｍ程度であってマイクロ波の波長よりも十分小さいの
で、この誘電体（透過窓２３）によるマイクロ波の吸収
は無視できる程極めて小さく、実質はそのまま下方側に
伝播していく。ところが透過窓２３の下方側ではマイク
ロ波の伝播領域に導電性の支持リング３が突出している
ため、マイクロ波はこの支持リング３に接触して、これ
によりマイクロ波の電界が乱されて、共鳴、反射すると
考えられる。
【００３８】ここで円錐形導波管４３の出口側内径φＡ
は１９４ｍｍと大きいため、中央領域の電界強度が周縁
領域に比べて小さくなってしまうが、上述のように、透
過窓２３の下面側の周縁部でマイクロ波が乱れると、こ
のマイクロ波の共鳴、反射の影響が中央領域に及び、結
果として中央の電界の薄い部分が高くなる。本実施の形
態は、この点に着目してなされたものであり、広い領域
でプラズマ密度を均一にできるように支持リング３の内
径φＢを追い込み、内径φＢが前記出口側内径φＡに対
して、φＡ＞φＢ＞０．９φＡの関係を満たし、φＡが
１９４ｍｍの場合にはφＢは１８０〜１９０ｍｍである
ことを把握した。
は１９４ｍｍと大きいため、中央領域の電界強度が周縁
領域に比べて小さくなってしまうが、上述のように、透
過窓２３の下面側の周縁部でマイクロ波が乱れると、こ
のマイクロ波の共鳴、反射の影響が中央領域に及び、結
果として中央の電界の薄い部分が高くなる。本実施の形
態は、この点に着目してなされたものであり、広い領域
でプラズマ密度を均一にできるように支持リング３の内
径φＢを追い込み、内径φＢが前記出口側内径φＡに対
して、φＡ＞φＢ＞０．９φＡの関係を満たし、φＡが
１９４ｍｍの場合にはφＢは１８０〜１９０ｍｍである
ことを把握した。
【００３９】続いて本発明者らが行った実験例について
説明する。プラズマ処理装置として図１に示す構成の装
置を用い、円筒形導波管４２の内径を１０９ｍｍ、円錐
形導波管４３の出口側内径φＡを１９４ｍｍ、成膜室内
径φＣを２５０ｍｍの条件の下で、プラズマガスとして
Ａｒガスを２００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスを１５０ｓｃｃ
ｍ、反応性ガスとしてＳｉＦ4 ガスを７９ｓｃｃｍの流
量で供給すると共に、マイクロ波電力を２０００ｗと
し、前記支持リング３の内径φＢを変えて８インチサイ
ズのウエハＷに対して、高周波バイアス電力を印加せず
に所定の成膜処理を行い、堆積速度と成膜分布を測定し
た。ここで成膜分布はウエハＷの直径方向の９カ所の位
置の膜厚を測定し、この偏差を求めることにより測定し
た。またこの膜厚の測定値に基づいて、ウエハＷの直径
方向の膜厚の断面を図１０に示した。この結果を図１０
に示すが、この図から明らかなように、支持リング３の
内径φＢが１７５ｍｍと小さい場合には、膜厚は中央部
で急激に厚くなってしまい成膜分布は４３．９％と悪
く、一方内径φＢが２００ｍｍ以上になると膜厚は中央
部で急激に薄くなってしまい成膜分布が２０．６％以上
と悪くなる。ところで内径φＢが１９０ｍｍのときに
は、膜厚分布はほぼ均一であり、成膜分布も１２．２％
と高いことが確認された。
説明する。プラズマ処理装置として図１に示す構成の装
置を用い、円筒形導波管４２の内径を１０９ｍｍ、円錐
形導波管４３の出口側内径φＡを１９４ｍｍ、成膜室内
径φＣを２５０ｍｍの条件の下で、プラズマガスとして
Ａｒガスを２００ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガスを１５０ｓｃｃ
ｍ、反応性ガスとしてＳｉＦ4 ガスを７９ｓｃｃｍの流
量で供給すると共に、マイクロ波電力を２０００ｗと
し、前記支持リング３の内径φＢを変えて８インチサイ
ズのウエハＷに対して、高周波バイアス電力を印加せず
に所定の成膜処理を行い、堆積速度と成膜分布を測定し
た。ここで成膜分布はウエハＷの直径方向の９カ所の位
置の膜厚を測定し、この偏差を求めることにより測定し
た。またこの膜厚の測定値に基づいて、ウエハＷの直径
方向の膜厚の断面を図１０に示した。この結果を図１０
に示すが、この図から明らかなように、支持リング３の
内径φＢが１７５ｍｍと小さい場合には、膜厚は中央部
で急激に厚くなってしまい成膜分布は４３．９％と悪
く、一方内径φＢが２００ｍｍ以上になると膜厚は中央
部で急激に薄くなってしまい成膜分布が２０．６％以上
と悪くなる。ところで内径φＢが１９０ｍｍのときに
は、膜厚分布はほぼ均一であり、成膜分布も１２．２％
と高いことが確認された。
【００４０】即ち内径φＢが大き過ぎると、中央部分の
電界強度が小さい領域が広くなり過ぎると共に、この部
分での電界強度の落ち方の程度も大きくなるため、周縁
領域におけるマイクロ波の共鳴、反射の影響だけでは中
央領域の電界強度をカバ−しきれず、結局中央領域のプ
ラズマ密度が小さくなってしまう。一方内径φＢが小さ
すぎると、中央部分の電界強度が小さい領域がそれ程広
くならず、この部分での電界強度の落ち方の程度もあま
り大きくないため、周縁領域におけるマイクロ波の共
鳴、反射の影響が強すぎ、結局中央領域のプラズマ密度
が大きくなってしまう。
電界強度が小さい領域が広くなり過ぎると共に、この部
分での電界強度の落ち方の程度も大きくなるため、周縁
領域におけるマイクロ波の共鳴、反射の影響だけでは中
央領域の電界強度をカバ−しきれず、結局中央領域のプ
ラズマ密度が小さくなってしまう。一方内径φＢが小さ
すぎると、中央部分の電界強度が小さい領域がそれ程広
くならず、この部分での電界強度の落ち方の程度もあま
り大きくないため、周縁領域におけるマイクロ波の共
鳴、反射の影響が強すぎ、結局中央領域のプラズマ密度
が大きくなってしまう。
【００４１】そこで内径φＢの最適値をさらに追い込む
ために、プラズマガスとしてＡｒガスを３００ｓｃｃ
ｍ、Ｏ2 ガスを２００ｓｃｃｍ、反応性ガスとしてＳｉ
Ｆ4 ガスを９０ｓｃｃｍの流量で供給すると共に、マイ
クロ波電力を２７００ｗとし、前記支持リング３の内径
φＢを１８０〜１９０ｍｍの範囲で変えて８インチサイ
ズのウエハＷに対して、高周波バイアス電力を印加せず
に所定の成膜処理を行い、堆積速度と成膜分布を測定し
た。その他の条件は上述の実験例と同様とした。この結
果を図１１に示すが、支持リング３の内径φＢが１８０
〜１９０ｍｍの場合には、いずれも膜厚はほぼ均一にな
り、成膜分布も９．８〜１３．６％と高いことが確認さ
れ、この結果により支持リング３の内径φＢの最適値
は、円錐形導波管４３の出口側内径φＡに対して、０．
９φＡ＜φＢ＜φＡの関係にあると考えられる。
ために、プラズマガスとしてＡｒガスを３００ｓｃｃ
ｍ、Ｏ2 ガスを２００ｓｃｃｍ、反応性ガスとしてＳｉ
Ｆ4 ガスを９０ｓｃｃｍの流量で供給すると共に、マイ
クロ波電力を２７００ｗとし、前記支持リング３の内径
φＢを１８０〜１９０ｍｍの範囲で変えて８インチサイ
ズのウエハＷに対して、高周波バイアス電力を印加せず
に所定の成膜処理を行い、堆積速度と成膜分布を測定し
た。その他の条件は上述の実験例と同様とした。この結
果を図１１に示すが、支持リング３の内径φＢが１８０
〜１９０ｍｍの場合には、いずれも膜厚はほぼ均一にな
り、成膜分布も９．８〜１３．６％と高いことが確認さ
れ、この結果により支持リング３の内径φＢの最適値
は、円錐形導波管４３の出口側内径φＡに対して、０．
９φＡ＜φＢ＜φＡの関係にあると考えられる。
【００４２】このように本実施の形態は、円錐形導波管
４３の出口側内径φＡを１６０ｍｍ以上にした場合で
も、支持リング３により周縁領域のマイクロ波の電界を
乱し、これにより電界強度が小さい中央領域の電界強度
を高めているので、かなり広い領域でプラズマ密度を均
一にすることができる。従ってウエハが１２インチサイ
ズ以上とかなり大口径なものであっても、チャンバ形状
を最適化することによって面内均一性の高いプラズマ処
理を行うことができ、膜厚を均一にすることができる。
４３の出口側内径φＡを１６０ｍｍ以上にした場合で
も、支持リング３により周縁領域のマイクロ波の電界を
乱し、これにより電界強度が小さい中央領域の電界強度
を高めているので、かなり広い領域でプラズマ密度を均
一にすることができる。従ってウエハが１２インチサイ
ズ以上とかなり大口径なものであっても、チャンバ形状
を最適化することによって面内均一性の高いプラズマ処
理を行うことができ、膜厚を均一にすることができる。
【００４３】本実施の形態では、図９（ｂ）に示すよう
に、支持リング３の透過窓２３の上面側の内周面を突出
させて、その内周面を円錐形導波管４３のテ−パ面４３
ａの出口側端部よりも内側に位置するように構成し、透
過窓２３の上面側の支持リング３によりマイクロ波の電
界を乱し、共鳴、反射させるようにしてもよい。
に、支持リング３の透過窓２３の上面側の内周面を突出
させて、その内周面を円錐形導波管４３のテ−パ面４３
ａの出口側端部よりも内側に位置するように構成し、透
過窓２３の上面側の支持リング３によりマイクロ波の電
界を乱し、共鳴、反射させるようにしてもよい。
【００４４】以上において、本発明ではＴＭ01モードに
限らず、ＴＭモードの高次モードを用いるようにしても
よい。また本発明は成膜処理に限られるものではなく、
例えばエッチング処理に適用するようにしてもよい。ま
た第２の実施の形態は、円錐形導波管の出口側内径φＡ
が１６０ｍｍ以下の場合にも適用できる。
限らず、ＴＭモードの高次モードを用いるようにしても
よい。また本発明は成膜処理に限られるものではなく、
例えばエッチング処理に適用するようにしてもよい。ま
た第２の実施の形態は、円錐形導波管の出口側内径φＡ
が１６０ｍｍ以下の場合にも適用できる。
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば、広い面積に亘って均一
なプラズマを生成することができ、大口径の被処理基板
に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行なうことが
できる。
なプラズマを生成することができ、大口径の被処理基板
に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行なうことが
できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理
装置を示す断面図である。
装置を示す断面図である。
【図２】本発明のプラズマ処理装置の導波管を示す斜視
図である。
図である。
【図３】本発明のプラズマ処理装置の導波管を示す断面
図である。
図である。
【図４】本発明のプラズマ処理装置の作用を説明するた
めの説明図である。
めの説明図である。
【図５】第１の実施の形態の効果を確認するために行な
った実験例の結果を示す表である。
った実験例の結果を示す表である。
【図６】第１の実施の形態の効果を確認するために行な
った実験例の結果を示す、円錐形導波管の出口側内径φ
Ａと成膜分布の関係を表す特性図である。
った実験例の結果を示す、円錐形導波管の出口側内径φ
Ａと成膜分布の関係を表す特性図である。
【図７】第１の実施の形態の効果を確認するために行な
った実験例の結果を示す平面図である。
った実験例の結果を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理
装置を示す断面図である。
装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理
装置の一部を示す断面図である。
装置の一部を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態の効果を確認するために行
なった実験例の効果を示す表である。
なった実験例の効果を示す表である。
【図１１】第２の実施の形態の効果を確認するために行
なった実験例の効果を示す表である。
なった実験例の効果を示す表である。
【図１２】従来のプラズマ処理装置を示す断面図であ
る。
る。
【図１３】従来のプラズマ処理装置の導波管を示す斜視
図である。
図である。
【図１４】ＴＥ11モ−ドの説明図である。
【図１５】ＴＭ01モ−ドの説明図である。
２ 真空容器
２１ プラズマ室
２２ 成膜室
３ 支持リング
４ 導波管
４１ 矩形導波管
４２ 円筒形導波管
４３ 円錐形導波管
５ ソレノイドコイル
７ 載置台
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 青木 武志
神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番
41号 東京エレクトロン東北株式会社
相模事業所内
(56)参考文献 特開 昭59−103341（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−207529（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−255858（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−150031（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−152216（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−130369（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−31748（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−65653（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−293783（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−263348（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−36527（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−315294（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−60530（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−67822（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−291032（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/31
Claims (3)
- 【請求項１】 被処理基板の載置台が内部に設けられる
と共に、高周波を透過するための誘電体よりなる透過窓
が設けられた真空容器と、前記真空容器内に磁界を形成
するための磁界形成手段と、前記真空容器内にプラズマ
発生用の２．４５ＧＨｚの高周波をＴＭモ−ドで供給す
るための高周波供給手段と、を備え、電子サイクロトロ
ン共鳴を用いてプラズマガスをプラズマ化し、そのプラ
ズマにより被処理基板に対して処理を行なうプラズマ処
理装置において、 前記高周波供給手段は、出口側が前記透過窓の外面に設
けられ、透過窓に近づくつれて口径が大きくなる円錐形
導波管を含み、 前記円錐形導波管の出口側に、マイクロ波の電界を乱し
て被処理基板の面内におけるプラズマ密度の均一性を高
くするために円錐形導波管の出口側開口縁よりも内側
に、その内周面が位置するようにリング状の導電性部材
を設け、 円錐形導波管の出口側の内径をφＡ、導電性部材の内周
面の内径をφＢとすると、φＡ＞１６０ｍｍであり、か
つφＡ＞φＢであることを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項２】 リング状の導電性部材は、透過窓の内面
側に設けられている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】 リング状の導電性部材は、透過窓の外面
側の内周面を突出させて、その内周面を円錐形導波管の
テーパ面の出口側端部よりも内側に位置するように構成
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。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32455996A JP3368159B2 (ja) | 1996-11-20 | 1996-11-20 | プラズマ処理装置 |
| TW086117399A TW463265B (en) | 1996-11-20 | 1997-11-20 | Plasma processing apparatus |
| EP97913415A EP1094505A4 (en) | 1996-11-20 | 1997-11-20 | PLASMA APPARATUS |
| KR1019980705585A KR19990081874A (ko) | 1996-11-20 | 1997-11-20 | 플라즈마 처리장치 |
| US09/101,668 US6087614A (en) | 1996-11-20 | 1997-11-20 | Plasma treating device |
| PCT/JP1997/004225 WO1998022977A1 (fr) | 1996-11-20 | 1997-11-20 | Dispositif de traitement au plasma |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32455996A JP3368159B2 (ja) | 1996-11-20 | 1996-11-20 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10150031A JPH10150031A (ja) | 1998-06-02 |
| JP3368159B2 true JP3368159B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=18167171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32455996A Expired - Fee Related JP3368159B2 (ja) | 1996-11-20 | 1996-11-20 | プラズマ処理装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6087614A (ja) |
| EP (1) | EP1094505A4 (ja) |
| JP (1) | JP3368159B2 (ja) |
| KR (1) | KR19990081874A (ja) |
| TW (1) | TW463265B (ja) |
| WO (1) | WO1998022977A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE19943064B4 (de) * | 1999-09-09 | 2013-01-31 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur epitaktischen Abscheidung von Atomen oder Molekülen aus einem Reaktivgas auf einer Abscheidungsoberfläche eines Substrats |
| DE19952215C2 (de) * | 1999-10-29 | 2001-10-31 | Roche Diagnostics Gmbh | Testelement-Analysesystem |
| JP4680400B2 (ja) * | 2001-02-16 | 2011-05-11 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ装置及びその製造方法 |
| WO2003049141A2 (en) * | 2001-12-04 | 2003-06-12 | Draka Fibre Technology B.V. | Device for applying an electromagnetic microwave to a plasma container |
| JP4595281B2 (ja) * | 2003-01-07 | 2010-12-08 | セイコーエプソン株式会社 | インクジェット記録用のインク組成物、インクセット及びインクジェット記録方法 |
| RU2216818C1 (ru) * | 2003-01-28 | 2003-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭпиЛаб" | Эцр-плазменный источник для обработки полупроводниковых структур, способ обработки полупроводниковых структур, способ изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем (варианты), полупроводниковый прибор или интегральная схема (варианты) |
| KR100520635B1 (ko) * | 2003-12-10 | 2005-10-13 | 삼성전자주식회사 | 플레어 각이 변화하는 혼 안테나를 구비하는 전자사이클로트론 공명 장비 |
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| KR100771508B1 (ko) * | 2005-08-26 | 2007-10-31 | 주식회사 피에스엠 | 마이크로웨이브 플라즈마 방전 시스템 |
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| KR101451321B1 (ko) * | 2013-06-12 | 2014-10-15 | 엠에스테크에스아이 주식회사 | 자계를 이용한 챔버 장치 |
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| US11915916B2 (en) | 2020-03-04 | 2024-02-27 | Eric Benjamin Frederick Gilbert | Multipactor plasma ignition devices and techniques |
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