JP3820188B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを発生させて基板に処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
本発明は、プラズマを発生させて気相成長法により基板の表面に成膜を行うプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを筒状容器内の成膜室の中に導入し、高周波アンテナから高周波を入射してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。プラズマＣＶＤ装置においては、基板と対向する天井面の上側に平面リング状の高周波アンテナを配置し、高周波アンテナに給電を行うことで高周波を筒状容器内に入射している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
基板と対向する天井面の上側に平面リング状の高周波アンテナが配置された誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置では、高周波アンテナの最外周側のコイルの磁力線（磁束密度線）が筒状容器の壁（筒面）を貫通する虞があった。磁力線（磁束密度線）が筒状容器の壁（筒面）を貫通すると、電子やイオンが磁力線に沿って移動するため、電子やイオンが筒状容器の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になる虞があった。
【０００５】
電子やイオンの壁面への衝突を抑制するため、平面リング状の高周波アンテナの径を筒状容器の径よりも小さくし、筒状容器の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなるようにすることも考えられている。この場合、筒状容器の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることが困難になり、効率が低下し筒状容器内の均一性が低下する問題が生じる虞があった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ処理装置は、処理室の天井面の上部に平面リング状のアンテナを配置し、給電手段によりアンテナに給電を行うことで処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に天井面の外方に位置する第２アンテナを配置し、アンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
そして、給電手段と第２給電手段を同一の交流電源としたことを特徴とする。
【００１０】
また、給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を同一方向にし、給電手段の交流電源と第２給電手段側の交流電源との位相を逆にする位相変更手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を逆方向にしたことを特徴とする。
【００１２】
また、基板の表面に対する処理は、励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製する成膜処理であることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ処理方法は、処理室の天井面の上部からの給電により処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて処理を施すことを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ成膜装置は、基板が収容される筒状容器と、筒状容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、筒状容器の天井面の上面に配置され給電により筒状容器内をプラズマ化する平面リング状のアンテナと、アンテナに給電を行うことにより筒状容器内に原料ガスのプラズマを発生させる給電手段とを備え、筒状容器内のプラズマで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に配置され天井面の外方に位置する第２アンテナと、給電手段によるアンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
そして、給電手段と第２給電手段を同一の交流電源としたことを特徴とする。
【００１６】
また、給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を同一方向にし、給電手段の交流電源と第２給電手段側の交流電源との位相を逆にする位相変更手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を逆方向にしたことを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ成膜方法は、筒状容器の天井面の上部からの給電により筒状容器内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて膜を作製することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、成膜室に原料ガス（材料ガス：例えば、SiH4）を供給し、プラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に酸化シリコンや窒化シリコンの膜を作製するプラズマ成膜装置であり、筒状容器内に天井面の上側から平面リング状のアンテナに給電を行って誘導結合方式によりプラズマを発生させて基板の表面に酸化シリコンや窒化シリコンを成膜するものである。
【００２０】
この時、プラズマを発生させる給電電流と逆向きの電流を天井面の外方側で発生させ、壁の位置での壁面方向の磁束密度を小さくして電子やイオンの筒状容器の壁への衝突を抑制する。これにより、筒状容器の径に見合った径のアンテナを用いて筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させることができると同時に、壁面方向の磁束密度を小さくして過熱状態になることを抑制すると共にエッチング作用によるパーティクルの発生を抑制することができる。
【００２１】
従って、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ成膜装置とすることが可能になる。
【００２２】
そして、本発明は、プラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面にエッチング等の処理を施すプラズマ処理装置を適用することもできる。
【００２３】
以下、本発明をプラズマ成膜装置（プラズマＣＶＤ装置）に適用した実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２にはアンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面を示してある。
【００２５】
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１には、円筒状のアルミニウム製の筒状容器（容器）２が備えられ、容器２内に成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の絶縁体材料製（例えば、アルミナ：Ａｌ2 Ｏ3 ）の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。
【００２６】
天井板４の上には、例えば、円形コイルリング状（平面リング状）の高周波アンテナ１１が配置され、高周波アンテナ１１には図示しない整合器を介して高周波電源１２（交流電源） 接続されている（給電手段）。高周波アンテナ１１に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生させる。
【００２７】
容器２には、例えば、シラン（例えば SiH4)等の材料ガスを供給する原料ガス供給手段としてのガス供給ノズル１３が設けられ、ガス供給ノズル１３から成膜室３内に成膜材料（例えばSi）となる原料ガスが供給される。また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素等の補助ガスを供給する絶縁体材料製（例えば、アルミナ：Ａｌ2 Ｏ3 ）の補助ガス供給ノズル（図示省略）が設けられ、容器２の内部は真空装置１４により所定の圧力に維持される。
【００２８】
また、図示は省略したが容器２には基板６の搬入・搬出口が設けられ、図示しない搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００２９】
上述したプラズマＣＶＤ装置１では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられて保持される（例えば、静電チャック）。ガス供給ノズル１３から所定流量の原料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズルから所定流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源１２から高周波アンテナ１１に電力を供給して高周波を発生させる。
【００３０】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。
【００３１】
ところで、基板６と対向する天井面の上側に平面リング状の高周波アンテナ１１が配置された誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置１では、高周波アンテナ１１の最外周側のコイルの磁力線（磁束密度線）が容器２の壁（筒面）を貫通する虞があった。磁力線（磁束密度線）が容器２の壁（筒面）を貫通すると、電子やイオンが磁力線に沿って移動するため、電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になる虞があった。
【００３２】
このため、本実施形態例では、天井面の外方に位置するアンテナの周囲に第２アンテナが配置され、アンテナへの給電の電流と逆向きの電流が第２アンテナに供給されるようになっている。
【００３３】
即ち、図２に示すように、高周波アンテナ１１は略天井面と同じ径の部分がアンテナ１１ａとなり、天井面の外方に位置する部位が第２アンテナ１１ｂとされている。そして、第２アンテナ１１ｂの部位にはアンテナ１１ａの部位とは逆の接続状態で高周波電源１２から電流が給電されるようになっている（第２給電手段）。つまり、第２アンテナ１１ｂの部位では、アンテナ１１ａの部位の接地側のコイルに高周波電源１２が接続され、アンテナ１１ａの部位の高周波電源１２が接続される側のコイルは接地状態にされている。
【００３４】
これにより、第２アンテナ１１ｂの部位では、アンテナ１１ａの部位の磁力線Ｆ１とは反対の磁力線Ｆ２が発生し、容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線Ｆ１が反対の磁力線Ｆ２と合成されて容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が減少する。したがって、容器２の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなって電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることがなくなる。
【００３５】
しかも、アンテナ１１ａは天井面と略同径となっているため、容器の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることができ、効率の低下がなく容器２内の均一性を維持できる。このため、容器２内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができ、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることをなくしたプラズマＣＶＤ装置１となる。
【００３６】
図３乃至図５に基づいて他の実施形態例に係るアンテナ及び給電手段を備えたプラズマＣＶＤ装置の他の実施形態例を説明する。図３乃至図５にはアンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面状況を示してある。尚、アンテナ及び給電手段以外の構成部材は図１と同一であるので、図２に相当する図３乃至図５の平面状況の図面により説明し、同一の部分の構成の説明は省略してある。
【００３７】
第２実施形態例を説明する。
【００３８】
図３には第２実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置のアンテナの形状を表す平面を示してある。
【００３９】
図３に示した実施形態例では、アンテナとしての高周波アンテナ１１の構成は図１、図２と同一で平面コイル状をなしている。そして、アンテナ１１ａの部位には高周波電源１２が接続されると共に、第２アンテナ１１ｂの部位には、第２給電手段としての第２高周波電源２１が接続されている。そして、第２アンテナ１１ｂの部位はアンテナ１１ａの部位とは逆の接続状態で第２高周波電源２１から電流が給電されるようになっている。つまり、第２アンテナ１１ｂの部位では、アンテナ１１ａの部位の接地側のコイルに第２高周波電源１２が接続され、アンテナ１１ａの部位の高周波電源１２が接続される側のコイルは接地状態にされている。
【００４０】
これにより、図１に示した実施形態例と同様に、第２アンテナ１１ｂの部位では、アンテナ１１ａの部位の磁力線Ｆ１とは反対の磁力線Ｆ２が発生し、容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線Ｆ１が反対の磁力線Ｆ２と合成されて容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が減少する。したがって、容器２の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなって電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることがなくなる。
【００４１】
しかも、アンテナ１１ａは天井面と略同径となっているため、容器の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることができ、効率の低下がなく容器２内の均一性を維持できる。このため、容器２内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができ、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることをなくしたプラズマＣＶＤ装置となる。
【００４２】
第３実施形態例を説明する。
【００４３】
図４には第３実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置のアンテナの形状を表す平面を示してある。
【００４４】
図４に示した実施形態例では、天井板４の径と略同径のアンテナとしての平面コイル状の高周波アンテナ２２が配置され、高周波アンテナ２２の外側、即ち、天井面の外方に位置して高周波アンテナ２２とは別構成の第２アンテナ２３が配置されている。高周波アンテナ２２には高周波電源１２が接続されると共に、第２アンテナ２３には第２給電手段としての第２高周波電源２４が接続されている。高周波アンテナ２２と第２高周波電源２４とは同方向で高周波電源１２及び第２高周波電源２４が接続され、第２アンテナ２３には位相変更手段としての位相シフタ２５を介して第２高周波電源２４が接続されている。
【００４５】
高周波電源１２から高周波アンテナ２２へ送られる電流とは逆位相の電流を位相シフタ２５を介して第２高周波電源２４から第２アンテナ２３に供給することで、図１に示した実施形態例と同様に、第２アンテナ２３の部位では、高周波アンテナ２２の部位の磁力線とは反対の磁力線が発生し、容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が反対の磁力線と合成されて容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が減少する。したがって、容器２の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなって電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることがなくなる。
【００４６】
しかも、高周波アンテナ２２は天井面と略同径となっているため、容器２の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることができ、効率の低下がなく容器２内の均一性を維持できる。このため、容器２内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができ、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることをなくしたプラズマＣＶＤ装置となる。
【００４７】
第４実施形態例を説明する。
【００４８】
図５には第４実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置のアンテナの形状を表す平面を示してある。
【００４９】
図５に示した実施形態例では、同心リング状のアンテナ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄにより天井板４の径と略同径の高周波アンテナ３１が構成されて配置されている。高周波アンテナ３１の外側、即ち、天井面の外方に位置してリング状の第２アンテナ３２が配置されている。アンテナ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄには高周波電源１２が並列に接続されると共に、第２アンテナ３２にはリングアンテナ３１とは逆の接続状態で高周波電源１２に接続されている。つまり、第２アンテナ３２は、アンテナ３１の高周波電源１２と逆の状態で接続側と接地側とが逆の状態で高周波電源１２に接続されている。
【００５０】
これにより、図１に示した実施形態例と同様に、第２アンテナ３２の部位では、アンテナ３１の部位の磁力線とは反対の磁力線が発生し、容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が反対の磁力線と合成されて容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が減少する。したがって、容器２の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなって電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることがなくなる。
【００５１】
しかも、アンテナ３１は天井面と略同径となっているため、容器２の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることができ、効率の低下がなく容器２内の均一性を維持できる。このため、容器２内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができ、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることをなくしたプラズマＣＶＤ装置となる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置は、処理室の天井面の上部に平面リング状のアンテナを配置し、給電手段によりアンテナに給電を行うことで処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に天井面の外方に位置する第２アンテナを配置し、アンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段を備えたので、第２アンテナの部位では、アンテナの部位の磁力線とは反対の磁力線が発生し、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ処理装置とすることが可能になる。
【００５３】
本発明のプラズマ処理方法は、処理室の天井面の上部からの給電により処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて処理を施すようにしたので、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ処理方法とすることが可能になる。
【００５４】
本発明のプラズマ成膜装置は、基板が収容される筒状容器と、筒状容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、筒状容器の天井面の上面に配置され給電により筒状容器内をプラズマ化する平面リング状のアンテナと、アンテナに給電を行うことにより筒状容器内に原料ガスのプラズマを発生させる給電手段とを備え、筒状容器内のプラズマで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に配置され天井面の外方に位置する第２アンテナと、給電手段によるアンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段とを備えたので、第２アンテナの部位では、アンテナの部位の磁力線とは反対の磁力線が発生し、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ成膜装置とすることが可能になる。
【００５５】
本発明のプラズマ成膜方法は、筒状容器の天井面の上部からの給電により筒状容器内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて膜を作製するようにしたので、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ成膜方法とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】アンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面図。
【図３】アンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面図。
【図４】アンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面図。
【図５】アンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面図。
【符号の説明】
１ プラズマＣＶＤ装置
２ 筒状容器（容器）
３ 成膜室
４ 天井板
５ ウエハ支持台
６ 基板
７ 載置部
８ 支持軸
１１，２２ 高周波アンテナ
１２ 高周波電源
１３ ガス供給ノズル
１４ 真空装置
２１，２４ 第２高周波電源
２３ 第２高周波アンテナ
２５ 位相シフタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを発生させて基板に処理を施すプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
本発明は、プラズマを発生させて気相成長法により基板の表面に成膜を行うプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを筒状容器内の成膜室の中に導入し、高周波アンテナから高周波を入射してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。プラズマＣＶＤ装置においては、基板と対向する天井面の上側に平面リング状の高周波アンテナを配置し、高周波アンテナに給電を行うことで高周波を筒状容器内に入射している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
基板と対向する天井面の上側に平面リング状の高周波アンテナが配置された誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置では、高周波アンテナの最外周側のコイルの磁力線（磁束密度線）が筒状容器の壁（筒面）を貫通する虞があった。磁力線（磁束密度線）が筒状容器の壁（筒面）を貫通すると、電子やイオンが磁力線に沿って移動するため、電子やイオンが筒状容器の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になる虞があった。
【０００５】
電子やイオンの壁面への衝突を抑制するため、平面リング状の高周波アンテナの径を筒状容器の径よりも小さくし、筒状容器の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなるようにすることも考えられている。この場合、筒状容器の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることが困難になり、効率が低下し筒状容器内の均一性が低下する問題が生じる虞があった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ処理装置は、処理室の天井面の上部に平面リング状のアンテナを配置し、給電手段によりアンテナに給電を行うことで処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に天井面の外方に位置する第２アンテナを配置し、アンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
そして、給電手段と第２給電手段を同一の交流電源としたことを特徴とする。
【００１０】
また、給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を同一方向にし、給電手段の交流電源と第２給電手段側の交流電源との位相を逆にする位相変更手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を逆方向にしたことを特徴とする。
【００１２】
また、基板の表面に対する処理は、励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製する成膜処理であることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ処理方法は、処理室の天井面の上部からの給電により処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて処理を施すことを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ成膜装置は、基板が収容される筒状容器と、筒状容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、筒状容器の天井面の上面に配置され給電により筒状容器内をプラズマ化する平面リング状のアンテナと、アンテナに給電を行うことにより筒状容器内に原料ガスのプラズマを発生させる給電手段とを備え、筒状容器内のプラズマで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に配置され天井面の外方に位置する第２アンテナと、給電手段によるアンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
そして、給電手段と第２給電手段を同一の交流電源としたことを特徴とする。
【００１６】
また、給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を同一方向にし、給電手段の交流電源と第２給電手段側の交流電源との位相を逆にする位相変更手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を逆方向にしたことを特徴とする。
【００１８】
上記目的を達成するための本発明のプラズマ成膜方法は、筒状容器の天井面の上部からの給電により筒状容器内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて膜を作製することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、成膜室に原料ガス（材料ガス：例えば、SiH4）を供給し、プラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に酸化シリコンや窒化シリコンの膜を作製するプラズマ成膜装置であり、筒状容器内に天井面の上側から平面リング状のアンテナに給電を行って誘導結合方式によりプラズマを発生させて基板の表面に酸化シリコンや窒化シリコンを成膜するものである。
【００２０】
この時、プラズマを発生させる給電電流と逆向きの電流を天井面の外方側で発生させ、壁の位置での壁面方向の磁束密度を小さくして電子やイオンの筒状容器の壁への衝突を抑制する。これにより、筒状容器の径に見合った径のアンテナを用いて筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させることができると同時に、壁面方向の磁束密度を小さくして過熱状態になることを抑制すると共にエッチング作用によるパーティクルの発生を抑制することができる。
【００２１】
従って、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ成膜装置とすることが可能になる。
【００２２】
そして、本発明は、プラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面にエッチング等の処理を施すプラズマ処理装置を適用することもできる。
【００２３】
以下、本発明をプラズマ成膜装置（プラズマＣＶＤ装置）に適用した実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２にはアンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面を示してある。
【００２５】
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１には、円筒状のアルミニウム製の筒状容器（容器）２が備えられ、容器２内に成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の絶縁体材料製（例えば、アルミナ：Ａｌ2 Ｏ3 ）の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。
【００２６】
天井板４の上には、例えば、円形コイルリング状（平面リング状）の高周波アンテナ１１が配置され、高周波アンテナ１１には図示しない整合器を介して高周波電源１２（交流電源） 接続されている（給電手段）。高周波アンテナ１１に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生させる。
【００２７】
容器２には、例えば、シラン（例えば SiH4)等の材料ガスを供給する原料ガス供給手段としてのガス供給ノズル１３が設けられ、ガス供給ノズル１３から成膜室３内に成膜材料（例えばSi）となる原料ガスが供給される。また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素等の補助ガスを供給する絶縁体材料製（例えば、アルミナ：Ａｌ2 Ｏ3 ）の補助ガス供給ノズル（図示省略）が設けられ、容器２の内部は真空装置１４により所定の圧力に維持される。
【００２８】
また、図示は省略したが容器２には基板６の搬入・搬出口が設けられ、図示しない搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００２９】
上述したプラズマＣＶＤ装置１では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられて保持される（例えば、静電チャック）。ガス供給ノズル１３から所定流量の原料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズルから所定流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源１２から高周波アンテナ１１に電力を供給して高周波を発生させる。
【００３０】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。
【００３１】
ところで、基板６と対向する天井面の上側に平面リング状の高周波アンテナ１１が配置された誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置１では、高周波アンテナ１１の最外周側のコイルの磁力線（磁束密度線）が容器２の壁（筒面）を貫通する虞があった。磁力線（磁束密度線）が容器２の壁（筒面）を貫通すると、電子やイオンが磁力線に沿って移動するため、電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になる虞があった。
【００３２】
このため、本実施形態例では、天井面の外方に位置するアンテナの周囲に第２アンテナが配置され、アンテナへの給電の電流と逆向きの電流が第２アンテナに供給されるようになっている。
【００３３】
即ち、図２に示すように、高周波アンテナ１１は略天井面と同じ径の部分がアンテナ１１ａとなり、天井面の外方に位置する部位が第２アンテナ１１ｂとされている。そして、第２アンテナ１１ｂの部位にはアンテナ１１ａの部位とは逆の接続状態で高周波電源１２から電流が給電されるようになっている（第２給電手段）。つまり、第２アンテナ１１ｂの部位では、アンテナ１１ａの部位の接地側のコイルに高周波電源１２が接続され、アンテナ１１ａの部位の高周波電源１２が接続される側のコイルは接地状態にされている。
【００３４】
これにより、第２アンテナ１１ｂの部位では、アンテナ１１ａの部位の磁力線Ｆ１とは反対の磁力線Ｆ２が発生し、容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線Ｆ１が反対の磁力線Ｆ２と合成されて容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が減少する。したがって、容器２の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなって電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることがなくなる。
【００３５】
しかも、アンテナ１１ａは天井面と略同径となっているため、容器の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることができ、効率の低下がなく容器２内の均一性を維持できる。このため、容器２内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができ、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることをなくしたプラズマＣＶＤ装置１となる。
【００３６】
図３乃至図５に基づいて他の実施形態例に係るアンテナ及び給電手段を備えたプラズマＣＶＤ装置の他の実施形態例を説明する。図３乃至図５にはアンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面状況を示してある。尚、アンテナ及び給電手段以外の構成部材は図１と同一であるので、図２に相当する図３乃至図５の平面状況の図面により説明し、同一の部分の構成の説明は省略してある。
【００３７】
第２実施形態例を説明する。
【００３８】
図３には第２実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置のアンテナの形状を表す平面を示してある。
【００３９】
図３に示した実施形態例では、アンテナとしての高周波アンテナ１１の構成は図１、図２と同一で平面コイル状をなしている。そして、アンテナ１１ａの部位には高周波電源１２が接続されると共に、第２アンテナ１１ｂの部位には、第２給電手段としての第２高周波電源２１が接続されている。そして、第２アンテナ１１ｂの部位はアンテナ１１ａの部位とは逆の接続状態で第２高周波電源２１から電流が給電されるようになっている。つまり、第２アンテナ１１ｂの部位では、アンテナ１１ａの部位の接地側のコイルに第２高周波電源１２が接続され、アンテナ１１ａの部位の高周波電源１２が接続される側のコイルは接地状態にされている。
【００４０】
これにより、図１に示した実施形態例と同様に、第２アンテナ１１ｂの部位では、アンテナ１１ａの部位の磁力線Ｆ１とは反対の磁力線Ｆ２が発生し、容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線Ｆ１が反対の磁力線Ｆ２と合成されて容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が減少する。したがって、容器２の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなって電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることがなくなる。
【００４１】
しかも、アンテナ１１ａは天井面と略同径となっているため、容器の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることができ、効率の低下がなく容器２内の均一性を維持できる。このため、容器２内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができ、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることをなくしたプラズマＣＶＤ装置となる。
【００４２】
第３実施形態例を説明する。
【００４３】
図４には第３実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置のアンテナの形状を表す平面を示してある。
【００４４】
図４に示した実施形態例では、天井板４の径と略同径のアンテナとしての平面コイル状の高周波アンテナ２２が配置され、高周波アンテナ２２の外側、即ち、天井面の外方に位置して高周波アンテナ２２とは別構成の第２アンテナ２３が配置されている。高周波アンテナ２２には高周波電源１２が接続されると共に、第２アンテナ２３には第２給電手段としての第２高周波電源２４が接続されている。高周波アンテナ２２と第２高周波電源２４とは同方向で高周波電源１２及び第２高周波電源２４が接続され、第２アンテナ２３には位相変更手段としての位相シフタ２５を介して第２高周波電源２４が接続されている。
【００４５】
高周波電源１２から高周波アンテナ２２へ送られる電流とは逆位相の電流を位相シフタ２５を介して第２高周波電源２４から第２アンテナ２３に供給することで、図１に示した実施形態例と同様に、第２アンテナ２３の部位では、高周波アンテナ２２の部位の磁力線とは反対の磁力線が発生し、容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が反対の磁力線と合成されて容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が減少する。したがって、容器２の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなって電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることがなくなる。
【００４６】
しかも、高周波アンテナ２２は天井面と略同径となっているため、容器２の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることができ、効率の低下がなく容器２内の均一性を維持できる。このため、容器２内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができ、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることをなくしたプラズマＣＶＤ装置となる。
【００４７】
第４実施形態例を説明する。
【００４８】
図５には第４実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置のアンテナの形状を表す平面を示してある。
【００４９】
図５に示した実施形態例では、同心リング状のアンテナ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄにより天井板４の径と略同径の高周波アンテナ３１が構成されて配置されている。高周波アンテナ３１の外側、即ち、天井面の外方に位置してリング状の第２アンテナ３２が配置されている。アンテナ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄには高周波電源１２が並列に接続されると共に、第２アンテナ３２にはリングアンテナ３１とは逆の接続状態で高周波電源１２に接続されている。つまり、第２アンテナ３２は、アンテナ３１の高周波電源１２と逆の状態で接続側と接地側とが逆の状態で高周波電源１２に接続されている。
【００５０】
これにより、図１に示した実施形態例と同様に、第２アンテナ３２の部位では、アンテナ３１の部位の磁力線とは反対の磁力線が発生し、容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が反対の磁力線と合成されて容器２の壁（筒面）を貫通する磁力線が減少する。したがって、容器２の壁の位置での壁面方向の磁束密度が小さくなって電子やイオンが容器２の壁に衝突し、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることがなくなる。
【００５１】
しかも、アンテナ３１は天井面と略同径となっているため、容器２の大きさに対して広い範囲で均一なプラズマを発生させることができ、効率の低下がなく容器２内の均一性を維持できる。このため、容器２内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができ、過熱状態になったりエッチング作用によりパーティクルの発生の原因になることをなくしたプラズマＣＶＤ装置となる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置は、処理室の天井面の上部に平面リング状のアンテナを配置し、給電手段によりアンテナに給電を行うことで処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に天井面の外方に位置する第２アンテナを配置し、アンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段を備えたので、第２アンテナの部位では、アンテナの部位の磁力線とは反対の磁力線が発生し、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ処理装置とすることが可能になる。
【００５３】
本発明のプラズマ処理方法は、処理室の天井面の上部からの給電により処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて処理を施すようにしたので、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ処理方法とすることが可能になる。
【００５４】
本発明のプラズマ成膜装置は、基板が収容される筒状容器と、筒状容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、筒状容器の天井面の上面に配置され給電により筒状容器内をプラズマ化する平面リング状のアンテナと、アンテナに給電を行うことにより筒状容器内に原料ガスのプラズマを発生させる給電手段とを備え、筒状容器内のプラズマで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に配置され天井面の外方に位置する第２アンテナと、給電手段によるアンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段とを備えたので、第２アンテナの部位では、アンテナの部位の磁力線とは反対の磁力線が発生し、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ成膜装置とすることが可能になる。
【００５５】
本発明のプラズマ成膜方法は、筒状容器の天井面の上部からの給電により筒状容器内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて膜を作製するようにしたので、筒状容器内に広い範囲で均一なプラズマを発生させても壁面方向の磁束密度を小さくすることができるプラズマ成膜方法とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】アンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面図。
【図３】アンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面図。
【図４】アンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面図。
【図５】アンテナの形状を表すプラズマＣＶＤ装置の平面図。
【符号の説明】
１ プラズマＣＶＤ装置
２ 筒状容器（容器）
３ 成膜室
４ 天井板
５ ウエハ支持台
６ 基板
７ 載置部
８ 支持軸
１１，２２ 高周波アンテナ
１２ 高周波電源
１３ ガス供給ノズル
１４ 真空装置
２１，２４ 第２高周波電源
２３ 第２高周波アンテナ
２５ 位相シフタ
Claims (11)
- 処理室の天井面の上部に平面リング状のアンテナを配置し、給電手段によりアンテナに給電を行うことで処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理装置において、アンテナと同一の平面上の周囲に天井面の外方に位置する第２アンテナを配置し、アンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１において、
給電手段と第２給電手段を同一の交流電源としたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１において、
給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を同一方向にし、給電手段の交流電源と第２給電手段側の交流電源との位相を逆にする位相変更手段を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１において、
給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を逆方向にしたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
基板の表面に対する処理は、励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製する成膜処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 処理室の天井面の上部からの給電により処理室内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理を施すプラズマ処理方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
- 基板が収容される筒状容器と、筒状容器内に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、筒状容器の天井面の上面に配置され給電により筒状容器内をプラズマ化する平面リング状のアンテナと、アンテナに給電を行うことにより筒状容器内に原料ガスのプラズマを発生させる給電手段とを備え、筒状容器内のプラズマで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜装置において、
アンテナと同一の平面上の周囲に配置され天井面の外方に位置する第２アンテナと、給電手段によるアンテナへの給電の電流と逆向きの電流を第２アンテナに供給する第２給電手段と
を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。 - 請求項７において、
給電手段と第２給電手段を同一の交流電源としたことを特徴とするプラズマ成膜装置。 - 請求項７において、
給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を同一方向にし、給電手段の交流電源と第２給電手段側の交流電源との位相を逆にする位相変更手段を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。 - 請求項７において、
給電手段の交流電源とアンテナとの接続及び第２給電手段の交流電源と第２アンテナとの接続を逆方向にしたことを特徴とするプラズマ成膜装置。 - 筒状容器の天井面の上部からの給電により筒状容器内にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に膜を作製するプラズマ成膜方法において、天井面の外方側でプラズマの発生による給電電流と同一の平面上に、該給電電流と逆向きの電流を発生させて膜を作製することを特徴とするプラズマ成膜方法。
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