JPH0216731A - プラズマ反応装置 - Google Patents
プラズマ反応装置Info
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- JPH0216731A JPH0216731A JP63165812A JP16581288A JPH0216731A JP H0216731 A JPH0216731 A JP H0216731A JP 63165812 A JP63165812 A JP 63165812A JP 16581288 A JP16581288 A JP 16581288A JP H0216731 A JPH0216731 A JP H0216731A
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- Japan
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- plasma
- chamber
- gas
- plasma generation
- generating chamber
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Links
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 21
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- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 5
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、電子サイクロトロン共鳴放電により発生さ
せたプラズマを用いて、半導体基板表面にエツチング、
薄膜形成等の処理を行うプラズマ反応装置に関する。
せたプラズマを用いて、半導体基板表面にエツチング、
薄膜形成等の処理を行うプラズマ反応装置に関する。
［従来の技術１
１Ｃ等の半導体装置の製造においては、半導体基板くウ
ェハ）の表面に薄膜形成、エツチング等の処理が行われ
る。このような半導体基板処理装置として、近年、電子
サイクロトロン共鳴放電によるプラズマを利用したプラ
ズマ反応装置が開発され実用化されている４ このようなプラズマ反応装置では、プラズマ発生室内に
反応性ガスを導入して、この反応性ガスに周波数２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。
ェハ）の表面に薄膜形成、エツチング等の処理が行われ
る。このような半導体基板処理装置として、近年、電子
サイクロトロン共鳴放電によるプラズマを利用したプラ
ズマ反応装置が開発され実用化されている４ このようなプラズマ反応装置では、プラズマ発生室内に
反応性ガスを導入して、この反応性ガスに周波数２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。
一方、プラズマ発生室の回りに設けられた磁気コイルに
より、プラズマ発生室に磁界を形成させる。
より、プラズマ発生室に磁界を形成させる。
この結果、プラズマ発生室内の反応性ガスの電子は、電
子サイクロトロン共鳴によりマイクロ波の電磁エネルギ
ーを吸収して加速され、プラズマ発生室内を高速で円運
動する。この際、マイクロ波の電磁エネルギーは２．４
５ＧＨｚの周波数において最も効率良く反応性ガスに吸
収される。このように高速で円運動する電子の衝突によ
りプラズマ発生室内には高密度のガスプラズマが発生す
る。
子サイクロトロン共鳴によりマイクロ波の電磁エネルギ
ーを吸収して加速され、プラズマ発生室内を高速で円運
動する。この際、マイクロ波の電磁エネルギーは２．４
５ＧＨｚの周波数において最も効率良く反応性ガスに吸
収される。このように高速で円運動する電子の衝突によ
りプラズマ発生室内には高密度のガスプラズマが発生す
る。
このガスプラズマは、磁気コイルの形成する磁力線に沿
ってプラズマ発生室から反応室内に移送され、反応室内
の半導体基板の表面に薄膜形成やエツチング等の処理を
施す。
ってプラズマ発生室から反応室内に移送され、反応室内
の半導体基板の表面に薄膜形成やエツチング等の処理を
施す。
［発明が解決しようとする課Ｍ］
このように、従来の電子サイクロトロン共鳴放電を利用
したプラズマ反応装置では、マイクロ波周波数２．４５
ＧＨｚ、印加磁場８７５ガウスの条件でプラズマ発生室
において電子サイクロトロン共鳴を起して電子を高速度
で円運動させ、これらの電子の衝突によりプラズマを発
生させている。
したプラズマ反応装置では、マイクロ波周波数２．４５
ＧＨｚ、印加磁場８７５ガウスの条件でプラズマ発生室
において電子サイクロトロン共鳴を起して電子を高速度
で円運動させ、これらの電子の衝突によりプラズマを発
生させている。
この際の電子のラーモア半径Ｒ〈荷電粒子が磁場中で行
う円運動の半径）は、プラズマ系の電子温度、ガス条件
等により変わるので一律に求めることはできないが、こ
れらの電子温度やガス条件を一定にすると、このう゛−
モア半径Ｒは、電子の速度Ｖに比例し、サイクロトロン
角振動数ωに反比例する：Ｒ＝ｖ／ω、従って、周波数
２．４５Ｇ Ｈｚの条件で電子温度を１００，０ＯＯＫ
と仮定すると、Ｒ＝ ０ 、１ ｍｙ程度となる。しか
し半導体基板やプラズマ発生室の半径は通常Ｉｃｍ以上
あり、このＲの値は基板やプラズマ発生室の半径に比べ
て極端に小さい。このためプラズマ発生室内のプラズマ
生成密度に場所的な不均一を生じ易く、この結果、反応
室内の半導体基板の表面に到達する反応性イオンの量も
不均一となり、半導体基板表面を均一に処理するのが難
しいという問題点があった。
う円運動の半径）は、プラズマ系の電子温度、ガス条件
等により変わるので一律に求めることはできないが、こ
れらの電子温度やガス条件を一定にすると、このう゛−
モア半径Ｒは、電子の速度Ｖに比例し、サイクロトロン
角振動数ωに反比例する：Ｒ＝ｖ／ω、従って、周波数
２．４５Ｇ Ｈｚの条件で電子温度を１００，０ＯＯＫ
と仮定すると、Ｒ＝ ０ 、１ ｍｙ程度となる。しか
し半導体基板やプラズマ発生室の半径は通常Ｉｃｍ以上
あり、このＲの値は基板やプラズマ発生室の半径に比べ
て極端に小さい。このためプラズマ発生室内のプラズマ
生成密度に場所的な不均一を生じ易く、この結果、反応
室内の半導体基板の表面に到達する反応性イオンの量も
不均一となり、半導体基板表面を均一に処理するのが難
しいという問題点があった。
この発明は上述したような問題点を解決するためになさ
れたもので、半導体基板の表面処理の均一性を向上させ
ることができるプラズマ反応装置を得ることを目的とす
る。
れたもので、半導体基板の表面処理の均一性を向上させ
ることができるプラズマ反応装置を得ることを目的とす
る。
［課題を解決するための手段］
この発明に係るプラズマ反応装置は、周波数２Ｇ Ｈｚ
以下、１００ＭＨｚ以上のマイクロ波を発生させ、発生
したマイクロ波をプラズマ発生室に導入してその内部の
反応性ガスに電子サイクロ１〜ロン共鳴を起こさせる手
段を備えたものである。
以下、１００ＭＨｚ以上のマイクロ波を発生させ、発生
したマイクロ波をプラズマ発生室に導入してその内部の
反応性ガスに電子サイクロ１〜ロン共鳴を起こさせる手
段を備えたものである。
［作用］
この発明におけるプラズマ反応装置では、電子サイクロ
トロン共鳴に用いるマイクロ波の周波数を２ Ｇ Ｈｚ
以下、１００ＭＨｚ以上に限定しているので、電子のラ
ーモア半径Ｒは、プラズマ発生室や半導体基板の半径と
の関係において適切な範囲において可及的に大きな値に
することができる。
トロン共鳴に用いるマイクロ波の周波数を２ Ｇ Ｈｚ
以下、１００ＭＨｚ以上に限定しているので、電子のラ
ーモア半径Ｒは、プラズマ発生室や半導体基板の半径と
の関係において適切な範囲において可及的に大きな値に
することができる。
従ってプラズマ発生室におけるプラズマ生成密度が略均
−化され、半導体基板の表面処理の均一性が著しく向上
する。
−化され、半導体基板の表面処理の均一性が著しく向上
する。
［実施例］
次に第１図および第２図を参照しながらこの発明の一実
施例について説明する。
施例について説明する。
第１図は、電子サイクロトロン共鳴放電により発生する
プラズマを利用した、本発明によるプラズマ反応装置の
概略断面図である。第１図において、このプラズマ反応
装置は、反応室１と、その反応室１の上部に設けられ、
下端を反応室１の上部に開口させた円筒状のプラズマ発
生室２と、マイクロ波を発生する高周波源３と、その高
周波源３とプラズマ発生室２を結ぶ高周波伝送路４と、
プラズマ発生室２の外周部に、それを囲むように設けら
れた磁気コイル５とを有する。プラズマ発生室２の上部
にはガス導入口６が設けられ、反応室１の底部には排気
ロアが設けられている。また、反応室１内においてその
底部には、プラズマ発生室２の開口下端に対向して、半
導体基板９を載せる保持台８が設けられている。
プラズマを利用した、本発明によるプラズマ反応装置の
概略断面図である。第１図において、このプラズマ反応
装置は、反応室１と、その反応室１の上部に設けられ、
下端を反応室１の上部に開口させた円筒状のプラズマ発
生室２と、マイクロ波を発生する高周波源３と、その高
周波源３とプラズマ発生室２を結ぶ高周波伝送路４と、
プラズマ発生室２の外周部に、それを囲むように設けら
れた磁気コイル５とを有する。プラズマ発生室２の上部
にはガス導入口６が設けられ、反応室１の底部には排気
ロアが設けられている。また、反応室１内においてその
底部には、プラズマ発生室２の開口下端に対向して、半
導体基板９を載せる保持台８が設けられている。
この装置の動作は次の通りである。反応室１内部に残っ
たガスを排気ロアから十分に排気した後、反応室１及び
プラズマ発生室２内にガス導入口６から反応性ガスを導
入しながらその一部を排気ロアから排気し、ガス圧力を
所定の値に保つ、さらにプラズマ発生室２に、高周波源
３の発生するマイクロ波を高周波伝送路４を介して導入
する。
たガスを排気ロアから十分に排気した後、反応室１及び
プラズマ発生室２内にガス導入口６から反応性ガスを導
入しながらその一部を排気ロアから排気し、ガス圧力を
所定の値に保つ、さらにプラズマ発生室２に、高周波源
３の発生するマイクロ波を高周波伝送路４を介して導入
する。
方、プラズマ発生室２の回りに設けられた磁気コイル５
に通電してこの磁気コイル５により、プラズマ発生室２
及び反応室１内において、プラズマ発生室２から反応室
１に向がって発散する不均一な磁界を形成させる。
に通電してこの磁気コイル５により、プラズマ発生室２
及び反応室１内において、プラズマ発生室２から反応室
１に向がって発散する不均一な磁界を形成させる。
この結果、プラズマ発生室２内の反応性ガスの電子は、
電子サイクロトロン共鳴によりマイクロ波の電磁エネル
ギーを吸収して加速され、プラズマ発生室２内を円運動
しながら螺旋状に下降する。
電子サイクロトロン共鳴によりマイクロ波の電磁エネル
ギーを吸収して加速され、プラズマ発生室２内を円運動
しながら螺旋状に下降する。
このように高速で円運動する電子の衝突によりブラズマ
発生室２内には高密度のガスプラズマが発生する。この
ガスプラズマは、磁気コイル５の形成する磁力線に沿っ
てプラズマ発生室２から反応室１内に移送され、保持台
８上の半導体基板９の表面に薄膜形成やエツチング等の
処理を施す、なお、この際に用いられるガスの種類、圧
力、マイクロ波電力等は、基板処理工程の種類により選
択される。
発生室２内には高密度のガスプラズマが発生する。この
ガスプラズマは、磁気コイル５の形成する磁力線に沿っ
てプラズマ発生室２から反応室１内に移送され、保持台
８上の半導体基板９の表面に薄膜形成やエツチング等の
処理を施す、なお、この際に用いられるガスの種類、圧
力、マイクロ波電力等は、基板処理工程の種類により選
択される。
ところで、本発明者等は鋭意研究、開発した結果、電子
サイクロトロン共鳴に用いられるマイクロ波の周波数と
電子ラーモア半径及び基板表面の処理均一性との間に、
第２図に示すような一定の関係が存在すること、すなわ
ち、マイクロ波の周波数が大きくなるにつれて、ラーモ
ア半径Ｒが小さくなることを見出した。第２図において
、電子の運動エネルギを１０ｅＶ とした場合のマイク
ロ波周波数ｆと電子のラーモア半径Ｒとの関係が実線で
示され、さらに該周波数ｆと半導体基板表面の処理均一
性Ｕ（％）との関係が破線で示されている。ここで、半
導体基板表面内における最大エツチング深さ或は最大形
成膜厚をＬ ｗａｘ、最小エツチング深さ或は最小形成
膜厚をＬ＋・ｉｎとすると、均一性Ｕは、 Ｌｌ＝ （１−（Ｌｍａｘ−Ｌ＋ｓｉｎ／ Ｌｍａｘ＋
ＬＩｌｌｉｎ）ｌ ｘ １００ （Ｓ）で表される。
サイクロトロン共鳴に用いられるマイクロ波の周波数と
電子ラーモア半径及び基板表面の処理均一性との間に、
第２図に示すような一定の関係が存在すること、すなわ
ち、マイクロ波の周波数が大きくなるにつれて、ラーモ
ア半径Ｒが小さくなることを見出した。第２図において
、電子の運動エネルギを１０ｅＶ とした場合のマイク
ロ波周波数ｆと電子のラーモア半径Ｒとの関係が実線で
示され、さらに該周波数ｆと半導体基板表面の処理均一
性Ｕ（％）との関係が破線で示されている。ここで、半
導体基板表面内における最大エツチング深さ或は最大形
成膜厚をＬ ｗａｘ、最小エツチング深さ或は最小形成
膜厚をＬ＋・ｉｎとすると、均一性Ｕは、 Ｌｌ＝ （１−（Ｌｍａｘ−Ｌ＋ｓｉｎ／ Ｌｍａｘ＋
ＬＩｌｌｉｎ）ｌ ｘ １００ （Ｓ）で表される。
なお、ｕ ＝１００％は完全に均一な処理であることを
示す。
示す。
この発明の実施例における諸元の具体例は次の通りであ
る： プラズマ発生室直径： ３００ｚｍ半導体基板直
径： １５０ｚｚ高周波源発振周波数：
０．５ＧＨｚ高周波源出カニ ６０
０ ワットプラズマ発生室内磁束密度： １７９ ガウ
スこの発明では、高周波源３の発振丈るマイクロ波の周
波数は、電子サイクロトロン共鳴における電子のラーモ
ア半径Ｒが適切な値となり半導体基板９の表面処理の均
一性が増すように１００ＭＨ２〜２ Ｇ Ｈｚの間で選
択されるものである。第２図から明らかなように、従来
マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚでは８５％に留ま
っていた表面処理の均一性が、マイクロ波の周波数を２
．０ Ｇ Ｈｚ以下とすることにより８４％以上に、１
．ＱＧＨｚ以下とすることにより９２％以上に、また０
、５Ｇ Ｈｚ以下とすることにより９７％以上に向上す
る。さらにこの発明における周波数の下限値である１０
０ＭＨｚでは９９％程度にまで改善される。
る： プラズマ発生室直径： ３００ｚｍ半導体基板直
径： １５０ｚｚ高周波源発振周波数：
０．５ＧＨｚ高周波源出カニ ６０
０ ワットプラズマ発生室内磁束密度： １７９ ガウ
スこの発明では、高周波源３の発振丈るマイクロ波の周
波数は、電子サイクロトロン共鳴における電子のラーモ
ア半径Ｒが適切な値となり半導体基板９の表面処理の均
一性が増すように１００ＭＨ２〜２ Ｇ Ｈｚの間で選
択されるものである。第２図から明らかなように、従来
マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚでは８５％に留ま
っていた表面処理の均一性が、マイクロ波の周波数を２
．０ Ｇ Ｈｚ以下とすることにより８４％以上に、１
．ＱＧＨｚ以下とすることにより９２％以上に、また０
、５Ｇ Ｈｚ以下とすることにより９７％以上に向上す
る。さらにこの発明における周波数の下限値である１０
０ＭＨｚでは９９％程度にまで改善される。
なお周波数１００Ｍｌ−１ｚにおけるラーモア半径Ｒは
、２．４ｕであり、これ以下の周波数は実用的ではない
。
、２．４ｕであり、これ以下の周波数は実用的ではない
。
高周波源３の発振周波数は、この周波数域において固定
されているものでも可変のものでもよいが、具体的な周
波数はプラズマ発生室２等の寸法や電子の運動速度に応
じ、電子のラーモア半径Ｒが適切な値となるように選択
する。従って、高周波源３としては、発信周波数を１０
０Ｍｌ−１ｚ〜２ＧＨｚの範囲において任意に可変制御
できるものが好ましい。
されているものでも可変のものでもよいが、具体的な周
波数はプラズマ発生室２等の寸法や電子の運動速度に応
じ、電子のラーモア半径Ｒが適切な値となるように選択
する。従って、高周波源３としては、発信周波数を１０
０Ｍｌ−１ｚ〜２ＧＨｚの範囲において任意に可変制御
できるものが好ましい。
高周波伝送路４は、高周波源３の発生したマイクロ波を
プラズマ発生室２に導くものであり、マイクロ波の周波
数が比較的低い場合には導波管のほか同軸ケーブルを用
いることもできる。
プラズマ発生室２に導くものであり、マイクロ波の周波
数が比較的低い場合には導波管のほか同軸ケーブルを用
いることもできる。
磁気コイル５は、プラズマ発生室２および反応室１にお
いて、プラズマ発生室２から反応室１に向かって発散す
る不均一な磁界を形成する。この磁界の磁束密度は高周
波源３の発生するマイクロ波の周波数に応じて選択され
る。
いて、プラズマ発生室２から反応室１に向かって発散す
る不均一な磁界を形成する。この磁界の磁束密度は高周
波源３の発生するマイクロ波の周波数に応じて選択され
る。
なお、上記実施例において、高周波源３、高周波伝送路
４及び磁気コイル５は、本発明の、周波数２ Ｇ Ｈｚ
以下、１００ＭＨｚ以上のマイクロ波を発生させ、発生
したマイクロ波をプラズマ発生室に導入してその内部の
反応性ガスに電子サイクロトロン共鳴を起こさせる手段
を構成する。
４及び磁気コイル５は、本発明の、周波数２ Ｇ Ｈｚ
以下、１００ＭＨｚ以上のマイクロ波を発生させ、発生
したマイクロ波をプラズマ発生室に導入してその内部の
反応性ガスに電子サイクロトロン共鳴を起こさせる手段
を構成する。
［発明の効果］
以上のようにこの発明の装置は、周波数２ Ｇ Ｈｚ以
下、１００Ｍｆ−（ｚ以下のマイクロ波を発生させ、発
生したマイクロ波をプラズマ発生室に導入して電子サイ
クロトロン共鳴を起こさせる手段を備えているので、電
子サイクロトロン共鳴における電子のラーモア半径を、
装置の寸法等に適した範囲内において可及的に大きな値
にすることができる、従ってプラズマ生成の場所的な不
均一が解消され、半導体基板に入射する反応性イオン量
の基板表面でのばらつきが無くなり、表面処理の均一性
を向上できる効果がある。
下、１００Ｍｆ−（ｚ以下のマイクロ波を発生させ、発
生したマイクロ波をプラズマ発生室に導入して電子サイ
クロトロン共鳴を起こさせる手段を備えているので、電
子サイクロトロン共鳴における電子のラーモア半径を、
装置の寸法等に適した範囲内において可及的に大きな値
にすることができる、従ってプラズマ生成の場所的な不
均一が解消され、半導体基板に入射する反応性イオン量
の基板表面でのばらつきが無くなり、表面処理の均一性
を向上できる効果がある。
第１図は、この発明によるプラズマ反応装置の概略断面
図、第２図は、この発明によるサイクロトロン共鳴に用
いられるマイクロ波の周波数と電子ラーモア半径及び処
理均一性の関係を示すグラフである。 図面において、１は反応室、２はプラズマ発生室、３は
高周波源、４は高周波伝送路、５は磁気コイル、６はガ
ス導入口、７は排気口、８は保持台、９は半導体基板で
ある。 すキ俸組 正置 昭和６３年１２月２２日
図、第２図は、この発明によるサイクロトロン共鳴に用
いられるマイクロ波の周波数と電子ラーモア半径及び処
理均一性の関係を示すグラフである。 図面において、１は反応室、２はプラズマ発生室、３は
高周波源、４は高周波伝送路、５は磁気コイル、６はガ
ス導入口、７は排気口、８は保持台、９は半導体基板で
ある。 すキ俸組 正置 昭和６３年１２月２２日
Claims (1)
- 電子サイクロトロン共鳴放電によりプラズマを発生させ
、真空容器内の半導体装置基板表面にエッチングや薄膜
形成等の処理を行うプラズマ反応装置において、周波数
２ＧＨ＿ｚ以下、１００ＭＨ＿ｚ以上のマイクロ波を発
生させ、発生したマイクロ波をプラズマ発生室に導入し
てその内部の反応性ガスに電子サイクロトロン共鳴を起
こさせる手段を備えることを特徴とするプラズマ反応装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63165812A JPH0216731A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | プラズマ反応装置 |
| US07/279,016 US4915979A (en) | 1988-07-05 | 1988-12-02 | Semiconductor wafer treating device utilizing ECR plasma |
| DE3921844A DE3921844A1 (de) | 1988-07-05 | 1989-07-03 | Vorrichtung zur behandlung von halbleiterwafern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63165812A JPH0216731A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | プラズマ反応装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0216731A true JPH0216731A (ja) | 1990-01-19 |
Family
ID=15819465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63165812A Pending JPH0216731A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | プラズマ反応装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4915979A (ja) |
| JP (1) | JPH0216731A (ja) |
| DE (1) | DE3921844A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130118881A (ko) | 2010-10-14 | 2013-10-30 | 도아고세이가부시키가이샤 | 항알레르겐제 |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5780313A (en) | 1985-02-14 | 1998-07-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of fabricating semiconductor device |
| US6784033B1 (en) | 1984-02-15 | 2004-08-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for the manufacture of an insulated gate field effect semiconductor device |
| JPH0752718B2 (ja) * | 1984-11-26 | 1995-06-05 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 薄膜形成方法 |
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