JPH0448726A - 変調方式を用いるプラズマ発生装置及び方法 - Google Patents

変調方式を用いるプラズマ発生装置及び方法

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JPH0448726A JP2201077A JP20107790A JPH0448726A JP H0448726 A JPH0448726 A JP H0448726A JP 2201077 A JP2201077 A JP 2201077A JP 20107790 A JP20107790 A JP 20107790A JP H0448726 A JPH0448726 A JP H0448726A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、変調方式を用いるプラズマ発生装置および方
法に関するもので、半導体製造工程のうちエツチングや
成膜工程に応用されるＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴
）方式を用いる装置やＥＣＲ方式を用いるプラズマ発生
装置においてプラズマの内部均一度を向上するための装
置および方法に関する。
［従来の技術］ 一般に商業的な目的で製造されている半導体装置は半導
体基板の表面に威風　エツチングなどの処理を施して製
造されている。
プラズマを利用した半導体基板の処理装置では磁場を回
転させることによって形成した高密度のプラズマの均一
性を改善したり、また、導波管と、矩形モードのマイク
ロ波を円形モードに変換する矩形／円形変換手段を備え
て、プラズマ生成密度の不均一を改善するプラズマ反応
装置が開発さね実用化されている。
第３図は従来のＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴：　Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　　Ｒｅ５ｏｎ
ａｎｃｅ）によるプラズマ発生装置の構造を示す断面図
であり、１は磁場形成コイル、２は導波管、３は石英窓
、４はチェンバー壁、５はプラズマ接続リング、６は試
料支持台、７は試料を示している。
電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ発生装置は
、磁場形成コイルによって発生する磁場により回転運動
をする電子の回転周波数と、外部から導入するマイクロ
波の周波数を一致させ、回転する電子の回転周波数との
間で共鳴を生ずるとき、電子サイクロトロン中における
電子の運動と同様にマイクロ波のエネルギーを効率よく
電子に吸収させるもので、このときプラズマ発生効率は
最大となる。例えば、第３図の装置において導波管２か
ら２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を供給する場合
には、磁場形成コイル１によって形成される磁場の磁束
密度が８７５ガウスであればＥＣＲの条件が成立して共
鳴が生ずる。
ところが、磁場形成コイルによって形成される磁場の磁
束密度は中央部分が大きいので、共鳴が生ずる部分は限
定される。このため、プラズマの中央部分のイオン密度
は高く、周辺が低くなるのが一般的であった。
［発明が解決しようとする課題］ このようにして作られた従来のプラズマはプラズマ接続
リング５を通じて半導体のウエノ１等の試料７に到達し
、エツチングまたは化学的気相成長（ＣＶＤ）の処理が
なされるようになっているが、第３図においてＣで示さ
れているウェハの中央部と同図のＬおよびＲで示されて
いるような周辺部のエツチング速度または成膜速度の差
が大きくなるという不均一性の問題が発生するなどの欠
点があった ［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記のような従来の欠点を解消するため、プ
ラズマが発生する発生室の内部に電子サイクロトロン共
鳴が生ずる高密度イオン発生部分を磁場形成コイルに供
給する電流を変調することによって移動させることによ
りウエノ為上での平均エツチング速度の均一性を高める
のものである。
また、本発明の装置は磁場形成コイルと、多数個の出力
波形の電流を発生する関数電圧発生器と、固定電流方式
から可変電流方式へ変更するための変調用の関数電圧発
生器の出力電圧と基準電圧を合成して変調された電圧波
形を作る電圧合成器とを有し、上記電圧合成器の出力電
圧の変化によって電流を可変する電源から構成されたプ
ラズマ発生装置である。
［作用］ 本発明は、電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ
発生装置において、関数電圧発生器と関数電圧発生器の
出力電圧と基準電圧を合成して変調された電圧波形を作
る電圧合成器と、電子に回転力を与える磁場形成コイル
の電流を上記電圧合成器の出力電圧によって可変する電
源装置からなる変調方式を用いるプラズマ発生装置およ
びプラズマ発生方法であって、電子に回転力を与える磁
場形成コイルに供給する電流を可変してプラズマの均一
性を高めるものである。
［実施例］ 以下に本発明の実施例を示し更に詳細に説明する。
本発明は、従来の電子サイクロトロン共鳴によるプラズ
マ発生装置において、磁場発生に用いるコイルに供給さ
れる電流を固定電流から変調された可変電流へ変更する
もので、このために変調用の関数電圧発生器の出力電圧
と基準電圧を合成して変調された電圧波形を作る電圧合
成器から構成されており、上記電圧合成器を利用して基
準電圧と関数電圧発生器の電圧を変調し、変調した電圧
を入力電圧の変化によって出力電流が可変される電流供
給装置に入力して最終的に磁場形成コイルに供給される
電流ｉを変調波形とするものである。
なお、本発明は磁場形成のためのコイルを第１図に示す
ように単一コイル方式のみではなく、第２図に示すよう
に上下に分かれた複合コイル方式のいずれも使用するこ
とができる。複合コイル方式である場合には上部コイル
２１に供給する電流電流ｉ１と下部コイル２２に供給す
る電流１２を互いにそれぞれ制御できるようにし、それ
ぞれのコイルに供給する可変電流の位相を相互に反転さ
せる場合には更に効果を大きくするととができる。
本発明の磁場形成用の電流の電源装置は第５図に示すよ
うに、関数電圧発生器８、および基準電圧発生器９の出
力電圧を合成して変調された電圧を出力する電圧合成器
１０、電圧合成器の出力電圧によって磁場形成コイル１
への供給電流を可変する電流供給装置１１から構成され
ており、関数電圧発生器および基準電圧発生器には制御
装置からの制御信号１２が与えられる。
本発明の電流供給装置＃九　入力電圧の変化に基づいて
出力電流を変化するものであれば任意のものを使用する
ことができるが、通常はＯｖないし１０Ｖまで変化する
入力電圧Ｖ、により出力電流ｉが可変される機能を有す
るものを使用しており、磁場形成コイルに電流を供給し
、所定の磁場を作っている。
第４図は従来のＥＣＲ装置において磁場形成用電流の電
源装置のＶ、入力ボートにシステムのアナログ出力信号
を印加し、電子サイクロトロン共鳴を生成する条件の一
定値の電流を得ていることを示しているが、従来の装置
では一般に、プラズマの中央部分に共鳴が生ずるように
調整するため、このときのプラズマイオン密度分布は第
６図に示すように、中央部が高く周辺部は低くなる。
本発明は電源装置の入力ボートＶ、に電圧合成器の出力
電圧を接続し、電圧合成器は通常の関数電圧発生器の出
力ボートの電圧Ｖ２（第７図（ａ）ないし第７図（ｄ）
）とシステムの基準電圧ｖ１を合成したものであるので
、電源装置の出力電流は、第８図（ａ）ないし第８図（
ｄ）のように変調された電流ｉ　　（ｔ）が得られる。
なお、本発明の電圧合成器は多数個の能動素子との組合
せ回路で構成することができる。
関数電圧発生器の出方電圧Ｖ２が第７図（ａ）ないし第
７図（ｄ）で表されるように変化する結策第９図に示す
ような電流が磁場形成コイルに供給さね　０ないし１１
時間の範囲の電圧変化に対応した部分に電子サイクロト
ロン共鳴が生じる８７５ガウスの磁場が形成さね　中央
部分は８７５ガウスより強いために　中央部分のプラズ
マ密度は小さくなりその結果ドーナツ状となり、第９図
のＦのようなイオン密度分布を得るようになる。
一方、　ｔ、ないしｔ２の時間の範囲では中央部が８７
５ガウス近くとなり、中央部のイオン密度が最も高い状
態（第９図のＥ）を有する。
このとき、　ｔｌ、　ｔ２のデユーティサイクルと周波
数Ｔを適切に設定する場合、第９図のＥとＦのイオン密
度分布を有するようになり、これによってエツチング時
の蝕刻速度の均一度が向上し、まら成膜工程に応用され
るときには、成膜速度の均一性が向上する。
この場合、デユーティサイクルである１、／１゜は０．
工ないし０．　９の範囲が可能であり、周波数Ｔはコイ
ルのインダクタンスを考慮して、０゜１ないし１０Ｈｚ
の範囲が使用可能である。
なお、磁場形成コイルの電流を可変する手段について、
関数電圧発生器の出力電圧によって変調した信号電圧に
よって可変することについて述べたが、電流の可変の手
段は関数電圧発生器の出力に基づかなくとも可能なこと
は言うまでもない。
［発明の効果コ 本発明は電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用した
プラズマ発生装置のプラズマイオン密度分布を均一にす
るために　磁場形成用コイルに変調した電流を使用し、
電子サイクロトロン共鳴が生ずる高密度イオンの部分を
放射状の形態に移動させており、従来の固定電流方式と
比べてプラズマイオン密度分布が均一である面積が広く
なり、ウェーハ面における蝕刻速度または浸漬速度の均
一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は磁場形成コイルに変調された電流を供給する電
子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ発生装置の断
面図を示し、第２図には磁場形成用コイルを分割した電
子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ発生装置の断
面図を示し、第３図には従来の電子サイクロトロン共鳴
を利用したプラズマ発生装置を示し、第４図は第３図の
磁場形成コイルに流れる電流を示し、第５図は磁場形成
コイルに電流を供給する電源装置のブロック図であり、
第６図は従来の電子サイクロトロン共鳴により発生され
たプラズマ内部のイオン密度分布図、第７図は第５図の
電源装置の関数電圧発生器が作り出す電圧波形を示す図
、第８図は第５図の電源装置により作られた変調された
電流波形を示すに第９図は本発明による電子サイクロト
ロン共鳴による発生されたプラズマ内部のイオン密度分
布を示す。 １・・・磁場形成コイル、２・・・導波管、３・・・石
英窓、４・・・チェンバー壁、５・・・プラズマ接続リ
ング、６・・・試料支持台、７・・・試料、８・・・関
数電圧発生器９・・・基準電圧発生核　１０・・・電圧
合成器　１１・・・電流供給装置、　１２・・・制御信
号、２１・・・上部コイル、　２２・・・下部コイル

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ発生
    装置において、関数電圧発生器と関数電圧発生器の出力
    電圧と基準電圧を合成して変調された電圧波形を作る電
    圧合成器と、電子に回転力を与える磁場形成コイルの電
    流を上記電圧合成器の出力電圧によって可変する電流供
    給装置を有することを特徴とする変調方式を用いるプラ
    ズマ発生装置。
  2. （２）電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ発生
    方法において、関数電圧発生器の出力電圧と基準電圧を
    電圧合成器で合成して得られた変調された電圧によって
    出力電流を可変する電流供給装置の出力電流を電子に回
    転力を与える磁場形成コイルに供給してプラズマの均一
    性を高めることを特徴とする変調方式を用いるプラズマ
    発生方法。
  3. （３）関数電圧発生器のデューティー比が０．１ないし
    ０．９であり、周波数は　０．１Ｈｚないし１０Ｈｚで
    あることを特徴とする請求項２記載の変調方式を用いる
    プラズマ発生方法。
  4. （４）関数電圧発生器のデューティー比および周波数Ｔ
    を調整して、ウェハの全面に対して平均化されたイオン
    密度分布を形成することを特徴とする請求項２記載の変
    調方式を用いるプラズマ発生方法。
  5. （５）２個以上の磁場形成コイルを使用して合成された
    プラズマイオン密度の分布を均一化することを特徴とす
    る請求項２記載の変調方式を用いるプラズマ発生方法。
  6. （６）関数電圧発生器の出力波形が矩形波、鋸歯状波、
    三角波、正弦波であることを特徴とする請求項２記載の
    変調方式を用いるプラズマ発生方法。
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