JPH05275381A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

プラズマプロセス装置

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JPH05275381A
JPH05275381A JP4100498A JP10049892A JPH05275381A JP H05275381 A JPH05275381 A JP H05275381A JP 4100498 A JP4100498 A JP 4100498A JP 10049892 A JP10049892 A JP 10049892A JP H05275381 A JPH05275381 A JP H05275381A
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JP
Japan
Prior art keywords
plasma
sample
chamber
magnetic field
plasma generation
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Pending
Application number
JP4100498A
Other languages
English (en)
Inventor
Taku Inoue
卓 井上
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication of JPH05275381A publication Critical patent/JPH05275381A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ生成室内から試料室内の試料に至る
間の複数個所で夫々磁場分布,磁場強度を独立的に調整
可能な領域を設ける。 【構成】 プラズマ生成室1及びこれに連設した試料室
3にわたる周囲に、これと同心状に少なくとも2つの励
磁コイル4,5を配設し、夫々に互いに逆向きに直流電
流を通流し、プラズマ生成室1内から試料室3の試料S
に至る間において、少なくとも一個所で前記励磁コイル
4,5の磁場M1 ,M2 が反転するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造過程
で、プラズマを用いてウェーハ等の試料表面に対する成
膜,エッチング,表面改質等の処理を行うプラズマプロ
セス装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図8(a) はエッチング装置として構成し
た従来におけるマイクロ波を用いた電子サイクロトロン
共鳴を利用するプラズマプロセス装置の縦断面図であ
り、31はプラズマ生成室を示している。プラズマ生成室
31はその上部壁中央に石英ガラス板にて封止したマイク
ロ波導入窓31a を、また下部壁中央には前記マイクロ波
導入窓31a と対向する位置に円形のプラズマ引出窓31b
を夫々備えている。
【0003】前記マイクロ波導入窓31a には他端を図示
しない高周波発振器に接続した導波管32の一端が接続さ
れ、またプラズマ引出窓31b に臨ませて試料室33を配設
し、更に周囲にはプラズマ生成室31及びこれに接続した
導波管32の一端部にわたってこれらを囲繞する態様でこ
れらと同心状に励磁コイル34を配設してある。試料室33
内には載置台37が配設され、その上には円板形をなすウ
ェーハ等の試料Sがそのまま、又は静電吸着等の手段に
て着脱可能に載置されている。
【0004】而してこのようなエッチング装置にあって
は、所要の真空度に設定したプラズマ生成室31, 試料室
33内に夫々ガス供給系を介して原料ガスを供給し、励磁
コイル34にて磁界を形成しつつ、プラズマ生成室31内に
マイクロ波を導入し、プラズマ生成室31を空洞共振器と
してプラズマ原料ガスを電子サイクロトロン共鳴励起し
てプラズマを生成させ、生成させたプラズマを励磁コイ
ル34にて形成される試料室33側に向かうに従い磁束密度
が低下する発散磁界によって試料室33内の載置台37上の
試料S周辺に導き、試料S表面にエッチングを行うよう
になっている(特開昭57−133636号) 。
【0005】図8(b) は励磁コイル34の中心軸上におけ
る磁場強度分布図である。図8(b) から明らかな如く、
プラズマ生成室31の中央部では略875 Gの磁場が形成さ
れ、電子サイクロトロン共鳴励起条件を満足させ、ここ
から試料室33側に向かうに従って漸次磁場強度が低下
し、試料S表面で略零となる分布となっている。
【0006】ところでプラズマ生成室31から試料室33へ
のプラズマの導出は電子サイクロトロン共鳴条件を成立
させるべく励磁コイル34にて形成される磁場を、プラズ
マ生成室から試料室側に向かう発散磁界として、これを
プラズマの導出にも利用する構造となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来装置ではプ
ラズマ室内でのプラズマ生成用磁場と、プラズマ室から
プラズマを引き出し試料まで導く磁場を分離し、夫々の
領域での磁場分布と強度を独立に制御できないので、処
理を行なうためのプラズマの精細な制御が出来ない。
【0008】また従来装置では磁力線がプラズマ生成室
31から試料室33内, 特に試料S面迄連続するため、試料
S表面での磁束管径Rに比較してプラズマ生成室31内で
の磁束管の径rは極めて小さくなり、プラズマが磁力線
に沿って輸送される時プラズマ生成室31内の極く限られ
た領域中のプラズマのみしか利用出来ず、プラズマの利
用効率が悪いという問題があった。
【0009】更に製造するデバイスの種類によっては、
例えばポリシリコンのパターンのエッチング処理後の断
面形状に歪み, 或いはアンダーカット等の異常を招くこ
となく垂直な側面を持つようCl2 ガスプラズマを用いて
エッチングする場合等には、試料S表面における磁場強
度を30G以下の低い値に抑制する必要があるが、このた
めにはプラズマ生成室31内で電子サイクロトロン共鳴条
件を満たす875 Gの磁場強度を30Gの磁場強度に変化さ
せるべくプラズマ生成室31に対する試料Sの位置を遠近
調整し、また補助コイルで磁場を打ち消す等の手段を要
し、その上このような勾配の大きい磁場内を移動するイ
オンは加速され、このエネルギーの高いイオンが試料表
面に入射するため試料表面のダメージが大きくなるとい
う問題もあった。
【0010】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところはプラズマ生成室内から
試料室内の試料に至る間の複数個所で磁場分布と強度と
を独立に制御可能としてプラズマの安定化,利用効率の
向上を図ると共に、プラズマ生成室の損傷も防止し得る
ようにしたプラズマプロセス装置を提供するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマプ
ロセス装置は、磁場とマイクロ波とを用いてプラズマ生
成室内にプラズマを生成させ、該プラズマを磁力線に沿
ってプラズマ生成室内に連設した試料室に導き、該試料
室内の試料にプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置
において、プラズマ生成室内から試料室内の試料に至る
間に、少なくとも一個所以上、磁場の向きが逆転する領
域を有することを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明にあっては、プラズマ生成室から試料室
内の試料に至る間の少なくとも一個所でコイルの軸方向
磁場を逆転させて磁場分布が零の領域を設定すること
で、プラズマはこの領域を横断して試料側に移送するこ
ととなり、発散磁界によるイオンの加速を容易に制限す
ることが可能となる。
【0013】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。図1(a) は本発明に係るプラズマプ
ロセス装置の模式的縦断面図であり、図中1はプラズマ
生成室、2は導波管、3は試料Sに対し成膜等の処理を
施す試料室、4は励磁コイルを示している。
【0014】プラズマ生成室1はマイクロ波に対して空
洞共振器を構成するよう形成されており、上部壁中央に
は石英ガラス板等のマイクロ波透過物質で封止されたマ
イクロ波導入窓1aを備え、また下部壁中央には前記マイ
クロ波導入窓1aと対向する位置にプラズマの引出窓1bを
備えている。
【0015】前記マイクロ波導入窓1aには導波管2の一
端部が接続され、またプラズマの引出窓1bにはこれに臨
ませて試料室3が連設され、更に周囲にはプラズマ生成
室1及びこれに連結された導波管2の一端部にわたって
励磁コイル4が、またプラズマ生成室1及びこれに連設
された試料室3の上端部外周にわたって励磁コイル5が
夫々周接せしめられている。
【0016】導波管2の他端部は図示しない高周波発振
器に接続されている。励磁コイル4,5は夫々図示しな
い直流電源に接続されており、励磁コイル4は直流電流
の通流によってプラズマ生成室1内にマイクロ波の導入
によりプラズマを生成し得るよう上向きの磁界M1 を形
成し、また励磁コイル5は同じく直流電流の通流によっ
てプラズマ生成室1の下端寄りの位置から試料室3側に
向けて発散する磁界M2 を形成するようになっている。
【0017】試料室3はプラズマ生成室1に接続された
上端部がプラズマ生成室1と略等大の横断面積を有し、
ここから下側に向かうに従って断面積が漸次増大されて
肩部3aが形成され、この肩部3aよりも下方は中空の円筒
形に形成され、プラズマの引出窓1bと対向する底壁には
図示しない排気装置に連なる排気口が設けられている。
前記励磁コイル5はプラズマ生成室1の下端部外周から
前記肩部3aの外周にわたるよう設けられている。また試
料室3の内部には前記プラズマ引出窓1bの直下にこれと
対向させて載置台7が配設され、この載置台7上に試料
Sが配設されている。
【0018】而してこのような本発明装置にあっては、
反応室3内の載置台7上に試料Sを載置し、プラズマ生
成室1,試料室3内を所要の真空度に設定した後、図示
しないガス供給系を通じてプラズマ生成室1,試料室3
内に、例えばCl2 ガス等の原料ガスを供給し、励磁コイ
ル4,5に直流電流を通流し、励磁コイル4にて875G
の磁場を発生させ、導波管2,マイクロ波導入窓1aを通
じて周波数2.45GHz のマイクロ波をプラズマ生成室1内
に導入する。
【0019】プラズマ生成室1内に導入されたマイクロ
波はプラズマ空洞共振器として機能するプラズマ生成室
1内で共振状態となり、原料ガスを分解し、電子サイク
ロトロン共鳴励起してプラズマを生成せしめる。発生し
たプラズマは励磁コイル5にて形成される発散磁場M2
によって試料室3に導出され、試料S表面へのエッチン
グを行うようになっている。
【0020】図1(b) は励磁コイル4,5の中心軸線上
の各部における磁場強度分布を示すグラフであり、図8
(b) に示す従来装置のそれと比較すれば明らかな如く、
プラズマ生成室1の他端部寄りの位置で磁場の向きが逆
転しており、プラズマはこの逆転領域から励磁コイル5
の磁場M2 に沿って加速されつつ試料室3側に向かうこ
ととなり、加速距離が短く試料S表面へのダメージを低
減し得る。
【0021】図2(a) は本発明の他の実施例を示す模式
図であり、プラズマ生成室1の外周壁に、その軸長方向
寸法と略等しい棒磁石11が縦向きにした状態で周方向に
略等間隔で配設されている。各棒磁石11はプラズマ生成
室1の周壁側に向けてN極又はS極を対向させ、且つ周
方向において相隣する磁極が互いに反対極となるよう交
互に配設されている。他の構成は図1に示す実施例と実
質的に同じであり、対応する部分に同じ番号を付して説
明を省略する。
【0022】図2(b) は棒磁石11にて形成されたプラズ
マ生成室1内のマルチカスプ磁場を示す説明図であり、
これによって生成されたプラズマがプラズマ生成室1の
周壁側に移動するのが防止され、プラズマ密度が安定す
ると共に、プラズマ生成室1の内周壁がエッチングされ
るのを防止する。
【0023】図3は本発明の更に他の実施例を示す模式
図であり、この実施例にあっては励磁コイル4,5夫々
がプラズマ生成室1,試料室3の外周壁と対向する側、
及び励磁コイル5の下面を除く全外周面にわたって強磁
性体12を設けてある。このような実施例にあっては、励
磁コイル4,5を小さくしても十分な磁場強度が得ら
れ、それだけ小型化が容易となる。
【0024】図4は本発明の更に他の実施例を示す模式
図であり、この実施例にあっては図1(a) に示す実施例
に加えて載置台7が位置する部分の試料室3の横断面積
を縮小し、この縮小部分に載置台7の外周と対向させて
励磁コイル13を設けた構成としてある。このような構成
とすることで試料S表面に対する磁力線の入射角度が大
きく、即ち垂直に近づき、例えばポリシリコンをエッチ
ングする場合にもエッチング断面が垂直になり形状異常
が防止される外、試料S周縁部におけるプラズマ密度が
相対的に高くなり、試料S表面に対するプラズマ分布が
均一化されることとなる。
【0025】図5は本発明の更に他の実施例を示す模式
図であり、プラズマ生成室と試料室との間にわたして設
けた励磁コイル14,15 の軸長方向寸法を変更し、励磁コ
イル14はプラズマ生成室1の軸長方向の全長にわたり上
端側は導波管2の一端部に、また下端側は試料室3の上
端部に対向するよう設けられ、一方励磁コイル15は試料
室3の肩部3aから載置台7上の試料Sの配置位置近傍の
外周と対向するように配設されている。このような構成
とすることで、試料室3内で磁場が逆転することとな
り、この逆転位置から試料S表面迄の距離は更に短縮さ
れ、且つ試料S表面に対する磁力線の入射角度も略垂直
となって、エッチング断面形状の異常が防止され、プラ
ズマ密度も均一化される。
【0026】図6,図7は夫々本発明の更に他の実施例
を示す模式図であり、図6に示す実施例にあっては図1
に示す実施例において励磁コイル4をその軸長方向の中
間部で2分し、全体として3個の励磁コイル4,5及び
16を設けた構成としてある。また図7に示す実施例にあ
っては、図6に示す実施例の励磁コイル16に代えて2個
の円形リング状をなし、内周,外周の磁極が互いに反対
の永久磁石17,18 を設けた構成となっている。このよう
な実施例にあっては、プラズマ生成室1内に2個所の磁
場逆転領域が形成され、プラズマに対する制御を一層精
細に行い得ることとなる。他の構成及び作用は図6に示
す実施例と実質的に同じであり、対応する部分には同じ
符号を付して説明を省略する。
【0027】なお上述の実施例にあっては、電子サイク
ロトロン共鳴によりプラズマを生成する場合について説
明したが、強い磁場のみでプラズマを生成させ、弱い磁
場でプラズマを制御するようにした装置にも適用し得
る。また実施例はいずれもエッチング装置として構成し
た場合を示したが、CVD 装置, スパッタ装置, 表面改質
装置、その他各種の用途のプラズマ生成装置として適用
し得ることは勿論である。
【0028】
【発明の効果】以上の如く本発明に係るプラズマプロセ
ス装置にあっては、プラズマ生成室内から試料室内の試
料に至る間に少なくとも1つの磁場の逆転領域を形成し
たから、プラズマは磁場の逆転領域で磁場による制御か
ら解放され、その後試料表面に向かう磁力線に沿って試
料表面側に導出されるから、プラズマの制御を精細に行
うことが出来、プラズマ分布の均一化,プラズマの利用
効率の向上,試料に対するダメージのない処理が可能と
なる等、本発明は優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラズマプロセス装置の模式図で
ある。
【図2】本発明の他の実施例を示す模式図である。
【図3】本発明の更に他の実施例を示す模式図である。
【図4】本発明の更に他の実施例を示す模式図である。
【図5】本発明の更に他の実施例を示す模式図である。
【図6】本発明の更に他の実施例を示す模式図である。
【図7】本発明の更に他の実施例を示す模式図である。
【図8】従来装置の模式図である。
【符号の説明】
1 プラズマ生成室 2 導波管 3 試料室 4,5 励磁コイル 7 載置台 11 棒磁石 12 強磁性体 13,14,15,16 励磁コイル 17,18 永久磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01R 33/64 H01L 21/31 C H01P 7/06

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁場とマイクロ波とを用いてプラズマ生
    成室内にプラズマを生成させ、該プラズマを磁力線に沿
    ってプラズマ生成室内に連設した試料室に導き、該試料
    室内の試料にプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置
    において、 プラズマ生成室内から試料室内の試料に至る間に、少な
    くとも一個所以上、磁場の向きが逆転する領域を有する
    ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
JP4100498A 1992-03-25 1992-03-25 プラズマプロセス装置 Pending JPH05275381A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4100498A JPH05275381A (ja) 1992-03-25 1992-03-25 プラズマプロセス装置

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4100498A JPH05275381A (ja) 1992-03-25 1992-03-25 プラズマプロセス装置

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JPH05275381A true JPH05275381A (ja) 1993-10-22

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ID=14275601

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JP4100498A Pending JPH05275381A (ja) 1992-03-25 1992-03-25 プラズマプロセス装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013037907A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd マイクロ波イオン源、及びイオン生成方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013037907A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd マイクロ波イオン源、及びイオン生成方法

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