JPH05290995A - プラズマ発生装置 - Google Patents

プラズマ発生装置

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JPH05290995A
JPH05290995A JP4118299A JP11829992A JPH05290995A JP H05290995 A JPH05290995 A JP H05290995A JP 4118299 A JP4118299 A JP 4118299A JP 11829992 A JP11829992 A JP 11829992A JP H05290995 A JPH05290995 A JP H05290995A
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plasma
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chamber
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Masakazu Taki
正和 滝
Kazuyasu Nishikawa
和康 西川
Tatsuo Omori
達夫 大森
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ面内のエッチング速度の均一性等を向
上するため、一様な分布密度のプラズマを生成できるよ
うにする。 【構成】 真空チャンバ105の一壁に配設されたマイク
ロ波導入窓109に近接して環状の導波管108を設置し、環
状の導波管108の一部にスリット110を設け、このスリッ
ト110からマイクロ波導入窓109を介してプラズマ反応室
101にマイクロ波を導入するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造工程にお
けるドライエッチング装置、又はプラズマCVD装置に
利用されるプラズマ発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は例えば特開昭61−75527号
公報に記載された従来のドライエッチング装置を示す概
略構成図である。図において、1はプラズマを発生させ
るプラズマ発生室、5(5A〜5C)はプラズマ発生室1内の
プラズマからイオンを引き出してシャワー状イオンビー
ムを形成するイオン引出し電極板、6はシャワー状イオ
ンビームを試料(ウエハ基板)8の表面に照射する試料
室、7は試料(ウエハ基板)8を載置する試料台、11は反
応性ガスを導入するためのガス導入口、12は試料室6を
真空排気する排気系、13はプラズマ発生室1に設けられ
たマイクロ波導入窓、14はマイクロ波導入のための矩形
導波管であり図示しないマイクロ波源に接続されてい
る。15はプラズマ発生室1の外周に設けられた電子サイ
クロトロン共鳴を引起こすのに必要な磁場を発生させる
ための磁気コイルである。
【0003】次に、上記装置の動作について説明する。
まず、プラズマ発生室1と試料室6を真空排気した後、
ガス導入口11からフレオン系や塩素系の反応性ガスを導
入し、所定の圧力に設定して、マイクロ波をマイクロ波
導入窓13より導入する。マイクロ波の周波数が2.45GHz
の場合、プラズマ発生室1内に電子サイクロトロン共鳴
を起こすに必要な875ガウスの磁場を磁気コイル15によ
り生成すると、プラズマ発生室1にプラズマが発生す
る。発生したプラズマはイオン引出し電極板5により反
応種を制御して後、シャワー状イオンビームとして試料
室6に輸送され、試料(ウエハ基板)8のエッチングが行
なわれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のドライエッチン
グ装置は以上のように構成されているので、プラズマ反
応室1に注入されるマイクロ波のエネルギー分布は、プ
ラズマ発生室1の内径に対してマイクロ波導入窓13が小
さいことから、マイクロ波導入窓近傍、すなわちプラズ
マ発生室の中心部で強く周辺部で低くなり不均一な分布
になる。そして、このプラズマ発生室1の内径方向のプ
ラズマ密度不均一性は、試料8面上に輸送される反応種
の密度分布に反映されるため、試料8面内のエッチング
速度が不均一になる問題が生じる。
【0005】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、一様な分布密度のプラズマを
生成できるプラズマ発生装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係るプラズマ
発生装置は、真空チャンバの一壁に配設されたマイクロ
波導入窓に近接して環状の導波管を設置し、環状の導波
管の一部にスリットを設け、このスリットからマイクロ
波導入窓を介してプラズマ反応室にマイクロ波を導入す
るようにしたものである。
【0007】また、上記スリットを環状の導波管内の電
界方向に平行な面に設け、かつ発生する磁力線が上記電
界の方向と直交するように磁場発生手段を設置する。
【0008】更に、環状の導波管のスリット近傍にマイ
クロ波整合用のポストを設けた。
【0009】また、環状の導波管の内側に円筒導波管を
配設した。
【0010】
【作用】この発明においては、環状の導波管の一部に設
けたスリットからマイクロ波導入窓を介して真空チャン
バ内へマイクロ波を導入できる構成としたので、環状の
導波管の径の大きさとマイクロ波電力を可変するだけ
で、プラズマ反応室に試料の大きさに対応した一様なプ
ラズマを発生できることができ、均一性の良いドライエ
ッチング等が可能となる。
【0011】また、スリットを環状の導波管内の電界方
向に平行な面に設け、かつ発生する磁力線が電界の方向
と直交するように磁場発生手段を配置したので、電子サ
イクロトロン共鳴が効率良く行われ、高密度のプラズマ
が形成でき、処理速度の速いドライエッチング処理等が
可能となる。
【0012】更に、環状の導波管のスリット近傍にマイ
クロ波とプラズマの結合を調節する手段を設けることに
より、マイクロ波の整合が詳細に行える。
【0013】また、環状の導波管の内側に円筒導波管を
構成したので、より大面積に渡って均一にプラズマを生
成することができる。
【0014】
【実施例】
実施例1.以下、この発明に係るプラズマ装置をドライ
エッチング装置に適用した実施例について説明する。図
1は実施例1のドライエッチング装置の概略断面図であ
り、図2は図1のドライエッチング装置の概略外観図を
示している。図において、101は真空チャンバ105内のプ
ラズマ反応室、102は真空チャンバ105内を真空排気する
排気口、104は試料台103に載置された試料(ウエハ基
板)、106は磁場発生用のコイル、107はフレオン系、塩
素系の反応性ガスを導入するガス導入口である。108は
真空チャンバ105の上面に設置される環状の導波管であ
り、一端にはマイクロ波発生装置111が接続され、もう
一端は環状導波管自身の側面により終端されている。10
9は真空チャンバ105の一面に設けられたマイクロ波導入
窓であり、真空チャンバ105とは図示しないOリング等
で真空封止されている。110は環状の導波管108のマイク
ロ波の伝搬方向に設けたスリットであり、マイクロ波導
入窓109に近接されている。
【0015】さて、上記のように構成されたドライエッ
チング装置においては、真空チャンバ105内を、図示し
ない真空排気装置により排気口102を介して所定の真空
圧力まで真空排気した後、ガス導入口107からエッチン
グガスを導入する。次に、マイクロ波発生装置111を動
作させると、マイクロ波は環状の導波管108内を伝搬
し、スリット110からマイクロ波導入窓109を通してプラ
ズマ反応室101内に導入され、エッチングガスを放電す
る。この時、コイル106により真空チャンバ105内に磁場
(例えば875ガウス)を発生させると、プラズマ反応室101
に電子サイクロトロン共鳴による高密度のプラズマが形
成される。マイクロ波発生装置111からのマイクロ波
は、導波管108を環状に伝搬しながら徐々にスリット110
からマイクロ波導入窓109を介して、プラズマ反応室101
内に結合し、マイクロ波エネルギーを注入する。マイク
ロ波とプラズマの結合は導波管108に設けたスリット110
の幅を変えることにより調節する。
【0016】ところでプラズマ反応室101内でのプラズ
マ密度分布は、マイクロ波導入窓109近傍ではスリット1
10に相対する領域で強い、いわゆるドーナツ形になる。
しかしマイクロ波導入窓109から離れるにつれ、プラズ
マが放射状に拡散するため、ウエハ基板104付近におけ
るプラズマ密度分布は、真空チャンバ105の径方向に均
一となる。さらにプラズマ密度の均一性は、ウエハ基板
の大きさに対応させて、マイクロ波の電力及び環状の導
波管108の径を可変することにより調整することができ
る。
【0017】具体例として、真空チャンバ内径300m
m,エッチングガス圧力0.5Torr,周波数2.45GH
zで500Wのマイクロ波,プラズマ反応室内の磁束密
度875ガウスの条件の下で、プローブ計測によりプラ
ズマ反応室内径方向のプラズマ密度分布を測定した結
果、ウエハ基板サイズ200mmの領域において均一性
の良いプラズマが形成できた。そして、この均一性の良
いプラズマによりウエハ基板104面内に良好なエッチン
グ処理を施すことができる。
【0018】実施例2.上記実施例ではスリット110を
設ける位置を特定しなかったが、図3に示すように、ス
リット110を環状の導波管108内の電界方向113に平行な
E面112に設け、かつ磁場発生手段により発生する磁力
線の方向114が電界方向113と直交するように磁場発生手
段を構成すると、電子サイクロトロン共鳴が効率的に行
われ、高密度のプラズマの生成が可能となる。この場
合、環状の導波管108内にはTE10モードのマイクロ波
が伝搬されるように導波管108の寸法が選定される。
【0019】実施例3.さらに、上記実施例ではマイク
ロ波とプラズマとの結合を環状の導波管108のスリット1
10の幅を変えることにより調節したが、図4に示すマイ
クロ波整合用のポスト115により行っても良い。この場
合、ポスト115を環状の導波管108のスリット110の近傍
に複数個設け、スリット上をポスト115が横切るように
構成することにより、詳細に調節することができる。
【0020】実施例4.また、上記実施例では環状の導
波管108からマイクロ波を導入したが、より大口径の真
空チャンバ105内にプラズマを発生する場合には、図5
に示す円筒導波管116と組み合わせて、両方からマイク
ロ波を導入しても良い。図において、円筒導波管116に
は図示しない円矩形変換導波管からマイクロ波117が給
電される。この場合、円筒導波管116から導入されるマ
イクロ波は主に真空チャンバ105の中心部にプラズマを
生成し、環状の導波管108のスリット110から導入される
マイクロ波は主に真空チャンバ105の周辺部にプラズマ
を生成する。そして、各々の導波管から導入するマイク
ロ波電力を調整することにより、均一なプラズマの生成
が可能となる。
【0021】実施例5.さらに、上記実施例では環状の
導波管108と円筒の導波管116を各々別々に構成したが、
図6に示すように環状の導波管の内壁118を円筒導波管
として用いてマイクロ波117を導入すると構造が簡単に
なる。また、環状の導波管108の内径を大きくする場合
には、環状の導波管の内壁118をマイクロ波導入窓109に
向かって広がるテーパー状にすることができる。
【0022】なお、上記実施例では、環状の導波管108
全周囲に設けたスリット110からプラズマ反応室101内に
マイクロ波を導入したが、これに限るものでなく、一部
分からでもスリットの割合の程度により、上記実施例と
同様の効果を奏することができる。また、上記実施例で
はプラズマ発生室と試料室とを一体に構成した装置に適
用しているが、図7に示したプラズマ発生室と試料室と
の間にイオン引出し電極を設置して、プラズマ発生室で
生成されたプラズマよりイオンを引き出してシャワー状
イオンビームとして試料室内の試料に照射するような装
置に適用しても良い。さらに上記実施例ではドライエッ
チング装置について説明したがプラズマCVD装置に適
用しても同様の効果が得られる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれば
環状の導波管の一部に設けたスリットから、マイクロ波
導入窓を介して真空チャンバ内へマイクロ波を導入でき
る構成としたので、環状の導波管の径の大きさとマイク
ロ波電力を可変するだけで、プラズマ反応室に試料の大
きさ(ウエハ径)に対応した一様なプラズマを発生できる
ことができ、均一性の良いドライエッチング等が可能と
なる。
【0024】また、請求項2の発明によれば、スリット
を環状の導波管内の電界方向に平行な面に設け、かつ磁
場発生手段により発生する磁力線が電界の方向と直交す
るように磁場発生手段を配置したので、電子サイクロト
ロン共鳴が効率良く行われ、高密度のプラズマが形成で
き、処理速度の速いドライエッチング処理等が可能とな
る。
【0025】更に、請求項3の発明によれば、環状の導
波管のスリット近傍にマイクロ波とプラズマの結合を調
節する手段を設けることにより、マイクロ波の整合が詳
細に行える。
【0026】また、請求項4の発明によれば、環状の導
波管の内側に円筒導波管を構成したので、より大面積に
均一にプラズマを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1に係るドライエッチング装
置を示す側面断面図である。
【図2】上記実施例1のドライエッチング装置を示す概
略斜視図である。
【図3】この発明の実施例2による一部側面断面図であ
る。
【図4】この発明の実施例3による一部側面断面図であ
る。
【図5】この発明の実施例4による一部側面断面図であ
る。
【図6】この発明の実施例5による一部側面断面図であ
る。
【図7】従来のドライエッチング装置を示す側面断面図
である。
【図8】この発明の他の実施例による半導体製造装置を
示す側面断面図である。
【図9】従来の半導体製造装置を示す側面断面図であ
る。
【符号の説明】
101 プラズマ反応室 102 排気口 103 試料台 104 試料 105 真空チャンバ 106 コイル 107 ガス導入口 108 環状の導波管 109 マイクロ波導入窓 110 スリット 111 マイクロ波発生装置 112 E面 113 電界方向 114 磁力線方向 115 ポスト 116 円筒導波管 117 マイクロ波
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年3月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図8
【補正方法】削除
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図9
【補正方法】削除

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスを導入又は排気可能な真空チャンバ
    と、この真空チャンバの側壁に設けられ、真空チャンバ
    内に磁場を発生するための磁場発生手段と、真空チャン
    バ壁の一面に配設されたマイクロ波導入窓と、マイクロ
    波発生装置からマイクロ波が導かれる環状の導波管とを
    備え、上記環状導波管の一部分にスリットを設け、この
    スリットをマイクロ波導入窓に近接して設置し、環状導
    波管からスリット、マイクロ波導入窓を通して真空チャ
    ンバ内にマイクロ波を導入し、プラズマを生成すること
    を特徴とするプラズマ発生装置。
  2. 【請求項2】 環状導波管のスリットを導波管内の電界
    方向に平行な面に設け、かつ磁場発生手段により発生す
    る磁力線が環状導波管内の電界方向と直交するように磁
    場発生手段を配置したことを特徴とする請求項1記載の
    プラズマ発生装置。
  3. 【請求項3】 環状導波管のスリット近傍にマイクロ波
    整合手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載
    のプラズマ発生装置。
  4. 【請求項4】 環状の導波管の内側に円筒導波管を設
    け、真空チャンバ内にマイクロ波を導入するようにした
    ことを特徴とする請求項1、2又は3記載のプラズマ発
    生装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000173988A (ja) * 1998-12-01 2000-06-23 Sumitomo Metal Ind Ltd 基板保持台、及びプラズマ処理装置
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KR20170129332A (ko) * 2016-05-16 2017-11-27 삼성전자주식회사 안테나, 그를 포함하는 마이크로파 플라즈마 소스, 플라즈마 처리 장치

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