JPH06163421A - プラズマｃｖｄ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】円筒状に形成され一方の端面にマイクロ波透過
窓を備えるとともに周壁に該周壁を貫通してプラズマ生
成用ガスを導入するガス導入ノズルが形成されたプラズ
マ生成室を備えるＥＣＲ型プラズマＣＶＤ処理装置を、
膜厚分布が均一な膜を形成可能な装置に構成する。 【構成】ガス導入ノズル５１のプラズマ生成室１Ａ内部
空間側ガス導入端近傍をプラズマ生成室１Ａと同電位の
金網８で覆い、ガス圧力の高いガス導入端近傍のプラズ
マ化を阻止してプラズマ密度不均一に基づくマイクロ波
電界の乱れをなくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波を用いて
形成したプラズマを、被処理基板への薄膜形成に利用す
る装置であって、円筒状に形成され一方の端面にマイク
ロ波透過窓を備えるとともに周壁に該周壁を貫通してプ
ラズマ生成用ガスを導入するガス導入ノズルが形成され
たプラズマ生成室と、該プラズマ生成室と同軸に配置さ
れプラズマ生成室内にマイクロ波との電子サイクロトロ
ン共鳴磁場領域を形成可能な主コイルとを備え、プラズ
マ生成室内でプラズマ化されたプラズマ生成用ガスを用
いて、プラズマ生成室軸線上の所定の位置に保持された
ステージ上の基板に成膜させるプラズマＣＶＤ処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程のうち、成膜工程では、
半導体装置の微細構造化に伴い、低圧でも安定したプラ
ズマを発生, 維持できるマイクロ波プラズマ処理装置が
用いられるようになってきている。その多くは電子サイ
クロトロン共鳴 (Electyon Cyclotyon Resonance, 以下
ＥＣＲと記す) 現象を利用して高密度, 高活性のプラズ
マを生成するＥＣＲ型プラズマＣＶＤ処理装置である。

【０００３】この種のプラズマＣＶＤ処理装置の構成例
を図６に示す。装置は、段付き円筒として形成され、そ
の上段側円筒がマイクロ波の空洞共振器として形成され
てプラズマ生成室１Ａを構成する真空容器１と、プラズ
マ生成室１Ａの上部端面の中心に形成されたマイクロ波
導入口を気密に閉鎖する板状のマイクロ波透過窓４と、
内部をマイクロ波発生装置で発振されたマイクロ波が通
る中空導体からなるマイクロ波伝送部７と、プラズマ生
成室１Ａを同軸に囲む主コイル６とを主要構成要素とし
て備えている。プラズマ生成室１Ａの周壁には周壁を貫
通するガス導入ノズル５１が周方向等間隔に複数形成さ
れ、このガス導入ノズル５１を介してプラズマ生成用ガ
スがガス導入系５からプラズマ生成室１Ａ内へ導入され
る。また、主コイル６はその幾何学的中心がマイクロ波
透過窓４の大気側に位置するように配置されている。い
ま、主コイル６に流す電流を調整してマイクロ波透過窓
４の真空側にＥＣＲ条件を満たす磁場領域を形成すると
ともに、マイクロ波発生装置で発振されたマイクロ波
を、マイクロ波透過窓４を透過させてプラズマ生成室１
Ａ内へ導入し、ガス導入系５からガス導入ノズル５１を
介してプラズマ生成室１Ａ内へ成膜原料ガスを導入する
と、ガスがＥＣＲ磁場領域で効率よく電離されてプラズ
マ化し、主コイル６が形成する発散磁場の磁力線に沿っ
てステージ３方向へ向かい、基板２の表面に薄膜が形成
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記したプラズマＣＶ
Ｄ処理装置では、プラズマ生成室の周壁に形成されたガ
ス導入ノズル内およびガス導入ノズルのプラズマ生成室
内部空間側ガス導入端の極く近傍のガス圧力が高いた
め、そこが他の空間と違ったプラズマ密度となり、その
影響でマイクロ波の電界が乱され、全体的にプラズマ密
度が不均一になる場合がある。このような状態で成膜を
行った時のプラズマ密度分布と膜厚分布の測定結果をそ
れぞれ図４および図５に示す。図において、横軸の零は
基板およびマイクロ波導入口の中心位置を意味し、測定
位置はその中心から半径方向の距離を示す。両測定結果
を比較して、プラズマ密度の分布が膜厚の分布に影響し
ていることがわかる。半導体製造工程などでは、このよ
うな膜厚の不均一は大きな問題であり、装置性能として
の課題であった。

【０００５】この発明の目的は、マイクロ波電界に及ぼ
すガス導入ノズル内およびガス導入ノズルのプラズマ生
成室内部空間側ガス導入端近傍のガス圧力の影響を排除
することができ、これにより均一な膜厚分布を得ること
のできるプラズマＣＶＤ処理装置の構成を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、冒頭記載の構成によるプラズマ
ＣＶＤ処理装置を、プラズマ生成室周壁に形成されたガ
ス導入ノズルのプラズマ生成室内部空間側ガス導入端近
傍をプラズマ生成室と同電位の金網で覆った装置とす
る。

【０００７】具体的には、プラズマ生成室周壁に形成さ
れたガス導入ノズルのプラズマ生成室内部空間側ガス導
入端近傍を覆う金網を円筒状に形成するとともに該円筒
の外径をガス導入ノズルのプラズマ生成室内部空間側ガ
ス導入端近傍が円筒の外部に位置する大きさとしたもの
とするか、ガス導入ノズルをプラズマ生成室周壁の肉厚
全範囲で径が一様な細孔として形成するとともに該ガス
導入ノズルのプラズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍
を覆う金網を椀状に形成したものとするか、ガス導入ノ
ズルを、プラズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍でプ
ラズマ生成室内部空間側へ円錐状に広がる縦断面じょう
ご形の細孔として形成するとともに該ガス導入ノズルの
プラズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍を覆う金網を
円板状に形成したものとして前記目的を達成するように
する。

【０００８】

【作用】このように、プラズマ生成室周壁に形成された
ガス導入ノズルのプラズマ生成室内部空間側ガス導入端
近傍をプラズマ生成室と同電位の金網で覆うようにすれ
ば、ガス圧力の高い領域がマイクロ波電界から遮蔽され
てプラズマが生成されなくなり、この結果、マイクロ波
電界が乱されなくなって、半径方向電界強度の一様なマ
イクロ波電界が軸方向に進行することとなり、プラズマ
密度の不均一現象が発生しなくなり、膜厚分布の均一な
膜を形成させることができる。

【０００９】この場合、金網の形状は、上述のように円
筒状、あるいはガス導入ノズルの縦断面形状に応じて椀
状あるいは円板状とすることにより上記目的を達成する
ことができる。円筒状のものは、ガス導入ノズルの数が
多いときに経済的に目的を達成することができ、椀状の
ものは、ガス導入ノズルの数が比較的少なく、かつプラ
ズマ生成室の内径と基板の径との間に有意差があるとき
に経済的に目的を達成することができる。また、円板状
のものは、プラズマ生成室の内径と基板径との差が小さ
く有意差がないときにもプラズマ生成室の大きさを変え
ることなく目的を達成することができる。

【００１０】

【実施例】図１に本発明の第１の実施例を示す。プラズ
マ生成室１Ａの周壁に形成されるガス導入ノズル５１
は、周壁の肉厚全範囲で径が一様な細孔として形成さ
れ、そのプラズマ生成室内部空間側ガス導入端を椀状の
金網が覆い、この金網をプラズマ生成室１Ａと同電位と
している。これにより、マイクロ波電界が椀の内側へ侵
入できなくなるので、椀の内側にある比較的圧力の高い
ガスのプラズマ化が阻止され、プラズマ生成室内にプラ
ズマ密度の不均一なプラズマが発生しなくなり、均一な
膜厚で成膜が可能となる。なお、この実施例による装置
構成は、ガス導入ノズルの数が比較的少なく、かつプラ
ズマ生成室１Ａの内径と基板２の径との間に有意差があ
るときに経済的な効果がある。

【００１１】図２に本発明の第２の実施例を示す。この
実施例では、プラズマ生成室１Ａ周壁のガス導入ノズル
５１は、プラズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍がプ
ラズマ生成室内部空間側へ円錐状に広がる縦断面じょう
ご形の細孔として形成され、プラズマ生成室内部空間側
ガス導入端を円板状の金網で覆い、プラズマ生成室１Ａ
と同電位としたものである。ガス導入ノズルのガス導入
端近傍は円錐状に広がっているので、金網の位置ではガ
ス圧力がガス導入ノズル以外のプラズマ生成室内壁面の
ガス圧力と同等の圧力まで低下しており、金網のプラズ
マ生成室内部空間側にはプラズマ密度の不均一を生じな
い。なお、この実施例による装置構成は、プラズマ生成
室１Ａの内径と基板径との差異が小さいとき、プラズマ
生成室１Ａの寸法を変えることなく膜厚を均一化したい
ときに効果がある。

【００１２】図３に本発明の第３の実施例を示す。この
実施例では、ガス導入ノズルのプラズマ生成室内部空間
側ガス導入端近傍をマイクロ波電界から遮蔽する金網が
円筒状に形成されている。この実施例による装置構成
は、ガス導入ノズルの縦断面形状に関係なく普遍的に適
用でき、また特にガス導入ノズルの数が多いときに経済
的に目的を達成しうる効果がある。円筒状金網のプラズ
マ生成室内の保持は、ここには詳細を示さないが、マイ
クロ波透過窓４が取り付けられプラズマ生成室１Ａの上
端面を構成している蓋板に円筒状金網を取り付けて行う
ようにしている。

【００１３】

【発明の効果】本発明においては、プラズマＣＶＤ処理
装置を、プラズマ生成室周壁に形成されたガス導入ノズ
ルのプラズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍をプラズ
マ生成室と同電位の金網で覆った装置としたので、ガス
導入ノズル近傍でのガス圧力の違いによるプラズマ密度
不均一に起因したマイクロ波電界の乱れによる膜厚の不
均一が解消され、装置性能を飛躍的に向上させることが
できる。

【００１４】そして、金網の形状を円筒状とするときに
は、プラズマ生成室周壁のガス導入ノズルの数が多いと
きに経済的にプラズマ密度不均一の発生を防止すること
ができる。また、ガス導入ノズルをプラズマ生成室周壁
の肉厚全範囲で径が一様な細孔として形成するとともに
該ガス導入ノズルのプラズマ生成室内部空間側ガス導入
端近傍を覆う金網を椀状に形成したものでは、ガス導入
ノズルの数が比較的少なくかつプラズマ生成室の内径と
基板径との間に有意差があるときに経済的にプラズマ密
度不均一の発生を防止することができる。

【００１５】そして、ガス導入ノズルを、プラズマ生成
室内部空間側ガス導入端近傍でプラズマ生成室内部空間
側へ円錐状に広がる縦断面じょうご形の細孔として形成
するとともに該ガス導入ノズルのプラズマ生成室内部空
間側ガス導入端近傍を覆う金網を円板状に形成したもの
では、ガス導入ノズルの数が比較的少なくかつプラズマ
生成室の内径と基板径との差が小さいときに装置寸法を
変えることなく経済的にプラズマ密度不均一の発生を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマＣＶＤ処理装置構成の第
１の実施例を示す装置本体の縦断面図

【図２】本発明によるプラズマＣＶＤ処理装置の第２の
実施例を示す装置本体要部の縦断面図

【図３】本発明によるプラズマＣＶＤ処理装置構成の第
３の実施例を示す装置本体要部の縦断面図

【図４】従来のプラズマＣＶＤ処理装置におけるプラズ
マ生成室内電子密度分布の測定例を示す線図

【図５】従来のプラズマＣＶＤ処理装置における膜厚分
布の測定例を示す線図

【図６】従来のプラズマＣＶＤ処理装置の構成例を示す
縦断面図

【符号の説明】

１ 真空容器 １Ａ プラズマ生成室 ２ 基板 ３ ステージ ４ マイクロ波透過窓 ５ ガス導入系 ６ 主コイル ８ 金網 ９ 金網 １０ 金網 ５１ ガス導入ノズル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状に形成され一方の端面にマイクロ波
   透過窓を備えるとともに周壁に該周壁を貫通してプラズ
   マ生成用ガスを導入するガス導入ノズルが形成されたプ
   ラズマ生成室と、該プラズマ生成室と同軸に配置されプ
   ラズマ生成室内にマイクロ波との電子サイクロトロン共
   鳴磁場領域を形成可能な主コイルとを備え、プラズマ生
   成室内でプラズマ化されたプラズマ生成用ガスを用い
   て、プラズマ生成室軸線上の所定の位置に保持されたス
   テージ上の基板に成膜させるプラズマＣＶＤ処理装置に
   おいて、プラズマ生成室周壁に形成されたガス導入ノズ
   ルのプラズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍をプラズ
   マ生成室と同電位の金網で覆ったことを特徴とするプラ
   ズマＣＶＤ処理装置。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載の装置において、プラ
   ズマ生成室周壁に形成されたガス導入ノズルのプラズマ
   生成室内部空間側ガス導入端近傍を覆う金網を円筒状に
   形成するとともに該円筒の外径をガス導入ノズルのプラ
   ズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍が円筒の外部に位
   置する大きさとしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ処
   理装置。
3. 【請求項３】請求項第１項に記載の装置において、ガス
   導入ノズルをプラズマ生成室周壁の肉厚全範囲で径が一
   様な細孔として形成するとともに該ガス導入ノズルのプ
   ラズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍を覆う金網を椀
   状に形成したことを特徴とするプラズマＣＶＤ処理装
   置。
4. 【請求項４】請求項第１項に記載の装置において、ガス
   導入ノズルを、プラズマ生成室内部空間側ガス導入端近
   傍でプラズマ生成室内部空間側へ円錐状に広がる縦断面
   じょうご形の細孔として形成するとともに該ガス導入ノ
   ズルのプラズマ生成室内部空間側ガス導入端近傍を覆う
   金網を円板状に形成したことを特徴とするプラズマＣＶ
   Ｄ処理装置。