JPH0677146A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0677146A
JPH0677146A JP4228309A JP22830992A JPH0677146A JP H0677146 A JPH0677146 A JP H0677146A JP 4228309 A JP4228309 A JP 4228309A JP 22830992 A JP22830992 A JP 22830992A JP H0677146 A JPH0677146 A JP H0677146A
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JP
Japan
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plasma
plasma processing
magnetic
coil
processing apparatus
Prior art date
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Pending
Application number
JP4228309A
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English (en)
Inventor
Shinji Shirakawa
真司 白川
Takeshi Yoshioka
健 吉岡
Tsutomu Tetsuka
▲勉▼ 手束
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】大面積を有する試料の均一なプラズマ処理を実
現するプラズマ処理装置を提供する。 【構成】高周波電力と磁場を印加することにより真空容
器1内に電子サイクロトロン共鳴条件を発生させる装置
と真空容器1内の磁束も密な領域と疎な領域の位置を時
間的に移動させる手段を有することを特徴としたプラズ
マ処理装置。 【効果】濃いプラズマの当たる領域がウェハ表面の全域
で移動するため、時間平均で見るとウェハ表面では均一
な処理が行なわれた結果になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高周波電力と磁場を用い
て電子サイクロトロン共鳴現象により発生するプラズマ
を用いたプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造において、プラズマCVD法
やエッチングによるシリコンウェハの処理が盛んに行な
われている。また、ウェハの大面積化に伴い大面積ウェ
ハ表面を均一に処理する技術の開発が望まれている。
【0003】従来の電子サイクロトロン共鳴を用いたプ
ラズマ処理装置の原理を簡単に説明する。真空容器内に
高周波電磁波を導入する手段と、導入電磁波の電界成分
に対し垂直方向成分を有する磁場を発生させる手段によ
って、真空容器内に電子サイクロトロン共鳴現象を起こ
す領域を発生させる。その領域にガスを導入し、プラズ
マを生成する。生成されたプラズマは磁場に沿って移動
し、ウェハと鎖交する磁束に沿ったプラズマがウェハへ
と運ばれ、ウェハのプラズマ処理を行なう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電子サイクロ
トロン共鳴現象を起こす領域では中心部で密な、周辺部
で疎なプラズマ密度分布になるため、その密度分布がそ
のままでウェハへとプラズマが運ばれるとウェハ表面の
処理が不均一なる。例えば、CVD法により、ウェハ表
面に薄膜を形成させるとウェハ中心部の膜厚が厚くな
り、外縁部で膜厚が薄いといった現象が起こる。
【0005】このような技術課題に対して、ウェハを均
一に処理するために、試料台の全体あるいは一部を強磁
性体で構成し、磁束をウェハ上に収束させる装置(特開
平2−73977 号公報)もあるが、その磁束に沿って運ば
れるプラズマの密度分布に粗密がある場合、そのプラズ
マ密度分布を相似的に保ったままウェハに運ばれるた
め、生成プラズマの密度分布を考慮して磁性体を配置す
る必要がある。しかし、高周波電力の入力方法,入力装
置の形状に対して、個々に生成プラズマの密度分布異な
るため、生成プラズマの密度分布を考慮して磁性体の配
置を設計する必要がある。
【0006】また、プラズマ処理における金属汚染を防
ぐ為に真空容器内に可動部をできるだけ設けない構造に
する必要がある。
【0007】本発明の目的は生成プラズマの密度分布に
依らず、均一なプラズマ処理を実現するプラズマ処理装
置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、高周波電力と磁場を印加することにより
真空容器内に電子サイクロトロン共鳴条件を満たす領域
を発生させる手段と、真空容器内の磁束の密な領域と疎
な領域の位置を時間的に移動させるために、一つあるい
は複数の磁場コイルを試料台底部や真空容器の下方周囲
に設置し、それぞれに流れる電流を制御する手段と、一
つあるいは複数の強磁性体によって、強磁性体に磁束を
収束させ、前記強磁性体の位置を移動させる手段を有す
ることを特徴とする。ここで、用いられる強磁性体には
Fe,Co,Niやその合金,アモルファス材料が適し
ている。また、プラズマ処理の際の金属汚染を防ぐため
に、前記磁気コイルや磁性体およびコイルと磁性体を移
動させる機構は表面をセラミックやシリコン酸化膜等で
皮膜する。
【0009】
【作用】電子サイクロトロン共鳴領域で発生したプラズ
マを磁力線によってウェハ表面に誘導する。プラズマは
磁力線に沿って移動するため、磁束が収束する領域、即
ち、磁束の密な領域にプラズマ密度の大きい領域ができ
る。このとき、磁束の密な領域をウェハ表面で移動させ
ると、ウェハ表面の密度の濃いプラズマの当たる領域が
移動する。ウェハ表面の全域で磁束の密な領域を時間的
に移動させ、同一のプラズマ密度でプラズマ処理される
領域を時間平均で見るとウェハ表面では均一な処理が行
なわれた結果になる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0011】図1,図2,図3,図4を用いて第1の実
施例を説明する。図4は本発明のプラズマ処理装置の縦
断面図であり、図2は磁束制御コイル3と試料台6の構
成を示す試料台を下方より見た平面図である。図3は磁
束制御コイル3と試料台6の構成を示す試料台を下方よ
り見た平面図で、図2の磁気コイル形状の変形例であ
る。図5は本発明の動作原理を示したもので、図1と同
じ図を用いて磁気コイル3aに磁気コイル2と同方向の
電流を流し、磁気コイル3dに磁気コイル2と逆方向の
電流を流した場合の磁力線とプラズマ10が磁力線16
に沿って磁気コイル3aの方向へ運ばれる様子を示した
説明図である。図1のプラズマ処理装置はマイクロ波導
波路11から電磁波が真空窓4を通して真空容器1内の
反応室に放射し、磁気コイル2によって反応室に電子サ
イクロトロン共鳴条件を満たす領域にガス導入管7から
反応ガスを導入し、プラズマを生成する。生成したプラ
ズマ10を磁力線によって、試料へ誘導する。このと
き、試料台6の底部に設置した磁気コイル3に磁気コイ
ル2と同方向に電流を流すと磁束は磁気コイル3と鎖交
する磁束が増加し、磁気コイル3に磁束は収束する。逆
に、磁気コイル3に磁気コイル2と逆方向に電流を流す
と、磁気コイル2を鎖交した磁束のうち磁気コイル3と
鎖交する磁束は減少する。図2のように試料台6の底部
に設置した磁気コイル3a,3b,3c,3d,3e,
3fに順次位相を変えた交流電流を流す。電源及び制御
装置9によって、対向した磁気コイル3aと3d,3b
と3e,3cと3fには逆位相の電流を流すと図5に示
すように磁束が偏って収束し、プラズマ10は磁束が収
束した領域へ運ばれる。図2の磁気コイル3a,3b,
3c,3d,3e,3fに、順次、位相を変えた交流電
流を流しているため、試料面上で磁束が収束する位置、
即ち、濃いプラズマが当たる位置は順次移動し、その結
果均一なプラズマ処理を行なわれる。試料台底部に設置
する磁気コイルは図2に示した円形リング状のコイルに
限定されるものではなく、図3に示した扇型リング状の
コイル3であっても良い。また、大面積ウェハを処理す
る際には図4に示すように磁気コイル3を大面積を覆う
ように配置して、順次位相を変化させた電流を流すが、
隣接したコイル間では遠方にあるコイルよりも位相差の
小さな電流を流すと図1のプラズマ処理装置と同様の効
果を得る。本発明の磁気コイルの配置を円周状すること
に限定したものではない。基本的には試料台底部の磁気
コイルは試料の処理面を覆うように配置すると良い。ま
た、本発明で電源及び制御装置9によって、磁気コイル
3に流す電流は交流電流に限定したものではなく、それ
ぞれのコイルに時系列で異なる電流を流せば良く、直流
電流をオンオフすることでも同様の効果が得られる。
【0012】次に、図6を用いて、第2の実施例を説明
する。図6は第2の実施例のプラズマ処理装置の縦断面
図である。本実施例のプラズマ処理装置は第1の実施例
と同様の原理でプラズマを生成し、プラズマ10を試料
面へ誘導している。本実施例は第1の実施例における磁
気コイル3(図1)に図5に示すように強磁性体12を
挿入して、磁束の収束効率を上げる。
【0013】次に図7,図8を用いて、第3の実施例を
説明する。図7は第3の実施例のプラズマ処理装置の縦
断面図であり、図8は磁束制御コイル3と強磁性体12
と試料台6の構成を示し、図7の試料台6を下方より見
た図である。本実施例のプラズマ処理装置は第1の実施
例と同様の原理でプラズマを生成する。図8に示した試
料台6の底部に配置したコイル3a,3eに同方向に電
流を流すとコイル3a,3eに鎖交するように磁力線が
発生する。磁力線は強磁性体12が形成する磁路に沿っ
て発生する。コイル3aからコイル3eに向かう磁束が
発生した場合、磁気コイル2を鎖交した磁束が強磁性体
12のコイル3a側の突起部分より入り、コイル3e側
の突起部分より出るため、強磁性体12のコイル3a側
の突起部分に磁束が収束され、この領域はプラズマが濃
い領域になる。また、強磁性体12のコイル3e側の突
起部分は磁束が発散するため、このプラズマが薄い領域
となる。そこで、電源及び制御装置9によって、対向し
た磁気コイル3aと3e,3bと3f,3cと3g、3
dと3hにはそれぞれ同位相の電流で、磁気コイル3
a,3b,3c,3dに順次位相を変化させた電流を流
す。このように磁気コイルに流れる電流を変化させるこ
とにより、磁束を誘導し、試料5上で濃いプラズマが当
たる領域が順次移動し、その結果均一なプラズマ処理が
行なわれる。次に第4の実施例を図9と図10を用いて
説明する。図9は第4の実施例のプラズマ処理装置の縦
断面図である。図10は図9の構成において真空容器1
と真空容器1に周設した磁気コイル3の配置を示す斜視
図である。本実施例のプラズマ処理装置は第1の実施例
と同様の原理でプラズマを生成する。真空容器1の周り
に配置したそれぞれの磁気コイル3には順次位相を変え
た電流を電源及び制御装置9によって流す。生成プラズ
マ10は磁束に沿って、試料面に誘導されるが、真空容
器1に周設した磁気コイル3のうち、磁気コイル2に流
れる電流と同方向に電流が流れている磁気コイル3へ磁
束が収束するため、磁気コイル2に流れる電流と同方向
に電流が流れている磁気コイル3付近の試料面に濃いプ
ラズマが当たる領域ができる。磁気コイル3に流れる電
流が変化し、磁束が収束する位置が移動するため、試料
面に濃いプラズマが当たる領域が移動し、その結果、均
一なプラズマ処理が行なわれる。
【0014】次に第5の実施例を図11によって説明す
る。図11は第4の実施例のプラズマ処理装置の縦断面
図である。本実施例のプラズマ処理装置は第1の実施例
と同様の原理でプラズマを生成する。生成プラズマ10
は磁束に沿って、試料面に誘導されるが、磁束は強磁性
体12へ収束するために強磁性体12付近の試料面に濃
いプラズマが当たる領域ができる。強磁性体12の位置
を指示棒13と回転機14によって、周方向に移動させ
ることにより試料面に濃いプラズマが当たる位置が移動
し、その結果、均一なプラズマ処理が行なわれる。図1
1において、カバー18はセラミックやシリコン酸化膜
等で皮膜しており、回転機14の可動部から発生する金
属等の汚染物質の真空容器内への拡散を防いでいる。ま
た、本実施例の第1の応用例の図12に示す。図12は
図11のプラズマ処理装置において強磁性体12と指示
棒13,回転機14を真空容器1の外部に配置したプラ
ズマ処理装置の全体構成を示す縦断面図である。図11
の構成でも同様の効果が得られる。また、本実施例の第
2の応用例を図13に示す。図13は真空容器1の外部
に複数の棒状の強磁性体棒12と強磁性体12を支持、
上下に移動させる機構17で構成したプラズマ処理装置
の縦断面図である。図13の強磁性本12a〜12hは
それぞれ独立に位置を移動させる機構を有し、真空容器
に強磁性体を近付けると磁力線は、近付けた強磁性体に
収束する。強磁性本12a〜12hを上下することによ
って磁束の収束位置を変化させることによって、図11
の実施例と同様の効果を得る。
【0015】本発明では電子サイクロトロン共鳴領域で
生成されるプラズマの密度分布に依らず、磁束が収束す
る位置では一定の密度分布のプラズマが試料表面に当た
ることになり、そのため、上述の実施例に限定されるも
のではなく、マイクロ波導入法の構成を変更したもので
も良い。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、生成されるプラズマの
密度分布に依らず、試料の均一なプラズマ処理を可能と
するプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のプラズマ処理装置の縦
断面図。
【図2】図1の磁束制御コイルと試料台を試料台の下方
より見た平面図。
【図3】図1の磁束制御コイルと試料台を試料台の下方
より見た平面図。
【図4】図1の磁束制御コイルと試料台を試料台の下方
より見た平面図。
【図5】第1の実施例の動作原理を示す縦断面図。
【図6】第2の実施例のプラズマ処理装置の縦断面図。
【図7】第3の実施例のプラズマ処理装置の縦断面図。
【図8】磁束制御コイルと強磁性体と試料台の平面図。
【図9】第4の実施例のプラズマ処理装置の縦断面図。
【図10】図9の構成において真空容器と真空容器に周
設した磁気コイルの配置を示す斜視図。
【図11】第4の実施例のプラズマ処理装置の縦断面
図。
【図12】第4の実施例の応用例でプラズマ処理装置の
縦断面図。
【図13】第4の実施例の応用例でプラズマ処理装置の
縦断面図。
【符号の説明】
1…真空容器、2…磁気コイル、3…磁束制御コイル、
4…真空窓、5…試料(ウェハ)、6…試料台、7…ガ
ス導入路、8…排気口、10…プラズマ、11…マイク
ロ波導入路、16…磁力線。
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高周波電力と磁場を印加することにより真
    空容器内に電子サイクロトロン共鳴条件を満たす領域を
    発生させることで、前記領域にプラズマを発生させる手
    段と、試料台を挾んで試料と対向する位置に並べた複数
    個の磁気コイルと、前記磁気コイルに印加する電圧を個
    別に変化させる制御装置とを含むことを特徴とするプラ
    ズマ処理装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記プラズマを発生さ
    せる手段を、前記真空容器の周囲に並べた複数個の磁気
    コイルと、前記磁気コイルに印加する電圧を個別に変化
    させる制御装置とを含むプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】請求項2において、試料台を挟んで試料と
    対向する位置に置いた一つあるいは複数個の強磁性体
    と、前記強磁性体の位置を移動させる手段とを含むプラ
    ズマ処理装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記真空容器の周囲に
    置いた一つあるいは複数個の強磁性体と前記強磁性体の
    位置を移動させる手段とを含むプラズマ処理装置。
JP4228309A 1992-08-27 1992-08-27 プラズマ処理装置 Pending JPH0677146A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030069704A (ko) * 2002-02-22 2003-08-27 주식회사 아토 반도체소자 제조장치
JP2014528169A (ja) * 2011-09-16 2014-10-23 ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation 局所磁場を生成する基板支持体アセンブリの構成要素
JP2015220076A (ja) * 2014-05-16 2015-12-07 アクシステクノロジー インコーポレイテッド マイクロ波イオン源

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