JPH0715901B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
- Publication number
- JPH0715901B2 JPH0715901B2 JP21917987A JP21917987A JPH0715901B2 JP H0715901 B2 JPH0715901 B2 JP H0715901B2 JP 21917987 A JP21917987 A JP 21917987A JP 21917987 A JP21917987 A JP 21917987A JP H0715901 B2 JPH0715901 B2 JP H0715901B2
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- JP
- Japan
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- vacuum container
- plasma processing
- gas
- processing apparatus
- microwave
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ処理装置に係り、特に電子サイクロト
ロン共鳴（以下ECRと称す）を利用したプラズマ処理装
置に関する。
ロン共鳴（以下ECRと称す）を利用したプラズマ処理装
置に関する。
〔従来の技術〕 従来のECRを利用したプラズマ処理装置は、例えば特開
昭56−155535号公報および特開昭57−79621号公報に記
載されており、これを第３図に示している。同図のプラ
ズマ処理装置は、プラズマ生成室13内においてプラズマ
活性種を生じさせ、磁界発生コイル４による発散磁界等
で活性種の生成効率最大領域から充分離れた位置に設置
された被処理物11にプラズマ流をあてて処理するもので
あつた。
昭56−155535号公報および特開昭57−79621号公報に記
載されており、これを第３図に示している。同図のプラ
ズマ処理装置は、プラズマ生成室13内においてプラズマ
活性種を生じさせ、磁界発生コイル４による発散磁界等
で活性種の生成効率最大領域から充分離れた位置に設置
された被処理物11にプラズマ流をあてて処理するもので
あつた。
上述した従来のプラズマ処理装置は、図示の如くプラズ
マ生成室13と比較的軸長の大きなプラズマ処理室14を有
していたため、真空容器１の大型化と共に、この大型化
に起因して排気口６および磁界発生コイル４の大型化を
招いていた。
マ生成室13と比較的軸長の大きなプラズマ処理室14を有
していたため、真空容器１の大型化と共に、この大型化
に起因して排気口６および磁界発生コイル４の大型化を
招いていた。
この点、本発明者等の実験によれば、ECRを利用したプ
ラズマ処理において、処理特性はECR位置と被処理物11
との距離に依存し、この距離が短いほど処理特性に優
れ、またECR位置におけるガス濃度を高くすると、この
位置でマイクロ波３はほとんど吸収されてしまい、被処
理物11まで到達しないので被処理物11や支持台９等から
の反射が消失することがわかつた。
ラズマ処理において、処理特性はECR位置と被処理物11
との距離に依存し、この距離が短いほど処理特性に優
れ、またECR位置におけるガス濃度を高くすると、この
位置でマイクロ波３はほとんど吸収されてしまい、被処
理物11まで到達しないので被処理物11や支持台９等から
の反射が消失することがわかつた。
しかしながら第３図の構成において、被処理物11をマイ
クロ波導入窓10の近くに位置させて真空容器１の軸長を
短縮することも考えられるが、被処理物11によるマイク
ロ波の反射があり、プラズマ処理効率および処理特性を
低下させてしまう。
クロ波導入窓10の近くに位置させて真空容器１の軸長を
短縮することも考えられるが、被処理物11によるマイク
ロ波の反射があり、プラズマ処理効率および処理特性を
低下させてしまう。
本発明の目的は、プラズマ処理特性を低下させることな
く真空容器を小型化したプラズマ処理装置を提供するに
ある。
く真空容器を小型化したプラズマ処理装置を提供するに
ある。
本発明は上記目的を達成するために、ガス導入口及びガ
ス排気口を、電子サイクロトロン共鳴面にそれと並行に
ガスを導入し、電子サイクロトロン共鳴面と並行にガス
を排気するように真空容器内壁に設けた点を特徴として
いる。
ス排気口を、電子サイクロトロン共鳴面にそれと並行に
ガスを導入し、電子サイクロトロン共鳴面と並行にガス
を排気するように真空容器内壁に設けた点を特徴として
いる。
本発明のプラズマ処理装置は上述の如き構成であるか
ら、ECR面を含んだ領域をマイクロ波の高吸収帯とし
て、マイクロ波の透過率を著しく低下させることがで
き、ECR位置近傍にマイクロ波導入部および被処理物を
位置させても、プラズマ処理特性を低下させることなく
プラズマ処理が可能となり、従つて、少なくともマイク
ロ波の伝播方向における真空容器の長さを従来よりも著
しく短縮することができ、小型のプラズマ処理装置が得
られる。
ら、ECR面を含んだ領域をマイクロ波の高吸収帯とし
て、マイクロ波の透過率を著しく低下させることがで
き、ECR位置近傍にマイクロ波導入部および被処理物を
位置させても、プラズマ処理特性を低下させることなく
プラズマ処理が可能となり、従つて、少なくともマイク
ロ波の伝播方向における真空容器の長さを従来よりも著
しく短縮することができ、小型のプラズマ処理装置が得
られる。
つまり、成膜やエツチング等のプラズマ処理特性は、プ
ラズマ活性種の種別，濃度，寿命でほぼ決定され、プラ
ズマ活性種の最大生成位置はECR位置であり、ここで活
性種の種別，濃度が決定され、また寿命内で被処理物に
達するか否かはECR位置と被処理物の距離で決定され
る。更にマイクロ波の伝播は、ECR位置およびその近傍
の分子，原子，イオン等による吸収によつて決定され、
これらのガス濃度が高いほどマイクロ波の同領域におけ
る透過率は低くなる。従つて、マイクロ波の伝播方向に
ほぼ直角に形成されるECR面 マイクロ波の周波数ωで電子の電荷e,質量ｍを満足する
磁束密度Ｂの面）に反応ガスを吹付けたり、この面を含
んで同面に平行な反応ガスを流すことにより、面内のガ
ス濃度を高めると、この領域においてマイクロ波の高吸
収帯が形成され、被処理物へのマイクロ波の伝播、ある
いは被処理物や支持台等からのマイクロ波の反射が抑制
されるため導入するマイクロ波の実効効力が損われるこ
とがない。このため、ECR位置近傍にマイクロ波導入部
および被処理物を位置させても、プラズマ処理特性を低
下させることはなくプラズマ処理ができる。
ラズマ活性種の種別，濃度，寿命でほぼ決定され、プラ
ズマ活性種の最大生成位置はECR位置であり、ここで活
性種の種別，濃度が決定され、また寿命内で被処理物に
達するか否かはECR位置と被処理物の距離で決定され
る。更にマイクロ波の伝播は、ECR位置およびその近傍
の分子，原子，イオン等による吸収によつて決定され、
これらのガス濃度が高いほどマイクロ波の同領域におけ
る透過率は低くなる。従つて、マイクロ波の伝播方向に
ほぼ直角に形成されるECR面 マイクロ波の周波数ωで電子の電荷e,質量ｍを満足する
磁束密度Ｂの面）に反応ガスを吹付けたり、この面を含
んで同面に平行な反応ガスを流すことにより、面内のガ
ス濃度を高めると、この領域においてマイクロ波の高吸
収帯が形成され、被処理物へのマイクロ波の伝播、ある
いは被処理物や支持台等からのマイクロ波の反射が抑制
されるため導入するマイクロ波の実効効力が損われるこ
とがない。このため、ECR位置近傍にマイクロ波導入部
および被処理物を位置させても、プラズマ処理特性を低
下させることはなくプラズマ処理ができる。
以下本発明の実施例を図面によつて説明する。
第１図は直径よりも軸長を小さくした真空容器１を用
い、その上端のマイクロ波導入窓10から軸方向にマイク
ロ波３を導入するようマイクロ波導波管２を備えてい
る。真空容器１の側方には、反応ガス供給管7,8および
排気口６が形成され、底部の基板支持台９上に被処理物
11を配置している。このような構成の真空容器１の直径
は350mm軸長は62mmで、マイクロ波導波管２から供給す
るマイクロ波３は、300Wで2.45〔GHz〕、波長123mmであ
る。
い、その上端のマイクロ波導入窓10から軸方向にマイク
ロ波３を導入するようマイクロ波導波管２を備えてい
る。真空容器１の側方には、反応ガス供給管7,8および
排気口６が形成され、底部の基板支持台９上に被処理物
11を配置している。このような構成の真空容器１の直径
は350mm軸長は62mmで、マイクロ波導波管２から供給す
るマイクロ波３は、300Wで2.45〔GHz〕、波長123mmであ
る。
反応ガス供給管7,8および排気口６の中心位置と、マイ
クロ波導入窓10と、被処理物11との位置関係は第２図に
示している。同図は、真空容器１の中心軸上の磁束密度
分布を示し、破線は2.45〔GHz〕のマイクロ波３に対
し、ECR条件（875〔Gauss〕）を満す磁束密度値を示し
ている。従つて、ECR条件は、マイクロ波導入窓10から
マイクロ波の波長λの1/4である31mmの位置で満たさ
れ、同位置は反応ガス供給管7,8からの反応ガスの導入
位置となつている。また被処理物11は、マイクロ波導入
窓10から1/2λの位置にあり、０点はマイクロ波導入窓1
0の位置を示している。尚、上述の如き磁束密度分布は
第１図の如く真空容器１の外周に設けた磁界発生コイル
4,5への電流を制御することにより行なつている。そし
て、この磁界発生コイル4,5は、第２図の条件を満たす
ために、真空容器１の軸方向において反応ガス供給管7,
8の両側に分散して配置している。
クロ波導入窓10と、被処理物11との位置関係は第２図に
示している。同図は、真空容器１の中心軸上の磁束密度
分布を示し、破線は2.45〔GHz〕のマイクロ波３に対
し、ECR条件（875〔Gauss〕）を満す磁束密度値を示し
ている。従つて、ECR条件は、マイクロ波導入窓10から
マイクロ波の波長λの1/4である31mmの位置で満たさ
れ、同位置は反応ガス供給管7,8からの反応ガスの導入
位置となつている。また被処理物11は、マイクロ波導入
窓10から1/2λの位置にあり、０点はマイクロ波導入窓1
0の位置を示している。尚、上述の如き磁束密度分布は
第１図の如く真空容器１の外周に設けた磁界発生コイル
4,5への電流を制御することにより行なつている。そし
て、この磁界発生コイル4,5は、第２図の条件を満たす
ために、真空容器１の軸方向において反応ガス供給管7,
8の両側に分散して配置している。
次に被処理物11として直径100mmのシリコンウエハを用
い、しかも、その処理面をマイクロ波３の伝播方向に向
けて配置し、二酸化けい素（SiO2）膜を形成する場合に
ついて説明する。
い、しかも、その処理面をマイクロ波３の伝播方向に向
けて配置し、二酸化けい素（SiO2）膜を形成する場合に
ついて説明する。
子の場合、マイクロ波３は300W、2.45〔GHz〕、波長123
mmで、反応ガス供給管7,8からそれぞれモノシラン（SiH
4）を20ml/mm、酸素（O2）を80ml/mmで導入し、反応圧
力は１×10-3〔Torr〕となるように真空容器１内を排気
し、第２図の条件を満たすように磁界発生コイル4,5を
制御する。
mmで、反応ガス供給管7,8からそれぞれモノシラン（SiH
4）を20ml/mm、酸素（O2）を80ml/mmで導入し、反応圧
力は１×10-3〔Torr〕となるように真空容器１内を排気
し、第２図の条件を満たすように磁界発生コイル4,5を
制御する。
このとき、マイクロ波３の反射波は20Wで、平均成膜速
度は60〔nm/mm〕、推積膜の屈折率は1.46、緩衝フツ酸
液（HF:NH4F＝1:6）によるエツチレートは280nm/mm、Si
とＯの組成比は1.0:2.0であつた。
度は60〔nm/mm〕、推積膜の屈折率は1.46、緩衝フツ酸
液（HF:NH4F＝1:6）によるエツチレートは280nm/mm、Si
とＯの組成比は1.0:2.0であつた。
この実施例による効果を比較するために、第１図で点線
で示す位置に排気口６′を形成してECR面でのガス濃度
を低下させて成膜したところ、マイクロ波３の反射波は
入力300Wに対して250Wと著しく増大し、推積速度は上記
実施例の1/10、また推積膜質のエツチレートは上記実施
例の300倍となり、成膜特性が著しく低下した。
で示す位置に排気口６′を形成してECR面でのガス濃度
を低下させて成膜したところ、マイクロ波３の反射波は
入力300Wに対して250Wと著しく増大し、推積速度は上記
実施例の1/10、また推積膜質のエツチレートは上記実施
例の300倍となり、成膜特性が著しく低下した。
また第４図は従来のプラズマ処理装置を、上記実施例の
如き観点から分析した真空容器中心軸上の磁束密度分布
を示しており、第２図の条件を満たしていないことが分
る。このため、第３図のプラズマ処理装置を用いて先の
実施例と同様にSiO2膜を形成したところ、マイクロ波３
の入力300Wに対して反射波は10Wであつたが、成膜速度
は50〔nm/mm〕で、成膜された膜の屈折率は1.45、エツ
チレートは600〔nm/mm〕、SiとＯの組成比は1.9:2.0で
あつた。この成膜特性と先の本実施例の成膜特性を比較
すると分かるように、本実施例の如くECR面での反応ガ
ス濃度を高めることによつてマイクロ波３の高吸収帯を
形成し、実効効率をほとんど変えることなく、むしろプ
ラズマ処理特性を向上させて、真空容器１のマイクロ波
伝播方向の軸長を短縮することができる。
如き観点から分析した真空容器中心軸上の磁束密度分布
を示しており、第２図の条件を満たしていないことが分
る。このため、第３図のプラズマ処理装置を用いて先の
実施例と同様にSiO2膜を形成したところ、マイクロ波３
の入力300Wに対して反射波は10Wであつたが、成膜速度
は50〔nm/mm〕で、成膜された膜の屈折率は1.45、エツ
チレートは600〔nm/mm〕、SiとＯの組成比は1.9:2.0で
あつた。この成膜特性と先の本実施例の成膜特性を比較
すると分かるように、本実施例の如くECR面での反応ガ
ス濃度を高めることによつてマイクロ波３の高吸収帯を
形成し、実効効率をほとんど変えることなく、むしろプ
ラズマ処理特性を向上させて、真空容器１のマイクロ波
伝播方向の軸長を短縮することができる。
第５図は本発明の他の実施例によるプラズマ処理装置を
示しており、第１図のものとの相違は反応ガス供給管7,
8からの反応ガスの流れと平行に、かつ被処理物11側に
多孔しきい板15を設けている点であり、この多孔しきい
板15はガスのコンダクタンス用として石英で構成され、
反応ガスの被処理物11の方向への拡散を抑制している。
示しており、第１図のものとの相違は反応ガス供給管7,
8からの反応ガスの流れと平行に、かつ被処理物11側に
多孔しきい板15を設けている点であり、この多孔しきい
板15はガスのコンダクタンス用として石英で構成され、
反応ガスの被処理物11の方向への拡散を抑制している。
第１図のプラズマ処理装置におけると同様の条件でSiO2
膜を形成したところ、マイクロ波３の反射波は入力300W
に対して1Wとなり、成膜速度は58〔nm/mm〕、屈折率は
1.46、エツチレートは180〔nm/mm〕、SiとＯの組成比は
1.0:2.0であつた。従つて、成膜速度は多少減少するも
のゝ、エツチレートの減少が見られて更に膜質が向上す
る。
膜を形成したところ、マイクロ波３の反射波は入力300W
に対して1Wとなり、成膜速度は58〔nm/mm〕、屈折率は
1.46、エツチレートは180〔nm/mm〕、SiとＯの組成比は
1.0:2.0であつた。従つて、成膜速度は多少減少するも
のゝ、エツチレートの減少が見られて更に膜質が向上す
る。
本実施例においても、ECR面にほぼ平行に反応ガスを流
してECR面での反応ガス濃度を高め、マイクロ波の高吸
収帯を形成するようにしたため、被処理物11へのマイク
ロ波３の透過率を著しく減少させ、マイクロ波導入窓10
と被処理物11間および被処理物11とECR位置間の距離を
短縮できるので、軸方向、つまりマイクロ波の伝播方向
に真空容器１を小型にすることができる。
してECR面での反応ガス濃度を高め、マイクロ波の高吸
収帯を形成するようにしたため、被処理物11へのマイク
ロ波３の透過率を著しく減少させ、マイクロ波導入窓10
と被処理物11間および被処理物11とECR位置間の距離を
短縮できるので、軸方向、つまりマイクロ波の伝播方向
に真空容器１を小型にすることができる。
上述した各実施例において、マイクロ波導入窓10の位置
と、ECR位置と、被処理物11の位置のそれぞれの関係
は、導入するマイクロ波３の交番電界強度がほぼ零とな
る位置にマイクロ波導入窓10を形成し、ECR位置は、こ
のマイクロ波導入窓10から（1/4＋ｎ）λ、（ｎ＝0,1,2
…）の位置とし、被処理物は（1/2＋ｎ）λの位置とす
ると、プラズマを発生させる実効効率や反射波の減少を
期待できる。また磁界発生コイル4,5による磁界分布
は、マイクロ波３の伝播方向に単調減少とすると、マイ
クロ波３の導入の阻害を防止することができる。更に、
第１図および第５図に示すように、マイクロ波３の伝播
方向の軸長を直径より小さくした真空容器１を用いる
と、上述した効果を得る上で実際的である。
と、ECR位置と、被処理物11の位置のそれぞれの関係
は、導入するマイクロ波３の交番電界強度がほぼ零とな
る位置にマイクロ波導入窓10を形成し、ECR位置は、こ
のマイクロ波導入窓10から（1/4＋ｎ）λ、（ｎ＝0,1,2
…）の位置とし、被処理物は（1/2＋ｎ）λの位置とす
ると、プラズマを発生させる実効効率や反射波の減少を
期待できる。また磁界発生コイル4,5による磁界分布
は、マイクロ波３の伝播方向に単調減少とすると、マイ
クロ波３の導入の阻害を防止することができる。更に、
第１図および第５図に示すように、マイクロ波３の伝播
方向の軸長を直径より小さくした真空容器１を用いる
と、上述した効果を得る上で実際的である。
以上説明したように本発明は、マイクロ波の伝播方向に
対してほぼ直角に形成されるECR面にそれと並行にガス
を導入し、かつ、ECR面と並行にガスを排気するように
構成してECR面での反応ガス濃度の高い状態を形成した
ため、プラズマ処理特性を低下させることなく、特にマ
イクロ波伝播方向に真空容器を小型にすることができ
る。
対してほぼ直角に形成されるECR面にそれと並行にガス
を導入し、かつ、ECR面と並行にガスを排気するように
構成してECR面での反応ガス濃度の高い状態を形成した
ため、プラズマ処理特性を低下させることなく、特にマ
イクロ波伝播方向に真空容器を小型にすることができ
る。
第１図は本発明を適用したプラズマ処理装置の縦断面
図、第２図は第１図の真空容器中心軸上の磁束密度分布
図、第３図は従来のプラズマ処理装置の縦断面図、第４
図は第３図の真空容器中心軸上の磁束密度分布図、第５
図は本発明の他の実施例によるプラズマ処理装置の縦断
面図である。 １……真空容器、３……マイクロ波、4,5……磁界発生
コイル、６……排気口、7,8……反応ガス供給管、10…
…マイクロ波導入窓、11……被処理物、15……多孔しき
い板。
図、第２図は第１図の真空容器中心軸上の磁束密度分布
図、第３図は従来のプラズマ処理装置の縦断面図、第４
図は第３図の真空容器中心軸上の磁束密度分布図、第５
図は本発明の他の実施例によるプラズマ処理装置の縦断
面図である。 １……真空容器、３……マイクロ波、4,5……磁界発生
コイル、６……排気口、7,8……反応ガス供給管、10…
…マイクロ波導入窓、11……被処理物、15……多孔しき
い板。
フロントページの続き (72)発明者 園部 正 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 鈴木 和夫 茨城県日立市会瀬町２丁目９番１号 日立 サービスエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−177975（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】内部に被処理物が設置される真空容器と、
真空容器に設けたマイクロ波導入窓と、真空容器に設け
たガス導入口と、真空容器に設けたガス排気口と、真空
容器の外側に配置して真空容器内に電子サイクロトロン
共鳴によるプラズマを生成するに充分な磁場を生成する
磁場発生手段とを具備し、 ガス導入口及びガス排気口が、電子サイクロトロン共鳴
面にそれと平行にガスを導入し、電子サイクロトロン共
鳴面に平行にガスを排気するように真空容器内壁に設け
られていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】上記特許請求の範囲第１項記載のものにお
いて、上記磁界発生手段による発生磁界が、上記マイク
ロ波の伝播方向に単調減少となるようにしたことを特徴
とするプラズマ処理装置。 - 【請求項３】上記特許請求の範囲第１項記載のものにお
いて、上記反応ガス供給管と上記被処理物との間に、上
記反応ガスの流れとほぼ平行な多孔しきい板を設けて、
上記被処理物への上記反応ガスの拡散を抑制したことを
特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項４】上記特許請求の範囲第１項記載のものにお
いて、上記真空容器は、その直径よりも上記マイクロ波
の伝播方向の軸長を小さくしたことを特徴とするプラズ
マ処理装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21917987A JPH0715901B2 (ja) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | プラズマ処理装置 |
| EP88107319A EP0290036B1 (en) | 1987-05-08 | 1988-05-06 | Plasma treatment apparatus |
| DE3853551T DE3853551T2 (de) | 1987-05-08 | 1988-05-06 | Plasmabehandlungsvorrichtung. |
| KR1019880005316A KR950012712B1 (ko) | 1987-05-08 | 1988-05-07 | 플라즈마 처리장치 |
| US08/131,519 US5433788A (en) | 1987-01-19 | 1993-10-04 | Apparatus for plasma treatment using electron cyclotron resonance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21917987A JPH0715901B2 (ja) | 1987-09-03 | 1987-09-03 | プラズマ処理装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5030873A Division JP2546596B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6464221A JPS6464221A (en) | 1989-03-10 |
| JPH0715901B2 true JPH0715901B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=16731436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21917987A Expired - Lifetime JPH0715901B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-09-03 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715901B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69017271T2 (de) * | 1989-06-15 | 1995-06-22 | Semiconductor Energy Lab | Gerät zur Bearbeitung mittels Mikrowellen in einem magnetischen Feld. |
| JP3081003B2 (ja) * | 1991-01-22 | 2000-08-28 | アネルバ株式会社 | プラズマ処理装置 |
| JP2546596B2 (ja) * | 1993-02-19 | 1996-10-23 | 株式会社日立製作所 | プラズマ処理装置 |
-
1987
- 1987-09-03 JP JP21917987A patent/JPH0715901B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6464221A (en) | 1989-03-10 |
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