JPH07245271A - プラズマ源及びプラズマ処理装置並びにプラズマ成膜 装置 - Google Patents
プラズマ源及びプラズマ処理装置並びにプラズマ成膜 装置Info
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- JPH07245271A JPH07245271A JP6013394A JP6013394A JPH07245271A JP H07245271 A JPH07245271 A JP H07245271A JP 6013394 A JP6013394 A JP 6013394A JP 6013394 A JP6013394 A JP 6013394A JP H07245271 A JPH07245271 A JP H07245271A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高密度かつ広い領域で均一なプラズマを生成
させて、被処理体に対して高い面内均一性で例えばプラ
ズマ成膜処理等のプラズマ処理を行うこと。 【構成】 チャンバの天壁部に凸部を形成し、この凸部
の中に平面状のコイルを設け、このコイルに高周波電流
を流すと、コイルの中心部を縦方向に通って閉ループを
形成する交番磁界が発生する。この交番磁界によってチ
ャンバ内ではコイルの直下領域と側部周辺領域において
交番電界が誘起され、当該領域は共に真空雰囲気である
から、交番電界により加速された電子が処理ガスの中性
粒子に衝突してガスが電離しプラズマが生成する。この
結果チャンバ内では高密度で広い領域に亘って均一なプ
ラズマが生成するので、例えばプラズマ成膜処理を行う
際には被処理体に対して高い面内均一性をもって膜が形
成される。
させて、被処理体に対して高い面内均一性で例えばプラ
ズマ成膜処理等のプラズマ処理を行うこと。 【構成】 チャンバの天壁部に凸部を形成し、この凸部
の中に平面状のコイルを設け、このコイルに高周波電流
を流すと、コイルの中心部を縦方向に通って閉ループを
形成する交番磁界が発生する。この交番磁界によってチ
ャンバ内ではコイルの直下領域と側部周辺領域において
交番電界が誘起され、当該領域は共に真空雰囲気である
から、交番電界により加速された電子が処理ガスの中性
粒子に衝突してガスが電離しプラズマが生成する。この
結果チャンバ内では高密度で広い領域に亘って均一なプ
ラズマが生成するので、例えばプラズマ成膜処理を行う
際には被処理体に対して高い面内均一性をもって膜が形
成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ源、プラズマ
処理装置及びプラズマ成膜装置に関する。
処理装置及びプラズマ成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、半導体集積回路の製造において
は、アッシング、エッチング、ＣＶＤ、スパッタリング
等の諸工程で、処理ガスのイオン化や化学反応を促進す
るために、プラズマが利用されている。従来より、この
種のプラズマを発生させる代表的な装置としては、平行
平板型プラズマ処理装置が知られているが、この装置で
は、プラズマが発生しているときの装置内圧力は１００
ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒであって、このような高い圧力
ではイオンの平均自由行程が小さいため、微細加工が困
難であるし、また広い面積においてプラズマ分布の高い
均一性を確保できないという問題があることから、最近
においてこの装置に代わって高周波誘導方式によりプラ
ズマを発生させる方法が検討されつつある。
は、アッシング、エッチング、ＣＶＤ、スパッタリング
等の諸工程で、処理ガスのイオン化や化学反応を促進す
るために、プラズマが利用されている。従来より、この
種のプラズマを発生させる代表的な装置としては、平行
平板型プラズマ処理装置が知られているが、この装置で
は、プラズマが発生しているときの装置内圧力は１００
ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒであって、このような高い圧力
ではイオンの平均自由行程が小さいため、微細加工が困
難であるし、また広い面積においてプラズマ分布の高い
均一性を確保できないという問題があることから、最近
においてこの装置に代わって高周波誘導方式によりプラ
ズマを発生させる方法が検討されつつある。
【０００３】この方式は、例えば欧州特許公開明細書第
３７９８２８号や特開平３−７９０２５号公報に記載さ
れるように、ウエハ載置台に対向するチャンバの上面を
石英ガラスなどの誘電体により構成すると共に、この誘
電体の外側に平面状のコイルを設け、このコイルに高周
波電流を流してチャンバ内に電磁場を形成し、この電磁
場内に流れる電子を処理ガスの中性粒子に衝突させて、
ガスを電離させ、プラズマを生成するものである。この
方式によれば、コイルの形状に従って同心円状の電界を
誘導し、プラズマの閉じ込め効果があるので、平行平板
型プラズマ処理装置の場合に比べて相当低い圧力でプラ
ズマを発生させることができ、従って発生したプラズマ
中のイオンの平均自由行程が大きく、高密度で均一なプ
ラズマが得られる。
３７９８２８号や特開平３−７９０２５号公報に記載さ
れるように、ウエハ載置台に対向するチャンバの上面を
石英ガラスなどの誘電体により構成すると共に、この誘
電体の外側に平面状のコイルを設け、このコイルに高周
波電流を流してチャンバ内に電磁場を形成し、この電磁
場内に流れる電子を処理ガスの中性粒子に衝突させて、
ガスを電離させ、プラズマを生成するものである。この
方式によれば、コイルの形状に従って同心円状の電界を
誘導し、プラズマの閉じ込め効果があるので、平行平板
型プラズマ処理装置の場合に比べて相当低い圧力でプラ
ズマを発生させることができ、従って発生したプラズマ
中のイオンの平均自由行程が大きく、高密度で均一なプ
ラズマが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで近年ＤＲＡＭ
の高集積化の進行に伴いパターンが超微細化する一方、
ウエハのサイズが８インチから更には１２インチへと大
口径化しつつあり、このため広い面積に亘って均一にパ
ターンの埋め込みなどの処理を行うことが要求される
が、これにはチャンバ内のプラズマの生成密度分布をよ
り一層均一にすることが必要である。上記のような高周
波誘導方式を用いるプラズマ処理装置では、コイル直下
のチャンバ内空間でプラズマが生成されるが、このプラ
ズマの生成密度は各位置での電界強度に比例し、中心位
置で若干低くなるもののコイルの中間部では概ね均一で
ある。しかしながら外縁部付近では外に向かう程かなり
大きな勾配でプラズマ密度が低くなっていく。これはコ
イルの側方では処理ガスのプラズマが生成しないためで
あり、従って、この種のプラズマ処理装置においては、
ウエハの中央部付近のプラズマ密度がウエハの外周縁部
付近のプラズマ密度よりも高くなる傾向があり、プラズ
マ処理の均一性を高めることが困難であった。
の高集積化の進行に伴いパターンが超微細化する一方、
ウエハのサイズが８インチから更には１２インチへと大
口径化しつつあり、このため広い面積に亘って均一にパ
ターンの埋め込みなどの処理を行うことが要求される
が、これにはチャンバ内のプラズマの生成密度分布をよ
り一層均一にすることが必要である。上記のような高周
波誘導方式を用いるプラズマ処理装置では、コイル直下
のチャンバ内空間でプラズマが生成されるが、このプラ
ズマの生成密度は各位置での電界強度に比例し、中心位
置で若干低くなるもののコイルの中間部では概ね均一で
ある。しかしながら外縁部付近では外に向かう程かなり
大きな勾配でプラズマ密度が低くなっていく。これはコ
イルの側方では処理ガスのプラズマが生成しないためで
あり、従って、この種のプラズマ処理装置においては、
ウエハの中央部付近のプラズマ密度がウエハの外周縁部
付近のプラズマ密度よりも高くなる傾向があり、プラズ
マ処理の均一性を高めることが困難であった。
【０００５】ここでコイルを大型化して、ウエハ上部の
プラズマ密度の均一化を図ることも考えられるが、コイ
ルの大型化に伴い、コイルに供給する電力が大きくなる
と共に、チャンバの上面に配設される石英ガラスも大型
化するので、コストが高くなるという問題がある。ま
た、同じ装置を用いてＬＣＤ基板を処理することを考え
ると、ＬＣＤ基板は６００ｍｍ×６００ｍｍと大きいの
で、さらに装置が大型化してコストが高くなるという問
題があり、コイルの大型化は実用性に乏しい。
プラズマ密度の均一化を図ることも考えられるが、コイ
ルの大型化に伴い、コイルに供給する電力が大きくなる
と共に、チャンバの上面に配設される石英ガラスも大型
化するので、コストが高くなるという問題がある。ま
た、同じ装置を用いてＬＣＤ基板を処理することを考え
ると、ＬＣＤ基板は６００ｍｍ×６００ｍｍと大きいの
で、さらに装置が大型化してコストが高くなるという問
題があり、コイルの大型化は実用性に乏しい。
【０００６】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、広い領域で均一なプラズマを生
成させることができるプラズマ源を提供することにあ
り、また他の目的は被処理体に対して高い面内均一性を
もってプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装
置を提供することにあり、さらに他の目的は被処理体に
対して高い面内均一性をもって成膜処理を行うことがで
きるプラズマ成膜処理装置を提供することにある。
のであり、その目的は、広い領域で均一なプラズマを生
成させることができるプラズマ源を提供することにあ
り、また他の目的は被処理体に対して高い面内均一性を
もってプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装
置を提供することにあり、さらに他の目的は被処理体に
対して高い面内均一性をもって成膜処理を行うことがで
きるプラズマ成膜処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、気密
なチャンバに配置された誘導手段に高周波電圧を印加し
て前記チャンバ内に高周波電磁場を形成し、これにより
チャンバ内のガスをプラズマ化するプラズマ源におい
て、前記チャンバの壁面より前記チャンバ内へ突出する
凸部を形成し、この凸部に前記誘導手段を設けたことを
特徴とする。
なチャンバに配置された誘導手段に高周波電圧を印加し
て前記チャンバ内に高周波電磁場を形成し、これにより
チャンバ内のガスをプラズマ化するプラズマ源におい
て、前記チャンバの壁面より前記チャンバ内へ突出する
凸部を形成し、この凸部に前記誘導手段を設けたことを
特徴とする。
【０００８】請求項２の発明は、気密なチャンバに配置
された誘導手段に高周波電圧を印加して前記チャンバ内
に高周波電磁場を形成し、これによりチャンバ内のガス
をプラズマ化するプラズマ源において、前記チャンバの
壁面より前記チャンバ内へ突出しすると共に側部が誘電
体により構成された凸部を形成し、この凸部に前記誘導
手段を設けたことを特徴とする。
された誘導手段に高周波電圧を印加して前記チャンバ内
に高周波電磁場を形成し、これによりチャンバ内のガス
をプラズマ化するプラズマ源において、前記チャンバの
壁面より前記チャンバ内へ突出しすると共に側部が誘電
体により構成された凸部を形成し、この凸部に前記誘導
手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】請求項３の発明は、気密なチャンバに配置
された誘導手段に高周波電圧を印加して前記チャンバ内
に高周波電磁場を形成し、これによりチャンバ内のガス
をプラズマ化して、前記誘導手段に対向して前記チャン
バ内に載置された被処理体に対してプラズマによる処理
を行うプラズマ処理装置において、前記チャンバの壁面
より前記チャンバ内へ突出する凸部を形成し、この凸部
に前記誘導手段を設けたことを特徴とする。
された誘導手段に高周波電圧を印加して前記チャンバ内
に高周波電磁場を形成し、これによりチャンバ内のガス
をプラズマ化して、前記誘導手段に対向して前記チャン
バ内に載置された被処理体に対してプラズマによる処理
を行うプラズマ処理装置において、前記チャンバの壁面
より前記チャンバ内へ突出する凸部を形成し、この凸部
に前記誘導手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】請求項４の発明は、気密なチャンバに配置
されたコイルに高周波電圧を印加して前記チャンバ内に
高周波電磁場を形成し、これによりチャンバ内のガスを
プラズマ化して被処理体に対してプラズマ成膜処理を行
うプラズマ成膜処理装置において、前記チャンバの壁面
より前記チャンバ内へ突出する石英により構成された
されたコイルに高周波電圧を印加して前記チャンバ内に
高周波電磁場を形成し、これによりチャンバ内のガスを
プラズマ化して被処理体に対してプラズマ成膜処理を行
うプラズマ成膜処理装置において、前記チャンバの壁面
より前記チャンバ内へ突出する石英により構成された
【００１１】凸部を形成し、この凸部に前記コイルを設
けたことを特徴とする。
けたことを特徴とする。
【作用】誘導手段に高周波電流を流すと、誘導手段の中
心部を縦方向に通って閉ループを形成する交番磁界が発
生する。この交番磁界によってチャンバ内では誘導手段
の直下領域と側部周縁領域において、交番電界が誘起さ
れ、この交番電界により加速された電子が処理ガスの中
性粒子に衝突することで、ガスが電離してプラズマが生
成する。
心部を縦方向に通って閉ループを形成する交番磁界が発
生する。この交番磁界によってチャンバ内では誘導手段
の直下領域と側部周縁領域において、交番電界が誘起さ
れ、この交番電界により加速された電子が処理ガスの中
性粒子に衝突することで、ガスが電離してプラズマが生
成する。
【００１２】またプラズマの生成密度は、交番電界の電
界強度に比例するため、誘導手段の直下領域に生成され
たプラズマの密度は、チャンバの中央部に比べて周縁部
においては低くなるが、この領域におけるプラズマの密
度は、誘導手段の側部周縁領域にて生成されたプラズマ
により補償されるので、結果としてプラズマの生成密度
の均一化が図られる。従ってこのようなプラズマ源を用
いたプラズマ処理装置では、被処理体に対して高い面内
均一性をもってプラズマ処理を行うことができ、さらに
このプラズマ源を用いた成膜処理装置では、被処理体に
対して高い面内均一性をもって成膜処理を行うことがで
き、膜厚の面内均一性が向上する。
界強度に比例するため、誘導手段の直下領域に生成され
たプラズマの密度は、チャンバの中央部に比べて周縁部
においては低くなるが、この領域におけるプラズマの密
度は、誘導手段の側部周縁領域にて生成されたプラズマ
により補償されるので、結果としてプラズマの生成密度
の均一化が図られる。従ってこのようなプラズマ源を用
いたプラズマ処理装置では、被処理体に対して高い面内
均一性をもってプラズマ処理を行うことができ、さらに
このプラズマ源を用いた成膜処理装置では、被処理体に
対して高い面内均一性をもって成膜処理を行うことがで
き、膜厚の面内均一性が向上する。
【００１３】
【実施例】図１および図２は本発明のプラズマ源を用い
たプラズマ成膜装置の一実施例を模式的に示す略断面図
および斜視図であり、図中１は例えばステンレスよりな
る気密構造のチャンバである。このチャンバ１内の底部
中央には被処理体である半導体ウエハＷを載置するため
のウエハ載置台２が配設されており、このウエハ載置台
２の中には、ウエハＷを所定の温度に加熱するためのヒ
ータ３が設けられている。またこのウエハ載置台２に
は、マッチング回路部４２を介してバイアス印加用の高
周波電源４１の一端が接続され、当該高周波電源４１の
他端は接地されている。
たプラズマ成膜装置の一実施例を模式的に示す略断面図
および斜視図であり、図中１は例えばステンレスよりな
る気密構造のチャンバである。このチャンバ１内の底部
中央には被処理体である半導体ウエハＷを載置するため
のウエハ載置台２が配設されており、このウエハ載置台
２の中には、ウエハＷを所定の温度に加熱するためのヒ
ータ３が設けられている。またこのウエハ載置台２に
は、マッチング回路部４２を介してバイアス印加用の高
周波電源４１の一端が接続され、当該高周波電源４１の
他端は接地されている。
【００１４】前記ウエハ載置台２と対向するチャンバ１
の天壁部分には、チャンバ内に突出する凸部１１が例え
ば突出部分の深さＨ１が５ｃｍ、チャンバ１内における
底部とウエハ載置台３上に載置された半導体ウエハＷの
上面との距離Ｈ２が３０〜１５０ｍｍとなるように形成
されており、この凸部１１の側壁及び底壁は誘電体例え
ば石英板５により構成されている。また前記凸部１１の
底面には誘導手段例えば導体を渦巻状に形成したコイル
６が載置されており、このコイル６の両端子間即ち内端
と外端間には、プラズマ生成用の高周波電源７１がマッ
チング回路７２を介して接続されている。
の天壁部分には、チャンバ内に突出する凸部１１が例え
ば突出部分の深さＨ１が５ｃｍ、チャンバ１内における
底部とウエハ載置台３上に載置された半導体ウエハＷの
上面との距離Ｈ２が３０〜１５０ｍｍとなるように形成
されており、この凸部１１の側壁及び底壁は誘電体例え
ば石英板５により構成されている。また前記凸部１１の
底面には誘導手段例えば導体を渦巻状に形成したコイル
６が載置されており、このコイル６の両端子間即ち内端
と外端間には、プラズマ生成用の高周波電源７１がマッ
チング回路７２を介して接続されている。
【００１５】また前記チャンバ１の側壁上部には、チャ
ンバ１内に処理ガスを供給するためのガス供給管１２が
接続されると共に、チャンバ１の底部には、図示しない
真空ポンプによりチャンバ１内を真空排気するための排
気管１３が接続され、さらにチャンバ１の側壁には図示
しないロードロック室との間を開閉するゲートバルブ１
４、１５が設けられている。
ンバ１内に処理ガスを供給するためのガス供給管１２が
接続されると共に、チャンバ１の底部には、図示しない
真空ポンプによりチャンバ１内を真空排気するための排
気管１３が接続され、さらにチャンバ１の側壁には図示
しないロードロック室との間を開閉するゲートバルブ１
４、１５が設けられている。
【００１６】次に図３において、本実施例のプラズマ成
膜装置におけるプラズマ生成およびプラズマ成膜処理の
作用について説明する。先ず図示しないロードロック室
よりゲートバルブ１４を介して被処理体例えば半導体ウ
エハＷがチャンバ１内に搬入されて、ウエハ載置台２上
に載置される。続いてヒータ３によりウエハＷが所定の
温度に加熱されると共に、ガス供給管１２より所定の処
理ガスが所定の流量でチャンバ１内に供給され、図示し
ない真空ポンプにより排気管１３を介してチャンバ１内
が所定の真空度に排気された状態の下で、コイル６に高
周波電源７１から例えば１３．５６ｋＨｚ、５００Ｗの
高周波電圧が印加される。
膜装置におけるプラズマ生成およびプラズマ成膜処理の
作用について説明する。先ず図示しないロードロック室
よりゲートバルブ１４を介して被処理体例えば半導体ウ
エハＷがチャンバ１内に搬入されて、ウエハ載置台２上
に載置される。続いてヒータ３によりウエハＷが所定の
温度に加熱されると共に、ガス供給管１２より所定の処
理ガスが所定の流量でチャンバ１内に供給され、図示し
ない真空ポンプにより排気管１３を介してチャンバ１内
が所定の真空度に排気された状態の下で、コイル６に高
周波電源７１から例えば１３．５６ｋＨｚ、５００Ｗの
高周波電圧が印加される。
【００１７】この高周波電圧の印加によってコイル６に
高周波電流が流れると、図３の模式図に示すように当該
コイル６の周りに交番磁界Ｂが発生し、その磁束の多く
はコイル６の中心部を縦方向に通って閉ループを形成す
る。ここでコイル６はチャンバ１の天壁部分に形成され
た凸部１１の中に設けられ、この凸部１１の側部及び底
部は磁場を透過する誘電体で構成されていることから、
交番磁界はコイル６を中心として凸部１１の側部を通る
ように発生する。このような交番磁界によってチャンバ
１内ではコイル６の直下領域でコイル６と概ね同心円状
に円周方向の交番電界Ｅが誘起されると共に、コイル６
の側部領域においてもコイル６の周囲を取り巻くよう
に、交番電界Ｅが誘起され、この交番電界により円周方
向に加速された電子が処理ガスの中性粒子に衝突するこ
とで、ガスが電離する。そしてコイル６は、チャンバ１
の天井壁に形成された凸部１１の中に配置されているた
め、コイル６の下方領域に加えて側部周縁領域も真空雰
囲気であるから、当該側部周縁領域にもプラズマＰが生
成し、この結果高密度で横方向に広い領域に亘って均一
なプラズマが生成される。
高周波電流が流れると、図３の模式図に示すように当該
コイル６の周りに交番磁界Ｂが発生し、その磁束の多く
はコイル６の中心部を縦方向に通って閉ループを形成す
る。ここでコイル６はチャンバ１の天壁部分に形成され
た凸部１１の中に設けられ、この凸部１１の側部及び底
部は磁場を透過する誘電体で構成されていることから、
交番磁界はコイル６を中心として凸部１１の側部を通る
ように発生する。このような交番磁界によってチャンバ
１内ではコイル６の直下領域でコイル６と概ね同心円状
に円周方向の交番電界Ｅが誘起されると共に、コイル６
の側部領域においてもコイル６の周囲を取り巻くよう
に、交番電界Ｅが誘起され、この交番電界により円周方
向に加速された電子が処理ガスの中性粒子に衝突するこ
とで、ガスが電離する。そしてコイル６は、チャンバ１
の天井壁に形成された凸部１１の中に配置されているた
め、コイル６の下方領域に加えて側部周縁領域も真空雰
囲気であるから、当該側部周縁領域にもプラズマＰが生
成し、この結果高密度で横方向に広い領域に亘って均一
なプラズマが生成される。
【００１８】従ってプラズマＣＶＤでは、プラズマで活
性状態に励起されたガス分子同士が反応してその固体の
反応生成物がウエハ表面に堆積して膜が形成されるが、
半導体ウエハＷの表面全体にプラズマが均一な密度で作
用するため、ウエハ表面上に膜が均一に形成される。
性状態に励起されたガス分子同士が反応してその固体の
反応生成物がウエハ表面に堆積して膜が形成されるが、
半導体ウエハＷの表面全体にプラズマが均一な密度で作
用するため、ウエハ表面上に膜が均一に形成される。
【００１９】次に本発明の効果を確認するために行った
実験例について説明する。上記のプラズマ処理装置にお
いて、凸部の深さをＨ１（図１参照）８０ｍｍ、口径を
１６０ｍｍφ、石英板の厚さを８ｍｍ、コイルの外形を
１１０ｍｍφとし、高周波電源から１３．５６ｋＨｚ、
５００ｗの高周波電力を印加してプラズマを生成させ、
コイルより５０ｍｍ下方のチャンバの中央部Ｘ1 と、こ
の中央部から外方へ６０ｍｍ離れた地点Ｘ2 とにおける
各電子密度をそれぞれ測定し、これより電子密度の面内
均一性を求めた。また凸部を設けない従来装置について
も同様の実験を行った。但し従来装置の実験において
は、実際にはチャンバの凸部側壁を、接地されたアルミ
ニウム箔によりシールドして、凸部の側方に電界が発生
しないようにして従来のプラズマ処理装置を仮想的に構
成した。
実験例について説明する。上記のプラズマ処理装置にお
いて、凸部の深さをＨ１（図１参照）８０ｍｍ、口径を
１６０ｍｍφ、石英板の厚さを８ｍｍ、コイルの外形を
１１０ｍｍφとし、高周波電源から１３．５６ｋＨｚ、
５００ｗの高周波電力を印加してプラズマを生成させ、
コイルより５０ｍｍ下方のチャンバの中央部Ｘ1 と、こ
の中央部から外方へ６０ｍｍ離れた地点Ｘ2 とにおける
各電子密度をそれぞれ測定し、これより電子密度の面内
均一性を求めた。また凸部を設けない従来装置について
も同様の実験を行った。但し従来装置の実験において
は、実際にはチャンバの凸部側壁を、接地されたアルミ
ニウム箔によりシールドして、凸部の側方に電界が発生
しないようにして従来のプラズマ処理装置を仮想的に構
成した。
【００２０】この結果は、従来の装置では、中央部の電
子密度が約１×１０10〜１×１０11ｃｍ-3、電子密度の
面内均一性（Ｘ1 の電子密度に対する、Ｘ1 とＸ2 の電
子密度の差の割合）が±７〜８％であったのに対し、本
発明の装置では、中央部の電子密度が約１×１０12ｃｍ
-3、電子密度分布が±３％であり、従来の装置に比べ
て、中央部の電子密度が１０〜１００倍になり、電子密
度の均一性が大幅に向上していることが確認された。
子密度が約１×１０10〜１×１０11ｃｍ-3、電子密度の
面内均一性（Ｘ1 の電子密度に対する、Ｘ1 とＸ2 の電
子密度の差の割合）が±７〜８％であったのに対し、本
発明の装置では、中央部の電子密度が約１×１０12ｃｍ
-3、電子密度分布が±３％であり、従来の装置に比べ
て、中央部の電子密度が１０〜１００倍になり、電子密
度の均一性が大幅に向上していることが確認された。
【００２１】このように本発明において電子密度が高く
なるのは、前述のように、従来の装置ではコイルの直下
付近の交番電界のみしか有効でなかったが、本発明の装
置ではコイルの側部周縁部が真空雰囲気であるからこの
領域の交番電界もチャンバ内の電子密度に寄与するため
と考えられる。
なるのは、前述のように、従来の装置ではコイルの直下
付近の交番電界のみしか有効でなかったが、本発明の装
置ではコイルの側部周縁部が真空雰囲気であるからこの
領域の交番電界もチャンバ内の電子密度に寄与するため
と考えられる。
【００２２】また本発明において電子密度の均一化が図
られるのは、コイルの直下付近に誘起された交番電界に
ついてだけみれば周縁部において外方へ向かうにつれて
その強度が低くなるが、コイルの側部周縁部の交番電界
により周縁部の電界強度が補償され、従って図４（ｂ）
の実線で示すように、結果として電子密度分布の均一化
が図られるためと考えられる。この結果図４（ａ）に示
すようにプラズマＰは凸部の下方側及び側方側に亘って
生成され、高密度で面方向に均一なものになる。
られるのは、コイルの直下付近に誘起された交番電界に
ついてだけみれば周縁部において外方へ向かうにつれて
その強度が低くなるが、コイルの側部周縁部の交番電界
により周縁部の電界強度が補償され、従って図４（ｂ）
の実線で示すように、結果として電子密度分布の均一化
が図られるためと考えられる。この結果図４（ａ）に示
すようにプラズマＰは凸部の下方側及び側方側に亘って
生成され、高密度で面方向に均一なものになる。
【００２３】一方従来の装置では、コイルの側方の交番
電界はチャンバ内の電子密度に寄与しないので電子密度
は図５（ｂ）に実線で示すように、コイルの中心位置で
若干低くなるもののコイルの中間部では概ね均一である
が、そこから外方へ向うにつれて大きな勾配で低くなっ
ていき、特に交番電界が誘起されないコイルの周縁部に
おいては最も低くなる。この場合のプラズマＰは図５
（ａ）に示すようにチャンバの天井壁の下方側にのみ形
成されることになる。
電界はチャンバ内の電子密度に寄与しないので電子密度
は図５（ｂ）に実線で示すように、コイルの中心位置で
若干低くなるもののコイルの中間部では概ね均一である
が、そこから外方へ向うにつれて大きな勾配で低くなっ
ていき、特に交番電界が誘起されないコイルの周縁部に
おいては最も低くなる。この場合のプラズマＰは図５
（ａ）に示すようにチャンバの天井壁の下方側にのみ形
成されることになる。
【００２４】この実験により、本発明のプラズマ成膜装
置では電子密度分布の均一化が図られると共に電子密度
が高くなることが確認されたが、電子密度とプラズマの
生成密度とは比例関係にあるため、結果としてプラズマ
が高密度で広い領域に亘って均一に生成されることが確
認された。実際にＴＥＯＳガス、Ｏ2 ガス及びＡｒガス
を流量２、１０及び２０ｓｃｃｍでチャンバ内に供給
し、圧力を１０ｍＴｏｒｒに維持して厚さ１００００オ
ングストロームの薄膜を形成したところ面内均一性は３
〜４％と非常に高かった。
置では電子密度分布の均一化が図られると共に電子密度
が高くなることが確認されたが、電子密度とプラズマの
生成密度とは比例関係にあるため、結果としてプラズマ
が高密度で広い領域に亘って均一に生成されることが確
認された。実際にＴＥＯＳガス、Ｏ2 ガス及びＡｒガス
を流量２、１０及び２０ｓｃｃｍでチャンバ内に供給
し、圧力を１０ｍＴｏｒｒに維持して厚さ１００００オ
ングストロームの薄膜を形成したところ面内均一性は３
〜４％と非常に高かった。
【００２５】このように本発明の成膜装置では、プラズ
マが広い領域に亘って均一に生成されるので、半導体ウ
エハの表面に広い面積に亘って均一に成膜処理が行なわ
れ、このためウエハサイズの大口径化に対応できて、歩
留まりを向上させることができる。さらにチャンバやコ
イルの大きさ、供給する電力量が同じであってもプラズ
マの生成密度が高いため、成膜速度が大きくなり、スル
ープットを高めることができる上、不純物の少ない薄膜
を形成することができる。さらにまた薄膜の面内均一性
を従来と同程度にする場合は、コイルを小型化でき、こ
れに伴い、石英板や供給する電力量も小さくできるた
め、コストダウンを図ることができる。
マが広い領域に亘って均一に生成されるので、半導体ウ
エハの表面に広い面積に亘って均一に成膜処理が行なわ
れ、このためウエハサイズの大口径化に対応できて、歩
留まりを向上させることができる。さらにチャンバやコ
イルの大きさ、供給する電力量が同じであってもプラズ
マの生成密度が高いため、成膜速度が大きくなり、スル
ープットを高めることができる上、不純物の少ない薄膜
を形成することができる。さらにまた薄膜の面内均一性
を従来と同程度にする場合は、コイルを小型化でき、こ
れに伴い、石英板や供給する電力量も小さくできるた
め、コストダウンを図ることができる。
【００２６】ここで誘導手段としては図６に示すように
２重あるいは３重以上巻いてあるコイル６１を用いても
よい。またチャンバに設けられる凸部１１については、
図７に示すように角部を丸く形成してもよいし、あるい
は図８に示すようにリング状に形成し、その中央部の空
間にガス拡散板６２（図示の例では２段のガス拡散板６
２ａ、６２ｂ）を設け、ガス拡散板６２と凸部１１の側
壁とで囲まれる領域に、ガス供給管１２の供給口を開口
させ、こうして凸部１１の中央部から処理ガスをチャン
バ内に供給するようにしてもよい。更にまた凸部１１の
一部を、接地された導体で構成し、プラズマ密度の均一
性をコントロールするようにしてもよい。
２重あるいは３重以上巻いてあるコイル６１を用いても
よい。またチャンバに設けられる凸部１１については、
図７に示すように角部を丸く形成してもよいし、あるい
は図８に示すようにリング状に形成し、その中央部の空
間にガス拡散板６２（図示の例では２段のガス拡散板６
２ａ、６２ｂ）を設け、ガス拡散板６２と凸部１１の側
壁とで囲まれる領域に、ガス供給管１２の供給口を開口
させ、こうして凸部１１の中央部から処理ガスをチャン
バ内に供給するようにしてもよい。更にまた凸部１１の
一部を、接地された導体で構成し、プラズマ密度の均一
性をコントロールするようにしてもよい。
【００２７】ところでチャンバ内にコイルを設ければコ
イルの側部周縁領域も真空雰囲気であるから、当該領域
にもプラズマが生成するが、この場合には成膜処理を行
う際にコイルにも膜が付着してこれがパーティクル発生
の原因になり、また腐食性の処理ガスで成膜処理を行う
場合には、コイルが腐食されることから、実際に適用す
ることは非常に困難であるが、本発明のようにコイルを
チャンバの外部に設けると、このような問題は発生せ
ず、メンテナンスも行いやすくなるという利点がある。
イルの側部周縁領域も真空雰囲気であるから、当該領域
にもプラズマが生成するが、この場合には成膜処理を行
う際にコイルにも膜が付着してこれがパーティクル発生
の原因になり、また腐食性の処理ガスで成膜処理を行う
場合には、コイルが腐食されることから、実際に適用す
ることは非常に困難であるが、本発明のようにコイルを
チャンバの外部に設けると、このような問題は発生せ
ず、メンテナンスも行いやすくなるという利点がある。
【００２８】以上において本発明はプラズマ成膜処理以
外に例えばプラズマエッチング処理、プラズマアッシン
グ処理などを行うプラズマ処理装置に適用してもよく、
また誘導手段としては上述の平面状のコイルの他に、ア
ンテナや、導体を螺旋型やループ型、角型、コイル中の
ワンターン型、直線型に夫々形成したものを用いてもよ
い。
外に例えばプラズマエッチング処理、プラズマアッシン
グ処理などを行うプラズマ処理装置に適用してもよく、
また誘導手段としては上述の平面状のコイルの他に、ア
ンテナや、導体を螺旋型やループ型、角型、コイル中の
ワンターン型、直線型に夫々形成したものを用いてもよ
い。
【００２９】更に本発明の実施例によれば、プラズマ生
起領域を被処理体に対して凸部をもって近づけることが
出来るので、プラズマによる処理速度を高めることがで
きる。
起領域を被処理体に対して凸部をもって近づけることが
出来るので、プラズマによる処理速度を高めることがで
きる。
【００３０】
【発明の効果】本発明のプラズマ生成装置によれば、誘
導手段により生起されるプラズマを、チャンバ内に突出
した凸部の周囲にも形成することで、周辺部と中心部と
のプラズマ密度分布の均一性を高められたプラズマ生成
装置を提供できる。
導手段により生起されるプラズマを、チャンバ内に突出
した凸部の周囲にも形成することで、周辺部と中心部と
のプラズマ密度分布の均一性を高められたプラズマ生成
装置を提供できる。
【図１】本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の構
成を示す略断面図である。
成を示す略断面図である。
【図２】実施例におけるプラズマ処理装置の構成を示す
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図３】プラズマ処理装置におけるプラズマ生成の作用
と電子密度分布を示す略断面図である。
と電子密度分布を示す略断面図である。
【図４】本発明におけるプラズマ発生の様子と電子密度
分布とを模式的に示す説明図である。
分布とを模式的に示す説明図である。
【図５】従来装置におけるプラズマ発生の様子と電子密
度分布とを模式的に示す説明図である。
度分布とを模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部を示す略断面図であ
る。
る。
【図７】本発明の更に他の実施例の要部を示す略断面図
である。
である。
【図８】本発明の更にまた他の実施例の要部を示す略断
面図である。
面図である。
１ チャンバ １１ 凸部 ２ ウエハ載置台 ４１、７１ 高周波電源 ５ 石英板 ６、６１ コイル Ｂ 交番磁界 Ｅ 交番電界 Ｐ プラズマ Ｗ 半導体ウエハ
【手続補正書】
【提出日】平成６年５月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】請求項４の発明は、気密なチャンバに配置
されたコイルに高周波電圧を印加して前記チャンバ内に
高周波電磁場を形成し、これによりチャンバ内のガスを
プラズマ化して被処理体に対してプラズマ成膜処理を行
うプラズマ成膜処理装置において、前記チャンバの壁面
より前記チャンバ内へ突出する石英により構成された凸
部を形成し、この凸部に前記コイルを設けたことを特徴
とする。
されたコイルに高周波電圧を印加して前記チャンバ内に
高周波電磁場を形成し、これによりチャンバ内のガスを
プラズマ化して被処理体に対してプラズマ成膜処理を行
うプラズマ成膜処理装置において、前記チャンバの壁面
より前記チャンバ内へ突出する石英により構成された凸
部を形成し、この凸部に前記コイルを設けたことを特徴
とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【作用】 誘導手段に高周波電流を流すと、誘導手段の中
心部を縦方向に通って閉ループを形成する交番磁界が発
生する。この交番磁界によってチャンバ内では誘導手段
の直下領域と側部周縁領域において、交番電界が誘起さ
れ、この交番電界により加速された電子が処理ガスの中
性粒子に衝突することで、ガスが電離してプラズマが生
成する。
心部を縦方向に通って閉ループを形成する交番磁界が発
生する。この交番磁界によってチャンバ内では誘導手段
の直下領域と側部周縁領域において、交番電界が誘起さ
れ、この交番電界により加速された電子が処理ガスの中
性粒子に衝突することで、ガスが電離してプラズマが生
成する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ
Claims (4)
- 【請求項１】 気密なチャンバに配置された誘導手段に
高周波電圧を印加して前記チャンバ内に高周波電磁場を
形成し、これによりチャンバ内のガスをプラズマ化する
プラズマ源において、 前記チャンバの壁面より前記チャンバ内へ突出する凸部
を形成し、この凸部に前記誘導手段を設けたことを特徴
とするプラズマ源。 - 【請求項２】 気密なチャンバに配置された誘導手段に
高周波電圧を印加して前記チャンバ内に高周波電磁場を
形成し、これによりチャンバ内のガスをプラズマ化する
プラズマ源において、 前記チャンバの壁面より前記チャンバ内へ突出しすると
共に側部が誘電体により構成された凸部を形成し、この
凸部に前記誘導手段を設けたことを特徴とするプラズマ
源。 - 【請求項３】 気密なチャンバに配置された誘導手段に
高周波電圧を印加して前記チャンバ内に高周波電磁場を
形成し、これによりチャンバ内のガスをプラズマ化し
て、前記誘導手段に対向して前記チャンバ内に載置され
た被処理体に対してプラズマによる処理を行うプラズマ
処理装置において、 前記チャンバの壁面より前記チャンバ内へ突出する凸部
を形成し、この凸部に前記誘導手段を設けたことを特徴
とするプラズマ処理装置。 - 【請求項４】 気密なチャンバに配置されたコイルに高
周波電圧を印加して前記チャンバ内に高周波電磁場を形
成し、これによりチャンバ内のガスをプラズマ化して被
処理体に対してプラズマ成膜処理を行うプラズマ成膜処
理装置において、 前記チャンバの壁面より前記チャンバ内へ突出する石英
により構成された凸部を形成し、この凸部に前記コイル
を設けたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06060133A JP3138899B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | プラズマ処理装置 |
| US08/399,939 US5783492A (en) | 1994-03-04 | 1995-03-03 | Plasma processing method, plasma processing apparatus, and plasma generating apparatus |
| KR1019950004417A KR100307998B1 (ko) | 1994-03-04 | 1995-03-04 | 프라즈마 처리방법 |
| TW084102408A TW274677B (ja) | 1994-03-04 | 1995-03-14 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06060133A JP3138899B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07245271A true JPH07245271A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3138899B2 JP3138899B2 (ja) | 2001-02-26 |
Family
ID=13133344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06060133A Expired - Fee Related JP3138899B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3138899B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6077402A (en) * | 1997-05-16 | 2000-06-20 | Applied Materials, Inc. | Central coil design for ionized metal plasma deposition |
| US6660134B1 (en) | 1998-07-10 | 2003-12-09 | Applied Materials, Inc. | Feedthrough overlap coil |
| WO2022054225A1 (ja) * | 2020-09-11 | 2022-03-17 | 株式会社Kokusai Electric | 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプラズマ生成装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2581626A4 (en) | 2010-06-14 | 2018-01-24 | National University Corporation Kumamoto University | Vibration dampening device |
-
1994
- 1994-03-04 JP JP06060133A patent/JP3138899B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6077402A (en) * | 1997-05-16 | 2000-06-20 | Applied Materials, Inc. | Central coil design for ionized metal plasma deposition |
| US6660134B1 (en) | 1998-07-10 | 2003-12-09 | Applied Materials, Inc. | Feedthrough overlap coil |
| WO2022054225A1 (ja) * | 2020-09-11 | 2022-03-17 | 株式会社Kokusai Electric | 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプラズマ生成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3138899B2 (ja) | 2001-02-26 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 12 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121215 |
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