JPH0777202B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JPH0777202B2 JPH0777202B2 JP806287A JP806287A JPH0777202B2 JP H0777202 B2 JPH0777202 B2 JP H0777202B2 JP 806287 A JP806287 A JP 806287A JP 806287 A JP806287 A JP 806287A JP H0777202 B2 JPH0777202 B2 JP H0777202B2
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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、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置に係
り、特に電子サイクロトロン共鳴（ECR）を利用したプ
ラズマCVDの高効率化，堆積膜質の高品質化，低温プロ
セス精及び低ダメージ化を図る上に好適なプラズマ処理
方法及び装置に関する。
り、特に電子サイクロトロン共鳴（ECR）を利用したプ
ラズマCVDの高効率化，堆積膜質の高品質化，低温プロ
セス精及び低ダメージ化を図る上に好適なプラズマ処理
方法及び装置に関する。
従来の有磁場マイクロ波プラズマ処理方法で高効率処理
化を図つたものに特開昭56155535号公報に記載のよう
に、プラズマ生成室をマイクロ波空胴共振器として作用
させて、プラズマ活性種を処理する方法さらに高効率化
を図つた方法として、特開昭57−79621号公報に記載の
ように、基板処理室外側に磁石を配し、プラズマ流径を
絞つてプラズマ密度を高めた方法がある。また、特開昭
59−3018号公報に記載されているように、ミラー磁場に
より、プラズマ流の拡散を抑制して処理効率の増大化を
図つた方法がある。
化を図つたものに特開昭56155535号公報に記載のよう
に、プラズマ生成室をマイクロ波空胴共振器として作用
させて、プラズマ活性種を処理する方法さらに高効率化
を図つた方法として、特開昭57−79621号公報に記載の
ように、基板処理室外側に磁石を配し、プラズマ流径を
絞つてプラズマ密度を高めた方法がある。また、特開昭
59−3018号公報に記載されているように、ミラー磁場に
より、プラズマ流の拡散を抑制して処理効率の増大化を
図つた方法がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術においては、ECR条件を満たす磁束密度域
の考慮がなされて配慮がされておらず、かならずしもプ
ラズマ処理の高効率化が達成されていない。また、被処
理膜質の特性、例えば、堆積膜の緻密性，結晶性，組成
等が良好でない等の問題があつた。本発明の目的は、上
記不都合を改善することにある。
の考慮がなされて配慮がされておらず、かならずしもプ
ラズマ処理の高効率化が達成されていない。また、被処
理膜質の特性、例えば、堆積膜の緻密性，結晶性，組成
等が良好でない等の問題があつた。本発明の目的は、上
記不都合を改善することにある。
上記目的は、電子サイクロトロン共鳴によるプラズマを
生成するに十分な磁場を、マイクロ波のの進行方向に50
mm以上にわたって連続的に形成することによつて達成さ
れる。
生成するに十分な磁場を、マイクロ波のの進行方向に50
mm以上にわたって連続的に形成することによつて達成さ
れる。
上記磁束密度領域の形成は、真空系容器の中心軸方向に
分割した磁石等を複数設置し、また、高精度に制御する
ことで達成される。
分割した磁石等を複数設置し、また、高精度に制御する
ことで達成される。
印加するマイクロ波の各周波数をωとすると、公知のご
とく、静磁場中での電子の回転角周波数ωｅは、磁束密
度をＢ、電子の質量をmeとすると、ωｅ＝eB/meとな
る。ここで、ω＝ωｅなるサイクロトロン共鳴条件が成
立すると、マイクロ波のエネルギは電子に連続的に供給
され、プラズマの電離率は著しく増大する。その結果、
プラズマ活性種の生成率も著しく増大する。磁場の装置
軸方向の分布が磁束密度の最大点がプラズマ生成室端に
あり、処理室側において減少する単調減少型の発散磁場
である場合、マイクロ波の電場分布の主モードがTE01で
あるとすると、装置内のＢ（Z,r）＝ωeme/eを満たす位
置にて、ほぼプラズマ流に直交するECR面が形成され
る。
とく、静磁場中での電子の回転角周波数ωｅは、磁束密
度をＢ、電子の質量をmeとすると、ωｅ＝eB/meとな
る。ここで、ω＝ωｅなるサイクロトロン共鳴条件が成
立すると、マイクロ波のエネルギは電子に連続的に供給
され、プラズマの電離率は著しく増大する。その結果、
プラズマ活性種の生成率も著しく増大する。磁場の装置
軸方向の分布が磁束密度の最大点がプラズマ生成室端に
あり、処理室側において減少する単調減少型の発散磁場
である場合、マイクロ波の電場分布の主モードがTE01で
あるとすると、装置内のＢ（Z,r）＝ωeme/eを満たす位
置にて、ほぼプラズマ流に直交するECR面が形成され
る。
伝播して来たマイクロ波には、他の電場分布を有したモ
ードも存在し、かつ、伝播面には透磁率の不均一な面も
あるため、実効的には、上記ECR面は伝播方向にECR効率
分布をもつた領域（実効ECR領域）となつている。ま
た、このECR領域近傍には同様の分布をもつたプラズマ
活性種の高生成効率領域が形成される。従つて、この高
生成効率領域の拡大化を図ることにより、プラズマ活性
種の濃度は増大し、被処理材の処理効率は増大する。ま
た、プラズマ処理特性、例えば、基板上に膜を堆積させ
る際に、堆積させる分子あるいは原子の電子エネルギ、
結合原子間振動，回転及び並通エネルギが高い程、及び
その維持時間が長い程、プラズマ中では、集合体となら
ずに単一粒子である確率及び単一粒子濃度が高くなる。
このため、堆積された膜質は熱化学反応組成に近いもの
が得られる。更に、上記運動エネルギが高い堆積活性種
は、予め基板上に形成された分子あるいは原子層に、エ
ネルギが最小となる配列，配向位置まで再配列及び再配
向運動する確率が高い。このため、運動エネルギが高い
堆積活性種濃度が高い程、得られた膜質の緻密性や結晶
性は良くなる。また、化学組成比も熱化学反応により形
成された膜に近くなる。
ードも存在し、かつ、伝播面には透磁率の不均一な面も
あるため、実効的には、上記ECR面は伝播方向にECR効率
分布をもつた領域（実効ECR領域）となつている。ま
た、このECR領域近傍には同様の分布をもつたプラズマ
活性種の高生成効率領域が形成される。従つて、この高
生成効率領域の拡大化を図ることにより、プラズマ活性
種の濃度は増大し、被処理材の処理効率は増大する。ま
た、プラズマ処理特性、例えば、基板上に膜を堆積させ
る際に、堆積させる分子あるいは原子の電子エネルギ、
結合原子間振動，回転及び並通エネルギが高い程、及び
その維持時間が長い程、プラズマ中では、集合体となら
ずに単一粒子である確率及び単一粒子濃度が高くなる。
このため、堆積された膜質は熱化学反応組成に近いもの
が得られる。更に、上記運動エネルギが高い堆積活性種
は、予め基板上に形成された分子あるいは原子層に、エ
ネルギが最小となる配列，配向位置まで再配列及び再配
向運動する確率が高い。このため、運動エネルギが高い
堆積活性種濃度が高い程、得られた膜質の緻密性や結晶
性は良くなる。また、化学組成比も熱化学反応により形
成された膜に近くなる。
尚、ECR領域を被処理基板に近づけると、衝突等にる分
子間相互作用によるプラズマ活性種の失活の程度が減少
するため、さらに、高処理化及び適正化が期待される。
子間相互作用によるプラズマ活性種の失活の程度が減少
するため、さらに、高処理化及び適正化が期待される。
上記磁場分布Ｂ（Ｚ）（Ｚはプラズマ流方向を正とした
真空装置の中心軸座標）の単調減少でなければ、dB/dZ
＞０となる位置にて、マイクロ波の伝播が阻害されプラ
ズマ活性種の生成効率が低下するため望ましくない。
真空装置の中心軸座標）の単調減少でなければ、dB/dZ
＞０となる位置にて、マイクロ波の伝播が阻害されプラ
ズマ活性種の生成効率が低下するため望ましくない。
以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。第１図は本発明のプラズマ処理装置の主要部の模式
図である。本発明は、プラズマ生成室４、マイクロ波導
波管７、（マイクロ波６の発振器は省略）、ECR用磁場
コイル９及び13処理室２、排気口12（排気系は省略）、
反応ガス供給ノズル５及び11（反応ガス供給系は省
略）、基板支持台３、より成る。プラズマ生成室４は直
径240〔mm〕φ、長さ250〔mm〕の透明石英製で、円錐形
の頂部がマイクロ波導入窓８、となつている。ECR用磁
場コイル９及び13は、プラズマ生成室及び処理室の周囲
に設置され、プラズマ生成室の最大磁束密度は3.0〔KGa
uss〕であり、それぞれ５個及び３個に分割され個別に
調整（電流方向も含む）することにより磁束密度を制御
できる。処理室２は直径240〔mm〕φのステンレス鋼製
で、中に設置された基板支持台３は直径120〔mm〕φの
アルミナ製でその位置はプラズマ流方向（図では左右）
に可変である。コイル９及び13を調整することにより、
及び基板支持台３の位置を設定することにより、基板に
対するECR点（マイクロ波伝播及び励起は均一で、か
つ、マイクロ波のTE01モードのみ考慮共鳴磁束密度をB0
で示す。）距離を一定にして、各種の分布を作ることが
出来る。第２図（ａ），（ｂ）は、プラズマ流方向を
正、基板位置を原点とし、真空容器中心軸座標をＺとし
た時の磁束密度分布、Ｂ（Ｚ）である。磁場形状を一定
にして、磁場強度を一様に変化させたときの磁場分布の
一例を示したものが第２図（ａ）である。また、第２図
（ｂ）はB/B0がほぼ一定（B/B0＝1.1）にし、B/B0領域
の長さを変えた際の磁場分布の一例を示したものであ
る。
る。第１図は本発明のプラズマ処理装置の主要部の模式
図である。本発明は、プラズマ生成室４、マイクロ波導
波管７、（マイクロ波６の発振器は省略）、ECR用磁場
コイル９及び13処理室２、排気口12（排気系は省略）、
反応ガス供給ノズル５及び11（反応ガス供給系は省
略）、基板支持台３、より成る。プラズマ生成室４は直
径240〔mm〕φ、長さ250〔mm〕の透明石英製で、円錐形
の頂部がマイクロ波導入窓８、となつている。ECR用磁
場コイル９及び13は、プラズマ生成室及び処理室の周囲
に設置され、プラズマ生成室の最大磁束密度は3.0〔KGa
uss〕であり、それぞれ５個及び３個に分割され個別に
調整（電流方向も含む）することにより磁束密度を制御
できる。処理室２は直径240〔mm〕φのステンレス鋼製
で、中に設置された基板支持台３は直径120〔mm〕φの
アルミナ製でその位置はプラズマ流方向（図では左右）
に可変である。コイル９及び13を調整することにより、
及び基板支持台３の位置を設定することにより、基板に
対するECR点（マイクロ波伝播及び励起は均一で、か
つ、マイクロ波のTE01モードのみ考慮共鳴磁束密度をB0
で示す。）距離を一定にして、各種の分布を作ることが
出来る。第２図（ａ），（ｂ）は、プラズマ流方向を
正、基板位置を原点とし、真空容器中心軸座標をＺとし
た時の磁束密度分布、Ｂ（Ｚ）である。磁場形状を一定
にして、磁場強度を一様に変化させたときの磁場分布の
一例を示したものが第２図（ａ）である。また、第２図
（ｂ）はB/B0がほぼ一定（B/B0＝1.1）にし、B/B0領域
の長さを変えた際の磁場分布の一例を示したものであ
る。
実施例１ 被処理基板１としてシリコンウエハ（直径100〔mm〕
φ）を用い、シリコン酸化膜を形成した。プラズマ生成
室４内に第１のガス導入管５を通して酸素（O2）を40
〔ml/min〕導入し、2.45〔GHz〕のマイクロ波６をプラ
ズマ生成室に導入し、かつ静磁場発生コイル９及び13に
より875〔Gauss〕以上の磁場を発生させてプラズマ流10
を生成させ、第２のガス導入管11よりモノシラン〔Si
H4）を６〔ml/min〕導入し処理室２内の圧力は排気系に
より１〔mTorr〕にした。上記静磁場発生コイル９及び1
3に流す電流値を調整することにより、磁束密度分布を
制御した。基板とECR点距離をほぼ一定にし、かつ、磁
束密度分布形状は一定にしたまま、前記、実効ECR領域
を第２図（ａ），（ｂ）に示したように異ならせSiO2膜
を堆積させた。第３図（ａ），（ｂ）はSiO2膜堆積速度
の実効ECR領域におよぼす磁束密度、あるいは、実効ECR
領域の長さ依存性を示したものである。誤差は同一基板
内の最大誤差を示している。（ｃ），（ｄ）は堆積膜の
バツフアエツチング（HF1容,NH4F6容の混合）液による
エツチング速度の、（ｅ），（ｆ）は形成された膜の光
学屈折率の、（ｇ），（ｈ）は、形成された膜のオージ
エ分光から得られたSi/Oのモル比の、それぞれ、実効EC
R領域の磁束密度依存性と、領域の距離依存性を示して
いる。B/B0の値は、ECR点と基板間距離が100〔mm〕にお
ける値を、Δｌは、B/B01.0〜1.1の距離を示してい
る。
φ）を用い、シリコン酸化膜を形成した。プラズマ生成
室４内に第１のガス導入管５を通して酸素（O2）を40
〔ml/min〕導入し、2.45〔GHz〕のマイクロ波６をプラ
ズマ生成室に導入し、かつ静磁場発生コイル９及び13に
より875〔Gauss〕以上の磁場を発生させてプラズマ流10
を生成させ、第２のガス導入管11よりモノシラン〔Si
H4）を６〔ml/min〕導入し処理室２内の圧力は排気系に
より１〔mTorr〕にした。上記静磁場発生コイル９及び1
3に流す電流値を調整することにより、磁束密度分布を
制御した。基板とECR点距離をほぼ一定にし、かつ、磁
束密度分布形状は一定にしたまま、前記、実効ECR領域
を第２図（ａ），（ｂ）に示したように異ならせSiO2膜
を堆積させた。第３図（ａ），（ｂ）はSiO2膜堆積速度
の実効ECR領域におよぼす磁束密度、あるいは、実効ECR
領域の長さ依存性を示したものである。誤差は同一基板
内の最大誤差を示している。（ｃ），（ｄ）は堆積膜の
バツフアエツチング（HF1容,NH4F6容の混合）液による
エツチング速度の、（ｅ），（ｆ）は形成された膜の光
学屈折率の、（ｇ），（ｈ）は、形成された膜のオージ
エ分光から得られたSi/Oのモル比の、それぞれ、実効EC
R領域の磁束密度依存性と、領域の距離依存性を示して
いる。B/B0の値は、ECR点と基板間距離が100〔mm〕にお
ける値を、Δｌは、B/B01.0〜1.1の距離を示してい
る。
堆積素度については第３図（ａ），（ｂ）から、B/B0が
1.0〜1.1、Δｌが50〔mm〕以上においては効率が良いこ
と、第３図（ｃ），（ｄ）から同様にB/B0が1.0〜1.1に
てΔｌが50〔mm〕以上でエツチング速度がおそい。すな
わち、緻密性の高い膜が得られていることがわかる。第
３図（ｅ），（ｆ）、及び（ｇ），（ｈ）からB/B0が1.
0〜1.1、Δｌが50〔mm〕以上において、熱酸化膜と同等
の膜が得られることがわかる。このことから、マイクロ
波プラズマ放電には、実効的なECR領域が存在し、ま
た、その領域の拡大化を図ることにより処理の高効率化
及び堆積膜の良質化が図れることがわかる。
1.0〜1.1、Δｌが50〔mm〕以上においては効率が良いこ
と、第３図（ｃ），（ｄ）から同様にB/B0が1.0〜1.1に
てΔｌが50〔mm〕以上でエツチング速度がおそい。すな
わち、緻密性の高い膜が得られていることがわかる。第
３図（ｅ），（ｆ）、及び（ｇ），（ｈ）からB/B0が1.
0〜1.1、Δｌが50〔mm〕以上において、熱酸化膜と同等
の膜が得られることがわかる。このことから、マイクロ
波プラズマ放電には、実効的なECR領域が存在し、ま
た、その領域の拡大化を図ることにより処理の高効率化
及び堆積膜の良質化が図れることがわかる。
実施例２ 上記装置にて、第１導入ガスを水素、第２導入ガスをモ
ノシラン（SiH4）として、基板温度を320〔℃〕として
多結晶Si膜を堆積した。その結果、B/B0が1.0〜1.1、Δ
ｌが50〔mm〕以上において、第４図（ａ），（ｂ）のよ
うに堆積速度が大きく、かつ、Ｘ線回折から調べた多結
晶シリコンの結晶流径が大きく結晶性が優れていること
がわかつた。
ノシラン（SiH4）として、基板温度を320〔℃〕として
多結晶Si膜を堆積した。その結果、B/B0が1.0〜1.1、Δ
ｌが50〔mm〕以上において、第４図（ａ），（ｂ）のよ
うに堆積速度が大きく、かつ、Ｘ線回折から調べた多結
晶シリコンの結晶流径が大きく結晶性が優れていること
がわかつた。
実施例３ 上記装置にて、第１導入ガスを６フツ化イオウ（SF6）
として、多結晶シリコン膜と酸化ケイ素膜をエツチング
した、第５図（ａ），（ｂ）にこの結果を示した。実施
例1,2と同様に、B/B0が1.0〜1.1及びΔｌが50〔mm〕以
上において、LSIゲート材エツチング等に求められる酸
化ケイ素材に対する多結晶シリコン材の高選択エツチン
グがなされることがわかる。
として、多結晶シリコン膜と酸化ケイ素膜をエツチング
した、第５図（ａ），（ｂ）にこの結果を示した。実施
例1,2と同様に、B/B0が1.0〜1.1及びΔｌが50〔mm〕以
上において、LSIゲート材エツチング等に求められる酸
化ケイ素材に対する多結晶シリコン材の高選択エツチン
グがなされることがわかる。
このように本実施例によれば、マイクロ波プラズマ処理
効率及び処理特性は、実効的なECR領域の広さに大きく
依存していることがわかつた。従つてこの領域を拡大化
することにより、プラズマ活性種濃度の増大化が図れ、
その結果、プラズマ処理の高効率化、及び、この活性種
の高エネルギ状態を長く維持することにより、堆積膜、
あるいはエツチング特性の良好化が図れるため、プラズ
マ処理の適正化が図れる。上記効果は、マイクロ波のTE
01モードにおける計算上のECR条件を達成する磁束密度
の1.0〜1.1倍の強度の連続領域を形成し、その領域の長
さをプラズマ流方向に50〔mm〕以上とすることにより達
成される。
効率及び処理特性は、実効的なECR領域の広さに大きく
依存していることがわかつた。従つてこの領域を拡大化
することにより、プラズマ活性種濃度の増大化が図れ、
その結果、プラズマ処理の高効率化、及び、この活性種
の高エネルギ状態を長く維持することにより、堆積膜、
あるいはエツチング特性の良好化が図れるため、プラズ
マ処理の適正化が図れる。上記効果は、マイクロ波のTE
01モードにおける計算上のECR条件を達成する磁束密度
の1.0〜1.1倍の強度の連続領域を形成し、その領域の長
さをプラズマ流方向に50〔mm〕以上とすることにより達
成される。
本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理において、膜
堆積速度等、処理効率が向上するため、製造工程のスル
ープツトが向上する効果がある。また、成膜において
は、低温の被処理基板上にも高温熱処理と同等の結晶
性，緻密性の膜質が得られる効果がある。
堆積速度等、処理効率が向上するため、製造工程のスル
ープツトが向上する効果がある。また、成膜において
は、低温の被処理基板上にも高温熱処理と同等の結晶
性，緻密性の膜質が得られる効果がある。
第１図は本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の断面
図、第２図（ａ），（ｂ）は、磁束密度分布の例を示す
図、第３〜５図は本発明による実験データを示す図であ
る。 １……被処理基板、２……処理室、４……プラズマ生成
室、６……マイクロ波、８…マイクロ波導入窓、9,13…
…プラズマ生成用静磁場発生コイル、5,11……反応ガス
供給ノズル。
図、第２図（ａ），（ｂ）は、磁束密度分布の例を示す
図、第３〜５図は本発明による実験データを示す図であ
る。 １……被処理基板、２……処理室、４……プラズマ生成
室、６……マイクロ波、８…マイクロ波導入窓、9,13…
…プラズマ生成用静磁場発生コイル、5,11……反応ガス
供給ノズル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門馬 直弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 茂 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 登 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 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 千葉 淳 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
Claims (1)
- 【請求項１】真空容器と、 真空容器に設けたガス導入口と、 真空容器に設けたマイクロ波導入窓と、 真空容器の外側に配置して真空容器内に磁場を生成する
磁場コイルとを具備し、 磁場コイルがマイクロ波の進行方向に複数個の分割配置
され、これによって電子サイクロトロン共鳴を起こす磁
場より1.0〜1.1倍大きな磁場がマイクロ波の進行方向に
50mm以上にわたって形成されるようになっていることを
特徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP806287A JPH0777202B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | プラズマ処理装置 |
| DE3853890T DE3853890T2 (de) | 1987-01-19 | 1988-01-19 | Mit einem Plasma arbeitendes Gerät. |
| EP88100672A EP0275965B1 (en) | 1987-01-19 | 1988-01-19 | Plasma operation apparatus |
| KR1019880000369A KR960015609B1 (ko) | 1987-01-19 | 1988-01-19 | 플라즈마 처리장치 및 방법 |
| US07/145,371 US4876983A (en) | 1987-01-19 | 1988-01-19 | Plasma operation apparatus |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP806287A JPH0777202B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63177525A JPS63177525A (ja) | 1988-07-21 |
| JPH0777202B2 true JPH0777202B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=11682856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP806287A Expired - Fee Related JPH0777202B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0777202B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03259517A (ja) * | 1990-03-08 | 1991-11-19 | Nec Corp | Ｅｃｒプラズマエッチング方法 |
| JPH0425022A (ja) * | 1990-05-16 | 1992-01-28 | Nec Corp | マイクロ波プラズマエッチング装置及びその方法 |
-
1987
- 1987-01-19 JP JP806287A patent/JPH0777202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63177525A (ja) | 1988-07-21 |
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