JPH10199863A

JPH10199863A - プラズマ処理方法、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH10199863A
Application number: JP1761197A
Authority: JP
Inventors: Akinori Ozaki; 成則尾▲崎▼; Masashi Inoue; 雅司井上
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】試料上において均一なエネルギー分布のプラ
ズマを得ること。【解決手段】真空容器（１２，１４）のマイクロ波導
入側の端面から試料（１０）に向かって、マイクロ波の
波長λの２／３以内、更に好ましくは約１／２の位置に
おいて電子サイクロトロン共鳴が成立するように設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品や半導体
素子の製造工程におけるエッチング及び薄膜形成等の処
理をプラズマを利用して行うプラズマ処理技術に関し、
特に、プラズマの励起に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ：Electron Cyclotron Resonace）を利用したプラズ
マ処理方法、プラズマ処理装置、並びに当該プラズマ処
理技術を使用した半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理装置においては、微量の反
応ガスを含む真空容器内にマイクロ波を導入し、当該真
空容器内でガス放電を生起させてプラズマを生成する。
そして、このプラズマを試料基板の表面に照射すること
によって、エッチング及び薄膜形成等の処理が行われ
る。このようなプラズマ処理装置は、高集積半導体素子
の製造に欠かせないものとして、その研究が進められて
いる。特に、プラズマの励起に電子サイクロトロン共鳴
を利用したＥＣＲプラズマ処理装置は、低ガス圧領域下
で活性度の高いプラズマを生成できる装置として有望視
されている。

【０００３】ＥＣＲプラズマ処理装置においては、真空
容器に導入されたマイクロ波の電界と電磁コイルの発生
する磁界との相互作用によって、電子サイクロトロン共
鳴を生じさせ、真空容器内に供給されたガスを効率よく
プラズマ化する。すなわち、真空容器内の電子が磁界か
らのローレンツ力を受けて旋回運動を行い、電子の旋回
運動の周期と電磁波の周波数がほぼ一致した時点で、電
子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が起こり、電子は電磁
波から効率よくエネルギーを吸収してプラズマを生成す
る。そして、プラズマ生成時に発生するイオン及びラジ
カル（イオン化直前の活性粒子）等のプラズマ粒子が、
磁力線の方向に流れてシリコンウエハ等の試料に照射さ
れ、当該試料に対するエッチング、ＣＶＤ、スパッタリ
ング等の処理が行われる。

【０００４】このようなＥＣＲプラズマ処理装置をエッ
チング処理に適用した場合には、高精度、高選択比、低
損傷でエッチングを行うことができるという利点があ
る。また、気相成長（ＣＶＤ: Chemical Vapor Deposit
ion) 処理においては、SiO₂,Si₃N₄ などの各種薄膜を加
熱なしの低温で、緻密且つ高品質に形成でき、基板への
損傷も極めて低いという利点を有する。このような理由
から、ＥＣＲプラズマ処理装置は今後の超ＬＳＩの製造
に不可欠と考えられている。

【０００５】ところで、ＥＣＲプラズマ処理装置におけ
る処理品質の向上のためには、プラズマが試料の全範囲
にわたって均等な密度を有することが重要である。特
に、近年開発の進んでいる直径１２インチの半導体ウエ
ハのように試料の面積が大きくなると、そのウエハ上に
おけるプラズマ（イオン）の強度分布を均一に保つこと
が今まで以上に重要となる。真空容器内で生成されるプ
ラズマ粒子の分布が不均一であると、試料上において高
イオン密度領域と低イオン密度領域とが形成され、エッ
チング処理においては、異方性を悪化させる等の不都合
が生じる。また、試料上のイオン密度分布が不均一であ
ると、当該試料上で電位差が生じて電流が流れてしま
う。そして、その結果試料上に形成される半導体素子を
破壊するという事態も生じかねない。一方、ＣＶＤ処理
においては、半導体基板等の試料上のイオン電流密度が
不均一であると、当該基板上に生成される膜厚の偏りな
どが生じて均一な成膜が困難になる。そして、最終的に
はプラズマ処理を経て製造される半導体装置の性能劣化
につながることになる。

【０００６】そこで、従来においては、真空容器内に導
入されるマイクロ波のモードを制御したり、或いは、所
定形状のスリットが形成されたマイクロ波分散板を真空
容器の手前に配置し、真空容器に導入されるマイクロ波
の電界強度分布の均一化を図っていた。

【０００７】マイクロ波の動作モードの変換に関する技
術については、特開平６−４５０９８，特公平７−５４
７５９，特開平５−１７４９９５，特開平７−１８３０
９５等に開示されている。導波管内を伝播するマイクロ
波（電磁波）には、２つの基本的なクラスのモードとし
てＴＥモードとＴＭモードが存在する。ＴＥ（Transver
se Electric) モードにおいては、電場は伝播方向と直
交し、磁場は伝播方向の成分を有する。ＴＭ (Transver
se Magnetic)モードは、磁場が伝播方向と直交し、電場
が伝播方向の成分を有する。円形導波管で最もよく用い
られているのは、基本モードであるＴＥ₁₁モードであ
る。上記のようなプラズマ処理装置においてＴＥ₁₁モー
ドを使用した場合には、円形断面の中心部が特に電界が
強く且つ対称性が無く、中心軸上のプラズマ密度が高く
なる傾向にある。そこで、例えば、ＴＭ₀₁モードやＴＥ
₀₁モードといった断面の中心部の電界が弱く、且つ対称
性のあるモードにモード変換することにより、ＥＣＲ条
件を満たすプラズマ領域に所望のエネルギー分布を有す
るマイクロ波を供給していた。

【０００８】一方、マイクロ波分散板に関する技術につ
いては、特開平６−５３８６や特開平２−２０９４８４
等に開示されているように、円盤状のマイクロ波分散板
の一部に開口部を形成し、当該開口部を介してマイクロ
波を真空容器内に導入するようになっている。そして、
偏りのある電力密度分布（電界強度分布）を有するマイ
クロ波が当該開口部を通過することによって、でＥＣＲ
条件を満たすプラズマ領域に達するマイクロ波の電界強
度分布を制御して、生成されるプラズマの均一化を図っ
ていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の対応では、真空容器内におけるマイクロ波の
電界強度分布の均一化にも限界があり、試料に照射され
るプラズマ分布の均一性を十分に向上させることができ
なかった。

【００１０】本発明は上記のような状況に鑑みてなされ
たものであり、試料に照射されるプラズマの均一性の向
上を図り得るプラズマ処理方法を提供することを第１の
目的とする。

【００１１】また、試料に照射されるプラズマの均一性
の向上を図り得るプラズマ処理装置を提供することを第
２の目的とする。

【００１２】更に、半導体装置の製造過程の１工程とし
て、均一なエネルギー分布のプラズマによって試料の処
理を行うことのできる半導体装置の製造方法を提供する
ことを第３の目的とする。ここで、半導体装置として
は、トランジスタのような半導体素子それ自体や、ＲＡ
Ｍ等の完成された半導体ディバイス等を含むものとす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の態様であるプラズマ処理方法におい
ては、真空容器（１２，１４）のマイクロ波導入側の端
面から試料（１０）に向かって、マイクロ波の波長λの
２／３以内、更に好ましくは約１／２の位置において電
子サイクロトロン共鳴が成立するように設定している。

【００１４】本発明の第２の態様にかかるプラズマ処理
装置においては、電子サイクロトロン共鳴を励起するた
めに真空容器（１２，１４）内に磁場を印可する電磁コ
イル（２２，２４，２６，２８）と；真空容器（１２，
１４）のマイクロ波導入側の端面から試料（１０）に向
かって、マイクロ波の波長λの２／３以内、更に望まし
くは約１／２の位置において電子サイクロトロン共鳴が
成立するように電磁コイル（２２，２４，２６，２８）
を制御する制御手段（３０，４０，４２）とを備えてい
る。制御手段としては、電磁コイル（２２，２４，２
６，２８）に供給される電流値を制御する電流制御手段
（４０，４２）を使用することが好ましい。ここで、電
磁コイル（２２，２４，２６）は、複数の電磁コイルユ
ニットで構成し、制御手段（４０ａ〜４０ｇ,４２）に
よって、これら複数の電磁コイルユニットに供給される
電流値を各々独立に制御することが好ましい。更に、マ
イクロ波の進行方向と垂直な面内において、電子サイク
ロトロン共鳴発生位置（１００）と真空容器（１２，１
４）のマイクロ波導入側端面との距離の最大値と最小値
の差が当該マイクロ波の波長の１／６以下になるよう
に、電磁コイルへの電流値を制御することが望ましい。
電子サイクロトロン共鳴が発生する位置の他の制御手段
としては、マイクロ波の進行方向における電磁コイル
（２２，２４，２６）の位置を調整する位置調整手段
（３０）を適用することができる。更に、真空容器（１
２，１４）に導入されるマイクロ波の電界強度分布を均
一にする電界強度均一化手段（１７，１８）を設けるこ
とが好ましい。電界強度均一化手段としては、マイクロ
波の進行方向に対して垂直に配置された導体板の一部に
マイクロ波を透過する開口部を設けたマイクロ波分散板
（１８）や、マイクロ波の動作モードを所定のモードに
変換するモード変換器（１７）を採用することが出来
る。

【００１５】本発明の第３の態様にかかる半導体装置の
製造方法においては、真空容器（１２，１４）のマイク
ロ波導入側の端面から試料（１０）に向かって、マイク
ロ波の波長λの２／３以内、更に好ましくは１／２の位
置において電子サイクロトロン共鳴が成立するように設
定している。

【００１６】

【作用】上記のように、本発明においては真空容器（１
２，１４）のマイクロ波導入側の端面から電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣＲ）の発生位置に着目し、その位置を
マイクロ波の波長λの２／３以内に設定しているため、
マイクロ波導入窓等の部分で導波路断面の不連続性が存
在する場合でも、ＥＣＲ面（１００）に達するマイクロ
波の電界強度分布を均一に保つことが可能となる。すな
わち、導波路断面が不連続であると、一般にマイクロ波
に動乱を生じ、マイクロ波が１波長λの距離を進む間に
導入したモードの一部が他のモードに変換されてしま
う。しかし、本発明においては、導入モードが不要に変
換されてしまう前、すなわち、マイクロ波が本来のモー
ドをある程度維持している状態でＥＣＲ面に達すること
になる。

【００１７】一方、マイクロ波導入側の端面からＥＣＲ
面（１００）間での距離が短すぎると、導波管或いはマ
イクロ波分散板によって比較的シャープに調整された電
界強度分布がＥＣＲ面（１００）において強く残りす
ぎ、当該ＥＣＲ面（１００）に達するマイクロ波は必ず
しも均一な電界強度分布を持つことにはならない。そこ
で、真空容器（１２，１４）のマイクロ波導入側の端面
からＥＣＲ面（１００）までの位置をマイクロ波の波長
の約１／２にすることにより、マイクロ波の動作モード
が崩れることもなく、マイクロ波分散板によって形成さ
れるシャープな電界強度分布がある程度緩んでくる。こ
れにより、最適な電界強度分布を有するマイクロ波によ
ってプラズマ励起が行われる。別言すると、真空容器
（１２，１４）のマイクロ波導入側の端面からＥＣＲ面
（１００）までの位置をマイクロ波の波長の約１／２に
することにより、電界強度分布の均一性の向上のために
現在行われているモード変換技術やマイクロ波分散板の
効果を有効に活用できると同時に、これらの手法では不
十分だった電界強度分布の均一性を更に改善させること
が可能となる。その結果、試料上においてイオン電流密
度の均一性が極めて高いプラズマを得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て実施例を用いて説明する。直後に示す各実施例は、半
導体装置の製造工程の一部であるシリコンウエハのプラ
ズマ処理に本発明の技術的思想を適用したものである。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例にかかるプラズ
マ処理装置の構成を示す。本実施例のプラズマ処理装置
は、直径１２インチのシリコンウエハ１０に対してエッ
チング等の所定のプラズマ処理を行うものであり、プラ
ズマを生成するプラズマ生成室１２と、プラズマ生成室
１２に連通した反応室１４とを備えている。本装置で処
理される試料としては、直径１２インチのシリコンウエ
ハ１０以外にも８インチのウエハ等、均一なプラズマ処
理が要求される各種の試料を対象とすることが出来る。
プラズマ生成室１２は、中空円筒形状に形成され、直径
（φ）約２７０mm、深さ（Ｄ）約１９０mm に設計され
ている。プラズマ生成室１２の上部には、マグネトロン
等のマイクロ波発振器に接続されたモード変換器１７が
連結されており、このモード変換器１７によってＴＥ₁₁
モードからＴＭ₀₁モードに変換されたマイクロ波（２．
４５ＧＨｚ）を円形導波管１６を介してプラズマ生成室
１２に導くようになっている。なお、モード変換器１７
は、マイクロ波の動作モードとしてＴＭ₀₁モードの他
に、ＴＥ₀₁モードや、ＴＥ₁₁モード、及びこれらのモー
ドの混合モードを得るように構成することができる。

【００２０】円形導波管１６とプラズマ生成室１２との
間には、図２に示す所謂スロットアンテナとして機能す
るマイクロ波分散板１８及びマイクロ波導入窓２０が配
置されている。マイクロ波分散板１８は、図２に示すよ
うに、円盤状に成形され、外周部近傍に８つの矩形スリ
ット１８ａが等間隔に形成されている。そして、スリッ
ト１８ａを透過することによって、マイクロ波の電界強
度分布状態が調整されるようになっている。マイクロ波
分散板１８の下方に配置されたマイクロ波導入窓２０
は、石英ガラス等のマイクロ波透過物質からなり、プラ
ズマ生成室１２を気密に封止するように設計されてい
る。プラズマ生成室１２の外側には、円形導波管１６の
接続部を含み、これらを同心円状に囲む様に３段のメイ
ンコイル２２，２４，２６が配置されている。メインコ
イル２２，２４，２６の下方には、１段のサブコイル２
８が配置されている。これらのメインコイル２２，２
４，２６とサブコイル２８は、プラズマ生成室１２内に
磁束密度８７５ガウスの軸方向磁界（ミラー磁場）を印
可し、ＥＣＲ現象を引き起こすように機能する。メイン
コイル２２，２４，２６は、図中においては３段に示さ
れているが、実際には６分割構成になっている（図６参
照）。なお、コイルの数は、３段や６段に限らず、後述
するＥＣＲ面の位置調整等に応じて適宜設計変更するこ
とが望ましい。

【００２１】メインコイル２２，２４，２６はモータ等
の所定の動力源を有する駆動機構３０に連結されてお
り、マイクロ波の進行方向（Ｚ方向）での位置調整が可
能となっている。メインコイル２２，２４，２６のＺ方
向に移動によって、ＥＣＲの発生部（８７５ガウス領
域）であるＥＣＲ面１００の位置を所望の位置に調整す
る。すなわち、マイクロ波導入窓２０の下面からＥＣＲ
面１００までの距離ｚを、プラズマ生成室１２内に導入
されるマイクロ波の波長λ（約１２．２cm）の２／３以
下にする。なお、距離ｚの設定方法及び根拠については
後に詳述する。

【００２２】プラズマ生成室１２に連通された反応室１
４内には、シリコンウエハ１０を静電気吸着等の固定手
段によって保持する試料台３２が設置されている。反応
室１４は、また、上端からシリコンウエハ１０までの距
離Ｌが約１００mm から３００mm まで可変となるように
設計されている。反応室１４の側壁には、プラズマ生成
室１２及び反応室１４のガスを排気する排気管３４が設
けられており、当該排気管からの真空排気によりプラズ
マ生成室１２と反応室１４を高真空状態に維持するよう
になっている。

【００２３】反応室１４には、プラズマ生成に必要な反
応ガスを供給するためのガス供給管３６が設けられてい
る。また、図示しないが、プラズマ生成室１２の周囲に
はクーラントパスが形成され、このクーラントパスを循
環する冷却水（クーラント）によってプラズマ生成室１
２を冷却するようになっている。

【００２４】次に、本実施例によるＥＣＲ面１００の位
置の設定方法について、図３及び図４を参照して説明す
る。上述したように、本実施例においては、マイクロ波
導入窓２０の下面からＥＣＲ面１００までの距離ｚをマ
イクロ波の波長λ（約１２．２cm）の２／３以下にす
る。すなわち、駆動機構３０によってメインコイル２
２，２４，２６をＺ方向に移動することにより、マイク
ロ波導入窓２０の下面からＥＣＲ面１００までの距離ｚ
を約８ｃｍ以下に設定する。また、マイクロ波の進行方
向（Ｚ方向）に垂直な面における距離ｚの最大値と最小
値の差がマイクロ波の波長λの１／６、或いは２ｃｍ以
下になるような制御を行う。

【００２５】図３は、ＥＣＲ面１００の位置を２ｃｍ〜
１８ｃｍまで変化させたときの、マイクロ波の進行方向
（Ｚ方向）に垂直な面内におけるマイクロ波の電界強度
分布を示す。各位置での電界強度分布は、電界プローブ
によって測定した。図より判るように、ＥＣＲ面１００
の位置がマイクロ波導入窓２０からあまり離れすぎると
（例えば、１６ｃｍや１８ｃｍ）、円形導波管１６から
導入されたマイクロ波のモードが崩れてしまい、中央付
近の電界強度が極端に強くなってしまう。すなわち、マ
イクロ波導入窓２０の部分で導波路断面が不連続である
ため、マイクロ波に動乱を生じ、マイクロ波が１波長λ
程度の距離を進む間に導入したモードの一部が他のモー
ドに変換されてしまう。一方、ＥＣＲ面１００の位置が
マイクロ波導入窓２０にあまり近すぎると（例えば、２
ｃｍ）、マイクロ波分散板１８を透過したマイクロ波の
強度分布が強く残りすぎ、周辺部の電界強度が強くな
る。

【００２６】図４は、マイクロ波導入窓２０の下面から
ＥＣＲ面１００までの距離ｚと、シリコンウエハ１０上
でのイオン電流均一性（±％）の関係を示す。ＥＣＲ面
１００でのマイクロ波の電界強度分布が均一であって
も、実際のウエハ１０上のイオン電流密度が不均一であ
ると意味がなくなってしまうため、図４に示すようなイ
オン電流均一性を測定した。なお、イオン電流均一性
は、以下の式によって求められる。

【００２７】イオン電流均一性(±%)=｛(最大値−最小
値)／(2×平均値)｝×100%

【００２８】図４より判るように、ｚ=（２／３）λ付
近を境界に、ｚが大きくなるにつれてイオン電流均一性
が悪化している。また、この傾向はＬに依らない。図３
及び図４に示されたデータに基づき、本実施例において
は、マイクロ波導入窓２０の下面からＥＣＲ面１００ま
での距離ｚをマイクロ波の波長λ（約１２．２cm）の２
／３（８ｃｍ）〜１／３（４ｃｍ）になるように、メイ
ンコイル２２，２４，２６の位置調整を行う。特に、マ
イクロ波導入窓２０の下面からＥＣＲ面１００までの距
離ｚをマイクロ波の波長λの約１／２である６ｃｍに設
定すれば、ＥＣＲ面１００におけるマイクロ波の電界強
度分布が略フラットになると同時に、シリコンウエハ１
０上においても優れたイオン電流均一性を得ることがで
きる。

【００２９】次に、本実施例の全体的な動作について説
明する。本実施例の装置を用いてシリコンウエハ１０上
に形成されたポリシリコン膜のエッチングを行う場合に
は、まず、処理対象となるシリコンウエハ１０を試料台
３２上に固定し、排気管３４からの真空排気により、プ
ラズマ生成室１２及び反応室１４の内圧を所定圧にまで
減圧する。次に、ガス供給管３６から反応室１４及びプ
ラズマ生成室１２内に反応ガス（Ｃｌ₂=３０sccm）を導
入し、プラズマ生成室１２及び反応室１４の内圧を１×
１０^-3Torr 前後に保つ。

【００３０】その後、メインコイル２２，２４，２６及
びサブコイル２８の通電によりプラズマ生成室１２の内
部に磁界を形成すると共に、円形導波管１６からマイク
ロ波導入窓２０及びマイクロ波分散板１８を経てプラズ
マ生成室１２内にマイクロ波を導入する。このマイクロ
波は、周波数ｆ=２．４５ＧＨｚ（波長λ=約１２．２ｃ
ｍ）、パワー１０００Ｗに設定されている。なお、上述
したように、マイクロ波導入窓２０の下面からＥＣＲ面
１００までの距離ｚがマイクロ波の波長λの約１／２と
なるように、メインコイル２２，２４，２６のＺ方向の
位置を駆動機構３０により予め調整してある。すなわ
ち、マイクロ波導入窓２０の下面から距離ｚ（１／２
λ）の位置において８７５ガウスの磁場が印可されるよ
うな設定をする。

【００３１】プラズマ生成室１２内にマイクロ波が導入
されると、ＥＣＲ面１００において反応ガスを共鳴励起
し、プラズマを生成する。メインコイル２２，２４，２
６及びサブコイル２８により形成される磁界は、反応室
１４側に向かうに従って磁束密度が低下する発散磁界で
あり、プラズマ生成室１２で生成されたプラズマは、こ
の発散磁界の作用により反応室１４に引き出され、試料
台３２上のシリコンウエハ１０表面に照射されて、エッ
チングが行われる。ここで、ＥＣＲ面１００は上述した
ように図３及び図４に示されるデータに基づいて最適な
位置（１／２λ）に設定されているため、ＥＣＲ面１０
０でのマイクロ波の電界強度分布が均一となり、シリコ
ンウエハ１０上でのイオン電流密度も均一となる。その
結果、エッチングの異方性が向上するとともに、イオン
密度分布の差に起因する電位差によってシリコンウエハ
１０上の素子破壊が生じることもなく、高品質な半導体
装置を製造することができる。なお、ここで言う半導体
装置には、トランジスタのような半導体素子それ自体
や、ＲＡＭ等の完成された半導体ディバイス等を含むも
のとする。

【００３２】一方、本実施例の装置を用いてシリコンウ
エハ１０への薄膜形成を行う場合には、以上の各手順に
加え、ガス供給管３６を経て所定の原料ガスを導入し、
当該ガスにより生成されたプラズマをシリコンウエハ１
０に照射する。これによりシリコンウエハ１０の表面に
は、原料ガスの反応により生成される物質の薄膜が形成
される。

【００３３】このような薄膜形成においても、ＥＣＲ面
１００におけるマイクロ波の電界強度分布の均一化によ
り、均等な密度を有するプラズマが生成され、シリコン
ウエハ１０の表面に形成される薄膜の膜厚分布が均等化
される。その結果、最終的に製造される半導体装置の品
質、性能が向上する。なお、上記第１実施例において
は、モード変換器１７とマイクロ波分散板１８を併用し
ているが、必要に応じて、モード変換器１７のみを用
い、マイクロ波分散板１８を省略した構成にしても良
い。

【００３４】図５は、本発明の第２実施例にかかるプラ
ズマ処理装置の構成を示す。なお、図５において、図１
に示す第１実施例のプラズマ処理装置と同一又は対応す
る構成要素については、同一の符号を付すとともに、重
複した説明を省略する。上述した第１実施例において
は、マイクロ波導入窓２０からＥＣＲ面１００までの距
離ｚの設定をメインコイル２２，２４，２６の位置調整
によって行っているが、本実施例においては、これらメ
インコイル２２，２４，２６及びサブコイル２８に供給
される電流値の制御によって行う。図５において、メイ
ンコイル２２，２４，２６は、制御部４２によって出力
が制御される電流供給部４０から必要な電流の供給を受
けるようになっている。

【００３５】図６は、メインコイル２２，２４，２６と
サブコイル２８の電流制御系の構成を示す。メインコイ
ル２２，２４，２６は、第１実施例でも説明したよう
に、それぞれ２つずつコイルから成り、全体で６つのコ
イル（電磁コイルユニット）に分割されている。一方、
電流供給部４０は、これら６つのコイルに別々に電流を
供給する電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０
ｅ，４０ｆとサブコイル２８に電流を供給する電源４０
ｇの７つの電源回路から構成されている。そして、これ
ら７つの電源４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０
ｅ，４０ｆ，４０ｇを制御部４２によって統括的に制御
するようになっている。すなわち、制御部４２は、マイ
クロ波導入窓２０からＥＣＲ面１００までの距離ｚがマ
イクロ波の波長の２／３以下になるように、各電源４０
ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ
の出力電流値をそれぞれ独立に制御する。

【００３６】図７は、メインコイル２２，２４，２６及
びサブコイル２８を構成する７つのコイルに供給される
電流値をＳ１〜Ｓ１１の条件で変更したときのプラズマ
生成室１２内におけるＥＣＲ面１００の位置を示す。図
８には、条件Ｓ１〜Ｓ１１における各コイル２２，２
４，２６，２８に供給される具体的な電流値を示す。図
７及び図８から判るように、条件Ｓ１〜Ｓ４の時に、マ
イクロ波導入窓２０の下面からＥＣＲ面１００までの位
置（ｚ）が２／３λ以下となる。

【００３７】本実施例においても、上記第１実施例と同
様に、ＥＣＲ面１００が最適な位置（２／３λ以下）に
設定されているため、ＥＣＲ面１００に達するマイクロ
波の磁界強度分布が均一となり、試料台３２上のシリコ
ンウエハ１０上でのイオン電流密度も均一となる。その
結果、最終的に製造される半導体装置の性能、品質が向
上する。

【００３８】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子サイクロトロン共鳴の発生位置（ＥＣＲ面）をマイク
ロ波の波長λの２／３以下に設定しているため、プラズ
マ励起時の電界強度分布の均一性が向上し、試料上にお
いて均等な密度のプラズマを得ることができる。このた
め、このようなプラズマを利用した各種の処理品質の向
上が図れ、更には、最終的に製造される半導体装置の性
能が向上するという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例にかかるプラズマ
処理装置の概略構成を示す概念図である。

【図２】図２は図１に示すプラズマ処理装置に使用され
るマイクロ波分散板の構成を示し、（Ａ）が平面図、
（Ｂ）が断面図である。

【図３】図３は、実施例の基礎となるデータを示すグラ
フであり、マイクロ波の進行方向と直交する断面におけ
る電界強度分布を示す。

【図４】図４は、実施例の基礎となるデータを示すグラ
フであり、ＥＣＲ面の位置とイオン電流均一性の関係を
示す。

【図５】図５は、本発明の第２実施例にかかるプラズマ
処理装置の概略構成を示す概念図である。

【図６】図６は、第２実施例の装置におけるコイルと電
源制御系の関係を示すブロック図である。

【図７】図７は、第２実施例を実行するための基礎とな
るデータを示すグラフであり、コイルに供給する電流値
とＥＣＲ面の位置の関係を示す。

【図８】図８は、図７に示す条件における各コイルに供
給される電流値を示す表である。

【符号の説明】

１０・・・シリコンウエハ１２・・・プラズマ生成室１４・・・反応室１６・・・円形導波管１８・・・マイクロ波分散板２０・・・マイクロ波導入窓２２，２４，２６・・・メインコイル２８・・・サブコイル３０・・・駆動機構４０・・・電流供給部４２・・・制御部１００・・・ＥＣＲ面（電子サイクロトロン共鳴発生位
置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に導入されたマイクロ波に対し
て磁場を印可することによって電子サイクロトロン共鳴
を励起し、当該電子サイクロトロン共鳴によって生成さ
れるプラズマを用いて前記真空容器内に配置された試料
に対して所定の処理を施すプラズマ処理方法において、前記真空容器の前記マイクロ波導入側の端面から前記試
料に向かって、前記マイクロ波の波長の２／３以内の位
置において前記電子サイクロトロン共鳴が成立するよう
に設定したことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】前記真空容器の前記マイクロ波導入側の端
面から前記試料に向かって、前記マイクロ波の波長の約
１／２の距離の位置において前記電子サイクロトロン共
鳴が成立するように設定したことを特徴とする請求項１
に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】真空容器内に導入されたマイクロ波による
電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを生成し、当
該プラズマを用いて前記真空容器内に配置された試料に
対して所定の処理を施すプラズマ処理装置において、前記電子サイクロトロン共鳴を励起するために前記真空
容器内に磁場を印可する電磁コイルと；前記真空容器の
前記マイクロ波導入側の端面から前記試料に向かって、
前記マイクロ波の波長の２／３以内の位置において前記
電子サイクロトロン共鳴が成立するように前記電磁コイ
ルを制御する制御手段とを備えたことを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記真空容器の前記マイ
クロ波導入側の端面から前記試料に向かって、前記マイ
クロ波の波長の約１／２の距離の位置において前記電子
サイクロトロン共鳴が成立するように前記電磁コイルを
制御することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処
理装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記電磁コイルに供給さ
れる電流値を制御する電流制御手段を含むことを特徴と
する請求項３又は４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記電磁コイルは、複数の電磁コイルユニ
ットから構成され、前記制御手段は、前記複数の電磁コイルユニットに供給
される電流値を各々独立に制御することを特徴とする請
求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】前記制御手段は、前記マイクロ波の進行方
向と垂直な面内において、前記電子サイクロトロン共鳴
発生位置と、前記真空容器の前記マイクロ波導入側端面
との距離の最大値と最小値の差が当該マイクロ波の波長
の１／６以下になるように、前記電磁コイルへの電流値
を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項８】前記制御手段は、前記マイクロ波の進行方
向における前記電磁コイルの位置を調整する位置調整手
段を含むことを特徴とする請求項３又は４に記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項９】前記真空容器に導入される前記マイクロ波
の電界強度分布を均一にする電界強度均一化手段を更に
備えたことを特徴とする請求項３，４，５，６，７又は
８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】前記電界強度均一化手段は、前記マイク
ロ波の進行方向に対して垂直に配置された導体板の一部
に当該マイクロ波を透過する開口部を設けたマイクロ波
分散板を含むことを特徴とする請求項９に記載のプラズ
マ処理装置。
【請求項１１】前記電界強度均一化手段は、前記マイク
ロ波の動作モードを所定のモードに変換するモード変換
器を含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項１２】真空容器内に導入されたマイクロ波に対
して磁場を印可することによって電子サイクロトロン共
鳴を励起し、当該電子サイクロトロン共鳴によって生成
されるプラズマを用いて前記真空容器内に配置された試
料に対して所定の処理を施すプラズマ処理工程を含む半
導体装置の製造方法において、前記真空容器の前記マイクロ波導入側の端面から前記試
料に向かって、前記マイクロ波の波長の２／３以内の位
置において前記電子サイクロトロン共鳴が成立するよう
に設定したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記真空容器の前記マイクロ波導入側の
端面から前記試料に向かって、前記マイクロ波の波長の
約１／２の距離の位置において前記電子サイクロトロン
共鳴が成立するように設定したことを特徴とする請求項
１２に記載の半導体装置の製造方法。