JPH1161414A - マイクロ波プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波プラズマ装置によるＣＶＤ・エッ
チング等において、プラズマ発生領域のプラズマ密度を
均一化し、厚み分布と膜性能の均一なマイクロ波プラズ
マ装置を提供する。 【解決手段】 プラズマが照射される基体３の表面に対
して、マイクロ波導入窓６がマイクロ波の漏れ角度とほ
ぼ同じ角度を設けて設置されることによりプラズマを均
一化し、厚み分布の均一な薄膜製造を可能にする。また
プラズマ化される導入ガス８を、マイクロ波による電界
強度分布に合わせて導入することによりプラズマ密度を
均一化し、厚み分布と膜性能の均一な薄膜製造を可能に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明に属する技術分野】本発明は、真空中に於いて基
体上にプラズマを照射して基体の表面をエッチングまた
は薄膜を形成するプラズマ発生装置に関し、特に薄膜製
造と薄膜性能の安定性に優れた薄膜の製造装置と薄膜の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄膜形成法としては真空蒸着法、スパッ
タ法などが多く用いられてきたが、従来の薄膜製造法に
加えて近年プラズマＣＶＤを用いた薄膜の製造方法が多
く用いられるようになってきた。

【０００３】プラズマＣＶＤ法による薄膜は、化学反応
による複雑な組成の薄膜や、スパッタ法と同等の薄膜を
高速で形成することが可能となる。従来、最も多くプラ
ズマＣＶＤが用いられてきたのは半導体の製造プロセス
であり、個別のディスク状のウェハー毎に処理を行って
いる。

【０００４】プラズマの発生方法としては様々な手法が
考えられているが、磁場とマイクロ波の組み合わせによ
り強いプラズマを発生させ、生産性を高める技術が普及
しつつある。このプラズマＣＶＤ技術で更に大面積の基
体へも処理できるように、特開平６−２３６７９９号公
報などに示されるような装置も検討されている。

【０００５】具体的には、従来では次のように構成され
ている。真空槽にセットされた基体の表面に薄膜を形成
するに際し、マイクロ波はマイクロ波電源で発生し、マ
イクロ波導入管を通ってマイクロ波導入窓より漏れて、
真空槽の内部に導入される。真空槽の内部には、ガス導
入管からプラズマ化されるガスが導入されており、マイ
クロ波による電界により高密度プラズマが発生する。高
密度プラズマにより重合反応が起こり、基体の上に薄膜
が形成される。また、エッチング装置の場合にはエッチ
ングが実施される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来では、マイクロ波
導入窓からマイクロ波の漏れを利用して真空槽内に電界
を発生しているが、マイクロ波が進行方向に向かって進
行するに従って、基体上においては電界強度が強くなる
ことから、マイクロ波の進行が進むにつれ基体上のプラ
ズマ密度が向上し、基体上ではマイクロ波の進行方向で
の製膜速度またはエッチング速度が不均一になる。ま
た、マイクロ波はその周波数に応じた定在波と呼ばれる
電界強度の周期性を持つ。

【０００７】従来のガス導入方法ではプラズマ密度は電
界強度の周期に同調し、電界の強い部分では製膜速度は
向上するが、電界の弱い部分では製膜速度は低下する。
結果的に基体上ではマイクロ波の進行方向では電界の周
期に応じた不均一な製膜となる。また、エッチング装置
の場合には、電界の強い部分で基板の目的の場所をエッ
チングする場合を想定すると、エッチングレートを向上
させようとしてガス流量を高くすると、電界の弱い部分
に位置させてある前記基板のエッチングをあまり進行さ
せたくない部分もエッチングが進行して好ましくない。

【０００８】本発明は、プラズマ密度を安定化させ、均
一な薄膜または高いエッチングレートでの選択的なエッ
チング処理を実現できるマイクロ波プラズマ装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波導
入窓から漏れて導入されるマイクロ波、すなわち電界強
度の角度に合わせてマイクロ波導入窓を基体に対して角
度を設けて構成している。また、プラズマ化させる導入
ガスを、マイクロ波の定在波によって発生する電界強度
分布に合わせて選択的に供給できるガス導入管を有す
る。

【００１０】これにより、製膜された膜の厚み分布や膜
質の均一な成膜、または高レートでの選択的なエッチン
グ処理を実施できるマイクロ波プラズマ発生装置が得ら
れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のマイクロ波プラズマ装置
は、マイクロ波電源と真空槽をマイクロ波導入管を介し
て接続し、前記マイクロ波導入管に形成されたマイクロ
波導入窓から真空槽の内部に漏れるマイクロ波によって
前記真空槽の内部のガスをプラズマ状態として、前記真
空槽にセットされた基体を処理するマイクロ波プラズマ
装置であって、前記マイクロ波導入窓の開口面を、前記
基体の面に対して平行で無く角度を設けて構成したこと
を特徴とし、基体表面上における電界強度を均一にして
プラズマ密度分布を均一にできる。

【００１２】また、本発明のマイクロ波プラズマ装置
は、マイクロ波電源と真空槽をマイクロ波導入管を介し
て接続し、前記マイクロ波導入管に形成されたマイクロ
波導入窓から真空槽の内部に漏れるマイクロ波によって
前記真空槽の内部のガスをプラズマ状態として、前記真
空槽にセットされた基体を処理するマイクロ波プラズマ
装置であって、真空槽の内部での前記ガスの流量の分布
を、前記真空槽の内部の電界分布に対応して弱電界の部
分と強電界の部分とにガス流量の差をつけて供給するよ
うに構成したことを特徴とし、成膜装置の場合には弱電
界の部分には強電界の部分よりもガス流量が高くなるよ
うにして電界強度の弱い部分ではガスの流量によりプラ
ズマ密度を向上させ、電界強度の強い部分と同等のプラ
ズマ密度にすることにより、均一な成膜を実現できる。

【００１３】エッチング装置の場合には、強電界の部分
には弱電界の部分よりもガス流量が高くなるようにして
電界強度の強い部分ではガスの流量によりプラズマ密度
を向上させてエッチングレートが高くなり、電界強度の
弱い部分でのプラズマ密度を小さくすることにより、選
択的なエッチングを実現できる。

【００１４】以下、本発明の各実施の形態を図１と図２
に基づいて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明のマイクロ波プラズマ装
置を示す。

【００１５】真空槽１の内部には基体ホルダ２が設けら
れており、基体３はこの基体ホルダ２にセットされてい
る。マイクロ波はマイクロ波電源４で発生し、マイクロ
波導入管５を通ってマイクロ波導入窓６より漏れて、真
空槽１の内部に導入される。

【００１６】真空槽１の内部には、ガス導入管７からプ
ラズマ化されるガス８が導入されるとともに、真空ポン
プ９で排気されている。これによって、真空槽１の内部
ではマイクロ波による電界により高密度プラズマが発生
し、高密度プラズマにより重合反応が起こり、基体３の
上に薄膜が形成される。

【００１７】マイクロ波導入窓６より漏れて真空槽１の
内部に供給されるマイクロ波は、進行方向に進むに従っ
てマイクロ波導入窓６より遠くへ到達するが、マイクロ
波の漏れ角度に合わせてマイクロ波導入窓６が設置され
ている。

【００１８】これにより、基体３上ではマイクロ波の進
行方向に対する電界１０の強度分布は均一となり、すな
わち、基体３上のプラズマ強度分布は均一となる。この
実施の形態では、マイクロ波のマイクロ波導入窓６に対
する漏れ角度を測定するとマイクロ波導入窓６に対して
１０ｄｅｇ．であり、基体３に対して１０ｄｅｇ．の角
度を設けてマイクロ波導入窓６を設置した。

【００１９】以下、マイクロ波プラズマＣＶＤの場合を
例に挙げて具体例を説明する。真空ポンプ９により５×
１０Ｅ−５Ｔｏｒｒ程度まで真空引きされた真空槽１内
に、ガス導入管７よりメタンガス５０ＳＣＣＭ、アルゴ
ンガス１２．５ＳＣＣＭの混合ガスを導入する。

【００２０】マイクロ波電源４より５００Ｗのマイクロ
波をマイクロ波導入管６より導入すると、混合ガスはプ
ラズマ化し基体３であるシリコンウエハ上に硬質炭素膜
が成膜される。

【００２１】ここでは、マイクロ波導入窓６の長さを６
００ｍｍとして、１０秒間成膜した時のシリコンウエハ
上の硬質炭素膜の厚み分布を６０ｍｍ間隔で９点マイク
ロ波の進行方向において測定し、結果を従来例（特開平
６−２３６７９９号公報）と比較して下記の（表１）に
まとめた。なお、（表１）の数値の単位はｎｍである。

【００２２】

【表１】

【００２３】従来例では厚み分布が３ｎｍから５ｎｍ程
度の変動を持ちながら約１１ｎｍから約２４ｎｍへ傾斜
を持って変化していることに対して、本発明では３ｎｍ
程度の変動はあるものの、約２２ｎｍから約２４ｎｍの
厚み分布であり、従来例のような厚み分布の傾斜は発生
しなかった。

【００２４】また、（実施の形態１）においてマイクロ
波導入窓６を基体３に対して１０ｄｅｇ．の角度を設け
たが、５〜１５ｄｅｇ．の範囲でも同等の結果が得られ
ると共に、基体３をマイクロ波導入窓６に対して角度を
設けて設置しても差し支えない。

【００２５】（実施の形態２）図２は本発明の（実施の
形態２）のマイクロ波プラズマ装置を示し、図１に示し
た（実施の形態１）のに示した装置とは、真空槽１の内
部におけるガス導入管７の構造が異なっている。

【００２６】マイクロ波電源４にて発生したマイクロ波
はマイクロ波導入管５を通ってマイクロ波導入窓６より
漏れて真空槽１内に供給される。ガス導入管７にはマイ
クロ波電源４で発生されるマイクロ波によって発生する
電界１０の周期と同じ間隔で設けられたガス供給孔７ａ
が穿設されており、電界１０の周期に合わせてガス８が
真空槽１に導入される。

【００２７】（実施の形態２）におけるマイクロ波電源
４は周波数２．４５ＧＨｚであり、その波長は約１２２
ｍｍとなり、その時の電界１０の周期は約６１ｍｍとな
ることからガス導入管７にはガス供給孔７ａが６１ｍｍ
の間隔で真空槽１の内部における電界分布に対応させ
て、弱電界の部分には強電界の部分よりもガス流量が高
くなるように構成した。具体的には、ガス導入管７とし
ては材質がフッ素系樹脂などのように電界に影響を与え
ないものを使用した。

【００２８】以下、マイクロ波プラズマＣＶＤの場合を
例に挙げて具体例を示す。真空ポンプ９により５×１０
Ｅ−５Ｔｏｒｒ程度まで真空引きされた真空槽１内に、
６１ｍｍ間隔で孔径１ｍｍ以下のガス供給孔７ａを設け
たガス導入管７よりメタンガス５０ＳＣＣＭ、アルゴン
ガス１２．５ＳＣＣＭの混合ガスを導入する。マイクロ
波電源４より５００Ｗのマイクロ波をマイクロ波導入窓
６より導入すると、混合ガスはプラズマ化し基体３であ
るシリコンウエハ上に硬質炭素膜が成膜される。ここで
は、マイクロ波導入窓６の長さを６００ｍｍとして、１
０秒間成膜した時のシリコンウエハ上の硬質炭素膜の厚
み分布を６１ｍｍ間隔で９点マイクロ波の進行方向にお
いて測定し、結果を従来例と比較して下記の（表２）に
まとめる。なお、（表２）の数値の単位はｎｍである。

【００２９】

【表２】

【００３０】従来例では厚み分布が３ｎｍ程度の変動を
持っているが、本発明では、厚み分布の変動は１ｎｍ程
度であった。また、（実施の形態２）においてガス導入
管７は１本のガス導入管に供給孔を設けたが、複数のガ
ス導入管を用いて各々を流量制御しながらガスを導入し
ても差し支えない。

【００３１】この（実施の形態２）では（実施の形態
１）のようにマイクロ波導入窓の開口面を基体の面に対
して角度を設けて構成したが、マイクロ波導入窓の開口
面が前記基体の面に対して平行の場合にも良好な結果が
得られる。

【００３２】（実施の形態３）上記の各実施の形態で
は、成膜装置の場合を例を挙げて説明し、ガス流量につ
いては、弱電界の部分には強電界の部分よりもガスの流
量を高くなるように構成したが、基板を選択的にエッチ
ングするエッチング装置の場合には、エッチングしたい
部分を強電界に配置し、エッチングしたくない部分を弱
電界に配置し、強電界の部分へのアルゴンまたは窒素ガ
スの供給量を弱電界の部分へのガス供給量よりも少なく
することによって、強電界の部分でのエッチングレート
を弱電界の部分でのそれよりも大幅に高めることがで
き、エッチングしたい部分を迅速にエッチング処理で
き、しかもエッチングしたくない部分のエッチングを僅
かに抑えることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、マイクロ
波導入窓の開口面を、前記基体の面に対して平行で無く
角度を設けて構成したり、真空槽の内部での前記ガスの
流量の分布を電界分布に応じて変更できるように構成し
たので、均一な成膜または良好な選択的なエッチングを
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の（実施の形態１）で使用したマイクロ
波プラズマ装置の概念図

【図２】本発明の（実施の形態２）で使用したマイクロ
波プラズマ装置の概念図

【符号の説明】

１ 真空槽 ２ 基体ホルダ ３ 基体 ４ マイクロ波電源 ５ マイクロ波導入管 ６ マイクロ波導入窓 ７ ガス導入管 ７ａ ガス供給孔 ８ ガス ９ 真空ポンプ １０ 電界強度の概念

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波電源と真空槽をマイクロ波導
   入管を介して接続し、前記マイクロ波導入管に形成され
   たマイクロ波導入窓から真空槽の内部に漏れるマイクロ
   波によって前記真空槽の内部のガスをプラズマ状態とし
   て、前記真空槽にセットされた基体を処理するマイクロ
   波プラズマ装置であって、 前記マイクロ波導入窓の開口面を、前記基体の面に対し
   て平行で無く角度を設けて構成したマイクロ波プラズマ
   装置。
2. 【請求項２】 マイクロ波電源と真空槽をマイクロ波導
   入管を介して接続し、前記マイクロ波導入管に形成され
   たマイクロ波導入窓から真空槽の内部に漏れるマイクロ
   波によって前記真空槽の内部のガスをプラズマ状態とし
   て、前記真空槽にセットされた基体を処理するマイクロ
   波プラズマ装置であって、 真空槽の内部での前記ガスの流量の分布を、前記真空槽
   の内部の電界分布に対応して弱電界の部分と強電界の部
   分とにガス流量の差をつけて供給できるように構成した
   マイクロ波プラズマ装置。
3. 【請求項３】 マイクロ波導入管とマイクロ波導入窓が
   平行であり、マイクロ波導入窓よりマイクロ波が漏れて
   真空槽内に導入されるマイクロ波プラズマ装置におい
   て、マイクロ波導入窓と漏れて導入されるマイクロ波と
   に発生する角度と、同じ角度の傾斜を前記マイクロ波導
   入窓が基体面に対して設けて構成される請求項１記載の
   マイクロ波プラズマ装置。
4. 【請求項４】 マイクロ波電源と真空槽をマイクロ波導
   入管を介して接続し、前記マイクロ波導入管に形成され
   たマイクロ波導入管から真空槽の内部に漏れるマイクロ
   波によって前記真空槽の内部のガスをプラズマ状態とし
   て、前記真空槽にセットされた基体を処理するマイクロ
   波プラズマ装置であって、 前記マイクロ波導入窓の開口面を、前記基体の面に対し
   て平行で無く角度を設けて、 真空槽の内部での前記ガスの流量の分布を、前記真空槽
   の内部の電界分布に対応して弱電界の部分と強電界の部
   分とにガス流量に差をつけて供給できるように構成した
   マイクロ波プラズマ装置。