JPS61241922A - プラズマ反応処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、プラズマ反応処理技術に関するもので、たと
えばプラズマドライエツチング処理装置。

プラズマＣＶＤ処理装置、プラズマ重合処理装置に利用
して、有効な技術に関する。

〔背景技術〕

周知のよ５Ｋ、プラズマ反応処理装置は半導体ウェハ製
造において、種々の形で応用されている。

たとえば、半導体ウェハ素子パターンを型取るプラズマ
ドライエツチング処理装置をはじめ、半導体素子特性を
生み出す不純物を、ウェハ表面にイオン打込みするイオ
ン打込み装置、素子特性を保護するＰＳＧ膜をウェハ表
面に生成するプラズマＣＶＤ処理装置等に応用されてい
る。

これらの装置は工業ａ１４１Ｅ会、昭和５８年１１月１
５日発行、電子材料別冊超ＬＳＩ製造、試験装置ガイド
ブック７３頁に記載されているプラズマＣＶＤ装置の例
のように、高周波電力を利用した平行平板電極を利用し
たプラズマ反応処理装置が主流を占めている。

最近、この平行平板電極方式から、マイクロ波と磁界を
併用したプラズマ反応処理装置が検討されている。この
種のマイクロ波を利用したプラズマ反応処理装置で、効
率的に精度良くプラズマ反応処理させる障害として、プ
ラズマ反応が進むＫつれて、プラズマ反応処理室内のマ
イクロ波インピーダンス量が変動し、最適なマイクロ波
エネルギーがプラズマ反応基に供給されなくなり、精度
良いプラズマ１応処理ができなくなる問題があることが
わかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来のマイクロ波によるプラズマ反応処
理装置の欠点を排除し、プラズマ反応エネルギー源であ
るマイクロ波エネルギー量を最適な値に制御しながら、
効率的で精度良いプラズマ反応処理を行なうプラズマ反
応処理装置を提供することＫある。

即ち、処理効率に関しては、プラズマ反応により、薄膜
を堆積する場合、堆積速度を速め、薄膜の加工の場合に
は、加工速度を速める。

また、精度に関しては、堆積膜厚バラツキあるいは加工
深さ加工幅バラツキの少ないプラズマ処理を行なう装置
を提供すること忙ある。

本発明の前記目的と新規な特徴は本明細書の記述および
添付図面から明らかになるであろう。

〔発明の概要〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記の通りである。

即ち、本発明では、プラズマ反応処理を精度良く、かつ
効率的に行なうために、マイクロ波プラズマ処理領域に
伝搬するマイクロ波エネルギー量を精度良く制御し、プ
ラズマ反応処理を行なうものである。

プラズマ処理領域に伝搬するマイクロ波エネルギー量を
精度良く制御する手段として、プラズマ反応処理部内の
プラズマ反応強度を計測し、その計測結果に応じ、マイ
クロ波出力量を制御すると共に、マイクロ波供給部（発
振部）とプラズマ反応処理室間に、マイクロ波インピー
ダンス量を自動的に制御する機能部を設け、常に、プラ
ズマ反応処理室内と、マイクロ波供給部間のマイクロ波
インピーダンス整合を行ないながら、最良のインピーダ
ンス整合状態を保ちながら、マイクロ波プラズマ反応処
理を行なう。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例による半導体ウェハ製造にお
ける、半導体ウェハ上にシリコン窒化膜を堆積するプラ
ズマＣＶＤ装置の要部断面図で凝る。

装置構成から説明すると、金属性のプラズマ処理室１の
中央に反応処理させるウエノ・２を保持するステージ３
があり、ステージモータ４により、回転させる構造にな
っている。

一方、プラズマ処理室ＩＫは、導波管５を介して、可動
絞り囚６．可動絞りＣＢ）７が構成され、さらに、マイ
クロ波供給部８が接続されている。

マイクロ波供給部８には、マイクロ波発生部９が接続さ
れている。マイクロ波発生部９から発生されたマイクロ
波１０はマイクロ液供給部８．可動絞り（Ａ１６．可動
絞りａ３）７部、導波管５部を通り、プラズマ処理室Ｉ
Ｋ照射される。

一方、可動絞り囚６と可動絞りの）７は直線動パルスモ
ータ（Ａｌｌｌと直線動パルスモータ（Ｂ１１２により
可動され、可動絞り（Ａｌ６と可動絞り（Ｂ）７で構成
される開口面積が制御され、マイクロ波供給部８とプラ
ズマ処理室１内とのマイクロ波インピーダンス整合が行
なえる。

また、反応処理するウエノ・２の置かれているプラズマ
処理室１の周辺には電磁コイル１３が巻かれており、反
応処理するウェハ２周囲部に強磁界が作用する、 プラズマ処理室１上方の反応ガス供給部１４から反応ガ
ス１５〔ウェハ２上にシリコン窒化膜１６を堆積する場
合には反応ガス１５として、ＳｉＨ４＋Ｎ、Ｏカス等が
供給される。〕が供給され、小穴が放射状釦用いたガス
分散部１７により、反応ガスα９量がウェハ（２１に均
等に供給されるように制御されながら供給される。

この反応ガス供給量の制御は小穴の穴径と向き、穴の配
列により制御される。

また、プラズマ処理室１内は、真空ボンフ”１８により
、真空排気され、高真空状態が保たれる。

この高真空状態に保つためＫ、ステージ（３）部は真空
シー／ｌ／　ト（ＡＪｘ　９．　また、導波管５＃Ｉ工
真空シールド０３１２０により完全に真空シールドされ
る。

プラズマ処理室１が真空に保たれた状態で、マイクロ波
１０を照射し、電磁コイル１３を作用させ、磁界を発生
させた状態で反応ガス１５を供給すると、マイクロ波と
磁界の作用により、反応ガス１５が活性化され、プラズ
マ化し、プラズマ反応領域２１を構成する。

一方、プラズマ反応領域２１のプラズマ強度は覗き窓２
２を通し、プラズマ強度モニタ２３により計測される。

制御部２４ではマイクロ波発生部９から発生するマイク
ロ波出力量の制御をはじめ、電磁コイル１３から発生す
る磁界強さの制御、反応ガス供給部１４から供給するガ
ス種、ガス流量の制御、プラズマ強度モニタ２３による
プラズマ強度計測処理、その計測結果に基づき、直線動
パルスモータ囚１１および直線動パルスモータ（Ｂ１１
２を駆動させ、可動絞り（Ａ）６と可動絞り（Ｂ）７で
構成される開口面積を制御し、マイクロ波供給部８とプ
ラズマ処理室１間のインピーダンス整合制御を行なう。

その他、ステージモータ４の回転数制御、真空ポンプ１
８の動作制御を行なう。

次Ｋ、前記装置によって、ウェハ２表面に保護膜である
ナイトライド膜１６を生成する方法について説明する。

被処理物であるウェハ２をステージ上にセットスルと、
プラズマ処理室１が真空ポンプ１８により真空排気され
、高真空状態に保たれる。この状態で、電磁コイル１３
が通電され、マイクロ波発生部９からマイクロ波１０が
発振される。同時に、反応ガス供給部１４から反応ガス
１５が供給され、プラズマ反応領域２１で、マイクロ波
１０と電磁コイル１３により発、生された磁界により、
供給された反応ガス１５はプラズマ化され、ウェハ１表
面忙ナイトライド膜１６が生成される。

この生成されるナイトライド膜１６を精度良く、高品質
に生成されるために１本発明では、プラズマ反応領域２
１のプラズマ反応強度をプラズマ強度モニタ２３により
、計測しており、プラズマ反応過程でプラズマ処理室１
内のマイクロ波インピーダンス量が異なり、マイクロ波
によるプラズマ反応強度が変動しても、前述したプラズ
マ強度モニタ２３のプラズマ強度計測結果に応じ、制御
部２４で演算処理し、プラズマ反応領域２１に適性量の
マイクロ波１０が作用するように、マイクロ波発生部９
から発振するマイクロ波１ｏ出カ量を制御すると同時に
、直線動パルスモータ（Ａ）１１と直線動パルスモータ
の）１２を駆動させ、可動絞り（Ａ１６と可動絞り（Ｂ
）７で構成される開口面積を制御し、マイクロ波供給部
８と、プラズマ処理室１内のインピーダンス整合をとり
、適正量のマイクロ波１０をプラズマ反応処理領域２１
に供給する。

これＫより、必要とするプラズマ反応を行ない、ウェハ
２上に高品質なプラズマナイトライド膜１６を形成する
。

また、プラズマ反応処理を均一に行なう為Ｋ、ウェハ２
はステージ３上でステージモータ４により、回転される
と同時如、プラズマ処理室１のウェハ２設置領域の一部
に、マイクロ波を反射する物質（金Ｉｊ４）で構成され
たマイクロ波伝播制御部２５を設け、ウェハ２近傍に作
用するマイクロ波１０強度を均一に行ないながら、プラ
ズマ反応処理を行ないウェハ２上に生成されるナイトラ
イド膜１６を均一にする。

〔効果〕

（１１プラズマ反応処理を高精度に行なう為に、プラズ
マ反応領域のプラズマ反応強度を常に計測し、その計測
結果に応じ、マイクロ波発生部から発振するマイクロ波
出力量を制御すると同時Ｋ、プラズマ反応領域のマイク
ロ波インピーダンス量とマイクロ波発生部とのマイクロ
波インピーダンス量を自動的にマツチングを取りながら
、プラズマ反応領域に作用するマイクロ波強度量を最適
に制御しながら、プラズマ反応処理することから、高精
度なプラズマ反応処理が可能となる。

（２）　　プラズマ反応処理を均一に行なう手段として
、被処理物に作用する反応カス量を反応カス供給ノズル
径とノズル方向を制御し、プラズマ反応ガスの作用が、
均等に作用するように、制御しながらプラズマ反応処理
することから、均一なプラズマ反応処理が期待できる。

（３）上記（２）項四様な目的から、プラズマ反応領域
にマイクロ波伝播状態を制御できる部位を設け、被処理
物近傍に作用するマイクロ波強度を均等にし、被処理物
に作用するプラズマ反応強度を均等にし、均一なプラズ
マ反応処理を行Ｔｘ　５゜（４）上記（２＋、　（３１
項同様な目的から、プラズマ処理中に、！処理物を回転
させながら、プラズマ反応処理し、均一なプラズマ反応
処理を行なう。

（５）　　前記、実施例１では、被処理物を１枚ずつ処
理することから、装置構造の簡素化、小型化が可能とな
り、自動処理化、連続処理化も可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施に基づいて
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形
が可能であをことはいうまでもない。

強磁界の作用方法は、本実施例以外にも永久磁石に靜磁
界または移動磁界として、作用させながら、マイクロ波
照射し、反応現象の活性化を図ることも可能である、 〔利用分野〕 以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明を、その背景となった利用分野である半導体装置製造
における半導体ウェハ表面への保護膜の形成処理に適用
した場合について説明したが、これに限定されることな
く、逆に形成された半導体ウェハ表面の保護膜をエツチ
ング加工するプラズマエツチング処理装置に適用しても
良い、また、本発明は半導体材料関連のプラズマ反応処
理に限定されることなく、プラズマ化可能な全ての物質
についてのプラズマ反応（重合、生成。

分解）処理法およびそれらの装置に応用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例ＩＫよるプラズマＣＶＤ装置の
要部断面図である。 １・・・プラズマ処理室、２・・・ウェハ、３・・・ス
テージ、４・・・ステージモータ、５・・・導波管、６
パ・可動絞り囚、７・・・可動絞り■、８・・・マイク
ロ波供給部、９・・・マイクロ波発生部、１０・・・マ
イクロ波、１１・・・直線動パルスモータ（５）、１２
・・・直線動パルスモータの）、１３・・・電磁コイル
、１４・・・反応ガス供給部、１５・・・反応ガス、１
６・・・ナイトライド膜、１７・・・ガス分散部、１８
・・・真空ポンプ、１９・・・真空シールド（２）、２
０・・・真空シールドの）、２１・・・プラズマ反応領
域、２２・・・覗き窓、２３・・・プラズマ強度モニタ
、２４・・・制御部、２５・・・マイクロ波伝播制御部
。 第　　１、　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プラズマ反応エネルギーとして、マイクロ波（電磁
   波）を用いるプラズマ反応処理装置であつて、プラズマ
   反応処理部内のプラズマ反応強度を計測する計測部と、
   その計測結果に応じ、マイクロ波出力量を制御する制御
   部を具備する特徴とするプラズマ反応処理装置。