JPS62228482A - 低温プラズマ処理装置 - Google Patents

低温プラズマ処理装置

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JPS62228482A JP5118886A JP5118886A JPS62228482A JP S62228482 A JPS62228482 A JP S62228482A JP 5118886 A JP5118886 A JP 5118886A JP 5118886 A JP5118886 A JP 5118886A JP S62228482 A JPS62228482 A JP S62228482A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ処理装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の成膜及び表面処理装置は、プラズマを生
成するのにマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴法
を用いているので、生成プラズマのWi雛度が高く、電
子温度、電子密度とも高い。
このため処理基板の温度を低くすることができ。
膜の膜質も緻密な膜が生成できる特徴があった。
しかし、処理基板上に薄膜を形成する場合を例にとると
、その表面における均一性、すなわち膜厚、膜質の均−
性及び再現性は、プラズマ生成室から試料室に導かれた
プラズマの諸量(電子温度。
電子密度)及び膜生成用反応ガスの空間的2時間的な均
一度を強く依存している。そして次に示す公知例では処
理時間内にプラズマの放電状態が変化しても、それをす
ぐ前の放電状態に戻す機能がないため、処理開始直後の
プラズマの均一性が処理終了直前では損なわれており、
結果的に基板全面にわたる膜厚、膜質の均−性及び再現
性が悪い問題があった。また、従来はこの問題を最小限
に止めるために、装置運転者が時々刻々微妙に変化する
放電状態を観測し続けなければならなかった。
第73図にはプラズマ処理装置の従来例が示されている
。同図は電子サイクロトロン共鳴(−ECR)ぶノ のプラズマ処理装置(成膜装置)の例(特開昭55−1
41729号公報参照)である。同図に示されているよ
うにプラズマ生成室1にマイクロ波発振器(図示せず)
からのマイクロ波2が導波管3を通して供給され、磁界
コイル4の磁界による電子のサイクロトロン運動周波数
とマイクロ波2の周波数とが一致して共鳴現象が生じ、
電子がプラズマ生成用ガス供給管5から供給されるプラ
ズマ生成用ガス6と衝突して放電させ、低温のプラズマ
7を生じる。なお同図において8は冷却水、9は石英板
、10は真空排気である。
この低温のプラズマ7は試料室11へ拡散磁界により輸
送され、試料室11内へ反応ガス供給管12を通して供
給される反応ガス13を活性化または電離して、試料台
14の上の試料15の表面上に薄膜を形成する。二の場
合に試料15の表面上に堆積した薄膜の膜質、膜厚の均
一性および再現性は、堆積直前の反応ガス分子の密度お
よびエネルギーの空間的1時間的分布の均一性に支配さ
れ、仮にこの状態で一時的に空間的分布の均一性がとれ
たとしても、処理時間の経過と共に容器内表面状態の変
化、およびそれに伴う容器内空間の電磁界の変化により
、放電々離しているプラズマ諸量の分布が大幅に異って
くる。従って装置運転者はこの状態変化を常時監視し、
放電状態が変化した場合に前の放電状態に戻すため、そ
の放電状態の支配的パラメータである磁界コイル4また
はマイクロ波発振器の電流値を調整しなければならない
問題があった。また、この調整を怠ると、成V後の薄膜
の膜質および膜厚の均一性は、初期設定の放電状態から
予想されるものより大幅に異なってくる不具合があるが
、これは実験で確認されていることである。
第4図にはプラズマ成膜装置の他の従来例が示されてい
る6同図において16は同軸伝送管、4aはプラズマ流
の径を調整する静磁場発生コイルである。これも第3図
のそれと同様な低温プラズマ処理袋PtすなわちECR
型成膜装置(特開昭57−79621号公報参照)であ
り、前述の場合と同様な作用をするが、前述の場合と同
様な不具合を有しでいた。なおこれに関するものとして
上述の特開昭55−141729.特開昭57−796
21号公報の他に特開昭56−155535号公報があ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、成膜および表面処理後の試料の膜厚、
膜質および表面処理の均一性、再現性に直接影響のある
低温プラズマ諸量の空間的分布の経時変化の点について
配慮されておらず、成膜および表面処理後の試料の膜厚
、膜質および表面処理の均一性、再現性更に装置運転上
の作業性に問題があった。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、処理時間
内に放電状態を監視することなしに膜厚。
膜質および表面処理が均一で、再現性のある成膜および
表面処理を行うことを可能とした低温プラズマ処理装置
を提供することを目的とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
」二記目的は、低温プラズマの1種または複数種の放射
光スペクトルを計測し、その値と設定値との差分または
複数種の放射光スペクトルの比と設定値との差分を、低
温プラズマ諸量の空間的分布に支配的である電子サイク
ロトロン共鳴用の磁界コイルまたはマイクロ波発振器の
電流値にフィードバックすることにより達成される。
〔作用〕
低温プラズマあるいはそれにより活性化または電離した
反応ガス分子の放射光スペクトルは、プラズマ状態にあ
るガス分子の密度およびエネルギー状態を反映している
。A、82種の原子が結合して成膜後の膜組成を形成す
る場合にAの典型的線スペクトルA+ とBの典型的線
スペクトルB1との強度比は、膜組成および膜構造の生
成確率に強く影響することが知られている。一方、低温
プラズマ状態量の空間的分布は、電子サイクロトロン共
鳴電離面を決めるマイクロ波の強度または磁束密度の空
間的分布に支配されている。このため1種または複数種
の放射光スペクトルをフィルタまたは分光器付光センサ
ーで計測し、その値と予め実Mす済みの設定値との差分
、または複数種のスペクトルの比と設定値との差分を、
増幅器を通して磁界コイルまたはマイグー波発振器の電
流値にフィードバックすれば、放電状態が外部要因で変
化しても、マイクロ波の強度または磁束密度分布が補正
され、元の低温プラズマ諸量の空間的分布にすることが
でき、処理時間内の成膜条件を一定に保つことができる
〔実施例〕
以下5図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
1図には本発明の一実施例が示されている。なお従来と
同じ部品には同じ符号を付したので説明を省略する。同
図に示されているようにマイクロ波発振器17には第1
の電源18が第1の電流制御器19を介して接続され、
磁界コイル4には第2の電源18aが第2の電流制御器
19aを介して接続されている。このように構成された
低温プラズマ処理装置で本実施例では試料室11aに、
処理中のプラズマ7または反応ガス13の放射光スペク
トルにより処理中のプラズマ7または反応ガス13の放
電状態を一定に制御する制御手段を設けた。このように
することにより試料室1、1 aに、処理中のプラズマ
7または反応ガス13の放射光スペクトルにより処理中
のプラズマ7または反応ガス13の放電状態を一定に制
御する制御手段が設けられるようになって、処理中のプ
ラズマ7または反応ガス13の放電状態が一定となり、
処理時間内に放電状態を監視することなしに膜厚、膜質
および表面処理が均一で、再現性のある成膜および表面
処理を行うことを可能とした低温プラズマ処理装置を得
ることができる。
すなわちプラズマ7または反応ガス13の放射光スペク
トルにより処理中のプラズマ7または反応ガス13の放
電状態を一定に制御する制御手段を設けたが、この制御
手段を試料室11aに設け、水平方向の2種の放射光ス
ペクトル20n、20bを測定するフィルタ付光センサ
ー21.22と。
このフィルタ付光センサー21.22に接続し、測定し
た2種の放射光スペクトル20a、20bの比を算出す
る割算器23と、この割算器23と第1または第2の電
流制御器19.19aとの間に接続し、割算器23で算
出した放射光スペクトル20a、20bの比と予め設定
した設定値24との差分を検出し、この検出した差分を
第1または第2の電流制御器19.19aにフィードバ
ックする差動増幅器25とで形成した。このようにする
ことにより試料表面近傍のA種の典型的線スペクトルで
ある放射光スペクトル20aとB種の典型的線スペ、ク
トルである放射光スペクトル20bとは、フィルタ付光
センサー21.22で受光され、感度調整後に割算器2
3にとり込まれ1両スベク1〜ル20a、20bの比が
とられる。これを仮に放射率とすればこの放射率は更に
予め実測し設定しである設定値24との差分を検出する
差動増幅器25に伝送される。そして差動増幅器25で
検出された両スペクトル20a、20bの比と設定値2
4との差分は、磁界コイル4またはマイクロ波発振器1
7に夫々電流を供給する第2または第1の電源1.8a
、18の第2または第1−の屯流制御器19a、19に
フィードバックされる。
これにより処理中のプラスfまたは反応ガス13の放電
状態は一定に制御されるようになる。
すなわち電子サイクロトロン共鳴により電離の強く進展
する共鳴電離面は、マイクロ波の強度または磁束密度の
強度および分布に支配されるので、放射光スペクトル比
の変化分は電離面の形状および強度の変化として現ねれ
、放射光スペクトル比の設定値を保つように制御される
。この結果、放射光スペクトル比が一定であれば膜組成
が同一である事実(菅野卓雄編著、産業図書、半導体プ
ラズマプロセス技術、PL65〜P178)より、装置
運転者の監視なしに膜質、膜厚とも初期の設定値24通
りに処理可能となり、装置本体として最適条件が設定で
きれば膜質、膜厚とも均一で、再現性のある成膜が可能
となる。
このように本実施例によれば放電状態を常時監視するこ
となしに形成薄膜の膜質、膜厚および表面処理精度の均
一性、再現性を大幅に向上することができる。
第2図には本発明の他の実施例が示されている。
本実施例では垂直方向の2種の放射光スペクトル20a
、20b、すなわち試料台14上方の放射光スペクトル
20a、20bを全てフィルタ付光センサー21.22
に取り込むようにしたものである。この場合には試料台
14上方の放射光スペクトル20a、20bが全てフィ
ルタ付光センサー2.1.22に取り込まれるようにな
って、前述の場合よりも検出精度を向上させることがで
きる。
なおこれら実施例で光センサーにフィルタ付光センサー
21.22を使用したが、分光器付光センサーを使用し
てもよい。
[発明の効果〕 上述のように本発明は処理時間内に放電状態を監視する
ことなしに膜厚、膜質および表面処理が均一で、再現性
のある成膜および表面処理を行うことができるようにな
って、処理時間内に放電状態を監視することなしに膜厚
、膜質および表面処理が均一で、再現性のある成、膜お
よび表面処理を行うことを可能とした低温プラズマ処理
装置を得ることかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の低温プラズマ処理装置の一実施例の′
!A■構成を示す線図、第2図は本発明の低温プラズマ
処理装置の他の実施例の装置構成を示す線図、第3図は
従来の低温プラズマ処理装置の装置構成を示す線図、第
4図は従来の低温プラズマ処理装置の他の例の装置構成
を示す線図である。 1・・プラズマ生成室、2・・・マイクロ波、3・・・
導波管、4・・磁界コイル、7・・・低温のプラズマ、
lla・・試料室、12・・・反応ガス供給管、13・
・・反応ガス、14・・・試料台、15・・・試料、1
7・・・マイクロ波発揚器、】8・・第1の電源、18
a・・・第2の電源、19・・・第1の電流制御器、1
9a・・・第2の電流制御器、20a、20b・・・放
射光スペクトル、尤。 21.22・・・フィルタ付7センサー、23・・・割
算器、24・・・設定値、25・・・差動増幅器。 代理人 弁理士 長崎博男−°り′ (ほか1名)′ 乎3 呂 早 4 口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、低温のプラズマを発生させるプラズマ生成室と、こ
    のプラズマ生成室に接続され、かつ前記プラズマを導入
    する試料室とを備え、前記プラズマ生成室はその上部に
    第1の電源に第1の電流制御器を介して接続されたマイ
    クロ波発振器、このマイクロ波発振器からのマイクロ波
    を導入する導波管、その外周に第2の電源に第2の電流
    制御器を介して接続され、かつ前記マイクロ波による電
    子サイクロトロン共鳴放電を発生させる磁界を発生する
    磁界コイルを有し、前記試料室はその内部に試料を乗置
    する試料台、その側壁に反応ガスが供給される反応ガス
    供給管を有しており、前記試料室内に導入された前記反
    応ガスを前記プラズマで活性化または電離して前記試料
    の表面を処理する低温プラズマ処理装置において、前記
    試料室に、前記処理中のプラズマまたは反応ガスの放射
    光スペクトルにより前記処理中のプラズマまたは反応ガ
    スの放電状態を一定に制御する制御手段を設けたことを
    特徴とする低温プラズマ処理装置。 2、前記制御手段が、前記試料室に設けられ、かつ試料
    室内の前記プラズマまたは反応ガスの少なくとも一種の
    放射光スペクトルを測定するフィルタ付光センサーと、
    このフィルタ付光センサーと前記第1または第2の電流
    制御器との間に設けられ、測定した放射光スペクトルの
    値と予め設定した設定値との差分、または複数種の放射
    光スペクトルの比と設定値との差分を検出し、この検出
    した差分を前記第1または第2の電流制御器にフィード
    バックする差動増幅器とで形成されたものである特許請
    求の範囲第1項記載の低温プラズマ処理装置。
JP61051188A 1986-03-08 1986-03-08 低温プラズマ処理装置 Expired - Lifetime JPH0645896B2 (ja)

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