WO2012018024A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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plasma processing
processing apparatus
gas
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節原　裕一
江部　明憲
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国立大学法人大阪大学
株式会社イー・エム・ディー
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus for performing predetermined processing such as deposition (film formation) and etching on a substrate to be processed.
  • a plasma processing apparatus has been used in a film forming process for forming a thin film on a substrate and an etching process for the substrate.
  • plasma processing equipment such as capacitive coupling type and inductive coupling type.
  • the inductively coupled plasma processing equipment is capable of generating high-density plasma and has a high processing speed. (For example, refer to Patent Document 1).
  • Formation of a silicon thin film by a plasma processing apparatus is usually performed as follows. First, hydrogen (H 2 ) gas and silane (SiH 4 ) gas are introduced into a vacuum vessel, and plasma is generated in the vacuum vessel by applying discharge power. At this time, the hydrogen gas molecules and silane gas molecules collide with each other, and these molecules are decomposed, and the atomic hydrogen radicals and silane radicals (SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si) generated thereby are stored in the vacuum vessel. Is diffused to reach the substrate surface, and a silicon thin film is formed on the substrate surface.
  • hydrogen (H 2 ) gas and silane (SiH 4 ) gas are introduced into a vacuum vessel, and plasma is generated in the vacuum vessel by applying discharge power. At this time, the hydrogen gas molecules and silane gas molecules collide with each other, and these molecules are decomposed, and the atomic hydrogen radicals and silane radicals (SiH 3 , SiH 2 , SiH, Si) generated thereby are stored in the vacuum
  • the energy of electrons required to dissociate molecules by electron collision is higher in the case of hydrogen molecules than in the case of SiH 4 molecules. Therefore, increasing the high-energy electrons for dissociating hydrogen molecules or increasing the plasma density causes significant dissociation of silane-based molecules at the same time as the generation of high-density atomic hydrogen radicals, and SiH 2 , SiH, A large number of radicals such as Si having a high adhesion coefficient, that is, easy to adhere to the microcrystalline silicon thin film being formed, are generated.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of easily controlling the energy distribution of electrons in plasma according to the type of gas molecules and their dissociation energy.
  • the plasma processing apparatus which has been made to solve the above problems, A plasma generation chamber; a high-frequency antenna provided in the plasma generation chamber; plasma generation gas introduction means for introducing a gas for generating plasma into the plasma generation chamber; and a plasma processing chamber in communication with the plasma generation chamber;
  • a plasma processing apparatus comprising a processing gas introduction means for introducing a processing gas into the plasma processing chamber, A plasma control plate provided in the plasma generation chamber and capable of changing a distance from the high-frequency antenna; Moving means for moving the plasma control plate; It is characterized by providing.
  • a differential pressure generating means for generating a differential pressure between the plasma generating chamber and the plasma processing chamber.
  • the differential pressure generating means By making the pressure of the plasma generation chamber higher than that of the plasma processing chamber using the differential pressure generating means, it is possible to prevent the processing gas in the plasma processing chamber from entering the plasma generation chamber and dissociating the processing gas excessively. Can do.
  • a plate material having a large number of through holes is provided at the boundary between the plasma generating chamber and the plasma processing chamber, or a processing gas which is the processing gas introducing means and has holes on the plasma processing chamber side A large number of introduction pipes arranged at the boundary between the plasma generation chamber and the plasma processing chamber with a gap may be used.
  • the plasma processing apparatus can be provided with a plurality of plasma generation chambers in response to an increase in the area of the substrate to be processed.
  • the plasma generation chamber is arranged at a certain interval on one wall surface of the plasma processing chamber, and an exhaust means for exhausting the plasma processing chamber between these plasma generation chambers and an exhaust amount for adjusting the exhaust amount. It is desirable to use a configuration in which adjusting means is provided. These exhaust means and exhaust amount adjusting means are for maintaining the time during which the processing gas introduced into the plasma processing chamber is present in the plasma processing chamber substantially constant, and by this, the plasma generated in the plasma generation chamber is used. It is possible to prevent the dissociation of the processing gas in the plasma processing chamber from proceeding excessively.
  • the plasma processing apparatus controls the energy distribution of electrons in the plasma by adjusting the distance between the high-frequency antennas in the plasma generation chamber with a plasma control plate provided in the plasma generation chamber. is there.
  • a plasma control plate provided in the plasma generation chamber.
  • the plasma control plate is brought close to the high-frequency antenna, electrons in the plasma generated in the plasma generation chamber disappear due to collision with the plasma control plate, and the electron density decreases.
  • This decrease in electron density reduces collisions between electrons in the plasma, leaving many high-energy electrons in the plasma.
  • the energy distribution of electrons can be controlled simply by adjusting the distance between the plasma control plate and the high-frequency antenna. Using this, the degree of dissociation can be controlled according to the type of gas molecule.
  • FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view (a) and a schematic transverse sectional view (b) showing an experimental apparatus for examining a change in plasma characteristics with respect to a distance between a high frequency antenna and a plasma control plate.
  • the graph (a) which shows the change of the electron temperature with respect to the distance between a high frequency antenna and a plasma control board, and the graph (b) which shows the change of an electron density.
  • the graph (a) which shows the change of the energy distribution of the electron with respect to the distance between a high frequency antenna and a plasma control board, and the graph (b) which shows the change of the relative ratio.
  • 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a first embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.
  • the bottom view which shows the partition plate provided in the boundary of a plasma production chamber and a plasma processing chamber.
  • the schematic longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Example of the plasma processing apparatus which concerns on this invention.
  • the schematic longitudinal cross-sectional view which shows 3rd Example of the plasma processing apparatus which concerns on this invention.
  • the schematic longitudinal cross-sectional view which shows the 1st modification of the plasma processing apparatus of 3rd Example.
  • the schematic longitudinal cross-sectional view (a) which shows the 2nd modification of the plasma processing apparatus of 3rd Example, and the bottom view (b) which shows the partition plate used by this modification.
  • the inventor of the present application conducted an experiment on the change in plasma characteristics with respect to the distance between the high-frequency antenna and the plasma control plate, using the experimental apparatus shown in the schematic diagram of FIG.
  • This experimental apparatus is made of stainless steel having a structure in which two cylindrical tubes having a diameter of 150 mm extending in the vertical (hereinafter referred to as “vertical” or “upper and lower”) direction and in the horizontal (hereinafter referred to as “lateral”) direction cross each other.
  • Cross tube chamber 51 high-frequency antenna 52 made of a U-shaped conductor inserted into cross tube chamber 51 from one end of a cylindrical tube extending in the lateral direction of cross tube chamber 51, and the other end
  • a Langmuir probe 53 for measuring various states of plasma inserted into the cross tube chamber 51 from the side, and arranged at equal intervals on both sides of the high-frequency antenna 52 280 mm in length, 97 mm in width, and 6 mm in thickness 2
  • a plasma control plate 54 made of a single aluminum flat plate.
  • the high-frequency antenna 52 is inserted in the chamber 51 with both ends of the U shape aligned vertically.
  • a high-frequency power source 522 having a frequency of 13.56 MHz and a maximum output of 1250 W is connected to one end of the high-frequency antenna 52 via an impedance matching device 521, and the other end is grounded.
  • the high frequency antenna 52 is covered with a dielectric pipe inside the chamber 51.
  • the dimensions of the high frequency antenna 52 inside the chamber 51 are 55 mm long and 110 mm wide.
  • the plasma control plate 54 is provided with an operation rod and a moving mechanism (not shown) extending in a direction perpendicular to the surface. Since the operation rod can be moved in the longitudinal direction by the moving mechanism, the distance between the plasma control plate 54 and the high frequency antenna 52 can be freely adjusted.
  • an inlet for introducing a gas for generating plasma into the chamber 51 is provided in the upper part of the cylindrical tube extending in the vertical direction, and the exhaust for evacuating the chamber 51 is provided in the lower part. Mouth is provided.
  • the change in plasma characteristics with respect to the distance D between the high-frequency antenna 52 and the plasma control plate 54 was examined.
  • the experimental results are shown in FIGS.
  • hydrogen was introduced as a plasma generation gas at a flow rate of 5 sccm
  • the output of the high frequency power source was 800 W
  • the pressure in the chamber 51 was 10 Pa.
  • the plasma was measured with the distance between the tip of the Langmuir probe 53 and the high-frequency antenna 52 being 120 mm.
  • the inventor of the present application has obtained knowledge that it is effective to adjust the distance from the high-frequency antenna using a plasma control plate for controlling the energy distribution of electrons in the plasma. Examples of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described below.
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • the plasma processing apparatus 10 of this embodiment includes a plasma processing chamber 11 composed of a rectangular parallelepiped vacuum vessel and a plasma generator attached to a top plate (upper wall) 111 of the plasma processing chamber 11 composed of a rectangular parallelepiped vacuum vessel. Chamber 12.
  • a partition plate 13 having a large number of through holes 131 for generating a differential pressure in the plasma processing chamber 11 and the plasma generation chamber 12 is disposed at the boundary between the plasma processing chamber 11 and the plasma generation chamber 12. Yes.
  • a substrate table 14 for placing the substrate S is provided so as to face the partition plate 13.
  • the substrate base 14 has a built-in heater, and the substrate S can be heated during the formation of the thin film as necessary.
  • a processing gas inlet 15 for introducing a processing gas into the plasma processing chamber 11 is provided at a position between the partition plate 13 and the substrate base 14 in the plasma processing chamber 11.
  • An exhaust port 19 for exhausting the plasma processing chamber is provided below the plasma processing chamber 11.
  • a high frequency antenna 16 formed by bending a rod-like conductor into a U shape is provided. Both ends of the high-frequency antenna 16 are attached to the upper wall of the plasma generation chamber 12, and one end is connected to the high-frequency power source 162 via the impedance matching device 161 and the other end is grounded, as in the experimental apparatus of FIG. .
  • two plasma control plates 17 are arranged at an equal distance from the high frequency antenna 16 so as to sandwich the high frequency antenna 16.
  • An operation rod 171 is attached to the plasma control plate 17, and the operation rod 171 can be moved in the longitudinal direction by the moving mechanism 172.
  • the distance between the plasma control plate 17 and the high-frequency antenna 16 can be adjusted by the action of the operation rod 171 and the moving mechanism 172 which are moving means of the control plate 17.
  • a plasma generation gas inlet 18 for introducing a plasma generation gas into the chamber is provided on the wall of the plasma generation chamber 12.
  • the operation of the plasma processing apparatus 10 of the first embodiment will be described by taking as an example the case of generating a silicon thin film.
  • hydrogen (H 2 ) gas is introduced into the plasma generation chamber 12 as a plasma generation gas from the plasma generation gas inlet 18, and SiH 4 gas is supplied into the plasma processing chamber 11 as a processing gas from the processing gas inlet 15.
  • a gas containing is introduced.
  • the pressure in the plasma processing chamber 11 is set to 1 Pa or less, and the pressure in the plasma generation chamber 12 is set to 2 Pa higher than that in the plasma processing chamber 11.
  • the processing gas (SiH 4 gas) introduced into the plasma processing chamber 11 passes through the through holes of the partition plate 13 and enters the plasma generation chamber 12. It can be prevented from entering.
  • high frequency power having a frequency of 13.56 MHz and a power of 1000 W is input to the high frequency antenna 16.
  • plasma containing atomic hydrogen radicals and electrons is generated in the plasma generation chamber 12.
  • the plasma generated in the plasma generation chamber 12 passes through the through hole of the partition plate 13 and diffuses into the plasma processing chamber 11.
  • the plasma diffused from the plasma generation chamber 12 is introduced from the processing gas inlet 15.
  • SiH 4 gas is decomposed to generate silane radicals containing SiH 3 .
  • a silicon thin film is formed on the substrate S by the hydrogen radicals generated in the plasma generation chamber and passing through the through holes of the partition plate 13 and the silane-based radicals generated in the plasma processing chamber.
  • the temperature of the substrate S is maintained at 200 ° C. by the heater.
  • plasma generation is performed by adjusting the distance between the plasma control plate 17 and the high frequency antenna 16.
  • the energy distribution of electrons in the plasma in the chamber 12 can be controlled.
  • the percentage of electrons in the high energy region increases by bringing the plasma control plate 17 closer to the high frequency antenna 16. For this reason, generation of atomic hydrogen radicals can be promoted.
  • the electron temperature of the plasma can be finely adjusted so that the radical dissociation reaction does not proceed excessively.
  • a function peculiar to the plasma processing apparatus 10 of the present embodiment which is difficult to realize with the conventional plasma processing apparatus, is that a plasma generation chamber is provided between the plasma generation chamber 12 and the plasma processing chamber 11 via a partition plate 13.
  • the SiH 4 gas introduced into the plasma processing chamber 11 flows back into the plasma generation chamber 12 with a high proportion of high-energy electrons and flows into the plasma generation chamber 12. It is possible to suppress passing the region near the antenna 16 and excessive dissociation of SiH 4 molecules.
  • the energy distribution of electrons in the diffusion plasma in which the plasma generated in the plasma generation chamber 12 is introduced into the plasma processing chamber 11 via the partition plate 13 is the plasma generated in the plasma generation chamber 12.
  • a plasma generation chamber 12 that is a reaction region that generates atomic hydrogen radicals by dissociation of H 2 gas and a plasma processing chamber 11 that is a reaction region that dissociates SiH 4 gas are separated. Can be separated.
  • the partition plate 13 provided with the processing gas introduction hole 132 (FIG. 5B) can also be used.
  • the processing gas introduction hole 132 is provided only on the surface of the partition plate 13 on the side of the plasma processing chamber 11, and the processing gas introduced into the processing gas introduction pipe 1321 embedded in the plate material is introduced into the plasma processing chamber 11. Can be sent to.
  • the processing gas can be introduced from the vicinity of the through hole 131, the processing gas is efficiently decomposed by the diffusion plasma introduced into the plasma processing chamber 11 through the through hole 131. At the same time, excessive dissociation of the processing gas can be suppressed.
  • the plasma processing apparatus 10 of the present embodiment can be used effectively even when an oxide film or a nitride film is formed.
  • oxygen gas is introduced into the plasma generation chamber 12 to generate high-density atomic oxygen radicals, and at the same time, an organic metal gas (eg, TMAl (tri-methyl-aluminum): aluminum) is added to the plasma processing chamber 11. In this case, a good quality oxide film can be formed on the substrate.
  • ammonia (NH 3 ) gas is introduced into the plasma generation chamber 12 to generate high-density atomic nitrogen radicals, which are reacted with the organometallic gas introduced into the plasma processing chamber 11 to form the nitride film.
  • the distance between the plasma control plate 17 and the high-frequency antenna 16 is appropriately set according to the film forming conditions.
  • the distance may be set based on the result of a preliminary experiment while changing the distance, and the distance may be fixed during the production of the thin film.
  • the distance may be changed as needed while measuring the energy of electrons in the plasma generation chamber 12 and / or the plasma processing chamber 11 using a Langmuir probe.
  • FIG. 6 shows a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • the plasma processing apparatus 20 of the present embodiment has the same configuration as that of the plasma processing apparatus 10 of the first embodiment, except that a plurality of plasma generation chambers 22 are provided on the top plate 111 of one plasma processing chamber 11. Have.
  • the energy of electrons in the plasma in each plasma generation chamber 22 can be individually and easily adjusted by independently adjusting the position of the plasma control plate 17 in each plasma generation chamber 22. Can be controlled. Thereby, since it can control so that the deposition rate of each part of the board
  • the plasma state can be individually changed by introducing different gases in each plasma generation chamber, and film formation with a high degree of freedom can be performed.
  • FIG. 7 shows a schematic longitudinal sectional view of a third embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
  • the plasma processing apparatus 30 of the present embodiment is the same as the plasma processing apparatus 20 shown in the second embodiment. Is provided.
  • the upper exhaust port 31 includes a vacuum pump (exhaust means) (not shown) and an exhaust amount adjusting unit that adjusts the exhaust amount of the vacuum pump.
  • vacuum exhaust in the plasma processing chamber 11 is performed through an exhaust port (lower exhaust port) 19 disposed below the substrate S. This is to prevent the processing gas used for film formation from being exhausted more than necessary.
  • different exhaust ports (specifically, the upper exhaust port 31) are equally arranged in the plasma processing chamber 11, and the respective exhaust amounts are adjusted by the exhaust amount adjusting unit.
  • the time during which the processing gas introduced into the plasma processing chamber 11 exists in the plasma processing chamber is adjusted to be substantially constant.
  • a semiconductor film can be formed on the substrate.
  • the provision of the upper exhaust port 31 can be suitably used for a plasma processing apparatus having a structure that does not include the plasma control plate 17 shown in FIG.
  • a plasma processing apparatus having a structure shown in FIG. 9 can be used.
  • a plurality of plasma generation chambers 22 are connected to the plasma processing chamber 11 via partition plates 33.
  • the partition plate 33 is provided with a through-hole 331 and a processing gas introduction hole 332 immediately below each plasma generation chamber 22,
  • An exhaust hole 333 is provided in a region between the plasma generation chambers 22. This exhaust hole 333 corresponds to the upper exhaust port 31 of the third embodiment.
  • the exhaust hole 333 is connected to an exhaust pipe 3331 embedded in the plate material of the partition plate 33, and a process introduced into the plasma processing chamber 11 by a vacuum pump and an exhaust amount adjusting unit (not shown) provided in the exhaust pipe 3331.
  • the time during which the gas is present in the plasma processing chamber is adjusted to be substantially constant.
  • the present invention is not limited to these embodiments.
  • a high-frequency antenna used in a conventional inductively coupled plasma processing apparatus such as a plate-shaped high-frequency antenna or a winding coil is used.
  • a plurality of high-frequency antennas may be provided in each plasma generation chamber. It can also be provided outside the plasma generation chamber.
  • this invention is not limited to a film forming process. For example, it can also be used for plasma processes that require radical density control, such as an etching process, an ashing process, or a cleaning process.

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Abstract

　本発明の課題は、解離させるガス分子の種類やその解離エネルギーに応じてプラズマ中の電子のエネルギー分布を容易に制御することができるプラズマ処理装置を提供することである。本発明に係るプラズマ処理装置１０は、プラズマ処理室１１と、プラズマ処理室１１と連通するプラズマ生成室１２と、プラズマを生成するための高周波アンテナ１６と、プラズマ中の電子のエネルギーを制御するためのプラズマ制御板１７と、プラズマ制御板１７の位置を調整するための操作棒１７１及び移動機構１７２と、を備える。このプラズマ処理装置１０では、移動機構１７２により操作棒１７１を長手方向に動かし、高周波アンテナ１６とプラズマ制御板１７の間の距離を調整するだけで、プラズマ生成室１２内で生成されたプラズマの電子のエネルギー分布を制御することができるため、解離させるガス分子の種類やその解離エネルギーに応じたプラズマ処理を容易に行うことができる。

Description

プラズマ処理装置
　本発明は、被処理基板に対して堆積（製膜）やエッチングなどの所定の処理を行うためのプラズマ処理装置に関する。
　従来より、基板上に薄膜を形成する製膜工程や、基板に対するエッチング工程などでは、プラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置には容量結合型や誘導結合型など様々な型のものがあるが、それらの中でも誘導結合型プラズマ処理装置は、高密度のプラズマを生成することができるため処理速度が速いという特長を有する（例えば特許文献１を参照）。
　プラズマ処理装置によるシリコン薄膜の形成は、通常、以下のように行われる。まず水素（H2）ガスとシラン（SiH4）ガスを真空容器内に導入し、放電電力を投入することにより真空容器内にプラズマを生成する。この際、水素ガス分子及びシランガス分子に電子が衝突することによりこれら分子が分解され、これにより生成された原子状水素ラジカル及びシラン系ラジカル（SiH3, SiH2, SiH, Si）が真空容器内で拡散して基板表面に到達し、シリコン薄膜が基板表面に形成される。
特開2006-286536号公報（[0003]）
　上記の手法によりシリコン薄膜を形成する場合、シラン系ラジカルと原子状水素ラジカルを高密度に生成することが重要であるが、特に微結晶シリコン薄膜を形成する場合、アモルファスシリコン薄膜の場合と比べて原子状水素ラジカルを高密度に生成することが不可欠である。
　電子衝突によって分子を解離するために必要な電子のエネルギーは、水素分子の場合の方が、SiH4分子の場合よりも高い。従って、水素分子を解離するための高エネルギー電子を増加させたり、あるいはプラズマ密度を高めたりすると、高密度の原子状水素ラジカルの生成と同時にシラン系分子の著しい解離を生じ、SiH2、SiH、Siといった付着係数の高い、すなわち形成中の微結晶シリコン薄膜に付着しやすいラジカルを多く生成させることになる。このような付着係数の高いラジカルが生成されると、膜中に欠陥が形成されたり膜密度が低下するという問題が生じると共に、気相において高次シランラジカル（SixHy(x>2)）が生成され、それによりさらに膜中に欠陥が形成されてしまうという問題が生じる。
　従って、膜密度が高く、膜中欠陥（ダングリングボンド）が少ない良質な微結晶シリコン薄膜を形成するには、シラン系分子の過度な分解を抑制することにより、SiH2、SiH、Siよりも付着係数が低い（1/10程度）SiH3ラジカルの密度を高めることが重要である。
　しかしながら、従来のプラズマ処理装置ではシラン系分子の過度な分解を抑制しつつ、高密度の原子状水素ラジカルを生成することは困難であった。
　本発明が解決しようとする課題は、ガス分子の種類やその解離エネルギーに応じてプラズマ中の電子のエネルギー分布を容易に制御することができるプラズマ処理装置を提供することである。
　上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ処理装置は、
　プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室内に設けられた高周波アンテナと、プラズマを生成するためのガスを前記プラズマ生成室内に導入するプラズマ生成ガス導入手段と、前記プラズマ生成室と連通するプラズマ処理室と、前記プラズマ処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、を備えるプラズマ処理装置において、
　前記プラズマ生成室内に設けられ、前記高周波アンテナとの距離を変更可能なプラズマ制御板と、
　前記プラズマ制御板を移動させるための移動手段と、
　を備えることを特徴とする。
　なお、前記プラズマ生成室と前記プラズマ処理室の間に差圧を生成する差圧生成手段を用いることが望ましい。差圧生成手段を用いてプラズマ生成室の圧力をプラズマ処理室よりも高くすることにより、プラズマ処理室内の処理ガスがプラズマ生成室内に侵入して処理ガスの解離が過度に進行することを防ぐことができる。差圧生成手段には、貫通孔を多数有する板材を前記プラズマ生成室と前記プラズマ処理室の境界に設けたものや、前記処理ガス導入手段であって前記プラズマ処理室側に孔を有する処理ガス導入管を、隙間を設けて多数、前記プラズマ生成室と前記プラズマ処理室の境界に並べたものを用いることができる。
　また、本発明に係るプラズマ処理装置では、被処理基板の大面積化に対応し、複数のプラズマ生成室を備えることができる。この際、プラズマ生成室がプラズマ処理室の１つの壁面に一定の間隔をおいて配置され、これらのプラズマ生成室の間に、プラズマ処理室内の排気を行う排気手段と排気量を調整する排気量調整手段が設けられているという構成を用いることが望ましい。これらの排気手段及び排気量調整手段は、プラズマ処理室内に導入された処理ガスがプラズマ処理室内に存在する時間をほぼ一定に保つためのものであり、これによりプラズマ生成室で生成されたプラズマによりプラズマ処理室内の処理ガスの解離が進みすぎてしまうことを防ぐことができる。
　本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ生成室内に設けられたプラズマ制御板を該プラズマ生成室内の高周波アンテナの間の距離を調整することで、プラズマ中の電子のエネルギー分布を制御するというものである。高周波アンテナにプラズマ制御板を近づけると、プラズマ生成室内で生成されたプラズマ中の電子が該プラズマ制御板との衝突によって消滅し、電子密度が低下する。この電子密度の低下によりプラズマ内の電子同士の衝突が減少するため、プラズマ内には高いエネルギーの電子が多く残ることになる。これにより電子のエネルギー分布において高エネルギー領域の電子の割合が増加する。このようにプラズマ制御板と高周波アンテナの間の距離を調整するだけで電子のエネルギー分布を制御することができる。これを用いて、ガス分子の種類に応じてその解離度を制御することができる。
高周波アンテナとプラズマ制御板の間の距離に対するプラズマ特性の変化を調べるための実験装置を示す概略縦断面図(a)及び概略横断面図(b)。 高周波アンテナとプラズマ制御板の間の距離に対する電子温度の変化を示すグラフ(a)、及び電子密度の変化を示すグラフ(b)。 高周波アンテナとプラズマ制御板の間の距離に対する電子のエネルギー分布の変化を示すグラフ(a)、及びその相対比の変化を示すグラフ(b)。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例を示す概略縦断面図。 プラズマ生成室とプラズマ処理室の境界に設けられた仕切り板を示す下面図。 本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施例を示す概略縦断面図。 本発明に係るプラズマ処理装置の第３実施例を示す概略縦断面図。 第３実施例のプラズマ処理装置の第１の変形例を示す概略縦断面図。 第３実施例のプラズマ処理装置の第２の変形例を示す概略縦断面図(a)、及び該変形例で用いた仕切り板を示す下面図(b)。
　本願発明者は、高周波アンテナとプラズマ制御板の間の距離に対するプラズマ特性の変化について、図１の概略図に示す実験装置を用いて実験を行った。
　この実験装置は、鉛直（以下、「縦」又は「上下」と称す）方向及び水平（以下、「横」と称す）方向に延びる直径150mmの2つの円筒管が互いにクロスした構造を有するステンレス製のクロス管チャンバ５１と、クロス管チャンバ５１の横方向に延びる円筒管の一方の端部からクロス管チャンバ５１内に介挿された、Ｕ字形導体から成る高周波アンテナ５２と、もう一方の端部からクロス管チャンバ５１内に介挿された、プラズマの各種状態を測定するためのラングミュアプローブ５３と、高周波アンテナ５２の両側の等間隔の位置に配置した縦280mm、横97mm、厚さ6mmの2枚のアルミニウム製平板から成るプラズマ制御板５４と、を有する。
　高周波アンテナ５２は、Ｕ字の両端を上下に並べてチャンバ５１内に介挿されている。ここで、高周波アンテナ５２の一方の端部にはインピーダンス整合器５２１を介して周波数13.56MHz、最大出力1250Wの高周波電源５２２が接続されており、もう一方の端部は接地されている。また、アンテナ導体がプラズマにスパッタされることを防ぐため、チャンバ５１の内部では高周波アンテナ５２は誘電体製のパイプで覆われている。なお、チャンバ５１の内部における高周波アンテナ５２の寸法は縦55mm、横110mmである。
　プラズマ制御板５４は、その面に垂直な方向に延びる操作棒及び移動機構（図示せず）が取り付けられている。この操作棒は移動機構によって長手方向に移動させることができるため、プラズマ制御板５４と高周波アンテナ５２の距離を自由に調節することができる。
　また、図示していないものの、上下方向に延びる円筒管の上部にはプラズマ生成用のガスをチャンバ５１内に導入する導入口が設けられており、下部にはチャンバ５１内の真空排気を行う排気口が設けられている。
　以上の構造の実験装置を用いて、高周波アンテナ５２とプラズマ制御板５４の間の距離Dに対するプラズマ特性の変化を調べた。その実験結果を図２及び３に示す。実験条件は、プラズマ生成ガスとして水素を流量5sccmで導入し、高周波電源の出力を800W、チャンバ５１内の圧力を10Paとした。また、ラングミュアプローブ５３の先端と高周波アンテナ５２との距離を120mmとしてプラズマの計測を行った。なお、図中に示すD=75mmのデータは、プラズマ制御板５４を実験装置から取り除いた場合の実験結果である。
　図２の(a)及び(b)に示すように、距離Dが短くなるほど電子温度は増加し、電子密度は低下する。さらに、図３の実験データから距離Dが短くなるほど高エネルギー領域の電子の割合が増加していることが分かる。図２の各データから、プラズマ中の電子がプラズマ制御板５４との衝突により消滅し、電子密度が低下することでプラズマ中の電子同士の衝突が減り、その結果、高エネルギーの電子が多く残るためであると推測される。
　以上の実験結果から、本願発明者はプラズマ中の電子のエネルギー分布の制御に、プラズマ制御板を用いて高周波アンテナとの距離を調整することが有効であるとの知見を得ることができた。以下、本発明に係るプラズマ処理装置の実施例を示す。
　本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例を図４の概略縦断面図に示す。本実施例のプラズマ処理装置１０は、直方体状の真空容器から成るプラズマ処理室１１と、同じく直方体状の真空容器から成る、プラズマ処理室１１の天板（上壁）１１１に取り付けられたプラズマ生成室１２とを有する。また、プラズマ処理室１１とプラズマ生成室１２の境界には、プラズマ処理室１１とプラズマ生成室１２に差圧を生成するための、多数の貫通孔１３１が設けられた仕切り板１３が配置されている。
　プラズマ処理室１１内には、仕切り板１３と対向するように、基板Ｓを載置するための基板台１４が設けられている。基板台１４にはヒータが内蔵されており、必要に応じて薄膜生成中に基板Ｓを加熱することができる。また、プラズマ処理室１１内の仕切り板１３と基板台１４の間の位置に、プラズマ処理室１１内に処理ガスを導入するための処理ガス導入口１５が設けられている。プラズマ処理室１１の下部には、プラズマ処理室内の排気を行う排気口１９が設けられている。
　プラズマ生成室１２内には、棒状の導体をＵ字形に曲げて成る高周波アンテナ１６が設けられている。高周波アンテナ１６の両端はプラズマ生成室１２の上壁に取り付けられており、図１の実験装置と同様、一端はインピーダンス整合器１６１を介して高周波電源１６２に接続され、他端は接地されている。
　また、高周波アンテナ１６を挟むように、プラズマ制御板１７が２枚、高周波アンテナ１６から等距離の位置に配置されている。プラズマ制御板１７には操作棒１７１が取り付けられており、移動機構１７２により操作棒１７１を長手方向にプラズマ制御板１７を移動させることができる。制御板１７の移動手段であるこれらの操作棒１７１及び移動機構１７２の働きにより、プラズマ制御板１７と高周波アンテナ１６の距離を調節することができる。また、プラズマ生成室１２の壁には、室内にプラズマ生成ガスを導入するためのプラズマ生成ガス導入口１８が設けられている。
　第１実施例のプラズマ処理装置１０の動作を、シリコン薄膜を生成する場合を例に説明する。
　まず、プラズマ生成室１２内に、プラズマ生成ガス導入口１８からプラズマ生成ガスとして水素（H2）ガスを導入すると共に、プラズマ処理室１１内に、処理ガス導入口１５から処理ガスとしてSiH4ガスを含有する気体を導入する。ここで、プラズマ処理室１１内の圧力は1Pa以下とし、プラズマ生成室１２内の圧力はプラズマ処理室１１内よりも高い2Paとする。このようにプラズマ処理室１１とプラズマ生成室１２に差圧を設けることで、プラズマ処理室１１内に導入された処理ガス（SiH4ガス）が、仕切り板１３の貫通孔を通してプラズマ生成室１２内に入り込むことを防ぐことができる。
　次に、高周波アンテナ１６に周波数13.56MHz、電力1000Wの高周波電力を投入する。これにより、プラズマ生成室１２内において原子状水素ラジカルと電子を含むプラズマが生成される。プラズマ生成室１２で生成されたプラズマは、仕切り板１３の貫通孔を通過してプラズマ処理室１１内に拡散し、同様にプラズマ生成室１２より拡散してきた電子により処理ガス導入口１５から導入されたSiH4ガスが分解して、SiH3を含むシラン系ラジカルが生成される。そして、プラズマ生成室で生成され、仕切り板１３の貫通孔を通過してきた水素ラジカルと、プラズマ処理室で生成されたシラン系ラジカルとにより、基板Ｓ上にシリコン薄膜が形成される。なお、シリコン薄膜の製膜中には、ヒータにより基板Ｓの温度が200℃に維持される。
　以上は従来のプラズマ処理装置の動作とほぼ同じであるが、本実施例のプラズマ処理装置１０に特有の機能として、プラズマ制御板１７と高周波アンテナ１６の間の距離を調整することで、プラズマ生成室１２内のプラズマ中の電子のエネルギー分布を制御することができる。上記の実験で示したように、高周波アンテナ１６にプラズマ制御板１７を近づけることで高エネルギー領域の電子の割合が増加する。このため、原子状水素ラジカルの生成を促進させることができる。また、ラジカルの解離反応が進みすぎないようにプラズマの電子温度を微調整することもできる。このようにプラズマ中の電子のエネルギー分布や電子温度を制御・調整することにより、膜質の高い薄膜を製造することが可能となる。
　さらに従来のプラズマ処理装置では実現することが困難な、本実施例のプラズマ処理装置１０に特有の機能は、プラズマ生成室１２とプラズマ処理室１１との間に仕切り板１３を介し、プラズマ生成室１２の圧力をプラズマ処理室１１の圧力よりも高くすることで、プラズマ処理室１１に導入したSiH4ガスが、高エネルギー電子の割合の高いプラズマ生成室１２に逆流して該プラズマ生成室１２内のアンテナ１６近傍の領域を通過することを抑制し、SiH4分子の過度な解離を抑制できることである。さらに、本実施例のように、プラズマ生成室１２で生成したプラズマを仕切り板１３を介してプラズマ処理室１１に導入した拡散プラズマ中の電子のエネルギー分布は、プラズマ生成室１２で生成されたプラズマ中の電子のエネルギー分布と比較して、高エネルギー電子の割合が低くなる。このため、プラズマ処理室１１内における該拡散プラズマによるSiH4ガスの過度な解離は効果的に抑制される。従来のプラズマ処理装置では、高密度の原子状水素ラジカルを生成しようとすると、同じプラズマ生成領域をSiH4分子が通過するためSiH4ガスの過度な解離を抑制することが困難であったが、本実施例のプラズマ処理装置１０では、H2ガスの解離により原子状水素ラジカルを生成する反応領域であるプラズマ生成室１２と、SiH4ガスを解離する反応領域であるプラズマ処理室１１とを空間的に分離することが可能である。このため従来は、高密度の原子状水素ラジカルの生成とSiH4ガスの過度な解離の抑制を両立させることが困難であったが、本実施例のプラズマ処理装置では、高密度の原子状水素ラジカルの生成とSiH4ガスの過度な解離抑制を両立させ、基板上で良質のシリコン薄膜を形成することが可能である。
　なお、仕切り板１３としては、貫通孔１３１のみが設けられたもの（図５(a)）の他に、処理ガス導入孔１３２が設けられたもの（図５ (b)）を用いることもできる。この処理ガス導入孔１３２は、仕切り板１３のプラズマ処理室１１側の面にのみ設けられており、板材の中に埋め込まれた処理ガス導入管１３２１に導入された処理ガスをプラズマ処理室１１内に送ることができる。このような構造を採ることにより、貫通孔１３１の近傍から処理ガスを導入することができるため、貫通孔１３１を通ってプラズマ処理室１１に導入された拡散プラズマにより、効率良く処理ガスを分解させると共に、処理ガスの過度な解離を抑制することができる。
　また本実施例ではシリコン薄膜を形成する例を挙げているが、酸化膜や窒化膜を形成する場合においても本実施例のプラズマ処理装置１０を有効に用いることができる。酸化膜を形成する場合、プラズマ生成室１２に酸素ガスを導入して高密度の原子状酸素ラジカルを生成すると同時に、プラズマ処理室１１に有機金属ガス（例えばTMAl (tri-methyl-aluminum)：アルミニウムの原料）を導入することにより、基板上で良質な酸化膜を形成することができる。また、窒素膜の場合においてもプラズマ生成室１２にアンモニア（NH3）ガスを導入し高密度の原子状窒素ラジカルを生成し、プラズマ処理室１１に導入する有機金属ガスと反応させて窒化膜を形成する。
　なお、プラズマ制御板１７と高周波アンテナ１６の間の距離は、製膜条件に応じて適宜設定される。例えば、上記距離を変えながら予備実験を行った結果に基づいて該距離を設定しておき、薄膜の作製中には該距離を固定するようにしてもよい。あるいは、ラングミュアプローブを用いてプラズマ生成室１２内又は／及びプラズマ処理室１１内の電子のエネルギーを測定しながら随時該距離を変化するようにしてもよい。
　図６に、本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施例の概略縦断面図を示す。本実施例のプラズマ処理装置２０は、1つのプラズマ処理室１１の天板１１１上に複数のプラズマ生成室２２を設けた点を除いて、第１実施例のプラズマ処理装置１０と同様の構成を有する。
　本実施例のプラズマ処理装置２０では、各々のプラズマ生成室２２において独立にプラズマ制御板１７の位置を調節することにより、各プラズマ生成室２２内におけるプラズマ中の電子のエネルギーを個別に且つ容易に制御できる。これにより、基板Ｓの各部の堆積速度が均一になるよう制御することができるため、大面積の基板に対しても均一性が高い薄膜を製造することが可能となる。また、各プラズマ生成室で異なるガスを導入するなど、プラズマの状態を個別に変化させることができ、自由度の高い製膜を行うこともできる。
　図７に、本発明に係るプラズマ処理装置の第３実施例の概略縦断面図を示す。本実施例のプラズマ処理装置３０は、第２実施例で示したプラズマ処理装置２０において、複数あるプラズマ生成室２２の間の天板１１１に、プラズマ処理室１１内の排気を行う上部排気口３１を設けたものである。この上部排気口３１には、図示しない真空ポンプ（排気手段）及び真空ポンプの排気量の調整を行う排気量調整部が備わっている。
　通常、プラズマ処理室１１内の真空排気は、基板Ｓよりも下部に配置された排気口（下部排気口）１９を通して行われる。これは、製膜に用いられる処理ガスが必要以上に排気されないようにするためである。一方、本実施例のプラズマ処理装置３０では、それとは異なる排気口（具体的には上部排気口３１）を均等にプラズマ処理室１１内に配置し、それぞれの排気量を排気量調整部で調整することでプラズマ処理室１１内に導入された処理ガスがプラズマ処理室内に存在する時間をほぼ一定に保つように調整している。これにより、プラズマ生成室で生成されたプラズマによりプラズマ処理室内の処理ガスの解離が進みすぎてしまうことを防ぐことができるため、より膜質が高い大面積のシリコン薄膜、酸化膜、窒化膜などの半導体膜を基板上に形成することができる。
　なお、この上部排気口３１を設けることは、図８に示すプラズマ制御板１７を備えていない構造のプラズマ処理装置に対しても好適に用いることができる。
　また、第３実施例の別の変形例として、図９に示す構造のプラズマ処理装置を用いることもできる。このプラズマ処理装置は、複数のプラズマ生成室２２を、仕切り板３３を介してプラズマ処理室１１に接続したものである。図９(a)の縦断面図及び図９(b)の下面図に示すように、仕切り板３３には、各プラズマ生成室２２の直下では貫通孔３３１及び処理ガス導入孔３３２が設けられ、各プラズマ生成室２２の間の領域では排気孔３３３が設けられている。この排気孔３３３が第３実施例の上部排気口３１に相当することになる。排気孔３３３は、仕切り板３３の板材に埋め込まれた排気管３３３１と繋がっており、排気管３３３１に設けられた図示しない真空ポンプ及び排気量調整部により、プラズマ処理室１１内に導入された処理ガスがプラズマ処理室内に存在する時間をほぼ一定に保つように調整する。
　以上、本発明に係るプラズマ処理装置の第１～第３実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例には限定されない。例えば、上記各実施例ではＵ字形の高周波アンテナを用いる例を示したが、板状の高周波アンテナや巻回コイルなど、従来の誘導結合型プラズマ処理装置で用いられている高周波アンテナを使用してすることもできる。また、高周波アンテナは、上記実施例ではプラズマ生成室内に1個ずつ設けたが、各プラズマ生成室内に複数個設けることもできる。また、プラズマ生成室の外に設けることもできる。
　また、上記各実施例では、製膜プロセスについて説明したが、本発明は製膜プロセスには限定されない。例えばエッチングプロセスやアッシングプロセス或いはクリーニングプロセスを始めとするラジカル密度制御が必要なプラズマプロセスにも用いることができる。
１０、２０、３０…プラズマ処理装置
１１…プラズマ処理室
１１１…天板
１２、２２…プラズマ生成室
１３、３３…仕切り板
１３１、３３１…貫通孔
１３２、３３２…処理ガス導入孔
１３２１、３３２１…処理ガス導入管
１３３、３３３…排気孔
１３３１、３３３１…排気管
１４…基板台
１５…処理ガス導入口
１６…高周波アンテナ
１６１、５２１…インピーダンス整合器
１６２、５２２…高周波電源
１７、５４…プラズマ制御板
１７１…操作棒
１７２…移動機構
１８…プラズマ生成ガス導入口
１９…排気口（下部排気口）
３１…上部排気口
５１…クロス管チャンバ
５２…高周波アンテナ

Claims (12)

  1. 　プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室内に設けられた高周波アンテナと、プラズマを生成するためのガスを前記プラズマ生成室内に導入するプラズマ生成ガス導入手段と、前記プラズマ生成室と連通するプラズマ処理室と、前記プラズマ処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、を備えるプラズマ処理装置において、
    　前記プラズマ生成室内に設けられ、前記高周波アンテナとの距離を変更可能なプラズマ制御板と、
    　前記プラズマ制御板を移動させるための移動手段と、
    　を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 　前記プラズマ生成室が、複数備わっていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 　前記プラズマ生成室と前記プラズマ処理室の間に差圧を生成する差圧生成手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記差圧生成手段が、貫通孔を多数有する板材を前記プラズマ生成室と前記プラズマ処理室の境界に設けたものであ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。
  5. 　前記板材の前記プラズマ処理室側の面に、前記処理ガスを導入するための処理ガス導入孔が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 　前記板材が、前記プラズマ処理室の同一の壁面に一定の間隔をおいて設けられた複数のプラズマ処理室を覆うものであり、該板材の、各プラズマ生成室の間の領域において、プラズマ処理室内の排気を行うための排気手段及び該排気手段の排気量の調整を行うための排気量調整手段が設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 　前記複数のプラズマ生成室が、前記プラズマ処理室の壁面に一定の間隔をおいて設けられ、これらのプラズマ生成室の間に、プラズマ処理室内の排気を行うための排気手段及び該排気手段の排気量の調整を行うための排気量調整手段が設けられていることを特徴とする請求項２～５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  8. 　プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室内に設けられた高周波アンテナと、プラズマを生成するためのガスを前記プラズマ生成室内に導入するプラズマ生成ガス導入手段と、前記プラズマ生成室と連通するプラズマ処理室と、前記プラズマ処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と、を備えるプラズマ処理装置において、
    　前記プラズマ生成室が、前記プラズマ処理室の壁面に一定の間隔をおいて複数設けられ、
    　前記複数のプラズマ生成室の間に、プラズマ処理室内の排気を行うための排気手段及び該排気手段の排気量の調整を行うための排気量調整手段が設けられている
    　ことを特徴とするプラズマ処理装置。
  9. 　前記プラズマ生成室と前記プラズマ処理室の間に差圧を生成する差圧生成手段を備えることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記差圧生成手段が、貫通孔を多数有する板材を前記プラズマ生成室と前記プラズマ処理室の境界に設けたものであることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 　前記板材の前記プラズマ処理室側の面に、前記処理ガスを導入するための処理ガス導入孔が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 　前記板材が、前記プラズマ処理室の同一の壁面に設けられた複数のプラズマ処理室を覆うものであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のプラズマ処理装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016072065A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス プラズマ処理装置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9793126B2 (en) * 2010-08-04 2017-10-17 Lam Research Corporation Ion to neutral control for wafer processing with dual plasma source reactor
US20140150975A1 (en) * 2010-09-06 2014-06-05 Emd Corporation Plasma processing device
US9245761B2 (en) 2013-04-05 2016-01-26 Lam Research Corporation Internal plasma grid for semiconductor fabrication
US9147581B2 (en) 2013-07-11 2015-09-29 Lam Research Corporation Dual chamber plasma etcher with ion accelerator
JP2015074792A (ja) * 2013-10-07 2015-04-20 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス プラズマｃｖｄ装置
GB2531233A (en) * 2014-02-27 2016-04-20 C Tech Innovation Ltd Plasma enhanced catalytic conversion method and apparatus
JP6431303B2 (ja) * 2014-07-03 2018-11-28 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス エッチング装置およびエッチング方法
US20190333735A1 (en) * 2016-06-24 2019-10-31 Emd Corporation Plasma source and plasma processing apparatus
CN108987228B (zh) * 2017-06-02 2024-05-17 北京北方华创微电子装备有限公司 用于处理工件的等离子体反应装置
US20200347499A1 (en) * 2019-05-01 2020-11-05 Applied Materials, Inc. Large-area high-density plasma processing chamber for flat panel displays
JP2021077451A (ja) * 2019-11-05 2021-05-20 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP6809745B1 (ja) * 2020-08-03 2021-01-06 株式会社ニッシン プラズマ処理装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003188154A (ja) * 2001-12-21 2003-07-04 Sharp Corp プラズマプロセス装置およびプラズマ制御方法
JP2003332307A (ja) * 2002-05-08 2003-11-21 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JP2007035411A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3132599B2 (ja) * 1992-08-05 2001-02-05 株式会社日立製作所 マイクロ波プラズマ処理装置
JPH07142463A (ja) * 1993-11-22 1995-06-02 Nec Corp 半導体装置の製造方法と製造装置
JPH08222399A (ja) * 1994-12-14 1996-08-30 Adtec:Kk 高周波プラズマ発生装置
US5683548A (en) * 1996-02-22 1997-11-04 Motorola, Inc. Inductively coupled plasma reactor and process
DE19841777C1 (de) * 1998-09-12 2000-01-05 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur plasmatechnischen Abscheidung von polykristallinem Diamant
JP3514186B2 (ja) * 1999-09-16 2004-03-31 日新電機株式会社 薄膜形成方法及び装置
JP2003529926A (ja) * 2000-03-30 2003-10-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理システム内への調整可能なガス注入のための方法及び装置
JP4371543B2 (ja) * 2000-06-29 2009-11-25 日本電気株式会社 リモートプラズマｃｖｄ装置及び膜形成方法
US20030024900A1 (en) * 2001-07-24 2003-02-06 Tokyo Electron Limited Variable aspect ratio plasma source
JP5162108B2 (ja) * 2005-10-28 2013-03-13 日新電機株式会社 プラズマ生成方法及び装置並びにプラズマ処理装置
JP5082411B2 (ja) * 2006-12-01 2012-11-28 東京エレクトロン株式会社 成膜方法
US8528498B2 (en) * 2007-06-29 2013-09-10 Lam Research Corporation Integrated steerability array arrangement for minimizing non-uniformity
JP2009123934A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JP5227245B2 (ja) * 2009-04-28 2013-07-03 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US8900402B2 (en) * 2011-05-10 2014-12-02 Lam Research Corporation Semiconductor processing system having multiple decoupled plasma sources
US8900403B2 (en) * 2011-05-10 2014-12-02 Lam Research Corporation Semiconductor processing system having multiple decoupled plasma sources
KR20130072941A (ko) * 2011-12-22 2013-07-02 삼성전자주식회사 플라즈마 식각 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003188154A (ja) * 2001-12-21 2003-07-04 Sharp Corp プラズマプロセス装置およびプラズマ制御方法
JP2003332307A (ja) * 2002-05-08 2003-11-21 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JP2007035411A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016072065A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス プラズマ処理装置

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Publication number Publication date
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