JP3056772B2 - プラズマの制御方法ならびにプラズマ処理方法およびその装置 - Google Patents
プラズマの制御方法ならびにプラズマ処理方法およびその装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマの電子温度、密度分布等のプラズ
マパラメータを制御可能とすることによって高品質なプ
ラズマ処理を可能とするプラズマの制御方法と、その制
御方法でプラズマを制御して行うプラズマ処理方法およ
びその装置に関する。
マパラメータを制御可能とすることによって高品質なプ
ラズマ処理を可能とするプラズマの制御方法と、その制
御方法でプラズマを制御して行うプラズマ処理方法およ
びその装置に関する。
電子サイクロトロン共鳴を起こす程度の磁束密度を印
加した処理室に、磁束密度と平行にマイクロ波を導入し
て、プラズマを発生させるプラズマ処理装置として、例
えば特開昭55−141729号公報に記載されたものがある。
加した処理室に、磁束密度と平行にマイクロ波を導入し
て、プラズマを発生させるプラズマ処理装置として、例
えば特開昭55−141729号公報に記載されたものがある。
一方、LSIの高集積化が進むに伴い、プラズマ処理の
高品質化を図る必要がある。この動向に対応して、プラ
ズマの特性を制御する技術が必要である。ここで、プラ
ズマCVDの場合を考えてみる。例えば、モノシランを反
応ガスとして用いてSi薄膜を成膜する場合、モノシラン
プラズマ中のSiHm（ｍ＝０〜３）ラジカルが反応に重要
な役割を果たしていることがわかっている。このうちど
のラジカルが成膜に最も重要であるかは明確でないが、
あるラジカルを選択的に励起することができれば、不純
物として膜中に含まれやすい水素原子の少ない純度の高
い高品質な薄膜が形成できると考えられる。上記の各ラ
ジカルはそれぞれ固有の励起エネルギーを持っているた
め、選択的に上記のあるラジカルを生成するためには、
プラズマから反応ガスに与えるエネルギーを制御する必
要がある。そのため、反応ガスに衝突によりエネルギー
を与える電子のエネルギー（電子温度）を制御する必要
が生じる。しかし、現状のプラズマCVD装置では、直接
プラズマパラメータを制御できないため、成膜圧力やプ
ラズマ閉じ込め用静磁界等のプロセス条件を操作して成
膜条件の最適化を図るにとどまっている。
高品質化を図る必要がある。この動向に対応して、プラ
ズマの特性を制御する技術が必要である。ここで、プラ
ズマCVDの場合を考えてみる。例えば、モノシランを反
応ガスとして用いてSi薄膜を成膜する場合、モノシラン
プラズマ中のSiHm（ｍ＝０〜３）ラジカルが反応に重要
な役割を果たしていることがわかっている。このうちど
のラジカルが成膜に最も重要であるかは明確でないが、
あるラジカルを選択的に励起することができれば、不純
物として膜中に含まれやすい水素原子の少ない純度の高
い高品質な薄膜が形成できると考えられる。上記の各ラ
ジカルはそれぞれ固有の励起エネルギーを持っているた
め、選択的に上記のあるラジカルを生成するためには、
プラズマから反応ガスに与えるエネルギーを制御する必
要がある。そのため、反応ガスに衝突によりエネルギー
を与える電子のエネルギー（電子温度）を制御する必要
が生じる。しかし、現状のプラズマCVD装置では、直接
プラズマパラメータを制御できないため、成膜圧力やプ
ラズマ閉じ込め用静磁界等のプロセス条件を操作して成
膜条件の最適化を図るにとどまっている。
プラズマを用いたエッチング処理の場合にも同様のこ
とが言える。すなわち、反応に最も寄与する活性種を効
率良く励起するためには、プラズマの密度、電子温度な
どのパラメータを制御することが必要になる。また、バ
イアススパッタ成膜の場合、成膜中に被処理基板に照射
するイオンの量やエネルギーによって、段差の被覆率や
膜の結晶性が変化することが知られている。配線膜の場
合には、段差の被覆率や膜の結晶性は配線寿命を左右す
る重要なパラメータであり、高品質の配線膜を形成する
ためには、被処理基板付近のプラズマを制御する必要が
ある。
とが言える。すなわち、反応に最も寄与する活性種を効
率良く励起するためには、プラズマの密度、電子温度な
どのパラメータを制御することが必要になる。また、バ
イアススパッタ成膜の場合、成膜中に被処理基板に照射
するイオンの量やエネルギーによって、段差の被覆率や
膜の結晶性が変化することが知られている。配線膜の場
合には、段差の被覆率や膜の結晶性は配線寿命を左右す
る重要なパラメータであり、高品質の配線膜を形成する
ためには、被処理基板付近のプラズマを制御する必要が
ある。
有磁場マイクロ波放電を用いたプラズマ処理装置は、
高真空域でも高密度のプラズマが発生でき、広範囲のプ
ロセス条件に対応できることから、近年、広く用いられ
てきている。これらの装置は電子サイクロトロン共鳴現
象を利用しているものが多い。ここで、電子サイクロト
ロン共鳴とは、静磁界中の電子のサイクロトロン運動の
周波数とマイクロ波の周波数が一致して発生する共鳴現
象を言い、このときマイクロ波の電力が効率良くプラズ
マに吸収されることが知られている。
高真空域でも高密度のプラズマが発生でき、広範囲のプ
ロセス条件に対応できることから、近年、広く用いられ
てきている。これらの装置は電子サイクロトロン共鳴現
象を利用しているものが多い。ここで、電子サイクロト
ロン共鳴とは、静磁界中の電子のサイクロトロン運動の
周波数とマイクロ波の周波数が一致して発生する共鳴現
象を言い、このときマイクロ波の電力が効率良くプラズ
マに吸収されることが知られている。
一般に静磁界を用いたプラズマ処理装置では、処理の
均一化をはかるために、静磁界の分布を調整してプラズ
マの密度分布を最適化することが行われている。しか
し、電子サイクロトロン共鳴現象を用いたプラズマ処理
装置では、通常のプラズマ処理装置と比べて高い磁束密
度をもつ静磁界を用いるため、分布調整用の電磁石等も
大きくなってしまうという問題点がある。
均一化をはかるために、静磁界の分布を調整してプラズ
マの密度分布を最適化することが行われている。しか
し、電子サイクロトロン共鳴現象を用いたプラズマ処理
装置では、通常のプラズマ処理装置と比べて高い磁束密
度をもつ静磁界を用いるため、分布調整用の電磁石等も
大きくなってしまうという問題点がある。
本発明の目的は、プラズマの電子温度や密度分布等の
プラズマパラメータを制御することによって高品質なプ
ラズマ処理を可能とするプラズマの制御方法と、その制
御方法によりプラズマを制御して行うプラズマ処理方法
およびその装置を提供することにある。
プラズマパラメータを制御することによって高品質なプ
ラズマ処理を可能とするプラズマの制御方法と、その制
御方法によりプラズマを制御して行うプラズマ処理方法
およびその装置を提供することにある。
上記目的は、プラズマの電子温度や密度分布等のプラ
ズマパラメータを、プラズマ発生源の分布およびプラズ
マ発生量によって制御することにより、達成される。
ズマパラメータを、プラズマ発生源の分布およびプラズ
マ発生量によって制御することにより、達成される。
また、上記目的は、有磁場マイクロ波放電を用いたプ
ラズマ処理装置の場合に、マイクロ波の偏波特性を制御
することにより、達成される。
ラズマ処理装置の場合に、マイクロ波の偏波特性を制御
することにより、達成される。
プラズマを制御するためのパラメータとして最も容易
に操作可能なのは、プラズマに投入するエネルギー量で
ある。投入するエネルギー量の増大により、電子温度、
プラズマ密度を高めることができる。一方、プラズマ発
生源とパラメータを制御したい点の位置関係を変化させ
ることによっても、パラメータの制御が可能である。一
般にプラズマ発生源から離れるに従い、電子温度、プラ
ズマ密度は下がる。減少の割合は、プラズマの拡散や損
失といった装置や成膜条件に固有の状態によって決ま
る。このように、プラズマに投入するエネルギー量とプ
ラズマ発生源との位置関係を制御することによって、所
望の位置のプラズマパラメータを制御することができ
る。
に操作可能なのは、プラズマに投入するエネルギー量で
ある。投入するエネルギー量の増大により、電子温度、
プラズマ密度を高めることができる。一方、プラズマ発
生源とパラメータを制御したい点の位置関係を変化させ
ることによっても、パラメータの制御が可能である。一
般にプラズマ発生源から離れるに従い、電子温度、プラ
ズマ密度は下がる。減少の割合は、プラズマの拡散や損
失といった装置や成膜条件に固有の状態によって決ま
る。このように、プラズマに投入するエネルギー量とプ
ラズマ発生源との位置関係を制御することによって、所
望の位置のプラズマパラメータを制御することができ
る。
以下にプラスマ発生のエネルギー源として電磁波を用
いた場合のプラズマ発生源の位置の制御方法について説
明する。ある点でのプラズマ密度を電磁波の投入によっ
て高めるためには、目的の点まで電磁波の電力を伝播さ
せる必要がある。波の進行方向と平行に静磁界を印加し
たプラズマ中の電磁波の伝播特性は、右回り円偏波と左
回り円偏波とで異なり、それぞれ式（１）、式（２）で
示される。
いた場合のプラズマ発生源の位置の制御方法について説
明する。ある点でのプラズマ密度を電磁波の投入によっ
て高めるためには、目的の点まで電磁波の電力を伝播さ
せる必要がある。波の進行方向と平行に静磁界を印加し
たプラズマ中の電磁波の伝播特性は、右回り円偏波と左
回り円偏波とで異なり、それぞれ式（１）、式（２）で
示される。
式（１）、式（２）において波数ｋが虚数となる領域
では波は進行するに従い指数関数的に減衰し、プラズマ
中を伝播できない。
では波は進行するに従い指数関数的に減衰し、プラズマ
中を伝播できない。
右回り円偏波と左回り円偏波の波の進行方向に対し平
行な静磁界を加えたプラズマに対する吸収特性を実験的
に調べた例（坂本雄一：「マイクロ波技術」、アイオニ
クス、1983年５月号）を第６図に示す。左回り円偏波は
電子サイクロトロン共鳴周波数付近で1dB程度の吸収が
起きるのに対し、右回り円偏波では数十dBの吸収が起き
ていることがわかる。電磁波の電力は、吸収された位置
のプラズマ密度、電子温度等を高めることに使われ、吸
収位置をプラズマ発生源と考えることができる。
行な静磁界を加えたプラズマに対する吸収特性を実験的
に調べた例（坂本雄一：「マイクロ波技術」、アイオニ
クス、1983年５月号）を第６図に示す。左回り円偏波は
電子サイクロトロン共鳴周波数付近で1dB程度の吸収が
起きるのに対し、右回り円偏波では数十dBの吸収が起き
ていることがわかる。電磁波の電力は、吸収された位置
のプラズマ密度、電子温度等を高めることに使われ、吸
収位置をプラズマ発生源と考えることができる。
ほぼ一様な静磁界を印加した半無限プラズマに電子サ
イクロトロン共鳴を起こす電磁波を静磁界と平行に入射
させる場合を考える。右回り円偏波は大きな減衰を受け
るため、境界付近のみでプラズマに吸収され内部に深く
浸透できないが、左回り円偏波はあまり大きな減衰を受
けないため、プラズマ内部に浸透し、比較的広い範囲で
吸収される。吸収された電磁波のエネルギーはプラズマ
密度の増大に寄与することになる。
イクロトロン共鳴を起こす電磁波を静磁界と平行に入射
させる場合を考える。右回り円偏波は大きな減衰を受け
るため、境界付近のみでプラズマに吸収され内部に深く
浸透できないが、左回り円偏波はあまり大きな減衰を受
けないため、プラズマ内部に浸透し、比較的広い範囲で
吸収される。吸収された電磁波のエネルギーはプラズマ
密度の増大に寄与することになる。
減衰量の違いによるプラズマ密度分布の制御について
定量的に考えるために、第７図に減衰量が一定の均質な
媒質に電磁波を照射した場合の媒質各部に吸収される電
力を計算した例を示す。横軸には媒質端面からの距離を
とっている。媒質の減衰量が1dBと小さいときには、電
力の吸収は小さいが、媒質内部でも比較的よく吸収され
る。一方、減衰量が10dBと大きいときには、媒質端面付
近で電磁波のエネルギーが吸収され媒質内部に波が深く
到達しないため、端面から離れるに従い急激に吸収量は
下がることがわかる。
定量的に考えるために、第７図に減衰量が一定の均質な
媒質に電磁波を照射した場合の媒質各部に吸収される電
力を計算した例を示す。横軸には媒質端面からの距離を
とっている。媒質の減衰量が1dBと小さいときには、電
力の吸収は小さいが、媒質内部でも比較的よく吸収され
る。一方、減衰量が10dBと大きいときには、媒質端面付
近で電磁波のエネルギーが吸収され媒質内部に波が深く
到達しないため、端面から離れるに従い急激に吸収量は
下がることがわかる。
媒質がプラズマの場合を考える。プラズマの発生量は
電力の吸収量にほぼ比例するため、減衰量の大きい右回
り円偏波は、プラズマ端面付近でのプラズマ密度増大に
寄与する。一方、減衰量が小さい左回り円偏波の場合、
マイクロ波の電力はプラズマ端面から離れた部分でも吸
収される。そのため、右回り円偏波の場合と比べて、マ
イクロ波の進行方向に対して均一にプラズマを発生させ
ることができる。
電力の吸収量にほぼ比例するため、減衰量の大きい右回
り円偏波は、プラズマ端面付近でのプラズマ密度増大に
寄与する。一方、減衰量が小さい左回り円偏波の場合、
マイクロ波の電力はプラズマ端面から離れた部分でも吸
収される。そのため、右回り円偏波の場合と比べて、マ
イクロ波の進行方向に対して均一にプラズマを発生させ
ることができる。
プラズマ処理室壁面は通常Alなどの金属製であるため
導電率が高く、マイクロ波の損失が小さい。そのため、
左回り円偏波のように減衰が小さい場合でも、処理室内
に入射したマイクロ波は壁面で反射を繰り返し、最終的
にはマイクロ波電力の大部分がプラズマに吸収されるこ
とになる。
導電率が高く、マイクロ波の損失が小さい。そのため、
左回り円偏波のように減衰が小さい場合でも、処理室内
に入射したマイクロ波は壁面で反射を繰り返し、最終的
にはマイクロ波電力の大部分がプラズマに吸収されるこ
とになる。
上記のように、減衰の小さい左回り円偏波と減衰の大
きい右回り円偏波を同時に用いれば、これらの混合率を
制御することによって、波の進行方向のプラズマ発生源
の分布が調節でき、密度分布を制御することができる。
すなわち、100％右回り円偏波とした場合は波をプラズ
マに投入する境界付近で局所的に高い密度分布を、100
％左回り円偏波とした場合は波の進行方向に対して比較
的均一な密度分布を実現できる。また、左右両円偏波の
混合率を調整して両者の中間の密度分布に連続的に制御
することができる。さらに、処理室内部に左右の円偏波
の変換器を設けることで、さらに複雑な制御も可能とな
る。
きい右回り円偏波を同時に用いれば、これらの混合率を
制御することによって、波の進行方向のプラズマ発生源
の分布が調節でき、密度分布を制御することができる。
すなわち、100％右回り円偏波とした場合は波をプラズ
マに投入する境界付近で局所的に高い密度分布を、100
％左回り円偏波とした場合は波の進行方向に対して比較
的均一な密度分布を実現できる。また、左右両円偏波の
混合率を調整して両者の中間の密度分布に連続的に制御
することができる。さらに、処理室内部に左右の円偏波
の変換器を設けることで、さらに複雑な制御も可能とな
る。
静磁界が一様でない場合にも同様に考えることができ
る。右回り円偏波は波の進行に伴い、最初に出会う電子
サイクロトロン共鳴現象を起こす場所で局所的に吸収さ
れ、波がほぼ消滅することになる。左回り円偏波は最初
に出会う電子サイクロトロン共鳴現象を起こす場所で完
全には吸収されず、処理室内に拡がり、他の場所でも吸
収される。この両者の差を利用して、密度分布を制御す
ることができる。
る。右回り円偏波は波の進行に伴い、最初に出会う電子
サイクロトロン共鳴現象を起こす場所で局所的に吸収さ
れ、波がほぼ消滅することになる。左回り円偏波は最初
に出会う電子サイクロトロン共鳴現象を起こす場所で完
全には吸収されず、処理室内に拡がり、他の場所でも吸
収される。この両者の差を利用して、密度分布を制御す
ることができる。
円偏波を発生させる方法として、例えば導波管内に移
相板を装荷する方法（例えば、石井、東他著、「マイク
ロ波回路」、日刊工業新聞社（昭和44年））、ヘリカル
アンテナを用いる方法（例えば、榎本、関口共著：「電
波工学」、現代電気工学講座、オーム社）などがある。
移相板を装荷する方法は、TE11モード円形導波管内にλ
/4（λ：管内波長）の長さの移相板を電界に対して45゜
傾斜させて装荷し、移相板に垂直な方向と平行な方向の
移相定数の差を利用して円偏波を発生させるものであ
る。同様の効果を異方性をもつ材料を使って実現でき
る。例えば、異方性誘電体を用いる方法（高、吉田、深
井：空間回路網法による異方性誘電体を含む円筒導波管
中の偏波特性の解析、電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ、
Vol.J72−Ｃ−Ｉ No.8 pp.460−472など）がある。ヘ
リカルアンテナを用いる方法は、周囲長がほぼ１波長の
らせんの円周方向に電磁波を伝播させることで、円偏波
を発生させるものである。
相板を装荷する方法（例えば、石井、東他著、「マイク
ロ波回路」、日刊工業新聞社（昭和44年））、ヘリカル
アンテナを用いる方法（例えば、榎本、関口共著：「電
波工学」、現代電気工学講座、オーム社）などがある。
移相板を装荷する方法は、TE11モード円形導波管内にλ
/4（λ：管内波長）の長さの移相板を電界に対して45゜
傾斜させて装荷し、移相板に垂直な方向と平行な方向の
移相定数の差を利用して円偏波を発生させるものであ
る。同様の効果を異方性をもつ材料を使って実現でき
る。例えば、異方性誘電体を用いる方法（高、吉田、深
井：空間回路網法による異方性誘電体を含む円筒導波管
中の偏波特性の解析、電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ、
Vol.J72−Ｃ−Ｉ No.8 pp.460−472など）がある。ヘ
リカルアンテナを用いる方法は、周囲長がほぼ１波長の
らせんの円周方向に電磁波を伝播させることで、円偏波
を発生させるものである。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
実施例 1: まず、第１の実施例を第１図および第２図により説明
する。第１図は本発明を実施したCVD装置を示したもの
であり、偏波特性の制御には移相板を用いている。処理
ガスの導入系および図示しない真空排気系によって、処
理室14は所定の圧力に保たれる。処理室14には、電磁石
16によって処理室内に電子サイクロトロン共鳴現象が発
生する程度の磁束密度の静磁界を加えている。
する。第１図は本発明を実施したCVD装置を示したもの
であり、偏波特性の制御には移相板を用いている。処理
ガスの導入系および図示しない真空排気系によって、処
理室14は所定の圧力に保たれる。処理室14には、電磁石
16によって処理室内に電子サイクロトロン共鳴現象が発
生する程度の磁束密度の静磁界を加えている。
マイクロ波は、マイクロ波発生源１からアイソレータ
２、整合器３、方形導波管４によって伝送され、モード
変換器５で円形導波管のTE11モードに変換される。円形
導波管６内には、円形導波管の中心軸に対して回転可能
な誘電体製の移相板７が装荷されている。移相板７の回
転角を制御することによって、マイクロ波の右回り円偏
波と左回り円偏波の割合を制御することができる。処理
室14と円形導波管６の間には、処理室14を処理に適した
圧力に保ちつつマイクロ波を導入するための石英などの
マイクロ波に対して損失の小さい誘電体製のマイクロ波
導入窓15がある。マイクロ波の進行方向は電磁石16によ
る静磁界の方向とほぼ平行である。
２、整合器３、方形導波管４によって伝送され、モード
変換器５で円形導波管のTE11モードに変換される。円形
導波管６内には、円形導波管の中心軸に対して回転可能
な誘電体製の移相板７が装荷されている。移相板７の回
転角を制御することによって、マイクロ波の右回り円偏
波と左回り円偏波の割合を制御することができる。処理
室14と円形導波管６の間には、処理室14を処理に適した
圧力に保ちつつマイクロ波を導入するための石英などの
マイクロ波に対して損失の小さい誘電体製のマイクロ波
導入窓15がある。マイクロ波の進行方向は電磁石16によ
る静磁界の方向とほぼ平行である。
マイクロ波導入窓15に対向して被処理基板17が設置さ
れている。被処理基板17には高周波電源18によって高周
波を加えることができる。
れている。被処理基板17には高周波電源18によって高周
波を加えることができる。
第２図に第１図の円形導波管６付近の拡大図を示す。
円形導波管６内に移相板７を支持するための、損失の少
ない誘電体（例えば石英）製の支持部材８がある。移相
板７の中心には軸９が貫通しており、この軸９の一端に
は円板10が接続されている。円板10には糸11が巻かれて
おり、糸11は円形導波管６の外部へ微小孔12を通して引
き出されている。糸11を引くことで、円板10は回転し、
移相板７の電界に対する角度を調節することができる。
円形導波管６内に移相板７を支持するための、損失の少
ない誘電体（例えば石英）製の支持部材８がある。移相
板７の中心には軸９が貫通しており、この軸９の一端に
は円板10が接続されている。円板10には糸11が巻かれて
おり、糸11は円形導波管６の外部へ微小孔12を通して引
き出されている。糸11を引くことで、円板10は回転し、
移相板７の電界に対する角度を調節することができる。
移相板７の電界に対する角度が０゜のとき直線偏波、
角度が45゜のとき円偏波とでき、この間の角度で楕円偏
波となる。すなわち、移相板７の電界に対する角度を０
゜から45゜の範囲で調節することで、右回り円偏波と左
回り円偏波の割合を制御することができる。
角度が45゜のとき円偏波とでき、この間の角度で楕円偏
波となる。すなわち、移相板７の電界に対する角度を０
゜から45゜の範囲で調節することで、右回り円偏波と左
回り円偏波の割合を制御することができる。
マイクロ波によって発生したプラズマを用いること
で、処理ガスの反応を促進し高速の成膜処理が可能とな
る。また、マイクロ波の偏波特性、マイクロ波電力の調
整により、プラズマの電子温度、密度分布を膜の形成に
最適になるよう制御し被処理基板17上に成膜することが
できる。
で、処理ガスの反応を促進し高速の成膜処理が可能とな
る。また、マイクロ波の偏波特性、マイクロ波電力の調
整により、プラズマの電子温度、密度分布を膜の形成に
最適になるよう制御し被処理基板17上に成膜することが
できる。
ここでは本発明の実施例としてCVD装置の場合を述べ
たが、エッチング装置、アッシング装置、スパッタ装置
などの他のプラズマ処理装置にも同様に適用可能であ
る。
たが、エッチング装置、アッシング装置、スパッタ装置
などの他のプラズマ処理装置にも同様に適用可能であ
る。
実施例 2: 次に、第３図および第４図を用いて第２の実施例につ
いて説明する。第３図は本発明を実施したCVD装置を示
したものであり、偏波特性の制御にヘリカルアンテナを
用いている。マイクロ波回路の部分が異なる以外は第１
の実施例と同様である。
いて説明する。第３図は本発明を実施したCVD装置を示
したものであり、偏波特性の制御にヘリカルアンテナを
用いている。マイクロ波回路の部分が異なる以外は第１
の実施例と同様である。
マイクロ波は、マイクロ波発生源１からアイソレータ
２、整合器３、方形導波管４を通ってモード変換器19ま
で伝送される。モーダ変換器19内部にはヘリカルアンテ
ナ20があり、円偏波を発生させることができる。発生し
た円偏波は、円形導波管24によってマイクロ波導入窓15
を介して処理室14に投入される。
２、整合器３、方形導波管４を通ってモード変換器19ま
で伝送される。モーダ変換器19内部にはヘリカルアンテ
ナ20があり、円偏波を発生させることができる。発生し
た円偏波は、円形導波管24によってマイクロ波導入窓15
を介して処理室14に投入される。
第４図に第３図のヘリカルアンテナ20付近の拡大図を
示す。ヘリカルアンテナ20は、例えば銅などの導電率の
高い金属材料でできている。また、ヘリカルアンテナ20
は、例えば石英のようなマイクロ波に対して損失の小さ
い誘電体でできた先端にフランジをもつ円柱状のらせん
支持部材21で保持されている。らせん支持部材21には、
さらにリング状部材22が取り付けられている。リング状
部材22に接続されたつまみ23を操作してリング状部材22
の位置をらせん支持部材21の軸と平行に動かすことで、
ヘリカルアンテナ20の全長を調節し、ヘリカルアンテナ
20のピッチを調節することができる。ヘリカルアンテナ
20のピッチが波長の1/10から1/2程度のときに円偏波が
発生できることが知られている（例えば、榎本、関口共
著：「電波工学」、現代電気工学講座、オーム社、など
参照）。ヘリカルアンテナ20のピッチが小さくなるにつ
れ、線間の容量が増大して、線間の電磁的な結合が強く
なり、ヘリカルアンテナ20はマイクロ波に対して金属円
柱に近い動作をするようになる。ヘリカルアンテナ20を
金属円柱に置き換えた場合を考えると、マイクロ波は直
線偏波となる。そこで、ヘリカルアンテナ20のピッチを
小さくするに従い、マイクロ波は円偏波から直線偏波へ
と変化していき、偏波特性を制御することが可能とな
る。本実施例によっても、第１の実施例と同様にプラズ
マの電子温度、密度分布の調整により、被処理基板17上
に形成する膜の高品質化を図ることができる。
示す。ヘリカルアンテナ20は、例えば銅などの導電率の
高い金属材料でできている。また、ヘリカルアンテナ20
は、例えば石英のようなマイクロ波に対して損失の小さ
い誘電体でできた先端にフランジをもつ円柱状のらせん
支持部材21で保持されている。らせん支持部材21には、
さらにリング状部材22が取り付けられている。リング状
部材22に接続されたつまみ23を操作してリング状部材22
の位置をらせん支持部材21の軸と平行に動かすことで、
ヘリカルアンテナ20の全長を調節し、ヘリカルアンテナ
20のピッチを調節することができる。ヘリカルアンテナ
20のピッチが波長の1/10から1/2程度のときに円偏波が
発生できることが知られている（例えば、榎本、関口共
著：「電波工学」、現代電気工学講座、オーム社、など
参照）。ヘリカルアンテナ20のピッチが小さくなるにつ
れ、線間の容量が増大して、線間の電磁的な結合が強く
なり、ヘリカルアンテナ20はマイクロ波に対して金属円
柱に近い動作をするようになる。ヘリカルアンテナ20を
金属円柱に置き換えた場合を考えると、マイクロ波は直
線偏波となる。そこで、ヘリカルアンテナ20のピッチを
小さくするに従い、マイクロ波は円偏波から直線偏波へ
と変化していき、偏波特性を制御することが可能とな
る。本実施例によっても、第１の実施例と同様にプラズ
マの電子温度、密度分布の調整により、被処理基板17上
に形成する膜の高品質化を図ることができる。
なお、ここでは本発明の実施例としてCVD装置の場合
を述べたが、本実施例はエッチング装置、アッシング装
置、スパッタ装置などの他のプラズマ処理装置にも同様
に適用可能である。
を述べたが、本実施例はエッチング装置、アッシング装
置、スパッタ装置などの他のプラズマ処理装置にも同様
に適用可能である。
実施例 3: 次に、第５図を用いて、第３の実施例について説明す
る。第３の実施例はやはり本発明を実施したCVD装置を
示したもので、被処理基板17の周囲に左回り円偏波を右
回り円偏波に変換する異方性誘電体板24を設置した以外
は第１図に示す実施例と同様である。
る。第３の実施例はやはり本発明を実施したCVD装置を
示したもので、被処理基板17の周囲に左回り円偏波を右
回り円偏波に変換する異方性誘電体板24を設置した以外
は第１図に示す実施例と同様である。
マイクロ波導入窓15を通って処理室14に導入されたマ
イクロ波のうち、プラズマ中で減衰の大きい右回り円偏
波は、マイクロ波導入窓15近傍で吸収され、この付近の
プラズマ密度を高める。一方、減衰の小さい左回り円偏
波は、異方性誘電体板24付近まで伝播する。ここで、左
回り円偏波は右回り円偏波に変換され、被処理基板17の
周辺でのプラズマ密度を高めることに寄与する。
イクロ波のうち、プラズマ中で減衰の大きい右回り円偏
波は、マイクロ波導入窓15近傍で吸収され、この付近の
プラズマ密度を高める。一方、減衰の小さい左回り円偏
波は、異方性誘電体板24付近まで伝播する。ここで、左
回り円偏波は右回り円偏波に変換され、被処理基板17の
周辺でのプラズマ密度を高めることに寄与する。
処理室14に投入するマイクロ波の右回り円偏波と左回
り円偏波の割合を制御することで、マイクロ波導入窓15
および異方性誘電体板24付近でのプラズマ発生量を調節
して、処理室14内のプラズマ密度分布を制御することが
できる。本実施例によっても、第１、第２の実施例と同
様に、プラズマの電子温度、密度分布を膜の形成に最適
となるよう制御することができる。
り円偏波の割合を制御することで、マイクロ波導入窓15
および異方性誘電体板24付近でのプラズマ発生量を調節
して、処理室14内のプラズマ密度分布を制御することが
できる。本実施例によっても、第１、第２の実施例と同
様に、プラズマの電子温度、密度分布を膜の形成に最適
となるよう制御することができる。
また、異方性誘電体板24に代って、ヘリカルアンテナ
などの左回り円偏波から右回り円偏波への他の変換手段
を用いても良い。
などの左回り円偏波から右回り円偏波への他の変換手段
を用いても良い。
なお、ここでは本発明の実施例としてCVD装置の場合
を述べたが、本実施例はエッチング装置、アッシング装
置、スパッタ装置などの他のプラズマ処理装置にも同様
に適用可能である。
を述べたが、本実施例はエッチング装置、アッシング装
置、スパッタ装置などの他のプラズマ処理装置にも同様
に適用可能である。
本発明によれば、プラズマ処理におけるプラズマの電
子温度、密度分布等のプラズマパラメータを制御するこ
とができ、プラズマ処理に最適なプラズマを得ることが
できるので、高品質のプラズマ処理を行うことが可能と
なる。
子温度、密度分布等のプラズマパラメータを制御するこ
とができ、プラズマ処理に最適なプラズマを得ることが
できるので、高品質のプラズマ処理を行うことが可能と
なる。
第１図は本発明の第１の実施例であるCVD装置の断面
図、第２図は第１図の移相板付近を示す拡大断面図、第
３図は本発明の第２の実施例であるCVD装置の断面図、
第４図は第３図のヘリカルアンテナ付近を示す拡大断面
図、第５図は本発明の第３の実施例であるCVD装置の断
面図である。第６図と第７図は共に本発明の原理を説明
するための図で、第６図は右回り円偏波と左回り円偏波
のプラズマへの吸収特性を示す図、第７図は均一な損失
媒質に電磁波を照射した場合の媒質各部に吸収される電
力を示す図である。 〔符号の説明〕 １……マイクロ波発生源、２……アイソレータ ３……整合器、４……方形導波管 ５……モード変換器、６……円形導波管 ７……移相板、14……処理室 15……マイクロ波導入窓 16……電磁石、17……被処理基板 18……高周波電源、20……ヘリカルアンテナ 24……異方性誘電体板
図、第２図は第１図の移相板付近を示す拡大断面図、第
３図は本発明の第２の実施例であるCVD装置の断面図、
第４図は第３図のヘリカルアンテナ付近を示す拡大断面
図、第５図は本発明の第３の実施例であるCVD装置の断
面図である。第６図と第７図は共に本発明の原理を説明
するための図で、第６図は右回り円偏波と左回り円偏波
のプラズマへの吸収特性を示す図、第７図は均一な損失
媒質に電磁波を照射した場合の媒質各部に吸収される電
力を示す図である。 〔符号の説明〕 １……マイクロ波発生源、２……アイソレータ ３……整合器、４……方形導波管 ５……モード変換器、６……円形導波管 ７……移相板、14……処理室 15……マイクロ波導入窓 16……電磁石、17……被処理基板 18……高周波電源、20……ヘリカルアンテナ 24……異方性誘電体板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/3065 H01L 21/31 H05H 1/18 C23C 14/34
Claims (4)
- 【請求項１】マイクロ波の発生手段と、マイクロ波の導
波路と、マイクロ波の進行方向に対しほぼ平行に静磁界
を発生する手段と、プラズマ処理室とを少なくとも有す
るプラズマ発生装置を用い、プラズマ処理を行う方法に
おいて、上記マイクロ波の偏波特性を可変に制御する手
段として、上記マイクロ波の導波路内に、該導波路の中
心軸に対し回転角が可変に装架された誘電体製の移相
板、またはピッチが可変のヘリカルアンテナを設ける
か、もしくは上記移相板または上記ヘリカルアンテナと
共に、上記プラズマ処理室内の被処理基板の周囲に異方
性誘電体板を配設することにより、プラズマの電子温
度、密度分布等のプラズマパラメータを制御することを
特徴とするプラズマの制御方法。 - 【請求項２】マイクロ波の発生手段と、マイクロ波の導
波路と、マイクロ波の進行方向に対しほぼ平行に静磁界
を発生する手段とを少なくとも備えたプラズマ処理装置
において、マイクロ波の偏波特性を可変に制御する手段
として、円形のマイクロ波の導波管内に、マイクロ波の
伝播方向に対し平行で、かつ該導波管の中心軸に対し回
転角が可変に装架された誘電体よりなる移相板を備えた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項３】マイクロ波の発生手段と、マイクロ波の導
波路と、マイクロ波の進行方向に対しほぼ平行に静磁界
を発生する手段とを少なくとも備えたプラズマ処理装置
において、マイクロ波の偏波特性を可変に制御する手段
として、円形のマイクロ波の導波管内に設けられたピッ
チが可変のヘリカルアンテナを備えたことを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項４】請求項２または請求項３に記載のプラズマ
処理装置において、該プラズマ処理装置のプラズマ処理
室内の被処理基板の周囲に、左回り円偏波を右回り偏波
に変換する異方性誘電体板を少なくとも設けたことを特
徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2217049A JP3056772B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | プラズマの制御方法ならびにプラズマ処理方法およびその装置 |
| EP91113198A EP0472045B1 (en) | 1990-08-20 | 1991-08-06 | Method and apparatus for controlling plasma processing |
| DE69125765T DE69125765T2 (de) | 1990-08-20 | 1991-08-06 | Methode und Gerät zur Steuerung eines Plasmaverfahrens |
| US07/745,328 US5266364A (en) | 1990-08-20 | 1991-08-15 | Method and apparatus for controlling plasma processing |
| KR1019910014288A KR950000653B1 (ko) | 1990-08-20 | 1991-08-20 | 플라즈마 제어 및 처리 방법과 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2217049A JP3056772B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | プラズマの制御方法ならびにプラズマ処理方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0499876A JPH0499876A (ja) | 1992-03-31 |
| JP3056772B2 true JP3056772B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=16698031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2217049A Expired - Fee Related JP3056772B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | プラズマの制御方法ならびにプラズマ処理方法およびその装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5266364A (ja) |
| EP (1) | EP0472045B1 (ja) |
| JP (1) | JP3056772B2 (ja) |
| KR (1) | KR950000653B1 (ja) |
| DE (1) | DE69125765T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8292142B2 (en) | 2007-07-25 | 2012-10-23 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. | Manual breaker |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2519364B2 (ja) * | 1990-12-03 | 1996-07-31 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Ｕｈｆ／ｖｈｆ共振アンテナ供給源を用いたプラズマリアクタ |
| US5888413A (en) * | 1995-06-06 | 1999-03-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Plasma processing method and apparatus |
| US5939831A (en) * | 1996-11-13 | 1999-08-17 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for pre-stabilized plasma generation for microwave clean applications |
| US6039834A (en) | 1997-03-05 | 2000-03-21 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and methods for upgraded substrate processing system with microwave plasma source |
| US6029602A (en) * | 1997-04-22 | 2000-02-29 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for efficient and compact remote microwave plasma generation |
| US6026762A (en) * | 1997-04-23 | 2000-02-22 | Applied Materials, Inc. | Apparatus for improved remote microwave plasma source for use with substrate processing systems |
| US6274058B1 (en) | 1997-07-11 | 2001-08-14 | Applied Materials, Inc. | Remote plasma cleaning method for processing chambers |
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| JP4727057B2 (ja) * | 2001-03-28 | 2011-07-20 | 忠弘 大見 | プラズマ処理装置 |
| JP4801522B2 (ja) * | 2006-07-21 | 2011-10-26 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 半導体製造装置及びプラズマ処理方法 |
| SI23626A (sl) | 2011-01-19 | 2012-07-31 | Institut@@quot@JoĹľef@Stefan@quot | Metoda za dinamično nadzorovanje gostote nevtralnih atomov v plazemski vakuumski komori in napravaza obdelavo trdih materialov s to metodo |
| US20120318773A1 (en) * | 2011-06-15 | 2012-12-20 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for controlling photoresist line width roughness with enhanced electron spin control |
| US9186610B2 (en) | 2013-03-12 | 2015-11-17 | Camfil Usa, Inc. | Roomside replaceable fan filter unit |
| JP6702640B2 (ja) | 2013-06-17 | 2020-06-03 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | プラズマリアクタ用の強化されたプラズマ源 |
| US9934974B2 (en) * | 2013-06-19 | 2018-04-03 | Tokyo Electron Limited | Microwave plasma device |
| US10249475B2 (en) | 2014-04-01 | 2019-04-02 | Applied Materials, Inc. | Cooling mechanism utlized in a plasma reactor with enhanced temperature regulation |
| US10032604B2 (en) | 2015-09-25 | 2018-07-24 | Applied Materials, Inc. | Remote plasma and electron beam generation system for a plasma reactor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55141729A (en) * | 1979-04-21 | 1980-11-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Ion-shower device |
| JPS59114798A (ja) * | 1982-12-22 | 1984-07-02 | 島田理化工業株式会社 | マイクロ波プラズマ装置 |
| US4727293A (en) * | 1984-08-16 | 1988-02-23 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Plasma generating apparatus using magnets and method |
| EP0173164B1 (en) * | 1984-08-31 | 1988-11-09 | Hitachi, Ltd. | Microwave assisting sputtering |
| JPH0736359B2 (ja) * | 1985-08-09 | 1995-04-19 | 理化学研究所 | プラズマ発生装置 |
| DE3750115T2 (de) * | 1986-10-20 | 1995-01-19 | Hitachi Ltd | Plasmabearbeitungsgerät. |
| US4853102A (en) * | 1987-01-07 | 1989-08-01 | Hitachi, Ltd. | Sputtering process and an apparatus for carrying out the same |
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| JPH0754759B2 (ja) * | 1987-04-27 | 1995-06-07 | 日本電信電話株式会社 | プラズマ処理方法および装置並びにプラズマ処理装置用モード変換器 |
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| DE3843098A1 (de) * | 1988-12-21 | 1990-06-28 | Technics Plasma Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur kunststoffbeschichtung von strangprofilen |
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-
1990
- 1990-08-20 JP JP2217049A patent/JP3056772B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-08-06 EP EP91113198A patent/EP0472045B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-08-06 DE DE69125765T patent/DE69125765T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-15 US US07/745,328 patent/US5266364A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-08-20 KR KR1019910014288A patent/KR950000653B1/ko not_active IP Right Cessation
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0499876A (ja) | 1992-03-31 |
| DE69125765T2 (de) | 1997-10-09 |
| EP0472045B1 (en) | 1997-04-23 |
| US5266364A (en) | 1993-11-30 |
| EP0472045A1 (en) | 1992-02-26 |
| KR950000653B1 (ko) | 1995-01-27 |
| DE69125765D1 (de) | 1997-05-28 |
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