JP3071814B2 - プラズマ処理装置およびその処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置およびその処理方法Info
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- JP3071814B2 JP3071814B2 JP2268384A JP26838490A JP3071814B2 JP 3071814 B2 JP3071814 B2 JP 3071814B2 JP 2268384 A JP2268384 A JP 2268384A JP 26838490 A JP26838490 A JP 26838490A JP 3071814 B2 JP3071814 B2 JP 3071814B2
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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VLSI等の半導体のプラズマ処理を行うプラズ
マ処理装置にかかわり、特に、配線幅が0.8μｍ以下の
微細構造を有するVLSIのプラズマ処理において、高真空
（10-3Torr以下の圧力）で高密度のプラズマを発生さ
せ、被処理基板に均一かつ高速にプラズマ処理を行うこ
とを可能とするプラズマ処理装置およびその処理方法に
関する。
マ処理装置にかかわり、特に、配線幅が0.8μｍ以下の
微細構造を有するVLSIのプラズマ処理において、高真空
（10-3Torr以下の圧力）で高密度のプラズマを発生さ
せ、被処理基板に均一かつ高速にプラズマ処理を行うこ
とを可能とするプラズマ処理装置およびその処理方法に
関する。
高真空で安定に高密度のプラズマを発生できるプラズ
マ処理装置として、電子サイクロトロン共鳴現象を用い
たもの、例えば特開昭55−141729号公報に記載された装
置がある。
マ処理装置として、電子サイクロトロン共鳴現象を用い
たもの、例えば特開昭55−141729号公報に記載された装
置がある。
LSIの高集積化が進むに伴い、素子構造は微細化、複
雑化して工程数が増大する。このため、LSIのチップ単
価が増大し、ビット当たりの価格が増大することにな
る。そこで、ビット当たりの価格を現状以下に下げるた
めには、一度に多くのLSIを作ることが必要となってき
ており、基板は径150mmから径200mmへと大径化されてい
る。そのため、プラズマ処理を均一性良く行うことので
きる処理装置が求められている。また、素子構造の微細
化に伴い、所望寸法に高精度にプラズマ処理することが
必要である。高精度のプラズマ処理を行うためには、処
理室内の雰囲気ガス分子の衝突の平均自由行程の長い高
真空域で処理を行うことが有効である。本発明は、低い
圧力で高密度のプラズマを大面積にわたり均一に発生さ
せ、高精度のプラズマ処理を均一性良く行うことを意図
するものである。
雑化して工程数が増大する。このため、LSIのチップ単
価が増大し、ビット当たりの価格が増大することにな
る。そこで、ビット当たりの価格を現状以下に下げるた
めには、一度に多くのLSIを作ることが必要となってき
ており、基板は径150mmから径200mmへと大径化されてい
る。そのため、プラズマ処理を均一性良く行うことので
きる処理装置が求められている。また、素子構造の微細
化に伴い、所望寸法に高精度にプラズマ処理することが
必要である。高精度のプラズマ処理を行うためには、処
理室内の雰囲気ガス分子の衝突の平均自由行程の長い高
真空域で処理を行うことが有効である。本発明は、低い
圧力で高密度のプラズマを大面積にわたり均一に発生さ
せ、高精度のプラズマ処理を均一性良く行うことを意図
するものである。
従来のプラズマ処理装置では、プラズマ発生用のエネ
ルギーとして直流または高周波電力を用いているため、
特に圧力が10-3Torr以下といった高真空域では、高密度
のプラズマを発生させることは困難であった。一方、高
真空域でも高密度のプラズマを発生できるプラズマ処理
装置として、電子サイクロトロン共鳴現象（Electron C
yclotron Resonance）を用いた装置（以下、ECR装置と
呼ぶ）がある。ECR装置のように電磁波を用いたプラズ
マ処理装置では、処理室内を所定の圧力に保持しながら
電磁波を大気中から低圧の処理室内へ導入するため、電
磁波を透過させる誘導体製の部品（以下、「窓」と呼
ぶ）が不可欠となる。
ルギーとして直流または高周波電力を用いているため、
特に圧力が10-3Torr以下といった高真空域では、高密度
のプラズマを発生させることは困難であった。一方、高
真空域でも高密度のプラズマを発生できるプラズマ処理
装置として、電子サイクロトロン共鳴現象（Electron C
yclotron Resonance）を用いた装置（以下、ECR装置と
呼ぶ）がある。ECR装置のように電磁波を用いたプラズ
マ処理装置では、処理室内を所定の圧力に保持しながら
電磁波を大気中から低圧の処理室内へ導入するため、電
磁波を透過させる誘導体製の部品（以下、「窓」と呼
ぶ）が不可欠となる。
しかし、ECR装置では、「窓」近傍に「窓」の寸法と
同程度の大きさの広がりをもったプラズマが発生するた
め、均一に処理を行うためには、処理基板と同程度かそ
れ以上のサイズの「窓」が必要となる。そのため、基板
の大径化に対応して、「窓」の大径化、静磁界の発生手
段およびマイクロ波の導入手段の大型化が必要となり、
装置全体が巨大なものとなってしまう。そのため、今後
の基板の大径化に対し、実用上対応が困難になると考え
られる。また、後述するように、マイクロ波は波長が短
いために、基板表面に平行にマイクロ波の定在波が発生
し、プラズマ密度分布が不均一となり、処理の不均一が
起こりやすいという問題もある。
同程度の大きさの広がりをもったプラズマが発生するた
め、均一に処理を行うためには、処理基板と同程度かそ
れ以上のサイズの「窓」が必要となる。そのため、基板
の大径化に対応して、「窓」の大径化、静磁界の発生手
段およびマイクロ波の導入手段の大型化が必要となり、
装置全体が巨大なものとなってしまう。そのため、今後
の基板の大径化に対し、実用上対応が困難になると考え
られる。また、後述するように、マイクロ波は波長が短
いために、基板表面に平行にマイクロ波の定在波が発生
し、プラズマ密度分布が不均一となり、処理の不均一が
起こりやすいという問題もある。
本発明の目的は、高真空でも高密度のプラズマを発生
させ、大面積基板に高速に均一なプラズマ処理を行える
プラズマ処理装置を提供することにある。また、本発明
の他の目的は、上記高速かつ均一なプラズマ処理を、装
置を大型化することなく行える構成を有するプラズマ処
理装置およびその処理方法を提供することにある。
させ、大面積基板に高速に均一なプラズマ処理を行える
プラズマ処理装置を提供することにある。また、本発明
の他の目的は、上記高速かつ均一なプラズマ処理を、装
置を大型化することなく行える構成を有するプラズマ処
理装置およびその処理方法を提供することにある。
高密度プラズマを発生させるには、プラズマ発生用の
電力を効率良くプラズマに吸収させる必要がある。ま
た、プラズマ分布の均一化を図るためには、プラズマ発
生用電力の分布を均一にすることが必要である。一般
に、プラズマ処理室のように電磁的に閉じた空間内の電
磁波の電力は通常波長オーダーの空間的分布をもつた
め、均一化のためには波長の長い電磁波を用いることが
有効である。
電力を効率良くプラズマに吸収させる必要がある。ま
た、プラズマ分布の均一化を図るためには、プラズマ発
生用電力の分布を均一にすることが必要である。一般
に、プラズマ処理室のように電磁的に閉じた空間内の電
磁波の電力は通常波長オーダーの空間的分布をもつた
め、均一化のためには波長の長い電磁波を用いることが
有効である。
そこで、本発明では、マイクロ波と比べて波長が長い
高周波を効率良くプラズマに吸収させるために、プラズ
マ中にホイスラー波と呼ばれる電磁波を励振するための
アンテナを備える構成として、上記問題を解決できるよ
うにした。
高周波を効率良くプラズマに吸収させるために、プラズ
マ中にホイスラー波と呼ばれる電磁波を励振するための
アンテナを備える構成として、上記問題を解決できるよ
うにした。
静磁界を加えたプラズマ中を静磁界と平行な方向に伝
搬する電子サイクロトロン周波数より低い周波数をもつ
電磁波は、ホイスラー波と呼ばれる。
搬する電子サイクロトロン周波数より低い周波数をもつ
電磁波は、ホイスラー波と呼ばれる。
電磁波のエネルギーのプラズマへの吸収量は、プラズ
マ中を流れる電流の自乗とプラズマの電気抵抗の積で評
価できる。エネルギーが吸収されると、プラズマ密度の
増大、電子温度の上昇などが起きる。プラズマの損失
は、主として処理室壁面にプラズマ中の電子が吸収され
ることによって起きる。そのため、高密度のプラズマを
発生させるには、処理室壁面から離れた位置で電磁波の
エネルギーを吸収させることが有効である。電磁波によ
って流れる電流の大きさは、高周波磁束密度に比例す
る。そのため、高密度プラズマ発生には、プラズマ発生
室内に導入する電磁波の高周波磁束密度がプラズマ発生
室中央で高くなるような電磁界分布を実現することが望
ましい。
マ中を流れる電流の自乗とプラズマの電気抵抗の積で評
価できる。エネルギーが吸収されると、プラズマ密度の
増大、電子温度の上昇などが起きる。プラズマの損失
は、主として処理室壁面にプラズマ中の電子が吸収され
ることによって起きる。そのため、高密度のプラズマを
発生させるには、処理室壁面から離れた位置で電磁波の
エネルギーを吸収させることが有効である。電磁波によ
って流れる電流の大きさは、高周波磁束密度に比例す
る。そのため、高密度プラズマ発生には、プラズマ発生
室内に導入する電磁波の高周波磁束密度がプラズマ発生
室中央で高くなるような電磁界分布を実現することが望
ましい。
ホイスラー波を有効に励振するためには、ホイスラー
波の波長に対応したアンテナを用いるとよい。ホイスラ
ー波の波長λは、理論的に式（１）のように表現でき
る。
波の波長に対応したアンテナを用いるとよい。ホイスラ
ー波の波長λは、理論的に式（１）のように表現でき
る。
ここで、λ：ホイスラー波の波長（ｍ） c :光速（＝3.0×108m/s） ：電磁波の周波数（Hz） c:電子サイクロトロン周波数（Hz） p:プラズマ周波数（Hz） である。上式中の電子サイクロトロン周波数ｃおよび
プラズマ周波数ｐは、それぞれ静磁界の強さ、プラズ
マ密度によって、以下のように表現される。
プラズマ周波数ｐは、それぞれ静磁界の強さ、プラズ
マ密度によって、以下のように表現される。
ここで、e :電子の電荷（Ｃ） Bo :磁束密度（Ｔ） me :電子の質量（kg） ne :プラズマ密度（/m3） ε :真空の誘電率（F/m） である。
第９図に、印加する静磁界の大きさをパラメータとし
てプラズマ密度neとホイスラー波の波長との関係を計算
した例を示す。ただし、電磁波の周波数は13.56MHzと
した。この図から、例えばプラズマ密度が1012/cm3の場
合、数百Ｇ（ガウス）の磁束密度で波長は数十cmである
ことがわかる。
てプラズマ密度neとホイスラー波の波長との関係を計算
した例を示す。ただし、電磁波の周波数は13.56MHzと
した。この図から、例えばプラズマ密度が1012/cm3の場
合、数百Ｇ（ガウス）の磁束密度で波長は数十cmである
ことがわかる。
ここで、電磁波の周波数、電子サイクロトロン周波
数ｃ、プラズマ周波数ｐの間に ≪ｃ≪ｐ ……（４） なる関係がある場合には、式（１）は と近似することもできる。
数ｃ、プラズマ周波数ｐの間に ≪ｃ≪ｐ ……（４） なる関係がある場合には、式（１）は と近似することもできる。
上記した式（１）または式（５）を用いれば、効率良
くホイスラー波を励振するためのアンテナのサイズを決
定することができる。
くホイスラー波を励振するためのアンテナのサイズを決
定することができる。
一般に、電磁波を効率良く励振するためには、長さが
λo/2（λｏは当該電磁波の波長）である半波長アンテ
ナ、または長さがλo/2の整数倍のアンテナを用いると
よい。ただし、通常は、アンテナの小型化、損失の低減
の観点から、半波長アンテナを用いるのが望ましい。
λo/2（λｏは当該電磁波の波長）である半波長アンテ
ナ、または長さがλo/2の整数倍のアンテナを用いると
よい。ただし、通常は、アンテナの小型化、損失の低減
の観点から、半波長アンテナを用いるのが望ましい。
枚葉処理を行う半導体処理装置の場合、処理室のサイ
ズは被処理基板とオーダー的に同程度である。このた
め、この処理室内にホイスラー波を励振するためには、
ホイスラー波の波長は被処理基板のサイズと同程度でな
ければならない。ホイスラー波の波長は、式（１）また
は式（５）に示すように、プラズマ密度neと磁束密度の
大きさBoで決まる。ここで、他のパラメータと独立にプ
ラズマ密度を制御することは困難であるのに対し、磁束
密度の大きさは容易に制御することができる。従って、
磁束密度の大きさを、処理室内のホイスラー波の波長が
被処理基板のサイズと同程度となるように選び、この波
長に対応したアンテナを用いることで、効率良く投入し
たエネルギーをプラズマ発生に用いることができる。
ズは被処理基板とオーダー的に同程度である。このた
め、この処理室内にホイスラー波を励振するためには、
ホイスラー波の波長は被処理基板のサイズと同程度でな
ければならない。ホイスラー波の波長は、式（１）また
は式（５）に示すように、プラズマ密度neと磁束密度の
大きさBoで決まる。ここで、他のパラメータと独立にプ
ラズマ密度を制御することは困難であるのに対し、磁束
密度の大きさは容易に制御することができる。従って、
磁束密度の大きさを、処理室内のホイスラー波の波長が
被処理基板のサイズと同程度となるように選び、この波
長に対応したアンテナを用いることで、効率良く投入し
たエネルギーをプラズマ発生に用いることができる。
通常のプラズマ処理装置におけるプラズマ密度noは10
11〜1013/cm3程度である。プラズマ周波数ｐは、式
（３）に示すようにプラズマ密度neのみによって決ま
り、上記のプラズマ密度範囲に対応してｐは2.84GHz
〜28.4GHz程度となる。従って、例えば1012/cm3のプラ
ズマ密度の場合、周波数13.56MHzの電磁波によるホイス
ラー波の波長を20cm程度とするためには、磁束密度は20
0G程度とする必要がある。
11〜1013/cm3程度である。プラズマ周波数ｐは、式
（３）に示すようにプラズマ密度neのみによって決ま
り、上記のプラズマ密度範囲に対応してｐは2.84GHz
〜28.4GHz程度となる。従って、例えば1012/cm3のプラ
ズマ密度の場合、周波数13.56MHzの電磁波によるホイス
ラー波の波長を20cm程度とするためには、磁束密度は20
0G程度とする必要がある。
プラズマ処理の均一化を図るためには、プラズマ密度
分布を均一にしなければならない。そのため、プラズマ
発生用として用いる電力の分布を均一にする必要があ
る。マイクロ波を用いたプラズマ処理装置においてプラ
ズマ処理の不均一が問題となる原因の一つは、波長が処
理室のサイズと同じオーダーであるため、処理室内に被
処理基板と平行な方向に定在波が発生することである。
分布を均一にしなければならない。そのため、プラズマ
発生用として用いる電力の分布を均一にする必要があ
る。マイクロ波を用いたプラズマ処理装置においてプラ
ズマ処理の不均一が問題となる原因の一つは、波長が処
理室のサイズと同じオーダーであるため、処理室内に被
処理基板と平行な方向に定在波が発生することである。
静磁界を印加したプラズマ中では、電磁波は波の伝搬
方向が静磁界に対して平行である場合と垂直である場合
とで異なる伝搬特性を示すことが知られている。通常の
ECR装置では、静磁界は被処理基板に対してほぼ垂直で
あるため、ECR装置におけるプラズマ処理の不均一性の
原因の一つは、静磁界に対して垂直な方向に電磁波が伝
搬して、定在波が発生することであると考えられる。そ
こで、これに起因する不均一性をなくすためには、静磁
界に対して垂直な方向に波が伝搬しないようにすればよ
い。静磁界に対して垂直な方向に伝搬する波には、異常
波と正常波の２種がある。このうち、異常波は、理論的
に次式（６）で示す周波数Ｌ以下では伝搬しないこと
が知られている。
方向が静磁界に対して平行である場合と垂直である場合
とで異なる伝搬特性を示すことが知られている。通常の
ECR装置では、静磁界は被処理基板に対してほぼ垂直で
あるため、ECR装置におけるプラズマ処理の不均一性の
原因の一つは、静磁界に対して垂直な方向に電磁波が伝
搬して、定在波が発生することであると考えられる。そ
こで、これに起因する不均一性をなくすためには、静磁
界に対して垂直な方向に波が伝搬しないようにすればよ
い。静磁界に対して垂直な方向に伝搬する波には、異常
波と正常波の２種がある。このうち、異常波は、理論的
に次式（６）で示す周波数Ｌ以下では伝搬しないこと
が知られている。
この周波数Ｌは、通常のプラズマ処理装置ではマイ
クロ波帯にあり、従って、これより低い周波数の電磁波
を用いれば、異常波の伝搬に起因する不均一は避けるこ
とができる。
クロ波帯にあり、従って、これより低い周波数の電磁波
を用いれば、異常波の伝搬に起因する不均一は避けるこ
とができる。
第10図に、正常波の波長と周波数の関係を示す。正常
波は、静磁界の大きさに左右されず、プラズマ密度のみ
により伝搬特性が決まり、プラズマ周波数以上の電磁波
のみが伝搬可能となる性質をもつ。そのため、プラズマ
周波数以下の周波数の電磁波を用いれば、静磁界に垂直
な方向に定在波が発生することを防止できる。通常のプ
ラズマ処理装置では、プラズマ周波数は前述のように数
GHz程度のマイクロ波と同じ周波数領域にあるので、こ
れより低い周波数領域の電磁波を用いることで、静磁界
に垂直な方向への正常波の伝搬を防止でき、プラズマ処
理の均一化を図ることができる。
波は、静磁界の大きさに左右されず、プラズマ密度のみ
により伝搬特性が決まり、プラズマ周波数以上の電磁波
のみが伝搬可能となる性質をもつ。そのため、プラズマ
周波数以下の周波数の電磁波を用いれば、静磁界に垂直
な方向に定在波が発生することを防止できる。通常のプ
ラズマ処理装置では、プラズマ周波数は前述のように数
GHz程度のマイクロ波と同じ周波数領域にあるので、こ
れより低い周波数領域の電磁波を用いることで、静磁界
に垂直な方向への正常波の伝搬を防止でき、プラズマ処
理の均一化を図ることができる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１
図は本発明を実施したスパッタ装置の概略構成を示した
ものである。図において、図示しない真空排気系および
ガスの導入系によって、処理室１は処理に適した所定の
圧力に保持されている。ターゲット２の裏面には電磁石
３があり、その発生した静磁界によりターゲット２の表
面にプラズマを高密度に閉じ込めるとともに、処理室１
内にホイスラー波の波長を調整するための静磁界を発生
させる。ターゲット２に対向して被処理基板４が設置さ
れる。被処理基板４にはバイアス電源５が接続されてお
り、処理に適したバイアス電位を与えることができる。
処理室１内にはさらに、発振周波数が例えば13.56MHzの
高周波電源６に接続されたアンテナ７があり、処理室１
内にホイスラー波を放射して、高密度のプラズマを発生
させることができる。このアンテナ７は、その中心軸が
電磁石３により発生する静磁界の方向とほぼ平行に配置
されている。なお、第１図において、符号20として示し
たものはスパッタ電源である。
図は本発明を実施したスパッタ装置の概略構成を示した
ものである。図において、図示しない真空排気系および
ガスの導入系によって、処理室１は処理に適した所定の
圧力に保持されている。ターゲット２の裏面には電磁石
３があり、その発生した静磁界によりターゲット２の表
面にプラズマを高密度に閉じ込めるとともに、処理室１
内にホイスラー波の波長を調整するための静磁界を発生
させる。ターゲット２に対向して被処理基板４が設置さ
れる。被処理基板４にはバイアス電源５が接続されてお
り、処理に適したバイアス電位を与えることができる。
処理室１内にはさらに、発振周波数が例えば13.56MHzの
高周波電源６に接続されたアンテナ７があり、処理室１
内にホイスラー波を放射して、高密度のプラズマを発生
させることができる。このアンテナ７は、その中心軸が
電磁石３により発生する静磁界の方向とほぼ平行に配置
されている。なお、第１図において、符号20として示し
たものはスパッタ電源である。
アンテナ７は、後に詳説するが、ここでは第５図に示
すように２枚の湾曲した導電性の高い材料からなる板を
対向させた構造となっている。しかし、アンテナ７とし
て、第６図から第８図に示すものを用いてもよい。
すように２枚の湾曲した導電性の高い材料からなる板を
対向させた構造となっている。しかし、アンテナ７とし
て、第６図から第８図に示すものを用いてもよい。
導電性材料を成膜する場合には、アンテナがスパッタ
されて膜中に不純物として混入する恐れがあることを考
慮して、アンテナの材料を成膜材料と同一にすることが
望ましい。
されて膜中に不純物として混入する恐れがあることを考
慮して、アンテナの材料を成膜材料と同一にすることが
望ましい。
第２図、第３図に、本発明を実施したスパッタ装置の
他の例を示す。第２図、第３図に示す装置は、第１図に
示したスパッタ装置とアンテナ７の位置が異なる以外は
同様の構成となっている。すなわち、第２図は被処理基
板４の周囲近傍にアンテナ７を設置した例であり、第３
図はターゲット２の中央部にアンテナ７を設置した例で
ある。両者とも、第１図に示す実施例と同様に、アンテ
ナ７の中心軸は電磁石３により発生する静磁界の方向と
ほぼ平行になるように配置されている。第１図に示す例
では、処理室１内のプラズマ密度を均一に高めるのに対
し、対２図に示す例では、被処理基板４の近傍に高密度
のプラズマを発生させることが可能で、アンテナ７に印
加する高周波電力によって被処理基板４に入射するプラ
ズマ中のイオンの量を容易に制御することができる。ま
た、第３図に示す例では、アンテナ７を電磁石３の中心
部に配置することで、ターゲット２からスパッタされ直
線的に運動する成膜粒子がアンテナ７に付着することを
防止できる。なお、アンテナ７としては、第１図に示し
た実施例と同様に、第５図に示すもの以外に第６図から
第８図に示すものを用いてもよい。
他の例を示す。第２図、第３図に示す装置は、第１図に
示したスパッタ装置とアンテナ７の位置が異なる以外は
同様の構成となっている。すなわち、第２図は被処理基
板４の周囲近傍にアンテナ７を設置した例であり、第３
図はターゲット２の中央部にアンテナ７を設置した例で
ある。両者とも、第１図に示す実施例と同様に、アンテ
ナ７の中心軸は電磁石３により発生する静磁界の方向と
ほぼ平行になるように配置されている。第１図に示す例
では、処理室１内のプラズマ密度を均一に高めるのに対
し、対２図に示す例では、被処理基板４の近傍に高密度
のプラズマを発生させることが可能で、アンテナ７に印
加する高周波電力によって被処理基板４に入射するプラ
ズマ中のイオンの量を容易に制御することができる。ま
た、第３図に示す例では、アンテナ７を電磁石３の中心
部に配置することで、ターゲット２からスパッタされ直
線的に運動する成膜粒子がアンテナ７に付着することを
防止できる。なお、アンテナ７としては、第１図に示し
た実施例と同様に、第５図に示すもの以外に第６図から
第８図に示すものを用いてもよい。
第４図は本発明を実施したエッチング装置の概略構成
を示したものである。図において、処理室10は、ガス導
入口８を含む処理ガスの導入系と図示しない真空排気系
によって、処理に適した所定の圧力に保持されている。
処理室10内には被処理基板４が設置されている。被処理
基板４にはバイアス電源９が接続されており、処理に適
したバイアス電位を印加することができる。処理室10の
上部には、石英などの電磁波の損失の小さい誘電体から
なるプラズマ発生室11が、処理室10と連接して設置され
ている。プラズマ発生室11の周囲には、発振周波数が例
えば13.56MHzの高周波電源13に接続されたアンテナ７が
ある。さらにその外側には電磁石12があり、プラズマ発
生室11内に処理に適した静磁界を発生させている。この
アンテナ７は、その中心軸が電磁石12により発生する静
磁界の方向とほぼ平行に配置されている。アンテナ７と
して、ここでは第５図に示すものを用いているが、第６
図から第８図に示すものを用いてもよい。本実施例によ
れば、高真空域でも高密度のプラズマを均一性よく発生
できるため、処理の高品質化、高速化が図れる。なお、
同様の構成で処理ガスの変更により、本発明を実施した
CVD装置を構成することができる。
を示したものである。図において、処理室10は、ガス導
入口８を含む処理ガスの導入系と図示しない真空排気系
によって、処理に適した所定の圧力に保持されている。
処理室10内には被処理基板４が設置されている。被処理
基板４にはバイアス電源９が接続されており、処理に適
したバイアス電位を印加することができる。処理室10の
上部には、石英などの電磁波の損失の小さい誘電体から
なるプラズマ発生室11が、処理室10と連接して設置され
ている。プラズマ発生室11の周囲には、発振周波数が例
えば13.56MHzの高周波電源13に接続されたアンテナ７が
ある。さらにその外側には電磁石12があり、プラズマ発
生室11内に処理に適した静磁界を発生させている。この
アンテナ７は、その中心軸が電磁石12により発生する静
磁界の方向とほぼ平行に配置されている。アンテナ７と
して、ここでは第５図に示すものを用いているが、第６
図から第８図に示すものを用いてもよい。本実施例によ
れば、高真空域でも高密度のプラズマを均一性よく発生
できるため、処理の高品質化、高速化が図れる。なお、
同様の構成で処理ガスの変更により、本発明を実施した
CVD装置を構成することができる。
上記の説明では、アンテナ７がプラズマ発生室11の外
側にある場合を示したが、アンテナ７はプラズマ発生室
11の内側に配置してもよい。この場合、プラズマ発生室
11の材質は、誘電体以外の材料例えばアルミニウムなど
の金属であってもよい。
側にある場合を示したが、アンテナ７はプラズマ発生室
11の内側に配置してもよい。この場合、プラズマ発生室
11の材質は、誘電体以外の材料例えばアルミニウムなど
の金属であってもよい。
次に、アンテナ７について詳細に説明する。第５図か
ら第８図にアンテナ７の形状を示す。これらの各アンテ
ナは、第１図から第４図に示した各実施例に用いること
ができる。まず、第５図は、湾曲した２枚の例えば銅な
どの電気抵抗が小さい材質からなる板15を対向させた構
造をもつアンテナを示している。図示するように、板15
の長さはλ/2（ここで、λはホイスラー波の波長）とな
っている。２枚の板15には、発振周波数が例えば13.56M
Hzの高周波電源14が接続されており、板15の間に発生す
る高周波電界により、ホイスラー波を励振することがで
きる。
ら第８図にアンテナ７の形状を示す。これらの各アンテ
ナは、第１図から第４図に示した各実施例に用いること
ができる。まず、第５図は、湾曲した２枚の例えば銅な
どの電気抵抗が小さい材質からなる板15を対向させた構
造をもつアンテナを示している。図示するように、板15
の長さはλ/2（ここで、λはホイスラー波の波長）とな
っている。２枚の板15には、発振周波数が例えば13.56M
Hzの高周波電源14が接続されており、板15の間に発生す
る高周波電界により、ホイスラー波を励振することがで
きる。
第６図は、ダブルループアンテナと呼ばれるもので、
図に示すように高さがλ/2となっている。材質は例えば
銅などの電気抵抗の小さい線材16でできており、発振周
波数が例えば13.56MHzの高周波電源14が接続されてい
る。線材16を流れる高周波電流によって発生する高周波
磁界により、ホイスラー波を励振することができる。
図に示すように高さがλ/2となっている。材質は例えば
銅などの電気抵抗の小さい線材16でできており、発振周
波数が例えば13.56MHzの高周波電源14が接続されてい
る。線材16を流れる高周波電流によって発生する高周波
磁界により、ホイスラー波を励振することができる。
第７図、第８図は、それぞれ第５図、第６図に示すア
ンテナを180゜ねじった構造となっている。ホイスラー
波は半波長進行すると偏波面が半回転する円偏波である
ことが知られている。従って、第７図、第８図に示す構
造とすることにより、円偏波であるホイスラー波をさら
に効率良く励振できる。その他の特徴は第５図、第６図
に示すアンテナと同様である。
ンテナを180゜ねじった構造となっている。ホイスラー
波は半波長進行すると偏波面が半回転する円偏波である
ことが知られている。従って、第７図、第８図に示す構
造とすることにより、円偏波であるホイスラー波をさら
に効率良く励振できる。その他の特徴は第５図、第６図
に示すアンテナと同様である。
上記の説明では、第５図から第８図にはすべて長さが
λ/2の例を示したが、λ/2の整数倍の長さのものを用い
てもよい。この場合、第７図、第８図に示すアンテナに
おけるねじる角度は、長さλ/2について180゜となる。
λ/2の例を示したが、λ/2の整数倍の長さのものを用い
てもよい。この場合、第７図、第８図に示すアンテナに
おけるねじる角度は、長さλ/2について180゜となる。
本発明によれば、高真空域でも空間的均一性が高く高
密度のプラズマを発生でき、高真空域で安定して均一な
処理を可能とするプラズマ処理装置を得ることができ
る。
密度のプラズマを発生でき、高真空域で安定して均一な
処理を可能とするプラズマ処理装置を得ることができ
る。
第１図から第３図はそれぞれ本発明を実施したスパッタ
装置の概略構成図、第４図は本発明を実施したエッチン
グ装置の概略構成図、第５図から第８図はそれぞれ処理
室内にホイスラー波を励振するためのアンテナを示す斜
視図、第９図はホイスラー波の波長とプラズマ密度との
関係を示すグラフ、第10図は正常波の波長と周波数との
関係を示すグラフである。 符号の説明 １……処理室、２……ターゲット ３……電磁石、４……被処理基板 ５……バイアス電源、６……高周波電源 ７……アンテナ、８……ガス導入口 ９……バイアス電源、10……処理室 11……プラズマ発生室 12……電磁石 13,14……高周波電源 15……板、16……線材
装置の概略構成図、第４図は本発明を実施したエッチン
グ装置の概略構成図、第５図から第８図はそれぞれ処理
室内にホイスラー波を励振するためのアンテナを示す斜
視図、第９図はホイスラー波の波長とプラズマ密度との
関係を示すグラフ、第10図は正常波の波長と周波数との
関係を示すグラフである。 符号の説明 １……処理室、２……ターゲット ３……電磁石、４……被処理基板 ５……バイアス電源、６……高周波電源 ７……アンテナ、８……ガス導入口 ９……バイアス電源、10……処理室 11……プラズマ発生室 12……電磁石 13,14……高周波電源 15……板、16……線材
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/3065 H01L 21/203 H01L 21/205
Claims (4)
- 【請求項１】静磁界の発生手段および電磁波の発生手段
を備えて処理室内に設置した被処理物をプラズマ処理す
るプラズマ処理装置であって、該プラズマ処理装置は上
記処理室内にホイスラー波を励振するためのアンテナ手
段を備え、該アンテナ手段が上記静磁界とほぼ平行な方
向にホイスラー波の半波長分の長さ当たり半回転だけ捩
じれた構造としてなることを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項２】静磁界の発生手段および電磁波の発生手段
を備えて処理室内に設置した被処理物をプラズマ処理す
るプラズマ処理装置であって、該プラズマ処理装置は上
記処理室内にホイスラー波を励振するためのアンテナ手
段を備え、該アンテナ手段が上記静磁界とほぼ平行な方
向にホイスラー波の半波長分の長さを有する対向した複
数の平板で構成してなることを特徴とするプラズマ処理
装置。 - 【請求項３】静磁界を発生させ電磁波を導入して処理室
内に発生させたプラズマにより処理室内に設置した被処
理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、ア
ンテナを用いて上記処理室内に上記被処理物の被処理面
の寸法とほぼ同じ長さの波長を有するホイスラー波を励
振する手段を用いることを特徴とするプラズマ処理方
法。 - 【請求項４】静磁界を発生させ電磁波を導入して処理室
内に発生させたプラズマにより処理室内に設置した被処
理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、上
記電磁波の周波数がマイクロ波帯よりも低い周波数であ
り、該電磁波の波長のほぼ半分の長さの板を組合わせた
アンテナを用いて、該電磁波を上記処理室内に導入する
手段を用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268384A JP3071814B2 (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | プラズマ処理装置およびその処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268384A JP3071814B2 (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | プラズマ処理装置およびその処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04147969A JPH04147969A (ja) | 1992-05-21 |
| JP3071814B2 true JP3071814B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=17457739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2268384A Expired - Fee Related JP3071814B2 (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | プラズマ処理装置およびその処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3071814B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008106448A3 (en) * | 2007-02-26 | 2009-01-29 | Veeco Instr Inc | Ion sources and methods of operating an electromagnet of an ion source |
| US7557362B2 (en) | 2004-02-04 | 2009-07-07 | Veeco Instruments Inc. | Ion sources and methods for generating an ion beam with a controllable ion current density distribution |
| US8158016B2 (en) | 2004-02-04 | 2012-04-17 | Veeco Instruments, Inc. | Methods of operating an electromagnet of an ion source |
| US10128083B2 (en) | 2016-06-01 | 2018-11-13 | Vebco Instruments Inc. | Ion sources and methods for generating ion beams with controllable ion current density distributions over large treatment areas |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5430355A (en) * | 1993-07-30 | 1995-07-04 | Texas Instruments Incorporated | RF induction plasma source for plasma processing |
| CN114411099B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-12-08 | 广东鼎泰高科技术股份有限公司 | 一种真空镀膜***及镀膜方法 |
-
1990
- 1990-10-08 JP JP2268384A patent/JP3071814B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7557362B2 (en) | 2004-02-04 | 2009-07-07 | Veeco Instruments Inc. | Ion sources and methods for generating an ion beam with a controllable ion current density distribution |
| US8158016B2 (en) | 2004-02-04 | 2012-04-17 | Veeco Instruments, Inc. | Methods of operating an electromagnet of an ion source |
| WO2008106448A3 (en) * | 2007-02-26 | 2009-01-29 | Veeco Instr Inc | Ion sources and methods of operating an electromagnet of an ion source |
| US10128083B2 (en) | 2016-06-01 | 2018-11-13 | Vebco Instruments Inc. | Ion sources and methods for generating ion beams with controllable ion current density distributions over large treatment areas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04147969A (ja) | 1992-05-21 |
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|---|---|---|---|
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