JPH0783016B2 - 変調方式を用いるプラズマ発生装置及び方法 - Google Patents
変調方式を用いるプラズマ発生装置及び方法Info
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Description
法に関するもので、半導体製造工程のうちエッチングや
成膜工程に応用されるECR(電子サイクロトロン共鳴)
方式を用いる装置やECR方式を用いるプラズマ発生装置
においてプラズマの内部均一度を向上するるための装置
および方法に関する。
体基板の表面に成膜、エッチングなどの処理を施して製
造されている。
転させることによって形成した高密度のプラズマの均一
性を改善したり、また、導波管と、矩形モードのマイク
ロ波を円形モードに変換する矩形/円形変換手段を備え
て、プラズマ生成密度の不均一を改善するプラズマ反応
装置が開発され、実用化されている。
Cyclotron Resonance)によるプラズマ発生装置の構造
を示す断面図であり、1は磁場形成コイル、2は導波
管、3は石英窓、4はチェンバー壁、5はプラズマ接続
リング、6は試料支持台、7は試料を示している。
は、磁場形成コイルによって発生する磁場により回転運
動をする電子の回転周波数と、外部から導入するマイク
ロ波の周波数を一致させ、回転する電子の回転周波数と
の間で共鳴を生ずるとき、電子サイクロトロン中におけ
る電子の運動と同様にマイクロ波のエネルギーを効率よ
く電子に吸収させるもので、このときプラズマ発生効率
は最大となる。例えば、第3図の装置において導波管2
から2.45GHzの周波数のマイクロ波を供給する場合に
は、磁場形成コイル1によって形成される磁場の磁束密
度が875ガウスであればECRの条件が成立して共鳴が生ず
る。
束密度は中央部分が大きいので、共鳴が生ずる部分は限
定される。このため、プラズマの中央部分のイオン密度
は高く、周辺が低くなるのが一般的であった。
リング5を通じて半導体のウエハ等の試料7に到達し、
エッチングまたは化学的気相成長(CVD)の処理がなさ
れるようになっているが、第3図においてCで示されて
いるウエハの中央部と同図のLおよびRで示されている
ような周辺部のエッチング速度または成膜速度の差が大
きくなるという不均一性の問題が発生するなどの欠点が
あった。
ラズマが発生する発生室の内部に電子サイクロトロン共
鳴が生ずる高密度イオン発生部分を磁場形成コイルに供
給する電流を変調することによって移動させることによ
りウエハ上での平均エッチング速度の均一性を高めるの
ものである。
数個の出力波形の電流を発生する関数電圧発生器と、固
定電流方式から可変電流方式へ変更するための変調用の
関数電圧発生器の出力電圧と基準電圧を合成して変調さ
れた電圧波形を作る電圧合成器とを有し、上記電圧合成
器の出力電圧の変化によって電流を可変する電源から構
成されたプラズマ発生装置である。
発生装置において、関数電圧発生器と関数電圧発生器の
出力電圧と基準電圧を合成して変調された電圧波形を作
る電圧合成器と、電子に回転力を与える2個以上の磁場
形成コイルの電流を上記電圧合成器の出力電圧によって
可変する電源装置からなる変調方式を用いるプラズマ発
生装置およびプラズマ発生方法であって、電子に回転力
を与える磁場形成コイルに供給する電流を可変してプラ
ズマの均一性を高めるものである。
マ発生装置において、磁場発生に用いる2個以上のコイ
ルに供給される電流を固定電流から変調された可変電流
へ変更するもので、このために変調用の関数電圧発生器
の出力電圧と基準電圧を合成して変調された電圧波形を
作る電圧合成器から構成されており、上記電圧合成器を
利用して基準電圧と関数電圧発生器の電圧を変調し、変
調した電圧を入力電圧の変化によって出力電流が可変さ
れる電流供給装置に入力して最終的に2個以上の磁場形
成コイルに供給される電流iを変調波形とするものであ
る。とくに、本発明は、磁場形成のためのコイルを第1
図に示すような従来の単一コイル方式ではなく、2個以
上のコイルからなる複合コイル方式から構成されている
ことを特徴としている。そして、第2図に示すように上
下に分かれた複合コイル方式を使用した場合には、上部
コイル21に供給する電流i1と下部コイル22に供給する電
流i2を互いにそれぞれ制御できるようにし、それぞれの
コイルに供給する可変電流の位相を相互に反転させる場
合には更に効果を大きくすることができる。
うに、関数電圧発生器8、および基準電圧発生器9の出
力電圧を合成して変調された電圧を出力する電圧合成器
10、電圧合成器の出力電圧によって磁場形成コイル1へ
の供給電流を可変する電流供給装置11から構成されてお
り、関数電流発生器および基準電圧発生器には制御装置
からの制御信号12が与えられる。
力電流を変化するものであれば任意のものを使用するこ
とができるが、通常はOVないし10Vまで変化する入力電
圧V1により出力電流iが可変される機能を有するものを
使用しており、磁場形成コイルに電流を供給し、所定の
磁場を作っている。
装置のV1入力ポートにシステムのアナログ出力信号を印
加し、電子サイクロトロン共鳴を生成する条件の一定値
の電流を得ていることを示しているが、従来の装置では
一般に、プラズマの中央部分に共鳴が生ずるように調整
するため、このときのプラズマイオン密度分布は第6図
に示すように、中央部が高く周辺部は低くなる。
圧を接続し、電圧合成器は通常の関数電圧発生器の出力
ポートの電圧V2(第7図(a)ないし第7図(d))と
システムの基準電圧V3を合成したものであるので、電源
装置の出力電流は、第8図(a)ないし第8図(d)の
ように変調された電流i(t)が得られる。なお、本発
明の電圧合成器は多数個の能動素子との組合せ回路で構
成することができる。
図(d)で表されるように変化する結果、第9図に示す
ような電流が磁場形成コイルに供給され、0ないしt1時
間の範囲の電圧変化に対応した部分に電子サイクロトロ
ン共鳴が生じる875ガウスの磁場が形成され、中央部分
は875ガウスより強いために、中央部分にプラズマ密度
は小さくなりその結果ドーナツ状となり、第9図のFの
ようなイオン密度分布を得るようになる。
近くとなり、中央部のイオン密度が最も高い状態(第9
図のE)を有する。
切に設定する場合、第9図のEとFのイオン密度分布を
有するようになり、これによってエッチング時の蝕刻速
度の均一度が向上し、まら成膜工程に応用されるときに
は、成膜速度の均一性が向上する。
し0.9の範囲が可能であり、周波数Tはコイルのインダ
クタンスを考慮して、0.1ないし10Hzの範囲が使用可能
である。
関数電圧発生器の出力電圧によって変調した信号電圧に
よって可変することについて述べたが、電流の可変の手
段は関数電圧発生器の出力に基づかなくとも可能なこと
は言うまでもない。
ラズマ発生装置のプラズマイオン密度分布を均一にする
ために、2個以上の磁場形成用コイルを使用し、それぞ
れの磁場形成用コイルに変調した電流を供給し、電子サ
イクロトロン共鳴が生ずる高密度イオンの部分を放射状
の形態に移動させており、従来の固定電流方式と比べて
プラズマイオン密度分布が均一である面積が広くなり、
ウェーハ面における蝕刻速度または浸漬速度の均一性を
向上させることができる。
子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ発生装置の断
面図を示し、第2図には磁場形成用コイルを分割した電
子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ発生装置の断
面図を示し、第3図には従来の電子サイクロトロン共鳴
を利用したプラズマ発生装置を示し、第4図は第3図の
磁場形成コイルに流れる電流を示し、第5図は磁場形成
コイルに電流を供給する電源装置のブロック図であり、
第6図は従来の電子サイクロトロン共鳴により発生され
たプラズマ内部のイオン密度分布図、第7図は第5図の
電源装置の関数電圧発生器が作り出す電圧波形を示す
図、第8図は第5図の電源装置により作られた変調され
た電流波形を示す図、第9図は本発明による電子サイク
ロトロン共鳴による発生されたプラズマ内部のイオン密
度分布を示す。 1…磁場形成コイル、2…導波管、3…石英窓、4…チ
ェンバー壁、5…プラズマ接続リング、6…試料支持
台、7…試料、8…関数電圧発生器、9…基準電圧発生
器、10…電圧合成器、11…電流供給装置、12…制御信
号、21…上部コイル、22…下部コイル
Claims (5)
- 【請求項1】電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズ
マ発生装置において、関数電圧発生器、関数電圧発生器
の出力電圧と基準電圧を合成して変調される電圧波形を
作る電圧合成器、電子に回転力を与える2個以上の磁場
形成コイル、およびそれぞれの磁場形成コイルの電流を
該電圧合成器の出力電圧によって変化させる電流供給装
置を有することを特徴とする変調方式を用いるプラズマ
発生装置。 - 【請求項2】電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズ
マ発生方法において、関数電圧発生器の出力電圧と基準
電圧を電圧合成器で合成して得られた変調された電圧に
よって、電子に回転力を与える2個以上の磁場形成コイ
ルへの供給電流を変化させ、形成されるプラズマの均一
性を高めることを特徴とする変調方式を用いるプラズマ
発生方法。 - 【請求項3】関数電圧発生器のデューティー比が0.1な
いし0.9であり、周波数は0.1Hzないし10Hzであることを
特徴とする請求項2記載の変調方式を用いるプラズマ発
生方法。 - 【請求項4】関数電圧発生器のデューティー比および周
波数を調整して、ウエハの全面に対して平均化されたイ
オン密度分布を形成することを特徴とする請求項2記載
の変調方式を用いるプラズマ発生方法。 - 【請求項5】関数電圧発生器の出力波形が矩形波、鋸歯
状波、三角波、正弦波であることを特徴とする請求項2
ないし4記載の変調方式を用いるプラズマ発生方法。
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