JPH0594955A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0594955A
JPH0594955A JP4048948A JP4894892A JPH0594955A JP H0594955 A JPH0594955 A JP H0594955A JP 4048948 A JP4048948 A JP 4048948A JP 4894892 A JP4894892 A JP 4894892A JP H0594955 A JPH0594955 A JP H0594955A
Authority
JP
Japan
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microwave
vacuum container
substrate
plasma
density distribution
Prior art date
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Pending
Application number
JP4048948A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasutaka Harada
靖孝 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of JPH0594955A publication Critical patent/JPH0594955A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】EHチューナを構成要素として有するマイクロ
波伝送路の内部を通してマイクロ波発生装置からマイク
ロ波を真空容器内へ導入し、真空容器内にマイクロ波放
電プラズマを発生させて真空容器内の被処理基板の表面
処理を行うプラズマ処理装置を、基板上のマイクロ波放
電プラズマの面内密度分布が常に均一となる装置とす
る。 【構成】真空容器1壁の複数位置に発光強度計17を取
り付けるか、基板搬送用ハンド12にプローブを取り付
けてハンドを移動させつつ、あるいは基板搬送用ハンド
12にファラデーカップ16を取り付けてファラデーカ
ップ16の基板直径方向各位置からの信号からマイクロ
波放電プラズマの面内密度分布を自動計測し、EHチュ
ーナ10とマイクロ波発生装置11とを、マイクロ波放
電プラズマの面内密度分布が均一となるように自動制御
した後、被処理基板の処理工程に入る装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波を用いて
形成したプラズマを、被処理基板への薄膜形成あるいは
エッチング等の処理に利用する装置であって、筒状に形
成され一方の端面に板状のマイクロ波透過窓により気密
に閉鎖されるマイクロ波導入口が形成された真空容器
と、マイクロ波発生装置と、真空容器とマイクロ波発生
装置とを結合し内部をマイクロ波が伝わる中空導体から
なるマイクロ波伝送路の一部を構成して該伝送路のイン
ピースダンスを調節するEHチューナとを備え、マイク
ロ波発生装置で発振されたマイクロ波をマイクロ波伝送
路を通しマイクロ波透過窓を透過させて真空容器内へ導
入し、真空容器内にマイクロ波放電プラズマを発生させ
て該真空容器内の被処理基板の表面処理を行うプラズマ
処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造工程のうち、成膜やエッチン
グ工程では、半導体装置の微細構造化に伴い、低圧でも
安定したプラズマを発生,維持できるマイクロ波プラズ
マ処理装置が用いられるようになってきている。その多
くは電子サイクトロン共鳴(EIectron CycIotrn Resona
nce,以下ECRと記す)現象を利用して高密度,高活性
のプラズマを生成するECR型プラズマ処理装置であ
る。
【0003】この種のプラズマ処理装置の構成例を図6
に示す。装置は、段付き円筒として形成された真空容器
1と、該円筒の上部端面の中心に形成された円形のマイ
クロ波導入口を気密に閉鎖する板状のマイクロ波透過窓
4と、内部の大気中をマイクロ波発生装置で発振された
マイクロ波が通る中空導体からなるマイクロ波伝送部
7,8,9と、その途中に配置されマイクロ波発生装置
11から真空容器1に至るマイクロ波伝送路のインピー
ダンスを調整するためのEHチューナ10と、真空容器
1を同軸に囲むソレノイド6と、基板2を真空容器1外
から搬入,搬出する基板搬送用ハンド12とを主要構成
として備えている。
【0004】EHチューナ10は、図7,図8に示すよ
うに、マイクロ波伝送部9と同一断面を有する主導波管
10aに2つの分岐10b,10cを設け、この両者に
それぞれ、到達したマイクロ波をその底面で完全に反射
する方形ピストン状のプランジャ10dを内蔵させたも
のである。このピストン状ブランジャ10dをそれぞ
れ、分岐10b,10c内で前進または後退させること
により、任意の振幅と位相との反射波が作り出され、等
価的に伝送路のインピーダンスを調節する。また、マイ
クロ波伝送部7は、内部空間の断面形状が、伝送部8と
の接合部の方形から、真空容器1との接合部の,基板2
より直径の大きい円形へ向けて徐々に変化している錐台
状のもので、伝送路を進行してきたマイクロ波が、電界
の方向が変化することなく、かつ基板面積よりも広い波
面をもって真空容器1内へ導入される。
【0005】ソレノイド6は、その幾何学的中心がマイ
クロ波透過窓4の大気側に位置するように配置され、ソ
レノイド6に流す電流を調節してマイクロ波透過窓4の
真空側にECR条件を満たす磁場領域が形成するととも
に、マイクロ波発生装置11で発振されたマイクロ波
を、マイクロ波透過窓4を透過させて真空容器1内へ導
入し、ガス導入系5から成膜原料ガスを導入すると、ガ
スがECR磁場領域で効率よく電離されてプラズマ化
し、このプラズマが、ソレノイド6が形成する発散磁場
の磁力線に沿って基板台3方向へ向かい、基板2の表面
に薄膜が形成される。このとき、従来では、マイクロ波
発生装置11で発振されたマイクロ波を効率よく導入す
るためにEHチューナ10を調整し反射波を最低に設定
していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記したプラズマ処理
装置において、生成されたプラズマの基板2の面内にお
ける密度分布が極端に不均一な場合がある。この時の成
膜された基板上の膜厚分布とプラズマ密度分布との各測
定結果の一例を図4および図5に示す。図において、横
軸の零点はマイクロ波導入口の中心位置を意味し、測定
位置はマイクロ波導入口中心から半径方向距離を示す。
両測定結果を比較して、プラズマ密度の分布が膜厚の分
布に影響していることがわかる。なお、これらの分布
は、基板に平行な面内では、周方向の差はわずかであ
る。従って、マイクロ波伝送部7が、マイクロ波伝送部
9と同様、全長にわたり断面形状が方形のものであって
も、図4,図5と同様の分布から得られるものと考えら
れる。半導体製造工程の成膜でこのような膜厚の不均一
は大きな問題であり、現在でもそのプラズマ密度の不均
一現象のメカニズムは解明されておらず、装置としての
大きな問題であった。
【0007】この発明の目的は、真空容器内における面
内の密度分布が均一なプラズマを形成することができ、
これにより基板表面の処理速度の分布、従って処理が成
膜の場合には膜厚分布が均一となるプラズマ処理装置を
得ることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、筒状に形成され一方の端面に
板状のマイクロ波透過窓により気密に閉鎖されるマイク
ロ波導入口が形成された真空容器と、マイクロ波発生装
置と、真空容器とマイクロ波発生装置とを結合し内部を
マイクロ波が伝わる中空導体からなるマイクロ波伝送路
の一部を構成して該伝送路のインピーダンスを調節する
EHチューナとを備え、マイクロ波発生装置で発振され
たマイクロ波をマイクロ波伝送路を通しマイクロ波透過
窓を透過させて真空容器内へ導入し、真空容器内にマイ
クロ波放電プラズマを発生させて該真空容器内の被処理
基板の表面処理を行うプラズマ処理装置において、前記
マイクロ波放電プラズマの被処理基板上における面内の
プラズマ密度分布を、真空容器壁の複数位置に取り付け
た発光強度計により自動測定し、または、基板搬送用ハ
ンドに取り付けたプローブにより基板搬送用ハンドを被
処理基板の直径方向に移動させつつ自動測定し、あるい
は、基板搬送用ハンドに取り付けたファラデーカップに
より自動測定し、測定されたプラズマ密度分布からEH
チューナとマイクロ波発生装置とを制御してプラズマ密
度分布の不均一度が所定値以下となるように制御した後
被処理基板の表面処理工程に入る装置とする。なお、プ
ラズマ密度分布をファラデーカップを用いて行うもので
は、ファラデーカップを複数個用いるようにすれば好適
である。
【0009】
【作用】この発明は、前記したプラズマ密度分布の極端
な不均一現象が、EHチューナとマイクロ波発生装置と
の調整による反射波の増減により解消されるという、本
発明者の調査に基づいてなされたものである。従って、
真空容器壁の複数位置に、測定子の採光方向が基板の直
径と垂直になるように設けた発光強度計からの信号、ま
たは基板搬送用ハンドに取り付けたプローブの基板直径
方向各位置からの信号、あるいは、基板直径各位置にお
けるファラデーカップからの信号から被処理基板上にお
ける面内のプラズマ密度分布を測定し、この分布の不均
一度が所定値以下となるようにEHチューナ内蔵の可動
プランジャを移動させるとともに、この移動に伴う反射
波の振幅や位相の変化を補って常に真空容器内に注入さ
れるマイクロ波パワーが一定になるようにマイクロ波発
生装置の出力調整機構を制御することにより、処理速度
を低下させることなく、被処理基板処理工程の当初から
均一なプラズマ密度分布が確保された状態で処理を行う
ことができる。また、プラズマ密度分布の測定にファラ
デーカップを用いる場合、複数のファラデーカップを基
板搬送用ハンド上で基板直径の全範囲にわたりプラズマ
中のイオン電流が測定できるように配置することによ
り、基板搬送用ハンドの測定各位置での停止,再移動の
制御機構を必要とせず、プラズマ密度分布を簡易にかつ
短時間に測定することができる。
【0010】
【実施例】図1に本発明の第1の実施例を示す。図にお
いて、基板搬送用ハンド12に取り付けられたプローブ
14は、先端に突き出た2本のプローブ12aの間に電
圧を印加し、プローブ12aを基板2の直径方向に移動
させながらプローブ12aに流れる電流を測定する。こ
の電流は測定信号として常に制御装置15に送られ、こ
こで送られた測定信号値の解析が行われてプラズマ密度
分布の均一性が判定され、均一性が不十分な場合には制
御信号がEHチューナ10とマイクロ波発生装置11と
に出力される。この結果、EHチューナ10では、その
E分岐10b(図6)およびH分岐10cそれぞれに内
蔵のプランジャ10dの図示されない駆動機構が制御さ
れ、プランジャ10dのマイクロ波反射面の位置が、プ
ラズマ密度分布を均一化する方向に移動する。また、マ
イクロ波発生装置11では、その出力調整機構が制御さ
れ、EHチューナ10における反射波の変化を補って真
空容器1内へ導入されるマイクロ波電力が一定に保たれ
る。この制御工程はプラズマ密度分布の均一化が達成さ
れるまで繰り返される。
【0011】図2に本発明の第2の実施例を示す。真空
容器1の壁には、プラズマ光の発光強度を測定するため
の発光強度計17が複数、その測定子の採光方向が基板
2の直径と垂直になるように設けられ、発光強度の計測
信号が制御装置15に入力される。以降の制御工程は第
1の実施例の場合と同様である。図3に本発明の第3の
実施例を示す。この実施例では、基板搬送用ハンド12
の上に複数のファラデーカップ16が1列に並んで配置
され、各位置のファラデーカップ16に入射したイオン
電流が制御装置15に送られてプラズマ密度分布が求め
られる。以降の制御工程は第1の実施例の場合と同様で
ある。
【0012】
【発明の効果】本発明においては、プラズマ処理装置を
以上のような制御が行われた後被処理基板の表面処理工
程に入る装置としたので、被処理基板処理工程の当初か
らプラズマ密度分布の均一性が確保された状態で処理が
行われ、処理結果の歩留りがよくなり、スループットが
向上する。しかも特に、プローブおよびファラデーカッ
プをプラズマ密度分布の測定に用いるものでは、基板搬
送用ハンドを利用するようにしたので、プラズマ密度分
布制御のために装置に新たに付加する機構が最小とな
り、装置の信頼性と経済性とを損なうことなく上記効果
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例によるプラズマ処理装
置を示す装置全体の部分断面図
【図2】この発明の第2の実施例によるプラズマ処理装
置を示す図であって、同図(a)は装置全体の部分断面
図、同図(b)は装置要部の正面図
【図3】この発明の第3の実施例によるプラズマ処理装
置を示す装置全体の部分断面図
【図4】従来のプラズマ処理装置におけるマイクロ波放
電プラズマの被成膜基板上の面内密度分布の一測定例を
示す図
【図5】従来のプラズマ処理装置における成膜時の膜厚
分布の一測定例を示す図
【図6】従来のプラズマ処理装置の構成例を示す装置全
体の部分断面図
【図7】マイクロ波伝送路の一部を構成してマイクロ波
伝送路のインピーダンスを調節するEHチューナの外部
構造を示す斜視図
【図8】EHチューナのE分岐,H分岐の内部構造を示
す図であって、同図(a)は各分岐の正面図、同図
(b)は側面断面図
【符号の説明】
1 真空容器 2 基板(被処理基板) 4 マイクロ波透過窓 7 マイクロ波伝送部 8 マイクロ波伝送部 9 マイクロ波伝送部 10 EHチューナ 12 基板搬送用ハンド 14 プローブ 15 制御装置 16 ファラデーカップ 17 発光強度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05H 1/16 9014−2G

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】筒状に形成され一方の端面に板状のマイク
    ロ波透過窓により気密に閉鎖されるマイクロ波導入口が
    形成された真空容器と、マイクロ波発生装置と、真空容
    器とマイクロ波発生装置とを結合し内部をマイクロ波が
    伝わる中空導体からなるマイクロ波伝送路の一部を構成
    して該伝送路のインピーダンスを調節するEHチューナ
    とを備え、マイクロ波発生装置で発振されたマイクロ波
    をマイクロ波伝送路を通しマイクロ波透過窓を透過させ
    て真空容器内へ導入し、真空容器内にマイクロ波放電プ
    ラズマを発生させて該真空容器内の被処理基板の表面処
    理を行うプラズマ処理装置において、前記マイクロ波放
    電プラズマの被処理基板上における面内のプラズマ密度
    分布を、真空容器壁の複数位置に取り付けた発光強度計
    により自動測定し、測定されたプラズマ密度分布からE
    Hチューナとマイクロ波発生装置とを自動制御してプラ
    ズマ密度分布の不均一度が所定値以下となるように自動
    制御した後、被処理基板の処理工程に入ることを特徴と
    するプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】筒状に形成され一方の端面に板状のマイク
    ロ波透過窓により気密に閉鎖されるマイクロ波導入口が
    形成された真空容器と、マイクロ波発生装置と、真空容
    器とマイクロ波発生装置とを結合し内部をマイクロ波が
    伝わる中空導体からなるマイクロ波伝送路の一部を構成
    して該伝送路のインピーダンスを調節するEHチューナ
    とを備え、マイクロ波発生装置で発振されたマイクロ波
    をマイクロ波伝送路を通しマイクロ波透過窓を透過させ
    て真空容器内へ導入し、真空容器内にマイクロ波放電プ
    ラズマを発生させて該真空容器内の被処理基板の表面処
    理を行うプラズマ処理装置において、前記マイクロ波放
    電プラズマの被処理基板上における面内のプラズマ密度
    分布を、基板搬送用ハンドに取り付けたプローブにより
    基板搬送用ハンドを被処理基板の直径方向に移動させつ
    つ自動測定し、測定されたプラズマ密度分布からEHチ
    ューナとマイクロ波発生装置とを自動制御してプラズマ
    密度分布の不均一度が所定値以下となるように自動制御
    した後、被処理基板の処理工程に入ることを特徴とする
    プラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】筒状に形成され一方の端面に板状のマイク
    ロ波透過窓により気密に閉鎖されるマイクロ波導入口が
    形成された真空容器と、マイクロ波発生装置と、真空容
    器とマイクロ波発生装置とを結合し内部をマイクロ波が
    伝わる中空導体からなるマイクロ波伝送路の一部を構成
    して該伝送路のインピーダンスを調節するEHチューナ
    とを備え、マイクロ波発生装置で発振されたマイクロ波
    をマイクロ波伝送路を通しマイクロ波透過窓を透過させ
    て真空容器内へ導入し、真空容器内にマイクロ波放電プ
    ラズマを発生させて該真空容器内の被処理基板の表面処
    理を行うプラズマ処理装置において、前記マイクロ波放
    電プラズマの被処理基板上における面内のプラズマ密度
    分布を、基板搬送用ハンドに取り付けたファラデーカッ
    プにより自動測定し、測定されたプラズマ密度分布から
    EHチューナとマイクロ波発生装置とを自動制御してプ
    ラズマ密度分布の不均一度が所定値以下となるように自
    動制御した後、被処理基板の処理工程に入ることを特徴
    とするプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】請求項第3項記載のプラズマ処理装置にお
    いて、基板搬送用ハンドに取り付けるファラデーカップ
    を複数個とし、基板搬送用ハンドを静止させてプラズマ
    密度分布を自動測定することを特徴とするプラズマ処理
    装置。
JP4048948A 1991-08-07 1992-03-06 プラズマ処理装置 Pending JPH0594955A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3-196898 1991-08-07
JP19689891 1991-08-07

Publications (1)

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JPH0594955A true JPH0594955A (ja) 1993-04-16

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ID=16365484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4048948A Pending JPH0594955A (ja) 1991-08-07 1992-03-06 プラズマ処理装置

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JP (1) JPH0594955A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1126189A (ja) * 1997-07-07 1999-01-29 Hitachi Ltd プラズマ処理方法及び装置
US9659752B2 (en) 2015-01-20 2017-05-23 Tokyo Electron Limited Method for presetting tuner of plasma processing apparatus and plasma processing apparatus
CN118431055A (zh) * 2023-01-31 2024-08-02 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备及其控制方法
US12580457B2 (en) 2023-02-23 2026-03-17 Audi Ag Device and method for connecting a stator and a pulse inverter of an electric motor of an at least partially electrically driven motor vehicle as well as motor vehicle with an electric motor

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