JPH10308385A - プラズマ処理方法、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
プラズマ処理方法、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法Info
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- JPH10308385A JPH10308385A JP9131709A JP13170997A JPH10308385A JP H10308385 A JPH10308385 A JP H10308385A JP 9131709 A JP9131709 A JP 9131709A JP 13170997 A JP13170997 A JP 13170997A JP H10308385 A JPH10308385 A JP H10308385A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料へのダメージを最小限に抑えつつ、簡易
な方法で均一なプラズマ処理を実現すること。 【解決手段】 試料(10)と真空容器(12,14)
の内壁との間にプラズマの進行方向を規制する所定の磁
界を形成する。更に、試料(10)上におけるプラズマ
の密度分布が均一となるように、試料(10)の円周方
向における磁界の強度分布を調整する。
な方法で均一なプラズマ処理を実現すること。 【解決手段】 試料(10)と真空容器(12,14)
の内壁との間にプラズマの進行方向を規制する所定の磁
界を形成する。更に、試料(10)上におけるプラズマ
の密度分布が均一となるように、試料(10)の円周方
向における磁界の強度分布を調整する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品や半導体
素子の製造工程におけるエッチングや薄膜形成等の処理
をプラズマを利用して行うプラズマ処理技術に関する。
素子の製造工程におけるエッチングや薄膜形成等の処理
をプラズマを利用して行うプラズマ処理技術に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマ処理装置は、微量の反応ガスを
含む真空容器内にマイクロ波を導入し、当該真空容器内
でガス放電を生起させてプラズマを生成する。そして、
このプラズマを試料基板の表面に照射することによっ
て、エッチングや薄膜形成等の処理を行なう。このよう
なプラズマ処理装置は、高集積半導体素子の製造に欠か
せないものとして、その研究が進められている。特に、
プラズマの励起に電子サイクロトロン共鳴(ECR:El
ectron Cyclotron Resonance)を利用したECRプラズ
マ処理装置は、低ガス圧領域下で活性度の高いプラズマ
を生成できる装置として実用化されている。
含む真空容器内にマイクロ波を導入し、当該真空容器内
でガス放電を生起させてプラズマを生成する。そして、
このプラズマを試料基板の表面に照射することによっ
て、エッチングや薄膜形成等の処理を行なう。このよう
なプラズマ処理装置は、高集積半導体素子の製造に欠か
せないものとして、その研究が進められている。特に、
プラズマの励起に電子サイクロトロン共鳴(ECR:El
ectron Cyclotron Resonance)を利用したECRプラズ
マ処理装置は、低ガス圧領域下で活性度の高いプラズマ
を生成できる装置として実用化されている。
【0003】ところで、プラズマ処理装置における処理
品質の向上のためには、プラズマが試料の全範囲にわた
って均等な密度を有することが重要である。特に、近年
開発の進んでいる直径300mmの半導体ウエハのよう
に試料の処理面積が大きくなると、その試料上における
プラズマ(特にイオン)の強度分布を均一に保つことが
今まで以上に重要となる。しかしながら、試料上でのプ
ラズマの均一性を保つことは困難であった。例えば、試
料に向かって磁界の強度が適当な勾配を持って弱くなる
発散磁界を利用して真空容器内で生成されたプラズマを
試料に照射するような構成を採る場合には、試料の処理
面上での磁束密度の分布が一様でなくなる。また、真空
容器内のプラズマは、基本的には真空容器内の磁場(発
散磁界)に拘束されて試料上に照射されるが、試料の外
周部分では真空容器の内壁方向に拡散の影響が顕著にな
るため、試料上でのプラズマは均一にならない。
品質の向上のためには、プラズマが試料の全範囲にわた
って均等な密度を有することが重要である。特に、近年
開発の進んでいる直径300mmの半導体ウエハのよう
に試料の処理面積が大きくなると、その試料上における
プラズマ(特にイオン)の強度分布を均一に保つことが
今まで以上に重要となる。しかしながら、試料上でのプ
ラズマの均一性を保つことは困難であった。例えば、試
料に向かって磁界の強度が適当な勾配を持って弱くなる
発散磁界を利用して真空容器内で生成されたプラズマを
試料に照射するような構成を採る場合には、試料の処理
面上での磁束密度の分布が一様でなくなる。また、真空
容器内のプラズマは、基本的には真空容器内の磁場(発
散磁界)に拘束されて試料上に照射されるが、試料の外
周部分では真空容器の内壁方向に拡散の影響が顕著にな
るため、試料上でのプラズマは均一にならない。
【0004】試料上のプラズマ粒子の分布が不均一であ
ると、試料上において高イオン密度領域と低イオン密度
領域とが形成されるため、エッチング処理においては、
処理速度均一性又は異方性を悪化させる等の不都合が生
じる。また、試料上で電位差が生じて電流が流れ、当該
試料上に形成される半導体素子を破壊するという事態も
生じかねない。一方、CVD処理においては、半導体基
板上に生成される膜厚の偏りなどが生じて均一な成膜が
困難になる。そして、半導体基板のプラズマ処理が均一
に行われない場合には、最終的に製造される半導体装置
の性能が劣化してしまう。
ると、試料上において高イオン密度領域と低イオン密度
領域とが形成されるため、エッチング処理においては、
処理速度均一性又は異方性を悪化させる等の不都合が生
じる。また、試料上で電位差が生じて電流が流れ、当該
試料上に形成される半導体素子を破壊するという事態も
生じかねない。一方、CVD処理においては、半導体基
板上に生成される膜厚の偏りなどが生じて均一な成膜が
困難になる。そして、半導体基板のプラズマ処理が均一
に行われない場合には、最終的に製造される半導体装置
の性能が劣化してしまう。
【0005】このため、従来においては、特公平6−4
0542、特開平6−210646、特開平1−222
437に示されているように、プラズマの輸送方向に対
する試料の後方に永久磁石を配置し、試料台上の磁束密
度分布を均一にすることにより、プラズマの均一性の向
上を図っていた。
0542、特開平6−210646、特開平1−222
437に示されているように、プラズマの輸送方向に対
する試料の後方に永久磁石を配置し、試料台上の磁束密
度分布を均一にすることにより、プラズマの均一性の向
上を図っていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の方法では、プラズマ生成用のコイルにより
真空容器内に形成される磁場を試料上で強制的に制御し
ているため、種々の問題点が発生した。例えば、試料の
外周部下方(後方)に磁石を配置した場合には、試料の
外周部に比べて試料中央部でプラズマの発散が大きくな
ってしまう。その結果、試料中央部で荷電粒子が加速さ
れ、試料にダメージを与える原因となっていた。また、
試料表面に向かう磁束が局所的に曲げられるため、磁束
密度すなわちプラズマ密度が不均一となってしまう。更
に、試料(試料台)に対して高周波バイアス(RFバイ
アス)を印加した時に、プラズマのインピーダンスが空
間的に不均一となり、試料に印加されるRFバイアスが
不均一となる。このような種々の問題が、試料の均一な
処理の妨げとなっていた。
ような従来の方法では、プラズマ生成用のコイルにより
真空容器内に形成される磁場を試料上で強制的に制御し
ているため、種々の問題点が発生した。例えば、試料の
外周部下方(後方)に磁石を配置した場合には、試料の
外周部に比べて試料中央部でプラズマの発散が大きくな
ってしまう。その結果、試料中央部で荷電粒子が加速さ
れ、試料にダメージを与える原因となっていた。また、
試料表面に向かう磁束が局所的に曲げられるため、磁束
密度すなわちプラズマ密度が不均一となってしまう。更
に、試料(試料台)に対して高周波バイアス(RFバイ
アス)を印加した時に、プラズマのインピーダンスが空
間的に不均一となり、試料に印加されるRFバイアスが
不均一となる。このような種々の問題が、試料の均一な
処理の妨げとなっていた。
【0007】更に、真空容器内に導入されたマイクロ波
の電界強度分布が、例えば、基本モードである円形TE
11モードのように軸対称でない分布を有する場合には、
このマイクロ波によって生成されたプラズマの分布も軸
対称とはならない。その結果、試料の処理速度の分布も
X、Y方向で異なってしまう。真空容器に導入する前の
マイクロ波のモードを変換することによって、このよう
な状況を回避することができるが、プラズマ処理装置の
構成の複雑化及び大型化を伴うことになる。
の電界強度分布が、例えば、基本モードである円形TE
11モードのように軸対称でない分布を有する場合には、
このマイクロ波によって生成されたプラズマの分布も軸
対称とはならない。その結果、試料の処理速度の分布も
X、Y方向で異なってしまう。真空容器に導入する前の
マイクロ波のモードを変換することによって、このよう
な状況を回避することができるが、プラズマ処理装置の
構成の複雑化及び大型化を伴うことになる。
【0008】本発明は上記のような状況に鑑みてなされ
たものであり、試料へのダメージを最小限に抑えつつ、
簡易な方法で均一なプラズマ処理を実現可能なプラズマ
処理方法を提供することを第1の目的とする。
たものであり、試料へのダメージを最小限に抑えつつ、
簡易な方法で均一なプラズマ処理を実現可能なプラズマ
処理方法を提供することを第1の目的とする。
【0009】また、試料へのダメージを最小限に抑えつ
つ、簡素な構成で均一なプラズマ処理を実現可能なプラ
ズマ処理装置を提供することを本発明の第2の目的とす
る。
つ、簡素な構成で均一なプラズマ処理を実現可能なプラ
ズマ処理装置を提供することを本発明の第2の目的とす
る。
【0010】更に、半導体基板へのダメージを最小限に
抑えつつ、簡易な方法で均一なプラズマ処理を実現する
ことにより、高品質な半導体装置の製造に寄与する半導
体装置の製造方法を提供することを本発明の第3の目的
とする。
抑えつつ、簡易な方法で均一なプラズマ処理を実現する
ことにより、高品質な半導体装置の製造に寄与する半導
体装置の製造方法を提供することを本発明の第3の目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の態様にかかるプラズマ処理方法にお
いては、試料(10)と真空容器(12,14)の内壁
との間にプラズマの進行方向を規制する所定の磁界を形
成する。更に、試料(10)上におけるプラズマの密度
分布が均一となるように、試料(10)の円周方向にお
ける磁界の強度分布を調整する。
に、本発明の第1の態様にかかるプラズマ処理方法にお
いては、試料(10)と真空容器(12,14)の内壁
との間にプラズマの進行方向を規制する所定の磁界を形
成する。更に、試料(10)上におけるプラズマの密度
分布が均一となるように、試料(10)の円周方向にお
ける磁界の強度分布を調整する。
【0012】本発明の第2の態様にかかるプラズマ処理
装置は、試料(10)と真空容器(12,14)の内壁
との間において、プラズマの進行方向を規制する磁界を
形成する磁界形成手段(44)を備えている。また、試
料(10)の円周方向における磁界の強度分布を制御す
べく、磁界形成手段(44)に対して所定の調整を行な
う。ここで、磁界形成手段としては、試料(10)と真
空容器(12,14)の内壁との間において試料(1
0)を包囲するように配置された永久磁石(44)を用
いることができる。更に、その永久磁石(44)を複数
の永久磁石片(44a)で構成し、磁石位置調整機構
(50)によってプラズマの進行方向と平行な方向にお
ける各永久磁石片(44a)の位置を各々調整するよう
に構成することができる。或いは、リング状一体型の永
久磁石(56)を用い、試料(10)の円周方向におけ
る磁界の強度分布を制御すべく、プラズマの進行方向と
平行な方向における永久磁石(56)の高さを予め調整
しても良い。
装置は、試料(10)と真空容器(12,14)の内壁
との間において、プラズマの進行方向を規制する磁界を
形成する磁界形成手段(44)を備えている。また、試
料(10)の円周方向における磁界の強度分布を制御す
べく、磁界形成手段(44)に対して所定の調整を行な
う。ここで、磁界形成手段としては、試料(10)と真
空容器(12,14)の内壁との間において試料(1
0)を包囲するように配置された永久磁石(44)を用
いることができる。更に、その永久磁石(44)を複数
の永久磁石片(44a)で構成し、磁石位置調整機構
(50)によってプラズマの進行方向と平行な方向にお
ける各永久磁石片(44a)の位置を各々調整するよう
に構成することができる。或いは、リング状一体型の永
久磁石(56)を用い、試料(10)の円周方向におけ
る磁界の強度分布を制御すべく、プラズマの進行方向と
平行な方向における永久磁石(56)の高さを予め調整
しても良い。
【0013】本発明の第3の態様にかかる半導体装置の
製造方法においては、半導体基板(10)と真空容器
(12,14)の内壁との間に所定の磁界を形成して、
真空容器(12,14)の内壁側に拡散するプラズマを
トラップする。更に、半導体基板(10)上におけるプ
ラズマの密度分布が均一となるように、半導体基板(1
0)の円周方向における磁界の強度分布を調整する。
製造方法においては、半導体基板(10)と真空容器
(12,14)の内壁との間に所定の磁界を形成して、
真空容器(12,14)の内壁側に拡散するプラズマを
トラップする。更に、半導体基板(10)上におけるプ
ラズマの密度分布が均一となるように、半導体基板(1
0)の円周方向における磁界の強度分布を調整する。
【0014】
【作用】上述したように、本発明においては、試料(1
0)と真空容器(12,14)の内壁との間に所定の磁
界を形成しているため、真空容器(12,14)の内壁
側へのプラズマの拡散が抑制され、真空容器(12,1
4)側に向かって減少するプラズマ密度勾配を緩やかに
でき、試料(10)上におけるプラズマ密度の均一性向
上に寄与することができる。このような方法は、試料
(10)の中心から真空容器(12,14)の内壁に向
かう放射方向の均一性を向上させるものであり、試料
(10)上での円周方向のプラズマ密度が均一の場合に
は効果が大きい。しかしながら、真空容器(12,1
4)に導入されるマイクロ波の磁界強度分布の影響等に
よって試料(10)の円周方向に不均一なプラズマが生
成された場合には、試料(10)上におけるプラズマの
均一性を十分に確保することが困難となる。そこで、本
発明においては、試料(10)上におけるプラズマの密
度分布が均一となるように、試料(10)の円周方向に
おける磁界の強度分布を調整している。すなわち、試料
(10)と真空容器(12,14)の内壁との間に形成
された磁界の強度を、試料(10)の円周方向において
独立(不均一)に調整する。例えば、試料(10)を包
囲する複数の永久磁石片(44a)の高さを各々別々に
調整するように構成することができる。或いは、リング
状一体型の永久磁石(56)を用い、試料(10)の円
周方向における磁界の強度分布を制御すべく、プラズマ
の進行方向と平行な方向における永久磁石(56)の高
さを予め調整しておくこともできる。その結果、マイク
ロ波の磁界強度分布の影響等によって試料(10)の円
周方向に不均一なプラズマが生成されてしまった場合に
も、試料(10)上におけるプラズマの均一性を十分に
確保することができる。
0)と真空容器(12,14)の内壁との間に所定の磁
界を形成しているため、真空容器(12,14)の内壁
側へのプラズマの拡散が抑制され、真空容器(12,1
4)側に向かって減少するプラズマ密度勾配を緩やかに
でき、試料(10)上におけるプラズマ密度の均一性向
上に寄与することができる。このような方法は、試料
(10)の中心から真空容器(12,14)の内壁に向
かう放射方向の均一性を向上させるものであり、試料
(10)上での円周方向のプラズマ密度が均一の場合に
は効果が大きい。しかしながら、真空容器(12,1
4)に導入されるマイクロ波の磁界強度分布の影響等に
よって試料(10)の円周方向に不均一なプラズマが生
成された場合には、試料(10)上におけるプラズマの
均一性を十分に確保することが困難となる。そこで、本
発明においては、試料(10)上におけるプラズマの密
度分布が均一となるように、試料(10)の円周方向に
おける磁界の強度分布を調整している。すなわち、試料
(10)と真空容器(12,14)の内壁との間に形成
された磁界の強度を、試料(10)の円周方向において
独立(不均一)に調整する。例えば、試料(10)を包
囲する複数の永久磁石片(44a)の高さを各々別々に
調整するように構成することができる。或いは、リング
状一体型の永久磁石(56)を用い、試料(10)の円
周方向における磁界の強度分布を制御すべく、プラズマ
の進行方向と平行な方向における永久磁石(56)の高
さを予め調整しておくこともできる。その結果、マイク
ロ波の磁界強度分布の影響等によって試料(10)の円
周方向に不均一なプラズマが生成されてしまった場合に
も、試料(10)上におけるプラズマの均一性を十分に
確保することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て実施例を用いて説明する。以下に示す各実施例は、半
導体装置の製造工程の一部であるシリコンウエハのプラ
ズマ処理に本発明の技術的思想を適用したものである。
て実施例を用いて説明する。以下に示す各実施例は、半
導体装置の製造工程の一部であるシリコンウエハのプラ
ズマ処理に本発明の技術的思想を適用したものである。
【0016】
【実施例】図1は、本発明の第1実施例にかかるプラズ
マ処理装置の構成を示す。本実施例のプラズマ処理装置
は、直径300mmのシリコンウエハ10に対してエッ
チング等の所定のプラズマ処理を行うものであり、プラ
ズマを生成する中空円筒形状のプラズマ生成室12と、
プラズマ生成室12に連通した反応室14とを備えてい
る。本装置で処理される試料としては、直径300mm
のシリコンウエハ10以外にも直径200mのウエハや
LCD用ガラス基板等、均一なプラズマ処理が要求され
る各種の試料を対象とすることが出来る。プラズマ生成
室12の上部には、マグネトロン等のマイクロ波発振器
(図示せず)に接続された円形導波管16が連結されて
おり、マイクロ波(2.45GHz)を円形導波管16
を介してプラズマ生成室12に導くようになっている。
マ処理装置の構成を示す。本実施例のプラズマ処理装置
は、直径300mmのシリコンウエハ10に対してエッ
チング等の所定のプラズマ処理を行うものであり、プラ
ズマを生成する中空円筒形状のプラズマ生成室12と、
プラズマ生成室12に連通した反応室14とを備えてい
る。本装置で処理される試料としては、直径300mm
のシリコンウエハ10以外にも直径200mのウエハや
LCD用ガラス基板等、均一なプラズマ処理が要求され
る各種の試料を対象とすることが出来る。プラズマ生成
室12の上部には、マグネトロン等のマイクロ波発振器
(図示せず)に接続された円形導波管16が連結されて
おり、マイクロ波(2.45GHz)を円形導波管16
を介してプラズマ生成室12に導くようになっている。
【0017】円形導波管16とプラズマ生成室12との
間には、マイクロ波導入窓20が配置されている。マイ
クロ波導入窓20は、石英ガラス等のマイクロ波透過物
質からなり、プラズマ生成室12を気密に封止するよう
に設計されている。プラズマ生成室12の外側には、円
形導波管16の接続部を含み、これらを同心円状に囲む
様に3段のメインコイル22,24,26が配置されて
いる。メインコイル22,24,26の下方には、1段
のサブコイル28が配置されている。これらのメインコ
イル22,24,26とサブコイル28は、マイクロは
導入方向の磁界を印加し、プラズマ生成室12内にEC
R条件を満たす磁束密度875ガウスの領域(100)
を形成する。メインコイル22,24,26及びサブコ
イル28は、電流供給部40から必要な電流の供給を受
けるようになっている。プラズマ生成室12に連通され
た反応室14内には、シリコンウエハ10を静電吸着等
の固定手段によって保持する試料台32が設置されてい
る。
間には、マイクロ波導入窓20が配置されている。マイ
クロ波導入窓20は、石英ガラス等のマイクロ波透過物
質からなり、プラズマ生成室12を気密に封止するよう
に設計されている。プラズマ生成室12の外側には、円
形導波管16の接続部を含み、これらを同心円状に囲む
様に3段のメインコイル22,24,26が配置されて
いる。メインコイル22,24,26の下方には、1段
のサブコイル28が配置されている。これらのメインコ
イル22,24,26とサブコイル28は、マイクロは
導入方向の磁界を印加し、プラズマ生成室12内にEC
R条件を満たす磁束密度875ガウスの領域(100)
を形成する。メインコイル22,24,26及びサブコ
イル28は、電流供給部40から必要な電流の供給を受
けるようになっている。プラズマ生成室12に連通され
た反応室14内には、シリコンウエハ10を静電吸着等
の固定手段によって保持する試料台32が設置されてい
る。
【0018】試料台32の周囲には、シリコンウエハ1
0と同心円となるように永久磁石44が備えられてい
る。永久磁石44は、後に詳述するように、複数の磁石
片44aから構成され、各々の磁石片44aが昇降機構
50によって上下方向、すなわち、プラズマの進行方向
と平行な方向に移動可能な構成となっている。
0と同心円となるように永久磁石44が備えられてい
る。永久磁石44は、後に詳述するように、複数の磁石
片44aから構成され、各々の磁石片44aが昇降機構
50によって上下方向、すなわち、プラズマの進行方向
と平行な方向に移動可能な構成となっている。
【0019】反応室14の側壁には、プラズマ生成室1
2及び反応室14のガスを排気する排気管34が設けら
れており、当該排気管34からの真空排気によりプラズ
マ生成室12と反応室14を高真空状態に維持するよう
になっている。反応室14には、プラズマ生成に必要な
反応ガスを供給するためのガス供給管36が設けられて
いる。また、図示しないが、プラズマ生成室12の周囲
にはクーラントパスが形成され、このクーラントパスを
循環する冷却水(クーラント)によってプラズマ生成室
12を冷却するようになっている。
2及び反応室14のガスを排気する排気管34が設けら
れており、当該排気管34からの真空排気によりプラズ
マ生成室12と反応室14を高真空状態に維持するよう
になっている。反応室14には、プラズマ生成に必要な
反応ガスを供給するためのガス供給管36が設けられて
いる。また、図示しないが、プラズマ生成室12の周囲
にはクーラントパスが形成され、このクーラントパスを
循環する冷却水(クーラント)によってプラズマ生成室
12を冷却するようになっている。
【0020】図1に示す装置においては、一端がアース
された高周波電源48が試料台32に接続されており、
当該試料台32にRF電力を印加することによって、シ
リコンウエハ10の表面近傍で生じる化学反応を促進で
きるように構成されている。これにより、薄膜成膜速度
やエッチング速度の向上等、プラズマ処理の効率を向上
させることが可能となる。
された高周波電源48が試料台32に接続されており、
当該試料台32にRF電力を印加することによって、シ
リコンウエハ10の表面近傍で生じる化学反応を促進で
きるように構成されている。これにより、薄膜成膜速度
やエッチング速度の向上等、プラズマ処理の効率を向上
させることが可能となる。
【0021】図2は、試料台32の周辺に配置された永
久磁石44の構成を示す。また、図3は永久磁石44を
構成する磁石片44aの配置を示し、(A)が上方から
見た様子であり、(B)が正面から見た様子である。永
久磁石44は、試料台32を囲むように等間隔で配置さ
れた16個の磁石片44aから構成されている。16個
の磁石片44aは同一の強度(磁力)を有し、各々別々
の昇降機構50aによって、上下方向に移動可能な構成
となっており、シリコンウエハ10上でのプラズマ密度
分布に応じて高さhの調整がされている。なお、本実施
例における高さhは、磁石片44aの上面からシリコン
ウエハ10の処理面までの距離として設定されている。
なお、磁石片44aの数は16個に限らず、必要に応じ
て増減できることは言うまでもない。
久磁石44の構成を示す。また、図3は永久磁石44を
構成する磁石片44aの配置を示し、(A)が上方から
見た様子であり、(B)が正面から見た様子である。永
久磁石44は、試料台32を囲むように等間隔で配置さ
れた16個の磁石片44aから構成されている。16個
の磁石片44aは同一の強度(磁力)を有し、各々別々
の昇降機構50aによって、上下方向に移動可能な構成
となっており、シリコンウエハ10上でのプラズマ密度
分布に応じて高さhの調整がされている。なお、本実施
例における高さhは、磁石片44aの上面からシリコン
ウエハ10の処理面までの距離として設定されている。
なお、磁石片44aの数は16個に限らず、必要に応じ
て増減できることは言うまでもない。
【0022】図4は、各磁石片44aの高さhを、シリ
コンウエハ10の中心を基準とした角度θに対する値と
して白丸で示す。すなわち、本実施例においては、θが
90度と270度の位置にある磁石片44aの高さhが
最大となり、θが0度(360度)と180度の位置に
ある磁石片44aの高さhが最小となるように設定され
ている。なお、昇降機構50aは、手動で上下に駆動す
る構成でも良く、或いは所定の駆動機構(モータ等)に
よって自動的に駆動する構成でも良い。
コンウエハ10の中心を基準とした角度θに対する値と
して白丸で示す。すなわち、本実施例においては、θが
90度と270度の位置にある磁石片44aの高さhが
最大となり、θが0度(360度)と180度の位置に
ある磁石片44aの高さhが最小となるように設定され
ている。なお、昇降機構50aは、手動で上下に駆動す
る構成でも良く、或いは所定の駆動機構(モータ等)に
よって自動的に駆動する構成でも良い。
【0023】図5は、マイクロ波導入窓20を透過して
プラズマ室12に導入されるマイクロ波(円形TE11モ
ード)の電界強度分布を示す。図から分かるように、こ
のようなモードにおけるマイクロ波の電界強度分布はX
方向とY方向とで異なっている。図に示すようなマイク
ロ波の電界強度分布により、シリコンウエハ10上では
円周方向におけるプラズマ密度分布が不均一になる。こ
のようなプラズマ密度分布の不均一性を補正するのが本
発明の方法及び装置である。
プラズマ室12に導入されるマイクロ波(円形TE11モ
ード)の電界強度分布を示す。図から分かるように、こ
のようなモードにおけるマイクロ波の電界強度分布はX
方向とY方向とで異なっている。図に示すようなマイク
ロ波の電界強度分布により、シリコンウエハ10上では
円周方向におけるプラズマ密度分布が不均一になる。こ
のようなプラズマ密度分布の不均一性を補正するのが本
発明の方法及び装置である。
【0024】次に、本実施例の全体的な動作について説
明する。本実施例の装置を用いてシリコンウエハ10上
に形成されたポリシリコン膜のエッチングを行う場合に
は、まず、処理対象となるシリコンウエハ10を試料台
32上に固定し、排気管34からの真空排気により、プ
ラズマ生成室12及び反応室14の内圧を所定圧にまで
減圧する。次に、ガス供給管36からプラズマ生成室1
2及び反応室14内に反応ガス(Cl2)を導入し、プ
ラズマ生成室12及び反応室14の内圧を1×10-3To
rr 前後に保つ。
明する。本実施例の装置を用いてシリコンウエハ10上
に形成されたポリシリコン膜のエッチングを行う場合に
は、まず、処理対象となるシリコンウエハ10を試料台
32上に固定し、排気管34からの真空排気により、プ
ラズマ生成室12及び反応室14の内圧を所定圧にまで
減圧する。次に、ガス供給管36からプラズマ生成室1
2及び反応室14内に反応ガス(Cl2)を導入し、プ
ラズマ生成室12及び反応室14の内圧を1×10-3To
rr 前後に保つ。
【0025】その後、メインコイル22,24,26及
びサブコイル28の通電によりプラズマ生成室12の内
部に磁界を形成すると共に、円形導波管16からマイク
ロ波導入窓20を経てプラズマ生成室12内にマイクロ
波を導入する。このマイクロ波は、周波数f=2.45
GHz(波長λ=約12.2cm)、パワー1000W
に設定されている。
びサブコイル28の通電によりプラズマ生成室12の内
部に磁界を形成すると共に、円形導波管16からマイク
ロ波導入窓20を経てプラズマ生成室12内にマイクロ
波を導入する。このマイクロ波は、周波数f=2.45
GHz(波長λ=約12.2cm)、パワー1000W
に設定されている。
【0026】プラズマ生成室12内にマイクロ波が導入
されると、ECR面100において反応ガスを共鳴励起
し、プラズマを生成する。メインコイル22,24,2
6及びサブコイル28により形成される磁界は、反応室
14側に向かうに従って磁束密度が低下する発散磁界で
あり、プラズマ生成室12で生成されたプラズマは、こ
の発散磁界の作用により反応室14に引き出され、試料
台32上のシリコンウエハ10表面に照射されて、エッ
チングが行われる。
されると、ECR面100において反応ガスを共鳴励起
し、プラズマを生成する。メインコイル22,24,2
6及びサブコイル28により形成される磁界は、反応室
14側に向かうに従って磁束密度が低下する発散磁界で
あり、プラズマ生成室12で生成されたプラズマは、こ
の発散磁界の作用により反応室14に引き出され、試料
台32上のシリコンウエハ10表面に照射されて、エッ
チングが行われる。
【0027】上述したように、メインコイル22,2
4,26及びサブコイル28によって生じる発散磁界に
沿って照射されるプラズマが、永久磁石44による磁界
によってトラップされるため、反応室(真空容器)14
の内壁に向かうプラズマを大幅に減少させることができ
る。また、シリコンウエハ10上においては磁界の急激
な変化が生じることが無く、シリコンウエハ10上での
プラズマ密度の局所的な変化を引き起こすこともない。
更に、昇降機構50aによって各磁石片44aの高さh
を予め調整しているため、例えば、マイクロ波導入窓2
0を透過してプラズマ室12に導入されるマイクロ波
(円形TE11モード)の電界強度分布がX方向とY方向
とで異なり、シリコンウエハ10の円周方向におけるプ
ラズマ密度分布が不均一な場合にも、シリコンウエハ1
0上でのプラズマ密度分布を補正することができる。
4,26及びサブコイル28によって生じる発散磁界に
沿って照射されるプラズマが、永久磁石44による磁界
によってトラップされるため、反応室(真空容器)14
の内壁に向かうプラズマを大幅に減少させることができ
る。また、シリコンウエハ10上においては磁界の急激
な変化が生じることが無く、シリコンウエハ10上での
プラズマ密度の局所的な変化を引き起こすこともない。
更に、昇降機構50aによって各磁石片44aの高さh
を予め調整しているため、例えば、マイクロ波導入窓2
0を透過してプラズマ室12に導入されるマイクロ波
(円形TE11モード)の電界強度分布がX方向とY方向
とで異なり、シリコンウエハ10の円周方向におけるプ
ラズマ密度分布が不均一な場合にも、シリコンウエハ1
0上でのプラズマ密度分布を補正することができる。
【0028】シリコンウエハ10と反応室14の内壁と
の間に形成された磁界の強さを調整する方法としては、
シリコンウエハ10を包囲する複数の永久磁石の強度を
予め調整しておく(変えておく)こともできる。ただ
し、この方法では、磁石を設置した後に磁界強度分布の
微調整を行うことができない。また、少しずつ強度の異
なる磁石を多数製造するために多くのコストがかかると
いう不都合がある。そこで、上記実施例のように、各磁
石片44aの強度を一定とし、高さhを調整することに
よって、シリコンウエハ10と反応室14の間の磁界強
度分布を調整することにより上記不都合を解消すること
ができる。すなわち、低コストでありながら、設置後の
微調整を容易に行うことが可能となる。
の間に形成された磁界の強さを調整する方法としては、
シリコンウエハ10を包囲する複数の永久磁石の強度を
予め調整しておく(変えておく)こともできる。ただ
し、この方法では、磁石を設置した後に磁界強度分布の
微調整を行うことができない。また、少しずつ強度の異
なる磁石を多数製造するために多くのコストがかかると
いう不都合がある。そこで、上記実施例のように、各磁
石片44aの強度を一定とし、高さhを調整することに
よって、シリコンウエハ10と反応室14の間の磁界強
度分布を調整することにより上記不都合を解消すること
ができる。すなわち、低コストでありながら、設置後の
微調整を容易に行うことが可能となる。
【0029】次に、本実施例の装置を用いてシリコンウ
エハ10への薄膜形成を行う場合には、以上の各手順に
加え、ガス供給管36を経て所定の原料ガスを導入し、
当該ガスにより生成されたプラズマをシリコンウエハ1
0に照射する。これによりシリコンウエハ10の表面に
は、原料ガスの反応により生成される物質の薄膜が形成
される。このような薄膜形成においても、均等な密度を
有するプラズマが生成され、シリコンウエハ10の表面
に形成される薄膜の膜厚分布が均等化される。その結
果、最終的に製造される半導体装置の品質、性能が向上
する。ここで、半導体装置としては、トランジスタのよ
うな半導体素子自体や、RAM等の完成された半導体デ
バイス等を含むものとする。
エハ10への薄膜形成を行う場合には、以上の各手順に
加え、ガス供給管36を経て所定の原料ガスを導入し、
当該ガスにより生成されたプラズマをシリコンウエハ1
0に照射する。これによりシリコンウエハ10の表面に
は、原料ガスの反応により生成される物質の薄膜が形成
される。このような薄膜形成においても、均等な密度を
有するプラズマが生成され、シリコンウエハ10の表面
に形成される薄膜の膜厚分布が均等化される。その結
果、最終的に製造される半導体装置の品質、性能が向上
する。ここで、半導体装置としては、トランジスタのよ
うな半導体素子自体や、RAM等の完成された半導体デ
バイス等を含むものとする。
【0030】図6は、本発明の他の実施例にかかる永久
磁石56の構成を示し、(A)が平面図、(B)が正面
図である。本実施例の永久磁石56は、上述した実施例
の永久磁石44(44a)に代えて使用するものであ
り、リング状に一体成形されている。本実施例において
もシリコンウエハ10の上面から永久磁石56の上面ま
での距離(高さ)をhとし、その高さhを変形調整して
いる。先に示した図4において、永久磁石56の高さh
を、シリコンウエハ10の中心を基準とした角度θに対
する値として連続線で示す。すなわち、本実施例におい
ても、θが90度と270度の位置にある永久磁石56
の高さhが最大となり、θが0度(360度)と180
度の位置にある永久磁石56の高さhが最小となるよう
に設定されている。このような構成を採ることにより、
上述した実施例と同様の作用効果を得ることができる。
磁石56の構成を示し、(A)が平面図、(B)が正面
図である。本実施例の永久磁石56は、上述した実施例
の永久磁石44(44a)に代えて使用するものであ
り、リング状に一体成形されている。本実施例において
もシリコンウエハ10の上面から永久磁石56の上面ま
での距離(高さ)をhとし、その高さhを変形調整して
いる。先に示した図4において、永久磁石56の高さh
を、シリコンウエハ10の中心を基準とした角度θに対
する値として連続線で示す。すなわち、本実施例におい
ても、θが90度と270度の位置にある永久磁石56
の高さhが最大となり、θが0度(360度)と180
度の位置にある永久磁石56の高さhが最小となるよう
に設定されている。このような構成を採ることにより、
上述した実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【0031】図7は、図6の実施例の永久磁石56を使
用した場合のシリコンウエハ10上におけるイオン電流
密度の分布を示す。図7に示すデータは、電力1.5k
Wのマイクロ波を使用し、プラズマ生成室12及び反応
室14の圧力を2×10-3Torrに保ち、100sccmのC
l2ガスを使用して試験を行った結果である。また、図
8は高さ調整をしないで一定の高さの永久磁石を使用し
た場合のシリコンウエハ10上のイオン電流密度の分布
を示す。図7及び図8から判るように、本実施例の永久
磁石56を用いた場合の方がシリコンウエハ10上のイ
オン電流密度均一性が優れている。更に、本実施例によ
れば、イオン電流の均一性のみならず、シリコンウエハ
10(試料)上におけるイオン電流の絶対値も高く、処
理の均一化に加えて処理の高速化を図ることも期待でき
る。
用した場合のシリコンウエハ10上におけるイオン電流
密度の分布を示す。図7に示すデータは、電力1.5k
Wのマイクロ波を使用し、プラズマ生成室12及び反応
室14の圧力を2×10-3Torrに保ち、100sccmのC
l2ガスを使用して試験を行った結果である。また、図
8は高さ調整をしないで一定の高さの永久磁石を使用し
た場合のシリコンウエハ10上のイオン電流密度の分布
を示す。図7及び図8から判るように、本実施例の永久
磁石56を用いた場合の方がシリコンウエハ10上のイ
オン電流密度均一性が優れている。更に、本実施例によ
れば、イオン電流の均一性のみならず、シリコンウエハ
10(試料)上におけるイオン電流の絶対値も高く、処
理の均一化に加えて処理の高速化を図ることも期待でき
る。
【0032】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想とし
ての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料(10)と真空容器(12,14)の内壁との間に磁
界を形成して、真空容器(12,14)の内壁側へのプ
ラズマの拡散を抑制しているため、試料に対してダメー
ジを与えることなく均一なプラズマ処理を行うことがで
きるという効果がある。すなわち、試料上での磁場の発
散具合の不均一性による荷電粒子の加速によって、試料
にダメージを与えることがない。また、試料(試料台)
に対して高周波バイアス(RFバイアス)を印加した時
にも、プラズマのインピーダンスの空間的均一性を損な
うこともなく、試料に印加されるRFバイアスが均一と
なる。更に、試料(10)上におけるプラズマの密度分
布が均一となるように、試料(10)の円周方向におけ
る磁界の強度分布を調整しているため、マイクロ波の磁
界強度分布の影響等によって試料(10)の円周方向に
不均一なプラズマが生成された場合にも、試料(10)
上におけるプラズマの均一性を十分に確保することがで
きる。その結果、最終的には、本発明のプラズマ処理方
法を経て製造された半導体装置の品質が向上することに
なる。
料(10)と真空容器(12,14)の内壁との間に磁
界を形成して、真空容器(12,14)の内壁側へのプ
ラズマの拡散を抑制しているため、試料に対してダメー
ジを与えることなく均一なプラズマ処理を行うことがで
きるという効果がある。すなわち、試料上での磁場の発
散具合の不均一性による荷電粒子の加速によって、試料
にダメージを与えることがない。また、試料(試料台)
に対して高周波バイアス(RFバイアス)を印加した時
にも、プラズマのインピーダンスの空間的均一性を損な
うこともなく、試料に印加されるRFバイアスが均一と
なる。更に、試料(10)上におけるプラズマの密度分
布が均一となるように、試料(10)の円周方向におけ
る磁界の強度分布を調整しているため、マイクロ波の磁
界強度分布の影響等によって試料(10)の円周方向に
不均一なプラズマが生成された場合にも、試料(10)
上におけるプラズマの均一性を十分に確保することがで
きる。その結果、最終的には、本発明のプラズマ処理方
法を経て製造された半導体装置の品質が向上することに
なる。
【図1】図1は、本発明の実施例にかかるプラズマ処理
装置の概略構成を示す概念図である。
装置の概略構成を示す概念図である。
【図2】図2は、図1に示すプラズマ処理装置における
試料台近傍の構成を示す正面図である。
試料台近傍の構成を示す正面図である。
【図3】図3は、図1に示すプラズマ処理装置に使用さ
れる永久磁石の構成を示し、(A)が平面図であり、
(B)が正面図である。
れる永久磁石の構成を示し、(A)が平面図であり、
(B)が正面図である。
【図4】図4は、実施例にかかる磁石の高さ分布を示す
グラフである。
グラフである。
【図5】図5は、実施例のプラズマ処理装置の真空容器
内に導入されるTE11モードのマイクロ波の電界強度分
布を示すグラフである。
内に導入されるTE11モードのマイクロ波の電界強度分
布を示すグラフである。
【図6】図6は、本発明の他の実施例にかかるプラズマ
処理装置に使用される永久磁石の構成を示し、(A)が
平面図であり、(B)が正面図である。
処理装置に使用される永久磁石の構成を示し、(A)が
平面図であり、(B)が正面図である。
【図7】図7は、図6に示す実施例の効果を説明するた
めの実験データを示す参考図(グラフ)である。
めの実験データを示す参考図(グラフ)である。
【図8】図8は、図6に示す実施例の効果を説明するた
めに使用される比較例に対する実験データを示す参考図
(グラフ)である。
めに使用される比較例に対する実験データを示す参考図
(グラフ)である。
10・・・シリコンウエハ(試料) 12・・・プラズマ生成室 14・・・反応室 22,24,26・・・メインコイル 28・・・サブコイル 44,56・・・永久磁石 44a・・・磁石片 50,50a・・・昇降機構
Claims (6)
- 【請求項1】真空容器内に配置された試料に対してプラ
ズマを照射することにより、当該試料に対して所定の処
理を施すプラズマ処理方法において、 前記試料と前記真空容器の内壁との間に前記プラズマの
進行方向を規制する所定の磁界を形成するとともに、 前記試料上における前記プラズマの密度分布を制御すべ
く、前記試料の円周方向における前記磁界の強度分布を
調整することを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項2】真空容器内に配置された試料に対してプラ
ズマを照射することにより、当該試料に対して所定の処
理を施すプラズマ処理装置において、 前記試料と前記真空容器の内壁との間において、前記プ
ラズマの進行方向を規制する磁界を形成する磁界形成手
段を備えると共に、 前記試料の円周方向における前記磁界の強度分布を制御
すべく、前記磁界形成手段に対して所定の調整を行うこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項3】前記磁界形成手段は、前記試料と前記真空
容器の内壁との間において前記試料を包囲するように配
置された永久磁石であることを特徴とする請求項2に記
載のプラズマ処理装置。 - 【請求項4】前記永久磁石は複数の永久磁石片から構成
され、 前記永久磁石による磁界の強度分布を制御すべく、前記
プラズマの進行方向と平行な方向における前記複数の永
久磁石片の位置を各々調整する磁石位置調整機構を更に
含むことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項5】前記永久磁石は前記試料を包囲するように
配置されたリング状一体型の永久磁石であり、 前記永久磁石による磁界の強度分布を制御すべく、前記
プラズマの進行方向と平行な方向における前記永久磁石
の高さを予め調整して当該永久磁石を成形したことを特
徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項6】真空容器内に配置された半導体基板に対し
てプラズマを照射することにより、当該半導体基板に対
して所定の処理を施すプラズマ処理工程を含む半導体装
置の製造方法であり、前記プラズマ処理工程において、 前記半導体基板と前記真空容器の内壁との間に前記プラ
ズマの進行方向を規制する所定の磁界を形成するととも
に、 前記試料上における前記プラズマの密度分布を制御すべ
く、前記試料の円周方向における前記磁界の強度分布を
調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9131709A JPH10308385A (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | プラズマ処理方法、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9131709A JPH10308385A (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | プラズマ処理方法、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10308385A true JPH10308385A (ja) | 1998-11-17 |
Family
ID=15064371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9131709A Pending JPH10308385A (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | プラズマ処理方法、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10308385A (ja) |
-
1997
- 1997-05-06 JP JP9131709A patent/JPH10308385A/ja active Pending
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