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JPH0216732A - プラズマ反応装置 - Google Patents

プラズマ反応装置

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Publication number
JPH0216732A
JPH0216732A JP63165813A JP16581388A JPH0216732A JP H0216732 A JPH0216732 A JP H0216732A JP 63165813 A JP63165813 A JP 63165813A JP 16581388 A JP16581388 A JP 16581388A JP H0216732 A JPH0216732 A JP H0216732A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microwave
circular
mode
plasma generation
rectangular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP63165813A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiaki Ogawa
小川　敏明
Nobuo Fujiwara
伸夫 藤原
Kenji Kawai
健治 川井
Teruo Shibano
芝野　照夫
Hiroyuki Morita
博之 森田
Kyusaku Nishioka
西岡　久作
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP63165813A priority Critical patent/JPH0216732A/ja
Priority to US07/269,688 priority patent/US4877509A/en
Priority to DE3844034A priority patent/DE3844034C2/de
Publication of JPH0216732A publication Critical patent/JPH0216732A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32293—Microwave generated discharge using particular waveforms, e.g. polarised waves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/32678—Electron cyclotron resonance

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、マイクロ波放電や電子サイクロトロン共鳴
放電等の有磁場マイクロ波放電により発生させたプラズ
マを用いて、半導体基板表面にエツチング、薄膜形成等
の処理を行うプラズマ反応装置に関する。
［従来の技術］ ＩＣ等の半導体装置の製造においては、半導体基板（ウ
ェハ）の表面に薄膜形成、エツチング等の処理が行われ
る。このような半導体基板処理装置として、近年、有磁
場マイクロ波放電の１つである電子サイクロトロン共鳴
放電によるプラズマを利用したプラズマ反応装置が開発
され実用化されている。
第４図は、電子サイクロトロン共鳴放電により発生する
プラズマを利用したー最的なプラズマ反応装置の概略断
面図である。第４図において、このプラズマ反応装置は
、反応室１と、その反応室１の上部に設けられ、下端を
反応室１の上部に開ロさせた円筒状のプラズマ発生室２
と、そのプラズマ発生室２の上面に開設された開口部に
被着された石英板２ａと、図示しないマイクロ波発生手
段により発生されたマイクロ波を矩形ＴＥ１０モードに
してプラズマ発生室２に導く矩形断面の導波管３と、一
端をプラズマ発生室２の上面の開口部に接続されるとと
もに他端を導波管３に接続され、その導波管３により導
かれた矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波を円形ＴＥ、モ
ードのマイクロ波に変換する矩形／円形変換手段４と、
プラズマ発生室２の外周部に、それを囲むように設けら
れたソレノイドコイル５とを有する。プラズマ発生室２
の上部にはガス導入口６が設けられ、反応室１の底部に
は排気ロアが設けられている。また、反応室１内におい
てその底部には、プラズマ発生室２の開口下端に対向し
て、半導体基板９を載せる保持台８が設けられている。
この装置の動作は次の通りである０反応室１内部に残っ
たガスを排気ロアから十分に排気した後、反応室１及び
プラズマ発生室２内にガス導入口６から反応性ガスを導
入しながらその一部を排気ロアから排気し、ガス圧力を
所定の値に保つ、さらに、図示しないマイクロ波発生手
段の発生する周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導波
管３及び矩形／円形変換手段４を介してプラズマ発生室
２に導入する。一方、プラズマ発生室２の回りに設けら
れたソレノイドコイル５に通電してこのソレノイドコイ
ル５により、プラズマ発生室２及び反応室１内において
、プラズマ発生室２から反応室１に向かって発散する不
均一な磁界を形成させる。
この磁界のプラズマ発生室２における磁束密度は電子サ
イクロトロン共鳴条件から８７５ガウスに設定される。
この結果、プラズマ発生室２内の反応性ガスの電子は、
電子サイクロトロン共Ｊｌｊ３によりマイクロ波の電磁
エネルギーを吸収して加速され、プラズマ発生室２内を
円運動しながら螺旋状に下降する。
このように高速で円運動する電子の衝突によりプラズマ
発生室２内には高密度のガスプラズマが発生する。この
ガスプラズマは、ソレノイドコイル５の形成する磁力線
に沿ってプラズマ発生室２から反応室１内に移送され、
保持台８上の半導体基板９の表面に薄膜形成やエツチン
グ等の処理を施す、なお、この際に用いられるガスの種
類、圧力、マイクロ波電力等は、基板処理工程の種類に
より選択される。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の電子サイクロトロン共鳴放電を利用したプラズマ
反応装置においては、円形ＴＥ１０モードのマイクロ波
をそのままプラズマ発生室２に供給している。ところが
このようにして供給されたマイクロ波の電気力線は第５
図のように分布し、円筒状のプラズマ発生室２の中心軸
の近くで密であり電界強度Ｅが大きく、壁面近くでは租
で電界強度Ｅが小さいばかりでなく、同一半径の円周上
でも電界強度Ｅに差がある。このためプラズマ発生室２
内のプラズマ生成密度が場所的に不均一となる結果、反
応室１の半導体基板９の表面に到達する反応性イオンの
量にもまたバラツキが生じ、半導体基板表面の処理の均
一性を損なうという問題点があった。
この発明は上述したような問題点を解決するためになさ
れたもので、半導体基板の表面処理の均一性を向上させ
るとともに、表面処理のための反応の制御性を改善する
ことができるプラズマ反応装置を得ることを目的とする
。
［課題を解決するための手段］ この発明に係るプラズマ反応装置は、導波管により導か
れた矩形ＴＥ、Ｏモードのマイクロ波を円形Ｔ　Ｅ　＋
　＋モードに変換する矩形／円形変換手段とプラズマ発
生室との間に、円形ＴＥ１０モードのマイクロ波の電界
強度ベクトルの振動面を一定に保ちながら該マイクロ波
の電界強度ベクトルの振動方向を１周期で円周方向に１
回転させ、これにより前記マイクロ波を円偏波に変換す
る円偏波変換手段を介在させたものである。
し作用コ この発明におけるプラズマ反応装置では、矩形／円形変
換手段により矩形ＴＥ１０モードから円形Ｔ　Ｅ　＋　
＋モードに変換されたマイクロ波は円偏波変換手段によ
り２等分され、等分された一方の位相が９０°だけ遅ら
せられることにより円偏波に変換されてプラズマ発生室
に供給される。従って、電界強度が円周方向に時間的に
平均化されるので、プラズマ発生室内の電界強度分布が
時間的に平均化され、プラズマの生成密度が均一化され
る。これにより半導体基板の表面処理速度も均一化され
る。
［実施例］ 以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。但し、この発明に係る装置の構成及び作用は、既に第
４図を参照して説明した装置と一部を除き同様であるの
で、以下においては特に相違する点のみについて詳しく
説明し、他の点の詳しい説明は省略する。
第１図（、）及び（ｂ）は、この発明の第一実施例の断
面図を示したものである。この実施例は、第４図の装置
と略同様に構成されているが、矩形／円形変換手段４と
プラズマ発生室２の間に円偏波変換手段１０を備えてい
る。この円偏波変換手段１０は、導体よりなる円筒体１
０ａの内部に誘電体よりなる仕切り板１０ｂを、ＴＥ、
モードのマイクロ波の電界強度ベクＩ・ルの振動方向に
対して４５°傾斜させて挿入したものである。
この発明の実施例における諸元の具体例は次の通りであ
る： プラズマ発生室直径：　　　　２００ｉｎ半導体基板直
径＝　　　　　１５０　肩ｌマイクロ波周波数＋　　　
　　２．４５ＧＨｚマイクロ波出カニ　　　　　　ＩＫ
　ワット印加磁束密度：　　　　　８７５　ガウスこの
場合の円偏波変換手段１０は例えば次のように遷択する
。
円筒体内径：　　　　　　　　　１００ＩＪＩ仕切り板
軸方向長さ＝　　　　２８０・ａｍ誘電体板材質：　　
　　ポリスチロール誘電体板厚さ：　　　　　　　　　
１８ｔｉ＋この実施例の装置は第４図の装置と同様に動
作する。しかし矩形／円形変換手段４により矩形ＴＥ１
゜モードから円形’ｒ”Ｅｌ、モードに変換されたマイ
クロ波は、円偏波変換手段１０の作用により円偏波に変
換されてプラズマ発生室２に供給される。
即ち円偏波変換手段１０は、円形Ｔ　Ｅ　＋　＋モード
のマイクロ波の電界強度ベクトルＥの振動面をそのまま
一定に保ちながら、電界強度ベクトルＥの振動方向を１
周期で１回転させる。
第２図は、時刻ｔにおいてプラズマ発生室２に供給され
るマイクロ波の水平方向断面の電界強度分布（第２図（
ａ））と、それから１／４周期後：ｔ＋Ｔ／４　　（Ｔ
はマイクロ波の周期）の電界強度分布く第２図（ｂ））
を示したもので、１／４周期の間に電界強度ベクトルＥ
の振動方向が９０°回転している。このように電界強度
ベクトルの振動方向は、１／４周期毎に９０″′づつ回
転し、１周期では１回転する。従って、円形Ｔ　Ｅ　＋
　＋モードのマイクロ波の不均一な電界強度分布がプラ
ズマ発生室２の円周方向に時間的に平均化され、プラズ
マ発生室２におけるプラズマ生成密度が均一化される。
上記実施例では、円偏波変換手段１０は、マイクロ波の
電界強度ベクトルの振動方向を１／４周期で９０°位相
を変えるようにしたが、１／ｎ周期で３６０／ｎ”位相
を変えるように構成してもよい。
さらに、上記実施例においては円偏波変換手段１０の仕
切り板１０ｂ′Ｉｒ：ｊＭ電体から作成したが、フェラ
イトのような磁性体を用いても良い、また仕切り板ｔａ
ｂの代わりに、円筒体１０＆内に金属製の羽根を挿入し
たり、円筒体１０ａの内部の一部を金属塊で満たしてそ
の内部断面を変形して軸対称性を崩して伝送位相特性を
９０°変えるようにしてもよい、また円偏波変換手段１
０として、直交する２本の矩形導波管の交差部分に広幅
辺と略等しい円筒を付加してなる分波器であるターンス
タイル分岐回路を用いてもよい。
次に第３図を参照しながら、この発明の第二実施例につ
いて説明する。この実施例は、以下の点を除いて、第２
図（ａ）及び第２図（ｂ）に示される装置と略同様の構
成及び作用を有する。すなわち、石英板を用いる代わり
に、反応室１の上部を石英ドーム１１で覆って石英チャ
ンバーとしてプラスマ発生室２を形成したものである。
なお、符号１２は、半導体基板９にバイアス電圧を与え
る直流または無線周波数（ＲＦ）のバイアス電源である
。
また、この実施例ではガス導入口６を、石英ドーム１１
により形成された石英チャンバーの基部に設けている。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、導波管により導かれた
矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波を円形モードに変換す
る矩形／円形変換手段とプラズマ発生室との間に、円形
ＴＥ、モードのマイクロ波の電界強度ベクトルの振動面
を一定に保ちながら該マイクロ波の電界強度ベクトルの
振動方向を１周期で円周方向に１回転させ、これにより
マイクロ波をＰｌ、Ｉｉ波に変換する円偏波変換手段を
介在させたので、プラズマ発生室内に導入されるマイク
ロ波の電界強度が時間的に平均化され、プラズマ生成密
度の不均一が解消される。このため半導体基板に入射す
る反応性イオンの量が基板表面上で一定となり、表面に
おける処理の均一性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は（ａ）は本発明に係るプラズマ反応装置の縦断
面図、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う
円偏波変換手段の断面図、第２図は第１図の装置におい
てプラズマ発生室に供給されるマイクロ波の水平方向電
界強度分布を示す図、第３図は本発明に係る他の実施例
の縦断面図、第４図は従来のプラズマ反応装置の縦断面
図、第５図は第４図の装置においてプラズマ発生室に供
給されるマイクロ波の電界強度分布を示す図である。 図面において、１は反応室、２はプラズマ発生室、２ａ
は石英板、３は導波管、４は矩形／円形変換手段、５は
ソレノイドコイル、６はガス導入口、７は排気口、８は
保持台、９は半導体基板、１０は円偏波変換手段、１０
ａは円偏波変換手段の円筒体、１０ｂは仕切り板、１１
は石英ドーム、１２はバイアス電源である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. マイクロ波放電や電子サイクロトロン共鳴放電等の有磁
    場マイクロ波放電によりプラズマを発生させ、真空容器
    内の半導体装置基板表面にエッチングや薄膜形成等の処
    理を行うプラズマ反応装置において、マイクロ波発生手
    段から矩形ＴＥ＿１＿０モードのマイクロ波を導く導波
    管と、その導波管に接続され、該導波管により導かれた
    矩形ＴＥ＿１＿０モードのマイクロ波を円形ＴＥ＿１＿
    １モードに変換する矩形／円形変換手段と、その矩形／
    円形変換手段とプラズマ発生室との間に介在され、円形
    ＴＥ＿１＿１モードのマイクロ波の電界強度ベクトルの
    振動面を一定に保ちながら該マイクロ波の電界強度ベク
    トルの振動方向を１周期で円周方向に１回転させ、これ
    により前記マイクロ波を円偏波に変換する円偏波変換手
    段とを備えることを特徴とするプラズマ反応装置。
JP63165813A 1988-07-05 1988-07-05 プラズマ反応装置 Pending JPH0216732A (ja)

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