JPS6343324A - プラズマシヤワ−装置 - Google Patents

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、半導体基板の表面に薄膜形成やエツチング
等の処理を行なうプラズマシャワー装置に関する。

（従来の技術） 従来のプラズマシャワー装置は、第２図に示すように、
プラズマ発生室１内にガス導入系２からガスを導入する
とともに、導波管３からマイクロ波を導入して、電磁コ
イル４による磁界で電子サイクロトロン共鳴（Ｅ　ＣＲ
）を行なわせ、プラズマ室ｌ内にプラズマを発生させる
とともに、電磁コイル４の発散磁界を利用して、プラズ
マを引出窓５から試料室６に引出している。そして、引
出したプラズマによって試料台７に載置した基板（ウェ
ハー）８の表面に所定の処理、例えば薄膜の形成をする
ようにしている。

上記プラズマシャワー装置は多くの特徴をもっている。

すなわち、ＥＣＲで活性度が非常に高くなったプラズマ
を、発散磁界を活用して適度に調整されたエネルギーで
取出してウェハー８に衝突させているので、プラズマの
高活性と、イオンや電子のウェハーへの限定された強さ
の衝突とによる複合効果によって効率良くウェハー表面
上に損傷の少ない膜生成などの表面処理反応が生じる。

この反応は外部から加熱しなくとも起きるから、常温で
処理が可能で、しかも窒化シリコン、酸化シリコンなど
の生成された各種薄膜は、常温加工にもかかわらず、耐
酸性、緻密性に優れている。

（本発明が解決しようとする問題点） しかしながら、膜厚の分布や膜質の分布など基板上の処
理の分布に関しては必ずしも十分でない面があり、特に
ウェハー８の面積が大きくなるとこの傾向が顕著であっ
た。その理由を以下に説明する。

前記電磁コイル４による磁界は、プラズマ発生室ｌ内で
ＥＣＲ条件を満たすだけでなく、試料室６内に有用な発
散磁界を形成する。（第３図参照）。第３図すの実！Ｂ
ｐは、第３図ａのプラズマ流の中央のＰ線に沿った各位
置における磁界の強さを示し、破線Ｂｑはプラズマ流の
外側の線Ｑに沿った各位置の磁界の強さを示す。

このような発散磁界では、プラズマ中の円運動電子は反
磁性を示すため、磁界の強さの勾配によって磁界の発散
方向である試料台７に向かって加速される。プラズマ発
生室１と試料台７は電気的に絶縁されており、試料台７
方向に加速された電子は、中和条件を満たすようにイオ
ンを加速し、電子を減速するような両極性磁界を発生し
て、平衡状態となる。この状態では電子およびイオンは
同じ加速状態となるため、 Ｆｉ／Ｍ＝Ｆｅ／ｍ ただし、Ｆｉ、　Ｆｅ：　イオンおよび電子に働く力、
Ｍ、ｍ：イオンおよび電子の質量である。

Ｆｉ＝ｅＥ Ｅ：プラズマ流中に発生した電界。

Ｆｅ＝−ｐ−（ｄＢ／ｄｚ）−ｅＥ 用は円運動電子の磁気モーメントであ、す、電子の円運
動エネルギーをω】　としてＷ＝ωｒ／Ｂであり、断熱
不変量である。Ｚは流出方向の距離。

これらの関係からＥを求め、Ｅ＝＝−ｄφ／ｄｚを積分
すると、電位φは、 φ＝　−［（１）Ｏ／（ｅ　（１＋　ｍ／　　Ｍ））１
（１−Ｂ／　　Ｂｖ）”Ｆ　　（ωｏ　／ｅ）　　（１
−（Ｂ／Ｂｏ　）　’ｔとなり、イオンエネルギーは、 ｅφ＝−ωｏｉｌ−（Ｂ／Ｂｏ））　　　・・・（１）
で与えられる。（参考文献。ＳＥＭＩ　ＴＥＣＨＮＯＬ
ＯＧＹＳＹＭＰＯＳＩＵＭ　’８５　、　　Ｆ　−４−
１）　、　ココテωｏ、ＢＯはプラズマ発生室ｌでの電
子の円運動エネルギーおよび磁束密度である。

またこの式（１）は試料台７におけるプラズマの衝突エ
ネルギーを示すものである。すなわち、プラズマ発生室
１から引き出されたプラズマは式（１）によって与えら
れたエネルギーでウェハー８に衝突する。そしてこの衝
突エネルギーが膜生成などの処理のエネルギーとなる。

したがってウェハー８上の処理の分布を均一にするには
、プラズマの衝突エネルギーがウェハー８の面上で一定
でなければならず、このためには、電荷ｅが定数である
から、上記の電位φが試料台７の面上で一定でなければ
ならない、また試料台７の面上の電位φが一定であるた
めには、電磁コイル４によって発生する磁界強度Ｂｏは
一定でプラズマ室１におけるωＧは一定の分布をするか
ら、試料台７の面上の磁界の強さＢが一定でなければな
らない。

しかし、第３図に示すように、Ｐ、Ｑ線に沿った磁界強
度に差があり、ウェハー８上の中心位置０と端部ｑとで
は磁界強度が異なる。

第４図に、第３図のＰ線に沿って引出窓５から、試料台
７に至る間の電位を測定した例を示す。第３、第４図か
ら明らかなように、磁界の減少に対応して負電位が増加
しており、試料台７の中心位置Ｏでは一１３Ｖ程度であ
った。一方、試料台７の端部ｑ（第３図参照）の位置の
電位を測定したところ、試料台７の中心位置Ｏよりも磁
界が弱いので、−１３Ｖよりも低い一１８Ｖであった。

従来は上記のように、試料台７の中心位置０と端部ｑと
で、電位の差や磁界強度の差があるため、ウェハー８の
表面におけるプラズマの入射速度やプラズマ密度に差を
生じ、これら両者の差による相乗作用によってウェハー
８の表面処理に大きな差を生じさせていた。すなわちウ
ェハーに形成される薄膜の膜厚分布や膜質分布を不均一
なものにしてしまい、特に、ウェハーの径が大きいと、
ウェハーの中心位置から離れるほど磁界が弱くなり、ま
た電位差も大きくなるところから、膜厚分布壱１ｆ！２
質分布が一層不均一になってしまうという欠点があった
。

このため、従来の装置では、実用的な薄膜の生成できる
ウェハー８の最大径はほぼ１００＋＋ｍが限度であり、
これ以上の径の大きいウェハー８を処理するには、プラ
ズマ発生室ｌやＥＣＲ条件を得るための電磁コイルを大
きくしなければならず、装置全体が大きくなりすぎてし
まうという問題があった。

この発明は、試料台の磁界を均一にして、大口径のウェ
ハーを均一に処理することのできるプラズマシャワー装
置を提供することを目的とする。

（問題を解決するための手段） この発明は、上記の目的を達成するために、プラズマ発
生室で電子サイクロトロン共鳴によって発生したプラズ
マを、発散磁界によって試料室に引出し、この引出した
プラズマで試料室の試料台に載置された試料基板の表面
を処理するプラズマシャワー装置において、基板上の磁
界強度を均一にする磁界強度均一化手段を設けたもので
ある。

（本発明の作用） 磁界強度均一化手段によって、試料基板上の磁界強度が
均一になる。

（本発明の効果） 試料基板上の磁界強度が均一になるので、試料基板にプ
ラズマが均一のエネルギーで入射する。

これにより、装着を大きくせずに大口径の試料基板を均
一に処理することができる。

（本発明の実施例） 第１図において、１１はプラズマ室で、ガス導入系１２
から例えばＮ２ガス等を導入し、また導波管１３からマ
イクロ波を導入してプラズマを発生させる。１７は磁気
コイルで、プラズマ室１１における電子サイクロトロン
共鳴に利用するとともに、プラズマ引出窓１８から試料
台１４に向けて適当な勾配で磁界強度を減少する発散磁
界を例えば矢印Ｈ１方向に形成している。そしてこの発
散磁界によって、プラズマ室１１で発生したプラズマを
プラズマ引出窓工８から試料室２０に流すようにしてい
る。前記試料台１４は基板１５を保持するとともに、そ
の径が、試料台１４におけるプラズマ流ＩＢの径より大
きく形成されている。

２１は試料台１４の面上における発散磁界の磁界強度を
、広範囲に亘って均一にする磁界強度均一化手段で、電
磁コイルから構成されている。

この電磁コイル２１は、発散磁界が例えば矢印Ｈ１方向
のとき、磁界を矢印Ｈ２方向に発生するようにしである
。この磁界Ｈ２が、試料台１４の中心位置における発散
磁界の磁界強度を大きく弱め、−七の中心位置から遠ざ
かるにしたがって小さく弱めていき、試料台１４の面上
における発散磁界の磁界強度を広範囲に亘って均一にす
るものである。

いま、例えばＮ２ガスをガス導入径１２からプラズマ室
１１に導入し、ざらに導波管１３からマイクロ波を導入
するとともに磁気コイル１７によって磁界を発生させて
プラズマ室１１にプラズマを発生させる。そして磁気コ
イル１７によって形成される発散磁界によって、プラズ
マ室１１のプラズマが引出窓１８から引き出されて、試
料台１４に向かって流れ、試料台１４に入射する。

一方、電磁コイル２１による磁界Ｈ２によって、試料台
１４の面上における発散磁界の磁界強度が広範囲に亘っ
て均一に形成され、またこの均一な磁界によって試料台
１４の面上の電位も広範囲に亘って均一になる。これら
により、ウェハー１５の面に入射するプラズマ流の密度
およびその入射エネルギーも広範囲に亘って均一になる
。

したがって、大口径のウェハーに均一な膜厚および膜質
の薄膜を形成することができる。

実験によれば、ウェハー１５に形成される薄膜の膜厚の
分布が±５％であったものが、電磁コイル２１に流す電
流値を適当にすることによって、±２．５％にまで向上
させることができた。膜質もまた同様に均一になること
が解った。

なお、電磁コイル２１は例えば破線２５で示す位置など
に、極性を適当にして、また必要のときは複数個設置し
て、試料台１４の面上の磁界を均一にしてもよい、なお
電磁コイル２１の設置位置や数は図示のものに限定され
るものではない。

上記実施例では薄膜生成について説明したが、同様な原
理を利用したエツチング等にも適用できることは勿論で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のプラズマシャワー装置の構成図、第２
図は従来のプラズマシャワー装置の説明図、第３図はプ
ラズマ発生室および試料室の各位置における磁界強度を
示した説明図、第４図は引出窓と試料台との間の位置の
電位を測定したグラフである。 １１・・・プラズマ室、１４・・・試料台、１５・・・
基板、２０・・・試料室、２１・・・電磁コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラズマ発生室で電子サイクロトロン共鳴によって発生
   したプラズマを、発散磁界によって試料室に引出し、こ
   の引出したプラズマを用いて試料室の試料台に載置され
   た基板の表面を処理するプラズマシャワー装置において
   、該基板上の磁界強度を均一にする磁界強度均一化手段
   を設けたことを特徴とするプラズマシャワー装置。