米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> 株式会社日立製作所

発明の名称 プラズマ処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−97087
公開日 平成6年(1994)4月8日
出願番号 特願平4−247638
出願日 平成4年(1992)9月17日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】高田 幸彦
発明者 安並 久夫 / 加治 哲徳 / 渡辺 成一
要約 目的
高周波もしくはマイクロ波電力と、磁場とを用いてプラズマを発生させて処理する装置において、プラズマの不安定領域を狭くし、かつ高密度で均一な処理を得ること。

構成
マイクロ波発生器1からのマイクロ波電力と、コイル8からの磁場とにより、プラズマを効率良く発生して試料9の処理を行う装置において、マイクロ波発生器用電源13によりマイクロ波電力を10ミリ秒以下の周期で、かつその最大電力と最小電力との比を4以下で変化させる。
特許請求の範囲
【請求項1】低圧のガス又はガス状混合物を内部に蓄える気密容器と、該気密容器内にガスを導入する手段及び該気密容器からガスを排出する手段と、高周波ないしはマイクロ波を発生する高周波発生器と、該高周波発生器と前記気密容器間に高周波ないしはマイクロ波電力を伝達する高周波導入手段と、プラズマの発生効率を高めるための磁場とを有し、前記気密容器内にプラズマを生成させるよう構成されたプラズマ処理装置において、前記高周波発生器の出力を所定の周期で変化させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項2】前記高周波発生器の出力の変化が4倍以下で、かつ変化の周期が10ミリ秒以下であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の製造時の各種膜の成膜やエッチング等に使用されるプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の高集積化と試料の大口径化に伴い、大面積の試料を微細加工する要求がますます増大している。高周波ないしはマイクロ波と磁場とを用いたプラズマ処理方法は、低ガス圧で高密度のプラズマを生成でき、イオン流の指向性に優れ異方性処理が可能となる利点があり、半導体集積回路の製造への適用が進められている。
【0003】図11はマスクロ波を用いた従来のプラズマ処理装置の縦断面模式図である。1はマイクロ波発生器、2はマイクロ波導入手段、3は石英ベルジャ、4は金属容器、5はガス導入手段、6はバルブ、7は排気手段、8はコイル、9は試料、10は試料台、11は内部電極、12は交流発生器、13はマイクロ波発生器用電源である。
【0004】石英ベルジャ3と金属容器4により気密容器が構成され、ガス導入手段5、バルブ6及び排気手段7とにより、所定のガスを所定の圧力に設定しながらガスを流す。マイクロ波発生器1から発生したマイクロ波は、導波管等のマイクロ波導入手段2と石英ベルジャ3を経由して気密容器内に入力される。コイル8の磁界とマイクロ波との相互作用である電子サクイロトロン共鳴(Electron CyclotronResonance,ECRと略す)現象により、気密容器内のガスは効率よくプラズマ化される。プラズマ化されたイオン類は、試料台10と内部電極11間に加えられた交流により引き寄せられ、試料面に方向性よく印加される。なお、図11の装置構成で、従来はマイクロ波発生器1からは連続して一定のマイクロ波電力が出力されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図11に例示した様な高周波もしくはマイクロ波と、磁場とを用いてプラズマを発生する装置においては、図8に示す様に高周波もしくはマイクロ波の電力を増大させてゆくと、ある点もしくは領域でプラズマのモードが変化する現象が見られる(J.Vac.Sci.Technol. B9,2,PP339-347(91))。図8では縦軸をプラズマ密度にプロットしたものであり、プラズマ密度のジャンプ現象がある。このプラズマモードが変化する付近の領域は、一般にプラズマが不安定となる傾向がある。高周波もしくはマイクロ波の入力電力が低い方のモードを低密度モード、入力電力の高い方を高密度モードと呼ぶと、低密度モード中の入力電力の高い領域は、プラズマが均一であるが密度が低い性質が見られた。一方高密度モードは、均一性は悪いが密度は高い性質が見られた。
【0006】従って、高密度でかつ均一なプラズマを得ることは、低密度モードを用いても高密度モードを用いても、満足させることが困難であった。この現象はECR現象を用いた装置に限定されるものではなく、数百K〜数百MHzの高周波と磁場とを用いた装置でも生じる(応用物理61,7,PP711-717('92))。
【0007】また、不安定領域が広く存在するため、利用できる条件が制限される欠点がある。図9に、図11に示す装置で現れる不安定領域の例を示す。縦軸はECR共鳴を生じる部分の高さであり、コイル8の磁場の強さにより変化する。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記不安定領域を横切って、マイクロ波/高周波の出力電力を所定の周期で変化させる(図10参照)ことにより、不安定領域が減少し、また密度が高くかつ均一性の良いプラズマが得られ、均一で速い処理速度のプラズマ処理が可能となった。マイクロ波/高周波の出力電力を変化させる周期としては、10ミリ秒より短く、10マイクロ秒より長い方が好ましく、マイクロ波/高周波の出力の変化は4倍以下である方が好ましい。マイクロ波/高周波の変化の周期が上記の範囲より長いと、2つのモードが独立して生じるため、上記の効果は少なくなると考えられる。一方、周期が上記の範囲より短いと時間平均した電力を印加した場合に近づいてくるため、上記効果は得られない。これはプラズマにより発生するイオンやラジカルの平均寿命が数十マイクロ秒から数ミリ秒のオーダーであることによると考えられる。
【0009】また、マイクロ波/高周波の出力は、不安定領域をはさんで出力の大きい方と小さい方に変化させる。この時の出力の変化は4倍程度以下の比較的小さい変化をさせる方が2つのモードの融合効果が生じ、密度が高く均一な処理が可能であった。なお、この出力の変化幅が大きくなりすぎると、パルス放電に近づき、電子温度の上昇等が生じ、異方性良くプラズマ処理することが難しくなってくる。
【0010】
【作用】マイクロ波/高周波の出力を所定の周期で変化させることにより、プラズマ密度を上げ、処理の均一性を向上すると共に、不安定領域を狭くすることができる【0011】。
【実施例】図1にマイクロ波発生器1として磁電管を用いて2.45GHzのマイクロ波電力を周期的変化する一実施例を示す。マイクロ波発生器用電源13は、この場合、フィラメント電源13−1,高圧電源13−2,電流検出抵抗13−3,電流制限抵抗13−4及び13−5,電子スイッチ13−6,パルス源13−7,誤差増幅回路13−8からなる。高速−高耐圧のMOSトランジスタ等で構成された電子スイッチ13−6は、パルス源13−7の信号によりオン/オフし、磁電管1の陽極にながれる陽極電流IAはパルス状に変化する。陽極電流IAの時間平均化した電流値は、誤差増幅回路13−8に入力され、設定信号13−9との差の値により、高圧電源13−2の出力電圧が変化する。このようにして平均陽極電流は設定値信号13−9により設定され、陽極電流のパルスはパルス源13−7の設定により変化する。尚、その他の装置構成は、この場合、図11と略同様である。
【0012】磁電管のマイクロ波出力は、陽極電流にほぼ比例しており、パルス的に変化するマイクロ波出力を得ることができる。マイクロ波出力波形の例を図2〜図5に示す。図2では低出力電力P1nと高出力電力P2nとの比を一定にし、平均出力P0nを時間的に上昇していった時の波形を示す。比P2n/P1nは、4以下の値が好ましい。パルスの周期Tは、数十マイクロ秒〜10ミリ秒が好ましく、特に100マイクロ秒から数ミリ秒の間に最適点が存在した。尚、図2でP01<P02<P03<P04、また、P11<P12<P13<P14である。
【0013】図3はパルスの周期T及び低出力電力値P1と高出力電力値P2は一定にしてパルス幅t1nを変化させることにより、平均出力P0nを変化している。この時は、図1の回路で誤差増幅器13−8の出力は一定鎖線で示した様に、パルス源13−7に入力され、パルスの幅を制御する。低出力電力値P1は、図9の低密度モード領域に設定し、高出力電力値P2は図9の高密度モード領域に設定する。但し、この方法では平均出力電力の可変幅が狭くなる欠点がある。このため、図4に示す様に安定な電力領域(P01,P02,P05,P06)ではパルス変調はせず、不安定もしくはその近くの電力領域(P03,P04)においてのみ、図3のパルス幅制御を行えば平均出力電力の可変幅は広くなり、プラズマの不安定領域は減少して、均一でかつ高密度の処理が可能となった。比P2/P1及びパルス周期Tは、図2の場合とほぼ同様であった。尚、図3でP01<P02<P03また、t11<t12<t13である。
【0014】図5は、図8に示した様なプラズマがヒステリシス特性をもつ場合の出力波形を示す。不安定となる領域ないしはその近くでは、正/負の幅(t2)の狭いパルスを重畳し、低密度モードと高密度モードを短い周期T中で変化させることにより、同様な効果が得られる。周期Tは図2の場合と同様であり、比t2/Tとしては1/10程度以下が好ましい。図5に示した電力出力は図1のA−B間を図6に示す様に、電子スイッチ13−2,電流制限抵抗13−11,及びパルス源13−13を追加することにより得られる。
【0015】マイクロ波発生器1として、クライストロン管の様に入力信号を増幅して出力する機構のものを使用する場合には、図7に示す様に入力変調信号源13−14と直流電源13−10とを入力し、所望の出力が得られる様に入力変調信号源13−14から所定の信号を入力してやれば良い。
【0016】これまではプラズマを発生させるパワー源としてマイクロ波を用いる場合について述べたが、何らこれに限定されるものでない。
【0017】前に述べた様に、磁場と数百K〜数百MHzの高周波とを併用する装置においては、高周波出力を図2〜図5の出力変化となる様制御してやれば、同様の効果が得られる。
【0018】また、出力電力波形の例は図2〜図5に示したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、正弦波状に出力電力波形が変化する場合も、同様な効果が得られる。但し、その周期T,最大と最小の電力比P2/P1は図10で述べた範囲が好ましい。
【0019】
【発明の効果】マイクロ波や高周波の出力電力を所定の周期で変化させることにより、不安定領域が減少し、また密度が高く均一性の良いプラズマが得られ、均一で速い処理速度のプラズマ処理が可能となった。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013