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発明の名称 マイクロ波プラズマ処理装置
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6−104188
公開日 平成6年(1994)4月15日
出願番号 特願平4−252971
出願日 平成4年(1992)9月22日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】武 顕次郎
発明者 牧野 昭孝 / 田村 直行 / 小川 芳文 / 中田 健二 / 七田 弘之
要約 目的
ECR領域へのマイクロ波の入射角を揃え、ECR全領域でのプラズマ発生条件を均一化して均一なプラズマを発生することにより、ウエハ上に形成する半導体素子の形状及び特性の均一性を向上する。

構成
マイクロ波導波管5と処理室6の間に誘電体レンズ7あるいは擬似誘導体レンズ12を設け、または同期したマイクロ波4cを輻射する複数のアンテナ15a〜15dを設け、マイクロ波を同一周期でECR領域2に対して平行となるように処理室6に導入する。従って、ECR領域2に対するマイクロ波の入射が均一化して該ECR領域2内でのプラズマ発生条件が均一化し、均一なプラズマが発生する。
特許請求の範囲
【請求項1】 マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するホーン型アンテナ形状マイクロ波導波管と、前記マイクロ波と協働して電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、誘電体レンズを設け、前記処理室に導入されるマイクロ波を前記電子サイクロトロン共鳴領域に対して平行なマイクロ波伝播面が垂直に入射するようにしたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項2】 マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するホーン型アンテナ形状マイクロ波導波管と、前記マイクロ波と協働して電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、擬似誘電体レンズを設け、前記処理室に導入されるマイクロ波を前記電子サイクロトロン共鳴領域に対して平行なマイクロ波伝播面が垂直に入射するようにしたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項3】 マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波と協働して電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波発生手段は、電子サイクロトロン共鳴領域に対し平行なマイクロ波伝播面を垂直に入射するように同期したマイクロ波を発生する複数のマイクロ波発生器をウエハ面と平行に配置したことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項4】 マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するマイクロ波導入手段と、前記マイクロ波発生手段から与えられるマイクロ波と協働して電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波導入手段は、1つのマイクロ波発生器で発生したマイクロ波を分岐して同一周期でウエハに対し平行に処理室に導入することにより電子サイクロトロン共鳴領域に対し平行なマイクロ波伝播面を入射するようにしたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項5】 マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するマイクロ波導入手段と、前記マイクロ波と協働して電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁場を発生する磁界発生手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、誘電体レンズを設け、前記処理室に導入されるマイクロ波を前記電子サイクロトロン共鳴領域に対して平行なマイクロ波伝播面が垂直に入射するように変換することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波プラズマ処理装置に係り、特にマイクロ波放電により生成したプラズマを利用してウエハ表面に薄膜生成,エッチング,スパッタリング,プラズマ酸化等の処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するマイクロ波導入手段と、前記マイクロ波と協働して電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理する構成である。
【0003】このようなマイクロ波プラズマ処理装置は、特開平2−36527号公報に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようなマイクロ波プラズマ処理装置において、プラズマにより広範囲なウエハ表面において加工される多数の半導体素子の特性が該ウエハ上の位置に影響されないように、プラズマを支配する電子サイクロトロン共鳴(以後ECRとする)領域のウエハに対する平行度,ウエハ上及びECR領域内での磁力の均一性,磁力線の入射角等について考慮されてきたが、ECR領域で十分に均一なプラズマ発生条件を得ることが困難であった。
【0005】すなわち、従来のマイクロ波導入手段は、ECR領域に入射するマイクロ波の入射角が均一性を有していないために、例えば特定モ−ドのマイクロ波が伝播してきてもECR全領域に垂直に入射しなければ見かけ上は複数のモ−ドのマイクロ波が様々な割合で混在してECR領域に入射することになり、該ECR領域でのプラズマ発生条件の均一性は得られず、ウエハ上で形成される半導体素子の形状及び特性の均一性が得られにくいものとなっていた。
【0006】本発明の目的は、ECR全領域でのプラズマ発生条件を均一化することにより均一なプラズマを発生し、該プラズマを利用してウエハ上に形成される半導体素子の形状及び特性の均一性を向上するようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するホーン型アンテナ形状マイクロ波導波管と、前記マイクロ波と協働してECRを発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、ECRにより発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、誘電体レンズを設け、前記処理室に導入されるマイクロ波を前記ECR領域に対して平行なマイクロ波伝播面が垂直に入射するようにしたことを特徴とし、マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するホーン型アンテナ形状マイクロ波導波管と、前記マイクロ波と協働してECRを発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、ECRにより発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、擬似誘電体レンズを設け、前記処理室に導入されるマイクロ波を前記ECR領域に対し平行なマイクロ波伝播面が垂直に入射するようにしたことを特徴とし、マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波と協働してECRを発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、ECRにより発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波発生手段は、ECR領域に対し平行なマイクロ波伝播面を垂直に入射するように同期したマイクロ波を発生する複数のマイクロ波発生器をウエハ面と平行に配置したことを特徴とし、マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するマイクロ波導入手段と、前記マイクロ波発生手段から与えられるマイクロ波と協働してECRを発生させる磁場を発生する磁界発生手段と、反応ガス供給手段と、真空排気手段とを備え、ECRにより発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、前記マイクロ波導入手段は、1つのマイクロ波発生器で発生したマイクロ波を分岐して同一周期でウエハに対し平行に処理室に導入することによりECR領域に対し平行なマイクロ波伝播面を入射するようにしたことを特徴とし、マイクロ波発生手段と、ウエハを保持するウエハ台を備えた処理室と、前記マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を前記処理室に導入するマイクロ波導入手段と、前記マイクロ波と協働してECRを発生させる磁場を発生する磁界発生手段とを備え、ECRにより発生した高密度プラズマにより前記ウエハ台に保持されたウエハを処理するマイクロ波プラズマ処理装置において、誘電体レンズを設け、前記処理室に導入されるマイクロ波を前記ECR領域に対して平行なマイクロ波伝播面が垂直に入射するように変換することを特徴とする。
【0008】すなわち、マイクロ波導波管内に誘電体レンズもしくは擬似誘導体レンズを設け、あるいはマイクロ波を同期させた複数のマイクロ波発生器をウエハ面と平行に配置し、もしくは1つのマイクロ波発生器から発生したマイクロ波を分岐して同一周期でウエハに対し平行となるように処理室に導入することにより、ECR領域へのマイクロ波入射角を揃えてECR全領域でのプラズマ発生条件を均一化したことにある。
【0009】
【作用】ECR領域へのマイクロ波の入射角(位相)が揃えられ、同一周期(位相)でECR領域に入射されることによりECR全領域でのプラズマ発生条件を均一化することが可能となる。従って、このマイクロ波により得られた均一なプラズマを利用して行われるウエハ表面に対する薄膜生成,エッチング,スパッタリング,プラズマ酸化等のプラズマ処理の均一性が向上する。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0011】図1は、ECR領域に対して平行なマイクロ波伝播面を該ECR領域に入射させるようにマイクロ波導波管と処理室の間に誘電体レンズを設けたマイクロ波プラズマ処理装置の実施例である。
【0012】このマイクロ波プラズマ処理装置は、磁界発生手段1で発生した磁界により生じるECR領域2に対して垂直方向に位置するマイクロ波発生器3からマイクロ波4aを導入し、ホーン型アンテナ形状のマイクロ波導波管5により該マイクロ波を処理室6の大きさまで拡大する。この拡大によって同一周期面が下方に凸形の円弧状になるマイクロ波4bを誘電体レンズ7により該同一周期面がECR領域2に対して平行なマイクロ波4cに変換して該処理室6に導入し、ECR領域2の全域に垂直に該マイクロ波4cを入射してプラズマを発生させ、ウエハ台8上のウエハ9を処理する構成である。前記誘電体レンズ7はテフロンあるいは石英等で構成され、通過するマイクロ波の伝播方向と位相(周期面)がECR領域2に対して等しくなるように揃えるとともに、マイクロ波導波管5と処理室6の間を気密に仕切るように機能する。
【0013】なお、10は処理室6を排気する真空排気ポンプ、11は処理室6に反応ガスを供給する反応ガス供給手段である。
【0014】このようなマイクロ波プラズマ処理装置によれば、ECR領域2に入射するためにマイクロ波導波管5内を拡大しながら伝播してくるマイクロ波は、そのまま直進するとECR領域2の中心部と外周部で入射角(位相)が不揃いになるが、この実施例では誘電体レンズ7がこのマイクロ波の伝播方向と位相がECR領域2に対して等しくなるように揃えるので、該ECR全領域でプラズマ発生条件が均一になり、該ECR領域2の全域で均一なプラズマを発生することができる。
【0015】図2は、ECR領域に対してマイクロ波伝播面を垂直に入射するようにマイクロ波導波管と処理室の間に擬似誘電体レンズを設けたマイクロ波プラズマ処理装置の実施例である。なお、以下に説明する各実施例については、前記実施例と同一構成部品に同一参照符号を付してその詳細な説明を一部省略する。
【0016】このマイクロ波プラズマ処理装置は、磁界発生手段1で発生した磁界により生じるECR領域2に対して垂直方向に位置するマイクロ波発生器3からマイクロ波4aを導入し、ホーン型アンテナ形状のマイクロ波導波管5により該マイクロ波を処理室5の大きさまで拡大し、この拡大によって同一周期面が下方に凸形の円弧状になるマイクロ波4bを擬似誘電体レンズ12により該同一周期面がECR領域2に対して平行なマイクロ波に変換した後に石英等の仕切壁13を透過させて処理室5に導入し、ECR領域2の全域に垂直に該マイクロ波4cとして入射してプラズマを発生させ、ウエハ台8上のウエハ9を処理する構成である。前記擬似誘電体レンズ12は金属フィンを並べて構成したパスレングスレンズ等であって、前記誘電体レンズ7と同様に、通過するマイクロ波の伝播方向と位相(周期面)がECR領域2に対して等しくなるように揃える。
【0017】また、前記仕切壁13はマイクロ波導波管5と処理室6の間を気密に仕切り、真空排気ポンプ10及び反応ガス供給手段11も同様に設けられる。
【0018】このマイクロ波プラズマ処理装置においても、前記処理装置と同様に、擬似誘電体レンズ12がマイクロ波の伝播方向と位相がECR領域2に対して等しくなるように揃えるので、該ECR全領域でプラズマ発生条件が均一になり、ECR領域2の全域で均一なプラズマが発生する。
【0019】図3は、ECR領域に対して平行なマイクロ波伝播面を入射するようにマイクロ波を同期して発生する複数のマイクロ波発生器をウエハ面に対して平行となるように配置したマイクロ波プラズマ処理装置の実施例である。
【0020】このマイクロ波プラズマ処理装置は、磁界発生手段1で発生した磁界により生じるECR領域2に対して垂直方向に位置し、且つ該ECR領域2に対して平行に並べて配置した複数のマイクロ波発生器3a〜3dを備える。各マイクロ波発生器3a〜3d(実際には4つ以上)は、それぞれ同期したマイクロ波を発生するように制御器14に接続され、発生したマイクロ波を各アンテナ15a〜15dから輻射する。各アンテナ15a〜15dから輻射されてECR領域2に入射する合成されたマイクロ波4cの同一周期面をその全域において該ECR領域2に対して平行にする(実際には僅かに湾曲する多数の円弧面の集合)ために、隣接して位置する各アンテナ15a〜15dは相互間が等距離になるように配置される。
【0021】そして各アンテナ15a〜15dから輻射されて合成されたマイクロ波を、石英等の仕切壁13を透過させてECR領域2に対し平行な同一周期面となるマイクロ波4cとして処理室6に導入し、ECR領域2に対して垂直に入射させてプラズマを発生させ、ウエハ台8上のウエハ9を処理する構成である。
【0022】図4は、1つのマイクロ波発生器で発生したマイクロ波を分岐して複数のアンテナに導き、該アンテナから輻射したマイクロ波を同一周期でウエハに対して平行になるように処理室に導入することにより、ECR領域に対して平行なマイクロ波伝播面を垂直に入射するようにしたマイクロ波プラズマ処理装置の実施例である。
【0023】このマイクロ波プラズマ処理装置は、磁界発生手段1で発生した磁界により生じるECR領域2に対して垂直方向に位置し、且つECR領域2に対して平行に並べて配置した複数のアンテナ15a〜15dを備える。そして1つのマイクロ波発生器3で発生したマイクロ波を各アンテナ15a〜15dに伝達するマイクロ波ケーブル16は、各アンテナから輻射されるマイクロ波を同一周期でECR領域2に対して平行な同一周期面が入射するように途中で分岐する。各アンテナ15a〜15dから輻射されてECR領域2に入射する合成されたマイクロ波4cの同一周期面がその全域において該ECR領域2に対して平行になるようにする(実際には僅かに湾曲する多数の円弧面の集合)ために、隣接して位置する各アンテナ15a〜15dは相互間が等距離になるように配置される。
【0024】このようにして処理室5に導入されたマイクロ波4cは、ECR領域の全域に垂直に入射してプラズマを発生させ、ウエハ台8上のウエハ9を処理する。
【0025】図5は、ECR領域に対してマイクロ波伝播面を垂直に入射するようにマイクロ波導波管と処理室の間に誘電体レンズを設けたマイクロ波プラズマ処理装置の他の実施例であり、図1を参照して説明した実施例の変形例である。
【0026】このマイクロ波プラズマ処理装置は、磁界発生手段1で発生した磁界により生じる湾曲したECR領域2の中心部に対して垂直方向に位置するマイクロ波発生器3からマイクロ波4aを導入し、ホーン型アンテナ形状のマイクロ波導波管5により該マイクロ波を処理室6の大きさまで拡大する。この拡大によって同一周期面が下方に凸形の円弧状になるマイクロ波4bを誘電体レンズ7により該同一周期面がECR領域面に対して平行な上方に凸形の円弧状のマイクロ波4dに変換して該処理室6に導入し、ECR領域2の全域に該マイクロ波4dを垂直に入射してプラズマを発生させ、ウエハ台8上のウエハ9を処理する構成である。
【0027】
【発明の効果】本発明は、マイクロ波伝播路に誘電体レンズあるいは擬似誘導体レンズを配設し、または複数のアンテナから同期したマイクロ波を輻射することにより、ウエハに対して平行となるように処理室に導入し、ECR領域に垂直に入射するようにしたので、ある特定モ−ドのマイクロ波をECR領域の全域に垂直に入射して該マイクロ波に起因するプラズマ発生条件の均一化が可能となる。
【0028】従って、プラズマを支配するウエハに対するECR領域の平行度,磁力のウエハ上及びECR領域内の均一性,磁力線の入射角等を共に考慮すれば、均一性に優れたプラズマを発生することができ、ウエハ表面に対する薄膜生成,エッチング,スパッタリング,プラズマ酸化等のプラズマ処理の均一性が向上し、ウエハ上に形成される半導体素子の形状及び特性の均一性が向上する。
【0029】また、仮にECR領域をウエハに平行に発生できない場合やプロセスの理由によりECR領域をウエハに対し平行に発生させない場合でも、ECR領域へのマイクロ波の入射位相を揃えることにより、安定した均一なプラズマを発生することができる。




 

 


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