JPH0223612A - プラズマ反応装置 - Google Patents

プラズマ反応装置

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JPH0223612A
JPH0223612A JP63172643A JP17264388A JPH0223612A JP H0223612 A JPH0223612 A JP H0223612A JP 63172643 A JP63172643 A JP 63172643A JP 17264388 A JP17264388 A JP 17264388A JP H0223612 A JPH0223612 A JP H0223612A
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plasma
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Nobuo Fujiwara
伸夫 藤原
Kenji Kawai
健治 川井
Moriaki Akazawa
赤澤 守昭
Teruo Shibano
芝野 照夫
Tomoaki Ishida
智章 石田
Kyusaku Nishioka
西岡 久作
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266Magnetic control means
    • H01J37/32678Electron 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、ガス放電によりプラズマを発生させ、発生
したプラズマを利用し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などの半導体装置の製造においては、半導体基板(
ウェハ)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の一つとして、ガス放電
によるプラズマを利用したプラズマ反応装置がある。
第3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一般的なプラズマ反応装置の概略断
面図である。第3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の上部に開口させた円筒状のプラズマ発生室2
と、一端をプラズマ発生室2の上面の開口部に接続され
るとともに他端をマイクロ波発生手段(図示せず)に接
続され、マイクロ波発生手段により発生されたマイクロ
波をプラズマ発生室2に導く導波管3と、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5a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。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及び石英板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5aに通電してこのソレノイドコイル5a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鳴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5a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、プラズマ発生室内における磁界の
形成にソレノイドコイルを用いたため、プラズマ発生室
内の磁界はコイルの中心軸上において最も強くなり、電
子はコイルの中心軸から外側に向かって流出する。従っ
て、電子を十分にプラズマ発生室内に閉じ込めることが
できず、プラズマ生成密度を十分に高めることができな
い。
このため、半導体基板処理における反応速度が低いとい
う問題点があった。さらに電子の閉じ込めが不十分であ
るため、プラズマが不安定であり、プラズマの発生に用
いるガスの圧力、種類、あるいはマイクロ波出力などの
条件に制約を受けるという問題点もあった。
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、プラズマ生成密度を高めることにより半導
体基板処理速度を上げるとともに、プラズマを安定化し
てプラズマ生成のための条件範囲を緩和し制御性を高め
、広い適用範囲を有す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、プラズマ発生室内
に極小磁場を形成するコイル手段を備えたものである。
[作用コ この発明におけるプラズマ反応装置では、コイル手段に
よりプラズマ発生室内に、極小磁場(内部に磁束密度が
ゼロでない極小値を取る点を持つ磁場配位)が形成され
、プラズマ発生室の中心部の磁場が外周部に比べて弱く
なっているので、プラズマ発生室内のプラズマは安定に
閉じ込められる。このためプラズマ発生室には密度の高
い安定したプラズマが発生され、半導体基板処理の速度
が向上する。またガス圧力などのプラズマ生成の条件も
緩和される。
[実施例コ 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、以下の実施例の構成及び作用は、第3図の装置
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図は、この発明の第1実施例を示す概略断面図であ
る。この実施例は、ソレノイドコイル5aの代わりにコ
イル手段としての極小磁場発生用コイル5を備えている
点を除けば、第3図の装置と略同様に構成されている。
第2図(、)乃至第2図(e)は、第1図の極小磁場発
生用コイルのそれぞれ異る具体例を示す。
第2図(a)はヨッフェ磁場コイル10を示しており、
このヨッフェ磁場コイル10は、互いに軸方向に離隔し
て平行に配置され、ミラー磁場を形成する一対の環状導
体10aと、これらの環状休10aの対向内側面間にお
いて円周方向に等間隔で配置され、該環状体10aの中
心軸の方向に平行に延びてカスプ磁場を形成する複数本
(図示例では4本)の直線状導体10bとがら構成され
る。
このヨッフェ磁場コイル1oを極小磁場発生用コイル5
として用いる場合には、ミラー磁場を形成する一対の環
状導体10aを、プラズマ発生室2を囲むようにして円
筒状のプラズマ発生室2と同軸状に配置し、カスプ磁場
を形成する直線状導体10bをプラズマ発生室2の中心
軸と平行に配置する(図中の矢印は電流の方向を示す)
。従って、ヨッフェ磁場コイル1oは、プラズマ発生室
2内にミラー磁場とカスプ磁場を重ね合わせて得られる
極小磁場(内部に磁束密度がゼロでない極小値を取る点
を持つ磁場)を形成する。
極小磁場発生用コイル5としては、極小磁場発生手段と
して周知の、第2図(b)のベースボールコイル11や
第2図(c)のインヤング(yin−yang)コイル
12を用いることもできる。
第2図(b)のベースボールコイル11は、互いに離隔
して平行に対向するように配置され、ミーラ磁場を形成
する一対の逆コ字状導体部11aと、それら導体部11
nの対向解放端同士を結ぶように延びてカスプ磁場を形
成する一対の互いに平行な直線状導体部11bとからな
る。ベースボールコイル11を用いる場合、ミーラ磁場
を形成する逆コ字状導体部11aがプラズマ発生室2を
取り囲み、カスプ磁場を形成する直線状導体部11bが
プラズマ発生室2の軸と平行になるようにコイル11を
配置する。
一方、第2図(c)のインヤングコイル12は、環状体
を二つに折り曲げて重ね合わせた形状の一対の二重の半
環状導体部12a、12bを、それらの中心面が互いに
直交するように組み合わせて構成されている。このイン
ヤングコイル12を用いる場合には、一対の半環状導体
部12a、12bを、それらの中心がプラズマ発生室2
の中心軸上にくるように、且つ横から見てX字状にプラ
ズマ発生室2の外周面を取り巻くように配置する。この
ようにコイル12を配置することにより、コイル1ア 2への通電時に極小磁場がプラズマ発生室の略中心部に
発生される。
なお、ヨッフェ磁場コイル10を極小磁場発生用コイル
5として用い、半導体基板9の表面にエツチング或は薄
膜形成を行う場合の諸元の具体例は次の通りである。
プラズマ発生室直径:       200  ivプ
ラズマ発生室軸方向長さ:    180  ivヨッ
フェ磁磁場コイル状状部直径  330  肩xヨッフ
ェ磁場コイル軸方向長さ+  350  zx磁束密度
極小値=875ガウス マイクロ波周波数:      2.45GHzマイク
ロ波出カニIKワツト 原料ガス:01□ ガス圧カニ          5xlO−5Torr
この実施例も第3図の装置と同様に動作する。
しかしプラズマ発生室2内には、極小磁場発生用コイル
5により、ミラー磁場とカスプ磁場を重ね合わせた極小
磁場が形成される。従ってコイル5の中心に位置する、
磁束密度が極小値をとる点の付近では、外側に向かうあ
らゆる方向に磁束密度が増大する。この結果、プラズマ
を安定的に閉じ込めることができる。特にプラズマ中の
電子を有効に閉じ込めることがてきるなめ、電子密度を
高くすることができるため、プラズマ生成密度が向上し
、半導体基板処理における反応速度を増大させることが
できる。またプラズマの閉じ込め効率が向上するので、
従来、プラズマの生成が困難であった1O−5Torr
の低圧力下でも安定なプラズマを生成できる。
なお、以上の説明では、電子サイクロトロン共鳴放電を
利用してプラズマを生成する実施例についてのみ説明し
たが、この発明は高周波放電、マグネトロン放電、PI
G放電などを利用するプラズマ反応装置に対しても応用
できる。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、プラズマ発生室内に極
小磁場を形成するコイル手段を備えているので、プラズ
マを安定的に高密度で生成することが可能であり、従っ
て半導体基板の処理速度を増大することができるととも
に、プラズマ生成のための条件が緩和され適用範囲が広
くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るプラズマ反応装置の断面図、第
2図(a)乃至第2図(c)はそれぞれ第1図の極小磁
場発生用コイルのそれぞれ異る具体例を示す斜視図、第
3図は従来のプラズマ反応装置の断面図である。 図において、1は反応室、2はプラズマ発生室、3は導
波管、4は石英板、5aはソレノイドコイル、5は極小
磁場発生用コイル、6はガス導入口、7はガス排気口、
8は保持台、9は半導体基板、10はヨッフェ磁場コイ
ル、11はベースボールコイル、12はインヤング(y
in−yang)コイルである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 =11 第2区 (C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. プラズマ発生室内においてガス放電によりプラズマを発
    生させ、発生したプラズマにより半導体基板表面にエッ
    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、前記プラズマ発生室内に極小磁場を形成するコイ
    ル手段を備えることを特徴とするプラズマ反応装置。
JP63172643A 1988-07-13 1988-07-13 プラズマ反応装置 Expired - Lifetime JP2618001B2 (ja)

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