JPH0917599A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被処理物の近傍に広い範囲に亘り均一な磁束密
度の領域を発生させる位置に配設された２つの電磁コイ
ルを有するプラズマ処理装置を得る。 【構成】第１の電磁コイルの内径は被処理物の直径と同
程度に、第１の電磁コイルの外径はプラズマ処理室の内
径より充分小さく設定され、第２の電磁コイルの内径は
第１の電磁コイルの内径より大きく、第２の電磁コイル
の外径は第１の電磁コイルの外径より大きく、かつプラ
ズマ処理室の内径より充分小さく設定され、第１の電磁
コイルはプラズマ処理室側に配設され、かつ被処理物の
近傍に広い範囲に亘り均一な磁束密度の領域を発生させ
る位置に配設され、均一な磁束密度の領域を広げさせる
第２の電磁コイルを第１の電磁コイルに並べて配設す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波と磁界によ
り発生させたプラズマを用いて、主として半導体基板を
プラズマによりデポジションまたはエッチング処理する
プラズマ処理装置に係り、特に磁界を発生させる電磁コ
イルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造工程におけるデポジシ
ョンまたはエッチングにマイクロ波と磁界により発生さ
せたプラズマを利用したプラズマ処理装置が用いられて
いる。図４は、例えば１９９２年６月に発行されたジャ
パニーズ ジャーナル オブアプライド フィジックス
（Japanese Journal of Applied Physics ）Vol.31Pa
rt2, No.6B のp774〜p776に示された従来のプラズマ処
理装置を示す概略構成図である。図において、１はマイ
クロ波発振器、２はマイクロ波を伝送する導波管、３は
石英、セラミックスなどからなるマイクロ波透過窓、４
はプラズマ処理室である。プラズマ処理室４には、放電
ガスを導入するリークバルブ５、排気口６、処理基板ホ
ルダー７が設けられており、処理基板ホルダー７に被処
理物８が載置され、処理基板ホルダー７は冷却水９によ
り一定温度に保たれている。プラズマ処理室４の外周に
は、主コイル１０及び補助コイル１１が設置されてお
り、プラズマ処理室４内に所定の磁界を発生させること
ができる。

【０００３】次に動作について説明する。プラズマ処理
室４内に被処理物８をセットした後、プラズマ処理室４
内を高真空状態にする。つぎに、リークバルブ５からプ
ラズマ処理室４内に所定の放電ガスを、プラズマ処理室
内が所定の圧力になるまで供給する。つづいて、主コイ
ル１０に通電してプラズマ処理室内に磁界を発生させ
る。この状態でマイクロ波発振器１から、マイクロ波導
波管２とマイクロ波透過窓３とを通してプラズマ処理室
４にマイクロ波を供給すると、プラズマ処理室内の放電
ガスがマイクロ波電界により電離・励起して被処理物の
近傍にプラズマを生成する。

【０００４】主コイル１０により発生する磁界を、マイ
クロ波がプラズマ処理室に導入されるマイクロ波透過窓
３付近で高磁場とし、被処理物８に向かうにしたがって
低磁場となるような磁界配位とすることにより、マイク
ロ波を効率よくプラズマに供給することができる。

【０００５】上記プラズマの密度を高めるために、大き
な磁束密度を得ようとした場合、主コイル１０の通電に
加えて、補助コイル１１に適宜の電流を通電することに
より、被処理物８の近傍に例えば電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）領域１２を設定すれば、プラズマ密度を飛
躍的に高めることができる。この電子サイクロトロン共
鳴領域としては、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波に
対しては８７５ガウスの磁束密度の領域が対応してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ処理装
置では、プラズマ処理室４の外周に主コイル１０及び補
助コイル１１を配設しているために、装置全体が大きく
なると共に、コストアップを招くという問題点がある。

【０００７】また、両コイル１０，１１間の配置及び被
処理物８と両コイル１０，１１との位置関係では、均一
な磁束密度の領域が被処理物の近傍に発生されないとい
う問題点がある。

【０００８】さらに、図４に示したように、プラズマ処
理室４が主コイル１０及び補助コイル１１により覆われ
ているために、プラズマ処理の前後における被処理物の
搬送が容易でないという別の問題点も生じる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
プラズマ処理装置は、被処理物を配置して所定の処理を
行うプラズマ処理室と、プラズマ処理室内に磁界を発生
させると共に、中心軸を一致させた２つの電磁コイル
と、プラズマ処理室にマイクロ波を導入する導波管と、
導波管にマイクロ波を供給するマイクロ波発振器とを備
えたプラズマ処理装置を対象とし、２つの電磁コイルの
内の第１の電磁コイルの内径は被処理物の直径と同程度
に、第１の電磁コイルの外径はプラズマ処理室の内径よ
り充分小さく設定され、２つの電磁コイルの内の第２の
電磁コイルの内径は第１の電磁コイルの内径より大き
く、第２の電磁コイルの外径は第１の電磁コイルの外径
より大きく、かつプラズマ処理室の内径より充分小さく
設定され、第１の電磁コイルはプラズマ処理室側に配設
され、かつ被処理物の近傍に広い範囲に亘り均一な磁束
密度の領域を発生させる位置に配設され、均一な磁束密
度の領域を広げさせる第２の電磁コイルを第１の電磁コ
イルに並べて配設したことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の請求項２に係るプラズマ処
理装置は、請求項１において、第１及び第２の電磁コイ
ルは、被処理物の近傍に広い範囲に亘り均一な磁束密度
の領域を発生しつつ磁束密度を可変設定にしたことを特
徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１においては、電磁コイルのサ
イズが小型化され、しかも被処理物の近傍に広い範囲に
亘り均一な磁束密度の領域を発生させることができるの
で、高均一性を有するプラズマが実現され、均一性のよ
いプラズマ処理を達成することができる。

【００１２】また、本発明の請求項２においては、高均
一性でしかも高密度を有するプラズマが実現できるの
で、高速にプラズマ処理することができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の実施例を示す概略構成図で
ある。図１において、マイクロ波発振器１により発生し
たマイクロ波は、導波管２を通りマイクロ波透過窓３を
介してプラズマ処理室４に導入される。マイクロ波透過
窓３と被処理物８との間に磁界を発生させる第１及び第
２の電磁コイル２０，２１が、プラズマ処理室４上に、
しかも導波管２を取り囲むように並べて配設されてい
る。なお、図４と同一構成部材については、同一符号を
付して説明を省略する。

【００１４】マイクロ波透過窓３と被処理物８との間に
発生する磁界の分布形状は、第１及び第２の電磁コイル
２０，２１の外形寸法及び両コイルの位置関係により決
まる。したがって、被処理物８の近傍に均一な磁束密度
の領域を広い範囲に亘って発生させるには、コイルの内
径、外径及び長さがそれぞれ異なる第１及び第２の電磁
コイル２０，２１を、その中心軸を一致させて隣接させ
ることにより構成し、この隣接されたコイル２０，２１
と被処理物８との相対位置を決定すればよい。

【００１５】次に、電磁コイルの具体的な寸法とその磁
界分布の解析結果について説明する。電磁コイル２０の
寸法は、内径３６０mm，外径４３０mm，長さ２１０mm、
また電磁コイル２１の寸法は、内径３１０mm，外径４２
２mm，長さ９０mmである。電磁コイル２０の起磁力を２
８８００Ａ・ターン、電磁コイル２１の起磁力を３００
００Ａ・ターンとした場合の磁界分布の解析結果を図２
及び図３に示す。図２は電磁コイルにより発生する磁力
線を示し、図３は等磁束密度線の分布を示す。

【００１６】図３のＢ１，Ｂ２及びＢ３は、それぞれ６
００，８７５及び１０００ガウスの等磁束密度線を示
す。Ｂ２で示される８７５ガウスの領域は、電磁コイル
２１の下方約５０mmの位置にあり、φ３００に亘る均一
性も±５％程度の範囲内にある。

【００１７】図３の等磁束密度線の分布のもとでマイク
ロ波をプラズマ処理室４へ導入すると、φ３００に亘っ
て均一性のよい電子サイクロトロン共鳴領域１２を発生
させることができ、この領域に被処理物８を配置するこ
とにより、高速にしかも均一性の高いプラズマ処理が実
現できる。

【００１８】電磁コイル２０，２１の通電電流を適宜に
調整することにより、図３の等磁束密度線の分布が変化
することなく、等磁束密度線Ｂ２の磁束密度の値を広範
囲に設定することができるので、種々の磁束密度の値で
プラズマ処理することができる。

【００１９】図１に示す電磁コイル２０，２１の配置と
することにより、プラズマ処理室４が電磁コイルにより
覆われることがなくなるので、プラズマ処理室４の壁面
に被処理物の搬入、搬出口を設けることが可能となり、
プラズマ処理の前後における被処理物の搬送が容易とな
る。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、請求項１及び請求項２に
記載した本発明によれば、電磁コイルが小型化されると
共に、被処理物の近傍に均一な磁界を発生できる。した
がって、被処理物の全面に均一なプラズマを照射してプ
ラズマ処理することができる。

【００２１】また、請求項２に記載した発明によれば、
種々の磁束密度の値でプラズマ処理することができ、特
に電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁束密度の値に
設定すると、プラズマ密度を飛躍的に増加させ、高速か
つ均一にプラズマ処理することのできる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプラズマ処理装置の概
略構成図である。

【図２】図１の電磁コイルによる磁力線の分布図であ
る。

【図３】図１の電磁コイルによる等磁束密度線の分布図
である。

【図４】従来のプラズマ処理装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ マイクロ波発振器 ２ 導波管 ３ マイクロ波透過窓 ４ プラズマ処理室 ８ 被処理物 ２０，２１ 第１及び第２の電磁コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物を配置して所定の処理を行うプ
   ラズマ処理室と、前記プラズマ処理室内に磁界を発生さ
   せると共に、中心軸を一致させた２つの電磁コイルと、
   前記プラズマ処理室にマイクロ波を導入する導波管と、
   前記導波管にマイクロ波を供給するマイクロ波発振器と
   を備えたプラズマ処理装置において、 前記２つの電磁コイルの内の第１の電磁コイルの内径
   は、前記被処理物の直径と同程度に、前記第１の電磁コ
   イルの外径は前記プラズマ処理室の内径より充分小さく
   設定され、 前記２つの電磁コイルの内の第２の電磁コイルの内径
   は、前記第１の電磁コイルの内径より大きく、前記第２
   の電磁コイルの外径は前記第１の電磁コイルの外径より
   大きく、かつ前記プラズマ処理室の内径より充分小さく
   設定され、 前記第１の電磁コイルは前記プラズマ処理室側に配設さ
   れ、かつ前記被処理物の近傍に広い範囲に亘り均一な磁
   束密度の領域を発生させる位置に配設され、 前記均一な磁束密度の領域を広げさせる前記第２の電磁
   コイルを前記第１の電磁コイルに並べて配設したプラズ
   マ処理装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の電磁コイルは、前記
   被処理物の近傍に広い範囲に亘り均一な磁束密度の領域
   を発生しつつ前記磁束密度を可変設定にした請求項１に
   記載のプラズマ処理装置。