JPS6377119A - プラズマ処理装置 - 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〕 この発明は半導体加工装置であるプラズマ処理装置、と
くに電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生さ
せ、広領域にわたって均一なプラズマ処理が可能となる
プラズマ処理装置に関する゛ものである。

〔従来の技術〕

第６図は例えば、特開昭５７−７９６２１号公報に示さ
れた従来のプラズマ処理装置を示す断面構成図であり、
図において（１）はプラズマ発生部、（２）はステージ
、（３）は基板、（４）は導波管、（５）はマグネトロ
ン。

（６）はマグネトロン用［ｉ、（７）はソレノイドコイ
ル。

（８）はプラズマ反応部、（９）はガス供給管、０旧よ
排気管、αυはプラズマ発生用ガラス管、（２）は直流
電源。

α■はプラズマ流である。

次に動作について説明する。第５図は従来装置の基本的
な一実施例を示しており、プラズマ発生部（１）および
プラズマ反応部（８）により槽成されている。

プラズマ発生部（１）は、軸方向に不均一な静磁場を発
生させるソレノイドコイル（７）と、軸方向に垂直な高
周波電場を導入する高周波導波管（４）と、プラズマ発
生用ガラス管αのとを有しており、高周波導波管（４）
への高周波電力の供給はマグネトロン（５）により行な
われ、プラズマ発生用ガラス管Ｑｌ）へのガスの供給は
ガス供給管（９）を通して行なわれるようになっている
。

プラズマの形成は電子サイクロトロン共鳴により行なわ
れるが、電子サイクロトロン共鳴について説明する。今
、軸方向（Ｚ方向とする）の不均一な静磁場の強度をＢ
　（ｚ）とする。マグネトロン（５）により高周波導波
管（４）内に供給される高周波は、その高周波の周波数
に応じて共振するように作られた形状のプラズマ発生部
（１）内に不均一な高周波電場Ｅｒｆ　（ｚ）を形成す
る。プラズマ発生部（１）内で高周波電場Ｅｒｆ（ｚ）
と電子サイクロトロン共鳴を起こすＺ方向の静磁場強度
Ｂｚ（ｚ）を第６図に示す。点（ハ）から点■の線はＢ
ｚ（ｚ）が高周波電場Ｅｒｆ　（ｚ）と共鳴を起す磁場
強度の点を結んだものである。

電子は静磁場Ｂ中ではよく知られたサイクロトロン運動
をし、サイクロトロン角周波Ｗｃ＝ｅＢ／ｍで表わされ
る。（ただし、ｍは電子の質量である。）プラズマ発生
部（１）内の高周波電場Ｅｒｆ（ｚ）の角周波数をＷと
し、Ｗ＝Ｗｃのサイクロトロン共鳴条件が成立すれば、
高周波のエネルギーは電子に連続的に供給されて電子の
エネルギーが増大する。

このようなサイクロトロン共鳴条件下で、ガス供給管（
９）内に適当なガス圧のガスを導入すると、予備放電状
態で発生した電子は、高周波から連続的にエネルギーを
供給されて高いエネルギー状態になり、衝突過程を通し
てプラズマが発生し、この発生したプラズマにさらに共
鳴条件のもとて高周波電力が注入される。

従って、たとえばガス供給管（９）に導入するガスをＳ
ｉＨ４とすると、ガスの圧力以外に高周波の電力を適当
に調整することにより、Ｓｌ　、　ＳｉＨ、ＳｉＨ２、
ＳｉＨ。

などのイオンおよびそれぞれのイオンの種類、濃度ある
いはそのエネルギーを制御できると同時に、Ｓｉ’、　
ＳｉＨ”などのラジカルの種類、濃度あるいはそのエネ
ルギーを制御できる。

一方、不均一な静磁場Ｂ　（ｚ）と不均一な電場Ｅｒ　
ｆ（ｚ）の間では、電子には次式で与えられるような軸
方向の力Ｆｚが作用し、電子は軸方向に加速される。

Ｂ ただし、μは磁気モーメント、Ｗｏは電子の円運動のエ
ネルギー、Ｂｏはプラズマ発生部での磁束密度。

Ｍはイオンの質量である。

したがって、第５図のプラズマ発生部（１）で発生した
プラズマ中の電子がプラズマ反応部（８）１こ向は軸方
向に加速され、このためにプラズマ中にはイオンを加速
する静電場Ｅｏ（ｚ）によってプラズマは全体として軸
方向に加速されることになり、プラズマ反応部（８）に
軸方向に沿うプラズマ流が発生する。

ソレノイドコイル（７）によってつくられた磁力線がプ
ラズマ反応部（８）ではｒ方向成分をもつようになるの
で（即ち発散磁場となる。）、プラズマ流α［有］は磁
力線にそって拡がってゆく。

この第５図実施例によるプラズマ処理装置は、プラズマ
エツチング、プラズマＣＶＤ　、プラズマ酸化をはじめ
とする各皿表面処理に応用でき、これらの処理を効果的
に行うことができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマ処理装
置は以上のように構成されているので、高周波電場と共
鳴をおこす静磁場のＺ方向成分Ｂｚ（ｚ）は隼６図に示
されたように特定の領域に制御され、プラズマ処理の均
一性が得られに＜＜、また、大口径の基板にプラズマ処
理を行うにはソレノイドコイルの内径を大きくする必要
があり、装置が大型化する問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、プラズマ処理の均一性を高めるとともに、大
口径の基板にも対応できるプラズマ処理装置を得ること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るプラズマ処理装置はプラズマ発生部の周
囲に各中心軸を一致させて軸方向に並ぶ複数個のソレノ
イドコイルを配置し、これら複数個のソレノイドコイル
のうちの任意にソレノイドコイルに電流を流すと共に、
上記電流を脆すソレノイドコイルの組合せを変化させる
ようにしたものである。

〔作用〕

この発明におけるプラズマ処理装置は、軸方向に並ぶ複
数個のソレノイドコイルの各々へ流す電流を制御して、
電流を流すソレノイドコイルの組合せを変化させること
により、プラズマ発生部及びプラズマ反応部におけるソ
レノイドコイルの作る発散磁場分布を変化させ、プラズ
マ発生部からプラズマ反応部へ引出されるプラズマ流を
制御することが可能となる。これにより、小型の装置で
、大口径の基板にも均一なプラズマ処理が可能となる。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例によるプラズマ処理装置を
示す断面構成図であり、図において、（７）。

αＪ、ＱＦＪはプラズマ発生部（］）の周囲に配設され
た複数個のソレノイドコイルであり、各中心軸を一致さ
せて軸方向に並んでいる。α→、αη、（至）は各ソレ
ノイドコイル（７）、α荀、αＱに流す電流をＯＮ、Ｏ
ＦＦするスイッチ、（２）、αす、翰はソレノイドコイ
ル（７）。

α→、　０６に電流を供給する直流電源である。

次に動作について説明する。

プラズマ発生部（１）は、軸方向に静磁場を発生させる
複数個のソレノイドコイル（７）、α→、αυと１ｌｌ
ｌ１１方向に垂直な高周波電場を導入する高周波導波管
（４）と、プラズマ発生用ガラス管０１）とを有してお
り、高周波導波管（４）への高周波電力の供給はマグネ
トロン（５）により行われ、プラズマ発生用ガラス管ａ
υへのガスの供給はガス供給管（９）を通して行われる
。

プラズマの形成は電子サイクロトロン共鳴により行われ
るが、電子サイクロトロン共鳴は高周波電場Ｅｒｆ（ｚ
）と、ソレノイドコイル（７）、Ｑ４１．αθの合成静
磁場Ｂｚ（ｚ）により生ずる。

また、電子に作用する軸方向の力Ｆｚは、ｚ 部（１）で発生したプラズマ中の１子がプラズマ反応部
（８）に向は軸方向に加速され、このためにプラズマ中
にはイオンを加速する電場Ｅｏ（ｚ）が軸方向に形成さ
れる。この電場Ｅｏ　（ｚ）によってプラズマは全体と
して軸方向に加速されることになり、プラズマ反応部（
８）に形成される発散磁場（こ沿うプラズマ流α］が発
生する。今、第１図において、例えばスイッチαｅをＯ
Ｎ、スイッチαη、（至）をＯＦＦにして、ソレノイド
コイル（７）のみに電流を流すと、その時のプラズマ流
（１８ａ）及び基板（３）上に形成される薄膜の膜厚分
布は第２図（ａ）及び第８図（ａ）のようになる。また
、例えばスイッチＱｅをＯＦＦ、スイッチαη、０椋を
ＯＮにしてソレノイドコイル０４．（５ｆ；ｊのみに電
流を流すと、その時のプラズマ流（１８ｂ）及び基板上
に形成される薄膜の膜厚分布は第２図（ロ）及び第８図
（６）のようになる。したがって、例えば８個のソレノ
イドコイル（７）、　Ｑ４）、　Ｑυに流す電流をスイ
ッチαＱ、αカ。

α均のＯＮ・ＯＦＦ制御により第４図に示した電流波形
（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）（／ｆ　Ｊｌ／　ス幅
ｔ＝数μｓ〜数Ｓ）でそれぞれに流すと、プラズマ流α
→は第２図（ａ）及び（ｂ）の状態を交互にくり返すの
で基板上に均一な膜厚分布をもった薄膜が形成される。

以上のように、電流を流すソレノイドコイル（７）。

（１４，αＯの組合せを変え、プラズマ流を制御するこ
とにより、基板（３）上での膜厚分布を変えられるので
、広範囲で均一な膜厚分布をもった例えばアモルファス
・シリコン膜等が形成可能となる。

第１図実施例によるプラズマ処理装置は、プラズマエッ
、チング、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化をはじめとす
る各種表面処理に応用でき、広範囲に均一な処理を行う
ことができる。

なお、上記実施例ではソレノイドコイルの個数は８個で
あったが、複数であればよく、電流を流す時間も第４図
で示した倒置外にいろいろと変化させても、上記実施例
と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、プラズマ発生部の周囲
に各中心軸を一致させて軸方向に並ぶ複数個のソレノイ
ドコイルを配置し、これら複数個のソレノイドコイルの
うちの任意のソレノイドコイルに電流を流すと共に、上
記電流を流すソレノイドコイルの組合せを変化させるよ
うにしたので、プラズマ発生部からプラズマ反応部へ向
うプラズマ流が制御でき、均一なプラズマ処理が可能と
なる。また、大口径の基板にも精度よくプラズマ処理が
行なえる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるプラズマ処理装置を
示す断面構成図、第２図（ａ）及び第３図（ａ）は各々
この発明の一実施例に係るソレノイドコイルのうちの上
１つに電流を流した時のプラズマ流及び基板上に形成さ
れる薄膜の膜厚分布を示す断面図及び分布図、第２図（
ｂ）及び第８図（ｂ）は各々この発明の一実施例に係る
ソレノイドコイルのうちの下２つに電流を流した時のプ
ラズマ流及び基板上に形成される薄膜の膜厚分布を示す
断面図及び分布図、第４図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は各
々この発明の一実施例に係るソレノイドコイルへ流され
る電流を示す波形図、第５図は従来のプラズマ処理装置
を示す断面構成図、並びに第６図は従来のプラズマ処理
装置において、電子サイクロトロン共鳴を起こすＺ軸方
向の静磁場強度Ｂｚ（ｚ）のプラズマ発生部での分布を
示す分布図である。 （１）・・・プラズマ発生部　　　　　（３）・・・基
板（７）θ→αＱ・・・ソレノイドコイル　（８）・・
・プラズマ反応部Ｑ３　（１１３ａ）（１８ｂ）・・・
プラズマ流　　０００力（ハ）・・・スイッチ（２）（
１’ｌ）−・・直流［源 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生させ、
   基板をプラズマ処理するものにおいて、上記プラズマを
   発生させるプラズマ発生部の周囲に各中心軸を一致させ
   て軸方向に並ぶ複数個のソレノイドコイルを配置し、こ
   れら複数個のソレノイドコイルのうちの任意のソレノイ
   ドコイルに電流を流すと共に、上記電流を流すソレノイ
   ドコイルの組合せを変化させるようにしたことを特徴と
   するプラズマ処理装置。