DE4345261A1

DE4345261A1 - Plasmareaktionsvorrichtung

Info

Publication number: DE4345261A1
Application number: DE4345261A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Fujiwara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: DE4345261C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Plasmareaktions vorrichtung, und genauer auf eine Struktur einer Plasmareaktions vorrichtung, die eine gleichförmige Plasmaerzeugung über einer Hauptoberfläche eines Wafers erlaubt.

In der jüngeren Vergangenheit wurde bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung wie eines IC eine Behandlung wie Ätzen nach der Ausbildung einer Dünnschicht auf einem Halbleitersubstrat (im folgenden als ein Wafer bezeichnet) ausgeführt. Ein Beispiel einer solchen Wafer-Behandlungsvorrichtung ist eine Plasmareaktionsvor richtung, die ein durch Gasentladung erzeugtes Plasma verwendet, wie sie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 61-86942 beschrieben ist.

Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Plasmare aktionsvorrichtung zur Verwendung bei RIE (reaktives Ionenätzen) und ähnlichem zeigt.

Wie Fig. 9 zeigt, ist eine Kathode 3, die als eine planare Elek trode dient, an einer Bodenoberfläche, z. B., eines hohlen säulen förmigen Reaktionsbehälters 1 über ein Isolationsmaterial 2 fi xiert. Eine Anode 4, die als die andere planare Elektrode dient, ist an einer Dachoberfläche des Reaktionsbehälters 1 fixiert. Die Kathode 3 und die Anode 4 sind in dem Reaktionsbehälter 1 einander gegenüberliegend vorgesehen, und ein Wafer 5 ist auf der Kathode 3 angeordnet.

Eine Mehrzahl von Gasauslässen 6a und Gasdurchgängen 6b sind auf bzw. in der Anode 4 ausgebildet. Der Gasdurchgang 6b ist mit einem Gaseinlaß 7 verbunden, der an der Dachoberfläche des Reaktionsbe hälters 1 ausgebildet ist, und dementsprechend wird Gas in den Re aktionsbehälter (Reaktionscontainer) 1 durch den Gaseinlaß 7, den Gasdurchgang 6b und den Gasauslaß 6a eingeführt. Dann wird das Gas durch einen Auslaß (Abzug) 8, der an dem Boden des Reaktionsbehäl ters 1 ausgebildet ist, ausgelassen bzw. abgesaugt.

Währenddessen ist ein Ende einer Hochfrequenz-Stromversorgung 9 mit der Kathode 3 über eine Impedanz-Anpaßvorrichtung 10 verbun den. Das andere Ende der Hochfrequenz-Stromversorgung 9 ist mit Masse verbunden, und dabei wird ein HF elektrisches Feld (Vektor E) zwischen der Kathode 3 und der Anode 4 durch die Hochfrequenz stromversorgung 9 gebildet.

Ein Satz von magnetischen Spiegelfeld-Erzeugungsspulenpaaren 11a, 11b sind an einander gegenüberliegenden Positionen außerhalb des Reaktionsbehälters 1 vorgesehen. Bezüglich dieser magnetischen Spiegelfeld-Erzeugungsspulen 11a, 11b ist eine Mehrzahl von magne tischen Spiegelfeld-Erzeugungsspulen jeweils in einem gewissen Winkel relativ zu einer zentralen Achse des Reaktionsbehälters 1 vorgesehen, um die Rotation eines magnetischen Spiegelfeldes elek trisch zu steuern. Folglich werden die magnetischen Spiegelfeld- Erzeugungsspulen 11a, 11b in Drehung geschaltet und leitend ge macht, und derart wird das magnetische Spiegelfeld (Vektor B) in einer gewissen Richtung mit einer gewissen Periode rotiert. Derart wird eine Fehlverteilung oder ungleichmäßige Verteilung des Plas mas, die auf der Drift (im folgenden als "E × B Drift" bezeichnet) basiert, die von der Lorentzkraft des erzeugten Plasmas aufgrund einer orthogonalen Überlagerung des magnetischen Spiegelfeldes und des HF elektrischen Feldes herrührt, verhindert.

Bei Verwendung der Vorrichtung mit der oben beschriebenen Struktur wird, wenn eine Dünnschicht auf einem Wafer 5 ausgebildet wird oder ein Ätzen ausgeführt wird, nachdem das unnötige Gas in dem Reaktionsbehälter 1 durch den Auslaß 8 genügend abgesaugt ist, ein reaktives Gas in den Reaktionsbehälter durch den Gaseinlaß 7, den Gasdurchgang 6b und den Gasauslaß 6a eingebracht. Dann wird ein Teil des reaktiven Gases vom Auslaß 8 abgesaugt, wodurch der in terne Druck des Reaktionsbehälters 1 auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.

Als nächstes wird eine HF-Leistung mit 93,6 MHz der Kathode 3 durch die Hochfrequenz-Stromversorgung 9 zugeführt. Derart wird ein ma gnetisches Spiegelfeld erzeugt, da die Spulen 11a, 11b leitend ge macht werden. Im Reaktionsbehälter 1 wird eine Magnetronentladung (Magnetfeldröhrenentladung) durch das zwischen der Kathode 3 und der Anode 4 erzeugte HF elektrische Feld und durch das magnetische Spiegelfeld mit magnetischen Kraftlinien, die das HF elektrische Feld orthogonal kreuzen, verursacht, wodurch ein hochdichtes Gas plasma erzeugt wird. Die Ausbildung der Dünnschicht oder das Ätzen wird auf der Oberfläche des Wafers 5 durch diese Reaktion des hochdichten Gasplasmas ausgeführt.

Reaktives Gas, Druck und durch die Hochfrequenz-Stromversorgung 9 gelieferte Leistung, die hierbei verwendet werden, werden entspre chend zu den Typen der Waferverarbeitung entsprechend ausgewählt.

Die wie oben aufgebaute Plasmareaktionsvorrichtung weist die fol genden Probleme auf.

Im Fall der wie oben aufgebauten Plasmareaktionsvorrichtung wird eine Fehlverteilung des Plasmas aufgrund der Drift verhindert und die Plasmadichte wird gleichförmig gemacht durch Rotation des ma gnetischen Spiegelfeldes unter Verwendung einer Mehrzahl (zwei bis drei) von Sätzen von magnetischen Spiegelfeld-Erzeugungsspulen. Die Plasmadichte wird über einen langen Zeitraum gleichförmig ge macht, jedoch, wie Fig. 10 zeigt, ist die Plasmaverteilung an einem willkürlichen Zeitpunkt (siehe P in der Figur) nicht gleich förmig, so daß Verteilungen des Potentials des Wafers 5 wie in Fig. 11 dargestellt sind, wenn sie an einem entlang der Linie A′-A aus Fig. 10 genommenen Querschnitt betrachtet werden.

In Fig. 11 zeigt die Abszisse einen Abstand vom Zentrum des Wafers 5 und die Ordinate einen absoluten Wert des Potentials V, wobei die strichpunktierte Linie ein Potential des Wafers 5 darstellt, die durchgezogene Linie ein lokales Potential auf der Oberfläche des Wafers 5 darstellt, und X einen Meßpunkt bezeichnet. Wie aus der Fig. 11 zu sehen ist, wird das Potential V kleiner als das Po tential des Wafers 5, wo die Plasmadichte hoch ist, während es hö her als das Potential des Wafers 5 ist, wo die Plasmadichte nied rig ist. Der Grund dafür wird im folgenden beschrieben, wobei die folgende Beziehung gilt:

P = V · I

P: Leistungsdichte (w/cm²)
V: Spannung (V)
I: Stromdichte (A/cm²).

Genauer verringert sich, da P konstant gesetzt ist, das Potential V in umgekehrter Proportion zu dem Anstieg der Plasmadichte I, während die Spannung V in umgekehrter Proportion zur Verminderung der Plasmadichte ansteigt.

Darum wird, wenn zu einer willkürlichen Zeit eine Differenz zwi schen dem Potential des Wafers 5 und dem lokalen Potential auf der Oberfläche des Wafers 5 erzeugt wird, ein elektrisches Feld auf eine Halbleitervorrichtung, die auf der Oberfläche des Wafers 5 ausgebildet ist, angewendet bzw. einwirken gelassen, und als Folge wird eine Isolierschicht, speziell eine dünne Isolierschicht, be schädigt.

Aus der DE 41 18 973 A1 ist eine Vorrichtung zur plasmaunterstütz ten Bearbeitung von Substraten bekannt, bei der Spulen zur Erzeu gung eines Magnetfeldes außerhalb einer Kammer angeordnet sind. In der Kammer ist ein Substrat derart angeordnet, daß die Oberfläche des Substrates parallel zu den Magnetfeldlinien liegt. An einer Außenwand der Kammer, die senkrecht zu der Oberfläche des Sub strates ist, die parallel zu den Magnetfeldlinien ist, ist eine mit einer Wechselstromversorgung verbundene Elektrode angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform sind zusätzlich weitere Spulen angeordnet, die ein zu der Oberfläche des Substrates senkrechtes Magnetfeld erzeugen.

Aus der WO 92/22920 ist darüber hinaus eine Vorrichtung zur plas maunterstützten Bearbeitung von Substraten bekannt, bei der in ei ner Kammer ein Substrat angeordnet ist. In der Kammer sind auf ge genüberliegenden Seiten der Kammer zwei Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes derart angeordnet, daß ein elektrisches Feld parallel zu der Oberfläche des Substrates erzeugt wird. Wei ter sind erste Spulen so angeordnet, daß ein magnetisches Feld parallel zu der Richtung, in der sich die Elektroden gegenüberlie gen, erzeugt wird. Zweite Spulen sind derart angeordnet, daß ein magnetisches Feld senkrecht zu der Oberfläche des Substrates und der Richtung, in der sich die Elektroden gegenüberliegen, erzeugt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Plasmareaktions vorrichtung anzugeben, die ein hochdichtes Plasma durch Entladung aufrechterhalten kann und eine ausgezeichnete Plasmagleichförmig keit über eine Hauptoberfläche eines Wafers aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Plasmareaktionsvorrichtung nach Anspruch 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn zeichnet.

Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Plasmareaktionsvorrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes mit einem Paar von Elektroden, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander an gegenüberliegenden Positionen entlang der äußeren Oberfläche eines zylindrischen Reaktionsbehälters angeordnet sind, die jeweils einen vorbestimmten Zentriwinkel des Krümmungsradius kleiner als 180° aufweisen, zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in dem Re aktionsbehälter; eine Vorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, die außerhalb des Reaktionsbehälters angeordnet ist, zur Erzeugung eines magnetischen Feldes in der Richtung senkrecht zu der Richtung, in welche das Paar von Elektroden einander gegen überliegt, und senkrecht zu der zentralen Achse des Reaktionsbe hälters; und eine Waferanordnungsvorrichtung zur Anordnung eines Wafers horizontal zu dem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld auf.

Bei der Plasmareaktionsvorrichtung sind das elektrische Feld und das magnetische Feld parallel zu der Waferoberfläche und orthogo nal zueinander eingestellt.

Als Folge ist die Fehlverteilung des Plasmas in der Richtung par allel zu der Waferoberfläche so beschränkt, daß das Plasma über der Hauptoberfläche des Wafers gleichförmig gemacht werden kann, da die Richtung der E × B Drift des Plasmas, das durch die Magne tronentladung erzeugt wird, senkrecht zu der Waferoberfläche ist.

Bei der Plasmaerzeugungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt, zur Lösung der obigen Aufgabe, die Vorrichtung zur Erzeugung des elektrischen Feldes ein elektrisches Wechselfeld durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen dem Paar von Elektroden, und die Vorrichtung zur Erzeugung eines magneti schen Feldes erzeugt ein magnetisches Wechselfeld unter Verwendung einer Wechselstrom-Stromversorgung zum Einstellen der Phasendiffe renz zwischen dem elektrischen Wechselfeld und dem magnetischen Wechselfeld auf 0° oder 180°, wodurch ein Plasma mit einer hohen Konzentration in Richtung der Waferoberfläche erzeugt wird.

Da die Phasendifferenz zwischen dem elektrischen Wechselfeld und dem magnetischen Wechselfeld auf 0° oder 180° eingestellt ist, sind alle E × B Driftrichtungen auf die Waferoberfläche gerichtet, wodurch die Verstärkung der Energie der Ionen und Elektronen in der Plasmareaktionsvorrichtung ermöglicht wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Plasmareaktionsvorrichtung ent sprechend einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die entlang der Linie X-X′ in Fig. 1 genommen ist;

Fig. 3 Potentiale eines Wafers und einer Waferoberfläche, wenn die Plasmareaktionsvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform verwendet wird;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Plasmareaktionsvorrichtung ent sprechend einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 5 eine schematische Ansicht, die ein Merkmal der Plasmare aktionsvorrichtung entsprechend der zweiten Ausführungs form zeigt;

Fig. 6 eine Schnittansicht einer Plasmareaktionsvorrichtung ent sprechend einer dritten Ausführungsform;

Fig. 7 eine Schnittansicht, die entlang der Linie Y-Y′ in Fig. 6 genommen ist;

Fig. 8 Potentiale eines Wafers und einer Waferoberfläche, wenn die Plasmareaktionsvorrichtung entsprechend der dritten Ausführungsform verwendet wird;

Fig. 9 eine Schnittansicht einer Plasmareaktionsvorrichtung;

Fig. 10 eine Draufsicht, die Probleme der Plasmareaktionsvorrich tung aus Fig. 9 zeigt; und

Fig. 11 Potentiale eines Wafers und einer Waferoberfläche an einem Querschnitt, der entlang der Linie A′-A in Fig. 10 genommen ist.

Eine erste Ausführungsform wird beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Plasmareaktionsvorrichtung entsprechend der Ausführungsform. Wie die Figur zeigt, weist die Plasmareaktionsvorrichtung einen zylindrischen Reaktionsbehälter (Reaktionscontainer) 1 mit einem vorbestimmten Radius, der als eine erste Elektrode dient, auf. Eine stabförmige Elektrode 13, die als eine zweite Elektrode dient, ist auf der zentralen Achse des Reaktionsbehälters 1 zur Erzeugung eines elektrischen Feldes (E) radial zwischen der stabförmigen Elektrode 13 und dem Reakti onsbehälter mit der zentralen Achse vorgesehen. Ein Gaseinlaß 7 ist an der oberen Seite des Reaktionsbehälters 1 zum Einbringen eines reaktiven Gases vorgesehen.

Eine Solenoidspule 12 ist außerhalb des Reaktionsbehälters 1 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (B) parallel zu der Erstreckungsrichtung des Reaktionsbehälters 1 innerhalb der ersten Elektrode vorgesehen.

Ein Probentisch (Werkstücktisch) 3 ist auf einem Isoliermaterial 2 an dem niedrigeren Abschnitt des Reaktionsbehälters 1 vorgesehen, und ein Wafer 5 ist auf dem Probentisch 3 angeordnet. Ein Ende einer Hochfrequenz-Stromversorgung 9 ist mit dem Probentisch 3 über eine Impedanzanpaßvorrichtung 10 verbunden, und das andere Ende der Hochfrequenz-Stromversorgung 9 ist mit Masse verbunden. Ein Auslaß (Abzug) 8 ist an dem niedrigeren Abschnitt des Reakti onsbehälters 1 vorgesehen.

Wenn eine Dünnschicht auf dem Wafer 5 ausgebildet wird oder Ätzen ausgeführt wird, wird bei der Plasmareaktionsvorrichtung mit der obigen Struktur unnötiges Gas innerhalb des Reaktionsbehälters 1 ausreichend durch den Auslaß 8 ausgelassen bzw. abgesaugt. Dann wird reaktives Gas in den Reaktionsbehälter 1 durch den Gaseinlaß 7 eingebracht, und zur selben Zeit wird ein Teil desselben durch den Auslaß 8 abgeführt, um den internen Druck des Reaktionsbehäl ters 1 auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Dann wird ein elek trisches Feld (E) zwischen den Elektroden durch Verbinden einer Gleichstrom-Stromversorgung 14 zwischen den Reaktionsbehälter 1 und die stabförmige Elektrode 13 erzeugt. Außerdem wird ein magne tisches Feld (B) parallel zu der Richtung der Erstreckung des Re aktionsbehälters 1 innerhalb des Reaktionsbehälters 1 durch die Solenoidspule 12 erzeugt.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie X-X, in Fig. 1 genommen ist.

Wie die Figur zeigt, wird das radiale elektrische Feld E, das in der Figur durch Pfeile gezeigt ist, zwischen dem Reaktionsbehälter 1 und der stabförmigen Elektrode 13 erzeugt, wie die Spannung von der Gleichstrom-Stromversorgung 14 an die stabförmige Elektrode 13, die auf der zentralen Achse des Reaktionsbehälters 1 angeord net ist, angelegt wird.

Währenddessen wird das magnetische Feld B durch die Solenoidspule 12 in der Richtung senkrecht zu dem Querschnitt aus Fig. 2 er zeugt.

Dementsprechend sind das radiale elektrische Feld E und das magne tische Feld B mit der axialen Richtung senkrecht zueinander, so daß das reaktive Gas, das in den Reaktionsbehälter 1 durch den Gaseinlaß 7 eingebracht wird, durch die Magnetronentladung (Magnetfeldröhrenentladung) in Plasma umgewandelt wird.

Obwohl das hochdichte Plasma, das durch die Magnetronentladung er zeugt wird, in der Richtung von E × B driftet, ist die Drift in der tangentialen Richtung, die durch einen Pfeil E × B in Fig. 2 gezeigt ist, auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt die stabförmige Elektrode ist, in anderen Worten in der offensichtlichen Umfangs richtung. Darum rotiert das zwischen der stabförmigen Elektrode 13 und dem Reaktionsbehälter 1 erzeugte Plasma gleichförmig in der offensichtlichen Umfangsrichtung.

Dementsprechend verursacht das durch die Magnetronentladung er zeugte Plasma keine Fehlverteilung, so daß die Dichte des Plasmas auf dem Wafer 5 zu jeder Zeit gleichförmig ist.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Potential des Wafers und das Po tential auf der Waferoberfläche gleichförmig, so daß eine Diffe renz zwischen dem Waferpotential und dem lokalen Potential auf der Waferoberfläche nicht verursacht wird, wie das vorher der Fall war, wodurch eine Beschädigung der Vorrichtung, die auf dem Wafer ausgebildet ist, verhindert werden kann.

In Fig. 3 bezeichnet die Abszisse den Abstand von dem Zentrum des Wafers 5, die Ordinate bezeichnet den absoluten Wert des Potenti als V, die strichpunktierte Linie bezeichnet ein Potential des Wa fers, und x bezeichnet ein Potential auf der Waferoberfläche an einem Potentialmeßpunkt.

Eine zweite Ausführungsform wird beschrieben. Fig. 4 ist eine longitudinale Schnittansicht der Plasmareaktionsvorrichtung ent sprechend dieser Ausführungsform.

Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der Plasma reaktionsvorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungs form, die in Fig. 1 gezeigt ist, dadurch, daß eine Wechselstrom- Stromversorgung 15 zwischen den Reaktionsbehälter und die stabför mige Elektrode verbunden ist, und eine Wechselstrom-Stromversor gung 16 mit der Solenoidspule 12 verbunden ist. Zusätzlich ist eine Quarzabdeckung 17 innerhalb des Reaktionsbehälters 1 und auf der Seitenwand der stabförmigen Elektrode zur Verhinderung einer von den Elektroden ausgehenden Metallverunreinigung vorgesehen. Die vorliegende Ausführungsform weist in den anderen Aspekten die selbe Struktur wie die Plasmareaktionsvorrichtung der ersten Ausführungsform auf.

Wenn die Plasmareaktionsvorrichtung der ersten Ausführungsform über einen langen Zeitraum benutzt wird, haften Reaktionsprodukte, die aus isolierenden Materialien bestehen, die von Produkten re sultieren, die ausgebildet werden, wenn das Substrat geätzt wird oder ein Polymer durch Rekombination von zerlegtem Gas hergestellt wird, an dem inneren Wandabschnitt der ersten Elektrode an, und als Folge werden der innere Wandabschnitt der ersten Elektrode 1 und die Seitenwand der zweiten Elektrode 13 mit den isolierenden Materialien bedeckt, wodurch die Verwendung des Gleichstrom elek trischen Feldes (elektrisches Gleichfeld) verhindert wird. Die Plasmareaktionsvorrichtung entsprechend der zweiten Ausführungs form löst diese Probleme.

Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Wechselstrom elektrisches Feld bzw. elektrisches Wechselfeld (E) und ein Wechselstrom magne tisches Feld bzw. magnetisches Wechselfeld (B) wie oben beschrie ben erzeugt. Derart wird, wie in Fig. 5 gezeigt, selbst falls iso lierende Materialien auf dem inneren Wandabschnitt des Reaktions behälter 1 und der Seitenwand der stabförmigen Elektrode 13 anhaf ten, wobei diese Materialien im wesentlichen Kondensatoren C1 bzw. C2 bilden und die Phase periodisch invertiert wird, ein Strom fortlaufend zugeführt wird und das elektrische Wechselfeld und das magnetische Wechselfeld können ohne Unterbrechung erzeugt werden.

Falls die Frequenzen der Wechselstrom-Stromversorgung 15 und der Wechselstrom-Stromversorgung 16 miteinander gleichgemacht werden und die Phasendifferenz zwischen dem elektrischen Wechselfeld E und dem magnetischen Wechselfeld B auf 0° oder 180° eingestellt wird, kann die E × B Drift in einer bestimmten bzw. gewissen Rich tung fixiert werden. Als Folge kann ein hochdichtes Plasma erhal ten werden, da die Energie der Ionen und Elektronen in dem Plasma erhöht werden kann.

Bei der vorliegenden Ausführungsform tritt wie bei der ersten Aus führungsform eine Fehlverteilung des Plasmas nicht auf, wie in Fig. 3 gezeigt, so daß die Plasmadichte zu jeder Zeit gleichförmig ist, wodurch das Potential des Wafers und das Oberflächenpotential des Wafers gleichförmig werden.

Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform eine 13,56 MHz Strom versorgung als Wechselstrom-Stromversorgungen 15 und 16 verwendet wurde, können jedwede Frequenzen, die in den Bereich von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 100 MHz fallen, wobei Plasma im Druckbereich von 1 bis 1000 mTorr erzeugt werden kann, das zum Ätzen verwendbar ist, verwendet werden.

Eine dritte Ausführungsform wird im folgenden beschrieben. Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Plasmareaktionsvorrichtung dieser Aus führungsform.

Wie die Figur zeigt, weist die Plasmareaktionsvorrichtung ein Paar von Elektroden 18, 18, die in einem vorbestimmten Abstand vonein ander an gegenüberliegenden Positionen entlang der äußeren Ober fläche eines zylindrischen Reaktionsbehälters angeordnet sind, die jeweils einen vorbestimmten Krümmungsradius (bzw. durch die Krüm mung eingeschlossenen Winkel) kleiner als 180° aufweisen, zur Er zeugung eines elektrischen Feldes innerhalb des Reaktionsbehälters auf. Magnetische Spiegelfeld-Erzeugungsspulen 11a, 11b die außer halb des Reaktionsbehälters 1 angeordnet sind, zur Erzeugung eines magnetischen Feldes in der Richtung senkrecht zu der Richtung, in welcher das Paar von Elektroden 18, 18 einander gegenüberliegt, und senkrecht zu der zentralen Achse des Reaktionsbehälters sind vorgesehen.

Ein Gaseinlaß 7 zum Einbringen des reaktiven Gases ist an einem oberen Abschnitt des Reaktionsbehälters 1 vorgesehen. Der Proben tisch 3 ist auf Isoliermaterial 2 an einem unteren bzw. niedrige ren Abschnitt des Reaktionsbehälters 1 vorgesehen und ein Wafer ist auf dem Probentisch (Werkstücktisch) 3 angeordnet. Ein Ende einer Hochfrequenz-Stromversorgung ist mit dem Probentisch 3 über eine Impedanzanpaßvorrichung (Impedanzeinstellvorrichtung) 10 ver bunden, während das andere Ende der Hochfrequenz-Stromversorgung 9 mit Masse verbunden ist. Ein Auslaß 8 ist an einem unteren bzw. niedrigeren Abschnitt des Reaktionsbehälters 1 vorgesehen.

Wenn in der Plasmareaktionsvorrichtung mit der obigen Struktur eine Dünnschicht auf einem Wafer 5 ausgebildet oder Ätzen ausge führt wird, wird unnötiges Gas innerhalb des Reaktionsbehälters 1 vom Auslaß 8 ausreichend abgesaugt. Dann wird, während das reak tive Gas in die erste Elektrode 1 durch den Gaseinlaß 7 einge bracht wird, ein Teil desselben vom Auslaß 8 zum Halten des inter nen Druckes des Reaktionsbehälters 1 auf einem vorbestimmten Wert abgesaugt.

Dann wird das elektrische Wechselfeld (E) zwischen den Elektroden 18, 18 durch Verbinden der Hochfrequenz-Stromversorgung 16 mit dem Paar von Elektroden 18, 18 erzeugt. Die Wechselstrom-Stromversor gung ist mit den Magnetfelderzeugungsspulen 11a, 11b verbunden, so daß das magnetische Wechselfeld (B) in der Richtung senkrecht zu der Richtung, in welcher das Paar von Elektroden 18, 18 einander gegenüberliegt, erzeugt wird.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie Y-Y′ in Fig. 6 genommen ist.

Wie die Figur zeigt, wird das elektrische Wechselfeld E, das in der Figur durch E gezeigt ist, zwischen dem Paar von Elektroden 18, 18 erzeugt, während des magnetische Wechselfeld B, das senk recht zu dem elektrischen Wechselfeld E ist, durch die Spiegelmagentfeld-Erzeugungsspulen 11a, 11b erzeugt wird.

Das elektrische Wechselfeld E und das magnetische Spiegelfeld B sind innerhalb des Reaktionsbehälters 1 im wesentlichen senkrecht zueinander, wobei das reaktive Gas, das in den Reaktionsbehälter 1 durch den Gaseinlaß 7 eingebracht wird, durch Magnetronentladung in Plasma umgewandelt wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Plasma nicht auf eine spezielle Position auf der Oberfläche des Wafers vorgespannt, aber das Plasma ist in einer gleichförmigen Verteilung, da die E × B Driftrichtung senkrecht zu dem Wafer 5 ist, wie durch den Pfeil E × B in Fig. 6 gezeigt.

Wie Fig. 8 zeigt, ist das Potential des Wafers gleich dem Oberflä chenpotential des Wafers, da die Plasmadichte zu jeder Zeit gleichförmig ist, und daher tritt zwischen dem Potential des Wa fers und dem lokalen Potential an der Oberfläche des Wafers eine Differenz nicht auf, wodurch eine Beschädigung der Vorrichtung, die auf dem Wafer ausgebildet ist, verhindert werden kann.

Wie bei der zweiten Ausführungsform kann, falls die Frequenzen der Wechselstrom-Stromversorgungen identisch gemacht werden und die Phasendifferenz zwischen dem elektrischen Wechselfeld (E) und dem magnetischen Wechselfeld (B) auf 0° oder 180° eingestellt wird, die höchste mögliche Dichte des Plasmas erhalten werden, da die E × B Drift immer auf die Waferoberfläche gerichtet ist.

Claims

1. Plasmareaktionsvorrichtung mit
Vorrichtungen (18) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes (E), die in einem vorbestimmten Abstand voneinander an gegenüberliegen den Positionen entlang der äußeren Umfangsfläche eines zylindri schen Reaktionsbehälters (1) angeordnet sind und jeweils einen vorbestimmten Krümmungsradius kleiner als 180° aufweisen zur Er zeugung eines elektrischen Feldes innerhalb des Reaktionsbehälters (1);
einer Vorrichtung (11a, 11b) zur Erzeugung eines magnetischen Fel des (B), die außerhalb des Reaktionsbehälters (1) angeordnet ist, zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (B) in der Richtung senk recht zu der Richtung, in welcher die Vorrichtungen (18) zur Er zeugung eines elektrischen Feldes einander gegenüberliegen und senkrecht zu der zentralen Achse des Reaktionsbehälters (1); und einer Waferanordnungsvorrichtung (3) zum Anordnen eines Wafers ho rizontal zu dem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld.

2. Plasmareaktionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,
daß die Vorrichtung (18) zur Erzeugung des elektrischen Feldes (E) ein elektrisches Wechselfeld durch Anlegen einer Wechselspannung an ein Paar von Elektroden erzeugt,
die Vorrichtung (11a, 11b) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (B) ein magnetisches Wechselfeld unter Verwendung einer Wechsel strom-Stromversorgung erzeugt, und
ein Hochkonzentrationsplasma in Richtung der Waferoberfläche durch Einstellen der Phasendifferenz zwischen dem elektrischen Wechsel feld und dem magnetischen Wechselfeld auf 0° oder 180° erzeugt wird.