JP2576139B2 - プラズマ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はCVD（Chemical Vapor Deposition）装置、エ
ッチング装置等として用いられるプラズマ装置に関する
ものである。

〔従来技術〕

電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ装置は低
ガス圧で活性度の高いプラズマを生成出来、また大径の
プラズマ流を引き出せることから高集積半導体素子等に
おける薄膜形成、エッチング等に適用し得るものとして
その研究，開発が進められている。

第７図はCVD装置として構成した従来のプラズマ装置
を示す縦断面図であり、図中31はプラズマ生成室を示し
ている。プラズマ生成室31は上部壁中央に石英ガラス板
31bにて封止したマイクロ波導入口31cを、また下部壁中
央には前記マイクロ波導入口31cと対向する位置にプラ
ズマ引出窓31dを夫々備えており、前記マイクロ波導入
口31cには他端を図示しない高周波発振器に接続した導
波管32の一端が接続され、またプラズマ引出窓31dに臨
ませて試料室33を配設し、更に周囲にはプラズマ生成室
31及びこれに接続した導波管32の一端部にわたってこれ
らを囲繞する態様でこれらと同心状に励磁コイル34を配
設してある。

試料室33内にはプラズマ引出窓31dと対向する位置に
円盤形の試料台35が配設され、その上には円板形をなす
ウェーハ等の試料Ｓがそのまま、又は静電吸着等の手段
にて着脱可能に載置され、更に試料室33の下部壁には図
示しない排気装置に連なる排気口33aが開口されてい
る。なお31g,33gは原料ガス供給管、また31e,31fは冷却
水の給水系，排水系である。

而してこのようなCVD装置にあっては所要の真空度に
設定したプラズマ生成室31,試料室33内に原料ガスを供
給し、励磁コイル34にて磁界を形成しつつプラズマ生成
室31内にマイクロ波による高周波電界を印加してプラズ
マを生成させ、生成させたプラズマを励磁コイル34にて
形成される発散磁界によってプラズマ生成室31からプラ
ズマ引出窓31dを経て試料室33内の試料台35の試料Ｓ周
辺に導出し、試料Ｓ表面でプラズマ流中のイオン，ラジ
カル粒子による表面反応を生起させ、試料Ｓ表面に成膜
を施すようになっている。

然るにかかる従来のプラズマ装置にあってはプラズマ
生成室31で発生せしめられたプラズマは励磁コイル34に
よって形成される発散磁界の磁力線に沿ってプラズマ引
出窓31dを経て試料室33内の試料Ｓ側に引き出される
が、プラズマ生成室31内で発生するプラズマは一様では
なく、プラズマ生成室31内の中心部での密度が周縁での
それよりも高くなる現象が生じ、ここから発散磁界によ
り引出されるプラズマ流にも同種の密度分布が生じ、こ
の分布むらがそのまま試料Ｓに向かって拡大投影される
こととなり、試料Ｓを試料台35上にプラズマ引出窓31d
と同心状に配設した場合、試料Ｓの中央部と周縁部とで
は堆積速度に差が生じ、試料Ｓ表面に施される成膜の膜
厚が不均一になるという問題があった。そしてかかる問
題は上述のCVD装置のみならずエッチング装置において
も同様に生じる。

そこで本発明者等は上述の問題を解決すべく第８図に
示す如きプラズマ装置、即ち前記試料室33内であって試
料Ｓを載置する試料台35の下方に、磁界生成器を構成す
る大小２個の円筒状磁石36,37をマイクロ波導入口31cや
プラズマ引出窓31dや試料台35等と中心線を同じにして
配設したプラズマ装置を先に開発した。かかる装置にあ
っては、大小２個の円筒状磁石36,37からなる磁界生成
器の存在により、試料Ｓの周縁部における磁束密度が相
対的に高くなる一方、試料Ｓの中心部における磁束密度
が相対的に低下する。そしてかかる磁束密度分布の下で
は試料Ｓ表面に導かれるプラズマの密度分布が均一化さ
れる結果、前述した問題が解決されることとなる。な
お、各円筒状磁石36,37は夫々円筒形コア36a,37aの外周
に導線を巻回して構成してあり、円筒状磁石37を内側
に、また円筒状磁石36を外側に配し、更に軸心線方向に
円筒状磁石36を高く、また円筒状磁石37を低く配してあ
る。

かかるプラズマ装置によって得られる鉛直方向磁束密
度Bzの試料台35の半径方向（ｘ方向）における分布図を
第９図に示す。図中の実線は試料Ｓと円筒状磁石37のコ
ア37aとの離隔距離が9mmの場合を、破線は該離隔距離が
29mmの場合を夫々示している。また図中の白抜矢符及び
矢符は大小２個の円筒状磁石36,37のコア36a,37aの位置
を夫々示している。試料Ｓ表面に導かれるプラズマの密
度分布を均一化するためには、前述したように磁界生成
器を用いて試料Ｓ周辺部の磁束密度を試料Ｓ中央部のそ
れよりも十分に高くするとよいが、そのためには前記離
隔距離を29mm程度と長くするより9mm程度（或いはそれ
以内）と短くし、試料Ｓに円筒状磁石36,37を近接させ
るとよいことが第９図からよみとれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然るに本発明者等が開発した上述のプラズマ装置にあ
っても解決すべき問題がないではない。即ち、上述のプ
ラズマ装置においては磁界生成器としての２個の円筒状
磁石36,37の相対的な関係（配置）を前述した如き一定
の関係となしつつ該磁石36,37を試料Ｓに近接させた状
態で試料台35の下方に配設する必要があるため、そのプ
ラズマ装置内への組込みが難しいという問題があった。

また上述のプラズマ装置によって得られる磁界につい
て細かく観察するに、第９図に示す如く内側のコア37a
の位置における磁界がその周辺の磁界とは逆向きの強い
磁界となっているが、かかる磁界は試料Ｓ表面に導かれ
るプラズマの密度分布の均一化を図る上で好ましくない
という問題もあった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、試
料表面でのプラズマ密度を均一にし、均一な厚さの成
膜、或いは均一なエッチング処理を行い得るようにした
プラズマ装置であって、その試料台周辺の組立作業も容
易なプラズマ装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマ装置は、プラズマ生成室内に導
入したガスにマイクロ波による高周波電界と前記プラズ
マ生成室の周囲に配した励磁コイルにより形成される磁
界とを作用させてプラズマを発生させると共に、該プラ
ズマを前記磁界により前記プラズマ生成室と連通した試
料室に導出し、該試料室内の試料に対し成膜、或いはエ
ッチングを施すプラズマ装置において、前記試料室内の
試料に対しプラズマ生成室と反対側に、円筒状コアの内
外周に励磁用コイルを一体的に配してなる磁界生成器
を、その軸方向が前記試料の厚さ方向と一致するように
設けてあることを特徴とする。

〔作用〕

かかるプラズマ装置にあっては、試料表面でのプラズ
マの密度分布を均一にするために、試料室内の試料に対
しプラズマ生成室と反対側に磁界生成器を設けるが、該
磁界生成器は円筒状コアの内外周に励磁用コイルを配し
た一体的な構造となっているので、その取扱が容易とな
ってそのプラズマ装置内への組込みが容易となる。また
該磁界生成器は単一のコアの内外周にコイルを配した単
純な構造であるために、それによって得られる磁界も単
純なものとなって理想的なものが得られ易い。

〔実施例〕

以下本発明をCVD装置として構成した実施例につき図
面に基づき具体的に説明する。第１図は本発明に係るプ
ラズマ装置（以下本発明装置という）の模式的縦断面図
であり、図中１はプラズマ生成室、２は導波管、３は試
料室、４は励磁コイルを示してある。

プラズマ生成室１は上部壁中央には石英ガラス板1bで
閉鎖されたマイクロ波導入口1cを備え、また下部壁中央
には前記マイクロ波導入口1cと対向する位置に円形のプ
ラズマ引出窓1dを備えており、前記マイクロ波導入口1c
には導波管２の一端部が接続され、またプラズマ引出窓
1dにはこれに臨ませて試料室３が配設され、更に周囲に
はプラズマ生成室１及びこれに連結された導波管２の一
端部にわたって励磁コイル４が周設せしめられている。

導波管２の他端部は図示しない高周波発振器に接続さ
れており、発せられたマイクロはマイクロ波導入口1cか
らプラズマ生成室１内に導入されるようにしてある。励
磁コイル４は図示しない直流電源に接続されており、直
流電流の通流によってプラズマ生成室１内にマイクロ波
の導入によりプラズマを生成し得るよう磁界を形成す
る。この磁界は試料室３側に向けて磁束密度が低くなる
発散磁界となっており、プラズマ生成室１内に生成され
たプラズマを試料室３内に導出せしめるようになってい
る。

試料室３内にはその下部中央であって、プラズマ引出
窓1dと対向する位置に試料台５が配設され、その上には
ウェーハ等の試料Ｓがそのまま、又は静電吸着等の手段
にて着脱可能に載置されるようにしてあり、また底壁に
は図示しない排気装置に連なる排気口3aを開口してあ
る。

1g,3gは原料ガス供給管、また1e,1fは冷却水の給水
系，排水系である。

そして本発明装置にあっては前記試料室３内であって
試料台５上に載置される試料Ｓに対しプラズマ生成室１
と反対側、即ち試料台５の下方に、磁界生成器６が設け
られているが、該磁界生成器６は円筒状コア6aの内外周
に励磁用コイル6b,6cを密着状態に装着した一体的なも
のである。なお、該円筒状コア6aの内径は前記試料台５
の外径よりも若干大きく設定されており、該円筒状コア
6aは、その上端部に前記試料台５を内嵌させた状態でそ
の軸方向を前記試料Ｓの厚さ方向に一致させつつ試料室
３内の試料台５の下方寄りに配置されている。

かかるプラズマ装置にあっては、磁界生成器６が一体
的に構成されているため、その取扱が容易となってその
プラズマ装置内への組込みが容易となる。従ってプラズ
マ装置の試料台周辺の組立作業が容易となる。また前記
磁界生成器６の存在によって試料Ｓの周縁部における磁
束密度が相対的に高くなる一方、試料Ｓの中心部におけ
る磁束密度が相対的に低くなる。これは第２図によって
も明らかである。即ち、第２図は上述のプラズマ装置に
よって得られる鉛直方向磁束密度Bzの試料台５の半径方
向（ｘ方向）における分布図であり、実線は試料Ｓと円
筒状コア6aとの離隔距離が9mmの場合を、破線は該離隔
距離が29mmの場合を夫々示しており、また図中の白抜矢
符は前記円筒状コア6aの位置を示している。

この第２図から、試料Ｓに近接させた磁界生成器６に
よって試料Ｓ周辺部の磁束密度を試料Ｓ中央部のそれよ
りも十分に高くした磁界を得ることができることが分か
る。そして磁界を上述の如くなすことによって試料Ｓ表
面のプラズマ密度を均一にすることが可能となる。また
第２図からは、前記磁界生成器６が単一のコア6aの内外
周にコイル6b,6cを装着した単純な構造であるためにそ
れによって得られる磁界も単純で理想的なものとなるこ
とがよみとれる。即ち、単純構造の磁界生成器６を用い
ることにより、一部の磁界がその周辺とは逆向きの強い
磁界となる複雑な磁界（第９図参照）ではなく、磁界の
方向が全域にわたって同一方向となる単純で理想的な磁
界が得られることが第２図からよみとれる。

そしてかかる磁界が得られる結果、試料Ｓ表面に導か
れるプラズマの密度分布の均一化が図れるようになる。

なお、前記磁界生成器６としては第３図〜第６図に示
す如く種々の態様が考えられる。即ち、第３図に示すよ
うにコア6aの外径を試料台５の外径とほぼ等しくし、コ
ア6aを試料台５の下方へ確実に納めたものであってもよ
く、また第４図に示すようにコア6aの下部を若干縮径さ
せてその縮径部にコイル6b,6cを装着したものであって
もよく、また第５図に示すようにコア6aの下部を若干拡
径させてその拡径部にコイル6b,6cを装着したものであ
ってもよく、また第６図に示すようにコア6aの下部に拡
径方向及び縮径方向の両方向に張出部を付設し、コア6a
の拡大付加を図ったものであってもよい。いずれにせ
よ、コア6aにコイル6b,6cを装着してなる磁界生成器６
によって試料Ｓ周辺に第２図に示す如き磁束密度分布が
得られればよい。

〔効果〕

以上詳述したように本発明装置においては、試料室内
の試料に対しプラズマ生成室と反対側に設けてある磁界
生成器によって理想的な磁界が得られ、またそれによっ
て試料表面に対するプラズマ密度分布が改善される結
果、試料に対して均一な成膜或いはエッチングを施すこ
とができるようになる。しかも前記磁界生成器は一体的
な構造であるためにそのプラズマ装置内への組込みが容
易となる等、本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、第２図は本発明装置を
用いた場合の試料前面における磁束密度分布を示すグラ
フ、第３図〜第６図は本発明装置に用いる磁界生成器の
種々の態様を示す模式的拡大断面図、第７図及び第８図
は従来装置の縦断面図、第９図は従来装置を用いた場合
の試料前面における磁束密度分布を示すグラフである。 １……プラズマ生成室、３……試料室 ４……励磁コイル、５……試料台、６……磁界生成器 6a……円筒状コア、6b,6c……励磁用コイル Ｓ……試料

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ生成室内に導入したガスにマイク
   ロ波による高周波電界と前記プラズマ生成室の周囲に配
   した励磁コイルにより形成される磁界とを作用させてプ
   ラズマを発生させると共に、該プラズマを前記磁界によ
   り前記プラズマ生成室と連通した試料室に導出し、該試
   料室内の試料に対し成膜、或いはエッチングを施すプラ
   ズマ装置において、前記試料室内の試料に対しプラズマ
   生成室と反対側に、円筒状コアの内外周に励磁用コイル
   を一体的に配してなる磁界生成器を、その軸方向が前記
   試料の厚さ方向と一致するように設けてあることを特徴
   とするプラズマ装置。