JP2618001B2 - プラズマ反応装置 - Google Patents

プラズマ反応装置

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JP2618001B2 JP63172643A JP17264388A JP2618001B2 JP 2618001 B2 JP2618001 B2 JP 2618001B2 JP 63172643 A JP63172643 A JP 63172643A JP 17264388 A JP17264388 A JP 17264388A JP 2618001 B2 JP2618001 B2 JP 2618001B2
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    • 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

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ッチン
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
(ウエハ)に薄膜形成、エッ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
部には排気口7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
ったガスを排気口7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口7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には、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ッ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反応の制御
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] 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] 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(a)乃至第2図(c)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、
このコッフェ磁場コイル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、これらの環状体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とから構成される。このヨッ
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
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10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(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11a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12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の表面にエッチング或は薄
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: 200mm プラズマ発生室軸方向長さ: 180mm ヨッフェ磁場コイル環状部直径: 330mm ヨッフェ磁場コイル軸方向長さ: 350mm 磁束密度極小値: 875ガウス マイクロ波周波数: 2.45GHz マイクロ波出力: 1Kワット 原料ガス: Cl2 ガス圧力: 5x10-5Torr 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できるため、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つた10-5Torr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(yin−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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝野 照夫 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (72)発明者 石田 智章 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (72)発明者 西岡 久作 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社エル・エス・アイ研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−194174(JP,A) 特開 昭64−24346(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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の周囲に設けら
    れ、その内部にカスプ磁場を形成する第1のコイル手段
    と、この第1のコイル手段を挟んで設けられ、ミラー磁
    場を形成する第2のコイル手段とを備え、前記カスプ磁
    場と前記ミラー磁場が重ね合わされて前記プラズマ発生
    室内に極小磁場が形成されることを特徴とするプラズマ
    反応装置。
  2. 【請求項2】前記第2のコイル手段は、前記プラズマ発
    生室を取り囲むようにして互いに平行に配置され、該プ
    ラズマ発生室内にミラー磁場を形成する一対の環状導体
    から構成され、 前記第1のコイル手段は、前記一対の環状導体間を接続
    するように配置され、前記プラズマ発生室内に、前記ミ
    ラー磁場と重ね合わされるカスプ磁場を形成する直線状
    導体から構成されることを特徴とする請求項1記載のプ
    ラズマ反応装置。
  3. 【請求項3】前記第2のコイル手段は、前記プラズマ発
    生室を取り囲むようにして互いに離隔して平行に対向配
    置され、ミラー磁場を形成する一対の逆コ字状の導体部
    から構成され、 前記第1のコイル手段は、前記一対の導体部の対向開放
    端同士を接続するように延びてカスプ磁場を形成する直
    線状の導体部から構成されることを特徴とする請求項1
    記載のプラズマ反応装置。
  4. 【請求項4】前記第1のコイル手段及び前記第2のコイ
    ル手段は、環状体を二つに折り曲げて重ね合わせた形状
    の一対の二重の環状導体部を、それらの中心面が互いに
    直交するように前記プラズマ発生室を取り囲むように配
    置することにより構成したことを特徴とする請求項1記
    載のプラズマ反応装置。
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