JPH01194420A - 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に
関し、特に電子サイクロトロン共鳴を用いて高密度プラ
ズマを発生し、高スルーブツトなプラズマ処理を行うこ
とができるプラズマ処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は例えば、特開昭５７−７９６２１号公報に記載
されている従来のプラズマ処理装置を示す概略構成図で
ある。第５図において、１はプラズマを発生するための
プラズマ発生室、８は該プラズマ発生室１の下側に配置
され、基板３をプラズマ処理するためのプラズマ反応室
、２は該プラズマ反応室８内に設けられ、基板３を載置
するためのステージ、４はマグネトロン５で発生された
マイクロ波を上記プラズマ発生室２内に導入するための
導波管、６は該マグネトロン５を駆動する駆動電源、７
は上記プラズマ発生室１の周囲に配置され該発生室ｌ内
に発散磁場を形成するソレノイドコイル、９，１０はそ
れぞれ上記プラズマ反応室８．プラズマ発生室２にガス
を供給するガス供給管、１１は上記プラズマ反応室８の
排気管、１２は上記ソレノイドコイル７の直流電源、１
３は上記プラズマ反応室８内に導入されたプラズマであ
る。

次に動作について説明する。

プラズマ発生室１の内部には、第６図に示すように電子
サイクロトロン共鳴が実現されるのに必要な磁場強度を
有し、かつ軸方向の磁場強度が基板３に向かって適当な
勾配をもって減少する発散磁場が、プラズマ発生室、１
の周囲に配置されたソレノイドコイル５によって形成さ
れている。

またプラズマ発生室１内へのマイクロ波電力の供給が導
波管４を通してマグネトロン５により行われるとともに
、ガスの供給がガス供給管１０を通して行われる。

ところで電子は静磁場Ｂの中では磁力線の回りにサイク
ロトロン運動をする。この時のサイクロトロン周波数ω
。はω。＝ｅＢ／ｍで表わされる（ただし、ｍは電子の
質量、ｅは電荷である）。

この電子のサイクロトロン周波数ω。がマイクロ波の周
波数ωと一致する共鳴条件が成立すれば、マイクロ波の
エネルギは電子に連続的に供給されて電子のエネルギは
増大する。

このようなサイクロトロン共鳴条件下で、上記プラズマ
発生室１内にガス供給管１０を通してガスを導入すると
、予備放電状態で発生した電子は、マイクロ波か゛ら効
率よくエネルギを得て高いエネルギ状態になり、該電子
と中性粒子との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マイクロ
波電力が注入される。

一方、第６図に示すような発散磁場の下では、電子は磁
場勾配に比例する力を受けて基板３の方向に加速される
。これに伴ってプラズマが車中性の条件を満足するよう
に発生しだ電場によってイオンも基板３の方向に力を受
け、プラズマ全体としてプラズマ反応室８内にＥＮＮ力
方向沿うプラズマ流１３が発生する。

このような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種表面
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課題〕

従来の電子サイクロトロン共鳴を使ったプラズマ処理装
置は以上のように構成されているので、高エネルギ状態
にある電子がプラズマ発生室内で中性粒子と十分に衝突
を行う前に、発散磁場によりプラズマ反応室の方へと引
き出されてしまい、プラズマ発生室内で効率よく高密度
のプラズマを生成するのが困難となり、高速な基板の表
面処理を行うことができないという問題点があった。

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、高密度のプラズマをプラズマ発生室に生成す
ることができ、これにより基板に高速なプラズマ処理を
施すことができるプラズマ処理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〕

本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ発生室の周
囲に配置され、強磁場を発生する第１ソレノイドコイル
と、この第１ソレノイドコイルのプラズマ反応室側に配
置された第２ソレノイドコイルと、第１及び第２ソレノ
イドコイル間に配置され、弱磁場を発生する第３ソレノ
イドコイルとを備え、上記第２ソレノイドコイルに流れ
る電流の値を変化させることによりプラズマ発生室内に
ミラー磁場と発散磁場とを交互に発生するようにしたも
のであ゛る。

〔作用〕

この発明においては、プラズマ発生室内にミラー磁場と
発散磁場とを交互に発生させるようにしたから、ミラー
磁場の発生状態で、サイクロトロン共鳴により高エネル
ギー状態になった電子をプラズマ発生室内に閉じ込め、
該電子と中性粒子との衝突確率を増し高密度のプラズマ
を生成することができ、また発散磁場の発生状態で、閉
じ込められた高密度プラズマを効率よく基板が置かれて
いるプラズマ反応室の方へ引き出すことができ、これに
より基板に高速なプラズマ処理を施すことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例によるプラズマ処理装置を示
す概略構成図であり、図において、第５図と同一符号は
同一のものを示し、７ａはプラズマ発生室１の導波管側
に配置された第１ソレノイトコイル、１４は上記プラズ
マ発生室１のプラズマ反応室８側に配置された第２ソレ
ノイドコイルで、これはコイルに流れる電流を時間的に
変化させることができる電源１５に接続されている。ま
た１６は第１．第２ソレノイドコイル間に配置された第
３ソレノイドコイルであり、１２は第１ソレノイドコイ
ル７ａ及び第３ソレノイドコイル１６に定常電流を流す
直流電源である。

次に動作について説明する。

第１ソレノイドコイルには、直流電源１２により定常電
流を、第２ソレノイドコイル１４には、電源１５により
第２図に示した電流波形の電流を流すと、時間範囲（ｉ
、＜ｔ＜／ｌｓ）では、第４図の実ｖＡＡで示すように
プラズマ発生室１内にミラー磁場分布の磁場が形成され
る。

この時プラズマ発生室１内にはマグネトロン５から導波
管４を通してマイクロ波が供給されており、プラズマの
生成はこのマイクロ波の上記ミラー磁場下での電子サイ
クロトロン共鳴により行われる。ここでプラズマ発生室
ｌ内のプラズマに注目すると、電子サイクロトロン共鳴
により連続的にマイクロ波のエネルギを吸収した高エネ
ルギ状態にある電子は、磁場に平行な方向の運動エネル
ギに比べ垂直な方向のエネルギ成分が著しく大きく、そ
の速度分布は非等方的である。そして、この高エネルギ
電子が中性粒子との衝突過程を通じてイオンを生成して
いる。このことからこれらの高エネルギ電子をプラズマ
発生室ｌ内に閉じ込め、プラズマ生成に有効に利用する
ことが望ましいことが分かる。

一方、イオンの方は、主に衝突によりエネルギを得るた
めその速度分布は等方的であり、エネルギは電子に比べ
十分低く、また電子サイクロトロン共鳴を受けていない
低エネルギー電子もその速度分布は等方的である。

そこで第２ソレノイドコイルに流す電流の強さを制御し
てやると、速度分布が著しく非等方的である上記高エネ
ルギ電子だけを選択的にミラー磁場中に閉じ込め、基板
の表面処理に必要なイオンをミラー磁場の端から基板の
方へと引き出すことが可能となる。こうして、プラズマ
発生室１内に高密度プラズマを生成することができる。

次に、第２ソレノイドコイルＧご流れる電流が弱くなる
発散磁場時間（１，＜１＜１．）では（第２図参照）、
プラズマ発生室１内の磁場分布は、第４図の点線Ｂで示
すように磁場強度がプラズマ発生室１から基板の方へと
減少する様になる。

これにより発散磁場時間（ｔｉ　＜　ｔ　＜　ｔａ　）
内に上記プラズマ発生室１内の高密度プラズマを磁場の
圧力でもって効率よく基板の方へ引き出し、基板の表面
処理に利用することが可能となる。

これらの動作は、ミラー磁場中で高密度プラズマを生成
し、次に磁場を基板の方へ向かって弱くすることで、高
密度プラズマを効率よく引き出し、基板の高速プラズマ
処理を行なうことを可能にする。

このように本実施例では、プラズマ発生室１の導波管４
側に、強磁界を発生する第１ソレノイドコイル７ａを、
プラズマ反応室８側に第２ソレノイドコイル１４を、さ
らに該第１．第２ソレノイドコイル７ａ、１４間に、弱
磁界を発生する第３ソレノイドコイルを配置し、上記第
１．第３のソレノイドコイルに定常電流を、第２ソレノ
イドコイルに強弱を繰り返す電流を流してプラズマ発生
室１内にミラー磁場と発散磁場とを交互に発生させるよ
うにしたので、ミラー磁場によりプラズマ発生室１内に
高密度プラズマを発生し、発散磁場により該高密度プラ
ズマをプラズマ反応室８に引き出すことができ、これに
より基板３の高速プラズマ処理を行なうことができる。

なお、上記実施例では第２ソレノイドコイルの駆動電流
を第２図に示すように矩形波電流として、時間的に変化
する磁場を発生させるようにしたが、第２ソレノイドコ
イルの駆動電流は該コイルの発生磁場の強度が時間的に
強弱を繰り返すものであればよく、例えば第３図のよう
な交流波形（正弦波）の駆動電流でもよく、この場合も
同様の効果を奏する。

また上記実施例では第２ソレノイドコイルの駆動電流の
強度を変化させるようにしたが、これ以外のソレノイド
コイルの電流強度を変化させてもよく、要するにプラズ
マ発生室内にミラー磁場を形成するソレノイドコイルの
少なくとも１つに流す駆動電流の強度を変化させるよう
にすればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、プラズマ発生室内にミ
ラー磁場と発散磁場とを交互に発生する磁場発生手段を
設けたので、ミラー磁場により高密度プラズマを生成し
、発散磁場によりこの高密度プラズマをプラズマ反応室
の基板の方に効率よく引き出すことが可能となり、これ
により基板に高速なプラズマ処理を施すことができるプ
ラズマ処理装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるプラズマ処理装置を示
す概略構成図、第２図は該プラズマ処理装置の第２ソレ
ノイドコイルの駆動電流の波形を示す電流波形図、第３
図は該第２ソレノイドコイルの駆動電流波形の他の例を
示す電流波形図、第４図は本実施例装置のプラズマ発生
室内での磁場分布を示す図、第５図は従来のプラズマ処
理装置の概略構成図ミ第６図は該従来装置のプラズマ発
生室での磁場分布を示す図である。 １・・・プラズマ発生室、２・・・ステージ、３・・・
基板、４・・・導波管、５・・・マグネトロン、７ａ・
・・第１ソレノイドコイル、８・・・プラズマ反応室、
９．１０・・・ガス供給管、１１・・・排気管、１３・
・・プラズマ、１４・・・第２ソレノイドコイル、１６
・・・第３ソレノイドコイル。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　　　　　早　　瀬　　憲　　　−ニ５１　　口 １６　Ｉ３ノｂ／グ、＼−７７、ン （、：２日 λ、；３図 ε、３４図 １３ニ　ノ°〕ラレイ　マ′ １．５６図 手金ｈネ甫正書　（自発） 昭和６３年／Ｑ月／／口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマ発生室及びプラズマ反応室を有し、該プ
   ラズマ発生室内にマイクロ波と磁場の相互作用によりプ
   ラズマを発生させ、該プラズマを上記磁場により上記プ
   ラズマ反応室内に導入して該反応室内に配置された基板
   をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、 上記プラズマ発生室内にミラー磁場と発散磁場とを交互
   に発生する磁場発生手段を設けたことを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。