JPH0346172B2 - - Google Patents

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JPH0346172B2
JPH0346172B2 JP59207530A JP20753084A JPH0346172B2 JP H0346172 B2 JPH0346172 B2 JP H0346172B2 JP 59207530 A JP59207530 A JP 59207530A JP 20753084 A JP20753084 A JP 20753084A JP H0346172 B2 JPH0346172 B2 JP H0346172B2
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Kyoshoku Kin
Uirukinson Ooen
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • 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
    • H01J37/32623Mechanical discharge control means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/517Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using a combination of discharges covered by two or more of groups C23C16/503 - C23C16/515
    • HELECTRICITY
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    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266Magnetic control means

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、真空中で放電により気体プラズマを
発生させ、これを用いて被処理物表面に薄膜堆
積、エツチング、清浄化、硬化、表面変質等の処
理を施す放電反応装置に関する。
(従来技術とその問題点) 従来これらの装置としては、2電極放電方式の
ものが代表的であるが、例えばその非接地側電極
上に被処理物を載置して処理を行なう場合、その
処理速度を高めんとして電極間に加える電力を増
加させてプラズマの密度を上昇させると、その非
接地側電極の負電圧の絶対値が増加して、その結
果処理が低効率化し、イオン衝撃が強くなつて被
処理物を大きく損傷する欠点がある。
この問題を解決するために、電極面に平行に、
または電極面を覆う形に磁界を作り、この磁界の
力をかりて高密度の放電プラズマを電極の近傍に
発生させ、このプラズマで被処理物を処理するこ
とが行なわれている。
このときの高密度放電プラズマ発生の理由は、
周知のように、電子の運動が磁界の力で曲げられ
て軌道が湾曲し電極壁等と衝突を繰返して擬似サ
イクロイド運動を生ずるためであり、これを利用
する従来の装置の代表的なものとしては第8,
9,10図の構成の装置をあげることができる。
これらの図で、10は電極、11は電子eの擬
似サイクロイド運動、12は磁力線、Bは磁界の
方向を示す。第10図の13は真空容器である。
第8,9図では真空容器の図示は省略してある。
この疑似サイクロイド運動11において、電子
eは電極10の表面又はその回りに沿つて一定方
向に周回運動する。この周回運動の方向は、磁界
の方向と直流電界の方向とで自づから決り、第8
図では平板状をした電極10の表面のトラツクを
時計回りにエンドレスに走り、第9図では柱状を
した電極10のまわりを図の如くエンドレスに周
回し、第10図では、真空容器13の内壁を覆つ
て取付けられた多数の電極10を、次々と伝つて
内壁に沿つて時計方向にエンドレスに周回運動す
ることになる。
さて、この疑似サイクロイド運動が電極10の
表面またはその回りを周回運動するのを禁止もし
くは制限して、疑似サイクロイド運動が電極10
の所望の表面でのみ行なわれるように装置を構成
すれば、少くともその分だけは高密度のプラズ
マ、従つて速い処理が実現しそうであるが、これ
を行なう第11,12図の構成の装置は未だ実施
されていない。ただし、第11,12図には前記
と同じ部材には同じ符号を付与してある。14は
絶縁物、15は絶縁物で作られた障壁であつて、
ともに電子の周回運動を制限又は禁止することを
目的として取付けられたものである。
第11,12図の装置が実用されない理由は、
電子の周回が前述したように一方向に限られるた
めであり、周回を禁止または制限する部材がある
と、電子はその部材に衝突して跳躍するが、反対
方向には周回し得ず再びもとの方向に周回せんと
結局障害物の近傍で停滞することになり、第13
図に多数の点で示したように、プラズマの密度分
布に大きい勾配即ち不均一を生じてこのプラズマ
に曝される被処理物の処理に甚だしい不均一性を
生ずるためである。
なお、技術分野は異なるが、被処理物上でプラ
ズマを大きく広がらせる手段として、特開昭51−
43371号公報所載の発明が知られている。これは、
プラズマによつて、金属被金属等の被処理物を熱
処理する技術に開し、回動磁界発生装置4でトー
チ1から噴出したプラズマ2に回動磁界をかけて
回動させ、その回動によつて該プラズマ2に遠心
力が働くようにし、そして該プラズマを、処理領
域全体に大きく広がらせようとしたものである。
上記回動磁界発生装置4は、電動機の固定子と
同様な鉄心5に通常知られている任意の巻き方で
コイル6を巻層し、コイル相互は三層交流電源の
供給を受けて回動磁界を生じるように結線されて
いる。また、他の回動磁界発生装置4hは、プラ
ズマの中心軸51の回りに周知の方法によつて回
動自在に支持された保持枠52に、自体に内周側
にN極、S極交互に配設された複数の磁極を有す
る磁石53を装着して構成されている。
仮りに、当該技術を前記従来装置に適用したと
しても、中心部での磁界強度は周辺部の磁界強度
に比べて非常に弱くなる。その理由は、磁極から
磁極への磁気抵抗の小さい部分に磁束が集中する
ためであり、さらに磁極が点対称に配置される場
合、中心点での磁界強度が0となつてしまうから
である。そのため被処理物上における回転磁界の
分布は不均一になり、中心部におけるプラズマ密
度は低くなることから、被処理物全面に渡つて均
一な処理を行うことができない。
(発明の目的) 本発明は、電極の表面に沿つてその近傍に、高
密度でしかも均一性にすぐれたプラズマを実現し
高品質かつ高速の処理を可能にする放電反応装置
を提供することを目的とする。
(発明の構成) 電極を内蔵する真空容器と、該真空容器内に所
定のガスを導入する手段と、該真空容器内の圧力
を制御する手段と、該真空容器の外部に設けた磁
界発生手段とをそなえ、該電極表面に平行な磁界
をつくるとともに、該電極に電力を供給して放電
を発生させることにより該真空容器内に置かれた
被処理を処理する放電反応装置において、該電極
の表面に沿つて前記被処理物全面に均一な回転磁
界を発生させる手段をそなえた放電反応装置によ
つて前記目的を達成したものである。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。
第1図の実施例においては、接地された金属製
真空容器100内には、弗素樹脂製の絶縁体10
3で下部全体を覆われた非接地電極101の上に
被処理物102が載置されている。
ガス入口108からは、複数のガスボンベ12
3より、バルブ122、バリアブルリーク121
を経由して所定の成分・混合比の処理ガスが真空
容器100内に導入されて前記電極101の表面
に流され、排気口109からは圧力調整バルブ1
10を経由してポンプ120によつて真空容器1
00内のガスが外部に排出される。
真空容器100と電極101の間に、電源12
5より高周波電力を印加すると同時に、真空容器
100の外部の空芯コイル104,105,10
6に電源127から図示しない配線を通して三相
交流電源を流して、電極101の平面部(表面)
に平行な回転磁界Bを作ると、電子は絶縁体10
3の側面及び真空容器100の内壁で、電極10
1をめぐる周回疑似サイクロイド運動を阻止され
るが、磁界Bの方向が回転するため、停滞をまぬ
がれて分散し、電極101の平面部の近傍に均一
かつ高密度のプラズマを発生する。ただし、こゝ
で言う均一とは、プラズマの時間的な平均値が、
電極の平面部上面の各場所で均一であることを意
味している。この均一かつ高密度のプラズマによ
つて被処理物102は高い均一度で高速に処理さ
れることになる。電極102を冷却あるいは温度
調節するために流体の導管129が設備されてい
る。第1図の円弧状の矢印111は磁界Bが回転
することを示すものである。
従来の磁界Bが固定されている場合は、被処理
物102の処理速度は速いが、処理速度の均一性
は非常に悪い。例えば第1図の装置で、真空容器
100内にCHF3ガスを導入して、直径5インチ
のシリコンウエハーを被処理物102として、そ
の表面のSiO2膜を食刻するとき、食刻速度の均
一性は±40%であつた。これに対し、同じ装置、
同じ被処理物を使う本実施例においては、空芯コ
イル104,105,106に商用三相交流を
(電源127)から印加して同様に食刻したとこ
ろ、食子刻度の均一性を±5%以内に向上させる
ことができた。食刻速度は5000Å/min以上で従
来同様充分に高速であつた。
本願の発明者は、これより先に、第1図の装置
の印加磁界として単純な交番磁界を使用し、同様
の高速処理と均一処理の実現に成功した経験をも
つが、本実施例の如く、回転磁界を印加するとき
は、プラズマは、単純な交番磁界のときよりも一
層均一に、二次元的に分散されて好成績の得られ
ることが判明した。
空芯コイル104,105,106に流す三相
交流電流を大にするほど、低い圧力領域で食刻が
すゝむようになり圧力数mTorrから数十mTorr
では食刻速度7000Å/min以上が得られている。
一般に、低圧領域では、Bを大にすればするほ
ど高密度のプラズマが電極部に集中し、食刻速度
が増加する傾向が見られるが、これにはさらに、
圧力、高周波電力との相関がある。
上記は食刻の場合を述べたが、この真空容器1
00内にプラズマCVDに用いられる諸ガスを導
入して、電極101の近傍に置かれた被処理基板
例えば130(接地又は浮遊電位で用いる)上に
所望の薄膜を堆積することができる。
導入するガスと堆積できる薄膜とを例示すると
下記の通りである。
SiH4+N2+NN3 → Si3H4膜 SiH4又はSi2H6等 → a−Si:H膜 SiH4+H2O → SiO2膜 膜質、膜厚の均一性、膜の堆積速度は、従来
の、一方向磁場を用い電子の周回運動を許容する
諸装置と較べて同程度又はそれを凌ぐものがあ
る。即ち第1図の装置はプラズマCVD装置とし
ても極めて有能である。
なお、第1図の130を電極とし、これを接地
するときは、真空容器100を弗素樹脂、ガラス
などの絶縁物で構成することができる。
第2図〜第5図には本発明の他の実施例を示
す。第1図と同機能の部材には同一の符号を付し
てある。
第2図は装置の平面図であつて、真空容器10
0を囲む6個の空芯コイル104と104′,1
05と105′,106と106′に商用三相交流
の各相の電流を流して回転磁界を作るものを示
す。これは三相誘導電動機の励磁で慣用されてい
る典型的な手法である。
第3図には空芯コイルを3個(104,10
5,106)だけにして、その各に三相交流の各
相の電流を流し回転磁界を作るものを示す。
第4図の装置では、電極101の下方の空間を
殆んど完全に絶縁物で埋め、電極101を周回せ
んとする電子の運動を禁止している。空芯コイル
は鞍型にして励磁効率を上げ、装置の小型化を達
成している。
第5図の装置は、本発明を三電極二電源方式を
採用する真空放電処理装置に適用したものであ
る。真空容器100を接地し、電極101,13
0のそれぞれに別個の電源125,135から電
力が供給されている。これらの電源には、直流、
商用交流、高周波の電力又はそれらの組合せ、お
よび各電力値の組合せが、処理の内容に応じて選
定され、処理の速度を一層大きくすることができ
る。
第6図は、電子の周回運動を制限乃至禁止する
ため、電極101の周辺部を立上がらせたもので
ある。電子はこの立上りの壁面に衝突してその周
回が阻止される。
第7図は、第6図の立上り壁を絶縁物で作つた
ものである。
上記のように、本発明の電極はこれを並置して
またはこれを従来型式の電極と組合せて、様々の
構成で実施することができる。
また本発明の前記周回運動を制限又は禁止する
部材は、平面、曲面、側壁、電圧印加電極、接地
電極、金属、絶縁物及びそれらの組合せで自由に
選定できるものである。
(発明の効果) 本発明の放電反応装置は上記の通りであつて、
電極上に均一かつ高密度のプラズマを生成し、そ
の近傍に置かれた被処理物の処理を、高効率かつ
小さいイオン衝撃の下に高速かつ高い均一度で行
なう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の放電反応装置の構成
を示す図。第2,3図は回転磁界を作るための電
磁コイルの配置図。第4,5図は本発明の別の実
施例の構成を示す図。第6,7図は電子の周回運
動を禁止または制限する障壁を例示する図。第
8,9,10図は従来の放電反応装置の電子の運
動を示す図。第11,12図は、プラズマ密度を
増加させんとして、電子の周回運動を制限又は禁
止したときの電子の運動を示す図。第13図はそ
のときのプラズマ密度の分布を示す図。 10,101……非接地電極、102……被処
理物、11……電子の疑似サイクロイド運動、1
2……磁力線、B……磁界の方向、e……電子、
13,100……真空容器、14,103……絶
縁体、130……電極、104,105,106
……回転磁界発生用電磁コイル、108……ガス
導入口、109……ガス排出口、125,135
……放電用電源、127……電磁コイル用電源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電極を内蔵する真空容器と、該真空容器内に
    所定のガスを導入する手段と、該真空容器内の圧
    力を制御する手段と、該真空容器の外部に設けた
    磁界発生手段とをそなえ、該電極表面に平行な磁
    界をつくるとともに、該電極の電力を供給して放
    電を発生させることにより該真空容器内に置かれ
    た被処理物を処理する放電反応装置において、該
    電極の表面に沿つて前記被処理物全面に均一な回
    転磁界を発生される手段をそなえたことを特徴と
    する回転磁界を用いた放電反応装置。 2 電極が平面部をそなえ、回転磁界が該電極の
    該平面部に沿うものである特許請求の範囲第1項
    記載の回転磁界を用いた放電反応装置。 3 電極の下方の空間を他の部材で埋め、該電極
    を周回せんとする電子の運動を制限または禁止す
    るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項または第2項記載の回転磁界を用いた放電装
    置。
JP59207530A 1984-08-31 1984-10-03 回転磁界を用いた放電反応装置 Granted JPS6186942A (ja)

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DE8585306186T DE3580953D1 (de) 1984-08-31 1985-08-30 Entladungsvorrichtung.
EP85306186A EP0173583B1 (en) 1984-08-31 1985-08-30 Discharge apparatus
US07/110,622 US4829215A (en) 1984-08-31 1987-10-20 Discharge reaction apparatus utilizing dynamic magnetic field

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JPS6186942A JPS6186942A (ja) 1986-05-02
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