JPH0467775B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明はプラズマを用いて半導体薄膜を成長
させ、または基板上の薄膜をエツチングする薄膜
加工装置であつて、マイクロ波を発生する手段
と、このマイクロ波を伝達する手段と、このマイ
クロ波伝達手段と結合された金属容器と、この金
属容器内に磁界を発生させる手段と、前記マイク
ロ波と磁界の同時作用をうけて前記金属容器内で
活性な原子、分子またはイオンが形成される原料
ガスを該容器内へ導入する原料ガス導入管路とを
備え、前記原料ガスから生じた活性な原子、分子
またはイオンを用いて試料表面に薄膜形成または
エツチングなどの加工をほどこす乾式薄膜加工装
置に関するものである。

【従来技術とその問題点】

この発明の属する技術分野において、最近
ECRプラズマを用いたプロセス技術が注目され
ている。ECRとはElectron Cyclotron
Resonance（電子サイクロトロン共鳴）の略号で
あり、磁場とマイクロ波との共鳴効果を用いて電
子を加速し、この電子の運動エネルギを用いてガ
スを電離せしめプラズマを得るものである。マイ
クロ波に励振された電子は磁力線のまわりを円運
動し、その際、遠心力とローレンツ力とがバラン
スする条件がECR条件と呼ばれる。遠心力を
mrω²、ローレンツ力−qrωBで表わすと、これら
がバランスする条件はω／Ｂ＝ｑ／ｍである。こ
こでωはマイクロ波の角速度、Ｂは磁束密度、
ｑ／ｍは電子の比電荷である。マイクロ波周波数
は工業用に認められている2.45GHzが一般に用い
られ、その場合0.0875Tが共鳴磁束密度である。 ECRプラズマを応用した薄膜加工装置として
例えば第５図に示す方法が知られている。この装
置では例えばアルミニウム製の金属容器３、反応
槽９を真空排気しておき、原料ガス導入管路４か
らN₂ガスを金属容器３へながしたところへ、マ
イクロ波をその伝達手段である導波管１と真空窓
２とを介して金属容器３へ送り込む。金属容器３
の下部には中心に大口径の孔を持つた金属板７が
取り付けられており、この金属板と金属容器３と
で半開放のマイクロ波共振器を構成している。こ
の共振器の外部にはソレノイド６が配置され、共
振器内にECR条件を満たす磁場が発生している
ため、共振器内にECRプラズマが発生する。こ
のプラズマが反応槽９内へ押し出され、試料台１
０へ向かう空間内にガス入口１２からシランガス
（SiH₄）を送りこんで、このガスを上記プラズマ
により活性化すると、発生した活性種が被加工試
料である基板１１と反応して基板表面に薄膜が形
成される。 原料ガス導入管路４からN₂ガスの代わりにエ
ツチング用ガスを流しこむことにより、この装置
は基板のエツチング加工用にも用いることができ
る。なお、５は共振器３を冷却する冷却管であ
る。 ECRプラズマは拡散磁場効果により磁束密度
の疎な方向に移動する性質があるため、装置内部
の磁束密度分布は一般に第６図に示すようなプロ
フアイルとなるように設計し、プラズマがたえず
基板の方向に移動するよう配慮している。 この種の装置においてプラズマの原料ガスはプ
ラズマの流出口と反対の側から流入せしめるのが
合理的であるが、その場合、原料ガスの配管は従
来、導波管と結合されたプラズマ室端面に設けた
孔から直接ステンレス鋼の直管で一旦ソレノイド
の端部まで導いたのちバルブ、流量計などへと導
くのを常としている。（原料ガスの配管は内部を
研磨する必要からステンレス鋼が専ら用いられて
いる。）このステンレス鋼の直管内にはやはり直
流磁界が存在しており、磁束密度はガスの上流に
向かつて疎となつていく構成になつていた。 このような装置においては、原料ガスの流入路
内にマイクロ波が浸入してガス配管内においても
プラズマが発生しうる。しかも、このプラズマは
プラズマ容器内のプラズマとは逆の、ガスの上流
方向へさかのぼりうるため、プラズマはガス配管
の内部まで深く進入する。こうして、ステンレス
鋼からなる配管とプラズマとが接してクロームな
どの重金属が遊離し、基板汚染の原因となるほ
か、細管で放熱効果の悪いステンレス鋼管の温度
が上昇し、ステンレス鋼管の熱化学劣化が促進さ
れる欠点があつた。

【発明の目的】

この発明の目的は、前記従来の欠点を除去する
ため、プラズマ原料ガスの導入管部内にプラズマ
を存在せしめないようにしてステンレス鋼管から
の重金属の遊離を防ぎ、かつステンレス鋼管の温
度上昇による材料の熱化学劣化を防ぐための原料
ガス導入方法を提供することにある。

【発明の要点】

この発明は、ECRプラズマが磁界に対して直
角方向の成分を有するようには移動することがで
きないことに着目し、原料ガス導入管路の出口部
から金属容器へ向かつて流出する原料ガスがすべ
て少なくとも１回は磁界を横ぎらないかぎり金属
容器内へは流入することができないような流路を
構成することにより、金属容器内に生じたプラズ
マの前記導入管部への遡上を防止しようとするも
のである。

【発明の実施例】

第１図に本発明に基づいて原料ガス導入管路の
出口に接続して形成された流路の一実施例を示
す。原料ガス導入管路３３の端部に固着され該管
路を金属容器３９に結合するためのフランジ３７
の中央には該管路の出口に接続する流路３７ａが
形成されるとともに、この流路３７ａに接続し、
金属容器３９の壁を斜めに貫通して該容器の内側
へ開口する流路３９ａが形成されている。この流
路３９ａの傾斜は、第２図に示すように、磁界発
生手段（第５図の符号６）によつて発生した磁界
Ｈの方向に投影した容器外壁面位置の流路の図形
が占める領域Ａと、容器内壁面位置の流路の投影
図形が占める領域Ｂとが重ならないように設定さ
れているから、金属容器内に発生したプラズマが
ガス流路の上流方向へ遡上しようとすると、この
斜めの流路内で必ず磁界を横切らなければならな
い。しかし、前述のように、プラズマは磁界を横
切つて移動することはできないから、プラズマが
遡上できる範囲は領域Ｂの左端位置までであり、
この範囲を越えて遡上することはできない。 第３図は本発明に基づく流路形成の別の実施例
を示す。この実施例は、第１図の実施例における
斜めの流路３９ａの直径d₁が原料ガス導入管路３
３と同一断面を有する流路３７ａの直径d₀よりも
小さくなり、ガス供給の効率が低下することか
ら、この効率低下を避けるための流路形成の別の
方法を示すものである。この実施例によれば、原
料ガス導入管路３３から流出するガスを一旦受け
容れる大容量のスペース３９ｃが流路の一部とし
て金属容器３９の外壁側に形成され、このスペー
スから斜め方向に複数の流路３９ｂを設けて金属
容器内側へ開口させ、これによりガス供給の効率
低下を防止している。流路３９ｂの金属容器内壁
面位置における磁界方向投影図形の領域Ｂと原料
ガス導入管路出口部の投影図形の領域Ａとは互い
に離れているから、第１図の場合と同様、金属容
器内のプラズマは領域Ｂの右端位置を越えて原料
ガス導入管路方向へ進入することはできない。 第４図は本発明に基づく流路形成のさらに別の
実施例を示す。この実施例は、第１図、第３図に
おける、原料ガス導入管路３３を金属容器３９に
結合するためのフランジ３７，４０を省略すると
ともに、第１図の実施例のような、ガス供給の効
率低下を伴わない、経済的な流路形成の方法を示
す。この実施例によれば、原料ガス導入管路３３
の外径よりわずかに大きい内径d₃を有する斜めの
孔を金属容器３９の壁に設けて流路３９ｄを形成
し、この孔に原料ガス導入管路３３を挿入してこ
の管路を金属容器３９に気密に溶接している。こ
の実施例においても、流路３９ｄの金属容器内壁
面位置における磁界方向投影図形の領域Ｂと原料
ガス導入管路出口部の投影図形の領域A₁とは互
いに離れているから、金属容器内のプラズマは磁
界を横切らないかぎり原料ガス導入管路部に到達
できず、これにより導入管路部の進入が阻止され
る。 以上の実施例においては、原料ガス導入管路の
出口位置における投影図形と、金属容器の内壁面
位置における投影図形とが重ならない流路として
斜めの直管が形成された場合のみを示したが、原
料ガス導入管路の出口位置と金属容器の内壁面位
置との間に形成される流路において、磁界に直角
方向に切断した断面の磁界方向投影図形が重なら
ない少なくとも２つの位置が流路中に存在すれ
ば、流路が、直角方向に曲がる流路の組合わせで
あつても、あるいはパイプを曲線状に曲げて形成
した流路であつても、また原料ガス導入管路の出
口位置における投影図形と金属容器内壁面位置に
おける投影図形とが重なることがあつても、金属
容器内壁側開口から遡上するプラズマは磁界を横
切らないかぎり原料ガス導入管路に到達すること
ができず、該管路内へのプラズマの進入は確実に
阻止されることになる。

【発明の効果】

以上に述べたように、本発明によれば、原料ガ
ス導入管路の出口と金属容器内壁面との間に、金
属容器内に磁界を発生させるための磁界発生手段
により発生する磁界と直角方向に切断した断面の
該磁界方向への投影図形が重ならない少なくとも
２つの位置が存在する原料ガスの流路を形成した
ので、金属容器内に発生したプラズマが磁束密度
の疎な方向に移動しようとしてこの流路を上流方
向へ遡上しようとしても、原料ガス導入管路の出
口部に到達するまでには必ず磁界を横切つて移動
しなければならなくなり、一方、プラズマは磁界
を横切つては移動することができないから、原料
ガス導入管路へのプラズマの進入が阻止され、こ
れにより、この管路を形成するステンレス鋼管か
らの重金属の遊離が防止され、薄膜の汚染が生じ
なくなるとともにステンレス鋼管自体の温度上昇
による熱化学劣化も防止されるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて形成される流路の第
１の実施例を示す正面断面図、第２図は第１図の
実施例における斜めの流路の傾斜の与え方を示す
説明断面図、第３図は本発明に基づいて形成され
る流路の第２の実施例を示す正面断面図、第４図
は本発明に基づいて形成される流路の第３の実施
例を示す正面断面図、第５図は従来の乾式薄膜加
工装置の構成例を示す装置の縦断面図、第６図は
金属容器内プラズマを基板方向へ移動させるため
に装置に形成される磁束密度分布を示す説明図で
ある。 １……導波管（マイクロ波伝達手段）、３，３
９……金属容器、４，３１，３３……原料ガス導
入管路、６……磁界発生手段、１１……基板（試
料）、３７ａ，３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ
……流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マイクロ波を発生する手段と、このマイクロ
   波を伝達する手段と、このマイクロ波伝達手段と
   結合された金属容器と、この金属容器内に磁界を
   発生させる手段と、前記マイクロ波と磁界の同時
   作用を受けて前記金属容器内で活性な原子、分子
   またはイオンが形成される原料ガスを該容器内へ
   導入する原料ガス導入管路とを備え、前記原料ガ
   スから生じた活性な原子、分子またはイオンを用
   いて試料表面に薄膜形成またはエツチングなどの
   加工をほどこす乾式薄膜加工装置において、前記
   原料ガス導入管路の出口に接続して形成されて前
   記金属容器の内側へ開口し、前記磁界発生手段に
   よつて発生する磁界と直角方向に切断した断面の
   該磁界方向への投影図形が重ならない少なくとも
   ２つの位置が存在する原料ガスの流路が設けられ
   たことを特徴とする乾式薄膜加工装置。