JPS59161035A

JPS59161035A - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPS59161035A
Application number: JP556084A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsuchimoto; 槌本　尚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-01-18
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1984-09-11

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】本発明は、プラズマ流輸送方法等を用いたプラズマによ
る処理装置に関し、特に半導体基板にプラズマ流により
デポジションまたはエツチング処理等の所望の処理を施
こす装置（Ｆ−適用して有効な技術に関するものである
。

本願において、プラズマとはラジカル及びイオンを広く
含む励起された気体の意味で用いている。

本発明の基本原理としてプラズマ流を用いて所望物質を
所望基板上に輸送し、離着析出せしめろ方法が特願昭４
０−２１１８３号（特公昭４５−３８８１号特許第６１
１１８４号）が公知である。

第１図はこのプラズマ流輸送方法の原理図である。

１は所望物質のガスまたは蒸気を放電によりプラズマ化
するプラズマ発生部、２はプラズマ発生部１に設けられ
たプラズマ流出口、４はプラズマ発生部１に適当な電位
を与える電源、５はプラズマ流の終点たるプラズマ収受
体で、本発明では処理しようとする所望の基板、６は収
受体５に到達したプラズマ電流測定用電流計、７はプラ
ズマ発生部およびプラズマ流通路を真空に保持する気密
囲壁で、図示せざる真空排気系にて排気される。８はプ
ラズマ流出口および収受体４を結ぶプラズマ流経路を軸
とする同軸磁界を発生する電磁石である。いまプラズマ
発生部１に放電によりプラズマ３を発生せしめるとこの
プラズマ３はプラズマ流出口２より発生部の内外の密度
差に伴なう拡散作用によりプラズマが流出し、これがプ
ラズマ流９として上記電磁石８によって発生する同軸磁
場によりビーム状に集束させられ、収受体５に導かれ、
プラズマ中のイオンの物質を収受体５の上に析出させる
。すなわち、プラズマ化された所望物質をプラズマ発生
部１より収受体５まで輸送することで独自の物質輸送方
式をなすものである。この輸送手段たるプラズマ流の集
束度とプラズマ密度は、プラズマ源のプラズマ密度と同
軸磁界の強さによって変化し、磁界が弱いとプラズマ流
の拡がりが大きく、収受体５の一定面積に到達するプラ
ズマ量を減少せしめるが、磁界強度をある程度以上（例
えば３００ガウス以上）に強くすれば、プラズマ流９の
始点であるプラズマ流出口２から終点５の収受体まで、
プラズマ密度を殆んど弱めることなく一定に保つことが
できる。すなわち同軸磁界はプラズマ流９に対して、磁
気的な輸送パイプを形成しているもめとみなすことがで
きる。

第２図にこのプラズマ輸送法を実施するための具体的な
構成を断面図として示す。この装置においてはプラズマ
を発生させるためにマグネトロンにより高周波発振電力
を発生し、石英放電管にこの発振電力を印加して放電を
起し、プラズマを発生する方式を取っている。図におい
てマグネトロン１０により導波管１１と中心アンテナ１
２の間に数ＧＨｚ程度の電磁界を溌イ卆発生せしめ、プ
ラズマ発生室である石英放電管１３を目的物質ガスで１
０−２〜１０−”　Ｔｏｒｒ　　の圧力に保ち、プラズ
マ１４を発生せしめる。この石英放電管は導波管やアン
テナから放電により金属等が蒸発してプラズマ内に混入
するのを防止すると共に、この場合プラズマ発生のため
の放電部分を大気圧より気密に保ち、導入した目的の放
電ガスを放電に適した圧力に保つ役割をする。この放電
管はその内部の放電により放電管の温度がいちじるしく
上昇し、放電管と真空器壁とのシール部のパツキンを軟
化せしめたり、また局所的に放電管外壁を加熱により軟
化せしめたりするため導波管の一部に１５なる加圧冷却
空気導入口をも５１でこれより冷却空気を導入し、放電
管と導波管の間隙を通じて１６の排気口より放電管の外
側を冷却した空気を排出する。またアンテナ１２は左端
においてマグネトロンと結合しているが、その一部を１
８のように中空にし、１７なる加圧冷却空気導入口より
この中空部に冷却空気を導入してアンテナの先端部より
空気を噴出せしめ、放電管１３の内側の凹み部分を冷却
して１６の排気口より排出する。プラズマ発生部の石英
放電管１３の外周は支持台１９．２１を介して設けられ
た同軸電磁石が位置し、これの作る磁界は導波管１１と
アンテナ１２の２電極間の間に発生する高周波電場によ
り加速される電子の軌導長ヲ長くシて、この間に発生す
るプラズマ１４の電離度を大にすると共に次の輸送用同
軸室礎石２．４．２６の作る同軸電磁界と共にプラズマ
輸送のための磁気パイプを形成する、一方、このプラズ
マ輸送のための同軸電磁界はマグネトロン１０をその磁
界中に入れてその発振特性が変化するように影響をおよ
ぼし、その寿命を短かくするなどの影響があるため、同
軸電磁石２０に対し′〔２７なる磁気遮蔽板を取りつ“
けることにより、磁場のマグネトロンに対する影響を阻
止する構成にしである。プラズマ処理室３２は非磁性の
ステンレス銅等により形成され、その内部圧力は〜１Ｏ
−６Ｔｏｒｒ程度に保たれる。この処理室へ石英よりな
るプラズマ流出管２９を通じてプラズマ発生室である石
英放電管１３内に発生したプラズマ１４がプラズマ流３
０として導入される。なお２８ａ。

２８ｂは目的の原料ガスを放電管に導入する導入部を示
す。このプラズマ処理室３２は３４を通じて排気系３３
により排気される。プラズマ処理室の周囲には支持台２
’３．２５により支持された同軸電磁石２４．２６があ
り、これらは２０　、２２と共に磁場の方向をおのおの
順方向に直列に並べた同′軸電磁石群を形成し、これら
により形成された磁気パイプによって導入されたプラズ
マは目的の半導体基板３５の上に輸送される。半導体基
板３５はステンレス等による支持台３６にて保持される
が、これは必要に応じて図示せざる加熱機構にて加熱さ
れ、またこの支持台を通じてプラズマ電流が測定される
が、この前方に位置せしめたシャッター３７により所望
の時間だけプラズマを基板に送り、処理を行う。またこ
の図において、プローベ３１と、これにつながる電極に
より輸送プラズマに任意の電位を与えることが出きる。

このように構成されたプラズマ処理装置は半導体基板へ
のデポジションとエツチングに対し極めてすぐれた処理
効果をもっことは、特願昭５０−１１９７６号に詳述さ
れである。すなわち、デポジションの場合は常温にてそ
の目的の材料物質を含んだガスや蒸気、例えばシリコン
（Ｓｉ）ならばモノシラン（ＳｉＨ４）、りん（Ｐ）な
らばフォスフイン（ＰＨ３）、アルミニウム（Ａ看）な
らばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ３’）３　ｈａ　
）を用い、放電管にこれを導入し、プラズマ化して輸送
し、デポジションを行う。またエツチングの場合は、例
えば多結晶シリコン膜（Ｓｉ）、シリコン酸化膜（Ｓｉ
ｎ、）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ、）および各
種金属のエツチングに対しては、フレオンガス（ＣＦ４
）やこれと酸素（０２）の混合ガスを導入してプラズマ
化し、半導体基板上へこのプラズマを輸送し、エツチン
グを行う。これらのプラズマはプローベ３１により適当
なエネルギーを与えられると更にその特性を向上せしめ
ることが出きる。

このように構成されたプラズマ流輸送装置を用いて各種
実験を行った結果、輸送磁場の強度分布に関して次のよ
うな条件がみたされる必要があることが判明した。

その第１の点は次のようである。第２図に示すプラズマ
流輸送装置の構成図中１．３．１４に示すプラズマ発生
室において磁場の強度分布を第３図に示すように分布せ
しめ、その最大強度の点（図上人とする）が、プラズマ
発生室である石英放電管の先端位置（図上Ｂとする）よ
り少しくずれた点に位置せしめるのが適当であることが
見出されている。この構成は石英放電管内に発生した高
密度のプラズマを第３図のＢＣ方向に押し出す作用をも
ち、放電管の先端が高密度プラズマにより破損するのを
防止する。

また第２図１０のマグネトロン溌振器の周波数を２．４
５　ＧＨｚにえらぶと、放電管中の電子サイクロトロン
共鳴に必要な磁場強度は８９０ガウスになる。したがっ
て第３図の磁場分布的線中放電管の放電部分は８９０ガ
ウス以上の磁場強度であることが望ましく、シたがって
、第３図の最大磁場強度は１０００ガウス以上であるこ
とが要求される。

このような磁場分布を実現するためには、第２図の２０
．２２．２４の同軸電磁石の位置、アンペアターンな適
当に選べば実現出きるが、一方この電磁石は装置の構成
上山きるだけ小型にすることが要求される。

第４図は外径４５ＣＴｎ１内径２０Ｃ７１１，巾ＩＱｃ
ｍの瑠状コイル枠に電線を巻付けて作成した同軸電磁石
を２個直列に並べて電流を流し、１．３Ｘ１０’アンペ
アターンの磁場励起を行った場合に発生した磁場分布で
ある（曲線Ａ）。磁場の最高値が８００ガウスの所にあ
り左右対称の分布である。

この電磁石の左端に厚み５ｃｍの円板状の軟鉄板を耐着
せしめると鉄の磁化のため磁場分布が曲線Ａより曲線Ｂ
に移行し、左右非対称の磁場分布になり最高磁場は１】
００ガウスになる。これを利用すると第３図のような磁
場分布を電磁石が小型のままで電源にも変更を加えず実
現し得て非常に効果的である。

この工夫を行ったのが第５図の３８であり、これは第２
図に示すマグネトロンのための磁気遮蔽の目的で付けた
２７の磁気遮蔽板の役割をも兼ねていて、プラズマ発生
室の磁場分布を非対称に、しかも電子サイクロトロン共
鳴に必要な８９０ガウス以上の磁場を容易に実現し得る
効果がある。

磁場強度分布に関する第２の点は次のようである。

第２図３０のプラズマ流は、磁場方向が互に順方向で直
列につながれた同軸電磁石２４と２６の作る磁場パイプ
により輸送されている。いまプラズマ流３０を輸送する
磁場パイプと垂直で、磁場の値が周期的に変化する電磁
石対を２組プラズマ流に対し対称に位置せしめるとプラ
ズマ流はこのためＸ−Ｙ方向に変向し、その値を適当に
えらべば基板３５の上を均一に走査し、デポジションあ
るいはエツチングの処理を行うことのできることは特願
昭５’ｌ−９９６８６号にくわしくのべである。

これらの走査用電磁石は第２図の２４と２６の電磁石の
間に位置せしめるため、２４と２６の間の距離が増加し
途中の輸送磁場強度が減少し、プラズマ流の輸送効率が
低下する。

これの対策のためには電磁石２６のアンペアターンを増
加せしめればよいが、一方第４図の結果を利用すれば第
５図３８に示すごとく電磁石２６に軟鉄板３８を附着せ
しめることにより、実質的に２６のアンペアターンな増
加せしめたことになり、装置の構成を小さくする効果が
ある。

以上のように第５図に示すごとくプラズマ流輸送のため
磁場方向をおのおの順方向に直列に並べた同軸電磁石群
の先端および末端に円板状鉄板を附着せしめる構成によ
り、装置性能の向上と共に装置費用を実質的に低くする
ことが出きる。

なお本構成に使用した鉄板は安価で加工が容易であるが
他の透磁率の大きい物質、例えばケイ素鋼板、パーマロ
イ合金なども本目的に使用することが出きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマ流輸送方法によりプラズマ流を用いて
物質を輸送する原理を示す要部断面図、第２図はこの原
理を用いてデポジションおよびエツチングするための具
体的な装置の構成図、第３図はプラズマ発生室における
磁場の目標分布図、第４図は左端に鉄板を附けた時と附
けない時の磁場強度分布の差を示す図、第５図は第２図
の構成図中直列に並べた同軸電磁石群の先端および末端
に円板状鉄板を附着せしめ装置性能を改良した構成図で
ある。１・・・プラズマ源、２・・・プラズマ流出孔、３．１
４・・・発生プラズマ、４・・・電源、５，３５・・・
収受体基板、６・・・電流計、７，３２・・・真空槽、
８　、２０　。２２．２４．２６・・・同軸電磁石、９，３０・・・流
出プラズマ流、１０・・・マグネトロン、１１・・・導
波管、１２・・・アンテナ、１３・・・放電管、１５，
１７．１８・・・冷却空気入口、１６・・・冷却空気出
口、１９，２１゜２３．２５・・・電磁石支持台、２７
・・・磁気遮蔽板、２８ａ　、２８ｂ・・・ガス導入孔
、２９・・・プラズマ流出管、３１・・・プローベ、３
３・・・排気系、３４、・・・排気口、３６・・・支持
台、３７・・・シャッター、３８・・・プラズマ源側耐
着鉄板、３９・・・コレクター側耐着鉄板。

Claims

【特許請求の範囲】

１　励起されたガス成分を送出ずべき方向にむけて、磁
場強度が減少するようにされたことを特徴とするプラズ
マ発生装置。