JPS6377121A - 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、と
くに電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生さ
せ、広い領域にわたって均一なプラズマ処理が可能とな
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　号公報に示さ
れた従来のプラズマ処理装置を示す断面構成図であり、
図において（１）はプラズマ発生部、（２）はステージ
、（３）は基板、（４）は導波管、（５）はマグネトロ
ン、（６）はマグネトロン用ｍ源、（７）はソレノイド
コイル、（８）はプラズマ反応部、（９）はガス供給管
、αｄは排気管、０１）はプラズマ発生用ガラス管、（
イ）は直流Ｎ源、（至）はプラズマ流である。

次に動作について説明する。第５図は従来装置の基本的
な一実施例を示しており、プラズマ発生部（１）オよび
プラズマ反応部（８）により構成されている。

プラズマ発生部（１）は、軸方向に静磁場を発生させる
ソレノイドコイル（７）と、軸方向に垂直な高周波ｆ！
！場を導入する高周波導波管（４）と、プラズマ発生用
ガラス管α力とを有しており、高周波導波管（４）への
高周波！力の供給はマグネトロン（５）により行なわれ
、プラズマ発生用ガラス管０へのガスの供給はガス供給
管（９）を通して行なわれるようになっている。

プラズマの形成は電子サイクロトロン共鳴により行なわ
れるが、電子サイクロトロン共鳴について説明する。今
、軸方向（Ｚ方向とする）の静磁場の強度をＢ　（Ｚ）
とする。マグネトロン（５）により高周波導波管（４）
内に供給される高周波は、その高周波の周波数に応じて
共振するように作られた形状のプラズマ発生部（１）内
に不均一な高周波電場Ｅｒｆ（Ｚ）を形成する。プラズ
マ発生部（１）内で高周波電場Ｅｒｆ（Ｚ）と電子サイ
クロトロン共鳴を起こすＺ方向の静磁場強度Ｂｚ（（イ
）を第６図に示す。点囚から点（２）の線はＢｚ（Ｚ）
が高周波電場Ｅｒｆ（Ｚ）と共鳴を起す磁場強度の点を
結んだものである。

電子は静磁場Ｂ中ではよく知られたサイクロトロン運動
をし、サイクロトロン角周波ωＣはωＣ＝　ｅＢ／ｍで
表わされる。（ただし、ｍは電子の質量である。）プラ
ズマ発生部（１）内の高周波電場Ｅｒｆ（Ｚ）の角周波
数をωとし、ω＝ωＣのサイクロトロン共鳴条件が成立
すれば、高周波のエネルギーは電子に連続的に供給され
て電子のエネルギーが増大する。

このようなサイクロトロン共鳴条件下で、ガス供給管（
９）内に適当なガス圧のガスを導入すると、予備放電状
態で発生した電子は、高周波から連続的にエネルギーを
供給されて高いエネルギー状態になり、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
鳴条件のもとて高周波中力が注入される。

従って、たとえばガス供給管（９）に導入するガスをＳ
ｉＨ４とすると、ガスの圧力以外に高周波の電力を適当
に調整することにより、Ｓｉ、ＳｉＨ。

ＳｉＨ２、ＳｉＨ３などのイオンおよびそれぞれのイオ
ンの種類、ａ度あるいはそのエネルギーをＩＩＪ御でき
ると同時に、Ｓｉ　　、５ｉＨｘ　　などのラジカルの
１ｍ、濃度あるいはそのエネルギーを制御できる。

一方、静磁場Ｂ　（Ｚ）と電場Ｅｒｆ（Ｚ）の間では、
電子には次式で与えられるような軸方向の力Ｆｚが作用
し、電子は軸方向に加速される。

す１ ただし、μは磁気モーメント、ω０は電子の円運動のエ
ネルギー、Ｂ６はプラズマ発生部での磁束密度、Ｍはイ
オンの質量である。

シタが。て、第５図のプラズマ発生部（１）で発生した
プラズマ中の電子がプラズマ反応部（８）に向は軸方向
に加速され、このためにプラズマ中にはイオンを加速す
る筒電場Ｅ　ｏ　（Ｚ）　　が軸方向に形成される。こ
の静磁場Ｅｌｌｌ（Ｚ）によってプラズマは全体として
軸方向に加速されることになり、プラズマ反応部（８）
に軸方向に沿うプラズマ流が発生する。ソレノイドコイ
ル（７）によってつくられた磁力線がプラズマ反応部（
８）ではｒ方向（径方向）成分をもつようになるので（
即ち発散磁場となる。）プラズマ流（至）は磁力線にそ
って拡がってゆく。

この第５図実施例による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問題点〕

従来の電子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマ処理装
置は以上のまうに構成されているので、高周波電場と共
鳴をおこす静磁場のＺ方向成分Ｂｚ（Ｚ）　　は第６図
に示されたように特定の領域に制御され、プラズマ処理
の均一性が得られにくく、また、大口径の基板にプラズ
マ処理を行うにはソレノイドコイルの内径を大きくする
必要があり、装置が大型化する問題点があった。

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、プラズマ処理の均一性を高めるとともに、大
口径の基板にも対応できるプラズマ処理装置を得ること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るプラズマ処理装置はプラズマ発生部の周
囲に第１ソレノイドコイルと、この第１ソレノイドコイ
ルの基板側に、第１ソレノイドコイルの中心軸を中心と
して、同心状に複数個の第２７レノイドコイルを設け、
これら複数個の第２ソレノイドコイルのうち任意のソレ
ノイドコイルに電流を流すと共に、上記電流を流すソレ
ノイドコイルの組合せを変化させるようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明におけるプラズマ処理装置は、複数個の第２ソ
レノイドコイルによりプラズマ発生部及びプラズマ反応
部におけるソレノイドコイルの作る発散磁場分布を変化
させ、プラズマ発生部からプラズマ反応部へ引出される
プラズマ流を制御することが可能となる。これにより小
型の装置で、大口径の基板にも均一なプラズマ処理が可
能となる。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例によるプラズマ処理装置を
示す断面構成図であり、図において、（７）はプラズマ
発生部（１）の周囲に配設された第１ソレノイドコイル
、（１４ａ）（１４ｂ）（１４ｃ）（１４ｄ）（総称す
る時はα委）は第１ソレノイドコイル（７）の基板（３
）側に、第１ソレノイドコイル（７）の中心軸を中心と
して同心状に設けられた複数個の第２ソレノイドコイル
、（ト）はこれらの第２ソレノイドコイルα４に電流を
供給する直流電源、αθは第２ソレノイドコイル（１４
ａ）（１４ｂ）（１４ｃ）（１４ｄ）のうちの任意のコ
イルに電流を供給又は遮断するためのスイッチである。

次に動作について説明する。

プラズマ発生部（１）は軸方向に静磁場を芽生させる第
１ソレノイドコイル（７）と軸方向に垂直な高周波で場
を導入する高周波導波管（４）、及びプラズマ発生用ガ
ラス管αＤで構成され、また、プラズマ発生部（１）と
プラズマ反応部（８）との間に複数の第２ソレノイドコ
イルαＩが同心状に配設されている。高周波導波管（４
）への高周波電力の供給は、マグネトロン（５）で行な
われる。またプラズマ発生用ガラス管α力へのガスの供
給は、ガス供給管（９）を介して行なわれる。

プラズマの形成は電子サイクロトロン共鳴により行なわ
れ、その領域はプラズマ発生部（１）内で第１゛ルノイ
ドコイル（７）による静磁場Ｂ　ｚ（Ｚ）とマグネトロ
ンによる高周波前場Ｅｒｆ（Ｚ）の関係で定められたと
えば、第６図のようになる。ここで電子に作の力が働く
。したがって、プラズマ発生部（１）で発生したプラズ
マ中の電子がプラズマ反応部（８）に向は軸方向に加速
され、このためにプラズマ中にはイオンを加速する磁場
ＥＯ（ｚ、ｔ）が軸方向に形成される。この磁場Ｅ６（
ｚ、ｔ）によってプラズマは全体として軸方向に加速さ
れることになり、プラズマ反応部（８）に軸方向に沿う
プラズマ流が発生する。

この発明によるプラズマ処理装着では、プラズマ発生部
（１）のプラズマ反応部側に同心円状の複数の第２ソレ
ノイドコイルを設け、その中の任意ノコイルに電流を供
給することにより、プラズマ発生部（１）からプラズマ
反応部（８）への磁場分布（発散磁場）を制御できる。

即ち、先に説明したように。

プラズマ発生部（１ンからのプラズマ流は発散磁場の影
響をうける。

このため、例えば第１ソレノイドコイル（７）と第２′
ルノイドコイル（１４ａ）（１４ｂ）（１４ｃ）（１４
ｄ）の全てに電流を供給した時のプラズマ流は第２図（
ａ）のようなプラズマ流（１３ａ）になり、この時基板
（３）上に形成される薄膜の膜厚分布は第３図（ａ）の
ようになる。

また第１ソレノイドコイル（７）と第２ソレノイドコイ
ル（１４ｄ）のみに電流を供給するとプラズマ流は第２
図（ｂ）のようなプラズマ流（１３ｂ）になり、その時
の膜厚分布は第３図（ｂ）のようになる。従−て−例と
して各コイル（１４ａ）（１４ｂ）（１４ｃ）（１４ｄ
）にスイッチαＧを制御して各々第４図（ａ）　（ｂ）
　（ｃ）　（ｄ）に示すような電流を流し、電流の流れ
るソレノイドコイルの組合せを変化させてやると、例え
ば基板（３）上に形成される薄膜の膜厚は一様となり、
均一な膜が成膜できる。

まｔ二、このようにすることにより、ソレノイドコイル
全体を大型化することなく、大口径の基板にも均一なプ
ラズマ処理が可能となる。

上記実施例による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、大口径基板にも均一なプラズ
マ処理が行なえる。

なお、上記実施例では４個の第２ソレノイドコイルを設
けた例を示したが第２゛ルノイドコイルは任意の複数の
ソレノイドコイルでよい。

また、電流の０Ｎ１０ＦＦ制御の仕方も、上記実施例の
もの以外でもよく、また、電流値を各コイル毎に変化さ
せてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、プラズマ発生部の周
囲に第１ソレノイドコイルとこの第１ソレノイドコイル
の基板側に、第１ソレノイドコイルの中心軸を中心とし
て、同心状に複数個の第２ソレノイドコイルを設け、こ
れら複数個の第２ソレノイドコイルのうち任意のソレノ
イドコイルに電流を流すと共に、上記電流を流すソレノ
イドコイルの組合せを変化させるようにしたので、プラ
ズマ発生部からプラズマ反応部へ向かうプラズマ流を制
御出来、均一なプラズマ処理が可能になる。

また大口径の基板への均一なプラズマ処理も可能となる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるプラズマ処理装置を
示す断面構成図、第２図（ａ）及び（ｂ）は各々この発
明の一実施例に係る第２ソレノイドコイルの全てに電流
を流した時のプラズマ流及び第２ソレノイドコイルの一
部に電流を流した時のプラズマ流を示す断面図、第３図
（ａ）及び（ｂ）は各々この発明ノー実施例に係る第２
ソレノイドコイルの全テに電流を流した時及び第２ソレ
ノイドコイルの一部に電流を流１．た時の、基板上に形
成される薄膜の膜厚分布を示す分布図、第４図はこの発
明の一実施例に係る第２ソレノイドコイルへ供給きれる
電流を示す波形図、第５図は従来のプラズマ処理装置を
示す断面構成図、並びに第６図は従来のプラズマ処理装
置において、甲子サイクロトロン共鳴を起こすＺ軸方向
の静磁場強度Ｂｚ（Ｚ）の、プラズマ発生部での分布を
示す分布図である。 （１）・・・プラズマ発生部、（３）・・・基板、（７
）・・・第１ソレノイドコイル、（８）・・・プラズマ
反応部、αＪ、（１３ａ）、（１３ｂ）・・・プラズマ
流、α葡・・・第２ソレノイドコイル、α０・・・スイ
ッチ なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生させ、
   基板をプラズマ処理するものにおいて、上記プラズマを
   発生させるプラズマ発生部の周囲に第１ソレノイドコイ
   ルとこの第１ソレノイドコイルの基板側に、第１ソレノ
   イドコイルの中心軸を中心として、同心状に複数個の第
   ２ソレノイドコイルを設け、これら複数個の第２ソレノ
   イドコイルのうち任意のソレノイドコイルに電流を流す
   と共に、上記電流を流すソレノイドコイルの組合せを変
   化させるようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置
   。