JPH02253617A - Plasma treatment device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve uniformity of plasma treatment by allowing an equal magnetic field surface to vibrate in the axial direction of a magnetic field, applying AC current superposed by DC current to an electromagnet. CONSTITUTION:A semiconductor substrate 4 is installed within an reaction room 3 where a microwave guide tube 1 and a high vacuum discharge port 2 are connected. an electromagnet 5 is placed around the reaction room 3, and an AC power supply 6 and a DC power supply 7 are connected in series. Then, the DC power supply 7 allows current to flow to the electromagnet 5, an AC power supply 6 allows AC current to be superposed on DC current and applies it to the electromagnet 5, and then an ECR(Electron Cyclotron Reso nance) region 8 is formed within a reaction room 3, in this case, an equal mag netic field surface vibrates in the axial direction of magnetic field. a divergent magnetic field and hence a self potential also vibrates. and the distribution of the equal magnetic field surface also fluctuates. thus causing reaction to species fluctuate. Thus, it is possible to improve uniformity of plasma treatment as compared with the case when magnetic field was generated using only the DC current.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ＥＣＲプラズマを用いて、食刻もしくは、Ｃ
ＶＤを行うプラズマ処理装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention uses ECR plasma to perform etching or C
The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs VD.

従来の技術 プラズマ処理装置に関しては、従来、多用されてきた平
行平板型プラズマ処理装置に代えて、磁界とマイクロ波
を応用したＥＣＲプラズマ処理装置が実用化されつつあ
る。Regarding conventional plasma processing apparatuses, ECR plasma processing apparatuses that utilize magnetic fields and microwaves are being put into practical use in place of parallel plate plasma processing apparatuses that have been widely used in the past.

ＥＣＲプラズマ処理装置は、 Ｊ＝ｉＢ ω；マイクロ波の角周波数、Ｂ；磁束密度、ｍ：電子の
質量、ｑ；電子の電荷 で表わされる電子サイクロトロン共鳴（Ｅ　ＣＲ）条件
において、プラズマを発生し、化学反応種を形成してエ
ツチングやＣＶＤなどを行うものである。The ECR plasma processing apparatus generates plasma under electron cyclotron resonance (ECR) conditions, where J = iB ω: microwave angular frequency, B: magnetic flux density, m: electron mass, q: electron charge. , chemically reactive species are formed to perform etching, CVD, etc.

発明が解決しようとする課題 従来のＥＣＲプラズマ装置では、磁界の発生に電磁石を
用いて、一定のＤＣ電流を流してＥＣＲ条件を満たす等
磁界面を形成している。しかし、装置容積の問題と、反
応室口径の制約から、充分均一なＥＣＲ条件の等磁界面
を平面上に形成することが困難であり、等磁界面はわん
曲してしまう。Problems to be Solved by the Invention In conventional ECR plasma devices, an electromagnet is used to generate a magnetic field, and a constant DC current is passed to form an equimagnetic interface that satisfies the ECR conditions. However, it is difficult to form an isomagnetic interface with sufficiently uniform ECR conditions on a flat surface due to the problem of the device volume and the restriction on the diameter of the reaction chamber, and the isomagnetic interface is curved.

また、このわん曲した等磁界面により発散磁界が形成さ
れ、この発散した磁界に沿って電子が流れ出し、自己ポ
テンシャルを形成するため、二の等磁界面の制御は重要
であり、また制御性の難しい技術である。ＥＣＲプラズ
マ処理装置では、この発散磁界による自己ポテンシャル
を利用するため、ＥＣＲプラズマのみで異方性を達成す
るためには、被処理半導体基板を反応室から離して、自
己ポテンシャルを大きく取る必要があった。また反応室
内に基板を置いた場合は、ＥＣＲプラズマで発生したイ
オン単体では自己ポテンシャルが発生しないため、異方
性を達成することが困難であり、そのため、デポジショ
ンガスの導入や、被処理半導体基板に高周波バイアスを
印加して１強制的に自己ポテンシャルを発生させる必要
があった。In addition, a divergent magnetic field is formed by this curved isomagnetic interface, and electrons flow out along this divergent magnetic field, forming a self-potential. Therefore, the second isomagnetic interface control is important, and it also improves controllability. This is a difficult technique. ECR plasma processing equipment utilizes the self-potential created by this divergent magnetic field, so in order to achieve anisotropy with ECR plasma alone, it is necessary to move the semiconductor substrate to be processed away from the reaction chamber and increase the self-potential. Ta. Furthermore, when the substrate is placed in the reaction chamber, it is difficult to achieve anisotropy because the ions generated by the ECR plasma alone do not generate a self-potential. It was necessary to forcibly generate a self-potential by applying a high-frequency bias to the substrate.

本発明は上記問題を解決するもので、プラズマ処理の均
一性を向上させることのできるプラズマ処理装置を提供
することを目的とするものである。The present invention solves the above problems, and aims to provide a plasma processing apparatus that can improve the uniformity of plasma processing.

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明は、反応室の周囲に電
磁石を設け、この電磁石にＡＣ電流を重畳したＤＣ電流
を印加する電源を設けたものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides an electromagnet around a reaction chamber, and a power source for applying a DC current superimposed on an AC current to the electromagnet.

作用 上記構成により、電源から電磁石にＡＣ電流を重畳した
ＤＣ電流を印加することにより、等磁界面が磁界の軸方
向に振動し、発散磁界ひいては自己ポテンシャルも振動
する。また１等磁界面の分布も変動するため、反応種の
分布も変動する。このため、ＤＣ電流のみを用いて磁界
を発生していたときより、プラズマ処理の均一性が向上
する。Effect With the above configuration, by applying a DC current superimposed with an AC current from the power source to the electromagnet, the isomagnetic interface vibrates in the axial direction of the magnetic field, and the divergent magnetic field and thus the self-potential also vibrate. Furthermore, since the distribution of the first isomagnetic surface also changes, the distribution of reactive species also changes. Therefore, the uniformity of plasma processing is improved compared to when a magnetic field is generated using only a DC current.

また、等磁界面が、被処理基板に対して前後に振動する
ため、ＤＣ電流のみの場合よりも、被処理基板を反応室
に近づけても、自己ポテンシャルを大きくすることがで
き、デポジションやエツチングの速度を大きくすること
ができる。In addition, since the isomagnetic interface oscillates back and forth with respect to the substrate to be processed, the self-potential can be increased even when the substrate to be processed is closer to the reaction chamber than in the case of only DC current, and the deposition and Etching speed can be increased.

実施例 以下１本発明の一実施例を図面に基づき説明する。Example An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings.

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例を示すＥ
ＣＲプラズマ処理装置の模式平面図および模式断面図で
ある。第１図（ａ）、（ｂ）において、マイクロ波導入
管１および高真空排気口２が接続されている反応室３内
には半導体基板４が設置される。FIGS. 1(a) and 1(b) show an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a CR plasma processing apparatus. In FIGS. 1(a) and 1(b), a semiconductor substrate 4 is installed in a reaction chamber 3 to which a microwave introduction pipe 1 and a high vacuum exhaust port 2 are connected.

反応室３の周囲には電磁石５が配設′され、この電磁石
５にはＡＣ電流６およびＤＣ電ｇ７が直列に接続されて
いる。ＤＣ電流７は電磁石５にＤＣ電流を流し、ＡＣ電
流６はＩ　＝　Ｉｏ　ｃｏｓ　ωｔで表わされる数Ｈｚ
から数十ＫＨｚのＡＣ電流をＤＣ電流に重畳して電磁石
５に印加する。反応室３内にはＥＣＲ領域８が形成され
る。An electromagnet 5 is arranged around the reaction chamber 3, and an AC current 6 and a DC current g7 are connected in series to the electromagnet 5. The DC current 7 causes a DC current to flow through the electromagnet 5, and the AC current 6 is a few Hz expressed by I = Io cos ωt.
An AC current of several tens of KHz is superimposed on a DC current and applied to the electromagnet 5. An ECR region 8 is formed within the reaction chamber 3 .

上記構成において、電磁石５に、たとえばＤＣ電流７か
らのＤＣ電流２ＯＡに対して、実効ＡＣ電ことにより、
ＥＣＲ領域８は±０．７ｃｍの幅で振動する。ＡＣ電流
が零のとき、ＥＣＲ領域８はマイクロ波２．４５ＧＨｚ
に対してＴＥ□１３モードで共鳴するように調整されて
いる。このＡＣ電流により。In the above configuration, by applying an effective AC current to the electromagnet 5, for example, for a DC current of 2OA from the DC current 7,
The ECR region 8 vibrates with a width of ±0.7 cm. When the AC current is zero, the ECR region 8 is a microwave of 2.45 GHz.
It is adjusted so that it resonates in the TE□13 mode. By this AC current.

自己ポテンシャルは、−８Ｖを中心４こして±２ｖの割
合で変動することが、ＤＣ電流を変化させることにより
確認できた。また、ポリシリコンをエツチングした場合
に、エツチング速度は従来の７０ｎｍ／ｗｉｎから１２
０ｎｍ／ｗｉｎへと飛躍的に向上し、均一性も従来の±
５％から±３％に向上した。また、プラズマ発生の制御
パラメータも増加するため、プラズマ処理装置の安定性
および信頼性も向上した。It was confirmed by changing the DC current that the self-potential fluctuated at a rate of ±2 V around -8 V. Furthermore, when etching polysilicon, the etching speed has increased from the conventional 70 nm/win to 12 nm/win.
Dramatically improved to 0nm/win, and the uniformity was better than the conventional ±
It improved from 5% to ±3%. Furthermore, since the control parameters for plasma generation have increased, the stability and reliability of the plasma processing apparatus has also improved.

なお、ＡＣ電流の大きさと周波数は、反応室３の大きさ
、ガスの種類、使用圧力、半導体基板４の設置位置に応
じて最適の値に設定される。また、上述のように、マイ
クロ波長の整数倍の位置の前後でＥＣＲ条件の等磁界面
を振動させると、Ｑスイッチを用いたレーザーのように
ジャイアントパルス状のＥＣＲプラズマが生成でき、デ
ポジションやエツチング速度が飛躍的に増大する。Note that the magnitude and frequency of the AC current are set to optimal values depending on the size of the reaction chamber 3, the type of gas, the working pressure, and the installation position of the semiconductor substrate 4. Furthermore, as mentioned above, if the isomagnetic interface under ECR conditions is oscillated around a position that is an integer multiple of the microwavelength, a giant pulse-like ECR plasma can be generated like a laser using a Q switch, and deposition and Etching speed increases dramatically.

発明の効果 以上のように本発明によれば、ＤＣ電流にＡＣ電流を重
畳したものを電磁石に印加するようにしたので、等磁界
面が磁界の軸方向に振動して、プラズマ処理の均一性が
向上し、エツチング速度を高めることができる。Effects of the Invention As described above, according to the present invention, since a superimposed AC current on a DC current is applied to the electromagnet, the isomagnetic interface vibrates in the axial direction of the magnetic field, improving the uniformity of plasma processing. The etching speed can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例によるプ
ラズマ処理装置の模式平面図および模式断面図である。 ３・・・反応室、４・・・半導体基板、５・・・電磁石
、６・・・ＡＣ電源、 ７・・・ＤＣ電源。 ８・・・ＥＣＲ領域。FIGS. 1(a) and 1(b) are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 3...Reaction chamber, 4...Semiconductor substrate, 5...Electromagnet, 6...AC power supply, 7...DC power supply. 8...ECR area.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １、反応室の周囲に電磁石を設け、この電磁石にＡＣ電
流を重畳したＣＤ電流を印加する電源を設けたプラズマ
処理装置。1. A plasma processing apparatus equipped with an electromagnet around a reaction chamber and a power supply that applies a CD current superimposed on an AC current to the electromagnet.