JPS6364247A - Plasma device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtaine highly parallel ion beams in a plasma device consisting of a vacuum envelope, a exhausting device, a gas introducing portion and a plasma producing portion, by providing a generating means of a magnetic field perpendicular to the electric field produced by a microwave and to the outgoing direction of ion beams in the plasma producing portion. CONSTITUTION:A substrate 7 to be treated with plasma is placed on a substrate holder 6 installed in a vacuum envelope 5 connected to a vacuum exhausting device 11 through an exhausting tube 8. Above this substrate a beam taking out electrode having many aperture is provided, and above the electrode a plasma room 1 connected to a waveguide 3 through a dielectric window 13 is arranged, and a microwave oscillator 10 is attached to the waveguide. In this configuration, an exciting coil 14 and a yoke 15 are provided around the plasma room 1 so as to generate a magnetic field perpendicular to the outgoing direction of the ion beam when the microwave from the oscillator 10 is radiated on the substrate 7 to treat with plasma. Thereby be magnetic field producing the electron cyclotron resonance can be made perpendicular to the outgoing direction of the bean to obtaine highly parallel ion beams.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体回路素子や薄膜磁気ヘッドなどの薄膜
素子製造装置に係り、特に、サブミクロン領域のＬＳＩ
プロセスのドライエツチング及び磁性膜のドライエツチ
ングに好適なプラズマ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus for manufacturing thin film elements such as semiconductor circuit elements and thin film magnetic heads, and is particularly applicable to LSIs in the submicron region.
The present invention relates to a plasma apparatus suitable for dry etching processes and dry etching of magnetic films.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ＬＳＩ製造プロセスでは、加工寸法の微細化に伴い、溶
液を用いた湿式のプロセスからプラズマを用いた乾式の
プロセスへと移ってきている。最近良く用いられるよう
になってきたマイクロ波を使ったドライエツチング装置
は、特開昭５６−１５２９６９号公報に記載のような構
成となっている。In the LSI manufacturing process, with the miniaturization of processing dimensions, there has been a shift from a wet process using a solution to a dry process using plasma. A dry etching apparatus using microwaves, which has recently become popular, has a structure as described in Japanese Patent Application Laid-open No. 152969/1983.

すなわち、従来は第３図に示すように、真空排気装置１
１を備えた真空容器５内に基板ホルダ６が設けられ、基
板ホルダ６に対向してプラズマ室１が設けられている。That is, conventionally, as shown in FIG.
A substrate holder 6 is provided in a vacuum container 5 equipped with a plasma chamber 1 , and a plasma chamber 1 is provided opposite the substrate holder 6 .

プラズマ室１にはその外周部に励磁ソレノイド２が設け
られ、この励磁ソレノイドと同軸状に導波管３が設けら
九、その端部にはマイクロ波発振器１０が設置されてい
る。はじめ、真空容器５およびプラズマ室１は、圧力１
Ｏ−８Ｔｏｒｒ以下の超高真空に排気される。その後、
ガス供給口９よりＣＦ４などのエツチングガスが導入さ
れ、プラズマ室１の内部は所定の圧力にされる。An excitation solenoid 2 is provided on the outer periphery of the plasma chamber 1, a waveguide 3 is provided coaxially with the excitation solenoid, and a microwave oscillator 10 is installed at the end of the waveguide 3. Initially, the vacuum vessel 5 and the plasma chamber 1 are at a pressure of 1
It is evacuated to an ultra-high vacuum of O-8 Torr or less. after that,
Etching gas such as CF4 is introduced from the gas supply port 9, and the inside of the plasma chamber 1 is brought to a predetermined pressure.

次に、マイクロ波発振器１０を動作させ１例えば。Next, the microwave oscillator 10 is operated, for example.

２．４５ＧＨ７のマイクロ波をプラズマ発生部１に供給
する。一方、励磁ソレノイド２によって、電子がサイク
ロトロン共鳴をする磁界８７５Ｇａｕｓｓの磁界が印加
される。これにより、プラズマ室１では電子サイクロト
ロン共鳴が発生して、ガス分子の電離が活発に行なわれ
、濃いプラズマが発生する。引出し電極４により濃いプ
ラズマからイオ一部がビームとなって引出され、基板を
照射する。Microwaves of 2.45GH7 are supplied to the plasma generation section 1. On the other hand, the excitation solenoid 2 applies a magnetic field of 875 Gauss that causes electrons to undergo cyclotron resonance. As a result, electron cyclotron resonance occurs in the plasma chamber 1, gas molecules are actively ionized, and a dense plasma is generated. A portion of the ions are extracted from the dense plasma as a beam by the extraction electrode 4, and the substrate is irradiated.

これによって基板のエツチングが行なわれる。This allows etching of the substrate.

〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術では、ソレノイド２が発生する磁束Ｂは、
引出し電ｐｉＡ４を突き貫け、その一部は基板７に達し
ている。従って、引出し電極４から引出されたイオンは
磁束との相互作用によりその軌道が曲げられ、ビームが
発散する。[Problems to be solved by the invention] In the above conventional technology, the magnetic flux B generated by the solenoid 2 is
It penetrates the lead-out electric current piA4, and a part of it reaches the board 7. Therefore, the trajectory of the ions extracted from the extraction electrode 4 is bent by interaction with the magnetic flux, and the beam diverges.

本発明の目的は、平行性の良いイオンビームを引き出す
ことができるプラズマ装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a plasma device that can extract an ion beam with good parallelism.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁界
を、イオンビーム引出し方向と略直角方向に印加するこ
とにより達成される。The above object is achieved by applying a magnetic field that generates electron cyclotron resonance in a direction substantially perpendicular to the ion beam extraction direction.

〔作用〕[Effect]

電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁界は、イオンビ
ーム引出し方向と直角方向に印加されているので、引出
し電極から引出されたイオンビームは電子サイクロトロ
ン共鳴を発生させる磁界の影響を受けることが無く、平
行性の良いイオンビームが得られる。Since the magnetic field that generates electron cyclotron resonance is applied in a direction perpendicular to the ion beam extraction direction, the ion beam extracted from the extraction electrode is not affected by the magnetic field that generates electron cyclotron resonance, and the parallelism is maintained. A good ion beam can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。真空
排気装置１１を備えた真空容器５内に基板ホルダ６が設
けられ、基板ホルダ６に対向してプラズマ室１が設けら
れる。プラズマ室１の一端には誘電体窓１３が設けてあ
り、これに合致して導波管３が取付けられ、その先端に
はマイクロ発振器１０が取付けられている。一方、プラ
ズマ室１の他端は、互いに同じ位置に多数の孔を設けた
引出し電極４が配置されている。プラズマ室の外部に励
磁コイル１４及びヨーク１５が設けてあり。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. A substrate holder 6 is provided in a vacuum container 5 equipped with a vacuum evacuation device 11, and a plasma chamber 1 is provided opposite the substrate holder 6. A dielectric window 13 is provided at one end of the plasma chamber 1, and a waveguide 3 is attached to match the dielectric window 13, and a micro oscillator 10 is attached to the tip of the waveguide 3. On the other hand, at the other end of the plasma chamber 1, an extraction electrode 4 having a large number of holes at the same position is arranged. An excitation coil 14 and a yoke 15 are provided outside the plasma chamber.

イオンビーム引出し方向に対して略直角に、磁界が印加
されている。はじめ、真空容器５並びにプラズマ室１は
圧力１０″″ＢＴｏｒｒ以下の超高真空に排気される。A magnetic field is applied approximately perpendicular to the ion beam extraction direction. Initially, the vacuum container 5 and the plasma chamber 1 are evacuated to an ultra-high vacuum with a pressure of 10"" BTorr or less.

その後に、ガス供給口よりＣＦａなとのエツチングガス
が導入され、所定の動作圧力に設定される。次に、マイ
クロ波発振器１０を動作させて、例えば、周波数２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を導波管３を介してプラズマ室１
に供給する。Thereafter, an etching gas such as CFa is introduced from the gas supply port, and a predetermined operating pressure is set. Next, the microwave oscillator 10 is operated to generate a frequency of, for example, 2.4.
A 5 GHz microwave is passed through the waveguide 3 to the plasma chamber 1.
supply to.

ところでマイクロ波の電界Ｅは、マイクロ波の進行方向
に対して直交する方向である。励磁コイル１４の作る磁
界が、このマイクロ波の電界に対しても直交する方向に
むく様にヨーク１５を配貨してあり、かつ、その磁束密
度がプラズマ室１の少なくとも一部でマイクロ波の周波
数で電子サイクロトロン共鳴を起す密度に設定しである
。このとき、電子は電子サイクロトロン共鳴により強力
に加速され、ＣＦ４等のガス分子に衝突し電離を行なう
。その結果、プラズマ室内には濃いプラズマが発生し、
引出し電極４に適切な電圧を印加することにより、イオ
ンビームを引き出すことができる。二のとき、励磁コイ
ル１４の作る磁界は真空容器５側に入り込まないので、
引き出されたイオンビームを引き出することができ、よ
り微細な加工を行なうことができる。Incidentally, the electric field E of the microwave is in a direction perpendicular to the direction of propagation of the microwave. The yoke 15 is arranged so that the magnetic field created by the excitation coil 14 is perpendicular to the microwave electric field, and the magnetic flux density is such that the microwave The frequency is set to a density that causes electron cyclotron resonance. At this time, the electrons are strongly accelerated by electron cyclotron resonance, collide with gas molecules such as CF4, and ionize. As a result, dense plasma is generated in the plasma chamber,
By applying an appropriate voltage to the extraction electrode 4, the ion beam can be extracted. In case 2, the magnetic field created by the excitation coil 14 does not enter the vacuum container 5 side, so
The extracted ion beam can be extracted and finer processing can be performed.

第２図は、本発明による他の実施例である。この場合、
電子サイクロトロン共鳴を起す磁界発生手段として永久
磁石１２を用いている。プラズマ室１はイオンビームを
引出している状態で高電位となる。励磁コイルを使う場
合には、プラズマ室１とヨーク１５．あるいは、ヨーク
１５とコイル１４を電気的に絶縁するか、あるいは、コ
イル用電源高電位とする必要がある。磁界発生手段とし
て、永久磁石を用いた場合には、そ九らの問題が解決さ
れ、小形で経済的なプラズマ装置を提供することができ
る。FIG. 2 shows another embodiment according to the invention. in this case,
A permanent magnet 12 is used as a magnetic field generating means for causing electron cyclotron resonance. The plasma chamber 1 has a high potential while extracting the ion beam. When using an excitation coil, the plasma chamber 1 and the yoke 15. Alternatively, it is necessary to electrically insulate the yoke 15 and the coil 14, or to set the power source for the coil at a high potential. When a permanent magnet is used as the magnetic field generating means, these problems can be solved and a small and economical plasma device can be provided.

なお、プラズマ生成室は１円形でもよい。Note that the plasma generation chamber may have a circular shape.

なお、７は基板、８は排気管、１２は永久磁石である。Note that 7 is a substrate, 8 is an exhaust pipe, and 12 is a permanent magnet.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、電子サイクロトロン共鳴を起すための
磁界が引出されたイオンビームに影響を与えるのを防ぐ
ことができ、平行性の良いイオンビームを引き出すこと
ができる。According to the present invention, it is possible to prevent the magnetic field for causing electron cyclotron resonance from affecting the extracted ion beam, and it is possible to extract an ion beam with good parallelism.

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

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
他の実施例の断面図、第３図は従来例を示す断面図であ
る。 １・・・プラズマ室、２・・・ソレノイド、３・・・導
波管。 ４・・・引出し電極、５・・・真空容器、６・・・基板
ホルダー、７・・・基板、８・・・排気管、１０・・・
マイクロ波発振器、１１・・・真空排気装置、１２・・
・永久磁石。 １４・・・励磁コイル、１５・・・ヨーク。FIG. 1 is a sectional view of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of another embodiment of the invention, and FIG. 3 is a sectional view of a conventional example. 1... Plasma chamber, 2... Solenoid, 3... Waveguide. 4... Extraction electrode, 5... Vacuum container, 6... Substrate holder, 7... Substrate, 8... Exhaust pipe, 10...
Microwave oscillator, 11... Vacuum exhaust device, 12...
·permanent magnet. 14... Excitation coil, 15... Yoke.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、真空容器と、前記真空容器に連通した排気装置と、
ガス導入部と、プラズマ生成部とより成り、前記プラズ
マ生成部にマイクロ波を導入する手段を設けたプラズマ
装置において、 前記プラズマ生成部に、マイクロ波の作る電界およびイ
オン引出し方向に略直交する磁界発生手段を設けたこと
を特徴とするプラズマ装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記磁界発生手段が発生する磁界の少なくとも一部の磁
束密度が、前記マイクロ波の周波数と電子サイクロトロ
ン共鳴を生じる条件となるように選ばれていることを特
徴とするプラズマ装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記磁界発生手段が永久磁石であることを特徴とするプ
ラズマ装置。[Claims] 1. A vacuum container, an exhaust device communicating with the vacuum container,
In a plasma device comprising a gas introduction section and a plasma generation section, and provided with means for introducing microwaves into the plasma generation section, the plasma generation section is provided with an electric field generated by the microwave and a magnetic field substantially perpendicular to the ion extraction direction. A plasma device characterized by being provided with a generating means. 2. Claim 1 provides that the magnetic flux density of at least a portion of the magnetic field generated by the magnetic field generating means is selected such that the frequency of the microwave and the condition for causing electron cyclotron resonance are established. Characteristic plasma equipment. 3. The plasma device according to claim 1, wherein the magnetic field generating means is a permanent magnet.