JPS6377119A - Plasma processor - Google Patents
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Abstract
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。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a plasma processing apparatus which is a semiconductor processing apparatus, and in particular to a plasma processing apparatus which generates plasma using electron cyclotron resonance and which enables uniform plasma processing over a wide area. This relates to processing equipment.
第６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。FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram showing a conventional plasma processing apparatus disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-79621.
In the figure, (1) is the plasma generation section, (2) is the stage, (3) is the substrate, (4) is the waveguide, and (5) is the magnetron.
（６）はマグネトロン用［ｉ、（７）はソレノイドコイ
ル。(6) is for magnetron [i, (7) is solenoid coil.
（８）はプラズマ反応部、（９）はガス供給管、０旧よ
排気管、αυはプラズマ発生用ガラス管、（２）は直流
電源。(8) is the plasma reaction section, (9) is the gas supply pipe, 0 is the exhaust pipe, αυ is the glass tube for plasma generation, and (2) is the DC power supply.
α■はプラズマ流である。α■ is the plasma flow.
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）および
プラズマ反応部（８）により槽成されている。Next, the operation will be explained. FIG. 5 shows a basic embodiment of a conventional apparatus, which is composed of a plasma generating section (1) and a plasma reaction section (8).
プラズマ発生部（１）は、軸方向に不均一な静磁場を発
生させるソレノイドコイル（７）と、軸方向に垂直な高
周波電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のとを有しており、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）により行な
われ、プラズマ発生用ガラス管Ｑｌ）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
。The plasma generation section (1) includes a solenoid coil (7) that generates a static magnetic field that is nonuniform in the axial direction, a high-frequency waveguide (4) that introduces a high-frequency electric field perpendicular to the axial direction, and a glass tube for plasma generation. α and has a high frequency waveguide (4)
A magnetron (5) supplies high frequency power to the plasma generating glass tube (Ql), and gas is supplied to the plasma generating glass tube (Ql) through a gas supply tube (9).
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）の不均一な静磁場の強度を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（ｚ）を第６図に示す。点（ハ）から点■の線はＢ
ｚ（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。Plasma is formed by electron cyclotron resonance, which will be explained below. Now, the strength of the non-uniform static magnetic field in the axial direction (Z direction) is B
(z). The high frequency waves supplied into the high frequency waveguide (4) by the magnetron (5) generate a non-uniform high frequency electric field Erf within the plasma generating part (1), which is shaped to resonate according to the frequency of the high frequency wave. (z) is formed. High frequency electric field Erf(z) within the plasma generation part (1)
FIG. 6 shows the static magnetic field strength Bz (z) in the Z direction that causes electron cyclotron resonance. The line from point (C) to point ■ is B
z (z) connects points of magnetic field strength that cause resonance with the high-frequency electric field Erf (z).
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Ｗｃ＝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Ｗと
し、Ｗ＝Ｗｃ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。Electrons perform the well-known cyclotron motion in the static magnetic field B, and the cyclotron angular frequency is expressed by Wc=eB/m. (However, m is the mass of the electron.) If the angular frequency of the high-frequency electric field Erf (z) in the plasma generation part (1) is W, and the cyclotron resonance condition of W = Wc is established, then
High-frequency energy is continuously supplied to the electrons, increasing the energy of the electrons.
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電力が注入される。Under such cyclotron resonance conditions, the gas supply pipe (
9) When gas at an appropriate gas pressure is introduced into the chamber, the electrons generated in the pre-discharge state are continuously supplied with energy from the high frequency and become in a high energy state. Through the collision process, plasma is generated, and this generated Radio frequency power is further injected into the plasma under resonance conditions.
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、Ｓｌ 、 ＳｉＨ、ＳｉＨ２、
ＳｉＨ。Therefore, for example, the gas introduced into the gas supply pipe (9) is
In the case of iH4, by appropriately adjusting the high frequency power in addition to the gas pressure, Sl, SiH, SiH2,
SiH.
などのイオンおよびそれぞれのイオンの種類、濃度ある
いはそのエネルギーを制御できると同時に、Ｓｉ’、
ＳｉＨ”などのラジカルの種類、濃度あるいはそのエネ
ルギーを制御できる。At the same time, it is possible to control ions such as Si', and the type, concentration, or energy of each ion.
The type, concentration, or energy of radicals such as "SiH" can be controlled.
一方、不均一な静磁場Ｂ （ｚ）と不均一な電場Ｅｒ
ｆ（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。On the other hand, the non-uniform static magnetic field B (z) and the non-uniform electric field Er
Between f(z), an axial force Fz given by the following equation acts on the electron, and the electron is accelerated in the axial direction.
Ｂ
ただし、μは磁気モーメント、Ｗｏは電子の円運動のエ
ネルギー、Ｂｏはプラズマ発生部での磁束密度。B, where μ is the magnetic moment, Wo is the energy of circular motion of electrons, and Bo is the magnetic flux density at the plasma generation area.
Ｍはイオンの質量である。M is the mass of the ion.
したがって、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）１こ向は軸方
向に加速され、このためにプラズマ中にはイオンを加速
する静電場Ｅｏ（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。Therefore, the electrons in the plasma generated in the plasma generation part (1) in FIG. (z) causes the plasma as a whole to be accelerated in the axial direction, and a plasma flow along the axial direction is generated in the plasma reaction section (8).
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α［有］は磁
力線にそって拡がってゆく。Since the magnetic field lines created by the solenoid coil (7) have an r-direction component in the plasma reaction section (8) (that is, become a divergent magnetic field), the plasma flow α spreads along the magnetic field lines. .
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
とする各皿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。The plasma processing apparatus according to the embodiment of FIG. 5 can be applied to various dish surface treatments including plasma etching, plasma CVD, and plasma oxidation, and can effectively perform these treatments.
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
置は以上のよ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）は隼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＜＜、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。Since the conventional plasma processing apparatus using electron cyclotron resonance is configured as described above, the Z-direction component Bz (z) of the static magnetic field that resonates with the high-frequency electric field has a specific value as shown in Figure Hayabusa 6. Furthermore, in order to perform plasma processing on large-diameter substrates, it is necessary to increase the inner diameter of the solenoid coil, which increases the size of the equipment. Ta.
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。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a plasma processing apparatus that can improve the uniformity of plasma processing and can also handle large-diameter substrates.
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
囲に各中心軸を一致させて軸方向に並ぶ複数個のソレノ
イドコイルを配置し、これら複数個のソレノイドコイル
のうちの任意にソレノイドコイルに電流を流すと共に、
上記電流を脆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。The plasma processing apparatus according to the present invention arranges a plurality of solenoid coils aligned in the axial direction around a plasma generation part with their central axes coincident, and applies current to any one of the solenoid coils. Along with flowing,
The combination of solenoid coils that weaken the current is changed.
この発明におけるプラズマ処理装置は、軸方向に並ぶ複
数個のソレノイドコイルの各々へ流す電流を制御して、
電流を流すソレノイドコイルの組合せを変化させること
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。The plasma processing apparatus according to the present invention controls the current flowing through each of a plurality of solenoid coils arranged in the axial direction,
By changing the combination of solenoid coils through which current flows, the divergent magnetic field distribution created by the solenoid coils in the plasma generation section and the plasma reaction section can be changed, and the plasma flow drawn from the plasma generation section to the plasma reaction section can be controlled. It becomes possible. This makes it possible to perform uniform plasma processing on large-diameter substrates with a small device.
以下この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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）。FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and in the figure, (7).
αＪ、ＱＦＪはプラズマ発生部（］）の周囲に配設され
た複数個のソレノイドコイルであり、各中心軸を一致さ
せて軸方向に並んでいる。α→、αη、（至）は各ソレ
ノイドコイル（７）、α荀、αＱに流す電流をＯＮ、Ｏ
ＦＦするスイッチ、（２）、αす、翰はソレノイドコイ
ル（７）。αJ and QFJ are a plurality of solenoid coils disposed around the plasma generating part ( ), and are arranged in the axial direction with their respective central axes coincident. α →, αη, (to) turn ON and OFF the current flowing through each solenoid coil (7), αX, and αQ.
The FF switch (2), α, and the solenoid coil (7).
α→、 ０６に電流を供給する直流電源である。This is a DC power supply that supplies current to α→, 06.
次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.
プラズマ発生部（１）は、軸方向に静磁場を発生させる
複数個のソレノイドコイル（７）、α→、αυと１ｌｌ
ｌ１１方向に垂直な高周波電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０１）とを有してお
り、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）により行われ、プラズマ発生用ガラス管ａ
υへのガスの供給はガス供給管（９）を通して行われる
。The plasma generation section (1) includes a plurality of solenoid coils (7), α→, αυ and 1ll that generate a static magnetic field in the axial direction.
It has a high-frequency waveguide (4) that introduces a high-frequency electric field perpendicular to the l11 direction and a glass tube for plasma generation (01), and a magnetron (5) that supplies high-frequency power to the high-frequency waveguide (4). ), the plasma generation glass tube a
Gas is supplied to υ through a gas supply pipe (9).
プラズマの形成は電子サイクロトロン共鳴により行われ
るが、電子サイクロトロン共鳴は高周波電場Ｅｒｆ（ｚ
）と、ソレノイドコイル（７）、Ｑ４１．αθの合成静
磁場Ｂｚ（ｚ）により生ずる。Plasma formation is carried out by electron cyclotron resonance, which is generated by a high-frequency electric field Erf(z
), solenoid coil (7), Q41. It is generated by a composite static magnetic field Bz(z) of αθ.
また、電子に作用する軸方向の力Ｆｚは、ｚ
部（１）で発生したプラズマ中の１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電場Ｅｏ（ｚ）が軸方向に形成さ
れる。この電場Ｅｏ （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）に形成される発散磁場（こ沿うプラズマ流α］が発
生する。今、第１図において、例えばスイッチαｅをＯ
Ｎ、スイッチαη、（至）をＯＦＦにして、ソレノイド
コイル（７）のみに電流を流すと、その時のプラズマ流
（１８ａ）及び基板（３）上に形成される薄膜の膜厚分
布は第２図（ａ）及び第８図（ａ）のようになる。また
、例えばスイッチＱｅをＯＦＦ、スイッチαη、０椋を
ＯＮにしてソレノイドコイル０４．（５ｆ；ｊのみに電
流を流すと、その時のプラズマ流（１８ｂ）及び基板上
に形成される薄膜の膜厚分布は第２図（ロ）及び第８図
（６）のようになる。したがって、例えば８個のソレノ
イドコイル（７）、 Ｑ４）、 Ｑυに流す電流をスイ
ッチαＱ、αカ。In addition, the axial force Fz acting on the electrons causes one child in the plasma generated in the z part (1) to be accelerated in the axial direction toward the plasma reaction part (8), and for this reason, ions are generated in the plasma. An electric field Eo(z) is created in the axial direction that accelerates the . The plasma as a whole is accelerated in the axial direction by this electric field Eo (z), and the plasma reaction part (
8) A diverging magnetic field (plasma flow α along this line) is generated.Now, in Fig. 1, for example, switch αe is turned to O.
When N, switch αη, (to) is turned OFF and a current is applied only to the solenoid coil (7), the plasma flow (18a) and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate (3) at that time are as follows. The result will be as shown in FIG. 8(a) and FIG. 8(a). Also, for example, by turning off the switch Qe and turning on the switches αη and 0, the solenoid coil 04. (If a current is applied only to 5f; j, the plasma flow (18b) and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate will be as shown in Fig. 2 (b) and Fig. 8 (6). Therefore, , for example, the current flowing through the eight solenoid coils (7), Q4), and Qυ is passed through the switches αQ and α.
α均のＯＮ・ＯＦＦ制御により第４図に示した電流波形
（ａ） 、 （ｂ） 、 （Ｃ）（／ｆ Ｊｌ／ ス幅
ｔ＝数μｓ〜数Ｓ）でそれぞれに流すと、プラズマ流α
→は第２図（ａ）及び（ｂ）の状態を交互にくり返すの
で基板上に均一な膜厚分布をもった薄膜が形成される。When the current waveforms (a), (b), (C) (/f Jl/span width t=several μs to several S) shown in Fig. 4 are applied to each of them using α-uniform ON/OFF control, the plasma flow α
→ The conditions shown in FIGS. 2(a) and 2(b) are repeated alternately, so that a thin film with a uniform thickness distribution is formed on the substrate.
以上のように、電流を流すソレノイドコイル（７）。As mentioned above, the solenoid coil (7) that conducts current.
（１４，αＯの組合せを変え、プラズマ流を制御するこ
とにより、基板（３）上での膜厚分布を変えられるので
、広範囲で均一な膜厚分布をもった例えばアモルファス
・シリコン膜等が形成可能となる。(14. By changing the combination of αO and controlling the plasma flow, the film thickness distribution on the substrate (3) can be changed, so for example, an amorphous silicon film with a uniform film thickness distribution over a wide range can be formed. It becomes possible.
第１図実施例によるプラズマ処理装置は、プラズマエッ
、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、広範囲に均一な処理を行う
ことができる。The plasma processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1 can be applied to various surface treatments including plasma etching, etching, plasma CVD, and plasma oxidation, and can perform uniform treatments over a wide range.
なお、上記実施例ではソレノイドコイルの個数は８個で
あったが、複数であればよく、電流を流す時間も第４図
で示した倒置外にいろいろと変化させても、上記実施例
と同様の効果を奏する。In the above embodiment, the number of solenoid coils was eight, but it may be any number, and even if the current flow time is varied other than the inverted position shown in Fig. 4, the same effect as in the above embodiment can be achieved. It has the effect of
以上のようにこの発明によれば、プラズマ発生部の周囲
に各中心軸を一致させて軸方向に並ぶ複数個のソレノイ
ドコイルを配置し、これら複数個のソレノイドコイルの
うちの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
うプラズマ流が制御でき、均一なプラズマ処理が可能と
なる。また、大口径の基板にも精度よくプラズマ処理が
行なえる効果がある。As described above, according to the present invention, a plurality of solenoid coils are arranged in the axial direction around the plasma generation part with their respective central axes coincident, and any one of the plurality of solenoid coils is Since the combination of the solenoid coils through which the current flows is changed as well as the current flow, the plasma flow from the plasma generation section to the plasma reaction section can be controlled, making it possible to perform uniform plasma processing. Furthermore, it is possible to perform plasma processing with high accuracy even on large diameter substrates.
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）及び第３図（ａ）は各々
この発明の一実施例に係るソレノイドコイルのうちの上
１つに電流を流した時のプラズマ流及び基板上に形成さ
れる薄膜の膜厚分布を示す断面図及び分布図、第２図（
ｂ）及び第８図（ｂ）は各々この発明の一実施例に係る
ソレノイドコイルのうちの下２つに電流を流した時のプ
ラズマ流及び基板上に形成される薄膜の膜厚分布を示す
断面図及び分布図、第４図（ａ） （ｂ） （Ｃ）は各
々この発明の一実施例に係るソレノイドコイルへ流され
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、電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）θ→αＱ・・・ソレノイドコイル （８）・・
・プラズマ反応部Ｑ３ （１１３ａ）（１８ｂ）・・・
プラズマ流 ０００力（ハ）・・・スイッチ（２）（
１’ｌ）−・・直流［源
なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2(a) and FIG. A cross-sectional view and a distribution diagram showing the plasma flow when current is applied to the substrate and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate, Figure 2 (
b) and FIG. 8(b) respectively show the plasma flow and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate when current is passed through the lower two of the solenoid coils according to an embodiment of the present invention. A sectional view and a distribution diagram, FIGS. 4(a), 4(b), and 4(c) are waveform diagrams each showing the current flowing to a solenoid coil according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a conventional plasma processing apparatus. The cross-sectional configuration diagram and FIG. 6 are distribution diagrams showing the distribution of the static magnetic field strength Bz(z) in the Z-axis direction, which causes electron cyclotron resonance, in the plasma generation part in a conventional plasma processing apparatus. (1)...Plasma generation part (3)...Substrate (7)θ→αQ...Solenoid coil (8)...
・Plasma reaction section Q3 (113a) (18b)...
Plasma flow 000 force (c)...switch (2) (
1'l) --- DC source Note that in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
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各中心軸を一致させ
て軸方向に並ぶ複数個のソレノイドコイルを配置し、こ
れら複数個のソレノイドコイルのうちの任意のソレノイ
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。Generate plasma using electron cyclotron resonance,
In a device that performs plasma processing on a substrate, a plurality of solenoid coils arranged in the axial direction with their respective central axes coincident are arranged around the plasma generation part that generates the plasma, and any one of the plurality of solenoid coils is arranged. A plasma processing apparatus characterized in that a current is passed through the solenoid coils and a combination of the solenoid coils through which the current is passed is changed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22282286A JPS6377119A (en) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | Plasma processor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22282286A JPS6377119A (en) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | Plasma processor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6377119A true JPS6377119A (en) | 1988-04-07 |
Family
ID=16788453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22282286A Pending JPS6377119A (en) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | Plasma processor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6377119A (en) |
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-
1986
- 1986-09-19 JP JP22282286A patent/JPS6377119A/en active Pending
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