JPS6377120A - 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。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a plasma processing apparatus which is a semiconductor processing apparatus;
In particular, the present invention relates to a plasma processing apparatus that generates plasma using electron cyclotron resonance and is capable of uniform plasma processing over a wide area.
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 which (1) is a plasma generation section, (2) is a stage,
(3) is the substrate, (4) is the waveguide, and (5) is the magnetron.
（６）はマグネトロン電源、（７）はソレノイドコイル
。(6) is the magnetron power supply, and (7) is the solenoid coil.
（８）はプラズマ反応部、（９）はガス供給管、α０は
排気管、０υはプラズマ発生用ガラス管、（２）は直流
電源。(8) is a plasma reaction section, (9) is a gas supply pipe, α0 is an exhaust pipe, 0υ is a glass tube for plasma generation, and (2) is a DC power supply.
０３はプラズマ流である。03 is a plasma flow.
次に動作について説明する。第６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）により構成されている。Next, the operation will be explained. FIG. 6 shows a basic embodiment of a conventional device, which is composed of a plasma generation section (1) and a plasma reaction section (8).
プラズマ発生部（１）は、軸方向に静士場を発生させる
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αυ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αυ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 field 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 αυ for plasma generation. High-frequency power is supplied to the high-frequency waveguide (4) by a magnetron (5), and gas is supplied to the plasma generation glass tube αυ through a gas supply pipe (9). It has become.
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供
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７図に示す。点（ハ）から点（５）の線はＢｚ（ｚ）
が高周波電場Ｅ ｒ ｆ （ｚ）と共鳴を起こす磁場強
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, let B(z) be the strength of the static magnetic field in the axial direction (referred to as the Z direction). The high frequency waves supplied into the high frequency waveguide (4) by the magnetron (5) create a non-uniform high frequency electric field within the plasma generating part (1), which is shaped to oscillate according to the frequency of the high frequency wave. Form Erf(z). FIG. 7 shows the static magnetic field strength Bz (z) in the Z direction that causes electron cyclotron resonance with the high frequency electric field Erf (z) in the plasma generation part (1). The line from point (c) to point (5) is Bz (z)
is a connection between points of magnetic field strength that cause resonance with the high-frequency electric field E r f (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はＷｅ＝ 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Ｅ ｒ ｆ （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 a static magnetic field B, and the cyclotron angular frequency WC is expressed as We=eB/m. (However, m is the mass of the electron.) If the angular frequency of the high-frequency electric field E r f (z) in the plasma generation part (1) is W, and the cyclotron resonance condition of W = Wc is satisfied, the 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、Ｓ ｉ＋、 Ｓ ｉｒ、 Ｓ
ｉＨ２゜ＳｉＨ，”ｒｊ２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。Therefore, for example, the gas introduced into the gas supply pipe (9) is
iH4, by appropriately adjusting the high frequency power in addition to the gas pressure, S i +, S ir, S
It is possible to control the type, concentration, or energy of iH2°SiH, ``rj2'' ions and their respective ions, and at the same time, the type, concentration, or energy thereof of radicals such as ``Si'', SiH'', etc. can be controlled.
一方、静磁場Ｑｚ）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。On the other hand, between the static magnetic field Qz) and the electric field Erf(z), an axial force Fz given by the following equation acts on the electron,
Electrons are accelerated in the axial direction.
ただし、μは磁気モーメント、児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、Ｍはイオ
ンの質量である。Here, μ is the magnetic moment, the energy of the circular motion of the electrons, Bo is the magnetic flux density at the plasma generation part, and M is the mass of the ions.
したがって、第６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
る静電場ＥＣ（Ｚ）が軸方向に形成される。Therefore, the electrons in the plasma generated in the plasma generation section (1) in FIG. Z) is formed in the axial direction.
この静電場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。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αｊは磁力線にそって
拡がってゆく。The plasma as a whole is accelerated in the axial direction by this electrostatic field Eo(z), and a plasma flow along the axial direction is generated in the plasma reaction section (8). The magnetic field lines created by the solenoid coil (7) are connected to the plasma reaction part (
In 8), the plasma flow αj has a radial component in the r direction (that is, it becomes a diverging magnetic field), so the plasma flow αj spreads along the lines of magnetic force.
この第６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. 6 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）は第７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 FIG. 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
囲に固定型第１ソレノイドコイルと、この固定型第１ソ
レノイドコイルと同軸状に、軸方向に移動する移動型第
２ソレノイドコイルを設けたものである。The plasma processing apparatus according to the present invention is provided with a fixed first solenoid coil around a plasma generation part, and a movable second solenoid coil that moves in the axial direction coaxially with the fixed first solenoid coil. be.
この発明におけるプラズマ処理装置は、第２ソレノイド
コイルを軸方向に移動させることにより、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。In the plasma processing apparatus of the present invention, by moving the second solenoid coil in the axial direction, the divergent magnetic field distribution created by the solenoid coils in the plasma generation section and the plasma reaction section is changed, and the magnetic field is drawn out from the plasma generation section to the plasma reaction section. This makes it possible to control the plasma flow. 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）はプラズマ
発生部（１）の周囲に配設された固定型第１ソレノイド
コイル、α→は第１ソレノイドコイル（７）と同軸状に
、第１ソレノイドコイル（７）の外側に配設された移動
型第２ソレノイドコイルで、軸方向にモータ等の駆動装
置α傍により往復運動する。αυは第２ソレノイドコイ
ルａ４に電流を供給する直流電源である。FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, (7) is a fixed type first solenoid coil, α → is a movable second solenoid coil disposed coaxially with the first solenoid coil (7) and outside the first solenoid coil (7), and is reciprocated in the axial direction by a drive device α such as a motor. . αυ is a DC power supply that supplies current to the second solenoid coil a4.
次に動作について説明する。プラズマ発生部（１）は軸
方向に静磁場を発生させる第１及び第２ソレノイドコイ
ノ喧７）、Ｑ（ｌ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）、及びプラズマ発生用ガラス管Ｑ
ｌ）で構成され、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。Next, the operation will be explained. The plasma generation section (1) includes first and second solenoids (7) that generate a static magnetic field in the axial direction, a high-frequency waveguide (4) that introduces a high-frequency electric field perpendicular to the axial direction, and Glass tube Q for plasma generation
1), and high frequency power is supplied to the high frequency waveguide (4) by a magnetron (5).
またプラズマ発生用ガラス管ａυへのガスの供給は、ガ
ス供給管（９）を介して行なわれる。Further, gas is supplied to the plasma generating glass tube aυ 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Ｅｒ ｆ
（ｚ）と、第１及び第２ソレノイドコイル（７）。The formation of plasma is carried out by electron cyclotron resonance, which is generated by a high-frequency electric field Er f
(z), and first and second solenoid coils (7).
α→の合成静磁場Ｂｚ（ｚ）により生ずる。It is generated by the composite static magnetic field Bz(z) of α→.
また、電子に作用する軸方向の力Ｆｚは、ｚ
の力が働く。したがって、第１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
オンを加速する電場Ｅｏ（ｚ）が軸方向に形成される。Further, the axial force Fz acting on the electron is a force z. Therefore, the plasma generation part (1
) The electrons in the plasma generated in the plasma reaction part (8)
The ions are accelerated in the axial direction, and therefore an electric field Eo(z) that accelerates the ions is formed in the plasma in the axial direction.
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
成される発散磁場に沿うプラズマ流α］が発生する。今
、第１図において例えば、第２ソレノイドコイルＱ４）
を軸方向下方へ動かし、プラズマ反応部（８）へ近づけ
た場合、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（′ｂ）のよ
うになる。また、第２ソレノイドコイルａ第を上方へ動
かした場合、プラズマ流（１８ｂ）及び基板（３）上に
形成される薄膜の膜厚分布は第８図（ａ）及び（′ｂ）
のようになる。従って一例として第２ソレノイドコイル
α荀をモータ等の駆動装置Ｑ傍を用いて第４図に示すよ
うな往復運動を行なわせることによりソレノイドコイル
を大型化することなく大口径の基板に均一なプラズマ処
理が可能となる。The plasma as a whole is accelerated in the axial direction by this electric field Eo(z), and a plasma flow α] is generated along the diverging magnetic field formed in the plasma reaction section (8). Now, in FIG. 1, for example, the second solenoid coil Q4)
When moved axially downward and closer to the plasma reaction section (8), the plasma flow (18a) and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate (3) are as shown in Figure 2 (a) and ('b). become that way. Furthermore, when the second solenoid coil a is moved upward, the plasma flow (18b) and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate (3) are as shown in FIGS. 8(a) and ('b).
become that way. Therefore, as an example, by causing the second solenoid coil α to perform reciprocating motion as shown in FIG. 4 using a drive device Q such as a motor, uniform plasma can be generated on a large diameter substrate without increasing the size of the solenoid coil. processing 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、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 such as plasma etching, plasma CVD, and plasma oxidation, and can perform uniform treatments over a wide range.
なお、上記実施例では第２ソレノイドコイルα荀を連続
的に往復運動させたが、例えば段階的に移動させてもよ
い。また、第２ソレノイドコイル０→を第１ソレノイド
コイル（７）の外側に設けたものを示したが第５図に示
すように第１ソレノイドコイル（７）の内側に設けても
よい。In the above embodiment, the second solenoid coil α was continuously moved back and forth, but it may be moved in steps, for example. Further, although the second solenoid coil 0→ is shown as being provided outside the first solenoid coil (7), it may be provided inside the first solenoid coil (7) as shown in FIG.
以上のように、この発明によればプラズマ発生部の周囲
に固定型第１ソレノイドコイルと、この第１ソレノイド
コイルと同軸状に、軸方向に移動する移動型第２ソレノ
イドコイルを設けたので、プラズマ発生部からプラズマ
反応部へ向うプラズマ流を制御できることにより、均一
なプラズマ処理が可能となり、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 fixed first solenoid coil and a movable second solenoid coil that moves in the axial direction coaxially with the first solenoid coil are provided around the plasma generation section. By being able to control the plasma flow from the plasma generation section to the plasma reaction section, uniform plasma processing is possible, and even large-diameter substrates can be precisely plasma processed.
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ソレノイドコイルを下方に動か
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８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
を上方に動か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図はこ
の発明の一実施例に係る第２ソレノイドコイルの移動の
仕方を示す説明図、第５図はこの発明の他の実施例によ
るプラズマ処理装置の一部分を示す断面構成図、第６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
７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）・・・第１ソレノイドコイル （８）・・・プラ
ズマ反応部（２）、 （１８ａ）、 （１８ｂ）・・・
プラズマ流α荀・・・第２ソレノイドコイルαＱ・・・
駆動装置
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 FIGS. 2(a) and (b) are respectively when the second solenoid coil according to an embodiment of the present invention is moved downward. 8(a) and (b) are cross-sectional views and distribution diagrams showing the plasma flow and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate.
4 is a cross-sectional view and a distribution diagram respectively showing the plasma flow and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate when the second solenoid coil is moved upward according to an embodiment of the present invention, and FIG. An explanatory diagram showing how the second solenoid coil moves according to one embodiment, FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram showing a part of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a conventional plasma processing apparatus. A cross-sectional configuration diagram showing the structure and FIG. 7 show the static magnetic field strength Bz (z) in the Z-axis direction that causes electron cyclotron resonance in a conventional plasma processing apparatus.
FIG. (1)...Plasma generation part (3)...Substrate (
7)...First solenoid coil (8)...Plasma reaction section (2), (18a), (18b)...
Plasma flow αX...Second solenoid coil αQ...
Drive device In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (4)
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固定型第１ソ
レノイドコイルと、この固定型ソレノイドコイルと同軸
状に、軸方向に移動する移動型第２ソレノイドコイルを
設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。(1) In a device that generates plasma using electron cyclotron resonance and performs plasma processing on a substrate, a fixed first solenoid coil is provided around the plasma generating section that generates the plasma, and a first solenoid coil that is coaxial with the fixed solenoid coil is provided. A plasma processing apparatus characterized in that a movable second solenoid coil that moves in the axial direction is provided.
許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。(2) The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the second solenoid coil reciprocates in the axial direction.
外側に配設した特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
プラズマ処理装置。(3) The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the second solenoid coil is disposed outside the first solenoid coil.
内側に配設した特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
プラズマ処理装置。(4) The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the second solenoid coil is disposed inside the first solenoid coil.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22282386A JPS6377120A (en) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | Plasma processor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22282386A JPS6377120A (en) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | Plasma processor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6377120A true JPS6377120A (en) | 1988-04-07 |
Family
ID=16788468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22282386A Pending JPS6377120A (en) | 1986-09-19 | 1986-09-19 | Plasma processor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6377120A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0483339A (en) * | 1990-07-25 | 1992-03-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | Plasma processor and formation of its magnetic field |
| US5266146A (en) * | 1990-09-20 | 1993-11-30 | Hitachi, Ltd. | Microwave-powered plasma-generating apparatus and method |
| WO1994009179A1 (en) * | 1992-10-19 | 1994-04-28 | Plasma & Materials Technologies, Inc. | High density plasma deposition and etching apparatus |
| US5421891A (en) * | 1989-06-13 | 1995-06-06 | Plasma & Materials Technologies, Inc. | High density plasma deposition and etching apparatus |
-
1986
- 1986-09-19 JP JP22282386A patent/JPS6377120A/en active Pending
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