JP2000331797A - Plasma machining method and plasma machining device used for implementation thereof - Google Patents

Plasma machining method and plasma machining device used for implementation thereof

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JP2000331797A
JP2000331797A JP11139283A JP13928399A JP2000331797A JP 2000331797 A JP2000331797 A JP 2000331797A JP 11139283 A JP11139283 A JP 11139283A JP 13928399 A JP13928399 A JP 13928399A JP 2000331797 A JP2000331797 A JP 2000331797A
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JP
Japan
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plasma
magnetic field
microwave
generation chamber
plasma generation
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Application number
JP11139283A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshishige Yamamoto
利重 山本
Yukiharu Shibata
行治 柴田
Eitoku Murase
永徳 村瀬
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma machining method and a plasma machining device capable of uniforming generated plasma density without changing the electric field strength distribution of a microwave. SOLUTION: An exciting coil 14 forms a vertical magnetic field, and also forms a divergent magnetic field, having lower magnetic flux density toward a sample compartment 13. Plasma is introduced into the sample compartment 13 by this divergent magnetic field. A dipole ring magnet 1 is disposed on the periphery of a plasma generating compartment 11 inside the exciting coil 14. The dipole ring magnet 1 forms a horizontal magnetic field, that is a magnetic field perpendicular to the magnetic field by the exciting coil 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング,薄膜
形成等の処理を行なうプラズマ処理方法及び装置、特に
TMモードのように伝播方向成分及び直交方向成分の電
界を有するマイクロ波を導入してプラズマを発生せしめ
るプラズマ処理方法及びその実施に使用するプラズマ処
理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method and apparatus for performing processing such as etching and thin film formation, and more particularly to a plasma processing method in which a microwave having an electric field of a propagation direction component and an orthogonal direction component such as TM mode is introduced. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma processing method for generating plasma and a plasma processing apparatus used for carrying out the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】減圧,低ガス圧力下にある真空容器内に
マイクロ波を導入することによりプラズマを生成し、該
プラズマを半導体素子基板のような試料に照射すること
により、エッチング,薄膜形成等の処理を試料に施すこ
とができる。その装置として、電子サイクロトロン共鳴
(ECR)励起によりプラズマを発生させる装置が知ら
れている。この装置は、真空容器内にプラズマ生成室と
その下方に連通する試料室とが設けられ、プラズマ生成
室の上部にマイクロ波導入管が連結され、プラズマ生成
室の外周には同心円状に励磁コイルを配設した構成を有
する。プラズマ生成室は上面にマイクロ波導入窓が、下
面にプラズマ引出し口が開口されている。マイクロ波導
入窓は石英ガラス製のマイクロ波導入窓で封止され、マ
イクロ波供給部に接続されたマイクロ波導入管の一端が
連結されている。一方、プラズマ引出し口は試料室に臨
み、試料室内には試料を載置する試料台が配設されてい
る。
2. Description of the Related Art Microwaves are introduced into a vacuum vessel under reduced pressure and low gas pressure to generate plasma, and the plasma is applied to a sample such as a semiconductor device substrate to perform etching, thin film formation, and the like. Can be applied to the sample. As such an apparatus, an apparatus that generates plasma by electron cyclotron resonance (ECR) excitation is known. In this apparatus, a plasma generation chamber and a sample chamber communicating below the plasma generation chamber are provided in a vacuum vessel, a microwave introduction tube is connected to the upper part of the plasma generation chamber, and an excitation coil is concentrically formed on the outer periphery of the plasma generation chamber. Is provided. The plasma generation chamber has a microwave introduction window on the upper surface and a plasma outlet on the lower surface. The microwave introduction window is sealed with a quartz glass microwave introduction window, and one end of a microwave introduction tube connected to the microwave supply unit is connected. On the other hand, the plasma outlet faces the sample chamber, and a sample stage on which the sample is placed is arranged in the sample chamber.

【0003】試料台にウエハのような試料が着脱可能に
載置され、プラズマ生成室内及び試料室内の減圧後、プ
ラズマ生成室にガスを供給し、励磁コイルにて直流磁場
を形成しつつマイクロ波導入管を通じてプラズマ生成室
にマイクロ波を導入する。このとき、プラズマ生成室内
にはプラズマが発生し、試料室側に向かうに従い磁束密
度が低下する発散磁界によりプラズマが試料室内に引き
出され、試料表面をプラズマ処理するようになってい
る。
[0003] A sample such as a wafer is removably mounted on a sample stage. After decompression of the plasma generation chamber and the sample chamber, a gas is supplied to the plasma generation chamber, and a microwave is generated while a DC magnetic field is formed by an excitation coil. The microwave is introduced into the plasma generation chamber through the introduction pipe. At this time, plasma is generated in the plasma generation chamber, and the divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the sample chamber side draws the plasma into the sample chamber to perform plasma processing on the sample surface.

【0004】ところで、ECRによりプラズマを発生さ
せるためには、直流磁場に略直交する方向のマイクロ波
電界を供給する必要がある。マイクロ波周波数が2.4
5GHzの場合は、875ガウスの磁場が必要であるこ
とが知られている。上述した如きプラズマ処理装置で
は、直流磁場はマイクロ波の進行(伝播)方向に印加さ
れるために、直流磁場と直交する方向のマイクロ波電界
成分がプラズマ生成室に導入されたガスをプラズマ化す
る。
By the way, in order to generate plasma by ECR, it is necessary to supply a microwave electric field in a direction substantially orthogonal to a DC magnetic field. The microwave frequency is 2.4
It is known that a magnetic field of 875 Gauss is required for 5 GHz. In the plasma processing apparatus as described above, since the DC magnetic field is applied in the traveling (propagating) direction of the microwave, the microwave electric field component in the direction orthogonal to the DC magnetic field turns the gas introduced into the plasma generation chamber into plasma. .

【0005】ECRプラズマを生成するためのマイクロ
波は、TE11モードのようなTEモード,TM01モ
ードのようなTMモードなどが多く用いられている。真
空容器が断面円筒形状の場合は円形モードが使用され、
断面矩形状の場合は矩形モードが使用される。通常は断
面円筒容器が使用され、伝送損失が少なく、取扱いが簡
便な円形TEモードが使用されているが、近年ではマイ
クロ波の吸収効率が高い円形TMモードが使用されつつ
ある。しかしながら、円形TMモードのマイクロ波進行
方向(例えば鉛直方向)の電界成分(Ez)は、これに
直交する方向(水平方向)の電界成分(Ex,Ey)と
比較して導波管内の電界強度分布が著しく異なってい
る。
[0005] As a microwave for generating ECR plasma, a TE mode such as a TE11 mode, a TM mode such as a TM01 mode, and the like are often used. When the vacuum vessel has a cylindrical cross section, the circular mode is used,
In the case of a rectangular cross section, the rectangular mode is used. Usually, a circular cylindrical mode is used, and a circular TE mode with small transmission loss and easy handling is used. In recent years, a circular TM mode with high microwave absorption efficiency is being used. However, the electric field component (Ez) in the microwave traveling direction (for example, vertical direction) of the circular TM mode is smaller than the electric field component (Ex, Ey) in the direction (horizontal direction) perpendicular to the microwave direction. The distribution is significantly different.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図4は、円形TM01
モードのマイクロ波成分の導波管内における電界強度分
布を示すグラフである。縦軸はマイクロ波の電界強度を
示している。横軸は導波管の径方向位置を示しており、
左側は管中心、右側は外周側である。グラフ中‘○−
○’は水平方向成分(Ex,Ey)の総計の電界強度
を、‘×−×’は鉛直方向成分(Ez)の電界強度を示
している。グラフに示すように、導波管内中心側におい
て、マイクロ波進行方向の電界成分(Ez)は水平方向
の電界成分(Ex,Ey)よりも強度が高く、逆に、導
波管の周縁側では水平方向の電界成分(Ex,Ey)の
強度が鉛直方向成分(Ez)よりも高いことが判る。
FIG. 4 shows a circular TM01.
5 is a graph showing an electric field strength distribution of a mode microwave component in a waveguide. The vertical axis indicates the microwave electric field intensity. The horizontal axis indicates the radial position of the waveguide,
The left side is the center of the tube, and the right side is the outer peripheral side. '○-in the graph
“○” indicates the total electric field strength of the horizontal component (Ex, Ey), and “xx” indicates the electric field strength of the vertical component (Ez). As shown in the graph, on the center side in the waveguide, the electric field component (Ez) in the direction of microwave propagation is higher in intensity than the electric field components (Ex, Ey) in the horizontal direction, and conversely, on the peripheral side of the waveguide. It can be seen that the intensity of the horizontal electric field component (Ex, Ey) is higher than the vertical component (Ez).

【0007】プラズマ生成室では上部中央からマイクロ
波が導入されるために、プラズマ生成室の中央部は鉛直
方向の電界成分(Ez)が集中し、生成プラズマ密度が
低くなる。また、プラズマ生成室の周縁部は水平方向の
電界成分(Ex,Ey)が環状に集中し、プラズマ密度
が高くなるので、プラズマ生成室内のでプラズマ密度が
不均一になるという問題があった。
Since microwaves are introduced from the upper center in the plasma generation chamber, the vertical electric field component (Ez) concentrates in the center of the plasma generation chamber, and the generated plasma density is reduced. In addition, since the electric field components (Ex, Ey) in the horizontal direction are concentrated in a ring shape at the peripheral portion of the plasma generation chamber and the plasma density increases, there is a problem that the plasma density becomes non-uniform in the plasma generation chamber.

【0008】これを解決するために、マイクロ波分布を
人為的に変更し、これによってプラズマ密度分布を均一
化させる方法が提案されている。例えば、本願出願人
は、特開平6−69161 号公報にて、導波管のプラズマ生
成室への導入口にマイクロ波レンズを配してマイクロ波
の電界強度分布を変化させるプラズマ処理装置を提案し
ている。また、導波管内に誘電体ブロックを配してマイ
クロ波の電界分布を変化させ、プラズマ密度を均一にす
るプラズマ処理装置が特開平7−263348号公報に提案さ
れている。
In order to solve this problem, a method has been proposed in which the microwave distribution is artificially changed to thereby make the plasma density distribution uniform. For example, the applicant of the present application has proposed, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-69161, a plasma processing apparatus in which a microwave lens is disposed at an inlet of a waveguide into a plasma generation chamber to change a microwave electric field intensity distribution. are doing. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-263348 proposes a plasma processing apparatus in which a dielectric block is disposed in a waveguide to change the electric field distribution of microwaves to make the plasma density uniform.

【0009】これらにより、導波管内のマイクロ波の電
界強度分布は変化させることはできるが、プラズマ生成
室に導入された後のマイクロ波の電界強度分布は変化で
きない。従って、プラズマ密度の均一性が充分でない場
合があった。また、マイクロ波の電界強度分布はモード
に基づいて決定されるので、大幅な分布変更はモードを
乱し、高次モードが生成されたときは反射が増大してマ
イクロ波エネルギをプラズマ生成室に供給することがで
きないという問題があった。
Thus, the electric field intensity distribution of the microwave in the waveguide can be changed, but the electric field intensity distribution of the microwave after being introduced into the plasma generation chamber cannot be changed. Therefore, the uniformity of the plasma density may not be sufficient. Also, since the microwave electric field intensity distribution is determined based on the mode, a significant change in the distribution will disturb the mode, and when a higher-order mode is generated, the reflection will increase and microwave energy will be transferred to the plasma generation chamber. There was a problem that it could not be supplied.

【0010】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、マイクロ波の伝播方向及びそれに交わる方向
の両方向の電界成分をECRプラズマの生成に関与させ
ることにより、マイクロ波の電界強度分布を変更するこ
となく、生成プラズマ密度を高め、且つ、均一化できる
プラズマ処理方法及びその実施に使用するプラズマ処理
装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and the electric field components in both directions of the microwave propagation direction and the direction intersecting the microwave propagation direction are involved in the generation of the ECR plasma. It is an object of the present invention to provide a plasma processing method capable of increasing and making the generated plasma density uniform without any change, and a plasma processing apparatus used for carrying out the method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1発明に係るプラズマ
処理方法は、プラズマ生成室に原料ガスとマイクロ波と
を導入しつつ、磁界を印加して前記プラズマ生成室にプ
ラズマを発生せしめ、試料にプラズマ処理を施すプラズ
マ処理方法において、マイクロ波を前記プラズマ生成室
内に導入する過程と、前記マイクロ波の前記プラズマ生
成室内での伝播方向に沿う方向の磁界を印加する過程
と、前記伝播方向に交わる方向の磁界を印加する過程と
を有することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method comprising: applying a magnetic field while introducing a raw material gas and a microwave into a plasma generation chamber to generate plasma in the plasma generation chamber; A plasma processing method of performing a plasma process on the plasma generating chamber, a step of introducing a microwave into the plasma generation chamber, a step of applying a magnetic field in a direction along a propagation direction of the microwave in the plasma generation chamber, Applying a magnetic field in an intersecting direction.

【0012】第1発明にあっては、マイクロ波の伝播方
向及びそれに直交する方向の両方の電界成分がプラズマ
化されるように、夫々に応じた方向の磁界を印加するの
で、伝播方向と直交方向とで電界強度分布が異なるマイ
クロ波を使用した場合でも、プラズマ生成室におけるプ
ラズマ密度を高め、且つ、均一化することができる。
According to the first aspect of the invention, the magnetic fields in the directions corresponding to the microwave propagation direction and the direction perpendicular thereto are applied so that the electric field components in both directions are turned into plasma. Even when microwaves having different electric field intensity distributions in different directions are used, the plasma density in the plasma generation chamber can be increased and made uniform.

【0013】第2発明に係るプラズマ処理方法は、第1
発明において、前記プラズマ生成室内に導入されるマイ
クロ波は、円形TM01モードが主モードであることを
特徴とする。
[0013] A plasma processing method according to a second aspect of the present invention comprises the first
In the invention, the microwave introduced into the plasma generation chamber has a circular TM01 mode as a main mode.

【0014】円形TM01モードは導波管中央が周縁よ
りも電界強度が高く、導波管中央には鉛直方向電界成分
が集中し、周縁には水平方向電界成分が集中する電界強
度分布を有する。第2発明にあっては、円形TM01モ
ードを使用した場合でも、鉛直方向及び水平方向のいず
れの電界成分もプラズマを生成するので、プラズマ生成
室内のプラズマ密度は均一化される。
The circular TM01 mode has an electric field strength distribution in which the electric field intensity is higher at the center of the waveguide than at the periphery, and the vertical electric field component is concentrated at the center of the waveguide, and the horizontal electric field component is concentrated at the periphery. In the second invention, even when the circular TM01 mode is used, plasma is generated in both the vertical and horizontal electric field components, so that the plasma density in the plasma generation chamber is made uniform.

【0015】第3発明に係るプラズマ処理装置は、プラ
ズマ生成室に原料ガスとマイクロ波とを導入しつつ磁界
を印加して前記プラズマ生成室にプラズマを発生せし
め、試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置におい
て、前記マイクロ波の前記プラズマ生成室内での伝播方
向に沿う方向の磁界を形成する第1の磁界発生手段と、
前記伝播方向に交わる方向の磁界を形成する第2の磁界
発生手段とを備えることを特徴とする。
A plasma processing apparatus according to a third aspect of the present invention is a plasma processing apparatus for applying a magnetic field while introducing a raw material gas and a microwave into a plasma generation chamber to generate plasma in the plasma generation chamber and performing plasma processing on a sample. In the apparatus, first magnetic field generating means for forming a magnetic field in a direction along a propagation direction of the microwave in the plasma generation chamber,
And a second magnetic field generating means for generating a magnetic field in a direction intersecting with the propagation direction.

【0016】第3発明にあっては、マイクロ波のプラズ
マ生成室内での伝播方向(例えば鉛直方向)の電界成分
と、これに直交する電界成分(水平電界成分)との両方
がプラズマを生成させるので、プラズマ生成室内におけ
る電界強度分布が、伝播方向成分と直交方向成分とで著
しく異なるようなマイクロ波を使用した場合でも、プラ
ズマ生成室に生成されるプラズマの密度が均一化され
る。
According to the third aspect of the present invention, both the electric field component in the propagation direction (for example, vertical direction) of the microwave in the plasma generation chamber and the electric field component (horizontal electric field component) orthogonal thereto generate plasma. Therefore, even when a microwave whose electric field intensity distribution in the plasma generation chamber is significantly different between the propagation direction component and the orthogonal direction component is used, the density of the plasma generated in the plasma generation chamber is made uniform.

【0017】第4発明に係るプラズマ処理装置は、第3
発明において、TMモードを主モードとする前記マイク
ロ波を供給するマイクロ波供給部をさらに備えることを
特徴とする。
A plasma processing apparatus according to a fourth aspect of the present invention has
In the invention, the apparatus further includes a microwave supply unit that supplies the microwave having the TM mode as a main mode.

【0018】第4発明にあっては、TMモードはマイク
ロ波の伝播方向及びそれに直交する方向の両方の電界成
分を有するモードであり、いずれの電界成分もプラズマ
の生成に関与するので、プラズマ生成室におけるプラズ
マ密度は均一化される。
According to the fourth aspect of the invention, the TM mode is a mode having an electric field component in both the microwave propagation direction and the direction orthogonal to the microwave propagation direction. The plasma density in the chamber is made uniform.

【0019】第5発明に係るプラズマ処理装置は、第3
又は第4発明において、前記第2の磁界発生手段は、前
記プラズマ生成室の外周に環状に配され、着磁方向が環
の半周で一回転するように配列された複数の磁石を有す
ることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to the fifth invention has a third
Alternatively, in the fourth invention, the second magnetic field generating means includes a plurality of magnets arranged in an annular shape on the outer periphery of the plasma generation chamber and arranged so that the magnetization direction rotates one half of the ring. Features.

【0020】第5発明にあっては、第2の磁界発生手段
として、所謂、ダイポールリングマグネットを使用する
ことにより、マイクロ波の伝播方向に直交する方向の均
一な磁界を印加することができるので、プラズマ生成室
におけるプラズマ密度がさらに均一化される。
In the fifth invention, a so-called dipole ring magnet is used as the second magnetic field generating means, so that a uniform magnetic field in a direction orthogonal to the microwave propagation direction can be applied. In addition, the plasma density in the plasma generation chamber is made more uniform.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。図1は、本発明の
プラズマ処理装置の構造を示す模式的縦断面図である。
プラズマ処理装置は、プラズマ生成室11と試料室13
とで構成される真空容器を備える。プラズマ生成室11
は中空円筒形をなし、マイクロ波に対して空洞共振器を
構成するように形成されている。プラズマ生成室11の
上部壁中央にはマイクロ波導入口11cが設けられてお
り、石英ガラスのようなマイクロ波透過物質で形成され
たマイクロ波導入窓11bにて封止されている。マイク
ロ波導入窓11bの外側面には円形の導波管12の一端
側が接続され、他端はマイクロ波供給部9に接続されて
いる。このマイクロ波供給部9は円形TM01モードを
導波管12に供給する。また、プラズマ生成室11の上
部壁周縁部にはガス供給系11gが連通されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing the structure of the plasma processing apparatus of the present invention.
The plasma processing apparatus includes a plasma generation chamber 11 and a sample chamber 13.
And a vacuum container comprising: Plasma generation chamber 11
Has a hollow cylindrical shape and is formed so as to constitute a cavity resonator for microwaves. A microwave introduction port 11c is provided at the center of the upper wall of the plasma generation chamber 11, and is sealed by a microwave introduction window 11b made of a microwave transmitting material such as quartz glass. One end of a circular waveguide 12 is connected to the outer surface of the microwave introduction window 11b, and the other end is connected to the microwave supply unit 9. The microwave supply unit 9 supplies the circular TM01 mode to the waveguide 12. Further, a gas supply system 11g is communicated with a peripheral portion of the upper wall of the plasma generation chamber 11.

【0022】プラズマ生成室11の下部壁中央には、マ
イクロ波導入窓11bに対向する位置にプラズマ引出し
口11dを設けている。プラズマ引出し口11dに臨ま
せて試料室13が設けられており、試料室13内には試
料Sを載置する試料台17が配設されている。なお試料
台17は静電吸着手段を備えていても良く、試料Sは着
脱可能に載置される。試料室13の底壁には図示しない
排気装置に連なる排気口13aが開口してあり、試料室
13の側壁にはガス供給系13gが連通されている。
In the center of the lower wall of the plasma generation chamber 11, a plasma outlet 11d is provided at a position facing the microwave introduction window 11b. A sample chamber 13 is provided facing the plasma outlet 11d, and a sample table 17 on which the sample S is mounted is disposed in the sample chamber 13. The sample stage 17 may be provided with an electrostatic suction means, and the sample S is removably mounted. An exhaust port 13 a communicating with an exhaust device (not shown) is opened on the bottom wall of the sample chamber 13, and a gas supply system 13 g is communicated with a side wall of the sample chamber 13.

【0023】このような真空容器のプラズマ生成室11
の周囲には、導波管12の一端部にわたって励磁コイル
(第1の磁界発生手段)14が周設されている。励磁コ
イル14は図示しない直流電源に接続されており、直流
電流の通流によりプラズマ生成室11内にプラズマを生
成させるための磁界(鉛直方向磁界,Z方向磁界)を形
成すると共に、試料室13側に向けて磁束密度が低くな
る発散磁界を形成し、この発散磁界によってプラズマ生
成室11内に生成されたプラズマを試料室13内に導入
せしめるようになっている。そして、プラズマ生成室1
1の外周で励磁コイル14の内側に、本発明の特徴とな
る第2の磁界発生手段であるダイポールリングマグネッ
ト1が配設されている。
The plasma generation chamber 11 of such a vacuum vessel
An excitation coil (first magnetic field generating means) 14 is provided around one end of the waveguide 12. The excitation coil 14 is connected to a DC power supply (not shown), and forms a magnetic field (vertical magnetic field, Z-directional magnetic field) for generating plasma in the plasma generation chamber 11 by the flow of the DC current, and the sample chamber 13. A divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the side is formed, and the plasma generated in the plasma generation chamber 11 by the divergent magnetic field is introduced into the sample chamber 13. And the plasma generation chamber 1
The dipole ring magnet 1, which is the second magnetic field generating means, which is a feature of the present invention, is disposed inside the exciting coil 14 on the outer periphery of the magnet 1.

【0024】図2はこのダイポールリングマグネットの
構造を示す平面図であり、プラズマ生成室11及び導波
管12の位置関係を共に示している。ダイポールリング
マグネット1は、プラズマ生成室11の周りを同心円状
に囲むように複数の磁石10a,10b…10pを配列
せしめ、これらの磁石10をヨーク15に固定してい
る。本実施の形態では16個の磁石を環状に配列してい
る。ヨーク15は水平面内で回転可能に構成されてお
り、プラズマ処理中にダイポールリングマグネット1を
回転させることができる。第1の磁石10aは導波管1
2の中心を向く方向に着磁されており、第2の磁石10
bは、導波管12を中心に第1の磁石10aと角度θを
なす位置に配設され、その着磁方向は第1の磁石10a
の磁界方向に対して角度2θだけ回転した方向である。
磁石10c,10d…10pについても、その配設位置
及び着磁方向と第1の磁石10aとは同様の関係にあ
り、第1の磁石10aとθ=180°の位置にある磁石
10iは、第1の磁石10aと同方向に着磁されてい
る。また、導波管12の中心を挟んで対称位置にある磁
石は夫々同方向に着磁されている。即ち、16個の磁石
は環の半周で一回転するように着磁されている。
FIG. 2 is a plan view showing the structure of the dipole ring magnet, and also shows the positional relationship between the plasma generation chamber 11 and the waveguide 12. The dipole ring magnet 1 has a plurality of magnets 10 a, 10 b... 10 p arranged concentrically around the plasma generation chamber 11, and these magnets 10 are fixed to the yoke 15. In the present embodiment, 16 magnets are arranged in a ring. The yoke 15 is configured to be rotatable in a horizontal plane, and can rotate the dipole ring magnet 1 during the plasma processing. The first magnet 10a is the waveguide 1
The second magnet 10 is magnetized in a direction toward the center of the second magnet 10.
b is disposed at a position making an angle θ with the first magnet 10a around the waveguide 12, and its magnetization direction is the first magnet 10a.
Is a direction rotated by an angle 2θ with respect to the magnetic field direction.
The magnets 10c, 10d... 10p have the same relationship between the arrangement position and the magnetizing direction and the first magnet 10a, and the magnet 10i at the position θ = 180 ° with the first magnet 10a One magnet 10a is magnetized in the same direction. The magnets located symmetrically with respect to the center of the waveguide 12 are magnetized in the same direction. That is, the 16 magnets are magnetized so as to make one rotation around a half circumference of the ring.

【0025】このような構成のダイポールリングマグネ
ット1は、図2に示す白抜き矢符の方向の磁界、即ち、
水平面内(x−y面内)で第1磁石10aと同方向の磁
界を形成する。これは、励磁コイル14が形成する磁界
とは略直交する方向の磁界である。また、ダイポールリ
ングマグネット1は水平面内にて回転可能であるので、
励磁コイル14が形成する磁界と直交する全ての方向の
磁界の形成が可能である。さらに、ダイポールリングマ
グネット1は均一な磁界を形成できることが知られてい
る。従って、本実施の形態の第1及び第2磁界発生手段
は、マイクロ波の伝播方向に沿う方向(z方向)とこれ
に略直交する方向(x,y方向)との両方向の磁界をプ
ラズマ生成室11に印加できるようになっている。
The dipole ring magnet 1 having such a configuration has a magnetic field in the direction of the white arrow shown in FIG.
A magnetic field in the same direction as the first magnet 10a is formed in a horizontal plane (xy plane). This is a magnetic field in a direction substantially orthogonal to the magnetic field formed by the exciting coil 14. Also, since the dipole ring magnet 1 is rotatable in a horizontal plane,
Magnetic fields in all directions perpendicular to the magnetic field formed by the exciting coil 14 can be formed. Further, it is known that the dipole ring magnet 1 can form a uniform magnetic field. Therefore, the first and second magnetic field generating means of the present embodiment generate the magnetic fields in both the direction (z direction) along the propagation direction of the microwave and the directions (x, y directions) substantially perpendicular to the direction of plasma generation. It can be applied to the chamber 11.

【0026】なお、図1に示すプラズマ処理装置では、
ダイポールリングマグネット1は励磁コイル14の内側
に配設しているが、これに限るものではなく、励磁コイ
ル14の外側に周設してあっても良い。
In the plasma processing apparatus shown in FIG.
The dipole ring magnet 1 is provided inside the excitation coil 14, but is not limited to this, and may be provided around the excitation coil 14.

【0027】以上の如きプラズマ処理装置を用いて、試
料Sにプラズマ処理を施す場合は、まず試料室13の試
料台17に試料Sを載置し、プラズマ生成室11及び試
料室13内を所定の圧力まで排気した後、ガスをガス供
給管11gからプラズマ生成室11内に、またガス供給
管13gから試料室13内に供給し、所定の圧力に設定
する。この状態で励磁コイル4に直流電流を通流し、サ
イクロトロン共鳴条件を満足する磁界を発生させると共
に、導波管12からプラズマ生成室11内に円形TM0
1モードのマイクロ波を導入する。このとき、ダイポー
ルリングマグネット1は、サイクロトロン共鳴条件を満
足する磁界をマイクロ波の伝播方向(進行方向)と略直
交する方向に発生するので、マイクロ波の進行方向の電
界成分(Ez)は、ダイポールリングマグネット1の磁
界でプラズマを生成する。同時に、進行方向に直交する
方向の電界成分(Ex,Ey)は、励磁コイル14で形
成された磁界によりプラズマを生成する。生成されたプ
ラズマは励磁コイルにて形成される発散磁界によって試
料室13に導入され、試料室13内のガスを活性化し、
試料Sにプラズマ処理を施す。
When performing plasma processing on the sample S using the above-described plasma processing apparatus, first, the sample S is placed on the sample stage 17 of the sample chamber 13 and the inside of the plasma generation chamber 11 and the inside of the sample chamber 13 are kept in a predetermined state. After the gas is exhausted to the pressure, the gas is supplied from the gas supply pipe 11g into the plasma generation chamber 11 and from the gas supply pipe 13g into the sample chamber 13, and set to a predetermined pressure. In this state, a DC current is passed through the exciting coil 4 to generate a magnetic field satisfying the cyclotron resonance conditions, and a circular TM0 is introduced from the waveguide 12 into the plasma generation chamber 11.
One mode of microwave is introduced. At this time, the dipole ring magnet 1 generates a magnetic field that satisfies the cyclotron resonance condition in a direction substantially orthogonal to the propagation direction (travel direction) of the microwave, so that the electric field component (Ez) in the travel direction of the microwave is Plasma is generated by the magnetic field of the ring magnet 1. At the same time, the electric field components (Ex, Ey) in the direction orthogonal to the traveling direction generate plasma by the magnetic field formed by the exciting coil 14. The generated plasma is introduced into the sample chamber 13 by a divergent magnetic field formed by the excitation coil, and activates the gas in the sample chamber 13,
The sample S is subjected to plasma processing.

【0028】図3は、本実施の形態のプラズマ生成に関
与するマイクロ波成分の導波管内における電界強度分布
を示すグラフである。本実施の形態ではマイクロ波の水
平方向の電界成分(Ex,Ey)も、鉛直方向の電界成
分(Ez)もプラズマ生成に関与するので、縦軸はマイ
クロ波の鉛直方向成分及び水平方向成分の総計の電界強
度を示している。横軸は導波管の径方向位置を示してお
り、左側は管中心、右側は外周側である。グラフに示す
ように、マイクロ波の電界強度は導波管内の中心側と外
周側とでほぼ均一の値を示している。従って、プラズマ
生成室11内に導入されるマイクロ波の電界強度は中央
側と周縁側とで均一であり、生成されるプラズマの密度
は均一化される。
FIG. 3 is a graph showing an electric field intensity distribution in a waveguide of a microwave component involved in plasma generation according to the present embodiment. In the present embodiment, since both the horizontal electric field component (Ex, Ey) and the vertical electric field component (Ez) participate in plasma generation, the vertical axis represents the vertical component and the horizontal component of the microwave. The total electric field strength is shown. The horizontal axis indicates the radial position of the waveguide, the left side is the tube center, and the right side is the outer peripheral side. As shown in the graph, the electric field intensity of the microwave shows a substantially uniform value on the center side and the outer peripheral side in the waveguide. Therefore, the intensity of the electric field of the microwave introduced into the plasma generation chamber 11 is uniform on the center side and the peripheral side, and the density of the generated plasma is made uniform.

【0029】なお、ダイポールリングマグネット1は上
述したように、水平面内で回転可能であるので、発生す
る磁界方向を水平面内で360°変化させることがで
き、プラズマ密度をさらに均一にできる。
Since the dipole ring magnet 1 is rotatable in the horizontal plane as described above, the direction of the generated magnetic field can be changed by 360 ° in the horizontal plane, and the plasma density can be made more uniform.

【0030】また、本実施の形態では、円形TMモード
のマイクロ波を使用する場合を説明しているが、これに
限るものではなく、矩形TMモードを用いた場合でも同
様の効果を得ることができる。さらにTMモードに限ら
ず、導波管内の電界強度分布が導波管中央と周縁とで異
なり、また電界成分の強度がマイクロ波進行方向とこれ
に直交する方向とで著しく異なるマイクロ波を使用する
場合は、本発明を適用できる。
Further, in the present embodiment, the case where the circular TM mode microwave is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even when the rectangular TM mode is used. it can. In addition to the TM mode, a microwave is used, in which the electric field intensity distribution in the waveguide is different between the center and the periphery of the waveguide, and the intensity of the electric field component is significantly different in the direction of microwave propagation and the direction orthogonal to the microwave. In such a case, the present invention can be applied.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように、本発明においては、マイ
クロ波の導波管内の電界強度分布が中央側と周縁側とで
異なり、また電界強度分布が著しく異なる伝播方向及び
垂直方向の両方の電界成分に対して、ECR条件を満足
する磁界を形成するので、プラズマ生成室内に発生する
プラズマの密度を高め、且つ、均一化できる。また、モ
ードに基づくマイクロ波自体の電界強度分布を変更しな
いので高次モードは特には生成されず、プラズマ生成室
にマイクロ波エネルギを充分に供給でき、良好なプラズ
マを均一な密度で生成できる等、本発明は優れた効果を
奏する。
As described above, in the present invention, the electric field intensity distribution in the microwave waveguide is different between the center side and the peripheral side, and the electric field intensity distribution is significantly different in both the propagation direction and the vertical direction. Since a magnetic field that satisfies the ECR condition is formed for the electric field component, the density of the plasma generated in the plasma generation chamber can be increased and made uniform. In addition, since the electric field intensity distribution of the microwave itself based on the mode is not changed, no higher-order mode is particularly generated, sufficient microwave energy can be supplied to the plasma generation chamber, and good plasma can be generated with a uniform density. The present invention has excellent effects.

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

【図1】本発明のプラズマ処理装置の構造を示す模式的
縦断面図である。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a structure of a plasma processing apparatus of the present invention.

【図2】本実施の形態に使用するダイポールリングマグ
ネットの構造を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a structure of a dipole ring magnet used in the present embodiment.

【図3】本実施の形態のプラズマ生成に関与するマイク
ロ波成分の導波管内における電界強度分布を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing an electric field intensity distribution in a waveguide of a microwave component involved in plasma generation according to the present embodiment.

【図4】円形TMモードのマイクロ波成分の導波管内に
おける、従来の電界強度分布を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a conventional electric field intensity distribution in a waveguide of a microwave component of a circular TM mode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ダイポールリングマグネット(第2の磁界発生手
段) 9 マイクロ波供給部 10a〜10p 磁石 11 プラズマ生成室 12 導波管 13 試料室 14 励磁コイル(第1の磁界発生手段) S 試料
REFERENCE SIGNS LIST 1 dipole ring magnet (second magnetic field generating means) 9 microwave supply unit 10 a to 10 p magnet 11 plasma generation chamber 12 waveguide 13 sample chamber 14 excitation coil (first magnetic field generating means) S sample

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村瀬 永徳 兵庫県尼崎市扶桑町1番8号 住友金属工 業株式会社エレクトロニクス技術研究所内 Fターム(参考) 5F004 AA01 BA14 BA16 BB07 BB11 BB14 BB19 BC08 5F045 AA08 AA10 BB01 BB02 DP11 DQ10 EH01 EH03 EH16 EH17 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Ekunori Murase 1-8 Fuso-cho, Amagasaki-shi, Hyogo Sumitomo Metal Industries, Ltd. Electronics Research Laboratory F-term (reference) 5F004 AA01 BA14 BA16 BB07 BB11 BB14 BB19 BC08 5F045 AA08 AA10 BB01 BB02 DP11 DQ10 EH01 EH03 EH16 EH17

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ生成室に原料ガスとマイクロ波
とを導入しつつ、磁界を印加して前記プラズマ生成室に
プラズマを発生せしめ、試料にプラズマ処理を施すプラ
ズマ処理方法において、 マイクロ波を前記プラズマ生成室内に導入する過程と、
前記マイクロ波の前記プラズマ生成室内での伝播方向に
沿う方向の磁界を印加する過程と、前記伝播方向に交わ
る方向の磁界を印加する過程とを有することを特徴とす
るプラズマ処理方法。
1. A plasma processing method for applying a magnetic field while introducing a raw material gas and a microwave into a plasma generation chamber to generate plasma in the plasma generation chamber and performing plasma processing on a sample. Introducing into the plasma generation chamber;
A plasma processing method comprising: applying a magnetic field in a direction along a propagation direction of the microwave in the plasma generation chamber; and applying a magnetic field in a direction crossing the propagation direction.
【請求項2】 前記プラズマ生成室内に導入されるマイ
クロ波は、円形TM01モードが主モードである請求項
1記載のプラズマ処理方法。
2. The plasma processing method according to claim 1, wherein the microwave introduced into the plasma generation chamber has a circular TM01 mode as a main mode.
【請求項3】 プラズマ生成室に原料ガスとマイクロ波
とを導入しつつ磁界を印加して前記プラズマ生成室にプ
ラズマを発生せしめ、試料にプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置において、 前記マイクロ波の前記プラズマ生成室内での伝播方向に
沿う方向の磁界を形成する第1の磁界発生手段と、前記
伝播方向に交わる方向の磁界を形成する第2の磁界発生
手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. A plasma processing apparatus for applying a magnetic field while introducing a raw material gas and a microwave into a plasma generation chamber to generate plasma in the plasma generation chamber and performing a plasma process on a sample, wherein: Plasma processing comprising: first magnetic field generation means for forming a magnetic field in a direction along a propagation direction in a plasma generation chamber; and second magnetic field generation means for forming a magnetic field in a direction intersecting with the propagation direction. apparatus.
【請求項4】 TMモードを主モードとする前記マイク
ロ波を供給するマイクロ波供給手段をさらに備える請求
項3記載のプラズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 3, further comprising a microwave supply unit that supplies the microwave having a TM mode as a main mode.
【請求項5】 前記第2の磁界発生手段は、前記プラズ
マ生成室の周りに環状に配され、着磁方向が環の半周で
一回転するように配列された複数の磁石を有する請求項
3又は4記載のプラズマ処理装置。
5. The second magnetic field generating means includes a plurality of magnets arranged annularly around the plasma generation chamber and arranged so that the magnetization direction makes one rotation around a half circumference of the ring. Or the plasma processing apparatus according to 4.
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