JP3327618B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP3327618B2
JP3327618B2 JP09181293A JP9181293A JP3327618B2 JP 3327618 B2 JP3327618 B2 JP 3327618B2 JP 09181293 A JP09181293 A JP 09181293A JP 9181293 A JP9181293 A JP 9181293A JP 3327618 B2 JP3327618 B2 JP 3327618B2
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processing chamber
active species
plasma
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敦 関口
了己 戸部
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アネルバ株式会社
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、プラズマを用いて、
基板上に膜を堆積したり基板上の膜をエッチングしたり
基板上の膜を改質したりするプラズマ処理装置に関す
る。この発明のプラズマ処理装置は、例えば、プラズマ
で気体を活性化し、これを利用して、センサ−、光学部
品、音響製品、半導体デバイス等に用いられる各種の膜
(絶縁体膜、保護膜、半導体膜、金属膜等)を生成する
こと、これらの膜をエッチングすること、被処理物の表
面クリ−ニングや表面改質を行うこと、刃物やバイトの
表面硬化処理を行うこと、などの分野に関係する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the use of plasma
The present invention relates to a plasma processing apparatus for depositing a film on a substrate, etching a film on the substrate, and modifying a film on the substrate. The plasma processing apparatus of the present invention activates a gas with plasma, for example, and uses the gas to use various films (insulator film, protective film, semiconductor film, etc.) used for sensors, optical components, acoustic products, semiconductor devices, and the like. Film, metal film, etc.), etching these films, performing surface cleaning and surface modification of the workpiece, and performing surface hardening treatment of cutting tools and cutting tools. Involved.

【0002】[0002]

【従来の技術】気体を放電プラズマによって活性化し、
この活性種を用いて基板表面に目的物質を堆積させて薄
膜化したり、エッチングや表面改質等の処理をしたりす
る方法は、処理が低温で可能であること、従来にない処
理が可能となること、などの利点から、近年急速な進展
をみせている。活性種とは、遊離種(ラジカル)、励起
種、電子、イオン、またはこれらの混合物をいうが、こ
の発明は、そのうち、特に中性活性種を用いた処理方法
に関係する。中性活性種とは、電気的に中性の遊離種及
び励起種をいう。遊離種は、もとの安定した分子から遊
離した活性的な原子または分子を指し、原則的には基底
状態にある。励起種は、原子または分子が基底状態から
励起状態に移ったことによって活性的な状態になったも
のである。
2. Description of the Related Art Gas is activated by discharge plasma,
The method of depositing the target substance on the substrate surface using this active species to make it thinner, or performing processing such as etching or surface modification, requires that the processing be possible at low temperatures, and that processing that is not possible in the past is possible. In recent years, it has made rapid progress because of its advantages. The active species refers to a free species (radical), an excited species, an electron, an ion, or a mixture thereof. The present invention particularly relates to a treatment method using a neutral active species. Neutral active species refer to electrically neutral free and excited species. Free species refers to active atoms or molecules released from the original stable molecule and is in principle in the ground state. Excited species are those that have been activated by the transition of an atom or molecule from the ground state to the excited state.

【0003】ところで、センサ−や光学部品、特に半導
体デバイス等の分野では、大面積で均一かつ高速な表面
処理が求められている。このため、大面積で均一な高密
度プラズマを作製して、活性種を制御しながら表面処理
が行える装置が求められている。一方、刃物、バイト等
の硬化を目的とした表面処理においては、ダイアモンド
ライク膜やBN膜の作製を高速で行う必要性が生じてい
る。このため、活性種の濃度が高い場所に基板を設置し
て高速な表面処理を行う装置の開発が望まれるようにな
っている。
In the fields of sensors and optical components, particularly semiconductor devices, a large-area, uniform and high-speed surface treatment is required. Therefore, there is a demand for an apparatus capable of producing a large-area uniform high-density plasma and performing surface treatment while controlling active species. On the other hand, in the surface treatment for hardening a blade, a cutting tool, and the like, there is a need to produce a diamond-like film and a BN film at a high speed. For this reason, it has been desired to develop a device that performs high-speed surface treatment by installing a substrate in a place where the concentration of active species is high.

【0004】このような高速で良質な表面処理プロセス
を実現した発明として、特公平4−71575号公報、
特開昭62−227089号公報、及び特開昭63−1
66971号公報に記載されたものがある。これらの発
明は本願出願人の出願によるものであり、その明細書に
記載された通り、極めて良質の表面処理を行なうことが
可能である。このうち、特公平4−71575号公報に
記載されたプラズマ処理装置は、J. Vac. Sci. Techno
l. A4(3)(1986) の p.475-479に記載されているよう
に、半導体デバイス用薄膜作製装置として重要である。
なお、前記3件の公報の明細書中に「LTEプラズマ」
という用語が出てくるが、これは本願明細書における
「高温非平衡プラズマ」と同じものである。
[0004] As an invention realizing such a high-speed and high-quality surface treatment process, Japanese Patent Publication No. Hei 4-71575,
JP-A-62-227089 and JP-A-63-1
There is one described in US Pat. These inventions have been filed by the applicant of the present invention, and as described in the specification thereof, extremely high quality surface treatment can be performed. Among them, the plasma processing apparatus described in Japanese Patent Publication No. 4-71575 is disclosed in J. Vac. Sci. Techno.
l. As described in A4 (3) (1986), pp. 475-479, it is important as a thin film production apparatus for semiconductor devices.
In the specifications of the three publications, "LTE plasma"
The term comes out, which is the same as the "high-temperature non-equilibrium plasma" in this specification.

【0005】近年、たとえば半導体デバイスの作製にお
いて、ウェーハサイズがより一層大きくなってきてい
る。また、ディスプレイ関係においてもより大型のディ
スプレイが求められてきている。このように表面処理を
行う表面積が広がったため、またこれらについて高速な
表面処理も要求されるため、より一層、均一で大面積対
応の高密度プラズマ作製技術が求められている。
In recent years, for example, in the production of semiconductor devices, the wafer size has become much larger. In addition, there is a demand for a larger display in the display field. Since the surface area to be subjected to the surface treatment has been widened as described above, and high-speed surface treatment is also required for these, there is a need for a high-density plasma production technique which is more uniform and can handle a large area.

【0006】ところで、大面積で均一な表面処理をする
技術として、マルチカスプ磁場を利用するものが知られ
ている。例えば、プラズマ発生室にマルチカスプ磁場を
形成するものや、プラズマ発生室から処理室に至る経路
あるいは処理室自体にマルチカスプ磁場を形成するもの
などが知られている(例えば、特開昭63−19222
9号公報、特開平2−17636号公報、特開平2−2
22532号公報)。
As a technique for performing a large-area and uniform surface treatment, a technique using a multi-cusp magnetic field is known. For example, a multi-cusp magnetic field is formed in the plasma generation chamber, and a multi-cusp magnetic field is formed in the path from the plasma generation chamber to the processing chamber or in the processing chamber itself (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-19222).
9, JP-A-2-17636, JP-A-2-176
No. 22532).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】高温非平衡プラズマを
用いて多量の活性種を発生させ、これを用いて基板の処
理を行うことは上述の特公平4−71575号公報など
から公知である。また、マルチカスプ磁場を用いてプラ
ズマを均一に閉じ込めることにより、大面積の基板を均
一に処理することも上述の特開昭63−192229号
公報などから公知である。しかしながら、マルチカスプ
磁場を用いる従来のプラズマ処理装置では、マルチカス
プ磁場を用いてプラズマを均一に閉じ込め、プラズマ内
部の電子やイオンなどの荷電粒子を用いて、基板を処理
するものである。これに対して、中性活性種による基板
処理に関して、高速かつ大面積の処理を実現するための
装置が望まれている。
It is known from the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 4-71575 or the like to generate a large amount of active species using high-temperature non-equilibrium plasma and to process a substrate using the active species. It is also known from the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-192229 to uniformly treat a large-area substrate by uniformly confining plasma using a multi-cusp magnetic field. However, in a conventional plasma processing apparatus using a multi-cusp magnetic field, the plasma is uniformly confined using the multi-cusp magnetic field, and the substrate is processed using charged particles such as electrons and ions inside the plasma. On the other hand, there is a demand for an apparatus for realizing high-speed and large-area processing for substrate processing using neutral active species.

【0008】したがって、この発明の目的は、中性活性
種を用いて高速かつ大面積の基板処理を可能にしたプラ
ズマ処理装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of performing a high-speed and large-area substrate processing using neutral active species.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段及び作用】第1の発明は、
中性活性種を発生するプラズマ発生室と、プラズマ発生
室に隣接して配置された処理室と、処理室内に設置され
て被処理基板を保持する基板ホルダ−と、プラズマ発生
室と処理室内とを真空に排気する排気機構と、被処理基
板の表面処理に必要な気体をプラズマ発生室と処理室の
少なくとも一方に導入する気体導入機構とを備えるプラ
ズマ処理装置において、処理室の内部にマルチカスプ磁
場を形成するとともに、処理室の内壁面のうち、マルチ
カスプ磁場の尖点付近以外の壁面を中性活性種反射部材
で覆い、この中性活性種反射部材の材質を処理室構成部
材の材質と異ならせたものである。なお、この明細書に
おいて「基板」とは、プラズマ処理を実施する対象物を
意味し、薄い板状のものに限らず、任意の形状を含む。
The first aspect of the present invention provides
A plasma generation chamber for generating neutral active species, a processing chamber disposed adjacent to the plasma generation chamber, a substrate holder installed in the processing chamber to hold a substrate to be processed, and a plasma generation chamber and a processing chamber. Oite an exhaust mechanism for exhausting the vacuum, the plasma treatment equipment and a gas introduction mechanism for introducing at least one of the processing chamber and the plasma generating chamber a gas necessary for the surface treatment of the substrate to be processed, the processing chamber Multi cusp magnet
And the inner wall of the processing chamber
Walls other than near the cusp of the cusp magnetic field are reflected by neutral active species
And the material of this neutral active species reflecting member
It is different from the material of the material. In this specification, the term “substrate” refers to an object on which plasma processing is performed, and is not limited to a thin plate, but includes any shape.

【0010】このプラズマ処理装置では、まず、高温非
平衡プラズマを用いることによって通常のプラズマと比
較して多量の中性活性種を生成することができる。そし
て、マルチカスプ磁場を形成した処理室にこの中性活性
種を導いて、基板の処理を行う。ところで、マルチカス
プ磁場は荷電粒子の動きには影響を及ぼすが、中性活性
種の挙動には直接影響を及ぼすものではない。この発明
においては、処理室内のプラズマを処理室の内壁面に近
付けないようにするためにマルチカスプ磁場を用いてい
るものである。この発明は中性活性種を基板処理に積極
的に利用するものであるから、高温非平衡プラズマで発
生した多量の中性活性種が処理室内で無駄に減少しない
ようにすることが重要である。中性活性種は、電気的に
中性であるがゆえに、磁場によっては処理室内の中央付
近に閉じ込めることはできない。したがって、中性活性
種は、特に低い圧力領域では、処理室の内壁面にひんぱ
んに衝突することになる。処理室の内壁面に中性活性種
が衝突すると、内壁面の材質によっては活性状態が失わ
れることになる。そこで、処理室の内壁面の材質を工夫
することによって、中性活性種が衝突しても、できるだ
け活性状態のままで中性活性種が処理室の内部に戻るよ
うにすることが望ましい。しかしながら、処理室の内壁
面がプラズマにさらされると、内壁面の材質の選択の幅
が限られ、有効な中性活性種反射部材を用いることが不
可能になる。そこで、この発明では、マルチカスプ磁場
を用いることによって処理室内のプラズマが処理室の内
壁面から離れるようにし、これによって最適な中性活性
種反射部材を選択できるようにしたものである。
In this plasma processing apparatus , first, a large amount of neutral active species can be generated by using high-temperature non-equilibrium plasma as compared with ordinary plasma. Then, the neutral active species is guided to a processing chamber in which a multi-cusp magnetic field is formed, and the substrate is processed. By the way, the multi-cusp magnetic field affects the movement of the charged particles, but does not directly affect the behavior of the neutral active species. In the present invention, a multi-cusp magnetic field is used to keep the plasma in the processing chamber away from the inner wall surface of the processing chamber. Since the present invention actively utilizes neutral active species for substrate processing, it is important that a large amount of neutral active species generated by high-temperature non-equilibrium plasma is not wasted in the processing chamber. . Since neutral active species are electrically neutral, they cannot be confined near the center of the processing chamber depending on the magnetic field. Therefore, the neutral active species frequently collides with the inner wall surface of the processing chamber particularly in a low pressure region. When a neutral active species collides with the inner wall surface of the processing chamber, the activated state is lost depending on the material of the inner wall surface. Therefore, it is desirable that the material of the inner wall surface of the processing chamber be devised so that even if the neutral active species collides, the neutral active species returns to the inside of the processing chamber while remaining as active as possible. However, when the inner wall surface of the processing chamber is exposed to the plasma, the range of choice of the material of the inner wall surface is limited, and it becomes impossible to use an effective neutral active species reflecting member. Therefore, in the present invention, the plasma in the processing chamber is separated from the inner wall surface of the processing chamber by using a multi-cusp magnetic field, whereby the optimum neutral active species reflecting member can be selected.

【0011】この発明におけるマルチカスプ磁場は、ラ
イン状のカスプ磁場でも、リング状のカスプ磁場でも、
あるいは両者の組み合わせでもよく、いずれのカスプ磁
場も用いることができる。
The multi-cusp magnetic field according to the present invention may be a linear cusp magnetic field or a ring cusp magnetic field.
Alternatively, a combination of both may be used, and any cusp magnetic field can be used.

【0012】この発明における高温非平衡プラズマの意
味は、本願出願人の出願による特公平4−72575号
公報に記載された「LTEプラズマ」と同じである。こ
の公報に記載された通り、高温非平衡プラズマは、通常
のグロー放電プラズマと比較して多量の活性種を発生す
ることができ、その中には多くの中性活性種が含まれて
いる。この発明ではこの多量の中性活性種を基板処理に
積極的に利用するものである。ところで、この発明は、
中性活性種以外の電子やイオンなどが基板処理に関与す
るのを排除するものではなく、中性活性種が基板処理に
重要な役割を果たしている限り、その他の荷電粒子が基
板処理に関与しても構わない。
The meaning of high-temperature non-equilibrium plasma in the present invention is the same as "LTE plasma" described in Japanese Patent Publication No. 4-72575 filed by the present applicant. As described in this publication, high-temperature non-equilibrium plasma can generate a larger amount of active species than ordinary glow discharge plasma, and contains a large amount of neutral active species. In the present invention, this large amount of neutral active species is positively utilized for substrate processing. By the way, this invention
This does not preclude electrons and ions other than the neutral active species from participating in the substrate processing.As long as the neutral active species plays an important role in the substrate processing, other charged particles participate in the substrate processing. It does not matter.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】この発明は、処理室の内壁面を中性活性種
反射部材で覆ったものであり、これにより、中性活性種
をできるだけ活性状態のままで中性活性種反射部材で反
射させて、中性活性種の減少を防いでいる。マルチカス
プ磁場は、処理室内部のプラズマが処理室内壁面に近付
かないようにしているものであり、これにより、中性活
性種反射部材がプラズマにさらされて中性活性種反射部
材がダメージを受けたり、基板処理に不都合な物質が処
理室内に飛散したりするのを防いでいる。なお、マルチ
カスプ磁場の尖点付近では処理室内のプラズマが処理室
の内壁面に近付くことができるので、この尖点付近には
中性活性種反射部材を配置しない方がよい。中性活性種
反射部材は処理室の内壁面にコーティングしてもよい
し、処理室とは別個の部材を処理室の内壁面に近接して
配置してもよい。
According to the present invention, the inner wall surface of the processing chamber is covered with a neutral active species reflecting member, whereby the neutral active species is reflected by the neutral active species reflecting member while being kept as active as possible. , Preventing a decrease in neutral active species. The multi-cusp magnetic field prevents the plasma inside the processing chamber from approaching the wall of the processing chamber, thereby exposing the neutral active species reflecting member to the plasma and damaging the neutral active species reflecting member. This prevents substances that are inconvenient for substrate processing from scattering into the processing chamber. Since the plasma in the processing chamber can approach the inner wall surface of the processing chamber near the cusp of the multi-cusp magnetic field, it is better not to dispose the neutral active species reflecting member near this cusp. The neutral active species reflecting member may be coated on the inner wall surface of the processing chamber, or a member separate from the processing chamber may be arranged close to the inner wall surface of the processing chamber.

【0016】中性活性種が金属壁面に衝突すると、この
中性活性種が活性状態を維持したままで反射することが
ほとんど期待できなくなるので、処理室の内壁面は金属
以外の材質で覆うことが望ましい。そこで、第の発明
は、第の発明における中性活性種反射部材の材質とし
て、酸化物、フッ素樹脂、ケイ素化合物のいずれかを用
いている。酸化物としては石英ガラスやアルミナ(Al
23)やパイレックス(登録商標)ガラスなどを用いる
ことができる。フッ素樹脂としてはポリテトラフルオル
エチレンが化学安定性及び高温安定性に優れていて最も
好ましい。ケイ素化合物としてはSiNやSiCを用い
ることができる。中性活性種反射部材の材質は、使用す
る中性活性種の種類に応じて選択するのが好ましい。
When the neutral active species collides with the metal wall, it is hardly expected that the neutral active species reflects while maintaining the active state. Therefore, the inner wall surface of the processing chamber should be covered with a material other than metal. Is desirable. Therefore, the second invention uses any one of an oxide, a fluororesin, and a silicon compound as a material of the neutral active species reflection member in the first invention. As the oxide, quartz glass or alumina (Al
2 O 3 ) or Pyrex (registered trademark) glass can be used. As the fluororesin, polytetrafluoroethylene is most preferable because of its excellent chemical stability and high-temperature stability. SiN or SiC can be used as the silicon compound. The material of the neutral active species reflection member is preferably selected according to the type of neutral active species used.

【0017】[0017]

【実施例】図1は本発明のプラズマ処理装置の一例の正
面断面図である。このプラズマ処理装置は、主として、
処理室3と、その内部の基板ホルダー2と、この基板ホ
ルダー2の電位を制御するための電位制御機構30と、
排気機構40と、高温非平衡プラズマ発生機構50と、
第1の気体導入機構70と第2の気体導入機構80と、
マルチカスプ磁場発生機構90とから構成されている。
以下、各部の構造を詳細に説明する。
FIG. 1 is a front sectional view of an example of a plasma processing apparatus according to the present invention. This plasma processing apparatus mainly
A processing chamber 3, a substrate holder 2 therein, a potential control mechanism 30 for controlling the potential of the substrate holder 2,
An exhaust mechanism 40, a high-temperature non-equilibrium plasma generating mechanism 50,
A first gas introduction mechanism 70 and a second gas introduction mechanism 80,
And a multi-cusp magnetic field generating mechanism 90.
Hereinafter, the structure of each part will be described in detail.

【0018】処理室3内には基板ホルダー2があり、こ
の基板ホルダー2上に、表面処理を行う基板1が保持さ
れる。処理室3はオ−ステナイト系ステンレス鋼製で、
内径が約45cm、高さが30cmである。基板ホルダ
−2の直径は約30cmである。
A substrate holder 2 is provided in the processing chamber 3, and a substrate 1 to be subjected to a surface treatment is held on the substrate holder 2. The processing chamber 3 is made of austenitic stainless steel.
It has an inner diameter of about 45 cm and a height of 30 cm. The diameter of the substrate holder-2 is about 30 cm.

【0019】基板ホルダ−2には温度調整機構20が設
けられている。熱電対21は基板ホルダー2の温度を測
定する。基板ホルダー2は加熱用ヒーター22で加熱さ
れ、また、冷却パイプ23内を流れる冷却媒体によって
冷却される。冷却媒体としては、圧縮空気やHe等の気
体、あるいは水が使われる。熱電対21で測定した基板
ホルダ−2の温度に基づいて、図示しない温度調整器に
より、ヒ−タ−22への供給電力や、冷却パイプ23内
の冷却媒体の温度や供給量を調整し、目的とする基板温
度に設定することができる。
The substrate holder 2 is provided with a temperature adjusting mechanism 20. The thermocouple 21 measures the temperature of the substrate holder 2. The substrate holder 2 is heated by the heater 22 and cooled by a cooling medium flowing in the cooling pipe 23. As the cooling medium, gas such as compressed air or He, or water is used. Based on the temperature of the substrate holder-2 measured by the thermocouple 21, the power supply to the heater 22 and the temperature and supply amount of the cooling medium in the cooling pipe 23 are adjusted by a temperature controller (not shown). The target substrate temperature can be set.

【0020】基板ホルダ−2には、また、基板の電位を
制御するための電位制御機構30が設けられている。基
板ホルダ−2と処理室3との間には絶縁体31があり、
両者を電気的に絶縁している。基板ホルダー2には、コ
ンデンサ−32を通して高周波電源33から高周波電力
を印加する。例えば周波数13.562MHzの高周波
を電力1500Wに調節して基板ホルダ−2に印加す
る。コンデンサ−32は、高周波印加時のインピ−ダン
スを整合する。整合回路として一般に知られているT型
回路を用いると、このようなコンデンサー32が必然的
に形成されるが、このコンデンサ−32は、高周波電力
の印加によって生じる基板1のセルフバイアス(直流の
バイアス成分)が接地されないようにする役割を果た
す。このセルフバイアスは、一般に負の直流成分であ
り、これによって、処理室3内に存在する活性種のうち
正電荷を有するものが基板1に向かって加速される。ま
た、周波数がkHzオーダーの高周波電源を用いること
も可能で、この場合は、セルフバイアス成分のみなら
ず、高周波電界によっても正電荷を運動させることがで
き、活性種の照射を任意に選択することが可能となる。
さらに、高周波電源33の代わりに直流電源または50
〜60Hzの商用周波数電源を用いることもできる。こ
の場合は、コンデンサ−32は取り除くことになる。
The substrate holder 2 is provided with a potential control mechanism 30 for controlling the potential of the substrate. There is an insulator 31 between the substrate holder-2 and the processing chamber 3,
Both are electrically insulated. High frequency power is applied to the substrate holder 2 from a high frequency power supply 33 through a capacitor 32. For example, a high frequency of 13.562 MHz is adjusted to a power of 1500 W and applied to the substrate holder-2. The capacitor 32 matches the impedance when a high frequency is applied. When a T-type circuit generally known as a matching circuit is used, such a capacitor 32 is inevitably formed. This capacitor 32 is provided with a self-bias (direct-current bias) of the substrate 1 caused by application of high-frequency power. Component) is prevented from being grounded. This self-bias is generally a negative direct current component, whereby the active species having a positive charge in the processing chamber 3 are accelerated toward the substrate 1. It is also possible to use a high-frequency power supply with a frequency on the order of kHz. In this case, positive charges can be moved not only by the self-bias component but also by a high-frequency electric field, and irradiation of active species can be arbitrarily selected. Becomes possible.
Further, a DC power supply or 50
A commercial frequency power supply of 6060 Hz can also be used. In this case, the capacitor 32 will be removed.

【0021】次に、排気機構40について説明する。処
理室3内の気体は、メインバルブ41を通してタ−ボ分
子ポンプ42で排気する。油回転ポンプ43はタ−ボ分
子ポンプ42の差動排気を行なうためのものである。処
理室3内の圧力を精密に制御する必要がある場合は、メ
インバルブ41とタ−ボ分子ポンプ42との間にバリア
ブルコンダクタンスバルブ(図示しない)を設置すると
有効である。処理室3に設けた圧力計(図示しない)か
らの信号に基づいてバリアブルコンダクタンスバルブの
コンダクタンスを変化させることにより、処理室3内の
圧力を一定に保つことができる。また、基板交換時のよ
うに、処理室3を大気圧からタ−ボ分子ポンプ42の動
作可能圧力(約1Torr)まで排気するためには、図
示しない荒引き排気系が必要である。荒引き排気系に
は、ル−ツポンプと油回転ポンプを併用することが有効
である。
Next, the exhaust mechanism 40 will be described. The gas in the processing chamber 3 is exhausted by a turbo molecular pump 42 through a main valve 41. The oil rotary pump 43 is for performing differential evacuation of the turbo molecular pump 42. When it is necessary to precisely control the pressure in the processing chamber 3, it is effective to install a variable conductance valve (not shown) between the main valve 41 and the turbo molecular pump 42. The pressure in the processing chamber 3 can be kept constant by changing the conductance of the variable conductance valve based on a signal from a pressure gauge (not shown) provided in the processing chamber 3. Further, in order to evacuate the processing chamber 3 from the atmospheric pressure to the operable pressure of the turbo molecular pump 42 (about 1 Torr) as in the case of substrate exchange, a rough exhaust system (not shown) is required. It is effective to use a root pump and an oil rotary pump together in the roughing exhaust system.

【0022】次に、高温非平衡プラズマ発生機構50に
ついて説明する。プラズマ発生室は石英ガラス(SiO
2)製の放電管51で形成される。この放電管51は、
石英ガラスの2重管としてあり、その間に水を流して冷
却している。これにより、プラズマ加熱による放電管5
1の溶解を防止している。なお、フッ素ラジカルがプラ
ズマ発生室内にある場合は、放電管51の温度が高くな
るほどフッ素ラジカルによる石英ガラスのエッチングレ
−トが増加し、石英ガラスのダメ−ジが大きくなるが、
上述の冷却手段はこれを阻止するにも有効である。
Next, the high-temperature non-equilibrium plasma generating mechanism 50 will be described. The plasma generation chamber is made of quartz glass (SiO
2 ). This discharge tube 51
It is a double tube made of quartz glass, between which water is cooled for cooling. Thereby, the discharge tube 5 by plasma heating
1 is prevented from dissolving. When fluorine radicals are present in the plasma generation chamber, the higher the temperature of the discharge tube 51, the more the etching rate of the quartz glass by the fluorine radicals increases, and the greater the damage of the quartz glass.
The cooling means described above is also effective in preventing this.

【0023】放電管51の周囲にはコイル状のアンテナ
52が配置されている。高周波電源53から発せられた
交番電力は、図示しない整合回路を通してアンテナ52
に印加される。プラズマ発生室に気体を導入して、上述
の交番電力と放電管51の内径等が所定の条件を満足す
ると、高温非平衡プラズマ60が発生する。スイッチ5
4は、アンテナ52の接地の方向を選択するものであ
る。なお、アンテナ52の両端を浮遊電位としてもよ
く、あるいは、上端または下端を接地する構成としても
よい。
A coil-shaped antenna 52 is arranged around the discharge tube 51. The alternating power generated from the high frequency power supply 53 is supplied to the antenna 52 through a matching circuit (not shown).
Is applied to When a gas is introduced into the plasma generation chamber and the above-described alternating power and the inner diameter of the discharge tube 51 satisfy predetermined conditions, a high-temperature non-equilibrium plasma 60 is generated. Switch 5
4 is for selecting the direction of grounding of the antenna 52. Note that both ends of the antenna 52 may be at a floating potential, or an upper end or a lower end may be grounded.

【0024】高温非平衡プラズマ60の作製方法とその
装置構成は、本願出願人の出願による特公平4−715
75号公報、特開昭62−227089号公報および特
開昭63−166971号公報に詳しく記載されてい
る。なお、これら3件の公報に記載されたLTEプラズ
マという用語は、本願明細書における高温非平衡プラズ
マと同じものを指している。本願明細書では、「LTE
プラズマ」という用語よりも「高温非平衡プラズマ」の
方がプラズマの実態を反映したより適切な用語と考えて
これを採用している。
The method of producing the high-temperature non-equilibrium plasma 60 and the apparatus configuration thereof are described in Japanese Patent Publication No.
No. 75, JP-A-62-227089 and JP-A-63-166971. Note that the term LTE plasma described in these three publications refers to the same high-temperature non-equilibrium plasma in this specification. In the present specification, “LTE
The term "high-temperature non-equilibrium plasma" is more appropriate than the term "plasma" because it reflects the actual state of plasma.

【0025】次に気体導入機構について説明する。この
実施例は第1の気体導入機構70と第2の気体導入機構
80を備えている。第1の気体導入機構70において、
第1の気体は、図示しない気体ボンベから減圧弁を通
り、流量コントロ−ラによって流量制御され、バルブ7
1を通して矢印72の方向から放電管51の内部に導入
される。この第1の気体は高温非平衡プラズマ60によ
り活性化され、これにより高濃度の活性種4が生じ、こ
の活性種のうち主として中性活性種が目的とする表面処
理に利用される。
Next, the gas introduction mechanism will be described. This embodiment includes a first gas introduction mechanism 70 and a second gas introduction mechanism 80. In the first gas introduction mechanism 70,
The first gas passes through a pressure reducing valve from a gas cylinder (not shown), and is flow-controlled by a flow controller.
1 is introduced into the discharge tube 51 from the direction of the arrow 72. The first gas is activated by the high-temperature non-equilibrium plasma 60, thereby generating a high concentration of active species 4, and among these active species, mainly neutral active species are used for the intended surface treatment.

【0026】第2の気体導入機構80において、第2の
気体は、図示しない気体ボンベから減圧弁を通り、流量
コントロ−ラによって流量制御され、バルブ81を通し
て矢印82の方向から処理室3内に導入される。第2の
気体は、ド−ナツ形のガス吹き出しリング83に設けた
多数の小孔84を通して、処理室3の内部に導入され
る。
In the second gas introduction mechanism 80, the second gas passes through a pressure reducing valve from a gas cylinder (not shown), is flow-controlled by a flow controller, and enters the processing chamber 3 through a valve 81 in the direction of arrow 82. be introduced. The second gas is introduced into the processing chamber 3 through a number of small holes 84 provided in a donut-shaped gas blowing ring 83.

【0027】第2の気体のみでは高温非平衡プラズマ6
0が不安定となる場合に第1の気体としてアルゴン等を
用いると、高温非平衡プラズマ60を安定化させること
が可能となり、制御性の良い、良質な表面処理が可能と
なる。
With only the second gas, the high-temperature non-equilibrium plasma 6
If argon or the like is used as the first gas when 0 becomes unstable, the high-temperature non-equilibrium plasma 60 can be stabilized, and high-quality surface treatment with good controllability can be performed.

【0028】次に、マルチカスプ磁場発生機構90につ
いて説明する。図2(A)は図1のA−A線断面図であ
る。処理室3の外壁の周囲に多数の磁石91を配置する
ことによってマルチカスプ磁場93を形成している。個
々の磁石91は上下方向に長く延びており(図1参
照)、処理室の内部にはライン状のマルチカスプ磁場9
3が形成される。磁石91は、サマリウム−コバルト磁
石などの強力な磁石を、小型にして密に配置するのが好
ましい。処理室3と反対側の磁極面は、フェライト系ス
テンレス鋼で作製したポ−ルピ−ス92に固定してお
り、こうすると、より効果的に磁場を発生させることが
できる。
Next, the multi-cusp magnetic field generating mechanism 90 will be described. FIG. 2A is a sectional view taken along line AA of FIG. A multi-cusp magnetic field 93 is formed by arranging a large number of magnets 91 around the outer wall of the processing chamber 3. Each magnet 91 extends vertically in a long direction (see FIG. 1), and a linear multi-cusp magnetic field 9 is provided inside the processing chamber.
3 is formed. As the magnet 91, a strong magnet such as a samarium-cobalt magnet is preferably small and densely arranged. The magnetic pole surface opposite to the processing chamber 3 is fixed to a pole piece 92 made of ferritic stainless steel, so that a magnetic field can be generated more effectively.

【0029】図2(B)は処理室の壁面付近を拡大した
平面断面図である。処理室3の内壁面は中性活性種反射
部材94で覆われている。この中性活性種反射部材94
は、マルチカスプ磁場の尖点95付近には存在せず、尖
点95から離れた位置にだけ設置されている。この実施
例では中性活性種反射部材94はポリテトラフルオルエ
チレンで形成されている。この中性活性種反射部材94
は処理室3の内壁面にコーティングされている。マルチ
カスプ磁場93の存在により、処理室3内のプラズマは
処理室3の中央付近に閉じ込められ、プラズマが中性活
性種反射部材94に触れることはない。また、尖点95
付近ではプラズマは壁面に近付くことができるが、この
部分には中性活性種反射部材94は存在しないので、や
はり中性活性種反射部材94がプラズマにさらされるこ
とはない。したがって、中性活性種反射部材94がダメ
ージを受けたり、基板処理に不都合な物質が処理室内に
飛散したりすることがない。中性活性種はマルチカスプ
磁場93に閉じ込められることなく中性活性種反射部材
94に衝突することになるが、中性活性種は中性活性種
反射部材94で反射して、活性状態を維持したまま、処
理室の内部に戻ることができる。もし、中性活性種反射
部材94が存在しない場合には、中性活性種がステンレ
ス鋼の内壁面に衝突することになり、その活性が失われ
てしまう。
FIG. 2B is an enlarged plan sectional view of the vicinity of the wall surface of the processing chamber. The inner wall surface of the processing chamber 3 is covered with a neutral active species reflecting member 94. This neutral active species reflection member 94
Is not present near the cusp 95 of the multi-cusp magnetic field, but is installed only at a position distant from the cusp 95. In this embodiment, the neutral active species reflecting member 94 is made of polytetrafluoroethylene. This neutral active species reflection member 94
Is coated on the inner wall surface of the processing chamber 3. Due to the presence of the multi-cusp magnetic field 93, the plasma in the processing chamber 3 is confined near the center of the processing chamber 3, and the plasma does not touch the neutral active species reflecting member 94. Also, cusp 95
In the vicinity, the plasma can approach the wall surface. However, since the neutral active species reflecting member 94 does not exist in this portion, the neutral active species reflecting member 94 is not exposed to the plasma. Therefore, the neutral active species reflection member 94 is not damaged, and substances that are inconvenient for substrate processing are not scattered in the processing chamber. The neutral active species collides with the neutral active species reflecting member 94 without being confined in the multi-cusp magnetic field 93, but the neutral active species is reflected by the neutral active species reflecting member 94 to maintain the active state. It is possible to return to the inside of the processing chamber as it is. If the neutral active species reflecting member 94 does not exist, the neutral active species collides with the inner wall surface of the stainless steel, and the activity is lost.

【0030】なお、図2(A)の例では、ポールピース
92は環状に形成されているが、図2(B)の例では、
ポールピース92bは隣り合う一対の磁石91だけを連
結するように分割されている。後者のようにすると、ポ
ールピース92bの間から処理室3の外壁に近付くこと
ができるので、のぞき窓や各種のポートを磁石91の間
に設置することができる。
In the example of FIG. 2A, the pole piece 92 is formed in an annular shape, but in the example of FIG.
The pole piece 92b is divided so as to connect only a pair of adjacent magnets 91. In the latter case, since the outer wall of the processing chamber 3 can be approached from between the pole pieces 92 b, a viewing window and various ports can be provided between the magnets 91.

【0031】次に、図1及び図2に示した装置を実際の
表面処理プロセスに応用した例を示す。図1において、
第1の気体導入機構70を通して酸素ガスを200sc
cmの流量で流す。また、第2の気体導入機構80を通
してシランガスを100sccmの流量で流す。処理室
3内の圧力は8×10-3Torrに保つ。高周波電源5
3から13.560MHz、2kWの交番電力を出力
し、放電管51の内部に高温非平衡プラズマ60を発生
させる。また、高周波電源33から13.562MH
z、1500Wの交番電力を出力し、基板ホルダ−2に
バイアス電圧を印加する。基板1は基板ホルダ−2を通
して150℃に加熱保持する。このような条件を用い
て、直径10インチの大面積シリコンウェーハ上にSi
2膜を堆積した。その膜厚分布は2μm±3%とな
り、膜厚の均一性がきわめて良好であった。
Next, an example in which the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is applied to an actual surface treatment process will be described. In FIG.
200 sc of oxygen gas through the first gas introduction mechanism 70
Flow at a flow rate of cm. Further, the silane gas flows at a flow rate of 100 sccm through the second gas introduction mechanism 80. The pressure in the processing chamber 3 is maintained at 8 × 10 −3 Torr. High frequency power supply 5
An alternating power of 2 to 3560 MHz is output from 3 to 13.560 MHz to generate a high-temperature non-equilibrium plasma 60 inside the discharge tube 51. 13.562 MH from the high frequency power supply 33
z, an alternating power of 1500 W is output, and a bias voltage is applied to the substrate holder-2. The substrate 1 is heated and held at 150 ° C. through the substrate holder-2. Using these conditions, Si on a large area silicon wafer with a diameter of 10 inches
An O 2 film was deposited. The film thickness distribution was 2 μm ± 3%, and the uniformity of the film thickness was extremely good.

【0032】このSiO2膜が基板に堆積するまでには
次のような現象が生じている。第1の気体導入機構70
から導入された酸素ガスは高温非平衡プラズマ60によ
って活性化され、多量の酸素原子(中性活性種)が生じ
る。一方、シランガス(SiH4)は処理室内のプラズ
マによって分解してSiH3となる。上述の酸素原子は
処理室内で広がり、加熱された基板1からの熱エネルギ
ーの助けを借りて、SiH3と反応し、基板1上にSi
2膜が堆積する。処理室3内の圧力は2×10-2〜5
×10-4Torrと低いので、その平均自由行程は比較
的長く、酸素原子は他の粒子にあまり衝突することな
く、処理室の内壁面付近に頻繁に到達することになる。
酸素原子が中性活性種反射部材94(図2(B)参照)
に衝突すると、その大部分は酸素原子のまま(すなわ
ち、活性状態を保ったまま)反射して、処理室内部に戻
っていく。
The following phenomenon occurs before the SiO 2 film is deposited on the substrate. First gas introduction mechanism 70
Is introduced by the high-temperature non-equilibrium plasma 60 to generate a large amount of oxygen atoms (neutral active species). On the other hand, silane gas (SiH 4 ) is decomposed into SiH 3 by plasma in the processing chamber. The above-mentioned oxygen atoms are spread in the processing chamber, and react with SiH 3 with the help of thermal energy from the heated substrate 1 to form Si atoms on the substrate 1.
An O 2 film is deposited. The pressure in the processing chamber 3 is 2 × 10 -2 to 5
Since it is as low as × 10 -4 Torr, its mean free path is relatively long, and oxygen atoms often reach the inner wall surface of the processing chamber without colliding much with other particles.
An oxygen atom is a neutral active species reflection member 94 (see FIG. 2B).
Most of the light is reflected as oxygen atoms (that is, while maintaining the active state), and returns to the inside of the processing chamber.

【0033】もし、中性活性種反射部材94が存在しな
いと、酸素原子はステンレス鋼製の処理室の内壁面に直
接衝突して、一時的に壁面金属と結合して酸化物となっ
てしまう。この部分にさらに酸素原子が衝突すると、金
属と結合していた酸素原子と反応して、酸素分子を作
る。この酸素分子が処理室内に戻っても、膜堆積反応に
寄与することはなく、単に排気されてしまうことにな
る。
If the neutral active species reflecting member 94 does not exist, oxygen atoms directly collide with the inner wall surface of the stainless steel processing chamber, and temporarily bond with the wall metal to form an oxide. . When an oxygen atom collides with this part further, it reacts with the oxygen atom bonded to the metal to form an oxygen molecule. Even if these oxygen molecules return to the processing chamber, they do not contribute to the film deposition reaction and are simply exhausted.

【0034】結局、この実施例によれば、高温非平衡プ
ラズマで生成された多量の酸素原子が、処理室内で無駄
に失われることなく膜堆積反応に寄与することができ、
低い圧力においても(すなわち平均自由行程が比較的長
くて、中性活性種が壁面に衝突しやすくても)、高速の
膜堆積処理が可能となった。
After all, according to this embodiment, a large amount of oxygen atoms generated by the high-temperature non-equilibrium plasma can contribute to the film deposition reaction without being wasted in the processing chamber.
Even at low pressures (i.e., even if the mean free path is relatively long and the neutral active species is likely to collide with the wall), high-speed film deposition can be performed.

【0035】この実施例において、電位制御機構30
は、SiO2膜のステップカバレージを向上させるのに
役立っている。SiO2膜の堆積自体は、上述のように
酸素原子が反応に寄与しているが、電位制御機構30を
用いると処理室内の正イオンによって膜を衝撃すること
ができる。これにより、シリコンウェーハ上にあらかじ
め作製されているパタ−ンの段差部側面において、Si
2膜の被覆性を向上させることができる。この正イオ
ンに対しては、マルチカスプ磁場によるプラズマ閉じ込
め作用が働いて、正イオンによる衝撃作用の効果が大面
積にわたって均一に生じることになる。電位制御機構3
0を用いない場合にはステップカバレージ特性が劣るこ
とになる。電位制御機構30を用いた場合、ウェーハ上
にあらかじめ存在した1μmの段差上に、SiO2膜を
約2μmの厚さで堆積することにより、表面が平坦にな
った。この技術は、半導体の集積度の増加にともなって
用いられる多層配線の作製技術や微細パタ−ンの露光技
術(露光の際に必要とされる被写体深度が浅い。)にと
って特に重要である。
In this embodiment, the potential control mechanism 30
Is useful for improving the step coverage of the SiO 2 film. Oxygen atoms contribute to the reaction in the deposition of the SiO 2 film itself as described above. However, if the potential control mechanism 30 is used, the film can be bombarded by positive ions in the processing chamber. As a result, Si on the side surface of the step portion of the pattern previously formed on the silicon wafer
The coverage of the O 2 film can be improved. The plasma confinement effect by the multi-cusp magnetic field acts on the positive ions, and the effect of the impact operation by the positive ions is uniformly generated over a large area. Potential control mechanism 3
If 0 is not used, the step coverage characteristics will be poor. When the potential control mechanism 30 was used, the surface was flattened by depositing an SiO 2 film to a thickness of about 2 μm on a 1 μm step existing on the wafer in advance. This technique is particularly important for a technique for fabricating a multilayer wiring and an exposure technique for a fine pattern (the depth of the subject required for exposure is small) used with an increase in the degree of integration of a semiconductor.

【0036】ところで、第1の気体導入機構70から酸
素とシランの両者を導入した場合には、主として高温非
平衡プラズマ60の内部およびその近傍で反応が進んで
しまい、その結果、基板処理の均一性が悪くなり、原料
ガスの有効利用もできないという欠点がある。一方、第
2の気体導入機構80から酸素とシランの両者を導入し
た場合には、放電管51内に拡散した酸素だけが高温非
平衡プラズマで活性化されることになり、酸素の活性化
効率が減少して、やはり原料ガスの有効利用ができない
欠点がある。したがって、SiO2 膜の堆積には、上述
のように第1の気体導入機構70と第2の気体導入機構
80とを併用することが非常に有用であった。
When both oxygen and silane are introduced from the first gas introduction mechanism 70, the reaction proceeds mainly in and near the high-temperature non-equilibrium plasma 60, and as a result, the uniformity of the substrate processing is improved. However, there is a disadvantage that the raw material gas cannot be used effectively. On the other hand, when both oxygen and silane are introduced from the second gas introduction mechanism 80, only oxygen diffused into the discharge tube 51 is activated by the high-temperature non-equilibrium plasma, and the activation efficiency of oxygen is increased. However, there is a disadvantage that the raw material gas cannot be effectively used. Therefore, it was very useful to use the first gas introduction mechanism 70 and the second gas introduction mechanism 80 together as described above for depositing the SiO2 film.

【0037】また、上記の膜作製条件において、第1の
気体導入機構70から酸素ガスの代わりに亜酸化窒素ガ
ス(N2O)を導入すると、窒素が少量混入したSiO2
膜(SiON膜と言うこともある。)を作製することが
できる。さらに、酸素ガスの代わりに、アンモニアガス
あるいは窒素希釈のアンモニアガスを用いるとSiN膜
を作製することができる。このSiN膜は半導体デバイ
スのパッシベ−ション用やTFT(薄膜トランジスタ)
のゲ−ト絶縁膜用として使用できる。このSiN膜の場
合、電位制御機構30を用いるとステップカバレ−ジの
みならず堆積膜のストレスをも制御することが可能であ
る。
Under the above film forming conditions, when nitrous oxide gas (N 2 O) is introduced from the first gas introducing mechanism 70 instead of oxygen gas, SiO 2 containing a small amount of nitrogen is introduced.
A film (also referred to as a SiON film) can be manufactured. Further, when an ammonia gas or an ammonia gas diluted with nitrogen is used instead of the oxygen gas, a SiN film can be formed. This SiN film is used for passivation of semiconductor devices and for TFT (thin film transistor).
Can be used for the gate insulating film. In the case of this SiN film, the potential control mechanism 30 can control not only the step coverage but also the stress of the deposited film.

【0038】さらに、第1の気体導入機構70から酸素
ガスを導入するだけで、第2の気体導入機構80を使用
しない場合には、フォトレジストのアッシングや有機物
除去のためのクリ−ニング、あるいは基板材質の表面酸
化等に利用することができる。たとえばフォトレジスト
のアッシングや有機物の除去のためのクリ−ニングにお
いては、基板の温度を約120℃にすると有効に処理で
きた。この場合、酸素の流量は100sccmより多量
の方が効果は大であった。この場合にも直径10インチ
のシリコンウェーハにおいて均一性の良い処理が可能で
あった。
Further, when oxygen gas is introduced only from the first gas introduction mechanism 70 and the second gas introduction mechanism 80 is not used, ashing for photoresist and cleaning for removing organic substances, or cleaning. It can be used for oxidation of the surface of a substrate material. For example, in the ashing of the photoresist and the cleaning for removing the organic substances, the substrate could be effectively treated by setting the substrate temperature to about 120 ° C. In this case, the effect was greater when the flow rate of oxygen was larger than 100 sccm. Also in this case, processing with good uniformity was possible on a silicon wafer having a diameter of 10 inches.

【0039】基板材質を酸化する処理としては、酸化物
超伝導体の作製、タンタル、チタン、ルテニウム、イリ
ジウム、タングステン、アルミニウム等の金属酸化膜の
作製、シリコンの酸化膜作製などに有効である。タンタ
ルの酸化膜は半導体デバイスのキャパシタ用誘電体膜と
して利用できる。チタンは二酸化チタン半導体電極とし
て、ルテニウム、イリジウム、タングステンの酸化物は
イオン導電性膜として、各種センサ−のセンシング物質
薄膜用あるいはクロミズム用薄膜として利用できる。ア
ルミニウム酸化物は各種デバイスの絶縁体薄膜として利
用できる。これらの酸化処理の酸化層の厚さは直径10
インチの領域内で±3%の分布に収まり、非常に良好な
均一性を得ることができた。
The treatment for oxidizing the material of the substrate is effective for producing an oxide superconductor, producing a metal oxide film of tantalum, titanium, ruthenium, iridium, tungsten, aluminum, etc., and producing an oxide film of silicon. The tantalum oxide film can be used as a dielectric film for a capacitor of a semiconductor device. Titanium can be used as a titanium dioxide semiconductor electrode, and ruthenium, iridium, and tungsten oxides can be used as an ion conductive film, as a thin film for sensing materials or chromism in various sensors. Aluminum oxide can be used as an insulator thin film for various devices. The thickness of the oxide layer in these oxidation treatments is 10 mm in diameter.
The distribution was within ± 3% within the inch area, and very good uniformity could be obtained.

【0040】図3は本発明の第2実施例の正面断面図で
ある。図1に示す実施例とは、マルチカスプ磁場発生機
構が異なっており、その他の部分は同じである。したが
って、図1の実施例と同じ部分には同じ符号を付けてあ
る。この実施例のマルチカスプ磁場発生機構90aは、
その側壁の外側において上下方向に磁極を交互に配置す
ることによってリング状のマルチカスプ磁場を形成して
いる。また、処理室3の上側と下側にも磁石を配置して
いる。各磁石91aは図1に示す磁石よりも小型にし
て、かつ、密に配置している。この実施例では、図1の
実施例に比べてマルチカスプ磁場発生機構の製作に手数
がかかるが、処理室内での活性種の利用効率を上げるこ
とができる。
FIG. 3 is a front sectional view of a second embodiment of the present invention. The embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the multi-cusp magnetic field generating mechanism, and the other parts are the same. Therefore, the same parts as those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The multi-cusp magnetic field generating mechanism 90a according to this embodiment includes:
A ring-shaped multi-cusp magnetic field is formed by alternately arranging magnetic poles in the vertical direction outside the side wall. Further, magnets are arranged on the upper and lower sides of the processing chamber 3. Each magnet 91a is smaller and more densely arranged than the magnet shown in FIG. In this embodiment, it takes more time to manufacture the multi-cusp magnetic field generating mechanism than in the embodiment of FIG. 1, but it is possible to increase the utilization efficiency of the active species in the processing chamber.

【0041】図4は本発明の第3実施例の正面断面図で
ある。図1に示す実施例とは、放電管51の周囲に放電
用磁場発生機構を設けた点が異なっており、その他の部
分は同じである。したがって、図1の実施例と同じ部分
には同じ符号を付けてある。この実施例では、放電管5
1の外側のアンテナ52の周囲に、電磁石55からなる
磁場発生機構を設けてある。これにより、放電管51の
内部には、上下方向に磁場が形成される。放電管51の
内部に磁場を発生させると、低圧力での高温非平衡プラ
ズマ60の発生およびその維持が容易になる。
FIG. 4 is a front sectional view of a third embodiment of the present invention. The embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that a discharge magnetic field generating mechanism is provided around a discharge tube 51, and the other parts are the same. Therefore, the same parts as those in the embodiment of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the discharge tube 5
A magnetic field generating mechanism including an electromagnet 55 is provided around the antenna 52 outside the first antenna. As a result, a magnetic field is formed vertically inside the discharge tube 51. Generating a magnetic field inside the discharge tube 51 facilitates generation and maintenance of the high-temperature non-equilibrium plasma 60 at a low pressure.

【0042】図5は本発明の第4実施例の正面断面図で
ある。この実施例は、図3に示す装置に、図4に示す放
電用磁場発生機構を組み合わせたものであり、さらに、
放電管51の周囲のアンテナ52aの形状を改良したも
のである。このアンテナ52aの形状を図6(A)に示
す。このアンテナ52aは、図1に示すようなコイル状
ではなくて、二つのリングを上下方向に間隔をあけて配
置したような形状になっている。ただし、これらのリン
グは1本の導体で連続している。この形状のアンテナを
用いると、より高いイオン密度の高温非平衡プラズマを
発生させることができる。図6(B)は同様のアンテナ
の別の実施例であり、アンテナ52bの根元の部分は同
軸ケーブル52cとなっている。
FIG. 5 is a front sectional view of a fourth embodiment of the present invention. This embodiment combines the apparatus shown in FIG. 3 with the discharge magnetic field generating mechanism shown in FIG.
This is an improvement of the shape of the antenna 52a around the discharge tube 51. FIG. 6A shows the shape of the antenna 52a. The antenna 52a is not a coil as shown in FIG. 1, but has a shape in which two rings are arranged at an interval in the vertical direction. However, these rings are continuous with one conductor. When an antenna having this shape is used, a high-temperature non-equilibrium plasma having a higher ion density can be generated. FIG. 6B shows another embodiment of a similar antenna, in which a root portion of the antenna 52b is a coaxial cable 52c.

【0043】図7は本発明の第5実施例の正面断面図で
ある。この実施例は図1の装置から第1の気体導入機構
70を取り除いたものである。このようにすると、活性
種の発生の観点からは上述の通り不利であるが、装置製
造上の観点からは、放電管51の加工及び取り付けが容
易となる利点がある。
FIG. 7 is a front sectional view of a fifth embodiment of the present invention. This embodiment is obtained by removing the first gas introduction mechanism 70 from the apparatus shown in FIG. This is disadvantageous from the viewpoint of generation of active species as described above, but has an advantage that processing and mounting of the discharge tube 51 are facilitated from the viewpoint of device manufacturing.

【0044】次に、プラズマ処理に寄与する中性活性種
の種類と、中性活性種反射部材の材質との組み合わせに
ついて述べる。次の表1はプラズマ処理の目的と、その
処理に関与する中性活性種と、その中性活性種を効果的
に反射するための反射部材の材質とを示すものである。
反射部材の材質の一部は略号で示してあるが、その意味
は表の下に示す。
Next, the combination of the type of neutral active species contributing to the plasma treatment and the material of the neutral active species reflecting member will be described. Table 1 below shows the purpose of the plasma processing, the neutral active species involved in the processing, and the material of the reflecting member for effectively reflecting the neutral active species.
Some of the materials of the reflection member are indicated by abbreviations, and their meanings are shown below the table.

【0045】[0045]

【表1】 処理目的 中性活性種 反射部材 SiO2 堆積 O原子 SG、PG、AO、TF SiN堆積 N原子 SG、PG、AO、SiN エッチング F原子 TF、AO エッチング Cl原子 TF、SG、PG、AO ダイヤモンド膜堆積 H原子 SiC、SiN、SG、PG、AO ダイヤモンドライク カーボン膜堆積 H原子 SiC、SiN、SG、PG、AO ただし、 SG…石英ガラス PG…パイレックス(登録商標)
ガラス AO…Al23 TF…ポリテトラフルオルエチレ
[Table 1] Treatment purpose Neutral active species Reflective member SiO2 deposition O atom SG, PG, AO, TF SiN deposition N atom SG, PG, AO, SiN Etching F atom TF, AO etching Cl atom TF, SG, PG, AO Diamond film deposition H atom SiC, SiN, SG, PG, AO Diamond-like carbon film deposition H atom SiC, SiN, SG, PG, AO However, SG: quartz glass PG: Pyrex (registered trademark)
Glass AO: Al 2 O 3 TF: Polytetrafluoroethylene

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明は、高温非平衡プラズマを用いて
多量の中性活性種を生成するとともに、マルチカスプ磁
場によって処理室内のプラズマを処理室の内壁面から離
すようにしたので、中性活性種反射部材で処理室の内壁
面を覆うことが可能になり、中性活性種の無駄な減少を
防ぐことができる。その結果、高速かつ均一に大面積に
わたって良質の基板処理が可能となった。
According to the present invention, a large amount of neutral active species is generated using high-temperature non-equilibrium plasma, and the plasma in the processing chamber is separated from the inner wall surface of the processing chamber by a multi-cusp magnetic field. It is possible to cover the inner wall surface of the processing chamber with the seed reflection member, and it is possible to prevent the neutral active species from being wasted. As a result, high-quality substrate processing can be performed at high speed and uniformly over a large area.

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

【図1】本発明の第1実施例の正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線断面図と、処理室壁面近傍の拡
大水平断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and an enlarged horizontal cross-sectional view near a processing chamber wall surface.

【図3】本発明の第2実施例の正面断面図である。FIG. 3 is a front sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例の正面断面図である。FIG. 4 is a front sectional view of a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4実施例の正面断面図である。FIG. 5 is a front sectional view of a fourth embodiment of the present invention.

【図6】図5に示した実施例のアンテナの形状を示す斜
視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing the shape of the antenna of the embodiment shown in FIG.

【図7】本発明の第5実施例の正面断面図である。FIG. 7 is a front sectional view of a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板 2…基板ホルダ− 3…処理室 4…活性種 20…温度調整機構 30…電位制御機構 40…排気機構 50…高温非平衡プラズマ発生機構 60…高温非平衡プラズマ 70…第1の気体導入機構 80…第2の気体導入機構 90…マルチカスプ磁場発生機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Substrate holder 3 ... Processing chamber 4 ... Active species 20 ... Temperature adjustment mechanism 30 ... Potential control mechanism 40 ... Exhaust mechanism 50 ... High-temperature non-equilibrium plasma generation mechanism 60 ... High-temperature non-equilibrium plasma 70 ... First gas Introducing mechanism 80: Second gas introducing mechanism 90: Multi-cusp magnetic field generating mechanism

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 C23F 1/00 - 4/04 H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1/46 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 16/00-16/56 C23F 1/00-4/04 H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1 / 46 JICST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中性活性種を発生するプラズマ発生室
と、プラズマ発生室に隣接して配置された処理室と、処
理室内に設置されて被処理基板を保持する基板ホルダ−
と、プラズマ発生室と処理室内とを真空に排気する排気
機構と、被処理基板の表面処理に必要な気体をプラズマ
発生室と処理室の少なくとも一方に導入する気体導入機
構とを備えるプラズマ処理装置において、処理室の内部にマルチカスプ磁場を形成するとともに、
処理室の内壁面のうち、マルチカスプ磁場の尖点付近以
外の壁面を中性活性種反射部材で覆い、この中性活性種
反射部材の材質を処理室構成部材の材質と異ならせたこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A plasma generating chamber for generating neutral active species, a processing chamber disposed adjacent to the plasma generating chamber, and a substrate holder installed in the processing chamber and holding a substrate to be processed.
A plasma processing apparatus, comprising: an exhaust mechanism for evacuating the plasma generation chamber and the processing chamber to a vacuum; and a gas introduction mechanism for introducing gas required for surface processing of the substrate to be processed into at least one of the plasma generation chamber and the processing chamber. Oite the location, to form a multi-cusp magnetic field in the processing chamber,
On the inner wall of the processing chamber, near the cusp of the multi-cusp magnetic field
The outer wall is covered with a reflection member of neutral active species, and this neutral active species
The material of the reflection member is different from that of the processing chamber components.
And a plasma processing apparatus.
【請求項2】 前記中性活性種反射部材の材質は酸化
物、フッ素樹脂、ケイ素化合物のいずれかであることを
特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
2. The material of said neutral active species reflecting member is oxidized.
Substance, fluororesin or silicon compound
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein:
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