JPH0252855B2 - - Google Patents

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JPH0252855B2
JPH0252855B2 JP59122491A JP12249184A JPH0252855B2 JP H0252855 B2 JPH0252855 B2 JP H0252855B2 JP 59122491 A JP59122491 A JP 59122491A JP 12249184 A JP12249184 A JP 12249184A JP H0252855 B2 JPH0252855 B2 JP H0252855B2
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JP
Japan
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plasma
magnetic field
torus
vacuum vessel
circuit manufacturing
Prior art date
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JP59122491A
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Japanese (ja)
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JPS611024A (en
Inventor
Shuji Nakao
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623Mechanical discharge control means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体回路製造装置に関し、特にプラ
ズマエツチング,プラズマCVP,プラズマ灰化,
プラズマ直接窒化膜形成などのプラズマを利用し
たプラズマプロセス装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to semiconductor circuit manufacturing equipment, and in particular, to plasma etching, plasma CVP, plasma ashing,
The present invention relates to a plasma processing apparatus that utilizes plasma, such as plasma direct nitride film formation.

〔従来技術〕[Prior art]

従来のこの装置におけるプラズマとしては、主
に磁界を印加しない非磁化プラズマが用いられて
いる。また磁界を印加するものとしては、直線形
磁界中の電子サイクロトロン共鳴(以下ECRと
略す)プラズマがある。
As the plasma in this conventional device, non-magnetized plasma to which no magnetic field is applied is mainly used. Further, as a device that applies a magnetic field, there is electron cyclotron resonance (hereinafter abbreviated as ECR) plasma in a linear magnetic field.

従来のプラズマ発生方法は、外部より磁界を印
加しない真空容器を真空ポンプにより減圧し、プ
ラズマ発生用ガスを適当な圧力,流量において容
器内に導入し、次いで、容器の内部もしくは外部
に設置されたコイル,平行平板電極などのアンテ
ナに高周波電力を印加することによりプラズマを
発生させるというものである。そしてこのプラズ
マにより発生した電荷粒子,フリーラジカルなど
が、容器内に置かれた半導体基板表面と物理的お
よび/もしくは化学的に反応することにより、所
期の効果を得るものである。
The conventional plasma generation method is to reduce the pressure of a vacuum container without applying an external magnetic field using a vacuum pump, introduce plasma generation gas into the container at an appropriate pressure and flow rate, and then place the plasma inside or outside the container. Plasma is generated by applying high-frequency power to an antenna such as a coil or parallel plate electrode. Charged particles, free radicals, etc. generated by this plasma react physically and/or chemically with the surface of the semiconductor substrate placed in the container, thereby obtaining the desired effect.

またプラズマの他の発生方法としては、直流放
電によるもの、ECR放電によるものなどがある。
また、荷電粒子の基板表面との反応を除去するた
め、金属メツシユなどにより、プラズマを遮断
し、荷電粒子の反応領域への流入を阻止するもの
もある。
Other methods of generating plasma include direct current discharge and ECR discharge.
In addition, in order to eliminate the reaction of charged particles with the substrate surface, some devices use a metal mesh or the like to block plasma and prevent charged particles from flowing into the reaction region.

従来のプラズマプロセス装置は以上のようなも
のであり、プラズマの制御が容易でなく、反応粒
子(例えば、陽イオン、フリーラジカル)を選択
的に半導体基板と反応させることが出来ない。ま
た、半導体基板表面のプラズマに対する電位の制
御が難しい。このため、荷粒電子の衝突による基
板の損傷,絶縁膜形成時のチヤージアツプによる
絶縁破壊などの欠点があつた。
Conventional plasma processing apparatuses are as described above, and it is not easy to control plasma, and it is not possible to selectively react reactive particles (eg, cations and free radicals) with a semiconductor substrate. Furthermore, it is difficult to control the potential of the plasma on the surface of the semiconductor substrate. This has resulted in drawbacks such as damage to the substrate due to collisions with charged particle electrons and dielectric breakdown due to charge build-up during the formation of the insulating film.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は上記のような従来のものの欠点を除去
するためになされたもので、単純トーラス形磁界
中のプラズマを利用することにより、プラズマの
制御が容易となり、半導体基板表面のチヤージア
ツプを防止でき、かつ正イオン,もしくは負イオ
ン及び電子,もしくはフリーラジカル等の中性粒
子を選択的に半導体基板と反応させることのでき
る半導体回路製造装置を提供することを目的とし
ている。
The present invention was made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional method, and by utilizing plasma in a simple toroidal magnetic field, plasma can be easily controlled, and charge up on the surface of a semiconductor substrate can be prevented. Another object of the present invention is to provide a semiconductor circuit manufacturing apparatus that can selectively react positive ions, negative ions, electrons, or neutral particles such as free radicals with a semiconductor substrate.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第1図は本発明の一実施例を示し、図におい
て、1はトーラス形真空容器であり、該容器1よ
り上,下及び外向きに出てい角ダクト1aは、該
容器1に半導体基板などを導入するポートであ
り、該ポート1aは容器1にプラズマを生成する
ためのマイクロ波電力を供給するマイクロ波供給
手段ともなつている。2はトロイダル磁界を発生
するトロイダルコイル、3はトーラスを含む面に
垂直方向の垂直磁界を発生する垂直磁場コイル、
4はトーラス1に沿う交流電界を電磁誘導により
発生し、該電界をプラズマに印加するトランスの
コア、5はトランスの一次巻線、6は半導体基板
を保持するマニピユレータ、7は半導体基板、8
はプラズマである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a torus-shaped vacuum container, and an angular duct 1a extending upward, downward, and outward from the container 1 is connected to a semiconductor substrate, etc. The port 1a also serves as a microwave supply means for supplying microwave power to the container 1 to generate plasma. 2 is a toroidal coil that generates a toroidal magnetic field; 3 is a vertical magnetic field coil that generates a perpendicular magnetic field perpendicular to the plane containing the torus;
4 is a core of a transformer that generates an alternating current electric field along the torus 1 by electromagnetic induction and applies the electric field to plasma; 5 is a primary winding of the transformer; 6 is a manipulator that holds a semiconductor substrate; 7 is a semiconductor substrate;
is plasma.

次に動作について説明する。トーラス形真空容
器1はプラズマの純度を高めるため高真空(約
10-8Torr)に排気する。さらに、水素のグロー
放電により表面の酸素,炭素などを除去し、清浄
化する。また、真空容器1の内面はプラズマによ
るスパツター、反応などを防ぐため、チタン窒化
物などの耐スパツター、耐反応物で被覆されてい
る。次にプラズマ発生用のガスを真空容器1に導
入する。続いて、トロイダルコイル2に電流を流
し、トロイダル磁界を発生する。次に、高電力マ
グネトロンなどにより生成されたマイクロ波をい
ずれかのポートより真空容器1に入射する。入射
マイクロ波の周波数が、トロイダル磁場による電
子サイクロトロン共鳴(ECR)周波数と一致す
ると、トーラス形真空容器1内にプラズマ8が発
生する。このプラズマの密度、電子温度は入射マ
イクロ波電力,ガス圧力により制御される。また
プラズマの径はトーラス形真空容器1の内壁もし
くは容器1内に設けるオリフイスにより制御され
る。半導体基板7はロードロツクなどを用い、容
器1全体を大気圧にすることなしに、真空容器1
のポートに導入され、マニピユレーター6により
保持される。
Next, the operation will be explained. The torus-shaped vacuum vessel 1 is placed in a high vacuum (approx.
10 -8 Torr). Furthermore, hydrogen glow discharge removes oxygen, carbon, etc. from the surface and cleans it. Further, the inner surface of the vacuum vessel 1 is coated with a sputter-resistant and reaction-resistant material such as titanium nitride to prevent sputtering and reactions caused by plasma. Next, a gas for plasma generation is introduced into the vacuum container 1. Next, a current is applied to the toroidal coil 2 to generate a toroidal magnetic field. Next, microwaves generated by a high-power magnetron or the like are introduced into the vacuum vessel 1 from one of the ports. When the frequency of the incident microwave matches the electron cyclotron resonance (ECR) frequency caused by the toroidal magnetic field, plasma 8 is generated within the torus-shaped vacuum vessel 1. The density of this plasma and the electron temperature are controlled by the incident microwave power and gas pressure. Further, the diameter of the plasma is controlled by an orifice provided on the inner wall of the torus-shaped vacuum vessel 1 or inside the vessel 1. The semiconductor substrate 7 is placed in the vacuum container 1 using a load lock or the like without bringing the entire container 1 to atmospheric pressure.
and is held by the manipulator 6.

本発明の特徴は、単純トーラス形磁界配位にお
ける、プラズマ粒子のドリフト運動を利用するこ
とにある。この磁界配位では、磁力線の曲がり、
及び磁界強度の傾きの効果により、第2図に示す
ように、荷電粒子はいわゆるトロイダルドリフト
する。このドリフトは粒子の電荷の符号によりそ
のドリフト方向が逆になるため、プラズマは上下
に分極し、これにより上下方向の電界が発生す
る。この電界とトロイダル磁界によるいわゆるE→
×B→ドリフトにより、荷電粒子は電荷の符号,質
量などによらず、同じ速度でトーラスの外側へド
リフトする。このように正に荷電した粒子10と
負に荷電した粒子9が同じ速度をもつてトーラス
の外側の壁に入射するので、従来のプラズマ発生
法では必然的に生じていた、いわゆるシースがほ
とんど生じない。これにより、シースの電界で加
速された粒子による基板の損傷,また、一方に荷
電した粒子が集まることによるチヤージアツプが
防止される。またチヤージアツプを無視できる工
程においてはトーラス容器の上下に半導体基板を
設置することにより負に荷電した粒子もしくは正
に荷電した粒子の一方を選択的に半導体基板と反
応させることが可能である。
A feature of the present invention is that it utilizes the drift motion of plasma particles in a simple torus-shaped magnetic field configuration. In this magnetic field configuration, the bending of the magnetic field lines,
Due to the effect of the gradient of the magnetic field strength and the gradient of the magnetic field strength, the charged particles undergo a so-called toroidal drift as shown in FIG. Since the direction of this drift is reversed depending on the sign of the charge on the particles, the plasma is polarized vertically, thereby generating an electric field in the vertical direction. The so-called E→ due to this electric field and toroidal magnetic field
Due to xB→drift, charged particles drift toward the outside of the torus at the same speed, regardless of the sign of charge, mass, etc. Since the positively charged particles 10 and the negatively charged particles 9 are incident on the outer wall of the torus with the same velocity, the so-called sheath that inevitably occurs in conventional plasma generation methods is almost completely generated. do not have. This prevents damage to the substrate caused by particles accelerated by the electric field of the sheath, and also prevents charge-up caused by charged particles gathering on one side. Furthermore, in a process in which charge up can be ignored, it is possible to selectively react either negatively charged particles or positively charged particles with the semiconductor substrate by placing semiconductor substrates above and below the torus container.

また、垂直磁界コイル3によりプラズマに垂直
磁界を印加することにより分極した電荷が磁力線
に沿う電子流により短絡され、上下方向の電界が
減少し、これにより径方向のプラズマ流が減少す
ることが知られている。この現象を利用すること
により半導体基板表面へのプラズマ流量の制御が
可能になる。また、トランス4,5を用い、プラ
ズマに交流電界を印加することにより、プラズマ
密度の上昇が可能となる。更にマイクロ波電力の
増減と交流電界とを併用することによりプラズマ
諸量の制御が容易になり、各種の半導体回路製造
工程に適合させることが容易となる。
It is also known that by applying a vertical magnetic field to the plasma using the vertical magnetic field coil 3, the polarized charges are short-circuited by the electron flow along the magnetic field lines, reducing the vertical electric field and thereby reducing the radial plasma flow. It is being By utilizing this phenomenon, it becomes possible to control the plasma flow rate to the semiconductor substrate surface. Further, by applying an alternating current electric field to the plasma using the transformers 4 and 5, it is possible to increase the plasma density. Furthermore, by using both the increase and decrease of microwave power and the alternating current electric field, it becomes easy to control various plasma quantities, and it becomes easy to adapt the method to various semiconductor circuit manufacturing processes.

このように本実施例装置では、トーラス形真空
容器の外側に設置した半導体基板に対してはチヤ
ージアツプの防止が可能であり、真空容器の上下
に設置した半導体基板に対しては、荷電粒子をそ
の電荷により選択的に反応させることが可能であ
る。またプラズマの制御も容易になる。
In this way, in this embodiment, it is possible to prevent charge up on semiconductor substrates placed outside the torus-shaped vacuum vessel, and it is possible to prevent charged particles from occurring on semiconductor substrates placed above and below the vacuum vessel. It is possible to react selectively depending on the charge. Also, plasma control becomes easier.

なお、上記実施例ではトーラスにおけるプラズ
マの発生をECF法により行なつた場合を説明し
たが、RF放電,CD放電を用いてもよく、上記実
施例と同様の効果を奏する。
In the above embodiment, a case has been described in which plasma is generated in the torus by the ECF method, but RF discharge or CD discharge may also be used, and the same effects as in the above embodiment can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明に係る半導体回路製造
装置によれば、単純トーラス磁界中で生成したプ
ラズマを利用するようにしたので、トーラス形真
空容器の外側に設置した半導体基板に対してはチ
ヤージアツプの防止が可能であり、上下に設置し
た半導体基板に対しては、荷電粒子をその電荷に
より選択的に反応させることが可能であり、また
プラズマの制御も容易になるという効果が得られ
る。
As described above, according to the semiconductor circuit manufacturing apparatus according to the present invention, plasma generated in a simple toroidal magnetic field is utilized, so that no charge up is caused to the semiconductor substrate placed outside the toroidal vacuum container. It is possible to prevent this, and it is possible to selectively cause charged particles to react with the semiconductor substrates placed above and below depending on their charges, and the plasma can be easily controlled.

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

第1図はこの発明の一実施例による半導体回路
製造装置を示す斜視図、第2図は単純トロイダル
磁界中でのプラズマ粒子の運動を示す概念図であ
る。 1…トーラス形真空容器、1a…角ダクト(マ
イクロ波供給手段)、2…トロイダルコイル、3
…垂直磁界コイル、4…トランスのコア、5…ト
ランスの一次巻線、6…マニピユレーター、7…
半導体基板、8…プラズマ、9…負に荷電した粒
子、10…正に荷電した粒子。なお図中同一符号
は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor circuit manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing the movement of plasma particles in a simple toroidal magnetic field. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Torus-shaped vacuum container, 1a... Square duct (microwave supply means), 2... Toroidal coil, 3
...Vertical magnetic field coil, 4... Core of transformer, 5... Primary winding of transformer, 6... Manipulator, 7...
Semiconductor substrate, 8... Plasma, 9... Negatively charged particles, 10... Positively charged particles. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 プラズマを利用する半導体回路製造装置にお
いて、単純トーラス形真空容器と、該真空容器内
に垂直直流磁界を形成するコイルと、上記真空容
器内にマイクロ波を供給しプラズマを生成するマ
イクロ波供給手段と、該生成されたプラズマに交
流電界を印加するトランスとを備えたことを特徴
とする半導体回路製造装置。 2 上記垂直直流磁界,マイクロ波または交流電
界の強度の制御によりプラズマの諸量を制御可能
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体回路製造装置。
[Claims] 1. A semiconductor circuit manufacturing apparatus using plasma, which includes a simple torus-shaped vacuum vessel, a coil that forms a vertical DC magnetic field within the vacuum vessel, and a plasma generated by supplying microwaves into the vacuum vessel. A semiconductor circuit manufacturing apparatus comprising: a microwave supply means for generating microwaves; and a transformer for applying an alternating current electric field to the generated plasma. 2. The semiconductor circuit manufacturing apparatus according to claim 1, wherein various quantities of plasma can be controlled by controlling the intensity of the vertical DC magnetic field, microwave, or AC electric field.
JP59122491A 1984-06-12 1984-06-12 Manufacturing apparatus of semiconductor circuit Granted JPS611024A (en)

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