JPH0463275A - Microwave plasma device - Google Patents

Microwave plasma device

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Publication number
JPH0463275A
JPH0463275A JP2175646A JP17564690A JPH0463275A JP H0463275 A JPH0463275 A JP H0463275A JP 2175646 A JP2175646 A JP 2175646A JP 17564690 A JP17564690 A JP 17564690A JP H0463275 A JPH0463275 A JP H0463275A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
plasma
sample
chamber
sample chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP2175646A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taku Inoue
卓 井上
Masahiko Tanaka
雅彦 田中
Masashi Kondo
真史 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP2175646A priority Critical patent/JPH0463275A/en
Publication of JPH0463275A publication Critical patent/JPH0463275A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To efficiently produce plasma in a plasma chamber by providing a main body coil around the plasma producing chamber, a sample chamber coil around a sample chamber and an expanded coil close to the connection between the plasma producing chamber and sample chamber and generating a magnetic field with the polarity opposite to those of the expanded coil and main body coil in the expanded coil. CONSTITUTION:A main body coil 30 is arranged almost concentrically with a plasma producing chamber 11 around the plasma producing chamber 11 and a waveguide 14, and the main body coil 30 is formed with three coils 30a, 30b and 30c through which a current is separately passed. An expanded coil 31 is arranged almost concentrically with a sample chamber 17 in the sample chamber 17 close to the connection between the plasma producing chamber 11 at the lower part of the main body coil 30 and the sample chamber 17, and a magnetic field with the polarity opposite to those of the main body coil 30 and sample chamber coil 32 is generated in the expanded coil 31. The sample chamber coil 32 is arranged almost concentrically with the sample chamber 17 around the sample chamber 17 below the expanded coil 31, and a mirror field generating coil 33 is furnished below a sample holder 19.

Description

【発明の詳細な説明】 り東上凹皿■ユI 本発明はマイクロ波プラズマ装置に関し、より詳しくは
主として半導体製造プロセスにおいてCV D (Ch
emical Vapour Depositionl
装置、エツチング装置等として用いられるマイクロ波プ
ラズマ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a microwave plasma device, and more specifically, mainly to a semiconductor manufacturing process.
chemical vapor deposition
The present invention relates to a microwave plasma device used as an etching device, etching device, etc.

1東凹弦l 電子サイクロトロン共鳴(以下ECRと記す)励起によ
りプラズマを発生させる方法は、低ガス圧力で電離度の
高いプラズマを生成でき、イオンエネルギの広範な選択
が可能であり、また大きなイオン電流がとれ、イオン流
の指向性及び均一性に優れる等の利点を有している。こ
のため、高周波半導体素子等の製造における薄膜形成や
エツチング等のプロセスには欠かせないものとして、盛
んに研究開発が進められている。
The method of generating plasma by excitation of electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as ECR) can generate plasma with a high degree of ionization at low gas pressure, allows a wide selection of ion energies, and can generate large ions. It has advantages such as being able to carry a current and having excellent directionality and uniformity of ion flow. For this reason, active research and development is progressing on it as an indispensable device for processes such as thin film formation and etching in the manufacture of high-frequency semiconductor devices and the like.

第3図は従来のマイクロ波プラズマ装置の一例としての
エツチング装置を模式的に示した断面図であり、図中1
1はプラズマ生成室を示している。プラズマ生成室11
は、内部に冷却水路11aが形成された円筒形状をなす
周壁11bと、上部壁11cと、下部壁11dとにより
仕切られて構成されており、上部壁11cの略中夫には
マイクロ波導入口12が形成されている。マイクロ波導
入口12は、その上部に配設されたマイクロ波導入窓1
3によって封止されており、マイクロ波導入口12には
、このマイクロ波導入窓13を介して導波管14の下端
が接続されている。導波管14の上端は、図示しないマ
イクロ波発振器に接続され、マイクロ波発振器で発生し
たマイクロ波は、導波管14及びマイクロ波導入窓13
を介してプラズマ生成室11内へ導かれるようになって
いる。さらに、上部壁11cにはガス供給管15が接続
されており、プラズマ生成室11及び導波管14の下端
側にわたってその周りには、プラズマ生成室11と略同
心状に励磁コイル18が配設されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an etching device as an example of a conventional microwave plasma device.
1 indicates a plasma generation chamber. Plasma generation chamber 11
is partitioned by a peripheral wall 11b having a cylindrical shape in which a cooling water channel 11a is formed, an upper wall 11c, and a lower wall 11d, and a microwave inlet 12 is provided approximately at the center of the upper wall 11c. is formed. The microwave introduction port 12 has a microwave introduction window 1 disposed above it.
3, and the lower end of a waveguide 14 is connected to the microwave introduction port 12 via this microwave introduction window 13. The upper end of the waveguide 14 is connected to a microwave oscillator (not shown), and the microwave generated by the microwave oscillator is transmitted to the waveguide 14 and the microwave introduction window 13.
It is designed to be guided into the plasma generation chamber 11 through. Further, a gas supply pipe 15 is connected to the upper wall 11c, and an excitation coil 18 is arranged around the lower end of the plasma generation chamber 11 and the waveguide 14, approximately concentrically with the plasma generation chamber 11. has been done.

一方、プラズマ生成室11の下部壁lidには、プラズ
マ引き出し窓16が形成されており、プラズマ引き出し
窓16の下方にはプラズマ引き出し窓16によりプラズ
マ生成室11と連通する試料室17が配設されている。
On the other hand, a plasma extraction window 16 is formed in the lower wall lid of the plasma generation chamber 11, and a sample chamber 17 is arranged below the plasma extraction window 16 and communicates with the plasma generation chamber 11 through the plasma extraction window 16. ing.

試料室17のプラズマ引き出し窓16に対向する箇所に
は、試料8を静電チャック等により保持する試料台19
が配設され、試料室17の下部壁には、図示しない排気
装置に接続される排気口20が形成されている。
A sample stage 19 that holds the sample 8 with an electrostatic chuck or the like is provided at a location facing the plasma draw-out window 16 of the sample chamber 17.
An exhaust port 20 connected to an exhaust device (not shown) is formed in the lower wall of the sample chamber 17.

このように構成されているマイクロ波プラズマ装置を用
いて試料Sにエツチング処理を施す場合は、まずプラズ
マ生成室11及び試料室17内を所要の真空度に設定し
、次いでプラズマ生成室11内にガス供給管15を通し
て所要のガスを供給した後、励磁コイル18で磁界を形
成しつつ導波管14よりプラズマ生成室11内にマイク
ロ波を導入する。するとプラズマ生成室11を空洞共振
器としてガスが共鳴励起され、プラズマ生成室11内で
プラズマが発生する。発生したプラズマは、励磁コイル
15によって形成された、試料室17側に向かうに従い
磁束密度が低下している発散磁界により、試料室17内
の試料S周辺に投射され、これにより試料S表面にエツ
チングが施される。
When etching the sample S using the microwave plasma apparatus configured as described above, first set the plasma generation chamber 11 and the sample chamber 17 to the required degree of vacuum, and then After a required gas is supplied through the gas supply pipe 15, microwaves are introduced into the plasma generation chamber 11 through the waveguide 14 while forming a magnetic field with the excitation coil 18. Then, the gas is resonantly excited using the plasma generation chamber 11 as a cavity resonator, and plasma is generated within the plasma generation chamber 11. The generated plasma is projected around the sample S in the sample chamber 17 by a divergent magnetic field formed by the excitation coil 15 and whose magnetic flux density decreases toward the sample chamber 17, thereby etching the surface of the sample S. will be applied.

また、従来においては、上記した装置の他に第4図に示
したプラズマプロセス装置も提案されている(特開昭6
4−81213号公報)。すなわち、第4図において励
磁コイル28は、個別に電流を通電し得る2個のコイル
28a、28bから構成されており、励磁コイル28の
外周面、上面及び内周面上部は、それぞれ磁性体29a
、29b及び29cで被覆されている。磁性体29cの
下端部は導波管14の下端近傍で内側に向けて折曲され
、縁部29dが形成されており、またコイル28aと2
8bとの間にも磁性体29eが介装されている。
Furthermore, in addition to the above-mentioned apparatus, a plasma processing apparatus shown in FIG.
4-81213). That is, in FIG. 4, the excitation coil 28 is composed of two coils 28a and 28b that can be individually energized, and the outer circumferential surface, upper surface, and upper inner circumferential surface of the excitation coil 28 are each covered with a magnetic material 29a.
, 29b and 29c. The lower end of the magnetic body 29c is bent inward near the lower end of the waveguide 14 to form an edge 29d, and the coil 28a and 2
A magnetic body 29e is also interposed between the magnetic body 8b and the magnetic body 29e.

この装置においては、磁性体29a、29b、29c、
29d及び29eにより磁路が構成され、コイル28a
、28bに通流する電流を調節することによって第5図
に示したような磁界分布が形成される。そしてこの磁場
構成により、プラズマ生成室11内にECR条件を満た
す領域が太き(形成されてプラズマの生成が効率良く行
なわれ、またマイクロ波導入口12に向かうプラズマ流
が抑えられて、マイクロ波導入窓13への熱負荷が抑制
される。
In this device, magnetic bodies 29a, 29b, 29c,
29d and 29e constitute a magnetic path, and the coil 28a
, 28b, a magnetic field distribution as shown in FIG. 5 is formed. Due to this magnetic field configuration, a large region (formed) that satisfies the ECR conditions is formed in the plasma generation chamber 11, so that plasma generation is performed efficiently, and the plasma flow toward the microwave introduction port 12 is suppressed, so that the microwave can be introduced. Thermal load on the window 13 is suppressed.

明が”しようとする課題 しかしながら、上記したいずれのマイクロ波プラズマ装
置においても、励磁コイル18.28により形成される
磁界が、試料室17側に向かうに従い磁束密度が低下す
る発散磁界であるため、試料S表面に磁力線が斜めに入
射する。そして荷電粒子は磁力線に沿って運動するため
、エツチングや成膜に寄与するプラズマ中のイオンが試
料Sに斜めに入射し、エツチング形状が斜めになったリ
、均一に成膜されないという問題が発生していた。
However, in any of the above-mentioned microwave plasma devices, the magnetic field formed by the excitation coil 18, 28 is a divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases as it moves toward the sample chamber 17 side. Magnetic field lines are obliquely incident on the surface of sample S. Since the charged particles move along the magnetic field lines, ions in the plasma that contribute to etching and film formation are obliquely incident on sample S, resulting in an oblique etched shape. However, there was a problem that the film was not formed uniformly.

また、第3図に示したプラズマプロセス装置において形
成される単調発散磁界では、同し磁力線に沿ったプラズ
マ生成室11内の磁束管径と試料S近傍での磁束管径と
の比が大きく、従ってプラズマ生成室11内の狭い領域
からのプラズマのみが引き出され利用されることとなる
ため、効率が悪いという課題もあった。また、プラズマ
生成室11内で単調変化する磁界では、例えばECR励
起によりプラズマを発生させるに適した磁界強度領域は
、面状に分布するのみであり、プラズマ生成の効率が悪
かった。
Furthermore, in the monotonically divergent magnetic field formed in the plasma processing apparatus shown in FIG. 3, the ratio of the magnetic flux tube diameter in the plasma generation chamber 11 along the same magnetic field line to the magnetic flux tube diameter near the sample S is large; Therefore, only plasma from a narrow area within the plasma generation chamber 11 is drawn out and used, resulting in a problem of poor efficiency. Furthermore, in a magnetic field that monotonically changes within the plasma generation chamber 11, the magnetic field strength region suitable for generating plasma by ECR excitation, for example, is only distributed in a planar manner, resulting in poor plasma generation efficiency.

本発明は上記した課題に鑑みなされたものであり、プラ
ズマを効率良く生成することができ、生成されたプラズ
マを大口径とすることができると共に、方向性の改善さ
れたイオン流を得ることができ、優れた形状のエツチン
グあるいは成膜を行なうことが可能なマイクロ波プラズ
マ装置を提供することを目的としている。
The present invention was made in view of the above-mentioned problems, and it is possible to efficiently generate plasma, make the generated plasma have a large diameter, and obtain an ion flow with improved directionality. The object of the present invention is to provide a microwave plasma apparatus that can perform etching or film formation of an excellent shape.

課 を解決する為の 段 上記した目的を達成するために本発明に係るマイクロ波
プラズマ装置は、電子サイクロトロン共鳴励起によりプ
ラズマを発生させるプラズマ生成室と、試料を載置する
試料台を備え、発生したプラズマが導入されて前記試料
に処理を施す試料室とを具備したマイクロ波プラズマ装
置において、少なくとも前記プラズマ生成室の外周部に
本体コイルが、前記試料室の外周部に試料室コイルが、
前記プラズマ生成室と前記試料室との接続部分近傍に拡
大コイルがそれぞれ配設され、該拡大コイルは前記本体
コイル及び前記試料室コイルと逆極性の磁場を形成する
ように構成されていることを特徴とし、 また上記した装置において、試料台下方にミラー磁場形
成用コイルが配設されていることを特徴とし、 さらに上記したいずれかの装置において、マイクロ波導
入窓近傍にミラー磁場が形成されるように構成されてい
ることを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, a microwave plasma device according to the present invention is provided with a plasma generation chamber that generates plasma by electron cyclotron resonance excitation, and a sample stage on which a sample is placed. A microwave plasma apparatus comprising a sample chamber into which plasma generated by the sample is introduced to process the sample, a main body coil at least at the outer circumference of the plasma generation chamber, a sample chamber coil at the outer circumference of the sample chamber,
Enlargement coils are disposed near the connecting portions of the plasma generation chamber and the sample chamber, and the enlargement coils are configured to form a magnetic field of opposite polarity to the main body coil and the sample chamber coil. Further, in any of the above devices, a mirror magnetic field forming coil is disposed below the sample stage, and further in any of the above devices, a mirror magnetic field is formed near the microwave introduction window. It is characterized by being configured as follows.

さらに、上記3つの装置において、本体コイル、拡大コ
イル及び試料室コイルのプラズマ生成室と試料室とを臨
む方向を除く外周部に、磁性体が配設されていることを
特徴としている。
Furthermore, the above three devices are characterized in that a magnetic material is disposed on the outer periphery of the main body coil, expansion coil, and sample chamber coil, except in the direction facing the plasma generation chamber and the sample chamber.

伍里 プラズマ生成効率や分布は多くの場合、磁界分布で決ま
り、またECRを使ったプラズマ生成法では主にECR
点てプラズマが強く生成される。
In many cases, the plasma generation efficiency and distribution are determined by the magnetic field distribution, and in plasma generation methods using ECR, the ECR
When lit, a strong plasma is generated.

上記した装置によれば、少なくとも前記プラズマ生成室
の外周部に本体コイルが、前記試料室の外周部に試料室
コイルが、前記プラズマ生成室と前記試料室との接続部
分近傍に拡大コイルがそれぞれ配設され、該拡大コイル
は前記本体コイル及び前記試料室コイルと逆極性の磁場
を形成するように構成されているので、前記本体コイル
、前記拡大コイル及び前記試料室コイルそれぞれに直流
電流を通流すると、前記本体コイルにより前記プラズマ
生成室のほぼ全域にわたって下向きの磁界が一様に形成
され、この磁界は前記拡大コイルによって形成された上
向きの磁界により、プラズマ引き出し窓周辺で拡げられ
る。拡大されたプラズマ引き出し窓から試料位置にかけ
ての磁界は、その中心でビアダル状に膨らむが、前記試
料室コイルによって前記試料室の中心軸方向に押されて
矯正され、この空間において互いに平行かつ、試料に対
して垂亘に入射する磁力線群が形成される。
According to the above-described apparatus, a main body coil is provided at least on the outer periphery of the plasma generation chamber, a sample chamber coil is provided on the outer periphery of the sample chamber, and an enlargement coil is provided near the connection between the plasma generation chamber and the sample chamber. The expansion coil is configured to form a magnetic field of opposite polarity to the main body coil and the sample chamber coil, so that direct current is passed through each of the main body coil, the expansion coil, and the sample chamber coil. When flowing, a downward magnetic field is uniformly formed by the main body coil over almost the entire area of the plasma generation chamber, and this magnetic field is expanded around the plasma extraction window by the upward magnetic field formed by the expansion coil. The magnetic field from the enlarged plasma extraction window to the sample position expands in the shape of a via dal at its center, but is pushed in the direction of the central axis of the sample chamber by the sample chamber coil and corrected. A group of magnetic lines of force are formed that are perpendicularly incident on the magnetic field.

従って、前記プラズマ生成室内にマイクロ波を導入する
と、前記プラズマ生成室内の広い領域において効率良く
プラズマが発生し、発生したほとんどのプラズマは、前
記本体コイルにより形成された磁界により前記試料室側
に引き出され、前記拡大コイルにより拡大された磁力線
群に沿ってプラズマ径が拡大される。この後、再び平行
な磁力線群に従って試料に投射され、プラズマ中のイオ
ンが試料に対して略垂直に入射する。
Therefore, when microwaves are introduced into the plasma generation chamber, plasma is efficiently generated in a wide area within the plasma generation chamber, and most of the generated plasma is drawn out to the sample chamber side by the magnetic field formed by the main body coil. Then, the plasma diameter is expanded along the group of magnetic lines of force expanded by the expansion coil. Thereafter, the plasma is again projected onto the sample along parallel lines of magnetic force, and the ions in the plasma are incident approximately perpendicularly onto the sample.

また上記した装置において、前記試料台下方にミラー磁
場形成用コイルが配設されている場合には、前記拡大コ
イルにより拡大された磁界は、前記試料台下部に形成さ
れたミラー磁場により縮小される。従って試料付近にお
いて平行かつ、試料に対して垂直に入射する磁力線群を
形成することが容易となる。
Furthermore, in the above-described apparatus, when a mirror magnetic field forming coil is disposed below the sample stand, the magnetic field expanded by the magnifying coil is reduced by the mirror magnetic field formed below the sample stand. . Therefore, it becomes easy to form a group of lines of magnetic force that are parallel to the sample and incident perpendicularly to the sample.

さらに上記したいずれかの装置において、前記マイクロ
波導入窓近傍にミラー磁場が形成されるように構成され
ている場合には、ミラー磁場によってプラズマ中の荷電
粒子がマイクロ導入窓側へ移動するのが抑制され、マイ
クロ波導入窓への°熱負荷が減少する。
Furthermore, in any of the above devices, if a mirror magnetic field is formed near the microwave introduction window, the mirror magnetic field suppresses charged particles in the plasma from moving toward the micro introduction window. This reduces the heat load on the microwave introduction window.

これら3つの装置において、本体コイル、拡大コイル及
び試料室コイルのプラズマ生成室と試料室とを臨む方向
を除く外周部に、磁性体が配設されている場合には、磁
界が集中され磁路が有効に利用できるので、少ない電力
で磁界が効果的に形成される。
In these three devices, if a magnetic material is disposed on the outer periphery of the main body coil, expansion coil, and sample chamber coil except in the direction facing the plasma generation chamber and sample chamber, the magnetic field will be concentrated and the magnetic path can be used effectively, so a magnetic field can be effectively created with less power.

!亘困 以下、本発明に係るマイクロ波プラズマ装置の実施例を
図面に基づいて説明する。なお、従来例と同一機能を有
する構成部品には同一の符合を付すこととする。
! Embodiments of the microwave plasma apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that components having the same functions as those of the conventional example are given the same reference numerals.

第1図は本発明に係るブラズプロセス装置の一実施例を
模式的に示した断面図であり、図中11は略円筒形状に
形成されたプラズマ生成室を示している。プラズマ生成
室11の上部の略中央箇所には、マイクロ波導入口12
が形成されており、マイクロ波導入口12は、その上部
に配設されたマイクロ波導入窓13によって封止されて
いる。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention, and reference numeral 11 in the figure indicates a plasma generation chamber formed in a substantially cylindrical shape. At approximately the center of the upper part of the plasma generation chamber 11, there is a microwave inlet 12.
is formed, and the microwave introduction port 12 is sealed by a microwave introduction window 13 disposed above the microwave introduction port 12.

マイクロ波導入口12には、このマイクロ波導入窓13
を介して導波管14の下端が接続され、導波管14の上
端は、図示しないマイクロ波発振器に接続されている。
The microwave introduction port 12 has this microwave introduction window 13.
The lower end of the waveguide 14 is connected via the waveguide 14, and the upper end of the waveguide 14 is connected to a microwave oscillator (not shown).

そしてマイクロ波発振器で発生したマイクロ波は、導波
管14及びマイクロ波導入窓13を介してプラズマ生成
室11内へ導かれるようになっている。
Microwaves generated by the microwave oscillator are guided into the plasma generation chamber 11 via the waveguide 14 and the microwave introduction window 13.

プラズマ生成室11の下部には、プラズマ引き出し窓1
6が形成されており、プラズマ引き出し窓16の下方に
はプラズマ引き出し窓16によりプラズマ生成室11と
連通ずる試料室17が配設されている。
At the bottom of the plasma generation chamber 11, there is a plasma extraction window 1.
A sample chamber 17 is provided below the plasma extraction window 16 and communicates with the plasma generation chamber 11 through the plasma extraction window 16.

また、試料室17のプラズマ引き出し窓16に対向する
箇所には、試料Sを静電チャック等により保持する試料
台19が配設されている。
Further, a sample stage 19 for holding the sample S using an electrostatic chuck or the like is provided at a location facing the plasma extraction window 16 of the sample chamber 17.

一方、プラズマ生成室11及び導波管14の下端側にわ
たってその周りには、プラズマ生成室11と略同心状に
本体コイル30が配設されており、本体コイル30は、
個別に電流を通流しうる3個のコイル30a、30b及
び30cで構成されている。この本体コイル30下方の
プラズマ生成室11と試料室17との接続部分近傍の試
料室17内には、試料室17と略同心状に拡大コイル3
1が配設されており、拡大コイル31は本体コイル30
及び後述する試料室コイル32と逆極性の磁場を形成す
るように構成されている。また拡大コイル31下方の試
料室17の外周には、試料室17と略同心状に試料室コ
イル32が配設され、試料台19の下方にはミラー磁場
形成用コイル33が配設されている。
On the other hand, a main body coil 30 is arranged around the lower end of the plasma generation chamber 11 and the waveguide 14 so as to be substantially concentric with the plasma generation chamber 11.
It is composed of three coils 30a, 30b, and 30c through which current can be passed individually. In the sample chamber 17 near the connecting part between the plasma generation chamber 11 and the sample chamber 17 below this main body coil 30, an enlarged coil 3 is provided approximately concentrically with the sample chamber 17.
1 is arranged, and the enlarged coil 31 is connected to the main body coil 30.
It is also configured to form a magnetic field of opposite polarity to that of the sample chamber coil 32, which will be described later. Further, a sample chamber coil 32 is disposed approximately concentrically with the sample chamber 17 on the outer periphery of the sample chamber 17 below the magnifying coil 31, and a mirror magnetic field forming coil 33 is disposed below the sample stage 19. .

このように構成されたマイクロ波プラズマ装置において
は、試料台19に試料Sを載置した後、プラズマ生成室
11及び試料室17内を所要の真空度に設定し、次いで
プラズマ生成室11内に図示しないガス供給管を通して
所要のガスを供給する。そして本体コイル30の各コイ
ル30a、30b、30cへのアンペアターンを調節し
て各コイル30a、30b、30cに直流電流を通流す
ると共に、拡大コイル31、試料室コイル32及びミラ
ー磁場形成用コイル33のそれぞれにも直流電流を通流
する。すると第1区に示したように、本体コイル30に
よりプラズマ生成室11のほぼ全域にわたって下向きの
磁界が一様に形成され、この磁界は拡大コイル31によ
って形成された上向きの磁界により、プラズマ引き出し
窓16周辺において拡げられる。そして拡大された磁界
は、ミラー磁場形成用コイル33により形成されたミラ
ー磁場により縮小される。このときプラズマ引き出し窓
16から試料S位置にかけての磁界は、その中心でビア
ダル状に膨らむが、試料室コイル32によって試料室1
7の中心軸方向に押されて矯正され、この空間において
互いに平行かつ、試料Sに対して垂直に入射する磁力線
群が形成される。
In the microwave plasma apparatus configured in this way, after placing the sample S on the sample stage 19, the inside of the plasma generation chamber 11 and the sample chamber 17 are set to the required degree of vacuum, and then the inside of the plasma generation chamber 11 is The required gas is supplied through a gas supply pipe (not shown). Then, the ampere turns to each coil 30a, 30b, 30c of the main body coil 30 are adjusted to pass a direct current through each coil 30a, 30b, 30c, and the expansion coil 31, sample chamber coil 32, and mirror magnetic field forming coil A direct current is also passed through each of 33. Then, as shown in the first section, a downward magnetic field is uniformly formed by the main body coil 30 over almost the entire area of the plasma generation chamber 11, and this magnetic field is caused by the upward magnetic field formed by the expansion coil 31 to extend through the plasma extraction window. It is expanded around 16. The expanded magnetic field is then reduced by the mirror magnetic field formed by the mirror magnetic field forming coil 33. At this time, the magnetic field from the plasma extraction window 16 to the sample S position expands in the shape of a via dal at its center, but the sample chamber coil 32
In this space, a group of magnetic lines of force are formed which are parallel to each other and incident perpendicularly to the sample S.

またこのとき、本体コイル30、拡大コイル31及び試
料室コイル32に通流する電流を調節することによって
、プラズマ生成室11から試料S位置に至る空間の所要
の位置に、875G(ECR励起によりプラズマを発生
させるに必要な磁界強度)以上の磁界強度が形成される
At this time, by adjusting the current flowing through the main body coil 30, expansion coil 31, and sample chamber coil 32, a plasma of 875G (by ECR excitation) is placed at a desired position in the space from the plasma generation chamber 11 to the sample S position. A magnetic field strength greater than the magnetic field strength required to generate a magnetic field is formed.

そして上記した如く磁界を形成しつつ、導波管14より
プラズマ生成室11内にマイクロ波を導入すると、プラ
ズマ生成室11を空洞共振器としてガスが共鳴励起され
、プラズマ生成室11内の広い領域において効率良くプ
ラズマが発生する。
When microwaves are introduced into the plasma generation chamber 11 from the waveguide 14 while forming a magnetic field as described above, gas is resonantly excited using the plasma generation chamber 11 as a cavity resonator, and a wide area within the plasma generation chamber 11 is excited. Plasma is generated efficiently in

発生したプラズマのほとんどは、本体コイル30により
形成された磁界により試料室17側に引き出され、拡大
コイル31により拡大された磁力線群に沿ってプラズマ
径が拡大された後、再び平行な磁力線群に従って試料S
に投射される。このことにより、プラズマ中のイオンが
試料Sに対して略垂直に入射し、試料S表面に優れた形
状のエツチングが行なわれることとなる。
Most of the generated plasma is drawn out to the sample chamber 17 side by the magnetic field formed by the main body coil 30, and after the plasma diameter is expanded along the group of magnetic lines of force expanded by the expansion coil 31, it is drawn out again along the group of parallel lines of magnetic force. Sample S
is projected on. As a result, ions in the plasma are incident on the sample S substantially perpendicularly, and the surface of the sample S is etched in an excellent shape.

なお上記装置においては、試料台19の下方にミラー磁
場形成用コイル33が配設されている場合について述べ
たが、ミラー磁場形成用コイル33の替わりに試料台1
9の下方にまで伸ばされた試料室コイル32を配設して
も良く、その場合にも上記と同様の効果を得ることがで
きる。
In the above-mentioned apparatus, a case has been described in which the mirror magnetic field forming coil 33 is disposed below the sample stage 19, but instead of the mirror magnetic field forming coil 33, the sample stage 1
The sample chamber coil 32 may be arranged to extend below the sample chamber 9, and the same effect as described above can be obtained in that case as well.

第2図は本体コイル30、拡大コイル31及び試料室コ
イル32のそれぞれ周辺に、さらに鉄等からなる磁性体
34を配設したときのプラズマプロセス装置内に形成さ
れた磁界の様子を示した模式図である。すなわち第2図
においては、本体コイル30の外周面、上面、下面及び
内周面上部には、それぞれ磁性体34a、34b、34
c及び34dが配設され、磁性体34cの下端部は導波
管14の下端近傍で内側に向けて折曲されて、縁部34
eが形成されている。また拡大コイル31の外周面、試
料室コイル32の外周面、上面及び下面にもそれぞれ、
磁性体34f、34g、34h、341が配設されてい
る。このように、本体コイル30、拡大コイル31及び
試料室コイル32のそれぞれのプラズマ生成室11と試
料室17とを臨む方向を除く外周部に、鉄等からなる磁
性体34を配設し、磁性体34による磁路を有効に利用
すれば、第2図に示したように少ない電力でも磁界の形
成を効果的に行なうことが可能となる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the state of the magnetic field formed in the plasma processing apparatus when a magnetic material 34 made of iron or the like is further disposed around each of the main body coil 30, expansion coil 31, and sample chamber coil 32. It is a diagram. That is, in FIG. 2, magnetic bodies 34a, 34b, and 34 are provided on the outer circumferential surface, upper surface, lower surface, and upper inner circumferential surface of the main body coil 30, respectively.
c and 34d, the lower end of the magnetic body 34c is bent inward near the lower end of the waveguide 14, and the edge 34
e is formed. Also, on the outer circumferential surface of the expansion coil 31, the outer circumferential surface, the upper surface, and the lower surface of the sample chamber coil 32, respectively.
Magnetic bodies 34f, 34g, 34h, and 341 are provided. In this way, a magnetic material 34 made of iron or the like is disposed on the outer periphery of each of the main body coil 30, expansion coil 31, and sample chamber coil 32, except in the direction facing the plasma generation chamber 11 and sample chamber 17. By effectively utilizing the magnetic path formed by the body 34, it is possible to effectively form a magnetic field even with a small amount of electric power, as shown in FIG.

また、上記したプラズマプロセス装置の別の実施例とし
て、第2図における本体コイル30の部分に代えて第4
図に示したように、プラズマ生成室11の外周部にコイ
ル28bに比べ、大きな磁界を発生させられるコイル2
8aが配設され、また磁性体29a、FiFi性体29
eが配設され、第5図に示した如くマイクロ波導入窓1
3近傍でミラー磁場が形成されるように構成されたもの
が挙げられる。この場合においては、ミラー磁場によっ
てプラズマ中の荷電粒子がマイクロ導入窓13側へ移動
するのが抑制されるため、マイクロ波導入窓13への熱
負荷を減少させることができる。従って、この装置にお
いては高マイクロ波パワーにも対応することができ、ま
た低マイクロ波゛パワーにおいてもプラズマ利用効率を
向上させることが可能となる。
In addition, as another embodiment of the plasma processing apparatus described above, a fourth coil 30 is provided instead of the main body coil 30 in FIG.
As shown in the figure, the coil 2 can generate a larger magnetic field at the outer circumference of the plasma generation chamber 11 than the coil 28b.
8a is arranged, and a magnetic body 29a, a FiFi body 29
e is arranged, and as shown in Fig. 5, the microwave introduction window 1
One example is one configured so that a mirror magnetic field is formed in the vicinity of 3. In this case, the mirror magnetic field suppresses the charged particles in the plasma from moving toward the micro-introduction window 13, so that the heat load on the microwave introduction window 13 can be reduced. Therefore, this device can cope with high microwave power, and can also improve plasma utilization efficiency even with low microwave power.

第4図では磁性体29a、29b、29eを配設する例
を示したが、これら磁性体29a、29b、29eはな
くてもよい。しかしながら磁性体29a、29b、29
eを配設する方が、磁力線の利用効率の上では有利であ
る。
Although FIG. 4 shows an example in which magnetic bodies 29a, 29b, and 29e are provided, these magnetic bodies 29a, 29b, and 29e may not be provided. However, magnetic bodies 29a, 29b, 29
It is more advantageous in terms of utilization efficiency of magnetic lines of force to arrange the magnetic field lines.

なお、上記したミラー磁場は、第1図に示した本体コイ
ル30を構成する各コイル30a、30b、30cの直
流電流を制御し、異なる強さの電流を通流することによ
っても形成することができる。
Note that the mirror magnetic field described above can also be formed by controlling the direct current of each coil 30a, 30b, and 30c constituting the main body coil 30 shown in FIG. 1, and passing currents of different strengths. can.

また、上記実施例においてはエツチング装置に用いられ
る場合について説明したが、CVD装置等に用いること
も可能であり、この場合は試料S表面に良好な膜を形成
することができる。
Furthermore, in the above embodiments, the case where the present invention is used in an etching apparatus has been described, but it is also possible to use it in a CVD apparatus or the like, and in this case, a good film can be formed on the surface of the sample S.

λ眠二盈呈 以上の説明により明らかなように、本発明に係るマイク
ロ波プラズマ装置にあっては、少なくとも前記プラズマ
生成室の外周部に本体コイルが、前記試料室の外周部に
試料室コイルが、前記ブラズマ生成室と前記試料室との
接続部分近傍に拡大コイルがそれぞれ配設され、該拡大
コイルは前記本体コイル及び前記試料室コイルと逆極性
の磁場を形成するように構成されているので、プラズマ
生成室内の広い領域でプラズマを効率良く発生させるこ
とができ、プラズマの輸送効率を改善することができる
。また大口径のプラズマが得られと共にプラズマ中のイ
オンを試料に対して略垂直に入射させることができる。
As is clear from the above explanation, in the microwave plasma apparatus according to the present invention, at least a main body coil is provided on the outer periphery of the plasma generation chamber, and a sample chamber coil is provided on the outer periphery of the sample chamber. However, an expansion coil is disposed near a connecting portion between the plasma generation chamber and the sample chamber, and the expansion coil is configured to form a magnetic field with a polarity opposite to that of the main body coil and the sample chamber coil. Therefore, plasma can be efficiently generated in a wide area within the plasma generation chamber, and plasma transport efficiency can be improved. In addition, a large-diameter plasma can be obtained, and ions in the plasma can be made substantially perpendicular to the sample.

従って、優れた形状のエツチングあるいは成膜を行なう
ことが可能となり、大口径の試料に対しても同様の効果
を得ることができる。
Therefore, it is possible to perform etching or film formation in an excellent shape, and the same effect can be obtained even on a large diameter sample.

また上記した装置において、試料台下方にミラーi場形
成用コイルが配設されている場合には、拡大コイルによ
り拡大された磁界を試料台下方に形成されたミラー磁場
により効率よく縮小することができる。従って、試料付
近において平行かつ、試料に対して垂直に入射する磁力
線群を容易に形成することができる。
In addition, in the above-mentioned apparatus, when a mirror i-field forming coil is arranged below the sample stage, the magnetic field expanded by the expansion coil can be efficiently reduced by the mirror magnetic field formed below the sample stage. can. Therefore, it is possible to easily form a group of lines of magnetic force that are parallel to the sample and incident perpendicularly to the sample.

さらに上記したいずれかの装置において、マイクロ波導
入窓近傍にミラー磁場が形成されるように構成されてい
る場合には、ミラー磁場によってプラズマ中の荷電粒子
が前記マイクロ導入窓側へ移動するのが抑制され、マイ
クロ波導入窓への熱負荷を減少させることができる。
Furthermore, in any of the above devices, if a mirror magnetic field is formed near the microwave introduction window, the mirror magnetic field suppresses the charged particles in the plasma from moving toward the micro introduction window. This reduces the heat load on the microwave introduction window.

さらに、上記3つの装置において、本体コイル、拡大コ
イル及び試料室コイルのプラズマ生成室と試料室とを臨
む方向を除く外周部に、m性体が配設されている場合に
は、磁界が集中され磁路が有効に利用できるので、少な
い電力で磁界を効果的に形成できる。従って、高マイク
ロ波パワーにも対応することができ、また低マイクロ波
パワーにおいてもプラズマ利用効率を向上させることが
可能となる。
Furthermore, in the above three devices, if the m-type body is arranged on the outer periphery of the main body coil, expansion coil, and sample chamber coil except in the direction facing the plasma generation chamber and sample chamber, the magnetic field will be concentrated. Since the magnetic path can be used effectively, a magnetic field can be effectively formed with less electric power. Therefore, it is possible to cope with high microwave power, and it is also possible to improve plasma utilization efficiency even at low microwave power.

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

第1図は本発明に係るマイクロ波プラズマ装置の一例を
模式的に示した断面図、第2図は第1図の装置にさらに
磁性体を配設したときのプラズマプロセス装置内におけ
る磁界の様子を示した模式図、第3図は従来のマイクロ
波プラズマ装置の一例としてのエツチング装置を模式的
に示した断面図、第4図は従来のマイクロ波プラズマ装
置の別の例としてのエツチング装置を模式的に示した断
面図、第5図は第4区に示した装置のプラズマ生成室内
における磁場強度分布を示したグラフである。 第1図 11・・・プラズマ生成室 13・・・マイクロ波導入窓 17・・・試料室    19・・・試料台30・・・
本体コイル 30a、30b、30 c ・・・コイル31・・・拡
大コイル  32・・・試料室コイル33・・・ミラー
磁場形成用コイル 34・・・磁性体 S・・・試料
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a microwave plasma device according to the present invention, and FIG. 2 is a state of the magnetic field in the plasma processing device when a magnetic material is further provided in the device of FIG. 1. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an etching device as an example of a conventional microwave plasma device, and FIG. 4 is a schematic diagram showing an etching device as another example of a conventional microwave plasma device. FIG. 5, which is a schematic cross-sectional view, is a graph showing the magnetic field strength distribution in the plasma generation chamber of the apparatus shown in Section 4. Fig. 1 11... Plasma generation chamber 13... Microwave introduction window 17... Sample chamber 19... Sample stage 30...
Main body coils 30a, 30b, 30c...Coil 31...Enlargement coil 32...Sample chamber coil 33...Mirror magnetic field forming coil 34...Magnetic body S...Sample

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発
生させるプラズマ生成室と、試料を載置する試料台を備
え、発生したプラズマが導入されて前記試料に処理を施
す試料室とを具備したマイクロ波プラズマ装置において
、少なくとも前記プラズマ生成室の外周部に本体コイル
が、前記試料室の外周部に試料室コイルが、前記プラズ
マ生成室と前記試料室との接続部分近傍に拡大コイルが
それぞれ配設され、該拡大コイルは前記本体コイル及び
前記試料室コイルと逆極性の磁場を形成するように構成
されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ装置。
(1) A microwave plasma device equipped with a plasma generation chamber that generates plasma by electron cyclotron resonance excitation, a sample chamber on which a sample is placed, and a sample chamber into which the generated plasma is introduced and processes the sample. A main body coil is disposed at least on the outer periphery of the plasma generation chamber, a sample chamber coil is disposed on the outer periphery of the sample chamber, and an enlargement coil is disposed near a connecting portion between the plasma generation chamber and the sample chamber, and A microwave plasma apparatus characterized in that the expansion coil is configured to form a magnetic field with a polarity opposite to that of the main body coil and the sample chamber coil.
(2)試料台下方にミラー磁場形成用コイルが配設され
ている請求項1記載のマイクロ波プラズマ装置。
(2) The microwave plasma apparatus according to claim 1, wherein a mirror magnetic field forming coil is disposed below the sample stage.
(3)マイクロ波導入窓近傍にミラー磁場が形成される
ように構成されている請求項1又は2記載のマイクロ波
プラズマ装置。
(3) The microwave plasma apparatus according to claim 1 or 2, wherein the microwave plasma apparatus is configured so that a mirror magnetic field is formed near the microwave introduction window.
(4)本体コイル、拡大コイル及び試料室コイルのプラ
ズマ生成室と試料室とを臨む方向を除く外周部に、磁性
体が配設されている請求項1、2又は3記載のマイクロ
波プラズマ装置。
(4) The microwave plasma device according to claim 1, 2 or 3, wherein a magnetic material is disposed on the outer periphery of the main body coil, the expansion coil, and the sample chamber coil, excluding the direction facing the plasma generation chamber and the sample chamber. .
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