JPH0724239B2 - Method and apparatus for generating a large volume of magnetic plasma - Google Patents

Method and apparatus for generating a large volume of magnetic plasma

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JPH0724239B2
JPH0724239B2 JP61502794A JP50279486A JPH0724239B2 JP H0724239 B2 JPH0724239 B2 JP H0724239B2 JP 61502794 A JP61502794 A JP 61502794A JP 50279486 A JP50279486 A JP 50279486A JP H0724239 B2 JPH0724239 B2 JP H0724239B2
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cavity
gas
plasma
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ions
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JP61502794A
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Japanese (ja)
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JPS62502786A (en
Inventor
ボスウエル、ロードリツク・ウイリアム
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ジ・オ−ストラリアン・ナシヨナル・ユニバ−シテイ
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、プラズマの発生に関する。具体的には、低圧
で高密度プラズマを発生することに関する。本発明は、
乾式エツチングや、材料の表面性質の変性に使用する絶
縁空洞内の大容積プラズマの発生に特に有効であるが、
これらの用途に限定されるものではない。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to plasma generation. Specifically, it relates to generating high density plasma at low pressure. The present invention is
Especially effective for dry etching and for generating large volume plasma in insulating cavities used to modify the surface properties of materials,
It is not limited to these uses.

背景技術 エツチングなどの目的にプラズマを使用することは周知
である。プラズマエツチングに関する良著に、Hewlett
Packard Journal(1982年8月号、19〜23頁)に記載さ
れた「乾式エツチング:展望」Paul J Marcoux著があ
る。
BACKGROUND ART The use of plasma for purposes such as etching is well known. Good work on plasma etching, Hewlett
There is "Jet Dry Etching: A Perspective" by Paul J Marcoux in the Packard Journal (August 1982, p. 19-23).

プラズマ発生に使われる装置は、次のものからなる。The equipment used for plasma generation consists of:

a)電気絶縁室(普通は、放電管と呼ばれ、その中にプ
ラズマが発生する)。
a) Electrically insulating chamber (commonly called a discharge tube in which plasma is generated).

b)真空ポンプ(放電管内を低圧にして保持する)。b) Vacuum pump (holding the inside of the discharge tube at a low pressure).

c)ガス供給源(放電管から空気を追い出し、イオンプ
ラズマを作るイオンと電子の源となる)。
c) A gas supply source (which drives air out of the discharge tube and becomes a source of ions and electrons that form an ion plasma).

d)無線周波数発振器、増幅器および結合ネツトワーク
(プラズマを確立する電力源として)。
d) Radio frequency oscillator, amplifier and coupling network (as a power source to establish the plasma).

e)結合ネツトワークの出力からプラズマへのrf電力を
結合するアンテナ。
e) An antenna that couples the rf power from the output of the coupling network to the plasma.

通常、プラズマ管は、円形断面の金属円筒管でできてい
る。しかし、パイレツクスや石英ガラスの円筒管を本発
明者等は使つて来た(本項の以下の出版物を参照のこ
と)。rf電力をプラズマに結合するのに使われるアンテ
ナの中で、最も有効なのは、二重ループアンテナで、こ
れは放電管の側面にぴつたりはまる(例えば、(a)R.
W.Boswelの「Physics Letters」第33A巻、1970年12月、
457〜458頁、(b)R.W.Boswell等の「Physics Letter
s」第91A巻、1982年9月、163〜166頁、および(c)R.
W.Boswellの「Plasma Physics and Controlled Fusio
n」第26巻、1147〜1162頁 1984年を参照すること)。
Usually, the plasma tube is made of a metal cylindrical tube having a circular cross section. However, we have used cylindrical tubes of pyrex or quartz glass (see the following publications in this section). Among the antennas used to couple rf power into the plasma, the most effective is the dual loop antenna, which fits snugly on the sides of the discharge vessel (eg (a) R.
W. Boswel's Physics Letters, Volume 33A, December 1970,
Pages 457-458, (b) RW Boswell et al., "Physics Letter"
s ", Volume 91A, September 1982, pp. 163-166, and (c) R.
W. Boswell's "Plasma Physics and Controlled Fusio
n, Vol. 26, pp. 1147-1162, 1984).

本発明の開示 コンピユータ用シリコンチツプ(および他の半導体素
子)の生産性は、チツプを形成するためにエツチングさ
れるシリコンウエハ(または他の半導体材料のウエハ)
の面積を増大できれば高くなることが、これまで認めら
れて来た。大きい容積(すなわち、大きい内径の放電管
内)の高密度プラズマの効率良い製造は、理論的に可能
であるが、本発明以前には実際には行われていなかつ
た。さらに、大きい容積のプラズマは、プラズマが実質
的に均質で、エツチングを行うのに利用される無帯電の
原子状の種(普通は、ふつ素)の密度が妥当に高いこと
がなければ、利益が小さい。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The productivity of silicon chips (and other semiconductor devices) for computers depends on the silicon wafer (or wafer of other semiconductor material) that is etched to form the chip.
It has been accepted so far that the higher the area of the, the higher. Efficient production of high-density plasmas in large volumes (ie, in discharge tubes with a large inner diameter), while theoretically possible, has never been done before the present invention. In addition, a large volume of plasma is beneficial unless the plasma is substantially homogeneous and the density of uncharged atomic species (usually fluorine) used to perform etching is reasonably high. Is small.

本発明の目的は、従来製造されたよりもかなり大きい体
積を有し、無帯電の原子状の種の実質的に均一な体積を
有するプラズマを製造する手段を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a means of producing a plasma having a substantially larger volume than previously produced and having a substantially uniform volume of uncharged atomic species.

この目的は、補助区域に持続する空洞内にプラズマを発
生させ、この空洞と補助区域の内圧を同じにし、プラズ
マが補助区域内に伸びるようにして達成される。
This object is achieved by generating a plasma in a cavity that persists in the auxiliary zone, making the internal pressures of the cavity and the auxiliary zone the same and allowing the plasma to extend into the auxiliary zone.

本発明の好適実施例では、プラズマは従来よりもずつと
低い圧力で発生し、(本発明者が発見した)共鳴条件下
に置かれ、原子状のガス種の大容積を作る。
In the preferred embodiment of the present invention, the plasma is generated at a much lower pressure than before and is subjected to resonant conditions (discovered by the inventor), creating a large volume of atomic gas species.

本発明の基本的形に関し、プラズマ管と同じ低圧になつ
ている補助区域に結合したプラズマ管内にプラズマを発
生させれば、プラズマが補助区域内に伸びることを本発
明者は発見した。補助区域は、プラズマの体積よりもか
なり大きい体積とすることができる。エツチングする試
料はプラズマ管、あるいは(好ましくは)補助区域に支
持され、その中でプラズマに接する。
With respect to the basic form of the invention, the inventor has discovered that when a plasma is generated in a plasma tube that is coupled to the same auxiliary pressure zone as the plasma tube, the plasma extends into the auxiliary zone. The auxiliary area can be a volume that is significantly larger than the volume of the plasma. The sample to be etched is supported in a plasma tube, or (preferably) an auxiliary area, in which it contacts the plasma.

プラズマの低圧作動に関し、本発明者は、半導体材料の
乾式エツチングの分野へ本発明者の科学研究(前掲著を
参照のこと)を応用する中で、反応性種を含有するガス
(例えば六フツ化硫黄)をシリコンの乾式エツチングに
利用すれば、所定の放電管形状で、所定のrf電力に対
し、条件によつては、シリコンのエツチング速度が実質
的に増大することを発見した。本発明者が引き続き研究
した結果、この意外な共鳴効果が生じる条件を実験的に
決定できた。これらの条件は、入力rf電力周波数が7.5M
Hz、アンテナ長さが20cm、磁場が100ガウスのときに、
次の式で表わされる。
Regarding low-pressure operation of plasmas, the inventors have found that in applying their scientific work (see above) to the field of dry etching of semiconductor materials, a gas containing a reactive species (eg, six foot) is used. It has been found that the use of (sulfurized) for the dry etching of silicon substantially increases the etching rate of silicon under certain conditions with a given discharge tube shape and for a given rf power. As a result of continued research by the present inventor, the conditions under which this unexpected resonance effect occurs can be experimentally determined. These conditions apply an input rf power frequency of 7.5M
Hz, antenna length 20 cm, magnetic field 100 Gauss,
It is expressed by the following formula.

D.W.p15,000 (I) ここで、Dは、プラズマが発生する管の内径(cm)で、
Wはrf電力(ワツト)で、pはプラズマ管の作動圧力
(ミリトル)である。
DWp15,000 (I) where D is the inner diameter (cm) of the tube where plasma is generated,
W is the rf power (watt) and p is the operating pressure (millitor) of the plasma tube.

本発明者は、さらにこの共鳴条件を作るには、アンテナ
の長さ(L)、プラズマ管内の磁場(B)およびrf電力
の周波数(f)に相互依存性があり、次式で表わされる
ことを見い出した。
In order to create this resonance condition, the present inventor further depends on the antenna length (L), the magnetic field in the plasma tube (B), and the frequency (f) of the rf power, which is expressed by the following equation. Found out.

ここでfはMHz、Lはcm、Bはガウスで表わす。 Where f is MHz, L is cm, and B is Gauss.

プラズマ管内の共鳴条件が成立すると、プラズマ内のイ
オンや電子と無帯電ガス分子との間で相互作用が増大す
ると考えられる。すなわち、原子状の種を作るガスの解
離が著しく増大し、プラズマ管内の原子種の密度を増大
する。プラズマガスが六フツ化硫黄SF6(これはシリコ
ンウエハのプラズマエツチングに普通に使われる)であ
るとき、原子状硫黄と原子状フツ素に解離すると考えら
れる。原子状フツ素はプラズマ管内の、あるいは補助区
域内の露出シリコンと反応してそれをエツチングする。
It is considered that when the resonance condition in the plasma tube is established, the interaction between the ions and electrons in the plasma and the uncharged gas molecules is increased. That is, the dissociation of the gas that produces the atomic species is significantly increased, and the density of atomic species in the plasma tube is increased. When the plasma gas is sulfur hexafluoride SF 6 (which is commonly used for plasma etching of silicon wafers), it is believed to dissociate into atomic sulfur and atomic fluorine. Atomic fluorine reacts with and etches exposed silicon in the plasma tube or in the auxiliary area.

本発明によれば、次の要素からなるプラズマ製造装置が
提供される。
According to the present invention, there is provided a plasma production apparatus including the following elements.

a)電気的に絶縁された細長い、均一円形断面(直径
D)の管状空洞。この中に、圧力pでイオンと電子の源
がガス状で含まれる。
a) An electrically insulated, elongated, uniform circular cross-section (diameter D) tubular cavity. In this, a source of ions and electrons is contained in a gaseous state at a pressure p.

b)空洞内に磁場Bを作るために、空洞の外側に設けた
第1磁場形成手段。
b) A first magnetic field forming means provided outside the cavity in order to create a magnetic field B in the cavity.

c)空洞内のガスへrf電力を結合するようになつている
長さLの無線周波数アンテナ。
c) A radio frequency antenna of length L adapted to couple rf power to the gas in the cavity.

d)空洞の外側にあつて、アンテナに接続した周波数f
のrf電力源。
d) Frequency f connected to the antenna outside the cavity
Rf power source.

この装置は、次のことにより特徴づけられる。This device is characterized by:

e)空洞と同じ内圧の電気的絶縁補助区域が空洞に結合
されている。
e) An electrically insulating auxiliary zone of the same internal pressure as the cavity is connected to the cavity.

f)補助区域内に必要な磁場を形成する第2の磁場形成
手段が設けられている。また g)装置を操作するパラメーターが下式によって定義さ
れる。
f) Second magnetic field forming means for forming the required magnetic field in the auxiliary area are provided. Also, g) the parameters for operating the device are defined by the following equations.

そして、 〔ここで、Wは無線周波数アンテナに加わる電力(ワッ
ト)で、D,p,f,L,Bは各々cm、ミリトル、MHz、cm、ガウ
スで表される。〕 本発明によれば、次の工程からなる大きな磁気プラズマ
を形成する方法が提供される。
And [Where W is the power (watts) applied to the radio frequency antenna, and D, p, f, L, and B are expressed in cm, millitor, MHz, cm, and Gauss, respectively. According to the present invention, there is provided a method for forming a large magnetic plasma including the following steps.

a)電気的に絶縁され、細長い、均一な円形断面(直径
D)の管状空洞内にプラズマを作り、この空洞内には圧
力pでイオンと電子のガス状源があり、プラズマは、空
洞内に磁場Bをかけ、空洞の外側にある長さLの無線周
波アンテナを使ってガス状源に周波数fのrf電力を結合
して作られ、 b)空洞に接続して空洞と同じ内圧pの補助区域内にプ
ラズマが伸びるようにし、そして、 c)次の2式が成立するようにプラズマの作動条件を調
整する。
a) A plasma is created in a tubular cavity of electrically insulated, elongated, uniform circular cross section (diameter D), in which there is a gaseous source of ions and electrons at pressure p, the plasma being in the cavity Is created by coupling a rf power of frequency f to a gaseous source using a radio frequency antenna of length L outside the cavity, b) connecting to the cavity and having the same internal pressure p as the cavity The plasma is allowed to extend into the auxiliary zone, and c) the operating conditions of the plasma are adjusted so that the following two equations hold.

〔ここで、Wは無線周波数アンテナに加わる電力(ワッ
ト)で、D,p,f,L,Bは各々cm、ミリトル、MHz、cm、ガウ
スで表される。〕 本発明の装置と方法を用いて、空洞内のガスから得られ
た原子状種の密度がプラズマの生成によつて著しく増大
する。
[Where W is the power (watts) applied to the radio frequency antenna, and D, p, f, L, and B are expressed in cm, millitor, MHz, cm, and Gauss, respectively. Using the apparatus and method of the present invention, the density of atomic species obtained from the gas in the cavity is significantly increased by the generation of plasma.

典型的な作動条件では、f・L/Bの値は約50がよい。Under typical operating conditions, the value of f · L 2 / B should be about 50.

普通の環境では、空洞と補助区域における圧力pは、真
空ポンプのポンプ速度とガスの供給速度を平衡させて大
体一定の値に維持される。
In a normal environment, the pressure p in the cavities and the auxiliary zone is maintained at an approximately constant value by balancing the pump speed of the vacuum pump and the gas feed rate.

以下に本発明の一実施例を図面を参照しながら説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図面の簡単な説明 第1図は、本発明を含むように構成したプラズマエツチ
ング装置の一方から見た部分断面説明図。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partial cross-sectional explanatory view seen from one side of a plasma etching apparatus configured to include the present invention.

第2図は、rf電力をプラズマに結合する好適なアンテナ
の形状を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a preferred antenna shape for coupling rf power to plasma.

第3図は、プラズマ空洞と補助区域の組合せを示す代表
的説明図。
FIG. 3 is a typical explanatory view showing a combination of a plasma cavity and an auxiliary area.

第4図は、第1図の装置のアンテナに供給されるrf電力
と、第1図のプラズマ管内の原子状フツ素の密度との関
係を示すグラフで、プラズマ用のガスに六フツ化硫黄を
使つた場合である。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the rf power supplied to the antenna of the apparatus of FIG. 1 and the density of atomic fluorine in the plasma tube of FIG. 1. Sulfur hexafluoride was used as the plasma gas. This is the case when using.

図示の実施例の詳細な説明 第1図において、本発明の装置は、セラミツクまたはガ
ラスの円筒形部材10からなり、その円筒形断面の内径は
Dで、第2の円筒形部材20の形の補助区域が円形形部材
10に接続している。円筒形部材10と第2の円筒形部材20
は一体に形成できる。円筒形部材10は、第2の円筒形部
材20から遠い方の端がフランジ11で閉じており、フラン
ジ11には1つ以上の観測窓11Aが密封状態ではめ込まれ
ている。ガス14の源は管19によつて弁15およびフランジ
11を介して円筒形部材10の内部に持続している。管21
は、フランジ12(円筒形部材10から遠い方の円筒形部材
20の端部を密封する)を介して円筒形部材20の内側から
真空ポンプ22へ伸びる。
Detailed Description of the Illustrated Embodiment In FIG. 1, the apparatus of the present invention comprises a cylindrical member 10 of ceramic or glass, the cylindrical cross-section of which has an inner diameter D and the shape of the second cylindrical member 20. Circular member with auxiliary area
Connected to 10. Cylindrical member 10 and second cylindrical member 20
Can be integrally formed. The cylindrical member 10 is closed at its end remote from the second cylindrical member 20 by a flange 11, to which one or more observation windows 11A are hermetically fitted. The source of gas 14 is provided by pipe 19 through valve 15 and flange.
It is maintained inside the cylindrical member 10 via 11. Tube 21
Is the flange 12 (the cylindrical member farther from the cylindrical member 10).
From the inside of the cylindrical member 20 to a vacuum pump 22 via (sealing the ends of 20).

コイル13が円筒形部材10を囲む。コイル13はDC電源25に
接続され、円筒形部材10内に磁場Bを形成する。円筒形
部材10によつて形成される空洞内に形成されるプラズマ
の均一性は、必要に応じて、コイル13の直径をその長さ
に沿つて変えて制御できる。
A coil 13 surrounds the cylindrical member 10. The coil 13 is connected to a DC power supply 25 and forms a magnetic field B in the cylindrical member 10. The uniformity of the plasma formed in the cavity formed by the cylindrical member 10 can be controlled by varying the diameter of the coil 13 along its length, if desired.

無線周波数電力発電機30および整合ネツトワークはその
出力がアンテナ32に結合し、アンテナ32は円筒形部材10
内のガス媒体内にrf電力を共鳴結合する。発電機30は、
約1MHz〜約30MHzの範囲で電力を生じる。アンテナ32はr
fアンテナの適当な形をとりうるが、共鳴式(I)と(I
I)を満足する長さLを有していなければならない。い
ろいろな長さと直径のアンテナを本発明者は試験したが
完全に成功した。アンテナの好適な形は(本発明者の以
前の公表済み研究に用いられた)、第2図に示してあ
る。第1図に示すように、アンテナ32はコイル13の下で
円筒形部材10の壁近くに置かれる。
The output of the radio frequency power generator 30 and matching network is coupled to an antenna 32, which is a cylindrical member 10
Resonantly couple rf power into the gas medium within. Generator 30
It produces power in the range of about 1 MHz to about 30 MHz. Antenna 32 is r
It can take any suitable form of an f-antenna, but the resonance equations (I) and (I
It must have a length L that satisfies I). The inventor has tested antennas of various lengths and diameters with complete success. The preferred shape of the antenna (used in our previous published work) is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the antenna 32 is placed under the coil 13 near the wall of the cylindrical member 10.

円筒形部材20で形成される補助区域は、円筒形である必
要はなく、必要に応じて任意の形をとりうる。円筒形部
材10によつて形成される空洞内に作られるプラズマが補
助区域内に伸びるから、補助区域には、プラズマの延長
区域を制限する手段、すなわち、補助区域内に適当な磁
場を形成する手段が設けられる。補助区域が円筒形部材
であれば、第1図に示すように、第2のDC源24に接続し
たコイル16で磁場が形成できる。補助区域が第3図に示
すように、複雑な形状であれば、公知のように、補助区
域を画成する壁34の近くに永久磁石33を配置して、補助
区域内にプラズマを収容する磁気「フエンス」を形成で
きる。
The auxiliary area formed by the cylindrical member 20 does not have to be cylindrical and can take any shape as required. Since the plasma created in the cavity formed by the cylindrical member 10 extends into the auxiliary zone, the auxiliary zone is provided with a means for limiting the extended area of the plasma, i.e. forming a suitable magnetic field in the auxiliary zone. Means are provided. If the auxiliary section is a cylindrical member, a magnetic field can be created by the coil 16 connected to the second DC source 24, as shown in FIG. If the auxiliary area has a complicated shape as shown in FIG. 3, a permanent magnet 33 is arranged near the wall 34 defining the auxiliary area to contain the plasma in the auxiliary area, as is known. Can form a magnetic "fence".

プラズマをエツチングの目的に使う場合、エツチングす
る材料17(例えば、多数のシリユンチツプからなるマト
リツクスを同時にエツチングできるようにマスクで覆つ
たシリコンウエハ)は、プラズマ空洞(円筒形部材10)
内、あるいは好ましくは第1図に示すように補助区域内
に支持体18によつて支えられる。支持体18は第2のrf源
31に接続でき、支持体18にバイアス電位を加える。
When plasma is used for etching purposes, the material to be etched 17 (for example, a silicon wafer covered with a mask so that a matrix of many silicon chips can be etched at the same time) is a plasma cavity (cylindrical member 10).
It is supported by a support 18 in, or preferably in an auxiliary area as shown in FIG. Support 18 is a second rf source
It can be connected to 31 and applies a bias potential to the support 18.

この装置を使用するために、円筒形部材10と円筒形部材
20に源14からのガスを噴流させる。空洞は真空ポンプ22
で排気し、空洞と補助区域内の圧力が0.01ミリトル以下
になるようにする。その後、式(I)の共鳴関係で決め
られる高い圧力が、源14からのガス流とポンプ22のポン
プ速度との平衡によつて空洞内に維持される。
In order to use this device, the cylindrical member 10 and the cylindrical member
Jet gas from source 14 into 20. Vacuum pump 22
Evacuate so that the pressure in the cavities and auxiliary areas is below 0.01 mTorr. The high pressure determined by the resonance relationship of equation (I) is then maintained in the cavity by the equilibrium between the gas flow from source 14 and the pump speed of pump 22.

円筒形部材10内に必要な圧力および磁場が形成されて、
発電機21からの電力レベルが零から大きくなると、プラ
ズマが生じて、原子状種の密度が電力の増加と共に増大
し、従来のプラズマ装置で達成される極大値に達する。
この極大値は第4図のグラフのAで示される。従来のプ
ラズマ科学者は、発電機21からの電力が増大しつづける
と、極大値Aが維持されるか、わずかに増大し、第4図
の点線Bで示されるようになると予測するだろう。しか
し、本発明者は、本発明に必要な低圧で作動したとき、
共鳴現象が生じて、空洞内に作られた原子状種の密度が
急速に増大し、第4図のCで示される第2の極大値にな
ることを発見した。
The required pressure and magnetic field are created in the cylindrical member 10,
As the power level from the generator 21 rises from zero to zero, a plasma is generated, the atomic species density increases with increasing power, reaching the maximums achieved with conventional plasma devices.
This maximum value is indicated by A in the graph of FIG. Conventional plasma scientists would expect that as the power from the generator 21 continues to increase, the maximum A will be maintained or will increase slightly, as shown by the dotted line B in FIG. However, when the inventor operates at the low pressure required by the present invention,
It was discovered that a resonance phenomenon occurred and the density of atomic species created in the cavity rapidly increased to the second maximum value shown by C in FIG.

プラズマの中に生成した原子状の種は中性であるから、
コイル13によつて形成される磁場や補助区域内に形成さ
れる磁場によつて影響されることは無い。これらの種
は、大体0.1秒以上の長寿命である。従つて、種は、円
筒形部材10,20の中に等しく分布し、材料のエツチング
が高度に均質となる。原子状の種が均一に分布すること
の他の利点は、プラズマでエツチングしたり表面処理す
る材料の位置が重要でないことである。従つて、材料
は、補助区域(必要なら、円筒形部材10)内の大体どこ
にでも配置できる。
Since the atomic species generated in the plasma are neutral,
It is not affected by the magnetic field formed by the coil 13 or the magnetic field formed in the auxiliary area. These species have a long life of approximately 0.1 seconds or more. Thus, the seeds are evenly distributed within the cylindrical member 10,20 and the material etching is highly homogeneous. Another advantage of the uniform distribution of atomic species is that the location of the material to be plasma etched or surface treated is not critical. Thus, the material can be placed almost anywhere in the auxiliary zone (cylindrical member 10 if desired).

材料17のエツチング角は、材料17の基体を押圧するよう
にrf電圧と周波数を適当に加えて変更できる。このバイ
アス電圧のRMS増幅が2〜3ボルトであると、材料に等
方性のエツチングが行える。バイアス電圧のRMS増幅が2
0〜30ボルトから200〜300ボルトであると、材料17のエ
ツチングは非等方性になる。中間のバイアス電圧増幅で
は、エツチングの非等方性は、バイアスrf電圧の増幅に
比例して、いろいろ変化する。
The etching angle of material 17 can be modified by the appropriate application of rf voltage and frequency to press the substrate of material 17. If the RMS amplification of this bias voltage is 2-3 volts, the material is isotropically etched. 2 RMS amplification of bias voltage
From 0 to 30 volts to 200 to 300 volts, the etching of material 17 is anisotropic. In the intermediate bias voltage amplification, the etching anisotropy changes variously in proportion to the amplification of the bias rf voltage.

源14からのガスは、1つの成分のガスでもよいし、ガス
の混合物であつてもよい。これは、必要な材料17のエツ
チングや表面処理の型によつて選定される。
The gas from source 14 may be a single component gas or a mixture of gases. This is selected according to the type of material 17 required for etching and surface treatment.

本発明の装置がシリコンウエハからコンピユータチツプ
を製造するようなエツチング用途に利用されるとき、源
14からのガスは、反応性原子状種を生じるように解離す
るガス(例えば、六フツ化硫黄(SF6)、四フツ化炭素
(CF4)、四塩化炭素(CCl4))、あるいはエツチング
に特に有用な反応性原子状種を作るように解理する1つ
以上のガスを含むガスの混合体である。
When the apparatus of the present invention is utilized in etching applications such as manufacturing computer chips from silicon wafers, the
The gas from 14 is a gas that dissociates to form reactive atomic species (eg, sulfur hexafluoride (SF 6 ), carbon tetrafluoride (CF 4 ), carbon tetrachloride (CCl 4 )), or etching. Is a mixture of gases containing one or more gases that are solved to create a reactive atomic species that is particularly useful in.

しかし、前述のように、本発明の装置は、半導体材料の
エツチング用途に限定されない。作動ガスとしての酸素
を置き換えて、フオトレジストのようなポリマーの極め
て高いエツチング速度が得られる。プラズマガスを窒素
とすれば、中性の窒素原子が生じ、鋼の表面に窒化物を
形成して鋼を表面硬化するのに使える。実験装置を利用
して、数mに達する長さの鋼試料に極めて硬い表面被覆
を形成できた。
However, as mentioned above, the device of the present invention is not limited to semiconductor material etching applications. By replacing oxygen as the working gas, very high etching rates of polymers such as photoresists are obtained. If the plasma gas is nitrogen, neutral nitrogen atoms are generated, which can be used to form nitrides on the surface of the steel and harden the steel. Using experimental equipment, extremely hard surface coatings could be formed on steel samples up to several meters in length.

本発明の研究で、本発明者は、第1図に示すような二重
円筒形部材を利用し、円筒形部材10の内径が2cm〜20cm
で、第2の円筒形部材20の内径が2cm〜80cmであつた。
第4図に示す共鳴極大値Cは、使用した各円筒形部材に
ついて現われた。円筒形部材の直径が大きくなれば、約
0.1ミリトル〜約1.0ミリトルの範囲の圧力で作動すれ
ば、大きい直径のシリコンウエハのエツチングに使用す
るのに適当な大きい体積のプラズマが得られた。
In the study of the present invention, the present inventor utilized a double cylindrical member as shown in FIG. 1, and the inner diameter of the cylindrical member 10 was 2 cm to 20 cm.
Then, the inner diameter of the second cylindrical member 20 was 2 cm to 80 cm.
The resonance maximum value C shown in FIG. 4 appears for each cylindrical member used. The larger the diameter of the cylindrical member, the more
Operating at pressures in the range of 0.1 millitorr to about 1.0 millitorr provided a large volume of plasma suitable for use in etching large diameter silicon wafers.

本発明の具体的実施例を説明して来たが、本発明はこれ
らの実施例に限定されるのではなく、本発明の範囲を逸
脱しないで多くの改変が可能である。
Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to these embodiments and many modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】次の各工程からなる大きい磁気プラズマを
形成する方法。 a)電気的に絶縁された、細長い、均一な円形断面(直
径D)の管状空洞の中に、圧力pでイオンと電子のガス
状源を入れ、磁場Bを形成し、空洞の外側に配置された
長さLの無線周波数アンテナを使ってガス状源内に周波
数fのrf電力を結合して、プラズマを生じさせる。 b)前記空洞に接続して、空洞と同一の内部圧pの補助
区域内にプラズマが伸びるようにする。 c)次の2式が成立するようにプラズマの作動条件を調
整する。 D.W.p15,000 (I) 〔ここで、Wは無線周波数アンテナに加わる電力(ワッ
ト)で、D,p,f,L,Bは各々cm、ミリトル、MHz、cm、ガウ
スで表される。〕
1. A method for forming a large magnetic plasma comprising the following steps. a) An electrically insulated, elongated, uniform circular cross section (diameter D) tubular cavity is filled with a gaseous source of ions and electrons at a pressure p to form a magnetic field B and is located outside the cavity. A radio frequency antenna of length L is used to couple the rf power of frequency f into the gaseous source to create a plasma. b) connecting to said cavity so that the plasma extends into an auxiliary zone with the same internal pressure p as the cavity. c) The operating conditions of plasma are adjusted so that the following two expressions are established. DWp15,000 (I) [Where W is the power (watts) applied to the radio frequency antenna, and D, p, f, L, and B are expressed in cm, millitor, MHz, cm, and Gauss, respectively. ]
【請求項2】次式が成立する特許請求の範囲1第項に記
載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the following formula is satisfied.
【請求項3】空洞内の圧力pが、空洞に接続した真空ポ
ンプのポンプ速度と、イオンおよび電子のガス源の供給
速度とを平衡させて維持される特許請求の範囲第1項〜
第2項のいずれかに記載の方法。
3. The pressure p in the cavity is maintained by balancing the pump speed of a vacuum pump connected to the cavity with the supply speed of the ion and electron gas sources.
The method according to any one of item 2.
【請求項4】イオンのガス源が、解離した反応性原子状
種を作るガスか、解離して反応性原子状種を作る1つ以
上のガスを含むガス混合体である特許請求の範囲第1項
〜第3項に記載の方法。
4. The gas source of ions is a gas that produces dissociated reactive atomic species, or a gas mixture containing one or more gases that dissociate to produce reactive atomic species. The method according to any one of items 1 to 3.
【請求項5】イオンと電子の源が、六フッ化硫黄、四フ
ッ化炭素、四塩化炭素、酸素および窒素からなる群から
選ばれる、特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに
記載の方法。
5. The ion or electron source is selected from the group consisting of sulfur hexafluoride, carbon tetrafluoride, carbon tetrachloride, oxygen and nitrogen, and any one of claims 1 to 3 is claimed. The method described in.
【請求項6】イオンまたは電子のガス源が、解離して反
応性ハロゲン原子を空洞内に発生するガスで、半導体材
料のウエハが補助区域に含まれ、ウエハがハロゲン原子
によってエッチングされる、特許請求の範囲第1項〜第
3項のいずれかに記載の方法。
6. A gas in which an ion or electron gas source is dissociated to generate reactive halogen atoms in the cavity, a wafer of semiconductor material is included in the auxiliary zone, and the wafer is etched by the halogen atoms. The method according to any one of claims 1 to 3.
【請求項7】イオンと電子のガス源が酸素で、解離して
酸素原子を生じ、ポリマーが補助区域に含まれて、酸素
ガスによってエッチングされる、特許請求の範囲第1項
〜第3項のいずれかに記載の方法。
7. An ion and electron gas source is oxygen, which dissociates to give oxygen atoms, the polymer is contained in the auxiliary zone and is etched by oxygen gas. The method described in any one of.
【請求項8】イオンおよび電子のガス源が窒素であり、
空洞内で解離して窒素原子を生成し、補助区域内に鋼製
品が含まれ、鋼製品の表面に窒化物が形成される、特許
請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の方法。
8. The gas source of ions and electrons is nitrogen,
The dissociation in a cavity produces | generates a nitrogen atom, a steel product is contained in an auxiliary area | region, and a nitride is formed in the surface of a steel product, The claim in any one of Claims 1-3. the method of.
【請求項9】次のa)〜d)の各要素からなり、e)〜
f)によって特徴づけられるプラズマ生成装置。 a)電気的に絶縁された細長い、均一な円形断面(直径
D)で、圧力pのイオンおよび電子のガス源を含む管状
空洞。 b)前記空洞内に磁場Bを確立するように空洞の外側に
配置された第1の磁場形成手段。 c)空洞内のガスにrf電力を結合するための長さLの無
線周波数アンテナ。 d)前記アンテナに接続された空洞の外側に配置された
周波数fのrf電力の源。 e)空洞と同じ内圧pに保たれた電気的絶縁補助区域が
空洞に結合されている。 f)補助区域内に必要な磁場を形成する第2の磁場形成
手段が、上記の補助区域に付帯して設けられている。ま
た g)装置を操作するパラメーターが下式によって定義さ
れる。 D.W.p=15,000 (I) そして、 〔ここで、Wは無線周波数アンテナに加わる電力(ワッ
ト)で、D,p,f,L,Bは各々cm、ミリトル、MHz、cm、ガウ
スで表される。〕
9. The method comprises the following elements a) to d) and e) to
A plasma generator characterized by f). a) A tubular cavity with an electrically insulated, elongated, uniform circular cross section (diameter D) and containing a gas source of ions and electrons with a pressure p. b) first magnetic field forming means arranged outside the cavity so as to establish a magnetic field B in said cavity. c) A radio frequency antenna of length L for coupling rf power into the gas in the cavity. d) A source of rf power at frequency f located outside the cavity connected to the antenna. e) An electrically insulating auxiliary zone kept at the same internal pressure p as the cavity is connected to the cavity. f) A second magnetic field forming means for forming a necessary magnetic field in the auxiliary area is additionally provided in the auxiliary area. Also, g) the parameters for operating the device are defined by the following equations. DWp = 15,000 (I) and [Where W is the power (watts) applied to the radio frequency antenna, and D, p, f, L, and B are expressed in cm, millitor, MHz, cm, and Gauss, respectively. ]
【請求項10】次式が成立する特許請求の範囲第9項に
記載の装置。
10. The apparatus according to claim 9, wherein the following formula is satisfied.
【請求項11】補助区域に真空ポンプが接続され、空洞
にガス供給手段が接続され、ガス供給手段がイオンのガ
ス源となり、真空ポンプとガス供給手段の作動が、空洞
内の圧力pを実質的に一定に保持するように調整され
る、特許請求の範囲第9項または第10項に記載の装置。
11. A vacuum pump is connected to the auxiliary area, a gas supply means is connected to the cavity, the gas supply means serves as a gas source of ions, and the operation of the vacuum pump and the gas supply means substantially controls the pressure p in the cavity. A device according to claim 9 or 10 adjusted to hold it substantially constant.
【請求項12】イオンと電子のガス源が、解離して反応
性原子状種を生じるガス、あるいは解離して反応性原子
状種を生じる1つ以上のガスを含むガス混合体である特
許請求の範囲第9項〜第11項に記載の装置。
12. The gas source of ions and electrons is a gas that dissociates to produce reactive atomic species, or a gas mixture containing one or more gases that dissociate to produce reactive atomic species. The apparatus according to claims 9 to 11 in the range.
【請求項13】イオンと電子の源が、六フッ化硫黄、四
フッ化炭素、四塩化炭素、酸素および窒素からなる群か
ら選ばれる、特許請求の範囲第9項〜第11項のいずれか
に記載の装置。
13. The ion and electron source is selected from the group consisting of sulfur hexafluoride, carbon tetrafluoride, carbon tetrachloride, oxygen and nitrogen, and any one of claims 9 to 11 is claimed. The device according to.
【請求項14】補助区域内に半導体材料のマスキング付
きウエハがとりつけられ、イオンおよび電子のガス源が
空洞内で解離してハロゲン原子を生成するガスで、ウエ
ハの露出区域がエッチングされる特許請求の範囲第9項
〜第11項に記載の装置。
14. A masked wafer of semiconductor material is mounted in the auxiliary area, and the exposed area of the wafer is etched with a gas that dissociates the ion and electron gas sources in the cavity to produce halogen atoms. The apparatus according to claims 9 to 11 in the range.
【請求項15】補助区域内にポリマー材料が取りつけら
れ、イオンと電子のガス源が酸素で、空洞内で解離し、
ポリマー材料をエッチングする酸素原子を生じる、特許
請求の範囲第9項〜第11項に記載の装置。
15. A polymeric material is mounted in the auxiliary area, the gas source of ions and electrons is oxygen, which dissociates in the cavity,
An apparatus according to claims 9 to 11 which produces oxygen atoms which etch the polymeric material.
【請求項16】補助区域内に鋼製品が配置され、イオン
および電子のガス源が窒素で、空洞内で解離して、窒素
原子を生成し、鋼製品の表面と反応して、該表面に窒化
物を形成する、特許請求の範囲第9項〜第11項に記載の
装置。
16. A steel product is disposed in the auxiliary area, and a gas source of ions and electrons is nitrogen, and dissociates in the cavity to generate nitrogen atoms, which reacts with the surface of the steel product to the surface. A device for forming a nitride according to claims 9-11.
JP61502794A 1985-05-03 1986-05-02 Method and apparatus for generating a large volume of magnetic plasma Expired - Lifetime JPH0724239B2 (en)

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JPS5779621A (en) * 1980-11-05 1982-05-18 Mitsubishi Electric Corp Plasma processing device

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