JPH0790632A - Electric discharge plasma treating device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して基
板、ターゲット等の被処理物にコーティング、エッチン
グ、スパッタリング、CVD 等の処理を行なうようにした
放電プラズマ処理装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric discharge plasma processing apparatus which uses plasma to perform processing such as coating, etching, sputtering and CVD on an object to be processed such as a substrate and a target.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、例えばプラズマエッチングは、化
学的に活性なガスを、低圧下での放電によってプラズマ
状態にし、それにより発生したイオンや中性ラジカル等
の活性種と被エッチング材料とを反応させて反応生成物
を気相中に脱離させるようにしたものであり、種々の形
式のものが知られている。例として真空容器内にエッチ
ングガスを導入し、直流電場と磁場とのマグネトロン放
電を利用したもの、マイクロ波（2.45GHz)と磁場との相
互作用で電子サイクロトロン共鳴（ECR)を起させて、電
子を加速することにより低圧下で高電離プラズマを発生
させるECR プラズマ源を利用したもの、或いは13.56MHz
の高周波電力を印加してプラズマ状態にするもの等があ
る。また、RFプラズマ励起によってエネルギの高いプラ
ズマ状態を形成し、これにより反応ガスの化学的結合を
分解して活性化された粒子間の反応により膜形成を行な
うプラズマCVD も種々の形式のものが提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in plasma etching, a chemically active gas is brought into a plasma state by discharge under a low pressure, and active species such as ions and neutral radicals generated thereby react with a material to be etched. The reaction product is desorbed into the gas phase, and various types are known. As an example, an etching gas is introduced into a vacuum container, and a magnetron discharge between a DC electric field and a magnetic field is used. An electron cyclotron resonance (ECR) is caused by an interaction between a microwave (2.45 GHz) and a magnetic field to generate an electron. Using an ECR plasma source that generates high-ionization plasma under low pressure by accelerating
There is a method of applying a high frequency electric power of 1 to make a plasma state. Various types of plasma CVD are also proposed, in which a high-energy plasma state is formed by RF plasma excitation, which decomposes the chemical bonds of the reaction gas to form a film by the reaction between activated particles. Has been done.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来、このようなプラ
ズマ利用装置においては、ほとんどの場合密度や温度の
空間的非一様性や電場による加速に伴う速度空間内の非
一様性が存在しており、そのためこれらを用いて基板に
目的の作用を行わせる場合に効果の不均一性が生じ易
く、特に荷電粒子のみならずラジカル（化学的活性種）
が存在しその振舞いも考慮しなければならないエッチン
グのようなプロセスでは、希望する分布、例えば均一性
の確保は極めて経験的に実現するしかないという問題点
があった。またスパッタリングにおいてはターゲットの
使用効率を上げるためカソードの背面側に設けられる電
磁石または永久磁石を機械的に変位させてプラズマの位
置を変えさせ、エロージョン領域をできるだけ拡く採れ
るようにしたり、或いは電磁石または永久磁石の構成に
工夫をしてエロージョン領域を少しでも拡げることが行
われているが、いずれの場合もカソードの使用効率の向
上に苦しみ、装置自体が複雑になったり、かさばったり
する等の問題点がある。Conventionally, in such a plasma utilizing apparatus, in most cases, spatial nonuniformity of density and temperature and nonuniformity in velocity space due to acceleration due to electric field exist. Therefore, when these are used to perform the intended action on the substrate, non-uniformity of the effect is likely to occur, especially not only charged particles but also radicals (chemically active species)
However, in a process such as etching, in which the existence of the above-mentioned phenomenon must be taken into consideration, the desired distribution, for example, uniformity can be ensured extremely empirically. Further, in sputtering, in order to improve the use efficiency of the target, the position of plasma is changed by mechanically displacing an electromagnet or a permanent magnet provided on the back side of the cathode so that the erosion region can be expanded as much as possible, or the electromagnet or It has been attempted to expand the erosion area as much as possible by devising the structure of the permanent magnet, but in both cases, the problem is that the device itself becomes complicated and bulky, etc. There is a point.
【０００４】本発明は、上記の問題点を解決するため磁
気中性線の形成位置を任意に設定することとにより、発
生プラズマの位置を調整できるようにした磁気中性線放
電プラズマ処理装置を提供することを目的としている。In order to solve the above problems, the present invention provides a magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus capable of adjusting the position of generated plasma by arbitrarily setting the formation position of the magnetic neutral line. It is intended to be provided.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、真空チャンバ内でプラズマを利
用して被処理物を処理するようにした放電プラズマ処理
装置において、真空チャンバ内に磁気中性線を形成する
磁場発生手段と、この磁場発生手段によって真空チャン
バ内に形成された磁気中性線に沿って電場を形成してこ
の磁気中性線に放電プラズマを発生させる電場発生手段
とを設けたことを特徴としている。電場発生手段は好ま
しくは高周波コイルから成り、磁気中性線の近くに位置
した磁場発生コイルの部位に組み合わされ得る。この
際、電場発生手段は、磁場発生手段によって真空チャン
バ内に形成される磁気中性線の軸方向移動範囲の幅をも
つ帯状または網帯状の金属製ワンターンコイルを用いる
ことにより高周波パワーのより効率的な伝達が計られ
る。磁場発生手段は好ましくは同軸上に配列した少なく
とも二つの磁場発生コイルから成り、コイルに同じ向き
に定電流を流すことにより、隣接コイル間に環状磁気中
性線を形成するようにされ得る。この際、各磁場発生コ
イルに流す励磁電流を制御することにより、環状磁気中
性線の軸方向の位置を調整することができるように構成
され得る。また、両コイルに互いに逆向きの電流を流し
て、その電流の絶対値の比を変えることにより、小さな
電流の流れる方のコイルの近傍で、その比によって定ま
る位置に磁気中性線を形成することができる。さらに、
磁場発生手段は、同軸上に配列した三つの磁場発生コイ
ルから成ることができ、その場合には隣接コイルに互い
に逆向きの電流を流すことによって中間のコイルのレベ
ルに、各々のコイルによって発生した磁場が互いに打ち
消し合ってできた磁場ゼロの位置のつながりである環状
磁気中性線が形成され得る。その際中間の磁場発生コイ
ルは、環状磁気中性線に沿って高周波誘導電場を加える
高周波コイルを備えた互いに電気的に絶縁した二重コイ
ルとして構成され得る。この際、二重コイルの断面形状
は自由であり、例えば厚みのある電場発生用ワンターン
コイル内に磁場発生用コイルが埋め込まれた放電プラズ
マ処理装置が提供され得る。In order to achieve the above object, according to the present invention, in a discharge plasma processing apparatus for processing an object to be processed using plasma in the vacuum chamber, the vacuum chamber A magnetic field generating means for forming a magnetic neutral wire in the inside, and an electric field for generating a discharge plasma in the magnetic neutral wire by forming an electric field along the magnetic neutral wire formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means. A generating means is provided. The electric field generating means preferably consists of a radio frequency coil, which can be combined with the part of the magnetic field generating coil located near the magnetic neutral. At this time, the electric field generating means uses a strip-shaped or net-shaped metal one-turn coil having a width of the axial movement range of the magnetic neutral wire formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means, thereby increasing the efficiency of the high frequency power. Transmission is measured. The magnetic field generating means preferably comprises at least two magnetic field generating coils arranged coaxially, and a constant current can be passed through the coils in the same direction to form an annular magnetic neutral line between adjacent coils. At this time, it is possible to adjust the axial position of the annular magnetic neutral wire by controlling the exciting current flowing through each magnetic field generating coil. Also, by passing currents in opposite directions to both coils and changing the ratio of the absolute values of the currents, a magnetic neutral line is formed in the vicinity of the coil in which the smaller current flows, at a position determined by the ratio. be able to. further,
The magnetic field generating means may consist of three magnetic field generating coils arranged coaxially, in which case the respective coils are generated at the level of the intermediate coil by applying mutually opposite currents to the adjacent coils. An annular magnetic neutral line may be formed which is a series of zero magnetic field positions created by the magnetic fields canceling each other. The intermediate magnetic field generating coil can then be constructed as a double coil, electrically insulated from one another, with a high-frequency coil applying a high-frequency induction electric field along the annular magnetic neutral. At this time, the cross-sectional shape of the double coil is free, and for example, a discharge plasma processing apparatus can be provided in which a magnetic field generating coil is embedded in an electric field generating one-turn coil having a large thickness.
【０００６】さらに、本発明の骨幹をなす連続して存在
する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成させる
ためには、一端がＮ極で他端がＳ極となるように構成さ
れる肉厚中空円筒形磁石と、その内側に当該肉厚中空円
筒形磁石と同軸に設置された定電流コイルとを有し、定
電流コイルに流れる電流によって発生する磁場の向きを
肉厚中空円筒形磁石内に発生している磁場の向きと逆向
きにすることにより環状磁気中性線を形成することがで
き、定電流コイルの軸上の位置を軸に沿って移動させる
ことと、定電流コイルの電流値を変えることとにより磁
気中性線輪の位置と形とを任意に設定できるようにした
放電プラズマ処理装置が提供される。Further, in order to form an annular magnetic neutral line which is a position of a continuously existing magnetic field zero forming the diaphysis of the present invention, one end is an N pole and the other end is an S pole. A thick hollow cylindrical magnet, and a constant current coil installed inside the thick hollow cylindrical magnet coaxially with the thick hollow cylindrical magnet, and the direction of the magnetic field generated by the current flowing through the constant current coil is changed to the thick hollow cylinder. An annular magnetic neutral line can be formed by reversing the direction of the magnetic field generated in the shaped magnet, and the position on the axis of the constant current coil can be moved along the axis. There is provided a discharge plasma processing apparatus capable of arbitrarily setting the position and shape of a magnetic neutral coil by changing the current value of a coil.
【０００７】また、本発明の別の特徴によれば、真空チ
ャンバ内でプラズマを利用して被処理物を処理するよう
にした放電プラズマ処理装置において、真空チャンバ内
に直線状の磁場ゼロの磁気中性線を形成するようにした
磁場発生手段と、この磁場発生手段によって真空チャン
バ内に形成された直線状磁気中性線の両端に直流または
交流電場を掛けることにより線状プラズマ源を形成させ
る電場発生手段とを有し、真空チャンバ内でプラズマを
利用して被処理物を処理するようにした放電プラズマ処
理装置が提供される。この場合、磁場発生手段は、複数
の直線状電流バーから成るか、または複数の磁石を直線
状に複数組並べて成ることができる。According to another feature of the present invention, in a discharge plasma processing apparatus in which plasma is used to process an object to be processed in a vacuum chamber, a linear magnetic field of zero magnetic field is provided in the vacuum chamber. A magnetic field generating means for forming a neutral line, and a linear plasma source is formed by applying a DC or AC electric field to both ends of a linear magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means. There is provided a discharge plasma processing apparatus having an electric field generating means and processing an object to be processed using plasma in a vacuum chamber. In this case, the magnetic field generating means can be composed of a plurality of linear current bars, or can be composed of a plurality of linearly arranged sets of a plurality of magnets.
【０００８】[0008]
【作用】このように構成された本発明の放電プラズマ処
理装置においては、磁場発生手段の空間的構成または磁
場発生手段を成すコイルに流す励磁電流を変えることに
より基板に対して磁気中性線すなわち磁場ゼロの位置ま
たは形状（例えば輪の大きさ）を任意に変えることがで
きると共に、輪状に形成されるプラズマの位置を任意に
変位させることができる。プラズマは、真空チャンバ内
へのガスの導入と予備加熱及び点火後、電場発生手段に
より、形成された輪状の磁気中性線に沿って電場を印加
することによって発生し、周囲に拡散してゆく。磁気中
性線に沿って流れる放電電流が小さい時には、電場によ
って磁場と直角の方向に加速される電子やイオンの荷電
粒子は磁気中性線を僅かでも逸れれば直角方向に存在す
る磁場によって軌道が曲げられるので、放電に至る電子
なだれは磁場に平行な場合に比べ起きにくいが、このこ
とは、電場が存在してもプラズマの速度分布がマックス
ウェル分布からずれにくいことを示している。すなわち
この効果は、一旦放電した後は電場エネルギの吸収がよ
いことを意味する。従って高速加速粒子によるダメージ
は起きにくい。また、磁気中性線に沿って流す電流を大
きくしていくと、磁気中性線は一次元の線状から二次元
の面状に成長するようになる。In the discharge plasma processing apparatus of the present invention having the above-mentioned structure, the magnetic neutral line, ie, the magnetic neutral line with respect to the substrate is changed by changing the spatial structure of the magnetic field generating means or the exciting current flowing through the coil forming the magnetic field generating means. The position or shape of the zero magnetic field (for example, the size of the ring) can be changed arbitrarily, and the position of the plasma formed in a ring shape can be changed arbitrarily. Plasma is generated by introducing a gas into the vacuum chamber, preheating it and igniting it, and then applying an electric field along the ring-shaped magnetic neutral line formed by the electric field generating means, and diffuses to the surroundings. . When the discharge current flowing along the magnetic neutral line is small, the charged particles of electrons or ions accelerated in the direction perpendicular to the magnetic field by the electric field are orbited by the magnetic field existing in the perpendicular direction if they deviate even slightly from the magnetic neutral line. The electron avalanche leading to the discharge is less likely to occur as compared with the case of being parallel to the magnetic field, since this means that the plasma velocity distribution is less likely to deviate from the Maxwell distribution even in the presence of an electric field. That is, this effect means that the electric field energy is well absorbed after the discharge. Therefore, damage due to high-speed acceleration particles is unlikely to occur. When the current flowing along the magnetic neutral wire is increased, the magnetic neutral wire grows from a one-dimensional linear shape to a two-dimensional planar shape.
【０００９】[0009]
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例について
説明する。図１には本発明の一実施例によるプラズマ処
理装置を示し、１は真空チャンバで、絶縁物から成る円
筒状のプラズマ発生室２と基板処理室３とを備えてい
る。円筒状のプラズマ発生室２を形成している円筒状周
壁の外側には磁場発生手段を成す三つの電磁コイル４、
５、６が設けられており、そして図示したように上下の
二つの電磁コイル４、６には同じ向きの同一定電流
Ｉ4 、Ｉ6 が流され、また中間の電磁コイル５には逆向
きの電流Ｉ5 が流される。それにより図２の磁力線で示
すように、中間の電磁コイル５のレベルでその内側に連
続した磁場ゼロの位置ができ、円輪状の磁気中性線７が
形成される。この円輪状の磁気中性線７の形成される位
置及び大きさは、上下の二つの電磁コイル４、６に流す
電流Ｉ4 、Ｉ6 と中間の電磁コイル５に流す電流電流Ｉ
5 との比を変えることによって適宜設定することができ
る。例えばＩ4 ＞Ｉ6 の時は、磁気中性線のできる位置
は電磁コイル６側へ下がり、逆にＩ4 ＜Ｉ6 の時は、磁
気中性線のできる位置は電磁コイル４側へ上がる。また
中間の電磁コイル５に流す電流電流Ｉ5 を増していくと
図３に示すように磁気中性線の円輪の径は小さくなると
同時に磁場ゼロの位置での磁場の勾配も緩やかになって
ゆく。図４のＡ、Ｂ、Ｃは、コンピュータシュミレーシ
ョンによる等磁位線図であり、磁気中性線の円輪の径及
び磁場の勾配の変化の様子を示す。中間の電磁コイル５
の断面外側には同心的に電場発生手段を成す高周波コイ
ル８が捲かれて二重コイルとして構成され、この高周波
コイル８により円輪状の磁気中性線７に沿って高周波誘
導電場（例えば13.56MHz）が加えられることにより、磁
場ゼロの位置に磁気中性線に沿って強い電場を発生させ
ることができる。この際、高周波は表皮効果によってコ
イルの表面を流れるので、高周波コイルを中間のコイル
断面外皮構造にしていることにより、コイル同志の相互
作用が避けられ、制御がより容易となる。また、円筒状
のプラズマ発生室２の頂部にはプラズマ発生のためのガ
ス導入口９が設けられ、このガス導入口９よりプラズマ
となるガスを導入する。このとき、容易に放電が起るよ
うにするため、必要により予備加熱及び点火手段（図示
してない）を設けることもできる。関連する経験的な考
察によれば紫外光を用いることにより放電を容易に開始
させることができる。プラズマ発生室２の下側に位置し
た基板処理室３には、エッチングなど化学プロセスのた
めのガス導入口10及び排気口11が設けられ、それぞれ適
当なガス供給源及び排気ポンプに接続される。また12は
処理すべき基板である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, in which a vacuum chamber 1 is provided with a cylindrical plasma generating chamber 2 made of an insulating material and a substrate processing chamber 3. Three electromagnetic coils 4 forming magnetic field generating means are provided outside the cylindrical peripheral wall forming the cylindrical plasma generating chamber 2.
5 and 6 are provided, and the same constant currents I 4 and I 6 of the same direction are applied to the upper and lower two electromagnetic coils 4 and 6 as shown in the drawing, and the intermediate electromagnetic coil 5 has the opposite direction. Current I 5 is applied. As a result, as shown by the magnetic field lines in FIG. 2, a continuous magnetic field zero position is formed inside the magnetic coil 5 at the intermediate level, and a ring-shaped magnetic neutral line 7 is formed. The position and size of the ring-shaped magnetic neutral wire 7 are determined by the currents I 4 , I 6 flowing through the two upper and lower electromagnetic coils 4, 6 and the current I flowing through the intermediate electromagnetic coil 5.
It can be set appropriately by changing the ratio with 5 . For example, when I 4 > I 6, the position where the magnetic neutral wire is formed is lowered to the electromagnetic coil 6 side, and when I 4 <I 6 is reversed, the position where the magnetic neutral wire is formed is raised to the electromagnetic coil 4 side. . Further, when the current I 5 flowing through the intermediate electromagnetic coil 5 is increased, the diameter of the ring of magnetic neutral wire becomes smaller and the gradient of the magnetic field at the magnetic field zero position becomes gentle as shown in FIG. go. 4A, 4B, and 4C are isomagnetism diagrams by computer simulation, and show changes in the diameter of the ring of magnetic neutral wire and the gradient of the magnetic field. Intermediate electromagnetic coil 5
A high-frequency coil 8 forming a means for generating an electric field is concentrically wound on the outer side of the cross section of the coil to form a double coil. ) Is added, a strong electric field can be generated along the magnetic neutral line at the position where the magnetic field is zero. At this time, since the high frequency flows on the surface of the coil due to the skin effect, the high frequency coil has an intermediate coil cross-section skin structure, so that the interaction between the coils can be avoided and the control becomes easier. Further, a gas introduction port 9 for plasma generation is provided at the top of the cylindrical plasma generation chamber 2, and a gas to be plasma is introduced from this gas introduction port 9. At this time, preheating and ignition means (not shown) may be provided, if necessary, in order to easily cause discharge. According to related empirical consideration, the discharge can be easily initiated by using ultraviolet light. The substrate processing chamber 3 located below the plasma generation chamber 2 is provided with a gas inlet 10 and an exhaust port 11 for a chemical process such as etching, and is connected to an appropriate gas supply source and an exhaust pump, respectively. 12 is a substrate to be processed.
【００１０】このように構成した図示装置の動作におい
て、プラズマ発生室２内に形成された磁気中性線７内に
高周波コイル８によって生じた高周波放電プラズマは、
周囲へ拡散して基板処理室３内の基板12の処理に用いら
れる。この場合高周波を用いているので、磁気中性線内
より常にプラズマが生成され、湧きでてくることにな
る。そして上下の二つの電磁コイル４、６に流す電流Ｉ
4 、Ｉ6 と中間の電磁コイル５に流す電流電流Ｉ5 とを
それぞれ制御することにより、円輪状の磁気中性線７の
径や基板12との距離が変化し、基板12の表面上への均一
な処理が可能となる。In the operation of the illustrated apparatus thus constructed, the high frequency discharge plasma generated by the high frequency coil 8 in the magnetic neutral wire 7 formed in the plasma generating chamber 2 is
It is diffused to the surroundings and used for processing the substrate 12 in the substrate processing chamber 3. In this case, since a high frequency is used, plasma is always generated and springs from inside the magnetic neutral line. The current I flowing through the upper and lower two electromagnetic coils 4 and 6
4 , the diameter of the ring-shaped magnetic neutral wire 7 and the distance to the substrate 12 are changed by controlling I 6 and the current I 5 flowing through the intermediate electromagnetic coil 5, respectively, and Can be uniformly processed.
【００１１】図５にはシートプラズマをハースに照射し
て帯状被処理物に蒸着する蒸着装置に応用した実施例を
示す。図５において、磁場発生手段は三つの直線状電流
バー13、14、15から成り、この場合形成される磁場中性
線は直線状電流バーに沿った直線状となる。この直線状
磁気中性線の両端に直流電場を掛けることによってシー
トプラズマ16が形成される。こうして形成したシートプ
ラズマ16は適当な磁場により曲げられて蒸発源17に照射
され、送出しローラ18から主ローラ19を通って巻取りロ
ーラ20へ移動する帯状被処理物21に対して蒸着が行われ
る。FIG. 5 shows an embodiment applied to a vapor deposition apparatus for irradiating a hearth with a sheet plasma and depositing it on a belt-shaped object. In FIG. 5, the magnetic field generating means comprises three linear current bars 13, 14 and 15, and the magnetic field neutral line formed in this case is linear along the linear current bars. A sheet plasma 16 is formed by applying a DC electric field to both ends of this linear magnetic neutral wire. The sheet plasma 16 thus formed is bent by an appropriate magnetic field and applied to the evaporation source 17, and vapor deposition is performed on the strip-shaped processing object 21 that moves from the delivery roller 18 through the main roller 19 to the winding roller 20. Be seen.
【００１２】図６には帯状被処理物にイオン等を直接照
射する装置に応用した別の実施例を示す。この場合も磁
場発生手段は三つの直線状電流バー13、14、15で構成さ
れ、これらの直線状電流バーに沿って直線状の磁気中性
線が形成される。これの両端に直流電場を掛けることに
よりシートプラズマ22が形成される。そしてシートプラ
ズマ22に生成された所要のイオン等は図示したように移
動する帯状被処理物23を横切って照射される。FIG. 6 shows another embodiment applied to an apparatus for directly irradiating a band-shaped object to be treated with ions or the like. Also in this case, the magnetic field generating means is composed of three linear current bars 13, 14 and 15, and a linear magnetic neutral line is formed along these linear current bars. A sheet plasma 22 is formed by applying a DC electric field to both ends of this. Then, the required ions and the like generated in the sheet plasma 22 are irradiated across the strip-shaped object to be processed 23 moving as shown in the figure.
【００１３】図７には、本発明の別の実施例を示し、こ
の実施例では、磁場発生手段として一端がＮ極、他端が
Ｓ極となるように構成された肉厚中空円筒状磁石24とそ
の内側に同軸に設置する定電流コイル25とが用いられ、
この磁石24と定電流コイル25による磁場とで真空チャン
バ１内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁
気中性線26が形成される。この際、定電流コイル25に流
す電流によって生ずる軸上磁場の向きは中空円筒状磁石
24による軸上磁場と逆向きであり、定電流コイル25に流
す電流を変えることにより環状磁気中性線26の径が変化
する。また、この実施例では定電流コイル25は軸線に沿
って上下に変位できるように設けられ、それにより形成
される環状磁気中性線26の軸方向の位置を任意に設定す
ることができる。なお、図７において符号27は電場発生
用コイルで、磁石24と定電流コイル25による磁場とで形
成された環状磁気中性線26に放電プラズマを発生させる
ための電場を発生する。また符号28は処理すべき基板を
表している。FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, a thick hollow cylindrical magnet having a magnetic pole generating means having an N pole at one end and an S pole at the other end. 24 and a constant current coil 25 installed coaxially inside it are used,
The magnet 24 and the magnetic field generated by the constant current coil 25 form an annular magnetic neutral line 26 which is a position where the magnetic field is zero and which exists continuously in the vacuum chamber 1. At this time, the direction of the on-axis magnetic field generated by the current flowing in the constant current coil 25 is a hollow cylindrical magnet.
The direction of the on-axis magnetic field due to 24 is opposite, and the diameter of the annular magnetic neutral wire 26 changes by changing the current passed through the constant current coil 25. Further, in this embodiment, the constant current coil 25 is provided so as to be vertically displaceable along the axis line, and the axial position of the annular magnetic neutral wire 26 formed thereby can be arbitrarily set. In FIG. 7, reference numeral 27 is an electric field generating coil, which generates an electric field for generating discharge plasma on the annular magnetic neutral wire 26 formed by the magnet 24 and the magnetic field of the constant current coil 25. Further, reference numeral 28 represents a substrate to be processed.
【００１４】図８には、本発明のさらに別の実施例を示
し、図７の装置と対応した部分は同じ符号で示す。図８
の実施例では、連続した磁場ゼロの位置から成る磁気中
性線を形成する磁場発生手段は二つの同寸の円形コイル
29、30から成っている。両円形コイル29、30には互いに
逆向きの電流が流され、それらの電流の絶対値の比を大
きく変えることにより、小さな電流の流れる方のコイル
（図示実施例ではコイル30）の近傍で、電流の絶対値の
比で決まる位置に円形磁気中性線31が形成される。FIG. 8 shows still another embodiment of the present invention, in which parts corresponding to those of the apparatus of FIG. 7 are designated by the same reference numerals. Figure 8
In one embodiment of the present invention, the magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line consisting of continuous zero magnetic field positions is composed of two circular coils of the same size.
It consists of 29 and 30. Currents flowing in opposite directions to each other in the circular coils 29 and 30 and the ratio of the absolute values of the currents is largely changed, so that a coil in which a small current flows (coil 30 in the illustrated embodiment) is near, A circular magnetic neutral wire 31 is formed at a position determined by the ratio of absolute values of electric current.
【００１５】図９には、図１に示す実施例の装置の各コ
イルに流す電流の制御系の一例をブロック線図で示し、
図示制御系はコンピュータまたはシーケンサから成る制
御装置32を有し、この制御装置32は予め設定されたプロ
グラムに従って第１、第２、第３の磁場形成コイルすな
わち電磁コイル４、５、６に流す電流の値及び向きを指
示する制御信号33、34、35をインターフェース回路36、
37、38を介して電磁コイル４、５、６の励磁用直流電源
39、40、41にそれぞれ供給し、これらの電源から各電磁
コイルへ流れる電流を制御する。また制御装置32は、高
周波コイル８へ流す電流のオン、オフ及び電力を指示す
る制御信号42をインターフェース回路43を介して高周波
コイル８の高周波電源44に供給する。この高周波電源44
はマッチングボックス45を介して高周波コイル８に接続
される。さらに必要により真空チャンバ１内における基
板上の膜厚レイト、放電状態、イオン密度等を検出する
検出器46を設け、この検出器46からの検出信号をフィー
ドバック信号として制御装置32へ送り、各電源に対する
制御信号を調節するようにすることもできる。またカソ
ードバイアス電源47からは、プラズマ処理に合ったバイ
アス電圧（直流または高周波）がカソード48に印加され
る。FIG. 9 is a block diagram showing an example of a control system of the current flowing through each coil of the apparatus of the embodiment shown in FIG.
The illustrated control system has a controller 32 composed of a computer or a sequencer, and this controller 32 supplies a current to the first, second and third magnetic field forming coils, that is, the electromagnetic coils 4, 5, 6 according to a preset program. Control signals 33, 34 and 35 indicating the value and direction of the interface circuit 36,
DC power supply for exciting the electromagnetic coils 4, 5 and 6 via 37 and 38
They are supplied to 39, 40 and 41, respectively, and the currents flowing from these power supplies to the respective electromagnetic coils are controlled. Further, the control device 32 supplies a control signal 42 for instructing ON / OFF of the current flowing to the high frequency coil 8 and power to the high frequency power supply 44 of the high frequency coil 8 via the interface circuit 43. This high frequency power supply 44
Is connected to the high frequency coil 8 via a matching box 45. Further, if necessary, a detector 46 for detecting the film thickness rate on the substrate, the discharge state, the ion density, etc. in the vacuum chamber 1 is provided, and the detection signal from this detector 46 is sent as a feedback signal to the controller 32, and each power source is supplied. It is also possible to adjust the control signal for. A bias voltage (DC or high frequency) suitable for plasma processing is applied to the cathode 48 from the cathode bias power supply 47.
【００１６】ところで、図示実施例においては、磁場発
生コイルをプラズマ発生室の外側に設けているが、代わ
りに磁場の強さの観点から内側に設けることもできる。
またその形状については被処理物（基板やウエハ）、タ
ーゲットの形状に応じて円輪形の代わりに多角輪形、矩
形輪形に構成することができる。また、磁場発生用コイ
ルの数は図示実施例では三つであるが、磁気中性線を形
成できればよいので、基本的には図８に示すように二つ
のコイルがあればよい。しかし輪状プラズマを複数層形
成することを目的とする時は、三つ以上の多数の電磁コ
イルを設けて一つの輪状磁気中性線の代わりに輪状磁気
中性線を多層に形成してプラズマを精密に操作すること
もできる。さらに、電磁コイルの代わりに磁石を用いて
連続した磁場ゼロの位置を形成するようにしてもよい。
さらにまた、電場発生手段として図示実施例では中間の
コイルに高周波コイルを重ねて設けているが、基本的に
は磁気中性線に沿って電場を掛けられれば別個に設けた
り他のコイルに組合わせて設けてもよい。In the illustrated embodiment, the magnetic field generating coil is provided outside the plasma generating chamber, but it may be provided inside instead from the viewpoint of the strength of the magnetic field.
Further, the shape thereof may be a polygonal ring shape or a rectangular ring shape instead of the ring shape depending on the shapes of the object to be processed (substrate or wafer) and the target. Further, the number of magnetic field generating coils is three in the illustrated embodiment, but basically only two coils are required as shown in FIG. 8 as long as a magnetic neutral wire can be formed. However, when it is intended to form multiple layers of annular plasma, multiple electromagnetic coils of three or more are provided and the annular magnetic neutral wire is formed in multiple layers instead of one annular magnetic neutral wire to generate plasma. It can also be operated precisely. Further, instead of the electromagnetic coil, a magnet may be used to form continuous zero magnetic field positions.
Furthermore, as an electric field generating means, in the illustrated embodiment, a high frequency coil is provided so as to overlap with an intermediate coil, but basically, if an electric field is applied along the magnetic neutral line, it is provided separately or combined with another coil. You may provide together.
【００１７】他方、図５及び図６に示す実施例において
は磁場発生手段として三つの直線状電流バーを用いてい
るが、代わりに複数の磁石を直線状に複数組並べて用い
ることもできる。また使用する直線状電流バーについて
も使用目的に応じて任意に選択することが可能である。On the other hand, in the embodiments shown in FIGS. 5 and 6, three linear current bars are used as the magnetic field generating means, but a plurality of magnets may be arranged in a plurality of linear arrangements instead. Also, the linear current bar to be used can be arbitrarily selected according to the purpose of use.
【００１８】さらに上記の各実施例において、コイル及
び電流バーの表面にアウトガスの少ないセラミック等の
ようなアウトガスの少ない絶縁体で被覆することによっ
て、コイルや電流バーに電流を流す回路と発生した輪状
または帯状プラズマとを電気的に絶縁することができ、
取扱いが容易となる。Further, in each of the above-mentioned embodiments, by coating the surfaces of the coil and the current bar with an insulator having a low outgas such as a ceramic having a low outgas, a circuit for supplying a current to the coil or the current bar and a ring shape generated. Or it can be electrically insulated from the band plasma,
Easy to handle.
【００１９】また、本発明は図示装置の他にスパッタリ
ング装置、エッチング装置等プラズマを利用する他のプ
ロセス装置に同様に適用することが可能である。スパッ
タリングの場合には基板と反対側に用いるターゲットが
設置されるが図10に示すようなレーストラック型の場合
でも放電部49（この場合コイルもレーストラック型にす
る）を外側から中心部へと任意に動かすことができ、そ
の結果ターゲットの利用効率を上げることができる。Further, the present invention can be similarly applied to other process devices utilizing plasma such as a sputtering device and an etching device in addition to the illustrated device. In the case of sputtering, the target used on the opposite side of the substrate is installed, but even in the case of the racetrack type as shown in FIG. It can be moved arbitrarily, and as a result, the utilization efficiency of the target can be improved.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、磁場発生手段により発生された連続して存在する磁
場ゼロの位置から成る磁気中性線に沿って電場発生手段
により放電させ、プラズマを発生するように構成してい
るので、磁場発生手段に対する励磁電流を制御するだけ
で形成される磁気中性線の位置及び大きさを随意に調整
でき、従ってプラズマの発生位置を容易に変位させるこ
とができ、その結果プロセス処理上均一な効果を得るこ
とができるようになる。また、磁気中性線放電によって
プラズマを形成しているので、電場によって磁場と直角
の方向に加速される電子やイオンの荷電粒子は、磁気中
性線を僅かでも逸れれば磁場の存在によって軌道が曲げ
られ、放電に至る電子なだれは磁場に平行な場合に比べ
起きにくいがこのことは、プラズマの速度分布がマック
スウェル分布からずれにくいことになり、従って電場の
エネルギの吸収がよく、さらに加速粒子によるダメージ
は起きにくくなるという効果が得られる。また、被処理
物の形状に合わせて磁気中性線を形成できるように磁場
発生手段を設計しておけば、磁場発生手段に対する励磁
電流を電気的に制御するだけで発生プラズマの位置を任
意にかつ容易に調整できるので、従来の磁場発生手段の
位置を機械的に動かしてプロセスの位置を調整する方式
に比べて装置の構造を簡略化かつ小型化すると共にコン
ピュータ等によって任意に操作することが可能となる。As described above, according to the present invention, the electric field generating means discharges along the magnetic neutral line generated by the magnetic field generating means and which is formed by the continuously existing magnetic field zero positions. The position and size of the magnetic neutral wire formed can be arbitrarily adjusted only by controlling the exciting current to the magnetic field generating means, and therefore the plasma generation position can be easily displaced. As a result, it is possible to obtain a uniform effect on the process. Also, since plasma is formed by magnetic neutral line discharge, charged particles of electrons or ions that are accelerated in the direction perpendicular to the magnetic field by the electric field will orbit due to the presence of the magnetic field if the magnetic neutral line deviates even slightly. Electron avalanche that leads to a discharge and is less likely to occur compared to when it is parallel to the magnetic field, but this means that the velocity distribution of the plasma is less likely to deviate from the Maxwell distribution, and therefore the energy of the electric field is well absorbed and the acceleration is further accelerated. The effect that particles are less likely to occur is obtained. Further, if the magnetic field generating means is designed so that the magnetic neutral line can be formed according to the shape of the object to be processed, the position of the generated plasma can be arbitrarily set only by electrically controlling the exciting current to the magnetic field generating means. In addition, the structure of the apparatus can be simplified and miniaturized as compared with the conventional method of mechanically moving the position of the magnetic field generating means to adjust the position of the process, and can be arbitrarily operated by a computer or the like. It will be possible.
【図１】 本発明の一実施例による磁気中性線放電プラ
ズマ処理装置の構成を示す概略縦断面図。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing the configuration of a magnetic neutral wire discharge plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１の装置における磁場の形成状態を示す概
略図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a magnetic field formation state in the apparatus of FIG.
【図３】 図１の装置における励磁電流の変化による磁
場ゼロ位置の移動及び磁場の勾配の変化を示すグラフ。3 is a graph showing the movement of the magnetic field zero position and the change of the gradient of the magnetic field due to the change of the exciting current in the apparatus of FIG.
【図４】 コンピュータシュミレーションによる励磁電
流の変化に応じた磁場ゼロ位置及び磁場の勾配が変化す
る様子を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing how the magnetic field zero position and the gradient of the magnetic field change according to changes in the exciting current due to computer simulation.
【図５】 本発明の別の実施例を示す概略斜視図。FIG. 5 is a schematic perspective view showing another embodiment of the present invention.
【図６】 本発明のさらに別の実施例を示す概略斜視
図。FIG. 6 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the present invention.
【図７】 本発明のさらに別の実施例を示す概略斜視
図。FIG. 7 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the present invention.
【図８】 本発明のさらに別の実施例を示す概略斜視
図。FIG. 8 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the present invention.
【図９】 図１の装置の制御系の一例を示す概略ブロッ
ク線図。9 is a schematic block diagram showing an example of a control system of the apparatus shown in FIG.
【図１０】本発明をレーストラック型のスパッタリング
カソードに適用した場合の放電部の変位を示す概略斜視
図。FIG. 10 is a schematic perspective view showing the displacement of the discharge part when the present invention is applied to a racetrack type sputtering cathode.
【符号の説明】 １：真空チャンバ ２：プラズマ発生室 ３：基板処理室 ４：電磁コイル ５：電磁コイル ６：電磁コイル ７：磁気中性線 ８：高周波コイル ９：ガス導入口 10：ガス導入口 11：排気口 12：基板[Explanation of Codes] 1: Vacuum chamber 2: Plasma generation chamber 3: Substrate processing chamber 4: Electromagnetic coil 5: Electromagnetic coil 6: Electromagnetic coil 7: Magnetic neutral wire 8: High frequency coil 9: Gas inlet 10: Gas inlet Port 11: Exhaust port 12: Substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｃ 9014−2Ｇ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 21/3065 H05H 1/46 C 9014-2G
Claims (14)
処理物を処理するようにした放電プラズマ処理装置にお
いて、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位
置である磁気中性線を形成するようにした磁場発生手段
と、この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成さ
れた磁気中性線に沿って電場を形成してこの磁気中性線
に放電プラズマを発生させる電場発生手段とを設けたこ
とを特徴とする放電プラズマ処理装置。1. A discharge plasma processing apparatus for processing an object to be processed using plasma in a vacuum chamber, wherein a magnetic neutral line, which is a position of a magnetic field zero continuously existing in the vacuum chamber, is formed. And a magnetic field generating means for generating an electric field along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means to generate discharge plasma in the magnetic neutral line. A discharge plasma processing apparatus characterized by the above.
たコイルから成る請求項１に記載の放電プラズマ処理装
置。2. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generating means comprises a coil whose surface is covered with an insulator.
列した少なくとも二つの磁場発生コイルから成り、これ
らのコイルに同じ向きの定電流を流すことにより隣接コ
イル間に環状磁気中性線を少なくとも一つ形成するよう
にした請求項１に記載の放電プラズマ処理装置。3. The magnetic field generating means comprises at least two magnetic field generating coils coaxially arranged at intervals, and a constant current in the same direction is passed through these coils to form an annular magnetic neutral wire between adjacent coils. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein at least one is formed.
することにより、発生した環状磁気中性線の上記磁場発
生コイルとの相対位置を調整するようにした請求項３に
記載の放電プラズマ処理装置。4. The discharge plasma treatment according to claim 3, wherein the relative position of the generated annular magnetic neutral line to the magnetic field generating coil is adjusted by controlling the exciting current flowing in each magnetic field generating coil. apparatus.
置した二つの同寸大コイルから成り、両コイルに互いに
逆向きの電流を流して、その電流の絶対値の比を変える
ことにより、小さな電流の流れる方の円形コイルの近傍
で、その比によって定まる位置に円形磁気中性線を形成
するようにした請求項１に記載の放電プラズマ処理装
置。5. The magnetic field generating means is composed of two coils of the same size which are coaxially arranged at a distance from each other, and currents of opposite directions are applied to the coils to change the ratio of the absolute values of the currents. 2. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a circular magnetic neutral wire is formed at a position determined by the ratio in the vicinity of the circular coil through which the small current flows.
磁場発生コイルから成り、隣接コイルに互いに逆向きの
電流を流すことにより環状磁気中性線の半径を調整する
と同時に磁場ゼロの位置での磁場の勾配を調整するよう
にした請求項１に記載の放電プラズマ処理装置。6. The magnetic field generating means is composed of three magnetic field generating coils arranged coaxially and adjusting the radius of the annular magnetic neutral line at the same time as the position where the magnetic field is zero by applying mutually opposite currents to the adjacent coils. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the gradient of the magnetic field is adjusted.
極となるように構成される肉厚中空円筒形磁石と、その
内側に当該肉厚中空円筒形磁石と同軸に具備された定電
流コイルとから成り、定電流コイルの軸上の位置を軸に
沿って移動させることと、定電流コイルの電流値を変え
ることとにより、肉厚中空円筒形磁石と定電流コイルと
によって形成される磁気中性線輪の位置と径とを任意に
設定できるようにした請求項１に記載の放電プラズマ処
理装置。7. The magnetic field generating means has an N pole at one end and an S pole at the other end.
It consists of a thick hollow cylindrical magnet configured to form a pole, and a constant current coil provided coaxially with the thick hollow cylindrical magnet inside the magnet, with the axial position of the constant current coil as the axis. By moving the magnet along the constant current coil and changing the current value of the constant current coil, it is possible to arbitrarily set the position and diameter of the magnetic neutral coil formed by the thick hollow cylindrical magnet and the constant current coil. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein
磁気中性線の近くに位置した磁場発生コイルの部位に組
み合わされている請求項１に記載の放電プラズマ処理装
置。8. The electric field generating means comprises a high frequency coil,
The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the discharge plasma processing apparatus is combined with a portion of a magnetic field generating coil located near the magnetic neutral line.
磁場発生コイルから成り、中間の磁場発生コイルが、環
状磁気中性線に沿って高周波誘導電場を加える高周波コ
イルを備えた互いに電気的に絶縁した二重コイルとして
構成されている請求項１に記載の放電プラズマ処理装
置。9. The magnetic field generating means comprises three magnetic field generating coils arranged coaxially, and the intermediate magnetic field generating coils are electrically mutually provided with a high frequency coil for applying a high frequency induction electric field along an annular magnetic neutral line. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the discharge plasma processing apparatus is configured as a double coil insulated from the outside.
軸対象に限らず被処理物と同形状に構成することによ
り、被処理物と同形状の閉曲磁気中性線に沿って放電プ
ラズマを発生させるようにした請求項１に記載の放電プ
ラズマ処理装置。10. The magnetic field generating means and the electric field generating means are not limited to circular axes and have the same shape as the object to be processed, so that discharge plasma is generated along a closed magnetic neutral line having the same shape as the object to be processed. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the discharge plasma processing apparatus is generated.
被処理物を処理するようにした放電プラズマ処理装置に
おいて、真空チャンバ内に直線状の磁場ゼロの磁気中性
線を形成するようにした磁場発生手段と、この磁場発生
手段によって真空チャンバ内に形成された直線状磁気中
性線の両端に直流または交流電場を掛けることにより線
状プラズマ源を形成させる電場発生手段とを設けたこと
を特徴とする放電プラズマ処理装置。11. A discharge plasma processing apparatus for processing an object to be processed using plasma in a vacuum chamber, wherein a magnetic field of linear magnetic field zero is formed in the vacuum chamber. And a magnetic field generating means for forming a linear plasma source by applying a DC or AC electric field to both ends of a linear magnetic neutral wire formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means. And a discharge plasma processing apparatus.
から成る請求項11に記載の放電プラズマ処理装置。12. The discharge plasma processing apparatus according to claim 11, wherein the magnetic field generating means comprises a plurality of linear current bars.
被覆されている請求項12に記載の放電プラズマ処理装
置。13. The discharge plasma processing apparatus according to claim 12, wherein the surface of each linear current bar is covered with an insulator.
に複数組並べて成る請求項11に記載の放電プラズマ処理
装置。14. The discharge plasma processing apparatus according to claim 11, wherein the magnetic field generating means is formed by arranging a plurality of sets of a plurality of magnets linearly.
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| JP6052418A JP2705897B2 (en) | 1993-07-26 | 1994-03-24 | Discharge plasma processing equipment |
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|---|---|---|---|---|
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1994
- 1994-03-24 JP JP6052418A patent/JP2705897B2/en not_active Expired - Fee Related
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