JPH08225967A - Magnetic neutral line discharge plasma treatment device - Google Patents

Magnetic neutral line discharge plasma treatment device

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JPH08225967A
JPH08225967A JP7030678A JP3067895A JPH08225967A JP H08225967 A JPH08225967 A JP H08225967A JP 7030678 A JP7030678 A JP 7030678A JP 3067895 A JP3067895 A JP 3067895A JP H08225967 A JPH08225967 A JP H08225967A
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magnetic
neutral line
field generating
magnetic neutral
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Taijirou Uchida
岱二郎 内田
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Abstract

PURPOSE: To electrically adjust the characteristic and the generating position of plasma arbitrarily by generating the plasma with a magnetic neutral line discharge in the plasma treatment device. CONSTITUTION: The electric discharge is generated with a high frequency or DC electric field generating means 10 along the magnetic neutral line 9 generated with an AC magnetic field generating means composed of electromagnetic coils 4-6 or a linear current rod and consisting of positions of continued zero- magnetic field in the space to generate the plasma.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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
磁気中性線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 a magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus in which an object to be processed such as a substrate and a target is subjected to processing such as coating, etching, sputtering and CVD using plasma. Is.

【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、或いは単に13.5
6MHzの高周波電場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 に関連して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 produces a high-ionization plasma under low pressure by accelerating the
There is one that applies a high-frequency electric field of 6 MHz to make it into a plasma state. There are also various types of plasma CVD related to the formation of a film by the formation of a high-energy plasma state by RF plasma excitation, which decomposes the chemical bonds of the reaction gas and the reaction between activated particles. Have been proposed.

【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電磁石または永久磁石の構成に工
夫をしたり、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. In addition, in sputtering, the structure of the electromagnet or permanent magnet was devised to improve the efficiency of use of the target, or the position of plasma was changed by mechanically displacing the electromagnet or permanent magnet provided on the back side of the cathode to change the position of the plasma. However, in any case, there is a problem in that the use efficiency of the cathode is difficult to improve, and the apparatus itself becomes complicated or bulky.

【0004】このような問題点を解決するため本発明者
は先に特願平6−52418において、プラズマを利用して
被処理物を処理するようにした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
場を印加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放電プラズマ処理装置を提案
した。この提案により、磁場発生手段における励磁電流
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てその結果、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った。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るため、電場によって高速電子
のみ益々加速されることが磁場に平行な場合に比べ起き
にくいので、プラズマの速度分布はマックスウェル分布
からずれにくく、従って電場のエネルギの吸収がよいこ
とになり、加速粒子によるダメージは起きにくいという
効果が得らるようになった。
In order to solve such a problem, the present inventor previously disclosed in Japanese Patent Application No. 6-52418 a magnetic neutral wire in a vacuum chamber in which plasma is used to process an object to be processed. Discharge plasma provided with a magnetic field generating means for generating a discharge plasma in the magnetic neutral line by applying an electric field along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means. A processing device was proposed. According to this proposal, the position and size of the magnetic neutral line formed by only controlling the exciting current in the magnetic field generating means can be arbitrarily adjusted, and therefore, the plasma generating position can be easily displaced, and as a result, It became possible to obtain a uniform effect in the process treatment. 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. Since it is bent, it is less likely that only high-speed electrons will be accelerated by the electric field as compared to the case of being parallel to the magnetic field, so the velocity distribution of the plasma is less likely to deviate from the Maxwell distribution, and therefore the energy absorption of the electric field is better , The effect that damage due to accelerated particles is hard to occur is now obtained.

【0005】しかしながら、先の提案の装置においては
その実施態様(例えば装置の長時間の運転等)によって
は磁場発生手段で発生される磁場によって真空チャンバ
や周辺機器が磁化され易いという傾向があることが見出
された。
However, in the previously proposed apparatus, the vacuum chamber and peripheral devices tend to be easily magnetized by the magnetic field generated by the magnetic field generating means depending on the mode of operation (for example, long-time operation of the apparatus). Was found.

【0006】本発明は、従来技術の問題点を解決すると
共に先に提案した磁気中性線放電プラズマ装置の問題点
も回避できる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。
An object of the present invention is to provide a magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus which can solve the problems of the prior art and avoid the problems of the previously proposed magnetic neutral line discharge plasma apparatus.

【0007】[0007]

【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、一定の周波数をもつ交流電流によって励
磁され、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交流磁場発
生手段と、この交流磁場発生手段によって形成された磁
気中性線に沿って電場を印加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。この場合、用語“一定の周波数をもつ交
流電流”は、例えば50Hz,60Hzなどの商用周波数を含め
て予め選択した値の周波数をもつ交流電流を意味するも
のであり、装置の適用例に応じて最適な周波数が選ばれ
る。交流磁場発生手段は、表面を絶縁体で被覆したコイ
ルから成ることができる。そして、交流磁場発生手段は
同軸上に間隔をおいて配列した少なくとも二つの交流磁
場発生コイルから成り、これらのコイルに交流電流を流
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され得る。この際、各交流磁場発
生コイルに流す各交流電流の大きさ及び相互の位相差を
制御することにより、発生した環状磁気中性線の交流磁
場発生コイルとの相対位置を調整するようにされ得る。
また、本発明には、上記構成に加えて、交流磁場発生手
段に供給される交流電流の大きさ及び位相を制御する制
御手段が設けられ得る。この制御手段は、交流磁場発生
手段に供給する交流電源の周波数及び(または)位相を
制御するように構成され得る。
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 by utilizing plasma in a vacuum chamber, A magnetic field generated by the AC magnetic field generating means, which is excited by an AC current having a frequency and forms a magnetic neutral line which is a position where the magnetic field is zero continuously existing in the vacuum chamber. An electric field generating means for applying an electric field along the neutral line to generate discharge plasma in the magnetic neutral line is provided. In this case, the term "alternating current having a constant frequency" means an alternating current having a frequency of a preselected value including commercial frequencies such as 50 Hz and 60 Hz, depending on the application example of the device. The optimum frequency is selected. The alternating magnetic field generating means may be a coil whose surface is covered with an insulator. The AC magnetic field generating means is composed of at least two AC magnetic field generating coils coaxially arranged at intervals, and at least one annular magnetic neutral wire is formed between adjacent coils by passing an AC current through these coils. Can be done. At this time, the relative position of the generated annular magnetic neutral wire to the alternating magnetic field generating coil can be adjusted by controlling the magnitude of each alternating current flowing in each alternating magnetic field generating coil and the mutual phase difference. .
In addition to the above configuration, the present invention may be provided with control means for controlling the magnitude and phase of the alternating current supplied to the alternating magnetic field generating means. The control means may be arranged to control the frequency and / or the phase of the AC power supply supplied to the AC magnetic field generating means.

【0008】[0008]

【作用】このように構成された本発明の磁気中性線放電
プラズマ処理装置においては、交流磁場発生手段の空間
的構成または磁場磁場発生手段を成すコイルに流す交流
励磁電流の特性(大きさ、周波数、位相差等)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
任意に移動させることができ、しかも交流磁場を用いて
いるので長時間運装置を運転しても真空チャンバや周辺
機器が磁化されにくくなり、残留磁場の影響を殆ど考慮
することなく装置を使用できるようになる。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。交流磁場であるので、その拡散の様子には
交流に応じた脈動がみられる。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
道が曲げられるため、磁場に平行な場合に比べ電場によ
って高速電子のみ益々加速されることが起きにくいの
で、電場が存在してもプラズマの速度分布はマックスウ
ェル分布からずれにくいことになる。このことは、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。
In the magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus of the present invention having the above-mentioned structure, the characteristics of the AC exciting current flowing through the coil constituting the magnetic field generating means or the spatial structure of the AC magnetic field generating means (size, By changing the frequency, phase difference, etc.), the position or shape (for example, the size of the ring) of the magnetic neutral line, that is, the zero magnetic field with respect to the substrate can be arbitrarily changed, and the position of the plasma formed in the ring shape can be changed. It can be moved arbitrarily, and since the AC magnetic field is used, the vacuum chamber and peripheral equipment are less likely to be magnetized even when the transport device is operated for a long time, and the device can be used without considering the effect of the residual magnetic field. Like 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. . Since it is an alternating magnetic field, the pulsation corresponding to the alternating current is seen in the diffusion state. 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. Since the electric field is bent, it is less likely that only high-speed electrons will be accelerated by the electric field as compared with the case of being parallel to the magnetic field. Therefore, even if the electric field is present, the plasma velocity distribution is less likely to deviate from the Maxwell distribution. This means that the electric field energy is well absorbed after the electric discharge. Therefore, damage due to high-speed acceleration particles is unlikely to occur.

【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
壁の外側には交流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、これらの電磁コイルは周
波数・位相制御装置7を介して図示してない電源に接続
されている。例えば周波数・位相制御装置7により上下
の二つの電磁コイル4、6には同じ位相の交流電流
4 、I6 が流され、また中間の電磁コイル5には逆位
相のの交流電流I5が流される。それにより図2の磁力
線図に符号8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9が形成される。この円輪状の磁気中性線
9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に流す交流電流I4 、I6 と中間の電磁コイ
ル5に流す交流電流I5 との特性を変えることによって
適宜設定することができる。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10が
捲かれて二重コイルとして構成され、両コイルの断面の
間には薄い電気絶縁層が設けられている。この高周波コ
イル10により円輪状の磁気中性線9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11が設けられ、このガス導入口11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12及び排気口13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14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, 5 and 6 forming an AC magnetic field generating means are provided on the outer side of the cylindrical peripheral wall forming the cylindrical plasma generating chamber 2, and these electromagnetic coils are frequency / phase control devices. It is connected to a power source (not shown) via 7. For example the alternating current I 4, I 6 of the same phase is flowed in two electromagnetic coils 4, 6 down by frequency and phase control apparatus 7, also in the middle of the electromagnetic coil 5 is AC current I 5 of the antiphase Shed As a result, as shown by reference numeral 8 in the magnetic force diagram of FIG. 2, a continuous magnetic field zero position is formed inside the electromagnetic coil 5 at the intermediate level, and a ring-shaped magnetic neutral line 9 is formed. The position and size of the ring-shaped magnetic neutral wire 9 are the same as the alternating currents I 4 and I 6 flowing through the upper and lower electromagnetic coils 4 and 6 and the alternating current I 5 flowing through the intermediate electromagnetic coil 5. It can be appropriately set by changing the characteristics of. A high frequency coil 10 forming an electric field generating means is concentrically wound outside the cross section of the intermediate electromagnetic coil 5 to form a double coil, and a thin electric insulating layer is provided between the cross sections of both coils. By applying a high frequency induction electric field (for example, 13.56 MHz) along the ring-shaped magnetic neutral line 9 by the high frequency coil 10, 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. A gas introduction port 11 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 11. 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 introduction port 12 and an exhaust port 13 for a chemical process such as etching, and they are connected to appropriate gas supply sources and exhaust pumps, respectively. Further, 14 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9内に
高周波コイル10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14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
では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に流す交流電
流I4 、I6 と中間の電磁コイル5に流す交流電流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
9の径や基板14との距離が変化し、基板14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 configured, the high frequency discharge plasma generated by the high frequency coil 10 in the magnetic neutral wire 9 formed in the plasma generation chamber 2 is
It is diffused to the surroundings and used for processing the substrate 14 in the substrate processing chamber 3. In this case, since a high frequency is used, plasma is always generated and springs in the magnetic neutral line. The alternating currents I 4 and I 6 flowing through the upper and lower two electromagnetic coils 4 and 6 and the alternating current I 5 flowing through the intermediate electromagnetic coil 5
The diameter of the ring-shaped magnetic neutral wire 9 and the distance to the substrate 14 are changed by respectively controlling and, and uniform treatment on the surface of the substrate 14 becomes possible.

【0011】図3には、本発明の別の実施例を示す。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交
流磁場発生手段は二つの同寸の円形コイル15、16から成
り、周波数・位相制御装置17を介して図示してない交流
または直流電源に接続されている。両円形コイル15、16
には互いに180°位相のずれた交流電流が流され、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16)
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18が形成される。符号19は電場発生コイルであり、
円形磁気中性線18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14は処理すべき基板である。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. The AC magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line consisting of continuous magnetic field zero positions is composed of two circular coils 15 and 16 of the same size, and an AC or DC power supply (not shown) is provided via a frequency / phase control device 17. It is connected to the. Double circular coil 15, 16
AC currents 180 ° out of phase with each other are applied to the coil, and by changing the ratio of the absolute values of these currents significantly, the coil through which the smaller current flows (coil 16 in the illustrated embodiment)
In the vicinity of, a circular magnetic neutral wire 18 is formed at a position determined by the ratio of absolute values of current. Reference numeral 19 is an electric field generating coil,
An electric field for generating discharge plasma is generated in the circular magnetic neutral wire 18. Further, reference numeral 14 is a substrate to be processed.

【0012】図4には、表面洗浄または成膜装置として
実施している本発明の別の実施例を示す。図4におい
て、交流磁場発生手段は三本の直線状電流バー21、22、
23から成り、これらの電流バー21、22、23は周波数・位
相制御装置24を介して図示してない交流又は直流電源に
接続されている。この場合形成される磁気中性線25は直
線状となり、そこにプラズマが形成され、ロール26から
送り出される帯状部材27の表面を洗浄または成膜する。
水平に配置した二本の直線状電流バー21、22には同じ特
性の交流電流を流し、中間位置に直線状の磁気中性線25
を形成する。この磁気中性線25の下方に位置する直線状
電流バー23には、磁気中性線25の垂直方向位置を調節す
る交流電流が供給される。またこの直線状磁気中性線25
の両端にそれぞれ位置した二つの電極28、29間に交流又
は直流電場を掛けることによってプラズマが形成され
る。こうして形成されたプラズマは上方向に容易に延
び、送出しローラ26から送出される帯状部材27の表面を
洗浄または成膜する。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention implemented as a surface cleaning or film forming apparatus. In FIG. 4, the AC magnetic field generating means is composed of three linear current bars 21, 22,
23, and these current bars 21, 22, 23 are connected via a frequency / phase control device 24 to an AC or DC power supply (not shown). In this case, the magnetic neutral wire 25 formed is linear, plasma is formed there, and the surface of the strip-shaped member 27 delivered from the roll 26 is cleaned or deposited.
An alternating current with the same characteristics is applied to two horizontally arranged linear current bars 21 and 22, and a linear magnetic neutral wire 25 is placed at an intermediate position.
To form. An alternating current for adjusting the vertical position of the magnetic neutral wire 25 is supplied to the linear current bar 23 located below the magnetic neutral wire 25. Also, this linear magnetic neutral wire 25
A plasma is formed by applying an AC or DC electric field between the two electrodes 28, 29 respectively located at both ends of the. The plasma thus formed easily extends upward and cleans or forms a film on the surface of the strip-shaped member 27 delivered from the delivery roller 26.

【0013】図5には図4に示した装置の変形例として
表面蒸着装置を示す。この場合には交流磁場発生手段は
一対の直線状電流バー31、32で構成され、周波数・位相
制御装置24を介して図示してない電源に接続されてい
る。これらの直線状電流バー間には直線状の磁気中性線
33が形成される。この直線状の磁気中性線33に沿って発
生されるプラズマ中に流れる直流電流が大きくなると、
プラズマは柱状ではなくなりシート状となり、磁気中性
線33もシート状に変形する。こうしてシート状に変形し
た磁気中性線に応じてプラズマは垂直方向に広がり、そ
の下側縁がるつぼ34内の金属35に触れ、その金属を蒸発
させる。一方シート状プラズマの上端は送出しローラ26
から送出される帯状部材27の表面特性を変えさせる。シ
ート状の磁気中性線33の両端にそれぞれ電極36、37が設
けられている
FIG. 5 shows a surface vapor deposition apparatus as a modification of the apparatus shown in FIG. In this case, the AC magnetic field generating means is composed of a pair of linear current bars 31 and 32, and is connected to a power source (not shown) via the frequency / phase control device 24. A linear magnetic neutral line is placed between these linear current bars.
33 is formed. When the direct current flowing in the plasma generated along the linear magnetic neutral line 33 increases,
The plasma does not have a columnar shape, but has a sheet shape, and the magnetic neutral wire 33 also deforms into a sheet shape. The plasma spreads in the vertical direction in response to the magnetic neutral wire thus deformed into a sheet shape, and its lower edge touches the metal 35 in the crucible 34 to evaporate the metal. On the other hand, the upper end of the sheet-shaped plasma is the delivery roller 26.
To change the surface characteristics of the strip-shaped member 27 delivered from the. Electrodes 36 and 37 are provided on both ends of the sheet-shaped magnetic neutral wire 33, respectively.

【0014】図6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40を有し、この制御装置40は予め設定されたプロ
グラムに従って第1、第2、第3の交流磁場形成コイル
すなわち電磁コイル4、5、6に流す交流電流の値、周
波数及び位相を指示する制御信号41、42、43をインター
フェース回路44、45、46を介して電磁コイル4、5、6
の給電回路に設けられた周波数・位相制御回路47、48、
49にそれぞれ供給し、これらの制御回路から各電磁コイ
ルへ流れる交流電流の周波数及び(または)位相を制御
する。なお、周波数・位相制御回路47、48、49の各々は
図示してない共通(または必要により別個)の電源に接
続されている。また制御装置40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50をイ
ンターフェース回路51を介して高周波コイル8の高周波
電源52に供給する。この高周波電源52はマッチングボッ
クス53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54を設
け、この検出器54からの検出信号をフィードバック信号
として制御装置40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55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56に印加される。
FIG. 6 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 control device 40 composed of a computer or a sequencer, and the control device 40 causes the first, second and third AC magnetic field forming coils, that is, the electromagnetic coils 4, 5, 6 to flow according to a preset program. Control signals 41, 42, 43 indicating the value, frequency and phase of the alternating current are supplied to the electromagnetic coils 4, 5, 6 via the interface circuits 44, 45, 46.
Frequency / phase control circuits 47, 48 provided in the power supply circuit of
49 and controls the frequency and / or phase of the alternating current flowing from these control circuits to each electromagnetic coil. Each of the frequency / phase control circuits 47, 48, 49 is connected to a common (or separate if necessary) power source (not shown). Further, the control device 40 supplies a control signal 50 for instructing ON / OFF of the current flowing to the high frequency coil 8 and power to the high frequency power supply 52 of the high frequency coil 8 via the interface circuit 51. The high frequency power source 52 is connected to the high frequency coil 8 via a matching box 53. Further, if necessary, a detector 54 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 54 is sent to the control device 40 as a feedback signal, 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 56 from the cathode bias power supply 55.

【0015】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、装置
のもつ機能上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可能である。図示実施例は、磁場
発生コイルの給電回路に周波数・位相制御手段を設けた
構成となっているが、通常の50Hzまたは60Hzの商用交流
電流で直接磁場発生コイルを励磁するようにすることも
含まれる。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、電場発生手段として
図1に示す実施例では中間のコイルに高周波コイルを外
層として設けているが、基本的には磁気中性線に沿って
電場を掛けられれば図3に示す如く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 from the viewpoint of the function of the apparatus. Regarding the shape, it is possible to form a polygonal ring shape or a rectangular ring shape instead of the ring shape according to the shapes of the object to be processed (substrate or wafer) and the target. The illustrated embodiment has a configuration in which the frequency / phase control means is provided in the power supply circuit of the magnetic field generation coil, but it also includes that the magnetic field generation coil is directly excited by a commercial AC current of 50 Hz or 60 Hz. Be done. Further, although the number of magnetic field generating coils is three in the illustrated embodiment, it is sufficient if magnetic neutral lines can be formed,
Basically, two coils are enough. 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, in the embodiment shown in FIG. 1 as an electric field generating means, a high frequency coil is provided as an outer layer in the middle coil, but basically, if an electric field is applied along the magnetic neutral line, it is separately provided as shown in FIG. It may be provided or may be provided in combination with another coil.

【0016】さらに上記の各実施例においては、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, a circuit for supplying a current to the coil and the current bar is generated 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. It can be electrically insulated from the ring-shaped or band-shaped plasma and is easy to handle.

【0017】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用いるターゲットは基板と反対側に
設置されるが、図7に示すようなレーストラック型の場
合でも放電部57(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58の使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 is installed on the side opposite to the substrate, but even in the case of the racetrack type as shown in FIG. 7, the discharge part 57 (in this case, the coil is also the racetrack type) is moved from the outside to the center. And can be moved arbitrarily,
As a result, the usage efficiency of the target 58 can be improved.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、交流磁場発生手段により発生された空間的に連続し
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、交流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という先に提案
した発明の効果に加えて、長時間運装置を運転しても真
空チャンバや周辺機器が磁化されにくくなり、残留磁場
の影響なしに装置を使用できるようになる。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、この方式に特別な運動形態により電場のエ
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自由な形に形成できるよ
うに交流磁場発生手段を設計しておけば、交流磁場発生
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
ラズマの位置並びに形状の変化を任意にかつ容易に調整
できるので、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 is provided along the magnetic neutral line formed by the alternating magnetic field generating means and having the spatially continuous magnetic field zero positions. Since it is configured to discharge and generate plasma, the position and size of the magnetic neutral line formed can be arbitrarily adjusted only by controlling the exciting current to the AC magnetic field generating means, and therefore the position where the plasma is generated. In addition to the effect of the previously proposed invention in that it can be easily displaced, and as a result, a uniform effect can be obtained in the process treatment, even if the vacuum chamber or the surrounding area is operated even when the long-time operation device is operated. The device is less likely to be magnetized, and the device can be used without being affected by the residual magnetic field. In addition, since the plasma is formed by the magnetic neutral line discharge, the charged particles of electrons and ions that are accelerated in the direction perpendicular to the magnetic field by the electric field can absorb the energy of the electric field well due to the special morphology of this method. Further, the effect that the damage due to the accelerated particles is less likely to occur is obtained. In addition, if the AC magnetic field generating means is designed so that the magnetic neutral line can be formed in a free shape according to the shape of the object to be processed, it can be generated simply by electrically controlling the exciting current to the AC magnetic field generating means. Since the position and shape of the plasma can be adjusted arbitrarily and easily, the structure of the device can be simplified and downsized, and the operation can be arbitrarily performed by a computer or the like.

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

【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】 本発明の別の実施例を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の別の実施例を示し、(a)は概略部
分斜視図、(b)は概略正面図。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, (a) is a schematic partial perspective view, and (b) is a schematic front view.

【図5】 本発明のさらに別の実施例を示し、(a)は
概略部分斜視図、(b) は概略正面図。
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention, (a) is a schematic partial perspective view, and (b) is a schematic front view.

【図6】 図1の装置の制御系の一例を示す概略ブロッ
ク線図。
6 is a schematic block diagram showing an example of a control system of the apparatus shown in FIG.

【図7】 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の放電部の変位を示す概略斜視
図。
FIG. 7 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】[Explanation of symbols]

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:周波数・位相制御装置 8:磁力線 9:磁気中性線 10:高周波コイル 11:ガス導入口 12:ガス導入口 13:排気口 14:基板 1: Vacuum chamber 2: Plasma generation chamber 3: Substrate processing chamber 4: Electromagnetic coil 5: Electromagnetic coil 6: Electromagnetic coil 7: Frequency / phase control device 8: Magnetic force line 9: Magnetic neutral line 10: High frequency coil 11: Gas introduction Port 12: Gas inlet 13: Exhaust port 14: 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 9216−2G H05H 1/46 C H05H 1/46 H01L 21/302 B Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/3065 9216-2G H05H 1/46 C H05H 1/46 H01L 21/302 B

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、一定の周波数をもつ交流電流によって励磁され、
真空チャンバ内に空間的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交流磁場発
生手段と、この交流磁場発生手段によって形成された磁
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
徴とする磁気中性線放電プラズマ処理装置。
1. A discharge plasma processing apparatus adapted to process an object to be processed using plasma in a vacuum chamber, which is excited by an alternating current having a constant frequency,
AC magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line which is a position of a magnetic field zero spatially continuously existing in the vacuum chamber, and along the magnetic neutral line formed by the AC magnetic field generating means A magnetic neutral wire discharge plasma processing apparatus comprising: an electric field generating means for forming an electric field to generate discharge plasma in the magnetic neutral wire.
【請求項2】 交流磁場発生手段が、表面を絶縁体で被
覆したコイルから成る請求項1に記載の磁気中性線放電
プラズマ処理装置。
2. The magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the AC magnetic field generating means comprises a coil whose surface is covered with an insulator.
【請求項3】 交流磁場発生手段が同軸上に間隔をおい
て配列した少なくとも二つの交流磁場発生コイルから成
り、これらのコイルに交流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に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装
置。
3. The alternating magnetic field generating means comprises at least two alternating magnetic field generating coils coaxially arranged at intervals, and at least an annular magnetic neutral wire is provided between adjacent coils by passing an alternating current through these coils. The magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein one is formed.
【請求項4】 各交流磁場発生コイルに流す各交流電流
の大きさと相互の位相差とを制御することにより、発生
した環状磁気中性線の上記交流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に記載の磁気中性線
放電プラズマ処理装置。
4. The relative position of the generated annular magnetic neutral wire to the alternating magnetic field generating coil is adjusted by controlling the magnitude of each alternating current flowing in each alternating magnetic field generating coil and the mutual phase difference. The magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus according to claim 3, wherein
【請求項5】 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、一定の交流電流によって励磁され、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交流磁場発生手段と、この交流磁
場発生手段によって形成される磁気中性線に沿って電場
を印加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、交流磁場発生手段に供給される交流電
流の大きさ及び位相を制御する制御手段とを設けたこと
を特徴とする磁気中性線放電プラズマ処理装置。
5. A discharge plasma processing apparatus configured to process an object to be processed using plasma in a vacuum chamber, which is excited by a constant alternating current and has a position of zero magnetic field continuously existing in the vacuum chamber. AC magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line, and an electric field is applied along the magnetic neutral line formed by the AC magnetic field generating means to generate discharge plasma in the magnetic neutral line. A magnetic neutral wire discharge plasma processing apparatus comprising: an electric field generating means and a control means for controlling the magnitude and phase of an alternating current supplied to the alternating magnetic field generating means.
【請求項6】 制御手段が、交流磁場発生手段に供給す
る交流電源の周波数を制御するように構成されている請
求項5に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
6. The magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the control means is configured to control the frequency of the AC power supply supplied to the AC magnetic field generation means.
【請求項7】 制御手段が、交流磁場発生手段に供給す
る交流電源の位相を制御するように構成されている請求
項5に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
7. The magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the control means is configured to control the phase of the AC power supply supplied to the AC magnetic field generation means.
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