JPH0869895A - Electron injection type plasma generating device - Google Patents

Electron injection type plasma generating device

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JPH0869895A
JPH0869895A JP6205072A JP20507294A JPH0869895A JP H0869895 A JPH0869895 A JP H0869895A JP 6205072 A JP6205072 A JP 6205072A JP 20507294 A JP20507294 A JP 20507294A JP H0869895 A JPH0869895 A JP H0869895A
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JP
Japan
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magnetic field
electron beam
plasma
microwave
electron
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Application number
JP6205072A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Fukuyama
聡 福山
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
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Publication of JPH0869895A publication Critical patent/JPH0869895A/en
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Abstract

PURPOSE: To increase the density of plasma generated by a continuous electron injection, improve the production efficiency of a radical and ion, and quicken a film-forming speed in plasma CVD. CONSTITUTION: A microwave is incident onto a magnetic field to produce plasma by cyclotron resonance. This device is provided with a microwave waveguide 21 for introducing a microwave into a plasma production chamber 1, electromagnetic coils 23 and 25 for generating a magnetic field in a direction orthogonal to the propagation direction of the microwave in the plasma production chamber 1, and an electron injecting means 43 for injecting an electron, in the form of an electron beam having energy in a direction same as the direction of the magnetic field by electromagnetic coils 23 and 25, to the magnetic field.

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、電子注入型プラズマ発
生装置に関し、特にプラズマCVD装置等においてプラ
ズマ源として使用される電子注入型プラズマ発生装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron injection type plasma generator, and more particularly to an electron injection type plasma generator used as a plasma source in a plasma CVD apparatus or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマCVD装置として、図3に示さ
れているようなECRプラズマCVD装置が従来より知
られている。このECRプラズマCVD装置は、プラズ
マ生成室1を構成する円筒状のプラズマ生成容器3と、
成膜室5を構成する円筒状の成膜容器7とを有してお
り、この両者は絶縁碍子9によって電気的に絶縁された
状態にて上下に連通接続されている。
2. Description of the Related Art As a plasma CVD apparatus, an ECR plasma CVD apparatus as shown in FIG. 3 has been conventionally known. This ECR plasma CVD apparatus includes a cylindrical plasma generation container 3 that constitutes a plasma generation chamber 1,
It has a cylindrical film forming container 7 that constitutes the film forming chamber 5, and both are vertically connected in an electrically insulated state by an insulator 9.

【0003】プラズマ生成容器3はこれに接続された電
源11によって所定電圧を印加されており、これに対し
成膜容器7は接地接続によって接地電位になっている。
A predetermined voltage is applied to the plasma generating container 3 by a power source 11 connected thereto, while the film forming container 7 is at ground potential due to ground connection.

【0004】プラズマ生成容器3には冷却水通路13が
形成されており、冷却水通路13には冷却水供給管15
より冷却水が供給される。
A cooling water passage 13 is formed in the plasma generating container 3, and a cooling water supply pipe 15 is provided in the cooling water passage 13.
More cooling water is supplied.

【0005】プラズマ生成容器3の上面部には石英ガラ
ス板17によって気密シールドされたマイクロ波導入窓
19が形成されており、マイクロ波導入窓19にはマイ
クロ波導波管21が接続されている。導波管21は図示
されていないマイクロ波発生源より2.45GHzのマ
イクロ波を与えられ、これをマイクロ波導入窓19より
プラズマ生成室1内に導入する。
A microwave introduction window 19 hermetically shielded by a quartz glass plate 17 is formed on the upper surface of the plasma generation container 3, and a microwave waveguide 21 is connected to the microwave introduction window 19. The waveguide 21 is supplied with a microwave of 2.45 GHz from a microwave generation source (not shown), and introduces the microwave into the plasma generation chamber 1 through the microwave introduction window 19.

【0006】プラズマ生成容器3の外側には電磁コイル
23と25とが上下2段に固定配置されている。電磁コ
イル23と25はプラズマ生成室1内、特に石英ガラス
板17の真下領域(磁界領域)Aに、875ガウスの磁
束密度のプラズマ封じ込めのためのミラー磁界(磁場)
を形成する。
The electromagnetic coils 23 and 25 are fixedly arranged in two stages, upper and lower, outside the plasma generating container 3. The electromagnetic coils 23 and 25 are mirror magnetic fields (magnetic fields) for confining the plasma having a magnetic flux density of 875 Gauss in the plasma generation chamber 1, particularly in the area (magnetic field area) A directly below the quartz glass plate 17.
To form.

【0007】プラズマ生成容器3にはプラズマ生成室1
内にO2 ガスを供給するガス導入管27が接続されてお
り、またプラズマ生成室1にはO2 ガスを磁界領域Aへ
向けて吹き出すL形管29が設けられている。
The plasma generation chamber 1 has a plasma generation chamber 1
A gas introduction pipe 27 for supplying O 2 gas is connected inside, and an L-shaped pipe 29 for blowing O 2 gas toward the magnetic field region A is provided in the plasma generation chamber 1.

【0008】プラズマ生成室1と成膜室5との間には、
多数の貫通孔を明けられたマイクロ波シールド板31と
接地電位の環状の引き出し電極33とが設けられてい
る。
Between the plasma generating chamber 1 and the film forming chamber 5,
A microwave shield plate 31 having a large number of through holes and an annular lead electrode 33 having a ground potential are provided.

【0009】成膜室5の中央部にはウエハWを静電チャ
ックなどにより固定載置される試料台35が配置されて
いる。成膜容器7には成膜に必要なSiH4 などの反応
ガスを成膜室5内に供給するガス導入管37が接続され
ており、また成膜容器7の底部には複数個の排気ポート
39が等位相、即ち容器中心に対して軸対称に設けられ
ている。排気ポート39には図には示されていない排気
装置が接続されている。
At the center of the film forming chamber 5, there is arranged a sample table 35 on which the wafer W is fixedly mounted by an electrostatic chuck or the like. A gas introducing pipe 37 for supplying a reaction gas such as SiH 4 required for film formation into the film forming chamber 5 is connected to the film forming container 7, and a plurality of exhaust ports are provided at the bottom of the film forming container 7. 39 are provided in the same phase, that is, axisymmetric with respect to the center of the container. An exhaust device (not shown) is connected to the exhaust port 39.

【0010】つぎに上述のECRプラズマCVD装置の
動作を、ウエハW上にSiO2 膜を生成する場合を例に
とって説明する。
Next, the operation of the above-mentioned ECR plasma CVD apparatus will be described by taking the case of forming a SiO 2 film on the wafer W as an example.

【0011】先ずプラズマ生成室1、成膜室5を真空引
きした状態にて導波管21より2.45GHzのマイク
ロ波を石英ガラス板17に照射する。このマイクロ波は
石英ガラス板17を透過してプラズマ生成室1内に導入
される。プラズマ生成室1内にはガス導入管27によっ
てO2 ガスを供給し、電磁コイル23,25に対して通
電を行い、電磁コイル23,25によってプラズマ生成
室1内の領域Aに875ガウスの磁束密度のミラー磁界
を形成する。
First, while the plasma generating chamber 1 and the film forming chamber 5 are evacuated, the quartz glass plate 17 is irradiated with microwaves of 2.45 GHz from the waveguide 21. This microwave passes through the quartz glass plate 17 and is introduced into the plasma generation chamber 1. O 2 gas is supplied into the plasma generation chamber 1 by the gas introduction pipe 27 to energize the electromagnetic coils 23 and 25, and the magnetic coils 23 and 25 generate a magnetic flux of 875 Gauss in the region A in the plasma generation chamber 1. Form a mirror field of density.

【0012】プラズマ生成室1内の電子はミラー磁界に
より電子サイクロトロン周波数で振動する。その周波数
は875ガウスの磁界領域Aにおいては2.45GHz
になっており、この結果、磁界領域Aでは磁界による振
動数とマイクロ波による振動数とが一致し、共鳴現象が
起こり、高密度なプラズマが発生する。
The electrons in the plasma generation chamber 1 vibrate at the electron cyclotron frequency due to the mirror magnetic field. The frequency is 2.45 GHz in the magnetic field area A of 875 Gauss.
As a result, in the magnetic field region A, the frequency due to the magnetic field and the frequency due to the microwave match, a resonance phenomenon occurs, and high-density plasma is generated.

【0013】導波管21よりプラズマ生成室1に導入さ
れたマイクロ波は、殆ど磁界領域Aのプラズマにより反
射され、一部が透過する。透過したマイクロ波はマイク
ロ波シールド板31により反射し、成膜室5には入らな
い。
The microwaves introduced into the plasma generation chamber 1 from the waveguide 21 are almost reflected by the plasma in the magnetic field region A, and part of them are transmitted. The transmitted microwave is reflected by the microwave shield plate 31 and does not enter the film forming chamber 5.

【0014】プラズマ生成室1にて生成されたプラズマ
中のイオン、電子および中性粒子は、マイクロ波シール
ド板31、引き出し電極33を通過して成膜室5内に供
給される。電子はサイクロトロン運動を行いながら成膜
室5内に形成された発散磁界に沿って成膜室5内に入射
する。この際、電子はプラズマ生成室1内で有していた
運動エネルギと発散磁界による磁界強度の減少分の積で
表されるエネルギを失うことになる。
Ions, electrons and neutral particles in the plasma generated in the plasma generation chamber 1 are supplied into the film formation chamber 5 through the microwave shield plate 31 and the extraction electrode 33. The electrons enter the film forming chamber 5 along the divergent magnetic field formed in the film forming chamber 5 while performing the cyclotron motion. At this time, the electrons lose the energy represented by the product of the kinetic energy in the plasma generation chamber 1 and the decrease in the magnetic field strength due to the divergent magnetic field.

【0015】成膜室5内にはガス導入管37によってS
iH4 などの反応ガスが供給されており、プラズマ生成
室1よりのイオン、電子および中性粒子は、成膜室5内
の反応ガスと反応を生じ、分解され、ウエハW上に析出
される。
In the film forming chamber 5, a gas introducing pipe 37 is used for S
A reaction gas such as iH 4 is supplied, and the ions, electrons, and neutral particles from the plasma generation chamber 1 react with the reaction gas in the film formation chamber 5, are decomposed, and are deposited on the wafer W. .

【0016】ウエハW上での成膜に供されなかった反応
ガスは、排気ポート39より排気装置によって装置外部
へ排気される。
The reaction gas not used for film formation on the wafer W is exhausted from the exhaust port 39 to the outside of the device by the exhaust device.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上述の如きECRプラ
ズマCVD装置における成膜速度は、1000オングス
トローム/分程度で、非常に遅く、ミクロンオーダの厚
膜の堆積を行うには長い時間が掛かる。
The film formation rate in the above-mentioned ECR plasma CVD apparatus is about 1000 angstrom / minute, which is very slow, and it takes a long time to deposit a thick film on the order of microns.

【0018】ところで、プラズマ発生過程におけるイオ
ン、ガス分子、ラジカルなどは、電子に比して質量が非
常に大きく、殆ど動くことがなく、実質的に静止状態の
イオン、ガス分子、ラジカル等の間を電子がサイクロト
ロン振動し、各ガス分子のイオン化断面積に相当する確
率でイオン化が行われるモデルが成立し、ECRプラズ
マ発生装置において電子サイクロトロン共鳴を生じ、ガ
スのイオン化効率を高め、ECRプラズマの加熱、高密
度化に寄与しているのは、主に電子であると云うことが
知られている。
By the way, ions, gas molecules, radicals, etc. in the plasma generation process have a very large mass as compared with electrons, hardly move, and are substantially stationary between ions, gas molecules, radicals, etc. A model is established in which electrons are oscillated by cyclotron and ionization is carried out with a probability corresponding to the ionization cross section of each gas molecule, and electron cyclotron resonance is generated in the ECR plasma generator to enhance gas ionization efficiency and heat ECR plasma. It is known that the electrons mainly contribute to the high density.

【0019】このことに鑑みて、磁界領域Aに電子ビー
ムを入射して磁界領域Aに電子を注入し、磁界領域Aに
おける電子の量を増やすことが考えられている。
In view of this, it has been considered that the electron beam is incident on the magnetic field region A to inject the electrons into the magnetic field region A to increase the amount of electrons in the magnetic field region A.

【0020】ところが、図3に示されている装置のプラ
ズマ生成室1に横方向(図3にて左右水平方向)より電
子ビームを入射すると、電子ビームの入射方向とプラズ
マに印加する磁界の方向とが直交し、つぎに云うような
問題が発生する。即ち、電子ビームが磁界の影響でロー
レンツ力を受け、ローレンツ力は電子ビームの方向と磁
界の方向の両方向に直交する方向へ作用するため、電子
ビームが偏向すると云うことである。このローレンツ力
は、電子ビームのエネルギが大きければ大きいほど、大
きくなる。例えば10Kボルトの電圧で加速された電子
ビームは、875ガウスの磁界中で約33mm程度の曲
率半径で偏向される。
However, when an electron beam is made to enter the plasma generating chamber 1 of the apparatus shown in FIG. 3 from the lateral direction (horizontal horizontal direction in FIG. 3), the incident direction of the electron beam and the direction of the magnetic field applied to the plasma. And are orthogonal, and the following problem occurs. That is, the electron beam receives a Lorentz force under the influence of the magnetic field, and the Lorentz force acts in a direction orthogonal to both the direction of the electron beam and the direction of the magnetic field, so that the electron beam is deflected. This Lorentz force increases as the energy of the electron beam increases. For example, an electron beam accelerated by a voltage of 10 KV is deflected in a magnetic field of 875 Gauss with a radius of curvature of about 33 mm.

【0021】この問題を回避するために、電子ビームの
入射とECRプラズマの生成とを交互に行うことが考え
られる。しかし、この場合にはつぎに云うような問題が
発生する。
In order to avoid this problem, it is conceivable that the electron beam injection and the ECR plasma generation are performed alternately. However, in this case, the following problems occur.

【0022】(1)電磁コイルに通電してから、所要の
磁界が形成されるまでには、ある時間を要するため、所
要の磁界が形成されるに至る前の過渡状態でプラズマが
生成され、サイクロトロン共鳴現象を確実に実現できな
い虞れがある。 (2)電子ビーム源であるフィラメントを周期的に動作
させなくてはならず、フィラメントに電流を短時間毎に
間欠的に流すため、フィラメントが断線しやすくなり、
フィラメントの寿命が非常に短くなる。 (3)マイクロ波電源のオン/オフを繰り返すために、
マイクロ波電源の寿命が非常に短くなる。 (4)プラズマ形成時には連続的にプラズマを保持する
場合に比して大きい電力を必要とする。 (5)上述の4つの問題を解決するために、電子ビーム
の入射とECRプラズマの生成とを交互に行う周波数を
小さくすると、電子ビームによる電子注入の効果が低減
する。
(1) Since it takes a certain time from when the electromagnetic coil is energized until a required magnetic field is formed, plasma is generated in a transient state before the required magnetic field is formed, There is a possibility that the cyclotron resonance phenomenon cannot be realized reliably. (2) Since the filament, which is the electron beam source, must be periodically operated, and a current is intermittently applied to the filament every short time, the filament is easily broken,
The life of the filament is very short. (3) In order to repeatedly turn on / off the microwave power source,
The microwave power supply has a very short life. (4) A large electric power is required at the time of plasma formation as compared with the case of continuously holding the plasma. (5) In order to solve the above-mentioned four problems, if the frequency at which the incidence of the electron beam and the generation of the ECR plasma are alternately made small, the effect of electron injection by the electron beam is reduced.

【0023】本発明は、上述の如き問題点に着目してな
されたものであり、電子ビームの入射とECRプラズマ
の生成とを交互に行うことなく、プラズマ封じ込め磁界
に対する電子ビームの入射を連続的に適切に行い、この
電子ビームの入射によって発生するプラズマの密度を高
め、ラジカル、イオンの生成効率を向上せしめ、プラズ
マCVDにおける成膜速度を高めることが可能な電子注
入型プラズマ発生装置を提供することを目的としてい
る。
The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems, and the electron beam is continuously incident on the magnetic field for confining the plasma without alternately performing the electron beam incidence and the ECR plasma generation. And an electron injection type plasma generator capable of increasing the density of plasma generated by incidence of this electron beam, improving the generation efficiency of radicals and ions, and increasing the film formation rate in plasma CVD. Is intended.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
るために、本発明による電子注入型プラズマ発生装置
は、磁界にマイクロ波を入射してサイクロトロン共鳴に
よりプラズマを発生する電子注入型プラズマ発生装置に
おいて、プラズマ生成室にマイクロ波を導入するマイク
ロ波導波管と、前記プラズマ生成室にマイクロ波の伝搬
方向と直交する方向の磁界を発生する電磁コイルと、前
記磁界の方向と同一方向にあるエネルギを有した電子ビ
ームの形態をもって電子を前記磁界に対して注入する電
子注入手段とを有していることを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, an electron injection type plasma generator according to the present invention is an electron injection type plasma generation in which a microwave is injected into a magnetic field to generate plasma by cyclotron resonance. In the apparatus, a microwave waveguide that introduces microwaves into the plasma generation chamber, an electromagnetic coil that generates a magnetic field in the plasma generation chamber in a direction orthogonal to the propagation direction of the microwave, and the electromagnetic coil are in the same direction as the magnetic field. And an electron injection means for injecting electrons into the magnetic field in the form of an electron beam having energy.

【0025】本発明による電子注入型プラズマ発生装置
における電子注入手段は、マイクロ波の伝搬方向と直交
する方向に延在し一端にて前記プラズマ生成室に開口し
た電子ビーム線形導入通路手段と、前記電子ビーム線形
導入通路手段の他端に配置された電子ビーム発生部と、
前記電子ビーム線形導入通路手段の途中に設けられた加
速電極とを有している型式のものであってよい。
The electron injection means in the electron injection type plasma generator according to the present invention comprises an electron beam linear introduction passage means extending in a direction orthogonal to a microwave propagation direction and opened at one end into the plasma generation chamber, An electron beam generator disposed at the other end of the electron beam linear introduction passage means,
It may be of a type having an accelerating electrode provided in the middle of the electron beam linear introduction passage means.

【0026】[0026]

【作用】上述の如き構成によれば、電磁コイルによって
プラズマ生成室にマイクロ波の伝搬方向と直交する方向
の磁界が発生し、この磁界に電子注入手段により、その
磁界の方向と同一方向にあるエネルギを有した電子ビー
ムの形態をもって電子が注入されることによって磁界に
おける電子の量が増え、この電子の量の増加に応じて磁
界領域に発生するプラズマの密度が高くなる。
According to the above construction, the electromagnetic coil generates a magnetic field in the plasma generation chamber in a direction orthogonal to the microwave propagation direction, and the magnetic field is in the same direction as the magnetic field by the electron injection means. By injecting electrons in the form of an energetic electron beam, the amount of electrons in the magnetic field increases, and as the amount of electrons increases, the density of plasma generated in the magnetic field region increases.

【0027】この場合、磁界に対する電子ビームの入射
方向がその磁界の方向と同一方向であることから、電子
ビームがローレンツ力を受けて偏向することなく直進
し、しかも電子ビームが収束するから、磁界に対する電
子ビームによる電子注入が連続的に効率よく行われる。
In this case, since the incident direction of the electron beam with respect to the magnetic field is the same as the direction of the magnetic field, the electron beam receives the Lorentz force and goes straight without being deflected, and the electron beam converges. Electrons are continuously and efficiently injected by an electron beam.

【0028】[0028]

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。なお、本発明の実施例において上述の従来例
と同一構成の部分は、上述の従来例に付した符号と同一
の符号を付してその説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the embodiments of the present invention, the same components as those in the above-described conventional example are designated by the same reference numerals as those in the above-described conventional example, and the description thereof will be omitted.

【0029】図1は本発明による電子注入型プラズマ発
生装置をプラズマCVD装置のプラズマ源として適用し
た場合の一実施例を示している。
FIG. 1 shows an embodiment in which the electron injection type plasma generator according to the present invention is applied as a plasma source of a plasma CVD apparatus.

【0030】電磁コイル23と25はプラズマ生成容器
1の両側にプラズマ生成容器1の中心に対して対称に配
置されている。電磁コイル23と25は、互いに同方向
に通電されることによってプラズマ生成室1内の領域A
に、875ガウスで、導波管21によるマイクロ波の伝
搬方向とは直交する方向のミラー磁界を形成する。
The electromagnetic coils 23 and 25 are arranged symmetrically with respect to the center of the plasma production container 1 on both sides of the plasma production container 1. The electromagnetic coils 23 and 25 are energized in the same direction as each other to generate a region A in the plasma generation chamber 1.
In addition, a mirror magnetic field of 875 gauss is formed in a direction orthogonal to the microwave propagation direction of the waveguide 21.

【0031】プラズマ生成容器3の一方の側には電子ビ
ーム導入管部41が設けられている。電子ビーム導入管
部41は、電磁コイル25のボビン中心空間を貫通し、
マイクロ波の伝搬方向と直交する方向、換言すれば領域
Aにおけるミラー磁界の方向と同一方向に延在し、プラ
ズマ生成室1の領域Aに向けて開口している。電子ビー
ム導入管部41の開口位置はプラズマ生成室1の中央部
になっているが、これは偏心していてもよい。
An electron beam introducing tube portion 41 is provided on one side of the plasma generating container 3. The electron beam introducing pipe portion 41 penetrates the bobbin center space of the electromagnetic coil 25,
It extends in the direction orthogonal to the microwave propagation direction, in other words, in the same direction as the direction of the mirror magnetic field in the region A, and opens toward the region A of the plasma generation chamber 1. Although the opening position of the electron beam introducing tube portion 41 is the central portion of the plasma generation chamber 1, it may be eccentric.

【0032】電子ビーム導入管部41には電子注入装置
43の電子ビーム線形導管45の一端が連通接続されて
いる。電子ビーム線形導管45は電子ビーム導入管部4
1と同方向に延在している。ここでは電子ビーム導入管
部41と電子ビーム線形導管45とが電子ビーム線形導
入通路手段をなしている。
One end of an electron beam linear conduit 45 of the electron injection device 43 is connected to the electron beam introducing tube portion 41 so as to communicate therewith. The electron beam linear conduit 45 is the electron beam introducing pipe section 4.
It extends in the same direction as 1. Here, the electron beam introduction tube portion 41 and the electron beam linear conduit 45 form an electron beam linear introduction passage means.

【0033】電子ビーム線形導管45には、ターボ分子
ポンプなどによる排気ポンプ47と、ドライポンプなど
による補助ポンプ49とが接続されており、排気ポンプ
47と補助ポンプ49のポンプ作用により電子ビーム線
形導管45および電子ビーム導入管部41の内部は高真
空状態になる。排気ポンプ47の排気速度は550リッ
トル/秒程度であってよい。
An exhaust pump 47 such as a turbo molecular pump and an auxiliary pump 49 such as a dry pump are connected to the electron beam linear conduit 45. The exhaust pump 47 and the auxiliary pump 49 serve to pump the electron beam linear conduit 45. The insides of 45 and the electron beam introducing tube section 41 are in a high vacuum state. The exhaust speed of the exhaust pump 47 may be about 550 l / sec.

【0034】電子ビーム導入管部41のプラズマ生成室
1に対する開口端近くには電子ビーム導入管部41側と
プラズマ生成室1とで個別の真空度を設定するためのオ
リフィス51が設けられている。オリフィス51は、3
mm程度の貫通孔を明けられた板体により構成されてい
てよく、電子ビーム導入管部41側とプラズマ生成室1
とに1桁(Torr)の差圧を確保する。
An orifice 51 is provided near the opening end of the electron beam introducing tube portion 41 with respect to the plasma generating chamber 1 for setting the degree of vacuum individually for the electron beam introducing tube portion 41 side and the plasma generating chamber 1. . Orifice 51 is 3
The electron beam introducing tube portion 41 side and the plasma generating chamber 1 may be configured by a plate body having a through hole of about mm.
Secure a differential pressure of 1 digit (Torr).

【0035】なお、プラズマ生成室1の排気は図示され
ていない別の排気ポンプにより行われ、この排気ポンプ
は排気速度が1800リットル/秒程度のターボ分子ポ
ンプであってよい。
The plasma generating chamber 1 is exhausted by another exhaust pump (not shown), and this exhaust pump may be a turbo molecular pump having an exhaust speed of about 1800 liter / sec.

【0036】電子ビーム線形導管45の他端には電子ビ
ーム発生部53が配置されている。電子ビーム発生部5
3は、絶縁碍子55によって支持体57より電気的に絶
縁されて支持されたタングステン製などの針状2極フィ
ラメント59を有し、針状2極フィラメント59に加熱
用電源61によって通電を行い、針状2極フィラメント
59を加熱することで電子を発生する。針状2極フィラ
メント59の針先端部には、これを取り囲むようにリン
グ状の引き出し電極63が設けられている。引き出し電
極63は、絶縁碍子65によって電子ビーム線形導管4
5および支持体57より電気的に絶縁されて支持されて
おり、高圧電源67により針状2極フィラメント59と
の間に、例えば10Kボルト程度の高電圧を印加され
る。
An electron beam generator 53 is arranged at the other end of the electron beam linear conduit 45. Electron beam generator 5
3 has a needle-shaped two-pole filament 59 made of tungsten, which is electrically insulated and supported by a support 57 by an insulator 55, and the needle-shaped two-pole filament 59 is energized by a heating power source 61, Electrons are generated by heating the needle-shaped bipolar filament 59. At the tip of the needle of the needle-shaped bipolar filament 59, a ring-shaped lead electrode 63 is provided so as to surround the needle. The extraction electrode 63 is connected to the electron beam linear conduit 4 by the insulator 65.
5 and the support 57 are electrically insulated and supported, and a high voltage of, for example, about 10 KV is applied between the high-voltage power supply 67 and the needle-shaped bipolar filament 59.

【0037】電子ビーム導入管部41と電子ビーム線形
導管45との接続部には絶縁碍子69によって加速電極
71が設けられている。加速電極71の電位は電源73
によって引き出し電極63より高く、しかもこの加速電
極71は電源75によってプラズマ生成容器3に対して
所定の電位に保たれる。なお、加速電極71がオリフィ
ス51の絞り機能を兼ねていてもよく、この場合にはオ
リフィス51を省略することができる。
An accelerating electrode 71 is provided by an insulator 69 at the connecting portion between the electron beam introducing tube portion 41 and the electron beam linear conduit 45. The potential of the acceleration electrode 71 is the power source 73
Is higher than the extraction electrode 63, and the acceleration electrode 71 is kept at a predetermined potential with respect to the plasma generation container 3 by the power supply 75. The accelerating electrode 71 may also have the function of restricting the orifice 51, and in this case, the orifice 51 can be omitted.

【0038】加速電極71の周囲と電子ビーム線形導管
45の周囲には各々ソレノイド型コイル77,79が配
置されている。ソレノイド型コイル77,79は、ビー
ムの伝達方向に磁界を発生して電子ビームの収束を行う
ものであり、これは4極型レンズや静電型レンズであっ
てもよい。
Solenoid coils 77 and 79 are arranged around the accelerating electrode 71 and around the electron beam linear conduit 45, respectively. The solenoid coils 77 and 79 generate a magnetic field in the beam transmission direction to converge the electron beam, and may be a quadrupole lens or an electrostatic lens.

【0039】プラズマ生成容器3の他方の側には電子ビ
ーム導入管部41と同一軸線上にサンプリング管部81
が設けられている。サンプリング管部81は、電磁コイ
ル23のボビン中心空間を貫通して電子ビーム導入管部
41と同方向に延在しており、先端をエンドプレート8
3により閉じられている。サンプリング管部81内には
電子ビーム電流を計測するためのファラデーカップ85
が配置されており、またファラデーカップ85にはマイ
クロアンペア単位の電流を計測することができる電流計
87が接続されている。この電流計87は、一方の端子
をファラデーカップ85に接続され、他方の端子を電源
11に接続されてプラズマ生成容器3と同電位になって
いる。
On the other side of the plasma generating container 3, a sampling tube portion 81 is provided on the same axis as the electron beam introducing tube portion 41.
Is provided. The sampling tube portion 81 penetrates the bobbin center space of the electromagnetic coil 23 and extends in the same direction as the electron beam introducing tube portion 41, and the tip thereof is the end plate 8.
Closed by 3. A Faraday cup 85 for measuring the electron beam current is provided in the sampling tube portion 81.
Is connected to the Faraday cup 85. An ammeter 87 capable of measuring a current in microamperes is connected to the Faraday cup 85. The ammeter 87 has one terminal connected to the Faraday cup 85 and the other terminal connected to the power supply 11 to have the same potential as the plasma generation container 3.

【0040】つぎに上述のプラズマCVD装置の動作
を、ウエハW上にSiO2 膜を生成する場合を例にとっ
て説明する。
Next, the operation of the above-described plasma CVD apparatus will be described by taking the case of forming a SiO 2 film on the wafer W as an example.

【0041】まずプラズマ生成室1、成膜室5、電子ビ
ーム導入管部41、電子ビーム線形導管45、サンプリ
ング管部81を排気ポンプ47等によって10-7Torr程
度まで真空引きを行う。
First, the plasma generating chamber 1, the film forming chamber 5, the electron beam introducing pipe portion 41, the electron beam linear conduit 45, and the sampling pipe portion 81 are evacuated to about 10 -7 Torr by an exhaust pump 47 or the like.

【0042】次に電子注入装置43を動作させ、その電
子ビーム量をファラデーカップ85により計測する。具
体的には、加熱用電源61により針状2極フィラメント
59に通電を行い、針状2極フィラメント59を加熱す
る。この加熱により針状2極フィラメント59からは熱
電子が放出され、そして引き出し電極63によって引き
出された電子は、領域Aに形成されるミラー磁界の方向
と同一方向にあるエネルギを有したビーム状になって加
速電極71へ向かい、加速電極71により加速される。
加速電極71の印加電圧(加速電圧)が10Kボルトで
ある場合には、数μアンペアの電子ビームが得られる。
なお、電子ビームはソレノイド型コイル77,79によ
って収束される。
Next, the electron injection device 43 is operated, and the amount of the electron beam is measured by the Faraday cup 85. Specifically, the needle-shaped bipolar filament 59 is energized by the heating power source 61 to heat the needle-shaped bipolar filament 59. By this heating, thermoelectrons are emitted from the needle-shaped bipolar filament 59, and the electrons extracted by the extraction electrode 63 are converted into a beam having energy in the same direction as the direction of the mirror magnetic field formed in the area A. Then, it goes to the acceleration electrode 71 and is accelerated by the acceleration electrode 71.
When the applied voltage (acceleration voltage) to the acceleration electrode 71 is 10 KV, an electron beam of several μamperes can be obtained.
The electron beam is focused by the solenoid coils 77 and 79.

【0043】この電子ビームは、領域Aに形成されるミ
ラー磁界の方向と同一方向にあるエネルギを有した電子
ビームであり、偏向することなくオリフィス51の貫通
孔を通過してプラズマ生成室1内に入る。これによって
プラズマ生成室1内に電子が注入される。
This electron beam is an electron beam having energy in the same direction as the direction of the mirror magnetic field formed in the area A, passes through the through hole of the orifice 51 without being deflected, and is in the plasma generating chamber 1. to go into. As a result, electrons are injected into the plasma generation chamber 1.

【0044】そしてソレノイド型コイル77,79に通
電する電流量、加熱用電源61、電源73,75の電圧
を、ファラデーカップ85により計測される電子ビーム
量が最大値になるように調整する。この調整は、電磁コ
イル23,25に通電を行わず、またプラズマ生成室1
にマイクロ波もガスも供給しない状態にて行う。
Then, the amount of current passed through the solenoid type coils 77 and 79 and the voltages of the heating power source 61 and the power sources 73 and 75 are adjusted so that the electron beam amount measured by the Faraday cup 85 becomes the maximum value. This adjustment does not energize the electromagnetic coils 23 and 25, and the plasma generation chamber 1
It is performed without supplying microwaves or gas.

【0045】上述の調整完了後に、プラズマ生成室1内
にガス導入管27によってO2 ガスを供給することと、
冷却水通路13に冷却水を供給することと、成膜室5に
ガス導入管37によって反応ガスを供給することとを開
始する。なお、この冷却水の流量は数リットル/分程度
であってよい。ガス導入管37による反応ガスの供給
は、ウエハWに降り注ぐガス分子量を均一にする目的
で、円環状のノズルより行わてもよい。
After the above-mentioned adjustment is completed, O 2 gas is supplied into the plasma generation chamber 1 through the gas introduction pipe 27,
The supply of the cooling water to the cooling water passage 13 and the supply of the reaction gas to the film forming chamber 5 through the gas introduction pipe 37 are started. The flow rate of this cooling water may be about several liters / minute. The supply of the reaction gas through the gas introduction pipe 37 may be performed from an annular nozzle for the purpose of making the molecular weight of the gas falling on the wafer W uniform.

【0046】次に電磁コイル23,25に対して同方向
通電を行い、電磁コイル23,25によってプラズマ生
成室1内の領域Aに875ガウスの磁束密度のミラー磁
界を形成する。このミラー磁界の方向は、図1にて矢印
により示されているように、導波管21によるマイクロ
波の伝搬方向とは直交する方向になる。
Next, the electromagnetic coils 23 and 25 are energized in the same direction, and the electromagnetic coils 23 and 25 form a mirror magnetic field having a magnetic flux density of 875 Gauss in the region A in the plasma generation chamber 1. The direction of this mirror magnetic field is, as shown by the arrow in FIG. 1, a direction orthogonal to the direction of propagation of microwaves by the waveguide 21.

【0047】この状態にて導波管21から2.45GH
zのマイクロ波をプラズマ生成室1内に連続的に導入す
る。
In this state, the waveguide 21 is moved to 2.45 GH.
The microwave of z is continuously introduced into the plasma generation chamber 1.

【0048】これにより領域Aにおいては、875ガウ
スの磁界による電子振動数とマイクロ波による電子振動
数とが一致して電子サイクロトロン共鳴現象が連続的に
生じ、ここに高密度なプラズマが発生する。
As a result, in the region A, the electron frequency due to the magnetic field of 875 Gauss and the electron frequency due to the microwave coincide with each other, and the electron cyclotron resonance phenomenon continuously occurs, and high-density plasma is generated there.

【0049】この領域Aには電子注入装置43よりの電
子ビームの入射によって電子が連続的に注入されている
から、電子サイクロトロン共鳴を起こす電子量が増加し
ており、このことにより非常に高密度なプラズマが発生
することになる。またこれに伴い、イオン化効率、ラジ
カルの生成効率も格段に向上する。
Since electrons are continuously injected into this region A by the incidence of an electron beam from the electron injection device 43, the amount of electrons that cause electron cyclotron resonance is increased, which results in a very high density. Plasma is generated. Along with this, the ionization efficiency and radical generation efficiency are also significantly improved.

【0050】この場合、領域Aにおける磁界に対する電
子ビームの入射方向がその磁界の方向と同一方向である
ことから、電子ビームがローレンツ力を受けて偏向する
ことなく直進し、しかも電子ビームが収束するから、こ
の磁界に対する電子ビームによる電子注入が連続的に効
率よく行われる。
In this case, since the incident direction of the electron beam with respect to the magnetic field in the region A is the same as the direction of the magnetic field, the electron beam receives the Lorentz force and goes straight without being deflected, and the electron beam converges. Therefore, the electron injection to the magnetic field by the electron beam is continuously and efficiently performed.

【0051】プラズマ生成室1にて生成されたプラズマ
中のイオン、電子は、マイクロ波シールド板31、引き
出し電極33を通過して成膜室5内に供給され、プラズ
マより引き出されたイオン、ラジカルが成膜室5内の反
応ガスと反応し、ウエハW上にSiO2 膜を生成するこ
とになる。
Ions and electrons in the plasma generated in the plasma generation chamber 1 are supplied into the film formation chamber 5 through the microwave shield plate 31 and the extraction electrode 33, and the ions and radicals extracted from the plasma are supplied. Reacts with the reaction gas in the film forming chamber 5 to form a SiO 2 film on the wafer W.

【0052】この場合には、2.5μm/分の成膜速度
が得られた。同一装置で、電子注入を行わない場合には
成膜速度0.3μm/分となり、電子注入により成膜速
度が約8倍になることが解った。
In this case, a film forming rate of 2.5 μm / min was obtained. It was found that the film formation rate was 0.3 μm / min when electron injection was not performed in the same apparatus, and the film formation rate was increased to about 8 times by electron injection.

【0053】上述の実施例では、電磁コイル23と25
に同方向通電を行ってミラー磁界を設けたが、電磁コイ
ル23と25とに相互に逆方向通電を行ってカプス磁界
を設けてもよい。この場合の磁界の方向は図2に矢印に
より示されている。なお、図2では、電磁コイル23に
よる磁界が右方向で、電磁コイル25による磁界が左方
向になっているが、これは全体に逆方向であってもよ
い。
In the above embodiment, the electromagnetic coils 23 and 25
Although the mirror magnetic field is provided by energizing in the same direction, it is also possible to energize the electromagnetic coils 23 and 25 in opposite directions to provide the cup magnetic field. The direction of the magnetic field in this case is indicated by the arrow in FIG. Although the magnetic field generated by the electromagnetic coil 23 is in the right direction and the magnetic field generated by the electromagnetic coil 25 is in the left direction in FIG. 2, this may be the opposite direction as a whole.

【0054】カプス磁界による場合には、カプス磁界に
閉じこめられたプラズマに電子を注入することが可能に
なり、高密度のプラズマ発生がよりいっそう効果的に行
われる。この場合のプラズマの密度が従来のものに比し
て1桁程度向上することが期待できる。
In the case of using the Kaps magnetic field, it becomes possible to inject electrons into the plasma confined in the Kaps magnetic field, so that high density plasma generation is performed more effectively. In this case, the plasma density can be expected to be improved by about one digit as compared with the conventional one.

【0055】このカプス磁界による場合には、上述のも
のと同一条件で、3.5μm/分の成膜速度が得られ、
電子注入により成膜速度が約11倍になることが解っ
た。
In the case of using the cup magnetic field, a film forming rate of 3.5 μm / min can be obtained under the same conditions as described above.
It was found that the film formation rate was increased about 11 times by electron injection.

【0056】なお、何れの場合も、ウエハWは成膜過程
にて加熱されてもよい。以上に於ては、本発明を特定の
実施例について詳細に説明したが、本発明は、これらに
限定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の実
施例が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。
In any case, the wafer W may be heated during the film forming process. In the above, the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments, but the present invention is not limited to these, and various embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による電子注入型プラズマ発生装置によれば、電磁コイ
ルによってプラズマ生成室にマイクロ波の伝搬方向と直
交する方向の磁界が発生し、この磁界に電子注入手段に
よりその磁界の方向と同一方向にあるエネルギを有した
電子ビームの形態をもって電子が連続的に注入され、磁
界における電子の量が増えることにより、この磁界領域
に発生するプラズマの密度が高くなり、これに応じてプ
ラズマCVDにおける成膜速度を高くすることが可能に
なる。
As can be understood from the above description, according to the electron injection type plasma generator of the present invention, the electromagnetic coil generates a magnetic field in the plasma generation chamber in the direction orthogonal to the microwave propagation direction. Electrons are continuously injected into the magnetic field in the form of an electron beam having energy in the same direction as the direction of the magnetic field by the electron injection means, and the amount of electrons in the magnetic field increases, so that the plasma generated in this magnetic field region The density is increased, and accordingly, the film formation rate in plasma CVD can be increased.

【0058】この場合、磁界に対する電子ビームの入射
方向がその磁界の方向と同一方向であることから、電子
ビームがローレンツ力を受けて偏向することがなく直進
し、しかも電子ビームが収束するから、磁界に対する電
子ビームによる電子注入が、電子ビームの入射とECR
プラズマの生成とを交互に行うことなく、連続的に効率
よく行われる。
In this case, since the incident direction of the electron beam with respect to the magnetic field is the same as that of the magnetic field, the electron beam receives the Lorentz force and goes straight without being deflected, and the electron beam converges. Electron injection by electron beam to magnetic field causes electron beam incidence and ECR
The plasma is continuously and efficiently performed without being alternately generated.

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

【図1】本発明による電子注入型プラズマ発生装置をプ
ラズマCVD装置のプラズマ源として適用した場合の一
実施例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment in which an electron injection type plasma generator according to the present invention is applied as a plasma source of a plasma CVD apparatus.

【図2】本発明による電子注入型プラズマ発生装置をプ
ラズマCVD装置のプラズマ源として適用した場合の他
の一実施例を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment in which the electron injection type plasma generator according to the present invention is applied as a plasma source of a plasma CVD apparatus.

【図3】従来のECRプラズマCVD装置を示す構成図
である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional ECR plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ生成室 3 プラズマ生成容器 5 成膜室 7 成膜容器 11 電源 21 導波管 23,25 電磁コイル 27 ガス導入管 35 試料台 37 ガス導入管 41 電子ビーム導入管部 43 電子注入装置 45 電子ビーム線形導管 47 排気ポンプ 53 電子ビーム発生部 59 針状2極フィラメント 63 引き出し電極 71 加速電極 77,79 ソレノイド型コイル 81 サンプリング管部 85 ファラデーカップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation chamber 3 Plasma generation container 5 Film formation chamber 7 Film formation container 11 Power supply 21 Waveguide 23,25 Electromagnetic coil 27 Gas introduction pipe 35 Sample stage 37 Gas introduction pipe 41 Electron beam introduction pipe part 43 Electron injection device 45 Electron Beam linear conduit 47 Exhaust pump 53 Electron beam generator 59 Needle-shaped two-pole filament 63 Extraction electrode 71 Accelerating electrode 77,79 Solenoid coil 81 Sampling tube 85 Faraday cup

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁界にマイクロ波を入射してサイクロト
ロン共鳴によりプラズマを発生する電子注入型プラズマ
発生装置において、 プラズマ生成室にマイクロ波を導入するマイクロ波導波
管と、 前記プラズマ生成室にマイクロ波の伝搬方向と直交する
方向の磁界を発生する電磁コイルと、 前記磁界の方向と同一方向にあるエネルギを有した電子
ビームの形態をもって電子を前記磁界に対して注入する
電子注入手段と、 を有していることを特徴とする電子注入型プラズマ発生
装置。
1. An electron injection type plasma generator for generating a plasma by cyclotron resonance by injecting a microwave into a magnetic field, a microwave waveguide for introducing the microwave into the plasma generation chamber, and the microwave in the plasma generation chamber. An electromagnetic coil for generating a magnetic field in a direction orthogonal to the propagation direction of the magnetic field, and electron injection means for injecting electrons into the magnetic field in the form of an electron beam having energy in the same direction as the magnetic field. An electron injection type plasma generator characterized in that.
【請求項2】 前記電子注入手段は、マイクロ波の伝搬
方向と直交する方向に延在し、一端にて前記プラズマ生
成室に開口した電子ビーム線形導入通路手段と、前記電
子ビーム線形導入通路手段の他端に配置された電子ビー
ム発生部と、前記電子ビーム線形導入通路手段の途中に
設けられた加速電極とを有していることを特徴とする請
求項1記載の電子注入型プラズマ発生装置。
2. The electron injection means extends in a direction orthogonal to a microwave propagation direction and has an electron beam linear introduction passage means opened at the one end into the plasma generation chamber, and the electron beam linear introduction passage means. 2. An electron injection type plasma generator according to claim 1, further comprising: an electron beam generator disposed at the other end of the electron beam generator; and an acceleration electrode provided in the middle of the electron beam linear introduction passage means. .
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