JPH1187311A - Plasma-processing apparatus - Google Patents

Plasma-processing apparatus

Info

Publication number
JPH1187311A
JPH1187311A JP9151540A JP15154097A JPH1187311A JP H1187311 A JPH1187311 A JP H1187311A JP 9151540 A JP9151540 A JP 9151540A JP 15154097 A JP15154097 A JP 15154097A JP H1187311 A JPH1187311 A JP H1187311A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
magnetic field
magnet
processing apparatus
magnet rods
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9151540A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Uikuramanayaka Suniru
ウィクラマナヤカ スニル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anelva Corp filed Critical Anelva Corp
Priority to JP9151540A priority Critical patent/JPH1187311A/en
Publication of JPH1187311A publication Critical patent/JPH1187311A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma-processing apparatus capable of increasing plasma density of either capacitively coupled plasma or inductively coupled plasma, without losing uniformity of the plasma density by making use of magnetic field. SOLUTION: A processing chamber 11 contains a substrate holder 14 and an rf electrode 13, in which a processing chamber 11 which is either capacitively coupled or inductively coupled plasma is generated. This apparatus includes two magnet rods 12A to 12B provided at outer confronting positions in the processing chamber 11, which has rods generating a substantially flat magnetic field on the surface of the rf electrode 13. Londitudinal axes of the two magnet rods 12A and 12B are parallel to each other. The two magnet rods 12A to 12B are rotated in synchronism around the longitudinal axis by an electric motor 20. The direction of the magnetic field is alternately reversed, following the rotation of the two magnet rods 12A and 12B.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関
し、特に、高密度プラズマを用いて化学的気相成長と集
積回路でのミクロン規模の要素のドライエッチングに用
いられるプラズマ処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus used for chemical vapor deposition using high-density plasma and dry etching of micron-scale elements in an integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来技術と解決すべき問題】誘導結合型プラズマ(I
CP)と容量結合型プラズマ(CCP)は、半導体産業
において広い範囲で利用されている。ICPとCCPの
プラズマ密度は、適切な構成の磁界を利用することによ
って増加することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Problems to be Solved by Inductively Coupled Plasma (I
CP) and capacitively coupled plasma (CCP) are widely used in the semiconductor industry. The plasma density of the ICP and CCP can be increased by utilizing appropriately configured magnetic fields.

【0003】磁界を適用されたCCPの例を図10と図
11に示す。このプラズマ源は、通常、マグネトロンプ
ラズマ源と呼ばれている。当該プラズマ源は、rf電極
102と基板ホルダ103が設けられたチャンバ101
を備えている。チャンバ101の側壁は円筒の形状を有
している。rf電極102は、rf電力発生器106に
接続され、基板ホルダ103は同様に他のrf電力発生
器107に接続されている。天井壁はガス導入口104
を有し、また底壁はガス排出口105を有している。こ
のプラズマ源において、図11に示されるように、チャ
ンバ101の円筒形の側壁の周りに円形マグネット10
8が配置されている。この円形マグネット108によっ
て、相対的に弱いDC磁界(50〜200ガウス)10
9がrf電極102の表面に対して平行に加えられてい
る。
FIGS. 10 and 11 show examples of a CCP to which a magnetic field is applied. This plasma source is commonly called a magnetron plasma source. The plasma source includes a chamber 101 provided with an rf electrode 102 and a substrate holder 103.
It has. The side wall of the chamber 101 has a cylindrical shape. The rf electrode 102 is connected to an rf power generator 106, and the substrate holder 103 is similarly connected to another rf power generator 107. Ceiling wall is gas inlet 104
And the bottom wall has a gas outlet 105. In this plasma source, a circular magnet 10 is wrapped around the cylindrical side wall of the chamber 101 as shown in FIG.
8 are arranged. Due to the circular magnet 108, a relatively weak DC magnetic field (50 to 200 gauss) 10
9 is added in parallel to the surface of the rf electrode 102.

【0004】磁界109を応用することにより、プラズ
マ密度の増加と、シース電圧の低下が実現されるが、生
成されたプラズマは、半径方向と方位角方向の両方に対
してE×Bドリフトに起因して非常に不均一となる。こ
こでEとBはそれぞれ局部的なDC電界強度と磁束密度
である。
The application of the magnetic field 109 increases the plasma density and lowers the sheath voltage, but the generated plasma is caused by the E × B drift in both the radial and azimuthal directions. And become very uneven. Where E and B are the local DC field strength and magnetic flux density, respectively.

【0005】前述の問題に対する解答の代表的なものの
1つは、図11に示されるように、チャンバ101の円
筒形壁の軸110の周りに上記円形マグネット108を
低い周波数(例えば0.5Hzあるいはそれより低い周
波数)で回転させることである。軸110の周りの円形
マグネット108の回転は、基板表面での反応の均一性
を改善できるけれども、プラズマの不均一さは取り除か
れない。このことは、マグネトロンプラズマを多くの応
用に用いる場合の制御事項になる。何故なら、基板上の
プラズマの不均一性によって、基板表面に、横方向の直
流電流が発生し、これが表面上に堆積した薄膜を破損す
るからである。
[0005] One of the typical solutions to the above-mentioned problem is to place the circular magnet 108 around an axis 110 of the cylindrical wall of the chamber 101 at a low frequency (eg, 0.5 Hz or 0.5 Hz), as shown in FIG. Lower frequency). Although rotation of the circular magnet 108 about the axis 110 can improve the uniformity of the reaction at the substrate surface, the non-uniformity of the plasma is not eliminated. This is a control issue when magnetron plasma is used in many applications. This is because the non-uniformity of the plasma on the substrate generates a lateral DC current on the substrate surface, which damages the thin film deposited on the surface.

【0006】円筒形型と平板型のICPは、両方とも、
プラズマの密度と均一性を高めるために、磁界(B)と
結合させることができる。これらの場合には、図12と
図13に示されるように、かなり均一な軸方向の磁界を
持たせるため、反応容器202,302の周りに大きな
環状の電磁石201,301が配置される。反応容器2
02とこれに関連する構成は円筒型のICP源に関する
ものであり、反応容器302とこれに関連する構成は平
板型のICP源に関するものである。
[0006] Both cylindrical and flat type ICPs have
It can be combined with a magnetic field (B) to increase the density and uniformity of the plasma. In these cases, as shown in FIGS. 12 and 13, large annular electromagnets 201, 301 are arranged around the reaction vessels 202, 302 in order to have a fairly uniform axial magnetic field. Reaction vessel 2
02 and related components relate to a cylindrical ICP source, and the reaction vessel 302 and related components relate to a flat plate type ICP source.

【0007】しかしながら、磁界は端の部分に延びてい
るので、基板ホルダ203,303上に載置された基板
の表面上でプラズマ密度が変化する。このことは基板表
面のチャージアップ問題をもたらし、それによって当該
表面はダメージを受ける。それ故に、磁界を利用して、
プラズマの均一性を損ねることなくプラズマの密度を増
加するための新しい実際的方法の探求が重要である。
However, since the magnetic field extends to the end portions, the plasma density changes on the surface of the substrate placed on the substrate holders 203 and 303. This leads to the problem of charge-up of the substrate surface, whereby the surface is damaged. Therefore, using a magnetic field,
The search for new practical ways to increase the density of the plasma without compromising the uniformity of the plasma is important.

【0008】本発明の目的は、磁界の応用によって、プ
ラズマ密度の均一性を損ねることなく容量結合型プラズ
マまたは誘導結合型プラズマのプラズマ密度を増加でき
るプラズマ処理装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of increasing the plasma density of a capacitively coupled plasma or an inductively coupled plasma without deteriorating the uniformity of the plasma density by applying a magnetic field.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、前述の目的を達成するため、基板ホルダとr
f電極が設けられ、基板ホルダとrf電極の間の空間に
容量結合型あるいは誘導結合型のプラズマが生成される
処理チャンバを備えるように構成される。プラズマ処理
装置は、rf電極の表面に実質的に平行である方向を持
つ磁界を生成し、処理チャンバの外側の対向する2ヶ所
に配置され、それらの長軸が互いに平行である2つの磁
石ロッドと、これらの2つの磁石ロッドをその長軸の周
りに同期して回転させる電気モータとを備え、2つの磁
石ロッドの回転に伴って磁界の方向が交互に反対になる
ように変化する。
According to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: a substrate holder;
An f electrode is provided, and a processing chamber in which a capacitively-coupled or inductively-coupled plasma is generated in a space between the substrate holder and the rf electrode is provided. The plasma processing apparatus generates a magnetic field having a direction that is substantially parallel to the surface of the rf electrode, and is disposed at two opposing locations outside the processing chamber, the two magnet rods having their long axes parallel to each other. And an electric motor for synchronously rotating these two magnet rods around their long axes, and the direction of the magnetic field changes alternately with the rotation of the two magnet rods.

【0010】前述の構成に従えば、回転可能な磁石ロッ
ドによって与えられる磁界によって、プラズマ密度はパ
ルス的に増大し、かつプラズマ密度の本来の均一性がE
×Bドリフトによって損なわれることはない。さらに、
この手法はパルスプラズマを作り出すので、この技術
は、パルス的なrf電流を用いることなく、パルスプラ
ズマを得ることに利用できる。
According to the above arrangement, the magnetic field provided by the rotatable magnet rod causes the plasma density to increase in a pulsed manner, and the original uniformity of the plasma density to be increased by E
It does not suffer from × B drift. further,
Since this technique creates a pulsed plasma, this technique can be used to obtain a pulsed plasma without using a pulsed rf current.

【0011】上記の構成において、磁石ロッドの長さは
好ましくは処理チャンバの寸法よりも大きい。
In the above arrangement, the length of the magnet rod is preferably larger than the size of the processing chamber.

【0012】上記の構成において、2つの磁石ロッドの
長軸は同一の水平面に存在する。
In the above configuration, the major axes of the two magnet rods are on the same horizontal plane.

【0013】上記の構成において、処理チャンバに対面
する2つの磁石ロッドの各々の磁極は、当該磁極面が処
理チャンバの壁に対して平行であるとき、互いに逆の極
性を有している。
In the above arrangement, the poles of each of the two magnet rods facing the processing chamber have opposite polarities when the pole faces are parallel to the processing chamber wall.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、添付された図面に従って
好ましい実施形態が説明される。実施形態の説明を通し
て本発明の詳細が明らかにされる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings. Details of the present invention will be made clear through the description of the embodiments.

【0015】図1と図2は本発明の代表的な実施形態を
示す。図1は側面図を示し、図2は平面図を示す。両図
は、磁界発生機構を備えた容器11を含むプラズマ処理
装置を示している。磁界発生機構は、容器11の外側に
配置された2つの磁石ロッド(永久磁石)12A,12
Bを有している。磁界発生機構で提案された構成は、平
行平板容量結合型プラズマを用いて説明される。
FIGS. 1 and 2 show a typical embodiment of the present invention. 1 shows a side view and FIG. 2 shows a plan view. Both figures show a plasma processing apparatus including a container 11 provided with a magnetic field generating mechanism. The magnetic field generating mechanism includes two magnet rods (permanent magnets) 12 </ b> A and 12 </ b> A disposed outside the container 11.
B. The configuration proposed for the magnetic field generation mechanism is described using a parallel plate capacitively coupled plasma.

【0016】容器11は、その上側位置に上部電極(ま
たはrf電極)13を有し、その下側位置に下部電極
(または基板ホルダ)14を備えている。上部電極13
は整合回路16を介してrf電力発生器(またはrf電
力供給器)15に接続されている。下部電極14は好ま
しくは接地されている。さらに、容器11の天井壁には
ガス導入口17が設けられ、その底壁にはガス排出口1
8が設けられる。容器11の側壁は好ましくは円筒形で
ある。
The container 11 has an upper electrode (or rf electrode) 13 at an upper position thereof and a lower electrode (or substrate holder) 14 at a lower position thereof. Upper electrode 13
Is connected to an rf power generator (or rf power supply) 15 via a matching circuit 16. The lower electrode 14 is preferably grounded. Further, a gas inlet 17 is provided on the ceiling wall of the container 11, and a gas outlet 1
8 are provided. The side wall of the container 11 is preferably cylindrical.

【0017】容器11の外側に配置された2つの磁石ロ
ッド12A,12Bの各々は、その軸の周りに回転可能
に設けられている。図2に示されるように、2つの磁石
ロッド12A,12Bの軸12a,12bは平行であ
り、同じ水平面に存在している。磁石ロッドと容器11
の円筒形側壁との間の距離は重要なことではなく、大体
50mm〜400mmの範囲である。磁石ロッドの縦断
面形状も同様に重要なことではないが、円形の縦断面の
代わりに正方形または長方形の形状が好ましい。
Each of the two magnet rods 12A and 12B arranged outside the container 11 is provided so as to be rotatable around its axis. As shown in FIG. 2, the axes 12a and 12b of the two magnet rods 12A and 12B are parallel and exist on the same horizontal plane. Magnet rod and container 11
The distance between the cylindrical side walls is not critical and is generally in the range of 50 mm to 400 mm. The longitudinal cross-sectional shape of the magnet rod is likewise not critical, but instead of a circular longitudinal cross-section, a square or rectangular shape is preferred.

【0018】当該磁石ロッドの縦断面の寸法(高さ
(H)と幅(W))は5mm×10mm〜100mm×
100mmの範囲である。しかしながら、要求や実際の
便宜に依存して、他の縦断面の寸法が用いられることも
ある。磁石ロッド12A,12Bの長さ(L)は容器1
1の寸法(円筒形側壁の直径)よりも大きい。図2に示
されるように、磁石ロッド12A,12Bの長さをこの
ような好ましい長さを選択することによって、容器11
の端部において発生する不均一の磁界を避けることがで
きる。通常2つの磁石ロッド12A,12Bは同一の寸
法を有し、それらの磁極で同じ磁界の強さを有する。磁
石ロッドの磁極における磁界の強さは100kA/m以
上である。磁極の磁界の強さは、2つの磁石ロッド12
A,12Bの中心の位置における磁束密度において50
〜2000ガウスの範囲内の磁束密度を持つために決定
される。磁界の強さの正確な値は、プラズマで要求され
る磁束密度と2つの磁石ロッド12A,12Bの間の距
離とを考えることによって、選択されなければならな
い。
The dimensions (height (H) and width (W)) of the longitudinal section of the magnet rod are 5 mm × 10 mm to 100 mm ×
The range is 100 mm. However, other longitudinal cross-sectional dimensions may be used, depending on requirements and practical convenience. The length (L) of the magnet rods 12A and 12B is the container 1
It is larger than one dimension (diameter of the cylindrical side wall). As shown in FIG. 2, by selecting the length of the magnet rods 12A and 12B to such a preferable length,
Can be avoided. Usually, the two magnet rods 12A, 12B have the same dimensions and the same magnetic field strength at their poles. The magnetic field strength at the magnetic pole of the magnet rod is 100 kA / m or more. The magnetic field strength of the magnetic pole is
The magnetic flux density at the center position of A, 12B is 50
Determined to have a magnetic flux density in the range of 20002000 Gauss. The exact value of the magnetic field strength must be selected by considering the magnetic flux density required in the plasma and the distance between the two magnet rods 12A, 12B.

【0019】磁石ロッド12A,12Bは、前述された
ように、容器11の互いに反対側に位置する2ヶ所に配
置されている。2つの磁石ロッド12A,12Bの軸1
2a,12bを含む水平平面は、上部電極13と下部電
極14の間に存在する。各磁石ロッドは、その軸を介し
て軸部19に回転自在に取り付けられている。軸部19
は歯車装置21を介して電気モータ20に接続されてい
る。磁石ロッド12A,12Bは、電気モータ20によ
って軸部19の周りに回転される。磁石ロッドの回転周
波数は歯車装置21を用いることによって容易に変える
ことができる。通常では、磁石ロッドの回転周波数は1
〜100Hzの範囲内にある。さらに、他の周波数を同
様に用いることも可能である。
As described above, the magnet rods 12A and 12B are arranged at two positions on the opposite sides of the container 11. Shaft 1 of two magnet rods 12A, 12B
A horizontal plane including 2a and 12b exists between the upper electrode 13 and the lower electrode 14. Each magnet rod is rotatably attached to the shaft portion 19 via its shaft. Shaft 19
Is connected to the electric motor 20 via a gear device 21. The magnet rods 12A, 12B are rotated around the shaft 19 by the electric motor 20. The rotation frequency of the magnet rod can be easily changed by using the gear device 21. Normally, the rotation frequency of the magnet rod is 1
It is in the range of 100100 Hz. Further, other frequencies can be used as well.

【0020】磁石ロッド12A,12Bの各々は、図1
と図2に示されるように、その反対側の表面に異なる磁
極(S極とN極)を持っている。最初、磁極の面は垂直
面または水平面に対して平行を保つように配置されてい
る。磁極の面が垂直であるとき、磁石ロッド12A,1
2Bの各々の内側磁極は反対の極性を持ち、その結果、
図3に示されるように、対向する磁極の間に水平な磁界
を生じさせる。図3において、22は磁石ロッド12
A,12Bの水平中心線を示し、23はそれらの垂直中
心線を示し、そして24はそれらの中心を示している。
Each of the magnet rods 12A and 12B is shown in FIG.
As shown in FIG. 2 and FIG. 2, the opposite surface has different magnetic poles (S-pole and N-pole). Initially, the pole faces are arranged to be parallel to a vertical or horizontal plane. When the pole face is vertical, the magnet rods 12A, 1
Each inner pole of 2B has an opposite polarity, so that
As shown in FIG. 3, a horizontal magnetic field is created between the opposing magnetic poles. In FIG. 3, reference numeral 22 denotes the magnet rod 12
A, 12B indicate the horizontal centerlines, 23 indicates their vertical centerlines, and 24 indicates their centers.

【0021】図3において、磁束密度は中心24に向か
って減少する。磁石ロッド12A,12Bについて適当
な寸法を選択し、容器11から離して磁石ロッドを配置
することによって、断面における水平方向磁界の均一性
を改善することができる。
In FIG. 3, the magnetic flux density decreases toward the center 24. By selecting appropriate dimensions for the magnet rods 12A, 12B and disposing the magnet rods away from the container 11, the uniformity of the horizontal magnetic field in cross section can be improved.

【0022】磁石ロッド12A,12Bの両方の回転周
波数は、同期がとられている。それ故に、磁石ロッド1
2A,12Bが180°(180度の角度)の回転を行
うたびに、2つの磁石ロッド12A,12Bの間に生成
される磁界(B)の方向が反対方向に変化する。磁石ロ
ッドの各々の回転の方向は、同じであっても、あるいは
反対であってもよい。各々の場合において、水平な磁界
は、磁石ロッド12A,12Bの各半回転ごとに180
度の角度に従ってその方向の強度が変化する。しかしな
がら、容器11の内部で、磁界が弱くなっていくときの
磁界の大きさと方向は。これら2つの場合に関して異な
っている。回転の適切な方向は、実験によって確認され
る。
The rotation frequencies of both the magnet rods 12A and 12B are synchronized. Therefore, the magnet rod 1
Each time 2A, 12B makes a 180 ° (180 degree) rotation, the direction of the magnetic field (B) generated between the two magnet rods 12A, 12B changes in opposite directions. The direction of rotation of each of the magnet rods may be the same or opposite. In each case, a horizontal magnetic field is generated by 180 rotations for each half rotation of the magnet rods 12A, 12B.
The intensity in that direction changes according to the degree angle. However, inside the container 11, what is the magnitude and direction of the magnetic field when the magnetic field becomes weaker? It is different for these two cases. The appropriate direction of rotation is confirmed by experiment.

【0023】例えば、磁束に関するコンピュータ・シミ
ュレーションデータが、図4、図5、図6、図7、図8
に示されている。磁石ロッド12A,12Bの磁極にお
ける磁界の強さは945000A/mとして扱われてい
る。このシミュレーションは、磁石ロッドの異なる縦断
面の寸法に関して、そして2つの磁石ロッド12A,1
2Bの間の距離に関して実行された。
For example, computer simulation data on magnetic flux is shown in FIGS. 4, 5, 6, 7, and 8.
Is shown in The magnetic field strength at the magnetic poles of the magnet rods 12A and 12B is treated as 945000 A / m. This simulation was performed for different longitudinal cross-sectional dimensions of the magnet rod and for the two magnet rods 12A, 1
Performed on distances between 2B.

【0024】図4と図5には、1000mmの間隔で設
けられた2つの磁石ロッド12A,12Bの間で生成さ
れた磁力線を、領域25内でシミュレーションした結果
を示す。2つの磁石ロッド12A,12Bの水平中心線
22と垂直中心線23は、それぞれ、X軸とY軸として
扱われている。磁石ロッドの縦断面の寸法は、100m
m×100mmとして設定されている。磁石ロッドの長
さは、シミュレーション処理のために、無限とみなして
いる。上記領域25において、図5に示されるように、
磁界を表す線は磁石ロッドの磁極の近くで高密度になっ
ており、磁石ロッド12A,12Bの中心24に向かっ
てより低密度になっている。
FIGS. 4 and 5 show the results of simulating magnetic field lines generated between two magnet rods 12A and 12B provided at a distance of 1000 mm in the region 25. FIG. The horizontal center line 22 and the vertical center line 23 of the two magnet rods 12A and 12B are treated as an X axis and a Y axis, respectively. The dimension of the longitudinal section of the magnet rod is 100m
It is set as mx 100 mm. The length of the magnet rod is assumed to be infinite for simulation processing. In the area 25, as shown in FIG.
The lines representing the magnetic field are denser near the magnetic poles of the magnet rod and become less dense toward the center 24 of the magnet rods 12A, 12B.

【0025】図6は、異なるYの値(0mm,50m
m,100mm)について、上記中心24から上記磁石
ロッドまで測定された距離の関数として表された磁束密
度の変化を示している。Y=0において、2つの磁石ロ
ッドの中心24における磁束密度は121ガウスであ
る。この磁束密度は、電子を螺旋軌道で動かすのに十分
である。磁界のX軸での均一性は±(Bmax −Bmin )
/2Bave によって計算され、ここでBmax ,Bmin ,
Bave はそれぞれ最大磁束密度、最小磁束密度、平均磁
束密度である。磁束密度のX軸方向での均一性の変化
は、図7に示される。例えば、X軸での均一性は、中心
24から100mmの距離について約±8%である。
FIG. 6 shows different Y values (0 mm, 50 m).
m, 100 mm) shows the change in magnetic flux density expressed as a function of the distance measured from the center 24 to the magnet rod. At Y = 0, the magnetic flux density at the center 24 of the two magnet rods is 121 Gauss. This flux density is sufficient to move the electrons in a spiral orbit. The uniformity of the magnetic field on the X axis is ± (Bmax-Bmin)
/ 2Bave, where Bmax, Bmin,
Bave is the maximum magnetic flux density, the minimum magnetic flux density, and the average magnetic flux density, respectively. FIG. 7 shows a change in the uniformity of the magnetic flux density in the X-axis direction. For example, the uniformity in the X-axis is about ± 8% for a distance of 100 mm from the center 24.

【0026】図8は、磁石ロッドの異なる幅(W=10
mm,100mm,200mm)に関し、2つの磁石ロ
ッド12A,12Bの中心24から測定された距離の関
数として表された磁束密度の変化を示している。磁石ロ
ッドの磁極での磁界の強さは、シミュレーションのため
に用いられた幅のすべてに関し945000A/mとし
て扱った。図8は、磁石ロッドの縦断面の寸法を変える
ことによって磁束密度が変更され得ることを明らかに図
解している。
FIG. 8 shows different widths of the magnet rod (W = 10
(mm, 100 mm, 200 mm) shows the change in magnetic flux density expressed as a function of the distance measured from the center 24 of the two magnet rods 12A, 12B. The magnetic field strength at the poles of the magnet rod was treated as 945000 A / m for all of the widths used for the simulation. FIG. 8 clearly illustrates that the magnetic flux density can be changed by changing the dimensions of the longitudinal section of the magnet rod.

【0027】前述の実施形態で用いられたプラズマは、
平行平板容量結合型のrfプラズマである。rf電力発
生器15は整合回路16を通して上部電極13に対しr
f電力を与える。与えられたrf電流の周波数は1MH
z〜50MHzの範囲で変わることができ、代表的には
13.56MHzである。下部電極14の状態は、プラ
ズマ密度の増大の提案された機構について直接的な影響
は与えない。下部電極14は直接に接地されるか、ある
いはブロックキャパシタ(図示されず)を介して接地さ
れる。もし前述のプラズマ源がエッチングに応用される
とすれば、上記下部電極14は他のrf電力発生器に接
続することもできる。
The plasma used in the above embodiment is:
It is a parallel plate capacitively coupled rf plasma. The rf power generator 15 applies r to the upper electrode 13 through the matching circuit 16.
Give f power. The frequency of the given rf current is 1 MHz
It can vary from z to 50 MHz, typically 13.56 MHz. The condition of the lower electrode 14 has no direct effect on the proposed mechanism of increasing the plasma density. The lower electrode 14 is directly grounded or grounded via a block capacitor (not shown). If the above-mentioned plasma source is applied to etching, the lower electrode 14 can be connected to another rf power generator.

【0028】上部電極13と下部電極14の形態は重要
ではなく、円形あるいは四角形のいずれにも作ることが
できる。容器の形態と電極の形態は必ずしも同じである
必要はない。例えば、容器11は四角として構成され、
一方、電極は円形として構成される。本プラズマ処理装
置の容器11は、好ましくはステンレス金属、アルミニ
ウム、あるいはパイレックスガラスのごとき誘電体物質
によって作られる。容器の形態も同様に四角としてもよ
い。容器11の寸法は重要なことではなく、もし円筒形
容器が用いられる場合には、直径において100mm〜
400mmの範囲をとることができる。もし四角形の形
態を有する容器が用いられる場合には、その寸法は10
mm×10mmから400mm×400mmまでの範囲
の値をとることができる。
The shape of the upper electrode 13 and the lower electrode 14 is not important, and they can be made circular or square. The form of the container and the form of the electrode need not necessarily be the same. For example, the container 11 is configured as a square,
On the other hand, the electrodes are configured as circular. The container 11 of the present plasma processing apparatus is preferably made of a dielectric material such as stainless steel, aluminum, or Pyrex glass. Similarly, the shape of the container may be square. The dimensions of the container 11 are not critical and if a cylindrical container is used, the diameter may be between 100 mm and
A range of 400 mm can be taken. If a container having a square shape is used, its dimensions are 10
The value can be in a range from mm × 10 mm to 400 mm × 400 mm.

【0029】次に、前述の機構における作用を説明す
る。平行平板CCPは上部電極13と下部電極14の間
で径方向に均一なプラズマを生成する。上部電極13と
下部電極14に接近して生成される電界(E)は、図3
に示されるように、これらの電極に垂直である。磁界が
存在しないときには、プラズマ中の電子は直線で移動す
る。それ故に、通常10mTorr よりも低い圧力では、電
子・原子衝突の平均自由行程は容器の寸法と同程度であ
る。このことは、より高い電子温度の原因となり、そし
てそれによって電子・原子衝突レートが小さく、低プラ
ズマ密度の原因となる。
Next, the operation of the above-described mechanism will be described. The parallel plate CCP generates uniform plasma in the radial direction between the upper electrode 13 and the lower electrode 14. The electric field (E) generated by approaching the upper electrode 13 and the lower electrode 14 is shown in FIG.
, Are perpendicular to these electrodes. When there is no magnetic field, the electrons in the plasma move in a straight line. Therefore, at pressures typically below 10 mTorr, the mean free path of electron-atom collisions is comparable to the size of the vessel. This causes higher electron temperatures, and thereby lower electron-atom collision rates and lower plasma densities.

【0030】回転可能な磁石ロッド12A,12Bによ
って前述の磁界が適用される場合、電子は、螺旋軌道に
従って運動するため、(衝突前の間に)より長い距離を
運動することができ、結果として電子原子衝突レートは
より大きくなる。このことは、より高いイオン化レート
をもたらし、そしてそれによってより高いプラズマ密度
をもたらす結果となる。磁極の面が垂直であるとき、磁
界の表す線は、実質的に水平であり、電界の方向に対し
て垂直の状態にある。磁石ロッド12A,12Bのこの
構成で、プラズマ密度は増大する。
When the aforementioned magnetic field is applied by the rotatable magnet rods 12A, 12B, the electrons move along a helical trajectory, so that they can move a longer distance (before collision) and consequently The electron atom collision rate is higher. This results in a higher ionization rate and thereby a higher plasma density. When the pole faces are vertical, the lines representing the magnetic field are substantially horizontal and perpendicular to the direction of the electric field. With this configuration of the magnet rods 12A, 12B, the plasma density increases.

【0031】磁極の面が実質的に水平であるとき、ある
いは容器11の側壁に対して垂直であるとき、容器11
の内部の磁界の強さは大幅に低下する。この時には、単
純な容量結合によって得られる値までプラズマ密度が低
下する。
When the pole faces are substantially horizontal or perpendicular to the side walls of
The strength of the magnetic field inside is greatly reduced. At this time, the plasma density decreases to a value obtained by simple capacitive coupling.

【0032】磁界が存在するとき、プラズマは、X軸と
Y軸の両方に垂直であるZ軸にそってE×Bに起因して
ドリフトを行う。しかしながら、磁界の方向は、磁石ロ
ッド12A,12Bの各々の半回転で逆転されるので、
E×Bに起因するプラズマのドリフトは両方向に同じで
ある。この理由によって、磁石ロッド12A,12Bに
接近した容器壁の箇所を除いて、プラズマのZ軸方向の
時間平均の均一性は磁界によって乱されない。
When a magnetic field is present, the plasma drifts due to ExB along the Z axis, which is perpendicular to both the X and Y axes. However, since the direction of the magnetic field is reversed by each half rotation of the magnet rods 12A, 12B,
The drift of the plasma due to ExB is the same in both directions. For this reason, the time-average uniformity of the plasma in the Z-axis direction is not disturbed by the magnetic field except at the location of the container wall close to the magnet rods 12A, 12B.

【0033】磁石ロッド12A,12Bの各々の半回転
において、容器11内へ流入する磁力線(磁束線)によ
ってプラズマ密度は高くなる。図9は、プラズマ密度
と、磁石ロッド12Aまたは磁石ロッド12Bの回転状
態との間の関係を示す。回転可能な磁石ロッド12A,
12Bによって与えられた磁界は、E×Bドリフトによ
ってプラズマ密度の均一性を乱すことなく、プラズマ密
度をパルス的に増大させる。当該パルスプラズマの最小
プラズマ密度は通常のCCPプラズマ密度である。最大
プラズマ密度は、磁界の強さと磁場なしの状態でのプラ
ズマ密度とに依存する。磁界の強さに依存して、プラズ
マ密度は2〜10倍増加され得る。磁石ロッド12A,
12Bの構成はプラズマ密度をパルス的に増大させる。
パルス周波数は、磁石ロッドの回転周波数を変化させる
ことによって、容易に制御され得る。パルスの幅は同様
に歯車装置21に用いられる機構的方法によって変える
ことができる。
In each half rotation of the magnet rods 12A, 12B, the plasma density increases due to the lines of magnetic force (magnetic flux lines) flowing into the container 11. FIG. 9 shows a relationship between the plasma density and the rotation state of the magnet rod 12A or the magnet rod 12B. Rotatable magnet rod 12A,
The magnetic field provided by 12B pulses the plasma density without disturbing the plasma density uniformity due to the E × B drift. The minimum plasma density of the pulsed plasma is a normal CCP plasma density. The maximum plasma density depends on the strength of the magnetic field and the plasma density without the magnetic field. Depending on the strength of the magnetic field, the plasma density can be increased by a factor of 2 to 10. Magnet rod 12A,
The 12B configuration pulsates the plasma density.
The pulse frequency can be easily controlled by changing the rotation frequency of the magnet rod. The width of the pulse can likewise be varied by the mechanical method used for the gear train 21.

【0034】さらに磁石ロッドの配置構成を最適とする
ことにより、最小プラズマ密度が0のパルスプラズマを
得ることも可能である。この方法は以下に説明される。
上記CCPを開始するために上部電極に与えられる最小
のrf電力が存在する。磁界が存在するときに、当該最
小のrf電力はかなり低いものとなり得る。それ故に、
上部電極に加えられるrf電力を、磁界が存在しないと
きプラズマを開始させるのに必要なrf電力よりも少し
低く維持することによって、前述の交替的に生じる磁界
を適用することによって、パルスプラズマが作られる。
この場合、最小プラズマ密度は0になる。しかし、もし
磁石ロッド12A,12Bの回転速度が高くなると、最
小プラズマ密度は完全に0に到達しない。
Further, by optimizing the arrangement of the magnet rods, it is possible to obtain pulsed plasma having a minimum plasma density of zero. This method is described below.
There is a minimum rf power applied to the top electrode to initiate the CCP. When a magnetic field is present, the minimum rf power can be quite low. Therefore,
By maintaining the rf power applied to the top electrode slightly lower than the rf power required to start the plasma when no magnetic field is present, a pulsed plasma is created by applying the aforementioned alternating magnetic field. Can be
In this case, the minimum plasma density becomes zero. However, if the rotation speed of the magnet rods 12A and 12B increases, the minimum plasma density does not reach zero completely.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によるプラズマ処理装置は、回転
可能な2つの磁石ロッドによる交番磁界がプラズマ密度
をパルス的に増加するので、プラズマ密度の均一性を損
ねることなく、プラズマの増大を実現することができ
る。
In the plasma processing apparatus according to the present invention, the alternating magnetic field generated by the two rotatable magnet rods increases the plasma density in a pulsed manner, thereby realizing an increase in the plasma without impairing the uniformity of the plasma density. be able to.

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

【図1】この図は、平行平板容量結合型プラズマ密度を
増加させる磁石ロッド配置を備えたプラズマ処理装置を
示した代表的な実施形態の側面図である。
FIG. 1 is a side view of an exemplary embodiment showing a plasma processing apparatus with a magnet rod arrangement for increasing a parallel plate capacitively coupled plasma density.

【図2】この図は、図1のプラズマ処理装置の平面図で
ある。
FIG. 2 is a plan view of the plasma processing apparatus of FIG.

【図3】この図は、プラズマ処理装置に存在する電界と
磁界の方向を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing directions of an electric field and a magnetic field existing in the plasma processing apparatus.

【図4】この図は、2つの磁石ロッドの間の磁界を表す
線のコンピュータ・シミュレーションに関する領域を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an area for computer simulation of a line representing a magnetic field between two magnet rods.

【図5】この図は、磁界を表す線のコンピュータ・シミ
ュレーションを示す詳細な図である。
FIG. 5 is a detailed diagram showing a computer simulation of a line representing a magnetic field.

【図6】この図は、異なるYの値について、2つの磁石
ロッドの中心から測定された距離の関数としてX軸方向
の磁界の変化を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the change in magnetic field in the X-axis direction as a function of distance measured from the center of two magnet rods for different Y values.

【図7】この図は、2つの磁石ロッドの中心から測定さ
れた距離の関数として磁界のX軸方向の均一性の変化を
示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the change in the uniformity of the magnetic field in the X-axis direction as a function of the distance measured from the center of the two magnet rods.

【図8】この図は、磁石ロッドの異なる幅について、2
つの磁石ロッドの中心から測定された距離に対するX軸
方向の磁界の強さの変化を示す図である。
FIG. 8 shows two plots for different widths of the magnet rod.
FIG. 7 is a diagram illustrating a change in the strength of a magnetic field in the X-axis direction with respect to a distance measured from the center of one magnet rod.

【図9】この図は、プラズマ密度と磁石ロッドの方向と
の関係を図解する。
FIG. 9 illustrates the relationship between plasma density and magnet rod direction.

【図10】この図は、マグネトロンプラズマの第1の従
来装置を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic view showing a first conventional apparatus for magnetron plasma.

【図11】この図は、第1の従来装置で用いられるリン
グマグネットを示した平面図である。
FIG. 11 is a plan view showing a ring magnet used in the first conventional device.

【図12】この図は、磁界が適用された円筒型ICPの
第2の従来装置を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a second conventional device of a cylindrical ICP to which a magnetic field is applied.

【図13】この図は、磁界が適用された平板型ICPの
第3の従来装置を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic view showing a third conventional device of a flat plate type ICP to which a magnetic field is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 容器 12A,12B 磁石ロッド 13 上部電極(rf電極) 14 下部電極(基板ホルダ) 15 rf電力発生器 20 電気モータ 21 歯車装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Container 12A, 12B Magnet rod 13 Upper electrode (rf electrode) 14 Lower electrode (substrate holder) 15 rf power generator 20 Electric motor 21 Gear device

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板ホルダとrf電極が配置され、前記
基板ホルダと前記rf電極の間に容量結合型または誘導
結合型のプラズマが生成される処理チャンバを有するプ
ラズマ処理装置であって、このプラズマ処理装置は、 前記処理チャンバの外側の相対向する2ヶ所に、その長
軸が互いに平行であるように配置され、前記rf電極の
表面に実質的に平行な方向を有する磁界を作る2つの磁
石ロッドと、 前記2つの磁石ロッドを、その長軸の回りに同期して回
転させる電気モータとを備え、 前記磁界の方向が、前記2つの磁石ロッドの回転に伴っ
て逆転をくり返すことを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A plasma processing apparatus comprising a processing chamber in which a substrate holder and an rf electrode are arranged, and a capacitively-coupled or inductively-coupled plasma is generated between the substrate holder and the rf electrode. The processing apparatus includes two magnets disposed at two opposing positions outside the processing chamber so that their major axes are parallel to each other, and creates a magnetic field having a direction substantially parallel to the surface of the rf electrode. A rod, and an electric motor that rotates the two magnet rods around their long axes in synchronization with each other, wherein the direction of the magnetic field repeats reverse rotation with the rotation of the two magnet rods. Plasma processing apparatus.
【請求項2】 前記磁石ロッドの長さは前記処理チャン
バの寸法よりも長いことを特徴とする請求項1記載のプ
ラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a length of said magnet rod is longer than a dimension of said processing chamber.
【請求項3】 前記2つの磁石ロッドの長軸が1つの水
平面に存在するように配置されることを特徴とする請求
項1記載のプラズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the major axes of the two magnet rods are arranged so as to exist on one horizontal plane.
【請求項4】 前記処理チャンバに対面する前記2つの
磁石ロッドの各々の磁極は、前記磁極面が前記処理チャ
ンバの壁に平行であるとき、互いに逆の極性を持つこと
を特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
4. The magnetic pole of each of the two magnet rods facing the processing chamber has opposite polarities when the pole face is parallel to a wall of the processing chamber. 2. The plasma processing apparatus according to 1.
JP9151540A 1997-05-26 1997-05-26 Plasma-processing apparatus Pending JPH1187311A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9151540A JPH1187311A (en) 1997-05-26 1997-05-26 Plasma-processing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9151540A JPH1187311A (en) 1997-05-26 1997-05-26 Plasma-processing apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1187311A true JPH1187311A (en) 1999-03-30

Family

ID=15520752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9151540A Pending JPH1187311A (en) 1997-05-26 1997-05-26 Plasma-processing apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1187311A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012177173A (en) * 2011-02-28 2012-09-13 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Thin film deposition apparatus
JP2018046098A (en) * 2016-09-13 2018-03-22 株式会社日立国際電気 Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing device, and program

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012177173A (en) * 2011-02-28 2012-09-13 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Thin film deposition apparatus
JP2018046098A (en) * 2016-09-13 2018-03-22 株式会社日立国際電気 Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing device, and program

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100294529B1 (en) Plasma Treatment Equipment
US6351075B1 (en) Plasma processing apparatus having rotating magnets
US4740268A (en) Magnetically enhanced plasma system
US4842707A (en) Dry process apparatus
TWI434947B (en) Magnetron sputtering apparatus
JP4025193B2 (en) Plasma generating apparatus, etching apparatus and ion physical vapor deposition apparatus having the same, RF coil for inductively coupling energy to plasma, and plasma generating method
JP4896164B2 (en) Plasma processing equipment
US20040168771A1 (en) Plasma reactor coil magnet
JPS6348952B2 (en)
JP2013139642A (en) Plasma treatment apparatus applied for sputtering film forming
EP0637054B1 (en) Discharge plasma processing device
JP2002363740A (en) Plasma treatment device for sputtering film deposition
JPH0598437A (en) Apparatus for coating substrate board
JP3197739B2 (en) Plasma processing equipment
JPH1187311A (en) Plasma-processing apparatus
JPH11283926A (en) Plasma processor
JP2003274633A (en) Linear induction plasma pump for treating reaction furnace
JP2705897B2 (en) Discharge plasma processing equipment
JP3177573B2 (en) Magnetic neutral line discharge plasma processing equipment
JP4384295B2 (en) Plasma processing equipment
JP4223143B2 (en) Plasma processing equipment
Ejima et al. Magnetic dome configuration for magnetron sputtering
JP2003318165A (en) Magnet arrangement making point-cusp magnetic field for plasma generation and plasma processing system
JPS6342707B2 (en)
KR910000507B1 (en) Dry process apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040524

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040524

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041028

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041102

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050301