JPH0774116A - Plasma processing device - Google Patents
Plasma processing deviceInfo
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- JPH0774116A JPH0774116A JP16355194A JP16355194A JPH0774116A JP H0774116 A JPH0774116 A JP H0774116A JP 16355194 A JP16355194 A JP 16355194A JP 16355194 A JP16355194 A JP 16355194A JP H0774116 A JPH0774116 A JP H0774116A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に係
り、特に、マイクロ波放電により生成したプラズマを利
用し、試料表面に薄膜生成、又はエッチング,スパッタ
リング,プラズマ酸化等を行うに好適なプラズマ処理装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus, and in particular, plasma processing suitable for performing thin film formation, etching, sputtering, plasma oxidation, etc. on a sample surface by utilizing plasma generated by microwave discharge. Regarding the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】通常、磁場中のマイクロ波放電によるプ
ラズマを利用したプラズマ処理装置は、放電空間の一部
である放電管内に、前記磁場とマイクロ波により発生す
る電子サイクロトロン共鳴発生位置を有し、かつ、その
電子サイクロトロン共鳴点から試料室内に設けられた試
料台方向に急激に減少する磁束密度分布となっている。
このため、共鳴点近傍にて生成されたプラズマは、前記
放電管から試料台まで輸送される間に、その密度が1〜
2桁以上減少し、効率的なプラズマ処理ができなかっ
た。2. Description of the Related Art Generally, a plasma processing apparatus using plasma generated by microwave discharge in a magnetic field has an electron cyclotron resonance generation position generated by the magnetic field and microwave in a discharge tube which is a part of discharge space. Further, the magnetic flux density distribution has a sharp decrease from the electron cyclotron resonance point toward the sample stage provided in the sample chamber.
Therefore, the plasma generated near the resonance point has a density of 1 to 1 while being transported from the discharge tube to the sample stage.
It decreased by two digits or more, and efficient plasma treatment could not be performed.
【0003】又、試料室内に上記共鳴位置を配置した従
来例はあるが、放電管内にも共鳴位置を有したミラー磁
場配位のため、大部分のマイクロ波が放電管内の共鳴位
置で吸収され、試料室内の共鳴位置でのプラズマ生成量
が制約された。Although there is a conventional example in which the resonance position is arranged in the sample chamber, most of the microwaves are absorbed at the resonance position in the discharge tube due to the mirror magnetic field configuration having the resonance position in the discharge tube. , The amount of plasma generated at the resonance position in the sample chamber was restricted.
【0004】また、仮に、試料室内にある共鳴位置にて
プラズマ生成ができたとしても、その付近の磁場勾配が
試料室から放電管方向を向いているため、大部分のプラ
ズマは放電管方向に戻され、全体として試料台方向へ向
かうプラズマ流量は少なくなり、効率的なプラズマ処理
ができない。Even if plasma can be generated at the resonance position in the sample chamber, most of the plasma is directed toward the discharge tube because the magnetic field gradient in the vicinity thereof is directed from the sample chamber toward the discharge tube. The flow rate of the plasma returned to the sample stage decreases as a whole, and efficient plasma processing cannot be performed.
【0005】以下、図を用いて説明する。A description will be given below with reference to the drawings.
【0006】図4は、昭和61年12月3,4日行われ
た第31回半導体集積回路技術シンポジウムの予稿集P
49〜54「ECSプラズマを用いたCVD」(以下、
従来例Aとする)を示したもので、磁場コイル1を外側
に備えた放電管2に導波管3を通してマイクロ波4が入
射窓5から入射され、前記磁場コイル1による磁場中の
電子サイクロトロン運動と前記マイクロ波4が共鳴位置
にて共鳴することにより、プラズマ用ガス6を共鳴電子
が衝突電離してプラズマを生成する。FIG. 4 is a preliminary paper P of the 31st Semiconductor Integrated Circuit Technology Symposium held on December 3 and 1986.
49-54 "CVD using ECS plasma" (hereinafter,
In the electron cyclotron in the magnetic field generated by the magnetic field coil 1, the microwave 4 is incident on the discharge tube 2 provided with the magnetic field coil 1 on the outside through the waveguide 3 from the incident window 5. When the motion and the microwave 4 resonate at the resonance position, the resonance electrons collide and ionize the plasma gas 6 to generate plasma.
【0007】そして、前記放電管2と連結され、試料7
を保持する試料台8を備えた試料室9方向に磁場勾配を
利用して生成プラズマを押し出す。このプラズマによ
り、又は、新たに試料室9に導入された材料ガス10を
プラズマにより励起、又は電離し、試料7の表面をプラ
ズマ処理する装置である。Then, the sample 7 is connected to the discharge tube 2.
The generated plasma is pushed out in the direction of the sample chamber 9 provided with the sample table 8 holding the This is a device for plasma-treating the surface of the sample 7 by exciting or ionizing the material gas 10 newly introduced into the sample chamber 9 by the plasma.
【0008】図5は、図4のマイクロ波入射窓5から試
料台8に至る間の磁束密度分布を示したもので、縦軸が
放電管2と試料室9の境界を0とした軸方向距離,横軸
が磁束密度である。FIG. 5 shows the magnetic flux density distribution from the microwave entrance window 5 to the sample stage 8 of FIG. 4, where the vertical axis is the axial direction with the boundary between the discharge tube 2 and the sample chamber 9 being 0. The distance and the horizontal axis are the magnetic flux density.
【0009】この従来例Aの場合、入射マイクロ波4の
周波数(2.45GHz)に相当する電子サイクロトロン
共鳴を起こす磁束密度はBe(875ガウス)であり、
図5では、この位置がマイクロ波入射窓5から軸方向に
約3cmのところにある。このため、プラズマ中のマイク
ロ波の伝播特性とマイクロ波エネルギーの共鳴吸収条件
からプラズマ生成に有効なのは、3cmの領域のみとな
り、この約3cmの領域にて生成されたプラズマが、約3
5cmの間を磁場勾配の力を受け、両極性拡散により試料
台8方向に輸送される。この時、輸送距離が長いこと
と、磁場が急激に減少するため、前記電子サイクロトロ
ン共鳴を起こす共鳴位置付近のプラズマ密度に対し、試
料7表面に輸送されるプラズマの密度は、前記輸送中の
損失により低下する傾向があった。In the case of the conventional example A, the magnetic flux density which causes the electron cyclotron resonance corresponding to the frequency (2.45 GHz) of the incident microwave 4 is Be (875 Gauss),
In FIG. 5, this position is approximately 3 cm from the microwave entrance window 5 in the axial direction. Therefore, from the propagation characteristics of microwaves in the plasma and the conditions for resonance absorption of microwave energy, only the 3 cm region is effective for plasma generation, and the plasma generated in this 3 cm region is about 3 cm.
A force of a magnetic field gradient is applied for a distance of 5 cm, and the sample is transported in the direction of the sample stage 8 by ambipolar diffusion. At this time, since the transport distance is long and the magnetic field sharply decreases, the density of the plasma transported to the surface of the sample 7 is lower than the plasma density near the resonance position where the electron cyclotron resonance occurs. Tended to decrease.
【0010】図6は昭和61年12月3,4日行われた
第31回半導体集積回路技術シンポジウムの予稿集P6
1〜66「ECRプラズマCVD法によるa−Si:H
膜」(以下、従来例Bとする)を、図7はその磁束密度
分布を示したもので、従来例Aとの差異は、磁束密度分
布が全体的に大きいことである。FIG. 6 is a P6 of the 31st semiconductor integrated circuit technology symposium held on December 3 and 1986.
1 to 66 "a-Si: H by ECR plasma CVD method
FIG. 7 shows the magnetic flux density distribution of the “film” (hereinafter referred to as “conventional example B”). The difference from the conventional example A is that the magnetic flux density distribution is generally large.
【0011】しかも、前記共鳴位置相当の磁束密度の位
置はまだ放電管2内にあり、また、それ以上の磁束密度
がありマイクロ波の共鳴吸収に有効な領域は、最大で放
電管2の2/3程度である。更に、試料台8方向に急激
に磁束密度が減少しているため、従来例Aと同様に前記
共鳴位置近傍にて生成されたプラズマの密度は、試料7
の表面に拡散していく間に損失により低下する傾向があ
った。Moreover, the position of the magnetic flux density corresponding to the resonance position is still inside the discharge tube 2, and the region having the magnetic flux density higher than that and effective for the resonance absorption of microwaves is at most 2 of the discharge tube 2. It is about / 3. Further, since the magnetic flux density is sharply decreased in the direction of the sample stage 8, the density of the plasma generated near the resonance position is the same as that in the conventional example A.
There was a tendency to decrease due to loss while diffusing to the surface of.
【0012】図8は特開昭59−3018号公報(以下、従来
例Cとする)を示し、図9はその磁束密度分布である。FIG. 8 shows Japanese Patent Laid-Open No. 59-3018 (hereinafter referred to as Conventional Example C), and FIG. 9 shows its magnetic flux density distribution.
【0013】該図に示す従来例Cは、プラズマ密度を上
げる目的でプラズマ閉じ込め方式として良く用いられる
ミラー磁場配位としたもので、試料室9の試料7表面近
くの磁体密度を上げるために補助永久磁石13を備えて
いる。The conventional example C shown in the figure has a mirror magnetic field configuration which is often used as a plasma confinement method for the purpose of increasing the plasma density, and assists in increasing the magnetic density near the surface of the sample 7 in the sample chamber 9. A permanent magnet 13 is provided.
【0014】この従来例Cでは、入射したマイクロ波4
は、前記共鳴位置よりも大きい磁束密度領域(図9中
(I)領域)を伝播しながら第1の共鳴位置(図9中
イ)近傍でプラズマ中に共鳴吸収される。しかし、さら
に前記共鳴位置を過ぎ、それよりも小さい磁束密度領域
(図9中(II)領域)を伝搬しようとすると、プラズマ
により伝播しにくくなり、伝播したとしても試料7近傍
の第2共鳴位置(図9中ロ)で生成されたプラズマは、磁
場勾配により放電管方向へ力を受け、結果的には試料7
へ入射するプラズマ密度は、前記第1の共鳴位置近傍に
おけるプラズマ密度に比較して、前記従来例A,B同様
低下する傾向があった。In this conventional example C, the incident microwave 4
Is propagated through a magnetic flux density region (region (I) in FIG. 9) larger than the resonance position and is resonantly absorbed in the plasma in the vicinity of the first resonance position (a in FIG. 9). However, when the magnetic flux density region (region (II) in FIG. 9) smaller than the resonance position is further passed, it becomes difficult for the plasma to propagate, and even if it propagates, the second resonance position near the sample 7 The plasma generated in (b in FIG. 9) receives a force in the direction of the discharge tube due to the magnetic field gradient, and as a result, the sample 7
As compared with the plasma density in the vicinity of the first resonance position, the plasma density incident on was likely to decrease as in the conventional examples A and B.
【0015】以上の様に上記従来方式では、マイクロ波
と磁場中の電子サイクロトロン共鳴により生成されるプ
ラズマの密度が、試料表面まで輸送されてくる間に損失
により低下する位置について配慮されていなかった。As described above, in the above conventional method, no consideration was given to the position where the density of plasma generated by electron cyclotron resonance in a microwave and a magnetic field is reduced due to loss while being transported to the sample surface. .
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、放電
管から試料台方向のプラズマ密度分布と磁束密度分布の
関係が考慮されておらず、電子サイクロトロン共鳴発生
位置近傍から試料表面へ輸送されるプラズマの密度が低
下する傾向にあるため、プラズマの利用効率が低く良質
の膜が得られず、しかも処理速度が遅く効率的なプラズ
マ処理ができないという問題があった。In the above-mentioned prior art, the relationship between the plasma density distribution and the magnetic flux density distribution in the direction from the discharge tube to the sample stage is not considered, and the electron is transported from the vicinity of the electron cyclotron resonance generation position to the sample surface. Since the density of plasma tends to decrease, there is a problem that the plasma utilization efficiency is low and a high-quality film cannot be obtained, and the processing speed is slow and efficient plasma processing cannot be performed.
【0017】本発明は上述の点に鑑み成されたもので、
その目的とするところは、生成プラズマの利用効率を大
幅に改善することにより処理膜質を改善すると共に、処
理速度を早くし得るプラズマ処理装置を提供するにあ
る。The present invention has been made in view of the above points,
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of improving the processing film quality by significantly improving the utilization efficiency of generated plasma and increasing the processing speed.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的は、放電管のマ
イクロ波導入側の磁束密度を、磁場とマイクロ波による
電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生位置の磁束密度より
大きくし、前記磁場の磁束密度が、前記電子サイクロト
ロン共鳴の共鳴発生位置が一曲面となるような分布形状
を持ち、かつ、前記電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生
位置が、少なくとも一部試料室内に位置するプラズマ処
理装置、及び放電管のマイクロ波導入側の磁束密度を、
磁場とマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の共鳴
発生位置の磁束密度より大きくし、前記磁場の磁束密度
が、前記電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生位置が一曲
面となるような分布形状を持ち、かつ、前記電子サイク
ロトロン共鳴の共鳴発生位置を少なくとも一部試料室内
に位置させ、磁場発生手段の発生する磁場の磁束密度よ
りは弱い磁場を発生する補助磁場発生手段を備えている
プラズマ処理装置とすることにより達成される。The above-mentioned object is to make the magnetic flux density on the microwave introduction side of the discharge tube larger than the magnetic flux density at the resonance generation position of electron cyclotron resonance by the magnetic field and the microwave so that the magnetic flux density of the magnetic field is A plasma processing apparatus having a distribution shape such that the resonance generation position of the electron cyclotron resonance is one curved surface, and the resonance generation position of the electron cyclotron resonance is at least partially located in the sample chamber; The magnetic flux density on the wave introduction side,
The magnetic flux density of the resonance generation position of the electron cyclotron resonance by the magnetic field and the microwave is made larger, and the magnetic flux density of the magnetic field has a distribution shape such that the resonance generation position of the electron cyclotron resonance becomes one curved surface, and the electron This is achieved by arranging the resonance generation position of the cyclotron resonance at least partly in the sample chamber and providing a plasma processing apparatus equipped with an auxiliary magnetic field generating means for generating a magnetic field weaker than the magnetic flux density of the magnetic field generated by the magnetic field generating means. It
【0019】[0019]
【作用】一般に、プラズマ中を伝播し、電子サイクロト
ロン共鳴を起こすマイクロ波は、右回り円偏波波であ
り、この波は、前記電子サイクロトロン共鳴を起こすに
必要な磁束密度より小さい磁束密度のプラズマ中では、
カットオフとなり伝播できない。In general, a microwave propagating in plasma and causing electron cyclotron resonance is a right-handed circularly polarized wave, and this wave has a magnetic flux density smaller than that required for causing the electron cyclotron resonance. Inside,
It becomes a cutoff and cannot propagate.
【0020】このため、本発明では、真空容器のマイク
ロ波入射端の磁束密度を電子サイクロトロン共鳴位置の
磁束密度より大きくし、磁場の磁束密度が、前記電子サ
イクロトロン共鳴の共鳴発生位置が一曲面となるような
分布形状を持ち、かつ、電子サイクロトロン共鳴位置
を、少なくとも一部試料室内に位置させさせることによ
り、該共鳴磁束密度よりも高磁束密度領域で高密度プラ
ズマが発生する領域を真空容器内の試料台近傍まで拡張
することができ、かつ、磁場勾配によりプラズマが押し
出され試料台まで輸送される距離を0まで小さくするこ
とができる。Therefore, in the present invention, the magnetic flux density at the microwave incident end of the vacuum container is made larger than the magnetic flux density at the electron cyclotron resonance position, and the magnetic flux density of the magnetic field is such that the resonance generation position of the electron cyclotron resonance is a curved surface. By arranging the electron cyclotron resonance position at least partially inside the sample chamber, the region where high-density plasma is generated in the magnetic flux density region higher than the resonance magnetic flux density is formed in the vacuum container. Can be extended to the vicinity of the sample stage, and the distance that plasma is pushed out by the magnetic field gradient and transported to the sample stage can be reduced to zero.
【0021】これにより、該共鳴磁束密度より小さい磁
束密度側で急激に減少するプラズマ密度に対して、該共
鳴位置と試料台間の距離を十分小さくできるため、試料
表面に高密度プラズマを輸送することが可能となる。As a result, the distance between the resonance position and the sample stage can be made sufficiently small with respect to the plasma density that sharply decreases on the magnetic flux density side smaller than the resonance magnetic flux density, so that high-density plasma is transported to the sample surface. It becomes possible.
【0022】[0022]
【実施例】以下、本発明のプラズマ処理装置の一実施例
を図1,図2、及び図3を用いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2 and 3.
【0023】図1及び図2は、有磁場マイクロ波放電に
より試料表面処理(成膜)を行うプラズマ処理装置に本
発明を適用した例である。1 and 2 show an example in which the present invention is applied to a plasma processing apparatus which performs sample surface treatment (film formation) by magnetic field microwave discharge.
【0024】図1は構成を示し、磁場コイル1を外側に
備えた真空容器を形成する放電管2に導波管3を通して
マイクロ波4が導入され、前記放電管2内に導入された
プラズマ用ガス6を、前記磁場コイル1にて発生する磁
場中の電子サイクロトロン運動と前記マイクロ波4によ
る電子サイクロトロン共鳴により励起、または電離する
ことによりプラズマを生成する。FIG. 1 shows a structure in which a microwave 4 is introduced through a waveguide 3 into a discharge tube 2 which forms a vacuum container having a magnetic field coil 1 on the outside, and the microwave 4 is introduced into the discharge tube 2. Plasma is generated by exciting or ionizing the gas 6 by electron cyclotron motion in the magnetic field generated by the magnetic field coil 1 and electron cyclotron resonance by the microwave 4.
【0025】そして、前記放電管2と連結され、処理さ
れる試料7を保持する試料台8を備える真空容器を形成
する試料室9方向に前記磁場コイル1にて発生する磁場
の勾配により前記プラズマを押し出し、新たに前記試料
室9内の試料7の前面に導入された材料ガス10を前記
プラズマ流により励起、または電離しながら試料7の表
面に輸送することにより、試料7の表面に前記プラズマ
用ガス6、及び前記材料ガス10による組成の薄膜を生
成するプラズマ処理装置である。Then, the plasma is generated by the gradient of the magnetic field generated in the magnetic field coil 1 in the direction of the sample chamber 9 forming the vacuum chamber having the sample stage 8 for holding the sample 7 to be processed, which is connected to the discharge tube 2. By pushing out and transporting the material gas 10 newly introduced to the front surface of the sample 7 in the sample chamber 9 to the surface of the sample 7 while being excited or ionized by the plasma flow, the plasma is transferred to the surface of the sample 7. This is a plasma processing apparatus for producing a thin film having a composition by use gas 6 and said material gas 10.
【0026】図2は、本実施例の前記放電管2から試料
台8方向の軸方向の磁束密度分布を示したもので、横軸
が軸方向距離,縦軸が磁束密度を示す。FIG. 2 shows the magnetic flux density distribution in the axial direction from the discharge tube 2 to the sample stage 8 of this embodiment, where the horizontal axis represents the axial distance and the vertical axis represents the magnetic flux density.
【0027】本発明では、図2の及びの分布形状と
したことを特徴とし、図2のの曲線が、前記放電管2
と前記試料室9の境界点に前記電子サイクロトロン共鳴
発生磁場位置がある場合の磁束密度分布形状を示してお
り、図2のは、公知例の磁束密度分布例を示してい
る。The present invention is characterized in that the distribution shape of and of FIG. 2 is adopted, and the curve of FIG.
2 shows a magnetic flux density distribution shape in the case where the electron cyclotron resonance generating magnetic field position is located at the boundary point of the sample chamber 9 and FIG. 2 shows an example of a known magnetic flux density distribution.
【0028】図1において、導波管3により放電管2内
に導入されたマイクロ波(2.45GHz)4は、図2の
の磁束密度分布形状にて前記共鳴位置相当の磁束密度
(Be=875ガウス)の位置が前記試料室9内におけ
る試料台8の近傍に位置しているため(図1のa点)、
放電管2内の上記共鳴位置相当の磁束密度以上の磁束密
度領域を伝播し、試料室9内に入り前記共鳴位置に近づ
くにつれ、電子サイクロトロン共鳴による電離及び励起
が活発化し、それに比例してプラズマ密度も増加し、共
鳴位置でプラズマ生成確率は最大値に達する。しかし、
この領域を越え、前記共鳴位置相当の磁束密度(本実施
例では、875ガウス)よりも小さい磁束密度のプラズ
マ中を前記マイクロ波が伝播しようとすると、この電子
サイクロトロン共鳴を起こす右回り円偏波波の性質から
カットオフとなり伝播できなくなり、プラズマ中に共鳴
吸収されなかったマイクロ波はこの共鳴位置で反射され
ることになる。In FIG. 1, the microwave (2.45 GHz) 4 introduced into the discharge tube 2 by the waveguide 3 has a magnetic flux density (Be = 875 Gauss) is located near the sample table 8 in the sample chamber 9 (point a in FIG. 1),
The ionization and excitation by electron cyclotron resonance are activated as they propagate in the magnetic flux density region in the discharge tube 2 which is equal to or higher than the magnetic flux density corresponding to the resonance position and enter the sample chamber 9 and approach the resonance position, and the plasma is proportionally generated. The density also increases and the plasma generation probability reaches the maximum value at the resonance position. But,
When the microwave is going to propagate in the plasma having a magnetic flux density smaller than the resonance position-corresponding magnetic flux density (875 Gauss in this embodiment) beyond this region, the right-handed circularly polarized wave that causes the electron cyclotron resonance is generated. Due to the nature of the wave, it becomes a cutoff and cannot propagate, and the microwave that is not resonantly absorbed in the plasma is reflected at this resonant position.
【0029】このため前記共鳴位置から試料台8側の低
磁束密度領域ではプラズマ生成がほとんど行われず、試
料7表面へ達するプラズマは、前記共鳴位置から試料台
8方向へ徐々に減少する磁場に添う両極性拡散によって
輸送されたプラズマと、この共鳴位置近傍に導入された
材料ガス10が上記プラズマ流により電離,励起された
原子,分子となる。それ故、前記共鳴位置から試料台8
方向のプラズマ密度分布は急激な減少を示す。Therefore, plasma is hardly generated in the low magnetic flux density region on the sample stage 8 side from the resonance position, and the plasma reaching the surface of the sample 7 follows the magnetic field gradually decreasing from the resonance position toward the sample stage 8. The plasma transported by the bipolar diffusion and the material gas 10 introduced in the vicinity of the resonance position become atoms and molecules ionized and excited by the plasma flow. Therefore, the sample stage 8 is moved from the resonance position.
The plasma density distribution in the direction shows a sharp decrease.
【0030】しかし、本発明により、前記共鳴位置から
試料表面までの距離を略0にまで小さくできるため、プ
ラズマ密度が急激に減少する手前に試料7の表面位置を
配置することが可能となり、試料7表面近傍の電子密度
にほぼ比例する処理速度を落すことなく、膜生成時のち
密性に効果のあるイオン衝撃を与えるイオン密度も適切
に選定することができ、良質で処理速度の速い薄膜を生
成することができる。図3は、本実施例により試料表面
に薄膜を生成した場合の成膜速度を示したもので、膜組
成が一定という条件下で測定したものである。図3の横
軸下段が図2に示した磁束密度分布形状(〜)を、
横軸上段がそれに相当する試料表面上での電子密度を任
意単位で示したもので(電子密度比)、縦軸が成膜速度
を任意単位で示している(成膜速度比)。However, according to the present invention, the distance from the resonance position to the surface of the sample can be reduced to about 0. Therefore, the surface position of the sample 7 can be arranged before the plasma density sharply decreases. 7. The ion density that gives ion bombardment, which has an effect on the compactness at the time of film formation, can be appropriately selected without reducing the processing speed that is almost proportional to the electron density near the surface, and a thin film of good quality and high processing speed can be obtained. Can be generated. FIG. 3 shows the film formation rate when a thin film was formed on the sample surface according to this example, and was measured under the condition that the film composition was constant. The lower part of the horizontal axis of FIG. 3 shows the magnetic flux density distribution shape (to) shown in FIG.
The upper part of the horizontal axis shows the electron density on the surface of the sample corresponding thereto in arbitrary units (electron density ratio), and the vertical axis shows the film formation rate in arbitrary units (film formation rate ratio).
【0031】この図からも明らかなように、前記共鳴位
置を試料室9内に位置させ(図3中,)、かつ、試
料7の表面に近づけた方が電子密度が増加し、結果的に
成膜速度が大幅に増加することがわかる。As is clear from this figure, the electron density increases when the resonance position is located in the sample chamber 9 (in FIG. 3) and closer to the surface of the sample 7, and as a result, It can be seen that the film formation rate is significantly increased.
【0032】図10、及び図11に本発明の他の実施例
を示す。10 and 11 show another embodiment of the present invention.
【0033】図10は、前記電子サイクロトロン共鳴発
生磁場位置を試料室9内に位置させる手段として、試料
室9側に磁場を作る補助磁場発生手段21を前記試料室
9の外側に設けている。図11は、図10の実施例の軸
方向の磁束密度分布を示す。図11中のの破線は、図
10の磁場コイル1のみによる磁束密度分布曲線を示
し、図11中のの破線は、図10の補助磁場発生手段
のみによる磁束密度分布曲線を示す。In FIG. 10, an auxiliary magnetic field generating means 21 for generating a magnetic field on the sample chamber 9 side is provided outside the sample chamber 9 as a means for positioning the electron cyclotron resonance generating magnetic field position in the sample chamber 9. FIG. 11 shows the magnetic flux density distribution in the axial direction of the embodiment of FIG. A broken line in FIG. 11 shows a magnetic flux density distribution curve by only the magnetic field coil 1 of FIG. 10, and a broken line in FIG. 11 shows a magnetic flux density distribution curve by only the auxiliary magnetic field generating means of FIG.
【0034】これにより図11中の曲線が、及び
を重畳させたものとなり、共鳴発生磁場位置は、図11
中、矢印で示した方向に引き出され、試料室9内に位置
する。この補助磁場発生手段21で共鳴発生位置を試料
室9内に位置させるには、その磁束密度は概略50ガウ
ス以上であればよい。As a result, the curve in FIG. 11 is obtained by superimposing and, and the resonance generating magnetic field position is shown in FIG.
Inside, it is pulled out in the direction indicated by the arrow and is located in the sample chamber 9. In order to position the resonance generation position in the sample chamber 9 by the auxiliary magnetic field generation means 21, the magnetic flux density thereof may be about 50 gauss or more.
【0035】このような本実施例では、前記磁場コイル
1を小さくでき、図1〜図3に示す実施例と同じ効果が
あり、かつ、前記補助磁場発生手段21の調整により、
前記磁場コイル1による放電管2内の磁場分布にあまり
影響を与えずに前記共鳴発生位置を移動調整することが
できると共に、この補助磁場発生手段21により引き出
されたプラズマの流径,密度等も制御できるという効果
がある。In this embodiment as described above, the magnetic field coil 1 can be made small, the same effect as that of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 can be obtained, and by adjusting the auxiliary magnetic field generating means 21,
The resonance generation position can be moved and adjusted without affecting the magnetic field distribution in the discharge tube 2 by the magnetic field coil 1, and the flow diameter, density, etc. of the plasma extracted by the auxiliary magnetic field generation means 21 can be adjusted. It has the effect of being controllable.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明した本発明のプラズマ処理装置
によれば、放電管のマイクロ波導入側の磁束密度を、磁
場とマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の共鳴発
生位置の磁束密度より大きくし、前記磁場の磁束密度
が、前記電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生位置が一曲
面となるような分布形状を持ち、かつ、前記電子サイク
ロトロン共鳴の共鳴発生位置が、少なくとも一部試料室
内に位置するプラズマ処理装置、及び放電管のマイクロ
波導入側の磁束密度を、磁場とマイクロ波による電子サ
イクロトロン共鳴の共鳴発生位置の磁束密度より大きく
し、前記磁場の磁束密度が、前記電子サイクロトロン共
鳴の共鳴発生位置が一曲面となるような分布形状を持
ち、かつ、前記電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生位置
を少なくとも一部試料室内に位置させ、磁場発生手段の
発生する磁場の磁束密度よりは弱い磁場を発生する補助
磁場発生手段を備えているプラズマ処理装置としたもの
であるから、高密度プラズマ生成位置と試料表面間距離
が近づくため、試料表面に高密度プラズマを輸送するこ
とができるので、膜質の良い、しかも処理速度の早いプ
ラズマ処理ができ、此種プラズマ処理装置には非常に有
効である。According to the plasma processing apparatus of the present invention described above, the magnetic flux density on the microwave introduction side of the discharge tube is made larger than the magnetic flux density at the resonance generation position of electron cyclotron resonance due to the magnetic field and the microwave. The magnetic flux density of the magnetic field has a distribution shape such that the resonance generation position of the electron cyclotron resonance has one curved surface, and the resonance generation position of the electron cyclotron resonance is at least partly located in the sample chamber plasma processing apparatus, And the magnetic flux density on the microwave introduction side of the discharge tube is made larger than the magnetic flux density at the resonance generation position of electron cyclotron resonance due to the magnetic field and the microwave, and the magnetic flux density of the magnetic field is such that the resonance generation position of the electron cyclotron resonance is one curved surface. Has a distribution shape such that at least a part of the resonance generation position of the electron cyclotron resonance is present in the sample. Since the plasma processing apparatus is provided with the auxiliary magnetic field generating means for generating a magnetic field weaker than the magnetic flux density of the magnetic field generated by the magnetic field generating means, the distance between the high density plasma generating position and the sample surface Since high density plasma can be transported to the surface of the sample, plasma processing with good film quality and high processing speed can be performed, which is very effective for this type of plasma processing apparatus.
【図1】本発明の一実施例を示す有磁場マイクロ波放電
プラズマ処理装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a magnetic field microwave discharge plasma processing apparatus showing an embodiment of the present invention.
【図2】図1の装置における軸方向磁束密度分布を示す
特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing an axial magnetic flux density distribution in the device of FIG.
【図3】図1の装置により成膜した場合の成膜速度比と
磁束密度分布形状、及びそれに伴う電子密度比の関係を
示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a film formation speed ratio, a magnetic flux density distribution shape, and an electron density ratio associated therewith when a film is formed by the apparatus of FIG.
【図4】従来例Aのプラズマ処理装置を示す断面図であ
る。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus of Conventional Example A.
【図5】図4の装置における軸方向磁束密度分布を示す
特性図である。5 is a characteristic diagram showing an axial magnetic flux density distribution in the device of FIG.
【図6】従来例Bのプラズマ処理装置を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus of Conventional Example B.
【図7】図6の装置における軸方向磁束密度分布を示す
特性図である。7 is a characteristic diagram showing an axial magnetic flux density distribution in the apparatus of FIG.
【図8】従来例Cのプラズマ処理装置を示す断面図であ
る。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus of Conventional Example C.
【図9】図8の装置における軸方向磁束密度分布を示す
特性図である。9 is a characteristic diagram showing an axial magnetic flux density distribution in the apparatus of FIG.
【図10】本発明の他の実施例を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図11】図10の装置における軸方向磁束密度分布図
である。11 is an axial magnetic flux density distribution diagram in the apparatus of FIG.
1…磁場コイル、2…放電管、3…導波管、4…マイク
ロ波、5…入射窓、6…プラズマ用ガス、7…試料、8
…試料台、9…試料室、10…材料ガス、11a,11b
…冷却水、12…真空排気。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic field coil, 2 ... Discharge tube, 3 ... Waveguide, 4 ... Microwave, 5 ... Incident window, 6 ... Plasma gas, 7 ... Sample, 8
... Sample stand, 9 ... Sample chamber, 10 ... Material gas, 11a, 11b
… Cooling water, 12… vacuum exhaust.
───────────────────────────────────────────────────── 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 C23F 4/00 G 8417−4K H01L 21/203 S 8122−4M 21/3065 21/31 (72)発明者 園部 正 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 千葉 淳 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 門馬 直弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 望月 康弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 茂 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 福田 琢也 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location C23F 4/00 G 8417-4K H01L 21/203 S 8122-4M 21/3065 21/31 (72) Inventor Tadashi Sonobe 3-1-1, Sachimachi, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Atsushi Chiba 3-1-1, Sachimachi, Hitachi, Ibaraki Hitachi factory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Naohiro Kadoma 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Inc. (72) Inventor Yasuhiro Mochizuki 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Inventor Shigeru Takahashi 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Takuya Fukuda 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Factory Hitachi Research Laboratory
Claims (2)
一部を形成する放電管と、該放電管の放電空間内に磁場
を発生する磁場発生手段と、前記放電管の放電空間内に
マイクロ波を導入する手段と、前記放電管に連結され、
かつ、処理されるべき試料を保持する試料台が配置され
る試料室とを備えたプラズマ処理装置において、 前記放電管の前記マイクロ波導入側の磁束密度を、磁場
とマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生
位置の磁束密度より大きくし、前記磁場の磁束密度が、
前記電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生位置が一曲面と
なるような分布形状を持ち、かつ、前記電子サイクロト
ロン共鳴の共鳴発生位置が、少なくとも一部前記試料室
内に位置することを特徴とするプラズマ処理装置。1. A discharge tube which forms a part of a discharge space when a discharge gas is introduced, a magnetic field generating means which generates a magnetic field in the discharge space of the discharge tube, and a discharge space of the discharge tube. Means for introducing microwaves, connected to the discharge tube,
And, in a plasma processing apparatus provided with a sample chamber in which a sample table for holding a sample to be processed is arranged, the magnetic flux density of the microwave introduction side of the discharge tube, the electron cyclotron resonance of the magnetic field and the microwave Greater than the magnetic flux density at the resonance generation position, the magnetic flux density of the magnetic field,
A plasma processing apparatus having a distribution shape such that the resonance generation position of the electron cyclotron resonance has a curved surface, and the resonance generation position of the electron cyclotron resonance is at least partially located in the sample chamber.
一部を形成する放電管と、該放電管の放電空間内に磁場
を発生する磁場発生手段と、前記放電管の放電空間内に
マイクロ波を導入する手段と、前記放電管に連結され、
かつ、処理されるべき試料を保持する試料台が配置され
る試料室とを備えたプラズマ処理装置において、 前記放電管の前記マイクロ波導入側の磁束密度を、磁場
とマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生
位置の磁束密度より大きくし、前記磁場の磁束密度が、
前記電子サイクロトロン共鳴の共鳴発生位置が一曲面と
なるような分布形状を持ち、かつ、前記電子サイクロト
ロン共鳴の共鳴発生位置を少なくとも一部前記試料室内
に位置させ、前記磁場発生手段の発生する磁場の磁束密
度よりは弱い磁場を発生する補助磁場発生手段を備えて
いることを特徴とするプラズマ処理装置。2. A discharge tube into which a discharge gas is introduced and which forms a part of a discharge space, a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the discharge space of the discharge tube, and a discharge space of the discharge tube. Means for introducing microwaves, connected to the discharge tube,
And, in a plasma processing apparatus provided with a sample chamber in which a sample table for holding a sample to be processed is arranged, the magnetic flux density of the microwave introduction side of the discharge tube, the electron cyclotron resonance of the magnetic field and the microwave Greater than the magnetic flux density at the resonance generation position, the magnetic flux density of the magnetic field,
The resonance generation position of the electron cyclotron resonance has a distribution shape such that it becomes one curved surface, and the resonance generation position of the electron cyclotron resonance is located at least partly in the sample chamber, and the magnetic field generated by the magnetic field generating means is A plasma processing apparatus comprising an auxiliary magnetic field generating means for generating a magnetic field weaker than a magnetic flux density.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6163551A JP2749264B2 (en) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | Plasma processing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6163551A JP2749264B2 (en) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | Plasma processing equipment |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62045259A Division JP2544374B2 (en) | 1987-01-19 | 1987-03-02 | Plasma processing apparatus and method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0774116A true JPH0774116A (en) | 1995-03-17 |
| JP2749264B2 JP2749264B2 (en) | 1998-05-13 |
Family
ID=15776052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6163551A Expired - Lifetime JP2749264B2 (en) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | Plasma processing equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2749264B2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5779621A (en) * | 1980-11-05 | 1982-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | Plasma processing device |
| JPS60134423A (en) * | 1983-12-23 | 1985-07-17 | Hitachi Ltd | Microwave plasma etching device |
| JPS61125133A (en) * | 1984-11-22 | 1986-06-12 | Hitachi Ltd | Low temperature plasma electromagnetic field control structure |
-
1994
- 1994-07-15 JP JP6163551A patent/JP2749264B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5779621A (en) * | 1980-11-05 | 1982-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | Plasma processing device |
| JPS60134423A (en) * | 1983-12-23 | 1985-07-17 | Hitachi Ltd | Microwave plasma etching device |
| JPS61125133A (en) * | 1984-11-22 | 1986-06-12 | Hitachi Ltd | Low temperature plasma electromagnetic field control structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2749264B2 (en) | 1998-05-13 |
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