JPS611024A - Manufacturing apparatus of semiconductor circuit - Google Patents

Manufacturing apparatus of semiconductor circuit

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JPS611024A
JPS611024A JP59122491A JP12249184A JPS611024A JP S611024 A JPS611024 A JP S611024A JP 59122491 A JP59122491 A JP 59122491A JP 12249184 A JP12249184 A JP 12249184A JP S611024 A JPS611024 A JP S611024A
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plasma
magnetic field
vessel
torus
semiconductor substrate
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Shuji Nakao
中尾 修治
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means

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  • Plasma Technology (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To readily control a plasma, to prevent the surface of a semiconductor substrate from charging up and to selectively react charged particles or neutral particles by utilizing a plasma in a pure torus magnetic field. CONSTITUTION:A torus vacuum vessel 1 is evacuated in high vacuum, and purified by the glow discharge of hydrogen. Gas for generating a plasma is fed into the vessel 1, and a current is flowed to a toroidal coil 2 to generate a toroidal magnetic field. A microwave is incident from a port to the vessel 1, and when the frequency coincides with an electron cyclotron resonant frequency, a plasma 8 is generated. The diameter of the plasma is controlled by an orifice, a semiconductor substrate 7 is fed to a port without setting the entire vessel 1 to atmospheric pressure by using a load lock, and held by a manipulator 6. Accordingly, the plasma 8 can be readily controlled, it can prevent the surface of the substrate 7 from charging up and to selectively react charged particles and neutral particles.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体回路製造装置に関し、特にプラズマエツ
チング、プラズマCVD、プラズマ沃化プラズマ直接窒
化膜形成などのプラズマを利用したプラズマプロセス装
置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor circuit manufacturing apparatus, and particularly to a plasma processing apparatus that utilizes plasma such as plasma etching, plasma CVD, and plasma iodide plasma direct nitride film formation. .

〔従来技術〕[Prior art]

従来のこの種の装置におけるプラズマとしては、主に磁
界を印加しない非磁化プラズマが用いられている。また
磁界を印加するものとしては、直線形磁界中の電子サイ
クロトロン共鳴(以下ECRと略す)プラズマがある。
As the plasma in conventional devices of this type, non-magnetized plasma to which no magnetic field is applied is mainly used. Further, as a device for applying a magnetic field, there is an electron cyclotron resonance (hereinafter abbreviated as ECR) plasma in a linear magnetic field.

従来のプラズマ発生方法は、外部より磁界を印加しない
真空容器を真空ポンプにより減圧し、プラズマ発生用ガ
スを適当な圧力、流量において容器内に導入し、次いで
、容器の内部もしくは外部に設置されたコイル、平行平
板電極などのアンテナに高周波電力を印加することによ
りプラズマを発生させるというものである。そしてこの
プラズマにより発生した荷電粒子、フリーラジカルなど
−が、容器内に置かれ九半導体基板表面と物理的および
/もしくは化学的に反応することにより、所期の効果を
得るものである。
The conventional plasma generation method is to reduce the pressure of a vacuum container without applying an external magnetic field using a vacuum pump, introduce plasma generation gas into the container at an appropriate pressure and flow rate, and then place the plasma inside or outside the container. Plasma is generated by applying high frequency power to an antenna such as a coil or parallel plate electrode. The charged particles, free radicals, etc. generated by this plasma are placed in the container and react physically and/or chemically with the surface of the semiconductor substrate, thereby obtaining the desired effect.

またプラズマの他の発生方法としては、直流放電による
もの、ECR放電によるものなどがある。
Other methods of generating plasma include direct current discharge and ECR discharge.

また、荷電粒子の基板表面との反応を除去するため、金
属メソシュなどにより、プラズマを遮断し、荷電粒子の
反応領域への流入を阻止するものもある。
In addition, in order to eliminate the reaction of charged particles with the substrate surface, some devices use a metal mesh or the like to block plasma and prevent charged particles from flowing into the reaction region.

従来のプラズマプロセス装置は以上のようなものであり
、プラズマの制御が容易でなく、反応粒子(例えば、陽
イオン、フリーラジカル)を選択的に半導体基板と反応
させることが出来ない。また、半導体基板表面のプラズ
マに対する電位の制御が難しい。このため、荷電粒子の
衝突による基板の損傷、絶縁膜形成時のチャージアンプ
による絶縁破壊などの欠点があった。
Conventional plasma processing apparatuses are as described above, and it is not easy to control plasma, and it is not possible to selectively react reactive particles (eg, cations and free radicals) with a semiconductor substrate. Furthermore, it is difficult to control the potential of the plasma on the surface of the semiconductor substrate. For this reason, there have been drawbacks such as damage to the substrate due to collisions of charged particles and dielectric breakdown due to the charge amplifier during formation of the insulating film.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は上記のような従来のものの欠点を除去するため
になされたもので、単純トーラス形磁界中のプラズマを
利用することにより、プラズマの制御が容易となり、半
導体基板表面のチャージアップを防止でき、かつ正イオ
ン、もしくは負イオン及び電子、もしくはフリーラジカ
ル等の中性粒子を選択的に半導体基板と反応させること
のできる半導体回路製造装置を提供することを目的とし
ている。
The present invention was made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional method. By using plasma in a simple torus-shaped magnetic field, plasma can be easily controlled and charge-up on the surface of a semiconductor substrate can be prevented. It is an object of the present invention to provide a semiconductor circuit manufacturing apparatus that can selectively react positive ions, negative ions, electrons, or neutral particles such as free radicals with a semiconductor substrate.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図は本発明の一実施例を示し、図において、1はトーラ
ス形真空容器であり、該容器1より上、下及び外向きに
出ている角ダクト1aは、該容器1に半導体基板などを
導入するボートであり、該ボート1aは容器1にプラズ
マを生成するためのマイクロ波電力を供給するマイクロ
波供給手段ともなっている。2はトロイダル磁界を発生
するトロイダルコイル、3はトーラスを含む面に垂直方
向の垂直磁界を発生する垂直磁場コイル、4はトーラス
1に沿う交流電界を電磁誘導により発生し、該電界をプ
ラズマに印加するトランスのコア、5はトランスの一次
巻線、6は半導体基板を保持するマニピュレーター、7
は半導体基板、8はプラズマである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
The figure shows one embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a torus-shaped vacuum vessel, and a square duct 1a extending upward, downward, and outward from the vessel 1 is used to carry a semiconductor substrate or the like into the vessel 1. The boat 1a also serves as a microwave supply means for supplying microwave power to the container 1 to generate plasma. 2 is a toroidal coil that generates a toroidal magnetic field; 3 is a vertical magnetic field coil that generates a perpendicular magnetic field perpendicular to the plane containing the torus; 4 is an alternating current electric field along the torus 1 that is generated by electromagnetic induction; and this electric field is applied to the plasma. 5 is the primary winding of the transformer; 6 is a manipulator that holds the semiconductor substrate; 7
8 is a semiconductor substrate, and 8 is a plasma.

次に動作について説明する。トーラス形真空容器1はプ
ラズマの純度を高めるため高真空(約1O−8Torr
)に排気する。さらに、水素のグロー放電により表面の
酸素、炭素などを除去し、清浄化する。
Next, the operation will be explained. The torus-shaped vacuum vessel 1 is kept under high vacuum (approximately 1O-8 Torr) to increase the purity of plasma.
). Furthermore, hydrogen glow discharge removes oxygen, carbon, etc. from the surface and cleans it.

また、真空容器1の内面はプラズマによるスパッター、
反応などを防ぐため、チタン窒化物などの耐スパツタ−
、耐反応物で被覆されている。次にプラズマ発生用のガ
スを真空容器1に導入する。
In addition, the inner surface of the vacuum container 1 is sputtered by plasma,
To prevent reactions, etc., use spatter-resistant materials such as titanium nitride.
, coated with a reaction-resistant material. Next, a gas for plasma generation is introduced into the vacuum container 1.

続いて、トロイダルコイル2に電流を流し、トロイダル
磁界を発生ずる0次に、高電力マグネトロンなどにより
生成されたマイクロ波をいずれかのボートより真空容器
1に入射する。入射マイクロ波の周波数が、トロイダル
磁場による電子サイクロトロン共鳴(ECR)周波数と
一致すると、トーラス形真空容器l内にプラズマ8が発
生する。
Next, a current is passed through the toroidal coil 2 to generate a toroidal magnetic field. A zero-order microwave generated by a high-power magnetron or the like is input into the vacuum vessel 1 from one of the boats. When the frequency of the incident microwave matches the electron cyclotron resonance (ECR) frequency caused by the toroidal magnetic field, plasma 8 is generated within the torus-shaped vacuum vessel l.

このプラズマの密度、電子温度は入射マイクロ波電力、
ガス圧力により制御される。またプラズマの径はトーラ
ス形真空容器1の内壁もしくは容器1内に設けるオリフ
ィスにより制御される。半導体基板7はロードロツタな
どを用い、容器1全体を大気圧にすることなしに、真空
容器lのボートに導入され、マニピュレーター6により
保持される。
The density of this plasma and the electron temperature are determined by the incident microwave power,
Controlled by gas pressure. Further, the diameter of the plasma is controlled by the inner wall of the torus-shaped vacuum vessel 1 or an orifice provided within the vessel 1. The semiconductor substrate 7 is introduced into the boat of the vacuum container 1 using a load rotor or the like without bringing the entire container 1 to atmospheric pressure, and is held by the manipulator 6.

本発明の特徴は、単純トーラス形磁界配位における、プ
ラズマ粒子のドリフト運動を利用することにある。この
磁界配位では、磁力線の曲がり、及び磁界強度の傾きの
効果により、第2図に示すように、荷電粒子はいわゆる
トロイダルドリフトする。このドリフトは粒子の電荷の
符号によりそのドリフト方向が逆になるため、プラズマ
は上下に分極し、これにより上下方向の電界が発生する
。
A feature of the present invention is that it utilizes the drift motion of plasma particles in a simple torus-shaped magnetic field configuration. In this magnetic field configuration, the charged particles undergo a so-called toroidal drift as shown in FIG. 2 due to the bending of the magnetic lines of force and the effect of the gradient of the magnetic field strength. Since the direction of this drift is reversed depending on the sign of the charge on the particles, the plasma is polarized vertically, thereby generating an electric field in the vertical direction.

この電界とトロイダル磁界によるいわゆるEXBドリフ
トにより、荷電粒子は電荷の符号、質量などによらず、
同し速度でトーラスの外側ヘトリフトする。このように
正に荷電した粒子10と負に荷電した粒子9が同じ速度
をもってトーラスの外側の壁に入射するので、従来のプ
ラズマ発生法では必然的に生じていた、いわゆるシース
がほとんど生じない。これにより、シースの電界で加速
された粒子による基板の損傷、また、一方に荷電した粒
子が集まることによるチャージアンプが防止される。ま
たチャージアップを無視できる工程においてはトーラス
容器の上下に半導体基板を設置することにより負に荷電
した粒子もしくは正に荷電した粒子の一方を選択的に半
導体基板と反応させることが可能である。
Due to the so-called EXB drift caused by this electric field and toroidal magnetic field, charged particles are
Lift to the outside of the torus at the same speed. In this way, the positively charged particles 10 and the negatively charged particles 9 are incident on the outer wall of the torus at the same speed, so that the so-called sheath that inevitably occurs in conventional plasma generation methods is hardly generated. This prevents damage to the substrate caused by particles accelerated by the electric field of the sheath, and charge amplification caused by charged particles gathering on one side. In addition, in a process where charge-up can be ignored, by placing semiconductor substrates above and below the torus container, it is possible to selectively cause either negatively charged particles or positively charged particles to react with the semiconductor substrate.

また、垂直磁界コイル3によりプラズマに垂直磁界を印
加することにより分極した電荷が磁力線に沿う電子流に
より短絡され、上下方向の電界が減少し、これにより径
方向のプラズマ流が減少することが知られている。この
現象を利用することにより半導体基板表向へのプラズマ
流量の制御が可能になる。また、トランス4,5を用い
、プラズマに交流電界を印加することにより、プラズマ
密度の上昇が可能となる。更にマイクロ波電力の増減と
交流電界とを併用することによりプラズマ諸量の制御が
容易になり、各種の半導体回路製造工程に適合させるこ
とが容易となる。
It is also known that by applying a vertical magnetic field to the plasma using the vertical magnetic field coil 3, the polarized charges are short-circuited by the electron flow along the magnetic field lines, reducing the vertical electric field and thereby reducing the radial plasma flow. It is being By utilizing this phenomenon, it becomes possible to control the plasma flow rate toward the surface of the semiconductor substrate. Further, by applying an alternating current electric field to the plasma using the transformers 4 and 5, it is possible to increase the plasma density. Furthermore, by using both the increase and decrease of microwave power and the alternating current electric field, it becomes easy to control various plasma quantities, and it becomes easy to adapt the method to various semiconductor circuit manufacturing processes.

このように本実施例装置では、トーラス形真空容器の外
側に設置した半導体基板に対してはチ中−ジアップの防
止が可能であり、真空容器の上下に設置した半導体基板
に対しては、荷電粒子をその電荷により選択的に反応さ
せることが可能である。またプラズマの制御も容易にな
る。
In this way, with the device of this embodiment, it is possible to prevent the semiconductor substrates placed outside the torus-shaped vacuum vessel from being charged, and it is possible to prevent the semiconductor substrates placed above and below the vacuum vessel from being charged. It is possible to cause particles to react selectively due to their charge. Also, plasma control becomes easier.

なお、上記実施例ではトーラスにおけるプラズマの発生
をECR法により行なった場合を説明したが、RF放電
、DC放電を用いてもよく、上記実施例と同様の効果を
奏する。
In the above embodiment, a case has been described in which plasma is generated in the torus by the ECR method, but RF discharge or DC discharge may also be used, and the same effects as in the above embodiment can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明に係る半導体回路製造装置によ
れば、単純トーラス磁界中で生成したプラズマを利用す
るようにしたので、トーラス形真空容器の外側に設置し
た半導体基板に対してはチャージアップの防止が可能で
あり、上下に設置した半導体基板に対しては、荷電粒子
をその電荷により選択的に反応させることが可能であり
、またプラズマの制御も容易になるという効果が得られ
る。
As described above, according to the semiconductor circuit manufacturing apparatus according to the present invention, plasma generated in a simple torus magnetic field is used, so that the semiconductor substrate placed outside the torus-shaped vacuum container is not charged up. It is possible to prevent this, and it is possible to cause charged particles to selectively react with the semiconductor substrates placed above and below depending on their charges, and it is also possible to easily control the plasma.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例による半導体回路製造装置
を示す斜視図、第2図は単純トロイダル磁界中でのプラ
ズマ粒子の運動を示す概念図である。 1・・・トーラス形真空容器、1a・・・角ダクト(マ
イクロ波供給手段)、2・・・トロイダルコイル、3・
・・垂直磁界コイル、4・・・トランスのコア、5・・
・トランスの一次巻線、6・・・マニピュレーター、7
・・・半導体基板、8・・・プラズマ、9・・・負に荷
電した粒子、10・・・正に荷電した粒子。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor circuit manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing the movement of plasma particles in a simple toroidal magnetic field. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Torus-shaped vacuum vessel, 1a... Square duct (microwave supply means), 2... Toroidal coil, 3...
...Vertical magnetic field coil, 4...Transformer core, 5...
・Transformer primary winding, 6...manipulator, 7
... Semiconductor substrate, 8... Plasma, 9... Negatively charged particles, 10... Positively charged particles. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)プラズマを利用する半導体回路製造装置において
、単純トーラス形真空容器と、該真空容器内に垂直直流
磁界を作成するコイルと、上記真空容器内にマイクロ波
を供給しプラズマを生成するマイクロ波供給手段と、該
生成されたプラズマに交流電界を印加するトランスとを
備えたことを特徴とする半導体回路製造装置。
(1) A semiconductor circuit manufacturing apparatus that uses plasma includes a simple torus-shaped vacuum vessel, a coil that creates a vertical DC magnetic field within the vacuum vessel, and a microwave that supplies microwaves to the vacuum vessel to generate plasma. A semiconductor circuit manufacturing apparatus comprising a supply means and a transformer that applies an alternating current electric field to the generated plasma.
(2)上記垂直直流磁界、マイクロ波または交流電界の
強度の制御によりプラズマの諸量を制御可能であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体回路製
造装置。
(2) The semiconductor circuit manufacturing apparatus according to claim 1, wherein various quantities of plasma can be controlled by controlling the intensity of the vertical DC magnetic field, microwave, or AC electric field.
JP59122491A 1984-06-12 1984-06-12 Manufacturing apparatus of semiconductor circuit Granted JPS611024A (en)

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Cited By (4)

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