JPH07105384B2 - Plasma reactor - Google Patents
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- JPH07105384B2 JPH07105384B2 JP63283882A JP28388288A JPH07105384B2 JP H07105384 B2 JPH07105384 B2 JP H07105384B2 JP 63283882 A JP63283882 A JP 63283882A JP 28388288 A JP28388288 A JP 28388288A JP H07105384 B2 JPH07105384 B2 JP H07105384B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ガス放電によりプラズマを発生させ、発生
したプラズマを利用して半導体基板の表面にエツチング
や薄膜形成等の処理を行うプラズマ反応装置、特に高密
度プラズマを均一性よく発生できるプラズマ反応装置に
関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma reactor in which plasma is generated by gas discharge and the generated plasma is used to perform processing such as etching and thin film formation on the surface of a semiconductor substrate. In particular, the present invention relates to a plasma reactor capable of uniformly generating high-density plasma.
ICなどの半導体装置を製造する際は、半導体基板(ウエ
ハ)にエツチングや薄膜形成等の処理が行われる。この
ような半導体基板処理装置の一つとして、ガス放電によ
るプラズマを利用したプラズマ反応装置がある。When manufacturing a semiconductor device such as an IC, processes such as etching and thin film formation are performed on a semiconductor substrate (wafer). As one of such semiconductor substrate processing apparatuses, there is a plasma reaction apparatus using plasma generated by gas discharge.
第3図は、電子サイクロトロン共鳴放電により発生する
プラズマを利用した一般的なプラズマ反応装置の概略縦
断面図である。第3図において、このプラズマ反応装置
は、反応室1と、この反応室1の上部に設けられ、下端
が反応室1の上部に開口した、円筒状のプラズマ発生室
2と、一端がプラズマ発生室2の上面の開口部に接続さ
れるとともに他端がマイクロ波発生手段(図示せず)に
接続され、マイクロ波発生手段により発生されたマイク
ロ波をプラズマ発生室2に導く導波管3と、プラズマ発
生室2の上面に開設された開口部に被着された石英板4
と、プラズマ発生室2を囲んでその外周部に設けられ
た、複数個の極小磁場形成用コイル5とを備えている。
なお、プラズマ発生室2の上部にはガス導入口6が設け
られ、反応室1の側部には排気口7が設けられている。
また、反応室1内の下部には、プラズマ発生室2の開口
下端に対向して保持台8が設けられ、この上に半導体基
板9が載せられている。FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view of a general plasma reaction apparatus using plasma generated by electron cyclotron resonance discharge. In FIG. 3, this plasma reactor is provided with a reaction chamber 1, a cylindrical plasma generation chamber 2 provided at an upper portion of the reaction chamber 1 and having a lower end opened to an upper portion of the reaction chamber 1, and a plasma generation at one end. A waveguide 3 which is connected to an opening on the upper surface of the chamber 2 and has the other end connected to a microwave generating means (not shown), and which guides the microwave generated by the microwave generating means to the plasma generating chamber 2. , A quartz plate 4 attached to an opening formed on the upper surface of the plasma generation chamber 2
And a plurality of minimum magnetic field forming coils 5 provided around the plasma generation chamber 2 and provided on the outer periphery thereof.
A gas inlet 6 is provided above the plasma generation chamber 2, and an exhaust port 7 is provided at the side of the reaction chamber 1.
A holding table 8 is provided in the lower part of the reaction chamber 1 so as to face the lower end of the opening of the plasma generation chamber 2, and a semiconductor substrate 9 is placed on the holding table 8.
従来のプラズマ反応装置は上述したように構成されてお
り、反応室1内部に残つたガスを排気口7から十分に排
気した後、プラズマ発生室2および反応室1内にガス導
入口6から反応性ガスを導入しながらその一部を排気口
7から排気し、両室内のガス圧力を所定の値に保つ。さ
らに、マイクロ波発生手段の発生する周波数2.45GHzの
マイクロ波を導波管3および石英板4を介してプラズマ
発生室2に導入する。一方、プラズマ発生室2の周囲に
設けられた極小磁場形成用コイル5に電源(図示せず)
から通電してこの極小磁場形成用コイル5aにより、プラ
ズマ発生室2および反応室1内において、プラズマ発生
室2から反応室1に向かつて発散する不均一な磁界を形
成させる。The conventional plasma reactor is configured as described above, and after the gas remaining in the reaction chamber 1 is sufficiently exhausted through the exhaust port 7, the reaction is performed from the gas introduction port 6 into the plasma generation chamber 2 and the reaction chamber 1. Part of the gas is exhausted from the exhaust port 7 while introducing the volatile gas, and the gas pressure in both chambers is maintained at a predetermined value. Further, a microwave having a frequency of 2.45 GHz generated by the microwave generation means is introduced into the plasma generation chamber 2 via the waveguide 3 and the quartz plate 4. On the other hand, a power source (not shown) is supplied to the minimal magnetic field forming coil 5 provided around the plasma generation chamber 2.
Then, a non-uniform magnetic field diverging from the plasma generation chamber 2 toward the reaction chamber 1 is formed in the plasma generation chamber 2 and the reaction chamber 1 by energizing from the above.
この結果、プラズマ発生室2内の反応性ガスの電子は、
電子サイクロトロン共鳴によりマイクロ波の電磁エネル
ギーを吸収して加速され、プラズマ発生室2内を円運動
しながら螺旋状に下降する。このように高速で円運動す
る電子の衝突によりプラズマ発生室2内には高密度のガ
スプラズマが発生する。このガスプラズマは、極小磁場
形成用コイル5の形成する磁力線に沿つてプラズマ発生
室2から反応室1内に移送され、保持台8上の半導体基
板9の表面にエツチングや薄膜形成等の処理を施す。な
お、この際に用いられるガスの種類、圧力、マイクロ波
電力等は、基板処理工程の種類により選択される。As a result, the electrons of the reactive gas in the plasma generation chamber 2 are
Electron cyclotron resonance absorbs the electromagnetic energy of microwaves to accelerate them, and they spirally descend in the plasma generation chamber 2 while making a circular motion. In this way, due to the collision of electrons that move circularly at high speed, high-density gas plasma is generated in the plasma generation chamber 2. This gas plasma is transferred from the plasma generation chamber 2 into the reaction chamber 1 along the lines of magnetic force formed by the minimal magnetic field forming coil 5, and is subjected to processing such as etching or thin film formation on the surface of the semiconductor substrate 9 on the holding table 8. Give. The type of gas, pressure, microwave power, etc. used at this time are selected according to the type of substrate processing step.
極小磁場形成用コイルを備えた従来のプラズマ反応装置
では、ヨツフエ磁場コイル、ベースボールコイル、イン
−ヤンコイル等による極小磁場を形成していたため、コ
イル両端部においてプラズマが磁場による圧縮を受け、
プラズマの断面形状が楕円形となり、半導体基板を処理
する際の均一性を向上させることが困難であるという問
題点があつた。また、均一性向上のためにコイルの多極
化を図ると、磁場強度を十分に強くすることができず、
コイルの大型化、励磁電力の高出力化などを必要とし、
実用上問題があつた。In the conventional plasma reaction device provided with the coil for forming a minimum magnetic field, the Yohue magnetic field coil, the baseball coil, the in-Yan coil, etc. formed a minimum magnetic field, so that the plasma was compressed by the magnetic field at both ends of the coil,
The plasma has an elliptical cross-section, which makes it difficult to improve the uniformity when processing a semiconductor substrate. Moreover, if the number of poles of the coil is increased to improve the uniformity, the magnetic field strength cannot be increased sufficiently,
It requires larger coils and higher excitation power output,
There was a problem in practice.
この発明は、上述したような問題点を解決するためにな
されたもので、極小磁場の利用による高密度プラズマを
維持し、かつ均一性にすぐれたプラズマ反応装置を得る
ことを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a plasma reactor which maintains a high density plasma by utilizing a minimum magnetic field and is excellent in uniformity.
この発明に係るプラズマ反応装置は、多極カスプ磁場を
形成する永久磁石、およびこの永久磁石を挟んで設けら
れ、ミラー磁場を形成する複数個のコイル手段を設けた
ものである。The plasma reactor according to the present invention is provided with a permanent magnet that forms a multi-pole cusp magnetic field, and a plurality of coil means that are provided so as to sandwich the permanent magnet and that forms a mirror magnetic field.
この発明においては、永久磁石およびコイル手段により
プラズマ発生室内に極小磁場が形成され、プラズマ発生
室の中心部での磁場が外周部に比べて弱くなつているの
で、プラズマ発生室内のプラズマは安定に閉じ込められ
る。このためプラズマ発生室には密度の高い安定したプ
ラズマが発生され、半導体基板の処理速度が向上する。
またガス圧力などのプラズマ発生の条件も緩和される。
さらに、永久磁石による多極カスプ磁場により、有効な
プラズマ発生領域がプラズマ発生室内の外周部となり、
かつ軸対称であるため、半導体基板処理の均一性が向上
する。In the present invention, since the minimum magnetic field is formed in the plasma generation chamber by the permanent magnet and the coil means and the magnetic field in the central portion of the plasma generation chamber is weaker than that in the outer peripheral portion, the plasma in the plasma generation chamber is stable. Be trapped. Therefore, a stable and dense plasma is generated in the plasma generation chamber, and the processing speed of the semiconductor substrate is improved.
Also, the conditions for plasma generation such as gas pressure are alleviated.
Furthermore, due to the multi-pole cusp magnetic field by the permanent magnet, the effective plasma generation area becomes the outer peripheral part of the plasma generation chamber,
In addition, the axial symmetry improves the uniformity of semiconductor substrate processing.
以下、この発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。但し、以下の実施例の構成および作用は、第3図の
プラズマ反応装置と一部を除いて同様であるので、以下
においては特に相違する点のみについては詳しく説明
し、他の点の詳しい説明は省略する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the structure and operation of the following embodiments are the same as those of the plasma reactor shown in FIG. 3 except for a part thereof, and therefore only the differences will be described in detail below and the other points will be described in detail. Is omitted.
第1図はこの発明の一実施例を示す概略断面図である。
この実施例は、第3図に示された極小磁場形成用コイル
5の代わりにプラズマ発生室2の周囲に設けられ、その
内部に多極カスプ磁場を形成する永久磁石10およびミラ
ー磁場を形成するコイル手段例えばソレノイド12を備え
ている点を除けば、第3図のプラズマ反応装置と同様に
構成されている。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention.
In this embodiment, instead of the minimum magnetic field forming coil 5 shown in FIG. 3, a permanent magnet 10 and a mirror magnetic field, which are provided around the plasma generating chamber 2 and form a multipolar cusp magnetic field, are formed inside the plasma generating chamber 2. The plasma reactor has the same configuration as that of the plasma reactor shown in FIG. 3 except that the coil means, for example, the solenoid 12 is provided.
なお、この実施例では、排気口7が反応室1の底部に設
けられ、また鉄心11が永久磁石10どうしを保持して接続
する磁気回路を構成している。In this embodiment, the exhaust port 7 is provided at the bottom of the reaction chamber 1, and the iron core 11 constitutes a magnetic circuit for holding and connecting the permanent magnets 10 to each other.
第2図は第1図の線I−Iにおける横断面図である。例
えば4対の永久磁石10による多極カスプ磁場と、例えば
2個のソレノイドコイル12によるミラー磁場とは合成さ
れて極小磁場を形成している。プラズマは第2図中に示
した磁力線に沿つた領域で発生され、磁場が極小となる
プラズマ発生室2の中心部に向かつて拡散する。したが
つて、プラズマ発生室2の内部は均一な密度のプラズマ
で満たされる。発生したプラズマはプラズマ発生室2中
と同じく軸対称の断面形状のまま、反応室1中に移送さ
れ、保持台8上に設置された半導体基板9の表面を処理
する。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. For example, the multi-pole cusp magnetic field generated by four pairs of permanent magnets 10 and the mirror magnetic field generated by, for example, two solenoid coils 12 are combined to form a minimum magnetic field. The plasma is generated in a region along the magnetic field lines shown in FIG. 2, and diffuses toward the central portion of the plasma generation chamber 2 where the magnetic field is minimum. Therefore, the inside of the plasma generation chamber 2 is filled with plasma having a uniform density. The generated plasma is transferred into the reaction chamber 1 with the same axially symmetrical cross-sectional shape as in the plasma generation chamber 2, and processes the surface of the semiconductor substrate 9 placed on the holding table 8.
表1は、本実施例のプラズマ反応装置を使用してSi基板
をエツチングした際の均一性を、従来側と対比して示し
たものである。プラズマを強く圧縮するために均一性が
悪かつた従来例に比べて、本実施例では均一性が格段に
向上した。 Table 1 shows the uniformity when etching the Si substrate using the plasma reactor of the present embodiment, in comparison with the conventional side. The uniformity was markedly improved in this example as compared with the conventional example in which the uniformity was poor because the plasma was strongly compressed.
なお、本実施例の諸元の具体例は次の通りである。Specific examples of the specifications of this embodiment are as follows.
プラズマ発生室直径 200mm プラズマ発生室軸方向長さ 180mm ミラー磁場間隔 220mm 永久磁石表面磁束密度 1500ガウス また、本実施例のプラズマ反応装置における磁場は極小
磁場であるため、プラズマを安定に閉じ込めることがで
き、プラズマ発生密度が向上し、半導体基板処理におけ
る反応速度を増大させることができる。Plasma generation chamber diameter 200 mm Plasma generation chamber axial length 180 mm Mirror magnetic field spacing 220 mm Permanent magnet surface magnetic flux density 1500 Gauss Also, since the magnetic field in the plasma reactor of this example is a minimum magnetic field, plasma can be stably confined. The plasma generation density is improved, and the reaction rate in semiconductor substrate processing can be increased.
なお、以上の説明では、電子サイクロトロン共鳴放電を
利用してプラズマを発生する実施例についてのみ説明し
たが、この発明は高周波放電、マグネトロン放電、PIG
放電などを利用するプラズマ反応装置に対しても応用で
きる。In the above description, only the embodiment in which the plasma is generated by using the electron cyclotron resonance discharge is described, but the present invention is the high frequency discharge, the magnetron discharge, the PIG.
It can also be applied to plasma reactors that utilize electric discharge.
以上のように、この発明は、多極カスプ磁場を形成する
永久磁石、およびこの永久磁石を挟んで設けられ、ミラ
ー磁場を形成する複数個のコイル手段を設け、極小磁場
を多極カスプ磁場とミラー磁場の合成により形成したの
で、安定した高密度プラズマを均一性よく発生でき、ひ
いては半導体基板の処理均一性も向上しかつ処理速度も
増加させることができるという効果を奏する。As described above, according to the present invention, a permanent magnet that forms a multipole cusp magnetic field, and a plurality of coil means that are provided so as to sandwich the permanent magnet and that forms a mirror magnetic field are provided. Since it is formed by synthesizing the mirror magnetic field, stable high density plasma can be generated with good uniformity, and further, the processing uniformity of the semiconductor substrate can be improved and the processing speed can be increased.
第1図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、第2図は
第1図の線I−Iにおける横断面図、第3図は従来のプ
ラズマ反応装置を示す断面図である。 図において、1は反応室、2はプラズマ発生室、9は半
導体基板、10は永久磁石、12はソレノイドコイルであ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。FIG. 1 is a vertical sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a horizontal sectional view taken along line I--I of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view showing a conventional plasma reactor. In the figure, 1 is a reaction chamber, 2 is a plasma generation chamber, 9 is a semiconductor substrate, 10 is a permanent magnet, and 12 is a solenoid coil. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
内に発生させ、発生したプラズマにより反応室内の半導
体基板の表面にエッチングや薄膜形成等の処理を行うプ
ラズマ反応装置において、前記プラズマ発生室の周囲に
設けられ、その内部に多極カスプ磁場を形成する永久磁
石、およびこの永久磁石を挟んで設けられ、ミラー磁場
を形成する複数個のコイル手段を備え、前記多極カスプ
磁場と前記ミラー磁場が重ね合わされて極小磁場が形成
されることを特徴とするプラズマ反応装置。1. A plasma reactor in which plasma is generated in a plasma generation chamber by gas discharge, and processing such as etching or thin film formation on a surface of a semiconductor substrate in the reaction chamber is performed around the plasma generation chamber. A permanent magnet for forming a multipole cusp magnetic field therein, and a plurality of coil means for sandwiching the permanent magnet to form a mirror magnetic field, wherein the multipole cusp magnetic field and the mirror magnetic field are superposed. A plasma reactor characterized by being formed into a minimal magnetic field.
Priority Applications (1)
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JP63283882A JPH07105384B2 (en) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | Plasma reactor |
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JP63283882A JPH07105384B2 (en) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | Plasma reactor |
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---|---|
JPH02130923A JPH02130923A (en) | 1990-05-18 |
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---|---|---|---|
JP63283882A Expired - Fee Related JPH07105384B2 (en) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | Plasma reactor |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
JPH0217636A (en) * | 1988-07-06 | 1990-01-22 | Hitachi Ltd | Dry etching device |
-
1988
- 1988-11-11 JP JP63283882A patent/JPH07105384B2/en not_active Expired - Fee Related
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