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JP3655966B2 - Plasma generator - Google Patents
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JP3655966B2 JP16880596A JP16880596A JP3655966B2 JP 3655966 B2 JP3655966 B2 JP 3655966B2 JP 16880596 A JP16880596 A JP 16880596A JP 16880596 A JP16880596 A JP 16880596A JP 3655966 B2 JP3655966 B2 JP 3655966B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はプラズマを利用して、半導体或いは電子部品、その他の基盤上の物質をエッチングするエッチング装置や、その基板上に膜を堆積させるプラズマCVD装置に用いられるプラズマ発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の、例えば、エッチング装置やプラズマCVD装置では、主に磁石を用いた マグネトロン型、電子サイクロトロン共鳴を用いたECR放電型、ヘリコン波を用 いたヘリコン型のプラズマ発生装置が用いられてきた。
更に最近、真空チャンバ内に磁気中性線を形成するための3つのソレノイドコイルによる磁場発生手段と、この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成された磁気中性線に沿って電場を形成してこの磁気中性線に放電プラズマを発生させる電場発生手段とから成るプラズマ発生装置が提案され(特開平7-90632号公 報参照)、エッチング装置などに適用されている(特開平7-263192号公報参照)。
【0003】
また、磁気中性線を形成する磁場発生手段としてコイルの代わりに永久磁石を用いた例も提案されている(特願平7-217965参照)。
本発明はこの永久磁石を用いた磁気中性線放電プラズマ装置の改良に関する。
【0004】
すなわち特願平7-217965号で提案されているプラズマ発生装置は、添附図面の図4に示すように、上面A1が誘電体の真空チャンバA内でプラズマを発生するようにした放電プラズマ装置であって、真空チャンバA内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するために誘電体上面A1にドーナツ状または円盤状の永久磁石Bとそれよりも内径の大きなドーナツ状の永久磁石Cとが配置され、これらの永久磁石B、Cによって真空チャンバA内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えて磁気中性線に放電プラズマを発生させる1重を含む多重の高周波コイルDが永久磁石B、Cの間に配置されている。磁気中性線の径及び磁石面からの距離は二つの永久磁石B、Cの磁場強度及びそれらの間の間隙の長さによって決まる。二つの永久磁石B、Cの磁場強度が等しい場合には、二つの永久磁石B、Cの中間の位置であって真空チャンバA内部に磁気中性線が形成される。
図5に図4の磁石配置において計算した等磁位線図を示す。形成される磁気中性線の磁石面からの距離は、二つの磁石B、C間の距離が大きくなるほど、大きくなり、磁場強度には依存しない。そして磁気中性線の形成される径の上部誘電体面A1上に設けた高周波電場を導入する高周波コイルDにより、高周波電場を印加することによって磁場ゼロの付近にプラズマが生成される。
【0005】
図4に示されている装置を用いて、酸化膜付きSi基板をエッチング処理した場合、RFバイアス用として100kHzの高周波電源を用いた時、8フッ化シクロブタンガスの圧力が0.67Paで、RFバイアスパワーが500W、RFアンテナパワーが1500Wの 条件下で、600nm/min±7%という高いエッチング速度とエッチング均一性が得られている。
このように先に提案されてきた磁気中性線放電プラズマ装置は、上面が誘電体の真空チャンバ内でプラズマを発生するようにした放電プラズマ装置であって、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するために誘電体上面に配置されたドーナツ状または円盤状の永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の2個の永久磁石と、この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を2個の永久磁石の間に掛けてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するため1重を含む多重の高周波コイルから構成されるプラズマ発生装置であった。そしてこのような磁気中性線放電プラズマ装置は、高効率の磁気中性線放電プラズマが得られることは勿論のこと、誘導結合プラズマよりも優れていることも確認された。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固定されたドーナツ状または円盤状の永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の永久磁石との二つによって磁気中性線を形成する方式であると、磁気中性線の位置が磁石の径で決まってしまい、磁場条件を変えられないという問題があった。
【0007】
本発明は、これらの従来の装置の持つ問題点を解決して、磁気中性線の形成される位置を変えることができ、磁場条件を変えることができる磁気中性線放電プラズマ装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するためのドーナツ状または円盤状の永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の永久磁石とで構成される従来の磁場発生構造において、これら2個の永久磁石の相対的高さを変えることによって、真空中に形成される磁気中性線の位置及び大きさを変えることができるように構成される。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の一つの実施の形態によれば、本プラズマ発生装置は、
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するために真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第1の永久磁石及び第1の永久磁石と同心に配置され、第1の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第2の永久磁石で構成される磁場発生手段と、
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するために真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第1の永久磁石及び第1の永久磁石と同心に配置され、第1の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第2の永久磁石で構成される磁場発生手段と、
この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための1重を含む多重の高周波コイルで構成される電場発生手段と
を有し、
第1、第2の永久磁石が配置されている真空チャンバの上部壁を誘電体で構成し、上記電場発生手段を第1、第2の永久磁石の間の位置に配置し、
第1、第2の永久磁石を、相対的に異なる高さ位置に調整可能に配置して磁気中性線の形成される位置を制御できるように構成した
ことを特徴としている。
【0010】
本発明の別の実施の形態によれば、本プラズマ発生装置は、
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するために真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第1の永久磁石及び第1の永久磁石と同心に配置され、第1の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第2の永久磁石で構成される磁場発生手段と、
この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための1重を含む多重の高周波コイルで構成される電場発生手段と
を有し、
真空チャンバの円筒状側部壁の少くなくとも一部を誘電体で構成し、上記電場発生手段を、真空チャンバの円筒状側部壁の誘電体部分の外側に配置し、第1、第2の永久磁石を、相対的に異なる高さ位置に調整可能に配置して磁気中性線の形成される高さ及び大きさを制御できるように構成した
ことを特徴としている。
【0011】
【作用】
このように構成された本発明のプラズマ発生装置においては、ドーナツ状または円盤状の第1の永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の第2の永久磁石によって形成される磁気中性線の位置及び大きさを調整できるようになり、電場発生手段の重畳によって形成されるプラズマの条件を変えることが可能になる。
【0012】
【実施例】
以下添付図面の図1〜図3を参照して本発明の実施例について説明する。
【0013】
図1は本発明によるプラズマ発生装置をエッチング装置に適用した一実施例である。図示装置において1はプロセス室を形成している円筒形の真空チャンバで、その上面は平板型誘電体隔壁2で覆われている。この平板型誘電体隔壁2の外面上には、上下に図示したような極性を持つ円盤状内側永久磁石3及びこの円盤状内側永久磁石3よりも内径が大きくかつ内側永久磁石3と同極性を持つドーナツ状外側永久磁石4が同心上に取付けられ、これら両永久磁石3、4は真空チャンバ1内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段を構成している。図示したように円盤状内側永久磁石3はドーナツ状外側永久磁石4より高い位置に配置され、実際にはこれら両永久磁石3、4は相対的に異なる高さ位置に調整可能に位置するように設けられている。
円盤状内側永久磁石3とドーナツ状外側永久磁石4との間には、電場発生手段を構成する1重を含む多重の高周波コイル5が配置され、この高周波コイル5は13.56MHzの周波数の高周波電源6に接続され、永久磁石3、4によって真空チャンバ1内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するようにしている。また真空チャンバ1内の形成される磁気中性線の作る面と平行して離れた位置には基板電極7が設けられ、この基板電極7はRFバイアスを印加する13.56MHzの周波数の高周波電源8に接続されている。
【0014】
次に図2及び図3を参照して両永久磁石3、4の相対位置によって、形成される磁気中性線がどの方向にどの程度変化するかに関して以下説明する。
図2及び図3は、本発明による相対位置可変の永久磁石型磁気中性線放電プラズマ発生装置の二次元有限要素法により求めた等磁位線図である。
2個の永久磁石の相対的高さによって、磁気中性線の変化する方向及び量が変わる。図2はドーナツ状外側永久磁石4を誘電体上部に固定し、内径の小さな内側永久磁石3を誘電体面から上方40mmの位置に位置した場合の有限要素法によって計算した等磁位線図である。図3はドーナツ状内側永久磁石3を誘電体上部に固定し、内径の大きな外側永久磁石4を誘電体面から上方40mmの位置に配置した場合の有限要素法によって計算した等磁位線図である。図2の構成では磁気中性線の位置が誘電体上面に載置されている外側永久磁石4の下面(誘電体の上面)より44mm下方に、真空チャンバ1の中心から86mmの位置に形成されている。図3の構成で形成されている磁気中性線の位置は同様に26mm下方に、中心より125mm の位置に形成されている。図2及び図3から分かるように、磁気中性線の位置が移動し、この磁気中性線に沿って濃いプラズマが形成されるので、プラズマの制御が可能になる。
【0015】
図1の実施例には、アンテナすなわち高周波コイル5に13.56MHzの高周波電力が印加され、基板電極7にも13.56MHzの高周波電力が印加される「反応性イオンエッチング装置」に適用した例が示されている。図2及び図3に示されている磁場配置を備えたエッチング装置を用いて、酸化膜付きSi基板を用い、RFバイアス用として100kHzの高周波電源を用いて、図4に示されている装置の時と同じ条件(8フッ化シクロブタンガスの圧力が0.67Paで、RFバイアスパワーが500W、RFアンテナパワーが1500W の条件)で実験を行った結果、図2の配置の場合、従来の装置を用いた時と同じように550〜650nm/min という高いエッチング速度 が得られた。
【0016】
また、均一性については2つの永久磁石3、4の相対的な位置によって可変できることがわかった。これまでの結果から、図2の配置であると、中心のエッチ速度が大きな凸状のエッチ速度分布になり、図3の配置であると、中心のエッチ速度が低い凹状のエッチ速度になり、±5〜±15% の間で変化することが分かった。相対的に均一性の良かった条件は、図2及び図3に示されている永久磁石配置を用いた場合、図3の配置側であったので、図3の配置側に最良点があるものと考えられる。2つの磁石の配置を更に最適化することにより、より均一性の良い条件が得られるものと考えられる。
【0017】
ところで図示実施例では、誘電体上部に2個の永久磁石の一方を固定して用いるが、真空チャンバ1の円筒上側部壁の全部または一部を誘電体で構成し、その外側に内径の大きな永久磁石を配置しても良い。また、上部誘電体を凹状にして、窪みに内径の小さな永久磁石を配置しても良い。
【0018】
磁気中性線に沿って交番電場を導入するアンテナすなわち高周波コイル5の位置は誘電体上部であって、永久磁石3、4の中間の位置である必要はないので、上部誘電体の代わりにステンレス材で上部を構成して、円筒状側壁を誘電体で構成し、その誘電体円筒状側壁の外側にアンテナを配置しても良い。
【0019】
さらに、高周波電場導入のための高周波コイル5には13.56MHzの高周波が用いられているが、この周波数に限定されるものではない。基板電極7に印加される高周波も同様に13.56MHzに限定されるものではない。アンテナ及び基板電極に同一周波数の電源が用いられる場合には2つの電源間の位相を調整する位相制御回路が一般に必要になる。
なお、図示実施例では、本発明のプラズマ発生装置をエッチング装置に適用した場合について説明してきたが、CVD装置においても同様の効果が得られる。
【0020】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、磁気中性線を形成するドーナツ状または円盤状の永久磁石とそれよりも内径の大きなドーナツ状の2個の永久磁石で構成される磁場構造において、2つの永久磁石の相対的高さを変えられる構造にして、磁気中性線の形成される位置及び大きさを可変にできるように構成しているので、磁気中性線の位置を任意に選ぶことができ、従来の永久磁石を固定した構成では達成できなかった磁気中性線の位置が可変にできる放電プラズマ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるプラズマ発生装置を磁気中性線放電エッチング装置に適用した実施例を示す概略図。
【図2】 本発明のプラズマ発生装置の磁場発生構造によって得られる等磁位線の有限要素法による計算結果を示すグラフ。
【図3】 本発明のプラズマ発生装置の別の磁場発生構造によって得られる等磁位線の有限要素法による計算結果を示すグラフ。
【図4】 従来の永久磁石による磁気中性線放電エッチング装置の一例を示す概略図。
【図5】 図4に示す磁場発生構造によって得られる等磁位線の有限要素法による計算結果を示すグラフ。
【符号の説明】
1:真空チャンバ
2:平板型誘電体隔壁
3:内側永久磁石
4:外側永久磁石
5:高周波コイル
6:高周波電源
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an etching apparatus that uses plasma to etch semiconductors, electronic components, and other substances on a substrate, and a plasma generation apparatus used in a plasma CVD apparatus that deposits a film on the substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, in an etching apparatus or a plasma CVD apparatus, a magnetron type using a magnet, an ECR discharge type using an electron cyclotron resonance, and a helicon type plasma generator using a helicon wave have been used.
More recently, a magnetic field generating means by three solenoid coils for forming a magnetic neutral line in the vacuum chamber, and an electric field is formed along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means. A plasma generator comprising an electric field generating means for generating a discharge plasma in the magnetic neutral line has been proposed (see Japanese Laid-Open Patent Publication No. 7-90632) and applied to an etching apparatus (Japanese Laid-open Patent Publication No. 7-263192). See the official gazette).
[0003]
An example in which a permanent magnet is used instead of a coil as a magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line has been proposed (see Japanese Patent Application No. 7-217965).
The present invention relates to an improvement in a magnetic neutral discharge plasma apparatus using this permanent magnet.
[0004]
That is, the plasma generator proposed in Japanese Patent Application No. 7-217965 is a discharge plasma apparatus in which the upper surface A1 generates plasma in a dielectric vacuum chamber A as shown in FIG. 4 of the accompanying drawings. In order to form an annular magnetic neutral line that is continuously present in the vacuum chamber A and has a magnetic field of zero, a donut-shaped or disk-shaped permanent magnet B and a larger inner diameter are formed on the dielectric upper surface A1. A doughnut-shaped permanent magnet C is disposed, and an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber A by the permanent magnets B and C to generate discharge plasma in the magnetic neutral line 1 Multiple high frequency coils D including heavy are arranged between the permanent magnets B and C. The diameter of the magnetic neutral line and the distance from the magnet surface are determined by the magnetic field strength of the two permanent magnets B and C and the length of the gap between them. When the magnetic field strengths of the two permanent magnets B and C are equal, a magnetic neutral line is formed inside the vacuum chamber A at an intermediate position between the two permanent magnets B and C.
FIG. 5 shows an equipotential diagram calculated in the magnet arrangement of FIG. The distance from the magnet surface of the formed magnetic neutral line increases as the distance between the two magnets B and C increases, and does not depend on the magnetic field strength. Then, a plasma is generated in the vicinity of zero magnetic field by applying a high-frequency electric field by a high-frequency coil D for introducing a high-frequency electric field provided on the upper dielectric surface A1 having a diameter where a magnetic neutral line is formed.
[0005]
When an Si substrate with an oxide film is etched using the apparatus shown in FIG. 4, when a 100 kHz high frequency power source is used for RF bias, the pressure of cyclobutane octafluoride gas is 0.67 Pa, and RF bias The etching rate and etching uniformity as high as 600nm / min ± 7% are obtained under the conditions of 500W power and 1500W RF antenna power.
The magnetic neutral discharge plasma apparatus previously proposed is a discharge plasma apparatus in which plasma is generated in a vacuum chamber whose upper surface is a dielectric, and continuously exists in the vacuum chamber. A donut-shaped or disk-shaped permanent magnet disposed on the top surface of the dielectric material to form an annular magnetic neutral line at a position of zero magnetic field, and two donut-shaped permanent magnets having a larger inner diameter, and this magnetic field Multiple high frequency coils including a single coil for generating an electric discharge plasma on the magnetic neutral line by applying an alternating electric field between two permanent magnets along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the generating means It was the plasma generator comprised from these. It was also confirmed that such a magnetic neutral line discharge plasma apparatus is superior to inductively coupled plasma as well as obtaining a highly efficient magnetic neutral line discharge plasma.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the magnetic neutral line is formed by the fixed donut-shaped or disk-shaped permanent magnet and the donut-shaped permanent magnet having a larger inner diameter than that, the position of the magnetic neutral line is the magnet. There is a problem that the magnetic field condition cannot be changed.
[0007]
The present invention solves the problems of these conventional devices, and provides a magnetic neutral discharge plasma apparatus that can change the position where a magnetic neutral line is formed and change the magnetic field conditions. The purpose is that.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a donut-shaped or disk-shaped permanent magnet for forming an annular magnetic neutral line, which is a position of zero magnetic field continuously present in a vacuum chamber, and In a conventional magnetic field generating structure composed of a donut-shaped permanent magnet having a larger inner diameter, the position of the magnetic neutral line formed in the vacuum can be changed by changing the relative height of the two permanent magnets. And configured to be variable in size.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to one embodiment of the present invention, the plasma generator comprises:
On the outer surface of the top wall of the vacuum chamber to form an annular magnetic neutral line that is a position of zero magnetic field that continuously exists on a horizontal plane in the vacuum chamber with a top wall, a bottom wall, and a side wall. Magnetic field generation composed of a doughnut-shaped or disk-shaped first permanent magnet and a doughnut-shaped second permanent magnet arranged concentrically with the first permanent magnet and having a larger inner diameter than the first permanent magnet Means,
On the outer surface of the top wall of the vacuum chamber to form an annular magnetic neutral line that is a position of zero magnetic field that continuously exists on a horizontal plane in the vacuum chamber with a top wall, a bottom wall, and a side wall. Magnetic field generation composed of a doughnut-shaped or disk-shaped first permanent magnet and a doughnut-shaped second permanent magnet arranged concentrically with the first permanent magnet and having a larger inner diameter than the first permanent magnet Means,
An electric field composed of multiple high-frequency coils including a single layer for applying an alternating electric field along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means to generate a discharge plasma on the magnetic neutral line. Generating means,
The upper wall of the vacuum chamber in which the first and second permanent magnets are disposed is made of a dielectric, and the electric field generating means is disposed at a position between the first and second permanent magnets.
The first and second permanent magnets are arranged so as to be adjustable at relatively different height positions so that the position where the magnetic neutral line is formed can be controlled.
[0010]
According to another embodiment of the present invention, the plasma generator comprises:
On the outer surface of the top wall of the vacuum chamber to form an annular magnetic neutral line that is a position of zero magnetic field that continuously exists on a horizontal plane in the vacuum chamber with a top wall, a bottom wall, and a side wall. Magnetic field generation composed of a doughnut-shaped or disk-shaped first permanent magnet and a doughnut-shaped second permanent magnet arranged concentrically with the first permanent magnet and having a larger inner diameter than the first permanent magnet Means,
An electric field composed of multiple high-frequency coils including a single layer for applying an alternating electric field along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means to generate a discharge plasma on the magnetic neutral line. Generating means,
At least a part of the cylindrical side wall of the vacuum chamber is made of a dielectric, and the electric field generating means is arranged outside the dielectric part of the cylindrical side wall of the vacuum chamber, and the first, second These permanent magnets are arranged so as to be adjustable at relatively different height positions so that the height and size of magnetic neutral lines can be controlled.
[0011]
[Action]
In the plasma generating apparatus of the present invention configured as described above, the magnetic neutral line formed by the doughnut-shaped or disk-shaped first permanent magnet and the doughnut-shaped second permanent magnet having a larger inner diameter than that is formed. The position and size can be adjusted, and the conditions of the plasma formed by the superposition of the electric field generating means can be changed.
[0012]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0013]
FIG. 1 shows an embodiment in which a plasma generator according to the present invention is applied to an etching apparatus. In the illustrated apparatus, reference numeral 1 denotes a cylindrical vacuum chamber forming a process chamber, the upper surface of which is covered with a flat dielectric partition wall 2. On the outer surface of the flat-type dielectric partition wall 2, a disc-shaped inner permanent magnet 3 having a polarity as illustrated above and below, an inner diameter larger than the disc-shaped inner permanent magnet 3, and the same polarity as the inner permanent magnet 3. A doughnut-shaped outer permanent magnet 4 is concentrically mounted, and both the permanent magnets 3 and 4 constitute a magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line in the vacuum chamber 1. As shown in the drawing, the disk-shaped inner permanent magnet 3 is arranged at a position higher than the donut-shaped outer permanent magnet 4, and actually, both the permanent magnets 3, 4 are positioned so as to be adjustable at relatively different height positions. Is provided.
Between the disc-shaped inner permanent magnet 3 and the donut-shaped outer permanent magnet 4, a multiple high-frequency coil 5 including a single layer constituting electric field generating means is disposed. This high-frequency coil 5 is a high-frequency power source having a frequency of 13.56 MHz. 6, an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber 1 by the permanent magnets 3 and 4 to generate discharge plasma in the magnetic neutral line. A substrate electrode 7 is provided at a position parallel to the surface formed by the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber 1, and this substrate electrode 7 applies a RF bias to a high frequency power source 8 having a frequency of 13.56 MHz. It is connected to the.
[0014]
Next, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, how much and in what direction the formed magnetic neutral line changes depending on the relative positions of the permanent magnets 3 and 4 will be described.
FIG. 2 and FIG. 3 are isomagnetic potential diagrams obtained by a two-dimensional finite element method of a permanent magnet type magnetic neutral discharge plasma generator with variable relative position according to the present invention.
Depending on the relative height of the two permanent magnets, the changing direction and amount of the magnetic neutral line changes. FIG. 2 is an equipotential diagram calculated by the finite element method when the doughnut-shaped outer permanent magnet 4 is fixed to the top of the dielectric and the inner permanent magnet 3 having a small inner diameter is positioned 40 mm above the dielectric surface. . FIG. 3 is an equipotential diagram calculated by the finite element method when the doughnut-shaped inner permanent magnet 3 is fixed to the upper portion of the dielectric and the outer permanent magnet 4 having a large inner diameter is disposed at a position 40 mm above the dielectric surface. . In the configuration of FIG. 2, the position of the magnetic neutral line is formed 44 mm below the lower surface (upper surface of the dielectric) of the outer permanent magnet 4 placed on the upper surface of the dielectric and 86 mm from the center of the vacuum chamber 1. ing. Similarly, the position of the magnetic neutral line formed in the configuration of FIG. 3 is 26 mm below and 125 mm from the center. As can be seen from FIGS. 2 and 3, the position of the magnetic neutral line moves, and a deep plasma is formed along the magnetic neutral line, so that the plasma can be controlled.
[0015]
The embodiment of FIG. 1 shows an example applied to a “reactive ion etching apparatus” in which a high frequency power of 13.56 MHz is applied to the antenna, that is, the high frequency coil 5 and a high frequency power of 13.56 MHz is also applied to the substrate electrode 7. Has been. Using the etching apparatus having the magnetic field arrangement shown in FIGS. 2 and 3, using the Si substrate with an oxide film, and using a 100 kHz high frequency power source for RF bias, the apparatus shown in FIG. As a result of an experiment under the same conditions as in the above (pressure of cyclobutane octafluoride gas is 0.67 Pa, RF bias power is 500 W, and RF antenna power is 1500 W), the arrangement shown in FIG. The etching rate was as high as 550 to 650 nm / min, as was the case with
[0016]
Further, it was found that the uniformity can be varied depending on the relative positions of the two permanent magnets 3 and 4. From the results so far, in the arrangement of FIG. 2, the etching rate distribution at the center has a large convex etching rate distribution, and in the arrangement of FIG. 3, the etching rate at the center has a low concave etching rate, It was found to vary between ± 5 and ± 15%. When the permanent magnet arrangement shown in FIGS. 2 and 3 was used, the condition with relatively good uniformity was the arrangement side of FIG. it is conceivable that. It is considered that more uniform conditions can be obtained by further optimizing the arrangement of the two magnets.
[0017]
By the way, in the illustrated embodiment, one of the two permanent magnets is fixed to the upper part of the dielectric, and all or part of the cylindrical upper wall of the vacuum chamber 1 is made of a dielectric, and has a large inner diameter outside thereof. Permanent magnets may be arranged. Alternatively, the upper dielectric may be concave, and a permanent magnet having a small inner diameter may be disposed in the recess.
[0018]
The position of the antenna or high-frequency coil 5 that introduces an alternating electric field along the magnetic neutral line does not need to be in the middle of the permanent magnets 3 and 4 because the position of the antenna or the high-frequency coil 5 is stainless steel. The upper part may be made of a material, the cylindrical side wall may be made of a dielectric, and the antenna may be arranged outside the dielectric cylindrical side wall.
[0019]
Further, although a high frequency of 13.56 MHz is used for the high frequency coil 5 for introducing a high frequency electric field, it is not limited to this frequency. Similarly, the high frequency applied to the substrate electrode 7 is not limited to 13.56 MHz. When power supplies having the same frequency are used for the antenna and the substrate electrode, a phase control circuit for adjusting the phase between the two power supplies is generally required.
In the illustrated embodiment, the case where the plasma generating apparatus of the present invention is applied to an etching apparatus has been described, but the same effect can be obtained in a CVD apparatus.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a magnetic field structure composed of a donut-shaped or disk-shaped permanent magnet that forms a magnetic neutral line and two donut-shaped permanent magnets having a larger inner diameter than that, Since the structure is such that the relative height of the two permanent magnets can be changed and the position and size of the magnetic neutral line can be made variable, the position of the magnetic neutral line can be selected arbitrarily. In addition, it is possible to provide a discharge plasma apparatus in which the position of the magnetic neutral line, which cannot be achieved with the conventional configuration in which the permanent magnet is fixed, can be made variable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment in which a plasma generating apparatus according to the present invention is applied to a magnetic neutral line discharge etching apparatus.
FIG. 2 is a graph showing a calculation result by a finite element method of isomagnetic lines obtained by the magnetic field generation structure of the plasma generator of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a calculation result by a finite element method of isomagnetic lines obtained by another magnetic field generation structure of the plasma generator of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a conventional magnetic neutral wire discharge etching apparatus using permanent magnets.
5 is a graph showing a calculation result by a finite element method of isomagnetic lines obtained by the magnetic field generation structure shown in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
1: Vacuum chamber 2: Flat plate type dielectric partition 3: Inner permanent magnet 4: Outer permanent magnet 5: High frequency coil 6: High frequency power source

Claims (2)

上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するために真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第1の永久磁石及び第1の永久磁石と同心に配置され、第1の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第2の永久磁石で構成される磁場発生手段
この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための1重を含む多重の高周波コイルで構成される電場発生手段
を有し
1、第2の永久磁石が配置されている真空チャンバの上部壁を誘電体で構成し、上記電場発生手段を第1、第2の永久磁石の間の位置に配置し、
第1、第2の永久磁石を、相対的に異なる高さ位置に調整可能に配置して磁気中性線の形成される位置を制御できるように構成した
ことを特徴とするプラズマ発生装置。
On the outer surface of the top wall of the vacuum chamber to form an annular magnetic neutral line that is a position of zero magnetic field that continuously exists on a horizontal plane in the vacuum chamber with a top wall, a bottom wall, and a side wall. Magnetic field generation composed of a doughnut-shaped or disk-shaped first permanent magnet and a doughnut-shaped second permanent magnet arranged concentrically with the first permanent magnet and having a larger inner diameter than the first permanent magnet and means,
An electric field composed of multiple high-frequency coils including a single layer for applying an alternating electric field along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means to generate a discharge plasma on the magnetic neutral line. includes a generating means <br/>,
First, the top wall of the vacuum chamber in which the second permanent magnets are arranged with a dielectric, disposed above electric field generating means to a first position between the second permanent magnets,
A plasma generator characterized in that the first and second permanent magnets are arranged so as to be adjustable at relatively different height positions so that the position where the magnetic neutral line is formed can be controlled.
上部壁と底部壁と側部壁とを備えた真空チャンバ内の水平面上に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するために真空チャンバの上部壁の外面上に配置されたドーナツ状または円盤状の第1の永久磁石及び第1の永久磁石と同心に配置され、第1の永久磁石よりも内径の大きなドーナツ状の第2の永久磁石で構成される磁場発生手段
この磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための1重を含む多重の高周波コイルで構成される電場発生手段
を有し
真空チャンバの円筒状側部壁の少くなくとも一部を誘電体で構成し、上記電場発生手段を、真空チャンバの円筒状側部壁の誘電体部分の外側に配置し、第1、第2の永久磁石を、相対的に異なる高さ位置に調整可能に配置して磁気中性線の形成される高さ及び大きさを制御できるように構成した
ことを特徴とするプラズマ発生装置。
On the outer surface of the top wall of the vacuum chamber to form an annular magnetic neutral line that is a position of zero magnetic field that continuously exists on a horizontal plane in the vacuum chamber with a top wall, a bottom wall, and a side wall. Magnetic field generation composed of a doughnut-shaped or disk-shaped first permanent magnet and a doughnut-shaped second permanent magnet arranged concentrically with the first permanent magnet and having a larger inner diameter than the first permanent magnet and means,
An electric field composed of multiple high-frequency coils including a single layer for applying an alternating electric field along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber by the magnetic field generating means to generate a discharge plasma on the magnetic neutral line. includes a generating means <br/>,
Form part of a dielectric even without less of the cylindrical side wall of the vacuum chamber, said electric field generating means, arranged outside the dielectric portion of the cylindrical side wall of the vacuum chamber, the first, second 2. A plasma generator characterized in that the two permanent magnets are arranged so as to be adjustable at relatively different height positions so that the height and size of magnetic neutral lines can be controlled.
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