JP3177573B2 - Magnetic neutral line discharge plasma processing equipment - Google Patents
Magnetic neutral line discharge plasma processing equipmentInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して基
板、ターゲット等の被処理物にコーティング、エッチン
グ、スパッタリング、CVD 等の処理を行なうようにした
磁気中性線放電プラズマ処理装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic neutral beam discharge plasma processing apparatus for performing processing such as coating, etching, sputtering, and CVD on an object to be processed such as a substrate and a target using plasma. It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、例えばプラズマエッチングは、化
学的に活性なガスを、低圧下での放電によってプラズマ
状態にし、それにより発生したイオンや中性ラジカル等
の活性種と被エッチング材料とを反応させて反応生成物
を気相中に脱離させるようにしたものであり、種々の形
式のものが知られている。例として真空容器内にエッチ
ングガスを導入し、直流電場と磁場とのマグネトロン放
電を利用したもの、マイクロ波（2.45GHz)と磁場との相
互作用で電子サイクロトロン共鳴（ECR)を起させて、電
子を加速することにより低圧下で高電離プラズマを発生
させるECR プラズマ源を利用したもの、或いは単に13.5
6MHzの高周波電場を印加してプラズマ状態にするもの等
がある。また、RFプラズマ励起によってエネルギの高い
プラズマ状態を形成し、これにより反応ガスの化学的結
合を分解して活性化された粒子間の反応により膜形成を
行なうプラズマCVD に関連しても種々の形式のものが提
案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in plasma etching, a chemically active gas is turned into a plasma state by discharging under a low pressure, and active species such as generated ions and neutral radicals react with a material to be etched. The reaction product is desorbed into the gaseous phase, and various types are known. As an example, an etching gas is introduced into a vacuum vessel and a magnetron discharge of a DC electric field and a magnetic field is used. An electron cyclotron resonance (ECR) is generated by the interaction of a microwave (2.45 GHz) and a magnetic field. Using an ECR plasma source that generates highly ionized plasma under low pressure by accelerating
There is a type in which a high-frequency electric field of 6 MHz is applied to make a plasma state. In addition, various forms of plasma CVD are used to form a high-energy plasma state by RF plasma excitation, which breaks down the chemical bond of the reaction gas and forms a film by the reaction between activated particles. Stuff has been proposed.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来、このようなプラ
ズマ利用装置においては、ほとんどの場合密度や温度の
空間的非一様性や電場による加速に伴う速度空間内の非
一様性が存在しており、そのためこれらを用いて基板に
目的の作用を行わせる場合に効果の不均一性が生じ易
く、特に荷電粒子のみならずラジカル（化学的活性種）
が存在しその振舞いも考慮しなければならないエッチン
グのようなプロセスでは、希望する分布、例えば均一性
の確保は極めて経験的に実現するしかないという問題点
があった。またスパッタリングにおいてはターゲットの
使用効率を上げるため電磁石または永久磁石の構成に工
夫をしたり、カソードの背面側に設けられる電磁石また
は永久磁石を機械的に変位させてプラズマの位置を変え
させ、エロージョン領域を少しでも拡げることが行われ
ているが、いずれの場合もカソードの使用効率の向上に
苦しみ、装置自体が複雑になったりかさばったりする等
の問題点がある。Conventionally, in such a plasma utilizing apparatus, in most cases, there is a spatial non-uniformity of density and temperature and a non-uniformity in a velocity space caused by acceleration by an electric field. Therefore, when the substrate is used to perform a desired action using these, non-uniformity of the effect is likely to occur. In particular, not only charged particles but also radicals (chemically active species)
However, in a process such as etching in which the behavior of the film must be taken into consideration, a desired distribution, for example, uniformity must be extremely empirically realized. In sputtering, the structure of the electromagnet or permanent magnet is devised to increase the efficiency of use of the target. However, in any case, there is a problem that the use efficiency of the cathode suffers, and the device itself becomes complicated or bulky.
【０００４】このような問題点を解決するため本発明者
は先に特願平６−52418において、プラズマを利用して
被処理物を処理するようにした真空チャンバ内に磁気中
性線を形成する磁場発生手段と、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
場を印加してこの磁気中性線に放電プラズマを発生させ
る電場発生手段とを設けた放電プラズマ処理装置を提案
した。この提案により、磁場発生手段における励磁電流
を制御するだけで形成される磁気中性線の位置及び大き
さを随意に調整でき、従ってプラズマの発生位置を容易
に変位させることができてその結果、プロセス処理上均
一な効果を得ることができるようになった。また、磁気
中性線放電によってプラズマを形成しているので、電場
によって磁場と直角の方向に加速される電子やイオンの
荷電粒子は、磁気中性線を僅かでも逸れれば磁場の存在
によって軌道が曲げられるため、電場によって高速電子
のみ益々加速されることが磁場に平行な場合に比べ起き
にくいので、プラズマの速度分布はマックスウェル分布
からずれにくく、従って電場のエネルギの吸収がよいこ
とになり、加速粒子によるダメージは起きにくいという
効果が得らるようになった。In order to solve such a problem, the present inventor has previously disclosed in Japanese Patent Application No. 6-52418 a method of forming a magnetic neutral line in a vacuum chamber in which an object to be processed is processed using plasma. Discharge plasma provided with a magnetic field generating means for generating an electric field along a magnetic neutral line formed in a vacuum chamber by the magnetic field generating means and generating a discharge plasma in the magnetic neutral line A processing device was proposed. According to this proposal, the position and size of the magnetic neutral line formed simply by controlling the exciting current in the magnetic field generating means can be arbitrarily adjusted, and therefore, the plasma generating position can be easily displaced, and as a result, A uniform effect can be obtained in the process. In addition, since plasma is formed by magnetic neutral discharge, charged particles of electrons and ions accelerated in a direction perpendicular to the magnetic field by an electric field can orbit by the presence of the magnetic field if they deviate even slightly from the magnetic neutral line. The velocity distribution of plasma is less likely to deviate from the Maxwell distribution because the electric field accelerates only high-speed electrons more and more than when it is parallel to the magnetic field, so that the energy of the electric field is well absorbed. In addition, the effect that the damage by the accelerating particles hardly occurs is obtained.
【０００５】しかしながら、先の提案の装置においては
その実施態様（例えば装置の長時間の運転等）によって
は磁場発生手段で発生される磁場によって真空チャンバ
や周辺機器が磁化され易いという傾向があることが見出
された。[0005] However, in the previously proposed apparatus, depending on the embodiment (for example, long-time operation of the apparatus), the magnetic field generated by the magnetic field generating means tends to magnetize the vacuum chamber and peripheral devices. Was found.
【０００６】本発明は、従来技術の問題点を解決すると
共に先に提案した磁気中性線放電プラズマ装置の問題点
も回避できる磁気中性線放電プラズマ処理装置を提供す
ることを目的としている。An object of the present invention is to provide a magnetic neutral discharge plasma processing apparatus which can solve the problems of the prior art and can avoid the problems of the magnetic neutral discharge plasma apparatus proposed above.
【０００７】[0007]
【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、真空チャンバ内でプラズマを利
用して被処理物を処理するようにした放電プラズマ処理
装置において、一定の周波数をもつ交流電流によって励
磁され、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの
位置である磁気中性線を形成するようにした交流磁場発
生手段と、この交流磁場発生手段によって形成された磁
気中性線に沿って電場を印加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を設けたことを特
徴としている。この場合、用語“一定の周波数をもつ交
流電流”は、例えば50Hz，60Hzなどの商用周波数を含め
て予め選択した値の周波数をもつ交流電流を意味するも
のであり、装置の適用例に応じて最適な周波数が選ばれ
る。交流磁場発生手段は、表面を絶縁体で被覆したコイ
ルから成ることができる。そして、交流磁場発生手段は
同軸上に間隔をおいて配列した少なくとも二つの交流磁
場発生コイルから成り、これらのコイルに交流電流を流
すことにより隣接コイル間に環状磁気中性線を少なくと
も一つ形成するようにされ得る。この際、各交流磁場発
生コイルに流す各交流電流の大きさ及び相互の位相差を
制御することにより、発生した環状磁気中性線の交流磁
場発生コイルとの相対位置を調整するようにされ得る。
また、本発明には、上記構成に加えて、交流磁場発生手
段に供給される交流電流の大きさ及び位相を制御する制
御手段が設けられ得る。この制御手段は、交流磁場発生
手段に供給する交流電源の周波数及び（または）位相を
制御するように構成され得る。According to the present invention, there is provided a discharge plasma processing apparatus for processing an object to be processed using plasma in a vacuum chamber. AC magnetic field generating means which is excited by an AC current having a frequency and forms a magnetic neutral line at a position of zero magnetic field continuously present in the vacuum chamber, and a magnetic field formed by the AC magnetic field generating means. Electric field generating means for applying an electric field along the neutral line to generate discharge plasma in the magnetic neutral line is provided. In this case, the term “alternating current having a constant frequency” means an alternating current having a frequency of a preselected value including commercial frequencies such as 50 Hz and 60 Hz, for example. The optimal frequency is chosen. The AC magnetic field generating means can be composed of a coil whose surface is covered with an insulator. The AC magnetic field generating means is composed of at least two AC magnetic field generating coils which are coaxially arranged at an interval, and at least one annular magnetic neutral line is formed between adjacent coils by passing an AC current through these coils. You can be made to. At this time, the relative position of the generated annular magnetic neutral wire with respect to the AC magnetic field generating coil can be adjusted by controlling the magnitude and the phase difference of each AC current flowing through each AC magnetic field generating coil. .
Further, in the present invention, in addition to the above configuration, a control unit for controlling the magnitude and phase of the alternating current supplied to the alternating magnetic field generating unit may be provided. The control means may be configured to control the frequency and / or phase of the AC power supplied to the AC magnetic field generation means.
【０００８】[0008]
【作用】このように構成された本発明の磁気中性線放電
プラズマ処理装置においては、交流磁場発生手段の空間
的構成または磁場磁場発生手段を成すコイルに流す交流
励磁電流の特性（大きさ、周波数、位相差等）を変える
ことにより基板に対して磁気中性線すなわち磁場ゼロの
位置または形状（例えば輪の大きさ）を任意に変えるこ
とができると共に、輪状に形成されるプラズマの位置を
任意に移動させることができ、しかも交流磁場を用いて
いるので長時間運装置を運転しても真空チャンバや周辺
機器が磁化されにくくなり、残留磁場の影響を殆ど考慮
することなく装置を使用できるようになる。プラズマ
は、真空チャンバ内へのガスの導入と予備加熱及び点火
後、電場発生手段により、形成された輪状の磁気中性線
に沿って電場を印加することによって発生し、周囲に拡
散してゆく。交流磁場であるので、その拡散の様子には
交流に応じた脈動がみられる。磁気中性線に沿って流れ
る放電電流が小さい時には、電場によって磁場と直角の
方向に加速される電子やイオンの荷電粒子は磁気中性線
を僅かでも逸れれば直角方向に存在する磁場によって軌
道が曲げられるため、磁場に平行な場合に比べ電場によ
って高速電子のみ益々加速されることが起きにくいの
で、電場が存在してもプラズマの速度分布はマックスウ
ェル分布からずれにくいことになる。このことは、一旦
放電した後は電場エネルギの吸収がよいことを意味す
る。従って高速加速粒子によるダメージは起きにくい。In the magnetic neutral ray discharge plasma processing apparatus according to the present invention, the spatial configuration of the AC magnetic field generating means or the characteristics (magnitude, By changing the frequency, phase difference, etc., the position or shape (eg, the size of the ring) of the magnetic neutral line, that is, the zero magnetic field, can be changed arbitrarily with respect to the substrate, and the position of the plasma formed in a ring shape can be changed. It can be moved arbitrarily, and since the AC magnetic field is used, the vacuum chamber and peripheral devices are hardly magnetized even if the operation device is operated for a long time, and the device can be used with almost no consideration of the influence of the residual magnetic field. Become like Plasma is generated by applying an electric field along the annular magnetic neutral line formed by the electric field generating means after the introduction of the gas into the vacuum chamber, preheating and ignition, and the plasma is diffused to the surroundings. . Since the magnetic field is an alternating magnetic field, a pulsation corresponding to the alternating current is observed in the state of the diffusion. When the discharge current flowing along the magnetic neutral line is small, the charged particles of electrons and ions accelerated in the direction perpendicular to the magnetic field by the electric field will orbit by the magnetic field existing in the direction perpendicular to the magnetic neutral line if it deviates even slightly from the magnetic neutral line. Is bent, so that it is less likely that only the high-speed electrons are accelerated by the electric field, as compared with the case where the electric field is parallel to the magnetic field. This means that the electric field energy is well absorbed once discharged. Therefore, damage by the high-speed accelerating particles hardly occurs.
【０００９】[0009]
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例について
説明する。図１には本発明の一実施例によるプラズマ処
理装置を示し、１は真空チャンバで、絶縁物から成る円
筒状のプラズマ発生室２と基板処理室３とを備えてい
る。円筒状のプラズマ発生室２を形成している円筒状周
壁の外側には交流磁場発生手段を成す三つの電磁コイル
４、５、６が設けられており、これらの電磁コイルは周
波数・位相制御装置７を介して図示してない電源に接続
されている。例えば周波数・位相制御装置７により上下
の二つの電磁コイル４、６には同じ位相の交流電流
Ｉ4 、Ｉ6 が流され、また中間の電磁コイル５には逆位
相のの交流電流Ｉ5が流される。それにより図２の磁力
線図に符号８で示すように、中間の電磁コイル５のレベ
ルでその内側に連続した磁場ゼロの位置ができ、円輪状
の磁気中性線９が形成される。この円輪状の磁気中性線
９の形成される位置及び大きさは、上下の二つの電磁コ
イル４、６に流す交流電流Ｉ4 、Ｉ6 と中間の電磁コイ
ル５に流す交流電流Ｉ5 との特性を変えることによって
適宜設定することができる。中間の電磁コイル５の断面
外側には同心的に電場発生手段を成す高周波コイル10が
捲かれて二重コイルとして構成され、両コイルの断面の
間には薄い電気絶縁層が設けられている。この高周波コ
イル10により円輪状の磁気中性線９に沿って高周波誘導
電場（例えば13.56MHz）が加えられることにより、磁場
ゼロの位置に磁気中性線に沿って強い電場を発生させる
ことができる。この際、高周波は表皮効果によってコイ
ルの表面を流れるので、高周波コイルを中間のコイル断
面外皮構造にしていることにより、コイル同志の相互作
用が避けられ、制御がより容易となる。また、円筒状の
プラズマ発生室２の頂部にはプラズマ発生のためのガス
導入口11が設けられ、このガス導入口11よりプラズマと
なるガスを導入する。このとき、容易に放電が起るよう
にするため、必要により予備加熱及び点火手段（図示し
てない）を設けることもできる。関連する経験的な考察
によれば紫外光を用いることにより放電を容易に開始さ
せることができる。プラズマ発生室２の下側に位置した
基板処理室３には、エッチングなど化学プロセスのため
のガス導入口12及び排気口13が設けられ、それぞれ適当
なガス供給源及び排気ポンプに接続される。また14は処
理すべき基板である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, which is provided with a cylindrical plasma generation chamber 2 made of an insulator and a substrate processing chamber 3. On the outer side of the cylindrical peripheral wall forming the cylindrical plasma generating chamber 2, three electromagnetic coils 4, 5, and 6 forming an AC magnetic field generating means are provided. 7 is connected to a power supply (not shown). For example the alternating current I 4, I 6 of the same phase is flowed in two electromagnetic coils 4, 6 down by frequency and phase control apparatus 7, also in the middle of the electromagnetic coil 5 is AC current I 5 of the antiphase Swept away. As a result, as shown by reference numeral 8 in the magnetic force diagram of FIG. 2, a position where the magnetic field is continuous at zero at the level of the intermediate electromagnetic coil 5 is formed, and a ring-shaped magnetic neutral line 9 is formed. The position and size of the ring-shaped magnetic neutral wire 9 are determined by the AC currents I 4 and I 6 flowing through the upper and lower two electromagnetic coils 4 and 6 and the AC current I 5 flowing through the intermediate electromagnetic coil 5. Can be set as appropriate by changing the characteristics of. A high-frequency coil 10 serving as an electric field generating means is wound concentrically outside the cross section of the intermediate electromagnetic coil 5 to form a double coil, and a thin electric insulating layer is provided between the cross sections of both coils. By applying a high-frequency induction electric field (for example, 13.56 MHz) along the circular magnetic neutral line 9 by the high-frequency coil 10, a strong electric field can be generated along the magnetic neutral line at a position where the magnetic field is zero. . At this time, since the high frequency flows on the surface of the coil due to the skin effect, an interaction between the coils is avoided by making the high frequency coil an intermediate coil cross-sectional structure, and the control becomes easier. Further, a gas inlet 11 for generating plasma is provided at the top of the cylindrical plasma generating chamber 2, and a gas to be plasma is introduced from the gas inlet 11. At this time, a preheating and ignition means (not shown) can be provided if necessary in order to easily cause discharge. According to related empirical considerations, discharge can be easily initiated by using ultraviolet light. The substrate processing chamber 3 located below the plasma generating chamber 2 is provided with a gas inlet 12 and an exhaust port 13 for a chemical process such as etching, and is connected to an appropriate gas supply source and an exhaust pump, respectively. Reference numeral 14 denotes a substrate to be processed.
【００１０】このように構成した図示装置の動作におい
て、プラズマ発生室２内に形成された磁気中性線９内に
高周波コイル10によって生じた高周波放電プラズマは、
周囲へ拡散して基板処理室３内の基板14の処理に用いら
れる。この場合高周波を用いているので、磁気中性線内
では常にプラズマが生成され、湧きでてくることにな
る。そして上下の二つの電磁コイル４、６に流す交流電
流Ｉ4 、Ｉ6 と中間の電磁コイル５に流す交流電流Ｉ5
とをそれぞれ制御することにより、円輪状の磁気中性線
９の径や基板14との距離が変化し、基板14の表面上への
均一な処理が可能となる。In the operation of the illustrated apparatus configured as described above, the high-frequency discharge plasma generated by the high-frequency coil 10 in the magnetic neutral wire 9 formed in the plasma generation chamber 2
It diffuses to the surroundings and is used for processing the substrate 14 in the substrate processing chamber 3. In this case, since a high frequency is used, plasma is always generated in the magnetic neutral line and springs out. The alternating currents I 4 and I 6 flowing through the upper and lower two electromagnetic coils 4 and 6 and the alternating current I 5 flowing through the intermediate electromagnetic coil 5 are used.
, The diameter of the ring-shaped magnetic neutral wire 9 and the distance from the substrate 14 change, and uniform processing on the surface of the substrate 14 becomes possible.
【００１１】図３には、本発明の別の実施例を示す。連
続した磁場ゼロの位置から成る磁気中性線を形成する交
流磁場発生手段は二つの同寸の円形コイル15、16から成
り、周波数・位相制御装置17を介して図示してない交流
または直流電源に接続されている。両円形コイル15、16
には互いに180°位相のずれた交流電流が流され、そ れ
らの電流の絶対値の比を大きく変えることにより、小さ
な電流の流れる方のコイル（図示実施例ではコイル16）
の近傍で、電流の絶対値の比で決まる位置に円形磁気中
性線18が形成される。符号19は電場発生コイルであり、
円形磁気中性線18に放電プラズマを発生させるための電
場を発生する。また、符号14は処理すべき基板である。FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. The AC magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line consisting of continuous zero magnetic fields consists of two circular coils 15 and 16 of the same size, and an AC or DC power supply (not shown) via a frequency / phase control device 17. It is connected to the. Double circular coils 15, 16
AC currents 180 ° out of phase with each other are passed through the coil, and by changing the ratio of the absolute values of these currents greatly, the coil through which the smaller current flows (coil 16 in the illustrated embodiment)
, A circular magnetic neutral line 18 is formed at a position determined by the ratio of the absolute values of the currents. Reference numeral 19 denotes an electric field generating coil,
An electric field for generating discharge plasma in the circular magnetic neutral line 18 is generated. Reference numeral 14 denotes a substrate to be processed.
【００１２】図４には、表面洗浄または成膜装置として
実施している本発明の別の実施例を示す。図４におい
て、交流磁場発生手段は三本の直線状電流バー21、22、
23から成り、これらの電流バー21、22、23は周波数・位
相制御装置24を介して図示してない交流又は直流電源に
接続されている。この場合形成される磁気中性線25は直
線状となり、そこにプラズマが形成され、ロール26から
送り出される帯状部材27の表面を洗浄または成膜する。
水平に配置した二本の直線状電流バー21、22には同じ特
性の交流電流を流し、中間位置に直線状の磁気中性線25
を形成する。この磁気中性線25の下方に位置する直線状
電流バー23には、磁気中性線25の垂直方向位置を調節す
る交流電流が供給される。またこの直線状磁気中性線25
の両端にそれぞれ位置した二つの電極28、29間に交流又
は直流電場を掛けることによってプラズマが形成され
る。こうして形成されたプラズマは上方向に容易に延
び、送出しローラ26から送出される帯状部材27の表面を
洗浄または成膜する。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention implemented as a surface cleaning or film forming apparatus. In FIG. 4, the AC magnetic field generating means comprises three linear current bars 21, 22,
The current bars 21, 22, and 23 are connected to an AC or DC power supply (not shown) via a frequency / phase control device 24. In this case, the formed magnetic neutral wire 25 becomes linear, and plasma is formed there, and the surface of the belt-like member 27 sent out from the roll 26 is cleaned or formed into a film.
An alternating current having the same characteristics is applied to two horizontally arranged linear current bars 21 and 22, and a linear magnetic neutral wire 25 is provided at an intermediate position.
To form An alternating current for adjusting the vertical position of the magnetic neutral wire 25 is supplied to the linear current bar 23 located below the magnetic neutral wire 25. In addition, this linear magnetic neutral wire 25
A plasma is formed by applying an AC or DC electric field between the two electrodes 28 and 29 located at both ends of the. The plasma thus formed easily extends upward, and cleans or forms a film on the surface of the belt-like member 27 delivered from the delivery roller 26.
【００１３】図５には図４に示した装置の変形例として
表面蒸着装置を示す。この場合には交流磁場発生手段は
一対の直線状電流バー31、32で構成され、周波数・位相
制御装置24を介して図示してない電源に接続されてい
る。これらの直線状電流バー間には直線状の磁気中性線
33が形成される。この直線状の磁気中性線33に沿って発
生されるプラズマ中に流れる直流電流が大きくなると、
プラズマは柱状ではなくなりシート状となり、磁気中性
線33もシート状に変形する。こうしてシート状に変形し
た磁気中性線に応じてプラズマは垂直方向に広がり、そ
の下側縁がるつぼ34内の金属35に触れ、その金属を蒸発
させる。一方シート状プラズマの上端は送出しローラ26
から送出される帯状部材27の表面特性を変えさせる。シ
ート状の磁気中性線33の両端にそれぞれ電極36、37が設
けられているFIG. 5 shows a surface vapor deposition apparatus as a modification of the apparatus shown in FIG. In this case, the AC magnetic field generating means is constituted by a pair of linear current bars 31 and 32, and is connected to a power source (not shown) via the frequency / phase control device 24. A linear magnetic neutral line between these linear current bars
33 are formed. When the DC current flowing in the plasma generated along the linear magnetic neutral line 33 increases,
The plasma is not columnar but sheet-like, and the magnetic neutral 33 is also deformed into a sheet-like shape. The plasma spreads in the vertical direction in response to the magnetic neutral rays deformed in the sheet shape, and the lower edge of the plasma touches the metal 35 in the crucible 34 to evaporate the metal. On the other hand, the upper end of the sheet-like plasma is
Changes the surface characteristics of the belt-like member 27 sent out from the camera. Electrodes 36 and 37 are provided at both ends of a sheet-shaped magnetic neutral wire 33, respectively.
【００１４】図６には、図１に示す実施例の装置の各コ
イルに流す電流の制御系の一例をブロック線図で示し、
図示制御系はコンピュータまたはシーケンサから成る制
御装置40を有し、この制御装置40は予め設定されたプロ
グラムに従って第１、第２、第３の交流磁場形成コイル
すなわち電磁コイル４、５、６に流す交流電流の値、周
波数及び位相を指示する制御信号41、42、43をインター
フェース回路44、45、46を介して電磁コイル４、５、６
の給電回路に設けられた周波数・位相制御回路47、48、
49にそれぞれ供給し、これらの制御回路から各電磁コイ
ルへ流れる交流電流の周波数及び（または）位相を制御
する。なお、周波数・位相制御回路47、48、49の各々は
図示してない共通（または必要により別個）の電源に接
続されている。また制御装置40は、高周波コイル８へ流
す電流のオン、オフ及び電力を指示する制御信号50をイ
ンターフェース回路51を介して高周波コイル８の高周波
電源52に供給する。この高周波電源52はマッチングボッ
クス53を介して高周波コイル８に接続される。さらに必
要により真空チャンバ１内における基板上の膜厚レイ
ト、放電状態、イオン密度等を検出する検出器54を設
け、この検出器54からの検出信号をフィードバック信号
として制御装置40へ送り、各電源に対する制御信号を調
節するようにすることもできる。またカソードバイアス
電源55からは、プラズマ処理に合ったバイアス電圧（直
流または高周波）がカソード56に印加される。FIG. 6 is a block diagram showing an example of a control system of a current flowing through each coil of the apparatus of the embodiment shown in FIG.
The illustrated control system has a control device 40 composed of a computer or a sequencer, and the control device 40 flows through the first, second, and third AC magnetic field forming coils, that is, the electromagnetic coils 4, 5, and 6 according to a preset program. Control signals 41, 42, 43 for instructing the value, frequency and phase of the alternating current are supplied to the electromagnetic coils 4, 5, 6 via the interface circuits 44, 45, 46.
Frequency and phase control circuits 47, 48,
49, and controls the frequency and / or phase of the alternating current flowing from each of these control circuits to each electromagnetic coil. Each of the frequency / phase control circuits 47, 48 and 49 is connected to a common (or separate if necessary) power supply not shown. Further, the control device 40 supplies a control signal 50 for instructing on / off of the current flowing to the high-frequency coil 8 and electric power to the high-frequency power source 52 of the high-frequency coil 8 via the interface circuit 51. The high frequency power supply 52 is connected to the high frequency coil 8 via a matching box 53. Further, if necessary, a detector 54 for detecting a film thickness rate, a discharge state, an ion density and the like on the substrate in the vacuum chamber 1 is provided, and a detection signal from the detector 54 is sent to the control device 40 as a feedback signal. May be adjusted. A bias voltage (DC or high frequency) suitable for plasma processing is applied to the cathode 56 from the cathode bias power supply 55.
【００１５】ところで、図示実施例においては、磁場発
生コイルをプラズマ発生室の外側に設けているが、装置
のもつ機能上の観点から内側に設けることもできる。ま
たその形状については被処理物（基板やウエハ）、ター
ゲットの形状に応じて円輪形の代わりに多角輪形、矩形
輪形に構成することが可能である。図示実施例は、磁場
発生コイルの給電回路に周波数・位相制御手段を設けた
構成となっているが、通常の50Hzまたは60Hzの商用交流
電流で直接磁場発生コイルを励磁するようにすることも
含まれる。また、磁場発生用コイルの数は図示実施例で
は三つであるが、磁気中性線を形成できればよいので、
基本的には二つのコイルがあればよい。しかし輪状プラ
ズマを複数層形成することを目的とする時は、三つ以上
の多数の電磁コイルを設けて一つの輪状磁気中性線の代
わりに輪状磁気中性線を多層に形成してプラズマを精密
に操作することもできる。さらに、電場発生手段として
図１に示す実施例では中間のコイルに高周波コイルを外
層として設けているが、基本的には磁気中性線に沿って
電場を掛けられれば図３に示す如く別個に設けたり他の
コイルに組合わせて設けてもよい。In the illustrated embodiment, the magnetic field generating coil is provided outside the plasma generating chamber, but may be provided inside from the viewpoint of the function of the apparatus. In addition, the shape can be formed into a polygonal ring or a rectangular ring instead of a circular ring according to the shape of the object to be processed (substrate or wafer) or the target. Although the illustrated embodiment has a configuration in which the frequency / phase control means is provided in the power supply circuit of the magnetic field generating coil, it also includes that the magnetic field generating coil is directly excited by a normal 50 Hz or 60 Hz commercial AC current. It is. Although the number of coils for generating a magnetic field is three in the illustrated embodiment, it is sufficient that a magnetic neutral line can be formed.
Basically, only two coils are required. However, when the purpose is to form a plurality of layers of circular plasma, three or more electromagnetic coils are provided to form a circular magnetic neutral wire in multiple layers instead of one circular magnetic neutral wire to generate plasma. It can be operated precisely. Further, in the embodiment shown in FIG. 1 as the electric field generating means, a high frequency coil is provided as an outer layer on the intermediate coil, but basically, if an electric field can be applied along the magnetic neutral line, separately as shown in FIG. It may be provided or provided in combination with another coil.
【００１６】さらに上記の各実施例においては、コイル
及び電流バーの表面にアウトガスの少ないセラミック等
のようなアウトガスの少ない絶縁体で被覆することによ
って、コイルや電流バーに電流を流す回路と発生した輪
状または帯状プラズマとを電気的に絶縁することがで
き、取扱いが容易となる。Further, in each of the above-described embodiments, a circuit for supplying a current to the coil and the current bar is generated by coating the surface of the coil and the current bar with an insulator having a small outgas such as a ceramic having a small outgas. The ring-shaped or band-shaped plasma can be electrically insulated, and handling becomes easy.
【００１７】また、本発明は図示装置の他にスパッタリ
ング装置、エッチング装置等プラズマを利用する他のプ
ロセス装置に同様に適用することが可能である。スパッ
タリングの場合には用いるターゲットは基板と反対側に
設置されるが、図７に示すようなレーストラック型の場
合でも放電部57（この場合コイルもレーストラック型に
する）を外側から中心部へと任意に動かすことができ、
その結果ターゲット58の使用効率を上げることができ
る。Further, the present invention can be similarly applied to other process apparatuses using plasma, such as a sputtering apparatus and an etching apparatus, in addition to the illustrated apparatus. In the case of sputtering, the target to be used is placed on the side opposite to the substrate. However, even in the case of a race track type as shown in FIG. 7, the discharge portion 57 (in this case, the coil is also a race track type) is moved from the outside to the center. And can be moved arbitrarily,
As a result, the use efficiency of the target 58 can be increased.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、交流磁場発生手段により発生された空間的に連続し
て存在する磁場ゼロの位置から成る磁気中性線に沿って
電場発生手段により放電させ、プラズマを発生するよう
に構成しているので、交流磁場発生手段に対する励磁電
流を制御するだけで形成される磁気中性線の位置及び大
きさを随意に調整でき、従ってプラズマの発生位置を容
易に変位させることができ、その結果プロセス処理上均
一な効果を得ることができるようになるという先に提案
した発明の効果に加えて、長時間運装置を運転しても真
空チャンバや周辺機器が磁化されにくくなり、残留磁場
の影響なしに装置を使用できるようになる。また、磁気
中性線放電によってプラズマを形成しているので、電場
によって磁場と直角の方向に加速される電子やイオンの
荷電粒子は、この方式に特別な運動形態により電場のエ
ネルギの吸収がよく、さらに加速粒子によるダメージは
起きにくくなるという効果が得られる。また、被処理物
の形状に合わせて磁気中性線を自由な形に形成できるよ
うに交流磁場発生手段を設計しておけば、交流磁場発生
手段に対する励磁電流を電気的に制御するだけで発生プ
ラズマの位置並びに形状の変化を任意にかつ容易に調整
できるので、装置の構造を簡略化かつ小型化すると共に
コンピュータ等によって任意に操作することが可能とな
る。As described above, according to the present invention, the electric field generating means operates along the magnetic neutral line consisting of the spatially continuous zero magnetic field generated by the alternating magnetic field generating means. Since it is configured to discharge and generate plasma, it is possible to arbitrarily adjust the position and size of the magnetic neutral line formed simply by controlling the exciting current to the AC magnetic field generating means, and therefore, the plasma generation position Can be easily displaced, and as a result, a uniform effect on the process can be obtained. The device is less likely to be magnetized and the device can be used without the effects of residual magnetic fields. Also, since plasma is formed by magnetic neutral discharge, charged particles of electrons and ions accelerated in the direction perpendicular to the magnetic field by the electric field absorb the energy of the electric field well by this special mode of motion. In addition, an effect is obtained that damage due to accelerated particles is less likely to occur. Also, if the AC magnetic field generating means is designed so that the magnetic neutral line can be formed freely according to the shape of the object to be processed, it can be generated simply by electrically controlling the exciting current to the AC magnetic field generating means. Since the change in the position and the shape of the plasma can be arbitrarily and easily adjusted, the structure of the apparatus can be simplified and downsized, and the apparatus can be arbitrarily operated by a computer or the like.
【図１】 本発明の一実施例による磁気中性線放電プラ
ズマ処理装置の構成を示す概略縦断面図。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration of a magnetic neutral ray discharge plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１の装置における磁場の形成状態を示す概
略図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of forming a magnetic field in the apparatus of FIG.
【図３】 本発明の別の実施例を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の別の実施例を示し、（ａ）は概略部
分斜視図、（ｂ）は概略正面図。4A and 4B show another embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a schematic partial perspective view, and FIG. 4B is a schematic front view.
【図５】 本発明のさらに別の実施例を示し、（ａ）は
概略部分斜視図、（ｂ） は概略正面図。5A and 5B show still another embodiment of the present invention, wherein FIG. 5A is a schematic partial perspective view, and FIG. 5B is a schematic front view.
【図６】 図１の装置の制御系の一例を示す概略ブロッ
ク線図。FIG. 6 is a schematic block diagram showing an example of a control system of the apparatus shown in FIG.
【図７】 本発明をレーストラック型のスパッタリング
カソードに適用した場の放電部の変位を示す概略斜視
図。FIG. 7 is a schematic perspective view showing displacement of a discharge part in a case where the present invention is applied to a race track type sputtering cathode.
１：真空チャンバ ２：プラズマ発生室 ３：基板処理室 ４：電磁コイル ５：電磁コイル ６：電磁コイル ７：周波数・位相制御装置 ８：磁力線 ９：磁気中性線 10：高周波コイル 11：ガス導入口 12：ガス導入口 13：排気口 14：基板 1: Vacuum chamber 2: Plasma generation chamber 3: Substrate processing chamber 4: Electromagnetic coil 5: Electromagnetic coil 6: Electromagnetic coil 7: Frequency / phase controller 8: Magnetic field line 9: Magnetic neutral line 10: High frequency coil 11: Gas introduction Port 12: Gas inlet 13: Exhaust port 14: Substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｃ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23F 4/00 C23C 14/35,16/50 H01L 21/205,21/203,21/3065 H05H 1/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 21/3065 H05H 1/46 C H05H 1/46 H01L 21/302 B (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB Name) C23F 4/00 C23C 14 / 35,16 / 50 H01L 21 / 205,21 / 203,21 / 3065 H05H 1/46
Claims (7)
処理物を処理するようにした放電プラズマ処理装置にお
いて、一定の周波数をもつ交流電流によって励磁され、
真空チャンバ内に空間的に連続して存在する磁場ゼロの
位置である磁気中性線を形成するようにした交流磁場発
生手段と、この交流磁場発生手段によって形成された磁
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を設けたことを特
徴とする磁気中性線放電プラズマ処理装置。In a discharge plasma processing apparatus configured to process an object to be processed using plasma in a vacuum chamber, the apparatus is excited by an alternating current having a constant frequency,
AC magnetic field generating means configured to form a magnetic neutral line which is a position of a magnetic field zero which exists spatially continuously in the vacuum chamber, and along the magnetic neutral line formed by the AC magnetic field generating means An electric field generating means for generating an electric field and generating discharge plasma in the magnetic neutral line is provided.
覆したコイルから成る請求項１に記載の磁気中性線放電
プラズマ処理装置。2. The magnetic neutral discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the AC magnetic field generating means comprises a coil whose surface is covered with an insulator.
て配列した少なくとも二つの交流磁場発生コイルから成
り、これらのコイルに交流電流を流すことにより隣接コ
イル間に環状磁気中性線を少なくとも一つ形成するよう
にした請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装
置。3. An AC magnetic field generating means comprises at least two AC magnetic field generating coils arranged coaxially at an interval, and an AC current is supplied to these coils to generate at least an annular magnetic neutral wire between adjacent coils. 2. The magnetic neutral discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein one is formed.
の大きさと相互の位相差とを制御することにより、発生
した環状磁気中性線の上記交流磁場発生コイルとの相対
位置を調整するようにした請求項３に記載の磁気中性線
放電プラズマ処理装置。4. The relative position of the generated annular magnetic neutral wire with respect to the AC magnetic field generating coil is controlled by controlling the magnitude of each AC current flowing through each AC magnetic field generating coil and the mutual phase difference. The magnetic neutral ray discharge plasma processing apparatus according to claim 3, wherein:
処理物を処理するようにした放電プラズマ処理装置にお
いて、一定の交流電流によって励磁され、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磁気中性線
を形成するようにした交流磁場発生手段と、この交流磁
場発生手段によって形成される磁気中性線に沿って電場
を印加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、交流磁場発生手段に供給される交流電
流の大きさ及び位相を制御する制御手段とを設けたこと
を特徴とする磁気中性線放電プラズマ処理装置。5. A discharge plasma processing apparatus for processing an object to be processed using plasma in a vacuum chamber, wherein a position where a magnetic field is zero, which is excited by a constant alternating current and continuously exists in the vacuum chamber. AC magnetic field generating means configured to form a magnetic neutral line, and an electric field is applied along the magnetic neutral line formed by the AC magnetic field generating means to generate discharge plasma in the magnetic neutral line A magnetic neutral ray discharge plasma processing apparatus, comprising: an electric field generating means; and a control means for controlling the magnitude and phase of an alternating current supplied to the alternating magnetic field generating means.
る交流電源の周波数を制御するように構成されている請
求項５に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。6. The magnetic neutral line discharge plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the control unit is configured to control a frequency of an AC power supply supplied to the AC magnetic field generating unit.
る交流電源の位相を制御するように構成されている請求
項５に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。7. The magnetic neutral discharge plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the control means is configured to control a phase of an AC power supply supplied to the AC magnetic field generating means.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03067895A JP3177573B2 (en) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | Magnetic neutral line discharge plasma processing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH08225967A JPH08225967A (en) | 1996-09-03 |
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ID=12310369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3177573B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885154B2 (en) | 2002-06-12 | 2005-04-26 | Ulvac, Inc. | Discharge plasma processing system |
| US8048260B2 (en) | 2002-06-12 | 2011-11-01 | Ulvac, Inc. | Magnetic neutral line discharge plasma processing system |
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|---|---|---|---|---|
| US5965034A (en) * | 1995-12-04 | 1999-10-12 | Mc Electronics Co., Ltd. | High frequency plasma process wherein the plasma is executed by an inductive structure in which the phase and anti-phase portion of the capacitive currents between the inductive structure and the plasma are balanced |
| JP4945566B2 (en) * | 2006-07-14 | 2012-06-06 | 株式会社アルバック | Capacitively coupled magnetic neutral plasma sputtering system |
| JP6387635B2 (en) * | 2014-03-17 | 2018-09-12 | 株式会社リコー | Plasma generator and surface modification device |
-
1995
- 1995-02-20 JP JP03067895A patent/JP3177573B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885154B2 (en) | 2002-06-12 | 2005-04-26 | Ulvac, Inc. | Discharge plasma processing system |
| US8048260B2 (en) | 2002-06-12 | 2011-11-01 | Ulvac, Inc. | Magnetic neutral line discharge plasma processing system |
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| JPH08225967A (en) | 1996-09-03 |
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