JP3082331B2 - Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor device manufacturing method

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JP3082331B2 JP03216342A JP21634291A JP3082331B2 JP 3082331 B2 JP3082331 B2 JP 3082331B2 JP 03216342 A JP03216342 A JP 03216342A JP 21634291 A JP21634291 A JP 21634291A JP 3082331 B2 JP3082331 B2 JP 3082331B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造装置およ
び半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、半導
体製造工程においてプラズマを利用してエッチングする
ドライエッチング装置、又はプラズマを利用して成膜す
るプラズマCVD装置に係るものである。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to a semiconductor manufacturing equipment Hoyo
More specifically, the present invention relates to a dry etching apparatus for performing etching using plasma in a semiconductor manufacturing process or a plasma CVD apparatus for forming a film using plasma in a semiconductor manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9は例えば特開昭61−75527号
公報に記載された従来のドライエッチング装置を示す概
略構成図である。図において、1はプラズマを発生させ
るプラズマ発生室、5(5A〜5C)はプラズマ発生室1内の
プラズマからイオンを引出してシャワー状イオンビーム
を形成するイオン引出し電極板、6はシャワー状イオン
ビームを試料(ウエハ基板)8の表面に照射する試料室、
7は試料(ウエハ基板)8を載置する試料台、11はガス導
入口、12は試料室6を真空排気する排気系、13はプラズ
マ発生室1に設けられたマイクロ波導入窓、14はマイク
ロ波導入のための矩形導波管であり図示しないマイクロ
波源に接続されている。15はプラズマ発生室1の外周に
設けられた電子サイクロトロン共鳴を引起こすのに必要
な磁場を発生させるための磁気コイルである。
2. Description of the Related Art FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional dry etching apparatus described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-75527. In the figure, 1 is a plasma generation chamber for generating plasma, 5 (5A to 5C) are ion extraction electrode plates for extracting ions from plasma in the plasma generation chamber 1 to form a shower ion beam, and 6 is a shower ion beam Chamber for irradiating the surface of the sample (wafer substrate) 8 with
Reference numeral 7 denotes a sample table on which a sample (wafer substrate) 8 is placed, 11 denotes a gas inlet, 12 denotes an exhaust system for evacuating the sample chamber 6, 13 denotes a microwave introduction window provided in the plasma generation chamber 1, and 14 denotes It is a rectangular waveguide for introducing microwaves and connected to a microwave source (not shown). Reference numeral 15 denotes a magnetic coil provided on the outer periphery of the plasma generation chamber 1 for generating a magnetic field required to cause electron cyclotron resonance.

【0003】次に、上記ドライエッチング装置の動作に
ついて説明する。まず、プラズマ発生室1と試料室6を
真空排気した後、ガス導入口11からフレオン系や塩素系
の反応性ガスを導入し、所定の圧力に設定して、マイク
ロ波をマイクロ波導入窓13より導入する。マイクロ波の
周波数が2.45GHzの場合、プラズマ発生室1内に電子サ
イクロトロン共鳴を起こすに必要な875ガウスの磁場を
磁気コイル15により生成して、プラズマ発生室1にプラ
ズマを発生させる。発生したプラズマはイオン引出し電
極板5により反応種を制御して後、シャワー状イオンビ
ームとして試料室6に輸送され、試料(ウエハ基板)8の
エッチングが行なわれる。
Next, the operation of the above dry etching apparatus will be described. First, after evacuating the plasma generation chamber 1 and the sample chamber 6, a Freon-based or chlorine-based reactive gas is introduced from the gas inlet 11, the pressure is set to a predetermined value, and microwaves are introduced into the microwave introduction window 13. Introduce more. When the frequency of the microwave is 2.45 GHz, a magnetic field of 875 gauss necessary for causing electron cyclotron resonance in the plasma generation chamber 1 is generated by the magnetic coil 15 to generate plasma in the plasma generation chamber 1. The generated plasma controls the reactive species by the ion extraction electrode plate 5, and is then transported as a shower-like ion beam to the sample chamber 6, where the sample (wafer substrate) 8 is etched.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のドライエッチン
グ装置は以上のように構成されており、プラズマ発生室
1内で生成されるプラズマのうち、何割かはプラズマ発
生室1の側壁面への拡散により消滅する。そのためプラ
ズマ発生室1の中央部に比べて周辺部のプラズマ密度が
低い分布になる。また、プラズマ反応室1に注入される
マイクロ波のエネルギー分布も、プラズマ発生室1の内
径に対してマイクロ波導入窓13が小さいことから、マイ
クロ波導入窓近傍、すなわちプラズマ反応室の中心部で
強くなりプラズマ密度分布が不均一になる要因となって
いる。即ち、プラズマ発生室1の径方向のプラズマ密度
は、中央部で高く、周辺部で低い不均一な分布になる。
このプラズマ発生室1の内径方向のプラズマ密度不均一
性は、試料8面上に輸送される反応種の密度分布に反映
されるため、試料8面内のエッチング速度が不均一にな
る問題が生じる。
The conventional dry etching apparatus is configured as described above, and some of the plasma generated in the plasma generation chamber 1 is diffused to the side wall surface of the plasma generation chamber 1. Disappears. Therefore, the plasma density in the peripheral portion is lower than that in the central portion of the plasma generation chamber 1. Further, the energy distribution of the microwave injected into the plasma reaction chamber 1 is also small in the vicinity of the microwave introduction window, that is, in the center of the plasma reaction chamber because the microwave introduction window 13 is smaller than the inner diameter of the plasma generation chamber 1. It becomes a factor which becomes strong and the plasma density distribution becomes non-uniform. That is, the plasma density in the radial direction of the plasma generation chamber 1 has a non-uniform distribution that is high at the center and low at the periphery.
The non-uniformity of the plasma density in the inner diameter direction of the plasma generation chamber 1 is reflected in the density distribution of the reactive species transported onto the surface of the sample 8, and thus causes a problem that the etching rate in the surface of the sample 8 becomes non-uniform. .

【0005】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、一様な分布密度のプラズマを
発生させ、均一性の良いエッチング又は成膜処理を施す
半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor which generate plasma with a uniform distribution density and perform etching or film formation with good uniformity. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、プラズマを発生させる円筒状のプラズマ反応室、
試料を載置する試料台、反応性等のガスを導入するガス
導入手段、及び室内を真空排気する排気手段を有する真
空チャンバと、上記プラズマ反応室内に磁場を発生させ
る磁場発生手段と、上記プラズマ反応室を取り囲むよう
に上記プラズマ反応室の周方向に沿って配置された導波
管と、上記プラズマ反応室を取り囲むように、上記導波
管における上記プラズマ反応室側の壁面に設けられた開
口部と、上記導波管の開口部に対向した上記プラズマ反
応室の周囲に設けられ、上記導波管の開口部より出力
されるマイクロ波を上記プラズマ反応室の周囲から導
入する環状のマイクロ波導入窓とを備えるものである。
また、真空チャンパにおけるプラズマ反応室と試料台と
の間にイオン引き出し電極を設けるようにしてもよい。
また、導波管に導入されるマイクロ波は、複数個のマイ
クロ波発生装置により発生されたマイクロ波にしてもよ
い。更に、導波管から導入されるマイクロ波とプラズマ
反応室で生成されるプラズマとの結合を調整する手段を
設けるようにしてもよい。また、この発明に係る半導体
装置の製造方法は、真空チャンバ内に設けられた試料台
にウエハを載置し、上記真空チャンバに設けられた円筒
状のプラズマ反応室に反応性等のガスを導入するととも
に、上記プラズマ反応室の全周囲に設けられた環状のマ
イクロ波導入窓から上記プラズマ反応室内にマイクロ波
を導入してプラズマを発生させ、このプラズマにより上
記載置されたウエハのエッチング、またはCVD膜の生
成をするものである。
A semiconductor device according to the present invention has a cylindrical plasma reaction chamber for generating plasma,
A vacuum chamber having a sample stage on which a sample is placed, gas introducing means for introducing a gas such as reactivity, and exhaust means for evacuating the chamber, magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma reaction chamber, and the plasma A waveguide disposed along the circumferential direction of the plasma reaction chamber so as to surround the reaction chamber; and an opening provided on a wall surface of the waveguide on the plasma reaction chamber side so as to surround the plasma reaction chamber. And an annular portion that is provided around the entire plasma reaction chamber facing the opening of the waveguide and that introduces microwaves output from the opening of the waveguide from the entire periphery of the plasma reaction chamber . And a microwave introduction window.
Further, an ion extraction electrode may be provided between the plasma reaction chamber and the sample stage in the vacuum champer.
Further, the microwave introduced into the waveguide may be a microwave generated by a plurality of microwave generators. Further, a means for adjusting the coupling between the microwave introduced from the waveguide and the plasma generated in the plasma reaction chamber may be provided. Also, the semiconductor according to the present invention
The method of manufacturing the device is based on a sample stage provided in a vacuum chamber.
The wafer is placed on the vacuum chamber and the cylinder is set in the vacuum chamber.
The introduction of reactive and other gases into the plasma reactor
In addition, an annular mask provided around the entire plasma reaction chamber
Microwave into the plasma reaction chamber from the microwave introduction window
To generate plasma, and the plasma
Etching of the placed wafer or production of CVD film
It is what makes.

【0007】[0007]

【作用】この発明の半導体製造装置においては、マイク
ロ波が、プラズマ反応室の周方向に沿って配置された導
波管内を伝搬しながら徐々に開口部を介してプラズマ反
応室の周壁に設けられたマイクロ波導入窓からプラズマ
反応室内に導入されるため、プラズマ反応室内の周囲か
らほぼ均一にマイクロ波が供給され、プラズマ反応室内
ほぼ一様な密度分布のプラズマを形成することができ
る。また、複数のマイクロ波発生装置から環状の導波管
にマイクロ波を導入できるので、さらに一様な密度分布
のプラズマを形成することができる。更に、マイクロ波
整合用手段を設けることにより、マイクロ波とプラズマ
の結合を詳細に調整することができる。
According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, a microphone is provided.
Waves are introduced along the circumferential direction of the plasma reaction chamber.
While propagating in the waveguide, the plasma reaction gradually proceeds through the opening.
Plasma from the microwave introduction window provided on the peripheral wall of the reaction room
Order is introduced into the reaction chamber, or the periphery of the plasma reaction chamber
Thus, the microwave is supplied substantially uniformly , and plasma having a substantially uniform density distribution can be formed in the plasma reaction chamber. Further, since microwaves can be introduced from a plurality of microwave generators into the annular waveguide, plasma having a more uniform density distribution can be formed. Further, by providing the microwave matching means, the coupling between the microwave and the plasma can be adjusted in detail.

【0008】[0008]

【実施例】実施例1. 以下、この発明の一実施例に係る半導体製造装置を図に
ついて説明する。図1は本実施例を適用したドライエッ
チング装置の概略断面図であり、図2は図1のドライエ
ッチング装置の概略外観図を示している。図において、
101はプラズマ反応室、102は真空チャンバ105内を排気
する排気口、104は試料台103に載置された試料(ウエハ
基板)、106は磁場発生用のコイル、107はガス導入口で
ある。110は試料104の面と垂直方向の真空チャンバ105
の側壁面に設けた環状のマイクロ波導入窓であり、真空
チャンバ105とは図示しないOリング等で真空封止され
ている。そしてその材質は石英、アルミナ等のマイクロ
波透過材料を用いており、大きさは真空チャンバ105と
ほぼ同径である。108は前記環状のマイクロ波導入窓110
を囲繞するように真空チャンバ105の外周に取り付けら
れた環状の導波管で、この導波管のプラズマ反応室側の
壁面には、上記プラズマ反応室を取り囲むように開口部
が設けられている。この導波管108は、図示した導波管
のE面111(導波管内の電界に平行な面をE面と呼ぶ)
を真空チャンバ105壁の一部とマイクロは導入窓110で構
成しており、TE10モードのマイクロ波を伝送する。10
9は環状の導波管108に接続されたマイクロ波発生装置で
ある。
[Embodiment 1] Hereinafter, a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a dry etching apparatus to which the present embodiment is applied, and FIG. 2 is a schematic external view of the dry etching apparatus of FIG. In the figure,
101 is a plasma reaction chamber, 102 is an exhaust port for evacuating the inside of the vacuum chamber 105, 104 is a sample (wafer substrate) mounted on a sample table 103, 106 is a coil for generating a magnetic field, and 107 is a gas inlet. 110 is a vacuum chamber 105 perpendicular to the surface of the sample 104
Is an annular microwave introduction window provided on the side wall surface of the device, and is vacuum-sealed with the vacuum chamber 105 by an O-ring (not shown) or the like. The material is a microwave transmitting material such as quartz or alumina, and the size is substantially the same as that of the vacuum chamber 105. 108 is the annular microwave introduction window 110
An annular waveguide attached to the outer periphery of the vacuum chamber 105 so as to surround the plasma reaction chamber side of the waveguide.
The wall has an opening to surround the plasma reaction chamber.
Is provided. This waveguide 108 is an E-plane 111 of the illustrated waveguide (a plane parallel to an electric field in the waveguide is called an E-plane).
The part and micro vacuum chamber 105 walls constitutes the introduction window 110, transmits the microwaves of TE 10 mode. Ten
9 is a microwave generator connected to the annular waveguide 108.

【0009】さて、上記のように構成されたドライエッ
チング装置においては、真空チャンバ105内を、図示し
ない真空排気装置により排気口102を介して、所定の真
空圧力まで真空排気した後、ガス導入口107からエッチ
ングガスを導入する。そして、マイクロ波発生装置109
を動作させると、マイクロ波は環状の導波管108内を伝
搬し、マイクロ波導入窓110を通してプラズマ反応室101
内に導入され、エッチングガスを放電する。この時、コ
イル106により発生する磁場の強度を真空チャンバ105内
で875ガウスに設定すると、プラズマ反応室101に電子サ
イクロトロン共鳴によるプラズマを形成することができ
る。導波管108内を伝搬するマイクロ波は、導波管108を
環状に伝搬しながら徐々にマイクロ波導入窓110に結合
し、マイクロ波導入窓110の全周囲からプラズマ反応室1
01内にマイクロ波エネルギーを注入する。マイクロ波と
プラズマの結合状態はマイクロ波導入窓110の上下方向
の厚みTを設計変更することにより調整することができ
る。
In the dry etching apparatus configured as described above, the inside of the vacuum chamber 105 is evacuated to a predetermined vacuum pressure through an exhaust port 102 by a vacuum exhaust device (not shown), and then a gas inlet port is provided. An etching gas is introduced from 107. Then, the microwave generator 109
When operated, the microwave propagates through the annular waveguide 108 and passes through the microwave introduction window 110 to the plasma reaction chamber 101.
To discharge the etching gas. At this time, if the intensity of the magnetic field generated by the coil 106 is set to 875 gauss in the vacuum chamber 105, plasma by electron cyclotron resonance can be formed in the plasma reaction chamber 101. The microwave propagating in the waveguide 108 is gradually coupled to the microwave introduction window 110 while propagating in the waveguide 108 in an annular shape.
Inject microwave energy into 01. The coupling state between the microwave and the plasma can be adjusted by changing the design of the thickness T of the microwave introduction window 110 in the vertical direction.

【0010】ところで、プラズマ反応室101内でのプラ
ズマ密度分布は、放電により生成されるプラズマと、真
空チャンバ105壁面で消滅するプラズマとの差引で概ね
決定される。本実施例により生成されるプラズマ密度
は、プラズマ反応室101周辺部分から中心部分に向って
マイクロ波が注入されるため、真空チャンバ105壁部で
強く、中心部で弱い分布になる。一方、消滅するプラズ
マの量は、従来例の説明で記述したように真空チャンバ
105壁部で多くなる。その結果、本実施例によるプラズ
マ反応室101内では、プラズマの多く生成される領域と
消滅領域が重なることになり、その相殺によりバランス
するため、プラズマ密度分布が平坦化される。上述のバ
ランス具合はマイクロ波電力を制御することにより可能
となり、プラズマ反応室101内一様に均一な密度分布の
プラズマを形成することができる。
[0010] The plasma density distribution in the plasma reaction chamber 101 is generally determined by the difference between the plasma generated by the discharge and the plasma that disappears on the wall of the vacuum chamber 105. The distribution of the plasma density generated by the present embodiment is strong at the wall of the vacuum chamber 105 and weak at the center because the microwave is injected from the peripheral portion of the plasma reaction chamber 101 toward the central portion. On the other hand, the amount of extinguished plasma depends on the vacuum chamber as described in the description of the conventional example.
More on 105 walls. As a result, in the plasma reaction chamber 101 according to the present embodiment, the region where a large amount of plasma is generated overlaps with the annihilation region, and the region is balanced by the cancellation, so that the plasma density distribution is flattened. The above-described balance can be achieved by controlling the microwave power, and plasma having a uniform and uniform density distribution in the plasma reaction chamber 101 can be formed.

【0011】具体例として、真空チャンバ内径300mm,
エッチングガス圧力0.5mTorr,周波数2.45GHzのマイク
ロ波であって、かつプラズマ反応室内での磁束密度875
ガウスの条件の下で、プローブ計測によりプラズマ反応
室内径方向のプラズマ密度分布を測定した結果、マイク
ロ波電力を調整することにより均一性の良いプラズマが
形成できた。そしてこの均一性の良いプラズマにより、
試料であるウエハ基板104面内に均一性の良いエッチン
グ処理を施すことができる。
As a specific example, a vacuum chamber having an inner diameter of 300 mm,
Microwave with etching gas pressure 0.5mTorr , frequency 2.45GHz and magnetic flux density 875 in plasma reaction chamber
Under Gaussian conditions, the plasma density distribution in the radial direction of the plasma reaction chamber was measured by probe measurement. As a result, plasma with good uniformity was formed by adjusting the microwave power. And with this uniform plasma,
An etching process with good uniformity can be performed on the surface of the wafer substrate 104 as a sample.

【0012】実施例2.上記実施例においては、導波管
へのマイクロ波の導入を1ヵ所から行なったが、図3に
示すように2ヵ所から行なうと、より均一な密度のプラ
ズマを形成できる。すなわち1ヵ所のマイクロ波給電の
場合、放電ガス圧力が比較的高い条件の下では、環状の
導波管内を伝搬するマイクロ波とプラズマの結合が強く
なる。そのためマイクロ波の導入口に近い側での結合が
強くなり、全周囲にわたって均一にマイクロ波を伝搬で
きなくなるため、均一なプラズマの形成が難しくなる。
しかし、図3に示すように、第1の導波管121と第2の
導波管122に、それぞれ第1のマイクロ波発生装置125と
第2のマイクロ波発生装置126を接続して、複数給電を
行なうと、マイクロ波とプラズマの結合が平均化され、
均一なプラズマを形成することができる。この場合、第
2の導波管122を構成するE面の一部は第1の導波管121
の終端板として、第1の導波管121を構成するE面の一
部は第2の導波管122の終端板として用いられる。
Embodiment 2 FIG. In the above embodiment, the microwave is introduced into the waveguide from one place. However, if the microwave is introduced from two places as shown in FIG. 3, a plasma having a more uniform density can be formed. That is, in the case of one microwave power supply, under the condition that the discharge gas pressure is relatively high, the coupling between the microwave propagating in the annular waveguide and the plasma becomes strong. For this reason, the coupling on the side near the microwave introduction port becomes strong, and the microwave cannot be propagated uniformly over the entire circumference, so that it is difficult to form a uniform plasma.
However, as shown in FIG. 3, a first microwave generator 125 and a second microwave generator 126 are connected to the first waveguide 121 and the second waveguide 122, respectively. When power is supplied, the coupling between microwave and plasma is averaged,
A uniform plasma can be formed. In this case, part of the E-plane constituting the second waveguide 122 is part of the first waveguide 121.
A part of the E-plane constituting the first waveguide 121 is used as a termination plate of the second waveguide 122.

【0013】実施例3.また上記実施例では、マイクロ
波の導入方向を真空チャンバ105壁の接線方向にとった
が、図4に示すような向きにしても良い。この場合、あ
らかじめ機械加工で作っておいた環状導波管131の任意
の位置を切欠いて直線導波管132を取付ければよいの
で、構成及び装置の製作が簡単になる。133はマイクロ
波の終端板であり、マイクロ波をスムーズに環状導波管
131内に伝搬させるために傾斜をもたせてある。
Embodiment 3 FIG. Further, in the above embodiment, the microwave introduction direction is set to the tangential direction of the wall of the vacuum chamber 105, but may be set to the direction shown in FIG. In this case, since the linear waveguide 132 may be attached by cutting out an arbitrary position of the annular waveguide 131 which has been formed by machining in advance, the configuration and the manufacture of the device are simplified. 133 is a microwave end plate, which smoothly guides the microwave to an annular waveguide.
Inclined for propagation into 131.

【0014】実施例4.さらに上記の実施例では、マイ
クロ波とプラズマの結合をマイクロ波導入窓の厚みTを
設計変更することにより調整したが、図5に示すような
ポスト142で行なってもよい。この場合、環状の導波管1
41のH面143(導波管内の電界に垂直な面をH面と呼ぶ)
に複数個のポスト142を設け、該ポスト142の挿入度合に
よりマイクロ波の整合を調整する。即ち、ポスト142の
挿入度合によりマイクロ波インピーダンスを調整するも
のである。
Embodiment 4 FIG. Further, in the above-described embodiment, the coupling between the microwave and the plasma is adjusted by changing the design of the thickness T of the microwave introducing window. However, the coupling may be performed with the post 142 as shown in FIG. In this case, the annular waveguide 1
41 H plane 143 (the plane perpendicular to the electric field in the waveguide is called the H plane)
Are provided with a plurality of posts 142, and microwave matching is adjusted according to the degree of insertion of the posts 142. That is, the microwave impedance is adjusted according to the degree of insertion of the post 142.

【0015】実施例5.また実施例4のほか、マイクロ
波とプラズマの結合を調整する手段として、図6に示す
ように、金属の整合板151を環状導波管108のE面111に
囲繞して取付けてもよい。この場合、S<Tの範囲で隙
間Sを調整することによりマイクロ波のプラズマへの整
合が行なわれる。また、実施例2で説明したように、放
電ガス圧力が比較的高いと、マイクロ波とプラズマとの
結合が強く、マイクロ波導入口に近いところでマイクロ
波が吸収されやすいといった問題が生じたが、隙間Sを
マイクロ波導入口に近いところで狭めてプラズマとの結
合を弱め、伝送方向に沿って徐々に広げるような構成に
すると、徐々にマイクロ波が給電され均一放電が可能に
なる。
Embodiment 5 FIG. In addition to the fourth embodiment, as a means for adjusting the coupling between the microwave and the plasma, a metal matching plate 151 may be mounted so as to surround the E surface 111 of the annular waveguide 108 as shown in FIG. In this case, by adjusting the gap S in the range of S <T, matching of the microwave to the plasma is performed. Also, as described in the second embodiment, when the discharge gas pressure is relatively high, the coupling between the microwave and the plasma is strong, and there is a problem that the microwave is easily absorbed near the microwave introduction port. If S is narrowed near the microwave inlet to weaken the coupling with the plasma and gradually expands along the transmission direction, microwaves are gradually fed and uniform discharge becomes possible.

【0016】実施例6.なお上記の実施例では、マイク
ロ波導入窓が導波管のE面の一部になるように構成した
が、図7に示すように、環状の導波管162のH面161の一
部になるように構成しても良い。
Embodiment 6 FIG. In the above embodiment, the microwave introduction window is configured to be a part of the E-plane of the waveguide. However, as shown in FIG. You may be comprised so that it may become.

【0017】実施例7.図1に示すように、上記実施例
による半導体製造装置は、プラズマ反応室101と試料室
を一体に構成しているが、図8に示すように、プラズマ
反応室101と試料室201との間にイオン引出し電極200(20
0A,200B,200C)を設置して、プラズマ反応室101で生成さ
れたプラズマよりイオンを引き出してシャワー状イオン
ビームとして試料室201内の試料104に照射するように構
成しても良い。例えば、イオン引出し電極200の3枚の
電極板のうち、最も上の電極板200Aはプラズマ反応室10
1と同電位とし、接地電位に対して0〜2kVの正電位
が印加されるようにする。最も下の電極板200Cは接地電
位であり、試料室201と同電位とする。中間の電極板200
Bは接地電位に対して0〜-300Vの負電位が印加されるよ
うにして、シャワー状イオンビームの平行性を改善し、
試料室側からの電子の侵入を防止するようにする。ここ
で、イオンは最も上の電極板200Aと最も下の電極板200C
との間に印加された0〜2kVの電圧によって、プラズ
マ反応室101から引き出され加速されて、シャワー状イ
オンビームとなり試料104に照射される。
Embodiment 7 FIG. As shown in FIG. 1, the semiconductor manufacturing apparatus according to the above embodiment has a plasma reaction chamber 101 and a sample chamber integrally formed, but as shown in FIG. To the ion extraction electrode 200 (20
0A, 200B, 200C), ions may be extracted from the plasma generated in the plasma reaction chamber 101 and irradiated as a shower-like ion beam onto the sample 104 in the sample chamber 201. For example, of the three electrode plates of the ion extraction electrode 200, the uppermost electrode plate 200A is the plasma reaction chamber 10A.
The same potential as 1 is applied so that a positive potential of 0 to 2 kV with respect to the ground potential is applied. The lowermost electrode plate 200C is at the ground potential and the same potential as the sample chamber 201. Intermediate electrode plate 200
B improves the parallelism of the shower-like ion beam by applying a negative potential of 0 to -300 V with respect to the ground potential,
Electrons are prevented from entering from the sample chamber side. Here, the ions are the uppermost electrode plate 200A and the lowermost electrode plate 200C.
With the voltage of 0 to 2 kV applied during the above, the sample is extracted from the plasma reaction chamber 101 and accelerated, and is turned into a shower-like ion beam and irradiated onto the sample 104.

【0018】また上記実施例では、真空チャンバ105の
全周囲からプラズマ反応室101内にマイクロ波を導入し
たが、これに限るものではなく、一部分から導入する構
成にしてもその囲繞の割合の程度により、上記実施例と
同様の効果を奏することができる。さらに、上記実施例
ではドライエッチング装置について説明したが、プラズ
マCVD装置に適用しても同様の効果が得られる。例え
ば、CVDガスとしてシラン系のSiH4を導入すると
放電によりガスが分解されて試料(ウエハ基板)上にシリ
コン堆積膜を形成することができる。
In the above embodiment, the microwave is introduced into the plasma reaction chamber 101 from the entire periphery of the vacuum chamber 105. However, the present invention is not limited to this. Thereby, the same effect as in the above embodiment can be obtained. Furthermore, although the dry etching apparatus has been described in the above embodiment, the same effect can be obtained by applying the present invention to a plasma CVD apparatus. For example, when silane-based SiH 4 is introduced as a CVD gas, the gas is decomposed by electric discharge and a silicon deposition film can be formed on a sample (wafer substrate).

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように、請求項1及び2の発明に
よれば、プラズマを発生させる円筒状のプラズマ反応
室、試料を載置する試料台、反応性等のガスを導入する
ガス導入手段、及び室内を真空排気する排気手段を有す
る真空チャンバと、上記プラズマ反応室内に磁場を発生
させる磁場発生手段と、上記プラズマ反応室を取り囲む
ように上記プラズマ反応室の周方向に沿って配置された
導波管と、上記プラズマ反応室を取り囲むように、上記
導波管における上記プラズマ反応室側の壁面に設けられ
た開口部と、上記導波管の開口部に対向した上記プラズ
マ反応室の周囲に設けられ、上記導波管の開口部より
出力されるマイクロ波を上記プラズマ反応室の周囲か
ら導入する環状のマイクロ波導入窓とを備えているの
で、マイクロ波が、プラズマ反応室の周方向に沿って配
置された導波管内を伝搬しながら徐々に開口部を介して
プラズマ反応室の周壁に設けられたマイクロ波導入窓か
らプラズマ反応室に導入され、その結果、プラズマ反応
室内の周囲からほぼ均一にマイクロ波が供給され、プラ
ズマ反応室内にほぼ均一なプラズマ形成することがで
き、均一性の良いドライエッチングあるいは成膜が可能
になる。それに加えて、導波管を通してマイクロ波を導
入するようにしているので、例えば、低次モードのTE
10モードのマイクロ波を伝搬させることができ、プラ
ズマ反応室内の放電条件が変化した場合でも安定して導
波管にマイクロ波を伝送でき、プラズマ反応室内に安定
したマイクロ波電界を形成できる。また、請求項3の発
明によれば、複数箇所からマイクロ波を給電する構成と
したので、プラズマ反応室全体により均一な密度分布の
プラズマを形成することができる。更に、請求項4の発
明によれば、マイクロ波とプラズマの結合を調整する手
段を設けることにより、マイクロ波の整合が詳細に行
え、マイクロ波を効率良くプラズマ反応室に導入できる
効果がある。また、請求項5の発明によれば、真空チャ
ンバ内に設けられた試料台にウエハを載置し、上記真空
チャンバに設けられた円筒状のプラズマ反応室に反応性
等のガスを導入するとともに、上記プラズマ反応室の全
周囲に設けられた環状のマイ クロ波導入窓から上記プラ
ズマ反応室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生さ
せ、このプラズマにより上記載置されたウエハのエッチ
ング、またはCVD膜の生成をするので、プラズマ反応
室の周囲からほぼ均一に形成されるプラズマによりドラ
イエッチングあるいは成膜ができ、均一性の良いドライ
エッチングあるいは成膜が可能になる。
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, a cylindrical plasma reaction chamber for generating plasma, a sample stage on which a sample is mounted, and a gas introduction for introducing a gas such as a reactive gas. Means, and a vacuum chamber having an exhaust means for evacuating the chamber, a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma reaction chamber, and arranged along a circumferential direction of the plasma reaction chamber so as to surround the plasma reaction chamber. And an opening provided on the wall of the waveguide on the side of the plasma reaction chamber so as to surround the plasma reaction chamber, and an opening of the plasma reaction chamber facing the opening of the waveguide. provided the entire circumference, it is provided with the annular microwave introduction window for introducing microwaves outputted from the opening of the waveguide from the entire periphery of the plasma reaction chamber, microwave, flop While propagating in the waveguide arranged along the circumferential direction of the zuma reaction chamber, it is gradually introduced into the plasma reaction chamber from the microwave introduction window provided on the peripheral wall of the plasma reaction chamber through the opening, Microwaves are supplied substantially uniformly from the periphery of the plasma reaction chamber, so that substantially uniform plasma can be formed in the plasma reaction chamber, and dry etching or film formation with good uniformity can be performed. In addition, since microwaves are introduced through the waveguide, for example, TE of low order mode
Microwaves of 10 modes can be propagated, microwaves can be stably transmitted to the waveguide even when discharge conditions in the plasma reaction chamber change, and a stable microwave electric field can be formed in the plasma reaction chamber. According to the third aspect of the present invention, since microwaves are supplied from a plurality of locations, plasma having a uniform density distribution can be formed in the entire plasma reaction chamber. Further, according to the fourth aspect of the present invention, by providing a means for adjusting the coupling between the microwave and the plasma, the matching of the microwave can be performed in detail, and the microwave can be efficiently introduced into the plasma reaction chamber. According to the invention of claim 5, the vacuum chamber is provided.
Place the wafer on the sample stage provided in the
Reacts with the cylindrical plasma reaction chamber installed in the chamber
Gas, etc., and the entire plasma reaction chamber
The plastic from the annular of the microwave introducing window provided around
Plasma is generated by introducing microwaves into the Zuma reaction chamber.
And etch the wafer placed above with this plasma.
Plasma reaction
The plasma is formed almost uniformly from around the chamber
Drying with good uniformity
Etching or film formation becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例による半導体製造装置を示
す側面断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a semiconductor manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施例による半導体製造装置を示
す概略斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a semiconductor manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図3】この発明の他の実施例による半導体製造装置の
マイクロ波導波管部分を示す平面断面図である。
FIG. 3 is a plan sectional view showing a microwave waveguide portion of a semiconductor manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図4】この発明の他の実施例による半導体製造装置の
マイクロ波導波管部分を示す平面断面図である。
FIG. 4 is a plan sectional view showing a microwave waveguide portion of a semiconductor manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図5】この発明の他の実施例による半導体製造装置の
マイクロ波導波管部分を示す側面断面図である。
FIG. 5 is a side sectional view showing a microwave waveguide portion of a semiconductor manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図6】この発明の他の実施例による半導体製造装置の
マイクロ波導波管部分を示す側面断面図である。
FIG. 6 is a side sectional view showing a microwave waveguide portion of a semiconductor manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図7】この発明の他の実施例による半導体製造装置の
マイクロ波導波管部分を示す側面断面図である。
FIG. 7 is a side sectional view showing a microwave waveguide portion of a semiconductor manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図8】この発明の他の実施例による半導体製造装置を
示す側面断面図である。
FIG. 8 is a side sectional view showing a semiconductor manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図9】従来の半導体製造装置を示す側面断面図であ
る。
FIG. 9 is a side sectional view showing a conventional semiconductor manufacturing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 プラズマ反応室 102 排気口 103 試料台 104 試料 105 真空チャンバ 106 コイル 107 ガス導入口 108 導波管 109 マイクロ波発生装置 110 マイクロ波導入窓 111 導波管のE面 121,122 導波管 123,124 終端板 125,126 マイクロ波発生装置 131 環状導波管 132 直線導波管 133 終端板 141 導波管 142 ポスト 143 導波管のH面 151 整合板 161 導波管のH面 162 導波管 200 イオン引出し電極 201 試料室 101 Plasma reaction chamber 102 Exhaust port 103 Sample table 104 Sample 105 Vacuum chamber 106 Coil 107 Gas inlet 108 Waveguide 109 Microwave generator 110 Microwave introduction window 111 E-plane of waveguide 121,122 Waveguide 123,124 Termination plate 125,126 Microwave generator 131 Annular waveguide 132 Linear waveguide 133 Termination plate 141 Waveguide 142 Post 143 H-plane of waveguide 151 Matching plate 161 H-plane of waveguide 162 Waveguide 200 Ion extraction electrode 201 Sample Room

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷲谷 明宏 伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機株式 会社 北伊丹製 作所内 (56)参考文献 特開 平1−187824(JP,A) 特開 平3−22413(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/205 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Akihiro Washitani 4-1-1, Mizuhara, Itami-shi Mitsubishi Electric Corporation, Kita Itami Works (56) References JP-A-1-187824 (JP, A) JP-A-3 −22413 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/205

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プラズマを発生させる円筒状のプラズマ
反応室、試料を載置する試料台、反応性等のガスを導入
するガス導入手段、及び室内を真空排気する排気手段を
有する真空チャンバと、上記プラズマ反応室内に磁場を
発生させる磁場発生手段と、上記プラズマ反応室を取り
囲むように上記プラズマ反応室の周方向に沿って配置さ
れた導波管と、上記プラズマ反応室を取り囲むように、
上記導波管における上記プラズマ反応室側の壁面に設け
られた開口部と、上記導波管の開口部に対向した上記プ
ラズマ反応室の周囲に設けられ、上記導波管の開口部
より出力されるマイクロ波を上記プラズマ反応室の
囲から導入する環状のマイクロ波導入窓とを備えた半導
体製造装置。
A vacuum chamber having a cylindrical plasma reaction chamber for generating plasma, a sample stage on which a sample is mounted, gas introduction means for introducing a gas such as reactivity, and exhaust means for evacuating the chamber; Magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma reaction chamber, a waveguide disposed along the circumferential direction of the plasma reaction chamber to surround the plasma reaction chamber, and to surround the plasma reaction chamber,
An opening provided on the wall surface of the waveguide on the side of the plasma reaction chamber; and an opening provided on the entire periphery of the plasma reaction chamber facing the opening of the waveguide, and an output from the opening of the waveguide. And an annular microwave introduction window for introducing microwaves to be introduced from all around the plasma reaction chamber.
【請求項2】 真空チャンパにおけるプラズマ反応室と
試料台との間にイオン引き出し電極を設けたことを特徴
とする請求項1記載の半導体製造装置。
2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an ion extraction electrode is provided between the plasma reaction chamber and the sample stage in the vacuum champer.
【請求項3】 導波管に導入されるマイクロ波は、複数
個のマイクロ波発生装置により発生されたマイクロ波で
あることを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置。
3. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the microwave introduced into the waveguide is a microwave generated by a plurality of microwave generators.
【請求項4】 導波管から導入されるマイクロ波とプラ
ズマ反応室で生成されるプラズマとの結合を調整する手
段を設けたことを特徴とする請求項1記載の半導体製造
装置。
4. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising means for adjusting the coupling between the microwave introduced from the waveguide and the plasma generated in the plasma reaction chamber.
【請求項5】 真空チャンバ内に設けられた試料台にウ
エハを載置し、上記真空チャンバに設けられた円筒状の
プラズマ反応室に反応性等のガスを導入するとともに、
上記プラズマ反応室の全周囲に設けられた環状のマイク
ロ波導入窓から上記プラズマ反応室内にマイクロ波を導
入してプラズマを発生させ、このプラズマにより上記載
置されたウエハのエッチング、またはCVD膜の生成を
する半導体装置の製造方法。
5. A wafer stage provided in a vacuum chamber.
Place the eha, the cylindrical shape provided in the vacuum chamber
While introducing gases such as reactivity into the plasma reaction chamber,
An annular microphone provided around the entire plasma reaction chamber
Microwave into the plasma reaction chamber through the
To generate a plasma, and the plasma described above
Etching of the placed wafer or generation of CVD film
Semiconductor device manufacturing method.
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