JP2000294548A - Microwave plasma treatment apparatus using dielectrics window - Google Patents

Microwave plasma treatment apparatus using dielectrics window

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JP2000294548A JP11096628A JP9662899A JP2000294548A JP 2000294548 A JP2000294548 A JP 2000294548A JP 11096628 A JP11096628 A JP 11096628A JP 9662899 A JP9662899 A JP 9662899A JP 2000294548 A JP2000294548 A JP 2000294548A
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plasma
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伸昌 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treating device for uniquely and quickly treating a large aperture with high quality, even when treated at a high pressure region of about 1 Torr. SOLUTION: This plasma treatment apparatus is provided with a plasma treatment chamber 101, having a dielectric window 107 through which microwaves are transmitted, a means for supporting a substrate 102 to be treated, a gas inlet means 105 for treatment in the plasma treatment chamber 101, an exhausting means 106 for exhausting the inside part of the plasma treatment chamber 101, and a microwave introducing means having plural slots. The face of the dielectric window 107 at the plasma treatment chamber side is in a drill shape.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波プラズ
マ処理装置に関する。更に詳しくは、本発明は1Tor
r程度の高圧領域でも大口径基体の均一な高速高品質処
理が可能なマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
[0001] The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus. More specifically, the present invention relates to 1 Torr
The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus capable of performing uniform high-speed and high-quality processing of a large-diameter substrate even in a high pressure range of about r.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロ波をプラズマ生起用の励起源と
して使用するプラズマ処理装置としては、CVD装置、
エッチング装置、アッシング装置等が知られている。
2. Description of the Related Art A plasma processing apparatus using a microwave as an excitation source for generating plasma includes a CVD apparatus,
An etching device, an ashing device, and the like are known.

【0003】こうしたいわゆるマイクロ波プラズマCV
D装置を使用するCVDは例えば次のように行われる。
すなわち、マイクロ波プラズマCVD装置のプラズマ発
生室及び成膜室内にガスを導入し、同時にマイクロ波エ
ネルギーを投入してプラズマ発生室内にプラズマを発生
させガスを励起、分解して、成膜室内に配された基体上
に堆積膜を形成する。
[0003] Such a so-called microwave plasma CV
CVD using the D apparatus is performed, for example, as follows.
That is, a gas is introduced into a plasma generation chamber and a film formation chamber of a microwave plasma CVD apparatus, and at the same time, microwave energy is applied to generate plasma in the plasma generation chamber, excite and decompose the gas, and distribute the gas into the film formation chamber. A deposited film is formed on the formed substrate.

【0004】また、いわゆるマイクロ波プラズマエッチ
ング装置を使用する被処理基体のエッチング処理は、例
えば次のようにして行われる。すなわち、該装置の処理
室内にエッチャントガスを導入し、同時にマイクロ波エ
ネルギ−を投入して該エッチャントガスを励起、分解し
て該処理室内にプラズマを発生させ、これにより該処理
室内に配された被処理基体の表面をエッチングする。
[0004] Etching of a substrate to be processed using a so-called microwave plasma etching apparatus is performed, for example, as follows. That is, an etchant gas is introduced into the processing chamber of the apparatus, and at the same time, microwave energy is applied to excite and decompose the etchant gas to generate plasma in the processing chamber, thereby disposing the plasma in the processing chamber. The surface of the substrate to be processed is etched.

【0005】はたまた、いわゆるマイクロ波プラズマア
ッシング装置を使用する被処理基体のアッシング処理
は、例えば次のようにして行われる。すなわち、該装置
の処理室内にアッシングガスを導入し、同時にマイクロ
波エネルギーを投入して該アッッシングガスを励起、分
解して該処理室内にプラズマを発生させ、これにより該
処理室内に配された被処理基体の表面をアッシングす
る。
The ashing process of a substrate to be processed using a so-called microwave plasma ashing apparatus is performed, for example, as follows. That is, an ashing gas is introduced into the processing chamber of the apparatus, and simultaneously, microwave energy is applied to excite and ablate the ashing gas to generate plasma in the processing chamber, thereby disposing the plasma in the processing chamber. Ashing the surface of the substrate to be processed.

【0006】マイクロ波プラズマ処理装置においては、
ガスの励起源としてマイクロ波を使用することから、電
子を高い周波数をもつ電界により加速でき、ガス分子を
効率的に電離、励起させることができる。それゆえ、マ
イクロ波プラズマ処理装置については、ガスの電離効
率、励起効率及び分解効率が高く、高密度のプラズマを
比較的容易に形成し得る、低温で高速に高品質処理でき
るといった利点を有する。また、マイクロ波が誘電体を
透過する性質を有することから、プラズマ処理装置を無
電極放電タイプのものとして構成でき、これがゆえに高
清浄なプラズマ処理を行い得るという利点もある。
In a microwave plasma processing apparatus,
Since a microwave is used as a gas excitation source, electrons can be accelerated by an electric field having a high frequency, and gas molecules can be efficiently ionized and excited. Therefore, the microwave plasma processing apparatus has the advantages of high gas ionization efficiency, excitation efficiency, and decomposition efficiency, relatively easy formation of high-density plasma, and high-speed processing at low temperature and high speed. In addition, since the microwave has the property of transmitting through the dielectric, the plasma processing apparatus can be configured as an electrodeless discharge type, and therefore, there is an advantage that highly clean plasma processing can be performed.

【0007】こうしたマイクロ波プラズマ処理装置の更
なる高速化のために、電子サイクロトロン共鳴(EC
R)を利用したプラズマ処理装置も実用化されてきてい
る。ECRは、磁束密度が87.5mTの場合、磁力線
の周りを電子が回転する電子サイクロトロン周波数が、
マイクロ波の一般的な周波数2.45GHzと一致し、
電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、高密度
プラズマが発生する現象である。こうしたECRプラズ
マ処理装置においては、マイクロ波導入手段と磁界発生
手段との構成について、代表的なものとして次の4つの
構成が知られている。
In order to further increase the speed of such a microwave plasma processing apparatus, an electron cyclotron resonance (EC)
R) has also been put to practical use. The ECR is such that when the magnetic flux density is 87.5 mT, the electron cyclotron frequency at which electrons rotate around the lines of magnetic force is:
Coincides with the general microwave frequency of 2.45 GHz,
This is a phenomenon in which electrons are resonantly absorbed by microwaves, accelerated, and high-density plasma is generated. In such an ECR plasma processing apparatus, the following four configurations are known as typical configurations of the microwave introduction unit and the magnetic field generation unit.

【0008】すなわち、(i)導波管を介して伝搬され
るマイクロ波を被処理基体の対向面から透過窓を介して
円筒状のプラズマ発生室に導入し、プラズマ発生室の中
心軸と同軸の発散磁界をプラズマ発生室の周辺に設けら
れた電磁コイルを介して導入する構成(NTT方式);
(ii)導波管を介して伝送されるマイクロ波を被処理基
体の対向面から釣鐘状のプラズマ発生室に導入し、プラ
ズマ発生室の中心軸と同軸の磁界をプラズマ発生室の周
辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成(日立
方式);(iii)円筒状スロットアンテナの一種であるリ
ジターノコイルを介してマイクロ波を周辺からプラズマ
発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の磁界
をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介し
て導入する構成(リジターノ方式);(iv)導波管を介
して伝送されるマイクロ波を被処理基体の対向面から平
板状のスロットアンテナを介して円筒状のプラズマ発生
室に導入し、アンテナ平面に平行なループ状磁界を平面
アンテナの背面に設けられた永久磁石を介して導入する
構成(平面スロットアンテナ方式)、である。
That is, (i) microwaves propagated through the waveguide are introduced into the cylindrical plasma generation chamber from the opposing surface of the substrate through the transmission window, and are coaxial with the central axis of the plasma generation chamber. Configuration in which the diverging magnetic field of the above is introduced via an electromagnetic coil provided around the plasma generation chamber (NTT method);
(Ii) A microwave transmitted through the waveguide is introduced into the bell-shaped plasma generation chamber from the opposite surface of the substrate to be processed, and a magnetic field coaxial with the center axis of the plasma generation chamber is provided around the plasma generation chamber. (Iii) A microwave is introduced into the plasma generation chamber from the periphery through a rigidano coil, which is a kind of cylindrical slot antenna, and the central axis of the plasma generation chamber is introduced. (Rigitano method) in which a magnetic field coaxial with the substrate is introduced through an electromagnetic coil provided around the plasma generation chamber; (iv) microwaves transmitted through the waveguide are flattened from the opposite surface of the substrate to be processed. A configuration in which a loop-shaped magnetic field parallel to the antenna plane is introduced through a permanent magnet provided on the back surface of the planar antenna (plane slot). Antenna system), it is.

【0009】マイクロ波プラズマ処理装置の例として、
近年、マイクロ波の均一で効率的な導入装置として複数
のスロットがH面に形成された無終端環状導波管を用い
た装置が提案されている(特許公開番号H5−3459
82,H10−233295)。このマイクロ波プラズ
マ処理装置を図3(a)に、そのプラズマ発生機構を図
3(b)に示す。901はプラズマ処理室、902は被
処理基体、903は基体902の支持体、904は基板
温度調整手段、905はプラズマ処理室901の周辺に
設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、906は排
気、907はプラズマ処理室901の大気側と分離する
平板状誘電体窓、908はマイクロ波を誘電体窓907
を透してプラズマ処理室901に導入するためのスロッ
ト付無終端環状導波管、911はマイクロ波を左右に分
配するE分岐、912はスロット、913は無終端環状
導波管908内を伝搬するマイクロ波、914はスロッ
ト912を介し誘電体窓907を透過したマイクロ波に
より発生したプラズマ、915は誘電体窓907とプラ
ズマ914との界面を伝搬し相互干渉するマイクロ波の
表面波、916は表面波干渉により生成したプラズマで
ある。
As an example of a microwave plasma processing apparatus,
In recent years, a device using an endless annular waveguide having a plurality of slots formed on the H-plane has been proposed as a uniform and efficient microwave introduction device (Patent Publication No. H5-3459).
82, H10-233295). FIG. 3A shows this microwave plasma processing apparatus, and FIG. 3B shows its plasma generation mechanism. Reference numeral 901 denotes a plasma processing chamber; 902, a substrate to be processed; 903, a support for the substrate 902; 904, a substrate temperature adjusting unit; 905, a plasma processing gas introducing unit provided around the plasma processing chamber 901; Reference numeral 907 denotes a flat dielectric window that separates the plasma processing chamber 901 from the atmosphere side, and reference numeral 908 denotes a dielectric window 907 for transmitting microwaves.
911 is an E-branch for distributing microwaves to the left and right, 912 is a slot, and 913 is propagated in the endless annular waveguide 908. 914, a plasma generated by the microwave transmitted through the dielectric window 907 through the slot 912, 915, a microwave surface wave propagating at the interface between the dielectric window 907 and the plasma 914 and causing mutual interference, and 916. Plasma generated by surface wave interference.

【0010】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理室901内を真空
排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室901の
周辺に設けられたガス導入手段905を介して所定の流
量でプラズマ処理室901内に導入する。次に排気系
(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図
示)を調整し、プラズマ処理室901内を所定の圧力に
保持する。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を
無終端環状導波管908を介してプラズマ処理室901
内に供給する。この際、無終端環状導波管908内に導
入されたマイクロ波913は、E分岐911で左右に二
分配され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬す
る。管内波長の1/2または1/4毎に設置されたスロ
ット912を介して誘電体窓907を透過してプラズマ
処理室901に導入されたマイクロ波により高密度プラ
ズマ914が発生する。この状態で、誘電体窓907と
プラズマ914の界面に入射したマイクロ波は、プラズ
マ914中には伝搬できず、誘電体窓907とプラズマ
914との界面を表面波915として伝搬する。隣接す
るスロットから導入された表面波915同士が相互干渉
し、表面波915の波長の1/2毎に電界の腹を形成す
る。この表面波915干渉による腹電界によって高密度
プラズマ916が生成する。処理用ガスは発生した高密
度プラズマ916により励起され、支持体903上に載
置された被処理体902の表面を処理する。
The plasma processing is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 901 is evacuated via an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 901 at a predetermined flow rate through gas introduction means 905 provided around the plasma processing chamber 901. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 901 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power supply (not shown) to the plasma processing chamber 901 via the endless annular waveguide 908.
Supply within. At this time, the microwave 913 introduced into the endless annular waveguide 908 is split right and left by the E-branch 911 and propagates with a longer guide wavelength than free space. A high-density plasma 914 is generated by microwaves transmitted through the dielectric window 907 and introduced into the plasma processing chamber 901 through slots 912 provided at every 1/2 or 1/4 of the guide wavelength. In this state, the microwave that has entered the interface between the dielectric window 907 and the plasma 914 cannot propagate into the plasma 914, but propagates as a surface wave 915 at the interface between the dielectric window 907 and the plasma 914. The surface waves 915 introduced from adjacent slots interfere with each other, and form an antinode of the electric field every half of the wavelength of the surface waves 915. The high-density plasma 916 is generated by the anti-node electric field due to the surface wave 915 interference. The processing gas is excited by the generated high-density plasma 916, and processes the surface of the processing object 902 mounted on the support 903.

【0011】このようなマイクロ波プラズマ処理装置を
用いることにより、マイクロ波パワー1kW以上で、直
径300μm程度の大口径空間に±3%以内の均一性を
もって、電子密度1012cm-3以上、電子温度3eV以
下、プラズマ電位20V以下の高密度低電位プラズマが
発生できるので、ガスを充分に反応させ活性な状態で基
板に供給でき、かつ入射イオンによる基板表面ダメージ
も低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理
が可能になる。
By using such a microwave plasma processing apparatus, an electron density of 10 12 cm -3 or more can be obtained in a large-diameter space having a diameter of about 300 μm with a uniformity within ± 3% at a microwave power of 1 kW or more. Since high-density low-potential plasma with a temperature of 3 eV or less and a plasma potential of 20 V or less can be generated, the gas can be sufficiently reacted to be supplied to the substrate in an active state, and substrate surface damage due to incident ions is reduced, so that high quality can be obtained even at a low temperature. And uniform and high-speed processing becomes possible.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて、1To
rr程度の高圧領域で処理を行う場合には、ガスの導入
及び排気が周辺からになり、中央付近へのガスの供給が
不十分になり、中央付近の処理速度が低下しやすい、と
いう問題が生じる。
However, using the microwave plasma processing apparatus as described above, 1 To
When processing is performed in a high pressure region of about rr, gas is introduced and exhausted from the periphery, the supply of gas to the vicinity of the center becomes insufficient, and the processing speed near the center tends to decrease. Occurs.

【0013】本発明の主たる目的は、上述した従来のマ
イクロ波プラズマ処理装置における問題点を解決し、1
Torr程度の高圧領域で処理を行う場合でも、大口径
基体を均一に高速高品質処理できるプラズマ処理装置を
提供することにある。
A main object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the conventional microwave plasma processing apparatus, and
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of uniformly processing a large-diameter substrate at high speed and high quality even when processing is performed in a high pressure region of about Torr.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記の目的は以下の手段
によって達成される。
The above object is achieved by the following means.

【0015】すなわち、本発明は、マイクロ波が透過可
能な誘電体窓を有するプラズマ処理室と、被処理基体支
持手段と、該プラズマ処理室内への処理用ガス導入手段
と、該プラズマ処理室内を真空排気する排気手段と、複
数のスロットを有するマイクロ波導入手段とで構成され
るプラズマ処理装置であって、該誘電体窓の該プラズマ
処理室側の面は錐状であることを特徴とするマイクロ波
プラズマ処理装置を提案するものであり、前記誘電体窓
の外側の面も円錐状であり、前記環状導波管も該誘電体
窓外側面に沿った円錐状であること、前記処理用ガス導
入手段は前記誘電体窓に向けてガスが吹き付けられるよ
うに形成されていることを含む。
That is, the present invention provides a plasma processing chamber having a dielectric window through which microwaves can pass, means for supporting a substrate to be processed, means for introducing a processing gas into the plasma processing chamber, and A plasma processing apparatus comprising an exhaust unit for evacuating and a microwave introducing unit having a plurality of slots, wherein a surface of the dielectric window on a side of the plasma processing chamber is conical. A microwave plasma processing apparatus is proposed, wherein the outer surface of the dielectric window is also conical, and the annular waveguide is also conical along the outer surface of the dielectric window. The gas introducing means is formed so that a gas is blown toward the dielectric window.

【0016】本発明によれば、1Torr程度の高圧領域で
処理を行う場合でも、大口径基体を均一に高速高品質処
理することが可能である。
According to the present invention, even when processing is performed in a high pressure region of about 1 Torr, a large-diameter substrate can be uniformly processed at high speed and with high quality.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の図面を参照して更
に詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

【0018】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を図
1(a),(b)を用いて説明する。101は略円筒形
状のプラズマ処理室、102は平板状の被処理基体、1
03は基体102の支持体、104は基板温度調整手
段、105はプラズマ処理室101の周辺に設けられた
プラズマ処理用ガス導入手段、106は排気、107は
プラズマ処理室101を大気側と分離する円錐状誘電体
窓、108はマイクロ波を誘電体窓107を透してプラ
ズマ処理室101に導入するためのスロット付無終端環
状導波管、111は、マイクロ波を左右に分配するE分
岐、112はスロット、113は無終端環状導波管10
8内を伝搬するマイクロ波、114はスロット112を
介し誘電体窓107を透過したマイクロ波により発生し
たプラズマ、115は誘電体窓107とプラズマ114
との界面を伝搬し相互干渉するマイクロ波の表面波、1
16は表面波干渉により生成したプラズマである。
A microwave plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). 101 is a substantially cylindrical plasma processing chamber, 102 is a flat substrate to be processed, 1
03 is a support of the base 102, 104 is a substrate temperature adjusting means, 105 is a plasma processing gas introducing means provided around the plasma processing chamber 101, 106 is exhaust, and 107 is a part for separating the plasma processing chamber 101 from the atmosphere. A conical dielectric window, 108 is a slotted endless annular waveguide for introducing microwaves into the plasma processing chamber 101 through the dielectric window 107, 111 is an E-branch for distributing microwaves left and right, 112 is a slot, 113 is an endless annular waveguide 10
8, a plasma 114 generated by the microwave transmitted through the dielectric window 107 through the slot 112, and 115 a plasma generated by the dielectric window 107 and the plasma 114.
Surface waves of microwaves that propagate at the interface with
Reference numeral 16 denotes plasma generated by surface wave interference.

【0019】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理室101内を排気
する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室101の周辺
に設けられたガス導入手段105を介して所定の流量で
プラズマ処理室101内に導入する。次に、排気系(不
図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を
調整し、プラズマ処理室101内を所定の圧力に保持す
る。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端
環状導波管108を介して、プラズマ処理室101内に
供給する。この際、無終端環状導波管108内に導入さ
れたマイクロ波113は、E分岐111で左右に二分配
され、自由空間よりも長い管内波長をもって伝搬する。
管内波長の1/2または1/4毎に設置されたスロット
112を介して誘電体窓107を透過してプラズマ処理
室101に導入されたマイクロ波により高密度プラズマ
114が生する。この状態で、誘電体窓107とプラズ
マ114の界面に入射したマイクロ波は、プラズマ11
4中には伝搬できず、誘電体窓107とプラズマ114
との界面を表面波115として伝搬する。隣接するスロ
ットから導入された表面波115同士が相互干渉し、表
面波115の波長の1/2毎に電界の腹を形成する。こ
の表面波115干渉による腹電界によって高密度プラズ
マ116が生成する。周辺から導入された処理用ガス
は、発生した高密度プラズマ116により励起・イオン
化・反応して活性化し、中央付近の円錐状窓−基板間隔
が広いので、中央付近にも十分供給され、支持体103
上に載置された被処理基体102の表面を均一に処理す
る。
The plasma processing is performed as follows. The inside of the plasma processing chamber 101 is exhausted via an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 101 at a predetermined flow rate through gas introduction means 105 provided around the plasma processing chamber 101. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 101 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power supply (not shown) into the plasma processing chamber 101 through the endless annular waveguide 108. At this time, the microwave 113 introduced into the endless annular waveguide 108 is split right and left by the E-branch 111 and propagates with a guide wavelength longer than free space.
A high-density plasma 114 is generated by the microwave introduced into the plasma processing chamber 101 through the dielectric window 107 through the slots 112 provided at every 1/2 or 1/4 of the guide wavelength. In this state, the microwave incident on the interface between the dielectric window 107 and the plasma 114 causes the plasma 11
4, the dielectric window 107 and the plasma 114
And propagates as a surface wave 115. The surface waves 115 introduced from adjacent slots interfere with each other, and form antinodes of the electric field every half of the wavelength of the surface waves 115. A high-density plasma 116 is generated by the antinode electric field due to the interference of the surface wave 115. The processing gas introduced from the periphery is excited, ionized, and reacted by the generated high-density plasma 116 to be activated. Since the conical window-substrate spacing near the center is wide, the processing gas is sufficiently supplied also near the center. 103
The surface of the substrate to be processed 102 placed thereon is uniformly processed.

【0020】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用
いられる誘電体窓109の形状は、少なくともプラズマ
処理室110側の内面が完全な平面ではなく、略円錐状
であればよい。外側の面は円錐状であっても平板状であ
ってもよいが、無終端環状導波管108の形状も誘電体
窓109外側面に沿った形状にしたほうがよい。
The shape of the dielectric window 109 used in the microwave plasma processing apparatus of the present invention may be such that at least the inner surface on the plasma processing chamber 110 side is not a perfect plane but is substantially conical. The outer surface may be conical or flat, but it is preferable that the shape of the endless annular waveguide 108 be shaped along the outer surface of the dielectric window 109.

【0021】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用
いられる誘電体窓109の材質は、機械的強度が充分で
マイクロ波の透過率が充分高くなるように誘電欠損の小
さなものであれば適用可能であり、例えば石英やアルミ
ナ(サファイア)、窒化アルミニウム、弗化炭素ポリマ
等が最適である。
The material of the dielectric window 109 used in the microwave plasma processing apparatus of the present invention can be applied as long as it has a small mechanical loss and a small dielectric loss so that the microwave transmittance is sufficiently high. For example, quartz, alumina (sapphire), aluminum nitride, fluorocarbon polymer and the like are optimal.

【0022】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用
いられるスロット付無終端環状導波管108の材質は、
導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロ
スをできるだけ抑えるため、導電率の高いAl,Cu,
Ag/CuメッキしたSUS等が最適である。本発明に
用いられるスロット付無終端環状導波管108の導入口
の向きは、スロット付無終端環状導波管108内のマイ
クロ波伝搬空間に効率よくマイクロ波を導入できるもの
であれば、H面に平行で伝搬空間の接線方向でも、H面
に垂直方向で導入部で伝搬空間の左右方向に二分配する
ものでもよい。本発明に用いられるスロット付無終端環
状導波管108のスロットの形状は、マイクロ波の伝搬
方向に垂直な方向の長さが管内波長の1/4以上であれ
ば、矩形でも楕円形でもアレイ状でも何でもよい。本発
明に用いられるスロット付無終端環状導波管108のス
ロット間隔は、干渉によりスロットを横切る電界が強め
合うように、管内波長の1/2または1/4が最適であ
る。
The material of the slotted endless annular waveguide 108 used in the microwave plasma processing apparatus of the present invention is as follows.
Any conductor can be used, but in order to minimize microwave propagation loss, Al, Cu,
SUS or the like plated with Ag / Cu is optimal. The direction of the introduction port of the slotted endless annular waveguide 108 used in the present invention is H if the microwave can be efficiently introduced into the microwave propagation space in the slotted endless annular waveguide 108. The distribution may be parallel to the plane and tangential to the propagation space, or may be divided into two in the direction perpendicular to the H plane in the right and left directions of the propagation space at the introduction portion. The slot shape of the slotted endless annular waveguide 108 used in the present invention may be rectangular or elliptical as long as the length in the direction perpendicular to the microwave propagation direction is 1/4 or more of the guide wavelength. It can be in any form. The slot spacing of the slotted endless annular waveguide 108 used in the present invention is optimally ま た は or の of the guide wavelength so that the electric field crossing the slot is enhanced by interference.

【0023】スロット付無終端環状導波管に代えて、ラ
ジアルアラインスロットアンテナを用いることもでき
る。
Instead of the slotted endless annular waveguide, a radially aligned slot antenna can be used.

【0024】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び
処理方法において用いられるマイクロ波周波数は、0.
8GHz乃至20GHzの範囲から適宜選択することが
できる。
The microwave frequency used in the microwave plasma processing apparatus and the processing method according to the present invention is set to 0.
It can be appropriately selected from the range of 8 GHz to 20 GHz.

【0025】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び
処理方法において、より低圧で処理するために、磁界発
生手段を用いてもよい。本発明のプラズマ処理装置及び
処理方法において用いられる磁界としては、スロットの
幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能で
ある。磁界発生手段としては、コイル以外でも、永久磁
石でも適用可能である。コイルを用いる場合には過熱防
止のため水冷機構や空冷等他の冷却手段を用いててもよ
い。
In the microwave plasma processing apparatus and the processing method of the present invention, a magnetic field generating means may be used for processing at a lower pressure. As the magnetic field used in the plasma processing apparatus and the processing method of the present invention, any magnetic field perpendicular to the electric field generated in the width direction of the slot is applicable. As the magnetic field generating means, a permanent magnet other than a coil can be applied. When using a coil, another cooling means such as a water cooling mechanism or air cooling may be used to prevent overheating.

【0026】また、処理のより高品質化のため、紫外光
を基体表面に照射してもよい。光源としては、被処理基
体もしくは基体上に付着したガスに吸収される光を放射
するものなら適用可能で、エキシマレーザ、エキシマラ
ンプ、希ガス共鳴線ランプ、低圧水銀ランプ等が適当で
ある。
In order to improve the quality of the treatment, the substrate surface may be irradiated with ultraviolet light. Any light source that emits light absorbed by the substrate to be processed or the gas adhering to the substrate can be used as the light source, and an excimer laser, an excimer lamp, a rare gas resonance line lamp, a low-pressure mercury lamp and the like are suitable.

【0027】本発明のマイクロ波プラズマ処理方法にお
けるプラズマ処理室内の圧力は0.1mTorr乃至1
0Torrの範囲、より好ましくは0.1Torrから
5Torrの範囲が好適である。
In the microwave plasma processing method of the present invention, the pressure in the plasma processing chamber is 0.1 mTorr to 1 mTorr.
A range of 0 Torr, more preferably a range of 0.1 Torr to 5 Torr is suitable.

【0028】本発明のマイクロ波プラズマ処理方法によ
る堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することに
よりSi34 ,SiO2 ,SiOF,Ta25 ,T
iO 2 ,TiN,Al23 ,AlN,MgF2 等の絶
縁膜、a−Si,poly−Si,SiC,GaAs等
の半導体膜、Al,W,Mo,Ti,Ta等の金属膜
等、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能であ
る。ガスは図1のように誘電体窓に向けて放出されると
尚良い。
According to the microwave plasma processing method of the present invention,
The formation of a deposited film depends on the appropriate selection of the gas used.
More SiThree NFour , SiOTwo , SiOF, TaTwo OFive , T
iO Two , TiN, AlTwo OThree , AlN, MgFTwo Absolute
Edge film, a-Si, poly-Si, SiC, GaAs, etc.
Semiconductor film, metal film of Al, W, Mo, Ti, Ta, etc.
It is possible to form various deposited films efficiently.
You. When the gas is released toward the dielectric window as shown in FIG.
Still better.

【0029】本発明のプラズマ処理方法により処理する
被処理基体102は、半導体であっても、導電性のもの
であっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよ
い。
The substrate 102 to be processed by the plasma processing method of the present invention may be a semiconductor, a conductive material, or an electrically insulating material.

【0030】導電性基体としては、Fe,Ni,Cr,
Al,Mo,Au,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pb
等の金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス
鋼等が挙げられる。
As the conductive substrate, Fe, Ni, Cr,
Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb
And alloys thereof, such as brass and stainless steel.

【0031】絶縁性基体としては、SiO2 系の石英や
各種ガラス、Si34 ,NaCl,KCl,LiF,
CaF2 ,BaF2 ,Al23 ,AlN,MgO等の
無機物、ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネー
ト、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミ
ド、ポリイミド等の有機物のフィルム、シート等が挙げ
られる。
Examples of the insulating substrate include SiO 2 -based quartz and various glasses, Si 3 N 4 , NaCl, KCl, LiF,
Inorganic substances such as CaF 2 , BaF 2 , Al 2 O 3 , AlN, MgO, etc., polyethylene, polyester, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, polyimide and other organic films, sheets, etc. Is mentioned.

【0032】本発明のプラズマ処理装置に用いられるガ
ス導入手段105の向きは、ガスが誘電体窓108近傍
に発生するプラズマ領域を経由した後中央付近に十分に
供給されてから基板表面を中央から周辺に向かって流れ
るように、誘電体窓108に向けてガスを吹き付けられ
る構造を有することが最適である。
The direction of the gas introduction means 105 used in the plasma processing apparatus of the present invention is such that the gas passes through the plasma region generated near the dielectric window 108 and is sufficiently supplied to the vicinity of the center before the substrate surface is moved from the center to the center. It is optimal to have a structure in which a gas can be blown toward the dielectric window 108 so as to flow toward the periphery.

【0033】CVD法により基板上に薄膜を形成する場
合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用
できる。
As a gas used for forming a thin film on a substrate by the CVD method, a generally known gas can be used.

【0034】a−Si,poly−Si,SiC等のS
i系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段1
05を介してプラズマ処理室101へ導入するSi原子
を含有する原料ガスとしては、SiH4 ,Si26
の無機シラン類、テトラエチルシラン(TES)、テト
ラメチルシラン(TMS)、ジメチルシラン(DM
S)、ジメチルフルオロシラン(DMDFS)、ジメチ
ルジクロルシラン(DMDCS)等の有機シラン類、S
iF4 ,Si26 ,Si38 ,SiHF3 ,SiH
22 ,SiCl4 ,Si2 Cl6 ,SiHCl3 ,S
iH2 Cl2 ,SiH3 Cl,SiCl22 等のハロ
ゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまた
は容易にガス化し得るものが挙げられる。また、この場
合のSi原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスま
たはキャリアガスとしては、H2 ,He,Ne,Ar,
Kr,Xe,Rnが挙げられる。
S such as a-Si, poly-Si, SiC, etc.
Processing gas introducing means 1 for forming i-type semiconductor thin film
The raw material gas containing Si atoms to be introduced into the plasma processing chamber 101 through the gas supply line 05 is inorganic silanes such as SiH 4 and Si 2 H 6 , tetraethylsilane (TES), tetramethylsilane (TMS), dimethylsilane ( DM
S), organic silanes such as dimethylfluorosilane (DMDFS) and dimethyldichlorosilane (DMDCS),
iF 4 , Si 2 F 6 , Si 3 F 8 , SiHF 3 , SiH
2 F 2 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6 , SiHCl 3 , S
Examples include halogenated silanes such as iH 2 Cl 2 , SiH 3 Cl, and SiCl 2 F 2 , which are in a gaseous state at normal temperature and normal pressure, or those which can be easily gasified. In this case, the additive gas or carrier gas which may be introduced as a mixture with the Si source gas is H 2 , He, Ne, Ar, or H 2 .
Kr, Xe, and Rn.

【0035】Si34 ,SiO2 等のSi化合物系薄
膜を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介して
導入するSi原子を含有する原料としては、SiH4
Si 26 等の無機シラン類、テトラエトキシシラン
(TEOS)、テトラメトキシシラン(TMOS)、オ
クタメチルシクロテトラシラン(OMCTS)、ジメチ
ルジフルオロシラン(DMDFS)、ジメチルジクロル
シラン(DMDCS)等の有機シラン類、SiF4 ,S
26 ,Si38 ,SiHF3 ,SiH2 2 ,S
iCl4 ,Si2 Cl6 ,SiHCl3 ,SiH2 Cl
2 ,SiH3 Cl,SiCl22 等のハロゲン化シラ
ン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガ
ス化し得るものが挙げられる。また、この場合の同時に
導入する窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、N
2 ,NH3 ,N24 ,ヘキサメチルジシラザン(HM
DS),O2 ,O3 ,H2 O,NO,N2 O,NO2
が挙げられる。
SiThree NFour , SiOTwo Si compound thin such as
Via the processing gas introduction means 105 for forming a film
As a raw material containing Si atoms to be introduced, SiHFour ,
Si Two H6 And other inorganic silanes, tetraethoxysilane
(TEOS), tetramethoxysilane (TMOS),
Kutamethylcyclotetrasilane (OMCTS), Dimethi
Rudifluorosilane (DMDFS), dimethyldichloro
Organic silanes such as silane (DMDCS), SiFFour , S
iTwo F6 , SiThree F8 , SiHFThree , SiHTwo F Two , S
iClFour , SiTwo Cl6 , SiHClThree , SiHTwo Cl
Two , SiHThree Cl, SiClTwo FTwo Halogenated sila such as
Components that are in a gaseous state at normal temperature and pressure, or
And those that can be used. Also, in this case,
The nitrogen source gas or oxygen source gas to be introduced is N 2
Two , NHThree , NTwo HFour , Hexamethyldisilazane (HM
DS), OTwo , OThree , HTwo O, NO, NTwo O, NOTwo etc
Is mentioned.

【0036】Al,W,Mo,Ti,Ta等の金属薄膜
を形成する場合の処理用ガス導入手段105を介して導
入する金属原子を含有する原料としては、トリメチルア
ルミニウム(TAMl)、トリエチルアルミニウム(T
EAl)、トリイソブチルアルミニウム(TIBA
l)、ジメチルアルミニウムハイドライド(DMAl
H)、タングステンカルボニル(W(CO)6 )、モリ
ブデンカルボニル(Mo(CO)6 )、トリメチルガリ
ウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)等
の有機金属、AlCl3 ,WF6 ,TiCl3 ,TaC
5 等のハロゲン化金属等が挙げられる。また、この場
合のSi原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスま
たはキャリアガスとしては、H2 ,He,Ne,Ar,
Kr,Xe,Rnが挙げられる。
When a metal thin film of Al, W, Mo, Ti, Ta or the like is formed, the raw material containing a metal atom introduced through the processing gas introducing means 105 is trimethylaluminum (TAMl), triethylaluminum ( T
EAl), triisobutylaluminum (TIBA)
l), dimethyl aluminum hydride (DMAl
H), organic metals such as tungsten carbonyl (W (CO) 6 ), molybdenum carbonyl (Mo (CO) 6 ), trimethylgallium (TMGa) and triethylgallium (TEGa), AlCl 3 , WF 6 , TiCl 3 , TaC
metal halide or the like of l 5, and the like. In this case, the additive gas or carrier gas which may be introduced as a mixture with the Si source gas is H 2 , He, Ne, Ar, or H 2 .
Kr, Xe, and Rn.

【0037】Al23 ,AlN,Ta25 ,TiO
2 ,TiN,WO3 等の金属化合物薄膜を形成する場合
の処理用ガス導入手段105を介して導入する金属原子
を含有する原料としては、トリメチルアルミニウム(T
MAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)、トリ
イソブチルアルミニウム(TIBAl)、ジメチルアル
ミニウムハイドライド(DMAlH)、タングステンカ
ルボニル(W(CO) 6 )モリブデンカルボニル(Mo
(CO)6 )、トリメチルガリウム(TMGa)、トリ
エチルガリウム(TEGa)等の有機金属、AlCl
3 ,WF6 ,TiCl3 ,TaCl5 等のハロゲン化金
属等が挙げられる。また、この場合の同時に導入する酸
素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、O2 、O3
2 O,NO,N2 O,NO2 ,N2 ,NH3 ,N2
4 ,ヘキサメチルジシラザン(HMDS)等が挙げられ
る。
AlTwo OThree , AlN, TaTwo OFive , TiO
Two , TiN, WOThree When forming metal compound thin films such as
Atoms Introduced Through Processing Gas Introducing Means 105
The raw material containing trimethylaluminum (T
MAl), triethyl aluminum (TEAl), tri
Isobutylaluminum (TIBAl), dimethylal
Minium hydride (DMAlH), tungsten
Rubonil (W (CO) 6 ) Molybdenum carbonyl (Mo
(CO)6 ), Trimethylgallium (TMGa), tri
Organic metal such as ethyl gallium (TEGa), AlCl
Three , WF6 , TiClThree , TaClFive Etc. Halide gold
Genus and the like. In this case, the acid introduced at the same time
As raw material gas or nitrogen raw material gas, OTwo , OThree ,
HTwo O, NO, NTwo O, NOTwo , NTwo , NHThree , NTwo H
Four , Hexamethyldisilazane (HMDS), etc.
You.

【0038】基体表面をエッチングする場合の処理用ガ
ス導入口105から導入するエッチング用ガスとして
は、F2 ,CF4 ,CH22 ,C26 ,C38
4 8 ,CF2 Cl2 ,SF6 ,NF3 ,Cl2 ,C
Cl4 ,CH2 Cl2 ,C2 Cl6 等が挙げられる。
Processing gas for etching the substrate surface
As an etching gas introduced from the inlet 105
Is FTwo , CFFour , CHTwo FTwo , CTwo F6 , CThree F8 ,
CFour F 8 , CFTwo ClTwo , SF6 , NFThree , ClTwo , C
ClFour , CHTwo ClTwo , CTwo Cl6 And the like.

【0039】フォトレジスト等基体表面上の有機成分を
アッシング除去する場合のガス導入口105から導入す
るアッシング用ガスとしては、O2 ,O3 ,H2 O,N
O,N2 O,NO2 ,H2 等が挙げられる。
As the ashing gas introduced from the gas inlet 105 when ashing is performed to remove organic components on the substrate surface such as a photoresist, O 2 , O 3 , H 2 O, N
O, N 2 O, NO 2 , H 2 and the like can be mentioned.

【0040】また本発明のマイクロ波プラズマ処理装置
及び処理方法を表面改質にも適用する場合、使用するガ
スを適宜選択することにより、例えば基体もしくは表面
層としてSi,Al,Ti,Zn,Ta等を使用してこ
れら基体もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化処理さ
らにはB,As,P等のドーピング処理等が可能であ
る。更に本発明において採用する成膜技術はクリーニン
グ方法にも適用できる。その場合酸化物あるいは有機物
や重金属等のクリーニングに使用することもできる。
When the microwave plasma processing apparatus and the processing method of the present invention are also applied to surface modification, by appropriately selecting a gas to be used, for example, Si, Al, Ti, Zn, Ta as a substrate or a surface layer. It is possible to perform oxidation treatment or nitridation treatment of these substrates or surface layers, and doping treatment of B, As, P, etc. Further, the film forming technique employed in the present invention can be applied to a cleaning method. In that case, it can be used for cleaning oxides, organic substances, heavy metals, and the like.

【0041】基体を酸化表面処理する場合の処理用ガス
導入口105を介して導入する酸化性ガスとしては、O
2 ,O3 ,H2 O,NO,N2 O,NO2 等が挙げられ
る。また、基体を窒化表面処理する場合の処理用ガス導
入口115を介して導入する窒化性ガスとしては、N
2 ,NH3 ,N24 ,ヘキサメチルジシラザン(HM
DS)等が挙げられる。
The oxidizing gas introduced through the processing gas inlet 105 when the substrate is subjected to oxidizing surface treatment is O 2
2 , O 3 , H 2 O, NO, N 2 O, NO 2 and the like. The nitriding gas introduced through the processing gas inlet 115 when the substrate is subjected to the nitriding surface treatment may be N 2
2 , NH 3 , N 2 H 4 , hexamethyldisilazane (HM
DS) and the like.

【0042】基体表面の有機物をクリーニングする場
合、またはフォトレジスト等基体表面上の有機成分をア
ッシング除去する場合のガス導入口105から導入する
クリーニング/アッッシング用ガスとしては、O2 ,O
3 ,H2 O,NO,N2 O,NO2 、H2 等が挙げられ
る。また、基体表面の無機物をクリーニングする場合の
プラズマ発生用ガス導入口から導入するクリーニング用
ガスとしては、F2 ,CF4 ,CH22 ,C26
48 ,CF2 Cl2 ,SF6 ,NF3 等が挙げられ
る。
The cleaning / ashing gas introduced from the gas inlet 105 for cleaning organic substances on the substrate surface or ashing and removing organic components such as photoresist on the substrate surface is O 2 or O 2 .
3, H 2 O, NO, N 2 O, NO 2, H 2 , and the like. The cleaning gas introduced from the gas inlet for plasma generation when cleaning the inorganic substance on the surface of the substrate is F 2 , CF 4 , CH 2 F 2 , C 2 F 6 , or the like.
C 4 F 8 , CF 2 Cl 2 , SF 6 , NF 3 and the like can be mentioned.

【0043】(プラズマ処理装置例)以下装置例を挙げ
て本発明のマイクロ波プラズマ処理装置をより具体的に
説明するが、本発明はこれら装置例に限定されるもので
はない。
(Example of Plasma Processing Apparatus) Hereinafter, the microwave plasma processing apparatus of the present invention will be described more specifically with reference to examples of the apparatus, but the present invention is not limited to these examples.

【0044】(装置例1)本発明のマイクロ波プラズマ
処理装置の一例を図1を用いて説明する。101は円筒
形状のプラズマ処理室、102は被処理基体、103は
基体102の支持体、104は基板温度調整手段、10
5はプラズマ処理室101の周辺に設けられたプラズマ
処理用ガス導入手段、106は排気、107はプラズマ
処理室101を大気側と分離するプラズマ処理室101
内側面が円錐状である誘電体窓、108はマイクロ波を
誘電体窓107を透してプラズマ処理室101に導入す
るためのスロット付平板型無終端環状導波管である。
(Example 1 of Apparatus) An example of the microwave plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 101 is a cylindrical plasma processing chamber, 102 is a substrate to be processed, 103 is a support for the substrate 102, 104 is a substrate temperature adjusting means, 10
5 is a plasma processing gas introducing means provided around the plasma processing chamber 101, 106 is exhaust gas, and 107 is a plasma processing chamber 101 for separating the plasma processing chamber 101 from the atmosphere.
A dielectric window having a conical inner surface, and a slotted flat endless annular waveguide 108 for introducing microwaves into the plasma processing chamber 101 through the dielectric window 107.

【0045】誘電体窓107の材質は無水合成石英で、
外側片面が平面で内側片面が円錐状にへこんでいて、厚
みは周辺で20mm、中央で10mmである。スロット
付無終端環状導波管108は、内壁断面の寸法が27m
m×96mmであって、導波管の中心径が202mm
(周長4λg)である。スロット付無終端環状導波管1
08の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、す
べてAlを用いている。スロット付無終端環状導波管1
08のH面には、マイクロ波をプラズマ処理室101へ
導入するためのスロットが形成されている。スロットの
形状は長さ40nm、幅4mmの矩形のものが2本直線
上に不連続に、管内波長1/2間隔に放射状に形成され
ている。管内波長は、使用するマイクロ波の周波数と、
導波管の断面の寸法とに依存するが、周波数2.45G
Hzのマイクロ波と、上記の寸法の導波管とを用いた場
合には約159mmである。使用したスロット付無終端
環状導波管108では、スロットは約45度間隔で8組
16個形成されている。スロット付無終端環状導波管1
08には、4Eチューナ、方向性結合器、アイソレ−
タ、2.45GHzの周波数をもつマイクロ波電源(付
図示)が順に接続されている。
The material of the dielectric window 107 is anhydrous synthetic quartz.
The outer side is flat and the inner side is conically concave, and the thickness is 20 mm at the periphery and 10 mm at the center. The slotted endless annular waveguide 108 has an inner wall cross-sectional dimension of 27 m.
mx 96 mm, and the center diameter of the waveguide is 202 mm
(Perimeter 4λg). Endless annular waveguide with slot 1
All 08 is made of Al in order to suppress microwave propagation loss. Endless annular waveguide with slot 1
A slot for introducing a microwave into the plasma processing chamber 101 is formed in the H plane 08. The shape of the slot is a rectangular shape having a length of 40 nm and a width of 4 mm, which is discontinuously formed on two straight lines and radially formed at an interval of 1/2 of the guide wavelength. The wavelength in the tube depends on the frequency of the microwave used,
Depending on the cross-sectional dimensions of the waveguide, a frequency of 2.45 G
It is about 159 mm when using a microwave of Hz and a waveguide of the above dimensions. In the used endless annular waveguide with slots 108, eight sets of 16 slots are formed at intervals of about 45 degrees. Endless annular waveguide with slot 1
08 has a 4E tuner, directional coupler, isolator
And a microwave power supply (not shown) having a frequency of 2.45 GHz is connected in order.

【0046】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理101内を真空排
気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室101の周
辺に設けられたガス導入手段105を介して所定の流量
でプラズマ処理室101内に導入する。次に排気系(不
図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を
調整し、プラズマ処理室101内を所定の圧力に保持す
る。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端
環状導波管108を介してプラズマ処理室101内に供
給する。この際、周辺から斜め上方にに向けて放出され
た処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・
イオン化・反応して活性化し、中央付近の円錐状窓−基
板間隔が広いので、中央付近にも十分供給され、支持体
103上に載置された被処理基体102の表面を均一に
処理する。
The plasma processing is performed as follows. The inside of the plasma processing 101 is evacuated via an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 101 at a predetermined flow rate through gas introduction means 105 provided around the plasma processing chamber 101. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 101 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power supply (not shown) into the plasma processing chamber 101 through the endless annular waveguide 108. At this time, the processing gas released obliquely upward from the periphery is excited and generated by the generated high-density plasma.
It is activated by ionization and reaction. Since the conical window-substrate spacing near the center is wide, it is sufficiently supplied also near the center to uniformly treat the surface of the substrate 102 placed on the support 103.

【0047】(装置例2)本発明のマイクロ波プラズマ
処理装置の一例を図2を用いて説明する。201は円筒
形状のプラズマ処理室、202は被処理基体、203は
基体202の支持体、204は基板温度調整手段、20
5はプラズマ処理室201の周辺に設けられたプラズマ
処理用ガス導入手段、206は排気、207はプラズマ
処理室201を大気側と分離する両面とも円錐状である
誘電体窓、208はマイクロ波を誘電体窓207を透し
てプラズマ処理室201に導入するためのスロット付円
錐型無終端環状導波管である。
(Example 2 of Apparatus) An example of the microwave plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 201 denotes a cylindrical plasma processing chamber; 202, a substrate to be processed; 203, a support for the substrate 202;
5 is a plasma processing gas introducing means provided around the plasma processing chamber 201, 206 is an exhaust gas, 207 is a dielectric window having a conical shape on both sides for separating the plasma processing chamber 201 from the atmosphere side, and 208 is a microwave. A slotted conical endless annular waveguide for introduction into the plasma processing chamber 201 through the dielectric window 207.

【0048】誘電体窓207の材質は無水合成石英で、
両面とも円錐状で厚みは17mmであり中央が周辺より
10mmへこんでいる。ロット付無終端環状導波管20
8も誘電体窓207に沿って円錐状で、導波管内壁断面
の寸法が27mm×96mmであって、導波管の中心径
が202mm(周長4λg)である。スロット付無終端
環状導波管208の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑
えるため、すべてAlを用いている。スロット付無終端
環状導波管208のH面には、マイクロ波をプラズマ処
理室201へ導入するためのスロットが形成されてい
る。スロットの形状長さ40nm、幅4mmの矩形のも
のが2本直線上に不連続に、管内波長1/2間隔に放射
状に形成されている。管内波長は、使用するマイクロ波
の周波数と、導波管の断面の寸法とに依存するが、周波
数2.45GHzのマイクロ波と、上記の寸法の導波管
とを用いた場合には約159mmである。使用したスロ
ット付無終端環状導波管208では、スロットは約45
度間隔で8組16個形成されている。スロット付無終端
環状導波管208には、4Eチューナ、方向性結合器、
アイソレータ、2.45GHzの周波数をもつマイクロ
波電源(付図示)が順に接続されている。
The material of the dielectric window 207 is anhydrous synthetic quartz.
Both sides have a conical shape, a thickness of 17 mm, and a center recessed by 10 mm from the periphery. Endless annular waveguide with lot 20
8 also has a conical shape along the dielectric window 207, has a waveguide inner wall cross-sectional dimension of 27 mm × 96 mm, and has a waveguide center diameter of 202 mm (perimeter of 4λg). The material of the slotted endless annular waveguide 208 is all Al in order to suppress microwave propagation loss. Slots for introducing microwaves into the plasma processing chamber 201 are formed on the H surface of the slotted endless annular waveguide 208. The shape of the slot is rectangular, having a length of 40 nm and a width of 4 mm, and is formed discontinuously on two straight lines and radially at an interval of 1/2 of the guide wavelength. The guide wavelength depends on the frequency of the microwave used and the size of the cross section of the waveguide, and when the microwave having the frequency of 2.45 GHz and the waveguide having the above dimensions are used, about 159 mm is used. It is. In the slotted endless annular waveguide 208 used, the slot is approximately 45
Eight sets of 16 are formed at an interval of degrees. The slotted endless annular waveguide 208 includes a 4E tuner, a directional coupler,
An isolator and a microwave power supply (not shown) having a frequency of 2.45 GHz are sequentially connected.

【0049】プラズマ処理は以下のようにして行う。排
気系(不図示)を介してプラズマ処理201内を真空排
気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室201の周
辺に設けられたガス導入手段205を介して所定の流量
でプラズマ処理室201内に導入する。次に排気系(不
図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を
調整し、プラズマ処理室201内を所定の圧力に保持す
る。マイクロ波電源(不図示)より所望の電力を無終端
環状導波管208を介してプラズマ処理室201内に供
給する。この際、周辺から斜め上方に放出された処理用
ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化
・反応して活性化し、中央付近の円錐状窓−基板間隔が
広いので、中央付近にも十分供給され、支持体203上
に載置された被処理基体202の表面を均一に処理す
る。
The plasma processing is performed as follows. The inside of the plasma processing 201 is evacuated via an exhaust system (not shown). Subsequently, a processing gas is introduced into the plasma processing chamber 201 at a predetermined flow rate through gas introduction means 205 provided around the plasma processing chamber 201. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) is adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 201 at a predetermined pressure. A desired power is supplied from a microwave power supply (not shown) into the plasma processing chamber 201 through the endless annular waveguide 208. At this time, the processing gas discharged obliquely upward from the periphery is excited, ionized, and activated by the generated high-density plasma, and the conical window-substrate spacing near the center is wide. The surface of the substrate 202 to be processed supplied and placed on the support 203 is uniformly processed.

【0050】[0050]

【実施例】以下実施例を挙げて本発明のマイクロ波プラ
ズマ処理装置及び処理方法をより具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the microwave plasma processing apparatus and the processing method of the present invention will be described more specifically with reference to examples.
The present invention is not limited to these examples.

【0051】(実施例1)図1に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを
行った。
Example 1 Ashing of a photoresist was performed using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG.

【0052】基体102としては、層間SiO2 膜をエ
ッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン(S
i)基板(φ12インチ)を使用した。まず、Si基板
102を基体支持体103上に設置した後、ヒータ10
4を用いて200℃まで加熱し、排気系(不図示)を介
してプラズマ処理室101内を真空排気し、10-4To
rrまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口105
を介して酸素ガスを2slmの流量でプラズマ処理室1
01内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けら
れたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、処理室
101内を1Torrに保持した。プラズマ処理室10
1内に、2.45GHzのマイクロ波電源より2.5k
Wの電力をスロット付無終端環状導波管108を介して
供給した。かくして、プラズマ処理室101内にプラズ
マを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口1
05を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室10
1内で励起、分解、反応してオゾンとなり、シリコン基
板102の方向に輸送され、基板102上のフォトレジ
ストを酸化し、気化・除去された。アッシング後、アッ
シング速度と基板表面電荷密度等について評価した。
As the substrate 102, silicon (S) immediately after the interlayer SiO 2 film was etched and via holes were formed.
i) A substrate (φ12 inch) was used. First, after setting the Si substrate 102 on the base support 103, the heater 10
4 and heated to 200 ° C., and the inside of the plasma processing chamber 101 was evacuated via an exhaust system (not shown) to 10 −4 To.
The pressure was reduced to rr. Gas inlet 105 for plasma processing
Oxygen gas at a flow rate of 2 slm through the plasma processing chamber 1
01. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the processing chamber 101 at 1 Torr. Plasma processing chamber 10
2.5k from 2.45GHz microwave power supply within 1.
W power was supplied through the slotted endless annular waveguide 108. Thus, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. At this time, the plasma processing gas inlet 1
Oxygen gas introduced through the plasma processing chamber 10
Excited, decomposed and reacted in 1 to form ozone, transported in the direction of the silicon substrate 102, oxidized the photoresist on the substrate 102, and vaporized and removed. After ashing, the ashing speed, the substrate surface charge density, and the like were evaluated.

【0053】得られたアッシング速度の均一性は、±
4.2%(7.5μm/min)と極めて大きく、表面
電荷密度も0.5×1011cm-2と十分低い値を示し
た。
The uniformity of the obtained ashing speed is ±
It was extremely large at 4.2% (7.5 μm / min), and the surface charge density was a sufficiently low value of 0.5 × 10 11 cm −2 .

【0054】(実施例2)図2に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを
行った。
Example 2 Photoresist ashing was performed using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG.

【0055】基体202としては、層間SiO2 膜をエ
ッチングし、ビアホールを形成した直後のシリコン(S
i)基板(φ12インチ)を使用した。まず、Si基板
202を基体支持体203上に設置した後、ヒータ20
4を用いて200℃まで加熱し、排気系(不図示)を介
してプラズマ処理室201内を真空排気し、10-5To
rrまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口205
を介して酸素ガスを2slmの流量でプラズマ処理室1
01内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けら
れたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、処理室
201内を2Torrに保持した。プラズマ処理室20
1内に、2.45GHzのマイクロ波電源より2.5k
Wの電力をスロット付無終端環状導波管208を介して
供給した。かくして、プラズマ処理室201内にプラズ
マを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口2
05を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室20
1内で励起、分解、反応してオゾンとなり、シリコン基
板202の方向に輸送され、基板202上のフォトレジ
ストを酸化し、気化・除去された。アッシング後、アッ
シング速度と基板表面電荷密度等について評価した。
As the substrate 202, silicon (S) immediately after the interlayer SiO 2 film was etched and via holes were formed.
i) A substrate (φ12 inch) was used. First, after placing the Si substrate 202 on the base support 203, the heater 20
4 and heated to 200 ° C., and the inside of the plasma processing chamber 201 was evacuated via an exhaust system (not shown) to 10 -5 To.
The pressure was reduced to rr. Gas inlet 205 for plasma processing
Oxygen gas at a flow rate of 2 slm through the plasma processing chamber 1
01. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the processing chamber 201 at 2 Torr. Plasma processing chamber 20
2.5k from 2.45GHz microwave power supply within 1.
W power was supplied via slotted endless annular waveguide 208. Thus, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, the plasma processing gas inlet 2
Oxygen gas introduced through the plasma processing chamber 20
Excited, decomposed and reacted in 1 to form ozone, transported in the direction of the silicon substrate 202, oxidized the photoresist on the substrate 202, and vaporized and removed. After ashing, the ashing speed, the substrate surface charge density, and the like were evaluated.

【0056】得られたアッシング速度の均一性は、±
4.8%(8.6μm/min)と極めて大きく、表面
電荷密度も1.2×1011cm-2と十分低い値を示し
た。
The uniformity of the obtained ashing speed is ±
It was extremely large at 4.8% (8.6 μm / min), and the surface charge density was a sufficiently low value of 1.2 × 10 11 cm −2 .

【0057】(実施例3)図1に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、半導体素子保護用窒化シリコン
膜の形成を行った。
Example 3 Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1, a silicon nitride film for protecting a semiconductor element was formed.

【0058】基体102としては、Al配線パターン
(ラインアンドスペース0.5μm)が形成された層間
SiO2 膜付きφ300mmP型単結晶シリコン基板
(面方位<100>、抵抗率10Ωcm)を使用した。
まず、シリコン基板102を基体支持体103上に設置
した後、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室10
1内を真空排気し、10-7Torr値まで減圧させた。
続いてヒータ104に通電し、シリコン基板102を3
00℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズ
マ処理用ガス導入口105を介して窒素ガスを600s
ccmの流量で、また、モノシランガスを200scc
mの流量で処理室101内に導入した。ついで、排気系
(不図示)に設けられたコンダクタンスバルブ(不図
示)を調整し、処理室101内を20mTorrに保持
した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源(不図
示)より3.0kWの電力をスロット付無終端環状導波
管108を介して供給した。かくして、プラズマ処理室
101内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処
理用ガス導入口105を介して導入された窒素ガスはプ
ラズマ処理室101内で励起、分解されて活性種とな
り、シリコン基板102の方向に輸送され、モノシラン
ガスと反応し、窒化シリコン膜がシリコン基板102上
に1.0μmの厚さで形成した。成膜後、成膜速度、応
力等の膜質について評価した。応力は成膜前後の基板の
反り量の変化をレーザ干渉計Zygo(商品名)で測定
し求めた。
As the base 102, a φ300 mm P-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>, resistivity 10 Ωcm) with an interlayer SiO 2 film on which an Al wiring pattern (line and space 0.5 μm) was formed was used.
First, after the silicon substrate 102 is set on the substrate support 103, the plasma processing chamber 10 is set through an exhaust system (not shown).
The inside of 1 was evacuated and the pressure was reduced to 10 -7 Torr.
Subsequently, a current is supplied to the heater 104 so that the silicon substrate 102
The substrate was heated to 00 ° C. and kept at this temperature. Nitrogen gas is supplied through the plasma processing gas inlet 105 for 600 seconds.
At a flow rate of ccm, and a monosilane gas of 200 scc
It was introduced into the processing chamber 101 at a flow rate of m. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the processing chamber 101 at 20 mTorr. Then, 3.0 kW of power was supplied from a 2.45 GHz microwave power supply (not shown) via the slotted endless annular waveguide 108. Thus, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. At this time, the nitrogen gas introduced through the plasma processing gas inlet 105 is excited and decomposed into active species in the plasma processing chamber 101, is transported in the direction of the silicon substrate 102, reacts with the monosilane gas, and reacts with the silicon nitride. A film was formed on the silicon substrate 102 with a thickness of 1.0 μm. After the film formation, film quality such as film formation speed and stress was evaluated. The stress was determined by measuring the change in the amount of warpage of the substrate before and after film formation using a laser interferometer Zygo (trade name).

【0059】得られた 窒化シリコン膜の成膜速度均一
性は、±2.2%(580nm/min)と極めて大き
く、膜質も応力1.1×109 dyne・cm-2(圧
縮)、リーク電流1.2×10-10 A・cm-2、絶縁耐
圧10.3MV/cmの極めて良質な膜であることが確
認された。
The uniformity of the obtained silicon nitride film is as large as ± 2.2% (580 nm / min), the film quality is 1.1 × 10 9 dyne · cm −2 (compression), and the leakage is uniform. It was confirmed that the film was a very good film having a current of 1.2 × 10 −10 A · cm −2 and a withstand voltage of 10.3 MV / cm.

【0060】(実施例4)図2に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、プラスチックレンズ反射防止用
酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の形成を行った。
Example 4 Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 2, a silicon oxide film and a silicon nitride film for preventing plastic lens reflection were formed.

【0061】基体202としては、プラスチック凸レン
ズを使用した。レンズ202を基体支持体203上に設
置した後、排気系(不図示)を介してプラズマ処理室2
01内を真空排気し、10-7Torrの値まで減圧させ
た。プラズマ処理用ガス導入口205を介して窒素ガス
を150sccmの流量で、また、モノシランガス10
0sccmの流量で処理室201内に導入した。つい
で、排気系(不図示)に設けられたコンダクタンスバル
ブ(不図示)を調整し、処理室201内を5mTorr
に保持した。ついで、2.45GHzのマイクロ波電源
(不図示)より3.0kWの電力をスロット付無終端環
状導波管208を介してプラズマ処理室201内に供給
した。かくして、プラズマ処理室201内にプラズマを
発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口205
を介して導入された窒素ガスは、プラズマ処理室201
内で励起、分解されて窒素原子等の活性種となり、レン
ズ202の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、
窒化シリコン膜がレンズ202上に20nmの厚さで形
成された。
As the substrate 202, a plastic convex lens was used. After the lens 202 is set on the substrate support 203, the plasma processing chamber 2 is set via an exhaust system (not shown).
01 was evacuated, and the pressure was reduced to a value of 10 -7 Torr. Nitrogen gas is supplied at a flow rate of 150 sccm through the gas inlet 205 for plasma processing,
It was introduced into the processing chamber 201 at a flow rate of 0 sccm. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) is adjusted to evacuate the processing chamber 201 to 5 mTorr.
Held. Next, power of 3.0 kW was supplied from a 2.45 GHz microwave power supply (not shown) into the plasma processing chamber 201 through the slotted endless annular waveguide 208. Thus, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, the plasma processing gas inlet 205
Nitrogen gas introduced through the plasma processing chamber 201
Is excited and decomposed into active species such as nitrogen atoms, is transported in the direction of the lens 202, reacts with monosilane gas,
A silicon nitride film was formed on the lens 202 with a thickness of 20 nm.

【0062】次に、プラズマ処理用ガス導入口205を
介して酸素ガスを200sccmの流量で、またモノシ
ランガスを100sccmの流量で処理室201内に導
入した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンタ
クダンスバルブ(不図示)を調整し、処理室201内を
1mTorrに保持した。ついで、2.45GHzのマ
イクロ波電源(不図示)より2.0kWの電力をスロッ
ト付無終端環状導波管208を介してプラズマ発生室2
01内に供給した。かくしてプラズマ処理室201内に
プラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導
入口205を介して導入された酸素ガスは、プラズマ処
理室201内で励起、分解されて酸素原子等の活性種と
なり、ガラス基板202の方向に輸送され、モノシラン
ガスと反応し、酸化シリコン膜がガラス基板202上に
85nmの厚さで形成された。成膜後、成膜速度、反射
特性について評価した。
Next, oxygen gas and monosilane gas were introduced into the processing chamber 201 through the plasma processing gas inlet 205 at a flow rate of 200 sccm and a monosilane gas at a flow rate of 100 sccm. Then, a contactance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the processing chamber 201 at 1 mTorr. Next, a power of 2.0 kW from a microwave power supply (not shown) of 2.45 GHz is supplied to the plasma generation chamber 2 through the slotted endless annular waveguide 208.
01. Thus, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. At this time, the oxygen gas introduced through the plasma processing gas introduction port 205 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 201 to become active species such as oxygen atoms, is transported in the direction of the glass substrate 202, and is reacted with the monosilane gas. As a result, a silicon oxide film was formed on the glass substrate 202 with a thickness of 85 nm. After the film formation, the film formation speed and the reflection characteristics were evaluated.

【0063】得られた窒化シリコン膜及び酸化シリコン
膜の成膜速度均一性はそれぞれ、±2.6%(350n
m/min)、±2.6%(390nm/min)と良
好で、膜質も、500nm付近の反射率が0.17%と
極めて良好な光学特性であることが確認された。
The uniformity of the deposition rates of the obtained silicon nitride film and silicon oxide film was ± 2.6% (350 n
m / min) and ± 2.6% (390 nm / min), and the film quality was confirmed to be very good optical characteristics with a reflectance around 500 nm of 0.17%.

【0064】(実施例5)図1に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用酸化シリ
コン膜の形成を行った。
Example 5 Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1, a silicon oxide film for interlayer insulation of a semiconductor element was formed.

【0065】基体102としては、最上部にAlパター
ン(ラインアンドスペース0.5μm)が形成されたφ
300mmP型単結晶シリコン基板(面方位〈10
0〉、抵抗率10Ωcm)を使用した。まず、シリコン
基板102を基体支持体103上に設置した。排気系
(不図示)を介してプラズマ処理室101内を真空排気
し、10-7Torrの値まで減圧させた。続いてヒータ
104に通電し、シリコン基板102を300℃に加熱
し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス
導入口105を介して酸素ガスを500sccmの流量
で、また、モノシランガスを200sccmの流量で処
理室101内に導入した。ついで、排気系(不図示)に
設けられたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、
処理室101内を30mTorrに保持した。ついで、
400kHzの高周波印加手段を介して300Wの電力
を基板支持体102に印加するとともに、2.45GH
zのマイクロ波電源より2.5kWの電力をスロット付
無終端環状導波管108を介してプラズマ処理室101
内に供給した。かくして、プラズマ処理室101内にプ
ラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口105
を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室101内
で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板102
の方向に輸送され、モノシランガスと反応し、酸化シリ
コン膜がシリコン基板102上に0.8μmの厚さで形
成された。このとき、イオン種はRFバイアスにより加
速されて基板に入射しパターン上の膜を削り平坦性を向
上させる。処理後、成膜速度、均一性、絶縁耐圧、及び
段差被覆姓について評価した。段差被覆性は、Al配線
パターン上に成膜し酸化シリコン膜の断面を走査型電子
顕微鏡(SEM)で観測し、ボイドを観測することによ
り評価した。
As the substrate 102, a φ having an Al pattern (line and space 0.5 μm) formed at the uppermost portion was used.
300 mm P-type single crystal silicon substrate (plane orientation <10
0>, resistivity 10 Ωcm). First, the silicon substrate 102 was set on the base support 103. The inside of the plasma processing chamber 101 was evacuated via an exhaust system (not shown) to reduce the pressure to a value of 10 -7 Torr. Subsequently, the heater 104 was energized to heat the silicon substrate 102 to 300 ° C., and the substrate was kept at this temperature. Oxygen gas was introduced into the processing chamber 101 at a flow rate of 500 sccm and monosilane gas at a flow rate of 200 sccm through the plasma processing gas inlet 105. Next, the conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted,
The inside of the processing chamber 101 was maintained at 30 mTorr. Then
A power of 300 W is applied to the substrate support 102 through a 400 kHz high-frequency application unit, and a power of 2.45 GHz is applied.
2.5 kW of power from the microwave power source of z through the slotted endless annular waveguide 108 to the plasma processing chamber 101.
Supplied within. Thus, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. Gas inlet 105 for plasma processing
The oxygen gas introduced through the plasma processing chamber 101 is excited and decomposed in the plasma processing chamber 101 to become active species, and the silicon substrate 102
And reacted with the monosilane gas to form a silicon oxide film on the silicon substrate 102 with a thickness of 0.8 μm. At this time, the ion species is accelerated by the RF bias and is incident on the substrate to cut the film on the pattern to improve the flatness. After the treatment, the film formation rate, uniformity, dielectric strength, and step coverage were evaluated. The step coverage was evaluated by forming a film on the Al wiring pattern, observing the cross section of the silicon oxide film with a scanning electron microscope (SEM), and observing voids.

【0066】得られた酸化シリコン膜の成膜速度均一性
は±2.5%(290nm/min)と良好で、膜質も
絶縁耐圧9.1MV/cm、ボイドフリーであって良質
な膜であることが確認された。
The uniformity of the obtained silicon oxide film is as good as ± 2.5% (290 nm / min), the film quality is 9.1 MV / cm, the film quality is void-free, and it is a good film. It was confirmed that.

【0067】(実施例6)図2に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、半導体素子層間SiO2膜のエ
ッチングを行った。
Embodiment 6 Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 2, the SiO 2 film between semiconductor elements was etched.

【0068】基体202としては、Alパターン(ライ
ンアンドスペース0.35μm)上に1μm厚の層間S
iO2 膜が形成されたφ300mmP型単結晶シリコン
基板(面方位〈100〉、抵抗率10Ωcm)を使用し
た。まず、シリコン基板202を基体支持体203上に
設置した。排気系(不図示)を介してエッチング室20
1内を真空排気し、10-7Torrの値まで減圧させ
た。プラズマ処理用ガス導入口205を介してCF4
300sccmの流量でプラズマ処理室201内に導入
した。ついで、排気系(不図示)に設けられたコンダク
タンスバルブ(不図示)を調整し、プラズマ処理室20
1内を5mTorrの圧力に保持した。次いで、400
kHzの高周波印加手段を介して300Wの電力を基板
支持体202に印加するとともに、2.45GHzのマ
イクロ波電源より3.0kWの電力をスロット付無終端
環状導波管208を介してプラズマ処理室201内に供
給した。かくして、プラズマ処理室201内にプラズマ
を発生させた。プラズマ処理用ガス導入口205を介し
て導入されたF4 ガスはプラズマ処理室201内で励
起、分解されて活性種となり、シリコン基板202の方
向に輸送され、自己バイアスによって加速されたイオン
によって層間SiO2 膜がエッチングされた。クーラ2
04により基板温度は90℃までしか上昇しなかった。
エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチン
グ形状について評価した。エッチング形状は、エッチン
グされた酸化シリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡(S
EM)で観測し、評価した。
As the substrate 202, a 1 μm thick interlayer S was formed on an Al pattern (line and space 0.35 μm).
A φ300 mm P-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>, resistivity 10 Ωcm) on which an iO 2 film was formed was used. First, the silicon substrate 202 was set on the base support 203. Etching chamber 20 via an exhaust system (not shown)
The inside of 1 was evacuated, and the pressure was reduced to 10 -7 Torr. CF 4 was introduced into the plasma processing chamber 201 through the plasma processing gas inlet 205 at a flow rate of 300 sccm. Next, the conductance valve (not shown) provided in the exhaust system (not shown) is adjusted, and the plasma processing chamber 20 is adjusted.
1 was maintained at a pressure of 5 mTorr. Then 400
A power of 300 W is applied to the substrate support 202 via a high-frequency applying means of kHz, and a power of 3.0 kW is applied from a microwave power supply of 2.45 GHz to the plasma processing chamber through an endless annular waveguide 208 with slots. 201. Thus, plasma was generated in the plasma processing chamber 201. The F 4 gas introduced through the plasma processing gas introduction port 205 is excited and decomposed into an active species in the plasma processing chamber 201, is transported in the direction of the silicon substrate 202, and is intercalated by ions accelerated by a self-bias. The SiO 2 film was etched. Cooler 2
04 caused the substrate temperature to rise only to 90 ° C.
After the etching, the etching rate, the selectivity, and the etching shape were evaluated. The etched shape is obtained by scanning the cross section of the etched silicon oxide film with a scanning electron microscope (S
(EM) and evaluated.

【0069】エッチング速度均一性と対ポリシリコン選
択比は±2.4%(720nm/min)、20と良好
で、エッチング形状もほぼ垂直で、マイクロローティン
グ効果も少ないことが確認された。
The uniformity of the etching rate and the selectivity to polysilicon were as good as ± 2.4% (720 nm / min) and 20. It was confirmed that the etching shape was almost vertical and the microloading effect was small.

【0070】(実施例7)図1に示したマイクロ波プラ
ズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート電極間ポリシ
リコン膜のエッチングを行った。
Example 7 Using the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1, the polysilicon film between the gate electrodes of the semiconductor elements was etched.

【0071】基体102としては、最上部にポリシリコ
ン膜が形成されたφ300mmP型単結晶シリコン基板
(面方位〈100〉、抵抗率10Ωcm)を使用した。
まず、シリコン基板102を基体支持体103上に設置
した。排気系(不図示)を介してプラズマ室101内を
真空排気し、10-7Torrの値まで減圧させた。プラ
ズマ処理用ガス導入口105を介してCF4 を300s
ccm、酸素を20sccmの流量でプラズマ処理室1
01内に導入した。ついで、排気系(不図示)に設けら
れたコンダクタンスバルブ(不図示)を調整し、プラズ
マ処理室101内を2mTorrの圧力に保持した。つ
いで、400kHzの高周波電源(不図示)から高周波
電力300Wの電力を基板支持体103に印加するとと
もに、2.45GHzのマイクロ波電源より2.0kW
の電力をスロット付無終端環状導波管108を介してプ
ラズマ処理室101内に供給した。かくして、プラズマ
処理室101内にプラズマを発生させた。プラズマ処理
用ガス導入口105を介して導入されたCF4 ガス及び
酸素はプラズマ処理室101内で励起、分解されて活性
種となり、シリコン基板102の方向に輸送され、自己
バイアスによって加速されたイオンによりポリシリコン
膜がエッチングされた。クーラ104により基板温度は
80℃までしか上昇しなかった。エッチング後、エッチ
ング速度、選択比、及びエッチング形状について評価し
た。エッチング形状は、エッチングされたポリシリコン
膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観測し、評価
した。
As the base 102, a φ300 mm P-type single crystal silicon substrate (plane orientation <100>, resistivity 10 Ωcm) having a polysilicon film formed on the top was used.
First, the silicon substrate 102 was set on the base support 103. The inside of the plasma chamber 101 was evacuated through an exhaust system (not shown) to reduce the pressure to a value of 10 -7 Torr. 300 s of CF 4 through the plasma processing gas inlet 105
ccm and oxygen at a flow rate of 20 sccm
01. Next, a conductance valve (not shown) provided in an exhaust system (not shown) was adjusted to maintain the inside of the plasma processing chamber 101 at a pressure of 2 mTorr. Then, a high-frequency power of 300 W is applied from a 400-kHz high-frequency power supply (not shown) to the substrate support 103, and a 2.0-kW microwave power supply of 2.45 GHz is used.
Was supplied into the plasma processing chamber 101 via the slotted endless annular waveguide 108. Thus, plasma was generated in the plasma processing chamber 101. CF 4 gas and oxygen introduced through the plasma processing gas inlet 105 are excited and decomposed in the plasma processing chamber 101 to become active species, transported in the direction of the silicon substrate 102, and accelerated by self-bias As a result, the polysilicon film was etched. The cooler 104 increased the substrate temperature only up to 80 ° C. After the etching, the etching rate, the selectivity, and the etching shape were evaluated. The etched shape was evaluated by observing the cross section of the etched polysilicon film with a scanning electron microscope (SEM).

【0072】エッチング速度均一性と対SiO2 選択比
は±2.7%(850nm/min)、24と良好で、
エッチング形状もほぼ垂直でマイクロローティング効果
も少ないことが確認された。
The uniformity of the etching rate and the selectivity to SiO 2 were as good as ± 2.7% (850 nm / min) and 24.
It was confirmed that the etching shape was almost vertical and the micro-rotating effect was small.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
該誘電体窓の該プラズマ処理室側の面は完全な平板状で
はなく、錐状であることによって、1Torr程度の高
圧領域で処理を行う場合でも、大口径基体を均一に高速
高品質処理できるプラズマ処理装置を提供できる効果が
ある。
As described above, according to the present invention,
Since the surface of the dielectric window on the side of the plasma processing chamber is not a perfect flat plate but a cone, even when processing is performed in a high pressure region of about 1 Torr, a large-diameter substrate can be uniformly processed at high speed and high quality. There is an effect that a plasma processing apparatus can be provided.

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

【図1】図1(a),(b)は、本発明の一例である内
側片面が円錐状である誘電体窓を用いたスロット付無終
端環状導波管を用いたマイクロ波プラズマ処理装置の模
式図である。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) show a microwave plasma processing apparatus using a slotted endless annular waveguide using a dielectric window having a conical inner surface on one side, which is an example of the present invention. FIG.

【図2】本発明の一例である両面とも円錐状である誘電
体窓を用いたスロット付無終端環状導波管を用いたマイ
クロ波プラズマ処理装置の模式図である。
FIG. 2 is a schematic view of a microwave plasma processing apparatus using a slotted endless annular waveguide using a dielectric window having a conical shape on both sides, which is an example of the present invention.

【図3】図3(a),(b)は、従来例であるマイクロ
波プラズマ処理装置の模式図である。
FIGS. 3A and 3B are schematic views of a microwave plasma processing apparatus as a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,901 プラズマ処理室 102,202,902 被処理基体 103,203,903 支持体 104,204,904 基板温度調整手段(クー
ラ) 105,205,905 処理ガス導入手段 106,206,906 排気 107,207,907 誘電体窓 108,208,908 スロット付無終端環状導波
管 911,111 E分岐 912,112 スロット 913,113 導波管内を伝搬するマイクロ波 914,114 スロット直下で発生したプラズマ 915,115 誘電体窓とプラズマとの界面を伝搬
する表面波 916,116 表面波同士の干渉により発生したプ
ラズマ
101, 201, 901 Plasma processing chambers 102, 202, 902 Substrates 103, 203, 903 Supports 104, 204, 904 Substrate temperature adjusting means (cooler) 105, 205, 905 Processing gas introducing means 106, 206, 906 Exhaust 107, 207, 907 Dielectric windows 108, 208, 908 Slotted endless annular waveguide 911, 111 E-branch 912, 112 Slot 913, 113 Microwave propagating in waveguide 914, 114 Plasma generated just below slot 915,115 Surface waves propagating at the interface between dielectric window and plasma 916,116 Plasma generated by interference between surface waves

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/3065 H05H 1/46 B H05H 1/46 C H01L 21/302 B Fターム(参考) 4K030 AA06 AA18 BA40 BA44 CA04 CA07 DA08 FA01 KA46 LA00 LA02 LA15 LA24 4K057 DA16 DB01 DB02 DB03 DB04 DB05 DB06 DB08 DC10 DD01 DE06 DE07 DE08 DE09 DE15 DE20 DG06 DK03 DM29 DN01 5F004 AA01 AA15 BA20 BB14 BB28 BC03 BD01 DA26 DB26 5F045 AA09 AB03 AB04 AB06 AB10 AB31 AB32 AB33 AB34 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 BB01 EB02 EC05 EE20 EF03 EH02 EH03 EH16 EH19 EK12 EK17──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/3065 H05H 1/46 B H05H 1/46 C H01L 21/302 BF Term (Reference) 4K030 AA06 AA18 BA40 BA44 CA04 CA07 DA08 FA01 KA46 LA00 LA02 LA15 LA24 4K057 DA16 DB01 DB02 DB03 DB04 DB05 DB06 DB08 DC10 DD01 DE06 DE07 DE08 DE09 DE15 DE20 DG06 DK03 DM29 DN01 5F004 AA01 AA15 BA20 BB14 BB28 BC03 AB01 AB04 AB26 AB03 AB04 AB33 AB34 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 BB01 EB02 EC05 EE20 EF03 EH02 EH03 EH16 EH19 EK12 EK17

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波が透過可能な誘電体窓を有す
るプラズマ処理室と被処理基体支持手段と、該プラズマ
処理室内への処理用ガス導入手段と、該プラズマ処理室
内を排気する排気手段と、複数のスロットを有するマイ
クロ波導入手段とで構成されるプラズマ処理装置であっ
て、該誘電体窓の該プラズマ処理室側の面は錐状である
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
1. A plasma processing chamber having a dielectric window through which microwaves can pass, supporting means for supporting a substrate to be processed, processing gas introducing means into the plasma processing chamber, and exhaust means for exhausting the plasma processing chamber. And a microwave introducing means having a plurality of slots, wherein the surface of the dielectric window on the side of the plasma processing chamber is conical.
【請求項2】 前記誘電体窓の外側の面も円錐状であ
り、前記環状導波管も該誘電体窓外側面に沿った円錐状
である請求項1に記載のプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the outer surface of the dielectric window is also conical, and the annular waveguide is conical along the outer surface of the dielectric window.
【請求項3】 前記処理用ガス導入手段は前記誘電体窓
に向けてガスが吹き付けられるように形成されている請
求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said processing gas introducing means is formed such that a gas is blown toward said dielectric window.
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