JP2569019B2 - Etching method and apparatus - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は低温プラズマを用いた半導体素子の製造に係
り、特にエッチング処理を、高速に、かつ、均一に行う
のに適したエッチング方法及びその装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of a semiconductor device using low-temperature plasma, and more particularly to an etching method suitable for performing an etching process at high speed and uniformly, and an etching method thereof. Related to the device.
低温プラズマを用いた装置を大別すれば、真空中で平
行平板の電極の一方に10KHz〜30MHz程度の高周波電圧を
印加して、プラズマを発生させる技術を用いるもの(半
導体研究18;P121〜P170,半導体研究19;P225〜P267)
と、2.45GHzのマイクロ波を真空室へ導入してプラズマ
を発生させる技術を用いるものがある。従来、これらの
内で平行平板電極による技術が主として用いられてき
た。Devices that use low-temperature plasma can be roughly classified into those using a technique of generating a plasma by applying a high-frequency voltage of about 10 KHz to 30 MHz to one of the parallel plate electrodes in a vacuum (Semiconductor Research 18, P121 to P170). , Semiconductor Research 19; P225-P267)
And a technique using a technique of introducing a 2.45 GHz microwave into a vacuum chamber to generate plasma. Conventionally, the technique using parallel plate electrodes has been mainly used among them.
一方、半導体素子の微細化に伴い、プラズマ処理時に
発生するイオンの衝撃により素子特性が影響を受けるこ
とが問題になってきた。更に、処理能力の向上のために
処理速度を上げることが要請されている。On the other hand, with the miniaturization of semiconductor devices, there has been a problem that the device characteristics are affected by the impact of ions generated during plasma processing. Further, it is required to increase the processing speed in order to improve the processing capacity.
処理速度を高める場合、単にプラズマの密度あるいは
ラジカル(イオン化直前の活性粒子)濃度を高めるだけ
では不十分である。プラズマ処理によるドライエッチン
グや、プラズマCVDではイオンのエネルギーが重要な役
割をはたしている。ドライエッチングの場合、イオンの
エネルギーが大きすぎると、下地の膜が削られたり結晶
構造に影響を与え、素子特性が劣化する。また小さすぎ
るとエッチング面に形成されるポリマーの除去が十分行
われず、エッチング速度が低下する。または逆にポリマ
ーによる保護膜が形成されず、パターンの側面がエッチ
ングされ、パターンの寸法精度が悪くなるといった問題
が発生する。When increasing the processing speed, simply increasing the density of plasma or the concentration of radicals (active particles immediately before ionization) is not sufficient. In dry etching by plasma treatment and plasma CVD, ion energy plays an important role. In the case of dry etching, if the energy of the ions is too large, the underlying film is shaved or affects the crystal structure, and the device characteristics are degraded. On the other hand, if it is too small, the polymer formed on the etched surface will not be sufficiently removed, and the etching rate will decrease. Or, conversely, a protective film made of a polymer is not formed, and the side surface of the pattern is etched, which causes a problem that the dimensional accuracy of the pattern deteriorates.
プラズマCVDでもイオンのエネルギーが弱いと膜組成
が粗となり、エネルギーが強いと密になるというように
イオンエネルギーが成膜に影響する。In plasma CVD, too, the ion energy affects the film formation such that the film composition becomes coarse when the energy of the ions is weak, and becomes dense when the energy is strong.
したがってプラズマの高密度化と、イオンエネルギー
を適正に制御することが、今後のプラズマ処理に不可欠
である。公知例として特開昭56-13480,特開昭56-96841
に示されるようなマイクロ波を用いた方式が提案されて
いる。Therefore, increasing the density of the plasma and appropriately controlling the ion energy are indispensable for future plasma processing. As known examples, JP-A-56-13480, JP-A-56-96841
A method using a microwave as shown in FIG.
マイクロ波によるプラズマを発生させる場合、マグネ
トロンにより発生したマイクロ波を低圧にしたプラズマ
処理装室に放射しても、マイクロ波の電界強度が十分で
ないため電子に十分なエネルギーが供給されず、プラズ
マを発生させることは困難である。したがってマイクロ
波によりプラズマを発生させるためには、電子が磁場と
垂直な平面を回転させるサイクロトロン周波数とマイク
ロ波の周波数を合致させ共鳴状態にして電子にエネルギ
ーを供給する方法と、マイクロ波を空胴共振器に放射し
てマイクロ波の振幅を大きくし、電界強度を強めて電子
にエネルギーを供給する方法の2つがある。前者が特開
昭56-13480に示されたもので有磁場マイクロ波、あるい
はECR(Electron Cyclotron Resonance)法とよばれて
いる。後者は特開昭56-96841に示されたものである。When generating microwave plasma, even if the microwave generated by the magnetron is radiated to the low pressure plasma processing chamber, sufficient energy is not supplied to the electrons due to the insufficient electric field strength of the microwave, and the plasma is generated. It is difficult to generate. Therefore, in order to generate plasma by microwaves, there is a method of supplying energy to electrons by matching the frequency of the microwave with the frequency of the cyclotron, which rotates the plane perpendicular to the magnetic field, and supplying energy to the electrons. There are two methods of supplying the energy to the electrons by radiating the microwaves to the resonator to increase the amplitude of the microwave and increasing the electric field strength. The former is disclosed in JP-A-56-13480, and is called a microwave with magnetic field or an ECR (Electron Cyclotron Resonance) method. The latter is disclosed in JP-A-56-96841.
マイクロ波により発生したプラズマはマイクロ波より
電子へ直接エネルギーを供給されるために、プラズマと
基板との間に形成されるシース間電圧はほとんど変化し
ない。したがって基板を載せる電極に高周波電圧を印加
し、シース間電圧を任意にコントロールすることによ
り、高速化に必要な高いプラズマ密度と適正なイオンエ
ネルギーに制御できる。Since the plasma generated by the microwave is supplied with energy directly to the electrons from the microwave, the voltage between the sheaths formed between the plasma and the substrate hardly changes. Therefore, by applying a high-frequency voltage to the electrode on which the substrate is mounted and arbitrarily controlling the inter-sheath voltage, it is possible to control the plasma density and the appropriate ion energy necessary for high-speed operation.
エッチングなどのプラズマ処理ではイオンのエネルギ
ーが重要な役割をはたすことをさきに述べた。I mentioned earlier that the energy of ions plays an important role in plasma processing such as etching.
従来技術の中でECR方式では、特開昭56-13480に示さ
れるように、基板を載せた電極に高周波電圧を印加する
と、この電極の対向する側にはアース電極がないため、
高周波電流は周囲処理室との間に流れ、基板上でのイオ
ンエネルギーの効果が基板周囲で強く中心部で弱くな
り、基板全体を均一な条件で処理できないという問題が
あった。In the prior art, in the ECR system, as shown in JP-A-56-13480, when a high-frequency voltage is applied to an electrode on which a substrate is mounted, there is no ground electrode on the opposite side of this electrode,
The high-frequency current flows between the surrounding processing chambers, and the effect of ion energy on the substrate is strong around the substrate and weak at the central portion, so that the entire substrate cannot be processed under uniform conditions.
また空胴共振器を使った方式では、共振器の中でプラ
ズマを発生させる構造のため、プラズマが発生すると、
マイクロ波の波長がプラズマの密度により変化するた
め、共振条件が満たされず、プラズマが不安定になると
いう問題があった。即ち、プラズマが発生するまでは共
振条件が満されているためマイクロ波の電界強度が強く
なりプラズマが発生する。しかしプラズマが発生しプラ
ズマ密度が高くなると、マイクロ波の波長が変わり共振
条件が満たされなくなって電界強度が小さくなる。そし
て電子へのエネルギーの供給が低下しプラズマ密度が低
下する。プラズマ密度が低下すると共振条件が満たさ
れ、ふたたびプラズマ密度が高まる。このような現象の
ためプラズマを安定に発生させることは困難であった。In the method using a cavity resonator, plasma is generated in the resonator, so when plasma is generated,
Since the wavelength of the microwave changes depending on the density of the plasma, there is a problem that the resonance condition is not satisfied and the plasma becomes unstable. That is, since the resonance condition is satisfied until the plasma is generated, the electric field strength of the microwave is increased and the plasma is generated. However, when plasma is generated and the plasma density is increased, the wavelength of the microwave changes and the resonance condition is no longer satisfied, and the electric field intensity decreases. Then, the supply of energy to the electrons decreases, and the plasma density decreases. When the plasma density decreases, the resonance condition is satisfied, and the plasma density increases again. Due to such a phenomenon, it has been difficult to generate plasma stably.
また、これらのプラズマから基板に入射するイオンの
エネルギーを制御するため、高周波電圧印加電極を空胴
共振器内に設けると、マイクロ波の反射等が発生し、プ
ラズマがさらに不安定になるという問題があった。In addition, if a high-frequency voltage application electrode is provided in the cavity resonator to control the energy of ions incident on the substrate from the plasma, microwave reflection occurs and the plasma becomes more unstable. was there.
本発明の目的は、安定で高密度なプラズマを発生させ
るとともに、基板に入射するイオンのエネルギーが、基
板全体で均一にできるようにすることである。An object of the present invention is to generate stable and high-density plasma and to make the energy of ions incident on the substrate uniform over the entire substrate.
一般に、導波管あるいは導波管の一種と考えられる空
胴共振器内をマイクロ波が進行する場合、導波管の表面
には、電場,磁場に対応した電流が流れる。Generally, when a microwave travels in a waveguide or a cavity that is considered to be a kind of waveguide, a current corresponding to an electric field and a magnetic field flows on the surface of the waveguide.
したがってこの電流を横切るように導波管の一部にス
リットを設けると、スリットの両端に電荷がたまり、こ
れがマイクロ波の進行に伴って変化することからスリッ
ト両端間の電界が変化し導波管の外部にマイクロ波が放
射される。Therefore, if a slit is provided in a part of the waveguide so as to cross this current, charges accumulate at both ends of the slit, and this changes with the progress of microwaves. Is radiated to the outside of the device.
前記目的はこの原理により導波管に設けたスリットよ
りマイクロ波をプラズマ処理室に供給する構成とするこ
と、または導波管を空胴共振器に接続し、この空胴共振
器にマイクロ波を放射するスリットを設け、プラズマ処
理室にマイクロ波を供給する構成とすることで達成され
る。The object is to supply microwaves to the plasma processing chamber through slits provided in the waveguide according to this principle, or to connect the waveguide to a cavity resonator and apply microwaves to the cavity resonator. This is achieved by providing a slit for emitting light and supplying microwaves to the plasma processing chamber.
従来のECR方式では導波管の開口部より直接マイクロ
波をプラズマ処理室に放射する構成となっている。この
ためプラズマ処理室と導波管の開口部の間にアース電極
を設置すると、マイクロ波がアーム電極で反射され、プ
ラズマ処理室に供給できない。In the conventional ECR method, microwaves are directly radiated from the opening of the waveguide to the plasma processing chamber. Therefore, if an earth electrode is provided between the plasma processing chamber and the opening of the waveguide, the microwave is reflected by the arm electrode and cannot be supplied to the plasma processing chamber.
本発明では導波管の端面を閉じた構造とし、この端面
にマイクロ波を放射するスリットを設けた。そして必要
に応じて、この導波管の端面をアース電位になるように
した。According to the present invention, the end face of the waveguide is closed, and a slit for radiating microwaves is provided on this end face. If necessary, the end face of the waveguide was set to the ground potential.
スリットの開口面積は導波管の端面全体の1/3程にす
ることができる。したがって基板を載せた電極に高周波
電圧を印加した場合、高周波電流は導波管の端面と電極
間に均等に流れ、イオンの効果を基板全面に対し均等に
発生させることができる。またスリットを通して十分な
量のマイクロ波を供給でき、高密度のプラズマを発生さ
せることができる。The opening area of the slit can be reduced to about 1/3 of the entire end face of the waveguide. Therefore, when a high-frequency voltage is applied to the electrode on which the substrate is mounted, the high-frequency current flows evenly between the end face of the waveguide and the electrode, and the effect of ions can be generated uniformly over the entire surface of the substrate. In addition, a sufficient amount of microwaves can be supplied through the slit, and high-density plasma can be generated.
一方、導波管に空胴共振器を接続した場合には空胴共
振器内で共振により振幅を大きくしたマイクロ波がスリ
ットを通してプラズマ処理室に放射される。そのためプ
ラズマ処理室を従来のように空胴共振器構造にしなくと
も、高密度のプラズマを発生させることができる。On the other hand, when a cavity resonator is connected to the waveguide, a microwave whose amplitude is increased by resonance in the cavity resonator is radiated to the plasma processing chamber through the slit. Therefore, high-density plasma can be generated without having a plasma processing chamber having a cavity resonator structure as in the related art.
このため本発明に係る電極構造は従来のように空胴共
振器との関連による制約を受けない。また空胴共振器内
ではプラズマが発生しないため、共振状態の変化がな
く、プラズマを安定に発生させることができる。さらに
空胴共振器をアース電位に接続することで、ECR方式の
場合と同様に、電極に平行な対向電極とすることがで
き、イオンの効果も基板全体に均一に発生させることが
できる。For this reason, the electrode structure according to the present invention is not restricted by the relationship with the cavity resonator as in the related art. Further, since no plasma is generated in the cavity resonator, there is no change in the resonance state, and the plasma can be generated stably. Further, by connecting the cavity resonator to the ground potential, a counter electrode parallel to the electrode can be formed as in the case of the ECR method, and the effect of ions can be uniformly generated on the entire substrate.
以下本発明によるエッチング方法及びその装置の第1
の実施例を第1図により説明する。Hereinafter, the first of the etching method and the apparatus according to the present invention will be described.
1 will be described with reference to FIG.
空胴共振器1はE01モードの円形空胴共振器であり、
導波管2を通してマグネトロン3からマイクロ波が供給
される。導波管2の取付けはE01モードとの結合をよく
するため、円形空胴共振器1に対し偏心して取り付けら
れている。円形空胴共振器1のもう一方の側にはセラミ
ックス板4とスリット板5が固定してある。その下には
プラズマ処理室6が接続してある。尚、セラミックス板
4により真空に封止した構造となっている。The cavity resonator 1 is a circular cavity resonator of E01 mode,
Microwaves are supplied from the magnetron 3 through the waveguide 2. The waveguide 2 is mounted eccentrically with respect to the circular cavity resonator 1 in order to improve the coupling with the E01 mode. On the other side of the circular cavity resonator 1, a ceramics plate 4 and a slit plate 5 are fixed. A plasma processing chamber 6 is connected underneath. In addition, it has a structure sealed in a vacuum by the ceramic plate 4.
スリット板5の平面構造は第2図5bに示すようE01モ
ードの電界に対し、直角方向にリング状のスリット開口
部がある。各スリット5cの長さは2.45GHzのマイクロ波
を用いた場合、スリットからのマイクロ波の放射をよく
するため、マイクロ波の1/2波長に当る60mm以上の寸法
としている。Planar structure of the slit plate 5 whereas electric field E 01 modes as shown in the second FIG. 5b, there is a slit opening annular perpendicularly. When a microwave of 2.45 GHz is used, each slit 5c has a length of 60 mm or more, which corresponds to a half wavelength of the microwave, in order to improve the radiation of the microwave from the slit.
プラズマ処理室6(第1図)には電極7,ガス供給管9,
ガス排気管10が設けてある。電極7は絶縁材8を介して
プラズマ処理室6に固定されており、さらに高周波電源
11が接続してある。The plasma processing chamber 6 (FIG. 1) has an electrode 7, a gas supply pipe 9,
A gas exhaust pipe 10 is provided. The electrode 7 is fixed to the plasma processing chamber 6 via an insulating material 8, and further includes a high-frequency power supply.
11 is connected.
ガス供給管9には図示しないガス源からプラズマ処理
用ガスが設定流量だけ供給できるようになっている。The gas supply pipe 9 can be supplied with a set amount of plasma processing gas from a gas source (not shown).
ガス排気管10には図示しない真空排気ポンプが接続し
てあり、プラズマ処理室内を1〜10-3Torrの圧力にコン
トロールできるようになっている。A vacuum exhaust pump (not shown) is connected to the gas exhaust pipe 10 so that the pressure in the plasma processing chamber can be controlled at 1 to 10 -3 Torr.
マグネトロン3を動作させマイクロ波を発振させ、導
波管2により空胴共振器1に供給する。空胴共振器内で
振幅を大きくしたマイクロ波のエネルギーはスリット板
5のスリットよりプラズマ処理室に放射される。プラズ
マ発生室に放射されたマイクロ波の振幅は空胴共振器1
で大きくなっているため、プラズマ処理室6が空胴共振
器構造でなくともプラズマが点灯し、維持される。The magnetron 3 is operated to oscillate a microwave, which is supplied to the cavity resonator 1 by the waveguide 2. The energy of the microwave whose amplitude is increased in the cavity resonator is radiated from the slit of the slit plate 5 to the plasma processing chamber. The amplitude of the microwave radiated into the plasma generation chamber is
Therefore, even if the plasma processing chamber 6 does not have the cavity resonator structure, the plasma is turned on and maintained.
上記装置を用いてエッチング処理を行う場合について
説明する。ガス供給管9よりエッチングガスを供給し、
ガス排気管10より排気し一定圧力として、マイクロ波を
供給して、スリット板5と電極7の間にマイクロ波によ
るプラズマを発生させる。マイクロ波はプラズマ中の電
子に直接作用するため、このプラズマと電極7の間の電
位差は20〜30Vのレベルである。電極7上に処理ウエハ1
2を置き、高周波電源11より電極7に高周波電圧を印加
する。電極7とスリット板5は平行に設置されており、
高周波電流は電極7とスリット5の間に均等に流れる。
そのため電極とプラズマ間に発生する電界は均等にな
り、ウエハ12には全面均一なエネルギーのエッチングガ
スのイオンが高周波電圧印加により制御され、入射す
る。A case where an etching process is performed using the above apparatus will be described. An etching gas is supplied from a gas supply pipe 9,
The gas is exhausted from the gas exhaust pipe 10 and a microwave is supplied at a constant pressure to generate plasma between the slit plate 5 and the electrode 7 by the microwave. Since the microwave acts directly on the electrons in the plasma, the potential difference between the plasma and the electrode 7 is at a level of 20 to 30V. Process wafer 1 on electrode 7
2 is placed, and a high frequency voltage is applied to the electrode 7 from the high frequency power supply 11. The electrode 7 and the slit plate 5 are installed in parallel,
The high-frequency current flows evenly between the electrode 7 and the slit 5.
Therefore, the electric field generated between the electrode and the plasma becomes uniform, and the ions of the etching gas having uniform energy on the entire surface are controlled and applied to the wafer 12 by applying a high-frequency voltage.
これらエッチングガスのイオンやプラズマ中で励起さ
れたエッチングガスの活性種(ラジカル)とウエハ12上
の被処理膜が反応しエッチングが進行する。The ions of the etching gas and the active species (radicals) of the etching gas excited in the plasma react with the film to be processed on the wafer 12, and the etching proceeds.
この時入射するイオンのエネルギーが均等であるた
め、ウエハ全面で均一なエッチングができる。At this time, since the energy of the incident ions is uniform, uniform etching can be performed on the entire surface of the wafer.
次に、本発明の原理を説明するために、本装置をプラ
ズマCVDに適用した場合について説明する。SiH4および
N2,N2Oの混合ガスをガス供給管9より供給し、プラズ
マによりN2O,SiH4を分解しSiO4を生成し、ウエハ12上
に成膜する。さらにプラズマからのイオンの入射により
膜質が制御される。この時イオンの入射エネルギーが均
等化できるため、ウエハ全面に均質な成膜が行える。Next, in order to explain the principle of the present invention, a case where the present apparatus is applied to plasma CVD will be described. A mixed gas of SiH 4 and N 2 , N 2 O is supplied from a gas supply pipe 9, N 2 O, SiH 4 is decomposed by plasma to generate SiO 4 , and a film is formed on the wafer 12. Further, the film quality is controlled by the incidence of ions from the plasma. At this time, since the incident energy of ions can be equalized, a uniform film can be formed on the entire surface of the wafer.
上記した第1の実施例及び本発明の原理説明では円形
導波管内のマイクロ波モードがE01モードである場合に
ついて説明したが、本発生はこれに限定されるものでは
ない。ただしスリットが空胴共振器の表面に流れる電流
に対し直角方向であるとマイクロ波放射の効率がよいた
め、H01モードの場合は第3図に示す構造となり、H11
モードの場合は第4図に示す構造となる。In principle the description of the first embodiment and the present invention described above has been described microwave mode of the circular waveguide is E 01 mode, the generator is not limited thereto. However slit for better efficiency is the microwave radiation in the direction perpendicular to the current flowing through the surface of the cavity resonator, in the case of H 01 mode becomes the structure shown in FIG. 3, H 11
In the case of the mode, the structure is as shown in FIG.
このように本発明によればプラズマ処理に不可欠なイ
オンの効果が均等化でき、かつ安定なプラズマを発生さ
せることができる効果がある。As described above, according to the present invention, the effects of ions indispensable for plasma processing can be equalized, and there is an effect that stable plasma can be generated.
次に、本発明を用いてプラズマ密度を更に向上させる
方法の原理を説明する。Next, the principle of a method for further improving the plasma density using the present invention will be described.
第1図に示す実施例ではプラズマ処理質にマイクロ波
を放射するだけであるため、発生するプラズマ密度が10
11cm-3以上になるとマイクロ波が反射され、それ以上プ
ラズマ密度を高めることはできない。プラズマ密度が10
11cm-3以上必要な場合は第5図に示すようにコイル13,
コイル14により、マイクロ波の放射方向と平行な磁場15
を設ける。In the embodiment shown in FIG. 1, since only microwaves are radiated to the plasma processing material, the density of the generated plasma is 10%.
If it exceeds 11 cm -3 , microwaves are reflected and the plasma density cannot be further increased. Plasma density of 10
If more than 11 cm -3 is required, as shown in FIG.
The coil 14 generates a magnetic field 15 parallel to the microwave radiation direction.
Is provided.
上記本発明の原理で説明したような場合、マイクロ波
の振幅は空胴共振器1により高められているため、電子
サイクロトロンレゾナンスの状態にする必要はなく、必
要なプラズマ密度により磁場強度を選択することができ
る。またマイクロ波の振幅が従来のレゾナンス方式より
大きくなるため、より真空度の高い領域で安定な放電を
立てられる効果もある。In the case described in the principle of the present invention, since the amplitude of the microwave is increased by the cavity resonator 1, it is not necessary to set the state of the electron cyclotron resonance, and the magnetic field intensity is selected according to the required plasma density. be able to. Further, since the amplitude of the microwave becomes larger than that of the conventional resonance method, there is also an effect that a stable discharge can be established in a region with a higher degree of vacuum.
第6図において、更に本発明の原理を説明するため
に、アッシング処理に適用した場合について説明する。In FIG. 6, a case where the present invention is applied to an ashing process will be described to further explain the principle of the present invention.
本原理説明では第1図に示すものと同一番号の部分は
同じであるため、異なる部分のみ説明する。In the description of the present principle, the portions having the same numbers as those shown in FIG. 1 are the same, and therefore only different portions will be described.
プラズマ処理室6の内部にはメッシュ板20がありウエ
ハ12はテーブル21の上に置かれている。A mesh plate 20 is provided inside the plasma processing chamber 6, and the wafer 12 is placed on a table 21.
ガス供給管9より酸素ガスを供給し、マグネトロン3
を動作させ、マイクロ波を供給し、スリット板5とメッ
シュ板20の間にプラズマを発生させる。Oxygen gas is supplied from the gas supply pipe 9 and the magnetron 3
Is operated to supply microwaves to generate plasma between the slit plate 5 and the mesh plate 20.
メッシュ板20はマイクロ波が透過しない寸法となって
いるため、プラズマはメッシュ板5とスリットの間にと
じ込められる。酸素ガスはプラズマによりラジカル状態
となり、メッシュ板20を通してウエハ12上に供給され
る。この酸素ラジカルにより、ウエハ上のレジスト膜が
アッシング処理される。Since the mesh plate 20 is sized not to transmit microwaves, plasma is trapped between the mesh plate 5 and the slit. The oxygen gas is turned into a radical state by the plasma, and is supplied onto the wafer 12 through the mesh plate 20. The resist film on the wafer is ashed by the oxygen radicals.
以上説明した実施例及び原理説明では円形空胴共振器
とスリット板を組合せたものについて説明してきたが、
本発明はこれに限定されるものではない。In the embodiments and the principle explained above, the combination of the circular cavity resonator and the slit plate has been described.
The present invention is not limited to this.
第7図に本発明の原理を更に説明するために、スパッ
タ装置に応用した場合について説明する。FIG. 7 shows a case where the present invention is applied to a sputtering apparatus in order to further explain the principle of the present invention.
処理室33はセラミックス製であり図示しないガス供給
口,ガス排気口により処理室内を10-4Torr〜10-2Torrの
圧力に制御できるようになっている。The processing chamber 33 is made of ceramics, and the pressure in the processing chamber can be controlled to 10 −4 Torr to 10 −2 Torr by a gas supply port and a gas exhaust port (not shown).
処理室33内にはターゲット34とウエハテーブル36があ
る。ターゲットには高周波電源35が接続されており、ウ
エハテーブル36はアースに接続されている。処理室33の
外側にはシールド室40と矩形リング状の共振器31aが設
けられている。In the processing chamber 33, there are a target 34 and a wafer table 36. A high frequency power supply 35 is connected to the target, and the wafer table 36 is connected to ground. Outside the processing chamber 33, a shield chamber 40 and a rectangular ring-shaped resonator 31a are provided.
リング状共振器は矩形導波管をリングにしたもので、
リングの周長を管内波長の1/2の整数倍にしている。リ
ング状導波管の一部には終端壁を設け、共振するマイク
ロ波の位相がずれないようにしている。A ring resonator is a rectangular waveguide formed into a ring.
The circumference of the ring is set to an integral multiple of 1/2 of the guide wavelength. A terminal wall is provided in a part of the ring-shaped waveguide so that the phase of the resonating microwave does not shift.
リング状共振器31aの平面構造を第8図に示す。共振
器31にはマグネトロン32,導波管30よりマイクロ波が供
給される。シールド室40(第7図)の外側にはコイル3
7,コイル38があり、カプス磁場42を発生する。シールド
室はアルミまたはステンレス製でありマイクロ波を外に
出さないが、磁場は通す材料を用いている。FIG. 8 shows the planar structure of the ring resonator 31a. Microwaves are supplied to the resonator 31 from the magnetron 32 and the waveguide 30. Coil 3 outside shield room 40 (Fig. 7)
7. There is a coil 38, which generates a caps field 42. The shield chamber is made of aluminum or stainless steel and does not emit microwaves, but uses a material that allows magnetic fields to pass through.
リング状共振器の内側には全周スリット43が設けられ
ている。マイクロ波をリング状共振器に供給すると、共
振器内でマイクロ波の振幅が増幅され、振幅の大きいマ
イクロ波がスリット43より処理室33内に放射される。An entire circumference slit 43 is provided inside the ring-shaped resonator. When the microwave is supplied to the ring-shaped resonator, the amplitude of the microwave is amplified in the resonator, and the microwave having a large amplitude is radiated into the processing chamber 33 from the slit 43.
処理室33内にアルゴンガスを導入し10-3Torrレベルに
保つと、カプス磁場42にとじ込められたプラズマがター
ゲット34とウエハテーブル36の間に発生する。次に高周
波電源35より高周波電圧を印加しアルゴンガスのイオン
をターゲットに入射させ、ターゲット材をスパッタして
ウエハ39上に成膜する。本方式では第5図に示す実施例
でも述べたように振幅の大きなマイクロ波により、より
真空度の高い条件でも安定したプラズマを発生すること
ができ、膜質をよくできる効果がある。When argon gas is introduced into the processing chamber 33 and maintained at a level of 10 −3 Torr, plasma trapped in the caps magnetic field 42 is generated between the target 34 and the wafer table 36. Next, a high-frequency voltage is applied from a high-frequency power supply 35, ions of argon gas are made incident on the target, and the target material is sputtered to form a film on the wafer 39. In this method, as described in the embodiment shown in FIG. 5, stable plasma can be generated even under conditions of a higher degree of vacuum by a microwave having a large amplitude, and there is an effect that the film quality can be improved.
このリング状共振器とスリットを組合せた方式はスパ
ッタリングのみならず、エッチング,プラズマCVDにも
用いることができる。The system combining the ring resonator and the slit can be used not only for sputtering but also for etching and plasma CVD.
第9図に本発明によるエッチング方法及びその装置の
第2の実施例を示す。基本構成は本発明の原理説明にお
ける第7図のスパッタリング装置と同じであるため、異
なる点のみ説明する。FIG. 9 shows a second embodiment of the etching method and apparatus according to the present invention. Since the basic configuration is the same as that of the sputtering apparatus shown in FIG. 7 in the description of the principle of the present invention, only different points will be described.
処理室33内には下部電極46,上部電極45があり下部電
極は絶縁物41を介して処理室に固定され、高周波電源47
より高周波電圧が印加できるようになっている。上部電
極45はアースに接続されている。A lower electrode 46 and an upper electrode 45 are provided in the processing chamber 33, and the lower electrode is fixed to the processing chamber via an insulator 41, and a high-frequency power supply 47 is provided.
A higher frequency voltage can be applied. The upper electrode 45 is connected to the ground.
エッチングガスを導入し、処理室33内を10-2Torrレベ
ルの圧力に保ち、マイクロ波をリング状共振器31に供給
する。マイクロ波の振幅は増幅されスリット43より処理
室内に放射され、上部電極45と下部電極46の間にマイク
ロ波によるプラズマが発生する。An etching gas is introduced, the inside of the processing chamber 33 is maintained at a pressure of 10 −2 Torr, and microwaves are supplied to the ring-shaped resonator 31. The amplitude of the microwave is amplified and radiated into the processing chamber from the slit 43, and a plasma is generated between the upper electrode 45 and the lower electrode 46 by the microwave.
下部電極46に高周波電圧を印加すると、平行な電極間
に高周波電流が均等に流れ、ウエハ39に入射するイオン
は均等なシース間電位差で加速されウエハ全面で均一な
エッチング処理特性を得ることができる。When a high-frequency voltage is applied to the lower electrode 46, a high-frequency current flows evenly between the parallel electrodes, ions incident on the wafer 39 are accelerated by a uniform potential difference between the sheaths, and uniform etching characteristics can be obtained over the entire surface of the wafer. .
以上述べたように本発明によれば、マイクロ波を用い
てプラズマを発生させる際に、ウエハを処理する電極と
対向する面にも電極を設置することができる。このため
均一なプラズマ処理が可能となる。更に、プラズマ処理
室を空胴共振器の構造にする必要がないため、電極構
造,プラズマ処理室の構造に制約がなくなる効果があ
る。As described above, according to the present invention, when plasma is generated using microwaves, electrodes can be provided on a surface facing an electrode for processing a wafer. Therefore, uniform plasma processing can be performed. Furthermore, since the plasma processing chamber does not need to have a cavity resonator structure, there is an effect that there is no restriction on the electrode structure and the structure of the plasma processing chamber.
本発明によりマイクロ波を用いたプラズマの発生が安
定する効果がある。The present invention has the effect of stabilizing the generation of plasma using microwaves.
本発明によれば空胴共振器との関連による装置構成上
の制約を受けない効果がある。従って空胴共振器をアー
ス電位に接続することで処理対象を載置した電極に平行
な対向電極を構成できる。この結果、対向電極に設けら
れたスリットを通してマイクロ波のエネルギーを伝播で
きるので、このエネルギーにより生じるイオンやラジカ
ルの効果を均一に処理対象に与えることができる。According to the present invention, there is an effect that the apparatus configuration is not restricted by the relation with the cavity resonator. Therefore, by connecting the cavity resonator to the ground potential, a counter electrode parallel to the electrode on which the object to be processed is placed can be formed. As a result, the energy of the microwave can be propagated through the slit provided in the counter electrode, and the effect of ions and radicals generated by this energy can be uniformly applied to the object to be processed.
またイオンやラジカルの影響を均一に発生させること
ができる。この結果、高速で最適なイオンエネルギーに
よるプラズマ処理ができる。更に、半導体ウエハの微細
パターンを高精度、高速にかつ低損傷で形成できる。In addition, the effects of ions and radicals can be generated uniformly. As a result, plasma processing can be performed at a high speed with an optimum ion energy. Furthermore, a fine pattern of a semiconductor wafer can be formed with high accuracy, at high speed, and with low damage.
第1図は本発明の第1の実施例の斜視図、第2図は第1
図の実施例で用いられるスリットの平面図、第3図は第
2図のスリットの別の実施例の平面図、第4図は第2図
のスリットの第3の実施例の平面図、第5図は本発明の
原理を説明する図、第6図は更に本発明の原理を説明す
るためにアッシング装置に応用したときの原理を説明す
るアッシング装置の断面図、第7図は本発明の原理を説
明するための本発明の原理をスパッタ装置に応用したと
きの原理を説明するスパッタ装置の断面図、第8図は第
7図のスパッタ装置で用いられた共振器の平面図、第9
図は本発明によるエッチング装置の第2の実施例を示す
断面図である。 1……空胴共振器、5……スリット板、6……プラズマ
処理室、7……電極、11……高周波電源、31……リング
状共振器、33……処理室、34……ターゲット、36……ウ
エハテーブル、35……高周波電源。FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a plan view of a slit used in the embodiment of FIG. 2, FIG. 3 is a plan view of another embodiment of the slit of FIG. 2, FIG. 4 is a plan view of a third embodiment of the slit of FIG. FIG. 5 is a view for explaining the principle of the present invention, FIG. 6 is a sectional view of an ashing apparatus for explaining the principle when applied to an ashing apparatus for further explaining the principle of the present invention, and FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of a sputtering apparatus for explaining the principle when the principle of the present invention is applied to a sputtering apparatus, and FIG. 8 is a plan view of a resonator used in the sputtering apparatus of FIG.
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the etching apparatus according to the present invention. 1 ... cavity resonator, 5 ... slit plate, 6 ... plasma processing chamber, 7 ... electrode, 11 ... high frequency power supply, 31 ... ring-shaped resonator, 33 ... processing chamber, 34 ... target , 36 ... wafer table, 35 ... high frequency power supply.
Claims (6)
から供給されたマイクロ波を共振させる空洞共振器と、
該空洞共振器内のマイクロ波を放射するスリット手段
と、内部に基板をも受け所定の圧力に維持された状態で
前記スリット手段から放射されたマイクロ波を導入して
プラズマを発生させ前記基板を処理するプラズマ処理室
と、該プラズマ処理室と前記空洞共振器とを分離する分
離手段と、前記プラズマ処理室内の前記基板に高周波電
力を印加する高周波電力印加手段とを備え、前記基板上
で磁場を設けない状態で前記基板をエッチング処理する
ことを特徴とするエッチング装置。1. A microwave source, a cavity resonator for resonating a microwave supplied from the microwave source,
Slit means for radiating microwaves in the cavity resonator, and microwaves emitted from the slit means are also received in a state in which the substrate is also received and maintained at a predetermined pressure, to generate plasma, and the substrate is formed. A plasma processing chamber for processing; separating means for separating the plasma processing chamber and the cavity resonator; and high-frequency power applying means for applying high-frequency power to the substrate in the plasma processing chamber; An etching apparatus, wherein the substrate is subjected to an etching process in a state where the substrate is not provided.
スリット手段と対向して設置されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載のエッチング装置。2. An etching apparatus according to claim 1, wherein said substrate is installed in said plasma processing chamber so as to face said slit means.
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のエッチ
ング装置。3. The etching apparatus according to claim 1, wherein said separation means transmits said microwave.
の底部に前記スリット手段が設けられていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載のエッチング装置。4. The etching apparatus according to claim 1, wherein said cavity resonator has a cylindrical shape, and said slit means is provided at a bottom of said cylindrical shape.
内で共振させたマイクロ波を前記空洞共振器のスリット
から基板を設置し所定の圧力に維持されたプラズマ処理
室に放射してプラズマを発生させて前記基板に高周波電
力を印加することにより、前記基板上で磁場を設けない
状態で前記基板をエッチング処理することを特徴とする
エッチング方法。5. A microwave generated by a microwave generation source and resonated in a cavity resonator is radiated to a plasma processing chamber maintained at a predetermined pressure by setting a substrate through a slit of the cavity resonator and irradiating a plasma. And applying a high-frequency power to the substrate to generate etching, thereby performing an etching process on the substrate without providing a magnetic field on the substrate.
マ処理室の所定の圧力を10-2Torr台に設定することを特
徴とする特許請求の範囲第5項記載のエッチング方法。6. The etching method according to claim 5, wherein a predetermined pressure in said plasma processing chamber is set to a level of 10 −2 Torr in said etching process.
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