JP2613313B2 - Microwave plasma processing equipment - Google Patents

Microwave plasma processing equipment

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JP2613313B2
JP2613313B2 JP2254162A JP25416290A JP2613313B2 JP 2613313 B2 JP2613313 B2 JP 2613313B2 JP 2254162 A JP2254162 A JP 2254162A JP 25416290 A JP25416290 A JP 25416290A JP 2613313 B2 JP2613313 B2 JP 2613313B2
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waveguide
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vacuum vessel
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義直 川崎
一晃 市橋
成一 渡辺
誠 縄田
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に係り、特に
マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラズマ
生成領域を有する放電手段を導波管部に有するタイプの
マイクロ波プラズマ処理装置であって、かつ、半導体素
子基板等の試料にエッチング処理、成膜処理等の処理を
施すのに好適なマイクロ波プラズマ処理装置に関するも
のである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus, and more particularly to a microwave plasma processing apparatus in which a discharge means having a plasma generation region inside is separated from a microwave propagation waveguide. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus of a type provided in a wave tube portion, and more particularly to a microwave plasma processing apparatus suitable for performing a process such as an etching process and a film forming process on a sample such as a semiconductor element substrate.

[従来の技術] 従来のマイクロ波プラズマ処理装置としては、例え
ば、日立評論、Vol.71,No.5,PP.33〜38(1989)や特公
昭53−34461号公報等に記載のような、マイクロ波を伝
播する導波管の内側に石英製の放電管を有し、該放電管
内でマイクロ波電界と磁界との相乗作用によりプラズマ
を発生させ、該プラズマを利用して処理室内の半導体ウ
ェハをエッチング処理するようにしたものが知られてい
る。
[Prior Art] Conventional microwave plasma processing apparatuses include, for example, those described in Hitachi Review, Vol. 71, No. 5, PP. 33-38 (1989) and Japanese Patent Publication No. 53-34461. Has a quartz discharge tube inside a waveguide that propagates microwaves, generates a plasma in the discharge tube by a synergistic action of a microwave electric field and a magnetic field, and uses the plasma to generate a semiconductor in a processing chamber. There is known one in which a wafer is subjected to an etching process.

また、例えば、特開昭59−103340号公報,特開昭64−
25420号公報等に記載のような、マイクロ波を伝播する
円形の導波管の内側に石英製の放電管を有し、該放電管
内でマイクロ波電界の作用によりプラズマを発生させ、
該プラズマを利用して処理室内の半導体素子基板等の試
料をエッチング処理や成膜処理するようにしたものが知
られている。
Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Sho 59-103340 and
As described in No. 25420, etc., having a quartz discharge tube inside a circular waveguide that propagates microwaves, generating plasma by the action of a microwave electric field in the discharge tube,
There is known a method in which a sample such as a semiconductor element substrate in a processing chamber is subjected to an etching process or a film forming process using the plasma.

[発明が解決しようとする課題] プラズマを利用した半導体素子基板等の試料の処理で
は、試料の被処理面に対応するプラズマ密度分布を均一
にしないと、試料の被処理面内での処理の均一性を確保
できない。
[Problems to be Solved by the Invention] In the processing of a sample such as a semiconductor element substrate using plasma, unless the plasma density distribution corresponding to the surface to be processed of the sample is made uniform, the processing in the surface to be processed of the sample is not performed. Uniformity cannot be ensured.

また、本発明者の知見によれば、例えば、シリコン酸
化膜等の絶縁物のエッチング処理では、プラズマ中のラ
ジカル等の活性中性粒子のエネルギ寄与度合いよりも、
該活性中性粒子より高エネルギであるイオンのエッチン
グ寄与度合いの方が大きい。しかし、イオンのエネルギ
が高過ぎると試料にイオン損傷を与え好ましくない。従
って、試料のイオン損傷の防止の観点からは、プラズマ
は処理ガスをイオン化する程度のエネルギが好ましく、
処理速度を向上させるためには、イオン化率の向上、つ
まり、プラズマ密度の向上が必要となる。
Further, according to the findings of the present inventor, for example, in the etching process of an insulator such as a silicon oxide film, the energy contribution degree of active neutral particles such as radicals in plasma is more significant.
Ions having higher energy contribute more to the etching than the active neutral particles. However, if the energy of the ions is too high, the sample is ionically damaged, which is not preferable. Therefore, from the viewpoint of preventing ion damage to the sample, the plasma preferably has energy enough to ionize the processing gas.
In order to improve the processing speed, it is necessary to improve the ionization rate, that is, the plasma density.

これに対し、上記従来技術、即ち、前者の所謂有磁場
型のマイクロ波プラズマ処理技術及び後者の所謂無磁場
型のマイクロ波プラズマ処理技術では、いずれも導波管
部には石英製、つまり、マイクロ波透過材で形成された
放電管が有り、該放電管の内部はプラズマで満たされた
外部は大気である。従って、放電管内のプラズマには、
導波管がマイクロ波透過材で形成されているため、導波
管で伝播されてきたマイクロ波が進行方向のみならず放
電管の側面方向等からも導入されるため、プラズマ内の
マイクロ波の進行状態は極めて複雑なものとなる。これ
により、試料の被処理面に対応するプラズマ密度分布の
均一性が損なわれるようになり、試料の被処理面内での
処理の均一性が低下するといった未だ解決すべき課題を
有している。
On the other hand, in the above-mentioned conventional technology, that is, in the former so-called magnetic field type microwave plasma processing technology and the latter so-called non-magnetic type microwave plasma processing technology, both are made of quartz in the waveguide portion, that is, There is a discharge tube formed of a microwave transmitting material, and the inside of the discharge tube is filled with plasma and the outside is the atmosphere. Therefore, the plasma in the discharge tube contains
Since the waveguide is made of a microwave transmitting material, the microwave propagated through the waveguide is introduced not only from the traveling direction but also from the side of the discharge tube, and the like. The progress is quite complicated. As a result, the uniformity of the plasma density distribution corresponding to the surface to be processed of the sample is impaired, and there is still a problem to be solved such that the uniformity of the processing within the surface to be processed of the sample is reduced. .

また、一方、処理速度を向上させるには、上記したよ
うにプラズマ密度の向上が必要になる。これに対しては
処理圧力を変えるか、投入するマイクロ波パワーを増加
させる等の方策が有るが、しかし、プラズマ密度をより
高密度化して処理速度を向上させるには、上記従来技術
は限界を有する。尚、処理速度向上のためにマイクロ波
パワーを増加させるに伴って試料の被処理面に対応する
プラズマ密度分布の均一性が更に損なわれるようにな
り、試料の被処理面内での処理の均一性の低下に及ぼす
影響は更に深刻なものとなる。
On the other hand, to increase the processing speed, it is necessary to increase the plasma density as described above. To address this, there are measures such as changing the processing pressure or increasing the input microwave power.However, in order to further increase the plasma density and improve the processing speed, the above-described conventional technology has limitations. Have. In addition, as the microwave power is increased to improve the processing speed, the uniformity of the plasma density distribution corresponding to the surface to be processed of the sample is further impaired, and the uniformity of the processing within the surface to be processed of the sample is further reduced. The effects on gender decline are even more severe.

本発明の目的は、試料の被処理面内での処理の均一性
を向上、確保できる導波管とは隔離され内部にプラズマ
生成領域を有する放電手段を導波管部に有するタイプの
マイクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the uniformity of processing of a sample on a surface to be processed, and to provide a microwave means of a type in which a discharge means having a plasma generation region in a waveguide part is separated from a waveguide which can be secured. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus.

また、他の目的は、試料の被処理面内での処理の均一
性を向上、確保でき、かつ、処理速度を向上できる導波
管とは隔離され内部にプラズマ生成領域を有する放電手
段を導波管内部に有するタイプのマイクロ波プラズマ処
理装置を提供することにある。
Another object is to introduce a discharge means having a plasma generation region inside, which is isolated from a waveguide capable of improving and securing the uniformity of the processing of the sample on the surface to be processed and improving the processing speed. An object of the present invention is to provide a type of microwave plasma processing apparatus provided inside a wave tube.

また、更に他の目的は、試料の被処理面内での処理の
均一性を向上、確保でき、かつ、イオン損傷を防止して
処理速度を向上できる導波管とは隔離され内部にプラズ
マ生成領域を有する放電手段を導波管部に有するタイプ
のマイクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。
Still another object is to improve the uniformity of the processing on the surface of the sample to be processed, to secure the processing speed, and to improve the processing speed by preventing ion damage. An object of the present invention is to provide a microwave plasma processing apparatus of a type having discharge means having a region in a waveguide portion.

[課題を解決するための手段] 上記目的は、マイクロ波を発生する手段と、該マイク
ロ波発生手段からマイクロ波を真空容器内へ導入する矩
形・円形直角変換導波管と、該真空容器内に試料を保持
する試料台と、該真空容器内をプラズマ状態にするため
にガスを導入するガス供給孔と、該真空容器内を所望の
真空圧力にする真空排気装置とからなるマイクロ波プラ
ズマ処理装置であって、 マイクロ波を該真空容器内に透過させない放電ブロッ
クを該真空容器の上側面に設け、 該放電ブロックを設けた中空部を気密に封止するよう
に該マイクロ波透過窓を設けることにより該マイクロ波
透過窓のほぼ全面からマイクロ波を下方の該真空容器に
透過するようにし、 該矩形・円形直角変換導波管と該マイクロ波透過窓と
の間にマイクロ波のインピーダンスをマッチングするよ
うな高さ寸法を有する空間を構成する導波管を設け、 該インピーダンスマッチングのための空間の内径が該
マイクロ波透過窓の直径よりも大きいことを特徴とする
マイクロ波プラズマ処理装置により達成される。
[Means for Solving the Problems] The above object is achieved by means for generating microwaves, a rectangular / circular right-angled conversion waveguide for introducing microwaves from the microwave generating means into a vacuum vessel, Microwave plasma processing comprising a sample stage for holding a sample, a gas supply hole for introducing gas to bring the inside of the vacuum vessel into a plasma state, and a vacuum exhaust device for bringing the inside of the vacuum vessel to a desired vacuum pressure An apparatus, comprising: a discharge block that does not transmit microwaves into the vacuum vessel on an upper surface of the vacuum vessel; and a microwave transmission window provided to hermetically seal a hollow portion provided with the discharge block. Thus, the microwave is transmitted to the vacuum vessel below substantially from the entire surface of the microwave transmitting window, and the microwave impulse is inserted between the rectangular / circular right angle conversion waveguide and the microwave transmitting window. Microwave plasma processing comprising: providing a waveguide forming a space having a height dimension for matching a dance, wherein an inner diameter of the space for impedance matching is larger than a diameter of the microwave transmitting window. Achieved by the device.

[作用] マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部にプラズ
マ生成領域を有する放電手段であって上記導波管部に有
される放電手段のマイクロ波の進行方向と対応する部分
はマイクロ波透過材で形成され、その他の部分はマイク
ロ波不透過材で形成される。従って、導波管を伝播して
きたマイクロ波は、放電手段のマイクロ波透過材で形成
された部部からのみ放電手段の内部には導入されない。
このため、従来のように側面等からもマイクロ波が導入
されるものに比べて試料の被処理面に対応するプラズマ
密度分布の均一性が大幅に向上し、これを利用して処理
される試料の被処理面内での処理の均一性が向上する。
[Operation] Discharge means which is separated from the microwave propagation waveguide and has a plasma generation region therein, and a portion corresponding to the traveling direction of the microwave of the discharge means provided in the waveguide portion is a microwave. The other parts are formed of a microwave impermeable material. Therefore, the microwave propagating in the waveguide is not introduced into the discharge means only from the portion of the discharge means formed of the microwave transmitting material.
As a result, the uniformity of the plasma density distribution corresponding to the surface to be processed of the sample is greatly improved as compared with the conventional case where microwaves are introduced from the side and the like, and the sample processed using this is The uniformity of the processing on the surface to be processed is improved.

また、これと共に、試料が設置される試料台にバイア
ス用電源を接続、つまり、試料にバイアス電圧を印加し
試料の被処理面に入射させられるイオンを加速すること
で、処理速度が向上する。
At the same time, a bias power supply is connected to the sample stage on which the sample is placed, that is, a bias voltage is applied to the sample to accelerate ions incident on the surface to be processed of the sample, thereby improving the processing speed.

また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部に
プラズマ生成領域を有する放電手段であって上記導波管
部に有される放電手段のマイクロ波の進行方向と対応す
る部分はマイクロ波透過材で形成され、その他の部分は
マイクロ波不透過材で形成され、上記導波管の内部空間
はマイクロ波のインピーダンスマッチングが可能な空間
とされている。このように放電手段を構成することで、
上記したように試料の被処理面に対応するプラズマ密度
分布の均一性が大幅に向上し、これを利用して処理され
る試料の被処理面内での処理の均一性が向上する。これ
と共に、マイクロ波の反射波を零にすることができる。
つまり、マイクロ波が放電手段のプラズマ生成領域での
プラズマ効率良く吸収されるようになる。このため、プ
ラズマ密度が高まり、これにより処理速度が向上する。
更に、試料に対するイオンの加速エネルギを低く押える
ことができ、低ダメージで処理速度が向上する。
Further, the discharge means is separated from the microwave propagation waveguide and has a plasma generation region therein, and a portion corresponding to the microwave traveling direction of the discharge means in the waveguide portion is a microwave. The other portion is made of a microwave impermeable material, and the internal space of the waveguide is a space where microwave impedance matching can be performed. By configuring the discharging means in this way,
As described above, the uniformity of the plasma density distribution corresponding to the surface to be processed of the sample is greatly improved, and the uniformity of the processing of the sample to be processed within the surface to be processed is improved by utilizing the plasma density distribution. At the same time, the reflected wave of the microwave can be made zero.
That is, the microwaves are efficiently absorbed in the plasma generation region of the discharge means. For this reason, the plasma density is increased, and thereby the processing speed is improved.
Furthermore, the acceleration energy of the ions with respect to the sample can be kept low, and the processing speed can be improved with low damage.

また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部に
プラズマ生成領域を有する放電手段であって上記導波管
部に有される放電手段のマイクロ波の進行方向と対応す
る部分はマイクロ波透過材で形成され、その他の部分は
マイクロ波不透過材で形成され、少なくとも放電手段の
プラズマ生成領域に印加される磁界を発生する手段と試
料の被処理面近傍の磁界を補正する手段とが設けられ
る。この場合、更に、補正磁界の方向、強さが調節され
てプラズマ密度、均一性が補正され、これにより、試料
の処理速度、均一性が補正される。
Further, the discharge means is separated from the microwave propagation waveguide and has a plasma generation region therein, and a portion corresponding to the microwave traveling direction of the discharge means in the waveguide portion is a microwave. The transmitting portion is formed of a microwave impermeable material, and the other portions are formed of a microwave impermeable material. At least a means for generating a magnetic field applied to the plasma generating region of the discharging means and a means for correcting the magnetic field near the surface of the sample to be processed Provided. In this case, the direction and intensity of the correction magnetic field are further adjusted to correct the plasma density and uniformity, thereby correcting the processing speed and uniformity of the sample.

また、マイクロ波伝播用の導波管とは隔離され内部に
プラズマ生成領域を有する放電手段であって上記導波管
部に有される放電手段のマイクロ波の進行方向と対応す
る部分はマイクロ波透過材で形成され、その他の部分は
マイクロ波不透過材で形成され、マイクロ波を円偏波に
変換して上記導波管へ伝播させる手段が設けられる。こ
の場合、更に、マイクロ波を円偏波に変換して上記導波
管へ伝播させることで、放電手段のプラズマ生成領域で
のプラズマの生成密度が大幅に向上し試料の処理速度が
更に低ダメージで向上する。
Further, the discharge means is separated from the microwave propagation waveguide and has a plasma generation region therein, and a portion corresponding to the microwave traveling direction of the discharge means in the waveguide portion is a microwave. The other part is formed of a microwave impermeable material, and the other parts are provided with means for converting microwaves into circularly polarized waves and transmitting the circularly polarized waves to the waveguide. In this case, by further converting the microwave into a circularly polarized wave and propagating it to the waveguide, the plasma generation density in the plasma generation region of the discharge means is greatly improved, and the processing speed of the sample is further reduced. To improve.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第1図は、本発明の一実施例のマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の要部縦断面構成図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a main part of a microwave plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention.

第1図で、真空容器10は、その頂部が開放した構造と
なっている。真空容器10は、例えば、ステンレス鋼で形
成されている。真空容器10の頂部開放部の形状は、この
場合、平面視略円形である。真空容器10の側壁低部に
は、排気ノズル11が形成されている。真空排気装置20
は、真空容器10外に設置されている。排気ノズル11と真
空排気装置20の吸気口とは、排気管21で連結されてい
る。排気管21には、開閉弁(図示省略)、排気抵抗可変
弁(図示省略)等が設けられている。
In FIG. 1, the vacuum vessel 10 has a structure in which the top is open. The vacuum vessel 10 is formed of, for example, stainless steel. In this case, the shape of the top opening portion of the vacuum vessel 10 is substantially circular in plan view. An exhaust nozzle 11 is formed in the lower part of the side wall of the vacuum vessel 10. Vacuum exhaust device 20
Is installed outside the vacuum vessel 10. The exhaust nozzle 11 and the intake port of the vacuum exhaust device 20 are connected by an exhaust pipe 21. The exhaust pipe 21 is provided with an on-off valve (not shown), an exhaust resistance variable valve (not shown), and the like.

第1図で、内部にプラズマ生成領域を有する手段であ
る放電ブロック30は、その形状がマイクロ波の進行方向
に対して断面積変化のない中空円筒であり、マイクロ波
不透過材、この場合、アルミニウム等の非磁性導電材料
で形成されている。放電ブロック30の外形寸法は、真空
容器10の頂部開放部の寸法よりも大きくなっている。放
電ブロック30は、その内部中空の軸心を略垂直軸とし、
該内部中空を真空容器10の頂部開放部を介し真空容器10
内に連通させて真空容器10の頂壁に気密に構設されてい
る。放電プロック30の頂部には、その内部中空の上端部
を気密に封止してマイクロ波透過窓40が設けられてい
る。マイクロ波透過窓40は、石英、アルミナ等のマイク
ロ波透過材料で形成されている。つまり、真空容器10
内、放電ブロック30の内部中空及びマイクロ波透過窓40
により外部から遮断された空間50が形成される。
In FIG. 1, a discharge block 30, which is a means having a plasma generation region inside, is a hollow cylinder whose shape does not change in cross-sectional area with respect to the traveling direction of microwaves. It is formed of a non-magnetic conductive material such as aluminum. The outer dimensions of the discharge block 30 are larger than the dimensions of the open top portion of the vacuum vessel 10. The discharge block 30 has a hollow shaft inside as a substantially vertical axis,
The inner hollow portion of the vacuum vessel 10 is
The inside of the vacuum vessel 10 is airtightly connected to the inside. A microwave transmission window 40 is provided at the top of the discharge block 30 so as to hermetically seal the upper end of the hollow inside thereof. The microwave transmission window 40 is formed of a microwave transmission material such as quartz or alumina. That is, the vacuum container 10
The inside of the discharge block 30 and the microwave transmission window 40
Thus, a space 50 shielded from the outside is formed.

第1図で、試料台軸60が、その上部を空間50に突出さ
せ、また、その下部を真空容器10外に突出させた状態で
真空容器10の底壁に気密を保持し設けられている。真空
容器10の底壁と試料台軸60とは、電気絶縁部材70により
電気的に絶縁されている。試料台軸60の軸心は、略垂直
軸となっている。試料台61は、一方の面、この場合、上
面に試料設置面を有している。試料台61は、その試料設
置面を略水平面として試料台軸60の上端に設けられてい
る。尚、試料台軸60と試料台61とは、一体に形成されて
いても勿論良い。この場合、空間50の外には、バイアス
用電源である高周波電源80が設置されている。試料台軸
60は、高周波電源80に接続されている。高周波電源80
は、接地されている。試料台軸60、試料台60は、導電材
料で形成され、試料台61は、試料台軸60と導通状態にあ
る。一方、真空容器10は接地され、また、この場合、放
電ブロック30も真空容器10を介して接地されている。
尚、バイアス用電源としては、この他に直流電源等の使
用も可能である。また、この場合、試料台61の内部に
は、冷媒流路(図示省略)が形成され、試料台軸60の内
部には、冷媒流路に連通して冷媒供給路(図示省略)、
冷媒排出路(図示省略)がそれぞれ形成されている。冷
媒供給装置(図示省略)が、空間50外に設置されてい
る。冷媒供給装置の冷媒供給口と試料台軸60の冷媒供給
路とは、冷媒供給管(図示省略)で連結されている。試
料台軸60の冷媒排出路には、冷媒排出管(図示省略)の
一端が連結され、その他端は、冷媒回収槽(図示省略)
に連結若しくは大気開放されている。
In FIG. 1, a sample stage shaft 60 is provided on the bottom wall of the vacuum vessel 10 with its upper part protruding into the space 50 and the lower part protruding outside the vacuum vessel 10 while maintaining airtightness. . The bottom wall of the vacuum vessel 10 and the sample stage shaft 60 are electrically insulated by an electric insulating member 70. The axis of the sample stage shaft 60 is substantially a vertical axis. The sample stage 61 has a sample setting surface on one surface, in this case, the upper surface. The sample table 61 is provided at the upper end of the sample table shaft 60 with the sample setting surface being substantially horizontal. Note that the sample stage shaft 60 and the sample stage 61 may of course be formed integrally. In this case, outside the space 50, a high-frequency power supply 80 serving as a bias power supply is provided. Sample table axis
60 is connected to a high frequency power supply 80. High frequency power supply 80
Is grounded. The sample stage shaft 60 and the sample stage 60 are formed of a conductive material, and the sample stage 61 is in conduction with the sample stage shaft 60. On the other hand, the vacuum vessel 10 is grounded, and in this case, the discharge block 30 is also grounded via the vacuum vessel 10.
In addition, a DC power supply or the like may be used as the bias power supply. In this case, a coolant channel (not shown) is formed inside the sample table 61, and a coolant supply path (not shown) communicating with the coolant channel is formed inside the sample shaft 60.
Refrigerant discharge paths (not shown) are respectively formed. A coolant supply device (not shown) is provided outside the space 50. The coolant supply port of the coolant supply device and the coolant supply path of the sample stage shaft 60 are connected by a coolant supply pipe (not shown). One end of a refrigerant discharge pipe (not shown) is connected to the refrigerant discharge path of the sample stage shaft 60, and the other end is connected to a refrigerant recovery tank (not shown).
Or open to the atmosphere.

第1図で、マイクロ波透過窓40と試料台61の試料設置
面、つまり、該試料設置面に半導体素子基板等の試料90
が設置された場合はその被処理面とは、この場合、上下
方向に対向した状態となり、それらの面は略平行状態と
なる。尚、放電ブロック30の内部中空の軸心、マイクロ
波透過窓40の中心及び試料台61の試料設置面、つまり、
試料90の被処理面の中心がそれぞれ略一致するように構
成されることが望ましい。また、この場合、放電ブロッ
ク30の内部中空の形状は、放電ブロック30の高さ方向で
途中部から下端部にかけてテーパ状に拡大した形状とな
っている。これは、放電ブロック30の内部中空の大きさ
が、試料90の被処理面のそれよりも小さいためである。
尚、放電ブロック30の内部中空の大きさが、試料90の被
処理面のそれよりも大きい場合には、放電ブロック30の
内部中空の形状を上記のようにテーパ状に拡大した形状
となす必要は無く、放電ブロック30の高さ方向で上端部
から下端部まで略同一としても良い。
In FIG. 1, a sample mounting surface of the microwave transmission window 40 and the sample table 61, that is, a sample 90 such as a semiconductor element substrate is provided on the sample mounting surface.
In this case, the surface to be processed is vertically opposed to each other, and the surfaces are substantially parallel. Note that the axis of the hollow inside the discharge block 30, the center of the microwave transmitting window 40, and the sample mounting surface of the sample stage 61, that is,
It is desirable that the centers of the surfaces to be processed of the sample 90 are substantially coincident with each other. In this case, the shape of the hollow inside of the discharge block 30 is a shape that is tapered from the middle to the lower end in the height direction of the discharge block 30. This is because the size of the hollow inside the discharge block 30 is smaller than that of the surface of the sample 90 to be processed.
When the size of the internal hollow of the discharge block 30 is larger than that of the surface to be processed of the sample 90, it is necessary to make the shape of the internal hollow of the discharge block 30 a tapered shape as described above. However, it may be substantially the same from the upper end to the lower end in the height direction of the discharge block 30.

第1図で、放電ブロック30の内部には、ガス供給路10
0が形成されている。処理ガス源101が、空間50の外に設
置されている。処理ガスゲン101とガス供給路100の一端
とは、ガス供給管102で連結されている。ガス供給管102
には、開閉弁(図示省略)、ガス流量制御器(図示省
略)等が設けられている。ガス供給路100の他端は、放
電ブロック30の高さ方向の上端部から途中部との間で放
電ブロック30の内部中空に開口させられている。
In FIG. 1, a gas supply passage 10 is provided inside a discharge block 30.
0 is formed. A processing gas source 101 is provided outside the space 50. The processing gas source 101 and one end of the gas supply path 100 are connected by a gas supply pipe 102. Gas supply pipe 102
Is provided with an on-off valve (not shown), a gas flow controller (not shown), and the like. The other end of the gas supply path 100 is opened to the inside of the discharge block 30 from the upper end in the height direction of the discharge block 30 to the middle thereof.

第1図で、放電ブロック30の外側には、該ブロック30
を内部に含んだ状態で導波管110が配設されている。導
波管110は、真空容器10で終端している。導波管110の形
状は、この場合、略円筒形である。導波管110の閉止端
壁である頂壁と放電ブロック30の上端部面(マイクロ波
透過窓40の上面)との間には、所定の高さ(間隔)を有
する空間120が形成されている。この場合、導波管110の
頂壁のマイクロ波透過窓40の上面と対向する部分には、
開口が形成されている。尚、該開口は、上記の位置に必
ずしも設けられる必要はない。空間50,120の外には、マ
イクロ波を発振する手段であるマグネトロン130が設け
られている。マグネトロン130と導波管110とは、導波管
111,112で連結されている。導波管111,112内は、導波管
110の頂壁の開口を介してインピーダンスマッチング空
間120と連通状態にある。ここで、導波管111は、矩形・
円形直角変換用の導波管であり、また、導波管112は、
矩形の導波管である。尚、マグネトロン130と導波管110
とは、その他のマイクロ波伝播手段、例えば、同軸ケー
ブル等で連結されていても良い。
In FIG. 1, the block 30 is located outside the discharge block 30.
The waveguide 110 is disposed in a state where is included inside. Waveguide 110 terminates in vacuum vessel 10. In this case, the shape of the waveguide 110 is substantially cylindrical. A space 120 having a predetermined height (interval) is formed between the top wall, which is the closed end wall of the waveguide 110, and the upper end surface of the discharge block 30 (the upper surface of the microwave transmission window 40). I have. In this case, a portion of the top wall of the waveguide 110 facing the upper surface of the microwave transmitting window 40 includes:
An opening is formed. Note that the opening does not necessarily need to be provided at the above position. Outside the spaces 50 and 120, a magnetron 130, which is means for oscillating microwaves, is provided. The magnetron 130 and the waveguide 110 are
They are connected by 111 and 112. Waveguides inside waveguides 111 and 112
It is in communication with the impedance matching space 120 through the opening in the top wall of 110. Here, the waveguide 111 has a rectangular shape.
A waveguide for circular right angle conversion, and the waveguide 112 is
It is a rectangular waveguide. The magnetron 130 and the waveguide 110
May be connected by other microwave propagation means, for example, a coaxial cable or the like.

第1図で、導波管110の側壁外周には、磁界を発生す
る手段である空心コイル140,141が、高さ方向に、この
場合、2段環装されている。更に、この場合、空心コイ
ル140は空間120に、また、空心コイル141は放電ブロッ
ク30の外周側面に略対応させられている。空心コイル14
0,141は、ON−OFF手段(図示省略)や通電量調節手段
(図示省略)等をそれぞれ介して電源(図示省略)に接
続されている。
In FIG. 1, air-core coils 140 and 141, which are means for generating a magnetic field, are arranged in a two-stage ring around the side wall of the waveguide 110 in the height direction. Further, in this case, the air core coil 140 substantially corresponds to the space 120, and the air core coil 141 substantially corresponds to the outer peripheral side surface of the discharge block 30. Air core coil 14
Reference numerals 0 and 141 are connected to a power supply (not shown) via an ON-OFF means (not shown), a power supply amount adjusting means (not shown), and the like.

第1図で、開閉弁、排気抵抗可変弁を開弁し真空排気
装置20を作動することで、空間50は減圧排気される。ま
た、ガス供給管102、開閉弁、ガス流量制御器等、ガス
供給路100を介して処理ガス源101から放電ブロック30の
内部中空に所定流量で所定のエッチング用ガスが導入さ
れる。つまり、空間50には、エッチング用ガスが導入さ
れる。空間50に導入されたエッチング用ガスの一部は、
排気抵抗可変弁の弁開度調節により真空排気装置20によ
り排気され、これにより、空間50の圧力は、所定のエッ
チング処理圧力に調節される。
In FIG. 1, the space 50 is evacuated and evacuated by opening the on-off valve and the exhaust resistance variable valve and operating the evacuation device 20. Further, a predetermined etching gas is introduced at a predetermined flow rate from a processing gas source 101 into a hollow inside the discharge block 30 via a gas supply path 100, such as a gas supply pipe 102, an on-off valve, and a gas flow controller. That is, an etching gas is introduced into the space 50. Part of the etching gas introduced into the space 50 is
The gas is exhausted by the vacuum exhaust device 20 by adjusting the opening degree of the exhaust resistance variable valve, whereby the pressure in the space 50 is adjusted to a predetermined etching processing pressure.

また、第1図で、公知の搬送手段(図示省略)で試料
90が、この場合、1個真空容器10内に搬入される。真空
容器10内に搬入された試料90は、搬送手段から試料台61
に渡される。試料90を渡した搬送手段は、試料90の処理
を阻害しない場所に退避させられる。試料台61に渡され
た試料90は、試料台90の試料設置面に被処理面上向き姿
勢にて設置される。また、空心コイル140,141が作動さ
れ放電ブロック30の内部中空には、磁界が印加される。
In FIG. 1, the sample is transported by a well-known transport means (not shown)
In this case, one 90 is carried into the vacuum vessel 10. The sample 90 carried into the vacuum vessel 10 is transferred from the transfer means to the sample table 61.
Passed to. The transport means having passed the sample 90 is retracted to a place where the processing of the sample 90 is not hindered. The sample 90 transferred to the sample stage 61 is set on the sample setting surface of the sample stage 90 in an upward posture of the surface to be processed. Further, the air-core coils 140 and 141 are activated, and a magnetic field is applied to the hollow inside the discharge block 30.

第1図で、マグネトロン130が作動され、例えば、2.4
5GHzのマイクロ波が発振される。発振されたマイクロ波
は、導波管112を介し導波管111で矩形モードから円形モ
ードに直角変換された後に導波管110に導かれ、更に、
マイクロ波透過窓40のみを通して放電ブロック30内に伝
播されて行く。空心コイル140,141による磁界とマイク
ロ波電界との相乗作用により放電ブロック30内のエッチ
ング用ガスは、プラズマ化される。生成されたプラズマ
中の荷電粒子は、放電ブロック30内の強い磁場作用によ
り磁場と直角方向への拡散が抑制され、磁場の弱い真空
容器10内側へ急速に拡散して行き、試料台61に設置され
た試料90の被処理面上を覆う。これにより、試料の被処
理面は該プラズマにより所定エッチング処理される。更
に、このとき、高周波電源80から試料台61に高周波バイ
アス電圧を印加することで、プラズマ中の+イオン種
は、高周波バイアスの負の周期に試料90へ吸引されてそ
の被処理面に入射させられ、イオンエッチングを行なう
ことができる。また、試料台61の内部の冷媒流路には、
冷媒供給装置から冷媒供給管、冷媒供給路を介して所定
の冷媒(冷却水や0℃未満の温度の冷媒等)が供給され
る。冷媒流路を流通した冷媒は、冷媒排出路、冷媒排出
管を経て冷媒回収槽に回収若しくは大気排出される。こ
れにより、試料90の温度は、所定温度に調節される。
In FIG. 1, the magnetron 130 is activated, for example, 2.4
A 5 GHz microwave is oscillated. The oscillated microwave is guided to the waveguide 110 after being orthogonally converted from a rectangular mode to a circular mode in the waveguide 111 via the waveguide 112, and further,
The light is propagated into the discharge block 30 only through the microwave transmission window 40. The etching gas in the discharge block 30 is turned into plasma by the synergistic action of the magnetic field and the microwave electric field generated by the air-core coils 140 and 141. The charged particles in the generated plasma are prevented from diffusing in the direction perpendicular to the magnetic field by the strong magnetic field action in the discharge block 30 and rapidly diffuse into the vacuum vessel 10 where the magnetic field is weak, and set on the sample stage 61. The surface of the sample 90 to be processed is covered. Thereby, the surface to be processed of the sample is subjected to a predetermined etching process by the plasma. Further, at this time, by applying a high-frequency bias voltage from the high-frequency power supply 80 to the sample table 61, the + ion species in the plasma are attracted to the sample 90 at the negative cycle of the high-frequency bias and made incident on the surface to be processed. Thus, ion etching can be performed. Further, in the refrigerant flow path inside the sample stage 61,
A predetermined refrigerant (cooling water, refrigerant having a temperature of less than 0 ° C., or the like) is supplied from the refrigerant supply device via a refrigerant supply pipe and a refrigerant supply path. The refrigerant flowing through the refrigerant flow path is collected or discharged to the atmosphere through a refrigerant discharge path and a refrigerant discharge pipe in a refrigerant recovery tank. Thereby, the temperature of the sample 90 is adjusted to a predetermined temperature.

このように、本実施例では、導波管内に非磁性導電材
料で形成された放電ブロックを設けているため、マグネ
トロンから発振され導波管を伝播してきたマイクロ波
は、放電ブロックのマイクロ波透過窓からしか放電ブロ
ック内には導入されない。このため、従来の放電管でそ
の側面からもマイクロ波が導入されるものに比べて、試
料の被処理面に対応するプラズマ密度分布の均一性を大
幅に向上でき、従って、試料の被処理面内で処理の均一
性を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, since the discharge block formed of the nonmagnetic conductive material is provided in the waveguide, the microwave oscillated from the magnetron and propagated through the waveguide is transmitted through the microwave of the discharge block. It is only introduced from the window into the discharge block. For this reason, the uniformity of the plasma density distribution corresponding to the surface to be processed of the sample can be greatly improved, as compared with a conventional discharge tube in which microwaves are also introduced from the side surface. The uniformity of the treatment can be improved within.

また、放電ブロックを非磁性導電材料で形成している
ため、空心コイルにより発生される磁界であって放電ブ
ロックの内部中空、つまり、プラズマ生成領域に印加さ
れる磁界の強度、分布状態を放電ブロックにより弱めら
れたり乱されたりしないため、マイクロ波電界と磁界と
の相乗作用を極めて効率的に得ることができる。このた
め、試料の被処理面に対応するプラズマ密度の低下を防
ぐことができ試料の被処理面内でのエッチング処理速度
の低下を防止できる。これに加えて放電ブロックを非磁
性導電材料で形成しているため、プラズマ生成領域に印
加される磁界の強度がより強まり、マイクロ波電界と磁
界との相乗作用をより増強できる。このため、試料の被
処理面に対応するプラズマ密度をより高めることができ
試料の被処理面内でのエッチング処理速度をより向上さ
せることができる。尚、プラズマ生成に磁界を用いずマ
イクロ波電界のみを用いるタイプの無磁場型のマイクロ
波プラズマエッチング装置にあっては、放電ブロックを
本実施例のように非磁性導電材料で形成する必要は無
く、導電性材料で形成すれば充分である。
In addition, since the discharge block is formed of a non-magnetic conductive material, the intensity and distribution of the magnetic field generated by the air-core coil inside the discharge block, that is, the magnetic field applied to the plasma generation region, is controlled by the discharge block. As a result, the synergy between the microwave electric field and the magnetic field can be obtained extremely efficiently. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the plasma density corresponding to the surface to be processed of the sample and to prevent a reduction in the etching processing speed in the surface to be processed of the sample. In addition, since the discharge block is formed of a non-magnetic conductive material, the strength of the magnetic field applied to the plasma generation region is further increased, and the synergistic action between the microwave electric field and the magnetic field can be further enhanced. For this reason, the plasma density corresponding to the surface to be processed of the sample can be further increased, and the etching processing speed in the surface to be processed of the sample can be further improved. In a non-magnetic field type microwave plasma etching apparatus of a type using only a microwave electric field without using a magnetic field for plasma generation, it is not necessary to form a discharge block with a nonmagnetic conductive material as in the present embodiment. It is sufficient to form it with a conductive material.

また、放電ブロックの内部中空が、テーパ状に拡大し
た形状となっているため、プラズマの横方向への拡散が
容易に実施され、その分、大面積のプラズマが得られ、
大口径試料の被処理面内内外周のエッチング処理の均一
化を図ることができる。
In addition, since the inside hollow of the discharge block has a tapered shape, the plasma can be easily diffused in the lateral direction, and a large area of plasma can be obtained accordingly.
This makes it possible to make the etching process of the inner and outer peripheries of the large-diameter sample to be uniform.

また、試料の被処理面内でエッチング処理の均一性を
向上させることができる共に、バイアス印加によりイオ
ンエッチングを行なうことができエッチング処理速度を
向上させることができる。
In addition, the uniformity of the etching process can be improved in the surface of the sample to be processed, and the ion etching can be performed by applying a bias, so that the etching process speed can be improved.

尚、試料台61の試料設置面に設置された試料90の被処
理面からマイクロ波透過窓40の内面までの距離は、放電
ブロックの内部中空での放電状態をより安定化させるた
めに該内部中空の管内波長の少なくとも1/2とするのが
望ましい。これにより、試料の被処理面内でエッチング
処理の均一性をより安定して向上させることができる。
Note that the distance from the surface to be processed of the sample 90 placed on the sample placement surface of the sample stage 61 to the inner surface of the microwave transmitting window 40 is set to be more stable in order to further stabilize the discharge state inside the discharge block. Desirably, it is at least half of the wavelength in the hollow tube. This makes it possible to more stably improve the uniformity of the etching process in the surface to be processed of the sample.

本発明の第2の実施例を第2図,第3図により説明す
る。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第2図は、本発明の第2実施例のマイクロ波プラズマ
エッチング装置の要部縦断面構成図である。
FIG. 2 is a vertical sectional view showing a main part of a microwave plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.

第2図で、この場合、放電ブロック30の頂面と導波管
110の頂壁内面との間隔Lが調節可能に構成されてい
る。例えば、装置組み立て時や装置使用時等において、
導波管110若しくは放電ブロック30を上下方向に移動さ
せる手段(図示省略)により導波管110若しくは放電ブ
ロック30を上下方向に移動させることで、間隔Lが調節
される。尚、第2図で、その他第1図と同一部品、装置
等は同一符号で示し、説明を省略する。
In FIG. 2, in this case, the top surface of the discharge block 30 and the waveguide
The distance L from the inner surface of the top wall 110 is adjustable. For example, when assembling or using the device,
The distance L is adjusted by moving the waveguide 110 or the discharge block 30 in the vertical direction by means (not shown) for moving the waveguide 110 or the discharge block 30 in the vertical direction. In FIG. 2, other parts, devices, and the like that are the same as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

第2図で、空間120の形状、つまり、導波管111の連結
部より拡大しその後マイクロ波透過窓40で縮小する形状
により間隔Lを調節することで、マイクロ波のインピー
ダンスマッチングが可能であり、プラズマ等の負荷から
のマイクロ波の反射波を零にすることができる。このと
きのプラズマ密度は、第3図に示すように、従来の半球
状の放電管を用いたものに比べ数倍上昇していると考え
られる。これは、マイクロ波の反射波を零にできること
で、マイクロ波が効率良くプラズマに吸収されるように
なるためである。
In FIG. 2, the impedance L of the microwave can be matched by adjusting the interval L according to the shape of the space 120, that is, the shape that is enlarged from the connection portion of the waveguide 111 and then reduced by the microwave transmission window 40. , The reflected wave of the microwave from the load such as the plasma can be made zero. It is considered that the plasma density at this time is several times higher than that using a conventional hemispherical discharge tube, as shown in FIG. This is because the reflected wave of the microwave can be reduced to zero, so that the microwave is efficiently absorbed by the plasma.

第3図は、プラズマ密度の大小を簡易的に比較するた
めに、試料台61に定パワー特性の高周波電源を印加して
その時の出力電圧を見たもので、電源出力パワー(P)
と出力電圧(E)との関係を本実施例(A),従来技術
(B)比較して示したものである。第3図は、出力電圧
が小さい程放電インピーダンスが小さい、即ち、プラズ
マ密度が高いことを示している。
FIG. 3 shows an output voltage at a time when a high-frequency power source having a constant power characteristic is applied to the sample table 61 in order to easily compare the magnitude of the plasma density.
The relationship between the present embodiment (A) and the prior art (B) is shown by comparing the relationship between the present invention and the output voltage (E). FIG. 3 shows that the smaller the output voltage, the lower the discharge impedance, that is, the higher the plasma density.

従って、本実施例では、上記一実施例での効果に加え
て次のような効果が得られる。
Therefore, in the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the above-described one embodiment.

(1)プラズマ密度が高いため、エッチング処理速度を
大幅に向上できる。
(1) Since the plasma density is high, the etching processing speed can be greatly improved.

(2)プラズマ密度が高いため、試料に対するイオンの
加速エネルギを低く押えることができ、低ダメージのエ
ッチング処理が行なえる。
(2) Since the plasma density is high, the acceleration energy of ions with respect to the sample can be kept low, and etching processing with low damage can be performed.

尚、放電ブロック30の頂面と導波管110の頂壁内面と
の間隔Lは、ガス種、処理圧力等処理条件により調節す
ることが望ましいが、しかしながら、該間隔Lを予備実
験等により予め設定し、該設定された間隔Lでもって装
置設計を行ない製作するようにしても良い。
It is desirable that the distance L between the top surface of the discharge block 30 and the inner surface of the top wall of the waveguide 110 be adjusted depending on the processing conditions such as the type of gas and the processing pressure. The device may be set and the device may be designed at the set interval L to manufacture the device.

本発明の第3の実施例を第4図により説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第4図は、本発明の第3の実施例のマイクロ波プラズ
マエッチング装置の要部縦断面構成図である。
FIG. 4 is a vertical sectional view showing a main part of a microwave plasma etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.

第4図で、本発明の一実施例を示す第1図と異なる点
は、導波管110′がテーパ状に拡大した導波管である点
と、放電ブロック30′の外周側面が導波管110′の内周
面形状に沿ってテーパ状になっている点(但し、円筒内
径部の形状は第1図と同)である。導波管110′は、導
波管111の連結端部から放電ブロック30′に向かってテ
ーパ状に拡大した形状となっている。また、上段に配置
された空心コイル140′は、下段に配置された空心コイ
ル141よりも内径を小さくしてコイル巻数を増やしたも
ので、放電部に加える磁場強度の分布(マイクロ波導入
方向が強く、真空容器10側に向かうにしたがって徐々に
弱くなる)に適合させたものである。尚、第4図で、そ
の他第1図と同一部品、装置等は同一符号で示し説明を
省略する。
FIG. 4 differs from FIG. 1 showing an embodiment of the present invention in that the waveguide 110 'is a waveguide that is expanded in a tapered shape, and the outer peripheral side surface of the discharge block 30' is a waveguide. The point is that it is tapered along the inner peripheral surface shape of the tube 110 '(however, the shape of the inner diameter portion of the cylinder is the same as in FIG. 1). The waveguide 110 ′ has a shape that is tapered from the connection end of the waveguide 111 toward the discharge block 30 ′. The air-core coil 140 'arranged at the upper stage has a smaller inner diameter than the air-core coil 141 arranged at the lower stage and has a larger number of coil turns. (Strong and gradually weakens toward the vacuum vessel 10). In FIG. 4, other parts, devices and the like that are the same as those in FIG.

本実施例では、上記一実施例での効果に加え次のよう
な効果が得られる。
In this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the above-described embodiment.

(1)放電ブロックを内部に有する導波管の形状をテー
パ状形状にしたことで、上段に配置された空心コイルの
コイル巻数を増加でき最大磁場発生用のコイル電源(図
示省略)を小さくできる。
(1) By making the shape of the waveguide having the discharge block inside tapered, the number of coil turns of the air-core coil arranged in the upper stage can be increased and the coil power supply (not shown) for generating the maximum magnetic field can be reduced. .

本発明の第4の実施例を第5図により説明する。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第5図は、本発明の第4の実施例のマイクロ波プラズ
マエッチング装置の要部縦断面構成図である。
FIG. 5 is a vertical sectional view showing a main part of a microwave plasma etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

第5図で、本発明の一実施例を示す第1図と異なる点
は、補正磁界印加用の空心コイル142が試料台61の試料
設置面の反対側で試料台軸60に環装されている点であ
る。空心コイル142は、放電ブロック30内へ磁場を印加
する空心コイル140,141によって発生する試料90の被処
理面近傍の磁界を補正するものである。尚、第5図で、
その他第1図と同一部品、装置等は同一符号で示し、説
明を省略する。
FIG. 5 differs from FIG. 1 showing an embodiment of the present invention in that an air-cored coil 142 for applying a correction magnetic field is mounted on a sample stage shaft 60 on the opposite side of the sample mounting surface of the sample stage 61. It is a point. The air-core coil 142 corrects a magnetic field near the surface to be processed of the sample 90 generated by the air-core coils 140 and 141 that apply a magnetic field into the discharge block 30. In FIG. 5,
In addition, the same components, devices, and the like as those in FIG.

第5図で、空心コイル140,141による磁束方向が図で
上からした方向へ向かっているとき、空心コイル142の
磁束の向きを図で上方向に向けると、試料90の被処理面
近傍の合成磁界方向は試料90の被処理面の外周方向を向
き、空心コイル142の磁束の向きを逆に下向きにすると
合成磁界は、試料90の被処理面の中央部へ集まろうとす
る。生成されるプラズマは、磁束の流れ方向に拡散し易
い性質があるため、補正磁界の方向、強さを調節するこ
とで、プラズマ密度、プラズマの拡散状態を補正するこ
とができ、試料の処理速度、均一性を補正することがで
きる。
In FIG. 5, when the direction of the magnetic flux by the air-core coils 140 and 141 is directed upward from the figure, and the direction of the magnetic flux of the air-core coil 142 is directed upward in the figure, the resultant magnetic field near the surface of the sample 90 to be processed is The direction is directed to the outer peripheral direction of the surface of the sample 90 to be processed, and if the direction of the magnetic flux of the air-core coil 142 is turned downward, the combined magnetic field tends to gather at the center of the surface of the sample 90 to be processed. The generated plasma has the property of easily diffusing in the flow direction of the magnetic flux. Therefore, by adjusting the direction and strength of the correction magnetic field, the plasma density and the diffusion state of the plasma can be corrected, and the processing speed of the sample can be corrected. , Uniformity can be corrected.

第6図は、本発明の第5の実施例を示すもので、第6
図で、本発明の一実施例を示す第1図と同一部品、装置
等は同一符号で示し説明を省略する。
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention.
In the figure, the same parts, devices and the like as those in FIG.

第6図で、142′は、補正磁界印加用の空心コイルで
あり、上記第4の実施例での空心コイルと同様な作用、
効果を奏するものである。空心コイル142′は、試料台6
1の試料設置面の反対側で真空容器10外、つまり、大気
中に設けられている。このため、上記第4の実施例での
空心コイルに比べて放熱や真空封止、メンテナンスの面
で優れた特性を有する。
In FIG. 6, reference numeral 142 'denotes an air-core coil for applying a correction magnetic field, and has the same operation as the air-core coil in the fourth embodiment.
It is effective. The air-core coil 142 'is
The sample is provided outside the vacuum vessel 10 on the opposite side of the sample setting surface, that is, in the atmosphere. Therefore, compared to the air-core coil of the fourth embodiment, the coil has superior characteristics in terms of heat dissipation, vacuum sealing, and maintenance.

第7図は、本発明の第6の実施例を示すもので、第7
図で、本発明の一実施例を示す第1図と同一部品、装置
等は同一符号で示し説明を省略する。
FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention.
In the figure, the same parts, devices and the like as those in FIG.

第7図で、150は、円偏波変換素子であり、導波管110
と導波管111との間に設けられている。つまり、円偏波
変換素子150の一端は、導波管111の出口端に連結され、
他端は、導波管110に連結されている。
In FIG. 7, reference numeral 150 denotes a circular polarization conversion element,
And the waveguide 111. That is, one end of the circular polarization conversion element 150 is connected to the exit end of the waveguide 111,
The other end is connected to the waveguide 110.

第7図で、矩形・円形直角変換用の導波管111で円形
導波管モードに変換されたマイクロ波(TE11モード)
は、円偏波変換素子150で直線偏波から円偏波に変換さ
れて次段の導波管110へ伝播され、更にマイクロ波透過
窓40を通して放電ブロック30内へ伝播される。
In FIG. 7, a microwave (TE 11 mode) converted into a circular waveguide mode by a rectangular / circular right angle conversion waveguide 111 is shown.
Is converted from linearly polarized light to circularly polarized light by the circular polarization conversion element 150, propagated to the next-stage waveguide 110, and further propagated into the discharge block 30 through the microwave transmission window 40.

本実施例では、上記一実施例での効果に加え、円偏波
変換素子を用いることにより、放電ブロック内でのプラ
ズマの生成密度を上記一実施例でのそれに比べて数倍向
上でき、これにより試料の処理速度を更に向上できる効
果がある。
In the present embodiment, in addition to the effects of the above-described embodiment, by using the circular polarization conversion element, the plasma generation density in the discharge block can be improved several times as compared with that of the above-described embodiment. Thus, there is an effect that the processing speed of the sample can be further improved.

尚、プラズマ密度を更に向上させる方策として、上記
第6の実施例では、円偏波を用いる例を説明したが、こ
の他に、例えば、マグネトロンをパルス放電させること
も有効である。
As a measure for further improving the plasma density, in the above-described sixth embodiment, an example in which circularly polarized waves are used has been described. Alternatively, for example, pulse discharge of a magnetron is also effective.

以上の実施例においては、有磁場型のマイクロ波プラ
ズマエッチング装置への適用を例に採り説明したが、こ
の他に、有磁場型のマイクロ波CVD装置や、また、無磁
場型のマイクロ波プラズマエッチング装置(含むアッシ
ング装置),CVD装置にも同様に適用できることはいうま
でもない。このように、マイクロ波CVD装置に本発明を
適用した場合、成膜の均一性が向上し、また、その成膜
速度を向上させることができる。
In the above embodiment, application to a magnetic field type microwave plasma etching apparatus has been described as an example. In addition, a magnetic field type microwave CVD apparatus, and a non-magnetic type microwave plasma etching apparatus are also described. It goes without saying that the present invention can be similarly applied to an etching apparatus (including an ashing apparatus) and a CVD apparatus. As described above, when the present invention is applied to the microwave CVD apparatus, the uniformity of film formation is improved, and the film formation speed can be improved.

[発明の効果] 本発明によれば、マイクロ波透過窓で形成された部分
からのみプラズマ反応室にマイクロ波が導入するため、
試料の被処理面に対応するプラズマ密度分布の均一性が
大幅に向上し、これを利用して処理される試料の被処理
面における処理の均一性が向上するという効果がある。
また、マイクロ波インピーダンスマッチング用空間をマ
イクロ波透過窓の上部に設けているために、マイクロ波
の反射波を零にすることができるという効果がある。
[Effects of the Invention] According to the present invention, since microwaves are introduced into the plasma reaction chamber only from the portion formed by the microwave transmission window,
There is an effect that the uniformity of the plasma density distribution corresponding to the surface to be processed of the sample is greatly improved, and the uniformity of the processing on the surface to be processed of the sample to be processed using this is improved.
Further, since the microwave impedance matching space is provided above the microwave transmitting window, there is an effect that the reflected wave of the microwave can be made zero.

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

第1図は、本発明の一実施例のマイクロ波プラズマエッ
チング装置の要部縦断面構成図、第2図は、本発明の第
2の実施例のマイクロ波プラズマエッチング装置の要部
縦断面構成図、第3図は、同じく従来技術との比較を示
す電源出力パワーと出力電圧との関係模式図、第4図乃
至第7図は、本発明の第3乃至第6の実施例のマイクロ
波プラズマエッチング装置の要部縦断面構成図である。 10……真空容器、20……真空排気装置、30,30′……放
電ブロック、40……マイクロ波透過窓、61……試料台、
80……高周波電源、90……試料、101……処理ガス源、1
10〜112,110′……導波管、120……空間、130……マグ
ネトロン、140〜142,140′,142′……空心コイル、150
……円偏波変換素子
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a main part of a microwave plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a vertical sectional view showing a main part of a microwave plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between power supply output power and output voltage, similarly showing a comparison with the prior art, and FIGS. 4 to 7 are microwaves according to the third to sixth embodiments of the present invention. FIG. 3 is a vertical cross-sectional configuration diagram of a main part of the plasma etching apparatus. 10 Vacuum container, 20 Vacuum pump, 30, 30 'Discharge block, 40 Microwave transmission window, 61 Sample base,
80 ... high frequency power supply, 90 ... sample, 101 ... processing gas source, 1
10-112,110 '... waveguide, 120 ... space, 130 ... magnetron, 140-142, 140', 142 '... air-core coil, 150
…… Circular polarization conversion element

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 成一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 縄田 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 平2−16732(JP,A) 特開 平2−17636(JP,A)Continued on the front page (72) Inventor, Seiichi Watanabe 502, Kandate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref., Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. References JP-A-2-16732 (JP, A) JP-A-2-17636 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マイクロ波を発生する手段と、該マイクロ
波発生手段からのマイクロ波を真空容器内へ導入する矩
形・円形直角変換導波管と、該真空容器内に試料を保持
する試料台と、該真空容器内をプラズマ状態にするため
にガスを導入するガス供給孔と、該真空容器内を所望の
真空圧力にする真空排気装置とからなるマイクロ波プラ
ズマ処理装置であって、 マイクロ波を該真空容器内に透過させない放電ブロック
を該真空容器の上側面に設け、 該放電ブロックを設けた中空部を気密に封止するように
該マイクロ波透過窓を設けることにより該マイクロ波透
過窓のほぼ全面からマイクロ波を下方の該真空容器に透
過するようにし、 該矩形・円形直角変換導波管と該マイクロ波透過窓との
間にマイクロ波のインピーダンスをマッチングするよう
な高さ寸法を有する空間を構成する導波管を設け、 該インピーダンスマッチングのための空間の内径が該マ
イクロ波透過窓の直径よりも大きいことを特徴とするマ
イクロ波プラズマ処理装置。
1. A means for generating microwaves, a rectangular / circular right angle conversion waveguide for introducing microwaves from the microwave generating means into a vacuum vessel, and a sample stage for holding a sample in the vacuum vessel. And a gas supply hole for introducing a gas to bring the inside of the vacuum vessel into a plasma state, and a vacuum exhaust device for bringing the inside of the vacuum vessel to a desired vacuum pressure, comprising: The microwave transmission window is provided by providing a discharge block on the upper surface of the vacuum container that does not allow the microwave to pass through the vacuum container, and providing the microwave transmission window so as to hermetically seal a hollow portion provided with the discharge block. The microwave is transmitted to the vacuum vessel below from almost the entire surface of the vacuum vessel, and the impedance of the microwave is matched between the rectangular / circular right angle conversion waveguide and the microwave transmitting window. A height waveguide provided constituting a space having a dimension, microwave plasma processing apparatus inner diameter of the space for the impedance matching is equal to or greater than the diameter of the microwave transmitting window.
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