JP2662219B2 - Plasma processing equipment - 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、とくにCVD、エツチングなどの各技術の高速かつ均
一な処理に好適なプラズマ処理装置に関する。
〔従来の技術〕
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。
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
とが問題になつてきた。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。
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ツチン
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。ドライエツチングの場合、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
るとエツチング面に形成されるポリマーの除去が十分行
われず、エツ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ツチ
ングされ、パターンの寸法精度が悪くなるといつた問題
を発生する。
プラズマCVDでもイオンのエネルギーが弱いと組成が
粗となり、エネルギーが強いと密になるようにイオンエ
ネルギーが成膜に影響する。
したがつ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56−9684
1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。
マイクロ波により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
発生室に放射しても、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。したがつてマイクロ波
によりプラズマを発生させるためには、電子が磁場と垂
直な平面を回転す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、マイクロ波を空洞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に示されたので有磁場マイクロ波、あるいはエ
レクトロンサイクロトロン レソナンス(Electron Cyc
lotron Resonance)(以下ECRという)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。
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。したがつて、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。
これらのマイクロ波により発生したプラズマを利用す
る装置では、マイクロ波が基板に向けて導入される経路
を妨げない位置からガスを供給する必要がある。そのた
め、単管の吹出口あるいはリング状の吹出口が使用され
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
プラズマ処理では、イオンのエネルギーが重要な役割
をはたすことはさきに述べたとおりである。
しかるに、従来技術の中でECR方式では、前記特開昭5
6−13480に示されているように、基板を載せた電極に高
周波電圧を印加すると、この電極に対向する側には、ア
ース電極がないため、高周波電流が周囲処理室との間に
流れて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つた。
また空胴共振器を使用した方法では、共振器の中でプ
ラズマを発生させる構成であるため、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し
て共振条件が満たされずプラズマが不安定になるという
問題があつた。すなわち、プラズマが発生するまでは共
振条件が満足されているため、マイクロ波の電界強度が
強くなりプラズマが発生する。しかるにこのプラズマが
発生して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つて電界強度が小さ
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、再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
あつた。
さらに、これらのプラズマ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、マイクロ波が反射などを発生してプ
ラズマはさらに不安定になるという問題があつた。
またガスの供給方法に関して、前述した単管の吹出口
やリング状の吹出口によるガス供給方法は、10mTorr以
下の低圧力領域の条件またはガスの供給流量が極めて少
ない条件で使用されている。なぜならば、このような条
件の場合には、ガスの流れが拡散流になつて基板近傍で
ガス濃度の不均一が発生しないため、均一に基板を処理
できるからである。
ところが、前記従来技術のように10mTorr以上の圧力
域で処理する場合および500Scm3/sec以上の大流量のガ
スを供給する場合には、粘性流の流れとなるため、従来
のガス供給方式では、基板を均一に処理できない問題が
あつた。
本発明の目的は、前記従来技術における種々の問題を
解決し、高速かつ均一な処理を可能とするプラズマ処理
装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、マイクロ波発生手段と、該
マイクロ波発生手段で発生させたマイクロ波を輸送する
マイクロ波輸送手段と、真空に排気された内部に処理基
板を載置する処理室手段と、該処理室手段とマイクロ波
輸送手段との間にあって、前記マイクロ波を処理室手段
に導入する空洞共振器としてのマイクロ波導入手段と、
マイクロ波導入手段及び処理室手段の間に、マイクロ波
導入手段を真空に封止しかつマイクロ波を透過し得る部
材とマイクロ波を処理室手段に放射させる複数のスリッ
トを設けたスリット板とを積重して設けた積重手段と、
該積重手段のスリット板における前記スリットと異なる
位置に、ガスを処理室手段の内部にシャワー状のガスと
して導くガス流通路を設けたガス供給手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。
〔作 用〕
従来のECR方式では導波管の開口部より直接マイクロ
波をプラズマ発生室に放射する構成をしている。
そのため、プラズマ発生室と、導波管の開口部との間
にアース電極を設置すると、マイクロ波がアース電極で
反射され、プラズマ発生室に供給できない。
そこで、本発明では上述の如く、マイクロ波発生手段
とマイクロ波輸送手段と処理室手段とマイクロ波導入手
段と積重手段とガス供給手段とを有し、空洞共振器とし
てのマイクロ波導入手段が処理室手段とマイクロ波輸送
手段との間にあってマイクロ波輸送手段で輸送されたマ
イクロ波を積重手段を介し処理室手段に導入するように
構成しているので、処理室手段の処理基板を載せた電極
に対し、高周波を印加した場合、高周波電流が、真空封
止された処理室手段内で均等に流れ、イオン効果を処理
基板の全面に対し均等に発生させることができる。
また、本発明では、積重手段がマイロ波導入手段を真
空に封止しかつマイクロ波を透過し得る部材とマイクロ
波を処理室手段に放射させる複数のスリットを設けたス
リット板とを積重して設けて構成しているので、そのス
リットを通して十分な量のマイクロ波を処理室手段に供
給でき、従って、処理室手段で高密度のプラズマを発生
させることができると共に、処理基板の全面に対しイオ
ンエネルギーを入射させることができる。
一方、スリット内にガスを供給した場合、電界の強い
スリットに濃いプラズマが発生し、そこでエネルギーが
消費されるので、処理基板近傍のプラズマ密度が低下す
るおそれがある。
本発明では、上述の如く、ガス供給手段が、積重手段
のスリット板における前記スリットと異なる位置に、ガ
スを処理室手段の内部にシャワー状のガスとして導くガ
ス流通路を設け、このガス流通路により、処理室手段の
内部にシャワー状のガスを導くようにしているので、マ
イクロ波の導入経路を妨げることがなくなり、処理基板
近傍のプラズマ密度が低下するおそれを解消することが
でき、従って、処理基板の全面に対し均一なガスの流れ
となる。その結果、均一な成膜を高速にて行うことがで
きる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を示す第1図乃至第8図につい
て説明する。
第1図に示すように、空胴共振器1は、E01モードの
円形空胴共振器で形成され、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。前記導波管2はE
01モードとの結合をよくするため、前記円形空胴共振器
1に対して偏心して取り付けられている。前記円形空胴
共振器1のもう一方の側には、セラミツクス板4とスリ
ツト板5とを固定している。そしてその下には、プラズ
マ発生室6が接続している。なお前記セラミツクス4は
前記円形空胴共振器1内を真空に封止するため設けられ
ている。
前記スリツト板5は平板状に形成され、第2図および
第3図に示すように、E01モードの電界に対し、直角な
方向にリング状の複数のスリツト5cにて開口部が形成さ
れている。各スリツト5cの長さは、2.45GHzのマイクロ
波を用いた場合、スリツト5cからのマイクロ波を放射を
よくするため、マイクロ波の1/2波長に相当する60mm以
上の寸法に形成されている。
前記プラズマ発生室6(第1図)には、電極7、ガス
供給管9およびガス排気管10を設けている。前記電極7
は絶縁材8を介して前記プラズマ発生室6内に固定さ
れ、高周波電源11に接続している。前記ガス供給9はガ
ス供給源(図示せず)に接続して、このガス供給源から
あらかじめ設定した流量だけのプラズマ処理用ガスを供
給するように形成されている。
また前記スリツト板5には、前記複数のスリツト5c間
に同心円状の溝5dと、この溝5dから前記プラズマ発生室
6内に向つて開口する多数の細穴5eとを形成している。
そのため、第1図から明らかなように前記スリツト板5
と前記セラミツクス板4とを密着して積重すると、これ
らスリツトバン5とセラミツクス板4との間に前記溝5d
と細穴5eとにより前記ガス供給管9と前記プラズマ発生
室6内とを接続するガス流通路が形成され、このガス流
通路により前記ガス供給管9からのガスを前記プラズマ
発生室6内の前記電極7上に載置する基板12に向つてシ
ヤワー上に噴出させている。
前記ガス排気管10は真空排気ポンプ(図示せず)に接
続し、前記プラズマ発生室6内を1〜10-3Torrの圧力に
コントロールしている。
本発明によるプラズマ処理装置は、前記のように構成
されているから、つぎにエツチングおよびプラズマCVD
について説明する。
前記マグネトロン3を動作させ、マイクロ波を発振さ
せて導波管2により空胴共振器1に供給すると、この空
胴共振器1内で振幅を大きくしたマイクロ波のエネルギ
ーが前記スリツト板5のスリツト5cより前記プラズマ発
生室6に放射される。前記プラズマ発生室6内に放射さ
れたマイクロ波の振幅は、前記空胴共振器1で大きくな
つているため、前記プラズマ発生室6が空胴共振器とし
ての構成をしていなくてもプラズマが点灯し、維持され
る。
ついで、この状態でエツチングの場合について説明す
る。
前記ガス供給管9よりエツチングガスを供給し、前記
ガス排気管10より排気し、一定のガス圧力にした前記プ
ラズマで発生室6内にマイクロ波を供給して前記スリツ
ト板5と前記電極7との間にマイクロ波によるプラズマ
を発生さると、マイクロ波はプラズマ中の電子に直接作
用するため、このプラズマと前記電極7との間の電位差
は20〜30Vのレベルである。
しかるのち、前記電極7上に処理するウエハ12を載置
し、高周波電源11より前記電極7に高周波電圧を印加す
る。前記電極7と、スリツト板5とは互いに平行に設置
されており、高周波電流は、前記電極7と前記スリツト
板5との上に均等に流れるため、前記電極7と前記プラ
ズマとの間に発生する電界は均等になつて前記ウエハ12
の全面に均一なエネルギーのエツ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。
これらエツチングガスのイオンやプラズマ中で励起さ
れたエツチングガスの活性種(ラジカル)と前記ウエハ
12上の被処理膜が反応してエツチングが進行する。
このとき、入射するイオンのエネルギーは均等であ
り、かつガス流も均一であるため、前記ウエハ12の全面
に均一なエツチングができる。
つぎにプラズマCVDについて説明する。
SiH4およびN2,N2Oの混合ガスを前記ガス供給管9より
供給し、プラズマによりN2O,SiH4を分解してSiOを生成
し、前記ウエハ12上に成膜する。
またプラズマからのイオンの入射により前記ウエハ12
上の成膜の膜質が制御される。このとき、イオンの入射
エネルギーは均等化であり、かつガス流も均一であるた
め、前記ウエハ12の全面に均質な成膜が行なわれる。
なお、前記の実施例においては、円形導波管内のマイ
クロ波モードがE01モードである場合であるが、これに
限定されるものではない。ただし、スリツトが空胴共振
器の表面に流れる電流に対して直角方向であるときに
は、マイクロ波放射の効率がよりよいため、H01モード
の場合には、第4図に示すように放射状にスリツト5c′
形成し、H01モードの場合には、中央を直線状にし、そ
の両側を内側に湾曲するようにスリツト5c″を形成す
る。また前記のようにスリツト5c′,5c″の形状を変え
た場合、ガス流路を形成する前記溝の形状を前記スリツ
ト5c′,5c″から避けるように形成する必要があること
は前記第2図および第3図の説明から明らかである。
つぎにガス流通路の他の実施例を示す第6図乃至第8
図について説明する。
第6図および第7図においては、セラミツクス板4′
とスリツト板5′とガス吹出板5fとをサンドイツチ状に
構成したものである。この場合前記ガス吹出板5fはマイ
クロ波を透過しうるたとえばアルミナセラミツクおよび
石英などにて形成されている。また第6図においては、
ガス流路5d′と孔5e′を前記ガス吹出板5fに形成し、第
7図においては、スリツト板5′およびガス流路5d′を
形成している。
ついで第8図においては、マイクロ波の放射量を大き
くするため、スリツト5cをテーパ状に形成している。
なお、前記セラミツクス板4′,4″はセラミツクに限
定されるものではなくマイクロ波を透過しうる材質であ
ればよい。
したがつて、本発明によるプラズマ処理装置は、マイ
クロ波を使用してプラズマを発先させるさいに、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。
また基板上にシヤワー状に均一なガスを供給できるの
で、均一なプラズマ処理が可能となり、かつプラズマ発
生室を空胴共振器の構成にする必要がないから、電極お
よびプラズマ発生室の構成に制約されなくなる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、マイクロ波を用いたプラズマの発生
を安定することができる。
また空胴共振器との関連による装置構成上の制約を受
けないので、空胴共振器をアース電位に接続することが
処理対象を載置した電極に平行な対向電極を構成するこ
とができ、この結果、対向電極に設けられたスリツトを
通してマイクロ波のエネルギーを伝播でき、かつ基板状
にガスを均一な量で供給することができるので、このエ
ネルギーにより発生するイオンおよびラジカルの効果を
均一に処理対象に与えることができる。
さらにイオンおよびラジカルの影響を均一に発生させ
ることができ、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。
従って、本発明によれば、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、かつ均一な
成膜を高速にて行なうことができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices using low-temperature plasma, and more particularly to a plasma processing apparatus suitable for high-speed and uniform processing in various technologies such as CVD and etching. . [Prior art] An apparatus using low-temperature plasma is roughly classified into an apparatus using a technique of generating a plasma by applying a high frequency voltage of about 10 KHz to 30 MHz to one of parallel plate electrodes in a vacuum (Semiconductor Research) 18; P121-P170 Semiconductor Research 19; P225-P267),
Some use a technique of generating microwaves by introducing 2.45 GHz microwaves into a vacuum chamber. Conventionally, the technique using parallel plate electrodes has been mainly used among them. On the other hand, with the miniaturization of semiconductor elements, there has been a problem that element 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. 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 processing and plasma CVD, ion energy plays an important role. In the case of dry etching, if the energy of ions is too large, the underlying film is scraped 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 etching surface will not be sufficiently removed, and the etching speed will decrease. On the other hand, a problem occurs when a protective film made of a polymer is not formed, the side surfaces of the pattern are etched, and the dimensional accuracy of the pattern is deteriorated. Even in plasma CVD, if the energy of the ions is low, the composition becomes coarse, and if the energy is high, the ion energy affects the film formation such that the composition becomes dense. Therefore, increasing the density of the plasma and properly controlling the ion energy are indispensable for future plasma processing. As known examples, JP-A-56-13480 and JP-A-56-9684
A system using a microwave as shown in 1 has been proposed. When plasma is generated by microwaves, even if microwaves generated by the magnetron are radiated to the plasma generation chamber at low pressure, sufficient energy is not supplied to the electrons due to insufficient electric field strength of the microwaves, generating plasma. It is difficult to do that. Therefore, in order to generate plasma by microwaves, there is a method of matching the frequency of the microwave with the cyclotron frequency at which the electrons rotate on a plane perpendicular to the magnetic field and supplying energy to the electrons in a resonance state, There are two methods of irradiating the cavity resonator to increase the amplitude of the microwave and increasing the electric field strength to supply energy to electrons. The former is JP-A-56
As shown in -13480, magnetic field microwave or electron cyclotron resonance (Electron Cyc
This is called the lotron resonance (ECR) method. The latter is disclosed in JP-A-56-96841. In plasma generated by microwaves, the energy between sheaths formed between the plasma and the substrate hardly changes because energy is directly supplied to electrons from the microwaves. Therefore, by applying a high-frequency voltage to the electrode on which the substrate is mounted and arbitrarily controlling the voltage between the sheaths, it is possible to control the plasma density and the appropriate ion energy required for high-speed operation. In an apparatus using plasma generated by these microwaves, it is necessary to supply gas from a position that does not obstruct a path through which the microwave is introduced toward the substrate. Therefore, a single pipe outlet or a ring-shaped outlet is used. [Problems to be Solved by the Invention] As described above, ion energy plays an important role in plasma processing. However, in the conventional technology, the ECR method is disclosed in
As shown in 6-13480, when a high-frequency voltage is applied to the electrode on which the substrate is mounted, a high-frequency current flows between the electrode and the surrounding processing chamber because there is no ground electrode on the side facing this electrode. There is a problem that the effect of ion energy on the substrate is strong around the substrate and weak at the center, so that the entire substrate cannot be processed under uniform conditions. Also, in the method using a cavity resonator, plasma is generated in the resonator. Therefore, when plasma is generated, the wavelength of the microwave changes due to the density of the plasma, and the resonance conditions are not satisfied and the plasma is not generated. There was a problem of becoming stable. 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 this 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. Furthermore, if a high-frequency voltage application electrode is provided in the cavity resonator to control the energy of ions incident on these plasma substrates, the problem that the microwaves are reflected and the plasma becomes more unstable will occur. Atsuta. Regarding the gas supply method, the above-described gas supply method using a single-tube outlet or a ring-shaped outlet is used under a condition of a low pressure region of 10 mTorr or less or a condition where a gas supply flow rate is extremely small. This is because, under such conditions, the gas flow becomes a diffusion flow, and the gas concentration does not become uneven near the substrate, so that the substrate can be uniformly processed. However, when processing is performed in a pressure range of 10 mTorr or more as in the above-described conventional technology and when a gas with a large flow rate of 500 Scm 3 / sec or more is supplied, the flow becomes a viscous flow. There was a problem that the substrate could not be uniformly processed. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus which solves the above-mentioned various problems in the prior art and enables high-speed and uniform processing. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a microwave generating means, a microwave transporting means for transporting the microwave generated by the microwave generating means, and an inside evacuated to vacuum Processing chamber means for mounting a processing substrate, and a microwave introduction means as a cavity resonator for introducing the microwave into the processing chamber means, between the processing chamber means and the microwave transport means;
Between the microwave introducing means and the processing chamber means, a member capable of sealing the microwave introducing means in a vacuum and transmitting microwaves and a slit plate provided with a plurality of slits for radiating the microwaves to the processing chamber means. Stacking means provided in a stack,
Gas supply means provided at a position different from the slit in the slit plate of the stacking means with a gas flow passage for introducing gas as a shower-like gas into the processing chamber means. . [Operation] In the conventional ECR system, a microwave is directly radiated from the opening of the waveguide to the plasma generation chamber. Therefore, if an earth electrode is provided between the plasma generation chamber and the opening of the waveguide, the microwave is reflected by the earth electrode and cannot be supplied to the plasma generation chamber. Therefore, in the present invention, as described above, the microwave introducing means having the microwave generating means, the microwave transporting means, the processing chamber means, the microwave introducing means, the stacking means, and the gas supplying means is provided. Since the microwave transported between the processing chamber means and the microwave transport means and transported by the microwave transport means is introduced into the processing chamber means via the stacking means, the processing substrate of the processing chamber means is placed. When a high frequency is applied to the electrode, the high-frequency current flows evenly in the vacuum-sealed processing chamber means, and an ion effect can be generated uniformly over the entire surface of the processing substrate. Further, in the present invention, the stacking means stacks the member capable of transmitting microwaves by sealing the microwave introducing means in a vacuum and a slit plate provided with a plurality of slits for emitting microwaves to the processing chamber means. As a result, a sufficient amount of microwaves can be supplied to the processing chamber means through the slit, so that high-density plasma can be generated in the processing chamber means and the entire surface of the processing substrate can be generated. On the other hand, ion energy can be incident. On the other hand, when a gas is supplied into the slit, dense plasma is generated in the slit having a strong electric field, and energy is consumed there, so that the plasma density near the processing substrate may be reduced. In the present invention, as described above, the gas supply means is provided with a gas flow passage for guiding the gas as a shower-like gas into the processing chamber means at a position different from the slit in the slit plate of the stacking means. Because the path guides the shower-like gas into the processing chamber means, the microwave introduction path is not obstructed, and the possibility that the plasma density near the processing substrate is reduced can be eliminated. Thus, the gas flows uniformly over the entire surface of the processing substrate. As a result, uniform film formation can be performed at high speed. Embodiments Hereinafter, FIGS. 1 to 8 showing embodiments of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the cavity resonator 1 is formed in a circular cavity resonator of E 01 mode, the microwave is supplied from the magnetron 3 through the waveguide 2. The waveguide 2 is E
In order to improve the coupling with the 01 mode, it is mounted eccentrically with respect to the circular cavity resonator 1. On the other side of the circular cavity resonator 1, a ceramic plate 4 and a slit plate 5 are fixed. A plasma generation chamber 6 is connected below the chamber. The ceramics 4 is provided to seal the inside of the circular cavity resonator 1 in a vacuum. The slit plate 5 is formed in a flat plate shape, as shown in FIGS. 2 and 3, with respect to the electric field E 01 mode, with an opening at plurality of ring-shaped slit 5c is formed in a direction perpendicular I have. When a microwave of 2.45 GHz is used, each slit 5c is formed to have a length of 60 mm or more corresponding to a half wavelength of the microwave in order to improve the radiation of the microwave from the slit 5c. . The plasma generation chamber 6 (FIG. 1) is provided with an electrode 7, a gas supply pipe 9, and a gas exhaust pipe 10. The electrode 7
Is fixed in the plasma generation chamber 6 via an insulating material 8 and is connected to a high-frequency power supply 11. The gas supply 9 is connected to a gas supply source (not shown) so as to supply a plasma processing gas at a preset flow rate from the gas supply source. The slit plate 5 has concentric grooves 5d between the plurality of slits 5c and a number of small holes 5e opening from the grooves 5d toward the inside of the plasma generation chamber 6.
Therefore, as is apparent from FIG.
When the ceramics plate 4 and the ceramics plate 4 are closely contacted and stacked, the groove 5 d is formed between the slit bun 5 and the ceramics plate 4.
And the small hole 5e, a gas flow passage connecting the gas supply pipe 9 and the inside of the plasma generation chamber 6 is formed, and the gas from the gas supply pipe 9 is supplied to the inside of the plasma generation chamber 6 by the gas flow passage. It is jetted onto a shower toward a substrate 12 placed on the electrode 7. The gas exhaust pipe 10 is connected to a vacuum exhaust pump (not shown) to control the inside of the plasma generation chamber 6 to a pressure of 1 to 10 -3 Torr. Since the plasma processing apparatus according to the present invention is configured as described above, next, etching and plasma CVD are performed.
Will be described. When the magnetron 3 is operated and a microwave is oscillated and supplied to the cavity resonator 1 by the waveguide 2, the energy of the microwave whose amplitude is increased in the cavity resonator 1 is transmitted to the slit 5 of the slit plate 5. It is radiated to the plasma generation chamber 6 from 5c. Since the amplitude of the microwave radiated into the plasma generation chamber 6 is increased in the cavity resonator 1, even if the plasma generation chamber 6 is not configured as a cavity resonator, plasma is generated. Lit and maintained. Next, the case of etching in this state will be described. An etching gas is supplied from the gas supply pipe 9, exhausted from the gas exhaust pipe 10, and a microwave is supplied into the generation chamber 6 with the plasma at a constant gas pressure to thereby allow the slit plate 5 and the electrode 7 to communicate with each other. When the plasma is generated by the microwave during the period, the microwave acts directly on the electrons in the plasma, and the potential difference between the plasma and the electrode 7 is at a level of 20 to 30 V. Thereafter, a wafer 12 to be processed is placed on the electrode 7, and a high-frequency voltage is applied to the electrode 7 from a high-frequency power supply 11. The electrode 7 and the slit plate 5 are installed in parallel with each other, and the high-frequency current flows evenly on the electrode 7 and the slit plate 5, so that a high-frequency current is generated between the electrode 7 and the plasma. The electric field generated is uniform and the wafer 12
The ions of the etching gas having uniform energy are controlled by the application of a high-frequency voltage and are incident on the entire surface of the substrate. Active species (radicals) of the etching gas excited in the plasma or ions of the etching gas and the wafer
Etching proceeds as the film to be processed on 12 reacts. At this time, since the energy of the incident ions is uniform and the gas flow is also uniform, uniform etching can be performed on the entire surface of the wafer 12. Next, plasma CVD will be described. A gas mixture of SiH 4 and N 2 , N 2 O is supplied from the gas supply pipe 9, N 2 O, SiH 4 is decomposed by plasma to generate SiO, and a film is formed on the wafer 12. In addition, the wafer 12
The film quality of the above film formation is controlled. At this time, since the incident energy of ions is uniform and the gas flow is also uniform, a uniform film is formed on the entire surface of the wafer 12. In the above embodiment, although a case microwave mode of the circular waveguide is E 01 mode, but is not limited thereto. However, when the slit is in a direction perpendicular to the current flowing on the surface of the cavity, the efficiency of microwave radiation is better. In the case of the H01 mode, the slit is radiated radially as shown in FIG. 5c ′
In the case of the H01 mode, a slit 5c "is formed so that the center is straight and both sides are curved inward. Also, when the shape of the slits 5c 'and 5c" is changed as described above, It is clear from the description of FIGS. 2 and 3 that the shape of the groove forming the gas flow path needs to be formed so as to avoid the slits 5c 'and 5c ". 6 to 8 showing another embodiment of the present invention.
The figure will be described. 6 and 7, the ceramic plate 4 '
And a slit plate 5 'and a gas blow-out plate 5f in a San-Germanic manner. In this case, the gas blow-out plate 5f is formed of, for example, alumina ceramic and quartz which can transmit microwaves. In FIG. 6,
A gas passage 5d 'and a hole 5e' are formed in the gas blow-out plate 5f. In FIG. 7, a slit plate 5 'and a gas passage 5d' are formed. Next, in FIG. 8, the slit 5c is formed in a tapered shape in order to increase the amount of microwave radiation. The ceramics plates 4 'and 4 "are not limited to ceramics, but may be made of any material that can transmit microwaves. Therefore, the plasma processing apparatus according to the present invention uses a plasma using microwaves. The electrode can be provided on the surface facing the electrode for processing the wafer, and a uniform gas can be supplied onto the substrate in the form of a shower, so that uniform plasma processing can be performed, and Since the plasma generation chamber does not need to be configured as a cavity resonator, the configuration of the electrodes and the plasma generation chamber is not restricted [Effects of the Invention] According to the present invention, generation of plasma using microwaves is stabilized. In addition, since there is no restriction on the device configuration due to the relationship with the cavity resonator, connecting the cavity resonator to the earth potential can be applied to the electrode on which the processing target is placed. A parallel counter electrode can be configured, and as a result, microwave energy can be propagated through a slit provided on the counter electrode, and a uniform amount of gas can be supplied to the substrate. The effects of the generated ions and radicals can be uniformly applied to the object to be processed, and the effects of the ions and radicals can be generated uniformly, resulting in high-speed plasma processing with optimal ion energy. According to the present invention, a fine pattern on a semiconductor wafer can be formed with high accuracy, at high speed and with low damage, and uniform film formation can be performed at high speed.
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の
斜視図、第2図は第1図に示すスリツト板の平面図、第
3図は第2図のA−A′矢視断面図、第4図および第5
図はスリツト板の他の実施例を示す平面図、第6図乃至
第8図は、ガスの吹出口の他の実施例を示す断面図であ
る。
1……空胴共振器、2……導波管、3……マグネトロ
ン、4,4′,4″……セラミックス板、5,5′,5″……スリ
ット板、5c,5c′,5c″,5c……スリット、5e,5e′,5
e″……細穴、6……プラズマ発生室、7……電極、8
……絶縁材、9……ガス供給管、10……ガス排出管。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a slit plate shown in FIG. 1, and FIG. AA 'sectional view, FIG. 4 and FIG.
The drawings are plan views showing another embodiment of the slit plate, and FIGS. 6 to 8 are cross-sectional views showing another embodiment of the gas outlet. 1 ... cavity resonator, 2 ... waveguide, 3 ... magnetron, 4, 4 ', 4 "... ceramic plate, 5, 5', 5" ... slit plate, 5c, 5c ', 5c ″, 5c …… Slits, 5e, 5e ′, 5
e "... Small hole, 6 ... Plasma generation chamber, 7 ... Electrode, 8
... insulating material, 9 ... gas supply pipe, 10 ... gas discharge pipe.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−31112(JP,A) 特開 昭61−222131(JP,A) 特開 昭62−58631(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-62-31112 (JP, A) JP-A-61-222131 (JP, A) JP-A-62-58631 (JP, A)
Claims (1)
生させたマイクロ波を輸送するマイクロ波輸送手段と、
真空に排気された内部に処理基板を載置する処理室手段
と、該処理室手段とマイクロ波輸送手段との間にあっ
て、前記マイクロ波を処置室手段に導入する空洞共振器
としてのマイクロ波導入手段と、マイクロ波導入手段及
び処理室手段の間に、マイクロ波導入手段を真空に封止
しかつマイクロ波を透過し得る部材とマイクロ波を処理
室手段に放射させる複数のスリットを設けたスリット板
とを積重して設けた積重手段と、該積重手段のスリット
板における前記スリットと異なる位置に、ガスを処理室
手段の内部にシャワー状のガスとして導くガス流通路を
設けたガス供給手段とを備えたことを特徴とするプラズ
マ処理装置。(57) [Claims] Microwave generating means, and microwave transport means for transporting the microwave generated by the microwave generating means,
A processing chamber means for placing a processing substrate inside a vacuum evacuated chamber, and microwave introduction as a cavity resonator between the processing chamber means and the microwave transport means for introducing the microwave into the treatment chamber means. Means, between the microwave introduction means and the processing chamber means, a slit which seals the microwave introduction means in a vacuum and has a member capable of transmitting microwaves and a plurality of slits for emitting microwaves to the processing chamber means A stacking means provided by stacking plates and a gas flow passage provided at a position different from the slit in the slit plate of the stacking means, for introducing a gas as a shower-like gas into the processing chamber means. A plasma processing apparatus comprising: a supply unit.
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