JP2932946B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP2932946B2
JP2932946B2 JP6219824A JP21982494A JP2932946B2 JP 2932946 B2 JP2932946 B2 JP 2932946B2 JP 6219824 A JP6219824 A JP 6219824A JP 21982494 A JP21982494 A JP 21982494A JP 2932946 B2 JP2932946 B2 JP 2932946B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ生成方法及び装
置とそれを用いたプラズマ処理方法及び装置に係り、特
にマイクロ波を用いたプラズマの生成及び該プラズマに
よって半導体素子等の試料を処理するのに好適なプラズ
マ生成方法及び装置とそれを用いたプラズマ処理方法及
び装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generating method and apparatus and a plasma processing method and apparatus using the same, and more particularly to the generation of plasma using microwaves and the processing of a sample such as a semiconductor device by the plasma. And a plasma processing method and apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、マイクロ波を用いてプラズマを生
成し、そして該プラズマを利用して試料を処理する技術
としては、例えば、金井他著「マイクロ波プラズマエッ
チング装置」,日立評論Vol.73 No.9,p.
23〜28,(1991)に記載のものが知られてい
る。図17にその装置を示す。本装置は、マイクロ波を
伝播する導波管22内に石英製の半球状の放電管である
石英ベルジャ24を設置し、ソレノイドコイル23の外
部磁場とマグネトロン21からのマイクロ波の電界との
相互作用により石英ベルジャ24内でプラズマを生成さ
せ、該プラズマを利用して処理室内の試料台26に搭載
された被処理物であるウエハ5の処理を行うようになっ
ている。ここで、27は、試料台26に接続された高周
波電源であり、エッチング処理時に試料台26にRFバ
イアス電圧を印加する。28は石英ベルジャ24内に導
入するエッチングガスを示し、29は処理室内からの排
気を示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for generating plasma using microwaves and processing a sample using the plasma is described in, for example, Kanai et al., "Microwave Plasma Etching Apparatus", Hitachi Review Vol. 73 No. 9, p.
23-28, (1991) are known. FIG. 17 shows the apparatus. In this apparatus, a quartz bell jar 24, which is a hemispherical discharge tube made of quartz, is installed in a waveguide 22 for propagating microwaves, and a mutual interaction between an external magnetic field of a solenoid coil 23 and an electric field of microwaves from a magnetron 21 is performed. A plasma is generated in the quartz bell jar 24 by the action, and the plasma is used to process the wafer 5 which is a workpiece mounted on the sample stage 26 in the processing chamber. Here, reference numeral 27 denotes a high-frequency power supply connected to the sample stage 26, and applies an RF bias voltage to the sample stage 26 during the etching process. Reference numeral 28 denotes an etching gas introduced into the quartz bell jar 24, and reference numeral 29 denotes exhaust from the processing chamber.

【0003】また、他のマイクロ波プラズマエッチング
装置として、例えば、特開平4−167424号公報に
記載のものが知られている。本装置は、プラズマ反応室
に隣接して円筒空洞共振器を設け、円筒空洞共振器へマ
イクロ波を導入し、円筒空洞共振器内にマイクロ波の特
定モードの共振を生じさせて、特定モードの高エネルギ
密度のマイクロ波の一部をプラズマ反応室内径と同径の
石英等で成る平板状のマイクロ波放射窓からプラズマ反
応室へ導入し、プラズマ反応室内に磁場とマイクロ波電
界とを作用させてプラズマを発生させ、該プラズマを利
用して試料を処理するようになっている。
Further, as another microwave plasma etching apparatus, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-167424 is known. This device is provided with a cylindrical cavity resonator adjacent to the plasma reaction chamber, introduces microwaves into the cylindrical cavity resonator, causes a specific mode resonance of the microwave in the cylindrical cavity resonator, Part of the high-energy-density microwave is introduced into the plasma reaction chamber through a flat microwave radiation window made of quartz or the like having the same diameter as the plasma reaction chamber, and a magnetic field and a microwave electric field act on the plasma reaction chamber. To generate plasma, and the sample is processed using the plasma.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】プラズマを利用した半
導体製造プロセスにおいては、試料台に搭載された試料
に対して電気的ダメ−ジを与えることなく、均一に処理
することが必要である。これに対し、前述の従来技術
は、将来の大口径微細化に対応したプラズマ性能、すな
わち、高密度均一プラズマを得るにはまだ充分なもので
なかった。
In a semiconductor manufacturing process using plasma, it is necessary to uniformly treat a sample mounted on a sample stage without giving an electric damage. On the other hand, the above-mentioned prior art is not yet sufficient for obtaining plasma performance corresponding to future large-diameter miniaturization, that is, high-density uniform plasma.

【0005】前者従来技術のマイクロ波プラズマエッチ
ング装置は、マイクロ波透過部材として半球状の石英ベ
ルジャを導波管内に設置し、石英ベルジャ内にプラズマ
を発生させる構造となっている。そのため、導波管内を
伝播してきたマイクロ波は石英ベルジャの影響を受けや
すくなり、特に大径の導波管内では複数のモードのマイ
クロ波が存在しえ、マイクロ波が半球状の石英ベルジャ
及び石英ベルジャ内部に生成されるプラズマによって導
波管内で複雑な反射と屈折を繰り返し石英ベルジャ内部
のプラズマに吸収される。その結果、試料直径8インチ
以上の大口径対応の装置とした場合、マイクロ波は導波
管内でさまざまなモ−ドに励起され、生成されるプラズ
マの状態が一定せず、マイクロ波は時間的に複数のモー
ド間で遷移し、プラズマ状態が時間的に変化する。この
ようなプラズマ状態の変化に伴ってプラズマのインピー
ダンスが変わり、プラズマへの効率的なマイクロ波エネ
ルギの伝達ができず高密度のプラズマ生成が難しくな
る。また、大口径試料に対応した広い範囲での均一なプ
ラズマの生成が難しくなる。
The former prior art microwave plasma etching apparatus has a structure in which a hemispherical quartz bell jar is installed in a waveguide as a microwave transmitting member, and plasma is generated in the quartz bell jar. For this reason, microwaves that have propagated in the waveguide are easily affected by the quartz bell jar. In particular, in a large-diameter waveguide, there can be multiple modes of microwaves, and the microwaves are hemispherical quartz bell jars and quartz. The plasma generated inside the bell jar repeatedly repeats complicated reflection and refraction in the waveguide and is absorbed by the plasma inside the quartz bell jar. As a result, in the case of a large-diameter apparatus having a sample diameter of 8 inches or more, microwaves are excited in various modes in the waveguide, the state of the generated plasma is not constant, and the microwaves are temporally affected. And the plasma state changes with time. Such a change in the plasma state changes the impedance of the plasma, making it difficult to efficiently transmit microwave energy to the plasma, making it difficult to generate high-density plasma. In addition, it becomes difficult to generate uniform plasma over a wide range corresponding to a large-diameter sample.

【0006】このような問題を解決するものとして従来
技術後者のものがある。後者従来技術のマイクロ波プラ
ズマエッチング装置は、マイクロ波透過部材として、円
筒空洞共振器の一部とプラズマ反応室との間にプラズマ
反応室内径と同径の平板状のマイクロ波放射窓を設け、
プラズマ反応室内にプラズマを生成させる構造となって
いる。これにより、円筒空洞共振器によって得られた安
定な特定モードの高エネルギ密度のマイクロ波の一部が
マイクロ波放射窓を通してプラズマ反応室へ導入される
ので、プラズマ反応室内で高密度で均一なプラズマが得
られるとしている。しかしながら、本装置では、プラズ
マ反応室内へ導かれるマイクロ波は円筒空洞共振器内で
共振させたマイクロ波の一部であるため、円筒空洞共振
器内部でのマイクロ波エネルギのロスは避けられず、マ
イクロ波エネルギの伝達効率が低下し、より高密度のプ
ラズマを得ることが困難である。また、試料直径8イン
チ以上の大口径化に対応する場合は、さらに円筒空洞共
振器が大きくなり装置が大型化するという問題がある。
As a solution to such a problem, there is the latter prior art. The latter prior art microwave plasma etching apparatus, as a microwave transmitting member, provided a flat plate-shaped microwave radiation window having the same diameter as the plasma reaction chamber diameter between a part of the cylindrical cavity resonator and the plasma reaction chamber,
The structure is such that plasma is generated in the plasma reaction chamber. As a result, a part of the stable specific mode high energy density microwave obtained by the cylindrical cavity resonator is introduced into the plasma reaction chamber through the microwave radiation window, so that a high-density uniform plasma is generated in the plasma reaction chamber. Is obtained. However, in this apparatus, since the microwave guided into the plasma reaction chamber is a part of the microwave resonated in the cylindrical cavity, loss of microwave energy inside the cylindrical cavity cannot be avoided. The transmission efficiency of microwave energy is reduced, and it is difficult to obtain a higher density plasma. In addition, when the sample diameter is increased to 8 inches or more, there is a problem that the size of the cylindrical cavity resonator is further increased and the size of the apparatus is increased.

【0007】本発明の目的は、マイクロ波を用いた高密
度均一プラズマを生成することのできるプラズマ処理装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of generating high-density uniform plasma using microwaves.

【0008】上記の目的は、一端にマイクロ波発振器を
有し前記マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波を
伝播させる導波管と、前記導波管の他端に一端面を連結
することにより前記導波管の他端に拡大された空間を形
成する円筒空洞部と、前記円筒空洞部の他端開口部に連
結され、当該円筒空洞部と略同径で円筒状を成すプラズ
マ発生室と、前記円筒空洞部と前記プラズマ発生室との
連結部に設けられ、前記円筒空洞部および前記プラズマ
発生室と略同径で、前記円筒空洞部および前記プラズマ
発生室とを仕切る平板状のマイクロ波透過窓と、前記マ
イクロ波透過窓に対向して前記プラズマ発生室内に設け
られた試料台と、前記プラズマ発生室内部に処理ガスを
供給する処理ガス供給手段と、前記プラズマ発生室内を
減圧排気する真空排気手段とを具備して成り、前記プラ
ズマ発生室内に生成されるプラズマのマイクロ波反射境
界面と前記円筒空洞部の前記導波管の他端を連結した前
記一端面とを平行に構成すると共に、前記マイクロ波反
射境界面と前記円筒空洞部の前記一端面との間でマイク
ロ波が特定モードの定在波となるよう前記マイクロ波反
射境界面と前記円筒空洞部の前記一端面とを離間して成
るプラズマ処理装置とすることによって達成される。本
発明の好適な実施態様によれば、前記マイクロ波透過窓
と前記プラズマ発生室内に生成されるプラズマのマイク
ロ波反射境界面との距離は50mm以上である。また、
本発明の好適な実施態様によれば、前記プラズマ発生室
内に生成されるプラズマのマイクロ波反射境界面と前記
試料台との距離は30mm以上である。また、本発明の
好適な実施態様によれば、前記プラズマ発生室内に生成
されるプラズマのマイクロ波反射境界面の中心部におけ
る磁場勾配の値は20G/cm以上、50G/cm以下
の範囲内である。また、本発明の好適な実施態様によれ
ば、前記試料台は前記プラズマ発生室と同心状に配置さ
れ、該中心軸上の任意の位置に調整可能である。
The above object is achieved by connecting a waveguide having a microwave oscillator at one end and transmitting microwaves oscillated from the microwave oscillator and one end face to the other end of the waveguide. A cylindrical cavity that forms an enlarged space at the other end of the waveguide, a plasma generation chamber connected to the other end opening of the cylindrical cavity, and having a cylindrical shape with substantially the same diameter as the cylindrical cavity; A flat plate-shaped microwave transmission provided at a connecting portion between the cylindrical cavity and the plasma generation chamber and having substantially the same diameter as the cylindrical cavity and the plasma generation chamber and separating the cylindrical cavity and the plasma generation chamber. A window, a sample stage provided in the plasma generation chamber opposite to the microwave transmission window, processing gas supply means for supplying a processing gas into the plasma generation chamber, and a vacuum for depressurizing and exhausting the plasma generation chamber And a microwave reflecting boundary surface of the plasma generated in the plasma generation chamber and the one end surface connecting the other end of the waveguide of the cylindrical cavity portion are configured to be parallel to each other. Separating the microwave reflecting boundary surface and the one end surface of the cylindrical cavity portion such that the microwave becomes a standing wave of a specific mode between the microwave reflecting boundary surface and the one end surface of the cylindrical cavity portion. This is achieved by providing a plasma processing apparatus comprising: According to a preferred embodiment of the present invention, a distance between the microwave transmission window and a microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the plasma generation chamber is 50 mm or more. Also,
According to a preferred embodiment of the present invention, a distance between a microwave reflection boundary surface of plasma generated in the plasma generation chamber and the sample stage is 30 mm or more. According to a preferred embodiment of the present invention, the value of the magnetic field gradient at the center of the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the plasma generation chamber is in the range of 20 G / cm or more and 50 G / cm or less. is there. According to a preferred embodiment of the present invention, the sample stage is arranged concentrically with the plasma generation chamber, and can be adjusted to an arbitrary position on the central axis.

【0009】円筒空洞部からプラズマ発生室内に導入さ
れたマイクロ波によってプラズマ発生室内の処理ガスが
プラズマ化される。この際、円筒空洞部とマイクロ波透
過窓と円筒状プラズマ発生室とを略同径としているの
で、プラズマの生成に伴ってプラズマに吸収されなかっ
た円筒空洞部からのマイクロ波はプラズマのマイクロ波
反射境界面で反射され、反射されたマイクロ波が円筒空
洞部の一端面でさらに反射され、プラズマのマイクロ波
反射境界面と円筒空洞部の一端面との間でマイクロ波は
特定モードの定在波となって反射が繰り返され、新たに
入射されるマイクロ波と重なって共振状態になる。これ
により、円筒空洞部には特定モードのマイクロ波が形成
され、プラズマに特定モードのマイクロ波の高いエネル
ギが伝達されプラズマが高密度化される。さらに、プラ
ズマが高密度化されることにより、プラズマ中のイオン
や反応種が多くなり、試料の処理速度が向上する。ま
た、円筒空洞部とプラズマ発生室とを略同径に構成して
あるので、共振させられた特定モードのマイクロ波のエ
ネルギをモードの形状に合わせそのままプラズマに伝達
させることができるので、安定した均一性の良いプラズ
マが生成され、試料の均一処理が向上する。
The processing gas in the plasma generation chamber is turned into plasma by microwaves introduced into the plasma generation chamber from the cylindrical cavity. At this time, since the cylindrical cavity, the microwave transmission window, and the cylindrical plasma generation chamber have substantially the same diameter, the microwave from the cylindrical cavity that was not absorbed by the plasma due to the generation of the plasma is the microwave of the plasma. The reflected microwave is reflected at the reflecting interface, and the reflected microwave is further reflected at one end of the cylindrical cavity. The microwave is in a specific mode standing between the microwave reflecting boundary of the plasma and one end of the cylindrical cavity. The waves are reflected repeatedly, and overlap with the newly incident microwave to be in a resonance state. As a result, a specific mode microwave is formed in the cylindrical cavity, and the high energy of the specific mode microwave is transmitted to the plasma, and the density of the plasma is increased. Further, as the density of the plasma increases, the number of ions and reactive species in the plasma increases, and the processing speed of the sample improves. In addition, since the cylindrical cavity and the plasma generation chamber are configured to have substantially the same diameter, the energy of the resonated microwave of the specific mode can be transmitted to the plasma as it is in accordance with the shape of the mode. Plasma having good uniformity is generated, and uniform processing of the sample is improved.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図6によ
り説明する。真空処理装置は、一体化された架台16
と、架台16に取り付けられる矩形の真空処理部1およ
びローダー2とからなっている。ローダー2は、カセッ
ト12を配置可能なテーブルと、ウェハオリエンテーシ
ョンフラット合せ11と、大気搬送ロボット9を有す
る。真空処理部1は、バッファ室3と、ロードロック室
4と、アンロードロック室5と、処理室6と、後処理室
7と、真空搬送ロボット10を有する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The vacuum processing apparatus includes an integrated base 16.
And a rectangular vacuum processing unit 1 and a loader 2 attached to the gantry 16. The loader 2 has a table on which a cassette 12 can be placed, a wafer orientation flat alignment 11, and an atmospheric transfer robot 9. The vacuum processing unit 1 includes a buffer chamber 3, a load lock chamber 4, an unload lock chamber 5, a processing chamber 6, a post-processing chamber 7, and a vacuum transfer robot 10.

【0011】大気搬送ロボット9は、伸縮アーム91を
有すると共に上下左右方向に移動可能で、カセット12
内のウエハ8を1枚毎に搬出または収納し、ローダー2
のカセット12からウェハオリエンテーションフラット
合せ11,ウェハオリエンテーションフラット合せ11
からロードロック室4までウェハ8を搬送すると共に、
アンロードロック室5とカセット12との間でウェハ8
を搬送する。
The atmospheric transfer robot 9 has a telescopic arm 91 and is movable in the vertical and horizontal directions.
The wafers 8 are carried out or stored one by one, and the loader 2
Wafer orientation flat alignment 11, wafer orientation flat alignment 11 from cassette 12
Transfer the wafer 8 from the load lock chamber 4 to the load lock chamber 4,
The wafer 8 is placed between the unload lock chamber 5 and the cassette 12.
Is transported.

【0012】真空搬送ロボット10は、伸縮アーム10
1を有し、ロードロック室4から処理室6までウェハ8
を搬送すると共に、処理室6,後処理室7,アンロード
ロック室5間でウェハ8を搬送する。また、真空搬送ロ
ボット10は、伸縮アーム101の旋回軌跡がロードロ
ック室4と処理室6を結ぶと共に、処理室6、アンロー
ドロック室5並びに後処理室7を含む軌跡になるように
して設けられている。
The vacuum transfer robot 10 includes a telescopic arm 10
1 from the load lock chamber 4 to the processing chamber 6
And the wafer 8 is transferred between the processing chamber 6, the post-processing chamber 7, and the unload lock chamber 5. Further, the vacuum transfer robot 10 is provided such that the turning trajectory of the telescopic arm 101 connects the load lock chamber 4 and the processing chamber 6 and includes the processing chamber 6, the unload lock chamber 5 and the post-processing chamber 7. Have been.

【0013】ローダー2に設けられるウェハ用のカセッ
ト12は、製品ウェハ用カセット12A,12B及びダ
ミーカセット12Cからなっている。各カセット12の
周囲にはウエハサーチ機構121(A,B,C)、12
2(A,B,C)が設けてあり、カセット12がセット
されたときに、ウエハサーチ機構121が各カセット内
の試料を認識する。
The wafer cassette 12 provided in the loader 2 includes product wafer cassettes 12A and 12B and a dummy cassette 12C. Around each cassette 12, wafer search mechanisms 121 (A, B, C), 12
2 (A, B, C) are provided, and when the cassette 12 is set, the wafer search mechanism 121 recognizes the sample in each cassette.

【0014】各ロードロック室4,5と処理室6と後処
理室7には、ウェハ押し上げ機構14A,14Bがそれ
ぞれ設けられており、それぞれ各ロボットの伸縮アーム
91,101にウェハ8を受渡しできる構成となってい
る。処理室6のウェハ押し上げ機構14Bは、電極を兼
ねたウェハ配置用の試料台の内部に組み込まれている。
15はバッファ室3内を仕切り処理室6を形成するリン
グゲートである。13はエッチング用の放電手段、14
は後処理(アッシング)用の放電手段である。32は覗
き窓である。
The load lock chambers 4 and 5, the processing chamber 6, and the post-processing chamber 7 are provided with wafer lifting mechanisms 14A and 14B, respectively, and can transfer the wafer 8 to the telescopic arms 91 and 101 of each robot. It has a configuration. The wafer push-up mechanism 14B of the processing chamber 6 is incorporated inside a sample stage for arranging wafers, which also serves as an electrode.
Reference numeral 15 denotes a ring gate which forms the partition processing chamber 6 inside the buffer chamber 3. 13 is a discharge means for etching, 14
Denotes discharge means for post-processing (ashing). 32 is a viewing window.

【0015】処理室6は、ウェハ8を1個ずつプラズマ
処理、例えば、プラズマエッチング処理する室であっ
て、真空処理部1の図示左下部に設けられている。ロー
ドロック室4とアンロードロック室5とは、真空搬送ロ
ボット10を挟んで処理室6の反対側、すなわち真空処
理部1の図示右辺部分にそれぞれ設けられている。後処
理室7は、エッチング処理済みのウェハ8を1個ずつ後
処理する室であって、アンロードロック室5と対応して
真空処理部1の中間部分に設けられている。
The processing chamber 6 is a chamber for performing a plasma process, for example, a plasma etching process on the wafers 8 one by one, and is provided at a lower left portion of the vacuum processing unit 1 in the drawing. The load lock chamber 4 and the unload lock chamber 5 are provided on opposite sides of the processing chamber 6 with the vacuum transfer robot 10 interposed therebetween, that is, on the right side of the vacuum processing unit 1 in the drawing. The post-processing chamber 7 is a chamber for post-processing the etched wafers 8 one by one, and is provided at an intermediate portion of the vacuum processing unit 1 corresponding to the unload lock chamber 5.

【0016】図3に示すように、バッファ室3は、単一
の構造物100の厚さ方向に開口部を設け、ロ−ドロッ
ク室4,アンロードロック室5,処理室6,後処理室7
及び真空搬送ロボット10の取り付けスペースを形成し
てあると共に、真空搬送ロボット10が取り付けられる
スペースである開口部を中心に、それぞれの開口部を連
結するように単一の構造物100の内部をくりぬいて試
料搬送用の通路102を形成してある。これにより、各
室相互の位置関係が正確に位置決めされるので、精度の
高い真空処理装置を得ることができる。さらに、真空処
理部1とローダー2も一体の架台16に取り付けてある
のでさらに精度の高い真空処理装置を提供することがで
きる。
As shown in FIG. 3, the buffer chamber 3 is provided with an opening in the thickness direction of a single structure 100, and has a load lock chamber 4, an unload lock chamber 5, a processing chamber 6, a post-processing chamber. 7
In addition, a space for mounting the vacuum transfer robot 10 is formed, and the inside of the single structure 100 is cut out so as to connect the respective openings around the opening which is the space where the vacuum transfer robot 10 is mounted. Thus, a passage 102 for transferring the sample is formed. Thereby, the positional relationship between the respective chambers is accurately determined, so that a highly accurate vacuum processing apparatus can be obtained. Further, since the vacuum processing section 1 and the loader 2 are also attached to the integrated base 16, a more precise vacuum processing apparatus can be provided.

【0017】なお、103は第二の処理室の増設に備え
た試料搬送用の通路であり、第二の処理室35は二点鎖
線で示したようにバッファ室3の側壁に連結して配置さ
れる。通常、この通路103は真空処理部1の内部点検
等に利用することができる。すなわち、真空処理部1の
一方の側端近くに、処理室6,真空搬送ロボット10,
ロードロック室4が配置してあるので、作業者は無理な
姿勢をとらなくても真空搬送ロボット10の点検修理が
でき、また、真空搬送ロボット10の空間を介した各室
の簡単な点検修理ができメンテナンスを容易に行なうこ
とができる。
Reference numeral 103 denotes a sample transport passage provided for the expansion of the second processing chamber, and the second processing chamber 35 is connected to the side wall of the buffer chamber 3 as shown by a two-dot chain line. Is done. Usually, this passage 103 can be used for internal inspection of the vacuum processing unit 1 and the like. That is, near the one side end of the vacuum processing unit 1, the processing chamber 6, the vacuum transfer robot 10,
Since the load lock chamber 4 is disposed, the operator can perform inspection and repair of the vacuum transfer robot 10 without taking an unreasonable posture, and can perform simple inspection and repair of each chamber via the space of the vacuum transfer robot 10. And maintenance can be easily performed.

【0018】次に、上記のように配置した真空処理装置
におけるウェハ処理操作について説明する。まず、大気
搬送ロボット9を所望のカセット12の前へ移動させ、
伸縮アーム91をローダーのカセット12側に向かって
動作させ、伸縮アーム91のフォークをカセット内のウ
ェハ8の下方に挿入し、大気搬送ロボット9を少し上昇
させフォーク上にウェハ8を移載する。次に、大気搬送
ロボット9をオリエンテーションフラット合わせ11の
前へ移動させ、伸縮アーム91をオリエンテーションフ
ラット合わせ11上まで移動し、大気搬送ロボット9を
少し下降させオリエンテーションフラット合わせ11に
ウエハ8を移載する。ウエハ8のオリエンテーションフ
ラット合わせの間、伸縮アーム91は退避位置に戻る。
ウエハ8のオリエンテーションフラット合わせが終わる
と、大気搬送ロボット9の逆動作により再びウエハ8を
大気搬送ロボット9のフォーク上に移載する。そして、
ウェハ押し上げ機構14によって支持部材34をロード
ロック室4の下面に気密に当接させてロードロック室を
形成させ、ロードロック室4のゲートバルブ33を開い
た状態で大気搬送ロボット9の伸縮アーム91をロード
ロック室4内に移動し、ウェハ8を搬入する。その後、
大気搬送ロボット9を少し下降させてウェハ8を支持部
材34上に移載する。そして、伸縮アーム91を退避さ
せ、ゲートバルブ33を閉じロードロック室4を真空排
気した後、ウェハ押し上げ機構14を動作させて支持部
材34を下降させる。そして、真空搬送ロボット10の
伸縮アーム101を支持部材34上のウエハ8下部に移
動させ、ウェハ押し上げ機構14を動作させて支持部材
34を少し下降させてに伸縮アーム101のフォーク上
にウェハ8を受渡す。真空搬送ロボット10は伸縮アー
ム101を移動させて、バッファ室1内の通路102を
介して真空中を処理室6までウエハ8を搬送する。ま
た、この逆の動作によりウェハ8をローダー2のアンロ
ード側カセット位置まで搬送する。なお、後処理が必要
な場合は、真空搬送ロボット10の伸縮アーム101に
より後処理室7を経由して搬送する。後処理室7では、
エッチング処理済みの試料8に対してプラズマ後処理が
実施される。
Next, a wafer processing operation in the vacuum processing apparatus arranged as described above will be described. First, the atmospheric transfer robot 9 is moved in front of a desired cassette 12,
The telescopic arm 91 is operated toward the cassette 12 side of the loader, the fork of the telescopic arm 91 is inserted below the wafer 8 in the cassette, the atmospheric transfer robot 9 is slightly raised, and the wafer 8 is transferred onto the fork. Next, the atmospheric transfer robot 9 is moved to the front of the orientation flat alignment 11, the telescopic arm 91 is moved to above the orientation flat alignment 11, the atmospheric transfer robot 9 is lowered slightly, and the wafer 8 is transferred to the orientation flat alignment 11. . During the orientation flat alignment of the wafer 8, the telescopic arm 91 returns to the retracted position.
When the orientation flat alignment of the wafer 8 is completed, the wafer 8 is transferred onto the fork of the atmospheric transfer robot 9 again by the reverse operation of the atmospheric transfer robot 9. And
The support member 34 is brought into airtight contact with the lower surface of the load lock chamber 4 by the wafer lifting mechanism 14 to form a load lock chamber, and the telescopic arm 91 of the atmospheric transfer robot 9 is opened with the gate valve 33 of the load lock chamber 4 opened. Is moved into the load lock chamber 4 and the wafer 8 is loaded. afterwards,
The wafer 8 is transferred onto the support member 34 by slightly lowering the atmospheric transfer robot 9. Then, the telescopic arm 91 is retracted, the gate valve 33 is closed and the load lock chamber 4 is evacuated, and then the wafer lifting mechanism 14 is operated to lower the support member 34. Then, the telescopic arm 101 of the vacuum transfer robot 10 is moved to a position below the wafer 8 on the support member 34, and the wafer push-up mechanism 14 is operated to lower the support member 34 a little so that the wafer 8 is placed on the fork of the telescopic arm 101. Hand over. The vacuum transfer robot 10 moves the telescopic arm 101 to transfer the wafer 8 to the processing chamber 6 in a vacuum via the passage 102 in the buffer chamber 1. The wafer 8 is transported to the unload-side cassette position of the loader 2 by the reverse operation. When post-processing is required, the wafer is transferred via the post-processing chamber 7 by the telescopic arm 101 of the vacuum transfer robot 10. In the post-processing chamber 7,
The plasma post-processing is performed on the sample 8 that has been subjected to the etching processing.

【0019】真空搬送ロボット10のアーム101の軌
跡は、例えば、ロードロック室4,処理室6及び後処理
室7にウェハ8があって、アンロードロック室5にはウ
エハがない状態を考えると次のようになる。すなわち、
真空搬送ロボット10の伸縮アーム101は、まず、後
処理室7のウェハ8をアンロードロック室5に移し、次
に、処理室6のウェハ8を後処理室7に移動させ、次
に、ロードロック室4のウェハ8を処理室6に搬送す
る。伸縮アーム101は、以下、同様の軌跡を繰り返
す。また、図3に示したように、ロードロック室4(中
心O1)と、アンロードロック室5(中心O2)との中間位
置Cと処理室の中心O3とを結ぶ線XXの左右いずれか
一方に、すなわち真空処理部1の側端側にずらして、真
空搬送ロボット10のアームの旋回中心O4を配置して
ある。また、線分XXの反対側に後処理室7(中心O5)
を配置してある。このような構成によれば、真空搬送ロ
ボット10のアームの旋回範囲θ(図3参照)は、円周
一周の約半分、実施例では190度、となる。ウェハを
搬送する真空搬送ロボット10のアームの旋回範囲を略
半円内とすることにより、一周の略半分内の円運動で、
ロードロック室4、アンロードロック室5、処理室6、
後処理室7に、一枚のウェハ8をそれぞれ搬送可能であ
る。このように、真空搬送ロボット10のアームの旋回
範囲を略半円内としているので、真空搬送ロボット10
のアームの旋回範囲が狭く、タクトタイムが短縮され
る。
The trajectory of the arm 101 of the vacuum transfer robot 10 is, for example, a state in which there are wafers 8 in the load lock chamber 4, the processing chamber 6, and the post-processing chamber 7, and no wafer in the unload lock chamber 5. It looks like this: That is,
The telescopic arm 101 of the vacuum transfer robot 10 first moves the wafer 8 in the post-processing chamber 7 to the unload lock chamber 5, then moves the wafer 8 in the processing chamber 6 to the post-processing chamber 7, The wafer 8 in the lock chamber 4 is transferred to the processing chamber 6. The telescopic arm 101 thereafter repeats a similar trajectory. As shown in FIG. 3, one of the right and left lines XX connecting the intermediate position C between the load lock chamber 4 (center O1) and the unload lock chamber 5 (center O2) and the center O3 of the processing chamber. In other words, the turning center O4 of the arm of the vacuum transfer robot 10 is arranged shifted to the side end of the vacuum processing section 1. The post-processing chamber 7 (center O5) is located on the opposite side of the line XX.
Is arranged. According to such a configuration, the turning range θ of the arm of the vacuum transfer robot 10 (see FIG. 3) is approximately half of one circumference, and is 190 degrees in the embodiment. By setting the turning range of the arm of the vacuum transfer robot 10 for transferring the wafer to be within a substantially semicircle, a circular motion within substantially half of one round
Load lock chamber 4, unload lock chamber 5, processing chamber 6,
One wafer 8 can be transferred to the post-processing chamber 7. As described above, since the turning range of the arm of the vacuum transfer robot 10 is set to be substantially within a semicircle, the vacuum transfer robot 10
The turning range of the arm is narrow, and the tact time is shortened.

【0020】なお、前述した構成において、処理室6の
外径は、他の室すなわち、ロードロック室4、アンロー
ドロック室5及び後処理室7の外径よりも大きい。この
処理室6を真空処理部1の一端側に寄せて配置し、他の
室及び真空搬送ロボット10は二つずつ並列配置するこ
とにより、所定のスペース以内に真空搬送ロボット10
と共に上記各室を適切に配置できる。
In the above-described configuration, the outer diameter of the processing chamber 6 is larger than the outer diameters of the other chambers, ie, the load lock chamber 4, the unload lock chamber 5, and the post-processing chamber 7. The processing chamber 6 is arranged close to one end of the vacuum processing unit 1, and the other chambers and the vacuum transfer robot 10 are arranged in parallel two by two so that the vacuum transfer robot 10 is placed within a predetermined space.
In addition, the respective chambers can be appropriately arranged.

【0021】また、処理室が、有磁場マイクロ波発生装
置を具備しているタイプの処理室である場合、有磁場マ
イクロ波発生装置を付加する分だけ外形が大きくなる
が、上記配置によれば、このような大きな処理室を用い
る場合でも、他の室及び真空搬送ロボットを二つずつ並
列配置しているため、これらの各室を適切に配置し、真
空処理部1をコンパクトにまとめることができる。
In the case where the processing chamber is of a type having a magnetic field microwave generator, the outer shape becomes larger by the addition of the magnetic field microwave generator. Even when such a large processing chamber is used, two chambers and another vacuum transfer robot are arranged in parallel, so that these chambers can be appropriately arranged and the vacuum processing unit 1 can be compactly assembled. it can.

【0022】次に、真空処理装置の処理室6部に配置さ
れるプラズマ処理装置を説明する。図4はプラズマ処理
装置の一実施例を示す。図5は図4におけるガス導入部
の詳細であり、図6は図4におけるプラズマ生成部分を
拡大した図である。本実施例はプラズマを生成する手段
としてマイクロ波と磁界を利用した例である。61はマ
イクロ波を発生するマグネトロン、62はマイクロ波を
伝播する矩形の導波管、63は円矩形変換導波管、64
は円筒空洞部、641は円筒空洞部64の天板、65は
磁場を発生するソレノイドコイル、66はマイクロ波透
過窓(例えば石英平板)、67は真空容器、68は試料
であるウエハを配置する試料台、69は試料台を上下に
移動させる駆動機構、610はプラズマ処理、例えば、
エッチング時に試料台に高周波バイアス電圧を印加する
ための高周波電源、611は処理ガス、例えば、エッチ
ングガスを真空容器67に導入するためのシャワープレ
ート、111はシャワープレート611に設けられたガ
ス吹き出し口、112はガス導入経路、612は真空容
器67内の圧力の調整を行うバリアブルバルブ、613
は真空容器67を真空に減圧するためのタ−ボ分子ポン
プ、614は粗引用の真空ポンプである。
Next, a plasma processing apparatus disposed in the processing chamber 6 of the vacuum processing apparatus will be described. FIG. 4 shows an embodiment of the plasma processing apparatus. FIG. 5 shows the details of the gas introduction part in FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged view of the plasma generation part in FIG. This embodiment is an example in which a microwave and a magnetic field are used as means for generating plasma. 61 is a magnetron that generates microwaves, 62 is a rectangular waveguide that propagates microwaves, 63 is a circular-rectangular conversion waveguide, 64
Is a cylindrical hollow portion, 641 is a top plate of the cylindrical hollow portion 64, 65 is a solenoid coil for generating a magnetic field, 66 is a microwave transmission window (for example, a quartz flat plate), 67 is a vacuum vessel, and 68 is a sample wafer. A sample stage, 69 is a drive mechanism for moving the sample stage up and down, 610 is a plasma process, for example,
A high-frequency power supply for applying a high-frequency bias voltage to the sample stage at the time of etching; 611, a processing gas, for example, a shower plate for introducing an etching gas into the vacuum vessel 67; 111, a gas outlet provided on the shower plate 611; 112 is a gas introduction path, 612 is a variable valve for adjusting the pressure in the vacuum vessel 67, 613
Is a turbo molecular pump for depressurizing the vacuum container 67 to a vacuum, and 614 is a vacuum pump roughly referred to.

【0023】バッファ室3の下部には下部容器31が取
り付けられている。下部容器31にはバッファ室3の開
口に対応して試料台68が設けられている。下部容器3
1は途中にバリアブルバルブ612を有し、下部容器3
1の端部にはターボ分子ポンプ613が設けられてい
る。ターボ分子ポンプ613には粗引用の真空ポンプ6
14が連結されている。
A lower container 31 is mounted below the buffer chamber 3. The lower container 31 is provided with a sample table 68 corresponding to the opening of the buffer chamber 3. Lower container 3
1 has a variable valve 612 in the middle,
At one end, a turbo-molecular pump 613 is provided. The turbo-molecular pump 613 has a roughly-quoted vacuum pump 6
14 are connected.

【0024】試料台68には駆動機構69が設けられ、
試料台上部が上下動可能となっている。試料台68には
高周波電源610が接続され、試料台68に高周波バイ
アス電圧を印加可能になっている。
The sample stage 68 is provided with a drive mechanism 69,
The upper part of the sample stage can be moved up and down. A high frequency power supply 610 is connected to the sample stage 68 so that a high frequency bias voltage can be applied to the sample stage 68.

【0025】バッファ室3の上部には、円筒状の真空容
器67が取り付けられ、真空容器67の上部開口部には
平板状のマイクロ波透過窓66が気密に取り付けられ、
真空容器67とマイクロ波透過窓66とにってプラズマ
発生室が形成される。マイクロ波透過窓66の上部に
は、真空容器67と略同径に構成された円筒壁642が
真空容器67と電気的に接続されて設けられ、円筒壁6
42の上部開口部には中央に円形の開口部を有する天板
641が円筒壁642と電気的に接続されて設けられ、
マイクロ波透過窓66と円筒壁642と天板641とで
囲まれた円筒空洞部64が設けられる。天板641の中
央の円形開口部には円矩形変換導波管63が電気的に接
続されて設けられ、円矩形変換導波管63に続いて導波
管62およびマグネトロン61が順次電気的に接続され
て設けられる。
A cylindrical vacuum container 67 is attached to the upper part of the buffer chamber 3, and a flat microwave transmitting window 66 is airtightly attached to the upper opening of the vacuum container 67.
A plasma generation chamber is formed by the vacuum container 67 and the microwave transmission window 66. Above the microwave transmitting window 66, a cylindrical wall 642 having substantially the same diameter as the vacuum container 67 is provided so as to be electrically connected to the vacuum container 67.
A top plate 641 having a circular opening at the center is provided in the upper opening of the 42 so as to be electrically connected to the cylindrical wall 642,
A cylindrical cavity 64 surrounded by a microwave transmission window 66, a cylindrical wall 642, and a top plate 641 is provided. A circular / rectangular conversion waveguide 63 is electrically connected to a central circular opening of the top plate 641, and the waveguide 62 and the magnetron 61 are sequentially electrically connected to the circular / rectangular conversion waveguide 63. Connected and provided.

【0026】バッファ室3には、バッファ室3内の試料
搬送空間である通路102と処理室6とを仕切る円筒状
の仕切り弁であるリングゲート15が設けられている。
リングゲート15は、真空容器67の内径と同径もしく
は略同径に形成され、バッファ室3の下方から組み込ま
れ、リングゲート15の中心軸に対称に配置した2つの
エアーシリンダ36によって上下方向に駆動される。
The buffer chamber 3 is provided with a ring gate 15 which is a cylindrical gate valve for partitioning the processing chamber 6 from the passage 102 which is a sample transfer space in the buffer chamber 3.
The ring gate 15 is formed to have the same or substantially the same diameter as the inner diameter of the vacuum vessel 67, is incorporated from below the buffer chamber 3, and is vertically arranged by two air cylinders 36 arranged symmetrically about the center axis of the ring gate 15. Driven.

【0027】円筒空洞部64および真空容器67の外周
部にはソレノイドコイル65が設けてある。ソレノイド
コイル65は、円筒空洞部64および真空容器67の外
周部に巻装したソレノイドコイル652および653
と、円筒空洞部64の天板641上部に配置した内径が
小さく円周方向に巻数を多くしたソレノイドコイル65
1とから成る。ソレノイドコイル651は主磁束用とし
て用いられ、ソレノイドコイル652および653は磁
力線の制御用として用いられる。さらに、ソレノイドコ
イル651,652および653の外周には、これらソ
レノイドコイルを囲んでヨーク654が設けてある。ヨ
ーク654のソレノイドコイル651に対応した内側上
端部は円筒空洞部64および真空容器67の軸心と同心
で、円筒空洞部64に向けて下方に曲げて形成されてい
る。
A solenoid coil 65 is provided on the outer periphery of the cylindrical cavity 64 and the outer periphery of the vacuum vessel 67. The solenoid coils 65 are wound around the cylindrical cavity 64 and the outer periphery of the vacuum container 67.
And a solenoid coil 65 having a small inner diameter and a larger number of turns in the circumferential direction disposed above the top plate 641 of the cylindrical cavity 64.
And 1. The solenoid coil 651 is used for a main magnetic flux, and the solenoid coils 652 and 653 are used for controlling lines of magnetic force. Further, a yoke 654 is provided on the outer periphery of the solenoid coils 651, 652 and 653 so as to surround these solenoid coils. The inner upper end of the yoke 654 corresponding to the solenoid coil 651 is formed concentrically with the axis of the cylindrical cavity 64 and the vacuum vessel 67 and bent downward toward the cylindrical cavity 64.

【0028】マイクロ波透過窓66の下面には、図5に
示すようにガス吹き出し口111を多数有するシャワー
プレート611がマイクロ波透過窓66との間にわずか
な隙間を有して設けてあり、マイクロ波透過窓66とシ
ャワープレート611との隙間にはガス導入経路112
が接続されている。
As shown in FIG. 5, a shower plate 611 having a large number of gas outlets 111 is provided on the lower surface of the microwave transmitting window 66 with a small gap between the shower plate 611 and the microwave transmitting window 66. In the gap between the microwave transmitting window 66 and the shower plate 611, the gas introduction path 112 is provided.
Is connected.

【0029】真空容器67の内面側には、図6に示すよ
うに、真空容器67からの金属汚染をさけるために石
英,セラミックなどの耐プラズマ性の材料で形成された
円筒状の絶縁物カバー671を設置してある。また、真
空容器67の内側には電極である試料台68近傍に接地
電位の部材であるアース電極672を配置する。アース
電極672は、接地電位となっているバッファ室3に電
気的に接続され、真空容器67の内側に向けて真空容器
67との間に溝部を設けて取り付けられている。絶縁物
カバー671は、この場合、真空容器67の内壁面とア
ース電極672とにより形成された溝部に落とし込まれ
て保持される。絶縁物カバー672は強度的およびメン
テナンス周期を考慮し、例えば、5mm以上の厚さを有
するようにしてある。アース電極672は、絶縁物カバ
ー672によって電気的に絶縁された真空容器67とプ
ラズマ615との電気導通性を取る働きをする。
As shown in FIG. 6, a cylindrical insulator cover made of a plasma-resistant material such as quartz or ceramic is provided on the inner surface side of the vacuum vessel 67 to prevent metal contamination from the vacuum vessel 67. 671 are installed. Further, an earth electrode 672 which is a member of a ground potential is arranged near the sample stage 68 which is an electrode inside the vacuum vessel 67. The ground electrode 672 is electrically connected to the buffer chamber 3 at a ground potential, and is provided with a groove between the vacuum chamber 67 and the inside of the vacuum chamber 67. In this case, the insulator cover 671 is dropped and held in a groove formed by the inner wall surface of the vacuum vessel 67 and the ground electrode 672. The insulator cover 672 has a thickness of, for example, 5 mm or more in consideration of strength and a maintenance cycle. The ground electrode 672 has a function of obtaining electrical conductivity between the plasma container 615 and the vacuum container 67 electrically insulated by the insulator cover 672.

【0030】また、金属汚染を避けるための方法として
は、この他に、耐プラズマ性のある絶縁体(例えば石
英、Al2F3、ムライト、Cr2O3等)や半導体(Si
C等)で真空容器67内面を被っても良い。なお、試料
台68に高周波バイアス電力を印加し、処理する場合に
は、上記耐プラズマ性のある絶縁物の厚みは1mm以下
にし、アース効果を得られやすくするのが好ましい。
Other methods for avoiding metal contamination include plasma-resistant insulators (eg, quartz, Al2F3, mullite, Cr2O3, etc.) and semiconductors (Si
C) may cover the inner surface of the vacuum container 67. When applying high-frequency bias power to the sample table 68 for processing, it is preferable that the thickness of the above-mentioned plasma-resistant insulator be 1 mm or less, so that the ground effect can be easily obtained.

【0031】上述のように構成された装置において、真
空容器67内にプラズマを発生させるには、まず、真空
容器67の内部はターボ分子ポンプ613と真空ポンプ
614によって減圧される。試料を処理する場合、プロ
セスガスをガス導入経路112からマイクロ波透過窓6
6とシャワープレート611の間に導入し、シャワープ
レート611に設けられたガス吹き出し口111から真
空容器67に導く。真空容器67の内部圧力はバリアブ
ルバルブ612によって調節される。なお、シャワープ
レート611を用いず、マイクロ波透過窓66の下面の
周辺等にガス吹き出し口を設けても同様な効果が得られ
る。
In the apparatus configured as described above, in order to generate plasma in the vacuum vessel 67, the inside of the vacuum vessel 67 is first depressurized by the turbo molecular pump 613 and the vacuum pump 614. When processing the sample, the process gas is supplied from the gas introduction path 112 to the microwave transmitting window 6.
The gas is introduced between the shower plate 6 and the shower plate 611, and is guided to the vacuum vessel 67 from a gas outlet 111 provided in the shower plate 611. The internal pressure of the vacuum container 67 is adjusted by a variable valve 612. A similar effect can be obtained even if a gas outlet is provided around the lower surface of the microwave transmission window 66 without using the shower plate 611.

【0032】次に、マグネトロン61から発振した、こ
の場合、2.45GHzのマイクロ波は矩形の導波管6
2,円矩形変換導波管63を経由し、円筒空洞部64内
に導かれる。この場合、導波管62内は矩形TE10モ
ードのマイクロ波が伝播され、円矩形変換導波管63に
よって円形TE11モードのマイクロ波に変換されて円
筒空洞部64に導かれる。円筒空洞部64内に導入され
たマイクロ波は、マイクロ波透過窓66,シャワープレ
ート611を経て真空容器67内に導かれる。一方、真
空容器67の周囲に設けられたソレノイドコイル65に
よって真空容器67の内部には、真空容器67の軸方向
の磁界が形成される。真空容器67内に導入されたマイ
クロ波及びソレノイドコイル65による磁界の作用によ
って、プラズマ中の電子は磁界からローレンツ力を受け
て旋回運動を行う。旋回運動の周期とマイクロ波の周波
数がほぼ一致したとき、電子はマイクロ波から効率良く
エネルギーを受け取り、電子サイクロトロン共鳴現象
(ElectronCyclotron Resona
nce、以下「ECR」と略す。)によって密度の高い
プラズマ15が生成される。本装置では、ECR条件を
満たす等磁界面(以下「ECR面」と略す。)を真空容
器67の内部に存在させる。この場合、ECR面におけ
る磁場の強さは875ガウスである。これによって、真
空容器67内に密度の高いプラズマ615を生成する。
図4に破線で示したECR面152を示す。ECR面1
52は、主磁束用のソレノイドコイル651と制御用の
ソレノイドコイル652,653とによって、真空容器
67内の所望の高さ位置に制御・調整される。なお、本
実施例では、ソレノイドコイル65をヨーク65によっ
て囲み、主磁束用のソレノイドコイル651の内周部ま
でヨーク654を絞り込んでいるので、ソレノイドコイ
ル65内に形成される磁界を軸方向に集中させ易く、制
御用のソレノイドコイル652,653とよってECR
面を容易に平坦かできると共に、ECR面の高さ位置が
制御し易くなっている。また、この場合は、ヨーク65
4の上部端部を軸方向に折り返すことにより、軸方向へ
の磁界の集中をさらに効率良く行なわせるようにしてい
るが、ヨーク654の上部端部を軸方向に折り返さなく
ても充分に目的は達成される。
Next, the microwave oscillated from the magnetron 61, in this case, the 2.45 GHz microwave is
2, the light is guided into the cylindrical cavity 64 through the circular-rectangular conversion waveguide 63. In this case, a rectangular TE10 mode microwave propagates in the waveguide 62, is converted into a circular TE11 mode microwave by the circular-rectangular conversion waveguide 63, and is guided to the cylindrical cavity 64. The microwave introduced into the cylindrical cavity 64 is guided into the vacuum vessel 67 through the microwave transmission window 66 and the shower plate 611. On the other hand, a magnetic field in the axial direction of the vacuum vessel 67 is formed inside the vacuum vessel 67 by a solenoid coil 65 provided around the vacuum vessel 67. By the action of the microwave introduced into the vacuum vessel 67 and the magnetic field generated by the solenoid coil 65, the electrons in the plasma undergo a Lorentz force from the magnetic field to perform a swirling motion. When the frequency of the microwave substantially coincides with the cycle of the swirling motion, the electrons efficiently receive energy from the microwave, and the electron cyclotron resonance phenomenon (Electron Cyclotron Resona).
nce, hereinafter abbreviated as “ECR”. ) Generates a high-density plasma 15. In this apparatus, an isomagnetic field surface (hereinafter, abbreviated as “ECR surface”) that satisfies the ECR condition is provided inside the vacuum vessel 67. In this case, the strength of the magnetic field on the ECR plane is 875 Gauss. As a result, a high-density plasma 615 is generated in the vacuum chamber 67.
FIG. 4 shows the ECR surface 152 indicated by a broken line. ECR surface 1
52 is controlled and adjusted to a desired height position in the vacuum vessel 67 by a solenoid coil 651 for main magnetic flux and solenoid coils 652 and 653 for control. In this embodiment, since the solenoid coil 65 is surrounded by the yoke 65 and the yoke 654 is narrowed down to the inner peripheral portion of the main magnetic flux solenoid coil 651, the magnetic field formed in the solenoid coil 65 is concentrated in the axial direction. Easy to control and ECR by solenoid coils 652 and 653 for control
The surface can be easily flattened, and the height position of the ECR surface can be easily controlled. In this case, the yoke 65
The upper end of the yoke 654 is turned back in the axial direction so that the magnetic field can be concentrated more efficiently in the axial direction. However, it is not enough to turn the upper end of the yoke 654 in the axial direction. Achieved.

【0033】図6に円筒空洞部64に導かれたマイクロ
波の様子を示す。円筒空洞部64に導かれたマイクロ波
は、まず、円筒空洞部64及びマイクロ波透過窓66を
介して真空容器67内に導かれ試料台68を反射端とし
て反射する定在波となったり、円筒空洞部64の天板6
41とマイクロ波透過窓66の上面または下面さらには
シャワープレート611との間で反射を繰り返す定在波
になったりする。この間、真空容器67内に導入された
マイクロ波によって真空容器67内のプロセスガスが励
起されプラズマ化される。なお、生成されたプラズマの
密度が一定密度を越えた場合(有磁場条件の場合は、電
子密度>1×1011個/cm3)、該密度のプラズマ
部分ではプラズマに入射されるマイクロ波の一部を反射
するという特性がある。ECRを用いた放電では、プラ
ズマ密度が前述したマイクロ波を反射する密度まで容易
に高くなる。このため、プラズマ615の該密度の部分
が境界面151となってマイクロ波の一部を反射し、円
筒空洞部64の天板641とプラズマ615の境界面1
51との間で反射を繰り返し定在波cとなる。また、生
成されたプラズマの密度が一定密度を越えた場合(有磁
場条件の場合は、電子密度>1×1011個/cm3)
は、定在波cが支配的となる。
FIG. 6 shows a state of the microwave guided to the cylindrical cavity 64. First, the microwave guided to the cylindrical cavity 64 becomes a standing wave that is guided into the vacuum vessel 67 through the cylindrical cavity 64 and the microwave transmission window 66 and is reflected by the sample stage 68 as a reflection end, Top plate 6 of cylindrical cavity 64
It becomes a standing wave that repeats reflection between the upper surface 41 or the lower surface of the microwave transmission window 66 and the shower plate 611. During this time, the process gas in the vacuum vessel 67 is excited by the microwave introduced into the vacuum vessel 67 and turned into plasma. When the density of the generated plasma exceeds a certain density (in the case of a magnetic field condition, the electron density> 1.times.10.sup.11 / cm.sup.3), a part of the microwave incident on the plasma in the plasma portion having the density. Has the property of reflecting light. In the discharge using ECR, the plasma density easily increases to the above-described density for reflecting the microwave. For this reason, the portion of the density of the plasma 615 becomes the boundary surface 151 and reflects a part of the microwave, and the boundary surface 1 between the top plate 641 of the cylindrical cavity 64 and the plasma 615.
The light is repeatedly reflected between the light beam 51 and the light beam 51 and becomes a standing wave c. Also, when the density of the generated plasma exceeds a certain density (in the case of a magnetic field condition, the electron density> 1 × 10 11 / cm 3)
, The standing wave c becomes dominant.

【0034】これを以下に説明する。なお、実際にはプ
ラズマ615の境界面151はある厚みを有するが、以
下、原理説明のため境界面151の厚みを無視して説明
する。すなわち、円筒空洞部64の天板641からプラ
ズマ615の境界面151までの距離(マイクロ波に対
する等価距離:L0=∫√εr dx([0,l]の積分),
εr=比誘電率、を用いる)が、あるモードの管内波長
の1/2の整数倍となるとき、該モードは共振を起こし
て定在波として円筒空洞部64の天板641からプラズ
マ615の境界面151の間に存在することが可能とな
る。この定在波には円矩形変換導波管63から円筒空洞
部64に新たに導入されたマイクロ波が重なり、定在波
と管内波長の等しいモードのマイクロ波が、定在波と共
振してさらに強い電界の定在波となる。上記の条件を満
たさないモードは減衰して円筒空洞部64の天板641
からプラズマ615の境界面151の間に存在すること
ができなくなる。
This will be described below. Although the boundary surface 151 of the plasma 615 actually has a certain thickness, the description will be made below ignoring the thickness of the boundary surface 151 for the sake of explanation of the principle. That is, the distance from the top plate 641 of the cylindrical cavity 64 to the boundary surface 151 of the plasma 615 (equivalent distance to microwave: L0 = ∫√εr dx (integral of [0, l]),
When εr = relative permittivity) becomes an integral multiple of の of the guide wavelength of a certain mode, the mode causes resonance and forms a standing wave from the top plate 641 of the cylindrical cavity 64 to generate plasma 615. It is possible to exist between the boundary surfaces 151. A microwave newly introduced from the circular-rectangular conversion waveguide 63 to the cylindrical cavity 64 overlaps the standing wave, and the microwave in the mode having the same wavelength as the standing wave resonates with the standing wave. It becomes a standing wave of a stronger electric field. Modes that do not satisfy the above conditions are attenuated and the top plate 641 of the cylindrical cavity 64
From the boundary surface 151 of the plasma 615.

【0035】したがって、円筒空洞部64の高さを適切
に選ぶことにより、共振してさらに強い電界となった特
定の単一モードもしくは特定の複数のモードのマイクロ
波を、マイクロ波透過窓66及びシャワープレート61
1を介して、円筒空洞部64内のモードのまま真空容器
67に導くことが可能となる。これにより、プラズマが
生成された後の不特定多数のモード間でのモードの遷移
がなくなり、均一で安定な高密度のプラズマを発生させ
ることができる。
Therefore, by appropriately selecting the height of the cylindrical cavity 64, the microwave of a specific single mode or a plurality of specific modes that resonate to generate a stronger electric field can be transmitted to the microwave transmission window 66 and the microwave transmission window 66. Shower plate 61
It is possible to lead the vacuum chamber 67 to the mode inside the cylindrical hollow portion 64 via 1. As a result, there is no mode transition between an unspecified number of modes after plasma is generated, and uniform, stable, and high-density plasma can be generated.

【0036】この場合は、円筒空洞部64内に円矩形変
換導波管63からTE11モードのマイクロ波を導く。
拡大された内径の大きい円筒空洞部64内には、TE,
TMの種々のモードのマイクロ波が存在し得るが、円矩
形変換導波管63からTE11モードのマイクロ波を導
入するようにしているので、基本的にTEのモードが生
じ易くなる。TEのモードとしては、TE11,TE2
1,TE01,TE31,TE41,TE12,TE5
1,TE22,TE02,TE61等が生じ得る。この
場合、円筒空洞部64に導入するマイクロ波がTE11
モードのマイクロ波であるため、TE11モードでの伝
播割合が多くなる。円筒空洞部64内の大きさは、TE
01モードの定在波cが形成されるように設定されてい
る。これにより、円筒空洞部64内には、主体としてT
E11モードおよびTE01モードのマイクロ波が伝播
する。これら以外のモードは、位相のずれによってプラ
ズマ615の境界面151で一部が反射されながら、新
たに導入されるマイクロ波と打消合い次第に減衰する。
TE11モードのマイクロ波は中央部の電界強度が強
く、TE01モードのマイクロ波は周辺部の電界強度が
強いので、この二つのモードのマイクロ波が重なること
により、円筒空洞部64内に広い範囲にわたって電界強
度が強く、略均一な電界強度のマイクロ波を伝播させる
ことができる。これにより、真空容器67内に均一で安
定な高密度のプラズマを発生させることができる。
In this case, the TE11 mode microwave is guided from the circular-rectangular conversion waveguide 63 into the cylindrical cavity 64.
Inside the cylindrical cavity 64 having a large enlarged inner diameter, TE,
Microwaves of various modes of TM may exist, but since the microwave of TE11 mode is introduced from the circular-rectangular conversion waveguide 63, the mode of TE is basically easily generated. TE modes include TE11 and TE2.
1, TE01, TE31, TE41, TE12, TE5
1, TE22, TE02, TE61, etc. can occur. In this case, the microwave introduced into the cylindrical cavity 64 is TE11
Since it is a mode microwave, the propagation ratio in the TE11 mode increases. The size of the cylindrical cavity 64 is TE
The setting is such that a standing wave c of 01 mode is formed. As a result, T is mainly contained in the cylindrical hollow portion 64.
E11 mode and TE01 mode microwaves propagate. The other modes are attenuated as soon as they are canceled by the newly introduced microwave while being partially reflected by the boundary surface 151 of the plasma 615 due to the phase shift.
Since the microwave of the TE11 mode has a strong electric field intensity in the central portion and the microwave of the TE01 mode has a strong electric field intensity in the peripheral portion, the microwaves of the two modes overlap each other, so that the microwaves in the cylindrical cavity 64 extend over a wide range. The electric field strength is strong, and a microwave having a substantially uniform electric field strength can be propagated. Thus, uniform and stable high-density plasma can be generated in the vacuum chamber 67.

【0037】なお、このとき、円筒空洞部64と真空容
器67との内径をほぼ同径にすることにより、円筒空洞
部64の天板641からプラズマ615の境界面615
までの空間に至るまで極端な内径の誤差がなく、円筒空
洞部64を伝播するモードのマイクロ波をそのまま真空
容器67に伝播させることができる。したがって、基本
的には、円筒空洞部64と真空容器67との内径は同一
であることが好ましいが、本装置ではマイクロ波透過窓
66の取り付け等設計上の制約により多少真空容器67
の内径を小さくしている。ちなみに、円筒空洞部64に
比べ真空容器67の内径を少し小さくした理由は、シャ
ワープレート611及びマイクロ波透過窓66の取付け
方にあり、特に、円筒空洞部64が大気圧側で真空容器
67が負圧側になるので、この圧力差を利用してマイク
ロ波透過窓66を真空容器67上端部に押し付け、真空
容器67内部を気密に保持するためである。
At this time, by making the inner diameter of the cylindrical cavity 64 and the inner diameter of the vacuum chamber 67 substantially the same, the boundary surface 615 of the plasma 615 from the top plate 641 of the cylindrical cavity 64 is formed.
The microwave of the mode propagating in the cylindrical cavity 64 can be propagated to the vacuum vessel 67 as it is without any error in the inner diameter up to the space. Therefore, it is basically preferable that the inner diameter of the cylindrical cavity 64 and the inner diameter of the vacuum container 67 are the same. However, in this apparatus, the vacuum container 67
Inside diameter is reduced. Incidentally, the reason why the inner diameter of the vacuum vessel 67 is made slightly smaller than that of the cylindrical cavity 64 is in the manner of mounting the shower plate 611 and the microwave transmission window 66. In particular, when the cylindrical cavity 64 is at the atmospheric pressure side and the vacuum vessel 67 is Since the pressure is on the negative pressure side, the microwave transmission window 66 is pressed against the upper end of the vacuum vessel 67 by utilizing this pressure difference, and the inside of the vacuum vessel 67 is kept airtight.

【0038】また、本実施例では、真空容器67の内径
を軸方向に等しくしているが、図7に示すようにプラズ
マ615の境界面151部が少なくとも円筒空洞部64
と略同径になるようにしておけば、それから下方の内径
を徐々に変えても同様の効果が得られる。この場合、内
径を徐々に拡大し試料台68の部分で必要な大きさにす
ることによって、円筒空洞部の大きさを小さくすること
ができ、ソレノイドコイル65を含めた全体を小型化す
るのに効果がある。
Further, in this embodiment, the inner diameter of the vacuum vessel 67 is made equal in the axial direction. However, as shown in FIG.
If the inner diameter is made substantially the same as above, the same effect can be obtained even if the inner diameter below is gradually changed. In this case, the size of the cylindrical cavity can be reduced by gradually increasing the inner diameter to a required size at the portion of the sample stage 68, and the entire size including the solenoid coil 65 can be reduced. effective.

【0039】次に、本装置構成を用いたときのプラズマ
性能を図8から図15により説明する。本装置構成のプ
ラズマ性能を調べるための装置構成として、円筒空洞部
64の直径を405mm、高さ(L1)を0〜160mm
の可変とした。またマイクロ波透過窓66の直径を40
4mm、真空容器67の直径を350mm、マイクロ波
透過窓66の下面と試料台68の上面との距離を175
mmとした。
Next, the plasma performance when this apparatus configuration is used will be described with reference to FIGS. As a device configuration for examining the plasma performance of this device configuration, the diameter of the cylindrical hollow portion 64 is 405 mm, and the height (L1) is 0 to 160 mm.
Variable. The diameter of the microwave transmitting window 66 is set to 40.
4 mm, the diameter of the vacuum container 67 is 350 mm, and the distance between the lower surface of the microwave transmitting window 66 and the upper surface of the sample stage 68 is 175.
mm.

【0040】なお、以下に述べるプラズマ性能の傾向は
上述した装置の寸法に限定されるものではない。すなわ
ち、マイクロ波プラズマを用いて試料を処理する場合、
マイクロ波透過窓をマイクロ波の進行方向に対して略垂
直に配置し真空容器内の略全面にマイクロ波を透過させ
るようにし、マイクロ波を円筒空洞部を介して円筒空洞
部と略同径の真空容器内に導入するようにすれば、上述
した装置の寸法に限定されることなく共通して有する性
質である。
Incidentally, the tendency of the plasma performance described below is not limited to the dimensions of the above-described apparatus. That is, when processing a sample using microwave plasma,
The microwave transmission window is arranged substantially perpendicular to the direction of propagation of the microwave so that the microwave can be transmitted through substantially the entire surface of the vacuum vessel, and the microwave is transmitted through the cylindrical cavity so that the microwave has substantially the same diameter as the cylindrical cavity. If introduced into a vacuum vessel, the device has a common property without being limited to the dimensions of the above-described device.

【0041】図8に、円筒空洞部64の高さ(L1)を変
化させたときの試料に到達するイオン電流密度の大きさ
と均一性を示し、図9に、そのときのマイクロ波の反射
波の挙動を示す。図8及び図9によると、円筒空洞部4
の高さ寸法(L1)を変化させることにより、飽和イオン
電流密度の大きさ、均一性及びマイクロ波の反射波が変
化することが判る。ここで図8において飽和イオン電流
密度が大きく、且つ均一性が良好な円筒空洞部寸法(L
1)の条件(l1〜l2の範囲)を図5にあてはめると、反
射波が0となる条件にも、最大となる条件にもなってお
らず、両条件の中間部分、即ちある程度の反射波が生じ
ている条件になっている。なお、このときの反射波は、
導波管63,62を介してもドル反射波である。また、
飽和イオン電流密度が大きく、且つ均一性が良好な円筒
空洞部寸法(L1)の条件(l1〜l2の範囲)は、飽和イ
オン電流密度及び均一性がピーク値でなく、ある程度広
い範囲で許容できる範囲を設定している。ある程度の反
射波が生じている円筒空洞部寸法(l1〜l2の範囲)
のときのは、マイクロ波は単一モードと言うよりは特定
の複数モードの合成になっていると考えられる。なお、
導波管62あるいは円矩形変換導波管63の部分にスタ
ブチューナ等の整合手段を設けることにより、図8にお
いて反射波の大きい円筒空洞部寸法(L1)のときでも、
マイクロ波を有効にプラズマに入力させることができ
る。
FIG. 8 shows the magnitude and uniformity of the ion current density reaching the sample when the height (L1) of the cylindrical cavity 64 is changed, and FIG. 9 shows the reflected wave of the microwave at that time. The behavior of According to FIG. 8 and FIG.
It can be seen that changing the height dimension (L1) of the sample changes the magnitude and uniformity of the saturated ion current density and the reflected microwave. Here, in FIG. 8, the size of the cylindrical hollow portion (L
When the condition (1) (the range of l1 to l2) is applied to FIG. 5, neither the condition where the reflected wave becomes 0 nor the condition where the reflected wave becomes the maximum is obtained. Condition is occurring. The reflected wave at this time is
It is also a dollar reflected wave through the waveguides 63 and 62. Also,
Under the condition of the cylindrical cavity portion size (L1) having a large saturated ion current density and good uniformity (in the range of l1 to l2), the saturated ion current density and the uniformity are not peak values but can be tolerated in a certain wide range. You have set a range. Dimension of cylindrical cavity where some reflected wave is generated (range of l1 to l2)
In this case, it is considered that the microwave is not a single mode but a combination of specific multiple modes. In addition,
By providing a matching means such as a stub tuner at the waveguide 62 or the circular-rectangular conversion waveguide 63, even in the case of a cylindrical cavity having a large reflected wave (L1) in FIG.
The microwave can be effectively input to the plasma.

【0042】図10に、マイクロ波透過窓66とECR
面との距離(L2)を変えたときの円筒空洞部寸法(L1)と
イオン電流密度の均一性との関係を示す。図10を別観
点で傾向的にまとめると図11に示すようになる。図1
1は、ECR面と試料を搭載する試料台68との距離を
一定として、マイクロ波透過窓66とECR面の距離を
変化させたときの試料に到達する飽和イオン電流密度の
大きさと均一性を示す。これらからマイクロ波透過窓6
6とECR面の距離(L2)を離すに従って、飽和イオン
電流密度分布の均一性が向上することが判る。また、別
の実験によれば、飽和イオン電流密度の均一性を10%
以下にするためには、マイクロ波透過窓66とECR面
の距離を50mm以上にする必要があることが判明し
た。
FIG. 10 shows the microwave transmission window 66 and the ECR.
The relationship between the cylindrical cavity dimension (L1) and the uniformity of the ion current density when the distance (L2) to the surface is changed is shown. FIG. 11 is a summary of FIG. 10 from another viewpoint. FIG.
1 is that the distance and the uniformity of the saturated ion current density reaching the sample when the distance between the microwave transmission window 66 and the ECR surface is changed while the distance between the ECR surface and the sample stage 68 on which the sample is mounted is fixed. Show. From these, the microwave transmission window 6
It can be seen that the uniformity of the saturation ion current density distribution is improved as the distance (L2) between the No. 6 and the ECR surface is increased. According to another experiment, the uniformity of the saturated ion current density was 10%.
It has been found that the distance between the microwave transmission window 66 and the ECR surface needs to be 50 mm or more in order to make the following.

【0043】次に、図12に、ECR面と試料を搭載す
る試料台との距離(L3)を変えたときの円筒空洞部寸法
(L1)とイオン電流密度の均一性との関係を示す。図1
2を別観点で傾向的にまとめると図13に示すようにな
る。図13は、マイクロ波透過窓66とECR面の距離
を一定として、ECR面と試料を搭載する試料台68と
の距離を変化させたときの試料に到達する飽和イオン電
流密度の大きさと均一性を示す。これらからECR面と
試料を搭載する試料台68との距離を離すに従って飽和
イオン電流密度分布の均一性が向上することが判る。ま
た、別の実験によればECR面と試料を搭載する試料台
68との距離を30mmよりも小さくすると均一性が急
に悪くなるため、飽和イオン電流密度分布の均一性を1
0%以下にするためには、ECR面と試料を搭載する試
料台68との距離を30mm以上にする必要があること
が判明した。
Next, FIG. 12 shows the dimensions of the cylindrical cavity when the distance (L3) between the ECR surface and the sample stage on which the sample is mounted is changed.
The relationship between (L1) and the uniformity of the ion current density is shown. FIG.
FIG. 13 shows the tendency of No. 2 from another viewpoint. FIG. 13 shows the magnitude and uniformity of the saturated ion current density that reaches the sample when the distance between the microwave transmission window 66 and the ECR surface is fixed and the distance between the ECR surface and the sample stage 68 on which the sample is mounted is changed. Is shown. From these, it can be seen that the uniformity of the saturation ion current density distribution improves as the distance between the ECR surface and the sample table 68 on which the sample is mounted increases. According to another experiment, if the distance between the ECR surface and the sample table 68 on which the sample is mounted is smaller than 30 mm, the uniformity suddenly deteriorates.
It has been found that the distance between the ECR surface and the sample table 68 on which the sample is mounted needs to be 30 mm or more in order to make it 0% or less.

【0044】次に、図14に、磁場勾配を変えたときの
空洞部寸法(L1)と試料に到達するイオン電流密度の大
きさ,イオン電流密度の均一性及び放電安定性を示す。
なお、図(a)はイオン電流密度の大きさを示し、図(b)
はイオン電流密度の均一性を示し、図(c)は放電の安定
性を示す。図14を別観点で傾向的にまとめると図15
に示すようになる。図15は、ECR面の中心における
磁場勾配を変化させたときの試料に到達する飽和イオン
電流密度の大きさと均一性を示す。これらから磁場勾配
の値を変化させたとき、50G/cm、40G/cm、
30G/cmに設定した場合の放電安定性に大きな差は
無い。しかし、20G/cmに設定した場合は、やや放
電が安定しない傾向が出はじめる。別の実験によれば、
磁場勾配を15G/cm以下に設定した場合、放電が安
定しないことが判明した。また、図15から磁場勾配の
値を上げていった場合、飽和イオン電流密度の試料内で
の平均値に大差は無いが、均一性が悪化する傾向があ
る。以上のことから、安定かつ均一な高密度のプラズマ
を得るためには、ECR面の中心における磁場勾配の値
を20G/cm以上、50G/cm以下の範囲内に設定
することが有効である。さらに均一なプラズマを得るに
はECRを起こす条件を満たす等磁界面を試料の処理面
に対して平行な略平坦面とする必要がある。
FIG. 14 shows the dimensions of the cavity (L1), the magnitude of the ion current density reaching the sample, the uniformity of the ion current density, and the discharge stability when the magnetic field gradient is changed.
FIG. (A) shows the magnitude of the ion current density, and FIG.
Indicates the uniformity of the ion current density, and FIG. (C) indicates the stability of the discharge. FIG. 14 shows a tendency to summarize FIG.
It becomes as shown in. FIG. 15 shows the magnitude and uniformity of the saturated ion current density reaching the sample when the magnetic field gradient at the center of the ECR plane is changed. When the value of the magnetic field gradient is changed from these, 50 G / cm, 40 G / cm,
There is no significant difference in discharge stability when set to 30 G / cm. However, when it is set to 20 G / cm, the discharge tends to be slightly unstable. According to another experiment,
It was found that when the magnetic field gradient was set to 15 G / cm or less, the discharge was not stable. When the value of the magnetic field gradient is increased from FIG. 15, the average value of the saturated ion current density in the sample is not so different, but the uniformity tends to deteriorate. From the above, in order to obtain a stable and uniform high-density plasma, it is effective to set the value of the magnetic field gradient at the center of the ECR plane within the range of 20 G / cm or more and 50 G / cm or less. In order to obtain a more uniform plasma, it is necessary to make the isomagnetic field surface that satisfies ECR conditions a substantially flat surface parallel to the sample processing surface.

【0045】なお、図4に示すように、上段に設けた主
磁束用のソレノイドコイル651の内径もしくはヨーク
654の内径(Dy)を、試料やマイクロ波透過窓66
の直径より小さくすることにより、真空容器67の中心
軸上の磁場強度を容易に強くすることができる。また、
ソレノイドコイル651の磁束と合わせ、制御用のソレ
ノイドコイル652,653の磁束を制御することによ
り、磁場勾配20G/cm以上、50G/cm以下でか
つ試料の表面に平行な面内で平坦な磁場を容易に得るこ
とができる。また、上述のように磁場を制御するため
に、主磁束用のソレノイドコイル651と制御用のソレ
ノイドコイル652,653とは、それぞれ大きな空隙
を設けることなく連続させて配置してある。また、真空
容器67の直径としては、試料の直径に対して+50m
m以上にすれば10%以下の均一性を確保することが可
能であった。
As shown in FIG. 4, the inner diameter of the main magnetic flux solenoid coil 651 or the inner diameter (Dy) of the yoke 654 provided on the upper stage is determined by the sample or the microwave transmission window 66.
, The magnetic field strength on the central axis of the vacuum vessel 67 can be easily increased. Also,
By controlling the magnetic flux of the control solenoid coils 652 and 653 together with the magnetic flux of the solenoid coil 651, a flat magnetic field having a magnetic field gradient of 20 G / cm or more and 50 G / cm or less and in a plane parallel to the surface of the sample is generated. Can be easily obtained. Further, in order to control the magnetic field as described above, the solenoid coil 651 for the main magnetic flux and the solenoid coils 652 and 653 for the control are arranged continuously without providing a large gap. The diameter of the vacuum container 67 is +50 m with respect to the diameter of the sample.
When it was set to m or more, it was possible to secure uniformity of 10% or less.

【0046】また、上記のように構成された装置によっ
て、試料台68に接続された高周波電源610によっ
て、試料台68に配置された試料へのプラズマ中のイオ
ンの入射エネルギーは、プラズマの生成とは独立に制御
される。図示を省略した電力制御装置によってソレノイ
ドコイル651,652及び653に流れる電流値を制
御し、磁場勾配強度を変化させることによって、放電空
間内に発生させる磁場のECR条件となる共鳴磁場分布
(ECR面)を平面状にすることができ、プラズマ処理
室となる真空容器67内の試料載置面からのプラズマ位
置を移動させることができる。
Further, with the apparatus configured as described above, the incident energy of the ions in the plasma on the sample placed on the sample stage 68 by the high-frequency power supply 610 connected to the sample stage 68 changes the plasma generation energy. Are controlled independently. By controlling the values of the currents flowing through the solenoid coils 651, 652 and 653 by a power controller (not shown) and changing the magnetic field gradient strength, a resonance magnetic field distribution (ECR plane) which becomes the ECR condition of the magnetic field generated in the discharge space is obtained. ) Can be made flat, and the plasma position from the sample mounting surface in the vacuum vessel 67 serving as a plasma processing chamber can be moved.

【0047】ここで、試料を酸化膜の下地材で、被処理
材がAl合金であり、ホトレジストをマスク材としたも
のとし、エッチングガスとしてBCl3+Cl2を15
0sccm供給し、処理圧力を12mTorrに保持し
て、マイクロ波電力を約1000Wとし、高周波電力を
85Wとして、ソレノイドコイル651,652及び6
53に流れる電流値を制御し、試料載置面からのプラズ
マの位置を変化させたとき、プラズマの位置が試料から
離れるにしたがい、試料の被処理材料のエッチング速度
はあまり変化しないまま、マスク材および下地材のエッ
チング速度が速くなっている。また、試料台に生じるV
pp値は、プラズマの位置が試料から離れるにしたがい
大きくなる、すなわち、バイアス電圧が大きくなりプラ
ズマ中のイオンの入射エネルギが大きくなって、エッチ
ング中の残渣が減少する傾向となる。
Here, the sample is a base material of an oxide film, the material to be processed is an Al alloy, a photoresist is used as a mask material, and BCl3 + Cl2 is used as an etching gas in a quantity of 15%.
0 sccm, the processing pressure is maintained at 12 mTorr, the microwave power is set to about 1000 W, the high-frequency power is set to 85 W, and the solenoid coils 651, 652 and 6 are supplied.
When the position of the plasma from the sample mounting surface is changed by controlling the value of the current flowing through the sample 53, as the position of the plasma moves away from the sample, the etching rate of the material to be processed of the sample is not changed much, and the mask material is not changed. And the etching rate of the base material is increased. In addition, V
The pp value increases as the position of the plasma moves away from the sample, that is, the bias voltage increases, the incident energy of ions in the plasma increases, and residues during etching tend to decrease.

【0048】被処理材がAl合金の場合、Al合金のエ
ッチング時は、残渣の発生しないプラズマの高さ位置に
設定、すなわち、試料載置面からのプラズマ高さを小さ
くし、オーバエッチング時は、対下地材の選択比の高い
プラズマの高さ位置に設定、すなわち、試料載置面から
のプラズマ高さを高くすることで、これらを達成するこ
とができる。
When the material to be processed is an Al alloy, the height of the plasma is set so that no residue is generated when the Al alloy is etched, that is, the plasma height from the sample mounting surface is reduced. This can be achieved by setting the height of the plasma at a position where the selectivity of the base material is high, that is, by increasing the height of the plasma from the sample mounting surface.

【0049】また、被処理材が酸化膜(SiO2)を下
地材とし、被処理材がTiN膜またはTiW膜の上にA
l合金膜を積層した積層膜とし、ホトレジストをマスク
材とした試料の場合、例えば、エッチングガスとしてB
Cl3+Cl2またはBCl3+CF6等を用い、Al
合金膜のエッチング中はプラズマの位置を近付けて残渣
のないエッチングを行ない、TiN膜またはTiW膜の
エッチング中はプラズマの位置を遠ざけてマスク材およ
び下地材との選択比を大きくしたエッチングを行なう。
なお、ここではAl合金膜のエッチング中はプラズマの
位置を近付け、TiN膜またはTiW膜のエッチング中
はプラズマの位置を遠ざけるようにしているが、エッチ
ングガスの混合比および圧力等によってもプラズマ位置
の条件が異なるので、このケースに限られるものではな
い。
Further, the material to be processed uses an oxide film (SiO 2) as a base material, and the material to be processed is an A film on a TiN film or a TiW film.
In the case of a sample using a photoresist as a mask material as a laminated film in which
Cl3 + Cl2 or BCl3 + CF6
During the etching of the alloy film, the position of the plasma is made closer to perform the residue-free etching. During the etching of the TiN film or the TiW film, the position of the plasma is made farther to perform the etching with a higher selectivity to the mask material and the base material.
Here, the position of the plasma is made closer during the etching of the Al alloy film, and the position of the plasma is made farther during the etching of the TiN film or the TiW film. However, the position of the plasma is also changed depending on the mixing ratio and the pressure of the etching gas. The conditions are different and are not limited to this case.

【0050】なお、上述は被処理材がAl合金及びTi
N膜またはTiW膜の上にAl合金膜を積層した積層膜
の場合であるが、被処理材がこれらの材料以外の場合に
おいても処理を行なう被処理材の各材料に対するエッチ
ング特性を把握することにより、有効なエッチング条件
を見出すことができる。
In the above description, the materials to be treated are Al alloy and Ti
In the case of a laminated film in which an Al alloy film is laminated on an N film or a TiW film, it is necessary to grasp the etching characteristics of each material to be processed even when the material to be processed is other than these materials. Thus, effective etching conditions can be found.

【0051】また、上述ではソレノイドコイル65によ
り磁場を制御してプラズマ位置を変えるようにしたが、
試料台68を動かしてプラズマとの間隔を変化させるよ
うにしても同様の効果がある。
In the above description, the magnetic field is controlled by the solenoid coil 65 to change the plasma position.
The same effect can be obtained by moving the sample table 68 to change the distance from the plasma.

【0052】このように、本実施例の装置では、ソレノ
イドコイル65によって形成する磁場を、ECR面の高
さ,形状,磁束密度の勾配等広い範囲で制御でき、ま
た、電極である試料台68の高さを、例えば、レシピ設
定して、試料への入射イオン電流密度を試料台の高さに
よっても制御できるので、材料毎にイオン電流密度を変
えることができ、材料に合わせたエッチング等の最適な
プラズマ処理ができる。
As described above, in the apparatus of the present embodiment, the magnetic field formed by the solenoid coil 65 can be controlled in a wide range such as the height and shape of the ECR surface and the gradient of the magnetic flux density. Height can be controlled, for example, by setting the recipe, and the ion current density incident on the sample can also be controlled by the height of the sample table. Therefore, the ion current density can be changed for each material, and etching and the like according to the material can be performed. Optimal plasma processing can be performed.

【0053】さらに、上記のように構成された装置で
は、ターボ分子ポンプ613を主ポンプとして使用し、
排気経路を大型化して、高速排気を可能としている。ち
なみに、ターボ分子ポンプ613の排気速度は2000
l/sで、試料台68の試料配置部の実効排気速度は約
900l/s(N2換算)である。高速排気について
は、例えば、特開平5−259119に高速排気の有用
性について述べている。この考え方によれば、ポリシリ
コンのエッチングにおいては、プラズマ密度を大きく保
ち、エッチャントの供給律速にならないように高排気速
度で低圧力を維持しつつ、反応ガスを十分供給してシリ
コンのエッチング速度を大きくすることができる。
Further, in the device configured as described above, the turbo molecular pump 613 is used as the main pump,
The exhaust path is enlarged to enable high-speed exhaust. By the way, the pumping speed of the turbo molecular pump 613 is 2000
At 1 / s, the effective pumping speed of the sample disposition portion of the sample stage 68 is about 900 l / s (N2 conversion). As for high-speed exhaust, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-259119 describes usefulness of high-speed exhaust. According to this idea, in etching of polysilicon, a plasma gas is kept large, and a low gas pressure is maintained at a high pumping speed so that the supply of the etchant is not limited. Can be bigger.

【0054】この際、イオンの加速エネルギ−を低く保
つことにより、下地材料のエッチング速度を小さくして
選択比を増大させることが可能となる。ところで、この
ような高速排気によった条件下では、反応生成物の濃度
が低下するために形状制御性(マスク材料に忠実に垂直
加工形状を得ること)が難しくなる。このために何らか
の形状制御性を向上させる手段が必要となる。そこで、
エッチャントである塩素ガスに酸素を添加し、さらに試
料を冷却してエッチングする。
At this time, by keeping the acceleration energy of ions low, it becomes possible to decrease the etching rate of the underlying material and increase the selectivity. By the way, under the conditions of such high-speed exhaust, the controllability of the shape (obtaining a vertically processed shape faithfully to the mask material) becomes difficult because the concentration of the reaction product decreases. For this reason, means for improving some form controllability is required. Therefore,
Oxygen is added to chlorine gas as an etchant, and the sample is further cooled and etched.

【0055】これにより、高速排気の条件下(250m
l/分以上)では従来の酸素添加量よりもより小さな領
域(1.5%以下)で、合わせて試料を低温(試料温度
を0℃以下)に保持することにより、試料温度を室温と
した処理時に得られるエッチング速度より大きなエッチ
ング速度を得ることができる。これにより、従来よりも
生産性を向上させることができる。
Thus, under high-speed exhaust conditions (250 m
1 / min or more), the sample temperature was set to room temperature by keeping the sample at a low temperature (sample temperature of 0 ° C. or less) in a region (1.5% or less) smaller than the conventional oxygen addition amount. An etching rate higher than the etching rate obtained during processing can be obtained. Thereby, productivity can be improved more than before.

【0056】これは、従来のエッチング装置において
は、プラズマ密度が十分でなく、エネルギ−律速となっ
ていたり、排気性能が十分でなくエチャントの供給律速
となっていたりすることが多く、かならずしもシリコン
のエッチング速度を大きくすることができなかった。高
密度のプラズマを維持しつつ、高速排気をし、合わせて
試料を低温にすることで、従来以上のエッッチャントを
シリコン表面に吸着させ、酸素添加による化学反応平衡
の適正化により、エッチング速度を大きくすることがで
きたと考えられる。一方、シリコン酸化膜のほうは試料
温度が−100℃を下回るような非常に低温の領域で初
めて反応を抑制できることが知られており、エッチング
速度に対しての低温化による抑制効果はないものと考え
られる。むしろ、酸化膜表面への過剰酸素の供給による
化学的エッチング抑制(Si−Oの再結合等)が支配的
と考えられる。
This is because, in the conventional etching apparatus, the plasma density is often insufficient and the energy is limited, or the exhaust performance is insufficient and the supply of the etchant is limited in many cases. The etching rate could not be increased. While maintaining high-density plasma, high-speed evacuation and lowering the temperature of the sample at the same time allow more etchant to be adsorbed on the silicon surface and increase the etching rate by optimizing the chemical reaction equilibrium by adding oxygen. It is thought that it was possible. On the other hand, it is known that the silicon oxide film can suppress the reaction for the first time in a very low temperature region in which the sample temperature is lower than -100 ° C. Conceivable. Rather, it is considered that chemical etching suppression (such as recombination of Si—O) due to supply of excess oxygen to the oxide film surface is dominant.

【0057】また、真空処理装置67及びリングゲート
15の内径を略同径にして処理室、この場合、エッチン
グ室の形状をシンプル化し、真空容器67,リングゲー
ト15及び試料台68を同心状に配置しており、また、
高速排気を用いた装置構成としているので、処理室内面
に凹凸がなく反応性生物等の堆積物が付着しにくく、ガ
ス流れも均一でスムーズになり、プラズマ処理時に発生
する反応生成物の堆積を防止することができ、総合的に
経時変化の少ない装置とすることができる。また、ガス
流れが均一になることから、プロセス性能の均一性の向
上も図れる。
Further, the inside diameters of the vacuum processing apparatus 67 and the ring gate 15 are made substantially the same, and the processing chamber, in this case, the shape of the etching chamber is simplified, and the vacuum vessel 67, the ring gate 15 and the sample table 68 are concentric. Are located, and
Because the system configuration uses high-speed exhaust, there is no unevenness on the inner surface of the processing chamber, and deposits such as reactive organisms are unlikely to adhere, the gas flow is uniform and smooth, and the deposition of reaction products generated during plasma processing is reduced. It can be prevented, and an apparatus with little change over time can be obtained. Further, since the gas flow becomes uniform, the uniformity of the process performance can be improved.

【0058】次に、本発明のプラズマ処理装置の第2の
実施例を図16に示す。本実施例はプラズマを生成する
手段としてマイクロ波のみを利用した例である。本図に
おいて図4と同符号は同一部材を示し説明を省略するす
とともに、共通の構成部分の図示を省略する。
Next, FIG. 16 shows a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. This embodiment is an example in which only microwaves are used as a means for generating plasma. 4, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same members, and a description thereof will be omitted. In addition, illustration of common components will be omitted.

【0059】本実施例の装置は、真空容器67内に磁場
を発生させるためのソレノイドコイルを有しておらず、
円筒空洞部64を介して真空容器67内にマイクロ波の
みを導入し、真空容器内のプロセスガスをプラズマ化す
る点で前記実施例と異なる。
The apparatus of this embodiment does not have a solenoid coil for generating a magnetic field in the vacuum vessel 67,
This embodiment differs from the previous embodiment in that only microwaves are introduced into the vacuum chamber 67 through the cylindrical cavity 64 and the process gas in the vacuum chamber is turned into plasma.

【0060】本装置は磁場が無いため、電子密度が7×
1010個/cm3を超えるとマイクロ波の一部が反射
される。しかしながら、前記実施例の装置と同様に、マ
イクロ波の反射端がプラズマ616の境界面152とな
るため、磁場に起因する物理現象以外の作用は前記一実
施例の場合と同じである。
Since this device has no magnetic field, the electron density is 7 ×
If it exceeds 1010 / cm3, a part of the microwave is reflected. However, similarly to the device of the above-described embodiment, since the reflection end of the microwave becomes the boundary surface 152 of the plasma 616, the operation other than the physical phenomenon caused by the magnetic field is the same as that of the above-described embodiment.

【0061】以上説明したように、これら実施例によれ
ば、プラズマ発生室である真空容器67のマイクロ波導
入部に真空容器67の内径と略同径のマイクロ波透過窓
66を設け、真空容器67の内径と略同径であって真空
容器67内に生成されるプラズマのマイクロ波反射境界
面との間で特定モードのマイクロ波を共振させる空洞部
である円筒空洞部64をマイクロ波透過窓を介して真空
容器67に隣接し、円筒空洞部64を介して真空容器6
7内の放電空間にマイクロ波を導入することにより、円
筒空洞部64を介して真空容器67内に導入されたマイ
クロ波によって真空容器67内にプラズマが生成され
る。プラズマの生成に伴ってプラズマに吸収されなかっ
た円筒空洞部64からのマイクロ波がプラズマのマイク
ロ波反射境界面で反射される。反射されたマイクロ波が
円筒空洞部64の反射端面である天板641でさらに反
射され、プラズマのマイクロ波反射境界面と円筒空洞部
64の反射端面との間で定在波として反射が繰り返され
ると共に、新たに入射されるマイクロ波と重なって共振
状態になる。これにより、円筒空洞部64には特定モー
ドのマイクロ波が形成され、プラズマに特定モードのマ
イクロ波の高いエネルギが加わりプラズマを高密度化す
ることができる。また、円筒空洞部64と放電空間とを
略同径としてあるので円筒空洞部64とプラズマとの略
等価な全反射面でマイクロ波が共振させられ、特定モー
ドのマイクロ波をそのままプラズマに伝達させることが
できるので、電界の均一性の良い特定なモードのマイク
ロ波を共振させることにより、安定して均一性の良いプ
ラズマを生成することができる。
As described above, according to these embodiments, the microwave introduction portion of the vacuum vessel 67, which is the plasma generation chamber, is provided with the microwave transmission window 66 having substantially the same diameter as the inside diameter of the vacuum vessel 67. A cylindrical cavity 64 which is substantially the same diameter as the inside diameter of the cavity 67 and which resonates a microwave of a specific mode with a microwave reflection boundary surface of plasma generated in the vacuum vessel 67 is formed in a microwave transmission window. Is adjacent to the vacuum container 67 through the
When microwaves are introduced into the discharge space in 7, plasma is generated in the vacuum vessel 67 by the microwaves introduced into the vacuum vessel 67 through the cylindrical cavity 64. Microwaves from the cylindrical cavity 64 that have not been absorbed by the plasma with the generation of the plasma are reflected at the microwave reflection boundary surface of the plasma. The reflected microwave is further reflected by the top plate 641 which is the reflection end surface of the cylindrical cavity 64, and the reflection is repeated as a standing wave between the microwave reflection boundary surface of the plasma and the reflection end surface of the cylindrical cavity 64. At the same time, it overlaps with the newly incident microwave to be in a resonance state. As a result, a specific mode microwave is formed in the cylindrical hollow portion 64, and high energy of the specific mode microwave is applied to the plasma, so that the density of the plasma can be increased. Further, since the cylindrical cavity 64 and the discharge space have substantially the same diameter, the microwave resonates on the substantially equivalent total reflection surface of the cylindrical cavity 64 and the plasma, and the microwave of a specific mode is transmitted to the plasma as it is. Therefore, by resonating a microwave in a specific mode having good electric field uniformity, it is possible to stably generate plasma having good uniformity.

【0062】また、マイクロ波によるプラズマの生成
に、ソレノイドコイル65による磁界を作用させること
により、ECRを利用してさらに高密度のプラズマを生
成することができる。
Further, by applying a magnetic field generated by the solenoid coil 65 to the generation of the plasma by the microwave, it is possible to generate a higher-density plasma by utilizing the ECR.

【0063】また、試料の処理室となる真空容器67を
円筒形に構成することにより、任意の位置における軸方
向の断面積が等しく、真空容器67内の軸方向において
ECR面の位置を変化させても、ECR面の面積が変わ
ることがなく、真空容器67内の軸方向の任意の位置で
のプラズマを高密度均一にできる。すなわち、プラズマ
状態を任意の位置で不変にすることができる。
Further, by forming the vacuum vessel 67 serving as a sample processing chamber into a cylindrical shape, the sectional area in the axial direction at an arbitrary position is equal, and the position of the ECR plane in the axial direction in the vacuum vessel 67 is changed. However, the area of the ECR surface does not change, and the plasma at an arbitrary position in the axial direction in the vacuum vessel 67 can be made dense and uniform. That is, the plasma state can be made unchanged at any position.

【0064】また、マイクロ波のエネルギ−をプラズマ
に伝達させるための空間となるECR面とマイクロ波導
入用の石英平板でなるマイクロ波透過窓66との間の空
間の距離を50mm以上とすることにより、生成される
プラズマを均一にすることができ、また、生成されたプ
ラズマを拡散により拡げる空間となるECR面と被処理
物である試料を搭載する試料台との間の空間の距離を3
0mm以上とすることにより、拡散の効果により試料台
に搭載された試料に到達するプラズマを均一にして、イ
オン電流密度で10%以下の一様分布とすることができ
る。
Further, the distance between the ECR surface, which is a space for transmitting microwave energy to the plasma, and the microwave transmission window 66, which is a quartz flat plate for introducing a microwave, should be 50 mm or more. In this manner, the generated plasma can be made uniform, and the distance between the ECR surface, which is a space for spreading the generated plasma by diffusion, and the sample table on which the sample to be processed is mounted is 3
When the thickness is 0 mm or more, the plasma reaching the sample mounted on the sample stage due to the diffusion effect can be made uniform, and the ion current density can have a uniform distribution of 10% or less.

【0065】さらに、ECR面における磁場勾配の値を
20G/cm以上に設定することにより、磁場発生用の
ソレノイドコイルに流す電流のわずかな変動によってE
CR面の位置が大きく変動するのを抑えることができ
る。また、ECR面における磁場勾配の値を50G/c
m以下の範囲内にすることにより、ECR面の厚さの減
少が抑えられ、マイクロ波の強度分布がそのままプラズ
マ密度に反映するのを防止できるので、試料台に搭載さ
れた試料に到達するプラズマの不均一を防止でき、飽和
イオン電流密度の均一性の悪化を防止できる。
Further, by setting the value of the magnetic field gradient on the ECR surface to be 20 G / cm or more, the electric current flowing through the solenoid coil for generating the magnetic field is slightly changed, so that E
A large change in the position of the CR plane can be suppressed. Further, the value of the magnetic field gradient on the ECR surface is set to 50 G / c.
m or less, the decrease in the thickness of the ECR surface is suppressed, and the microwave intensity distribution can be prevented from being directly reflected in the plasma density, so that the plasma reaching the sample mounted on the sample stage can be prevented. Can be prevented, and the deterioration of the uniformity of the saturated ion current density can be prevented.

【0066】これらにより、被処理物の処理面に入力さ
れるイオン電流密度を10%以下の一様分布とすること
が可能であり、これによって8インチウエハ等の大口径
の試料を均一にエッチングすることができる。
As a result, it is possible to make the ion current density input to the processing surface of the processing object a uniform distribution of 10% or less, thereby uniformly etching a large-diameter sample such as an 8-inch wafer. can do.

【0067】また、これら実施例の真空容器67の内壁
面に絶縁物カバーを設けることにより、真空容器内での
プラズマによる金属汚染を防止することができるので、
エネルギー分布の一様なマイクロ波による均一なプラズ
マの生成とともに、8インチウエハ等の大口径の試料を
均一に歩留まり良く処理することができる。
Further, by providing an insulator cover on the inner wall surface of the vacuum vessel 67 of these embodiments, metal contamination due to plasma in the vacuum vessel can be prevented.
Along with the generation of uniform plasma by a microwave having a uniform energy distribution, a large-diameter sample such as an 8-inch wafer can be uniformly processed with a high yield.

【0068】なお、以上の実施例では、マイクロ波(例
えば2.45GHz)を用いて説明したが、何らこれに
限定されるものではない。電磁波によってプラズマを発
生させものであれば同様な効果が期待できる。
In the above embodiment, microwaves (for example, 2.45 GHz) have been described, but the present invention is not limited to this. Similar effects can be expected as long as plasma is generated by electromagnetic waves.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明によれば、空洞部を介して放電空
間にマイクロ波を導入し、放電空間に導入されたマイク
ロ波により放電空間内のガスをプラズマ化して、空洞部
と略同径の放電空間内に生成されるプラズマのマイクロ
波反射境界面と空洞部の反射端面との間で特定モードの
マイクロ波を伝播させることにより、マイクロ波を用い
た高密度均一プラズマを生成することができるという効
果がある。
According to the present invention, microwaves are introduced into the discharge space through the cavity, and the gas in the discharge space is turned into plasma by the microwaves introduced into the discharge space, so that the gas has substantially the same diameter as the cavity. A high-density uniform plasma using microwaves can be generated by propagating microwaves of a specific mode between the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the discharge space of the plasma and the reflection end surface of the cavity. There is an effect that can be.

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

【図1】本発明の一実施例のプラズマ処理装置を搭載す
る真空処理装置の縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a vacuum processing apparatus equipped with a plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置のII−II平面構成図である。FIG. 2 is a plan view of the device shown in FIG. 1 taken along the line II-II.

【図3】図1の装置のIII−III平断面図である。FIG. 3 is a sectional plan view of the apparatus of FIG. 1 taken along the line III-III.

【図4】図1の装置のIV−IV縦断面図で、本発明の一
実施例のプラズマ処理装置の縦断面図である。
FIG. 4 is an IV-IV vertical cross-sectional view of the apparatus of FIG. 1, which is a vertical cross-sectional view of the plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図5】図4の装置におけるガス導入部の詳細を示す詳
細図である。
FIG. 5 is a detailed view showing details of a gas introduction unit in the apparatus of FIG.

【図6】図4の装置におけるプラズマ生成部の拡大図で
ある。
FIG. 6 is an enlarged view of a plasma generation unit in the apparatus of FIG.

【図7】プラズマ生成部の他の実施例を示す拡大図であ
る。
FIG. 7 is an enlarged view showing another embodiment of the plasma generator.

【図8】図4の装置における円筒空洞部寸法(L1)を
変化させたときの被処理物に到達するイオン電流密度の
大きさおよび均一性を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing the magnitude and uniformity of the ion current density that reaches the workpiece when the cylindrical cavity dimension (L1) in the apparatus of FIG. 4 is changed.

【図9】図4の装置における空洞空洞部寸法(L1)を
変化させたときのマイクロ波の反射波を示す図である。
FIG. 9 is a view showing reflected waves of microwaves when the cavity dimension (L1) in the apparatus of FIG. 4 is changed.

【図10】図4の装置におけるマイクロ波導入用の石英
平板とECR面との距離(L2)を変えたときの空洞部
寸法(L1)とイオン電流密度の均一性との関係を示す
図である。
10 is a diagram showing the relationship between the cavity dimension (L1) and the uniformity of ion current density when the distance (L2) between the quartz plate for microwave introduction and the ECR surface in the apparatus of FIG. 4 is changed. is there.

【図11】図4の装置におけるマイクロ波導入用の石英
平板とECR面との距離(L2)を変化させたときの被
処理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび均一性
を示した図である。
FIG. 11 is a diagram showing the magnitude and uniformity of the ion current density reaching the object when the distance (L2) between the quartz plate for microwave introduction and the ECR surface in the apparatus of FIG. 4 is changed. It is.

【図12】図4の装置におけるECR面と被処理物を搭
載する試料台との距離(L3)を変えたときの空洞部寸
法(L1)とイオン電流密度の均一性との関係を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the cavity size (L1) and the uniformity of ion current density when the distance (L3) between the ECR surface and the sample stage on which the object is mounted is changed in the apparatus of FIG. It is.

【図13】図4の装置におけるECR面と被処理物を搭
載する試料台との距離(L3)を変化させたときの被処
理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび均一性を
示した図である。
FIG. 13 shows the magnitude and uniformity of the ion current density that reaches the object when the distance (L3) between the ECR surface and the sample stage on which the object is mounted is changed in the apparatus of FIG. FIG.

【図14】図4の装置における磁場勾配を変えときの空
洞部寸法(L1)と被処理物に到達するイオン電流密度
の大きさ,イオン電流密度の均一性および放電安定性を
示す図であり、(a)はイオン電流密度の大きさを示す
図であり、(b)はイオン電流密度の均一性を示す図で
あり、(c)は放電の安定性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the dimensions of the cavity (L1), the magnitude of the ion current density reaching the workpiece, the uniformity of the ion current density, and the discharge stability when the magnetic field gradient is changed in the apparatus of FIG. (A) is a diagram showing the magnitude of the ion current density, (b) is a diagram showing the uniformity of the ion current density, and (c) is a diagram showing the stability of the discharge.

【図15】図4の装置における磁場勾配を変化させたと
きの被処理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび
均一性を示した図である。
FIG. 15 is a diagram showing the magnitude and uniformity of the ion current density reaching the object when the magnetic field gradient is changed in the apparatus of FIG. 4;

【図16】本発明の他の実施例のプラズマ処理装置の縦
断面図である。
FIG. 16 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図17】従来のマイクロ波プラズマエッチング装置の
構成図である。
FIG. 17 is a configuration diagram of a conventional microwave plasma etching apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

61…マグネトロン、62…導波管、63…円矩形変換
導波管、64…円筒空洞部、65…ソレノイドコイル、
66…マイクロ波透過窓、67…真空容器、68…試料
台、610…高周波電源、611…シャワープレート、
613…タ−ボ分子ポンプ、615…高密度プラズマ、
151…境界面。
61: magnetron, 62: waveguide, 63: circular rectangular conversion waveguide, 64: cylindrical cavity, 65: solenoid coil,
66: microwave transmission window, 67: vacuum container, 68: sample table, 610: high frequency power supply, 611: shower plate,
613: turbo molecular pump, 615: high density plasma,
151 ... boundary surface.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 健二 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 七田 弘之 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (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 奥平 定之 東京都青梅市今井町2326番地 株式会社 日立製作所 デバイス開発センタ内 (72)発明者 鈴木 敬三 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平4−264722(JP,A) 特開 昭63−103088(JP,A) 特開 昭63−126196(JP,A) 特開 平2−209484(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05H 1/46 C23C 4/00 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenji Nakata 794, Higashi-Toyoi, Kazamatsu, Kudamatsu-shi, Yamaguchi Prefecture Inside the Kasado Plant of Hitachi, Ltd. Inside the Kasado Plant (72) Inventor Seiichi Watanabe 502 Kandachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Keizo Suzuki 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-4-264722 (JP, A) JP-A-63-103088 (JP, A) Patent Akira 63-126196 (JP, a) JP flat 2-209484 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 6, B name) H05H 1/46 C23C 4/00 H01L 21/3065

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一端にマイクロ波発振器を有し前記マイク
ロ波発振器から発振されるマイクロ波を伝播させる導波
管と、 前記導波管の他端に一端面を連結することにより前記導
波管の他端に拡大された空間を形成する円筒空洞部と、 前記円筒空洞部の他端開口部に連結され、当該円筒空洞
部と略同径で円筒状を成すプラズマ発生室と、 前記円筒空洞部と前記プラズマ発生室との連結部に設け
られ前記円筒空洞部および前記プラズマ発生室と略同
径で、前記円筒空洞部および前記プラズマ発生室とを仕
切る平板状のマイクロ波透過窓と、 前記マイクロ波透過窓に対向して前記プラズマ発生室内
に設けられた試料台と、 前記プラズマ発生室内部に処理ガスを供給する処理ガス
供給手段と、 前記プラズマ発生室内を減圧排気する真空排気手段とを
具備して成り、 前記プラズマ発生室内に生成されるプラズマのマイクロ
波反射境界面と前記円筒空洞部の前記導波管の他端を連
結した前記一端面とを平行に構成すると共に、前記マイ
クロ波反射境界面と前記円筒空洞部の前記一端面との間
でマイクロ波が特定モードの定在波となるよう前記マイ
クロ波反射境界面と前記円筒空洞部の前記一端面とを離
間して成る プラズマ処理装置。
1. A waveguide having a microwave oscillator at one end for transmitting a microwave oscillated from the microwave oscillator, and a waveguide connected to one end face of the other end of the waveguide.
A cylindrical cavity forming an enlarged space at the other end of the wave tube; and a cylindrical cavity connected to the other end opening of the cylindrical cavity.
A plasma generation chamber having a cylindrical shape with substantially the same diameter as the parts, provided on the connection portion between the plasma generating chamber and said cylindrical cavity, substantially with the cylindrical cavity and the plasma generating chamber at the same diameter, the cylindrical cavity Section and the plasma generation chamber
A flat microwave transmission window cut, a sample stage disposed in the plasma generation chamber in opposition to said microwave transmission window, a processing gas supply unit for supplying a processing gas into the plasma generating chamber portion, said become the plasma generation chamber comprises a vacuum evacuation means for evacuating, micro plasma generated in the plasma generation chamber
The other end of the waveguide in the cylindrical cavity is connected to the wave reflection boundary surface.
The connected one end face is formed in parallel with the
Between the wave reflection boundary surface and the one end surface of the cylindrical cavity portion
So that the microwave becomes a standing wave of a specific mode.
The wave reflection boundary surface is separated from the one end surface of the cylindrical cavity.
A plasma processing apparatus comprising:
【請求項2】請求項記載のプラズマ処理装置におい
て、前記マイクロ波透過窓と前記プラズマ発生室内に生
成されるプラズマのマイクロ波反射境界面との距離を5
0mm以上としたプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein said microwave transmission window and said plasma generation chamber are provided with a microwave.
The distance between the formed plasma and the microwave reflecting interface is 5
A plasma processing apparatus of 0 mm or more.
【請求項3】請求項記載のプラズマ処理装置におい
て、前記プラズマ発生室内に生成されるプラズマのマイ
クロ波反射境界面と前記試料台との距離を30mm以上
としたプラズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein said plasma generated in said plasma generation chamber is controlled.
A plasma processing apparatus in which a distance between a wave reflection boundary surface and the sample stage is 30 mm or more.
【請求項4】請求項記載のプラズマ処理装置におい
て、前記プラズマ発生室内に生成されるプラズマのマイ
クロ波反射境界面の中心部における磁場勾配の値を20
G/cm以上、50G/cm以下の範囲内に設定したプ
ラズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein the plasma generated in the plasma generation chamber is controlled.
The value of the magnetic field gradient at the center of the
A plasma processing apparatus set within the range of G / cm or more and 50 G / cm or less.
【請求項5】請求項記載のプラズマ処理装置におい
て、前記試料台は前記プラズマ発生室と同心状に配置さ
れ、該中心軸の任意の位置に調整可能としたプラズマ
処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein the sample stage is arranged concentrically with the plasma generation chamber, and can be adjusted to an arbitrary position on the center axis. apparatus.
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