JP3042208B2 - Microwave plasma processing equipment - Google Patents

Microwave plasma processing equipment

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JP3042208B2
JP3042208B2 JP4251797A JP25179792A JP3042208B2 JP 3042208 B2 JP3042208 B2 JP 3042208B2 JP 4251797 A JP4251797 A JP 4251797A JP 25179792 A JP25179792 A JP 25179792A JP 3042208 B2 JP3042208 B2 JP 3042208B2
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Japan
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microwave
sample
plasma
plasma processing
processing apparatus
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克生 片山
恭一 小町
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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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】本発明はマイクロ波プラズマ処理
装置に関し、より詳細には例えば半導体素子基板等のエ
ッチング装置、薄膜形成処理装置等として用いられるマ
イクロ波プラズマ処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus, and more particularly to a microwave plasma processing apparatus used as an etching apparatus for a semiconductor element substrate, a thin film forming processing apparatus, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】真空近くに減圧した容器内に反応ガスと
マイクロ波を導入し、ガス放電を起こさせてプラズマを
生成させ、このプラズマを基板表面に照射してエッチン
グや薄膜形成等の処理を行なわせるマイクロ波プラズマ
処理装置は、高集積半導体素子等の製造において欠くこ
とができないものとなってきている。その中でも特に、
プラズマの生成とプラズマ中のイオンの加速とがそれぞ
れ独立して制御可能なマイクロ波プラズマ処理装置は、
ドライエッチング技術や薄膜形成における埋め込み技術
にとって不可欠のものになってきており、その研究開発
が進められている。
2. Description of the Related Art A reaction gas and a microwave are introduced into a vessel decompressed near a vacuum to generate a plasma by generating a gas discharge, and the plasma is irradiated on a substrate surface to perform processing such as etching and thin film formation. The microwave plasma processing apparatus to be performed has become indispensable in the manufacture of highly integrated semiconductor elements and the like. Among the,
A microwave plasma processing apparatus capable of independently controlling the generation of plasma and the acceleration of ions in the plasma,
It has become indispensable for the dry etching technique and the embedding technique for forming a thin film, and the research and development thereof have been advanced.

【0003】図5は、プラズマの生成とプラズマ中のイ
オンの加速とをそれぞれ独立して制御することを目的と
し、本出願人が特願平3−331269号公報において
提案しているマイクロ波プラズマエッチング装置を模式
的に示した断面図であり、図中11は中空直方体形状の
反応器を示している。この反応器11はステンレス等の
金属により形成され、その周囲壁は二重構造となってお
り、その内部には冷却水通路12が形成され、冷却水通
路12に流れる冷却水は冷却水導入口12aより供給さ
れ、冷却水排出口12bより排出されるようになってい
る。冷却水通路12の内側には反応室13が形成されて
おり、また反応器11の上部はマイクロ波の透過性を有
し、誘電損失が小さく、かつ耐熱性を有する石英ガラ
ス、パイレックスガラス等の誘電体板を用いて形成され
たマイクロ波導入窓14によって気密状態に封止されて
いる。反応室13内におけるマイクロ波導入窓14と対
向する箇所には試料Sを保持するための試料保持部15
aとこれを載置する試料台15とが配設されており、試
料保持部15aには、試料S表面にバイアス電圧を発生
させるための高周波電源18が接続され、また試料Sを
保持するために静電チャック等の吸着機構(図示せず)
が配設されるとともに、試料Sを冷却するために冷媒等
を循環させる冷却機構(図示せず)が配設されている。
反応器11の下部壁、つまり反応室13の下方には図示
しない排気装置に接続された排気口16が形成されてお
り、また反応器11の一側壁には反応室13内に所要の
反応ガスを供給するためのガス供給管17が接続されて
いる。
FIG. 5 shows a microwave plasma proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 3-331269 for the purpose of independently controlling the generation of plasma and the acceleration of ions in the plasma. It is sectional drawing which showed the etching apparatus typically, and 11 has shown the reactor of a hollow rectangular parallelepiped shape in the figure. The reactor 11 is formed of a metal such as stainless steel, and its peripheral wall has a double structure. A cooling water passage 12 is formed inside the reactor, and cooling water flowing through the cooling water passage 12 is provided with a cooling water inlet. The cooling water is supplied from the cooling water outlet 12b. A reaction chamber 13 is formed inside the cooling water passage 12, and the upper part of the reactor 11 is made of quartz glass, Pyrex glass, or the like having microwave permeability, low dielectric loss, and heat resistance. It is hermetically sealed by a microwave introduction window 14 formed using a dielectric plate. A sample holding unit 15 for holding a sample S is provided at a position facing the microwave introduction window 14 in the reaction chamber 13.
a and a sample table 15 on which the sample S is mounted. A high-frequency power supply 18 for generating a bias voltage on the surface of the sample S is connected to the sample holding unit 15a. Suction mechanism such as electrostatic chuck (not shown)
And a cooling mechanism (not shown) for circulating a coolant or the like for cooling the sample S is provided.
An exhaust port 16 connected to an exhaust device (not shown) is formed at a lower wall of the reactor 11, that is, below the reaction chamber 13, and a required reaction gas is provided in the reaction chamber 13 on one side wall of the reactor 11. A gas supply pipe 17 for supplying the gas is connected.

【0004】一方、反応器11の上方には誘電体線路2
1が配設されており、誘電体線路21の上部はアルミニ
ウム(Al)等の金属板21aが配設され、また誘電体
線路21の終端は金属製の反射板21bで封止され、金
属板21a下面には誘電体層21cが貼着されている。
この誘電体層21cは誘電損失の小さいフッ素樹脂、ポ
リエチレンあるいはポリスチレン等を用いて形成されて
いる。誘電体線路21には導波管22を介してマイクロ
波発振器23が連結されており、マイクロ波発振器23
からのマイクロ波が導波管22を介して誘電体線路21
に導入されるようになっている。
On the other hand, above the reactor 11, a dielectric line 2
1, a metal plate 21a of aluminum (Al) or the like is provided above the dielectric line 21, and the end of the dielectric line 21 is sealed with a metal reflection plate 21b. A dielectric layer 21c is adhered to the lower surface of 21a.
The dielectric layer 21c is formed using a fluororesin, polyethylene, polystyrene, or the like having a small dielectric loss. A microwave oscillator 23 is connected to the dielectric line 21 via a waveguide 22.
From the dielectric line 21 via the waveguide 22
Has been introduced.

【0005】このように構成されたマイクロ波プラズマ
処理装置を用いて例えば試料保持部15a上に載置され
た試料S表面にエッチング処理を施す場合、まず排気口
16から排気を行なって反応室13内を所要の真空度に
設定した後、ガス供給管17から反応室13内に反応ガ
スを供給する。また冷却水を冷却水導入口12aから供
給し、冷却水排出口12bから排出することによって冷
却水通路12内に循環させる。次いで、マイクロ波発振
器23においてマイクロ波を発振させ、このマイクロ波
を導波管22を介して誘電体線路21に導入する。する
と誘電体線路21下方に電界が形成され、形成された電
界がマイクロ波導入窓14を透過して反応室13に供給
されてプラズマを生成させる。これと同時に高周波電源
18を用いて試料保持部15aに高周波電界を印加し、
試料S表面にバイアス電圧を生じさせる。そしてこのバ
イアス電圧によりプラズマ中のイオンの方向性と加速エ
ネルギーとを制御しつつプラズマを試料S表面に当て、
試料S表面のエッチングを行なっている。
In the case where the microwave plasma processing apparatus having the above-described structure is used to perform an etching process on the surface of the sample S placed on the sample holding section 15a, first, the exhaust port 16 is evacuated and the reaction chamber 13 is exhausted. After setting the inside to a required degree of vacuum, a reaction gas is supplied from the gas supply pipe 17 into the reaction chamber 13. Cooling water is supplied from the cooling water inlet 12a and discharged from the cooling water outlet 12b to circulate in the cooling water passage 12. Next, the microwave is oscillated in the microwave oscillator 23, and the microwave is introduced into the dielectric line 21 via the waveguide 22. Then, an electric field is formed below the dielectric line 21, and the formed electric field passes through the microwave introduction window 14 and is supplied to the reaction chamber 13 to generate plasma. At the same time, a high-frequency electric field is applied to the sample holder 15a using the high-frequency power supply 18,
A bias voltage is generated on the surface of the sample S. Then, the plasma is applied to the surface of the sample S while controlling the directionality and acceleration energy of ions in the plasma by the bias voltage,
The surface of the sample S is etched.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記したマイクロ波プ
ラズマ処理装置においては、試料保持部15aに高周波
電界を印加した場合における対向電極がなく、プラズマ
から見たアース電位が不明確であり、プラズマポテンシ
ャル(プラズマ電位)が不安定となり易い。このためプ
ラズマが不安定になり易く、試料S表面において安定し
たバイアス電圧が生じ難く、したがってプラズマ中のイ
オンの方向性と加速エネルギとを十分に制御することが
難しいという課題があった。
In the microwave plasma processing apparatus described above, there is no counter electrode when a high-frequency electric field is applied to the sample holder 15a, the ground potential viewed from the plasma is unclear, and the plasma potential (Plasma potential) tends to be unstable. For this reason, there is a problem that the plasma is likely to be unstable, a stable bias voltage is hardly generated on the surface of the sample S, and it is difficult to sufficiently control the directionality and acceleration energy of the ions in the plasma.

【0007】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、試料保持部に高周波電界を印加した際におけ
るプラズマポテンシャルを安定させ、試料S表面に安定
したバイアス電圧を生じさせることができ、プラズマ中
のイオンエネルギーを適正化し、かつ試料表面に対して
イオンを垂直に照射することができるマイクロ波プラズ
マ処理装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to stabilize a plasma potential when a high-frequency electric field is applied to a sample holding unit, and to generate a stable bias voltage on the surface of a sample S. It is an object of the present invention to provide a microwave plasma processing apparatus capable of optimizing ion energy in plasma and irradiating a sample surface with ions vertically.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、マイク
ロ波発振器と、マイクロ波を伝送する導波管と、該導波
管に接続された誘電体線路と、該誘電体線路に対向配置
されるマイクロ波導入窓を有する反応器と、該反応器内
に設けられた試料保持部とを備えたマイクロ波プラズマ
処理装置において、前記試料保持部に高周波電界または
直流電界を印加する手段を備え、透過孔を有するアース
された電極手段が前記マイクロ波導入窓に当接して配置
されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a microwave plasma processing apparatus according to the present invention comprises a microwave oscillator, a waveguide for transmitting microwaves, and a waveguide connected to the waveguide. A microwave plasma processing apparatus comprising: a dielectric line; a reactor having a microwave introduction window disposed to face the dielectric line; and a sample holding unit provided in the reactor. And a means for applying a high-frequency electric field or a direct-current electric field, and a grounded electrode means having a transmission hole is arranged in contact with the microwave introduction window.

【0009】また本発明に係るマイクロ波プラズマ処理
装置は、マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送する導
波管と、該導波管に接続された誘電体線路と、該誘電体
線路に対向配置されるマイクロ波導入窓を有する反応器
と、該反応器内に設けられた試料保持部とを備えたマイ
クロ波プラズマ処理装置において、前記試料保持部に高
周波電界または直流電界を印加する手段を備え、透過孔
を有するアースされた電極手段が前記マイクロ波導入窓
と前記試料保持部との中間位置に配設されていることを
特徴としている。
Further, the microwave plasma processing apparatus according to the present invention comprises a microwave oscillator, a waveguide for transmitting microwaves, a dielectric line connected to the waveguide, and a dielectric line opposed to the dielectric line. A microwave plasma processing apparatus comprising: a reactor having a microwave introduction window to be provided; and a sample holder provided in the reactor, comprising a means for applying a high-frequency electric field or a DC electric field to the sample holder. A grounded electrode means having a transmission hole is provided at an intermediate position between the microwave introduction window and the sample holding section.

【0010】[0010]

【作用】一般にプラズマ領域内においてカソード電極に
対向してアノード電極を配設した場合、高周波電界もし
くは直流電界の印加によってカソード電極に発生するバ
イアス電圧(Vc )については下記の数1の関係が成立
することが知られている。
In general, when an anode electrode is arranged opposite to a cathode electrode in a plasma region, a bias voltage (V c ) generated at the cathode electrode by application of a high-frequency electric field or a DC electric field has the following equation (1). It is known to hold.

【0011】[0011]

【数1】 (Equation 1)

【0012】したがって、バイアス電圧はカソード電極
の面積及びアノード電極の面積の影響を受けるととも
に、この電極面積はプラズマに接触している面積である
ため、プラズマの生成状況及び電極の配置の影響も強く
受けることになる。
Therefore, the bias voltage is affected by the area of the cathode electrode and the area of the anode electrode, and the electrode area is the area in contact with the plasma. Will receive it.

【0013】図5に示した装置においては、マイクロ波
によって発生するプラズマはマイクロ波導入窓14と試
料保持部15aとの間で多く生成される。一方、試料保
持部15aに高周波電界または直流電界を印加した場
合、対向電極の役割を有するアースされている反応室1
3の壁はプラズマの主要生成箇所から離れた周辺部に配
設されている。そのため、反応室13の壁とプラズマと
の接触が十分でない場合があり、このときにはプラズマ
による試料Sへのバイアス電位が安定しない場合が生じ
る。
In the apparatus shown in FIG. 5, a large amount of plasma generated by microwaves is generated between the microwave introduction window 14 and the sample holder 15a. On the other hand, when a high-frequency electric field or a direct-current electric field is applied to the sample holding unit 15a, the reaction chamber 1 which is grounded and serves as a counter electrode
The wall of No. 3 is disposed in a peripheral part away from a main generation point of plasma. Therefore, the contact between the wall of the reaction chamber 13 and the plasma may not be sufficient, and at this time, the bias potential to the sample S due to the plasma may not be stable.

【0014】本発明に係る装置においては、プラズマの
主要生成箇所の近傍に試料保持部と対向してアースされ
た電極手段が配設されているので、上記したカソード及
びアノードのプラズマとの接触面積が安定化され、プラ
ズマの安定化すなわちプラズマポテンシャルの安定化並
びに試料Sへのバイアス電位の安定化が図れることとな
る。
In the apparatus according to the present invention, the grounded electrode means is disposed in the vicinity of the main plasma generation location so as to face the sample holder, and thus the cathode and anode contact areas with the plasma are provided. Is stabilized, and the plasma, that is, the plasma potential, and the bias potential to the sample S can be stabilized.

【0015】また、本発明に係る装置においては、前記
アースされた電極手段にマイクロ波及びプラズマが透過
し得る透過孔が形成されているので、前記透過孔の形状
(スリット状、円形状等)、大きさ、分布を変えること
により、マイクロ波及びマイクロ波によって生成された
プラズマの透過が調整し得ることとなり、試料Sの処理
に当たってマイクロ波プラズマと高周波プラズマ(主と
してバイアス電位に関与)とが複合されたプラズマを均
一性よく利用し得ることとなる。
Further, in the apparatus according to the present invention, since a transmission hole through which microwaves and plasma can pass is formed in the grounded electrode means, the shape of the transmission hole (slit shape, circular shape, etc.). By changing the size, the distribution, the transmission of the microwave and the plasma generated by the microwave can be adjusted, and the microwave plasma and the high-frequency plasma (mainly related to the bias potential) are combined in the processing of the sample S. The obtained plasma can be used with good uniformity.

【0016】[0016]

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るマイクロ波プ
ラズマ処理装置の実施例を図面に基づいて説明する。な
お、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符号
を付すこととする。図1は実施例に係るマイクロ波プラ
ズマ処理装置を模式的に示した断面図であり、図中11
は中空直方体形状の反応器を示している。従来例のもの
と同様、反応器11はステンレス等の金属により形成さ
れ、その周囲壁は二重構造となっており、その内部には
冷却水通路12が形成され、冷却水通路12に流れる冷
却水は冷却水導入口12aより供給され、冷却水排出口
12bより排出されるようになっている。冷却水通路1
2の内側には反応室13が形成されており、また反応器
11の上部はマイクロ波の透過性を有し、誘電損失が小
さく、かつ耐熱性を有する石英ガラス、パイレックスガ
ラス等の誘電体板を用いて形成されたマイクロ波導入窓
14によって気密状態に封止されている。マイクロ波導
入窓14の下面には、図2(a)に示したように複数個
のスリット32が形成されたAl製の導電体板31より
なるアースされた電極手段30が密接して配置され、ア
ースされた電極手段30は反応器11を介して接地33
されている。また、反応室13内におけるアースされた
電極手段30と対向する箇所には試料Sを保持するため
の試料保持部15aとこれを載置する試料台15とが配
設されており、試料台15は上下方向に昇降が可能なよ
うに駆動装置(図示せず)に接続されている。試料保持
部15aには試料S表面にバイアス電圧を発生させるた
めの高周波電源18が接続されており、また試料Sを保
持するために静電チャック等の吸着機構(図示せず)が
配設されるとともに、試料Sを冷却するために冷媒等を
循環させる冷却機構(図示せず)が配設されている。反
応器11の下部壁つまり反応室13の下方には図示しな
い排気装置に接続された排気口16が形成されており、
また反応器11の一側壁には反応室13内に所要の反応
ガスを供給するためのガス供給管17が接続されてい
る。
Embodiments and Comparative Examples Hereinafter, embodiments of a microwave plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that components having the same functions as those of the conventional example are denoted by the same reference numerals. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment, and 11 in FIG.
Indicates a hollow rectangular reactor. As in the conventional example, the reactor 11 is formed of a metal such as stainless steel, and its peripheral wall has a double structure, inside which a cooling water passage 12 is formed, and cooling water flowing through the cooling water passage 12 is formed. Water is supplied from a cooling water inlet 12a and discharged from a cooling water outlet 12b. Cooling water passage 1
A reaction chamber 13 is formed inside the reactor 2, and an upper part of the reactor 11 is made of a dielectric plate such as quartz glass or Pyrex glass having microwave permeability, low dielectric loss and heat resistance. And hermetically sealed by a microwave introduction window 14 formed by using the same. On the lower surface of the microwave introduction window 14, as shown in FIG. 2 (a), a grounded electrode means 30 made of an Al conductive plate 31 having a plurality of slits 32 is arranged in close contact. , The grounded electrode means 30 is connected to the ground 33 via the reactor 11.
Have been. A sample holder 15a for holding the sample S and a sample table 15 on which the sample S is to be placed are disposed at a position in the reaction chamber 13 opposite to the grounded electrode means 30. Is connected to a driving device (not shown) so as to be able to move up and down. A high-frequency power supply 18 for generating a bias voltage on the surface of the sample S is connected to the sample holding unit 15a, and an adsorption mechanism (not shown) such as an electrostatic chuck is provided for holding the sample S. In addition, a cooling mechanism (not shown) for circulating a coolant or the like for cooling the sample S is provided. An exhaust port 16 connected to an exhaust device (not shown) is formed at a lower wall of the reactor 11, that is, below the reaction chamber 13.
A gas supply pipe 17 for supplying a required reaction gas into the reaction chamber 13 is connected to one side wall of the reactor 11.

【0017】一方、反応器11の上方には誘電体線路2
1が配設されており、誘電体線路21の上部はAl等の
金属板21aが配設され、また誘電体線路21の終端は
金属製の反射板21bで封止され、金属板21a下面に
は誘電体層21cが貼着されている。この誘電体層21
cは例えば誘電損失の小さいフッ素樹脂、ポリエチレン
あるいはポリスチレン等を用いて形成されている。誘電
体線路21には導波管22を介してマイクロ波発振器2
3が連結されており、マイクロ波発振器23から発生し
たマイクロ波が導波管22を介して誘電体線路21に導
入されるようになっている。
On the other hand, above the reactor 11, the dielectric line 2
1, a metal plate 21a of Al or the like is provided on the upper part of the dielectric line 21, and the end of the dielectric line 21 is sealed with a metal reflector 21b. Has a dielectric layer 21c adhered thereto. This dielectric layer 21
c is formed using, for example, a fluorine resin, polyethylene, or polystyrene having a small dielectric loss. The microwave oscillator 2 is connected to the dielectric line 21 via a waveguide 22.
3 are connected so that the microwave generated from the microwave oscillator 23 is introduced into the dielectric line 21 via the waveguide 22.

【0018】このように構成されたマイクロ波プラズマ
処理装置を用いて例えば試料保持部15a上に載置され
た試料S表面にエッチング処理を施す場合、まず試料台
15に載置された試料Sの位置が所定の高さになるよう
に前記駆動装置を用いて調整した後、排気口16から排
気を行なって反応室13内を所要の真空度に設定し、そ
の後にガス供給管17から反応室13内に反応ガスを供
給する。また冷却水を冷却水導入口12aから供給し、
冷却水排出口12bから排出することによって冷却水通
路12内に循環させる。次いで、高周波電源18を用い
て試料保持部15aに高周波電界を印加し、アースされ
た電極手段30によって試料S表面に安定したバイアス
電圧を生じさせる。これと同時にマイクロ波発振器23
においてマイクロ波を発振させ、このマイクロ波を導波
管22を介して誘電体線路21に導入する。すると誘電
体線路21下方に電界が形成され、形成された電界がマ
イクロ波導入窓14とアースされた電極手段30におけ
るスリット32とを透過し、反応室13内においてプラ
ズマを生成させる。そしてこの安定したバイアス電圧に
よってプラズマ中のイオンを試料S表面に対して垂直に
照射させるとともにその加速エネルギーを制御しながら
エッチングを行なう。
When, for example, the surface of the sample S mounted on the sample holding unit 15a is subjected to etching using the microwave plasma processing apparatus configured as described above, first, the sample S mounted on the sample table 15 is processed. After the position is adjusted to the predetermined height using the driving device, exhaust is performed from the exhaust port 16 to set the inside of the reaction chamber 13 to a required degree of vacuum. A reaction gas is supplied into the apparatus 13. In addition, cooling water is supplied from a cooling water inlet 12a,
The water is circulated in the cooling water passage 12 by being discharged from the cooling water discharge port 12b. Next, a high-frequency electric field is applied to the sample holder 15 a using the high-frequency power supply 18, and a stable bias voltage is generated on the surface of the sample S by the grounded electrode means 30. At the same time, the microwave oscillator 23
, A microwave is oscillated, and the microwave is introduced into the dielectric line 21 via the waveguide 22. Then, an electric field is formed below the dielectric line 21, and the formed electric field passes through the microwave introduction window 14 and the slit 32 of the electrode means 30 grounded, and generates plasma in the reaction chamber 13. Then, the ions in the plasma are irradiated perpendicularly to the surface of the sample S by the stable bias voltage, and etching is performed while controlling the acceleration energy.

【0019】以下に、図1に示した装置を用いてシリコ
ン酸化膜(SiO2 膜)のエッチングを行った結果につ
いて説明する。この場合、試料Sは 8インチのシリコン
ウエハ上に 1μm のSiO2 膜が形成されたものを使用
し、放電用ガスはCF4 を略30sccm、CHF3 を略30sc
cm及びArを略100sccm 供給し、ガス圧力は 30mTorrで
行った。またマイクロ波は周波数が2.45GHz のものを用
い、1kw の電力によりプラズマを生成させた。さらに試
料保持部15aには周波数が400kHzの高周波を600Wの電
力で供給した。
The result of etching a silicon oxide film (SiO 2 film) using the apparatus shown in FIG. 1 will be described below. In this case, the sample S is using what SiO 2 film of 1μm was formed on an 8-inch silicon wafer, the discharge gas is approximately 30sccm the CF 4, substantially the CHF 3 30sc
cm and Ar were supplied at approximately 100 sccm, and the gas pressure was set at 30 mTorr. Microwaves with a frequency of 2.45 GHz were used to generate plasma with 1 kW of power. Further, a high frequency of 400 kHz was supplied to the sample holder 15a with a power of 600W.

【0020】その結果は、SiO2 膜の平均エッチレー
トが400nm/min 、8 インチのシリコンウエハにおけるエ
ッチレートの均一性が±5%であった。なお、比較例とし
てアースされた電極手段30が配設されていない装置を
用いて同様の条件で実験を行なった場合、SiO2 膜の
平均エッチレートは350nm/min であった。またエッチレ
ートが低下する場合も見られた。
As a result, the average etch rate of the SiO 2 film was 400 nm / min, and the uniformity of the etch rate on an 8-inch silicon wafer was ± 5%. As a comparative example, when an experiment was performed under the same conditions using an apparatus in which the grounded electrode means 30 was not provided, the average etch rate of the SiO 2 film was 350 nm / min. In some cases, the etch rate was reduced.

【0021】この結果から明らかなように、本実施例に
係るマイクロ波プラズマ処理装置では、試料保持部15
aに高周波電界を印加する手段を備え、スリット32を
有するアースされた電極手段30がマイクロ波導入窓1
4に当接して配置されているので、試料S表面において
安定したバイアス電圧を発生させることができ、スリッ
ト32を透過したマイクロ波によって反応室13内で生
成したプラズマのプラズマポテンシャルを安定させ、プ
ラズマ中のイオンエネルギーを適正化し、かつ試料S表
面に対してイオンを垂直に照射することができ、したが
ってシリコンウエハを異方性を有して速いエッチレート
により、安定して均一にエッチングすることができる。
なお、本実施例においては試料S表面に安定したバイア
ス電圧を発生させるために高周波電源18を接続してい
るが、別の実施例では直流電源を用いてもよい。また本
実施例においてはエッチング装置に適用した構成につい
て説明したが、なんらこれに限定されるものではなく、
例えば薄膜形成装置等にも本発明を同様に適用すること
ができる。
As apparent from the result, in the microwave plasma processing apparatus according to the present embodiment, the sample holder 15
a means for applying a high-frequency electric field to the microwave introducing window 1 having a slit 32 and a grounded electrode means 30.
4, a stable bias voltage can be generated on the surface of the sample S, and the plasma potential of the plasma generated in the reaction chamber 13 by the microwave transmitted through the slit 32 can be stabilized. The ion energy in the sample S can be optimized and the surface of the sample S can be irradiated with ions perpendicularly. Therefore, the silicon wafer can be stably and uniformly etched by the anisotropic and fast etch rate. it can.
In this embodiment, the high-frequency power supply 18 is connected to generate a stable bias voltage on the surface of the sample S. However, in another embodiment, a DC power supply may be used. Further, in this embodiment, the configuration applied to the etching apparatus has been described, but the configuration is not limited to this.
For example, the present invention can be similarly applied to a thin film forming apparatus and the like.

【0022】図3、図4は別の実施例に係るマイクロ波
プラズマ処理装置を模式的に示した断面図であり、図3
はアースされた電極手段40がマイクロ波導入窓14と
試料保持部15aとの中間の所定位置に配設されたマイ
クロ波プラズマ処理装置を示しており、図4はアースさ
れた電極手段40がマイクロ波導入窓14と試料保持部
15aとの中間の所定位置に配設され、ガス供給管17
がマイクロ波導入窓14とアースされた電極手段40と
の間の中間部43に接続されたマイクロ波プラズマ処理
装置を示しており、その他の構成はいずれも図1に示し
た装置の場合と同様に構成されている。なお、図3、図
4のマイクロ波プラズマ処理装置の場合、操作条件によ
ってはマイクロ波導入窓14とアースされた電極手段1
4との間の中間部43においてプラズマが生成されるこ
とがあり、アースされた電極手段40の透過孔として
は、図2(b)で示したようにAl製の導電体板41に
所定の直径を有する多数の小孔42が形成されたものが
望ましい。
3 and 4 are cross-sectional views schematically showing a microwave plasma processing apparatus according to another embodiment.
FIG. 4 shows a microwave plasma processing apparatus in which the grounded electrode means 40 is disposed at a predetermined position between the microwave introduction window 14 and the sample holder 15a. FIG. A gas supply pipe 17 is provided at a predetermined position between the wave introduction window 14 and the sample holding unit 15a.
Shows a microwave plasma processing apparatus connected to an intermediate portion 43 between the microwave introduction window 14 and the grounded electrode means 40, and all other configurations are the same as those of the apparatus shown in FIG. Is configured. In the case of the microwave plasma processing apparatus shown in FIGS. 3 and 4, the microwave introduction window 14 and the grounded electrode means 1 may be used depending on the operating conditions.
In some cases, plasma is generated in the intermediate portion 43 between the electrode plate 4 and the electrode hole 40 of the grounded electrode means 40, as shown in FIG. It is desirable that a large number of small holes 42 having a diameter are formed.

【0023】このように構成されたマイクロ波プラズマ
処理装置を用いて試料S表面をエッチングしたり、ある
いは試料S表面に薄膜を形成する場合、図1の場合と略
同様の方法によって略同様の効果を得ることができる。
In the case where the surface of the sample S is etched or a thin film is formed on the surface of the sample S by using the microwave plasma processing apparatus having the above-described configuration, substantially the same effect is obtained by a method substantially similar to that of FIG. Can be obtained.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るマイク
ロ波プラズマ処理装置にあっては、前記試料保持部に高
周波電界または直流電界を印加する手段を備え、透過孔
を有するアースされた電極手段が前記マイクロ波導入窓
に当接して配置されているので、前記試料保持部に対す
る対向電極が明らかとなる。このため試料表面において
安定したバイアス電圧を発生させることができ、前記透
過孔を透過したマイクロ波によって反応室内で生成され
たプラズマのプラズマポテンシャルを安定させ、プラズ
マ中のイオンエネルギーを適正化し、かつ試料表面に対
してイオンを垂直に照射することができる。
As described in detail above, the microwave plasma processing apparatus according to the present invention is provided with a means for applying a high-frequency electric field or a direct-current electric field to the sample holder, and is provided with a grounded electrode having a transmission hole. Since the means is disposed in contact with the microwave introduction window, the counter electrode to the sample holding unit becomes clear. Therefore, a stable bias voltage can be generated on the sample surface, the plasma potential of the plasma generated in the reaction chamber by the microwave transmitted through the transmission hole is stabilized, the ion energy in the plasma is optimized, and the sample is sampled. The surface can be irradiated with ions perpendicularly.

【0025】また本発明に係るマイクロ波プラズマ処理
装置にあっては、前記試料保持部に高周波電界または直
流電界を印加する手段を備え、透過孔を有するアースさ
れた電極手段が前記マイクロ波導入窓と前記試料保持部
との中間位置に配設されているので、上記装置の場合よ
りもより一層前記試料保持部に対する対向電極が明らか
となる。このため試料表面において安定したバイアス電
圧を発生させることができ、前記マイクロ波導入窓と前
記アースされた電極手段との間で生成して前記透過孔を
透過したプラズマのプラズマポテンシャルを安定させ、
プラズマ中のイオンエネルギーを適正化し、かつ試料表
面に対してイオンを垂直に照射することができる。
Further, in the microwave plasma processing apparatus according to the present invention, there is provided a means for applying a high-frequency electric field or a direct-current electric field to the sample holder, and the grounded electrode means having a transmission hole is provided with the microwave introduction window. Since it is disposed at an intermediate position between the sample holding unit and the sample holding unit, the counter electrode to the sample holding unit becomes clearer than in the case of the above apparatus. Therefore, a stable bias voltage can be generated on the sample surface, and the plasma potential of the plasma generated between the microwave introduction window and the grounded electrode means and transmitted through the transmission hole is stabilized,
The ion energy in the plasma can be optimized, and the sample surface can be irradiated with ions perpendicularly.

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

【図1】本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の実
施例を模式的に示した断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a microwave plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置のア
ースされた電極手段を模式的に示した正面図であり、
(a)は透過孔が複数のスリットよりなるもの、(b)
は透過孔が多数の孔よりなるものを示している。
FIG. 2 is a front view schematically showing grounded electrode means of the microwave plasma processing apparatus according to the present invention;
(A), the transmission hole is composed of a plurality of slits, (b)
Indicates that the transmission hole is composed of many holes.

【図3】別の実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置
を模式的に示した断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a microwave plasma processing apparatus according to another embodiment.

【図4】別の実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置
を模式的に示した断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a microwave plasma processing apparatus according to another embodiment.

【図5】従来のマイクロ波プラズマエッチング処理装置
を模式的に示した断面図である。
FIG. 5 is a sectional view schematically showing a conventional microwave plasma etching apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 反応器 14 マイクロ波導入窓 15a 試料保持部 21 誘電体線路 22 導波管 23 マイクロ波発振器 30 アースされた電極手段 32 透過孔(スリット) Reference Signs List 11 reactor 14 microwave introduction window 15a sample holder 21 dielectric line 22 waveguide 23 microwave oscillator 30 grounded electrode means 32 transmission hole (slit)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送
する導波管と、該導波管に接続された誘電体線路と、該
誘電体線路に対向配置されるマイクロ波導入窓を有する
反応器と、該反応器内に設けられた試料保持部とを備え
たマイクロ波プラズマ処理装置において、前記試料保持
部に高周波電界または直流電界を印加する手段を備え、
透過孔を有するアースされた電極手段が前記マイクロ波
導入窓に当接して配置されていることを特徴とするマイ
クロ波プラズマ処理装置。
1. A reactor having a microwave oscillator, a waveguide for transmitting microwaves, a dielectric line connected to the waveguide, and a microwave introduction window disposed opposite to the dielectric line. And a microwave plasma processing apparatus including a sample holding unit provided in the reactor, comprising: a unit for applying a high-frequency electric field or a DC electric field to the sample holding unit;
A microwave plasma processing apparatus, wherein a grounded electrode means having a transmission hole is disposed in contact with the microwave introduction window.
【請求項2】 マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送
する導波管と、該導波管に接続された誘電体線路と、該
誘電体線路に対向配置されるマイクロ波導入窓を有する
反応器と、該反応器内に設けられた試料保持部とを備え
たマイクロ波プラズマ処理装置において、前記試料保持
部に高周波電界または直流電界を印加する手段を備え、
透過孔を有するアースされた電極手段が前記マイクロ波
導入窓と前記試料保持部との中間位置に配設されている
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
2. A reactor having a microwave oscillator, a waveguide for transmitting microwaves, a dielectric line connected to the waveguide, and a microwave introduction window disposed opposite to the dielectric line. And a microwave plasma processing apparatus including a sample holding unit provided in the reactor, comprising: a unit for applying a high-frequency electric field or a DC electric field to the sample holding unit;
A microwave plasma processing apparatus, wherein a grounded electrode means having a transmission hole is provided at an intermediate position between the microwave introduction window and the sample holder.
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