JP3071814B2 - Plasma processing apparatus and processing method thereof - Google Patents

Plasma processing apparatus and processing method thereof

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JP3071814B2 JP2268384A JP26838490A JP3071814B2 JP 3071814 B2 JP3071814 B2 JP 3071814B2 JP 2268384 A JP2268384 A JP 2268384A JP 26838490 A JP26838490 A JP 26838490A JP 3071814 B2 JP3071814 B2 JP 3071814B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はVLSI等の半導体のプラズマ処理を行うプラズ
マ処理装置にかかわり、特に、配線幅が0.8μm以下の
微細構造を有するVLSIのプラズマ処理において、高真空
(10-3Torr以下の圧力)で高密度のプラズマを発生さ
せ、被処理基板に均一かつ高速にプラズマ処理を行うこ
とを可能とするプラズマ処理装置およびその処理方法に
関する。
The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing plasma processing of a semiconductor such as a VLSI, and particularly to a plasma processing of a VLSI having a fine structure with a wiring width of 0.8 μm or less. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a processing method capable of generating high-density plasma in a high vacuum (pressure of 10 −3 Torr or less) and performing uniform and high-speed plasma processing on a substrate to be processed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

高真空で安定に高密度のプラズマを発生できるプラズ
マ処理装置として、電子サイクロトロン共鳴現象を用い
たもの、例えば特開昭55−141729号公報に記載された装
置がある。
As a plasma processing apparatus capable of stably generating high-density plasma in a high vacuum, there is a plasma processing apparatus using an electron cyclotron resonance phenomenon, for example, an apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-141729.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

LSIの高集積化が進むに伴い、素子構造は微細化、複
雑化して工程数が増大する。このため、LSIのチップ単
価が増大し、ビット当たりの価格が増大することにな
る。そこで、ビット当たりの価格を現状以下に下げるた
めには、一度に多くのLSIを作ることが必要となってき
ており、基板は径150mmから径200mmへと大径化されてい
る。そのため、プラズマ処理を均一性良く行うことので
きる処理装置が求められている。また、素子構造の微細
化に伴い、所望寸法に高精度にプラズマ処理することが
必要である。高精度のプラズマ処理を行うためには、処
理室内の雰囲気ガス分子の衝突の平均自由行程の長い高
真空域で処理を行うことが有効である。本発明は、低い
圧力で高密度のプラズマを大面積にわたり均一に発生さ
せ、高精度のプラズマ処理を均一性良く行うことを意図
するものである。
As the integration of LSIs advances, the element structure becomes finer and more complicated, and the number of steps increases. For this reason, the chip unit price of the LSI increases, and the price per bit increases. Therefore, in order to reduce the price per bit below the current level, it is necessary to manufacture many LSIs at once, and the diameter of the substrate has been increased from 150 mm in diameter to 200 mm in diameter. Therefore, a processing apparatus capable of performing plasma processing with high uniformity is demanded. Further, with the miniaturization of the element structure, it is necessary to perform plasma processing to desired dimensions with high accuracy. In order to perform high-precision plasma processing, it is effective to perform processing in a high vacuum region where the mean free path of collision of atmospheric gas molecules in the processing chamber is long. The present invention intends to generate high-density plasma uniformly over a large area at a low pressure and to perform highly accurate plasma processing with good uniformity.

従来のプラズマ処理装置では、プラズマ発生用のエネ
ルギーとして直流または高周波電力を用いているため、
特に圧力が10-3Torr以下といった高真空域では、高密度
のプラズマを発生させることは困難であった。一方、高
真空域でも高密度のプラズマを発生できるプラズマ処理
装置として、電子サイクロトロン共鳴現象(Electron C
yclotron Resonance)を用いた装置(以下、ECR装置と
呼ぶ)がある。ECR装置のように電磁波を用いたプラズ
マ処理装置では、処理室内を所定の圧力に保持しながら
電磁波を大気中から低圧の処理室内へ導入するため、電
磁波を透過させる誘導体製の部品(以下、「窓」と呼
ぶ)が不可欠となる。
In a conventional plasma processing apparatus, since direct current or high frequency power is used as energy for plasma generation,
In particular, it was difficult to generate high-density plasma in a high vacuum region where the pressure was 10 −3 Torr or less. On the other hand, electron cyclotron resonance (Electron C) is a plasma processing device that can generate high-density plasma even in a high vacuum region.
There is an apparatus (hereinafter, referred to as an ECR apparatus) using yclotron resonance. In a plasma processing apparatus using an electromagnetic wave, such as an ECR apparatus, in order to introduce an electromagnetic wave from the atmosphere into a low-pressure processing chamber while maintaining the processing chamber at a predetermined pressure, a component made of a derivative that transmits the electromagnetic wave (hereinafter, referred to as “ Windows) are indispensable.

しかし、ECR装置では、「窓」近傍に「窓」の寸法と
同程度の大きさの広がりをもったプラズマが発生するた
め、均一に処理を行うためには、処理基板と同程度かそ
れ以上のサイズの「窓」が必要となる。そのため、基板
の大径化に対応して、「窓」の大径化、静磁界の発生手
段およびマイクロ波の導入手段の大型化が必要となり、
装置全体が巨大なものとなってしまう。そのため、今後
の基板の大径化に対し、実用上対応が困難になると考え
られる。また、後述するように、マイクロ波は波長が短
いために、基板表面に平行にマイクロ波の定在波が発生
し、プラズマ密度分布が不均一となり、処理の不均一が
起こりやすいという問題もある。
However, in the ECR system, plasma with a size similar to the size of the "window" is generated in the vicinity of the "window". The size of the "window" is required. Therefore, in response to the increase in the diameter of the substrate, it is necessary to increase the diameter of the “window”, the means for generating a static magnetic field, and the means for introducing microwaves.
The whole device becomes huge. Therefore, it is considered that it is practically difficult to cope with a future increase in the diameter of the substrate. Further, as described later, since the microwave has a short wavelength, a standing wave of the microwave is generated in parallel with the substrate surface, the plasma density distribution becomes non-uniform, and there is a problem that the processing is likely to be non-uniform. .

本発明の目的は、高真空でも高密度のプラズマを発生
させ、大面積基板に高速に均一なプラズマ処理を行える
プラズマ処理装置を提供することにある。また、本発明
の他の目的は、上記高速かつ均一なプラズマ処理を、装
置を大型化することなく行える構成を有するプラズマ処
理装置およびその処理方法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 plasma even in a high vacuum and performing high-speed uniform plasma processing on a large-area substrate. Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus having a configuration capable of performing the high-speed and uniform plasma processing without increasing the size of the apparatus, and a processing method thereof.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

高密度プラズマを発生させるには、プラズマ発生用の
電力を効率良くプラズマに吸収させる必要がある。ま
た、プラズマ分布の均一化を図るためには、プラズマ発
生用電力の分布を均一にすることが必要である。一般
に、プラズマ処理室のように電磁的に閉じた空間内の電
磁波の電力は通常波長オーダーの空間的分布をもつた
め、均一化のためには波長の長い電磁波を用いることが
有効である。
In order to generate high-density plasma, it is necessary to efficiently absorb the power for plasma generation into the plasma. Further, in order to make the plasma distribution uniform, it is necessary to make the distribution of the power for plasma generation uniform. In general, the power of electromagnetic waves in an electromagnetically closed space, such as a plasma processing chamber, usually has a spatial distribution on the order of the wavelength. Therefore, it is effective to use electromagnetic waves having a long wavelength for uniformity.

そこで、本発明では、マイクロ波と比べて波長が長い
高周波を効率良くプラズマに吸収させるために、プラズ
マ中にホイスラー波と呼ばれる電磁波を励振するための
アンテナを備える構成として、上記問題を解決できるよ
うにした。
Therefore, in the present invention, in order to efficiently absorb a high frequency having a longer wavelength than a microwave into a plasma, the above-described problem can be solved by providing a configuration including an antenna for exciting an electromagnetic wave called a Heusler wave in the plasma. I made it.

〔作用〕[Action]

静磁界を加えたプラズマ中を静磁界と平行な方向に伝
搬する電子サイクロトロン周波数より低い周波数をもつ
電磁波は、ホイスラー波と呼ばれる。
An electromagnetic wave having a frequency lower than the electron cyclotron frequency that propagates in a plasma to which a static magnetic field is applied in a direction parallel to the static magnetic field is called a Heusler wave.

電磁波のエネルギーのプラズマへの吸収量は、プラズ
マ中を流れる電流の自乗とプラズマの電気抵抗の積で評
価できる。エネルギーが吸収されると、プラズマ密度の
増大、電子温度の上昇などが起きる。プラズマの損失
は、主として処理室壁面にプラズマ中の電子が吸収され
ることによって起きる。そのため、高密度のプラズマを
発生させるには、処理室壁面から離れた位置で電磁波の
エネルギーを吸収させることが有効である。電磁波によ
って流れる電流の大きさは、高周波磁束密度に比例す
る。そのため、高密度プラズマ発生には、プラズマ発生
室内に導入する電磁波の高周波磁束密度がプラズマ発生
室中央で高くなるような電磁界分布を実現することが望
ましい。
The amount of electromagnetic wave energy absorbed into the plasma can be evaluated by the product of the square of the current flowing in the plasma and the electrical resistance of the plasma. When energy is absorbed, an increase in plasma density, an increase in electron temperature, and the like occur. The loss of plasma is mainly caused by the absorption of electrons in the plasma on the wall of the processing chamber. Therefore, in order to generate high-density plasma, it is effective to absorb electromagnetic wave energy at a position distant from the processing chamber wall surface. The magnitude of the current flowing by the electromagnetic wave is proportional to the high-frequency magnetic flux density. Therefore, for high-density plasma generation, it is desirable to realize an electromagnetic field distribution in which the high-frequency magnetic flux density of the electromagnetic wave introduced into the plasma generation chamber becomes high in the center of the plasma generation chamber.

ホイスラー波を有効に励振するためには、ホイスラー
波の波長に対応したアンテナを用いるとよい。ホイスラ
ー波の波長λは、理論的に式(1)のように表現でき
る。
In order to effectively excite the Heusler wave, it is preferable to use an antenna corresponding to the wavelength of the Heusler wave. The wavelength λ of the Heusler wave can be theoretically expressed as in equation (1).

ここで、λ:ホイスラー波の波長(m) c :光速(=3.0×108m/s) :電磁波の周波数(Hz) c:電子サイクロトロン周波数(Hz) p:プラズマ周波数(Hz) である。上式中の電子サイクロトロン周波数および
プラズマ周波数は、それぞれ静磁界の強さ、プラズ
マ密度によって、以下のように表現される。
Here, λ: wavelength of Heusler wave (m) c: speed of light (= 3.0 × 10 8 m / s): frequency of electromagnetic wave (Hz) c : electron cyclotron frequency (Hz) p : plasma frequency (Hz) The electron cyclotron frequency c and the plasma frequency p in the above equation are expressed as follows by the strength of the static magnetic field and the plasma density, respectively.

ここで、e :電子の電荷(C) Bo :磁束密度(T) me :電子の質量(kg) ne :プラズマ密度(/m3) ε :真空の誘電率(F/m) である。 Here, e: charge of electron (C) B o : magnetic flux density (T) me : mass of electron (kg) ne : plasma density (/ m 3 ) ε: dielectric constant of vacuum (F / m) is there.

第9図に、印加する静磁界の大きさをパラメータとし
てプラズマ密度neとホイスラー波の波長との関係を計算
した例を示す。ただし、電磁波の周波数は13.56MHzと
した。この図から、例えばプラズマ密度が1012/cm3の場
合、数百G(ガウス)の磁束密度で波長は数十cmである
ことがわかる。
In FIG. 9 shows an example of calculation of the relationship between the wavelength of the plasma density n e and whistler wave the magnitude of the static magnetic field as a parameter to be applied. However, the frequency of the electromagnetic wave was 13.56 MHz. From this figure, it can be seen that, for example, when the plasma density is 10 12 / cm 3 , the wavelength is several tens of cm at a magnetic flux density of several hundred G (Gauss).

ここで、電磁波の周波数、電子サイクロトロン周波
、プラズマ周波数の間に ≪ ……(4) なる関係がある場合には、式(1)は と近似することもできる。
Here, when there is a relationship of { c } p (4) between the frequency of the electromagnetic wave, the electron cyclotron frequency c , and the plasma frequency p , the expression (1) becomes Can also be approximated.

上記した式(1)または式(5)を用いれば、効率良
くホイスラー波を励振するためのアンテナのサイズを決
定することができる。
By using the above equation (1) or equation (5), the size of the antenna for efficiently exciting the Heusler wave can be determined.

一般に、電磁波を効率良く励振するためには、長さが
λo/2(λは当該電磁波の波長)である半波長アンテ
ナ、または長さがλo/2の整数倍のアンテナを用いると
よい。ただし、通常は、アンテナの小型化、損失の低減
の観点から、半波長アンテナを用いるのが望ましい。
In general, in order to efficiently excite an electromagnetic wave, a half-wavelength antenna having a length of λ o / 2 (λ o is the wavelength of the electromagnetic wave) or an antenna having a length of an integral multiple of λ o / 2 is used. Good. However, it is usually desirable to use a half-wavelength antenna from the viewpoint of miniaturization and reduction of loss of the antenna.

枚葉処理を行う半導体処理装置の場合、処理室のサイ
ズは被処理基板とオーダー的に同程度である。このた
め、この処理室内にホイスラー波を励振するためには、
ホイスラー波の波長は被処理基板のサイズと同程度でな
ければならない。ホイスラー波の波長は、式(1)また
は式(5)に示すように、プラズマ密度neと磁束密度の
大きさBoで決まる。ここで、他のパラメータと独立にプ
ラズマ密度を制御することは困難であるのに対し、磁束
密度の大きさは容易に制御することができる。従って、
磁束密度の大きさを、処理室内のホイスラー波の波長が
被処理基板のサイズと同程度となるように選び、この波
長に対応したアンテナを用いることで、効率良く投入し
たエネルギーをプラズマ発生に用いることができる。
In the case of a semiconductor processing apparatus that performs single-wafer processing, the size of a processing chamber is approximately the same as the size of a substrate to be processed. Therefore, to excite the Heusler wave in this processing chamber,
The wavelength of the Heusler wave must be comparable to the size of the substrate to be processed. Wavelength of whistler wave, as shown in equation (1) or Formula (5), determined by the plasma density n e and the magnetic flux density magnitude B o. Here, while it is difficult to control the plasma density independently of other parameters, the magnitude of the magnetic flux density can be easily controlled. Therefore,
The magnitude of the magnetic flux density is selected so that the wavelength of the Heusler wave in the processing chamber is approximately the same as the size of the substrate to be processed, and by using an antenna corresponding to this wavelength, the energy input efficiently is used for plasma generation. be able to.

通常のプラズマ処理装置におけるプラズマ密度noは10
11〜1013/cm3程度である。プラズマ周波数は、式
(3)に示すようにプラズマ密度neのみによって決ま
り、上記のプラズマ密度範囲に対応しては2.84GHz
〜28.4GHz程度となる。従って、例えば1012/cm3のプラ
ズマ密度の場合、周波数13.56MHzの電磁波によるホイス
ラー波の波長を20cm程度とするためには、磁束密度は20
0G程度とする必要がある。
The plasma density n o in conventional plasma processing apparatus 10
11 is a to 10 13 / cm 3 order. Plasma frequency p is determined only by the plasma density n e, as shown in equation (3), the p corresponding to the plasma density range 2.84GHz
~ 28.4 GHz. Therefore, for example, in the case of a plasma density of 10 12 / cm 3 , in order to make the wavelength of the Heusler wave by the electromagnetic wave having a frequency of 13.56 MHz about 20 cm, the magnetic flux density is 20
It should be about 0G.

プラズマ処理の均一化を図るためには、プラズマ密度
分布を均一にしなければならない。そのため、プラズマ
発生用として用いる電力の分布を均一にする必要があ
る。マイクロ波を用いたプラズマ処理装置においてプラ
ズマ処理の不均一が問題となる原因の一つは、波長が処
理室のサイズと同じオーダーであるため、処理室内に被
処理基板と平行な方向に定在波が発生することである。
In order to make the plasma processing uniform, the plasma density distribution must be made uniform. Therefore, it is necessary to make the distribution of electric power used for plasma generation uniform. One of the causes of the non-uniformity of the plasma processing in the plasma processing apparatus using microwaves is that the wavelength is in the same order as the size of the processing chamber, so that the plasma processing apparatus stands in the processing chamber in a direction parallel to the substrate to be processed. A wave is generated.

静磁界を印加したプラズマ中では、電磁波は波の伝搬
方向が静磁界に対して平行である場合と垂直である場合
とで異なる伝搬特性を示すことが知られている。通常の
ECR装置では、静磁界は被処理基板に対してほぼ垂直で
あるため、ECR装置におけるプラズマ処理の不均一性の
原因の一つは、静磁界に対して垂直な方向に電磁波が伝
搬して、定在波が発生することであると考えられる。そ
こで、これに起因する不均一性をなくすためには、静磁
界に対して垂直な方向に波が伝搬しないようにすればよ
い。静磁界に対して垂直な方向に伝搬する波には、異常
波と正常波の2種がある。このうち、異常波は、理論的
に次式(6)で示す周波数以下では伝搬しないこと
が知られている。
It is known that in a plasma to which a static magnetic field is applied, an electromagnetic wave has different propagation characteristics depending on whether the propagation direction of the wave is parallel to or perpendicular to the static magnetic field. Normal
In the ECR device, since the static magnetic field is almost perpendicular to the substrate to be processed, one of the causes of the non-uniformity of the plasma processing in the ECR device is that an electromagnetic wave propagates in a direction perpendicular to the static magnetic field. It is considered that a standing wave is generated. Therefore, in order to eliminate non-uniformity due to this, it is only necessary to prevent waves from propagating in a direction perpendicular to the static magnetic field. There are two types of waves that propagate in a direction perpendicular to the static magnetic field: abnormal waves and normal waves. Of these, it is known that an abnormal wave does not theoretically propagate below the frequency L represented by the following equation (6).

この周波数は、通常のプラズマ処理装置ではマイ
クロ波帯にあり、従って、これより低い周波数の電磁波
を用いれば、異常波の伝搬に起因する不均一は避けるこ
とができる。
This frequency L is in the microwave band in a normal plasma processing apparatus. Therefore, if an electromagnetic wave having a lower frequency is used, nonuniformity due to propagation of an abnormal wave can be avoided.

第10図に、正常波の波長と周波数の関係を示す。正常
波は、静磁界の大きさに左右されず、プラズマ密度のみ
により伝搬特性が決まり、プラズマ周波数以上の電磁波
のみが伝搬可能となる性質をもつ。そのため、プラズマ
周波数以下の周波数の電磁波を用いれば、静磁界に垂直
な方向に定在波が発生することを防止できる。通常のプ
ラズマ処理装置では、プラズマ周波数は前述のように数
GHz程度のマイクロ波と同じ周波数領域にあるので、こ
れより低い周波数領域の電磁波を用いることで、静磁界
に垂直な方向への正常波の伝搬を防止でき、プラズマ処
理の均一化を図ることができる。
FIG. 10 shows the relationship between the wavelength and the frequency of the normal wave. The normal wave has the property that the propagation characteristics are determined only by the plasma density without being influenced by the magnitude of the static magnetic field, and that only the electromagnetic wave having the plasma frequency or higher can propagate. Therefore, if an electromagnetic wave having a frequency equal to or lower than the plasma frequency is used, generation of a standing wave in a direction perpendicular to the static magnetic field can be prevented. In a normal plasma processing apparatus, the plasma frequency is a number as described above.
Since it is in the same frequency range as microwaves on the order of GHz, the use of electromagnetic waves in a lower frequency range can prevent normal waves from propagating in the direction perpendicular to the static magnetic field, and achieve uniform plasma processing. it can.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。第1
図は本発明を実施したスパッタ装置の概略構成を示した
ものである。図において、図示しない真空排気系および
ガスの導入系によって、処理室1は処理に適した所定の
圧力に保持されている。ターゲット2の裏面には電磁石
3があり、その発生した静磁界によりターゲット2の表
面にプラズマを高密度に閉じ込めるとともに、処理室1
内にホイスラー波の波長を調整するための静磁界を発生
させる。ターゲット2に対向して被処理基板4が設置さ
れる。被処理基板4にはバイアス電源5が接続されてお
り、処理に適したバイアス電位を与えることができる。
処理室1内にはさらに、発振周波数が例えば13.56MHzの
高周波電源6に接続されたアンテナ7があり、処理室1
内にホイスラー波を放射して、高密度のプラズマを発生
させることができる。このアンテナ7は、その中心軸が
電磁石3により発生する静磁界の方向とほぼ平行に配置
されている。なお、第1図において、符号20として示し
たものはスパッタ電源である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First
FIG. 1 shows a schematic configuration of a sputtering apparatus embodying the present invention. In the drawing, a processing chamber 1 is maintained at a predetermined pressure suitable for processing by a vacuum exhaust system and a gas introduction system (not shown). An electromagnet 3 is provided on the back surface of the target 2, and the generated static magnetic field confines the plasma on the surface of the target 2 at a high density.
A static magnetic field for adjusting the wavelength of the Heusler wave is generated therein. A substrate 4 to be processed is placed facing the target 2. A bias power supply 5 is connected to the substrate 4 to be processed, so that a bias potential suitable for processing can be given.
The processing chamber 1 further includes an antenna 7 connected to a high-frequency power source 6 having an oscillation frequency of, for example, 13.56 MHz.
A high-density plasma can be generated by radiating a Heusler wave into the inside. The antenna 7 is arranged so that its central axis is substantially parallel to the direction of the static magnetic field generated by the electromagnet 3. In FIG. 1, what is indicated by reference numeral 20 is a sputtering power supply.

アンテナ7は、後に詳説するが、ここでは第5図に示
すように2枚の湾曲した導電性の高い材料からなる板を
対向させた構造となっている。しかし、アンテナ7とし
て、第6図から第8図に示すものを用いてもよい。
As will be described in detail later, the antenna 7 has a structure in which two curved plates made of a highly conductive material are opposed to each other as shown in FIG. However, the antenna shown in FIGS. 6 to 8 may be used as the antenna 7.

導電性材料を成膜する場合には、アンテナがスパッタ
されて膜中に不純物として混入する恐れがあることを考
慮して、アンテナの材料を成膜材料と同一にすることが
望ましい。
When a conductive material is formed, it is preferable that the material of the antenna be the same as the material for the film in consideration of the possibility that the antenna is sputtered and mixed into the film as an impurity.

第2図、第3図に、本発明を実施したスパッタ装置の
他の例を示す。第2図、第3図に示す装置は、第1図に
示したスパッタ装置とアンテナ7の位置が異なる以外は
同様の構成となっている。すなわち、第2図は被処理基
板4の周囲近傍にアンテナ7を設置した例であり、第3
図はターゲット2の中央部にアンテナ7を設置した例で
ある。両者とも、第1図に示す実施例と同様に、アンテ
ナ7の中心軸は電磁石3により発生する静磁界の方向と
ほぼ平行になるように配置されている。第1図に示す例
では、処理室1内のプラズマ密度を均一に高めるのに対
し、対2図に示す例では、被処理基板4の近傍に高密度
のプラズマを発生させることが可能で、アンテナ7に印
加する高周波電力によって被処理基板4に入射するプラ
ズマ中のイオンの量を容易に制御することができる。ま
た、第3図に示す例では、アンテナ7を電磁石3の中心
部に配置することで、ターゲット2からスパッタされ直
線的に運動する成膜粒子がアンテナ7に付着することを
防止できる。なお、アンテナ7としては、第1図に示し
た実施例と同様に、第5図に示すもの以外に第6図から
第8図に示すものを用いてもよい。
2 and 3 show another example of the sputtering apparatus embodying the present invention. The apparatus shown in FIGS. 2 and 3 has the same configuration as that of the sputtering apparatus shown in FIG. 1 except that the position of the antenna 7 is different. That is, FIG. 2 shows an example in which the antenna 7 is installed near the periphery of the substrate 4 to be processed.
The figure shows an example in which an antenna 7 is installed at the center of the target 2. In both cases, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, the central axis of the antenna 7 is arranged so as to be substantially parallel to the direction of the static magnetic field generated by the electromagnet 3. In the example shown in FIG. 1, the plasma density in the processing chamber 1 is uniformly increased, whereas in the example shown in FIG. 2, a high-density plasma can be generated near the substrate 4 to be processed. The amount of ions in the plasma incident on the substrate 4 to be processed can be easily controlled by the high-frequency power applied to the antenna 7. In the example shown in FIG. 3, by disposing the antenna 7 at the center of the electromagnet 3, it is possible to prevent film-forming particles sputtered from the target 2 and moving linearly from adhering to the antenna 7. As the antenna 7, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, an antenna shown in FIGS. 6 to 8 may be used in addition to the antenna shown in FIG.

第4図は本発明を実施したエッチング装置の概略構成
を示したものである。図において、処理室10は、ガス導
入口8を含む処理ガスの導入系と図示しない真空排気系
によって、処理に適した所定の圧力に保持されている。
処理室10内には被処理基板4が設置されている。被処理
基板4にはバイアス電源9が接続されており、処理に適
したバイアス電位を印加することができる。処理室10の
上部には、石英などの電磁波の損失の小さい誘電体から
なるプラズマ発生室11が、処理室10と連接して設置され
ている。プラズマ発生室11の周囲には、発振周波数が例
えば13.56MHzの高周波電源13に接続されたアンテナ7が
ある。さらにその外側には電磁石12があり、プラズマ発
生室11内に処理に適した静磁界を発生させている。この
アンテナ7は、その中心軸が電磁石12により発生する静
磁界の方向とほぼ平行に配置されている。アンテナ7と
して、ここでは第5図に示すものを用いているが、第6
図から第8図に示すものを用いてもよい。本実施例によ
れば、高真空域でも高密度のプラズマを均一性よく発生
できるため、処理の高品質化、高速化が図れる。なお、
同様の構成で処理ガスの変更により、本発明を実施した
CVD装置を構成することができる。
FIG. 4 shows a schematic configuration of an etching apparatus embodying the present invention. In the figure, a processing chamber 10 is maintained at a predetermined pressure suitable for processing by a processing gas introduction system including a gas introduction port 8 and a vacuum exhaust system (not shown).
A substrate 4 to be processed is installed in the processing chamber 10. A bias power supply 9 is connected to the substrate 4 to be processed, and a bias potential suitable for processing can be applied. Above the processing chamber 10, a plasma generating chamber 11 made of a dielectric such as quartz having a small loss of electromagnetic waves is provided in connection with the processing chamber 10. Around the plasma generation chamber 11, there is an antenna 7 connected to a high frequency power supply 13 having an oscillation frequency of 13.56 MHz, for example. Further, an electromagnet 12 is provided outside the electromagnet 12 to generate a static magnetic field suitable for processing in the plasma generation chamber 11. The antenna 7 is arranged so that its central axis is substantially parallel to the direction of the static magnetic field generated by the electromagnet 12. Although the antenna shown in FIG. 5 is used here as the antenna 7, the antenna shown in FIG.
8 to 8 may be used. According to this embodiment, high-density plasma can be generated with high uniformity even in a high vacuum region, so that high-quality and high-speed processing can be achieved. In addition,
The present invention was implemented by changing the processing gas in the same configuration.
A CVD device can be configured.

上記の説明では、アンテナ7がプラズマ発生室11の外
側にある場合を示したが、アンテナ7はプラズマ発生室
11の内側に配置してもよい。この場合、プラズマ発生室
11の材質は、誘電体以外の材料例えばアルミニウムなど
の金属であってもよい。
In the above description, the case where the antenna 7 is located outside the plasma generation chamber 11 has been described.
It may be arranged inside 11. In this case, the plasma generation chamber
The material 11 may be a material other than the dielectric, for example, a metal such as aluminum.

次に、アンテナ7について詳細に説明する。第5図か
ら第8図にアンテナ7の形状を示す。これらの各アンテ
ナは、第1図から第4図に示した各実施例に用いること
ができる。まず、第5図は、湾曲した2枚の例えば銅な
どの電気抵抗が小さい材質からなる板15を対向させた構
造をもつアンテナを示している。図示するように、板15
の長さはλ/2(ここで、λはホイスラー波の波長)とな
っている。2枚の板15には、発振周波数が例えば13.56M
Hzの高周波電源14が接続されており、板15の間に発生す
る高周波電界により、ホイスラー波を励振することがで
きる。
Next, the antenna 7 will be described in detail. 5 to 8 show the shape of the antenna 7. Each of these antennas can be used in each of the embodiments shown in FIGS. First, FIG. 5 shows an antenna having a structure in which two curved plates 15 made of a material having a small electric resistance such as copper are opposed to each other. As shown, plate 15
Is λ / 2 (where λ is the wavelength of the Heusler wave). The oscillation frequency of the two plates 15 is, for example, 13.56 M
A high-frequency power supply 14 Hz is connected, and a Heusler wave can be excited by a high-frequency electric field generated between the plates 15.

第6図は、ダブルループアンテナと呼ばれるもので、
図に示すように高さがλ/2となっている。材質は例えば
銅などの電気抵抗の小さい線材16でできており、発振周
波数が例えば13.56MHzの高周波電源14が接続されてい
る。線材16を流れる高周波電流によって発生する高周波
磁界により、ホイスラー波を励振することができる。
FIG. 6 shows what is called a double loop antenna.
As shown in the figure, the height is λ / 2. The material is made of a wire 16 having a small electric resistance such as copper, for example, and a high-frequency power supply 14 having an oscillation frequency of 13.56 MHz is connected thereto. A Heusler wave can be excited by a high-frequency magnetic field generated by a high-frequency current flowing through the wire 16.

第7図、第8図は、それぞれ第5図、第6図に示すア
ンテナを180゜ねじった構造となっている。ホイスラー
波は半波長進行すると偏波面が半回転する円偏波である
ことが知られている。従って、第7図、第8図に示す構
造とすることにより、円偏波であるホイスラー波をさら
に効率良く励振できる。その他の特徴は第5図、第6図
に示すアンテナと同様である。
FIGS. 7 and 8 show a structure in which the antenna shown in FIGS. 5 and 6, respectively, is twisted by 180 °. It is known that a Heusler wave is a circularly polarized wave in which the plane of polarization makes a half rotation when traveling a half wavelength. Therefore, by employing the structure shown in FIGS. 7 and 8, it is possible to more efficiently excite a circularly-polarized Heusler wave. Other features are the same as those of the antenna shown in FIGS.

上記の説明では、第5図から第8図にはすべて長さが
λ/2の例を示したが、λ/2の整数倍の長さのものを用い
てもよい。この場合、第7図、第8図に示すアンテナに
おけるねじる角度は、長さλ/2について180゜となる。
In the above description, FIGS. 5 to 8 all show an example in which the length is λ / 2, but a length having an integral multiple of λ / 2 may be used. In this case, the twist angle of the antenna shown in FIGS. 7 and 8 is 180 ° for the length λ / 2.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、高真空域でも空間的均一性が高く高
密度のプラズマを発生でき、高真空域で安定して均一な
処理を可能とするプラズマ処理装置を得ることができ
る。
According to the present invention, it is possible to obtain a plasma processing apparatus capable of generating high-density plasma with high spatial uniformity even in a high vacuum region and enabling stable and uniform processing in a high vacuum region.

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

第1図から第3図はそれぞれ本発明を実施したスパッタ
装置の概略構成図、第4図は本発明を実施したエッチン
グ装置の概略構成図、第5図から第8図はそれぞれ処理
室内にホイスラー波を励振するためのアンテナを示す斜
視図、第9図はホイスラー波の波長とプラズマ密度との
関係を示すグラフ、第10図は正常波の波長と周波数との
関係を示すグラフである。 符号の説明 1……処理室、2……ターゲット 3……電磁石、4……被処理基板 5……バイアス電源、6……高周波電源 7……アンテナ、8……ガス導入口 9……バイアス電源、10……処理室 11……プラズマ発生室 12……電磁石 13,14……高周波電源 15……板、16……線材
1 to 3 are schematic diagrams of a sputtering apparatus embodying the present invention, FIG. 4 is a schematic diagram of an etching apparatus embodying the present invention, and FIGS. FIG. 9 is a perspective view showing an antenna for exciting a wave, FIG. 9 is a graph showing the relationship between the wavelength of a Heusler wave and the plasma density, and FIG. 10 is a graph showing the relationship between the wavelength of a normal wave and the frequency. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing chamber 2 ... Target 3 ... Electromagnet 4 ... Substrate to be processed 5 ... Bias power supply 6 ... High frequency power supply 7 ... Antenna 8 ... Gas inlet 9 ... Bias Power supply, 10 Processing chamber 11 Plasma generation chamber 12 Electromagnet 13, 14 High frequency power supply 15 Plate, 16 Wire rod

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/3065 H01L 21/203 H01L 21/205 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 H01L 21/3065 H01L 21/203 H01L 21/205

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】静磁界の発生手段および電磁波の発生手段
を備えて処理室内に設置した被処理物をプラズマ処理す
るプラズマ処理装置であって、該プラズマ処理装置は上
記処理室内にホイスラー波を励振するためのアンテナ手
段を備え、該アンテナ手段が上記静磁界とほぼ平行な方
向にホイスラー波の半波長分の長さ当たり半回転だけ捩
じれた構造としてなることを特徴とするプラズマ処理装
置。
1. A plasma processing apparatus comprising a static magnetic field generating means and an electromagnetic wave generating means for plasma processing an object to be processed installed in a processing chamber, wherein the plasma processing apparatus excites a Heusler wave in the processing chamber. A plasma processing apparatus characterized in that the antenna means has a structure twisted by half a rotation per half wavelength of a Heusler wave in a direction substantially parallel to the static magnetic field.
【請求項2】静磁界の発生手段および電磁波の発生手段
を備えて処理室内に設置した被処理物をプラズマ処理す
るプラズマ処理装置であって、該プラズマ処理装置は上
記処理室内にホイスラー波を励振するためのアンテナ手
段を備え、該アンテナ手段が上記静磁界とほぼ平行な方
向にホイスラー波の半波長分の長さを有する対向した複
数の平板で構成してなることを特徴とするプラズマ処理
装置。
2. A plasma processing apparatus comprising a static magnetic field generating means and an electromagnetic wave generating means for plasma processing an object to be processed installed in a processing chamber, wherein the plasma processing apparatus excites a Heusler wave in the processing chamber. A plasma processing apparatus, comprising: a plurality of opposed flat plates having a length corresponding to a half wavelength of a Heusler wave in a direction substantially parallel to the static magnetic field. .
【請求項3】静磁界を発生させ電磁波を導入して処理室
内に発生させたプラズマにより処理室内に設置した被処
理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、ア
ンテナを用いて上記処理室内に上記被処理物の被処理面
の寸法とほぼ同じ長さの波長を有するホイスラー波を励
振する手段を用いることを特徴とするプラズマ処理方
法。
3. A plasma processing method in which an object to be processed installed in a processing chamber is plasma-processed by a plasma generated in the processing chamber by generating a static magnetic field and introducing an electromagnetic wave, wherein the processing chamber includes an antenna. A plasma processing method characterized by using means for exciting a Heusler wave having a wavelength substantially equal to the length of the surface of the object to be processed.
【請求項4】静磁界を発生させ電磁波を導入して処理室
内に発生させたプラズマにより処理室内に設置した被処
理物をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、上
記電磁波の周波数がマイクロ波帯よりも低い周波数であ
り、該電磁波の波長のほぼ半分の長さの板を組合わせた
アンテナを用いて、該電磁波を上記処理室内に導入する
手段を用いることを特徴とするプラズマ処理方法。
4. A plasma processing method for performing plasma processing on an object placed in a processing chamber with plasma generated in the processing chamber by generating a static magnetic field and introducing an electromagnetic wave, wherein the frequency of the electromagnetic wave is in a microwave band. A plasma processing method using an antenna having a frequency lower than that of the plate and having a length almost half of the wavelength of the electromagnetic wave and introducing the electromagnetic wave into the processing chamber.
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