JP3160194B2 - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents

Plasma processing method and plasma processing apparatus

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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置また
は半導体集積回路デバイス等の製造に用いられるプラズ
マ処理方法及び該方法を実現するプラズマ処理装置に関
し、特に、大面積基板上における高品質薄膜形成、エッ
チングあるいは表面処理等の工程に用いられるプラズマ
処理方法及び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 plasma processing method used for manufacturing a liquid crystal display device or a semiconductor integrated circuit device and a plasma processing apparatus for realizing the method, and more particularly, to the formation of a high quality thin film on a large area substrate. The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus used for processes such as etching, surface treatment, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プラズマ処理は、液晶表示装置ま
たはIC、LSIに代表される半導体集積回路デバイス
等の製造に広く用いられている。例えば、薄膜トランジ
スタを備えるアクティブマトリックス駆動方式の液晶表
示装置の製造では、基板上への薄膜形成、パターン形成
時のエッチング、表面クリーニング等の表面処理および
リソグラフィ後のレジスト除去などにプラズマ処理が用
いられる。より具体的には、ガラス基板上に非晶質(ま
たは多結晶)シリコン薄膜、ゲート酸化膜あるいは電極
用金属膜等を形成するに際して、プラズマを用いた化学
的気相堆積(Plasma Enhanced CVD ;以下、PCVDと
略称する)やスパッタ成膜が行われ、エッチングに際し
て、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;
以下、RIEと略称する)や反応性イオンビームエッチ
ング(Reactive Ion Beam Etching;以下、RIBEと
略称する)等のプラズマエッチングが行われる。半導体
集積回路デバイスの製造においても同様にプラズマ処理
が用いられ、基板としてシリコンまたは砒化ガリウム等
の半導体基板が使用される。
2. Description of the Related Art Conventionally, plasma processing has been widely used for manufacturing liquid crystal display devices or semiconductor integrated circuit devices represented by ICs and LSIs. For example, in the manufacture of an active matrix drive type liquid crystal display device including a thin film transistor, plasma processing is used for forming a thin film on a substrate, etching at the time of pattern formation, surface treatment such as surface cleaning, and resist removal after lithography. More specifically, when forming an amorphous (or polycrystalline) silicon thin film, a gate oxide film, a metal film for an electrode, or the like on a glass substrate, a plasma enhanced chemical vapor deposition (Plasma Enhanced CVD; , PCVD) or sputter film formation. At the time of etching, reactive ion etching (Reactive Ion Etching;
Hereinafter, plasma etching such as RIE or reactive ion beam etching (hereinafter abbreviated as RIBE) is performed. Similarly, plasma processing is used in the manufacture of semiconductor integrated circuit devices, and a semiconductor substrate such as silicon or gallium arsenide is used as a substrate.

【0003】典型的なプラズマ処理として、二通りの従
来技術があげられる。第1の従来技術では、一対の平行
平板電極間に投入された通常13.56MHzの高周波
により反応性ガスをプラズマ化し、一方の電極上に設置
された基板のプラズマ処理を行う。第2の従来技術で
は、プラズマ発生室と基板の設置されるプラズマ処理室
とを分離し、プラズマ発生室に投入された通常2.45
GHzのマイクロ波により反応性ガスをプラズマ化し、
プラズマ中の活性粒子を電界、磁界または拡散によりプ
ラズマ処理室内の基板上へ導きプラズマ処理を行う。
[0003] As typical plasma processing, there are two conventional techniques. In the first related art, a reactive gas is converted into plasma by a high frequency of 13.56 MHz, which is generally supplied between a pair of parallel plate electrodes, and plasma processing is performed on a substrate provided on one of the electrodes. According to the second conventional technique, a plasma generation chamber and a plasma processing chamber in which a substrate is installed are separated, and a normal 2.45 charged into the plasma generation chamber is separated.
Reactive gas is turned into plasma by microwave of GHz,
The active particles in the plasma are guided to the substrate in the plasma processing chamber by the electric field, the magnetic field, or the diffusion, and the plasma processing is performed.

【0004】以下、前記二通りの従来技術について、図
7及び図8に基づいて説明する。図7は、前記第1の従
来技術を実現する平行平板型プラズマ処理装置51を示
す概略構成図である。平行平板型プラズマ処理装置51
は、電気的に接地された真空容器52、互いに平行な一
対の平行平板電極53a・53b、周波数13.56M
Hzの高周波電源54、マッチング回路55および反応
性ガス導入管56を主要構成要素として備えている。
[0004] The above two prior arts will be described below with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a parallel plate type plasma processing apparatus 51 for realizing the first conventional technique. Parallel plate type plasma processing apparatus 51
Is a vacuum vessel 52 electrically grounded, a pair of parallel plate electrodes 53a and 53b parallel to each other, and a frequency of 13.56M.
A high frequency power supply 54 Hz, a matching circuit 55 and a reactive gas introduction pipe 56 are provided as main components.

【0005】前記平行平板型プラズマ処理装置51をP
CVD装置として用いる場合、基板57を電気的に接地
された電極53a上に設置し、マッチング回路55を介
して高周波電源54を電極53b側に接続する。これに
より、プラズマ発生時の自己バイアスによる電圧降下が
電極53b側に比べ電極53a側で小さくなり、加速イ
オンによる基板表面損傷がある程度軽減される。ただ
し、前記電圧降下は、投入高周波電力、反応性ガス種と
圧力(換言すればプラズマ密度)等の関数でもあり、そ
の完全な独立制御は難しい。
The parallel plate type plasma processing apparatus 51 is
When used as a CVD apparatus, the substrate 57 is placed on the electrode 53a which is electrically grounded, and the high frequency power supply 54 is connected to the electrode 53b via the matching circuit 55. As a result, the voltage drop due to the self-bias during plasma generation is smaller on the electrode 53a side than on the electrode 53b side, and the substrate surface damage due to accelerated ions is reduced to some extent. However, the voltage drop is also a function of the input high frequency power, the type of reactive gas and the pressure (in other words, the plasma density), and it is difficult to completely control the voltage drop.

【0006】平行平板型プラズマ処理装置51をPCV
D装置として用い、例えば以下のように二酸化シリコン
(SiO2 )膜を形成する。反応性ガスとしてモノシラ
ン(SiH4 )と亜酸化窒素(N2 O)との混合ガスを
用いて、混合割合をSiH4:N2 O=1:15といっ
たようにN2 Oリッチの状態にし、真空容器52内を高
真空(例えば背圧10-4Pa台以下)に排気した後、反
応性ガス導入管56を通じて前記反応性ガスを導入す
る。導入するガスの吸気速度と排気速度との制御により
真空容器52内のガス圧力を一定(例えば100Pa)
に保ち、平行平板電極53a・53b間に高周波を投入
しプラズマを発生させることで、プラズマからのシリコ
ンと酸素との活性粒子同士が基板57表面あるいは表面
近傍で化学反応することによりSiO2 膜が形成され
る。このとき、マッチング回路55の調整によりインピ
ーダンス整合をとる。
The parallel plate type plasma processing apparatus 51 is connected to a PCV
A silicon dioxide (SiO 2 ) film is formed as follows, for example, as a D device. Using a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) and nitrous oxide (N 2 O) as a reactive gas, the mixture ratio is made rich in N 2 O such as SiH 4 : N 2 O = 1: 15, After the inside of the vacuum vessel 52 is evacuated to a high vacuum (for example, a back pressure of 10 −4 Pa or less), the reactive gas is introduced through a reactive gas introduction pipe 56. The gas pressure in the vacuum vessel 52 is kept constant (for example, 100 Pa) by controlling the intake speed and the exhaust speed of the gas to be introduced.
By applying a high frequency between the parallel plate electrodes 53a and 53b to generate plasma, active particles of silicon and oxygen from the plasma chemically react with each other on or near the surface of the substrate 57, thereby forming an SiO 2 film. It is formed. At this time, impedance matching is achieved by adjusting the matching circuit 55.

【0007】周波数13.56MHzで代表される高周
波利用の場合、プラズマ発生が可能なガス圧力の下限は
通常十数Pa程度で、プラズマ発生状態を維持できるの
は数Pa台までである。より低いガス圧力でプラズマ発
生状態を維持させる目的で、あるいは同じガス圧力でプ
ラズマ密度を高める目的で、磁界を併用することがあ
る。例えば、電極53bの裏面側に同心円上一対のリン
グ状磁石58あるいは電磁コイルを設置し、電極53b
表面近傍に磁界59を形成させることにより、前記目的
を達成できる。これは、磁界59の存在により磁界59
を横切るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わること
で、中性原子やイオンとの衝突確率が高まるためであ
る。
In the case of using a high frequency represented by a frequency of 13.56 MHz, the lower limit of the gas pressure at which plasma can be generated is usually about tens of Pa, and the plasma generation state can be maintained only up to several Pa. A magnetic field may be used in combination for the purpose of maintaining the plasma generation state at a lower gas pressure or for increasing the plasma density at the same gas pressure. For example, a pair of concentric ring-shaped magnets 58 or electromagnetic coils are installed on the back side of the electrode 53b,
The above object can be achieved by forming the magnetic field 59 near the surface. This is because the presence of the magnetic field 59
This is because the probability of collision with neutral atoms or ions is increased by adding a rotational motion component to the electrons in the plasma that crosses.

【0008】平行平板型プラズマ処理装置51をスパッ
タ成膜装置として用いる場合、電極53bを所望の材料
にて構成されるターゲットに置き換えるか、あるいは電
極53b上に前記ターゲットを設置する。そして、反応
性ガス導入管56からアルゴン(Ar)等の不活性ガス
を導入し、該不活性ガスプラズマ中のイオン(以下、ス
パッタリングイオンと呼ぶ)により物理的にスパッタさ
れたターゲット粒子によって、基板57への薄膜堆積を
行うことができる。スパッタリングイオンのターゲット
上への加速は、電極53b側の自己バイアスによる電圧
降下によって行われ、該電圧降下は投入高周波電力並び
にガス圧力により制御されるが、電極53bに直流バイ
アスを印加し積極的に前記電圧降下を増加させることも
ある。また、リング状磁石58からの磁界59を併用し
スパッタリング効率(換言すれば堆積速度)を高めたも
のが、いわゆるマグネトロンスパッタ成膜である。
When the parallel plate type plasma processing apparatus 51 is used as a sputtering film forming apparatus, the electrode 53b is replaced with a target made of a desired material, or the target is placed on the electrode 53b. Then, an inert gas such as argon (Ar) is introduced from the reactive gas introduction pipe 56, and the target particles physically sputtered by the ions (hereinafter referred to as sputtering ions) in the inert gas plasma form the substrate. 57 can be deposited. The acceleration of the sputtering ions onto the target is performed by a voltage drop due to the self-bias on the electrode 53b side, and the voltage drop is controlled by the applied high-frequency power and the gas pressure. The voltage drop may be increased. The so-called magnetron sputter film is formed by using the magnetic field 59 from the ring-shaped magnet 58 and increasing the sputtering efficiency (in other words, the deposition rate).

【0009】平行平板型プラズマ処理装置51をRIE
装置として用いる場合、基板57を電極53b上に設置
する。そして、反応性ガス導入管56からエッチング用
反応性ガス(以下、エッチングガスと呼ぶ)を導入し、
エッチングガスプラズマからの加速イオンによる物理的
スパッタリングと活性粒子による化学的エッチングとの
双方を利用して基板57のエッチングを行う。加速イオ
ンによる物理的スパッタリングの効果により、化学的エ
ッチングのみの場合に比べ、垂直エッチング等の異方性
エッチングが可能になる。前記イオンの加速は前記スパ
ッタ成膜のときと同様の方法にて制御され、例えば、表
面クリーニングやレジスト除去等のプラズマ処理の際に
は、前記異方性エッチングのときに比べ加速電圧を抑制
する等の制御が行われる。また、エッチング速度を高め
るためにリング状磁石58からの磁界59を併用するこ
ともある。エッチングガスとしては、シリコンや砒化ガ
リウムのような半導体には塩素系ガスが、シリコン酸化
膜や窒化膜には弗素系ガスが、炭素系高分子レジストに
は酸素系ガスが、それぞれ用いられる。
The parallel plate type plasma processing apparatus 51 is RIE
When used as an apparatus, the substrate 57 is placed on the electrode 53b. Then, a reactive gas for etching (hereinafter, referred to as an etching gas) is introduced from the reactive gas introduction pipe 56,
The substrate 57 is etched using both physical sputtering using accelerated ions from etching gas plasma and chemical etching using active particles. Due to the effect of physical sputtering by accelerated ions, anisotropic etching such as vertical etching becomes possible as compared with the case of only chemical etching. The acceleration of the ions is controlled in the same manner as in the sputtering film formation. For example, in the case of plasma processing such as surface cleaning or resist removal, the acceleration voltage is suppressed as compared with the case of the anisotropic etching. Are performed. Further, a magnetic field 59 from the ring-shaped magnet 58 may be used in combination to increase the etching rate. As an etching gas, a chlorine-based gas is used for a semiconductor such as silicon or gallium arsenide, a fluorine-based gas is used for a silicon oxide film or a nitride film, and an oxygen-based gas is used for a carbon-based polymer resist.

【0010】図8は、前記第2の従来技術を実現するマ
イクロ波励起型プラズマ処理装置61を示す概略構成図
である。マイクロ波励起型プラズマ処理装置61は、プ
ラズマ発生室62、プラズマ処理室63、基板ホルダ6
4、周波数2.45GHzのマイクロ波を投入する手段
としてのマイクロ波導波管65および反応性ガス導入管
66を主要構成要素として備えている。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a microwave excitation type plasma processing apparatus 61 for realizing the second conventional technique. The microwave excitation type plasma processing apparatus 61 includes a plasma generation chamber 62, a plasma processing chamber 63, and a substrate holder 6.
4. A microwave waveguide 65 and a reactive gas introduction pipe 66 as means for supplying microwaves having a frequency of 2.45 GHz are provided as main components.

【0011】前記マイクロ波励起型プラズマ処理装置6
1をPCVD装置として用い、基板67上にSiO2
を形成する場合、基板ホルダ64の表面近傍へ反応性ガ
スを導入するための第2反応性ガス導入管68がさらに
設けられる。そして、プラズマ発生室62とプラズマ処
理室63とを高真空(例えば背圧10-4Pa台以下)に
排気した後、反応性ガス導入管66から酸素(O2 )ガ
スを、第2反応性ガス導入管68からSiH4 を、それ
ぞれ導入する。プラズマ発生室62に導入されたO2
スは、導波管65から投入された周波数2.45GHz
のマイクロ波によりプラズマ化される。
The microwave-excited plasma processing apparatus 6
When forming a SiO 2 film on the substrate 67 by using 1 as a PCVD apparatus, a second reactive gas introduction pipe 68 for introducing a reactive gas near the surface of the substrate holder 64 is further provided. After the plasma generation chamber 62 and the plasma processing chamber 63 are evacuated to a high vacuum (for example, a back pressure of 10 −4 Pa or less), oxygen (O 2 ) gas is supplied from the reactive gas introduction pipe 66 to the second SiH 4 is introduced from the gas introduction pipe 68. The O 2 gas introduced into the plasma generation chamber 62 has a frequency of 2.45 GHz supplied from the waveguide 65.
Is converted into plasma by the microwave.

【0012】周波数2.45GHzで代表されるマイク
ロ波利用の場合、プラズマ発生状態を維持できるガス圧
力の下限は、高周波利用の場合に比べ少なくとも一桁程
度低く設定できる。これは、マイクロ波が高周波に比べ
高密度プラズマを発生させることができることに起因す
る。また、電磁コイル69を用いてプラズマ発生室62
内にマイクロ波進行方向へ形成させた磁界70を併用す
ることにより、前記平行平板型プラズマ処理装置51の
場合と同様に、より低いガス圧力でプラズマ発生状態を
維持させる、あるいは同じガス圧力でプラズマ密度を高
めることができる。さらに、マイクロ波の周波数をfと
し、磁界70の磁束密度をBとしたとき、B=2πmf
/e(e/m:比電荷、π:円周率)なる電子サイクロ
トロン共鳴(ECR)条件を満たすような周波数と磁束
密度との組み合わせ(例えば、周波数2.45GHzの
とき、磁束密度8.75×10-2T)を用いれば、プラ
ズマ中の電子系によるマイクロ波エネルギの吸収が急激
に高まり電子エネルギが増大するので、さらなるプラズ
マ密度の増大が図れる。したがって、マイクロ波励起型
プラズマ処理装置61では、プラズマ発生室62内に導
入されたO2 ガス圧力を10-2Pa台と低くしても、プ
ラズマ発生状態の維持が容易に可能となる。
In the case of using microwaves represented by a frequency of 2.45 GHz, the lower limit of the gas pressure at which the plasma generation state can be maintained can be set at least one digit lower than in the case of using high frequencies. This is because microwaves can generate high-density plasma compared to high frequencies. Further, the plasma generating chamber 62 is
As in the case of the parallel plate type plasma processing apparatus 51, a plasma generation state is maintained at a lower gas pressure, or the plasma is generated at the same gas pressure, as in the case of the parallel plate type plasma processing apparatus 51. Density can be increased. Further, when the frequency of the microwave is f and the magnetic flux density of the magnetic field 70 is B, B = 2πmf
/ E (e / m: specific charge, π: pi) a combination of a frequency and a magnetic flux density satisfying an electron cyclotron resonance (ECR) condition (for example, when the frequency is 2.45 GHz, the magnetic flux density is 8.75) When (10 −2 T) is used, the absorption of microwave energy by the electron system in the plasma sharply increases and the electron energy increases, so that the plasma density can be further increased. Therefore, in the microwave excitation type plasma processing apparatus 61, even if the O 2 gas pressure introduced into the plasma generation chamber 62 is reduced to the order of 10 −2 Pa, the plasma generation state can be easily maintained.

【0013】プラズマ中の酸素活性粒子は拡散により基
板ホルダ64上に設置された基板67の表面に達し、基
板67の表面あるいはその近傍で、第2反応性ガス導入
管68から導入されたSiH4 ガスと化学反応すること
によりSiO2 膜が形成される。ここで、プラズマの発
生に磁界70を併用している場合には、酸素活性粒子は
拡散に加えプラズマ処理室63内での発散磁界の効果に
よっても基板67の表面に輸送される。また、イオン加
速用グリッド電極71を設け、プラズマ発生室62とプ
ラズマ処理室63とを電気的に分離し、両者間に直流バ
イアス72を印加することで積極的に酸素活性粒子中の
イオンの輸送速度を制御することも可能である。
The oxygen active particles in the plasma reach the surface of the substrate 67 placed on the substrate holder 64 by diffusion, and the SiH 4 introduced from the second reactive gas introduction pipe 68 at or near the surface of the substrate 67. A chemical reaction with the gas forms an SiO 2 film. Here, when the magnetic field 70 is used in combination with the generation of the plasma, the oxygen active particles are transported to the surface of the substrate 67 by the effect of the diverging magnetic field in the plasma processing chamber 63 in addition to the diffusion. In addition, a grid electrode 71 for ion acceleration is provided, the plasma generation chamber 62 and the plasma processing chamber 63 are electrically separated, and a DC bias 72 is applied between the two to positively transport ions in the oxygen active particles. It is also possible to control the speed.

【0014】ところで、マイクロ波励起型プラズマ処理
装置61では、前記平行平板型プラズマ処理装置51に
比べてプラズマ発生領域と基板(試料)設置位置とが離
れていることから、より指向性のある活性粒子ビームを
必然的に用いることになる。したがって、指向性ビーム
の影響を弱めて段差被覆性の良好な成膜を行うために、
マッチング回路73を介して基板ホルダ64に接続され
た高周波バイアス電源74を用いて、基板67(試料)
に高周波バイアスを印加する場合もある。
By the way, in the microwave-excited plasma processing apparatus 61, the plasma generation region and the substrate (sample) installation position are farther apart than the parallel plate type plasma processing apparatus 51. A particle beam will inevitably be used. Therefore, in order to weaken the influence of the directional beam and perform film formation with good step coverage,
Using a high frequency bias power supply 74 connected to a substrate holder 64 via a matching circuit 73, a substrate 67 (sample)
May be applied with a high-frequency bias.

【0015】マイクロ波励起型プラズマ処理装置61を
RIBE装置として用いる場合、反応性ガス導入管66
からエッチングガスを導入し、導波管65から投入され
た周波数2.45GHzのマイクロ波によりプラズマ化
を行う。このとき、PCVD装置として用いる場合と同
様に磁界70を併用することもある。エッチングガスと
しては、シリコンや砒化ガリウムのような半導体には塩
素系ガスが、シリコン酸化膜や窒化膜には弗素系ガス
が、炭素系高分子レジストには酸素系ガスが、それぞれ
用いられる。ガス圧力は、例えば1〜10-2Paの範囲
で設定する。プラズマ中の活性粒子は、PCVD装置と
して用いる場合と同様の輸送機構により基板67の表面
に達し、エッチングが行われる。ただし、RIBE装置
として用いエッチングを行う場合、プラズマ発生室62
とプラズマ処理室63との間に印加した直流バイアス7
2を用いて、イオンの輸送速度を積極的に制御するのが
通例である。
When the microwave-excited plasma processing apparatus 61 is used as a RIBE apparatus, a reactive gas introduction pipe 66 is used.
Then, an etching gas is introduced from above, and plasma is generated by a microwave having a frequency of 2.45 GHz supplied from the waveguide 65. At this time, the magnetic field 70 may be used together as in the case of using as a PCVD apparatus. As an etching gas, a chlorine-based gas is used for a semiconductor such as silicon or gallium arsenide, a fluorine-based gas is used for a silicon oxide film or a nitride film, and an oxygen-based gas is used for a carbon-based polymer resist. The gas pressure is set, for example, in the range of 1 to 10 −2 Pa. The active particles in the plasma reach the surface of the substrate 67 by the same transport mechanism as used in the PCVD apparatus, and are etched. However, when etching is performed using a RIBE apparatus, the plasma generation chamber 62
DC bias 7 applied between the plasma processing chamber 63 and
It is customary to positively control the transport speed of ions by using 2.

【0016】RIBEの基本的エッチング機構は、加速
イオンによる物理的スパッタリングと活性粒子による化
学的エッチングとを併用しているので、加速イオンによ
る物理的スパッタリングの効果により、化学的エッチン
グのみの場合に比べ、垂直エッチング等の異方性エッチ
ングが可能になる。この点で、RIBEはRIEと同様
である。しかし、RIEに比べて、直流バイアス72に
よりイオンの加速が他のプロセス条件と独立に制御でき
る点、および、より低ガス圧力でのプラズマ発生が可能
であるので指向性の高い活性粒子ビームを利用できる点
などにRIBEの特徴がある。
Since the basic etching mechanism of RIBE uses both physical sputtering by accelerated ions and chemical etching by active particles, the effect of physical sputtering by accelerated ions is lower than that of chemical etching alone. And anisotropic etching such as vertical etching. In this regard, RIBE is similar to RIE. However, compared to RIE, the DC bias 72 can control the acceleration of ions independently of other process conditions, and the plasma can be generated at a lower gas pressure, so that a highly directional active particle beam is used. One of the features of RIBE is that it can be used.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】前記平行平板型プラズ
マ処理装置51は、平行平板電極のサイズを大きくする
ことで基板の大面積化の要請に容易に対応することがで
きるので、現在、大面積基板(例えば、400×500
mm2 以上)を用いた液晶表示装置あるいは半導体集積
回路素子等の製造に広く用いられている。さらに、基本
的に同一構成からなる装置で、PCVD、スパッタ成
膜、RIE、表面クリーニングおよびレジスト除去等の
プラズマ処理に幅広く用いることができるので、装置製
造コストの低減化が可能になるとともに、真空一貫デバ
イス生産ラインの構築も容易である。
The parallel plate type plasma processing apparatus 51 can easily cope with a demand for a large substrate by increasing the size of the parallel plate electrodes. Substrate (for example, 400 × 500
mm 2 or more) is widely used for manufacturing liquid crystal display devices or semiconductor integrated circuit devices. Further, since the apparatus having basically the same configuration can be widely used for plasma processing such as PCVD, sputter film formation, RIE, surface cleaning and resist removal, the manufacturing cost of the apparatus can be reduced, and vacuum It is easy to build an integrated device production line.

【0018】しかしながら、平行平板型プラズマ処理装
置51では、非晶質(または多結晶)シリコン薄膜やゲ
ート酸化膜といった薄膜形成において、膜質並びにスル
ープットの向上等のためのプラズマの高密度化が制限さ
れる、あるいは、異方性エッチング時に重要な高指向性
活性粒子ビームの利用等のための動作ガス圧力の低減化
が制限されるという問題が生じる。ガス圧力の観点から
言えば、プラズマ発生可能なガス圧力の下限は通常十数
Pa程度で、プラズマ発生状態を維持できるのが数Pa
台までである(ただし、磁界併用でさらに数分の一から
一桁程度低減する)。
However, in the parallel plate type plasma processing apparatus 51, in forming a thin film such as an amorphous (or polycrystalline) silicon thin film or a gate oxide film, the density of plasma for improving film quality and throughput is limited. In addition, there is a problem that the reduction of the operating gas pressure for use of a highly directional active particle beam which is important during anisotropic etching is limited. From the viewpoint of gas pressure, the lower limit of the gas pressure at which plasma can be generated is usually about ten and several Pa, and the plasma generation state can be maintained at several Pa.
Up to the order of magnitude (however, the combined use of a magnetic field further reduces the order of magnitude by several orders of magnitude to an order of magnitude).

【0019】さらに、プラズマ処理では、薄膜表面への
イオン照射損傷を防ぎながら照射イオンの効果を利用し
て緻密で膜質の良好な薄膜形成を行うこと、あるいは、
異方性エッチング時にエッチ表面モルフォロジーやエッ
チングプロファイルの微細精密制御を行うことが求めら
れる。このために、特に加速イオンの輸送速度制御が重
要となるが、平行平板型プラズマ処理装置51では、基
板(試料)設置電極上に自己バイアスによる電圧降下が
必然的に生じるとともに、該電圧降下は、投入高周波電
力、反応性ガス種と圧力(換言すればプラズマ密度)等
の関数でもあるため、その完全な独立制御が難しい。し
たがって、加速イオンの輸送速度を十分に制御すること
ができないという問題も生じる。
Further, in the plasma treatment, a dense and good-quality thin film is formed by utilizing the effect of irradiated ions while preventing ion irradiation damage to the thin film surface.
It is required to perform fine and precise control of the etch surface morphology and etching profile during anisotropic etching. For this reason, it is particularly important to control the transport speed of the accelerated ions. In the parallel plate type plasma processing apparatus 51, a voltage drop due to a self-bias on the substrate (sample) installation electrode necessarily occurs, and the voltage drop is reduced. It is also a function of the input high-frequency power, the reactive gas type and the pressure (in other words, the plasma density), and so it is difficult to completely independently control the same. Therefore, there arises a problem that the transport speed of the accelerated ions cannot be sufficiently controlled.

【0020】一方、前記マイクロ波励起型プラズマ処理
装置61では、プラズマ発生状態を維持できるガス圧力
の下限は、平行平板型プラズマ処理装置51に比べ少な
くとも一桁程度低く設定できる。通常、ガス圧力を10
-2Pa台と低くしてもプラズマ発生状態の維持が容易に
可能である。また、自己バイアスによる電圧降下に起因
する問題がなく、外部から印加した直流バイアスにより
イオンの加速が他のプロセス条件と独立に制御できる。
On the other hand, in the microwave-excited plasma processing apparatus 61, the lower limit of the gas pressure at which the plasma generation state can be maintained can be set at least one order of magnitude lower than in the parallel-plate plasma processing apparatus 51. Usually, the gas pressure is 10
The plasma generation state can be easily maintained even at a low level of -2 Pa. Further, there is no problem caused by a voltage drop due to the self-bias, and the acceleration of ions can be controlled independently of other process conditions by a DC bias externally applied.

【0021】しかしながら、マイクロ波励起型プラズマ
処理装置61では、プラズマ発生領域と基板(試料)設
置位置とが離れていることから、必然的に、より指向性
のある活性粒子ビームを用いることになる。したがっ
て、微細凹凸基板上への薄膜形成の場合に、指向性ビー
ムの影響を弱めて段差被覆性の良好な成膜を行うため
に、前記基板に高周波バイアスを印加する必要が生じ
る。それゆえ、マイクロ波励起型プラズマ処理装置61
は、高周波バイアスを印加するための手段を新たに具備
しなければばらないという問題が生じる。
However, in the microwave-excited plasma processing apparatus 61, since the plasma generation region is far from the substrate (sample) installation position, an active particle beam having more directivity is inevitably used. . Therefore, in the case of forming a thin film on a fine uneven substrate, it is necessary to apply a high-frequency bias to the substrate in order to weaken the influence of the directional beam and form a film with good step coverage. Therefore, the microwave-excited plasma processing apparatus 61
However, there arises a problem that means for applying a high frequency bias must be newly provided.

【0022】さらに重要な問題は、マイクロ波励起型プ
ラズマ処理装置61では、大面積基板に十分対応できな
いことである。これは、プラズマ発生室内のイオンを含
む活性粒子を距離の離れた基板上まで輸送しなければな
らないので、活性粒子ビーム断面が大きくなるにしたが
って該断面内で活性粒子を均質かつ均一密度分布に保つ
ことが困難になるためである。ECR条件下でのプラズ
マ発生では、磁界密度集中による発生プラズマの凝集が
起こり、大面積活性粒子ビームを得るのがさらに難しく
なる。例えば、この場合、ビーム径により容易に対応で
きる基板寸法は、最大でも直径100mm程度であり、
400×500mm2 以上の矩形基板に対応することは
困難である。
An even more important problem is that the microwave-excited plasma processing apparatus 61 cannot sufficiently cope with a large-area substrate. Since the active particles including ions in the plasma generation chamber must be transported to a substrate at a distance, the active particles are maintained in a uniform and uniform density distribution within the cross section as the cross section of the active particle beam increases. This is because it becomes difficult. In the plasma generation under the ECR condition, the generated plasma aggregates due to the concentration of the magnetic field density, and it becomes more difficult to obtain a large-area active particle beam. For example, in this case, the substrate size that can be easily handled by the beam diameter is at most about 100 mm in diameter,
It is difficult to correspond to a rectangular substrate of 400 × 500 mm 2 or more.

【0023】加えて、マイクロ波励起型プラズマ処理装
置61では、活性粒子輸送方向における装置サイズが、
必然的に平行平板型プラズマ処理装置51に比べ大きく
ならざるを得ないという問題も生じる。
In addition, in the microwave excitation type plasma processing apparatus 61, the apparatus size in the active particle transport direction is
Inevitably, there is a problem that the size of the plasma processing apparatus must be larger than that of the parallel plate type plasma processing apparatus 51.

【0024】また、特開昭64−2321号公報では、
被処理物にダメージを与えることなく高速でエッチング
することを目的として、平行平板電極間のエッチングガ
スに対してマイクロ波を印加する手段を備えたプラズマ
エッチング装置が開示されている。このプラズマエッチ
ング装置は、以下の問題点を有している。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64-23221,
For the purpose of performing high-speed etching without damaging an object to be processed, a plasma etching apparatus provided with a means for applying a microwave to an etching gas between parallel plate electrodes has been disclosed. This plasma etching apparatus has the following problems.

【0025】プラズマの生成に、マイクロ波のみなら
ず、高周波電界および封込用磁界の併用が必要不可欠で
ある。磁界分布が、真空容器内全体に広がるととも
に、平行平板電極間において不均一となる。これは、真
空容器外に配置される一対のコイルを用いて磁界を印加
しているからである。したがって、平行平板電極間で均
一なプラズマ分布を得ることが困難となり、大面積基板
のエッチング処理に適さない。導波管を真空容器の側
面に接続してマイクロ波を導入しているので、マイクロ
波は真空容器内全域に拡散する。したがって、平行平板
電極間で効率よくプラズマを生成させることができな
い。さらに、真空容器の石英管内にエッチングガスを導
入しているので、エッチングガスも真空容器内全域に拡
散してしまう。平行平板電極間でプラズマ分布をより
均一化させるために求められるガス排気位置の考慮が何
らなされていない。
For the generation of plasma, not only microwaves but also high-frequency electric fields and confining magnetic fields are indispensable. The magnetic field distribution spreads throughout the vacuum vessel and becomes non-uniform between the parallel plate electrodes. This is because a magnetic field is applied using a pair of coils arranged outside the vacuum vessel. Therefore, it becomes difficult to obtain a uniform plasma distribution between the parallel plate electrodes, which is not suitable for etching a large-area substrate. Since the microwave is introduced by connecting the waveguide to the side surface of the vacuum vessel, the microwave is diffused throughout the vacuum vessel. Therefore, plasma cannot be efficiently generated between the parallel plate electrodes. Further, since the etching gas is introduced into the quartz tube of the vacuum vessel, the etching gas also diffuses throughout the vacuum vessel. No consideration is given to the gas exhaust position required to make the plasma distribution more uniform between the parallel plate electrodes.

【0026】以上のように、このプラズマエッチング装
置では、大面積基板に十分対応することができない。さ
らに、PCVD、スパッタ成膜または表面処理などのプ
ラズマ処理に幅広く用いることもできない。
As described above, this plasma etching apparatus cannot sufficiently cope with a large-area substrate. Furthermore, it cannot be widely used for plasma processing such as PCVD, sputter deposition or surface processing.

【0027】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、大面積基板上における高
品質薄膜形成、エッチングおよび表面処理を可能にし、
大面積あるいは多面取り液晶表示パネルの製造、およ
び、高スループットかつ高歩留りな液晶表示装置並びに
半導体集積回路デバイス等の製造を実現するプラズマ処
理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to enable high-quality thin film formation, etching and surface treatment on a large-area substrate,
It is an object of the present invention to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus for realizing a large-area or multi-panel liquid crystal display panel, a liquid crystal display device with high throughput and a high yield, and a semiconductor integrated circuit device.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るプ
ラズマ処理方法は、上記の課題を解決するために、真空
容器内の互いに平行な一対の平行平板の一方の平板面上
に基板などの被処理物を設置し、前記平行平板間に導入
されるガスを用いて前記被処理物をプラズマ処理するプ
ラズマ処理方法において、前記ガスのプラズマ化に、前
記平行平板間に投入方向が相対向するように直接投入さ
れるマイクロ波を用いることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method comprising the steps of: providing a substrate or the like on one of a pair of parallel flat plates in a vacuum vessel; In the plasma processing method in which the object to be processed is installed and the object to be processed is plasma-processed by using a gas introduced between the parallel plates, the input directions between the parallel plates are opposite to each other when the gas is turned into plasma. It is characterized by the use of microwaves directly be turned to.

【0029】上記の方法によれば、一対の平行平板間に
導入されるガスを、平行平板間に投入方向が相対向する
ように直接投入されるマイクロ波を用いてプラズマ化し
ている。したがって、平行平板で囲まれた領域内で均質
かつ均一なプラズマ密度分布を容易に得ることができ
る。この結果、被処理物が基板の場合、一方の平板面上
に設置された基板面全体にわたり均一なプラズマ処理が
可能となり、平行平板のサイズを大きくすることで基板
の大面積化の要請に容易に対応することができる。ま
た、基本的にマイクロ波のみによってプラズマを生成す
ることが可能であり、直流バイアスおよび高周波バイア
スを必要としない場合には、一対の平行平板は金属電極
で構成されなくてもよい。
According to the above method, the gas introduced between the pair of parallel flat plates is opposed to each other between the parallel flat plates.
As shown in the figure, plasma is generated using microwaves directly applied. Therefore, a uniform and uniform plasma density distribution can be easily obtained in a region surrounded by the parallel flat plates. As a result, when the object to be processed is a substrate, uniform plasma processing can be performed over the entire surface of the substrate provided on one of the flat surfaces, and by increasing the size of the parallel flat plate, it is easy to request a large substrate area. Can be handled. In addition, it is basically possible to generate plasma only by microwaves, and when a DC bias and a high-frequency bias are not required, the pair of parallel flat plates need not be formed of metal electrodes.

【0030】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置を用いる場合に比べて、活性粒子輸送方向にお
ける装置サイズを小さくすることができ、微細凹凸基板
上への薄膜形成時にかならずしも基板に高周波バイアス
を印加する必要がない。
Further, as compared with the case where a conventional microwave excitation type plasma processing apparatus is used, the apparatus size in the active particle transport direction can be reduced, and a high frequency bias is always applied to the substrate when forming a thin film on a fine uneven substrate. There is no need to apply.

【0031】一方、プラズマ発生にマイクロ波を用いて
いることから、プラズマ発生状態を維持できるガス圧力
の下限は、従来の平行平板型プラズマ処理装置を用いる
場合に比べて、少なくとも一桁程度低く設定できる。換
言すれば、従来のマイクロ波励起型プラズマ処理装置を
用いる場合と同等またはそれ以上に、高密度プラズマの
発生あるいは動作ガス圧力の低減を図ることができる。
On the other hand, since microwaves are used for plasma generation, the lower limit of the gas pressure at which the plasma generation state can be maintained is set at least one order of magnitude lower than when a conventional parallel plate type plasma processing apparatus is used. it can. In other words, the generation of high-density plasma or the reduction of the operating gas pressure can be achieved as compared with the case of using the conventional microwave excitation type plasma processing apparatus.

【0032】ところで、従来の平行平板型プラズマ処理
装置を用いる場合に生じる自己バイアス発生機構は以下
のように説明できる。平行平板電極間に投入した高周波
(例えば、13.56MHz)により主としてプラスイ
オンと電子とからなるプラズマを発生させた場合、質量
の小さい電子は前記周波数での前記電極間電圧の極性の
変動に追随して大きく動くが、質量の大きいプラスイオ
ンは前記極性の変動に追随することができない。この結
果、電子が前記電極表面にトラップされる確率が高くな
り、前記表面近傍には電子の欠乏したプラスイオン過剰
のシース領域(すなわち、非発光領域)が形成される。
シース領域では、該領域から電極表面へ向かう電圧降
下、換言すれば、自己バイアスによる電圧降下が発生す
る。そして、プラスイオンは前記電圧降下により電極表
面に輸送されることになる。
The self-bias generation mechanism that occurs when a conventional parallel plate type plasma processing apparatus is used can be explained as follows. When a plasma mainly composed of positive ions and electrons is generated by a high frequency (eg, 13.56 MHz) applied between the parallel plate electrodes, the electrons having a small mass follow the fluctuation of the polarity of the voltage between the electrodes at the frequency. However, the positive ions having a large mass cannot follow the fluctuation of the polarity. As a result, the probability that electrons are trapped on the electrode surface increases, and a sheath region (ie, a non-light-emitting region) in which electrons are lacking and in which positive ions are excessive is formed near the surface.
In the sheath region, a voltage drop from the region toward the electrode surface, in other words, a voltage drop due to self-bias occurs. Then, the positive ions are transported to the electrode surface by the voltage drop.

【0033】しかしながら、本発明のプラズマ処理方法
では、高周波に比べ遙かに高い周波数領域のマイクロ波
を用いることで、プラスイオンと電子との間で生じる電
圧極性の変動に追随できる度合いの差が少なくなるの
で、自己バイアスによる電圧降下が発生せず、加速イオ
ンの輸送速度の独立制御も容易に行うことができる。
However, in the plasma processing method of the present invention, by using a microwave in a frequency region which is much higher than a high frequency, the difference in the degree of following the fluctuation of the voltage polarity generated between the positive ions and the electrons is reduced. Since the voltage is reduced, a voltage drop due to self-bias does not occur, and independent control of the transport speed of the accelerated ions can be easily performed.

【0034】請求項2の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項1の方法に加
えて、前記マイクロ波により前記ガスをプラズマ化する
際に、マイクロ波投入領域に分布させた磁界を併用する
ことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method according to the first aspect of the present invention, further comprising: It is characterized by using a magnetic field distributed in the same manner.

【0035】上記の方法によれば、磁界の存在により磁
界を横切るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わるこ
とで、中性原子やイオンとの衝突確率が高まる。
According to the above-mentioned method, the probability of collision with neutral atoms or ions is increased by adding a rotational motion component to the electrons in the plasma crossing the magnetic field due to the presence of the magnetic field.

【0036】請求項3の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項2の方法に加
えて、前記マイクロ波の周波数をfとし、前記磁界の磁
束密度をBとするとき、B=2πmf/e(e/m:比
電荷、π:円周率)なる電子サイクロトロン共鳴(EC
R)条件を満たすような周波数と磁束密度との組み合わ
せを用いることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method according to the second aspect, wherein the frequency of the microwave is f and the magnetic flux density of the magnetic field is B. When B = 2πmf / e (e / m: specific charge, π: pi), the electron cyclotron resonance (EC
R) It is characterized by using a combination of frequency and magnetic flux density that satisfies the condition.

【0037】上記の方法によれば、プラズマ中の電子系
によるマイクロ波エネルギの吸収が急激に高まり電子エ
ネルギが増大する。
According to the above method, the absorption of microwave energy by the electron system in the plasma sharply increases, and the electron energy increases.

【0038】請求項4の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項1〜3の方法
に加えて、前記プラズマ処理の際に、前記平行平板間に
印加される直流バイアスを併用することを特徴としてい
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the first to third aspects, during the plasma processing, a voltage is applied between the parallel flat plates. It is characterized by using a DC bias together.

【0039】上記の方法によれば、イオンの輸送速度を
他のプロセス条件と独立に制御できる。
According to the above method, the ion transport rate can be controlled independently of other process conditions.

【0040】請求項5の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項1〜4の方法
に加えて、前記プラズマ処理の際に、前記平行平板間に
印加される高周波バイアスを併用することを特徴として
いる。
According to a fifth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the first to fourth aspects, the plasma processing method is applied between the parallel flat plates during the plasma processing. It is characterized by using a high frequency bias together.

【0041】上記の方法によれば、平板面全体に均一に
投入される高周波とプラズマの主たる発生手段であるマ
イクロ波とが併用されるので、一対の平行平板に平行な
面内でプラズマの均一性を高めることができる。
According to the above-mentioned method, since the high frequency uniformly applied to the entire flat plate surface and the microwave which is the main means for generating plasma are used together, the uniformity of the plasma within the plane parallel to the pair of parallel flat plates is obtained. Can be enhanced.

【0042】請求項6の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項1〜5の方法
に加えて、前記平行平板間に、グリッド板を該グリッド
板の板面が前記平行平板面と略平行になるように設け、
前記平行平板の一方または他方の平板と前記グリッド板
との間に前記マイクロ波を直接投入することを特徴とし
ている。
According to a sixth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the first to fifth aspects, a grid plate is provided between the parallel flat plates. Is provided so as to be substantially parallel to the parallel plate surface,
The microwave is directly applied between one or other of the parallel flat plates and the grid plate.

【0043】上記の方法によれば、一方または他方の平
板とグリッド板との間に効率よくマイクロ波が閉じ込め
られる。
According to the above method, microwaves are efficiently confined between one or the other flat plate and the grid plate.

【0044】請求項7の発明に係るプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、請求項1〜6の方法
に加えて、周波数が1GHz以上であるマイクロ波を用
いることを特徴としている。
A plasma processing method according to a seventh aspect of the present invention is characterized in that, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the first to sixth aspects, a microwave having a frequency of 1 GHz or more is used. .

【0045】上記の方法によれば、1GHz以上の高い
周波数のマイクロ波がプラズマ化に用いられるので、自
己バイアスによる電圧降下の発生を防ぐとともに、高密
度プラズマの発生あるいは動作ガス圧力の低減を図るこ
とができる。
According to the above method, since a microwave having a high frequency of 1 GHz or more is used for plasma generation, a voltage drop due to a self-bias is prevented, and a high-density plasma is generated or the operating gas pressure is reduced. be able to.

【0046】請求項8の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、真空容器と、前記真
空容器内に設けられる互いに平行な一対の平行平板と、
前記平行平板間にガスを導入するためのガス導入手段
と、前記平行平板間に相対向する管口からマイクロ波を
直接投入するマイクロ波投入手段とを備えることを特徴
としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: a vacuum vessel; a pair of parallel flat plates provided in the vacuum vessel;
And gas introducing means for introducing a gas between the parallel plates, is characterized in that it comprises a direct-on to luma microwave supplying device microwaves from the tube opening which faces between the parallel plates.

【0047】上記の構成によれば、一対の平行平板間に
導入されるガスは、平行平板間に相対向する管口から
接投入されるマイクロ波によってプラズマ化される。し
たがって、平行平板で囲まれた領域内で均質かつ均一な
プラズマ密度分布を容易に得ることができる。この結
果、被処理物が基板の場合、一方の平板面上に設置され
た基板面全体にわたり均一なプラズマ処理が可能とな
り、平行平板のサイズを大きくすることで基板の大面積
化の要請に容易に対応することができる。また、基本的
にマイクロ波のみによってプラズマを生成することが可
能であり、直流バイアスおよび高周波バイアスを必要と
しない場合には、一対の平行平板は金属電極で構成され
なくてもよい。
According to the above configuration, the gas introduced between the pair of parallel flat plates is turned into plasma by the microwaves directly injected from the tube ports facing each other between the parallel flat plates. Therefore, a uniform and uniform plasma density distribution can be easily obtained in a region surrounded by the parallel flat plates. As a result, when the object to be processed is a substrate, uniform plasma processing can be performed over the entire surface of the substrate provided on one of the flat surfaces, and by increasing the size of the parallel flat plate, it is easy to request a large substrate area. Can be handled. In addition, it is basically possible to generate plasma only by microwaves, and when a DC bias and a high-frequency bias are not required, the pair of parallel flat plates need not be formed of metal electrodes.

【0048】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置に比べて、活性粒子輸送方向における装置サイ
ズを小さくすることができ、微細凹凸基板上への薄膜形
成時にかならずしも基板に高周波バイアスを印加する必
要がない。また、従来のマイクロ波励起型プラズマ処理
装置と同等またはそれ以上に、高密度プラズマの発生あ
るいは動作ガス圧力の低減を図ることができる。
Further, as compared with the conventional microwave excitation type plasma processing apparatus, the apparatus size in the active particle transport direction can be reduced, and it is necessary to always apply a high frequency bias to the substrate when forming a thin film on a fine uneven substrate. There is no. In addition, generation of high-density plasma or reduction of operating gas pressure can be achieved to be equal to or higher than the conventional microwave excitation type plasma processing apparatus.

【0049】加えて、高周波に比べ遙かに高い周波数領
域のマイクロ波を用いることで、プラスイオンと電子と
の間で生じる電圧極性の変動に追随できる度合いの差が
少なくなるので、自己バイアスによる電圧降下が発生せ
ず、加速イオンの輸送速度の独立制御も容易に行うこと
ができる。
In addition, by using a microwave in a frequency region much higher than that of a high frequency, the difference in the degree of following the fluctuation of the voltage polarity generated between the positive ions and the electrons is reduced. No voltage drop occurs, and independent control of the transport speed of the accelerated ions can be easily performed.

【0050】請求項9の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項8の構成に加
えて、前記マイクロ波の投入領域に磁界を分布させるた
めに、前記平行平板の一方の平板面近傍に複数の磁石が
配置されていることを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the configuration of the eighth aspect, the parallel plate is provided for distributing a magnetic field in the microwave input region. A plurality of magnets are arranged near one of the flat surfaces.

【0051】上記の構成によれば、磁界の存在により磁
界を横切るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わるこ
とで、中性原子やイオンとの衝突確率が高まる。
According to the above configuration, the probability of collision with neutral atoms or ions is increased by adding a rotational motion component to electrons in the plasma crossing the magnetic field due to the presence of the magnetic field.

【0052】請求項10の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項8または9の
構成に加えて、前記平行平板間に直流バイアスを印加す
るための直流バイアス印加手段が設けられていることを
特徴としている。
According to a tenth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the configuration of the eighth or ninth aspect, a DC bias application for applying a DC bias between the parallel plates is provided. Means are provided.

【0053】上記の構成によれば、イオンの輸送速度を
他のプロセス条件と独立に制御できる。
According to the above configuration, the ion transport speed can be controlled independently of other process conditions.

【0054】請求項11の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項8〜10の構
成に加えて、前記平行平板間に高周波バイアスを印加す
るための高周波バイアス印加手段が設けられていること
を特徴としている。
According to an eleventh aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the constitution of the eighth to tenth aspects, a high-frequency bias application for applying a high-frequency bias between the parallel plates is provided. Means are provided.

【0055】上記の構成によれば、平板面全体に均一に
投入される高周波とプラズマの主たる発生手段であるマ
イクロ波とが併用されるので、一対の平行平板に平行な
面内でプラズマの均一性を高めることができる。
According to the above configuration, since the high frequency uniformly applied to the entire flat plate surface and the microwave which is the main generation means of the plasma are used together, the uniformity of the plasma within the plane parallel to the pair of parallel flat plates is obtained. Can be enhanced.

【0056】請求項12の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項8〜11の構
成に加えて、前記平行平板間に、グリッド板が、該グリ
ッド板の板面が前記平行平板面と略平行になるように設
けられ、前記マイクロ波投入手段が、前記平行平板の一
方または他方の平板と前記グリッド板との間に前記マイ
クロ波を直接投入するように設けられていることを特徴
としている。
According to a twelfth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the constitutions of the eighth to eleventh aspects, a grid plate is provided between the parallel flat plates. A surface is provided so as to be substantially parallel to the parallel plate surface, and the microwave input means is provided so as to directly input the microwave between one or the other flat plate of the parallel plate and the grid plate. It is characterized by being.

【0057】上記の構成によれば、一方または他方の平
板とグリッド板との間に効率よくマイクロ波が閉じ込め
られる。
According to the above configuration, the microwave is efficiently confined between one or the other flat plate and the grid plate.

【0058】請求項13の発明に係るプラズマ処理装置
は、上記の課題を解決するために、請求項8〜12の構
成に加えて、前記マイクロ波投入手段によって投入され
る前記マイクロ波の周波数が1GHz以上であることを
特徴としている。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in addition to the constitutions of the eighth to twelfth aspects, the frequency of the microwave input by the microwave input means is increased. It is characterized by being at least 1 GHz.

【0059】上記の構成によれば、1GHz以上の高い
周波数のマイクロ波がプラズマ化に用いられるので、自
己バイアスによる電圧降下の発生を防ぐとともに、高密
度プラズマの発生あるいは動作ガス圧力の低減を図るこ
とができる。
According to the above configuration, since a microwave having a high frequency of 1 GHz or more is used for plasma generation, a voltage drop due to a self-bias is prevented, and a high-density plasma is generated or the operating gas pressure is reduced. be able to.

【0060】[0060]

【発明の実施の形態】〔実施形態1〕 本発明の実施の一形態について図1〜図3に基づいて説
明すれば、以下のとおりである。
[Embodiment 1] One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0061】図1は、本形態に係るプラズマ処理装置1
を示す概略構成図である。プラズマ処理装置1は、真空
容器2、互いに平行な一対の平行平板3a・3b、平行
平板3a・3b間にマイクロ波を直接投入するマイクロ
波投入手段としての一対のマイクロ波導波管4a・4
b、平板3bの内部より平行平板3a・3b間に反応性
ガスを導入するガス導入手段としての反応性ガス導入路
5、平板3bの裏面側(図中、平板3bの上面側)に配
される磁石群6、直流バイアス電源7、スイッチ8およ
び真空容器2の中央部直下に配されるガス排気口9を備
えている。
FIG. 1 shows a plasma processing apparatus 1 according to this embodiment.
FIG. The plasma processing apparatus 1 includes a vacuum vessel 2, a pair of parallel flat plates 3a and 3b parallel to each other, and a pair of microwave waveguides 4a and 4 as microwave input means for directly inputting microwaves between the parallel flat plates 3a and 3b.
b, a reactive gas introduction path 5 as a gas introduction means for introducing a reactive gas between the parallel flat plates 3a and 3b from inside the flat plate 3b, and disposed on the back side of the flat plate 3b (the upper side of the flat plate 3b in the figure). A magnet group 6, a DC bias power supply 7, a switch 8, and a gas exhaust port 9 disposed immediately below the center of the vacuum vessel 2 are provided.

【0062】プラズマ処理装置1では、一対の平行平板
3a・3bの間にプラズマを発生させるための高周波を
投入する必要がない。したがって、直流バイアスを加え
ない、あるいは電荷によるチャージアップに起因する問
題もないといった場合には、平板3a・3bは金属電極
で構成されなくてもよい。この場合、平板3a・3bの
構成材料の選択の幅が広がることになる。
In the plasma processing apparatus 1, there is no need to supply a high frequency for generating plasma between the pair of parallel flat plates 3a and 3b. Therefore, when no DC bias is applied or when there is no problem caused by charge-up due to charges, the flat plates 3a and 3b do not need to be formed of metal electrodes. In this case, the range of choice of the constituent materials of the flat plates 3a and 3b is expanded.

【0063】マイクロ波の投入は基本的に一方向からで
もよいが、プラズマ処理装置1では、より均一なマイク
ロ波分布(換言すれば、均一なプラズマ分布)を平板3
b表面近傍で得るために、一対のマイクロ波導波管4a
・4bが設けられている。マイクロ波導波管4a・4b
は、相対向し、各々平板3bの一辺の長さと同様の横幅
からなる矩形状の管口を有している(例えば、図2参
照)。また、プラズマ処理装置1では、反応性ガス導入
路5によって平板3bの内部から反応性ガスが導入され
るので、マイクロ波投入位置はなるべく平板3b表面に
近づけることが好ましい。これにより、導入された反応
性ガスが四方に拡散する前に、効率よくプラズマ化する
ことができる。
Although the microwave may be supplied basically from one direction, in the plasma processing apparatus 1, a more uniform microwave distribution (in other words, a uniform plasma distribution) is applied to the flat plate 3.
b, a pair of microwave waveguides 4a
4b is provided. Microwave waveguides 4a and 4b
Have rectangular pipe openings each having the same width as the length of one side of the flat plate 3b (see, for example, FIG. 2). In the plasma processing apparatus 1, since the reactive gas is introduced from the inside of the flat plate 3b by the reactive gas introduction passage 5, it is preferable that the microwave input position is as close as possible to the surface of the flat plate 3b. This makes it possible to efficiently generate plasma before the introduced reactive gas diffuses in all directions.

【0064】ガス排気は、ガス排気口9を通して真空容
器2の中央部直下から行われる。この構成により、真空
容器2の水平面内で反応性ガス(換言すれば、プラズ
マ)の分布を均一化させることができる。
The gas is exhausted from just below the center of the vacuum vessel 2 through the gas exhaust port 9. With this configuration, the distribution of the reactive gas (in other words, plasma) in the horizontal plane of the vacuum vessel 2 can be made uniform.

【0065】投入マイクロ波周波数は、1GHz以上と
いったようになるべく高い周波数とするのが好ましい。
これにより、自己バイアスによる電圧降下の発生を防ぐ
ことができる。さらに、プラズマ発生効率(換言すれ
ば、プラズマ密度)を高めることや、動作ガス圧力を低
くすることができる。例えば、産業上広く用いられてい
る周波数2.45GHzのマイクロ波を用いれば、マイ
クロ波電源コストを低減できるとともに、前記の高い周
波数の利用といった要請にも応えることができる。
It is preferable that the input microwave frequency be as high as possible, such as 1 GHz or more.
This can prevent a voltage drop due to self-bias. Further, it is possible to increase the plasma generation efficiency (in other words, the plasma density) and to lower the operating gas pressure. For example, if microwaves having a frequency of 2.45 GHz, which are widely used in industry, are used, the cost of the microwave power supply can be reduced and the demand for the use of the high frequency can be satisfied.

【0066】図2及び図3は、プラズマ処理装置1の構
成の変更例を示す斜視図である。プラズマ処理装置1で
は、反応性ガス導入路5によって平板3bの内部から反
応性ガスが導入される構成であったが、図2及び図3に
示すように、平行平板面に平行な方向から反応性ガスが
導入される構成としてもよい。この構成では、反応性ガ
スを効率よくプラズマ化するために、反応性ガス導入位
置は上下方向でマイクロ波投入位置となるべく一致させ
ることが好ましい。また、反応性ガスの均一な流れを形
成するために、ガス排気は水平方向に行うのがよい。さ
らに、この構成では、前記平板3bのかわりに、図2及
び図3に示すように、反応性ガス導入手段を備えない平
板3cでよい。尚、前記各平板3a・3b・3cは、平
面から見て例えば正方形に形成されているものとする。
FIGS. 2 and 3 are perspective views showing modified examples of the configuration of the plasma processing apparatus 1. FIG. The plasma processing apparatus 1 has a configuration in which the reactive gas is introduced from the inside of the flat plate 3b by the reactive gas introduction passage 5, but as shown in FIGS. 2 and 3, the reactive gas is reacted from a direction parallel to the plane of the parallel flat plate. A configuration in which a reactive gas is introduced may be adopted. In this configuration, in order to efficiently convert the reactive gas into plasma, it is preferable that the reactive gas introduction position coincides with the microwave introduction position in the vertical direction as much as possible. Further, in order to form a uniform flow of the reactive gas, it is preferable that the gas is exhausted in a horizontal direction. Further, in this configuration, as shown in FIGS. 2 and 3, a flat plate 3c having no reactive gas introducing means may be used instead of the flat plate 3b. The flat plates 3a, 3b, 3c are formed, for example, in a square shape when viewed from a plane.

【0067】磁界併用でプラズマ処理を行うときに使用
する磁石群6は、例えば、図2に示すようにライン状に
配列された磁石群6aとするか、あるいは図3に示すよ
うにドットマトリックス状に配列された磁石群6bと
し、磁石の数はなるべく多くするのがよい。これは、前
記平行平板3a・3b(または、3a・3c)間でプラ
ズマ分布の均一性を保ちつつプラズマ密度を高める、あ
るいは動作ガス圧力を低減するためのものである。ライ
ン状磁石群6aを用いる場合、その配列方向は、図2に
示すようにマイクロ波投入方向と垂直にするのがよい。
これは、マイクロ波投入方向に一致した磁界成分を大き
くするものであり、マイクロ波投入方向成分の磁界が必
要な電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件下でのプラ
ズマ処理を行う際に特に重要となる。また、磁石群6a
・6bは、所望の磁界強度と磁束密度が得られれば永久
磁石であっても電磁石であってもよい。マイクロ波の周
波数をfとし、磁界の磁束密度をBとするとき、B=2
πmf/e(e/m:比電荷、π:円周率)なるECR
条件を満たすような周波数と磁束密度との組み合わせを
用いれば、プラズマ中の電子系によるマイクロ波エネル
ギの吸収が急激に高まり電子エネルギが増大するので、
さらなるプラズマ密度の増大が図れる。例えば、投入マ
イクロ波周波数を2.45GHzとする場合、磁束密度
8.75×10-2Tの磁界を発生できれば、ECR条件
でのプラズマ処理ができる。
The magnet group 6 used when performing the plasma processing in combination with the magnetic field may be, for example, a magnet group 6a arranged in a line as shown in FIG. 2 or a dot matrix as shown in FIG. And the number of magnets is preferably as large as possible. This is for increasing the plasma density or reducing the operating gas pressure while maintaining the uniformity of the plasma distribution between the parallel plates 3a and 3b (or 3a and 3c). When the line-shaped magnet group 6a is used, the arrangement direction is preferably perpendicular to the microwave input direction as shown in FIG.
This is to increase the magnetic field component corresponding to the microwave input direction, and is particularly important when performing plasma processing under electron cyclotron resonance (ECR) conditions that require a magnetic field of the microwave input direction component. The magnet group 6a
6b may be a permanent magnet or an electromagnet as long as the desired magnetic field strength and magnetic flux density can be obtained. When the frequency of the microwave is f and the magnetic flux density of the magnetic field is B, B = 2
ECR which is πmf / e (e / m: specific charge, π: pi)
If a combination of the frequency and the magnetic flux density that satisfies the condition is used, the absorption of microwave energy by the electron system in the plasma sharply increases, and the electron energy increases.
The plasma density can be further increased. For example, when the input microwave frequency is 2.45 GHz, if a magnetic field having a magnetic flux density of 8.75 × 10 −2 T can be generated, plasma processing can be performed under ECR conditions.

【0068】図1を参照して、プラズマ処理装置1で
は、平板3a上に設置した基板10上に照射される活性
粒子の指向性をより高めたい場合、動作ガス圧力を低減
する以外に、直流バイアス電源7を用いて平板3aを陰
極、平板3bを陽極として両者3a・3b間に直流バイ
アスを印加する。このとき、真空容器2は電気的に接地
し、平板3aはスイッチ8によって接地または浮遊の状
態にする。図2及び図3に示す変更例では、直流バイア
ス電源7を用いて平板3aを陰極、平板3cを陽極とし
て両者3a・3c間に直流バイアスを印加する。
Referring to FIG. 1, in plasma processing apparatus 1, when it is desired to further increase the directivity of active particles irradiated on substrate 10 placed on flat plate 3a, in addition to reducing the operating gas pressure, DC Using the bias power source 7, a DC bias is applied between the plate 3a and the plate 3b using the plate 3a as a cathode and the plate 3b as an anode. At this time, the vacuum vessel 2 is electrically grounded, and the flat plate 3a is grounded or floated by the switch 8. In the modification shown in FIGS. 2 and 3, the DC bias power source 7 is used to apply a DC bias between the plates 3a and 3c using the plate 3a as a cathode and the plate 3c as an anode.

【0069】上記構成からなるプラズマ処理装置1を用
いて、PCVD、スパッタ成膜、エッチング、表面クリ
ーニングおよびレジスト除去等のプラズマ処理を行うこ
とができる。以下、プラズマ処理装置1を用いて、PC
VD、スパッタ成膜およびエッチングを行う場合のプラ
ズマ処理方法について説明する。
Using the plasma processing apparatus 1 having the above configuration, plasma processing such as PCVD, sputter deposition, etching, surface cleaning, and resist removal can be performed. Hereinafter, using the plasma processing apparatus 1, the PC
A plasma processing method for performing VD, sputtering film formation, and etching will be described.

【0070】まず、プラズマ処理装置1を用いて基板1
0上にSiO2 膜を形成する場合のプラズマ処理方法に
ついて説明する。反応性ガスとしてSiH4 とN2 Oと
の混合ガスを用いて、混合割合をSiH4 :N2 O=
1:15といったようにN2 Oリッチの状態にし、真空
容器2内を高真空(例えば背圧10-4Pa台以下)に排
気した後、反応性ガス導入路5を通じて前記反応性ガス
を導入する。導入するガスの吸気速度と排気速度との制
御により真空容器2内のガス圧力を一定(例えば100
Pa)に保ち、一対のマイクロ波導波管4a・4bを通
じて同一電力のマイクロ波(例えば、2.45GHz)
を投入しプラズマを発生させる。同一電力とするのは、
プラズマ分布の均一化の観点からである。プラズマ化効
率の高いマイクロ波を用いていることから、投入電力が
同一の高周波(例えば、13.56MHz)利用のとき
と比べ、プラズマ密度が同一でよい場合には、ガス圧力
を一桁以上(例えば、10Pa以下に)下げられる可能
性がある。一方、ガス圧力が一定のときは、プラズマ密
度が一桁以上高まる可能性がある。発生したプラズマ中
のイオン等の活性粒子は、拡散並びに排気ガス流に乗る
ことで基板10表面上に達し、シリコンと酸素との活性
粒子同士が基板10表面あるいは表面近傍で化学反応す
ることによりSiO2 膜が形成される。
First, using the plasma processing apparatus 1, the substrate 1
A description will be given of a plasma processing method for forming an SiO 2 film on the substrate 0. Using a mixed gas of SiH 4 and N 2 O as a reactive gas, the mixing ratio was set to SiH 4 : N 2 O =
The state of the N 2 O-rich as such 1:15 after evacuating the vacuum vessel 2 to a high vacuum (e.g., a back pressure of 10 -4 or less Pa range), introducing said reactive gas through the reactive gas introducing passage 5 I do. The gas pressure in the vacuum vessel 2 is kept constant (for example, 100 V) by controlling the intake speed and the exhaust speed of the gas to be introduced.
Pa) and microwaves of the same power (for example, 2.45 GHz) through a pair of microwave waveguides 4a and 4b.
To generate plasma. The same power is used
This is from the viewpoint of making the plasma distribution uniform. Since microwaves having high plasma conversion efficiency are used, when the plasma density is the same as when using the same high frequency (for example, 13.56 MHz) using the same input power, the gas pressure is increased by one digit or more ( For example, it may be reduced to 10 Pa or less. On the other hand, when the gas pressure is constant, the plasma density may increase by one digit or more. The active particles such as ions in the generated plasma reach the surface of the substrate 10 by diffusing and riding on the exhaust gas flow, and the active particles of silicon and oxygen chemically react with each other on the surface of the substrate 10 or in the vicinity of the surface. Two films are formed.

【0071】磁石群6からの磁界を併用する場合、プラ
ズマ化効率を高めるために、磁石群6の配置や磁界強度
等を調整することにより、磁界の水平方向成分が上下方
向でのマイクロ波投入位置となるべく一致して分布する
ようにする。これは、特に、ECR条件下でのプラズマ
発生の際に重要である。また、プラズマ処理装置1で
は、図2に示すようなライン状配列磁石群6aまたは図
3に示すようなドットマトリックス状配列磁石群6bを
用いることで平行平板面内方向で均一な磁界分布が得ら
れる。したがって、従来のECR条件下でのプラズマ処
理の際に生じる問題、すなわち磁界密度集中による発生
プラズマの凝集に起因して大面積基板への対応が困難で
あるという問題が生じない。
When the magnetic field from the magnet group 6 is used together, the arrangement of the magnet group 6 and the strength of the magnetic field are adjusted so as to increase the horizontal component of the magnetic field in the vertical direction. The distribution should be as coincident as possible with the position. This is especially important during plasma generation under ECR conditions. Further, in the plasma processing apparatus 1, a uniform magnetic field distribution is obtained in the in-plane direction of the parallel plate by using the linearly arranged magnet group 6a as shown in FIG. 2 or the dot matrix-like arranged magnet group 6b as shown in FIG. Can be Therefore, there is no problem that occurs in the conventional plasma processing under the ECR condition, that is, a problem that it is difficult to cope with a large-area substrate due to aggregation of generated plasma due to magnetic field density concentration.

【0072】プラズマ処理装置1によってスパッタ成膜
を行う場合、平板3bのかわりに、図2及び図3に示す
変更例のように、反応性ガス導入手段を備えない平板3
cとし、平行平板3a・3c面に平行な方向からAr等
の不活性ガスを導入するものとする。スパッタ成膜で
は、まず、陰極である平板3a上にターゲットを設置す
るとともに、平板3c上に基板を設置する。そして、前
記不活性ガスを導入する。スパッタリングイオンのター
ゲット上への加速は、直流バイアス電源7を用いて平行
平板3a・3c間に所望のバイアスを印加することによ
り行う。本形態では、従来の平行平板型プラズマ処理装
置のように自己バイアスによる電圧降下に起因する問題
がないので、スパッタリングイオンの輸送速度を独立制
御できる。
When the sputter film is formed by the plasma processing apparatus 1, instead of the flat plate 3b, a flat plate 3 having no reactive gas introducing means as in the modification shown in FIGS. 2 and 3 is used.
c, and an inert gas such as Ar is introduced from a direction parallel to the plane of the parallel plates 3a and 3c. In the sputter deposition, first, a target is set on the flat plate 3a serving as a cathode, and a substrate is set on the flat plate 3c. Then, the inert gas is introduced. The acceleration of the sputtering ions onto the target is performed by applying a desired bias between the parallel plates 3a and 3c using the DC bias power supply 7. In this embodiment, since there is no problem caused by the voltage drop due to the self-bias unlike the conventional parallel plate type plasma processing apparatus, the transport speed of the sputtering ions can be independently controlled.

【0073】プラズマ処理装置1によってエッチングを
行う場合、平板3a上に基板10を設置する。反応性ガ
スの導入は、反応性ガス導入路5によって行われてもよ
いし、変更例のように行われてもよい。イオンのターゲ
ット上への加速は、前記スパッタ成膜と同様に、直流バ
イアス電源7を用いて平行平板3a・3b(または、3
a・3c)間に所望のバイアスを印加することにより行
う。本形態によるエッチングでは、従来技術のRIEに
比べ、イオンの加速が他のプロセス条件と独立に制御で
きる。さらに、より低いガス圧力でのプラズマの発生が
可能であるので、指向性の高い活性粒子ビームを利用で
きる。
When etching is performed by the plasma processing apparatus 1, the substrate 10 is placed on the flat plate 3a. The introduction of the reactive gas may be performed by the reactive gas introduction path 5 or may be performed as in a modified example. The acceleration of the ions on the target is performed by using the DC bias power source 7 and the parallel plates 3a and 3b (or 3
This is performed by applying a desired bias between a and 3c). In the etching according to the present embodiment, the acceleration of ions can be controlled independently of other process conditions as compared with the conventional RIE. Furthermore, since plasma can be generated at a lower gas pressure, an active particle beam having high directivity can be used.

【0074】以上のように、本形態のプラズマ処理装置
1では、一対の平行平板3a・3b間に導入されるガス
を、平行平板3a・3b間に直接投入されるマイクロ波
を用いてプラズマ化している。したがって、平行平板3
a・3bで囲まれた領域内で均質かつ均一なプラズマ密
度分布を容易に得ることができる。この結果、一方の平
板3a面上に設置された基板10面全体にわたり均一な
プラズマ処理が可能となり、平行平板3a・3bのサイ
ズを大きくすることで基板10の大面積化の要請に容易
に対応することができる。また、従来のマイクロ波励起
型プラズマ処理装置に比べて、活性粒子輸送方向におけ
る装置サイズを小さくすることができ、微細凹凸基板上
への薄膜形成時にかならずしも基板10に高周波バイア
スを印加する必要がない。
As described above, in the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment, the gas introduced between the pair of parallel flat plates 3a and 3b is converted into plasma using the microwave directly injected between the parallel flat plates 3a and 3b. ing. Therefore, the parallel plate 3
A uniform and uniform plasma density distribution can be easily obtained in the region surrounded by a and 3b. As a result, uniform plasma processing can be performed on the entire surface of the substrate 10 placed on one flat plate 3a, and the size of the parallel flat plates 3a and 3b can be increased to easily respond to a request for a large area of the substrate 10. can do. Further, as compared with a conventional microwave excitation type plasma processing apparatus, the apparatus size in the active particle transport direction can be reduced, and it is not necessary to apply a high frequency bias to the substrate 10 when forming a thin film on a fine uneven substrate. .

【0075】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置と同等またはそれ以上に、高密度プラズマの発
生あるいは動作ガス圧力の低減を図ることができる。
Furthermore, high-density plasma can be generated or the operating gas pressure can be reduced to a level equal to or higher than that of a conventional microwave-excited plasma processing apparatus.

【0076】さらに、高周波に比べ遙かに高い周波数領
域のマイクロ波を用いることで、プラスイオンと電子と
の間で生じる電圧極性の変動に追随できる度合いの差が
少なくなるので、自己バイアスによる電圧降下が発生せ
ず、加速イオンの輸送速度の独立制御も容易に行うこと
ができる。
Further, by using a microwave in a frequency region much higher than that of a high frequency, the difference in the degree of following the fluctuation of the voltage polarity generated between the positive ions and the electrons is reduced. No descent occurs, and independent control of the transport speed of the accelerated ions can be easily performed.

【0077】加えて、プラズマ処理装置1、およびプラ
ズマ処理装置1を用いてのプラズマ処理方法をデバイス
生産ラインに導入するにあたり、新たに複雑な製造工程
の開発をする必要がなく、従来のプラズマ処理装置およ
びプラズマ処理方法との置換を容易に実施することがで
きる。
In addition, in introducing the plasma processing apparatus 1 and the plasma processing method using the plasma processing apparatus 1 into a device production line, there is no need to develop a new complicated manufacturing process, and the conventional plasma processing apparatus can be used. The replacement with the apparatus and the plasma processing method can be easily performed.

【0078】〔実施形態2〕 本発明の他の実施形態について図4に基づいて説明すれ
ば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、上述の実
施形態1と同一の機能を有する部材には、同一の番号を
付記し、その説明は省略する。
[Embodiment 2] The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0079】本形態のプラズマ処理装置11は、図4に
示すように、真空容器2と陽極である平板3bとが接地
状態とされ、平板3aと平板3bとの間に直流バイアス
が印加される構成になっている。この構成により、プラ
ズマ処理装置11では、前記プラズマ処理装置1に比
べ、平板3aに向かって輸送されるイオンビームの広が
りが少なくなり、イオンビームが平板3a面上に集束さ
れるがごとく照射される。したがって、平板3a表面近
傍でイオン密度並びに指向性をより高くしたい場合に
は、プラズマ処理装置11の構成が適している。
In the plasma processing apparatus 11 of this embodiment, as shown in FIG. 4, the vacuum vessel 2 and the flat plate 3b as the anode are grounded, and a DC bias is applied between the flat plate 3a and the flat plate 3b. It has a configuration. With this configuration, in the plasma processing apparatus 11, the spread of the ion beam transported toward the flat plate 3a is smaller than in the plasma processing apparatus 1, and the ion beam is irradiated as if it were focused on the flat plate 3a surface. . Therefore, when it is desired to increase the ion density and the directivity near the surface of the flat plate 3a, the configuration of the plasma processing apparatus 11 is suitable.

【0080】また、活性粒子の指向性並びに輸送速度を
高めるためにプラズマ処理装置11の直流バイアス回路
構成を用いるとき、磁石群6を平板3a裏面側(図中、
平板3aの下面側)に設置し、平板3a表面近傍に磁界
を分布させることが好ましい。これは、平板3a表面近
傍に分布した磁界が電子をトラップすることで、平板3
a表面近傍の電位が下がり平板3aに向かうイオンの加
速が促進されるからである。
When the DC bias circuit configuration of the plasma processing apparatus 11 is used to increase the directivity and transport speed of the active particles, the magnet group 6 is moved to the back side of the flat plate 3a (in FIG.
It is preferable to dispose the magnetic field near the surface of the flat plate 3a). This is because the magnetic field distributed near the surface of the flat plate 3a traps electrons, and
This is because the potential near the surface a decreases and the acceleration of ions toward the flat plate 3a is accelerated.

【0081】尚、上記構成からなるプラズマ処理装置1
1を用いて、PCVD、スパッタ成膜、エッチング、表
面クリーニングおよびレジスト除去等のプラズマ処理を
行う方法は、前記プラズマ処理装置1によるプラズマ処
理方法と基本的に同様である。
The plasma processing apparatus 1 having the above configuration
The method of performing plasma processing such as PCVD, sputtering film formation, etching, surface cleaning, and resist removal using the method 1 is basically the same as the plasma processing method using the plasma processing apparatus 1.

【0082】また、前記プラズマ処理装置1と同様に、
プラズマ処理装置11の構成要素のうち、平板3bのか
わりに、図2及び図3に示す変更例のように、反応性ガ
ス導入手段を備えない平板3cとし、平行平板3a・3
c面に平行な方向から反応性ガスを導入する構成として
もよい。
Further, similarly to the plasma processing apparatus 1,
Among the components of the plasma processing apparatus 11, instead of the flat plate 3b, a flat plate 3c having no reactive gas introduction means as in the modification shown in FIGS.
A configuration in which the reactive gas is introduced from a direction parallel to the c-plane may be employed.

【0083】〔実施形態3〕 本発明のさらに他の実施形態について図5に基づいて説
明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、上
述の実施形態1と同一の機能を有する部材には、同一の
番号を付記し、その説明は省略する。
Third Embodiment Still another embodiment of the present invention is described below with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0084】本形態のプラズマ処理装置12は、図5に
示すように、前記プラズマ処理装置11の構成における
直流バイアス電源7に加え、マッチング回路13を介し
て高周波バイアス電源14が平板3aに接続される構成
になっている。また、真空容器2と平板3bとは電気的
に接地されている。この構成により、プラズマ処理装置
12では、平板面全体に均一に投入される高周波とプラ
ズマの主たる発生手段であるマイクロ波とが併用される
ので、水平面内でプラズマの均一性を高めることができ
る。また、基板10上で電荷によるチャージアップが問
題になる場合には、直流バイアス印加の割合を低減する
かわりに高周波バイアスの自己バイアスによる電圧降下
を加えることも可能である。
As shown in FIG. 5, in the plasma processing apparatus 12 of this embodiment, in addition to the DC bias power supply 7 in the configuration of the plasma processing apparatus 11, a high frequency bias power supply 14 is connected to the flat plate 3a via a matching circuit 13. Configuration. The vacuum vessel 2 and the flat plate 3b are electrically grounded. According to this configuration, in the plasma processing apparatus 12, since the high frequency uniformly applied to the entire flat surface and the microwave which is the main generation means of the plasma are used together, the uniformity of the plasma in the horizontal plane can be improved. Further, when charge-up due to electric charges on the substrate 10 becomes a problem, it is possible to add a voltage drop due to a self-bias of a high-frequency bias instead of reducing the rate of DC bias application.

【0085】高周波を主たるプラズマ発生手段とする場
合、前記電圧降下は、上述のように、投入高周波電力、
反応性ガス種と圧力(換言すればプラズマ密度)等の関
数でもあるため、その完全な独立制御が難しい。しかし
ながら、プラズマ処理装置12では、マイクロ波励起を
主たるプラズマ発生手段とし、これと高周波バイアスお
よび直流バイアスとの併用であるために、プロセスパラ
メータ設定の自由度が高い。したがって、前記電圧降下
を十分に制御することが可能である。
When the high frequency is used as the main plasma generating means, the voltage drop is determined by the applied high frequency power,
Since it is also a function of the reactive gas species and the pressure (in other words, the plasma density), it is difficult to completely control them independently. However, the plasma processing apparatus 12 has a high degree of freedom in setting process parameters because microwave excitation is used as a main plasma generating means and is used in combination with a high frequency bias and a DC bias. Therefore, it is possible to sufficiently control the voltage drop.

【0086】上記構成からなるプラズマ処理装置12を
用いて、PCVD、スパッタ成膜、エッチング、表面ク
リーニングおよびレジスト除去等のプラズマ処理を行う
方法は、前記プラズマ処理装置1によるプラズマ処理方
法と基本的に同様である。
The method of performing plasma processing such as PCVD, sputter deposition, etching, surface cleaning, and resist removal using the plasma processing apparatus 12 having the above configuration is basically the same as the plasma processing method using the plasma processing apparatus 1. The same is true.

【0087】尚、プラズマ処理装置12は、直流バイア
ス電源7に加え高周波バイアス電源14を備える構成で
あったが、これに限らず、直流バイアス電源7を高周波
バイアス電源14に置き換える構成であってもよい。こ
の場合も、プラズマの主たる発生手段であるマイクロ波
と高周波バイアス電源14との併用により、プロセスパ
ラメータ設定の自由度が高いので、前記電圧降下を十分
に制御することができる。
Although the plasma processing apparatus 12 has the high frequency bias power supply 14 in addition to the DC bias power supply 7, the present invention is not limited to this. Good. Also in this case, since the microwave which is the main means for generating plasma and the high frequency bias power supply 14 are used in combination, the degree of freedom in setting the process parameters is high, so that the voltage drop can be sufficiently controlled.

【0088】また、前記プラズマ処理装置1と同様に、
プラズマ処理装置12の構成要素のうち、平板3bのか
わりに、図2及び図3に示す変更例のように、反応性ガ
ス導入手段を備えない平板3cとし、平行平板3a・3
c面に平行な方向から反応性ガスを導入する構成として
もよい。
Further, similarly to the plasma processing apparatus 1,
Among the components of the plasma processing apparatus 12, instead of the flat plate 3b, a flat plate 3c having no reactive gas introduction means as in the modification shown in FIGS.
A configuration in which the reactive gas is introduced from a direction parallel to the c-plane may be employed.

【0089】さらに、プラズマ処理装置12は、前記プ
ラズマ処理装置11の構成における直流バイアス電源7
に加え、高周波バイアス電源14およびマッチング回路
13が設けられる構成であったが、これに限らず、前記
プラズマ処理装置1の構成における直流バイアス電源7
に加え、高周波バイアス電源14およびマッチング回路
13が設けられる構成でもよいし、あるいは、前記プラ
ズマ処理装置1の構成における直流バイアス電源7を高
周波バイアス電源14に置き換える構成であってもよ
い。
Further, the plasma processing apparatus 12 includes the DC bias power source 7 in the configuration of the plasma processing apparatus 11.
In addition to the configuration, the high-frequency bias power supply 14 and the matching circuit 13 are provided, but the configuration is not limited thereto.
In addition, a configuration in which a high-frequency bias power supply 14 and a matching circuit 13 are provided may be used, or a configuration in which the DC bias power supply 7 in the configuration of the plasma processing apparatus 1 is replaced with the high-frequency bias power supply 14 may be used.

【0090】〔実施形態4〕 本発明のさらに他の実施形態について図6に基づいて説
明すれば、以下のとおりである。尚、説明の便宜上、上
述の実施形態1と同一の機能を有する部材には、同一の
番号を付記し、その説明は省略する。
[Fourth Embodiment] The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0091】本形態のプラズマ処理装置15は、図6に
示すように、前記プラズマ処理装置1の構成に加え、一
対の平行平板3a・3bの間に金属製のグリッド板16
が設けられている。グリッド板16は、その平板面が平
行平板3a・3bと平行になるように設置されている。
マイクロ波の投入と反応性ガスの導入とは、グリッド板
16と平板3bとの間に行う。これにより、グリッド板
16と平板3bとの間に効率よくマイクロ波が閉じ込め
られるので、両平板16・3b間でより高密度で均一な
プラズマの発生が可能となる。両平板16・3b間での
マイクロ波の閉じ込め効率は、両平板16・3b間距離
を小さくすることでも高まるので、グリッド板16はな
るべく平板3bに近づけて設けられるとよい。また、両
平板16・3b間の最適距離は、ガス種、ガス圧力等に
も依存し変化するので、グリッド板16は上下方向での
位置を可変できるように設けられることが好ましい。
As shown in FIG. 6, the plasma processing apparatus 15 of this embodiment has a configuration in which a metal grid plate 16 is provided between a pair of parallel flat plates 3a and 3b in addition to the configuration of the plasma processing apparatus 1.
Is provided. The grid plate 16 is installed such that its flat surface is parallel to the parallel flat plates 3a and 3b.
The introduction of the microwave and the introduction of the reactive gas are performed between the grid plate 16 and the flat plate 3b. As a result, the microwave is efficiently confined between the grid plate 16 and the flat plate 3b, so that a higher density and uniform plasma can be generated between the flat plates 16 and 3b. The efficiency of confining microwaves between the flat plates 16 and 3b can be increased by reducing the distance between the flat plates 16 and 3b. Therefore, the grid plate 16 is preferably provided as close to the flat plate 3b as possible. Since the optimum distance between the flat plates 16 and 3b changes depending on the gas type, gas pressure, and the like, the grid plate 16 is preferably provided so that the position in the vertical direction can be changed.

【0092】プラズマ処理装置15において直流バイア
スを併用する場合には、平板3aを陰極、グリッド板1
6を陽極として両者16・3a間に直流バイアスを印加
する。このとき、平板3bはグリッド板16と同電位と
し、真空容器2は電気的に接地し、平板3aはスイッチ
8により接地または浮遊の状態にする。
When a DC bias is used in the plasma processing apparatus 15, the flat plate 3a is used as the cathode,
6 is used as an anode, and a direct current bias is applied between the both 16.3a. At this time, the flat plate 3b is set to the same potential as the grid plate 16, the vacuum vessel 2 is electrically grounded, and the flat plate 3a is grounded or floated by the switch 8.

【0093】上記構成からなるプラズマ処理装置15を
用いて、PCVD、スパッタ成膜、エッチング、表面ク
リーニングおよびレジスト除去等のプラズマ処理を行う
方法は、前記プラズマ処理装置1によるプラズマ処理方
法と基本的に同様である。ただし、スパッタ成膜を行う
場合では、スパッタリングイオンのターゲット上への加
速は、直流バイアス電源7を用いてグリッド板16と平
板3aとの間に所望のバイアスを印加することにより行
う。また、エッチングを行う場合においても、イオンの
ターゲット上への加速は、直流バイアス電源7を用いて
グリッド板16と平板3aとの間に所望のバイアスを印
加することにより行う。
The method of performing plasma processing such as PCVD, sputter deposition, etching, surface cleaning and resist removal using the plasma processing apparatus 15 having the above configuration is basically the same as the plasma processing method using the plasma processing apparatus 1. The same is true. However, in the case of performing the sputter deposition, the acceleration of the sputtering ions onto the target is performed by applying a desired bias between the grid plate 16 and the flat plate 3a using the DC bias power supply 7. Also in the case of performing etching, acceleration of ions onto the target is performed by applying a desired bias between the grid plate 16 and the flat plate 3a using the DC bias power supply 7.

【0094】尚、前記プラズマ処理装置1と同様に、プ
ラズマ処理装置15の構成要素のうち、平板3bのかわ
りに、図2及び図3に示す変更例のように、反応性ガス
導入手段を備えない平板3cとし、平行平板3a・3c
面に平行な方向から反応性ガスを導入する構成としても
よい。この場合、マイクロ波の投入と反応性ガスの導入
とは、グリッド板16と平板3cとの間に行ってもよい
し、また、グリッド板16と平板3aとの間に行っても
よい。
As in the case of the plasma processing apparatus 1, a reactive gas introducing means is provided instead of the flat plate 3b in the components of the plasma processing apparatus 15 as in the modified example shown in FIGS. No flat plate 3c, and parallel flat plates 3a and 3c
A configuration in which the reactive gas is introduced from a direction parallel to the plane may be employed. In this case, the introduction of the microwave and the introduction of the reactive gas may be performed between the grid plate 16 and the flat plate 3c, or between the grid plate 16 and the flat plate 3a.

【0095】また、プラズマ処理装置15は、直流バイ
アス電源7に加え、図5に示すようにさらに高周波バイ
アス電源14を備える構成としてもよいし、あるいは、
直流バイアス電源7を高周波バイアス電源14に置き換
える構成としてもよい。
The plasma processing apparatus 15 may be configured to further include a high-frequency bias power supply 14 as shown in FIG. 5 in addition to the DC bias power supply 7, or
The DC bias power supply 7 may be replaced with a high frequency bias power supply 14.

【0096】また、プラズマ処理装置15は、前記プラ
ズマ処理装置1の構成に加え、さらにグリッド板16を
備える構成であったが、これに限らず、前記プラズマ処
理装置11・12の構成に加え、グリッド板16を備え
る構成としてもよい。
The plasma processing apparatus 15 has a configuration in which a grid plate 16 is provided in addition to the configuration of the plasma processing apparatus 1, but the present invention is not limited to this. In addition to the configuration of the plasma processing apparatuses 11 and 12, A configuration including the grid plate 16 may be employed.

【0097】[0097]

【発明の効果】請求項1の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、前記ガスのプラズマ化に、前記平行
平板間に投入方向が相対向するように直接投入されるマ
イクロ波を用いる方法である。
As described above, the plasma processing method according to the first aspect of the present invention uses microwaves directly injected into the parallel plates so that the injection directions are opposed to each other, for the gasification of the gas. Is the way.

【0098】これにより、大面積基板に容易に対応する
ことができる。また、基本的にマイクロ波のみによって
プラズマを生成することが可能であり、直流バイアスお
よび高周波バイアスを必要としない場合には、一対の平
行平板は金属電極で構成されなくてもよいので、平行平
板の構成材料の選択の幅を広げることができる。
Thus, it is possible to easily cope with a large area substrate. Also, it is basically possible to generate plasma only by microwaves, and when a DC bias and a high frequency bias are not required, a pair of parallel plates need not be formed of metal electrodes. The range of choice of the constituent materials can be expanded.

【0099】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置を用いる場合に比べて、活性粒子輸送方向に
おける装置サイズを小さくすること、微細凹凸基板上
への薄膜形成時にかならずしも基板に高周波バイアスを
印加する必要がなくなること、同程度またはそれ以上
に、高密度プラズマの発生あるいは動作ガス圧力の低減
を図ること、を達成できる。加えて、自己バイアスによ
る電圧降下が発生せず、加速イオンの輸送速度の独立制
御も容易に行うことができる。
Further, as compared with the case where a conventional microwave excitation type plasma processing apparatus is used, the apparatus size in the active particle transport direction is reduced, and a high frequency bias is always applied to the substrate when forming a thin film on a fine uneven substrate. This eliminates the necessity and achieves the generation of high-density plasma or the reduction of the operating gas pressure to the same degree or more. In addition, a voltage drop due to self-bias does not occur, and independent control of the transport speed of accelerated ions can be easily performed.

【0100】それゆえ、大面積基板上における高品質薄
膜形成、エッチングおよび表面処理を可能にし、大面積
あるいは多面取り液晶表示パネルの製造、および、高ス
ループットかつ高歩留りな液晶表示装置並びに半導体集
積回路デバイス等の製造を実現するプラズマ処理方法を
提供することができる。
Therefore, a high-quality thin film can be formed, etched and surface-treated on a large-area substrate, and a large-area or multi-panel liquid crystal display panel can be manufactured, and a high-throughput and high-yield liquid crystal display device and a semiconductor integrated circuit can be manufactured. A plasma processing method for realizing the manufacture of a device or the like can be provided.

【0101】請求項2の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項1の方法に加えて、前記マイ
クロ波により前記ガスをプラズマ化する際に、マイクロ
波投入領域に分布させた磁界を併用する方法である。
According to the plasma processing method of the second aspect of the present invention, as described above, in addition to the method of the first aspect, when the gas is turned into plasma by the microwave, the gas is distributed in a microwave input region. In this method, a magnetic field is used.

【0102】これにより、磁界の存在により磁界を横切
るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わることで、中
性原子やイオンとの衝突確率が高まる。
Thus, the presence of the magnetic field causes a rotational motion component to be added to the electrons in the plasma crossing the magnetic field, thereby increasing the probability of collision with neutral atoms and ions.

【0103】それゆえ、請求項1の方法による効果に加
えて、さらに、一対の平行平板間でプラズマ分布の均一
性を保ちつつプラズマ密度を高める、あるいは動作ガス
圧力を低減することができる。
Therefore, in addition to the effect of the method of the first aspect, the plasma density can be increased or the operating gas pressure can be reduced while maintaining the uniformity of the plasma distribution between the pair of parallel flat plates.

【0104】請求項3の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項2の方法に加えて、前記マイ
クロ波の周波数をfとし、前記磁界の磁束密度をBとす
るとき、B=2πmf/e(e/m:比電荷、π:円周
率)なる電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件を満た
すような周波数と磁束密度との組み合わせを用いる方法
である。
As described above, in the plasma processing method according to the third aspect of the present invention, when the frequency of the microwave is f and the magnetic flux density of the magnetic field is B, = 2πmf / e (e / m: specific charge, π: pi) This method uses a combination of frequency and magnetic flux density that satisfies the electron cyclotron resonance (ECR) condition.

【0105】これにより、プラズマ中の電子系によるマ
イクロ波エネルギの吸収が急激に高まり電子エネルギが
増大する。
As a result, the absorption of microwave energy by the electron system in the plasma sharply increases, and the electron energy increases.

【0106】それゆえ、請求項2の方法による効果に加
えて、さらなるプラズマ密度の増大を図ることができ
る。
Therefore, in addition to the effect of the method of the second aspect, it is possible to further increase the plasma density.

【0107】請求項4の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項1〜3の方法に加えて、前記
プラズマ処理の際に、前記平行平板間に印加される直流
バイアスを併用する方法である。
According to the plasma processing method of the present invention, the DC bias applied between the parallel plates during the plasma processing is used in addition to the methods of the first to third embodiments. How to

【0108】これにより、イオンの輸送速度を他のプロ
セス条件と独立に制御できる。
Thus, the transport speed of ions can be controlled independently of other process conditions.

【0109】それゆえ、請求項1〜3の方法による効果
に加えて、基板上に照射される活性粒子の指向性をより
高めることが容易にできる。
Therefore, in addition to the effects of the first to third methods, the directivity of the active particles irradiated on the substrate can be easily increased.

【0110】請求項5の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項1〜4の方法に加えて、前記
プラズマ処理の際に、前記平行平板間に印加される高周
波バイアスを併用する方法である。
The plasma processing method according to the fifth aspect of the present invention, as described above, uses the high-frequency bias applied between the parallel flat plates during the plasma processing in addition to the methods of the first to fourth aspects. How to

【0111】これにより、平板面全体に均一に投入され
る高周波とプラズマの主たる発生手段であるマイクロ波
とが併用される。
Thus, the high frequency uniformly applied to the entire flat plate surface and the microwave which is the main means for generating plasma are used together.

【0112】それゆえ、請求項1〜4の方法による効果
に加えて、一対の平行平板に平行な面内でプラズマの均
一性を高めることができる。
Therefore, in addition to the effects of the first to fourth aspects, the uniformity of plasma can be improved in a plane parallel to the pair of parallel flat plates.

【0113】請求項6の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項1〜5の方法に加えて、前記
平行平板間に、グリッド板を該グリッド板の板面が前記
平行平板面と略平行になるように設け、前記平行平板の
一方または他方の平板と前記グリッド板との間に前記マ
イクロ波を直接投入する方法である。
According to a sixth aspect of the present invention, as described above, in addition to the first to fifth aspects, a grid plate is provided between the parallel flat plates so that the surface of the grid plate is the parallel flat plate. This is a method in which the microwave is provided so as to be substantially parallel to the surface, and the microwave is directly applied between one or the other of the parallel flat plates and the grid plate.

【0114】これにより、一方または他方の平板とグリ
ッド板との間に効率よくマイクロ波が閉じ込められる。
As a result, microwaves are efficiently confined between one or the other flat plate and the grid plate.

【0115】それゆえ、請求項1〜5の方法による効果
に加えて、一方または他方の平板とグリッド板との間で
より高密度で均一なプラズマの発生が可能となる。
Therefore, in addition to the effects of the first to fifth aspects, a higher-density and uniform plasma can be generated between one or the other flat plate and the grid plate.

【0116】請求項7の発明に係るプラズマ処理方法
は、以上のように、請求項1〜6の方法に加えて、周波
数が1GHz以上であるマイクロ波を用いる方法であ
る。
The plasma processing method according to the invention of claim 7 is, as described above, a method of using a microwave having a frequency of 1 GHz or more in addition to the methods of claims 1 to 6.

【0117】これにより、1GHz以上の高い周波数の
マイクロ波がプラズマ化に用いられる。
As a result, microwaves having a high frequency of 1 GHz or more are used for plasma.

【0118】それゆえ、請求項1〜6の方法による効果
に加えて、さらに、自己バイアスによる電圧降下の発生
を防ぐとともに、高密度プラズマの発生あるいは動作ガ
ス圧力の低減を図ることができる。
Therefore, in addition to the effects of the first to sixth aspects, a voltage drop due to self-bias can be prevented, and high-density plasma can be generated or the operating gas pressure can be reduced.

【0119】請求項8の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、真空容器と、前記真空容器内に設け
られる互いに平行な一対の平行平板と、前記平行平板間
にガスを導入するためのガス導入手段と、前記平行平板
間に相対向する管口からマイクロ波を直接投入するマ
クロ波投入手段とを備える構成である。
According to the plasma processing apparatus of the present invention, as described above, a vacuum vessel, a pair of parallel flat plates provided in the vacuum vessel, and a gas introduced between the parallel flat plates. a gas introduction means, is configured to include a direct-on to luma Lee <br/> black wave supplying device microwaves from the tube opening which faces between the parallel plates.

【0120】これにより、大面積基板に容易に対応する
ことができる。また、基本的にマイクロ波のみによって
プラズマを生成することが可能であり、直流バイアスお
よび高周波バイアスを必要としない場合には、一対の平
行平板は金属電極で構成されなくてもよいので、平行平
板の構成材料の選択の幅を広げることができる。
Thus, it is possible to easily cope with a large area substrate. Also, it is basically possible to generate plasma only by microwaves, and when a DC bias and a high frequency bias are not required, a pair of parallel plates need not be formed of metal electrodes. The range of choice of the constituent materials can be expanded.

【0121】さらに、従来のマイクロ波励起型プラズマ
処理装置に比べて、活性粒子輸送方向における装置サ
イズを小さくすること、微細凹凸基板上への薄膜形成
時にかならずしも基板に高周波バイアスを印加する必要
がなくなること、同程度またはそれ以上に、高密度プ
ラズマの発生あるいは動作ガス圧力の低減を図ること、
を達成できる。加えて、自己バイアスによる電圧降下が
発生せず、加速イオンの輸送速度の独立制御も容易に行
うことができる。
Further, as compared with a conventional microwave excitation type plasma processing apparatus, the apparatus size in the active particle transport direction can be reduced, and it is not necessary to apply a high frequency bias to the substrate when forming a thin film on a fine uneven substrate. That, to the same extent or more, to generate high-density plasma or reduce the operating gas pressure;
Can be achieved. In addition, a voltage drop due to self-bias does not occur, and independent control of the transport speed of accelerated ions can be easily performed.

【0122】それゆえ、大面積基板上における高品質薄
膜形成、エッチングおよび表面処理を可能にし、大面積
あるいは多面取り液晶表示パネルの製造、および、高ス
ループットかつ高歩留りな液晶表示装置並びに半導体集
積回路デバイス等の製造を実現するプラズマ処理装置を
提供することができる。
Therefore, it is possible to form a high-quality thin film on a large-area substrate, to perform etching and surface treatment, to manufacture a large-area or multiple-panel liquid crystal display panel, and to provide a high-throughput and high-yield liquid crystal display device and a semiconductor integrated circuit. It is possible to provide a plasma processing apparatus that realizes the manufacture of devices and the like.

【0123】請求項9の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項8の構成に加えて、前記マイ
クロ波の投入領域に磁界を分布させるために、前記平行
平板の一方の平板面近傍に複数の磁石が配置されている
構成である。
According to a ninth aspect of the present invention, as described above, in addition to the configuration of the eighth aspect, in order to distribute a magnetic field in the microwave input region, one of the parallel flat plates is used. In this configuration, a plurality of magnets are arranged near the surface.

【0124】これにより、磁界の存在により磁界を横切
るプラズマ中の電子に回転運動成分が加わることで、中
性原子やイオンとの衝突確率が高まる。
As a result, a rotational motion component is added to the electrons in the plasma crossing the magnetic field due to the presence of the magnetic field, thereby increasing the probability of collision with neutral atoms and ions.

【0125】それゆえ、請求項8の構成による効果に加
えて、さらに、一対の平行平板間でプラズマ分布の均一
性を保ちつつプラズマ密度を高める、あるいは動作ガス
圧力を低減することができる。
Therefore, in addition to the effect of the configuration of claim 8, it is possible to increase the plasma density or reduce the operating gas pressure while maintaining the uniformity of the plasma distribution between the pair of parallel flat plates.

【0126】請求項10の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項8または9の構成に加えて、
前記平行平板間に直流バイアスを印加するための直流バ
イアス印加手段が設けられている構成である。
According to the tenth aspect of the present invention, as described above, in addition to the structure of the eighth or ninth aspect,
In this configuration, DC bias applying means for applying a DC bias between the parallel plates is provided.

【0127】これにより、イオンの輸送速度を他のプロ
セス条件と独立に制御できる。
Thus, the transport speed of ions can be controlled independently of other process conditions.

【0128】それゆえ、請求項8または9の構成による
効果に加えて、基板上に照射される活性粒子の指向性を
より高めることが容易にできる。
Therefore, in addition to the effect of the configuration of claim 8 or 9, the directivity of the active particles irradiated on the substrate can be easily enhanced.

【0129】請求項11の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項8〜10の構成に加えて、前
記平行平板間に高周波バイアスを印加するための高周波
バイアス印加手段が設けられている構成である。
In the plasma processing apparatus according to the eleventh aspect of the present invention, as described above, in addition to the constitutions of the eighth to tenth aspects, a high-frequency bias applying means for applying a high-frequency bias between the parallel plates is provided. Configuration.

【0130】これにより、平板面全体に均一に投入され
る高周波とプラズマの主たる発生手段であるマイクロ波
とが併用される。
Thus, the high frequency uniformly applied to the entire flat surface and the microwave which is the main means for generating plasma are used together.

【0131】それゆえ、請求項8〜10の構成による効
果に加えて、一対の平行平板に平行な面内でプラズマの
均一性を高めることができる。
Therefore, in addition to the effects of the constitutions of claims 8 to 10, the uniformity of plasma can be enhanced in a plane parallel to the pair of parallel flat plates.

【0132】請求項12の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項8〜11の構成に加えて、前
記平行平板間に、グリッド板が、該グリッド板の板面が
前記平行平板面と略平行になるように設けられ、前記マ
イクロ波投入手段が、前記平行平板の一方または他方の
平板と前記グリッド板との間に前記マイクロ波を直接投
入するように設けられている構成である。
As described above, in the plasma processing apparatus according to the twelfth aspect, in addition to the constitutions of the eighth to eleventh aspects, a grid plate is provided between the parallel flat plates, and A configuration in which the microwave input means is provided so as to be substantially parallel to a flat plate surface, and the microwave input means is provided so as to directly input the microwave between one or the other flat plate of the parallel flat plate and the grid plate. It is.

【0133】これにより、一方または他方の平板とグリ
ッド板との間に効率よくマイクロ波が閉じ込められる。
Thus, the microwave is efficiently confined between one or the other flat plate and the grid plate.

【0134】それゆえ、請求項8〜11の構成による効
果に加えて、一方または他方の平板とグリッド板との間
でより高密度で均一なプラズマの発生が可能となる。
Therefore, in addition to the effects of the eighth to eleventh aspects, it is possible to generate a higher-density and uniform plasma between one or the other flat plate and the grid plate.

【0135】請求項13の発明に係るプラズマ処理装置
は、以上のように、請求項8〜12の構成に加えて、前
記マイクロ波投入手段によって投入される前記マイクロ
波の周波数が1GHz以上である構成である。
According to a thirteenth aspect of the present invention, as described above, in addition to the configuration of the eighth to twelfth aspects, the frequency of the microwave input by the microwave input means is 1 GHz or more. Configuration.

【0136】これにより、1GHz以上の高い周波数の
マイクロ波がプラズマ化に用いられる。
As a result, a microwave having a high frequency of 1 GHz or more is used for plasma.

【0137】それゆえ、請求項8〜12の構成による効
果に加えて、さらに、自己バイアスによる電圧降下の発
生を防ぐとともに、高密度プラズマの発生あるいは動作
ガス圧力の低減を図ることができる。
Therefore, in addition to the effects of the constitutions of claims 8 to 12, it is possible to prevent a voltage drop due to a self-bias and to generate high-density plasma or reduce operating gas pressure.

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

【図1】本発明の実施の一形態に係るプラズマ処理装置
を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記プラズマ処理装置の変更例を示す斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view showing a modified example of the plasma processing apparatus.

【図3】上記プラズマ処理装置の変更例を示す斜視図で
ある。
FIG. 3 is a perspective view showing a modified example of the plasma processing apparatus.

【図4】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置
を示す概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処
理装置を示す概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図6】本発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処
理装置を示す概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図7】従来の平行平板型プラズマ処理装置を示す概略
構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a conventional parallel plate type plasma processing apparatus.

【図8】従来のマイクロ波励起型プラズマ処理装置を示
す概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional microwave excitation type plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ処理装置 2 真空容器 3a 平板 3b 平板 3c 平板 4a マイクロ波導波管(マイクロ波投入手段) 4b マイクロ波導波管(マイクロ波投入手段) 5 反応性ガス導入路(ガス導入手段) 6 磁石群 7 直流バイアス電源(直流バイアス印加手段) 8 スイッチ 9 ガス排気口 10 基板 13 マッチング回路 14 高周波バイアス電源(高周波バイアス印加手
段) 16 グリッド板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma processing apparatus 2 Vacuum container 3a flat plate 3b flat plate 3c flat plate 4a Microwave waveguide (microwave input means) 4b Microwave waveguide (microwave input means) 5 Reactive gas introduction path (gas introduction means) 6 Magnet group 7 DC bias power supply (DC bias applying means) 8 Switch 9 Gas exhaust port 10 Substrate 13 Matching circuit 14 High frequency bias power supply (High frequency bias applying means) 16 Grid plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H05H 1/46 H05H 1/46 M H01L 21/302 C (56)参考文献 特開 平2−83924(JP,A) 特開 平7−211695(JP,A) 特開 平2−132827(JP,A) 特開 平5−93277(JP,A) 特開 平5−182785(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/31 C23C 16/50 C30B 35/00 H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H05H 1/46 H05H 1/46 M H01L 21/302 C (56) References JP-A-2-83924 (JP, A) JP JP-A-7-211695 (JP, A) JP-A-2-13827 (JP, A) JP-A-5-93277 (JP, A) JP-A-5-182785 (JP, A) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 7 , DB name) H01L 21/31 C23C 16/50 C30B 35/00 H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1/46

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】真空容器内の互いに平行な一対の平行平板
の一方の平板面上に基板などの被処理物を設置し、前記
平行平板間に導入されるガスを用いて前記被処理物をプ
ラズマ処理するプラズマ処理方法において、 前記ガスのプラズマ化に、前記平行平板間に投入方向が
相対向するように直接投入されるマイクロ波を用いるこ
とを特徴とするプラズマ処理方法。
An object to be processed such as a substrate is placed on one of a pair of parallel flat plates in a vacuum vessel, and the object is processed using a gas introduced between the parallel flat plates. In the plasma processing method of performing plasma processing, the direction of injection between the parallel plates is
A plasma processing method using microwaves directly applied so as to face each other .
【請求項2】前記マイクロ波によって前記ガスをプラズ
マ化する際に、マイクロ波投入領域に分布させた磁界を
併用することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処
理方法。
2. The plasma processing method according to claim 1, wherein, when the gas is converted into plasma by the microwave, a magnetic field distributed in a microwave input region is used together.
【請求項3】前記マイクロ波の周波数をfとし、前記磁
界の磁束密度をBとするとき、B=2πmf/e(e/
m:比電荷、π:円周率)なる電子サイクロトロン共鳴
(ECR)条件を満たすような周波数と磁束密度との組
み合わせを用いることを特徴とする請求項2に記載のプ
ラズマ処理方法。
3. When the frequency of the microwave is f and the magnetic flux density of the magnetic field is B, B = 2πmf / e (e /
3. The plasma processing method according to claim 2, wherein a combination of a frequency and a magnetic flux density that satisfies an electron cyclotron resonance (ECR) condition of m: specific charge, π: pi is used.
【請求項4】前記プラズマ処理の際に、前記平行平板間
に印加される直流バイアスを併用することを特徴とする
請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
4. The plasma processing method according to claim 1, wherein a DC bias applied between said parallel plates is used in said plasma processing.
【請求項5】前記プラズマ処理の際に、前記平行平板間
に印加される高周波バイアスを併用することを特徴とす
る請求項1〜4のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
5. The plasma processing method according to claim 1, wherein a high-frequency bias applied between said parallel plates is used in said plasma processing.
【請求項6】前記平行平板間に、グリッド板を該グリッ
ド板の板面が前記平行平板面と略平行になるように設
け、前記平行平板の一方または他方の平板と前記グリッ
ド板との間に前記マイクロ波を直接投入することを特徴
とする請求項1〜5のいずれかに記載のプラズマ処理方
法。
6. A grid plate is provided between said parallel flat plates so that a plate surface of said grid plate is substantially parallel to said parallel flat plate surface, and a grid plate is provided between one or other flat plate of said parallel flat plates and said grid plate. The plasma processing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the microwave is directly applied to the substrate.
【請求項7】周波数が1GHz以上であるマイクロ波を
用いることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載
のプラズマ処理方法。
7. The plasma processing method according to claim 1, wherein a microwave having a frequency of 1 GHz or more is used.
【請求項8】真空容器と、 前記真空容器内に設けられる互いに平行な一対の平行平
板と、 前記平行平板間にガスを導入するためのガス導入手段
と、 前記平行平板間にマイクロ波を相対向する管口から直接
投入するマイクロ波投入手段とを備えることを特徴とす
るプラズマ処理装置。
8. A vacuum vessel, and mutually parallel pair of parallel plates provided in the vacuum chamber, a gas introducing means for introducing a gas between the parallel plates, microwaves between the parallel plates relative the plasma processing apparatus characterized in that it comprises a luma microwave supplying device to directly input from the tube inlet to direction.
【請求項9】前記マイクロ波の投入領域に磁界を分布さ
せるために、前記平行平板の一方の平板面近傍に複数の
磁石が配置されていることを特徴とする請求項8に記載
のプラズマ処理装置。
9. The plasma processing according to claim 8, wherein a plurality of magnets are arranged in the vicinity of one of the parallel flat plates in order to distribute a magnetic field in the microwave input region. apparatus.
【請求項10】前記平行平板間に直流バイアスを印加す
るための直流バイアス印加手段が設けられていることを
特徴とする請求項8または9に記載のプラズマ処理装
置。
10. The plasma processing apparatus according to claim 8, further comprising a DC bias applying means for applying a DC bias between said parallel plates.
【請求項11】前記平行平板間に高周波バイアスを印加
するための高周波バイアス印加手段が設けられているこ
とを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載のプラ
ズマ処理装置。
11. The plasma processing apparatus according to claim 8, further comprising a high-frequency bias applying means for applying a high-frequency bias between said parallel plates.
【請求項12】前記平行平板間に、グリッド板が、該グ
リッド板の板面が前記平行平板面と略平行になるように
設けられ、前記マイクロ波投入手段が、前記平行平板の
一方または他方の平板と前記グリッド板との間に前記マ
イクロ波を直接投入するように設けられていることを特
徴とする請求項8〜11のいずれかに記載のプラズマ処
理装置。
12. A grid plate is provided between said parallel flat plates so that a plate surface of said grid plate is substantially parallel to said parallel flat plate surface, and said microwave input means is provided for one or other of said parallel flat plates. The plasma processing apparatus according to any one of claims 8 to 11, wherein the microwave is directly supplied between the flat plate and the grid plate.
【請求項13】前記マイクロ波投入手段によって投入さ
れる前記マイクロ波の周波数が1GHz以上であること
を特徴とする請求項8〜12のいずれかに記載のプラズ
マ処理装置。
13. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the frequency of the microwave input by the microwave input means is 1 GHz or more.
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