JP3164188B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP3164188B2
JP3164188B2 JP13203194A JP13203194A JP3164188B2 JP 3164188 B2 JP3164188 B2 JP 3164188B2 JP 13203194 A JP13203194 A JP 13203194A JP 13203194 A JP13203194 A JP 13203194A JP 3164188 B2 JP3164188 B2 JP 3164188B2
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sample
gas
plasma processing
processing apparatus
microwave
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恭一 小町
健司 秋元
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Nippon Steel Corp
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NEC Corp
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関
し、より詳細にはプラズマを利用して半導体素子基板等
の試料に対してエッチングまたは薄膜形成等の処理を施
す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 apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus for performing processing such as etching or thin film formation on a sample such as a semiconductor device substrate using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】減圧、低ガス圧力下にある真空容器内
に、マイクロ波を導入することによりガス放電を起こさ
せてプラズマを生成させ、該プラズマを試料としての基
板の表面に照射することによりエッチングや薄膜形成等
の処理を行なわせるプラズマ処理装置は、高集積半導体
素子等の製造に欠かせないものとしてその研究開発が進
められている。特に、プラズマの生成と生成されたプラ
ズマ中のイオンの加速とをそれぞれ独立に制御できるよ
うなプラズマ処理装置は、ドライエッチング技術および
薄膜形成における埋め込み技術において望まれるように
なってきている。
2. Description of the Related Art Microwaves are introduced into a vacuum vessel under reduced pressure and low gas pressure to generate gas discharge to generate plasma, and the plasma is irradiated onto the surface of a substrate as a sample. Research and development of plasma processing apparatuses for performing processes such as etching and thin film formation have been promoted as being indispensable for the manufacture of highly integrated semiconductor elements and the like. In particular, a plasma processing apparatus that can independently control the generation of plasma and the acceleration of ions in the generated plasma has been desired in the dry etching technique and the embedding technique in forming a thin film.

【0003】図4は従来のプラズマ処理装置400を示
したものであり、プラズマの生成とプラズマ中のイオン
の加速とをそれぞれ独立に制御することができるプラズ
マエッチング装置を模式的に示した断面図である。図中
40は中空直方体形状の反応器を示している。反応器4
0はアルミニウム、ステンレス等の金属により形成さ
れ、その周囲壁は二重構造となっており、該二重構造の
内部には冷却水の通路となる空洞50が形成されてい
る。空洞50の内側には反応室41が形成されており、
また反応器40の上部はマイクロ波の透過性を有してお
り、誘電損失が小さくかつ耐熱性を有する、例えば石英
ガラスまたはAl23 等の耐熱性板を用いて形成され
たマイクロ波導入窓45によって気密状態に封止されて
いる。
FIG. 4 shows a conventional plasma processing apparatus 400, and is a cross-sectional view schematically showing a plasma etching apparatus capable of independently controlling generation of plasma and acceleration of ions in the plasma. It is. In the figure, reference numeral 40 denotes a hollow rectangular reactor. Reactor 4
Numeral 0 is formed of a metal such as aluminum or stainless steel, and its peripheral wall has a double structure. Inside the double structure, a cavity 50 serving as a passage for cooling water is formed. A reaction chamber 41 is formed inside the cavity 50,
The upper portion of the reactor 40 has microwave permeability, and has a small dielectric loss and heat resistance. For example, microwave introduction formed using a heat-resistant plate such as quartz glass or Al 2 O 3 is used. The window 45 is hermetically sealed.

【0004】反応器40の上方にはマイクロ波導入窓4
5と所定の間隔をおいて対向し、マイクロ波導入窓45
を覆い得る大きさの誘電体線路44が配設されている。
この誘電体線路44は誘電損失の小さいフッ素樹脂、ポ
リスチレン、ポリエチレン等の誘電体材料で形成された
誘電体層44aと誘電体層44aの上面に配設されたA
l等の金属板44bとで構成されている。誘電体線路4
4にはマイクロ波発振器47より導波管46を介してマ
イクロ波が導入されるようになっており、誘電体線路4
4の終端は金属板44bで封止されている。
A microwave introduction window 4 is provided above the reactor 40.
5 and a microwave introduction window 45
Is provided, and a dielectric line 44 large enough to cover is provided.
The dielectric line 44 is composed of a dielectric layer 44a made of a dielectric material such as fluororesin, polystyrene, polyethylene or the like having a small dielectric loss, and an A disposed on the upper surface of the dielectric layer 44a.
1 and other metal plates 44b. Dielectric line 4
Microwaves 4 are introduced into the waveguide 4 from the microwave oscillator 47 via the waveguide 46.
4 is sealed with a metal plate 44b.

【0005】反応室41の内部には処理対象物である試
料Sを保持するための試料保持部42aを有する試料台
42が設けられており、試料保持部42aには試料S表
面にバイアス電圧を発生させるための高周波電源43が
接続されている。さらに試料保持部42aには、静電チ
ャック等による試料Sの吸着機構(図示せず)および循
環冷媒等による試料Sの冷却機構(図示せず)も配設さ
れている。試料Sに対向するマイクロ波導入窓45の下
面には、反応器40を介してア−ス52に接続された金
属板51が密接して配設されており、金属板51にはマ
イクロ波が反応室41内に進入できるように多数のスリ
ットまたは孔51aが形成されている。この金属板51
は高周波電源43が供給されるカソード(試料保持部4
2a)に対するアノードとなり、カソード上に載置され
た試料Sに対して明確なバイアス電圧を発生させること
ができるようになっている。
A sample table 42 having a sample holder 42a for holding a sample S to be processed is provided inside the reaction chamber 41. The sample holder 42a applies a bias voltage to the surface of the sample S. A high frequency power supply 43 for generating power is connected. Further, the sample holding unit 42a is also provided with a mechanism for adsorbing the sample S using an electrostatic chuck or the like (not shown) and a mechanism for cooling the sample S using a circulating refrigerant or the like (not shown). On the lower surface of the microwave introduction window 45 facing the sample S, a metal plate 51 connected to the earth 52 via the reactor 40 is disposed in close contact with the metal plate 51. A large number of slits or holes 51a are formed so that they can enter the reaction chamber 41. This metal plate 51
Is a cathode (sample holding unit 4) to which a high-frequency power supply 43 is supplied.
As an anode for 2a), a clear bias voltage can be generated for the sample S mounted on the cathode.

【0006】また反応器40の下部壁には反応室41を
真空に排気するための排気装置(図示せず)に接続され
た排気管49が連結されており、反応器40の一側壁に
は反応室41内にプラズマ生成に必要なガスを供給する
ためのガス供給管48が接続されている。
An exhaust pipe 49 connected to an exhaust device (not shown) for evacuating the reaction chamber 41 to a vacuum is connected to a lower wall of the reactor 40. A gas supply pipe 48 for supplying a gas required for plasma generation into the reaction chamber 41 is connected.

【0007】上記のように構成されたプラズマ処理装置
400にあっては、以下のようにして試料S表面にエッ
チング処理が施される。まず、排気管49から排気を行
って反応室41内を所要の圧力に設定し、その後ガス供
給管48から反応ガスを供給する。また冷却水を冷却水
導入口50aから供給し、冷却水排出口50bから排出
することによって空洞50内に循環させる。次に、マイ
クロ波発振器47においてマイクロ波を発振させ、導波
管46を介して誘電体線路44に導入する。すると誘電
体線路44下方に電界が形成され、形成された電界がマ
イクロ波導入窓45を透過しア−スされた金属板51の
スリット又は孔を抜けて反応室41内においてプラズマ
を発生する。同時に、前記プラズマ中のイオンの異方性
および加速エネルギーを制御するため、高周波電源43
により試料Sが載置されている試料保持部42aに高周
波電界を印加し、試料S表面にバイアス電圧を発生させ
る。このバイアス電圧により、イオンを試料Sに対して
垂直に入射させるとともに、試料Sに入射するイオンの
エネルギーを制御しながら、エッチング条件の最適化を
行う。
In the plasma processing apparatus 400 configured as described above, the surface of the sample S is subjected to an etching process as follows. First, the inside of the reaction chamber 41 is set to a required pressure by exhausting air from the exhaust pipe 49, and then the reaction gas is supplied from the gas supply pipe 48. Cooling water is supplied from the cooling water inlet 50a and discharged from the cooling water outlet 50b to be circulated in the cavity 50. Next, the microwave is oscillated in the microwave oscillator 47 and introduced into the dielectric line 44 via the waveguide 46. Then, an electric field is formed below the dielectric line 44, and the formed electric field passes through the microwave introduction window 45, passes through the slit or hole of the grounded metal plate 51, and generates plasma in the reaction chamber 41. At the same time, in order to control the anisotropy and acceleration energy of the ions in the plasma,
To apply a high-frequency electric field to the sample holding unit 42a on which the sample S is mounted, thereby generating a bias voltage on the surface of the sample S. The bias voltage allows ions to be incident perpendicularly to the sample S and optimizes etching conditions while controlling the energy of the ions incident to the sample S.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このようなプラズマ処
理装置にあっては、反応ガスはガス供給管48を介して
反応器40の一側壁から反応室41の内部に導入されて
おり、試料S方向に直接的に供給されてはいなかった。
そのために、反応ガスの利用効率を上げることが困難
で、また試料Sの処理面に対するガスの流れが不均一と
なり、エッチレ−トの均一性及び選択比の均一性等、処
理の均一性を向上させることが困難であった。
In such a plasma processing apparatus, the reaction gas is introduced into the reaction chamber 41 from one side wall of the reactor 40 via the gas supply pipe 48, and the sample S It was not fed directly in the direction.
Therefore, it is difficult to increase the utilization efficiency of the reaction gas, and the gas flow to the processing surface of the sample S becomes non-uniform, thereby improving the uniformity of the processing such as the uniformity of the etch rate and the selection ratio. It was difficult to make it.

【0009】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、反応ガスの利用効率を上げることがで
き、また反応ガスの流れを均一化することでエッチレ−
トの均一性及び選択比の均一性等、処理の均一性を向上
させることができるプラズマ処理装置を提供することを
目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to increase the utilization efficiency of a reaction gas and to make the flow of the reaction gas uniform so that the etching rate can be improved.
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of improving processing uniformity, such as uniformity of processing and selectivity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波発振器
と、マイクロ波を伝送する導波管と、該導波管に接続さ
れた誘電体線路と、該誘電体線路に対向配置されるマイ
クロ波導入窓を有する反応器と、該反応器内に設けられ
た試料保持部と、該試料保持部に高周波電界または直流
電界を印加する手段と、前記マイクロ波導入窓と前記試
料保持部との間に設けられ、アースされた電極手段とを
備えるプラズマ処理装置において、前記電極手段の内部
にガスバッファ室が設けられ、前記電極手段の前記試料
保持部と対向する面に前記ガスバッファ室から前記試料
保持部へ向かってガスを吹き出させるための複数の孔が
形成され、さらに前記電極手段には前記マイクロ波導入
窓に当接する面と前記試料保持部に対向する面とを貫通
するマイクロ波透過孔が形成されていることを特徴とし
ている。
In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention comprises a microwave oscillator, a waveguide for transmitting microwaves, and a dielectric connected to the waveguide. A line, a reactor having a microwave introduction window disposed opposite to the dielectric line, a sample holder provided in the reactor, and a means for applying a high-frequency electric field or a DC electric field to the sample holder. A plasma processing apparatus provided between the microwave introduction window and the sample holding unit and having a grounded electrode means, wherein a gas buffer chamber is provided inside the electrode means, and the sample of the electrode means is provided. A plurality of holes for blowing gas from the gas buffer chamber toward the sample holding unit are formed on a surface facing the holding unit, and further, the microwave is introduced into the electrode unit.
Penetrates the surface that contacts the window and the surface that faces the sample holder
Characterized in that a microwave transmitting hole is formed .

【0011】[0011]

【作用】プラズマ処理装置において反応ガスの利用効率
や処理の均一性を向上させるためには、反応ガスを試料
の処理面に対して垂直に入射させることが望ましい。ま
た特にCVDや堆積膜を使って選択比を大きくするSi
2 エッチング処理の場合には、反応ガスの流れによっ
て処理の均一性が大きな影響を受ける。上記構成に係る
プラズマ処理装置にあっては、前記電極手段の内部にガ
スバッファ室が設けられ、前記電極手段の前記試料保持
部と対向する面に前記ガスバッファ室から前記試料保持
部へ向かってガスを吹き出させるための複数の孔が形成
され、さらに前記電極手段には前記マイクロ波導入窓に
当接する面と前記試料保持部に対向する面とを貫通する
マイクロ波透過孔が形成されているので、反応ガスは前
記ガスバッファ室に一旦導入された後、前記複数の孔か
ら前記試料保持部に保持された試料の処理面に対して垂
直かつ均一に供給される。これにより、反応ガスが効率
よく前記試料の処理面に直接的に到達し、反応ガスが前
記試料の処理面にたどり着くまでに回り道をして側壁等
で消耗されムダになることがないので、従来のプラズマ
処理装置に比べて反応ガスの利用効率を向上させること
が可能になり、また試料の処理面に対する反応ガスの流
れを均一にすることが可能となるので、エッチレ−トの
均一性及び選択比の均一性等、処理の均一性を向上させ
ることが可能になる。
In order to improve the utilization efficiency of the reaction gas and the uniformity of the processing in the plasma processing apparatus, it is desirable that the reaction gas be perpendicularly incident on the processing surface of the sample. In particular, Si which increases the selectivity by using CVD or a deposited film
In the case of the O 2 etching process, the uniformity of the process is greatly affected by the flow of the reaction gas. In the plasma processing apparatus according to the above configuration, a gas buffer chamber is provided inside the electrode unit, and a surface of the electrode unit facing the sample holding unit is arranged from the gas buffer chamber toward the sample holding unit. A plurality of holes for blowing out gas are formed, and the electrode means is provided in the microwave introduction window.
Penetrates the contact surface and the surface facing the sample holder
Since the microwave transmission holes are formed , the reaction gas is once introduced into the gas buffer chamber, and then supplied from the plurality of holes vertically and uniformly to the processing surface of the sample held in the sample holding unit. Is done. As a result, the reaction gas does not efficiently reach the processing surface of the sample directly and reach the processing surface of the sample without being depleted on the side walls and the like until the reaction gas reaches the processing surface of the sample. The use efficiency of the reaction gas can be improved as compared with the plasma processing apparatus of the above, and the flow of the reaction gas to the processing surface of the sample can be made uniform. It is possible to improve the uniformity of the treatment, such as the uniformity of the ratio.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明に係るプラズマ処理装置の実施
例を図面に基づいて説明する。図1は実施例に係るプラ
ズマ処理装置100を模式的に示した断面図である。図
1に示した実施例に係るプラズマ処理装置100の構成
が図4に示した従来のプラズマ処理装置400の構成と
異なっているのは、以下の点である。すなわちプラズマ
処理装置400の場合、マイクロ波透過孔を有するア−
スされた電極手段として金属板51がマイクロ波導入窓
45の下面に当接して配設されていたが、プラズマ処理
装置100の場合、前記電極手段として内部にガスバッ
ファ室11aが形成された金属板11がマイクロ波導入
窓45の下面に当接して配設され、ガスバッファ室11
aにガス供給管48が接続されている点である。その他
の構成は図4に示した従来のプラズマ処理装置400の
構成と同じであるのでその詳細な説明はここでは省略
し、以下、金属板11の構成についてのみ図2に基づい
て説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view schematically showing a plasma processing apparatus 100 according to the embodiment. The configuration of the plasma processing apparatus 100 according to the embodiment shown in FIG. 1 is different from the configuration of the conventional plasma processing apparatus 400 shown in FIG. 4 in the following points. That is, in the case of the plasma processing apparatus 400, an arc having a microwave transmission hole is used.
Although the metal plate 51 is disposed as a contacted electrode means in contact with the lower surface of the microwave introduction window 45, in the case of the plasma processing apparatus 100, the metal plate in which the gas buffer chamber 11 a is formed as the electrode means is used. The plate 11 is disposed in contact with the lower surface of the microwave introduction window 45, and the gas buffer chamber 11
The point is that the gas supply pipe 48 is connected to a. The other configuration is the same as the configuration of the conventional plasma processing apparatus 400 shown in FIG. 4, so that the detailed description is omitted here, and only the configuration of the metal plate 11 will be described below with reference to FIG.

【0013】図2(a)は金属板11をマイクロ波導入
窓45側から見たところを示した斜視図であり、図2
(b)は金属板11の試料保持部42aに対向する面を
示した底面図である。図2(a)に示したように金属板
11にはマイクロ波導入窓45に当接する側の面と試料
保持部42aに対向する側の面とを貫通するスリット状
のマイクロ波透過孔12が形成され、また金属板11の
一側面の中央部には、ガス供給管48に接続されガスバ
ッファ室11aにガスを導入するためのガス導入口11
bが形成されている。一方、金属板11の試料保持部4
2aと対向する面にはガスバッファ室11aに導入され
たガスを試料Sの処理面に向けて吹き出す小孔13が多
数形成されている。小孔13は所定の直径(例えば、1
mm程度)を有している。
FIG. 2A is a perspective view showing the metal plate 11 viewed from the microwave introduction window 45 side.
(B) is a bottom view showing a surface of the metal plate 11 facing the sample holding unit 42a. As shown in FIG. 2A, a slit-shaped microwave transmission hole 12 penetrating the metal plate 11 through a surface in contact with the microwave introduction window 45 and a surface in opposition to the sample holder 42a. The gas inlet 11 is connected to a gas supply pipe 48 for introducing gas into the gas buffer chamber 11a.
b is formed. On the other hand, the sample holder 4 of the metal plate 11
A large number of small holes 13 for blowing out the gas introduced into the gas buffer chamber 11a toward the processing surface of the sample S are formed on the surface facing 2a. The small hole 13 has a predetermined diameter (for example, 1
mm).

【0014】金属板11はAl等の導電性材料で形成さ
れ、かつ反応器40を介してア−ス52に接続されてい
るので、金属板11は高周波電源43が印加される試料
保持部42a(カソ−ド電極)に対するアノ−ド電極と
して作用する。また金属板11にはマイクロ波透過孔1
2が形成されているので、マイクロ波がマイクロ波導入
窓45およびマイクロ波透過孔12を介して反応室41
に導入される。また金属板11の一側面の中央部にはガ
ス供給管48に接続されるガス導入口11bが形成さ
れ、試料台42に対向する面には所定の直径を有する小
孔13が多数形成されているので、ガス供給管48から
供給されたガスは一旦ガスバッファ室11aにためられ
た後、小孔13から試料Sの処理面に向けて吹き出され
る。
Since the metal plate 11 is formed of a conductive material such as Al and is connected to the earth 52 via the reactor 40, the metal plate 11 has a sample holder 42a to which the high frequency power supply 43 is applied. (Cathode electrode). The metal plate 11 has microwave transmitting holes 1.
2 is formed, the microwave is supplied to the reaction chamber 41 through the microwave introduction window 45 and the microwave transmission hole 12.
Will be introduced. A gas inlet 11b connected to a gas supply pipe 48 is formed at the center of one side surface of the metal plate 11, and a number of small holes 13 having a predetermined diameter are formed on a surface facing the sample table 42. Therefore, the gas supplied from the gas supply pipe 48 is temporarily stored in the gas buffer chamber 11a, and then blown out from the small holes 13 toward the processing surface of the sample S.

【0015】以上説明したことから分かるように実施例
に係るプラズマ処理装置100にあっては、ア−ス52
に接続された金属板11が高周波電源43が印加される
試料保持部42a(カソ−ド電極)に対する対向電極
(アノ−ド電極)として作用するので、従来のプラズマ
処理装置400の場合と同様に、プラズマポテンシャル
を安定させ、試料S表面に安定したバイアス電圧を発生
させることができる。これによりプラズマ中のイオンエ
ネルギ−を適正化することができると共に、試料Sの処
理面に対してイオンを垂直に照射することができる。加
えて、プラズマ処理装置100にあっては所定の直径を
有する多数の小孔13からガスが吹き出されるので、試
料Sの処理面に対して垂直かつ均一にガスを吹き出させ
ることができ、前記処理面に対するガス流れを均一に保
つことができる。これにより、プラズマ処理装置100
を用いればプラズマ処理装置400を用いる場合に比べ
て、ガスの利用効率を向上させることができ、エッチレ
−トの均一性及び選択比の均一性等、処理の均一性を向
上させることができる。上記した内容を具体的数値で実
証する。
As can be seen from the above description, in the plasma processing apparatus 100 according to the embodiment, the earth 52
The metal plate 11 connected to the electrode acts as a counter electrode (anode electrode) for the sample holder 42a (cathode electrode) to which the high-frequency power supply 43 is applied. The plasma potential can be stabilized, and a stable bias voltage can be generated on the surface of the sample S. As a result, the ion energy in the plasma can be optimized, and the processing surface of the sample S can be irradiated with ions perpendicularly. In addition, in the plasma processing apparatus 100, gas is blown out from a large number of small holes 13 having a predetermined diameter, so that the gas can be blown out uniformly and perpendicularly to the processing surface of the sample S. The gas flow to the processing surface can be kept uniform. Thereby, the plasma processing apparatus 100
By using the method, the gas use efficiency can be improved as compared with the case where the plasma processing apparatus 400 is used, and the uniformity of the processing such as the uniformity of the etch rate and the uniformity of the selection ratio can be improved. The above contents will be demonstrated with specific numerical values.

【0016】図1に示したプラズマ処理装置100を用
いてシリコン酸化膜(SiO2 膜)のエッチングを行っ
た。試料Sとしては8インチのシリコンウエハ上にSi
2膜を1μm形成したものを用いた。放電用ガスとし
ては、CF4 、CHF3 、Arをそれぞれ30scc
m、30sccm、100sccm流し、ガス圧力は3
0mTorrで行った。マイクロ波は周波数2.45G
Hzのものを用い、電力1kWでプラズマを発生させ
た。また、試料保持部42aには周波数400kHzの
高周波を600Wの電力で供給した。そして図4に示し
たプラズマ処理装置400を用いて上記と同様の条件で
SiO2 膜のエッチングを行った場合を比較例とし、そ
の結果と比較した。該比較結果を図3に示す。
The silicon oxide film (SiO 2 film) was etched using the plasma processing apparatus 100 shown in FIG. As a sample S, an 8-inch silicon wafer was
An O 2 film having a thickness of 1 μm was used. As a discharge gas, CF 4 , CHF 3 , and Ar were each 30 scc.
m, 30 sccm, 100 sccm, gas pressure is 3
Performed at 0 mTorr. Microwave frequency 2.45G
Hz, and plasma was generated at a power of 1 kW. Further, a high frequency of 400 kHz was supplied to the sample holding unit 42a with a power of 600W. Then, a case where the SiO 2 film was etched under the same conditions as above using the plasma processing apparatus 400 shown in FIG. 4 was set as a comparative example, and the result was compared. The comparison result is shown in FIG.

【0017】図3(a)はプラズマ処理装置100にお
ける結果を示したグラフであり、図3(b)はプラズマ
処理装置400における結果を示したグラフである。図
3(a)および図3(b)において、〇印で示したグラ
フはSiO2 膜のエッチレ−トを示しており、△印で示
したグラフはSiに対する選択比を示している。なお横
軸はシリコンウエハの中心(=0mm)からの距離を示
している。
FIG. 3A is a graph showing a result in the plasma processing apparatus 100, and FIG. 3B is a graph showing a result in the plasma processing apparatus 400. 3 (a) and 3 (b), the graphs indicated by Δ indicate the etch rate of the SiO 2 film, and the graphs indicated by Δ indicate the selectivity to Si. The horizontal axis indicates the distance from the center (= 0 mm) of the silicon wafer.

【0018】プラズマ処理装置100を用いた場合、S
iO2 膜の平均エッチレートとして450nm/mi
n、8インチのシリコンウエハにおけるエッチレート均
一性は±5%、Siに対する選択比の均一性は±5%を
得た。これに対してプラズマ処理装置400を用いた場
合、SiO2 膜の平均エッチレートは400nm/mi
nであり、8インチのシリコンウエハにおけるエッチレ
−ト均一性は±5%であったが、Siに対する選択比の
均一性は±15%であった。これはSiO2 膜のエッチ
ングは、イオンがバイアス電圧によってエネルギ−を
得、そのエネルギ−によってエッチングが進むため、プ
ラズマとバイアス電圧の分布が均一であれば均一なエッ
チング分布が得られるのに対し、Siは中性ラジカルに
よる化学反応でエッチングが進むので、バイアスの影響
は小さく、分布はガス流れによるためと考えられる。
When the plasma processing apparatus 100 is used, S
450 nm / mi as average etch rate of iO 2 film
The etch rate uniformity of the n-inch, 8-inch silicon wafer was ± 5%, and the uniformity of the selectivity to Si was ± 5%. On the other hand, when the plasma processing apparatus 400 is used, the average etch rate of the SiO 2 film is 400 nm / mi.
n, the etch rate uniformity on an 8-inch silicon wafer was ± 5%, but the uniformity of the selectivity to Si was ± 15%. This is because, in the etching of the SiO 2 film, ions obtain energy by a bias voltage, and the etching proceeds by the energy. Thus, if the distribution of the plasma and the bias voltage is uniform, a uniform etching distribution can be obtained. Since the etching of Si proceeds by a chemical reaction due to neutral radicals, the influence of the bias is small and the distribution is considered to be due to the gas flow.

【0019】なお、上記実施例はプラズマ処理装置10
0をエッチング装置に適用した場合ついて説明したが、
なんらこれに限るものではなく、例えば薄膜形成装置等
にも適用することができる。
In the above embodiment, the plasma processing apparatus 10
0 was applied to the etching apparatus,
The present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a thin film forming apparatus.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ処理装置にあっては、前記電極手段の内部にガスバッ
ファ室が設けられ、前記電極手段の前記試料保持部と対
向する面に前記ガスバッファ室から前記試料保持部へ向
かって反応ガスを吹き出させるための複数の孔が形成さ
れ、さらに前記電極手段には前記マイクロ波導入窓に当
接する面と前記試料保持部に対向する面とを貫通するマ
イクロ波透過孔が形成されているので、反応ガスを一度
前記ガスバッファ室に導入したのち前記複数の孔から吹
き出させることにより、前記試料の処理面に対して垂直
かつ均一に反応ガスを吹き出させることができる。これ
により、効率よく反応ガスを前記試料の処理面に直接的
に到達させることができるので、反応ガスが前記試料の
処理面にたどり着くまでに回り道をして側壁等で消耗さ
れムダになるのを防止し、反応ガスの利用効率を向上さ
せることができる。また前記試料の処理面に対する反応
ガスの流れを均一にすることができ、エッチレ−トの均
一性及び選択比の均一性等、処理の均一性を向上させる
ことができる。
As described above in detail, in the plasma processing apparatus according to the present invention, a gas buffer chamber is provided inside the electrode means, and the gas buffer chamber is provided on the surface of the electrode means facing the sample holding section. A plurality of holes for blowing out a reaction gas from the gas buffer chamber toward the sample holding section are formed, and the electrode means is applied to the microwave introduction window.
A mask that penetrates the contacting surface and the surface facing the sample holder.
Since the microwave transmission holes are formed , the reaction gas is once introduced into the gas buffer chamber and then blown out from the plurality of holes, whereby the reaction gas is blown out uniformly and perpendicularly to the processing surface of the sample. be able to. This allows the reaction gas to directly reach the processing surface of the sample efficiently, preventing the reaction gas from being depleted on the side walls and the like until it reaches the processing surface of the sample and wasted. Prevention, and the utilization efficiency of the reaction gas can be improved. Further, the flow of the reaction gas to the processing surface of the sample can be made uniform, and the uniformity of the processing such as the uniformity of the etch rate and the uniformity of the selection ratio can be improved.

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

【図1】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を示し
た模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は電極手段である金属板11を示した斜
視図であり、(b)は電極手段である金属板11の試料
保持部42aに対向する面を示した底面図である。
FIG. 2A is a perspective view illustrating a metal plate 11 serving as an electrode unit, and FIG. 2B is a bottom view illustrating a surface of the metal plate 11 serving as an electrode unit facing a sample holding unit 42a. .

【図3】(a)は実施例に係るプラズマ処理装置におけ
るSiO2 膜のエッチレ−トとSiO2 膜のSiに対す
る選択比とを示したグラフであり、(b)は従来のプラ
ズマ処理装置におけるSiO2 膜のエッチレ−トとSi
2 膜のSiに対する選択比とを示したグラフである。
FIG. 3 (a) is a graph showing an etch rate of a SiO 2 film and a selectivity of a SiO 2 film to Si in a plasma processing apparatus according to an embodiment, and FIG. 3 (b) is a graph showing a conventional plasma processing apparatus. Etch rate of SiO 2 film and Si
4 is a graph showing a selectivity of an O 2 film to Si.

【図4】従来のプラズマ処理装置を示した模式的断面図
である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 金属板(ア−スされた電極手段) 11a ガスバッファ室 11b ガス導入口 12 マイクロ波透過孔 13 小孔 40 反応器 41 反応室 42 試料台 42a 試料保持部 43 高周波電源 44 誘電体線路 44a 誘電体層 44b 金属板 45 マイクロ波導入窓 46 導波管 47 マイクロ波発振器 48 ガス供給管 49 排気管 50 (冷却水通路となる)空洞 52 ア−ス S 試料 100、400 プラズマ処理装置 Reference Signs List 11 metal plate (grounded electrode means) 11a gas buffer chamber 11b gas inlet 12 microwave transmission hole 13 small hole 40 reactor 41 reaction chamber 42 sample table 42a sample holder 43 high frequency power supply 44 dielectric line 44a dielectric Body layer 44b Metal plate 45 Microwave introduction window 46 Waveguide 47 Microwave oscillator 48 Gas supply pipe 49 Exhaust pipe 50 Cavity 52 (to serve as cooling water passage) 52 Earth S sample 100, 400 Plasma processing apparatus

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−263725(JP,A) 特開 平1−120810(JP,A) 特開 平6−104098(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/205────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-63-263725 (JP, A) JP-A-1-120810 (JP, A) JP-A-6-104098 (JP, A) (58) Field (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/205

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送
する導波管と、該導波管に接続された誘電体線路と、該
誘電体線路に対向配置されるマイクロ波導入窓を有する
反応器と、該反応器内に設けられた試料保持部と、該試
料保持部に高周波電界または直流電界を印加する手段
と、前記マイクロ波導入窓と前記試料保持部との間に設
けられ、アースされた電極手段とを備えたプラズマ処理
装置において、 前記電極手段の内部にガスバッファ室が設けられ、前記
電極手段の前記試料保持部と対向する面に前記ガスバッ
ファ室から前記試料保持部へ向かってガスを吹き出させ
るための複数の孔が形成され、さらに前記電極手段には
前記マイクロ波導入窓に当接する面と前記試料保持部に
対向する面とを貫通するマイクロ波透過孔が形成され
いることを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A reactor having a microwave oscillator, a waveguide for transmitting microwaves, a dielectric line connected to the waveguide, and a microwave introduction window disposed opposite to the dielectric line. A sample holder provided in the reactor, means for applying a high-frequency electric field or a DC electric field to the sample holder, provided between the microwave introduction window and the sample holder, and grounded. A plasma processing apparatus comprising: a gas buffer chamber provided inside the electrode means; and a surface of the electrode means facing the sample holding part, the gas buffer chamber being directed from the gas buffer chamber to the sample holding part. A plurality of holes for blowing gas are formed, and the electrode means further comprises
The surface contacting the microwave introduction window and the sample holding unit
A plasma processing apparatus, wherein a microwave transmission hole penetrating an opposing surface is formed .
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