JPH03158471A - Microwave plasma treating device - Google Patents

Microwave plasma treating device

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JPH03158471A
JPH03158471A JP1295084A JP29508489A JPH03158471A JP H03158471 A JPH03158471 A JP H03158471A JP 1295084 A JP1295084 A JP 1295084A JP 29508489 A JP29508489 A JP 29508489A JP H03158471 A JPH03158471 A JP H03158471A
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treating chamber
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徹 大坪
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Abstract

PURPOSE:To uniformly maintain the plasma near a large-diameter semiconductor substrate at a high density by forming such a magnetic field that the magnetic lines of force parallel with the inside wall of a treating chamber near the inside wall of a plasma treating chamber, and thereby decreasing the loss of the charged particles in the plasma. CONSTITUTION:Plural pieces of permanent magnets 7, 8, 9 are so disposed on the inside wall of the treating chamber 6 that the magnetic poles adjacent to each other have reverse polarities to parallel the magnetic lines of force 12 with the inside wall. Treating gases are supplied into the treating chamber 6 from nozzles 20 in this constitution and the inside of the treating chamber 6 is controlled to a prescribed pressure. The microwaves generated by a magnetron 3 are then introduced via a waveguide 2 into a cavity resonator 1 where the electromagnetic field thereof is intensified. These microwaves are radiated through a slot 4 and a transmission window 5 to the treating chamber 6 to form the plasma. The charged particles in the plasma are, therefore, captured by the magnetic lines of force 12 and make cyclotron motion. The loss of the plasma in the treating chamber 6 is thereby suppressed and the plasma is maintained at the high density. The plasma near the large-diameter semiconductor substrate 19 is stably maintained at the high density in this way and the uniform treatment of the substrate 19 at a high speed is possible.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体デバイス製造工程における半導体基板の
ドライエツチング処理や、プラズマCVD処理などを行
うプラズマ処理装置に係り、特に高密度かつ均一なプラ
ズマを形成するに好適なマイクロ波プラズマ処理装置に
関するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs dry etching processing of semiconductor substrates, plasma CVD processing, etc. in the semiconductor device manufacturing process, and particularly relates to a plasma processing apparatus that performs high-density and uniform plasma processing. The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus suitable for forming the present invention.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体デバイスのプラズマ処理装置は、例えばドライエ
ツチング処理においては真空雰囲気としたプラズマ処理
室(以下、単に処理室と略称する)に処理ガスを導入し
てプラズマを形成し、処理ガスの電離や解離過程によっ
て化学的に反応性の高いイオンやラジカル(中性活性種
)を生成して。
For example, in dry etching processing, plasma processing equipment for semiconductor devices introduces processing gas into a plasma processing chamber (hereinafter simply referred to as processing chamber) in a vacuum atmosphere to form plasma, and processes the ionization and dissociation of the processing gas. by generating chemically highly reactive ions and radicals (neutral active species).

これらの活性粒子が物理的あるいは化学的に作用して半
導体基板上の被処理膜の所望部分をエツチング除去して
デバイスパターンを形成するものである。このような装
置で、マスクパターンに忠実な、いわゆるサイドエツチ
ングの少ないエツチング処理を実現するためには、イオ
ンやラジカルの運動の指向性を増大する為に低圧力で処
理する必要がある。
These active particles act physically or chemically to etch away a desired portion of the film to be processed on the semiconductor substrate, thereby forming a device pattern. In order to realize an etching process that is faithful to the mask pattern with less so-called side etching using such an apparatus, it is necessary to perform the process at a low pressure in order to increase the directionality of the movement of ions and radicals.

また、処理速度の向上を図るためにはイオンやラジカル
の濃度を高める必要があり、このため低い処理ガス圧力
で高密度のプラズマを形成する必要が有る。
Furthermore, in order to improve the processing speed, it is necessary to increase the concentration of ions and radicals, and therefore it is necessary to form high-density plasma at a low processing gas pressure.

こうした必要性に応えるための技術の一つとして、マイ
クロ波を用いたプラズマ発生方式が有る。
One of the technologies to meet these needs is a plasma generation method using microwaves.

マイクロ波を用いてプラズマを発生させる従来技術では
、処理ガスが低圧に保たれている処理室にマイクロ波を
導入しても、マイクロ波の電界強度が十分でないためプ
ラズマ中の電子に十分なエネルギが供給されず、また低
圧であるため電子のガス分子との衝突周波数が低いので
効率良くプラズマを発生させることが困難である。この
ため、マイクロ波を用いたプラズマ発生方式では、低い
ガス圧力で高密度プラズマを得るために、例えば特開昭
63−103088号公報に記載のように、マイクロ波
を処理室に導入する直前で空洞共振器によりその電磁界
強度を強め、これを空洞共振器の処理室側の端面に設け
たスロットを介して処理室に導入して、高密度プラズマ
を形成するようにしたマイクロ波プラズマ処理装置が公
知である。
In conventional technology that uses microwaves to generate plasma, even if the microwaves are introduced into a processing chamber where processing gas is kept at low pressure, the electric field strength of the microwaves is not sufficient to generate sufficient energy for the electrons in the plasma. Since no gas is supplied and the pressure is low, the collision frequency of electrons with gas molecules is low, making it difficult to efficiently generate plasma. For this reason, in the plasma generation method using microwaves, in order to obtain high-density plasma with low gas pressure, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-103088, the microwave is A microwave plasma processing device that uses a cavity resonator to strengthen the electromagnetic field strength and introduces this into the processing chamber through a slot provided on the end face of the cavity resonator on the processing chamber side to form high-density plasma. is publicly known.

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

マイクロ波プラズマ処理の対象物である半導体基板は、
生産性向上のために大口径化される傾向にあり、150
φ、200φのものが実用されている。
The semiconductor substrate that is the target of microwave plasma processing is
There is a trend toward larger diameters to improve productivity, and 150
φ, 200φ are in practical use.

このように大口径の半導体基板をプラズマ処理するには
、大口径プラズマを形成する必要が有る。
In order to plasma-process such a large-diameter semiconductor substrate, it is necessary to form large-diameter plasma.

しかし、前述の従来技術においては大口径プラズマを高
密度、かつ均一に安定形成するという点に配慮がされて
おらず、φ200閣以上の大口径半導体基板を高速かつ
均一にしかも安定にプラズマ処理することが難しいとい
う問題があった。
However, in the above-mentioned conventional technology, no consideration is given to forming large-diameter plasma uniformly and stably at high density, and it is difficult to plasma-process large-diameter semiconductor substrates of φ200 or more at high speed, uniformly, and stably. The problem was that it was difficult.

また、大口径の半導体基板に対しては、プラズマ密度が
低下するためにイオン量が低下し、ドライエツチング処
理においてはサイドエツチングの少ない異方性エツチン
グを達成し難いという問題があった。
Furthermore, for large-diameter semiconductor substrates, the amount of ions decreases due to a decrease in plasma density, making it difficult to achieve anisotropic etching with little side etching in dry etching.

上記のような問題を生じている原因について、次に述べ
る。
The causes of the above problems will be discussed below.

従来技術においては、プラズマ処理の均一性を±15%
以下で達成しようとすると、空洞共振器に配設するスロ
ットの最外周ピッチ径をDとし、半導体基板を載置する
電極とスロットとの距離(電極間隔)をHとして、D#
(1〜3)Hの範囲で処理室を構成する必要があった。
In conventional technology, the uniformity of plasma processing is ±15%.
To achieve this below, let D be the outermost pitch diameter of the slots arranged in the cavity resonator, and H be the distance between the electrodes on which the semiconductor substrate is placed and the slots (electrode spacing), then D#
It was necessary to configure the processing chamber within the range of (1 to 3)H.

その為、大口径プラズマを得るためにはスロットの最外
周ピッチ径りを大きく取る必要がある。
Therefore, in order to obtain large-diameter plasma, it is necessary to increase the pitch diameter of the outermost periphery of the slot.

そのため、処理の均一性を確保するためには、必然的に
電極間隔Hを増大せざるを得なかった。
Therefore, in order to ensure uniformity of processing, it was necessary to increase the electrode spacing H.

しかし、電極間隔Hが増大すると、プラズマ中の電子や
イオンの処理室内壁への損失が増大する。
However, as the electrode spacing H increases, the loss of electrons and ions in the plasma to the processing chamber wall increases.

この為、半導体基板近傍のプラズマ密度が低下するのみ
ならず、処理室の半径方向にプラズマ密度が低下して半
導体基板近傍のプラズマ密度分布が不均一となる。
For this reason, not only the plasma density near the semiconductor substrate decreases, but also the plasma density decreases in the radial direction of the processing chamber, making the plasma density distribution near the semiconductor substrate non-uniform.

その上、スロットの最外周ピッチ径りが大きくなること
によって、スロットから放射されるマイクロ波の電界強
度が弱くなるために、プラズマが安定に形成できなくな
る。
Furthermore, as the pitch diameter of the outermost circumference of the slot increases, the electric field strength of the microwave radiated from the slot becomes weaker, making it impossible to stably form plasma.

こうした理由により、従来においては大口径のプラズマ
を高密度で、均一に、しかも安定した状態で形成するこ
とが出来なかった。
For these reasons, conventionally it has not been possible to form large-diameter plasma at high density, uniformly, and in a stable state.

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、大口径の
プラズマを高密度、かつ均一に、しかも安定した状態で
形成して、大口径半導体基板を高速かつ均一に処理し得
るマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and uses microwave technology that can process large-diameter semiconductor substrates at high speed and uniformly by forming large-diameter plasma in a high-density, uniform, and stable state. The purpose of the present invention is to provide a plasma processing apparatus.

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

上記の目的は、プラズマ処理室へマイクロ波を導入する
直前で該マイクロ波の電磁界強度を強める空洞共振器、
および該空洞共振器からプラズマ処理室へマイクロ波を
放射するスロット、ならびに該プラズマ処理室の内壁近
傍に磁場を形成する複数個の磁石を設け、 かつ、上記複数個の磁石のプラズマ処理室内に向けられ
た磁極が、隣接磁石ごとに極性が反対となるように配置
することによって達成される。
The above purpose is to provide a cavity resonator that increases the electromagnetic field strength of the microwave immediately before introducing the microwave into the plasma processing chamber;
and a slot for radiating microwaves from the cavity resonator to the plasma processing chamber, and a plurality of magnets for forming a magnetic field near the inner wall of the plasma processing chamber, and the plurality of magnets are directed into the plasma processing chamber. This is achieved by arranging the magnetic poles such that each adjacent magnet has opposite polarity.

本発明を実施する際、前記の磁場が多重極性のカスプ磁
場となるように磁石配置を設定することが望ましい。
When carrying out the present invention, it is desirable to set the magnet arrangement so that the magnetic field is a multipolar cusp magnetic field.

さらに、処理室内の各磁極位置における磁束密度が電子
サイクロトロン共鳴磁場を形成するように設定すること
か望ましい。
Furthermore, it is desirable that the magnetic flux density at each magnetic pole position in the processing chamber be set so as to form an electron cyclotron resonance magnetic field.

〔作用〕[Effect]

プラズマ中の電子やイオン等の荷電粒子は、磁場が存在
すると荷電粒子の運動方向と磁場の方向に垂直な方向に
ローレンツ力を受けるので、磁力線の回りにサイクロト
ロン運動を行う、したがって、プラズマ処理室内壁に並
行する磁場を形成することによって、プラズマから処理
室内壁に向かって運動する荷電粒子は、磁束密度の大き
さに反比例した半径でサイクロトロン運動を行うので、
荷電粒子の処理室内壁への拡散損失が抑制される。
When a magnetic field exists, charged particles such as electrons and ions in plasma are subjected to Lorentz force in a direction perpendicular to the direction of movement of the charged particles and the direction of the magnetic field, so they perform cyclotron motion around the magnetic lines of force. By creating a magnetic field parallel to the wall, charged particles moving from the plasma toward the processing chamber wall perform cyclotron motion with a radius inversely proportional to the magnitude of the magnetic flux density.
Diffusion loss of charged particles to the inner wall of the processing chamber is suppressed.

前述の構成の如く、隣接磁極の極性が反対であると、一
つの磁極から出た磁力線は処理室内部に深く進入するこ
となく、処理室内壁に沿って隣接磁極に流入する。この
ため、処理室内壁近傍には該内壁と並行する強い磁場が
形成され、かつ、処理室内の中央部付近に形成される磁
場は磁束密度の小さい磁場となる。
If the polarities of the adjacent magnetic poles are opposite as in the above-described configuration, the lines of magnetic force coming out of one magnetic pole will flow into the adjacent magnetic pole along the inner wall of the processing chamber without deeply entering the inside of the processing chamber. Therefore, a strong magnetic field parallel to the inner wall is formed near the inner wall of the processing chamber, and a magnetic field formed near the center of the processing chamber has a low magnetic flux density.

これにより、処理室内の中央部付近においてはプラズマ
中の荷電粒子の拡散抑制効果が小さいので、スロット近
傍のスロット開口領域と非開口領域のプラズマ密度の疎
密分布は、半導体基板近傍に至るまでに拡散によって均
等化される。
As a result, the effect of suppressing the diffusion of charged particles in the plasma is small near the center of the processing chamber, so the density distribution of plasma density in the slot opening area and the non-opening area near the slot will be reduced until it reaches the vicinity of the semiconductor substrate. equalized by

また、処理室内壁近傍では、内壁に並行する磁場により
荷電粒子の処理室内壁への損失が抑制される。
In addition, near the inner wall of the processing chamber, the loss of charged particles to the inner wall of the processing chamber is suppressed by the magnetic field parallel to the inner wall.

これにより、大口径プラズマを得るためのスロトピッチ
径や電極間隔を広くとっても、処理室の半径方向のプラ
ズマ密度の低下が緩和されるので。
As a result, even if the slot pitch diameter and electrode spacing are widened to obtain large-diameter plasma, the decrease in plasma density in the radial direction of the processing chamber is alleviated.

大口径の均一なプラズマを形成し得る。A uniform plasma with a large diameter can be formed.

さらに、荷電粒子の損失が抑制される為にプラズマは高
密度で維持することができる。
Furthermore, since the loss of charged particles is suppressed, plasma can be maintained at high density.

また、処理室内の各磁極位置における磁束密度が、電子
サイクロトロン共鳴(ECR)条件を満足する(マイク
ロ波周波数が2.45GHzの場合。
Furthermore, the magnetic flux density at each magnetic pole position in the processing chamber satisfies electron cyclotron resonance (ECR) conditions (when the microwave frequency is 2.45 GHz).

磁束密度875G)と、この位置で電子のサイクロトロ
ン周波数とマイクロ波の周波数とが一致して電子のサイ
クロトロン共鳴現象が誘起されるので、マイクロ波のエ
ネルギが効率良く電子に吸収され、プラズマを安定した
状態で形成し得る。
At this position, the electron cyclotron frequency and the microwave frequency match and an electron cyclotron resonance phenomenon is induced, so the microwave energy is efficiently absorbed by the electrons and the plasma is stabilized. can be formed in the state.

〔実施例〕〔Example〕

次に、第1図乃至第6図を参照して第1の実施例を説明
する。
Next, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

第1図は、本発明によるマイクロ波プラズマ処理装置の
第1の実施例を示す縦断面図である。第2図、第3図お
よび第4図は、それぞれ第1図における空洞共振器1の
AA断面図、処理室のBB断面図およびCC断面図であ
る。第1図において。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a microwave plasma processing apparatus according to the present invention. FIGS. 2, 3, and 4 are an AA sectional view of the cavity resonator 1, a BB sectional view, and a CC sectional view of the processing chamber in FIG. 1, respectively. In FIG.

空洞共振器1には導波管2を介して2.45GHzのマ
イクロ波発生器であるマグネトロン3が取り付けられる
。空洞共振器1はある特定の共振モードになるように設
計されており、円形空洞共振器がT Mo、モードの場
合、スロット4は、第2図に示す様に電界を横切る方向
に同心円弧状に構成する。
A magnetron 3, which is a 2.45 GHz microwave generator, is attached to the cavity resonator 1 via a waveguide 2. The cavity resonator 1 is designed to have a certain resonant mode, and when the circular cavity resonator is in the TMo mode, the slots 4 are arranged in a concentric arc shape in the direction transverse to the electric field, as shown in FIG. Configure.

第1図の空洞共振器1は1石英またはアルミナなどの誘
電体から成るマイクロ波透過窓5を介して、スロット4
を設けた面で処理室6に接続され、大気圧下の空洞共振
器1と真空雰囲気下の処理室6とがマイクロ波透過窓5
を隔てて分離される。
The cavity resonator 1 shown in FIG.
The cavity resonator 1 under atmospheric pressure and the processing chamber 6 under vacuum atmosphere are connected to the processing chamber 6 through a microwave transmission window 5.
Separated by .

処理室6の側面には、大気側に永久磁石7,8゜9が配
設され、これら永久磁石の外周側には透磁率の高い材料
から成るヨーク10.11が設置される。
On the side surface of the processing chamber 6, permanent magnets 7, 8.9 are arranged on the atmosphere side, and a yoke 10, 11 made of a material with high magnetic permeability is arranged on the outer periphery of these permanent magnets.

ここで、永久磁石7,8.9の磁極は処理室内壁側でそ
れぞれN、S、Nと隣り合う極性が逆極性となるように
配置される。したがって、磁界は磁力線12で示す様に
形成される。
Here, the magnetic poles of the permanent magnets 7, 8, and 9 are arranged so that the polarities adjacent to N, S, and N on the inner wall side of the processing chamber are opposite to each other. Therefore, a magnetic field is formed as shown by magnetic field lines 12.

また、永久磁石7.および同8,9の処理室横断面にお
ける配置は、それぞれ第3図および第4図に示す様に偶
数個配置されており、互いに隣り合う磁石は極性が逆極
性となっている。したがって、処理室6の横断面におい
ては、磁界は磁力線13および14で示す様に多重磁極
のカスプ磁場が形成される。ここで、永久磁石7,8.
9は、処理室内の各磁極位置で磁束密度が8750のE
CR条件になるような残留磁束密度の高い磁石で構成さ
れる。
Also, permanent magnet 7. The arrangement of magnets 8 and 9 in the cross section of the processing chamber is such that an even number of magnets are arranged as shown in FIGS. 3 and 4, respectively, and adjacent magnets have opposite polarities. Therefore, in the cross section of the processing chamber 6, a multi-pole cusp magnetic field is formed as shown by magnetic lines of force 13 and 14. Here, permanent magnets 7, 8 .
9 is E with a magnetic flux density of 8750 at each magnetic pole position in the processing chamber.
It is composed of a magnet with a high residual magnetic flux density that satisfies CR conditions.

第1図の処理室6の内部には下部電極15が絶縁体16
によりアース電位に対して電気的に絶縁されて設置され
、絶縁体16はアース電位の金属性カバー17で覆われ
ている。この下部電極15には高周波電源18が接続さ
れ、プラズマ処理される半導体基板19は下部電極15
上に載置される。また、処理室6には図示しないガス供
給装置が接続されており、ガス供給ノズル20より処理
ガスが供給され、供給された処理ガスは反応したのち排
気口21から図示しない排気装置により排気される。こ
の際、処理室6の圧力は、図示しない圧力調整装置によ
り所定の圧力に制御される。
Inside the processing chamber 6 in FIG.
The insulator 16 is installed to be electrically insulated from the ground potential, and the insulator 16 is covered with a metal cover 17 at the ground potential. A high frequency power source 18 is connected to the lower electrode 15, and the semiconductor substrate 19 to be plasma processed is connected to the lower electrode 15.
placed on top. Further, a gas supply device (not shown) is connected to the processing chamber 6, and processing gas is supplied from a gas supply nozzle 20, and after reacting, the supplied processing gas is exhausted from an exhaust port 21 by an exhaust device (not shown). . At this time, the pressure in the processing chamber 6 is controlled to a predetermined pressure by a pressure regulator (not shown).

上記の構成により、半導体基板19をトライエツチング
処理する場合の動作について説明する。
The operation when performing the tri-etching process on the semiconductor substrate 19 using the above configuration will be described.

AQ合金膜をドライエツチング処理する場合は、処理ガ
スとして例えばCO2−+BCQ3が用いられ、ガス供
給ノズル20から処理室6内に供給するとともに、該処
理室6内を所定の圧力10°〜10−’Paに制御する
。続いてマグネトロン3から2.45GHzのマイクロ
波を発生させ、導波管2を経て空洞共振器1に導入する
。空洞共振器1に導入されたマイクロ波は1例えばT 
Mo、モードで共振してその電磁界が強められ、スロッ
ト4から処理室6に放射され、これにより処理室6内に
プラズマが形成される。
When dry etching an AQ alloy film, for example, CO2-+BCQ3 is used as a processing gas, and is supplied from the gas supply nozzle 20 into the processing chamber 6, and the processing chamber 6 is heated at a predetermined pressure of 10° to 10- 'Pa to control. Next, a 2.45 GHz microwave is generated from the magnetron 3 and introduced into the cavity resonator 1 via the waveguide 2. The microwave introduced into the cavity resonator 1 is 1, for example, T
Mo mode resonates and its electromagnetic field is intensified and radiated from the slot 4 to the processing chamber 6, thereby forming plasma in the processing chamber 6.

プラズマ中の荷電粒子、特にイオンに比べて2桁高い熱
速度で運動する電子は、第1図および第3図、第4図に
示す磁力線12.13.14に捕捉されてサイクロトロ
ン運動を行うので、電子のマイクロ波透過窓5、処理室
6内壁への損失が抑制される。これにより、処理室内の
プラズマは高密度に維持される。
Charged particles in plasma, especially electrons that move at a thermal velocity two orders of magnitude higher than that of ions, are captured by the magnetic field lines 12, 13, and 14 shown in Figures 1, 3, and 4, and perform cyclotron motion. , loss of electrons to the microwave transmission window 5 and the inner wall of the processing chamber 6 is suppressed. Thereby, the plasma in the processing chamber is maintained at a high density.

従って、大口径プラズマを得るためにマイクロ波透過窓
5から電極15までの距離Hを広くとっても、半導体基
板近傍のプラズマ密度は高密度に維持できるのみならず
、荷電粒子の処理室内壁への損失が抑制され、処理室半
径方向のプラズマ密度の低下が緩和されるので半導体基
板近傍のプラズマ密度の分布が均一となる。
Therefore, even if the distance H from the microwave transmission window 5 to the electrode 15 is increased in order to obtain large-diameter plasma, the plasma density near the semiconductor substrate can not only be maintained at a high density, but also the loss of charged particles to the processing chamber wall can be reduced. This suppresses the decrease in plasma density in the radial direction of the processing chamber, thereby making the distribution of plasma density near the semiconductor substrate uniform.

また、処理室内の各磁極位置で電子サイクロトロン共鳴
現象を利用することにより、プラズマを安定した状態で
形成できる。
Furthermore, by utilizing the electron cyclotron resonance phenomenon at each magnetic pole position within the processing chamber, plasma can be stably formed.

第5図は、前記の距離H(第1図参照)と電極流入イオ
ン電流密度との関係を示す図表である。
FIG. 5 is a chart showing the relationship between the distance H (see FIG. 1) and the ion current density flowing into the electrode.

黒丸を実線で繋いだカーブは本実施例における実測値で
ある。
The curve connecting black circles with solid lines is the actual measured value in this example.

また、本実施例の装置から永久磁石7,8.9を取り外
して従来例と同様の状態とした場合の実測値は白丸を鎖
線で繋いだカーブとなる。
Further, the actual measured values when the permanent magnets 7, 8, and 9 are removed from the device of this embodiment and the state is similar to that of the conventional example are a curve in which white circles are connected with chain lines.

本例によれば、半導体基板近傍のプラズマ密度を高く維
持できるので、イオン電流密度が高く、特に距離Hが1
00〜150mの広い時に2〜3倍と高密度プラズマの
維持に効果が大きい。
According to this example, since the plasma density near the semiconductor substrate can be maintained high, the ion current density is high, especially when the distance H is 1
It is 2 to 3 times more effective in maintaining high-density plasma when it is wide from 00 to 150 m.

第6図は、電極中心からの距離と電極流入イオン電流密
度との関係を示した図表であり、黒丸を繋いだ実線は本
実施例、白丸を繋いだ鎖線は前記の永久磁石7,8.9
を取り外した従来例相当の装置における実測値である0
本実施例におけるイオン電流密度分布は、イオン電流密
度の絶対量が多いのみならず、電極周辺部におけるイオ
ン電流密度の低下が抑制されるので、φ200m5の大
口径電極においても高い均一性を達成することができる
FIG. 6 is a chart showing the relationship between the distance from the center of the electrode and the density of ion current flowing into the electrode, where the solid line connecting the black circles is for the present example, and the chain line connecting the white circles is for the permanent magnets 7, 8, etc. described above. 9
0, which is an actual value measured in a device equivalent to the conventional example with the
The ion current density distribution in this example not only has a large absolute amount of ion current density, but also suppresses the decrease in ion current density around the electrode, achieving high uniformity even in a large diameter electrode of φ200 m5. be able to.

本実施例によれば、200φ以上の大口径半導体基板の
近傍のプラズマを、高密度に、しかも安定した状態に維
持することができるので、大口径半導体基板を高速かつ
均一に処理できる効果がある。
According to this embodiment, the plasma near a large-diameter semiconductor substrate of 200φ or more can be maintained in a high-density and stable state, which has the effect of processing large-diameter semiconductor substrates at high speed and uniformly. .

また、ドライエツチングにおいては、プラズマから半導
体基板に直進性を持って入射するイオンの量が高いので
、サイドエツチングの少ない異方性エツチングを達成し
易いという効果がある。
Furthermore, in dry etching, since the amount of ions that enter the semiconductor substrate from the plasma in a straight line is high, it is effective in easily achieving anisotropic etching with less side etching.

第7図は1本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の
第2の実施例を示す縦断面図である。第8図および第9
図は、それぞれ第7図の処理室6のDD断面およびEE
断面である。第7図および第8図、第9図において、第
1図に示した第1の実施例と同一構成要素には同一符号
を記した6本実施例の場合には、第7図に現われた永久
磁石7゜8の処理室内壁側における極性は互いに逆極性
であるが、第8図、第9図に示されているように処理室
6の横断面で見た極性配置は永久磁石7も8も処理室内
壁側において同極性の磁極が隣接している。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the microwave plasma processing apparatus according to the present invention. Figures 8 and 9
The figures show the DD cross section and EE cross section of the processing chamber 6 in FIG. 7, respectively.
It is a cross section. In FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9, the same components as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The polarities of the permanent magnets 7° 8 on the wall side of the processing chamber are opposite to each other, but as shown in FIGS. 8, magnetic poles of the same polarity are adjacent to each other on the inner wall side of the processing chamber.

本例においては第7図に示されたように磁力線12’が
形成される。このような構成の第2の実施例においても
、前記第1の実施例におけると同様の動作により同様の
効果が得られる。
In this example, magnetic lines of force 12' are formed as shown in FIG. In the second embodiment having such a configuration, the same effects as in the first embodiment can be obtained through the same operation.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、処理室内壁近傍で磁力線がプラズマ処
理室内壁に並行するような磁場が形成され、プラズマ中
の荷電粒子の処理室内壁への損失が小さく抑制される。
According to the present invention, a magnetic field is formed near the inner wall of the processing chamber in which magnetic lines of force are parallel to the inner wall of the plasma processing chamber, thereby suppressing the loss of charged particles in the plasma to the inner wall of the processing chamber.

従って、大口径プラズマを得るために最外周のスロット
ピッチ径と電極間隔を大きくとって荷電粒子の損失面積
が増大しても、大口径半導体基板近傍のプラズマを高密
度かつ均一性良く維持することができる。また、処理室
内壁近傍の各磁極位置には電子サイクロトロン共鳴条件
の磁場を形成すると、大口径プラズマを得るために最外
周のスロットピッチ径を大きくとってマイクロ波の電界
強度が低下しても、マイクロ波中のエネルギがプラズマ
中の電子に効率よく吸収されるので、大口径プラズマを
安定に維持することができる。
Therefore, even if the area of loss of charged particles increases by increasing the slot pitch diameter and electrode spacing at the outermost periphery in order to obtain large-diameter plasma, it is necessary to maintain high density and uniform plasma near the large-diameter semiconductor substrate. Can be done. In addition, if a magnetic field with electron cyclotron resonance conditions is formed at each magnetic pole position near the processing chamber wall, even if the microwave electric field strength decreases due to the large slot pitch diameter at the outermost periphery in order to obtain large-diameter plasma, Since the energy in the microwave is efficiently absorbed by electrons in the plasma, a large-diameter plasma can be stably maintained.

したがって、大口径半導体基板を高速で均一性良くプラ
ズマ処理することができ、半導体デバイス製造の生産性
向上9歩留り向上に効果がある。
Therefore, a large-diameter semiconductor substrate can be plasma-treated at high speed and with good uniformity, which is effective in improving productivity in semiconductor device manufacturing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の第
1の実施例を示す縦断面図、第2図は第1図のAA断面
図、第3図は第1図のBB断面図。 第4図は第1図のCC断面図である。 第5図及び第6図は上記第1の実施例の効果を説明する
ための図表である。 第7図は本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の第
2の実施例を示す縦断面図、第8図は第7図のDD断面
図、第9図は同じ<EE断面図である。 1・・・空洞共振器、2・・・導波管、4−・・スロッ
ト、5・・・マイクロ波透過窓、6・・・処理室、7,
8.9・・永久磁石、 10.11・・・ヨーク、12
.13.14・・・磁力線、15・・・下部電極、18
・・・高周波電源、19・・・半導体基板。 第 図 、2(導X奮)
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a first embodiment of a microwave plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 4 is a CC sectional view of FIG. 1. FIGS. 5 and 6 are charts for explaining the effects of the first embodiment. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the microwave plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 8 is a DD sectional view of FIG. 7, and FIG. 9 is the same <EE sectional view. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Cavity resonator, 2... Waveguide, 4-... Slot, 5... Microwave transmission window, 6... Processing chamber, 7,
8.9...Permanent magnet, 10.11...Yoke, 12
.. 13.14... Lines of magnetic force, 15... Lower electrode, 18
...High frequency power supply, 19...Semiconductor substrate. Figure 2 (Guidance)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.プラズマ処理室と、上記プラズマ処理室にマイクロ
波を導入する手段と、該プラズマ処理室に処理ガスを供
給する装置と、該プラズマ処理室内を真空に排気する手
段とよりなるプラズマ処理装置において、 前記プラズマ処理室へマイクロ波を導入する直前で該マ
イクロ波の電磁界強度を強める空洞共振器、および該空
洞共振器からプラズマ処理室へマイクロ波を放射するス
ロット、ならびに該プラズマ処理室の内壁近傍に磁場を
形成する複数個の磁石が設けられており、 かつ、上記複数個の磁石は、プラズマ処理室内に向けら
れた磁極のうち、互いに隣接する磁極が逆極性となるよ
うに配置されていることを特徴とするマイクロ波プラズ
マ処理装置。
1. A plasma processing apparatus comprising: a plasma processing chamber; a means for introducing microwaves into the plasma processing chamber; a device for supplying a processing gas to the plasma processing chamber; and a means for evacuating the inside of the plasma processing chamber. A cavity resonator that increases the electromagnetic field strength of the microwave immediately before introducing the microwave into the plasma processing chamber, a slot that radiates the microwave from the cavity resonator to the plasma processing chamber, and a slot near the inner wall of the plasma processing chamber. A plurality of magnets that form a magnetic field are provided, and the plurality of magnets are arranged such that among the magnetic poles directed into the plasma processing chamber, adjacent magnetic poles have opposite polarities. A microwave plasma processing device featuring:
2.前記のプラズマ処理室の内壁近傍に形成される磁場
が多重極性のカスプ磁場となるように、前記複数個の磁
石が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の
マイクロ波プラズマ処理装置。
2. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of magnets are arranged so that the magnetic field formed near the inner wall of the plasma processing chamber is a multipolar cusp magnetic field. .
3.前記プラズマ処理室内の各磁極位置における磁束密
度が、電子サイクロトロン共鳴条件となるような磁場が
形成されるように設定されていることを特徴とする請求
項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
3. 2. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic flux density at each magnetic pole position in the plasma processing chamber is set so as to form a magnetic field that satisfies electron cyclotron resonance conditions.
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