JPH03191074A - Microwave plasma treating device - Google Patents

Microwave plasma treating device

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JPH03191074A
JPH03191074A JP33003289A JP33003289A JPH03191074A JP H03191074 A JPH03191074 A JP H03191074A JP 33003289 A JP33003289 A JP 33003289A JP 33003289 A JP33003289 A JP 33003289A JP H03191074 A JPH03191074 A JP H03191074A
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JP
Japan
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microwave
plasma
microwaves
transmission window
window
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JP33003289A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasue Sato
安栄 佐藤
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To apply plasma treatment with good uniformity by supplying a microwave to a microwave transmitting window from two places, propagating the microwave in two directions in the window and uniformizing the radiation distribution of the microwave. CONSTITUTION:The microwave plasma treating device is formed with a vacuum vessel 101, a means for propagating the microwave from a microwave oscillator and introducing the microwave into a discharge space 107 through the microwave transmitting window 105, a holder 109 for a sample 108 to be treated, etc. The microwave propagating and introducing means has a structure capable of injecting the microwave in two directions with respect to a microwave propagation path 112 in the window 105.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置、特にプラズマ
を用いた試料のエツチング、堆積膜形成、スパッタリン
グ、クリーニング、レジスト灰化等の処理に用いられる
マイクロ波プラズマ処理装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is a microwave plasma processing apparatus, particularly used for processing such as sample etching, deposited film formation, sputtering, cleaning, resist ashing, etc. using plasma. The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus.

[従来の技術] プラズマ処理法とは、特定の物質をプラズマ化して活性
の強いラジカルとイオンを発生させ、このラジカルとイ
オンを被処理体に接触させて被処理体にエツチング、堆
積膜形成、スパッタリング、クリーニング、アッシング
(灰化)等の処理を施す加工方法をいい、プラズマ処理
装置とは、該プラズマ処理法の実施に用いられる装置を
いう。
[Prior Art] Plasma processing is a process in which a specific substance is turned into plasma to generate highly active radicals and ions, and these radicals and ions are brought into contact with an object to be processed to etch the object, form a deposited film, It refers to a processing method that performs treatments such as sputtering, cleaning, and ashing (ashing), and a plasma processing apparatus refers to an apparatus used to implement the plasma processing method.

従来、こうしたプラズマ処理装置は、原料ガス導入口と
排気口とを有する真空容器で形成されたプラズマ処理室
と、該プラズマ処理室に供給される原料ガスをプラズマ
化するエネルギーを供給する電磁波等を供給する装置と
からなっている。
Conventionally, such plasma processing apparatuses include a plasma processing chamber formed of a vacuum container having a raw material gas inlet and an exhaust port, and an electromagnetic wave that supplies energy to turn the raw material gas supplied to the plasma processing chamber into plasma. It consists of a supply device.

ところで、プラズマ処理法は前述のラジカルやイオンの
強い活性に依拠するものであり、ラジカルやイオンの密
度や被処理体の温度等を適宜選択することにより、エツ
チング、堆MM形成等の各種の処理を所望に応じてなし
うることはプラズマ処理法の特徴であり、プラズマ処理
法において重要なことはラジカルやイオンの効率的生成
である。
By the way, the plasma treatment method relies on the strong activity of radicals and ions mentioned above, and various treatments such as etching and MM formation can be performed by appropriately selecting the density of radicals and ions, the temperature of the object to be treated, etc. It is a feature of the plasma processing method that it can be performed as desired, and what is important in the plasma processing method is efficient generation of radicals and ions.

従来、プラズマ化エネルギーを与える媒体としては、1
3.56MHz程度の高周波数電磁波が使用されていた
が、近年、2.45G)Iz程度のマイクロ波を用いる
ことにより、高密度プラズマを効率的に生成しうろこと
が判明し、マイクロ波を用いたプラズマ処理法が注目さ
れ、そのための装置もいくつか提案されている。
Conventionally, as a medium that provides plasma energy, 1
High-frequency electromagnetic waves of about 3.56 MHz were used, but in recent years it has been discovered that high-density plasma can be generated efficiently by using microwaves of about 2.45 G) Plasma processing methods have been attracting attention, and several devices have been proposed for this purpose.

例えば、特開昭52−126175号には、導波管の内
部にマイクロ波透過真空容器を入れてプラズマを発生さ
せ、該プラズマを用いて試料を処理する装置が開示され
ている。
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 126175/1989 discloses an apparatus in which a microwave-transmitting vacuum vessel is placed inside a waveguide to generate plasma, and a sample is processed using the plasma.

また、特開昭60−120525号には、マイクロ波に
よって発生する電場と、放電室外に置かれた磁場発生装
置によって発生した磁場とによフて効率良く電子を加速
し、中性分子と衝突、電離させ、発生した高密度プラズ
マを用い処理を行う装置が開示されている。該装置を用
いた場合、特に電子のサイクロトロン周波数とマイクロ
波の周波数が一致する様に磁場の大きさを決めると効率
良くプラズマが発生できる。一般に使われる2、45G
Hzの場合、該磁場の大きさは875ガウスである。
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-120525 discloses that electrons are efficiently accelerated by an electric field generated by microwaves and a magnetic field generated by a magnetic field generator placed outside the discharge chamber, and collide with neutral molecules. , an apparatus is disclosed that performs processing using high-density plasma generated by ionization. When using this device, plasma can be generated efficiently, especially if the magnitude of the magnetic field is determined so that the cyclotron frequency of electrons and the frequency of microwaves match. Commonly used 2,45G
For Hz, the field magnitude is 875 Gauss.

本発明は先に、該装置における処理速度の不均一性等の
欠点を改良した第9図に示すごとき装置、すなわちマイ
クロ波の透過窓の外周部よりマイクロ波を該マイクロ波
透過窓に入射せしめ、該マイクロ波が真空容器の放電空
間内に完全に放射されるように装置構成し、それにより
前記放電空間内でプラズマが効率的に且つ均一分布状態
で生起されると共に生起するプラズマにより試料の均一
なエツチング又はアッシング、そして基体上への均一な
成膜等を効率的に行い得るようにしたプラズマ処理装置
を発明した。(特願昭62−10082号) 第9図において、101は処理部を真空に保つための真
空容器、102は該真空容器内に処理ガスを導入するた
めのガス導入口、103はマイクロ波を放射するマイク
ロ波ランチャ−107はプラズマが存在する放電室、1
04はマイクロ波を放電室107に放射するマスクで導
体平板にスリット又はスロットを入れたもの、105は
誘電体、例えば石英、アルミナ、ボロンナイトライド、
フォルステライト等で構成されマイクロ波ランチャ−1
03内部と放電室107の間を真空シールするマイクロ
波透過窓、106a、106bはマイクロ波ランチャ−
103にマイクロ波を供給するための同軸管外導体、同
内導体、108は被処理試料、109は試料ホルダー 
110は放電室内を処理圧力に保つための真空排気系、
111は放電室内に磁場を発生させる空芯コイル、11
2はマイクロ波の伝搬経路、113はマイクロ波反射を
抑えるためのテーパー 114は二層構造とするための
導体板、115は導体板114とプラズマが直接接触す
るのを避けるためのマイクロ波透過絶縁板であり、11
6は該マイクロ波窓を真空封止する面である。
The present invention has previously proposed an apparatus as shown in FIG. 9 which improves the drawbacks such as non-uniformity of processing speed in the apparatus, that is, a device in which microwaves are made incident on the microwave transmission window from the outer periphery of the microwave transmission window. , the apparatus is configured so that the microwave is completely radiated into the discharge space of the vacuum vessel, and thereby plasma is generated in the discharge space efficiently and in a uniformly distributed state, and the generated plasma is used to irradiate the sample. We have invented a plasma processing apparatus that can efficiently perform uniform etching or ashing and uniform film formation on a substrate. (Japanese Patent Application No. 62-10082) In FIG. 9, 101 is a vacuum container for keeping the processing section in vacuum, 102 is a gas inlet for introducing processing gas into the vacuum container, and 103 is a microwave inlet. The radiating microwave launcher 107 is located in a discharge chamber 1 in which plasma exists.
04 is a mask for radiating microwaves into the discharge chamber 107, which is a conductive flat plate with slits or slots; 105 is a dielectric material such as quartz, alumina, boron nitride,
Microwave launcher-1 composed of forsterite etc.
03 A microwave transmitting window for vacuum sealing between the inside and the discharge chamber 107, 106a and 106b are microwave launchers.
103 is a coaxial tube outer conductor and inner conductor for supplying microwaves, 108 is a sample to be processed, and 109 is a sample holder
110 is a vacuum exhaust system for maintaining the processing pressure in the discharge chamber;
111 is an air-core coil that generates a magnetic field in the discharge chamber;
2 is a microwave propagation path, 113 is a taper to suppress microwave reflection, 114 is a conductor plate for a two-layer structure, and 115 is a microwave transparent insulation to avoid direct contact between the conductor plate 114 and plasma. board, 11
6 is a surface for vacuum sealing the microwave window.

ト記構成の装置において、マイクロ波発振器で発生した
マイクロ波(通常2.45G)lz)は、マイクロ波発
振器に戻って来るマイクロ波を吸収するアイソレータに
導波管によって供給し、更にマイクロ波ランチャ−10
3との整合をとるためのチューナーを備えた同軸変換器
に送られ、ここで導波管から同軸管に変換されマイクロ
波ランチャ−103に供給される。一方処理ガス、例え
ばSi基板のエツチングではC12、アモルファスSi
 (a−5i)の膜堆積ではSiH4、レジストアッシ
ングではo2をガス導入口102より供給される。マイ
クロ波は伝搬経路112に沿ってマイクロ波ランチャ−
内の上層部から下層部に入る。この下層部は、真空封止
窓を兼ね、116の面で真空シールを行い、マイクロ波
の吸収が少ない材質例えば、石英、アルミナ等でできて
いる。マイクロ波はマイクロ波透過窓105中を中心に
向って伝搬し、語意に設けられたスリット又はスロット
より徐々に放射される。放射されたマイクロ波は金属汚
染を防ぐ、マイクロ波吸収の少ない115の絶縁体を通
過し、放電室107に達し内部にマイクロ波の電場を作
り、この電場と空芯コイル111によって発生した磁場
のマグネトロン効果によって効率良くプラズマが発生す
る。また、磁場の大きさを電子のサイクロトロン周波数
とマイクロ波の周波数を同一(2,45GHzのとき8
75 Gauss)となる様に設定すると、電子が共鳴
的に加速され更に効率良くプラズマが発生する。
In the device configured as described above, the microwave (usually 2.45G) generated by the microwave oscillator is supplied through a waveguide to an isolator that absorbs the microwave that returns to the microwave oscillator, and is further supplied to a microwave launcher. -10
The signal is sent to a coaxial converter equipped with a tuner for matching with the waveguide 103, where it is converted from a waveguide to a coaxial tube and supplied to the microwave launcher 103. On the other hand, processing gas, for example, C12, amorphous Si, for etching a Si substrate.
For film deposition (a-5i), SiH4 is supplied, and for resist ashing, O2 is supplied from the gas inlet 102. The microwave is transmitted along the propagation path 112 to the microwave launcher.
Enter from the upper part to the lower part. This lower layer also serves as a vacuum sealing window, performs vacuum sealing on the surface 116, and is made of a material that absorbs little microwaves, such as quartz or alumina. The microwave propagates toward the center in the microwave transmission window 105, and is gradually radiated from the slit or slot provided in the microwave transmission window 105. The emitted microwaves pass through an insulator 115 with low microwave absorption to prevent metal contamination, reach the discharge chamber 107, and create a microwave electric field inside.This electric field and the magnetic field generated by the air core coil 111 are combined. Plasma is efficiently generated by the magnetron effect. In addition, the magnitude of the magnetic field is the same as the electron cyclotron frequency and the microwave frequency (8 at 2.45 GHz).
75 Gauss), electrons are accelerated resonantly and plasma is generated more efficiently.

この様に発生したプラズマ中に存在するイオン、ラジカ
ルにより試料を処理する。試料処理に強い影響を及ぼす
プラズマの密度、温度、イオンの価数は放射されるマイ
クロ波の強度に依存し、それらの空間分布はマイクロ波
の放射分布に強く依存する。マイクロ波の放射分布は導
体板104のスリット又はスロットの分布、スリット又
はスロットの幅を変化させることによって任意に変える
ことができる。例えば、スリットの形状を渦巻状とした
場合、中心部のマイクロ波の強度が強ければスリット間
隔を中心部で大きくし、周辺部で小さくすることにより
、マイクロ波の放射分布を均一とすることか可能であり
、均一な処理を行なうことができる。
The sample is treated with the ions and radicals present in the plasma thus generated. Plasma density, temperature, and ion valence, which have a strong influence on sample processing, depend on the intensity of the emitted microwaves, and their spatial distribution strongly depends on the microwave radiation distribution. The microwave radiation distribution can be arbitrarily changed by changing the distribution of the slits or slots in the conductor plate 104 and the width of the slits or slots. For example, if the slit has a spiral shape, and the microwave intensity at the center is strong, the slit interval can be made larger at the center and smaller at the periphery to make the microwave radiation distribution uniform. possible, and uniform processing can be performed.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前述の例ではプラズマ化エネルギーとな
るマイクロ波電力の大きさによって、プラズマ密度分布
が変化するため、用いうるマイクロ波電力全範囲で均一
なプラズマ処理を実施することは困難であった。このこ
とは、例えば第10図に示す前述の例によるマイクロ波
電力と、プラズマ処理と正の相関がある電子電流分布と
の関係で、マイクロ波電力900Wでは比較的均一であ
るか500Wでは中心付近の電子電流が著しく小さくな
っていることでボされている。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above example, the plasma density distribution changes depending on the magnitude of the microwave power used as plasma generation energy, so it is difficult to perform uniform plasma processing over the entire range of usable microwave power. It was difficult to do so. For example, in the relationship between the microwave power according to the above-mentioned example shown in FIG. 10 and the electron current distribution, which has a positive correlation with plasma processing, it is found that the microwave power is relatively uniform at 900 W, or near the center at 500 W. This is because the electron current has become significantly smaller.

本発明は前記装置をさらに改良するものであり、マイク
ロ波電力範囲によらず均一なプラズマ処理が可能なマイ
クロ波プラズマ処理装置を提供するものである。
The present invention further improves the above-mentioned apparatus, and provides a microwave plasma processing apparatus capable of uniform plasma processing regardless of the microwave power range.

[課題を解決するための手段] 本発明は、放電空間を有し原料ガスを該放電空間に供給
する手段を備えた真空容器、マイクロ波発振器からのマ
イクロ波を伝搬させてマイクロ波透過窓を通して前記放
電空間内に導入するマイクロ波伝搬・導入手段、及び前
記放電空間内にマイクロ波透過窓に向い合フて配置され
た被処理試料保持台を少なくとも有してなるプラズマ処
理装置において、該マイクロ波伝搬・導入手段が、マイ
クロ波透過窓内のマイクロ波伝搬経路に対し2方向から
マイクロ波か入射する構造を有していることを特徴とす
るマイクロ波プラズマ処理装置であり、本発明によれば
、2方向からマイクロ波透過窓にマイクロ波が供給され
るため、放電室(放電空間)に放射されるマイクロ波電
力の総和が変化しても常に均一性の良いプラズマを発生
させることができ、この結果均一性の良いプラズマ処理
か可能となる。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a vacuum vessel having a discharge space and a means for supplying raw material gas to the discharge space, and a vacuum container that propagates microwaves from a microwave oscillator through a microwave transmission window. A plasma processing apparatus comprising at least a microwave propagating/introducing means for introducing into the discharge space, and a processing sample holding table disposed in the discharge space facing a microwave transmission window. A microwave plasma processing apparatus characterized in that the wave propagation/introduction means has a structure in which microwaves are incident on a microwave propagation path in a microwave transmission window from two directions, and according to the present invention. For example, since microwaves are supplied to the microwave transmission window from two directions, a highly uniform plasma can be generated at all times even if the total amount of microwave power radiated into the discharge chamber (discharge space) changes. As a result, plasma processing with good uniformity is possible.

本発明の装置は、基本的に放電空間を有し原料ガス供給
手段を備えた真空容器、マイクロ波透過窓を通してマイ
クロ波を放射するマイクロ波伝搬・導入手段、被処理試
料を装着する保持台、及び該透過窓の裏面と密着し保存
する透過窓保持手段を少なくとも備えたプラズマ装置で
あり、上記構成を有するものであればそれらの他に種々
の手段を有していてもよい。例えば、マイクロ波により
発生するプラズマ発生効率を上げるため空芯コイルによ
り磁場を印加する手段を備えたもの、発生したイオンを
加速するため被処理試料保持台に高周波電力を印加でき
る手段を有するもの、又同じくマイクロ波透過窓保持体
等に高周波電力を印加する手段を備えたもの、さらにイ
オンエネルギーを増大させるための電極を放電空間の下
方に設けたもの等プラズマ発生による被処理材料のエツ
チング、アッシング又は成膜処理等を行なうことのでき
る装置に対しすべて本発明を適用することができる。
The apparatus of the present invention basically comprises a vacuum container having a discharge space and equipped with a raw material gas supply means, a microwave propagation/introduction means for emitting microwaves through a microwave transmission window, a holding table on which a sample to be processed is mounted, and a transmission window holding means that is held in close contact with the back surface of the transmission window, and may include various other means as long as it has the above configuration. For example, one that is equipped with a means for applying a magnetic field using an air-core coil in order to increase the efficiency of plasma generation generated by microwaves, one that is equipped with a means that can apply high-frequency power to a sample holding table to be processed to accelerate the generated ions, Similarly, those equipped with means for applying high frequency power to a microwave-transmitting window holder, etc., and those equipped with an electrode below the discharge space to increase ion energy, etc. Etching and ashing of the material to be processed by plasma generation. Alternatively, the present invention can be applied to all apparatuses capable of performing film formation processing and the like.

又、透過窓のマイクロ波放射面にはマイクロ波を均一に
放射させるためのスロット又はスリットが設けられた導
体板、さらに該導体板からの金属スパッタを防止するた
めのマイクロ波を透過する保護板等が設けられていても
よく、マイクロ波の放射により発生するプラズマ密度分
布をより均化させることができる。
Further, the microwave emitting surface of the transmission window includes a conductor plate provided with slots or slits for uniformly emitting microwaves, and a protection plate that transmits microwaves to prevent metal sputtering from the conductor plate. etc. may be provided, and the plasma density distribution generated by microwave radiation can be more evenly distributed.

マイクロ波伝搬・導入手段は基本的に、マイクロ波発振
器以降マイクロ波透過窓から放電空間へマイクロ波を放
射させるまでに関与する手段であり、例えばアイソレー
タ、チューナ、導波管マイクロ波透過窓(以降単に透過
窓と称す)等より成るものである。
Microwave propagation/introduction means are basically the means involved in emitting microwaves from the microwave oscillator to the microwave transmission window to the discharge space, such as isolators, tuners, waveguide microwave transmission windows (hereinafter referred to as (simply referred to as a transmission window).

本発明において透過窓のマイクロ波伝搬経路に対し2つ
の方向からマイクロ波が入射するとは、上記マイクロ波
伝搬・導入手段が透過窓へマイクロ波を導入する導波管
のマイクロ波導入経路を2つ持つということである。例
えば、透過窓が円形の場合は、チューナから真空容器内
の透過窓へマイクロ波を導入する同軸管を2重構造とし
1方を透過窓の中心部、他方を透過窓の外周部へ向わせ
るような構成とするとよい。
In the present invention, when microwaves are incident on the microwave propagation path of the transmission window from two directions, it means that the microwave propagation/introduction means has two microwave introduction paths of the waveguide that introduces the microwaves into the transmission window. It means having. For example, if the transmission window is circular, the coaxial tube that introduces the microwave from the tuner to the transmission window in the vacuum container has a double structure, with one side facing the center of the transmission window and the other facing the outer periphery of the transmission window. It is recommended that the configuration be such that

本発明においては、透過窓内を伝搬するマイクロ波の伝
搬経路は基本的に、所定の厚さを有する透過窓の厚さ方
向と垂直方向であり、この伝搬経路と垂直方向に該マイ
クロ波は放電室に放射されるものであり、すなわち、透
過窓内ではマイクロ波は厚さ方向と垂直の面を伝搬経路
とするもので、2方向から透過窓に入射したマイクロ波
は上記同じ面内の伝搬経路を伝搬する。
In the present invention, the propagation path of the microwave propagating within the transmission window is basically perpendicular to the thickness direction of the transmission window having a predetermined thickness, and the microwave propagates in the direction perpendicular to this propagation path. The microwaves are radiated into the discharge chamber. In other words, within the transmission window, the microwave propagation path is a plane perpendicular to the thickness direction, and the microwaves incident on the transmission window from two directions are propagated within the same plane. Propagate along the propagation path.

例えばある厚みを有する円形の透過窓において、その外
周部と中心部からマイクロ波を入射させることにより、
外周から中心へ向う伝搬方向と中心から外周へ向う伝搬
方向の2方向が伝搬経路上に生じる。どちらの伝搬方向
をとるマイクロ波も当該透過窓の厚み方向から放電室へ
放射される。又この他にもある厚みを有する長方形の透
過窓において、互いに対向する側面からマイクロ波を入
射させれば、伝搬経路上180°方向が異なるマイクロ
波の伝搬が生じる。尚、透過窓内の2つのマイクロ波の
伝搬方向のお互いのなす角度は上記のように180° 
(外周→中心、左→右等)に限らず、例えば90°であ
っても後述するマイクロ波放射の均一化作用が得られる
ものであればいず九でもよい。又場合によっては3方向
以上の伝搬方向を有していてもよい。
For example, by injecting microwaves from the outer periphery and center of a circular transmission window with a certain thickness,
Two directions occur on the propagation path: a propagation direction from the outer periphery to the center and a propagation direction from the center to the outer periphery. Microwaves in either propagation direction are radiated into the discharge chamber from the thickness direction of the transmission window. In addition, if microwaves are incident on a rectangular transmission window having a certain thickness from opposite sides, the microwaves will propagate in different directions by 180 degrees on the propagation path. The angle between the propagation directions of the two microwaves in the transmission window is 180° as described above.
The angle is not limited to (outer periphery to center, left to right, etc.), and may be any angle, for example, 90 degrees as long as the effect of uniformizing microwave radiation, which will be described later, can be obtained. Further, depending on the case, there may be three or more propagation directions.

透過窓内のマイクロ波伝搬方向を2つにすることによる
作用効果は次のように説明することができる。
The effects of having two directions of microwave propagation within the transmission window can be explained as follows.

第4図は円形の透過窓を用いて放電室へマイクロ波を放
射した場合に発生するプラズマ密度分布を模式的に示し
たものである。すなち、透過窓の外周部と中心部の両方
からマイクロ波を入射すると、それぞれ第10図の従来
例で示したマイクロ波電力500Wの場合の様に、マイ
クロ波は透過窓内を伝搬中に放射強度が減衰し、ある点
を境に著しく低下する。しかし、本発明においては、伝
搬方向が互いに異なっていいるため、放射強度の減衰を
相殺することが可能となる。すなわち、両者の和が透過
窓全体からのマイクロ波放射により形成されるプラズマ
密度となり、一方により形成されるプラズマ密度の小さ
い部分で他方による密度を大きくすることで、両者合計
による密度を放電室の面内分布において平均化すること
が可能となる。
FIG. 4 schematically shows the plasma density distribution generated when microwaves are radiated into the discharge chamber using a circular transmission window. In other words, when microwaves are incident on both the outer periphery and the center of the transmission window, the microwaves are propagating inside the transmission window, as in the case of microwave power of 500 W shown in the conventional example in Figure 10. The radiation intensity attenuates and drops significantly after a certain point. However, in the present invention, since the propagation directions are different from each other, it is possible to offset the attenuation of the radiation intensity. In other words, the sum of both is the plasma density formed by microwave radiation from the entire transmission window, and by increasing the density of the other in the part where the plasma density formed by one is small, the density of the sum of both can be reduced to the density of the discharge chamber. It becomes possible to average the in-plane distribution.

ある伝搬方向のマイクロ波の放射により形成されるプラ
ズマ密度分布の状態は、マイクロ波電力、マイクロ波周
波数、透過窓の材質及び放射面の形状、該放射面にスリ
ットやスロットが設けられている場合はそれらの形状、
配列、スリット又スロットと伝搬方向となす角度等によ
り異るため、それらを2つのマイクロ波の伝搬方向のそ
れぞれにおいて設定することにより、放電室面内プラズ
マ密度分布を均一化することが単に可能となる。特にス
リットやスロットの形状はマイクロ波放射に影響を与え
、均一化に重要な要件である。
The state of the plasma density distribution formed by microwave radiation in a certain propagation direction depends on the microwave power, microwave frequency, the material of the transmission window, the shape of the radiation surface, and if the radiation surface has a slit or slot. are their shapes,
Since it differs depending on the arrangement, slits, and the angle between the slot and the propagation direction, it is simply possible to make the plasma density distribution in the discharge chamber uniform by setting these in each of the two microwave propagation directions. Become. In particular, the shape of slits and slots affects microwave radiation and is an important requirement for uniformity.

又、伝搬方向の異なる2つのマイクロ波の位相は透過窓
内で互いに干渉し減衰しないよう、適当な手段、例えば
プランジャーやフェイズシフタ等によりマツチングをと
ればよい。
Further, the phases of two microwaves having different propagation directions may be matched by appropriate means such as a plunger or a phase shifter so that they do not interfere with each other and attenuate within the transmission window.

尚、第4図ではプラズマ密度分布について示しているが
、これは、プラズマ処理(エツチング、アッシング、成
膜等)速度と比例に近い正の相関があることがわかって
おり、経験的にもプラズマ密度分布の均一化はエツチン
グ処理速度の均一化を意味するとしてよい。又プラズマ
密度分布はラングミニアープローブによって測定するこ
とができるものである。
Furthermore, Fig. 4 shows the plasma density distribution, which is known to have a positive correlation close to proportionality to the plasma processing (etching, ashing, film forming, etc.) rate, and empirically shows that the plasma density distribution A uniform density distribution may mean a uniform etching speed. Further, the plasma density distribution can be measured using a Langminier probe.

[実施例] 以下実施例を示し本発明をさらに説明する。[Example] The present invention will be further explained below with reference to Examples.

実施例1 第1図は本発明のプラズマ処理装置の最も典型的なもの
の構成を示す概略図である。第1図において106a、
106c、106bはマイクロ波ランチャ−103にマ
イクロ波を供給するための同軸管外導体、回内兼外導体
、同内導体、112a、112bはマイクロ波伝搬経路
、113a、113bはマイクロ波反射を抑えるためノ
テーバー、116a、116bは真空シール面、117
はマイクロ波を伝搬させる導波管、118は導波管から
の同軸管への変換時のマツチングプランジャーであり、
その他図中第9図において付した同一の符号を付したも
のは第9図と同一のものを示している。第2図及び第3
図はスリット又はスロットを有する導体平板104の態
様を示し、第2図は渦状スリットを入れた導体平板、第
3図は長方形スロット301を多数配した導体板を示す
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the most typical plasma processing apparatus of the present invention. In FIG. 1, 106a,
106c and 106b are coaxial outer conductors, pronating and outer conductors, and inner conductors for supplying microwaves to the microwave launcher 103, 112a and 112b are microwave propagation paths, and 113a and 113b are suppressing microwave reflections. Note bar, 116a, 116b are vacuum sealing surfaces, 117
is a waveguide for propagating microwaves, 118 is a matching plunger when converting from a waveguide to a coaxial tube,
In other figures, the same reference numerals as in FIG. 9 indicate the same components as in FIG. 9. Figures 2 and 3
The figures show an embodiment of a conductor flat plate 104 having slits or slots, FIG. 2 shows a conductor flat plate with spiral slits, and FIG. 3 shows a conductor plate with a large number of rectangular slots 301.

ここで、スロット又はスリットから放射されるマイクロ
波の割合は、スロット長2が λ。/ (2Fl)に近づくと増加しく但しここでλ。
Here, the proportion of microwaves radiated from the slot or slit is λ when the slot length 2 is λ. / (2Fl), it increases as it approaches (2Fl), but here λ.

はマイクロ波の真空中での波長、ε1は、透過窓の比誘
電率)又、マイクロ波の入射方向に対するスリットの傾
き角θが90°に近、ずくほど増加し0ではマイクロ波
はほとんど放射されない。従って、これらの2.0.ス
ロット幅W、スロット間隔S、スロット列間隔d及びこ
れらの分布、配置(例えば中心付近のスロットの数を増
やす)を調整することにより処理をさらに均一化できる
様にすることができる。尚、スロットやスリットの形状
は第2図や第3図に示したものに限らず、プラズマ処理
を均一化できるよう適宜選定すればよい。
is the wavelength of the microwave in vacuum, and ε1 is the dielectric constant of the transmission window).Also, the inclination angle θ of the slit with respect to the direction of incidence of the microwave is close to 90°, and increases as the angle increases, and at 0, almost no microwave is emitted. Not done. Therefore, these 2.0. By adjusting the slot width W, the slot spacing S, the slot row spacing d, and their distribution and arrangement (for example, increasing the number of slots near the center), the processing can be made more uniform. Note that the shapes of the slots and slits are not limited to those shown in FIGS. 2 and 3, and may be appropriately selected so as to make the plasma processing uniform.

次に上記構成による装置を用いたプラズマ処理動作の一
例について説明する。まず、真空容器101を真空排気
系110によって予じめI X 10””Torr以下
に排気しておき、次にガス導入口102より、Siのエ
ツチングではSF6又はC12ガス、a−5iの堆積で
はSiH4を入れ、放電室内の圧力を、Siのエツチン
グでは2 X 10−’Torr〜2 X 10””T
orr%a−5iの堆積では5×1O−3TOrr〜I
 Torrに設定する。
Next, an example of a plasma processing operation using the apparatus having the above configuration will be described. First, the vacuum chamber 101 is evacuated in advance to below I x 10'' Torr by the evacuation system 110, and then from the gas inlet 102, SF6 or C12 gas is used for Si etching, and SF6 or C12 gas is used for a-5i deposition. SiH4 is introduced, and the pressure in the discharge chamber is set to 2 X 10-'Torr to 2 X 10''T for Si etching.
For deposition of orr%a-5i, 5×1O-3TOrr~I
Set to Torr.

次にマイクロ波発振器で発生させたマイクロ波(通常2
.45GHz)は、マイクロ波発振器へ戻って来るマイ
クロ波を吸収するアイソレータに導波管117によって
伝送され、チューナによって負荷側とのチューニングを
取る。透通窓105の外周部から供給されるマイクロ波
は、まずマイクロ波伝搬経路112aに従フて、同軸管
外導体106a、同軸管内兼外導体106Cで構成され
る同軸管に伝搬経路が変換される。ここで変換のマツチ
ングはプランジャー118によってとっている。該同軸
管中を伝搬して来たマイクロ波は、テーパー113aで
反射を抑えながらマイクロ波ランチャ−103内の上層
部に入り半径方向に、外周部に向って伝搬し上層部の外
周部から下層部の透過窓に入る。
Next, a microwave oscillator generates microwaves (usually 2
.. 45 GHz) is transmitted by a waveguide 117 to an isolator that absorbs the microwaves returning to the microwave oscillator, and is tuned to the load side by a tuner. The microwaves supplied from the outer periphery of the transparent window 105 first follow the microwave propagation path 112a, and then the propagation path is converted into a coaxial tube composed of a coaxial tube outer conductor 106a and a coaxial tube inner/outer conductor 106C. Ru. Here, matching of conversion is performed by a plunger 118. The microwave that has propagated through the coaxial tube enters the upper layer of the microwave launcher 103 while suppressing reflection by the taper 113a, propagates in the radial direction toward the outer periphery, and is transmitted from the outer periphery of the upper layer to the lower layer. Enter the transparent window in the section.

一方透過窓105の中心部から供給されるマイクロ波は
、マイクロ波伝搬経路112bに従って、同軸管内導体
106b、同軸管内兼外導体106Cで構成される同軸
管に、プランジャー118でマツチングを取って、伝搬
経路が変換され、テーパー113aの内側と113bで
反射を抑えながら透過窓105の中心部より入る。マイ
クロ波電力は外周部から加えるものが300〜1200
W、中心部より加えるものが0〜300W程度である。
On the other hand, the microwave supplied from the center of the transmission window 105 is matched by a plunger 118 to a coaxial tube composed of a coaxial inner conductor 106b and a coaxial inner/outer conductor 106C according to a microwave propagation path 112b. The propagation path is changed and the light enters from the center of the transmission window 105 while suppressing reflection inside the taper 113a and 113b. The microwave power added from the outer periphery is 300 to 1200
W, the power applied from the center is about 0 to 300 W.

透過窓105の内部に入ったマイクロ波の波長は、窓材
の比誘電率を61とすると波長は17 FGになりスリ
ット又はスロットの形状は該波長によって設定されるの
で、窓の材質を選ぶことによってプラズマ密度分布を調
整することができる。窓材としてはマイクロ波の吸収が
少ない石英、アルミナ、電化アルミ、フォルスラド、ボ
ロンナイトライド、窒化ケイン、マグネシア(Zr、 
Sn) TiO系、Ta0−TiO系、複合ペロブスカ
イト系のセラミックス窒化アルミを主成分とし窒化ホウ
素を含むマシナブルセラミックス等が適している。その
サイズは、そのサイズは、装置の使用目的、装置規模等
により適宜決定される。また該透過窓105は真空シー
ル面116a、bで真空封止されている。
The wavelength of the microwave that entered the inside of the transmission window 105 is 17 FG if the dielectric constant of the window material is 61, and the shape of the slit or slot is determined by this wavelength, so the material of the window should be selected. The plasma density distribution can be adjusted by As window materials, quartz, alumina, electrified aluminum, forsurad, boron nitride, cane nitride, magnesia (Zr,
Suitable materials include TiO-based, Ta0-TiO-based, and composite perovskite-based ceramics; machinable ceramics containing aluminum nitride as a main component and boron nitride; and the like. The size is appropriately determined depending on the purpose of use of the device, the scale of the device, and the like. Further, the transmission window 105 is vacuum-sealed with vacuum seal surfaces 116a and 116b.

透過窓105の外周部から入ったマイクロ波は、外周部
から中心に向って、また中心から入ったマイクロ波は中
心部より外周部に向って第2図に示したスリット又は第
3図に示したスロットを持った導体平板104と導体板
114の間にある透過窓105中を伝搬しながら、スリ
ット又はスロットより徐々に放射される、放射されたマ
イクロ波は115の絶縁板を通過し、放電室107に達
し内部にマイクロ波の電場を作り、この電場と空芯コイ
ル111によって発生した磁場との相互作用によって効
率よくプラズマが発生する。また磁場の大きさを電子の
サイクロトロン周波数とマイクロ波の周波数を同一(2
,45G)lzのとき875Gauss)にすると、電
子が共鳴的に加速され更に効率良くプラズマが発生する
Microwaves entering from the outer periphery of the transmission window 105 are directed from the outer periphery toward the center, and microwaves entering from the center are directed from the center toward the outer periphery through the slit shown in FIG. 2 or the slit shown in FIG. The radiated microwaves are gradually radiated from the slits while propagating through the transparent window 105 between the conductive flat plate 104 and the conductive plate 114 having slots, and the radiated microwaves pass through the insulating plate 115 and are discharged. The microwaves reach the chamber 107 and create an electric field therein, and the interaction between this electric field and the magnetic field generated by the air-core coil 111 efficiently generates plasma. Also, the magnitude of the magnetic field is the same as the electron cyclotron frequency and the microwave frequency (2
, 45G)lz), electrons are accelerated resonantly and plasma is generated more efficiently.

発生したプラズマの密度は模式的に第4図に示す様にな
る。同図において外周部から入れたマイクロ波によるも
のは第10図の500W時のように中心付近で密度が減
少している。この部分を中心より入れたマイクロ波によ
って発生したプラズマによって補い全体として均一性の
よいプラズマを発生させることができる。Siのエッチ
レートとa−5iの堆積レートの処理速度の均一性はプ
ラズマ密度と比例に近い正の相関があるので、処理速度
も均一化し、均一性の良いエツチング又は膜堆積が可能
となる。
The density of the generated plasma is schematically shown in FIG. In the same figure, the density of microwaves input from the outer periphery decreases near the center, as shown at 500 W in FIG. 10. This portion is supplemented by plasma generated by microwaves introduced from the center, making it possible to generate plasma with good uniformity as a whole. Since the uniformity of the processing speed of the Si etch rate and the a-5i deposition rate has a positive correlation close to proportionality to the plasma density, the processing speed can also be made uniform, making it possible to perform etching or film deposition with good uniformity.

ここで、外周部→中心部へ伝搬するマイクロ波の電力を
、中心部→外周部へ伝搬するマイクロ波の電力との電力
比は、前者が300〜1200W後者が0〜300W程
度(Zoo:O〜50:50)としているが、これは、
第4図に示したようなプラズマ密度分布を測定し、最も
平均化される割合でそれぞれの電力を設定すればよく、
総電力の大きさ、マイクロ波周波数透過窓の材質又は形
状、スリット又はスロットの形状及びマイクロ波の透過
窓への入射方向、入射位置等により適宜設定すればよい
。従って、場合によっては上記両者の電力比は100:
O〜0:100の範囲をとりえるものである。又両者マ
イクロ波の位相は均一処理ができるように調整すればよ
いが、互いに透過窓内を伝搬中に干渉しあい減衰しない
ようマイクロ波伝搬・導入構造を考慮しマツチングをと
ればよい。
Here, the power ratio of the microwave power propagating from the outer periphery to the center to the microwave power propagating from the center to the outer periphery is approximately 300 to 1200 W for the former and 0 to 300 W for the latter (Zoo: O ~50:50), which is
All you have to do is measure the plasma density distribution as shown in Figure 4, and set each power at the rate that is most averaged.
It may be set as appropriate depending on the magnitude of the total power, the material or shape of the microwave frequency transmission window, the shape of the slit or slot, the direction of incidence of the microwave on the transmission window, the incidence position, etc. Therefore, in some cases, the power ratio of the above two is 100:
It can range from 0 to 0:100. The phases of both microwaves may be adjusted so that uniform processing can be performed, but the microwave propagation/introduction structure may be considered and matched to prevent mutual interference and attenuation during propagation within the transmission window.

処理中にプラズマが直接導体板に接し、金属がスパッタ
ーされ試料が該金属によって汚染されるのを防ぐため、
115の絶縁板を付けるとよい。
To prevent the plasma from coming into direct contact with the conductive plate during processing, sputtering metal, and contaminating the sample with the metal,
It is recommended to attach a 115 insulating plate.

この絶縁板の材質としては石英、アルミナ、窒化アルミ
、窒化ケイ素、フォルステライト、ボロンナイトライド
、窒化アルミを主成分とし窒化ホウ素を含むマツナブル
セラミックス、マグネシア(Zr、 Sn) TiO系
、Ta0−TiO系、複合ベロズスカイト系のセラミッ
クスで構成されるマイクロ波の吸収が少なく汚染源とな
らないものを用いることができ、目的とする処理により
適宜選択する。例えば、Si、 5i02のエツチング
、アモルファスSiの堆積では石英、アルミナのエツチ
ングではアルミナ等を選ぶとよい。
The materials of this insulating plate include quartz, alumina, aluminum nitride, silicon nitride, forsterite, boron nitride, matunable ceramics containing aluminum nitride as the main component and boron nitride, magnesia (Zr, Sn) TiO system, Ta0-TiO Ceramics such as composite belodskite-based ceramics that absorb little microwaves and do not become a source of contamination can be used, and are appropriately selected depending on the intended treatment. For example, it is preferable to select quartz for etching Si, 5i02 and depositing amorphous Si, and alumina for etching alumina.

導体にあけられたスリット又はスロット形状は、第2図
、第3図に示したものに限らず、同心円、クロススロッ
ト等任意の形状でも同様の効果が得られる。また導体板
の代りにスリット又はスロットを持つ導体箔を透過窓の
放電室側の表面にメツキ等で被覆しても同様の効果が得
られる。磁場が弱い時(≦100 gauss)やない
時又はそれほど均一性が問題とならないとき例えば、ク
リーニング等の処理のときは、導体板104と絶縁板1
15を外しても同様の効果が得られる。これは、プラズ
マが導体であるための導体板を類似した作用をするから
である。
The shape of the slit or slot formed in the conductor is not limited to that shown in FIGS. 2 and 3, but any shape such as concentric circles, cross slots, etc. can provide the same effect. Furthermore, the same effect can be obtained by covering the surface of the transmission window on the discharge chamber side with plating or the like with a conductor foil having slits or slots instead of the conductor plate. When the magnetic field is weak (≦100 gauss) or absent, or when uniformity is not so important, for example during processing such as cleaning, the conductive plate 104 and the insulating plate 1
A similar effect can be obtained even if 15 is removed. This is because plasma is a conductor, so it acts similar to a conductive plate.

第1図に示した実施例では、透過窓105の外周部及び
中心部へ供給するマイクロ波は、それぞれ別のマイクロ
波発振器によって発振されたが、第5図のブロック図に
示す様に、−台のマイクロ波発振器で発生したマイクロ
波を電力分配器で2波に分波しそわぞれに結合しても良
い。一方のマイクロ波は、そのままチュナーに入り、も
う一方のマイクロ波は位相調整するフェーズシフタ通し
てチュナーへ入る。電力分配器の電力分配割合と、フェ
ーズシフタの位相シフト量は均一性の良い処理ができる
ような値に調整する。チュナー以後は第1図に示した実
施例と同一である。
In the embodiment shown in FIG. 1, the microwaves supplied to the outer periphery and the center of the transmission window 105 are oscillated by separate microwave oscillators, but as shown in the block diagram of FIG. The microwave generated by the microwave oscillator of the stand may be split into two waves by a power divider and then coupled to each wave. One microwave enters the tuner as is, and the other microwave enters the tuner through a phase shifter that adjusts the phase. The power distribution ratio of the power divider and the amount of phase shift of the phase shifter are adjusted to values that allow processing with good uniformity. Everything after the tuner is the same as the embodiment shown in FIG.

実施例2 次に本発明の装置の別の態様として試料ホルダー109
に高周波電力を印加する構成を有する装置を第6図に示
す。第6図において、619は試料ホルダー109を電
気的に絶縁するための絶縁体、621は試料ホルダー1
09に高周波電力を供給するための高周波電源であり、
620はホルダーを直流的にフローティングするための
コンデンサである。その他第1図に付したと同一の符号
を付したものは第1図と同一のものを示す。
Example 2 Next, as another embodiment of the apparatus of the present invention, a sample holder 109
FIG. 6 shows an apparatus having a configuration for applying high frequency power to the oscilloscope. In FIG. 6, 619 is an insulator for electrically insulating the sample holder 109, and 621 is an insulator for electrically insulating the sample holder 109.
A high frequency power supply for supplying high frequency power to 09,
620 is a capacitor for DC floating the holder. Other components denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same components as in FIG.

この装置の動作を説明すると、放電空間107に前述し
た実施例1と同様にプラズマをマイクロ波によって発生
させる。同時に高周波電力を試料ホルダー109に印加
すると、試料ホルダーはコンデンサ620によって直流
的にフローティングしているので負にバイアスされ、試
料108に向かってイオンがそのバイアス電圧によって
加速され、イオンによる処理が促進される。イオンのエ
ネルギーはバイアス電圧によって決まり、バイアス電圧
は高周波電力によって決まるので、高周波電力によって
イオンのエネルギーが制御できる。
To explain the operation of this device, plasma is generated in the discharge space 107 using microwaves in the same manner as in the first embodiment described above. At the same time, when high-frequency power is applied to the sample holder 109, the sample holder is biased negatively because it is DC-floated by the capacitor 620, and ions are accelerated toward the sample 108 by the bias voltage, promoting processing by the ions. Ru. The energy of the ions is determined by the bias voltage, and the bias voltage is determined by the radio frequency power, so the energy of the ions can be controlled by the radio frequency power.

エツチングの場合、例えはイオンのエネルギーかある程
度必要な5in2のエツチングではイオンのエネルギー
を制御してイオン衝突によるダメージを軽減しながら、
適度なエツチング速度が得られる。またSiO□の膜堆
積ではイオンのエネルギーを制御し、イオン衝突による
適度のエツチングを同時に進行させながら膜を堆積させ
、膜上の凹凸をなくし平坦な膜を形成できる。
In the case of etching, for example, in 5in2 etching, which requires a certain amount of ion energy, the ion energy is controlled to reduce damage caused by ion collisions.
Appropriate etching speed can be obtained. Furthermore, when depositing a SiO□ film, the energy of the ions is controlled, and the film is deposited while moderate etching is simultaneously progressing due to ion bombardment, thereby eliminating unevenness on the film and forming a flat film.

使用する高周波の周波数に関しては2〜3 MHz以上
で、バイアス電圧によるイオンのエネルギー制御が可能
で通常13.56GHzの工業用高周波を用いるウ一方
、2〜3 MHz以下の周波数の高周波では、バイアス
電圧によるイオンのエネルギー制御はできないが、今度
は直接イオンが高周波電場によって加速されるので同様
にイオンのエネルギーを制御できる。通常用いる周波数
は100 KHz〜500 KHzの範囲である。この
場合は高周波は試料ホルダーではなく、対向するマイク
ロ波ランチャ−103に印加しても良い。これは通常ス
リット又はスロット間隔d、スロット長2は10co+
以下であり、またスリット又はスロット幅Sは1cm以
下であるため高周波(≦13.56MHz)的には平板
とみなせるからである。
Regarding the frequency of the high frequency used, it is possible to control the energy of ions by bias voltage at a frequency of 2 to 3 MHz or higher, and an industrial high frequency of 13.56 GHz is usually used. However, since the ions are directly accelerated by the high-frequency electric field, the energy of the ions can be controlled in the same way. Frequencies commonly used range from 100 KHz to 500 KHz. In this case, the high frequency may be applied not to the sample holder but to the opposing microwave launcher 103. This is usually the slit or slot spacing d, and the slot length 2 is 10co+
Moreover, since the slit or slot width S is 1 cm or less, it can be regarded as a flat plate in terms of high frequency (≦13.56 MHz).

実施例3 第7図に別の態様を示す。第7図において722は高周
波をチューナー側へ向かうのを阻止するためのチョーク
構造体、719はマイクロ波ランチャ−103を電気的
に絶縁するための絶縁体であり、その他第1図、第6図
に付したと同一の符号を付したものは第1図、第6図と
同一のものを示す。この装置の動作の概略は次のようで
ある。第1図に示した実施例と同様にマイクロ波によっ
て放電室107にプラズマを発生させ、高周波電源62
1によってマイクロ波ランチャ−103全体に高周波を
加え、と導体板104−プラズマ−試料ホルダー(又は
試料)間に高周波電場か発生し、この電場によってイオ
ンが加速され、エツチング、アッシング、成膜等を効率
的に行うことができる。
Example 3 Another embodiment is shown in FIG. In FIG. 7, 722 is a choke structure for blocking high frequency waves from going toward the tuner side, 719 is an insulator for electrically insulating the microwave launcher 103, and the others shown in FIGS. 1 and 6 The same reference numerals as in FIG. 1 and FIG. 6 indicate the same components. The outline of the operation of this device is as follows. Similar to the embodiment shown in FIG. 1, plasma is generated in the discharge chamber 107 using microwaves, and
1, a high frequency is applied to the entire microwave launcher 103, and a high frequency electric field is generated between the conductor plate 104, the plasma, and the sample holder (or sample), and this electric field accelerates ions to perform etching, ashing, film formation, etc. It can be done efficiently.

以上述べた高周波を同時に加える実施例2及び本実施例
おいては、導体板104と試料ホルダー109が平行平
板型の反応装置の対向電極として働くので単に一方に高
周波電場を加え、対向平板電極がない場合と異なり、マ
スタープラズマ−試料ホルダー間に均一な高周波電場が
発生し、均一なエツチング、アッシング、成膜等を行う
ことができる。
In Example 2 and this example, in which the high frequency waves are simultaneously applied as described above, the conductor plate 104 and the sample holder 109 act as opposing electrodes of the parallel plate type reaction device, so the high frequency electric field is simply applied to one side, and the opposite plate electrode is Unlike the case where there is no master plasma, a uniform high frequency electric field is generated between the master plasma and the sample holder, and uniform etching, ashing, film formation, etc. can be performed.

実施例4 次に示す態様として、放電室10フに発生したプラズマ
より電極群によってイオンを取り出し、試料108に照
射し処理を行う装置を第8図に示す。
Embodiment 4 As the next embodiment, FIG. 8 shows an apparatus in which ions are extracted from the plasma generated in the discharge chamber 10 using a group of electrodes and irradiated onto the sample 108 for treatment.

第8図において、823は放電室内に発生したプラズマ
を真空容器から絶縁するための石英、アルミナ、ボロン
ナイトライド、フォルステライト等のマイクロ波を透過
する絶縁内容器、824゜825.826は多数の孔が
開き互いに孔が光学的に位置合わせしたイオン引き出し
用電極、827.828,824,825の引き出し電
極に直流電圧を加えるための直流電源、827は処理室
、102°は処理室に設けたガス導入口である。その使
節1図、第9に示したものと同一のものは、第1図第9
と同一のものを示す。
In Fig. 8, 823 is an insulating inner container made of quartz, alumina, boron nitride, forsterite, etc. that transmits microwaves and is used to insulate the plasma generated in the discharge chamber from the vacuum vessel; Ion extraction electrodes with holes opened and the holes optically aligned with each other, a DC power supply for applying DC voltage to the extraction electrodes 827, 828, 824, and 825, 827 provided in the processing chamber, and 102° provided in the processing chamber. This is the gas inlet. The same thing as that shown in Figure 1, No. 9 of the envoy is shown in Figure 1, No. 9.
indicates the same thing as.

第8図に示した装置の動作を説明する。まず導体板10
4のスリット又はロフトから放射されたマイクロ波は絶
縁内容器823を透過し放電室107に供給される。次
に処理ガス例えば、試料であるSi基板にSiN膜を堆
積させる場合102よりN2ガスを導入し、102゛よ
りSiH4ガスを導入する。第1図に示した実施例1と
同様の作用によって放電室107内にプラズマが発生し
、磁力線に沿ってプラズマは拡散し、イオン引き出し用
電極824に達する。プラズマ中のイオン(主にN“、
N2”)は、直流電源827によって加えられた電圧に
依存するエネルギーを得、また電極825に直流電源8
28によって加えられた電圧によってイオンの拡がりを
制御し、処理室829に設置された試料ホルダー109
に載せた試料108に照射され、SiH4を分解、Si
と化合し、SiN膜を堆積させる。引出し用の電極は第
8図に示した3枚構成に限定される必要はなく、1枚、
2枚構成でも同様の効果が得られる。
The operation of the apparatus shown in FIG. 8 will be explained. First, conductor plate 10
The microwave radiated from the slit or loft of No. 4 passes through the insulating inner container 823 and is supplied to the discharge chamber 107. Next, processing gases such as N2 gas are introduced from 102 and SiH4 gas is introduced from 102' when depositing a SiN film on a Si substrate as a sample. Plasma is generated in the discharge chamber 107 by the same action as in the first embodiment shown in FIG. 1, and the plasma is diffused along the lines of magnetic force and reaches the ion extraction electrode 824. Ions in the plasma (mainly N",
N2'') obtains energy depending on the voltage applied by the DC power source 827 and also connects the electrode 825 to the DC power source 827.
The spread of ions is controlled by the voltage applied by the sample holder 109 installed in the processing chamber 829.
The sample 108 placed on the
and deposits a SiN film. The extraction electrode need not be limited to the three-layer configuration shown in FIG. 8, but may include one electrode,
A similar effect can be obtained with a two-sheet configuration.

プラズマ室107から引き出したイオンの分布はプラズ
マ室のプラズマの分布に大きく依存しており、外周部と
中心から供給するマイクロ波の割合を適当に調整するこ
とによって均一なプラズマを発生させ、これにより均一
なイオンビームを得ることかできる。またエツチングに
おいてはこのイオンビームによって10−’Torr台
の圧力下でエツチングすることによって方向がそろった
イオンビームが試料に達し、イオンの進行方向にエツチ
ングが進み、異方エツチングが可能となる。
The distribution of ions extracted from the plasma chamber 107 largely depends on the distribution of plasma in the plasma chamber, and by appropriately adjusting the ratio of microwaves supplied from the outer periphery and the center, a uniform plasma can be generated. It is possible to obtain a uniform ion beam. In etching, the ion beam is etched under a pressure on the order of 10-' Torr, so that the ion beam reaches the sample in a uniform direction, and the etching progresses in the direction in which the ions travel, making anisotropic etching possible.

以上実施例1〜4で述べてきた゛種々の態様においては
、エツチング又は膜堆積について述べてきたが、アッシ
ング、クリーニングも同様に処理ができる。例えばそれ
らの装置でSiウェハー上にあるノボラック系のホトレ
ジストをアッシングする場合は、ガス導入口より酸素ガ
スをプラズマ処理室内に導入した圧力を0.1〜I T
orr程度に保つ、酸素プラズマによってアッシングを
行なう。又それらの装置で、Siウェハーをクリーニン
グする場合は、ガス導入口よりArガスを導入し圧力を
lo−2〜I Torrに設定し、マイクロ波を供給し
プラズマを発生させ、プラズマ中のアルゴンイオンによ
りスパッタリング作用で汚れをクリーニングを行う。
In the various embodiments described above in Examples 1 to 4, etching or film deposition has been described, but ashing and cleaning can be similarly performed. For example, when ashing novolac photoresist on a Si wafer using these devices, the pressure at which oxygen gas is introduced into the plasma processing chamber from the gas inlet is 0.1 to I T
Ashing is performed using oxygen plasma, which is maintained at about orr. When cleaning Si wafers with these devices, Ar gas is introduced from the gas inlet, the pressure is set at lo-2 to I Torr, microwaves are supplied to generate plasma, and argon ions in the plasma are removed. Cleans dirt by sputtering action.

尚、圧力が1O−2Torr以下で磁場がなくてもプラ
ズマが発生し同様の処理が可能な場合は空芯コイル11
1は不用である。
In addition, if the pressure is 1O-2 Torr or less and plasma is generated even in the absence of a magnetic field and similar processing is possible, use the air-core coil 11.
1 is unnecessary.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明の装置はマイクロ波透過窓
に2ケ所からマイクロ波を供給し、透過窓内のマイクロ
波伝搬方向を2つとする構造を有するため、均一性の良
い、プラズマ処理を行うことができるマイクロ波の所望
の電力比で、該マイクロ波を供給することができ、広い
電力範囲で均一性の良い処理が行える効果がある。
[Effects of the Invention] As explained above, since the device of the present invention has a structure in which microwaves are supplied to the microwave transmission window from two places and there are two directions of microwave propagation within the transmission window, uniformity can be improved. It is possible to supply microwaves at a desired power ratio for performing good plasma processing, and it is possible to perform processing with good uniformity over a wide power range.

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

第1図は本発明の実施例1におけるマイクロ波プラズマ
処理装置の構成を示す概略図、第2図は本発明に係る渦
状のスリットを持つ導体板の平面図、 第3図は同じく多数の長方形スロットを持つ導体板の平
面図、 第4図は本発明の装置により得られる生成したプラズマ
密度及び処理速度の分布の模式図、第5図は本発明に係
るマイクロ波の供給を一つのマイクロ波発振器により行
なうブロック図、第6図は実施例2における試料ホルダ
ー高周波を加える装置の構成を示す概略図、 第7図は実施例3におけるマイクロ波ランチャ−に高周
波を加える装置の構成を示す概略図、 第8図は実施例4における放電室よりイオンを引き出し
処理する装置の構成を示す概略図、第9図は従来のマイ
クロ波プラズマ処理装置の構成を示す概略図、 第10図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置による電
子電流の分布を示すグラフである。 101:真空容器 102.102’  :ガス導入口、 103:マイクロ波ランチャ− 104:マスク(スリット又はスロットを有する導体平
板) 105:マイクロ波透過窓 106:同軸管 a外導体、b内導体、C内蓋外導体、 107:放電室 108:被処理試料 109:試料ホルダー 110:真空排気系 111:空芯コイル 112.112a、112b: マイクロ波伝搬経路 113、 113a。 114:導体板 115:絶縁板 116.116a。 117:導波管 118:マツチングブランジャー 201:渦状スリット 301:長方形スロット 619:絶縁体 620:コンデンサ 621:高周波電源 113b:テーパー 116b :真空ツール面 719:絶縁体 722:チョーク構造体 823:絶縁内容器 824.825.826:電極 827.828:直流電源 829:処理室
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a microwave plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a conductor plate having spiral slits according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram of the distribution of plasma density and processing speed generated by the apparatus of the present invention, and FIG. 5 is a plan view of a conductor plate having slots. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a device for applying high frequency to a sample holder in Example 2, and FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a device for applying high frequency to a microwave launcher in Example 3. , FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a device for extracting ions from the discharge chamber in Example 4, FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional microwave plasma processing device, and FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional microwave plasma processing device. It is a graph showing distribution of electron current by a wave plasma processing apparatus. 101: Vacuum container 102.102': Gas inlet, 103: Microwave launcher 104: Mask (conductor flat plate with slits or slots) 105: Microwave transmission window 106: Coaxial tube a outer conductor, b inner conductor, C Inner lid outer conductor, 107: Discharge chamber 108: Sample to be processed 109: Sample holder 110: Vacuum exhaust system 111: Air core coil 112. 112a, 112b: Microwave propagation path 113, 113a. 114: Conductor plate 115: Insulating plate 116.116a. 117: Waveguide 118: Matching plunger 201: Spiral slit 301: Rectangular slot 619: Insulator 620: Capacitor 621: High frequency power supply 113b: Taper 116b: Vacuum tool surface 719: Insulator 722: Choke structure 823: Insulation Inner container 824.825.826: Electrode 827.828: DC power supply 829: Processing chamber

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)放電空間を有し原料ガスを該放電空間に供給する
手段を備えた真空容器、マイクロ波発振器からのマイク
ロ波を伝搬させてマイクロ波透過窓を通して前記放電空
間内に導入するマイクロ波伝搬・導入手段、及び前記放
電空間内にマイクロ波透過窓に向い合って配置された被
処理試料保持台を少なくとも有してなるプラズマ処理装
置において、 該マイクロ波伝搬・導入手段が、マイクロ波透過窓内の
マイクロ波伝搬経路に対し2方向からマイクロ波が入射
する構造を有し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) Microwave propagation in which microwaves from a vacuum container having a discharge space and a means for supplying raw material gas to the discharge space are propagated and introduced into the discharge space through a microwave transmission window. - In a plasma processing apparatus comprising at least an introduction means and a sample holding stand disposed in the discharge space facing a microwave transmission window, the microwave propagation/introduction means includes a microwave transmission window. A microwave plasma processing apparatus characterized by having a structure in which microwaves are incident on a microwave propagation path from two directions.
(2)前記マイクロ波透過窓の放電空間側の表面にマイ
クロ波を放射するスリット又はスロットを有する導体板
を設置又は、該導体箔を被覆した構造を有することを特
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) Claim (1) characterized in that the microwave transmitting window has a structure in which a conductor plate having a slit or slot for radiating microwaves is installed on the surface of the discharge space side or covered with the conductor foil. The microwave plasma processing apparatus described in .
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