JPH0454967B2 - - Google Patents

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JPH0454967B2
JPH0454967B2 JP58077428A JP7742883A JPH0454967B2 JP H0454967 B2 JPH0454967 B2 JP H0454967B2 JP 58077428 A JP58077428 A JP 58077428A JP 7742883 A JP7742883 A JP 7742883A JP H0454967 B2 JPH0454967 B2 JP H0454967B2
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JP
Japan
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discharge tube
magnetic field
plasma
cross
discharge
Prior art date
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Application number
JP58077428A
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English (en)
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JPS59202635A (ja
Inventor
Shigeru Nishimatsu
Keizo Suzuki
Takeshi Ninomya
Yoshihiro Yokota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7742883A priority Critical patent/JPS59202635A/ja
Publication of JPS59202635A publication Critical patent/JPS59202635A/ja
Publication of JPH0454967B2 publication Critical patent/JPH0454967B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623Mechanical discharge control means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はエツチング装置に係り、とくに均一処
理可能な領域を拡大するのに好適な有磁場マイク
ロ波プラズマ放電管の構造に関するものである。
〔発明の背景〕
従来のマイクロ波プラズマ処理装置の構成例を
第1図および第2図に示す(例えば、特開昭57−
164986号公報および特開昭55−134175号公報参
照)。図において、1は放電管であり、石英ある
いはアルミナ等の絶縁物から成つており、上端は
閉じられ、下端は試料7に向つて開口されてい
る。2はマイクロ波導入用の導波管、3は磁場発
生用のソレノイドコイル、9は永久磁石である。
放電管1内に適当な放電用ガスを導入し、ソレノ
イドコイル3によつて軸方向磁場を印加した状態
で、導波管2を介して該放電管1内にマイクロ波
電力を供給することによつて、放電管1内の主放
電部4にマイクロ波放電プラズマが発生する。こ
のプラズマ中のイオンによつて試料7の表面を処
理(エツチング、デポジシヨン等)することが可
能である。なお、図中の5は処理室、6は排気
口、8は試料台を示している。第1図および第2
図においては、上部のソレノイドコイル3と下部
の永久磁石9により試料7の上下で強くなったミ
ラー磁場を形成している。これはプラズマが発散
しないように閉じ込めるためと、特に放電管1の
上部が加熱されないようにするためのものであ
る。上部のソレノイドコイル3の内部にとくに強
い磁場が存在しており、マイクロ波は導波管2に
より上部から導入されるため、この部分4に一番
密度の高いプラズマが形成される。したがつて、
この部分4を以下主放電部と呼ぶことにする。こ
の主放電部4中に直接試料を置くと試料の温度上
昇が激しいので、通常第1図や第2図のように主
放電部4より下方に試料8を置く。なお第1図や
第2図の装置においては装置全体を横向きにして
も上下逆向きにしても基本的な特性には変化はな
い。また図では放電のためのガス導入手段につい
ては図示していないが、放電管1の上部から、横
からあるいは下側から放電用のガスを適宜導入し
うるものである。
第1図に比べて、第2図では試料台8の近くま
で放電管1が下方に長くのばされているが、これ
は放電管1の下端開口部(試料のすぐ上部)を扇
形形状にして試料台(この場合は回転テーブル)
8上におかれた試料7の表面が均一にエツチング
処理されるようにするためと、磁場に拘束されな
い電気的に中性なラジカルが四方八方に飛散し
て、エツチ速度やベポジシヨン速度が遅くなる等
プラズマ処理能力の低下をおさえるための役割を
果している。
ところで、プラズマエツチングやプラズマデポ
ジシヨン等のプラズマ処理を行なわせる装置にお
いては、試料表面の均一処理という観点からは、
プラズマ中のイオンおよびラジカルが試料の表面
に均一に照射されることが必用である。また、処
理能力の面からすれば、できるだけ大面積の試料
をまたはできるだけ多数の試料を同時に処理でき
ることが望まれており、その意味でできるだけ広
い範囲にわたつて均一に分布したプラズマが得ら
れることが望ましい。しかしながら、上述したよ
うな有磁場マイクロ波放電プラズマを利用する場
合には、消費電力や装置の大きさの問題からし
て、主放電部自体の面積(断面積)を大きくする
ことには非常な困難が伴なう。とくに、主放電部
の大面積化に伴なうソレノイドコイルの大型化は
致命的な欠点となる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、有磁場マイクロ波を用いるエ
ツチング装置において、主放電部自体を大面積化
することなく、被処理物表面に対してより広い均
一処理領域をもつエツチング装置を提供すること
にある。
〔発明の概要〕
そこで、本発明においては、主放電部自体の断
面積を大きくすることなく、該主放電部から被処
理試料に向つて絶縁物よりなる放電管の断面積を
拡げることにより均一処理可能な領域を拡げてや
ることを特徴としている。
本発明の要旨は、前記放電管外周の一部に設け
られ、かつ、前記放電管内に磁力線を形成するた
めの磁場発生手段と、前記放電管いの頂部近傍に
マイクロ波を供給する導波管とを有し、前記放電
管内に有磁場マイクロ波プラズマ放電を発生させ
て被処理物をエツチングするためのエツチング装
置において、 前記放電管内の前記プラズマの密度が前記放電
管内で最も高い第一の部位を含む第一の平面の前
記放電管の断面積をS1、前記被処理物が載置され
ている第二の部位を含む第二の平面の前記放電管
の断面積をS2としたとき、前記放電管はS1<S2
なるように構成され、 前記第一の平面における前記放電管の外周には
前記磁場発生手段が設けられ、前記第二の平面に
おける前記放電管の外周には前記磁場発生手段は
設けられておらず、 前記第二の平面における前記磁力線に沿つて流
れるプラズマ流の断面積は前記第一の平面におけ
る前記磁力線に沿つて流れるプラズマ流の断面積
よりも大きくなり、かつ、前記磁力線が前記被処
理物表面に対して略垂直方向に横断するように前
記放電管頂部側からみて前記被処理物が載置され
ている部位よりも下流側の所定の位置に磁石が設
けられていることを特徴とするエツチング装置に
ある。
〔発明の実施例〕
以下に本発明の実施例をあげて、本発明につき
詳説する。
まず、有磁場マイクロ波プラズマ発生装置の磁
場の働きについて考察してみよう。
第3図に永久磁石9を設けない場合の試料台8
の近傍におけるソレノイドコイル3による磁場の
磁力線10の分布を模式的に示した。このように
永久磁石9がないと磁力線10は図示のごとく急
速に発散してしまう。10-3Torr以下圧力のもと
でのマイクロ波放電では、プラズマはこの磁力線
に沿つた形で分布することとなる。第4図のよう
に永久磁石9があると磁力線10は中ぶくれの形
となり、したがつて肉眼で見ても明らかに中ぶく
れのプラズマ発光がみられるようになる。
第5図に示したように、直径が大きくかつやや
弱い永久磁石9を用いるとさらに中ぶくれ傾向の
強くなつた磁力線分布が得られ、試料部にほぼ均
一な広いプラズマが形成されることになる。また
第6図のように下部永久磁石9の代りにソレノイ
ドコイル11を設置しても第5図の場合と同様に
なる。この場合純鉄などの磁心12をソレノイド
コイル11の中に置いても良い。このようにする
とソレノイドコイル11の電流を調節することに
よつて磁力線の広がりを制御することが容易とな
る。
上記の考察に基いて、第7図に示したように、
磁力線の形(第5図参照)に沿つて絶縁物放電管
1を試料7に向けて1′のごとく末広がりに構成
することにより、ほぼ均一でしかも面積の広いプ
ラズマ処理を可能とすることができる。放電管
1,1′の材質はマイクロ波を通す石英やアルミ
ナ等の耐熱性絶縁物である必要があり、とくにプ
ラズマエツチングでは金属汚染を避けるために、
プラズマはこのような耐熱性の絶縁物で囲まれて
いることが望ましい。最適位置の調整のためにソ
レノイドコイル3を移動させることはプラズマ状
態を変化させてしまうので、最適位置の調整は試
料台8あるいは永久磁石9を上下させることによ
り行なうのが望ましい。
第7図に示したように放電管1の形状を磁力線
に沿つて1′のごとく末広がりの形状にする代り
に、第8図に示すように不連続に拡げるようにし
てもよい。とくにソレノイドコイル11を用い、
その電流を変化させて磁場を変えるような場合
は、第8図に示したごとき構成とした方が実用的
である。
なお、第10図では、放電管1の上方にも永久
磁石14を設け、その代りにソレノイドコイル3
の電流を可調整とした例である。絶縁性の良好な
永久磁石を用いれば、このような構成も可能とな
る。また第11図、第12図に示したように放電
管1にフランジ15についていて、O−リング等
のパツキング16により真空シールする場合には
第11図の末広がりの構造では放電管1の交換等
が困難となる。したがつて、この場合には、第1
2図示のごとく、放電管を1の部分と1′の部分
とで分離できる構造としておくのがよい。
さらに、第9図に示したように、試料7の位置
にソレノイドコイル13を付加設置してそれに流
す電流を変化させて磁場の分布を制御することも
可能である。
第7図、第8図で示した放電管の場合、第11
図に示したごときフランジ15を設けてゴムパツ
キング16を用いて真空シールするためには、一
体になつた放電管では、第11図に示したごとき
構成にすることは困難である。そこで第12図の
ように放電管を分けて作りその上部1と下部拡張
部1′とを何らかの方法で連結できるようにすれ
ば良い。この場合部分1と1′の間に多少のすき
間があつても真空中であるから問題はない。
第13図に本発明によるマイクロ波プラズマ処
理装置による試料のエツチングの実行例を示す。
第1図に示した広がりのない石英製放電管(内径
120mm)と第12図に示した上下分離連結型の放
電管(上部内径120mm、下部内径200mm)とを用い
て、六フツ化硫黄(SF6)ガスで2×10-3Torrの
ガス圧のもとでマイクロ波放電プラズマを発生さ
せ、試料7としてシリコンウエハをプラズマエツ
チングした場合のエツチング深さの半径方向分布
がそれぞれ図中の曲線イとロである。これより、
エツチングの均一領域が面積で約2倍に広がつて
いることが分る。
以上主として有磁場マイクロ波プラズマによる
エツチングの例を示したが、導入ガスを変えるこ
と、さらには試料温度を制御することにより、ほ
ぼ同様の構成の装置でプラズマデポジシヨンや、
プラズマ酸化やプラズマ窒化などの表面処理が可
能となることはいうまでもない。
また、10-2Torr以上のガス圧で処理する場合
においても、ラジカルは末広がりの放電管の中で
自由に動き回るので均一領域拡大に効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、第13図の例からもわかるよ
うにプラズマによる均一処理の能力を容易に2倍
以上に向上できる。したがつて、半導体素子製造
プロセスに利用してスル−プツトの向上に寄与す
るところきわめて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は従来の有磁場マイクロ波プラ
ズマ処理装置を示す概略図である。第3図、第4
図、第5図、第6図は本発明の概念を示すための
図である。第7図、第8図、第9図、第10図、
第12図は本発明の実施例を示す図である。第1
1図は実施例のための参考図である。第13図は
本発明を用いた有磁場マイクロ波プラズマエツチ
ング例を示すデータ図である。 1,1′……放電管、2……マイクロ波導波管、
3……ソレノイドコイル、4……主放電部、5…
…処理室、6……排気口、7……試料、8……試
料台、9……永久磁石、10……磁力線、11…
…ソレノイドコイル、12……磁心、13……ソ
レノイドコイル、14……永久磁石、15……放
電管のフランジ部、16……ゴムパツキング。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 前記放電管外周の一部に設けられ、かつ、前
    記放電管内に磁力線を形成するための磁場発生手
    段と、前記放電管の頂部近傍にマイクロ波を供給
    する導波管とを有し、前記放電管内に有磁場マイ
    クロ波プラズマ放電を発生させて被処理物をエツ
    チングするためのエツチング装置において、 前記放電管内の前記プラズマの密度が前記放電
    管内で最も高い第一の部位を含む第一の平面の前
    記放電管の断面積をS1、前記被処理物が載置され
    ている第二の部位を含む第二の平面の前記放電管
    の断面積をS2としたとき、前記放電管はS1<S2
    なるように構成され、 前記第一の平面における前記放電管の外周には
    前記磁場発生手段が設けられ、前記第二の平面に
    おける前記放電管の外周には前記磁場発生手段は
    設けられておらず、 前記第二の平面における前記磁力線に沿つて流
    れるプラズマ流の断面積は前記第一の平面におけ
    る前記磁力線に沿つて流れるプラズマ流の断面積
    よりも大きくなり、かつ、前記磁力線が前記被処
    理物表面に対して略垂直方向に横断するように前
    記放電管頂部側からみて前記被処理物が載置され
    ている部位よりも下流側の所定の位置に磁石が設
    けられていることを特徴とするエツチング装置。
JP7742883A 1983-05-04 1983-05-04 エッチング装置 Granted JPS59202635A (ja)

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JP7742883A JPS59202635A (ja) 1983-05-04 1983-05-04 エッチング装置

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JP7742883A JPS59202635A (ja) 1983-05-04 1983-05-04 エッチング装置

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JPS59202635A JPS59202635A (ja) 1984-11-16
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