JPH0570956A - Microwave absorption plasma treating device having magnetic field - Google Patents

Microwave absorption plasma treating device having magnetic field

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JPH0570956A
JPH0570956A JP23483091A JP23483091A JPH0570956A JP H0570956 A JPH0570956 A JP H0570956A JP 23483091 A JP23483091 A JP 23483091A JP 23483091 A JP23483091 A JP 23483091A JP H0570956 A JPH0570956 A JP H0570956A
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JP
Japan
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plasma
gas
processing gas
chamber
magnetic field
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JP23483091A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshinori Segawa
利規 瀬川
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain the ECR microwave plasma treating device which can subject a sample substrate to a uniform plasma treatment by uniformizing the gaseous pressure distribution in a plasma forming chamber to uniformize plasma densities. CONSTITUTION:A gas distributor 10 for an annular plasma chamber introduced with treating gases through a treating gas introducing pipe 4a is attachably and detachably mounted to the position of the corner part which is the dead angle of a microwave introducing window 2 on the inside wall surface of the plasma forming chamber 1b of a vacuum vessel 1. The gas distributor 10 has a sectional space part 10a as the gas pool larger than the sectional space part of the treating gas introducing pipe 4a with the inside wall surface of the above- mentioned corner part of the plasma forming chamber 1b and is provided with plural pieces of treating gas ejection holes 10b having the hole diameter size smaller than the inside diameter of the treating gas introducing pipe 4a at prescribed intervals in its circumferential direction.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、磁場とマイクロ波エ
ネルギーによる電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyc
lotron Resonance、以下、ECRという。)を利用して
処理ガスをプラズマ化し、プラズマ中のイオンやラジカ
ルなどを照射して半導体基板などの試料基板にエッチン
グ、CVD(Chemical Vapor Deposition )、スパッタ
リング等のプラズマ処理を行う有磁場マイクロ波吸収プ
ラズマ処理装置に関するものであって、詳しくは、プラ
ズマ生成室内において処理ガスを均一に分布させること
により、プラズマ生成室内のプラズマ密度を均一化して
試料基板に均一なプラズマ処理を行えるようにした、有
磁場マイクロ波吸収プラズマ処理装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron cyclotron resonance (electron cyclotron resonance) by a magnetic field and microwave energy.
lotron Resonance, hereinafter referred to as ECR. ) Is used to turn the processing gas into plasma, and the sample substrate such as a semiconductor substrate is irradiated with ions or radicals in the plasma to perform plasma processing such as etching, CVD (Chemical Vapor Deposition) and sputtering. More specifically, the present invention relates to a plasma processing apparatus, in which a processing gas is uniformly distributed in a plasma generation chamber so that a plasma density in the plasma generation chamber is made uniform and a uniform plasma treatment can be performed on a sample substrate. The present invention relates to a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ECRプラズマを利用して試料基
板にエッチング、CVD等のプラズマ処理を行うこの種
のプラズマ処理装置の代表的なものとしては、その構成
説明図の図4に示すような、試料基板をエッチングする
有磁場マイクロ波吸収プラズマ処理装置が知られてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a typical plasma processing apparatus of this kind for performing plasma processing such as etching and CVD on a sample substrate by utilizing ECR plasma, there is shown a configuration explanatory view of FIG. A magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus for etching a sample substrate is known.

【0003】図4において、51は真空容器であり、真空
容器51は、内部に円柱状空間を形成するチャンバである
試料室51aとその上部に試料室51aに連通し同じく円柱
状空間を形成するチャンバであるプラズマ生成室51bと
を有している。このプラズマ生成室51bの上部開口部に
はこれを覆うように石英ガラスからなるマイクロ波導入
窓52が設けられるともに、矩形の導波管53が連結されて
いる。
In FIG. 4, reference numeral 51 is a vacuum container, and the vacuum container 51 is a chamber for forming a cylindrical space therein, and a sample chamber 51a is formed above the chamber 51a and communicates with the sample chamber 51a to form a cylindrical space. It has a plasma generation chamber 51b which is a chamber. A microwave introduction window 52 made of quartz glass is provided in the upper opening of the plasma generation chamber 51b so as to cover it, and a rectangular waveguide 53 is connected thereto.

【0004】真空容器51のプラズマ生成室51bの上部壁
面には、処理ガス導入管54、冷却水供給管55a及び冷却
水排出管55bが連結されており、プラズマ生成室51b内
にその上部から処理ガスが処理ガス導入管54を通して導
入される一方、プラズマ生成室51bの周壁の内部は、冷
却水供給管55aを通して供給されその冷却水排出管55b
を通して排出される冷却水により冷却されるようになっ
ている。
A processing gas introduction pipe 54, a cooling water supply pipe 55a and a cooling water discharge pipe 55b are connected to the upper wall surface of the plasma generation chamber 51b of the vacuum chamber 51, and the processing gas is introduced into the plasma generation chamber 51b from above. While the gas is introduced through the processing gas introduction pipe 54, the inside of the peripheral wall of the plasma generation chamber 51b is supplied through the cooling water supply pipe 55a and the cooling water discharge pipe 55b.
It is designed to be cooled by cooling water discharged through.

【0005】真空容器51のプラズマ生成室51bの周囲に
は、プラズマ生成室51b内にECR条件を満たす強度の
磁場を発生させるための環状の磁気コイル56、57が配さ
れている。また、真空容器51の試料室51aの下部には排
気口58が設けられ、試料室51a内に配された試料台59上
に試料基板Wが保持されるように構成されている。
Around the plasma generation chamber 51b of the vacuum chamber 51, annular magnetic coils 56 and 57 for generating a magnetic field having an intensity satisfying the ECR condition are arranged in the plasma generation chamber 51b. An exhaust port 58 is provided in the lower portion of the sample chamber 51a of the vacuum container 51, and the sample substrate W is held on a sample table 59 arranged in the sample chamber 51a.

【0006】上記のように構成された有磁場マイクロ波
吸収プラズマ処理装置においては、プラズマ生成室51b
及び試料室51aを図示しない真空ポンプにより排気口58
から排気し、プラズマ生成室51b内にその上部の一箇所
のガス導入口から処理ガスを処理ガス導入管54を通して
導入して10-2Pa〜数Pa程度の低ガス圧とする。図示しな
いマイクロ波源より周波数2.45GHzのマイクロ波を導波
管53、マイクロ波導入窓52を介してプラズマ生成室51b
内に導入するとともに、磁気コイル56、57によりECR
条件である875Gaussの磁束密度を与えてプラズマ生成室
51b内にて処理ガスをプラズマ化する。
In the magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus configured as described above, the plasma generation chamber 51b
And the sample chamber 51a is exhausted by a vacuum pump (not shown).
Then, the processing gas is introduced into the plasma generation chamber 51b through a processing gas introduction pipe 54 from a gas introduction port at one location above the plasma generation chamber 51b, and a low gas pressure of about 10 -2 Pa to several Pa is obtained. A microwave having a frequency of 2.45 GHz from a microwave source (not shown) is passed through the waveguide 53 and the microwave introduction window 52 to form the plasma generation chamber 51b.
Introduced into the inside, and ECR by magnetic coils 56 and 57
Applying a magnetic flux density of 875 Gauss, which is the condition, plasma generation chamber
The processing gas is turned into plasma in 51b.

【0007】生成されたプラズマは、磁場に沿って試料
室51a内の試料台59上へプラズマ流の形で供給される。
このようにして、試料基板Wをエッチングするようにし
ている。なお、プラズマ生成室51bへの処理ガスの導入
は、一箇所のガス導入口、もしくは、配管を単に分岐し
た数箇所のガス導入口から行われている。このことにつ
いては、ECRプラズマを利用して試料基板WにCV
D、スパッタリングのプラズマ処理を行う装置において
も同様である。
The generated plasma is supplied in the form of plasma flow onto the sample table 59 in the sample chamber 51a along the magnetic field.
In this way, the sample substrate W is etched. The process gas is introduced into the plasma generation chamber 51b through one gas introduction port or several gas introduction ports that are simply branched pipes. Regarding this, the CV is applied to the sample substrate W by using the ECR plasma.
The same applies to D and an apparatus for performing plasma processing of sputtering.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したように10-2Pa
〜数Pa程度の低ガス圧にてECRプラズマによるプラズ
マ処理が行われる。この程度の低ガス圧力では、処理ガ
スの流れは、分子数が少ないことからクヌーセン数(Kn
udsen number)Kにて規定される分子流領域(K>1)
に相当し、ガス導入口から導入された処理ガスのガス分
子は、ガス分子同士の衝突がほとんど行われることなく
プラズマ生成室の内壁面との衝突を繰り返しながらプラ
ズマ生成室内に分布して行くことになる。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, 10 -2 Pa
Plasma treatment by ECR plasma is performed at a low gas pressure of about several Pa. At such a low gas pressure, the process gas flow has a small number of molecules, so the Knudsen number (Kn
udsen number) Molecular flow region defined by K (K> 1)
The gas molecules of the processing gas introduced from the gas inlet are distributed in the plasma generation chamber while repeatedly colliding with the inner wall surface of the plasma generation chamber with almost no collision between the gas molecules. become.

【0009】ところが、従来の有磁場マイクロ波吸収プ
ラズマ処理装置では、プラズマ生成室内に、一箇所のガ
ス導入口、もしくは、配管を単に分岐した数箇所のガス
導入口から処理ガスを導入するようにしたものであるか
ら、試料基板Wへの不純物の再付着を防ぐために排気能
力を高めてプラズマ処理を行うと、処理ガスのガス分子
とプラズマ生成室内壁面との衝突が十分に繰り返されな
い状態で排気されることになり、プラズマ生成室内おけ
る処理ガスの分布が、図5に示すように、不均一な状態
となる。配管を単に分岐して例えば2箇所のガス導入口
から処理ガスを導入するようにした場合でも、図6に示
すように、配管長さの違いによるコンダクタンスの差が
生じることから、不均一なガス分布状態となる。このた
め、プラズマ生成室内のガス圧の分布が不均一となり、
その結果、プラズマ密度が均一化されず、プラズマ処理
の均一性という点で問題があった。
However, in the conventional magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus, the processing gas is introduced into the plasma generation chamber from one gas introduction port or several gas introduction ports which are simply branched pipes. Therefore, when the plasma processing is performed by increasing the exhaust capacity to prevent the reattachment of impurities to the sample substrate W, the collision between the gas molecules of the processing gas and the inner wall surface of the plasma generation chamber is not sufficiently repeated. As a result of being exhausted, the distribution of the processing gas in the plasma generation chamber becomes non-uniform as shown in FIG. Even when the pipe is simply branched to introduce the process gas from two gas introduction ports, as shown in FIG. 6, a difference in conductance occurs due to a difference in pipe length, so that a non-uniform gas is generated. Be distributed. Therefore, the distribution of gas pressure in the plasma generation chamber becomes non-uniform,
As a result, the plasma density is not made uniform, and there is a problem in terms of plasma processing uniformity.

【0010】この発明は、上記従来の問題点を解消する
ためになされたものであって、プラズマ生成室内におい
て処理ガスが均一に分布するようにしたガス・ディスト
リビュータをプラズマ生成室に設けることにより、プラ
ズマ生成室内のプラズマ密度を均一化して試料基板に均
一なプラズマ処理を行うことができる、有磁場マイクロ
波吸収プラズマ処理装置の提供を目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems. By providing a gas distributor in the plasma generation chamber so that the processing gas is uniformly distributed, It is an object of the present invention to provide a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus capable of uniformizing plasma density in a plasma generation chamber and performing uniform plasma processing on a sample substrate.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明による有磁場マイクロ波吸収プラズマ処
理装置は、処理ガスが処理ガス導入管を通して導入され
るプラズマ生成室を有する真空容器と、前記プラズマ生
成室内に磁場を形成する磁場発生手段と、前記プラズマ
生成室内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段
と、前記真空容器内に試料基板を保持する試料台とを備
え、前記プラズマ生成室内に電子サイクロトロン共鳴条
件を成立させて、処理ガスをプラズマ化することによ
り、試料基板にエッチング、CVD、スパッタリング等
のプラズマ処理を行う有磁場マイクロ波吸収プラズマ処
理装置において、前記プラズマ生成室内におけるこのプ
ラズマ生成室内に導入されるマイクロ波の当たらない位
置に、前記処理ガス導入管の断面空間部より大きい断面
空間部を有するとともに、前記処理ガス導入管の内径よ
りも小さい孔径寸法をもつ処理ガス噴出孔を複数個有
し、前記処理ガス導入管を通して処理ガスが導入される
ガス・ディストリビュータを、交換可能に取り付けてい
ることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus according to the present invention comprises a vacuum container having a plasma generation chamber into which a processing gas is introduced through a processing gas introduction pipe. A plasma generating chamber, a magnetic field generating unit for generating a magnetic field in the plasma generating chamber, a microwave introducing unit for introducing a microwave into the plasma generating chamber, and a sample stage for holding a sample substrate in the vacuum container. In a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus that performs plasma processing such as etching, CVD, and sputtering on a sample substrate by establishing an electron cyclotron resonance condition in the chamber and converting the processing gas into plasma, in the plasma generation chamber, At the position where the microwave introduced into the plasma generation chamber does not hit, the process gas guide is placed. The processing gas has a cross-sectional space portion larger than the cross-sectional space portion of the tube and a plurality of processing gas ejection holes having a hole diameter size smaller than the inner diameter of the processing gas introduction pipe, and the processing gas is introduced through the processing gas introduction pipe. It is characterized in that a gas distributor is attached in a replaceable manner.

【0012】[0012]

【作用】上記構成になるプラズマ処理装置において、ガ
ス・ディストリビュータに処理ガス導入管を通して処理
ガスが導入されると、ガス・ディストリビュータは、処
理ガス導入管の断面空間部より大きい断面空間部を有し
ているので、この断面空間部がガス溜まりとして作用す
る。したがって、ガス・ディストリビュータに導入され
た処理ガスは、そのガス分子が壁面との衝突を繰り返し
て上記断面空間部からなるガス溜まり空間部に均一に拡
散される。このガス溜まり空間部で均一に拡散された処
理ガスが、処理ガス導入管の内径よりも小さい孔径寸法
でもって複数個設けられた処理ガス噴出孔から均等に噴
出される。その結果、処理ガスがプラズマ生成室内に均
一に導入されることから、プラズマ生成室内のガス圧の
分布が均一となり、プラズマ生成室で生成されるプラズ
マの密度が均一化される。
In the plasma processing apparatus having the above structure, when the processing gas is introduced into the gas distributor through the processing gas introducing pipe, the gas distributor has a cross-sectional space portion larger than the cross-sectional space portion of the processing gas introducing pipe. Therefore, the cross-sectional space portion acts as a gas reservoir. Therefore, in the processing gas introduced into the gas distributor, the gas molecules repeatedly collide with the wall surface and are uniformly diffused in the gas reservoir space portion including the cross-sectional space portion. The processing gas uniformly diffused in the gas reservoir space is uniformly ejected from a plurality of processing gas ejection holes having a hole diameter size smaller than the inner diameter of the processing gas introduction pipe. As a result, since the processing gas is uniformly introduced into the plasma generation chamber, the distribution of gas pressure in the plasma generation chamber becomes uniform, and the density of plasma generated in the plasma generation chamber becomes uniform.

【0013】また、ガス・ディストリビュータがプラズ
マ生成室内におけるこのプラズマ生成室内に導入される
マイクロ波の当たらない位置に、例えば、マイクロ波を
導入するためのマイクロ波導入窓に対して死角となる位
置に取り付けられているので、プラズマ生成室内に支障
をきたすことなくマイクロ波が導入される。
Further, the gas distributor is located in a position inside the plasma generation chamber where microwaves introduced into the plasma generation chamber do not hit, for example, at a position which is a blind spot with respect to a microwave introduction window for introducing microwaves. Since it is attached, microwaves are introduced into the plasma generation chamber without any trouble.

【0014】そして、ガス・ディストリビュータは、そ
の処理ガス噴出孔の数、孔形状や方向、およびその断面
空間部の大きさなどを変えられるように交換可能に取り
付けられるものとされていることから、プラズマ処理の
種類、プラズマ処理すべき対象物などに応じて適宜選択
して取り付けることができる。
The gas distributor is replaceably attached so that the number of process gas ejection holes, the shape and direction of the process gas, and the size of the cross-sectional space can be changed. It can be appropriately selected and attached depending on the type of plasma treatment, the object to be plasma treated, and the like.

【0015】[0015]

【実施例】以下、実施例に基づいてこの発明を説明す
る。図1はこの発明の一実施例による、ECRプラズマ
を利用したCVDを行う有磁場マイクロ波吸収プラズマ
処理装置の構成説明図、図2は図1に示すプラズマ室用
ガス・ディストリビュータの平面図である。
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples. FIG. 1 is a configuration explanatory view of a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus for performing CVD using ECR plasma according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a gas distributor for a plasma chamber shown in FIG. ..

【0016】図1において、1は真空容器であり、真空
容器1は、内部に円柱状空間を形成するチャンバである
試料室1aとその上部に試料室1aに連通し同じく円柱状空
間を形成するチャンバであるプラズマ生成室1bとを有し
ている。このプラズマ生成室1bの上部開口部にはこれを
覆うように石英ガラスからなるマイクロ波導入窓2が設
けられるともに、矩形の導波管3が連結されている。導
波管3及びマイクロ波導入窓2は、図示しないマイクロ
波源よりマイクロ波(周波数2.45GHz)をプラズマ生成
室1b内に導入するためのマイクロ波導入手段を構成して
いる。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vacuum container. The vacuum container 1 is a chamber for forming a columnar space therein, and a sample chamber 1a is formed above the sample chamber 1a and communicates with the sample chamber 1a to form a columnar space. It has a plasma generation chamber 1b which is a chamber. A microwave introduction window 2 made of quartz glass is provided in the upper opening of the plasma generation chamber 1b so as to cover it, and a rectangular waveguide 3 is connected thereto. The waveguide 3 and the microwave introduction window 2 constitute a microwave introduction means for introducing a microwave (frequency 2.45 GHz) from a microwave source (not shown) into the plasma generation chamber 1b.

【0017】真空容器1のプラズマ生成室1bの上部壁面
には、第1の処理ガス導入管4a、冷却水供給管5a及び冷
却水排出管5bが連結される一方、プラズマ生成室1bのマ
イクロ波導入窓2側のコーナー部の内壁面には、後述す
る環状のプラズマ室用ガス・ディストリビュータ10が交
換可能(着脱可能)に取り付けられている。第1の処理
ガス(例えばO2ガス)が、第1の処理ガス導入管4a、プ
ラズマ室用ガス・ディストリビュータ10を介してプラズ
マ生成室1bに導入され、プラズマ生成室1bの周壁の内部
は、冷却水供給管5aを通して供給されその冷却水排出管
5bを通して排出される冷却水により冷却されるようにな
っている。
A first process gas introduction pipe 4a, a cooling water supply pipe 5a and a cooling water discharge pipe 5b are connected to the upper wall surface of the plasma generation chamber 1b of the vacuum chamber 1 while the microwave of the plasma generation chamber 1b is connected. An annular plasma chamber gas distributor 10 to be described later is replaceably (detachably) attached to the inner wall surface of the corner portion on the introduction window 2 side. The first processing gas (for example, O 2 gas) is introduced into the plasma generation chamber 1b via the first processing gas introduction pipe 4a and the plasma chamber gas distributor 10, and the inside of the peripheral wall of the plasma generation chamber 1b is The cooling water discharge pipe supplied through the cooling water supply pipe 5a
It is designed to be cooled by the cooling water discharged through 5b.

【0018】真空容器1のプラズマ生成室1bの周囲に
は、プラズマ生成室1b内にECR条件を満たす強度(磁
束密度875Gauss)の磁場を発生させるための磁場発生手
段としての環状の磁気コイル6、7が配されている。ま
た、真空容器1の試料室1aの下部には排気口8が設けら
れ、試料室1a内に配された電極を兼ねる試料台9の上に
試料基板Wが保持されるようになっている。
Around the plasma generation chamber 1b of the vacuum container 1, an annular magnetic coil 6 as a magnetic field generating means for generating a magnetic field having an intensity (magnetic flux density 875 Gauss) satisfying the ECR condition in the plasma generation chamber 1b, 7 are arranged. Further, an exhaust port 8 is provided in the lower portion of the sample chamber 1a of the vacuum container 1, and the sample substrate W is held on a sample table 9 which also serves as an electrode and is arranged in the sample chamber 1a.

【0019】さらに、試料室1aの周壁には第2の処理ガ
ス導入管4bが連結される一方、試料室1aのプラズマ生成
室1b側のコーナー部の内壁面には、後述する環状の試料
室用ガス・ディストリビュータ11が交換可能(着脱可
能)に取り付けられている。取り付けられている。第2
の処理ガス(例えばSiH4ガス)が、第2の処理ガス導入
管4b、試料室用のガス・ディストリビュータ11を介して
試料室1aに導入されるようになされている。
Further, while the second processing gas introducing pipe 4b is connected to the peripheral wall of the sample chamber 1a, the inner wall surface of the corner portion of the sample chamber 1a on the plasma generation chamber 1b side has an annular sample chamber described later. A gas distributor 11 is replaceably (detachably) attached. It is installed. Second
The processing gas (for example, SiH 4 gas) is introduced into the sample chamber 1a through the second processing gas introduction pipe 4b and the sample chamber gas distributor 11.

【0020】上記プラズマ室用ガス・ディストリビュー
タ10は、図1及び図2に示すように、垂直壁部、傾斜壁
部及び水平壁部を有して環状の形状をなしており、プラ
ズマ生成室1b(真空容器1)の中心軸線に対し平行な面
を有する垂直壁部と上記中心軸線に対し直角な面を有す
る水平壁部との周縁部がプラズマ生成室1bのマイクロ波
導入窓2側のコーナー部内壁面にこれに沿って固定され
た状態でこのコーナー部内壁面との間に第1の処理ガス
導入管4aの断面空間部より大きい断面空間部からなるガ
ス溜まり空間部10aを有するとともに、その傾斜壁部に
第1の処理ガス導入管4aの内径よりも小さい孔径寸法を
有する処理ガス噴出孔10bを周方向に所定間隔で複数個
設けたものである。この実施例では、処理ガス噴出孔10
bは、その孔の向きがプラズマ生成室1b(真空容器1)
の中心軸線と交差する方向とされている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the plasma chamber gas distributor 10 has an annular shape having a vertical wall portion, an inclined wall portion and a horizontal wall portion, and has a plasma generating chamber 1b. A peripheral portion of a vertical wall portion having a surface parallel to the central axis of the (vacuum container 1) and a horizontal wall portion having a surface perpendicular to the central axis is a corner of the plasma generation chamber 1b on the microwave introduction window 2 side. While being fixed to the inner wall surface of the portion, a gas reservoir space portion 10a having a cross-sectional space portion larger than the cross-sectional space portion of the first processing gas introduction pipe 4a is provided between the inner wall surface of the corner portion and the inner wall surface of the corner portion, and its inclination A plurality of processing gas ejection holes 10b having a hole diameter size smaller than the inner diameter of the first processing gas introduction pipe 4a are provided in the wall portion at predetermined intervals in the circumferential direction. In this embodiment, the processing gas ejection hole 10
In b, the direction of the hole is the plasma generation chamber 1b (vacuum container 1).
It is the direction intersecting with the central axis line of.

【0021】また、上記試料室用ガス・ディストリビュ
ータ11は、図1に示すように、垂直壁部及び水平壁部を
有して環状の形状をなしており、両壁部の周縁部が試料
室1aのプラズマ生成室1b側のコーナー部の内壁面にこれ
に沿って固定された状態でこのコーナー部内壁面との間
に第2の処理ガス導入管4bの断面空間部より大きい断面
空間部からなるガス溜まり空間部11aを有するととも
に、その垂直壁部に第2の処理ガス導入管4bの内径より
も小さい孔径寸法を有する処理ガス噴出孔11bを周方向
に所定間隔で複数個設けたものである。この実施例で
は、処理ガス噴出孔11bは、その孔の向きが試料室1a
(真空容器1)の中心軸線と交差する方向とされてい
る。
Further, as shown in FIG. 1, the sample chamber gas distributor 11 has a vertical wall portion and a horizontal wall portion and has an annular shape, and the peripheral portions of both wall portions are sample chambers. A cross-sectional space portion larger than the cross-sectional space portion of the second processing gas introduction pipe 4b is fixed to the inner wall surface of the corner portion of the plasma generation chamber 1b side of 1a along with the inner wall surface of the corner portion. In addition to having a gas reservoir space portion 11a, a plurality of processing gas ejection holes 11b having a hole diameter size smaller than the inner diameter of the second processing gas introducing pipe 4b are provided in the vertical wall portion at a predetermined interval in the circumferential direction. .. In this embodiment, the processing gas ejection hole 11b is oriented so that the direction of the hole is the sample chamber 1a.
The direction intersects with the central axis of the (vacuum container 1).

【0022】上記構成になる有磁場マイクロ波吸収プラ
ズマ処理装置において、プラズマ室用ガス・ディストリ
ビュータ10に第1の処理ガス導入管4aを通して第1の処
理ガスが導入されると、ガス・ディストリビュータ10に
導入された第1の処理ガスは、そのガス分子がプラズマ
生成室1bのコーナー部内壁面とこれに相対するガス・デ
ィストリビュータ10の面とに衝突を繰り返してガス溜ま
り空間部10aに均一に拡散される。このガス溜まり空間
部10aで均一に拡散された第1の処理ガスが各処理ガス
噴出孔10bから均等に噴出される。
In the above-structured magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus, when the first processing gas is introduced into the plasma chamber gas distributor 10 through the first processing gas introducing pipe 4a, the gas distributor 10 is introduced into the gas distributor 10. The introduced first processing gas has its gas molecules repeatedly colliding with the inner wall surface of the corner portion of the plasma generation chamber 1b and the surface of the gas distributor 10 opposite thereto, and is uniformly diffused in the gas storage space portion 10a. .. The first processing gas uniformly diffused in the gas reservoir space 10a is evenly ejected from the respective processing gas ejection holes 10b.

【0023】その結果、第1の処理ガスがプラズマ生成
室1bにその周辺部から放射状に均一に導入されることか
ら、プラズマ生成室1b内のガス圧の分布が均一となり、
プラズマ生成室1bで生成されるプラズマの密度が均一化
される。同様にして、試料室用ガス・ディストリビュー
タ11により、第2の処理ガスが試料室1aにその周辺部か
ら放射状に均一に導入される。このようにして、プラズ
マ生成室1bで生成されるプラズマの密度を均一化でき、
試料基板Wに従来に比べて均一な膜厚を有する薄膜を形
成することができる。
As a result, since the first processing gas is radially and uniformly introduced into the plasma generation chamber 1b from its peripheral portion, the gas pressure distribution in the plasma generation chamber 1b becomes uniform,
The density of the plasma generated in the plasma generation chamber 1b is made uniform. Similarly, the sample chamber gas distributor 11 radially and uniformly introduces the second processing gas into the sample chamber 1a from its peripheral portion. In this way, the density of the plasma generated in the plasma generation chamber 1b can be made uniform,
It is possible to form a thin film having a uniform film thickness on the sample substrate W as compared with the conventional one.

【0024】図3はこの発明の他の実施例による、EC
Rプラズマを利用したエッチングを行う有磁場マイクロ
波吸収プラズマ処理装置の構成説明図である。同図にお
いて、21はプラズマ生成室と試料室とを兼ねる真空容
器、22はマイクロ波導入窓、23は導波管、24は処理ガス
として例えば塩素ガスが流される処理ガス導入管、25a
は冷却水供給管、25bは冷却水排出管、26及び27はヘル
ムホルツ型の磁気コイル、28は真空容器の排気口、29は
試料基板Wが保持される電極を兼ねる試料台である。30
は真空容器1のマイクロ波導入窓22側のコーナー部の内
壁面に交換可能(着脱可能)に取り付けられたガス・デ
ィストリビュータである。このガス・ディストリビュー
タ30は、上述したプラズマ室用ガス・ディストリビュー
タ10と同構成になるものである。
FIG. 3 shows an EC according to another embodiment of the present invention.
It is a structure explanatory view of a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus which performs etching using R plasma. In the figure, 21 is a vacuum container that also serves as a plasma generation chamber and a sample chamber, 22 is a microwave introduction window, 23 is a waveguide, 24 is a processing gas introduction pipe through which chlorine gas, for example, is supplied as a processing gas, and 25a.
Is a cooling water supply pipe, 25b is a cooling water discharge pipe, 26 and 27 are Helmholtz type magnetic coils, 28 is an exhaust port of a vacuum container, and 29 is a sample table which also serves as an electrode for holding the sample substrate W. 30
Is a gas distributor that is replaceably (detachably) attached to the inner wall surface of the corner portion of the vacuum container 1 on the microwave introduction window 22 side. The gas distributor 30 has the same configuration as the plasma chamber gas distributor 10 described above.

【0025】上記構成になる有磁場マイクロ波吸収プラ
ズマ処理装置においても、処理ガスがガス・ディストリ
ビュータ30によって真空容器21のプラズマ生成空間にそ
の周辺部から放射状に均一に導入されるので、真空容器
21のプラズマ生成空間のガス圧の分布が均一となり、生
成されるプラズマの密度が均一化される。その結果、試
料基板Wに対し従来に比べて基板外周部での左右非対称
性のない均一なエッチングを行うことができる。
Also in the above-structured magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus, since the processing gas is uniformly introduced radially into the plasma generation space of the vacuum container 21 from its peripheral portion by the gas distributor 30, the vacuum container
The gas pressure distribution in the plasma generation space 21 becomes uniform, and the density of the generated plasma becomes uniform. As a result, it is possible to perform uniform etching on the sample substrate W without lateral asymmetry in the outer peripheral portion of the substrate as compared with the conventional case.

【0026】なお、ガス・ディストリビュータの形状と
しては、上記各実施例においては、プラズマ生成室内壁
面に沿う環状をなすものを例示したが、これに限定され
るものではなく、適宜の長さ寸法を有するものであって
もよく、プラズマ生成室におけるガス・ディストリビュ
ータの取り付け位置としては、上記各実施例にて例示し
たプラズマ生成室におけるマイクロ波導入側のコーナー
部に限らず、マイクロ波導入窓に対して死角となる位置
であればよい。また、上記実施例では、ECRプラズマ
を利用したCVD及びエッチングを行う例について説明
したが、この発明による有磁場マイクロ波吸収プラズマ
処理装置は、ECRプラズマを利用したスパッタリング
を行うものについても適用可能である。
As the shape of the gas distributor, in each of the above embodiments, an annular shape along the wall surface of the plasma generating chamber is illustrated, but the shape is not limited to this, and an appropriate length dimension may be used. The plasma distributor may be provided with a gas distributor at a mounting position which is not limited to the corner portion on the microwave introducing side of the plasma generating chamber illustrated in each of the above-mentioned embodiments, and is not limited to the microwave introducing window. It only needs to be a position that is a blind spot. Further, in the above-mentioned embodiment, an example of performing CVD and etching using ECR plasma has been described, but the magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus according to the present invention is also applicable to those performing sputtering using ECR plasma. is there.

【0027】[0027]

【発明の効果】この発明による有磁場マイクロ波吸収プ
ラズマ処理装置は、プラズマ生成室内におけるこのプラ
ズマ生成室内に導入されるマイクロ波の当たらない位置
に、処理ガス導入管を通して処理ガスが導入されるガス
・ディストリビュータを交換可能に取り付け、このガス
・ディストリビュータが、処理ガス導入管の断面空間部
より大きい断面空間部を有するとともに、処理ガス導入
管の内径よりも小さい孔径寸法をもつ処理ガス噴出孔を
複数個有するものとされている。
The magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus according to the present invention is a gas in which a processing gas is introduced through a processing gas introduction pipe to a position in the plasma generation chamber where microwaves introduced into the plasma generation chamber do not hit. -A distributor is replaceably attached, and this gas distributor has a cross-sectional space portion larger than the cross-sectional space portion of the processing gas introduction pipe and a plurality of processing gas ejection holes having a hole diameter size smaller than the inner diameter of the processing gas introduction pipe. It is supposed to have one.

【0028】したがって、プラズマ生成室内にマイクロ
波をガス・ディストリビュータがあることによる支障を
きたすことなく導入できる一方、ガス・ディストリビュ
ータの上記断面空間部がガス溜まりとして作用し、ガス
・ディストリビュータに導入された処理ガスは、そのガ
ス分子が壁面との衝突を繰り返して上記断面空間部から
なるガス溜まり空間部に均一に拡散される。このガス溜
まり空間部で均一に拡散された処理ガスが各処理ガス噴
出孔から均等に噴出されて、処理ガスがプラズマ生成室
に均一に導入されるので、プラズマ生成室内のガス圧の
分布が均一となり、プラズマ生成室で生成されるプラズ
マの密度を均一化できる。これにより、この発明による
有磁場マイクロ波吸収プラズマ処理装置によると、試料
基板に対して、エッチング、CVD、スパッタリング等
のプラズマ処理を行うに際し、従来に比べて均一なプラ
ズマ処理を行うことができる。
Therefore, while microwaves can be introduced into the plasma generation chamber without any trouble due to the presence of the gas distributor, the cross-sectional space portion of the gas distributor acts as a gas reservoir and is introduced into the gas distributor. The gas molecules of the processing gas repeatedly collide with the wall surface and are uniformly diffused in the gas reservoir space portion including the cross-sectional space portion. The processing gas uniformly diffused in this gas reservoir space is uniformly ejected from each processing gas ejection hole, and the processing gas is uniformly introduced into the plasma generation chamber, so that the gas pressure distribution in the plasma generation chamber is uniform. Therefore, the density of plasma generated in the plasma generation chamber can be made uniform. As a result, according to the magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus of the present invention, when performing plasma processing such as etching, CVD, and sputtering on the sample substrate, it is possible to perform more uniform plasma processing than in the past.

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

【図1】この発明の一実施例による、ECRプラズマを
利用したCVDを行う有磁場マイクロ波吸収プラズマ処
理装置の構成説明図である。
FIG. 1 is a structural explanatory view of a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus for performing CVD using ECR plasma according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すプラズマ室用ガス・ディストリビュ
ータの平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the gas distributor for the plasma chamber shown in FIG.

【図3】この発明の他の実施例による、ECRプラズマ
を利用したエッチングを行う有磁場マイクロ波吸収プラ
ズマ処理装置の構成説明図である。
FIG. 3 is a structural explanatory view of a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus for performing etching using ECR plasma according to another embodiment of the present invention.

【図4】ECRプラズマを利用したエッチングを行う従
来の有磁場マイクロ波吸収プラズマ処理装置の構成説明
図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of a conventional magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus that performs etching using ECR plasma.

【図5】プラズマ室内における従来のガス分布状態を説
明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional gas distribution state in a plasma chamber.

【図6】プラズマ室内における従来の配管分岐によるガ
ス分布状態を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a gas distribution state due to a conventional pipe branch in the plasma chamber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21…真空容器 1a…試料室 1b…プラズマ生成室
2,22…マイクロ波導入窓 3,23…導波管 4a,4b,
24…処理ガス導入管 5a,25a…冷却水供給管 5b,25b…冷却水排出管 6,7,26,27…磁気コイル
8,28…排気口 9,29…試料台 10…プラズマ室用
ガス・ディストリビュータ 10a…ガス溜まり空間部
10b…処理ガス噴出孔 11…試料室用ガス・ディストリ
ビュータ 11a…ガス溜まり空間部 11b…処理ガス噴
出孔 30…ガス・ディストリビュータ W…試料基板
1, 21 ... Vacuum container 1a ... Sample chamber 1b ... Plasma generation chamber
2, 22 ... Microwave introduction window 3, 23 ... Waveguides 4a, 4b,
24 ... Process gas introduction pipe 5a, 25a ... Cooling water supply pipe 5b, 25b ... Cooling water discharge pipe 6, 7, 26, 27 ... Magnetic coil 8, 28 ... Exhaust port 9, 29 ... Sample stage 10 ... Plasma chamber gas・ Distributor 10a ... Gas reservoir space
10b ... Processing gas ejection hole 11 ... Sample chamber gas distributor 11a ... Gas reservoir space 11b ... Processing gas ejection hole 30 ... Gas distributor W ... Sample substrate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 処理ガスが処理ガス導入管を通して導入
されるプラズマ生成室を有する真空容器と、前記プラズ
マ生成室内に磁場を形成する磁場発生手段と、前記プラ
ズマ生成室内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手
段と、前記真空容器内に試料基板を保持する試料台とを
備え、前記プラズマ生成室内に電子サイクロトロン共鳴
条件を成立させて、処理ガスをプラズマ化することによ
り、試料基板にエッチング、CVD、スパッタリング等
のプラズマ処理を行う有磁場マイクロ波吸収プラズマ処
理装置において、前記プラズマ生成室内におけるこのプ
ラズマ生成室内に導入されるマイクロ波の当たらない位
置に、前記処理ガス導入管の断面空間部より大きい断面
空間部を有するとともに、前記処理ガス導入管の内径よ
りも小さい孔径寸法をもつ処理ガス噴出孔を複数個有
し、前記処理ガス導入管を通して処理ガスが導入される
ガス・ディストリビュータを、交換可能に取り付けてい
ることを特徴とする有磁場マイクロ波吸収プラズマ処理
装置。
1. A vacuum container having a plasma generating chamber into which a processing gas is introduced through a processing gas introducing pipe, a magnetic field generating means for forming a magnetic field in the plasma generating chamber, and a microwave for introducing a microwave into the plasma generating chamber. The sample substrate is provided with a wave introducing unit and a sample table for holding a sample substrate in the vacuum container, and an electron cyclotron resonance condition is established in the plasma generation chamber to turn the processing gas into plasma, thereby etching and CVD the sample substrate. In a magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus that performs plasma processing such as sputtering, the cross-section space of the processing gas introduction pipe is larger than the cross-sectional space of the processing gas introduction pipe at a position in the plasma generation chamber where microwaves introduced into the plasma generation chamber do not hit. A hole diameter dimension that has a cross-sectional space and is smaller than the inner diameter of the processing gas introduction pipe. 2. A magnetic field microwave absorption plasma processing apparatus having a plurality of processing gas ejection holes each having the above-mentioned, and a gas distributor into which the processing gas is introduced through the processing gas introduction pipe are exchangeably attached.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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