JPH06340985A - Plasma treating method and device - Google Patents

Plasma treating method and device

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JPH06340985A
JPH06340985A JP5257993A JP25799393A JPH06340985A JP H06340985 A JPH06340985 A JP H06340985A JP 5257993 A JP5257993 A JP 5257993A JP 25799393 A JP25799393 A JP 25799393A JP H06340985 A JPH06340985 A JP H06340985A
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microwave
plasma
slit
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chamber
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徹 大坪
Yasuhiro Yamaguchi
泰広 山口
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Abstract

PURPOSE:To uniformly treat a substrate at a high rate by resonating a microwave in the atmosphere to increase its amplitude and introducing the microwave into a vacuum-sealed treating chamber through a slit to produce stable and high-density plasma. CONSTITUTION:A microwave generated by a magnetron 3 is supplied to the circular cavity resonator 1 of E01 mode through a waveguide 2. The microwave with the amplitude increased in the resonator is radiated into a plasma treating chamber 6 vacuum-sealed with a ceramic sheet 4 through a slit sheet 5 formed in the direction crossing the surface current generated thereby almost at right angles. A wafer 12 is placed on an electrode 7 connected to a high-frequency power source 11 in the chamber 6, gas is introduced from a feed pipe 9, and the chamber is evacuated from an exhaust pipe 10. Consequently, high-density plasma is stably produced in the chamber 6, the energy of incident ion is uniformized, and the wafer 12 is efficiently and uniformly treated.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は低温プラズマを用いた半
導体素子の製造に係り、特にCVD、エッチング、スパ
ッタ、アッシング等の各技術の高速でかつ均一な処理に
好適なプラズマ処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices using low temperature plasma, and more particularly to a plasma processing apparatus suitable for high speed and uniform processing of various techniques such as CVD, etching, sputtering and ashing.

【0002】[0002]

【従来の技術】低温プラズマを用いた装置を大別すれ
ば、真空中で平行平板の電極の一方に10KHz〜30M
Hz程度の高周波電圧を印加して、プラズマを発生させる
技術を用いるもの(半導体研究18;P121〜P17
0,半導体研究19;P225〜P267)と、2.4
5GHzのマイクロ波を真空室へ導入してプラズマを発生
させる技術を用いるものがある。従来、これらの内で平
行平板電極による技術が主として用いられてきた。
2. Description of the Related Art The apparatus using low temperature plasma is roughly classified into 10KHz to 30M on one of parallel plate electrodes in vacuum.
Using a technique of generating a plasma by applying a high frequency voltage of about Hz (Semiconductor Research 18; P121 to P17
0, Semiconductor Research 19; P225-P267) and 2.4.
There is one using a technique of introducing a 5 GHz microwave into a vacuum chamber to generate plasma. Conventionally, the technique using parallel plate electrodes has been mainly used among them.

【0003】一方、半導体素子の微細化に伴い、プラズ
マ処理時に発生するイオンの衝撃により素子特性が影響
を受けることが問題になってきた。更に、処理能力の向
上のために処理速度を上げることが要請されている。
On the other hand, with the miniaturization of semiconductor devices, it has become a problem that the device characteristics are affected by the impact of ions generated during plasma processing. Further, it is required to increase the processing speed in order to improve the processing capacity.

【0004】処理速度を高める場合、単にプラズマの密
度あるいはラジカル(イオン化直前の活性粒子)濃度を
高めるだけでは不十分である。プラズマ処理によるドラ
イエッチングや、プラズマCVDではイオンのエネルギ
ーが重要な役割をはたしている。ドライエッチングの場
合、イオンのエネルギーが大きすぎると下地の膜が削ら
れたり結晶構造に影響を与え、素子特性が劣化する。ま
た小さすぎるとエッチング面に形成されるポリマーの除
去が十分行われず、エッチング速度が低下する。または
逆にポリマーによる保護膜が形成されず、パターンの側
面がエッチングされ、パターンの寸法精度が悪くなると
いった問題を発生する。
In order to increase the processing speed, it is not enough to simply increase the density of plasma or the concentration of radicals (active particles immediately before ionization). Ion energy plays an important role in dry etching by plasma treatment and plasma CVD. In the case of dry etching, if the ion energy is too large, the underlying film is scraped or the crystal structure is affected, and the device characteristics deteriorate. On the other hand, if it is too small, the polymer formed on the etched surface is not sufficiently removed, and the etching rate decreases. Alternatively, on the contrary, a protective film made of a polymer is not formed, the side surface of the pattern is etched, and the dimensional accuracy of the pattern deteriorates.

【0005】プラズマCVDでもイオンのエネルギーが
弱いと膜組成が粗となり、エネルギーが強いと密になる
というようにイオンエネルギーが成膜に影響する。
Even in plasma CVD, if the energy of ions is weak, the film composition becomes rough, and if the energy is strong, the film composition becomes dense.

【0006】したがってプラズマの高密度化と、イオン
エネルギーを適正に制御することが、今後のプラズマ処
理に不可欠である。公知例として特開昭56−1348
0,特開昭56−96841号公報に示されるようなマ
イクロ波を用いた方式が提案されている。
Therefore, increasing the density of the plasma and properly controlling the ion energy are essential for future plasma processing. As a known example, JP-A-56-1348
No. 0, JP-A-56-96841 proposes a method using microwaves.

【0007】マイクロ波によりプラズマを発生させる場
合、マグネトロンにより発生したマイクロ波を低圧にし
たプラズマ発生室に放射しても、マイクロ波の電界強度
が十分でないため電子に十分なエネルギーが供給され
ず、プラズマを発生させることは困難である。したがっ
てマイクロ波によりプラズマを発生させるためには、電
子が磁場と垂直な平面を回転するサイクロトロン周波数
とマイクロ波の周波数を合致させ共鳴状態にして電子に
エネルギーを供給する方法と、マイクロ波を空胴共振器
に放射してマイクロ波の振幅を大きくし、電界強度を強
めて電子にエネルギーを供給する方法の2つがある。前
者が特開昭56−13480号公報に示されたもので有
磁場マイクロ波、あるいはECR(Electron Cyclotron
Resonance)法とよばれている。後者は特開昭56−9
6841号公報に示されたものである。
When plasma is generated by microwaves, even if the microwaves generated by the magnetron are radiated to the plasma generation chamber whose pressure is low, the electric field strength of the microwaves is not sufficient, so sufficient energy is not supplied to the electrons. It is difficult to generate plasma. Therefore, in order to generate plasma by microwaves, the cyclotron frequency at which electrons rotate in a plane perpendicular to the magnetic field matches the microwave frequency to bring them into a resonance state to supply energy to the electrons and the microwave cavity. There are two methods of irradiating the resonator to increase the amplitude of the microwave and increase the electric field strength to supply energy to the electrons. The former is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-13480, and has a magnetic field microwave or ECR (Electron Cyclotron).
Resonance) method. The latter is JP-A-56-9
This is disclosed in Japanese Patent No. 6841.

【0008】マイクロ波により発生したプラズマはマイ
クロ波より電子へ直接エネルギーを供給されるために、
プラズマと基板との間に形成されるシース間電圧はほと
んど変化しない。したがって基板を載せる電極に高周波
電圧を印加し、シース間電圧を任意にコントロールする
ことにより、高速化に必要な高いプラズマ密度と適正な
イオンエネルギーに制御できる。
Since the plasma generated by the microwaves directly supplies energy to the electrons from the microwaves,
The voltage between the sheaths formed between the plasma and the substrate hardly changes. Therefore, by applying a high-frequency voltage to the electrode on which the substrate is placed and arbitrarily controlling the inter-sheath voltage, it is possible to control the high plasma density and appropriate ion energy required for speeding up.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理ではイオ
ンのエネルギーが重要な役割をはたすことをさきに述べ
た。
It was previously mentioned that the energy of ions plays an important role in plasma processing.

【0010】従来技術の中でECR方式では、特開昭5
6−13480号公報に示されるように、基板を載せた
電極に高周波電圧を印加すると、この電極の対向する側
にはアース電極がないため、高周波電流は周囲処理室と
の間に流れ、基板上でのイオンエネルギーの効果が基板
周囲で強く中心部で弱くなり、基板全体を均一な条件で
処理できないという問題があった。
Among the conventional techniques, the ECR method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
As shown in Japanese Patent Publication No. 6-13480, when a high frequency voltage is applied to an electrode on which a substrate is placed, since there is no ground electrode on the opposite side of this electrode, a high frequency current flows between the electrode and the surrounding processing chamber, The effect of ion energy above is strong around the substrate and weak at the center, and there is a problem that the entire substrate cannot be processed under uniform conditions.

【0011】また空胴共振器を使った方式では、共振器
の中でプラズマを発生させる構造のため、プラズマが発
生すると、マイクロ波の波長がプラズマの密度により変
化するため、共振条件が満たされず、プラズマが不安定
になるという問題があった。即ち、プラズマが発生する
までは共振条件が満足されているためマイクロ波の電界
強度が強くなりプラズマが発生する。しかしプラズマが
発生しプラズマ密度が高くなると、マイクロ波の波長が
変わり共振条件が満たされなくなって電界強度が小さく
なる。そして電子へのエネルギーの供給が低下しプラズ
マ密度が低下する。プラズマ密度が低下すると共振条件
が満たされ、ふたたびプラズマ密度が高まる。このよう
な現象のためプラズマを安定に発生させることは困難で
あった。
Further, in the method using the cavity resonator, since the plasma is generated in the resonator, when the plasma is generated, the microwave wavelength changes depending on the density of the plasma, so that the resonance condition is not satisfied. There was a problem that the plasma became unstable. That is, since the resonance condition is satisfied until plasma is generated, the electric field strength of the microwave is increased and plasma is generated. However, when plasma is generated and the plasma density is increased, the wavelength of the microwave is changed and the resonance condition is not satisfied, and the electric field strength is reduced. Then, the supply of energy to the electrons is reduced and the plasma density is reduced. When the plasma density decreases, the resonance condition is satisfied, and the plasma density increases again. Due to such a phenomenon, it is difficult to stably generate plasma.

【0012】また、これらのプラズマから基板に入射す
るイオンのエネルギーを制御するため、高周波電圧印加
電極を空胴共振器内に設けると、マイクロ波の反射等が
発生し、プラズマがさらに不安定になるという問題があ
った。
If a high frequency voltage applying electrode is provided in the cavity resonator in order to control the energy of the ions incident on the substrate from these plasmas, microwave reflection or the like occurs and the plasma becomes more unstable. There was a problem of becoming.

【0013】本発明の目的は、安定で高密度なプラズマ
を発生させるとともに、基板に入射するイオンのエネル
ギーが、基板全体で均一にできるようにすることであ
る。
An object of the present invention is to generate stable and high-density plasma and to make the energy of ions incident on the substrate uniform over the entire substrate.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】一般に、導波管あるいは
導波管の一種と考えられる空胴共振器内をマイクロ波が
進行する場合、導波管の表面には、電場,磁場に対応し
た電流が流れる。
Generally, when a microwave propagates in a waveguide or a cavity resonator which is considered to be a kind of waveguide, the surface of the waveguide corresponds to an electric field and a magnetic field. An electric current flows.

【0015】したがってこの電流を横切るように導波管
の一部にスリットを設けると、スリットの両端に電荷が
たまり、これがマイクロ波の進行に伴って変化すること
からスリット両端間の電界が変化し導波管の外部にマイ
クロ波が放射される。
Therefore, when a slit is provided in a part of the waveguide so as to cross the current, electric charges are accumulated at both ends of the slit and change with the progress of microwaves, so that the electric field between both ends of the slit changes. Microwaves are radiated to the outside of the waveguide.

【0016】前記目的はこの原理により導波管に設けた
スリットよりマイクロ波をプラズマ発生室に供給する構
成とすること、または導波管を空胴共振器に接続し、こ
の空胴共振器にマイクロ波を放射するスリットを設け、
プラズマ発生室にマイクロ波を供給する構成とすること
で達成される。
According to this principle, a microwave is supplied to the plasma generation chamber from a slit provided in the waveguide, or the waveguide is connected to a cavity resonator and the cavity resonator is connected to the cavity resonator. Provide a slit that radiates microwaves,
This can be achieved by providing microwaves to the plasma generation chamber.

【0017】[0017]

【作用】従来のECR方式では導波管の開口部より直接
マイクロ波をプラズマ発生室に放射する構成となってい
る。このためプラズマ発生室と導波管の開口部の間にア
ース電極を設置すると、マイクロ波がアース電極で反射
され、プラズマ発生室に供給できない。
In the conventional ECR system, the microwave is directly radiated to the plasma generating chamber from the opening of the waveguide. Therefore, if a ground electrode is installed between the plasma generation chamber and the opening of the waveguide, microwaves are reflected by the ground electrode and cannot be supplied to the plasma generation chamber.

【0018】本発明では導波管の端面を閉じた構造と
し、この端面にマイクロ波を放射するスリットを設け
た。そして必要に応じて、この導波管の端面をアース電
位になるようにした。
In the present invention, the end face of the waveguide is closed, and the end face is provided with a slit for radiating microwaves. Then, if necessary, the end face of this waveguide was set to the ground potential.

【0019】スリットの開口面積は導波管の端面全体の
1/3 程にすることができる。したがって基板を載せた電
極に高周波電圧を印加した場合、高周波電流は導波管の
端面と電極間に均等に流れ、イオンの効果を基板全面に
対し均等に発生させることができる。またスリットを通
して十分な量のマイクロ波が供給でき、高密度のプラズ
マを発生させることができる。
The opening area of the slit is equal to that of the entire end face of the waveguide.
It can be about 1/3. Therefore, when a high-frequency voltage is applied to the electrode on which the substrate is placed, the high-frequency current flows evenly between the end face of the waveguide and the electrode, and the effect of ions can be evenly generated on the entire surface of the substrate. In addition, a sufficient amount of microwaves can be supplied through the slit, and high density plasma can be generated.

【0020】一方、導波管に空胴共振器を接続した場合
には空胴共振器内で共振により振幅を大きくしたマイク
ロ波がスリットを通してプラズマ発生室に放射される。
そのためプラズマ発生室を従来のように空胴共振器構造
にしなくとも、高密度のプラズマを発生させることがで
きる。
On the other hand, when the cavity resonator is connected to the waveguide, the microwave whose amplitude is increased due to resonance in the cavity resonator is radiated to the plasma generation chamber through the slit.
Therefore, high-density plasma can be generated without using a cavity resonator structure in the plasma generation chamber as in the conventional case.

【0021】このため本発明に係る電極構造は従来のよ
うに空胴共振器との関連による制約を受けない。また空
胴共振器内ではプラズマが発生しないため、共振状態の
変化がなく、プラズマを安定に発生させることができ
る。さらに空胴共振器をアース電位に接続することで、
ECR方式の場合と同様に、電極に平行な対向電極とす
ることができ、イオンの効果も基板全体に均一に発生さ
せることができる。
Therefore, the electrode structure according to the present invention is not restricted by the relationship with the cavity resonator as in the conventional case. Further, since plasma is not generated in the cavity resonator, there is no change in the resonance state and it is possible to stably generate plasma. Furthermore, by connecting the cavity resonator to the ground potential,
Similar to the case of the ECR method, the counter electrode can be parallel to the electrode, and the effect of ions can be uniformly generated on the entire substrate.

【0022】[0022]

【実施例】以下本発明の実施例を図1により説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0023】空胴共振器1はE01モードの円形空胴共振
器であり、導波管2を通してマグネトロン3からマイク
ロ波が供給される。導波管2の取付けはE01モードとの
結合をよくするため、円形空胴共振器1に対し偏心して
取り付けられている。円形空胴共振器1のもう一方の側
にはセラミックス板4とスリット板5が固定してある。
その下にはプラズマ発生室6が接続してある。尚、セラ
ミックス板4により真空に封止した構造となっている。
The cavity resonator 1 is a circular cavity resonator of E 01 mode, and microwaves are supplied from the magnetron 3 through the waveguide 2. The waveguide 2 is mounted eccentrically to the circular cavity resonator 1 in order to improve the coupling with the E 01 mode. On the other side of the circular cavity resonator 1, a ceramic plate 4 and a slit plate 5 are fixed.
Below that, a plasma generation chamber 6 is connected. It should be noted that the structure is such that it is sealed in a vacuum by the ceramic plate 4.

【0024】スリット板5の平面構造は図2 5bに示
すようE01モードの電界に対し、直角方向にリング状の
スリット開口部がある。各スリット5cの長さは2.4
5GHzのマイクロ波を用いた場合、スリットからのマイ
クロ波の放射をよくするため、マイクロ波の1/2 波長に
当る60mm以上の寸法としている。
As shown in FIG. 25b, the plane structure of the slit plate 5 has a ring-shaped slit opening in the direction perpendicular to the electric field of E 01 mode. The length of each slit 5c is 2.4
When using a 5 GHz microwave, the size is set to 60 mm or more, which corresponds to 1/2 wavelength of the microwave, in order to improve the microwave radiation from the slit.

【0025】プラズマ発生室6(図1)には電極7,ガ
ス供給管9,ガス排気管10が設けてある。電極7は絶
縁材8を介してプラズマ発生室6に固定されており、さ
らに高周波電源11が接続してある。
An electrode 7, a gas supply pipe 9 and a gas exhaust pipe 10 are provided in the plasma generation chamber 6 (FIG. 1). The electrode 7 is fixed to the plasma generation chamber 6 via an insulating material 8 and further connected to a high frequency power supply 11.

【0026】ガス供給管9には図示しないガス源からプ
ラズマ処理用ガスが設定流量だけ供給できるようになっ
ている。
A plasma processing gas can be supplied to the gas supply pipe 9 from a gas source (not shown) at a set flow rate.

【0027】ガス排気管10には図示しない真空排気ポ
ンプが接続してあり、プラズマ発生室内を1〜10~3To
rrの圧力にコントロールできるようになっている。
A vacuum exhaust pump (not shown) is connected to the gas exhaust pipe 10, and the inside of the plasma generating chamber is 1 to 10 to 3 To.
It can be controlled to the pressure of rr.

【0028】マグネトロン3を動作させマイクロ波を発
振させ、導波管2により空胴共振器1に供給する。空胴
共振器内で振幅を大きくしたマイクロ波のエネルギーは
スリット板5のスリットよりプラズマ発生室に放射され
る。プラズマ発生室に放射されたマイクロ波の振幅は空
胴共振器1で大きくなっているため、プラズマ発生室6
が空胴共振器構造でなくともプラズマが点灯し、維持さ
れる。
The magnetron 3 is operated to oscillate a microwave, and the microwave is supplied to the cavity resonator 1 by the waveguide 2. The energy of the microwave whose amplitude is increased in the cavity resonator is radiated from the slit of the slit plate 5 to the plasma generation chamber. Since the amplitude of the microwave radiated to the plasma generation chamber is large in the cavity resonator 1, the plasma generation chamber 6
The plasma is turned on and maintained even though the structure is not a cavity resonator.

【0029】まずエッチングの場合について説明する。
ガス供給管9よりエッチングガスを供給し、ガス排気管
10より排気し一定圧力として、マイクロ波を供給し
て、スリット板5と電極7の間にマイクロ波によるプラ
ズマを発生させる。マイクロ波はプラズマ中の電子に直
接作用するために、このプラズマと電極7の間の電位差
は20〜30Vのレベルである。電極7上に処理ウエハ
12を置き、高周波電源11より電極7に高周波電圧を
印加する。電極7とスリット板5は平行に設置されてお
り、高周波電流は電極7とスリット5の間に均等に流れ
る。そのため電極とプラズマ間に発生する電界は均等に
なり、ウエハ12には全面均一なエネルギーのエッチン
グガスのイオンが高周波電圧印加により制御され、入射
する。
First, the case of etching will be described.
An etching gas is supplied from the gas supply pipe 9, exhausted from the gas exhaust pipe 10 and a microwave is supplied at a constant pressure to generate plasma by the microwave between the slit plate 5 and the electrode 7. Since the microwave acts directly on the electrons in the plasma, the potential difference between this plasma and the electrode 7 is at a level of 20 to 30V. The processed wafer 12 is placed on the electrode 7, and a high frequency voltage is applied to the electrode 7 from the high frequency power supply 11. The electrode 7 and the slit plate 5 are installed in parallel, and the high-frequency current flows evenly between the electrode 7 and the slit 5. Therefore, the electric field generated between the electrode and the plasma becomes uniform, and the ions of the etching gas having uniform energy over the entire surface of the wafer 12 are controlled by the high-frequency voltage application and enter.

【0030】こられエッチングガスのイオンやプラズマ
中で励起されたエッチングガスの活性種(ラジカル)と
ウエハ12上の被処理膜が反応しエッチングが進行す
る。
The ions of the etching gas or the active species (radicals) of the etching gas excited in the plasma react with the film to be processed on the wafer 12 to advance the etching.

【0031】この時入射するイオンのエネルギーが均等
であるため、ウエハ全面で均一なエッチングができる。
At this time, since the energy of the incident ions is uniform, uniform etching can be performed on the entire surface of the wafer.

【0032】次に本装置によるプラズマCVDへの適用
を説明する。SiH4およびN2,N2Oの混合ガスをガス
供給管9より供給し、プラズマによりN2O,SiH4
分解しSiO4を生成し、ウエハ12上に成膜する。さら
にプラズマからのイオンの入射により膜質が制御され
る。この時イオンの入射エネルギーが均等化できるた
め、ウエハ全面に均質な成膜が行える。
Next, the application of this apparatus to plasma CVD will be described. A mixed gas of SiH 4 and N 2 , N 2 O is supplied from the gas supply pipe 9, N 2 O and SiH 4 are decomposed by plasma to generate SiO 4 , and a film is formed on the wafer 12. Further, the film quality is controlled by the incidence of ions from the plasma. At this time, the incident energy of the ions can be equalized, so that uniform film formation can be performed on the entire surface of the wafer.

【0033】本実施例では円形導波管内のマイクロ波モ
ードがE01モードではある場合について説明したが、本
発生はこれに限定されるものではない。ただしスリット
が空胴共振器の表面に流れる電流に対し直角方向である
とマイクロ波放射の効率がよいため、H01モードの場合
は図3に示す構造となり、H11モードの場合は図4に示
す構造となる。
In this embodiment, the case where the microwave mode in the circular waveguide is the E 01 mode has been described, but the present generation is not limited to this. However, if the slit is in the direction perpendicular to the current flowing on the surface of the cavity resonator, the microwave radiation is efficient, so that the structure shown in FIG. 3 is obtained in the case of the H 01 mode, and the structure shown in FIG. 4 is obtained in the case of the H 11 mode. It becomes the structure shown.

【0034】このように本発明によればプラズマ処理に
不可欠なイオンの効果が均等化でき、かつ安定なプラズ
マを発生させることができる効果がある。
As described above, according to the present invention, it is possible to equalize the effect of the ions essential for plasma processing and to generate stable plasma.

【0035】図1に示す実施例ではプラズマ発生室にマ
イクロ波を放射するだけであるため、発生するプラズマ
密度が1011cm~3以上になるとマイクロ波が反射され、
それ以上プラズマ密度を高めることはできない。プラズ
マ密度が1011cm~3以上必要な場合は図5に示すように
コイル13,コルイ14により、マイクロ波の放射方向
と平行な磁場15を設ける。
In the embodiment shown in FIG. 1, only microwaves are radiated to the plasma generation chamber, so that the microwaves are reflected when the generated plasma density becomes 10 11 cm -3 or more,
The plasma density cannot be increased any further. When a plasma density of 10 11 cm 3 or more is required, a magnetic field 15 parallel to the microwave radiation direction is provided by a coil 13 and a coil 14 as shown in FIG.

【0036】本実施例の場合、マイクロ波の振幅は空胴
共振器1により高められているため、電子サイクロトロ
ンレゾナンスの状態にする必要はなく、必要なプラズマ
密度により磁場強度を選択することができる。またマイ
クロ波の振幅が従来のレゾナンス方式より大きくなるた
め、より真空度の高い領域で安定な放電を立てられる効
果もある。
In the case of this embodiment, since the amplitude of the microwave is increased by the cavity resonator 1, it is not necessary to set the electron cyclotron resonance state, and the magnetic field strength can be selected according to the required plasma density. . Further, since the microwave amplitude is larger than that of the conventional resonance method, there is also an effect that a stable discharge can be established in a region where the degree of vacuum is higher.

【0037】図6に本発明をアッシング処理に適用した
実施例を示す。
FIG. 6 shows an embodiment in which the present invention is applied to the ashing process.

【0038】本実施例は図1に示すものと同一番号の部
分は同じであるため、異なる部分のみ説明する。
In this embodiment, the parts having the same numbers as those shown in FIG. 1 are the same, so only the different parts will be described.

【0039】プラズマ処理室6の内部にはメッシュ板2
0がありウエハ12はテーブル21の上に置かれてい
る。
A mesh plate 2 is provided inside the plasma processing chamber 6.
0 and the wafer 12 is placed on the table 21.

【0040】ガス供給管9より酸素ガスを供給し、マグ
ネトロン3を動作させ、マイクロ波を供給し、スリット
板5とメッシュ板20の間にプラズマを発生させる。
Oxygen gas is supplied from the gas supply pipe 9, the magnetron 3 is operated, microwaves are supplied, and plasma is generated between the slit plate 5 and the mesh plate 20.

【0041】メッシュ板20はマイクロ波が透過しない
寸法となっているため、プラズマはメッシュ板5とスリ
ットの間にとじ込められる。酸素ガスはプラズマにより
ラジカル状態となり、メッシュ板20を通してウエハ1
2上に供給される。この酸素ラジカルにより、ウエハ上
のレジスト膜がアッシング処理される。
Since the mesh plate 20 is dimensioned so that microwaves cannot pass therethrough, the plasma is trapped between the mesh plate 5 and the slit. The oxygen gas becomes a radical state due to plasma, and passes through the mesh plate 20 to the wafer 1
2 on top. The oxygen radicals ash the resist film on the wafer.

【0042】以上示した実施例では円形空胴共振器とス
リット板を組合せたものについて説明してきたが、本発
明はこれに限定されるものではない。
In the above-described embodiments, the combination of the circular cavity resonator and the slit plate has been described, but the present invention is not limited to this.

【0043】図7にスパッタ装置に適用した例を説明す
る。
An example applied to the sputtering apparatus will be described with reference to FIG.

【0044】処理室33はセラミックス製であり図示し
ないガス供給口、ガス排気口により処理室内を10~4To
rr〜10~2Torrの圧力に制御できるようになっている。
The processing chamber 33 is made of ceramics, and a gas supply port and a gas exhaust port (not shown) are provided inside the processing chamber 33 for 10 to 4 To.
The pressure can be controlled to rr to 10 to 2 Torr.

【0045】処理室33内にはターゲット34とウエハ
テーブル36がある。ターゲットには高周波電源35が
接続されており、ウエハテーブル36はアースに接続さ
れている。処理室33の外側にはシールド室40と矩形
リング状の共振器31aが設けられている。
A target 34 and a wafer table 36 are provided in the processing chamber 33. A high frequency power supply 35 is connected to the target and a wafer table 36 is connected to the ground. A shield chamber 40 and a rectangular ring-shaped resonator 31 a are provided outside the processing chamber 33.

【0046】リング状共振器は矩形導波管をリングにし
たもので、リングの周長を管内波長の1/2 の整数倍にし
ている。リング状導波管の一部には終端壁を設け、共振
するマイクロ波の位置がずれないようにしている。
The ring-shaped resonator is a rectangular waveguide formed into a ring, and the circumference of the ring is an integral multiple of 1/2 of the guide wavelength. A terminal wall is provided at a part of the ring-shaped waveguide so that the position of the resonating microwave is not displaced.

【0047】リング状共振器31aの平面構造を図8に
示す。共振器31にはマグネトロン32,導波管30よ
りマイクロ波が供給される。シールド室40(図7)の
外側にはコイル37,コイル38があり、カプス磁場4
2を発生する。シールド室はアルミまたはステンレス製
でありマイクロ波を外に出さないが、磁場は通す材料を
用いている。
The planar structure of the ring-shaped resonator 31a is shown in FIG. Microwaves are supplied to the resonator 31 from the magnetron 32 and the waveguide 30. A coil 37 and a coil 38 are provided outside the shield chamber 40 (FIG. 7), and
2 is generated. The shield chamber is made of aluminum or stainless steel and does not let out microwaves, but uses a material that allows magnetic fields to pass through.

【0048】リング状共振器の内側には全周スリット4
3が設けられている。マイクロ波をリング状共振器に供
給すると、共振器内でマイクロ波の振幅が増幅され、振
幅の大きいマイクロ波がスリット43より処理室33内
に放射される。
A slit 4 around the entire circumference is provided inside the ring resonator.
3 is provided. When the microwave is supplied to the ring-shaped resonator, the amplitude of the microwave is amplified in the resonator, and the microwave having a large amplitude is radiated from the slit 43 into the processing chamber 33.

【0049】処理室33内にアルゴンガスを導入し10
~3Torrレべルに保つと、カプス磁場42にとじ込めら
れたプラズマがターゲット34とウエハテーブル36の
間に発生する。次に高周波電源35より高周波電圧を印
加しアルゴンガスのイオンをターゲットに入射させ、タ
ーゲット材をスパッタしてウエハ39上に成膜する。本
方式では図5に示す実施例でも述べたように振幅の大き
なマイクロ波により、より真空度の高い条件でも安定し
てプラズマを発生することができ、膜質をよくできる効
果がある。
Argon gas was introduced into the processing chamber 33 to obtain 10
When the level is kept at ~ 3 Torr, plasma trapped in the Kaps magnetic field 42 is generated between the target 34 and the wafer table 36. Next, a high-frequency voltage is applied from the high-frequency power source 35, ions of argon gas are made incident on the target, and the target material is sputtered to form a film on the wafer 39. In this method, as described in the embodiment shown in FIG. 5, the microwave having a large amplitude can stably generate plasma even under the condition of a higher vacuum degree, and the film quality can be improved.

【0050】このリング状共振器とスリットを組合せた
方式はスパッタリングのみならず、エッチング,プラズ
マCVDにも用いることができる。
The method of combining the ring resonator and the slit can be used not only for sputtering but also for etching and plasma CVD.

【0051】図9にエッチングに応用した実施例を示
す。
FIG. 9 shows an embodiment applied to etching.

【0052】基本構成は図7に説明したスパッタリング
装置と同じであるため、異なる点のみ説明する。
Since the basic structure is the same as that of the sputtering apparatus described in FIG. 7, only different points will be described.

【0053】処理室33内には下部電極46,上部電極
45があり下部電極は絶縁物41を介して処理室に固定
され、高周波電源47より高周波電圧が印加できるよう
になっている。上部電極45はアースに接続されてい
る。
A lower electrode 46 and an upper electrode 45 are provided in the processing chamber 33, and the lower electrode is fixed to the processing chamber through an insulator 41 so that a high frequency voltage can be applied from a high frequency power source 47. The upper electrode 45 is connected to the ground.

【0054】エッチングガスを導入し、処理室33内を
10~2Torrレベルの圧力に保ち、マイクロ波をリング
状共振器31に供給する。マイクロ波の振幅は増幅され
スリット43より処理室内に放射され、上部電極45と
下部電極46の間にマイクロ波によるプラズマが発生す
る。
An etching gas is introduced to maintain the inside of the processing chamber 33 at a pressure of 10 to 2 Torr level, and a microwave is supplied to the ring-shaped resonator 31. The amplitude of the microwave is amplified and radiated into the processing chamber through the slit 43, and plasma due to the microwave is generated between the upper electrode 45 and the lower electrode 46.

【0055】下部電極46に高周波電圧を印加すると、
平行な電極間に高周波電流が均等に流れ、ウエハ39に
入射するイオンは均等なシース間電位差で加速されウエ
ハ全面で均一なエッチング処理特性を得ることができ
る。
When a high frequency voltage is applied to the lower electrode 46,
A high-frequency current flows evenly between the parallel electrodes, and the ions incident on the wafer 39 are accelerated by the uniform potential difference between the sheaths, so that uniform etching processing characteristics can be obtained on the entire surface of the wafer.

【0056】以上述べたように本発明によれば、マイク
ロ波を用いてプラズマを発生させる際に、ウエハを処理
する電極と対向する面にも電極を設置することができ
る。このため均一なプラズマ処理が可能となる。更に、
プラズマ発生室を空胴共振器の構造にする必要がないた
め、電極構造,プラズマ発生室の構造に制約がなくなる
効果がある。
As described above, according to the present invention, when the plasma is generated by using the microwave, the electrode can be installed on the surface facing the electrode for processing the wafer. Therefore, uniform plasma processing becomes possible. Furthermore,
Since the plasma generation chamber does not need to have a cavity resonator structure, there is an effect that there is no restriction on the electrode structure and the structure of the plasma generation chamber.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明によれば、マイクロ波発生源で発
生したマイクロ波を、大気中で共振させて振幅を大きく
してスリット手段から処理室内に放射し処理室内にプラ
ズマを発生させるので、マイクロ波を共振させる部分と
プラズマを発生させる部分とが分離され、処理室内に高
密度のプラズマを安定に発生させることが可能となる。
According to the present invention, the microwave generated by the microwave generation source is resonated in the atmosphere to increase the amplitude and radiate into the processing chamber from the slit means to generate plasma in the processing chamber. The portion that resonates the microwave and the portion that generates plasma are separated, and it is possible to stably generate high-density plasma in the processing chamber.

【0058】また、スリット手段のスリットを円弧状に
複数配置することにより、被処理物に対するプラズマ中
のイオンやラジカルの効果を均一に発生させることがで
きるので、上記高密度プラズマ中においても被処理物を
均一に処理することが可能となる。
Further, by arranging a plurality of slits of the slit means in an arc shape, it is possible to uniformly generate the effect of ions and radicals in the plasma on the object to be processed. It becomes possible to process the object uniformly.

【0059】この結果、高速で最適なイオンエネルギー
によるプラズマ処理が可能となる。更に、半導体ウエハ
の微細パターンを高精度、高速でかつ損傷を少なくして
形成できる。更にまた、均一な成膜を高速に行えるとい
う効果がある。
As a result, plasma processing with high-speed and optimum ion energy becomes possible. Furthermore, a fine pattern of a semiconductor wafer can be formed with high accuracy and at high speed and with less damage. Furthermore, there is an effect that uniform film formation can be performed at high speed.

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

【図1】本発明の一実施例の斜視図、FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention,

【図2】図1の実施例で用いられるスリットの平面図、2 is a plan view of a slit used in the embodiment of FIG.

【図3】図2のスリットの別の実施例の平面図、3 is a plan view of another embodiment of the slit of FIG. 2,

【図4】図2のスリットの第3の実施例の平面図、4 is a plan view of a third embodiment of the slit of FIG. 2,

【図5】本発明の別の実施例の断面図、FIG. 5 is a sectional view of another embodiment of the present invention,

【図6】本発明を灰化装置に適用したときの一実施例の
断面図、
FIG. 6 is a cross-sectional view of one embodiment when the present invention is applied to an ashing device,

【図7】本発明をスパッタ装置に適用したときの一実施
例の断面図、
FIG. 7 is a cross-sectional view of an embodiment when the present invention is applied to a sputtering device,

【図8】図7のスパッタ装置で用いられた共振器の平面
図、
8 is a plan view of a resonator used in the sputtering apparatus of FIG. 7,

【図9】本発明をエッチング又はCVD装置に適用した
ときの一実施例を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing an embodiment when the present invention is applied to an etching or CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…空胴共振器、 5…スリット板、 6…プラズマ発生室、 7…電極、 11…高周波電源、 31…リング状共振器、 33…処理室、 34…ターゲット、 36…ウエハテーブル、 35…高周波電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cavity resonator, 5 ... Slit plate, 6 ... Plasma generation chamber, 7 ... Electrode, 11 ... High frequency power supply, 31 ... Ring resonator, 33 ... Processing chamber, 34 ... Target, 36 ... Wafer table, 35 ... High frequency power supply.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マイクロ波発生源と、該マイクロ波発生源
から供給されたマイクロ波を放射するスリットを該スリ
ットが前記マイクロ波によって生ずる表面電流をほぼ直
角に横切る方向に設けたスリット手段と、内部に基板を
設け所定の圧力に維持された状態で前記スリット手段か
ら放射されたマイクロ波を導入してプラズマを発生させ
前記基板を処理するプラズマ処理室と、該プラズマ処理
室と前記スリット手段とを分離し前記マイクロ波を透過
する分離手段とを備え、前記マイクロ波により発生させ
たプラズマにより前記基板を処理することを特徴とする
プラズマ処理装置。
1. A microwave source, and slit means for arranging a slit for radiating the microwave supplied from the microwave source in a direction in which the slit crosses a surface current generated by the microwave at a substantially right angle. A plasma processing chamber for processing the substrate by introducing a microwave radiated from the slit means to generate plasma while maintaining a predetermined pressure inside the substrate, and the plasma processing chamber and the slit means. And a separating means for separating the microwave and transmitting the microwave, and the substrate is processed by the plasma generated by the microwave.
【請求項2】前記スリットは、前記表面電流をほぼ直角
に前記マイクロ波の波長の半分以上の長さに渡って横切
るように設けられたことを特徴とする請求項1記載のプ
ラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the slit is provided so as to cross the surface current substantially at right angles over a length of at least half the wavelength of the microwave.
【請求項3】E01モードのマイクロ波を発生するマイク
ロ波発生源と、該マイクロ波発生源から供給された前記
01モードのマイクロ波を放射するスリットを該スリッ
トが前記E01モードのマイクロ波によって生ずる表面電
流をほぼ直角に横切る方向に円弧状に複数配置したスリ
ット手段と、内部に基板を設け所定の圧力に維持された
状態で前記スリット手段から放射された前記E01モード
のマイクロ波を導入してプラズマを発生させ前記基板を
処理するプラズマ処理室と、該プラズマ処理室と前記空
胴共振器とを分離し前記マイクロ波を透過する分離手段
とを備え、前記マイクロ波により発生させたプラズマに
より前記基板を処理することを特徴とするプラズマ処理
装置。
Wherein E 01 mode and the microwave generating source for generating microwaves, the microwave micro slits for radiating microwaves of the E 01 mode is supplied the slit of the E 01 mode from the source Slit means in which a plurality of surface currents generated by waves are arranged in an arc shape in a direction transverse to a substantially right angle, and the E 01 mode microwave radiated from the slit means in a state where a substrate is provided inside and a predetermined pressure is maintained. A plasma treatment chamber for introducing plasma to treat the substrate to treat the substrate, and a separation means for separating the plasma treatment chamber and the cavity resonator and transmitting the microwave, and generating by the microwave. A plasma processing apparatus, characterized in that the substrate is processed with a plasma.
【請求項4】前記スリット手段は、前記スリットを複数
の円弧状に配置したことを特徴とする請求項3記載のプ
ラズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein said slit means has said slits arranged in a plurality of arcs.
【請求項5】マイクロ波発生源で発生させたマイクロ波
を大気中で振幅を大きくしてスリット手段のスリットか
ら基板を所定の圧力に維持されたプラズマ発生室に放射
してプラズマを発生させて前記プラズマ処理室内に設置
した基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方
法。
5. A microwave generated by a microwave generation source is increased in amplitude in the atmosphere to radiate a substrate from a slit of a slit means to a plasma generation chamber maintained at a predetermined pressure to generate plasma. A plasma processing method comprising processing a substrate installed in the plasma processing chamber.
【請求項6】前記マイクロ波は、前記プラズマ処理室に
発生するプラズマに影響されることなく共振状態を維持
して前記スリット手段のスリットから放射されることを
特徴とする請求項5記載のプラズマ処理方法。
6. The plasma according to claim 5, wherein the microwave is radiated from the slit of the slit means while maintaining a resonance state without being influenced by plasma generated in the plasma processing chamber. Processing method.
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