JPH07135093A - Plasma processing device and processing method - Google Patents
Plasma processing device and processing methodInfo
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- JPH07135093A JPH07135093A JP5277934A JP27793493A JPH07135093A JP H07135093 A JPH07135093 A JP H07135093A JP 5277934 A JP5277934 A JP 5277934A JP 27793493 A JP27793493 A JP 27793493A JP H07135093 A JPH07135093 A JP H07135093A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体や液晶パネル、
太陽電池等の薄膜形成工程、あるいは微細なパターンを
形成するためのエッチング工程などに用いられるプラズ
マ処理装置及び処理方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to semiconductors, liquid crystal panels,
The present invention relates to a plasma processing apparatus and a processing method used in a thin film forming process of a solar cell or the like, or an etching process for forming a fine pattern.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、プラズマ処理装置は、高機能化と
その処理コストの低減のために、高速化、高品質化、大
面積処理化を実現する取り組みが盛んに行われている。2. Description of the Related Art In recent years, efforts have been actively made to realize high speed, high quality, and large area processing of plasma processing apparatuses in order to improve their functions and reduce their processing costs.
【０００３】以下、従来のプラズマ処理装置を、イオン
加工装置（特公昭５３−４４７９５号公報）を例に挙げ
て説明する。図７は従来のプラズマ処理装置における反
応室の断面図である。図７において、１は真空排気手段
を有する真空保持可能な真空容器であり、放電空間を形
成している。２は被処理基板、３は被処理基板台、４は
反応ガス導入管、５はマイクロ波を伝搬する同軸導波管
の中心導体、６は外側導体、７は真空気密を保持するた
めの絶縁物、８は磁界発生手段としての磁場コイルであ
る。A conventional plasma processing apparatus will be described below by taking an ion processing apparatus (Japanese Patent Publication No. 53-44795) as an example. FIG. 7 is a sectional view of a reaction chamber in a conventional plasma processing apparatus. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a vacuum container having a vacuum evacuation means and capable of holding a vacuum, which forms a discharge space. Reference numeral 2 is a substrate to be processed, 3 is a substrate to be processed, 4 is a reaction gas introducing tube, 5 is a central conductor of a coaxial waveguide for propagating microwaves, 6 is an outer conductor, and 7 is insulation for maintaining vacuum airtightness. An object, 8 is a magnetic field coil as a magnetic field generating means.
【０００４】以上のような構成を有する従来のプラズマ
処理装置について、以下その動作を説明する。まず、反
応ガス導入管４を通して真空容器１内にＡｒ、ＣＦ4 の
ような反応ガスを５×１０-4Ｔｏｒｒ程度導入する。次
いで、マイクロ波立体回路である同軸導波管の中心導体
５、外側導体６を通して２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
真空容器１内に導入し、中心導体５の周りにマイクロ波
電界を放射状に形成する。この場合、磁場コイル８によ
ってこのマイクロ波電界と直角方向に静磁界が印加され
るので、プラズマ中の電子をトラップして高密度のプラ
ズマを発生させることができる。また、磁場強度が８７
５Ｇとなる領域を発生させるような磁力を持たせれば、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対して電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ）条件を満足し、さらに高密度のプラズ
マを発生させることができる。そして、このようにして
発生したプラズマ中の活性子により、被処理基板２にエ
ッチング処理を施すことができる。The operation of the conventional plasma processing apparatus having the above structure will be described below. First, a reaction gas such as Ar or CF 4 is introduced into the vacuum chamber 1 through the reaction gas introduction pipe 4 at about 5 × 10 −4 Torr. Then, a microwave of 2.45 GHz is introduced into the vacuum chamber 1 through the central conductor 5 and the outer conductor 6 of the coaxial waveguide which is a microwave three-dimensional circuit, and a microwave electric field is radially formed around the central conductor 5. . In this case, since the static magnetic field is applied by the magnetic field coil 8 in the direction perpendicular to the microwave electric field, electrons in the plasma can be trapped and high-density plasma can be generated. In addition, the magnetic field strength is 87
If you give a magnetic force to generate a 5G area,
The electron cyclotron resonance (ECR) condition is satisfied for the microwave of 2.45 GHz, and plasma of higher density can be generated. Then, the substrate 2 to be processed can be subjected to an etching process by the activators in the plasma thus generated.
【０００５】尚、反応ガスとしてＳｉＨ4 等の堆積性ガ
スを導入し、被処理基板２を加熱することにより、被処
理基板２の上にアモルファスシリコン膜を堆積させるこ
ともできる。An amorphous silicon film can be deposited on the substrate 2 to be processed by introducing a deposition gas such as SiH 4 as a reaction gas and heating the substrate 2 to be processed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
構成を有する従来のプラズマ処理装置では、マイクロ波
を伝搬する同軸導波管の中心導体５の近辺でプラズマ密
度が高くなり、プラズマ処理の均一性が悪く、大面積の
基板に対しては適用できないという問題点があった。However, in the conventional plasma processing apparatus having the above-described structure, the plasma density becomes high in the vicinity of the central conductor 5 of the coaxial waveguide that propagates microwaves, and the plasma processing There is a problem that the uniformity is poor and it cannot be applied to a large-area substrate.
【０００７】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、高密度のプラズマで大面積の基板でも均一に処理
することのできるプラズマ処理装置及び処理方法を提供
することを目的とする。In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a processing method capable of uniformly processing a large-area substrate with high-density plasma.
【０００８】[0008]
【問題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るプラズマ処理装置の第１の構成は、真
空排気手段と反応ガス導入手段とを有する真空容器と、
前記真空容器内に設けられた被処理基板保持手段と、前
記真空容器に接続され、中心導体と同心状に配置された
複数個の外側導体とにより形成された複数の同軸導波管
と、前記同軸導波管を封止する絶縁物と、前記複数の同
軸導波管に各々高周波電力を導入する手段とを少なくと
も備えたものである。In order to achieve the above-mentioned object, the first structure of the plasma processing apparatus according to the present invention is a vacuum container having a vacuum evacuation means and a reaction gas introduction means,
A plurality of coaxial waveguides formed by a substrate holding means provided in the vacuum container, and a plurality of outer conductors connected to the vacuum container and arranged concentrically with the central conductor; At least an insulator for sealing the coaxial waveguide and a means for introducing high-frequency power into each of the plurality of coaxial waveguides are provided.
【０００９】また、前記第１の構成においては、複数の
同軸導波管に導入する高周波電力を各々制御する手段を
有するのが好ましい。また、前記第１の構成において
は、複数の同軸導波管を、真空容器に向かうに従ってテ
ーパー状に拡大するのが好ましい。Further, in the first structure, it is preferable to have means for controlling the high-frequency power to be introduced into the plurality of coaxial waveguides. Moreover, in the said 1st structure, it is preferable that a some coaxial waveguide expands in a taper shape toward a vacuum container.
【００１０】また、前記第１の構成においては、複数の
同軸導波管によって真空容器内に放射される高周波電界
内に磁界を形成する手段を有するのが好ましい。また、
前記第１の構成においては、反応ガス導入手段を第１の
反応ガス導入手段と第２の反応ガス導入手段とにより構
成し、前記第１の反応ガス導入手段を、真空容器内への
高周波電力の放射部分の近傍に配置し、前記第２の反応
ガス導入手段を、被処理基板の近傍に配置するのが好ま
しい。Further, in the first structure, it is preferable to have means for forming a magnetic field in a high frequency electric field radiated into the vacuum container by a plurality of coaxial waveguides. Also,
In the first configuration, the reaction gas introduction unit is configured by the first reaction gas introduction unit and the second reaction gas introduction unit, and the first reaction gas introduction unit is the high frequency power into the vacuum container. It is preferable that the second reaction gas introducing means is arranged in the vicinity of the radiating portion and the second reaction gas introducing means is arranged in the vicinity of the substrate to be processed.
【００１１】また、本発明に係るプラズマ処理方法は、
真空排気手段を有する真空容器内に反応ガスを導入し、
高周波電力によって前記反応ガスをプラズマ化し、真空
容器内に設けた被処理基板を処理するプラズマ処理方法
であって、前記真空容器に接続され、中心導体と同心状
に配置された複数個の外側導体とにより形成された複数
の同軸導波管から前記高周波電力を各々放射し、かつ、
前記各々の高周波電力を制御することにより、発生する
プラズマを用いて前記被処理基板に処理を施すことを特
徴とする。Further, the plasma processing method according to the present invention is
Introducing a reaction gas into a vacuum container having an evacuation means,
A plasma processing method for converting the reaction gas into plasma by high-frequency power to process a substrate to be processed provided in a vacuum container, comprising a plurality of outer conductors connected to the vacuum container and arranged concentrically with a central conductor. Radiating the high-frequency power from a plurality of coaxial waveguides formed by, and,
The substrate to be processed is processed by using the generated plasma by controlling each of the high frequency powers.
【００１２】また、本発明に係るプラズマ処理装置の第
２の構成は、真空排気手段と反応ガス導入手段とを有す
る真空容器と、前記真空容器内に設けられた被処理基板
保持手段と、前記真空容器に接続された円形導波管と、
同じく前記真空容器に接続され、前記円形導波管と同心
状に配置された複数個の外側導体により形成された複数
の同軸導波管と、前記円形導波管及び複数の同軸導波管
を封止する絶縁物と、前記円形導波管及び複数の同軸導
波管に各々高周波電力を導入する手段とを少なくとも備
えたものである。A second configuration of the plasma processing apparatus according to the present invention is a vacuum container having a vacuum evacuation means and a reaction gas introduction means, a target substrate holding means provided in the vacuum container, and A circular waveguide connected to the vacuum vessel,
Similarly, a plurality of coaxial waveguides formed by a plurality of outer conductors arranged concentrically with the circular waveguide and connected to the vacuum container, and the circular waveguide and the plurality of coaxial waveguides. At least an insulator to be sealed and a means for introducing high-frequency power to the circular waveguide and the plurality of coaxial waveguides are provided.
【００１３】[0013]
【作用】前記本発明の第１の構成によれば、同心状の複
数の同軸導波管によって高周波電力を伝搬させることに
より、高周波電力の放射分布を大面積化し、均一なプラ
ズマを発生させることができるので、大面積の基板でも
均一に処理することができる。According to the first aspect of the present invention, the high-frequency power is propagated by the plurality of concentric coaxial waveguides, so that the radiation distribution of the high-frequency power is enlarged and a uniform plasma is generated. Therefore, even a large-area substrate can be uniformly processed.
【００１４】また、前記第１の構成において、複数の同
軸導波管に導入する高周波電力を各々制御する手段を有
するという好ましい構成によれば、外側に位置する同軸
導波管に導入する高周波電力のパワーを内側に位置する
同軸導波管に導入する高周波電力のパワーよりも大きく
することにより、被処理基板の外周側におけるプラズマ
密度の低下を抑えることができ、さらに均一なプラズマ
を発生させることができると共に、装置の均一性に対す
る制御性を向上させることができる。Further, in the first structure, according to a preferable structure in which a means for controlling the high-frequency power to be introduced into the plurality of coaxial waveguides is provided, the high-frequency power to be introduced into the outer coaxial waveguide is provided. Power of the high frequency power to be introduced into the coaxial waveguide located inside, it is possible to suppress the decrease in plasma density on the outer peripheral side of the substrate to be processed, and to generate a more uniform plasma. In addition, the controllability of the uniformity of the device can be improved.
【００１５】また、前記第１の構成において、複数の同
軸導波管を、真空容器に向かうに従ってテーパー状に拡
大するという好ましい構成によれば、高周波電力をテー
パー状同軸導波管部で拡大し、真空容器内の広い領域に
わたって放射させることができるので、さらに大面積に
均一なプラズマ処理を施すことができる。Further, in the first structure, according to a preferable structure in which the plurality of coaxial waveguides are expanded in a tapered shape toward the vacuum container, the high frequency power is expanded in the tapered coaxial waveguide section. Since it is possible to radiate over a wide area in the vacuum container, it is possible to perform uniform plasma treatment on a larger area.
【００１６】また、前記第１の構成において、複数の同
軸導波管によって真空容器内に放射される高周波電界内
に磁界を形成する手段を有するという好ましい構成によ
れば、高周波電界が磁界形成手段によって形成される磁
気ギャップと相互作用し、プラズマ中の電子を捕獲、回
転運動させるため、プラズマ密度を高めることができ、
その結果、プラズマ処理速度を向上させることができ
る。Further, according to the first configuration, in which the high frequency electric field has a means for forming a magnetic field in the high frequency electric field radiated into the vacuum container by the plurality of coaxial waveguides, the high frequency electric field is generated by the magnetic field forming means. Interacts with the magnetic gap formed by the electrons, traps electrons in the plasma, and causes them to rotate, thus increasing the plasma density,
As a result, the plasma processing rate can be improved.
【００１７】また、前記第１の構成において、反応ガス
導入手段を第１の反応ガス導入手段と第２の反応ガス導
入手段とにより構成し、前記第１の反応ガス導入手段
を、真空容器内への高周波電力の放射部分の近傍に配置
し、前記第２の反応ガス導入手段を、被処理基板の近傍
に配置するという好ましい構成によれば、第１のガス導
入手段から、例えば、膜の堆積成分を含まないＡｒ、Ｈ
ｅ等の不活性ガスや、Ｈ 2 （ａ−Ｓｉ成膜の場合）、Ｏ
2 （ＳＩＯ2 成膜の場合）、Ｎ2 （Ｓｉ3 Ｎ4 成膜の場
合）等のガスを導入してプラズマを発生させ、このプラ
ズマにより、被処理基板の近傍に配置した第２のガス導
入手段から導入したＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6等の堆積性ガ
スを活性化することにより、マイクロ波導入窓としての
絶縁物の表面に膜が堆積しにくくなり、マイクロ波の放
射を効率良く長期間にわたって維持することができる。Further, in the first configuration, the reaction gas
The introduction means is a first reaction gas introduction means and a second reaction gas introduction means.
And means for introducing the first reaction gas.
Is placed near the radiating part of high frequency power into the vacuum vessel.
Then, the second reaction gas introducing means is provided in the vicinity of the substrate to be processed.
According to a preferred configuration of disposing the first gas guide
For example, Ar, H that does not contain the deposition component of the film
Inert gas such as e or H 2(In the case of a-Si film formation), O
2(SIO2For film formation), N2(Si3NFourPlace of film formation
Gas) to generate plasma and
With the Zuma, the second gas guide placed near the substrate to be processed
SiH introduced from the injection meansFour, Si2H6Etc.
As a microwave introduction window,
The film is less likely to be deposited on the surface of the insulator and
Shooting can be efficiently maintained for a long period of time.
【００１８】また、前記本発明方法の構成によれば、大
面積の基板を均一に効率良く処理することができる。Further, according to the configuration of the method of the present invention, a large-area substrate can be uniformly and efficiently processed.
【００１９】また、前記第２の構成によれば、第１の構
成と同様の効果を得ることができる。According to the second structure, the same effect as the first structure can be obtained.
【００２０】[0020]
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。 （実施例１）図１は本発明に係るプラズマ処理装置の一
実施例における反応室の断面図である。図１において、
１１は真空排気手段を有する真空保持可能な真空容器、
１２は被処理基板、１３は被処理基板１２の加熱手段で
あるヒータ（図示せず）を有する基板台、１４は反応ガ
ス導入口である。１５ａ、１５ｂ、１５ｃはマイクロ波
を輸送するための同軸管であり、同軸管１５ａと同軸管
１５ｂとにより小径の第１の同軸導波管が形成され、同
軸管１５ｂと同軸管１５ｃとにより大径の第２の同軸導
波管が形成されている。ここで、同軸管１５ａの外径は
９ｍｍ、同軸管１５ｂの内径は２０ｍｍ、外径は２４ｍ
ｍ、同軸管１５ｃの内径は５４ｍｍである。１６は同軸
管１５ａ、１５ｂ、１５ｃを真空封止し、かつ、マイク
ロ波を透過する絶縁物としての石英窓、１７ａ、１７ｂ
はマイクロ波の矩形導波管（１０９ｍｍ×５４．５ｍ
ｍ）であり、それぞれスリースタブチューナー、マイク
ロ波パワーメータ、アイソレータ、マイクロ波発生装置
であるマグネトロン（図示せず）に接続されている。１
８ａ、１８ｂは矩形導波管１７ａ、１７ｂから同軸導波
管にマイクロ波を変換するリッジ、１９ａ、１９ｂはマ
イクロ波の反射板としてのプランジャーである。EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. (Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a reaction chamber in an embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. In FIG.
Reference numeral 11 denotes a vacuum container having a vacuum evacuation means capable of holding vacuum,
12 is a substrate to be processed, 13 is a substrate table having a heater (not shown) which is a heating means for the substrate 12 to be processed, and 14 is a reaction gas introducing port. Reference numerals 15a, 15b, and 15c are coaxial tubes for transporting microwaves. The coaxial tube 15a and the coaxial tube 15b form a first coaxial waveguide having a small diameter, and the coaxial tube 15b and the coaxial tube 15c have a large diameter. A second coaxial waveguide of diameter is formed. Here, the outer diameter of the coaxial tube 15a is 9 mm, the inner diameter of the coaxial tube 15b is 20 mm, and the outer diameter is 24 m.
m, the inner diameter of the coaxial tube 15c is 54 mm. Reference numeral 16 designates a quartz window as an insulator for vacuum-sealing the coaxial tubes 15a, 15b, 15c and for transmitting microwaves, and 17a, 17b.
Is a microwave rectangular waveguide (109mm × 54.5m)
m), which are respectively connected to a stub tuner, a microwave power meter, an isolator, and a magnetron (not shown) which is a microwave generator. 1
Reference numerals 8a and 18b are ridges for converting microwaves from the rectangular waveguides 17a and 17b to coaxial waveguides, and 19a and 19b are plungers as microwave reflection plates.
【００２１】以上のような構成を有するプラズマ処理装
置を、プラズマＣＶＤ装置として用いた場合を例に挙げ
てその動作を説明する。まず、真空容器１１を１×１０
-4Ｔｏｒｒの真空度まで真空排気し、反応ガスとしてＳ
ｉＨ4 とＨ2 を１：４の割合でガス導入口１４から真空
容器１１内に導入し、反応圧力である１Ｔｏｒｒに調整
する。２個のマグネトロンから発振された２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波１、２は、矩形導波管１７ａ、１７ｂを
それぞれＴＥ10モードで伝搬し、プランジャー１９ａ、
１９ｂの位置と、スリースタブチューナーの位置を変化
させてインピーダンスを変化させることにより、小径の
第１の同軸導波管（１５ａ−１５ｂ）と大径の第２の同
軸導波管（１５ｂ−１５ｃ）にそれぞれＴＥＭモードで
５００Ｗ導入される。これにより、真空容器１１内にマ
イクロ波が放射され、真空容器１１に設けられたテスラ
コイル（図示せず）のトリガーによって被処理基板１２
の上にマイクロ波プラズマが発生する。ここで、ヒータ
によって被処理基板１２を３００℃に加熱すれば、被処
理基板１２の上にアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓ
ｉと略記する）膜を堆積させることができる。The operation of the plasma processing apparatus having the above-mentioned structure will be described by way of example when it is used as a plasma CVD apparatus. First, the vacuum container 11 is set to 1 × 10.
-Vacuum exhaust to -4 Torr and S as reaction gas
iH 4 and H 2 are introduced at a ratio of 1: 4 from the gas introduction port 14 into the vacuum vessel 11, and the reaction pressure is adjusted to 1 Torr. 2.45 GH oscillated from two magnetrons
The microwaves 1 and 2 of z propagate through the rectangular waveguides 17a and 17b in the TE 10 mode, and the plungers 19a and
By changing the position of 19b and the position of the three-stub tuner to change the impedance, the small-diameter first coaxial waveguide (15a-15b) and the large-diameter second coaxial waveguide (15b-15c). ) Are introduced in the TEM mode. As a result, microwaves are radiated into the vacuum container 11, and the substrate 12 to be processed 12 is triggered by a Tesla coil (not shown) provided in the vacuum container 11.
A microwave plasma is generated on the top. Here, if the substrate 12 to be processed is heated to 300 ° C. by the heater, amorphous silicon (hereinafter referred to as aS
A film (abbreviated as i) can be deposited.
【００２２】マイクロ波１、２のパワーを同一の５００
Ｗとした場合、直径５０ｍｍの基板内でａ−Ｓｉ膜の成
膜速度は５６０オングストローム／分であった。均一性
は被処理基板１２の中央付近の成膜速度が速く±１０％
であった。従来の単一の同軸導波管の場合、成膜速度は
３８０オングストローム／分±２３％であったので、成
膜速度、均一性ともに向上していることが分かる。The microwaves 1 and 2 have the same power of 500.
When W is set, the film formation rate of the a-Si film in the substrate having a diameter of 50 mm was 560 Å / min. Uniformity is that the film formation rate near the center of the substrate 12 to be processed is fast ± 10%.
Met. In the case of the conventional single coaxial waveguide, the film forming rate was 380 angstrom / min ± 23%, so it can be seen that both the film forming rate and the uniformity are improved.
【００２３】このように、本実施例１のプラズマ処理装
置を用いれば、プラズマ処理の均一性、処理速度の点で
優れた効果が得られる。また、本実施例１のプラズマ処
理装置を用いれば、均一性をさらに向上させることがで
きる。マイクロ波１、２のパワーを同一の５００Ｗとし
た場合には、上記したように直径５０ｍｍの基板内で均
一性は被処理基板１２の中央付近の成膜速度が速く±１
０％であったが、これは、被処理基板１２の外周側では
プラズマ中の電子が真空容器１１に向かって広がり消失
し、プラズマ密度が低下することに起因している。そこ
で、外側の第２の同軸導波管（１５ｂ−１５ｃ）から供
給されるマイクロ波２のパワーを７００Ｗ、内側の第１
の同軸導波管（１５ａｂ−１５ｂ）から供給されるマイ
クロ波１のパワーを５００Ｗとしたところ、均一性は±
６％と向上し、このときの成膜速度は６８０オングスト
ローム／分であった。As described above, by using the plasma processing apparatus of the first embodiment, excellent effects can be obtained in terms of uniformity of plasma processing and processing speed. Further, if the plasma processing apparatus of the first embodiment is used, the uniformity can be further improved. When the microwaves 1 and 2 have the same power of 500 W, as described above, the uniformity is high within a substrate having a diameter of 50 mm, that is, the film forming rate near the center of the substrate 12 to be processed is high ± 1
Although it was 0%, this is because the electrons in the plasma spread toward the vacuum container 11 and disappear on the outer peripheral side of the substrate 12 to be processed, and the plasma density decreases. Therefore, the power of the microwave 2 supplied from the second coaxial waveguide (15b-15c) on the outer side is 700 W, and the power of the first microwave on the inner side is
When the power of the microwave 1 supplied from the coaxial waveguide (15ab-15b) of the above is set to 500 W, the uniformity is ±
It was improved to 6%, and the film forming rate at this time was 680 Å / min.
【００２４】このように、２組の同軸導波管に供給され
るマイクロ波１、２のパワーを制御することにより、プ
ラズマ処理の均一性、処理速度をさらに向上させること
ができる。As described above, by controlling the power of the microwaves 1 and 2 supplied to the two sets of coaxial waveguides, the uniformity of plasma processing and the processing speed can be further improved.
【００２５】尚、２組の同軸管に各々制御して供給する
マイクロ波のパワーを制御する方法は、処理の目的に合
わせて行えばよい。The method of controlling the power of the microwaves to be supplied to the two sets of coaxial tubes by controlling each may be performed according to the purpose of the processing.
【００２６】（実施例２）図２は本発明に係るプラズマ
処理装置の他の実施例における反応室の断面図である。
図２において、２０ａ、２０ｂ、２０ｃは上記実施例１
の同軸管１５ａ、１５ｂ、１５ｃの真空容器１１側をそ
れぞれ４５度のテーパー状に拡大したものであり、その
他の構成は上記実施例１と同様である。(Embodiment 2) FIG. 2 is a sectional view of a reaction chamber in another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
In FIG. 2, 20a, 20b and 20c are the same as those in the first embodiment.
The coaxial tubes 15a, 15b, and 15c are expanded on the vacuum container 11 side in a taper shape of 45 degrees, and other configurations are the same as those in the first embodiment.
【００２７】プラズマ処理装置を以上のように構成すれ
ば、マイクロ波１、２は、まず、矩形導波管１７ａ、１
７ｂをそれぞれ伝搬して、小径の第１の同軸導波管（１
５ａ−１５ｂ）と大径の第２の同軸導波管（１５ｂ−１
５ｃ）に導入され、次いで、テーパー状同軸導波管部
（２０ａ−２０ｂ）、（２０ｂ−２０ｃ）で拡大され、
真空容器１１内の広い領域にわたって放射される。従っ
て、小径の第１の同軸管（１５ａ−１５ｂ）から供給さ
れるマイクロ波１のパワーと大径の第２の同軸管（１５
ｂ−１５ｃ）から供給されるマイクロ波２のパワーとを
制御することにより、さらに大面積に均一なプラズマ処
理を施すことができる。If the plasma processing apparatus is constructed as described above, the microwaves 1 and 2 are first transmitted to the rectangular waveguides 17a and 1a.
7b respectively to propagate the first coaxial waveguide (1
5a-15b) and a large diameter second coaxial waveguide (15b-1)
5c), then expanded with tapered coaxial waveguide sections (20a-20b), (20b-20c),
It is radiated over a wide area in the vacuum container 11. Therefore, the power of the microwave 1 supplied from the small-diameter first coaxial waveguide (15a-15b) and the large-diameter second coaxial waveguide (15a-15b).
By controlling the power of the microwave 2 supplied from b-15c), it is possible to perform uniform plasma treatment on a larger area.
【００２８】（実施例３）図３は本発明に係るプラズマ
処理装置のさらに他の実施例における反応室の断面図で
ある。図３に示すように、同軸導波管２０ａ、２０ｂの
内部には空洞が形成されており、この空洞には永久磁石
２１、２２が同心円状に配置されている。これにより、
マイクロ波の放射領域に磁場を形成し、真空容器１１内
のマイクロ波放射面表面で１．５ｋＧの磁場を形成する
ことができる。その他の構成は上記実施例２と同様であ
る。(Embodiment 3) FIG. 3 is a sectional view of a reaction chamber in still another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 3, cavities are formed inside the coaxial waveguides 20a and 20b, and permanent magnets 21 and 22 are concentrically arranged in the cavities. This allows
A magnetic field can be formed in the microwave radiation region, and a magnetic field of 1.5 kG can be formed on the surface of the microwave radiation surface in the vacuum container 11. The other structure is the same as that of the second embodiment.
【００２９】プラズマ処理装置を以上のように構成すれ
ば、マイクロ波１、２は、まず、テーパー状同軸導波管
部（２０ａ−２０ｂ）、（２０ｂ−２０ｃ）で拡大され
て、真空容器１１内の広い領域に放射され、次いで、同
心円状に配置された永久磁石２１、２２によって形成さ
れる磁気ギャップと相互作用して、プラズマ中の電子を
捕獲、回転運動させるため、プラズマ密度を高めること
ができる。磁界の強度が８７５Ｇでマイクロ波電界と直
交に作用する領域においては、ＥＣＲ放電が形成され
る。また、トリガー放電を用いなくても、放電を開始し
易くなり、高真空領域でも放電させることができる。従
って、小径の第１の同軸導波管（１５ａ−１５ｂ）から
供給されるマイクロ波１のパワーと大径の第２の同軸導
波管（１５ｂ−１５ｃ）から供給されるマイクロ波２の
パワーとを制御することにより、高密度プラズマを大面
積で均一に発生させることができ、その結果、プラズマ
処理速度を向上させることができる。If the plasma processing apparatus is configured as described above, the microwaves 1 and 2 are first expanded by the tapered coaxial waveguide portions (20a-20b) and (20b-20c), and the vacuum container 11 is expanded. To increase the plasma density by trapping and rotating the electrons in the plasma by interacting with the magnetic gap formed by the permanent magnets 21 and 22 arranged in concentric circles. You can ECR discharge is formed in the region where the magnetic field strength is 875 G and acts orthogonal to the microwave electric field. Further, even if the trigger discharge is not used, the discharge can be easily started, and the discharge can be performed even in the high vacuum region. Therefore, the power of the microwave 1 supplied from the first coaxial waveguide (15a-15b) having a small diameter and the power of the microwave 2 supplied from the second coaxial waveguide (15b-15c) having a large diameter. By controlling and, high-density plasma can be uniformly generated in a large area, and as a result, the plasma processing rate can be improved.
【００３０】尚、本実施例３においては、磁界形成手段
として永久磁石２１、２２を用いているが、必ずしもこ
れに限定されるものではなく、例えば図５に示すように
磁場コイル２５を用いてもよい。In the third embodiment, the permanent magnets 21 and 22 are used as the magnetic field forming means, but the magnetic field forming means is not limited to this. For example, a magnetic field coil 25 as shown in FIG. 5 is used. Good.
【００３１】（実施例４）図４は本発明に係るプラズマ
処理装置のさらに他の実施例における反応室の断面図で
ある。図４において、２３は真空容器１１内へのマイク
ロ波の放射部分の近傍に配置された第１のガス導入手段
であり、真空容器１１内にプラズマ生成用のガスを導入
するために用いられる。また、２４は被処理基板１２の
近傍に配置された第２のガス導入手段であり、真空容器
１１内に反応ガスを導入するために用いられる。その他
の構成は上記実施例３と同様である。(Embodiment 4) FIG. 4 is a sectional view of a reaction chamber in still another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. In FIG. 4, reference numeral 23 is a first gas introduction means arranged in the vicinity of the microwave radiation portion into the vacuum container 11, and is used to introduce the plasma generation gas into the vacuum container 11. Further, reference numeral 24 is a second gas introducing means arranged in the vicinity of the substrate 12 to be processed, which is used for introducing a reaction gas into the vacuum container 11. The other structure is the same as that of the third embodiment.
【００３２】以上のような構成を有するプラズマ処理装
置について、以下その動作を説明する。マイクロ波によ
ってプラズマを発生させる機構は、上記実施例１、２、
３と同様である。The operation of the plasma processing apparatus having the above structure will be described below. The mechanism for generating plasma by microwaves is the same as in the first and second embodiments.
Same as 3.
【００３３】ところで、前記実施例１、２、３において
は、ａ−Ｓｉ等の半導体やＳＩＯ2、Ｓｉ3 Ｎ4 等の絶
縁膜を長期間にわたって成膜すると、マイクロ波導入窓
としての石英窓１６の表面にも膜が堆積し、マイクロ波
が効率良く放射されなくなる場合があった。そこで、マ
イクロ波の放射部分の近傍に配置した第１のガス導入手
段２３から、例えば、膜の堆積成分を含まないＡｒ、Ｈ
ｅ等の不活性ガスや、Ｈ2 （ａ−Ｓｉ成膜の場合）、Ｏ
2 （ＳＩＯ2 成膜の場合）、Ｎ2 （Ｓｉ3 Ｎ4成膜の場
合）等のガスを導入してプラズマを発生させ、このプラ
ズマにより、被処理基板１２の近傍に配置した第２のガ
ス導入手段２４から導入したＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 等の
堆積性ガスを活性化した。これにより、マイクロ波導入
窓としての石英窓１６の表面に膜が堆積しにくくなり、
マイクロ波の放射を効率良く長期間にわたって維持する
ことができるようになった。In the first , second , and third embodiments, when a semiconductor such as a-Si or an insulating film such as SIO 2 or Si 3 N 4 is formed over a long period of time, a quartz window as a microwave introduction window is formed. In some cases, a film was deposited on the surface of 16 and microwaves were not efficiently radiated. Therefore, from the first gas introduction unit 23 arranged near the microwave radiation portion, for example, Ar or H containing no film deposition component is used.
inert gas such as e, H 2 (for a-Si film formation), O
A gas such as 2 (for SIO 2 film formation) or N 2 (for Si 3 N 4 film formation) is introduced to generate plasma, and the plasma causes the second gas The deposition gas such as SiH 4 and Si 2 H 6 introduced from the gas introduction means 24 was activated. This makes it difficult for a film to be deposited on the surface of the quartz window 16 as the microwave introduction window,
The microwave radiation can be efficiently maintained for a long time.
【００３４】尚、上記実施例１、２、３、４において
は、プラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置として用い
た場合を例に挙げて説明しているが、必ずしもこの用途
に限定されるものではなく、例えば、同じ構成で導入ガ
スをエッチングに適したガスとすることにより、大面積
の基板に対し均一にエッチング処理を施す場合にも用い
ることができる。In the first, second, third, and fourth embodiments, the case where the plasma processing apparatus is used as the plasma CVD apparatus is described as an example, but the present invention is not necessarily limited to this application. For example, it can be used also in the case of uniformly etching a large-area substrate by setting the introduced gas to a gas suitable for etching with the same configuration.
【００３５】また、上記実施例１、２、３、４において
は、マイクロ波の放射を２組の同軸導波管を用いて行っ
ているが、３組以上の同軸導波管を用いれば、さらに高
密度で、大面積のプラズマを得ることができる。In the first, second, third, and fourth embodiments, microwave radiation is performed using two sets of coaxial waveguides, but if three or more sets of coaxial waveguides are used, Further, it is possible to obtain a high-density and large-area plasma.
【００３６】また、上記実施例１、２、３、４において
は、同心状の複数の同軸導波管を用いた場合を例に上げ
て説明しているが、必ずしもこれに限定されるものでは
なく、例えば図６に示すように、中心の導波管を円形導
波管２６によって形成し、この円形導波管２６の外側に
同心状の外側導体を配置して同軸導波管２７を形成する
ことにより、マイクロ波をＴＥモードあるいはＴＭモー
ドにて導入してもよい。In the first, second, third, and fourth embodiments, the case where a plurality of concentric coaxial waveguides are used has been described as an example, but the present invention is not necessarily limited to this. Instead, for example, as shown in FIG. 6, a central waveguide is formed by a circular waveguide 26, and a concentric outer conductor is arranged outside the circular waveguide 26 to form a coaxial waveguide 27. By doing so, the microwave may be introduced in the TE mode or the TM mode.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプラ
ズマ処理装置の第１の構成によれば、同心状の複数の同
軸導波管によって高周波電力を伝搬させることにより、
高周波電力の放射分布を大面積化し、均一なプラズマを
発生させることができるので、大面積の基板でも均一に
処理することができる。As described above, according to the first configuration of the plasma processing apparatus of the present invention, the high frequency power is propagated by the plurality of concentric coaxial waveguides.
Since the radiation distribution of the high-frequency power can be increased in area and uniform plasma can be generated, even a large-area substrate can be uniformly processed.
【００３８】また、前記第１の構成において、複数の同
軸導波管に導入する高周波電力を各々制御する手段を有
するという好ましい構成によれば、外側に位置する同軸
導波管に導入する高周波電力のパワーを内側に位置する
同軸導波管に導入する高周波電力のパワーよりも大きく
することにより、被処理基板の外周側におけるプラズマ
密度の低下を抑えることができ、さらに均一なプラズマ
を発生させることができると共に、装置の均一性に対す
る制御性を向上させることができる。Further, according to the preferable structure of the first structure, which has means for controlling the high-frequency power to be introduced into the plurality of coaxial waveguides, the high-frequency power to be introduced into the outer coaxial waveguide is provided. Power of the high frequency power to be introduced into the coaxial waveguide located inside, it is possible to suppress the decrease in plasma density on the outer peripheral side of the substrate to be processed, and to generate a more uniform plasma. In addition, the controllability of the uniformity of the device can be improved.
【００３９】また、前記第１の構成において、複数の同
軸導波管を、真空容器に向かうに従ってテーパー状に拡
大するという好ましい構成によれば、高周波電力をテー
パー状同軸導波管部で拡大し、真空容器内の広い領域に
わたって放射させることができるので、さらに大面積に
均一なプラズマ処理を施すことができる。Further, in the first configuration, according to a preferred configuration in which the plurality of coaxial waveguides are expanded in a tapered shape toward the vacuum container, the high frequency power is expanded in the tapered coaxial waveguide section. Since it is possible to radiate over a wide area in the vacuum container, it is possible to perform uniform plasma treatment on a larger area.
【００４０】また、前記第１の構成において、複数の同
軸導波管によって真空容器内に放射される高周波電界内
に磁界を形成する手段を有するという好ましい構成によ
れば、高周波電界が磁界形成手段によって形成される磁
気ギャップと相互作用し、プラズマ中の電子を捕獲、回
転運動させるため、プラズマ密度を高めることができ、
その結果、プラズマ処理速度を向上させることができ
る。Further, according to the first configuration, in which the high frequency electric field has a means for forming a magnetic field in the high frequency electric field radiated into the vacuum container by the plurality of coaxial waveguides, the high frequency electric field is generated by the magnetic field forming means. Interacts with the magnetic gap formed by the electrons, traps electrons in the plasma, and causes them to rotate, thus increasing the plasma density,
As a result, the plasma processing rate can be improved.
【００４１】また、前記第１の構成において、反応ガス
導入手段を第１の反応ガス導入手段と第２の反応ガス導
入手段とにより構成し、前記第１の反応ガス導入手段
を、真空容器内への高周波電力の放射部分の近傍に配置
し、前記第２の反応ガス導入手段を、被処理基板の近傍
に配置するという好ましい構成によれば、第１のガス導
入手段から、例えば、膜の堆積成分を含まないＡｒ、Ｈ
ｅ等の不活性ガスや、Ｈ 2 （ａ−Ｓｉ成膜の場合）、Ｏ
2 （ＳＩＯ2 成膜の場合）、Ｎ2 （Ｓｉ3 Ｎ4 成膜の場
合）等のガスを導入してプラズマを発生させ、このプラ
ズマにより、被処理基板の近傍に配置した第２のガス導
入手段から導入したＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6等の堆積性ガ
スを活性化することにより、マイクロ波導入窓としての
絶縁物の表面に膜が堆積しにくくなり、マイクロ波の放
射を効率良く長期間にわたって維持することができる。Further, in the first structure, the reaction gas
The introduction means is a first reaction gas introduction means and a second reaction gas introduction means.
And means for introducing the first reaction gas.
Is placed near the radiating part of high frequency power into the vacuum vessel.
Then, the second reaction gas introducing means is provided in the vicinity of the substrate to be processed.
According to a preferred configuration of disposing the first gas guide
For example, Ar, H that does not contain the deposition component of the film
Inert gas such as e or H 2(In the case of a-Si film formation), O
2(SIO2For film formation), N2(Si3NFourPlace of film formation
Gas) to generate plasma and
With the Zuma, the second gas guide placed near the substrate to be processed
SiH introduced from the injection meansFour, Si2H6Etc.
As a microwave introduction window,
The film is less likely to be deposited on the surface of the insulator and
Shooting can be efficiently maintained for a long period of time.
【００４２】また、本発明に係るプラズマ処理方法によ
れば、大面積の基板を均一に効率良く処理することがで
きる。Further, according to the plasma processing method of the present invention, a large-area substrate can be uniformly and efficiently processed.
【００４３】また、本発明に係るプラズマ処理装置の第
２の構成によれば、第１の構成と同様の効果を得ること
ができる。Further, according to the second configuration of the plasma processing apparatus according to the present invention, the same effect as the first configuration can be obtained.
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例にお
ける反応室の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a reaction chamber in an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.
【図２】本発明に係るプラズマ処理装置の他の実施例に
おける反応室の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a reaction chamber in another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
【図３】本発明に係るプラズマ処理装置のさらに他の実
施例における反応室の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a reaction chamber in still another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
【図４】本発明に係るプラズマ処理装置のさらに他の実
施例における反応室の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a reaction chamber in still another embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
【図５】本発明に係るプラズマ処理装置における磁界形
成手段の他の実施例を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the magnetic field forming means in the plasma processing apparatus according to the present invention.
【図６】本発明に係るプラズマ処理装置における磁界形
成手段の他の実施例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment of the magnetic field forming means in the plasma processing apparatus according to the present invention.
【図７】従来のプラズマ処理装置における反応室の断面
図である。FIG. 7 is a sectional view of a reaction chamber in a conventional plasma processing apparatus.
１１ 真空容器 １２ 被処理基板 １３ 被処理基板台 １４ 反応ガス導入口 １５ａ、１５ｂ、１５ｃ 同軸管 １６ 絶縁物 １７ａ、１７ｂ 矩形導波管 １８ａ、１８ｂ リッジ １９ａ、１９ｂ プランジャー ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ テーパ状同軸管 ２１、２２ 永久磁石 ２３ 第１のガス導入手段 ２４ 第２のガス導入手段 ２５ 磁場コイル 11 vacuum container 12 processed substrate 13 processed substrate stand 14 reaction gas introduction port 15a, 15b, 15c coaxial tube 16 insulator 17a, 17b rectangular waveguide 18a, 18b ridge 19a, 19b plunger 20a, 20b, 20c tapered shape Coaxial tube 21, 22 Permanent magnet 23 First gas introducing means 24 Second gas introducing means 25 Magnetic field coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｄ 8417−4Ｋ Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/31 (72)発明者 水口 信一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical indication location C23F 4/00 D 8417-4K H01L 21/205 21/3065 21/31 (72) Inventor Shin Mizuguchi 1 1006, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (7)
する真空容器と、前記真空容器内に設けられた被処理基
板保持手段と、前記真空容器に接続され、中心導体と同
心状に配置された複数個の外側導体とにより形成された
複数の同軸導波管と、前記同軸導波管を封止する絶縁物
と、前記複数の同軸導波管に各々高周波電力を導入する
手段とを少なくとも備えたプラズマ処理装置。1. A vacuum container having a vacuum evacuation unit and a reaction gas introduction unit, a target substrate holding unit provided in the vacuum container, and a vacuum container connected to the vacuum container and arranged concentrically with a central conductor. A plurality of coaxial waveguides formed by a plurality of outer conductors, an insulator that seals the coaxial waveguides, and a means for introducing high-frequency power into each of the plurality of coaxial waveguides. Equipped plasma processing apparatus.
を各々制御する手段を有する請求項１に記載のプラズマ
処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising means for controlling high-frequency power to be introduced into the plurality of coaxial waveguides.
に従ってテーパー状に拡大した請求項１又は２に記載の
プラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of coaxial waveguides are expanded in a tapered shape toward the vacuum container.
放射される高周波電界内に磁界を形成する手段を有する
請求項１、２又は３に記載のプラズマ処理装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising means for forming a magnetic field in a high frequency electric field radiated into the vacuum chamber by a plurality of coaxial waveguides.
手段と第２の反応ガス導入手段とにより構成し、前記第
１の反応ガス導入手段を、真空容器内への高周波電力の
放射部分の近傍に配置し、前記第２の反応ガス導入手段
を、被処理基板の近傍に配置した請求項１、２、３又は
４に記載のプラズマ処理装置。5. The reaction gas introducing means is composed of a first reaction gas introducing means and a second reaction gas introducing means, and the first reaction gas introducing means is a portion for radiating high frequency power into a vacuum container. 5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the second reactive gas introducing unit is arranged in the vicinity of the substrate, and the second reaction gas introducing unit is arranged in the vicinity of the substrate to be processed.
ガスを導入し、高周波電力によって前記反応ガスをプラ
ズマ化し、真空容器内に設けた被処理基板を処理するプ
ラズマ処理方法であって、前記真空容器に接続され、中
心導体と同心状に配置された複数個の外側導体とにより
形成された複数の同軸導波管から前記高周波電力を各々
放射し、かつ、前記各々の高周波電力を制御することに
より、発生するプラズマを用いて前記被処理基板に処理
を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。6. A plasma processing method, wherein a reaction gas is introduced into a vacuum container having an evacuation means, the reaction gas is turned into plasma by high-frequency power, and a substrate to be processed provided in the vacuum container is processed. The high frequency power is radiated from each of a plurality of coaxial waveguides connected to a vacuum container and formed by a plurality of outer conductors arranged concentrically with a central conductor, and each of the high frequency powers is controlled. Thus, the plasma processing method is characterized in that the substrate to be processed is processed by using the generated plasma.
する真空容器と、前記真空容器内に設けられた被処理基
板保持手段と、前記真空容器に接続された円形導波管
と、同じく前記真空容器に接続され、前記円形導波管と
同心状に配置された複数個の外側導体により形成された
複数の同軸導波管と、前記円形導波管及び複数の同軸導
波管を封止する絶縁物と、前記円形導波管及び複数の同
軸導波管に各々高周波電力を導入する手段とを少なくと
も備えたプラズマ処理装置。7. A vacuum container having a vacuum evacuation unit and a reaction gas introduction unit, a target substrate holding unit provided in the vacuum container, a circular waveguide connected to the vacuum container, and the same as above. A plurality of coaxial waveguides connected to a vacuum container and formed by a plurality of outer conductors arranged concentrically with the circular waveguide, and the circular waveguide and the plurality of coaxial waveguides are sealed. And a means for introducing high-frequency power into each of the circular waveguide and the plurality of coaxial waveguides.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5277934A JPH07135093A (en) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | Plasma processing device and processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5277934A JPH07135093A (en) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | Plasma processing device and processing method |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07135093A true JPH07135093A (en) | 1995-05-23 |
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ID=17590322
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| JP5277934A Pending JPH07135093A (en) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | Plasma processing device and processing method |
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| Country | Link |
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