JPH08203881A - Surface treatment system - Google Patents

Surface treatment system

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JPH08203881A
JPH08203881A JP7033050A JP3305095A JPH08203881A JP H08203881 A JPH08203881 A JP H08203881A JP 7033050 A JP7033050 A JP 7033050A JP 3305095 A JP3305095 A JP 3305095A JP H08203881 A JPH08203881 A JP H08203881A
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JP
Japan
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planar electrode
microwave
surface treatment
vacuum container
ring
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JP7033050A
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Japanese (ja)
Inventor
Kojin Nakagawa
行人 中川
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ANERUBA KK
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ANERUBA KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To generate a low pressure high density plasma uniformly over a large area by providing a planar electrode made of a conductive plate having holes filled with a dielectric and vacuum sealing a vacuum vessel and radiating microwave, being fed from a coaxial tube of power supply mechanism, into the vacuum vessel through the holes of the conductive plate. CONSTITUTION: A planar electrode 42 is provided with a slot part 43 serving as an antenna for radiating microwave. The planar electrode 42 is formed of a planar conductive member and holes are made through the planar electrode 42, at the slot part 43 thereof, and filled with a dielectric 44. The planar electrode 42 is fixed hermetically, as an upper wall, to the upper part of a vacuum vessel 11. Since the slot part 43 is filled with the dielectric 44, the vacuum vessel 11 can be sealed hermetically by means of the planar electrode 42 itself. Microwave power is fed from a microwave power supply 20 to the planar electrode 42 through a coaxial pipe 23.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は表面処理装置に関し、特
に、高周波放電で生成されるプラズマを利用して被処理
基板の表面処理を行うもので、半導体デバイス製造工程
においてドライエッチングまたはプラズマCVDに利用
される表面処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment apparatus and, more particularly, to a surface treatment of a substrate to be treated by using plasma generated by high frequency discharge, which is used for dry etching or plasma CVD in a semiconductor device manufacturing process. The present invention relates to a surface treatment device used.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイス作製の1つの工程である
ドライエッチングに利用される表面処理装置の例を説明
する。半導体デバイス作製に不可欠の配線パターン形成
工程で、実際にパターン形成を行うには、放電によって
ハロゲンを含むガスを主成分とした混合ガスのプラズマ
を発生させ、プラズマ中の各種活性種(例えば原子状塩
素、原子状フッ素、フッ素炭素化合物など)を表面の薄
膜と反応させ、薄膜を除去するドライエッチング技術が
一般的に用いられる。ガスをプラズマ化させる手段とし
て、供給されたマイクロ波による電場と磁場の相互作用
(電子サイクロトロン共鳴)を利用してプラズマを発生
させる方法が知られている。この方法を利用した装置は
一般にECR表面処理装置と呼ばれ、磁場を発生させる
ための機構として空芯コイルを利用した装置が、ドライ
エッチング、プラズマCVD等に広く応用されている。
また最近では、ECRプラズマ利用表面反応装置の改良
型である平面型ECR表面処理装置も知られている(例
えば特開平5-182785号公報)。
2. Description of the Related Art An example of a surface treatment apparatus used for dry etching, which is one step of manufacturing a semiconductor device, will be described. In order to actually perform pattern formation in the wiring pattern formation process that is indispensable for semiconductor device fabrication, plasma of a mixed gas containing a gas containing halogen as a main component is generated by discharge, and various active species (for example, atomic state) in the plasma are generated. A dry etching technique in which chlorine, atomic fluorine, a fluorocarbon compound, etc.) is reacted with a thin film on the surface to remove the thin film is generally used. As a means for converting gas into plasma, there is known a method of generating plasma by utilizing an interaction between an electric field and a magnetic field (electron cyclotron resonance) by a supplied microwave. An apparatus using this method is generally called an ECR surface treatment apparatus, and an apparatus using an air-core coil as a mechanism for generating a magnetic field is widely applied to dry etching, plasma CVD and the like.
Recently, a planar type ECR surface treatment apparatus, which is an improved type of the surface reaction apparatus utilizing ECR plasma, is also known (for example, JP-A-5-18785).

【0003】図5に従来の平面型ECR表面処理装置の
一例を示し、図6に平面型ECR表面処理装置における
磁場と電場の関係を示す。
FIG. 5 shows an example of a conventional flat type ECR surface treating apparatus, and FIG. 6 shows a relationship between a magnetic field and an electric field in the flat type ECR surface treating apparatus.

【0004】真空容器11は、上側の部分をフランジ1
2で真空封止され、基板保持機構を含む電極13を内部
空間に備える。電極13の上には被処理基板14が配置
される。真空容器11の内部は排気機構15によって所
要レベルまで減圧される。電極13には電源16によっ
てバイアス用の電力が供給される。真空容器11内の上
側にはその内部空間にマイクロ波による電力を放射する
ための平面状電極17が設けられ、平面状電極17には
マイクロ波放射用のアンテナとして動作するスロット
(貫通孔)18が加工されている。スロット18の形成
位置および形状はマイクロ波放射に適するように任意に
選択される。平面状電極17の近傍にはその周囲に磁場
を発生させるための複数のリング状永久磁石19が配置
される。この例では、永久磁石19はフランジ12に形
成された磁石固定用のリング状溝の中に固定されてい
る。また平面状電極17に対しマイクロ波を供給する機
構として、マイクロ波電源20、外部導体21および内
部導体22からなる同軸管23、同軸型マイクロ波導入
用真空窓24が設けられる。また説明の簡単化のため図
示を省略したが、マイクロ波電源20と平面状電極17
の間のマイクロ波回路を構成する素子として、導波管、
整合器、単行管、方向性結合器、同軸導波管変換器等が
必要に応じて設けられる。
The upper portion of the vacuum container 11 is the flange 1
An electrode 13 that is vacuum-sealed with 2 and includes a substrate holding mechanism is provided in the internal space. The substrate to be processed 14 is arranged on the electrode 13. The inside of the vacuum container 11 is decompressed to a required level by the exhaust mechanism 15. Electric power for biasing is supplied to the electrode 13 from a power supply 16. A planar electrode 17 for radiating electric power by microwaves is provided in an upper space inside the vacuum container 11, and the planar electrode 17 has a slot (through hole) 18 that operates as an antenna for microwave radiation. Is being processed. The location and shape of the slot 18 are arbitrarily selected to suit microwave radiation. In the vicinity of the planar electrode 17, a plurality of ring-shaped permanent magnets 19 for generating a magnetic field are arranged around the planar electrode 17. In this example, the permanent magnet 19 is fixed in a ring-shaped groove formed in the flange 12 for fixing the magnet. Further, as a mechanism for supplying microwaves to the planar electrode 17, a microwave power source 20, a coaxial tube 23 including an outer conductor 21 and an inner conductor 22, and a coaxial microwave introducing vacuum window 24 are provided. Although illustration is omitted for simplification of description, the microwave power source 20 and the planar electrode 17 are omitted.
Between the waveguide, as an element that constitutes the microwave circuit between
A matching device, a single-row tube, a directional coupler, a coaxial waveguide converter, etc. are provided as required.

【0005】上記の平面型ECR表面処理装置では、図
示しないガス導入系を用いて真空容器11内に所定ガス
を所定圧力まで導入した後に、マイクロ波による電力を
真空容器11内に導入し、電場と磁場との相互作用を利
用してガスをプラズマ化しプラズマ25を生成する。こ
のプラズマ25内の化学的活性の高い各種粒子は被処理
基板14の表面に導かれ、基板表面における化学反応を
利用して表面をエッチングする。通常、活性の高い粒子
の一つである正イオンにエネルギを与えて被処理基板1
4の表面に導くため、電源16を用いて電極13に例え
ば高周波のバイアス電力が供給される。
In the above flat type ECR surface treatment apparatus, after introducing a predetermined gas into the vacuum container 11 up to a predetermined pressure by using a gas introduction system (not shown), electric power by microwave is introduced into the vacuum container 11 to generate an electric field. And the magnetic field are utilized to convert the gas into plasma and generate plasma 25. Various particles having high chemical activity in the plasma 25 are guided to the surface of the substrate 14 to be processed, and the surface is etched by utilizing a chemical reaction on the surface of the substrate. Usually, the substrate to be processed 1 is provided with energy to positive ions, which are one of highly active particles.
In order to lead to the surface of the electrode 4, bias power of high frequency, for example, is supplied to the electrode 13 using the power supply 16.

【0006】次に図6を参照して磁場とマイクロ波によ
る電場の作用関係を説明する。図6にはリング状永久磁
石19により発生する磁力線31と、平面状電極17に
形成されたスロット18から生成されるマイクロ波の電
場32を示す。この例では、真空容器11内の磁場強度
はスロット18の近傍でもっとも強く、真空容器11の
内部に向うほど徐々に減少する。プラズマ生成に利用さ
れるマイクロ波の周波数は一般的には2.45GHzが
利用され、このときのECR条件を満足する磁束密度は
875ガウスである。従ってリング状永久磁石19によ
り発生する磁束密度がスロット18からやや離れた位置
(具体的には数mmから数cmの位置)にECR条件を
満足する875ガウスの等磁束密度面を生成するよう
に、リング状永久磁石19の残留磁束密度を決定する。
図6の例では、スロット18からECR面に至るプラズ
マ25中のマイクロ波の伝搬経路で、磁場強度が、EC
R面に向かって次第に減少する構造を有する。また真空
容器11内のスロット18の近傍におけるマイクロ波の
電場32は磁場31とほぼ直交する。以上の2つの条件
は、マイクロ波をECR面まで伝搬させて高密度のプラ
ズマ25を発生させるために必要不可欠な条件である。
Next, the working relationship between the magnetic field and the electric field by the microwave will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows magnetic field lines 31 generated by the ring-shaped permanent magnet 19 and an electric field 32 of microwaves generated from the slots 18 formed in the planar electrode 17. In this example, the magnetic field strength in the vacuum container 11 is strongest in the vicinity of the slot 18, and gradually decreases toward the inside of the vacuum container 11. The microwave frequency used for plasma generation is generally 2.45 GHz, and the magnetic flux density that satisfies the ECR condition at this time is 875 Gauss. Therefore, the magnetic flux density generated by the ring-shaped permanent magnet 19 is generated at a position slightly apart from the slot 18 (specifically, a position of a few mm to a few cm) so as to generate a uniform magnetic flux density surface of 875 Gauss satisfying the ECR condition. , The residual magnetic flux density of the ring-shaped permanent magnet 19 is determined.
In the example of FIG. 6, the magnetic field strength is EC in the microwave propagation path in the plasma 25 from the slot 18 to the ECR surface.
It has a structure that gradually decreases toward the R plane. Further, the electric field 32 of the microwave in the vicinity of the slot 18 in the vacuum container 11 is substantially orthogonal to the magnetic field 31. The above two conditions are indispensable for propagating the microwave to the ECR surface and generating the high density plasma 25.

【0007】上記の従来の平面型ECR表面処理装置
は、現在ではすでにプラズマ源としての評価が広く行わ
れており、表面処理装置としての評価も広まりつつあ
る。
The conventional planar type ECR surface treatment apparatus described above has been widely evaluated as a plasma source at present, and the evaluation as a surface treatment apparatus is also becoming widespread.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ECR表面処理装置の
最大の特徴は、磁場とマイクロ波の共鳴現象を利用する
ことによって、低いガス圧力で高い密度のプラズマを発
生できる点にある。しかし、通常利用されるマイクロ波
の周波数である2.45GHzに対して共鳴条件を満足
させるための磁場強度としては875ガウスが要求され
る。一方、半導体製造に利用されるシリコンウェハーは
直径250mm程度のものが利用され、これを処理する
ためのプラズマもウェハー面積にわたって均一であるこ
とが要求される。
The greatest feature of the ECR surface treatment apparatus is that high density plasma can be generated at a low gas pressure by utilizing the resonance phenomenon of the magnetic field and the microwave. However, 875 Gauss is required as the magnetic field strength for satisfying the resonance condition with respect to 2.45 GHz, which is the frequency of microwaves normally used. On the other hand, a silicon wafer used for semiconductor manufacturing has a diameter of about 250 mm, and plasma for processing the silicon wafer is required to be uniform over the wafer area.

【0009】図5に示した平面型ECR表面処理装置で
は、複数のリング状永久磁石を使用することにより、一
般的な空芯コイルにより磁場を発生させる形式の従来装
置に伴う欠点を克服することができ、スロットの利用に
よる大面積均一プラズマの発生、永久磁石の採用による
磁場発生機構の簡便化、磁場がウェハー表面を横切らな
いことによる高周波電力バイアスの均一化等の効果が達
成される。
The planar type ECR surface treatment apparatus shown in FIG. 5 uses a plurality of ring-shaped permanent magnets to overcome the drawbacks of the conventional apparatus of the type in which a magnetic field is generated by a general air-core coil. Therefore, it is possible to achieve effects such as generation of a large-area uniform plasma by using slots, simplification of a magnetic field generation mechanism by adopting a permanent magnet, and homogenization of high-frequency power bias because a magnetic field does not cross the wafer surface.

【0010】しかしながら、上記平面型ECR表面処理
装置は、マイクロ波の導入のための機構が複雑であり、
特に同軸型真空窓24の信頼性が不十分であるために、
供給できるマイクロ波電力が制限され、高密度プラズマ
の発生が困難であるという問題を有している。また、マ
イクロ波電力を大きくした際にはスロット18の周辺で
異常な放電が発生するおそれもあり、装置としての信頼
性の欠如から、現在のところ半導体製造ラインに導入さ
れるには至っていない。
However, the plane type ECR surface treatment apparatus has a complicated mechanism for introducing microwaves,
In particular, because the coaxial vacuum window 24 has insufficient reliability,
There is a problem that microwave power that can be supplied is limited and it is difficult to generate high-density plasma. Further, when the microwave power is increased, abnormal discharge may occur around the slot 18, and due to lack of reliability of the device, it has not yet been introduced into the semiconductor manufacturing line.

【0011】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、新規な構造を有するプラズマ生成用平面状電
極を提案し、高密度プラズマ発生時の信頼性を高め、低
圧力で高密度のプラズマを大面積にわたって均一に発生
させることができる表面処理装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to solve the above problems, and proposes a planar electrode for plasma generation having a novel structure, which enhances reliability when high density plasma is generated and achieves high density at low pressure. It is an object of the present invention to provide a surface treatment apparatus capable of uniformly generating plasma in a large area.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段および作用】第1の本発明
に係る表面処理装置は、真空容器と、この真空容器内を
減圧状態にする排気機構と、真空容器内に放電用ガスを
導入するガス導入機構と、ガスを放電させプラズマを発
生させるためマイクロ波による電力を供給する電力供給
機構と、真空容器内に設置される基板保持機構を備える
表面処理装置であり、上記の電力供給機構は、誘電体が
充填された孔を有する導電性板で形成されかつ真空容器
内を真空封止するように真空容器に固定される平面状電
極を備え、導電性板の孔を通して、電力供給機構の同軸
管で供給されるマイクロ波が真空容器内に放射されるよ
うに構成される。
The surface treatment apparatus according to the first aspect of the present invention includes a vacuum container, an exhaust mechanism for reducing the pressure inside the vacuum container, and a discharge gas introduced into the vacuum container. A surface treatment apparatus comprising a gas introduction mechanism, a power supply mechanism for supplying electric power by microwaves to discharge gas to generate plasma, and a substrate holding mechanism installed in a vacuum container. A planar electrode formed of a conductive plate having a hole filled with a dielectric material and fixed to the vacuum container so as to vacuum-seal the inside of the vacuum container, through the hole of the conductive plate, The microwave supplied by the coaxial tube is configured to be radiated into the vacuum container.

【0013】第1の本発明では、マイクロ波導入に使用
される従来の同軸管と真空窓を用いず、誘電体が充填さ
れた孔(スロット部)を平面状電極に形成し、同軸管を
用いてこの平面状電極にマイクロ波を直接に供給し、当
該孔からのマイクロ波の放射によって、均一性の良好な
高密度プラズマを容易に発生する。平面状電極における
マイクロ波の放射を行うスロット部としては誘電体が充
填された孔がもっとも実用的である。またマイクロ波の
電力を真空容器内に供給するための平面状電極の孔に誘
電体を充填することによって、スロット部そのものを真
空封止に耐える構造とし、従来、マイクロ波電力を供給
するために必要であったが、信頼性に乏しかった同軸型
真空窓を排除することが可能なった。
In the first aspect of the present invention, the conventional coaxial tube used for microwave introduction and the vacuum window are not used, and holes (slots) filled with a dielectric are formed in the planar electrode to form a coaxial tube. Microwaves are directly supplied to this planar electrode by using it, and the high-density plasma with good uniformity is easily generated by the microwave radiation from the holes. A hole filled with a dielectric material is most practical as a slot portion for radiating microwaves in the planar electrode. In addition, by filling the holes of the planar electrodes for supplying microwave power into the vacuum container with a dielectric, the slot itself has a structure that can withstand vacuum sealing. Conventionally, in order to supply microwave power Although necessary, it was possible to eliminate the coaxial vacuum window, which had poor reliability.

【0014】第2の本発明は、第1の発明において、平
面状電極に形成された孔は導電性板上の一点を中心とす
る放射状位置に複数個配置され、かつ放射状位置の中心
近傍にマイクロ波が供給されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a plurality of holes formed in the planar electrode are arranged at radial positions centered on a point on the conductive plate, and near the center of the radial positions. A microwave is supplied.

【0015】第3の本発明は、第1の発明において、平
面状電極の孔は1つの円上または複数の同心円上の弧と
して形成され、かつ円または複数の同心円の中心近傍に
マイクロ波が供給されることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the holes of the planar electrode are formed as arcs on one circle or a plurality of concentric circles, and a microwave is generated near the center of the circle or the plurality of concentric circles. It is characterized by being supplied.

【0016】第2および第3の本発明では、スロット部
を形成する孔は、好ましくはリング状の放射状位置に配
置されており、マイクロ波による電力が有効に真空容器
内に放射され、プラズマを放電空間内に生成せしめ、こ
れを利用することを可能とした。
In the second and third aspects of the present invention, the holes forming the slot portions are preferably arranged at a ring-shaped radial position, and microwave power is effectively radiated into the vacuum container to generate plasma. It was made possible to generate it in the discharge space and use it.

【0017】第4の本発明は、第1から第3の発明にお
いて、平面状電極を形成する導電性板で孔と干渉しない
位置に複数個のリング状永久磁石を設置し、孔の近傍に
磁場を発生したことを特徴とする。
In a fourth aspect of the present invention according to any one of the first to third aspects, a plurality of ring-shaped permanent magnets are installed at positions where the conductive plate forming the planar electrode does not interfere with the holes, and the vicinity of the holes is provided. It is characterized by generating a magnetic field.

【0018】第5の本発明は、第4の発明において、複
数のリング状永久磁石の着磁方向はリング状永久磁石の
半径方向であり、かつ隣り合うリング状永久磁石の着磁
方向が互いに逆方向であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the plurality of ring-shaped permanent magnets are magnetized in the radial direction of the ring-shaped permanent magnets, and the adjacent ring-shaped permanent magnets are magnetized in the same direction. It is characterized by being in the opposite direction.

【0019】第4および第5の本発明では、平面状電極
に直接に磁場生成用リング状永久磁石を設け、またこの
リング状永久磁石の着磁方向を半径方向とすることでマ
イクロ波による電場に永久磁石による磁場を直交させ、
当該磁場とマイクロ波による電場との相互作用を有効を
生じさせるようにしている。
In the fourth and fifth aspects of the present invention, a ring-shaped permanent magnet for magnetic field generation is directly provided on the planar electrode, and the ring-shaped permanent magnet is magnetized in the radial direction so that an electric field generated by microwaves is generated. And make the magnetic field by the permanent magnet orthogonal to
The interaction between the magnetic field and the electric field by the microwave is made effective.

【0020】[0020]

【実施例】以下に、本発明の好適実施例を添付図面に基
づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0021】図1において、図5で説明した要素と実質
的に同一の要素には同一の符号を付している。真空容器
11の内部は放電空間として利用され、この内部に被処
理基板14が配置された電極13が配置される。電極1
3は絶縁物41を用いて浮遊電位状態で真空容器11の
下壁に取り付けられている。電極13は基板保持機構給
される。真空容器11の上壁部分には平面状電極42が
設けられる。本実施例による平面状電極42は、真空容
器11の内部空間を真空に保つための機能も兼ねる。従
って、本実施例による装置では従来装置のフランジ12
に相当する部材は使用されず、平面状電極42そのもの
がフランジ12を兼ねている。電極13上に設置された
被処理基板14は、真空容器11の平面状電極42に対
向するように配置される。本実施例による装置を放電反
応装置として動作させるには、排を含むと共に、電源1
6に接続され、バイアス用の電力が供気機構15を用い
て真空容器11を所定圧力まで排気し、その後、図示し
ないガス導入機構を用いて放電反応に用いるガスを所定
圧力まで導入する。
In FIG. 1, elements that are substantially the same as the elements described in FIG. 5 are given the same reference numerals. The inside of the vacuum container 11 is used as a discharge space, and the electrode 13 on which the target substrate 14 is arranged is arranged inside this. Electrode 1
Reference numeral 3 is attached to the lower wall of the vacuum container 11 in a floating potential state using an insulator 41. The electrode 13 is supplied with a substrate holding mechanism. A planar electrode 42 is provided on the upper wall portion of the vacuum container 11. The planar electrode 42 according to the present embodiment also has a function of keeping the internal space of the vacuum container 11 in vacuum. Therefore, in the device according to this embodiment, the flange 12 of the conventional device is used.
The member corresponding to is not used, and the planar electrode 42 itself also serves as the flange 12. The substrate to be processed 14 placed on the electrode 13 is arranged so as to face the planar electrode 42 of the vacuum container 11. In order to operate the device according to the present embodiment as a discharge reaction device, the discharge is included and the power supply 1 is used.
6, the power for biasing is used to evacuate the vacuum container 11 to a predetermined pressure using the air supply mechanism 15, and then a gas used for the discharge reaction is introduced to a predetermined pressure using a gas introduction mechanism (not shown).

【0022】図1および図2を参照して平面状電極42
の構造と作用について説明する。平面状電極42にはマ
イクロ波放射用アンテナとして動作するスロット部43
が形成される。平面状電極42は金属板等の板状導電性
部材を用いて形成され、スロット部43は、平面状電極
42に貫通して形成された孔とこの孔に密に充填された
誘電体44とから形成される。スロット部43は実際に
は孔そのものではないが、従来装置のスロット18と実
質的に同じ作用、すなわちマイクロ波を通過させ真空容
器内へ放射作用を有するので「スロット部」と呼ぶこと
とする。平面状電極42は真空容器11の上壁として内
部空間が気密になるように真空容器11の上部に取り付
けられ、かつスロット部43には誘電体44が充填され
ているので、平面状電極42そのものによって真空容器
11の内部空間の真空封止を可能としている。
Referring to FIGS. 1 and 2, the planar electrode 42
The structure and action of will be described. The planar electrode 42 has a slot portion 43 that operates as an antenna for microwave radiation.
Is formed. The planar electrode 42 is formed by using a plate-shaped conductive member such as a metal plate, and the slot portion 43 has a hole penetrating the planar electrode 42 and a dielectric 44 densely filled in the hole. Formed from. Although the slot portion 43 is not actually a hole itself, it has substantially the same action as the slot 18 of the conventional device, that is, it has a radiating action into the vacuum container that allows microwaves to pass therethrough, and is therefore referred to as a "slot portion". Since the planar electrode 42 is attached to the upper portion of the vacuum container 11 as the upper wall of the vacuum container 11 so that the internal space is airtight, and the slot portion 43 is filled with the dielectric 44, the planar electrode 42 itself. This enables vacuum sealing of the internal space of the vacuum container 11.

【0023】スロット部43内に充填される誘電体44
に要求される条件として、誘電損失が小さいこと、気密
性が良好であること、或る程度の耐熱性を有することが
挙げられる。気密性に関しては、平面状電極42を形成
する導電性板と真空容器11の壁部の密着性が良好であ
ることが必要がある。このような条件を満足する材料と
して、ガラス、石英、アルミナセラミックス等の無機材
料、テフロン、ポリイミド、シリコン樹脂等の有機材料
があり、表面処理のプロセスに使用するガス種、使用す
るマイクロ波電力等の条件に合わせて適宜に選択され
る。
A dielectric 44 filled in the slot 43
The conditions required for the above are that the dielectric loss is small, that the airtightness is good, and that it has a certain degree of heat resistance. Regarding the airtightness, it is necessary that the adhesion between the conductive plate forming the planar electrode 42 and the wall of the vacuum container 11 is good. Materials that satisfy such conditions include inorganic materials such as glass, quartz, and alumina ceramics, and organic materials such as Teflon, polyimide, and silicon resin. The gas species used in the surface treatment process, the microwave power used, etc. It is appropriately selected according to the conditions of.

【0024】また図1と図2に示されるように、平面状
電極42の外面には、磁場を発生させるための複数個の
リング状永久磁石45が配置される。本実施例では互い
に径が異なる4個のリング状永久磁石45を同心円的に
配置することにより磁気回路を構成している。リング状
永久磁石45は、平面状電極42の外面に形成されたリ
ング状の溝に埋め込まれている。リング状永久磁石45
は、すべて半径方向に着磁され、かつ隣り合う永久磁石
が互いに逆方向になるように着磁される。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of ring-shaped permanent magnets 45 for generating a magnetic field are arranged on the outer surface of the planar electrode 42. In this embodiment, a magnetic circuit is configured by concentrically arranging four ring-shaped permanent magnets 45 having different diameters. The ring-shaped permanent magnet 45 is embedded in a ring-shaped groove formed on the outer surface of the planar electrode 42. Ring-shaped permanent magnet 45
Are all magnetized in the radial direction, and adjacent permanent magnets are magnetized in opposite directions.

【0025】図2に示すように平面状電極42は円形の
形状を有する。上記スロット部43は、複数形成され、
平面状電極42の例えば中心などの一点から放射状の位
置に形成されることが望ましい。本実施例の場合、例え
ば4本のスロット部43が、例えば内側から2番目の永
久磁石45と3番目の永久磁石45との間のスペースに
て中心点から見て放射状の位置に形成される。4本のス
ロット部43は、リング形状の上に配置されるので、そ
れぞれは弧形状を有している。またスロット部43は、
他のリング状永久磁石の間に形成することもでき、スロ
ット部を同心円な位置に配置させることも可能である。
さらに本実施例では、リング状永久磁石45を4個使用
した例を示したが、応用の目的によっては、異なる数の
方が優れた性能を有する場合もある。また着磁方向は、
各永久磁石45について逆方向としても、動作は全く同
じである。
As shown in FIG. 2, the planar electrode 42 has a circular shape. A plurality of the slot portions 43 are formed,
It is desirable that the planar electrode 42 is formed at a radial position from a point such as the center. In the case of the present embodiment, for example, four slot portions 43 are formed at radial positions when viewed from the center point in the space between the second permanent magnet 45 and the third permanent magnet 45 from the inside, for example. . Since the four slot portions 43 are arranged on the ring shape, each of them has an arc shape. Further, the slot portion 43 is
It may be formed between other ring-shaped permanent magnets, and the slot portions may be arranged in concentric circles.
Furthermore, in the present embodiment, an example in which four ring-shaped permanent magnets 45 are used is shown, but different numbers may have better performance depending on the purpose of application. The magnetization direction is
The operation is exactly the same even if the direction of each permanent magnet 45 is reversed.

【0026】平面状電極42は、その構造、形態および
材質上、大気圧と真空との圧力差に対して実用上変形し
ない強度を有するものとする。一方、スロット部43の
内部の誘電体44を通してマイクロ波を伝搬させる必要
上から、平面状電極42の厚みはできる限り薄い方が望
ましい。これらの2つの条件の兼ね合いによって、平面
状電極42の厚みが決定される。本実施例に示すよう
に、スロット部43はリング状のものを複数部分(本実
施例では4本)に分割して橋渡し部分46を設けること
により、スロット部43の機械的強度を補って平面状電
極42を薄くすることが実用上有効である。橋渡し部分
46の幅が、放電に用いるマイクロ波の波長と比較して
十分に短かく、かつ分割されたスロット部43の長さが
マイクロ波の波長の4分の1と同程度以上であるなら
ば、橋渡し部分46の長さおよび分割の個数に関して特
に制約は存在しない。
Due to its structure, form and material, the planar electrode 42 has such strength that it does not practically deform with respect to the pressure difference between atmospheric pressure and vacuum. On the other hand, it is desirable that the thickness of the planar electrode 42 is as thin as possible in order to propagate the microwave through the dielectric 44 inside the slot 43. The thickness of the planar electrode 42 is determined by the balance of these two conditions. As shown in the present embodiment, the slot portion 43 is formed by dividing a ring-shaped one into a plurality of portions (four in this embodiment) and providing a bridging portion 46, thereby supplementing the mechanical strength of the slot portion 43 with a flat surface. It is practically effective to make the electrode 42 thin. If the width of the bridging portion 46 is sufficiently shorter than the wavelength of the microwave used for discharging, and the length of the divided slot portions 43 is equal to or more than a quarter of the wavelength of the microwave. For example, there are no particular restrictions on the length of the bridging portion 46 and the number of divisions.

【0027】次に、本実施例によるマイクロ波の電力の
供給の構造、およびプラズマの発生方法について説明す
る。マイクロ波電源20から、外部導体21と内部導体
22からなる同軸管23を通じて、平面状電極42に対
してマイクロ波電力が供給されると、平面状電極42に
設置されたスロット部43の誘電体44を通して、真空
容器11の内部にマイクロ波による電力が放射される。
このマイクロ波電力は、真空容器11内に導入されてい
るガスに吸収され、真空容器11内にプラズマ25が発
生する。このプラズマ25の持つ作用を利用して、被処
理基板14の表面に所定の表面処理を施す。このとき、
複数のリング状永久磁石45から発生する磁場の強度
を、供給されるマイクロ波の周波数に対する電子サイク
ロトロン共鳴の条件が真空容器11内におけるスロット
部43の近傍空間で満たすように設定すれば、プラズマ
25の発生効率を非常に高いものとすることができる。
Next, the structure for supplying microwave power and the plasma generation method according to this embodiment will be described. When microwave power is supplied from the microwave power source 20 to the planar electrode 42 through the coaxial tube 23 including the outer conductor 21 and the inner conductor 22, the dielectric material of the slot portion 43 installed in the planar electrode 42. Through 44, electric power by microwaves is radiated into the vacuum container 11.
The microwave power is absorbed by the gas introduced into the vacuum container 11, and plasma 25 is generated in the vacuum container 11. A predetermined surface treatment is applied to the surface of the substrate to be processed 14 by utilizing the action of the plasma 25. At this time,
If the intensity of the magnetic field generated from the plurality of ring-shaped permanent magnets 45 is set so that the electron cyclotron resonance condition with respect to the frequency of the supplied microwaves is satisfied in the space in the vacuum container 11 near the slot 43, the plasma 25 The generation efficiency of can be made very high.

【0028】マイクロ波導入部の構造に関して説明す
る。表面処理装置において利用するマイクロ波の電力
は、通常10Wから数kWの範囲にある。このような電
力を伝搬させるための同軸管47としては、外部導体4
8の内径が20mmまたは39mmに規格化されたもの
を利用するのが一般的である。一方、スロット部43の
直径に関しては、目的とするプロセスに応じて異なる
が、通常は被処理基板14の直径と同程度もしくは若干
小さい程度の直径が必要とされる。被処理基板14の直
径は150mmから300mmの範囲に大部分のものが
含まれるため、スロット部43と同軸管47とは直接的
に接続することはできない。従って、本実施例では、外
部導体48および内部導体49の放電用平面状電極42
と接続する部分47aをテーパ状とした同軸管47によ
り構成している。これによって、インピーダンス不整合
による電力利用効率の悪化を防止している。
The structure of the microwave introduction part will be described. The microwave power used in the surface treatment apparatus is usually in the range of 10 W to several kW. As the coaxial tube 47 for propagating such electric power, the outer conductor 4 is used.
It is common to use the one having the inner diameter of 8 standardized to 20 mm or 39 mm. On the other hand, with respect to the diameter of the slot portion 43, although it differs depending on the intended process, it is usually necessary that the diameter thereof be the same as or slightly smaller than the diameter of the substrate to be processed 14. Since most of the diameter of the substrate to be processed 14 is in the range of 150 mm to 300 mm, the slot portion 43 and the coaxial tube 47 cannot be directly connected. Therefore, in the present embodiment, the discharge planar electrodes 42 of the outer conductor 48 and the inner conductor 49.
A coaxial tube 47 having a tapered portion is connected to a portion 47a connected to the. This prevents deterioration of power utilization efficiency due to impedance mismatch.

【0029】図3を用いて磁場とマイクロ波による電場
との作用を説明する。図3では、リング状永久磁石45
により発生する磁力線(磁場)50、平面状電極42に
設けられたスロット部43により発生するマイクロ波の
電場51が示される。スロット部43からECR面に至
るプラズマ52中のマイクロ波の伝搬経路で、磁場強度
がECR面に向かって次第に減少する構造を有する。ま
たマイクロ波による電場51は、ほぼ全体にわたって磁
力線50と直交する。以上の2つの条件は、従来の技術
の項ですでに述べた通り、マイクロ波をECR面まで伝
搬させて高密度のプラズマを発生させるためには必要不
可欠なものである。本実施例においても、複数のリング
状永久磁石45の着磁方向を半径方向とし、かつ隣り合
うリング状永久磁石45の着磁方向を互いに逆方向とす
ることにより、図3と図6の比較から明らかなように、
従来の平面型ECR表面処理装置と同様の磁場と電場の
相互作用が可能となり、ECRの利点を生かしたプラズ
マの生成が可能である。
The action of the magnetic field and the electric field of the microwave will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the ring-shaped permanent magnet 45
The magnetic field lines (magnetic field) 50 generated by the above and the electric field 51 of the microwave generated by the slot portion 43 provided in the planar electrode 42 are shown. In the propagation path of microwaves in the plasma 52 from the slot portion 43 to the ECR surface, the magnetic field strength has a structure that gradually decreases toward the ECR surface. Further, the electric field 51 due to the microwave is orthogonal to the magnetic field lines 50 almost all over. The above two conditions are indispensable for propagating microwaves to the ECR plane and generating high-density plasma, as already described in the section of the prior art. Also in this embodiment, by comparing the magnetizing directions of the plurality of ring-shaped permanent magnets 45 with each other in the radial direction and the magnetizing directions of the adjacent ring-shaped permanent magnets 45 with each other in the opposite directions, comparison between FIGS. As is clear from
The magnetic field and the electric field can be interacted with each other similarly to the conventional planar type ECR surface treatment apparatus, and the plasma can be generated by taking advantage of the ECR.

【0030】図4は本発明に係る表面処理装置の第2の
実施例を示す。この実施例では、スロット部43は平面
状電極42の内部にて半径方向にクランク状に形成され
ており、第1の実施例と同様に誘電体44が充填されて
いる。スロット部43の位置は、大気側の電極面におい
ては内側から2番面と3番目の2つのリング状永久磁石
53の間とし、真空側の電極面においては2番面のリン
グ状永久磁石53の磁石幅の中心位置と合わせることが
望ましい。このスロット部43内に充填する誘電体44
の材質は、第1の実施例と同様に選択される。また本実
施例では、複数のリング状永久磁石53の着磁方向は、
従来装置の場合と同様にリング形状の軸方向とする。こ
れは、本実施例においては磁場とマイクロ波電場との配
置関係が、図6に示した従来装置の場合と同様になるか
らである。
FIG. 4 shows a second embodiment of the surface treatment apparatus according to the present invention. In this embodiment, the slot portion 43 is formed in a crank shape in the radial direction inside the planar electrode 42, and is filled with the dielectric material 44 as in the first embodiment. The position of the slot portion 43 is between the second and third ring-shaped permanent magnets 53 from the inner side on the atmosphere-side electrode surface, and the second-side ring-shaped permanent magnet 53 on the vacuum side electrode surface. It is desirable to match it with the center position of the magnet width. The dielectric 44 filled in the slot 43
The material is selected as in the first embodiment. Further, in this embodiment, the magnetization directions of the plurality of ring-shaped permanent magnets 53 are
As in the case of the conventional device, the ring-shaped axial direction is adopted. This is because the arrangement relationship between the magnetic field and the microwave electric field in this embodiment is the same as in the case of the conventional device shown in FIG.

【0031】上記の各実施例では、リング状永久磁石4
5,53を平面状電極42に組み込むようにしたが、平
面上電極42の外側に配置することもできる。
In each of the above embodiments, the ring-shaped permanent magnet 4 is used.
Although 5, 53 are incorporated in the planar electrode 42, they may be arranged outside the planar electrode 42.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、平面型ECR表面処理装置において、平面状電極
の構造およびリング状永久磁石の着磁方向に工夫するこ
とによって、信頼性低い従来のマイクロ波導入用真空窓
を排除し、スロット内部での不要放電の発生をなくした
ため、平面型ECR表面処理装置において安定して効率
よく高密度プラズマを発生させ、かつ被処理基板に表面
処理の均一性を良好に保つことができ、実用性を高め
た。特に、本発明によれば、プラズマプロセス装置であ
るドライエッチング装置、CVD装置等の表面処理装置
において、各種の高速かつ均一な大面積処理が可能とな
る。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in the flat type ECR surface treatment device, the reliability is low by devising the structure of the flat electrode and the magnetizing direction of the ring-shaped permanent magnet. By eliminating the conventional vacuum window for microwave introduction and eliminating unnecessary discharge inside the slot, it is possible to stably and efficiently generate high-density plasma in the planar ECR surface treatment device, and to treat the substrate to be treated. It is possible to maintain good uniformity and improve the practicality. Particularly, according to the present invention, various high-speed and uniform large-area treatments can be performed in a surface treatment apparatus such as a dry etching apparatus or a CVD apparatus which is a plasma process apparatus.

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

【図1】本発明に係る表面処理装置の第1実施例を示す
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a surface treatment apparatus according to the present invention.

【図2】平面状電極の構造を説明するための平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view for explaining the structure of a planar electrode.

【図3】第1実施例における磁場とマイクロ波による電
場との作用関係を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a sectional view for explaining the working relationship between the magnetic field and the electric field generated by the microwave in the first embodiment.

【図4】本発明に係る表面処理装置の第2実施例を示す
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the surface treatment apparatus according to the present invention.

【図5】従来の平面型ECR表面処理装置を示す断面図
である。
FIG. 5 is a sectional view showing a conventional flat type ECR surface treatment apparatus.

【図6】従来の平面型ECR表面処理装置における磁場
とマイクロ波による電場との作用関係を説明するための
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a working relationship between a magnetic field and an electric field generated by microwaves in a conventional planar ECR surface treatment apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 真空容器 13 電極 14 被処理基板 15 排気機構 42 平面状電極 43 スロット部 44 誘電体 45,53 リング状永久磁石 47 同軸管 48 外部導体 49 内部導体 50 磁力線(磁場) 51 電場 52 プラズマ 11 Vacuum Container 13 Electrode 14 Substrate 15 Exhaust Mechanism 42 Planar Electrode 43 Slot Section 44 Dielectric 45, 53 Ring Permanent Magnet 47 Coaxial Tube 48 External Conductor 49 Inner Conductor 50 Magnetic Field (Magnetic Field) 51 Electric Field 52 Plasma

───────────────────────────────────────────────────── 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 C30B 33/12 7202−4G H01L 21/205 H05H 1/46 C 9216−2G ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication C30B 33/12 7202-4G H01L 21/205 H05H 1/46 C 9216-2G

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器と、この真空容器内を減圧状態
にする排気機構と、前記真空容器内に放電用ガスを導入
するガス導入機構と、前記ガスを放電させプラズマを発
生させるためマイクロ波による電力を供給する電力供給
機構と、前記真空容器内に設置される基板保持機構を備
える表面処理装置において、 前記電力供給機構は、誘電体が充填された孔を有する導
電性板で形成されかつ前記真空容器内を真空封止するよ
うに前記真空容器に固定される平面状電極を備え、前記
孔を通して、前記電力供給機構の同軸管で供給される前
記マイクロ波が前記真空容器内に放射されること特徴と
する表面処理装置。
1. A vacuum vessel, an evacuation mechanism for reducing the pressure inside the vacuum vessel, a gas introduction mechanism for introducing a discharge gas into the vacuum vessel, and a microwave for discharging the gas to generate plasma. In a surface treatment apparatus comprising a power supply mechanism for supplying power according to, and a substrate holding mechanism installed in the vacuum container, the power supply mechanism is formed of a conductive plate having a hole filled with a dielectric and The vacuum container is provided with a planar electrode fixed to the vacuum container so as to seal the inside of the vacuum container, and the microwave supplied by the coaxial tube of the power supply mechanism is radiated into the vacuum container through the hole. A surface treatment device characterized in that
【請求項2】 前記平面状電極に形成された前記孔は前
記導電性板上の一点を中心とする放射状位置に複数個配
置され、かつ前記放射状位置の中心近傍に前記マイクロ
波が供給されることを特徴とする請求項1記載の表面処
理装置。
2. A plurality of the holes formed in the planar electrode are arranged at radial positions around a point on the conductive plate, and the microwave is supplied near the center of the radial positions. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記平面状電極の前記孔は1つの円上ま
たは複数の同心円上の弧として形成され、かつ前記円ま
たは前記複数の同心円の中心近傍にマイクロ波が供給さ
れることを特徴とする請求項1記載の表面処理装置。
3. The hole of the planar electrode is formed as an arc on one circle or a plurality of concentric circles, and a microwave is supplied to the circle or the vicinity of the center of the plurality of concentric circles. The surface treatment apparatus according to claim 1.
【請求項4】 前記平面状電極を形成する前記導電性板
で前記孔と干渉しない位置に複数個のリング状永久磁石
を設置し、前記孔の近傍に磁場を発生したことを特徴と
する請求項1〜3のいずれか1項に記載の表面処理装
置。
4. A plurality of ring-shaped permanent magnets are installed at a position where they do not interfere with the hole in the conductive plate forming the planar electrode, and a magnetic field is generated in the vicinity of the hole. Item 4. The surface treatment device according to any one of items 1 to 3.
【請求項5】 前記複数のリング状永久磁石の着磁方向
はリング状永久磁石の半径方向であり、かつ隣り合うリ
ング状永久磁石の着磁方向が互いに逆方向であることを
特徴とする請求項4記載の表面処理装置。
5. The magnetization direction of the plurality of ring-shaped permanent magnets is a radial direction of the ring-shaped permanent magnets, and the magnetization directions of adjacent ring-shaped permanent magnets are opposite to each other. Item 4. The surface treatment apparatus according to item 4.
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