JPH0831443B2 - The plasma processing apparatus - Google Patents

The plasma processing apparatus

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JPH0831443B2
JPH0831443B2 JP19820087A JP19820087A JPH0831443B2 JP H0831443 B2 JPH0831443 B2 JP H0831443B2 JP 19820087 A JP19820087 A JP 19820087A JP 19820087 A JP19820087 A JP 19820087A JP H0831443 B2 JPH0831443 B2 JP H0831443B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板にプラズマ処理を行う装置に係り、特に、高速でかつ基板に損傷を与えないプラズマエッチング処理に好適なプラズマ装置に関する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention [relates] relates to apparatus for performing plasma processing on a substrate, in particular, it relates to suitable plasma apparatus for plasma etching process in high speed and substrate does not damage.

〔従来の技術〕 [Prior art]

従来のプラズマ処理装置である例えばスパッタエッチング装置としては、真空槽内に基板を載置したエッチング電極を設け、該電極に高周波電力を印加し、該高周波電力により、基板上に発生したプラズマ中のイオンを、 The conventional plasma processing apparatus in which, for example, a sputtering etching apparatus, provided with etched electrodes placing the substrate in a vacuum chamber, a high-frequency power is applied to the electrode, by the high frequency power, in the plasma generated on the substrate the ion,
該電極に印加した電力の電界により上記基板に衝突させ、基板をエッチングするものが知られているが、このような装置では、基板上に発生したプラズマの密度が高くないため、スパッタエッチングの速度が遅く、また、 The electric field of power applied to the electrode collide with the substrate, because although those etching a substrate is known, such an apparatus is not high density of plasma generated on the substrate, the rate of sputter etching slow, also,
エッチング電極に印加した高周波電力を大きくしてスパッタエッチング速度を早めていくと、電極の電圧が高くなるので基板に衝突するイオンのエネルギが大きくなり、基板に損傷が発生することが知られている。 When the high frequency power applied to the etched electrode increased to gradually accelerate the sputter etch rate, since the voltage of the electrode is high increases the energy of ions impinging on the substrate, damage to the substrate is known to occur . このスパッタエッチングの速度が速くて基板に入射するイオンのエネルギを低くして基板への損傷を低減する方法として、特開昭60−74436が知られている。 As a method for reducing damage by reducing the energy of the ions to a substrate speed of the sputter etching is incident on the substrate faster, JP 60-74436 is known. この方法は、エッチング電極に印加した高周波電力により発生したプラズマを、フローティング電極および磁石を用いて基板上に閉じ込め、基板上のプラズマの拡散を防ぐことでプラズマの密度を高め、イオンの数を増すことで、エッチング電極に印加した電力に対し、電極の電圧が高くなるのを防いでいる。 This method, a plasma generated by the high frequency power applied to the etched electrode, trapped on a substrate using a floating electrode and a magnet, increasing the density of the plasma by preventing diffusion of the plasma on the substrate, increasing the number of ions it is with respect to the power applied to the etched electrode, and prevents the voltage of the electrode is increased. しかし、このプラズマの密度は、該電極に印加した電力に1対1で正比例はしないので、エッチング速度をさらに上げるために、印加する高周波の電力を上昇していくと、電極に発生する電圧も大きくなってしまい、基板に損傷が発生してしまう。 However, the density of the plasma, so are not directly proportional one to one to the power applied to the electrode, in order to increase the etching rate further, the rises high frequency power applied, the voltage generated in the electrode becomes large, damage to the substrate occurs.

〔発明が解決しようとする問題点〕 [Problems to be Solved by the Invention]

上記従来技術は、プラズマ処理に必要なプラズマの発生と該プラズマの中のイオンを加速して基板へ衝突させる電圧をエッチング電極に印加した高周波電力より得ており、プラズマの密度と基板へ衝突するイオンのエネルギの個別制御の点について配慮されておらず、上記電極に印加した高周波電力を上げていくと、プラズマの密度も上がっていくが基板へ衝突するイオンのエネルギも上昇し、ある定った電力以上で基板に損傷が発生する問題があった。 The above prior art, the plasma treatment is obtained from the high frequency power applied voltage and collided with the plasma generator and the substrate to accelerate the ions in the said plasma necessary for etching electrode, collide plasma density and the substrate not taken into consideration for the points of the individual control of the energy of the ions, when gradually increasing the high frequency power applied to the electrode, but will also rise density of the plasma increases also the energy of the ions impinging the substrate, there Tei' damage to the substrate there is a problem that occurs in power above.

本発明の目的は、プラズマの発生とプラズマ中のイオンを基板へ衝突させる電圧をおのおの別の電源を用いることにより独立に制御することとし、またプラズマの発生には高い密度のプラズマが均一に得られ、かつシンプルで信頼性の高い機構とすることでエッチング速度が速く、基板への損傷のないプラズマ処理装置を得ることにある。 An object of the present invention, the ion generation and the plasma in the plasma and controlling the voltage and collided with the substrate independently by using each different power, also a high density of plasma is uniformly obtained in the generation of plasma It is, and simple and fast etching rate by a highly reliable mechanism, is to obtain the undamaged plasma processing apparatus to the substrate.

〔問題点を解決するための手段〕 [Means for Solving the Problems]

上記目的は、真空槽内で基板を載置するプラズマ処理電極に対向してプラズマ発生手段を設け、このプラズマ発生にはマイクロ波(例えば、周波数2.45G Hz)を用いることで、基板上に高密度のプラズマを発生させ、磁場発生手段によりプラズマが周囲へ拡散するのを防ぎ、プラズマ中のイオンをプラズマ処理電極に印加した電力により発生する電圧で基板に衝突させる構成とすることにより達成される。 The above object is provided with a plasma generating means to face the plasma treatment electrodes for placing a substrate in a vacuum chamber, a microwave in the plasma generation (e.g., frequency 2.45 g Hz) By using a high on the substrate to generate a plasma density is achieved by a plasma by the magnetic field generating means is prevented from diffusing to the surroundings, a configuration impinging on the substrate at a voltage generated by the power applied to ions in the plasma in the plasma processing electrode .

上記マイクロ波によるプラズマ発生手段は、マイクロ波発生源とキャビティとマイクロ波の導入窓とから構成され、前記キャビティには整合手段を設け、キャビティをマイクロ波の空胴共振器とすることができる。 Plasma generating means by the microwaves is composed of a microwave source and a cavity and microwave introducing window, the cavity is provided with alignment means, the cavity may be a cavity resonator of the microwave. また、 Also,
キャビティを同軸構造とすることは勿論のこと、キャビティの寸法をマイクロ波のモードが軸対称となる寸法にすることもできる。 It of course be a cavity coaxial structure can be dimensioned to the size of the cavity modes of the microwave becomes axisymmetric. 上記空胴共振器としては、周知の円形は勿論のこと同軸、矩形いずれのものでもよいが、好ましくは円形空胴共振器を同軸形にしたものであり、電極上に密度分布の均一なプラズマが得られ易い。 As the resonant cavity, it is known circular of course coaxial, rectangular or may be any ones, but preferably is obtained by the circular cavity resonator coaxial, uniform plasma density distribution on the electrode easy to obtain.

本発明の具体的構成につき以下詳述する。 Detailed below per specific structure of the present invention.

本発明プラズマ処理装置の特徴とするところは、ガス供給手段と真空排気手段とを有する真空槽内に基板を載置したプラズマ処理電極を設けると共に前記基板に対向してマイクロ波によるプラズマ発生手段を前記真空槽にマイクロ波導入窓を介して設け、前記プラズマ処理電極には前記プラズマ発生手段により発生したプラズマ中のイオンを前記基板に衝突させるための電圧印加手段が設けられ、プラズマを発生させるマイクロ波電源と前記プラズマ処理電極へ電圧を印加する電源とをそれぞれ独立に設けて成る装置において、前記基板と前記マイクロ波導入窓との間の空間に生ずるプラズマをその周囲から磁力線で取囲むように前記基板上に磁場を構成する磁気発生手段を設けたところにある。 It is a feature of the present invention a plasma processing apparatus, the plasma generating means by the microwave so as to face the substrate provided with the plasma treatment electrode placing the substrate in a vacuum chamber and a gas supply means and the evacuation means the provided through the microwave introducing window into the vacuum chamber, the plasma processing electrode voltage applying means for impinging ions in the plasma generated by said plasma generating means to the substrate is provided in the micro to generate plasma an apparatus comprising provided independently of a power source for applying a voltage to the wave power source and the plasma processing electrodes, so as to surround magnetically lines plasma generated in the space between the substrate and the microwave introducing window from its surroundings there is to provided a magnetic field generator which constitutes a magnetic field on the substrate. そしてさらに磁気発生手段についてその特徴点を以下に列記する。 And further lists the characteristic points below the magnetic field generator.

(1)前記磁気発生手段として、半径方向に磁化され、 (1) As the magnetic generator is radially magnetized,
前記磁化の極性が径方向で順次反転するリング状の磁石としたこと。 The polarity of the magnetization is a ring-shaped magnet successively reversed in the radial direction.

(2)前記磁気発生手段として、磁石をマイクロ波の導入窓側とエッチング電極側とにそれぞれ配設し2段階のリング状磁石としたこと。 (2) Examples magnetic generator, that each of the magnets in the introduction window side and etching the electrode side of the microwave was provided with two stages of ring-shaped magnet.

(3)前記2段階のリング状磁石をコイルで構成したこと。 (3) to the ring-shaped magnet of the second stage is constituted by a coil.

(4)前記2段階のリング状コイルにそれぞれ逆向きの電流を流すこと。 (4) the two step in a ring-shaped coil to flow a reverse current, respectively.

(5)前記2段階のリング状コイルにそれぞれ同一方向の電流を流すこと。 (5) respectively flowing in the same direction of current to the two stages of the ring-shaped coil.

(6)前記2段階のリング状磁石を永久磁石で構成したこと。 (6) to the ring-shaped magnet of the second stage is constituted by a permanent magnet.

(7)前記リング状永久磁石はそれぞれ周方向に、しかも互に逆方向に磁化されていること。 (7) the ring-shaped permanent magnets are each circumferentially, yet that are magnetized mutually in the opposite direction.

(8)前記リング状永久磁石はそれぞれ厚さ方向に、しかも互に逆方向に磁化されていること。 (8) the ring-shaped permanent magnet thickness direction, moreover it is magnetized mutually in the opposite direction.

(9)前記リング状永久磁石はそれぞれ半径方向に、しかも互に逆方向に磁化されていること。 (9) The ring-shaped permanent magnets, respectively radially, yet that are magnetized mutually in the opposite direction.

なお、上記磁気発生手段としてコイルにより磁石を構成する際には、通常の常電導コイルの代りに超電導コイルを使用することもでき、永久電流を超電流コイル内に流すことにより、より安定した高い磁場を発生させることができる。 Note that when configuring the magnet a coil as the magnetic generating means, instead of the usual resistive coils can also be used superconducting coil, by passing a permanent current in the ultra-current coil, high more stable it is possible to generate a magnetic field. また、プラズマを安定に閉じ込める磁界としては、カスプ型がより好ましい。 As the magnetic field confining the plasma stably, cusp type is more preferable.

また、上記エッチング電極に印加する電源は一般に10 The power to be applied to the etching electrode is generally 10
0kHz〜100MHzの高周波電力が用いられるが、被加工物である基板が金属のごとき導体の場合には直流電源でもよい。 While high frequency power 0kHz~100MHz is used, when the substrate is a workpiece of conductor such as metal or a DC power source. 基板が絶縁物の場合には高周波電力が必須となる。 Substrate high-frequency power is essential in the case of the insulator.

さらにまた、上記マイクロ波の導入窓は真空槽を構成する隔壁として、またキャビティから真空槽内にマイクロ波を放射する窓として機能するものであるため、材質としては、マイクロ波の吸収の少ない絶縁材で、しかも真空隔壁を構成する上からもガスを通しにくい不通気性の材質から選ばれ、例えば石英板、アルミナのごときセラミックス板等が供される。 Furthermore, since introduction window of the microwave as a partition constituting the vacuum tank, also functions as a window for radiating the microwave into the vacuum chamber from the cavity, as the material, low microwave absorption insulation in wood, moreover selected from the material of the impermeable hardly through the gas from top to form a vacuum partition wall, for example, a quartz plate, such as alumina ceramic plate or the like is provided.

〔作用〕 [Action]

プラズマ発生手段は、マイクロ波発生源と、キャビティと該キャビティへマイクロ波が有効に入るようにする整合手段と上記マイクロ波が真空槽内へ導入される通入窓から構成され、マイクロ波発生源から発振されたマイクロ波は導波管によりキャビティへ導かれ、整合手段により、該キャビティを上記マイクロ波の空胴共振器とすることによって、該キャビティ内には有効にマイクロ波が導入される。 Plasma generating means comprises a passage entrance window and the microwave source, matching means and the microwave to allow microwaves to the cavity and the cavity enters the enable is introduced into the vacuum chamber, a microwave generating source microwave oscillated from is guided into the cavity by a waveguide, by the matching means, the cavity by a cavity resonator of the microwave, effectively microwave is introduced into the cavity. 該マイクロ波は通入窓を通って真空槽内へ導びかれ、ここで該マイクロ波は真空槽内の雰囲気ガス(例えばArガス等)を電離してプラズマを発生する。 The microwave he guide beauty into the vacuum chamber through a passage entrance window, wherein said microwave ionizes the ambient gas in the vacuum chamber (for example, Ar gas) to generate a plasma.
ここで、マイクロ波はプラズマ中を伝播しエネルギをプラズマに供給することができるため、2.45G Hzのマイクロ波ではプラズマの密度が7.4×10 10 /cm 2程度の高い密度にすることができる。 Here, the microwave can be supplied energy propagates through the plasma in the plasma, the microwave 2.45 g Hz can be the density of plasma is high on the order of 7.4 × 10 10 / cm 2 density. また、キャビティの形状として、キャビティ内のマイクロ波のモードが軸対称となるような寸法又は同軸管形状とすることにより、均一なプラズマ発生が得られる。 Further, as the shape of the cavity, the mode of the microwaves in the cavity by the size or coaxial tube shape such that axial symmetrical, uniform plasma generation is obtained.

また、プラズマの周囲には磁気発生手段が配設されており、この磁気発生手段による磁場によりプラズマは基板上に閉じ込められ、周囲に拡散するのを阻止される。 Furthermore, around the plasma are arranged the magnetic generator, the plasma by the magnetic field by the magnetic generating element is confined on the substrate, it is prevented from diffusing to the surroundings.
したがって、プラズマは圧力に関わらず安定して高密度となる。 Thus, the plasma stability becomes high density regardless of the pressure.

上記プラズマ発生手段で発生した高密度プラズマの下に基板を載置したプラズマ処理電極を設け、このプラズマ処理電極に高周波電源を接続して高周波電力(一般に The plasma treatment electrode placing the substrate under the high-density plasma generated by the plasma generating means is provided, by high-frequency power to the high-frequency power (typically plasma processing electrode
100kHz〜100M Hz)を印加して、この電力によりエッチング電極の基板表面に発生する電圧によりプラズマ中のイオンを基板に衝突させその結果として基板をスパズマ処理する。 100kHz~100M Hz) by applying a, for Supazuma processing substrates ions in the plasma by a voltage generated in the substrate surface etching electrode consequently collide with the substrate by the power. このように、プラズマの発生と基板にイオンを衝突させる電圧の付与が、別々の電源となり、発生するプラズマの密度とプラズマ中のインオが基板へ衝突するエネルギが個別に制御でき、また、プラズマの発生はマイクロ波により高密度化できるため、エッチング速度が速く基板へ損傷を与えないプラズマ処理が可能となる。 Thus, application of the voltage impinging ions generated and the substrate of the plasma becomes a separate power can be controlled individually energy plasma density and In'o in the plasma collide with the substrate to occur, also, plasma It occurs because it densified by microwave plasma treatment etch rate does not damage the faster the substrate is possible. 上記高周波電源は基板のプラズマ処理される材料が絶縁物の場合は必須であるが、金属のごとき導電性材料の場合には直流電源でもよいことは先に述べたとおりである。 While the high frequency power supply is required if the material is an insulator that is plasma treated substrate, it may be a DC power source in the case of such conductive material of the metal is as previously described.

次に、第1図の構成のプラズマ処理装置の一例としてスパッタエッチング装置を用い、試料として表面に熱酸化膜(SiO 2 )が形成されたシリコンウェハを、下記の条件でスパッタエッチングした結果を比較例として磁気発生手段を設けない装置の結果と対比して第8図に示す。 Next, compare the sputter etching apparatus used as an example of a configuration of a plasma processing apparatus of FIG. 1, a silicon wafer a thermal oxide film (SiO 2) is formed on the surface as a sample, the results of sputter etching under the following conditions examples are shown in Figure 8 in comparison with the results of the device without the magnetic field generator as.
同図の縦軸はエッチング速度を、横軸はウェハの中央からの距離を示したものである。 The vertical axis etch rate of this figure, the horizontal axis shows the distance from the center of the wafer.

エッチング条件: 試料:熱酸化膜(SiO 2 )の形成されたシリコンウェハ エッチガス:アルゴン(Ar) 圧力:5×10 -3 Torr マイクロ波電力:400W 高周波電力:600W (スパッタエッチング電極へ印加) 上記第8図から明らかなように、本件発明の実施例である磁石でプラズマを閉じ込めた曲線81は、ウェハの中央から周辺にわたり比較的バラツキの少ない平坦なエッチング速度を有しており、均一性が改善されていることを示している。 Etching conditions: Sample: thermal oxide film silicon wafers etched gas formed of (SiO 2): Argon (Ar) pressure: 5 × 10 -3 Torr microwave power: 400W high-frequency power: 600W (applied to the sputter etching electrode) above as apparent from FIG. 8, curve 81 confined plasma with a magnet which is an embodiment of the present invention has a relatively small variation flat etch rate over near the center of the wafer, the uniformity It indicates that it is improved. 一方、磁石の無い比較例を示した曲線82 On the other hand, the curve 82 shown without comparative examples of magnets
は、ウェハの周辺部に行くに従がい速度が低下し、中央部とは大きなバラツキが生じている。 Is, reduces the 従Gai ​​speed to go to the peripheral portion of the wafer, is a large variation has occurred in the central portion.

第9図は、上記第8図と同一の試料について、エッチング速度とスパッタエッチング電極へ印加した高周波電力との関係を示したもので、本発明の実施例である磁石有の場合(曲線91)と無い場合(曲線92)及び、マイクロ波によるプラズマ発生手段を持たない従来の平行平板方式(曲線93)の場合と対比して示した特性曲線図である。 FIG. 9, for the Figure 8 and the same sample, shows the relationship between the RF power applied to the etching rate and the sputter etching electrode, when the magnet perforated according to an embodiment of the present invention (curve 91) If the applied without (curve 92) and a characteristic diagram showing, in comparison with the conventional parallel plate type having no plasma generating means by microwave (curve 93). この図からも本発明の実施例である曲線91は他の比較例に対比して著しくエッチング速度が速く改善されているのがわかる。 The curve 91 is an example of even the present invention from the drawing it can be seen that significantly etch rate versus the other comparison examples are improved quickly. なお、エッチング条件は下記のとおりである。 The etching conditions were as follows.

エッチング条件: 試料:熱酸化膜(SiO 2 )の形成されたシリコンウェハ エッチガス:アルゴン(Ar) 圧力:5×10 -3 Torr マイクロ波電力:400W (曲線91及び92の場合) 以上の特性曲線図からも明らかなごとく、本発明においては、磁石の挿入によりプラズマの拡散を防止し、特に周囲のプラズマ密度が増加するため、平均のスパッタエッチ速度が増加すると共に、特に従来の問題となっていた基板周囲のスパッタエッチ速度を増加できるため、 Etching conditions: Sample: thermal oxide film (SiO 2) silicon wafers etched gas formed of: argon (Ar) pressure: 5 × 10 -3 Torr microwave power: 400W (the curve 91 and 92) or more characteristic curve as it is apparent from the figure, in the present invention, to prevent diffusion of plasma by insertion of the magnet, particularly because the surrounding plasma density increases, the sputter etch rate average is increased, making it especially conventional problems because it can increase the sputter etch rate around the substrate,
均一性も同時に向上するという効果がある。 Uniformity has the effect of improving at the same time. 均一性を示すバラツキ(中央部と周辺部)を比較すると、現状のデータでは、磁石有の本発明の場合±5%であるのに対し、磁石無の比較例の場合±20%であった。 Comparing the variation (center and periphery) indicating uniformity, at present the data, whereas a case ± 5% of the present invention the magnet Yes, was ± 20% in the comparative example of the magnet-free .

〔実施例〕 〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図〜第7図により説明する。 It will be described below with FIG. 1-FIG. 7 an embodiment of the present invention.

まず、第1図に示す第1の実施例から説明すると、真空槽1とプラズマ発生手段2と真空排気手段3、ガス供給手段4から構成され、真空槽1内には基板5を載置したプラズマエッチング電極(以下エッチング電極と略称)6が、前記真空槽1と電気的に絶縁し真空的にシールする機能を有するフランジ7を介して設置され、このエッチング電極6の端部9には電源8が接続される。 First, referring to the first embodiment shown in FIG. 1, the vacuum chamber 1 and the plasma generating means 2 and the vacuum exhaust means 3 is constituted by a gas supply means 4, the vacuum chamber 1 and placed on the substrate 5 plasma etching electrode (hereinafter etching electrode abbreviated) 6 is installed through the flange 7 having the function of vacuum to seal and electrically insulated from the vacuum chamber 1, the power supply to the end 9 of the etching electrode 6 8 is connected. また、プラズマ発生手段では、マイクロ波発生源10と導波管11とキャビティ12と整合手段1と導体棒14およびマイクロ波の導入部となる導入窓15で構成される。 Further, the plasma generating means is constituted by introduction window 15 made of a microwave generating source 10 and the waveguide 11 and the cavity 12 and the aligning means 1 and the conductor rod 14 and the microwave introduction portion. また、この導入窓15とエッチング電極6で囲まれた空間の周囲には磁石16が配設される。 Also, the magnet 16 is disposed on the periphery of the enclosed space the entrance window 15 and the etching electrode 6.

上記構成において、マイクロ波発生源10によりマイクロ波を発振し、マイクロ波を導波管11を通してキャビティ12へ送る。 In the above configuration, it oscillates microwaves by the microwave generating source 10, and sends microwaves through the waveguide 11 into the cavity 12. ここで、整合手段13を調整し、キャビティ Here, by adjusting the matching means 13, the cavity
12をマイクロ波の空胴共振条件とすることにより、キャビティ12内のマイクロ波の電界は高まり、導入窓15より真空槽1内へ導びかれたマイクロ波により、ガス供給手段4により真空槽1内へ供給された槽内の雰囲気ガスが電離しプラズマ17を発生する。 With cavity resonance conditions of a 12 microwave, increase the electric field of the microwave in the cavity 12, the microwave guide beauty into the vacuum chamber 1 from the inlet window 15, the vacuum chamber 1 by the gas supply means 4 the atmospheric gas supplied tank to the inner generates the ionized plasma 17. このプラズマ17の周囲に設置した磁石16の厚さ方向から見た断面図を第2図に示す。 The cross-sectional view as viewed from the thickness direction of the magnet 16 installed in the periphery of the plasma 17 shown in Figure 2. なお、この実施例では磁石として永久磁石の例を示しているが、電磁石であってもよいことは云うまでもない。 Incidentally, an example is shown of a permanent magnet as a magnet in this embodiment, it may be an electromagnet it is needless to say. リング形状の磁石16は周方向に偶数個に分割し、内・外周の極性を交互に入れ換えることにより、磁力線19 Divided into an even number on the magnet 16 is the circumferential direction of the ring-shaped, by replacing the polarity of the inner and outer peripheral alternately, magnetic field lines 19
は内側に凸形状になり(一般に、プラズマを閉じ込めるための多重カスプ磁場という)、プラズマ17を基板5上に閉じ込めることができるため、プラズマ17の低圧力域での安定発生、およびプラズマ17を容易に高密度とすることができる。 Easy inside becomes convex shape (generally referred to as multi-cusp magnetic field for confining plasma), it is possible to confine the plasma 17 on the substrate 5, a stable generation of the low-pressure region of the plasma 17, and the plasma 17 it can be a high density. このプラズマ17の密度は前記マイクロ波がプラズマ17内を伝搬しエネルギを供給できる限界の密度(例えばマイクロ波の周波数が2.45G Hzならプラズマの密度7.4×10 10 /cm 3 )まで、供給するマイクロ波電力により制御できる。 The density of the plasma 17 to the microwave is a limit density of which can supply energy propagated in the plasma 17 (e.g. microwave frequency 2.45 g Hz if the plasma density 7.4 × 10 10 / cm 3 in), and supplies micro It can be controlled by a wave power. このようにして発生したプラズマ17 Plasma 17 which is generated in this way
中のイオンを、エッチング電極6に接続した電源8(この例では高周波電力を印加)によりエッチング電極6を介し基板5に発生した電圧により加速し基板に衝突させてスパッタエッチングを行う。 Ions in, performing sputter etching by colliding the accelerated substrate by a voltage generated in the substrate 5 via the etched electrode 6 by (apply high-frequency power in this example) power source 8 connected to the etched electrode 6. ここで、キャビティ12の寸法をキャビティ12内のマイクロ波モードが軸対称となる寸法とすることにより基板5上のプラズマ17の密度分布が均一となる。 Here, the density distribution of the plasma 17 on the substrate 5 becomes uniform by the dimensions of the cavity 12 is a microwave mode in the cavity 12 dimensioned to be axisymmetric. また、このキャビティ12は、中央に軸(導体棒14)を有する同軸型であるが、軸のない空胴型においても同様の効果が得られる。 Further, the cavity 12 is a coaxial type having a shaft (conductive rod 14) in the center, the same effect can be obtained in no axial cavity type.

なお、上記導入窓15としては、石英板を使用したが、 As the above-mentioned introduction window 15, but using the quartz plate,
真空槽の隔壁の役目も兼ねているのでガスを通さず(不通気性)、マイクロ波の吸収の少ない絶縁材、例えばアルミナ等のセラミックスでもよいことは前述のとおりである。 Since also serves bulkhead role of the vacuum chamber without passing through the gas (impervious), less insulation absorption of microwaves, for example, ceramics may be such as alumina as described above.

第3図は、本発明の第2の実施例を示したもので、真空槽1、プラズマ発生手段2、真空排気手段3、ガス供給手段4などの構成は第1の実施例と同一で、プラズマ発生手段2の磁石16がリング状コイル18に代ったことだけが異なる。 Figure 3 is shows a second embodiment of the present invention, the vacuum chamber 1, plasma generating means 2, the vacuum evacuation means 3, configuration, such as a gas supply means 4 is the same as the first embodiment, only the magnet 16 of the plasma generating means 2 is place of the ring-shaped coil 18 is different. このような構成でコイル18a、18bを同心状に2段とし、それぞれ逆向きに電流を流すことにより、 Coil 18a in such a structure, a two-stage 18b concentrically, by passing a current in the opposite direction, respectively,
基板5上の周囲で二つのコイルからの磁力線19は閉じるようになりプラズマが半径方向に拡散せず、より安定に閉じ込めることができ、プラズマを効率よく高密度で発生できる。 Plasma becomes the magnetic field lines 19 from the two coils close as around the substrate 5 is not diffused in the radial direction, it can be confined more stable plasma can be generated, efficient high density.

第4図、第5図は共に第2の実施例と類似構造のものであり、第3図の実施例の2段のコイル18の代りに永久磁石16に置き換えたものである。 Figure 4, Figure 5 are both those structurally similar to the second embodiment is replaced by a permanent magnet 16 instead of the two-stage coil 18 of the embodiment of Figure 3. 第4図は、リングの周方向にそれぞれ逆向きに磁化された上下1組の永久磁石 Figure 4 is a vertical pair of permanent magnets magnetized in the respective opposite directions in the circumferential direction of the ring
16であり、これにより磁力線19は、プラズマ17の周囲で閉じこのプラズマ17を基板5上で閉じ込める。 Is 16, thereby the magnetic force lines 19 closes around the plasma 17 confining the plasma 17 on the substrate 5. 第5図は、磁石16の磁化を厚さ方向にそれぞれ逆向きに取ったものであり、第4図とほぼ同様の磁場が得られ、プラズマ17の閉じ込め効果が得られる。 Figure 5, which has taken in the opposite direction, respectively the magnetization of the magnet 16 in the thickness direction, substantially the same magnetic field as Figure 4 is obtained, the effect of confining the plasma 17 is obtained.

第6図は、本発明の第3の実施例を示したもので、構成は第3図に示した第2の実施例と同一で、磁場発生手段としてリング状のコイル18a、18bを載置しているが、 Figure 6 is shows a third embodiment of the present invention, mounted configuration identical to the second embodiment shown in FIG. 3, a ring-shaped coil 18a as a magnetic field generating means, 18b but by and by,
このコイル18a、18bには同一方向の電流を流すことにより、このコイル18による磁力線19は基板5上で内方向に凸形状となりプラズマ17の外周方向への拡散を防止している。 The coil 18a, by passing the same direction of current in 18b, magnetic lines 19 by the coil 18 is prevented from diffusing into the outer peripheral direction of the plasma 17 becomes a convex shape in the inner direction on the substrate 5.

第7図は、本発明の第3の実施例で、構成は第6図と類似で、第6図のコイル18が磁石16に代っていることが異なるのみである。 Figure 7 is a third embodiment of the present invention, configuration is similar to that of Figure 6, the coil 18 of FIG. 6 it is only different that in place of the magnet 16. 磁石16は半径方向に磁化されており2個の磁石の極性は逆転しているため、磁力線19は第6 Since the magnet 16 the polarity of the radial two are magnetized to the magnet is reversed, magnetic field lines 19 6
図と類似の形状となり、プラズマ17の閉じ込め効果を持つ。 Figure and become similar shape, with the effect of confining the plasma 17.

〔発明の効果〕 〔Effect of the invention〕

本発明によれば、プラズマは、マイクロ波によるプラズマ発生手段により高密度に発生でき、また、キャビティ整合手段および同軸等により、キャビティ寸法をマイクロ波の軸対称モードの空胴共振器とし、発生したプラズマの周囲の拡散を磁場によって防止することにより、 According to the present invention, the plasma is a high density can be generated by the plasma generating means by the microwave, and by cavities aligning means and coaxial, etc., to the cavity dimensions as the cavity resonator axisymmetric modes of the microwaves, generated by preventing the magnetic field diffusion of the surrounding plasma,
低圧力で軸対称の安定した高密度プラズマを発生でき、 Can generate a stable high-density plasma of axisymmetrical low pressure,
エッチングの高速化と基板への損傷の低減の効果がある。 The effect of reducing the damage to the speed and substrate etching.

また、プラズマ発生はマイクロ波電力で、基板へ衝突するイオンのエネルギはプラズマ処理電極へ印加した第2の電力、例えば高周波電力で別々に制御できるので、 The plasma generated in the microwave power, the second power energy of ions impinging to the substrate was applied to the plasma processing electrode, for example, since the high-frequency power can be controlled separately,
エッチング速度とそのときのイオンの衝突エネルギが個別制御できるため、基板に合わせて最適条件が選択でき、プラズマ処理の歩留向上の効果がある。 Since the collision energy of ions and the etching rate at that time can be individually controlled, optimum conditions in accordance with the substrate can be selected, the effect of improving yield of the plasma processing.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の一実施例のスパッタエッチング装置の縦断面図、第2図は第1図の磁石部分の横断面図、第3 Longitudinal sectional view of a sputter etching apparatus of an embodiment of Figure 1 the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the magnetic part of Figure 1, third
図、第4図、第5図、第6図及び第7図はそれぞれ異なる本発明実施例のスパッタエッチング装置の縦断面図、 FIG, FIG. 4, FIG. 5, longitudinal sectional view of a sputtering etching apparatus FIGS. 6 and 7 differs from the present invention embodiment respectively,
第8図、第9図はそれぞれ本発明装置でSiO 2膜をエッチングした実施例を比較例と対比して示した特性曲線図である。 Figure 8, FIG. 9 is a characteristic diagram showing, in comparison with a comparative example embodiment etching the SiO 2 film in the present invention apparatus, respectively. 図において、 1……真空槽、2……プラズマ発生手段 3……真空排気手段、4……ガス供給手段 5……基板、6……エッチング電極 7……フランジ、8……電源 9……端部、10……マイクロ波発生源 11……導波管、12……キャビティ 13……整合手段、14……導体棒 15……導入窓、16……磁石 17……プラズマ、18……コイル 19……磁力線 In FIG, 1 ...... vacuum chamber, 2 ...... plasma generating means 3 ...... evacuation means, 4 ...... gas supply means 5 ...... substrate, 6 ...... etching electrode 7 ...... flange, 8 ...... power 9 ...... end, 10 ...... microwave source 11 ...... waveguide, 12 ...... cavity 13 ...... matching means, 14 ...... conductor rod 15 ...... introduction window, 16 ...... magnets 17 ...... plasma, 18 ...... coil 19 ...... magnetic field lines

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 和博 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所コンピュータ事業部デバイス開発セ ンタ内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Kazuhiro Nakajima Ome, Tokyo Imai 2326 address Hitachi Seisakusho computer Division device development cell in the printer

Claims (17)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】ガス供給手段と真空排気手段とを有する真空槽内に基板を載置したプラズマ処理電極を設けると共に前記基板に対向してマイクロ波によるプラズマ発生手段を前記真空槽にマイクロ波導入窓を介して設け、前記プラズマ処理電極には前記プラズマ発生手段により発生したプラズマ中のイオンを前記基板に衝突させるための電圧印加手段が設けられ、プラズマを発生させるマイクロ波電源と前記プラズマ処理電極へ電圧を印加する電源とをそれぞれ独立に設けて成る装置において、前記基板と前記マイクロ波導入窓との間の空間に生ずるプラズマをその周囲から磁力線で取囲むように前記基板上に磁場を構成する磁気発生手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。 1. A microwave introducing into the vacuum chamber a plasma generating means by the microwave so as to face the substrate provided with the plasma treatment electrode placing the substrate in a vacuum chamber and a gas supply means and the evacuation means provided through the window, the plasma processing electrode voltage applying means for impinging ions in the plasma generated by said plasma generating means to the substrate is provided in the plasma processing electrode and the microwave power for generating plasma configured in a device comprising provided independently and a power source for applying a voltage, a magnetic field on the substrate so as to surround the plasma generated in the space by the magnetic force lines from its surroundings between the substrate and the microwave introducing window into the plasma processing apparatus characterized in that a magnetism generating means for.
  2. 【請求項2】前記プラズマ処理電極に高周波電力を印加したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理装置。 2. A plasma processing apparatus Claims, wherein the first term, characterized in that the application of the high frequency power to the plasma processing electrode.
  3. 【請求項3】前記マイクロ波によるプラズマ発生手段がマイクロ波発生源とキャビティとマイクロ波の導入窓とから構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第1項もしくは第2項記載のプラズマ処理装置。 Wherein said microwave plasma generating means by the plasma treatment of the microwave source and the cavity with microwave claims first term or second claim of which is characterized in that it is composed of a lead-in window apparatus.
  4. 【請求項4】前記プラズマ発生手段のキャビティに整合手段を設け、キャビティをマイクロ波の空胴共振器としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項もしくは第3項記載のプラズマ処理装置。 4. provided a matching means in the cavity of the plasma generation means, the cavity of the microwave cavity resonator and then claims the first term of which is characterized in that the, in the second term or third term describes plasma processing apparatus.
  5. 【請求項5】前記プラズマ発生手段のキャビティを同軸構造としたことを特徴とする特許請求の範囲第3項もしくは第4項のプラズマ処理装置。 5. The plasma processing apparatus of the third term claims, characterized in that the cavity of the plasma generating means has a coaxial structure or the fourth term.
  6. 【請求項6】前記プラズマ発生手段のキャビティの寸法をマイクロ波のモードが軸対称となる寸法にしたことを特徴とする特許請求の範囲第4項もしくは第5項記載のプラズマ処理装置。 6. The plasma processing apparatus of the plasma generation means of the cavity dimensions microwave modes claims paragraph 4 or paragraph 5 wherein the, characterized in that it has the dimensions to be axisymmetric.
  7. 【請求項7】前記マイクロ波の導入窓が、真空槽を構成する隔壁とキャビティからのマイクロ波を前記真空槽内に放射することの両機能を有するマイクロ波吸収の少ない絶縁材から成ることを特徴とする特許請求の範囲第1 7. introduction window of the microwave, that consists of a small insulating material having a microwave absorbing having both functions to radiate microwaves from the partition wall and the cavity constituting the vacuum tank to said vacuum chamber the claims, wherein 1
    項、第2項、第3項、第4項、第5項もしくは第6項記載のプラズマ処理装置。 Term, the second term, the third term, 4, 5 or the plasma processing apparatus of paragraph 6, wherein.
  8. 【請求項8】前記絶縁材が石英またはセラミックスのいずれか一方から成ることを特徴とする特許請求の範囲第7項記載のプラズマ処理装置。 Wherein said insulating material is a plasma processing apparatus in the range 7 claim of claims, characterized in that it consists of either quartz or ceramics.
  9. 【請求項9】前記磁気発生手段として、半径方向に磁化され、前記磁化の極性が径方向で順次反転するリング状の磁石としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理装置。 As claimed in claim 9, wherein said magnetism generating means is magnetized in a radial direction, said plasma processing polarity Claims paragraph 1, wherein it has a ring-shaped magnet successively reversed in the radial direction of the magnetization apparatus.
  10. 【請求項10】前記磁気発生手段として、磁石をマイクロ波の導入窓側とエッチング電極側とにそれぞれ配設し2段階のリング状磁石としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理装置。 As claimed in claim 10, wherein said magnetic generator, claims, characterized in that a ring-shaped magnet are arranged to two stages magnet and introducing window side and etching the electrode side of the microwave range as set forth in claim 1, wherein plasma processing apparatus.
  11. 【請求項11】前記2段階のリング状磁石をコイルで構成したことを特徴とする特許請求の範囲第10項記載のプラズマ処理装置。 11. The plasma processing apparatus of Claims 10 wherein wherein in that the ring-shaped magnet of the two stages to a coil.
  12. 【請求項12】前記2段階のプラズマ状コイルにそれぞれ逆向きの電流を流すことを特徴とする特許請求の範囲第11項記載のプラズマ処理装置。 12. The two-step plasma treatment apparatus of Claims 11 wherein wherein flowing the respective opposite current in the plasma-like coil.
  13. 【請求項13】前記2段階のリング状コイルにそれぞれ同一方向の電流を流すことを特徴とする特許請求の範囲第11項記載のプラズマ処理装置。 13. The plasma processing apparatus of Claims 11 wherein wherein a current flow of the two stages of the respective same directions in a ring-shaped coil.
  14. 【請求項14】前記2段階のリング状磁石を永久磁石で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第10項記載のプラズマ処理装置。 14. The plasma processing apparatus of paragraph 10, wherein claims, characterized in that the two-stage ring magnet is constituted by permanent magnets.
  15. 【請求項15】前記リング状永久磁石はそれぞれ周方向に、しかも互に逆方向に磁化されていることを特徴とする特許請求の範囲第14項記載のプラズマ処理装置。 15. The plasma processing apparatus of the each ring-shaped permanent magnet circumferentially, moreover mutually Claims paragraph 14, wherein the being magnetized in opposite directions.
  16. 【請求項16】前記リング状永久磁石はそれぞれ厚さ方向に、しかも互に逆方向に磁化されていることを特徴とする特許請求の範囲第14項記載のプラズマ処理装置。 16. to the ring-shaped permanent magnet thickness direction, moreover the plasma processing apparatus of paragraph 14, wherein claims, characterized in that it is magnetized mutually in the opposite direction.
  17. 【請求項17】前記リング状永久磁石はそれぞれ半径方向に、しかも互に逆方向に磁化されていることを特徴とする特許請求の範囲第14項記載のプラズマ処理装置。 17. The plasma processing apparatus of the each ring-shaped permanent magnet radially, yet each other Claims paragraph 14, wherein the being magnetized in opposite directions.
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