JPH10199699A - Plasma processing device - Google Patents

Plasma processing device

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Publication number
JPH10199699A
JPH10199699A JP9014721A JP1472197A JPH10199699A JP H10199699 A JPH10199699 A JP H10199699A JP 9014721 A JP9014721 A JP 9014721A JP 1472197 A JP1472197 A JP 1472197A JP H10199699 A JPH10199699 A JP H10199699A
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JP
Japan
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frequency
microwave
plasma
magnetic field
inches
Prior art date
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Pending
Application number
JP9014721A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Kawakami
聡 川上
Makoto Koguchi
信 虎口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd, Fuji Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
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Priority to US08/885,954 priority patent/US6161498A/en
Publication of JPH10199699A publication Critical patent/JPH10199699A/en
Priority to US09/705,947 priority patent/US6284674B1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce required strength of a magnetic field to form an electromagnetic coil compact by limiting a frequency of microwaves low. SOLUTION: A device comprises a processing container 2 containing a work W to be processed, to which microwaves from a microwave generator 52 are introduced, and a magnetic field is formed to generate electron cyclotron resonance to generate plasma, so a specified treatment is applied to the work W to be processed. In this case, a frequency of above microwaves is set to be within a range between a lower limit frequency as a cutoff frequency decided by an inner diameter L1 in the processing container 2 and an outer limit frequency as the maximum frequency with which standing waves of above microwaves will not be generated on the surface of the work W to be processed. As this frequency, 915MHz may be used, for example. The operation frequency can thus be set small compared to that in conventional devices without reducing a plasma density, thereby a strength of a magnetic field can be set small to achieve compactness of an electromagnetic coil.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理体に所定の処理を施すプラズマ処理装置に関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing a predetermined process on an object to be processed such as a semiconductor wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化及び高微細
化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチ
ング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が
使用される場合があり、特に、0.1〜10mTorr
程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズ
マを立てることができることからマイクロ波とリング状
のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマを
発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向に
ある。従来、この種のマイクロ波プラズマ装置としては
例えば磁場形成手段を有するプラズマ発生室にマイクロ
波導入口を設けて電子サイクロトロン共鳴空間を形成
し、プラズマ発生室からイオンを引き出して反応室内の
処理ガスをこのプラズマで活性化させて成膜処理等を行
なうものが知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, a plasma processing apparatus has been used for processing such as film formation, etching, ashing, and the like in a semiconductor product manufacturing process in accordance with high density and high miniaturization of a semiconductor product. , 0.1 to 10 mTorr
Microwave plasma devices that generate high-density plasma by combining microwaves and a magnetic field from a ring-shaped coil tend to be used because plasma can be stably generated even in a high vacuum state with relatively low pressure. It is in. Conventionally, as a microwave plasma apparatus of this type, for example, a microwave introduction port is provided in a plasma generation chamber having a magnetic field forming means to form an electron cyclotron resonance space, ions are extracted from the plasma generation chamber, and a processing gas in the reaction chamber is extracted from the plasma generation chamber. It is known to perform a film forming process or the like by activating with plasma.

【0003】図3はこのような従来のプラズマ処理装置
を示す概略構成図であり、例えばアルミニウム等により
円筒状に成形された処理容器2内には、被処理体として
の半導体ウエハWを載置するための載置台4が設けられ
る。この処理容器2は上部が段部状に狭めてあり、この
部分をプラズマ室6として構成すると共にこの下方を反
応室8として構成している。プラズマ室6の上方には、
この処理容器2の天井部を密閉する例えば石英製の天井
蓋10が気密に設けられており、この部分にマイクロ波
導入窓12を形成している。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing such a conventional plasma processing apparatus. A semiconductor wafer W as an object to be processed is placed in a processing chamber 2 formed into a cylindrical shape by, for example, aluminum or the like. A mounting table 4 is provided. The upper portion of the processing vessel 2 is narrowed in a stepped manner, and this portion is configured as a plasma chamber 6 and the lower portion is configured as a reaction chamber 8. Above the plasma chamber 6,
A ceiling lid 10 made of, for example, quartz and hermetically sealing the ceiling of the processing container 2 is provided in an airtight manner, and a microwave introduction window 12 is formed in this portion.

【0004】このマイクロ波導入窓12に臨ませて、円
錐状のテーパ導波管14が接続されると共にこのテーパ
導波管14の頂部には矩形導波管16が接続される。そ
して、この矩形導波管16には、例えば2.45GHz
のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器18が介設さ
れており、ここで発生したマイクロ波をこれらの導波管
16、12を介して導入窓12からプラズマ室6内へ導
入できるようになっている。また、処理容器2のプラズ
マ室6の外側及び容器底部の下方には、それぞれリング
状のメインコイル20及びサブコイル22が配置されて
おり、各コイル20、22より発生する下向き磁界によ
り処理容器2内の全体に亘って下方向に向うミラー磁界
を形成するようになっている。ここで、上記磁界とマイ
クロ波は電子サイクロトロン共鳴条件を満足するように
設定されており、2.45GHzのマイクロ波に対して
は、磁場の大きさは略875ガウスとなっている。
A conical tapered waveguide 14 is connected to the microwave introduction window 12, and a rectangular waveguide 16 is connected to the top of the tapered waveguide 14. The rectangular waveguide 16 has, for example, 2.45 GHz.
A microwave generator 18 for generating the microwave is provided, and the microwave generated here can be introduced into the plasma chamber 6 from the introduction window 12 through the waveguides 16 and 12. ing. A ring-shaped main coil 20 and a sub-coil 22 are disposed outside the plasma chamber 6 of the processing chamber 2 and below the bottom of the processing chamber, respectively. To form a downwardly directed mirror magnetic field. Here, the magnetic field and the microwave are set so as to satisfy the electron cyclotron resonance condition. For a microwave of 2.45 GHz, the magnitude of the magnetic field is approximately 875 gauss.

【0005】従って、プラズマ室6に導入されたプラズ
マガス、例えばアルゴンガスは、投入されたマイクロ波
と磁場との相互作用により生ずる電子サイクロトロン共
鳴によってプラズマ化され、この下方に供給される処理
ガス、例えば成膜ガスとしてのシランガスや酸素を活性
化して反応させ、ウエハ表面上に成膜を施すようになっ
ている。
Accordingly, the plasma gas, eg, argon gas, introduced into the plasma chamber 6 is turned into plasma by electron cyclotron resonance generated by the interaction between the inputted microwave and the magnetic field, and the processing gas supplied below the plasma is For example, a silane gas or oxygen as a film forming gas is activated and reacted to form a film on the wafer surface.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、電子サイク
ロトロン共鳴条件を成立させるためには、荷電粒子の電
位、質量等を定めれば、その時のマイクロ波の周波数と
磁場の大きさは一義的に決まるが、上記したようにマイ
クロ波の周波数を2.45GHzに設定した場合には、
これに対応する875ガウスの磁場強度を得るメインコ
イル20及びサブコイル22は非常に大型化しており、
例えば重さ100Kg以上の重量物となってしまい、コ
スト高を余儀なくされるばかりか、メンテナンス作業も
大変になり、更には省スペース化にも反してしまう。
By the way, in order to satisfy the electron cyclotron resonance condition, if the potential and mass of the charged particles are determined, the frequency of the microwave and the magnitude of the magnetic field at that time are uniquely determined. However, when the microwave frequency is set to 2.45 GHz as described above,
The main coil 20 and the sub coil 22 which obtain the magnetic field intensity of 875 gauss corresponding thereto are very large,
For example, it becomes a heavy object weighing 100 kg or more, which not only necessitates an increase in cost, but also makes maintenance work difficult and contravenes space saving.

【0007】特に、12インチウエハ対応の装置の場合
には、8インチウエハの場合と比較して更に容器の直径
も大きくなり、そのために更にコイルも大型化して例え
ば重さ200Kg程度にもなってしまい、コイルの小型
化の対策が望まれている。
In particular, in the case of a device corresponding to a 12-inch wafer, the diameter of the container is further increased as compared with the case of an 8-inch wafer, so that the coil is further enlarged, for example, to a weight of about 200 kg. Thus, measures to reduce the size of the coil are desired.

【0008】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、マイクロ波の周波数を低く限定することによ
り、必要とする磁界の強度を小さくし、電磁コイルを小
型化したプラズマ処理装置を提供することにある。
The present invention focuses on the above problems,
It was created to solve this effectively. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus in which the required magnetic field strength is reduced by limiting the frequency of microwaves to a low value, and the electromagnetic coil is reduced in size.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、被処理体を収容した処理容器内に、マ
イクロ波発生器からのマイクロ波を導入すると共に、磁
界を形成して電子サイクロトロン共鳴を生ぜしめてプラ
ズマを発生し、前記被処理体に所定の処理を施すプラズ
マ処理装置において、前記マイクロ波の周波数を、前記
処理容器の内径により定まる遮断周波数よりなる下限周
波数から前記被処理体の表面に前記マイクロ波の定在波
が生じない最大周波数を上限周波数とする範囲内に設定
するように構成したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention introduces a microwave from a microwave generator into a processing vessel accommodating an object to be processed and forms a magnetic field. In a plasma processing apparatus for generating plasma by generating electron cyclotron resonance and performing predetermined processing on the object to be processed, the frequency of the microwave is increased from a lower limit frequency consisting of a cutoff frequency determined by an inner diameter of the processing container. The maximum frequency at which the standing wave of the microwave does not occur on the surface of the processing object is set within a range of an upper limit frequency.

【0010】本発明によれば、上述のように遮断周波数
よりも大きく、しかも被処理体の表面に定在波を生ぜし
めることもないような周波数までマイクロ波の周波数を
低くするようにしたので、これに対応させて電子サイク
ロトロン共鳴条件を満たす磁界の強度も小さくすること
ができ、電磁コイルの小型化が可能となる。このマイク
ロ波の上限周波数は、被処理体の直径サイズが8インチ
の場合は、1.5GHzであり、12インチの場合は
1.0GHzである。更に、マイクロ波の下限周波数は
被処理体の直径サイズや振動モードにより異なり、例え
ば直径サイズが8インチの場合において、マイクロ波の
振動モードがTE11モードの時は580MHzで、T
M01モード時は770MHzである。また、直径サイ
ズが12インチの場合において、振動モードがTE11
モードの時は440MHzで、TM01モードの時は5
70MHzである。このようなマイクロ波周波数として
は、例えば915MHzの工業用周波数を用いることが
できる。
According to the present invention, as described above, the frequency of the microwave is reduced to a frequency which is higher than the cut-off frequency and which does not generate a standing wave on the surface of the object to be processed. Correspondingly, the strength of the magnetic field that satisfies the electron cyclotron resonance condition can be reduced, and the size of the electromagnetic coil can be reduced. The upper limit frequency of the microwave is 1.5 GHz when the diameter of the object to be processed is 8 inches, and 1.0 GHz when the diameter of the object is 12 inches. Further, the lower limit frequency of the microwave varies depending on the diameter size and the vibration mode of the object to be processed. For example, when the diameter size is 8 inches, when the microwave vibration mode is the TE11 mode, the frequency is 580 MHz and T
In the M01 mode, the frequency is 770 MHz. When the diameter size is 12 inches, the vibration mode is TE11
440 MHz in mode and 5 in TM01 mode.
70 MHz. As such a microwave frequency, for example, an industrial frequency of 915 MHz can be used.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るプラズマ処
理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1
は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面図、
図2は半導体ウエハと定在波との関係を示す図である。
図3に示す部分と同一部分については同一符号を付して
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG.
Is a sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention,
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a semiconductor wafer and a standing wave.
The same parts as those shown in FIG. 3 are described with the same reference numerals.

【0012】本実施例では、プラズマ処理装置として電
子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマCVD装置を
例にとった場合について説明する。このプラズマ処理装
置24は、略全体が例えばアルミニウムにより円筒体状
に成形された処理容器2を有しており、この容器底部に
は、被処理体としての半導体ウエハWを載置するための
例えばアルミニウム製の載置台4が設置されると共に、
この上面には内部に円板状の銅箔26を埋め込んでな
る、例えばポリイミド樹脂製の静電チャック28が貼り
付けて設けられている。この銅箔26には給電線30を
介して直流電源32とマッチングボックス34を介して
例えば13.56MHzのバイアス用高周波電源36が
並列に接続されており、スイッチ部38を閉じて高い直
流電圧を静電チャック26に供給することにより発生す
るクーロン力によりウエハWを吸着保持する。また、静
電チャック26にバイアス高周波を印加することによ
り、イオンの引き込みを効率的に行なうようになってい
る。
In this embodiment, a case will be described in which an electron cyclotron resonance (ECR) plasma CVD apparatus is taken as an example of a plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus 24 has a processing container 2 which is substantially entirely formed of, for example, aluminum into a cylindrical shape. At the bottom of the container, for example, a semiconductor wafer W as an object to be processed is placed. An aluminum mounting table 4 is installed,
An electrostatic chuck 28 made of, for example, a polyimide resin and having a disc-shaped copper foil 26 embedded therein is attached to the upper surface thereof. The copper foil 26 is connected in parallel with a DC power supply 32 via a power supply line 30 and a high frequency power supply for biasing 13.56 MHz, for example, via a matching box 34, and closes the switch 38 to apply a high DC voltage. The wafer W is attracted and held by Coulomb force generated by supplying the wafer W to the electrostatic chuck 26. Further, by applying a bias high frequency to the electrostatic chuck 26, ions are efficiently drawn.

【0013】また、載置台4内には、プラズマ処理時に
ウエハWが過度に加熱されることを防止するためにこれ
を冷却する冷却ジャケット39や必要時にウエハWを加
熱するための加熱ヒータ40がそれぞれ設けられてお
り、それぞれ冷媒源42及び加熱源44に接続されてい
る。処理容器2内の上記載置台4の上方は反応室8とし
て構成されており、この天井部は開口されて、この部分
にマイクロ波を透過するために例えばAlN(窒化アル
ミ)等の誘電体よりなる天井蓋10がOリング等のシー
ル部材46を介して気密に設けられており、マイクロ波
導入窓12を構成している。
Further, a cooling jacket 39 for cooling the wafer W in order to prevent the wafer W from being excessively heated during the plasma processing and a heater 40 for heating the wafer W when necessary are provided in the mounting table 4. Each is provided and connected to a refrigerant source 42 and a heating source 44, respectively. The upper part of the mounting table 4 in the processing vessel 2 is configured as a reaction chamber 8, and the ceiling is opened. In order to transmit microwaves to this part, a dielectric such as AlN (aluminum nitride) is used. The ceiling lid 10 is airtightly provided via a sealing member 46 such as an O-ring, and constitutes the microwave introduction window 12.

【0014】このマイクロ波導入窓12には、円錐状に
なされたテーパ導波管48が接続されると共に、このテ
ーパ導波管48にはマイクロ波の振動モードを変換する
変換導波管49を介して、断面矩形状の矩形導波管50
が接続されている。更に、この矩形導波管50の端部
は、インピーダンス整合を行なうマッチング回路51を
介してマイクロ波発生器52に接続されており、プラズ
マ室6内にマイクロ波を導入し得るようになっている。
A conical tapered waveguide 48 is connected to the microwave introduction window 12, and a conversion waveguide 49 for converting a vibration mode of the microwave is connected to the tapered waveguide 48. Through a rectangular waveguide 50 having a rectangular cross section
Is connected. Further, the end of the rectangular waveguide 50 is connected to a microwave generator 52 via a matching circuit 51 for performing impedance matching, so that microwaves can be introduced into the plasma chamber 6. .

【0015】ここで、マイクロ波発生器52が発振する
マイクロ波の周波数としては、上記処理容器2の反応室
8の内径L1により定まる遮断周波数よりなる下限周波
数から半導体ウエハWの表面にマイクロ波の定在波が生
じない最大周波数を上限周波数とする範囲内のいずれか
1つの周波数に設定されている。このようにマイクロ波
の周波数を限定した理由は、次のとおりである。電子サ
イクロトロン共鳴条件を満足した状態ではマイクロ波の
周波数と磁界の強さとは比例関係にあり、周波数を大き
くすると磁界も大きくする必要があるので電磁コイルも
それに従って大きくなって重量化しなければならない。
Here, the frequency of the microwave oscillated by the microwave generator 52 ranges from a lower limit frequency which is a cutoff frequency determined by the inner diameter L1 of the reaction chamber 8 of the processing vessel 2 to a microwave frequency on the surface of the semiconductor wafer W. The frequency is set to any one of the ranges in which a maximum frequency at which a standing wave does not occur is set as an upper limit frequency. The reason for limiting the frequency of the microwave in this way is as follows. When the conditions of the electron cyclotron resonance are satisfied, the frequency of the microwave and the strength of the magnetic field are proportional to each other. When the frequency is increased, the magnetic field must be increased.

【0016】更に、ウエハ表面にマイクロ波の定在波が
生ずるようになるとウエハ表面に電界の分布が生じて処
理の均一性が保てなくなって好ましくない。また、マイ
クロ波の周波数を処理容器の内径で定まる遮断周波数よ
りも小さくすると、マイクロ波を処理容器2内に導入で
きなくなって、電力投入ができなくなってしまう。これ
らの相反する特性を考慮して上述のようにマイクロ波の
周波数を決定する。マイクロ波の上限周波数は、ウエハ
サイズが8インチの場合は1.5GHzであり、12イ
ンチの場合は1.0GHzである。また、マイクロ波の
下限周波数は、ウエハサイズやマイクロ波の振動モード
により異なり、例えばウエハサイズが8インチの場合に
おいて、マイクロ波の振動モードがTE11モードの時
は580MHzであり、TM01モードの時は770M
Hzである。また、ウエハサイズが12インチの場合に
おいて、振動モードがTE11モードの時は440MH
zであり、TM01モードの時は570MHzである。
従って、従来用いていた2.45GHzよりも大幅にそ
の使用周波数は小さくなっている。
Further, if a standing wave of microwaves is generated on the wafer surface, an electric field distribution is generated on the wafer surface, so that uniformity of processing cannot be maintained. If the frequency of the microwave is smaller than the cutoff frequency determined by the inner diameter of the processing container, the microwave cannot be introduced into the processing container 2 and power cannot be supplied. The frequency of the microwave is determined as described above in consideration of these conflicting characteristics. The upper limit frequency of the microwave is 1.5 GHz when the wafer size is 8 inches, and is 1.0 GHz when the wafer size is 12 inches. The lower limit frequency of the microwave varies depending on the wafer size and the vibration mode of the microwave. For example, when the wafer size is 8 inches, the frequency is 580 MHz when the microwave vibration mode is the TE11 mode, and when the microwave mode is the TM01 mode. 770M
Hz. When the vibration mode is TE11 mode when the wafer size is 12 inches, 440 MH
z and 570 MHz in the TM01 mode.
Accordingly, the operating frequency is significantly lower than the conventionally used 2.45 GHz.

【0017】本実施例においては、マイクロ波の周波数
として、上記両ウエハサイズを満足する915MHzの
工業用周波数を用いている。また、処理容器2の内径L
1は、一般にはウエハサイズよりも略10cm程度大き
く、例えばウエハサイズが8インチの場合には、内径L
1は略300mm程度に設定され、12インチの場合に
は略400mm程度に設定される。上記反応室8を区画
する処理容器2の側方には、これを取り囲むようにリン
グ状のメイン電磁コイル54が設けられ、また、容器底
部の下方には同じくリング状になされたサブ電磁コイル
56が配置されており、反応室8内に下向きのミラー磁
界M1を形成してイオンの閉じ込めを効果的に行なうと
共にこの磁界M1と投入されたマイクロ波とで電子サイ
クロトロン共鳴を生ぜしめてプラズマを発生するように
なっている。
In the present embodiment, an industrial frequency of 915 MHz that satisfies the above both wafer sizes is used as the microwave frequency. Also, the inner diameter L of the processing vessel 2
1 is generally about 10 cm larger than the wafer size. For example, when the wafer size is 8 inches, the inner diameter L
1 is set to about 300 mm, and in the case of 12 inches, it is set to about 400 mm. A ring-shaped main electromagnetic coil 54 is provided on the side of the processing container 2 that partitions the reaction chamber 8 so as to surround the processing container 2, and a sub-magnetic coil 56 similarly formed in a ring shape is provided below the container bottom. Is formed, and a downward mirror magnetic field M1 is formed in the reaction chamber 8 to effectively confine ions, and the magnetic field M1 and the inputted microwaves generate electron cyclotron resonance to generate plasma. It has become.

【0018】また、反応室8を区画する側壁にはプラズ
マガス導入ノズル58が設けられており、このノズル5
8にはガス通路60を介してArガス源62、酸素ガス
源64及びクリーニングガスとして例えばNF3 ガス源
66が接続されており、それぞれ開閉弁68A、68
B、68Cやマスフローコントローラ70A、70B、
70Cにより流量制御を行なうようになっている。更
に、反応室8を区画する壁には、処理ガス導入ノズル7
2が設けられており、このノズル72にはガス通路74
を介して処理ガス、例えばシラン源76が接続されてい
る。このガスは、ガス通路74の途中に開設した開閉弁
68D及びマスフローコントローラ70Dによりその流
量が制御される。そして、処理容器2の側壁には、この
内部を真空引きするための図示しない真空ポンプに接続
された排気口78が設けられると共に、ゲートバルブ8
0を介してロードロック室82が接続される。
A plasma gas introduction nozzle 58 is provided on a side wall that partitions the reaction chamber 8.
8, an Ar gas source 62, an oxygen gas source 64, and an NF 3 gas source 66 as a cleaning gas are connected to a gas passage 60, for example, and open / close valves 68A and 68, respectively.
B, 68C and mass flow controllers 70A, 70B,
The flow rate is controlled by 70C. Further, a processing gas introduction nozzle 7 is provided on a wall that partitions the reaction chamber 8.
The nozzle 72 has a gas passage 74.
, A processing gas, for example, a silane source 76 is connected. The flow rate of this gas is controlled by an on-off valve 68D and a mass flow controller 70D opened in the middle of the gas passage 74. An exhaust port 78 connected to a vacuum pump (not shown) for evacuating the inside of the processing container 2 is provided on a side wall of the processing container 2, and a gate valve 8 is provided.
0, the load lock chamber 82 is connected.

【0019】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ロードロック室82から
未処理の半導体ウエハWを処理容器2内へ搬入して、こ
れを載置台4に載置し、静電チャック28のクーロン力
により吸着保持する。そして、処理容器2内を密閉した
後に、真空引きし、所定の真空度に達したならば各ガス
源からArガス、O2 ガス及び原料ガスである、例えば
シランガスをこの処理容器2内に供給しつつ所定のプロ
セス圧力、例えば1mTorr程度に維持する。これと
同時に、マイクロ波発生器52から発生したマイクロ波
を矩形導波管50に伝搬させてこれを変換導波管49に
より所定の振動モードに変換し、更に、このモード変換
後のマイクロ波はテーパ導波管48を伝搬してマイクロ
波導入窓12からプラズマ室6内に導入する。更に、メ
イン電磁コイル54及びサブ電磁コイル56を駆動して
処理容器2内に下方向に向かうミラー磁界M1を形成す
る。
Next, the operation of the embodiment constructed as described above will be described. First, an unprocessed semiconductor wafer W is loaded from the load lock chamber 82 into the processing chamber 2, placed on the mounting table 4, and suction-held by the Coulomb force of the electrostatic chuck 28. After the inside of the processing container 2 is sealed, vacuum is drawn. When a predetermined degree of vacuum is reached, an Ar gas, an O 2 gas, and a raw material gas, for example, silane gas, are supplied from the respective gas sources into the processing container 2. While maintaining a predetermined process pressure, for example, about 1 mTorr. At the same time, the microwave generated from the microwave generator 52 is propagated to the rectangular waveguide 50 and converted into a predetermined vibration mode by the conversion waveguide 49. Further, the microwave after the mode conversion is The light propagates through the tapered waveguide 48 and is introduced into the plasma chamber 6 from the microwave introduction window 12. Further, the main electromagnetic coil 54 and the sub-magnetic coil 56 are driven to form a mirror magnetic field M <b> 1 directed downward in the processing chamber 2.

【0020】このミラー磁界M1と、導入されたマイク
ロ波との相互作用で電子サイクロトロン共鳴を生ぜし
め、反応室8にてアルゴンガスがプラズマ化されて発生
したイオンは、下向き磁界M1に沿って閉じ込められつ
つ移動し、このプラズマエネルギーにより酸素及びシラ
ンガスが活性化されて反応し、ウエハ表面に対してスパ
ッタを行ないつつSiO2 の成膜が施される。この時、
静電チャック28の銅箔26へはバイアス高周波電源3
6よりバイアス電圧を印加し、ウエハ表面へのイオンの
引き付けを良好に行なわしめている。
Interaction between the mirror magnetic field M1 and the introduced microwaves causes electron cyclotron resonance, and the ions generated by the plasmaization of the argon gas in the reaction chamber 8 are confined along the downward magnetic field M1. The oxygen and silane gas are activated and reacted by the plasma energy, and a film of SiO 2 is formed while performing sputtering on the wafer surface. At this time,
A bias high frequency power supply 3 is applied to the copper foil 26 of the electrostatic chuck 28.
6, a bias voltage is applied to attract the ions to the wafer surface in a satisfactory manner.

【0021】プラズマ化された荷電粒子は、サイクロト
ロン振動数に共鳴するマイクロ波を吸収して円運動を行
ないつつウエハ側へ引き付けられて行くが、本実施例で
はマイクロ波の周波数を、処理容器2の内径L1により
定まる遮断周波数である下限周波数からウエハ表面に定
在波が生じない最大周波数を上限とする上限周波数の範
囲内の所定の周波数に設定している。このような周波数
として従来装置のマイクロ波周波数である2.45GH
zよりもかなり低い周波数、例えば915MHzの工業
用周波数に設定することができ、しかも、プラズマ密度
をほとんど低下させることはない。ここで周波数2.4
5GHz(波長122mm)に対する電子サイクロトロ
ン条件を満たす磁場強度は875ガウス程度であるのに
対して、周波数915MHz(波長329mm)に対す
る電子サイクロトロン条件を満たす磁場強度は326.
8ガウス程度であり、その磁場強度を大幅に減少させる
ことかできるので、その分、メイン電磁コイル54及び
サブ電磁コイル56を小型軽量化させることが可能とな
る。
The charged particles converted into plasma are attracted to the wafer side while performing a circular motion by absorbing a microwave resonating with a cyclotron frequency. In this embodiment, the frequency of the microwave is set to the processing vessel 2. Is set to a predetermined frequency within a range from a lower limit frequency, which is a cutoff frequency determined by the inner diameter L1, to an upper limit frequency having a maximum frequency at which a standing wave does not occur on the wafer surface. Such a frequency is 2.45 GHz which is the microwave frequency of the conventional device.
It can be set to a frequency considerably lower than z, for example, an industrial frequency of 915 MHz, and hardly reduces the plasma density. Here, the frequency 2.4
The magnetic field strength that satisfies the electron cyclotron condition for 5 GHz (wavelength 122 mm) is about 875 gauss, whereas the magnetic field strength that satisfies the electron cyclotron condition for frequency 915 MHz (wavelength 329 mm) is 326.
Since it is about 8 gauss and the magnetic field strength can be greatly reduced, the size of the main electromagnetic coil 54 and the sub electromagnetic coil 56 can be reduced accordingly.

【0022】ここで、下限周波数及び上限周波数につい
て詳しく説明する。ここでは処理容器2の内径L1によ
り定まる遮断周波数を下限周波数としているが、一般
に、マイクロ波を効率的に吸収してプラズマを発生させ
るためには、マイクロ波を処理容器2内の深部に伝搬さ
せて、メイン電磁コイル54の下端部が位置する水平レ
ベル84まで導入する必要がある。この水平レベル84
は、ECR面と称され、テーパ導波管48を伝搬してき
たマイクロ波はAlN製の天井蓋10を透過して処理容
器2内に導入し、更に、処理容器2内を深部まで伝搬し
てECR面84にて略完全に吸収されることが理想であ
る。従って、反応室8の部分を区画する処理容器2は導
波管として機能しなければならず、そのために、この部
分をマイクロ波が減衰することなく伝搬するためにはマ
イクロ波の周波数を遮断周波数よりも大きくしなければ
ならない。
Here, the lower limit frequency and the upper limit frequency will be described in detail. Here, the cut-off frequency determined by the inner diameter L1 of the processing container 2 is set as the lower limit frequency. However, in general, in order to efficiently absorb microwaves and generate plasma, the microwaves are propagated to a deep portion in the processing container 2. Therefore, it is necessary to introduce the main electromagnetic coil 54 to the horizontal level 84 where the lower end is located. This horizontal level 84
Is referred to as an ECR surface, and the microwave propagating through the tapered waveguide 48 penetrates the ceiling lid 10 made of AlN, is introduced into the processing vessel 2, and further propagates through the processing vessel 2 to a deep portion. Ideally, it should be absorbed almost completely by the ECR surface 84. Therefore, the processing vessel 2 that defines the part of the reaction chamber 8 must function as a waveguide. Therefore, in order for the microwave to propagate through this part without being attenuated, the frequency of the microwave must be cut off. Must be larger than

【0023】この遮断周波数は、円形導波管の内径、す
なわちここでは処理容器2が円形導波管として機能する
ことから、この処理容器8の内径L1とマイクロ波の振
動モードに依存し、遮断周波数fcは以下の式1に示す
ように表わされる。 fc=1/λ=1/(A・a) …(1) ここでλcは遮断波長であり、Aは振動モードによって
異なる導波管定数であり、aは導波管の内径であり、こ
こではa=L1/2となる。尚、上記導波管定数は、昭
和44年2月28日に日刊工業新聞社より発行された
[マイクロ波回路]の付録5(第247項)にλc/a
として記載されている。この付録5によれば、導波管定
数は、マイクロ波の振動モードがTE11モードの場合
は3.413であり、TM01モードの場合は2.61
3である。
The cutoff frequency depends on the inner diameter of the circular waveguide, that is, the inner diameter L1 of the processing container 8 and the vibration mode of the microwave because the processing vessel 2 functions as a circular waveguide. The frequency fc is expressed as shown in Equation 1 below. fc = 1 / λ = 1 / (A · a) (1) where λc is a cutoff wavelength, A is a waveguide constant that varies depending on the vibration mode, and a is the inner diameter of the waveguide. Then, a = L1 / 2. The waveguide constant is described in Appendix 5 (Section 247) of [Microwave Circuit] published by Nikkan Kogyo Shimbun on February 28, 1969.
It is described as. According to this Appendix 5, the waveguide constant is 3.413 when the microwave oscillation mode is the TE11 mode, and 2.61 when the microwave oscillation mode is the TM01 mode.
3.

【0024】今、直径8インチ(略20cm)のウエハ
を処理する処理容器の内径L1を、ウエハ径よりも10
0mm程度大きく設定したと仮定すると、内径L1は
0.3mとなる。この時の遮断周波数fcは導入された
マイクロ波の振動モードがTE11モードの場合には略
580MHzとなり、TM01モードの場合には略77
0MHとなり、これらが下限周波数である。また、直径
12インチ(略30cm)のウエハを処理する処理容器
の内径L1を、ウエハ径よりも100mm程度大きく設
定したと仮定すると、内径L1は0.4mとなる。この
時の遮断周波数fcは、導入されたマイクロ波の振動モ
ードがTE11モードの場合には略440MHzとな
り、TM01モードの場合には略570MHzとなり、
これらが下限周波数である。
Now, the inner diameter L1 of the processing container for processing a wafer having a diameter of 8 inches (approximately 20 cm) is set to be 10 times smaller than the wafer diameter.
Assuming that it is set to be larger by about 0 mm, the inner diameter L1 is 0.3 m. The cut-off frequency fc at this time is approximately 580 MHz when the vibration mode of the introduced microwave is the TE11 mode, and approximately 77 MHz when the vibration mode of the introduced microwave is the TM01 mode.
0MH, which are the lower limit frequencies. Further, assuming that the inner diameter L1 of the processing container for processing a wafer having a diameter of 12 inches (approximately 30 cm) is set to be about 100 mm larger than the wafer diameter, the inner diameter L1 is 0.4 m. The cutoff frequency fc at this time is approximately 440 MHz when the introduced microwave vibration mode is the TE11 mode, and approximately 570 MHz when the introduced microwave vibration mode is the TM01 mode.
These are the lower limit frequencies.

【0025】ここでは、処理容器の内径L1がウエハ径
よりも余裕長さとして100mm程度大きい場合を例に
とって説明したが、この余裕長さは容器設計上、100
mmよりも小さくも或いは大きくもでき、それに応じて
下限周波数も変動することになる。式1より明らかなよ
うに、余裕長さが小さくなれば下限周波数はその分、大
きくなり、余裕長さが大きくなれば下限周波数はその
分、小さくなる。
Here, the case where the inner diameter L1 of the processing container is larger than the diameter of the wafer by about 100 mm as an allowance has been described as an example.
It can be smaller or larger than mm, and the lower limit frequency will change accordingly. As is apparent from Equation 1, the lower limit frequency increases as the margin length decreases, and the lower limit frequency decreases as the margin length increases.

【0026】次に、上限周波数について説明する。図2
に示すようにウエハWの表面に一波長分の定在波86が
生ずるようになると、ウエハ表面に大きな電位の分布が
生じ、これがためにプラズマ処理の不均一性が大きくな
って膜厚の均一性が劣化してしまう。従って、マイクロ
波の周波数は、ウエハ表面に一波長分の定在波が立たな
いような周波数としなければならず、そのような周波数
はウエハサイズが8インチの場合は1.5GHzであ
り、12インチの場合は1.0GHzであり、これらが
それぞれのウエハサイズに対する上限周波数となる。従
って、前述したようにマイクロ波の周波数を915MH
zに設定すれば、両サイズのウエハに対応することがで
きる。
Next, the upper limit frequency will be described. FIG.
When a standing wave 86 of one wavelength is generated on the surface of the wafer W as shown in (1), a large potential distribution is generated on the surface of the wafer W, which increases the non-uniformity of the plasma processing and increases the uniformity of the film thickness. The property is deteriorated. Therefore, the frequency of the microwave must be such that a standing wave of one wavelength does not stand on the wafer surface. Such a frequency is 1.5 GHz when the wafer size is 8 inches, and is 12 GHz. In the case of inches, the frequency is 1.0 GHz, which is the upper limit frequency for each wafer size. Therefore, as described above, the microwave frequency is set to 915 MHz.
If z is set, both sizes of wafers can be accommodated.

【0027】また、マイクロ波の周波数を915MHz
に設定すれば、上記した式1より、処理容器2の直径L
1は、振動モードがTM01モードの時は25cm程度
が下限値となる。このように、マイクロ波の周波数を従
来用いていた2.45GHzよりもかなり小さく設定す
ることができるので、前述のようにその分、ECR共鳴
条件を満足するための磁界強度を小さくすることがで
き、電磁コイル54、56の小型化に寄与することがで
きる。マイクロ波周波数としては、シールを十分に行な
えば上限・下限周波数の範囲内でどのような周波数でも
よく、上記した工業用周波数である915MHzに限定
されず、周波数を上記した範囲内で小さくすればする
程、その分、磁界強度が小さくなるので、コイルの小型
化に寄与することができる。
Further, the frequency of the microwave is 915 MHz.
If the diameter of the processing container 2 is set to
For 1, the lower limit is about 25 cm when the vibration mode is the TM01 mode. As described above, since the microwave frequency can be set considerably lower than the conventionally used 2.45 GHz, the magnetic field strength for satisfying the ECR resonance condition can be reduced correspondingly as described above. And the electromagnetic coils 54 and 56 can be reduced in size. The microwave frequency may be any frequency within the range of the upper and lower frequencies as long as the sealing is sufficiently performed, and is not limited to the above-mentioned industrial frequency of 915 MHz, but may be reduced within the above-described range. The smaller the value, the smaller the magnetic field strength, which can contribute to the miniaturization of the coil.

【0028】尚、上記実施例にあっては、成膜ガスとし
てシランを用いた場合について説明したが、これに限定
されず、ジシラン等の他の成膜ガスを用いることもでき
る。更に、ミラー磁界のみならずカスプ磁界の場合にも
本発明を適用することができる。また、本実施例では、
ECR型のプラズマCVD装置を例にとって説明した
が、これに限定されず、プラズマアッシング装置、プラ
ズマエッチング装置等にも適用することができ、更に半
導体ウエハに限定されず、LCD基板等についても適用
することができる。
In the above embodiment, the case where silane is used as a film forming gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and another film forming gas such as disilane may be used. Further, the present invention can be applied not only to a mirror magnetic field but also to a cusp magnetic field. In this embodiment,
Although an ECR type plasma CVD apparatus has been described as an example, the present invention is not limited to this, and can be applied to a plasma ashing apparatus, a plasma etching apparatus, and the like. be able to.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。電子サイクロトロン共鳴を利用して被
処理体に対してプラズマ処理を施す場合に、マイクロ波
の周波数を従来装置の場合よりも小さくして、所定の範
囲内に入るように設定したので、磁界の強さを小さくす
ることができ、その分、電磁コイルの小型化及び省スペ
ース化に寄与することができる。
As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. When performing plasma processing on an object to be processed using electron cyclotron resonance, the frequency of the microwave is set to be smaller than that of the conventional apparatus and set within a predetermined range. Therefore, the size of the electromagnetic coil can be reduced, and the electromagnetic coil can be reduced in size and space.

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

【図1】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】半導体ウエハと定在波との関係を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a semiconductor wafer and a standing wave.

【図3】従来のプラズマ処理装置の一例を示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 処理容器 4 載置台 6 プラズマ室 8 反応室 10 天井蓋 12 マイクロ波導入窓 24 プラズマ発生装置 28 静電チャック 48 テーパ導波管 49 変換導波管 50 矩形導波管 52 マイクロ波発生器 54 メイン電磁コイル 56 サブ電磁コイル 62 Arガス源 76 シランガス源 84 ECR面 86 定在波 W 半導体ウエハ(被処理体) Reference Signs List 2 processing container 4 mounting table 6 plasma chamber 8 reaction chamber 10 ceiling lid 12 microwave introduction window 24 plasma generator 28 electrostatic chuck 48 tapered waveguide 49 conversion waveguide 50 rectangular waveguide 52 microwave generator 54 main Electromagnetic coil 56 Sub-magnetic coil 62 Ar gas source 76 Silane gas source 84 ECR surface 86 Standing wave W Semiconductor wafer (workpiece)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被処理体を収容した処理容器内に、マイ
クロ波発生器からのマイクロ波を導入すると共に、磁界
を形成して電子サイクロトロン共鳴を生ぜしめてプラズ
マを発生し、前記被処理体に所定の処理を施すプラズマ
処理装置において、前記マイクロ波の周波数を、前記処
理容器の内径により定まる遮断周波数よりなる下限周波
数から前記被処理体の表面に前記マイクロ波の定在波が
生じない最大周波数を上限周波数とする範囲内に設定す
るように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A microwave is introduced from a microwave generator into a processing vessel containing an object to be processed, and a magnetic field is formed to generate electron cyclotron resonance to generate plasma. In a plasma processing apparatus that performs a predetermined process, the frequency of the microwave is set to a maximum frequency at which a standing wave of the microwave is not generated on the surface of the processing target from a lower limit frequency including a cutoff frequency determined by an inner diameter of the processing container. A plasma processing apparatus characterized in that the upper limit frequency is set within a range.
【請求項2】 前記上限周波数は、前記被処理体の直径
サイズが8インチの場合には、1.5GHzであり、直
径サイズが12インチの場合には、1.0GHzである
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
2. The method according to claim 1, wherein the upper limit frequency is 1.5 GHz when the diameter of the object is 8 inches, and 1.0 GHz when the diameter of the object is 12 inches. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記マイクロ波の下限周波数は前記被処
理体の直径サイズが8インチで振動モードがTE11モ
ードの時は580MHzで、振動モードがTM01モー
ドの時は770MHzであり、前記被処理体の直径サイ
ズが12インチで振動モードがTE11モードの時は4
40MHzで、振動モードがTM01の時は、570M
Hzであることを特徴とする請求項1または2記載のプ
ラズマ処理装置。
3. The lower limit frequency of the microwave is 580 MHz when the diameter of the object is 8 inches and the vibration mode is the TE11 mode, and is 770 MHz when the vibration mode is the TM01 mode. Is 4 inches when the diameter size is 12 inches and the vibration mode is TE11 mode.
570M when the vibration mode is TM01 at 40MHz
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the frequency is Hz.
【請求項4】 前記マイクロ波の周波数は、前記被処理
体の直径サイズが8インチ及び12インチの場合には、
915MHzであることを特徴とする請求項1記載のプ
ラズマ処理装置。
4. The frequency of the microwave, when the diameter of the object to be processed is 8 inches and 12 inches,
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the frequency is 915 MHz.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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