JPH11185993A - Plasma processing method and device - Google Patents

Plasma processing method and device

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JPH11185993A
JPH11185993A JP9354409A JP35440997A JPH11185993A JP H11185993 A JPH11185993 A JP H11185993A JP 9354409 A JP9354409 A JP 9354409A JP 35440997 A JP35440997 A JP 35440997A JP H11185993 A JPH11185993 A JP H11185993A
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JP
Japan
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plasma processing
plasma
vacuum vessel
annular conductor
processing method
Prior art date
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Application number
JP9354409A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomohiro Okumura
智洋 奥村
Tadashi Kimura
忠司 木村
Akio Mihashi
章男 三橋
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate uniform and stable plasma and to suppress the occurrence of a hollow cathode discharge causing the deterioration of homogeneity of processing speed in a wafer plane or the mixing of impurities into the wafer by the spattering of a solid material. SOLUTION: A vacuum container 1 is exhausted by a pump 3 while the prescribed gas is introduced into it from a gas feed unit 2 to keep the vacuum container 1 at the prescribed pressure, high-frequency power of 100 MHz is fed to an antenna 6 mounted on a dielectric window 5 by an antenna high-frequency power supply 4, and a positive DC potential is applied to a circular conductor 10 constituting part of the inner wall of the vacuum container 1, thereby stable plasma is generated, and a wafer 8 mounted on an electrode 7 is processed.

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】この発明は、半導体等の電子
デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるドライエ
ッチング、スパッタリング、プラズマCVD等のプラズ
マ処理方法及び装置に関し、特に電磁波を用いるプラズ
マを利用するプラズマ処理方法及び装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method and apparatus for dry etching, sputtering, plasma CVD, etc., used for manufacturing electronic devices such as semiconductors and micromachines, and more particularly, to plasma processing using plasma using electromagnetic waves. The present invention relates to a method and an apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体等の電子デバイスの微細化に対応
するために、高密度プラズマの利用が重要であることに
ついて、特開平8−83696号公報に述べられている
が、最近は、電子密度が高くかつ電子温度の低い、低電
子温度プラズマが注目されている。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-83696 describes the importance of using high-density plasma in order to cope with miniaturization of electronic devices such as semiconductors. Low electron temperature plasma, which has high electron temperature and low electron temperature, has attracted attention.

【0003】Cl2やSF6等のように負性の強いガス、
言い換えれば、負イオンが生じやすいガスをプラズマ化
したとき、電子温度が3eV程度以下になると、電子温
度が高いときに比べてより多量の負イオンが生成され
る。この現象を利用すると、正イオンの入射過多によっ
て微細パターンの底部に正電荷が蓄積されることによっ
て起きる、ノッチと呼ばれるエッチング形状異常を防止
することができ、極めて微細なパターンのエッチングを
高精度に行うことができる。
[0003] Strongly negative gases such as Cl 2 and SF 6
In other words, when a gas that easily generates negative ions is turned into plasma, when the electron temperature is about 3 eV or less, a larger amount of negative ions is generated than when the electron temperature is high. Utilizing this phenomenon, it is possible to prevent an abnormal etching shape called a notch, which is caused by the accumulation of positive charges at the bottom of the fine pattern due to excessive incidence of positive ions. It can be carried out.

【0004】また、シリコン酸化膜等の絶縁膜のエッチ
ングを行う際に一般的に用いられるCxFyやCxHy
Fz(x、y、zは自然数)等の炭素およびフッ素を含
むガスをプラズマ化したとき、電子温度が3eV程度以
下になると、電子温度が高いときに比べてガスの分解が
抑制され、とくにF原子やFラジカル等の生成が抑えら
れる。F原子やFラジカル等はシリコンをエッチングす
る速度が早いため、電子温度が低い方が対シリコンエッ
チング選択比の大きい絶縁膜エッチングが可能になる。
Further, CxFy and CxHy generally used when etching an insulating film such as a silicon oxide film are used.
When a gas containing carbon and fluorine such as Fz (x, y, and z are natural numbers) is plasmatized, when the electron temperature is about 3 eV or less, the decomposition of the gas is suppressed as compared with the case where the electron temperature is high. Generation of atoms, F radicals, and the like is suppressed. Since F atoms, F radicals, and the like have a high silicon etching rate, the lower the electron temperature, the higher the etching selectivity with respect to silicon.

【0005】また、電子温度が3eV以下になると、イ
オン温度も低下するので、プラズマCVDにおける基板
へのイオンダメージを低減することができる。
[0005] When the electron temperature becomes 3 eV or less, the ion temperature also drops, so that ion damage to the substrate in plasma CVD can be reduced.

【0006】電子温度の低いプラズマを生成できる技術
として現在注目されているのは、電磁波を用いるプラズ
マ源である。これは、真空容器内に電磁波を放射するこ
とによってプラズマを発生させるもので、電磁波を放射
するためのアンテナや誘電体窓の形態としてさまざまな
ものが用いられている。
A technique that can generate plasma having a low electron temperature has been attracting attention at present from a plasma source using electromagnetic waves. This generates plasma by radiating electromagnetic waves into a vacuum vessel, and various forms of antennas and dielectric windows for radiating electromagnetic waves are used.

【0007】図5は我々が提案しているスパイラルアン
テナ方式プラズマ源を搭載したエッチング装置の斜視図
である。図5において、真空容器1内にガス供給ユニッ
ト2から所定のガスを導入しつつポンプ3により排気を
行い、真空容器1内を所定の圧力に保ちながら、アンテ
ナ用高周波電源4により50乃至150MHzの高周波
電力を誘電体窓5上のスパイラルアンテナ6に供給する
と、真空容器1内にプラズマが発生し、電極7上に載置
された基板8に対してエッチング、堆積、表面改質等の
プラズマ処理を行うことができる。このとき、図5に示
すように、電極7にも電極用高周波電源9により高周波
電力を供給することで、基板8に到達するイオンエネル
ギーを制御することができる。
FIG. 5 is a perspective view of an etching apparatus provided with a spiral antenna type plasma source proposed by us. In FIG. 5, the pump 3 evacuates while introducing a predetermined gas from the gas supply unit 2 into the vacuum vessel 1, and maintains the inside of the vacuum vessel 1 at a predetermined pressure while the antenna high-frequency power supply 4 supplies 50 to 150 MHz. When high frequency power is supplied to the spiral antenna 6 on the dielectric window 5, plasma is generated in the vacuum vessel 1, and plasma processing such as etching, deposition, and surface modification is performed on the substrate 8 mounted on the electrode 7. It can be performed. At this time, as shown in FIG. 5, by supplying high-frequency power to the electrode 7 from the electrode high-frequency power supply 9, the ion energy reaching the substrate 8 can be controlled.

【0008】図6はスポークアンテナ方式プラズマ源を
搭載したエッチング装置の斜視図である。図6におい
て、真空容器1内にガス供給ユニット2から所定のガス
を導入しつつポンプ3により排気を行い、真空容器1内
を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源4に
より500MHzの高周波電力を誘電板窓5上の放射状
導電体からなるスポークアンテナ6に供給すると、真空
容器1内にプラズマが発生し、電極7上に載置された基
板8に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ
処理を行うことができる。このとき、図6に示すよう
に、電極7にも電極用高周波電源9により高周波電力を
供給することで、基板28に到達するイオンエネルギー
を制御することができる。なお、この方式については、
S.Samukawa et al., "New Ultra-High-Frequency Plasm
a Source for Large-Scale Etching Processes", Jpn.
J.Appl.Phys., Vol.34, Pt.1, No.12B(1995)に詳しく述
べられている。
FIG. 6 is a perspective view of an etching apparatus equipped with a spoke antenna type plasma source. In FIG. 6, the pump 3 is evacuated while introducing a predetermined gas from the gas supply unit 2 into the vacuum vessel 1, and the high frequency power of 500 MHz is supplied by the high frequency power supply for antenna 4 while maintaining the inside of the vacuum vessel 1 at a predetermined pressure. Is supplied to the spoke antenna 6 made of a radial conductor on the dielectric plate window 5, plasma is generated in the vacuum chamber 1, and etching, deposition, surface modification, etc. are performed on the substrate 8 placed on the electrode 7. Can be performed. At this time, as shown in FIG. 6, by supplying high-frequency power to the electrode 7 from the electrode high-frequency power supply 9, the ion energy reaching the substrate 28 can be controlled. In addition, about this method,
S. Samukawa et al., "New Ultra-High-Frequency Plasm
a Source for Large-Scale Etching Processes ", Jpn.
J. Appl. Phys., Vol. 34, Pt. 1, No. 12B (1995).

【0009】図7はスロットアンテナ方式プラズマ源を
搭載したエッチング装置の斜視図である。図7におい
て、真空容器1内にガス供給ユニット2から所定のガス
を導入しつつポンプ3により排気を行い、真空容器1内
を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源4か
ら導波管により導いた2.45GHzの高周波電力を、
誘電体窓5上の電磁波ガイド16に設けたスロットアン
テナ6に供給すると、真空容器1内にプラズマが発生
し、電極7上に載置された基板8に対してエッチング、
堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。
このとき、図7に示すように、電極7にも電極用高周波
電源9により高周波電力を供給することで、基板8に到
達するイオンエネルギーを制御することができる。
FIG. 7 is a perspective view of an etching apparatus equipped with a slot antenna type plasma source. In FIG. 7, the pump 3 is evacuated while introducing a predetermined gas from the gas supply unit 2 into the vacuum vessel 1, and while maintaining the inside of the vacuum vessel 1 at a predetermined pressure, a high-frequency power supply for antenna 4 uses a waveguide to guide the gas. The derived 2.45 GHz high frequency power,
When supplied to the slot antenna 6 provided in the electromagnetic wave guide 16 on the dielectric window 5, plasma is generated in the vacuum vessel 1, and the substrate 8 mounted on the electrode 7 is etched.
Plasma treatment such as deposition and surface modification can be performed.
At this time, as shown in FIG. 7, by supplying high-frequency power to the electrode 7 from the electrode high-frequency power supply 9, the ion energy reaching the substrate 8 can be controlled.

【0010】このように、真空容器内に電磁波を放射す
ることによってプラズマを発生させる方式としてさまざ
まな形態があるが、電磁波のエネルギー吸収のメカニズ
ムは同様の機構で行われているものと考えられている。
図8に示すように、真空容器1の内壁面は酸化アルミニ
ウム(アルマイト)等の絶縁体で構成されているので、
その電位はプラズマ空間電位よりも低くなり、表面近傍
は電子密度が非常に小さいイオンシース14となってい
る。真空容器の内壁面がステンレス等の導電体で構成さ
れている場合も、高周波ノイズを放射しないように接地
電位に保持されるから、その電位はプラズマ空間電位よ
りも低くなり、同様に表面近傍は電子密度が非常に小さ
いイオンシース14となる。直流磁界が存在しない場合
は、電子プラズマ周波数fp(〜数GHz)よりも周波数の
低い電磁波はプラズマ中に浸入できないが、電子プラズ
マ周波数fpは、プラズマ密度Neの1/2乗に比例するか
ら、イオンシースでは電子プラズマ周波数は極端に小さ
くなり、電磁波が浸入できる。また、プラズマ中にも、
プラズマ表皮深さ(〜c/2πfp〜数cm)までは電磁波が
浸入するから、表皮部分で電磁波のエネルギーが電子の
運動エネルギーとして吸収されていく。したがって、誘
電体窓から放射された電磁波は、イオンシース+表皮部
分を減衰しながら伝搬していくことになる。
As described above, there are various modes for generating plasma by radiating an electromagnetic wave into a vacuum vessel. However, it is considered that the mechanism of energy absorption of the electromagnetic wave is performed by the same mechanism. I have.
As shown in FIG. 8, the inner wall surface of the vacuum vessel 1 is made of an insulator such as aluminum oxide (alumite).
The potential is lower than the plasma space potential, and the vicinity of the surface is an ion sheath 14 having a very low electron density. Even when the inner wall surface of the vacuum vessel is made of a conductor such as stainless steel, it is kept at the ground potential so as not to radiate high-frequency noise. The ion sheath 14 has a very small electron density. If the DC magnetic field is not present, although less electromagnetic frequency than the electron plasma frequency f p (~ number GHz) can not penetrate into the plasma, the electron plasma frequency f p is proportional to the square root of the plasma density N e Therefore, in the ion sheath, the electron plasma frequency becomes extremely low, and electromagnetic waves can enter. Also, in the plasma,
Since the electromagnetic wave penetrates to the plasma skin depth (to c / 2πfp to several cm), the energy of the electromagnetic wave is absorbed as the kinetic energy of the electrons in the skin portion. Therefore, the electromagnetic wave radiated from the dielectric window propagates while attenuating the ion sheath + skin.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5〜
図7に示した従来の方式では、プラズマが不安定である
という問題点があった。プラズマ生成条件(ガス種、ガ
ス圧力、高周波電力の大きさなど)が変化すると、プラ
ズマのより高密度の部分が形成される場所が変化した
り、プラズマがちらつく場合がある。また、基板の直上
にもプラズマのより高密度の部分が形成される場合があ
り、処理速度の基板面内均一性が悪いという問題点があ
った。また、真空容器を構成する固体材料に穴状の形状
が存在する場合、穴内部でホローカソード放電が発生
し、処理速度の基板面内均一性の悪化や、固体材料のス
パッタリングによる基板への不純物混入の原因となると
いう問題点があった。
SUMMARY OF THE INVENTION However, FIGS.
The conventional method shown in FIG. 7 has a problem that the plasma is unstable. When the plasma generation conditions (gas type, gas pressure, magnitude of high frequency power, etc.) change, the place where a higher density portion of the plasma is formed may change, or the plasma may flicker. In addition, a portion having a higher density of plasma may be formed directly above the substrate, and there is a problem that the uniformity of the processing speed in the substrate surface is poor. In addition, when a solid material constituting a vacuum container has a hole-like shape, a hollow cathode discharge occurs inside the hole, thereby deteriorating the uniformity of the processing speed within the substrate surface and the impurity on the substrate due to the sputtering of the solid material. There is a problem that it causes mixing.

【0012】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、均一
で安定したプラズマを発生させることができ、かつ、処
理速度の基板面内均一性の悪化や、固体材料のスパッタ
リングによる基板への不純物混入の原因となるようなホ
ローカソード放電の発生を抑制できるプラズマ処理方法
及び装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and is capable of generating uniform and stable plasma, deteriorating in-plane uniformity of a processing speed, and impinging impurities on a substrate due to sputtering of a solid material. It is an object of the present invention to provide a plasma processing method and apparatus capable of suppressing the occurrence of hollow cathode discharge that causes mixing.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本願の第1発明のプラズ
マ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内に電磁波を放射することによって真空容器内
にプラズマを発生させ、真空容器内の電極に載置された
基板を処理するプラズマ処理方法であって、真空容器の
内壁の一部を構成する環状導電体に正の直流電圧を印加
することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method, wherein the inside of a vacuum vessel is evacuated while supplying gas into the vacuum vessel, and the inside of the vacuum vessel is controlled to a predetermined pressure.
A plasma processing method for processing a substrate mounted on an electrode in a vacuum vessel by generating plasma in the vacuum vessel by radiating an electromagnetic wave into the vacuum vessel, and forming a part of an inner wall of the vacuum vessel. It is characterized in that a positive DC voltage is applied to the annular conductor.

【0014】本願の第1発明のプラズマ処理方法は、電
磁波の周波数が50MHz乃至3GHzである場合にと
くに有効なプラズマ処理方法である。
The plasma processing method according to the first aspect of the present invention is a particularly effective plasma processing method when the frequency of the electromagnetic wave is 50 MHz to 3 GHz.

【0015】また、真空容器内に直流磁界が存在しない
場合にとくに有効なプラズマ処理方法である。
This is a particularly effective plasma processing method when no DC magnetic field exists in the vacuum vessel.

【0016】本願の第1発明のプラズマ処理方法におい
て、好適には、環状導電体は基板とほぼ平行に配置され
ることが望ましい。
In the plasma processing method according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the annular conductor is disposed substantially in parallel with the substrate.

【0017】また、好適には、環状導電体はシリコンま
たは炭素を主成分とする物質で構成されていることが望
ましい。
Preferably, the annular conductor is made of a substance containing silicon or carbon as a main component.

【0018】また、好適には、環状導電体の幅はプラズ
マ表皮深さよりも大きいか、または、1乃至10cmで
あることが望ましい。
Preferably, the width of the annular conductor is larger than the plasma skin depth or 1 to 10 cm.

【0019】また、好適には、正の直流電圧はプラズマ
空間電位よりも高いか、または、正の直流電圧が10V
乃至120Vであることが望ましい。
Preferably, the positive DC voltage is higher than the plasma space potential or the positive DC voltage is 10 V
Desirably, the voltage is from 120 V to 120 V.

【0020】本願の第2発明のプラズマ処理装置は、真
空容器内にガスを供給する手段と、真空容器内を排気す
る手段と、誘電体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に
電磁波を放射するためのアンテナと、アンテナに高周波
電力を供給することのできる高周波電源と、基板を載置
するための電極と、真空容器の内壁の一部を構成する環
状導電体と、環状導電体に正の直流電圧を印加する手段
とを備えたことを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to the second aspect of the present invention includes a means for supplying gas into the vacuum vessel, a means for evacuating the vacuum vessel, a dielectric window, and an electromagnetic wave through the dielectric window into the vacuum vessel. Antenna, a high-frequency power supply capable of supplying high-frequency power to the antenna, an electrode for mounting the substrate, an annular conductor forming a part of the inner wall of the vacuum vessel, and an annular conductor And means for applying a positive DC voltage to the power supply.

【0021】本願の第2発明のプラズマ処理装置は、電
磁波の周波数が50MHz乃至3GHzである場合にと
くに有効なプラズマ処理装置である。
The plasma processing apparatus of the second invention of the present application is a plasma processing apparatus particularly effective when the frequency of the electromagnetic wave is 50 MHz to 3 GHz.

【0022】また、真空容器内に直流磁界を印加する手
段をもたない場合にとくに有効なプラズマ処理装置であ
る。
Further, the plasma processing apparatus is particularly effective when there is no means for applying a DC magnetic field in the vacuum vessel.

【0023】本願の第2発明のプラズマ処理装置におい
て、好適には、環状導電体は基板とほぼ平行に配置され
ることが望ましい。
In the plasma processing apparatus according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the annular conductor is disposed substantially parallel to the substrate.

【0024】また、好適には、環状導電体はシリコンま
たは炭素を主成分とする物質で構成されていることが望
ましい。
Preferably, the annular conductor is made of a substance containing silicon or carbon as a main component.

【0025】また、好適には、環状導電体の幅はプラズ
マ表皮深さよりも大きいか、または、1乃至10cmで
あることが望ましい。
Preferably, the width of the annular conductor is larger than the plasma skin depth or 1 to 10 cm.

【0026】また、好適には、正の直流電圧はプラズマ
空間電位よりも高いか、または、正の直流電圧が10V
乃至120Vであることが望ましい。
Preferably, the positive DC voltage is higher than the plasma space potential or the positive DC voltage is 10 V
Desirably, the voltage is from 120 V to 120 V.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図1及び図2を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0028】図1に、本発明の実施形態において用いた
プラズマ処理装置の斜視図を示す。図1において、真空
容器1内に、ガス供給ユニット2から所定のガスを導入
しつつ、ポンプ3により排気を行い、真空容器1内を所
定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源4により
100MHzの高周波電力を誘電体窓5上に配置されたス
パイラルアンテナ6に供給することにより、真空容器1
内にプラズマが発生し、電極7上に載置された基板8に
対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を
行うことができる。また、電極7に高周波電力を供給す
るための電極用高周波電源9が設けられており、基板8
に到達するイオンエネルギーを制御することができるよ
うになっている。また、厚さW=2cmで基板7とほぼ
平行に配置された環状導電体10には直流電源11が接
続されており、環状導電体10の電位を調整できるよう
になっている。なお、環状導電体10は、基板8がシリ
コン系である場合に、基板8への不純物の混入を避ける
ため、シリコンを主成分とする物質で構成した。また、
環状導電体10は、真空容器1の内壁の一部を構成して
いる。
FIG. 1 is a perspective view of a plasma processing apparatus used in the embodiment of the present invention. In FIG. 1, while a predetermined gas is introduced from a gas supply unit 2 into a vacuum vessel 1, exhaust is performed by a pump 3, and while maintaining the inside of the vacuum vessel 1 at a predetermined pressure, a frequency of 100 MHz is supplied by an antenna high-frequency power supply 4. By supplying high frequency power to the spiral antenna 6 arranged on the dielectric window 5, the vacuum vessel 1
A plasma is generated in the inside, and plasma processing such as etching, deposition, and surface modification can be performed on the substrate 8 placed on the electrode 7. An electrode high frequency power supply 9 for supplying high frequency power to the electrode 7 is provided.
Can be controlled. A DC power supply 11 is connected to the annular conductor 10 having a thickness W = 2 cm and arranged substantially in parallel with the substrate 7 so that the potential of the annular conductor 10 can be adjusted. Note that, when the substrate 8 is a silicon-based material, the annular conductor 10 is made of a material containing silicon as a main component in order to avoid contamination of the substrate 8 with impurities. Also,
The annular conductor 10 forms a part of the inner wall of the vacuum vessel 1.

【0029】環状導電体10の電位を接地電位(=0
V)としたときは、プラズマ生成条件(ガス種、ガス圧
力、高周波電力の大きさなど)が変化すると、プラズマ
のより高密度の部分が形成される場所が変化したり、プ
ラズマがちらつく場合があった。また、基板8の直上に
もプラズマのより高密度の部分が形成される場合があ
り、処理速度の基板面内均一性が悪かった。また、真空
容器1に設けた覗き窓12の内部でホローカソード放電
が発生した。
The potential of the annular conductor 10 is changed to the ground potential (= 0).
V), when the plasma generation conditions (gas type, gas pressure, magnitude of high frequency power, etc.) change, the place where the higher density part of the plasma is formed may change or the plasma may flicker. there were. In addition, a portion having a higher density of plasma may be formed directly above the substrate 8, and the uniformity of the processing speed in the substrate surface was poor. Further, hollow cathode discharge occurred inside the viewing window 12 provided in the vacuum vessel 1.

【0030】そこで、ラングミュアプローブ法を用いて
プラズマ空間電位を測定したところ、その値が約30V
であったので、環状導電体10の電位をそれよりも高い
40Vに設定し、プラズマの安定性を調べたところ、プ
ラズマ生成条件(ガス種、ガス圧力、高周波電力の大き
さなど)が変化しても、プラズマのより高密度の部分が
形成される場所が変化したり、プラズマがちらつくよう
なことはなくなった。また、基板8の直上にもプラズマ
のより高密度の部分が形成されることもなくなり、処理
速度の基板面内均一性が向上した。また、真空容器1に
設けた覗き窓12の内部でホローカソード放電は発生し
なかった。
Then, when the plasma space potential was measured using the Langmuir probe method, the value was about 30 V
Therefore, the potential of the annular conductor 10 was set to 40 V, which was higher than that, and the stability of the plasma was examined. As a result, the plasma generation conditions (gas type, gas pressure, high-frequency power, etc.) changed. However, the place where the higher density portion of the plasma was formed did not change or the plasma flickered. Further, a portion having a higher density of plasma was not formed immediately above the substrate 8, and the uniformity of the processing speed in the substrate surface was improved. Further, no hollow cathode discharge occurred inside the viewing window 12 provided in the vacuum vessel 1.

【0031】このように、環状導電体10の電位をプラ
ズマ空間電位よりも高くすると良好なプラズマが得られ
る理由は、以下の通りである。すなわち、図2に示すよ
うに、真空容器1は接地されており、環状導体10との
間は絶縁材13によって電気的に絶縁されている。環状
導電体10の電位がプラズマ空間電位よりも高いと、環
状導電体10の表面近傍には電子シース15が形成され
る。したがって、環状導電体10の電位が低い場合に電
磁波の伝搬路となっていたイオンシース14が消滅し、
また、環状導電体10の幅はプラズマ表皮深さよりも大
きいから、結局、上流のアンテナ6側から伝搬してきた
電磁波は、環状導電体10近傍よりも下流の基板8の方
へは伝搬できず、環状導電体10近傍で誘電体窓5の方
へ反射することになる。このとき、誘電体窓5から環状
導電体10までの真空容器1の内壁面に沿って定在波が
立ち、安定なプラズマ状態を得ることができる。
The reason why an excellent plasma can be obtained when the potential of the annular conductor 10 is set higher than the plasma space potential is as follows. That is, as shown in FIG. 2, the vacuum vessel 1 is grounded, and is electrically insulated from the annular conductor 10 by the insulating material 13. When the potential of the annular conductor 10 is higher than the plasma space potential, an electronic sheath 15 is formed near the surface of the annular conductor 10. Therefore, when the potential of the annular conductor 10 is low, the ion sheath 14 which has been a propagation path of the electromagnetic wave disappears,
Also, since the width of the annular conductor 10 is larger than the plasma skin depth, the electromagnetic wave propagated from the upstream antenna 6 side cannot propagate to the substrate 8 downstream from the vicinity of the annular conductor 10 in the end, The light is reflected toward the dielectric window 5 near the annular conductor 10. At this time, a standing wave rises along the inner wall surface of the vacuum vessel 1 from the dielectric window 5 to the annular conductor 10, and a stable plasma state can be obtained.

【0032】以上述べた本発明の実施形態において、ス
パイラルアンテナに100MHzの高周波電力を供給す
る場合について説明したが、アンテナの形態や周波数は
これに限定されるものではなく、50MHz乃至3GH
zの周波数を用いるプラズマ処理方法及び装置におい
て、本発明は有効である。例えば、図3に示すスポーク
アンテナ方式や、図4に示すスロットアンテナ方式に本
発明を適用することによって、均一で安定したプラズマ
を発生させることができ、かつ、処理速度の基板面内均
一性の悪化や、固体材料のスパッタリングによる基板へ
の不純物混入の原因となるようなホローカソード放電の
発生を抑制できるプラズマ処理方法及び装置を提供する
ことができる。
In the above-described embodiment of the present invention, the case where the high frequency power of 100 MHz is supplied to the spiral antenna has been described. However, the form and frequency of the antenna are not limited to this, and are 50 MHz to 3 GHz.
The present invention is effective in a plasma processing method and apparatus using a frequency of z. For example, by applying the present invention to the spoke antenna system shown in FIG. 3 and the slot antenna system shown in FIG. 4, uniform and stable plasma can be generated, and the uniformity of the processing speed in the substrate surface can be improved. It is possible to provide a plasma processing method and apparatus capable of suppressing generation of a hollow cathode discharge which causes deterioration and contamination of a substrate due to sputtering of a solid material.

【0033】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、真空容器内に直流磁界が存在しない場合について説
明したが、電磁波がプラズマ中に浸入できるようになる
ほどの大きな直流磁界が存在しない場合、例えば、着火
性の改善のために数十ガウス程度の小さな直流磁界を用
いる場合においても、本発明は有効である。しかし、本
発明は、真空容器内に直流磁界が存在しない場合にとく
に有効である。
In the above-described embodiment of the present invention, the case where no DC magnetic field exists in the vacuum vessel has been described. However, when there is no DC magnetic field large enough to allow electromagnetic waves to enter the plasma, for example, The present invention is effective even when a small DC magnetic field of about several tens of gauss is used to improve the ignitability. However, the present invention is particularly effective when no DC magnetic field exists in the vacuum vessel.

【0034】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、環状導電体が基板とほぼ平行に配置された場合につ
いて説明したが、環状導電体が基板とほぼ平行に配置さ
れていない場合でも、安定なプラズマを得ることは可能
である。しかし、処理速度の基板面内均一性を重視する
ならば、環状導電体は基板とほぼ平行に配置される方が
よい。
In the above-described embodiment of the present invention, the case where the ring-shaped conductor is arranged substantially in parallel with the substrate has been described. It is possible to obtain a suitable plasma. However, if emphasis is placed on the uniformity of the processing speed in the plane of the substrate, it is preferable that the annular conductor is disposed substantially parallel to the substrate.

【0035】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、環状導電体がシリコンを主成分とする物質で構成さ
れている場合について説明したが、基板の汚染を引き起
こす心配のない物質であれば、他の物質を環状導電体と
して用いることができる。例えば、環状導電体が、炭素
を主成分とする物質で構成されていてもよい。
Further, in the above-described embodiment of the present invention, the case where the annular conductor is made of a substance containing silicon as a main component has been described. Other materials can be used as the ring conductor. For example, the ring conductor may be made of a substance containing carbon as a main component.

【0036】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、環状導電体の幅が2cmである場合について説明し
たが、環状導電体の幅がプラズマ表皮深さよりも大きれ
ば、電磁波の反射を有効に行うことができる。しかし、
環状導電体の幅がプラズマ表皮深さよりも小さくても、
電磁波を大きく減衰させることができるので、環状導電
体の幅はおおむね1cm以上であればよい。環状導電体
の幅があまり大きいと、負イオンにより環状導電体がエ
ッチングされて真空容器内の雰囲気を悪化させる場合が
あり、また、流れる直流電流が大きくなってしまうた
め、環状導電体の幅は10cm程度以下であることが望
ましい。
Further, in the above-described embodiment of the present invention, the case where the width of the annular conductor is 2 cm has been described. However, if the width of the annular conductor is larger than the plasma skin depth, the reflection of electromagnetic waves is effective. Can be done. But,
Even if the width of the annular conductor is smaller than the plasma skin depth,
Since the electromagnetic wave can be greatly attenuated, the width of the annular conductor may be approximately 1 cm or more. If the width of the ring-shaped conductor is too large, the ring-shaped conductor may be etched by negative ions to deteriorate the atmosphere in the vacuum vessel, and the flowing DC current may increase. It is desirable that it is about 10 cm or less.

【0037】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、環状導電体に印加する正の直流電圧が40Vである
場合について説明したが、環状導電体に印加する正の直
流電圧がプラズマ空間電位よりも高ければ、電磁波の反
射を有効に行うことができる。しかし、環状導電体に印
加する正の直流電圧がプラズマ空間電位より低くても、
真空容器の内壁の電位が接地電位である場合や、真空容
器の内壁が酸化アルミニウム等の絶縁体で構成されてい
る場合に比べると、電磁波の反射率は高くなるから、環
状導電体に印加する正の直流電圧はおおむね10V以上
であればよい。しかし、環状導電体に印加する正の直流
電圧は低いほど、流れる直流電流が小さくなるため、環
状導電体に印加する正の直流電圧はあまり高すぎない方
がよい。また、環状導電体に印加する正の直流電圧があ
まり高すぎると、環状導電体とプラズマ間での放電が起
きてしまい、環状導電体が急速にエッチングされてしま
う場合があるため、環状導電体に印加する正の直流電圧
は120V程度以下であることが望ましい。
Further, in the above-described embodiment of the present invention, the case where the positive DC voltage applied to the annular conductor is 40 V has been described, but the positive DC voltage applied to the annular conductor is smaller than the plasma space potential. If it is higher, the reflection of electromagnetic waves can be performed effectively. However, even if the positive DC voltage applied to the annular conductor is lower than the plasma space potential,
Compared to the case where the potential of the inner wall of the vacuum vessel is the ground potential or the case where the inner wall of the vacuum vessel is made of an insulator such as aluminum oxide, the reflectivity of the electromagnetic wave is higher, so the voltage is applied to the annular conductor. The positive DC voltage may be about 10 V or more. However, the lower the positive DC voltage applied to the ring-shaped conductor, the smaller the DC current flowing. Therefore, the positive DC voltage applied to the ring-shaped conductor should not be too high. Also, if the positive DC voltage applied to the annular conductor is too high, a discharge occurs between the annular conductor and the plasma, and the annular conductor may be rapidly etched. Is preferably about 120 V or less.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本願の
第1発明のプラズマ処理方法によれば、真空容器内にガ
スを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定
の圧力に制御しながら、真空容器内に電磁波を放射する
ことによって真空容器内にプラズマを発生させ、真空容
器内の電極に載置された基板を処理するプラズマ処理方
法であって、真空容器の内壁の一部を構成する環状導電
体に正の直流電圧を印加するため、均一で安定したプラ
ズマを発生させることができ、かつ、処理速度の基板面
内均一性の悪化や、固体材料のスパッタリングによる基
板への不純物混入の原因となるようなホローカソード放
電の発生を抑制できる。
As is clear from the above description, according to the plasma processing method of the first invention of the present application, the inside of the vacuum vessel is evacuated while supplying the gas into the vacuum vessel, and the inside of the vacuum vessel is maintained at a predetermined pressure. A plasma processing method for generating plasma in a vacuum container by radiating electromagnetic waves into the vacuum container while controlling the substrate, and processing a substrate mounted on an electrode in the vacuum container, wherein the inner wall of the vacuum container is Since a positive DC voltage is applied to the annular conductor that forms a part of the substrate, uniform and stable plasma can be generated. It is possible to suppress the occurrence of hollow cathode discharge that may cause impurities to enter the semiconductor device.

【0039】また、本願の第2発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器内にガスを供給する手段と、真空容
器内を排気する手段と、誘電体窓と、誘電体窓を介して
真空容器内に電磁波を放射するためのアンテナと、アン
テナに高周波電力を供給することのできる高周波電源
と、基板を載置するための電極と、真空容器の内壁の一
部を構成する環状導電体と、環状導電体に正の直流電圧
を印加する手段とを備えているため、均一で安定したプ
ラズマを発生させることができ、かつ、処理速度の基板
面内均一性の悪化や、固体材料のスパッタリングによる
基板への不純物混入の原因となるようなホローカソード
放電の発生を抑制できる。
Further, according to the plasma processing apparatus of the second invention of the present application, means for supplying gas into the vacuum vessel, means for evacuating the vacuum vessel, a dielectric window, and a vacuum through the dielectric window. An antenna for radiating electromagnetic waves into the container, a high-frequency power supply capable of supplying high-frequency power to the antenna, an electrode for mounting a substrate, and an annular conductor forming a part of an inner wall of the vacuum container; And means for applying a positive DC voltage to the annular conductor, so that uniform and stable plasma can be generated. , The occurrence of hollow cathode discharge which may cause impurities to be mixed into the substrate.

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

【図1】本発明の実施形態で用いたプラズマ処理装置の
構成を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態における、環状導電体近傍の
状態を示す模式図
FIG. 2 is a schematic view showing a state near an annular conductor in an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す斜視図
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す斜視図
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in another embodiment of the present invention.

【図5】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す
斜視図
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a conventional example.

【図6】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す
斜視図
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a conventional example.

【図7】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す
斜視図
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a conventional example.

【図8】従来例における、真空容器の内壁近傍の状態を
示す模式図
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state near the inner wall of a vacuum vessel in a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・真空容器 2・・・ガス供給ユニット 3・・・ポンプ 4・・・アンテナ用高周波電源 5・・・誘電体窓 6・・・アンテナ 7・・・電極 8・・・基板 9・・・電極用高周波電源 10・・・環状導電体 11・・・直流電源 12・・・覗き窓 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container 2 ... Gas supply unit 3 ... Pump 4 ... High frequency power supply for antennas 5 ... Dielectric window 6 ... Antenna 7 ... Electrode 8 ... Substrate 9. ..High-frequency power supply for electrodes 10 ... Circular conductor 11 ... DC power supply 12 ... View window

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 B ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 B

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器内にガスを供給しつつ真空容器
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内に電磁波を放射することによって真空容器内
にプラズマを発生させ、真空容器内の電極に載置された
基板を処理するプラズマ処理方法であって、真空容器の
内壁の一部を構成する環状導電体に正の直流電圧を印加
することを特徴とするプラズマ処理方法。
1. While evacuating the inside of a vacuum vessel while supplying gas into the vacuum vessel and controlling the inside of the vacuum vessel to a predetermined pressure,
A plasma processing method for processing a substrate mounted on an electrode in a vacuum vessel by generating plasma in the vacuum vessel by radiating an electromagnetic wave into the vacuum vessel, and forming a part of an inner wall of the vacuum vessel. A plasma processing method comprising applying a positive DC voltage to an annular conductor.
【請求項2】 電磁波の周波数が50MHz乃至3GH
zであることを特徴とする、請求項1記載のプラズマ処
理方法。
2. The electromagnetic wave has a frequency of 50 MHz to 3 GHz.
2. The plasma processing method according to claim 1, wherein z is z.
【請求項3】 真空容器内に直流磁界が存在しないこと
を特徴とする、請求項1記載のプラズマ処理方法。
3. The plasma processing method according to claim 1, wherein no DC magnetic field exists in the vacuum vessel.
【請求項4】 環状導電体が基板とほぼ平行に配置され
たことを特徴とする、請求項1記載のプラズマ処理方
法。
4. The plasma processing method according to claim 1, wherein the annular conductor is disposed substantially parallel to the substrate.
【請求項5】 環状導電体がシリコンまたは炭素を主成
分とする物質で構成されていることを特徴とする、請求
項1記載のプラズマ処理方法。
5. The plasma processing method according to claim 1, wherein the annular conductor is made of a substance containing silicon or carbon as a main component.
【請求項6】 環状導電体の幅がプラズマ表皮深さより
も大きいことを特徴とする、請求項1記載のプラズマ処
理方法。
6. The plasma processing method according to claim 1, wherein the width of the annular conductor is larger than the plasma skin depth.
【請求項7】 環状導電体の厚さが1乃至10cmであ
ることを特徴とする、請求項1記載のプラズマ処理方
法。
7. The plasma processing method according to claim 1, wherein the thickness of the annular conductor is 1 to 10 cm.
【請求項8】 正の直流電圧がプラズマ空間電位よりも
高いことを特徴とする、請求項1記載のプラズマ処理方
法。
8. The plasma processing method according to claim 1, wherein the positive DC voltage is higher than the plasma space potential.
【請求項9】 正の直流電圧が10V乃至120Vであ
ることを特徴とする、請求項1記載のプラズマ処理方
法。
9. The plasma processing method according to claim 1, wherein the positive DC voltage is 10 V to 120 V.
【請求項10】 真空容器内にガスを供給する手段と、
真空容器内を排気する手段と、誘電体窓と、誘電体窓を
介して真空容器内に電磁波を放射するためのアンテナ
と、アンテナに高周波電力を供給することのできる高周
波電源と、基板を載置するための電極と、真空容器の内
壁の一部を構成する環状導電体と、環状導電体に正の直
流電圧を印加する手段とを備えたことを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
10. A means for supplying gas into a vacuum vessel;
A means for evacuating the vacuum vessel, a dielectric window, an antenna for radiating electromagnetic waves into the vacuum vessel through the dielectric window, a high-frequency power supply capable of supplying high-frequency power to the antenna, and a substrate are mounted. A plasma processing apparatus comprising: an electrode for mounting; an annular conductor forming a part of an inner wall of a vacuum vessel; and means for applying a positive DC voltage to the annular conductor.
【請求項11】 電磁波の周波数が50MHz乃至3G
Hzであることを特徴とする、請求項10記載のプラズ
マ処理装置。
11. An electromagnetic wave having a frequency of 50 MHz to 3 G
11. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the frequency is Hz.
【請求項12】 真空容器内に直流磁界を印加する手段
をもたないことを特徴とする、請求項10記載のプラズ
マ処理装置。
12. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein there is no means for applying a DC magnetic field in the vacuum vessel.
【請求項13】 環状導電体が基板とほぼ平行に配置さ
れたことを特徴とする、請求項10記載のプラズマ処理
装置。
13. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the annular conductor is disposed substantially parallel to the substrate.
【請求項14】 環状導電体がシリコンまたは炭素を主
成分とする物質で構成されていることを特徴とする、請
求項10記載のプラズマ処理装置。
14. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the annular conductor is made of a substance containing silicon or carbon as a main component.
【請求項15】 環状導電体の幅がプラズマ表皮深さよ
りも大きいことを特徴とする、請求項10記載のプラズ
マ処理装置。
15. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the width of the annular conductor is larger than the plasma skin depth.
【請求項16】 環状導電体の幅が1乃至10cmであ
ることを特徴とする、請求項10記載のプラズマ処理装
置。
16. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the width of the annular conductor is 1 to 10 cm.
【請求項17】 正の直流電圧がプラズマ空間電位より
も高いことを特徴とする、請求項10記載のプラズマ処
理装置。
17. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the positive DC voltage is higher than the plasma space potential.
【請求項18】 正の直流電圧が10V乃至120Vで
あることを特徴とする、請求項10記載のプラズマ処理
装置。
18. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the positive direct current voltage is 10 V to 120 V.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100338057B1 (en) * 1999-08-26 2002-05-24 황 철 주 Antenna device for generating inductively coupled plasma
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CN103227089A (en) * 2012-01-31 2013-07-31 东京毅力科创株式会社 Microwave emitting device and surface wave plasma processing apparatus

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