JPH11330049A - Plasma processing method and device thereof - Google Patents
Plasma processing method and device thereofInfo
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- JPH11330049A JPH11330049A JP10128560A JP12856098A JPH11330049A JP H11330049 A JPH11330049 A JP H11330049A JP 10128560 A JP10128560 A JP 10128560A JP 12856098 A JP12856098 A JP 12856098A JP H11330049 A JPH11330049 A JP H11330049A
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Abstract
Description
【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、特に電磁波を用いて励起す
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 and the like used in the manufacture of electronic devices and micromachines such as semiconductors, and more particularly to the use of plasma excited by electromagnetic waves. The present invention relates to a plasma processing method and 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)等の炭素及びフッ素を含む
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 becomes 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4は我々がすでに提案している平板アン
テナ方式プラズマ源を搭載したエッチング装置の断面図
である。図4において、真空容器1内にガス供給装置2
から所定のガスを導入しつつ排気装置としてのポンプ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300M
Hzの高周波電力を誘電体窓6上の平板アンテナ5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
4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. 4 is a sectional view of an etching apparatus equipped with a flat antenna type plasma source which has already been proposed. In FIG. 4, a gas supply device 2 is provided in a vacuum vessel 1.
Pump 3 as an exhaust device while introducing a predetermined gas from
While maintaining the inside of the vacuum vessel 1 at a predetermined pressure, by the high frequency power supply for antenna 4 to 50 to 300M.
When high-frequency power of 1 Hz is supplied to the flat plate antenna 5 on the dielectric window 6, plasma is generated in the vacuum vessel 1 and etching, deposition, surface modification, and the like are performed on the substrate 8 placed on the electrode 7. Plasma treatment can be performed. At this time, as shown in FIG. 4, 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】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示した従来の方式では、プラズマの均一性を重視すると
電力効率を犠牲にせねばならず、逆に電力効率を重視す
るとプラズマの均一性を犠牲にせねばならないという問
題点があった。However, in the conventional method shown in FIG. 4, power efficiency must be sacrificed when importance is placed on plasma uniformity, and conversely, when importance is placed on power efficiency, plasma uniformity is sacrificed. There was a problem that it had to be done.
【0009】図5は、電磁波の周波数が100MHzの
場合に、(円板状)平板アンテナ5の外形寸法(直径)
を100mm〜300mmと変化させたときのイオン飽
和電流密度を、基板8の直上20mmの位置において測
定したものである。プラズマ発生条件は、ガス種とガス
流量がCl2=100sccm、圧力が1Pa、高周波
電力が1kWである。図5から、平板アンテナ5の外形
寸法(直径)が小さいときは高密度なプラズマが得られ
ているが、中央部のプラズマ密度が周辺部に比べて高
く、プラズマの均一性が悪いことがわかる。また、平板
アンテナ5の外形寸法(直径)が大きいときは、プラズ
マの均一性は優れているが、平板アンテナの外形寸法
(直径)が小さいときに比べて、プラズマ密度は著しく
低いことがわかる。FIG. 5 shows the outer dimensions (diameter) of the (disk-shaped) flat antenna 5 when the frequency of the electromagnetic wave is 100 MHz.
Is changed to 100 mm to 300 mm, and the ion saturation current density is measured at a position of 20 mm immediately above the substrate 8. Plasma generation conditions are as follows: gas type and gas flow rate are Cl 2 = 100 sccm, pressure is 1 Pa, and high-frequency power is 1 kW. FIG. 5 shows that when the outer dimension (diameter) of the flat plate antenna 5 is small, high-density plasma is obtained, but the plasma density at the center is higher than that at the periphery, and the uniformity of the plasma is poor. . Also, when the outer dimensions (diameter) of the flat antenna 5 are large, the plasma uniformity is excellent, but the plasma density is significantly lower than when the outer dimensions (diameter) of the flat antenna are small.
【0010】以下、このような現象が起きる原因につい
て考察してみる。平板アンテナ5の外形寸法(直径)が
小さいときは、誘電体窓6の中央部付近にもっとも大き
い電界が生じるため、中央部のプラズマ密度がもっとも
高くなる。平板アンテナ5には高周波電圧が印加されて
いるから、誘電体窓6を介して平板アンテナ5とプラズ
マとが容量的に結合しており、誘電体窓6の中央部(平
板アンテナ5の直下)にいわゆる負のセルフバイアス電
圧が発生する。負のセルフバイアス電圧によって、プラ
ズマ中の正イオンが誘電体窓6に衝突することによっ
て、誘電体窓6がエッチングされたり、または、誘電体
窓6が加熱されることによるエネルギーロスが生じる
が、セルフバイアス電圧の発生する領域は、誘電体窓6
の中央部付近のみであるから、エネルギーロスはさほど
大きくならない。Hereinafter, the cause of such a phenomenon will be considered. When the outer dimension (diameter) of the flat plate antenna 5 is small, the largest electric field is generated near the center of the dielectric window 6, so that the plasma density in the center is highest. Since a high-frequency voltage is applied to the flat plate antenna 5, the flat plate antenna 5 and the plasma are capacitively coupled via the dielectric window 6, and the central portion of the dielectric window 6 (directly below the flat plate antenna 5). , A so-called negative self-bias voltage is generated. Positive ions in the plasma collide with the dielectric window 6 due to the negative self-bias voltage, thereby etching the dielectric window 6 or heating the dielectric window 6, resulting in energy loss. The region where the self-bias voltage is generated depends on the dielectric window 6.
The energy loss is not so large because it is only in the vicinity of the central part of.
【0011】一方、平板アンテナ5の直径が大きいとき
は、誘電体窓6付近には比較的均一な電界が生じるた
め、プラズマ密度が均一になる。平板アンテナ5には高
周波電圧が印加されているから、先に述べた平板アンテ
ナ5の直径が小さいときと同様、誘電体窓6にいわゆる
負のセルフバイアス電圧が発生するが、セルフバイアス
電圧の発生する領域は、誘電体窓6の広い範囲に渡って
おり、プラズマ中の正イオンが誘電体窓6に衝突するこ
とによって、誘電体窓6がエッチングされたり、また
は、誘電体窓6が加熱されることによるエネルギーロス
が比較的大きい。したがって、プラズマ密度は平板アン
テナ5の外形寸法が小さいときよりも低くなる。一般に
セルフバイアス電圧は、プラズマ密度が低いほど高くな
るから、誘電体窓6に発生するセルフバイアス電圧その
ものが、平板アンテナ5の直径が小さいときよりも大き
くなり、その結果、誘電体窓6の単位面積あたりのエネ
ルギーロスが、平板アンテナ5の外形寸法が小さいとき
よりも大きくなってしまう。つまり、平板アンテナ5の
直径が大きくなると、急激に電力効率が低下してしまう
ことになる。On the other hand, when the diameter of the flat antenna 5 is large, a relatively uniform electric field is generated in the vicinity of the dielectric window 6, so that the plasma density becomes uniform. Since a high-frequency voltage is applied to the flat antenna 5, a so-called negative self-bias voltage is generated in the dielectric window 6 as in the case where the diameter of the flat antenna 5 is small as described above. The area to be covered extends over a wide range of the dielectric window 6, and the positive electrode in the plasma collides with the dielectric window 6, so that the dielectric window 6 is etched or the dielectric window 6 is heated. Energy loss is relatively large. Therefore, the plasma density is lower than when the external dimensions of the flat plate antenna 5 are small. In general, since the self-bias voltage increases as the plasma density decreases, the self-bias voltage itself generated in the dielectric window 6 becomes higher than when the diameter of the flat antenna 5 is small, and as a result, the unit of the dielectric window 6 The energy loss per area is larger than when the external dimensions of the flat antenna 5 are small. That is, as the diameter of the flat antenna 5 increases, the power efficiency sharply decreases.
【0012】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、均一
なプラズマを発生させることができ、かつ、電力効率に
優れた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 has as its object to provide a plasma processing method and apparatus capable of generating uniform plasma and having excellent power efficiency.
【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、
真空容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状
アンテナに、整合回路を介して周波数50MHz乃至3
GHzの高周波電力を供給することにより、真空容器の
内壁面のうち基板に対向する面に設けられた誘電体窓を
介して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、基板を処理することを
特徴とするプラズマ処理方法であって、平板状アンテナ
と誘電体窓の間に設けた導体板によって平板状アンテナ
とプラズマとの容量結合が弱められた状態で基板を処理
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 frequency of 50 MHz to 3 MHz is applied to a flat antenna substantially parallel to a substrate placed on an electrode in a vacuum vessel via a matching circuit.
By supplying high-frequency power of GHz, electromagnetic waves are radiated into the vacuum vessel through a dielectric window provided on the inner wall surface of the vacuum vessel facing the substrate, thereby generating plasma in the vacuum vessel. A plasma processing method characterized in that the substrate is processed in a state where capacitive coupling between the flat antenna and plasma is weakened by a conductor plate provided between the flat antenna and the dielectric window. Processing.
【0014】本願の第1発明のプラズマ処理方法におい
て、好適には、平板状アンテナの直径又は対角線の長さ
は、電磁波の波長の1/10以下であることが望まし
い。In the plasma processing method according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the diameter or the length of the diagonal line of the flat antenna is 1/10 or less of the wavelength of the electromagnetic wave.
【0015】また、好適には、整合回路と平板状アンテ
ナを接続するための接続導体は、基板のほぼ中心を通
り、かつ、基板にほぼ垂直な直線に沿って設けられてい
ることが望ましい。[0015] Preferably, the connection conductor for connecting the matching circuit and the flat antenna is desirably provided substantially along the center of the substrate and along a straight line substantially perpendicular to the substrate.
【0016】また、好適には、整合回路と平板状アンテ
ナを接続するための接続導体の長さは、電磁波の波長の
1/10以下であることが望ましい。Preferably, the length of the connection conductor for connecting the matching circuit and the flat antenna is not more than 1/10 of the wavelength of the electromagnetic wave.
【0017】また、好適には、導体板の外形寸法は、平
板状アンテナの外形寸法よりも大きいことが望ましい。Preferably, the outer dimensions of the conductor plate are larger than the outer dimensions of the flat antenna.
【0018】導体板の電位は、接地電位であってもよい
し、また、浮動電位であってもよい。The potential of the conductor plate may be a ground potential or a floating potential.
【0019】本願の第1発明のプラズマ処理方法は、真
空容器内に直流磁界が存在しない場合にとくに有効なプ
ラズマ処理方法である。The plasma processing method of the first invention of the present application is a particularly effective plasma processing method when no DC magnetic field exists in the vacuum vessel.
【0020】また、好適には、電磁波の周波数は50M
Hz乃至300MHzであることが望ましい。Preferably, the frequency of the electromagnetic wave is 50 M
Hz to 300 MHz.
【0021】本願の第2発明のプラズマ処理装置は、真
空容器と、真空容器内にガスを供給するためのガス供給
装置と、真空容器内を排気するための排気装置と、真空
容器の内壁面のうち基板に対向する面に設けられた誘電
体窓と、誘電体窓を介して真空容器内に電磁波を放射す
るための平板状アンテナと、平板状アンテナに周波数5
0MHz乃至3GHzの高周波電力を供給することので
きる高周波電源と、整合回路と、真空容器内に基板を載
置するための電極とを備えたプラズマ処理装置であっ
て、平板状アンテナと誘電体窓の間に導体板を設けたこ
とを特徴とする。A plasma processing apparatus according to a second aspect of the present invention includes a vacuum container, a gas supply device for supplying gas into the vacuum container, an exhaust device for exhausting the inside of the vacuum container, and an inner wall surface of the vacuum container. A dielectric window provided on the surface facing the substrate, a flat antenna for radiating electromagnetic waves into the vacuum chamber through the dielectric window,
What is claimed is: 1. A plasma processing apparatus comprising: a high-frequency power supply capable of supplying a high-frequency power of 0 MHz to 3 GHz; a matching circuit; and an electrode for mounting a substrate in a vacuum vessel. A conductor plate is provided between the two.
【0022】本願の第2発明のプラズマ処理装置におい
て、好適には、平板状アンテナの直径又は対角線の長さ
は、電磁波の波長の1/10以下であることが望まし
い。In the plasma processing apparatus according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the diameter or the length of the diagonal line of the flat antenna is 1/10 or less of the wavelength of the electromagnetic wave.
【0023】また、好適には、整合回路と平板状アンテ
ナを接続するための接続導体は、基板のほぼ中心を通
り、かつ、基板にほぼ垂直な直線に沿って設けられてい
ることが望ましい。Preferably, the connecting conductor for connecting the matching circuit and the flat antenna is provided substantially along the center of the substrate and along a straight line substantially perpendicular to the substrate.
【0024】また、好適には、整合回路と平板状アンテ
ナを接続するための接続導体の長さは、電磁波の波長の
1/10以下であることが望ましい。Preferably, the length of the connecting conductor for connecting the matching circuit and the flat antenna is not more than 1/10 of the wavelength of the electromagnetic wave.
【0025】また、好適には、導体板の直径又は対角線
の長さは、平板状アンテナの直径又は対角線の長さより
も大きいことが望ましい。Preferably, the diameter or the length of the diagonal of the conductor plate is larger than the diameter or the length of the diagonal of the flat antenna.
【0026】導体板の電位は、接地電位であってもよい
し、また、浮動電位であってもよい。The potential of the conductor plate may be a ground potential or a floating potential.
【0027】本願の第2発明のプラズマ処理装置は、真
空容器内に直流磁界を印加するためのコイルまたは永久
磁石を備えていない場合にとくに有効なプラズマ処理装
置である。The plasma processing apparatus according to the second aspect of the present invention is a plasma processing apparatus particularly effective when a vacuum vessel is not provided with a coil or a permanent magnet for applying a DC magnetic field.
【0028】また、好適には、電磁波の周波数は50M
Hz乃至300MHzであることが望ましい。Preferably, the frequency of the electromagnetic wave is 50 M
Hz to 300 MHz.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1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 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0030】図1に、本発明の第1実施形態において用
いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図1において、
真空容器1内に、ガス供給装置2から所定のガスを導入
しつつ、排気装置としてのポンプ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の高周波電力を平板状ア
ンテナ5に供給することにより、誘電体窓6を介して電
磁波を真空容器1内に放射すると、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。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。なお、誘電体窓6は、基板8に対向する面に設
けられている。また、整合回路10と平板状アンテナ5
を接続するための接続導体11は、基板のほぼ中心を通
り、かつ、基板にほぼ垂直な直線に沿って設けられてい
る。また、整合回路と平板状アンテナを接続するための
接続導体11の長さは、150mm(電磁波の周波数が
100MHzであるから、波長は3000mmであり、
この場合、接続導体の長さは波長の1/20である)で
ある。FIG. 1 is a sectional view of a plasma processing apparatus used in the first embodiment of the present invention. In FIG.
While introducing a predetermined gas from the gas supply device 2 into the vacuum vessel 1, the gas is exhausted by the pump 3 as an exhaust device,
When the high frequency power of 100 MHz is supplied to the flat antenna 5 by the high frequency power supply for antenna 4 while maintaining the inside of the vacuum vessel 1 at a predetermined pressure, the electromagnetic wave is radiated into the vacuum vessel 1 through the dielectric window 6. Plasma is generated in the vacuum vessel 1, 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 so that ion energy reaching the substrate 8 can be controlled. The dielectric window 6 is provided on a surface facing the substrate 8. Further, the matching circuit 10 and the flat antenna 5
Is provided along a straight line substantially passing through the center of the substrate and substantially perpendicular to the substrate. Further, the length of the connection conductor 11 for connecting the matching circuit and the flat antenna is 150 mm (the wavelength is 3000 mm because the frequency of the electromagnetic wave is 100 MHz,
In this case, the length of the connection conductor is 1/20 of the wavelength).
【0031】平板状アンテナ5は直径150mmの円形
であり、基板8に平行な面に対して概ね平行に設けられ
ており、真空容器1内に放射する電磁波の電界が基板面
に対して概ね垂直になるように構成されている。また、
平板状アンテナ5と誘電体窓6の間に直径250mmの
円形の導体板12が設けられており、平板状アンテナ5
とプラズマとの容量結合が弱められた状態で基板を処理
することができる。したがって、誘電体窓6にいわゆる
負のセルフバイアス電圧がほとんど発生しないため、プ
ラズマ中の正イオンが誘電体窓6に衝突することによっ
て、誘電体窓6がエッチングされたり、または、誘電体
窓6が加熱されることによるエネルギーロスが極めて小
さい。なお、導体板12の電位は浮動電位である。The flat antenna 5 has a circular shape with a diameter of 150 mm and is provided substantially parallel to a plane parallel to the substrate 8. The electric field of the electromagnetic wave radiated into the vacuum vessel 1 is substantially perpendicular to the substrate surface. It is configured to be. Also,
A circular conductor plate 12 having a diameter of 250 mm is provided between the flat antenna 5 and the dielectric window 6.
The substrate can be processed in a state where the capacitive coupling between the plasma and the plasma is weakened. Therefore, since a so-called negative self-bias voltage is hardly generated in the dielectric window 6, the positive ions in the plasma collide with the dielectric window 6, and the dielectric window 6 is etched or the dielectric window 6 is etched. The energy loss due to heating is extremely small. Note that the potential of the conductor plate 12 is a floating potential.
【0032】平板状アンテナ5から放射される電磁波
は、誘電体窓6を介して導体板12の周囲から真空容器
1内に導入されるが、導体板12の直下にも十分回り込
むことができるため、均一なプラズマを発生させること
ができる。図2に、イオン飽和電流密度を、基板8の直
上20mmの位置において測定したものを示す。プラズ
マ発生条件は、ガス種とガス流量がCl2=100sc
cm、圧力が1Pa、高周波電力が1kWである。図2
から、極めて均一性に優れたプラズマが発生できている
ことがわかる。また、図5と比較すると、平板状アンテ
ナ5の外形寸法が100mmの場合の中央部の密度より
も若干低下しているものの、外形寸法が150mm以上
のいずれの場合よりも高いプラズマ密度が得られている
ことがわかる。すなわち、本発明の第1実施形態におい
ては、従来例に比べて、均一なプラズマを発生させるこ
とができ、かつ、電力効率に優れたプラズマ処理が可能
であることがわかる。The electromagnetic wave radiated from the flat antenna 5 is introduced into the vacuum chamber 1 from the periphery of the conductor plate 12 through the dielectric window 6, but can sufficiently circulate directly below the conductor plate 12. A uniform plasma can be generated. FIG. 2 shows the ion saturation current density measured at a position 20 mm directly above the substrate 8. The plasma generation condition is such that the gas type and the gas flow rate are Cl 2 = 100 sc.
cm, pressure is 1 Pa, and high-frequency power is 1 kW. FIG.
This shows that plasma with extremely excellent uniformity was generated. Further, compared with FIG. 5, although the density of the flat antenna 5 is slightly lower than the density at the center when the outer dimension is 100 mm, a higher plasma density is obtained than when the outer dimension is 150 mm or more. You can see that it is. That is, it can be seen that in the first embodiment of the present invention, uniform plasma can be generated and plasma processing excellent in power efficiency can be performed as compared with the conventional example.
【0033】次に、本発明の第2実施形態について、図
3を参照して説明する。本発明の第2実施形態では、本
発明の第1実施形態に対して、導体板12が接地されて
いる点のみ異なっている。このような構成にするには、
装置設計上の複雑さが増すという欠点はあるが、平板状
アンテナ5とプラズマとの容量結合がさらに効果的に弱
められるという点において優れている。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention only in that the conductor plate 12 is grounded. To achieve such a configuration,
Although it has the disadvantage of increasing the complexity of the device design, it is excellent in that the capacitive coupling between the planar antenna 5 and the plasma can be more effectively weakened.
【0034】以上述べた本発明の実施形態においては、
本発明の適用範囲のうち、真空容器の形状、アンテナの
形状及び配置、誘電体窓の形状及び配置に関して様々な
バリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本
発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバ
リエーションが考えられることは、いうまでもない。例
えば、本発明の実施形態においては、平板状アンテナが
円形である場合について説明したが、多角形、楕円形等
他の形状による構成も可能である。同様に、導体板が円
形である場合について説明したが、多角形、楕円形等他
の形状による構成も可能である。なお、平板状アンテナ
および導体板が同形以外の場合外径寸法は、対角線の長
さとなり、円形の時は直径となる。In the embodiment of the present invention described above,
Within the scope of the present invention, only some of the various variations are illustrated with respect to the shape of the vacuum vessel, the shape and arrangement of the antenna, and the shape and arrangement of the dielectric window. In applying the present invention, it goes without saying that various variations other than those exemplified here are possible. For example, in the embodiment of the present invention, the case where the flat antenna is circular has been described, but a configuration having another shape such as a polygon, an ellipse, and the like is also possible. Similarly, the case where the conductor plate is circular has been described, but a configuration with other shapes such as a polygon and an ellipse is also possible. When the flat antenna and the conductor plate are other than the same shape, the outer diameter is the length of the diagonal line, and when it is circular, the outer diameter is the diameter.
【0035】また、以上述べた本発明の実施形態におい
ては、平板状アンテナの外形寸法が150mm、導体板
の外形寸法が250mmである場合について説明した
が、平板状アンテナ及び導体板の外形寸法は、真空容器
の形状や基板寸法等に応じて、所望のプラズマ密度及び
その均一性が得られるように調整すればよい。ただし、
我々の実験によれば、平板状アンテナの外形寸法が、電
磁波の波長の1/10を越えると、平板状アンテナのイ
ンピーダンスが高すぎて良好な整合状態を得ることが困
難であったから、平板状アンテナの外形寸法は、電磁波
の波長の1/10以下であることが望ましいと考えられ
る。また、平板状アンテナとプラズマとの容量結合を十
分弱めるために、導体板の外形寸法は、平板状アンテナ
の外形寸法よりも大きいことが望ましく、できれば2倍
以下が望ましい。In the above-described embodiment of the present invention, the case where the outer dimensions of the flat antenna and the outer dimensions of the conductor plate are 150 mm and 250 mm has been described. The plasma density and its uniformity may be adjusted according to the shape of the vacuum vessel, the dimensions of the substrate, and the like. However,
According to our experiments, when the external dimensions of the flat antenna exceeded 1/10 of the wavelength of the electromagnetic wave, the impedance of the flat antenna was too high and it was difficult to obtain a good matching state. It is considered that the outer dimensions of the antenna are desirably 1/10 or less of the wavelength of the electromagnetic wave. Also, in order to sufficiently weaken the capacitive coupling between the flat antenna and the plasma, the outer dimensions of the conductor plate are desirably larger than the outer dimensions of the flat antenna, and preferably less than twice.
【0036】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、整合回路と平板状アンテナを接続するための接続導
体が、基板のほぼ中心を通り、かつ、基板にほぼ垂直な
直線に沿って設けられている場合について説明したが、
このような構成を採用することにより、偏りなく真空容
器内へ電磁波を放射することができる。装置設計上の制
約から、やむを得ずこのような構成をとり得ない場合も
考えられるが、そうした場合も本発明の適用例とみなさ
れる。In the embodiment of the present invention described above, the connection conductor for connecting the matching circuit and the flat antenna is provided substantially along the center of the substrate and along a straight line substantially perpendicular to the substrate. Has been described,
By employing such a configuration, electromagnetic waves can be radiated into the vacuum vessel without bias. There may be cases where such a configuration cannot be taken due to restrictions on device design, but such cases are also considered to be application examples of the present invention.
【0037】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、整合回路と平板状アンテナを接続するための接続導
体の長さが150mmである場合について説明したが、
接続導体の長さが、電磁波の波長の1/10を越える
と、接続導体のインピーダンスが高すぎて良好な整合状
態を得ることが困難であるから、接続導体の長さは、電
磁波の波長の1/10以下であることが望ましいと考え
られる。In the above-described embodiment of the present invention, the case where the length of the connection conductor for connecting the matching circuit and the flat antenna is 150 mm has been described.
If the length of the connection conductor exceeds 1/10 of the wavelength of the electromagnetic wave, the impedance of the connection conductor is too high to obtain a good matching state. It is considered that it is desirable to be 1/10 or less.
【0038】また、以上述べた本発明の実施形態におい
て、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3GHz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。とくに、50MHz乃至300MH
zの周波数を用いた場合、低圧力下でも放電が開始しや
すいという利点があるため、低圧力下で基板を処理した
い場合はこの範囲の周波数を用いることが望ましい。Further, in the above-described embodiment of the present invention, a case where high-frequency power of 100 MHz is supplied to the antenna has been described. However, the form and frequency of the antenna are not limited to this, and a frequency of 50 MHz to 3 GHz is used. The present invention is effective in a plasma processing method and apparatus using the method. Especially, 50MHz to 300MHZ
When the frequency z is used, there is an advantage that the discharge is easily started even under a low pressure. Therefore, when the substrate is to be processed under a low pressure, a frequency in this range is desirably used.
【0039】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 embodiment of the present invention described above, 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.
【0040】[0040]
【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、真空容器内の電極に載置された
基板に概ね平行な平板状アンテナに、整合回路を介して
周波数50MHz乃至3GHzの高周波電力を供給する
ことにより、真空容器の内壁面のうち基板に対向する面
に設けられた誘電体窓を介して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、基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方法
であって、平板状アンテナと誘電体窓の間に設けた導体
板によって平板状アンテナとプラズマとの容量結合が弱
められた状態で基板を処理するため、均一なプラズマを
発生させることができ、かつ、電力効率に優れたプラズ
マ処理が可能である。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. By supplying high-frequency power having a frequency of 50 MHz to 3 GHz through a matching circuit to a flat antenna substantially parallel to a substrate mounted on an electrode in the vacuum vessel while controlling the inner wall of the vacuum vessel, A plasma processing method comprising: irradiating an electromagnetic wave into a vacuum container through a dielectric window provided on a surface facing a substrate to generate plasma in the vacuum container; and processing the substrate. Since the substrate is processed in a state where the capacitive coupling between the flat antenna and the plasma is weakened by the conductor plate provided between the flat antenna and the dielectric window, uniform plasma can be generated. And, it is possible to better plasma treatment power efficiency.
【0041】また、本願の第2発明のプラズマ処理装置
によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するた
めのガス供給装置と、真空容器内を排気するための排気
装置と、真空容器の内壁面のうち基板に対向する面に設
けられた誘電体窓と、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平板状アンテナと、平板状アンテ
ナに周波数50MHz乃至3GHzの高周波電力を供給
することのできる高周波電源と、整合回路と、真空容器
内に基板を載置するための電極とを備えたプラズマ処理
装置であって、平板状アンテナと誘電体窓の間に導体板
を設けたため、均一なプラズマを発生させることがで
き、かつ、電力効率に優れたプラズマ処理が可能であ
る。Further, according to the plasma processing apparatus of the second invention of the present application, a vacuum container, a gas supply device for supplying gas into the vacuum container, an exhaust device for exhausting the inside of the vacuum container, A dielectric window provided on a surface of the inner wall surface of the container facing the substrate, a flat antenna for radiating electromagnetic waves into the vacuum container through the dielectric window, and a flat antenna having a frequency of 50 MHz to 3 GHz. A plasma processing apparatus comprising a high-frequency power supply capable of supplying high-frequency power, a matching circuit, and an electrode for placing a substrate in a vacuum vessel, wherein a conductor is provided between the flat antenna and the dielectric window. Since the plate is provided, uniform plasma can be generated, and plasma processing with excellent power efficiency can be performed.
【図1】本発明の第1実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施形態における、イオン飽和電
流密度の測定結果を示す図FIG. 2 is a diagram showing a measurement result of an ion saturation current density in the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2実施形態で用いたプラズマ処理装
置の構成を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a second embodiment of the present invention.
【図4】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す
断面図FIG. 4 is a sectional view showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a conventional example.
【図5】従来例における、イオン飽和電流密度の測定結
果を示す図FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of an ion saturation current density in a conventional example.
1 真空容器 2 ガス供給装置 3 ポンプ 4 アンテナ用高周波電源 5 平板状アンテナ 6 誘電体窓 7 電極 8 基板 9 電極用高周波電源 10 整合回路 11 接続導体 12 導体板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Gas supply device 3 Pump 4 High frequency power supply for antenna 5 Flat antenna 6 Dielectric window 7 Electrode 8 Substrate 9 High frequency power supply for electrode 10 Matching circuit 11 Connection conductor 12 Conductor plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05H 1/46 H05H 1/46 M (72)発明者 松田 出 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 渡辺 彰三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H05H 1/46 H05H 1/46 M (72) Inventor Matsuda 1006 Ojidoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72 Inventor Shozo Watanabe 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (18)
内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、
真空容器内の電極に載置された基板に概ね平行な平板状
アンテナに、整合回路を介して周波数50MHz乃至3
GHzの高周波電力を供給することにより、真空容器の
内壁面のうち基板に対向する面に設けられた誘電体窓を
介して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、基板を処理することを
特徴とするプラズマ処理方法であって、平板状アンテナ
と誘電体窓の間に設けた導体板によって平板状アンテナ
とプラズマとの容量結合が弱められた状態で基板を処理
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 frequency of 50 MHz to 3 MHz is applied to a flat antenna substantially parallel to a substrate placed on an electrode in a vacuum vessel via a matching circuit.
By supplying high-frequency power of GHz, electromagnetic waves are radiated into the vacuum vessel through a dielectric window provided on the inner wall surface of the vacuum vessel facing the substrate, thereby generating plasma in the vacuum vessel. A plasma processing method characterized in that the substrate is processed in a state where capacitive coupling between the flat antenna and plasma is weakened by a conductor plate provided between the flat antenna and the dielectric window. A plasma processing method characterized by performing processing.
が、電磁波の波長の1/10以下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 plasma processing method according to claim 1, wherein the diameter or the length of the diagonal line of the flat antenna is 1/10 or less of the wavelength of the electromagnetic wave.
めの接続導体が、基板のほぼ中心を通り、かつ、基板に
ほぼ垂直な直線に沿って設けら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。3. A connection conductor for connecting a matching circuit and a flat antenna, wherein the connection conductor is provided substantially along the center of the substrate and along a straight line substantially perpendicular to the substrate. 2. The plasma processing method according to 1.
めの接続導体の長さが、電磁波の波長の1/10以下で
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。4. The plasma processing method according to claim 1, wherein a length of a connecting conductor for connecting the matching circuit and the flat antenna is 1/10 or less of a wavelength of the electromagnetic wave.
状アンテナの直径又は対角線の長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。5. The plasma processing method according to claim 1, wherein a diameter or a diagonal length of the conductor plate is larger than a diameter or a diagonal length of the flat antenna.
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 potential of the conductive plate is a ground potential.
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 potential of the conductive plate is a floating potential.
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 no DC magnetic field exists in the vacuum vessel.
MHz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. An electromagnetic wave having a frequency of 50 MHz to 300 MHz.
2. The plasma processing method according to claim 1, wherein the frequency is MHz.
するためのガス供給装置と、真空容器内を排気するため
の排気装置と、真空容器の内壁面のうち基板に対向する
面に設けられた誘電体窓と、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平板状アンテナと、平板状
アンテナに周波数50MHz乃至3GHzの高周波電力
を供給することのできる高周波電源と、整合回路と、真
空容器内に基板を載置するための電極とを備えたプラズ
マ処理装置であって、平板状アンテナと誘電体窓の間に
導体板を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。10. A vacuum container, a gas supply device for supplying a gas into the vacuum container, an exhaust device for exhausting the inside of the vacuum container, and an inner wall surface of the vacuum container facing a substrate. A matched dielectric window, a flat antenna for radiating electromagnetic waves into the vacuum vessel through the dielectric window, and a high-frequency power supply capable of supplying high-frequency power having a frequency of 50 MHz to 3 GHz to the flat antenna. What is claimed is: 1. A plasma processing apparatus comprising: a circuit; and an electrode for mounting a substrate in a vacuum vessel, wherein a conductor plate is provided between a flat antenna and a dielectric window.
さが、電磁波の波長の1/10以下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. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the diameter or the length of the diagonal line of the flat antenna is 1/10 or less of the wavelength of the electromagnetic wave.
ための接続導体が、基板のほぼ中心を通り、かつ、基板
にほぼ垂直な直線に沿って設けら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。12. A connection conductor for connecting a matching circuit and a planar antenna is provided along a straight line substantially passing through the center of the substrate and substantially perpendicular to the substrate. A plasma processing apparatus according to claim 10.
ための接続導体の長さが、電磁波の波長の1/10以下
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。13. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein a length of a connection conductor for connecting the matching circuit and the flat antenna is 1/10 or less of a wavelength of the electromagnetic wave.
板状アンテナの直径又は対角線の長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。14. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the diameter or the diagonal length of the conductor plate is larger than the diameter or the diagonal length of the flat antenna.
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 potential of the conductive plate is a ground potential.
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 potential of the conductor plate is a floating potential.
のコイルまたは永久磁石を備えてい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。17. The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein a coil or a permanent magnet for applying a DC magnetic field is not provided in the vacuum vessel.
0MHz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. An electromagnetic wave having a frequency of 50 MHz to 30 MHz.
The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the frequency is 0 MHz.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10128560A JPH11330049A (en) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | Plasma processing method and device thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10128560A JPH11330049A (en) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | Plasma processing method and device thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11330049A true JPH11330049A (en) | 1999-11-30 |
Family
ID=14987792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10128560A Pending JPH11330049A (en) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | Plasma processing method and device thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11330049A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20120117872A (en) * | 2010-01-15 | 2012-10-24 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Switchable neutral beam source |
-
1998
- 1998-05-12 JP JP10128560A patent/JPH11330049A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20120117872A (en) * | 2010-01-15 | 2012-10-24 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Switchable neutral beam source |
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