JPH1197197A - Plasma treatment device - Google Patents

Plasma treatment device

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JPH1197197A
JPH1197197A JP9270453A JP27045397A JPH1197197A JP H1197197 A JPH1197197 A JP H1197197A JP 9270453 A JP9270453 A JP 9270453A JP 27045397 A JP27045397 A JP 27045397A JP H1197197 A JPH1197197 A JP H1197197A
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waveguide
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秀昭 天野
Masanori Tozawa
昌紀 戸澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a plasma having high uniformity over a wide area and heighten the intra-plane uniformity in the plasma treatment. SOLUTION: Microwaves of 2.45 GHz are in TM mode introduced through a waveguide tube 3 into the first vacuum chamber 21, and a magnetic field of 875 Gauss is formed so that a film formation gas is turned in a plasma by means of electron cyclotron resonance, and a SiOF film is formed on a wafer. Therein the condition 0.75<=D2/D1<=0.85 should be met, where D1 is inside diameter of the first vacuum chamber 21 while D2 is the inside diameter of the microwave inlet part of the vacuum chamber 21. According to this configuration, the transmission of microwaves is disturbed in the part where the inside diameter of the first vacuum chamber 21 enlarges steeply to cause generation of the higher-order mode of the TM mode, and thereby the electric field distribution becomes uniform in the plane opposing to the wafer W, and the plasma density becomes uniform within the plane, so that the intra-plane uniformity of plasma treatment is heightened.

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
被処理基板に対して、例えばECR(Electron
Cyclotron Resonance)処理等の
プラズマ処理によりSiOF膜やSiO2 膜等の薄膜を
形成するプラズマ処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ECR (Electron) for a substrate to be processed such as a semiconductor wafer.
The present invention relates to a plasma processing apparatus that forms a thin film such as an SiOF film or a SiO 2 film by a plasma process such as a cyclotron resonance process.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路の配線パタ−ンとしては主にア
ルミニウム配線が用いられ、これを絶縁するための層間
絶縁膜としてはSiOF膜やSiO2 膜等が用いられて
いるが、これらの形成方法としては膜質が良好なことか
ら、マイクロ波と磁界とを組み合わせて高密度プラズマ
を発生させるECRプラズマ処理が採用される傾向にあ
る。
2. Description of the Related Art Aluminum wiring is mainly used as a wiring pattern of an integrated circuit, and an SiOF film or a SiO 2 film is used as an interlayer insulating film for insulating the aluminum wiring. As a method, ECR plasma processing for generating high-density plasma by combining a microwave and a magnetic field tends to be adopted because of good film quality.

【0003】このECRプラズマ処理を行う従来のプラ
ズマ処理装置について図9に挙げると、例えばこの装置
では、プラズマ生成室1A内に、例えば2.45GHz
のマイクロ波を導波管11により透過窓12を介して供
給すると共に、例えば875ガウスの磁界を主電磁コイ
ル13と補助電磁コイル14との組み合わせにより印加
して、マイクロ波と磁界との相互作用(電子サイクロト
ロン共鳴)によりArガスやO2 ガス等のプラズマガス
を高密度プラズマ化し、このプラズマにより成膜室1B
内に導入された例えばSiH4 ガスやSiF4 ガス等の
成膜ガスを活性化させてイオン種を形成して、載置台1
5上に載置された半導体ウエハ(以下「ウエハ」とい
う)Wに対して薄膜を形成している。
FIG. 9 shows a conventional plasma processing apparatus for performing this ECR plasma processing. For example, in this apparatus, for example, 2.45 GHz is installed in a plasma generation chamber 1A.
Is supplied through the transmission window 12 by the waveguide 11 and a magnetic field of, for example, 875 gauss is applied by a combination of the main electromagnetic coil 13 and the auxiliary electromagnetic coil 14, and the interaction between the microwave and the magnetic field is performed. (Electron Cyclotron Resonance) Plasma gas such as Ar gas or O 2 gas is converted into high-density plasma, and this plasma is used to form the
For example, a film forming gas such as a SiH 4 gas or a SiF 4 gas introduced into the inside is activated to form ionic species, and
A thin film is formed on a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as “wafer”) W placed on the semiconductor wafer 5.

【0004】前記導波管11は、矩形導波管11aと、
下部側に向かって徐々に広がる円錐形導波管11bとを
組み合わせて構成され、マイクロ波発生器16により発
生し、矩形導波管11a内をTE10モ−ドで伝送された
マイクロ波は、円錐形導波管11bでTE11モ−ドに変
換され、そのまま円錐形導波管11b内をTE11モ−ド
で伝送されてプラズマ生成室1A内に導入される。
The waveguide 11 comprises a rectangular waveguide 11a,
The microwave generated by the microwave generator 16 and transmitted in the TE 10 mode in the rectangular waveguide 11a is constituted by combining the conical waveguide 11b gradually expanding toward the lower side. conical waveguide 11b in TE 11 mode - is converted to de, as it is conical waveguide 11b TE 11 mode - are introduced into and transmitted by de plasma generating chamber 1A.

【0005】ここでTE11モ−ドについて図10により
説明する。図10(a)は例えば内径が2aの円筒形導
波管の直径方向の断面図であり、図10(b)は図10
(a)のA−Aにおける断面図であるが、このモ−ドで
は図中実線で示す電界は、導波管の直径方向に存在して
いる。なお図中鎖線は磁界を示しており、図10(b)
中○は電界が紙面の内側に向かう様子、●は電界が紙面
の外側に向かう様子を夫々示している。
Here, the TE 11 mode will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a sectional view in the diameter direction of a cylindrical waveguide having an inner diameter of 2a, for example, and FIG.
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3A. In this mode, the electric field indicated by a solid line in the figure exists in the diameter direction of the waveguide. The chain line in the figure indicates the magnetic field, and FIG.
The middle circle indicates the state where the electric field goes to the inside of the paper, and the solid circle indicates the state where the electric field goes to the outside of the paper.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のプ
ラズマ処理装置では、マイクロ波はTE11モ−ドでプラ
ズマ生成室1A内に導入されるので、ウエハ上方のある
断面の電気力線の密度は、中央部では高く、周縁部に近
付くに連れて小さくなってしまい、電界分布が不均一と
なっている。ここでプラズマ生成室1Aで発生するプラ
ズマの密度は電界分布に略比例するので、プラズマ処理
によって形成される薄膜の膜厚は電界分布に対応して周
縁部で薄くなってしまい、膜厚について高い面内均一性
を確保することが困難になっている。
In [0005] However the above-described plasma processing apparatus, the microwave is TE 11 mode - because they are introduced into the plasma generating chamber 1A by de density of the cross-section of the electric line of force of the wafer upward, It is high at the center and becomes smaller as it approaches the periphery, resulting in an uneven electric field distribution. Here, since the density of the plasma generated in the plasma generation chamber 1A is substantially proportional to the electric field distribution, the film thickness of the thin film formed by the plasma processing becomes thinner at the periphery corresponding to the electric field distribution, and the film thickness is high. It has become difficult to ensure in-plane uniformity.

【0007】一方米国特許公報5,234,526 号には、TM
01モ−ドを利用したプラズマ処理装置が開示されてい
る。この装置は、TE10モ−ドを伝送する矩形導波管の
端部を例えば内径が109mmの円筒形導波管に接続し
て、マイクロ波をTM01モ−ドでプラズマ生成室に導入
するように構成されている。
On the other hand, US Pat. No. 5,234,526 discloses TM
A plasma processing apparatus utilizing the 01 mode is disclosed. This device, TE 10 mode - the end for example inside diameter of the rectangular waveguide to transmit de connects to the cylindrical waveguide 109 mm, microwave TM 01 mode - introduced into the plasma generation chamber in de It is configured as follows.

【0008】ここでTM01モ−ドについて図11に基づ
いて説明すると、図11(a)は例えば内径が2aの円
筒形導波管の直径方向の断面図であり、図11(b)は
図11(a)のA−Aにおける断面図である。このモ−
ドでは図中実線で示す電界は、導波管の管壁から中心を
通ってまた管壁に戻るように、半波長毎に向きを変えな
がら管壁に沿って伝播する。この図においても鎖線は磁
界を示しており、図11(b)中○は電界が紙面の内側
に向かう様子、●は電界が紙面の外側に向かう様子を夫
々示している。
Here, the TM01 mode will be described with reference to FIG. 11. FIG. 11A is a sectional view of a cylindrical waveguide having an inner diameter of 2a, for example, in the diameter direction, and FIG. It is sectional drawing in AA of FIG.11 (a). This mode
In the figure, the electric field indicated by the solid line in the figure propagates along the tube wall while changing its direction every half wavelength so as to pass from the tube wall of the waveguide to the center and return to the tube wall. Also in this figure, the dashed line indicates the magnetic field, and in FIG. 11B, は indicates that the electric field is directed toward the inside of the paper, and • indicates that the electric field is directed toward the outside of the paper.

【0009】このような装置では、例えば6インチのウ
エハを処理する場合には、円筒形導波管の内径が109
mmであるため、ウエハの上方側のある断面における電
界分布の均一性は確保できる。しかしながら近年ウエハ
が8インチサイズから12インチサイズへと大口径化す
る傾向にあり、このようにウエハが円筒形導波管の内径
よりも大きくなると、ウエハ周縁部と対向する導波管出
口の領域の電界強度が極端に小さくなってしまい、結局
膜厚の面内均一性が悪くなるという問題がある。
In such an apparatus, when processing a 6-inch wafer, for example, the inner diameter of the cylindrical waveguide is 109.
mm, uniformity of the electric field distribution in a certain cross section on the upper side of the wafer can be secured. However, in recent years, the diameter of a wafer tends to increase from an 8-inch size to a 12-inch size. When the wafer becomes larger than the inner diameter of the cylindrical waveguide, the area of the waveguide outlet facing the peripheral portion of the wafer is increased. The electric field intensity becomes extremely small, and the in-plane uniformity of the film thickness eventually deteriorates.

【0010】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、広い面積に亘って均一性の高い
プラズマを発生させることにより、プラズマ処理の面内
均一性を高めることができるプラズマ処理装置及びその
方法を提供することにある。
The present invention has been made under such circumstances, and it is an object of the present invention to improve the in-plane uniformity of plasma processing by generating highly uniform plasma over a wide area. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a method thereof.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】このため本発明は、高周
波を透過するための円形板状の透過窓が一端に設けられ
た円筒状の真空室を備え、被処理基板の載置台が内部に
設けられた真空容器と、前記真空容器内に磁界を形成す
るための磁界形成手段と、前記真空室内に高周波をTM
モ−ド例えばTM01モ−ドで前記透過窓を介して供給す
るための高周波供給手段と、を備え、高周波と磁界との
電子サイクロトロン共鳴により処理ガスをプラズマ化
し、そのプラズマにより被処理基板に対して処理を行う
プラズマ処理装置において、前記真空室の内径をD1と
し、前記透過窓の高周波の出口部の口径をD2とする
と、0.75≦D2/D1≦0.85であることを特徴
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a cylindrical vacuum chamber having a circular plate-shaped transmission window at one end for transmitting high frequency, and a mounting table for a substrate to be processed is provided inside. A vacuum vessel provided; magnetic field forming means for forming a magnetic field in the vacuum vessel;
Mode - de e.g. TM 01 mode - and a high-frequency supply means for supplying through said transparent window in de, electron cyclotron resonance by the processing gas between the high-frequency and magnetic fields into a plasma, the substrate to be processed by the plasma In a plasma processing apparatus that performs processing on the other hand, when the inside diameter of the vacuum chamber is D1, and the diameter of the high-frequency outlet of the transmission window is D2, 0.75 ≦ D2 / D1 ≦ 0.85. And

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は本発明のプラズマ処理装置
の一実施の形態を示す断面図であり、図2はその一部の
斜視図、図3はその主要部の拡大断面図である。図中2
は例えばアルミニウム等により形成された真空容器であ
る。この真空容器2は上方に位置してプラズマを発生さ
せる第1の真空室21と、この下方に連通させて連結さ
れた第2の真空室22とからなる。これらの真空室2
1、22は円筒状に構成されており、第1の真空室21
は内径D1が例えば250mm(図3参照)に設定さ
れ、第2の真空室22は第1の真空室21より内径が大
きくなるように設定されている。なお真空容器2は接地
されてゼロ電位となっている。
1 is a sectional view showing an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a part thereof, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part thereof. . 2 in the figure
Is a vacuum container formed of, for example, aluminum. The vacuum vessel 2 includes a first vacuum chamber 21 located above and generating plasma, and a second vacuum chamber 22 connected and connected below. These vacuum chambers 2
The first and second vacuum chambers 21 and 22 are formed in a cylindrical shape.
The inner diameter D1 is set to, for example, 250 mm (see FIG. 3), and the second vacuum chamber 22 is set to have an inner diameter larger than that of the first vacuum chamber 21. The vacuum vessel 2 is grounded and has a zero potential.

【0013】この真空容器2の上端は開口されて、この
部分に高周波(マイクロ波)を透過する部材例えば窒化
アルミニウム(AlN)により形成され、直径A1が2
30mmの円形板状の透過窓23が気密に設けられてい
る。この透過窓23は例えばアルミニウム製の支持リン
グ24により外周縁を気密に支持されており、この透過
窓23と支持リング24とにより真空容器2内の真空状
態を維持するようになっている。
The upper end of the vacuum vessel 2 is opened, and a high frequency (microwave) transmitting member such as aluminum nitride (AlN) is formed in this portion, and the diameter A1 is 2
A 30 mm circular plate-shaped transmission window 23 is provided in an airtight manner. The transmission window 23 has an outer peripheral edge hermetically supported by a support ring 24 made of, for example, aluminum. The vacuum state in the vacuum vessel 2 is maintained by the transmission window 23 and the support ring 24.

【0014】前記支持リング24は真空容器2の上端に
設けられており、透過窓23の下面側に内周面が張り出
すように構成されていて、これにより第1の真空室21
のマイクロ波の入口部は、内径がその他の部分によりも
狭くなるようになっている。例えばこの実施の形態で
は、透過窓23のマイクロ波の出口側の口径D2つまり
第1の真空室21のマイクロ波の入口部の内径D2は後
述の実験結果により200mm程度に設定されており、
支持リング24の透過窓23の下方側の厚さは5mm程
度に設定されている。
The support ring 24 is provided at the upper end of the vacuum vessel 2, and is configured such that the inner peripheral surface protrudes below the lower surface of the transmission window 23.
The microwave inlet has an inner diameter narrower than other portions. For example, in this embodiment, the diameter D2 of the transmission window 23 on the microwave outlet side, that is, the inner diameter D2 of the microwave inlet portion of the first vacuum chamber 21 is set to about 200 mm based on experimental results described later.
The thickness of the support ring 24 below the transmission window 23 is set to about 5 mm.

【0015】透過窓23の外側には、プラズマ室21内
に例えば2.45GHzのマイクロ波をTMモ−ド例え
ばTM01モ−ド等で供給するための導波管3が設けられ
ている。この導波管3は例えば図2に示すように、矩形
導波管31の出口側端部を円筒形導波管32の上部側側
部に直角に接続し、円筒形導波管32の下端側を、下部
側に向かって徐々に広がるようにテ−パ状に形成された
円錐形導波管33の上端部に接続して構成されている。
[0015] On the outside of the transmission window 23, the plasma chamber 21 for example a microwave of 2.45 GHz TM mode - de e.g. TM 01 mode - is the waveguide 3 for supplying at de like are provided. For example, as shown in FIG. 2, the exit side end of the rectangular waveguide 31 is connected to the upper side side of the cylindrical waveguide 32 at right angles to the lower end of the cylindrical waveguide 32. The side is connected to the upper end of a conical waveguide 33 formed in a tapered shape so as to gradually expand toward the lower side.

【0016】円錐形導波管33は例えば出口側開口の内
径A2が200mmに設定されており、この出口側開口
端部は透過窓23の上面に接続されている。また前記矩
形導波管31の入口側端部はプラズマ発生用の高周波電
源部34に接続されており、高周波電源部34にて発生
したマイクロ波を導波管3で案内して透過窓23からプ
ラズマ室21内へ導入し得るようになっている。本実施
の形態では、高周波電源部34と矩形導波管31、円筒
形導波管32、円錐形導波管33とにより高周波供給手
段が構成されている。
The conical waveguide 33 has, for example, an inner diameter A2 of an exit side opening set to 200 mm, and the end of the exit side opening is connected to the upper surface of the transmission window 23. The entrance end of the rectangular waveguide 31 is connected to a high-frequency power supply 34 for generating plasma, and the microwave generated by the high-frequency power supply 34 is guided by the waveguide 3 to pass through the transmission window 23. It can be introduced into the plasma chamber 21. In the present embodiment, the high-frequency power supply unit and the rectangular waveguide 31, the cylindrical waveguide 32, and the conical waveguide 33 constitute a high-frequency supply unit.

【0017】第1の真空室21を区画する側壁の上部側
には、例えばプラズマガスを供給するためのガスノズル
41が周方向に沿って均等に配置して設けられると共
に、このガスノズル41には図示しないプラズマガス源
が接続されており、第1の真空室21内の上部にArガ
スやO2 ガス等のプラズマガスをムラなく均等に供給し
得るようになっている。なお図中ガスノズル41は図面
の煩雑化を避けるため2本しか記載していないが、実際
にはそれ以上設けている。
A gas nozzle 41 for supplying, for example, a plasma gas is provided evenly along the circumferential direction on the upper side of the side wall that defines the first vacuum chamber 21. A plasma gas source is connected, and a plasma gas such as an Ar gas or an O 2 gas can be uniformly supplied to the upper portion in the first vacuum chamber 21 without unevenness. Although only two gas nozzles 41 are shown in the figure to avoid complication of the drawing, more gas nozzles 41 are actually provided.

【0018】一方前記第2の真空室22の上部即ち第1
の真空室21と連通している部分には、リング状の成膜
ガス供給部42が設けられており、内周面にはガス供給
口42aが形成されている。この成膜ガス供給部42に
は他端側が図示しない成膜ガス源に接続されたガス供給
管43の一端側が接続されていて、例えばSiH4 ガス
やSiF4 ガス等の成膜ガスが前記ガス供給口42aか
ら噴出するようになっている。
On the other hand, the upper part of the second vacuum chamber 22, ie, the first
A ring-shaped film-forming gas supply unit 42 is provided in a portion communicating with the vacuum chamber 21 of the first embodiment, and a gas supply port 42a is formed in the inner peripheral surface. One end of a gas supply pipe 43 whose other end is connected to a film-forming gas source (not shown) is connected to the film-forming gas supply section 42, and a film-forming gas such as SiH 4 gas or SiF 4 gas is used as the gas. The gas is blown out from the supply port 42a.

【0019】前記第1の真空室21を区画する側壁の外
周には、これに接近させて当該真空室21を囲むよう
に、例えばリング状の主電磁コイル51が配置されると
共に、第2の真空室22の下方側にはリング状の補助電
磁コイル52が配置され、これらにより第1の真空室2
1から第2の真空室22に亘って上から下に向かう磁界
例えば875ガウスの磁界Bを形成し得るようになって
いる。
A ring-shaped main electromagnetic coil 51 is arranged on the outer periphery of the side wall defining the first vacuum chamber 21 so as to approach the outer periphery and surround the vacuum chamber 21. A ring-shaped auxiliary electromagnetic coil 52 is arranged below the vacuum chamber 22, and is used for the first vacuum chamber 2.
A magnetic field B extending from the top to the bottom, for example, 875 gauss, from the first to the second vacuum chamber 22 can be formed.

【0020】また第2の真空室22内にはウエハWを載
置するための載置台6が処理位置とウエハWの受け渡し
位置の間で昇降自在に設けられている。この載置台6は
例えばアルミニウム製の本体61の上に、ヒ−タと電極
とを内蔵した誘電体プレ−ト62を設けてなり、表面は
静電チャックとして構成されている。前記電極には静電
チャック用の図示しない直流電源が接続されていると共
に、ウエハWにイオンを引込むためのバイアス電圧を印
加するように高周波電源部63が接続されている。さら
に成膜室22の底部には排気管25が接続されている。
In the second vacuum chamber 22, a mounting table 6 for mounting the wafer W is provided so as to be movable up and down between a processing position and a transfer position of the wafer W. The mounting table 6 is provided with a dielectric plate 62 having a built-in heater and electrodes on a main body 61 made of, for example, aluminum, and the surface is configured as an electrostatic chuck. A DC power supply (not shown) for an electrostatic chuck is connected to the electrodes, and a high-frequency power supply unit 63 is connected to apply a bias voltage for drawing ions into the wafer W. Further, an exhaust pipe 25 is connected to the bottom of the film forming chamber 22.

【0021】次に上述のプラズマ処理装置を用いて、被
処理基板であるウエハW上に例えばSiOF膜よりなる
層間絶縁膜を形成する方法を説明する。先ず真空容器2
の側壁に設けた図示しないゲ−トバルブを開いて図示し
ない搬送ア−ムにより、例えば表面にアルミニウム配線
が形成された例えば8インチサイズのウエハWを図示し
ないロ−ドロック室から搬入して載置台6上に載置す
る。
Next, a method for forming an interlayer insulating film made of, for example, a SiOF film on a wafer W to be processed by using the above-described plasma processing apparatus will be described. First, vacuum vessel 2
A gate valve (not shown) provided on the side wall is opened, and, for example, a wafer W of, eg, an 8-inch size having an aluminum wiring formed on its surface is loaded from a load lock chamber (not shown) by a transfer arm (not shown). 6. Place on top.

【0022】続いてゲ−トバルブを閉じて内部を密閉し
た後、載置台6を処理位置まで上昇させ、排気管25に
より内部雰囲気を排出して所定の真空度まで真空引き
し、ガスノズル41からプラズマガス例えばArガス及
びO2 ガスを所定の流量で導入すると共に、成膜ガス供
給部42から成膜ガス例えばSiF4 ガスを所定の流量
で導入する。そして真空容器2内を例えば0.15Pa
のプロセス圧力に維持し、かつ高周波電源部63により
載置台6に13.56MHz,2500Wのバイアス電
圧を印加すると共に、載置台6の表面温度を例えば40
0℃に設定する。
Subsequently, after closing the gate valve to seal the inside, the mounting table 6 is raised to the processing position, the internal atmosphere is exhausted by the exhaust pipe 25, and the interior is evacuated to a predetermined vacuum degree. A gas such as an Ar gas and an O 2 gas are introduced at a predetermined flow rate, and a film forming gas such as a SiF 4 gas is introduced from the film forming gas supply unit at a predetermined flow rate. Then, the inside of the vacuum vessel 2 is, for example, 0.15 Pa
And a bias voltage of 13.56 MHz and 2500 W is applied to the mounting table 6 by the high frequency power supply unit 63, and the surface temperature of the mounting table 6 is set to, for example, 40.
Set to 0 ° C.

【0023】第1の真空室21内には、高周波電源部3
4からの2.45GHz,2700Wの高周波(マイク
ロ波)Mが、先ず矩形導波管31内をTE11モ−ドで伝
送された後、矩形導波管31と円筒形導波管32の接続
部付近でTM01モ−ドに変換され、そのまま円錐形導波
管33内を電界領域を広げながらTM01モ−ドで伝送さ
れて真空容器2の天井部に至り、透過窓23を介して第
1の真空室21内に導入される。
In the first vacuum chamber 21, a high-frequency power source 3
2. A high frequency (microwave) M of 2.45 GHz and 2700 W from FIG. 4 is first transmitted through the rectangular waveguide 31 in the TE 11 mode, and then the rectangular waveguide 31 and the cylindrical waveguide 32 are connected. parts around at TM 01 mode - is converted to de, TM 01 mode while it is expanding the field region of the conical wave guide 33 - it is transmitted by the de reach the ceiling portion of the vacuum vessel 2, via a transmission window 23 It is introduced into the first vacuum chamber 21.

【0024】一方真空容器2内には主電磁コイル51と
補助電磁コイル52とにより磁界Bが形成され、磁界B
の強さが875ガウスとなったポイントで、磁界とマイ
クロ波との相互作用により電子サイクロトロン共鳴が生
じ、この共鳴によりプラズマガスがプラズマ化され、且
つ高密度化される。なおプラズマガスを用いることによ
りプラズマが安定する。
On the other hand, a magnetic field B is formed in the vacuum vessel 2 by the main electromagnetic coil 51 and the auxiliary electromagnetic coil 52.
At the point where the intensity of the magnetic field becomes 875 gauss, the interaction between the magnetic field and the microwave causes electron cyclotron resonance, and the resonance turns the plasma gas into plasma and increases the density. The use of a plasma gas stabilizes the plasma.

【0025】生成したプラズマは第1の真空室21から
第2の真空室22に向けてプラズマ流として流れ込んで
いき、ここに供給されているSiF4 ガスはこのプラズ
マ流により活性化(プラズマ化)されて、活性種(プラ
ズマ)を形成する。一方プラズマイオンはバイアス電圧
によりウエハWに引き込まれ、ウエハW表面のパタ−ン
(凹部)に堆積されたSiOF膜の角をプラズマイオン
のスパッタエッチング作用により削り取って間口を広げ
ながら、SiOF膜が成膜されて凹部内に埋め込まれ
る。
The generated plasma flows from the first vacuum chamber 21 to the second vacuum chamber 22 as a plasma flow, and the SiF 4 gas supplied here is activated (plasmaized) by the plasma flow. Thus, active species (plasma) are formed. On the other hand, the plasma ions are drawn into the wafer W by the bias voltage, and the corners of the SiOF film deposited on the pattern (concave portion) on the surface of the wafer W are scraped off by the plasma ion sputter etching to widen the frontage, thereby forming the SiOF film. It is filmed and embedded in the recess.

【0026】このようなプラズマ処理装置では、第1の
真空室21の内径を、マイクロ波の入口部では200m
mとし、直ぐ下方側で250mmに急激に大きくしてい
るので、形成されるSiOF膜の膜厚をウエハWの面内
においてほぼ均一とすることができる。
In such a plasma processing apparatus, the inner diameter of the first vacuum chamber 21 is set to 200 m at the microwave inlet.
m, which is rapidly increased to 250 mm immediately below, so that the thickness of the formed SiOF film can be made substantially uniform in the plane of the wafer W.

【0027】この理由は次のように推察される。即ちマ
イクロ波は既述のように円錐形導波管33内を電界領域
を広げながら伝送され、透過窓23を介してTM01モ−
ドで第1の真空室21内に導入されるが、第1の真空室
21内では内径が急激に大きくなっているので、この部
分でマイクロ波の伝播が乱される。これによりTM01
−ドで導波管3と第1の真空室21の入口部を管壁に沿
って伝播してきたマイクロ波は、この急激に大きくなる
部分で乱されて、例えば図4に示すような高次モ−ド例
えばTM02モ−ドを発生し、そのモ−ドのまま第1の真
空室21内を伝送していくと考えられる。
The reason is presumed as follows. That microwaves are transmitted with an increasing electric field region a conical waveguide 33 as described above, through the transmission window 23 TM 01 mode -
The inside of the first vacuum chamber 21 is rapidly introduced into the first vacuum chamber 21, but the inside diameter of the first vacuum chamber 21 is rapidly increased. Thus TM 01 mode - microwave propagating waveguide 3 and the inlet portion of the first vacuum chamber 21 along the tube wall in de is disturbed by this rapidly larger moiety, for example, in FIG order as shown mode - generates de, its mode - - de e.g. TM 02 mode is considered to continue to transmit the left in the first vacuum chamber 21 of the de.

【0028】そしてこのような高次モ−ドでは、管壁の
みならず、真空容器2の中央部分にも電界が発生するの
で、ウエハWから見ると、ウエハWに対向する面内のほ
ぼ全体に電界が存在することになる。このため当該面内
において広い面積に亘って均一なプラズマ領域を確保す
ることができ、この結果プラズマにより形成されるSi
OF膜の膜厚がウエハWの面内においてほぼ均一になる
と推察される。
In such a high-order mode, an electric field is generated not only in the tube wall but also in the central portion of the vacuum vessel 2. An electric field will be present at Therefore, a uniform plasma region can be secured over a wide area in the plane, and as a result, the Si formed by the plasma
It is assumed that the thickness of the OF film becomes substantially uniform in the plane of the wafer W.

【0029】ここでこのような高次モ−ドの発生は、後
述の実験結果により、第1の真空室21の内径D1と入
口部の内径D2との大きさの比に関係があると推察され
る。即ちD2/D1が大きすぎると、つまり内径D2に
比べて内径D1があまり大きくならないと、マイクロ波
の伝播の乱れが小さすぎ、結局TM01モ−ドのまま伝送
してしまうと考えられる。
Here, the occurrence of such a higher-order mode is presumed to be related to the ratio of the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21 to the inner diameter D2 of the inlet from experimental results described later. Is done. That is, if D2 / D1 is too large, that is, if the inner diameter D1 is not much larger than the inner diameter D2, the disturbance of the propagation of the microwave is considered to be too small, and the transmission will end up in the TM01 mode .

【0030】このTM01モ−ドではマイクロ波は円錐形
導波管33の管壁に沿って電界領域を広げながら伝播し
ていくので、円錐形導波管33の上端側に比べて内径が
大きい第1の真空室21では、電界は内壁部分では存在
するものの、中央部分には存在しない。このため電界強
度が中央部分でかなり小さくなってしまうので、プラズ
マ密度の面内均一性を高めることは困難となると考えら
れる。
[0030] The TM 01 mode - since microwaves in soil propagates with an increasing electric field region along the tube wall of the conical waveguide 33, inner diameter than the upper end of the conical waveguide 33 In the large first vacuum chamber 21, the electric field exists in the inner wall portion but does not exist in the central portion. For this reason, the electric field intensity is considerably reduced at the central portion, and it is considered that it is difficult to increase the in-plane uniformity of the plasma density.

【0031】一方D2/D1が小さすぎると、つまり急
激に内径D1を大きくし過ぎると、マイクロ波の伝播が
内径D1が大きくなる部分で乱れ過ぎ、軸対称でないモ
−ドが励起されやすく、やはりプラズマ密度の面内均一
性が悪くなると考えられる。
On the other hand, if D2 / D1 is too small, that is, if the inside diameter D1 is too large, the propagation of the microwave is disturbed too much at the portion where the inside diameter D1 becomes large, and a mode that is not axially symmetric is easily excited. It is considered that the in-plane uniformity of the plasma density deteriorates.

【0032】続いて本発明者らが膜厚の面内均一性との
関係でD2/D1の最適化を図るために行った実験例に
ついて説明する。上述の図1に示すプラズマ処理装置を
用い、Arガス及びO2 ガスを所定の流量で内径D1=
250mmの第1の真空室21内に導入すると共に、S
iF4 ガスを所定の流量で第2の真空室22内に導入
し、高周波電力を2500W、バイアス電力を2700
W、成膜温度を400℃、真空容器2内の圧力を0.1
5Paとして、第1の真空室21の入口側の内径D2の
大きさを変えて、上述の実施の形態と同様のプロセス条
件によりSiOF膜を8インチサイズのウエハW上に成
膜し、膜厚の面内均一性を測定した。ここで膜厚の面内
均一性はオプティプロ−ブにより測定した。また第1の
真空室21の内径D1を275mm、300mmとした
場合においても同様の実験を行った。
Next, an experimental example performed by the present inventors to optimize D2 / D1 in relation to the in-plane uniformity of the film thickness will be described. Using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 described above, the inner diameter D1 = Ar gas and O 2 gas at a predetermined flow rate.
While being introduced into the first vacuum chamber 21 of 250 mm,
An iF 4 gas is introduced into the second vacuum chamber 22 at a predetermined flow rate, and the high-frequency power is 2500 W and the bias power is 2700.
W, the deposition temperature is 400 ° C., the pressure in the vacuum vessel 2 is 0.1
At 5 Pa, the size of the inner diameter D2 on the inlet side of the first vacuum chamber 21 was changed, and a SiOF film was formed on an 8-inch wafer W under the same process conditions as in the above-described embodiment. Was measured for in-plane uniformity. Here, the in-plane uniformity of the film thickness was measured by an optical probe. The same experiment was performed when the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21 was 275 mm and 300 mm.

【0033】この結果を図5〜図8に示すが、ここで図
5は第1の真空室21の内径D1が250mmの場合、
図6は275mmの場合、図7は300mmの場合を夫
々示しており、図8においては△が250mm、○が2
75mm、□が300mmを夫々示している。
The results are shown in FIGS. 5 to 8, wherein FIG. 5 shows the case where the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21 is 250 mm.
6 shows the case of 275 mm, FIG. 7 shows the case of 300 mm, and in FIG.
75 mm and □ indicate 300 mm, respectively.

【0034】この結果により、第1の真空室21の内径
D1の大きさにかかわらず、内径D1に対する入口部の
内径D2の大きさの比(D2/D1)が0.8付近のと
きに、SiOF膜の膜厚の面内均一性が最も良くなり、
この値を離れるに連れて面内均一性が悪化することが認
められた。
According to this result, regardless of the size of the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21, when the ratio (D2 / D1) of the size of the inner diameter D2 of the inlet to the inner diameter D1 is about 0.8, The in-plane uniformity of the thickness of the SiOF film is best,
It was recognized that the in-plane uniformity became worse as the value was increased.

【0035】これにより第1の真空室21にて広い面積
に亘って均一性の高いプラズマを発生させるためには、
第1の真空室21の内径D1と第1の真空室21の入口
部内径D2との間には最適な関係が存在することが確認
され、膜厚の面内均一性を20%以下にするためには、
0.75≦D2/D1≦0.85程度にすればよいこと
が認められた。
In order to generate a highly uniform plasma over a wide area in the first vacuum chamber 21,
It has been confirmed that an optimum relationship exists between the inner diameter D1 of the first vacuum chamber 21 and the inner diameter D2 of the inlet of the first vacuum chamber 21, and the in-plane uniformity of the film thickness is reduced to 20% or less. In order to
It was recognized that it was sufficient to set about 0.75 ≦ D2 / D1 ≦ 0.85.

【0036】以上において、本発明ではTMモ−ドを伝
送する導波管は実施の形態に記載した構成に限らず、矩
形導波管と内径の異なる複数の円筒形導波管を組み合わ
せた構成のものであってもよいし、TMモ−ドの高次モ
−ドは、TM02モ−ドに限らず、TM03モ−ド等であっ
てもよい。また本発明はSiOF膜の成膜処理に限られ
るものではなく、例えばSiO2 膜やCF膜(フッ素添
加カ−ボン膜)等の成膜処理に適用してもよいし、エッ
チング処置等に適用するようにしてもよい。
In the above, in the present invention, the waveguide for transmitting the TM mode is not limited to the configuration described in the embodiment, but a configuration in which a rectangular waveguide and a plurality of cylindrical waveguides having different inner diameters are combined. The higher order mode of the TM mode is not limited to the TM02 mode , but may be the TM03 mode or the like. Further, the present invention is not limited to the film forming process of the SiOF film, and may be applied to a film forming process of, for example, a SiO 2 film or a CF film (a fluorine-added carbon film), or may be applied to an etching process. You may make it.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、広
い面積に亘って均一性の高いプラズマを発生させること
ができるので、プラズマ処理の面内均一性を高めること
ができる。
According to the plasma processing apparatus of the present invention, since highly uniform plasma can be generated over a wide area, the in-plane uniformity of the plasma processing can be improved.

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

【図1】本発明のプラズマ処理装置の一実施の形態を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】前記プラズマ処理装置で用いられる導波管の一
例を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a waveguide used in the plasma processing apparatus.

【図3】前記プラズマ処理装置のマイクロ波の入口部付
近の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of a microwave inlet of the plasma processing apparatus.

【図4】マイクロ波の伝播を説明するための断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining propagation of a microwave.

【図5】D1=250mmの場合のD2/D1と膜厚の
面内均一性との関係を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between D2 / D1 and the in-plane uniformity of film thickness when D1 = 250 mm.

【図6】D1=275mmの場合のD2/D1と膜厚の
面内均一性との関係を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between D2 / D1 and in-plane uniformity of film thickness when D1 = 275 mm.

【図7】D1=300mmの場合のD2/D1と膜厚の
面内均一性との関係を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between D2 / D1 and the in-plane uniformity of film thickness when D1 = 300 mm.

【図8】D2/D1と膜厚の面内均一性との関係を示す
特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between D2 / D1 and in-plane uniformity of film thickness.

【図9】従来のプラズマ処理装置を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.

【図10】TE11モ−ドを説明するための断面図であ
る。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a TE 11 mode.

【図11】TM01モ−ドを説明するための断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a TM01 mode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 真空容器 21 第1の真空室 22 第2の真空室 23 透過窓 24 支持リング 3 導波管 31 矩形導波管 32 円筒形導波管 33 円錐形導波管 34 高周波電源部 54 主電磁コイル 6 載置台 W 半導体ウエハ 2 Vacuum Vessel 21 First Vacuum Chamber 22 Second Vacuum Chamber 23 Transmission Window 24 Support Ring 3 Waveguide 31 Rectangular Waveguide 32 Cylindrical Waveguide 33 Conical Waveguide 34 High Frequency Power Supply 54 Main Electromagnetic Coil 6 Mounting table W Semiconductor wafer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高周波を透過するための円形板状の透過
窓が一端に設けられた円筒状の真空室を備え、被処理基
板の載置台が内部に設けられた真空容器と、前記真空容
器内に磁界を形成するための磁界形成手段と、前記真空
室内に高周波をTMモ−ドで前記透過窓を介して供給す
るための高周波供給手段と、を備え、高周波と磁界との
電子サイクロトロン共鳴により処理ガスをプラズマ化
し、そのプラズマにより被処理基板に対して処理を行う
プラズマ処理装置において、 前記真空室の内径をD1とし、前記透過窓の高周波の出
口部の口径をD2とすると、0.75≦D2/D1≦
0.85であることを特徴とするプラズマ処理装置。
A vacuum container having a cylindrical vacuum chamber provided at one end with a circular plate-shaped transmission window for transmitting high frequency, and a mounting table for a substrate to be processed provided therein; and the vacuum container. A magnetic field forming means for forming a magnetic field therein; and a high frequency supply means for supplying a high frequency into the vacuum chamber in the TM mode through the transmission window, wherein electron cyclotron resonance between the high frequency and the magnetic field is provided. In a plasma processing apparatus that converts a processing gas into a plasma by the method described above and performs processing on a substrate to be processed by the plasma, if the inside diameter of the vacuum chamber is D1, and the diameter of the high-frequency outlet portion of the transmission window is D2, 0. 75 ≦ D2 / D1 ≦
A plasma processing apparatus, wherein the ratio is 0.85.
【請求項2】 前記TMモ−ドはTM01モ−ドであるこ
とを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said TM mode is a TM01 mode .
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