JP2000048998A - Plasma generator - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ発生装置
に係り、特に、低ガス圧力下で高密度かつ大口径のプラ
ズマが得られる、半導体素子の製造プロセスに好適なプ
ラズマ発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generator, and more particularly, to a plasma generator suitable for a semiconductor device manufacturing process capable of obtaining high-density and large-diameter plasma under low gas pressure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子の製造においては、プラズマ
を使ったプロセスが多くある。例えば、微細加工のため
のプラズマエッチング、配線用の金属膜や絶縁用の誘電
体膜などを成膜するためのプラズマデポジションなどで
ある。このような目的のプラズマ源に対する要求は、半
導体素子の進化とともに変わってきており、次世代の素
子に対しては低ガス圧で高密度かつ大口径（大面積）の
プラズマが要求されている。2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, there are many processes using plasma. For example, there are plasma etching for fine processing, plasma deposition for forming a metal film for wiring, a dielectric film for insulation, and the like. The demand for such a purposed plasma source has changed with the evolution of semiconductor devices. For next-generation devices, low-gas pressure, high-density, large-diameter (large-area) plasma is required.
【０００３】即ち、特に、多層配線用の層間絶縁膜とし
ては、金属配線により凹凸のある表面上に成膜しなが
ら、完成した膜の上面は平坦化されていることが必要に
なる。つまり、成膜と同時に凸の部分だけがエッチング
されることが要求される。このためには、低ガス圧下で
高密度のプラズマを発生することが必要である。That is, in particular, as an interlayer insulating film for a multi-layer wiring, it is necessary that the upper surface of the completed film is flattened while being formed on an uneven surface by metal wiring. That is, it is required that only the convex portions be etched at the same time as the film formation. For this purpose, it is necessary to generate high-density plasma under a low gas pressure.
【０００４】また、半導体素子をつくるためのシリコン
基板の大きさは、生産性の向上のため８インチから１２
インチへと変わりつつあり、将来はもっと大きくなると
考えられている。つまり、平坦化しながら成膜できる特
性を維持しながら、大きい面積内に均一なプラズマを発
生できるプラズマ源が必要になると考えられる。Further, the size of a silicon substrate for manufacturing a semiconductor device is reduced from 8 inches to 12 inches in order to improve productivity.
It is changing to inches and is expected to be much larger in the future. In other words, it is considered that a plasma source that can generate uniform plasma within a large area while maintaining the characteristic of forming a film while flattening is required.
【０００５】低ガス圧下で高密度のプラズマを発生する
ことができるプラズマ源（プラズマ発生装置）として
は、２.４５ＧＨｚのマイクロ波を使った有磁場マイク
ロ波プラズマ源（ＥＣＲプラズマ源）、および１３.５
６ＭＨｚの高周波を使ったヘリコン波プラズマ源や誘導
結合型プラズマ源が知られている。As a plasma source (plasma generator) capable of generating high-density plasma under a low gas pressure, a magnetic field microwave plasma source using a microwave of 2.45 GHz (ECR plasma source), and 13 .5
Helicon wave plasma sources and inductively coupled plasma sources using a high frequency of 6 MHz are known.
【０００６】図６には、これらプラズマ源を用いてウェ
ーハ等の基板に成膜、エッチングなどの処理を施す基板
処理装置を示す。図６において、２１は真空容器であ
り、真空容器２１内にはプロセスガスが導入され低圧ガ
スの雰囲気となっており、真空容器２１底部の電極２２
上にはウェーハ２３が載置されている。FIG. 6 shows a substrate processing apparatus for performing processes such as film formation and etching on a substrate such as a wafer using these plasma sources. In FIG. 6, reference numeral 21 denotes a vacuum vessel, and a process gas is introduced into the vacuum vessel 21 to form an atmosphere of a low-pressure gas.
A wafer 23 is placed on top.
【０００７】図６（１）は誘導結合型プラズマ源を用い
た例であって、真空容器２１の上壁にスパイラル状の誘
導結合アンテナ（誘導コイル）２４を設置し、ＲＦ電源
２５から誘導コイル２４に１３.５６ＭＨｚの高周波を
供給して、誘起された誘導電界により真空容器２１内に
誘導結合プラズマを発生させる。また、図６（２）は有
磁場マイクロ波プラズマ源を用いた例であり、真空容器
２１上壁に結合された導波管２６により真空容器２１内
に２.４５ＧＨｚのマイクロ波を導入すると共に、導波
管２６外周部の磁場コイル２７により磁場を印加して、
ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）の条件を満足する８
７５ガウスの共鳴磁場の領域でＥＣＲプラズマを発生さ
せる。更に、図６（３）はヘリコン波プラズマ源を用い
た例であって、真空容器２１の上方の石英管などにアン
テナ２８を巻き、ＲＦ電源２５から１３.５６ＭＨｚの
高周波電流を流すと共に、アンテナ２８の外周部の磁場
コイル２９により磁場を印加し、ヘリコン波によりプラ
ズマを発生させる。なお、３０はウェーハ２３に対する
イオンの衝突速度を制御するためのバイアス電源であ
り、また３１は永久磁石である。FIG. 6A shows an example in which an inductively coupled plasma source is used. A spiral inductively coupled antenna (inductive coil) 24 is provided on the upper wall of a vacuum vessel 21, and an induction coil is supplied from an RF power supply 25. A high frequency of 13.56 MHz is supplied to 24 to generate an inductively coupled plasma in the vacuum vessel 21 by the induced electric field. FIG. 6B shows an example in which a magnetic field microwave plasma source is used. A microwave of 2.45 GHz is introduced into the vacuum vessel 21 through a waveguide 26 coupled to the upper wall of the vacuum vessel 21. , A magnetic field is applied by the magnetic field coil 27 on the outer periphery of the waveguide 26,
Satisfies ECR (Electron Cyclotron Resonance) conditions 8
An ECR plasma is generated in the region of a resonant magnetic field of 75 Gauss. FIG. 6C shows an example in which a helicon wave plasma source is used. An antenna 28 is wound around a quartz tube or the like above the vacuum vessel 21 so that a high-frequency current of 13.56 MHz flows from the RF power supply 25 and the antenna. A magnetic field is applied by a magnetic field coil 29 on the outer peripheral portion of 28, and plasma is generated by a helicon wave. Reference numeral 30 denotes a bias power supply for controlling the collision speed of ions with respect to the wafer 23, and reference numeral 31 denotes a permanent magnet.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記プ
ラズマ源（プラズマ発生装置）は、プラズマを大口径化
するには問題がある。たとえば、有磁場マイクロ波プラ
ズマ源やヘリコン波プラズマ源においては、プラズマ発
生部が空芯コイル（磁場コイル）２７、２９の中にある
ため、プラズマの大口径化を図るには空芯コイルの口径
を大きくする必要があるが、そうするとコイルが巨大化
し、装置が非常に大型なものとなってしまう。プラズマ
の大口径化のためには空芯コイルを使わないタイプのプ
ラズマ発生方法が望まれるが、マイクロ波で無磁場のプ
ラズマを発生させるにはガス圧力や電界強度などかなり
限定された条件下でないと難しい。However, the plasma source (plasma generator) has a problem in increasing the diameter of plasma. For example, in a magnetic field microwave plasma source or a helicon wave plasma source, since the plasma generating portion is located in the air-core coils (magnetic field coils) 27 and 29, the diameter of the air-core coil is required to increase the plasma diameter. Needs to be increased, but this increases the size of the coil and makes the device very large. A plasma generation method that does not use an air-core coil is desired for increasing the diameter of plasma, but generating plasma without a magnetic field using microwaves is not under conditions where gas pressure and electric field strength are quite limited. And difficult.
【０００９】また、誘導結合型プラズマ源においては、
大口径化するために誘導結合アンテナに種々の工夫がな
されており、単純にプラズマを大口径化することは簡単
であるが、プラズマ密度分布が不均一となり、大口径で
且つ均一なプラズマを発生するのは困難であった。In an inductively coupled plasma source,
Various ingenuity has been devised for the inductively coupled antenna to increase the diameter, and it is easy to simply increase the diameter of the plasma, but the plasma density distribution becomes non-uniform, and a large and uniform plasma is generated. It was difficult to do.
【００１０】本発明は、上記背景のもとになされたもの
で、低ガス圧力下で高密度かつ大口径・均一のプラズマ
が比較的に簡易に得られるプラズマ発生装置を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in view of the above background, and has as its object to provide a plasma generator capable of relatively easily obtaining a high-density, large-diameter, uniform plasma under a low gas pressure. I do.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のプラズマ発生装置は、低圧ガス雰囲気中
に誘導結合型プラズマ源により発生させた誘導結合プラ
ズマに対して、マイクロ波発生手段によりマイクロ波を
導入するように構成したことを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, a plasma generator according to the present invention is adapted to generate microwaves from an inductively coupled plasma generated by an inductively coupled plasma source in a low-pressure gas atmosphere. It is characterized in that microwaves are introduced by means.
【００１２】誘導結合型プラズマ源としては、例えば、
１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲にある単一または複数
の周波数の電磁波を使ったものを用い、また、マイクロ
波発生手段としては、例えば、１ＧＨｚから５０ＧＨｚ
の範囲にある単一または複数の周波数のマイクロ波（電
力）を導入可能なものを用いる。As an inductively coupled plasma source, for example,
A device using electromagnetic waves of a single frequency or a plurality of frequencies in the range of 1 MHz to 100 MHz is used. As a microwave generating means, for example, 1 GHz to 50 GHz
Is used, which can introduce microwaves (power) of a single or multiple frequencies within the range.
【００１３】誘導結合型プラズマ源だけでプラズマを発
生させた場合、誘導結合型プラズマ源に供給される電力
をどんなに増大させても、ある一定レベル以上には誘導
結合プラズマの密度は上昇せず、プラズマ密度分布も不
均一の状態のままとなる。ところが、この誘導結合プラ
ズマにマイクロ波を導入すると、プラズマ密度を上昇で
きると共に、プラズマ密度の均一化も図れる。When the plasma is generated only by the inductively coupled plasma source, no matter how much the power supplied to the inductively coupled plasma source is increased, the density of the inductively coupled plasma does not increase beyond a certain level. The plasma density distribution also remains non-uniform. However, when microwaves are introduced into the inductively coupled plasma, the plasma density can be increased and the plasma density can be made uniform.
【００１４】磁界がない場所または磁界強度が低い場所
では、マイクロ波によるプラズマ発生は難しいが、イオ
ンまたは電子などの荷電粒子が存在すれば、これが種と
なって点火することが可能である。この種となるイオン
または電子は誘導結合プラズマから供給され、比較的簡
単にプラズマの点火がおこり、マイクロ波プラズマが発
生する。In a place where there is no magnetic field or where the magnetic field strength is low, it is difficult to generate plasma by microwaves. However, if charged particles such as ions or electrons are present, they can be used as seeds for ignition. Such ions or electrons are supplied from the inductively coupled plasma, and the plasma is ignited relatively easily to generate microwave plasma.
【００１５】また、誘導結合型プラズマ源の誘導結合ア
ンテナ近傍では、アンテナを流れる電流Ｉ［Ａ］に比例
して次式で与えられる磁束密度Ｂ［Ｔ］の磁界が発生し
ている。 Ｂ＝μ0Ｉ／（２πａ） （１） ここで、μ0は真空の透磁率で、ａ［ｍ］はアンテナ線
の中心からの距離である。つまり、アンテナの極く近傍
ではマイクロ波プラズマの発生と維持をたすける数１０
０ガウスの磁界が発生していると考えて良い。この磁界
は勿論交流磁界であるが、２００倍の周波数のマイクロ
波から見ると、直流磁界とみなせるので、この磁界とマ
イクロ波とによりサイクロトロン共鳴に近い状態が実現
され、これだけでもマイクロ波によるプラズマ発生が容
易におこなわれる。Further, in the vicinity of the inductively coupled antenna of the inductively coupled plasma source, a magnetic field having a magnetic flux density B [T] given by the following equation is generated in proportion to the current I [A] flowing through the antenna. B = μ 0 I / (2πa) (1) Here, μ 0 is the magnetic permeability of vacuum, and a [m] is the distance from the center of the antenna line. That is, in the immediate vicinity of the antenna, several tens of magnitudes for generating and maintaining the microwave plasma are provided.
It can be considered that a magnetic field of 0 Gauss is generated. This magnetic field is, of course, an alternating magnetic field, but when viewed from a microwave having a frequency of 200 times, it can be regarded as a direct current magnetic field. Therefore, a state close to cyclotron resonance is realized by this magnetic field and the microwave, and the generation of plasma by the microwave alone is realized. Is easily performed.
【００１６】更に、マイクロ波は周波数が高いので、高
密度のプラズマ中にもよく浸透し、プラズマ中の電子又
はイオンにマイクロ波のエネルギーが吸収される。殊
に、マイクロ波の波長が誘導結合型プラズマ源で使用す
る高周波の波長よりもずっと短いので（例えば、２.４
５ＧＨｚのマイクロ波の自由空間での波長は１２ｃｍ程
度であるが、１３.５６ＭＨｚの高周波では約２００倍
の波長である）、マイクロ波と高周波とを重畳すれば、
単独のプラズマ発生手段ではだせなかったプラズマの均
一性が達成できる。このように、２種類のプラズマ発生
手段を併用することにより、高密度で大口径かつ均一な
プラズマを発生させることが可能となる。Further, since the microwave has a high frequency, the microwave penetrates well into the high-density plasma, and the energy of the microwave is absorbed by the electrons or ions in the plasma. In particular, since the wavelength of the microwave is much shorter than the wavelength of the high frequency used in the inductively coupled plasma source (eg, 2.4
The wavelength of the microwave of 5 GHz in free space is about 12 cm, but it is about 200 times the wavelength of 13.56 MHz, but if the microwave and the high frequency are superimposed,
It is possible to achieve plasma uniformity that could not be achieved by a single plasma generating means. As described above, by using two types of plasma generating means together, it is possible to generate high-density, large-diameter, uniform plasma.
【００１７】上記発明において、マイクロ波の導入の仕
方としては、誘導結合型プラズマ源の誘導結合アンテナ
近傍に、マイクロ波発生手段のマイクロ波アンテナを配
置する構成があり、この構成では、マイクロ波アンテナ
から直接的にマイクロ波を導入しているので、装置構成
が簡単となる。また、誘導結合型プラズマ源の誘導結合
アンテナ近傍に、マイクロ波発生手段のマイクロ波導波
管を介してマイクロ波を導入するようにしてもよい。更
に、マイクロ波導波管として同軸導波管を用い、この同
軸導波管を誘導結合型プラズマ源の電磁波線路の途中に
結合させて、誘導結合アンテナからマイクロ波と高周波
とを一緒に導入するようにしてもよい。In the above invention, as a method of introducing a microwave, there is a configuration in which a microwave antenna of microwave generation means is arranged near an inductively coupled antenna of an inductively coupled plasma source. Since the microwave is introduced directly from the apparatus, the apparatus configuration is simplified. Further, microwaves may be introduced into the vicinity of the inductively coupled antenna of the inductively coupled plasma source via the microwave waveguide of the microwave generating means. Furthermore, a coaxial waveguide is used as a microwave waveguide, and this coaxial waveguide is coupled in the middle of an electromagnetic wave line of an inductively coupled plasma source so that microwaves and high frequencies are introduced together from an inductively coupled antenna. It may be.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて説明する。図１はプラズマ発生装置の第１の
実施形態を示すもので、マイクロ波とＲＦ波との重畳部
を示す概略構成図であり、図２は図１のプラズマ発生装
置を用いた基板処理装置を示す外観図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a plasma generator, and is a schematic configuration diagram showing a superimposed portion of a microwave and an RF wave. FIG. 2 shows a substrate processing apparatus using the plasma generator of FIG. FIG.
【００１９】図２において、１は真空容器であり、真空
容器１にはガス導入口（図示せず）からプロセスガスが
導入され、真空容器１内は低圧ガスの雰囲気（処理室）
となっている。真空容器１底部には電極２が設けられ、
電極２上には、成膜、エッチングなどの処理がなされる
ウェーハ等の基板３が載置されている。真空容器１の上
方には、マイクロ波とＲＦ波（高周波）とを重畳して、
プラズマを発生させる重畳部（放電室）４が設けられて
いる。In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a vacuum vessel. A process gas is introduced into the vacuum vessel 1 from a gas inlet (not shown), and the inside of the vacuum vessel 1 is a low-pressure gas atmosphere (processing chamber).
It has become. An electrode 2 is provided at the bottom of the vacuum vessel 1,
A substrate 3 such as a wafer on which a process such as film formation and etching is performed is mounted on the electrode 2. Above the vacuum vessel 1, microwaves and RF waves (high frequency) are superimposed,
An overlapping section (discharge chamber) 4 for generating plasma is provided.
【００２０】重畳部４の下部には、図１又は図２に示す
ように、ドーム型石英５が設置されている。ドーム型石
英５は真空容器１上部に気密に取り付けられており、ド
ーム型石英５の下方は真空容器１内と同じ低圧ガス雰囲
気にあり、ドーム型石英５の上方の重畳部４は大気圧と
なっている。ドーム型石英５の上部外周には、ループ状
の誘導結合アンテナ６が配設されており、誘導結合アン
テナ６には、ＲＦ電源（図示せず）から高周波を供給す
るための電磁波線路としての平行二線７が接続されてい
る。また、重畳部４の上壁には導波管８が連結されてお
り、マグネトロン９から発振されたマイクロ波が導波管
８を伝搬して、重畳部４の誘導結合アンテナ６側へと導
入されるようになっている。As shown in FIG. 1 or FIG. 2, a dome-shaped quartz 5 is provided below the overlapping portion 4. The dome-shaped quartz 5 is air-tightly mounted on the upper portion of the vacuum vessel 1, the lower part of the dome-shaped quartz 5 is in the same low-pressure gas atmosphere as in the vacuum vessel 1, and the superposed portion 4 above the dome-shaped quartz 5 is under atmospheric pressure. Has become. A loop-shaped inductive coupling antenna 6 is provided on the outer periphery of the upper part of the dome-shaped quartz 5, and the inductive coupling antenna 6 has a parallel inductive coupling as an electromagnetic wave line for supplying a high frequency from an RF power source (not shown). Two wires 7 are connected. Further, a waveguide 8 is connected to the upper wall of the superposition section 4, and the microwave oscillated from the magnetron 9 propagates through the waveguide 8 and is introduced to the inductive coupling antenna 6 side of the superposition section 4. It is supposed to be.
【００２１】誘導結合アンテナ６は銅製のパイプであ
り、誘導結合アンテナ６には冷却水給排用のビニール製
のパイプ１０が接続されている。なお、１１はパイプ１
０と誘導結合アンテナ６との接続部であり、１２は誘導
結合アンテナ６を支持する絶縁物からなる支持体であ
る。The inductive coupling antenna 6 is a copper pipe, and a vinyl pipe 10 for supplying and discharging cooling water is connected to the inductive coupling antenna 6. 11 is a pipe 1
Reference numeral 12 denotes a connecting portion between the inductively coupled antenna 6 and a support member 12 made of an insulator for supporting the inductively coupled antenna 6.
【００２２】誘導結合アンテナ６に平行二線７から１
３.５６ＭＨｚの高周波を供給すると、ループ状のアン
テナ６を通り抜ける磁束の時間変動によって誘導電界が
発生し、この誘導電界によりドーム型石英５内の電子又
はイオンが加速されて、誘導結合プラズマが発生し放電
が維持される。この誘導結合プラズマに対して、マグネ
トロン９で発振された２.４５ＧＨｚのマイクロ波が導
波管８を通って導入される。導入されたマイクロ波は、
誘導結合プラズマ中の電子又はイオンが種となって容易
に点火が起こり、マイクロ波プラズマが発生する。Two parallel wires 7 to 1 are connected to the inductive coupling antenna 6.
When a high frequency of 3.56 MHz is supplied, an induced electric field is generated due to a time variation of a magnetic flux passing through the loop-shaped antenna 6, and the induced electric field accelerates electrons or ions in the dome-shaped quartz 5 to generate an inductively coupled plasma. Discharge is maintained. A microwave of 2.45 GHz oscillated by the magnetron 9 is introduced into the inductively coupled plasma through the waveguide 8. The introduced microwave is
Electrons or ions in the inductively coupled plasma serve as seeds to easily ignite and generate microwave plasma.
【００２３】更に、１３.５６ＭＨｚの高周波と比べ
て、２.４５ＧＨｚのマイクロ波の波長は１２ｃｍ程度
と極めて短く、しかも高密度のプラズマ中にもよく浸透
して（マイクロ波は金属製の重畳部４の壁面で反射され
て伝搬して重畳部４内にマイクロ波が充満した状態とな
っている。）、プラズマ中の電子又はイオンにマイクロ
波のエネルギーが吸収され、プラズマ密度の均一性が向
上する。Further, compared with a high frequency of 13.56 MHz, the wavelength of a microwave of 2.45 GHz is extremely short, about 12 cm, and penetrates well into a high-density plasma. 4 is reflected and propagated on the wall surface, so that the microwave is filled in the overlapping portion 4.) The energy of the microwave is absorbed by the electrons or ions in the plasma, and the uniformity of the plasma density is improved. I do.
【００２４】また、誘導結合アンテナ６近傍では、アン
テナ６を流れる電流Ｉ［Ａ］に比例して次式で与えられ
る磁束密度Ｂ［Ｔ］の誘導磁界が発生する。 Ｂ＝μ0Ｉ／（２πａ） （１） ここで、μ0は真空の透磁率で、ａ［ｍ］は誘導結合ア
ンテナ６の線の中心からの距離である。従って、誘導結
合アンテナ６の極く近傍では、数１００ガウスの磁界が
発生しており（この磁界は交流磁界ではあるが、２００
倍の周波数のマイクロ波から見ると、直流磁界とみなせ
る）、この磁界とマイクロ波とにより電子サイクロトロ
ン共鳴に近い状態が実現され、マイクロ波によるプラズ
マ発生、維持が更に容易になる。誘導磁界が、例えば１
００ガウスとなるのは、電流Ｉの数値（アンペア単位）
が約５×１０4・ａ（ａはメートル単位）のときであ
る。従って、ａ＝１ｍｍではＩが約５０Ａのとき、ある
いはａ＝５ｍｍではＩが約２５０Ａのとき、１００ガウ
スの磁界が発生する。In the vicinity of the inductive coupling antenna 6, an induction magnetic field having a magnetic flux density B [T] given by the following equation is generated in proportion to the current I [A] flowing through the antenna 6. B = μ 0 I / (2πa) (1) Here, μ 0 is the vacuum permeability, and a [m] is the distance from the center of the line of the inductive coupling antenna 6. Therefore, a magnetic field of several hundred gauss is generated in the immediate vicinity of the inductive coupling antenna 6 (this magnetic field is an AC magnetic field,
When viewed from a microwave of twice the frequency, it can be regarded as a DC magnetic field), and the magnetic field and the microwave realize a state close to electron cyclotron resonance, and the generation and maintenance of plasma by the microwave are further facilitated. If the induced magnetic field is, for example, 1
The value of 00 Gauss is the numerical value of the current I (ampere unit)
Is about 5 × 10 4 · a (a is a unit of meter). Accordingly, a magnetic field of 100 Gauss is generated when I is about 50 A when a = 1 mm or when I is about 250 A when a = 5 mm.
【００２５】このように、高周波とマイクロ波とを重畳
してプラズマを発生させることにより、高密度で大口径
かつ均一なプラズマを発生させることができる。真空容
器（処理室）１内の低圧のプロセスガス（１種又は数種
の化合物ガス、単体ガス）は、プラズマにより励起さ
れ、電極２上の基板３に薄膜形成、あるいはエッチング
がなされる。As described above, by generating a plasma by superposing a high frequency and a microwave, a high-density, large-diameter, uniform plasma can be generated. A low-pressure process gas (one or several types of compound gases, simple gases) in a vacuum chamber (processing chamber) 1 is excited by plasma, and a thin film is formed or etched on the substrate 3 on the electrode 2.
【００２６】図３〜図５は、本発明のプラズマ発生装置
の第２〜第４の実施形態をそれぞれ示すもので、マイク
ロ波とＲＦ波との重畳部を示す概略構成図である。以下
には、上記第１の実施形態との相違点を主に説明する。FIGS. 3 to 5 show the second to fourth embodiments of the plasma generating apparatus according to the present invention, respectively, and are schematic diagrams showing a superposed portion of a microwave and an RF wave. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.
【００２７】図３では、導波管を用いずに、重畳部４の
上壁にマグネトロン９を取り付け、マグネトロン９のマ
イクロ波アンテナ１３から直接的に誘導結合アンテナ６
により生成された誘導プラズマにマイクロ波を導入して
いる。図１のように導波管８を用いずに、直接にマグネ
トロン９からマイクロ波を導入するようにしているの
で、装置構成を簡素化できる。In FIG. 3, the magnetron 9 is attached to the upper wall of the superposition section 4 without using the waveguide, and the inductive coupling antenna 6 is directly transmitted from the microwave antenna 13 of the magnetron 9.
The microwave is introduced into the induction plasma generated by the method. Since the microwave is directly introduced from the magnetron 9 without using the waveguide 8 as shown in FIG. 1, the configuration of the apparatus can be simplified.
【００２８】図４では、マグネトロン９のマイクロ波ア
ンテナ１３から発振されたマイクロ波を導波管１４で導
き、導波管１４の重畳部４への導入部に設けられたマイ
クロ波アンテナ１５によって（導波管１４とマイクロ波
アンテナ１５とによって同軸導波管が構成されてい
る。）、マイクロ波の導波モードを変換して重畳部４の
誘導結合プラズマに導入している。In FIG. 4, the microwave oscillated from the microwave antenna 13 of the magnetron 9 is guided by the waveguide 14 and is introduced by the microwave antenna 15 provided at the introduction portion of the waveguide 14 into the superimposing portion 4 (see FIG. 4). The waveguide 14 and the microwave antenna 15 form a coaxial waveguide.) The waveguide mode of the microwave is converted and introduced into the inductively coupled plasma of the superimposed portion 4.
【００２９】図５では、誘導結合アンテナ６に接続され
た平行二線７に、マイクロ波の同軸導波管１６を結合さ
せている。この実施形態では、同じ平行二線７を高周波
とマイクロ波とが伝搬して誘導結合アンテナ６から放射
されることになり、上記実施形態とは、マイクロ波の投
入の仕方及び導波モードが異なる。In FIG. 5, a microwave coaxial waveguide 16 is coupled to two parallel wires 7 connected to the inductive coupling antenna 6. In this embodiment, the high frequency and the microwave propagate through the same two parallel lines 7 and are radiated from the inductive coupling antenna 6, and the microwave input method and the waveguide mode are different from the above embodiment. .
【００３０】なお、上記実施形態では、ループ状の誘導
結合アンテナ６をドーム型石英５の外周部に設置した
が、低圧ガス雰囲気にあるドーム型石英５の内部に誘導
結合アンテナ６を設けるようにしてもよい。また、ルー
プ状の誘導結合アンテナではなく、図６（１）に示すよ
うなスパイラル状の誘導結合アンテナを真空容器等に設
けて、このスパイラル状の誘導結合アンテナによって発
生した誘導結合プラズマに対して、マイクロ波発生手段
によりマイクロ波を導入するようにしてもよい。あるい
は、円筒石英管や真空容器の外周にヘリカル状に誘導結
合アンテナを巻き付けて誘導結合プラズマを発生させ、
この誘導結合プラズマにマイクロ波を導入するように構
成してもよい。In the above-described embodiment, the loop-shaped inductively coupled antenna 6 is installed on the outer periphery of the dome-shaped quartz 5. You may. Further, instead of a loop-shaped inductively coupled antenna, a spiral inductively coupled antenna as shown in FIG. 6 (1) is provided in a vacuum vessel or the like, and an inductively coupled plasma generated by the spiral inductively coupled antenna is provided. Alternatively, microwaves may be introduced by microwave generation means. Alternatively, an inductively coupled antenna is helically wound around the outer periphery of a cylindrical quartz tube or vacuum vessel to generate inductively coupled plasma,
A microwave may be introduced into the inductively coupled plasma.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
誘導結合型プラズマ源により発生させた誘導結合プラズ
マに対して、マイクロ波発生手段によりマイクロ波を導
入するように構成したので、誘導結合プラズマのイオン
又は電子を種として、マイクロ波は容易に点火し、マイ
クロ波プラズマが発生してプラズマ密度が増大する。更
に、短波長のマイクロ波を導入することにより、プラズ
マ密度の均一性が向上する。このように、高密度で大口
径かつ均一なプラズマを発生させることができるので、
本発明のプラズマ発生装置を、ＣＶＤ装置やエッチング
装置などの半導体製造装置（基板処理装置）に適用すれ
ば、大口径のウェーハ等の基板に対し均一な処理を行う
ことができる。As described in detail above, according to the present invention,
Since the microwave is introduced by the microwave generating means to the inductively coupled plasma generated by the inductively coupled plasma source, the microwave is easily ignited by using the ions or electrons of the inductively coupled plasma as seeds. As a result, microwave plasma is generated and the plasma density increases. Furthermore, by introducing a microwave having a short wavelength, the uniformity of the plasma density is improved. In this way, high-density, large-diameter, uniform plasma can be generated,
If the plasma generating apparatus of the present invention is applied to a semiconductor manufacturing apparatus (substrate processing apparatus) such as a CVD apparatus or an etching apparatus, uniform processing can be performed on a substrate such as a large-diameter wafer.
【００３２】また、有磁場マイクロ波プラズマ源やヘリ
コン波プラズマ源のように空芯コイルを用いていないの
で、装置の大型化を招くことなく、比較的簡便な装置構
成で、大口径かつ均一なプラズマを生成でき、実用性が
高い。Further, since an air-core coil is not used unlike the magnetic field microwave plasma source and the helicon wave plasma source, a relatively simple device configuration, a large-diameter and uniform Plasma can be generated, and practicality is high.
【図１】本発明に係るプラズマ発生装置の第１の実施形
態を示すもので、マイクロ波とＲＦ波との重畳部を示す
概略構成図である。FIG. 1 shows a first embodiment of a plasma generator according to the present invention, and is a schematic configuration diagram showing a superimposed portion of a microwave and an RF wave.
【図２】図１のプラズマ発生装置を用いた、ウェーハ等
の基板に成膜、エッチングなどの処理を施す基板処理装
置を示す外観図である。FIG. 2 is an external view showing a substrate processing apparatus that performs processes such as film formation and etching on a substrate such as a wafer using the plasma generator of FIG.
【図３】本発明に係るプラズマ発生装置の第２の実施形
態を示すもので、マイクロ波とＲＦ波との重畳部を示す
概略構成図である。FIG. 3 shows a second embodiment of the plasma generator according to the present invention, and is a schematic configuration diagram showing a superposition portion of a microwave and an RF wave.
【図４】本発明に係るプラズマ発生装置の第３の実施形
態を示すもので、マイクロ波とＲＦ波との重畳部を示す
概略構成図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a third embodiment of the plasma generator according to the present invention, and is a schematic configuration diagram showing a superimposed portion of a microwave and an RF wave.
【図５】本発明に係るプラズマ発生装置の第４の実施形
態を示すもので、マイクロ波とＲＦ波との重畳部を示す
概略構成図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of the plasma generator according to the present invention, and is a schematic configuration diagram showing a superimposed portion of a microwave and an RF wave.
【図６】従来のプラズマ発生装置を用いた基板処理装置
を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a substrate processing apparatus using a conventional plasma generator.
【符号の説明】 １ 真空容器 ２ 電極 ３ 基板 ４ 重畳部 ５ ドーム型石英 ６ 誘導結合アンテナ ７ 平行二線 ８ 導波管 ９ マグネトロン １３ マイクロ波アンテナ １４ 導波管 １５ マイクロ波アンテナ １６ 同軸導波管DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Electrode 3 Substrate 4 Superposition part 5 Domed quartz 6 Inductive coupling antenna 7 Parallel two wires 8 Waveguide 9 Magnetron 13 Microwave antenna 14 Waveguide 15 Microwave antenna 16 Coaxial waveguide
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 啓治 石川県金沢市光が丘２丁目128番地 (72)発明者 小沢 誠 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 (72)発明者 八島 伸二 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BC06 BC10 CA03 CA25 CA26 CA47 EB31 FB02 FB06 5F045 AA09 EB02 EE06 EH02 EH11 EH18 EH19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Keiji Hayashi 2-128 Mitsugaoka, Kanazawa City, Ishikawa Prefecture (72) Inventor Makoto Ozawa 3-14-20 Higashinakano, Nakano-ku, Tokyo Kokusai Electric Co., Ltd. (72) Invention Person Shinji Yashima 3-14-20 Higashinakano, Nakano-ku, Tokyo F-term in Kokusai Electric Corporation (reference) 4G075 AA24 BC06 BC10 CA03 CA25 CA26 CA47 EB31 FB02 FB06 5F045 AA09 EB02 EE06 EH02 EH11 EH18 EH19
Claims (4)
により発生させた誘導結合プラズマに対して、マイクロ
波発生手段によりマイクロ波を導入するように構成した
ことを特徴とするプラズマ発生装置。1. A plasma generator characterized in that microwaves are introduced by microwave generation means into inductively coupled plasma generated by an inductively coupled plasma source in a low-pressure gas atmosphere.
テナ近傍に、前記マイクロ波発生手段のマイクロ波アン
テナを配置したことを特徴とする請求項１記載のプラズ
マ発生装置。2. The plasma generating apparatus according to claim 1, wherein a microwave antenna of said microwave generating means is arranged near an inductively coupled antenna of said inductively coupled plasma source.
テナ近傍に、前記マイクロ波発生手段のマイクロ波導波
管を介してマイクロ波を導入するようにしたことを特徴
とする請求項１記載のプラズマ発生装置。3. The plasma according to claim 1, wherein a microwave is introduced into the vicinity of the inductively coupled antenna of the inductively coupled plasma source via a microwave waveguide of the microwave generating means. Generator.
用い、この同軸導波管を前記誘導結合型プラズマ源の電
磁波線路の途中に結合させたことを特徴とする請求項３
記載のプラズマ発生装置。4. The microwave waveguide according to claim 3, wherein a coaxial waveguide is used, and said coaxial waveguide is coupled in the middle of an electromagnetic wave line of said inductively coupled plasma source.
The plasma generator according to the above.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10217436A JP2000048998A (en) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | Plasma generator |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP10217436A JP2000048998A (en) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | Plasma generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000048998A true JP2000048998A (en) | 2000-02-18 |
Family
ID=16704208
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10217436A Pending JP2000048998A (en) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | Plasma generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000048998A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003013198A1 (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-13 | Plasmart Co. Ltd | Antenna structure for inductively coupled plasma generator |
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| KR100988085B1 (en) * | 2003-06-24 | 2010-10-18 | 삼성전자주식회사 | High density plasma processing apparatus |
-
1998
- 1998-07-31 JP JP10217436A patent/JP2000048998A/en active Pending
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