JP2800766B2 - Plasma processing method and apparatus - Google Patents
Plasma processing method and apparatusInfo
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- JP2800766B2 JP2800766B2 JP8060625A JP6062596A JP2800766B2 JP 2800766 B2 JP2800766 B2 JP 2800766B2 JP 8060625 A JP8060625 A JP 8060625A JP 6062596 A JP6062596 A JP 6062596A JP 2800766 B2 JP2800766 B2 JP 2800766B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は低温プラズマを用い
た半導体素子の製造に係り、特にＣＶＤ、エッチング、
スパッタ、アッシング等の各技術の高速でかつ均一な処
理に好適なプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】低温プラズマを用いた装置を大別すれ
ば、真空中で平行平板の電極の一方に１０ＫHz〜３０Ｍ
Hz程度の高周波電圧を印加して、プラズマを発生させる
技術を用いるもの（半導体研究１８；Ｐ１２１〜Ｐ１７
０，半導体研究１９；Ｐ２２５〜Ｐ２６７）と、２.４
５ＧHzのマイクロ波を真空室へ導入してプラズマを発生
させる技術を用いるものがある。従来、これらの内で平
行平板電極による技術が主として用いられてきた。
【０００３】一方、半導体素子の微細化に伴い、プラズ
マ処理時に発生するイオンの衝撃により素子特性が影響
を受けることが問題になってきた。更に、処理能力の向
上のために処理速度を上げることが要請されている。
【０００４】処理速度を高める場合、単にプラズマの密
度あるいはラジカル（イオン化直前の活性粒子）濃度を
高めるだけでは不十分である。プラズマ処理によるドラ
イエッチングや、プラズマＣＶＤではイオンのエネルギ
ーが重要な役割をはたしている。ドライエッチングの場
合、イオンのエネルギーが大きすぎると下地の膜が削ら
れたり結晶構造に影響を与え、素子特性が劣化する。ま
た小さすぎるとエッチング面に形成されるポリマーの除
去が十分行われず、エッチング速度が低下する。または
逆にポリマーによる保護膜が形成されず、パターンの側
面がエッチングされ、パターンの寸法精度が悪くなると
いった問題を発生する。
【０００５】プラズマＣＶＤでもイオンのエネルギーが
弱いと膜組成が粗となり、エネルギーが強いと密になる
というようにイオンエネルギーが成膜に影響する。
【０００６】したがってプラズマの高密度化と、イオン
エネルギーを適正に制御することが、今後のプラズマ処
理に不可欠である。公知例として特開昭５６−１３４８
０，特開昭５６−９６８４１号公報に示されるようなマ
イクロ波を用いた方式が提案されている。
【０００７】マイクロ波によりプラズマを発生させる場
合、マグネトロンにより発生したマイクロ波を低圧にし
たプラズマ発生室に放射しても、マイクロ波の電界強度
が十分でないため電子に十分なエネルギーが供給され
ず、プラズマを発生させることは困難である。したがっ
てマイクロ波によりプラズマを発生させるためには、電
子が磁場と垂直な平面を回転するサイクロトロン周波数
とマイクロ波の周波数を合致させ共鳴状態にして電子に
エネルギーを供給する方法と、マイクロ波を空胴共振器
に放射してマイクロ波の振幅を大きくし、電界強度を強
めて電子にエネルギーを供給する方法の２つがある。前
者が特開昭５６−１３４８０号公報に示されたもので有
磁場マイクロ波、あるいはＥＣＲ（Electron Cyclotron
Resonance)法とよばれている。後者は特開昭５６−９
６８４１号公報に示されたものである。
【０００８】マイクロ波により発生したプラズマはマイ
クロ波より電子へ直接エネルギーを供給されるために、
プラズマと基板との間に形成されるシース間電圧はほと
んど変化しない。したがって基板を載せる電極に高周波
電圧を印加し、シース間電圧を任意にコントロールする
ことにより、高速化に必要な高いプラズマ密度と適正な
イオンエネルギーに制御できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理ではイオ
ンのエネルギーが重要な役割をはたすことをさきに述べ
た。
【００１０】従来技術の中でＥＣＲ方式では、特開昭５
６−１３４８０号公報に示されるように、基板を載せた
電極に高周波電圧を印加すると、この電極の対向する側
にはアース電極がないため、高周波電流は周囲処理室と
の間に流れ、基板上でのイオンエネルギーの効果が基板
周囲で強く中心部で弱くなり、基板全体を均一な条件で
処理できないという問題があった。
【００１１】また空胴共振器を使った方式では、共振器
の中でプラズマを発生させる構造のため、プラズマが発
生すると、マイクロ波の波長がプラズマの密度により変
化するため、共振条件が満たされず、プラズマが不安定
になるという問題があった。即ち、プラズマが発生する
までは共振条件が満足されているためマイクロ波の電界
強度が強くなりプラズマが発生する。しかしプラズマが
発生しプラズマ密度が高くなると、マイクロ波の波長が
変わり共振条件が満たされなくなって電界強度が小さく
なる。そして電子へのエネルギーの供給が低下しプラズ
マ密度が低下する。プラズマ密度が低下すると共振条件
が満たされ、ふたたびプラズマ密度が高まる。このよう
な現象のためプラズマを安定に発生させることは困難で
あった。また、これらのプラズマから基板に入射するイ
オンのエネルギーを制御するため、高周波電圧印加電極
を空胴共振器内に設けると、マイクロ波の反射等が発生
し、プラズマがさらに不安定になるという問題があっ
た。
【００１２】本発明の目的は、安定で高密度なプラズマ
を発生させるとともに、基板に入射するイオンのエネル
ギーが、基板全体で均一にできるようにすることであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】一般に、導波管あるいは
導波管の一種と考えられる空胴共振器内をマイクロ波が
進行する場合、導波管の表面には、電場，磁場に対応し
た電流が流れる。
【００１４】したがってこの電流を横切るように導波管
の一部にスリットを設けると、スリットの両端に電荷が
たまり、これがマイクロ波の進行に伴って変化すること
からスリット両端間の電界が変化し導波管の外部にマイ
クロ波が放射される。
【００１５】前記目的を達成するために、本発明では上
記した原理に基づいて、プラズマ処理装置を、マイクロ
波発生源と、このマイクロ波発生源から供給されたマイ
クロ波を大気中で共振させる空胴共振器手段と、マイク
ロ波の波長の半分以上の長さを有して空胴共振器手段で
共振させたマイクロ波を放射する複数のスリットを平板
上に配置したスリット手段と、内部に基板を設置し所定
の圧力に維持された状態でスリット手段から放射された
マイクロ波を導入するプラズマ処理室手段と、このプラ
ズマ処理室手段の内部を大気から分離して真空に封止し
マイクロ波を透過する分離手段と、プラズマ処理室手段
の内部に磁場を形成する磁場形成手段と、プラズマ処理
室の内部にガスを供給するガス供給手段とを備え、プラ
ズマ処理室手段の内部の磁場発生手段で形成した磁場中
にスリット手段から放射されたマイクロ波を導入するこ
とによりにプラズマを発生させ、ガス供給手段でガスを
供給しながら発生させたプラズマにより基板を処理する
構成とした。
【００１６】従来のＥＣＲ方式では導波管の開口部より
直接マイクロ波をプラズマ発生室に放射する構成となっ
ていて、プラズマ発生室と導波管の開口部の間にアース
電極を設置すると、マイクロ波がアース電極で反射さ
れ、プラズマ発生室に供給できなかったが、本発明で
は、導波管の端面を閉じた構造とし、この端面にマイク
ロ波を放射するスリットを設けた。そして必要に応じ
て、この導波管の端面をアース電位になるようにした。
【００１７】スリットの開口面積は導波管の端面全体の
1/3 程にすることができる。したがって基板を載せた電
極に高周波電圧を印加した場合、高周波電流は導波管の
端面と電極間に均等に流れ、イオンの効果を基板全面に
対し均等に発生させることができる。またスリットを通
して十分な量のマイクロ波が供給でき、高密度のプラズ
マを発生させることができる。
【００１８】一方、導波管に空胴共振器を接続した場合
には空胴共振器内で共振により振幅を大きくしたマイク
ロ波がスリットを通してプラズマ発生室に放射される。
そのためプラズマ発生室を従来のように空胴共振器構造
にしなくとも、高密度のプラズマを発生させることがで
きる。
【００１９】このため本発明に係る電極構造は従来のよ
うに空胴共振器との関連による制約を受けない。また空
胴共振器内ではプラズマが発生しないため、共振状態の
変化がなく、プラズマを安定に発生させることができ
る。さらに空胴共振器をアース電位に接続することで、
ＥＣＲ方式の場合と同様に、電極に平行な対向電極とす
ることができ、イオンの効果も基板全体に均一に発生さ
せることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図１により
説明する。
【００２１】空胴共振器１はＥ01モードの円形空胴共振
器であり、導波管２を通してマグネトロン３からマイク
ロ波が供給される。導波管２の取付けはＥ01モードとの
結合をよくするため、円形空胴共振器１に対し偏心して
取り付けられている。円形空胴共振器１のもう一方の側
にはセラミックス板４とスリット板５が固定してある。
その下にはプラズマ発生室６が接続してある。尚、セラ
ミックス板４により真空に封止した構造となっている。
【００２２】スリット板５の平面構造は図２ ５ｂに示
すようＥ01モードの電界に対し、直角方向にリング状の
スリット開口部がある。各スリット５ｃの長さは２.４
５ＧHzのマイクロ波を用いた場合、スリットからのマイ
クロ波の放射をよくするため、マイクロ波の1/2 波長に
当る６０mm以上の寸法としている。
【００２３】プラズマ発生室６（図１）には電極７，ガ
ス供給管９，ガス排気管１０が設けてある。電極７は絶
縁材８を介してプラズマ発生室６に固定されており、さ
らに高周波電源１１が接続してある。
【００２４】ガス供給管９には図示しないガス源からプ
ラズマ処理用ガスが設定流量だけ供給できるようになっ
ている。
【００２５】ガス排気管１０には図示しない真空排気ポ
ンプが接続してあり、プラズマ発生室内を１〜１０~3To
rrの圧力にコントロールできるようになっている。
【００２６】マグネトロン３を動作させマイクロ波を発
振させ、導波管２により空胴共振器１に供給する。空胴
共振器内で振幅を大きくしたマイクロ波のエネルギーは
スリット板５のスリットよりプラズマ発生室に放射され
る。プラズマ発生室に放射されたマイクロ波の振幅は空
胴共振器１で大きくなっているため、プラズマ発生室６
が空胴共振器構造でなくともプラズマが点灯し、維持さ
れる。
【００２７】まずエッチングの場合について説明する。
ガス供給管９よりエッチングガスを供給し、ガス排気管
１０より排気し一定圧力として、マイクロ波を供給し
て、スリット板５と電極７の間にマイクロ波によるプラ
ズマを発生させる。マイクロ波はプラズマ中の電子に直
接作用するために、このプラズマと電極７の間の電位差
は２０〜３０Ｖのレベルである。電極７上に処理ウエハ
１２を置き、高周波電源１１より電極７に高周波電圧を
印加する。電極７とスリット板５は平行に設置されてお
り、高周波電流は電極７とスリット５の間に均等に流れ
る。そのため電極とプラズマ間に発生する電界は均等に
なり、ウエハ１２には全面均一なエネルギーのエッチン
グガスのイオンが高周波電圧印加により制御され、入射
する。
【００２８】こられエッチングガスのイオンやプラズマ
中で励起されたエッチングガスの活性種（ラジカル）と
ウエハ１２上の被処理膜が反応しエッチングが進行す
る。
【００２９】この時入射するイオンのエネルギーが均等
であるため、ウエハ全面で均一なエッチングができる。
【００３０】次に本装置によるプラズマＣＶＤへの適用
を説明する。ＳiＨ4およびＮ2，Ｎ2Ｏの混合ガスをガス
供給管９より供給し、プラズマによりＮ2Ｏ，ＳiＨ4を
分解しＳiＯ4を生成し、ウエハ１２上に成膜する。さら
にプラズマからのイオンの入射により膜質が制御され
る。この時イオンの入射エネルギーが均等化できるた
め、ウエハ全面に均質な成膜が行える。
【００３１】本実施例では円形導波管内のマイクロ波モ
ードがＥ01モードではある場合について説明したが、本
発生はこれに限定されるものではない。ただしスリット
が空胴共振器の表面に流れる電流に対し直角方向である
とマイクロ波放射の効率がよいため、Ｈ01モードの場合
は図３に示す構造となり、Ｈ11モードの場合は図４に示
す構造となる。
【００３２】このように本発明によればプラズマ処理に
不可欠なイオンの効果が均等化でき、かつ安定なプラズ
マを発生させることができる効果がある。
【００３３】図１に示す実施例ではプラズマ発生室にマ
イクロ波を放射するだけであるため、発生するプラズマ
密度が１０11cm~3以上になるとマイクロ波が反射され、
それ以上プラズマ密度を高めることはできない。プラズ
マ密度が１０11cm~3以上必要な場合は図５に示すように
コイル１３，コルイ１４により、マイクロ波の放射方向
と平行な磁場１５を設ける。
【００３４】本実施例の場合、マイクロ波の振幅は空胴
共振器１により高められているため、電子サイクロトロ
ンレゾナンスの状態にする必要はなく、必要なプラズマ
密度により磁場強度を選択することができる。またマイ
クロ波の振幅が従来のレゾナンス方式より大きくなるた
め、より真空度の高い領域で安定な放電を立てられる効
果もある。
【００３５】図６に本発明をアッシング処理に適用した
実施例を示す。
【００３６】本実施例は図１に示すものと同一番号の部
分は同じであるため、異なる部分のみ説明する。
【００３７】プラズマ処理室６の内部にはメッシュ板２
０がありウエハ１２はテーブル２１の上に置かれてい
る。
【００３８】ガス供給管９より酸素ガスを供給し、マグ
ネトロン３を動作させ、マイクロ波を供給し、スリット
板５とメッシュ板２０の間にプラズマを発生させる。
【００３９】メッシュ板２０はマイクロ波が透過しない
寸法となっているため、プラズマはメッシュ板５とスリ
ットの間にとじ込められる。酸素ガスはプラズマにより
ラジカル状態となり、メッシュ板２０を通してウエハ１
２上に供給される。この酸素ラジカルにより、ウエハ上
のレジスト膜がアッシング処理される。
【００４０】以上示した実施例では円形空胴共振器とス
リット板を組合せたものについて説明してきたが、本発
明はこれに限定されるものではない。
【００４１】図７にスパッタ装置に適用した例を説明す
る。
【００４２】処理室３３はセラミックス製であり図示し
ないガス供給口、ガス排気口により処理室内を１０~4To
rr〜１０~2Torrの圧力に制御できるようになっている。
【００４３】処理室３３内にはターゲット３４とウエハ
テーブル３６がある。ターゲットには高周波電源３５が
接続されており、ウエハテーブル３６はアースに接続さ
れている。処理室３３の外側にはシールド室４０と矩形
リング状の共振器３１ａが設けられている。
【００４４】リング状共振器は矩形導波管をリングにし
たもので、リングの周長を管内波長の1/2 の整数倍にし
ている。リング状導波管の一部には終端壁を設け、共振
するマイクロ波の位置がずれないようにしている。
【００４５】リング状共振器３１ａの平面構造を図８に
示す。共振器３１にはマグネトロン３２，導波管３０よ
りマイクロ波が供給される。シールド室４０（図７）の
外側にはコイル３７，コイル３８があり、カプス磁場４
２を発生する。シールド室はアルミまたはステンレス製
でありマイクロ波を外に出さないが、磁場は通す材料を
用いている。
【００４６】リング状共振器の内側には全周スリット４
３が設けられている。マイクロ波をリング状共振器に供
給すると、共振器内でマイクロ波の振幅が増幅され、振
幅の大きいマイクロ波がスリット４３より処理室３３内
に放射される。
【００４７】処理室３３内にアルゴンガスを導入し１０
~3Ｔorrレべルに保つと、カプス磁場４２にとじ込めら
れたプラズマがターゲット３４とウエハテーブル３６の
間に発生する。次に高周波電源３５より高周波電圧を印
加しアルゴンガスのイオンをターゲットに入射させ、タ
ーゲット材をスパッタしてウエハ３９上に成膜する。本
方式では図５に示す実施例でも述べたように振幅の大き
なマイクロ波により、より真空度の高い条件でも安定し
てプラズマを発生することができ、膜質をよくできる効
果がある。
【００４８】このリング状共振器とスリットを組合せた
方式はスパッタリングのみならず、エッチング，プラズ
マＣＶＤにも用いることができる。
【００４９】図９にエッチングに応用した実施例を示
す。
【００５０】基本構成は図７に説明したスパッタリング
装置と同じであるため、異なる点のみ説明する。
【００５１】処理室３３内には下部電極４６，上部電極
４５があり下部電極は絶縁物４１を介して処理室に固定
され、高周波電源４７より高周波電圧が印加できるよう
になっている。上部電極４５はアースに接続されてい
る。
【００５２】エッチングガスを導入し、処理室３３内を
１０~2Ｔorrレベルの圧力に保ち、マイクロ波をリング
状共振器３１に供給する。マイクロ波の振幅は増幅され
スリット４３より処理室内に放射され、上部電極４５と
下部電極４６の間にマイクロ波によるプラズマが発生す
る。
【００５３】下部電極４６に高周波電圧を印加すると、
平行な電極間に高周波電流が均等に流れ、ウエハ３９に
入射するイオンは均等なシース間電位差で加速されウエ
ハ全面で均一なエッチング処理特性を得ることができ
る。
【００５４】以上述べたように本発明によれば、マイク
ロ波を用いてプラズマを発生させる際に、ウエハを処理
する電極と対向する面にも電極を設置することができ
る。このため均一なプラズマ処理が可能となる。更に、
プラズマ発生室を空胴共振器の構造にする必要がないた
め、電極構造，プラズマ発生室の構造に制約がなくなる
効果がある。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、マイクロ波発生源で発
生したマイクロ波を、大気中で共振させて振幅を大きく
してスリット手段から処理室内に放射し処理室内にプラ
ズマを発生させるので、マイクロ波を共振させる部分と
プラズマを発生させる部分とが分離され、処理室内に高
密度のプラズマを安定に発生させることが可能となる。
また、スリット手段のスリットを円弧状に複数配置する
ことにより、被処理物に対するプラズマ中のイオンやラ
ジカルの効果を均一に発生させることができるので、上
記高密度プラズマ中においても被処理物を均一に処理す
ることが可能となる。
【００５６】この結果、高速で最適なイオンエネルギー
によるプラズマ処理が可能となる。更に、半導体ウエハ
の微細パターンを高精度、高速でかつ損傷を少なくして
形成できる。更にまた、均一な成膜を高速に行えるとい
う効果がある。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices using low-temperature plasma, and more particularly to CVD, etching, and the like.
The present invention relates to a plasma processing apparatus suitable for high-speed and uniform processing of various techniques such as sputtering and ashing. 2. Description of the Related Art An apparatus using low-temperature plasma can be roughly classified into 10 KHz to 30 M
Using a technique of generating a plasma by applying a high frequency voltage of about Hz (Semiconductor Research 18; P121 to P17)
0, Semiconductor Research 19; P225-P267), 2.4
There is a technique using a technique of generating a plasma by introducing a microwave of 5 GHz into a vacuum chamber. Conventionally, the technique using parallel plate electrodes has been mainly used among them. On the other hand, with the miniaturization of semiconductor devices, there has been a problem in that device characteristics are affected by the impact of ions generated during plasma processing. Further, it is required to increase the processing speed in order to improve the processing capacity. To increase the processing speed, simply increasing the density of plasma or the concentration of radicals (active particles immediately before ionization) is not sufficient. In dry etching by plasma processing and plasma CVD, the energy of ions plays an important role. In the case of dry etching, if the energy of the ions is too large, the underlying film is shaved or affects the crystal structure, and the device characteristics are degraded. On the other hand, if it is too small, the polymer formed on the etched surface will not be sufficiently removed, and the etching rate will decrease. Or conversely, a protective film made of a polymer is not formed, and the side surface of the pattern is etched, resulting in a problem that the dimensional accuracy of the pattern deteriorates. [0005] Even in plasma CVD, the ion energy affects the film formation such that the film composition becomes coarse if the energy of the ions is weak, and the film composition becomes dense if the energy is strong. Therefore, it is indispensable for the future plasma processing to increase the density of the plasma and properly control the ion energy. As a well-known example, JP-A-56-1348
0, a system using microwaves as disclosed in JP-A-56-96841 has been proposed. In the case of generating plasma by microwaves, even if microwaves generated by a magnetron are radiated to a plasma generation chamber at a low pressure, sufficient energy is not supplied to electrons due to insufficient electric field strength of the microwaves. It is difficult to generate plasma. Therefore, in order to generate plasma by microwaves, there is a method of supplying energy to electrons by matching the frequency of the microwave with the cyclotron frequency at which the electrons rotate on a plane perpendicular to the magnetic field and supplying energy to the electrons in a resonant state, and There are two methods of supplying the energy to the electrons by radiating the microwaves to the resonator to increase the amplitude of the microwave and increasing the electric field strength. The former is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-13480 and has a magnetic field microwave or ECR (Electron Cyclotron).
Resonance) method. The latter is disclosed in JP-A-56-9
No. 6841. [0008] Since the plasma generated by the microwave is directly supplied with energy from the microwave to the electrons,
The voltage between the sheaths formed between the plasma and the substrate hardly changes. Therefore, by applying a high-frequency voltage to the electrode on which the substrate is mounted and arbitrarily controlling the inter-sheath voltage, it is possible to control the plasma density and the appropriate ion energy necessary for high-speed operation. It has been mentioned above that the energy of ions plays an important role in plasma processing. In the prior art, the ECR system is disclosed in
As shown in JP-A-6-1480, when a high-frequency voltage is applied to an electrode on which a substrate is mounted, a high-frequency current flows between the electrode and the surrounding processing chamber because there is no ground electrode on the opposite side of the electrode. There is a problem that the effect of the above ion energy becomes strong around the substrate and weak at the center, so that the entire substrate cannot be processed under uniform conditions. In the method using a cavity resonator, since the plasma is generated in the resonator, when the plasma is generated, the wavelength of the microwave changes according to the density of the plasma, so that the resonance condition is not satisfied. However, there is a problem that the plasma becomes unstable. That is, since the resonance condition is satisfied until the plasma is generated, the electric field strength of the microwave is increased and the plasma is generated. However, when plasma is generated and the plasma density is increased, the wavelength of the microwave changes and the resonance condition is no longer satisfied, and the electric field intensity decreases. Then, the supply of energy to the electrons decreases, and the plasma density decreases. When the plasma density decreases, the resonance condition is satisfied, and the plasma density increases again. Due to such a phenomenon, it has been difficult to generate plasma stably. In addition, if a high-frequency voltage application electrode is provided in the cavity resonator to control the energy of ions incident on the substrate from the plasma, microwave reflection occurs and the plasma becomes more unstable. was there. It is an object of the present invention to generate stable and high-density plasma and to make the energy of ions incident on the substrate uniform over the entire substrate. In general, when a microwave travels in a cavity or a cavity which is considered to be a kind of a waveguide, an electric field, a magnetic field, and the like are formed on the surface of the waveguide. The current corresponding to flows. Therefore, when a slit is provided in a part of the waveguide so as to cross this current, electric charges accumulate at both ends of the slit and change with the progress of the microwave, so that the electric field between both ends of the slit changes. Microwaves are emitted outside the waveguide. [0015] To achieve the above object, the above in the present invention
Based on the serial and principles, the plasma processing apparatus, a microwave source, a cavity resonator means the microwave supplied from the microwave generation source to resonate in the air, more than half the wavelength of the microwave Slit means in which a plurality of slits having a length and emitting microwaves resonated by the cavity resonator means are arranged on a flat plate, and a slit means in which a substrate is placed inside and maintained at a predetermined pressure Plasma processing chamber means for introducing the microwaves radiated from the plasma processing chamber means, separation means for separating the inside of the plasma processing chamber means from the atmosphere, sealing it in a vacuum and transmitting microwaves, and a magnetic field inside the plasma processing chamber means And a gas supply unit for supplying gas to the inside of the plasma processing chamber, wherein the slit unit is disposed in a magnetic field formed by the magnetic field generation unit inside the plasma processing chamber unit. The emitted plasma is generated in by introducing a microwave, and a configuration for processing a substrate by plasma generated while supplying gas at a gas supply means. In the conventional ECR system, microwaves are directly radiated from the opening of the waveguide to the plasma generation chamber. When an earth electrode is provided between the plasma generation chamber and the opening of the waveguide, Although the microwave was reflected by the ground electrode and could not be supplied to the plasma generation chamber, the present invention has a structure in which the end face of the waveguide is closed, and a slit for emitting microwaves is provided on this end face. If necessary, the end face of the waveguide was set to the ground potential. The opening area of the slit is equal to the entire end face of the waveguide.
It can be reduced to about 1/3. Therefore, when a high-frequency voltage is applied to the electrode on which the substrate is mounted, the high-frequency current flows evenly between the end face of the waveguide and the electrode, and the effect of ions can be generated uniformly over the entire surface of the substrate. Also, a sufficient amount of microwaves can be supplied through the slit, and high-density plasma can be generated. On the other hand, when a cavity resonator is connected to the waveguide, a microwave whose amplitude is increased by resonance in the cavity resonator is radiated to the plasma generation chamber through the slit.
Therefore, high-density plasma can be generated without having a plasma generation chamber having a cavity resonator structure as in the related art. For this reason, the electrode structure according to the present invention is not restricted by the relationship with the cavity resonator as in the related art. Further, since no plasma is generated in the cavity resonator, there is no change in the resonance state, and the plasma can be generated stably. Furthermore, by connecting the cavity resonator to the earth potential,
As in the case of the ECR method, a counter electrode parallel to the electrode can be used, and the effect of ions can be uniformly generated on the entire substrate. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The cavity resonator 1 is a circular cavity resonator of E01 mode, and a microwave is supplied from a magnetron 3 through a waveguide 2. The waveguide 2 is mounted eccentrically with respect to the circular cavity resonator 1 in order to improve the coupling with the E01 mode. On the other side of the circular cavity resonator 1, a ceramics plate 4 and a slit plate 5 are fixed.
A plasma generation chamber 6 is connected underneath. In addition, it has a structure sealed in a vacuum by the ceramic plate 4. The planar structure of the slit plate 5 whereas electric field E 01 modes as shown in FIG. 2 5b, there is a slit opening annular perpendicularly. The length of each slit 5c is 2.4
When a microwave of 5 GHz is used, in order to improve the radiation of the microwave from the slit, the size is set to 60 mm or more, which corresponds to a half wavelength of the microwave. The plasma generating chamber 6 (FIG. 1) is provided with an electrode 7, a gas supply pipe 9, and a gas exhaust pipe 10. The electrode 7 is fixed to the plasma generation chamber 6 via an insulating material 8, and further connected to a high frequency power supply 11. The gas supply pipe 9 can be supplied with a set flow rate of a plasma processing gas from a gas source (not shown). A vacuum exhaust pump (not shown) is connected to the gas exhaust pipe 10, and the inside of the plasma generation chamber is 1 to 10 to 3
The pressure can be controlled to rr. The magnetron 3 is operated to oscillate a microwave, which is supplied to the cavity resonator 1 by the waveguide 2. The energy of the microwave whose amplitude is increased in the cavity resonator is radiated from the slit of the slit plate 5 to the plasma generation chamber. Since the amplitude of the microwave radiated into the plasma generation chamber is large in the cavity 1, the plasma generation chamber 6
Does not have a cavity structure, the plasma is turned on and maintained. First, the case of etching will be described.
An etching gas is supplied from a gas supply pipe 9, exhausted from a gas exhaust pipe 10, and a microwave is supplied at a constant pressure to generate plasma between the slit plate 5 and the electrode 7 by the microwave. Since the microwave acts directly on the electrons in the plasma, the potential difference between the plasma and the electrode 7 is at a level of 20 to 30V. The processing wafer 12 is placed on the electrode 7, and a high-frequency voltage is applied to the electrode 7 from the high-frequency power supply 11. The electrode 7 and the slit plate 5 are installed in parallel, and high-frequency current flows evenly between the electrode 7 and the slit 5. Therefore, the electric field generated between the electrode and the plasma becomes uniform, and the ions of the etching gas having uniform energy on the entire surface are controlled by the application of the high-frequency voltage and enter the wafer 12. The ions of the etching gas and the active species (radicals) of the etching gas excited in the plasma react with the film to be processed on the wafer 12 and the etching proceeds. At this time, since the energy of the incident ions is uniform, uniform etching can be performed on the entire surface of the wafer. Next, application of the present apparatus to plasma CVD will be described. A mixed gas of SiH 4 and N 2 , N 2 O is supplied from a gas supply pipe 9, N 2 O and SiH 4 are decomposed by plasma to generate SiO 4 , and a film is formed on the wafer 12. Further, the film quality is controlled by the incidence of ions from the plasma. At this time, since the incident energy of ions can be equalized, a uniform film can be formed on the entire surface of the wafer. [0031] In the present embodiment has been described a case where the microwave mode of the circular waveguide is a E 01 mode, the generator is not limited thereto. However, since it is the efficiency of the microwave radiation when there to the current slit flows on the surface of the cavity resonator in a direction perpendicular, in the case of H 01 mode becomes the structure shown in FIG. 3, in the case of H 11 mode in FIG. 4 The structure is as shown. As described above, according to the present invention, the effects of ions indispensable for plasma processing can be equalized, and stable plasma can be generated. In the embodiment shown in FIG. 1, microwaves are only radiated to the plasma generation chamber, so that when the density of the generated plasma becomes 10 11 cm- 3 or more, the microwaves are reflected,
No further increase in plasma density is possible. When the plasma density is required to be 10 11 cm- 3 or more, a magnetic field 15 parallel to the microwave radiation direction is provided by the coil 13 and the coil 14 as shown in FIG. In the case of this embodiment, since the amplitude of the microwave is increased by the cavity resonator 1, it is not necessary to set the state of electron cyclotron resonance, and the magnetic field intensity can be selected according to the required plasma density. . Further, since the amplitude of the microwave becomes larger than that of the conventional resonance method, there is also an effect that a stable discharge can be established in a region with a higher degree of vacuum. FIG. 6 shows an embodiment in which the present invention is applied to an ashing process. In the present embodiment, the parts having the same numbers as those shown in FIG. 1 are the same, and only different parts will be described. The mesh plate 2 is placed inside the plasma processing chamber 6.
0 and the wafer 12 is placed on the table 21. Oxygen gas is supplied from the gas supply pipe 9, the magnetron 3 is operated, microwaves are supplied, and plasma is generated between the slit plate 5 and the mesh plate 20. Since the mesh plate 20 is sized not to transmit microwaves, plasma is trapped between the mesh plate 5 and the slit. The oxygen gas is turned into a radical state by the plasma, and the wafer 1 passes through the mesh plate 20.
2 is supplied. The resist film on the wafer is ashed by the oxygen radicals. In the above-described embodiment, a combination of a circular cavity resonator and a slit plate has been described, but the present invention is not limited to this. FIG. 7 shows an example applied to a sputtering apparatus. The processing chamber 33 is a gas supply port (not shown) is made of ceramic, and 10 a process chamber by a gas outlet 4 the To
The pressure can be controlled at rr to 10 to 2 Torr. In the processing chamber 33, there are a target 34 and a wafer table 36. A high frequency power supply 35 is connected to the target, and the wafer table 36 is connected to ground. Outside the processing chamber 33, a shield chamber 40 and a rectangular ring-shaped resonator 31a are provided. The ring resonator is a rectangular waveguide formed into a ring, and the circumference of the ring is set to an integral multiple of 1/2 of the guide wavelength. A terminal wall is provided in a part of the ring-shaped waveguide so that the position of the resonating microwave does not shift. FIG. 8 shows a planar structure of the ring resonator 31a. Microwaves are supplied to the resonator 31 from the magnetron 32 and the waveguide 30. A coil 37 and a coil 38 are provided outside the shield chamber 40 (FIG. 7).
2 is generated. The shield chamber is made of aluminum or stainless steel and does not emit microwaves, but uses a material that allows magnetic fields to pass through. The whole circumference slit 4 is provided inside the ring-shaped resonator.
3 are provided. When the microwave is supplied to the ring-shaped resonator, the amplitude of the microwave is amplified in the resonator, and the microwave having a large amplitude is radiated into the processing chamber 33 from the slit 43. Argon gas was introduced into the processing chamber
When maintained at ~ 3 Torr level, plasma trapped in the caps field 42 is generated between the target 34 and the wafer table 36. Next, a high-frequency voltage is applied from a high-frequency power supply 35, ions of argon gas are made incident on the target, and the target material is sputtered to form a film on the wafer 39. In this method, as described in the embodiment shown in FIG. 5, a microwave having a large amplitude can stably generate plasma even under a condition of a higher degree of vacuum, and has an effect of improving the film quality. The method combining the ring resonator and the slit can be used not only for sputtering but also for etching and plasma CVD. FIG. 9 shows an embodiment applied to etching. Since the basic configuration is the same as that of the sputtering apparatus shown in FIG. 7, only different points will be described. A lower electrode 46 and an upper electrode 45 are provided in the processing chamber 33, and the lower electrode is fixed to the processing chamber via an insulator 41 so that a high frequency voltage can be applied from a high frequency power supply 47. The upper electrode 45 is connected to the ground. An etching gas is introduced, the inside of the processing chamber 33 is maintained at a pressure of 10 to 2 Torr, and microwaves are supplied to the ring-shaped resonator 31. The amplitude of the microwave is amplified and radiated into the processing chamber through the slit 43, and a plasma is generated between the upper electrode 45 and the lower electrode 46 by the microwave. When a high-frequency voltage is applied to the lower electrode 46,
A high-frequency current uniformly flows between the parallel electrodes, and ions incident on the wafer 39 are accelerated by a uniform potential difference between the sheaths, so that uniform etching characteristics can be obtained over the entire surface of the wafer. As described above, according to the present invention, when plasma is generated using microwaves, electrodes can be provided also on the surface facing the electrode for processing the wafer. Therefore, uniform plasma processing can be performed. Furthermore,
Since it is not necessary for the plasma generation chamber to have a cavity resonator structure, there is an effect that there is no restriction on the electrode structure and the structure of the plasma generation chamber. According to the present invention, the microwave generated by the microwave generation source is resonated in the atmosphere to increase the amplitude, and is radiated into the processing chamber from the slit means to generate plasma in the processing chamber. Therefore, the portion for resonating the microwave and the portion for generating the plasma are separated from each other, and it is possible to stably generate high-density plasma in the processing chamber.
Further, by arranging a plurality of slits of the slit means in an arc shape, it is possible to uniformly generate the effect of ions and radicals in the plasma on the object to be processed. Can be processed. As a result, it is possible to perform plasma processing at high speed with optimum ion energy. Further, a fine pattern of a semiconductor wafer can be formed with high precision, at high speed, and with less damage. Furthermore, there is an effect that uniform film formation can be performed at high speed.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の斜視図である。
【図２】図１の実施例で用いられるスリットの平面図で
ある。
【図３】図２のスリットの別の実施例の平面図である。
【図４】図２のスリットの第３の実施例の平面図であ
る。
【図５】本発明の別の実施例の断面図である。
【図６】本発明を灰化装置に適用したときの一実施例の
断面図である。
【図７】本発明をスパッタ装置に適用したときの一実施
例の断面図である。
【図８】図７のスパッタ装置で用いられた共振器の平面
図である。
【図９】本発明をエッチング又はＣＶＤ装置に適用した
ときの一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…空胴共振器、
５…スリット板、
６…プラズマ発生室、
７…電極、
１１…高周波電源、
３１…リング状共振器、
３３…処理室、
３４…ターゲット、
３６…ウエハテーブル、
３５…高周波電源。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a slit used in the embodiment of FIG. FIG. 3 is a plan view of another embodiment of the slit of FIG. 2; FIG. 4 is a plan view of a third embodiment of the slit of FIG. 2; FIG. 5 is a sectional view of another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view of an embodiment when the present invention is applied to an incinerator. FIG. 7 is a sectional view of an embodiment when the present invention is applied to a sputtering apparatus. FIG. 8 is a plan view of a resonator used in the sputtering apparatus of FIG. FIG. 9 is a sectional view showing an embodiment when the present invention is applied to an etching or CVD apparatus. [Description of References] 1 ... cavity resonator, 5 ... slit plate, 6 ... plasma generation chamber, 7 ... electrode, 11 ... high frequency power supply, 31 ... ring resonator, 33 ... processing chamber, 34 ... target, 36 ... Wafer table, 35 ... High frequency power supply.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ａ (56)参考文献 特開 昭57−82474（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−119729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−134423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−119425（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−13575（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 C23F 4/00──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01L 21/3065 H05H 1/46 B H05H 1/46 H01L 21/302 A A) JP-A-59-119729 (JP, A) JP-A-60-134423 (JP, A) JP-A-56-119425 (JP, A) JP-A-62-13575 (JP, A) (58) Survey Field (Int.Cl. 6 , DB name) C23C 14/00-14/58 C23C 16/00-16/56 C23F 4/00
Claims (1)
されたマイクロ波を大気中で共振させる空胴共振器手段
と、前記マイクロ波の波長の半分以上の長さを有して前
記空胴共振器手段で共振させた前記マイクロ波を放射す
る複数のスリットを平板上に配置したスリット手段と、
内部に基板を設置し所定の圧力に維持された状態で前記
スリット手段から放射されたマイクロ波を導入するプラ
ズマ処理室手段と、該プラズマ処理室手段の内部を大気
から分離して真空に封止し前記マイクロ波を透過する分
離手段と、前記プラズマ処理室手段の内部に磁場を形成
する磁場形成手段と、前記プラズマ処理室の内部にガス
を供給するガス供給手段とを備え、前記プラズマ処理室
手段の内部の前記磁場発生手段で形成した磁場中に前記
スリット手段から放射された前記マイクロ波を導入する
ことによりにプラズマを発生させ、前記ガス供給手段で
ガスを供給しながら前記発生させたプラズマにより前記
基板を処理することを特徴とするプラズマ処理装置。 ２．前記プラズマ処理室の内部の磁場が、該磁場の磁力
線の向きが前記マイクロ波を導入する方向と平行な方向
に向くように形成されていることを特徴とする請求項１
記載のプラズマ処理装置。 ３．マイクロ波発生源と、該マイクロ波発生源から供給
されるマイクロ波の波長の半分以上の長さを有して前記
マイクロ波を放射する複数のスリットを平板上に配置し
たスリット手段と、内部に基板を設置し所定の圧力に維
持された状態で前記スリット手段から放射されたマイク
ロ波を導入するプラズマ処理室手段と、該プラズマ処理
室手段の内部を大気から分離して真空に封止し前記マイ
クロ波を透過する分離手段と、前記プラズマ処理室の内
部に磁場を形成する磁場形成手段とを備え、、前記プラ
ズマ処理室の内部にガスを供給するガス供給手段とを備
え、前記プラズマ処理室手段の内部の前記磁場発生手段
で形成した磁場中に前記スリット手段から放射された前
記マイクロ波を導入することによりにプラズマを発生さ
せ、前記ガス供給手段でガスを供給しながら前記発生さ
せたプラズマにより前記基板を処理することを特徴とす
るプラズマ処理装置。 ４．マイクロ波発生源と、該マイクロ波発生源から供給
されるマイクロ波を放射する複数のスリットを有するス
リット手段と、内部に基板を設置し所定の圧力に維持さ
れた状態で前記スリット手段から放射されたマイクロ波
を導入するプラズマ処理室手段と、該プラズマ処理室手
段の内部を大気から分離して真空に封止し前記マイクロ
波を透過する分離手段と、前記プラズマ処理室の内部に
磁場を形成する磁場形成手段と、前記プラズマ処理室の
内部にエッチングガスを供給するガス供給手段とを備
え、前記プラズマ処理室の内部に前記ガス供給手段によ
りエッチングガスを供給し前記磁場発生手段で形成した
磁場中に前記マイクロ波を導入してプラズマを発生させ
ることにより、前記基板をエッチング処理することを特
徴とするプラズマ処理装置。 ５．マイクロ波発生源で発生させたマイクロ波を大気中
で共振させ、前記マイクロ波の波長の半分以上の長さを
有する複数のスリットを介して所定の圧力に維持され磁
場が形成されたプラズマ処理室の内部に前記共振させた
マイクロ波を放射し、前記磁場中で前記放射されたマイ
クロ波によりプラズマを発生させ、前記プラズマ処理室
の内部にガスを供給しながら前記発生させたプラズマに
より前記プラズマ処理室内に設置された基板を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 ６．前記プラズマは、前記マイクロ波が前記プラズマ処
理室の内部に放射される方向と平行な方向に磁力線が向
くように形成された前記磁場中で発生することを特徴と
する請求項５記載のプラズマ処理方法。 ７．エッチングガスが供給されて所定の圧力に維持され
磁場が形成されたプラズマ処理室の内部にマイクロ波を
該マイクロ波の波長の半分以上の長さを有してマイクロ
波を放射する複数のスリットを平板上に配置したスリッ
ト手段を介して導入することにより前記磁場中でプラズ
マを発生させ、該発生させたプラズマにより前記プラズ
マ処理室内に設置された基板をエッチング処理すること
を特徴とするプラズマ処理方法。(57) [Claims] A microwave generation source, cavity resonator means for resonating the microwave supplied from the microwave generation source in the atmosphere, and the cavity having a length of at least half the wavelength of the microwave. Slit means in which a plurality of slits for emitting the microwave resonated by the means are arranged on a flat plate,
A plasma processing chamber means for introducing a microwave radiated from the slit means in a state where a substrate is installed therein and maintained at a predetermined pressure, and the inside of the plasma processing chamber means is separated from the atmosphere and sealed in a vacuum. The plasma processing chamber, comprising: a separating unit that transmits the microwave; a magnetic field forming unit that forms a magnetic field inside the plasma processing chamber unit; and a gas supply unit that supplies a gas to the inside of the plasma processing chamber. A plasma is generated by introducing the microwave radiated from the slit means into a magnetic field formed by the magnetic field generating means inside the means, and the generated plasma is supplied while the gas is supplied by the gas supply means. A plasma processing apparatus, wherein the substrate is processed by the following. 2. 2. The magnetic field inside the plasma processing chamber is formed such that the direction of magnetic field lines of the magnetic field is parallel to the direction in which the microwave is introduced.
The plasma processing apparatus as described in the above. 3. Microwave generation source, a slit means having a plurality of slits having a length of at least half the wavelength of the microwave supplied from the microwave generation source and emitting the microwave on a flat plate, A plasma processing chamber means for introducing a microwave radiated from the slit means in a state where the substrate is installed and maintained at a predetermined pressure, and the inside of the plasma processing chamber means is separated from the atmosphere and sealed in a vacuum. The plasma processing chamber, comprising: a separating unit that transmits microwaves; and a magnetic field forming unit that forms a magnetic field inside the plasma processing chamber; and a gas supply unit that supplies a gas into the plasma processing chamber. Plasma is generated by introducing the microwave radiated from the slit means into a magnetic field formed by the magnetic field generating means inside the means, and the gas supply means The plasma processing apparatus characterized by processing the substrate by plasma the raises while supplying gas. 4. Microwave generation source, slit means having a plurality of slits for radiating microwaves supplied from the microwave generation source, a substrate is installed inside and emitted from the slit means while being maintained at a predetermined pressure Plasma processing chamber means for introducing microwaves, separation means for separating the inside of the plasma processing chamber means from the atmosphere, sealing it in a vacuum, and transmitting the microwaves, and forming a magnetic field inside the plasma processing chamber A magnetic field generating means for supplying an etching gas into the plasma processing chamber, and a magnetic field formed by the magnetic field generating means by supplying an etching gas from the gas supply means to the inside of the plasma processing chamber. A plasma processing apparatus for etching the substrate by introducing the microwave thereinto to generate plasma. . 5. A plasma processing chamber in which a microwave generated by a microwave source is resonated in the atmosphere and maintained at a predetermined pressure through a plurality of slits having a length equal to or longer than half of the wavelength of the microwave and a magnetic field is formed. Radiating the resonated microwave into the inside, generating plasma by the radiated microwave in the magnetic field, and supplying the gas into the plasma processing chamber while the plasma processing is performed by the generated plasma. A plasma processing method for processing a substrate installed in a room. 6. 6. The plasma processing according to claim 5, wherein the plasma is generated in the magnetic field formed such that lines of magnetic force are directed in a direction parallel to a direction in which the microwave is radiated into the inside of the plasma processing chamber. Method. 7. The microwave is supplied to the inside of the plasma processing chamber where the etching gas is supplied and maintained at a predetermined pressure to form a magnetic field.
Microwave having a length of at least half the wavelength of the microwave
A slit with multiple slits emitting waves on a flat plate
Wherein in a magnetic field to generate plasma, plasma processing method, wherein a substrate placed in the plasma processing chamber by plasma which is the generation etching process by introducing through the door means.
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