JPH02138735A - Plasma treating device and its method - Google Patents
Plasma treating device and its methodInfo
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- JPH02138735A JPH02138735A JP15231189A JP15231189A JPH02138735A JP H02138735 A JPH02138735 A JP H02138735A JP 15231189 A JP15231189 A JP 15231189A JP 15231189 A JP15231189 A JP 15231189A JP H02138735 A JPH02138735 A JP H02138735A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、低温プラズマを用いて半導体素子等の製造に
使用されるプラズマ処理装置に係り、特に、ＣＶＤ、エ
ツチング、スパッタ、アッシング等の各処理を高速に行
なうのに好敵なプラズマ処理装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a plasma processing apparatus used for manufacturing semiconductor devices using low-temperature plasma, and in particular, for various processes such as CVD, etching, sputtering, and ashing. The present invention relates to a plasma processing apparatus that is suitable for high-speed processing.
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１ＯＫＩｌｚ〜３０ＭＬＩｚ！Ｍ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〜ｐ ｌ ７０
＋半導体研究１９；ｐ２２５〜Ｐ２６７＞と、２．４
５Ｇ）Ｉｚ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。Broadly speaking, devices using low-temperature plasma can be divided into 1 OKIlz to 30MLIz! on one side of parallel plate electrodes in vacuum. Those that use technology to generate plasma by applying a high-frequency voltage of M degrees (Semiconductor Research 18; p. 121 to p. 170)
+ Semiconductor Research 19; p225-P267> and 2.4
There is a technique that uses 5G)Iz microwaves to generate plasma by introducing them into a vacuum chamber.
従来、二九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。Conventionally, techniques using parallel plate electrodes have been mainly used in Niku et al.
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δ１１されている。On the other hand, with the miniaturization of semiconductor devices, it has become a problem that device characteristics are affected by ion bombardment generated during plasma processing. Furthermore, it is necessary to increase the processing speed δ11 in order to improve the processing capacity.
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）ａ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ツチング
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。When increasing the processing speed, it is not sufficient to simply increase the plasma density or the degree of radical (active particles immediately before ionization). Ion energy plays an important role in dry etching by plasma processing and plasma CVD.
ドライエツチングの場合、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ツチング面に
形成されるポリマーの除去が十分行われず、エツチング
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ツチングされ、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。In the case of dry etching, if the ion energy is too high, the underlying film may be scraped or the crystal structure may be affected.
Element characteristics deteriorate. On the other hand, if it is too small, the polymer formed on the etched surface will not be removed sufficiently and the etching rate will decrease. Or conversely, a polymer protective film is not formed and the side surfaces of the pattern are etched, resulting in problems such as poor pattern dimensional accuracy.
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。Even in plasma CVD, ion energy influences film formation, such that when the ion energy is low, the film composition becomes coarse, and when the ion energy is high, the film composition becomes dense.
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５６−１３４８０号、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。Therefore, increasing the density of plasma and appropriately controlling ion energy will be essential for future plasma processing. As well-known examples, methods using microwaves have been proposed as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-13480 and Japanese Patent Laid-Open No. 56-96841.
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、マイクロ波を空洞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。曲者が特開昭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（Ｅｌｅｃｔ−ｒｏｎ Ｃｙｃｌｏ
ｔｒｏｎＲｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ）法とよば
れている。後者は特開昭５６−９６８４１号公報に示さ
れたものである。When generating plasma using microwaves, even if the microwaves generated by a magnetron are radiated into a low-pressure plasma generation chamber, the electric field strength of the microwaves is not sufficient, so sufficient energy is not supplied to the electrons and plasma is generated. It is difficult to do so. Therefore, in order to generate plasma using microwaves, there are two methods: one is to match the microwave frequency with the cyclotron frequency at which electrons rotate in a plane perpendicular to the magnetic field, and to supply energy to the electrons by creating a resonance state, and the other is to use cavity resonance to generate microwaves. There are two methods: increasing the amplitude of microwaves by radiating them into a microwave, and increasing the electric field strength to supply energy to electrons. The composer is JP-A-1989.
-13480, which uses magnetic field microwaves or ECR (Elect-ron Cyclo
It is called the tronResonance method. The latter is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-96841.
マイクロ波により発生したプラズマではマイクロ波から
電子へ直接エネルギーが供給されるために、プラズマと
基板との間に形成されるシー入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、シー入間電圧を任意にコントロールすることにより
、高速処理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。In plasma generated by microwaves, energy is directly supplied from the microwaves to electrons, so the input voltage formed between the plasma and the substrate hardly changes. Therefore, by applying a high frequency voltage to the electrode on which the substrate is placed and arbitrarily controlling the input voltage, it is possible to control the high plasma density and appropriate ion energy necessary for high-speed processing.
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
だすことをさきに述べた。I mentioned earlier that ion energy plays an important role in plasma processing.
従来技術の中でＥＣＲ方式では、特開昭５６１３４８０
号公報に示されるように、基板を載せた？ｆｆ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。Among the conventional technologies, the ECR method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5613480.
Did you put the board on it as shown in the publication? When a high frequency voltage is applied to the ff pole, since there is no ground electrode on the opposite side of this electrode, the high frequency current flows between it and the surrounding processing chamber, and the effect of ion energy on the substrate is strong around the substrate and concentrated in the center. There was a problem that the entire substrate could not be processed under uniform conditions.
また空洞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。In addition, in the method using a cavity resonator, the structure generates plasma inside the resonator, so when plasma is generated, the wavelength of the microwave changes depending on the density of the plasma.
There was a problem in that the resonance conditions were not met and the plasma became unstable. That is, until plasma is generated, the resonance condition is satisfied, so the electric field strength of the microwave increases and plasma is generated. However, when plasma is generated and the plasma density increases, the wavelength of the microwave changes, the resonance condition is no longer satisfied, and the electric field strength decreases. Then, the supply of energy to electrons decreases, and the plasma density decreases. When the plasma density decreases, the resonance condition is met and the plasma density increases again. Because of this phenomenon, it has been difficult to generate plasma stably.
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洞共
振器内に設けると、マイクロ波の反射等が発生し、プラ
ズマはさらに不安定になるという問題があった。In addition, if a high-frequency voltage application electrode is installed inside the cavity resonator to control the energy of ions that enter the substrate from these plasmas, there is a problem that reflection of microwaves occurs, making the plasma even more unstable. there were.
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プラズマ処理装置を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that can generate stable, high-density plasma and make the energy of ions incident on a substrate uniform over the entire substrate.
また本発明の目的は、マイクロ波を空洞共振器に導入す
る導波口が偏寄った位置に設けられても、空洞共振器か
らプラズマ室に導入される共振されたマイクロ波の分布
を均一にし、これによりプラズマ処理を安定して均一化
するようにしたプラズマ処理装置及びその方法を提供す
ることにある。Further, it is an object of the present invention to uniformly distribute the resonant microwaves introduced from the cavity resonator into the plasma chamber even if the waveguide for introducing the microwaves into the cavity resonator is provided at a biased position. The object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a method thereof, which can stably and uniformize plasma processing.
上記目的は、内部に発生したプラズマを維持しプラズマ
処理を行なうプラズマ室と、該プラズマ族こ第１スロッ
ト板を介して連設したマイクロ波蓄積増大用の第１空洞
共振室と、該第１空洞共振室に前記第１スロット板と平
行な第２スロット板を介して連設したマイクロ波蓄積増
大用の第２空洞共振室と、該第２空洞共振室に導波管を
介してマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを備え
プラズマ処理装置を構成することで、達成される。The above purpose is to provide a plasma chamber for maintaining plasma generated inside and performing plasma processing, a first cavity resonant chamber for increasing microwave accumulation connected to the plasma chamber via a first slot plate, and a first cavity resonant chamber for increasing microwave accumulation. A second cavity resonance chamber for increasing microwave accumulation is connected to the cavity resonance chamber via a second slot plate parallel to the first slot plate, and a microwave is transmitted to the second cavity resonance chamber via a waveguide. This can be achieved by configuring a plasma processing apparatus including a microwave generator that introduces
また本発明は、上記目的を達成するために、空洞共振器
の共振の固有モードへの影響を与えずに、空洞共振器内
部の電磁気に対するインピーダンスの分布を制御する手
段を空洞共振器内に設けたものである。Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a means for controlling the distribution of impedance to electromagnetism inside the cavity resonator without affecting the resonance eigenmode of the cavity resonator. It is something that
また、インピーダンスの分布を制御する手段は、空洞共
振器内壁を構成する材料や表面処理に場所によるインピ
ーダンスの相違を利用するものである。Further, the means for controlling the impedance distribution utilizes the difference in impedance depending on the material and surface treatment constituting the inner wall of the cavity resonator.
また、インピーダンスの分布を制御する手段は、マイク
ロ波放射スロット板のスロット形状の調整によって行う
ものである。Further, the impedance distribution is controlled by adjusting the slot shape of the microwave radiation slot plate.
また、インピーダンスの分布を制御する手段は。Also, what is the means to control the impedance distribution?
２αμ上の空洞共振器を電磁気的に結合する第２のスロ
ット板のスロット形状の調整によって行うものである。This is done by adjusting the slot shape of the second slot plate that electromagnetically couples the cavity resonators on the 2αμ.
一般に、導波管あるいは導波管の一種と考えられる、空
洞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。In general, when microwaves propagate in a cavity resonator, which is considered to be a type of waveguide, a current corresponding to the electric field and magnetic field flows on the surface of the waveguide.
したがってこの電流を横切るように導波管の一部にスロ
ットを設けると、スロ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ロット
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。Therefore, if a slot is provided in a part of the waveguide to cross this current, charges will accumulate at both ends of the slot, and this will change as the microwave travels, causing the electric field between both ends of the slot to change, causing the waveguide to pass through the waveguide. Microwaves are radiated to the outside.
マイクロ波発生器から発生されたマイクロ波を空洞共振
器に導入する導波管は、その導入口を、該空洞共振器に
対して偏心して設けているのが一般的である。従って、
第２空洞共振室に導入されたマイクロ波が第２スロット
板を通っても、そのマイクロ波のエネルギー分布は今だ
均一とはいえない。そこで、この第２スロット板を通っ
たマイクロ竣を第１空洞共振室内に導入し、更に第１ス
ロット板を通してプラズマ室内に導入すると、マイクロ
波のエネルギー分布は更に均一化されることになる。こ
のエネルギー分布の均一化が進んだマイクロ波により発
生したプラズマ室内のプラズマは安定で、且つ、プラズ
マ処理する基板等に入射するイオンのエネルギーも基板
全面で均一化されることになる。即ち空洞共振器へマイ
クロ波を導入する導波口が空洞共振器の中心からずれた
位置に設けられる。このため、空洞共振器内部において
この導波口は周囲の部分に比べて電磁気に対するインピ
ーダンスが高くなるので、空洞共振器内部に流れる表面
電流の分布は不均一になる。そこで、空洞共振器内部の
インピーダンスを、材料や表面処理の相違、あるいはマ
イクロ波放射スロット板のスロット形状の調整、あるい
は２個以上連結した空洞共振室の中間に設けたスロット
板の形状をｉｕすることにより、補正制御する。これに
より空洞共振器内の表面電流の分布は均一化できるので
、外部へ放射されるマイクロ波の分布、ひいてはプラズ
マの分布が均一となり、プラズマ処理も均一化できる。A waveguide for introducing microwaves generated from a microwave generator into a cavity resonator generally has an introduction port eccentrically provided with respect to the cavity resonator. Therefore,
Even if the microwave introduced into the second cavity resonant chamber passes through the second slot plate, the energy distribution of the microwave is still not uniform. Therefore, by introducing the micro wave that has passed through the second slot plate into the first cavity resonance chamber, and further into the plasma chamber through the first slot plate, the energy distribution of the microwave can be made even more uniform. The plasma in the plasma chamber generated by the microwaves, whose energy distribution has become more uniform, is stable, and the energy of ions incident on the substrate to be plasma processed is also made uniform over the entire surface of the substrate. That is, the waveguide for introducing microwaves into the cavity resonator is provided at a position offset from the center of the cavity resonator. Therefore, inside the cavity resonator, this waveguide has a higher impedance to electromagnetism than the surrounding parts, so that the distribution of the surface current flowing inside the cavity resonator becomes non-uniform. Therefore, the impedance inside the cavity resonator can be adjusted by changing the material or surface treatment, adjusting the slot shape of the microwave radiation slot plate, or changing the shape of the slot plate provided in the middle of two or more connected cavity resonator chambers. By doing so, correction control is performed. As a result, the distribution of surface current within the cavity resonator can be made uniform, so that the distribution of microwaves radiated to the outside and, by extension, the distribution of plasma can be made uniform, and plasma processing can also be made uniform.
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置の
断面図である。有底円筒形のプラズマ室６の内周面には
厚手の石英円筒１５と石英リング１６とが取り付けられ
、上部開口部にはＯリング１３を介して厚手の石英板４
が覆蓋され、該石英板４が押さえリング１４によりプラ
ズマ室６内を気密に閉塞するようになっている。プラズ
マ室６の周壁にはリング状のガス案内溝６ｂが穿設され
、このガス案内溝６ｂに連通ずる複数のガス吹出孔１５
ｂが１石英円筒１５の外周に等間隔で穿設され、図示し
ないガス供給源からガス供給管９を介し更にガス案内溝
１５ｂを通ってきたガスがプラズマ室６内に均一に吹き
出すようになっている。FIG. 1 is a sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. A thick quartz cylinder 15 and a quartz ring 16 are attached to the inner peripheral surface of the bottomed cylindrical plasma chamber 6, and a thick quartz plate 4 is attached to the upper opening via an O-ring 13.
is covered, and the quartz plate 4 is configured to airtightly close the inside of the plasma chamber 6 by means of a holding ring 14. A ring-shaped gas guide groove 6b is bored in the peripheral wall of the plasma chamber 6, and a plurality of gas blowing holes 15 communicate with the gas guide groove 6b.
b are bored at equal intervals on the outer periphery of the quartz cylinder 15, so that gas coming from a gas supply source (not shown) through the gas supply pipe 9 and further through the gas guide groove 15b is blown out uniformly into the plasma chamber 6. ing.
プラズマ室６には、その底面から絶縁物８で絶縁された
電極７が気密に挿入固定され、該電極７の上に基）１２
が載置される構造となっている。An electrode 7 insulated with an insulator 8 is inserted and fixed airtightly into the plasma chamber 6 from its bottom surface, and a base 12 is placed on top of the electrode 7.
It has a structure in which it is placed.
この電極７には高周波電源１１が接続されている。A high frequency power source 11 is connected to this electrode 7.
尚電極７の周縁部は石英リング１７で覆っである。Note that the peripheral edge of the electrode 7 is covered with a quartz ring 17.
また５プラズマ室６にはガス排気管１０が連通され１図
示しない真空ポンプに接続されている。Further, a gas exhaust pipe 10 is communicated with the plasma chamber 6, and one is connected to a vacuum pump (not shown).
円筒状の空洞共振器を構成する空洞共振室１ａは、その
一方の開口部がスロット板２０で閉塞され、この空洞共
振室１ａがそのスロット板２０が石英板４に密着するよ
うにプラズマ室６上部に固定されている。このスロット
板２０は、電極７上に載置された基板１２と石英板４を
介して対向する構成となっており、空洞共振室１ａとス
ロット板２０とはアースに接続されている。空洞共振室
ｌａ、ｌｂは本実施例では、ＥＯＩモードの円形空洞共
振器を形成している。One opening of the cavity resonance chamber 1a constituting the cylindrical cavity resonator is closed with a slot plate 20, and the cavity resonance chamber 1a is connected to the plasma chamber 6 so that the slot plate 20 is in close contact with the quartz plate 4. Fixed at the top. This slot plate 20 is configured to face the substrate 12 placed on the electrode 7 via the quartz plate 4, and the cavity resonance chamber 1a and the slot plate 20 are connected to ground. In this embodiment, the cavity resonant chambers la and lb form an EOI mode circular cavity resonator.
有底円筒状の空洞共振室１ｂは、その開口部がスロット
板２１で閉塞され、このスロット板２１が前記空洞共振
室１ａの他方の開口部を閉塞する様に空洞共振室ｌａ上
に接続固定されている。このため、空洞共振室ｉｂ及び
スロット２１もアースに接続はれることになる。このと
き、両スロット板２１．２０は平行となるようになって
いる。The cylindrical cavity resonance chamber 1b with a bottom has its opening closed by a slot plate 21, and the slot plate 21 is connected and fixed onto the cavity resonance chamber la so as to close the other opening of the cavity resonance chamber 1a. has been done. Therefore, the cavity resonant chamber ib and the slot 21 are also connected to the ground. At this time, both slot plates 21 and 20 are parallel to each other.
空洞共振室１ｂの底部には、空洞共振室１ｂに対して偏
心した位置に導波管２が接続され、この導波管２の端部
にはマイクロ波発生器であるマグネトロン３が設けであ
る。導波管２を空洞共振室１ｂに偏心して取り付けたの
は、ＥＱＬモードとの結合をよくするためである。空洞
共振室１ａ。A waveguide 2 is connected to the bottom of the cavity resonance chamber 1b at a position eccentric to the cavity resonance chamber 1b, and a magnetron 3, which is a microwave generator, is provided at the end of the waveguide 2. . The reason why the waveguide 2 is eccentrically attached to the cavity resonant chamber 1b is to improve the coupling with the EQL mode. Cavity resonance chamber 1a.
１ｂの長さしは、管内波長の１／２の整数倍あるいはそ
れに近い値にしである。The length of 1b is an integral multiple of 1/2 of the pipe wavelength or a value close to it.
第２図は、スロット板２１の平面図である。スロット板
２１には、Ｅｏ！モードの電界に対して直角となる方向
にリング状のスロット２１ａが穿設されており、各スロ
ッｈ ２１ ａの長さは、例えば２ 、４５ Ｇ ｌｌ
ｚのマイクロ波を用いる場合、マイクロ波の１／２波長
に当たる６０ｍｍ以上の寸法にして、スロット２１ａか
らのマイクロ波の放射を良好にしている。FIG. 2 is a plan view of the slot plate 21. FIG. On the slot board 21, Eo! A ring-shaped slot 21a is bored in a direction perpendicular to the electric field of the mode, and the length of each slot h21a is, for example, 2,45 Gll.
When using a microwave of z, the dimension is set to 60 mm or more, which corresponds to 1/2 wavelength of the microwave, to improve radiation of the microwave from the slot 21a.
上述したプラズマ処理装置を使用する場合、先ず１図示
しない真空ポンプを作動させてプラズマ室６内ヒ罪真空
状態とし、次に、図示しないガス発生源からのガスの流
量と、真空ポンプの排気量とを調整し、プラズマ室６内
のガス圧が１〜１Ｏ−３Ｔ ｏ ｒ ｒの所定圧となる
ようにする。マグネトロン３を動作させてマイクロ波を
発生させる。このマイクロ波は導波管２を通して空洞共
振室ｌａ内に導入される。空洞共振室ｌａ内に導入され
たマイクロ波は空洞共振室ｌａ内で振幅が大きくなり。When using the plasma processing apparatus described above, first, a vacuum pump (not shown) is operated to create a vacuum state in the plasma chamber 6, and then the flow rate of gas from a gas generation source (not shown) and the displacement of the vacuum pump are adjusted. and the gas pressure in the plasma chamber 6 is adjusted to a predetermined pressure of 1 to 10-3 Torr. Operate the magnetron 3 to generate microwaves. This microwave is introduced into the cavity resonant chamber la through the waveguide 2. The microwave introduced into the cavity resonant chamber la increases in amplitude within the cavity resonant chamber la.
このマイクロ波はスロット板２１のスロット２１ａを介
して空洞共振室１ｂ内に放射される。This microwave is radiated into the cavity resonant chamber 1b through the slot 21a of the slot plate 21.
ところで、複数個設けたスロット２１ａから放射される
マイクロ波のエネルギーは、空洞共振器内の定在波によ
り形成される電界の強度分布によって変化するので、定
在波が空洞共振器内で均一になっていなければならない
。しかし、上側の空洞共振室ｌａ内で形成される定在波
は、導波管２との結合口があるために、均一な分布にな
りにくい。そこで、下側に更に、空洞共振室１ｂ及びス
ロット板２０を設けることにより、空洞共振室ｌｂ内の
定在波の分布は空洞共振室ｌａ内のそれに比較して大幅
に均一化される。その結果、スロット２０ａからプラズ
マ発生室へ放射されるマイクロ波のエネルギー分布の均
一性が向上する。By the way, the energy of the microwaves radiated from the plurality of slots 21a changes depending on the intensity distribution of the electric field formed by the standing waves in the cavity resonator, so that the standing waves are uniform within the cavity resonator. must be. However, the standing waves formed in the upper cavity resonant chamber la are difficult to have a uniform distribution because of the coupling port with the waveguide 2. Therefore, by further providing the cavity resonant chamber 1b and the slot plate 20 on the lower side, the distribution of standing waves in the cavity resonant chamber 1b is made much more uniform than that in the cavity resonant chamber la. As a result, the uniformity of the energy distribution of the microwaves radiated from the slot 20a to the plasma generation chamber is improved.
マグネトロン３で発生されたマイクロ波の振幅は、２つ
の空洞共振室１ａ、ｌｂで形成される空洞共振器１を通
して増大されているため、プラズマ室６が空洞共振器構
造でなくても、マイクロ波の供給により、プラズマ室６
内のガスは励起されてイオンやラジカルとなってプラズ
マが点灯し維持される。The amplitude of the microwaves generated by the magnetron 3 is increased through the cavity resonator 1 formed by the two cavity resonator chambers 1a and lb, so even if the plasma chamber 6 does not have a cavity resonator structure, the microwave By supplying plasma chamber 6
The gas inside is excited and becomes ions and radicals, which lights up and maintains the plasma.
マイクロ波により発生したプラズマは、マイクロ波がプ
ラズマ中の電子に直接作用するため、プラズマと基板１
２間の電位差は２０〜３０Ｖのレベルである。したがっ
て、マイクロ波によるプラズマだけでは基板１２に入射
するイオンのエネルギーが弱く、異方性エツチングは困
難である。そこで、電極７に高周波電源１１から高周波
電圧を印加し、この電圧によりプラズマ中のイオンを加
速して基板１２へ入射させる。このときのイオンエネル
ギーは、印加する電圧により任意に制御でき、適正な値
に設定できる。これにより異方性が高く、高精度なエツ
チングが可能となる。Plasma generated by microwaves has a direct effect on electrons in the plasma, so the plasma and substrate 1
The potential difference between the two is at a level of 20-30V. Therefore, with microwave plasma alone, the energy of ions incident on the substrate 12 is weak, making anisotropic etching difficult. Therefore, a high frequency voltage is applied to the electrode 7 from a high frequency power source 11, and the ions in the plasma are accelerated by this voltage and made to enter the substrate 12. The ion energy at this time can be arbitrarily controlled by the applied voltage and can be set to an appropriate value. This allows for high anisotropy and highly accurate etching.
電極７に印加した高周波電力はプラズマ中を流れアース
側へ流入する。この高周波電流が均一でなければ、基板
１２に入射するイオンのエネルギーが基板１２上で均一
にならず、エツチングの速度も基板上でばらつくという
不具合が生じる。しかし本実施例では電極７と対向する
位置にスロット板２０があり、高周波電流が電極７上で
均等に流れるようになっている。The high frequency power applied to the electrode 7 flows through the plasma and flows into the ground side. If this high frequency current is not uniform, the energy of the ions incident on the substrate 12 will not be uniform on the substrate 12, resulting in a problem that the etching speed will also vary over the substrate. However, in this embodiment, a slot plate 20 is provided at a position facing the electrode 7, so that the high frequency current flows evenly over the electrode 7.
従来装置において、サイドエツチングの生じない条件で
のＰｏ１ｙ−８ｉ膜のエツチング特性は、エツチング速
度１１００ｎ／分、均一性±１０％。In the conventional apparatus, the etching characteristics of the Poly-8i film under conditions where side etching does not occur are an etching rate of 1100 n/min and a uniformity of ±10%.
下地Ｓｉｏ２膜とのエツチング速度比６〜７というもの
であった。この従来装置でエツチング速度を３００ ｎ
ｍ ７分以上に高めると、イオンの入射エネルギーが
過大になるため、下地ＳｉＯ□膜とのエツチング速度比
が５以下に低下する。また素子ダメージも発生するため
、実用できなかった。The etching rate ratio with the underlying Sio2 film was 6 to 7. With this conventional equipment, the etching speed was 300 n.
If m is increased to 7 minutes or more, the incident energy of ions becomes excessive, so that the etching rate ratio with respect to the underlying SiO□ film decreases to 5 or less. In addition, element damage also occurred, so it could not be put to practical use.
しかるに、本実施例による装置では、エッチング速度１
０ＱＯｎｍ／分以上、下地ＳｉＯ２膜とのエツチング速
度比１０以上、均一性±５％以下を得ることができる。However, in the apparatus according to this embodiment, the etching rate is 1
It is possible to obtain an etching rate of 0QOnm/min or more, an etching rate ratio of 10 or more with respect to the underlying SiO2 film, and a uniformity of ±5% or less.
以上により、プラズマ処理した製品の歩留まりや信頼性
が向上する。尚、プラズマ処理としてエツチングについ
て説明したが、他のプラズマ処理についても同様に効果
があることはいうまでもない。As a result of the above, the yield and reliability of plasma-treated products are improved. Although etching has been described as the plasma treatment, it goes without saying that other plasma treatments are equally effective.
第３図、第４図は、スロット板２１のスロット板２１ａ
の別の構造を示すものである。尚、スリット板２０とし
て、スロット板２１と同じものを使用してもよく、また
、別の任意のものを使用してもよい。例えば、第２図の
形状をしたスロット板２０．２１を使用しても、また、
第３図のスロット板２１と第４図のスロット板２０を組
み合わせて使用してもよい。3 and 4 show the slot plate 21a of the slot plate 21.
This shows another structure of . As the slit plate 20, the same plate as the slot plate 21 may be used, or another arbitrary plate may be used. For example, even if a slot plate 20.21 having the shape shown in FIG. 2 is used,
The slot plate 21 of FIG. 3 and the slot plate 20 of FIG. 4 may be used in combination.
更に、上述した実施例では、空洞共振器とスリット板と
の組合せを２段にしたプラズマ処理装置について説明し
たが、３段以上にしてもよく、段ユ欅重ねる程、プラズ
マ室６内に供給されるマイクロ波のエネルギー分布の均
一性が高くなることはいうまでもない。Furthermore, in the above-mentioned embodiment, a plasma processing apparatus is described in which the combination of the cavity resonator and the slit plate is arranged in two stages, but it may be arranged in three or more stages, and the more the stages overlap, the more the plasma is supplied into the plasma chamber 6. Needless to say, the uniformity of the microwave energy distribution increases.
更にまた、共振器の構造、高周波電源周波数も本実施例
に限定されるものではない。共振器の構造は矩形構造に
よる共振器、同軸構造による共ζ器など、共振条件が成
り立つものであれば共振モード、構造とも任意に選ぶこ
とができる。高周波電源周波数も直流から数＋Ｍ）Ｉｚ
まで任意に選ぶことができる。ただしプラズマ処理する
対象が絶縁膜もしくは対象に絶縁膜が含まれる場合には
１００Ｋｌｌｚから数＋旧ｋまでの高周波が適当である
。Furthermore, the structure of the resonator and the frequency of the high frequency power supply are not limited to those of this embodiment. The structure of the resonator can be arbitrarily selected in terms of resonance mode and structure, such as a rectangular resonator or a coaxial resonator, as long as the resonance conditions are met. High frequency power supply frequency also varies from DC to several + M) Iz
You can arbitrarily choose up to. However, if the target to be plasma treated is an insulating film or the target includes an insulating film, a high frequency from 100Kllz to several + old K is appropriate.
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る。この
ため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い。In the conventional ECR system, microwaves are directly radiated into the plasma generation chamber from the opening of the waveguide. For this reason, if a ground electrode is installed between the plasma generation chamber and the opening of the waveguide, the microwaves will be reflected by the ground electrode and cannot be supplied to the plasma generation chamber.
上述した実施例では、導波管つまり空洞共振器の端面を
閉じた構造とし、この端面にマイクロ波を放射するスロ
ットを設けた。そして必要に応して、この導波管の端面
をアース電位になるようにした。In the embodiments described above, the end face of the waveguide, that is, the cavity resonator, has a closed structure, and a slot for radiating microwaves is provided in this end face. Then, if necessary, the end face of this waveguide was brought to earth potential.
スロット２０ａ、２１ａの開口面積は導波管（空洞共振
室１ａ、ｌｂ）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１２を載せた電極７に高周波電圧を
印加した場合、高周波電流は導波管（空洞共振器１ｂ）
の端面（スロット板２０）と電極７と間に均等に流れ、
イオンの効果を基板１２全面に対し均等に発生させるこ
とができる。またスロット２０ａ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。The opening area of the slots 20a, 21a can be set to about 1/3 of the entire end face of the waveguide (cavity resonant chambers 1a, lb). Therefore, when a high frequency voltage is applied to the electrode 7 on which the substrate 12 is placed, the high frequency current flows through the waveguide (cavity resonator 1b).
flows evenly between the end face (slot plate 20) and the electrode 7,
The effect of ions can be generated uniformly over the entire surface of the substrate 12. Further, a sufficient amount of microwaves can be supplied through the slot 20a, and high-density plasma can be generated.
導波管２に空洞共振器を接続した本実施例の場合には、
空洞共振室１ａ、ｌｂ内で共振により振幅を大きくした
マイクロ波がスロット２１ａ。In the case of this embodiment in which a cavity resonator is connected to the waveguide 2,
The microwave whose amplitude has been increased by resonance within the cavity resonance chambers 1a and lb is the slot 21a.
２０ａを通してプラズマ発生室６に放射される。It is radiated into the plasma generation chamber 6 through 20a.
そのため、プラズマ発生室６を従来のように空洞共振器
内造にしなくとも、高密度のプラズマを発生させること
ができる。Therefore, high-density plasma can be generated without forming the plasma generation chamber 6 into a cavity resonator as in the conventional case.
このさめ本実施例に係る電極構造は従来のように空洞共
振器との関連による制約を受けない。また空洞共振器内
ではプラズマが発生しないため、Ｊｔ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
空洞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、ｆｆ１ｉ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。The electrode structure according to this embodiment is not limited by the relationship with a cavity resonator, unlike the conventional structure. Further, since no plasma is generated within the cavity resonator, there is no change in the Jt oscillation state, and plasma can be generated stably. Furthermore, by connecting the cavity resonator to the ground potential, the counter electrode can be made parallel to ff1i, as in the case of the ECR method, and the ion effect can be generated uniformly over the entire substrate.
次に本発明の他の実施例を第５図乃至第１８図に基づい
て説明する。即ち第５図は本発明の他の一実施例に係る
プラズマ処理装置の断面図である。Next, another embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 5 to 18. That is, FIG. 5 is a sectional view of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
有底円筒形の下部容器５の上部に石英容器６ａ及び、こ
れを固定する容器押え６ｂ及び高さ調整用の容器６ｃが
乗り、上部開口部には厚手の石英板４を取付けた容器フ
ランジ１６でｒｉ蓋され、上記各容器等の当接面はＯリ
ング等により、プラズマ室６の内部が気密に保たれる。A quartz container 6a, a container holder 6b for fixing the quartz container 6a, and a container 6c for height adjustment are mounted on the upper part of the bottomed cylindrical lower container 5, and a container flange 16 has a thick quartz plate 4 attached to the upper opening. The inside of the plasma chamber 6 is kept airtight by using an O-ring or the like on the abutting surfaces of each of the containers and the like.
なお石英板４の周囲には○リング１３が、Ｏリング押え
１４により固定されている。プラズマ室６上部の容Ｈｇ
フランジ１６にはガス導入管９を設け、これに連通した
ガスノズルリング１８の溝１８ｂ、ガスノズル１８ｃを
設けることによりプラズマ室内へ処理ガスを均一に吹出
すようになっている。ガスノズルリング１８の内部には
プラズマの着火性を向上するための永久磁石を周方向に
等ピッチで配置している。即ちプラズマの着火性を向上
させる磁石手段を処理ガスを導入するガスノズルリング
１８の内部に設けている。Note that an O-ring 13 is fixed around the quartz plate 4 by an O-ring retainer 14. Volume Hg at the top of plasma chamber 6
A gas introduction pipe 9 is provided on the flange 16, and a groove 18b of a gas nozzle ring 18 communicating with this pipe and a gas nozzle 18c are provided to uniformly blow out the processing gas into the plasma chamber. Inside the gas nozzle ring 18, permanent magnets are arranged at equal pitches in the circumferential direction to improve the ignitability of plasma. That is, a magnet means for improving the ignitability of plasma is provided inside the gas nozzle ring 18 through which the processing gas is introduced.
下部容器５には、その底面から絶縁物８で絶縁されたス
テージ電極７が気密かつ、上下動容易に挿入固定され、
ステージ電極７の上に基板１２が載置される構造となっ
ている。このステージ電極には高周波電源１１が接続さ
れている。なおステージ電極の周囲部は石英リング１７
で覆っである。A stage electrode 7 insulated from the bottom surface of the lower container 5 by an insulator 8 is inserted and fixed in an airtight manner and can be easily moved up and down.
The structure is such that a substrate 12 is placed on a stage electrode 7. A high frequency power source 11 is connected to this stage electrode. Note that the surrounding area of the stage electrode is a quartz ring 17.
It is covered with
また、プラズマ室６にはガス排気管１０が連通され、図
示しない真空ポンプに接続されている。Further, a gas exhaust pipe 10 is communicated with the plasma chamber 6 and connected to a vacuum pump (not shown).
円筒状の空洞共振室１ａは、その一方の開口部が、例え
ば第１８図に示すようなスロット２０ａを形成したスロ
ット板２０で閉塞され、この空洞共叫室のスロット板２
０が石英板４に密着するようにプラズマ室６上部に固定
されている。空洞共振器を構成する空洞共振室１ａ、ｌ
ｂは、本実施例では、Ｅｏｉモードの円形空洞共振器で
ある。One opening of the cylindrical cavity resonance chamber 1a is closed by a slot plate 20 having a slot 20a as shown in FIG. 18, for example.
0 is fixed to the upper part of the plasma chamber 6 so as to be in close contact with the quartz plate 4. Cavity resonance chambers 1a, l forming a cavity resonator
In this example, b is an Eoi mode circular cavity resonator.
有底円筒の空洞共振室１ｂは、その開口部がスロット板
２１で閉塞され、このスロット板２１が。The opening of the hollow resonance chamber 1b, which is a cylinder with a bottom, is closed by a slot plate 21.
前記空洞共振室１ａの他方の開口部を閉塞する様に空洞
共振室１ａ上に接続固定されている。なお、スロット板
２１は空洞共振室１ａと１ｂの中間に挾まれつつ、水平
方向にある程度移動できるようになっており止めねじ１
５によって位置決めされている。両スロット板２１．２
０は平行となるようになっている。空洞共振室１ｂの底
部には、空洞共振室１ｂに対して偏心した位置に導波管
２が接続され、この導波管２の端部にはマイクロ波発生
器であるマグネトロン３が設けである。導波管２を空洞
共振室１ｂに偏心して取付けたのは、ＥＱＩモードとの
結合をよくするためである。即ちＥＯＩモードの場合、
表面電流が中心から外周へと放射状に流れる関係で導波
管２を空洞共振室１ｂに偏心して取付は結合をよくする
必要がある。導波管２はダミーロード２ａ、コーナ導波
管２ｂ及び整合器２ｃで構成されている。空洞共振室１
ａ。It is connected and fixed onto the cavity resonance chamber 1a so as to close the other opening of the cavity resonance chamber 1a. Note that the slot plate 21 is sandwiched between the cavity resonance chambers 1a and 1b, and can be moved to some extent in the horizontal direction.
5. Both slot plates 21.2
0 is parallel. A waveguide 2 is connected to the bottom of the cavity resonance chamber 1b at a position eccentric to the cavity resonance chamber 1b, and a magnetron 3, which is a microwave generator, is provided at the end of the waveguide 2. . The reason why the waveguide 2 is eccentrically attached to the cavity resonant chamber 1b is to improve the coupling with the EQI mode. That is, in the case of EOI mode,
Since the surface current flows radially from the center to the outer periphery, it is necessary to attach the waveguide 2 eccentrically to the cavity resonant chamber 1b to improve the coupling. The waveguide 2 includes a dummy load 2a, a corner waveguide 2b, and a matching box 2c. Cavity resonance chamber 1
a.
１ｂの内部の長さＬａ、Ｌｂは、管内波長λｇの１／２
の整数倍あるいはそれに近い値にしている。The internal lengths La and Lb of 1b are 1/2 of the tube internal wavelength λg.
The value is an integer multiple of or close to it.
第６図は、スロット板２１の平面図である。スロット板
２１には、ＥＯ、モードの電界に対して直角となる方向
にリング状のスロット２１ｂ及び２１ｃが穿設されてお
り、各スロット２１ｂの長さは、本実施例では導波口１
ｃの直下のスロット２１ｃを除いて、例えば２．４５Ｇ
Ｉ（ｚのマイクロ波を用いる場合、マイクロ波の１／２
波長に当たる６０Ｉ＋＋＋Ｉ＋強の寸法にして、スロッ
ト２１ｂからの放射を良好にしている。スロット２１ｃ
の長さは、導波口１ｃとスロット２１ｃを併せた合計イ
ンピーダンスが、スロット２１ｂのみのインピーダンス
がおよそ等しくなるような長さに設定している。FIG. 6 is a plan view of the slot plate 21. Ring-shaped slots 21b and 21c are bored in the slot plate 21 in a direction perpendicular to the electric field of the EO mode, and the length of each slot 21b is the same as that of the waveguide 1 in this embodiment.
For example, 2.45G except for the slot 21c directly under c.
When using a microwave of I(z, 1/2 of the microwave
The dimensions are set to a little over 60I+++I+, which corresponds to the wavelength, to improve radiation from the slot 21b. slot 21c
The length is set such that the total impedance of the waveguide 1c and the slot 21c is approximately equal to the impedance of the slot 21b alone.
本実施例の場合では実験結果から約５Ｏｎ＋ｎ＋として
いる。In the case of this embodiment, it is set to approximately 5On+n+ based on experimental results.
上述したプラズマ処理装置を使用する場合、先ず、図示
しない真空ポンプを作動させてプラズマ室６内を高真空
状態とし、次に、図示しないガス発生源からのガス流量
と、真空ポンプの排気量とを調整し、プラズマ室６内の
ガス圧が０．１〜１００Ｐａの所定圧となるようにする
。マグネトロン３を動作させてマイクロ波を発生させる
。このマイクロ波は導波管２を通して空洞共振室ｌｂ内
に導入される。空洞共振室ｌｂ内に導入されたマイクロ
波は空洞共振室１ｂ内で振幅が大きくなり、このマイク
ロ波はスロット板２１のスロット２１ｂ。When using the plasma processing apparatus described above, first, a vacuum pump (not shown) is operated to bring the inside of the plasma chamber 6 into a high vacuum state, and then the gas flow rate from the gas generation source (not shown) and the displacement of the vacuum pump are adjusted. is adjusted so that the gas pressure in the plasma chamber 6 becomes a predetermined pressure of 0.1 to 100 Pa. Operate the magnetron 3 to generate microwaves. This microwave is introduced into the cavity resonant chamber lb through the waveguide 2. The microwave introduced into the cavity resonance chamber 1b has a large amplitude within the cavity resonance chamber 1b, and this microwave is transmitted to the slot 21b of the slot plate 21.
２１ｃを介して空洞共振室１ａ内に放射される。It is radiated into the cavity resonant chamber 1a via 21c.
この場合、導波口１ｃは第１６図に空洞共振器内の電磁
界分布モデルを示す模式図のようにマイクロ波の結合度
を高めるために、円筒状の空洞共振器１の中心軸に対し
て偏心した位置にあり、しかもプラズマ処理の能力を高
める上で、マイクロ波電力量を大きくする必要性から、
導波口１ｃの寸法を導波管の内寸法と同じにしているた
め導波口１ｃを横切る表面電流に対するインピーダンス
が大きいのみならず、空洞共振室１ｂの内部のインピー
ダンスが導波口ｌｃ側で大きくなる。おな第１６図にお
いて、３１は磁界を、３２は電界を示す。上記の結果、
スロット板２０のスロット２０ａから放射されるマイク
ロ波電界強度は、そのままでは第１７図に導波口の影響
による表面電流分布の偏心を示すように、また第１８図
に放射スロット板の表面電流分布及びマイクロ波放射強
度分布” （Ｘ）ｐ ｍ （ｙ）を示すように、導波口
１ｃと反対側へ偏ってしまうが１本実施例においては空
洞共振器１を複数の空洞共振室１ａ、ｌｂにて形成し、
その間にスロット板２１を配置し、スロット２１ｃの長
さを、スロット２１ｂより短かくしてインピーダンスを
下げているため、空洞共振室１ｂから空洞共振室１ａに
放射されるマイクロ波の放射インピーダンスは全周に亘
って一様になるように矯正される。なお第１７図におい
て。In this case, the waveguide 1c is positioned relative to the central axis of the cylindrical cavity resonator 1 in order to increase the degree of coupling of microwaves, as shown in FIG. Due to the need to increase the amount of microwave power in order to increase the plasma processing capacity,
Since the dimensions of the waveguide 1c are the same as the internal dimensions of the waveguide, not only is the impedance to the surface current crossing the waveguide 1c large, but the impedance inside the cavity resonant chamber 1b is also large on the waveguide lc side. growing. In FIG. 16, 31 represents a magnetic field, and 32 represents an electric field. As a result of the above,
The microwave electric field intensity radiated from the slot 20a of the slot plate 20 is as shown in Fig. 17, which shows the eccentricity of the surface current distribution due to the influence of the waveguide, and Fig. 18 shows the surface current distribution of the radiation slot plate. and microwave radiation intensity distribution" (X) p m (y), it is biased toward the side opposite to the waveguide 1c, but in this embodiment, the cavity resonator 1 is arranged in a plurality of cavity resonant chambers 1a, Formed in lb.
Since the slot plate 21 is arranged between them and the length of the slot 21c is made shorter than the slot 21b to lower the impedance, the radiation impedance of the microwave radiated from the cavity resonance chamber 1b to the cavity resonance chamber 1a is uniform throughout the entire circumference. It is corrected so that it is uniform throughout. In addition, in FIG.
３３は空洞共振室１ｂの天井を示し、３４はその表面電
流を示す。第１８図において、２０はマイクロ波放射ス
ロット板を示し、３５はその表面電流を示す。またｍ
（Ｘ）はこのスロット板２０から放射されるＸ方向のマ
イクロ波放射強度分布を示し、 ｍ （ｙ）はこのスロ
ット板２０から放射されるＸ方向のマイクロ波放射強度
分布を示す。従って空洞共振室ｌａ内のマイクロ波の定
在波によって生じる表面電流は円周方向にほとんど一定
となる。これにより、スロット板２０のスロット２０ａ
から放射されるマイクロ波の分布は中心軸に対して軸対
称になる。33 indicates the ceiling of the cavity resonant chamber 1b, and 34 indicates its surface current. In FIG. 18, 20 indicates a microwave radiation slot plate, and 35 indicates its surface current. Also m
(X) shows the microwave radiation intensity distribution in the X direction radiated from this slot plate 20, and m (y) shows the microwave radiation intensity distribution in the X direction radiated from this slot plate 20. Therefore, the surface current generated by the standing microwave wave in the cavity resonant chamber la is almost constant in the circumferential direction. As a result, the slot 20a of the slot plate 20
The distribution of microwaves radiated from the center becomes axially symmetrical with respect to the central axis.
こうして電界強度が高く、かつ偏りのないマイクロ波が
プラズマ室６内へ放射される。この場合の均一性は±３
０〜±８０％から±２％以下まで改善できる。プラズマ
室内の自由電子はマイクロ波の電界により加速され、処
理ガス（例えばＢｅΩ□とＣρ２の混合ガスもしくはＳ
Ｆ６の混合ガスからなるエツチングガス又はＳ ｉ Ｈ
４ガス。In this way, microwaves with high electric field strength and no bias are radiated into the plasma chamber 6. The uniformity in this case is ±3
It can be improved from 0 to ±80% to ±2% or less. Free electrons in the plasma chamber are accelerated by the electric field of the microwave, and the free electrons in the plasma chamber are
Etching gas consisting of a mixed gas of F6 or S i H
4 gas.
Ｎ２０ガスあるいは０２ガス及び稀釈用ガスとしてＮ２
ガスを組合せたＣＶＤガス）の分子に衝突して励起され
イオンやラジカルとなり、プラズマが発生する。N20 gas or 02 gas and N2 as diluent gas
It collides with the molecules of the CVD gas, which is a combination of gases, and is excited and becomes ions and radicals, generating plasma.
マイクロ波により発生したプラズマは、マイクロ波がプ
ラズマ中の電子に直接作用するため、プラズマと基板１
２間の電位差は２０〜３０Ｖのレベルである。したがっ
て、マイクロ波によるプラズマだけでは基板１２に入射
するイオンのエネルギーが弱く、異方性エツチングは困
難である。そこで、電極７に高周波電源１１から高周波
電圧を印加し、この電圧によりプラズマ中のイオンを加
速して基板１２へ入射させる。このときのイオンエネル
ギーは、印加する電圧により任意に制御でき、適正な値
に設定できる。これにより異方性が高く、高精度なエツ
チングが可能となる。なお、電極７に印加した高周波電
力はプラズマ中を流れ、アース電位とした容器６及びガ
スノズルリング１８の表面へ流入する。ガスノズルリン
グ１８や容器６は基板１２におよそ対向した位置にある
ので、基板１２に印加される高周波電圧の基板１２内で
の分布は均一となり、均一なエツチングや成膜が実現で
きる。Plasma generated by microwaves has a direct effect on electrons in the plasma, so the plasma and substrate 1
The potential difference between the two is at a level of 20-30V. Therefore, with microwave plasma alone, the energy of ions incident on the substrate 12 is weak, making anisotropic etching difficult. Therefore, a high frequency voltage is applied to the electrode 7 from a high frequency power source 11, and the ions in the plasma are accelerated by this voltage and made to enter the substrate 12. The ion energy at this time can be arbitrarily controlled by the applied voltage and can be set to an appropriate value. This allows for high anisotropy and highly accurate etching. Note that the high-frequency power applied to the electrode 7 flows through the plasma and flows into the surface of the container 6 and the gas nozzle ring 18, which are set at a ground potential. Since the gas nozzle ring 18 and the container 6 are positioned approximately opposite the substrate 12, the distribution of the high frequency voltage applied to the substrate 12 within the substrate 12 becomes uniform, and uniform etching and film formation can be achieved.
本実施例によるドライエツチング装置では、例えばＰｏ
１ｙ−８ｉのエツチング速度６００ｎ ｍ、／ ｍ ｉ
ｎ以上、下地となるＳｉｎ、膜とのエツチング速度比
１５以上、均一性±２％以下かつサイドエッチｉｏ、０
２μｍ以下の高性能なエツチング又は均一性の優れた成
膜を実現できる。In the dry etching apparatus according to this embodiment, for example, Po
Etching speed of 1y-8i 600nm, /mi
n or more, etching speed ratio with underlying Sin film, 15 or more, uniformity less than ±2%, and side etch io, 0
High performance etching of 2 μm or less or film formation with excellent uniformity can be achieved.
以上により、プラズマ処理した製品の歩留まりや信頼性
が大きく向上できる。なお、プラズマ処理としてエツチ
ングについて説明したが、他のプラズマ処理、例えばプ
ラズマＣＶＤにおいても基本的には処理ガスが異なるだ
けで同様の効果が得られることは言うまでもない。As a result of the above, the yield and reliability of plasma-treated products can be greatly improved. Although etching has been described as a plasma treatment, it goes without saying that similar effects can be obtained in other plasma treatments, such as plasma CVD, just by using different processing gases.
第７図乃至第１０図は１表面電流分布を矯正できるＥ、
□モードのスロット板２１の他の実施例を示したもので
ある。第７図に示すように、スロット２１ｄの幅を他の
スロット２ｂに比へて減少させて面積を減少させてもよ
く、また第８図に示すようにスロット２１ｂ全体を中心
から導波口１ｅの偏心と逆側偏心させてもよく、また第
９図に示すように分割させたスロット２１ｅで形成して
面積を減少させてもよく、また第１０図に示すようにス
ロット２１ｆのみ中心方向に変位させて配置させてもよ
いことは明らかである。またこれらの実施例は単独又は
組合せても同様に、マイクロ波放射強度分布ｍ （ｘ）
を矯正でき、しかもスロット板２１のみを交換すること
で、使用条件が変更になっても容易に対応できる効果を
有する。Figures 7 to 10 show E, which can correct the surface current distribution.
This shows another embodiment of the slot plate 21 in the □ mode. As shown in FIG. 7, the width of the slot 21d may be reduced compared to other slots 2b to reduce the area, and as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 9, the slot 21e may be divided to reduce the area, or as shown in FIG. 10, only the slot 21f may be centered toward the center. It is clear that a displaced arrangement is also possible. Moreover, these embodiments may be used alone or in combination, and the microwave radiation intensity distribution m (x)
can be corrected, and by replacing only the slot plate 21, it has the effect of easily responding to changes in usage conditions.
第１１図の実施例は空洞共振器１の上端面に導波口１ｅ
のマイクロ波に対するインピーダンスに対してインピー
ダンスが軸対称になるように、蒸着またはスパッタ等の
手法で表面に、部分的に抵抗体３ｏを設けたものである
。形状は第１２図に示す矩形の他に第１３図に示すリン
グ形でもよい。The embodiment shown in FIG. 11 has a waveguide 1e on the upper end surface of the cavity resonator 1.
A resistor 3o is partially provided on the surface by a method such as vapor deposition or sputtering so that the impedance is axially symmetrical with respect to the impedance to the microwave. In addition to the rectangular shape shown in FIG. 12, the shape may be a ring shape shown in FIG. 13.
更には第１４図及びそのＣＣ断面を示す第１５図のよう
に空洞共振器１の側面に設けてもよい。Furthermore, it may be provided on the side surface of the cavity resonator 1 as shown in FIG. 14 and FIG. 15 showing the CC cross section thereof.
上記実施例はすべてＥ。１モードの場合を示しているが
Ｈ８１モートの場合についても同様の考え方ができ、具
体化が可能であることは言うまでもない。即ち第１９図
にＨ６１モードの空洞共振器内の電磁界分布モデルを示
す。導波口ＩＣについても電界３２の向きに合せるため
、Ｈｏｔモードにおいても偏心させる必要がある。その
ため第２０図に示すように空洞共振器の天井３３におい
て表面電流が導波口ＩＣの影響によって偏り、マイクロ
波放射強度分布についてＸ方向に不均一性が生じ、前記
実施例に示したように対策する必要がある。All of the above examples are E. Although the case of 1 mode is shown, it goes without saying that the same idea can be applied to the case of H81 mote, and it is possible to implement it. That is, FIG. 19 shows an electromagnetic field distribution model within the cavity resonator in H61 mode. The waveguide IC also needs to be eccentric in the Hot mode in order to match the direction of the electric field 32. Therefore, as shown in FIG. 20, the surface current in the ceiling 33 of the cavity resonator is biased due to the influence of the waveguide IC, causing non-uniformity in the microwave radiation intensity distribution in the X direction, and as shown in the previous embodiment. Measures need to be taken.
以上説明したように本発明によれば、マイクロ波を用い
たプラズマの発生を安定させる効果がある。As explained above, according to the present invention, there is an effect of stabilizing the generation of plasma using microwaves.
また本発明によれば空洞共振器との関連による装置構成
↓の制約を受けない効果がある。従って空洞共振器をア
ース電位に接続することで処理対象を載置した電極に平
行な対向電極を構成できる。Further, according to the present invention, there is an effect that there is no restriction on the device configuration ↓ due to the relationship with the cavity resonator. Therefore, by connecting the cavity resonator to ground potential, it is possible to configure a counter electrode parallel to the electrode on which the object to be processed is placed.
この結果、対向電極に設けられたスロットを通してマイ
クロ波のエネルギーを伝播できるので、このエネルギー
により生じるイオンやラジカルの効果を均一に処理対象
に与えることができる。As a result, the microwave energy can be propagated through the slot provided in the counter electrode, so that the effects of ions and radicals generated by this energy can be uniformly applied to the processing target.
またイオンやラジカルの影響を均一に発生させることが
できる。この結果、高速で最適なイオンエネルギーによ
るプラズマ処理ができる。更に、半導体ウェハの微細パ
ターンを高精度、高速にかつ低損傷で形成できる。更に
また均一な成膜を高速に行える効果がある。Furthermore, the influence of ions and radicals can be uniformly generated. As a result, plasma processing can be performed at high speed and with optimal ion energy. Furthermore, fine patterns on semiconductor wafers can be formed with high precision, high speed, and with little damage. Furthermore, there is an effect that uniform film formation can be performed at high speed.
また、空洞共振器とスロット板の組合せを２段以上重ね
ることにより、スロットから放射されるマイクロ波のエ
ネルギー分布の均一性を向上でき、これにより、プラズ
マ処理の均一性を、更に向上できる効果がある。In addition, by stacking the combination of cavity resonators and slot plates in two or more stages, it is possible to improve the uniformity of the energy distribution of the microwaves emitted from the slots, which has the effect of further improving the uniformity of plasma processing. be.
また本発明によれば、空洞共振器とスロットアンテナを
組合せてプラズマ室へ電界強度の高いマイクロ波を放射
してプラズマを発生ずる場合において、プラズマ発生室
へ放射されるマイクロ波の分布を容易に矯正でき、しか
も調整方法も簡単であるので、プラズマ処理において極
めて良い均一性が得られ、プラズマ処理した製品の歩留
まりや信頼性を向上させることができる効果を奏する。Further, according to the present invention, when a cavity resonator and a slot antenna are combined to radiate microwaves with high electric field strength to a plasma chamber to generate plasma, the distribution of the microwaves radiated to the plasma generation chamber can be easily controlled. Since it can be corrected and the adjustment method is simple, extremely good uniformity can be obtained in plasma processing, and the yield and reliability of plasma-treated products can be improved.
第１図は本発明の第１の一実施例に係るプラズマ処理装
置の構成図、第２図乃至第４図は各々第１図に示すスロ
ット板の夫々別の平面図、第５図は本発明の第２の一実
施例に係るプラズマ処理装置を示す縦断面図、第６図は
第５図に示す空洞共振室間に設けられたスロット板の一
実施例を示す平面図、第７図乃至第１０図は第６図と異
なるスロット板の各実施例を示す平面図、第１１図は本
発明の第３の一実施例のプラズマ処理装置を示す縦断面
図、第１２図及び第１３図は各々第１１図に示すスロッ
ト板の実施例を示した平面図、第１４図は本発明の第４
の一実施例のプラズマ処理装置の空洞共振器部を示す縦
断面図、第１５図は第１４図のＣ−Ｃ断面を示す図、第
１６図は本発明に係るＥ。１モードの場合の空洞共振器
内部の電磁界分布と導波口との関係を示す模式図、第１
７図及び第１８図はＥ。、モードにおいて導波口の偏心
により生ずる空洞共振器内の表面電流及びマイク０波放
射強度分布の偏りを表わす模式図、第１８図はＨ０１モ
ードの場合の空洞共振器内部の電磁界Ｈｏ１モードにお
いて導波口の偏心による影響を示す図である。
１・・・空洞共振器。
ｌａ、ｌｂ・・・空洞共振室。
１ｃ・・・導波口。
２・・・導波管。
３・・マグネトロン。
４・・・石英板。
６・・・プラズマ発生室。
７・・・電極。
９・・ガス導入管。
１０・・真空排気管。
１１・・・高周波電極。
１２・・・基板。
２０．２１・・・スロット板。
２０ａ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ。
ロフト。
１ｅ
・・ス
扇
２固
（２０ユ）
スロ・νと
躬
躬
宋
図
モ
ｌ乙
第
虐
佑
ｊ
口
躬／２η
拓
Ｂ
扇
／乙
記FIG. 1 is a block diagram of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 4 are respective plan views of the slot plate shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the invention; FIG. 6 is a plan view showing an embodiment of a slot plate provided between the cavity resonance chambers shown in FIG. 5; FIG. 10 to 10 are plan views showing respective embodiments of the slot plate different from those in FIG. 6, FIG. 11 is a vertical sectional view showing a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention, and FIGS. 12 and 13. Each figure is a plan view showing an embodiment of the slot plate shown in FIG. 11, and FIG. 14 is a plan view showing the embodiment of the slot plate shown in FIG.
FIG. 15 is a longitudinal cross-sectional view showing a cavity resonator portion of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line C--C in FIG. 14, and FIG. Schematic diagram showing the relationship between the electromagnetic field distribution inside the cavity resonator and the waveguide in the case of one mode, Part 1
Figures 7 and 18 are E. , a schematic diagram showing the surface current in the cavity resonator and the deviation of the microphone 0 wave radiation intensity distribution caused by eccentricity of the waveguide in the H01 mode. FIG. 3 is a diagram showing the influence of eccentricity of a waveguide. 1...Cavity resonator. la, lb...Cavity resonant chamber. 1c... Waveguide. 2... Waveguide. 3. Magnetron. 4...Quartz plate. 6...Plasma generation chamber. 7... Electrode. 9. Gas introduction pipe. 10. Vacuum exhaust pipe. 11...High frequency electrode. 12...Substrate. 20.21...Slot board. 20a, 21a, 21b, 21c. loft. 1e ... Su fan 2 hard (20 Yu) Suro ν and 謬謬 Song zu mori Otsudai Shiroyuuj Kuchiban / 2η Taku B Fan / Otsuki
Claims (1)
行なうプラズマ室と、該プラズマ室に第１のスロット板
を介して連設したマイクロ波蓄積増大用の第１空洞共振
室と、該第１空洞共振室に前記第１スロット板と平行な
第２スロット板を介して連設したマイクロ波蓄積増大用
の第２空洞共振室と、該第２空洞共振室に導波管を介し
てマイクロ波を導入するマイクロ波発生器とを備えて成
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 ２、更に、前記第２の空洞共振室とマイクロ波導入用の
導波管との間に前記第２の空洞共振室側に第３のスロッ
ト板を備えた第３の空洞共振室を介挿したことを請求項
１記載のプラズマ処理装置。 ３、各スロット板の間隔を、マイクロ波の波長の１／２
の整数倍あるいはこれに近い値にしたことを特徴とする
請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。 ４、導波管を有し、マイクロ波を発生して導くマイクロ
波発生器と、共振の固有モードへの影響を与えずに、内
部の電気、又は磁気に対するインピーダンスの分布を制
御するインピーダンス分布制御手段を有し、上記マイク
ロ波発生器から導入されたマイクロ波を共振させる空洞
共振器と、該空洞共振器で共振されたマイクロ波を放射
させる結合部材と、該結合部材から放射されたマイクロ
波によりプラズマを発生させてプラズマ処理するプラズ
マ室とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 ５、上記空洞共振器を、複数の空洞共振室を連接して構
成し、上記空洞共振器のインピーダンス分布制御手段と
して上記連接する箇所にスロットの面積又は位置を偏心
させたスロット板を設置して構成したことを特徴とする
請求項４記載のプラズマ処理装置。 ６、上記空洞共振器のインピーダンス分布制御手段とし
て、内壁に少なくとも部分的に上記インピーダンスの異
なる材料を設けて形成したことを特徴とする請求項４記
載のプラズマ処理装置。 ７、上記空洞共振器のインピーダンス分布制御手段とし
て、上記結合部材にスロットの面積又は位置を偏心させ
たスロット板を設置して構成したことを特徴とする請求
項４記載のプラズマ処理装置。 ８、更に、上記プラズマ室内における上記結合部材の周
辺部から処理ガスを上記プラズマ室内に導入する処理ガ
ス導入手段を設けたことを特徴とする請求項４記載のプ
ラズマ処理装置。 ９、上記処理ガス導入手段内に、処理ガスを着火性を向
上するための磁石手段を設けたことを特徴とする請求項
８記載のプラズマ処理装置。 １０、マイクロ波を大気圧雰囲気の空洞共振器に偏心し
た位置から導入し、該空洞共振器内でマイクロ波を共振
させ、該空洞共振器から共振され、且つ偏心のない分布
を有するマイクロ波を処理基板を設置したプラズマ室に
導入し、該プラズマ室内においてプラズマを発生させて
上記処理基板に対して処理することを特徴とするプラズ
マ処理方法。[Claims] 1. A plasma chamber for maintaining plasma generated inside and performing plasma processing, and a first cavity resonance for increasing microwave accumulation connected to the plasma chamber via a first slot plate. a second cavity resonant chamber for increasing microwave accumulation, which is connected to the first cavity resonant chamber via a second slot plate parallel to the first slot plate; and a waveguide in the second cavity resonant chamber. 1. A plasma processing apparatus comprising: a microwave generator that introduces microwaves through a tube. 2. Further, a third cavity resonant chamber provided with a third slot plate on the second cavity resonant chamber side is inserted between the second cavity resonant chamber and the waveguide for introducing microwaves. The plasma processing apparatus according to claim 1. 3. Set the interval between each slot plate to 1/2 of the wavelength of the microwave.
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is set to an integral multiple of or a value close to this. 4. A microwave generator with a waveguide that generates and guides microwaves, and impedance distribution control that controls the impedance distribution for internal electricity or magnetism without affecting the resonance eigenmode. a cavity resonator that resonates microwaves introduced from the microwave generator; a coupling member that emits the microwaves resonated by the cavity resonator; and a microwave radiated from the coupling member. 1. A plasma processing apparatus comprising: a plasma chamber for generating plasma and performing plasma processing. 5. The cavity resonator is configured by connecting a plurality of cavity resonance chambers, and a slot plate with an eccentric area or position of the slot is installed at the connecting location as an impedance distribution control means of the cavity resonator. 5. The plasma processing apparatus according to claim 4, further comprising a plasma processing apparatus. 6. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the impedance distribution control means of the cavity resonator is formed by providing at least a portion of the inner wall with a material having a different impedance. 7. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the impedance distribution control means for the cavity resonator is constructed by installing a slot plate in which the area or position of the slot is eccentric in the coupling member. 8. The plasma processing apparatus according to claim 4, further comprising processing gas introducing means for introducing processing gas into the plasma chamber from a peripheral portion of the coupling member in the plasma chamber. 9. The plasma processing apparatus according to claim 8, further comprising magnet means for improving the ignitability of the processing gas within the processing gas introducing means. 10. Introducing microwaves into a cavity resonator in an atmospheric pressure atmosphere from an eccentric position, causing the microwaves to resonate within the cavity resonator, and producing microwaves that are resonant from the cavity resonator and have a distribution without eccentricity. A plasma processing method characterized by introducing a processing substrate into a plasma chamber installed therein, generating plasma in the plasma chamber, and processing the processing substrate.
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