JPH07235394A - Method and device for producing plasma and method and device for plasma processing incorporating them - Google Patents
Method and device for producing plasma and method and device for plasma processing incorporating themInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ生成方法及び装
置とそれを用いたプラズマ処理方法及び装置に係り、特
にマイクロ波を用いたプラズマの生成及び該プラズマに
よって半導体素子等の試料を処理するのに好適なプラズ
マ生成方法及び装置とそれを用いたプラズマ処理方法及
び装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generation method and apparatus and a plasma processing method and apparatus using the same, and more particularly to plasma generation using microwaves and processing of a sample such as a semiconductor element by the plasma. And a plasma processing method and apparatus using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、マイクロ波を用いてプラズマを生
成し、そして該プラズマを利用して試料を処理する技術
としては、例えば、金井他著「マイクロ波プラズマエッ
チング装置」，日立評論Ｖｏｌ．７３ Ｎｏ．９，ｐ．
２３〜２８，（１９９１）に記載のものが知られてい
る。図１７にその装置を示す。本装置は、マイクロ波を
伝播する導波管２２内に石英製の半球状の放電管である
石英ベルジャ２４を設置し、ソレノイドコイル２３の外
部磁場とマグネトロン２１からのマイクロ波の電界との
相互作用により石英ベルジャ２４内でプラズマを生成さ
せ、該プラズマを利用して処理室内の試料台２６に搭載
された被処理物であるウエハ５の処理を行うようになっ
ている。ここで、２７は、試料台２６に接続された高周
波電源であり、エッチング処理時に試料台２６にＲＦバ
イアス電圧を印加する。２８は石英ベルジャ２４内に導
入するエッチングガスを示し、２９は処理室内からの排
気を示す。2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for generating a plasma by using a microwave and processing a sample by using the plasma, for example, "Microwave Plasma Etching Device" by Kanai et al., Hitachi Review Vol. 73 No. 9, p.
23-28, (1991) are known. FIG. 17 shows the device. In this device, a quartz bell jar 24, which is a quartz hemispherical discharge tube, is installed in a waveguide 22 that propagates microwaves, and the external magnetic field of the solenoid coil 23 and the electric field of the microwave from the magnetron 21 are mutually interacted. Plasma is generated in the quartz bell jar 24 by the action, and the wafer 5 which is the object to be processed mounted on the sample stage 26 in the processing chamber is processed by using the plasma. Here, 27 is a high-frequency power source connected to the sample stage 26, and applies an RF bias voltage to the sample stage 26 during the etching process. 28 indicates an etching gas introduced into the quartz bell jar 24, and 29 indicates exhaust from the processing chamber.
【０００３】また、他のマイクロ波プラズマエッチング
装置として、例えば、特開平４−１６７４２４号公報に
記載のものが知られている。本装置は、プラズマ反応室
に隣接して円筒空洞共振器を設け、円筒空洞共振器へマ
イクロ波を導入し、円筒空洞共振器内にマイクロ波の特
定モードの共振を生じさせて、特定モードの高エネルギ
密度のマイクロ波の一部をプラズマ反応室内径と同径の
石英等で成る平板状のマイクロ波放射窓からプラズマ反
応室へ導入し、プラズマ反応室内に磁場とマイクロ波電
界とを作用させてプラズマを発生させ、該プラズマを利
用して試料を処理するようになっている。Further, as another microwave plasma etching apparatus, for example, one described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-167424 is known. This device is provided with a cylindrical cavity resonator adjacent to the plasma reaction chamber, introduces microwaves into the cylindrical cavity resonator, and causes resonance of a specific mode of microwaves in the cylindrical cavity resonator to generate a specific mode resonance. A part of the high energy density microwave is introduced into the plasma reaction chamber through a flat microwave radiation window made of quartz or the like having the same diameter as the plasma reaction chamber, and a magnetic field and a microwave electric field are made to act in the plasma reaction chamber. To generate plasma, and the sample is processed using the plasma.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】プラズマを利用した半
導体製造プロセスにおいては、試料台に搭載された試料
に対して電気的ダメ−ジを与えることなく、均一に処理
することが必要である。これに対し、前述の従来技術
は、将来の大口径微細化に対応したプラズマ性能、すな
わち、高密度均一プラズマを得るにはまだ充分なもので
なかった。In the semiconductor manufacturing process using plasma, it is necessary to uniformly process the sample mounted on the sample stage without giving any electrical damage. On the other hand, the above-mentioned conventional technique is not yet sufficient for obtaining the plasma performance corresponding to the future miniaturization of the large diameter, that is, the high-density uniform plasma.
【０００５】前者従来技術のマイクロ波プラズマエッチ
ング装置は、マイクロ波透過部材として半球状の石英ベ
ルジャを導波管内に設置し、石英ベルジャ内にプラズマ
を発生させる構造となっている。そのため、導波管内を
伝播してきたマイクロ波は石英ベルジャの影響を受けや
すくなり、特に大径の導波管内では複数のモードのマイ
クロ波が存在しえ、マイクロ波が半球状の石英ベルジャ
及び石英ベルジャ内部に生成されるプラズマによって導
波管内で複雑な反射と屈折を繰り返し石英ベルジャ内部
のプラズマに吸収される。その結果、試料直径８インチ
以上の大口径対応の装置とした場合、マイクロ波は導波
管内でさまざまなモ−ドに励起され、生成されるプラズ
マの状態が一定せず、マイクロ波は時間的に複数のモー
ド間で遷移し、プラズマ状態が時間的に変化する。この
ようなプラズマ状態の変化に伴ってプラズマのインピー
ダンスが変わり、プラズマへの効率的なマイクロ波エネ
ルギの伝達ができず高密度のプラズマ生成が難しくな
る。また、大口径試料に対応した広い範囲での均一なプ
ラズマの生成が難しくなる。The former prior art microwave plasma etching apparatus has a structure in which a hemispherical quartz bell jar as a microwave transmitting member is installed in a waveguide to generate plasma in the quartz bell jar. Therefore, the microwave propagating in the waveguide is easily affected by the quartz bell jar, and in particular, there can be multiple modes of microwaves in the large-diameter waveguide, and the microwave is a hemispherical quartz bell jar and quartz. The plasma generated inside the bell jar repeats complex reflection and refraction inside the waveguide and is absorbed by the plasma inside the quartz bell jar. As a result, in the case of a device with a large diameter of 8 inches or more, the microwave is excited in various modes in the waveguide, the generated plasma state is not constant, and the microwave is temporally changed. , And the plasma state changes with time. As the plasma state changes, the impedance of the plasma changes, and the microwave energy cannot be efficiently transmitted to the plasma, making it difficult to generate high-density plasma. Further, it becomes difficult to generate uniform plasma in a wide range corresponding to a large-diameter sample.
【０００６】このような問題を解決するものとして従来
技術後者のものがある。後者従来技術のマイクロ波プラ
ズマエッチング装置は、マイクロ波透過部材として、円
筒空洞共振器の一部とプラズマ反応室との間にプラズマ
反応室内径と同径の平板状のマイクロ波放射窓を設け、
プラズマ反応室内にプラズマを生成させる構造となって
いる。これにより、円筒空洞共振器によって得られた安
定な特定モードの高エネルギ密度のマイクロ波の一部が
マイクロ波放射窓を通してプラズマ反応室へ導入される
ので、プラズマ反応室内で高密度で均一なプラズマが得
られるとしている。しかしながら、本装置では、プラズ
マ反応室内へ導かれるマイクロ波は円筒空洞共振器内で
共振させたマイクロ波の一部であるため、円筒空洞共振
器内部でのマイクロ波エネルギのロスは避けられず、マ
イクロ波エネルギの伝達効率が低下し、より高密度のプ
ラズマを得ることが困難である。また、試料直径８イン
チ以上の大口径化に対応する場合は、さらに円筒空洞共
振器が大きくなり装置が大型化するという問題がある。As a solution to such a problem, there is the latter one of the prior arts. The latter conventional microwave plasma etching apparatus, as a microwave transmission member, a plate-shaped microwave radiation window having the same diameter as the plasma reaction chamber diameter is provided between a part of the cylindrical cavity resonator and the plasma reaction chamber.
The structure is such that plasma is generated in the plasma reaction chamber. As a result, part of the stable high energy density microwave of a specific mode obtained by the cylindrical cavity is introduced into the plasma reaction chamber through the microwave radiation window, so that a high-density and uniform plasma is generated in the plasma reaction chamber. Is supposed to be obtained. However, in this device, since the microwave guided into the plasma reaction chamber is a part of the microwave resonated in the cylindrical cavity resonator, loss of microwave energy inside the cylindrical cavity resonator cannot be avoided. The transmission efficiency of microwave energy is reduced, and it is difficult to obtain higher density plasma. Further, in the case of dealing with a large sample diameter of 8 inches or more, there is a problem that the cylindrical cavity resonator becomes larger and the device becomes larger.
【０００７】本発明の第１の目的は、マイクロ波を用い
た高密度均一プラズマを生成することのできるプラズマ
生成方法及び装置を提供することにある。A first object of the present invention is to provide a plasma generation method and apparatus capable of generating high-density uniform plasma using microwaves.
【０００８】本発明の第２の目的は、マイクロ波を用い
た高密度プラズマを生成することのできるプラズマ生成
方法及び装置を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a plasma generation method and apparatus capable of generating high density plasma using microwaves.
【０００９】本発明の第３の目的は、マイクロ波を用い
た安定な均一プラズマを生成することのできるプラズマ
生成方法及び装置を提供することにある。A third object of the present invention is to provide a plasma generation method and apparatus capable of generating stable uniform plasma using microwaves.
【００１０】本発明の第４の目的は、試料直径８インチ
以上の大口径化に対応し、試料の処理速度及び均一処理
の向上を図ることのできるプラズマ処理方法及び装置を
提供することにある。A fourth object of the present invention is to provide a plasma processing method and apparatus capable of increasing the sample diameter of 8 inches or more and improving the processing speed and uniform processing of the sample. .
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、プラ
ズマ発生室のマイクロ波導入部にプラズマ発生室の内径
と略同径のマイクロ波透過窓を設け、プラズマ発生室の
内径と略同径であってプラズマ発生室内に生成されるプ
ラズマのマイクロ波反射境界面との間で特定モードのマ
イクロ波を共振させる空洞部をマイクロ波透過窓を介し
てプラズマ発生室に隣接した装置とし、空洞部を介して
放電空間にマイクロ波を導入する工程と、放電空間に導
入されたマイクロ波により放電空間内のガスをプラズマ
化する工程と、空洞部と略同径の放電空間内に生成され
るプラズマのマイクロ波反射境界面と空洞部の反射端面
との間で特定モードのマイクロ波を共振させる工程とを
有する方法とすることにより、達成される。A first object of the present invention is to provide a microwave introduction window of the plasma generation chamber with a microwave transmission window having substantially the same diameter as the inner diameter of the plasma generation chamber, and to provide substantially the same inner diameter as the plasma generation chamber. A cavity that resonates the microwave of a specific mode with the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the plasma generation chamber is a device adjacent to the plasma generation chamber through the microwave transmission window. Of microwaves into the discharge space through the chamber, plasma of the gas in the discharge space by the microwaves introduced into the discharge space, and generation in the discharge space of approximately the same diameter as the cavity Resonating the microwave of a specific mode between the microwave reflection boundary surface of the plasma and the reflection end surface of the cavity.
【００１２】上記第２の目的は、マイクロ波が導入され
るプラズマ発生部のマイクロ波導入側に、プラズマのマ
イクロ波反射境界面から反射したマイクロ波が定在波と
なるマイクロ波の反射空間を形成する空洞部を連結した
装置とし、プラズマ発生部に発生させられるプラズマの
マイクロ波反射境界面と、プラズマ発生部のマイクロ波
導入側に連結した空洞部のプラズマ対向端面との間で、
空洞部に伝播されたマイクロ波に定在波を生じさせ、マ
イクロ波のエネルギをプラズマに伝達する方法とするこ
とにより、達成される。The second object is to provide a microwave reflection space in which the microwave reflected from the microwave reflection boundary surface of the plasma becomes a standing wave on the microwave introduction side of the plasma generation part into which the microwave is introduced. As a device that connects the cavity to be formed, between the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the plasma generator, and the plasma facing end surface of the cavity connected to the microwave introduction side of the plasma generator,
This is achieved by generating a standing wave in the microwave propagated in the cavity and transferring the microwave energy to the plasma.
【００１３】上記第３の目的は、マイクロ波が導入され
るプラズマ発生部のマイクロ波導入側に、プラズマのマ
イクロ波反射境界面から反射したマイクロ波が特定モー
ドのマイクロ波となり反射が繰り返される反射空間を形
成する空洞部を設けた装置とし、プラズマ発生部に発生
させられるプラズマのマイクロ波反射境界面と、プラズ
マ発生部のマイクロ波導入側に設けた空洞部のプラズマ
対向端面との間で、空洞部に伝播されたマイクロ波を特
定モードのマイクロ波とし反射を繰り返させ、特定モー
ドのマイクロ波をそのままプラズマに伝達する方法とす
ることにより、達成される。The third object is that the microwave reflected from the microwave reflection boundary surface of the plasma becomes a microwave of a specific mode on the microwave introduction side of the plasma generation part into which the microwave is introduced, and the reflection is repeated. A device provided with a cavity that forms a space, between the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the plasma generation unit, and the plasma facing end surface of the cavity provided on the microwave introduction side of the plasma generation unit, This is achieved by using microwaves propagated in the cavity as microwaves of a specific mode, repeating reflection, and transmitting the microwaves of the specific mode to the plasma as they are.
【００１４】上記第４の目的は、一端にマイクロ波発振
器を有し該マイクロ波発振器から発振されるマイクロ波
を伝播させる導波管と、導波管の他端に拡大された一端
面を連結した円筒空洞部と、円筒空洞部の他端開口部に
連結された円筒空洞部と略同径の円筒状プラズマ発生室
と、円筒空洞部とプラズマ発生室との連結部に設けられ
た円筒空洞部およびプラズマ発生室と略同径の平板状の
マイクロ波透過窓と、マイクロ波透過窓に対向してプラ
ズマ発生室内に設けられた試料台と、プラズマ発生室内
部に向けてマイクロ波透過窓近傍に処理ガスを供給する
処理ガス供給手段と、プラズマ発生室内を減圧排気する
真空排気手段とを具備した装置とし、プラズマ発生室内
に処理ガスを供給するとともに所定圧力に減圧排気する
工程と、発振されたマイクロ波を円筒空洞部に導く工程
と、円筒空洞部内を伝播するマイクロ波をそのままプラ
ズマ発生室に導入する工程と、プラズマ発生室に導入さ
れたマイクロ波によりプラズマ発生室内の処理ガスをプ
ラズマ化する工程と、プラズマ発生室内に生成されたプ
ラズマとプラズマ発生室に対向する円筒空洞部の他端面
との間でプラズマに吸収されなかったマイクロ波を特定
モードで共振させる工程と、プラズマ発生室内のプラズ
マによって試料を処理する工程とを有する方法とするこ
とにより、達成される。The fourth object is to connect a waveguide having a microwave oscillator at one end for propagating the microwave oscillated from the microwave oscillator and an enlarged one end face to the other end of the waveguide. And a cylindrical plasma generation chamber having the same diameter as the cylindrical cavity connected to the opening at the other end of the cylindrical cavity, and a cylindrical cavity provided at the connection between the cylindrical cavity and the plasma generation chamber Section and the plasma generation chamber, a flat plate-shaped microwave transmission window, a sample stand provided in the plasma generation chamber facing the microwave transmission window, and a microwave transmission window near the plasma generation chamber The apparatus is provided with a processing gas supply means for supplying a processing gas to and a vacuum evacuation means for evacuating the inside of the plasma generation chamber, and a step of supplying the processing gas into the plasma generation chamber and reducing the pressure to a predetermined pressure, and oscillating. The step of guiding the microwave to the cylindrical cavity, the step of directly introducing the microwave propagating in the cylindrical cavity into the plasma generation chamber, and the microwave introduced into the plasma generation chamber converts the processing gas in the plasma generation chamber into plasma. A step of resonating microwaves not absorbed by the plasma in a specific mode between the plasma generated in the plasma generation chamber and the other end surface of the cylindrical cavity portion facing the plasma generation chamber, and the plasma in the plasma generation chamber And a step of treating the sample by the method.
【００１５】[0015]
【作用】空洞部を介してプラズマ発生室内に導入された
マイクロ波によってプラズマ発生室内にプラズマが生成
される。プラズマの生成に伴ってプラズマに吸収されな
かった空洞部からのマイクロ波がプラズマのマイクロ波
反射境界面で反射される。反射されたマイクロ波が空洞
部の反射端面でさらに反射され、プラズマのマイクロ波
反射境界面と空洞部の反射端面との間で定在波として反
射が繰り返されると共に新たに入射されるマイクロ波と
重なって共振状態になる。これにより、空洞部には特定
モードのマイクロ波が形成され、プラズマに特定モード
のマイクロ波の高いエネルギが加わりプラズマが高密度
化される。また、空洞部と放電空間とを略同径としてあ
るので空洞部とプラズマとの略等価な全反射面でマイク
ロ波が共振させられ、特定モードのマイクロ波をそのま
まプラズマに伝達させることができるので、電界の均一
性の良い特定なモードのマイクロ波を共振させることに
より、安定して均一性の良いプラズマが生成される。The plasma is generated in the plasma generation chamber by the microwaves introduced into the plasma generation chamber through the cavity. The microwaves from the cavity that are not absorbed by the plasma due to the generation of plasma are reflected at the microwave reflection interface of the plasma. The reflected microwave is further reflected by the reflection end surface of the cavity, and is repeatedly reflected as a standing wave between the microwave reflection boundary surface of the plasma and the reflection end surface of the cavity, and the newly input microwave. They overlap and become a resonance state. As a result, microwaves of a specific mode are formed in the cavity, and high energy of the microwaves of the specific mode is added to the plasma, so that the density of the plasma is increased. Further, since the cavity and the discharge space have substantially the same diameter, the microwave is resonated at the substantially equivalent total reflection surface of the cavity and the plasma, and the microwave of a specific mode can be transmitted to the plasma as it is. By resonating the microwave of a specific mode with good uniformity of the electric field, stable and good plasma is generated.
【００１６】また、円筒空洞部からプラズマ発生室内に
導入されたマイクロ波によってプラズマ発生室内の処理
ガスがプラズマ化される。この際、円筒空洞部とマイク
ロ波透過窓と円筒状プラズマ発生室とを略同径としてい
るので、プラズマの生成に伴ってプラズマに吸収されな
かった円筒空洞部からのマイクロ波はプラズマのマイク
ロ波反射境界面で反射され、反射されたマイクロ波が円
筒空洞部の他端面でさらに反射され、プラズマのマイク
ロ波反射境界面と円筒空洞部の他端面との間でマイクロ
波は特定モードの定在波となって反射が繰り返され、新
たに入射されるマイクロ波と重なって共振状態になる。
これにより、円筒空洞部には特定モードのマイクロ波が
形成され、プラズマに特定モードのマイクロ波の高いエ
ネルギが伝達されプラズマが高密度化される。さらに、
プラズマが高密度化されることにより、プラズマ中のイ
オンや反応種が多くなり、試料の処理速度が向上する。
また、円筒空洞部とプラズマ発生室とを略同径に構成し
てあるので、共振させられた特定モードのマイクロ波の
エネルギをモードの形状に合わせそのままのプラズマに
伝達させることができるので、安定した均一性の良いプ
ラズマが生成され、試料の均一処理が向上する。Further, the processing gas in the plasma generation chamber is turned into plasma by the microwaves introduced into the plasma generation chamber from the cylindrical cavity. At this time, since the cylindrical cavity portion, the microwave transmission window, and the cylindrical plasma generation chamber have substantially the same diameter, the microwaves from the cylindrical cavity portion not absorbed by the plasma due to the generation of the plasma are the microwaves of the plasma. The microwave reflected by the reflection boundary surface is further reflected by the other end surface of the cylindrical cavity, and the microwave is stationary in a specific mode between the microwave reflection boundary surface of the plasma and the other end surface of the cylindrical cavity. It becomes a wave and is repeatedly reflected, and it becomes a resonance state by overlapping with a newly incident microwave.
As a result, microwaves of a specific mode are formed in the cylindrical cavity, high energy of the microwaves of the specific mode is transmitted to the plasma, and the density of the plasma is increased. further,
By increasing the density of the plasma, the number of ions and reactive species in the plasma increases, and the processing speed of the sample improves.
Further, since the cylindrical cavity portion and the plasma generation chamber are configured to have substantially the same diameter, the energy of the resonated microwave of the specific mode can be transmitted to the plasma as it is according to the shape of the mode, which is stable. The generated uniform plasma is generated, and the uniform treatment of the sample is improved.
【００１７】[0017]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図６によ
り説明する。真空処理装置は、一体化された架台１６
と、架台１６に取り付けられる矩形の真空処理部１およ
びローダー２とからなっている。ローダー２は、カセッ
ト１２を配置可能なテーブルと、ウェハオリエンテーシ
ョンフラット合せ１１と、大気搬送ロボット９を有す
る。真空処理部１は、バッファ室３と、ロードロック室
４と、アンロードロック室５と、処理室６と、後処理室
７と、真空搬送ロボット１０を有する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The vacuum processing device is an integrated pedestal 16
And a rectangular vacuum processing unit 1 and a loader 2 attached to the pedestal 16. The loader 2 has a table on which the cassette 12 can be arranged, a wafer orientation flat alignment 11, and an atmosphere transfer robot 9. The vacuum processing unit 1 includes a buffer chamber 3, a load lock chamber 4, an unload lock chamber 5, a processing chamber 6, a post-processing chamber 7, and a vacuum transfer robot 10.
【００１８】大気搬送ロボット９は、伸縮アーム９１を
有すると共に上下左右方向に移動可能で、カセット１２
内のウエハ８を１枚毎に搬出または収納し、ローダー２
のカセット１２からウェハオリエンテーションフラット
合せ１１，ウェハオリエンテーションフラット合せ１１
からロードロック室４までウェハ８を搬送すると共に、
アンロードロック室５とカセット１２との間でウェハ８
を搬送する。The atmosphere transfer robot 9 has a telescopic arm 91 and is movable in the vertical and horizontal directions, and the cassette 12
The wafers 8 therein are carried out or stored one by one, and the loader 2
Wafer Orientation Flat Alignment 11 and Wafer Orientation Flat Alignment 11 from Cassette 12
The wafer 8 from the load lock chamber 4 to the load lock chamber 4,
Wafer 8 between unload lock chamber 5 and cassette 12
To transport.
【００１９】真空搬送ロボット１０は、伸縮アーム１０
１を有し、ロードロック室４から処理室６までウェハ８
を搬送すると共に、処理室６，後処理室７，アンロード
ロック室５間でウェハ８を搬送する。また、真空搬送ロ
ボット１０は、伸縮アーム１０１の旋回軌跡がロードロ
ック室４と処理室６を結ぶと共に、処理室６、アンロー
ドロック室５並びに後処理室７を含む軌跡になるように
して設けられている。The vacuum transfer robot 10 includes a telescopic arm 10.
Wafer 8 having load lock chamber 4 to processing chamber 6
The wafer 8 is transferred between the processing chamber 6, the post-processing chamber 7, and the unload lock chamber 5. Further, the vacuum transfer robot 10 is provided such that the swirl locus of the telescopic arm 101 connects the load lock chamber 4 and the processing chamber 6 and is a locus including the processing chamber 6, the unload lock chamber 5 and the post-processing chamber 7. Has been.
【００２０】ローダー２に設けられるウェハ用のカセッ
ト１２は、製品ウェハ用カセット１２Ａ，１２Ｂ及びダ
ミーカセット１２Ｃからなっている。各カセット１２の
周囲にはウエハサーチ機構１２１（Ａ，Ｂ，Ｃ）、１２
２（Ａ，Ｂ，Ｃ）が設けてあり、カセット１２がセット
されたときに、ウエハサーチ機構１２１が各カセット内
の試料を認識する。The wafer cassette 12 provided in the loader 2 comprises product wafer cassettes 12A and 12B and a dummy cassette 12C. Wafer search mechanisms 121 (A, B, C), 12 are provided around each cassette 12.
2 (A, B, C) are provided, and when the cassette 12 is set, the wafer search mechanism 121 recognizes the sample in each cassette.
【００２１】各ロードロック室４，５と処理室６と後処
理室７には、ウェハ押し上げ機構１４Ａ，１４Ｂがそれ
ぞれ設けられており、それぞれ各ロボットの伸縮アーム
９１，１０１にウェハ８を受渡しできる構成となってい
る。処理室６のウェハ押し上げ機構１４Ｂは、電極を兼
ねたウェハ配置用の試料台の内部に組み込まれている。
１５はバッファ室３内を仕切り処理室６を形成するリン
グゲートである。１３はエッチング用の放電手段、１４
は後処理（アッシング）用の放電手段である。３２は覗
き窓である。Wafer push-up mechanisms 14A and 14B are provided in the load lock chambers 4 and 5, the processing chamber 6 and the post-processing chamber 7, respectively, and the wafer 8 can be delivered to the telescopic arms 91 and 101 of the robots, respectively. It is composed. The wafer pushing-up mechanism 14B in the processing chamber 6 is incorporated inside the sample stage for wafer placement which also serves as an electrode.
Reference numeral 15 is a ring gate that forms a partition processing chamber 6 inside the buffer chamber 3. 13 is a discharge means for etching, and 14
Is a discharging means for post-processing (ashing). 32 is a viewing window.
【００２２】処理室６は、ウェハ８を１個ずつプラズマ
処理、例えば、プラズマエッチング処理する室であっ
て、真空処理部１の図示左下部に設けられている。ロー
ドロック室４とアンロードロック室５とは、真空搬送ロ
ボット１０を挟んで処理室６の反対側、すなわち真空処
理部１の図示右辺部分にそれぞれ設けられている。後処
理室７は、エッチング処理済みのウェハ８を１個ずつ後
処理する室であって、アンロードロック室５と対応して
真空処理部１の中間部分に設けられている。The processing chamber 6 is a chamber for performing plasma processing, for example, plasma etching processing on the wafers 8 one by one, and is provided in the lower left portion of the vacuum processing unit 1 in the drawing. The load lock chamber 4 and the unload lock chamber 5 are provided on the opposite side of the processing chamber 6 with the vacuum transfer robot 10 in between, that is, on the right side portion of the vacuum processing unit 1 in the drawing. The post-processing chamber 7 is a chamber for post-processing the etched wafers 8 one by one, and is provided in an intermediate portion of the vacuum processing unit 1 corresponding to the unload lock chamber 5.
【００２３】図３に示すように、バッファ室３は、単一
の構造物１００の厚さ方向に開口部を設け、ロ−ドロッ
ク室４，アンロードロック室５，処理室６，後処理室７
及び真空搬送ロボット１０の取り付けスペースを形成し
てあると共に、真空搬送ロボット１０が取り付けられる
スペースである開口部を中心に、それぞれの開口部を連
結するように単一の構造物１００の内部をくりぬいて試
料搬送用の通路１０２を形成してある。これにより、各
室相互の位置関係が正確に位置決めされるので、精度の
高い真空処理装置を得ることができる。さらに、真空処
理部１とローダー２も一体の架台１６に取り付けてある
のでさらに精度の高い真空処理装置を提供することがで
きる。As shown in FIG. 3, the buffer chamber 3 is provided with an opening in the thickness direction of the single structure 100, and includes a load lock chamber 4, an unload lock chamber 5, a treatment chamber 6, and a post-treatment chamber. 7
Further, a mounting space for the vacuum transfer robot 10 is formed, and the inside of the single structure 100 is hollowed out so as to connect the openings around the opening, which is the space where the vacuum transfer robot 10 is mounted. And a passage 102 for transporting the sample is formed. As a result, the positional relationship between the chambers is accurately determined, so that a highly accurate vacuum processing apparatus can be obtained. Furthermore, since the vacuum processing unit 1 and the loader 2 are also mounted on the integrated pedestal 16, it is possible to provide a vacuum processing apparatus with higher accuracy.
【００２４】なお、１０３は第二の処理室の増設に備え
た試料搬送用の通路であり、第二の処理室３５は二点鎖
線で示したようにバッファ室３の側壁に連結して配置さ
れる。通常、この通路１０３は真空処理部１の内部点検
等に利用することができる。すなわち、真空処理部１の
一方の側端近くに、処理室６，真空搬送ロボット１０，
ロードロック室４が配置してあるので、作業者は無理な
姿勢をとらなくても真空搬送ロボット１０の点検修理が
でき、また、真空搬送ロボット１０の空間を介した各室
の簡単な点検修理ができメンテナンスを容易に行なうこ
とができる。Numeral 103 is a passage for sample transfer in preparation for the expansion of the second processing chamber, and the second processing chamber 35 is arranged so as to be connected to the side wall of the buffer chamber 3 as shown by the chain double-dashed line. To be done. Normally, this passage 103 can be used for internal inspection of the vacuum processing unit 1 and the like. That is, in the vicinity of one side end of the vacuum processing unit 1, the processing chamber 6, the vacuum transfer robot 10,
Since the load lock chamber 4 is arranged, the worker can inspect and repair the vacuum transfer robot 10 without taking an unreasonable posture, and can easily inspect and repair each chamber through the space of the vacuum transfer robot 10. Therefore, maintenance can be easily performed.
【００２５】次に、上記のように配置した真空処理装置
におけるウェハ処理操作について説明する。まず、大気
搬送ロボット９を所望のカセット１２の前へ移動させ、
伸縮アーム９１をローダーのカセット１２側に向かって
動作させ、伸縮アーム９１のフォークをカセット内のウ
ェハ８の下方に挿入し、大気搬送ロボット９を少し上昇
させフォーク上にウェハ８を移載する。次に、大気搬送
ロボット９をオリエンテーションフラット合わせ１１の
前へ移動させ、伸縮アーム９１をオリエンテーションフ
ラット合わせ１１上まで移動し、大気搬送ロボット９を
少し下降させオリエンテーションフラット合わせ１１に
ウエハ８を移載する。ウエハ８のオリエンテーションフ
ラット合わせの間、伸縮アーム９１は退避位置に戻る。
ウエハ８のオリエンテーションフラット合わせが終わる
と、大気搬送ロボット９の逆動作により再びウエハ８を
大気搬送ロボット９のフォーク上に移載する。そして、
ウェハ押し上げ機構１４によって支持部材３４をロード
ロック室４の下面に気密に当接させてロードロック室を
形成させ、ロードロック室４のゲートバルブ３３を開い
た状態で大気搬送ロボット９の伸縮アーム９１をロード
ロック室４内に移動し、ウェハ８を搬入する。その後、
大気搬送ロボット９を少し下降させてウェハ８を支持部
材３４上に移載する。そして、伸縮アーム９１を退避さ
せ、ゲートバルブ３３を閉じロードロック室４を真空排
気した後、ウェハ押し上げ機構１４を動作させて支持部
材３４を下降させる。そして、真空搬送ロボット１０の
伸縮アーム１０１を支持部材３４上のウエハ８下部に移
動させ、ウェハ押し上げ機構１４を動作させて支持部材
３４を少し下降させてに伸縮アーム１０１のフォーク上
にウェハ８を受渡す。真空搬送ロボット１０は伸縮アー
ム１０１を移動させて、バッファ室１内の通路１０２を
介して真空中を処理室６までウエハ８を搬送する。ま
た、この逆の動作によりウェハ８をローダー２のアンロ
ード側カセット位置まで搬送する。なお、後処理が必要
な場合は、真空搬送ロボット１０の伸縮アーム１０１に
より後処理室７を経由して搬送する。後処理室７では、
エッチング処理済みの試料８に対してプラズマ後処理が
実施される。Next, a wafer processing operation in the vacuum processing apparatus arranged as described above will be described. First, the atmosphere transfer robot 9 is moved to the front of the desired cassette 12,
The telescopic arm 91 is operated toward the cassette 12 side of the loader, the fork of the telescopic arm 91 is inserted below the wafer 8 in the cassette, the atmospheric transfer robot 9 is slightly raised, and the wafer 8 is transferred onto the fork. Next, the atmosphere transfer robot 9 is moved to the front of the orientation flat alignment 11, the telescopic arm 91 is moved to above the orientation flat alignment 11, and the atmosphere transfer robot 9 is slightly lowered to transfer the wafer 8 to the orientation flat alignment 11. . The telescopic arm 91 returns to the retracted position during the orientation flat alignment of the wafer 8.
When the orientation flat alignment of the wafer 8 is completed, the wafer 8 is transferred onto the fork of the atmospheric transfer robot 9 again by the reverse operation of the atmospheric transfer robot 9. And
The wafer push-up mechanism 14 airtightly abuts the support member 34 on the lower surface of the load lock chamber 4 to form a load lock chamber, and with the gate valve 33 of the load lock chamber 4 opened, the telescopic arm 91 of the atmospheric transfer robot 9 is opened. Is moved into the load lock chamber 4, and the wafer 8 is loaded therein. afterwards,
The atmosphere transfer robot 9 is slightly lowered to transfer the wafer 8 onto the support member 34. Then, the retractable arm 91 is retracted, the gate valve 33 is closed, the load lock chamber 4 is evacuated, and then the wafer lifting mechanism 14 is operated to lower the support member 34. Then, the telescopic arm 101 of the vacuum transfer robot 10 is moved to the lower portion of the wafer 8 on the support member 34, the wafer lifting mechanism 14 is operated to lower the support member 34 a little, and the wafer 8 is placed on the fork of the telescopic arm 101. Hand over. The vacuum transfer robot 10 moves the telescopic arm 101 to transfer the wafer 8 in the vacuum to the processing chamber 6 via the passage 102 in the buffer chamber 1. Further, by the reverse operation, the wafer 8 is transferred to the unload side cassette position of the loader 2. When post-treatment is required, the telescopic arm 101 of the vacuum transfer robot 10 conveys it through the post-treatment chamber 7. In the post-treatment room 7,
Plasma post-treatment is performed on the sample 8 that has been subjected to the etching treatment.
【００２６】真空搬送ロボット１０のアーム１０１の軌
跡は、例えば、ロードロック室４，処理室６及び後処理
室７にウェハ８があって、アンロードロック室５にはウ
エハがない状態を考えると次のようになる。すなわち、
真空搬送ロボット１０の伸縮アーム１０１は、まず、後
処理室７のウェハ８をアンロードロック室５に移し、次
に、処理室６のウェハ８を後処理室７に移動させ、次
に、ロードロック室４のウェハ８を処理室６に搬送す
る。伸縮アーム１０１は、以下、同様の軌跡を繰り返
す。また、図３に示したように、ロードロック室４(中
心Ｏ1)と、アンロードロック室５(中心Ｏ2)との中間位
置Ｃと処理室の中心Ｏ3とを結ぶ線ＸＸの左右いずれか
一方に、すなわち真空処理部１の側端側にずらして、真
空搬送ロボット１０のアームの旋回中心Ｏ4を配置して
ある。また、線分ＸＸの反対側に後処理室７(中心Ｏ5)
を配置してある。このような構成によれば、真空搬送ロ
ボット１０のアームの旋回範囲θ（図３参照）は、円周
一周の約半分、実施例では１９０度、となる。ウェハを
搬送する真空搬送ロボット１０のアームの旋回範囲を略
半円内とすることにより、一周の略半分内の円運動で、
ロードロック室４、アンロードロック室５、処理室６、
後処理室７に、一枚のウェハ８をそれぞれ搬送可能であ
る。このように、真空搬送ロボット１０のアームの旋回
範囲を略半円内としているので、真空搬送ロボット１０
のアームの旋回範囲が狭く、タクトタイムが短縮され
る。Considering the locus of the arm 101 of the vacuum transfer robot 10, for example, when there is a wafer 8 in the load lock chamber 4, the processing chamber 6 and the post-processing chamber 7 and no wafer in the unload lock chamber 5. It looks like this: That is,
The telescopic arm 101 of the vacuum transfer robot 10 first moves the wafer 8 in the post-processing chamber 7 to the unload lock chamber 5, then moves the wafer 8 in the processing chamber 6 to the post-processing chamber 7, and then loads the wafer 8. The wafer 8 in the lock chamber 4 is transferred to the processing chamber 6. The telescopic arm 101 repeats the same trajectory thereafter. Further, as shown in FIG. 3, the left and right of the line XX connecting the intermediate position C between the load lock chamber 4 (center O 1 ) and the unload lock chamber 5 (center O 2 ) and the center O 3 of the processing chamber. The turning center O 4 of the arm of the vacuum transfer robot 10 is arranged on either side, that is, shifted toward the side end of the vacuum processing unit 1. Further, on the opposite side of the line segment XX, the post-treatment chamber 7 (center O 5 )
Has been placed. According to such a configuration, the swing range θ (see FIG. 3) of the arm of the vacuum transfer robot 10 is about half of one circumference, that is, 190 degrees in the embodiment. By setting the turning range of the arm of the vacuum transfer robot 10 for transferring a wafer within a substantially semi-circle, a circular motion within a half of one round can be performed.
Load lock chamber 4, unload lock chamber 5, processing chamber 6,
A single wafer 8 can be transferred to the post-processing chamber 7. As described above, since the swing range of the arm of the vacuum transfer robot 10 is set within a substantially semicircle, the vacuum transfer robot 10
The swivel range of the arm is narrow and the tact time is shortened.
【００２７】なお、前述した構成において、処理室６の
外径は、他の室すなわち、ロードロック室４、アンロー
ドロック室５及び後処理室７の外径よりも大きい。この
処理室６を真空処理部１の一端側に寄せて配置し、他の
室及び真空搬送ロボット１０は二つずつ並列配置するこ
とにより、所定のスペース以内に真空搬送ロボット１０
と共に上記各室を適切に配置できる。In the above-mentioned structure, the outer diameter of the processing chamber 6 is larger than the outer diameters of the other chambers, that is, the load lock chamber 4, the unload lock chamber 5, and the post-treatment chamber 7. By arranging this processing chamber 6 close to one end side of the vacuum processing unit 1 and arranging two other chambers and two vacuum transfer robots 10 in parallel, the vacuum transfer robot 10 can be placed within a predetermined space.
In addition, the above-mentioned chambers can be appropriately arranged.
【００２８】また、処理室が、有磁場マイクロ波発生装
置を具備しているタイプの処理室である場合、有磁場マ
イクロ波発生装置を付加する分だけ外形が大きくなる
が、上記配置によれば、このような大きな処理室を用い
る場合でも、他の室及び真空搬送ロボットを二つずつ並
列配置しているため、これらの各室を適切に配置し、真
空処理部１をコンパクトにまとめることができる。Further, when the processing chamber is a processing chamber of the type equipped with a magnetic field microwave generator, the external shape becomes larger by the addition of the magnetic field microwave generator. Even when such a large processing chamber is used, since the other chambers and the vacuum transfer robots are arranged in parallel two by two, these chambers can be appropriately arranged and the vacuum processing unit 1 can be compactly assembled. it can.
【００２９】次に、真空処理装置の処理室６部に配置さ
れるプラズマ処理装置を説明する。図４はプラズマ処理
装置の一実施例を示す。図５は図４におけるガス導入部
の詳細であり、図６は図４におけるプラズマ生成部分を
拡大した図である。本実施例はプラズマを生成する手段
としてマイクロ波と磁界を利用した例である。６１はマ
イクロ波を発生するマグネトロン、６２はマイクロ波を
伝播する矩形の導波管、６３は円矩形変換導波管、６４
は円筒空洞部、６４１は円筒空洞部６４の天板、６５は
磁場を発生するソレノイドコイル、６６はマイクロ波透
過窓（例えば石英平板）、６７は真空容器、６８は試料
であるウエハを配置する試料台、６９は試料台を上下に
移動させる駆動機構、６１０はプラズマ処理、例えば、
エッチング時に試料台に高周波バイアス電圧を印加する
ための高周波電源、６１１は処理ガス、例えば、エッチ
ングガスを真空容器６７に導入するためのシャワープレ
ート、１１１はシャワープレート６１１に設けられたガ
ス吹き出し口、１１２はガス導入経路、６１２は真空容
器６７内の圧力の調整を行うバリアブルバルブ、６１３
は真空容器６７を真空に減圧するためのタ−ボ分子ポン
プ、６１４は粗引用の真空ポンプである。Next, the plasma processing apparatus arranged in the processing chamber 6 of the vacuum processing apparatus will be described. FIG. 4 shows an embodiment of the plasma processing apparatus. FIG. 5 is a detail of the gas introduction part in FIG. 4, and FIG. 6 is an enlarged view of the plasma generation part in FIG. The present embodiment is an example in which a microwave and a magnetic field are used as a means for generating plasma. Reference numeral 61 is a magnetron that generates microwaves, 62 is a rectangular waveguide that propagates microwaves, 63 is a circular-rectangular conversion waveguide, 64
Is a cylindrical cavity portion, 641 is a top plate of the cylindrical cavity portion 64, 65 is a solenoid coil for generating a magnetic field, 66 is a microwave transmission window (for example, a quartz flat plate), 67 is a vacuum container, and 68 is a sample wafer. Sample stage, 69 is a drive mechanism for moving the sample stage up and down, 610 is plasma processing, for example,
A high-frequency power source for applying a high-frequency bias voltage to the sample stage during etching, 611 is a processing gas, for example, a shower plate for introducing an etching gas into the vacuum container 67, 111 is a gas outlet provided in the shower plate 611, Reference numeral 112 is a gas introduction path, 612 is a variable valve for adjusting the pressure in the vacuum container 67, 613
Is a turbo molecular pump for reducing the pressure of the vacuum container 67 to a vacuum, and 614 is a roughly cited vacuum pump.
【００３０】バッファ室３の下部には下部容器３１が取
り付けられている。下部容器３１にはバッファ室３の開
口に対応して試料台６８が設けられている。下部容器３
１は途中にバリアブルバルブ６１２を有し、下部容器３
１の端部にはターボ分子ポンプ６１３が設けられてい
る。ターボ分子ポンプ６１３には粗引用の真空ポンプ６
１４が連結されている。A lower container 31 is attached to the lower part of the buffer chamber 3. The lower container 31 is provided with a sample table 68 corresponding to the opening of the buffer chamber 3. Lower container 3
1 has a variable valve 612 in the middle, and the lower container 3
A turbo molecular pump 613 is provided at one end. The turbo molecular pump 613 is a rough reference vacuum pump 6
14 are connected.
【００３１】試料台６８には駆動機構６９が設けられ、
試料台上部が上下動可能となっている。試料台６８には
高周波電源６１０が接続され、試料台６８に高周波バイ
アス電圧を印加可能になっている。A drive mechanism 69 is provided on the sample table 68,
The upper part of the sample table can be moved up and down. A high frequency power source 610 is connected to the sample stage 68, and a high frequency bias voltage can be applied to the sample stage 68.
【００３２】バッファ室３の上部には、円筒状の真空容
器６７が取り付けられ、真空容器６７の上部開口部には
平板状のマイクロ波透過窓６６が気密に取り付けられ、
真空容器６７とマイクロ波透過窓６６とにってプラズマ
発生室が形成される。マイクロ波透過窓６６の上部に
は、真空容器６７と略同径に構成された円筒壁６４２が
真空容器６７と電気的に接続されて設けられ、円筒壁６
４２の上部開口部には中央に円形の開口部を有する天板
６４１が円筒壁６４２と電気的に接続されて設けられ、
マイクロ波透過窓６６と円筒壁６４２と天板６４１とで
囲まれた円筒空洞部６４が設けられる。天板６４１の中
央の円形開口部には円矩形変換導波管６３が電気的に接
続されて設けられ、円矩形変換導波管６３に続いて導波
管６２およびマグネトロン６１が順次電気的に接続され
て設けられる。A cylindrical vacuum container 67 is attached to the upper part of the buffer chamber 3, and a flat microwave transmission window 66 is airtightly attached to the upper opening of the vacuum container 67.
A plasma generation chamber is formed by the vacuum container 67 and the microwave transmission window 66. A cylindrical wall 642 configured to have substantially the same diameter as the vacuum container 67 is provided on the microwave transmission window 66 so as to be electrically connected to the vacuum container 67.
A top plate 641 having a circular opening in the center is provided in the upper opening of 42 so as to be electrically connected to the cylindrical wall 642.
A cylindrical cavity portion 64 surrounded by the microwave transmission window 66, the cylindrical wall 642, and the top plate 641 is provided. A circular rectangular conversion waveguide 63 is electrically connected to the circular opening in the center of the top plate 641, and the circular rectangular conversion waveguide 63 is electrically connected to a waveguide 62 and a magnetron 61 sequentially. It is connected and provided.
【００３３】バッファ室３には、バッファ室３内の試料
搬送空間である通路１０２と処理室６とを仕切る円筒状
の仕切り弁であるリングゲート１５が設けられている。
リングゲート１５は、真空容器６７の内径と同径もしく
は略同径に形成され、バッファ室３の下方から組み込ま
れ、リングゲート１５の中心軸に対称に配置した２つの
エアーシリンダ３６によって上下方向に駆動される。The buffer chamber 3 is provided with a ring gate 15 which is a cylindrical partition valve that partitions the passage 102, which is a sample transfer space in the buffer chamber 3, from the processing chamber 6.
The ring gate 15 is formed with the same or substantially the same diameter as the inner diameter of the vacuum container 67, is incorporated from below the buffer chamber 3, and is vertically moved by two air cylinders 36 symmetrically arranged with respect to the central axis of the ring gate 15. Driven.
【００３４】円筒空洞部６４および真空容器６７の外周
部にはソレノイドコイル６５が設けてある。ソレノイド
コイル６５は、円筒空洞部６４および真空容器６７の外
周部に巻装したソレノイドコイル６５２および６５３
と、円筒空洞部６４の天板６４１上部に配置した内径が
小さく円周方向に巻数を多くしたソレノイドコイル６５
１とから成る。ソレノイドコイル６５１は主磁束用とし
て用いられ、ソレノイドコイル６５２および６５３は磁
力線の制御用として用いられる。さらに、ソレノイドコ
イル６５１，６５２および６５３の外周には、これらソ
レノイドコイルを囲んでヨーク６５４が設けてある。ヨ
ーク６５４のソレノイドコイル６５１に対応した内側上
端部は円筒空洞部６４および真空容器６７の軸心と同心
で、円筒空洞部６４に向けて下方に曲げて形成されてい
る。A solenoid coil 65 is provided on the outer periphery of the cylindrical hollow portion 64 and the vacuum container 67. The solenoid coil 65 includes solenoid coils 652 and 653 wound around the cylindrical cavity 64 and the outer periphery of the vacuum container 67.
And a solenoid coil 65 arranged on the top plate 641 of the cylindrical hollow portion 64 and having a small inner diameter and a large number of turns in the circumferential direction.
It consists of 1. The solenoid coil 651 is used for main magnetic flux, and the solenoid coils 652 and 653 are used for controlling magnetic force lines. Further, a yoke 654 is provided around the solenoid coils 651, 652 and 653 so as to surround these solenoid coils. The inner upper end portion of the yoke 654 corresponding to the solenoid coil 651 is concentric with the axial center of the cylindrical hollow portion 64 and the vacuum container 67, and is bent downward toward the cylindrical hollow portion 64.
【００３５】マイクロ波透過窓６６の下面には、図５に
示すようにガス吹き出し口１１１を多数有するシャワー
プレート６１１がマイクロ波透過窓６６との間にわずか
な隙間を有して設けてあり、マイクロ波透過窓６６とシ
ャワープレート６１１との隙間にはガス導入経路１１２
が接続されている。As shown in FIG. 5, a shower plate 611 having a large number of gas outlets 111 is provided on the lower surface of the microwave transmission window 66 with a slight gap between the microwave transmission window 66 and the shower plate 611. A gas introduction path 112 is provided in the gap between the microwave transmission window 66 and the shower plate 611.
Are connected.
【００３６】真空容器６７の内面側には、図６に示すよ
うに、真空容器６７からの金属汚染をさけるために石
英，セラミックなどの耐プラズマ性の材料で形成された
円筒状の絶縁物カバー６７１を設置してある。また、真
空容器６７の内側には電極である試料台６８近傍に接地
電位の部材であるアース電極６７２を配置する。アース
電極６７２は、接地電位となっているバッファ室３に電
気的に接続され、真空容器６７の内側に向けて真空容器
６７との間に溝部を設けて取り付けられている。絶縁物
カバー６７１は、この場合、真空容器６７の内壁面とア
ース電極６７２とにより形成された溝部に落とし込まれ
て保持される。絶縁物カバー６７２は強度的およびメン
テナンス周期を考慮し、例えば、５ｍｍ以上の厚さを有
するようにしてある。アース電極６７２は、絶縁物カバ
ー６７２によって電気的に絶縁された真空容器６７とプ
ラズマ６１５との電気導通性を取る働きをする。As shown in FIG. 6, on the inner surface side of the vacuum container 67, a cylindrical insulator cover made of a plasma resistant material such as quartz or ceramic is provided to prevent metal contamination from the vacuum container 67. 671 is installed. Further, inside the vacuum container 67, a ground electrode 672, which is a member of ground potential, is arranged near the sample table 68, which is an electrode. The ground electrode 672 is electrically connected to the buffer chamber 3 that is at the ground potential, and is attached to the inside of the vacuum container 67 with a groove portion provided between the ground electrode 672 and the vacuum container 67. In this case, the insulator cover 671 is dropped and held in the groove formed by the inner wall surface of the vacuum container 67 and the ground electrode 672. The insulator cover 672 has a thickness of, for example, 5 mm or more in consideration of strength and maintenance cycle. The ground electrode 672 serves to establish electrical continuity between the plasma 615 and the vacuum container 67 electrically insulated by the insulator cover 672.
【００３７】また、金属汚染を避けるための方法として
は、この他に、耐プラズマ性のある絶縁体（例えば石
英、Ａｌ2Ｆ3、ムライト、Ｃｒ2Ｏ3等）や半導体（Ｓｉ
Ｃ等）で真空容器６７内面を被っても良い。なお、試料
台６８に高周波バイアス電力を印加し、処理する場合に
は、上記耐プラズマ性のある絶縁物の厚みは１ｍｍ以下
にし、アース効果を得られやすくするのが好ましい。As a method for avoiding metal contamination, other than this, plasma resistant insulators (eg, quartz, Al 2 F 3 , mullite, Cr 2 O 3 etc.) and semiconductors (Si) are used.
The inner surface of the vacuum container 67 may be covered with C). When high frequency bias power is applied to the sample table 68 for processing, it is preferable that the thickness of the plasma resistant insulator is 1 mm or less so that the grounding effect can be easily obtained.
【００３８】上述のように構成された装置において、真
空容器６７内にプラズマを発生させるには、まず、真空
容器６７の内部はターボ分子ポンプ６１３と真空ポンプ
６１４によって減圧される。試料を処理する場合、プロ
セスガスをガス導入経路１１２からマイクロ波透過窓６
６とシャワープレート６１１の間に導入し、シャワープ
レート６１１に設けられたガス吹き出し口１１１から真
空容器６７に導く。真空容器６７の内部圧力はバリアブ
ルバルブ６１２によって調節される。なお、シャワープ
レート６１１を用いず、マイクロ波透過窓６６の下面の
周辺等にガス吹き出し口を設けても同様な効果が得られ
る。In the apparatus constructed as described above, in order to generate plasma in the vacuum container 67, first, the inside of the vacuum container 67 is decompressed by the turbo molecular pump 613 and the vacuum pump 614. When processing the sample, the process gas is introduced from the gas introduction path 112 into the microwave transmission window 6
6 is introduced between the shower plate 611 and the shower plate 611, and the gas is introduced into the vacuum container 67 from the gas outlet 111 provided in the shower plate 611. The internal pressure of the vacuum container 67 is adjusted by the variable valve 612. The same effect can be obtained by providing a gas outlet in the vicinity of the lower surface of the microwave transmission window 66 without using the shower plate 611.
【００３９】次に、マグネトロン６１から発振した、こ
の場合、２.４５ＧＨｚのマイクロ波は矩形の導波管６
２，円矩形変換導波管６３を経由し、円筒空洞部６４内
に導かれる。この場合、導波管６２内は矩形ＴＥ10モー
ドのマイクロ波が伝播され、円矩形変換導波管６３によ
って円形ＴＥ11モードのマイクロ波に変換されて円筒空
洞部６４に導かれる。円筒空洞部６４内に導入されたマ
イクロ波は、マイクロ波透過窓６６，シャワープレート
６１１を経て真空容器６７内に導かれる。一方、真空容
器６７の周囲に設けられたソレノイドコイル６５によっ
て真空容器６７の内部には、真空容器６７の軸方向の磁
界が形成される。真空容器６７内に導入されたマイクロ
波及びソレノイドコイル６５による磁界の作用によっ
て、プラズマ中の電子は磁界からローレンツ力を受けて
旋回運動を行う。旋回運動の周期とマイクロ波の周波数
がほぼ一致したとき、電子はマイクロ波から効率良くエ
ネルギーを受け取り、電子サイクロトロン共鳴現象（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ、以下「ＥＣＲ」と略す。）によって密度の高いプラ
ズマ１５が生成される。本装置では、ＥＣＲ条件を満た
す等磁界面（以下「ＥＣＲ面」と略す。）を真空容器６
７の内部に存在させる。この場合、ＥＣＲ面における磁
場の強さは８７５ガウスである。これによって、真空容
器６７内に密度の高いプラズマ６１５を生成する。図４
に破線で示したＥＣＲ面１５２を示す。ＥＣＲ面１５２
は、主磁束用のソレノイドコイル６５１と制御用のソレ
ノイドコイル６５２，６５３とによって、真空容器６７
内の所望の高さ位置に制御・調整される。なお、本実施
例では、ソレノイドコイル６５をヨーク６５によって囲
み、主磁束用のソレノイドコイル６５１の内周部までヨ
ーク６５４を絞り込んでいるので、ソレノイドコイル６
５内に形成される磁界を軸方向に集中させ易く、制御用
のソレノイドコイル６５２，６５３とよってＥＣＲ面を
容易に平坦かできると共に、ＥＣＲ面の高さ位置が制御
し易くなっている。また、この場合は、ヨーク６５４の
上部端部を軸方向に折り返すことにより、軸方向への磁
界の集中をさらに効率良く行なわせるようにしている
が、ヨーク６５４の上部端部を軸方向に折り返さなくて
も充分に目的は達成される。Next, the microwave of 2.45 GHz oscillated from the magnetron 61 in this case is a rectangular waveguide 6.
The light is guided into the cylindrical cavity portion 64 via the circular-rectangular conversion waveguide 63. In this case, a rectangular TE 10 mode microwave is propagated in the waveguide 62, converted into a circular TE 11 mode microwave by the circular rectangular conversion waveguide 63, and guided to the cylindrical cavity portion 64. The microwave introduced into the cylindrical cavity portion 64 is guided into the vacuum container 67 via the microwave transmission window 66 and the shower plate 611. On the other hand, a magnetic field in the axial direction of the vacuum container 67 is formed inside the vacuum container 67 by the solenoid coil 65 provided around the vacuum container 67. Due to the action of the microwave introduced into the vacuum container 67 and the magnetic field of the solenoid coil 65, the electrons in the plasma receive the Lorentz force from the magnetic field and make a turning motion. When the period of the swirling motion and the frequency of the microwaves are almost the same, the electrons efficiently receive energy from the microwaves, and the electron cyclotron resonance phenomenon (E
electron Cyclotron Resonance
e, hereinafter abbreviated as "ECR". ), A high-density plasma 15 is generated. In this apparatus, an equal magnetic field surface (hereinafter abbreviated as “ECR surface”) satisfying the ECR condition is vacuum chamber 6.
It exists inside 7. In this case, the magnetic field strength on the ECR plane is 875 Gauss. As a result, a high density plasma 615 is generated in the vacuum container 67. Figure 4
The ECR plane 152 indicated by the broken line is shown. ECR surface 152
Is a vacuum container 67 by means of a solenoid coil 651 for main magnetic flux and solenoid coils 652, 653 for control.
It is controlled and adjusted to the desired height position inside. In the present embodiment, the solenoid coil 65 is surrounded by the yoke 65 and the yoke 654 is narrowed down to the inner peripheral portion of the solenoid coil 651 for the main magnetic flux.
It is easy to concentrate the magnetic field formed in 5 in the axial direction, the ECR surface can be easily flattened by the control solenoid coils 652 and 653, and the height position of the ECR surface can be easily controlled. In this case, the upper end of the yoke 654 is folded back in the axial direction so that the magnetic field can be concentrated more efficiently in the axial direction. However, the upper end of the yoke 654 is folded back in the axial direction. The purpose is sufficiently achieved without it.
【００４０】図６に円筒空洞部６４に導かれたマイクロ
波の様子を示す。円筒空洞部６４に導かれたマイクロ波
は、まず、円筒空洞部６４及びマイクロ波透過窓６６を
介して真空容器６７内に導かれ試料台６８を反射端とし
て反射する定在波となったり、円筒空洞部６４の天板６
４１とマイクロ波透過窓６６の上面または下面さらには
シャワープレート６１１との間で反射を繰り返す定在波
になったりする。この間、真空容器６７内に導入された
マイクロ波によって真空容器６７内のプロセスガスが励
起されプラズマ化される。なお、生成されたプラズマの
密度が一定密度を越えた場合（有磁場条件の場合は、電
子密度＞１×１０11個／ｃｍ3）、該密度のプラズマ部
分ではプラズマに入射されるマイクロ波の一部を反射す
るという特性がある。ＥＣＲを用いた放電では、プラズ
マ密度が前述したマイクロ波を反射する密度まで容易に
高くなる。このため、プラズマ６１５の該密度の部分が
境界面１５１となってマイクロ波の一部を反射し、円筒
空洞部６４の天板６４１とプラズマ６１５の境界面１５
１との間で反射を繰り返し定在波ｃとなる。また、生成
されたプラズマの密度が一定密度を越えた場合（有磁場
条件の場合は、電子密度＞１×１０11個／ｃｍ3）は、
定在波ｃが支配的となる。FIG. 6 shows the state of microwaves guided to the cylindrical cavity portion 64. The microwave guided to the cylindrical cavity portion 64 first becomes a standing wave which is guided to the inside of the vacuum container 67 through the cylindrical cavity portion 64 and the microwave transmission window 66 and reflected by the sample table 68 as a reflection end. Top plate 6 of cylindrical cavity 64
41 and the upper surface or the lower surface of the microwave transmission window 66, and further the shower plate 611 forms a standing wave that is repeatedly reflected. During this time, the microwave introduced into the vacuum container 67 excites the process gas in the vacuum container 67 to generate plasma. When the density of the generated plasma exceeds a certain density (electron density> 1 × 10 11 pieces / cm 3 in the case of a magnetic field condition), the microwave portion of the microwave incident on the plasma is in the plasma portion of the density. It has the property of reflecting a part. In the discharge using the ECR, the plasma density is easily increased to the density for reflecting the microwave described above. Therefore, the density portion of the plasma 615 becomes the boundary surface 151 and reflects a part of the microwave, and the boundary surface 15 between the top plate 641 of the cylindrical cavity portion 64 and the plasma 615.
Reflection is repeated between 1 and 1, and becomes a standing wave c. Further, when the density of the generated plasma exceeds a certain density (in the case of the magnetic field condition, the electron density> 1 × 10 11 pieces / cm 3 ),
The standing wave c becomes dominant.
【００４１】これを以下に説明する。なお、実際にはプ
ラズマ６１５の境界面１５１はある厚みを有するが、以
下、原理説明のため境界面１５１の厚みを無視して説明
する。すなわち、円筒空洞部６４の天板６４１からプラ
ズマ６１５の境界面１５１までの距離（マイクロ波に対
する等価距離：Ｌ0＝∫√εｒ ｄｘ（[0,l]の積分)，ε
ｒ＝比誘電率、を用いる）が、あるモードの管内波長の
１／２の整数倍となるとき、該モードは共振を起こして
定在波として円筒空洞部６４の天板６４１からプラズマ
６１５の境界面１５１の間に存在することが可能とな
る。この定在波には円矩形変換導波管６３から円筒空洞
部６４に新たに導入されたマイクロ波が重なり、定在波
と管内波長の等しいモードのマイクロ波が、定在波と共
振してさらに強い電界の定在波となる。上記の条件を満
たさないモードは減衰して円筒空洞部６４の天板６４１
からプラズマ６１５の境界面１５１の間に存在すること
ができなくなる。This will be described below. Although the boundary surface 151 of the plasma 615 actually has a certain thickness, the thickness of the boundary surface 151 will be ignored in the following description for the explanation of the principle. That is, the distance from the top plate 641 of the cylindrical cavity portion 64 to the boundary surface 151 of the plasma 615 (equivalent distance to microwave: L 0 = ∫√εr dx (integration of [0, l]), ε
r = relative permittivity) is an integer multiple of 1/2 of the guide wavelength of a certain mode, the mode resonates to generate a standing wave from the top plate 641 of the cylindrical cavity 64 to the plasma 615. It becomes possible to exist between the boundary surfaces 151. A microwave newly introduced from the circular-rectangular conversion waveguide 63 into the cylindrical cavity portion 64 overlaps this standing wave, and the microwave of a mode having the same guide wavelength as the standing wave resonates with the standing wave. It becomes a standing wave of an even stronger electric field. Modes that do not satisfy the above conditions are attenuated and the top plate 641 of the cylindrical cavity portion 64 is attenuated.
Therefore, it cannot exist between the boundary surfaces 151 of the plasma 615.
【００４２】したがって、円筒空洞部６４の高さを適切
に選ぶことにより、共振してさらに強い電界となった特
定の単一モードもしくは特定の複数のモードのマイクロ
波を、マイクロ波透過窓６６及びシャワープレート６１
１を介して、円筒空洞部６４内のモードのまま真空容器
６７に導くことが可能となる。これにより、プラズマが
生成された後の不特定多数のモード間でのモードの遷移
がなくなり、均一で安定な高密度のプラズマを発生させ
ることができる。Therefore, by appropriately selecting the height of the cylindrical cavity portion 64, microwaves of a specific single mode or a plurality of specific modes, which have resonated and become a stronger electric field, are transmitted through the microwave transmission window 66 and the microwave transmission window 66. Shower plate 61
It is possible to guide the vacuum chamber 67 to the vacuum container 67 while keeping the mode in the cylindrical cavity 64 through 1. As a result, there is no mode transition between an unspecified number of modes after the plasma is generated, and uniform and stable high density plasma can be generated.
【００４３】この場合は、円筒空洞部６４内に円矩形変
換導波管６３からＴＥ11モードのマイクロ波を導く。拡
大された内径の大きい円筒空洞部６４内には、ＴＥ，Ｔ
Ｍの種々のモードのマイクロ波が存在し得るが、円矩形
変換導波管６３からＴＥ11モードのマイクロ波を導入す
るようにしているので、基本的にＴＥのモードが生じ易
くなる。ＴＥのモードとしては、ＴＥ11，ＴＥ21，ＴＥ
01，ＴＥ31，ＴＥ41，ＴＥ12，ＴＥ51，ＴＥ22，Ｔ
Ｅ02，ＴＥ61等が生じ得る。この場合、円筒空洞部６４
に導入するマイクロ波がＴＥ11モードのマイクロ波であ
るため、ＴＥ11モードでの伝播割合が多くなる。円筒空
洞部６４内の大きさは、ＴＥ01モードの定在波ｃが形成
されるように設定されている。これにより、円筒空洞部
６４内には、主体としてＴＥ11モードおよびＴＥ01モー
ドのマイクロ波が伝播する。これら以外のモードは、位
相のずれによってプラズマ６１５の境界面１５１で一部
が反射されながら、新たに導入されるマイクロ波と打消
合い次第に減衰する。ＴＥ11モードのマイクロ波は中央
部の電界強度が強く、ＴＥ01モードのマイクロ波は周辺
部の電界強度が強いので、この二つのモードのマイクロ
波が重なることにより、円筒空洞部６４内に広い範囲に
わたって電界強度が強く、略均一な電界強度のマイクロ
波を伝播させることができる。これにより、真空容器６
７内に均一で安定な高密度のプラズマを発生させること
ができる。In this case, the TE 11 mode microwave is guided from the circular-rectangular conversion waveguide 63 into the cylindrical cavity 64. In the expanded cylindrical cavity portion 64 having a large inner diameter, TE, T
Although microwaves of various modes of M may exist, since TE 11 mode microwaves are introduced from the circular-rectangular conversion waveguide 63, TE modes are basically easily generated. TE modes include TE 11 , TE 21 , TE
01 , TE 31 , TE 41 , TE 12 , TE 51 , TE 22 , T
E 02 , TE 61, etc. may occur. In this case, the cylindrical cavity 64
Since the microwaves introduced into the TE 11 mode are TE 11 mode microwaves, the proportion of propagation in the TE 11 mode increases. The size of the cylindrical cavity 64 is set so that a standing wave c of TE 01 mode is formed. As a result, the TE 11 mode and TE 01 mode microwaves mainly propagate in the cylindrical cavity portion 64. The modes other than these are partially attenuated at the boundary surface 151 of the plasma 615 due to the phase shift, and gradually attenuate with the newly introduced microwave. Since the TE 11 mode microwave has a strong electric field strength in the central part and the TE 01 mode microwave has a strong electric field strength in the peripheral part, the microwaves of these two modes are overlapped with each other, so that the cylindrical cavity 64 is widened. The electric field strength is high over the range, and microwaves having a substantially uniform electric field strength can be propagated. Thereby, the vacuum container 6
It is possible to generate a uniform and stable high density plasma inside 7.
【００４４】なお、このとき、円筒空洞部６４と真空容
器６７との内径をほぼ同径にすることにより、円筒空洞
部６４の天板６４１からプラズマ６１５の境界面６１５
までの空間に至るまで極端な内径の誤差がなく、円筒空
洞部６４を伝播するモードのマイクロ波をそのまま真空
容器６７に伝播させることができる。したがって、基本
的には、円筒空洞部６４と真空容器６７との内径は同一
であることが好ましいが、本装置ではマイクロ波透過窓
６６の取り付け等設計上の制約により多少真空容器６７
の内径を小さくしている。ちなみに、円筒空洞部６４に
比べ真空容器６７の内径を少し小さくした理由は、シャ
ワープレート６１１及びマイクロ波透過窓６６の取付け
方にあり、特に、円筒空洞部６４が大気圧側で真空容器
６７が負圧側になるので、この圧力差を利用してマイク
ロ波透過窓６６を真空容器６７上端部に押し付け、真空
容器６７内部を気密に保持するためである。At this time, by making the inner diameters of the cylindrical hollow portion 64 and the vacuum container 67 substantially the same, the boundary surface 615 of the plasma 615 from the top plate 641 of the cylindrical hollow portion 64.
It is possible to propagate the microwave of the mode propagating through the cylindrical cavity portion 64 to the vacuum container 67 as it is without any extreme error in the inner diameter up to the space. Therefore, basically, it is preferable that the inner diameters of the cylindrical hollow portion 64 and the vacuum container 67 are the same, but in the present device, the vacuum container 67 is somewhat somewhat restricted due to design restrictions such as the mounting of the microwave transmission window 66.
The inner diameter of is reduced. By the way, the reason why the inner diameter of the vacuum container 67 is made slightly smaller than that of the cylindrical cavity 64 lies in the way of mounting the shower plate 611 and the microwave transmission window 66. Particularly, when the cylindrical cavity 64 is at the atmospheric pressure side, the vacuum container 67 is Since it is on the negative pressure side, this pressure difference is used to press the microwave transmission window 66 against the upper end portion of the vacuum container 67 to keep the inside of the vacuum container 67 airtight.
【００４５】また、本実施例では、真空容器６７の内径
を軸方向に等しくしているが、図７に示すようにプラズ
マ６１５の境界面１５１部が少なくとも円筒空洞部６４
と略同径になるようにしておけば、それから下方の内径
を徐々に変えても同様の効果が得られる。この場合、内
径を徐々に拡大し試料台６８の部分で必要な大きさにす
ることによって、円筒空洞部の大きさを小さくすること
ができ、ソレノイドコイル６５を含めた全体を小型化す
るのに効果がある。Further, in this embodiment, the inner diameter of the vacuum container 67 is made equal in the axial direction, but as shown in FIG. 7, the boundary surface 151 of the plasma 615 is at least the cylindrical cavity 64.
If the diameter is set to be approximately the same as the above, the same effect can be obtained even if the inner diameter below is gradually changed. In this case, the size of the cylindrical cavity can be reduced by gradually enlarging the inner diameter so that the sample stage 68 has a required size, and the entire size including the solenoid coil 65 can be reduced. effective.
【００４６】次に、本装置構成を用いたときのプラズマ
性能を図８から図１５により説明する。本装置構成のプ
ラズマ性能を調べるための装置構成として、円筒空洞部
６４の直径を４０５ｍｍ、高さ(Ｌ1)を０〜１６０ｍｍ
の可変とした。またマイクロ波透過窓６６の直径を４０
４ｍｍ、真空容器６７の直径を３５０ｍｍ、マイクロ波
透過窓６６の下面と試料台６８の上面との距離を１７５
ｍｍとした。Next, the plasma performance when this apparatus configuration is used will be described with reference to FIGS. As a device configuration for investigating the plasma performance of this device configuration, the diameter of the cylindrical cavity 64 is 405 mm and the height (L1) is 0 to 160 mm.
Variable. In addition, the diameter of the microwave transmission window 66 is set to 40
4 mm, the diameter of the vacuum container 67 is 350 mm, and the distance between the lower surface of the microwave transmission window 66 and the upper surface of the sample table 68 is 175.
mm.
【００４７】なお、以下に述べるプラズマ性能の傾向は
上述した装置の寸法に限定されるものではない。すなわ
ち、マイクロ波プラズマを用いて試料を処理する場合、
マイクロ波透過窓をマイクロ波の進行方向に対して略垂
直に配置し真空容器内の略全面にマイクロ波を透過させ
るようにし、マイクロ波を円筒空洞部を介して円筒空洞
部と略同径の真空容器内に導入するようにすれば、上述
した装置の寸法に限定されることなく共通して有する性
質である。The tendency of plasma performance described below is not limited to the dimensions of the apparatus described above. That is, when processing a sample using microwave plasma,
The microwave transmission window is arranged substantially perpendicular to the traveling direction of the microwaves so that the microwaves are transmitted to almost the entire surface of the vacuum container, and the microwaves have the same diameter as the cylindrical cavity through the cylindrical cavity. If it is introduced into a vacuum container, it has a common property regardless of the size of the above-mentioned device.
【００４８】図８に、円筒空洞部６４の高さ(Ｌ1)を変
化させたときの試料に到達するイオン電流密度の大きさ
と均一性を示し、図９に、そのときのマイクロ波の反射
波の挙動を示す。図８及び図９によると、円筒空洞部４
の高さ寸法(Ｌ1)を変化させることにより、飽和イオン
電流密度の大きさ、均一性及びマイクロ波の反射波が変
化することが判る。ここで図８において飽和イオン電流
密度が大きく、且つ均一性が良好な円筒空洞部寸法(Ｌ
1)の条件（ｌ1〜ｌ2の範囲）を図５にあてはめると、反
射波が０となる条件にも、最大となる条件にもなってお
らず、両条件の中間部分、即ちある程度の反射波が生じ
ている条件になっている。なお、このときの反射波は、
導波管６３，６２を介してもドル反射波である。また、
飽和イオン電流密度が大きく、且つ均一性が良好な円筒
空洞部寸法(Ｌ1)の条件（ｌ1〜ｌ2の範囲）は、飽和イ
オン電流密度及び均一性がピーク値でなく、ある程度広
い範囲で許容できる範囲を設定している。ある程度の反
射波が生じている円筒空洞部寸法（ｌ1〜ｌ2の範囲）の
ときのは、マイクロ波は単一モードと言うよりは特定の
複数モードの合成になっていると考えられる。なお、導
波管６２あるいは円矩形変換導波管６３の部分にスタブ
チューナ等の整合手段を設けることにより、図８におい
て反射波の大きい円筒空洞部寸法(Ｌ1)のときでも、マ
イクロ波を有効にプラズマに入力させることができる。FIG. 8 shows the magnitude and uniformity of the ion current density reaching the sample when the height (L1) of the cylindrical cavity 64 is changed, and FIG. 9 shows the reflected wave of the microwave at that time. Shows the behavior of. According to FIGS. 8 and 9, the cylindrical cavity 4
It can be seen that the size and uniformity of the saturated ion current density and the reflected wave of the microwave are changed by changing the height dimension (L1) of the. Here, in FIG. 8, the dimension of the cylindrical cavity (L
When the condition (1) (range of l 1 to l 2 ) is applied to FIG. 5, neither the condition that the reflected wave becomes 0 nor the condition that the reflected wave becomes maximum is obtained. The condition is that a reflected wave is generated. The reflected wave at this time is
The dollar reflected wave is also transmitted through the waveguides 63 and 62. Also,
The condition (range of l 1 to l 2 ) of the cylindrical cavity size (L 1) that the saturation ion current density is large and the uniformity is good is that the saturation ion current density and the uniformity are not peak values but are in a wide range to some extent. The allowable range is set. It is considered that the microwave is a combination of specific plural modes rather than a single mode when the size of the cylindrical cavity portion (range of l 1 to l 2 ) in which a certain amount of reflected waves is generated. By providing a matching means such as a stub tuner in the waveguide 62 or the circular-rectangular conversion waveguide 63, the microwave can be effectively used even in the case of the cylindrical cavity size (L1) where the reflected wave is large in FIG. Can be input into the plasma.
【００４９】図１０に、マイクロ波透過窓６６とＥＣＲ
面との距離(Ｌ2)を変えたときの円筒空洞部寸法(Ｌ1)と
イオン電流密度の均一性との関係を示す。図１０を別観
点で傾向的にまとめると図１１に示すようになる。図１
１は、ＥＣＲ面と試料を搭載する試料台６８との距離を
一定として、マイクロ波透過窓６６とＥＣＲ面の距離を
変化させたときの試料に到達する飽和イオン電流密度の
大きさと均一性を示す。これらからマイクロ波透過窓６
６とＥＣＲ面の距離(Ｌ2)を離すに従って、飽和イオン
電流密度分布の均一性が向上することが判る。また、別
の実験によれば、飽和イオン電流密度の均一性を１０％
以下にするためには、マイクロ波透過窓６６とＥＣＲ面
の距離を５０ｍｍ以上にする必要があることが判明し
た。FIG. 10 shows the microwave transmission window 66 and the ECR.
The relationship between the cylindrical cavity size (L1) and the uniformity of the ion current density when the distance (L2) from the surface is changed is shown. FIG. 11 shows a trend-oriented summary of FIG. 10 from another viewpoint. Figure 1
No. 1 shows the magnitude and uniformity of the saturated ion current density reaching the sample when the distance between the microwave transmission window 66 and the ECR surface is changed while the distance between the ECR surface and the sample stage 68 on which the sample is mounted is constant. Show. From these, microwave transmission window 6
It can be seen that the uniformity of the saturated ion current density distribution improves as the distance (L2) between 6 and the ECR surface increases. Moreover, according to another experiment, the uniformity of the saturated ion current density is 10%.
It has been found that the distance between the microwave transmission window 66 and the ECR surface needs to be 50 mm or more in order to reduce the number to the following.
【００５０】次に、図１２に、ＥＣＲ面と試料を搭載す
る試料台との距離(Ｌ3)を変えたときの円筒空洞部寸法
(Ｌ1)とイオン電流密度の均一性との関係を示す。図１
２を別観点で傾向的にまとめると図１３に示すようにな
る。図１３は、マイクロ波透過窓６６とＥＣＲ面の距離
を一定として、ＥＣＲ面と試料を搭載する試料台６８と
の距離を変化させたときの試料に到達する飽和イオン電
流密度の大きさと均一性を示す。これらからＥＣＲ面と
試料を搭載する試料台６８との距離を離すに従って飽和
イオン電流密度分布の均一性が向上することが判る。ま
た、別の実験によればＥＣＲ面と試料を搭載する試料台
６８との距離を３０ｍｍよりも小さくすると均一性が急
に悪くなるため、飽和イオン電流密度分布の均一性を１
０％以下にするためには、ＥＣＲ面と試料を搭載する試
料台６８との距離を３０ｍｍ以上にする必要があること
が判明した。Next, FIG. 12 shows the dimensions of the cylindrical cavity when the distance (L3) between the ECR surface and the sample table on which the sample is mounted is changed.
The relationship between (L1) and the uniformity of ion current density is shown. Figure 1
FIG. 13 is a schematic view of No. 2 from another viewpoint. FIG. 13 shows the magnitude and uniformity of the saturated ion current density reaching the sample when the distance between the microwave transmission window 66 and the ECR surface is fixed and the distance between the ECR surface and the sample stage 68 on which the sample is mounted is changed. Indicates. From these, it is understood that the uniformity of the saturated ion current density distribution is improved as the distance between the ECR surface and the sample table 68 on which the sample is mounted is increased. Further, according to another experiment, if the distance between the ECR surface and the sample table 68 on which the sample is mounted is smaller than 30 mm, the uniformity suddenly deteriorates.
It has been found that the distance between the ECR surface and the sample table 68 on which the sample is mounted needs to be 30 mm or more in order to achieve 0% or less.
【００５１】次に、図１４に、磁場勾配を変えたときの
空洞部寸法(Ｌ1)と試料に到達するイオン電流密度の大
きさ，イオン電流密度の均一性及び放電安定性を示す。
なお、図(ａ)はイオン電流密度の大きさを示し、図(ｂ)
はイオン電流密度の均一性を示し、図(ｃ)は放電の安定
性を示す。図１４を別観点で傾向的にまとめると図１５
に示すようになる。図１５は、ＥＣＲ面の中心における
磁場勾配を変化させたときの試料に到達する飽和イオン
電流密度の大きさと均一性を示す。これらから磁場勾配
の値を変化させたとき、５０Ｇ／ｃｍ、４０Ｇ／ｃｍ、
３０Ｇ／ｃｍに設定した場合の放電安定性に大きな差は
無い。しかし、２０Ｇ／ｃｍに設定した場合は、やや放
電が安定しない傾向が出はじめる。別の実験によれば、
磁場勾配を１５Ｇ／ｃｍ以下に設定した場合、放電が安
定しないことが判明した。また、図１５から磁場勾配の
値を上げていった場合、飽和イオン電流密度の試料内で
の平均値に大差は無いが、均一性が悪化する傾向があ
る。以上のことから、安定かつ均一な高密度のプラズマ
を得るためには、ＥＣＲ面の中心における磁場勾配の値
を２０Ｇ／ｃｍ以上、５０Ｇ／ｃｍ以下の範囲内に設定
することが有効である。さらに均一なプラズマを得るに
はＥＣＲを起こす条件を満たす等磁界面を試料の処理面
に対して平行な略平坦面とする必要がある。Next, FIG. 14 shows the cavity size (L1) when the magnetic field gradient is changed, the magnitude of the ion current density reaching the sample, the uniformity of the ion current density, and the discharge stability.
The figure (a) shows the magnitude of the ion current density, and the figure (b)
Shows the uniformity of the ion current density, and FIG. 6 (c) shows the stability of the discharge. FIG. 15 is a schematic view of FIG. 14 from another viewpoint.
As shown in. FIG. 15 shows the magnitude and homogeneity of the saturated ion current density reaching the sample when the magnetic field gradient in the center of the ECR plane is changed. When the value of the magnetic field gradient is changed from these, 50 G / cm, 40 G / cm,
There is no significant difference in discharge stability when set to 30 G / cm. However, when set to 20 G / cm, the discharge tends to be somewhat unstable. According to another experiment,
It was found that the discharge was not stable when the magnetic field gradient was set to 15 G / cm or less. Further, when the value of the magnetic field gradient is increased from FIG. 15, there is no great difference in the average value of the saturated ion current density in the sample, but the uniformity tends to deteriorate. From the above, in order to obtain a stable and uniform high-density plasma, it is effective to set the value of the magnetic field gradient in the center of the ECR surface within the range of 20 G / cm or more and 50 G / cm or less. In order to obtain a more uniform plasma, it is necessary to make the equal magnetic field surface satisfying the condition of causing ECR a substantially flat surface parallel to the processed surface of the sample.
【００５２】なお、図４に示すように、上段に設けた主
磁束用のソレノイドコイル６５１の内径もしくはヨーク
６５４の内径（Ｄｙ）を、試料やマイクロ波透過窓６６
の直径より小さくすることにより、真空容器６７の中心
軸上の磁場強度を容易に強くすることができる。また、
ソレノイドコイル６５１の磁束と合わせ、制御用のソレ
ノイドコイル６５２，６５３の磁束を制御することによ
り、磁場勾配２０Ｇ／ｃｍ以上、５０Ｇ／ｃｍ以下でか
つ試料の表面に平行な面内で平坦な磁場を容易に得るこ
とができる。また、上述のように磁場を制御するため
に、主磁束用のソレノイドコイル６５１と制御用のソレ
ノイドコイル６５２，６５３とは、それぞれ大きな空隙
を設けることなく連続させて配置してある。また、真空
容器６７の直径としては、試料の直径に対して＋５０ｍ
ｍ以上にすれば１０％以下の均一性を確保することが可
能であった。As shown in FIG. 4, the inner diameter of the solenoid coil 651 for the main magnetic flux or the inner diameter (Dy) of the yoke 654 provided in the upper stage is set to the sample or the microwave transmission window 66.
The magnetic field strength on the central axis of the vacuum container 67 can be easily increased by making the diameter smaller than the diameter of the. Also,
By controlling the magnetic fluxes of the solenoid coils 652 and 653 for control in combination with the magnetic flux of the solenoid coil 651, a flat magnetic field having a magnetic field gradient of 20 G / cm or more and 50 G / cm or less and in a plane parallel to the surface of the sample is obtained. Can be easily obtained. Further, in order to control the magnetic field as described above, the solenoid coil 651 for the main magnetic flux and the solenoid coils 652, 653 for control are arranged continuously without providing a large gap. The diameter of the vacuum container 67 is +50 m with respect to the diameter of the sample.
If it is m or more, it is possible to secure uniformity of 10% or less.
【００５３】また、上記のように構成された装置によっ
て、試料台６８に接続された高周波電源６１０によっ
て、試料台６８に配置された試料へのプラズマ中のイオ
ンの入射エネルギーは、プラズマの生成とは独立に制御
される。図示を省略した電力制御装置によってソレノイ
ドコイル６５１，６５２及び６５３に流れる電流値を制
御し、磁場勾配強度を変化させることによって、放電空
間内に発生させる磁場のＥＣＲ条件となる共鳴磁場分布
（ＥＣＲ面）を平面状にすることができ、プラズマ処理
室となる真空容器６７内の試料載置面からのプラズマ位
置を移動させることができる。Further, by the apparatus configured as described above, the incident energy of the ions in the plasma to the sample placed on the sample stage 68 is generated by the high frequency power source 610 connected to the sample stage 68. Are independently controlled. By controlling the value of the current flowing through the solenoid coils 651, 652 and 653 by a power control device (not shown) and changing the magnetic field gradient strength, the resonance magnetic field distribution (ECR surface) that becomes the ECR condition of the magnetic field generated in the discharge space. ) Can be made flat, and the plasma position can be moved from the sample mounting surface in the vacuum container 67 that serves as the plasma processing chamber.
【００５４】ここで、試料を酸化膜の下地材で、被処理
材がＡｌ合金であり、ホトレジストをマスク材としたも
のとし、エッチングガスとしてＢＣｌ3＋Ｃｌ2を１５０
ｓｃｃｍ供給し、処理圧力を１２ｍＴｏｒｒに保持し
て、マイクロ波電力を約１０００Ｗとし、高周波電力を
８５Ｗとして、ソレノイドコイル６５１，６５２及び６
５３に流れる電流値を制御し、試料載置面からのプラズ
マの位置を変化させたとき、プラズマの位置が試料から
離れるにしたがい、試料の被処理材料のエッチング速度
はあまり変化しないまま、マスク材および下地材のエッ
チング速度が速くなっている。また、試料台に生じるＶ
ｐｐ値は、プラズマの位置が試料から離れるにしたがい
大きくなる、すなわち、バイアス電圧が大きくなりプラ
ズマ中のイオンの入射エネルギが大きくなって、エッチ
ング中の残渣が減少する傾向となる。Here, it is assumed that the sample is a base material of an oxide film, the material to be processed is an Al alloy, and the photoresist is a mask material, and BCl 3 + Cl 2 is 150 as an etching gas.
Sccm supply, processing pressure kept at 12 mTorr, microwave power about 1000 W, high frequency power 85 W, solenoid coils 651, 652 and 6
When the position of the plasma from the sample mounting surface is changed by controlling the value of the current flowing through the sample 53, as the position of the plasma moves away from the sample, the etching rate of the material to be processed of the sample does not change so much and the mask material And the etching rate of the base material is fast. Also, V generated on the sample table
The pp value increases as the position of the plasma moves away from the sample, that is, the bias voltage increases, the incident energy of ions in the plasma increases, and the residue during etching tends to decrease.
【００５５】被処理材がＡｌ合金の場合、Ａｌ合金のエ
ッチング時は、残渣の発生しないプラズマの高さ位置に
設定、すなわち、試料載置面からのプラズマ高さを小さ
くし、オーバエッチング時は、対下地材の選択比の高い
プラズマの高さ位置に設定、すなわち、試料載置面から
のプラズマ高さを高くすることで、これらを達成するこ
とができる。When the material to be treated is an Al alloy, when etching the Al alloy, the height of the plasma is set so that no residue is generated, that is, the height of the plasma from the sample mounting surface is reduced, and during overetching. These can be achieved by setting the height of the plasma at a high selection ratio of the base material, that is, by increasing the height of the plasma from the sample mounting surface.
【００５６】また、被処理材が酸化膜（ＳｉＯ2）を下
地材とし、被処理材がＴｉＮ膜またはＴｉＷ膜の上にＡ
ｌ合金膜を積層した積層膜とし、ホトレジストをマスク
材とした試料の場合、例えば、エッチングガスとしてＢ
Ｃｌ3＋Ｃｌ2またはＢＣｌ3＋ＣＦ6等を用い、Ａｌ合金
膜のエッチング中はプラズマの位置を近付けて残渣のな
いエッチングを行ない、ＴｉＮ膜またはＴｉＷ膜のエッ
チング中はプラズマの位置を遠ざけてマスク材および下
地材との選択比を大きくしたエッチングを行なう。な
お、ここではＡｌ合金膜のエッチング中はプラズマの位
置を近付け、ＴｉＮ膜またはＴｉＷ膜のエッチング中は
プラズマの位置を遠ざけるようにしているが、エッチン
グガスの混合比および圧力等によってもプラズマ位置の
条件が異なるので、このケースに限られるものではな
い。Further, the material to be treated has an oxide film (SiO 2 ) as a base material, and the material to be treated is A on the TiN film or the TiW film.
In the case of a sample having a laminated film of 1 alloy films and a photoresist as a mask material, for example, B is used as an etching gas.
Using Cl 3 + Cl 2 or BCl 3 + CF 6, etc., the position of the plasma is brought closer to perform etching without residue during the etching of the Al alloy film, and the position of the plasma is kept away during the etching of the TiN film or the TiW film, and the mask material And etching is performed with a large selection ratio with respect to the base material. Here, the plasma position is made closer during the etching of the Al alloy film and the plasma position is made farther during the etching of the TiN film or the TiW film. However, the plasma position may be changed depending on the mixing ratio of the etching gas and the pressure. Since the conditions are different, the case is not limited to this case.
【００５７】なお、上述は被処理材がＡｌ合金及びＴｉ
Ｎ膜またはＴｉＷ膜の上にＡｌ合金膜を積層した積層膜
の場合であるが、被処理材がこれらの材料以外の場合に
おいても処理を行なう被処理材の各材料に対するエッチ
ング特性を把握することにより、有効なエッチング条件
を見出すことができる。In the above, the materials to be treated are Al alloy and Ti.
This is a case of a laminated film in which an Al alloy film is laminated on an N film or a TiW film. However, even if the material to be processed is other than these materials, it is necessary to understand the etching characteristics of each material of the material to be processed. This makes it possible to find effective etching conditions.
【００５８】また、上述ではソレノイドコイル６５によ
り磁場を制御してプラズマ位置を変えるようにしたが、
試料台６８を動かしてプラズマとの間隔を変化させるよ
うにしても同様の効果がある。Further, in the above description, the magnetic field is controlled by the solenoid coil 65 to change the plasma position.
The same effect can be obtained by moving the sample table 68 to change the distance from the plasma.
【００５９】このように、本実施例の装置では、ソレノ
イドコイル６５によって形成する磁場を、ＥＣＲ面の高
さ，形状，磁束密度の勾配等広い範囲で制御でき、ま
た、電極である試料台６８の高さを、例えば、レシピ設
定して、試料への入射イオン電流密度を試料台の高さに
よっても制御できるので、材料毎にイオン電流密度を変
えることができ、材料に合わせたエッチング等の最適な
プラズマ処理ができる。As described above, in the apparatus of this embodiment, the magnetic field formed by the solenoid coil 65 can be controlled in a wide range such as the height and shape of the ECR surface, the gradient of the magnetic flux density, and the sample stage 68 which is an electrode. The height of the ion can be controlled by setting the recipe and the ion current density incident on the sample can also be controlled by the height of the sample table. Therefore, the ion current density can be changed for each material, and the etching Optimal plasma processing is possible.
【００６０】さらに、上記のように構成された装置で
は、ターボ分子ポンプ６１３を主ポンプとして使用し、
排気経路を大型化して、高速排気を可能としている。ち
なみに、ターボ分子ポンプ６１３の排気速度は２０００
ｌ／ｓで、試料台６８の試料配置部の実効排気速度は約
９００ｌ／ｓ（Ｎ2換算）である。高速排気について
は、例えば、特開平５−２５９１１９に高速排気の有用
性について述べている。この考え方によれば、ポリシリ
コンのエッチングにおいては、プラズマ密度を大きく保
ち、エッチャントの供給律速にならないように高排気速
度で低圧力を維持しつつ、反応ガスを十分供給してシリ
コンのエッチング速度を大きくすることができる。Further, in the apparatus constructed as described above, the turbo molecular pump 613 is used as the main pump,
The exhaust path is enlarged to enable high-speed exhaust. By the way, the pumping speed of the turbo molecular pump 613 is 2000.
At 1 / s, the effective pumping speed of the sample placement part of the sample table 68 is about 900 l / s (N 2 conversion). Regarding high-speed exhaust, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-259119 describes the usefulness of high-speed exhaust. According to this idea, in the etching of polysilicon, the plasma density is kept high, the exhaust gas supply rate is kept low so that the etchant supply rate is not controlled, and the reaction gas is sufficiently supplied to increase the silicon etching rate. Can be large.
【００６１】この際、イオンの加速エネルギ−を低く保
つことにより、下地材料のエッチング速度を小さくして
選択比を増大させることが可能となる。ところで、この
ような高速排気によった条件下では、反応生成物の濃度
が低下するために形状制御性（マスク材料に忠実に垂直
加工形状を得ること）が難しくなる。このために何らか
の形状制御性を向上させる手段が必要となる。そこで、
エッチャントである塩素ガスに酸素を添加し、さらに試
料を冷却してエッチングする。At this time, by keeping the ion acceleration energy low, it is possible to reduce the etching rate of the underlying material and increase the selection ratio. By the way, under such a condition of high-speed evacuation, the concentration of the reaction product is lowered, so that the shape controllability (obtaining a vertical processing shape faithfully to the mask material) becomes difficult. Therefore, some means for improving the shape controllability is required. Therefore,
Oxygen is added to chlorine gas, which is an etchant, and the sample is cooled and etched.
【００６２】これにより、高速排気の条件下（２５０ｍ
ｌ／分以上）では従来の酸素添加量よりもより小さな領
域（１．５％以下）で、合わせて試料を低温（試料温度
を０℃以下）に保持することにより、試料温度を室温と
した処理時に得られるエッチング速度より大きなエッチ
ング速度を得ることができる。これにより、従来よりも
生産性を向上させることができる。As a result, high speed exhaust conditions (250 m
(1 / min or more), the sample temperature was kept at room temperature by keeping the sample at a low temperature (sample temperature of 0 ° C. or less) in a region (1.5% or less) smaller than the conventional oxygen addition amount. It is possible to obtain an etching rate higher than the etching rate obtained during processing. Thereby, the productivity can be improved as compared with the conventional case.
【００６３】これは、従来のエッチング装置において
は、プラズマ密度が十分でなく、エネルギ−律速となっ
ていたり、排気性能が十分でなくエチャントの供給律速
となっていたりすることが多く、かならずしもシリコン
のエッチング速度を大きくすることができなかった。高
密度のプラズマを維持しつつ、高速排気をし、合わせて
試料を低温にすることで、従来以上のエッッチャントを
シリコン表面に吸着させ、酸素添加による化学反応平衡
の適正化により、エッチング速度を大きくすることがで
きたと考えられる。一方、シリコン酸化膜のほうは試料
温度が−１００℃を下回るような非常に低温の領域で初
めて反応を抑制できることが知られており、エッチング
速度に対しての低温化による抑制効果はないものと考え
られる。むしろ、酸化膜表面への過剰酸素の供給による
化学的エッチング抑制（Ｓｉ−Ｏの再結合等）が支配的
と考えられる。This is because in the conventional etching apparatus, the plasma density is not sufficient and the energy is rate-controlled, or the exhaust performance is often insufficient and the supply rate of the etchant is rate-controlled. The etching rate could not be increased. While maintaining a high-density plasma, high-speed exhaust is performed and the temperature of the sample is also lowered to adsorb an etchant higher than before on the silicon surface, and the etching rate is increased by optimizing the chemical reaction equilibrium by adding oxygen. It is thought that it was possible to do it. On the other hand, it is known that the silicon oxide film can suppress the reaction only in an extremely low temperature region where the sample temperature is lower than −100 ° C., and it is considered that there is no suppressing effect on the etching rate by lowering the temperature. Conceivable. Rather, chemical etching suppression (Si—O recombination, etc.) due to the supply of excess oxygen to the oxide film surface is considered to be dominant.
【００６４】また、真空処理装置６７及びリングゲート
１５の内径を略同径にして処理室、この場合、エッチン
グ室の形状をシンプル化し、真空容器６７，リングゲー
ト１５及び試料台６８を同心状に配置しており、また、
高速排気を用いた装置構成としているので、処理室内面
に凹凸がなく反応性生物等の堆積物が付着しにくく、ガ
ス流れも均一でスムーズになり、プラズマ処理時に発生
する反応生成物の堆積を防止することができ、総合的に
経時変化の少ない装置とすることができる。また、ガス
流れが均一になることから、プロセス性能の均一性の向
上も図れる。Further, the inner diameters of the vacuum processing device 67 and the ring gate 15 are made substantially the same, and the shape of the processing chamber, in this case, the etching chamber is simplified, and the vacuum container 67, the ring gate 15 and the sample stage 68 are concentric. Has been placed, and also
Since the equipment is configured to use high-speed exhaust, there are no irregularities on the inner surface of the processing chamber, and deposits of reactive organisms, etc. do not easily adhere, the gas flow is uniform and smooth, and the deposition of reaction products generated during plasma processing is prevented. It is possible to prevent it, and it is possible to provide a device that is less likely to change over time. Further, since the gas flow is uniform, the uniformity of process performance can be improved.
【００６５】次に、本発明のプラズマ処理装置の第２の
実施例を図１６に示す。本実施例はプラズマを生成する
手段としてマイクロ波のみを利用した例である。本図に
おいて図４と同符号は同一部材を示し説明を省略するす
とともに、共通の構成部分の図示を省略する。Next, FIG. 16 shows a second embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. This embodiment is an example in which only microwaves are used as a means for generating plasma. In this figure, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same members, and a description thereof will be omitted, while illustration of common components will be omitted.
【００６６】本実施例の装置は、真空容器６７内に磁場
を発生させるためのソレノイドコイルを有しておらず、
円筒空洞部６４を介して真空容器６７内にマイクロ波の
みを導入し、真空容器内のプロセスガスをプラズマ化す
る点で前記実施例と異なる。The apparatus of this embodiment does not have a solenoid coil for generating a magnetic field in the vacuum container 67,
This is different from the above-described embodiment in that only microwaves are introduced into the vacuum container 67 through the cylindrical cavity 64 and the process gas in the vacuum container is turned into plasma.
【００６７】本装置は磁場が無いため、電子密度が７×
１０10個／ｃｍ3を超えるとマイクロ波の一部が反射さ
れる。しかしながら、前記実施例の装置と同様に、マイ
クロ波の反射端がプラズマ６１６の境界面１５２となる
ため、磁場に起因する物理現象以外の作用は前記一実施
例の場合と同じである。Since this device has no magnetic field, the electron density is 7 ×.
When it exceeds 10 10 / cm 3 , a part of the microwave is reflected. However, as in the case of the device of the above-described embodiment, the reflection end of the microwave becomes the boundary surface 152 of the plasma 616, and therefore the actions other than the physical phenomenon caused by the magnetic field are the same as in the case of the above-mentioned one embodiment.
【００６８】以上説明したように、これら実施例によれ
ば、プラズマ発生室である真空容器６７のマイクロ波導
入部に真空容器６７の内径と略同径のマイクロ波透過窓
６６を設け、真空容器６７の内径と略同径であって真空
容器６７内に生成されるプラズマのマイクロ波反射境界
面との間で特定モードのマイクロ波を共振させる空洞部
である円筒空洞部６４をマイクロ波透過窓を介して真空
容器６７に隣接し、円筒空洞部６４を介して真空容器６
７内の放電空間にマイクロ波を導入することにより、円
筒空洞部６４を介して真空容器６７内に導入されたマイ
クロ波によって真空容器６７内にプラズマが生成され
る。プラズマの生成に伴ってプラズマに吸収されなかっ
た円筒空洞部６４からのマイクロ波がプラズマのマイク
ロ波反射境界面で反射される。反射されたマイクロ波が
円筒空洞部６４の反射端面である天板６４１でさらに反
射され、プラズマのマイクロ波反射境界面と円筒空洞部
６４の反射端面との間で定在波として反射が繰り返され
ると共に、新たに入射されるマイクロ波と重なって共振
状態になる。これにより、円筒空洞部６４には特定モー
ドのマイクロ波が形成され、プラズマに特定モードのマ
イクロ波の高いエネルギが加わりプラズマを高密度化す
ることができる。また、円筒空洞部６４と放電空間とを
略同径としてあるので円筒空洞部６４とプラズマとの略
等価な全反射面でマイクロ波が共振させられ、特定モー
ドのマイクロ波をそのままプラズマに伝達させることが
できるので、電界の均一性の良い特定なモードのマイク
ロ波を共振させることにより、安定して均一性の良いプ
ラズマを生成することができる。As described above, according to these embodiments, the microwave transmission window 66 having substantially the same diameter as the inner diameter of the vacuum container 67 is provided in the microwave introduction portion of the vacuum container 67 which is the plasma generation chamber. A cylindrical cavity portion 64, which has a diameter substantially the same as the inner diameter of 67 and which resonates the microwave of a specific mode with the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the vacuum container 67, is formed in the microwave transmission window. Adjacent to the vacuum container 67 via the cylindrical container 64 and the vacuum container 6 via the cylindrical cavity 64.
By introducing microwaves into the discharge space in 7, plasma is generated in the vacuum container 67 by the microwaves introduced into the vacuum container 67 via the cylindrical cavity portion 64. Microwaves from the cylindrical cavity 64 that are not absorbed by the plasma due to the generation of the plasma are reflected by the microwave reflection boundary surface of the plasma. The reflected microwave is further reflected by the top plate 641 which is the reflection end surface of the cylindrical cavity portion 64, and is repeatedly reflected as a standing wave between the microwave reflection boundary surface of the plasma and the reflection end surface of the cylindrical cavity portion 64. At the same time, it becomes a resonance state by overlapping with newly incident microwaves. As a result, a microwave of a specific mode is formed in the cylindrical cavity portion 64, and high energy of the microwave of the specific mode is added to the plasma, so that the density of the plasma can be increased. Further, since the cylindrical cavity portion 64 and the discharge space have substantially the same diameter, the microwave is resonated at the substantially equivalent total reflection surface of the cylindrical cavity portion 64 and the plasma, and the microwave of the specific mode is directly transmitted to the plasma. Therefore, it is possible to stably generate plasma with good uniformity by causing the microwave of a specific mode with good uniformity of the electric field to resonate.
【００６９】また、マイクロ波によるプラズマの生成
に、ソレノイドコイル６５による磁界を作用させること
により、ＥＣＲを利用してさらに高密度のプラズマを生
成することができる。Further, by causing the magnetic field generated by the solenoid coil 65 to act on the plasma generated by the microwave, the ECR can be used to generate a higher density plasma.
【００７０】また、試料の処理室となる真空容器６７を
円筒形に構成することにより、任意の位置における軸方
向の断面積が等しく、真空容器６７内の軸方向において
ＥＣＲ面の位置を変化させても、ＥＣＲ面の面積が変わ
ることがなく、真空容器６７内の軸方向の任意の位置で
のプラズマを高密度均一にできる。すなわち、プラズマ
状態を任意の位置で不変にすることができる。Further, by constructing the vacuum vessel 67, which is the sample processing chamber, in a cylindrical shape, the axial cross-sectional areas at the arbitrary positions are the same, and the position of the ECR plane in the axial direction within the vacuum vessel 67 is changed. However, the area of the ECR surface does not change, and the plasma at any position in the vacuum container 67 in the axial direction can be made uniform with high density. That is, the plasma state can be kept unchanged at any position.
【００７１】また、マイクロ波のエネルギ−をプラズマ
に伝達させるための空間となるＥＣＲ面とマイクロ波導
入用の石英平板でなるマイクロ波透過窓６６との間の空
間の距離を５０ｍｍ以上とすることにより、生成される
プラズマを均一にすることができ、また、生成されたプ
ラズマを拡散により拡げる空間となるＥＣＲ面と被処理
物である試料を搭載する試料台との間の空間の距離を３
０ｍｍ以上とすることにより、拡散の効果により試料台
に搭載された試料に到達するプラズマを均一にして、イ
オン電流密度で１０％以下の一様分布とすることができ
る。The distance between the ECR surface, which is a space for transmitting microwave energy to the plasma, and the microwave transmission window 66, which is a flat plate for introducing microwaves, is set to 50 mm or more. By this, the generated plasma can be made uniform, and the distance between the ECR surface, which is a space for spreading the generated plasma by diffusion, and the sample stage on which the sample to be processed is mounted is 3 mm.
By setting the thickness to 0 mm or more, the plasma reaching the sample mounted on the sample stage can be made uniform by the effect of diffusion, and the ion current density can be made a uniform distribution of 10% or less.
【００７２】さらに、ＥＣＲ面における磁場勾配の値を
２０Ｇ／ｃｍ以上に設定することにより、磁場発生用の
ソレノイドコイルに流す電流のわずかな変動によってＥ
ＣＲ面の位置が大きく変動するのを抑えることができ
る。また、ＥＣＲ面における磁場勾配の値を５０Ｇ／ｃ
ｍ以下の範囲内にすることにより、ＥＣＲ面の厚さの減
少が抑えられ、マイクロ波の強度分布がそのままプラズ
マ密度に反映するのを防止できるので、試料台に搭載さ
れた試料に到達するプラズマの不均一を防止でき、飽和
イオン電流密度の均一性の悪化を防止できる。Furthermore, by setting the value of the magnetic field gradient on the ECR plane to 20 G / cm or more, a slight fluctuation in the current flowing through the solenoid coil for magnetic field generation causes E
It is possible to suppress a large change in the position of the CR surface. In addition, the value of the magnetic field gradient on the ECR plane is 50 G / c
By setting the thickness within the range of m or less, the decrease in the thickness of the ECR surface can be suppressed and the microwave intensity distribution can be prevented from being reflected as it is in the plasma density. Therefore, the plasma reaching the sample mounted on the sample stage can be prevented. Can be prevented and deterioration of the uniformity of the saturated ion current density can be prevented.
【００７３】これらにより、被処理物の処理面に入力さ
れるイオン電流密度を１０％以下の一様分布とすること
が可能であり、これによって８インチウエハ等の大口径
の試料を均一にエッチングすることができる。As a result, the ion current density input to the processing surface of the object to be processed can be made to have a uniform distribution of 10% or less, whereby a large-diameter sample such as an 8-inch wafer can be etched uniformly. can do.
【００７４】また、これら実施例の真空容器６７の内壁
面に絶縁物カバーを設けることにより、真空容器内での
プラズマによる金属汚染を防止することができるので、
エネルギー分布の一様なマイクロ波による均一なプラズ
マの生成とともに、８インチウエハ等の大口径の試料を
均一に歩留まり良く処理することができる。Further, by providing an insulating cover on the inner wall surface of the vacuum container 67 of these embodiments, it is possible to prevent metal contamination by plasma in the vacuum container.
A uniform plasma can be generated by a microwave having a uniform energy distribution, and a large-diameter sample such as an 8-inch wafer can be uniformly processed with good yield.
【００７５】なお、以上の実施例では、マイクロ波（例
えば２．４５ＧＨｚ）を用いて説明したが、何らこれに
限定されるものではない。電磁波によってプラズマを発
生させものであれば同様な効果が期待できる。In the above embodiments, microwaves (for example, 2.45 GHz) are used for explanation, but the present invention is not limited to this. Similar effects can be expected if plasma is generated by electromagnetic waves.
【００７６】[0076]
【発明の効果】本発明によれば、空洞部を介して放電空
間にマイクロ波を導入し、放電空間に導入されたマイク
ロ波により放電空間内のガスをプラズマ化して、空洞部
と略同径の放電空間内に生成されるプラズマのマイクロ
波反射境界面と空洞部の反射端面との間で特定モードの
マイクロ波を共振させることにより、マイクロ波を用い
た高密度均一プラズマを生成することができるという効
果がある。According to the present invention, microwaves are introduced into the discharge space through the cavity, and the gas introduced into the discharge space turns the gas in the discharge space into plasma, and has a diameter substantially the same as that of the cavity. It is possible to generate a high-density uniform plasma using microwaves by resonating the microwave of a specific mode between the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the discharge space and the reflection end surface of the cavity. The effect is that you can do it.
【００７７】また、プラズマ発生部に発生させられるプ
ラズマのマイクロ波反射境界面と、プラズマ発生部のマ
イクロ波導入側に連結した空洞部のプラズマ対向端面と
の間で、空洞部に伝播されたマイクロ波に定在波を生じ
させ、マイクロ波のエネルギをプラズマに伝達すること
により、マイクロ波を用いた高密度プラズマを生成する
ことができるという効果がある。Further, between the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the plasma generating portion and the plasma facing end surface of the cavity portion connected to the microwave introducing side of the plasma generating portion, the microwave propagated to the cavity portion is propagated. By generating a standing wave in the wave and transferring the microwave energy to the plasma, there is an effect that a high-density plasma using the microwave can be generated.
【００７８】また、プラズマ発生部に発生させられるプ
ラズマのマイクロ波反射境界面と、プラズマ発生部のマ
イクロ波導入側に設けた空洞部のプラズマ対向端面との
間で、空洞部に伝播されたマイクロ波を特定モードのマ
イクロ波とし反射を繰り返させ、特定モードのマイクロ
波をそのままプラズマに伝達することにより、マイクロ
波を用いた安定な均一プラズマを生成することができる
という効果がある。Further, between the microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the plasma generating portion and the plasma facing end surface of the cavity portion provided on the microwave introducing side of the plasma generating portion, the microwave propagated to the cavity portion is propagated. There is an effect that a stable uniform plasma using microwaves can be generated by transmitting waves as the microwave of the specific mode and repeating the reflection as the microwave of the specific mode as it is.
【００７９】さらに、プラズマ発生室内に処理ガスを供
給するとともに所定圧力に減圧排気し、マイクロ波を円
筒空洞部に導き円筒空洞部内を伝播するマイクロ波をそ
のままプラズマ発生室に導入して、プラズマ発生室内の
処理ガスをプラズマ化するとともに、プラズマ発生室内
に生成されたプラズマとプラズマ発生室に対向する円筒
空洞部の他端面との間でプラズマに吸収されなかったマ
イクロ波を特定モードで共振させるようにし、このよう
なマイクロ波によってプラズマ発生室内に発生させられ
たプラズマにより試料を処理することにより、試料直径
８インチ以上の大口径化に対応し、試料の処理速度及び
均一処理の向上を図ることのできるという効果がある。Further, the processing gas is supplied into the plasma generation chamber and the gas is evacuated to a predetermined pressure, and the microwaves are guided to the cylindrical cavity and the microwave propagating in the cylindrical cavity is directly introduced into the plasma generation chamber to generate plasma. The process gas in the chamber is turned into plasma, and the microwaves not absorbed by the plasma are resonated in a specific mode between the plasma generated in the plasma generation chamber and the other end surface of the cylindrical cavity facing the plasma generation chamber. By treating the sample with the plasma generated in the plasma generating chamber by such a microwave, the sample diameter can be increased to 8 inches or more, and the sample processing speed and uniform treatment can be improved. It has the effect of being able to
【図１】本発明の一実施例のプラズマ処理装置を搭載す
る真空処理装置の縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of a vacuum processing apparatus equipped with a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１の装置のII−II平面構成図である。2 is a II-II plan configuration diagram of the apparatus of FIG. 1. FIG.
【図３】図１の装置のIII−III平断面図である。3 is a III-III plan sectional view of the apparatus of FIG.
【図４】図１の装置のIＶ−IＶ縦断面図で、本発明の一
実施例のプラズマ処理装置の縦断面図である。4 is a vertical sectional view taken along the line IV-IV of the apparatus shown in FIG. 1, showing a vertical sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図５】図４の装置におけるガス導入部の詳細を示す詳
細図である。5 is a detailed view showing details of a gas introduction part in the apparatus of FIG.
【図６】図４の装置におけるプラズマ生成部の拡大図で
ある。FIG. 6 is an enlarged view of a plasma generation unit in the apparatus of FIG.
【図７】プラズマ生成部の他の実施例を示す拡大図であ
る。FIG. 7 is an enlarged view showing another embodiment of the plasma generation unit.
【図８】図４の装置における円筒空洞部寸法（Ｌ1）を
変化させたときの被処理物に到達するイオン電流密度の
大きさおよび均一性を示した図である。8 is a diagram showing the magnitude and uniformity of the ion current density reaching the object to be processed when the cylindrical cavity size (L1) in the apparatus of FIG. 4 is changed.
【図９】図４の装置における空洞空洞部寸法（Ｌ1）を
変化させたときのマイクロ波の反射波を示す図である。9 is a diagram showing a reflected wave of a microwave when the cavity size (L1) in the apparatus of FIG. 4 is changed.
【図１０】図４の装置におけるマイクロ波導入用の石英
平板とＥＣＲ面との距離（Ｌ2）を変えたときの空洞部
寸法（Ｌ1）とイオン電流密度の均一性との関係を示す
図である。10 is a diagram showing the relationship between the cavity size (L1) and the uniformity of ion current density when the distance (L2) between the quartz flat plate for microwave introduction and the ECR surface in the apparatus of FIG. 4 is changed. is there.
【図１１】図４の装置におけるマイクロ波導入用の石英
平板とＥＣＲ面との距離（Ｌ2）を変化させたときの被
処理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび均一性
を示した図である。11 is a diagram showing the magnitude and uniformity of the ion current density reaching the object to be processed when the distance (L2) between the quartz flat plate for microwave introduction and the ECR surface in the apparatus of FIG. 4 is changed. Is.
【図１２】図４の装置におけるＥＣＲ面と被処理物を搭
載する試料台との距離（Ｌ3）を変えたときの空洞部寸
法（Ｌ1）とイオン電流密度の均一性との関係を示す図
である。12 is a diagram showing the relationship between the cavity size (L1) and the uniformity of the ion current density when the distance (L3) between the ECR surface and the sample stage on which the object to be processed is mounted in the apparatus of FIG. 4 is changed. Is.
【図１３】図４の装置におけるＥＣＲ面と被処理物を搭
載する試料台との距離（Ｌ3）を変化させたときの被処
理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび均一性を
示した図である。13 shows the magnitude and uniformity of the ion current density reaching the object to be processed when the distance (L3) between the ECR surface and the sample stage on which the object to be processed is mounted in the apparatus of FIG. 4 is changed. It is a figure.
【図１４】図４の装置における磁場勾配を変えときの空
洞部寸法（Ｌ1）と被処理物に到達するイオン電流密度
の大きさ，イオン電流密度の均一性および放電安定性を
示す図であり、（ａ）はイオン電流密度の大きさを示す
図であり、（ｂ）はイオン電流密度の均一性を示す図で
あり、（ｃ）は放電の安定性を示す図である。14 is a diagram showing the cavity size (L1) when changing the magnetic field gradient, the magnitude of the ion current density reaching the object to be processed, the uniformity of the ion current density, and the discharge stability in the apparatus of FIG. , (A) are diagrams showing the magnitude of the ion current density, (b) are diagrams showing the uniformity of the ion current density, and (c) are diagrams showing the stability of the discharge.
【図１５】図４の装置における磁場勾配を変化させたと
きの被処理物に到達するイオン電流密度の大きさおよび
均一性を示した図である。15 is a diagram showing the magnitude and uniformity of the ion current density reaching the object to be processed when the magnetic field gradient in the apparatus of FIG. 4 is changed.
【図１６】本発明の他の実施例のプラズマ処理装置の縦
断面図である。FIG. 16 is a vertical cross-sectional view of a plasma processing apparatus of another embodiment of the present invention.
【図１７】従来のマイクロ波プラズマエッチング装置の
構成図である。FIG. 17 is a configuration diagram of a conventional microwave plasma etching apparatus.
６１…マグネトロン、６２…導波管、６３…円矩形変換
導波管、６４…円筒空洞部、６５…ソレノイドコイル、
６６…マイクロ波透過窓、６７…真空容器、６８…試料
台、６１０…高周波電源、６１１…シャワープレート、
６１３…タ−ボ分子ポンプ、６１５…高密度プラズマ、
１５１…境界面。61 ... Magnetron, 62 ... Waveguide, 63 ... Circular rectangular conversion waveguide, 64 ... Cylindrical cavity part, 65 ... Solenoid coil,
66 ... Microwave transmission window, 67 ... Vacuum container, 68 ... Sample stand, 610 ... High frequency power supply, 611 ... Shower plate,
613 ... Turbo molecular pump, 615 ... High density plasma,
151 ... Boundary surface.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 健二 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 七田 弘之 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 渡辺 成一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 奥平 定之 東京都青梅市今井町2326番地 株式会社日 立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 鈴木 敬三 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kenji Nakata 794, Higashi-Toyoi, Higashi-Toyoi, Kudamatsu City, Yamaguchi Prefecture, Ltd. Inside the Kasado Plant, Hitachi, Ltd. (72) Hiroyuki Nanada, 794, Higashi-Toyoi, Hyoto-shi, Yamaguchi Prefecture Company Hitachi Ltd. Kasado Plant (72) Inventor Seiichi Watanabe 502 Jintamachi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture, Hiritsu Works Co., Ltd.Mechanical Research Laboratory (72) Inventor Sadayuki Okudaira 2326 Imaicho, Ome City, Tokyo Hitate Co., Ltd. Device Development Center (72) Inventor Keizo Suzuki 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Metropolitan Research Center, Hitachi, Ltd.
Claims (37)
のマイクロ波反射境界面と、前記プラズマ発生部のマイ
クロ波導入側に連結した空洞部の前記プラズマ対向端面
との間で、前記空洞部に伝播されたマイクロ波に定在波
を生じさせ、前記マイクロ波のエネルギをプラズマに伝
達することを特徴とするプラズマ生成方法。1. Propagation to the cavity between the microwave reflection boundary surface of plasma generated in the plasma generation section and the plasma facing end surface of the cavity connected to the microwave introduction side of the plasma generation section. A plasma generation method, characterized in that a standing wave is generated in the generated microwave and the energy of the microwave is transferred to plasma.
よるプラズマの発生に磁場を作用させるプラズマ生成方
法。2. The plasma generation method according to claim 1, wherein a magnetic field acts on the generation of plasma by the microwave.
入する工程と、前記放電空間に導入されたマイクロ波に
より前記放電空間内のガスをプラズマ化する工程と、前
記プラズマのマイクロ波反射境界面と前記空洞部の反射
端面との大きさを略同一にしこれらの間でマイクロ波を
共振させる工程とを有することを特徴とするプラズマ生
成方法。3. A step of introducing microwaves into the discharge space through the cavity, a step of converting the gas in the discharge space into plasma by the microwaves introduced into the discharge space, and a microwave reflection of the plasma. And a step of causing a microwave to resonate between the boundary surface and the reflection end surface of the cavity so that they have substantially the same size.
のマイクロ波反射境界面と、前記プラズマ発生部のマイ
クロ波導入側に設けた空洞部のプラズマ対向端面との間
で、前記空洞部に伝播されたマイクロ波を特定モードの
マイクロ波とし反射を繰り返させ、前記特定モードのマ
イクロ波をそのままプラズマに伝達することを特徴とす
るプラズマ生成方法。4. A microwave reflection boundary surface of plasma generated in the plasma generating portion and a plasma facing end surface of a cavity portion provided on the microwave introducing side of the plasma generating portion are propagated to the cavity portion. A method of generating plasma, wherein the microwave is used as a microwave of a specific mode and is repeatedly reflected, and the microwave of the specific mode is directly transmitted to the plasma.
入する工程と、前記放電空間に導入されたマイクロ波に
より前記放電空間内のガスをプラズマ化する工程と、前
記プラズマのマイクロ波反射境界面と前記空洞部の反射
端面との大きさを略同一にしこれらの間で特定モードの
マイクロ波を伝播させる工程とを有することを特徴とす
るプラズマ発生方法。5. A step of introducing a microwave into the discharge space through a cavity, a step of converting the gas in the discharge space into a plasma by the microwave introduced into the discharge space, and a microwave reflection of the plasma. And a step of making the size of the boundary surface and the reflection end surface of the cavity substantially the same and propagating microwaves of a specific mode between them.
マイクロ波がＴＥ11およびＴＥ01モードであるプラズマ
生成方法。6. The plasma generation method according to claim 5, wherein the microwaves of the specific mode are TE 11 and TE 01 modes.
入する工程と、前記放電空間に導入された前記マイクロ
波により前記放電空間内のガスをプラズマ化する工程
と、前記空洞部と略同径の前記放電空間内に生成される
前記プラズマのマイクロ波反射境界面と前記空洞部の反
射端面との間で特定モードのマイクロ波を共振させる工
程とを有することを特徴とするプラズマ生成方法。7. A step of introducing microwaves into the discharge space through the cavity, a step of converting the gas in the discharge space into plasma by the microwave introduced into the discharge space, and the cavity section A step of causing a microwave of a specific mode to resonate between a microwave reflection boundary surface of the plasma generated in the discharge space having the same diameter and a reflection end surface of the cavity portion. .
よるプラズマの発生に磁場を作用させるプラズマ生成方
法。8. The plasma generation method according to claim 7, wherein a magnetic field acts on the generation of plasma by the microwave.
記空洞部とを仕切るマイクロ波透過部材部からプラズマ
発生用のガスを供給し、前記マイクロ波によるプラズマ
の発生に磁場を作用させ電子サイクロトロン共鳴を生じ
させ、前記電子サイクロトロン共鳴によるＥＣＲ面と前
記マイクロ波透過部材との間で前記ガスを分散させるプ
ラズマ生成方法。9. The electron cyclotron according to claim 7, wherein a gas for plasma generation is supplied from a microwave transmitting member part which divides the discharge space and the cavity, and a magnetic field is caused to act on plasma generation by the microwave. A method of generating plasma in which resonance is generated and the gas is dispersed between the ECR surface by the electron cyclotron resonance and the microwave transmitting member.
ロ波がＴＥ11およびＴＥ01モードであるプラズマ生成方
法。10. The plasma generation method according to claim 7, wherein the specific mode microwaves are TE 11 and TE 01 modes.
の導入側端面の略全面に対向して、前記空洞部と略同径
で前記端面に平行に設けたマイクロ波導入窓を介して前
記空洞部と略同径のプラズマ発生空間を形成したことを
特徴とするプラズマ生成装置。11. A microwave introduction window provided substantially opposite to the entire introduction-side end surface of a cavity portion to which a microwave waveguide is connected and having a diameter substantially equal to that of the cavity portion and parallel to the end surface. And a plasma generating space having substantially the same diameter as the cavity is formed.
のマイクロ波導入側に、プラズマのマイクロ波反射境界
面から反射したマイクロ波が特定モードのマイクロ波と
なり反射が繰り返される反射空間を形成する空洞部を設
けたことを特徴とするプラズマ生成装置。12. A cavity for forming a reflection space in which a microwave reflected from a microwave reflection boundary surface of plasma becomes a microwave of a specific mode and is repeatedly reflected on a microwave introduction side of a plasma generation portion into which the microwave is introduced. A plasma generating apparatus having a section.
マイクロ波がＴＥ11およびＴＥ01モードであるプラズマ
生成装置。13. The plasma generator according to claim 12, wherein the specific mode microwaves are TE 11 and TE 01 modes.
のマイクロ波導入側に、プラズマのマイクロ波反射境界
面から反射したマイクロ波が定在波となる前記マイクロ
波の反射空間を形成する空洞部を連結したことを特徴と
するプラズマの生成装置。14. A cavity for forming a microwave reflection space in which the microwave reflected from the microwave reflection boundary surface of the plasma becomes a standing wave on the microwave introduction side of the plasma generation part into which the microwave is introduced. A plasma generation device characterized in that the plasma is connected.
発生部及び前記空洞部周囲にソレノイドコイルを設けた
プラズマ生成装置。15. The plasma generator according to claim 14, wherein a solenoid coil is provided around the plasma generator and the cavity.
記プラズマ発生室の内径と略同径のマイクロ波透過窓を
設け、前記プラズマ発生室の内径と略同径であって前記
プラズマ発生室内に生成されるプラズマのマイクロ波反
射境界面との間で特定モードのマイクロ波を共振させる
空洞部を前記マイクロ波透過窓を介して前記プラズマ発
生室に隣接したことを特徴とするプラズマ生成装置。16. A microwave transmission window having substantially the same diameter as the inner diameter of the plasma generation chamber is provided at the microwave introduction portion of the plasma generation chamber, and the microwave transmission window has substantially the same diameter as the inner diameter of the plasma generation chamber and is provided in the plasma generation chamber. A plasma generation apparatus, wherein a cavity for resonating a microwave of a specific mode with a microwave reflection boundary surface of generated plasma is adjacent to the plasma generation chamber via the microwave transmission window.
発生部及び前記空洞部周囲にソレノイドコイルを設けた
プラズマ生成装置。17. The plasma generator according to claim 16, wherein a solenoid coil is provided around the plasma generator and the cavity.
波導入部からプラズマ発生用ガスを供給し、前記マイク
ロ波と前記ソレノイドコイルによる磁場とにより電子サ
イクロトロン共鳴を生じさせ、前記電子サイクロトロン
共鳴によるＥＣＲ面と前記マイクロ波透過窓との距離を
５０mm以上としたプラズマ生成装置。18. A plasma generating gas is supplied from the microwave introduction part to generate electron cyclotron resonance by the microwave and the magnetic field generated by the solenoid coil, and an ECR surface by the electron cyclotron resonance is generated. A plasma generating device in which the distance between the microwave transmitting window and the microwave transmitting window is 50 mm or more.
マイクロ波がＴＥ11およびＴＥ01モードであるプラズマ
生成装置。19. The plasma generator according to claim 16, wherein the specific mode microwaves are TE 11 and TE 01 modes.
とともに所定圧力に減圧排気する工程と、発振されたマ
イクロ波を円筒空洞部に導く工程と、前記円筒空洞部内
を伝播する前記マイクロ波をそのまま前記プラズマ発生
室に導入する工程と、前記プラズマ発生室に導入された
前記マイクロ波により前記プラズマ発生室内の処理ガス
をプラズマ化する工程と、前記プラズマ発生室内に生成
されたプラズマと前記プラズマ発生室に対向する前記円
筒空洞部の他端面との間で、前記プラズマに吸収されな
かった前記マイクロ波を特定モードで共振させる工程
と、前記プラズマ発生室内のプラズマによって試料を処
理する工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方
法。20. A step of supplying a processing gas into the plasma generation chamber and decompressing and exhausting it to a predetermined pressure, a step of guiding an oscillated microwave to a cylindrical cavity, and a step of directly transmitting the microwave propagating in the cylindrical cavity. Introducing into the plasma generation chamber, converting the processing gas in the plasma generation chamber into plasma by the microwaves introduced into the plasma generation chamber, plasma generated in the plasma generation chamber and the plasma generation chamber Between the other end surface of the cylindrical cavity facing the above, the step of resonating the microwave not absorbed by the plasma in a specific mode, and the step of treating the sample with the plasma in the plasma generation chamber. And a plasma processing method.
部でのマイクロ波を前記プラズマ発生室に略全面的に透
過させるプラズマ処理方法。21. The plasma processing method according to claim 20, wherein the microwave in the cylindrical cavity is substantially entirely transmitted through the plasma generating chamber.
はマイクロ波と磁界とによるＥＣＲ作用を利用するプラ
ズマ処理方法。22. The plasma processing method according to claim 20, wherein the plasma utilizes an ECR action by a microwave and a magnetic field.
面を前記試料の材質に合わせ相対的に任意の位置に調整
するプラズマ処理方法。23. The plasma processing method according to claim 20, wherein the surface of the ECR is adjusted to an arbitrary position relative to the material of the sample.
マイクロ波を真空容器の放電領域に伝播させ前記真空容
器内の被処理物をプラズマ処理する方法において、前記
マイクロ波導入部に特定モードのマイクロ波を伝播さ
せ、前記マイクロ波が前記マイクロ波透過部材及び前記
放電領域の境界面と前記空洞部のマイクロ波導入側端面
との間で反射を繰り返し第１の特定モードの定在波を形
成させ、前記マイクロ波導入部を伝播して来た第２の特
定モードのマイクロ波と混在させて前記放電領域に導入
し、前記真空容器内に放電を生じさせることを特徴とす
るプラズマ処理方法。24. A method of plasma-treating an object to be processed in the vacuum container by propagating a microwave from the microwave introduction part to a discharge region of the vacuum container through a cavity, and using a specific mode for the microwave introduction part. Of the microwave transmission member, and the microwave repeats reflection between the boundary surface between the microwave transmitting member and the discharge region and the microwave introduction side end surface of the cavity to generate a standing wave of the first specific mode. A plasma processing method, characterized in that the plasma is introduced into the discharge region by being mixed with the propagating second specific mode microwave in the microwave introducing part and is introduced into the discharge region. .
波導入部に伝播させる前記特定モードをＴＥ11モードと
し、前記定在波を形成させる第１の特定モードをＴＥ01
モードとし、前記マイクロ波導入部を伝播して来る第２
の特定モードをＴＥ11モードとするプラズマ処理方法。25. The TE 11 mode is defined as the specific mode propagated to the microwave introduction part, and the TE 01 mode is defined as the first specific mode for forming the standing wave.
The second mode which is set to the mode and propagates through the microwave introduction part.
Plasma treatment method in which the specific mode of TE 11 mode.
クロ波発振器から発振されるマイクロ波を伝播させる導
波管と、前記導波管の他端に拡大された一端面を連結し
た円筒空洞部と、前記円筒空洞部の他端開口部に連結さ
れた前記円筒空洞部と略同径の円筒状プラズマ発生室
と、前記円筒空洞部と前記プラズマ発生室との連結部に
設けられた前記円筒空洞部および前記プラズマ発生室と
略同径の平板状のマイクロ波透過窓と、前記マイクロ波
透過窓に対向して前記プラズマ発生室内に設けられた試
料台と、前記プラズマ発生室内部に向けて前記マイクロ
波透過窓近傍に処理ガスを供給する処理ガス供給手段
と、前記プラズマ発生室内を減圧排気する真空排気手段
とを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。26. A cylindrical cavity part having a microwave oscillator at one end for propagating microwaves oscillated from the microwave oscillator, and an enlarged one end face at the other end of the waveguide. A cylindrical plasma generation chamber having a diameter substantially the same as that of the cylindrical cavity portion connected to the other end opening of the cylindrical cavity portion, and the cylinder provided at a coupling portion between the cylindrical cavity portion and the plasma generation chamber A flat plate-shaped microwave transmission window having substantially the same diameter as the cavity and the plasma generation chamber, a sample stage provided in the plasma generation chamber facing the microwave transmission window, and toward the inside of the plasma generation chamber. A plasma processing apparatus comprising: a processing gas supply unit configured to supply a processing gas to the vicinity of the microwave transmission window; and a vacuum exhaust unit configured to decompress the plasma generation chamber.
発生室内にＥＣＲ作用を生じさせる磁界を形成するソレ
ノイドコイルを有し、前記ソレノイドコイルの内径もし
くは前記ソレノイドコイルの外側に設けたヨ−クの内径
を、前記マイクロ波透過窓の径よりも小さくしたプラズ
マ処理装置。27. The inner diameter of the solenoid coil or the inner diameter of a yoke provided outside the solenoid coil, comprising a solenoid coil for forming a magnetic field for producing an ECR action in the plasma generation chamber. Is smaller than the diameter of the microwave transmission window.
波透過窓と前記ＥＣＲの面との距離を５０ｍｍ以上とし
たプラズマ処理装置。28. The plasma processing apparatus according to claim 27, wherein the distance between the microwave transmission window and the surface of the ECR is 50 mm or more.
面と前記試料台との距離を３０ｍｍ以上としたプラズマ
処理装置。29. The plasma processing apparatus according to claim 27, wherein a distance between the surface of the ECR and the sample stage is 30 mm or more.
面における磁場勾配の値を２０Ｇ／ｃｍ以上、５０Ｇ／
ｃｍ以下の範囲内に設定したプラズマ処理装置。30. The value of the magnetic field gradient in the ECR plane according to claim 27, which is 20 G / cm or more and 50 G / cm or more.
Plasma processing apparatus set within the range of cm or less.
発生室内へのプロセスガスの吹き出し口を前記マイクロ
波透過窓の近傍で前記試料台と平行に分散して設置した
プラズマ処理装置。31. The plasma processing apparatus according to claim 26, wherein process gas outlets into the plasma generation chamber are installed in parallel with the sample stage in the vicinity of the microwave transmission window.
前記プラズマ発生室と同心状に配置され、該中心軸状の
任意の位置に調整可能としたプラズマ処理装置。32. The plasma processing apparatus according to claim 26, wherein the sample stage is arranged concentrically with the plasma generation chamber and can be adjusted to any position on the central axis.
波導入部と、前記マイクロ波導入部に続き前記マイクロ
波を伝搬させる空洞部と、前記空洞部につながり放電領
域を形成する真空容器と、前記空洞部と前記真空容器と
の間に設けられ前記真空容器の一部を形成し前記マイク
ロ波のエネルギーを前記真空容器内に略全面で透過させ
るマイクロ波透過部材とから構成し、前記マイクロ波透
過部材の有効透過部直径と前記真空容器の内径とは略同
径で、該径を被処理材の直径の１．７５倍以上とし、前
記マイクロ波が前記マイクロ波透過部材及び前記放電領
域の境界面と前記空洞部のマイクロ波導入側端面との間
で反射を繰り返しＴＥ01モードとなる定在波を形成さ
せ、前記マイクロ波導入部を伝播して来たＴＥ11モード
と混在させて前記放電領域に導入するよう構成したこと
を特徴とするプラズマ処理装置。33. A microwave introduction part for introducing microwaves into the device, a cavity part for propagating the microwaves following the microwave introduction part, and a vacuum container for forming a discharge region connected to the cavity part. A microwave transmitting member that is provided between the cavity and the vacuum container, forms a part of the vacuum container, and transmits the microwave energy into the vacuum container over substantially the entire surface; The effective transmission part diameter of the transmission member and the inner diameter of the vacuum container are substantially the same, and the diameter is set to 1.75 times or more the diameter of the material to be treated, and the microwave is generated in the microwave transmission member and the discharge region. The standing wave that becomes TE 01 mode is repeatedly formed between the boundary surface and the end surface of the cavity where the microwave is introduced, and the standing wave is mixed with the TE 11 mode propagated through the microwave introduction part. Release The plasma processing apparatus characterized by being configured so as to be introduced into the region.
る内径を有しマイクロ波が伝播可能な導電性の材料でな
る円筒容器内を円板状のマイクロ波透過部材で仕切り、
前記円筒容器内の一方を減圧雰囲気とし、前記円筒容器
内の他方にマイクロ波導波管を接続し、前記マイクロ波
透過部材の前記減圧雰囲気側の面を、前記マイクロ波導
波管を接続した前記円筒容器端面からマイクロ波の管内
波長のｎ／２倍の距離以内の該距離近傍に位置させたこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。34. A cylindrical container made of a conductive material having an inner diameter capable of arranging a large-diameter wafer of 8 inches or more and capable of propagating microwaves is partitioned by a disc-shaped microwave transmitting member,
One of the insides of the cylindrical container has a reduced pressure atmosphere, a microwave waveguide is connected to the other inside of the cylindrical container, and the surface of the microwave transmitting member on the side of the reduced pressure atmosphere has the cylinder connected to the microwave waveguide. A plasma processing apparatus, characterized in that the plasma processing apparatus is located in the vicinity of the distance within n / 2 times the wavelength of the microwave in the tube from the end face of the container.
径が３５０ｍｍ以上で、前記マイクロ波導波管が円形Ｔ
Ｅ11モードのマイクロ波を伝播するプラズマ処理装置。35. The cylindrical container according to claim 34, wherein the inner diameter of the cylindrical container is 350 mm or more, and the microwave waveguide is circular T.
A plasma processing apparatus that propagates E 11 mode microwaves.
波管及び前記円筒容器外周に磁場処理手段を設けたプラ
ズマ処理装置。36. The plasma processing apparatus according to claim 35, wherein magnetic field processing means is provided on the outer periphery of the microwave waveguide and the cylindrical container.
圧雰囲気側は前記マイクロ波透過部材の取り付け代分だ
け前記マイクロ波透過部材よりも内径が小さいプラズマ
処理装置。37. The plasma processing apparatus according to claim 36, wherein the reduced pressure atmosphere side of the cylindrical container has an inner diameter smaller than that of the microwave transmitting member by a mounting amount of the microwave transmitting member.
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