JPH0831438B2 - Microwave plasma processing equipment - Google Patents
Microwave plasma processing equipmentInfo
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- JPH0831438B2 JPH0831438B2 JP61033033A JP3303386A JPH0831438B2 JP H0831438 B2 JPH0831438 B2 JP H0831438B2 JP 61033033 A JP61033033 A JP 61033033A JP 3303386 A JP3303386 A JP 3303386A JP H0831438 B2 JPH0831438 B2 JP H0831438B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に係り、特に
プラズマ中のイオンによって固体表面のエッチングを行
うのに好適なプラズマ処理装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus suitable for etching a solid surface by ions in plasma.
従来の技術には、特公昭56−37311号に記載のよう
に、マイクロ波と磁場とを用いたプラズマ処理手段と、
100KHz〜10MHzの交流電圧を試料に印加する手段とを併
用して試料をエッチング処理するものがあった。しか
し、交流電圧に10MHz以上の高周波を用いる点について
は考慮されていなかった。In the conventional technique, as described in JP-B-56-37311, a plasma processing means using a microwave and a magnetic field,
In some cases, the sample is etched by using a means for applying an alternating voltage of 100 KHz to 10 MHz to the sample. However, no consideration was given to the use of a high frequency of 10 MHz or more for the AC voltage.
上記従来技術は、10MHz以上の周波数の交流電圧を用
いたものについては考慮されておらず、実際には電波法
および工業技術の制約により、400KHzまたは800KHzの低
周波域の発振源しか用いることができず、さらにエッチ
ング速度を向上させる上で限界があるという問題があっ
た。The above-mentioned conventional technology does not consider what uses an AC voltage with a frequency of 10 MHz or more, and in practice, due to restrictions of the Radio Law and industrial technology, only an oscillation source in the low frequency region of 400 KHz or 800 KHz can be used. However, there is a problem in that there is a limit in improving the etching rate.
本発明の目的は、エッチング速度を向上させ、さらに
優れた加工特性を得ることのできるマイクロ波プラズマ
処理装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a microwave plasma processing apparatus capable of improving the etching rate and obtaining more excellent processing characteristics.
上記目的は、マイクロ波を発振する手段と、該手段に
連結されマイクロ波を伝播する導波管と、該導波管に連
結され内部にプラズマ生成領域を有する放電部と、前記
放電部のプラズマ生成領域の外周に設置され磁場を発生
する手段と、 前記放電部とは独立し、かつ該放電部に連通し、試料台
の方向に断面がテーパ状に拡大し、前記放電部で生成さ
れたプラズマを前記試料台に向けて輸送する輸送空間
と、 輸送されてきた前記プラズマの流れを横切る位置に試
料設置面が設けられた前記試料台と、 前記プラズマ生成領域に連通し前記試料台が設けられ
た空間を減圧排気する手段と、 前記放電部に処理ガスを供給する手段と、前記試料台
に接続されたバイアス用電源手段とを、 具備したことにより達成される。The object is to oscillate microwaves, a waveguide connected to the means for propagating microwaves, a discharge part connected to the waveguide and having a plasma generation region therein, and a plasma of the discharge part. The means for generating a magnetic field, which is installed on the outer periphery of the generation region, is independent of the discharge part and communicates with the discharge part, and the cross section is enlarged in a taper shape in the direction of the sample table, and the discharge part is generated. A transport space for transporting plasma toward the sample stage, the sample stage having a sample installation surface provided at a position that crosses the flow of the transported plasma, and the sample stage communicating with the plasma generation region This is achieved by including means for decompressing and exhausting the formed space, means for supplying a processing gas to the discharge part, and bias power source means connected to the sample stage.
従来技術の低周波放電を用いた場合、高真空圧力中で
マイクロ波によって励起された、処理ガスの原子や分子
のイオンは、交流電圧の周期が長いため移動距離が長く
なり、トラップされることなく試料に到達する。このと
き、低周波放電の電気力線が試料に垂直に作用している
のであれば、イオンは試料に対し垂直に入射してくる確
率が高くなるが、電気力線が試料に垂直に作用していな
い場合は試料に対する方向性をもたせることが困難とあ
る。When the conventional low-frequency discharge is used, the atoms of the processing gas and the ions of the molecules excited by the microwave in the high vacuum pressure have a long moving distance because of the long period of the alternating voltage and are trapped. Reach the sample without. At this time, if the electric field lines of the low-frequency discharge act vertically on the sample, the probability that the ions will enter the sample perpendicularly increases, but the electric field lines act vertically on the sample. If not, it is difficult to give directionality to the sample.
本発明では、放電部とは独立し、マイクロ波によって
励起されたプラズマを、プラズマ流として試料近傍に輸
送する輸送空間が設けられている。この輸送空間の形状
を、マイクロ波の進行方向に断面を拡大したテーパ状に
構成することにより、プラズマ流を乱すことなく輸送で
きる。また、上記と同じ構成とすることによって、プラ
ズマの無駄な拡大発散が抑制されデッドスペースを生じ
ることがないので、プラズマを有効に働かせエッチング
速度が向上するという利点がある。In the present invention, a transport space that is independent of the discharge unit and that transports plasma excited by microwaves to the vicinity of the sample as a plasma flow is provided. By configuring the shape of this transportation space to be a tapered shape whose cross section is enlarged in the traveling direction of microwaves, it is possible to transport without disturbing the plasma flow. Further, with the same configuration as described above, useless expansion and divergence of plasma is suppressed and a dead space is not generated. Therefore, there is an advantage that the plasma is effectively operated and the etching rate is improved.
また、試料台に高周波電圧を印加することにより試料
台にバイアス電位を生成させ、高周波電源の電力を制御
することにより該バイアス電位を制御し、生成したプラ
ズマとは無関係にプラズマ中のイオンエネルギーを制御
できるので、優れた加工特性が得られるという利点もあ
る。Further, by applying a high-frequency voltage to the sample stage, a bias potential is generated in the sample stage, and the bias potential is controlled by controlling the power of the high-frequency power source, so that the ion energy in the plasma can be controlled independently of the generated plasma. Since it can be controlled, there is also an advantage that excellent processing characteristics can be obtained.
本発明のように例えば13.56MHzのような高周波放電を
用いると、交流電圧の周期が短いためにイオンの移動距
離が短くなり、イオンがトラップされる。ここで、試料
台と高周波発振源との間にブロッキングコンデンサーを
入れ、試料台をアース電位から浮かせた形にすると、上
述のトラップ現象により、試料台に直流電位が定常的に
存在するようになる。この直流電位（アース電位に対
し、マイナス側に滞電する）とプラズマ電位（正電位）
との差によって、試料近傍にイオンシースが形成され、
高周波放電の電気力線に係わりなく、イオンが試料に対
し垂直に入射するようになる。また、この電位差によ
り、イオンが運動エネルギーを得るため、試料の処理速
度が低周波放電を利用するのに比べ向上する。When a high frequency discharge such as 13.56 MHz is used as in the present invention, the moving distance of the ions is shortened due to the short cycle of the AC voltage, and the ions are trapped. Here, if a blocking condenser is inserted between the sample stage and the high-frequency oscillation source, and the sample stage is floated from the ground potential, a DC potential is constantly present on the sample stage due to the trapping phenomenon described above. . This DC potential (charged to the negative side with respect to the ground potential) and plasma potential (positive potential)
The ion sheath is formed near the sample due to the difference between
Ions enter the sample perpendicularly regardless of the lines of electric force of the high frequency discharge. Further, since the ions obtain kinetic energy due to this potential difference, the processing speed of the sample is improved as compared with the case of using low frequency discharge.
以下、本発明の一実施例を第１図と第２図とにより説
明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
第１図において、真空容器であるプラズマ室１内に
は、試料３を配置する試料台２が設けてある。試料台２
には、コンデンサ４を介して交流電圧を印加するバイア
ス用電源手段としての高周波電源５が接続されている。In FIG. 1, a sample table 2 on which a sample 3 is placed is provided in a plasma chamber 1 which is a vacuum container. Sample table 2
A high frequency power source 5 as a bias power source means for applying an alternating voltage via a capacitor 4 is connected to the.
高周波電源５は、例えば13.56MHzの高周波を発振す
る。高周波電源５の他方は、アースされている。試料台
２の周辺には、アース電極６が設けられている。アース
電極６はアースされている。試料台２の試料面に対向す
る側には、プラズマ室１の端部1aを囲むように導波管７
が設けてある。導波管７の端部にはマイクロ波発振源８
が取り付けてある。すなわち導波管７はマイクロ波発振
源８に連結されマイクロ波を伝播する。マイクロ波発振
源８には、直流電源９が接続されている。マイクロ波発
振源８は、例えば2.45GHzのマイクロ波を発振する手段
である。プラズマ室１の端部1a周辺には、導波管７を介
して、後述する放電部のプラズマ生成領域に設置され磁
場を発生する手段としての磁石10が設けてある。ここ
で、放電部とは、内部にプラズマ生成領域を有するプラ
ズマ室１の一部分であり、導波管７と磁石10とに囲まれ
た端部1a周辺の内部、すなわち端部1a内を指している。The high frequency power supply 5 oscillates a high frequency of 13.56 MHz, for example. The other side of the high frequency power supply 5 is grounded. A ground electrode 6 is provided around the sample table 2. The ground electrode 6 is grounded. On the side of the sample table 2 facing the sample surface, a waveguide 7 is provided so as to surround the end 1a of the plasma chamber 1.
Is provided. A microwave oscillation source 8 is provided at the end of the waveguide 7.
Is attached. That is, the waveguide 7 is connected to the microwave oscillation source 8 and propagates microwaves. A DC power supply 9 is connected to the microwave oscillation source 8. The microwave oscillation source 8 is means for oscillating a microwave of 2.45 GHz, for example. A magnet 10 is provided around the end 1a of the plasma chamber 1 via a waveguide 7 as a means for generating a magnetic field, which is installed in a plasma generation region of a discharge part described later. Here, the discharge part is a part of the plasma chamber 1 having a plasma generation region therein, and refers to the inside of the end 1a surrounded by the waveguide 7 and the magnet 10, that is, the inside of the end 1a. There is.
プラズマ室１の端部1aの反対側には、プラズマ生成領
域に連通し試料台２が設けられた空間を減圧排気する手
段としての図示してない排気装置に継ながる、排気口が
設けてある。また、プラズマ室１の端部1a付近には、上
記減圧排気された空間に処理ガスを供給する手段として
の図示してないガス供給装置からプラズマ室１の端部1a
内に処理ガスを導入する、ガス導入口12が設けてある。On the side opposite to the end 1a of the plasma chamber 1, an exhaust port is provided, which is connected to an exhaust device (not shown) as a means for exhausting the space in which the sample stage 2 is connected to the plasma generation region under reduced pressure. There is. In the vicinity of the end portion 1a of the plasma chamber 1, an end portion 1a of the plasma chamber 1 from a gas supply device (not shown) serving as a means for supplying the processing gas to the space evacuated under reduced pressure.
A gas inlet 12 for introducing the processing gas is provided therein.
上記構成により、プラズマ室１の端部1a内に処理ガス
を供給し、プラズマ室１を所定圧力に減圧排気した状態
で、マイクロ波発振源８からマイクロ波を発振する。マ
イクロ波は導波管７に導かれ、前記放電部と導波管７と
の間に設置されマイクロ波透過部材で形成されたマイク
ロ波導入部としての端部1aを透過して端部1a内に入る。
端部1a内の処理ガスは、マイクロ波によって励起されプ
ラズマとなる。この時、磁石10によって端部1a内に磁場
を発生させ、より強いプラズマ11を発生させるととも
に、磁場の制御によってプラズマ11を試料３の近傍の方
へマイクロ波の進行方向に断面を拡大したテーパ状の輸
送空間を経て輸送する。With the above configuration, the processing gas is supplied into the end portion 1a of the plasma chamber 1, and the microwave is oscillated from the microwave oscillation source 8 in a state where the plasma chamber 1 is evacuated to a predetermined pressure. The microwaves are guided to the waveguide 7 and transmitted through the end 1a as a microwave introduction part formed between the discharge part and the waveguide 7 and formed of a microwave transmitting member, and the inside of the end 1a to go into.
The processing gas in the end portion 1a becomes plasma by being excited by microwaves. At this time, a magnetic field is generated in the end 1a by the magnet 10 to generate a stronger plasma 11, and the plasma 11 is tapered toward the vicinity of the sample 3 in the microwave traveling direction by controlling the magnetic field. Transport through the transport space.
このように、端部1a内（放電部）で生成されたプラズ
マ11を試料近傍に輸送する空間の形状を、マイクロ波の
進行方向に断面を拡大したテーパ状に構成することによ
り、プラズマ11が該テーパ形状に沿ってプラズマ流を乱
すことなく整然と輸送される。また、上記と同じ構成と
することによって、プラズマの無駄な拡大発散が抑制さ
れデッドスペースを生じることがない。従って、プラズ
マを有効に働かせエッチング速度が向上する。As described above, by configuring the shape of the space for transporting the plasma 11 generated in the end portion 1a (discharge portion) to the vicinity of the sample in a tapered shape with a cross section enlarged in the microwave traveling direction, It is transported along the tapered shape without disturbing the plasma flow. Further, by adopting the same configuration as the above, useless expansion and divergence of plasma is suppressed, and a dead space is not generated. Therefore, the plasma is effectively worked to improve the etching rate.
試料台２に高周波電圧を印加することによって、試料
３の近傍に輸送されてきたプラズマ11に高周波放電を発
生させ、試料台２にバイアス電位を生成させる。試料台
２のバイアス電位により高周波放電によるプラズマ中の
イオンが試料３に垂直に入射して試料３がエッチングさ
れる。By applying a high-frequency voltage to the sample table 2, a high-frequency discharge is generated in the plasma 11 transported near the sample 3, and a bias potential is generated in the sample table 2. Due to the bias potential of the sample table 2, the ions in the plasma due to the high frequency discharge are vertically incident on the sample 3 and the sample 3 is etched.
また、高周波電源５の電力を制御することによって、
試料台２のバイアス電位を制御してマイクロ波および磁
場の作用によって生成したプラズマ11とは無関係に、プ
ラズマ中のイオンエネルギーを制御できる。これによ
り、優れた加工特性が得られる。Further, by controlling the power of the high frequency power source 5,
The ion potential in the plasma can be controlled independently of the plasma 11 generated by the action of the microwave and the magnetic field by controlling the bias potential of the sample stage 2. Thereby, excellent processing characteristics can be obtained.
第２図に、処理ガスとしてSF6、ガス圧力を5.2×10-2
Paマイクロ波電力を250Wとした条件で、各周波数の交流
電圧を試料台２に印加した場合の全印加電圧Vppと自己
バイアス電圧Vdcとの関係を示す。Fig. 2 shows that the processing gas is SF 6 , and the gas pressure is 5.2 × 10 -2.
The relationship between the total applied voltage Vpp and the self-bias voltage Vdc when an AC voltage of each frequency is applied to the sample stage 2 under the condition that the Pa microwave power is 250 W is shown.
第２図によれば、全印加電圧Vppが大きくなるに従
い、自己バイアス電圧Vdcも大きくなっている。また、
同一全印加電圧Vppに対して、周波数が高くなるにつれ
て自己バイアス電圧Vdcも大きくなっている。すなわ
ち、低周波である800KHz〜10MHzに比べて高周波である1
3.56MHzの方が、同一全印加電圧Vppに対して自己バイア
ス電圧Vdcが大きい。According to FIG. 2, as the total applied voltage Vpp increases, the self-bias voltage Vdc also increases. Also,
For the same total applied voltage Vpp, the self-bias voltage Vdc also increases as the frequency increases. That is, it is a high frequency 1 compared to the low frequency of 800 KHz to 10 MHz.
At 3.56 MHz, the self-bias voltage Vdc is larger than the same total applied voltage Vpp.
以上、本一実施例によれば、周波数10MHz以上の高周
波電圧を用いることにより、同一全印加電圧Vppに対し
自己バイアス電圧Vdcを大きくすることができ、それだ
け、イオンを加速するためのエネルギーが大きくなり、
エッチング速度を向上させることができる。逆に、小さ
い入力電力でイオンの加速を制御できる。As described above, according to the present embodiment, by using the high frequency voltage having the frequency of 10 MHz or more, the self-bias voltage Vdc can be increased with respect to the same total applied voltage Vpp, and accordingly, the energy for accelerating the ions is large. Becomes
The etching rate can be improved. Conversely, ion acceleration can be controlled with small input power.
また、工業上は、800KHzや10MHz等の低周波発振器は
一般に市販されておらず、高周波発振器では13.56MHzの
ものが市販されており、13.56MHzの高周波発振器の方が
機器コストが安い。したがって13.56MHzの高周波発振器
を用いれば、10MHz以下の低周波発振器に比べて、イオ
ンの制御性が向上し、かつ装置が安価にできる。Further, industrially, low-frequency oscillators such as 800 KHz and 10 MHz are not generally available on the market, and high-frequency oscillators with a frequency of 13.56 MHz are available on the market. A 13.56 MHz high-frequency oscillator has a lower device cost. Therefore, when a 13.56 MHz high frequency oscillator is used, the controllability of ions is improved and the device can be made cheaper than a low frequency oscillator of 10 MHz or less.
なお、本一実施例は、プラズマ化手段に電子サイクロ
トロン共鳴（ECR）放電を用いた装置について記載した
が、プラズマ化手段にマイクロ波放電を用いたものでも
同様の効果がある。It should be noted that the present embodiment describes the apparatus using the electron cyclotron resonance (ECR) discharge as the plasma generating means, but the same effect can be obtained by using the microwave discharge as the plasma generating means.
本発明によれば、放電部とは独立しかつ放電部で生成
されたプラズマを試料近傍に輸送する輸送空間の形状
を、マイクロ波の進行方向に断面を拡大したテーパ状に
構成し、試料台に生成させたバイアス電位を制御するこ
とにより、エッチング速度を向上させ、さらに優れた加
工特性を得ることができるという効果がある。According to the present invention, the shape of the transport space, which is independent of the discharge part and which transports the plasma generated in the discharge part to the vicinity of the sample, is formed in a tapered shape with a cross-section enlarged in the traveling direction of the microwave. By controlling the bias potential generated in step 1, there is an effect that the etching rate can be improved and further excellent processing characteristics can be obtained.
第１図は本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処
理装置を示す縦断面図、第２図は全印加電圧と自己バイ
アス電圧の関係を示す図である。 １……プラズマ室、２……試料台 ４……コンデンサ、５……高周波電源 ８……マイクロ波発振源、10……磁石FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the relationship between total applied voltage and self-bias voltage. 1 ... Plasma chamber, 2 ... Sample stage, 4 ... Capacitor, 5 ... High frequency power source, 8 ... Microwave oscillation source, 10 ... Magnet
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−164986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−112477（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−103618（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−37311（ＪＰ，Ｂ２) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-57-164986 (JP, A) JP-A-56-112477 (JP, A) JP-A-60-103618 (JP, A) JP-B-56- 37311 (JP, B2)
Claims (1)
結されマイクロ波を伝播する導波管と、該導波管に連結
され内部にプラズマ生成領域を有する放電部と、前記放
電部のプラズマ生成領域の外周に設置され磁場を発生す
る手段と、 前記放電部とは独立し、かつ該放電部に連通し、試料台
の方向に断面がテーパ状に拡大し、前記放電部で生成さ
れたプラズマを前記試料台に向けて輸送する輸送空間
と、 輸送されてきた前記プラズマの流れを横切る位置に試料
設置面が設けられた前記試料台と、 前記プラズマ生成領域に連通し前記試料台が設けられた
空間を減圧排気する手段と、 前記放電部に処理ガスを供給する手段と、前記試料台に
接続されたバイアス用電源手段とを、 具備したことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
置。1. A means for oscillating microwaves, a waveguide connected to the means for propagating microwaves, a discharge part connected to the waveguide and having a plasma generation region therein, and a discharge part of the discharge part. The means for generating a magnetic field, which is installed on the outer circumference of the plasma generation region, is independent of the discharge part and communicates with the discharge part, and the cross-section is enlarged in a taper shape in the direction of the sample stage to generate the discharge part. Transport space for transporting the plasma toward the sample stage, the sample stage having a sample installation surface provided at a position that traverses the flow of the transported plasma, and the sample stage communicating with the plasma generation region. A microwave plasma processing apparatus comprising: a means for evacuating the provided space under reduced pressure; a means for supplying a processing gas to the discharge part; and a bias power source means connected to the sample stage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61033033A JPH0831438B2 (en) | 1986-02-19 | 1986-02-19 | Microwave plasma processing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61033033A JPH0831438B2 (en) | 1986-02-19 | 1986-02-19 | Microwave plasma processing equipment |
Related Child Applications (1)
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| JP6199672A Division JP2629610B2 (en) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | Microwave plasma processing equipment |
Publications (2)
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| JPS62193126A JPS62193126A (en) | 1987-08-25 |
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ID=12375480
Family Applications (1)
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| JP61033033A Expired - Lifetime JPH0831438B2 (en) | 1986-02-19 | 1986-02-19 | Microwave plasma processing equipment |
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Families Citing this family (3)
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5637311A (en) * | 1979-08-27 | 1981-04-11 | Kanebo Ltd | Polyester fiber for woven and knitted fabric |
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-
1986
- 1986-02-19 JP JP61033033A patent/JPH0831438B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPS62193126A (en) | 1987-08-25 |
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Legal Events
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