JP2000164392A - Microwave plasma treating device - Google Patents

Microwave plasma treating device

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JP2000164392A
JP2000164392A JP10339756A JP33975698A JP2000164392A JP 2000164392 A JP2000164392 A JP 2000164392A JP 10339756 A JP10339756 A JP 10339756A JP 33975698 A JP33975698 A JP 33975698A JP 2000164392 A JP2000164392 A JP 2000164392A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the evenness of a plasma treatment. SOLUTION: The optical width corresponding to the width of a microwave guide window in a region pinched by the outer periphery of an upper electrode 18 facing a sample bed 3 and the inner periphery of a ring member 10 and annularly exposed to a treating chamber 2 (the width obtained by multiplying the actual width and the square root of the relative dielectric constant of a medium) is set to the half-wavelength or above in vacuum of the microwaves generated by a microwave oscillator 20. The microwaves guided to an annular waveguide type antenna section 12a from the microwave oscillator 20 are introduced into the treating chamber 2 through a microwave guide window with high efficiency. The evenness of the density of the plasma generated in the treating chamber 2 is improved, and the evenness of the plasma treating applied to a sample substrate W is increased.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大口径半導体基
板、大型液晶ディスプレイ用ガラス基板等に、プラズマ
を用いたエッチング、アッシング、CVD(化学蒸着)
等の処理を施すための利用に好適なマイクロ波プラズマ
処理装置に関する。
The present invention relates to etching, ashing, and CVD (chemical vapor deposition) using plasma on a large-diameter semiconductor substrate, a glass substrate for a large-sized liquid crystal display, and the like.
The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus suitable for use for performing such processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI(大規模集積回路)、LCD(液
晶ディスプレイ)などを製造するプロセスにおいて、反
応ガスに外部からエネルギーを与えた際に発生するプラ
ズマが、広く用いられている。特に、プラズマを用いた
ドライエッチング技術は、これらのプロセスにおいて、
不可欠の基本技術となっている。
2. Description of the Related Art In processes for manufacturing LSIs (Large Scale Integrated Circuits), LCDs (Liquid Crystal Displays), and the like, plasma generated when external energy is applied to a reaction gas is widely used. In particular, dry etching technology using plasma, in these processes,
It has become an essential basic technology.

【0003】一般に、プラズマを発生させるための励起
手段としては、2.45 GHzのマイクロ波を用いる場合と、
13.56 MHzのRF(高周波:Radio Frequency)を用いる
場合とが知られている。マイクロ波を用いる場合には、
RFを用いる場合に比べて、高密度のプラズマが得られ
るとともに、プラズマを発生させるのに電極を必要とし
ないため、電極からのコンタミネーションを防ぐことが
できるなどの利点がある。
[0003] Generally, as excitation means for generating plasma, there are cases where a microwave of 2.45 GHz is used,
It is known that 13.56 MHz RF (Radio Frequency) is used. When using microwave,
Compared to the case of using RF, there is an advantage that high-density plasma can be obtained and no electrode is required for generating plasma, so that contamination from the electrode can be prevented.

【0004】しかしながら、マイクロ波を用いた従来の
プラズマ処理装置では、プラズマ領域面積が広く、かつ
プラズマ密度が均一になるようにプラズマを発生させる
ことが困難であった。したがって、大口径の半導体基板
(半導体ウェハ)、または、大型のLCD用ガラス基板
の処理等において、マイクロ波を用いたドライエッチン
グ処理を採用するのは困難であった。
However, in a conventional plasma processing apparatus using microwaves, it has been difficult to generate plasma so that the plasma area is large and the plasma density is uniform. Therefore, it has been difficult to employ a dry etching process using microwaves in processing a large-diameter semiconductor substrate (semiconductor wafer) or a large LCD glass substrate.

【0005】この点に関し、大面積に均一にマイクロ波
プラズマを発生させることが可能なプラズマ処理装置と
して、表面波電界励起プラズマを利用する方式が提案さ
れており、例えば、特開昭62-5600号公報、特開昭62-99
481号公報において開示されている。このプラズマ処理
装置は、処理容器の上部壁をマイクロ波の透過が可能な
耐熱性板で封止し、その上方にはマイクロ波導波管に接
続された誘電体線路を配置している。そして誘電体線路
の表面から漏れ出た表面波電界により、プラズマが発生
する。
[0005] In this regard, as a plasma processing apparatus capable of uniformly generating microwave plasma over a large area, a system utilizing surface-wave electric field-excited plasma has been proposed. No., JP-A-62-99
No. 481 discloses this. In this plasma processing apparatus, an upper wall of a processing container is sealed with a heat-resistant plate that can transmit microwaves, and a dielectric line connected to a microwave waveguide is disposed above the sealing plate. Then, plasma is generated by the surface wave electric field leaking from the surface of the dielectric line.

【0006】図7は前者のプラズマ処理装置の側断面図
であり、図8は図7に示したプラズマ処理装置の平面図
である。この従来装置150では、金属製導体により構
成された処理容器81の上部に、封止板84が設けら
れ、これらによって処理室82は気密状態に封止されて
いる。更に処理容器81には、処理容器81及び封止板
84の上部を覆うカバー部材90が連結されており、カ
バー部材90とマイクロ波発振器70との間には、導波
管71が連結されている。そして、カバー部材90内の
天井部分には、封止板84との間にエアギャップ93を
確保しつつ、誘電体線路91が取り付けられている。こ
の誘電体線路91は、導波管71の幅から処理容器81
を覆う程度の幅まで広がるテーパ部91aを有する平面
視略5角形に形成されている。
FIG. 7 is a side sectional view of the former plasma processing apparatus, and FIG. 8 is a plan view of the plasma processing apparatus shown in FIG. In this conventional apparatus 150, a sealing plate 84 is provided above a processing container 81 made of a metal conductor, and the processing chamber 82 is hermetically sealed by these. Further, a cover member 90 that covers the upper portion of the processing container 81 and the sealing plate 84 is connected to the processing container 81, and a waveguide 71 is connected between the cover member 90 and the microwave oscillator 70. I have. A dielectric line 91 is attached to the ceiling portion of the cover member 90 while securing an air gap 93 between the dielectric plate 91 and the sealing plate 84. The dielectric line 91 is formed by the width of the waveguide 71 and the processing container 81.
Is formed in a substantially pentagonal shape in a plan view having a tapered portion 91a that extends to a width enough to cover.

【0007】処理容器81内には封止板84とは対向す
る位置に、試料基板Wを載置するための試料台83が配
設されており、これにはマッチング回路86を介してR
Fバイアス回路87が接続されている。また処理容器8
1の下部壁には図示しない排気装置に接続される排気口
88が形成され、処理容器81の一側壁には所要の反応
ガスを供給するためのガス供給管85が接続されてい
る。
[0007] A sample table 83 for mounting a sample substrate W is disposed in the processing vessel 81 at a position facing the sealing plate 84.
The F bias circuit 87 is connected. Processing container 8
An exhaust port 88 connected to an exhaust device (not shown) is formed in a lower wall of the processing container 81, and a gas supply pipe 85 for supplying a required reaction gas is connected to one side wall of the processing container 81.

【0008】このように構成されたマイクロ波プラズマ
処理装置150を用いて、試料台83の上に載置された
試料基板Wに、所定の処理を施す場合には、まず、排気
口88から排気を行って処理室82内を所要の真空度に
設定した後、ガス供給管85から反応ガスを供給する。
次いで、マイクロ波発振器70においてマイクロ波を発
生させ、導波管71を介して、マイクロ波を拡げるため
のテーパ部91aを含む誘電体線路91へと導入する。
When a predetermined process is to be performed on the sample substrate W placed on the sample table 83 by using the microwave plasma processing apparatus 150 configured as described above, first, the exhaust port 88 is evacuated. Is performed to set the inside of the processing chamber 82 to a required degree of vacuum, and then a reaction gas is supplied from the gas supply pipe 85.
Next, a microwave is generated in the microwave oscillator 70, and is introduced, via the waveguide 71, into the dielectric line 91 including the tapered portion 91 a for expanding the microwave.

【0009】すると、誘電体線路91の下方に電界が形
成され、形成された電界が、エアギャップ93および封
止板84を透過して、処理室82へ供給される。これに
よって、処理室82にプラズマが生成され、試料基板W
の表面に対して、例えばエッチング等の処理がなされ
る。この際、必要に応じて試料台83には、RFバイア
ス回路87によって、RFバイアスが印加される。RF
バイアスによって処理室82内に形成されるバイアス電
位によって、プラズマ中のイオンが加速され、試料基板
Wへと導かれ、それによって、試料基板Wの表面に、例
えば、異方性エッチングを施すことが可能となる。
Then, an electric field is formed below the dielectric line 91, and the formed electric field passes through the air gap 93 and the sealing plate 84 and is supplied to the processing chamber 82. As a result, plasma is generated in the processing chamber 82, and the sample substrate W
Is subjected to a process such as etching. At this time, an RF bias is applied to the sample table 83 by the RF bias circuit 87 as needed. RF
The ions in the plasma are accelerated by the bias potential formed in the processing chamber 82 by the bias and guided to the sample substrate W, whereby the surface of the sample substrate W can be subjected to, for example, anisotropic etching. It becomes possible.

【0010】従来装置150では、大口径の試料基板W
を処理すべく、処理室82の幅を大きく設定しても、封
止板84の直下に、均一に電界が形成され、その結果、
均一なプラズマを得ることができる。したがって、大口
径の試料基板Wに、所定の処理を施すことが可能であ
る。
In the conventional apparatus 150, a large-diameter sample substrate W
Even if the width of the processing chamber 82 is set large to process the pressure, a uniform electric field is formed directly below the sealing plate 84, and as a result,
A uniform plasma can be obtained. Therefore, a predetermined process can be performed on the large-diameter sample substrate W.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来装置1
50では、誘電体線路91にマイクロ波を均一に拡大す
るために、封止板84および処理容器81の縁部から水
平方向へ突出させたテーパ部91aが設けられている。
そのため、装置150を設置する場合には、処理容器8
1の縁部から突出したテーパ部91aを格納するため
に、水平方向に余分のスペースを確保することが必要と
されていた。
The conventional device 1
In 50, the dielectric line 91 is provided with a tapered portion 91 a projecting horizontally from the edges of the sealing plate 84 and the processing container 81 in order to uniformly expand the microwave.
Therefore, when the apparatus 150 is installed, the processing container 8
In order to store the tapered portion 91a protruding from one edge, it is necessary to secure an extra space in the horizontal direction.

【0012】近年における試料基板Wの大口径化にとも
なって、処理室82の幅がより大きいマイクロ波プラズ
マ処理装置が要求されるようになっている。しかも、半
導体素子等の製造現場では、装置の設置場所を新たに確
保する必要がないこと、すなわち、できるだけ狭いスペ
ースに装置を設置し得ることが求められている。
With the recent increase in the diameter of the sample substrate W, a microwave plasma processing apparatus in which the width of the processing chamber 82 is larger has been required. In addition, at a manufacturing site for semiconductor devices and the like, there is a need not to secure a new installation site for the device, that is, to be able to install the device in a space as narrow as possible.

【0013】しかしながら、従来装置150では、テー
パ部91aの寸法は、誘電体線路91の面積に応じて、
言い換えると、処理室82の幅に応じて定まる。このた
め、大口径の試料基板Wの処理を行うためには、大きな
テーパ部91aを収納し得るよう、より大きなスペース
を確保することが必要とされていた。このように、従来
装置150では、大口径の試料基板Wを処理するという
要求と、装置の設置スペースをできるだけ狭くしたいと
いう要求とを、同時に満足することができないという問
題点があった。
However, in the conventional device 150, the size of the tapered portion 91a is determined according to the area of the dielectric line 91.
In other words, it is determined according to the width of the processing chamber 82. Therefore, in order to process a large-diameter sample substrate W, it is necessary to secure a larger space so that a large tapered portion 91a can be accommodated. As described above, the conventional apparatus 150 has a problem that it is not possible to simultaneously satisfy the requirement to process a large-diameter sample substrate W and the requirement to reduce the installation space of the apparatus as much as possible.

【0014】また、従来装置150では、その構造上、
試料台83に対向する面、すなわち、封止板84の下面
は接地できないので、処理容器81の側壁などが、接地
されることによって、RFバイアスに対する実効的な対
向電極として機能していた。その結果、処理容器81の
側壁などが、イオン衝突によって、損傷を受けるという
問題点があった。さらに、実効的な対向電極が、試料基
板Wに対向しない方向、例えば、斜め上方に位置するた
めに、試料基板Wに入射するイオンの指向性が悪く、エ
ッチングの異方性等のプロセス上の性能が低いという問
題点があった。
Further, in the conventional device 150, due to its structure,
Since the surface facing the sample stage 83, that is, the lower surface of the sealing plate 84 cannot be grounded, the side wall of the processing vessel 81 and the like function as an effective counter electrode against RF bias by being grounded. As a result, there is a problem that the side walls of the processing container 81 are damaged by the ion collision. Further, since the effective counter electrode is located in a direction not facing the sample substrate W, for example, obliquely upward, the directivity of ions incident on the sample substrate W is poor, and the process such as etching anisotropy is difficult. There was a problem that performance was low.

【0015】この発明は、従来の装置における上記した
問題点を解消するためになされたもので、大口径の試料
の処理を可能にすると同時に、省スペース化、および、
入射イオンの指向性の向上とを、実現するマイクロ波プ
ラズマ処理装置を提供することを目的とし、特に、処理
の均一性を高めることのできるマイクロ波プラズマ処理
装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional apparatus, and enables processing of a large-diameter sample, space saving, and
It is an object of the present invention to provide a microwave plasma processing apparatus capable of improving the directivity of incident ions, and in particular, to obtain a microwave plasma processing apparatus capable of improving the uniformity of processing.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この発明の装置は、処理
対象である試料を載置する試料台を格納した処理室へマ
イクロ波を導入し、当該マイクロ波によりプラズマを生
成し、当該プラズマを用いて前記試料に処理を行うため
のマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記試料台に
対向した第1導電体と、当該第1導電体の周囲に配設さ
れた環状平板のマイクロ波導入板と、当該マイクロ波導
入板の外周に沿って配置された第2導電体と、前記マイ
クロ波導入板の上に配設された導電性の管状部材と、を
備え、前記管状部材の前記マイクロ波導入板に対向する
部分に開口部が開設されており、前記第1導電体の外周
と前記第2導電体の内周との間の、前記処理室へと露出
する前記マイクロ波導入板の表面に沿った方向での光学
的幅が、前記マイクロ波の真空中での波長の1/2倍以
上に設定されている。
According to the apparatus of the present invention, a microwave is introduced into a processing chamber in which a sample stage on which a sample to be processed is placed is stored, plasma is generated by the microwave, and the plasma is generated. A microwave plasma processing apparatus for performing processing on the sample using the first conductive body facing the sample stage, and an annular flat plate microwave introduction plate disposed around the first conductive body. A second conductor disposed along the outer periphery of the microwave introduction plate; and a conductive tubular member disposed on the microwave introduction plate. An opening is formed in a portion facing the introduction plate, and a surface of the microwave introduction plate exposed to the processing chamber between an outer periphery of the first conductor and an inner periphery of the second conductor. The optical width in the direction along It is set to be more than half the wavelength in vacuum filtered.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】<1.装置の基本構成>図1は、実
施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置の側断面図であ
り、図2は図1に示した装置の平面図である。また、図
1は、図2のA−A切断線に沿った断面図に相当する。
この装置101では、有底円筒状の処理容器1の上端部
に、内周面に溝が設けられたリング部材10が取り付け
られている。処理容器1は、例えばアルミニウム等の金
属で構成されており、リング部材10も金属で構成され
ている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS 1. Basic Configuration of Apparatus FIG. 1 is a side sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment, and FIG. 2 is a plan view of the apparatus shown in FIG. FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
In this apparatus 101, a ring member 10 having a groove formed on the inner peripheral surface is attached to the upper end of a cylindrical processing container 1 having a bottom. The processing container 1 is made of a metal such as aluminum, for example, and the ring member 10 is also made of a metal.

【0018】さらに、環状のマイクロ波導入板4が、そ
の外周縁部がリング部材10の溝に嵌合されることによ
り、リング部材10に支持されている。この環状マイク
ロ波導入板4の材料としては、耐熱性及びマイクロ波透
過性、並びに小さな誘電損失が要求され、そのために、
例えば、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体が採用され
る。
Further, the annular microwave introduction plate 4 is supported by the ring member 10 by fitting its outer peripheral edge into the groove of the ring member 10. The material of the annular microwave introduction plate 4 is required to have heat resistance, microwave permeability, and small dielectric loss.
For example, a dielectric such as quartz glass or alumina is employed.

【0019】リング部材10の上面には、該リング部材
10の外直径と略同じ外直径を有し、前述したマイクロ
波導入板4の内直径と略同じ内直径を有する略円筒状の
ブロック部材25が、リング部材10にねじ止めされて
いる。このブロック部材25は、アルミニウム等の金属
で形成されている。ブロック部材25の底部には、同じ
くアルミニウム等の金属で構成された環状の板部材16
が嵌合している。板部材16には、複数のスリット15
が、周方向に所定の距離を隔てて開設されている。
On the upper surface of the ring member 10, a substantially cylindrical block member having an outer diameter substantially equal to the outer diameter of the ring member 10 and having an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the microwave introduction plate 4 described above. 25 is screwed to the ring member 10. This block member 25 is formed of a metal such as aluminum. An annular plate member 16 also made of a metal such as aluminum is provided on the bottom of the block member 25.
Are fitted. The plate member 16 includes a plurality of slits 15.
Are provided at a predetermined distance in the circumferential direction.

【0020】ブロック部材25と板部材16とによっ
て、断面が矩形の環状の空洞47が形成されている。ブ
ロック部材25の外周壁には、環状の空洞47に連通す
る断面矩形の溝が開設されている。この溝は、リング部
材10の上面で覆われることにより、矩形孔48を形成
している。環状の空洞47および矩形孔48には、誘電
体14が内嵌されている。誘電体14の材料として、例
えば、テフロン(登録商標)などのフッ素樹脂、ポリエ
チレン樹脂、又は、ポリスチレン樹脂が採用され、好ま
しくは、フッ素樹脂が用いられる。
An annular cavity 47 having a rectangular cross section is formed by the block member 25 and the plate member 16. On the outer peripheral wall of the block member 25, a groove having a rectangular cross section communicating with the annular cavity 47 is formed. The groove forms a rectangular hole 48 by being covered with the upper surface of the ring member 10. The dielectric 14 is fitted in the annular cavity 47 and the rectangular hole 48. As a material of the dielectric 14, for example, a fluororesin such as Teflon (registered trademark), a polyethylene resin, or a polystyrene resin is adopted, and preferably, a fluororesin is used.

【0021】ブロック部材25と板部材16とで構成さ
れ、環状の空洞47を内部に規定する管状部材と、空洞
47に充填されている誘電体14の部分とによって、環
状導波管型アンテナ部12aが形成されている。また、
矩形孔48を内部に規定するブロック部材25の部分と
リング部材10の部分、並びに、矩形孔48に充填され
ている誘電体14の部分によって、導入部12bが形成
されている。環状導波管型アンテナ部12aおよび導入
部12bは、双方でアンテナ13を構成する。
An annular waveguide type antenna unit is constituted by a tubular member which is constituted by a block member 25 and a plate member 16 and defines an annular cavity 47 therein, and a portion of the dielectric material 14 filling the cavity 47. 12a are formed. Also,
The introduction portion 12b is formed by the portion of the block member 25 and the portion of the ring member 10 which define the rectangular hole 48 therein, and the portion of the dielectric material 14 filling the rectangular hole 48. The annular waveguide type antenna unit 12a and the introduction unit 12b constitute an antenna 13 together.

【0022】管状部材の外周壁部に開設された導入口4
9を通じて、管状部材に規定される環状の空洞47と、
導入部12bに規定される矩形孔48とが連通してい
る。導入部12bには、導波管21の一端が接続され、
導波管21の他端には、マイクロ波発振器20が接続さ
れている。したがって、マイクロ波発振器20が生成す
るマイクロ波(例えば、300 MHz〜30 GHzの周波数を有
する電磁波)は、導波管21の内部、および、導入部1
2bの矩形孔48を通じて、環状導波管型アンテナ部1
2aの空洞47へと導入される。
Inlet 4 formed in the outer peripheral wall of the tubular member
9, an annular cavity 47 defined in the tubular member;
The rectangular hole 48 defined in the introduction part 12b communicates. One end of the waveguide 21 is connected to the introduction portion 12b,
The microwave oscillator 20 is connected to the other end of the waveguide 21. Therefore, the microwave (for example, an electromagnetic wave having a frequency of 300 MHz to 30 GHz) generated by the microwave oscillator 20 is supplied to the inside of the waveguide 21 and the introduction unit 1.
The annular waveguide type antenna unit 1 is formed through the rectangular hole 48 of FIG.
It is introduced into the cavity 47 of 2a.

【0023】環状導波管型アンテナ部12aの空洞47
の周方向の長さを適切に、例えば、伝搬するマイクロ波
の波長の略整数倍に設定することにより、空洞47内に
定在波を生起することができる。具体的には、環状導波
管型アンテナ部12aを互いに逆方向へ進行する2つの
進行波が、導入部12bに対向する位置で衝突して定在
波が生成される。この壁面定在波によって、環状導波管
型アンテナ部12aの内面、すなわち、空洞47の壁面
に、所定の間隔で極大値を示す壁面電流が流れる。
Cavity 47 of annular waveguide type antenna section 12a
The standing wave can be generated in the cavity 47 by appropriately setting the length in the circumferential direction to, for example, approximately an integral multiple of the wavelength of the propagating microwave. Specifically, two traveling waves traveling in the opposite directions in the annular waveguide antenna section 12a collide at a position facing the introduction section 12b to generate a standing wave. Due to the wall standing wave, a wall current having a maximum value flows at predetermined intervals on the inner surface of the annular waveguide antenna section 12a, that is, on the wall surface of the cavity 47.

【0024】誘電体14として、例えば、比誘電率ε=
2.1のテフロンが採用されているときには、環状導波管
型アンテナ部12a内を伝播するマイクロ波のモード
を、基本伝播モードである矩形TE10にするには、マイ
クロ波の周波数が2.45 GHzである場合、環状導波管型ア
ンテナ部12aの内側、すなわち、空洞47の径方向に
沿った断面の寸法を、高さ27 mm、幅66.2 mmに設定する
とよい。矩形TE10のマイクロ波は、環状導波管型アン
テナ部12aの内部を、ほとんど損失なく、しかも、均
一に伝搬する。
As the dielectric 14, for example, the relative dielectric constant ε =
When 2.1 Teflon is employed, the mode of the microwave propagating in the circular waveguide antenna portion 12a, to the rectangular TE 10, which is a basic propagation mode, the frequency of the microwave is 2.45 GHz In this case, the dimensions inside the annular waveguide antenna section 12a, that is, the cross-sectional dimension along the radial direction of the cavity 47 may be set to a height of 27 mm and a width of 66.2 mm. The microwave of the rectangular TE 10 propagates uniformly inside the annular waveguide antenna section 12a with little loss.

【0025】さらに、外径が380 mm、内径が180〜200 m
m、厚さが20 mmのマイクロ波導入板4が用いられる場合
には、環状導波管型アンテナ部12aの中心から、環状
導波管型アンテナ部12aの幅方向の中央までの距離
は、141 mmに設定することができる。この場合、環状導
波管型アンテナ部12aの幅方向の中央を結ぶ円の周方
向の長さ(略886 mm)は、該環状導波管型アンテナ部1
2a内を伝播するマイクロ波の波長(略110 mm)の略整
数倍となる。
Further, the outer diameter is 380 mm and the inner diameter is 180 to 200 m
When the microwave introduction plate 4 having a thickness of 20 mm and a thickness of 20 mm is used, the distance from the center of the annular waveguide antenna section 12a to the center in the width direction of the annular waveguide antenna section 12a is: It can be set to 141 mm. In this case, the circumferential length (about 886 mm) of the circle connecting the center in the width direction of the annular waveguide antenna section 12a is determined by the length of the annular waveguide antenna section 1a.
It is substantially an integral multiple of the wavelength (approximately 110 mm) of the microwave propagating in 2a.

【0026】そのため、マイクロ波は環状導波管型アン
テナ部12a内で共振し、前述した定在波は、その腹の
位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流とな
り、アンテナ13のQ値が向上する。この定在波は、ス
リット15から封止板4を介して、処理室2へ電界を生
成する。したがって、スリット15は、定在波の腹の位
置に配置されるのが望ましい。
For this reason, the microwave resonates in the annular waveguide type antenna portion 12a, and the above-mentioned standing wave becomes a high voltage / low current at the antinode position and a low voltage / high current at the node position. The Q value of the antenna 13 is improved. This standing wave generates an electric field from the slit 15 to the processing chamber 2 via the sealing plate 4. Therefore, it is desirable that the slit 15 is arranged at the position of the antinode of the standing wave.

【0027】ブロック部材25にはアルミニウムを円柱
状に成形してなる加熱ブロック26が、その下面がマイ
クロ波導入板4の下面より少し高い位置になるように、
シート状の絶縁体31を介して、着脱自在に内嵌されて
いる。絶縁体31の材料には、例えば、石英、セラミッ
クが用いられる。加熱ブロック26には、加熱源である
ヒータ28が埋設されている。
The block member 25 is provided with a heating block 26 made of aluminum in a columnar shape such that the lower surface thereof is slightly higher than the lower surface of the microwave introducing plate 4.
It is detachably fitted inside via a sheet-shaped insulator 31. As a material of the insulator 31, for example, quartz or ceramic is used. In the heating block 26, a heater 28 as a heating source is embedded.

【0028】また、加熱ブロック26の下面中央には円
筒状の凹部が設けられている。この凹部は、導体又は半
導体などの導電性の材料、すなわち導電体(本明細書で
は、半導体も含めて「導電体」と称する)を円板状に成
形して成る上部電極18で、閉塞されることにより、ガ
ス拡散室30を形成している。上部電極18と加熱ブロ
ック26とによって、導電体45が構成されている。
Further, a cylindrical concave portion is provided at the center of the lower surface of the heating block 26. This concave portion is closed by an upper electrode 18 formed by shaping a conductive material such as a conductor or a semiconductor, that is, a conductor (hereinafter, referred to as a “conductor” including a semiconductor) into a disk shape. Thus, the gas diffusion chamber 30 is formed. The conductor 45 is formed by the upper electrode 18 and the heating block 26.

【0029】ガス拡散室30は、加熱ブロック26を貫
通するガス供給管5と連通しており、上部電極18には
複数の貫通孔(図示を略する)が開設されているので、
ガス供給管5から反応ガスを供給することによって、処
理室2へと反応ガスを、均一に導入することができる。
上部電極18は、例えば、シリコン系材料で構成され
る。
The gas diffusion chamber 30 communicates with the gas supply pipe 5 penetrating the heating block 26, and the upper electrode 18 has a plurality of through holes (not shown).
By supplying the reaction gas from the gas supply pipe 5, the reaction gas can be uniformly introduced into the processing chamber 2.
The upper electrode 18 is made of, for example, a silicon-based material.

【0030】なお、処理容器1、リング部材10、環状
マイクロ波導入板4、ブロック部材25及び加熱ブロッ
ク26が互いに接合する部分には、それらを気密状態に
封止するために、耐熱性のO(オー)リング17が介挿
されている。
The part where the processing vessel 1, the ring member 10, the annular microwave introduction plate 4, the block member 25 and the heating block 26 are joined to each other is sealed with a heat-resistant O. An (O) ring 17 is interposed.

【0031】処理容器1の底部中央には、試料基板Wを
載置する試料台3が昇降自在に設けられている。そし
て、試料台3には、マッチング回路6を介して、RFバ
イアス回路7が接続されている。また、処理容器1の側
壁には排気口81が開設されており、図示されない排気
機構によって、処理室2の内気が排出可能となってい
る。
At the center of the bottom of the processing vessel 1, a sample table 3 on which a sample substrate W is placed is provided so as to be able to move up and down. An RF bias circuit 7 is connected to the sample table 3 via a matching circuit 6. Further, an exhaust port 81 is provided on a side wall of the processing container 1, and the inside air of the processing chamber 2 can be exhausted by an exhaust mechanism (not shown).

【0032】図1では、上部電極18は、配線を通じて
電気的に接地された例を示しているが、RFバイアス回
路7とは別のRFバイアス回路、および、マッチング回
路6とは別のマッチング回路が、試料台3と同様に接続
されても良い。あるいは、試料台3を接地し、上部電極
18にのみ、マッチング回路およびRFバイアス回路を
接続しても良い。なお、上部電極18が接地される場合
には、絶縁体31は設けられなくても良い。
FIG. 1 shows an example in which the upper electrode 18 is electrically grounded through a wiring, but an RF bias circuit different from the RF bias circuit 7 and a matching circuit different from the matching circuit 6 are shown. May be connected in the same manner as the sample table 3. Alternatively, the sample table 3 may be grounded, and a matching circuit and an RF bias circuit may be connected only to the upper electrode 18. When the upper electrode 18 is grounded, the insulator 31 may not be provided.

【0033】装置101は、以上のように構成されるの
で、処理室2に電界が形成され、この電界によって、処
理室2にプラズマが生成される。このプラズマによっ
て、試料台3に載置された試料基板Wに、プラズマ処理
が施される。処理室2内の電界は、試料台3に対向する
導電体45の周囲を囲むように、環状に設けられた環状
導波管型アンテナ部12aに、マイクロ波の定在波が形
成され、この定在波からマイクロ波が処理室2へと伝搬
することによって生成される。
Since the apparatus 101 is configured as described above, an electric field is formed in the processing chamber 2, and a plasma is generated in the processing chamber 2 by the electric field. The plasma processing is performed on the sample substrate W placed on the sample table 3 by the plasma. The electric field in the processing chamber 2 forms a microwave standing wave in the annular waveguide-type antenna portion 12a provided in an annular shape so as to surround the conductor 45 facing the sample stage 3, and this Microwaves are generated from the standing wave by propagating to the processing chamber 2.

【0034】したがって、生成されるプラズマの均一性
が比較的良好であり、大口径の試料基板Wに対して、プ
ラズマ処理を施すことが可能となる。しかも、従来装置
150とは異なり、テーパ部91aを必要とせず、導入
部12bを通じて環状導波管型アンテナ部12aへと、
マイクロ波を直接に入射することができるので、処理容
器1の周囲に、余分な設置スペースを必要としない。
Therefore, the uniformity of the generated plasma is relatively good, and the plasma processing can be performed on the large-diameter sample substrate W. Moreover, unlike the conventional device 150, the tapered portion 91a is not required, and the annular waveguide type antenna portion 12a is introduced through the introduction portion 12b.
Since microwaves can be directly incident, no extra installation space is required around the processing vessel 1.

【0035】さらに、試料台3と、これに対向する上部
電極18との間に、RFバイアスが印加されるので、試
料基板Wへ入射するイオンの指向性が高い。したがっ
て、異方性のよいプラズマエッチングも可能となり、高
いアスペクト比を持った微細加工を試料基板Wに施すこ
とが可能となる。しかも、処理容器1の側壁等を、実効
的な対向電極とする必要がないので、イオン衝突による
側壁等の損耗が抑制され、処理容器1等の寿命が高めら
れる。
Further, since an RF bias is applied between the sample table 3 and the upper electrode 18 opposed thereto, the directivity of ions incident on the sample substrate W is high. Therefore, plasma etching with good anisotropy becomes possible, and fine processing with a high aspect ratio can be performed on the sample substrate W. Moreover, since it is not necessary to use the side wall and the like of the processing container 1 as an effective counter electrode, wear of the side wall and the like due to ion collision is suppressed, and the life of the processing container 1 and the like is increased.

【0036】<2.マイクロ波導入窓の幅の最適化>導電
体45の外周とリング部材10の内周との間に挟まれて
処理室2へと露出する領域は、マイクロ波が環状導波管
型アンテナ部12aから処理室2へと導入される際にマ
イクロ波が通過するマイクロ波導入窓として機能する。
このマイクロ波導入窓の径方向の幅D(すなわち、導電
体45の外周とリング部材10の内周との間のマイクロ
波導入板4の表面に沿った方向での距離)には、ある最
適な範囲が存在する。そして、装置101では、この最
適な範囲を満たすように、幅Dが設定されている。
<2. Optimization of Width of Microwave Introducing Window> The region exposed between the outer periphery of the conductor 45 and the inner periphery of the ring member 10 and exposed to the processing chamber 2 has a circular conduction shape. It functions as a microwave introduction window through which microwaves pass when introduced into the processing chamber 2 from the waveguide antenna unit 12a.
The radial width D of the microwave introduction window (that is, the distance between the outer periphery of the conductor 45 and the inner periphery of the ring member 10 in the direction along the surface of the microwave introduction plate 4) is a certain optimum value. Range exists. In the apparatus 101, the width D is set so as to satisfy this optimum range.

【0037】図3は、図1のB−B切断線に沿った装置
101の断面図である。また、図4は、図2のC−C切
断線に沿った装置101の部分拡大断面図である。処理
室2の上部には、周囲から中心へと順に、環状のリング
部材10、幅D1の環状のマイクロ波導入板4、幅D2の環
状の絶縁体31、および、直径Lの円形の上部電極18
(導電体45)が露出している。環状のマイクロ波導入
窓の幅Dは、幅D1と幅D2の和で与えられる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the apparatus 101 taken along the line BB of FIG. FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of the apparatus 101 taken along the line CC of FIG. An annular ring member 10, an annular microwave introduction plate 4 having a width D1, an annular insulator 31 having a width D2, and a circular upper electrode having a diameter L are provided in order from the periphery to the center of the processing chamber 2. 18
(The conductor 45) is exposed. The width D of the annular microwave introduction window is given by the sum of the width D1 and the width D2.

【0038】幅Dにおける最適な範囲とは、後述するデ
ータが示すように、実験を通じて見出されたものであ
り、つぎのように表現される。すなわち、幅D(言い換
えると、位置Pと位置Pbの間の距離)に対応する光学
的幅が、マイクロ波の真空中での波長λの1/2倍以上
に設定されるのが望ましい。光学的幅とは、実幅に媒質
の比誘電率の二乗根を乗じて得られる幅、すなわち、真
空媒質に換算された幅を意味する。
The optimum range of the width D is found through experiments, as shown by the data described later, and is expressed as follows. That is, it is desirable that the optical width corresponding to the width D (in other words, the distance between the position P and the position Pb) is set to 1 / or more times the wavelength λ of the microwave in a vacuum. The optical width means a width obtained by multiplying the actual width by the square root of the dielectric constant of the medium, that is, a width converted into a vacuum medium.

【0039】この最適条件は、絶縁体31が存在しない
場合には、実幅Dが、マイクロ波導入板4を伝わるマイ
クロ波の波長の1/2倍以上であることと等価である。
すなわち、絶縁体31が存在しない場合の最適条件は、
つぎの数式1: D≧1/2・λ1 ・・・(数式1) で表現される。ここで、λ1は、マイクロ波導入板4の
中でのマイクロ波の波長である。
This optimum condition is equivalent to the case where the insulator 31 is not present, and the actual width D is equal to or more than 倍 of the wavelength of the microwave transmitted through the microwave introduction plate 4.
That is, the optimum condition when the insulator 31 does not exist is:
The following equation 1: D ≧ 1/2 · λ1 (Equation 1) Here, λ1 is the wavelength of the microwave in the microwave introduction plate 4.

【0040】絶縁体31が存在する場合には、最適条件
は、つぎの数式2: D1・(ε1)1/2+D2・(ε2)1/2≧1/2・λ ・・・(数式2) で表現される。ここで、ε1は、マイクロ波導入板4の
比誘電率であり、ε2は、絶縁体31の比誘電率であ
る。
When the insulator 31 exists, the optimal condition is as follows: D1 · (ε1) 1/2 + D2 · (ε2) 1/21/2 · λ (Formula 2) ). Here, ε1 is the relative permittivity of the microwave introduction plate 4, and ε2 is the relative permittivity of the insulator 31.

【0041】また、マイクロ波の真空中での波長λは、
つぎの数式3: λ=2πc/ω ・・・(数式3) で与えられる。ここで、cは、真空中の光速であり、ω
は、マイクロ波発振器20で生成されるマイクロ波の角
周波数である。
The wavelength λ of the microwave in a vacuum is
The following Expression 3: λ = 2πc / ω (Expression 3) Where c is the speed of light in a vacuum and ω
Is the angular frequency of the microwave generated by the microwave oscillator 20.

【0042】図4が示すように、マイクロ波導入板4に
は、環状導波管型アンテナ部12aからスリット15を
通じて、マイクロ波が伝搬する。このマイクロ波は、環
状導波管型アンテナ部12aを伝搬する進行波がもれ出
たものであり、その真空中での波長は、数式3で与えら
れる。
As shown in FIG. 4, the microwave propagates through the slit 15 from the annular waveguide antenna section 12a to the microwave introduction plate 4. The microwave is obtained by leaking a traveling wave propagating through the annular waveguide antenna section 12a, and its wavelength in vacuum is given by Expression 3.

【0043】マイクロ波導入板4へ漏れ出たマイクロ波
の中で、進行波Q1として、導電体45へと向かう成分
が存在する。この進行波Q1は、導電体45の外周表面
で反射され、その結果、マイクロ波導入板4(および絶
縁体31)の中には、さらに、反射波Q2が伝搬する。
そして、これら両者が合成されることによって、導電体
45の外周表面付近には、定在波Q3が形成される。こ
の定在波Q3の真空中での波長も、数式3で与えられ
る。
In the microwave leaked to the microwave introducing plate 4, there is a component traveling toward the conductor 45 as the traveling wave Q1. This traveling wave Q1 is reflected on the outer peripheral surface of the conductor 45, and as a result, the reflected wave Q2 further propagates into the microwave introduction plate 4 (and the insulator 31).
Then, by combining them, a standing wave Q3 is formed near the outer peripheral surface of the conductor 45. The wavelength of the standing wave Q3 in a vacuum is also given by Expression 3.

【0044】したがって、上記した最適条件は、導電体
45の外周表面付近に形成される定在波Q3の節(一般
には複数)の中で、導電体45の外周表面上の節を除い
て、導電体45に最も近い節の位置Paに関して、導電
体45から見て、リング部材10の内周の位置Pを、節
の位置Pa以遠に設定することと等価である。言い換え
ると、上記の最適条件は、節の位置Paと導電体45の
外周の位置Pbとの間の実幅Daに関して、実幅Dを実
幅Da以上に設定することと同等である。すなわち、最
適条件は、つぎの数式4: D≧Da ・・・(数式4) で表現することも可能である。実幅Daに対応する光学
的幅は、マイクロ波の真空中での波長λの1/2倍に相
当する。また、絶縁体31がなければ、実幅Daは、マ
イクロ波導入板4の中でのマイクロ波の半波長、すなわ
ち、1/2・λ1に一致する。
Therefore, the above-mentioned optimum conditions are obtained by excluding the nodes on the outer peripheral surface of the conductor 45 among the nodes (generally plural) of the standing wave Q3 formed near the outer peripheral surface of the conductor 45. Regarding the position Pa of the node closest to the conductor 45, this is equivalent to setting the position P on the inner circumference of the ring member 10 to be farther than the position Pa of the node when viewed from the conductor 45. In other words, the above-described optimum condition is equivalent to setting the actual width D to be equal to or greater than the actual width Da with respect to the actual width Da between the node position Pa and the outer peripheral position Pb of the conductor 45. That is, the optimum condition can be expressed by the following Expression 4: D ≧ Da (Equation 4). The optical width corresponding to the actual width Da corresponds to half the wavelength λ of the microwave in a vacuum. If the insulator 31 is not provided, the actual width Da matches the half-wavelength of the microwave in the microwave introduction plate 4, that is, 1/2 ・ λ1.

【0045】<3.実証データ>つぎに、上記の最適条件
を裏付ける実験結果について、説明する。実験では、装
置101の構成および動作に関する条件は、つぎのよう
に設定された。まず、マイクロ波発振器20が出力する
マイクロ波の周波数は、2.45 GHzに設定された。また、
上部電極18は、電気的に接地された。このため、絶縁
体31は設けられず、マイクロ波導入板4の内周は、導
電体45の外周に当接している。したがって、幅Dは幅
D1と一致し、幅Dに関する最適条件は、数式1で表現さ
れる。また、マイクロ波導入板4には、石英板(比誘電
率ε1=4.0)が用いられ、上部電極18にはシリコン系
材料が用いられた。
<3. Verification Data> Next, experimental results supporting the above-mentioned optimum conditions will be described. In the experiment, conditions regarding the configuration and operation of the device 101 were set as follows. First, the frequency of the microwave output from the microwave oscillator 20 was set to 2.45 GHz. Also,
The upper electrode 18 was electrically grounded. Therefore, the insulator 31 is not provided, and the inner periphery of the microwave introduction plate 4 is in contact with the outer periphery of the conductor 45. Therefore, width D is width
The optimum condition for the width D, which coincides with D1, is expressed by Expression 1. Further, a quartz plate (relative permittivity ε1 = 4.0) was used for the microwave introduction plate 4, and a silicon-based material was used for the upper electrode 18.

【0046】数式3で与えられる波長λは、λ= 122.4
mmである。したがって、石英の比誘電率ε1 = 4.0を用
いて、つぎの数式5: Da・(ε1)1/2=1/2・λ ・・・(数式5) にもとづいて、幅Daを算出すると、Da=1/2・λ1=6
1 mmが得られる。
The wavelength λ given by Equation 3 is λ = 122.4
mm. Therefore, using the relative dielectric constant ε1 = 4.0 of quartz and calculating the width Da based on the following equation 5: Da · (ε1) 1/2 = 1/2 · λ (Equation 5), Da = 1/2 · λ1 = 6
1 mm is obtained.

【0047】実験が開始されると、まず、処理室2がプ
ロセスガス(C4F8,CO,O2,Arの混合ガス)で所定の圧
力へ設定された後、マイクロ波発振器20が起動され、
それにより、マイクロ波が、アンテナ13へと投入され
た。生成されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部
12aから、スリット15およびマイクロ波導入板4を
通じて、処理室2へ導入される。その結果、プロセスガ
スによるプラズマが生成される。
When the experiment is started, first, the processing chamber 2 is set to a predetermined pressure with a process gas (mixed gas of C 4 F 8 , CO, O 2 , and Ar), and then the microwave oscillator 20 is started. And
Thereby, the microwave was injected into the antenna 13. The generated microwave is introduced into the processing chamber 2 from the annular waveguide antenna section 12a through the slit 15 and the microwave introduction plate 4. As a result, plasma is generated by the process gas.

【0048】それと略同時に、RFバイアス回路7が起
動されることにより、高周波が試料台3へ印加された。
試料台3の上に載置される被処理基板Wには、8インチ
口径の半導体基板が用いられた。また、試料基板Wの表
面には酸化膜が成膜されており、酸化膜に対するプラズ
マエッチング処理が行われた。処理容器1およびリング
部材10は、所定の温度に加熱された。
At substantially the same time, the RF bias circuit 7 was activated to apply a high frequency to the sample stage 3.
As the substrate to be processed W mounted on the sample stage 3, a semiconductor substrate having an 8-inch diameter was used. An oxide film was formed on the surface of the sample substrate W, and the oxide film was subjected to plasma etching. The processing container 1 and the ring member 10 were heated to a predetermined temperature.

【0049】以上の条件の下で、上部電極18(導電体
45)の直径Lを様々に変えて、試料基板Wの表面内で
の、エッチングレートの分布が測定された。直径Lの1
/2倍と幅Dとの和に相当するリング部材10の内周半
径は、一定であるため、直径Lが変わるのにともなっ
て、幅Dも変わる。
Under the above conditions, the distribution of the etching rate in the surface of the sample substrate W was measured while changing the diameter L of the upper electrode 18 (conductor 45). 1 of diameter L
Since the inner peripheral radius of the ring member 10 corresponding to the sum of 倍 times and the width D is constant, the width D changes as the diameter L changes.

【0050】図5は、代表的な3通りの幅D(直径L)
に対する実験の結果を示す分布図である。符号(a) は、
上部電極18が存在せず、直径Lがゼロであり、幅Dが
リング部材10の内周半径に相当する140 mmに設定され
たときの実験結果を表している。また、符号(b) は、直
径L=156 mmであり、幅Dが、マイクロ波導入板4の中
でのマイクロ波の半波長:1/2・λ1 = 61 mmよりも、わ
ずかに大きい62 mmに設定されたときの実験結果を表し
ている。さらに、符号(c)は、直径L=164 mmであり、
幅Dが、1/2・λ1 = 61 mmよりも、わずかに小さい58 mm
に設定されたときの実験結果を表している。なお、図5
において、「マイクロ波入射方向」とは、導波管21を
通じてマイクロ波がアンテナ13へと入射される方向を
意味する。
FIG. 5 shows three typical widths D (diameter L).
FIG. 14 is a distribution chart showing the results of an experiment for. The sign (a) is
This shows an experimental result when the upper electrode 18 does not exist, the diameter L is zero, and the width D is set to 140 mm corresponding to the inner radius of the ring member 10. The symbol (b) indicates that the diameter L is 156 mm and the width D is slightly larger than the half-wavelength of the microwave in the microwave introduction plate 4: 1/2 · λ1 = 61 mm. Shows the experimental results when set to mm. Further, the symbol (c) has a diameter L = 164 mm,
The width D is 58 mm, which is slightly smaller than 1/2 ・ 1 = 61 mm
Represents the experimental results when set to. FIG.
, The “microwave incident direction” means a direction in which the microwave is incident on the antenna 13 through the waveguide 21.

【0051】エッチングレートは、試料基板Wの表面内
の25点にわたって計測された。符号(a)〜(c)の実験結
果のそれぞれにおいて、太線は、25点の計測値の平均
値に相当するエッチングレートを示す等高線であり、細
線で表される各等高線は、エッチング深さが、平均値か
ら20 nm変化するごとに描かれている。また、記号
「+」は、平均値よりも高いエッチングレートを表し、
記号「−」は、平均値よりも低いエッチングレートを表
している。記号「+」および「−」が付された位置は、
計測点に相当する。
The etching rate was measured over 25 points on the surface of the sample substrate W. In each of the experimental results of symbols (a) to (c), the bold line is a contour line indicating an etching rate corresponding to the average value of the measured values at 25 points, and each contour line represented by a thin line has an etching depth of , Are drawn every 20 nm from the average. The symbol “+” indicates an etching rate higher than the average value,
The symbol "-" indicates an etching rate lower than the average value. Positions marked with “+” and “−”
It corresponds to a measurement point.

【0052】符号(a)〜(c)の3通りの実験結果の間で、
それぞれの平均値は、互いに約同一の値となった。ま
た、符号(c)の実験結果が示すように、幅Dが1/2・λ1 =
61 mmよりも小さい場合には、エッチングレートは、マ
イクロ波の入射側に近いほど高く、逆に遠ざかるほど低
くなる。すなわち、エッチングレートは、マイクロ波の
入射側に偏った分布を示す。
Among the three experimental results of symbols (a) to (c),
The respective average values were approximately the same as each other. Further, as shown by the experimental result of the code (c), the width D is 1/2 · λ1 =
If it is smaller than 61 mm, the etching rate increases as the distance from the microwave incidence side increases, and decreases as the distance increases. That is, the etching rate shows a distribution biased toward the microwave incident side.

【0053】これに対して、幅Dが1/2・λ1 = 61 mmよ
りも大きい場合に相当する符号(a)および(b)の実験結果
では、エッチングレートの分布とマイクロ波の入射方向
との間の相関関係は弱く、しかも、等高線の間隔が、符
号(c)の結果に比べて広くなっている。すなわち、符号
(a)および(b)の結果では、符号(c)の結果に比べて、エ
ッチングレートの均一性が良好である。
On the other hand, in the experimental results of the codes (a) and (b) corresponding to the case where the width D is larger than 1/2 ・ λ1 = 61 mm, the distribution of the etching rate and the incident direction of the microwave Is weak, and the interval between contour lines is wider than the result of the code (c). That is, the code
In the results of (a) and (b), the uniformity of the etching rate is better than the result of code (c).

【0054】エッチングレートの均一性を定量的に評価
するために、「エッチングレート不均一性」を、つぎの
数式6: 不均一性(%)={(M−m)/(M+m)}×100 ・・(数式6) で定義する。ここで、Mは、25点にわたる計測値の中
での最大値であり、mは最小値である。
In order to quantitatively evaluate the uniformity of the etching rate, the “etching rate non-uniformity” is calculated by the following equation (6): non-uniformity (%) = {(M−m) / (M + m)} × 100 ··· (Equation 6) Here, M is the maximum value among the measured values over 25 points, and m is the minimum value.

【0055】数式6の定義にもとづいて、エッチングレ
ート不均一性は、符号(a)の実験結果では±4.0 %、符号
(b)では±3.6 %、そして、符号(c) では±31 %と算出さ
れた。すなわち、定量的な評価は、幅Dが1/2・λ1 = 61
mmよりも大きいときには、小さいときに比べて、エッ
チングレートの均一性が、飛躍的に向上することを、明
瞭に示している。
Based on the definition of Equation 6, the non-uniformity of the etching rate is ± 4.0% in the experimental result of the code (a),
The calculated value was ± 3.6% in (b) and ± 31% in (c). That is, the quantitative evaluation is that the width D is 1/21 / 2λ1 = 61
When the distance is larger than mm, it is clearly shown that the uniformity of the etching rate is dramatically improved as compared with the case where the distance is smaller.

【0056】図6は、幅Dをより細かい間隔で変化させ
て行われた実験結果にもとづいて、エッチングレート不
均一性を算出した結果を示すグラフである。図6が示す
ように、エッチングレート不均一性は、幅Dが1/2・λ1
= 61 mmよりも短い領域では、比較的高く、幅Dが1/2・
λ1 = 61 mmよりも長い領域では、低くなる。しかも、
幅Dが61 mmを超えて増加するのにともなって、エッチ
ングレート不均一性は、劇的に減少する。
FIG. 6 is a graph showing the result of calculating the non-uniformity of the etching rate based on the results of an experiment conducted by changing the width D at finer intervals. As shown in FIG. 6, the nonuniformity of the etching rate is such that the width D is ・ · λ1.
= Shorter than 61 mm, the width is relatively high and the width D is 1/2
It becomes lower in the region longer than λ1 = 61 mm. Moreover,
As the width D increases beyond 61 mm, the etch rate non-uniformity decreases dramatically.

【0057】このことは、幅Dが1/2・λ1 = 61 mmを境
として変化するのにともない、処理室2に生成されるプ
ラズマの密度の均一性が、劇的に変化することを示して
いる。すなわち、幅Dが1/2・λ1 = 61 mm以上に設定さ
れるときには、それ未満に設定されるときに比べて、プ
ラズマ密度の均一性が、飛躍的に向上する。
This indicates that the uniformity of the density of the plasma generated in the processing chamber 2 changes drastically as the width D changes at 1/2 ・ λ 1 = 61 mm. ing. That is, when the width D is set to 1/21 / 2λ1 = 61 mm or more, the uniformity of the plasma density is remarkably improved as compared with the case where the width D is set to less than 1/2 ・ λ1.

【0058】このことは、さらに、幅Dが、数式1,
2,4で示される最適条件を満たすときには、マイクロ
波の処理室2への導入の効率が飛躍的に増大することを
も意味している。この現象は、数式1,2,4が満たさ
れるときには、図4に示した定在波Q3の強度が、飛躍
的に増大するという機構によって説明することができ
る。
This also means that the width D is given by the following equation (1).
When the optimum conditions shown by 2 and 4 are satisfied, it also means that the efficiency of introduction of the microwave into the processing chamber 2 is dramatically increased. This phenomenon can be explained by a mechanism in which the strength of the standing wave Q3 shown in FIG.

【0059】以上のように、処理室2に生成されるプラ
ズマの密度における均一性の上で、幅Dには選択性があ
って、しかも、幅Daが臨界値として意味を持つこと
が、実験によって実証された。なお、図5の分布図およ
び図6のグラフから解るように、幅Dが幅Da未満に設
定された装置においても、プラズマ密度の不均一性は、
試料基板Wを処理する上で、実用性を損なうほどではな
い。しかしながら、試料基板Wへの処理の均一性をさら
に向上させる上で、数式1,2,4に表現される最適条
件を満たすように、装置101を設定することが、より
望ましい。
As described above, it was confirmed that the width D had selectivity and that the width Da had a critical value on the basis of the uniformity in the density of the plasma generated in the processing chamber 2. Proven by As can be seen from the distribution diagram of FIG. 5 and the graph of FIG. 6, even in an apparatus in which the width D is set to be less than the width Da, the non-uniformity of the plasma density
In processing the sample substrate W, the practicality is not impaired. However, in order to further improve the uniformity of the processing on the sample substrate W, it is more preferable to set the apparatus 101 so as to satisfy the optimum conditions expressed by Expressions 1, 2, and 4.

【0060】<4.変形例> (1) 環状導波管型アンテナ部12aを構成する管状部材
の底部に開設された開口部は、マイクロ波の処理室2へ
の伝搬効率を高める上で、図2が示したように、周方向
に所定の間隔で開設されたスリット15として形成され
るのが望ましい。しかしながら、開口部の形状は、一般
に、この例に限られず、多様な形状を採ることが可能で
ある。例えば、開口部を、周方向に沿って一定幅で連続
したスリットとして形成することも可能である。
<4. Modifications> (1) The opening formed at the bottom of the tubular member constituting the annular waveguide antenna section 12a is used to increase the efficiency of microwave propagation to the processing chamber 2. As shown in FIG. 2, it is desirable that the slits 15 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction. However, the shape of the opening is not generally limited to this example, and various shapes can be adopted. For example, the opening may be formed as a slit continuous at a constant width along the circumferential direction.

【0061】(2) 環状の管状部材を備える環状導波管型
アンテナ部12aの代わりに、上部電極18の周囲に、
平面視「C」字型、あるいは、渦巻き型に配設され、そ
の内部に形成された空洞の一端(これが「導入口」に相
当する)が、導波管21へ連通し、他端が閉塞するよう
に構成された管状部材を備えるアンテナが採用されても
良い。
(2) Instead of the annular waveguide type antenna section 12a having an annular tubular member, instead of surrounding the upper electrode 18,
One end (corresponding to an “inlet”) of a cavity formed inside is arranged in a “C” shape or a spiral shape in plan view and communicates with the waveguide 21, and the other end is closed. An antenna including a tubular member configured to perform the above operation may be employed.

【0062】(3) 図1に示す装置101では、マイクロ
波導入板4の外周近傍の底面を、リング部材10が覆っ
ており、そのために、リング部材10の処理室2に露出
する内周が、幅Dのマイクロ波導入窓の外周側の端部に
相当した。これに対して、この発明のマイクロ波プラズ
マ処理装置として、リング部材10がマイクロ波導入板
4の外周近傍の底面を覆わない形態、例えば、マイクロ
波導入板4が処理容器1の上端部の上に直接に設置され
る形態を、採用することも可能である。
(3) In the apparatus 101 shown in FIG. 1, the ring member 10 covers the bottom surface in the vicinity of the outer periphery of the microwave introduction plate 4, so that the inner periphery of the ring member 10 exposed to the processing chamber 2 is formed. , The width D of the microwave introduction window. On the other hand, in the microwave plasma processing apparatus of the present invention, the ring member 10 does not cover the bottom surface near the outer periphery of the microwave introduction plate 4, for example, the microwave introduction plate 4 is placed on the upper end of the processing vessel 1. It is also possible to adopt a form of being directly installed on the vehicle.

【0063】この例では、処理容器1の上端部の内周
が、幅Dのマイクロ波導入窓の外周側の端部に相当す
る。すなわち、この発明における「第2導電体」には、
リング部材10に限られることなく、装置の形態に応じ
て、装置の様々な部材(例えば、処理容器1)が該当し
得る。
In this example, the inner periphery of the upper end of the processing vessel 1 corresponds to the outer end of the microwave introduction window having a width D. That is, the “second conductor” in the present invention includes:
Not limited to the ring member 10, various members of the apparatus (for example, the processing container 1) may correspond to the form of the apparatus.

【0064】[0064]

【発明の効果】この発明の装置では、試料台に対向して
配置された第1導電体の周囲に環状に配設されたマイク
ロ波導入板の上に設けられた管状部材に、マイクロ波が
導入され、さらに、開口部およびマイクロ波導入板を通
じて処理室へとマイクロ波が導入されることによって、
処理室にプラズマが形成され、形成されたプラズマによ
って、試料に処理が行われる。このため、大口径の試料
に対して、処理を行うことが可能である。
According to the apparatus of the present invention, microwaves are applied to a tubular member provided on a microwave introduction plate disposed annularly around a first conductor arranged opposite to a sample stage. Introduced, and further, by introducing microwaves into the processing chamber through the opening and the microwave introduction plate,
Plasma is formed in the processing chamber, and the sample is processed by the formed plasma. Therefore, it is possible to perform processing on a large-diameter sample.

【0065】しかも、従来装置とは異なり、テーパ部を
必要とせず、管状部材へとマイクロ波を直接に入射する
ことができるので、処理容器の周囲に、余分な設置スペ
ースを必要としない。さらに、試料台に対向する第1導
電体が設置されるので、試料台と第1導電体との間に、
RFバイアスを印加することによって、試料へ入射する
イオンの指向性を高めることが可能となる。また、処理
室の壁面等を、実効的な対向電極とする必要がないの
で、イオン衝突による壁面等の損耗が抑制され、装置の
寿命が向上する。
Moreover, unlike the conventional apparatus, the microwave can be directly incident on the tubular member without the need for the tapered portion, so that no extra installation space is required around the processing vessel. Further, since the first conductor facing the sample stage is provided, between the sample stage and the first conductor,
By applying the RF bias, the directivity of ions incident on the sample can be improved. Further, since it is not necessary to make the wall surface or the like of the processing chamber an effective counter electrode, wear of the wall surface or the like due to ion collision is suppressed, and the life of the apparatus is improved.

【0066】さらに、第1導電体の外周と第2導電体の
内周との間に挟まれて処理室へと露出する領域、すなわ
ち、マイクロ波導入窓の、マイクロ波導入板の表面に沿
った方向での光学的幅が、マイクロ波の真空中での波長
の1/2倍以上に設定されているので、マイクロ波の処
理室への導入効率が高く、処理室におけるプラズマ密度
の均一性が向上する。したがって、試料へ施されるプラ
ズマ処理の均一性が高められる。
Further, a region exposed between the outer periphery of the first conductor and the inner periphery of the second conductor and exposed to the processing chamber, that is, along the surface of the microwave introduction plate of the microwave introduction window. The optical width in the vertical direction is set to be at least half the wavelength of the microwave in a vacuum, so the efficiency of introducing the microwave into the processing chamber is high and the uniformity of the plasma density in the processing chamber is high. Is improved. Therefore, the uniformity of the plasma processing performed on the sample is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施の形態の装置の側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view of an apparatus according to an embodiment.

【図2】 実施の形態の装置の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the device according to the embodiment.

【図3】 図1のB−B切断線に沿った断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 1;

【図4】 図2のC−C切断線に沿った部分拡大断面図
である。
FIG. 4 is a partially enlarged sectional view taken along the line CC of FIG. 2;

【図5】 試料基板のエッチングレートの分布図であ
る。
FIG. 5 is a distribution diagram of an etching rate of a sample substrate.

【図6】 エッチングレート不均一性のマイクロ波導入
窓の幅への依存性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the dependence of etching rate non-uniformity on the width of a microwave introduction window.

【図7】 従来の装置の側断面図である。FIG. 7 is a side sectional view of a conventional device.

【図8】 従来の装置の平面図である。FIG. 8 is a plan view of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 処理室 3 試料台 4 マイクロ波導入板 10 リング部材(第2導電体) 15 スリット(開口部) 16 板部材(管状部材) 18 上部電極(第1導電体) 25 ブロック部材(管状部材) 26 加熱ブロック(第1導電体) 45 導電体 47 空洞 W 試料基板(試料) Reference Signs List 2 processing chamber 3 sample table 4 microwave introduction plate 10 ring member (second conductor) 15 slit (opening) 16 plate member (tubular member) 18 upper electrode (first conductor) 25 block member (tubular member) 26 Heating block (first conductor) 45 Conductor 47 Cavity W Sample substrate (sample)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 AA01 AA16 BA04 BA07 BA09 BB11 BB13 BB14 BB18 BB28 BC08 CA06 DA00 DA23 DA26 DB00 5F045 AA08 AA09 AC02 AC11 AC16 BB02 CA15 DP01 DP02 DP03 DQ10 EF05 EH01 EH02 EH03 EH05 EH07 EH12 EH13 EH14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 処理対象である試料を載置する試料台を
格納した処理室へマイクロ波を導入し、当該マイクロ波
によりプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記試
料に処理を行うためのマイクロ波プラズマ処理装置であ
って、 前記試料台に対向した第1導電体と、 当該第1導電体の周囲に配設された環状平板のマイクロ
波導入板と、 当該マイクロ波導入板の外周に沿って配置された第2導
電体と、 前記マイクロ波導入板の上に配設された導電性の管状部
材と、を備え、 前記管状部材の前記マイクロ波導入板に対向する部分に
開口部が開設されており、 前記第1導電体の外周と前記第2導電体の内周との間
の、前記処理室へと露出する前記マイクロ波導入板の表
面に沿った方向での光学的幅が、前記マイクロ波の真空
中での波長の1/2倍以上に設定されているマイクロ波
プラズマ処理装置。
1. A method for introducing a microwave into a processing chamber containing a sample stage on which a sample to be processed is placed, generating plasma using the microwave, and performing processing on the sample using the plasma. A microwave plasma processing apparatus, comprising: a first conductor facing the sample stage; an annular flat plate microwave introduction plate disposed around the first conductor; and an outer periphery of the microwave introduction plate. A second conductive member disposed along the microwave introducing plate, and a conductive tubular member disposed on the microwave introducing plate, wherein an opening is formed in a portion of the tubular member facing the microwave introducing plate. The optical width between the outer circumference of the first conductor and the inner circumference of the second conductor in a direction along the surface of the microwave introduction plate exposed to the processing chamber is reduced.波長 of the wavelength of the microwave in a vacuum Microwave plasma processing equipment set to more than double.
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