JP2000277495A - Microwave plasma processor and its method - Google Patents

Microwave plasma processor and its method

Info

Publication number
JP2000277495A
JP2000277495A JP11086122A JP8612299A JP2000277495A JP 2000277495 A JP2000277495 A JP 2000277495A JP 11086122 A JP11086122 A JP 11086122A JP 8612299 A JP8612299 A JP 8612299A JP 2000277495 A JP2000277495 A JP 2000277495A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microwave
plasma
slot electrode
temperature
reaction gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP11086122A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4226135B2 (en
Inventor
Toshiaki Hongo
俊明 本郷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP08612299A priority Critical patent/JP4226135B2/en
Publication of JP2000277495A publication Critical patent/JP2000277495A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4226135B2 publication Critical patent/JP4226135B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent formation of a dangling bond to the processed body of a microwave plasma processor, by so specifying its frequency that the existence probability of electrons having energy not smaller than a specific electron-volt value becomes not larger than a specific value in the electron-energy distribution of its ionized reaction gas by the microwave passed through its slot electrode. SOLUTION: A microwave source 10, a reaction-gas feed nozzle 50, and a vacuum pump 60 are connected with a microwave plasma processor 100, and it has an antenna storing member 20, first and second temperature controllers 30, 70, and a processing chamber 40. The microwave source 10 comprises a magnetron, and it can generate microwaves having a frequency of about 100-600 MHz. The microwave frequency is so selected previously that the existence probability of electrons having energy not smaller than 10 eV becomes not larger than one-twentieth in the electron-energy distribution of the plasma generated by the processor 100. The thermal conductivity of a temperature regulating plate 32 becomes high by its contacting with the antenna storing member 20, and the temperatures of a wavelength shortening member 22 and a slot electrode 24 are controlled by the temperature control of the temperature regulating plate 32.

Description

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

【0001】[0001]

【0002】[0002]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波プラズ
マ処理装置及び方法に関する。
[0001] The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus and method.

【0003】[0003]

【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化及び高微細
化に伴い、半導体製品の製造工程において、成膜、エッ
チング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置
が使用される場合がある。特に、0.1乃至10mTo
rr程度の減圧状態でも安定してプラズマを供給するこ
とができるマイクロ波プラズマ装置が提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor products have become higher in density and higher in size, a plasma processing apparatus may be used for processes such as film formation, etching, and ashing in a semiconductor product manufacturing process. In particular, 0.1 to 10 mTo
A microwave plasma apparatus capable of stably supplying plasma even under a reduced pressure of about rr has been proposed.

【0004】典型的なマイクロ波プラズマ装置において
は、通常、2.45GHzのマイクロ波が、導波管、透
過窓、スロット電極を順に通過し、被処理体(例えば、
半導体ウェハやLCD)が配置され減圧環境下に維持さ
れた処理室(プロセスチャンバ)内に導入される。2.
45GHzの周波数を有するマイクロ波を生成するマイ
クロ波源は電子レンジなどでも使用されて大量生産され
ており、安価であるという特長からかかるマイクロ波源
が多用されている。一方、処理室には反応ガスも導入さ
れ、マイクロ波によってプラズマ化され、活性の強いラ
ジカルとイオンとなる。かかるプラズマが被処理体と反
応して被処理体に対してCVDやエッチングなど所定の
処理が行われる。
In a typical microwave plasma apparatus, usually, a microwave of 2.45 GHz passes through a waveguide, a transmission window, and a slot electrode in this order, and receives an object to be processed (for example,
A semiconductor wafer or LCD) is placed and introduced into a processing chamber (process chamber) maintained under a reduced pressure environment. 2.
Microwave sources that generate microwaves having a frequency of 45 GHz are used in microwave ovens and the like, are mass-produced, and are often used because of their low cost. On the other hand, a reaction gas is also introduced into the processing chamber, is converted into plasma by microwaves, and becomes strongly active radicals and ions. The plasma reacts with the object to be processed, and a predetermined process such as CVD or etching is performed on the object.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、2.45GH
zの周波数を有するマイクロ波を使用して、例えば、プ
ラズマCVDを行った場合、Siウェハにはその上に形
成される成膜(例えば、SiO2やSi3N4)との境
界面でダングリングボンドなどの格子欠陥ができること
が多い。ダングリングボンドは格子構造の周期性の乱れ
によって共有結合が切れ、不対電子が残された場合の当
該不対電子をいうが、本発明者はこの原因が2.45G
Hzの周波数を有するマイクロ波に起因していることを
発見した。即ち、2.45GHzの周波数を有するマイ
クロ波によってもたらされるプラズマの電子エネルギー
は一般に図1に示すように分布し、10eVあたりで極
大Mを有する。そして、本発明者は、この極大Mがダン
グリングボンドの原因となっていることを発見した。
However, 2.45 GH
When, for example, plasma CVD is performed by using a microwave having a frequency of z, a dangling bond or the like is formed on an Si wafer at a boundary surface with a film formed thereon (for example, SiO2 or Si3N4). Lattice defects often occur. A dangling bond refers to an unpaired electron when a covalent bond is broken due to disorder in the periodicity of the lattice structure and an unpaired electron is left.
It was found to be due to microwaves having a frequency of Hz. That is, the electron energy of the plasma provided by the microwave having a frequency of 2.45 GHz is generally distributed as shown in FIG. 1 and has a maximum M around 10 eV. The inventor has discovered that the maximum M is a cause of dangling bonds.

【0006】また、2.45GHzの周波数を有するマ
イクロ波は処理室に定在波をもたらし、均一なプラズマ
密度の生成を妨げ、その結果、均一なプラズマ処理を妨
げるという問題も有する。
[0006] Microwaves having a frequency of 2.45 GHz also have the problem that they cause standing waves in the processing chamber and hinder generation of a uniform plasma density, thereby hindering uniform plasma processing.

【0007】そこで、このような課題を解決する新規か
つ有用なマイクロ波プラズマ処理装置及び方法を提供す
ることを本発明の概括的目的とする。
Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a new and useful microwave plasma processing apparatus and method for solving such problems.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の例示的一態様と
してのマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波を発
生するマイクロ波源と、前記マイクロ波を案内するスロ
ット電極と、反応ガスを供給する反応ガス源と、真空ポ
ンプと、前記反応ガス源と前記真空ポンプに接続可能で
被処理体を収納することができ、前記スロット電極を通
過した前記マイクロ波は前記反応ガスをプラズマ化し
て、減圧環境下で前記被処理体に所定のプラズマ処理を
施すことができる処理室とを有し、前記マイクロ波は前
記プラズマ化された前記反応ガスの電子エネルギー分布
において10eV以上の電子の存在確率が20分の1以
下になるような周波数を有する。前記マイクロ波は、例
えば、前記処理室の直径よりも大きい波長を有する。
According to one aspect of the present invention, there is provided a microwave plasma processing apparatus comprising: a microwave source for generating a microwave; a slot electrode for guiding the microwave; A gas source, a vacuum pump, and the reaction gas source, which can be connected to the vacuum pump and can store the object to be processed, and the microwave that has passed through the slot electrode converts the reaction gas into plasma to form a reduced pressure environment. A processing chamber capable of performing a predetermined plasma processing on the object under processing, wherein the microwave has an electron energy distribution of 10 eV or more in the electron energy distribution of the plasmatized reaction gas, and the existence probability of electrons is 20 minutes or more. Has a frequency that is less than or equal to 1. The microwave has, for example, a wavelength larger than the diameter of the processing chamber.

【0009】本発明の別の例示的態様としてのマイクロ
波プラズマ処理装置は、マイクロ波を発生するマイクロ
波源と、マイクロ波が導入されると当該マイクロ波の波
長を短縮する波長短縮部材と、当該波長短縮部材に接続
され、前記波長短縮部材を通過した前記マイクロ波を案
内するスロット電極と、反応ガスを供給する反応ガス源
及び真空ポンプに接続可能で被処理体を収納することが
でき、前記スロット電極を通過した前記マイクロ波は前
記反応ガスをプラズマ化して、減圧環境下で前記被処理
体に所定のプラズマ処理を施すことができる処理室とを
有し、前記マイクロ波は前記プラズマ化された前記反応
ガスの電子エネルギー分布において10eV以上の電子
の存在確率が20分の1以下になるような周波数を有す
る。前記マイクロ波は、例えば、100MHz乃至60
0MHzの周波数を有する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a microwave plasma processing apparatus comprising: a microwave source for generating a microwave; a wavelength shortening member for shortening the wavelength of the microwave when the microwave is introduced; A slot electrode that is connected to a wavelength shortening member and guides the microwaves passing through the wavelength shortening member, and can be connected to a reaction gas source and a vacuum pump that supplies a reaction gas, and can store an object to be processed, The microwave that has passed through the slot electrode converts the reaction gas into plasma, and has a processing chamber that can perform a predetermined plasma process on the object under reduced pressure environment, and the microwave is converted into the plasma. Further, the reaction gas has a frequency such that the probability of the existence of electrons of 10 eV or more in the electron energy distribution of the reaction gas becomes 1/20 or less. The microwave is, for example, 100 MHz to 60 MHz.
It has a frequency of 0 MHz.

【0010】本発明の例示的一態様としてのマイクロ波
プラズマ処理方法は、被処理体を処理室に導入する工程
と、プラズマ化された反応ガスの電子エネルギー分布に
おいて10eV以上の電子の存在確率が20分の1以下
になるような周波数を有するマイクロ波をスロット電極
に導入する工程と、前記処理室の圧力を制御する工程
と、前記反応ガスを前記処理室に導入してプラズマ化す
る工程とを有する。かかるマイクロ波プラズマ処理方法
は、前記周波数を有する前記マイクロ波を当該マイクロ
波の波長を短縮するように動作可能な波長短縮部材に供
給する工程を更に有し、前記マイクロ波をスロット電極
に導入する前記工程は、前記波長短縮部材を通過したマ
イクロ波を前記スロット電極に導入するように構成され
てもよい。
In a microwave plasma processing method according to an exemplary embodiment of the present invention, a step of introducing an object to be processed into a processing chamber and a step of detecting the existence probability of electrons of 10 eV or more in the electron energy distribution of the plasma-converted reaction gas. A step of introducing a microwave having a frequency that is not more than 1/20 to the slot electrode, a step of controlling the pressure of the processing chamber, and a step of introducing the reaction gas into the processing chamber to form a plasma. Having. The microwave plasma processing method further includes a step of supplying the microwave having the frequency to a wavelength shortening member operable to shorten the wavelength of the microwave, and introducing the microwave to a slot electrode. The step may be configured to introduce the microwave passed through the wavelength shortening member to the slot electrode.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、プラ
ズマCVD装置として使用される本発明の例示的なマイ
クロ波プラズマ装置100について説明する。なお、各
図において同一の参照符号は同一部材を表している。従
来のマイクロ波は1〜100GHzの周波数をいうが、
本発明のマイクロ波はこれに限らず、およそ50MHz
〜100GHzのものをいう。ここで、図1は、マイク
ロ波プラズマ装置100の概略ブロック図である。本実
施例のマイクロ波プラズマ装置100は、マイクロ波源
10と反応ガス供給ノズル50と真空ポンプ60とに接
続され、アンテナ収納部材20と、第1の温度制御装置
30と、処理室40と、第2の温度制御装置70とを有
している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an exemplary microwave plasma apparatus 100 of the present invention used as a plasma CVD apparatus will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same members. Conventional microwave refers to a frequency of 1 to 100 GHz,
The microwave of the present invention is not limited to this, and is approximately 50 MHz.
100100 GHz. Here, FIG. 1 is a schematic block diagram of the microwave plasma device 100. The microwave plasma device 100 of the present embodiment is connected to the microwave source 10, the reaction gas supply nozzle 50, and the vacuum pump 60, and includes the antenna housing member 20, the first temperature control device 30, the processing chamber 40, And a second temperature control device 70.

【0012】マイクロ波源10は、例えば、マグネトロ
ンからなり、例えば、100MHz乃至600MHz程
度の周波数を有するマイクロ波(例えば、5kW)を発
生することができる。本実施例では、生成されるプラズ
マの電子エネルギー分布において10eV以上の電子の
存在確率が20分の1以下になるようなマイクロ波の周
波数が事前に選択されている。従って、本発明では、通
常一般に使用される2.45GHzの周波数を有するマ
イクロ波は使用していない。これは、2.45GHzの
周波数を有するマイクロ波は図4に示すような極大Mを
有し、エネルギーの高い電子が半導体ウェハWに衝突し
て、半導体ウェハWに格子欠陥をもたらすからである
(例えば、欠陥を表す界面準位密度5x1010乃至2
x1011)。また、ダングリングボンドにより半導体
ウェハWにおける成膜の密着性も悪くなる。
The microwave source 10 is formed of, for example, a magnetron, and can generate a microwave (for example, 5 kW) having a frequency of, for example, about 100 MHz to 600 MHz. In this embodiment, a microwave frequency is selected in advance such that the electron energy distribution of the generated plasma has an electron existence probability of 10 eV or more that is 1/20 or less. Therefore, the present invention does not use a microwave having a frequency of 2.45 GHz which is generally used. This is because a microwave having a frequency of 2.45 GHz has a maximum M as shown in FIG. 4, and electrons having high energy collide with the semiconductor wafer W to cause lattice defects in the semiconductor wafer W ( For example, an interface state density representing a defect of 5 × 10 10 to 2
x1011). In addition, the dangling bond deteriorates the adhesion of the film formed on the semiconductor wafer W.

【0013】本発明者は、図5に示すように、異なる周
波数を有するマイクロ波によってもたらされるプラズマ
の電子エネルギー分布と格子欠陥の発生の相関関係を検
討した結果、10eV以上の電子の存在確率が20分の
1程度であれば格子欠陥の発生を許容できる範囲にまで
抑えることができることを発見した。10eV以上の電
子の存在確率とは、図4及び図5に示すグラフにおい
て、10eV以上の存在確率の積分値である。図4に示
すような極大Mは、必ずしも全ての周波数のマイクロ波
によってもたらされるプラズマで発生するわけではな
い。例えば、500MHzの周波数ではこのような極大
が発生しない。また、13.56MHzの周波数では、
このような極大が発生しないが、10eV以上の電子の
存在確率が20分の1を超えてしまうため好ましくな
い。プラズマの電子エネルギー分布において10eV以
上の電子の存在確率が20分の1程度に相当するマイク
ロ波の周波数は100MHz乃至600MHz程度の周
波数を有するマイクロ波を含むものである。
As shown in FIG. 5, the present inventor has examined the correlation between the electron energy distribution of plasma caused by microwaves having different frequencies and the occurrence of lattice defects. It has been found that the generation of lattice defects can be suppressed to an allowable range if it is about 1/20. The existence probability of an electron of 10 eV or more is an integrated value of the existence probability of 10 eV or more in the graphs shown in FIGS. The maximum M as shown in FIG. 4 does not necessarily occur in the plasma provided by microwaves of all frequencies. For example, such a maximum does not occur at a frequency of 500 MHz. At a frequency of 13.56 MHz,
Although such a maximum does not occur, it is not preferable because the existence probability of electrons of 10 eV or more exceeds 1/20. The frequency of the microwaves corresponding to about 1/20 of the probability of the existence of electrons of 10 eV or more in the electron energy distribution of plasma includes microwaves having a frequency of about 100 MHz to 600 MHz.

【0014】かかる周波数範囲のマイクロ波を選択する
ことは均一な密度分布を有するプラズマを生成するとい
う付加的な効果も有する。即ち、後述される処理室40
は、例えば、8インチや300mmの半導体ウェハWを
収納する場合はチャンバ径が350乃至500mm程度
に設定される。かかる処理室40では均一かつ所定密度
のプラズマを生成するためにマイクロ波の均一かつ所定
密度の分布が必要である。例えば、全体のプラズマ密度
が低下すれば半導体ウェハの処理速度が変化する。その
結果、プラズマ処理が時間的に管理される場合、所定の
時間(例えば、2分)で処理を停止しても所望の処理
(エッチング深さや成膜厚さ)が半導体ウェハWに形成
されていない場合がある。また、部分的にプラズマ密度
が集中すれば、部分的に半導体ウェハWの処理が変化し
てしまう。
Selecting a microwave in such a frequency range has the additional effect of producing a plasma having a uniform density distribution. That is, a processing chamber 40 described later
For example, when storing an 8-inch or 300-mm semiconductor wafer W, the chamber diameter is set to about 350 to 500 mm. In such a processing chamber 40, a uniform and predetermined density distribution of microwaves is required to generate a uniform and predetermined density plasma. For example, if the overall plasma density decreases, the processing speed of the semiconductor wafer changes. As a result, when the plasma processing is temporally managed, a desired processing (etching depth or film thickness) is formed on the semiconductor wafer W even if the processing is stopped for a predetermined time (for example, two minutes). May not be. Further, if the plasma density is partially concentrated, the processing of the semiconductor wafer W is partially changed.

【0015】しかし、2.45GHzマイクロ波は12
2.5mmの波長を有し、上述したチャンバ径350乃
至500mmよりも波長が短いため、処理室40内には
数個の定在波の発生をもたらす。かかる定在波は、処理
室40に導入されるマイクロ波の存在分布に強弱をもた
らすため、マイクロ波の均一な分布を妨げる。その結
果、処理室におけるプラズマ密度が不均一になり、上述
したような問題が生ずる。
However, the 2.45 GHz microwave is 12
Since it has a wavelength of 2.5 mm and is shorter than the above-described chamber diameter of 350 to 500 mm, several standing waves are generated in the processing chamber 40. Such standing waves give rise to weakness to the distribution of microwaves introduced into the processing chamber 40, and thus hinder uniform distribution of microwaves. As a result, the plasma density in the processing chamber becomes non-uniform, and the above-described problem occurs.

【0016】本実施例で使用されることが可能な、例え
ば、周波数450MHzを有するマイクロ波は、波長が
67cm(670mm)であるのでチャンバ径より大き
く定在波が発生しにくい。定在波が発生しないのでマイ
クロ波の存在が均一になり均一な処理を達成することが
できる。この点から、マイクロ波源10は、処理室40
の寸法よりも大きな波長を有するマイクロ波を発生する
ことができることが好ましい。使用される処理室40の
チャンバ径が350mm程度であれば、上述した100
MHz乃至600MHzのマイクロ波はこの要件を満た
している。
The microwave having a frequency of, for example, 450 MHz, which can be used in the present embodiment, has a wavelength of 67 cm (670 mm), so that it is larger than the chamber diameter and hardly generates a standing wave. Since no standing wave is generated, the existence of the microwave becomes uniform and uniform processing can be achieved. From this point, the microwave source 10 is
It is preferable to be able to generate a microwave having a wavelength larger than the dimension of. If the processing chamber 40 used has a chamber diameter of about 350 mm, the above-described 100
Microwaves from MHz to 600 MHz satisfy this requirement.

【0017】マイクロ波は、その後、図示しないモード
変換器により伝送形態がTM、TE又はTEMモードな
どに変換される。なお、図1では、発生したマイクロ波
がマグネトロンへ戻る反射波を吸収するアイソレータ
や、負荷側とのマッチングをとるためのEHチューナ又
はスタブチューナは省略されている。
After that, the transmission form of the microwave is converted into a TM, TE or TEM mode by a mode converter (not shown). In FIG. 1, an isolator that absorbs a reflected wave of the generated microwave returning to the magnetron, an EH tuner or a stub tuner for matching with a load side are omitted.

【0018】アンテナ収納部材20には波長短縮部材2
2が収納され、波長短縮部材22に接触してスロット電
極24がアンテナ収納部材20の底板として構成されて
いる。アンテナ収納部材20には熱伝導率が高い材料
(例えば、ステンレス)が使用されており、また、後述
するように、温調板32と接触している。従って、アン
テナ収納部材20の温度は温調板32の温度と略同じ温
度に設定される。
The antenna housing member 20 has a wavelength shortening member 2
2, the slot electrode 24 is configured as a bottom plate of the antenna housing member 20 in contact with the wavelength shortening member 22. The antenna housing member 20 is made of a material having a high thermal conductivity (for example, stainless steel), and is in contact with the temperature control plate 32 as described later. Therefore, the temperature of the antenna housing member 20 is set to substantially the same temperature as the temperature of the temperature control plate 32.

【0019】波長短縮部材22はマイクロ波の波長を短
縮するために所定の誘電率を有する誘電体である。但
し、後述するように、冷却板32の温度をスロット電極
24に伝達するために熱伝導率が高い所定の材料が使用
されることが好ましい。処理室40に導入されるプラズ
マ密度を均一にするには、後述するスロット電極24に
多くのスリット25を形成することも必要がある。波長
短縮部材22は、スロット電極24に多くのスリット2
5を形成することを可能にする機能を有する。波長短縮
部材22としては、誘電率の高い物質、例えば、アルミ
ナ系セラミック、SiN、AlNを使用することができ
る。
The wavelength shortening member 22 is a dielectric having a predetermined permittivity for shortening the wavelength of the microwave. However, as described later, it is preferable to use a predetermined material having a high thermal conductivity in order to transmit the temperature of the cooling plate 32 to the slot electrode 24. In order to make the density of the plasma introduced into the processing chamber 40 uniform, it is necessary to form many slits 25 in the slot electrode 24 described later. The wavelength shortening member 22 has many slits 2 in the slot electrode 24.
5 has the function of enabling the formation of As the wavelength shortening member 22, a substance having a high dielectric constant, for example, an alumina-based ceramic, SiN, or AlN can be used.

【0020】例えば、AlNは比誘電率εtが約9であ
り、波長短縮率n=1/(εt)1/2=0.33であ
る。これにより、波長短縮部材22を通過したマイクロ
波の速度は0.33倍となり波長も0.33倍となり、
後述するスロット電極24のスリット25の間隔を短く
することができ、より多くのスリット25が形成される
ことを可能にしている。より具体的には、スロット電極
24のスリットの外周寸法はマイクロ波の波長の1.4
5倍以上が適当であるため、450MHzのマイクロ波
を使用した場合、波長短縮部材22がなければスロット
電極24は1.45x67=97cm以上の外周寸法が
必要となるが、波長短縮部材22があるために97x
0.33=32cm程度の外周寸法で足りることにな
る。
For example, AlN has a relative dielectric constant tt of about 9, and a wavelength shortening rate n = 1 / (εt) 1/2 = 0.33. Thereby, the speed of the microwave passing through the wavelength shortening member 22 becomes 0.33 times, and the wavelength also becomes 0.33 times,
The interval between the slits 25 of the slot electrode 24 described later can be shortened, and more slits 25 can be formed. More specifically, the outer peripheral dimension of the slit of the slot electrode 24 is 1.4 of the wavelength of the microwave.
Since a frequency of 5 times or more is appropriate, when a 450 MHz microwave is used, the outer diameter of the slot electrode 24 must be 1.45 × 67 = 97 cm or more unless the wavelength shortening member 22 is used. 97x for
An outer dimension of about 0.33 = 32 cm is sufficient.

【0021】スロット電極24は、波長短縮部材22に
ねじ止めされており、例えば、直径50cm、厚さ1m
m以下の円筒状銅板から構成される。スロット電極24
は、図2に示すように、中心から少し外側へ、例えば、
数cm程度離れた位置から開始されて多数のスリット2
5が渦巻状に次第に周縁部に向けて形成されている。図
2においては、スリット25は、2回渦巻されている。
本実施例では、略T字状にわずかに離間させて配置した
一対のスリット25A及び25Bを組とするスリット対
を上述したように配置することによってスリット群を形
成している。各スリット25A、25Bの長さL1はマ
イクロ波の管内波長λの略1/2から自由空間波長の略
2.5倍の範囲内に設定されると共に幅は1mm程度に
設定され、スリット渦巻の外輪と内輪との間隔L2は僅
かな調整はあるが管内波長λと略同一の長さに設定され
ている。即ち、スリットの長さL1は、次の式で示され
る範囲内に設定される。
The slot electrode 24 is screwed to the wavelength shortening member 22 and has, for example, a diameter of 50 cm and a thickness of 1 m.
m or less. Slot electrode 24
Is slightly outward from the center, as shown in FIG. 2, for example,
Many slits 2 starting from a position several cm away
5 are formed spirally and gradually toward the peripheral edge. In FIG. 2, the slit 25 is swirled twice.
In the present embodiment, a slit group is formed by arranging a pair of slits including a pair of slits 25 </ b> A and 25 </ b> B arranged slightly apart in a substantially T shape as described above. The length L1 of each of the slits 25A and 25B is set within a range from about 1/2 of the guide wavelength λ of the microwave to about 2.5 times the free space wavelength, and the width is set to about 1 mm. The distance L2 between the outer ring and the inner ring is set to substantially the same length as the guide wavelength λ although there is a slight adjustment. That is, the length L1 of the slit is set within a range represented by the following equation.

【0022】[0022]

【数1】 このように各スリット25A、25Bを形成することに
より、処理室40には均一なマイクロ波の分布を形成す
ることが可能になる。渦巻状スリットの外側であって円
盤状スロット電極24の周縁部にはこれに沿って幅数m
m程度のマイクロ波電力反射防止用放射素子26が形成
されている。これにより、スロット電極24のアンテナ
効率を上げている。なお、本実施例のスロット電極24
のスリットの模様は単なる例示であり、任意のスリット
形状(例えば、L字状など)を有する電極をスロット電
極として利用することができることはいうまでもない。
例えば、図6乃至図9に示す同心円、放射状など様々な
形状を有するスリット125a乃至dを有するスロット
電極124a乃至dを使用することができる。
(Equation 1) By forming the slits 25A and 25B in this manner, a uniform microwave distribution can be formed in the processing chamber 40. A few m wide along the periphery of the disk-shaped slot electrode 24 outside the spiral slit.
A microwave power reflection preventing radiation element 26 of about m is formed. Thereby, the antenna efficiency of the slot electrode 24 is increased. The slot electrode 24 of the present embodiment
It is needless to say that the pattern of the slit is merely an example, and an electrode having an arbitrary slit shape (for example, an L shape) can be used as the slot electrode.
For example, slot electrodes 124a to 124d having slits 125a to 125d having various shapes such as concentric circles and radial shapes shown in FIGS. 6 to 9 can be used.

【0023】アンテナ収納部材20には第1の温度制御
装置30が接続されている。第1の温度制御装置30
は、マイクロ熱によるアンテナ収納部材20及びこの近
傍の構成要素の温度変化が所定の範囲になるように制御
する機能を有する。第1の温度制御装置30は、図3に
示すように、温調板32と、封止部材34と、温度セン
サ36とヒータ装置38とを有し、水道などの水源39
から冷却水を供給される。制御の容易性から、水源39
から供給される冷却水の温度は恒温であることが好まし
い。温調板32は、例えば、ステンレスなど熱伝導率が
よく、流路33を加工しやすい材料が選択される。流路
33は、例えば、矩形状の温調板32を縦横に貫通し、
ねじなどの封止部材34を貫通孔にねじ込むことによっ
て形成することができる。もちろん、図3に拘らず、温
調板32と流路33それぞれは任意の形状を有すること
ができる。冷却水の代わりに他の種類の冷媒(アルコー
ル、ガルデン、フロン等)を使用することができるのは
もちろんである。
A first temperature control device 30 is connected to the antenna housing member 20. First temperature control device 30
Has a function of controlling the temperature change of the antenna housing member 20 and the components in the vicinity of the antenna housing member 20 by micro heat so that the temperature change is within a predetermined range. As shown in FIG. 3, the first temperature control device 30 includes a temperature control plate 32, a sealing member 34, a temperature sensor 36, and a heater device 38, and a water source 39 such as tap water.
Is supplied with cooling water. For ease of control, the water source 39
Is preferably constant. For the temperature control plate 32, a material such as stainless steel, which has a good thermal conductivity and is easy to process the flow path 33, is selected. The flow path 33 penetrates the rectangular temperature control plate 32 vertically and horizontally, for example.
It can be formed by screwing a sealing member 34 such as a screw into the through hole. Of course, regardless of FIG. 3, each of the temperature control plate 32 and the flow path 33 can have an arbitrary shape. Of course, other types of refrigerants (alcohol, Galden, Freon, etc.) can be used instead of the cooling water.

【0024】温度センサ36は、PTCサーミスタ、赤
外線センサなど周知のセンサを使用することができる。
なお、熱電対も温度センサ36に使用することができる
が、マイクロ波の影響を受けないように構成することが
好ましい。温度センサ36は流路33に接続してもよい
し、接続していなくてもよい。代替的に、温度センサ3
6は、アンテナ収納部材20、波長短縮部材22及び/
又はスロット電極24の温度を測定してもよい。
As the temperature sensor 36, a well-known sensor such as a PTC thermistor and an infrared sensor can be used.
Although a thermocouple can be used for the temperature sensor 36, it is preferable that the thermocouple be configured so as not to be affected by the microwave. The temperature sensor 36 may be connected to the flow path 33 or may not be connected. Alternatively, the temperature sensor 3
6 is an antenna housing member 20, a wavelength shortening member 22, and / or
Alternatively, the temperature of the slot electrode 24 may be measured.

【0025】ヒータ装置38は、例えば、温調板32の
流路33に接続された水道管の周りに巻かれたヒータ線
などとしてから構成される。ヒータ線に流れる電流の大
きさを制御することによって温調板32の流路33を流
れる水温を調節することができる。温調板32は熱伝導
率が高いので流路33を流れる水の水温と略同じ温度に
制御されることができる。
The heater device 38 is composed of, for example, a heater wire wound around a water pipe connected to the flow path 33 of the temperature control plate 32. By controlling the magnitude of the current flowing through the heater wire, the temperature of the water flowing through the flow path 33 of the temperature control plate 32 can be adjusted. Since the temperature control plate 32 has a high thermal conductivity, the temperature of the water flowing through the flow path 33 can be controlled to be substantially the same as the temperature of the water.

【0026】温調板32はアンテナ収納部材20に接触
しており、アンテナ収納部材20と波長短縮部材22は
熱伝導率が高い。この結果、温調板32の温度を制御す
ることによって波長短縮部材22とスロット電極24の
温度を制御することができる。
The temperature control plate 32 is in contact with the antenna housing member 20, and the antenna housing member 20 and the wavelength shortening member 22 have high thermal conductivity. As a result, the temperature of the wavelength shortening member 22 and the temperature of the slot electrode 24 can be controlled by controlling the temperature of the temperature control plate 32.

【0027】波長短縮部材22とスロット電極24は、
温調板32などがなければ、マイクロ波源10の電力
(例えば、5kW)を長時間加えることにより、波長短縮
部材22とスロット電極24での電力ロスから電極自体
の温度が上昇する。この結果、波長短縮部材22とスロ
ット電極24が熱膨張して変形する。
The wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are
If there is no temperature control plate 32 or the like, the power of the microwave source 10
By applying (for example, 5 kW) for a long time, the temperature of the electrode itself increases due to power loss in the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24. As a result, the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are thermally expanded and deformed.

【0028】例えば、スロット電極24は、熱膨張によ
り最適なスリット長さが変化して後述する処理室40内
における全体のプラズマ密度が低下したり部分的にプラ
ズマ密度が集中したりする。全体のプラズマ密度が低下
すれば半導体ウェハWの処理速度が変化する。その結
果、プラズマ処理が時間的に管理して、所定時間(例え
ば、2分)経過すれば処理を停止して半導体ウェハWを
処理室40から取り出すというように設定した場合、全
体のプラズマ密度が低下すれば所望の処理(エッチング
深さや成膜厚さ)が半導体ウェハWに形成されていない
場合がある。また、部分的にプラズマ密度が集中すれ
ば、部分的に半導体ウェハWの処理が変化してしまう。
このようにスロット電極24が温度変化により変形すれ
ばプラズマ処理の品質が低下する。
For example, in the slot electrode 24, the optimum slit length changes due to thermal expansion, so that the entire plasma density in the processing chamber 40, which will be described later, is reduced or the plasma density is partially concentrated. If the overall plasma density decreases, the processing speed of the semiconductor wafer W changes. As a result, when the plasma processing is temporally managed and the processing is stopped after a predetermined time (for example, 2 minutes) has elapsed and the semiconductor wafer W is taken out of the processing chamber 40, the overall plasma density is reduced. If it decreases, a desired process (etching depth or film thickness) may not be formed on the semiconductor wafer W in some cases. Further, if the plasma density is partially concentrated, the processing of the semiconductor wafer W is partially changed.
If the slot electrode 24 is thus deformed due to a change in temperature, the quality of the plasma processing is reduced.

【0029】更に、温調板32がなければ、波長短縮部
材22とスロット電極24の材質が異なり、また、両者
はねじ止めされているから、スロット電極24が反るこ
とになる。この場合も同様にプラズマ処理の品質が低下
することが理解されるであろう。
Further, if the temperature control plate 32 is not provided, the material of the wavelength shortening member 22 and the material of the slot electrode 24 are different, and since both are screwed, the slot electrode 24 warps. It will be understood that the quality of the plasma treatment is also reduced in this case.

【0030】一方、スロット電極24は、温度が一定で
あれば高温下に配置されても、変形を生じない。また、
プラズマCVD装置においては、処理室40に水分が液
状又は霧状で存在すれば半導体ウェハWの膜中に不純物
として混入されることになるためできるだけ温度を上げ
ておくことが好ましい。また、処理室40と後述する誘
電体28との間を密封するオーリングなどの部材は80
乃至100℃程度の耐熱性を有することを考慮すると、
温調板32(即ち、スロット電極24)は、例えば、7
0℃を基準に±5℃程度となるように制御される。70
℃などの設定温度と±5℃などの許容温度範囲は要求さ
れる処理や構成部材の耐熱性その他によって任意に設定
することができる。
On the other hand, if the temperature is constant, the slot electrode 24 does not deform even if it is arranged at a high temperature. Also,
In the plasma CVD apparatus, if water is present in the processing chamber 40 in a liquid or mist state, it will be mixed as an impurity into the film of the semiconductor wafer W, so that it is preferable to raise the temperature as much as possible. A member such as an O-ring for sealing between the processing chamber 40 and a dielectric 28 described later is 80
Considering that it has a heat resistance of about 100 to about 100 ° C.,
The temperature control plate 32 (that is, the slot electrode 24)
The temperature is controlled to be about ± 5 ° C. based on 0 ° C. 70
The set temperature such as ° C. and the allowable temperature range such as ± 5 ° C. can be arbitrarily set depending on required processing, heat resistance of constituent members, and the like.

【0031】この場合、第1の温度制御装置30は、温
度センサ36の温度情報を得て、温調板32の温度が7
0℃±5℃になるようにヒータ装置38に供給する電流
を(例えば、可変抵抗などを使用して)制御する。スロ
ット電極24は、70℃で使用されることを前提に、即
ち、70℃の雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長
さを有するように設計される。代替的に、温度センサ3
6が温調板32に配置される場合には、温調板32から
スロット電極24へあるいはこの逆へ熱が伝搬するには
時間がかかるから70℃±10℃にするなどより広い許
容範囲を設定してもよい。
In this case, the first temperature control device 30 obtains the temperature information of the temperature sensor 36 and adjusts the temperature of the temperature control plate 32 to 7
The current supplied to the heater device 38 is controlled (for example, using a variable resistor or the like) so as to be 0 ° C. ± 5 ° C. The slot electrode 24 is designed to be used at 70 ° C., that is, designed to have an optimum slit length when placed in an atmosphere at 70 ° C. Alternatively, the temperature sensor 3
6 is disposed on the temperature control plate 32, it takes time for heat to propagate from the temperature control plate 32 to the slot electrode 24 or vice versa. May be set.

【0032】第1の温度制御装置30は、最初は、室温
下に置かれた温調板32の温度は70℃よりも低いから
ヒータ装置38を最初に駆動して水温を70℃程度にし
て温調板32に供給してもよい。代替的に、マイクロ熱
による温度上昇を70℃付近になるまで温調板32に水
を流さなくてもよい。従って、図3に示す例示的な温度
制御機構は水源39からの水量を調節するマスフローコ
ントローラと開閉弁とを含んでいてもよい。温調板32
の温度が75℃を超えた場合には、例えば、15℃程度
の水を水源39から供給して温調板32の冷却を開始
し、その後、温度センサ36が65℃を示したときにヒ
ータ装置38を駆動して温調板32の温度が70℃±5
℃になるように制御する。第1の温度制御装置30は、
上述のマスフローコントローラと開閉弁を利用すること
によって、例えば、15℃程度の水を水源39から供給
して温調板32の冷却を開始し、その後、温度センサ3
6が70℃を示したときに水の供給を停止するなど様々
な制御方法を採用することができる。
First, the first temperature control device 30 sets the temperature of the temperature control plate 32 at room temperature to be lower than 70.degree. C., so that the heater device 38 is first driven to set the water temperature to approximately 70.degree. The temperature may be supplied to the temperature control plate 32. Alternatively, it is not necessary to supply water to the temperature control plate 32 until the temperature rise due to the micro heat reaches around 70 ° C. Accordingly, the exemplary temperature control mechanism shown in FIG. 3 may include a mass flow controller that regulates the amount of water from the water source 39 and an on-off valve. Temperature control plate 32
When the temperature exceeds 75 ° C., for example, water of about 15 ° C. is supplied from the water source 39 to start cooling the temperature control plate 32, and then when the temperature sensor 36 indicates 65 ° C. By driving the device 38, the temperature of the temperature control plate 32 becomes 70 ° C. ± 5
Control so that it becomes ° C. The first temperature control device 30 includes:
By using the above-described mass flow controller and the on-off valve, for example, water of about 15 ° C. is supplied from the water source 39 to start cooling the temperature control plate 32, and then the temperature sensor 3
Various control methods such as stopping the supply of water when 6 indicates 70 ° C. can be adopted.

【0033】このように、第1の温度制御装置30は、
波長短縮部材22とスロット電極24が所定の設定温度
を中心とする所定の許容温度範囲になるように温度制御
をすることにより、処理室40における処理の品質を維
持することができる。例えば、スロット電極24は、7
0℃の雰囲気下に置かれた時に最適なスリット長さを有
するように設計された場合に、これを単に15℃程度に
冷却するだけでは最適な処理環境を得るのに無意味であ
ることが理解されるであろう。
As described above, the first temperature control device 30
By controlling the temperature so that the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 have a predetermined allowable temperature range centered on a predetermined set temperature, the quality of the processing in the processing chamber 40 can be maintained. For example, the slot electrode 24
When designed to have an optimal slit length when placed in an atmosphere at 0 ° C., simply cooling this to about 15 ° C. may not be meaningful to obtain an optimal processing environment. Will be appreciated.

【0034】また、第1の温度制御装置30は、温調板
32を流れる水の温度を制御することによって波長短縮
部材22とスロット電極24の温度を同時に制御してい
る。これは、温調板32、アンテナ収納部材20及び波
長短縮部材22を熱伝導率の高い材料で構成したことに
よるものである。かかる構成を採用することにより、こ
れら3つの温度制御を1の装置で兼用することができる
ので複数の装置を要しない点で装置全体の大型化とコス
トアップを防止することができる。なお、温調板32
は、冷却手段の単なる一例であり、冷却ファンなどその
他の冷却手段を採用することができることはいうまでも
ない。
Further, the first temperature control device 30 controls the temperature of the wavelength shortening member 22 and the temperature of the slot electrode 24 simultaneously by controlling the temperature of the water flowing through the temperature control plate 32. This is because the temperature control plate 32, the antenna housing member 20, and the wavelength shortening member 22 are made of a material having high thermal conductivity. By adopting such a configuration, these three temperature controls can be shared by one device, so that the size and cost of the entire device can be prevented in that a plurality of devices are not required. The temperature control plate 32
Is merely an example of the cooling means, and it goes without saying that other cooling means such as a cooling fan can be adopted.

【0035】本実施例では、温調板32とアンテナ収納
部材20は別個の部材であったが、温調板32の機能を
アンテナ収納部材20にもたせてもよい。例えば、アン
テナ収納部材20の上面及び/又は側面に流路32を形
成することによりアンテナ収納部材20を直接冷却する
ことができる。また、アンテナ収納部材20の側面に流
路32を形成すれば、波長短縮部材22とスロット電極
24とを同時に冷却することも可能である。また、スロ
ット電極24の周囲に温調板を設けたり、若しくは、ス
リット25の配置を妨げないようにスロット電極24自
体に流路を形成することもできる。
In the present embodiment, the temperature control plate 32 and the antenna housing member 20 are separate members, but the function of the temperature control plate 32 may be provided to the antenna housing member 20. For example, by forming the flow path 32 on the upper surface and / or the side surface of the antenna housing member 20, the antenna housing member 20 can be directly cooled. If the flow path 32 is formed on the side surface of the antenna housing member 20, the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 can be cooled at the same time. Alternatively, a temperature control plate may be provided around the slot electrode 24, or a flow path may be formed in the slot electrode 24 itself so as not to hinder the arrangement of the slit 25.

【0036】誘電体28はスロット電極24と処理室4
0との間に配置されている。スロット電極24と誘電体
28は、例えば、ロウにより強固にかつ機密に面接合さ
れる。代替的に、焼成されたセラミック製の誘電体28
の裏面に、スクリーン印刷などの手段により銅薄膜を、
スリットを含むスロット電極24の形状にパターン形成
して、これを焼き付けるように銅箔のスロット電極24
を形成してもよい。誘電体28は、窒化アルミニウム
(AlN)などからなり、減圧又は真空環境にある処理
室40の圧力がスロット電極24に印加されてスロット
電極24が変形したり、スロット電極24が処理室40
に剥き出しになってスパッタされたり銅汚染を発生した
りすることを防止している。必要があれば、誘電体28
を熱伝導率の低い材質で構成することによって、スロッ
ト電極24が処理室40の温度により影響を受けるのを
防止してもよい。
The dielectric 28 is formed between the slot electrode 24 and the processing chamber 4.
0. The slot electrode 24 and the dielectric 28 are surface-bonded firmly and confidentially by, for example, brazing. Alternatively, fired ceramic dielectric 28
On the back side of the copper thin film by means such as screen printing,
A pattern is formed in the shape of the slot electrode 24 including the slit, and the copper foil slot electrode 24
May be formed. The dielectric 28 is made of aluminum nitride (AlN) or the like. When the pressure of the processing chamber 40 in a reduced pressure or vacuum environment is applied to the slot electrode 24, the slot electrode 24 is deformed.
To prevent spattering and copper contamination. If necessary, dielectric 28
May be made of a material having a low thermal conductivity to prevent the slot electrode 24 from being affected by the temperature of the processing chamber 40.

【0037】選択的に、誘電体28は、波長短縮部材2
2と同様に、熱伝導率の高い材質(例えば、AlN)で
形成することができる。この場合は、誘電体28の温度
を制御することによってスロット電極24の温度制御を
行うことができ、スロット電極24を介して波長短縮部
材22の温度制御を行うことができる。この場合、誘電
体28の周囲に温調板を形成したり、誘電体28の内部
にマイクロ波の処理室40への導入を妨げないように流
路を形成することも可能である。なお、上述した温度制
御は任意に組み合わせることもできる。
Optionally, the dielectric 28 is made of the wavelength shortening member 2.
As in the case of No. 2, it can be formed of a material having high thermal conductivity (for example, AlN). In this case, the temperature of the slot electrode 24 can be controlled by controlling the temperature of the dielectric 28, and the temperature of the wavelength shortening member 22 can be controlled via the slot electrode 24. In this case, a temperature control plate may be formed around the dielectric 28, or a flow path may be formed inside the dielectric 28 so as not to hinder introduction of the microwave into the processing chamber 40. Note that the above-described temperature control can be arbitrarily combined.

【0038】処理室40は、側壁や底部がアルミニウム
などの導体により構成されて、全体が筒状に成形されて
おり、内部は後述する真空ポンプ60により所定の減圧
又は真空密閉空間に維持されることができる。処理室4
0内には、熱板42とその上に被処理体である半導体ウ
ェハWが収納されている。なお、図1においては、半導
体ウェハWを固定する静電チャックやクランプ機構など
は便宜上省略されている。
The processing chamber 40 has a side wall and a bottom portion formed of a conductor such as aluminum, and is formed in a cylindrical shape as a whole. The inside of the processing chamber 40 is maintained at a predetermined reduced pressure or a vacuum sealed space by a vacuum pump 60 described later. be able to. Processing room 4
The heating plate 42 and a semiconductor wafer W as an object to be processed are stored in the heating plate 42. In FIG. 1, an electrostatic chuck and a clamp mechanism for fixing the semiconductor wafer W are omitted for convenience.

【0039】熱板42は、ヒータ装置38と同様に、処
理室40内の温度を所定の処理温度にするために第2の
温度制御装置70に接続されている。かかる第2の温度
制御装置70は、処理室40内の温度を測定する温度セ
ンサ72が測定した温度に従って熱板42に流れる加熱
用電流の大きさを制御することができる。第2の温度制
御装置70は、例えば、第1の温度制御装置30による
温度制御の結果として処理室40内の温度が所定の処理
温度よりも下がった場合に、熱板42を介して処理室4
0の温度を上げるように動作することができる。処理室
40の温度も所定の処理温度と許容温度範囲を予め設定
しておき、これに基づいて第2の温度制御装置70は熱
板42の動作を制御することができる。処理室40に使
用される処理温度と許容温度範囲は、第1の温度制御装
置30が使用するそれらと同一であってもよいし異なっ
ていてもよい。また、熱板42は、半導体ウェハWを載
置する台と一体であってもよいし別個の部材であっても
よい。温度センサ72には温度センサ36と同様のもの
を使用することができる。
The heating plate 42 is connected to a second temperature control device 70 for setting the temperature in the processing chamber 40 to a predetermined processing temperature, similarly to the heater device 38. The second temperature control device 70 can control the magnitude of the heating current flowing through the hot plate 42 according to the temperature measured by the temperature sensor 72 that measures the temperature inside the processing chamber 40. For example, when the temperature in the processing chamber 40 falls below a predetermined processing temperature as a result of the temperature control by the first temperature control apparatus 30, the second temperature control apparatus 70 4
It can operate to increase the temperature of zero. As for the temperature of the processing chamber 40, a predetermined processing temperature and a permissible temperature range are set in advance, and the second temperature control device 70 can control the operation of the hot plate 42 based on this. The processing temperature and the allowable temperature range used for the processing chamber 40 may be the same as or different from those used by the first temperature control device 30. Further, the heating plate 42 may be integrated with the table on which the semiconductor wafer W is mounted, or may be a separate member. As the temperature sensor 72, the same as the temperature sensor 36 can be used.

【0040】処理室40の側壁には、反応ガスを導入す
るための石英パイプ製ガス供給ノズル50が設けられ、
このノズル50は、ガス供給路52によりマスフローコ
ントローラ54及び開閉弁56を介して反応ガス源58
に接続されている。例えば、窒化シリコン膜を堆積させ
ようとする場合には、反応ガスとして所定の混合ガス
(即ち、ネオン、キセノン、アルゴン、ヘリウム、ラド
ン、クリプトンのいずれかにN2とH2を加えたもの)
にNH3やSiH4ガスなどを混合したものが選択され
ることができる。
A gas supply nozzle 50 made of quartz pipe for introducing a reaction gas is provided on a side wall of the processing chamber 40.
The nozzle 50 is connected to a reaction gas source 58 through a gas flow path 52 through a mass flow controller 54 and an on-off valve 56.
It is connected to the. For example, when a silicon nitride film is to be deposited, a predetermined mixed gas (that is, N2 and H2 added to one of neon, xenon, argon, helium, radon, and krypton) is used as a reaction gas.
Mixed with NH3 or SiH4 gas.

【0041】真空ポンプ60は、処理室40の圧力を所
定の圧力(例えば、0.1乃至数10mTorr)まで
真空引きすることができる。なお、図1においては、排
気系の詳細な構造も省略されている。
The vacuum pump 60 can evacuate the processing chamber 40 to a predetermined pressure (for example, 0.1 to several tens mTorr). In FIG. 1, the detailed structure of the exhaust system is also omitted.

【0042】次に、以上のように構成された本実施例の
マイクロ波プラズマ処理装置100の動作について説明
する。まず、通常処理室40の側壁に設けられている図
示しないゲートバルブを介して半導体ウェハWを搬送ア
ームにより処理室40に収納する。その後、図示しない
リフタピンを上下動させることによって半導体ウェハW
を所定の載置面に配置する。
Next, the operation of the microwave plasma processing apparatus 100 of the present embodiment configured as described above will be described. First, the semiconductor wafer W is housed in the processing chamber 40 by the transfer arm through a gate valve (not shown) provided on the side wall of the normal processing chamber 40. Thereafter, the lifter pins (not shown) are moved up and down to move the semiconductor wafer W
Is arranged on a predetermined mounting surface.

【0043】次に、処理室40内をポンプ60により減
圧し、所定の処理圧力、例えば、50mTorrに維持
してノズル50から、例えば、ヘリウム、窒素及び水素
の混合ガスにNH3を更に混合した一以上の反応ガス源
58からマスフローコントローラ54及び開閉弁56を
介して流量制御しつつ処理室40に導入される。
Next, the inside of the processing chamber 40 is depressurized by the pump 60, and maintained at a predetermined processing pressure, for example, 50 mTorr, and from the nozzle 50, for example, a mixed gas of helium, nitrogen and hydrogen and NH3 is further mixed. The reactant gas source 58 is introduced into the processing chamber 40 while controlling the flow rate through the mass flow controller 54 and the on-off valve 56.

【0044】処理室40の温度は70℃程度になるよう
に第2の温度制御装置70と熱板42により調整され
る。また、第1の温度制御装置30は、温調板32の温
度が70℃程度になるようにヒータ装置38を制御す
る。これにより、温調板32を介して波長短縮部材22
とスロット電極24の温度も70℃程度に維持される。
スロット電極24は70℃で最適のスリット長を有する
ように設計されている。また、スロット電極24は±5
℃程度の温度誤差が許容範囲であるということが予め分
かっているものとする。
The temperature of the processing chamber 40 is adjusted by the second temperature control device 70 and the hot plate 42 so as to be about 70 ° C. Further, the first temperature control device 30 controls the heater device 38 so that the temperature of the temperature control plate 32 becomes approximately 70 ° C. As a result, the wavelength shortening member 22 is
The temperature of the slot electrode 24 is also maintained at about 70 ° C.
The slot electrode 24 is designed to have an optimum slit length at 70 ° C. Further, the slot electrode 24 is ± 5
It is assumed that a temperature error of about ° C. is within an allowable range in advance.

【0045】一方、マイクロ波源10からの周波数45
0MHzのマイクロ波を図示しない矩形導波管や同軸導
波管などを介してアンテナ収納部材20内の波長短縮部
材22に、例えば、TEMモードなどで導入する。波長
短縮部材22を通過したマイクロ波はその波長が短縮さ
れてスロット電極24に入射し、スリット25から処理
室40に誘電体28を介して導入される。波長短縮部材
22とスロット電極24は温度制御されているので、熱
膨張などによる変形はなく、スロット電極24は最適な
スリット長さを維持することができる。これによってマ
イクロ波は、均一に(即ち、部分的集中なしに)かつ全
体として所望の密度で(即ち、密度の低下なしに)処理
室40に導入されることができる。
On the other hand, the frequency 45 from the microwave source 10
The microwave of 0 MHz is introduced into the wavelength shortening member 22 in the antenna housing member 20 through, for example, a rectangular waveguide or a coaxial waveguide (not shown) in, for example, a TEM mode. The microwave that has passed through the wavelength shortening member 22 has its wavelength shortened and enters the slot electrode 24, and is introduced from the slit 25 into the processing chamber 40 via the dielectric 28. Since the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are temperature-controlled, there is no deformation due to thermal expansion or the like, and the slot electrode 24 can maintain an optimal slit length. This allows the microwaves to be introduced into the processing chamber 40 uniformly (i.e., without partial concentration) and at the desired overall density (i.e., without loss of density).

【0046】継続的な使用により、温調板32の温度が
75℃よりも上昇すれば第1の温度制御装置30は水源
39より15℃程度の冷却水を温調板32に導入するこ
とによりこれを75℃以内になるように制御する。同様
に、処理開始時や過冷却により温調板32の温度が65
℃以下になれば第1の温度制御装置30はヒータ装置3
8を制御して水源39から温調板32に導入される水温
を上げて温調板32の温度を65℃以上にすることがで
きる。
If the temperature of the temperature control plate 32 rises above 75 ° C. due to continuous use, the first temperature control device 30 introduces cooling water of about 15 ° C. from the water source 39 to the temperature control plate 32. This is controlled so as to be within 75 ° C. Similarly, the temperature of the temperature control plate 32 becomes 65
C. or less, the first temperature control device 30
By controlling 8, the temperature of the water introduced from the water source 39 to the temperature control plate 32 can be increased to make the temperature of the temperature control plate 32 65 ° C. or more.

【0047】一方、温調板32による過冷却によって処
理室40の温度が所定の温度よりも低くなったことを温
度センサ72が検知すれば、水分が不純物としてウェハ
Wに混入することを防ぐため第2の温度制御装置70は
熱板42を制御して処理室40の温度を制御することが
できる。
On the other hand, if the temperature sensor 72 detects that the temperature of the processing chamber 40 has become lower than the predetermined temperature due to the supercooling by the temperature control plate 32, it is necessary to prevent water from entering the wafer W as an impurity. The second temperature control device 70 can control the temperature of the processing chamber 40 by controlling the hot plate 42.

【0048】その後、マイクロ波は、反応ガスをプラズ
マ化して成膜処理を行う。成膜処理は、例えば、予め設
定された所定時間だけ行われてその後、半導体ウェハW
は上述の図示しないゲートバルブから処理室40の外へ
出される。処理室40には定在波を形成しないで所望の
密度のマイクロ波が均一に供給されるのでウェハWには
所望の厚さの膜が均一に形成されることになる。また、
マイクロ波によって発生するプラズマの電子エネルギー
分布はウェハWに結晶欠陥をもたらさないので高品質の
成膜処理を行うことができる。更に、処理室40の温度
は水分などがウェハWに混入することのない温度に維持
されるので所望の成膜品質を維持することができる。
Thereafter, the microwave is used to convert the reaction gas into plasma to perform a film forming process. The film forming process is performed, for example, for a predetermined period of time, and then the semiconductor wafer W
Is discharged out of the processing chamber 40 from the gate valve (not shown). Since a microwave having a desired density is uniformly supplied to the processing chamber 40 without forming a standing wave, a film having a desired thickness is uniformly formed on the wafer W. Also,
Since the electron energy distribution of the plasma generated by the microwave does not cause crystal defects in the wafer W, a high-quality film forming process can be performed. Further, the temperature of the processing chamber 40 is maintained at a temperature at which moisture and the like do not enter the wafer W, so that a desired film forming quality can be maintained.

【0049】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が
可能である。例えば、本発明のマイクロ波プラズマ処理
装置100は電子サイクロトロン共鳴の利用を妨げるも
のではないため、所定の磁場を発生させるリング状コイ
ルなどを有してもよい。また、本実施例のマイクロ波プ
ラズマ処理装置100はプラズマCVD装置として説明
されているが、マイクロ波プラズマ処理装置100は半
導体ウェハWをエッチングしたりクリーニングしたりす
る場合にも使用することができることはいうまでもな
い。更に、本発明で処理される被処理体は半導体ウェハ
に限られず、LCDなどを含むものである。また、本発
明のマイクロ波の周波数に関して10eV以上の電子の
存在確率が20分の1以下となる周波数であれば2.4
5GHz以上でも用いることができることはもちろんで
ある。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be variously modified and changed within the scope of the invention. For example, since the microwave plasma processing apparatus 100 of the present invention does not prevent the use of electron cyclotron resonance, it may include a ring-shaped coil or the like for generating a predetermined magnetic field. Further, although the microwave plasma processing apparatus 100 of the present embodiment is described as a plasma CVD apparatus, the microwave plasma processing apparatus 100 can also be used for etching or cleaning a semiconductor wafer W. Needless to say. Further, the object to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, but includes an LCD and the like. Further, if the frequency of the microwave of the present invention is such that the existence probability of electrons of 10 eV or more is 1/20 or less, the frequency is 2.4.
Of course, it can be used even at 5 GHz or more.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明の例示的一態様であるマイクロ波
プラズマ処理装置及び方法によれば、使用されるマイク
ロ波はプラズマ化された反応ガスの電子エネルギー分布
において10eV以上の電子の存在確率が20分の1以
下になるような周波数を有するので、被処理体にダング
リングボンドが形成されることを防止して所期の処理品
質を維持することができる。また、本発明の例示的一態
様であるマイクロ波プラズマ処理装置及び方法は、定在
波の形成を防止して被処理体に均一な処理を施すことが
できる。
According to the microwave plasma processing apparatus and method according to an exemplary embodiment of the present invention, the microwave used has a probability of existence of electrons of 10 eV or more in the electron energy distribution of the plasma-converted reaction gas. Since it has a frequency that is not more than 1/20, it is possible to prevent dangling bonds from being formed on the object to be processed and to maintain desired processing quality. In addition, the microwave plasma processing apparatus and method according to an exemplary embodiment of the present invention can perform uniform processing on a target object by preventing formation of a standing wave.

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

【図1】 本実施例の例示的なマイクロ波プラズマ処理
装置の構造を示す概略ブロック図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating the structure of an exemplary microwave plasma processing apparatus according to the present embodiment.

【図2】 図1に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使
用されるスロット電極の具体的構成例を説明するための
概略平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view for explaining a specific configuration example of a slot electrode used in the microwave plasma processing apparatus shown in FIG.

【図3】 図1に示すマイクロ波プラズマ処理装置に使
用される第1の温度制御装置と温調板の構成を示す概略
ブロック図である。
FIG. 3 is a schematic block diagram showing a configuration of a first temperature control device and a temperature control plate used in the microwave plasma processing apparatus shown in FIG.

【図4】 周波数2.45GHzのマイクロ波がもたら
すプラズマの電子エネルギー分布を概略的に示すグラフ
である。
FIG. 4 is a graph schematically showing an electron energy distribution of plasma generated by a microwave having a frequency of 2.45 GHz.

【図5】 周波数13.56MHz乃至500MHzの
マイクロ波がもたらすプラズマの電子エネルギー分布を
概略的に示すグラフである。
FIG. 5 is a graph schematically showing an electron energy distribution of plasma generated by a microwave having a frequency of 13.56 MHz to 500 MHz.

【図6】 図2に示すスロット電極の変形例を示す概略
平面図である。
FIG. 6 is a schematic plan view showing a modification of the slot electrode shown in FIG.

【図7】 図2に示すスロット電極の別の変形例を示す
概略平面図である。
FIG. 7 is a schematic plan view showing another modification of the slot electrode shown in FIG.

【図8】 図2に示すスロット電極の更に別の変形例を
示す概略平面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view showing still another modification of the slot electrode shown in FIG.

【図9】 図2に示すスロット電極の更に別の変形例を
示す概略平面図である。
FIG. 9 is a schematic plan view showing still another modified example of the slot electrode shown in FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 マイクロ波源 20 アンテナ収納部材 22 波長短縮部材 24 スロット電極 25 スリット 28 誘電体 30 第1の温度制御装置 32 温調板 36 温度センサ 38 ヒータ装置 39 水源 40 処理室 42 熱板 50 反応ガス供給ノズル 58 反応ガス源 60 真空ポンプ 70 第2の温度制御装置 72 温度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microwave source 20 Antenna housing member 22 Wavelength shortening member 24 Slot electrode 25 Slit 28 Dielectric 30 First temperature control device 32 Temperature control plate 36 Temperature sensor 38 Heater device 39 Water source 40 Processing chamber 42 Hot plate 50 Reaction gas supply nozzle 58 Reaction gas source 60 Vacuum pump 70 Second temperature controller 72 Temperature sensor

フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA06 AA13 AA17 AA18 BA40 CA04 CA12 FA01 JA17 JA18 KA17 KA41 5F004 AA01 AA06 BA20 BB14 BB22 BD01 5F045 AA09 AC01 AC12 BB01 BB12 BB16 BB17 DP04 EB03 EC05 EH02 EH03 EH04 EH19 EJ05 EJ09 EJ10 Continued on front page F-term (reference) 4K030 AA06 AA13 AA17 AA18 BA40 CA04 CA12 FA01 JA17 JA18 KA17 KA41 5F004 AA01 AA06 BA20 BB14 BB22 BD01 5F045 AA09 AC01 AC12 BB01 BB12 BB16 BB17 DP04 EB03 EC05 EH02E03E05E03E05E03E05E05H

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波を発生するマイクロ波源と、 前記マイクロ波を案内するスロット電極と、 反応ガスを供給する反応ガス源と、 真空ポンプと、 前記反応ガス源と前記真空ポンプに接続可能で被処理体
を収納することができ、前記スロット電極を通過した前
記マイクロ波は前記反応ガスをプラズマ化して、減圧環
境下で前記被処理体に所定のプラズマ処理を施すことが
できる処理室とを有し、前記マイクロ波は前記プラズマ
化された前記反応ガスの電子エネルギー分布において1
0eV以上の電子の存在確率が20分の1以下になるよ
うな周波数を有するマイクロ波プラズマ処理装置。
1. A microwave source for generating a microwave, a slot electrode for guiding the microwave, a reaction gas source for supplying a reaction gas, a vacuum pump, and a connectable to the reaction gas source and the vacuum pump. A processing chamber capable of storing the object to be processed, the microwave having passed through the slot electrode turning the reaction gas into plasma, and performing predetermined plasma processing on the object to be processed under a reduced pressure environment; And the microwave has 1 in the electron energy distribution of the plasmatized reaction gas.
A microwave plasma processing apparatus having a frequency such that the existence probability of electrons of 0 eV or more becomes 1/20 or less.
【請求項2】 マイクロ波を発生するマイクロ波源と、 マイクロ波が導入されると当該マイクロ波の波長を短縮
する波長短縮部材と、 当該波長短縮部材に接続され、前記波長短縮部材を通過
した前記マイクロ波を案内するスロット電極と、 反応ガスを供給する反応ガス源及び真空ポンプに接続可
能で被処理体を収納することができ、前記スロット電極
を通過した前記マイクロ波は前記反応ガスをプラズマ化
して、減圧環境下で前記被処理体に所定のプラズマ処理
を施すことができる処理室とを有し、前記マイクロ波は
前記プラズマ化された前記反応ガスの電子エネルギー分
布において10eV以上の電子の存在確率が20分の1
以下になるような周波数を有するマイクロ波プラズマ処
理装置。
2. A microwave source for generating a microwave, a wavelength shortening member for shortening the wavelength of the microwave when the microwave is introduced, and a microwave source connected to the wavelength shortening member and passing through the wavelength shortening member. A slot electrode for guiding a microwave, a reaction gas source for supplying a reaction gas, and a vacuum pump can be connected to the processing object, and the microwave passing through the slot electrode turns the reaction gas into a plasma. A processing chamber capable of performing a predetermined plasma process on the object under reduced pressure environment, wherein the microwave has an electron energy distribution of 10 eV or more in an electron energy distribution of the plasma-converted reaction gas. Probability is 1/20
A microwave plasma processing apparatus having the following frequency.
【請求項3】 前記マイクロ波は前記処理室の直径より
も大きい波長を有する請求項1又は2記載のマイクロ波
プラズマ処理装置。
3. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave has a wavelength larger than a diameter of the processing chamber.
【請求項4】 前記マイクロ波は100MHz乃至60
0MHzの周波数を有する請求項1又は2記載のマイク
ロ波プラズマ処理装置。
4. The microwave has a frequency of 100 MHz to 60 MHz.
3. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, which has a frequency of 0 MHz.
【請求項5】 被処理体を処理室に導入する工程と、 プラズマ化された反応ガスの電子エネルギー分布におい
て10eV以上の電子の存在確率が20分の1以下にな
るような周波数を有するマイクロ波をスロット電極に導
入する工程と、 前記処理室の圧力を制御する工程と、 前記反応ガスを前記処理室に導入してプラズマ化する工
程とを有するマイクロ波プラズマ処理方法。
5. A step of introducing an object to be processed into a processing chamber, and a microwave having a frequency such that the electron energy distribution of the plasma-converted reaction gas has an electron probability of 10 eV or more that is 1/20 or less. A microwave plasma processing method, comprising: introducing a reaction gas into a slot electrode; controlling a pressure in the processing chamber; and introducing the reaction gas into the processing chamber to generate plasma.
【請求項6】 前記周波数を有する前記マイクロ波を当
該マイクロ波の波長を短縮するように動作可能な波長短
縮部材に供給する工程を更に有し、前記マイクロ波をス
ロット電極に導入する前記工程は、前記波長短縮部材を
通過したマイクロ波を前記スロット電極に導入する請求
項5記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
6. The method according to claim 1, further comprising: supplying the microwave having the frequency to a wavelength shortening member operable to shorten the wavelength of the microwave, wherein the step of introducing the microwave to a slot electrode includes: 6. The microwave plasma processing method according to claim 5, wherein the microwave passing through the wavelength shortening member is introduced into the slot electrode.
JP08612299A 1999-03-29 1999-03-29 Microwave plasma processing apparatus and method Expired - Fee Related JP4226135B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08612299A JP4226135B2 (en) 1999-03-29 1999-03-29 Microwave plasma processing apparatus and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08612299A JP4226135B2 (en) 1999-03-29 1999-03-29 Microwave plasma processing apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000277495A true JP2000277495A (en) 2000-10-06
JP4226135B2 JP4226135B2 (en) 2009-02-18

Family

ID=13877909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP08612299A Expired - Fee Related JP4226135B2 (en) 1999-03-29 1999-03-29 Microwave plasma processing apparatus and method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4226135B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000299199A (en) * 1999-04-13 2000-10-24 Plasma System Corp Plasma generating device and plasma processing device
JP2002231637A (en) * 2001-01-30 2002-08-16 Nihon Koshuha Co Ltd Plasma processor
JP2003045850A (en) * 2001-07-27 2003-02-14 Hitachi Ltd Plasma treatment apparatus and method therefor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000299199A (en) * 1999-04-13 2000-10-24 Plasma System Corp Plasma generating device and plasma processing device
JP2002231637A (en) * 2001-01-30 2002-08-16 Nihon Koshuha Co Ltd Plasma processor
JP4583618B2 (en) * 2001-01-30 2010-11-17 日本高周波株式会社 Plasma processing equipment
JP2003045850A (en) * 2001-07-27 2003-02-14 Hitachi Ltd Plasma treatment apparatus and method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP4226135B2 (en) 2009-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4849705B2 (en) Plasma processing apparatus, plasma generation introducing member, and dielectric
JP4222707B2 (en) Plasma processing apparatus and method, gas supply ring and dielectric
JP5454467B2 (en) Plasma etching processing apparatus and plasma etching processing method
US20180301388A1 (en) Plasma processing apparatus and control method
US20060291132A1 (en) Electrostatic chuck, wafer processing apparatus and plasma processing method
JP4053173B2 (en) Microwave plasma processing apparatus and method
JP2001250815A (en) Device and method for plasma treatment
JP2018125170A (en) Microwave plasma source, microwave plasma processing device, and plasma processing method
WO2003096400A1 (en) Plasma processing equipment and plasma processing method
WO2006092985A1 (en) Microwave plasma processing device
TWI733838B (en) Plasma film forming device and substrate mounting table
JP2002134417A (en) Plasma processing system
JP2018181633A (en) Plasma processing apparatus and control method
JP2005191056A (en) Processor
JP2002231637A (en) Plasma processor
US20100307685A1 (en) Microwave plasma processing apparatus
JP2000277495A (en) Microwave plasma processor and its method
US7569497B2 (en) Method and apparatus for forming insulating layer
TWI388245B (en) Plasma processing device
JP3477573B2 (en) Plasma processing apparatus, plasma generation introduction member and slot electrode
JP4580235B2 (en) Formation method of insulating film
JP2000311892A (en) Plasma treatment apparatus and method
JP2017226894A (en) Plasma film deposition method and plasma film deposition apparatus
JP2006054206A (en) Plasma processing apparatus and method
JP2001274148A (en) System and method for plasma processing

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080624

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080821

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081125

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081126

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111205

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111205

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141205

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees