JP2003303775A - Plasma treatment device - Google Patents
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
関し、特に、チャンバ内にマイクロ波を導入することに
より形成されるプラズマ生成領域によって、基板に所定
の処理を施すためのプラズマ処理装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus for performing a predetermined process on a substrate by a plasma generation region formed by introducing a microwave into a chamber. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置の高密度化および微細
化に伴って、半導体装置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を施すためにプラズマ処
理装置が使用されている。特に、マイクロ波を用いてプ
ラズマを発生させるマイクロ波プラズマ処理装置では、
約０．１〜１０Ｐａの比較的圧力が低い（高真空）条件
のもとでも安定してプラズマを発生させることができ
る。そのため、たとえば周波数２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を用いたマイクロ波プラズマ処理装置が注目されて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in density and miniaturization of semiconductor devices, plasma processing apparatuses have been used to perform processes such as film formation, etching, and ashing in the manufacturing process of semiconductor devices. In particular, in a microwave plasma processing apparatus that generates plasma using microwaves,
Plasma can be stably generated even under a relatively low pressure (high vacuum) of about 0.1 to 10 Pa. Therefore, for example, a microwave plasma processing apparatus using a microwave having a frequency of 2.45 GHz is drawing attention.
【０００３】そのような従来のプラズマ処理装置の一例
について説明する。図６に示すように、プラズマ処理装
置は、基板１１５を収容して所定の処理を施すためのチ
ャンバ１０１と、マイクロ波を発生するため高周波電源
１０９と、マイクロ波をプラズマ処理装置まで導くため
の導波管１１９と、マイクロ波をチャンバ１０１内に放
射するためのアンテナ部１０７とを備えている。An example of such a conventional plasma processing apparatus will be described. As shown in FIG. 6, the plasma processing apparatus includes a chamber 101 for accommodating a substrate 115 and performing a predetermined process, a high frequency power source 109 for generating microwaves, and a microwave for guiding the microwaves to the plasma processing apparatus. A waveguide 119 and an antenna unit 107 for radiating microwaves into the chamber 101 are provided.
【０００４】アンテナ部１０７は、導波管１１９の下端
に接続される金属製のラジアル導波路１０７ａと、ラジ
アル導波路１０７の下端の開口を覆う円板状のスロット
アンテナ１０７ｂを備えている。スロットアンテナ１０
７ｂの上の導波管１１９と対向する位置には、インピー
ダンスの調整を行うためのバンプ１０８が設けられてい
る。また、導波路１０７ａ内には大気が存在する。The antenna section 107 is provided with a metallic radial waveguide 107a connected to the lower end of the waveguide 119 and a disk-shaped slot antenna 107b covering the opening at the lower end of the radial waveguide 107. Slot antenna 10
Bumps 108 for adjusting the impedance are provided on the 7b at positions facing the waveguide 119. Further, the atmosphere exists in the waveguide 107a.
【０００５】スロットアンテナ１０７ｂは、たとえば厚
さ０．１ｍｍから数ｍｍ程度の銅板等から形成されてい
る。そのスロットアンテナ１０７ｂには、マイクロ波を
チャンバ１０１内に向けて放射するための複数のスロッ
ト（開口部）が設けられている。The slot antenna 107b is formed of, for example, a copper plate having a thickness of 0.1 mm to several mm. The slot antenna 107b is provided with a plurality of slots (openings) for radiating microwaves into the chamber 101.
【０００６】チャンバ１０１の上部には、チャンバ１０
１の隔壁の一部を構成する天板１０５が配設されてい
る。天板１１５は、たとえば石英等の誘電体から形成さ
れている。天板１０５とチャンバ１０１の隔壁との間に
は、たとえばＯリングなどのシール部材１１３が設けら
れている。アンテナ部１０７はこの天板１０５の上方に
間隔を隔てて配置され、アンテナ部１０７と天板１０５
との間には空気の層１２０が形成されている。At the top of the chamber 101, the chamber 10
A top plate 105 that constitutes a part of one partition is provided. The top plate 115 is formed of a dielectric material such as quartz. A seal member 113 such as an O-ring is provided between the top plate 105 and the partition wall of the chamber 101. The antenna unit 107 is arranged above the top plate 105 with a space therebetween, and the antenna unit 107 and the top plate 105 are provided.
An air layer 120 is formed between and.
【０００７】チャンバ１０１内には基板１１５を保持す
るためのサセプタ１０３が設けられている。そのサセプ
タ１０３には、バイアス用高周波電源１１１が接続され
ている。さらに、チャンバ１０１には、チャンバ１０１
内を排気するための真空ポンプ（図示せず）が取り付け
られている。A susceptor 103 for holding the substrate 115 is provided in the chamber 101. A high frequency bias power supply 111 is connected to the susceptor 103. Further, the chamber 101 includes the chamber 101
A vacuum pump (not shown) for exhausting the inside is attached.
【０００８】上述したプラズマ装置では、真空ポンプに
よりチャンバ１０１内が排気されて、所定の圧力範囲の
もとでプラズマを生成するためのガスとして、たとえば
アルゴンガスがチャンバ１０１内に導入される。In the plasma apparatus described above, the inside of the chamber 101 is evacuated by the vacuum pump, and, for example, argon gas is introduced into the chamber 101 as a gas for generating plasma within a predetermined pressure range.
【０００９】高周波電源１０９により発生したＴＥ１１
モードのマイクロ波は、円偏波変換器（図示せず）によ
り導波管１１９の軸線の回りに回転させられて導波管１
１９を伝わり、アンテナ部１０７のラジアル導波路１０
７ａに到達する。TE11 generated by the high frequency power supply 109
The mode microwave is rotated around the axis of the waveguide 119 by a circular polarization converter (not shown), and
19 and the radial waveguide 10 of the antenna unit 107.
Reach 7a.
【００１０】ラジアル導波路１０７ａに到達したマイク
ロ波は、ラジアル導波路１０７ａの周縁方向へ伝播す
る。周縁方向へ伝播するマイクロ波は、スロットアンテ
ナ１０７ｂを介してチャンバー１０１内に電磁界を発生
させる。The microwave reaching the radial waveguide 107a propagates in the peripheral direction of the radial waveguide 107a. The microwave propagating in the peripheral direction generates an electromagnetic field in the chamber 101 via the slot antenna 107b.
【００１１】チャンバ１０１内に発生した電磁界によっ
てアルゴンガスが解離し、基板１１５と天板１０５との
間にプラズマ生成領域が形成されて、所定のプラズマ処
理が行なわれる。Argon gas is dissociated by the electromagnetic field generated in the chamber 101, a plasma generation region is formed between the substrate 115 and the top plate 105, and predetermined plasma processing is performed.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマ処理装置では次のような問題点があった。ま
ず、ラジアル導波路１０７ａに到達してラジアル導波路
１０７ａの周縁方向へ伝播するマイクロ波がラジアル導
波路１０７ａの内周面によって反射されて、ラジアル導
波路１０７ａ内には第１の定在波が形成される。However, the conventional plasma processing apparatus has the following problems. First, the microwave that reaches the radial waveguide 107a and propagates in the peripheral direction of the radial waveguide 107a is reflected by the inner peripheral surface of the radial waveguide 107a, and the first standing wave is generated in the radial waveguide 107a. It is formed.
【００１３】また、スロットアンテナ１０７ｂから放射
されるマイクロ波と、そのマイクロ波がチャンバ１０１
内に生成したプラズマ生成領域によって反射されて戻っ
てくるマイクロ波との相互結合によって、天板１０５と
空気の層１２０が位置する領域に第２の定在波が形成さ
れる。The microwaves radiated from the slot antenna 107b and the microwaves are transmitted to the chamber 101.
A second standing wave is formed in the region where the top plate 105 and the air layer 120 are located by mutual coupling with the microwaves reflected and returned by the plasma generation region generated inside.
【００１４】チャンバ１０１内のプラズマ生成領域は、
上述した第１の定在波と第２の定在波との相互結合によ
って維持されることになる。このとき、第１の定在波と
第２の定在波との相互結合が比較的弱い場合には、プラ
ズマ生成領域の維持に第２の定在波の寄与が支配的にな
る傾向にある。The plasma generation region in the chamber 101 is
It is maintained by the mutual coupling of the first standing wave and the second standing wave described above. At this time, when the mutual coupling between the first standing wave and the second standing wave is relatively weak, the contribution of the second standing wave tends to be dominant in maintaining the plasma generation region. .
【００１５】一方、この第２の定在波は、チャンバ１０
１内の圧力、チャンバ内に導入されるガスの種類、ある
いは供給する電力量等のプロセス条件によって変動しや
すいという傾向がある。On the other hand, this second standing wave is generated by the chamber 10
1 tends to change depending on process conditions such as the pressure in 1, the type of gas introduced into the chamber, the amount of electric power supplied, and the like.
【００１６】ところで、図６に示すように、第１の定在
波はラジアル導波路１０７ａの内径ＰＡと給電されるマ
イクロ波のモードに依存して形成され、第２の定在波
は、天板１０５と空気の層１２０が位置する領域の内径
ＰＢとプラズマの状況に依存して形成される。By the way, as shown in FIG. 6, the first standing wave is formed depending on the inner diameter PA of the radial waveguide 107a and the mode of the microwave to be fed, and the second standing wave is the heaven. It is formed depending on the inner diameter PB of the region where the plate 105 and the air layer 120 are located and the plasma condition.
【００１７】さらに、第２の定在波の形成にはプラズマ
生成領域によって反射されて戻ってくるマイクロ波も関
与するため、プラズマ生成領域の大きさにも依存するこ
とになる。プラズマ生成領域の大きさはチャンバ１０１
の内径ＰＣに制約される。したがって、第２の定在波は
チャンバ１０１の内径ＰＣにも依存して形成されること
になる。Further, since the microwaves reflected and returned by the plasma generation region also participate in the formation of the second standing wave, it depends on the size of the plasma generation region. The size of the plasma generation region is the chamber 101.
Is restricted to the inner diameter PC of. Therefore, the second standing wave is also formed depending on the inner diameter PC of the chamber 101.
【００１８】しかしながら、従来のプラズマ処理装置で
は、ラジアル導波路１０７ａの内径ＰＡ、天板１０５と
空気の層１２０が位置する領域の内径ＰＢおよびチャン
バ１０１の内径ＰＣは任意に設定されているため、各Ｐ
Ａ、ＰＢ、ＰＣの寸法によっては、プラズマ生成領域の
維持に第２の定在波の寄与が支配的になることがある。However, in the conventional plasma processing apparatus, the inner diameter PA of the radial waveguide 107a, the inner diameter PB of the region where the ceiling plate 105 and the air layer 120 are located, and the inner diameter PC of the chamber 101 are set arbitrarily. Each P
Depending on the dimensions of A, PB, and PC, the contribution of the second standing wave may be dominant in maintaining the plasma generation region.
【００１９】上記のように、第２の定在波は、チャンバ
１０１内の圧力等のプロセス条件によって変動しやす
い。このため、プラズマ生成領域の維持にこのような不
安定な第２の定在波の寄与が支配的になると、プラズマ
生成領域を形成するための電磁界を制御することが困難
になる。As described above, the second standing wave easily changes depending on the process conditions such as the pressure in the chamber 101. Therefore, when the unstable second standing wave contributes to the maintenance of the plasma generation region, it becomes difficult to control the electromagnetic field for forming the plasma generation region.
【００２０】電磁界の制御が困難になると、チャンバ１
０１内にてプラズマ密度にばらつきが生じることにな
る。その結果、基板面内におけるプラズマ処理の程度に
ばらつきが生じ、たとえばエッチングレートや成膜レー
トにばらつきが生じるという問題が発生する。When it becomes difficult to control the electromagnetic field, the chamber 1
Within 01, the plasma density will vary. As a result, there arises a problem in that the degree of plasma treatment on the surface of the substrate varies, and, for example, the etching rate and the film forming rate vary.
【００２１】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、プラズマ生成領域を形成するための電
磁界を制御して、プラズマ密度の均一なプラズマ生成領
域が形成されるプラズマ処理装置を提供することを目的
とする。The present invention has been made to solve the above problems, and a plasma processing apparatus in which a plasma generation region having a uniform plasma density is formed by controlling an electromagnetic field for forming the plasma generation region. The purpose is to provide.
【００２２】[0022]
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、基板をプラズマ生成領域に晒して所定の処理
を施すためのプラズマ処理装置であって、チャンバーと
天板部とアンテナ部とを備えている。チャンバには基板
が収容される。天板部は、チャンバ内に導入される基板
の上方に配置され、チャンバの隔壁の一部をなす。アン
テナ部は、チャンバ内に高周波電磁界を供給することに
より、チャンバー内における天板部と基板部との間の領
域にプラズマ生成領域を形成する。そのアンテナ部は所
定の内径を有するラジアル導波路を含んでいる。チャン
バは、天板部およびアンテナ部が位置する部分では所定
の内径を有している。そのラジアル導波路の内径をＡ、
天板部およびアンテナ部が位置する部分の内径をＢ、天
板部の誘電率と天板部およびアンテナ部が位置する部分
の空間の誘電率との合成誘電率に基づく高周波電磁界の
波長をλgとすると、およそ次の式、（Ｂ−Ａ）／２＝
（λg／２）・Ｎ （Ｎは、０または自然数）を満たす
ように設定されている。なお、この関係式において、λ
g／１０程度の寸法誤差はこの関係を満たすものと解さ
れる。A plasma processing apparatus according to the present invention is a plasma processing apparatus for exposing a substrate to a plasma generation region to perform a predetermined process, and includes a chamber, a top plate section and an antenna section. I have it. A substrate is contained in the chamber. The top plate portion is arranged above the substrate introduced into the chamber and forms a part of the partition wall of the chamber. The antenna unit forms a plasma generation region in a region between the top plate unit and the substrate unit in the chamber by supplying a high frequency electromagnetic field into the chamber. The antenna part includes a radial waveguide having a predetermined inner diameter. The chamber has a predetermined inner diameter in the portion where the top plate portion and the antenna portion are located. The inner diameter of the radial waveguide is A,
Let B be the inner diameter of the portion where the top plate and the antenna are located, and the wavelength of the high frequency electromagnetic field based on the combined permittivity of the permittivity of the top and the space of the portion where the top and the antenna are located. Let λ g be approximately the following equation, (B−A) / 2 =
It is set to satisfy (λ g / 2) · N (N is 0 or a natural number). In this relational expression, λ
It is understood that a dimensional error of about g / 10 satisfies this relationship.
【００２３】この構造によれば、各内径が実質的に上記
関係を満たすように設定されていることで、ラジアル導
波路内に形成される第１の定在波と、天板部およびアン
テナ部が位置する部分に形成される第２の定在波の位相
が揃って、第１の定在波と第２の定在波との相互結合
が、従来のプラズマ処理装置の場合よりも強くなる。こ
れにより、プラズマ生成領域の形成維持に第１の定在波
の寄与が支配的となる。その結果、プラズマ生成領域の
形成維持をアンテナ部によって制御することができ、プ
ラズマ密度のばらつきが低減される。According to this structure, since the inner diameters are set so as to substantially satisfy the above relationship, the first standing wave formed in the radial waveguide and the top plate portion and the antenna portion are formed. The phase of the second standing wave formed in the portion where is located is aligned, and the mutual coupling between the first standing wave and the second standing wave becomes stronger than in the case of the conventional plasma processing apparatus. . As a result, the contribution of the first standing wave is dominant in the formation and maintenance of the plasma generation region. As a result, the formation and maintenance of the plasma generation region can be controlled by the antenna unit, and the variation in plasma density can be reduced.
【００２４】また、チャンバは、プラズマが形成される
領域に臨む部分では所定の内径を有し、そのプラズマが
形成される領域に臨む部分の内径をＣとすると、およそ
次の式、Ｃ≦Ａを満たすように設定されていることが好
ましい。なお、この関係式においても、λg／１０程度
の寸法誤差はこの関係を満たすものと解される。Further, the chamber has a predetermined inner diameter in the portion facing the region where plasma is formed, and assuming that the inner diameter of the portion facing the region where plasma is formed is C, the following equation: C≤A It is preferably set so as to satisfy the following. Also in this relational expression, it is understood that a dimensional error of about λ g / 10 satisfies this relation.
【００２５】これは、内径Ｃが内径Ａよりも大きい場合
には、チャンバ内に形成されるプラズマ生成領域がより
大きくなってしまい、このプラズマ生成領域によって天
板部の誘電率と空間の誘電率との合成誘電率の値がプラ
ズマの状況とともに変化して上記関係を満たすことがで
きなくなり、第１の定在波と第２の定在波との相互結合
を強くすることができないと考えられるからである。This is because when the inner diameter C is larger than the inner diameter A, the plasma generation region formed in the chamber becomes larger, and this plasma generation region causes the dielectric constant of the top plate and the dielectric constant of the space. It is considered that the value of the combined permittivity of and changes with the plasma condition and cannot satisfy the above relationship, so that the mutual coupling between the first standing wave and the second standing wave cannot be strengthened. Because.
【００２６】第２の定在波が形成される領域に位置する
天板部は、具体的には石英板等の誘電体を含むことが好
ましい。It is preferable that the top plate portion located in the region where the second standing wave is formed specifically contains a dielectric material such as a quartz plate.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係るプラズ
マ処理装置について説明する。図１に示すように、プラ
ズマ処理装置は、基板１５を収容して所定の処理を施す
ためのチャンバ１と、マイクロ波を発生するため高周波
電源９と、マイクロ波をプラズマ処理装置まで導くため
の導波管１９と、マイクロ波をチャンバ１内に放射する
ためのアンテナ部７とを備えている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus includes a chamber 1 for accommodating a substrate 15 and performing a predetermined process, a high frequency power source 9 for generating microwaves, and a microwave for guiding the microwaves to the plasma processing apparatus. The waveguide 19 and the antenna part 7 for radiating a microwave into the chamber 1 are provided.
【００２８】アンテナ部７は、導波管１９の下端に接続
される金属製のラジアル導波路７ａと、ラジアル導波路
７ａの下端の開口を覆う円板状のスロットアンテナ７ｂ
を備えている。スロットアンテナ７ｂの上の導波管１９
と対向する位置には、インピーダンスの調整を行うため
のバンプ８が設けられている。また、導波路７ａ内には
大気が存在する。The antenna section 7 is a metallic radial waveguide 7a connected to the lower end of the waveguide 19 and a disk-shaped slot antenna 7b that covers the opening at the lower end of the radial waveguide 7a.
Is equipped with. Waveguide 19 on the slot antenna 7b
A bump 8 for adjusting the impedance is provided at a position opposed to. Atmosphere exists in the waveguide 7a.
【００２９】スロットアンテナ７ｂは、たとえば厚さ
０．１ｍｍから数ｍｍ程度の銅板等から形成されてい
る。そのスロットアンテナ７ｂには、マイクロ波をチャ
ンバ１内に向けて放射するための複数のスロット（開口
部）が設けられている。The slot antenna 7b is formed of, for example, a copper plate having a thickness of 0.1 mm to several mm. The slot antenna 7b is provided with a plurality of slots (openings) for radiating microwaves into the chamber 1.
【００３０】チャンバ１の上部には、チャンバ１の隔壁
の一部を構成する天板５が配設されている。天板５は、
たとえば石英等から形成されている。天板５とチャンバ
１の隔壁との間には、たとえばＯリングなどのシール部
材１３が設けられている。アンテナ部７はこの天板５の
上方に間隔を隔てて配置され、アンテナ部７と天板５と
の間には空気の層２０が形成されている。On the upper part of the chamber 1, a top plate 5 which constitutes a part of the partition wall of the chamber 1 is arranged. The top plate 5 is
For example, it is made of quartz or the like. A seal member 13 such as an O-ring is provided between the top plate 5 and the partition wall of the chamber 1. The antenna part 7 is arranged above the top plate 5 with a space therebetween, and an air layer 20 is formed between the antenna part 7 and the top plate 5.
【００３１】チャンバ１内には基板１５を保持するため
のサセプタ３が設けられている。そのサセプタ３には、
バイアス用の高周波電源１１が接続されている。さら
に、チャンバ１には、チャンバ１内を排気するための真
空ポンプ（図示せず）が取り付けられている。A susceptor 3 for holding the substrate 15 is provided in the chamber 1. The susceptor 3 has
A high frequency power source 11 for bias is connected. Further, a vacuum pump (not shown) for exhausting the inside of the chamber 1 is attached to the chamber 1.
【００３２】本プラズマ処理装置では、天板５およびア
ンテナ部７が位置する領域の内径Ｂとラジアル導波路７
ａの内径Ａとの差の半分の長さが、天板５およびアンテ
ナ部７が位置する領域における大気（空気の層２０）の
誘電率と天板５の誘電率との合成誘電率に基づくマイク
ロ波の波長λgの半分の長さの０を含む自然数倍となっ
ている。すなわち、およそ次の式で表される寸法関係に
なっている。In the present plasma processing apparatus, the radial waveguide 7 and the inner diameter B of the region where the top plate 5 and the antenna portion 7 are located.
The half length of the difference between a and the inner diameter A is based on the combined permittivity of the permittivity of the atmosphere (air layer 20) and the permittivity of the top plate 5 in the region where the top plate 5 and the antenna unit 7 are located. It is a natural number multiple including 0, which is half the wavelength λ g of the microwave. That is, the dimensional relationship is approximately expressed by the following equation.
【００３３】（Ｂ−Ａ）／２＝（λg／２）・Ｎ
（Ｎ：０または自然数）
さらに、チャンバ１の内径Ｃはラジアル導波路７ａの内
径Ａより短く設定されているか、後述するように内径Ｃ
は内径Ａと同じである。なお、Ｎが０の場合は、内径Ａ
と内径Ｂとが実質的に等しい場合である。また、上記寸
法関係の式において、λg／１０程度の寸法誤差は、こ
の関係を満たすものと解される。(BA) / 2 = (λ g / 2) · N
(N: 0 or a natural number) Furthermore, the inner diameter C of the chamber 1 is set shorter than the inner diameter A of the radial waveguide 7a, or the inner diameter C is set as described later.
Is the same as the inner diameter A. In addition, when N is 0, the inner diameter A
And the inner diameter B are substantially equal. Further, in the above dimensional relational expression, a dimensional error of about λ g / 10 is understood to satisfy this relation.
【００３４】次に、上述したプラズマ処理装置の動作に
ついて説明する。まず、真空ポンプによりチャンバ１内
が排気されて、所定の圧力範囲のもとでプラズマを生成
するためのガスとして、たとえばアルゴンガスがチャン
バ１内に導入される。Next, the operation of the above plasma processing apparatus will be described. First, the inside of the chamber 1 is evacuated by a vacuum pump, and, for example, argon gas is introduced into the chamber 1 as a gas for generating plasma under a predetermined pressure range.
【００３５】高周波電源９によりマイクロ波として、円
偏波のＴＥ１１モードのマイクロ波が発生する。図２に
示すように、ＴＥ１１モードのマイクロ波は、導波管１
９に設けられた円偏波変換器（図示せず）によって、導
波管１９の軸線の回りに矢印Ｙに示す方向に回転させら
れるマイクロ波２１として導波管１９を伝わって、ラジ
アル導波路７ａに到達する。Circularly polarized TE11 mode microwaves are generated by the high frequency power source 9 as microwaves. As shown in FIG. 2, the TE11 mode microwave is transmitted through the waveguide 1
A circular polarization converter (not shown) provided at 9 propagates through the waveguide 19 as a microwave 21 which is rotated around the axis of the waveguide 19 in a direction indicated by an arrow Y, and a radial waveguide Reach 7a.
【００３６】ラジアル導波路７ａに到達したマイクロ波
は、ラジアル導波路７ａの周縁方向へ伝播する。周縁方
向へ伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ７ｂを介
してチャンバ１内に電磁界を発生させる。The microwave reaching the radial waveguide 7a propagates in the peripheral direction of the radial waveguide 7a. The microwave propagating in the peripheral direction generates an electromagnetic field in the chamber 1 via the slot antenna 7b.
【００３７】チャンバ１内に発生した電磁界によってア
ルゴンガスがイオン化し、基板１５と天板５との間にプ
ラズマ生成領域が形成されてプロセスガスが解離され、
基板１５に対して所定のプラズマ処理が行なわれる。The electromagnetic field generated in the chamber 1 ionizes the argon gas, a plasma generation region is formed between the substrate 15 and the top plate 5, and the process gas is dissociated.
Predetermined plasma processing is performed on substrate 15.
【００３８】このとき、図３に示すように、ラジアル導
波路７ａの周縁方向へ伝播するマイクロ波がラジアル導
波路７ａの内周面によって反射されて、ラジアル導波路
７ａ内には第１の定在波Ｓ１が形成される。At this time, as shown in FIG. 3, the microwave propagating in the peripheral direction of the radial waveguide 7a is reflected by the inner peripheral surface of the radial waveguide 7a, and a first constant wave is formed in the radial waveguide 7a. A standing wave S1 is formed.
【００３９】また、スロットアンテナ７ｂから放射され
るマイクロ波と、そのマイクロ波がチャンバ１内に生成
したプラズマ生成領域１７によって反射されて戻ってく
るマイクロ波との相互結合によって、天板５およびアン
テナ部７が位置する領域に第２の定在波Ｓ２が形成され
る。Further, the microwave radiated from the slot antenna 7b and the microwave reflected by the plasma generation region 17 generated in the chamber 1 and returned to each other are mutually coupled, whereby the top plate 5 and the antenna. The second standing wave S2 is formed in the region where the portion 7 is located.
【００４０】このプラズマ処理装置では、上述した内径
Ａ、内径Ｂおよびマイクロ波の波長が上記関係式を満足
することで、天板５およびアンテナ部７が位置する領域
における内径Ｂと内径Ａとの差の半分の長さに対応する
部分Ｌでは、第２の定在波Ｓ２において、実質的に波長
λｇ／２の自然数Ｎ倍または０倍の定在波が形成される
ことになる。なお、図３では、簡単のためにＮを１とし
て、波長λｇ／２の定在波が形成されている。In this plasma processing apparatus, the inside diameter A, the inside diameter B, and the wavelength of the microwave satisfy the above relational expressions, so that the inside diameter B and the inside diameter A in the region where the top plate 5 and the antenna portion 7 are located. In the portion L corresponding to the half length of the difference, in the second standing wave S2, a standing wave having a natural number N times or 0 times the wavelength λg / 2 is substantially formed. In FIG. 3, for simplicity, N is set to 1 and a standing wave of wavelength λg / 2 is formed.
【００４１】しかも、チャンバ１の内径Ｃがラジアル導
波路７ａの内径Ａと実質的に同じかそれよりも短いこと
で、チャンバ１内に形成維持されるプラズマ生成領域１
７によって、天板５と空気の層２０が位置する領域にお
ける大気の誘電率と天板５の誘電率との合成誘電率の値
が影響を受けることはほとんどないものと考えられる。Moreover, since the inner diameter C of the chamber 1 is substantially the same as or shorter than the inner diameter A of the radial waveguide 7a, the plasma generating region 1 formed and maintained in the chamber 1 is maintained.
It is considered that the value of the composite permittivity of the permittivity of the atmosphere and the permittivity of the top plate 5 in the region where the top plate 5 and the air layer 20 are located is hardly affected by 7.
【００４２】このことによって、図３に示すように、天
板５と空気の層２０が位置する領域において中心から長
さＡ／２の位置Ｐ１では、第２の定在波Ｓ２の節が位置
することになるとともに、中心から長さＢ／２の位置Ｐ
２においても節が位置することになる。As a result, as shown in FIG. 3, the node of the second standing wave S2 is located at the position P1 having a length A / 2 from the center in the region where the top plate 5 and the air layer 20 are located. And the position P of the length B / 2 from the center
The node is also located in 2.
【００４３】一方、ラジアル導波路７ａ内の中心から長
さＡ／２の位置Ｐ３においては、第１の定在波Ｓ１の節
が位置することになる。On the other hand, at the position P3 of the length A / 2 from the center in the radial waveguide 7a, the node of the first standing wave S1 is located.
【００４４】これにより、定在波Ｓ１と定在波Ｓ２の位
相のずれがなくなって両定在波Ｓ１、Ｓ２の位相が揃う
ことになる。その結果、定在波Ｓ１と定在波Ｓ２の相互
結合が、従来のプラズマ処理装置の場合に比べてより強
くなる。定在波Ｓ１と定在波Ｓ２の相互結合が強くなる
ことで、チャンバ１内にプラズマ生成領域１７を形成維
持するのに定在波Ｓ１の寄与が支配的になる。As a result, there is no phase shift between the standing wave S1 and the standing wave S2, and the phases of the two standing waves S1 and S2 are aligned. As a result, the mutual coupling between the standing wave S1 and the standing wave S2 becomes stronger than in the case of the conventional plasma processing apparatus. As the mutual coupling between the standing wave S1 and the standing wave S2 becomes stronger, the contribution of the standing wave S1 becomes dominant in forming and maintaining the plasma generation region 17 in the chamber 1.
【００４５】ところで、ＴＥ１１モードのマイクロ波
は、導波管１９の軸線の回りに回転させられるマイクロ
波２１として導波管１９を伝わって、ラジアル導波路７
ａに到達するため、図４に示すように、定在波Ｓ１はラ
ジアル導波路７ａ内において、矢印Ｙに示す方向に回転
している。これによって、ラジアル導波路７ａ内では、
定在波Ｓ１の節と腹とが略同心円状に位置することにな
る。By the way, the TE11 mode microwave propagates through the waveguide 19 as a microwave 21 which is rotated around the axis of the waveguide 19 and is transmitted to the radial waveguide 7.
In order to reach a, the standing wave S1 is rotating in the radial waveguide 7a in the direction indicated by the arrow Y, as shown in FIG. As a result, in the radial waveguide 7a,
The node of the standing wave S1 and the antinode are located substantially concentrically.
【００４６】したがって、プラズマ生成領域１７を形成
維持するのを支配する定在波Ｓ１において節と腹とが略
同心円状に位置することによって、チャンバ１内には略
同心円状のプラズマ密度分布を有するプラズマ生成領域
１７が形成維持されることになる。Therefore, since the nodes and antinodes are located in substantially concentric circles in the standing wave S1 that controls formation and maintenance of the plasma generation region 17, the plasma having a substantially concentric plasma density distribution in the chamber 1 is formed. The generation area 17 is formed and maintained.
【００４７】すなわち、プラズマ生成領域１７を形成維
持するのにアンテナ部７のラジアル導波路７ａ内に形成
される定在波Ｓ１の寄与が支配的になることで、プラズ
マ生成領域１７を形成維持するための電磁界をアンテナ
部７によって制御することができることになる。That is, the contribution of the standing wave S1 formed in the radial waveguide 7a of the antenna section 7 to the formation and maintenance of the plasma generation region 17 becomes dominant, so that the plasma generation region 17 is maintained. Therefore, the electromagnetic field can be controlled by the antenna unit 7.
【００４８】これにより、従来のプラズマ処理装置の場
合のように、不安定な定在波Ｓ２によって支配されるプ
ラズマ生成領域に比べて、プラズマ生成領域１７におけ
るプラズマ密度分布のばらつきが低減される。As a result, as in the case of the conventional plasma processing apparatus, the variation in the plasma density distribution in the plasma generation region 17 is reduced as compared with the plasma generation region dominated by the unstable standing wave S2.
【００４９】その結果、基板１５面内におけるプラズマ
処理の程度のばらつきが低減されて、エッチングレート
や成長レート等の基板１５面内の均一性をより向上する
ことができる。As a result, the variation in the degree of plasma processing within the surface of the substrate 15 is reduced, and the uniformity within the surface of the substrate 15 such as the etching rate and the growth rate can be further improved.
【００５０】なお、上述したプラズマ処理装置では、チ
ャンバ１の内径Ｃがラジアル導波路７ａの内径Ａよりも
短い場合を例に挙げて説明したが、図５に示すように、
内径Ｃが内径Ａと実質的に同じ長さを有するプラズマ処
理装置であってもよい。In the plasma processing apparatus described above, the case where the inner diameter C of the chamber 1 is shorter than the inner diameter A of the radial waveguide 7a has been described as an example, but as shown in FIG.
The plasma processing apparatus may have an inner diameter C substantially the same as the inner diameter A.
【００５１】このようなプラズマ処理装置の場合におい
ても、チャンバ１内に形成維持されるプラズマ生成領域
１７によって、天板５およびアンテナ部７が位置する領
域における合成誘電率の値の変化はほとんどないものと
考えられるため、定在波Ｓ１（アンテナ部７）によって
プラズマ生成領域１７を制御することができる。Even in the case of such a plasma processing apparatus, there is almost no change in the value of the combined dielectric constant in the region where the top plate 5 and the antenna portion 7 are located due to the plasma generation region 17 formed and maintained in the chamber 1. Since it is considered that the plasma generation region 17 can be controlled by the standing wave S1 (antenna unit 7).
【００５２】なお、チャンバ１の内径Ｃがラジアル導波
路７ａの内径Ａよりも長くなる場合には、チャンバ１内
に形成維持されるプラズマ生成領域１７がより大きくな
る（たとえば、図６を参照）。When the inner diameter C of the chamber 1 is longer than the inner diameter A of the radial waveguide 7a, the plasma generation region 17 formed and maintained in the chamber 1 becomes larger (for example, see FIG. 6). .
【００５３】この場合には、プラズマ生成領域のプラズ
マの状態によって、天板５とアンテナ部７が位置する領
域における合成誘電率の値が変化すると考えられる。合
成誘電率の値が変化することで、波長λｇの値が変わり
上記関係式が満たされなくなり、定在波Ｓ１と定在波Ｓ
２の相互結合を強くすることができなくなる。その結
果、定在波Ｓ１（アンテナ部）によってプラズマ生成領
域１７の形成維持を制御することが困難になる。In this case, it is considered that the value of the combined permittivity in the region where the top plate 5 and the antenna unit 7 are located changes depending on the plasma state in the plasma generation region. As the value of the composite permittivity changes, the value of the wavelength λg changes and the above relational expression is no longer satisfied, and the standing wave S1 and the standing wave S
It becomes impossible to strengthen the mutual coupling of two. As a result, it becomes difficult to control the formation and maintenance of the plasma generation region 17 by the standing wave S1 (antenna portion).
【００５４】したがって、本プラズマ処理装置では、上
記関係式を満足するとともに、チャンバ１の内径Ｃはラ
ジアル導波路７ａの内径Ａと実質的に同じ長さかそれよ
りも短く設定されていることで、プラズマ生成領域１７
をアンテナ部７によって制御することができ、プラズマ
密度のばらつきが低減されて基板１５面内におけるプラ
ズマ処理の均一性をより向上することができる。Therefore, in the present plasma processing apparatus, the inner diameter C of the chamber 1 is set to be substantially the same as or shorter than the inner diameter A of the radial waveguide 7a while satisfying the above relational expression. Plasma generation region 17
Can be controlled by the antenna unit 7, the variation in plasma density can be reduced, and the uniformity of plasma processing within the surface of the substrate 15 can be further improved.
【００５５】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって、制限的なものではないと考えられるべき
である。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲
によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範
囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The present invention is shown not by the above description but by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.
【００５６】[0056]
【発明の効果】本発明に係るプラズマ処理装置によれ
ば、各内径がおよそ（Ｂ−Ａ）／２＝（λg／２）・Ｎ
（Ｎは、０または自然数）という関係を満たすように
設定されていることで、ラジアル導波路内に形成される
第１の定在波と、天板部およびアンテナ部が位置する部
分に形成される第２の定在波の位相が揃って、第１の定
在波と第２の定在波との相互結合が、従来のプラズマ処
理装置の場合よりも強くなる。これにより、プラズマ生
成領域の形成維持に第１の定在波の寄与が支配的とな
る。その結果、プラズマ生成領域の形成維持をアンテナ
部によって制御することができ、プラズマ密度のばらつ
きが低減される。なお、この関係式において、λg／１
０程度の寸法誤差はこの関係を満たすものと解される。According to the plasma processing apparatus of the present invention, each inner diameter is about (BA) / 2 = (λ g / 2) · N.
(N is 0 or a natural number) is set so that the first standing wave formed in the radial waveguide and the portion where the top plate portion and the antenna portion are located are formed. The second standing wave is aligned in phase, and the mutual coupling between the first standing wave and the second standing wave is stronger than in the case of the conventional plasma processing apparatus. As a result, the contribution of the first standing wave is dominant in the formation and maintenance of the plasma generation region. As a result, the formation and maintenance of the plasma generation region can be controlled by the antenna unit, and the variation in plasma density can be reduced. In this relational expression, λ g / 1
It is understood that a dimensional error of about 0 satisfies this relationship.
【００５７】また、チャンバは、プラズマが形成される
領域に臨む部分では所定の内径を有し、そのプラズマが
形成される領域に臨む部分の内径をＣとすると、およそ
次の式、Ｃ≦Ａを満たすように設定されていることが好
ましく、これは、内径Ｃが内径Ａよりも大きい場合に
は、チャンバ内に形成されるプラズマ生成領域がより大
きくなってしまい、このプラズマ生成領域によって天板
部の誘電率と空間の誘電率との合成誘電率の値がプラズ
マの状況とともに変化して上記関係を満たすことができ
なくなり、第１の定在波と第２の定在波との相互結合を
強くすることができないと考えられるからである。な
お、この関係式においても、λg／１０程度の寸法誤差
はこの関係を満たすものと解される。Further, the chamber has a predetermined inner diameter in the portion facing the region where plasma is formed, and assuming that the inner diameter of the portion facing the region where plasma is formed is C, the following equation, C≤A It is preferable that the inner diameter C is larger than the inner diameter A, the plasma generation region formed in the chamber becomes larger, and the plasma generation region causes the top plate to be larger. The value of the combined permittivity of the permittivity of the part and the permittivity of the space changes with the situation of the plasma and the above relationship cannot be satisfied, and the mutual coupling between the first standing wave and the second standing wave is achieved. It is thought that it is impossible to strengthen. Also in this relational expression, it is understood that a dimensional error of about λ g / 10 satisfies this relation.
【００５８】第２の定在波が形成される領域に位置する
天板部は、具体的には石英板等の誘電体を含むことが好
ましい。It is preferable that the top plate portion located in the region where the second standing wave is formed specifically contains a dielectric material such as a quartz plate.
【図１】 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置
の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】 同実施の形態において、プラズマ処理装置の
動作を説明するためのマイクロ波の回転を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing the rotation of microwaves for explaining the operation of the plasma processing apparatus in the embodiment.
【図３】 同実施の形態において、プラズマ処理装置の
動作を説明するための定在波の様子を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state of a standing wave for explaining the operation of the plasma processing apparatus in the same embodiment.
【図４】 同実施の形態において、プラズマ処理装置の
動作を説明するためのラジアル導波路内において回転す
る定在波を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a standing wave rotating in a radial waveguide for explaining the operation of the plasma processing apparatus in the embodiment.
【図５】 同実施の形態において、変形例に係るプラズ
マ処理装置の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to a modification of the embodiment.
【図６】 従来のプラズマ処理装置の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a conventional plasma processing apparatus.
１ チャンバ、３ サセプタ、５ 天板、７ アンテナ
部、７ａ ラジアル導波路、７ｂ スロットアンテナ、
８ バンプ、９，１１ 高周波電源、１３ Ｏリング、
１５ 基板、１７ プラズマ生成領域、１９ 導波管、
２１ マイクロ波、Ｓ１，Ｓ２ 定在波。1 chamber, 3 susceptor, 5 top plate, 7 antenna section, 7a radial waveguide, 7b slot antenna,
8 bumps, 9 and 11 high frequency power supply, 13 O ring,
15 substrate, 17 plasma generation region, 19 waveguide,
21 Microwave, S1, S2 standing wave.
Claims (3)
処理を施すためのプラズマ処理装置であって、 基板を収容するためのチャンバと、 前記チャンバ内に導入される基板の上方に配置され、前
記チャンバの隔壁の一部をなす天板部と、 前記チャンバ内に高周波電磁界を供給することにより、
前記チャンバ内における前記天板部と前記基板部との間
の領域にプラズマ生成領域を形成するためのアンテナ部
とを備え、 前記アンテナ部は所定の内径を有するラジアル導波路を
含み、 前記チャンバは、前記天板部および前記アンテナ部が位
置する部分では所定の内径を有し、 前記ラジアル導波路の内径をＡ、前記天板部および前記
アンテナ部が位置する部分の内径をＢ、前記天板部の誘
電率と前記天板部および前記アンテナ部が位置する部分
の空間の誘電率との合成誘電率に基づく高周波電磁界の
波長をλgとすると、およそ次の式、 （Ｂ−Ａ）／２＝（λg／２）・Ｎ （Ｎは、０または
自然数） を満たすように設定された、プラズマ処理装置。1. A plasma processing apparatus for exposing a substrate to a plasma generation region and performing a predetermined process, comprising: a chamber for accommodating the substrate; and a chamber disposed above the substrate introduced into the chamber. By supplying a high-frequency electromagnetic field into the chamber, with a top plate portion forming a part of the partition wall of the chamber,
An antenna part for forming a plasma generation region in a region between the top plate part and the substrate part in the chamber is provided, the antenna part includes a radial waveguide having a predetermined inner diameter, and the chamber is A portion having the top plate portion and the antenna portion located therein has a predetermined inner diameter, an inner diameter of the radial waveguide is A, an inner diameter portion of the top plate portion and the antenna portion is B, and the top plate is If the wavelength of the high-frequency electromagnetic field based on the combined permittivity of the permittivity of a part and the permittivity of the space in which the top plate part and the antenna part are located is λ g , the following formula (BA) is obtained. The plasma processing apparatus, which is set to satisfy / 2 = (λ g / 2) · N (N is 0 or a natural number).
される領域に臨む部分では所定の内径を有し、 前記プラズマが形成される領域に臨む部分の内径をＣと
すると、およそ次の式、 Ｃ≦Ａ を満たすように設定された、請求項１記載のプラズマ処
理装置。2. The chamber has a predetermined inner diameter in a portion facing the region where the plasma is formed, and when the inner diameter of the portion facing the region where the plasma is formed is C, the following formula is given: The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is set to satisfy ≦ A 2.
たは２に記載のプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the top plate portion includes a dielectric material.
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