JP2004186303A - Plasma processing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,マイクロ波を利用したプラズマ処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から,処理容器内にプラズマを発生させて処理容器内の基板に対してエッチング,アッシング,成膜等の処理を施す技術が数多く開示され,さらに電極を不要とし,しかも高密度のプラズマを得ることができる,RF(ラジオ高周波)よりも高い周波数のマイクロ波を用いてプラズマを発生させてこれらの処理を行う,マイクロ波プラズマ処理装置も提案されている。かかる場合,従来は,処理容器の上部に石英ガラスの封止体を設け,さらにその上方にエアギャップを介して誘電体からなる誘電体線路を配置し,この誘電体線路の側面に設けた矩形の入射ポートに対してたとえば2.45GHzのマイクロ波を供給し,それによって処理容器内にプラズマを発生させるようにしていた(例えば,特許文献1参照。)。
また前記封止体の上方に誘電体を配置すると共に,その下面にスロットアンテナと呼ばれる,スロットや穴が多数形成された金属板を設け,マイクロ波を前記誘電体の上方に供給し,前記スロットや穴からリークさせたマイクロ波によって処理容器内にプラズマを発生する方法も提案されている(例えば,特許文献2参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−329789号公報
【特許文献2】
国際公開WO−01−76329号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,前記従来の技術では,誘電体線路の側面一方向からマイクロ波が供給されているため,誘電体線路内のマイクロ波の伝搬,進行に伴ってパワーが減衰し,その結果処理容器内に発生するプラズマの密度が,径方向において漸次異なるおそれがあった。そのため処理の均一性に問題があり,またそれを是正するための手法が困難であった。
またスロットアンテナを配置する方法では,プラズマの発生による温度上昇に伴ってスロットアンテナ自体の電気的な特性が変化し,プラズマ密度やプラズマの均一性が影響を受けるおそれがあった。
【0005】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり,マイクロ波の供給によってプラズマを発生させてプラズマ処理する際に,プラズマ密度の均一性を向上させたり,所望の領域でのプラズマ密度を変更することができ,しかもプラズマの発生による温度上昇があっても,安定したプロセスを実現することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため,本発明は,マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって,処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって,処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体と,マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる,たとえば円筒導波管や同軸導波管などの導波管と,前記誘電体内に設けられかつその周縁部が前記誘電体に覆われた,誘電体内を伝搬するマイクロ波を周辺方向に拡散させる拡散板とを有している。
【0007】
本発明によれば,誘電体の上側に供給されたマイクロ波は,誘電体内の拡散板によって周辺方向へと拡散され,さらに誘電体の端部から拡散板の下側へと伝搬する。そして拡散板下側の誘電体から放出され,処理容器内の基板の上方でプラズマが発生する。このとき処理容器内の誘電体の周縁部から放出され始めていくため,中心部にいくほどパワーは減衰するが,全体としてみたとき,単位面積あたりの放出量は領域によって差が無く,その結果均一な密度のプラズマが処理容器内に形成される。しかも従来のようにスロットアンテナを持たないため,発生したプラズマによって誘電体の温度が上昇しても,安定したプロセスを実施できる。
【0008】
前記誘電体において,拡散板の上部は誘電体に覆われていなくともよい。すなわち大気側に通じていてもよい。したがって,前記拡散板は,前記誘電体の上面に設けられかつその周縁部が前記誘電体の周縁部よりも内側に位置して,前記マイクロ波を周辺方向に拡散させるものであってもよい。
【0009】
これらの場合,前記誘電体の下面であって,かつ前記処理容器内のプラズマが発生している空間に面した部分に,誘電体材料からなる凸部が形成されていてもよい。かかる凸部との境界部では,マイクロ波の放出が他よりも大きく,その結果,凸部近傍のプラズマ密度を高くすることができる。したがって,凸部の数,形態,配置を適宜選択することで,目的に応じた密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。
【0010】
拡散板自体の形状は,誘電体と相似形のものが適しており,またその材質は,導電性を有するものが適しており,たとえば金属,より具体的に言えば,たとえばAl,Cuを用いることができる。
【0011】
本発明によれば,処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と,外管と内側導体を有する同軸型の導波管と,前記内側導体に電気的に導通し,かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成し導電性を持ったバンプとを有し,このバンプの底面を前記誘電体の下面に露出し,前記誘電体の下面であって,かつ前記バンプ底面の外周の前記処理容器内のプラズマが発生している空間に面した部分には,誘電体材料からなる凸部が形成されているプラズマ処理装置が提供される。
かかる場合には,バンプの底面からはマイクロ波の放出が起こらず,前記凸部近傍からの放出特性と組み合わせて,所望の密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。
【0012】
また誘電体の下面中央部分に,前記誘電体の平面形態よりも小さい形状の平面形態を持った導電性を有する円偏波アンテナ部材,たとえばパッチアンテナを設け,この円偏波アンテナ部材を前記同軸型導波管の内側導体に電気的に接続し,この円偏波アンテナ部材の周囲でかつ誘電体上に前記凸部を形成してもよい。かかる場合には,円偏波アンテナ部材の下方では,マイクロ波の放出が起こらず,前記凸部からの放出特性と組み合わせて,所望の密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。
【0013】
前記凸部自体は,前記誘電体と同じ材質であってもよい。また複数設けられていてもよい。前記凸部の平面形態としては,たとえば前記誘電体と同心円状の環状としたり,少なくとも一部が円弧形状をもった形態とすることが提案できる。
【0014】
また本発明によれば,マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって,処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって,処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と,マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる,外管と内側導体を有する同軸型の導波管と,前記内側導体に電気的に導通し,かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成する導電性を持ったバンプと,を有し,前記バンプの底面は前記誘電体の下面に露出し,前記誘電体の下面は,周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に厚くなるテーパ形状であることを特徴とする,プラズマ処理装置が提供される。
【0015】
このように,誘電体の下面を,周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に厚くなるテーパ形状とすることで,誘電体下面からのマイクロ波の放出をコントロールして,周辺部の方をより強く,中心部に向かうほど次第に弱く放出させることができる。これによって,基板の周辺部側のプラズマ密度を濃くし,中心部側の密度を薄くさせることが可能になる。
【0016】
またテーパを逆にして,前記誘電体の下面を,周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に薄くなるテーパ形状とすれば,周辺部の方をより弱く,逆に中心部に向かうほど次第に強くして基板の周辺部側のプラズマ密度を薄く,中心部側の密度を濃くさせることが可能になる。
さらに同様に,誘電体の下面であって,バンプ底面の外周の処理容器内に面した部分に,誘電体材料からなる凸部を形成してもよい。
【0017】
また本発明によれば,マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって,処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって,処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と,マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる導波管と,前記誘電体とは誘電率が異なった材質,たとえば,前記誘電体よりも誘電率が大きい材質で構成され,かつ前記誘電体を貫通して,その下面が前記誘電体よりも下方に突出している誘電体アンテナ部材を有するプラズマ処理装置が提供される。
【0018】
かかる構成のプラズマ処理装置によれば,誘電体アンテナ部材の突出した部分を通じてマイクロ波を処理容器内の処理空間に放出して,プラズマを発生させることができる。したがってその大きさ,配置,数を適宜選択することで,プラズマ密度の均一性を改善したり,所望の密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。しかもプラズマによる温度上昇があっても,特性が変化しない。なお前記上部開口部を気密に覆う誘電体を,導電性を有する材料で構成しても構わない。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下,本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は,本実施の形態にかかるプラズマ処理装置1の縦断面の様子を示しており,このプラズマ処理装置1は例えばアルミニウムからなる,上部が開口した有底円筒状の処理容器2を備えている。なお前記処理容器2は接地されている。この処理容器2の底部には,基板として例えば半導体ウエハ(以下ウエハという)Wを載置するためのサセプタ3が設けられている。このサセプタ3は例えばアルミニウムからなり,処理容器2外部に設けられた交流電源4から,バイアス用の高周波が供給されるようになっている。
【0020】
処理容器2の底部には,真空ポンプなどの排気装置11によって処理容器2内の雰囲気を排気するための排気管12が設けられている。また処理容器2の側壁には,処理ガス供給源13からの処理ガスを供給するための供給管14が設けられている。
【0021】
処理容器2の上部開口には,気密性を確保するためのOリングなどのシール材21を介して,本発明の誘電体としての石英ガラス板22が設けられている。これによって,処理容器2内に,処理空間Sが形成される。石英ガラス板22は平面形態が円形であり,その内部には,たとえばAl,Cuなどの金属からなる,円盤状の拡散板23が設けられている。この拡散板23は,その上下面,周縁部がすべて誘電体としての石英ガラスで覆われ,サセプタ3と対向するように配置されている。石英ガラス板22に代えて,他の誘電体材料,たとえばセラミックスからなる板材を使用してもよい。
【0022】
石英ガラス板22内における拡散板23の上面側には,導電性を有する材質,たとえば金属によって構成された円錐形の一部を構成する形状のバンプ24が配置されている。このバンプ24は,内側導体25aと外管25bとによって構成される同軸導波管25の当該内側導体25aと電気的に導通している。同軸導波管25は,マイクロ波供給装置26で発生させた,たとえば2.45GHzのマイクロ波を,前記石英ガラス板22の上方中央部分に伝搬させるようになっている。なお導波管25と石英ガラス板22の接続部は,導波管カバー27で覆われている。
【0023】
石英ガラス板22の底面であって,かつ処理容器2内の処理空間Sに面した部分には,凸部31,32が形成されている。この凸部31,32は,図2に示したように,円形の石英ガラス板22の中心Pを中心とした同心円状の環状形態を有し,その材質は石英ガラスからなっている。
【0024】
なおそのような環状形態の凸部31,32に代えて,図3に示したような,円弧状形態を有する凸部33a〜33d,34a〜34dを用いてもよい。これら円弧状の凸部は,図3の例では,凸部33,34とも各々空隙d1,d2を介して均等に四分割した円弧形状の凸部33a〜33d,34a〜34dであるが,分割数,空隙d1,d2の大きさは任意に選択できる。
【0025】
本実施の形態にかかるプラズマ処理装置1は,以上の構成を有しており,プラズマ処理する際には,処理容器2内のサセプタ3上にウエハWを載置し,供給管14から所定の処理ガスを処理容器22内に供給しつつ,排気管12から排気することで,処理空間S内を所定の圧力にする。そして交流電源4によってウエハWにバイアス高周波を印加すると共に,マイクロ波供給装置26によってマイクロ波を発生させて,これを同軸導波管25によって石英ガラス板22の上部中心に伝搬させると,処理空間Sにおいてプラズマが発生して,ウエハWに対して所定のプラズマ処理が実施できる。
【0026】
より詳述すると,図4に示したように,石英ガラス板22の上部中心に伝搬したマイクロ波は,バンプ24によって径方向に均等に伝搬し,進行波となって拡散板23によって周縁部へと進行する。そして拡散板23の周縁部外方から拡散板23の下側へと潜り込んでさらに進行し,石英ガラス板22の下面側で放出され,ウエハWの上方の処理空間で処理ガスをプラズマ化させる。
【0027】
このとき拡散板23の下側へと進行した進行波は,石英ガラス板22の周縁部から中心方向に向かって進行する際に,徐々に下面側から放出され,進行に伴って次第にそのエネルギが減衰していく。したがって周縁部の方が放出電磁界のエネルギーは大きいが,中心部に近いほど放出面積が小さいので石英ガラス板22の下面全体としてみれば,単位面積あたりほぼ均一エネルギが放出され,その結果発生したプラズマの密度は,図4におけるプラズマ密度の高低曲線D1で示したように,処理空間Sにおいてほぼ均一にものとなっている。図中,CはウエハWのセンター部分,Eは同じくエッジ部分を示している。
【0028】
しかも本実施の形態では,従来のようなスロットアンテナのように金属板に形成したスロット,穴からリークさせるという構成を有していないので,プラズマの発生によって誘電体としての石英ガラス板22の温度が上昇しても,電気的特性が変化せず,安定したプロセスを実施することが可能である。
【0029】
ところで,装置の特性などによって,結果として得られたウエハW上の処理が均一に行われない場合がある。このときには,たとえばウエハWの周縁部や中心部のプラズマ密度を高くしたり,あるいは逆に低くしたりする必要がある。本実施の形態によれば,石英ガラス板22の下面に,凸部31,32を設けたので,これら凸部31,32近傍からの放出は,他の部分よりも活発である。したがって,図4の高低曲線D2に示したように,その分これら凸部31,32近傍のプラズマ密度を他の領域よりも高くすることが可能である。これによって,処理空間のプラズマ密度の補正,制御が可能になるのである。
【0030】
なお図1に示したプラズマ処理装置1では,導波管として同軸導波管25を使用したが,これに限らず各種の導波管を使用することができる。また処理容器2上部開口を気密に覆う誘電体として,石英ガラス板22を使用したが,もちろんこれに限らずセラミックスなど,マイクロ波の透過性を有する種々の誘電体材料を使用することができる。
【0031】
前記実施の形態では,拡散板23の上下面,周縁部がすべて誘電体としての石英ガラスで覆われていて,いわば拡散板23が石英ガラス板22の中に密閉された構成を有していたが,これに代えて図5に示した第2の実施の形態のように,拡散板23が石英ガラス板22の上面に設けられ,拡散板23の上面が,導波管カバー27内,すなわち大気側に開放していても良い(以下の第2の実施の形態以降の各実施の形態についても同様)。
【0032】
すなわち図5に示した例では,拡散板23は石英ガラス板22の上面に設けられ,拡散板23の周縁部は,石英ガラス板22の周縁部よりも内側に位置する大きさ,形状を有している。かかる例によっても,石英ガラス板22の上部中心に伝搬したマイクロ波は,バンプ24によって径方向に均等に伝搬し,進行波となって拡散板23によって周縁部へと進行する。そして拡散板23の周縁部上方から拡散板23の下側へと潜り込んでさらに進行し,石英ガラス板22の下面側で放出され,ウエハWの上方の処理空間で処理ガスをプラズマ化させることが可能である。
【0033】
さらに他の実施の形態について説明する。図6に示した第3の実施の形態では,誘電体としての石英ガラス板22内に拡散板23を設けず,バンプ24の底面を石英ガラス板22の底面側に露出させた構造を有している。なお処理容器2をはじめとする他の構成は,図1に示した第1の実施の形態にかかるプラズマ処理装置1と同様である
【0034】
かかる第3の実施の形態によれば,石英ガラス板22の底面中心には,同軸導波管25の内側導体25aと電気的に導通したバンプ24の底面が位置しているので,石英ガラス板22の底面中心部分でのマイクロ波の放出は起こらず,逆に既述したように,凸部31,32近傍からの放出が他の領域よりも活発となる。その結果,図6のプラズマ密度の高低曲線D3に示したように,前記した図4のプラズマ密度の高低曲線D2よりもさらに中心部分で密度の低い,プラズマ特性を得ることが可能である。なお露出したバンプ24の底面をエッチング等から保護するために,たとえばシリコン等で覆うようにしてもよい。あるいは,バンプ24を金属シリコンで構成してもよい。
【0035】
前記第3の実施の形態における凸部31,32を設けず,石英ガラス板22の下面の形状をテーパ形状として,石英ガラス板22からのマイクロ波の放出エネルギーをコントロールしてもよい。
【0036】
図7に示した第4の実施の形態は,誘電体としての石英ガラス板22の下面を,周縁部から中心部に向かうにつれて石英ガラス板22厚さが次第に厚くなるテーパ形状としたものである。かかる構成の例によれば,石英ガラス板22の下面からのマイクロ波の放出エネルギをコントロールして,周辺部の方をより強く,中心部に向かうほど次第に弱く放出させることができる。これによって,図7のプラズマ密度の高低曲線D4に示したように,基板の周辺部側のプラズマ密度を薄くし,中心部側の密度を濃くさせることが可能になる。
【0037】
また図8に示した第5の実施の形態のように,テーパを逆にして,石英ガラス板22前記誘電体の下面を,周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に薄くなるテーパ形状とすれば,図8のプラズマ密度の高低曲線D5に示したように,周辺部の方をより弱く,逆に中心部に向かうほど次第に強くして基板の周辺部側のプラズマ密度を薄く,中心部側の密度を濃くさせることが可能になる。
【0038】
次に第6の実施の形態について説明する。図9に示した例は,図6に示したバンプ24の底面に,さらに導電性を有する円盤状の円偏波アンテナ部材41を取り付けた構造を有している。かかる第3の実施の形態によれば,図9のプラズマ密度の高低曲線D6に示したように,前記した図6のプラズマ密度の高低曲線D3よりも,中心部分の密度の低い領域が,さらに広がったプラズマ密度特性を得ることができる。円偏波アンテナ部材としては,方形あるいは楕円形のパッチアンテナ,あるいは2点給電方式の円形パッチアンテナを用いることができる。
【0039】
次に第7の実施の形態について説明する。図10に示した例は,石英ガラス板22を貫通する4本の円柱状の誘電体アンテナ部材51を同一円周上に等間隔で配置し,誘電体アンテナ部材51の下部を,石英ガラス板22の下面よりも下方に突出させた構成を有している。この誘電体アンテナ部材51は,石英ガラス板22よりも誘電率の高い材質で構成されている。かかる場合,逆に,石英ガラス板22に代えて,導電性のある材質,たとえばシリコンや金属を用いてもよい。また誘電体アンテナ部材51の材質には,石英ガラス板22とは誘電率が異なったものを使用してもよい。
【0040】
さらに前記4本の誘電体アンテナ部材51の上面は,石英ガラス板22の上面よりも上に突き出ており,その端面には,分岐導波管52の分岐部52aが接続されている。この分岐導波管52は,図11にも示したように,4つの分岐部52aを十字型に備えており,主部52bは導波管25に接続されている。導波管25の内側導体25aは,電力結合部53において分岐部52aに対応して分岐されて各々分岐導体52cが構成され,各分岐導体52cの端部は,各誘電体アンテナ部材51内に進入している。
【0041】
かかる第4の実施の形態によれば,同軸導波管25から分岐導波管52を経て各誘電体アンテナ部材51に伝搬されたマイクロ波は,これら誘電体アンテナ部材51から放出される。したがってたとえば図10のプラズマ密度の高低曲線D7に示したように,誘電体アンテナ部材5の近傍でプラズマ密度が高くなったプラズマ密度特性を得ることができる。しかもプラズマの発生によって温度が上昇しても,誘電体アンテナ部材51の電気的特性は変化しないので,安定したプロセスを実施することができる。
【0042】
なお誘電体アンテナ部材51の材質としては,石英ガラス,ガラス,セラミックスなどの材質を用いることができ,またその形状,配置数は,希望するプラズマ密度特性に応じて任意に選択することができる。また同軸導波管25に代えて,円筒導波管,並びにそれに対応した分岐導波管を使用してもよい。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば,マイクロ波の供給によってプラズマを発生させてプラズマ処理する際に,プラズマ密度の均一性が従来よりも向上し,しかも所望の密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。そのうえプラズマによる温度上昇があっても従来より特性が変化せず,安定したプロセスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の断面説明図である。
【図2】図1のプラズマ処理装置で使用した石英ガラス板の底面図である。
【図3】円弧状の凸部を有する石英ガラス板の底面図である。
【図4】図1のプラズマ処理装置によるプラズマ密度特性を示す説明図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプラズマ密度特性を示す説明図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプラズマ密度特性を示す説明図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプズマ密度特性を示す説明図である。
【図8】本発明の第5の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプズマ密度特性を示す説明図である。
【図9】本発明の第6の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプラズマ密度特性を示す説明図である。
【図10】本発明の第7の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプラズマ密度特性を示す説明図である。
【図11】図11におけるA−A先断面図である。
【符号の説明】
1 プラズマ処理装置
2 処理容器
3 サセプタ
22 石英ガラス板
23 拡散板
24 バンプ
25 同軸導波管
25a 内側導体
26 マイクロ波供給装置
S 処理空間
W ウエハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus using microwaves.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there have been disclosed a number of techniques for generating plasma in a processing chamber and performing processing such as etching, ashing, and film formation on a substrate in the processing chamber. Further, an electrode is not required, and high-density plasma is obtained. A microwave plasma processing apparatus that generates plasma using microwaves having a higher frequency than RF (radio high frequency) and performs these processes has also been proposed. In such a case, conventionally, a sealing body made of quartz glass is provided on the upper part of the processing vessel, and a dielectric line made of a dielectric is further disposed above the sealing body through an air gap, and a rectangular shape provided on a side surface of the dielectric line is provided. A microwave of, for example, 2.45 GHz is supplied to the input port of, so that plasma is generated in the processing chamber (for example, see Patent Document 1).
In addition, a dielectric is disposed above the sealing body, and a metal plate having a large number of slots and holes is provided on a lower surface of the dielectric, and a microwave is supplied above the dielectric to provide a microwave. A method of generating plasma in a processing container by using microwaves leaked from holes or holes has also been proposed (for example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-329789 [Patent Document 2]
International Publication WO-01-76329 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, since microwaves are supplied from one side of the dielectric line, the power is attenuated as the microwave propagates and travels in the dielectric line, and as a result, the power is reduced into the processing chamber. There is a possibility that the density of the generated plasma may gradually change in the radial direction. Therefore, there was a problem in the uniformity of the treatment, and it was difficult to make a corrective measure.
Further, in the method of disposing the slot antenna, the electrical characteristics of the slot antenna itself change as the temperature rises due to the generation of plasma, and the plasma density and the uniformity of the plasma may be affected.
[0005]
The present invention has been made in view of such a point, and when plasma is generated by supplying a microwave to perform plasma processing, uniformity of the plasma density is improved or the plasma density in a desired region is changed. It is intended to realize a stable process even if the temperature rises due to plasma generation.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing chamber by using plasma generated by supplying a microwave, wherein the plasma processing apparatus includes a dielectric material that hermetically covers an upper opening of the processing chamber. A waveguide, such as a cylindrical waveguide or a coaxial waveguide, for transmitting microwaves from the microwave supply device above the dielectric; And a diffusion plate that is covered with the dielectric and diffuses the microwave propagating in the dielectric in a peripheral direction.
[0007]
According to the present invention, the microwave supplied to the upper side of the dielectric is diffused in the peripheral direction by the diffusion plate in the dielectric, and further propagates from the end of the dielectric to the lower side of the diffusion plate. Then, the plasma is emitted from the dielectric below the diffusion plate, and plasma is generated above the substrate in the processing chamber. At this time, the power starts to be released from the periphery of the dielectric in the processing vessel, so the power decreases as it goes to the center. However, when viewed as a whole, the amount of emission per unit area does not differ between regions, and as a result, it is uniform. A high density plasma is formed in the processing chamber. Moreover, since no slot antenna is provided unlike the conventional case, a stable process can be performed even if the temperature of the dielectric increases due to the generated plasma.
[0008]
In the dielectric, the upper part of the diffusion plate may not be covered with the dielectric. That is, it may be connected to the atmosphere side. Therefore, the diffusion plate may be provided on the upper surface of the dielectric and have a peripheral edge located inside the peripheral edge of the dielectric to diffuse the microwave in a peripheral direction.
[0009]
In these cases, a projection made of a dielectric material may be formed on the lower surface of the dielectric and facing a space in the processing chamber where plasma is generated. At the boundary with the convex portion, the microwave emission is larger than the others, and as a result, the plasma density near the convex portion can be increased. Therefore, by appropriately selecting the number, configuration, and arrangement of the convex portions, it is possible to generate plasma having a density distribution according to the purpose.
[0010]
The shape of the diffusion plate itself is preferably similar to that of a dielectric, and the material is suitably conductive. For example, a metal, more specifically, for example, Al or Cu is used. be able to.
[0011]
According to the present invention, a dielectric that air-tightly covers the upper opening in the processing container, a coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor, and an electric conductor that is electrically connected to the inner conductor, and And a conductive bump which forms a part of a circular inference provided on the lower surface of the dielectric and which is exposed on the lower surface of the dielectric. A plasma processing apparatus is provided in which a convex portion made of a dielectric material is formed on a portion of the outer periphery of a bottom surface facing a space in the processing container where plasma is generated.
In such a case, microwaves are not emitted from the bottom surface of the bump, and it is possible to generate plasma having a desired density distribution in combination with emission characteristics from the vicinity of the convex portion.
[0012]
A conductive circularly polarized antenna member having a planar shape smaller than the planar shape of the dielectric, such as a patch antenna, is provided at the center of the lower surface of the dielectric. The convex part may be formed around the circularly polarized antenna member and on the dielectric by electrically connecting to the inner conductor of the waveguide. In such a case, microwaves are not emitted below the circularly polarized antenna member, and it is possible to generate plasma having a desired density distribution in combination with the emission characteristics from the projections.
[0013]
The protrusion itself may be made of the same material as the dielectric. Also, a plurality may be provided. As the planar shape of the convex portion, for example, it is possible to propose a ring shape concentric with the dielectric or a shape having at least a part of an arc shape.
[0014]
Further, according to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing container by plasma generated by supply of a microwave, comprising: a dielectric material hermetically covering an upper opening in the processing container; A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for transmitting microwaves from the microwave supply device above the dielectric, electrically conductive to the inner conductor, and provided in the dielectric; And a conductive bump constituting a part of the circular guess, wherein the bottom surface of the bump is exposed to the lower surface of the dielectric, and the lower surface of the dielectric extends from the periphery to the center. There is provided a plasma processing apparatus characterized by having a tapered shape in which the thickness of a dielectric gradually increases as it goes.
[0015]
In this way, the lower surface of the dielectric is tapered so that the thickness of the dielectric gradually increases from the peripheral edge toward the center, thereby controlling the microwave emission from the lower surface of the dielectric and allowing the periphery to be controlled. The part can be released stronger and gradually toward the center. This makes it possible to increase the plasma density on the peripheral side of the substrate and decrease the density on the central side.
[0016]
If the taper is reversed and the lower surface of the dielectric is tapered so that the thickness of the dielectric gradually decreases from the peripheral edge toward the center, the peripheral portion is weaker, and conversely the central portion is reduced. , The plasma density on the peripheral side of the substrate becomes thinner and the density on the central side becomes higher.
Similarly, a projection made of a dielectric material may be formed on the lower surface of the dielectric and on the portion of the bottom surface of the bump facing the inside of the processing container.
[0017]
Further, according to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing container by plasma generated by supply of a microwave, comprising: a dielectric material hermetically covering an upper opening in the processing container; A waveguide for propagating microwaves from the microwave supply device above the dielectric, and the dielectric made of a material having a different dielectric constant, for example, a material having a larger dielectric constant than the dielectric; In addition, a plasma processing apparatus is provided having a dielectric antenna member penetrating the dielectric and having a lower surface protruding below the dielectric.
[0018]
According to the plasma processing apparatus having such a configuration, microwaves can be emitted to the processing space in the processing container through the protruding portion of the dielectric antenna member to generate plasma. Therefore, by appropriately selecting the size, arrangement, and number thereof, it is possible to improve the uniformity of the plasma density and to generate plasma having a desired density distribution. Moreover, even if the temperature rises due to the plasma, the characteristics do not change. Note that the dielectric that airtightly covers the upper opening may be made of a conductive material.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows a longitudinal section of a
[0020]
An
[0021]
A
[0022]
On the upper surface side of the
[0023]
[0024]
Instead of the
[0025]
The
[0026]
More specifically, as shown in FIG. 4, the microwave propagated to the upper center of the
[0027]
At this time, the traveling wave traveling to the lower side of the
[0028]
Moreover, in the present embodiment, unlike the conventional slot antenna, there is no configuration in which the leakage is caused from the slots and holes formed in the metal plate. Even if the temperature rises, the electrical characteristics do not change and a stable process can be performed.
[0029]
By the way, depending on the characteristics of the apparatus, the resulting processing on the wafer W may not be performed uniformly. At this time, for example, it is necessary to increase the plasma density at the peripheral portion and the central portion of the wafer W, or to decrease the plasma density. According to the present embodiment, since the
[0030]
In the
[0031]
In the above embodiment, the upper and lower surfaces and the peripheral edge of the
[0032]
That is, in the example shown in FIG. 5, the
[0033]
Still another embodiment will be described. The third embodiment shown in FIG. 6 has a structure in which the
According to the third embodiment, the bottom surface of the
[0035]
Instead of providing the
[0036]
In the fourth embodiment shown in FIG. 7, the lower surface of the
[0037]
Also, as in the fifth embodiment shown in FIG. 8, the taper is reversed, and the lower surface of the
[0038]
Next, a sixth embodiment will be described. The example shown in FIG. 9 has a structure in which a disc-shaped circularly
[0039]
Next, a seventh embodiment will be described. In the example shown in FIG. 10, four cylindrical
[0040]
Further, the upper surfaces of the four
[0041]
According to the fourth embodiment, the microwaves propagated from the
[0042]
In addition, as the material of the
[0043]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when generating plasma by supplying a microwave and performing plasma processing, the uniformity of plasma density is improved compared with the past, and it is possible to generate plasma having a desired density distribution. . In addition, even if the temperature rises due to the plasma, the characteristics do not change compared to the conventional case, and a stable process can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of a quartz glass plate used in the plasma processing apparatus of FIG.
FIG. 3 is a bottom view of a quartz glass plate having an arc-shaped convex portion.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing plasma density characteristics by the plasma processing apparatus of FIG. 1;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part and a plasma density characteristic of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part and a plasma density characteristic of a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part and a plasma density characteristic of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part and a plasma density characteristic of a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part and a plasma density characteristic of a plasma processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of a main part and a plasma density characteristic of a plasma processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
11 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 11;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (14)
処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体と,
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる導波管と,
前記誘電体内に設けられかつその周縁部が前記誘電体に覆われた,誘電体内を伝搬するマイクロ波を周辺方向に拡散させる拡散板と,
を有することを特徴とする,プラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing chamber by using plasma generated by supplying a microwave,
A dielectric material for hermetically covering the upper opening of the processing vessel;
A waveguide for propagating microwaves from the microwave supply device above the dielectric;
A diffusion plate that is provided in the dielectric and whose peripheral edge is covered with the dielectric, and that diffuses microwaves propagating in the dielectric in a peripheral direction;
A plasma processing apparatus, comprising:
処理容器の上部開口部を気密に覆う誘電体と,
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる導波管と,
前記誘電体の上面に設けられかつその周縁部が前記誘電体の周縁部よりも内側に位置し,前記マイクロ波を周辺方向に拡散させる拡散板と,
を有することを特徴とする,プラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing chamber by using plasma generated by supplying a microwave,
A dielectric material for hermetically covering the upper opening of the processing vessel;
A waveguide for propagating microwaves from the microwave supply device above the dielectric;
A diffusion plate provided on an upper surface of the dielectric and having a peripheral edge located inside the peripheral edge of the dielectric, and diffusing the microwave in a peripheral direction;
A plasma processing apparatus, comprising:
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と,
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる,外管と内側導体を有する同軸型の導波管と,
前記内側導体に電気的に導通し,かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成する導電性を持ったバンプと,を有し,
前記バンプの底面は前記誘電体の下面に露出し,
前記誘電体の下面であって,かつ前記バンプ底面の外周の前記処理容器内のプラズマが発生している空間に面した部分には,誘電体材料からなる凸部が形成されていることを特徴とする,プラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing chamber by using plasma generated by supplying a microwave,
A dielectric material that hermetically covers the upper opening in the processing container;
A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for transmitting microwaves from the microwave supply device above the dielectric;
A conductive bump electrically connected to the inner conductor and forming a part of a circular shape provided in the dielectric,
The bottom surface of the bump is exposed on the lower surface of the dielectric,
A projection made of a dielectric material is formed on a portion of the lower surface of the dielectric and facing the space where plasma is generated in the processing container on the outer periphery of the bottom surface of the bump. A plasma processing apparatus.
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と,
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる,外管と内側導体を有する同軸型の導波管と,
前記誘電体の下面中央部分に設けられかつ前記誘電体の平面形態よりも小さい形状の平面形態を持った,前記内側導体と電気的に導通する円偏波アンテナ部材とを有し,
前記誘電体の下面であって,かつ前記円偏波アンテナ部材の外周の前記処理容器内のプラズマが発生している空間に面した部分には,誘電体材料からなる凸部が形成されていることを特徴とする,プラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing chamber by using plasma generated by supplying a microwave,
A dielectric material that hermetically covers the upper opening in the processing container;
A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for transmitting microwaves from the microwave supply device above the dielectric;
A circularly polarized antenna member that is provided at the center of the lower surface of the dielectric and has a planar shape smaller than the planar shape of the dielectric, and is electrically conductive with the inner conductor;
A projection made of a dielectric material is formed on a lower surface of the dielectric and on a portion of the outer periphery of the circularly polarized antenna member facing a space where plasma is generated in the processing container. A plasma processing apparatus, characterized in that:
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と,
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる,外管と内側導体を有する同軸型の導波管と,
前記内側導体に電気的に導通し,かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成する導電性を持ったバンプと,を有し,
前記バンプの底面は前記誘電体の下面に露出し,
前記誘電体の下面は,周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に厚くなるテーパ形状であることを特徴とする,プラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing chamber by using plasma generated by supplying a microwave,
A dielectric material that hermetically covers the upper opening in the processing container;
A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for transmitting microwaves from the microwave supply device above the dielectric;
A conductive bump electrically connected to the inner conductor and forming a part of a circular shape provided in the dielectric,
The bottom surface of the bump is exposed on the lower surface of the dielectric,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the lower surface of the dielectric has a tapered shape in which the thickness of the dielectric gradually increases from the periphery to the center.
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と,
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる,外管と内側導体を有する同軸型の導波管と,
前記内側導体に電気的に導通し,かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成する導電性を持ったバンプと,を有し,
前記バンプの底面は前記誘電体の下面に露出し,
前記誘電体の下面は,周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に薄くなるテーパ形状であることを特徴とする,プラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing chamber by using plasma generated by supplying a microwave,
A dielectric material that hermetically covers the upper opening in the processing container;
A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for transmitting microwaves from the microwave supply device above the dielectric;
A conductive bump electrically connected to the inner conductor and forming a part of a circular shape provided in the dielectric,
The bottom surface of the bump is exposed on the lower surface of the dielectric,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a lower surface of the dielectric has a tapered shape in which a thickness of the dielectric gradually decreases from a peripheral edge toward a center.
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と,
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる導波管と,
前記誘電体とは誘電率が異なった材質で構成され,かつ前記誘電体を貫通して,その下面が前記誘電体よりも下方に突出している誘電体アンテナ部材を有することを特徴とする,プラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing chamber by using plasma generated by supplying a microwave,
A dielectric material that hermetically covers the upper opening in the processing container;
A waveguide for propagating microwaves from the microwave supply device above the dielectric;
A plasma antenna comprising a dielectric antenna member made of a material having a different dielectric constant from the dielectric, and penetrating through the dielectric, with a lower surface protruding below the dielectric; Processing equipment.
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