JP2006019489A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板、液晶基板等の半導体製造プロセスに用いるエッチング装置、アッシング装置、CVD装置、窒化装置、酸化装置等のプラズマ処理装置に関するものである。特に、基板近傍のプラズマ分布を所望の密度分布に調整する機構を有するプラズマ処理装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus such as an etching apparatus, an ashing apparatus, a CVD apparatus, a nitriding apparatus, and an oxidizing apparatus used in a semiconductor manufacturing process such as a semiconductor substrate and a liquid crystal substrate. In particular, the present invention relates to a plasma processing apparatus having a mechanism for adjusting the plasma distribution near the substrate to a desired density distribution.
半導体基板をプラズマ処理装置により高品質に処理するには、半導体基板近傍のプラズマ密度分布を均一にすることが重要である。例えばエッチング処理装置においてプラズマ密度分布が不均一であると、エッチング形状が不均一になる等の不都合が生じる。また、窒化処理装置においては、部分的に窒化濃度が異なりチップ性能のバラツキ原因となる。また、CVD処理装置においては、部分的に堆積する膜厚が不均一となり生産歩留まり低下原因になることもある等々、半導体装置の性能劣化、品質低下に結びつく。 In order to process a semiconductor substrate with high quality using a plasma processing apparatus, it is important to make the plasma density distribution near the semiconductor substrate uniform. For example, if the plasma density distribution is non-uniform in the etching processing apparatus, problems such as non-uniform etching shape occur. Further, in the nitriding apparatus, the nitriding concentration is partially different, which causes variations in chip performance. Further, in the CVD processing apparatus, the partially deposited film thickness may be non-uniform, which may cause a reduction in production yield. This leads to deterioration in performance and quality of the semiconductor device.
特開平10−233295号公報、特開平5−345982号公報にある従来技術のプラズマ処理装置においては、スロット付き環状導波管に設けたスロットの配置と半導体基板とプラズマ発生部との位置関係を最適化することにより、半導体基板面内プラズマ処理均一性を得ていた。図2に従来技術プラズマ処理装置例を詳述する。1はプラズマ処理室、2は基板、3は基板2を保持する基板載置台、5は処理用ガス導入手段、6は排気口、8はマイクロ波をプラズマ処理室1に導入するためのスロット付無終端環状導波管、11は無終端環状導波管8にマイクロ波管内波長の1/2又は1/4毎に設けられたスロット、7はプラズマ処理室1内にマイクロ波を導入する誘電体窓、10は無終端環状導波管8に内臓された冷却水路である。
In the prior art plasma processing apparatuses disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-233295 and 5-345882, the slot arrangement provided in the slotted annular waveguide and the positional relationship between the semiconductor substrate and the plasma generator are as follows. By optimizing, the in-plane plasma processing uniformity of the semiconductor substrate was obtained. FIG. 2 details an example of a prior art plasma processing apparatus. 1 is a plasma processing chamber, 2 is a substrate, 3 is a substrate mounting table for holding the
マイクロ波は環状導波管8を介し放射状に配置してあるスロット11からプラズマ処理室1ヘ導入される。マイクロ波は処理用ガスを励起し誘電体窓7近傍にプラズマを発生させる。また、誘電体窓7近傍に発生したプラズマが一定の密度を超えると、マイクロ波は、プラズマ処理室1内に侵入できず、誘電体窓7近傍に閉じ込められ、また、スロット11間で干渉する。放射状に配置してあるスロット11間で干渉するマイクロ波により、プラズマ発生部密度分布は輪帯状となる。誘電体窓7近傍で発生したプラズマは、拡散により基板2に到達する。
Microwaves are introduced into the
基板2近傍のプラズマ密度分布を均一にするために、基板2と誘電体窓7近傍のプラズマ発生部との距離や、プラズマ処理室1の内径の他、スロットの配置を調節していた。このスロット配置調節は、スロットが穿孔された金属板の取外し/組込みを行うことで為されていた。
In order to make the plasma density distribution in the vicinity of the
しかしながら、条件が大きく変化して基板2近傍のプラズマ密度が不均一になった場合に調節が不便であるという難点があった。
本発明は、従来技術の課題を解決するためになされたもので、広範囲なガス種や圧力等のプラズマ処理条件において基板近傍プラズマ密度分布を容易に均一に出来るプラズマ処理装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of easily uniforming the plasma density distribution in the vicinity of the substrate under a wide range of plasma processing conditions such as gas types and pressures. And
本発明は、プラズマ処理室と前記プラズマ処理室ヘマイク口波を導入するスロットを備えたプラズマ処理装置であって、前記スロットの形と位置のうち少なくとも一つを変更することにより、基板近傍のプラズマの密度と分布を容易に変更するプラズマ処理装置を提供するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus having a plasma processing chamber and a slot for introducing a microphone mouth wave into the plasma processing chamber, wherein the plasma near the substrate is changed by changing at least one of the shape and position of the slot. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that can easily change the density and distribution.
プラズマの拡散のしやすさは圧力や電子温度やガス種等の諸条件により変るので、拡散により基板近傍に到達するプラズマの密度分布は、これら諸条件により変化する。また、プラズマは密度の高いところから低いところに向かい拡散するので、基板近傍のプラズマ密度分布は、プラズマ密度の最も高いプラズマ発生部の位置により変化する。また、プラズマ発生部は、スロット近傍にあるので、スロットを移動することにより、移動する。本発明は、ガス種や圧力等のプラズマ条件によりプラズマの拡散のしやすさが変化しても、スロットの形と位置のうち少なくとも一つを変更することによりスロット近傍のプラズマ発生部を移動し、基板近傍のプラズマ密度分布をプラズマ条件によらずに容易に均一にするプラズマ処理装置を提供する。 Since the ease of plasma diffusion varies depending on various conditions such as pressure, electron temperature, and gas type, the density distribution of plasma that reaches the vicinity of the substrate due to diffusion varies depending on these conditions. In addition, since the plasma diffuses from a high density to a low density, the plasma density distribution in the vicinity of the substrate changes depending on the position of the plasma generating portion having the highest plasma density. Further, since the plasma generation unit is in the vicinity of the slot, it moves by moving the slot. The present invention moves the plasma generating part in the vicinity of the slot by changing at least one of the shape and position of the slot even if the ease of plasma diffusion changes depending on the plasma conditions such as gas type and pressure. Provided is a plasma processing apparatus for easily uniforming a plasma density distribution in the vicinity of a substrate regardless of plasma conditions.
また、スロットの形や位置を、スロット付無終端環状導波管の一部を移動することにより変更しても良いし、少なくとも2つの電気的に接地された導電体を相対的に移動することにより変更しても良いし、前記スロットを設けたマイクロ波導波管の一部を交換する手段を備え前記スロットを設けたマイクロ波導波管の一部を交換することにより変更しても良い。 Further, the shape and position of the slot may be changed by moving a part of the slotted endless annular waveguide, or the relative movement of at least two electrically grounded conductors. Or may be changed by replacing a part of the microwave waveguide provided with the slot by means for replacing a part of the microwave waveguide provided with the slot.
また、無終端環状導波管のマイクロ波導入部に近いスロットのみの長さまたは幅などの形状を、他のスロットより小さくすることにより、各スロットからマイクロ波を均一に放出することで、基板近傍プラズマ密度分布を均一にしてもよい。マイクロ波導入部近傍のマイクロ波管内定在波強度が強いので、ここに近いスロット断面形状を他スロットより小さくすることにより、各スロットからのマイクロ波放出量を均一にできる。 In addition, by making the shape such as the length or width of only the slot close to the microwave introduction part of the endless annular waveguide smaller than the other slots, the microwaves are uniformly emitted from each slot, whereby the substrate The nearby plasma density distribution may be made uniform. Since the standing wave intensity in the microwave tube in the vicinity of the microwave introduction portion is strong, the amount of microwave emission from each slot can be made uniform by making the slot cross-sectional shape near here smaller than other slots.
また、本発明は、同一の基板に対し、前記スロットの形と位置の少なくとも一つを変更する工程と、前記プラズマ処理室へマイクロ波を導入する工程を、少なくとも一回交互に実施する手段を備えることにより、前記基板面内のプラズマ処理量分布を容易に変更するプラズマ処理装置を提供するものである。 Further, the present invention provides means for alternately performing at least one time a step of changing at least one of the shape and position of the slot on the same substrate and a step of introducing a microwave into the plasma processing chamber. By providing the plasma processing apparatus, it is possible to easily change the plasma processing amount distribution in the substrate surface.
プラズマ処理室の圧力が高くプラズマが十分拡散しないような場合、基板面内プラズマ処理量分布は、プラズマ密度の最も高いプラズマ発生部に近い場所ほど大きく、不均一になる。このような時、本発明は、スロットの位置を変更する工程と基板をプラズマ処理する工程を、例えばスロットの位置を基板中央付近から外周付近に向かい移動しながら交互に繰り返すことで、基板面内プラズマ処理量分布を均一にするプラズマ処理装置を提供する。 When the pressure in the plasma processing chamber is high and the plasma is not sufficiently diffused, the plasma processing amount distribution in the substrate surface is larger and non-uniform in the place near the plasma generating portion having the highest plasma density. In such a case, the present invention repeats the step of changing the position of the slot and the step of plasma processing the substrate, for example, by repeating the slot position while moving the position of the slot from the vicinity of the center of the substrate toward the periphery of the substrate. Provided is a plasma processing apparatus that makes a plasma processing amount distribution uniform.
本発明プラズマ処理装置は、プラズマ処理室ヘマイク口波を導入するスロットの形と位置のうち少なくとも一つを変更する手段を備えたことにより、スロット近傍で発生するプラズマ源の密度と位置を変更し、ガス流や拡散により輸送され基板近傍に到達するプラズマの密度と分布を、広範囲なガス種や圧力等のプラズマ処理条件においても、容易に均一にするプラズマ処理装置を提供できる。 The plasma processing apparatus of the present invention includes means for changing at least one of the shape and position of the slot for introducing the microphone mouth wave into the plasma processing chamber, thereby changing the density and position of the plasma source generated in the vicinity of the slot. Further, it is possible to provide a plasma processing apparatus that can easily uniformize the density and distribution of plasma that is transported by gas flow or diffusion and reaches the vicinity of the substrate even under plasma processing conditions such as a wide range of gas types and pressures.
また、同一の基板に対し、前記スロットの形と位置の少なくとも一つを変更する工程と前記プラズマ処理室へマイクロ波を導入する工程を、少なくとも一回交互に実施する手段を備えることにより、スロットの形と位置により決まる基板内プラズマ処理量分布をいくつか重ね合せ、広範囲なガス種や圧力等のプラズマ処理条件においても、前記基板面内のプラズマ処理量分布を容易に均一にするプラズマ処理装置を提供できる。 Further, by providing means for alternately performing at least one time the step of changing at least one of the shape and position of the slot and the step of introducing the microwave into the plasma processing chamber with respect to the same substrate. A plasma processing apparatus that easily superimposes the plasma processing amount distribution in the substrate surface even under a wide range of plasma processing conditions such as gas types and pressures, by superimposing several plasma processing amount distributions determined by the shape and position of the substrate. Can provide.
(実施例1)
本発明プラズマ処理装置の第一の実施例を図1により詳細に説明する。1はプラズマ処理室、2は基板、3は基板2を保持する基板載置台、5は処理用ガス導入手段、6は排気口、7はプラズマ処理室1内にマイクロ波を導入する誘電体窓、10は無終端環状導波管8に内臓された冷却水路、8は無終端環状導波管、20は無終端環状導波管8に固定され、マイクロ波管内波長の1/2又は1/4毎に幅4mm長さ90mmの開口部を備えた板ただし無終端環状導波管にマイクロ波を導入する口に最も近いスロットの幅を略3.6mmとする、21は幅40mmの帯び状開口部を備えた板、22は板21を回転しながらその回転角度を検出する駆動手段、23は無終端環状導波管8と板21を金属バネにより電気的に接触させる接触手段である。無終端環状導波管8の板20と板21の開口部の重なった場所に、プラズマ処理室1にマイクロ波を放出する図3に示すような幅4mm長さ48mmの平行四辺形のスロット24が出現する。ただし無終端環状導波管8にマイクロ波を導入する部分に最も近いスロットの幅は略3.6mmである。駆動手段22により回転する板21により、スロット長さを変えることなく中央から外寄りに移動する。
Example 1
A first embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 is a plasma processing chamber, 2 is a substrate, 3 is a substrate mounting table for holding the
また、本発明プラズマ処理装置は、シーケンサーやコンピューターなどの不図示のコントローラーにより、これら機器を予め定めた順番により動作させ、基体をプラズマ処理している。 In the plasma processing apparatus of the present invention, these devices are operated in a predetermined order by a controller (not shown) such as a sequencer or a computer to perform plasma processing on the substrate.
本発明プラズマ処理装置を用いて、基板2と窒化処理する。表面に2nm厚の酸化膜付きシリコン基板2を基板戴置台3に不図示手段により搬送し戴置する。次に、不図示の排気系を介してプラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気する。続いて、処理用ガス導入手段5から500sccmの窒素をプラズマ処理室1に導入する。次に排気系に設けられた不図示のコンダクタンスバルブを調整し、プラズマ処理室1を130Paに保持する。続いて、スロット24の中心が誘電体窓7中心と外周のほぼ中間に開口するように駆動手段22により板21を回転する。続いて、マイクロ波電源より1.5kWのマイクロ波を、スロット付無終端環状導波管8、誘電体窓7を介して、プラズマ処理室1に供給する。マイクロ波は、無終端環状導波管8と板20と板21が電気的に接触しているのでスロット24以外から漏洩しない。また、マイクロ波は、スロット24間で定在波となるので、スロット24間にプラズマを励起する。スロット24の中心が誘電体窓7中心と外周のほぼ中間にあるので、プラズマは誘電体窓7中心と外周のほぼ中間に輪帯状に励起される。そして、プラズマ中の窒素イオンは、拡散しながら基板2近傍に到達し、基板2表面に発生したイオンシースにより加速され基板2に入射し、シリコン酸化膜を窒化する。3分経過後、マイクロ波電源を停止し、窒素ガス供給を停止し、プラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気した後、基板2をプラズマ処理室1外に搬送する。
The
窒化処理後、基板2表面シリコン酸窒化膜の酸化シリコン膜換算厚さをKLAテンコール社製エリプソメーターで測定したところ、ほぼ均一な分布であった。
After the nitriding treatment, the silicon oxide equivalent thickness of the silicon oxynitride film on the surface of the
続いて、圧力を5Paに変えて基板2を窒化処理する。このとき、スロット24が最も外側寄りに開口するように駆動手段22により板21を回転する。そして、上記と同様に基板2を窒化処理する。
Subsequently, the
窒化処理後、基板2表面シリコン酸窒化膜の酸化シリコン膜換算厚さをKLAテンコール社製エリプソメーターで測定したところ、ほぼ均一な分布であった。
After the nitriding treatment, the silicon oxide equivalent thickness of the silicon oxynitride film on the surface of the
プラズマは、最も外側寄りにスロット24があるので、外側寄りに輪帯状に励起されるが、圧力が低いので拡散しやすく、基板近傍でほぼ均一な密度分布になる。
Since the plasma has the
本実施例のように圧力等のプラズマ条件によりプラズマの拡散のしやすさが変化しても、二枚の金属板を相対移動することでスロットを移動しスロット近傍のプラズマ発生部を移動し、基板近傍のプラズマ密度分布を圧力によらずに容易に均一にできる。 Even if the ease of plasma diffusion changes depending on the plasma conditions such as pressure as in this embodiment, the two metal plates are moved relative to each other to move the slot and move the plasma generating portion near the slot. The plasma density distribution near the substrate can be easily made uniform regardless of pressure.
(実施例2)
本発明プラズマ処理装置の第二の実施例を実施例1のプラズマ処理装置を用いて詳細に説明する。表面に2nm厚の酸化膜付きシリコン基板2を基板戴置台3に不図示手段により搬送し戴置する。次に、不図示の排気系を介してプラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気する。続いて、処理用ガス導入手段5から500sccmの窒素をプラズマ処理室1に導入する。次に排気系に設けられた不図示のコンダクタンスバルブを調整し、プラズマ処理室1を260Paに保持する。続いて、スロット24が中央寄りに開口するように駆動手段22により板21を回転する。続いて、マイクロ波電源より1.5kWのマイクロ波を、スロット付無終端環状導波管8、誘電体窓7を介して、プラズマ処理室1に供給する。中央寄りにスロット24があるので、プラズマは中央寄りに輪帯状に励起される。そして、プラズマ中の窒素イオンは、拡散しながら基板2の中央により多く到達し、基板2表面に発生したイオンシースにより加速され基板2に入射し、基板2中央のシリコン酸化膜をより多く窒化する。3分経過後、マイクロ波電源を停止する。
(Example 2)
A second embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described in detail using the plasma processing apparatus of the first embodiment. A
続いて、スロット24が最も外側寄りに開口するように駆動手段22により板21を回転する。続いて、マイクロ波電源より1.5kWのマイクロ波を、スロット付無終端環状導波管8、誘電体窓7を介して、プラズマ処理室1に供給する。最も外側寄りにスロット24があるので、プラズマは外側寄りに輪帯状に励起される。そして、プラズマ中の窒素イオンは、拡散しながら基板2の外周により多く到達し、基板2表面に発生したイオンシースにより加速され基板2に入射し、基板2外周のシリコン酸化膜をより多く窒化する。6分経過後、マイクロ波電源を停止すし、窒素ガス供給を停止し、プラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気した後、基板2をプラズマ処理室1外に搬送する。
Subsequently, the
窒化処理後、基板2表面シリコン酸窒化膜の酸化シリコン膜換算厚さをKLAテンコール社製エリプソメーターで測定したところ、ほぼ均一な分布であった。
After the nitriding treatment, the silicon oxide equivalent thickness of the silicon oxynitride film on the surface of the
基板面内の中央と周辺のプラズマ処理量を一致させるため、基板外周ほど長時間処理すると良い。これは、基板外周ほど中心角度当りの面積が広く、また、壁などで再結合消滅するプラズマが多くなり、基板近傍のプラズマ密度が減りやすいためである。 In order to make the plasma processing amounts at the center and the periphery in the substrate surface coincide with each other, it is preferable that the processing is performed for a longer time on the periphery of the substrate. This is because the area per center angle is larger as the outer circumference of the substrate is increased, and more plasma is recombined and disappeared by walls or the like, so that the plasma density in the vicinity of the substrate tends to decrease.
本実施例のように圧力が高くプラズマが十分拡散しないような場合、基板面内プラズマ処理量分布はプラズマ密度の最も高いプラズマ発生部に近い場所ほど大きく、不均一になる。このような時、スロットの位置を変更する工程とマイクロ波をプラズマ処理室へ導入する工程を、スロットの位置を基板中央付近から外周付近に向かい移動しながら交互に繰り返すことで、基板面内プラズマ処理量分布を均一にできる。 In the case where the pressure is high and the plasma is not sufficiently diffused as in this embodiment, the plasma processing amount distribution in the substrate surface is larger and non-uniform in the place near the plasma generating portion having the highest plasma density. In such a case, the step of changing the position of the slot and the step of introducing the microwave into the plasma processing chamber are alternately repeated while moving the position of the slot from the vicinity of the center of the substrate toward the periphery of the substrate. The throughput distribution can be made uniform.
本実施例においては、図3のような板を用いたが、例えば、図4、図5に示すような板の組合わせによりスロット24の配置と形状を決めても良い。また、本実施例においては、スロット24の配置をプラズマ処理中に一回変更したが、例えば中央、中間、外寄りと複数回変更しても良い。
In the present embodiment, a plate as shown in FIG. 3 is used. However, the arrangement and shape of the
(実施例3)
本発明プラズマ処理装置の第三の実施例を図6により詳述する。20は無終端環状導波管8に固定されマイクロ波管内波長の1/2又は1/4毎に幅4mm長さ90mmの開口部を備えた板ただし無終端環状導波管にマイクロ波を導入する口に最も近いスロットの幅を3.6mmとする、21は風車状板、26は扇状開口部を備えた板、22は中空管27を介し板21を回転しながらその回転角度を検出する駆動手段、25は軸28を介し板26を回転しながらその回転角度を検出する駆動手段、23は板21と板26と無終端環状導波管8を金属バネにより電気的に接続する接触手段、29は板26端部と板20を金属バネにより電気的に接続する接触手段である。無終端環状導波管8の板20と板21と板26の開口部の重なった場所に、プラズマ処理室1にマイクロ波を放出する図7に示すような幅4mmと3.6mm長さ40〜60mmの平行四辺形のスロット24が出現する。このスロット24は、駆動手段22により回転する板21により中央寄り端部の位置を変え、駆動手段25により回転する板26により周辺寄り端部の位置を変え、スロットの配置と長さを変える。
Example 3
A third embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
本発明プラズマ処理装置を用いて、基板2を窒化処理する。表面に2nm厚の酸化膜付きシリコン基板2を基板戴置台3に不図示手段により搬送し戴置する。次に、不図示の排気系を介してプラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気する。続いて、処理用ガス導入手段5から500sccmの窒素をプラズマ処理室1に導入する。次に排気系に設けられた不図示のコンダクタンスバルブを調整し、プラズマ処理室1を260Paに保持する。続いて、スロット24がスロット長40mmで最も中央寄りに開口するように、駆動手段22、駆動手段25により板21、板26を回転する。続いて、マイクロ波電源より1.5kWのマイクロ波を、スロット付無終端環状導波管8、誘電体窓7を介して、プラズマ処理室1に供給する。マイクロ波は、無終端環状導波管8と板20と板21が電気的に接触しているのでスロット24以外から漏洩しない。また、マイクロ波は、スロット24間で定在波となるので、スロット24間にプラズマを励起する。最も中央寄りにスロット24があるので、プラズマは中央寄りに輪帯状に励起される。そして、プラズマ中の窒素イオンは、拡散しながら基板2近傍の中央寄りにより多く到達し、基板2表面に発生したイオンシースにより加速され基板2に入射し、基板中央寄りのシリコン酸化膜をより多く窒化する。3分経過後、マイクロ波電源を停止し、窒素ガス供給を停止し、プラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気した後、基板2をプラズマ処理室1外に搬送する。
The
以上説明したように、本実施例は、三枚の金属板を相対移動しスロットの長さと位置を変更することにより、最もプラズマ密度の高いスロット近傍のマイクロ波プラズマ発生部を移動し、基板近傍のプラズマ密度分布を容易に変更できる。 As described above, the present embodiment moves the microwave plasma generator near the slot with the highest plasma density by moving the three metal plates relative to each other and changing the length and position of the slot, and near the substrate. The plasma density distribution can be easily changed.
(実施例4)
本発明プラズマ処理装置の第四の実施例を図8により詳述する。1はプラズマ処理室、2は基板、3は基板2を保持する基板載置台、5は処理用ガス導入手段、6は排気口、31はマイクロ波をプラズマ処理室1に導入するためのスロット付無終端環状導波管、33はプラズマ処理室1内にマイクロ波を導入する誘電体壁、32はマイクロ波管内波長の1/2又は1/4毎に設けたスロット、30は無終端環状導波管を上下する駆動手段である。誘電体壁33は、駆動手段30により上下する無終端環状導波管31の移動範囲よりも長い。
Example 4
A fourth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 is a plasma processing chamber, 2 is a substrate, 3 is a substrate mounting table for holding the
本発明プラズマ処理装置を用いて、基板2を窒化処理する。表面に2nm厚の酸化膜付きシリコン基板2を不図示手段により搬送し戴置する。次に不図示の排気系を介してプラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気する。続いて、処理用ガス導入手段5から500sccmの窒素をプラズマ処理室1に導入する。次に排気系に設けられた不図示のコンダクタンスバルブを調整し、プラズマ処理室1を130Paに保持する。続いて、スロット32が基板2から最も離れた高さになるように駆動手段30により無終端環状導波管31を移動する。続いて、マイクロ波電源より1.5kWのマイクロ波を、スロット付無終端環状導波管31、誘電体窓33を介して、プラズマ処理室1に供給する。マイクロ波は、スロット32間で定在波となるので、スロット32間にプラズマを励起する。最も離れた高さにスロット32があるので、プラズマは基板2から最も離れた高さに誘電体窓33面に沿って帯状に励起される。そして、プラズマ中の窒素イオンは、拡散しながら基板2中央近傍により多く到達し、基板2表面に発生したイオンシースにより加速され基板2に入射し、基板中央のシリコン酸化膜をより多く窒化する。2分経過後、マイクロ波電源を停止し、窒素ガス供給を停止し、プラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気した後、基板2をプラズマ処理室1外に搬送する。
The
続いて、スロット32が基板2とほぼ同じ高さになるように駆動手段30により無終端環状導波管31を移動し、新たに基板2を窒化処理する。基板2とほぼ同じ高さにスロット32があるので、プラズマは基板2とほぼ同じ高さに誘電体窓33面に沿って帯状に励起される。そして、プラズマ中の窒素イオンは、拡散しながら基板2外周近傍により多く到達し、基板2表面に発生したイオンシースにより加速され基板2に入射し、基板外周寄りのシリコン酸化膜をより多く窒化する。
Subsequently, the endless
スロット付無終端環状導波管を上下することにより、スロット近傍にできるプラズマ発生部を上下し、プラズマ発生部と基板の距離を変更する。プラズマは拡散経路が長いほど拡散がすすむ。つまり、拡散経路が長いほどプラズマ分布は基板中央近傍の密度が高くなり、短いほど基板外周近傍の密度が高くなる。 By moving the slotted endless annular waveguide up and down, the plasma generating section formed near the slot is moved up and down, and the distance between the plasma generating section and the substrate is changed. The longer the diffusion path, the more diffused the plasma. That is, the longer the diffusion path, the higher the density of the plasma distribution near the center of the substrate, and the shorter the density, the higher the density near the outer periphery of the substrate.
以上説明したように本実施例は、スロットを設けた環状導波管を上下しスロット位置を変更することにより、最もプラズマ密度の高いスロット近傍のマイクロ波プラズマ発生部を移動し、基板近傍のプラズマ密度分布を容易に変更できる。 As described above, the present embodiment moves the microwave plasma generating portion near the slot with the highest plasma density by moving the annular waveguide provided with the slot up and down and changing the slot position. The density distribution can be easily changed.
(実施例5)
本発明プラズマ処理装置の第五の実施例を図9により詳述する。34は無終端環状導波管31に固定されマイクロ波管内波長の1/2又は1/4毎に幅4mm長さ90mmの開口部を備えた板ただし無終端環状導波管にマイクロ波を導入する口に最も近いスロットの幅を3.6mmとする、35は楔状開口部を備えた板、36は板35を回転する駆動手段、37は板34と35を電気的に接続する接触手段である。無終端環状導波管31の板34と板35の開口部の重なった場所に、プラズマ処理室1にマイクロ波を放出する図10に示すような幅4mmと3.6mm長さ40〜60mmの台形のスロット38が出現する。このスロット38は、駆動手段36により回転する板35により開口長さを変える。
(Example 5)
A fifth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
本発明プラズマ処理装置を用いて、基板2を窒化処理する。表面に2nm厚の酸化膜付きシリコン基板2を基板戴置台3に不図示手段により搬送し戴置する。次に、不図示の排気系を介してプラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気する。続いて、処理用ガス導入手段5から500sccmの窒素をプラズマ処理室1に導入する。次に排気系に設けられた不図示のコンダクタンスバルブを調整し、プラズマ処理室1を130Paに保持する。続いて、スロット38がスロット長40mmで開口するように、駆動手段36により板35を回転する。続いて、マイクロ波電源より1.5kWのマイクロ波を、スロット付無終端環状導波管31、誘電体窓33を介して、プラズマ処理室1に供給する。マイクロ波は、無終端環状導波管31と板35が電気的に接触しているのでスロット38以外から漏洩しない。また、マイクロ波は、スロット38間で定在波となるので、スロット38間にプラズマを励起する。プラズマ中の窒素イオンは、拡散しながら基板2近傍に到達し、基板2表面に発生したイオンシースにより加速され基板2に入射し、シリコン酸化膜を窒化する。3分経過後、マイクロ波電源を停止し、窒素ガス供給を停止し、プラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気した後、基板2をプラズマ処理室1外に搬送する。
The
スロット長をマイクロ波管内波長の1/4とほぼ同じ長さである略40mmとすると、スロットから放出されるマイクロ波は非常に小さくなる。また、スロット長をマイクロ波管内波長の半分とほぼ同じ略80mmとするとほぼ全てのマイクロ波がスロットから放出される。スロット長をより好ましくは40から50mmの間で調整することにより、各スロットからの放出量バランスを保ちながら、マイクロ波放出量を増やすことができる。プラズマ発生部密度はマイクロ波放出量に応じて増減するので、スロット長を変更することでプラズマ発生部密度を増減できる。 If the slot length is about 40 mm, which is substantially the same as 1/4 of the wavelength in the microwave tube, the microwave emitted from the slot becomes very small. If the slot length is about 80 mm, which is substantially the same as half the wavelength in the microwave tube, almost all microwaves are emitted from the slot. By adjusting the slot length, more preferably between 40 and 50 mm, the microwave emission amount can be increased while maintaining the emission amount balance from each slot. Since the plasma generation unit density increases / decreases according to the amount of microwave emission, the plasma generation unit density can be increased / decreased by changing the slot length.
以上説明したように本実施例は、スロット長を変更しプラズマ処理室内に導入するマイクロ波電力を変更することでプラズマ発生部密度を変更し、基板近傍プラズマ密度を簡易に変更できる。 As described above, in this embodiment, the plasma generation unit density can be changed by changing the slot length and changing the microwave power introduced into the plasma processing chamber, so that the plasma density near the substrate can be changed easily.
(実施例6)
本発明プラズマ処理装置の第七の実施例を図11に示す。本実施例のプラズマ処理装置は、図6と図9を組合わせたものである。
(Example 6)
FIG. 11 shows a seventh embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. The plasma processing apparatus of this embodiment is a combination of FIG. 6 and FIG.
本発明プラズマ処理装置を用いて、基板2を窒化処理する。表面に2nm厚の酸化膜付きシリコン基板2を不図示手段により搬送し戴置する。次に不図示の排気系を介してプラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気する。続いて、処理用ガス導入手段5から500sccmの窒素をプラズマ処理室1に導入する。次に排気系に設けられた不図示のコンダクタンスバルブを調整し、プラズマ処理室1を130Paに保持する。続いて、プラズマ処理室1側面にあるスロット38のスロット長が45mmになるように駆動手段36により板35を回転する。また、プラズマ処理室1上面にあるスロット24が最も中央寄りでスロット長42mmになるように駆動手段22、25で板21、26を回転する。続いて、マイクロ波電源より1.5kWのマイクロ波を、スロット付無終端環状導波管8、31、誘電体窓7、33を介して、プラズマ処理室1に供給する。マイクロ波は、スロット24間とスロット38間で定在波となるので、スロット24間とスロット38間にプラズマを励起する。プラズマ中の窒素イオンは、拡散しながら基板2近傍に到達し、基板2表面に到達し、シリコン酸化膜を窒化する。プラズマ処理室1上面に励起したプラズマは基板2中央を主に窒化し、プラズマ処理室1側面に励起したプラズマは基板2外周を主に窒化する。これらの窒化量をスロット24、38の長さや位置により調整することで、基板2面内窒化量を均一にする。3分経過後、マイクロ波電源を停止し、窒素ガス供給を停止し、プラズマ処理室1を0.1Pa以下まで排気した後、基板2をプラズマ処理室1外に搬出する。
The
以上説明したように、本実施例はプラズマ処理室側面と上面にそれぞれスロット付環状導波管を備え各々のスロットの位置と長さを変更することで、プラズマ処理室側面と上面に励起するプラズマの密度と分布を変更し、もって基板近傍プラズマ密度分布を均一にすることができる。 As described above, the present embodiment has an annular waveguide with slots on the side surface and upper surface of the plasma processing chamber, respectively, and the plasma excited on the side surface and upper surface of the plasma processing chamber by changing the position and length of each slot. Thus, the plasma density distribution in the vicinity of the substrate can be made uniform.
(実施例7)
本発明プラズマ処理装置の第七の実施例を図12により詳細に説明する。1はプラズマ処理室、41は無終端環状導波管、42は無終端環状導波管41を上下方向に移動する駆動手段、44はスロットを備え交換可能なスロット板、43は無終端環状導波管41とスロット板44を金属バネにより電気的に接触させる接触手段、45は交換用スロット板を格納する格納所、46は無終端環状導波管41に設置したスロット板44を格納所45に格納したスロット板44と交換する交換手段、47はスロット板44の所定の場所に円錐状金属ピンを設け更に無終端環状導波管41の所定の場所にすり鉢状穴を設け勘合させる位置決め手段である。
(Example 7)
A seventh embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 is a plasma processing chamber, 41 is an endless annular waveguide, 42 is a driving means for moving the endless
本発明プラズマ処理装置のスロット板44を以下のように交換する。無終端環状導波管41を駆動手段42により上昇する。続いて、スロット板44を交換手段46により格納所45の所定の場所に搬送する。続いて、所望のスロット板44を格納所45からプラズマ処理室1の上に搬送する。そして、駆動手段42により無終端環状導波管41を下降する。無終端環状導波管41とスロット板44とプラズマ処理室1は、互いに接触手段43により電気的に接触し、マイクロ波を漏出しない。
The
以上説明したように本実施例は、スロット板を交換することでプラズマ処理室へマイクロ波を導入するスロットの形と位置を簡易に変更できる。
本発明は、半導体基板の窒化に限定するものではなく、例えば、半導体基板、液晶基板等の半導体製造プロセスに用いるエッチング装置、アッシング装置、CVD装置、窒化装置、酸化装置等のプラズマ処理装置にも有効である。
As described above, in this embodiment, the shape and position of the slot for introducing the microwave into the plasma processing chamber can be easily changed by exchanging the slot plate.
The present invention is not limited to nitridation of a semiconductor substrate. For example, the present invention is also applicable to a plasma processing apparatus such as an etching apparatus, an ashing apparatus, a CVD apparatus, a nitriding apparatus, and an oxidizing apparatus used in a semiconductor manufacturing process such as a semiconductor substrate and a liquid crystal substrate It is valid.
1 プラズマ処理室
2 基板
3 基板戴置台
5 ガス導入手段
6 排気口
7 誘電体窓
8 無終端環状導波管
10 冷却水路
11 スロット
20 板
21 板
22 駆動手段
23 接触手段
24 スロット
25 駆動手段
26 板
27 中空管
28 軸
29 接触手段
30 駆動手段
31 無終端環状導波管
32 スロット
33 誘電体壁
34 板
35 板
36 駆動手段
37 接触手段
38 スロット
41 無終端環状導波管
42 駆動手段
43 接触手段
44 スロット板
45 格納所
46 交換手段
47 位置決め手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004195510A JP2006019489A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Plasma processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004195510A JP2006019489A (en) | 2004-07-01 | 2004-07-01 | Plasma processing apparatus |
Publications (1)
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JP2006019489A true JP2006019489A (en) | 2006-01-19 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2004
- 2004-07-01 JP JP2004195510A patent/JP2006019489A/en not_active Withdrawn
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