JP2009099975A - Plasma processing device - Google Patents

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Ryusaku Ota
龍作 太田
Hikari Adachi
光 足立
Toshio Nakanishi
敏雄 中西
Atsushi Ueda
篤 植田
Shojun Ko
松潤 康
Paul Moroz
モルズ、ポール
Peter L G Ventzek
ヴェンツェ、ピーター、エル・ジー
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a slot antenna type microwave plasma processing device for controlling electric field distribution in the vicinity of a slot antenna and uniformly controlling plasma to be generated. <P>SOLUTION: The plasma processing device 100 includes a plurality of stubs 43 as a second waveguide for adjusting field distribution to be formed on a planar antenna plate 31 configuring a flat waveguide. The stubs 43 are provided so as to penetrate through a conductive cover member 34 on the upper part of slots 32 formed on the external periphery of the planar antenna plate 31. The stubs 43 are disposed symmetrically in their diameter direction with the center of the planar antenna plate 31 sandwiched. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数のスロットを有する平面アンテナにより処理容器にマイクロ波を導くことにより発生させたプラズマによって被処理体を処理するプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing an object to be processed by plasma generated by introducing a microwave to a processing container using a planar antenna having a plurality of slots.

半導体ウエハなどの被処理体に対し、酸化処理や窒化処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置として、スロットアンテナを用い、処理容器内に例えば周波数2.45GHzのマイクロ波を導入してプラズマを生成させる方式のプラズマ処理装置が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2)。このようなマイクロ波プラズマ処理装置では、高いプラズマ密度を持つプラズマを生成させることにより、処理容器内で表面波プラズマを形成することが可能である。   As a plasma processing apparatus that performs plasma processing such as oxidation processing and nitriding processing on an object to be processed such as a semiconductor wafer, a slot antenna is used to generate plasma by introducing, for example, a microwave with a frequency of 2.45 GHz into the processing container. There is known a plasma processing apparatus of the type to be used (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In such a microwave plasma processing apparatus, it is possible to form surface wave plasma in a processing container by generating plasma having a high plasma density.

上記スロットアンテナ方式のプラズマ処理装置では、同一仕様の装置を同一の条件で稼動させても、装置間でプラズマ分布に多少の差が生じる。また、スロットアンテナにおけるスロットの配置、マイクロ波透過板や遅波材の形状、材質の違いなどがある場合、反射波が生成して、マイクロ波パワーの損失が生じたりするという問題がある。また、プラズマ処理装置で行なわれる処理の条件を変更しようとすると、処理容器内でのプラズマが不安定または不均一になりやすい。変更後の条件でプラズマを安定化させるには、スロットアンテナのスロットの配置や形状、マイクロ波透過板の形状などを変更しなければならず、プロセス毎に大掛かりな装置改変が必要になってしまうという問題があった。また、特に大型の半導体ウエハなどの基板を処理する場合に、処理容器内でプラズマが不安定または不均一になると、基板の面内で処理結果に不均一が生じやすくなる。   In the slot antenna type plasma processing apparatus, even if apparatuses of the same specifications are operated under the same conditions, there is a slight difference in plasma distribution between the apparatuses. In addition, when there is a slot arrangement in the slot antenna, the shape of the microwave transmitting plate or the slow wave material, or a difference in material, there is a problem that a reflected wave is generated and a loss of microwave power occurs. Further, if it is attempted to change the conditions of the processing performed in the plasma processing apparatus, the plasma in the processing container tends to be unstable or non-uniform. In order to stabilize the plasma under the changed conditions, the slot arrangement and shape of the slot antenna, the shape of the microwave transmission plate, etc. must be changed, which requires major equipment modifications for each process. There was a problem. In particular, when processing a substrate such as a large semiconductor wafer, if the plasma becomes unstable or non-uniform in the processing vessel, non-uniform processing results are likely to occur within the surface of the substrate.

マイクロ波電力をプラズマ形成部の周辺近傍に均一に分布させる目的で、電子サイクロトロン共振(ECR)方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、マイクロ波電源に結合された同軸線に沿って所定間隔でスタブを配設する提案がなされている(例えば、特許文献3)。また、100MHz〜1000MHzの高周波電力を用いるプラズマ処理装置において、放射状のロッドを有するアンテナ容器の上面に、このアンテナ容器の上面とロッドとの間で容量を形成しかつ共振状態を作るスタブを配置する技術も提案されている(例えば、特許文献4)。   In an electron cyclotron resonance (ECR) type microwave plasma processing apparatus, stubs are provided at predetermined intervals along a coaxial line coupled to a microwave power source for the purpose of uniformly distributing the microwave power near the periphery of the plasma forming unit. There has been a proposal to dispose (for example, Patent Document 3). Further, in a plasma processing apparatus using high-frequency power of 100 MHz to 1000 MHz, a stub that forms a capacitance and creates a resonance state between the upper surface of the antenna container and the rod is disposed on the upper surface of the antenna container having a radial rod. Technology has also been proposed (for example, Patent Document 4).

特開平11−260594号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-260594 特開2001−223171号公報JP 2001-223171 A 特表2000−514595号公報Special Table 2000-514595 特開平11−297494号公報JP-A-11-297494

上記特許文献3および特許文献4に記載されたプラズマ処理装置は、いずれもスロットアンテナ方式のプラズマ処理装置ではない。このようにスロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、スロットの形状や配置を変更せずに、スタブのようにマイクロ波による電磁界を調節する部材によってプラズマの均一性を確保する技術については、これまで十分な検討はなされていなかった。   Neither of the plasma processing apparatuses described in Patent Document 3 and Patent Document 4 is a slot antenna type plasma processing apparatus. Thus, in the slot antenna type microwave plasma processing apparatus, without changing the shape and arrangement of the slot, the technology for ensuring the uniformity of the plasma by a member that adjusts the electromagnetic field by the microwave, such as a stub, Until now, it has not been fully studied.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、スロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置において、スロットアンテナ付近の電界分布を制御し、スロットアンテナ全体に均一な電界分布を形成することにより、生成するプラズマを均一にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a slot antenna type microwave plasma processing apparatus, by controlling the electric field distribution near the slot antenna and forming a uniform electric field distribution over the entire slot antenna, The purpose is to make the generated plasma uniform.

本発明に係るプラズマ処理装置は、
被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
導電性材料からなる平板状基材を貫通して形成された複数のスロットを有して前記透過板の上に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性のカバー部材と、
前記導電性のカバー部材を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第1の導波管と、
前記平面アンテナの外周部の上方に複数個配置され、前記平面アンテナにおける電界分布を調節する第2の導波管と、
を備えている。
The plasma processing apparatus according to the present invention includes:
A processing container that can be evacuated to accommodate a workpiece;
A transmission plate that is airtightly attached to the upper opening of the processing vessel and transmits microwaves for plasma generation;
A planar antenna that has a plurality of slots formed through a flat substrate made of a conductive material and is arranged on the transmission plate to introduce microwaves into the processing container;
A conductive cover member covering the planar antenna from above;
A first waveguide provided through the conductive cover member and supplying microwaves from a microwave generation source to the planar antenna;
A plurality of second waveguides arranged above the outer periphery of the planar antenna, for adjusting the electric field distribution in the planar antenna;
It has.

本発明に係るプラズマ処理装置において、前記第2の導波管が、2個〜4個の範囲内で配設されていてもよい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, the second waveguide may be disposed within a range of 2 to 4.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、少なくとも2個の前記第2の導波管が、前記平面アンテナの中心を挟んでその径方向に対称に配置されていてもよい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, at least two of the second waveguides may be arranged symmetrically in the radial direction with the center of the planar antenna interposed therebetween.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記第2の導波管が、前記平面アンテナの中心から径外方向に向けて前記スロットを結ぶ線の上方に配置されていてもよい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, the second waveguide may be disposed above a line connecting the slots from the center of the planar antenna toward the radially outward direction.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第2の導波管が、前記スロット対のうちの径方向に内側の前記スロットの上方、または外側の前記スロットの上方に配置されていてもよい。   Further, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the slots are concentrically arranged as a slot pair in the flat substrate, and the second waveguide has a diameter of the slot pair. It may be arranged above the inner slot in the direction or above the outer slot.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記第2の導波管の中心が、それぞれ前記スロットの開口の中心に重なるように位置していてもよい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, the center of the second waveguide may be positioned so as to overlap the center of the opening of the slot.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記導電性のカバー部材に挿入された内部に空洞を有する中空状部材により、前記第2の導波管の一部分または全体が構成されていてもよい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, a part or the whole of the second waveguide may be constituted by a hollow member having a cavity inside inserted into the conductive cover member.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記導電性のカバー部材を貫通する開口部によって前記第2の導波管の一部分または全体が構成されていてもよい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, a part or the whole of the second waveguide may be configured by an opening that penetrates the conductive cover member.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記導電性のカバー部材に形成された凹部によって前記第2の導波管の一部分または全体が構成されていてもよい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, a part or the whole of the second waveguide may be configured by a recess formed in the conductive cover member.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記第2の導波管の上端部が閉塞されていてもよい。   In the plasma processing apparatus according to the present invention, the upper end portion of the second waveguide may be closed.

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記平面アンテナの上に、前記平面アンテナへ供給されるマイクロ波の波長を調整する遅波板をさらに備えていてもよい。   The plasma processing apparatus according to the present invention may further include a retardation plate for adjusting a wavelength of a microwave supplied to the planar antenna on the planar antenna.

本発明によれば、複数のスロットを有する平面アンテナを備えたプラズマ処理装置において、平面アンテナにより構成される偏平導波管に、平面アンテナにおける電界分布を調節する第2の導波管を複数個設けたことにより、平面アンテナにおける電界強度を均一化することができる。その結果、第1の導波管へのマイクロ波の反射係数(反射波)が抑制され、処理容器内に生成されるプラズマに対するマイクロ波の吸収効率を高めることができる。そして、処理容器内でプラズマを安定して生成できるとともに、プラズマ分布を均一にすることができる。従って、被処理体が大型基板である場合でも面内において均一な処理を行うことができる、という効果を奏する。   According to the present invention, in a plasma processing apparatus including a planar antenna having a plurality of slots, a plurality of second waveguides for adjusting the electric field distribution in the planar antenna are provided in the flat waveguide configured by the planar antenna. By providing, the electric field strength in the planar antenna can be made uniform. As a result, the reflection coefficient (reflected wave) of the microwave to the first waveguide is suppressed, and the microwave absorption efficiency with respect to the plasma generated in the processing container can be increased. In addition, plasma can be stably generated in the processing container, and the plasma distribution can be made uniform. Therefore, even when the object to be processed is a large substrate, there is an effect that uniform processing can be performed in the surface.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係るプラズマ処理装置100の概略構成を模式的に示す断面図である。図2は、図1のプラズマ処理装置100の平面アンテナを示す平面図である。図3は、図1のプラズマ処理装置100の上面の概略構成を示す斜視図である。図4は、図1のプラズマ処理装置100にける制御系統の概略構成例を示す図面である。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a planar antenna of the plasma processing apparatus 100 of FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of the upper surface of the plasma processing apparatus 100 of FIG. FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration example of a control system in the plasma processing apparatus 100 of FIG.

プラズマ処理装置100は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナ、特にRLSA(Radial Line Slot Antenna;ラジアルラインスロットアンテナ)にて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。プラズマ処理装置100では、1×1010〜5×1012/cmのプラズマ密度で、かつ0.7〜2eVの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマ処理装置100は、各種半導体装置の製造過程において好適に利用できるものである。 The plasma processing apparatus 100 generates plasma by introducing a microwave into a processing container using a planar antenna having a plurality of slot-shaped holes, particularly a RLSA (Radial Line Slot Antenna). It is configured as a plasma processing apparatus that can generate microwave-excited plasma having a density and a low electron temperature. In the plasma processing apparatus 100, processing with plasma having a plasma density of 1 × 10 10 to 5 × 10 12 / cm 3 and a low electron temperature of 0.7 to 2 eV is possible. Therefore, the plasma processing apparatus 100 can be suitably used in the manufacturing process of various semiconductor devices.

プラズマ処理装置100は、主要な構成として、気密に構成された処理容器1と、処理容器1内にガスを供給するガス供給機構18と、処理容器1内を減圧排気するための排気機構としての排気装置24と、処理容器1の上部に設けられ、処理容器1内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構27と、これらプラズマ処理装置100の各構成部を制御する制御手段としての制御部50と、を備えている。なお、ガス供給機構18、排気装置24およびマイクロ波導入機構27は、処理容器1内でプラズマを生成させるプラズマ生成手段を構成している。   The plasma processing apparatus 100 includes, as main components, an airtight processing container 1, a gas supply mechanism 18 for supplying gas into the processing container 1, and an exhaust mechanism for evacuating the processing container 1 under reduced pressure. An exhaust device 24, a microwave introduction mechanism 27 that is provided in the upper portion of the processing container 1 and introduces microwaves into the processing container 1, and a control unit 50 as a control unit that controls each component of the plasma processing apparatus 100. And. Note that the gas supply mechanism 18, the exhaust device 24, and the microwave introduction mechanism 27 constitute plasma generating means for generating plasma in the processing container 1.

処理容器1は、接地された略円筒状の容器である。なお、処理容器1は角筒形状に形成してもよい。処理容器1は、アルミニウム等の材質からなる底壁1aと側壁1bとを有している。   The processing container 1 is a substantially cylindrical container that is grounded. Note that the processing container 1 may be formed in a rectangular tube shape. The processing container 1 has a bottom wall 1a and a side wall 1b made of a material such as aluminum.

処理容器1の内部は、被処理体であるシリコンウエハ(以下、単に「ウエハ」と記す)Wを水平に支持するための載置台2が設けられている。載置台2は、熱伝導性の高い材質例えばAlN等のセラミックスにより構成されている。この載置台2は、排気室11の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材3により支持されている。支持部材3は、例えばAlN等のセラミックスにより構成されている。   Inside the processing container 1 is provided a mounting table 2 for horizontally supporting a silicon wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) W which is an object to be processed. The mounting table 2 is made of a material having high thermal conductivity, such as ceramics such as AlN. The mounting table 2 is supported by a cylindrical support member 3 extending upward from the center of the bottom of the exhaust chamber 11. The support member 3 is made of ceramics such as AlN, for example.

また、載置台2には、その外縁部をカバーし、ウエハWをガイドするためのカバーリング4が設けられている。このカバーリング4は、例えば石英、AlN、Al、SiN等の材質で構成された環状部材である。 Further, the mounting table 2 is provided with a cover ring 4 that covers the outer edge portion thereof and guides the wafer W. The cover ring 4 is an annular member made of a material such as quartz, AlN, Al 2 O 3 , or SiN.

また、載置台2には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ5が埋め込まれている。このヒータ5は、ヒータ電源5aから給電されることにより載置台2を加熱して、その熱で被処理基板であるウエハWを均一に加熱する。   In addition, a resistance heating type heater 5 as a temperature adjusting mechanism is embedded in the mounting table 2. The heater 5 is heated by the heater power supply 5a to heat the mounting table 2 and uniformly heats the wafer W, which is a substrate to be processed, with the heat.

また、載置台2には、熱電対(TC)6が配備されている。この熱電対6によって温度計測を行うことにより、ウエハWの加熱温度を例えば室温から900℃までの範囲で制御可能となっている。   The mounting table 2 is provided with a thermocouple (TC) 6. By measuring the temperature with the thermocouple 6, the heating temperature of the wafer W can be controlled in a range from room temperature to 900 ° C., for example.

また、載置台2には、ウエハWを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン(図示せず)が設けられている。各ウエハ支持ピンは、載置台2の表面に対して突没可能に設けられている。   The mounting table 2 is provided with wafer support pins (not shown) for supporting the wafer W and raising and lowering it. Each wafer support pin is provided so as to protrude and retract with respect to the surface of the mounting table 2.

処理容器1の内周には、石英からなる円筒状のライナー7が設けられている。また、載置台2の外周側には、処理容器1内を均一排気するため、多数の排気孔8aを有する石英製のバッフルプレート8が環状に設けられている。このバッフルプレート8は、複数の支柱9により支持されている。   A cylindrical liner 7 made of quartz is provided on the inner periphery of the processing container 1. In addition, a quartz baffle plate 8 having a large number of exhaust holes 8 a is annularly provided on the outer peripheral side of the mounting table 2 in order to uniformly exhaust the inside of the processing container 1. The baffle plate 8 is supported by a plurality of support columns 9.

処理容器1の底壁1aの略中央部には、円形の開口部10が形成されている。底壁1aにはこの開口部10と連通し、下方に向けて突出する排気室11が設けられている。この排気室11には、排気管12が接続されており、この排気管12を介して排気装置24に接続されている。   A circular opening 10 is formed at a substantially central portion of the bottom wall 1 a of the processing container 1. An exhaust chamber 11 that communicates with the opening 10 and protrudes downward is provided on the bottom wall 1a. An exhaust pipe 12 is connected to the exhaust chamber 11 and is connected to an exhaust device 24 via the exhaust pipe 12.

処理容器1の上端には、処理容器1を開閉させる蓋体(リッド)としての機能を有し、開口部が形成された金属製のプレート13が接合されている。プレート13の内周下部は、内側(処理容器内空間)へ向けて突出し、環状の支持部13aを形成している。   A metal plate 13 having a function as a lid (lid) for opening and closing the processing container 1 and having an opening is joined to the upper end of the processing container 1. The inner peripheral lower part of the plate 13 protrudes toward the inner side (inside the processing container space) to form an annular support part 13a.

処理容器1の側壁1bには、環状をなすガス導入部15が設けられている。このガス導入部15は、酸素含有ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給機構18に接続されている。なお、ガス導入部15はノズル状またはシャワー状に設けてもよい。   An annular gas introduction part 15 is provided on the side wall 1 b of the processing container 1. The gas introduction unit 15 is connected to a gas supply mechanism 18 that supplies an oxygen-containing gas and a plasma excitation gas. The gas introduction part 15 may be provided in a nozzle shape or a shower shape.

また、処理容器1の側壁1bには、プラズマ処理装置100と、これに隣接する搬送室(図示せず)との間でウエハWの搬入出を行うための搬入出口16と、この搬入出口16を開閉するゲートバルブ17とが設けられている。   Further, on the side wall 1b of the processing container 1, a loading / unloading port 16 for loading / unloading the wafer W between the plasma processing apparatus 100 and a transfer chamber (not shown) adjacent to the plasma processing apparatus 100, and the loading / unloading port 16 are provided. And a gate valve 17 for opening and closing.

ガス供給機構18は、例えばプラズマ形成用のAr、Kr、Xe、He等の希ガスや、酸化処理における酸素ガス、窒化処理における窒素ガスなどの処理ガス、CVD処理における原料ガス、さらに、処理容器内雰囲気を置換する際に用いるN、Ar等のパージガス、処理容器1内をクリーニングする際に用いるClF、NF等のクリーニングガス等を供給するガス供給源(図示せず)を有している。各ガス供給源は、図示しないマスフローコントローラおよび開閉バルブを備え、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。 The gas supply mechanism 18 includes, for example, a rare gas such as Ar, Kr, Xe, and He for plasma formation, a processing gas such as an oxygen gas in an oxidation process, a nitrogen gas in a nitriding process, a source gas in a CVD process, and a processing container It has a gas supply source (not shown) for supplying a purge gas such as N 2 and Ar used for replacing the inner atmosphere, a cleaning gas such as ClF 3 and NF 3 used for cleaning the inside of the processing container 1, etc. ing. Each gas supply source includes a mass flow controller and an open / close valve (not shown) so that the supplied gas can be switched and the flow rate can be controlled.

排気機構としての排気装置24は、例えばターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置24は、排気管12を介して処理容器1の排気室11に接続されている。処理容器1内のガスは、排気室11の空間11a内へ均一に流れ、さらに空間11aから排気装置24を作動させることにより、排気管12を介して外部へ排気される。これにより、処理容器1内を例えば0.133Paまで高速に減圧することが可能となっている。   The exhaust device 24 as an exhaust mechanism includes a high-speed vacuum pump such as a turbo molecular pump. As described above, the exhaust device 24 is connected to the exhaust chamber 11 of the processing container 1 through the exhaust pipe 12. The gas in the processing container 1 flows uniformly into the space 11a of the exhaust chamber 11, and is further exhausted to the outside through the exhaust pipe 12 by operating the exhaust device 24 from the space 11a. Thereby, it is possible to depressurize the inside of the processing container 1 at a high speed, for example, to 0.133 Pa.

次に、マイクロ波導入機構27の構成について説明する。マイクロ波導入機構27は、主要な構成として、透過板28、平面アンテナ板31、遅波板33、導電性のカバー部材34、第1の導波管としての導波管37、マッチング回路38およびマイクロ波発生装置39を備えている。また、本実施の形態に係るプラズマ処理装置100においては、マイクロ波導入機構27に、平面アンテナ板31とカバー部材34とによって形成される偏平導波管内の電界分布を調整する第2の導波管としてのスタブ43を少なくとも1個以上(図1および図3では2個を例示)備えている。   Next, the configuration of the microwave introduction mechanism 27 will be described. The microwave introduction mechanism 27 includes, as main components, a transmission plate 28, a planar antenna plate 31, a slow wave plate 33, a conductive cover member 34, a waveguide 37 as a first waveguide, a matching circuit 38, and A microwave generator 39 is provided. In the plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment, the second waveguide that adjusts the electric field distribution in the flat waveguide formed by the planar antenna plate 31 and the cover member 34 in the microwave introduction mechanism 27. At least one stub 43 as a tube is provided (two are illustrated in FIGS. 1 and 3).

マイクロ波を透過させる透過板28は、プレート13において内周側に張り出した支持部13a上に配備されている。透過板28は、誘電体、例えば石英やAl、AlN等のセラミックスから構成されている。この透過板28と支持部13aとの間は、シール部材29を介して気密にシールされている。したがって、処理容器1内は気密に保持される。 The transmission plate 28 that transmits microwaves is provided on a support portion 13 a that protrudes toward the inner periphery of the plate 13. The transmission plate 28 is made of a dielectric, for example, ceramics such as quartz, Al 2 O 3 , and AlN. A gap between the transmission plate 28 and the support portion 13a is hermetically sealed through a seal member 29. Therefore, the inside of the processing container 1 is kept airtight.

平面アンテナ板31は、透過板28の上方において、載置台2と対向するように設けられている。平面アンテナ板31は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ板31の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ板31は、プレート13の上端に係止されている。   The planar antenna plate 31 is provided above the transmission plate 28 so as to face the mounting table 2. The planar antenna plate 31 has a disk shape. The shape of the planar antenna plate 31 is not limited to a disk shape, and may be a square plate shape, for example. The planar antenna plate 31 is locked to the upper end of the plate 13.

平面アンテナ板31は、例えば図2に示したように、基材31aと、この基材31aにおいて所定のパターンで貫通して形成された多数のスロット32とを有している。基材31aは、例えば表面が金または銀メッキされた銅板またはアルミニウム板により構成されている。個々のスロット32は、細長い形状をなしている。また、スロット32は、その長手方向が異なるように配置された二つのスロット32が対をなして同心円状に配列されている。すなわち、基材31aの径方向に対してその長手方向が所定の第1の角度をなすスロット32aと、その長手方向が所定の第2の角度をなすスロット32bとが1組になって対をなし、さらに複数のスロット対が基材31aの周方向に同心円状に1列以上、好ましくは複数の列をなして配置されている。図2においては、同心円状に形成された隣接するスロット対どうしの間隔をΔrで示している。なお、間隔Δrは、スロット対の配置により適宜調整することができる。   As shown in FIG. 2, for example, the planar antenna plate 31 has a base material 31a and a large number of slots 32 formed through the base material 31a in a predetermined pattern. The base material 31a is made of, for example, a copper plate or an aluminum plate whose surface is plated with gold or silver. Each slot 32 has an elongated shape. In addition, the slots 32 are arranged concentrically in pairs with two slots 32 arranged so that their longitudinal directions are different. That is, a pair of a slot 32a whose longitudinal direction forms a predetermined first angle and a slot 32b whose longitudinal direction forms a predetermined second angle with respect to the radial direction of the base material 31a make a pair. None, and a plurality of slot pairs are arranged in one or more rows, preferably in a plurality of rows, concentrically in the circumferential direction of the base material 31a. In FIG. 2, the interval between adjacent pairs of slots formed concentrically is indicated by Δr. Note that the interval Δr can be appropriately adjusted by the arrangement of the slot pairs.

なお、図2に示した平面アンテナ板31のスロット32の配置や個数、配置間隔、配置角度などは、あくまでも例示である。スロット32の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長(λg)に応じて決定することができる。例えば、スロット32の間隔は、波長がλg/4からλgとなるように配置することが好ましい。なお、スロット32の形状は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット32の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状等に配置することもできる。なお、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用の基板を処理対象とする場合には、複数のスロットを直線状や四角い螺旋状に配列することもできる。   Note that the arrangement and number of slots 32 of the planar antenna plate 31 shown in FIG. 2, the arrangement interval, the arrangement angle, and the like are merely examples. The length and arrangement interval of the slots 32 can be determined according to the wavelength (λg) of the microwave. For example, the slots 32 are preferably arranged so that the wavelength is from λg / 4 to λg. The slot 32 may have another shape such as a circular shape or an arc shape. Furthermore, the arrangement form of the slots 32 is not particularly limited, and the slots 32 may be arranged concentrically, for example, spirally, radially, or the like. When a substrate for a flat panel display such as a liquid crystal display or an organic EL display is used as a processing target, a plurality of slots can be arranged in a linear shape or a square spiral shape.

偏平導波管を構成する平面アンテナ板31とカバー部材34との間には、真空よりも大きい誘電率を有する材料からなる遅波板33が設けられている。遅波板33は平面アンテナ板31を覆うように配置されている。遅波板33の材料としては、例えば、石英、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。この遅波板33は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。   A slow wave plate 33 made of a material having a dielectric constant larger than that of a vacuum is provided between the flat antenna plate 31 and the cover member 34 constituting the flat waveguide. The slow wave plate 33 is disposed so as to cover the planar antenna plate 31. Examples of the material of the slow wave plate 33 include quartz, polytetrafluoroethylene resin, and polyimide resin. The slow wave plate 33 has a function of adjusting the plasma by shortening the wavelength of the microwave because the wavelength of the microwave becomes longer in vacuum.

なお、平面アンテナ板31と透過板28との間、また、遅波板33と平面アンテナ板31との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。   The planar antenna plate 31 and the transmission plate 28 and the slow wave plate 33 and the planar antenna plate 31 may be brought into contact with or separated from each other, but are preferably brought into contact with each other.

処理容器1の上部には、これら平面アンテナ板31および遅波板33を覆うように、導波路を形成する機能も有するカバー部材34が設けられている。カバー部材34は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。プレート13の上端とカバー部材34とは、マイクロ波が外部へ漏えいしないように導電性を有するスパイラルシールドリングなどのシール部材35によりシールされている。また、カバー部材34には、冷却水流路34aが形成されている。この冷却水流路34aに冷却水を通流させることにより、カバー部材34、遅波板33、平面アンテナ板31および透過板28を冷却できるようになっている。この冷却機構により、カバー部材34、遅波板33、平面アンテナ板31、透過板28およびプレート13がプラズマの熱により変形・破損することが防止される。なお、カバー部材34は接地されている。   A cover member 34 having a function of forming a waveguide is provided on the upper portion of the processing container 1 so as to cover the planar antenna plate 31 and the slow wave plate 33. The cover member 34 is made of a metal material such as aluminum or stainless steel. The upper end of the plate 13 and the cover member 34 are sealed by a sealing member 35 such as a spiral shield ring having conductivity so that microwaves do not leak outside. The cover member 34 is formed with a cooling water flow path 34a. The cover member 34, the slow wave plate 33, the planar antenna plate 31 and the transmission plate 28 can be cooled by allowing cooling water to flow through the cooling water flow path 34a. By this cooling mechanism, the cover member 34, the slow wave plate 33, the planar antenna plate 31, the transmission plate 28, and the plate 13 are prevented from being deformed / damaged by the heat of the plasma. The cover member 34 is grounded.

カバー部材34の上壁(天井部)の中央には、開口部36が形成されており、この開口部36には導波管37の下端が接続されている。導波管37の他端側には、マッチング回路38を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置39が接続されている。   An opening 36 is formed in the center of the upper wall (ceiling) of the cover member 34, and the lower end of the waveguide 37 is connected to the opening 36. A microwave generator 39 that generates microwaves is connected to the other end of the waveguide 37 via a matching circuit 38.

導波管37は、上記カバー部材34の開口部36から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管37aと、この同軸導波管37aの上端部にモード変換器40を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管37bとを有している。モード変換器40は、矩形導波管37b内をTEモードで伝搬するマイクロ波をTEMモードに変換する機能を有している。   The waveguide 37 is connected to a coaxial waveguide 37a having a circular cross section extending upward from the opening 36 of the cover member 34, and an upper end portion of the coaxial waveguide 37a via a mode converter 40. And a rectangular waveguide 37b extending in the horizontal direction. The mode converter 40 has a function of converting the microwave propagating in the TE mode in the rectangular waveguide 37b into the TEM mode.

同軸導波管37aの中心には内導体41が延在している。この内導体41は、その下端部において平面アンテナ板31の中心に接続固定されている。このような構造により、マイクロ波は、同軸導波管37aの内導体41を介して偏平導波管の一部分を構成する平面アンテナ板31へ放射状に効率よく均一に伝搬される。   An inner conductor 41 extends at the center of the coaxial waveguide 37a. The inner conductor 41 is connected and fixed to the center of the planar antenna plate 31 at its lower end. With such a structure, microwaves are efficiently and uniformly propagated radially and uniformly to the planar antenna plate 31 constituting a part of the flat waveguide through the inner conductor 41 of the coaxial waveguide 37a.

スタブ43は、図3にも示したように、断面視矩形をなす中空管状部材による方形導波管である。スタブ43は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。スタブ43は、カバー部材34の外周部において垂直方向に設けられている。スタブ43の下部は、カバー部材34に挿入され、カバー部材34を貫通している。スタブ43の上部はカバー部材34の上面から突出して設けられている。なお、本実施の形態のプラズマ処理装置100におけるスタブ43の形状、配置、配設数などに関しては、後に詳述する。   As shown in FIG. 3, the stub 43 is a rectangular waveguide formed of a hollow tubular member having a rectangular shape in cross section. The stub 43 is made of a metal material such as aluminum or stainless steel. The stub 43 is provided in the vertical direction on the outer peripheral portion of the cover member 34. A lower portion of the stub 43 is inserted into the cover member 34 and penetrates the cover member 34. The upper part of the stub 43 is provided so as to protrude from the upper surface of the cover member 34. The shape, arrangement, number of arrangements, etc. of the stubs 43 in the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment will be described in detail later.

以上のような構成のマイクロ波導入機構27により、マイクロ波発生装置39で発生したマイクロ波が導波管37を介して平面アンテナ板31へ伝搬され、スロット32および透過板28を介して処理容器1内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えば2.45GHzが好ましく用いられ、他に8.35GHz、1.98GHz等を用いることもできる。   With the microwave introduction mechanism 27 having the above-described configuration, the microwave generated by the microwave generator 39 is propagated to the planar antenna plate 31 through the waveguide 37 and is processed through the slot 32 and the transmission plate 28. 1 is introduced. For example, 2.45 GHz is preferably used as the frequency of the microwave, and 8.35 GHz, 1.98 GHz, or the like can also be used.

プラズマ処理装置100の各構成部は、制御部50に接続されて制御される構成となっている。制御部50は、図4に示したように、CPUを備えたコンピューターであるプロセスコントローラ51と、このプロセスコントローラ51に接続されたユーザーインターフェース52および記憶部53を備えている。プロセスコントローラ51は、プラズマ処理装置100において、例えば温度、ガス流量、圧力、マイクロ波出力などのプロセス条件に関係する各構成部(例えば、ヒータ電源5a、ガス供給機構18、排気装置24、マイクロ波発生装置39など)に接続され、これらを統括して制御する制御手段である。   Each component of the plasma processing apparatus 100 is connected to and controlled by the controller 50. As shown in FIG. 4, the control unit 50 includes a process controller 51, which is a computer including a CPU, and a user interface 52 and a storage unit 53 connected to the process controller 51. In the plasma processing apparatus 100, the process controller 51 is a component related to process conditions such as temperature, gas flow rate, pressure, and microwave output (for example, the heater power supply 5a, the gas supply mechanism 18, the exhaust device 24, the microwave). The control means is connected to the generator 39 and the like, and controls them collectively.

ユーザーインターフェース52は、工程管理者がプラズマ処理装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部53には、プラズマ処理装置100で実行される各種処理をプロセスコントローラ51の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウエア)や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。   The user interface 52 includes a keyboard on which a process manager manages command input to manage the plasma processing apparatus 100, a display that visualizes and displays the operating status of the plasma processing apparatus 100, and the like. The storage unit 53 stores a recipe in which a control program (software) for realizing various processes executed by the plasma processing apparatus 100 under the control of the process controller 51 and processing condition data are recorded. Yes.

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース52からの指示等にて任意のレシピを記憶部53から呼び出してプロセスコントローラ51に実行させることで、プロセスコントローラ51の制御下、プラズマ処理装置100の処理容器1内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばCD−ROM、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、DVDなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。   Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the storage unit 53 by an instruction from the user interface 52 and is executed by the process controller 51, so that the processing container 1 of the plasma processing apparatus 100 is controlled under the control of the process controller 51. Desired processing. The recipe such as the control program and processing condition data may be stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, a hard disk, a flexible disk, a flash memory, a DVD, or the like. It is also possible to transmit the data from other devices as needed via a dedicated line and use it online.

このように構成されたプラズマ処理装置100では、800℃以下(特に、室温から500℃程度)の低温で下地膜等へのダメージフリーなプラズマ処理を行うことができる。また、プラズマ処理装置100は、プラズマの均一性に優れていることから、プロセスの均一性を実現できる。   In the plasma processing apparatus 100 configured in this way, damage-free plasma processing can be performed on the underlying film or the like at a low temperature of 800 ° C. or lower (particularly from about room temperature to 500 ° C.). In addition, since the plasma processing apparatus 100 is excellent in plasma uniformity, process uniformity can be realized.

次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置100を用いたプラズマ処理の手順の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして酸素を含有するガスを用い、ウエハ表面をプラズマ酸化処理する場合を例に挙げる。
まず、例えばユーザーインターフェース52から、プラズマ処理装置100でプラズマ酸化処理を行うように指令が入力される。この指令を受けて、プロセスコントローラ51は、記憶部53に保存されたレシピを読み出す。そして、レシピに基づく条件でプラズマ酸化処理が実行されるように、プロセスコントローラ51からプラズマ処理装置100の各エンドデバイス例えばガス供給機構18、排気装置24、マイクロ波発生装置39、ヒータ電源5aなどへ制御信号が送出される。
Next, an example of a plasma processing procedure using the plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment will be described. Here, a case where oxygen containing gas is used as the processing gas and the wafer surface is subjected to plasma oxidation processing will be described as an example.
First, for example, a command is input from the user interface 52 to perform plasma oxidation processing in the plasma processing apparatus 100. In response to this instruction, the process controller 51 reads the recipe stored in the storage unit 53. Then, from the process controller 51 to each end device of the plasma processing apparatus 100 such as the gas supply mechanism 18, the exhaust apparatus 24, the microwave generator 39, the heater power supply 5 a, etc., so that the plasma oxidation process is performed under conditions based on the recipe. A control signal is sent out.

そして、図示しないゲートバルブを開にして搬入出口からウエハWを処理容器1内に搬入し、載置台2上に載置する。次に、処理容器1内を減圧排気しながら、ガス供給機構18から、不活性ガスおよび酸素含有ガスを所定の流量でそれぞれガス導入部15を介して処理容器1内に導入する。さらに、排気量およびガス供給量を調整して処理容器1内を所定の圧力に調節する。   Then, the gate valve (not shown) is opened, and the wafer W is loaded into the processing container 1 from the loading / unloading port and mounted on the mounting table 2. Next, while evacuating the inside of the processing container 1, an inert gas and an oxygen-containing gas are introduced from the gas supply mechanism 18 into the processing container 1 through the gas introduction part 15 at a predetermined flow rate. Further, the inside of the processing container 1 is adjusted to a predetermined pressure by adjusting the exhaust amount and the gas supply amount.

次に、マイクロ波発生装置39のパワーをオン(入)にして、マイクロ波を発生させる。そして、発生した所定周波数例えば2.45MHzのマイクロ波は、マッチング回路38を介して矩形導波管37bに導かれる。矩形導波管37bに導かれたマイクロ波は、同軸導波管37aを通過し、偏平導波管を構成する平面アンテナ板31に供給される。つまり、マイクロ波は、矩形導波管37b内ではTEモードで伝搬し、このTEモードのマイクロ波はモード変換器40でTEMモードに変換されて、同軸導波管37a内を平面アンテナ板31に向けて伝搬されていく。そして、マイクロ波は、平面アンテナ板31を貫通して形成された孔であるスロット32から透過板28を介して処理容器1内(ウエハWの上方空間)に放射される。この際のマイクロ波出力は、透過板28の1cmあたりのパワー密度として0.41〜4.19W/cmの範囲内とすることが好ましい。マイクロ波出力は、例えば500〜5000Wの範囲内から目的に応じて上記範囲内のパワー密度になるように選択することができる。 Next, the power of the microwave generator 39 is turned on to generate microwaves. The generated microwave having a predetermined frequency, for example, 2.45 MHz, is guided to the rectangular waveguide 37b through the matching circuit 38. The microwave guided to the rectangular waveguide 37b passes through the coaxial waveguide 37a and is supplied to the planar antenna plate 31 constituting the flat waveguide. In other words, the microwave propagates in the TE mode in the rectangular waveguide 37b, and the TE mode microwave is converted into the TEM mode by the mode converter 40, and the planar waveguide plate 31 passes through the coaxial waveguide 37a. It is propagated towards. Then, the microwave is radiated into the processing container 1 (the space above the wafer W) through the transmission plate 28 from the slot 32 which is a hole formed through the planar antenna plate 31. The microwave output at this time is preferably in the range of 0.41 to 4.19 W / cm 2 as the power density per cm 2 of the transmission plate 28. The microwave output can be selected, for example, from the range of 500 to 5000 W so that the power density is within the above range according to the purpose.

平面アンテナ板31から透過板28を経て処理容器1に放射されたマイクロ波により、処理容器1内で電磁界が形成され、不活性ガスおよび酸素含有ガスがそれぞれプラズマ化する。このマイクロ波励起プラズマは、マイクロ波が平面アンテナ板31の多数のスロット32から放射されることにより、略1×1010〜5×1012/cmの高密度で、かつウエハW近傍では、略1.5eV以下の低電子温度のプラズマとなる。このようにして形成されるマイクロ波励起高密度プラズマは、下地膜へのイオン等によるプラズマダメージが少ないものである。そして、プラズマ中の活性種例えばラジカルやイオンの作用によりウエハWのシリコン表面が酸化されてシリコン酸化膜SiOの薄膜が形成される。 An electromagnetic field is formed in the processing container 1 by the microwave radiated from the planar antenna plate 31 to the processing container 1 through the transmission plate 28, and the inert gas and the oxygen-containing gas are turned into plasma. The microwave-excited plasma has a high density of about 1 × 10 10 to 5 × 10 12 / cm 3 due to microwaves radiated from a large number of slots 32 of the planar antenna plate 31. The plasma has a low electron temperature of about 1.5 eV or less. The microwave-excited high-density plasma formed in this way has little plasma damage due to ions or the like on the underlying film. Then, the silicon surface of the wafer W is oxidized by the action of active species such as radicals or ions in the plasma, and a thin film of silicon oxide film SiO 2 is formed.

プロセスコントローラ51からプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波発生装置39のパワーがオフ(切)にされ、プラズマ酸化処理が終了する。次に、ガス供給機構18からの処理ガスの供給を停止して処理容器1内を真空排気する。そして、ウエハWを処理容器1内から搬出し、1枚のウエハWに対するプラズマ処理が終了する。   When a control signal for terminating the plasma process is sent from the process controller 51, the power of the microwave generator 39 is turned off (off), and the plasma oxidation process is terminated. Next, the supply of the processing gas from the gas supply mechanism 18 is stopped and the inside of the processing container 1 is evacuated. Then, the wafer W is unloaded from the processing container 1 and the plasma processing for one wafer W is completed.

次に、本実施の形態のプラズマ処理装置100におけるスタブ43の詳細な構成について説明する。図5に示したように、本実施の形態においてはカバー部材34の外周部において、スタブ43を構成する断面矩形の中空管状部材43aの下部が、カバー部材34に設けられた開口部34bに挿入されている。中空ブロック状をなす中空管状部材43aは、カバー部材34を貫通して遅波板33の上面まで達している。なお、中空管状部材43の下端は遅波材33に当接していても、離間していてもよい。   Next, the detailed structure of the stub 43 in the plasma processing apparatus 100 of this Embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, at the outer periphery of the cover member 34, the lower part of the hollow tubular member 43 a having a rectangular cross section constituting the stub 43 is inserted into the opening 34 b provided in the cover member 34. Has been. The hollow tubular member 43 a having a hollow block shape penetrates the cover member 34 and reaches the upper surface of the slow wave plate 33. The lower end of the hollow tubular member 43 may be in contact with the slow wave material 33 or may be separated.

また、図5では、スタブ43の上部がカバー部材34の上面から突出して設けられているが、突出していなくてもよい。スタブ43の高さH(つまり、導波路の長さ)は、スタブ43内でマイクロ波による定在波が発生するようにスタブ43内に伝搬するマイクロ波の管内波長λg(=154mm)に対し、λg以下の範囲となるように調整することが好ましく、例えばλg/4(=38mm)、λg/2(=77mm)、3λg/4(=115.5mm)等となる高さに設定することができる。また、スタブ43の横断面の面積も、スタブ43内に伝搬するマイクロ波の波長λgに応じて設定できる。   In FIG. 5, the upper portion of the stub 43 is provided so as to protrude from the upper surface of the cover member 34, but it does not need to protrude. The height H of the stub 43 (that is, the length of the waveguide) is relative to the in-tube wavelength λg (= 154 mm) of the microwave propagating in the stub 43 so that a standing wave is generated by the microwave in the stub 43. It is preferable to adjust the height to be in the range of λg or less, for example, λg / 4 (= 38 mm), λg / 2 (= 77 mm), 3λg / 4 (= 15.5 mm), etc. Can do. The area of the cross section of the stub 43 can also be set according to the wavelength λg of the microwave propagating in the stub 43.

スタブ43の上部は、図5に示したように、蓋体44によって閉塞されて非開放状態としてもよいが、例えば図6に示したように、開口を有する開放状態としてもよい。プラズマへのマイクロ波の吸収率を大きくし、導波管37へのマイクロ波の反射を抑制するためには、図5に示したようにスタブ43の上部を閉塞することが好ましい。なお、スタブ43の上部を閉塞する手段としては蓋体44に限らず、例えば一体成形で上部を塞いでもよい。   The upper portion of the stub 43 may be closed by the lid body 44 as shown in FIG. 5, but may be in an open state, for example, as shown in FIG. In order to increase the absorption rate of the microwave to the plasma and suppress the reflection of the microwave to the waveguide 37, it is preferable to close the upper portion of the stub 43 as shown in FIG. The means for closing the upper portion of the stub 43 is not limited to the lid body 44, and the upper portion may be closed by integral molding, for example.

また、スタブ43の上部を閉塞する場合、図5に示したような蓋体44に変えて、可動式の蓋部(可動体)を有する構成としてもよい(図示省略)。可動式の蓋部を用いることによって、スタブ43の有効管長さを任意に変化させることができるので、スタブ43の高さを実質的に可変に調節することができる。そして、スタブ43の高さを可変に調節することによって、後記実験例に示したように、透過板28における電界強度を容易に制御できる。従って、プラズマの均一性を高め、さらにウエハ面内での処理の均一性を向上させる観点で可動式の蓋部を用いることが有利である。なお、蓋部を上下に可動にする機構としては、特に制限はなく、例えば蓋部を上下動させて位置決めできる螺子機構(図27を参照)など任意の機構を採用することができる。   Further, when the upper portion of the stub 43 is closed, a configuration having a movable lid portion (movable body) may be used instead of the lid body 44 as shown in FIG. 5 (not shown). Since the effective tube length of the stub 43 can be arbitrarily changed by using the movable lid portion, the height of the stub 43 can be adjusted substantially variably. Then, by adjusting the height of the stub 43 variably, the electric field strength in the transmission plate 28 can be easily controlled as shown in an experimental example described later. Therefore, it is advantageous to use a movable lid from the viewpoint of improving the uniformity of plasma and further improving the uniformity of processing within the wafer surface. In addition, there is no restriction | limiting in particular as a mechanism which makes a cover part movable up and down, For example, arbitrary mechanisms, such as a screw mechanism (refer FIG. 27) which can position a cover part by moving up and down, are employable.

図7から図9に、スタブ43の別の構成例を示した。図7は、スタブ43の上部が断面矩形の中空管状部材43aにより構成され、スタブ43の下部がカバー部材34に形成された矩形の開口34bにより構成された態様を示している。中空管状部材43aは、例えば螺子などの図示しない任意の固定手段により、カバー部材34の上面に装着されている。図7に示したスタブ43においては、中空管状部材43aの空洞部分と、カバー部材34の開口34bとが位置合わせされて鉛直方向に導波路を形成している。なお、図7に示したスタブ43においても、蓋体44の配備は任意である。   FIG. 7 to FIG. 9 show other configuration examples of the stub 43. FIG. 7 shows an aspect in which the upper part of the stub 43 is constituted by a hollow tubular member 43 a having a rectangular cross section, and the lower part of the stub 43 is constituted by a rectangular opening 34 b formed in the cover member 34. The hollow tubular member 43a is attached to the upper surface of the cover member 34 by an arbitrary fixing means (not shown) such as a screw. In the stub 43 shown in FIG. 7, the hollow portion of the hollow tubular member 43a and the opening 34b of the cover member 34 are aligned to form a waveguide in the vertical direction. In addition, also in the stub 43 shown in FIG. 7, deployment of the cover body 44 is arbitrary.

図8は、カバー部材34に形成された矩形の開口34bにより構成されたスタブ43の態様を示している。図8に示したスタブ43においては、カバー部材34の開口34bのみによって鉛直方向に導波路が形成されている。従って、スタブ43の高さHは、カバー部材34の厚みに一致する。なお、図8に示したスタブ43においても、蓋体44の配備は任意である。   FIG. 8 shows an aspect of the stub 43 configured by a rectangular opening 34 b formed in the cover member 34. In the stub 43 shown in FIG. 8, a waveguide is formed in the vertical direction only by the opening 34 b of the cover member 34. Accordingly, the height H of the stub 43 matches the thickness of the cover member 34. In addition, also in the stub 43 shown in FIG. 8, deployment of the cover body 44 is arbitrary.

図9は、カバー部材34の下面に形成された凹部34cにより構成されたスタブ43の態様を示している。凹部34cは、カバー部材34の下方に配置された遅波板33に向けて開口をなしている。図9に示したスタブ43においては、カバー部材34の凹部34cのみによって鉛直方向に導波路が形成されている。従って、スタブ43の高さHは、カバー部材34の厚みよりも小さい。   FIG. 9 shows an aspect of the stub 43 configured by the recess 34 c formed on the lower surface of the cover member 34. The recess 34 c is opened toward the slow wave plate 33 disposed below the cover member 34. In the stub 43 shown in FIG. 9, the waveguide is formed in the vertical direction only by the recess 34 c of the cover member 34. Therefore, the height H of the stub 43 is smaller than the thickness of the cover member 34.

本実施形態のプラズマ処理装置100では、処理容器1内でプラズマを均一に生成させ、ウエハWの中央部と周縁部付近での処理の均一性を確保するため、平面アンテナ板31の周縁部近傍の上方にスタブ43を配設した。前記のとおり、マイクロ波発生装置39で発生したマイクロ波は、同軸導波管37aを介して平面アンテナ板31の中央部に供給され、平面アンテナ板31とカバー部材34とによって構成される放射状の導波路(偏平導波管)を伝搬していく。マイクロ波は、導波路を伝搬する距離が長くなるに従い、反射波が大きくなり、定在波が減衰する。このため、偏平導波管内においてマイクロ波により生じる電界は、同軸導波管37aの下端部を介してマイクロ波が偏平導波管内に導入される部位である平面アンテナ板31の中央部で強くなり、平面アンテナ板31の周縁部近傍では弱くなる傾向がある。このように平面アンテナ板31上の電界分布が不均一になると、導波管37への反射係数が大きくなり、プラズマへのマイクロ波の吸収効率が低下する。つまり、処理容器1内に導入するマイクロ波の実効パワーが小さくなり、パワー損失が大きくなる。その結果、処理容器1内で生成するプラズマが不均一になる。特に、大径のウエハWを処理対象とすべく処理容器1を大型化すると、この問題が顕在化して処理容器1の側壁1b近傍のプラズマ密度が低下してウエハWの面内で均一な処理を行うことが困難になってしまう。   In the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment, the plasma is uniformly generated in the processing chamber 1 and the uniformity of the processing in the vicinity of the central portion and the peripheral portion of the wafer W is ensured in the vicinity of the peripheral portion of the planar antenna plate 31. A stub 43 is disposed above the stub. As described above, the microwave generated by the microwave generator 39 is supplied to the central portion of the planar antenna plate 31 via the coaxial waveguide 37a, and is formed by the radial antenna plate 31 and the cover member 34. It propagates through the waveguide (flat waveguide). As the distance that the microwave propagates through the waveguide increases, the reflected wave increases and the standing wave attenuates. For this reason, the electric field generated by the microwave in the flat waveguide becomes strong at the central portion of the planar antenna plate 31 which is a portion where the microwave is introduced into the flat waveguide through the lower end portion of the coaxial waveguide 37a. In the vicinity of the peripheral edge of the planar antenna plate 31, there is a tendency to become weak. When the electric field distribution on the planar antenna plate 31 becomes non-uniform in this way, the reflection coefficient to the waveguide 37 increases and the efficiency of absorbing microwaves into the plasma decreases. That is, the effective power of the microwave introduced into the processing container 1 is reduced, and the power loss is increased. As a result, the plasma generated in the processing container 1 becomes non-uniform. In particular, when the processing container 1 is increased in size so as to process a large-diameter wafer W, this problem becomes apparent, and the plasma density in the vicinity of the side wall 1b of the processing container 1 decreases, so that the processing can be performed uniformly within the surface of the wafer W. It becomes difficult to do.

このような観点から、処理容器1内にマイクロ波を効率良く供給し、均一なプラズマを生成させるためには、スタブ43を平面アンテナ板31の外周部(つまり周縁部近傍)の上方に配設し、平面アンテナ板31上の電界分布を均一に近づけることが好ましい。特に、スタブ43を平面アンテナ板31の外周部に形成されたスロット32の上方に配設することにより、スタブ43を他の場所に配置する場合に比べて、スタブ43内へマイクロ波が導入されやすくなる。そして、スタブ43によって不均一なマイクロ波(反射波や定在波)が吸収されることにより、平面アンテナ板31上で均一な電界強度分布を形成することができる。また、偏平導波管の中央から入射したマイクロ波(入射波)が、放射状に平面アンテナ板31の径外方向に伝播する際に、偏平導波管の外周部でマイクロ波の反射(反射波)が発生しないようにすることができる。   From such a viewpoint, in order to efficiently supply microwaves into the processing container 1 and generate uniform plasma, the stub 43 is disposed above the outer peripheral portion (that is, near the peripheral portion) of the planar antenna plate 31. In addition, it is preferable to make the electric field distribution on the planar antenna plate 31 close to uniform. In particular, by arranging the stub 43 above the slot 32 formed on the outer peripheral portion of the planar antenna plate 31, microwaves are introduced into the stub 43 as compared with the case where the stub 43 is disposed elsewhere. It becomes easy. Then, nonuniform microwaves (reflected waves and standing waves) are absorbed by the stub 43, whereby a uniform electric field strength distribution can be formed on the planar antenna plate 31. Further, when the microwave (incident wave) incident from the center of the flat waveguide propagates radially outward of the planar antenna plate 31, the reflection of the microwave (reflected wave) at the outer peripheral portion of the flat waveguide. ) Can be prevented.

本実施の形態では、中空管状のスタブ43の空洞部分が、平面アンテナ板31の外周部に形成されたスロット32の開口に重なるように、スタブ43を配置することが好ましい。さらに、スタブ43の空洞部分が、平面アンテナ板31の外周部に形成されたスロット32の開口面の中心(以下、単に「スロット32の中心」と記す)の上方に位置するようにスタブ43を配置することがより好ましい。また、平面アンテナ板31の外周部に形成されたスロット32の中心を周方向に結ぶ円弧上に、スタブ43の開口面の中心(以下、単に「スタブ43の中心」と記す)を位置させることが好ましい。特に、スタブ43の中心が、平面アンテナ板31の周縁部近傍のスロット32の中心と重なるようにスタブ43を配置することがより好ましい。また、スタブ43の空洞部分とスロット32の開口全体とが上下に重なるようにスタブ43を配置することが望ましい。   In the present embodiment, it is preferable to arrange the stub 43 so that the hollow portion of the hollow tubular stub 43 overlaps the opening of the slot 32 formed in the outer peripheral portion of the planar antenna plate 31. Further, the stub 43 is positioned so that the hollow portion of the stub 43 is positioned above the center of the opening surface of the slot 32 formed on the outer periphery of the planar antenna plate 31 (hereinafter simply referred to as “the center of the slot 32”). More preferably, it is arranged. Further, the center of the opening surface of the stub 43 (hereinafter simply referred to as “the center of the stub 43”) is positioned on an arc connecting the center of the slot 32 formed in the outer peripheral portion of the planar antenna plate 31 in the circumferential direction. Is preferred. In particular, it is more preferable to arrange the stub 43 so that the center of the stub 43 overlaps the center of the slot 32 in the vicinity of the peripheral edge portion of the planar antenna plate 31. In addition, it is desirable to arrange the stub 43 so that the hollow portion of the stub 43 and the entire opening of the slot 32 overlap each other.

次に、図10から図12を参照して、平面アンテナ板31の径方向におけるスタブ43の配設位置の好ましい例について説明する。図10から図12は、平面アンテナ板31において最外周に配列されたスロット対(スロット32aおよびスロット32b)の位置に対するスタブ43の配置を示す説明図である。各図において、スタブ43は仮想線で示した。   Next, with reference to FIGS. 10 to 12, a preferred example of the arrangement position of the stub 43 in the radial direction of the planar antenna plate 31 will be described. 10 to 12 are explanatory diagrams showing the arrangement of the stubs 43 with respect to the positions of the slot pairs (slot 32a and slot 32b) arranged on the outermost periphery of the planar antenna plate 31. FIG. In each figure, the stub 43 is indicated by a virtual line.

スタブ43は、平面アンテナ板31において最外周に配列されたスロット対のうち、外側のスロット32aの外周側の端部と、内側のスロット32bの内周側の端部との間に、スタブ43の中心Osが位置するように配置することが好ましい。つまり、最外周のスロット対うちの外側にある複数のスロット32aの長手方向の外側端を結び、平面アンテナ板31の中心Oを中心とする第1の仮想円と、最外周のスロット対うちの内側にある複数のスロット32bの長手方向の内側端を結び、平面アンテナ板31の中心Oを中心とする第2の仮想円と、により囲まれた環状の領域内に、スタブ43の中心Osが位置し、かつ、平面視で、少なくとも1つのスロットの少なくとも一部がスタブ43と重なるように、スタブ43を配置することが好ましい。 The stub 43 is located between the outer peripheral end of the outer slot 32a and the inner peripheral end of the inner slot 32b in the pair of slots arranged on the outermost periphery of the planar antenna plate 31. It is preferable to arrange so that the center Os of is located. In other words, it signed a longitudinal outer ends of the plurality of slots 32a that are outside of the inner outermost slot pairs, a first virtual circle around the center O A of the plane antenna plate 31, of the outermost slot pairs longitudinal bear inner end, a second imaginary circle centered on the center O a of the plane antenna plate 31, surrounded by an annular region, the center of the stub 43 of the plurality of slots 32b on the inside It is preferable that the stub 43 is arranged such that Os is located and at least a part of at least one slot overlaps the stub 43 in plan view.

図10は、平面アンテナ板31の外周部において、最外周に配列されたスロット対を構成する内側のスロット32bの中心O32bを周方向に結ぶ円弧R32b上にスタブ43の中心Osが位置するようスタブ43が配置された例を示している。図10では、特にスロット32bの中心O32bに、スタブ43の中心Osが重なるように位置合わせして配置されている。なお、図10では、スタブ43と重なる範囲内に、1個のスロット32bの全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ43と重なる範囲内に複数のスロット32bの全体が入る(例えば、2つのスロット32bがスタブ43と重なる範囲内に入る)ように構成してもよい。また、スロット32bとスタブ43との相対的な大きさによって、スタブ43と重なる範囲内にスロット32bの一部分が入る(例えば、スロット32bが部分的にスタブ43に重なる)ように構成してもよい。 FIG. 10 shows that the center Os of the stub 43 is located on the arc R 32b in the circumferential direction connecting the centers O 32b of the inner slots 32b constituting the pair of slots arranged on the outermost periphery in the outer peripheral portion of the planar antenna plate 31. An example in which stubs 43 are arranged is shown. In FIG. 10, in particular, the center Os of the stub 43 is positioned so as to overlap the center O 32b of the slot 32b. Note that FIG. 10 shows a configuration example in which one entire slot 32b falls within a range that overlaps the stub 43. However, the present invention is not limited to this, and the entire plurality of slots 32b fall within the range that overlaps the stub 43. You may comprise so that it may enter (for example, two slots 32b enter the range which overlaps with the stub 43). Further, depending on the relative sizes of the slot 32b and the stub 43, a part of the slot 32b may be included in a range overlapping the stub 43 (for example, the slot 32b partially overlaps the stub 43). .

また、図11は、平面アンテナ板31の外周部において、最外周に配列されたスロット対を構成する外側のスロット32aの中心O32aを周方向に結ぶ円弧R32a上にスタブ43の中心Osが位置するように、スタブ43を配置した例を示している。図11では、特にスロット32aの中心O32aに、スタブ43の中心Osが重なるように位置合わせしている。なお、図11では、スタブ43と重なる範囲内に、1個のスロット32aの全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ43と重なる範囲内に複数のスロット32aの全体が入る(例えば、2つのスロット32aがスタブ43と重なる範囲内に入る)ように構成してもよい。また、スロット32aとスタブ43との相対的な大きさによって、スタブ43と重なる範囲内にスロット32aの一部分が入る(例えば、スロット32aが部分的にスタブ43に重なる)ように構成してもよい。
FIG. 11 shows the center Os of the stub 43 on the arc R 32a in the circumferential direction connecting the centers O 32a of the outer slots 32a constituting the slot pairs arranged on the outermost periphery in the outer peripheral portion of the planar antenna plate 31. The example which has arrange | positioned the stub 43 so that it may be located is shown. In FIG. 11, in particular, the center O 32a of the slot 32a is aligned with the center Os of the stub 43. Note that FIG. 11 shows a configuration example in which one entire slot 32a falls within a range that overlaps the stub 43. However, the present invention is not limited to this, and the entire plurality of slots 32a fall within the range that overlaps the stub 43. You may comprise so that it may enter (for example, the two slots 32a enter the range which overlaps with the stub 43). Further, depending on the relative sizes of the slot 32a and the stub 43, a part of the slot 32a may be included in a range overlapping the stub 43 (for example, the slot 32a partially overlaps the stub 43). .

前記のとおり、同軸導波管37aから平面アンテナ板31の中心に伝搬されたマイクロ波により、平面アンテナ板31の基材31a上に生じた表面電流は、平面アンテナ板31の径外方向へ向かって流れるが、途中でスロット32により遮られるため、スロット32の縁に電荷が誘起される。この電荷は、新たなマイクロ波の発生源となる。電荷はスロット32の長手方向の中央部付近に蓄積されやすいため、スロット32の中心には電界が集中しやすい。図10および図11に示した例では、スロット32a,32bの中心O32a,O32bの真上にスタブ43を配置して、スロット32の中心O32a,O32b付近での電界の集中を抑制した。 As described above, the surface current generated on the base material 31a of the planar antenna plate 31 by the microwave propagated from the coaxial waveguide 37a to the center of the planar antenna plate 31 is directed toward the radially outward direction of the planar antenna plate 31. However, since it is blocked by the slot 32 on the way, an electric charge is induced at the edge of the slot 32. This electric charge becomes a new microwave generation source. Since electric charges are likely to be accumulated near the center of the slot 32 in the longitudinal direction, the electric field tends to concentrate at the center of the slot 32. In the example shown in FIG. 10 and FIG. 11, the stub 43 is disposed right above the centers O 32a and O 32b of the slots 32a and 32b to suppress the concentration of the electric field in the vicinity of the centers O 32a and O 32b of the slot 32. did.

図10または図11に示したように、平面アンテナ板31の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット32aまたは32bの中心O32aもしくはO32bに、スタブ43の中心Osが重なるようにスタブ43を配置することによって、遅波板33を挟んで下方のスロット32と上方のスタブ43とを上下に対向させることができる。図10または図11では、特に、スタブ43の空洞部分とスロット32の開口全体とが上下に重なるようにスタブ43を配置することが望ましい。以上のようなスタブ43の配置によって、スロット32付近の電界を上方へ広げることができる。これにより、平面アンテナ板31上での電界の集中や偏在が効果的に抑えられる。このように、スロット32a,32bの中心O32a,O32bに、スタブ43の中心Osが重なるようにスタブ43を配置することによって、平面アンテナ板31より下方の処理容器1内空間側の電界分布を均一に調整し、処理容器1内のプラズマの均一化を図ることが可能になる。なお、スタブ43の中心Osが、周方向において隣接する2つのスロット対の間に配置されるようにしてもよい。 As shown in FIG. 10 or FIG. 11, the stub is arranged so that the center Os of the stub 43 overlaps the center O 32a or O 32b of the slot 32a or 32b constituting the slot pair arranged on the outermost periphery of the planar antenna plate 31. By disposing 43, the lower slot 32 and the upper stub 43 can be opposed to each other with the slow wave plate 33 interposed therebetween. In FIG. 10 or FIG. 11, it is particularly desirable to arrange the stub 43 so that the hollow portion of the stub 43 and the entire opening of the slot 32 overlap each other. With the arrangement of the stub 43 as described above, the electric field near the slot 32 can be expanded upward. Thereby, the concentration and uneven distribution of the electric field on the planar antenna plate 31 are effectively suppressed. In this way, by arranging the stub 43 so that the center Os of the stub 43 overlaps the centers O 32a and O 32b of the slots 32a and 32b, the electric field distribution on the space inside the processing container 1 below the planar antenna plate 31. Can be adjusted uniformly to make the plasma in the processing container 1 uniform. The center Os of the stub 43 may be disposed between two slot pairs adjacent in the circumferential direction.

なお、図10および図11に示した例において、最外周のスロット対を構成するスロット32aまたはスロット32bの中心O32a,O32bは、平面アンテナ板31の中心Oから、内側のスロット対を構成するスロット32c,32d(図10〜図12では一対のみ図示するが、一対とは限らない)の中心O32c、O32dを通る直線Xの延長線上に位置させている。 10 and 11, the centers O 32a and O 32b of the slot 32a or the slot 32b constituting the outermost peripheral slot pair are defined as the inner slot pair from the center O A of the planar antenna plate 31. The slots 32c and 32d (only one pair is shown in FIGS. 10 to 12 but not necessarily a pair) are positioned on an extension line of the straight line X passing through the centers O 32c and O 32d .

図12は、平面アンテナ板31の最外周に配列されたスロット対を構成するスロット32aおよびスロット32bの長手方向に直交する方向に、各スロット32a,32bの中心から、それぞれ垂線を引いた場合の交点Iに、スタブ43の中心Osを位置合わせした例を示している。つまり、スタブ43の中心Osを、交点Iに重ね、交点Iの上方にスタブ43が位置するようにスタブ43を配置している。なお、平面アンテナ板31の周方向に交点Iを結ぶ円弧R上の任意の位置に、スタブ43の中心Osが位置するようにしてもよい。例えば、スタブ43の中心Osが、周方向において隣接する2つのスロット対の間に配置されるようにしてもよい。また、図12では、スタブ43と重なる範囲内に、1対のスロット32a,32bのほぼ全体が入る構成例を示しているが、これに限らず、スタブ43と重なる範囲内にさらに多くのスロットが入るように構成してもよいし、複数のスロット対のそれぞれ一部分が入るように構成してもよい。 FIG. 12 shows a case where perpendicular lines are drawn from the centers of the slots 32a and 32b in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the slots 32a and 32b constituting the slot pairs arranged on the outermost periphery of the planar antenna plate 31, respectively. An example in which the center Os of the stub 43 is aligned with the intersection point I is shown. That is, the center Os of the stub 43 is overlapped with the intersection point I, and the stub 43 is arranged so that the stub 43 is positioned above the intersection point I. Incidentally, an arbitrary position on the arc R I connecting the intersection I in the circumferential direction of the plane antenna plate 31, center Os of the stub 43 may be positioned. For example, the center Os of the stub 43 may be disposed between two adjacent slot pairs in the circumferential direction. FIG. 12 shows a configuration example in which almost the entire pair of slots 32 a and 32 b are within the range overlapping with the stub 43, but this is not limiting, and more slots are within the range overlapping with the stub 43. It may be configured such that a part of each of a plurality of slot pairs enters.

次に、図10〜図12に例示した平面アンテナ板31の径方向におけるスタブ43の三通りの配置について、プラズマ処理装置100の処理容器1に供給されるマイクロ波パワーおよび電界分布に与える影響をシミュレーションにより検証した。その結果を表1に示した。   Next, the influence of the three arrangements of the stubs 43 in the radial direction of the planar antenna plate 31 illustrated in FIGS. 10 to 12 on the microwave power and the electric field distribution supplied to the processing container 1 of the plasma processing apparatus 100. It was verified by simulation. The results are shown in Table 1.

<シミュレーション条件1>
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
使用ソフトウエア:COMSOL(商品名;COMSOL社製)
径方向の配置:図13に模式的に示したように、円環状のスタブ43を想定した。円環上のスタブ43の幅Dの半分(D/2)の位置を結ぶ円弧が、図10に示した円弧R32bの上、図12に示した円弧Rの上、および、図11に示した円弧R32aの上にそれぞれ位置するように設定した。各円弧の半径(平面アンテナ板31の中心Oを通る鉛直軸から水平方向の距離)は、例えば、円弧R32bが184mm、円弧Rが200mmおよび円弧R32aが215mmとした。
スタブ:円環状のスタブ43の上部が閉塞したものと開口したものについて、それぞれ遅波板33の上面から鉛直方向に115.5mm(3λ/4)の高さに設定した。
境界条件:完全導体
プラズマの電子密度:透過板28から1cm下方に離れた位置で1×1012・cm−3に達し、それより下方でこの電子密度が維持されるように設定した。
誘電率:4.2(SiO)、1.0(空気)に設定した。
圧力:13.3Pa(100mTorr)に設定した。
温度:500℃に設定した。
透過板:石英製アーチ形状に設定した。
平面アンテナ板:2つのスロットがハの字形(L字形)に対をなしてスロット対を形成し、このスロット対が同心円状に、内・外2回り配列された構造のものに設定した。
<Simulation condition 1>
The simulation conditions are as follows.
Software used: COMSOL (trade name; manufactured by COMSOL)
Radial arrangement: An annular stub 43 was assumed, as schematically shown in FIG. Arc connecting the position of the half (D / 2) of the width D of the stub 43 on the circle ring, on the arc R 32 b shown in FIG. 10, on the circular arc R I shown in FIG. 12, and, in FIG. 11 They were set so as to be positioned on the indicated arc R 32a . Each arc having a radius (distance from the vertical axis passing through the center O A of the plane antenna plate 31 in the horizontal direction), for example, an arc R 32 b is 184 mm, the circular arc R I is 200mm and the arc R 32a is a 215 mm.
Stub: The height of the annular stub 43 was set to a height of 115.5 mm (3λ / 4) in the vertical direction from the upper surface of the slow wave plate 33 for each of the closed and opened ones.
Boundary condition: perfect conductor Electron density of plasma: 1 × 10 12 · cm −3 was reached at a position 1 cm below the transmission plate 28, and the electron density was set below that.
Dielectric constant: Set to 4.2 (SiO 2 ) and 1.0 (air).
Pressure: set to 13.3 Pa (100 mTorr).
Temperature: set to 500 ° C.
Transmission plate: set to a quartz arch shape.
Planar antenna plate: Two slots are formed in a C-shaped (L-shaped) pair to form a slot pair, and the slot pair is set to have a structure in which the slot pair is concentrically arranged around the inside and outside.

シミュレーションでは、図13に示したように、マイクロ波発生装置39から導波管37へ供給されるマイクロ波のパワー(供給パワー)P、同軸導波管37aから処理容器1内に導入される正味のマイクロ波のパワー(導入パワー)P、スタブ43から外部へ放出されるマイクロ波のパワー(放出パワー)P、透過板28を介して、処理容器1内に生成するプラズマに吸収される(使用される)マイクロ波のパワー(吸収パワー)P、スタブ43の壁面などで失われるマイクロ波のパワー(損失パワー)P、同軸導波管37aへ反射されるマイクロ波のパワー(反射パワー)Pについて、供給パワーPを2000Wに設定して各パワーのバランスを計算した。なお、P=P−P−Pとして、またP=P−Pとして計算した。 In the simulation, as shown in FIG. 13, the power (supply power) P S of the microwave supplied from the microwave generator 39 to the waveguide 37 is introduced into the processing container 1 from the coaxial waveguide 37a. The net microwave power (introduction power) P I , the microwave power (discharge power) P O emitted from the stub 43 to the outside, and the plasma generated in the processing vessel 1 through the transmission plate 28 are absorbed. (Used) microwave power (absorption power) P A , microwave power (loss power) P L lost on the wall surface of the stub 43, microwave power reflected to the coaxial waveguide 37a ( for the reflected power) P R, it was calculated balance of power by setting the supply power P S to 2000 W. As P L = P I -P O -P A, also calculated as P R = P S -P I.

表1中の「配置D1」は、図10に示した位置に対応するもので、平面アンテナ板31の中心Oからスロット32bの中心O32bまでの距離(184mm)に、円環上のスタブ43の半径が一致するように位置合わせした。「配置D2」は、図12に示した位置に対応するもので、平面アンテナ板31の中心Oから交点Iまでの距離(200mm)に、円環上のスタブ43の半径が一致するように位置合わせした。「配置D3」は、図11に示した位置に対応するもので、平面アンテナ板31の中心Oからスロット32aの中心O32aまでの距離(215mm)に、円環上のスタブ43の半径が一致するように位置合わせした。なお、比較のため、スタブ43を設けない場合についても同様の条件でシミュレーションを行った。 Table 1 in "arrangement D1", which corresponds to the position shown in FIG. 10, the distance from the center O A of the plane antenna plate 31 to the center O 32 b of the slot 32 b (184 mm), on the annular stub The alignment was performed so that the radii of 43 coincided. "Arrangement D2", which corresponds to the position shown in FIG. 12, the distance from the center O A of the plane antenna plate 31 to the intersection point I (200 mm), as the radius of the stub 43 on the circular ring coincides Aligned. "Arrangement D3", which corresponds to the position shown in FIG. 11, the distance from the center O A of the plane antenna plate 31 to the center O 32a of the slot 32a (215 mm), the radius of the stub 43 on the circular ring Aligned to match. For comparison, a simulation was performed under the same conditions even when the stub 43 was not provided.

Figure 2009099975
Figure 2009099975

表1から、スタブ43を設けない場合に比べて、スタブ43を設けた配置D1〜D3では、上部が閉塞した場合および開放した場合の両方とも総じて吸収パワーPが大きく、反射パワーPが小さいことが判明した。従って、スタブ43を設けたことにより、スタブ43を設けない場合に比べ、導波管内の反射波が抑制され、処理容器1内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。 From Table 1, as compared with the case without the stub 43, the arrangement D1~D3 provided a stub 43, both overall absorption power P A is larger when the top is the case was closed and opened, reflected power P R is It turned out to be small. Therefore, it was shown that by providing the stub 43, the reflected wave in the waveguide is suppressed compared to the case where the stub 43 is not provided, and the microwave can be efficiently supplied into the processing container 1.

また、スタブ43の上部が閉塞されている場合と開放されている場合とを比較すると、後者(開放されている場合)では放出パワーPが大きく、前者(閉塞されている場合)に比べて吸収パワーPが小さいことが判明した。従って、スタブ43の上部を閉塞状態とすることにより、処理容器1内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。 Further, when comparing the case where the upper part of the stub 43 is closed and the case where it is opened, the emission power PO is larger in the latter (when opened) than in the former (when closed). it was found absorption power P a is small. Therefore, it was shown that the microwave can be efficiently supplied into the processing container 1 by closing the upper portion of the stub 43.

以上の結果を受け、スタブ43の上部が閉塞状態であることを前提にスタブ43の配置を検討した。表1では、吸収パワーPは、配置D1が700Wと最も大きく、次いで配置D3が675Wで大きかった。一方、配置D2は、吸収パワーPが307Wにとどまった。 Based on the above results, the arrangement of the stubs 43 was examined on the assumption that the upper part of the stubs 43 is closed. In Table 1, the absorption power P A, the arrangement D1 is the largest and 700 W, then placed D3 was greater at 675 W. On the other hand, the arrangement D2 is absorbed power P A is remained 307W.

導波管37内へ反射されるマイクロ波の反射パワーPについては、配置D1が1278Wと最も小さく、次いで配置D3が1304Wであったのに対し、配置D2は1667Wであり、配置D1や配置D3に比べて反射波の生成が多かった。 The reflected power P R of the microwaves reflected into the waveguide 37, disposed D1 is the smallest and 1278W, whereas arrangement D3 was 1304W then placed D2 is 1667W, arranged D1 and arranged There were more generations of reflected waves than D3.

また、スタブ43横断面(下端から0.5mm上方の位置)、遅波板33の上面、遅波板33の中央横断面(厚さ×1/2の位置)、平面アンテナ板31の中央横断面(厚さ×1/2の位置)、透過板28の横断面(上端から9mm下方の位置)、透過板28の下面(平坦な部分)、透過板28(曲面部分を含む)と処理容器1内空間との界面、および、透過板28の下面から0.5mm下方の処理容器1内における電界分布をそれぞれ画像化して解析した。その結果、例えば平面アンテナ板31の中央横断面の電界分布は、配置D2では内周側のスロット対の周囲に電界の強い領域が偏在していたのに対し、配置D1と配置D3では、平面アンテナ板31の内周側のスロット対の周囲だけでなく、外周側のスロット対の近傍の領域も含めて平面アンテナ板31全体に一様に強い電界が広がっていた(結果は図示省略)。他の部位についての電界分布のシミュレーション結果も同様の傾向を示した。また、電界が強い部分は、平面アンテナ板31の中心Oから内周側のスロット対を通り、外周側のスロット対へと径外方向に放射状に形成される傾向があることが判明した。 Further, the cross section of the stub 43 (position 0.5 mm above the lower end), the upper surface of the slow wave plate 33, the central cross section of the slow wave plate 33 (position of thickness × ½), and the central cross section of the planar antenna plate 31. Surface (position of thickness × 1/2), cross section of transmission plate 28 (position 9 mm below upper end), lower surface of transmission plate 28 (flat portion), transmission plate 28 (including curved surface portion) and processing container The electric field distribution in the processing container 1 0.5 mm below the interface with the inner space 1 and the lower surface of the transmission plate 28 was imaged and analyzed. As a result, for example, the electric field distribution of the central cross section of the planar antenna plate 31 is uneven in the area around the inner peripheral slot pair in the arrangement D2, whereas in the arrangement D1 and the arrangement D3, the electric field distribution is flat. A strong electric field spread uniformly throughout the planar antenna plate 31 including not only the periphery of the slot pair on the inner peripheral side of the antenna plate 31 but also the area near the slot pair on the outer peripheral side (results not shown). The simulation results of the electric field distribution for other parts showed the same tendency. The partial electric field is strong, through the inner circumferential side of the slot pairs from the center O A of the plane antenna plate 31, that tend to be formed radially in a radially outward direction to the outer peripheral side of the slot pairs were found.

以上のシミュレーション結果から、偏平導波管を構成する平面アンテナ板31上に発生する電界分布を調節するスタブ43を設けることにより、処理容器1内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。   From the above simulation results, it was shown that the microwave can be efficiently supplied into the processing container 1 by providing the stub 43 for adjusting the electric field distribution generated on the planar antenna plate 31 constituting the flat waveguide.

また、スタブ43の上部を閉塞状態にしておくことにより、上部を開放した場合に比べて、処理容器1内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。   Moreover, it was shown that the microwave can be efficiently supplied into the processing container 1 by keeping the upper portion of the stub 43 closed, as compared with the case where the upper portion is opened.

また、環状のスタブ43の空洞部分が、最外周のスロット対に重なるように配置することが好ましく、最外周のスロット対のうちの外側のスロット32aまたは内側のスロット32bに重なるように配置することがより好ましいことが示された。特に、スタブ43を配設する場所として、平面アンテナ板31の最外周のスロット対の内側のスロット32bの中心O32bに、スタブ43の中心Osを位置合わせした配置D1(図10参照)が最も好ましく、次いで最外周のスロット対の外側のスロット32aの中心O32aに、スタブ43の中心Osを位置合わせした配置D3(図11参照)が好ましいことが明らかになった。 The hollow portion of the annular stub 43 is preferably disposed so as to overlap the outermost slot pair, and is disposed so as to overlap the outer slot 32a or the inner slot 32b of the outermost slot pair. Has been shown to be more preferred. Particularly, the arrangement D1 (see FIG. 10) in which the center Os of the stub 43 is aligned with the center O 32b of the slot 32b inside the outermost slot pair of the planar antenna plate 31 as the place where the stub 43 is disposed. Then, it became clear that the arrangement D3 (see FIG. 11) in which the center Os of the stub 43 is aligned with the center O 32a of the outer slot 32a of the outermost peripheral slot pair is preferable.

次に、図14〜図19を参照しながら、スタブ43の設置数について説明する。
図14は中空ブロック状のスタブ43を1つ配設した状態、図15は中空ブロック状のスタブ43を2つ配設した状態、図16は中空ブロック状のスタブ43を3つ配設した状態を、それぞれ平面アンテナ板31に重ねて図示している。図17から図19は、図15に示したスタブ43を2個配置する場合の変形例である。なお、図14〜図19では、平面アンテナ板31のスロット32は、一部のみ図示し、説明に不要なスロット32は図示を省略している。スタブ43は、図15および図16に示したように、2つ以上配設することが好ましい。特に、図15に示したように、平面アンテナ板31の中心Oを挟んでその径方向に、2個のスタブ43を点対称に配置することが好ましい。平面アンテナ板31の径方向に2個のスタブ43を対称に配置することにより、平面アンテナ板31付近の電界分布を均一にする効果が最も高くなる。スタブ43を必要以上に多数配置しても、電界の分布を均一にする効果の向上が得られるとは限らず、逆に低下させてしまう場合がある。また、スタブ43を必要以上に多数配置することは、プラズマ処理装置100の部品点数を増加させ、装置コストを上昇させる要因になる。従って、スタブ43の配置個数は、2〜6個が好ましく、2〜4個がより好ましい。
Next, the number of stubs 43 installed will be described with reference to FIGS.
14 shows a state in which one hollow block stub 43 is arranged, FIG. 15 shows a state in which two hollow block stubs 43 are arranged, and FIG. 16 shows a state in which three hollow block stubs 43 are arranged. Are superimposed on the planar antenna plate 31, respectively. FIGS. 17 to 19 are modifications in the case where two stubs 43 shown in FIG. 15 are arranged. 14 to 19, only a part of the slot 32 of the planar antenna plate 31 is illustrated, and the slot 32 unnecessary for explanation is omitted. As shown in FIGS. 15 and 16, two or more stubs 43 are preferably arranged. In particular, as shown in FIG. 15, in the radial direction across the center O A of the plane antenna plate 31, it is preferable to dispose the two stubs 43 in point symmetry. By arranging the two stubs 43 symmetrically in the radial direction of the planar antenna plate 31, the effect of making the electric field distribution near the planar antenna plate 31 uniform is the highest. Even if more stubs 43 are arranged than necessary, an improvement in the effect of uniforming the electric field distribution is not always obtained, and may be lowered. Arranging more stubs 43 than necessary increases the number of parts of the plasma processing apparatus 100 and increases the cost of the apparatus. Therefore, the number of stubs 43 disposed is preferably 2-6, and more preferably 2-4.

また、マイクロ波は、同軸導波管37aから平面アンテナ板31の中心O付近に導入され、平面アンテナ板31とカバー部材34によって形成される導波路を径外方向に円偏波となって伝搬し、径外方向に配列されたスロット32に沿って放射状に表面電流を生じさせる。このことから、平面アンテナ板31の中心から同心円状にスロット対が配列される場合には、スロット32が径外方向になす列に沿ってスタブ43を配置することが好ましい。例えば図14〜図16では、平面アンテナ板31の中心Oから、スロット32c,32dからなる内周側のスロット対(1対のみ図示するが一対とは限らない)を通り、スロット32a,32bからなる最外周のスロット対を結ぶX−X線によって、内周側から最外周へスロット32が径外方向へなす列を示している。一方、図14〜図16に示したY−Y線は、平面アンテナ板31の中心Oから、内側のスロット対(スロット32c,32d)は通らずに、最外周のスロット対(スロット32a,32b)を結ぶ直線である。スタブ43は、X−X線上またはY−Y線上のどちらに配置してもよいが、X−X線上に配置することが好ましい。例えばY−Y線上に重ねて2つのスタブ43を配置した場合に対して、図15に示したようにX−X線上に重ねて2つのスタブ43を配置した場合を比較すると、X−X線上に2つのスタブ43を対向配置することがより好ましい。 Further, the microwave is introduced from the coaxial waveguide 37a in the vicinity of the center O A of the plane antenna plate 31, it becomes circularly polarized waveguide formed by the plane antenna plate 31 and the cover member 34 in the radially outward direction Propagating and generating surface currents radially along the slots 32 arranged radially. For this reason, when the slot pairs are arranged concentrically from the center of the planar antenna plate 31, it is preferable to arrange the stubs 43 along the rows formed by the slots 32 in the radially outward direction. In 14 to 16 for example, from the center O A of the plane antenna plate 31, slot 32c, (although shown only one pair not necessarily pair) inner circumferential side of the slot pairs consisting 32d through the slots 32a, 32b A row formed by the slots 32 in the radially outward direction from the inner circumferential side to the outermost circumferential line is shown by the XX line connecting the outermost circumferential slot pairs. On the other hand, Y-Y line shown in FIGS. 14 to 16, from the center O A of the plane antenna plate 31, inner slot pairs (slots 32c, 32d) is not through, the outermost slot pairs (slots 32a, 32b). The stub 43 may be arranged on either the XX line or the YY line, but is preferably arranged on the XX line. For example, when two stubs 43 are arranged on the YY line and compared with the case where two stubs 43 are arranged on the XX line as shown in FIG. More preferably, the two stubs 43 are arranged opposite to each other.

次に、図14〜図16に例示したスタブ43の三通りの配置について、プラズマ処理装置100の処理容器1に供給されるマイクロ波パワーおよび電界に与える影響をシミュレーションにより検討した。その結果を表2に示した。   Next, the effects of the three arrangements of the stubs 43 illustrated in FIGS. 14 to 16 on the microwave power and the electric field supplied to the processing container 1 of the plasma processing apparatus 100 were examined by simulation. The results are shown in Table 2.

<シミュレーション条件2>
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
径方向の配置:中空ブロック状のスタブ43の中心が、平面アンテナ板31の最外周のスロット対における内側のスロット32bの中心O32bと上下に重なるようにスタブ43を1個、2個、または3個配置する設定にした(図10、配置D1参照)。
スタブ:上部が閉塞した断面視矩形で、長手方向の長さ100mm、幅35mm、遅波板の上面からの高さ115.5mm(3λ/4)に設定した。上記以外の条件は、シミュレーション条件1と同じであるため、説明を省略する。
<Simulation condition 2>
The simulation conditions are as follows.
Radial arrangement: one, two, or two stubs 43 so that the center of the hollow block-like stub 43 overlaps the center O 32b of the inner slot 32b in the outermost slot pair of the planar antenna plate 31 vertically It was set to arrange three (see FIG. 10, arrangement D1).
Stub: A rectangular shape in cross section with the upper part closed, and the length in the longitudinal direction was set to 100 mm, the width was 35 mm, and the height from the top surface of the slow wave plate was 115.5 mm (3λ / 4). Conditions other than those described above are the same as the simulation condition 1 and will not be described.

シミュレーションでは、導入パワーP、吸収パワーP、損失パワーP、反射パワーPについて、供給パワーPを2000Wに設定して各パワーのバランスを計算した(図13参照)。なお、P=P−Pにより、またP=P−Pにより算出した。 In the simulation, introduced power P I, the absorbed power P A, the loss power P L, the reflected power P R, and sets the supply power P S in 2000W calculate the balance of the power (see FIG. 13). Incidentally, the P L = P I -P A, was also calculated by P R = P S -P I.

表2中の「設置数N1」は、1個のスタブ43を図14に示した位置に配設したものである。「設置数N2」は、2個のスタブ43を図15に示した互いに対向する位置に配設したものである。「設置数N3」は、3個のスタブ43を図16に示した周方向に120°ずつ離した位置に配設したものである。なお、比較のため、スタブ43を設けない場合についてのシミュレーション結果を再掲載した。   “Number of installations N1” in Table 2 is one in which one stub 43 is arranged at the position shown in FIG. “Installation number N2” is obtained by disposing two stubs 43 at positions facing each other as shown in FIG. “Installation number N3” is obtained by arranging three stubs 43 at positions separated by 120 ° in the circumferential direction shown in FIG. For comparison, the simulation results for the case where the stub 43 is not provided are re-published.

Figure 2009099975
Figure 2009099975

表2では、吸収パワーPは、設置数N2が1559Wと最も大きく、次いで設置数N3が882Wで大きかった。一方、設置数N1では、吸収パワーPが382Wであり、スタブ43を設けた場合では最も低かった。反射パワーPについては、設置数N2が389Wと最も小さく、次いで設置数N3が1157Wであったのに対し、設置数N1は1589Wであり、設置数N1や設置数N3に比べて劣る結果となった。 In Table 2, the absorption power P A is installed number N2 is the largest and 1559W, then installation speed N3 was greater at 882W. On the other hand, the installation number N1, the absorbed power P A is 382W, the lowest in the case of providing a stub 43. The reflected power P R, the installation number N2 is the smallest and 389 W, while the installation speed N3 was 1157W then placed number N1 is 1589W, the results inferior to the installation number N1 and installation speed N3 became.

また、スタブ43横断面(下端から0.5mm上方の位置)、遅波板33の上面、遅波板33の中央横断面(厚さ×1/2の位置)、平面アンテナ板31の中央横断面(厚さ×1/2の位置)、透過板28の横断面(上端から9mm下方の位置)、透過板28の下面(平坦な部分)、および透過板28(曲面部分を含む)と処理容器1内空間との界面における電界分布をそれぞれ画像化して解析したところ、設置数N2と設置数N3は、設置数N1に比べて電界がより均一に分布していることが確認された(結果は図示省略)。   Further, the cross section of the stub 43 (position 0.5 mm above the lower end), the upper surface of the slow wave plate 33, the central cross section of the slow wave plate 33 (position of thickness × ½), and the central cross section of the planar antenna plate 31. Surface (thickness × 1/2 position), cross section of transmission plate 28 (position 9 mm below upper end), lower surface of transmission plate 28 (flat portion), and transmission plate 28 (including curved surface portion) and processing When the electric field distribution at the interface with the inner space of the container 1 was imaged and analyzed, it was confirmed that the installed number N2 and the installed number N3 were more evenly distributed than the installed number N1 (results) Is omitted).

以上のシミュレーション結果から、スタブ43を配設する個数としては、1個よりも複数例えば2個または3個が好ましいことが判明した。また、表1の結果と比較すると、円環状にスタブ43を設けるよりも、中空ブロック状のスタブ43を2個以上周方向に独立して設けた方が、吸収パワーPが格段に大きくなることが判明した。従って、偏平導波管を構成する平面アンテナ板31の上方に、スタブ43を2個以上設けることにより、平面アンテナ板31上に発生する電界分布が均一に調節され、処理容器1内へ効率よくマイクロ波を供給できることが示された。 From the above simulation results, it has been found that the number of stubs 43 provided is preferably a plurality, for example two or three, rather than one. In comparison with the results in Table 1, rather than making a stub 43 into an annular, who provided independently hollow block-shaped stub 43 into two or more circumferentially, absorption power P A is much larger It has been found. Accordingly, by providing two or more stubs 43 above the planar antenna plate 31 constituting the flat waveguide, the electric field distribution generated on the planar antenna plate 31 is uniformly adjusted, and the processing container 1 can be efficiently introduced. It has been shown that microwaves can be supplied.

図14から図16に示した例では、最外周のスロット対のうち、内側のスロット32bの上方に中空ブロック状のスタブ43を重ねて配置した。しかし、例えば図17に示したように、最外周のスロット対を構成するスロット32aおよびスロット32bの中間位置の上方にスタブ43を配置してもよい。また、例えば図18に示したように、最外周のスロット対のうち、外側のスロット32aの上方にスタブ43を配置してもよい。さらに、例えば図19に示したように、対向する2つのスタブ43のうち、片方を最外周のスロット対の内側のスロット32bの上方に配置し、もう片方を、中心Oを挟んで反対側に位置する最外周のスロット対の外側のスロット32aの上方に配置してもよい。なお、図17から図19では、平面アンテナ板31の径方向に2個のスタブ43を対称に配置する場合を例に挙げたが、1個のスタブ43を配置する場合(図14参照)、3個のスタブ43を配置する場合(図16参照)も同様の配置の仕方が可能である。 In the example shown in FIGS. 14 to 16, the hollow block-like stub 43 is disposed above the inner slot 32 b in the outermost peripheral slot pair. However, for example, as shown in FIG. 17, the stub 43 may be arranged above the intermediate position between the slot 32a and the slot 32b constituting the outermost peripheral slot pair. For example, as shown in FIG. 18, the stub 43 may be disposed above the outer slot 32a in the outermost slot pair. Furthermore, for example, as shown in FIG. 19, of the two opposite stubs 43, the one located above the inside of the slot 32b of the slot pairs on the outermost circumference, the other end, opposite side of the center O A It may be arranged above the outer slot 32a of the outermost peripheral slot pair located at the position. 17 to 19 exemplify the case where two stubs 43 are arranged symmetrically in the radial direction of the planar antenna plate 31, but when one stub 43 is arranged (see FIG. 14), A similar arrangement is possible when three stubs 43 are arranged (see FIG. 16).

次に、スタブ43の配置と個数が、処理容器1に供給されるマイクロ波パワーおよび電界に与える影響をシミュレーションによりさらに詳細に検討した。その結果を表3に示した。   Next, the influence of the arrangement and number of the stubs 43 on the microwave power and electric field supplied to the processing container 1 was examined in more detail by simulation. The results are shown in Table 3.

<シミュレーション条件3>
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
周方向の配置:図20〜図26に示したように、7通りの配置・個数でスタブ43を配置し、シミュレーションを行った。図20〜図26では、平面アンテナ板31に対するスタブ43の配置を簡略化して模式的に示した。各図では、スロット32は図示を省略し、平面アンテナ板31の中心Oから、内周側のスロット対のスロット32c,32dと最外周のスロット対のスロット32a,32bを結ぶ線分X−Xによりスロット32の径方向の配列を示した。
径方向の配置:スタブ43の中心が、平面アンテナ板31の最外周のスロット対における内側のスロット32bの中心O32bに重なるように設定した(図10、配置D1参照)。
上記以外の条件は、シミュレーション条件2と同じであるため、説明を省略する。
<Simulation condition 3>
The simulation conditions are as follows.
Circumferential arrangement: As shown in FIGS. 20 to 26, stubs 43 were arranged in seven arrangements / numbers, and simulations were performed. 20 to 26, the arrangement of the stubs 43 with respect to the planar antenna plate 31 is schematically shown. Line in each figure, the slot 32 is omitted, connecting the center O A of the plane antenna plate 31, slot 32c on the inner circumferential side of the slot pairs, 32d and the outermost slot pairs of the slot 32a, the 32 b X- X represents the arrangement of the slots 32 in the radial direction.
Radial arrangement: The center of the stub 43 is set to overlap the center O 32b of the inner slot 32b in the outermost slot pair of the planar antenna plate 31 (see FIG. 10, arrangement D1).
Conditions other than the above are the same as the simulation condition 2 and will not be described.

シミュレーションでは、導入パワーP、吸収パワーP、損失パワーP、反射パワーPについて、供給パワーPを2000Wに設定して各パワーのーバランスを計算した。なお、P=P−Pにより、またP=P−Pにより算出した。 In the simulation, introduced power P I, the absorbed power P A, the loss power P L, the reflected power P R, and sets the supply power P S in 2000W calculates the over balance of each power. Incidentally, the P L = P I -P A, was also calculated by P R = P S -P I.

表3中の「配置C1」では、図20に示したように、2個のスタブ43をX−X線上の互いに対向する位置に配設した。「配置C2」では、図21に示したように、2個のスタブ43を平面アンテナ板31の中心Oに対して非対称に配設した。なお、2個のスタブ43は周方向に120°離れた位置に配置されている。「配置C3」では、図22に示したように、3個のスタブ43を非対称な位置に配設した。3個のスタブ43のうち、2個のスタブ43は、配置C1と同様にX−X線上に互いに対向して配置されているが、残りの1個のスタブ43は60°の角度をずらした別のX−X線上に1個のみ配置されている。「配置C4」は、図23に示したように、4個のスタブ43を2本のX−X線上に別個に配設した。これら2本のX−X線は、60°の角度をなして平面アンテナ板31の中心Oで交差している。「配置C5」は、図24に示したように、4個のスタブ43を周方向に90°ずつ位置をずらして配設した。4個のスタブ43は、X−X線上から外れた位置(図14〜図19に示したY−Y線上)に対向して配置されている。「配置C6」は、図25に示したように、2個のスタブ43をX−X線上から外れた位置(図14〜図19に示したY−Y線上)で径方向に対向して配設したものである。「配置C7」は、図26に示したように、6個のスタブ43を周方向に60°ずつ位置をずらしたX−X線上に均等に配設した。なお、比較のため、スタブ43を設けない場合についてのシミュレーション結果も再掲載した。 In “Arrangement C1” in Table 3, as shown in FIG. 20, two stubs 43 are arranged at positions facing each other on the line XX. In the “arrangement C2”, the two stubs 43 are arranged asymmetrically with respect to the center O A of the planar antenna plate 31 as shown in FIG. Note that the two stubs 43 are arranged at positions 120 ° apart in the circumferential direction. In “Arrangement C3”, as shown in FIG. 22, the three stubs 43 are arranged at asymmetric positions. Of the three stubs 43, the two stubs 43 are arranged opposite to each other on the XX line as in the arrangement C1, but the remaining one stub 43 is shifted by an angle of 60 °. Only one is arranged on another XX line. In the “arrangement C4”, as shown in FIG. 23, four stubs 43 are separately arranged on two XX lines. These two line X-X intersect at the center O A of the plane antenna plate 31 at an angle of 60 °. In the “arrangement C5”, as shown in FIG. 24, the four stubs 43 are arranged with their positions shifted by 90 ° in the circumferential direction. The four stubs 43 are arranged so as to face a position deviated from the XX line (on the YY line shown in FIGS. 14 to 19). As shown in FIG. 25, the “arrangement C6” is arranged so that the two stubs 43 face each other in the radial direction at a position off the XX line (on the YY line shown in FIGS. 14 to 19). It is set. In the “arrangement C7”, as shown in FIG. 26, the six stubs 43 are evenly arranged on the XX line whose positions are shifted by 60 ° in the circumferential direction. For comparison, the simulation results for the case where the stub 43 is not provided are also shown again.

Figure 2009099975
Figure 2009099975

表3から、配置C1から配置C7のいずれの配置でも、スタブ43を配置しない場合に比べて良好な結果であった。吸収パワーPは、配置C3(図22)が1605Wと最も大きく、次いで配置C1(図20)が1559Wとほぼ同等の値であった。また、配置C5(図24)、配置C6(図25)についても、配置C3、配置C1に次いで吸収パワーPが大きかった。一方、配置C2、配置C4、配置C7は、配置C1、配置C3、配置C5および配置C6よりも吸収パワーPが小さかった。2個のスタブ43を、平面アンテナ板31の中心を挟んで径方向に非対称に配置した配置C2(図21)は、吸収パワーPが小さく、最も低い結果となった。また、4個のスタブ43を周方向に60°ずらして配置した配置C4(図23)、6個のスタブ43を周方向に配置した配置C7(図26)も、吸収パワーPが小さく期待した効果は得られなかった。 From Table 3, any of the arrangements C1 to C7 was a better result than the case where the stub 43 was not arranged. Absorption power P A is disposed C3 (FIG. 22) is the largest and 1605W, then placed C1 (FIG. 20) was almost the same value as 1559W. The arrangement C5 (FIG. 24), for the placement C6 (FIG. 25), disposed C3, greater absorption power P A Following placement C1. On the other hand, placement C2, arranged C4, disposed C7 is arranged C1, arranged C3, smaller absorption power P A than the arrangement C5 and placement C6. The two stubs 43, disposed and arranged asymmetrically in a radial direction across the center of the plane antenna plate 31 C2 (FIG. 21), the absorption power P A is smaller, was the lowest results. Also, four stubs 43 arranged circumferentially 60 ° staggered C4 (Fig. 23), arranged to place six stubs 43 in the circumferential direction C7 (FIG. 26) is also expected absorption power P A is smaller The effect was not obtained.

反射パワーPについては、配置C1、配置C3、配置C5および配置C6がほぼ同等で小さく良好であった。これに対して、配置C2、配置C4および配置C7は、反射パワーPが配置C1、配置C3、配置C5および配置C6に比べて大きく、反射率が高かった。 The reflected power P R, arrangement C1, arranged C3, disposed C5 and arranged C6 were less good substantially equivalent. In contrast, placement C2, arranged C4 and placement C7 are reflected power P R is arranged C1, arranged C3, larger than the arrangement C5 and placement C6, higher reflectance.

スタブ43を同じ個数配置した場合において、2個のスタブ43を配設した配置C1と配置C6の比較では、平面アンテナ板31の中心Oから、内周側のスロット対と、外周側のスロット対とを径外方向に結ぶX−X線上にスタブ43を配置した配置C1は、平面アンテナ板31の中心Oから、内周側のスロット対の位置は通らず、外周側のスロット対のみを通るY−Y線上にスタブ43を配置した配置C6よりも良好な結果が得られた。また、4個のスタブ43を配設した配置C4と配置C5との比較では、平面アンテナ板31の周方向に均等にスタブ43を配置した配置C5の方が格段に優れていた。 In the case where the stub 43 and the same number arranged, two at the stubs 43 and arranged C1 which is arranged to compare the arrangement C6, from the center O A of the plane antenna plate 31, and slot pairs on the inner peripheral side, the outer peripheral side slot arranged and disposed stub 43 in X-X line connecting the pair radially outward C1 from the center O a of the plane antenna plate 31, the position of the slot pairs on the inner peripheral side without passing the slot pairs on the outer peripheral side only Better results were obtained than the arrangement C6 in which the stub 43 was arranged on the YY line passing through the line. Further, in the comparison between the arrangement C4 in which the four stubs 43 are arranged and the arrangement C5, the arrangement C5 in which the stubs 43 are evenly arranged in the circumferential direction of the planar antenna plate 31 is remarkably superior.

また、スタブ43横断面(下端から0.5mm上方の位置)、遅波板33の上面、遅波板33の中央横断面(厚さ×1/2の位置)、平面アンテナ板31の中央横断面(厚さ×1/2の位置)、透過板28の横断面(上端から9mm下方の位置)、および、透過板28(曲面部分を含む)と処理容器1内空間との界面における電界分布をそれぞれ画像化して解析したところ、配置C3、配置C1が最も電界が均一に分布しており、次いで配置C5、配置C6が良好な電界分布であることが確認された(結果は図示省略)。   Further, the cross section of the stub 43 (position 0.5 mm above the lower end), the upper surface of the slow wave plate 33, the central cross section of the slow wave plate 33 (position of thickness × ½), and the central cross section of the planar antenna plate 31. Electric field distribution at the interface between the surface (position of thickness × 1/2), the cross section of the transmission plate 28 (position 9 mm below the upper end), and the transmission plate 28 (including the curved surface portion) and the space inside the processing container 1 As a result, it was confirmed that the arrangement C3 and the arrangement C1 have the most uniform electric field distribution, and then the arrangement C5 and the arrangement C6 have a good electric field distribution (results not shown).

以上のシミュレーション結果から、スタブ43を配設する位置としては、平面アンテナ板31の中心Oから、内周側のスロット対と、外周側のスロット対とを径外方向に結ぶ線(X−X線)に重なる位置に、中心Oを挟んで対称に配置することが好ましいことがわかる。しかし、この規則に基づき配置をした場合でも、スタブ43の設置数が多くなると、逆にプラズマへのマイクロ波の吸収効率が低下することが示された。従って、スタブ43の設置個数は2〜4個の範囲内が好ましいことが判明した。 From the above simulation results, the position to dispose the stub 43, from the center O A of the plane antenna plate 31, and an inner peripheral side of the slot pairs, the outer peripheral side of the slot pairs and the connecting radially outward line (X- a position overlapping the X-ray), it is understood that it is preferable to arrange symmetrically about the center O a. However, even when the arrangement is based on this rule, it has been shown that if the number of stubs 43 is increased, the efficiency of absorption of microwaves into the plasma decreases. Therefore, it was found that the number of stubs 43 installed is preferably in the range of 2-4.

次に、プラズマ処理装置100にガスを導入してプラズマを生成したときの状態をシミュレーションした。シミュレーション条件は以下のとおりである。
<シミュレーション条件4>
径方向の配置:円環状のスタブ43を想定し、スタブ43の幅D(30mm)の半分(D/2)を結ぶ円弧の位置が、平面アンテナ板31の中心Oを通る鉛直軸から水平方向に184mmとなるように設定した(図13参照)。
スタブ:円環状のスタブ43の上部が閉塞したものについて、遅波板33の上面から115.5mm(3λ/4)の高さに設定した。
Next, the state when the gas was introduced into the plasma processing apparatus 100 to generate plasma was simulated. The simulation conditions are as follows.
<Simulation condition 4>
Radial arrangement: assuming an annular stub 43, the position of the arc connecting the width D half (30 mm) of the stub 43 (D / 2) is horizontal from the vertical axis passing through the center O A of the plane antenna plate 31 The direction was set to 184 mm (see FIG. 13).
Stub: The height of 115.5 mm (3λ / 4) from the upper surface of the wave retardation plate 33 was set for the one in which the upper part of the annular stub 43 was closed.

上記シミュレーション条件4で、透過板28を介して処理容器1内のプラズマに吸収されるマイクロ波のパワー(吸収パワー)Pは、スタブ43を設けなかった場合が641Wであったのに対し、スタブ43を設けた場合は1373Wであり、大幅に改善された。 In the simulation condition 4, the power (absorbing power) P A of the microwave is absorbed into the plasma in the processing chamber 1 through the transmitting plate 28, whereas if not provided a stub 43 was 641W, In the case where the stub 43 was provided, it was 1373W, which was greatly improved.

また、処理容器1内におけるプラズマの電子密度と電子温度の分布を画像化したところ、スタブ43を設けた場合には、スタブ43を設けなかった場合に比べて、プラズマの電子温度および電子密度の両方が、透過板28の直下で、低電子温度および高電子密度の状態を維持しつつ、平面アンテナ板31の径方向に、より広範囲に均一に広がっていることが確認された。   Further, when the electron density and the electron temperature distribution of the plasma in the processing container 1 are imaged, the plasma electron temperature and the electron density are higher when the stub 43 is provided than when the stub 43 is not provided. It was confirmed that both of them spread uniformly over a wider range in the radial direction of the planar antenna plate 31 while maintaining a low electron temperature and high electron density state immediately below the transmission plate 28.

また、処理容器1内におけるNラジカルとNイオンの分布を画像化したところ、スタブ43を設けた場合には、スタブ43を設けなかった場合に比べてNラジカル、Nイオンともに透過板28の直下で、平面アンテナ板31の径方向により広範囲まで均一に広がっていることが確認された。   Further, when the distribution of N radicals and N ions in the processing container 1 is imaged, when the stub 43 is provided, both the N radicals and N ions are directly below the transmission plate 28 as compared with the case where the stub 43 is not provided. Thus, it was confirmed that the flat antenna plate 31 spreads uniformly over a wide range in the radial direction.

上記のシミュレーション結果から、スタブ43を設けることにより、処理容器1内でプラズマを均一化できることが確認された。   From the above simulation results, it was confirmed that the plasma can be made uniform in the processing container 1 by providing the stub 43.

スタブの高さを調節することにより処理の面内均一性を向上させることができるということを立証する実験を行った。実験方法およびその結果について以下に記述する。   An experiment was conducted to prove that the in-plane uniformity of the treatment can be improved by adjusting the height of the stub. The experimental method and the results are described below.

まず、実験に用いたプラズマ処理装置の構成について図27を参照して説明する。図27に示すプラズマ処理装置は、図1に示すプラズマ処理装置に対して以下の点のみが異なる。まず、透過板28の下面中心に突起28aが設けられている。また、カバーリング4に代えて、載置台2表面全域を覆うカバー4aが設けられており、ウエハWの位置決めは、カバー4aの上面に設けられたガイド4bにより行われる。スタブ43に代えて、有効スタブ高さを変更できる4つのスタブ43Aが設けられている。スタブ43Aの内部には、可動体43aが設けられており、可動体43aは、ハンドル43bを回転させることにより、ボルト/ナット構造(詳細な構造は図示せず)により、上下方向に移動することができる。可動体43aは、スタブ43の蓋体44と同様にスタブの有効管長さを決定するため、可動体43aを上下動させることにより実質的なスタブ高さ(H)を変更することができる。   First, the configuration of the plasma processing apparatus used in the experiment will be described with reference to FIG. The plasma processing apparatus shown in FIG. 27 differs from the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 only in the following points. First, a protrusion 28 a is provided at the center of the lower surface of the transmission plate 28. Further, instead of the cover ring 4, a cover 4a covering the entire surface of the mounting table 2 is provided, and the positioning of the wafer W is performed by a guide 4b provided on the upper surface of the cover 4a. Instead of the stub 43, four stubs 43A capable of changing the effective stub height are provided. A movable body 43a is provided inside the stub 43A, and the movable body 43a moves vertically by a bolt / nut structure (the detailed structure is not shown) by rotating the handle 43b. Can do. Since the movable body 43a determines the effective tube length of the stub similarly to the lid body 44 of the stub 43, the substantial stub height (H) can be changed by moving the movable body 43a up and down.

図28に示すように、平面アンテナ板31の基材31aには、外周部に24対のスロット対、中央部に8対のスロット対が形成されている。基材31aは、その外周部と中央部との間にスロット32が形成されていない中間部分を有する。スタブ43Aは、所定の直径のピッチ円上に90度間隔で配置されている。図28には、スタブ43Aの内壁面の輪郭が示されている。平面視において、平面アンテナ板31の外周部のスロット対(32a、32b)のうちの内側のスロット(32b)の中心を結ぶ円周上に、4つのスタブのそれぞれの中心が重なるようにスタブ43Aとスロットが配置されている。また、内周部のスロット対(32c、32d)の各スロットの中心と、外周部のスロット対(32a、32b)のうちの外側のスロット(32a)の中心を径外方向に結ぶ線上に、4つの各スタブ43Aの中心が重なり、かつ、外周部のスロット対(32a、32b)のうちの内側の少なくとも1つのスロット(32b)が、各スタブ43Aの内側に入るように、スタブ43Aとスロットが配置されている。   As shown in FIG. 28, the base plate 31a of the planar antenna plate 31 is formed with 24 slot pairs on the outer peripheral portion and 8 slot pairs on the central portion. The base material 31a has an intermediate portion in which no slot 32 is formed between the outer peripheral portion and the central portion. The stubs 43A are arranged at intervals of 90 degrees on a pitch circle having a predetermined diameter. FIG. 28 shows the outline of the inner wall surface of the stub 43A. In plan view, the stubs 43A are arranged so that the centers of the four stubs overlap each other on the circumference connecting the centers of the inner slots (32b) of the slot pairs (32a, 32b) on the outer periphery of the planar antenna plate 31. And slots are arranged. In addition, on the line connecting the center of each slot of the inner peripheral slot pair (32c, 32d) and the center of the outer slot (32a) of the outer peripheral slot pair (32a, 32b) in the radially outward direction, The stub 43A and the slot are arranged such that the center of each of the four stubs 43A overlaps and at least one slot (32b) inside the outer peripheral slot pair (32a, 32b) is inside each stub 43A. Is arranged.

図29のグラフは、マイクロ波周波数が2.45GHzのときの、スタブ高さHと、スタブの下方における天板(透過板28)の電界強度との関係を示している。この図29から、スタブ高さHが20〜60mmの範囲内で、スタブ高さHが高くなるほど電界強度が小さくなり、かつ、スタブ高さHの変化に対する電界強度の変化が比較的緩やかになっていることがわかる。従って、スタブ高さHを20〜60mmの範囲で変動させることが、電界分布の微調整に適している。   The graph of FIG. 29 shows the relationship between the stub height H and the electric field strength of the top plate (transmission plate 28) below the stub when the microwave frequency is 2.45 GHz. From FIG. 29, within the range of stub height H of 20 to 60 mm, the electric field strength decreases as the stub height H increases, and the change in the electric field strength relative to the change in the stub height H becomes relatively gradual. You can see that Therefore, changing the stub height H in the range of 20 to 60 mm is suitable for fine adjustment of the electric field distribution.

なお、図29には示されていないが、電界強度はスタブ高さHがλ/2(λは管内波長)変化するたびに周期的に変動する。   Although not shown in FIG. 29, the electric field strength periodically changes every time the stub height H changes by λ / 2 (λ is the wavelength in the tube).

[第1の実験]
実験にあたっては、表面に厚さ30オングストロームのSiO熱酸化膜が形成された半導体ウエハを準備した。このウエハに対して図27および図28を参照して説明したマイクロ波プラズマ処理装置を用いてプラズマ窒化処理を施した。
[First experiment]
In the experiment, a semiconductor wafer having a 30 Å thick SiO 2 thermal oxide film formed on the surface was prepared. This wafer was subjected to plasma nitridation using the microwave plasma processing apparatus described with reference to FIGS.

第1の実験におけるプロセス条件は以下の通りである。
Arガス流量:1000mL/min(sccm)
ガス流量:200mL/min(sccm)
プロセス圧力:25Pa
マイクロ波出力:1900W(0.97W/cm
ウエハ温度:500℃
プロセス時間:50sec
The process conditions in the first experiment are as follows.
Ar gas flow rate: 1000 mL / min (sccm)
N 2 gas flow rate: 200 mL / min (sccm)
Process pressure: 25Pa
Microwave output: 1900 W (0.97 W / cm 2 )
Wafer temperature: 500 ° C
Process time: 50 sec

まず、4つのスタブの高さを全て40mm(すなわち20〜60mmの中央値)とし、プラズマ窒化処理を行った。処理済のウエハ表面の25箇所において、XPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy)により、窒素濃度を測定した。その結果を、図30の表の左欄(「初期」)に示す。この表において、上段には各位置のスタブの高さが示されており、中段にはウエハ上の窒素濃度分布を示すマップが示されており、下段には処理の面内均一性の指標であるσ/AVE(すなわち窒素濃度の標準偏差/窒素濃度の平均値)と、Range/2AVE[すなわち、(窒素濃度の最大値−窒素濃度の最小値)/窒素濃度の平均値×2]が示されている。なお、スタブの位置とは、「1」がマップ中の紙面に向かって上、「2」がマップ中の紙面に向かって左、「3」がマップ中の紙面に向かって下、「4」がマップ中の紙面に向かって右の各位置を意味している(図28もあわせて参照)。中段のマップにおいては、窒素濃度が平均値付近の領域を「0」、それより窒素濃度が高い領域の濃度レベルに応じて「+1、+2、・・・」、それより窒素濃度が低い領域の濃度レベルに応じて「−1、−2、・・・」という値を付けている。   First, the height of all four stubs was set to 40 mm (that is, the median value of 20 to 60 mm), and plasma nitriding was performed. The nitrogen concentration was measured by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) at 25 locations on the processed wafer surface. The result is shown in the left column (“initial”) of the table of FIG. In this table, the stub height at each position is shown in the upper row, a map showing the nitrogen concentration distribution on the wafer is shown in the middle row, and the in-plane uniformity index of processing is shown in the lower row. A certain σ / AVE (that is, standard deviation of nitrogen concentration / average value of nitrogen concentration) and Range / 2AVE [that is, (maximum value of nitrogen concentration−minimum value of nitrogen concentration) / average value of nitrogen concentration × 2] are shown. Has been. Note that the stub position means that “1” is upward toward the paper surface in the map, “2” is left toward the paper surface in the map, “3” is downward toward the paper surface in the map, and “4”. Means each position on the right in the map (see also FIG. 28). In the middle map, the area where the nitrogen concentration is close to the average value is “0”, “+1, +2,...” According to the concentration level of the area where the nitrogen concentration is higher than that, and the area where the nitrogen concentration is lower than that. The values “−1, −2,...” Are assigned according to the density level.

窒素濃度が低い領域に対応する位置のスタブの高さを低くし、窒素濃度が高い領域に対応する位置のスタブの高さを高くするという基本的方針に従い、STEP1〜3に示すように各位置のスタブの高さを変更しながらトライアンドエラーによって窒素濃度の面内均一性を高めていく過程が図30の表に示されている。この表によれば、スタブの高さを変更することにより電界強度分布を変化させて、窒素濃度分布を変化させることができるということが分かる。この第1の実験においては、図30のSTEP1〜3に示されるように、位置1のスタブ高さを40mmから50mmに増加させ、位置2のスタブ高さを40mmから25mmに減少させることにより、満足できる面内均一性が確保できた。   In accordance with the basic policy of reducing the height of the stub at the position corresponding to the region having a low nitrogen concentration and increasing the height of the stub at the position corresponding to the region having a high nitrogen concentration, each position as shown in STEPs 1-3. The table of FIG. 30 shows the process of increasing the in-plane uniformity of the nitrogen concentration by trial and error while changing the stub height. According to this table, it can be seen that the nitrogen concentration distribution can be changed by changing the electric field strength distribution by changing the height of the stub. In this first experiment, as shown in STEPs 1-3 of FIG. 30, by increasing the stub height at position 1 from 40 mm to 50 mm and decreasing the stub height at position 2 from 40 mm to 25 mm, Satisfactory in-plane uniformity was secured.

[第2の実験]
次に、第1の実験と同じプラズマ処理装置を用い、下記に示す別のプロセス条件により第2の実験を行った。
[Second experiment]
Next, using the same plasma processing apparatus as in the first experiment, a second experiment was performed under different process conditions described below.

第2の実験におけるプロセス条件は以下の通りである。
Arガス流量:750mL/min(sccm)
ガス流量:200mL/min(sccm)
プロセス圧力:25Pa
マイクロ波出力:2000W(0.97W/cm
ウエハ温度:500℃
プロセス時間:50sec
The process conditions in the second experiment are as follows.
Ar gas flow rate: 750 mL / min (sccm)
N 2 gas flow rate: 200 mL / min (sccm)
Process pressure: 25Pa
Microwave output: 2000 W (0.97 W / cm 2 )
Wafer temperature: 500 ° C
Process time: 50 sec

その結果を、図31に示す。図31の(a)は初期、そして(b)は調整終了時の窒素濃度分布をそれぞれ示すマップである。調整の中間過程の説明は省略する。初期におけるスタブ高さは、全ての位置1,2,3,4において30mmであり、このときのσ/AVEは1.02、Range/2AVEは1.99であった。これに対して、スタブ高さを位置1で45mm、位置2で20mm、位置3で20mm、そして位置4で45mmと変更した結果、σ/AVEは0.43、Range/2AVEは1.03となり、面内均一性の大幅な向上が確認された。第1および第2の実験より、プロセス条件が異なっても、スタブ高さを変更することにより電界強度分布を変化させて、窒素濃度分布を変化させることができるということが確認できた。   The result is shown in FIG. 31A is a map showing the initial nitrogen concentration, and FIG. 31B is a map showing the nitrogen concentration distribution at the end of adjustment. Description of the intermediate process of adjustment is omitted. The initial stub height was 30 mm at all positions 1, 2, 3, and 4. At this time, σ / AVE was 1.02, and Range / 2AVE was 1.99. In contrast, as a result of changing the stub height to 45 mm at position 1, 20 mm at position 2, 20 mm at position 3, and 45 mm at position 4, σ / AVE is 0.43, and Range / 2AVE is 1.03. As a result, a significant improvement in in-plane uniformity was confirmed. From the first and second experiments, it was confirmed that even if the process conditions are different, the nitrogen concentration distribution can be changed by changing the electric field strength distribution by changing the stub height.

なお、上記実験結果から、プロセス条件として、例えば圧力、マイクロ波パワー等の条件が大きく変化した場合においても、スタブ高さを変更することにより電界強度分布を変化させて、ウエハWの面内における窒素濃度分布を均一化できることが理解される。また、スロット配置が異なる場合、天板(透過板28)の形状が異なる場合、チャンバー間機差がある場合等においても、上記実験例と同様に、スタブ高さを調整することにより、電界強度を調整し、ウエハWの面内において均一な処理を実現することができる。   From the above experimental results, even when the process conditions such as pressure and microwave power change greatly, the electric field intensity distribution is changed by changing the stub height, and the in-plane of the wafer W is changed. It is understood that the nitrogen concentration distribution can be made uniform. Further, in the case where the slot arrangement is different, the shape of the top plate (transmission plate 28) is different, or there is a difference between chambers, the electric field strength can be adjusted by adjusting the stub height as in the above experimental example. By adjusting the above, uniform processing can be realized within the surface of the wafer W.

以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、平面アンテナ板31の径方向に対してスタブ43の長手方向が直交するように配置したが、これに限るものではない。例えば図32に示したように、スロット32の長手方向とスタブ43の長手方向が一致するように、スタブ43を配置してもよい。また、スタブ43は、平面アンテナ板31の最外周のスロット対を構成するスロット32a,32bの上に限らず、例えば異常に電界が強い場所であれば、平面アンテナ板31のどの位置のスロットの上に配置してもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the embodiment described above, the stub 43 is disposed so that the longitudinal direction of the stub 43 is orthogonal to the radial direction of the planar antenna plate 31, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 32, the stub 43 may be arranged so that the longitudinal direction of the slot 32 and the longitudinal direction of the stub 43 coincide. Further, the stub 43 is not limited to the slots 32a and 32b constituting the outermost peripheral slot pair of the planar antenna plate 31. For example, if the electric field is abnormally strong, the stub 43 may be located at any position on the planar antenna plate 31. You may arrange on top.

また、スタブ43の水平断面の形状は、矩形に限定されるものではなく、例えば正方形でもよいし、円形(楕円を含む)でもよい。さらに、同軸導波管37aを囲むように、スタブ43を円環状に連続した形状で形成してもよい。   Further, the shape of the horizontal cross section of the stub 43 is not limited to a rectangle, and may be, for example, a square or a circle (including an ellipse). Further, the stub 43 may be formed in an annularly continuous shape so as to surround the coaxial waveguide 37a.

また、本発明のスタブ43を備えたプラズマ処理装置は、例えばプラズマ酸化処理装置、プラズマ窒化処理装置やプラズマCVD処理装置、プラズマエッチング処理装置、プラズマアッシング処理装置などに適用できる。さらに、本発明のスタブ43を備えたプラズマ処理装置は、被処理体として半導体ウエハを処理する場合に限らず、例えば液晶ディスプレイ装置や有機ELディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ装置用の基板を被処理体とするプラズマ処理装置にも適用できる。   The plasma processing apparatus provided with the stub 43 of the present invention can be applied to, for example, a plasma oxidation processing apparatus, a plasma nitriding processing apparatus, a plasma CVD processing apparatus, a plasma etching processing apparatus, a plasma ashing processing apparatus, and the like. Furthermore, the plasma processing apparatus provided with the stub 43 of the present invention is not limited to processing a semiconductor wafer as an object to be processed. For example, a substrate for a flat panel display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device is processed. It can also be applied to a plasma processing apparatus as a body.

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1のプラズマ処理装置における平面アンテナ板の構造を示す図面である。It is drawing which shows the structure of the planar antenna board in the plasma processing apparatus of FIG. 図1のプラズマ処理装置の上部の構成を示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which shows the structure of the upper part of the plasma processing apparatus of FIG. 図1のプラズマ処理装置の制御系統の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the control system of the plasma processing apparatus of FIG. スタブの構成例を示す図1のプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the upper part of the plasma processing apparatus of FIG. 1 which shows the structural example of a stub. スタブの別の構成例を示すプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the upper part of the plasma processing apparatus which shows another structural example of a stub. スタブのさらに別の構成例を示すプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the upper part of the plasma processing apparatus which shows another structural example of a stub. スタブのさらに別の構成例を示すプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the upper part of the plasma processing apparatus which shows another structural example of a stub. スタブのさらに別の構成例を示すプラズマ処理装置の上部の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the upper part of the plasma processing apparatus which shows another structural example of a stub. スロットに対するスタブの配置位置を説明する図面である。It is drawing explaining the arrangement position of the stub with respect to a slot. スロットに対するスタブの配置位置の別の例を説明する図面である。It is drawing explaining another example of the arrangement position of the stub with respect to a slot. スロットに対するスタブの配置位置のさらに別の例を説明する図面である。It is drawing explaining the further another example of the arrangement position of the stub with respect to a slot. シミュレーションにおけるマイクロ波のパワーバランスの説明に供する図面である。It is drawing used for description of the power balance of the microwave in simulation. 平面アンテナ板に対するスタブの配置個数を説明する図面である。It is drawing explaining the number of arrangement | positioning of the stub with respect to a planar antenna board. 平面アンテナ板に対するスタブの配置個数の別の例を説明する図面である。It is drawing explaining another example of the arrangement | positioning number of the stub with respect to a planar antenna board. 平面アンテナ板に対するスタブの配置個数のさらに別の例を説明する図面である。It is drawing explaining the further another example of the arrangement | positioning number of the stub with respect to a planar antenna board. 平面アンテナ板に対するスタブの配置例を説明する図面である。It is drawing explaining the example of arrangement | positioning of the stub with respect to a planar antenna board. 平面アンテナ板に対するスタブの配置の別の例を説明する図面である。It is drawing explaining another example of arrangement | positioning of the stub with respect to a planar antenna board. 平面アンテナ板に対するスタブの配置のさらに別の例を説明する図面である。It is drawing explaining another example of arrangement | positioning of the stub with respect to a planar antenna board. シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。It is drawing explaining the arrangement position and number of stubs in simulation. シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。It is drawing explaining the arrangement position and number of stubs in simulation. シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。It is drawing explaining the arrangement position and number of stubs in simulation. シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。It is drawing explaining the arrangement position and number of stubs in simulation. シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。It is drawing explaining the arrangement position and number of stubs in simulation. シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。It is drawing explaining the arrangement position and number of stubs in simulation. シミュレーションにおけるスタブの配置位置と個数を説明する図面である。It is drawing explaining the arrangement position and number of stubs in simulation. 実験に用いたプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus used for experiment. 実験に用いたプラズマ処理装置におけるスタブとスロットの位置関係を示す平面図である。It is a top view which shows the positional relationship of a stub and a slot in the plasma processing apparatus used for experiment. スタブ高さと天板部の電界強度との関係を示すグラフ図面である。It is a graph which shows the relationship between stub height and the electric field strength of a top-plate part. 第1の実験の結果を示す図表である。It is a chart which shows the result of the 1st experiment. 第2の実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a 2nd experiment. スロットに対するスタブの配置位置の変形例を説明する図面である。It is drawing explaining the modification of the arrangement position of the stub with respect to a slot.

符号の説明Explanation of symbols

1…処理容器、2…載置台、3…支持部材、5…ヒータ、12…排気管、15…ガス導入部、18…ガス供給機構、19a…不活性ガス供給源、19b…酸素含有ガス供給源、24…排気装置、27…マイクロ波導入機構、28…透過板、29…シール部材、31…平面アンテナ板、32…スロット、37…導波管、37a…同軸導波管、37b…矩形導波管、39…マイクロ波発生装置、43…スタブ、50…制御部、51…プロセスコントローラ、52…ユーザーインターフェース、53…記憶部、100…プラズマ処理装置、W…半導体ウエハ(基板)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing container, 2 ... Mounting stand, 3 ... Support member, 5 ... Heater, 12 ... Exhaust pipe, 15 ... Gas introduction part, 18 ... Gas supply mechanism, 19a ... Inert gas supply source, 19b ... Oxygen containing gas supply Source, 24 ... exhaust device, 27 ... microwave introduction mechanism, 28 ... transmission plate, 29 ... sealing member, 31 ... planar antenna plate, 32 ... slot, 37 ... waveguide, 37a ... coaxial waveguide, 37b ... rectangular Waveguide, 39 ... microwave generator, 43 ... stub, 50 ... control unit, 51 ... process controller, 52 ... user interface, 53 ... storage unit, 100 ... plasma processing apparatus, W ... semiconductor wafer (substrate)

Claims (11)

被処理体を収容する真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器の上部の開口に気密に装着され、プラズマ発生用のマイクロ波を透過させる透過板と、
導電性材料からなる平板状基材を貫通して形成された複数のスロットを有して前記透過板の上に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する平面アンテナと、
前記平面アンテナを上方から覆う導電性のカバー部材と、
前記導電性のカバー部材を貫通して設けられ、マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記平面アンテナへ供給する第1の導波管と、
前記平面アンテナの外周部の上方に複数個配置され、前記平面アンテナにおける電界分布を調節する第2の導波管と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing container that can be evacuated to accommodate a workpiece;
A transmission plate that is airtightly attached to the upper opening of the processing vessel and transmits microwaves for plasma generation;
A planar antenna that has a plurality of slots formed through a flat substrate made of a conductive material and is arranged on the transmission plate to introduce microwaves into the processing container;
A conductive cover member covering the planar antenna from above;
A first waveguide provided through the conductive cover member and supplying microwaves from a microwave generation source to the planar antenna;
A plurality of second waveguides arranged above the outer periphery of the planar antenna, for adjusting the electric field distribution in the planar antenna;
A plasma processing apparatus comprising:
前記第2の導波管が、2個〜4個の範囲内で配設されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the second waveguide is disposed in a range of 2 to 4. 少なくとも2個の前記第2の導波管が、前記平面アンテナの中心を挟んでその径方向に対称に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein at least two of the second waveguides are arranged symmetrically in the radial direction with the center of the planar antenna interposed therebetween. 前記第2の導波管が、前記平面アンテナの中心から径外方向に向けて前記スロットを結ぶ線の上方に配置されていることを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。   4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the second waveguide is disposed above a line connecting the slots from the center of the planar antenna in a radially outward direction. 前記スロットが、前記平板状基材においてスロット対をなして同心円状に配列されており、前記第2の導波管が、前記スロット対のうちの径方向に内側の前記スロットの上方、または外側の前記スロットの上方に配置されていることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。   The slots are concentrically arranged in a slot pair in the flat substrate, and the second waveguide is above or outside the radially inner slot of the slot pair. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the plasma processing apparatus is disposed above the slot. 前記第2の導波管の中心が、それぞれ前記スロットの開口の中心に重なるように位置することを特徴とする請求項5に記載のプラズマ処理装置。   6. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the center of the second waveguide is positioned so as to overlap the center of the opening of the slot. 前記導電性のカバー部材に挿入された内部に空洞を有する中空状部材により、前記第2の導波管の一部分または全体が構成されていることを特徴とする請求項3から請求項6のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。   7. A part of or the whole of the second waveguide is constituted by a hollow member having a cavity inside inserted into the conductive cover member. The plasma processing apparatus according to claim 1. 前記導電性のカバー部材を貫通する開口部によって前記第2の導波管の一部分または全体が構成されていることを特徴とする請求項3から請求項6のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。   7. The plasma processing according to claim 3, wherein a part or the whole of the second waveguide is configured by an opening that penetrates the conductive cover member. 8. apparatus. 前記導電性のカバー部材に形成された凹部によって前記第2の導波管の一部分または全体が構成されていることを特徴とする請求項3から請求項6のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing according to any one of claims 3 to 6, wherein a part or the whole of the second waveguide is configured by a recess formed in the conductive cover member. apparatus. 前記第2の導波管の上端部が閉塞されていることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an upper end portion of the second waveguide is closed. 前記平面アンテナの上に、前記平面アンテナへ供給されるマイクロ波の波長を調整する遅波板をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
11. The plasma processing according to claim 1, further comprising a retardation plate for adjusting a wavelength of a microwave supplied to the planar antenna on the planar antenna. apparatus.
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