JP2013118398A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマプロセスにマイクロ波を利用するマイクロ波プラズマ処理装置に係り、特に電磁波結合によって処理容器内のプラズマにマイクロ波電力を供給する方式のプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus that uses microwaves in a plasma process, and more particularly to a plasma processing apparatus that supplies microwave power to plasma in a processing container by electromagnetic wave coupling.
半導体デバイスや液晶ディスプレイ等を製造するためのプラズマプロセスにおいては、真空の処理容器内で処理ガスを放電または電離させるために、高周波(RF)やマイクロ波が使用される。RF放電方式は、処理容器内に一対の電極を適当なギャップを隔てて平行に配置し、一方の電極を接地して他方の電極にコンデンサを介して高周波を印加する容量結合形が主流になっている。しかしながら、RF放電方式は、低圧下で高密度のプラズマを生成するのが難しいうえ、電子温度が高いために基板表面の素子にダメージを与えやすいなどの問題を有している。その点、マイクロ波放電方式は、低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成できるという利点があり、平板状のマイクロ波導入窓構造を採ることにより、広い圧力範囲で大口径プラズマを効率的に生成できるうえ、磁場を必要としないためプラズマ処理装置の簡略化をはかれるという長所を有している(たとえば、特許文献1の図1(A)、図2参照)。 In a plasma process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display, or the like, high frequency (RF) or microwaves are used to discharge or ionize a processing gas in a vacuum processing container. In the RF discharge method, a capacitive coupling type in which a pair of electrodes are arranged in parallel in a processing container with an appropriate gap, one electrode is grounded, and a high frequency is applied to the other electrode through a capacitor has become the mainstream. ing. However, the RF discharge method has problems that it is difficult to generate a high-density plasma under a low pressure and that the elements on the substrate surface are easily damaged due to the high electron temperature. On the other hand, the microwave discharge method has the advantage of being able to generate a high-density plasma with a low electron temperature under a low pressure. By adopting a plate-shaped microwave introduction window structure, a large-diameter plasma can be efficiently used over a wide pressure range. In addition, the plasma processing apparatus can be simplified because it does not require a magnetic field (see, for example, FIGS. 1A and 2 of Patent Document 1).
上記のような平板状マイクロ波導入窓を用いる従来のマイクロ波プラズマ処理装置は、処理容器内に処理ガスを導入する方法として、基板保持台(サセプタ)と対向する天井面の誘電体窓をシャワープレートに構成して、このシャワープレートに均一な分布で形成されている多数のガス吐出口から処理ガスを垂直下方に流し込む第1の方式か、あるいは処理容器の側壁に1つまたは複数のガス吐出口を設け、それら容器側壁のガス吐出口から処理ガスをプラズマ生成空間の中心部に向けて水平に流し込む第2の方式のいずれかを採用している。 A conventional microwave plasma processing apparatus using a flat plate-like microwave introduction window as described above, as a method for introducing a processing gas into a processing container, showers a dielectric window on a ceiling surface facing a substrate holder (susceptor). The first method in which processing gas is flowed vertically downward from a number of gas discharge ports formed in a uniform distribution on the shower plate, or one or more gas discharges on the side wall of the processing vessel An outlet is provided, and any one of the second methods is adopted in which the processing gas flows horizontally from the gas discharge ports on the side walls of the container toward the center of the plasma generation space.
上記第1の方式は、基板保持台の上方に均一な密度分布でプラズマを形成するのに有利である反面、シャワープレートがマイクロ波(電磁波)の通り道であるため、プラズマ密度の減少を招いて非効率であるうえ、エッチングレートの均一性低下の原因となり、さらにはコンタミネーションの原因になる等の問題がある。他方、上記第2の方式は、容器側壁のガス吐出口がマイクロ波の通り道から外れているため異常放電を起こすことがない代わりに、基板保持台の上方で処理ガスを半径方向で一様に拡散させるのが難しく、プラズマ密度分布が不均一になりやすいという問題がある。特に、枚葉式のプラズマ処理装置は、基板保持台と容器壁との間の環状空間が容器底の排気口に通じる排気路になっているので、この排気路の上方を横断して導入される処理ガスは排気流の影響を受けて不均一な流れになりやすい。 The first method is advantageous for forming plasma with a uniform density distribution above the substrate holder, but the shower plate is a path for microwaves (electromagnetic waves), leading to a decrease in plasma density. In addition to inefficiency, it causes a reduction in the uniformity of the etching rate and further causes contamination. On the other hand, in the second method, since the gas discharge port on the side wall of the container is out of the path of the microwave, instead of causing abnormal discharge, the processing gas is uniformly distributed in the radial direction above the substrate holder. There is a problem that it is difficult to diffuse and the plasma density distribution tends to be non-uniform. In particular, the single-wafer type plasma processing apparatus is introduced across the upper part of the exhaust path because the annular space between the substrate holder and the container wall is an exhaust path that leads to the exhaust port on the bottom of the container. The treated gas tends to be non-uniform due to the influence of the exhaust flow.
本発明の目的は、マイクロ波プラズマの生成と同時にプラズマプロセスのモニタリングを簡易な構成で効率的に行えるようにしたプラズマ処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of efficiently monitoring a plasma process simultaneously with generation of microwave plasma with a simple configuration.
本発明のプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器内に被処理基板を収容し、前記処理容器内に処理ガスとマイクロ波のパワーを供給して前記処理ガスのプラズマを生成し、前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、マイクロ波発生器からのマイクロ波を前記処理容器まで伝送するためのマイクロ波伝送線路においてその終端部を含む所定の区間を同軸管で構成するとともに、前記同軸管の内部導体を中空管に構成し、前記中空管を介して前記処理容器内のプロセスまたはプロセス条件の状態をモニタリングするモニタ部を有する。 The plasma processing apparatus of the present invention accommodates a substrate to be processed in a processing container capable of being evacuated, supplies processing gas and microwave power into the processing container, generates plasma of the processing gas, and the substrate. A plasma processing apparatus for performing a desired plasma processing on a microwave transmission line for transmitting a microwave from a microwave generator to the processing container, and a predetermined section including a terminal portion thereof is configured by a coaxial tube. In addition, the internal conductor of the coaxial tube is configured as a hollow tube, and a monitor unit is provided for monitoring the state of the process or process conditions in the processing vessel via the hollow tube.
上記の構成においては、マイクロ波発生器より出力されたマイクロ波がマイクロ波伝送線路を伝播して処理容器の中に導入され、このマイクロ波のパワーにより処理ガスのガス粒子が電離して、プラズマが生成され、このプラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理が施される。そして、処理容器内でプラズマ処理が行われている最中に、マイクロ波伝送線路の少なくとも終端部または終端区間を構成する同軸管の内部導体の中空管を介してモニタ部が処理容器内のプラズマプロセスまたはプロセス条件の状態をin-situでモニタリングする。 In the above configuration, the microwave output from the microwave generator propagates through the microwave transmission line and is introduced into the processing container, and the gas particles of the processing gas are ionized by the power of the microwave to generate plasma. And a desired plasma process is performed on the substrate to be processed under the plasma. While the plasma processing is being performed in the processing container, the monitor unit is in the processing container through the hollow tube of the inner conductor of the coaxial tube that forms at least the terminal section or terminal section of the microwave transmission line. In-situ monitoring of plasma process or process condition status.
このモニタ部は、好ましい一態様として、処理容器内のプラズマからの発光を分光して計測するプラズマ発光計測部、保持台に保持されている基板上の所定の膜の膜厚を光学的に測定するための光学式膜厚測定部、あるいは処理容器内の温度を測定するための温度センサを有する。 As a preferred embodiment, this monitor unit optically measures the film thickness of a predetermined film on the substrate held by the plasma luminescence measuring unit for spectroscopically measuring the light emitted from the plasma in the processing container. An optical film thickness measuring unit for measuring the temperature, or a temperature sensor for measuring the temperature in the processing container.
本発明のプラズマ処理装置は、上記のような構成および作用により、マイクロ波プラズマの生成と同時にプラズマプロセスのモニタリングを簡易な構成で効率的に行うことができる。 The plasma processing apparatus of the present invention can efficiently perform monitoring of a plasma process with a simple configuration simultaneously with the generation of microwave plasma by the configuration and operation as described above.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の一構成例におけるマイクロ波プラズマエッチング装置の全体構成を示す。このマイクロ波プラズマエッチング装置は、磁場を必要としない平板状SWP型プラズマ処理装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ(処理容器)10を有している。チャンバ10は保安接地されている。
FIG. 1 shows an overall configuration of a microwave plasma etching apparatus according to an exemplary configuration of the present invention. This microwave plasma etching apparatus is configured as a flat plate SWP type plasma processing apparatus that does not require a magnetic field, and has a cylindrical vacuum chamber (processing vessel) 10 made of metal such as aluminum or stainless steel. . The
先ず、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係しない各部の構成を説明する。 First, the configuration of each part not related to plasma generation in this microwave plasma etching apparatus will be described.
チャンバ10内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハWを載置する円板状のサセプタ12が高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ12は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ10の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部14に支持されている。
A disc-
筒状支持部14の外周に沿ってチャンバ10の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部16とチャンバ10の内壁との間に環状の排気路18が形成され、この排気路18の上部または入口に環状のバッフル板20が取り付けられるとともに、底部に排気ポート22が設けられている。チャンバ10内のガスの流れをサセプタ12上の半導体ウエハWに対して軸対象に均一にするためには、排気ポート20を円周方向に等間隔で複数設ける構成が好ましい。各排気ポート20には排気管24を介して排気装置26が接続されている。排気装置26は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ10の側壁の外には、半導体ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ28が取り付けられている。
An
サセプタ12には、RFバイアス用の高周波電源30がマッチングユニット32および給電棒34を介して電気的に接続されている。この高周波電源30は、半導体ウエハWに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した比較的低い周波数たとえば13.56MHzの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニット32は、高周波電源30側のインピーダンスと負荷(主に電極、プラズマ、チャンバ)側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
A high
サセプタ12の上面には、半導体ウエハWを静電吸着力で保持するための静電チャック36が設けられ、静電チャック36の半径方向外側に半導体ウエハWの周囲を環状に囲むフォーカスリング38が設けられる。静電チャック36は導電膜からなる電極36aを一対の絶縁膜36b,36cの間に挟み込んだものであり、電極36aには直流電源40がスイッチ42を介して電気的に接続されている。直流電源40より印加される直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハWを静電チャック36上に吸着保持することができる。
On the upper surface of the
サセプタ12の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室44が設けられている。この冷媒室44には、チラーユニット(図示せず)より配管46,48を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック36上の半導体ウエハWの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部(図示せず)からの伝熱ガスたとえばHeガスが、ガス供給管50を介して静電チャック36の上面と半導体ウエハWの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハWのローディング/アンローディングのためにサセプタ12を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構(図示せず)等も設けられている。
Inside the
次に、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。 Next, the configuration of each part related to plasma generation in this microwave plasma etching apparatus will be described.
チャンバ10のサセプタ12と対向する天井面には、マイクロ波導入用の誘電体板として円形の石英板52が気密に取り付けられている。この石英板52の上面には平板型のスロットアンテナとして同心円状に分布する多数のスロットを有する円板形のラジアルラインスロットアンテナ54が設置されている。このラジアルラインスロットアンテナ54は、たとえば石英等の誘電体からなる遅延板56を介してマイクロ波伝送線路58に電磁的に結合されている。
A
マイクロ波伝送線路58は、マイクロ波発生器60より出力されるマイクロ波をアンテナ54まで伝送する線路であり、導波管62と導波管−同軸管変換器64と同軸管66とを有している。導波管62は、たとえば方形導波管であり、TEモードを伝送モードとしてマイクロ波発生器60からのマイクロ波をチャンバ10に向けて導波管−同軸管変換器64まで伝送する。
The
導波管−同軸管変換器64は、方形導波管62と同軸管66とを結合し、方形導波管62の伝送モードを同軸管66の伝送モードに変換するものであり、大出力のマイクロ波パワーを伝送する場合に電界集中を防止するために、同軸管66の内部導体68の上端部68aを図示のような逆テーパ状に太くする構成(いわゆるドアノブ形の構成)を採るのが好ましい。
The waveguide-
同軸管66は、導波管−同軸管変換器64からチャンバ10の上面中心部まで垂直下方に延びて、その同軸線路の終端または下端が遅延板56を介してアンテナ54に結合されている。同軸管66の外部導体70は方形導波管62と一体形成された円筒体からなり、マイクロ波は内部導体68と外部導体70の間の空間をTEMモードで伝播する。
The
マイクロ波発生器60より出力されたマイクロ波は、上記のような導波管62、導波管−同軸管変換器64および同軸管66からなるマイクロ波伝送線路58を伝播して、遅延板56を通ってアンテナ54に給電される。そして、遅延板56で半径方向に広げられたマイクロ波はアンテナの各スロットからチャンバ10内に向けて放射され、石英板52の表面に沿って伝播する表面波から放射されるマイクロ波電力によって付近のガスが電離して、プラズマが生成されるようになっている。
The microwave output from the
遅延板56の上には、アンテナ後面板72がチャンバ10の上面を覆うように設けられている。このアンテナ後面板72は、たとえばアルミニウムからなり、石英板52で発生する熱を吸収(放熱)する冷却ジャケットを兼ねており、内部に形成されている流路74にはチラーユニット(図示せず)より配管76,78を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給されるようになっている。
An antenna
このマイクロ波プラズマエッチング装置においては、図2に明示するように、同軸管66の内部導体68に、その中を貫通する中空のガス流路80が設けられている。そして、このガス流路80の上端開口80aには処理ガス供給源82に通じる第1ガス供給管84が接続されており、石英板52の中心部には同軸管66のガス流路80の下端開口80bと連続または連通する上部中心ガス吐出口86が形成されている。かかる構成の第1処理ガス導入部88において、処理ガス供給源82より送出された処理ガスは、第1ガス供給管84および同軸管66のガス流路80を通って上部中心ガス吐出口86から真下のサセプタ12に向けて吐出され、サセプタ12を囲む環状の排気路18側へ引かれるようにして軸対象に半径方向外側へ拡散するようになっている。なお、第1ガス供給管84の途中には、MFC(マス・フロー・コントローラ)90および開閉弁92が設けられている。
In this microwave plasma etching apparatus, as clearly shown in FIG. 2, a hollow
このマイクロ波プラズマエッチング装置は、チャンバ10内に処理ガスを導入するために、上記第1処理ガス導入部88とは別系統の第2処理ガス導入部94も備えている。この第2処理ガス導入部94は、石英板52より幾らか低い位置でチャンバ10の側壁の中に環状に形成されたバッファ室96と、円周方向に等間隔でバッファ室96からプラズマ生成空間に臨む多数の側部ガス吐出孔98と、処理ガス供給源82からバッファ室96まで延びるガス供給管100とを有している。ガス供給管100の途中にはMFC102および開閉弁104が設けられている。
The microwave plasma etching apparatus also includes a second processing
この第2処理ガス導入部94において、処理ガス供給源82より送出された処理ガスは、第2ガス供給管100を通ってチャンバ10側壁内のバッファ室96に導入され、バッファ室96内で周回方向の圧力を均一化してから各側部ガス吐出口98よりチャンバ10の中心に向かって略水平に吐出され、プラズマ処理空間へ拡散する。その際、各側部ガス吐出口98より吐出された処理ガスは、環状排気路18の上方を横切る際に排気口22側へ引かれるため半導体ウエハW上に均一に供給され難い面がある。この実施形態では、上記のように第1処理ガス導入部88の上部中心ガス吐出口86より導入される処理ガスが中心部から軸対象に放射状に拡散するので、第2処理ガス導入部88より導入される処理ガスの不安定または不定な拡散を補い、半導体ウエハWの直上で生成されるプラズマの密度を均一化させることができる。
In the second processing
なお、第1処理ガス導入部88および第2処理ガス導入部94よりチャンバ10内にそれぞれ導入する処理ガスは、通常は同種のガスでよいが、別種類のガスであってもよく、各MFC90,102を通じて各々独立した流量で、あるいは任意の流量比で導入し、半径方向におけるガス密度ひいてはプラズマ密度の均一性を向上させることができる。
The processing gases introduced into the
図2に、このマイクロ波プラズマエッチング装置における導波管−同軸管変換器64および同軸管66の詳細な構成を示す。同軸管66の内部導体68は、たとえばアルミニウムからなり、その内部に中心軸に沿って貫通孔のガス流路80が形成されるとともに、ガス流路80と平行して冷媒流路106も形成されている。冷媒流路106は、垂直隔壁(図示せず)を介して往路106aと復路106bに分かれており、逆テーパ部68aの上端に図示しないチラーユニットに通じる配管108,110が接続されている。供給配管108より冷媒流路106に導入された冷媒たとえば冷却水は、冷媒流路106において往路106aを垂直下方に流れて同軸管66の下端部に行き着き、そこから折り返して復路106bを垂直上方に流れて排出配管110に抜け出るようになっている。
FIG. 2 shows a detailed configuration of the waveguide-
図2に示すように、アンテナ54は、その中心部に同軸管66の内部導体68を通す開口54aを有しており、スロット板が内部導体68の周り(半径方向外側)に延在している。内部導体68のガス流路80と同軸上で連続する石英板52の上部中心ガス吐出口86は、アンテナ54より放射される電磁波(マイクロ波)の通り道から外れており、異常放電は起こらないようになっている。なお、半径方向の限定された範囲内で上部中心ガス吐出口86を複数の吐出口に分岐または分割することも可能である。
As shown in FIG. 2, the
図3に、このマイクロ波プラズマエッチング装置におけるラジアルラインスロットアンテナ54のスロットパターン構造を示す。図示のように、アンテナ54のスロット板には同心円状に多数のスロットが形成されている。より詳細には、互いに向きが直交する2種類のスロット54b,54cが交互に同心円状に配列され、半径方向では遅延板56で伝送されてくるマイクロ波の波長に応じた間隔で配置されている。このスロットパターン構造においては、マイクロ波は2つの直交する偏波成分を含む円偏波の略平面波となってスロット板から放射される。このタイプのスロットアンテナは、スロット板の略全面からマイクロ波を均一に放射するのに優れており、均一で安定なプラズマの生成に適している。
FIG. 3 shows a slot pattern structure of the radial
このマイクロ波プラズマエッチング装置においては、上述した各部たとえば排気装置26、高周波電源30、直流電源40のスイッチ42、マイクロ波発生器60、各処理ガス導入部88,94、各チラーユニット(図示せず)、伝熱ガス供給部(図示せず)等の個々の動作および装置全体の動作が、たとえばマイクロコンピュータからなる制御部(図示せず)によって制御される。
In this microwave plasma etching apparatus, the above-described parts such as the
このマイクロ波プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ28を開状態にして加工対象の半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入して、静電チャック36の上に載置する。そして、第1および第2処理ガス導入部88,94よりエッチングガス(一般に混合ガス)を所定の流量および流量比でチャンバ10内に導入し、排気装置26によりチャンバ10内の圧力を設定値に減圧する。さらに、高周波電源30をオンにして所定のパワーで高周波を出力させ、この高周波を整合器34および給電棒34を介してサセプタ12に印加する。また、スイッチ42をオンにして直流電源44より直流電圧を静電チャック36の電極36aに印加して、静電チャック36の静電吸着力により半導体ウエハWを静電チャック36上に固定する。そして、マイクロ波発生器60をオンにし、マイクロ波発生器60より出力されるマイクロ波をマイクロ波伝送線路58を介してアンテナ54に給電し、アンテナ54から放射されるマイクロ波を石英板52を介してチャンバ10内に導入する。
In order to perform etching in this microwave plasma etching apparatus, first, the
第1処理ガス導入部88の上部中心ガス吐出口86および第2処理ガス導入部94の側部ガス吐出口98よりチャンバ10内に導入されたエッチングガスは石英板52の下で拡散し、石英板52の下面(プラズマと対向する面)に沿って伝播する表面波から放射されるマイクロ波電力によってガス粒子が電離し、表面励起のプラズマが生成される。こうして、石英板52の下で生成されたプラズマは下方に拡散し、半導体ウエハWの主面の被加工膜に対してプラズマ中のラジカルによる等方性エッチングおよびイオン照射による垂直エッチングが行われる。
The etching gas introduced into the
このマイクロ波プラズマエッチング装置においては、高密度プラズマを表面波励起で生成するので、半導体ウエハW付近の電子温度はたとえば0.7〜1.5eV程度と非常に低く、これによってイオン照射のエネルギーを抑制し、被加工膜に対するダメージを防ぐことができる。また、ラジアルラインスロットアンテナ54を使用してマイクロ波電力を大面積で均一にチャンバ10内に注入するので、ウエハの大口径化にも容易に対応することができる。そして、マイクロ波伝送線路58の最終区間を構成する同軸管66の内部導体68に貫通孔のガス流路80を設け、このガス流路80を通してチャンバ天井(石英板52)中心部のガス吐出口86からチャンバ10内に処理ガスを導入するので、プラズマ密度の均一性の向上、ひいてはエッチング加工の面内均一性の向上をはかれると同時に、アンテナ性能への悪影響はなく、異常放電を起こすおそれもない。
In this microwave plasma etching apparatus, since high-density plasma is generated by surface wave excitation, the electron temperature in the vicinity of the semiconductor wafer W is very low, for example, about 0.7 to 1.5 eV, thereby reducing the energy of ion irradiation. It is possible to suppress the damage to the film to be processed. Further, since the microwave power is uniformly injected into the
加えて、このマイクロ波プラズマエッチング装置は、無磁場でマイクロ波プラズマを生成するので、チャンバ10の周りに永久磁石や電子コイル等の磁界形成機構を設ける必要がなく、簡易な装置構成となっている。もっとも、本発明は、図4に示すように、電子サイクロトロン共鳴(ECR:Electron Cyclotron Resonance)を利用するプラズマ処理装置にも適用可能である。
In addition, since this microwave plasma etching apparatus generates microwave plasma without a magnetic field, there is no need to provide a magnetic field forming mechanism such as a permanent magnet or an electronic coil around the
図4のECRプラズマ処理装置は、チャンバ10の周囲に永久磁石または電子コイルからなる磁界形成機構112を設け、この磁界形成機構112によりチャンバ10内のプラズマ生成空間に外部磁場を印加し、プラズマ生成空間内のある場所でマイクロ波の周波数が電子サイクロトロン周波数に等しくなるような磁界(2.45GHzの場合は875ガウス)を形成し、高密度のプラズマを生成することができる。
The ECR plasma processing apparatus of FIG. 4 is provided with a magnetic
なお、図4に示すように、チャンバ10の上部天板中心から処理ガスを導入する第1処理ガス導入部88のみを設け、チャンバ側壁から処理ガスを導入する第2処理ガス導入部94(図1)を省くことも可能である。
As shown in FIG. 4, only the first processing
さらに、本発明の一実施形態として、図5に示すように、同軸管66の内部導体68の中に形成される中空部をガス流路に代えて、モニタリング用の光学測定ラインに利用することも可能である。たとえば、プラズマエッチングの終点検出を行う場合は、同軸管内部導体68の中空部の中に光ファイバプローブ(図示せず)を挿入して、チャンバ10の上部天板中心の位置でプラズマからの発光を採光し、モニタ部114で分光して特定の反応種に起因する発光スペクトルの増減からエッチング終点を検出することができる。また、同軸管内部導体68の中空部をレーザ光路に用いて、半導体ウエハW上の反射防止膜やレジスト膜等の膜厚測定を行うことも可能である。さらには、先端に熱電対等を取り付けた温度センサのラインを同軸管内部導体68の中空部に通してチャンバ10内の上部天板中心付近の温度を測定することも可能である。
Furthermore, as an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the hollow portion formed in the
本発明においては、同軸管66の内部導体68の中空部の構成または機能については他にも種々の変形が可能である。たとえば、図示省略するが、同軸管の内部導体68の中空部をたとえば2重管等の複数管構造に形成し、各管を独立したライン(ガス供給系ライン、測定系ライン)に用いることもできる。チャンバ10内に処理ガスを導入するために、第1および第2処理ガス導入部88,94とは別系統の第3の処理ガス導入部を内部導体68の中に設けることも可能である。
In the present invention, various other modifications are possible for the configuration or function of the hollow portion of the
また、上記した実施形態における各部の構成や機能も種々変形可能である。たとえば、ラジアルスロットラインアンテナ54に代えて他の形式のスロットアンテナを用いることも可能であり、特に大口径のプラズマを必要としない場合はアンテナを用いないマイクロ波注入方式も可能である。マイクロ波伝送線路58においても、マイクロ波発生器60と方形導波管62との間に他の伝送線路を挿入したり、方形導波管62をたとえば円形導波管に代えたり、導波管−同軸管変換器64においてインピーダンス変換部64aをドアノブ形に代えてリッジガイド形に構成することも可能である。さらには、導波管−同軸管変換器を用いずに円形導波管の終端をチャンバに電磁的に結合する構成も可能である。
In addition, the configuration and function of each part in the above-described embodiment can be variously modified. For example, another type of slot antenna can be used in place of the radial
本発明は、上記実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリング等の処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等も可能である。 The present invention is not limited to the microwave plasma etching apparatus in the above embodiment, but can also be applied to processing apparatuses such as plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), plasma oxidation, plasma nitridation, and sputtering. Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for flat panel displays, photomasks, CD substrates, printed substrates, and the like are also possible.
10 チャンバ
12 サセプタ(基板保持台)
26 排気装置
30 高周波電源
52 石英板(誘電体窓)
54 ラジアルラインスロットアンテナ
58 マイクロ波伝送線路
60 マイクロ波発生器
62 導波管
64 導波管−同軸管変換器
66 同軸管
68 内部導体
70 外部導体
82 処理ガス供給源
84 第1ガス供給管
86 上部中央ガス吐出孔
88 第1処理ガス導入部
94 第2処理ガス導入部
98 側部ガス吐出孔
100 第2ガス供給管
112 磁界形成部
114 モニタ部
10
26
54 Radial
Claims (4)
マイクロ波発生器からのマイクロ波を前記処理容器まで伝送するためのマイクロ波伝送線路においてその終端部を含む所定の区間を同軸線路で構成するとともに、前記同軸線路の内部導体を中空管に構成し、前記中空管を介して前記処理容器内のプロセスまたはプロセス条件の状態をモニタリングするモニタ部を有するプラズマ処理装置。 A substrate to be processed is accommodated in a processing container that can be evacuated, plasma of the processing gas is generated by supplying processing gas and microwave power into the processing container, and plasma for performing a desired plasma processing on the substrate A processing device comprising:
In the microwave transmission line for transmitting the microwave from the microwave generator to the processing vessel, a predetermined section including a terminal portion thereof is constituted by a coaxial line, and the inner conductor of the coaxial line is constituted by a hollow tube. And a plasma processing apparatus having a monitor unit for monitoring the state of the process or process conditions in the processing container via the hollow tube.
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