JP2018006256A - Microwave plasma processing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve microwave radiation efficiency.SOLUTION: There is provide a microwave plasma processing device comprising a chamber for housing a substrate and a microwave radiation member for radiating a microwave in the chamber, and subjecting the substrate to plasma processing by surface wave plasma. The microwave radiation member comprises: a body part of metal; a slow wave member composed of a dielectric for transmitting a microwave and formed on the side into which a microwave in the body part is introduced; a resonance mechanism composed of a dielectric having lower relative permittivity than the slow wave member and arranged in at least an outer peripheral part or an inner peripheral part of the slow wave member in the body part; and a plurality of slots formed so that a longitudinal direction matches a magnetic field direction of the microwave on a lower surface of the slow wave member and radiating the microwave which propagated the slow wave metal and the resonance mechanism.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus.

マイクロ波プラズマ処理装置は、平行平板型のプラズマ処理装置と比較して、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することが可能である。マイクロ波プラズマ処理装置では、マイクロ波は複数のマイクロ波導入機構を介してチャンバの天井部からチャンバ内に放射される。放射されたマイクロ波によりチャンバ側の表面に表面波プラズマが生成され、表面波プラズマにより基板にプラズマ処理が施される(例えば、特許文献1、2を参照)。特許文献1,2は、チャンバの天井部にてマイクロ波導入機構毎に誘電体からなるマイクロ波透過窓を設け、マイクロ波透過窓を介してチャンバ内にマイクロ波を放射する。   Compared with a parallel plate type plasma processing apparatus, the microwave plasma processing apparatus can uniformly form a surface wave plasma having a high density and a low electron temperature. In the microwave plasma processing apparatus, the microwave is radiated from the ceiling portion of the chamber into the chamber through a plurality of microwave introduction mechanisms. Surface wave plasma is generated on the surface on the chamber side by the radiated microwave, and the substrate is subjected to plasma treatment by the surface wave plasma (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In Patent Documents 1 and 2, a microwave transmission window made of a dielectric is provided for each microwave introduction mechanism at the ceiling of the chamber, and the microwave is radiated into the chamber through the microwave transmission window.

国際公開第2008/013112号パンフレットInternational Publication No. 2008/013112 Pamphlet 特開2012−216745号公報JP 2012-216745 A

しかしながら、かかる構成では、マイクロ波導入機構の構成や配置によっては、周方向にプラズマが十分に広がらず、プラズマが不均一になるという課題が生じる場合がある。   However, in such a configuration, depending on the configuration and arrangement of the microwave introduction mechanism, there may be a problem that the plasma does not spread sufficiently in the circumferential direction and the plasma becomes non-uniform.

上記課題に対して、一側面では、本発明は、マイクロ波の放射効率を高めることを目的とする。   In view of the above problem, in one aspect, the present invention aims to increase the radiation efficiency of microwaves.

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部材とを有し、表面波プラズマによって基板にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記マイクロ波放射部材は、金属の本体部と、前記本体部内のマイクロ波が導入される側に形成され、マイクロ波を透過させる誘電体の遅波材と、前記本体部内の前記遅波材の外周部及び内周部の少なくともいずれかに配置され、前記遅波材よりも比誘電率が低い誘電体の共振機構と、前記遅波材の下面にて長手方向がマイクロ波の磁場方向と揃うように形成され、前記遅波材及び前記共振機構を伝播したマイクロ波を放射する複数のスロットとを有するマイクロ波プラズマ処理装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to one aspect, the substrate includes a chamber that accommodates the substrate and a microwave radiating member that radiates microwaves in the chamber, and the substrate is subjected to plasma processing by surface wave plasma. In the microwave plasma processing apparatus, the microwave radiating member is formed on a metal main body, a side into which the microwave is introduced in the main body, and a dielectric slow wave material that transmits microwaves. Disposed in at least one of an outer peripheral portion and an inner peripheral portion of the slow wave material in the main body portion, and having a dielectric resonance mechanism having a relative dielectric constant lower than that of the slow wave material, and a lower surface of the slow wave material. There is provided a microwave plasma processing apparatus having a direction aligned with a magnetic field direction of microwaves and having a plurality of slots for radiating microwaves propagated through the slow wave material and the resonance mechanism.

一の側面によれば、マイクロ波の放射効率を高めることができる。   According to one aspect, microwave radiation efficiency can be increased.

一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。The figure which shows an example of the longitudinal cross-section of the microwave plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るマイクロ波プラズマ源の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the microwave plasma source which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るマイクロ波放射部材の一例を示す拡大図。The enlarged view which shows an example of the microwave radiation member which concerns on one Embodiment. 図3のA−A断面図。AA sectional drawing of FIG. 図3のA−A断面図(変形例)。AA sectional view of FIG. 3 (modification). 図4のB−B断面図。BB sectional drawing of FIG. 一実施形態に係る遅波材によるマイクロ波電力の分配を説明するための図。The figure for demonstrating distribution of the microwave electric power by the slow wave material which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る誘電体層の効果を説明するための図。The figure for demonstrating the effect of the dielectric material layer which concerns on one Embodiment. 比誘電率の異なる誘電体を透過するマイクロ波の波長を説明するための図。The figure for demonstrating the wavelength of the microwave which permeate | transmits the dielectric material from which a dielectric constant differs. 一実施形態に係る共振機構とマイクロ波の放射効率との関係を説明するための図。The figure for demonstrating the relationship between the resonance mechanism which concerns on one Embodiment, and the radiation efficiency of a microwave. 一実施形態に係る共振機構による放射効率の一例を示す図。The figure which shows an example of the radiation efficiency by the resonance mechanism which concerns on one Embodiment. 一実施形態の変形例1に係るマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。The figure which shows an example of the longitudinal cross-section of the microwave plasma processing apparatus which concerns on the modification 1 of one Embodiment. 一実施形態の変形例2に係るマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面の一例を示す図。The figure which shows an example of the longitudinal cross-section of the microwave plasma processing apparatus which concerns on the modification 2 of one Embodiment.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in this specification and drawing, about the substantially same structure, the duplicate description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

[マイクロ波プラズマ処理装置の全体構成]
図1は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置100の断面図の一例を示す。図2は、図1のマイクロ波プラズマ処理装置100に用いられるマイクロ波プラズマ源2の構成の一例を示すブロック図である。
[Overall configuration of microwave plasma processing equipment]
FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view of a microwave plasma processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the microwave plasma source 2 used in the microwave plasma processing apparatus 100 of FIG.

マイクロ波プラズマ処理装置100は、マイクロ波により表面波プラズマを形成して基板の一例である半導体ウェハW(以下、「ウェハW」と称呼する)に対して所定のプラズマ処理を行う。プラズマ処理の一例としては、成膜処理またはエッチング処理が例示される。   The microwave plasma processing apparatus 100 performs a predetermined plasma process on a semiconductor wafer W (hereinafter referred to as “wafer W”), which is an example of a substrate, by forming surface wave plasma using microwaves. As an example of the plasma process, a film forming process or an etching process is exemplified.

マイクロ波プラズマ処理装置100は、ウェハWを収容するチャンバ1を有する。チャンバ1は、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の容器であり、接地されている。マイクロ波プラズマ源2は、チャンバ1の上部に形成された開口部1aからチャンバ1の内部に臨むように設けられている。マイクロ波プラズマ源2によりチャンバ1内にマイクロ波が導入されると、チャンバ1内にて表面波プラズマが形成される。   The microwave plasma processing apparatus 100 includes a chamber 1 that accommodates a wafer W. The chamber 1 is a substantially cylindrical container made of a metal material such as aluminum or stainless steel, which is hermetically configured, and is grounded. The microwave plasma source 2 is provided so as to face the inside of the chamber 1 from an opening 1 a formed in the upper portion of the chamber 1. When microwaves are introduced into the chamber 1 by the microwave plasma source 2, surface wave plasma is formed in the chamber 1.

チャンバ1内にはウェハWを載置する載置台11が設けられている。載置台11は、チャンバ1の底部中央に絶縁部材12aを介して立設された筒状の支持部材12により支持されている。載置台11および支持部材12を構成する材料としては、表面をアルマイト処理(陽極酸化処理)したアルミニウム等の金属や内部に高周波用の電極を有した絶縁性部材(セラミックス等)が例示される。載置台11には、ウェハWを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウェハWの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路等が設けられてもよい。   A mounting table 11 on which a wafer W is mounted is provided in the chamber 1. The mounting table 11 is supported by a cylindrical support member 12 erected at the center of the bottom of the chamber 1 via an insulating member 12a. Examples of the material constituting the mounting table 11 and the support member 12 include metals such as aluminum whose surfaces are anodized (anodized) and insulating members (ceramics and the like) having high-frequency electrodes therein. The mounting table 11 may be provided with an electrostatic chuck for electrostatically attracting the wafer W, a temperature control mechanism, a gas flow path for supplying a heat transfer gas to the back surface of the wafer W, and the like.

載置台11には、整合器13を介して高周波バイアス電源14が電気的に接続されている。高周波バイアス電源14から載置台11に高周波電力が供給されることにより、ウェハW側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、高周波バイアス電源14はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。   A high frequency bias power source 14 is electrically connected to the mounting table 11 via a matching unit 13. By supplying high-frequency power from the high-frequency bias power supply 14 to the mounting table 11, ions in the plasma are attracted to the wafer W side. Note that the high-frequency bias power source 14 may not be provided depending on the characteristics of the plasma processing.

チャンバ1の底部には排気管15が接続されており、この排気管15には真空ポンプを含む排気装置16が接続されている。排気装置16を作動させるとチャンバ1内が排気され、これにより、チャンバ1内が所定の真空度まで高速に減圧される。チャンバ1の側壁には、ウェハWの搬入出を行うための搬入出口17と、搬入出口17を開閉するゲートバルブ18とが設けられている。   An exhaust pipe 15 is connected to the bottom of the chamber 1, and an exhaust device 16 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 15. When the exhaust device 16 is operated, the inside of the chamber 1 is exhausted, and thereby the inside of the chamber 1 is depressurized at a high speed to a predetermined vacuum level. On the side wall of the chamber 1, a loading / unloading port 17 for loading / unloading the wafer W and a gate valve 18 for opening / closing the loading / unloading port 17 are provided.

マイクロ波プラズマ源2は、マイクロ波出力部30とマイクロ波伝送部40とマイクロ波放射部材50とを有する。マイクロ波出力部30は、複数経路に分配してマイクロ波を出力する。   The microwave plasma source 2 includes a microwave output unit 30, a microwave transmission unit 40, and a microwave radiation member 50. The microwave output unit 30 outputs the microwaves distributed to a plurality of paths.

マイクロ波伝送部40は、マイクロ波出力部30から出力されたマイクロ波を伝送する。周縁マイクロ波導入機構43aおよび中心マイクロ波導入機構43bは、アンプ部42から出力されたマイクロ波をマイクロ波放射部材50に導入する機能およびインピーダンスを整合する機能を有する。   The microwave transmission unit 40 transmits the microwave output from the microwave output unit 30. The peripheral microwave introduction mechanism 43a and the central microwave introduction mechanism 43b have a function of introducing the microwave output from the amplifier unit 42 into the microwave radiation member 50 and a function of matching impedance.

周縁マイクロ波導入機構43aおよび中心マイクロ波導入機構43bは、筒状の外側導体52およびその中心に設けられた棒状の内側導体53を同軸状に配置する。外側導体52と内側導体53との間の空間にマイクロ波電力が給電され、マイクロ波放射部材50に向かってマイクロ波が伝播するマイクロ波伝送路44となっている。   The peripheral microwave introduction mechanism 43a and the center microwave introduction mechanism 43b arrange a cylindrical outer conductor 52 and a rod-shaped inner conductor 53 provided at the center thereof coaxially. Microwave power is supplied to the space between the outer conductor 52 and the inner conductor 53, and the microwave transmission path 44 through which the microwave propagates toward the microwave radiating member 50 is formed.

周縁マイクロ波導入機構43aおよび中心マイクロ波導入機構43bには、スラグ61と、その先端部に位置するインピーダンス調整部材140とが設けられている。スラグ61を移動させることにより、チャンバ1内の負荷(プラズマ)のインピーダンスをマイクロ波出力部30におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させる機能を有する。インピーダンス調整部材140は、誘電体で形成され、その比誘電率によりマイクロ波伝送路44のインピーダンスを調整するようになっている。   The peripheral microwave introduction mechanism 43a and the central microwave introduction mechanism 43b are provided with a slag 61 and an impedance adjustment member 140 located at the tip thereof. By moving the slag 61, the impedance of the load (plasma) in the chamber 1 is matched with the characteristic impedance of the microwave power source in the microwave output unit 30. The impedance adjusting member 140 is formed of a dielectric, and adjusts the impedance of the microwave transmission path 44 by its relative dielectric constant.

マイクロ波放射部材50は、チャンバ1の上部に設けられた支持リング29に気密にシールされた状態で設けられ、マイクロ波伝送部40から伝送されたマイクロ波をチャンバ1内に放射する。マイクロ波放射部材50は、チャンバ1の天井部を構成している。   The microwave radiating member 50 is provided in a state of being hermetically sealed to a support ring 29 provided at the upper portion of the chamber 1, and radiates the microwave transmitted from the microwave transmission unit 40 into the chamber 1. The microwave radiation member 50 constitutes the ceiling portion of the chamber 1.

マイクロ波放射部材50にはシャワー構造の第1ガス導入部21が設けられており、第1ガス導入部21には、ガス供給配管111を介して第1ガス供給源22が接続されている。第1ガス供給源22から供給される第1のガスは、第1ガス導入部21を通ってチャンバ1内にシャワー状に供給される。第1ガス導入部21は、チャンバ1の天井部に形成された複数のガス孔から第1の高さで第1ガスを供給する第1のガスシャワーヘッドの一例である。第1のガスの一例としては、例えばArガス等のプラズマ生成用のガスや、例えばOガスやNガス等の高エネルギーで分解させたいガスが挙げられる。 The microwave radiation member 50 is provided with a first gas introduction part 21 having a shower structure, and a first gas supply source 22 is connected to the first gas introduction part 21 via a gas supply pipe 111. The first gas supplied from the first gas supply source 22 is supplied into the chamber 1 through the first gas introduction unit 21 in a shower shape. The first gas introduction part 21 is an example of a first gas shower head that supplies a first gas at a first height from a plurality of gas holes formed in the ceiling part of the chamber 1. Examples of the first gas include plasma generation gas such as Ar gas, and gas that is desired to be decomposed with high energy such as O 2 gas and N 2 gas.

マイクロ波放射部材50は、本体部120、遅波材121、マイクロ波透過部材122、スロット123、誘電体層124及び誘電体の共振機構129を有する。本実施形態では、共振機構129の内部は空気により充填されている。ただし、共振機構129の内部はテフロン(登録商標)により充填されていてもよい。   The microwave radiating member 50 includes a main body 120, a slow wave material 121, a microwave transmitting member 122, a slot 123, a dielectric layer 124, and a dielectric resonance mechanism 129. In the present embodiment, the inside of the resonance mechanism 129 is filled with air. However, the inside of the resonance mechanism 129 may be filled with Teflon (registered trademark).

共振機構129の厚さは、遅波材121の厚さよりも薄い。本体部120の内部であって遅波材121の外周部に、遅波材121が嵌め込まれる空間よりも高さが低い空間を形成することで、遅波材121が本体部120に嵌め込まれたときに遅波材121の位置決めと、共振機構129の空間の形成とを行うことができる。なお、マイクロ波放射部材50の詳細な構造については後述する。   The thickness of the resonance mechanism 129 is thinner than the thickness of the slow wave material 121. The slow wave material 121 was fitted in the main body part 120 by forming a space lower in height than the space in which the slow wave material 121 is fitted in the outer periphery of the slow wave material 121 inside the main body part 120. Sometimes the positioning of the slow wave material 121 and the formation of the space of the resonance mechanism 129 can be performed. The detailed structure of the microwave radiating member 50 will be described later.

また、チャンバ1内の載置台11とマイクロ波放射部材50との間の位置には、シャワープレートとして構成される第2ガス導入部23がチャンバ1に水平に設けられている。第2ガス導入部23は、格子状に形成されたガス流路24と、ガス流路24に形成された多数のガス孔25とを有しており、格子状のガス流路24の間は空間部26となっている。ガス流路24には、チャンバ1の外側に延びるガス供給配管27が接続されており、ガス供給配管27には第2ガス供給源28が接続されている。第2ガス供給源28からは、成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理の際に、極力分解させずに供給したい処理ガス、例えばSiHガスやCガス等の第2のガスが供給されるようになっている。第2ガス導入部23は、第1ガスを供給する第1の高さよりも低い第2の高さで複数のガス孔から第2ガスを供給する第2のガスシャワーヘッドの一例である。第1ガス導入部21及び第2ガス導入部23は、ガスシャワーヘッドからチャンバ1内にガスを供給するガス供給機構の一例である。なお、第1ガス供給源22および第2ガス供給源28から供給されるガスとしては、プラズマ処理の内容に応じた種々のガスを用いることができる。 A second gas introduction part 23 configured as a shower plate is horizontally provided in the chamber 1 at a position between the mounting table 11 and the microwave radiation member 50 in the chamber 1. The second gas introduction part 23 has a gas flow path 24 formed in a lattice shape and a large number of gas holes 25 formed in the gas flow path 24. A space 26 is formed. A gas supply pipe 27 extending outside the chamber 1 is connected to the gas flow path 24, and a second gas supply source 28 is connected to the gas supply pipe 27. A second gas such as SiH 4 gas or C 5 F 8 gas is supplied from the second gas supply source 28 to be supplied without being decomposed as much as possible during plasma processing such as film formation or etching. It comes to be supplied. The second gas introduction unit 23 is an example of a second gas shower head that supplies the second gas from a plurality of gas holes at a second height that is lower than the first height at which the first gas is supplied. The first gas introduction unit 21 and the second gas introduction unit 23 are an example of a gas supply mechanism that supplies gas from the gas shower head into the chamber 1. In addition, as gas supplied from the 1st gas supply source 22 and the 2nd gas supply source 28, various gas according to the content of the plasma processing can be used.

マイクロ波プラズマ処理装置100の各部は、制御装置3により制御される。制御装置3は、マイクロプロセッサ4、ROM(Read Only Memory)5、RAM(Random Access Memory)6等を有している。ROM5やRAM6にはマイクロ波プラズマ処理装置100のプロセスシーケンス及び制御パラメータであるプロセスレシピが記憶されている。マイクロプロセッサ4は、プロセスシーケンス及びプロセスレシピに基づき、マイクロ波プラズマ処理装置100の各部を制御する制御部の一例である。また、制御装置3は、タッチパネル7及びディスプレイ8等を有し、プロセスシーケンス及びプロセスレシピに従って所定の制御を行う際の入力や結果の表示等が可能になっている。   Each part of the microwave plasma processing apparatus 100 is controlled by the control device 3. The control device 3 includes a microprocessor 4, a ROM (Read Only Memory) 5, a RAM (Random Access Memory) 6, and the like. The ROM 5 and the RAM 6 store a process recipe that is a process sequence and control parameters of the microwave plasma processing apparatus 100. The microprocessor 4 is an example of a control unit that controls each unit of the microwave plasma processing apparatus 100 based on a process sequence and a process recipe. The control device 3 includes a touch panel 7, a display 8, and the like, and can perform input and display of results when performing predetermined control according to a process sequence and a process recipe.

かかる構成のマイクロ波プラズマ処理装置100においてプラズマ処理を行う際には、まず、ウェハWが、搬送アーム上に保持された状態で、開口したゲートバルブ18から搬入出口17を通りチャンバ1内に搬入される。ゲートバルブ18はウェハWを搬入後に閉じられる。ウェハWは、搬送アームからプッシャーピンに移され、プッシャーピンが降下することにより載置台11に載置される。チャンバ1内の圧力は、排気装置16により所定の真空度に保持される。第1のガスが第1ガス導入部21からシャワー状にチャンバ1内に導入され、第2のガスが第2ガス導入部23からシャワー状にチャンバ1内に導入される。周縁マイクロ波導入機構43aおよび中心マイクロ波導入機構43bを介してマイクロ波放射部材50から放射されたマイクロ波により、第1及び第2のガスが分解され、チャンバ側の表面に生成される表面波プラズマによってウェハWにプラズマ処理が施される。   When performing plasma processing in the microwave plasma processing apparatus 100 having such a configuration, first, the wafer W is loaded into the chamber 1 from the opened gate valve 18 through the loading / unloading port 17 while being held on the transfer arm. Is done. The gate valve 18 is closed after the wafer W is loaded. The wafer W is transferred from the transfer arm to the pusher pin, and is placed on the placement table 11 when the pusher pin is lowered. The pressure in the chamber 1 is maintained at a predetermined degree of vacuum by the exhaust device 16. The first gas is introduced into the chamber 1 from the first gas introduction part 21 in a shower form, and the second gas is introduced into the chamber 1 from the second gas introduction part 23 in a shower form. Surface waves generated on the surface on the chamber side by the decomposition of the first and second gases by the microwaves radiated from the microwave radiation member 50 through the peripheral microwave introduction mechanism 43a and the central microwave introduction mechanism 43b. Plasma processing is performed on the wafer W by plasma.

(マイクロ波プラズマ源)
マイクロ波プラズマ源2は、マイクロ波出力部30と、マイクロ波伝送部40と、マイクロ波放射部材50とを有する。図2に示すように、マイクロ波出力部30は、マイクロ波電源31と、マイクロ波発振器32と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプ33と、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器34とを有している。
(Microwave plasma source)
The microwave plasma source 2 includes a microwave output unit 30, a microwave transmission unit 40, and a microwave radiation member 50. As shown in FIG. 2, the microwave output unit 30 includes a microwave power supply 31, a microwave oscillator 32, an amplifier 33 that amplifies the oscillated microwave, and a distributor that distributes the amplified microwave into a plurality of parts. 34.

マイクロ波発振器32は、所定周波数(例えば、860MHz)のマイクロ波を例えばPLL(Phase Locked Loop)発振させる。分配器34では、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながらアンプ33で増幅されたマイクロ波を分配する。なお、マイクロ波の周波数としては、860MHzの他に、915MHz等、700MHzから3GHzの範囲の種々の周波数を用いることができる。   The microwave oscillator 32 oscillates a microwave having a predetermined frequency (for example, 860 MHz), for example, by PLL (Phase Locked Loop). The distributor 34 distributes the microwave amplified by the amplifier 33 while matching the impedance between the input side and the output side so that the loss of the microwave does not occur as much as possible. As the microwave frequency, various frequencies in the range of 700 MHz to 3 GHz such as 915 MHz can be used in addition to 860 MHz.

図1に示すように、マイクロ波伝送部40は、複数のアンプ部42と、アンプ部42に対応して設けられた周縁マイクロ波導入機構43aおよび中心マイクロ波導入機構43bとを有する。周縁マイクロ波導入機構43aは、マイクロ波放射部材50の周縁部の上に周方向に沿って複数(例えば6つ)設けられており、中心マイクロ波導入機構43bは、マイクロ波放射部材50の中央部の上に一つ設けられている。周縁マイクロ波導入機構43aの数は2以上であればよいが、3以上が好ましく、例えば3〜6であってもよい。   As illustrated in FIG. 1, the microwave transmission unit 40 includes a plurality of amplifier units 42, and a peripheral microwave introduction mechanism 43 a and a central microwave introduction mechanism 43 b provided corresponding to the amplifier unit 42. A plurality of (for example, six) peripheral microwave introduction mechanisms 43 a are provided along the circumferential direction on the peripheral portion of the microwave radiation member 50, and the central microwave introduction mechanism 43 b is the center of the microwave radiation member 50. One is provided on the part. The number of peripheral microwave introduction mechanisms 43a may be two or more, but is preferably three or more, for example, 3-6.

図2に示すように、アンプ部42は、分配器34にて分配されたマイクロ波を周縁マイクロ波導入機構43a及び中心マイクロ波導入機構43bに導く。アンプ部42は、位相器46と、可変ゲインアンプ47と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ48と、アイソレータ49とを有している。   As shown in FIG. 2, the amplifier unit 42 guides the microwave distributed by the distributor 34 to the peripheral microwave introduction mechanism 43a and the central microwave introduction mechanism 43b. The amplifier unit 42 includes a phase shifter 46, a variable gain amplifier 47, a main amplifier 48 constituting a solid state amplifier, and an isolator 49.

位相器46は、マイクロ波の位相を変化させることにより放射特性を変調させることができる。例えば、周縁マイクロ波導入機構43a及び中心マイクロ波導入機構43bのそれぞれに導入されるマイクロ波の位相を調整することにより指向性を制御してプラズマ分布を変化させることができる。また、隣り合うマイクロ波導入機構において90°ずつ位相をずらすようにして円偏波を得ることができる。また、位相器46は、アンプ内の部品間の遅延特性を調整し、チューナ内での空間合成を目的として使用することができる。ただし、このような放射特性の変調やアンプ内の部品間の遅延特性の調整が不要な場合には位相器46は設けなくてもよい。   The phase shifter 46 can modulate the radiation characteristic by changing the phase of the microwave. For example, by adjusting the phase of the microwaves introduced into the peripheral microwave introduction mechanism 43a and the central microwave introduction mechanism 43b, the directivity can be controlled to change the plasma distribution. Further, circularly polarized waves can be obtained by shifting the phase by 90 ° between adjacent microwave introduction mechanisms. The phase shifter 46 can be used for the purpose of spatial synthesis in the tuner by adjusting the delay characteristics between components in the amplifier. However, the phase shifter 46 may not be provided when such modulation of radiation characteristics and adjustment of delay characteristics between components in the amplifier are unnecessary.

可変ゲインアンプ47は、メインアンプ48へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、プラズマ強度を調整する。可変ゲインアンプ47をアンテナモジュール毎に変化させることによって、発生するプラズマに分布を生じさせることができる。   The variable gain amplifier 47 adjusts the power level of the microwave input to the main amplifier 48 and adjusts the plasma intensity. By changing the variable gain amplifier 47 for each antenna module, a distribution can be generated in the generated plasma.

ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ48は、例えば、入力整合回路と、半導体増幅素子と、出力整合回路と、高Q共振回路とを有する。アイソレータ49は、スロットアンテナ部で反射してメインアンプ48に向かう反射マイクロ波を分離するものであり、サーキュレータとダミーロード(同軸終端器)とを有している。サーキュレータは、反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換する。周縁マイクロ波導入機構43aおよび中心マイクロ波導入機構43bは、アンプ部42から出力されたマイクロ波をマイクロ波放射部材50に導入する。   The main amplifier 48 constituting the solid state amplifier includes, for example, an input matching circuit, a semiconductor amplifying element, an output matching circuit, and a high Q resonance circuit. The isolator 49 separates the reflected microwaves that are reflected by the slot antenna portion and travel toward the main amplifier 48, and includes a circulator and a dummy load (coaxial terminator). The circulator guides the reflected microwave to the dummy load, and the dummy load converts the reflected microwave guided by the circulator into heat. The peripheral microwave introduction mechanism 43 a and the central microwave introduction mechanism 43 b introduce the microwave output from the amplifier unit 42 into the microwave radiation member 50.

(マイクロ波放射部材)
次に、マイクロ波放射部材50について、図3及び図4を参照しながら説明する。図3は、マイクロ波放射部材50の主要部を示す断面の一例を示す。図4は、図3のA−A断面を示す。
(Microwave radiation member)
Next, the microwave radiation member 50 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 shows an example of a cross section showing the main part of the microwave radiation member 50. FIG. 4 shows an AA cross section of FIG.

マイクロ波放射部材50は、マイクロ波出力部30から出力され、マイクロ波伝送部40を伝送したマイクロ波をチャンバ1内に放射する。マイクロ波放射部材50は、金属製の本体部120を有する。本体部120は、アルミニウムや銅のような熱伝導率の高い金属から形成されることが好ましい。   The microwave radiating member 50 radiates the microwave output from the microwave output unit 30 and transmitted through the microwave transmission unit 40 into the chamber 1. The microwave radiating member 50 has a metal main body 120. The main body 120 is preferably formed from a metal having high thermal conductivity such as aluminum or copper.

本体部120は、周縁マイクロ波導入機構43aが配置される周縁部と、中心マイクロ波導入機構43bが配置される中央部とを有している。周縁部はウェハWの周縁領域に対応し、中央部はウェハの中央領域に対応する。   The main body 120 has a peripheral portion where the peripheral microwave introduction mechanism 43a is disposed and a central portion where the central microwave introduction mechanism 43b is disposed. The peripheral portion corresponds to the peripheral region of the wafer W, and the central portion corresponds to the central region of the wafer.

本体部120周縁部の上部(本体部120内のマイクロ波が導入される側)には、周縁マイクロ波導入機構43aの配置部分を含む周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って遅波材121が嵌め込まれている。遅波材121は、マイクロ波を透過させる誘電体から形成されている。遅波材121は、真空よりも大きい比誘電率を有しており、例えば、石英、アルミナ(Al)等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成され得る。すなわち、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、遅波材121は、比誘電率が真空よりも大きい材料で構成されることにより、マイクロ波の波長を短くしてスロット123を含むアンテナを小さくする機能を有する。 In the upper part of the peripheral part of the main body part 120 (the side where the microwave in the main part 120 is introduced), the slow wave material 121 is disposed along the peripheral microwave introduction mechanism arrangement region including the arrangement part of the peripheral microwave introduction mechanism 43a. It is inserted. The slow wave material 121 is formed of a dielectric material that transmits microwaves. The slow wave material 121 has a relative dielectric constant greater than that of vacuum, and is formed of, for example, ceramics such as quartz and alumina (Al 2 O 3 ), fluorine resin such as polytetrafluoroethylene, and polyimide resin. obtain. That is, since the wavelength of the microwave becomes longer in vacuum, the slow wave material 121 is made of a material having a relative dielectric constant larger than that of the vacuum, thereby shortening the wavelength of the microwave and including the slot 123. It has a function to reduce the size.

本体部120周縁部の下面(チャンバ1側表面)には、周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って設けられたリング状をなすマイクロ波透過部材122が嵌め込まれている。本体部120の遅波材121とマイクロ波透過部材122との間の部分には複数のスロット123および誘電体層124が上下に形成される。   A ring-shaped microwave transmitting member 122 provided along the peripheral microwave introduction mechanism arrangement region is fitted on the lower surface (surface on the chamber 1 side) of the peripheral portion of the main body 120. A plurality of slots 123 and a dielectric layer 124 are vertically formed in a portion of the main body 120 between the slow wave material 121 and the microwave transmitting member 122.

マイクロ波透過部材122は、マイクロ波を透過する材料である誘電体材料で構成されており、リング状にチャンバ1側に露出し、周方向に均一な表面波プラズマを形成するための誘電体窓としての機能を有する。マイクロ波透過部材122は、遅波材121と同様、例えば、石英、アルミナ(Al)等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成され得る。なお、マイクロ波透過部材122は、周方向に沿って複数に分割されていてもよい。 The microwave transmitting member 122 is made of a dielectric material that is a material that transmits microwaves. The microwave transmitting member 122 is exposed to the chamber 1 in a ring shape and forms a uniform surface wave plasma in the circumferential direction. As a function. The microwave transmitting member 122 can be formed of, for example, ceramics such as quartz and alumina (Al 2 O 3 ), fluorine resin such as polytetrafluoroethylene, and polyimide resin, similarly to the slow wave material 121. In addition, the microwave transmission member 122 may be divided | segmented into plurality along the circumferential direction.

スロット123は、図3に示すように、本体部120の遅波材121の下面に接する位置から誘電体層124の上面まで達しており、周縁マイクロ波導入機構43aから伝送されたマイクロ波の放射特性を決定する。本体部120の遅波材121と誘電体層124との間の領域は、スロット123を含むスロットアンテナ部となっている。   As shown in FIG. 3, the slot 123 extends from a position in contact with the lower surface of the slow wave member 121 of the main body 120 to the upper surface of the dielectric layer 124, and radiates microwaves transmitted from the peripheral microwave introduction mechanism 43a. Determine characteristics. A region between the slow wave member 121 and the dielectric layer 124 of the main body 120 is a slot antenna unit including a slot 123.

マイクロ波伝送路44の先端の底板には円柱部材82が設けられている。スロット123は、周縁マイクロ波導入機構43aから円柱部材82を通ってTEM波として伝送されてきたマイクロ波をTE波にモード変換する機能を有する。そして、スロット123から放射されたマイクロ波は、TE波の単一モードで誘電体層124およびマイクロ波透過部材122を経て、チャンバ1内に放射される。   A cylindrical member 82 is provided on the bottom plate at the tip of the microwave transmission path 44. The slot 123 has a function of mode-converting microwaves transmitted as TEM waves from the peripheral microwave introduction mechanism 43a through the cylindrical member 82 into TE waves. The microwave radiated from the slot 123 is radiated into the chamber 1 through the dielectric layer 124 and the microwave transmitting member 122 in a single mode of TE wave.

図3のA−A断面を示す図4を参照すると、複数のスロット123は、本体部120の隔離部分120aにより分離され、同一径の円周上に円弧状に均等に配置されている。スロット123の形状および配置によりマイクロ波の放射特性が決定されるが、このように複数の円弧状をなすスロット123が、全体形状が円周状をなすように設けられることにより、電界を均一に分散させることができる。   Referring to FIG. 4 showing the AA cross section of FIG. 3, the plurality of slots 123 are separated by the isolation portion 120 a of the main body 120 and are equally arranged in an arc shape on the circumference of the same diameter. The radiation characteristics of the microwave are determined by the shape and arrangement of the slots 123. The plurality of arc-shaped slots 123 are thus provided so that the overall shape is a circular shape, thereby making the electric field uniform. Can be dispersed.

本実施形態では、図3及び図4に示すように、遅波材121の外周部には、遅波材121よりも比誘電率が低い誘電体の共振機構129が形成されている。本実施形態では、共振機構129の機能により、スロット123から放射されるマイクロ波の放射効率が高められる。共振機構129の機能については後述される。   In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, a dielectric resonance mechanism 129 having a dielectric constant lower than that of the slow wave material 121 is formed on the outer periphery of the slow wave material 121. In this embodiment, the radiation efficiency of the microwave radiated from the slot 123 is enhanced by the function of the resonance mechanism 129. The function of the resonance mechanism 129 will be described later.

図4では円弧状のスロット123を円周上に一列に12個設けた例が示されているが、スロット123の形状および個数は、これに限らず、マイクロ波透過部材122のサイズおよびマイクロ波の波長に応じて適宜設定される。例えば、図5は、図3のA−A断面の他の例を示す。図5では円弧状のスロット123を円周上に一列に6個設けた例が示されている。   FIG. 4 shows an example in which twelve arc-shaped slots 123 are provided in a line on the circumference. However, the shape and number of the slots 123 are not limited to this, and the size of the microwave transmitting member 122 and the microwaves are not limited thereto. It is set appropriately according to the wavelength. For example, FIG. 5 shows another example of the AA cross section of FIG. FIG. 5 shows an example in which six arc-shaped slots 123 are provided in a line on the circumference.

スロット123内は真空であってもよいし、テフロン(登録商標)の誘電体で充填されていてもよい。スロット123に誘電体を充填することにより、マイクロ波の実効波長が短くなり、スロットの厚さを薄くできる。   The slot 123 may be in a vacuum or may be filled with a Teflon (registered trademark) dielectric. By filling the slot 123 with a dielectric, the effective wavelength of the microwave is shortened and the thickness of the slot can be reduced.

一つのスロット123の円周方向(長手方向の)の長さは、電界強度を高くして良好な効率を得る観点からスロットλg/2が好ましい。ここで、λgはマイクロ波の実効波長であり、以下の式(1)で示すことができる。   The length of one slot 123 in the circumferential direction (longitudinal direction) is preferably slot λg / 2 from the viewpoint of increasing the electric field strength and obtaining good efficiency. Here, λg is the effective wavelength of the microwave and can be expressed by the following equation (1).

Figure 2018006256
εはスロット123に充填される誘電体の比誘電率であり、λは真空中のマイクロ波の波長である。また、λcはカットオフ波長であり、TE01モードで給電する場合、空洞共振器の長手方向の長さをaとして、
λ=2a
と表される。
Figure 2018006256
ε s is the dielectric constant of the dielectric filled in the slot 123, and λ is the wavelength of the microwave in vacuum. In addition, λc is a cutoff wavelength, and when power is supplied in the TE01 mode, the length in the longitudinal direction of the cavity resonator is a,
λ c = 2a
It is expressed.

円周方向に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分δ(0を含む)を考慮すると、スロット123の円周方向の長さは、(λg/2)−δが好ましい。   Considering the fine adjustment component δ (including 0) for fine adjustment so that the uniformity of the electric field strength in the circumferential direction is high, the circumferential length of the slot 123 is preferably (λg / 2) −δ. .

なお、スロット123は、遅波材121およびマイクロ波透過部材122の径方向の中央に設けられているが、周縁マイクロ波導入機構43aは、径方向中央よりも内側に設けられている。これは、遅波材121の内周と外周の長さの違いを考慮して、内側と外側とで均等に電界を分散させるためである。   In addition, although the slot 123 is provided in the center of the radial direction of the slow wave material 121 and the microwave transmission member 122, the peripheral microwave introduction mechanism 43a is provided inside the radial direction center. This is because the electric field is evenly distributed between the inner side and the outer side in consideration of the difference in length between the inner circumference and the outer circumference of the slow wave material 121.

図4のB−B断面を示す図6を参照すると、誘電体層124が、スロット123の下部に一対一に対応して設けられている。図4の例では、12個のスロット123のそれぞれに対して12個の誘電体層124が設けられている。隣接する誘電体層124は金属製の本体部120の隔離部分120aにより分離されている。誘電体層124内には、対応するスロット123から放射されるマイクロ波によって単一ループの磁場を形成させることができ、その下のマイクロ波透過部材122において磁場ループのカップリングが生じないようになっている。これにより、複数の表面波モードが出現することを防止することができ、単一の表面波モードを実現することができる。誘電体層124の周方向の長さは、複数の表面波モードの出現を防止する観点からはλg/2以下であることが好ましい。また、誘電体層124の厚さは、1〜5mmが好ましい。   Referring to FIG. 6 showing the BB cross section of FIG. 4, the dielectric layers 124 are provided in a one-to-one correspondence below the slots 123. In the example of FIG. 4, twelve dielectric layers 124 are provided for each of twelve slots 123. Adjacent dielectric layers 124 are separated by a separating portion 120 a of the metal main body 120. A single loop magnetic field can be formed in the dielectric layer 124 by the microwave radiated from the corresponding slot 123, so that coupling of the magnetic field loop does not occur in the microwave transmission member 122 below the dielectric layer 124. It has become. Thereby, the appearance of a plurality of surface wave modes can be prevented, and a single surface wave mode can be realized. The circumferential length of the dielectric layer 124 is preferably λg / 2 or less from the viewpoint of preventing the appearance of a plurality of surface wave modes. Further, the thickness of the dielectric layer 124 is preferably 1 to 5 mm.

誘電体層124は空気(真空)であってもよく、誘電体セラミックスや樹脂等の誘電体材料であってもよい、誘電体材料としては、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂を用いることができる。マイクロ波プラズマ処理装置100が300mmウェハを処理し、マイクロ波の波長が860MHz、遅波材121やマイクロ波透過部材122およびスロット123内の誘電体として比誘電率が10程度のアルミナを用いる場合、誘電体層124として空気層(真空層)を好適に用いることができる。   The dielectric layer 124 may be air (vacuum), or may be a dielectric material such as dielectric ceramics or resin. Examples of the dielectric material include fluorine such as quartz, ceramics, and polytetrafluoroethylene. A resin or a polyimide resin can be used. When the microwave plasma processing apparatus 100 processes a 300 mm wafer and uses alumina having a relative dielectric constant of about 10 as a dielectric in the microwave wavelength 860 MHz, the slow wave material 121, the microwave transmitting member 122, and the slot 123, An air layer (vacuum layer) can be suitably used as the dielectric layer 124.

図3に戻り、本体部120の中央部の上部には、中心マイクロ波導入機構43bに対応する中心マイクロ波導入機構配置領域に円板状をなす遅波材131が嵌め込まれ、遅波材131に対応する部分に円板状をなすマイクロ波透過部材132が嵌め込まれている。そして、本体部120の遅波材131とマイクロ波透過部材132との間の部分は、スロット133を有するスロットアンテナ部となっている。スロット133の形状や大きさは、モードジャンプの発生を抑制し、かつ均一な電界強度が得られるように適宜調整される。例えば、スロット133はリング状に形成されてもよい。これにより、スロット間の継ぎ目が存在せず、均一な電界を形成することができ、モードジャンプも発生し難くなる。   Returning to FIG. 3, a slow wave member 131 having a disk shape is fitted into the central microwave introduction mechanism arrangement region corresponding to the central microwave introduction mechanism 43 b in the upper part of the central portion of the main body 120, and the slow wave member 131 is inserted. A microwave transmitting member 132 having a disk shape is fitted into a portion corresponding to the above. A portion of the main body 120 between the slow wave member 131 and the microwave transmitting member 132 is a slot antenna portion having a slot 133. The shape and size of the slot 133 are appropriately adjusted so as to suppress the occurrence of mode jump and to obtain a uniform electric field strength. For example, the slot 133 may be formed in a ring shape. As a result, there is no seam between slots, a uniform electric field can be formed, and mode jumps are less likely to occur.

スロット133内にもスロット123と同様、誘電体が充填されていることが好ましい。スロット133に充填される誘電体としては、スロット123に用いたものと同様のものを用いることができる。また、遅波材131およびマイクロ波透過部材132を構成する誘電体についても、上述した遅波材121およびマイクロ波透過部材122と同様のものを用いることができる。   Like the slot 123, the slot 133 is preferably filled with a dielectric. As the dielectric filled in the slot 133, the same one as that used for the slot 123 can be used. In addition, as the dielectric constituting the slow wave material 131 and the microwave transmission member 132, the same material as the above-described slow wave material 121 and the microwave transmission member 122 can be used.

本体部120の上面には、周縁マイクロ波導入機構配置領域と中心マイクロ波導入機構配置領域との間に、リング状の溝126が形成されている。これにより、周縁マイクロ波導入機構43aと中心マイクロ波導入機構43bとの間のマイクロ波干渉を抑制することができる。   On the upper surface of the main body 120, a ring-shaped groove 126 is formed between the peripheral microwave introduction mechanism arrangement region and the central microwave introduction mechanism arrangement region. Thereby, the microwave interference between the peripheral microwave introduction mechanism 43a and the center microwave introduction mechanism 43b can be suppressed.

また、本体部120には、上述した第1ガス導入部21が設けられている。第1ガス導入部21は、周縁マイクロ波導入機構配置領域を有する周縁部と中心マイクロ波導入機構配置領域を有する中央部との間に環状をなし、同心状に形成された外側ガス拡散空間141と内側ガス拡散空間142とを有している。外側ガス拡散空間141の上面には、本体部120の上面から繋がるガス導入孔143が形成されており、外側ガス拡散空間141の下面には、本体部120の下面に至る複数のガス孔144が形成されている。一方、内側ガス拡散空間142の上面には、本体部120の上面から繋がるガス導入孔145が形成されており、内側ガス拡散空間142の下面には、本体部120の下面に至る複数のガス孔146が形成されている。ガス導入孔143および145には、第1ガス供給源22からの第1のガスを供給するためのガス供給配管111が接続されている。   The main body 120 is provided with the first gas introduction part 21 described above. The first gas introduction part 21 forms an annular shape between the peripheral part having the peripheral microwave introduction mechanism arrangement area and the central part having the central microwave introduction mechanism arrangement area, and is formed concentrically with the outer gas diffusion space 141. And an inner gas diffusion space 142. A gas introduction hole 143 connected to the upper surface of the main body 120 is formed on the upper surface of the outer gas diffusion space 141, and a plurality of gas holes 144 reaching the lower surface of the main body 120 are formed on the lower surface of the outer gas diffusion space 141. Is formed. On the other hand, a gas introduction hole 145 connected to the upper surface of the main body 120 is formed on the upper surface of the inner gas diffusion space 142, and a plurality of gas holes reaching the lower surface of the main body 120 are formed on the lower surface of the inner gas diffusion space 142. 146 is formed. A gas supply pipe 111 for supplying the first gas from the first gas supply source 22 is connected to the gas introduction holes 143 and 145.

(マイクロ波電力の分配)
図7は、マイクロ波放射部材50の周縁部におけるスロット123の配置とマイクロ波電力の分配を示す。図7に示すように、周縁マイクロ波導入機構43aは、それぞれ2枚の遅波材121の間に跨るようにして配置されている。すなわち、図4の例では、12枚の遅波材121は、それぞれ6つの周縁マイクロ波導入機構43aに対応する位置から両側に延びるように配置されている。図5の例では、6枚の遅波材121は、それぞれ3つの周縁マイクロ波導入機構43aに対応する位置から両側に延びるように配置されている。
(Distribution of microwave power)
FIG. 7 shows the arrangement of the slots 123 at the peripheral edge of the microwave radiating member 50 and the distribution of the microwave power. As shown in FIG. 7, the peripheral microwave introduction mechanism 43 a is disposed so as to straddle between the two slow wave members 121. That is, in the example of FIG. 4, the twelve slow wave members 121 are arranged so as to extend on both sides from positions corresponding to the six peripheral microwave introduction mechanisms 43a. In the example of FIG. 5, the six slow wave members 121 are arranged so as to extend to both sides from positions corresponding to the three peripheral microwave introduction mechanisms 43a.

このように、周縁マイクロ波導入機構43aの直下位置には本体部120の隔離部分120aが配置されているため、周縁マイクロ波導入機構43aを伝送されてきたマイクロ波電力は、隔離部分120aで分離され、その両側の遅波材121に等分配される。これにより、電力が等配分されたマイクロ波が各スロット123から放射される。   As described above, since the isolation portion 120a of the main body 120 is disposed immediately below the peripheral microwave introduction mechanism 43a, the microwave power transmitted through the peripheral microwave introduction mechanism 43a is separated by the isolation portion 120a. And is equally distributed to the slow wave members 121 on both sides thereof. As a result, microwaves with equally distributed power are radiated from the slots 123.

周縁マイクロ波導入機構43aからTEM波として伝送されてきたマイクロ波は、スロット123にてTE波にモード変換され、誘電体層124及びマイクロ波透過部材122を経て、チャンバ1内に放射される。   A microwave transmitted as a TEM wave from the peripheral microwave introduction mechanism 43 a is mode-converted into a TE wave in the slot 123, and is radiated into the chamber 1 through the dielectric layer 124 and the microwave transmitting member 122.

(誘電体層)
円弧上に設けられた複数のスロット123の直下にマイクロ波透過部材122を配置した場合、図8(a)に示すように、各スロット123から放射されたマイクロ波により発生する磁場Hは、マイクロ波透過部材122でカップリングする場合がある。マイクロ波透過部材122で磁場がカップリングしたり、しなかったりすることで、複数の表面波モードが出現する。複数の表面波モードが出現すると、プラズマ処理の際にモードジャンプが生じることがあり、プラズマが安定せず、ウェハWに均一なプラズマ処理を施す際の妨げとなる。
(Dielectric layer)
When the microwave transmitting member 122 is disposed immediately below the plurality of slots 123 provided on the arc, as shown in FIG. 8A, the magnetic field H generated by the microwaves radiated from each slot 123 is In some cases, the wave transmitting member 122 is coupled. A plurality of surface wave modes appear by coupling or not coupling of the magnetic field by the microwave transmitting member 122. When a plurality of surface wave modes appear, a mode jump may occur during plasma processing, the plasma is not stable, and hinders uniform plasma processing on the wafer W.

表面波モードの出現確率は、マイクロ波透過部材因子(形状、材料)とスロット因子(形状、寸法)とで決まり、これらを調整することで単一モードを実現することができる。しかし、マイクロ波透過部材は予め設計されており、これを変更することは困難である。このため、スロット因子を調整することが有効である。   The appearance probability of the surface wave mode is determined by the microwave transmitting member factor (shape, material) and the slot factor (shape, size), and a single mode can be realized by adjusting these factors. However, the microwave transmitting member is designed in advance, and it is difficult to change it. For this reason, it is effective to adjust the slot factor.

そこで、本実施形態では、図8(b)に示すように、複数のスロット123の下に、各スロット123に対応して複数の誘電体層124を互いに分離して設ける。これにより、各スロット123から放射されたマイクロ波により各誘電体層124内に単一ループの磁場を発生させることができる。これにより、マイクロ波透過部材122内に誘電体層124の磁場ループに対応する磁場ループが形成され、マイクロ波透過部材122内に磁場カップリングが生じることを防止することができる(デカップリング)。このため、マイクロ波透過部材122内で磁場ループが生じたり生じなかったりすることによる複数の表面波モードが出現することを防止することができ、モードジャンプが生じない安定したプラズマ処理を実現することができる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8B, a plurality of dielectric layers 124 are provided below the plurality of slots 123 so as to correspond to the slots 123, respectively. Thus, a single loop magnetic field can be generated in each dielectric layer 124 by the microwaves radiated from each slot 123. As a result, a magnetic field loop corresponding to the magnetic field loop of the dielectric layer 124 is formed in the microwave transmitting member 122, and magnetic field coupling can be prevented from occurring in the microwave transmitting member 122 (decoupling). For this reason, it is possible to prevent a plurality of surface wave modes from appearing due to the occurrence or non-occurrence of a magnetic field loop in the microwave transmitting member 122, and to realize a stable plasma process that does not cause a mode jump. Can do.

この場合に、誘電体層124に定在波の「はら」または「ふし」が複数存在すると複数のモードが出やすくなるため、誘電体層124の周方向の長さはλg/2以下であることが好ましい。また、複数のスロット123を円周状に配置しているので、マイクロ波を円周状に放射することができ、周方向のプラズマの均一性を高めることができる。   In this case, since a plurality of modes are likely to occur if there are a plurality of standing waves “Hara” or “Bushi” in the dielectric layer 124, the circumferential length of the dielectric layer 124 is λg / 2 or less. It is preferable. In addition, since the plurality of slots 123 are arranged circumferentially, microwaves can be emitted circumferentially, and the uniformity of plasma in the circumferential direction can be improved.

(共振機構)
次に、共振機構129について、図9及び図10を参照しながら説明する。図9は、比誘電率の異なる誘電体を透過するマイクロ波の波長を説明するための図である。図10は、一実施形態に係る共振機構129とマイクロ波の放射効率との関係を説明するための図である。
(Resonance mechanism)
Next, the resonance mechanism 129 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a diagram for explaining the wavelengths of microwaves that pass through dielectrics having different relative dielectric constants. FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the resonance mechanism 129 and the microwave radiation efficiency according to an embodiment.

本実施形態では、遅波材121はアルミナ(Al)で形成され、共振機構129は空気層となっている。共振機構129には、テフロン(登録商標)が充填されていてもよい。共振機構129は、遅波材121を形成する誘電体よりも低い比誘電率を有する誘電体であればよい。 In the present embodiment, the slow wave material 121 is formed of alumina (Al 2 O 3 ), and the resonance mechanism 129 is an air layer. The resonance mechanism 129 may be filled with Teflon (registered trademark). The resonance mechanism 129 may be a dielectric having a relative dielectric constant lower than that of the dielectric forming the slow wave material 121.

図9に示すように、比誘電率が異なる二つの誘電体を隣接したとき、二つの誘電体内を伝播するマイクロ波の波長は上記式(1)にて表される。   As shown in FIG. 9, when two dielectrics having different relative dielectric constants are adjacent to each other, the wavelength of the microwave propagating through the two dielectrics is expressed by the above formula (1).

本実施形態では、εはアルミナ(Al)の比誘電率を示す。本実施形態では、遅波材121はアルミナにより形成されており、遅波材121におけるマイクロ波の実効波長λgは、共振機構129におけるマイクロ波の実効波長λよりも短くなる。 In the present embodiment, ε s indicates the relative dielectric constant of alumina (Al 2 O 3 ). In the present embodiment, the slow wave material 121 is made of alumina, and the effective wavelength λg of the microwave in the slow wave material 121 is shorter than the effective wavelength λ of the microwave in the resonance mechanism 129.

図10(a)には、遅波材121の外周部に共振機構129の空気層がないときに、遅波材121を伝播するマイクロ波により形成される磁場Hの一例を模式的に示す。磁場Hは金属表面に形成されるため、遅波材121の両端部の磁場Hが最も強くなり、遅波材121の中央の磁場Hが最も弱くなる。   FIG. 10A schematically shows an example of the magnetic field H formed by the microwave propagating through the slow wave material 121 when there is no air layer of the resonance mechanism 129 on the outer peripheral portion of the slow wave material 121. Since the magnetic field H is formed on the metal surface, the magnetic field H at both ends of the slow wave material 121 is the strongest, and the magnetic field H at the center of the slow wave material 121 is the weakest.

その際、遅波材121の中央付近に形成されたスロット123の長手方向は、磁場Hの方向に揃えて形成され、マイクロ波を放射できる。しかし、遅波材121の中央の磁場Hの強度Hが、磁場Hの強度の最大値と比べて弱いためにスロット123から放射されるマイクロ波の放射効率は、最大値と比較すると低くなっている。 At that time, the longitudinal direction of the slot 123 formed in the vicinity of the center of the slow wave material 121 is formed in alignment with the direction of the magnetic field H, and microwaves can be emitted. However, since the intensity H 1 of the magnetic field H at the center of the slow wave material 121 is weaker than the maximum value of the intensity of the magnetic field H, the radiation efficiency of the microwave radiated from the slot 123 is lower than the maximum value. ing.

これに対して、スロット123を遅波材121の端部に形成すれば、マイクロ波の放射効率を高くすることができる。しかしながら、そうすると、複数の表面波モードが発生し、単一の表面波モードが得られなくなる。   On the other hand, if the slot 123 is formed at the end of the slow wave material 121, the microwave radiation efficiency can be increased. However, in this case, a plurality of surface wave modes are generated, and a single surface wave mode cannot be obtained.

これに対して、図10(b)には、遅波材121の外周部に共振機構129の空気層があるときのマイクロ波により形成される磁場Hの一例を模式的に示す。共振機構129が存在するために、スロット123の位置における磁場Hの強度H(>H)が高くなっている。つまり、遅波材121の外周部に共振機構129を形成することによって、遅波材121の中央付近に形成されたスロット123から放射されるマイクロ波の放射効率を高めることができる。 On the other hand, FIG. 10B schematically shows an example of the magnetic field H formed by the microwave when the air layer of the resonance mechanism 129 exists on the outer peripheral portion of the slow wave material 121. Since the resonance mechanism 129 exists, the intensity H 2 (> H 1 ) of the magnetic field H at the position of the slot 123 is high. That is, by forming the resonance mechanism 129 on the outer periphery of the slow wave material 121, the radiation efficiency of microwaves radiated from the slot 123 formed near the center of the slow wave material 121 can be increased.

本実施形態における共振機構129は、遅波材121よりも低い比誘電率の誘電体を使用する。これに対して、遅波材121を単に共振機構129の位置まで広げることも考えらえる。しかしながら、このように遅波材121を単に広げると、遅波材121の幅が広くなり、複数の表面波モードが発生する場合がある。このため、共振機構129は、遅波材121と異なる比誘電率の誘電体を配置する必要がある。   The resonance mechanism 129 in the present embodiment uses a dielectric having a relative dielectric constant lower than that of the slow wave material 121. On the other hand, it is conceivable to simply spread the slow wave material 121 to the position of the resonance mechanism 129. However, if the slow wave material 121 is simply widened in this way, the width of the slow wave material 121 becomes wide and a plurality of surface wave modes may occur. For this reason, the resonance mechanism 129 needs to dispose a dielectric having a relative dielectric constant different from that of the slow wave material 121.

また、共振機構129を遅波材121の比誘電率よりも高い比誘電率を持つ誘電体で形成すると、共振機構129におけるマイクロ波の実効波長λが遅波材121におけるマイクロ波の実効波長λgよりも短くなる。この場合、共振機構129において新たな表面波モードが発生する場合があり、単一の表面波モードに制御することが困難になるおそれがある。よって、本実施形態では、共振機構129には、遅波板121よりも低い比誘電率の誘電体を配置する。これにより、表面波モードを単一にし、かつ、マイクロ波の放射効率を高めることができる。   Further, when the resonance mechanism 129 is formed of a dielectric having a relative dielectric constant higher than that of the slow wave material 121, the effective microwave wavelength λ in the resonance mechanism 129 is equal to the effective microwave wavelength λg in the slow wave material 121. Shorter than. In this case, a new surface wave mode may occur in the resonance mechanism 129, and it may be difficult to control to a single surface wave mode. Therefore, in the present embodiment, a dielectric having a relative dielectric constant lower than that of the slow wave plate 121 is disposed in the resonance mechanism 129. As a result, the surface wave mode can be unified and the microwave radiation efficiency can be increased.

また、共振機構129におけるマイクロ波の実効波長λが遅波材121におけるマイクロ波の実効波長λgよりも短い場合、遅波板121の組み立て時に機械加工上生じ得る、共振機構129の幅の誤差に対して、マイクロ波の実効波長λが短いためにマイクロ波の伝播経路としては大きな誤差となる。この結果、機械加工上生じ得る共振機構129の寸法誤差により、スロット123における放射効率を向上させるための精度が得られない場合がある。   Further, when the effective wavelength λ of the microwave in the resonance mechanism 129 is shorter than the effective wavelength λg of the microwave in the slow wave material 121, an error in the width of the resonance mechanism 129 that may occur in machining when the slow wave plate 121 is assembled. On the other hand, since the effective wavelength λ of the microwave is short, a large error occurs in the propagation path of the microwave. As a result, the accuracy for improving the radiation efficiency in the slot 123 may not be obtained due to a dimensional error of the resonance mechanism 129 that may occur in machining.

したがって、本実施形態では、共振機構129は、遅波材121の比誘電率よりも低い比誘電率を持つ誘電体で形成する。これにより、共振機構129におけるマイクロ波の実効波長λが遅波材121におけるマイクロ波の実効波長λgよりも伸びる。この結果、本実施形態では、共振機構129に、機械加工上例えば1mm程度の寸法誤差が生じた場合においても、スロット123における放射効率を向上させることができる。   Therefore, in this embodiment, the resonance mechanism 129 is formed of a dielectric having a relative dielectric constant lower than that of the slow wave material 121. Thereby, the effective wavelength λ of the microwave in the resonance mechanism 129 is longer than the effective wavelength λg of the microwave in the slow wave material 121. As a result, in the present embodiment, the radiation efficiency in the slot 123 can be improved even when a dimensional error of, for example, about 1 mm occurs in the resonance mechanism 129 due to machining.

(放射効率)
本実施形態に係る共振機構129によるマイクロ波の放射効率について、図11を参照しながら説明する。図11(a)は、本実施形態に係る共振機構129が遅波材121の外周部に形成されている場合に、スロット123から放射されるマイクロ波の磁場の強さの一例を示す。図11(b)は、本実施形態に係る共振機構129が遅波材121の外周部に形成されていない場合に、スロット123から放射されるマイクロ波の磁場の強さの一例を示す。
(Radiation efficiency)
The microwave radiation efficiency by the resonance mechanism 129 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11A shows an example of the strength of the magnetic field of the microwave radiated from the slot 123 when the resonance mechanism 129 according to the present embodiment is formed on the outer peripheral portion of the slow wave material 121. FIG. 11B shows an example of the strength of the magnetic field of the microwave radiated from the slot 123 when the resonance mechanism 129 according to the present embodiment is not formed on the outer peripheral portion of the slow wave material 121.

この結果によれば、共振機構129が遅波材121の外周部に形成されている場合、共振機構129が遅波材121の外周部に形成されていない場合よりも、スロット123部分の磁場が強くなっていることがわかる。これにより、本実施形態に係る共振機構129によれば、マイクロ波の放射効率を高めることができることが証明された。   According to this result, when the resonance mechanism 129 is formed on the outer peripheral portion of the slow wave material 121, the magnetic field in the slot 123 portion is larger than when the resonance mechanism 129 is not formed on the outer peripheral portion of the slow wave material 121. You can see that it is getting stronger. Thereby, according to the resonance mechanism 129 which concerns on this embodiment, it was proved that the radiation efficiency of a microwave can be improved.

<プラズマ処理装置の動作>
次に、以上のように構成されるマイクロ波プラズマ処理装置100における動作について説明する。
<Operation of plasma processing apparatus>
Next, the operation in the microwave plasma processing apparatus 100 configured as described above will be described.

まず、ウェハWをチャンバ1内に搬入し、載置台11上に載置する。そして、第1ガス供給源22から例えばArガス等のプラズマ生成ガスや高エネルギーで分解させたいガスが第1のガスとして供給される。第1のガスは、マイクロ波放射部材50の第1ガス導入部21からチャンバ1内へ導入する。   First, the wafer W is loaded into the chamber 1 and placed on the mounting table 11. Then, a plasma generation gas such as Ar gas or a gas to be decomposed with high energy is supplied as the first gas from the first gas supply source 22. The first gas is introduced into the chamber 1 from the first gas introduction part 21 of the microwave radiating member 50.

マイクロ波出力部30からマイクロ波伝送部40の複数のアンプ部42および複数のマイクロ波導入機構43a、43bを伝送されたマイクロ波は、マイクロ波放射部材50を介してチャンバ1内に放射される。天井部の表面に放射されたマイクロ波の高い電界エネルギーにより第1のガスがプラズマ化され、表面波プラズマが生成される。   The microwaves transmitted from the microwave output unit 30 through the plurality of amplifier units 42 and the plurality of microwave introduction mechanisms 43 a and 43 b of the microwave transmission unit 40 are radiated into the chamber 1 through the microwave radiation member 50. . The first gas is turned into plasma by the high electric field energy of the microwave radiated to the surface of the ceiling, and surface wave plasma is generated.

第2ガス供給源28から極力分解せずに供給したい処理ガスが第2のガスとして供給される。第2のガスは、第2ガス導入部23を介してチャンバ1内に導入される。第2ガス導入部から導入された第2のガスは、第1のガスのプラズマにより励起される。このとき、第2のガス導入位置はマイクロ波放射部材50の表面から離れた、よりエネルギーが低い位置であるため、第2のガスは不要な分解が抑制された状態で励起される。そして、第1のガスおよび第2のガスのプラズマによりウェハWにプラズマ処理、例えば成膜処理やエッチング処理を施す。   A processing gas to be supplied from the second gas supply source 28 without being decomposed as much as possible is supplied as the second gas. The second gas is introduced into the chamber 1 via the second gas introduction part 23. The second gas introduced from the second gas introduction unit is excited by the plasma of the first gas. At this time, since the second gas introduction position is a position with lower energy away from the surface of the microwave radiation member 50, the second gas is excited in a state where unnecessary decomposition is suppressed. Then, plasma processing, for example, film formation processing or etching processing is performed on the wafer W by the plasma of the first gas and the second gas.

このとき、6本の周縁マイクロ波導入機構43aへは、マイクロ波出力部30のマイクロ波発振器32から発振され、アンプ33で増幅された後、分配器34により複数に分配され、アンプ部42を経たマイクロ波電力が給電される。これら周縁マイクロ波導入機構43aに給電されたマイクロ波電力は、マイクロ波伝送路44を伝送され、マイクロ波放射部材50の周縁部に導入される。その際にスラグ61によりインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態でマイクロ波が導入される。導入されたマイクロ波は、遅波材121を透過し、スロットアンテナ部のスロット123およびマイクロ波透過部材122を介してチャンバ1内に放射され、マイクロ波透過部材122および本体部120の下表面の対応部分に表面波が形成され、この表面波によりチャンバ1内のマイクロ波放射部材50の直下部分に表面波プラズマが生成される。   At this time, the six peripheral microwave introduction mechanisms 43 a are oscillated from the microwave oscillator 32 of the microwave output unit 30, amplified by the amplifier 33, and then distributed into a plurality by the distributor 34. The microwave power passed is fed. The microwave power fed to the peripheral microwave introduction mechanism 43 a is transmitted through the microwave transmission path 44 and introduced into the peripheral portion of the microwave radiation member 50. At that time, the impedance is automatically matched by the slag 61, and the microwave is introduced with substantially no power reflection. The introduced microwave passes through the slow wave material 121 and is radiated into the chamber 1 through the slot 123 of the slot antenna unit and the microwave transmitting member 122, and on the lower surfaces of the microwave transmitting member 122 and the main body 120. A surface wave is formed in the corresponding portion, and surface wave plasma is generated in the portion immediately below the microwave radiating member 50 in the chamber 1 by this surface wave.

このとき、円弧状の12枚の遅波材121が周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って全体がリング状をなすように配置される。12枚の遅波材121は、本体部120の一部をなす隔離部分120aで分離されており、周縁マイクロ波導入機構43aは、それぞれ2枚の遅波材121の間に跨るようにして配置されている。すなわち、12枚の遅波材121は、それぞれ6つの周縁マイクロ波導入機構43aに対応する位置から両側に延びるように配置されている。このように、周縁マイクロ波導入機構43aの直下位置には本体部120の隔離部分120aが配置されている。このため、周縁マイクロ波導入機構43aを伝送されてきたマイクロ波は、隔離部分120aで分離され、通常マイクロ波電界が大きくなる周縁マイクロ波導入機構43a直下部分の電界強度が大きくならずに、その両側の遅波材121に等分配される。   At this time, the 12 arc-shaped slow wave members 121 are arranged so as to form a ring shape along the peripheral microwave introduction mechanism arrangement region. The twelve slow wave members 121 are separated by an isolation portion 120a that forms a part of the main body 120, and the peripheral microwave introduction mechanism 43a is disposed so as to straddle between the two slow wave members 121. Has been. That is, the twelve slow wave members 121 are arranged so as to extend to both sides from positions corresponding to the six peripheral microwave introduction mechanisms 43a. As described above, the isolation portion 120a of the main body 120 is disposed immediately below the peripheral microwave introduction mechanism 43a. For this reason, the microwave transmitted through the peripheral microwave introduction mechanism 43a is separated by the isolation portion 120a, and the electric field strength of the portion directly below the peripheral microwave introduction mechanism 43a where the microwave electric field is normally increased does not increase. It is equally distributed to the slow wave material 121 on both sides.

さらに、遅波材121の外周部に共振機構129を形成することによって、遅波材121の中央付近に形成されたスロット123から放射されるマイクロ波の放射効率を高めることができる。   Furthermore, by forming the resonance mechanism 129 on the outer peripheral portion of the slow wave material 121, the radiation efficiency of microwaves radiated from the slot 123 formed near the center of the slow wave material 121 can be increased.

そして、周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って全体形状が円周状をなすように設けられたスロット123からマイクロ波が放射される。スロット123の下面にリング状にマイクロ波透過部材122が設けられているので、遅波材121で均一に分配されたマイクロ波電力は、スロット123で均一に放射され、さらにマイクロ波透過部材122で円周状に広げることができる。このため、マイクロ波透過部材122直下では周縁マイクロ波導入機構配置領域に沿って均一なマイクロ波電界を形成することができ、チャンバ1内に周方向に均一な表面波プラズマを形成することができる。   And a microwave is radiated | emitted from the slot 123 provided so that the whole shape might make a circumferential shape along the periphery microwave introduction | transduction mechanism arrangement | positioning area | region. Since the microwave transmitting member 122 is provided in a ring shape on the lower surface of the slot 123, the microwave power uniformly distributed by the slow wave material 121 is radiated uniformly in the slot 123, and further, the microwave transmitting member 122 Can be expanded in a circumferential shape. For this reason, a uniform microwave electric field can be formed directly below the microwave transmitting member 122 along the peripheral microwave introduction mechanism arrangement region, and a uniform surface wave plasma can be formed in the circumferential direction in the chamber 1. .

なお、このようにしてマイクロ波電力を周方向に広げることができるので、周縁マイクロ波導入機構43aを6つから3つに少なくすることができ、装置コストを低減することが可能となる。   Since the microwave power can be expanded in the circumferential direction in this way, the number of peripheral microwave introduction mechanisms 43a can be reduced from six to three, and the apparatus cost can be reduced.

また、円周状に配置されたスロット123の個数や形状・配置等を調整することにより、表面波モードの数を少なくすることができ、スロットの個数や形状・配置を最適化することによりモード数を2つ、さらには1つにすることが可能である。このように表面波モードの数を低減することにより、モードジャンプが少ない安定したプラズマ処理を行うことができる。また、このようにスロット123の個数や形状・配置等を調整することにより、一つの周縁マイクロ波導入機構43aから他の周縁マイクロ波導入機構43aへマイクロ波が侵入するマイクロ波の干渉も抑制することができる。   In addition, the number of surface wave modes can be reduced by adjusting the number, shape, and arrangement of the slots 123 arranged in the circumference, and the mode can be reduced by optimizing the number, shape, and arrangement of slots. The number can be two or even one. By reducing the number of surface wave modes in this way, stable plasma processing with few mode jumps can be performed. In addition, by adjusting the number, shape, arrangement, and the like of the slots 123 in this way, the interference of microwaves that penetrates microwaves from one peripheral microwave introduction mechanism 43a to another peripheral microwave introduction mechanism 43a is also suppressed. be able to.

さらに、本体部120の上面には、周縁マイクロ波導入機構配置領域と中心マイクロ波導入機構配置領域との間に、リング状の溝126が形成されている。これにより、周縁マイクロ波導入機構43aと中心マイクロ波導入機構43bとの間のマイクロ波干渉およびモードジャンプを抑制することができる。   Furthermore, a ring-shaped groove 126 is formed on the upper surface of the main body 120 between the peripheral microwave introduction mechanism arrangement region and the central microwave introduction mechanism arrangement region. Thereby, the microwave interference and mode jump between the peripheral microwave introduction mechanism 43a and the center microwave introduction mechanism 43b can be suppressed.

また、マイクロ波放射部材50の中央部には、中心マイクロ波導入機構43bからマイクロ波が導入される。中心マイクロ波導入機構43bから導入されたマイクロ波は、遅波材131を透過し、スロットアンテナ部のスロット133およびマイクロ波透過部材132を介してチャンバ1内に放射され、チャンバ1内の中央部にも表面波プラズマが生成される。このため、チャンバ1内のウェハ配置領域全体に均一なプラズマを形成することができる。   Further, a microwave is introduced from the central microwave introduction mechanism 43 b into the central portion of the microwave radiating member 50. The microwave introduced from the central microwave introduction mechanism 43b passes through the slow wave member 131 and is radiated into the chamber 1 through the slot 133 of the slot antenna part and the microwave transmitting member 132, and the central part in the chamber 1 is radiated. In addition, surface wave plasma is generated. For this reason, uniform plasma can be formed over the entire wafer arrangement region in the chamber 1.

また、マイクロ波放射部材50に第1ガス導入部21を設け、第1ガス供給源22から第1のガスを、マイクロ波が放射されるチャンバ1の上面領域に供給する。これにより、第1のガスを高いエネルギーで励起させ、ガスを分解させて表面波プラズマを形成することができる。また、第1ガス導入部21より低い位置に第2ガス導入部23を設けて第2のガスを供給することにより、第2のガスはより低いエネルギーによって、不要な分解が抑制された状態でプラズマ化させることができる。これにより、要求されるプラズマ処理に応じて好ましいプラズマ状態を形成することができる。   Further, the first gas introduction part 21 is provided in the microwave radiating member 50, and the first gas is supplied from the first gas supply source 22 to the upper surface region of the chamber 1 where the microwave is radiated. Thereby, the first gas can be excited with high energy, and the gas can be decomposed to form surface wave plasma. Further, by providing the second gas introduction part 23 at a position lower than the first gas introduction part 21 and supplying the second gas, the second gas is in a state in which unnecessary decomposition is suppressed by lower energy. It can be turned into plasma. Thereby, a preferable plasma state can be formed according to the required plasma treatment.

(変形例1に係るマイクロ波プラズマ処理装置)
次に、上記に説明した共振機構129を適用した、一実施形態の変形例1に係るマイクロ波プラズマ処理装置100について、図12を参照しながら説明する。図12は、本実施形態の変形例1に係るマイクロ波プラズマ処理装置100の縦断面の一例を示す。変形例1に係るマイクロ波プラズマ処理装置100では、図1に示すマイクロ波プラズマ処理装置100と比較して、第2ガス導入部23の機構のみが異なる。よって、ここでは、変形例1に係る第2ガス導入部23の機構のみについて説明する。
(Microwave plasma processing apparatus according to Modification 1)
Next, a microwave plasma processing apparatus 100 according to Modification 1 of the embodiment to which the resonance mechanism 129 described above is applied will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows an example of a longitudinal section of the microwave plasma processing apparatus 100 according to the first modification of the present embodiment. The microwave plasma processing apparatus 100 according to the first modification differs from the microwave plasma processing apparatus 100 shown in FIG. 1 only in the mechanism of the second gas introduction unit 23. Therefore, only the mechanism of the second gas introduction unit 23 according to Modification 1 will be described here.

本変形例では、マイクロ波放射部材50にリング状のシャワー構造を有する第2ガス導入部23が設けられている。第2ガス導入部23は、天井部よりも下方に伸びる複数のノズル23aが均等に配置されている。第2ガス導入部23には、ガス供給配管112を介して第2ガス供給源28が接続されている。   In the present modification, the microwave radiating member 50 is provided with a second gas introduction portion 23 having a ring-shaped shower structure. In the second gas introduction part 23, a plurality of nozzles 23a extending downward from the ceiling part are evenly arranged. A second gas supply source 28 is connected to the second gas introduction part 23 via a gas supply pipe 112.

第2ガス供給源28からは、成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理の際に、極力分解させずに供給したい処理ガス、例えばSiHガスやCガス等の第2のガスが供給されるようになっている。第2のガスは、ガス供給配管112を介してリング状のシャワー構造からウェハW側に伸びるノズル23aを通り、チャンバ1の天井部より低い位置に供給される。変形例に係る第2ガス導入部23は、第1のガスを供給する第1の高さよりも低い第2の高さで複数のガス孔から第2ガスを供給する第2のガスシャワーヘッドの一例である。 A second gas such as SiH 4 gas or C 5 F 8 gas is supplied from the second gas supply source 28 to be supplied without being decomposed as much as possible during plasma processing such as film formation or etching. It comes to be supplied. The second gas passes through the nozzle 23 a extending from the ring-shaped shower structure toward the wafer W via the gas supply pipe 112 and is supplied to a position lower than the ceiling portion of the chamber 1. The second gas introduction unit 23 according to the modified example includes a second gas shower head that supplies the second gas from the plurality of gas holes at a second height that is lower than the first height that supplies the first gas. It is an example.

変形例1においても、第1ガス導入部21より低い位置に第2のガスを供給することにより、第2のガスはより低いエネルギーによって、不要な分解が抑制された状態でプラズマ化させることができる。これにより、要求されるプラズマ処理に応じて好ましいプラズマ状態を形成することができる。   Also in the modified example 1, by supplying the second gas to a position lower than the first gas introduction unit 21, the second gas can be turned into plasma in a state where unnecessary decomposition is suppressed by lower energy. it can. Thereby, a preferable plasma state can be formed according to the required plasma treatment.

(変形例2に係るマイクロ波プラズマ処理装置)
次に、一実施形態の変形例2に係るマイクロ波プラズマ処理装置100について、図13を参照しながら説明する。図13は、本実施形態の変形例2に係るマイクロ波プラズマ処理装置100の縦断面の一例を示す。
(Microwave plasma processing apparatus according to Modification 2)
Next, a microwave plasma processing apparatus 100 according to Modification 2 of the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows an example of a longitudinal section of a microwave plasma processing apparatus 100 according to the second modification of the present embodiment.

変形例2のマイクロ波プラズマ処理装置100では、中心マイクロ波導入機構43bは設けられておらず、周縁マイクロ波導入機構43aの配置領域を含む環状のマイクロ波放射部材50が設けられている。その内側の中央部分には、絶縁部材151を介してウェハWとほぼ同等の大きさを有する導電性をなすシャワーヘッド150が設けられている。   In the microwave plasma processing apparatus 100 according to the second modification, the central microwave introduction mechanism 43b is not provided, but the annular microwave radiation member 50 including the arrangement region of the peripheral microwave introduction mechanism 43a is provided. An electrically conductive shower head 150 having a size substantially the same as that of the wafer W is provided via an insulating member 151 at the inner central portion.

シャワーヘッド150は、円板状に形成されたガス拡散空間152と、ガス拡散空間152からチャンバ1内に臨むように形成された多数のガス孔153と、ガス導入孔154とを有している。ガス導入孔154にはガス供給配管158を介してガス供給源157が接続されている。シャワーヘッド150には、整合器155を介してプラズマ生成用の高周波電源156が電気的に接続されている。載置台11は導電性部分を有しており、シャワーヘッド150の対向電極として機能する。ガス供給源157からガス供給配管158およびシャワーヘッド150を介してチャンバ1内にプラズマ処理に必要なガスが供給される。高周波電源156からシャワーヘッド150に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド150と載置台11の間に高周波電界が形成され、ウェハWの直上の空間に容量結合プラズマが形成される。   The shower head 150 has a gas diffusion space 152 formed in a disc shape, a number of gas holes 153 formed so as to face the chamber 1 from the gas diffusion space 152, and a gas introduction hole 154. . A gas supply source 157 is connected to the gas introduction hole 154 via a gas supply pipe 158. A high frequency power source 156 for generating plasma is electrically connected to the shower head 150 via a matching unit 155. The mounting table 11 has a conductive portion and functions as a counter electrode of the shower head 150. A gas necessary for plasma processing is supplied from the gas supply source 157 into the chamber 1 through the gas supply pipe 158 and the shower head 150. By supplying high frequency power from the high frequency power source 156 to the shower head 150, a high frequency electric field is formed between the shower head 150 and the mounting table 11, and capacitively coupled plasma is formed in a space immediately above the wafer W.

かかる構成のマイクロ波プラズマ処理装置100は、中央部分の構成が、ウェハWに対しプラズマエッチングを行う平行平板型のプラズマエッチング装置と同様である。よって、例えばウェハの周縁のプラズマ密度調整をマイクロ波を用いた表面波プラズマで行うプラズマエッチング装置として用いることができる。また、中央部にプラズマを生成する機構を設けないことも可能である。   In the microwave plasma processing apparatus 100 having such a configuration, the configuration of the central portion is the same as that of a parallel plate type plasma etching apparatus that performs plasma etching on the wafer W. Therefore, for example, it can be used as a plasma etching apparatus that adjusts the plasma density at the periphery of the wafer with surface wave plasma using microwaves. It is also possible not to provide a mechanism for generating plasma at the center.

以上に説明したように、本実施形態及び変形例1,2に係るマイクロ波プラズマ処理装置100によれば、遅波材121の外周部に共振機構129が形成される。これにより、表面波モードを単一にしつつ、マイクロ波の放射効率を高め、均一なプラズマを生成することができる。なお、共振機構129は、遅波材121の外周部に形成される場合に限らない。共振機構129は、遅波材121の外周部及び内周部の少なくともいずれかに形成されてもよい。   As described above, according to the microwave plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment and the first and second modifications, the resonance mechanism 129 is formed on the outer peripheral portion of the slow wave material 121. Thereby, it is possible to increase the radiation efficiency of the microwave while generating a single surface wave mode, and to generate uniform plasma. The resonance mechanism 129 is not limited to being formed on the outer peripheral portion of the slow wave material 121. The resonance mechanism 129 may be formed on at least one of the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the slow wave material 121.

以上、マイクロ波プラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は上記実施形態及び変形例1,2に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記実施形態及び変形例1,2に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。   As described above, the microwave plasma processing apparatus has been described in the above embodiment. However, the microwave plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the above embodiment and the first and second modifications, and may be variously within the scope of the present invention. Modifications and improvements are possible. The matters described in the embodiment and the first and second modifications can be combined within a consistent range.

例えば、上記実施形態及び変形例1,2では、マイクロ波出力部30やマイクロ波伝送部40の構成等は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、スロットアンテナ部から放射されるマイクロ波の指向性制御を行ったり円偏波にしたりする必要がない場合には、位相器は不要である。   For example, in the above embodiment and the first and second modifications, the configuration of the microwave output unit 30 and the microwave transmission unit 40 is not limited to the above embodiment, for example, the microwave radiated from the slot antenna unit. A phase shifter is not required when there is no need to perform wave directivity control or circular polarization.

さらに、上記実施形態では、マイクロ波プラズマ源2をマイクロ波放射部材50に導入する際に複数のマイクロ波導入機構を用いた例について説明した。しかしながら、本発明は、円周状に複数配置されたスロットからマイクロ波を放射して表面波プラズマを生成する際に単一の表面波モードを得られればよく、マイクロ波導入機構は一つであってもよく、マイクロ波の導入態様も限定されない。また、中央部にプラズマを生成する機構を設けないことも可能である。   Further, in the above-described embodiment, an example in which a plurality of microwave introduction mechanisms are used when the microwave plasma source 2 is introduced into the microwave radiation member 50 has been described. However, in the present invention, it is only necessary to obtain a single surface wave mode when a surface wave plasma is generated by emitting microwaves from a plurality of circumferentially arranged slots, and there is only one microwave introduction mechanism. There may be, and the mode of microwave introduction is not limited. It is also possible not to provide a mechanism for generating plasma at the center.

また、上記実施形態においては、プラズマ処理装置として成膜装置およびエッチング装置を例示したが、これに限らず、酸化処理および窒化処理を含む酸窒化膜形成処理、アッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。   In the above-described embodiment, the film forming apparatus and the etching apparatus are exemplified as the plasma processing apparatus. Can also be used.

また、基板はウェハWに限定されず、LCD(液晶ディスプレイ)用基板に代表されるFPD(フラットパネルディスプレイ)基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。   The substrate is not limited to the wafer W, and may be another substrate such as an FPD (flat panel display) substrate typified by an LCD (liquid crystal display) substrate or a ceramic substrate.

1 チャンバ
2 マイクロ波プラズマ源
3 制御装置
11 載置台
21 第1ガス導入部
22 第1ガス供給源
23 第2ガス導入部
28 第2ガス供給源
30 マイクロ波出力部
40 マイクロ波伝送部
43a 周縁マイクロ波導入機構
43b 中心マイクロ波導入機構
44 マイクロ波伝送路
50 マイクロ波放射部材
52 外側導体
53 内側導体
61 スラグ
100 マイクロ波プラズマ処理装置
120 本体部
121 遅波材
122 マイクロ波透過部材
123 スロット
124 誘電体層
129 共振機構
140 インピーダンス調整部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Microwave plasma source 3 Control apparatus 11 Mounting stand 21 1st gas introduction part 22 1st gas supply source 23 2nd gas introduction part 28 2nd gas supply source 30 Microwave output part 40 Microwave transmission part 43a Perimeter micro Wave introduction mechanism 43b Central microwave introduction mechanism 44 Microwave transmission path 50 Microwave radiation member 52 Outer conductor 53 Inner conductor 61 Slag 100 Microwave plasma processing apparatus 120 Main body 121 Slow wave material 122 Microwave transmission member 123 Slot 124 Dielectric Layer 129 Resonance mechanism 140 Impedance adjusting member

Claims (5)

基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射部材とを有し、表面波プラズマによって基板にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波放射部材は、
金属の本体部と、
前記本体部内のマイクロ波が導入される側に形成され、マイクロ波を透過させる誘電体の遅波材と、
前記本体部内の前記遅波材の外周部及び内周部の少なくともいずれかに配置され、前記遅波材よりも比誘電率が低い誘電体の共振機構と、
前記遅波材の下面にて長手方向がマイクロ波の磁場方向と揃うように形成され、前記遅波材及び前記共振機構を伝播したマイクロ波を放射する複数のスロットと、
を有するマイクロ波プラズマ処理装置。
A microwave plasma processing apparatus having a chamber for accommodating a substrate and a microwave radiating member for radiating microwaves in the chamber, and performing plasma processing on the substrate by surface wave plasma,
The microwave radiating member is
A metal body,
A dielectric slow wave material that is formed on the side of the main body where microwaves are introduced, and that transmits microwaves;
A dielectric resonance mechanism disposed in at least one of an outer peripheral portion and an inner peripheral portion of the slow wave material in the main body, and having a relative dielectric constant lower than that of the slow wave material;
A plurality of slots that radiate microwaves propagated through the slow wave material and the resonance mechanism, the longitudinal direction being aligned with the magnetic field direction of the microwave on the lower surface of the slow wave material,
A microwave plasma processing apparatus.
前記共振機構の内部は、空気又はテフロン(登録商標)により充填されている、
請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
The inside of the resonance mechanism is filled with air or Teflon (registered trademark).
The microwave plasma processing apparatus according to claim 1.
前記共振機構は、前記遅波材の外周部に設けられる、
請求項1又は2に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
The resonance mechanism is provided on an outer periphery of the slow wave material,
The microwave plasma processing apparatus according to claim 1 or 2.
前記共振機構の厚さは、前記遅波材の厚さよりも薄い、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
The thickness of the resonance mechanism is thinner than the thickness of the slow wave material,
The microwave plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-3.
ガスシャワーヘッドから前記チャンバ内にガスを供給するガス供給機構を有し、
前記ガスシャワーヘッドは、
前記マイクロ波放射部材に形成された複数のガス孔から第1の高さで第1ガスを供給する第1のガスシャワーヘッドと、
複数のノズルを有し、前記第1ガスを供給する第1の高さよりも低い第2の高さで前記複数のノズルから第2ガスを供給する第2のガスシャワーヘッドと、を有する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
A gas supply mechanism for supplying gas into the chamber from a gas shower head;
The gas shower head is
A first gas shower head for supplying a first gas at a first height from a plurality of gas holes formed in the microwave radiation member;
A second gas shower head having a plurality of nozzles and supplying a second gas from the plurality of nozzles at a second height lower than a first height for supplying the first gas.
The microwave plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-4.
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