JP3683081B2

JP3683081B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP3683081B2
Application number: JP26463097A
Authority: JP
Inventors: 直樹松本
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2017-09-29
Also published as: JPH11111493A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを使用してエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギを与えた際に発生するプラズマはＬＳＩ、ＬＣＤの製造におけるエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理において広く用いられている。特にプラズマを用いたドライエッチング技術は必要不可欠な基本技術となっている。
【０００３】
一般にプラズマを発生させるための励起手段としては、2.45ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合と、 13.56ＧＨｚのＲＦ（Radio Frequency)を用いる場合とがある。マイクロ波を用いた場合は、ＲＦを用いた場合よりも高密度のプラズマが得られる、プラズマ発生のために電極を必要としないためにコンタミネーションを防止することができる、等の利点がある。しかしながら比較的大面積の領域に均一な密度でプラズマを発生させることは困難であるという欠点を有するために、大径の半導体基板、又はＬＣＤ用のガラス基板の処理を行うには、この点を克服する必要がある。
【０００４】
そこで例えば本出願人が特開昭62−5600号公報にて提案している、誘電体線路を利用したプラズマ処理装置が知られている。この装置は、反応室の上壁をマイクロ波の透過が可能な耐熱性板で封止し、その上方にマイクロ波を導入するための誘電体線路を設けた構成を有し、大面積に均一にマイクロ波プラズマを発生させることが可能である。
【０００５】
図４はこのプラズマ処理装置を示す模式的断面図であり、図５は模式的横断面図である。図中１は、Ａｌ等の金属からなる円筒状の反応容器であり、その内部に反応室２を構成している。反応室２の上部は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有しており、しかも誘電損失が小さい石英ガラス（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の誘電体板からなるマイクロ波導入窓４にて、気密状態に封止されている。反応室２内には、マイクロ波導入窓４と対向する位置に、被処理物である、例えば半導体基板Ｓを載置するためのステージ７が配設されており、ステージ７にはマッチングボックス８を介して高周波電源９が接続されている。また反応容器１の底壁には図示しない排気装置に接続される排気口６が形成されており、また反応容器１の一側壁には、反応室２へ所要の反応ガスを導入するためのガス導入口５が形成されている。
【０００６】
マイクロ波導入窓４の上方には、所定間隔（エアギャップ20）を隔てて、図５に示す如き平面形状を有する誘電体線路21が設けられており、その周囲は金属板22にて囲われている。誘電体線路21の側方にはマイクロ波導波管23が連結されており、その先端にはマイクロ波発振器26が取り付けられている。
誘電体線路21は、マイクロ波導波管23に挿入された導入部211 と、マイクロ波導入窓４の上方に位置し、反応室２の平面形状を覆い得る大きさの矩形部213 と、マイクロ波の進行方向に関して対称なテーパ形状を有して矩形部213 と導入部211 とを結ぶテーパ部212 とを有する。
【０００７】
このように構成されたプラズマ処理装置にて、被処理物である、例えば半導体基板Ｓの表面にエッチング処理を施す場合、先ず排気口６から排気を行って反応室２内を所要の真空度、圧力に設定した後、ガス供給管５から反応ガスを供給する。次いでマイクロ波発振器26においてマイクロ波を発振させ、導波管23を介して誘電体線路21へ導入する。導入部211 から導入されたマイクロ波は、テーパ部212 を伝搬し、さらに矩形部213 内で拡がる。
【０００８】
このときマイクロ波はその進行方向へ伝搬すると共に、矩形部213 の両縁部を囲う金属板22で反射され、誘電体線路21（矩形部213 ）内に定在波を形成する。このようにマイクロ波が誘電体線路21を往復して伝搬する間に、誘電体線路21の下方に漏れ電界が形成され、この漏れ電界が、下面垂直方向に指数関数的に減衰しながら、マイクロ波導入窓４を透過して反応室２内へ導かれる。この電界によって反応室２でプラズマが生成されると、そのエネルギによって反応ガスがイオン、ラジカル等の活性ガスに変化し、この活性ガスによりステージ７上の半導体基板Ｓの表面に例えばエッチング等の処理が施される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
エッチング、アッシング等の処理を被処理物Ｓに対して均一に行うには、反応室２内に均一にプラズマが生成されることが必要であり、そのためにはマイクロ波の進行方向において強度が均一な単一モードの電界をプラズマ発生領域に形成する必要がある。しかしながら、その縁部がテーパ形状をなすテーパ部212 を有する誘電体線路21を使用した場合は、以下に述べるような問題点がある。
【００１０】
一般に、導波管23の幅は、反応室２の平面視における直径よりも小さいために、導波管23の幅に対応する導入部211 と、反応室２の直径に対応する矩形部213 との間の従来の整合部（テーパ部212 ）は、図５に示す如く両縁部がテーパ状をなしている。このテーパ角θは、マイクロ波の伝搬モードに影響を及ぼすため、装置の小型化を図るために、テーパ角θを単純に大きくしてテーパ部212 を短くし、被処理物Ｓに対する処理速度の面内均一性が悪化することがある。
【００１１】
この原理について述べる。
マイクロ波発振器26において発振されたマイクロ波は、マイクロ波伝搬形態の基本モードであるＴＥ10モードでマイクロ波導波管23を伝搬し、誘電体線路21の導入部211 を経てテーパ部212 を伝搬する間に、矩形部213 での伝搬モードが決定される。ここでテーパ部212 のテーパを急峻にした（テーパ角θを大きくした）場合は、基本モードであるＴＥ10モードのマイクロ波が減衰し、複数の高次モード（ＴＥ30モード、ＴＥ50モード等）が発生する。高次モード（ＴＥ30モード又はＴＥ50モード）におけるマイクロ波の伝搬形態は、基本モード（ＴＥ10モード）のそれとは異なる位相を有するので、誘電体線路21における実際の伝搬モードは、複数のモードが重ね合わされたものとなる。
【００１２】
高次モードを含む複数モードが重ね合わされた場合、マイクロ波は均一に伝搬されず、誘電体線路21から漏洩する電界の強度分布も不均一になる。プラズマの生成には矩形部213 で生成された電界の強度分布が直接影響するため、これが不均一である場合は反応室２内で発生するプラズマも不均一になるという問題がある。従って装置の小型化のために、テーパを急峻にするという単純な方法でテーパ部212 を短かくすることは、処理の不均一を招来するのである。
【００１３】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、マイクロ波分配器で分配されたマイクロ波を誘電体線路へ伝搬させる構成とすることにより、大型化することなく、大面積の均一処理が可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、マイクロ波導波管を介して、マイクロ波進行方向に延びる板状の誘電体線路へ導入されたマイクロ波によって電界が生成され、該電界を使用してプラズマを発生させ、被処理物に処理を施すプラズマ処理装置において、前記マイクロ波導波管と前記誘電体線路との間に設けられており、複数の分岐路を有するマイクロ波分配器を備え、前記誘電体線路は、前記分岐路の先端から延びる複数の矩形板で構成されており、該複数の矩形板の間は導電体板で仕切られていることを特徴とする。
【００１５】
マイクロ波分配器において、基本モードのマイクロ波が各分岐路を伝搬し、誘電体線路を構成する複数の矩形板へ導かれる。従ってマイクロ波発振源の数を増やすことなく、誘電体線路を構成する複数の矩形板から同位相の電界を供給することができる。また各矩形板間は導電体板で仕切られているので、各矩形板を伝搬するマイクロ波が互いに干渉することを防止することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記分岐路及び前記矩形板の幅は、前記マイクロ波導波管の幅と実質的に等しいことを特徴とする。
【００１７】
幅が異なるために必要な整合部を設ける必要がなく、誘電体線路を構成する各矩形板で略基本モードのマイクロ波のみが伝搬される。高次モードのマイクロ波の生成が抑制されることにより、マイクロ波は均一に伝搬され、誘電体線路からマイクロ波が異常放射されることなく均一な強度分布を有する電界が漏洩する。従って反応室内で均一で安定なプラズマが生成、維持され、大面積でも均一処理が可能となる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記マイクロ波分配器の形状は、前記マイクロ波進行方向に延びる線に関して対称であることを特徴とする。
【００１９】
これにより形状が等しい複数の分岐路を形成することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３において、前記マイクロ波分配器の基端部から、各分岐路の先端までの距離は、実質的に等しくなしてあることを特徴とする。
【００２１】
これにより、マイクロ波は、同位相、同電力で誘電体線路の各矩形板へ配分されるので、各矩形板から等しい電界が生成され得る。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４において、前記マイクロ波分配器の分岐点には位相調整部材が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
分岐時に位相がずれることを抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明に係るプラズマ処理装置を示す模式的断面図であり、図２はその模式的横断面図である。図中１は、Ａｌ等の金属からなる円筒状の反応容器であり、その内部に反応室２を構成している。反応室２の上部は、マイクロ波導入窓４にて気密状態に封止されている。マイクロ波導入窓４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有しており、しかも誘電損失が小さい石英ガラス（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の誘電体板からなる。反応容器１とマイクロ波導入窓４との間の気密性保持にはＯリング（図示せず）を用いている。反応室２内には、マイクロ波導入窓４と対向する位置に、被処理物である、例えば半導体基板Ｓを載置するためのステージ７が配設されており、ステージ７にはマッチングボックス８を介して高周波電源９が接続されている。また反応容器１の底壁には図示しない排気装置に接続される排気口６が形成されており、また反応容器１の一側壁には、反応室２へ所要の反応ガスを導入するためのガス導入口５が形成されている。
【００２５】
マイクロ波導入窓４の上方には、所定間隔（エアギャップ20）を隔てて、図２に示す如き平面形状を有する誘電体線路28が設けられており、その周囲は金属板22にて囲われている。誘電体線路28の側方には、Ａｌ等の金属で形成されたマイクロ波分配器27を介してマイクロ波導波管23（マイクロ波管内波長λｇ）が連結されており、その先端にはマイクロ波発振器26（波長λ）が取り付けられている。
【００２６】
図３はマイクロ波分配器27の平面形状（横断面）を示す模式図である。マイクロ波分配器27は、導波管23（幅Ｗ＝96mm）と略同じ幅の導入部27a と、２股に分岐しており、夫々が斜めに延びる分岐部27b と、分岐部27b の各先端からマイクロ波進行方向に平行延びる平行部27c と、誘電体線路28と略同じ幅の分割部27d とを有する。導入部27a と分岐部27b との境界部中央（分岐点）にはスタブ27e が設けられている。分割部27d は、マイクロ波進行方向に延びる仕切り板27f にて幅方向の中央が仕切られており、平行部27c と分割部27d との境界から２・λｇ／４の位置から、誘電体線路28側の端部までは、さらに仕切り板27g 、27g で半幅となるように仕切られている。
【００２７】
マイクロ波分配器27の各部は、マイクロ波を効率良く導入することができるように、マイクロ波進行方向においてｎ・λｇ／４（ｎ：正の整数）の長さになしてあり、共振器構造をなす。導入部27a の長さはλｇ／４であり、分岐部27b の長さは３・λｇ／４であり、平行部27c の長さはλｇ／４であり、分割部27d の長さは２・λｇ／４より仕切り板27g 、27g の長さ分だけ長い。
【００２８】
誘電体線路27の設置領域は、マイクロ波進行方向に延びる３枚の仕切り板29にて、マイクロ波進行方向に垂直な幅を４つに分割されている。３枚の仕切り板29の取り付け位置は、仕切り板27f 、27g 、27g と合わせてある。４つに均等分割された各領域には、誘電体線路28を構成する、例えばテフロン（登録商標）のようなフッ素樹脂製の４枚の矩形板28a 、28a 、28a 、28a が嵌合されている。そして導波管23の幅Ｗと、平行部27c の幅Ｗc と、分割された各領域の幅Ｗd とは、略等しいことが望ましい。
【００２９】
以上の如く構成された本発明装置における動作について説明する。
被処理物である、例えば半導体基板Ｓの表面にエッチング処理を施す場合、先ず排気口６から排気を行って反応室２内を所要の真空度、圧力に設定した後、ガス供給管５から反応ガスを供給する。次いでマイクロ波発振器26においてマイクロ波（波長λ）を発振させ、導波管23を介してマイクロ波分配器27へ導入する。
【００３０】
先ず導入部27a へ導入されたマイクロ波は、分岐部27b との境界部に設けられているスタブ27e にて位相が調整され、分岐部27b の２方向へ分岐して進行する。そして２本の直導波管である平行部27c を進行し、幅が４Ｗである分割部27d へ入いる。
マイクロ波分配器27は、マイクロ波進行方向に延びる線に関して対称であるので、いずれの領域へ導入されたマイクロ波も光路の形状及び長さが略同じである。従ってこれらマイクロ波は同位相、同電力である。
【００３１】
誘電体線路28に導入されたマイクロ波は、導波管23を伝搬する基本モード矩形ＴＥ１０と同じである。従っていずれの領域においても高次モードの発生が抑制されており、マイクロ波は放射を起こすことなく均一に伝搬する。その結果、発生する表面波の電界は均一に分布し、下面垂直方向に指数関数的に減衰しながら、マイクロ波導入窓４を透過して反応室２内へ導かれる。この均一な電界によって反応室２で均一なプラズマが生成され、そのエネルギによって反応ガスがイオン、ラジカル等の活性ガスに変化し、この活性ガスによりステージ７上の半導体基板Ｓの表面に、例えばエッチング等の処理が均一に施される。
【００３２】
なお図２、３では導波管23の幅Ｗと、平行部27c の幅Ｗc と、分割された各領域の幅Ｗd とを略等しくしているが、これらが異なる場合は、縁部がテーパ状をなす整合部を適宜設ければよい。この場合、幅の拡がりは従来より小さいので、テーパ状の整合部を比較的短くすることが可能である。
【００３３】
またマイクロ波分配器27の形状を変えることによって所定数の分岐路を得ることができ、大面積の被処理物Ｓに対応した面積の誘電体線路28に均等にマイクロ波を分配することができる。
逆に被処理物が小さい場合は、誘電体線路28の各矩形板28a の下方に、夫々対応した複数の反応室（又はステージ）を設け、１つの矩形板28a に対応する大きさの被処理物を、一度に複数枚処理する構成とすることができる。
【００３４】
【実施例】
上述したプラズマ処理装置の各サイズ、及び処理条件を以下のように設定してエッチング処理を行った。

【００３５】
その結果、反応室２内で均一なプラズマが発生し、大面積の半導体基板に対して均一に処理することができた。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波分配器において、基本モードのマイクロ波が各分岐路を伝搬し、誘電体線路の複数の矩形板へ導かれ、各矩形板で基本モードのマイクロ波のみが伝搬されるので、高次モードのマイクロ波の生成が抑制され、マイクロ波は均一に伝搬され、誘電体線路から均一な強度分布を有する電界が漏洩し、均一で安定なプラズマが生成、維持され、大面積でも均一処理が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置を示す模式的縦断面図である。
【図２】本発明に係るプラズマ処理装置を示す模式的横断面図である。
【図３】マイクロ波分配器を示す模式的横断面図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置を示す模式的縦断面図である。
【図５】従来のプラズマ処理装置を示す模式的横断面図である。
【符号の説明】
23 マイクロ波導波管
27 マイクロ波分配器
27a 導入部
27b 分岐部
27c 平行部
27d 分割部
27e スタブ
28 誘電体線路
28a 矩形板
Ｓ被処理物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs processing such as etching, ashing, and CVD using plasma.
[0002]
[Prior art]
Plasma generated when energy is applied to the reaction gas from the outside is widely used in processes such as etching, ashing, and CVD in manufacturing LSIs and LCDs. In particular, the dry etching technique using plasma is an indispensable basic technique.
[0003]
As excitation means for generating plasma in general, there are a case where a 2.45 GHz microwave is used and a case where 13.56 GHz RF (Radio Frequency) is used. When microwaves are used, there are advantages such as that a plasma with a higher density can be obtained than when RF is used, and that no contamination is required because no electrode is required for plasma generation. However, this has the disadvantage that it is difficult to generate plasma with a uniform density in a relatively large area, so this point is necessary for processing a large-diameter semiconductor substrate or a glass substrate for LCD. There is a need to overcome.
[0004]
Therefore, for example, a plasma processing apparatus using a dielectric line, which is proposed by the present applicant in Japanese Patent Laid-Open No. 62-5600, is known. This device has a structure in which the upper wall of the reaction chamber is sealed with a heat-resistant plate capable of transmitting microwaves, and a dielectric line for introducing microwaves is provided above it, and it is uniform over a large area It is possible to generate microwave plasma.
[0005]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the plasma processing apparatus, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view. In the figure, reference numeral 1 denotes a cylindrical reaction vessel made of a metal such as Al, and a reaction chamber 2 is formed therein. The upper part of the reaction chamber 2 is a dielectric plate made of quartz glass (SiO ₂ ), alumina (Al ₂ O ₃ ), aluminum nitride (AlN), etc., which has heat resistance and microwave transmission and has a small dielectric loss. The microwave introduction window 4 is sealed in an airtight state. In the reaction chamber 2, a stage 7 for placing, for example, a semiconductor substrate S, which is an object to be processed, is disposed at a position facing the microwave introduction window 4. A high frequency power source 9 is connected via An exhaust port 6 connected to an exhaust device (not shown) is formed on the bottom wall of the reaction vessel 1, and a gas for introducing a required reaction gas into the reaction chamber 2 on one side wall of the reaction vessel 1. An introduction port 5 is formed.
[0006]
A dielectric line 21 having a planar shape as shown in FIG. 5 is provided above the microwave introduction window 4 with a predetermined interval (air gap 20) therebetween, and the periphery thereof is surrounded by a metal plate 22. ing. A microwave waveguide 23 is connected to the side of the dielectric line 21, and a microwave oscillator 26 is attached to the tip thereof.
The dielectric line 21 includes an introduction part 211 inserted into the microwave waveguide 23, a rectangular part 213 which is located above the microwave introduction window 4 and can cover the planar shape of the reaction chamber 2, and a microwave. And a tapered portion 212 that connects the rectangular portion 213 and the introducing portion 211.
[0007]
In the plasma processing apparatus configured as described above, for example, when an etching process is performed on the surface of the semiconductor substrate S, which is an object to be processed, the reaction chamber 2 is first evacuated to have a required degree of vacuum, After setting the pressure, the reaction gas is supplied from the gas supply pipe 5. Next, the microwave is oscillated in the microwave oscillator 26 and introduced into the dielectric line 21 through the waveguide 23. The microwave introduced from the introduction part 211 propagates through the taper part 212 and further spreads in the rectangular part 213.
[0008]
At this time, the microwave propagates in the traveling direction, and is reflected by the metal plate 22 surrounding both edges of the rectangular portion 213 to form a standing wave in the dielectric line 21 (rectangular portion 213). Thus, while the microwave propagates back and forth through the dielectric line 21, a leakage electric field is formed below the dielectric line 21, and this leakage electric field attenuates exponentially in the vertical direction on the lower surface, The light is introduced into the reaction chamber 2 through the wave introduction window 4. When plasma is generated in the reaction chamber 2 by this electric field, the reaction gas is changed to an active gas such as ions and radicals by the energy, and the surface of the semiconductor substrate S on the stage 7 is subjected to processing such as etching by this active gas. Is given.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In order to perform processing such as etching and ashing uniformly on the workpiece S, it is necessary that plasma be generated uniformly in the reaction chamber 2, and for that purpose, the intensity is uniform in the microwave traveling direction. It is necessary to form a single-mode electric field in the plasma generation region. However, when the dielectric line 21 having the tapered portion 212 whose edge is tapered is used, there are the following problems.
[0010]
In general, since the width of the waveguide 23 is smaller than the diameter of the reaction chamber 2 in plan view, the introduction portion 211 corresponding to the width of the waveguide 23 and the rectangular portion 213 corresponding to the diameter of the reaction chamber 2 As shown in FIG. 5, the conventional matching portion (tapered portion 212) is tapered at both edges. Since this taper angle θ affects the propagation mode of the microwave, in order to reduce the size of the apparatus, the taper angle θ is simply increased to shorten the taper portion 212, and the processing speed for the workpiece S can be reduced. In-plane uniformity may deteriorate.
[0011]
This principle will be described.
The microwave oscillated in the microwave oscillator 26 propagates through the microwave waveguide 23 in the TE10 mode, which is the fundamental mode of the microwave propagation form, and propagates through the tapered portion 212 through the introduction portion 211 of the dielectric line 21. In addition, the propagation mode in the rectangular portion 213 is determined. Here, when the taper of the taper section 212 is steep (taper angle θ is increased), the microwave of TE10 mode, which is the basic mode, is attenuated, and a plurality of higher-order modes (TE30 mode, TE50 mode, etc.) are generated. To do. Since the microwave propagation form in the higher order mode (TE30 mode or TE50 mode) has a phase different from that of the fundamental mode (TE10 mode), a plurality of modes are superimposed on the actual propagation mode in the dielectric line 21. It will be.
[0012]
When a plurality of modes including higher-order modes are superimposed, the microwaves are not propagated uniformly, and the intensity distribution of the electric field leaking from the dielectric line 21 becomes nonuniform. Since the intensity distribution of the electric field generated by the rectangular portion 213 directly affects the generation of the plasma, there is a problem that the plasma generated in the reaction chamber 2 becomes non-uniform when this is non-uniform. Therefore, in order to reduce the size of the apparatus, shortening the tapered portion 212 by a simple method of sharpening the taper causes nonuniform processing.
[0013]
The present invention has been made in view of such circumstances. By adopting a configuration in which the microwave distributed by the microwave distributor is propagated to the dielectric line, uniform processing of a large area without increasing the size. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of performing the above.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, an electric field is generated by a microwave introduced into a plate-like dielectric line extending in a microwave traveling direction through a microwave waveguide, and plasma is generated using the electric field. In the plasma processing apparatus for processing an object to be processed, the plasma processing apparatus includes a microwave distributor provided between the microwave waveguide and the dielectric line, the dielectric line having a plurality of branch paths, The plurality of rectangular plates extending from the front ends of the branch paths are partitioned by a conductive plate.
[0015]
In the microwave distributor, the fundamental mode microwave propagates through each branch path and is guided to a plurality of rectangular plates constituting the dielectric line. Therefore, an electric field having the same phase can be supplied from a plurality of rectangular plates constituting the dielectric line without increasing the number of microwave oscillation sources. Further, since the rectangular plates are partitioned by the conductor plates, it is possible to prevent the microwaves propagating through the rectangular plates from interfering with each other.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the width of the branch path and the rectangular plate is substantially equal to the width of the microwave waveguide.
[0017]
Since the widths are different, it is not necessary to provide a necessary matching portion, and only a substantially fundamental mode microwave is propagated through each rectangular plate constituting the dielectric line. By suppressing the generation of higher-order mode microwaves, the microwaves propagate uniformly, and the electric field having a uniform intensity distribution leaks without abnormally radiating the microwaves from the dielectric line. Therefore, uniform and stable plasma is generated and maintained in the reaction chamber, and uniform processing is possible even in a large area.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the shape of the microwave distributor is symmetric with respect to a line extending in the microwave traveling direction.
[0019]
Thereby, a plurality of branch paths having the same shape can be formed.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second, or third aspect, the distance from the base end of the microwave distributor to the front end of each branch path is substantially equal. .
[0021]
Thereby, since the microwaves are distributed to each rectangular plate of the dielectric line with the same phase and the same power, an equal electric field can be generated from each rectangular plate.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first, second, third, or fourth aspect, a phase adjusting member is provided at a branch point of the microwave distributor.
[0023]
It is possible to suppress a phase shift at the time of branching.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view thereof. In the figure, reference numeral 1 denotes a cylindrical reaction vessel made of a metal such as Al, and a reaction chamber 2 is formed therein. The upper part of the reaction chamber 2 is sealed in an airtight state by a microwave introduction window 4. The microwave introduction window 4 is a dielectric plate made of quartz glass (SiO ₂ ), alumina (Al ₂ O ₃ ), aluminum nitride (AlN), etc., which has heat resistance and microwave transparency and has low dielectric loss. Consists of. An O-ring (not shown) is used to maintain airtightness between the reaction vessel 1 and the microwave introduction window 4. In the reaction chamber 2, a stage 7 for placing, for example, a semiconductor substrate S, which is an object to be processed, is disposed at a position facing the microwave introduction window 4. A high frequency power source 9 is connected via An exhaust port 6 connected to an exhaust device (not shown) is formed on the bottom wall of the reaction vessel 1, and a gas for introducing a required reaction gas into the reaction chamber 2 on one side wall of the reaction vessel 1. An introduction port 5 is formed.
[0025]
A dielectric line 28 having a planar shape as shown in FIG. 2 is provided above the microwave introduction window 4 with a predetermined interval (air gap 20) therebetween, and the periphery thereof is surrounded by a metal plate 22. ing. A microwave waveguide 23 (wavelength λg in the microwave tube) is connected to the side of the dielectric line 28 via a microwave distributor 27 formed of a metal such as Al, and a microwave is connected to the tip of the microwave waveguide 23. An oscillator 26 (wavelength λ) is attached.
[0026]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a planar shape (transverse section) of the microwave distributor 27. The microwave distributor 27 includes an introduction portion 27a having substantially the same width as the waveguide 23 (width W = 96 mm), a bifurcated branch portion 27b, each branch portion 27b extending obliquely, and each branch portion 27b. A parallel portion 27c extending in parallel with the microwave traveling direction from the tip and a divided portion 27d having substantially the same width as the dielectric line 28 are provided. A stub 27e is provided at the center (branch point) of the boundary between the introduction part 27a and the branch part 27b. The dividing portion 27d is partitioned at the center in the width direction by a partition plate 27f extending in the microwave traveling direction. From the boundary of the parallel portion 27c and the dividing portion 27d, the dielectric line 28 The side ends are further partitioned by the partition plates 27g and 27g so as to be half-width.
[0027]
Each part of the microwave distributor 27 has a length of n · λg / 4 (n: positive integer) in the microwave traveling direction so that the microwave can be efficiently introduced, and the resonator structure Make. The length of the introducing portion 27a is λg / 4, the length of the branching portion 27b is 3 · λg / 4, the length of the parallel portion 27c is λg / 4, and the length of the dividing portion 27d is 2 · The length of the partition plates 27g and 27g is longer than λg / 4.
[0028]
The installation area of the dielectric line 27 is divided into four parts having a width perpendicular to the microwave traveling direction by three partition plates 29 extending in the microwave traveling direction. The attachment positions of the three partition plates 29 are matched with the partition plates 27f, 27g, and 27g. Four rectangular plates 28a, 28a, 28a, 28a made of a fluororesin such as Teflon (registered trademark), for example, that constitute the dielectric line 28 are fitted in each of the four equally divided regions. Yes. Desirably, the width W of the waveguide 23, the width Wc of the parallel portion 27c, and the width Wd of each divided region are substantially equal.
[0029]
The operation of the apparatus of the present invention configured as described above will be described.
For example, when etching is performed on the surface of the semiconductor substrate S, which is an object to be processed, the reaction chamber 2 is first evacuated from the exhaust port 6 to set the required vacuum degree and pressure, and then reacted from the gas supply pipe 5. Supply gas. Next, a microwave (wavelength λ) is oscillated in the microwave oscillator 26 and introduced into the microwave distributor 27 via the waveguide 23.
[0030]
First, the phase of the microwave introduced into the introducing portion 27a is adjusted by a stub 27e provided at the boundary with the branching portion 27b, and advances in two directions of the branching portion 27b. Then, it travels through the parallel portion 27c, which is two straight waveguides, and enters the split portion 27d having a width of 4W.
Since the microwave distributor 27 is symmetric with respect to a line extending in the microwave traveling direction, the shape of the optical path and the length of the microwave introduced into any region are substantially the same. Therefore, these microwaves have the same phase and the same power.
[0031]
The microwave introduced into the dielectric line 28 is the same as the fundamental mode rectangle TE10 propagating through the waveguide 23. Therefore, the generation of higher-order modes is suppressed in any region, and the microwave propagates uniformly without causing radiation. As a result, the electric field of the generated surface waves is uniformly distributed and is guided into the reaction chamber 2 through the microwave introduction window 4 while being exponentially attenuated in the direction perpendicular to the lower surface. Uniform plasma is generated in the reaction chamber 2 by this uniform electric field, and the reaction gas is changed into an active gas such as ions and radicals by the energy. This active gas causes, for example, etching on the surface of the semiconductor substrate S on the stage 7. Etc. are uniformly applied.
[0032]
In FIGS. 2 and 3, the width W of the waveguide 23, the width Wc of the parallel portion 27c, and the width Wd of each divided region are substantially equal. A matching portion having a shape may be provided as appropriate. In this case, since the width expansion is smaller than the conventional one, the tapered matching portion can be made relatively short.
[0033]
Further, by changing the shape of the microwave distributor 27, a predetermined number of branch paths can be obtained, and the microwaves can be evenly distributed to the dielectric lines 28 having an area corresponding to the workpiece S having a large area. .
Conversely, when the object to be processed is small, a plurality of reaction chambers (or stages) corresponding to each rectangular plate 28a are provided below each rectangular plate 28a of the dielectric line 28, and the size of the object to be processed corresponds to one rectangular plate 28a. A configuration may be adopted in which a plurality of objects are processed at a time.
[0034]
【Example】
The etching process was performed by setting each size and the processing conditions of the plasma processing apparatus described above as follows.

[0035]
As a result, uniform plasma was generated in the reaction chamber 2, and a large area semiconductor substrate could be processed uniformly.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in the plasma processing apparatus according to the present invention, in the microwave distributor, the microwave of the fundamental mode propagates through each branch path and is guided to the plurality of rectangular plates of the dielectric line. Therefore, the generation of high-order mode microwaves is suppressed, the microwaves are propagated uniformly, and the electric field having a uniform intensity distribution leaks from the dielectric line, resulting in a uniform and stable plasma. Is produced and maintained, and the present invention has excellent effects such as uniform processing even in a large area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a microwave distributor.
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
23 Microwave waveguide
27 Microwave distributor
27a Introduction
27b Branch
27c Parallel part
27d Dividing part
27e stub
28 Dielectric line
28a Rectangular plate S

Claims

An electric field is generated by the microwave introduced into the plate-like dielectric line extending in the microwave traveling direction via the microwave waveguide, and plasma is generated using the electric field to process the object to be processed. In the plasma processing apparatus, the plasma processing apparatus includes a microwave distributor provided between the microwave waveguide and the dielectric line, and the dielectric line extends from a tip of the branch line. A plasma processing apparatus comprising a plurality of rectangular plates, wherein the plurality of rectangular plates are partitioned by a conductor plate.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a width of the branch path and the rectangular plate is substantially equal to a width of the microwave waveguide.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the shape of the microwave distributor is symmetric with respect to a line extending in the microwave traveling direction.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the distance from the base end of the microwave distributor to the tip of each branch path is substantially equal.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a phase adjusting member is provided at a branch point of the microwave distributor.