JP3736054B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
半導体集積回路等の製造にあたり、膜の形成、加工等にプラズマ処理装置が用いられる。本発明は安定なプラズマを均一に生成することにより高品位なプラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置を提供することに寄与する。
【0002】
【従来の技術】
通常のプラズマ処理装置では処理室に処理に適したガスを所定の流量供給し、そのガスを排気する速度を調整して処理室を処理に適した圧力に制御することが行われる。さらに処理室に電磁波を供給してプラズマを発生させ、プラズマ処理を行う。プラズマは処理室内の電磁界分布に対応した分布で発生する。プラズマ中の電磁界分布は電磁波の供給方法、プラズマの密度、圧力などのプラズマ特性、処理室の形状等により決まる。従来のプラズマ処理装置ではプラズマ中の電磁界分布に関して十分考慮されておらず、電磁波電力の有効利用、プラズマ分布の制御などが必ずしも適切に行われていない問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術によると処理室に投入した電磁波の電力が必ずしもプラズマの発生に有効に利用されていない問題があった。プラズマ中でとりやすい電磁界分布と投入する電磁波の電磁界分布が必ずしも対応しないため安定したプラズマの生成が行われないという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、その内側が排気される処理室と、この処理室内に配置され被処理基板が載置される電極と、この電極の上方の前記処理室の上部に配置され誘電体製の窓部材と、この窓部材の上方に配置されその上方から導入されたマイクロ波による放射状の表面電流が上面を流れる導電体製の部材であって前記マイクロ波を前記窓部材に導くための孔の複数が円周状に配置された部材と、前記処理室の周囲に配置されこの処理室内に静磁界を形成するための手段とを備えたプラズマ処理装置であって、前記マイクロ波のうち電界の方向が傾いて位相が異なる複数の波が重ね合わされて形成された右回りの円偏波が、前記孔の各々から前記窓部材へ放射され、この窓部材を介して前記処理室内に導入されるプラズマ処理装置により解決できる。
【0005】
さらに、前記孔は複数の方形状を組み合わせた形状を備えたことにより解決できる。さらには、前記孔から、電界の方向が傾いて位相が異なる複数の波長の波が重ね合わされて放射されることにより解決できる。さらにまた、前記孔は、その内部に前記複数の波のうち一方の波とは異なる波長の波がその内側を通過して放射される誘電体製の部材を備えたことにより解決できる。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施例を図1を用いて説明する。例えばマグネトロンなどのマイクロ波源101により発生した例えば周波数2.45GHzのマイクロ波はアイソレー夕102、整合器103を介して同軸導波管変換器104に伝送される。同軸導波管変換器104によりマイクロ波は軸対称な同軸線路105の基本モードに変換され、整合室106を介してモード変換器107にもたらされる。整合室106は内部または外部導体の直径が同軸線路105と異なるサイズの同軸線路で長さが1/4波長の線路であり、モード変換器107と同軸線路105の接続部でインピーダンス不整合により発生する電力の反射を防止している。またモード変換器107は投入されたマイクロ波の電磁界を同軸線路の基本モードから以下に説明する部材109の励振に適した分布に変換する作用を持つ。
【0007】
モード変換器107の下部には結合孔108を有する部材109があり、結合孔108、マイクロ波導入窓110を介して処理室111にマイクロ波が導入される。部材109はアルミニウム、銅などの導電率の高い金属でできている。マイクロ波導入窓はマイクロ波に対する損失が小さく、プラズマ処理に悪影響を与えにくい誘電体として例えば石英、アルミナセラミックなどでできている。処理室111には図示しないガス導入系および排気系が接続され、処理室をプラズマ処理に適した圧力、ガス雰囲気に保持することができる。処理室111の周囲には静磁界の発生装置112が設置され、処理室111内に電子サイクロトロン共鳴現象を発生させる程度の静磁界を発生させることができる。投入するマイクロ波の周波数が例えば2.45GHzの場合、電子サイクロトロン共鳴は0.0875テスラで起きることが知られており、マイクロ波電力はプラズマに強く吸収され、低い圧力でも高密度のプラズマを容易に発生させることができる。また処理室内の静磁界分布を調整することで、処理室内のプラズマ分布等を制御することができる。静磁界の発生装置112として例えば電磁石、永久磁石などを用いることができる。
【0008】
処理室111内には被処理基板113を設置するための電極114が設けられている。電極114には高周波電源115が整合器116を介して接続され、被処理基板113に例えば13.56MHzなどの周波数の高周波を加えることができる。
【0009】
図2を用いて結合孔108を有する部材109の構造を示す。同軸状のモード変換器107により部材109の表面にはマイクロ波表面電流201が放射状に流れる。これに対し結合孔108は互いに直交する2つの長方形状の穴202および203からなっている。長方形状の穴202および203はそれぞれマイクロ波表面電流201に対し互いに逆方向に45°傾斜しており、さらにこれらはある円周状に配置されている。また穴202には誘電体204が装荷されている。
【0010】
一般に導電率の高い物質で囲まれた長方形状の穴は方形導波管として動作させることができ、長辺の長さが半波長以上の場合に穴を通してマイクロ波を伝送することができる。長方形状の穴202、203は方形導波管として動作するよう、長辺の長さがマイクロ波の波長の半波長以上の長さになっている。部材109の厚さ(穴202、203の深さ)は穴202を通ったマイクロ波と穴203を通ったマイクロ波で位相がおよそ90度異なる厚さに設定されている。一般に誘電体中で電磁波の波長は真空または空気中の電磁波の波長に比べ短くなる。方形導波管の最低次のモードであるTE10モードの管内波長は式(1)の様にあらわされることが知られている。
【0011】
【数1】
【0012】
ただし
λg :TE10モードの管内波長
λo :真空中の波長
εr :導波管内の比誘電率
a :方形導波管の長辺の長さ
例えば導波管長辺の長さが65mmで内部に石英(比誘電率3.78とする)を入れた方形導波管の管内波長は71.9mmとなる。また空気(比誘電率1.0とする。)が入った同じサイズの方形導波管の管内波長は362mmとなる。従って両者の位相差が90度になる導波管の長さは22.4mmとなる。実際には部材109の厚さは管内波長に比べて短いこと、穴202、203を組み合わせた十字形状の穴は厳密には式(1)を満たさないこと等から部材109の厚さの最適値は前記計算値を必ずしも満足しない場合がある。
【0013】
長方形状の穴202と203は方形導波管として動作しているため、穴202、203内部でのマイクロ波電界の方向は図2に示すようにマイクロ波表面電流201に対し互いに逆方向に45°傾いたマイクロ波電界205のようになる。前述のように部材109の厚さは穴202と203を通過するマイクロ波の位相差が90度となるように設定されており、その両者のマイクロ波の電界は互いに90度の角度をなすため、部材109とマイクロ波導入窓110の接続面では両者の合成により円偏波が形成される。図2の例では8組の穴202、203が設けられており、これらが同位相で励振されるため、前記円偏波がそれぞれの組から同じ位相で放射される。
【0014】
磁化プラズマは静磁界の方向に対して右回りの円偏波(以下R波)と左回りの円偏波(以下L波)で異なる伝搬特性を示すことが知られている。R波は電子サイクロトロン共鳴を起こし、プラズマに強く吸収されるのに対し、L波は電子サイクロトロン共鳴を起こさないためあまり強く吸収されず、プラズマ端面で反射される割合が大きい。部材109によりR波を発生させることでマイクロ波電力を効率良くプラズマに吸収させることができる。そのため低出力のマイクロ波源を用いても高密度のプラズマを容易に発生させることができる。またプラズマに対するマイクロ波の吸収がよくなるため、マイクロ波立体回路部の余計な加熱が少なく、安定してプラズマを発生させることができる。
【0015】
図3に部材109として使用可能な他の構造を示す。式(1)によれば方形導波管の管内波長は導波管の長辺の長さにより変ることがわかる。そこで誘電体を装荷した導波管にかわり長辺の長さの異なる導波管を用いることで同様の効果を持たせることができる。長辺の長さの異なる2つの長方形状の穴を互いに90度傾けて組み合わせ、十字状の穴301を形成する。十字状の穴301は2つの方形導波管を組み合わせた構造と考えることができ、それぞれの導波管の管内波長は式(1)に従って求めることができる。例えば長辺の長さ65mmと80mmの2つの長方形を90度傾けて組み合わせた場合、それぞれの管内波長は362mmおよび190mmとなるので位相差を90度とするには導波管の長さ(部材109の高さ)を100mmとすればよい。この場合も図2に示した場合と同様、最適値は前記計算値を必ずしも満足しない場合がある。
【0016】
図4に部材109として使用可能な他の構造を示す。誘電体板402を傾けて円形の穴401内に装荷した構造となっている。誘電体中を進む電磁波の波長は真空中と比べて短くなる。従って誘電体板402と平行な電界成分を持つ電磁波は誘電体板402と垂直な成分を持つ電磁波とで波長が異なり、この両者が重なりあって円偏波を発生させることができる。
【0017】
磁化プラズマに吸収されやすい円偏波を発生させるには電界の方向が傾いた複数の波を位相をずらして重ねあわせればよい。前述の例では電界の傾きおよび位相差が90度である2つの波を重ねあわせる例を示したが、位相差、電界の傾きは90度に限定されるものではなく他の角度であってもよい。また重ねあわせる波の数は2つに限定されるものではなく更に多くてもよい。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ中でとりやすい電磁界分布と投入する電磁波の電磁界分布を対応させることができるのでプラズマ発生に必要な電力を低減するとともに安定してプラズマを発生させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるマイクロ波プラズマ処理装置を説明する図面。
【図2】結合孔を有する部材109の構造の第一例を説明する図面。
【図3】結合孔を有する部材109の構造の第二例を説明する図面。
【図4】結合孔を有する部材109の構造の第三例を説明する図面。
【符号の説明】
101…マイクロ波源、102…アイソレー夕、103…整合器、104…同軸導波管変換器、105…同軸線路、106…整合室、107…モード変換器、108…結合孔、109…部材、110…マイクロ波導入窓、111…処理室、112…静磁界の発生装置、113…被処理基板、114…電極、115…高周波電源、116…整合器、201…マイクロ波表面電流、202…長方形状の穴、203…長方形状の穴、204…誘電体、205…マイクロ波電界、301…十字状の穴、401…円形の穴、402…誘電体板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In manufacturing a semiconductor integrated circuit or the like, a plasma processing apparatus is used for forming or processing a film. The present invention contributes to providing a plasma processing apparatus that enables high-quality plasma processing by uniformly generating stable plasma.
[0002]
[Prior art]
In a normal plasma processing apparatus, a gas suitable for processing is supplied to a processing chamber at a predetermined flow rate, and the processing chamber is controlled to a pressure suitable for processing by adjusting the speed of exhausting the gas. Further, an electromagnetic wave is supplied to the processing chamber to generate plasma and perform plasma processing. Plasma is generated in a distribution corresponding to the electromagnetic field distribution in the processing chamber. The electromagnetic field distribution in the plasma is determined by the electromagnetic wave supply method, plasma characteristics such as plasma density and pressure, the shape of the processing chamber, and the like. In the conventional plasma processing apparatus, the electromagnetic field distribution in the plasma is not sufficiently considered, and there is a problem that the electromagnetic wave power is not effectively used and the plasma distribution is not properly controlled.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
According to the prior art, there is a problem that the power of the electromagnetic wave input into the processing chamber is not always effectively used for generating plasma. There is a problem that stable plasma generation cannot be performed because the electromagnetic field distribution that is easy to take in the plasma does not necessarily correspond to the electromagnetic field distribution of the input electromagnetic wave.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The above-described problems include a processing chamber whose inside is evacuated, an electrode disposed in the processing chamber and on which a substrate to be processed is placed, and a dielectric window member disposed above the processing chamber above the electrode. And a member made of a conductor that is disposed above the window member and has a radial surface current due to the microwave introduced from above the window member, and a plurality of holes for guiding the microwave to the window member. A plasma processing apparatus comprising a circumferentially arranged member and means for forming a static magnetic field in the processing chamber disposed around the processing chamber, wherein an electric field direction of the microwave is A clockwise circularly polarized wave formed by superposing a plurality of waves that are inclined and different in phase is radiated from each of the holes to the window member and is introduced into the processing chamber through the window member. It can be solved by the device.
[0005]
Furthermore, the hole can be solved by providing a shape obtained by combining a plurality of square shapes. Furthermore, the problem can be solved by overlapping and radiating waves of a plurality of wavelengths whose phases are different from each other and whose phase is inclined from the hole . Furthermore, the hole can be solved by providing a dielectric member in which a wave having a wavelength different from one of the plurality of waves is radiated through the inside thereof.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. For example, a microwave having a frequency of 2.45 GHz generated by a
[0007]
A
[0008]
An
[0009]
The structure of the
[0010]
In general, a rectangular hole surrounded by a material having high conductivity can be operated as a rectangular waveguide, and microwaves can be transmitted through the hole when the length of the long side is a half wavelength or more. The
[0011]
[Expression 1]
[0012]
However, λ g : In-tube wavelength of TE10 mode λ o : Wavelength in vacuum ε r : Relative permittivity in waveguide a: Length of long side of rectangular waveguide, for example, length of long side of waveguide is 65 mm and inside The in-tube wavelength of a rectangular waveguide in which quartz (with a relative dielectric constant of 3.78) is placed is 71.9 mm. In addition, the in-tube wavelength of a rectangular waveguide of the same size containing air (with a relative dielectric constant of 1.0) is 362 mm. Therefore, the length of the waveguide where the phase difference between them is 90 degrees is 22.4 mm. Actually, the thickness of the
[0013]
Since the
[0014]
Magnetized plasma is known to exhibit different propagation characteristics for clockwise circularly polarized waves (hereinafter R waves) and counterclockwise circularly polarized waves (hereinafter L waves) with respect to the direction of the static magnetic field. The R wave causes electron cyclotron resonance and is strongly absorbed by the plasma, whereas the L wave does not cause electron cyclotron resonance and is not so strongly absorbed and is reflected at the plasma end face. By generating the R wave by the
[0015]
FIG. 3 shows another structure that can be used as the
[0016]
FIG. 4 shows another structure that can be used as the
[0017]
In order to generate a circularly polarized wave that is easily absorbed by the magnetized plasma, a plurality of waves whose directions of electric fields are inclined may be superposed with their phases shifted. In the above example, two waves having an electric field inclination and phase difference of 90 degrees are superimposed. However, the phase difference and electric field inclination are not limited to 90 degrees, and may be at other angles. Good. Further, the number of waves to be superimposed is not limited to two, and may be larger.
[0018]
【The invention's effect】
According to the present invention, an electromagnetic field distribution that can be easily obtained in plasma and an electromagnetic field distribution of an electromagnetic wave to be input can be made to correspond to each other, so that the power required for plasma generation can be reduced and plasma can be generated stably. There is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates a microwave plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a drawing for explaining a first example of the structure of a
FIG. 3 is a view for explaining a second example of the structure of a
FIG. 4 is a drawing for explaining a third example of the structure of the
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記マイクロ波のうち電界の方向が傾いて位相が異なる複数の波が重ね合わされて形成された右回りの円偏波が、前記孔の各々から前記窓部材へ放射され、この窓部材を介して前記処理室内に導入されるプラズマ処理装置。A processing chamber whose inside is evacuated, an electrode which is disposed in the processing chamber and on which a substrate to be processed is placed, a dielectric window member which is disposed above the processing chamber above the electrode, and the window disposed above the members plurality of circumferential holes for guiding the window member to said microwave radiating surface currents by the introduced microwave is a member made of a conductor through the top surface from above A plasma processing apparatus comprising: a member disposed in the processing chamber; and means for forming a static magnetic field in the processing chamber disposed around the processing chamber,
A clockwise circularly polarized wave formed by superimposing a plurality of waves having different phases in the direction of the electric field of the microwave is radiated from each of the holes to the window member, and through the window member. A plasma processing apparatus introduced into the processing chamber.
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