JP3814266B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマによりエッチング処理する装置に係り、特に、径の大きな基板のエッチング処理に好適なプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for performing an etching process using plasma, and more particularly to a plasma processing apparatus suitable for etching a substrate having a large diameter.

プラズマ処理装置は、マイクロ波などの電磁波によりプラズマ化したエッチングガスにより半導体基板などの被処理対象物をエッチング処理する装置であるが、このとき、マイクロ波などの電磁波を概略円筒形をしたエッチング処理室に導入するため、従来から同軸線路を用いている(例えば、特許文献1参照。)。   A plasma processing apparatus is an apparatus that etches an object to be processed such as a semiconductor substrate with an etching gas that has been turned into plasma by an electromagnetic wave such as a microwave. At this time, an etching process in which the electromagnetic wave such as a microwave is formed into a substantially cylindrical shape. Conventionally, a coaxial line is used for introduction into the chamber (see, for example, Patent Document 1).

そして、この従来技術では、同軸線路から処理室の中に供給すべき電磁波を、処理室内にある円板状アンテナの周囲から処理室内に導入させると共に、この円板状アンテナに設けてあるスロット線路からも電磁波を放射して処理室内に導入させることにより処理室内の電磁界分布を調整し、均一性のよいプラズマ分布が得られるようにしている。
特開平11−260594号公報
In this prior art, an electromagnetic wave to be supplied from the coaxial line into the processing chamber is introduced into the processing chamber from the periphery of the disk-shaped antenna in the processing chamber, and the slot line provided in the disk-shaped antenna is provided. Also, the electromagnetic field distribution in the processing chamber is adjusted by radiating electromagnetic waves and introducing the electromagnetic field into the processing chamber, so that a plasma distribution with good uniformity can be obtained.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-260594

上記従来技術は、処理室の中心付近で電磁波の電界集中が起きてしまう点について配慮がされているとはいえず、プロセス条件によってはプラズマ密度分布の均一性が損なわれるという問題があった。   The above prior art cannot be said to be concerned about the concentration of the electromagnetic field in the vicinity of the center of the processing chamber, and has a problem that the uniformity of the plasma density distribution is impaired depending on the process conditions.

また、従来技術は、処理室の円筒部上部付近に比較的高い密度のプラズマが形成されてしまう点にも配慮がされているとはいえず、プラズマ生成効率に問題があった。   In addition, the prior art cannot be said to be considered that a relatively high density plasma is formed near the upper part of the cylindrical portion of the processing chamber, and there is a problem in plasma generation efficiency.

処理室の円筒部上部付近に形成されたプラズマは、概略円筒形をしている処理室の内壁面で損失を受けてしまうため、処理対象である基板付近のプラズマ密度の向上にはあまり寄与せしない。   Since the plasma formed near the upper part of the cylindrical part of the processing chamber is lost on the inner wall surface of the processing chamber having a substantially cylindrical shape, it contributes little to improving the plasma density near the substrate to be processed. do not do.

このため、電磁波として供給した電力に対するプラズマの生成効率抑えられ、従って、プラズマ生成効率に問題が生じてしまうのである。   For this reason, the generation efficiency of the plasma with respect to the electric power supplied as the electromagnetic wave is suppressed, and thus a problem occurs in the plasma generation efficiency.

本発明の目的は、プラズマ密度分布の均一性とプラズマ生成効率の向上が得られるようにしたプラズマ処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus in which uniformity of plasma density distribution and improvement in plasma generation efficiency can be obtained.

上記の問題は、エッチング処理室の中心軸上の電界成分が著しく小さくなり、さらにエッチング処理室壁面付近に電磁波が分布しないよう調整されたアンテナ構造を用いることにより解決できる。   The above problem can be solved by using an antenna structure that is adjusted so that the electric field component on the central axis of the etching chamber is significantly reduced and electromagnetic waves are not distributed near the wall of the etching chamber.

そして、このような分布となる電磁波として電界成分が事実上円周方向成分のみになるよう調整された電磁界分布があり、このように調整された電磁界分布を用いることで中心軸付近への電界集中、エッチング処理室円筒内壁面上部付近へのプラズマ集中を防止することができる。   And as an electromagnetic wave having such a distribution, there is an electromagnetic field distribution adjusted so that the electric field component is practically only the circumferential component. By using the electromagnetic field distribution adjusted in this way, Electric field concentration and plasma concentration near the upper part of the inner wall surface of the etching chamber can be prevented.

ここで、電界成分が事実上円周方向成分のみである電界分布を用いると、中心軸上では円周方向電界成分は存在し得ないため、中心への電界集中等の問題は生じない。   Here, if an electric field distribution in which the electric field component is practically only the circumferential component is used, the circumferential electric field component cannot exist on the central axis, so that problems such as electric field concentration at the center do not occur.

また、同様に、円周方向成分のみを持つ電磁界分布は導電率の高い物質でできたエッチング処理室の内壁面で電界成分を持たないため、エッチング処理室内の円筒面上部付近に高密度のプラズマを形成することはない。   Similarly, the electromagnetic field distribution having only the circumferential component has no electric field component on the inner wall surface of the etching chamber made of a material having high conductivity. It does not form plasma.

このとき、電界成分が事実上円周方向成分のみである電界分布を実現するために、中心軸に対し放射方向に伸びたスロット線路を用いる。ここで、このスロット線路は、導電率の高い平板2枚を互いに向かい合うよう設置した場合に、平板間を電磁波が伝播され、これを線路として用いるものである。   At this time, in order to realize an electric field distribution in which the electric field component is substantially only the circumferential component, a slot line extending in the radial direction with respect to the central axis is used. Here, in the slot line, when two flat plates having high conductivity are installed so as to face each other, electromagnetic waves are propagated between the flat plates, and this is used as a line.

このスロット線路上での電界は、スロット線路の長手方向に垂直で、一方の平板から他方の平板に向かう方向を向く。この性質を用いて複数の励振されたスロット線路を中心軸に対し放射方向に配置することで、全体として円周方向成分のみである電界分布を実現することができる。   The electric field on the slot line is perpendicular to the longitudinal direction of the slot line and faces in the direction from one flat plate to the other flat plate. By arranging a plurality of excited slot lines in the radial direction with respect to the central axis using this property, an electric field distribution having only a circumferential component as a whole can be realized.

従って、上記目的は、概略円筒形をしたエッチング処理室内に、当該エッチング処理室の電磁波導入窓に概略接している円板形アンテナから電磁波を放射してエッチングガスをプラズマ化する方式のプラズマ処理装置において、前記円板形アンテナが複数のスロット線路を備え、これら複数のスロット線路は、前記円板形アンテナの前記電磁波導入窓側にある面では放射状に配置され、前記円板形アンテナの前記電磁波導入窓側とは反対側の面では円周方向に配置されていて、前記放射状に配置されたスロット線路と前記円周方向に配置されたスロット線路は、前記円板形アンテナの側端面部に形成したスロット線路により接続されていることにより達成される。
Therefore, the above-described object is to provide a plasma processing apparatus that radiates electromagnetic waves from a disk-shaped antenna that is substantially in contact with an electromagnetic wave introduction window of the etching processing chamber into the etching processing chamber having a substantially cylindrical shape, and converts the etching gas into plasma. The disk-shaped antenna includes a plurality of slot lines, and the plurality of slot lines are arranged radially on the surface of the disk-shaped antenna on the electromagnetic wave introduction window side, and the electromagnetic wave introduction of the disk-shaped antenna is introduced. The surface opposite to the window side is arranged in the circumferential direction, and the radially arranged slot lines and the circumferentially arranged slot lines are formed on the side end surface portion of the disc-shaped antenna. This is achieved by being connected by a slot line .

このとき、前記エッチング処理室内の処理対象物に静磁界を略垂直に印加する手段が設けられていてもよく、前記電磁波の周波数が200MHz以上5GHz以下であるようにしてもよい。   At this time, there may be provided means for applying a static magnetic field substantially vertically to the object to be processed in the etching chamber, and the frequency of the electromagnetic wave may be 200 MHz or more and 5 GHz or less.

以下、本発明によるプラズマ処理装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

図1は、本発明によるエッチング処理装置の一実施形態で、この場合、処理室1は有底の略円筒形をした容器で形成されていて、この上に例えば石英などからなる誘電体板2で区切った形でアンテナ室3が設けられている。   FIG. 1 shows an embodiment of an etching processing apparatus according to the present invention. In this case, the processing chamber 1 is formed of a bottomed container having a substantially cylindrical shape, on which a dielectric plate 2 made of, for example, quartz or the like. The antenna room 3 is provided in a form separated by.

そして、処理室1の中には基板載置用の台となる基板電極4が設けてあり、この上にエッチング処理の対象となる基板、つまり被処理基板Wが載置され、基板電極4の上に例えば静電吸着された上でエッチング処理されるようになっている。   The processing chamber 1 is provided with a substrate electrode 4 serving as a substrate mounting base, on which a substrate to be etched, that is, a substrate W to be processed, is mounted. For example, after being electrostatically adsorbed, the etching process is performed.

また、アンテナ室3の中には円形の円板形アンテナ5が設けてあり、この円板形アンテナ5から、例えば周波数450MHzのマイクロ波帯の電磁波を放射させ、誘電体板2を介して処理室1内に供給し、処理室1内エッチングガスのプラズマが生成されるようにしてある。   Further, a circular disk-shaped antenna 5 is provided in the antenna chamber 3, and electromagnetic waves in a microwave band with a frequency of 450 MHz, for example, are radiated from the disk-shaped antenna 5 and processed through the dielectric plate 2. The plasma is supplied into the chamber 1 and etching gas in the processing chamber 1 is generated.

このため、円板形アンテナ5には、高周波電源6から自動整合器7でインピーダンスマッチングを取った周波数450MHzの高周波電力が、同軸線路8を介して供給されており、このとき、誘電体板2は、アンテナ室3から電磁波を処理室1内に導入させるための窓、つまり電磁波導入窓として機能していることになる。   For this reason, the disk-shaped antenna 5 is supplied with high-frequency power having a frequency of 450 MHz that has been impedance-matched by the automatic matching unit 7 from the high-frequency power source 6 via the coaxial line 8. Is functioning as a window for introducing electromagnetic waves from the antenna chamber 3 into the processing chamber 1, that is, an electromagnetic wave introducing window.

ここで、誘電体板2の処理室1側には、狭い間隙をもってノズル板10が設けてあり、この間隙に、図示してないガス供給系から所定のエッチングガスが供給されるようになっている。   Here, a nozzle plate 10 is provided with a narrow gap on the dielectric chamber 2 on the processing chamber 1 side, and a predetermined etching gas is supplied to the gap from a gas supply system (not shown). Yes.

このとき、ノズル板10には、微細な孔からなるガスノズル11が多数個、形成してあり、この結果、上記した間隙にエッチングガスが供給されると、多数個のガスノズル11からエッチングガスがシャワー状に噴出され、処理室1内に供給されることになる。   At this time, the nozzle plate 10 is formed with a large number of gas nozzles 11 made of fine holes. As a result, when the etching gas is supplied to the gaps, the etching gas is showered from the gas nozzles 11. Are ejected in a shape and supplied into the processing chamber 1.

そして、この処理室1には、図示してない真空排気系が接続され、ガス供給系からのガスなどを排気し、処理室1内を処理に適した所定の圧力に保持することができる。   A vacuum exhaust system (not shown) is connected to the processing chamber 1, and the gas from the gas supply system can be exhausted to maintain the processing chamber 1 at a predetermined pressure suitable for processing.

そこで、ノズル板10におけるガスノズル11の分布を調整することにより、処理室1内のガスの流れを制御し、エッチング処理の最適化を図ることができる。ここで、この実施形態では、ノズル板10の材質として、誘電体板2と同じく石英を用いている。   Therefore, by adjusting the distribution of the gas nozzles 11 in the nozzle plate 10, the gas flow in the processing chamber 1 can be controlled, and the etching process can be optimized. Here, in this embodiment, quartz is used as the material of the nozzle plate 10 as with the dielectric plate 2.

また、処理室1の周囲には、静磁界発生装置としてコイル12、13、14が設けてあり、これにより処理室1の中に所定の方向、例えば被処理基板に略垂直な方向の静磁界を加え、処理室1内に発生したプラズマの拡散を制御し、プラズマの密度分布が調整できるようになっている。   In addition, coils 12, 13, and 14 are provided around the processing chamber 1 as static magnetic field generating devices, whereby a static magnetic field in a predetermined direction, for example, a direction substantially perpendicular to the substrate to be processed, is provided in the processing chamber 1. In addition, the diffusion of the plasma generated in the processing chamber 1 is controlled, and the density distribution of the plasma can be adjusted.

このとき、電子のサイクロトロン周波数と電磁波の周波数を一致させることにより、電磁波がプラズマに共鳴的に吸収される電子サイクロトロン共鳴現象を処理室1内で起こさせることができる。   At this time, by matching the electron cyclotron frequency with the frequency of the electromagnetic wave, an electron cyclotron resonance phenomenon in which the electromagnetic wave is resonantly absorbed by the plasma can be caused in the processing chamber 1.

ここで、上記した周波数450MHzのマイクロ波の場合、電子サイクロトロン共鳴を起こすのに必要な静磁界の強さは0.016テスラである。   Here, in the case of the above-described microwave having a frequency of 450 MHz, the strength of the static magnetic field necessary for causing electron cyclotron resonance is 0.016 Tesla.

このように、電子サイクロトロン共鳴を起こさせることにより、プラズマの発生と維持が容易になり、通常はプラズマの発生が困難な低い圧力のもとでもプラズマ処理を可能にすることができる。   In this way, by causing electron cyclotron resonance, plasma generation and maintenance can be facilitated, and plasma processing can be made even under a low pressure that is normally difficult to generate plasma.

また、このとき、静磁界を調整することにより、電子サイクロトロン共鳴が起こる場所が制御できる。そして、このようにプラズマ発生領域を制御することにより、プラズマの分布が調整でき、従って、最適なプラズマ処理を行うことができる。   At this time, the location where electron cyclotron resonance occurs can be controlled by adjusting the static magnetic field. By controlling the plasma generation region in this way, the plasma distribution can be adjusted, and therefore an optimum plasma treatment can be performed.

但し、これらのコイル12、13、14による静磁界発生装置は、本発明の実施に際して必ずしも必須の要件でなく、プラズマを細かく制御する必要がない場合は省略しても良い。   However, the static magnetic field generator using these coils 12, 13, and 14 is not necessarily an essential requirement for carrying out the present invention, and may be omitted if it is not necessary to finely control the plasma.

ところで、この実施形態では、被処理基板Wが直径300mmの場合を想定しており、このため、基板電極4も直径300mmの被処理基板Wが載置できるような寸法に作られている。   By the way, in this embodiment, the case where the to-be-processed substrate W is 300 mm in diameter is assumed, For this reason, the substrate electrode 4 is also dimensioned so that the to-be-processed substrate W with a diameter of 300 mm can be mounted.

そして、この基板電極4には、自動整合器15を介して、高周波バイアス電源16が接続してあり、被処理基板Wに高周波のバイアス電位を与えることができるようになっている。   A high frequency bias power source 16 is connected to the substrate electrode 4 via an automatic matching unit 15 so that a high frequency bias potential can be applied to the substrate W to be processed.

このように、バイアス電位を与えることにより、被処理基板Wにプラズマ中のイオンを引き込ませることができ、この結果、エッチング処理の高速化、高品質化などが図れるようになる。   In this way, by applying a bias potential, ions in the plasma can be attracted to the substrate W to be processed, and as a result, the etching process can be speeded up and the quality can be improved.

このときの高周波バイアス電位の周波数としては、400kHz、800kHz、2MHzなどが一般的であるが、この実施形態では、400kHzの周波数を用いてある。   The frequency of the high-frequency bias potential at this time is generally 400 kHz, 800 kHz, 2 MHz, or the like. In this embodiment, a frequency of 400 kHz is used.

次に、本発明の特徴である円板形アンテナ5について、図1に加え、更に図2〜図4により詳細に説明する。ここで、まず、図2は円板形アンテナ5の正面図で、図1では上から見た図であり、次に、図3は側面図で、同じく手前から見た図、図4は裏面図で、同じく下から見た図である。   Next, the disk-shaped antenna 5 which is a feature of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Here, first, FIG. 2 is a front view of the disk-shaped antenna 5, FIG. 1 is a view from above, FIG. 3 is a side view, and is also a view from the front, and FIG. It is the figure similarly seen from the bottom.

ここで、まず、この円板形アンテナ5は、マイクロ波帯で使用されているアレイアンテナの一種で、アンテナ素子としてスロット線路を用いた、いわゆるスロットアンテナで構成されている。   Here, first, the disc-shaped antenna 5 is a kind of array antenna used in the microwave band, and is configured by a so-called slot antenna using a slot line as an antenna element.

なお、このスロット線路とは導体板に形成した細長い空隙のことで、導波路(電磁波の通路)として機能するもので、例えば「電子情報通信ハンドブック(電子情報通信学会編、オーム社、1988年)」などの文献に記載されているものであり、スロットアンテナについても同じく記載されているものである。   The slot line is an elongated gap formed in the conductor plate and functions as a waveguide (electromagnetic wave path) .For example, `` Electronic Information Communication Handbook (Electrical Information Communication Society, Ohm, 1988) '' The slot antenna is also described in the same manner.

このため、導体板50を表面に備えた円板状の誘電体板51を基材として用い、導体板50に所定のパターンで間隙、すなわちスロットを設けてスロット線路とし、更に、これらを所定のパターンで配列して円板形アンテナ5としている。   For this reason, a disk-shaped dielectric plate 51 provided with a conductor plate 50 on the surface is used as a base material, and a gap, that is, a slot is provided in the conductor plate 50 in a predetermined pattern to form a slot line. The disk-shaped antenna 5 is arranged in a pattern.

詳しく説明すると、導体板50は、図2〜図4に示すように、大別して上面中心部50Aと連結部50B、上面扇形部50C、側端面部50D、下面扇形部50E、それに下面中心部50Fで形成され、誘電体板51の表面から裏面まで側端面も含めて配置されている。   More specifically, as shown in FIGS. 2 to 4, the conductor plate 50 is roughly divided into an upper surface center portion 50A and a connecting portion 50B, an upper surface sector portion 50C, a side end surface portion 50D, a lower surface sector portion 50E, and a lower surface center portion 50F. The dielectric plate 51 is disposed from the front surface to the back surface including the side end surfaces.

なお、この導体板50としては通常、薄い銅板が用いられるが、銅箔や銅メッキ層が用いられることもあり、このときアルミニウム材を用いてもよい。   In addition, although the thin copper plate is normally used as this conductor plate 50, a copper foil and a copper plating layer may be used, and an aluminum material may be used at this time.

ここで、まず、誘電体板51の上面では、図2に示すように、中央に略円形の上面中心部50Aがあり、これに同軸線路8が接続されている。そして、この上面中心部50Aから8個の短い連結部50Bが放射状に伸び、周辺にある8個の上面扇形部50Cの夫々に連続している。   Here, first, on the upper surface of the dielectric plate 51, as shown in FIG. 2, there is a substantially circular upper surface center portion 50A at the center, and the coaxial line 8 is connected thereto. And eight short connection parts 50B are radially extended from this upper surface center part 50A, and are continuing to each of the eight upper surface fan-shaped parts 50C in the periphery.

次いで、これら8個の上面扇形部50Cは、夫々図3に示すように、誘電体板51の側端周辺面に伸びて側端面部50Dを形成し、この後、更に誘電体板51の下面に伸び、夫々図4に示すように、8個の下面扇形部50Eを形成してから共通に下面中心部50Fに集約されている。   Next, as shown in FIG. 3, these eight upper surface fan-shaped portions 50 </ b> C extend to the peripheral surface of the side end of the dielectric plate 51 to form a side end surface portion 50 </ b> D. As shown in FIG. 4, eight lower surface fan-shaped portions 50 </ b> E are formed and are collectively collected in the lower surface central portion 50 </ b> F.

そして、この結果、まず、円板形アンテナ5の上面では、上面中心部50Aの周辺に円弧状の第1のスロット線路S1と、放射方向に伸びた直線状の第2のスロット線路S2が、夫々8個づつ誘電体板51の表面に形成されることになる。   As a result, first, on the upper surface of the disk-shaped antenna 5, the arc-shaped first slot line S1 and the linear second slot line S2 extending in the radial direction are formed around the upper surface center portion 50A. Each of the eight dielectric plates 51 is formed on the surface.

次に、円板形アンテナ5の側端周辺面には、上下方向になった第3のスロット線路S3が8本形成され、下面には、中心方向に比較的長く伸びた直線状の第4のスロット線路S4が、これも8本形成されることになる。   Next, eight third slot lines S3 extending in the vertical direction are formed on the peripheral surface of the side end of the disk-shaped antenna 5, and the fourth linear line extending relatively long in the central direction is formed on the lower surface. The eight slot lines S4 are also formed.

ここで、このようなスロット線路上での電界は、スロット部分で向かい合う導体板の一方の端部から他方の端部に向って現われる。つまり、電界はスロットの長手方向と直角に現われる。そして、このときの電界の向きは境界条件に従う。   Here, such an electric field on the slot line appears from one end portion of the conductor plate facing at the slot portion to the other end portion. That is, the electric field appears at right angles to the longitudinal direction of the slot. The direction of the electric field at this time follows the boundary condition.

そこで、図2の円周方向を向いている第1のスロット線路S1に現われる電界は、矢印で示すように、放射方向を向き、放射方向を向いている第2のスロット線路S2に現われる電界は、同じく矢印で示すように、円周方向を向く。   Therefore, the electric field appearing in the first slot line S1 facing the circumferential direction in FIG. 2 is directed in the radiation direction and the electric field appearing in the second slot line S2 facing the radiation direction as shown by the arrows is Also, as indicated by the arrow, face in the circumferential direction.

同様に、図3で上下方向に向いている第3のスロット線路S3に現われる電界は、同じく矢印で示すように、円周方向を向き、図4で放射方向を向いている第4のスロット線路S4に現われる電界も、同じく矢印で示すように、円周方向を向く。   Similarly, the electric field appearing in the third slot line S3 facing in the up-and-down direction in FIG. 3 is directed to the circumferential direction as shown by the arrow, and is directed to the radial direction in FIG. The electric field appearing at S4 is also directed in the circumferential direction as indicated by the arrow.

一方、この実施形態では、スロット線路を励振するため、スロット線路により表面電流を遮る方法を用いており、このため、図2に示すように、上面中心部50Aの中心に同軸線路8の内部導体が接続してある。   On the other hand, in this embodiment, in order to excite the slot line, a method of blocking the surface current by the slot line is used. Therefore, as shown in FIG. 2, the inner conductor of the coaxial line 8 is formed at the center of the upper surface center portion 50A. Is connected.

この場合、450MHzの高周波による表面電流は上面中心部50Aの中心から放射状に流れる。従って、この表面電流を遮るにはスロット線路の方向を円周方向に向ける必要がある。ここで、スロット線路が放射方向に向いている場合には、当該スロット線路は励振されない。   In this case, the surface current due to the high frequency of 450 MHz flows radially from the center of the upper surface center portion 50A. Therefore, in order to block this surface current, it is necessary to orient the direction of the slot line in the circumferential direction. Here, when the slot line is directed in the radial direction, the slot line is not excited.

そこで、この実施形態では、図2に示す第1のスロット線路S1の部分でだけスロット線路が励振され、電磁波(450MHzのマイクロ波)が放射される。そして、この電磁波がスロット線路に沿って伝送され、最終的に、図4の第4のスロット線路S4に矢印で示した円周方向の電界を励振することになる。   Therefore, in this embodiment, the slot line is excited only at the portion of the first slot line S1 shown in FIG. 2, and electromagnetic waves (450 MHz microwaves) are radiated. Then, this electromagnetic wave is transmitted along the slot line, and finally, the electric field in the circumferential direction indicated by the arrow is excited in the fourth slot line S4 in FIG.

ここで、図5は、上記実施形態において、周波数450MHzの電界を計算し、処理室1に発生するプラズマの表面電界ベクトルを計算して矢印で示したものであり、このときコイル12〜14による静磁界は発生させず、無磁場にしてある。   Here, FIG. 5 shows an electric field having a frequency of 450 MHz in the embodiment described above, and a surface electric field vector of plasma generated in the processing chamber 1 is calculated and indicated by an arrow. No static magnetic field is generated and no magnetic field is generated.

このときの計算には電磁波の支配方程式であるマックスウェルの方程式を使用し、この方程式を解くことにより電界ベクトルを計算したもので、図5から明らかなように、この場合、電界ベクトルはほぼ円周方向を向いていて、放射方向の電界は発生していないことが判る。   In this calculation, Maxwell's equation, which is the governing equation of electromagnetic waves, is used, and the electric field vector is calculated by solving this equation. As is apparent from FIG. It turns out that the electric field of the radial direction does not generate | occur | produce in the circumferential direction.

従って、この実施形態によれば、処理室1の中での電磁波の電界集中は起こらず、処理室1内で均一にプラズマを生成することができるので、プラズマ密度分布の均一性が悪化する虞れが抑えられ、この結果、エッチングガスの種別を問わず、均一なプラズマ処理を得ることができる。   Therefore, according to this embodiment, the electric field concentration of the electromagnetic wave in the processing chamber 1 does not occur, and the plasma can be generated uniformly in the processing chamber 1, so that the uniformity of the plasma density distribution may be deteriorated. As a result, uniform plasma treatment can be obtained regardless of the type of etching gas.

また、この実施形態によれば、放射方向の電界が発生しないので、処理室1の壁面でのプラズマの損失が抑えられ、この結果、プラズマ生成効率の向上を得ることができる。   Further, according to this embodiment, since an electric field in the radial direction is not generated, the loss of plasma on the wall surface of the processing chamber 1 can be suppressed, and as a result, the plasma generation efficiency can be improved.

ところで、このとき、スロット線路S1〜S4の全長は、円板形アンテナ5から放射される電磁波の半波長の整数倍とすることが望ましい。スロット線路の長さをこのように設定させることでスロット線路内で電磁波が共振し、放射効率が高くできるからである。   By the way, at this time, it is desirable that the total length of the slot lines S1 to S4 is an integral multiple of a half wavelength of the electromagnetic wave radiated from the disc-shaped antenna 5. This is because by setting the length of the slot line in this way, electromagnetic waves resonate in the slot line and radiation efficiency can be increased.

ここで、このような共振状態を実現するためには、円板形アンテナ5のスロット線路自身の全長を調整してやればよいが、これに代えて、誘電体板51の誘電率を調整するようにしても良く、或いはスロット線路を形成している空隙に空気以外の誘電体を装荷し、この誘電体の誘電率を調整しても良い。   Here, in order to realize such a resonance state, the total length of the slot line itself of the disk-shaped antenna 5 may be adjusted. Instead, the dielectric constant of the dielectric plate 51 is adjusted. Alternatively, a dielectric other than air may be loaded in the gap forming the slot line, and the dielectric constant of this dielectric may be adjusted.

このときスロット線路を伝播する電磁波の波長は、定性的にいえば、スロット線路周囲の誘電率を高めると短くなり、低めると長くなる。従って、この実施形態のように、複数の誘電体がスロット線路周囲に存在する場合には、最も高い誘電率と最も低い誘電率の間に実効的な誘電率が定まることになる。   At this time, the wavelength of the electromagnetic wave propagating through the slot line qualitatively becomes shorter when the dielectric constant around the slot line is increased and becomes longer when the dielectric constant is lowered. Accordingly, when a plurality of dielectrics exist around the slot line as in this embodiment, an effective dielectric constant is determined between the highest dielectric constant and the lowest dielectric constant.

ところで、上記実施形態では、円板形アンテナ5の円周端がアンテナ室3を構成している容器に短絡板17により保持され、スロット線路部を除いて円周端が周囲に電気的に接続されていて、これにより、同軸線路8から導入されてくる電磁波がスロット線路部以外から処理室1内に放射されてしまうのを防止している。   By the way, in the said embodiment, the circumferential end of the disk shaped antenna 5 is hold | maintained by the short circuit board 17 to the container which comprises the antenna chamber 3, and a circumferential end is electrically connected to circumference | surroundings except a slot line part. Thus, the electromagnetic wave introduced from the coaxial line 8 is prevented from being radiated into the processing chamber 1 from other than the slot line portion.

しかし、スロット線路で形成される円周方向電界成分による電磁界だけでプラズマを生成したのでは中心軸付近のプラズマ密度が足りなくなってしまった場合には、短絡板176を設けず、従来技術と同様、円板形アンテナ5の周辺から回り込む電磁波を積極的に利用するようにしても良い。   However, when the plasma is generated only by the electromagnetic field due to the circumferential electric field component formed by the slot line, when the plasma density near the central axis becomes insufficient, the short-circuit plate 176 is not provided, Similarly, electromagnetic waves that circulate from the periphery of the disk-shaped antenna 5 may be actively used.

この場合、処理室1に導入される電磁波は、スロット線路により励振される円周方向電界成分を持つ電磁界と、円板形アンテナ5を回り込む放射方向電界を持つ電磁界の混成となる。そして、この場合、円板形アンテナ5を回り込んだ電磁波は、中心軸付近でも電界成分を有するため、中心軸付近のプラズマ密度を補うことができるのである。   In this case, the electromagnetic wave introduced into the processing chamber 1 is a mixture of an electromagnetic field having a circumferential electric field component excited by a slot line and an electromagnetic field having a radial electric field that wraps around the disk-shaped antenna 5. In this case, the electromagnetic wave that has passed through the disk-shaped antenna 5 has an electric field component even near the central axis, so that the plasma density near the central axis can be compensated.

また、上記実施形態では、プラズマ発生用電磁波の周波数が450MHzの場合を例に取り説明したが、本発明の実施形態における周波数はこれに限定されるものではない。   In the above embodiment, the case where the frequency of the plasma generating electromagnetic wave is 450 MHz has been described as an example. However, the frequency in the embodiment of the present invention is not limited to this.

ここで、この周波数の下限を限定する要素としては、被処理基板Wの大きさ(径寸法)と処理室1の大きさがあるが、このとき、被処理基板Wの直径は、近年、生産性向上の見地から大型化が進み、現在では300mmが主流となりつつある。   Here, the elements that limit the lower limit of the frequency include the size (diameter dimension) of the substrate to be processed W and the size of the processing chamber 1. At this time, the diameter of the substrate W to be processed has recently been From the standpoint of improving the performance, the size has increased, and now 300 mm is becoming mainstream.

反面、装置は小型化が要求される一方で、処理室の大きさもプラズマ処理の均一性などを確保できる最小限の大きさにすることが望まれている。   On the other hand, while the apparatus is required to be downsized, it is desired that the size of the processing chamber be a minimum size that can ensure uniformity of plasma processing.

このとき、被処理基板Wの面内でのプラズマ処理の均一性の確保には、被処理基板Wの直径と同程度か、それ以上の範囲で均一にプラズマを発生させる必要があり、このためには、円板形アンテナ5にも被処理基板Wと同程度の直径300mm程度の大きさが必要となる。   At this time, in order to ensure the uniformity of the plasma processing within the surface of the substrate W to be processed, it is necessary to generate plasma uniformly within a range equal to or larger than the diameter of the substrate W to be processed. For this, the disk-shaped antenna 5 also needs to have a size of about 300 mm in diameter, which is about the same as the substrate W to be processed.

そこで、この要求に応えるためには、誘電体板51として、被処理基板Wと同程度の直径300mm程度の大きさのものを用意し、これに長さが半波長の整数倍となるスロット線路を配置しなければならない。   Therefore, in order to meet this requirement, a dielectric plate 51 having a diameter of about 300 mm, which is about the same as the substrate to be processed W, is prepared, and a slot line whose length is an integral multiple of a half wavelength. Must be placed.

ここで、直径300mm程度の円板の上面から下面にわたりスロット線路を配置するためには、スロット線路の全長を概略300mm以下にする必要があるが、しかし、波長短縮の見地から、誘電体板51として比誘電率9.8のアルミナセラミックスを用いたとしても、自由空間の半波長は周波数200MHzで既に239mmに達してしまう。   Here, in order to arrange the slot line from the upper surface to the lower surface of the disk having a diameter of about 300 mm, the total length of the slot line needs to be approximately 300 mm or less. However, from the standpoint of wavelength reduction, the dielectric plate 51 Even if alumina ceramics with a relative dielectric constant of 9.8 is used, the half wavelength of free space has already reached 239 mm at a frequency of 200 MHz.

従って、本発明の実施形態の場合、プラズマ生成用電磁波の周波数の下限は200MHz程度が適当であるということができ、この結果、本発明によれば、被処理基板Wの大径化にも容易に対応することができる。   Accordingly, in the case of the embodiment of the present invention, it can be said that the lower limit of the frequency of the plasma generating electromagnetic wave is appropriately about 200 MHz. As a result, according to the present invention, it is easy to increase the diameter of the substrate W to be processed. It can correspond to.

一方、プラズマ生成用電磁波の周波数の上限に関しては、周波数が高くなる程、波長が短くなるため、同じ寸法の円板上にスロット線路を配置する際の自由度は高くなるので望ましい。   On the other hand, regarding the upper limit of the frequency of the plasma generating electromagnetic wave, the higher the frequency, the shorter the wavelength. Therefore, it is desirable because the degree of freedom in arranging the slot line on the same size disk is increased.

しかし、電磁波の周波数を高くすると高周波電源が高価になり、高出力が要求されれば更に高価になる上、周波数が高くなれば伝送損失が増加し、処理室付近での電磁界分布の自由度が増してしまうため電磁界分布の制御が困難になるなどの問題が多くなる。   However, if the frequency of the electromagnetic wave is increased, the high frequency power supply becomes expensive, and if a high output is required, it becomes more expensive, and if the frequency is increased, the transmission loss increases, and the degree of freedom of electromagnetic field distribution near the processing chamber. This increases the number of problems such as difficulty in controlling the electromagnetic field distribution.

従って、上記の実施形態の場合、実用性の見地にたてば、半波長が約30mmとなる5GHz程度の周波数が上限であるということができ、この結果、この実施形態によれば、被処理基板Wの大径化にも、同じく容易に対応することができる。   Therefore, in the case of the above embodiment, from the viewpoint of practicality, it can be said that the upper limit is a frequency of about 5 GHz where the half wavelength is about 30 mm. As a result, according to this embodiment, the processing target is processed. Similarly, it is possible to easily cope with an increase in the diameter of the substrate W.

上記した通り、以上の実施形態によれは、処理室の中心付近における電界集中を防止することができ、より均一なプラズマを広い条件範囲で発生させることができる。   As described above, according to the above embodiment, electric field concentration near the center of the processing chamber can be prevented, and more uniform plasma can be generated in a wide range of conditions.

また、投入した電力が被処理基板付近のプラズマ発生に有効利用できるため、エネルギーの有効利用にも寄与することができる。   In addition, since the input electric power can be effectively used for generating plasma in the vicinity of the substrate to be processed, it can also contribute to effective use of energy.

本発明によるプラズマ処理装置の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the plasma processing apparatus by this invention. 本発明における平面アンテナの一実施形態を示す上面図である。It is a top view which shows one Embodiment of the planar antenna in this invention. 本発明における平面アンテナの一実施形態を示す側面図である。It is a side view which shows one Embodiment of the planar antenna in this invention. 本発明における平面アンテナの一実施形態を示す下面図である。It is a bottom view which shows one Embodiment of the planar antenna in this invention. 本発明における平面アンテナの一実施形態による特性図である。It is a characteristic view by one Embodiment of the planar antenna in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

W:被処理基板
1:処理室
2:誘電体板
3:アンテナ室
4:基板電極(基板載置用の台)
5:円板形アンテナ
6:高周波電源
7:自動整合器
8:同軸線路
10:ノズル板
11:ガスノズル(ガス噴出孔)
12、13、14:コイル(静磁界発生装置として働くコイル)
15:自動整合器
16:高周波バイアス電源
17:短絡板
50:導体板
50A:上面中心部
50B:連結部
50C:上面扇形部
50D:側端面部
50E:下面扇形部
50F:下面中心部
51:誘電体板
S1〜S4:スロット線路
W: Substrate to be processed 1: Processing chamber 2: Dielectric plate 3: Antenna chamber 4: Substrate electrode (substrate mounting base)
5: Disc antenna 6: High frequency power supply 7: Automatic matching device 8: Coaxial line 10: Nozzle plate 11: Gas nozzle (gas ejection hole)
12, 13, 14: Coil (coil that works as a static magnetic field generator)
15: Automatic matching device 16: High frequency bias power supply 17: Short-circuit plate 50: Conductor plate 50A: Upper surface center portion 50B: Connection portion 50C: Upper surface fan portion 50D: Side end surface portion 50E: Lower surface fan portion 50F: Lower surface center portion 51: Dielectric Body plates S1 to S4: Slot lines

Claims (3)

概略円筒形をしたエッチング処理室内に、当該エッチング処理室の電磁波導入窓に概略接している円板形アンテナから電磁波を放射してエッチングガスをプラズマ化する方式のプラズマ処理装置において、
前記円板形アンテナが複数のスロット線路を備え、
これら複数のスロット線路は、前記円板形アンテナの前記電磁波導入窓側にある面では放射状に配置され、前記円板形アンテナの前記電磁波導入窓側とは反対側の面では円周方向に配置されていて、
前記放射状に配置されたスロット線路と前記円周方向に配置されたスロット線路は、前記円板形アンテナの側端面部に形成したスロット線路により接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
In a plasma processing apparatus of a system that radiates electromagnetic waves from a disk-shaped antenna that is substantially in contact with an electromagnetic wave introduction window of the etching processing chamber, and converts the etching gas into plasma in an etching processing chamber having a substantially cylindrical shape,
The disk-shaped antenna comprises a plurality of slot lines;
The plurality of slot lines are arranged radially on the surface of the disk-shaped antenna on the side of the electromagnetic wave introduction window, and are arranged in the circumferential direction on the surface of the disk-shaped antenna opposite to the electromagnetic wave introduction window side. And
The plasma processing apparatus, wherein the radially arranged slot lines and the circumferentially arranged slot lines are connected by a slot line formed on a side end surface portion of the disc-shaped antenna .
請求項1に記載のプラズマ処理装置において、
前記エッチング処理室内の処理対象物に静磁界を略垂直に印加する手段が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1 ,
Means for applying a static magnetic field substantially perpendicularly to an object to be processed in the etching chamber is provided.
請求項1に記載のプラズマ処理装置において、
前記電磁波の周波数が200MHz以上5GHz以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
A plasma processing apparatus, wherein the electromagnetic wave has a frequency of 200 MHz to 5 GHz.
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