JP4107723B2

JP4107723B2 - Microwave plasma processing equipment

Info

Publication number: JP4107723B2
Application number: JP21099698A
Authority: JP
Inventors: 直樹松本; 敏雄中西
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2018-07-27
Also published as: JP2000048997A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いて生成したプラズマによって、半導体基板又は液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング又はアッシング等の処理を施す装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。一般にプラズマを生成させる励起手段には２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合と、１３．５６ＭＨｚのＲＦ（Radio Frequency ）を用いる場合とがある。前者は後者に比べて高密度のプラズマが得られるとともに、プラズマ発生のために電極を必要とせず、従って電極からのコンタミネーションを防止できるという利点がある。ところが、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置にあっては、プラズマ生成領域の面積を広くし、且つ密度が均一になるようにプラズマを発生させることが困難であった。しかしながら、マイクロ波プラズマ処理装置には前述した如く種々の利点があるため、該装置によって大口径の半導体基板，ＬＣＤ用ガラス基板等の処理を実現することが要求されていた。この要求を満たすため、本願出願人は、特開昭62−5600号公報、特開昭62−99481 号公報等において次のような装置を提案している。
【０００３】
図９は、特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのマイクロ波プラズマ処理装置を示す側断面図であり、図10は図９に示したマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。矩形箱状の反応器31は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器31の上部にはマイクロ波導入窓が開設してあり、該マイクロ波導入窓は封止板34で気密状態に封止されている。この封止板34は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【０００４】
反応器31には、該反応器31の上部を覆う長方形箱状のカバー部材40が連結してある。このカバー部材40内の天井部分には誘電体線路41が取り付けてあり、該誘電体線路41と封止板34との間にはエアギャップ43が形成されている。誘電体線路41は、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂等の誘電体を、矩形と三角形とを組み合わせた略五角形の頂点に凸部を設けた板形状に成形してなり、前記凸部をカバー部材40の周面に連結した導波管21に内嵌させてある。導波管21にはマイクロ波発振器20が連結してあり、マイクロ波発振器20が発振したマイクロ波は、導波管21によって誘電体線路41の凸部に入射される。
【０００５】
前述した如く、誘電体線路41の凸部の基端側は、平面視が略三角形状のテーパ部41a になしてあり、前記凸部に入射されたマイクロ波はテーパ部41a に倣ってその幅方向に拡げられ誘電体線路41の全体に伝播する。このマイクロ波はカバー部材40の導波管21に対向する端面で反射し、入射波と反射波とが重ね合わされて誘電体線路41に定在波が形成される。
【０００６】
反応器31の内部は処理室32になっており、処理室32の周囲壁を貫通する貫通穴に嵌合させたガス導入管35から処理室32内に所要のガスが導入される。処理室32の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台33が設けてあり、載置台33にはマッチングボックス36を介して高周波電源37が接続されている。また、反応器31の底部壁には排気口38が開設してあり、排気口38から処理室32の内気を排出するようになしてある。
【０００７】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口38から排気して処理室32内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管35から処理室32内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器20からマイクロ波を発振させ、これを導波管21を介して誘電体線路41に導入する。このとき、テーパ部41a によってマイクロ波は誘電体線路41内で均一に拡がり、誘電体線路41内に定在波を形成する。この定在波によって、誘電体線路41の下方に漏れ電界が形成され、それがエアギャップ43及び封止板34を透過して処理室32内へ導入される。このようにして、マイクロ波が処理室32内へ伝播する。これにより、処理室32内にプラズマが生成され、そのプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。これによって、大口径の試料Ｗを処理すべく反応器31の直径を大きくしても、その反応器31の全領域へマイクロ波を均一に導入することができ、大口径の試料Ｗを均一にプラズマ処理することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、誘電体線路41にマイクロ波を均一に拡がらせるために、封止板34及び反応器31の縁部から水平方向へ突出させたテーパ部41a を設けてあり、このテーパ部41a の寸法は、誘電体線路41の面積、即ち処理室32の直径に応じて定めてある。そのため、従来のマイクロ波プラズマ処理装置を設置する場合、反応器31周縁から突出させたテーパ部41a を格納するための水平方向のスペースを余分に確保しなければならない。
【０００９】
ところで、試料Ｗの大口径化に伴って、反応器31の直径が更に大きいマイクロ波プラズマ処理装置が要求されている。このとき、装置の設置場所を手当てする必要がないこと、即ち、可及的に狭いスペースで設置し得ることも要求されている。しかしながら、従来の装置にあっては、テーパ部41a の寸法は反応器31の直径に応じて定めるため、反応器31の直径が大きくなるに従ってテーパ部41a の寸法が長くなる。従って、反応器31の直径が更に大きいマイクロ波プラズマ処理装置を可及的に狭いスペースに設置するという２つの要求を共に満足することができない。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは容器の一部を封止する封止部材の表面に対向させて、管状部材を環状に曲成してなるアンテナが配置してあり、封止部材の表面であって、アンテナの曲成した部分で囲まれた領域と対向する部分に電極部材が設けてある構成にすることによって、反応器の直径が大きくても、装置全体のサイズを可及的に小さくでき、小さなスペースに設置し得るマイクロ波プラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、容器の一部を封止する封止部材の表面に対向させて、管状部材を環状に曲成してなるアンテナが配置してあり、該アンテナ内にマイクロ波を入射し、前記容器内のアンテナに対応する領域へマイクロ波を放出してプラズマを生成し、生成したプラズマによって被処理物を処理するマイクロ波プラズマ処理装置であって、前記環状に曲成されたアンテナで囲まれた部分に内嵌されたリング状の絶縁部材と、該リング状の絶縁部材内に嵌合された円板状の電極部材とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、前記電極部材に交流電界を印加する電源を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、マイクロ波を伝播させる管状部材を環状に曲成してなるアンテナが、容器（反応器）の一部を封止する封止部材の表面に対向させて設けてあり、このアンテナ内へマイクロ波を入射する。マイクロ波はアンテナの管状部材内を互いに逆方向へ進行する進行波となってアンテナ内を伝播し、両進行波は管状部材の入射口に対向する位置で互いに衝突して定在波が形成される。
【００１４】
この定在波によって、管状部材の壁面に所定の間隔で極大になる電流が通流し、管状部材の内外で電位差が生じ、この電位差によってアンテナから封止部材へ電界が放射される。即ち、アンテナから封止部材へマイクロ波が伝播する。このマイクロ波は封止部材を透過して容器内へ導入され、そのマイクロ波によってプラズマが生成される。
【００１５】
このようにアンテナの管状部材内へ直接的にマイクロ波を入射することができるため、アンテナは容器から突出することがなく、従ってマイクロ波プラズマ処理装置の水平方向の寸法を可及的に小さくすることができる。一方、マイクロ波はアンテナから容器の略全域に導かれるため、容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。更に、管状部材の内径を所要の寸法になすことによって、アンテナ内に単一なモード（基本モード）の定在波を形成することができ、これによってエネルギ損失を可及的に少なくすることができる。
【００１６】
また、前記電極部材に、例えば１３．５６ＭＨｚ付近の高周波電界を印加することによって、前記容器の電極部材に対向する領域にプラズマを生成させることができる。このように、容器内の電極部材に対向する領域及びその周囲の領域にプラズマを生成することができるため、アンテナと被処理物との間の距離を短くしてもプラズマが十分拡散し、被処理物と同一面内で略均一になる。従って、マイクロ波プラズマ処理装置の寸法、特に垂直方向の寸法を更に小さくすることができる。また、所要のプラズマ処理を速い処理速度で行うことができる。
【００１７】
更に、前記アンテナから放出させたマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、前記電極部材に高周波電界を印加することよってプラズマを生成することができるため、電極部材に印加する高周波電界のパワーを制御することによって、アンテナから放出させるマイクロ波のパワーを調節することなく、被処理物の中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００１９】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、アンテナ内にマイクロ波を発振し、容器内のアンテナに対向する領域にプラズマを生成すると共に、前述した電極部材に、２００ＫＨｚ〜２ＭＨｚ、好ましくは４００ＫＨｚの低周波電界を印加する。マイナスの電界では、プラズマ中のプラスにチャージしたイオンが、アンテナの曲成した部分の中央側へ移動し、プラスの電界では、それとは逆の方向へ移動する。これによって、プラズマの状態を安定に保ちつつ、プラズマの拡散効率が向上し、アンテナと被処理物との間の距離を短くしても被処理物と同一面内で略均一なプラズマが得られる。従って、前同様、マイクロ波プラズマ処理装置の垂直方向の寸法を小さくすることができると共に、所要のプラズマ処理を速い処理速度で行うことができる。
【００２０】
ところで、被処理物の厚さ方向へ指向性を有する異方性エッチングを行う場合、容器内に被処理物を載置させるべく設けてある載置台に低周波バイアス（Ｖ_aｓｉｎ（ωｔ）：ωは角周波数、ｔは時間）を印加することによって、プラズマ中のイオンを被処理物上へ引き込むことが行われている。このとき、前記載置台に印加する低周波バイアスと逆のバイアス（−Ｖ_bｓｉｎ（ωｔ））を前述した電極部材に印加する。これによって、プラズマ中のイオンは載置台の中央部分で（Ｖ_a＋Ｖ_b）の電位を受けることになり、エッチング処理の異方性が向上する。
【００２１】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、前記電極部材に直流電界を印加する電源を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、アンテナ内にマイクロ波を発振し、容器内のアンテナに対向する領域にプラズマを生成すると共に、前述した電極部材にマイナスの直流電界を印加する。これによって、プラズマ中のプラスにチャージしたイオンが、アンテナの曲成した部分の中央側へ移動するため、プラズマの均一化が図られる。そのため、アンテナと被処理物との間の距離を短くすることができ、マイクロ波プラズマ処理装置の寸法を更に小さくすることができると共に、被処理物のプラズマ処理速度が向上する。
【００２３】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は、前記電極部材及び前記封止部材、並びに／又は前記封止部材の電極部材とアンテナの曲成した部分との間隙を貫通し、前記容器内にガスを導入するガス導入路が設けてあることを特徴とする。
【００２８】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、封止部材のアンテナの曲成した部分で囲まれた領域と対向する部分に設けたガス導入路から容器内へガスを導入するようになしてあるため、ガスは容器の中央部分から全周縁方向及び容器の中心軸方向へ放射状に拡散し、容器の直径方向の複数の位置において略均一な密度になるようにプラズマが生成される。これによって、被処理物の全領域を均一な速度で処理することができると共に、プラズマ処理の対象とする対象部分と非対象部分との選択比が向上する。
【００２９】
更に、ガスはそのほとんどが、容器内に生成されたプラズマ内へ供給されるのに加えて、供給されたガスはプラズマ中に比較的長い時間滞在するため、ガスの利用効率が高い。一方、ガス導入路は、封止部材のアンテナの曲成した部分で囲まれた領域と対向する部分に設けてあるため、アンテナ内を伝播するマイクロ波に悪影響を与えない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図であり、図２は図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。有底円筒形状の反応器１は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器１の上部にはマイクロ波導入窓が開設してあり、該マイクロ波導入窓は封止板４で気密状態に封止されている。この封止板４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【００３１】
前述した封止板４には、導電性金属を円形蓋状に成形し、中央に円形の穴を開設してなるカバー部材10が外嵌してあり、該カバー部材10は反応器１上に固定してある。カバー部材10上の前記穴の周囲には、反応器１内へマイクロ波を導入するためのアンテナ11が設けてある。アンテナ11は、カバー部材10の上面に固定してあり、断面視がコ字状の部材を環状に成形してなる環状導波管型アンテナ部12を備えており、カバー部材10の環状導波管型アンテナ部12に対向する部分には複数のスリット15，15，…が開設してある。
【００３２】
環状導波管型アンテナ部12は、反応器１の内周面より少し内側に、反応器１の中心軸と同心円上に設けてあり、その外周面に設けた開口（導入口）の周囲には該環状導波管型アンテナ部12へマイクロ波を導入するための導入部13が、環状導波管型アンテナ部12の直径方向になるように連結してある。この導入部13及び環状導波管型アンテナ部12内には、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体14が内嵌してある。
【００３３】
導入部13にはマイクロ波発振器20から延設した導波管21が連結してあり、マイクロ波発振器20が発振したマイクロ波は、導波管21を経てアンテナ11の導入部13に入射される。この入射波は、導入部13から環状導波管型アンテナ部12へ導入される。環状導波管型アンテナ部12へ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部12を互いに逆方向へ進行する進行波として、該環状導波管型アンテナ部12内の誘電体14中を伝播し、両進行波は、環状導波管型アンテナ部12の前記開口に対向する位置で衝突して定在波が生成される。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部12の内面に、所定の間隔で極大値を示す電流が通流する。
【００３４】
このとき、環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モードである矩形ＴＥ１０にすべく、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部12の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍになしてある。このモードのマイクロ波は、エネルギを殆ど損失することなく環状導波管型アンテナ部12内の誘電体14を伝播する。
【００３５】
また、直径が３８０ｍｍの封止板４を用い、環状導波管型アンテナ部12にεｒ＝２．１のテフロン（登録商標）を内嵌した場合、環状導波管型アンテナ部12の中心から環状導波管型アンテナ部12の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍになしてある。この場合、環状導波管型アンテナ部12の幅方向の中央を結ぶ円Ｃの周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、該環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波の波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。そのため、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部12内で共振して、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナのＱ値が向上する。
【００３６】
ところで、環状導波管型アンテナ部12内には誘電体14を装入せずに空洞になしてもよい。しかし、環状導波管型アンテナ部12内に誘電体14を装入した場合、環状導波管型アンテナ部12に入射されたマイクロ波は誘電体14によってその波長が１／√（εｒ）倍（εｒは誘電体の比誘電率）だけ短くなる。従って同じ直径の環状導波管型アンテナ部12を用いた場合、誘電体14が装入してあるときの方が、誘電体14が装入していないときより、環状導波管型アンテナ部12の壁面に通流する電流が極大になる位置が多く、その分、スリット15，15，…を多く開設することができる。そのため、処理室２内へマイクロ波をより均一に導入することができる。
【００３７】
図３は、図１及び図２に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図３に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図２参照）の環状導波管型アンテナ部12に対向する部分に、環状導波管型アンテナ部12の直径方向へ、即ち環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように短冊状に開設してある。環状導波管型アンテナ部12が前述した寸法である場合、各スリット15，15，…の長さは５０ｍｍであり、幅は２０ｍｍである。
【００３８】
各スリット15，15，…は、導入部13の中心線を延長した延長線Ｌと前述した円Ｃとが交わる２点の内の導入部13から離隔した側である交点Ｐ₁から、円Ｃに倣ってその両方へ、それぞれ（２ｎ−１）・λｇ／４（ｎは整数、λｇはアンテナ内を伝播するマイクロ波の波長）を隔てた位置に、２つのスリット15，15を開設してあり、両スリット15，15から、円Ｃに倣ってその両方へ、ｍ・λｇ／２（ｍは整数）の間隔で複数の他のスリット15，15，…がそれぞれ開設してある。
【００３９】
なお、本実施の形態では、スリット15，15，…は、環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように開設してあるが、本発明はこれに限らず、前記マイクロ波の進行方向に斜めに交わるようにスリットを開設してもよく、また、マイクロ波の進行方向に開設してもよい。反応器１内に生成されたプラズマによって、アンテナ11内を伝播するマイクロ波の波長が変化して、環状導波管型アンテナ部12の周壁に通流する電流の極大値を示す位置が変化する場合があるが、マイクロ波の進行方向に斜めに開設したスリット又はマイクロ波の進行方向に開設したスリットにあっては、電流の極大値を示す位置の変化をスリットの領域内に取り込むことができる。
【００４０】
前述したように各スリット15，15，…は、カバー部材10に略放射状に設けてあるため、マイクロ波は反応器１内の全領域に均一に導入される。一方、図１に示したように、アンテナ11は反応器１の直径と同じ直径のカバー部材10上に、該カバー部材10の周縁から突出することなく設けてあるため、反応器１の直径が大きくても、マイクロ波プラズマ処理装置のサイズを可及的に小さく、従って小さなスペースに設置し得る。
【００４１】
処理室２の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台３が設けてあり、載置台３にはマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されている。また、反応器１の底部壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。
【００４２】
カバー部材10の環状導波管型アンテナ部12で囲まれた部分に設けてある円形の穴には、リング状の絶縁部材24が内嵌してあり、該絶縁部材24内には円板状の電極部材25が嵌合してある。前述した寸法のアンテナ11を用いた場合、電極部材25の直径は略１００ｍｍである。この電極部材25は同軸ケーブルによって第２高周波電源27に接続してあり、該第２高周波電源27から電極部材25に１３．５６ＭＨｚの高周波が印加される。
【００４３】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口８から排気して処理室２内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管５から処理室２内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器20から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管21を経てアンテナ11に導入し、そこに定在波を形成させる。この定在波によって、アンテナ11のスリット15，15，…から処理室２内へ電界を放射させ、それによって処理室２内の封止板４の近傍であって、前記スリット15，15，…に対応する各領域にそれぞれプラズマを生成させる。
【００４４】
また、マイクロ波発振器20の発振と同時的に、第２高周波電源27から電極部材25に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、処理室２内の封止板４の近傍であって、電極部材25に対応する領域にプラズマを生成させる。これらの領域で生成したプラズマは、各領域から拡散しつつ載置台３へ伝播し、略均一になったプラズマによって載置台３上の試料Ｗの表面がエッチングされる。このように、アンテナ11の中央部分に対応する領域にもプラズマが生成されるため、載置台３と封止板４との間の距離が短い場合であっても、即ち、拡散距離が短い場合であっても、載置台３の表面と同一面内において略均一なプラズマを得ることができる。これによって、マイクロ波プラズマ処理装置のサイズを更に小さくすることができる。また、プラズマ処理の速度を向上させることもできる。
【００４５】
一方、マイクロ波発振器20が発振し、アンテナ11から放出させたマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、前記電極部材25に高周波電界を印加することによって処理室２内にプラズマを生成することができるため、電極部材25に印加する高周波電界のパワーを制御することによって、マイクロ波発振器20から発振させるマイクロ波のパワーを調節することなく、被処理物の中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２を示す側断面図であり、前述した第２高周波電源27に代えて第２マイクロ波発振器22を用いた場合を示している。なお、図中、図１に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図４に示した如く、カバー部材10の中央に開設してある円形の穴には、リング状の絶縁部材24を介装させて円筒形の第２導波管23の一端が内嵌しており、第２導波管23の他端は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振する第２マイクロ波発振器22に連結してある。また、絶縁部材24には、該絶縁部材24及び封止板４を貫通する複数の貫通孔が所定のピッチで開設してあり、各貫通孔にはガス導入管５，５，…が嵌合してある。
【００４７】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、前同様、マイクロ波発振器20から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管21を経てアンテナ11に導入し、アンテナ11のスリット15，15，…から処理室２内へ電界を放射させ、それによって処理室２内の封止板４の近傍であって、前記スリット15，15，…に対応する各領域にそれぞれプラズマを生成させる。また、第２マイクロ波発振器22から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを第２導波管23によって封止板４の中央部に導き、そこから処理室２内へマイクロ波を導入することによって、処理室２内の封止板４の近傍であって、第２導波管23の開口に対応する領域にプラズマを生成させる。これによって、載置台３と封止板４との間の距離が短い場合であっても、載置台３の表面と同一面内において略均一なプラズマを得ることができるため、前同様、マイクロ波プラズマ処理装置のサイズを小さくすることができると共に、プラズマ処理の速度を向上させることができる。
【００４８】
一方、マイクロ波発振器20が発振し、アンテナ11から放出させたマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、第２マイクロ波発振器22が発振し、第２導波管23から処理室２内へ導入したマイクロ波によって処理室２内にプラズマを生成することができるため、第２マイクロ波発振器22から発振されるマイクロ波のパワーを制御することによって、マイクロ波発振器20から発振されるマイクロ波のパワーを調節することなく、被処理物の中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００４９】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３を示す側断面図であり、図１に示した高周波電源27に代えて直流電源39によって電極部材25に直流電圧を印加するようになしてある。なお、図中、図１に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図５に示した如く、電極部材25は直流電源39の負端子に接続してあり、該直流電源39から所定の負電圧が印加されるようになっている。
【００５０】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、前同様、マイクロ波発振器20から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管21を経てアンテナ11に導入し、アンテナ11のスリット15，15，…から処理室２内へ電界を放射させ、それによって処理室２内の封止板４の近傍であって、前記スリット15，15，…に対応する各領域にそれぞれプラズマを生成させる。また、直流電源39から電極部材25に負電圧を所定時間印加して、前述した如く生成されたプラズマ中のプラスイオンを処理室２の中心軸側へ移動させる。これによって、載置台３と封止板４との間の距離が短い場合であっても、載置台３の表面と同一面内において略均一なプラズマを得ることができ、前同様、マイクロ波プラズマ処理装置のサイズを小さくすることができると共に、プラズマ処理の速度を向上させることができる。
【００５１】
（実施の形態４）
図６は、実施の形態４を示す側断面図であり、図１に示した第２高周波電源27に代えて低周波電源28によって電極部材25に４００ＫＨｚの低周波を印加するようになしてある。なお、図中、図１に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図６に示した如く、電極部材25は低周波電源37の出力端子に接続してあり、該低周波電源37から４００ＫＨｚの低周波が印加される。
【００５２】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、前同様、マイクロ波発振器20から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管21を経てアンテナ11に導入し、アンテナ11のスリット15，15，…から処理室２内へ電界を放射させ、それによって処理室２内の封止板４の近傍であって、前記スリット15，15，…に対応する各領域にそれぞれプラズマを生成させる。また、低周波電源37から電極部材25に４００ＫＨｚの低周波を印加する。
【００５３】
このような低周波の電界を印加した場合、処理室２内に生成されたプラズマ中のプラスイオンは、負電界のときは処理室２の中心側へ移動し、正電界のときはそれとは反対側へ移動する。そのため、生成したプラズマの状態を安定に維持しつつ、プラズマの拡散効率を向上することができる。これによって、載置台３と封止板４との間の距離が短い場合であっても、載置台３の表面と同一面内において略均一なプラズマを得ることができ、前同様、マイクロ波プラズマ処理装置のサイズを小さくすることができると共に、プラズマ処理の速度を向上させることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、低周波電源37から電極部材25に４００ＫＨｚの低周波を印加するようになしてあるが、本発明はこれに限らず、２００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの低周波電界を印加すればよい。
【００５５】
（実施の形態５）
図７は実施の形態５を示す側断面図であり、封止板４の中央部分から処理室２内にガスを導入するようになしてある。なお、図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図７に示した如く、電極部材25の中央には、該電極部材25及び封止板４を貫通する貫通孔が開設してあり、該貫通孔にはガス導入管５（ガス導入路）が嵌合してある。
【００５６】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、電極部材25の中央に設けたガス導入管５から処理室２内に反応ガスを導入するため、反応ガスは処理室２の中央から全周縁方向へ放射状に拡散して、処理室２の全領域で略均一な密度のプラズマが生成され、試料Ｗを均一な速度で処理することができる。また、プラズマ処理の対象とする対象部分と非対象部分との選択比が向上する。更に、反応ガスはそのほとんどが、処理室２内に生成されたプラズマ内へ供給されるのに加えて、供給された反応ガスはプラズマ中に比較的長い時間滞在するため、反応ガスの利用効率が高い。一方、ガス導入管５は、環状導波管型アンテナ部12で囲まれた電極部材25に設けてあるため、環状導波管型アンテナ部12内を伝播するマイクロ波に悪影響を与えない。
【００５７】
なお、本実施の形態では、電極部材25にガス導入管５が設けてあるが、本発明はこれに限らず、絶縁部材24に該絶縁部材24及び封止板４を貫通する１又は複数の貫通孔を開設し、該貫通孔にガス導入管を嵌合させてもよいことはいうまでもない。また、電極部材25及び絶縁部材24にガス導入管を設けてもよい。絶縁部材24に複数のガス導入管を設ける場合、絶縁部材24の中心軸回りに対称になるように各ガス導入管を配する。これによって、処理室２の全領域により均一に反応ガスを導入することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態ではリング状の絶縁部材24を用いているが、本発明はこれに限らず、環状導波管型アンテナ部12と電極部材25とを所要寸法隔てて間隙を設ける構成になしてもよいことはいうまでもない。
【００５９】
（実施の形態６）
図８は、実施の形態６を示す側断面図であり、前述した第２高周波電源27に代えて第２マイクロ波発振器22を用い、封止板４の中央部分から処理室２内にガスを導入するようになしてある。なお、図中、図４に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図８に示した如く、リング状の絶縁部材24には、該絶縁部材24及び封止板４を貫通する複数の貫通孔が所定のピッチで開設してあり、各貫通孔にはガス導入管５，５，…が嵌合してある。
【００６０】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、絶縁部材24に設けたガス導入管５，５，…から処理室２内に反応ガスを導入するため、反応ガスは処理室２の中央部分から処理室２の中心軸方向及び全周縁方向へ放射状に拡散し、処理室２の全領域で略均一な密度のプラズマを生成することができると共に、反応ガスの利用効率を向上させることができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、絶縁部材24に複数のガス導入管５，５，…を設けてあるが、本発明にこれに限らず、絶縁部材24に１本のガス導入管５を設けてもよいことはいうまでもない。また、絶縁部材24に複数のガス導入管５，５，…を設ける場合、絶縁部材24の中心軸回りに対称になるように各ガス導入管５，５，…を配する。これによって、処理室２の全領域により均一に反応ガスを導入することができる。
【００６２】
なお、上述した各実施の形態では、環状導波管型アンテナ部12に導入部13が、環状導波管型アンテナ部12の直径方向になるように連結してあるが、本発明はこれに限らず、環状導波管型アンテナ部12に導入部18を、環状導波管型アンテナ部12の接線方向になるように連結してもよい。また、各実施の形態では、環状導波管型アンテナ部12の外周面に導入部13が設けてあるが、本発明はこれに限らず、環状導波管型アンテナ部12の外周面に、該環状導波管型アンテナ部12の中心軸に対して軸対称になるように複数の導入口及び導入部を設けてもよい。これによって、環状導波管型アンテナ部12の周方向で、環状導波管型アンテナ部12から反応器１へ放射されるマイクロ波のエネルギを均一にすることができる。
【００６３】
ところで、上述した実施の形態では、スリット内は空になしてあるが、本発明はこれに限らず、スリットに誘電体を内嵌させてもよい。アンテナ内に導入するマイクロ波のパワーが高い場合、スリットの角部でマイクロ波の電界が局所的に集中し、スリットと封止板との間で異常放電が生じる虞がある。この異常放電により、プラズマが不安定・不均一になり、プラズマ処理に支障を来す場合、又はスリット若しくは封止板が損傷する場合がある。しかし、スリット内に誘電体を挿入した場合、スリットの角部への電界の集中を抑制することができると共に、放電が起こり得る空間を誘電体によって塞ぐことができるため、前述した異常放電が発生せず、安全性が向上すると共に、高パワーのマイクロ波を用いて、安定・均一に試料をプラズマ処理することができる。スリットに内嵌させる誘電体としては、マイクロ波を吸収しないテフロン（登録商標），石英，アルミナ等を用いることができるが、アルミナは局所的な電界の集中を抑制することができるため好適である。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、アンテナの管状部材内へ直接的にマイクロ波を入射することができるため、アンテナは容器から突出することがない。そのため、容器の直径が大きくても、マイクロ波プラズマ処理装置の水平方向のサイズが可及的に小さく、従って小さなスペースに設置し得る。また、マイクロ波はアンテナから容器の略全域に導かれるため、容器内へマイクロ波を均一に導入することができる。更に、マイクロ波の拡散距離が短い場合であっても、被処理物の表面と同一面内において略均一なプラズマを得ることができるため、マイクロ波プラズマ処理装置の鉛直方向のサイズを小さくすることができる。また、プラズマ処理の速度を向上させることもできる。
【００６５】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、更に、アンテナから放出させたマイクロ波によるプラズマの生成とは別に、容器内にプラズマを生成することができるため、アンテナから放出させるマイクロ波のパワーを調節することなく、被処理物の中央部及び周縁部におけるプラズマ処理の速度を均一にすることができる。
【００６６】
本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置にあっては、封止部材のアンテナの曲成した部分で囲まれた領域と対向する部分に設けたガス導入路から容器内へガスを導入するようになしてあるため、ガスは容器の中央部分から全周縁方向及び容器の中心軸方向へ放射状に拡散し、容器の直径方向の複数の位置において略均一な密度になるようにプラズマが生成される。これによって、被処理物の全領域を均一な速度で処理することができると共に、プラズマ処理の対象とする対象部分と非対象部分との選択比が向上する。更に、ガスはそのほとんどが、容器内に生成されたプラズマ内へ供給されるのに加えて、供給されたガスはプラズマ中に比較的長い時間滞在するため、ガスの利用効率が高い。一方、ガス導入路は、封止部材のアンテナの曲成した部分で囲まれた領域と対向する部分に設けてあるため、アンテナ内を伝播するマイクロ波に悪影響を与えない等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。
【図３】図１及び図２に示したスリットを説明する説明図である。
【図４】実施の形態２を示す側断面図である。
【図５】実施の形態３を示す側断面図である。
【図６】実施の形態４を示す側断面図である。
【図７】実施の形態５を示す側断面図である。
【図８】実施の形態６を示す側断面図である。
【図９】従来の装置と同タイプのマイクロ波プラズマ処理装置を示す側断面図である。
【図１０】図９に示したマイクロ波プラズマ処理装置の平面図である。
【符号の説明】
１反応器
２処理室
３載置台
４封止板
１０カバー部材
１１アンテナ
１２環状導波管型アンテナ部
１３導入部
１５スリット
Ｗ試料
Ｃ円
Ｌ延長線
Ｐ₁ 交点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for performing processing such as etching or ashing on a semiconductor substrate or a glass substrate for a liquid crystal display by plasma generated using microwaves.
[0002]
[Prior art]
Plasma generated by applying energy to the reaction gas from the outside is widely used in manufacturing processes such as LSI or LCD. In particular, the use of plasma has become an indispensable basic technology in the dry etching process. Generally, there are a case where a microwave of 2.45 GHz is used as an excitation means for generating plasma and a case where RF (Radio Frequency) of 13.56 MHz is used. The former has advantages in that a higher-density plasma can be obtained than the latter, and no electrode is required for plasma generation, thus preventing contamination from the electrode. However, in the plasma processing apparatus using microwaves, it is difficult to generate plasma so that the area of the plasma generation region is widened and the density is uniform. However, since the microwave plasma processing apparatus has various advantages as described above, it has been required to realize processing of a semiconductor substrate having a large diameter, a glass substrate for LCD, and the like by the apparatus. In order to satisfy this requirement, the present applicant has proposed the following apparatus in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-5600 and 62-99481.
[0003]
FIG. 9 is a side sectional view showing a microwave plasma processing apparatus of the same type as the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-5600 and 62-99481, and FIG. 10 is shown in FIG. It is a top view of a microwave plasma processing apparatus. The rectangular box reactor 31 is entirely made of aluminum. A microwave introduction window is opened above the reactor 31, and the microwave introduction window is sealed in an airtight state by a sealing plate. The sealing plate 34 is formed of a dielectric material such as quartz glass or alumina that has heat resistance and microwave transparency and has a low dielectric loss.
[0004]
A rectangular box-like cover member 40 that covers the upper portion of the reactor 31 is connected to the reactor 31. A dielectric line 41 is attached to the ceiling portion in the cover member 40, and an air gap 43 is formed between the dielectric line 41 and the sealing plate. The dielectric line 41 is formed by molding a dielectric material such as Teflon (registered trademark) such as fluororesin, polyethylene resin or polystyrene resin into a plate shape having a convex portion at the apex of a substantially pentagonal combination of a rectangle and a triangle. The convex portion is fitted in the waveguide 21 connected to the peripheral surface of the cover member 40. A microwave oscillator 20 is connected to the waveguide 21, and the microwave oscillated by the microwave oscillator 20 is incident on the convex portion of the dielectric line 41 by the waveguide 21.
[0005]
As described above, the base end side of the convex portion of the dielectric line 41 is formed into the tapered portion 41a having a substantially triangular shape in plan view, and the microwave incident on the convex portion follows the tapered portion 41a and its width. It spreads in the direction and propagates throughout the dielectric line 41. The microwave is reflected by the end surface of the cover member 40 facing the waveguide 21, and the incident wave and the reflected wave are superimposed to form a standing wave in the dielectric line 41.
[0006]
The inside of the reactor 31 is a processing chamber 32, and a required gas is introduced into the processing chamber 32 from a gas introduction pipe 35 fitted in a through hole penetrating the peripheral wall of the processing chamber 32. In the center of the bottom wall of the processing chamber 32, a mounting table 33 for mounting the sample W is provided, and a high frequency power source 37 is connected to the mounting table 33 via a matching box. In addition, an exhaust port 38 is formed in the bottom wall of the reactor 31, and the inside air of the processing chamber 32 is exhausted from the exhaust port 38.
[0007]
In order to perform the etching process on the surface of the sample W using such a microwave plasma processing apparatus, after exhausting from the exhaust port 38 and reducing the inside of the processing chamber 32 to a desired pressure, the processing chamber is connected to the processing chamber 32 through the gas introduction pipe 35. The reaction gas is supplied into 32. Next, a microwave is oscillated from the microwave oscillator 20 and introduced into the dielectric line 41 via the waveguide 21. At this time, the microwave is uniformly spread in the dielectric line 41 by the taper portion 41 a, and a standing wave is formed in the dielectric line 41. Due to this standing wave, a leakage electric field is formed below the dielectric line 41, which is introduced into the processing chamber 32 through the air gap 43 and the sealing plate 34. In this way, the microwave propagates into the processing chamber 32. Thereby, plasma is generated in the processing chamber 32, and the surface of the sample W is etched by the plasma. As a result, even if the diameter of the reactor 31 is increased in order to process the large-diameter sample W, microwaves can be uniformly introduced into the entire region of the reactor 31, and the large-diameter sample W can be uniformly distributed. Plasma treatment can be performed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional microwave plasma processing apparatus, in order to spread the microwaves uniformly on the dielectric line 41, a taper portion 41a protruding in the horizontal direction from the edge of the sealing plate 34 and the reactor 31 is provided. The dimension of the tapered portion 41a is determined according to the area of the dielectric line 41, that is, the diameter of the processing chamber 32. Therefore, when a conventional microwave plasma processing apparatus is installed, an extra horizontal space for storing the tapered portion 41a protruding from the periphery of the reactor 31 must be secured.
[0009]
By the way, as the diameter of the sample W increases, a microwave plasma processing apparatus having a larger diameter of the reactor 31 is required. At this time, it is also required that the installation location of the apparatus does not need to be dealt with, that is, it can be installed in a space as small as possible. However, in the conventional apparatus, since the dimension of the tapered portion 41a is determined according to the diameter of the reactor 31, the dimension of the tapered portion 41a becomes longer as the diameter of the reactor 31 becomes larger. Therefore, the two requirements for installing a microwave plasma processing apparatus having a larger diameter of the reactor 31 in a space as small as possible cannot be satisfied.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is an antenna formed by bending a tubular member into an annular shape so as to face a surface of a sealing member that seals a part of a container. Is disposed on the surface of the sealing member and facing the region surrounded by the bent portion of the antenna, the diameter of the reactor is increased. Another object of the present invention is to provide a microwave plasma processing apparatus that can reduce the overall size of the apparatus as much as possible and can be installed in a small space.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the microwave plasma processing apparatus according to the present invention, an antenna formed by bending a tubular member into an annular shape is disposed so as to face a surface of a sealing member that seals a part of a container. A microwave plasma processing apparatus that enters a microwave, emits the microwave to a region corresponding to the antenna in the container, generates plasma, and processes an object to be processed by the generated plasma, and is bent in the annular shape. A ring-shaped insulating member fitted in a portion surrounded by the formed antenna, and a disk-shaped electrode member fitted in the ring-shaped insulating member .
[0012]
Microwave plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that it comprises a power source for applying a ac electric field before Symbol electrode member.
[0013]
In the microwave plasma processing apparatus of the present invention, the antenna formed by annularly forming a tubular member that propagates microwaves faces the surface of the sealing member that seals a part of the container (reactor). The microwave is incident on the antenna. Microwaves propagate in the antenna as traveling waves traveling in opposite directions in the tubular member of the antenna, and both traveling waves collide with each other at a position facing the entrance of the tubular member to form a standing wave. The
[0014]
By this standing wave, a current that becomes maximum at a predetermined interval flows through the wall surface of the tubular member, and a potential difference is generated inside and outside the tubular member, and an electric field is radiated from the antenna to the sealing member due to this potential difference. That is, the microwave propagates from the antenna to the sealing member. This microwave passes through the sealing member and is introduced into the container, and plasma is generated by the microwave.
[0015]
Since the microwave can directly enter the antenna tubular member in this way, the antenna does not protrude from the container, and thus the horizontal dimension of the microwave plasma processing apparatus is made as small as possible. be able to. On the other hand, since the microwave is guided from the antenna to almost the entire region of the container, the microwave can be uniformly introduced into the container. Furthermore, by setting the inner diameter of the tubular member to a required size, a standing wave of a single mode (fundamental mode) can be formed in the antenna, thereby reducing energy loss as much as possible. it can.
[0016]
Further, by applying a high frequency electric field of, for example, around 13.56 MHz to the electrode member, plasma can be generated in a region facing the electrode member of the container. As described above, plasma can be generated in the region facing the electrode member in the container and in the surrounding region. Therefore, even if the distance between the antenna and the object to be processed is shortened, the plasma is sufficiently diffused, It becomes substantially uniform in the same plane as the processed material. Accordingly, the dimensions of the microwave plasma processing apparatus, particularly the vertical dimension, can be further reduced. In addition, the required plasma processing can be performed at a high processing speed.
[0017]
In addition to generating plasma by microwaves emitted from the antenna, plasma can be generated by applying a high-frequency electric field to the electrode member, so that the power of the high-frequency electric field applied to the electrode member is controlled. Accordingly, it is possible to make the plasma processing speed uniform in the central portion and the peripheral portion of the object to be processed without adjusting the power of the microwave emitted from the antenna.
[0019]
In the microwave plasma processing apparatus of the present invention, microwaves are oscillated in the antenna to generate plasma in a region facing the antenna in the container, and 200 KHz to 2 MHz, preferably 400 KHz, on the electrode member described above. Apply a low frequency electric field. In a negative electric field, positively charged ions in the plasma move to the center side of the bent portion of the antenna, and in a positive electric field, the ions move in the opposite direction. As a result, the plasma diffusion efficiency is improved while keeping the plasma state stable, and a substantially uniform plasma can be obtained in the same plane as the object to be processed even if the distance between the antenna and the object to be processed is shortened. . Accordingly, as in the previous case, the vertical dimension of the microwave plasma processing apparatus can be reduced, and the required plasma processing can be performed at a high processing speed.
[0020]
Incidentally, when performing anisotropic etching having directivity in the thickness direction of the workpiece, the low frequency bias to the mounting table which is provided in order to place the object to be treated in the container (V _a sin (ωt): By applying an angular frequency (ω is time), ions in plasma are drawn onto the object to be processed. At this time, a bias (−V _b sin (ωt)) opposite to the low frequency bias applied to the mounting table is applied to the electrode member described above. As a result, ions in the plasma receive a potential of (V _a + V _b ) at the center portion of the mounting table, and the anisotropy of the etching process is improved.
[0021]
Microwave plasma processing apparatus according to the present invention is characterized by comprising a power supply for applying a DC electric field before Symbol electrode member.
[0022]
In the microwave plasma processing apparatus of the present invention, microwaves are oscillated in the antenna, plasma is generated in a region facing the antenna in the container, and a negative DC electric field is applied to the electrode member described above. As a result, positively charged ions in the plasma move toward the center of the bent portion of the antenna, so that the plasma can be made uniform. Therefore, the distance between the antenna and the object to be processed can be shortened, the size of the microwave plasma processing apparatus can be further reduced, and the plasma processing speed of the object to be processed can be improved.
[0023]
Microwave plasma processing apparatus according to the present invention, through the gap between the front Symbol electrode member and the sealing member, and / or the electrode member and the song forms part of the antenna of the sealing member, the gas in the container It is characterized in that a gas introduction path for introducing gas is provided.
[0028]
In the microwave plasma processing apparatus of the present invention, gas is introduced into the container from a gas introduction path provided in a portion facing the region surrounded by the bent portion of the antenna of the sealing member. For this reason, the gas diffuses radially from the central portion of the container in the entire peripheral direction and the central axis direction of the container, and plasma is generated so as to have a substantially uniform density at a plurality of positions in the diameter direction of the container. Accordingly, the entire region of the object to be processed can be processed at a uniform speed, and the selection ratio between the target portion and the non-target portion to be subjected to plasma processing is improved.
[0029]
In addition, most of the gas is supplied into the plasma generated in the container, and in addition, the supplied gas stays in the plasma for a relatively long time, so that the gas utilization efficiency is high. On the other hand, the gas introduction path is provided in a portion facing the region surrounded by the bent portion of the antenna of the sealing member, and thus does not adversely affect the microwave propagating in the antenna.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of a microwave plasma processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. The bottomed cylindrical reactor 1 is entirely made of aluminum. A microwave introduction window is opened at the top of the reactor 1, and the microwave introduction window is sealed in an airtight state by a sealing plate 4. The sealing plate 4 is made of a dielectric material such as quartz glass or alumina that has heat resistance and microwave transparency and has a small dielectric loss.
[0031]
A cover member 10 formed by forming a conductive metal into a circular lid shape and opening a circular hole in the center is fitted on the sealing plate 4 described above, and the cover member 10 is placed on the reactor 1. It is fixed. An antenna 11 for introducing microwaves into the reactor 1 is provided around the hole on the cover member 10. The antenna 11 is fixed to the upper surface of the cover member 10 and includes an annular waveguide antenna portion 12 formed by annularly forming a member having a U-shaped cross-sectional view. A plurality of slits 15, 15,... Are opened in a portion facing the tube antenna unit 12.
[0032]
The annular waveguide antenna 12 is provided slightly inside the inner peripheral surface of the reactor 1 and concentrically with the central axis of the reactor 1, and around an opening (introduction port) provided on the outer peripheral surface. Are connected so that an introduction portion 13 for introducing a microwave into the annular waveguide antenna portion 12 is in the diameter direction of the annular waveguide antenna portion 12. A dielectric 14 such as a fluororesin such as Teflon (registered trademark), a polyethylene resin, or a polystyrene resin (preferably Teflon) is fitted in the introduction portion 13 and the annular waveguide antenna portion 12.
[0033]
A waveguide 21 extending from the microwave oscillator 20 is connected to the introduction section 13, and the microwave oscillated by the microwave oscillator 20 is incident on the introduction section 13 of the antenna 11 through the waveguide 21. . This incident wave is introduced from the introducing portion 13 to the annular waveguide antenna portion 12. The microwaves introduced into the annular waveguide antenna unit 12 are traveling waves traveling in the opposite directions in the annular waveguide antenna unit 12 in the dielectric 14 in the annular waveguide antenna unit 12. Both traveling waves collide at a position facing the opening of the annular waveguide antenna unit 12 to generate a standing wave. Due to this standing wave, a current having a maximum value flows through the inner surface of the annular waveguide antenna portion 12 at a predetermined interval.
[0034]
At this time, in order to change the microwave mode propagating in the annular waveguide antenna unit 12 to the rectangular TE10 which is the basic propagation mode, the annular waveguide antenna unit 12 is set in accordance with the microwave frequency of 2.45 GHz. The dimensions are a height of 27 mm and a width of 66.2 mm. The microwave in this mode propagates through the dielectric 14 in the annular waveguide antenna unit 12 with almost no energy loss.
[0035]
Further, when the sealing plate 4 having a diameter of 380 mm is used and Teflon (registered trademark) of εr = 2.1 is fitted into the annular waveguide antenna portion 12, the center of the annular waveguide antenna portion 12 is used. The dimension to the center in the width direction of the annular waveguide antenna portion 12 is 141 mm. In this case, the circumferential length (approximately 886 mm) of the circle C connecting the center in the width direction of the annular waveguide antenna 12 is the wavelength of the microwave propagating through the annular waveguide antenna 12 ( Is approximately an integer multiple of approximately 110 mm). Therefore, the microwave resonates in the annular waveguide antenna unit 12, and the standing wave described above becomes a high voltage / low current at the antinode position and a low voltage / high current at the node position. Q value improves.
[0036]
By the way, the annular waveguide antenna portion 12 may be hollow without inserting the dielectric 14. However, when the dielectric 14 is inserted into the annular waveguide antenna 12, the wavelength of the microwave incident on the annular waveguide antenna 12 is 1 / √ (εr) times due to the dielectric 14. (Εr is the relative dielectric constant of the dielectric). Therefore, when the annular waveguide antenna portion 12 having the same diameter is used, the annular waveguide antenna portion when the dielectric 14 is loaded is more than when the dielectric 14 is not loaded. There are many positions where the current flowing through the 12 wall surfaces is maximized, and accordingly, a large number of slits 15, 15,. Therefore, the microwave can be introduced into the processing chamber 2 more uniformly.
[0037]
FIG. 3 is an explanatory view for explaining the slits 15, 15,... Shown in FIGS. As shown in FIG. 3, the slits 15, 15,... Are formed in the diameter direction of the annular waveguide antenna portion 12 in the portion of the cover member 10 (see FIG. 2) facing the annular waveguide antenna portion 12. In other words, it is formed in a strip shape so as to be orthogonal to the traveling direction of the microwave propagating in the annular waveguide antenna unit 12. When the annular waveguide antenna portion 12 has the dimensions described above, the length of each slit 15, 15,... Is 50 mm, and the width is 20 mm.
[0038]
Each slit 15, 15, ... from the intersection point P ₁ is the side which is remote from the inlet portion 13 of the circle C and intersect two points above the center line extended line obtained by extending the L of the introduction section 13, the circle C The two slits 15 and 15 are opened at positions separated from each other by (2n-1) · λg / 4 (n is an integer, λg is the wavelength of the microwave propagating in the antenna). A plurality of other slits 15, 15,... Are opened from both slits 15, 15 to both following the circle C at intervals of m · λg / 2 (m is an integer).
[0039]
In this embodiment, the slits 15, 15,... Are opened so as to be orthogonal to the traveling direction of the microwave propagating in the annular waveguide antenna unit 12, but the present invention is not limited to this. First, the slit may be opened so as to cross the traveling direction of the microwave obliquely, or may be opened in the traveling direction of the microwave. The wavelength of the microwave propagating in the antenna 11 is changed by the plasma generated in the reactor 1, and the position indicating the maximum value of the current flowing through the peripheral wall of the annular waveguide antenna 12 is changed. In some cases, in the case of a slit opened obliquely in the microwave traveling direction or a slit opened in the microwave traveling direction, a change in position indicating the maximum value of the current can be taken into the slit region. .
[0040]
As described above, the slits 15, 15,... Are provided substantially radially in the cover member 10, so that the microwave is uniformly introduced into the entire region in the reactor 1. On the other hand, as shown in FIG. 1, the antenna 11 is provided on the cover member 10 having the same diameter as that of the reactor 1 without protruding from the periphery of the cover member 10. Even if it is large, the size of the microwave plasma processing apparatus can be made as small as possible, and therefore can be installed in a small space.
[0041]
In the center of the bottom wall of the processing chamber 2, a mounting table 3 for mounting the sample W is provided, and a high-frequency power source 7 is connected to the mounting table 3 via a matching box 6. An exhaust port 8 is provided in the bottom wall of the reactor 1, and the inside air of the processing chamber 2 is discharged from the exhaust port 8.
[0042]
A ring-shaped insulating member 24 is fitted in a circular hole provided in a portion surrounded by the annular waveguide antenna portion 12 of the cover member 10, and a disk-like shape is formed in the insulating member 24. The electrode member 25 is fitted. When the antenna 11 having the dimensions described above is used, the electrode member 25 has a diameter of about 100 mm. The electrode member 25 is connected to a second high frequency power source 27 by a coaxial cable, and a high frequency of 13.56 MHz is applied from the second high frequency power source 27 to the electrode member 25.
[0043]
In order to perform an etching process on the surface of the sample W using such a microwave plasma processing apparatus, the processing chamber 2 is evacuated from the exhaust port 8 to a desired pressure, and then the processing chamber 2 is connected to the processing chamber 2. The reaction gas is supplied into 2. Next, a microwave of 2.45 GHz is oscillated from the microwave oscillator 20 and introduced into the antenna 11 through the waveguide 21 to form a standing wave there. By this standing wave, an electric field is radiated from the slits 15, 15,... Of the antenna 11 into the processing chamber 2, whereby the slits 15, 15,. Plasma is generated in each region corresponding to the above.
[0044]
Simultaneously with the oscillation of the microwave oscillator 20, a high frequency of 13.56 MHz is applied from the second high frequency power source 27 to the electrode member 25, and in the vicinity of the sealing plate 4 in the processing chamber 2, the electrode member 25. Plasma is generated in a region corresponding to. The plasma generated in these regions is diffused from each region and propagates to the mounting table 3, and the surface of the sample W on the mounting table 3 is etched by the substantially uniform plasma. Thus, since plasma is also generated in the region corresponding to the central portion of the antenna 11, even when the distance between the mounting table 3 and the sealing plate 4 is short, that is, when the diffusion distance is short. Even so, substantially uniform plasma can be obtained in the same plane as the surface of the mounting table 3. Thereby, the size of the microwave plasma processing apparatus can be further reduced. In addition, the plasma processing speed can be improved.
[0045]
On the other hand, plasma can be generated in the processing chamber 2 by applying a high-frequency electric field to the electrode member 25 separately from the generation of plasma by the microwave generated by the microwave oscillator 20 and emitted from the antenna 11. Therefore, by controlling the power of the high-frequency electric field applied to the electrode member 25, without adjusting the power of the microwave oscillated from the microwave oscillator 20, the plasma processing speed at the central portion and the peripheral portion of the workpiece is increased. It can be made uniform.
[0046]
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a side sectional view showing the second embodiment, and shows a case where a second microwave oscillator 22 is used in place of the second high-frequency power source 27 described above. In the figure, parts corresponding to those in FIG. As shown in FIG. 4, one end of a cylindrical second waveguide 23 is fitted in a circular hole formed in the center of the cover member 10 with a ring-shaped insulating member 24 interposed. The other end of the second waveguide 23 is connected to a second microwave oscillator 22 that oscillates a microwave of 2.45 GHz. The insulating member 24 is provided with a plurality of through holes penetrating the insulating member 24 and the sealing plate 4 at predetermined pitches, and the gas introduction pipes 5, 5,. It is.
[0047]
In such a microwave plasma processing apparatus, a microwave of 2.45 GHz is oscillated from the microwave oscillator 20 and introduced into the antenna 11 through the waveguide 21 as before, and the slit 15 of the antenna 11 is introduced. , 15... Radiates an electric field into the processing chamber 2, thereby generating plasma in each region in the vicinity of the sealing plate 4 in the processing chamber 2 and corresponding to the slits 15, 15. . Also, a 2.45 GHz microwave is oscillated from the second microwave oscillator 22 and guided to the center of the sealing plate 4 by the second waveguide 23, and the microwave is introduced into the processing chamber 2 therefrom. As a result, plasma is generated in a region in the vicinity of the sealing plate 4 in the processing chamber 2 and corresponding to the opening of the second waveguide 23. Thereby, even when the distance between the mounting table 3 and the sealing plate 4 is short, a substantially uniform plasma can be obtained in the same plane as the surface of the mounting table 3. The size of the plasma processing apparatus can be reduced, and the plasma processing speed can be improved.
[0048]
On the other hand, the second microwave oscillator 22 oscillates and is introduced into the processing chamber 2 from the second waveguide 23 separately from the generation of plasma by the microwave emitted from the antenna 11 oscillating. Since the plasma can be generated in the processing chamber 2 by the microwave, the power of the microwave oscillated from the microwave oscillator 20 is controlled by controlling the power of the microwave oscillated from the second microwave oscillator 22. Without adjustment, the plasma processing speed can be made uniform at the central portion and the peripheral portion of the workpiece.
[0049]
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a side sectional view showing the third embodiment, and a DC voltage is applied to the electrode member 25 by a DC power source 39 instead of the high frequency power source 27 shown in FIG. In the figure, parts corresponding to those in FIG. As shown in FIG. 5, the electrode member 25 is connected to the negative terminal of the DC power supply 39, and a predetermined negative voltage is applied from the DC power supply 39.
[0050]
In such a microwave plasma processing apparatus, a microwave of 2.45 GHz is oscillated from the microwave oscillator 20 and introduced into the antenna 11 through the waveguide 21 as before, and the slit 15 of the antenna 11 is introduced. , 15... Radiates an electric field into the processing chamber 2, thereby generating plasma in each region in the vicinity of the sealing plate 4 in the processing chamber 2 and corresponding to the slits 15, 15. . Further, a negative voltage is applied to the electrode member 25 from the DC power source 39 for a predetermined time, and positive ions in the plasma generated as described above are moved to the central axis side of the processing chamber 2. Thereby, even when the distance between the mounting table 3 and the sealing plate 4 is short, a substantially uniform plasma can be obtained in the same plane as the surface of the mounting table 3. The size of the processing apparatus can be reduced, and the plasma processing speed can be improved.
[0051]
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a side sectional view showing Embodiment 4, in which a low frequency of 400 KHz is applied to the electrode member 25 by a low frequency power supply 28 instead of the second high frequency power supply 27 shown in FIG. . In the figure, parts corresponding to those in FIG. As shown in FIG. 6, the electrode member 25 is connected to the output terminal of the low frequency power source 37, and a low frequency of 400 KHz is applied from the low frequency power source 37.
[0052]
In such a microwave plasma processing apparatus, a microwave of 2.45 GHz is oscillated from the microwave oscillator 20 and introduced into the antenna 11 through the waveguide 21 as before, and the slit 15 of the antenna 11 is introduced. , 15... Radiates an electric field into the processing chamber 2, thereby generating plasma in each region in the vicinity of the sealing plate 4 in the processing chamber 2 and corresponding to the slits 15, 15. . Further, a low frequency of 400 KHz is applied from the low frequency power source 37 to the electrode member 25.
[0053]
When such a low-frequency electric field is applied, the positive ions in the plasma generated in the processing chamber 2 move toward the center of the processing chamber 2 when the electric field is negative, and the opposite is true when the electric field is positive. Move to the side. Therefore, the plasma diffusion efficiency can be improved while maintaining the state of the generated plasma stably. Thereby, even when the distance between the mounting table 3 and the sealing plate 4 is short, a substantially uniform plasma can be obtained in the same plane as the surface of the mounting table 3. The size of the processing apparatus can be reduced, and the plasma processing speed can be improved.
[0054]
In the present embodiment, a low frequency of 400 KHz is applied from the low frequency power source 37 to the electrode member 25. However, the present invention is not limited to this, and a low frequency electric field of 200 KHz to 2 MHz may be applied. Good.
[0055]
(Embodiment 5)
FIG. 7 is a side sectional view showing Embodiment 5, in which gas is introduced into the processing chamber 2 from the central portion of the sealing plate 4. In the figure, parts corresponding to those shown in FIG. As shown in FIG. 7, a through-hole penetrating the electrode member 25 and the sealing plate 4 is opened at the center of the electrode member 25, and a gas introduction pipe 5 (gas introduction path) is formed in the through-hole. It is fitted.
[0056]
In such a microwave plasma processing apparatus, since the reaction gas is introduced into the processing chamber 2 from the gas introduction pipe 5 provided at the center of the electrode member 25, the reaction gas is directed from the center of the processing chamber 2 to the entire peripheral direction. The sample W can be processed at a uniform speed by generating a plasma with a substantially uniform density in the entire region of the processing chamber 2. Further, the selection ratio between the target portion and the non-target portion that are targets of the plasma processing is improved. Further, most of the reactive gas is supplied into the plasma generated in the processing chamber 2 and, in addition, the supplied reactive gas stays in the plasma for a relatively long time. Is expensive. On the other hand, since the gas introduction tube 5 is provided in the electrode member 25 surrounded by the annular waveguide antenna unit 12, it does not adversely affect the microwave propagating in the annular waveguide antenna unit 12.
[0057]
In this embodiment, the gas introduction pipe 5 is provided in the electrode member 25. However, the present invention is not limited to this, and one or a plurality of the insulating member 24 that penetrates the insulating member 24 and the sealing plate 4 are provided. Needless to say, a through hole may be opened and a gas introduction pipe fitted into the through hole. Further, the electrode member 25 and the insulating member 24 may be provided with gas introduction pipes. When a plurality of gas introduction pipes are provided on the insulating member 24, the gas introduction pipes are arranged so as to be symmetric about the central axis of the insulating member 24. Thereby, the reaction gas can be uniformly introduced into the entire region of the processing chamber 2.
[0058]
Although the ring-shaped insulating member 24 is used in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and the annular waveguide antenna portion 12 and the electrode member 25 are configured to have a gap with a required dimension. It goes without saying that it can be done.
[0059]
(Embodiment 6)
FIG. 8 is a side sectional view showing the sixth embodiment. The second microwave oscillator 22 is used in place of the second high-frequency power source 27 described above, and gas is introduced into the processing chamber 2 from the central portion of the sealing plate 4. It has been introduced. In the figure, parts corresponding to those in FIG. As shown in FIG. 8, the ring-shaped insulating member 24 is provided with a plurality of through holes penetrating the insulating member 24 and the sealing plate 4 at a predetermined pitch. 5, 5, ... are fitted.
[0060]
In such a microwave plasma processing apparatus, since the reaction gas is introduced into the processing chamber 2 from the gas introduction pipes 5, 5... Provided in the insulating member 24, the reaction gas is introduced from the central portion of the processing chamber 2. While diffusing radially in the central axis direction and the entire peripheral direction of the processing chamber 2, it is possible to generate plasma with a substantially uniform density in the entire region of the processing chamber 2 and to improve the utilization efficiency of the reaction gas.
[0061]
In this embodiment, a plurality of gas introduction pipes 5, 5,... Are provided in the insulating member 24. However, the present invention is not limited to this, and one gas introduction pipe 5 is provided in the insulating member 24. It goes without saying. When the insulating member 24 is provided with a plurality of gas introduction pipes 5, 5,..., The gas introduction pipes 5, 5,. Thereby, the reaction gas can be uniformly introduced into the entire region of the processing chamber 2.
[0062]
In each of the embodiments described above, the introduction portion 13 is connected to the annular waveguide antenna portion 12 so as to be in the diameter direction of the annular waveguide antenna portion 12, but the present invention is not limited thereto. The introduction portion 18 may be connected to the annular waveguide antenna portion 12 so as to be in the tangential direction of the annular waveguide antenna portion 12. Further, in each embodiment, the introduction portion 13 is provided on the outer circumferential surface of the annular waveguide antenna portion 12, but the present invention is not limited to this, and the outer circumferential surface of the annular waveguide antenna portion 12 A plurality of introduction ports and introduction portions may be provided so as to be axially symmetric with respect to the central axis of the annular waveguide antenna portion 12. Thereby, the energy of the microwave radiated from the annular waveguide antenna unit 12 to the reactor 1 can be made uniform in the circumferential direction of the annular waveguide antenna unit 12.
[0063]
By the way, in the embodiment described above, the inside of the slit is empty, but the present invention is not limited to this, and a dielectric may be fitted into the slit. When the power of the microwave introduced into the antenna is high, the electric field of the microwave is locally concentrated at the corners of the slit, which may cause abnormal discharge between the slit and the sealing plate. Due to this abnormal discharge, the plasma becomes unstable and non-uniform, which may interfere with plasma processing, or the slit or sealing plate may be damaged. However, when a dielectric is inserted into the slit, the concentration of the electric field at the corner of the slit can be suppressed, and the space where the discharge can occur can be blocked by the dielectric. Therefore, the safety can be improved and the sample can be plasma-processed stably and uniformly using a high-power microwave. Teflon (registered trademark), quartz, alumina, or the like that does not absorb microwaves can be used as the dielectric that is fitted in the slit, but alumina is preferable because local electric field concentration can be suppressed. .
[0064]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the microwave plasma processing apparatus according to the present invention, since the microwave can be directly incident into the tubular member of the antenna, the antenna does not protrude from the container. Therefore, even if the diameter of the container is large, the horizontal size of the microwave plasma processing apparatus is as small as possible, and therefore can be installed in a small space. Further, since the microwave is guided from the antenna to almost the entire region of the container, the microwave can be uniformly introduced into the container. Furthermore, even when the microwave diffusion distance is short, a substantially uniform plasma can be obtained in the same plane as the surface of the object to be processed. Therefore, the vertical size of the microwave plasma processing apparatus can be reduced. Can do. In addition, the plasma processing speed can be improved.
[0065]
In the microwave plasma processing apparatus according to the present invention, since the plasma can be generated in the container separately from the generation of the plasma by the microwave emitted from the antenna, the microwave emitted from the antenna can be generated. Without adjusting the power, it is possible to make the plasma processing speed uniform in the central portion and the peripheral portion of the workpiece.
[0066]
In the microwave plasma processing apparatus according to the present invention, without to introduce gas from the gas introduction passage provided in a portion region opposed surrounded by tracks forms part of the antenna of the sealing member into the container because of Te, gas diffuses radially to the central portion or et entire periphery direction and the center axis of the vessel of the container, the plasma is generated so as to be substantially uniform density at a plurality of positions of the container in the diameter direction. Accordingly, the entire region of the object to be processed can be processed at a uniform speed, and the selection ratio between the target portion and the non-target portion to be subjected to plasma processing is improved. In addition, most of the gas is supplied into the plasma generated in the container, and in addition, the supplied gas stays in the plasma for a relatively long time, so that the gas utilization efficiency is high. On the other hand, since the gas introduction path is provided in a portion facing the region surrounded by the bent portion of the antenna of the sealing member, the present invention is excellent in that it does not adversely affect the microwave propagating in the antenna. Has an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a structure of a microwave plasma processing apparatus according to the present invention.
2 is a plan view of the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a slit shown in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is a side sectional view showing a second embodiment.
FIG. 5 is a side sectional view showing a third embodiment.
FIG. 6 is a side sectional view showing a fourth embodiment.
FIG. 7 is a side sectional view showing a fifth embodiment.
FIG. 8 is a side sectional view showing Embodiment 6;
FIG. 9 is a side sectional view showing a microwave plasma processing apparatus of the same type as a conventional apparatus.
10 is a plan view of the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 9. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor 2 Processing chamber 3 Mounting stand 4 Sealing board 10 Cover member 11 Antenna 12 Annular waveguide type antenna part 13 Introduction part 15 Slit W Sample C Circle L Extension line P ₁ Intersection

Claims

An antenna formed by bending a tubular member into an annular shape is arranged facing a surface of a sealing member that seals a part of the container, and a microwave is incident on the antenna, and the antenna in the container A microwave plasma processing apparatus for generating a plasma by emitting microwaves to a region corresponding to the above, and processing an object to be processed by the generated plasma,
A ring-shaped insulating member fitted in a portion surrounded by the annularly bent antenna;
A microwave plasma processing apparatus comprising: a disk-shaped electrode member fitted in the ring-shaped insulating member .

The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a power source for applying a ac electric field to the electrode member.

The microwave plasma processing apparatus of Claim 1 provided with the power supply which applies a direct current electric field to the said electrode member.

A gas introduction path is provided through the electrode member and the sealing member, and / or a gap between the electrode member of the sealing member and a bent portion of the antenna, for introducing gas into the container. The microwave plasma processing apparatus according to any one of 1 to 3 .