JP4107738B2

JP4107738B2 - Microwave plasma processing equipment

Info

Publication number: JP4107738B2
Application number: JP34197398A
Authority: JP
Inventors: 敏雄中西
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: JP2000173798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大口径半導体基板、大型液晶ディスプレイ用ガラス基板等に、プラズマを用いたエッチング、アッシング、ＣＶＤ（化学蒸着）等の処理を施すための利用に好適なマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ（大規模集積回路）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などを製造するプロセスにおいて、反応ガスに外部からエネルギーを与えた際に発生するプラズマが、広く用いられている。特に、プラズマを用いたドライエッチング技術は、これらのプロセスにおいて、不可欠の基本技術となっている。
【０００３】
一般に、プラズマを発生させるための励起手段としては、2.45 GHzのマイクロ波を用いる場合と、13.56MHzのＲＦ（高周波：Radio Frequency）を用いる場合とが知られている。マイクロ波を用いる場合には、ＲＦを用いる場合に比べて、高密度のプラズマが得られるとともに、プラズマを発生させるのに電極を必要としないため、電極からのコンタミネーションを防ぐことができるなどの利点がある。
【０００４】
しかしながら、マイクロ波を用いた従来のプラズマ処理装置では、プラズマ領域面積が広く、かつプラズマ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。したがって、大口径の半導体基板（半導体ウェハ）、または、大型のＬＣＤ用ガラス基板の処理等において、マイクロ波を用いたドライエッチング処理を採用するのは困難であった。
【０００５】
この点に関し、大面積に均一にマイクロ波プラズマを発生させることが可能なプラズマ処理装置として、表面波電界励起プラズマを利用する方式が提案されており、例えば、特開昭62-5600号公報、特開昭62-99481号公報において開示されている。このプラズマ処理装置は、処理容器の上部壁をマイクロ波の透過が可能な耐熱性板で封止し、その上方にはマイクロ波導波管に接続された誘電体線路を配置している。そして誘電体線路の表面から漏れ出た表面波電界により、プラズマが発生する。
【０００６】
図７は前者のプラズマ処理装置の側断面図であり、図８は図７に示したプラズマ処理装置の平面図である。この従来装置１５０では、金属製導体により構成された処理容器８１の上部に、封止板８４が設けられ、これらによって処理室８２は気密状態に封止されている。更に処理容器８１には、処理容器８１及び封止板８４の上部を覆うカバー部材９０が連結されており、カバー部材９０とマイクロ波発振器７０との間には、導波管７１が連結されている。そして、カバー部材９０内の天井部分には、封止板８４との間にエアギャップ９３を確保しつつ、誘電体線路９１が取り付けられている。この誘電体線路９１は、導波管７１の幅から処理容器８１を覆う程度の幅まで広がるテーパ部９１ａを有する平面視略５角形に形成されている。
【０００７】
処理容器８１内には封止板８４とは対向する位置に、試料基板Ｗを載置するための試料台８３が配設されており、これにはマッチング回路８６を介してＲＦバイアス回路８７が接続されている。また処理容器８１の下部壁には図示しない排気装置に接続される排気口８８が形成され、処理容器８１の一側壁には所要の反応ガスを供給するためのガス供給管８５が接続されている。
【０００８】
このように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置１５０を用いて、試料台８３の上に載置された試料基板Ｗに、所定の処理を施す場合には、まず、排気口８８から排気を行って処理室８２内を所要の真空度に設定した後、ガス供給管８５から反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器７０においてマイクロ波を発生させ、導波管７１を介して、マイクロ波を拡げるためのテーパ部９１ａを含む誘電体線路９１へと導入する。
【０００９】
すると、誘電体線路９１の下方に電界が形成され、形成された電界が、エアギャップ９３および封止板８４を透過して、処理室８２へ供給される。これによって、処理室８２にプラズマが生成され、試料基板Ｗの表面に対して、例えばエッチング等の処理がなされる。この際、必要に応じて試料台８３には、ＲＦバイアス回路８７によって、ＲＦバイアスが印加される。ＲＦバイアスによって処理室８２内に形成されるバイアス電位によって、プラズマ中のイオンが加速され、試料基板Ｗへと導かれ、それによって、試料基板Ｗの表面に、例えば、異方性エッチングを施すことが可能となる。
【００１０】
従来装置１５０では、大口径の試料基板Ｗを処理すべく、処理室８２の幅を大きく設定しても、封止板８４の直下に、均一に電界が形成され、その結果、均一なプラズマを得ることができる。したがって、大口径の試料基板Ｗに、所定の処理を施すことが可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来装置１５０では、誘電体線路９１にマイクロ波を均一に拡大するために、封止板８４および処理容器８１の縁部から水平方向へ突出させたテーパ部９１ａが設けられている。そのため、装置１５０を設置する場合には、処理容器８１の縁部から突出したテーパ部９１ａを格納するために、水平方向に余分のスペースを確保することが必要とされていた。
【００１２】
近年における試料基板Ｗの大口径化にともなって、処理室８２の幅がより大きいマイクロ波プラズマ処理装置が要求されるようになっている。しかも、半導体素子等の製造現場では、装置の設置場所を新たに確保する必要がないこと、すなわち、できるだけ狭いスペースに装置を設置し得ることが求められている。
【００１３】
しかしながら、従来装置１５０では、テーパ部９１ａの寸法は、誘電体線路９１の面積に応じて、言い換えると、処理室８２の幅に応じて定まる。このため、大口径の試料基板Ｗの処理を行うためには、大きなテーパ部９１ａを収納し得るよう、より大きなスペースを確保することが必要とされていた。このように、従来装置１５０では、大口径の試料基板Ｗを処理するという要求と、装置の設置スペースをできるだけ狭くしたいという要求とを、同時に満足することができないという問題点があった。
【００１４】
また、従来装置１５０では、テーパ部９１ａが備わるために、誘電体線路９１内に、制御が困難なマイクロ波の高次の伝搬モードが発生する。その結果、マイクロ波の電界の作用で反応室８２内に生成されるプラズマの密度の制御も困難となり、プラズマ密度が不安定なものになるという問題点があった。プラズマ密度が不安定であれば、プラズマ処理の効率も不安定となる。
【００１５】
この発明は、従来の装置における上記した問題点を解消するためになされたもので、大口径の試料の処理を可能にすると同時に、省スペース化を実現す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し、特に、プラズマ密度の制御性を高めることのできるマイクロ波プラズマ処理装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置は、処理対象である試料を載置する試料台を格納した処理室へマイクロ波を導入し、当該マイクロ波によりプラズマを生成し、当該プラズマを用いて前記試料に処理を行うためのマイクロ波プラズマ処理装置であって、一端が開口する処理容器と、前記一端を封止することにより、前記処理容器と共同で前記処理室を形成する略円板状のマイクロ波導入板と、当該マイクロ波導入板の外周に沿って環状に配置された導電体と、前記マイクロ波導入板の上に環状に配設された導電性の管状部材と、を備えている。そして、前記管状部材の前記マイクロ波導入板に対向する部分に、開口部が開設されており、当該開口部は、前記管状部材の周方向に沿って、等間隔に並ぶ２×ｍ（ｍは１以上の整数）個の部位の中の、複数部位に開設されており、前記整数ｍは、ｊmnをｍ次ベッセル関数のｎ番目の根、Ｒを前記マイクロ波導入板の半径、ωを前記マイクロ波の角周波数、εdを前記マイクロ波導入板の比誘電率、ｃを真空での光速として、εd・ω²／ｃ²−（ｊmn／Ｒ）²≧０が成立する整数ｎ（≧１）を存在せしめるように設定されている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
＜1.装置の基本構成＞
図１は、実施の形態のマイクロ波プラズマ処理装置の側断面図であり、図２は図１に示した装置の平面図である。また、図１は、図２のＡ−Ａ切断線に沿った断面図に相当する。この装置１０１では、有底円筒状の処理容器１の上端部が、マイクロ波導入窓として開口している。このマイクロ波導入窓は、円板状のマイクロ波導入板４で封止されており、その結果、処理容器１とマイクロ波導入板４とは、共同で、外部から気密に保たれる処理室２を、内部に形成している。
【００１９】
処理容器１は、例えばアルミニウム等の金属で構成されている。マイクロ波導入板４の材料としては、耐熱性及びマイクロ波透過性、並びに小さな誘電損失が要求され、そのために、例えば、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体が採用される。
【００２０】
処理室２にはマイクロ波導入板４と対向する位置に、試料基板Ｗを載置するための試料台３が格納されており、これにはマッチング回路６を介してＲＦバイアス回路７が接続されている。また、処理容器１の下部壁には、図示しない排気装置に接続される排気口８が形成されており、処理容器１の一側壁には所要の反応ガスを供給するためのガス供給管５が接続されている。
【００２１】
マイクロ波導入板４の上面及び外周面は、導電性金属を円形蓋状に成形してなるカバー部材１０で覆われており、該カバー部材１０は、処理容器１の上に固定されている。カバー部材１０の中で、マイクロ波導入板４の外周面を覆う部分が、この発明における「導電体」を構成する。カバー部材１０の上面には、導電性金属で構成され、試料台３に対向する環状の溝が形成された環状溝部材５１と、その外周の一部に連結し、直状の溝が形成された直状溝部材５２とが配設されている。
【００２２】
環状溝部材５１が規定する環状の溝は、カバー部材１０の上面で覆われることによって、断面矩形の環状の空洞４７を形成している。また、直状溝部材５２が規定する直状の溝は、カバー部材１０で覆われることによって、矩形孔４８を形成している。環状溝部材５１の外周壁の一部に形成された導入口４９を通じて、空洞４７と矩形孔４８とが、互いに連通している。
【００２３】
空洞４７の底部に相当するカバー部材１０の部分には、複数のスリット１５が、空洞４７の周方向に所定の距離を隔てて開設されている。図２が示す例では、スリット１５は、周方向に沿って、等間隔に１６個開設されている。また、環状の空洞４７および矩形孔４８には、誘電体１４が内嵌されている。誘電体１４の材料として、例えば、テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、又は、ポリスチレン樹脂が採用され、好ましくは、フッ素樹脂が用いられる。
【００２４】
環状溝部材５１とこれに対向するカバー部材１０の部分とで構成され環状の空洞４７を内部に規定する管状部材と、空洞４７に充填されている誘電体１４の部分とによって、環状導波管型アンテナ部１２ａが形成されている。また、矩形孔４８を内部に規定する直状溝部材５２とカバー部材１０の部分、並びに、矩形孔４８に充填されている誘電体１４の部分によって、導入部１２ｂが形成されている。環状導波管型アンテナ部１２ａおよび導入部１２ｂは、双方でアンテナ１２を構成する。
【００２５】
導入部１２ｂには、導波管２１の一端が接続され、導波管２１の他端には、マイクロ波発振器２０が接続されている。したがって、マイクロ波発振器２０が生成するマイクロ波（例えば、300MHz〜30GHzの波長を有する電磁波）は、導波管２１の内部、および、導入部１２ｂの矩形孔４８を通じて、環状導波管型アンテナ部１２ａの空洞４７へと導入される。
【００２６】
環状導波管型アンテナ部１２ａの空洞４７の周方向の長さを適切に、例えば、伝搬するマイクロ波の波長の略整数倍に設定することにより、空洞４７内に定在波を生起することができる。具体的には、環状導波管型アンテナ部１２ａを互いに逆方向へ進行する２つの進行波が、導入部１２ｂに対向する位置で衝突して定在波が生成される。この壁面定在波によって、環状導波管型アンテナ部１２ａの内面、すなわち、空洞４７の壁面に、所定の間隔で極大値を示す壁面電流が流れる。
【００２７】
誘電体１４として、例えば、比誘電率ε＝2.1のテフロンが採用されているときには、環状導波管型アンテナ部１２ａ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にするには、マイクロ波の周波数が2.45GHzである場合、環状導波管型アンテナ部１２ａの内側、すなわち、空洞４７の径方向に沿った断面の寸法を、高さ27mm、幅66.2mmに設定するとよい。矩形ＴＥ₁₀のマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部１２ａの内部を、ほとんど損失なく、しかも、均一に伝搬する。
【００２８】
また、環状導波管型アンテナ部１２ａの中心から、環状導波管型アンテナ部１２ａの幅方向の中央までの距離は、例えば、141mmに設定することができる。この場合、環状導波管型アンテナ部１２ａの幅方向の中央を結ぶ円の周方向の長さ（略886mm）は、該環状導波管型アンテナ部１２ａ内を伝播するマイクロ波の波長（略110mm）の略整数倍となる。
【００２９】
そのため、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部１２ａ内で共振し、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１３のＱ値が向上する。この定在波は、スリット１５から封止板４を介して、処理室２へ電界を生成する。したがって、スリット１５は、定在波の腹の位置に配置されるのが望ましい。
【００３０】
装置１０１は、以上のように構成されるので、処理室２に電界が形成され、この電界によって、処理室２にプラズマが生成される。このプラズマによって、試料台３に載置された試料基板Ｗに、プラズマ処理が施される。処理室２内の電界は、試料台３に対向するように、環状に設けられた環状導波管型アンテナ部１２ａに、マイクロ波の定在波が形成され、この定在波からマイクロ波が処理室２へと伝搬することによって生成される。
【００３１】
したがって、生成されるプラズマの均一性が比較的良好であり、大口径の試料基板Ｗに対して、プラズマ処理を施すことが可能となる。しかも、従来装置１５０とは異なり、テーパ部９１ａを必要とせず、導入部１２ｂを通じて環状導波管型アンテナ部１２ａへと、マイクロ波を直接に入射することができるので、処理容器１の周囲に、余分な設置スペースを必要としない。
【００３２】
＜2.スリットの個数の最適化＞
上記したように、マイクロ波が、環状導波管型アンテナ部１２ａから、マイクロ波導入板４を通じて、処理室２へと伝搬することによって、処理室２にプラズマが生成される。このとき、処理室２に生成されるプラズマ密度の分布は、モードと称される基本成分に分解することができる。図３は、一つのモードを例示する模式図である。図３において、白丸で囲まれた部分Ｐは、プラズマ密度が高い領域を表している。また、図３において、「マイクロ波入射方向」は、導波管２１を通じてマイクロ波が入射される方向を示している。
【００３３】
各モードは、周方向および径方向のそれぞれに周期性を持っており、周方向の周期数に対応する整数ｍ（ｍ≧１）、および、径方向の周期数に対応する整数ｎ（ｎ≧１）によって、識別される。本明細書では、整数ｍを、周方向次数と称し、整数ｎを、径方向次数と称する。図３は、周方向次数ｍが４であり、径方向次数ｎが２であるモードを例示している。処理室２に生成されるプラズマ密度の分布は、一般に、複数のモードの重ね合わせで表現される。
【００３４】
しかしながら、処理室２に出現するモードの周方向次数ｍは、周方向に等間隔で配列するスリット１５の個数に規定されることが解っている。すなわち、出願人は、スリット１５の個数を様々に変えつつ、生成されるプラズマの分布を測定するという実験を通じて、周方向次数ｍは、スリット１５の個数（偶数）の１／２倍に一致することを、明らかにした。したがって、周方向次数ｍとスリット１５の個数との間には、つぎの数式１の関係が成立する。
【００３５】
【数１】

【００３６】
例えば、図３が示すモードは、スリット１５の個数が８であるときに出現する。
【００３７】
ところで、各モードのプラズマ密度は、つぎの数式２で与えられることが知られている（H. Sugai, I. Ghanashev and M. Nagatu, "Plasma Sources Sci. Technol. 7 (1998) p.192 - p. 205）。
【００３８】
【数２】

【００３９】
ここで、ｎ_eはプラズマ中の電子密度で表現されたプラズマ密度、ε₀は真空の誘電率、ｍ_eは電子の質量、ω_pはプラズマ角周波数、そして、ｅは電子の電荷素量である。
【００４０】
プラズマ角周波数ω_pは、つぎの数式３で与えられる。
【００４１】
【数３】

【００４２】
ここで、ωはマイクロ波の角周波数、ｄはマイクロ波導入板４の厚さ、ε_dはマイクロ波導入板４の比誘電率、そして、ｃは真空での光速である。
【００４３】
さらに、数式３の右辺に含まれる係数ｋ_tは、つぎの数式４で与えられる。
【００４４】
【数４】

【００４５】
ここで、ｊ_mnはｍ次ベッセル関数のｎ番目の根であり、Ｒは図１および図２に描かれるマイクロ波導入板４の半径である。また、数式３の右辺に含まれる係数ｋ_dnは、つぎの数式５で与えられる。
【００４６】
【数５】

【００４７】
マイクロ波の周波数（ω／２π）が、2.45GHzであり、マイクロ波導入板４が、半径Ｒ＝149mm、厚さｄ＝30mmの石英板（比誘電率ε_d＝4.0）で構成される例について、数式１〜数式５にもとづいて、プラズマ密度ｎ_eを計算すると、図４のグラフが得られる。図４が縦軸が示すプラズマ密度ｎ_eは、処理室２の水平方向にわたるプラズマ密度の平均値である。図４が示すように、各周方向次数ｍごとに、複数の径方向次数ｎに対応する複数のモードが出現する。
【００４８】
図４において、黒塗り記号は、つぎの数式６が満たされるモードを表している。
【００４９】
【数６】

【００５０】
数式６は、つぎの数式７と等価である。
【００５１】
【数７】

【００５２】
また、図４において、白抜き記号は、つぎの数式８が成り立つモードを表している。
【００５３】
【数８】

【００５４】
数式８は、つぎの数式９と等価である。
【００５５】
【数９】

【００５６】
図５は、図４にもとづいて得られたグラフであり、周方向次数ｍと径方向次数ｎの組で規定される各モードごとに、係数ｋ_dnが、実数および虚数のいずれに属するかを示している。図５から、係数ｋ_dnが実数となるモードは、次数の低いモードに限られることが理解される。図５に描かれる点線が、係数ｋ_dnが実数となるモードと虚数となるモードとの境界を示している。
【００５７】
すなわち、係数ｋ_dnが実数となるモードが存在し得るためには、周方向次数ｍには、ある上限値が存在し、周方向次数ｍがこの上限値を超えると、係数ｋ_dnが実数となるモードは、もはや存在し得なくなる。図５の例では、この上限は、周方向次数ｍ＝１０である。
【００５８】
図４に戻って、周方向次数ｍが上限値を超えた範囲（ｍ＞１０）では、係数ｋ_dnが虚数となる各モードにおいて、プラズマ密度は、周方向次数ｍと径方向次数ｎのいずれにも余り依存せず、約一定の値（5×10¹¹cm^-3）となる。これに対して、周方向次数ｍが上限値以下の範囲（ｍ≦１０）では、係数ｋ_dnが実数となるモードが出現し、しかも、このモードでは、プラズマ密度が周方向次数ｍに強く依存して変化する。
【００５９】
数式１が示すように、周方向次数ｍは、スリット１５の個数によって決定される。したがって、周方向次数ｍが、上限値以下の範囲に入るように、スリット１５の個数（＝２ｍ）が選択されるならば、その範囲内でスリット１５の個数を変更するだけで、プラズマ密度を、所望どおりに制御することが可能となる。言い換えると、スリット１５の個数である２ｍを、数式６または数式７を満たす径方向次数ｎが存在する範囲に設定することによって、処理室２に生成されるプラズマの密度の強度を容易に制御することが可能となる。
【００６０】
プラズマ密度の二種類のモード、すなわち、係数ｋ_dnが実数となるモード、および、虚数となるモードは、マイクロ波導入板４を伝搬するマイクロ波のモードに対応している。すなわち、係数ｋ_dnが実数となるモードは、マイクロ波導入板４の内部をバルク波として伝搬するマイクロ波のモードによって形成され、係数ｋ_dnが虚数となるモードは、処理室２に露出するマイクロ波導入板４の表面を表面波として伝搬するマイクロ波のモードによって形成される。
【００６１】
したがって、係数ｋ_dnが実数となるモードに対しては、数式４に用いられる半径Ｒは、マイクロ波導入板４の半径Ｒそのものであるが、係数ｋ_dnが虚数となるモードに対しては、数式４に用いられる半径Ｒは、より厳密には、処理室２に露出するマイクロ波導入板４の領域の半径、すなわち、図１および図２に描かれる処理容器１の内周半径ｒに置き換えられる。
【００６２】
図４および図５では、便宜的に、すべてのモードについて、数式４の半径Ｒとして、マイクロ波導入板４の半径Ｒが採用されている。したがって、図４および図５は、係数ｋ_dnが実数となるモードに関しては厳密な結果を表現しているが、係数ｋ_dnが虚数となるモードに関しては、近似的な結果を与えている。
【００６３】
しかしながら、二つの半径Ｒ，ｒは、互いに近似しており、図４および図５は、係数ｋ_dnが虚数のモードに対しても、十分に良好な近似で、その挙動を表現していると云える。特に、係数ｋ_dnが実数となるモードが存在するための周方向次数ｍに関する上限値（図５の例では１０）は、係数ｋ_dnが実数となるモードによって定まるので、数式４にマイクロ波導入板４の半径Ｒを用いて得られた上限値は、近似値ではなく厳密な値である。
【００６４】
＜3.変形例＞
(1) 装置１０１では、スリット１５は、環状導波管型アンテナ部１２ａの周方向に沿って、等間隔に開設されていた。しかしながら、一般には、図６に装置１０２として一例を示すように、スリット１５は、環状導波管型アンテナ部１２ａの周方向に沿って、等間隔に並んだ複数の部位の中の複数個に、選択的に開設されても良い。図６では、開設されない部位１５ａには、ハッチングを付されている。このとき、周方向次数ｍに対して、等間隔に並んだ部位の個数が、２ｍに一致する。すなわち、数式１において、「スリットの個数」は、一般には、等間隔に並んだ部位の個数である。
【００６５】
装置１０２では、等間隔に並んだ部位の個数は１６であり、開設されたスリット１５の個数は、１０である。このとき、周方向次数ｍは、ｍ＝８であり、開設されるスリット１５の個数には依存しない。ただし、開設されるスリット１５の個数が大きいほど、マイクロ波導入板４を伝搬するマイクロ波の強度は高められ、その結果、処理室２に生成されるプラズマの密度も高められる。
【００６６】
したがって、開設されるスリット１５の個数を調整することによって、プラズマ密度の制御を、さらに、精細に行うことが可能となる。また、装置１０２のように、スリット１５を開設する度合いを周方向に沿って異ならせることによって、密度分布をも、所望どおりに制御することが可能となる。
【００６７】
(2) 上記の実施の形態では、マイクロ波導入板４は円板状、すなわち、外周の形状（外形）が円形であった。しかしながら、マイクロ波導入板４の外形が、円形からずれても、ずれの範囲がある限度内であれば、係数ｋ_dnが実数となるモードが存在するための周方向次数ｍに関する条件は、数式６または数式７を用いて、同様に表現することができる。このとき、数式４での半径Ｒとしては、例えば、半径の周全体にわたる平均値を採用することができる。第１の発明において、マイクロ波導入板４が「略円板状」とは、係数ｋ_dnが実数となるモードが存在するための周方向次数ｍに関する条件を、数式６または数式７を用いて表現することができる範囲で、近似的に円形であることを意味する。このときの半径とは、数式４に用いるのに適した半径の代表値、例えば、平均値を意味する。
【００６８】
(3) マイクロ波導入板４は略円板状ではなく、その外形が円形から大きくずれた形態、例えば、矩形であっても、環状導波管型アンテナ部１２ａに開設されるスリット１５の位置および個数を、ある範囲内に設定することによって、マイクロ波導入板４を伝搬するマイクロ波に、バルク波が含まれるようにすることが可能である。この場合においても、スリット１５の位置または個数を、前記範囲内で変更することによって、処理室２に生成されるプラズマの密度を、容易に制御することが可能となる。
【００６９】
【発明の効果】
この発明の装置では、試料台に対向して配置された第１導電体の周囲に環状に配設されたマイクロ波導入板の上に設けられた管状部材に、マイクロ波が導入され、さらに、開口部およびマイクロ波導入板を通じて処理室へとマイクロ波が導入されることによって、処理室にプラズマが形成され、形成されたプラズマによって、試料に処理が行われる。このため、大口径の試料に対して、処理を行うことが可能である。しかも、従来装置とは異なり、テーパ部を必要とせず、管状部材へとマイクロ波を直接に入射することができるので、処理容器の周囲に、余分な設置スペースを必要としない。
【００７０】
さらに、本発明の装置では、開口部が、管状部材の周方向に沿って、等間隔に並ぶ２×ｍ（ｍ≧１）個の部位の中の、複数部位に選択的に開設されており、しかも、整数ｍが、所定の条件を満たすように設定されるので、処理室に生成されるプラズマの密度の強度を、整数ｍを変更するだけで、容易に制御することが可能となる。すなわち、プラズマ密度の制御性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の装置の側断面図である。
【図２】実施の形態の装置の平面図である。
【図３】プラズマ密度のモードの一例を示す模式図である。
【図４】モードごとのプラズマ密度を表すグラフである。
【図５】係数ｋ_dnが実数となるモードと虚数となるモードのそれぞれの範囲を示すグラフである。
【図６】変形例の装置の平面図である。
【図７】従来の装置の側断面図である。
【図８】従来の装置の平面図である。
【符号の説明】
２処理室
３試料台
４マイクロ波導入板
１０カバー部材（導電体，管状部材）
１５スリット（開口部）
５１環状溝部材（管状部材）
Ｒ半径
Ｗ試料基板（試料）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus suitable for use for performing processing such as etching, ashing, and CVD (chemical vapor deposition) using plasma on a large-diameter semiconductor substrate, a glass substrate for a large liquid crystal display, and the like.
[0002]
[Prior art]
In the process of manufacturing LSI (Large Scale Integrated Circuit), LCD (Liquid Crystal Display), etc., plasma generated when energy is applied to the reaction gas from the outside is widely used. In particular, a dry etching technique using plasma is an indispensable basic technique in these processes.
[0003]
In general, as excitation means for generating plasma, a case where a 2.45 GHz microwave is used and a case where 13.56 MHz RF (Radio Frequency) is used are known. When microwaves are used, high-density plasma is obtained compared to when RF is used, and since no electrodes are required to generate plasma, contamination from the electrodes can be prevented. There are advantages.
[0004]
However, in the conventional plasma processing apparatus using microwaves, it is difficult to generate plasma so that the plasma area is wide and the plasma density is uniform. Therefore, it has been difficult to employ a dry etching process using microwaves in processing a large-diameter semiconductor substrate (semiconductor wafer) or a large LCD glass substrate.
[0005]
In this regard, as a plasma processing apparatus capable of generating microwave plasma uniformly over a large area, a method using surface wave electric field excited plasma has been proposed, for example, JP-A-62-5600, This is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-99481. In this plasma processing apparatus, the upper wall of the processing vessel is sealed with a heat-resistant plate capable of transmitting microwaves, and a dielectric line connected to the microwave waveguide is disposed above the upper wall. Plasma is generated by the surface wave electric field leaking from the surface of the dielectric line.
[0006]
7 is a side sectional view of the former plasma processing apparatus, and FIG. 8 is a plan view of the plasma processing apparatus shown in FIG. In this conventional apparatus 150, a sealing plate 84 is provided on the upper part of a processing container 81 made of a metal conductor, and the processing chamber 82 is sealed in an airtight state by these. Further, a cover member 90 that covers the upper portion of the processing container 81 and the sealing plate 84 is connected to the processing container 81, and a waveguide 71 is connected between the cover member 90 and the microwave oscillator 70. Yes. And the dielectric track | line 91 is attached to the ceiling part in the cover member 90, ensuring the air gap 93 between the sealing plates 84. FIG. The dielectric line 91 is formed in a substantially pentagonal shape in plan view having a tapered portion 91a that extends from the width of the waveguide 71 to a width that covers the processing container 81.
[0007]
A sample stage 83 for placing the sample substrate W is disposed in the processing container 81 at a position facing the sealing plate 84, and an RF bias circuit 87 is provided via a matching circuit 86. It is connected. An exhaust port 88 connected to an exhaust device (not shown) is formed in the lower wall of the processing container 81, and a gas supply pipe 85 for supplying a required reaction gas is connected to one side wall of the processing container 81. .
[0008]
When performing a predetermined process on the sample substrate W placed on the sample stage 83 using the microwave plasma processing apparatus 150 configured as described above, first, exhaust is performed from the exhaust port 88. After setting the inside of the processing chamber 82 to a required degree of vacuum, the reaction gas is supplied from the gas supply pipe 85. Next, a microwave is generated in the microwave oscillator 70 and introduced into the dielectric line 91 including the tapered portion 91 a for expanding the microwave through the waveguide 71.
[0009]
Then, an electric field is formed below the dielectric line 91, and the formed electric field passes through the air gap 93 and the sealing plate 84 and is supplied to the processing chamber 82. As a result, plasma is generated in the processing chamber 82, and the surface of the sample substrate W is subjected to processing such as etching. At this time, an RF bias is applied to the sample stage 83 by the RF bias circuit 87 as necessary. By the bias potential formed in the processing chamber 82 by the RF bias, ions in the plasma are accelerated and guided to the sample substrate W, whereby, for example, anisotropic etching is performed on the surface of the sample substrate W. Is possible.
[0010]
In the conventional apparatus 150, even when the width of the processing chamber 82 is set large in order to process the large-diameter sample substrate W, an electric field is uniformly formed immediately below the sealing plate 84, and as a result, uniform plasma is generated. Obtainable. Therefore, it is possible to perform a predetermined process on the large-diameter sample substrate W.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional apparatus 150, a taper portion 91 a that protrudes in the horizontal direction from the edge of the sealing plate 84 and the processing container 81 is provided on the dielectric line 91 in order to uniformly expand the microwave. Therefore, when the apparatus 150 is installed, it is necessary to secure an extra space in the horizontal direction in order to store the tapered portion 91a protruding from the edge of the processing container 81.
[0012]
With the recent increase in the diameter of the sample substrate W, a microwave plasma processing apparatus having a larger width of the processing chamber 82 is required. In addition, in the manufacturing site of semiconductor elements and the like, it is required that a new installation location of the device is not required, that is, that the device can be installed in as narrow a space as possible.
[0013]
However, in the conventional apparatus 150, the dimension of the tapered portion 91 a is determined according to the area of the dielectric line 91, in other words, according to the width of the processing chamber 82. For this reason, in order to process the large-diameter sample substrate W, it is necessary to secure a larger space so that the large tapered portion 91a can be accommodated. As described above, the conventional apparatus 150 has a problem that it cannot simultaneously satisfy the request for processing the large-diameter sample substrate W and the request for making the installation space of the apparatus as small as possible.
[0014]
Further, in the conventional device 150, since the tapered portion 91a is provided, a high-order propagation mode of microwave that is difficult to control is generated in the dielectric line 91. As a result, it is difficult to control the density of the plasma generated in the reaction chamber 82 by the action of the microwave electric field, and there is a problem that the plasma density becomes unstable. If the plasma density is unstable, the efficiency of the plasma processing also becomes unstable.
[0015]
The present invention has been made to solve the above-described problems in the conventional apparatus, and provides a microwave plasma processing apparatus that enables processing of a large-diameter sample and at the same time realizes space saving. The object is to obtain a microwave plasma processing apparatus capable of improving the controllability of the plasma density.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
Book The apparatus of the invention is for introducing a microwave into a processing chamber storing a sample stage on which a sample to be processed is placed, generating plasma by the microwave, and processing the sample using the plasma A microwave plasma processing apparatus, a processing container having one end opened, a substantially disc-shaped microwave introduction plate that forms the processing chamber together with the processing container by sealing the one end, and A conductor disposed annularly along the outer periphery of the microwave introduction plate; and a conductive tubular member disposed annularly on the microwave introduction plate. And the opening part is opened in the part which opposes the said microwave introduction plate of the said tubular member, The said opening part is 2 * m (m is m in a line) along the circumferential direction of the said tubular member. The integer m is an integer of 1 or more), and the integer m is jmn is the nth root of the mth order Bessel function, R is the radius of the microwave introduction plate, and ω is the above Assuming that the angular frequency of the microwave, εd is the relative dielectric constant of the microwave introduction plate, and c is the speed of light in vacuum, εd · ω ² / C ² -(Jmn / R) ² An integer n (≧ 1) that satisfies ≧ 0 is set to exist.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<1. Basic configuration of the device>
FIG. 1 is a side sectional view of the microwave plasma processing apparatus of the embodiment, and FIG. 2 is a plan view of the apparatus shown in FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In this apparatus 101, the upper end portion of the bottomed cylindrical processing container 1 is opened as a microwave introduction window. The microwave introduction window is sealed with a disk-shaped microwave introduction plate 4, and as a result, the processing chamber 1 and the microwave introduction plate 4 jointly keep the airtight from the outside. 2 is formed inside.
[0019]
The processing container 1 is made of a metal such as aluminum. As a material for the microwave introduction plate 4, heat resistance, microwave permeability, and a small dielectric loss are required. For this purpose, a dielectric such as quartz glass or alumina is employed.
[0020]
In the processing chamber 2, a sample stage 3 for placing the sample substrate W is stored at a position facing the microwave introduction plate 4, and an RF bias circuit 7 is connected thereto via a matching circuit 6. ing. An exhaust port 8 connected to an exhaust device (not shown) is formed in the lower wall of the processing container 1, and a gas supply pipe 5 for supplying a required reaction gas is provided on one side wall of the processing container 1. It is connected.
[0021]
The upper surface and the outer peripheral surface of the microwave introduction plate 4 are covered with a cover member 10 formed by forming a conductive metal into a circular lid shape, and the cover member 10 is fixed on the processing container 1. The portion of the cover member 10 that covers the outer peripheral surface of the microwave introduction plate 4 constitutes the “conductor” in the present invention. On the upper surface of the cover member 10, an annular groove member 51 made of a conductive metal and formed with an annular groove facing the sample stage 3 is connected to a part of the outer periphery thereof, and a straight groove is formed. A straight groove member 52 is provided.
[0022]
The annular groove defined by the annular groove member 51 is covered with the upper surface of the cover member 10, thereby forming an annular cavity 47 having a rectangular cross section. The straight groove defined by the straight groove member 52 is covered with the cover member 10, thereby forming a rectangular hole 48. The cavity 47 and the rectangular hole 48 communicate with each other through the introduction port 49 formed in a part of the outer peripheral wall of the annular groove member 51.
[0023]
In the portion of the cover member 10 corresponding to the bottom of the cavity 47, a plurality of slits 15 are opened at a predetermined distance in the circumferential direction of the cavity 47. In the example shown in FIG. 2, 16 slits 15 are provided at equal intervals along the circumferential direction. The dielectric 14 is fitted in the annular cavity 47 and the rectangular hole 48. For example, a fluororesin such as Teflon (registered trademark), a polyethylene resin, or a polystyrene resin is employed as the material of the dielectric 14. Preferably, a fluororesin is used.
[0024]
An annular waveguide includes an annular groove member 51 and a tubular member that includes the portion of the cover member 10 that faces the annular groove member 51 and that defines an annular cavity 47 inside, and a portion of the dielectric 14 that is filled in the cavity 47. A mold antenna portion 12a is formed. In addition, an introduction portion 12 b is formed by the straight groove member 52 and the cover member 10 that define the rectangular hole 48 therein, and the dielectric 14 that is filled in the rectangular hole 48. The annular waveguide antenna portion 12a and the introduction portion 12b constitute the antenna 12 together.
[0025]
One end of the waveguide 21 is connected to the introduction portion 12b, and the microwave oscillator 20 is connected to the other end of the waveguide 21. Therefore, a microwave (for example, an electromagnetic wave having a wavelength of 300 MHz to 30 GHz) generated by the microwave oscillator 20 passes through the inside of the waveguide 21 and the rectangular hole 48 of the introduction portion 12b, and the annular waveguide antenna unit. It is introduced into the cavity 47 of 12a.
[0026]
Producing a standing wave in the cavity 47 by appropriately setting the circumferential length of the cavity 47 of the annular waveguide antenna unit 12a, for example, approximately an integral multiple of the wavelength of the propagating microwave. Can do. Specifically, two traveling waves traveling in the opposite directions through the annular waveguide antenna unit 12a collide at a position facing the introduction unit 12b to generate a standing wave. By this wall surface standing wave, a wall surface current having a maximum value flows at a predetermined interval on the inner surface of the annular waveguide antenna portion 12a, that is, the wall surface of the cavity 47.
[0027]
For example, when a Teflon having a relative dielectric constant ε = 2.1 is adopted as the dielectric 14, the microwave mode propagating in the annular waveguide antenna portion 12a is changed to a rectangular TE that is a basic propagation mode. _Ten In order to achieve this, when the frequency of the microwave is 2.45 GHz, the dimensions of the cross section along the radial direction of the cavity 47, that is, the inside of the annular waveguide antenna portion 12a are 27 mm in height and 66.2 mm in width. It is good to set. Rectangular TE _Ten The microwave propagates uniformly within the annular waveguide antenna portion 12a with little loss.
[0028]
Further, the distance from the center of the annular waveguide antenna portion 12a to the center in the width direction of the annular waveguide antenna portion 12a can be set to 141 mm, for example. In this case, the circumferential length (approximately 886 mm) of the circle connecting the center in the width direction of the annular waveguide antenna portion 12a is the wavelength (approximately approximately) of the microwave propagating in the annular waveguide antenna portion 12a. 110mm).
[0029]
Therefore, the microwave resonates in the annular waveguide antenna portion 12a, 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. This standing wave generates an electric field from the slit 15 to the processing chamber 2 through the sealing plate 4. Therefore, it is desirable that the slit 15 be arranged at the antinode of the standing wave.
[0030]
Since the apparatus 101 is configured as described above, an electric field is formed in the processing chamber 2, and plasma is generated in the processing chamber 2 by this electric field. Plasma treatment is performed on the sample substrate W placed on the sample stage 3 by this plasma. An electric field in the processing chamber 2 forms a microwave standing wave on the annular waveguide antenna portion 12a provided in an annular shape so as to face the sample stage 3, and the microwave is generated from the standing wave. It is generated by propagating to the processing chamber 2.
[0031]
Therefore, the uniformity of the generated plasma is relatively good, and the plasma processing can be performed on the large-diameter sample substrate W. In addition, unlike the conventional apparatus 150, the tapered portion 91a is not required, and microwaves can be directly incident on the annular waveguide antenna portion 12a through the introduction portion 12b. Does not require extra installation space.
[0032]
<2. Optimization of the number of slits>
As described above, the microwave propagates from the annular waveguide antenna portion 12 a to the processing chamber 2 through the microwave introduction plate 4, thereby generating plasma in the processing chamber 2. At this time, the distribution of the plasma density generated in the processing chamber 2 can be decomposed into basic components called modes. FIG. 3 is a schematic view illustrating one mode. In FIG. 3, a portion P surrounded by white circles represents a region where the plasma density is high. In FIG. 3, “microwave incident direction” indicates the direction in which the microwave is incident through the waveguide 21.
[0033]
Each mode has periodicity in each of the circumferential direction and the radial direction, and an integer m (m ≧ 1) corresponding to the number of periods in the circumferential direction and an integer n (n ≧ n) corresponding to the number of periods in the radial direction. Identified by 1). In this specification, the integer m is referred to as a circumferential order, and the integer n is referred to as a radial order. FIG. 3 illustrates a mode in which the circumferential order m is 4 and the radial order n is 2. The distribution of the plasma density generated in the processing chamber 2 is generally expressed by a superposition of a plurality of modes.
[0034]
However, it is known that the circumferential order m of the mode appearing in the processing chamber 2 is defined by the number of slits 15 arranged at equal intervals in the circumferential direction. That is, through an experiment in which the applicant measures the distribution of generated plasma while changing the number of slits 15 in various ways, the circumferential order m is equal to ½ times the number of slits 15 (even number). It revealed that. Therefore, the relationship of the following mathematical formula 1 is established between the circumferential order m and the number of slits 15.
[0035]
[Expression 1]

[0036]
For example, the mode shown in FIG. 3 appears when the number of slits 15 is eight.
[0037]
By the way, it is known that the plasma density of each mode is given by the following equation 2 (H. Sugai, I. Ghanashev and M. Nagatu, "Plasma Sources Sci. Technol. 7 (1998) p.192- p. 205).
[0038]
[Expression 2]

[0039]
Where n _e Is the plasma density expressed as electron density in the plasma, ε ₀ Is the dielectric constant of vacuum, m _e Is the mass of the electron, ω _p Is the plasma angular frequency, and e is the elementary charge of electrons.
[0040]
Plasma angular frequency ω _p Is given by Equation 3 below.
[0041]
[Equation 3]

[0042]
Where ω is the angular frequency of the microwave, d is the thickness of the microwave introduction plate 4, and ε _d Is the relative dielectric constant of the microwave introduction plate 4, and c is the speed of light in vacuum.
[0043]
Furthermore, the coefficient k included on the right side of Equation 3 _t Is given by Equation 4 below.
[0044]
[Expression 4]

[0045]
Where j _mn Is the n-th root of the m-th order Bessel function, and R is the radius of the microwave introduction plate 4 depicted in FIGS. The coefficient k included on the right side of Equation 3 _dn Is given by Equation 5 below.
[0046]
[Equation 5]

[0047]
The microwave frequency (ω / 2π) is 2.45 GHz, and the microwave introduction plate 4 is a quartz plate having a radius R = 149 mm and a thickness d = 30 mm (relative permittivity ε _d = 4.0), the plasma density n _e Is calculated, the graph of FIG. 4 is obtained. FIG. 4 shows the plasma density n indicated by the vertical axis. _e Is an average value of the plasma density in the horizontal direction of the processing chamber 2. As shown in FIG. 4, for each circumferential order m, a plurality of modes corresponding to a plurality of radial orders n appear.
[0048]
In FIG. 4, black symbols represent modes in which the following Expression 6 is satisfied.
[0049]
[Formula 6]

[0050]
Equation 6 is equivalent to Equation 7 below.
[0051]
[Expression 7]

[0052]
In FIG. 4, white symbols represent modes in which the following Expression 8 is satisfied.
[0053]
[Equation 8]

[0054]
Equation 8 is equivalent to Equation 9 below.
[0055]
[Equation 9]

[0056]
FIG. 5 is a graph obtained based on FIG. 4, and shows a coefficient k for each mode defined by a set of a circumferential order m and a radial order n. _dn Indicates whether it belongs to a real number or an imaginary number. From FIG. 5, the coefficient k _dn It is understood that the mode in which is a real number is limited to the low-order mode. The dotted line drawn in FIG. _dn Indicates the boundary between a mode that becomes a real number and a mode that becomes an imaginary number.
[0057]
That is, the coefficient k _dn Can be a real number, a certain upper limit value exists in the circumferential order m, and when the circumferential order m exceeds this upper limit value, the coefficient k _dn A mode in which is a real number can no longer exist. In the example of FIG. 5, this upper limit is the circumferential order m = 10.
[0058]
Returning to FIG. 4, in the range where the circumferential order m exceeds the upper limit (m> 10), the coefficient k _dn In each mode in which is an imaginary number, the plasma density does not depend much on either the circumferential order m or the radial order n and is approximately a constant value (5 × 10 ¹¹ cm ^-3 ) On the other hand, in the range where the circumferential direction order m is not more than the upper limit (m ≦ 10), the coefficient k _dn In this mode, the plasma density changes strongly depending on the circumferential order m.
[0059]
As Equation 1 shows, the circumferential order m is determined by the number of slits 15. Therefore, if the number of slits 15 (= 2 m) is selected so that the circumferential order m falls within the range below the upper limit value, the plasma density can be reduced simply by changing the number of slits 15 within that range. It becomes possible to control as desired. In other words, the intensity of the density of the plasma generated in the processing chamber 2 is easily controlled by setting 2m, which is the number of the slits 15, to a range in which the radial order n satisfying Equation 6 or Equation 7 exists. It becomes possible.
[0060]
Two modes of plasma density, namely the coefficient k _dn The mode where becomes a real number and the mode where becomes an imaginary number correspond to the mode of the microwave propagating through the microwave introduction plate 4. That is, the coefficient k _dn Is a real mode, which is formed by a microwave mode that propagates as a bulk wave inside the microwave introduction plate 4 and has a coefficient k. _dn The imaginary number is formed by a microwave mode that propagates as a surface wave on the surface of the microwave introduction plate 4 exposed to the processing chamber 2.
[0061]
Therefore, the coefficient k _dn Is a real number, the radius R used in Equation 4 is the radius R itself of the microwave introduction plate 4, but the coefficient k _dn For the mode in which is an imaginary number, the radius R used in Equation 4 is more precisely drawn in the radius of the region of the microwave introduction plate 4 exposed to the processing chamber 2, that is, in FIGS. The inner radius r of the processing container 1 is replaced.
[0062]
4 and 5, for convenience, the radius R of the microwave introduction plate 4 is adopted as the radius R of Formula 4 for all modes. Therefore, FIG. 4 and FIG. _dn Although the exact result is expressed with respect to the mode in which is a real number, the coefficient k _dn For a mode where is an imaginary number, an approximate result is given.
[0063]
However, the two radii R, r are close to each other, and FIG. 4 and FIG. _dn It can be said that the behavior is expressed with a sufficiently good approximation even for the imaginary mode. In particular, the coefficient k _dn The upper limit value (10 in the example of FIG. 5) for the circumferential order m for the existence of a mode in which is a real number is the coefficient k _dn Therefore, the upper limit value obtained by using the radius R of the microwave introduction plate 4 in Equation 4 is not an approximate value but an exact value.
[0064]
<3. Modification>
(1) In the device 101, the slits 15 are opened at equal intervals along the circumferential direction of the annular waveguide antenna portion 12a. However, in general, as shown in FIG. 6 as an example of the apparatus 102, the slits 15 are formed in a plurality of portions arranged at equal intervals along the circumferential direction of the annular waveguide antenna portion 12a. , May be opened selectively. In FIG. 6, the part 15a which is not opened is hatched. At this time, the number of parts arranged at equal intervals corresponds to 2 m with respect to the circumferential order m. That is, in Equation 1, “the number of slits” is generally the number of parts arranged at equal intervals.
[0065]
In the apparatus 102, the number of parts arranged at equal intervals is 16, and the number of opened slits 15 is 10. At this time, the circumferential order m is m = 8 and does not depend on the number of slits 15 to be opened. However, the greater the number of slits 15 to be opened, the higher the intensity of the microwave propagating through the microwave introduction plate 4 and, as a result, the density of the plasma generated in the processing chamber 2 is also increased.
[0066]
Therefore, the plasma density can be controlled more precisely by adjusting the number of slits 15 to be opened. Further, as in the apparatus 102, the density distribution can be controlled as desired by varying the degree of opening the slit 15 along the circumferential direction.
[0067]
(2) In the above embodiment, the microwave introduction plate 4 has a disc shape, that is, the outer shape (outer shape) is circular. However, even if the outer shape of the microwave introduction plate 4 deviates from a circle, if the deviation range is within a certain limit, the coefficient k _dn The condition regarding the circumferential order m for the existence of a mode in which is a real number can be similarly expressed using Expression 6 or Expression 7. At this time, as the radius R in Expression 4, for example, an average value over the entire circumference of the radius can be adopted. In the first invention, the microwave introduction plate 4 is “substantially disk-shaped” as follows: _dn This means that the condition related to the circumferential order m for the existence of a mode in which is a real number is approximately circular as long as it can be expressed using Equation 6 or Equation 7. The radius at this time means a representative value of a radius suitable for use in Equation 4, for example, an average value.
[0068]
(3) The microwave introduction plate 4 is not substantially disc-shaped, and the position of the slit 15 provided in the annular waveguide antenna portion 12a even if the outer shape of the microwave introduction plate 4 is greatly deviated from a circle, for example, a rectangle. By setting the number and the number within a certain range, it is possible to include a bulk wave in the microwave propagating through the microwave introduction plate 4. Even in this case, the density of the plasma generated in the processing chamber 2 can be easily controlled by changing the position or number of the slits 15 within the above range.
[0069]
【The invention's effect】
In the apparatus of the present invention, the microwave is introduced into the tubular member provided on the microwave introduction plate arranged in an annular shape around the first conductor arranged opposite to the sample stage, and By introducing the microwave into the processing chamber through the opening and the microwave introduction plate, plasma is formed in the processing chamber, and the sample is processed by the formed plasma. For this reason, it is possible to process a large-diameter sample. In addition, unlike the conventional apparatus, the tapered portion is not required, and the microwave can be directly incident on the tubular member, so that no extra installation space is required around the processing container.
[0070]
further, Book In the device of the invention, the openings are selectively opened at a plurality of sites among 2 × m (m ≧ 1) sites arranged at equal intervals along the circumferential direction of the tubular member, Since the integer m is set so as to satisfy a predetermined condition, it is possible to easily control the intensity of the density of plasma generated in the processing chamber only by changing the integer m. That is, the controllability of the plasma density is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of an apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view of the apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a plasma density mode.
FIG. 4 is a graph showing the plasma density for each mode.
[Fig. 5] Coefficient k _dn It is a graph which shows each range of the mode used as a real number and the mode used as an imaginary number.
FIG. 6 is a plan view of a modified apparatus.
FIG. 7 is a side sectional view of a conventional apparatus.
FIG. 8 is a plan view of a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
2 treatment room
3 Sample stage
4 Microwave introduction plate
10 Cover member (conductor, tubular member)
15 Slit (opening)
51 annular groove member (tubular member)
R radius
W Sample substrate (sample)

Claims

A microwave plasma processing apparatus for introducing a microwave into a processing chamber storing a sample stage on which a sample to be processed is stored, generating plasma by the microwave, and processing the sample using the plasma Because
A processing vessel having an open end;
By sealing the one end, a substantially disk-shaped microwave introduction plate that forms the processing chamber in cooperation with the processing container;
A conductor disposed in an annular shape along the outer periphery of the microwave introduction plate;
A conductive tubular member disposed annularly on the microwave introduction plate,
In the portion of the tubular member facing the microwave introduction plate, an opening is opened,
The openings are opened at a plurality of sites among 2 × m (m is an integer of 1 or more) aligned at equal intervals along the circumferential direction of the tubular member,
In the integer m, j _mn is the nth root of the m-th order Bessel function, R is the radius of the microwave introduction plate, ω is the angular frequency of the microwave, ε _d is the relative dielectric constant of the microwave introduction plate, Let c be the speed of light in vacuum,
ε _d · ω ² / c ² − (j _mn / R) ² ≧ 0
A microwave plasma processing apparatus that is set to have an integer n (≧ 1) that satisfies the above.