JP4113895B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は一般にプラズマ処理装置に係り、特にマイクロ波プラズマ処理装置に関する。 The present invention generally relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a microwave plasma processing apparatus.
プラズマ処理工程およびプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる0.1μmに近い、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。 The plasma processing step and the plasma processing apparatus are used in the manufacture of ultra-miniaturized semiconductor devices having a gate length close to or less than 0.1 μm, which are called so-called deep sub-micron elements or deep sub-quarter micron elements, and liquid crystal display devices. This is an indispensable technique for manufacturing a high-resolution flat panel display device.
半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、特に平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。しかもこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、いくつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。 Various plasma excitation methods have been used in the past as plasma processing devices used in the manufacture of semiconductor devices and liquid crystal display devices. In particular, parallel plate high frequency excitation plasma processing devices or inductively coupled plasma processing devices are generally used. Is. However, these conventional plasma processing apparatuses have a problem that it is difficult to perform a uniform process over the entire surface of the substrate to be processed at a high processing speed, that is, a throughput because the plasma formation is non-uniform and the region where the electron density is high is limited. Has a point. This problem is particularly serious when processing a large-diameter substrate. In addition, these conventional plasma processing apparatuses have some essential problems such as damage to semiconductor elements formed on the substrate to be processed due to high electron temperature, and large metal contamination due to sputtering of the processing chamber wall. Have. For this reason, it is becoming difficult for conventional plasma processing apparatuses to meet strict requirements for further miniaturization of semiconductor devices and liquid crystal display devices and further improvement of productivity.
一方、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ(ラジアルラインスロットアンテナ)から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている。例えば特開平9−63793公報を参照。このような手法で励起されたマイクロ波プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ波プラズマではマイクロ波によりプラズマを励起するため電子温度が低く、被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。 On the other hand, a microwave plasma processing apparatus that uses high-density plasma excited by a microwave electric field without using a DC magnetic field has been proposed. For example, microwaves are radiated into a processing vessel from a planar antenna (radial line slot antenna) having a large number of slots arranged to generate uniform microwaves, and gas in the vacuum vessel is generated by the microwave electric field. There has been proposed a plasma processing apparatus configured to excite plasma by exciting the plasma. For example, see JP-A-9-63793. With microwave plasma excited by such a method, a high plasma density can be realized over a wide region directly under the antenna, and uniform plasma treatment can be performed in a short time. In addition, the microwave plasma formed by such a method excites the plasma by the microwave, so that the electron temperature is low, and damage to the substrate to be processed and metal contamination can be avoided. Furthermore, since uniform plasma can be easily excited even on a large-area substrate, it is possible to easily cope with a manufacturing process of a semiconductor device using a large-diameter semiconductor substrate and a large-sized liquid crystal display device.
図1A,Bは、かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のマイクロ波プラズマ処理装置100の構成を示す。ただし図1Aはマイクロ波プラズマ処理装置100の断面図を、また図1Bはラジアルラインスロットアンテナの構成を示す図である。
1A and 1B show a configuration of a conventional microwave
図1Aを参照するに、マイクロ波プラズマ処理装置100は複数の排気ポート116から排気される処理室101を有し、前記処理室101中には被処理基板114を保持する保持台115が形成されている。前記処理室101の均一な排気を実現するため、前記保持台115の周囲にはリング状に空間101Aが形成されており、前記複数の排気ポート116を前記空間101Aに連通するように等間隔で、すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、前記処理室101を前記空間101Aおよび排気ポート116を介して均一に排気することができる。
Referring to FIG. 1A, the microwave
前記処理室101上には、前記保持台115上の被処理基板114に対応する位置に、前記処理室101の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部107を形成された板状のシャワープレート103がシールリング109を介して形成されており、さらに前記シャワープレート103の外側に同じく低損失誘電体よりなるカバープレート102が、別のシールリング108を介して設けられている。
A large number of
前記シャワープレート103にはその上面にプラズマガスの通路104が形成されており、前記複数の開口部107の各々は前記プラズマガス通路104に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート103の内部には、前記処理容器101の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート105に連通するプラズマガスの供給通路108が形成されており、前記プラズマガス供給ポート105に供給されたArやKr等のプラズマガスは、前記供給通路108から前記通路104を介して前記開口部107に供給され、前記開口部107から前記処理容器101内部の前記シャワープレート103直下の空間101Bに、実質的に一様な濃度で放出される。
A
前記処理容器101上には、さらに前記カバープレート102の外側に、前記カバープレート102から4〜5mm離間して、図1Bに示す放射面を有するラジアルラインスロットアンテナ110が設けられている。前記ラジアルラインスロットアンテナ110は外部のマイクロ波源(図示せず)に同軸導波管110Aを介して接続されており、前記マイクロ波源からのマイクロ波により、前記空間101Bに放出されたプラズマガスを励起する。前記カバープレート102とラジアルラインスロットアンテナ110の放射面との間の隙間は大気により充填されている。
On the
前記ラジアルラインスロットアンテナ110は、前記同軸導波管110Aの外側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体110Bと、前記アンテナ本体110Bの開口部に形成された、図1Bに示す多数のスロット110aおよびこれに直交する多数のスロット110bを形成された放射板110Cとよりなり、前記アンテナ本体110Bと前記放射板110Cとの間には、厚さが一定の誘電体板よりなる遅相板110Dが挿入されている。
The radial
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ110では、前記同軸導波管110から給電されたマイクロ波は、前記ディスク状のアンテナ本体110Bと放射板110Cとの間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に前記遅相板110Dの作用により波長が圧縮される。そこで、このようにして半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット110aおよび110bを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波を前記放射板110Cに実質的に垂直な方向に放射することができる。
In the radial
かかるラジアルラインスロットアンテナ110を使うことにより、前記シャワープレート103直下の空間101Bに均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、そのため被処理基板114にダメージが生じることがなく、また処理容器101の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもない。
By using the radial
図1のプラズマ処理装置100では、さらに前記処理容器101中、前記シャワープレート103と被処理基板114との間に、外部の処理ガス源(図示せず)から前記処理容器101中に形成された処理ガス通路112を介して処理ガスを供給する多数のノズル113を形成された導体構造物111が形成されており、前記ノズル113の各々は、供給された処理ガスを、前記導体構造物111と被処理基板114との間の空間101Cに放出する。すなわち前記導体構造物111は処理ガス供給部として機能する。前記処理ガス供給部を構成する導体構造物111には、前記隣接するノズル113と113との間に、前記空間101Bにおいて形成されたプラズマを前記空間101Bから前記空間101Cに拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。
In the
そこで、このように前記処理ガス供給部111から前記ノズル113を介して処理ガスを前記空間101Cに放出した場合、放出された処理ガスは前記空間101Bにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、前記被処理基板114上に、一様なプラズマ処理が、効率的かつ高速に、しかも基板および基板上の素子構造を損傷させることなく、また基板を汚染することなく行われる。一方前記ラジアルラインスロットアンテナ110から放射されたマイクロ波は、導体よりなる前記処理ガス供給部111により阻止され、被処理基板114を損傷させることはない。
Therefore, when the processing gas is discharged from the processing
ところで、図1A,1Bで説明した上記のプラズマ処理装置100では、前記処理ガス供給部111からの処理ガスの導入が均一に行われることが非常に重要である。また、前記処理ガス供給部111は空間101Bにおいて励起されたプラズマを、前記被処理基板114直上の空間101Cへと速やかに通過させることが可能でなければならない。
Incidentally, in the
図2は、従来より使われている前記処理ガス供給部111の構成を示す底面図である。
FIG. 2 is a bottom view showing a configuration of the processing
図2を参照するに、前記処理ガス供給部111はAl含有ステンレススチールなどよりなるディスク状のプレート部材であり、前記空間101B中の高密度プラズマを通過させる多数の大きな開口部111Bが行列状に形成されている。また前記ディスク状プレート部材111中には前記処理ガス通路112に連通する処理ガス分配通路112Aが外周に沿って形成されており、前記処理ガス分配通路112Aに連通するように、格子状の処理ガス通路113Aが形成されており、前記格子状処理ガス通路113Aには多数のノズル開口部113が形成されている。
Referring to FIG. 2, the processing
かかる構成によれば、図2中に破線で重ねて示した被処理基板114の表面に、多数のノズル開口部113から処理ガスがほぼ均一に導入される。
According to such a configuration, the processing gas is introduced almost uniformly from the large number of
一方、図2の底面図の構成では前記ノズル開口部113が前記被処理基板114に向う方向に形成されているため、前記ノズル開口部113を密に形成したとしても、処理ガスを被処理基板114の表面に到達するまでに十分に拡散させることが困難である。また前記ノズル開口部113を余り密に形成してしまうと、処理ガスが基板114周辺部に主に供給されてしまい、中心部において枯渇する可能性がある。また図1A,1Bのプラズマ処理装置100では、前記空間101Bおよび101Cが速やかに排気されるように前記シャワープレート103と被処理基板114との距離を狭めてあり、その結果前記ノズル開口部113から導入された処理ガスは被処理基板114に速やかに到達してしまい、十分に拡散することができない。
On the other hand, in the configuration of the bottom view of FIG. 2, the
さらに、図1A,1Bのプラズマ処理装置100では前記処理ガス供給部111は高密度プラズマに起因する大量の熱フラックスに曝されるため、温度が上昇してしまう問題点を有している。
Further, in the
そこで、本発明は上記の課題を解決した新規で有用なプラズマ処理装置を提供することを概括的課題とする。 Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a novel and useful plasma processing apparatus that solves the above problems.
本発明のより具体的な課題は、処理ガスを均一に供給できる処理ガス供給部を備えたプラズマ処理装置を供給することにある。 A more specific problem of the present invention is to supply a plasma processing apparatus provided with a processing gas supply unit capable of supplying a processing gas uniformly.
本発明の他の課題は、処理ガス供給部の昇温を回避できる構成のプラズマ処理装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus having a configuration capable of avoiding an increase in temperature of a processing gas supply unit.
本発明のその他の課題は、
外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、前記被処理基板に対向して設けられたマイクロ波アンテナと、
前記処理容器内において前記被処理基板と前記マイクロ波アンテナとの間に設けられ、前記処理容器内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器内において前記被処理基板と前記プラズマガス供給部との間に設けられ、前記処理容器を前記プラズマガス供給部側の第1の空間と前記被処理基板側の第2の空間とに画成する処理ガス供給部とを備え、
前記処理ガス供給部は前記第1の空間と前記第2の空間との間に連通する第1の開口部を複数備えるとともに前記第1の空間と前記第2の空間とを画成する部分を備え、
かつ前記第1の空間と前記第2の空間とを画成する前記部分は、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、該処理ガス通路に連通し前記処理ガスを前記第2の空間へ放出するための複数の第2の開口部とを備え、
前記マイクロ波アンテナからのマイクロ波と前記プラズマガスとを用いて前記第1の空間でプラズマを発生させ、該プラズマを前記第2の空間へ向けて前記複数の第1の開口部を通過させるように構成され、
前記第2の開口部は、前記被処理基板表面から該表面に対して鉛直線上の位置において前記処理ガスを前記被処理基板表面に対して斜めに放出するよう構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供することにある。
Other problems of the present invention are as follows:
A processing vessel defined by an outer wall and provided with a holding table for holding a substrate to be processed;
An exhaust system coupled to the processing vessel ;
Before Symbol treatment on a container, a microwave antenna provided so as to face the target substrate,
A plasma gas supply unit that is provided between the substrate to be processed and the microwave antenna in the processing container, and supplies a plasma gas into the processing container;
Provided between the substrate to be processed and the plasma gas supply unit in the processing container, and the processing container is formed into a first space on the plasma gas supply unit side and a second space on the substrate to be processed side. And a processing gas supply unit for defining,
The processing gas supply unit includes a plurality of first openings communicating between the first space and the second space, and a portion that defines the first space and the second space. Prepared,
The portion defining the first space and the second space includes a processing gas passage connectable to a processing gas source, and communicates the processing gas to the second space. A plurality of second openings for discharging,
Plasma is generated in the first space using the microwave from the microwave antenna and the plasma gas, and the plasma is passed through the plurality of first openings toward the second space. Composed of
It said second opening, and characterized by being configured to obliquely emitted to the process gas to pre-SL surface of the substrate to be processed at the position on the vertical line with respect to the surface from the surface of the substrate to be processed An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus.
本発明によれば、前記処理ガス供給部から供給された処理ガスが被処理基板表面において跳ね返り、マイクロ波窓や処理ガス供給部に到達し、堆積を生じる問題が回避される。 According to the present invention, the problem that the processing gas supplied from the processing gas supply unit rebounds on the surface of the substrate to be processed and reaches the microwave window or the processing gas supply unit to cause deposition is avoided.
本発明のその他の目的および特徴は、以下に図面を参照しながら行う好ましい実施例についての詳細な説明より明らかとなろう。 Other objects and features of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiment with reference to the drawings.
本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器内に均一に処理ガスを供給することが可能になり、均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。 According to the present invention, in the microwave plasma processing apparatus, it is possible to supply the processing gas uniformly into the processing container, and to perform uniform plasma processing.
[第1参考例]
図3A,3Bは、本発明の第1参考例によるマイクロ波プラズマ処理装置10の構成を示す。
[First Reference Example]
3A and 3B show a configuration of a microwave
図3Aを参照するに、前記マイクロ波プラズマ処理装置10は処理容器11と、前記処理容器11内に設けられ、被処理基板12を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法(HIP)により形成されたAlNもしくはAl2O3よりなる保持台13とを含み、前記処理容器11内には前記保持台13を囲む空間11Aに等間隔に、すなわち前記保持台13上の被処理基板12に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート11aが形成されている。前記処理容器11は、かかる排気ポート11aを介して不等ピッチ不等傾角スクリューポンプにより、排気・減圧される。
Referring to FIG. 3A, the microwave
前記処理容器11は好ましくはAlを含有するオーステナイトステンレス鋼よりなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。また前記処理容器11の外壁のうち前記被処理基板12に対応する部分には、HIP法により形成された緻密なAl2O3よりなり多数のノズル開口部14Aを形成されたディスク状のシャワープレート14が、前記外壁の一部として形成される。かかるHIP法により形成されたAl2O3シャワープレート14はY2O3を焼結助剤として使って形成され、気孔率が0.03%以下で実質的に気孔やピンホールを含んでおらず、30W/m・Kに達する、セラミックとしては非常に大きな熱伝導率を有する。
The
前記シャワープレート14は前記処理容器11上にシールリング11sを介して装着され、さらに前記シャワープレート14上には同様なHIP処理により形成された緻密なAl2O3よりなるカバープレート15が、シールリング11tを介して設けられている。前記シャワープレート14の前記カバープレート15と接する側には前記ノズル開口部14Aの各々に連通しプラズマガス流路となる凹部14Bが形成されており、前記凹部14Bは前記シャワープレート14の内部に形成され、前記処理容器11の外壁に形成されたプラズマガス入口11pに連通する別のプラズマガス流路14Cに連通している。
The
前記シャワープレート14は前記処理容器11の内壁に形成された張り出し部11bにより保持されており、前記張り出し部11bのうち、前記シャワープレート14を保持する部分には異常放電を抑制するために丸みが形成されている。
The
そこで、前記プラズマガス入口11pに供給されたArやKr等のプラズマガスは前記シャワープレート14内部の流路14Cおよび14Bを順次通過した後、前記開口部14Aを介して前記シャワープレート14直下の空間11B中に一様に供給される。
Therefore, the plasma gas such as Ar or Kr supplied to the
前記カバープレート15上には、前記カバープレート15に密接し図3Bに示す多数のスロット16a,16bを形成されたディスク状のスロット板16と、前記スロット板16を保持するディスク状のアンテナ本体17と、前記スロット板16と前記アンテナ本体17との間に挟持されたAl2O3,Si3N4,SiONあるいはSiO2等の低損失誘電体材料よりなる遅相板18とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ20が設けられている。前記ラジアルスロットラインアンテナ20は前記処理容器11上にシールリング11uを介して装着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ20には矩形あるいは円形断面を有する同軸導波管21を介して外部のマイクロ波源(図示せず)より周波数が2.45GHzあるいは8.3GHzのマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は前記スロット板16上のスロット16a,16bから前記カバープレート15およびシャワープレート14を介して前記処理容器11中に放射され、前記シャワープレート14直下の空間11Bにおいて、前記開口部14Aから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。その際、前記カバープレート15およびシャワープレート14はAl2O3により形成されており、効率的なマイクロ波透過窓として作用する。その際、前記プラズマガス流路14A〜14Cにおいてプラズマが励起されるのを回避するため、前記プラズマガスは、前記流路14A〜14Cにおいて約6666Pa〜13332Pa(約50〜100Torr)の圧力に保持される。
On the
前記ラジアルラインスロットアンテナ20と前記カバープレート15との密着性を向上させるため、本参考例のマイクロ波プラズマ処理装置10では前記スロット板16に係合する前記処理容器11の上面の一部にリング状の溝11gが形成されており、かかる溝11gを、これに連通した排気ポート11Gを介して排気することにより、前記スロット板16とカバープレート15との間に形成された隙間を減圧し、大気圧により、前記ラジアルラインスロットアンテナ20を前記カバープレート15にしっかりと押し付けることが可能になる。かかる隙間には、前記スロット板16に形成されたスロット16a,16bが含まれるが、それ以外にも様々な理由により隙間が形成されることがある。かかる隙間は、前記ラジアルラインスロットアンテナ20と処理容器11との間のシールリング11uにより封止されている。
In order to improve the adhesion between the radial
さらに前記排気ポート11Gおよび溝15gを介して前記スロット板16と前記カバープレート15との間の隙間に分子量の小さい不活性気体を充填することにより、前記カバープレート15から前記スロット板16への熱の輸送を促進することができる。かかる不活性気体としては、熱伝導率が大きくしかもイオン化エネルギの高いHeを使うのが好ましい。前記隙間にHeを充填する場合には、0.8気圧程度の圧力に設定するのが好ましい。図3の構成では、前記溝15gの排気および溝15gへの不活性気体の充填のため、前記排気ポート11Gにバルブ11Vが接続されている。
Further, by filling the gap between the
前記同軸導波管21Aのうち、外側の導波管21Aは前記ディスク状のアンテナ本体17に接続され、中心導体21Bは、前記遅波板18に形成された開口部を介して前記スロット板16に接続されている。そこで前記同軸導波管21Aに供給されたマイクロ波は、前記アンテナ本体17とスロット板16との間を径方向に進行しながら、前記スロット16a,16bより放射される。
Out of the
図3Bは前記スロット板16上に形成されたスロット16a,16bを示す。
Figure 3 B shows the
図3Bを参照するに、前記スロット16aは同心円状に配列されており、各々のスロット16aに対応して、これに直交するスロット16bが同じく同心円状に形成されている。前記スロット16a,16bは、前記スロット板16の半径方向に、前記遅相板18により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波は前記スロット板16から略平面波となって放射される。その際、前記スロット16aおよび16bを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。
Referring to FIG. 3 B, the
さらに図3Aのプラズマ処理装置10では、前記アンテナ本体17上に、冷却水通路19Aを形成された冷却ブロック19が形成されており、前記冷却ブロック19を前記冷却水通路19A中の冷却水により冷却することにより、前記シャワープレート14に蓄積された熱を、前記ラジアルラインスロットアンテナ20を介して吸収する。前記冷却水通路19Aは前記冷却ブロック19上においてスパイラル状に形成されており、好ましくはH2ガスをバブリングすることで溶存酸素を排除して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。
Still referring to FIG. 3 A
また、図3Aのマイクロ波プラズマ処理装置10では、前記処理容器11中、前記シャワープレート14と前記保持台13上の被処理基板12との間に、前記処理容器11の外壁に設けられた処理ガス注入口11rから処理ガスを供給されこれを多数の処理ガスノズル開口部(図5参照)から放出する格子状の処理ガス通路を有する処理ガス供給構造31が設けられ、前記処理ガス供給構造31と前記被処理基板12との間の空間11Cにおいて、所望の均一な基板処理がなされる。かかる基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマCVD処理等が含まれる。また、前記処理ガス供給構造31から前記空間11CにC4F8、C5F8またはC4F6などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、F系あるいはCl系等のエッチングガスを供給し、前記保持台13に高周波電源13Aから高周波電圧を印加することにより、前記被処理基板12に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。
Further, in the microwave
本参考例によるマイクロ波プラズマ処理装置10では、前記処理容器11の外壁は150℃程度の温度に加熱しておくことにより、処理容器内壁への反応副生成物等の付着が回避され、一日に一回程度のドライクリーニング行うことで、定常的に、安定して運転することが可能である。
In the microwave
図4は、図3Aの構成における処理ガス供給構造31の構成を示す底面図である。
FIG. 4 is a bottom view showing the configuration of the processing
図4を参照するに、前記処理ガス供給構造31は例えばMgを含んだAl合金やAl添加ステンレススチール等の導電体ディスク部材311および312の積層により構成されており、プラズマガスを通過させる開口部31Aの行列状配列を形成されている。前記開口部31Aは例えば19mm×19mmのサイズを有し、例えば24mmのピッチで行方向および列方向に繰り返し形成されている。また前記処理ガス供給構造31は全体として約8.5mmの厚さを有し、被処理基板12の表面から典型的には約16mmの距離だけ離間して配設される。
Referring to FIG. 4, the processing
図5は図4の導電性ディスク部材311の構成を示す底面図である。
Figure 5 is a bottom view of a structure of a
図5を参照するに、前記導電性ディスク部材311中には格子状処理ガス通路31Bが、図中に破線で示すディスク部材311の外周に沿って形成された処理ガス分配通路31Cに連通して形成されており、前記処理ガス分配通路31Cはポート31cにおいて前記処理ガス注入口11rに接続されている。また前記ディスク311の下面には多数の処理ガスノズル開口部31Dが前記処理ガス通路31Bに連通して形成されている。前記ノズル開口部31Dからは処理ガスが、前記導電性ディスク部材312に向って放出される。
Referring to FIG. 5, the
図6は、前記導電性ディスク部材312の構成を示す平面図である。
Figure 6 is a plan view showing the configuration of the
図6を参照するに、前記導電性ディスク状部材312には前記導電性ディスク部材311中の開口部31Aに対応する開口部31A’が行列状に形成されており、前記開口部31A’は、前記導電性ディスク部材312中の格子状構造31Eにより画成されている。
Referring to FIG 6, wherein the the conductive disc-
図6に示すように、前記格子状構造31上には、前記導電性ディスク部材311中のノズル開口部31Dの各々に対応して典型的には約1mmの深さの凹部31Fが形成されており、前記ノズル開口部31Dから放出された処理ガスは、かかる凹部31Fによって直進を妨げられ、図7に示すように流路を側方に屈曲される。すなわち前記凹部31Fは拡散部を形成することがわかる。ただし図7は図4の処理ガス供給構造31の一部切開断面図である。図7中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
As shown in FIG. 6, on the grid-
図8は、図6の導電性ディスク部材312の一部を拡大して示す図である。
Figure 8 is an enlarged view showing a part of the
図8を参照するに、開口部31A’の周囲には前記拡散部31Fとして、凹部31F1〜31F4が形成されているが、前記開口部31A’を隔てて対向する一対の凹部、例えば凹部31F1と凹部31F2、あるいは凹部31F3と凹部31F4は互い違いに形成されている。
Referring to FIG. 8, recesses
その結果、図9に示すように例えば凹部31F1により側方に屈曲された処理ガス流は前記凹部31F2が形成された格子状構造31Eのうち、前記凹部31F2が形成されていない部分31E2に当り、屈曲される。
As a result, of the process gas stream which is bent to the side of the grid-shaped
同様に、凹部31F2により側方に屈曲された処理ガス流は前記凹部31F1が形成された格子状構造31Eのうち、前記凹部31F1が形成されていない部分31E1に当り、屈曲される。さらに凹部31F3により側方に屈曲された処理ガス流は前記凹部31F4が形成された格子状構造31Eのうち、前記凹部31F4が形成されていない部分31E4に当り、屈曲される。また凹部31F4により側方に屈曲された処理ガス流は前記凹部31F3が形成された格子状構造31Eのうち、前記凹部31F3が形成されていない部分31E3に当り、屈曲される。
Similarly, the processing gas flow bent laterally by the
図9に示す処理ガス流の複雑な屈曲の結果、前記処理ガス流は一様に拡散し、前記空間11Cへと供給される。
As a result of complicated bending of the processing gas flow shown in FIG. 9, the processing gas flow is uniformly diffused and supplied to the
前記格子状処理ガス通路31Bおよび処理ガスノズル開口部31Dは図5に破線で示した被処理基板12よりもやや大きい領域をカバーするように設けられている。かかる処理ガス供給構造31を前記シャワープレート14と被処理基板12との間に設けることにより、前記処理ガスをプラズマ励起し、かかるプラズマ励起された処理ガスにより、均一に処理することが可能になる。
The lattice
前記処理ガス供給構造31を金属等の導体により形成する場合には、前記格子開口部31Aの繰り返しピッチを前記マイクロ波の波長よりも短く設定することにより、前記処理ガス供給構造31はマイクロ波の短絡面を形成する。この場合にはプラズマのマイクロ波励起は前記空間11B中においてのみ生じ、前記被処理基板12の表面を含む空間11Cにおいては前記励起空間11Bから拡散してきたプラズマにより、処理ガスが活性化される。
In the case where the processing
本参考例によるマイクロ波プラズマ処理装置10では、処理ガス供給構造31を使うことにより処理ガスの供給が一様に制御されるため、処理ガスの被処理基板12表面における過剰解離の問題を解消することができ、被処理基板12の表面にアスペクト比の大きい構造が形成されている場合でも、所望の基板処理を、かかる高アスペクト構造の奥にまで実施することが可能である。すなわち、マイクロ波プラズマ処理装置10は、設計ルールの異なる多数の世代の半導体装置の製造に有効である。
In the microwave
本参考例のプラズマ処理装置10においては前記導電性ディスク部材311および312をMg含有Al合金あるいはAl添加ステンレスにより形成することができるが、前記Mg含有Al合金を使う場合には、部材表面に弗化物膜を形成しておくのが好ましい。また前記導電性ディスク部材311および312をAl添加ステンレススチールにより形成する場合には、表面に酸化アルミニウムの不動態膜を形成しておくのが望ましい。本発明によるプラズマ処理装置10では、励起される励起されるプラズマ中の電子温度が低いためプラズマの入射エネルギが小さく、かかる処理ガス供給構造31がスパッタリングされて被処理基板12に金属汚染が生じる問題が回避される。前記処理ガス供給構造31は、アルミナ等のセラミックスにより形成することも可能である。
In the
また本参考例において前記導電性ディスク部材311および312のいずれか一方のみを導電性とし、他方をセラミック等の非導電性部材により形成することも可能である。
[第2参考例]
図10は、本発明の第2参考例による処理ガス供給構造41の構成を示す。ただし図10中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
The only one of the
[Second Reference Example]
FIG. 10 shows a configuration of a processing
図10を参照するに、本参考例においては前記導電性ディスク部材312中の格子状構造31E中に冷媒通路31eが形成され、その結果、前記処理ガス供給構造41の過大な昇温が抑制される。
Referring to FIG. 10, in the present embodiment the
また図10の構造では、前記格子状構造31E上にL字型のスペーサ部材31L1〜31L4が形成され、前記凹部31F1〜31F4はかかるスペーサ部材31L1〜31L4により画成される。
In the structure of FIG. 10, L-shaped spacer members 31L 1 to 31L 4 are formed on the lattice-
図10の構造は容易に作成でき、プラズマ処理装置の製造費用を低減することを可能にする。
[第3参考例]
図11は、本発明の第3参考例によるプラズマ処理装置10Aの構成を示す。ただし図11中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
The structure of FIG. 10 can be easily created, and the manufacturing cost of the plasma processing apparatus can be reduced.
[Third Reference Example]
FIG. 11 shows the configuration of a
図11を参照するに、プラズマ処理装置10Aでは前記シャワープレート14が撤去され、その代わりに前記処理容器11中に、好ましくは対称的に、複数のプラズマガス供給管11Pが、前記ガス通路11pに連通して形成されている。本参考例のプラズマ処理装置10Aでは、構成が簡素化され、製造費用を大きく低減することが可能である。
Referring to FIG. 11, in the
かかる構成のプラズマ処理装置10Aにおいても先の図4の処理ガス供給構造31あるいは41を使うことにより、前記被処理基板12上の空間11Cに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造41を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。
[第4参考例]
図12は、本発明の第4参考例によるプラズマ処理装置10Bの構成を示す。ただし図12中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Also in the
[Fourth Reference Example]
FIG. 12 shows a configuration of a
かかる構成のプラズマ処理装置10Bでも、先の図4の処理ガス供給構造31あるいは41を使うことにより、前記被処理基板12上の空間11Cに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造41を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。
[第5参考例]
図13は、本発明の第5参考例によるプラズマ処理装置10Cの構成を示す。ただし図13中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Even in the
[Fifth Reference Example]
FIG. 13 shows the configuration of a plasma processing apparatus 10C according to the fifth reference example of the present invention. However, in FIG. 13, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted.
図13を参照するに、プラズマ処理装置10Cでは図12のプラズマ処理装置10Bにおいて前記シャワープレート14が撤去されており、その代わりに前記処理容器11中に、好ましくは対称的に、複数のプラズマガス供給管11Pが、前記ガス通路11pに連通して形成されている。本参考例のプラズマ処理装置10Aでは、前記同軸導波管21とラジアルラインスロットアンテナ20との接続部にテーパを形成することによりインピーダンス急変に起因するマイクロ波の反射が抑制され、またシャワープレート14の代わりにプラズマガス供給管11Pを設けることで構成が簡素化され、製造費用を大きく低減することが可能である。
Referring to FIG. 13, in the
かかる構成のプラズマ処理装置10Cにおいても先の図4の処理ガス供給構造31あるいは41を使うことにより、前記被処理基板12上の空間11Cに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造41を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。
[第6参考例]
図14は、本発明の第4参考例によるプラズマ処理装置10Dの構成を示す。ただし図14中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Also in the plasma processing apparatus 10C having such a configuration, by using the processing
[Sixth Reference Example]
FIG. 14 shows a configuration of a plasma processing apparatus 10D according to a fourth reference example of the present invention. However, in FIG. 14, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted.
図14を参照するに、本参考例のプラズマ処理装置10Bでは、図3A,3Bの構成のプラズマ処理装置10において、前記同軸導波管21とラジアルラインスロットアンテナ20との接続部にテーパ部が形成され、かかる接続部におけるインピーダンスの急変およびそれに伴うマイクロ波の反射を低減している。この目的のため、前記同軸導波管21の中心導体21Bの先端部にはテーパ部21bが、また前記外側導波管21Aとアンテナ本体17との接続部にはテーパ部21aが形成されている。
Referring to FIG. 14, in the
図14を参照するに、本参考例のプラズマ処理装置10Dでは、図12の構成のプラズマ処理装置10Bにおいて、前記同軸導波管21の中心導体21Bの先端部21bをスロット板16から離間させ、間に前記遅相板18を介在させる。かかる構成では、前記スロット板16を前記中心導体21Bの先端部21bにネジ止めする必要がなくなり、前記スロット板16の表面は確実に平坦になる。このためかかる構成では前記ラジアルラインスロットアンテナ20を前記カバープレート15に高い精度で密接させることが可能で、前記シャワープレート14およびカバープレート15の昇温を前記アンテナ20を冷却することにより、効果的に抑制することが可能である。
Referring to FIG. 14, in the plasma processing apparatus 10D of the present reference example, in the
かかる構成のプラズマ処理装置10Dでも、先の図4の処理ガス供給構造31あるいは41を使うことにより、前記被処理基板12上の空間11Cに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造41を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。
[第7参考例]
図15は、本発明の第7参考例によるプラズマ処理装置10Eの構成を示す。ただし図15中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Even in the plasma processing apparatus 10D having such a configuration, it is possible to stably supply a uniform processing gas to the
[Seventh Reference Example]
FIG. 15 shows the configuration of a
図15を参照するに、プラズマ処理装置10Eでは図14のプラズマ処理装置10Dにおいて前記シャワープレート14が撤去されており、その代わりに前記処理容器11中に、好ましくは対称的に、複数のプラズマガス供給管11Pが、前記ガス通路11pに連通して形成されている。その結果、プラズマ処理装置10Eの構成はプラズマ処理装置10Dよりも簡素化され、製造費用を大きく低減することができる。
Referring to FIG. 15, in the
かかる構成のプラズマ処理装置10Eにおいても先の図4の処理ガス供給構造31あるいは41を使うことにより、前記被処理基板12上の空間11Cに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造41を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。
[第8参考例]
図16は本発明の第8参考例によるプラズマ処理装置10Fの構成を示す。ただし図16中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Also in the
[Eighth Reference Example]
FIG. 16 shows the configuration of a
図16を参照するに、プラズマ処理装置10Fでは先のプラズマ処理装置10Eのカバープレート15が撤去され、前記ラジアルラインスロットアンテナ20のスロット板16が前記処理容器11内に露出している。
Referring to FIG. 16, in the
図16の構成では、前記スロット板16は前記処理容器11にシールリング11tを介して装着されているが、前記中心導体21Bの先端部21bが遅相板18の背後に形成されるため、前記中心導体21Bの先端部21bを大気圧に対してシールするシールリングを設ける必要はない。本参考例では、前記ラジアルラインスロットアンテナ20のスロット板16が処理容器11内部に露出しているためマイクロ波の損失が生じることがなく、処理容器11中において効率的なマイクロ波励起が可能になる。
In the configuration of FIG. 16, the
かかる構成のプラズマ処理装置10Fでも、先の図4の処理ガス供給構造31あるいは41を使うことにより、前記被処理基板12上の空間11Cに均一な処理ガスを安定して供給することが可能になる。特に前記処理ガス供給構造41を使うことにより、処理ガス供給構造の過大な温度上昇を回避することが可能になる。
[実施例]
図17A,17Bは、本発明の実施例による処理ガス供給構造51の構成を示す、それぞれ底面図および断面図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
Even in the
[Example]
17A and 17B are a bottom view and a cross-sectional view, respectively, showing the configuration of the processing
図17Aを参照するに、本実施例では処理ガス供給構造51は、処理ガス供給通路を形成され半径方向に延在するスポーク部材51Bと、前記スポーク部材51Bにより保持され、処理ガス通路を形成された同心円リング状部材51Aを有しており、前記部材51Aの底面には、多数の処理ガス供給ノズル開口部51Cが形成されている。
Referring to FIG. 17A, in this embodiment, the processing
図17Bを参照するに、本実施例では処理ガス供給ノズル開口部51Cは前記部材51Aに斜めに形成されており、処理ガスを被処理基板12に対して斜めの方向に放出する。
Referring to FIG. 17B, in this embodiment, the processing gas
前記処理ガス供給ノズル開口部51Cから前記被処理基板12に対して斜め方向に処理ガスを放出することにより、放出された処理ガスが被処理基板12で跳ね返り、シャワープレート103の表面に反応副生成物などよりなる堆積物を形成する問題が回避される。
By releasing the processing gas from the processing gas
図17Bに示すように前記部材51Aは処理ガス供給通路に対応した溝を形成された断面がU字型の部材51aの表面を蓋51bにより覆った構成を有しており、前記ノズル開口部51Cは前記部材51aの斜め加工により形成することができる。
[第9参考例]
次に本発明の第9参考例について説明する。
As shown in FIG. 17B, the
[Ninth Reference Example]
Next, a ninth reference example of the present invention will be described.
本参考例では前記シャワープレート103の表面への反応副生成物などの堆積物の堆積を抑制するため、図3Aの基板処理装置10あるいは図11の基板処理装置10A,図12の基板処理装置10B,図13の基板処理装置10C,図14の基板処理装置10Dあるいは図15の基板処理装置10Eにおいて、前記冷却ブロック19を温度制御装置として使い、前記シャワープレート13あるいはカバープレート15の前記被処理基板12に面する側の表面温度を、前記ラジアルラインスロットアンテナ20を介して、約150℃に制御する。その際、処理ガス供給機構として図17A,17Bのものを使うことも可能である。
In this reference example, the
前記シャワープレート13あるいはカバープレート15の温度を150℃以上に制御することで、前記処理空間11CにおいてCVD成膜処理を行った場合、あるいはプラズマエッチング処理を行った場合でも、前記シャワープレート13あるいはカバープレート15の表面への堆積物の付着を抑制することができる。
By controlling the temperature of the
一方、前記温度が150℃よりも実質的に高い場合、前記処理ガス供給構造31,41,51より供給される処理ガスが分解される可能性がある。このため、前記シャワープレート13あるいはカバープレート15の温度は150℃を大きく超えないように制御するのが好ましい。
On the other hand, when the temperature is substantially higher than 150 ° C., the processing gas supplied from the processing
このような温度制御は、前記冷却ブロック19の冷却水通路19Aにガルデンなどの媒体を通すことにより行うことができる。
Such temperature control can be performed by passing a medium such as Galden through the cooling
本発明は上記特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。 The present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention.
本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置において、処理容器内に均一に処理ガスを供給することが可能になり、均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。 According to the present invention, in the microwave plasma processing apparatus, it is possible to supply the processing gas uniformly into the processing container, and to perform uniform plasma processing.
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,100 プラズマ処理装置
11 処理容器
11a 排気ポート
11b 張り出し部
11p プラズマガス供給ポート
11r 処理ガス供給ポート
11A,11B,11C 空間
11G 減圧およびHe供給ポート
11P プラズマガス導入口
12,114 被処理基板
13 保持台
13A 高周波電源
14 シャワープレート
14A プラズマガスノズル開口部
14B,14C プラズマガス通路
15 カバープレート
16 スロット板
16a,16b スロット開口部
17 アンテナ本体
18 遅波板
18A,18B リング状部材
19 冷却ブロック
19A 冷却水通路
20 ラジアルラインアンテナ
21 同軸導波管
21A 外側導波管
21B 内側給電線
21a,21b テーパ面
31,41,51,111 処理ガス供給構造
311,312 導電性ディスク部材
31A,31A’ プラズマ拡散通路
31B,113A 処理ガス通路
31C,112A 処理ガス分配通路
31c 処理ガス供給ポート
31D,113 処理ガス供給ノズル開口部
31E 格子状部材
31L1〜31L4 L字状スペーサ
31e 冷媒通路
31F,31F1〜31F4 処理ガス拡散部
51A 同心円リング状部材
51B スポーク部材
51a U字型の部材
51b 蓋
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 100
Claims (2)
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、前記被処理基板に対向して設けられたマイクロ波アンテナと、
前記処理容器内において前記被処理基板と前記マイクロ波アンテナとの間に設けられ、前記処理容器内にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記処理容器内において前記被処理基板と前記プラズマガス供給部との間に設けられ、前記処理容器を前記プラズマガス供給部側の第1の空間と前記被処理基板側の第2の空間とに画成する処理ガス供給部とを備え、
前記処理ガス供給部は前記第1の空間と前記第2の空間との間に連通する第1の開口部を複数備えるとともに前記第1の空間と前記第2の空間とを画成する部分を備え、
かつ前記第1の空間と前記第2の空間とを画成する前記部分は、処理ガス源に接続可能な処理ガス通路と、該処理ガス通路に連通し前記処理ガスを前記第2の空間へ放出するための複数の第2の開口部とを備え、
前記マイクロ波アンテナからのマイクロ波と前記プラズマガスとを用いて前記第1の空間でプラズマを発生させ、該プラズマを前記第2の空間へ向けて前記複数の第1の開口部を通過させるように構成され、
前記第2の開口部は、前記被処理基板表面から該表面に対して鉛直線上の位置において前記処理ガスを前記被処理基板表面に対して斜めに放出するよう構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing vessel defined by an outer wall and provided with a holding table for holding a substrate to be processed;
An exhaust system coupled to the processing vessel ;
Before Symbol treatment on a container, a microwave antenna provided so as to face the target substrate,
A plasma gas supply unit that is provided between the substrate to be processed and the microwave antenna in the processing container, and supplies a plasma gas into the processing container;
Provided between the substrate to be processed and the plasma gas supply unit in the processing container, and the processing container is formed into a first space on the plasma gas supply unit side and a second space on the substrate to be processed side. And a processing gas supply unit for defining,
The processing gas supply unit includes a plurality of first openings communicating between the first space and the second space, and a portion that defines the first space and the second space. Prepared,
The portion defining the first space and the second space includes a processing gas passage connectable to a processing gas source, and communicates the processing gas to the second space. A plurality of second openings for discharging,
Plasma is generated in the first space using the microwave from the microwave antenna and the plasma gas, and the plasma is passed through the plurality of first openings toward the second space. Composed of
It said second opening, and characterized by being configured to obliquely emitted to the process gas to pre-SL surface of the substrate to be processed at the position on the vertical line with respect to the surface from the surface of the substrate to be processed plasma processing apparatus for.
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