JP4464550B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波などの高周波のエネルギーによりプラズマを発生させ、そのプラズマにより半導体ウエハなどの被処理基板に対して処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程の中に、半導体ウエハ(以下ウエハという)に対してプラズマを用いて処理を行う工程がある。このようなプラズマ処理を行うための装置として図17に示すようなマイクロ波プラズマ処理装置が知られている。この装置は、ウエハWの載置台90を備えた真空容器9の天井部に例えば石英よりなるマイクロ波透過窓91を設けると共に、このマイクロ波透過窓91の上方に平面スロットアンテナ92を設け、マイクロ波透過窓91の上方側に電磁シールド部材96、例えば真空容器9の上端に連続する円筒部分を設けて構成されている。そしてマイクロ波電源部93からマイクロ波を導波管94を介して前記アンテナ92に導き、このアンテナ92から真空容器9内にマイクロ波を供給して、ガス供給部95からの処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマにより例えばウエハWの表面に成膜あるいはエッチング処理を施すように構成されている。
【0003】
このような装置において、ウエハWに対して面内均一性の高い処理を行うためには、均一性の高いプラズマを生成することが必要である。プラズマの均一性を左右する要因の一つとしてマイクロ波の電界強度分布が挙げられ、特開平3−68771号公報には、マイクロ波の放射分布(電界強度分布)はアンテナの構造により任意に変更できるが、アンテナに入る前に定在波が存在すると定在波の強弱に応じてマイクロ波が放射されるので、アンテナの直前位置(マイクロ波伝搬路の最終端)にマイクロ波吸収体を設けて定在波を抑えれば放射分布が均一になる旨の記載がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで本発明者はアンテナ92に金属テープを貼り付けてマイクロ波の放射状態を種々変え、載置台91の位置に取り付けたCCDカメラによりプラズマを観察したところ、プラズマの明るさ分布の様子にさほど変化がなかった。このことからアンテナ92によりマイクロ波の電界強度分布を調整できても、アンテナ92からプラズマ発生領域までの間に電界強度分布が乱れる要因があるといえる。即ち本発明者はアンテナ92から電界強度分布が均一なマイクロ波が出力されていても、アンテナ92からシース領域(プラズマと透過窓91とプラズマ発光領域との間における発光が見えない領域)までの間に定在波が発生しているという知見を得た。定在波は横方向に広がるいわば横波であって、マイクロ波伝搬空間が大きくなると側壁部分からの電磁波の反射などに基づいて発生すると考えられる。このためこの定在波に対応してマイクロ波の電界分布の均一性が悪くなり、プラズマの立ち方に強弱が起こって面内均一性の高い処理が困難になる。
【0005】
本発明はこのような事情の下になされたものでありその目的はアンテナとプラズマ発光領域との間において定在波の発生を抑え、均一性の高いプラズマを発生させて均一性の高い処理を行うことのできるプラズマ処理装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の装置は、高周波電源部から平面状のアンテナ及び高周波透過窓を通じて真空容器内にプラズマ生成用の高周波を供給し、真空容器内に供給された処理ガスを高周波のエネルギ−によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空容器内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理装置において、定在波の発生を抑えるように構成したものであり、請求項1の発明は、前記高周波透過窓の真空雰囲気側の面からアンテナに至るまでの領域の側周部を囲むように電磁波吸収体を設け、電磁波吸収体は周方向に互いに空間部を置いて多数に分割されたことを特徴とする。各電磁波吸収体の周方向の長さ及び空間部の周方向の長さは、高周波のその部位での波長をλgとすると(1/2)λgよりも小さいことが好ましい。また電磁波吸収体は横断面で見た形状が内側に凸状であるかまたは内側に凸な多角形である構成とすることができる。
【0007】
更に本発明の他の装置は、前記高周波透過窓とプラズマ発光領域との間から高周波透過窓のアンテナ側の面に至るまでの領域を、定在波の発生を抑えるために、導電体により高周波の伝搬方向と直交方向に複数領域に分割し、前記導電体の載置台側の端部は、前記高周波透過窓から露出してプラズマ発光領域に食い込んでいることを特徴とする。前記導電体の端部がプラズマ発光領域に食い込んでいる食い込み量は例えば5mm〜10mmである。
【0008】
また前記導電体は、例えば中央部が円形またはリング状に形成された第1の導電体を含み、更に放射状に伸びる導電体を複数設けて前記透過窓を周方向に分割するようにしてもよい。第1の導電体の外側に第1の導電体と同心円状にリング状の第2の導電体を設けても良い。互いに径方向に隣合う導電体の径方向の離間距離R2は例えば高周波の波長をλとすると(1/2)λ≦R2<λである。また第1の導電体の内径R1は、例えば(1/2)λ≦R1<λである。前記導電体を設ける領域は例えば高周波透過窓のみであってもよく、この場合高周波透過窓が導電体により分割される。
本発明の更にまた他の装置は、高周波電源部から平面状のアンテナ及び高周波透過窓を通じて真空容器内にプラズマ生成用の高周波を供給し、真空容器内に供給された処理ガスを高周波のエネルギ−によってプラズマ化し、そのプラズマにより、真空容器内の載置台に載置された基板に対して処理を行うプラズマ処理装置において、
前記高周波透過窓とプラズマ発光領域との間から高周波透過窓のアンテナ側の面に至るまでの領域を、定在波の発生を抑えるために、導電体により高周波の伝搬方向と直交方向に分割し、
前記導電体は、載置台の中心軸をほぼ中心とする円形またはリング状に形成された第1の導電体と、前記透過窓を周方向に分割するために各々放射状に伸びかつ周方向に複数設けられた導電体と、を含むことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のプラズマ処理装置の実施の形態を示す断面図である。このプラズマ処理装置は例えばアルミニウム製の円筒状の真空容器1を備えており、この真空容器1には基板であるウエハWの載置台2が設けられると共に、底部には真空排気を行うための排気管11が接続され、また例えば側壁にはガス供給部12が設けられている。前記載置台2には例えば13.56MHzのバイアス電源部21に接続されたバイアス印加用の電極22が埋設されると共に、図示しない温度調整部が設けられていてウエハWを所定の温度に調整できるように構成されている。真空容器1の天井部には誘電体例えば石英やAl2O3又はAlNなどのセラミックよりなるマイクロ波透過窓3が下方側の領域を真空雰囲気とするようにシール材3aにより気密に封止して配置されており、この窓3の上方には多数のスロット31が形成された平面状のアンテナ32が当該窓3に対向するように設けられている。
【0010】
前記アンテナ32の中央部には導波路である同軸の導波管33の軸部33aの一端部が接続されている。同軸の導波管33の外管33bの下端部は外側に折り曲げられて広げられ更に下側に屈曲して偏平な円筒状の拡径部34をなしている。同軸の導波管33の他端部の側面には導波路である矩形状の導波管35の一端部が接続されており、この矩形状の導波管35の他端部にはインピーダンス整合部36を介してマイクロ波電源部37が設けられている。
【0011】
一方前記マイクロ波透過窓3の周囲には例えば真空容器1の上部に連続する電磁シールド部材に相当する円筒部23が設けられ、この円筒部23の上部は前記拡径部34の上面レベルに位置しており、この中に拡径部34が収まっている。前記円筒部23の内周面にはマイクロ波を吸収する電磁波吸収体4が積層されており、マイクロ波の反射を抑制し、それによって定在波が立つのを抑えている。電磁波吸収体4としては例えばカーボン等を含む抵抗体や水などの誘電損失の大きい誘電体例えば商品名ニコライト(日本高周波株式会社製)を用いることができ、またはフェライト系セラミックスなどの磁性体を用いてもよく、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。例えば水を電磁波吸収体4として用いる場合には、円筒部23の内周面にマイクロ波伝搬領域を囲むように筒状のジャケット部を形成すると共にマイクロ波伝搬領域側を例えばガラス板で構成し,ジャケット部の中に水を通すようにすればよい。
【0012】
次に上述実施の形態の作用について、基板上にポリシリコン膜を形成する場合を例にとって説明する。先ず図示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームによりウエハWを載置台2上に載置する。次いで前記ゲートバルブを閉じた後、真空容器1内を排気して所定の真空度まで真空引きし、ガス供給部12から成膜ガスである例えばSiH4 ガス及びキャリアガスである例えばArガスを真空容器1内に供給する。そしてマイクロ波電源部37から例えば2.45GHz、2.5kwのマイクロ波を出力すると共に、バイアス電源部21から載置台2に例えば13.56MHz、1.5kwのバイアス電力を印加する。
【0013】
マイクロ波電源部37からのマイクロ波は導波管35、33を介して拡径部34内に伝播され、アンテナ32のスロット31を通って真空容器1内に供給され、このマイクロ波により処理ガスがプラズマ化される。そしてSiH4 ガスが電離して生成された活性種がウエハW表面に付着してポリシリコン膜が成膜される。
【0014】
ここでアンテナ32から放射されたマイクロ波において、マイクロ波透過窓3の下面(真空雰囲気側の面)に至るまでに定在波(横波)が立とうとしても、マイクロ波の伝搬空間が電磁波吸収体4により囲まれているので、マイクロ波がこの電磁波吸収体4により吸収され、このため定在波の発生が抑えられる。
【0015】
従って上述の実施の形態によれば、定在波の発生が抑えられた状態でマイクロ波がマイクロ波透過窓3を透過して真空容器1内に導入されるので、定在波による電界強度分布の影響が少なくなり、この結果プラズマ密度が均一になり、ウエハWに対して面内分布が均一なプラズマ処理、この例では成膜処理を行うことができる。
【0016】
本発明はアンテナ32から放射されたマイクロ波が真空容器1内でプラズマを発生させるに至るまでの領域における定在波の発生を抑えることが目的であるため、上述の例のようにアンテナ4からマイクロ波透過窓3の下面に至るまでの領域全体を電磁波吸収体4で囲むことが望ましいが、高さ方向(マイクロ波の伝搬方向)における一部の領域例えばアンテナ32とマイクロ波透過窓3との間の空間のみを電磁波吸収体4で囲むようにしてもよいし、マイクロ波透過窓3のみを囲むようにしてもよい。
【0017】
ここで本発明では、アンテナ4からマイクロ波透過窓3の下面に至るまでの領域の側周部の全周に亘って電磁波吸収体4を設けてもよいが、図2及び図3に示すように電磁波吸収体4を周方向に互いに空間部41を置いてつまり間隙を介して多数に分割してもよい。このような構成の着眼点及び作用効果について説明する。本発明者は、導波管33の外管33bの途中に導波管を分岐させてそこにプロ−ブを設置し(図示せず)、アンテナ4側からの反射波を検出したところ、電磁波吸収体4を設けることにより、電磁波吸収体4を全く設けない場合に比べて反射波が抑えられることを把握している。このことは、電磁波吸収体4を設けることにより、アンテナ4からマイクロ波透過窓3の下面に至るまでの領域における横方向の定在波(横波)が抑えられていることに対応していると考えられる。
【0018】
一方、電磁波吸収体4によりマイクロ波の反射を抑えることはできるが、マイクロ波が空間から電磁波吸収体4に当たるときに、マイクロ波が伝搬している領域のインピ−ダンスが急激に変わることになる。例えば電磁波吸収体4として既述の商品名ニコライトを用いたとすると、この材質は比誘電率εがおよそ「9」であるため、空間に対する電磁波吸収体4のインピ−ダンスの比は、1/(εの平方根)、つまりおよそ1/3に下がることになる。このためマイクロ波は誘電率が急激に変わる媒質の境界でマイクロ波の一部が跳ね返されてしまうと考えられる。
【0019】
そこで電磁波吸収体4を分割してその間に空間部41を形成すれば、横波からみると、誘電率が急激に変わるのではなく緩やかに変わるといえる。一方電磁波吸収体4とこれに隣接する空間部41とは、上下方向に厚さをもつコンデンサとして等価的にとらえられる。このためこのコンデンサの比誘電率εr は、図3に示すように互いに隣接する電磁波吸収体4及び空間部41の横断面積の合計に対する電磁波吸収体4の横断面積の割合(電磁波吸収体4の占有率)をxとし、電磁波吸収体4及び空間部41の夫々の比誘電率εr をεr1、εr2とすると、コンデンサの比誘電率εr つまり電磁波吸収体4及び空間部41を合わせた等価的な電磁波吸収部の比誘電率εr は、
εr =εr1・x+εr2・(1−x)
となる。
【0020】
このように電磁波吸収体4をいわば間引きすれば、横波からみると、上述の等価的な電磁波吸収部の誘電率が緩やかに変わるのでつまりインピ−ダンスが緩やかに変わるので、反射波が少なくなり、結果としてアンテナ32の下方側の空間のマイクロ波の乱れが少なく、横方向に見たときに均一性の高いプラズマが得られる。
【0021】
この場合電磁波吸収体4の周方向の長さL1及び空間部41の長さL2はいずれも、マイクロ波のその部位での波長をλgとすると(1/2)λgよりも小さいことが好ましい。その理由については、もし前記L1が(1/2)λgよりも大きいと、横波の(1/2)波長分が電磁波吸収体4に当たってそこで急激にインピ−ダンスが変わるので反射される確率が高くなるし、前記L2が(1/2)λgよりも大きいと、横波の1波長分が空間部41を通り抜けてその外側のアルミニウムの円筒部23に当たって跳ね返されてしまい、結果として反射波が多くなるからである。なおL1、L2があまり小さいと製作コストが増加するため例えば(1/4)λgよりも大きいことが好ましい。
【0022】
更に電磁波吸収体4は横断面形状が内側に向けた凸状の形状、例えば図4(a)に示すように5角形状であってもよいし、例えば図4(b)に示すように三角形状であってもよいし、あるいは例えば図4(c)に示すように円弧形状であってもよい。このように構成すれば、横波からみると各電磁波吸収体4の誘電率が徐々に変わっているのでより一層横波の反射を抑えることができる。
【0023】
なおこのように電磁波吸収体4の横断面形状を凸状に形成する構成は、例えば図5に示すように電磁波吸収体4を全周に亘って設ける例に適用してもよい。
【0024】
以上において、既述のように電磁波吸収体4を多数に分割して各々の間に空間部を形成した場合にマイクロ波がどのようになるのかを評価するために行った実験の結果について述べておく。この実験は、図1の装置においてアンテナ31と透過窓3との間における領域の側周部に、横幅(周方向の長さ)が2cm、縦の長さがおよそ4.5cm、厚さ1cmの前記商品名ニコライトからなる直方体状の誘電体を周方向に沿って間隔をおいて並べ、既述の電磁波吸収体の占有率を0%(電磁波吸収体を用いない)、33%(互いに隣接する電磁波吸収体の間隔が4cm)、67%(互いに隣接する電磁波吸収体の間隔が1cm)の3通りに設定して行った。
【0025】
各々の条件下でプロ−ブを用いてイオン飽和電流を測定したところ夫々図6〜図8の結果が得られた。プロ−ブ1は円筒体23の中心部、プロ−ブ2はプロ−ブ1から半径方向外側に3cm離れた位置、プロ−ブ3はプロ−ブ1から半径方向外側に12cm離れた位置に設けられ、プロ−ブ1〜3を同じ方向に向け、その方向を同時に順次変えていって、イオン飽和電流を測定した値である。従って各図においてプロ−ブ1〜3の検出電流値のずれ(3本のグラフのずれ)は径方向の電流密度の分布に対応し、プラズマの直径方向の密度分布の指標となる。このグラフから占有率が0%つまり電磁波吸収体を設けない場合に比べて、電磁波吸収体を間隔をおいて設ける場合の方が電解強度の分布の均一性が高いといえる。
【0026】
図9及び図10は本発明の他の実施の形態を示す図であり、この例ではマイクロ波透過窓3内に小径のリング状の第1の導電体51及び大径のリング状の第2の導電体52を、載置台2上のウエハWの中心軸を中心として同心円状に設け、これによりマイクロ波透過窓3をマイクロ波の伝播方向と直交する方向この例では水平方向に同心円状に分割している。導電体51、52はマイクロ波透過窓3の上面から下面まで突き抜けるように設けられ、その材質としては例えばアルミニウムなどを用いることができる。マイクロ波透過窓3を同心円状に分割するとは、中心部が円形またはリング状の領域であり、更にその外側がリング状の領域という意味である。また分割された領域A1、A2の径方向の長さRはおよそマイクロ波の半波長(1/2)λの長さに設定されている。
【0027】
このような実施の形態によればマイクロ波の縦方向の波は、導電体51、52で分割された領域を通るが、分割領域の径方向の長さが(1/2)λに設定されているので横波が立とうとしても両側に導電体51、52があるため立ちにくい。即ち定在波の発生が抑えられる。定在波を立ちにくくするためには、上記のRは(1/2)λ≦R<λであることが好ましい。マイクロ波の周波数が2.45GHzの場合λはおよそ12cmであり、導電体52の直径はおよそ18cmである。なお20cmサイズのウエハWを処理する場合、導電体52の外側から例えば(1/2)λ〜1λ程度の距離に円筒部23が存在するので、導電体52よりも外側の窓部分においても定在波が立ちにくい。従ってマイクロ波の電界強度の均一性が高いので、結果として面内均一性の高い処理をウエハWに施すことができる。
【0028】
またこのような実施の形態において、図11に示すように第1の導電体51と第2の導電体52との間に放射状に複数の導電体53を設けて、周方向に領域を分割してもよいし、更には第2の導電体52の外側の領域に放射状に複数の導電体54を設けて、周方向に領域を分割してもよい。この場合分割領域の大きさについては、径方向の中点(例えば導電体53の中点)を通る周方向の長さS(導電体51をなす円の中心を中心とし、前記中点を半径としたときの円弧の長さ)が(1/2)λ≦S<λであることが好ましく、このような構成によれば周方向に立とうとする定在波の発生を抑えることができるという利点がある。
【0029】
ここで導電体51〜54の下端部は、図12(a)に示すようにプラズマ発光領域に食い込んでいることが好ましい。プラズマ発光領域はマイクロ波透過窓3の下面よりも若干下方側例えば5〜10mm程度下方側に存在し、その間の領域はシ−ス領域100となっており、例えば図12(b)に示すように導電体51〜54の下端部がプラズマ発光領域の上面とほぼ同じ位置とすると、横波が導電体51〜54の下側のシ−ス領域をすり抜けて結果として定在波が発生してしまう。これに対して導電体51〜54の下端部をプラズマ発光領域に食いませておけば、プラズマ発光領域の上面に段差ができるので横波がすり抜けにくくなり、つまり伝搬効率が悪くなり、定在波が立ちにくくなる。なお導電体51〜54がプラズマ発光領域に食い込んでいる食い込み量は例えば5mm〜10mm程度である。
【0030】
図13及び図14は本発明の更に他の実施の形態を示す図であり、この例ではマイクロ波透過窓3の下面(真空雰囲気側の面)とプラズマ発光領域との間(シース領域)に導電体例えばアルミニウムよりなるガス供給部6が設けられている。このガス供給部6は載置台2上のウエハWの中心軸(真空容器1の中心軸)を軸とし、第1の導電体に相当する円形部分61と、この円形部分61の外側に当該円形部分61と同心円状に設けられた第2の導電体に相当するリング状部分62と、円形部分61とリング状部分62との間に径方向に伸びる4本の支持管63とを備えている。円形部分61及びリング状部分62は内部にガス流路が形成されており、これらガス流路は導電体よりなる支持管63の内部空間を介して連通している。円形部分61及びリング状部分62の下面側には多数のガス吐出孔64が形成され、ガス流路を通ってきた処理ガスがガス吐出孔64から真空容器1内に供給される。円形部分61の上面には導電体よりなるガス導入管65が垂直に接続されており、このガス導入管65はマイクロ波透過窓3及びアンテナ32を貫通し、内管33aの中を通って導波管35を介して外部に伸び、図示しないガス供給源に接続されている。前記円形部分61はマイクロ波透過窓3を貫通する構造であってもよいし、更にアンテナ32の下面に接続された構造であってもよい。また円形部分61の代りにリング状体を用いてもよく、その場合これらの内径は、(1/2)λ≦内径<λの大きさであることが好ましい。またガス導入管65を用いる場合、マイクロ波から見るとガス導入管65と軸部33aとが同軸導波管になり、この間をマイクロ波が伝搬するので、例えばアンテナ32と透過窓3との間において、軸部33aの内径よりも大きな径で、ガス導入管65をシールド部材で囲むようにすることが好ましい。
【0031】
プラズマ発生時にはシース領域は例えばマイクロ波透過窓3の下面から1cm下方ぐらいまで存在し、ガス供給部6はこのシース領域が形成される領域内に収まる大きさに構成されている。ガス供給部6はシース領域で定在波が発生するのを抑えるために円形部分61及びリング状部分62によりマイクロ波の伝搬領域を分割する役割をもっており、このため円形部分61とリング状部分62との径方向の離間距離Qはλ/2≦Q<λの大きさに設定されている。
【0032】
プラズマ発光領域におけるウエハWと平行な面方向のプラズマ密度分布(活性粒子の密度分布)は、プラズマ発光領域にさしかかる直前のマイクロ波の電界強度分布に大きく依存するので、シース領域にて定在波の発生を抑制することはプラズマ密度の均一性を高める上で有効である。また上述のようにガス供給部6を構成することにより真空容器1内へのマイクロ波(縦波)の導入を妨げることなく広い範囲に亘って処理ガスをウエハWに供給することができ、この点からもウエハWに対するプラズマ処理についての高い面内均一性が得られる。
【0033】
ガス供給部6は既述の理由から下端側がプラズマの発光領域内に多少入り込んでいることが好ましい。またシース領域を分割する導電体にガス供給部の機能を持たせなくてもよく、例えばマイクロ波透過窓3の下面に例えば導電体をなす金属テープを貼り付けてマイクロ波伝搬領域を既述のように分割してもよい。更に本発明では図1のように電磁波吸収体4を用いる構成、マイクロ波透過窓3に導電体51、52、53、54を設ける構成、シ−ス領域に導電体を設ける構成の2つ以上を組み合わせてもよい。
【0034】
更にまた本発明はウエハWのみならず液晶ディスプレイ用ガラス基板上にプラズマ処理を施す場合にも適用でき、この場合には真空容器1を方形状に形成し、例えば図15に示すようにマイクロ波透過窓3を複数の導電体55によりX方向に分割してもよいし、あるいは複数の導電体55、56により図16に示すようにX、Y方向に分割してもよい。この場合互に隣接する導電体55(56)の離間距離B1(B2)は(1/2)λ≦B1(B2)<λであることが好ましい。
【0035】
なお処理ガスをプラズマ化するための電源部としてはマイクロ波電源部に限らずRF電源部やUHF電源部でもよく、本明細書では、これらを高周波電源部として扱っている。またプラズマを生成する手法は、例えばマイクロ波と磁場とにより電子サイクロトロン共鳴を起こして処理ガスをプラズマ化する方法でもよい。更にまた本発明は成膜処理に限らずエッチングやアッシング処理を行う場合に適用してもよい。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば高周波の電界強度分布の均一性が高く、従って基板と平行な面においてプラズマ密度の均一性が高く、この結果基板に対して均一性の高いプラズマ処理を施すことができる。
【0037】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図2】図1の実施の形態の変形例を示す横断平面図である。
【図3】図2の実施の形態の要部を示す説明図である。
【図4】図2の実施の形態で用いれる電磁波吸収体の変形例を示す横断面図である。
【図5】図1の実施の形態の他の変形例を示す横断平面図である。
【図6】図2の実施の形態の実験結果を示す特性図である。
【図7】図2の実施の形態の実験結果を示す特性図である。
【図8】電磁波吸収体を用いない場合の実験結果を示す特性図である。
【図9】本発明の他の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図10】図9の実施の形態で用いた導電体を示す平面図である。
【図11】図9の実施の形態で用いた導電体の変形例を示す平面図である。
【図12】導電体を用いた場合における、導電体とプラズマ発光領域との位置関係の例を示す説明図である。
【図13】本発明の更に他の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図14】図13の実施の形態で用いた導電体(ガス供給部)を下側から見た底面図である。
【図15】本発明の更にまた他の実施の形態に係る導電体を示す平面図である。
【図16】図15に示す導電体の変形例を示す平面図である。
【図17】従来のプラズマ処理装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1 真空容器
2 載置台
W 半導体ウエハ
3 マイクロ波透過窓
33、35 導波管
37 マイクロ波電源部
4 電磁波吸収体
41 空間部
51 第1の導電体
52 第2の導電体
6 ガス供給部
61 円形部分(第1の導電体)
62 リング状部分(第2の導電体)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus that generates plasma by high-frequency energy such as microwaves and performs processing on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer by the plasma.
[0002]
[Prior art]
Among semiconductor device manufacturing processes, there is a process of processing a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) using plasma. A microwave plasma processing apparatus as shown in FIG. 17 is known as an apparatus for performing such plasma processing. In this apparatus, a
[0003]
In such an apparatus, in order to perform processing with high in-plane uniformity on the wafer W, it is necessary to generate plasma with high uniformity. One of the factors that influence the uniformity of plasma is the microwave electric field intensity distribution. In Japanese Patent Laid-Open No. 3-68771, the microwave radiation distribution (electric field intensity distribution) is arbitrarily changed depending on the antenna structure. However, if a standing wave exists before entering the antenna, microwaves are radiated according to the strength of the standing wave, so a microwave absorber is provided at the position immediately before the antenna (final end of the microwave propagation path). There is a statement that the radiation distribution becomes uniform if the standing wave is suppressed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the present inventor attached a metal tape to the
[0005]
The present invention has been made under such circumstances, and its purpose is to suppress the generation of standing waves between the antenna and the plasma emission region, and to generate a highly uniform plasma to perform a highly uniform treatment. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that can be used.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The apparatus of the present invention supplies a high frequency for plasma generation into a vacuum vessel through a planar antenna and a high frequency transmission window from a high frequency power supply unit, and converts the processing gas supplied into the vacuum vessel into plasma with high frequency energy, In the plasma processing apparatus for processing a substrate mounted on a mounting table in a vacuum vessel by the plasma, the plasma processing apparatus is configured to suppress the generation of standing waves. An electromagnetic wave absorber is provided to surround the side periphery of the area from the surface of the high-frequency transmission window on the vacuum atmosphere side to the antenna.,Electromagnetic wave absorbers are divided into a large number of spaces in the circumferential direction.It is characterized by that.The length in the circumferential direction of each electromagnetic wave absorber and the length in the circumferential direction of the space are preferably smaller than (1/2) λg, where λg is the wavelength of the high frequency at that portion. In addition, the electromagnetic wave absorber may have a configuration in which the shape seen in a cross section is convex inward or a polygon convex inward.
[0007]
Furthermore, another device of the present invention uses a conductor to suppress the generation of standing waves in a region from between the high-frequency transmission window and the plasma emission region to the antenna-side surface of the high-frequency transmission window. In the direction perpendicular to the propagation direction ofMultiple areasThe end of the conductor on the mounting table side is divided,Exposed from the high-frequency transmission windowIt is characterized by biting into the plasma emission region. The amount of biting into the plasma emission region by the end of the conductor is, for example, 5 mm to 10 mm.
[0008]
The conductor is, for example, a first conductor having a central portion formed in a circular or ring shape.IncludingProviding a plurality of radially extending conductors;Transparent windowIs divided in the circumferential directionYou may make it do.Concentric with the first conductor outside the first conductorInRing-shaped second conductorIt may be provided.The radial distance R2 between the conductors adjacent to each other in the radial direction is, for example, (1/2) λ ≦ R2 <λ, where λ is the wavelength of the high frequency. The inner diameter R1 of the first conductor is, for example, (1/2) λ ≦ R1 <λ..The region where the conductor is provided may be, for example, only a high-frequency transmission window. In this case, the high-frequency transmission window is divided by the conductor.
Still another device of the present invention provides:A high frequency for plasma generation is supplied from a high frequency power supply unit to the vacuum vessel through a planar antenna and a high frequency transmission window, and the processing gas supplied into the vacuum vessel is turned into plasma by high frequency energy, and the plasma is used to generate a vacuum vessel. In a plasma processing apparatus that performs processing on a substrate mounted on an internal mounting table,
The region from the high-frequency transmission window and the plasma emission region to the antenna-side surface of the high-frequency transmission window is divided into a high-frequency propagation direction by a conductor in order to suppress the occurrence of standing waves. ,
The conductor includes a first conductor formed in a circular or ring shape substantially centered on the center axis of the mounting table, and a plurality of conductor conductors extending radially in order to divide the transmission window in the circumferential direction. And a provided conductor.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. The plasma processing apparatus includes a cylindrical vacuum vessel 1 made of, for example, aluminum. The vacuum vessel 1 is provided with a mounting table 2 for a wafer W as a substrate, and an exhaust for evacuating the bottom. A
[0010]
One end of a
[0011]
On the other hand, around the
[0012]
Next, the operation of the above embodiment will be described by taking as an example the case where a polysilicon film is formed on a substrate. First, a gate valve (not shown) is opened, and a wafer W is placed on the mounting table 2 by a transfer arm (not shown). Next, after closing the gate valve, the inside of the vacuum vessel 1 is evacuated and evacuated to a predetermined degree of vacuum, and a film forming gas such as SiH4 gas and a carrier gas such as Ar gas are supplied from the
[0013]
Microwaves from the microwave
[0014]
Here, in the microwave radiated from the
[0015]
Therefore, according to the above-described embodiment, since the microwave is transmitted through the
[0016]
The purpose of the present invention is to suppress the generation of standing waves in the region from when the microwave radiated from the
[0017]
Here, in the present invention, the
[0018]
On the other hand, the reflection of the microwave can be suppressed by the
[0019]
Therefore, if the
.epsilon.r = .epsilon.r1.x + .epsilon.r2.multidot. (1-x)
It becomes.
[0020]
If the
[0021]
In this case, both the circumferential length L1 of the
[0022]
Further, the
[0023]
In addition, you may apply the structure which forms the cross-sectional shape of the
[0024]
In the above, the results of experiments conducted to evaluate what the microwaves look like when the
[0025]
When the ion saturation current was measured using a probe under each condition, the results shown in FIGS. 6 to 8 were obtained. The probe 1 is at the center of the
[0026]
FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing another embodiment of the present invention. In this example, a small-diameter ring-shaped
[0027]
According to such an embodiment, the longitudinal wave of the microwave passes through the region divided by the
[0028]
In such an embodiment, as shown in FIG. 11, a plurality of
[0029]
Here, it is preferable that the lower ends of the
[0030]
FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams showing still another embodiment of the present invention. In this example, between the lower surface (surface on the vacuum atmosphere side) of the
[0031]
When plasma is generated, the sheath region exists, for example, about 1 cm below the lower surface of the
[0032]
The plasma density distribution in the plane direction parallel to the wafer W in the plasma emission region (density distribution of active particles) largely depends on the electric field strength distribution of the microwave just before reaching the plasma emission region, so that the standing wave in the sheath region Suppressing the occurrence of is effective in increasing the uniformity of the plasma density. Further, by configuring the
[0033]
It is preferable that the lower end side of the
[0034]
Furthermore, the present invention can be applied not only to the wafer W but also to plasma treatment on a glass substrate for a liquid crystal display. In this case, the vacuum vessel 1 is formed in a square shape, for example, as shown in FIG. The
[0035]
Note that the power supply unit for converting the processing gas into plasma is not limited to the microwave power supply unit, and may be an RF power supply unit or a UHF power supply unit. In this specification, these are handled as a high-frequency power supply unit. In addition, the method for generating plasma may be, for example, a method in which electron cyclotron resonance is caused by a microwave and a magnetic field to convert the processing gas into plasma. Furthermore, the present invention is not limited to the film forming process, and may be applied when etching or ashing is performed.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, the uniformity of the high-frequency electric field strength distribution is high, and hence the plasma density is high in the plane parallel to the substrate. As a result, the substrate can be subjected to a highly uniform plasma treatment.
[0037]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal side view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional plan view showing a modification of the embodiment of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a main part of the embodiment of FIG. 2;
4 is a cross-sectional view showing a modification of the electromagnetic wave absorber used in the embodiment of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional plan view showing another modification of the embodiment of FIG. 1;
6 is a characteristic diagram showing an experimental result of the embodiment of FIG. 2; FIG.
7 is a characteristic diagram showing an experimental result of the embodiment of FIG. 2; FIG.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing experimental results when no electromagnetic wave absorber is used.
FIG. 9 is a longitudinal side view showing another embodiment of the present invention.
10 is a plan view showing a conductor used in the embodiment of FIG. 9. FIG.
11 is a plan view showing a modification of the conductor used in the embodiment of FIG. 9. FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a positional relationship between a conductor and a plasma emission region when a conductor is used.
FIG. 13 is a longitudinal side view showing still another embodiment of the present invention.
14 is a bottom view of the conductor (gas supply unit) used in the embodiment of FIG. 13 as viewed from below.
FIG. 15 is a plan view showing a conductor according to still another embodiment of the present invention.
16 is a plan view showing a modification of the conductor shown in FIG. 15. FIG.
FIG. 17 is a schematic view showing a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Vacuum container
2 mounting table
W Semiconductor wafer
3 Microwave transmission window
33, 35 Waveguide
37 Microwave power supply
4 Electromagnetic wave absorber
41 Space
51 First conductor
52 Second conductor
6 Gas supply section
61 Circular part (first conductor)
62 Ring-shaped part (second conductor)
Claims (9)
前記高周波透過窓の真空雰囲気側の面からアンテナに至るまでの領域の側周部を囲むように電磁波吸収体を設け、
前記電磁波吸収体は周方向に互いに空間部を置いて多数に分割されたことを特徴とするプラズマ処理装置。A high frequency for plasma generation is supplied from a high frequency power supply unit to the vacuum vessel through a planar antenna and a high frequency transmission window, and the processing gas supplied into the vacuum vessel is turned into plasma by high frequency energy, and the plasma is used to generate a vacuum vessel. In a plasma processing apparatus for processing a substrate mounted on an internal mounting table,
An electromagnetic wave absorber is provided so as to surround the side periphery of the region from the surface on the vacuum atmosphere side of the high-frequency transmission window to the antenna,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the electromagnetic wave absorber is divided into a plurality of parts with a space in the circumferential direction.
前記高周波透過窓の真空雰囲気側の面からアンテナに至るまでの領域の側周部を囲むように電磁波吸収体を設け、
前記電磁波吸収体は横断面で見た形状が内側に凸状であるかまたは内側に凸な多角形であることを特徴とするプラズマ処理装置。A high frequency for plasma generation is supplied from a high frequency power supply unit to the vacuum vessel through a planar antenna and a high frequency transmission window, and the processing gas supplied into the vacuum vessel is turned into plasma by high frequency energy, and the plasma is used to generate a vacuum vessel. In a plasma processing apparatus for processing a substrate mounted on an internal mounting table,
An electromagnetic wave absorber is provided so as to surround the side periphery of the region from the surface on the vacuum atmosphere side of the high-frequency transmission window to the antenna,
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the electromagnetic wave absorber has a convex shape inward or a polygon inwardly convex when viewed in cross section.
前記高周波透過窓とプラズマ発光領域との間から高周波透過窓のアンテナ側の面に至るまでの領域を、定在波の発生を抑えるために、導電体により高周波の伝搬方向と直交方向に複数領域に分割し、
前記導電体の載置台側の端部は、前記高周波透過窓から露出してプラズマ発光領域に食い込んでいることを特徴とするプラズマ処理装置。A high frequency for plasma generation is supplied from a high frequency power supply unit to the vacuum vessel through a planar antenna and a high frequency transmission window, and the processing gas supplied into the vacuum vessel is turned into plasma by high frequency energy, and the plasma is used to generate a vacuum vessel. In a plasma processing apparatus for processing a substrate mounted on an internal mounting table,
The high-frequency transmission window and the area up to the antenna-side surface of the high frequency transmitting window from between the plasma emission region, in order to suppress the occurrence of standing waves, a plurality of regions and in the direction orthogonal direction of propagation of the high frequency of a conductor is divided into,
The plasma processing apparatus, wherein an end of the conductor on the mounting table side is exposed from the high-frequency transmission window and bites into a plasma emission region.
前記高周波透過窓とプラズマ発光領域との間から高周波透過窓のアンテナ側の面に至るまでの領域を、定在波の発生を抑えるために、導電体により高周波の伝搬方向と直交方向に分割し、
前記導電体は、載置台の中心軸をほぼ中心とする円形またはリング状に形成された第1の導電体と、前記透過窓を周方向に分割するために各々放射状に伸びかつ周方向に複数設けられた導電体と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。A high frequency for plasma generation is supplied from a high frequency power supply unit to the vacuum vessel through a planar antenna and a high frequency transmission window, and the processing gas supplied into the vacuum vessel is turned into plasma by high frequency energy, and the plasma is used to generate a vacuum vessel. In a plasma processing apparatus for processing a substrate mounted on an internal mounting table,
The region from the high-frequency transmission window and the plasma emission region to the antenna-side surface of the high-frequency transmission window is divided into a high-frequency propagation direction by a conductor in order to suppress the occurrence of standing waves. ,
The conductor includes a first conductor formed in a circular or ring shape substantially centered on the center axis of the mounting table, and a plurality of conductor conductors extending radially in order to divide the transmission window in the circumferential direction. A plasma processing apparatus comprising: a conductor provided;
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