JP4558975B2 - 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、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、平面アンテナを有するプラズマ処理装置としては、図3に示すようなものが知られている。
【0003】
このプラズマ処理装置71は、全体が有底筒状に成形された処理容器73と、この処理容器73の天井部に気密に設けられた石英板75とを有し、処理容器73内部に密閉された処理空間Sを形成している。
【0004】
この処理容器73内には、上面に半導体ウエハWを載置する載置台77が収容されている。この載置台77は、給電線を介してバイアス用高周波電源79に接続されている。また、この処理容器73の側壁には、容器内に処理ガスを導入するためのガス供給ノズル81が設けられ、このノズル81は処理ガス源83に接続されている。さらに、処理容器73底部には、図示されない真空ポンプに接続された排気口85が設けられている。
【0005】
一方、処理容器73の上部を密閉する石英板75の上部には、平面アンテナ部材87が設けられている。この平面アンテナ部材87は、高さが低く円盤状の中空円筒状容器からなるラジアル導波箱89の底板として構成され、石英板75の上面に取り付けられている。 円盤状のラジアル導波箱89の上面中心部には、他端がマイクロ波発生器91に接続された同軸導波管93の外管93Aが接続されている。また、この同軸導波管93内部の内側ケーブル93Bは円板状アンテナ部材87の中心部に接続されている。
【0006】
上記円板状アンテナ部材87は、銅板よりなり、この銅板には多数のスロット95が形成されている。また、ラジアル導波箱89内には、マイクロ波の波長を短くして波長の短い管内波長とするために所定の誘電率の誘電体97が収容されている。
【0007】
このような構成において、マイクロ波発生器91で発生されたマイクロ波は、同軸導波管93内を伝搬し、ラジアル導波箱89内で半径方向に拡がり、アンテナ部材87のスロット95から下方に放出され処理容器73内でプラズマを形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記処理装置71にあっては、平面アンテナ部材87下方に形成される電界に不均一が生じ、このため、ウエハWに対する処理にむらが生ずるという問題点があった。即ち、平面アンテナ部材87のスロット95から下方に放出された電界が、処理容器73の内側壁で反射し、図中の下部に示したように、その中央部の電界が強くなる。このため、ウエハ、特に大口径ウエハの処理にむらが生じてしまうという問題点があった。
【0009】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、アンテナ部材下方において略均一な電界分布を実現でき、均一なウエハ処理を可能とするプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴は、有底筒状に形成され、その内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、この処理容器の上部開口を気密に覆う誘電体からなる蓋体と、マイクロ波を供給するマイクロ波供給装置と、一端側がこのマイクロ波供給装置に接続され、このマイクロ波供給装置から前記蓋体に向かって延在し、内部に導波空間を有する導波管と、この導波管の他端側に接続され、この導波管の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、前記蓋体に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱と、このラジアル導波箱の下端開口を覆い、複数のスロットを有し、前記蓋体に平行に配設されたアンテナ部材と、前記アンテナ部材の中心部の前記載置台側に、前記載置台に向かって突出して形成され、前記処理容器内壁で反射してくる高周波電界を反射する金属製の反射体を設けたことである。
【0011】
本発明の第2の特徴は、前記反射体は、前記蓋体から前記処理容器内に突出していることである。
【0012】
本発明の第3の特徴は、前記反射体は、前記蓋体から前記処理容器内に突出していないことである。
【0013】
本発明の第4の特徴は、前記反射体は、その先端部が前記蓋体の内部に入り込んでいることである。
【0014】
本発明の第5の特徴は、前記反射体は、筒状又は柱状に形成されていることである。
【0015】
本発明の第6の特徴は、前記反射体は、円筒状又は円柱状に形成されていることである。
【0016】
本発明の第7の特徴は、前記反射体は、多角筒状又は多角柱状に形成されていることである。
【0017】
本発明の第8の特徴は、前記ラジアル導波箱の外周近傍に高周波電界を吸収する吸収材を配置したことである。
【0018】
本発明の第9の特徴は、前記アンテナ部材下面から前記誘電体からなる蓋体の下面までの空間の外周部に、高周波電界を吸収する吸収材を配置したことである。
【0019】
本発明の第10の特徴は、前記導波管は、内導体とこの内導体に同軸に配設された外導体とを有し、前記内導体と前記外導体との間をマイクロ波が伝搬する同軸導波管であり、前記外導体の前記蓋体側の端部に前記ラジアル導波箱が接続され、前記内導体の前記蓋体側の端部に前記アンテナ部材の中心部が接続されていることである。
【0020】
本発明の第11の特徴は、前記導波管は、TMモードのマイクロ波を伝搬する円筒導波管であることである。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態を図1及び図2に基づいて詳述する。本実施の形態においては、プラズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した場合について説明するがこれに限定されないのは勿論である。
【0033】
図1は、本発明の第1の実施の形態を示すものである。この図において、プラズマエッチング装置2は、側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が有底筒体状に形成された処理容器4を有している。この処理容器4の内壁上部には、真空圧に耐え得る厚みを有するガラス板8が気密に設けられ、容器内部に密閉された処理空間Sを形成している。
【0034】
この処理容器4内には、上面に被処理体としての半導体ウエハWを載置する載置台10が収容される。この載置台10は、アルマイト処理したアルミニウムにより中央部が凸状に平坦になされた略円柱状に形成されている。この載置台10の下部は、同じくアルミニウムにより円柱状になされた支持台12により支持されると共に、この支持台12は処理容器4内の底部に絶縁材14を介して設置されている。
【0035】
上記載置台10の上面には、ここにウエハを保持するための静電チャックやクランプ機構(図示せず)が設けられ、この載置台10は給電線16を介してマッチングボックス18及びバイアス用高周波電源20に接続されている。載置台10を支持する支持台12には、プラズマ処理時のウエハを冷却するための冷却水を流す冷却ジャケット22が設けられる。
【0036】
上記処理容器4の側壁には、容器内に処理ガスとしてのエッチングガスを導入するための石英パイプ製のガス供給ノズル24が設けられている。このノズル24は、ガス供給路26によりマスフローコントローラ28及び開閉弁30を介して処理ガス源32に接続されている。
【0037】
また、処理容器4の側壁の外周には、その周方向に沿って電磁コイルや永久磁石等の磁界発生手段34が設けられており、処理空間S内に磁界を発生させ、生成しているプラズマを閉じ込めるようになっている。尚、この磁界発生手段34はプラズマ発生のためには必ずしも必要ではなく、これを省略してもよい。
【0038】
処理容器4の底部には、図示されない真空ポンプに接続された排気口36が設けられており、必要に応じて処理容器4内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
【0039】
このような処理容器4のガラス板8の上方には、マイクロ波発生装置50が設けられている。このマイクロ波発生装置50には、同軸導波管52が接続されている。この同軸導波管52は、筒状の外導体52Aとこの外導体52A内部に同軸に配設された内導体52Bを有している。そして、外導体52Aと内導体52Bとの間をマイクロ波発生装置50で発生されたTEMモードのマイクロ波が伝搬するようになっている。この同軸導波管52の外導体52Aには、ラジアル導波箱54が接続されている。このラジアル導波箱54は、外導体52Aの下端から、半径方向外方に向かって拡張したフランジ部56と、このフランジ部56の外周縁からガラス板8に向かって下方へ延出した壁部58とを有している。このラジアル導波箱54の下端開口には、この開口を覆うように円盤状アンテナ部材60が設けられており、その内部に導波空間を形成している。この円盤状平面アンテナ部材60は、銅板からなり、この銅板には多数のスリット62が形成されている。この多数のスリット62は、中心部から周縁部にかけて渦巻状に配置されている。ラジアル導波箱54の内部において、円盤状アンテナ部材60の中心部には、内導体52Bが接続されている。また、この円盤状アンテナ部材60の内導体52Bが接続されている部分の反対側、すなわち載置台10の側には、載置台10に向かって突出して形成された金属製の円筒状反射体64が設けられ、この円筒状反射体64は、ガラス板8を越えて処理容器4内に突出して設けられている。そして、処理容器4の内壁で反射してくる高周波(マイクロ波)電界を再度外方へ反射するようになっている。
【0040】
また、このラジアル導波箱54と円盤状アンテナ部材60とによって画成される空間には誘電体66が充填されている。さらに、ラジアル導波箱54の側壁58の外側外周には、高周波(マイクロ波)電界を吸収する吸収材68が設けられており、電磁界の反射をある程度防止するようになっている。
【0041】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。まず、図示しないゲートバルブを介して半導体ウエハWを搬送アームにより処理容器4内に収容し、リフタピン(図示せず)を上下動させることによりウエハWを載置台10の上面の載置面に載置する。そして、処理容器4内を所定のプロセス圧力に維持しつつ、ガス供給ノズル24からエッチングガスを流量制御しつつ供給する。同時に、マイクロ波発生器50からのマイクロ波を処理空間Sに導入してプラズマを発生させ、エッチング処理を行う。またこの場合、載置台10にバイアス高周波電力を印加しておくことにより、載置台10に負の電位を発生させることができ、プラズマからのイオンの引出しを効率的に行うことができる。なお、処理容器4の側壁に設けた磁界発生手段34は、プラズマ閉じ込め用の磁界を発生させるためのものであり、これを配置しなくても、円盤状アンテナ部材60からのマイクロ波によりプラズマを生成することができる。
【0042】
このような構成において、マイクロ波発生装置50にて発生したTEMモードのマイクロ波は、同軸導波管52を通ってラジアル導波箱54との接続部に到達する。マイクロ波は、この接続部からラジアル導波箱の周縁方向に伝搬していく。そして、この周辺方向へ伝搬していくマイクロ波は円盤状アンテナ部材60を介してその下方の処理空間に電磁界を放出し、この電磁界によってプラズマを生成する。ここで、この円盤状アンテナ部材60の下面から放出された電磁界は、処理容器4の内側壁で反射され、処理空間Sの中心部に集中する。しかしながら、このプラズマ処理装置にあっては、円盤状アンテナ部材60の内導体52Bが接続されている部分の反対側に、載置台10に向かって突出して形成された金属製の反射体64が設けられている。従って、処理空間Sの中心部に反射してくる高周波(マイクロ波)電界を再度外方へ反射することができる。このため、円盤状アンテナ部材60の下方の処理空間Sにおける電磁界の強度は、図1の下部のグラフで示すように、平均化される。従って、広範囲にわたってプラズマを一様かつ均一に生成することができ、大口径ウエハであっても、その面内において一様な処理を施すことができる。
【0043】
以上説明したように、このプラズマ処理装置にあっては、有底円筒状に形成され、その内部に被処理体Wを載置する載置台10を有する処理容器4と、この処理容器4の上部開口を気密に覆うガラス板8と、マイクロ波供給手段50と、一端側がこのマイクロ波供給手段50に接続され、内導体52Bとこの内導体に同軸に配設された外導体52Aとを有し、内導体52Bと外導体52Aとの間をマイクロ波が伝搬するようになされた同軸導波管52と、この同軸導波管52の外導体52Aの他端側に接続され、この外導体52Aの他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、ガラス板8に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱54と、このラジアル導波箱54の下端開口を覆い、その中心部に内導体52Bの他端部が接続され、複数のスロット62を有し、ガラス板8に平行に配設された円盤状アンテナ部材60と、円盤状アンテナ部材60の内導体52Bが接続されている部分の反対側に、載置台10に向かって突出して形成され、処理容器4内壁で反射してくる電界を反射する金属製の反射体64を設けているから、処理空間Sの中心部に反射してくる高周波(マイクロ波)電界を再度外方へ反射することができ、円盤状アンテナ部材60の下方の処理空間Sにおける電磁界の強度を平均化することができる。従って、広範囲にわたってプラズマを一様かつ均一に生成することができ、大口径ウエハであっても、その面内において一様な処理を施すことができる。
【0044】
なお、上記の実施の形態においては、円盤状アンテナ部材60の内導体52Bが接続されている部分の反対側に、金属製の円筒状反射体64を設けているが、これに限る必要はなく、載置台10に向かってガラス板8を越えて処理容器4内に突出して設けられ、処理容器4の内壁で反射してくる高周波(マイクロ波)電界を吸収する円筒状吸収体(高抵抗体)を設けてもよい。このようにすれば、処理空間Sの中央部において処理容器4内壁で反射してくる高周波(マイクロ波)電界を吸収することができるから、処理空間S中央部に電磁界が集中することを防止し、均一な電磁界を形成することができる。従って、処理空間S内において均一なプラズマを発生させることができ、均一なウエハ処理を実現することができる。この円筒状吸収体の材質としては、処理容器4内に突出して露出することから、耐プラズマ性にすぐれ汚染のおそれのない単結晶シリコン等が好ましい。
【0045】
次に、図2は本発明の第2の実施の形態を示すものである。この実施の形態において、図1の第1の実施の形態と異なるのは、金属製の円筒状反射体164が、円盤状アンテナ部材60の中心部から載置台10に向かってガラス板8の内側まで突出して設けられ、処理容器4内に露出していない点である。このような構成においても、処理容器4の内壁で反射してくる高周波(マイクロ波)電界を再度外方へ反射することができる。従って、円盤状アンテナ部材60の下方の処理空間Sにおいて、電磁界の強度を均一化することができ、広範囲にわたってプラズマを一様かつ均一に生成することができる。また、このように円筒状反射体164を処理容器4内に突出させず露出させないようにすることによって、処理容器4内に突出した反射体の表面に金属等が蒸着、付着するのを防止でき、従って反射体のクリーニング作業等が余分に発生するのを防止することができる。
【0046】
なお、上記の実施の形態においては、円盤状アンテナ部材60の中心部に、金属製の円筒状反射体164を設けているが、これに限る必要はなく、載置台10に向かってガラス板8の内側まで突出して形成され、処理容器4の内壁で反射してくる高周波(マイクロ波)電界を吸収する円筒状吸収体(高抵抗体)を設けてもよい。このようにすれば、処理空間Sの中央部において処理容器4内壁で反射してくる高周波(マイクロ波)電界を吸収することができるから、処理空間S中央部に電磁界が集中することを防止し、均一な電磁界を形成することができる。従って、処理空間S内において均一なプラズマを発生させることができ、均一なウエハ処理を実現することができる。
また、図2に示す上記第2の実施の形態においては、円筒状反射体164もしくは円筒状吸収体は、ガラス板8の内側すなわちガラス板8の上面に接する位置まで突出している。しかし、これに限る必要はなく、円筒状反射体や円筒状吸収体は、ガラス板8の下面(載置台側の面)から処理室4内に露出しない範囲であれば、ガラス板8内部に嵌入してもよい。このようにすれば、円筒状反射体や円筒状吸収体に金属等が蒸着、付着するのを防止できるばかりでなく、ガラス板8内を透過してくる電磁波を、ガラス板8内に嵌入して配設されている円筒状反射体や円筒状吸収体で反射もしくは吸収することができる。従って、処理空間S内において均一なプラズマを発生させることができ、均一なウエハ処理を行うことができる。
【0047】
なお、上記円盤状アンテナ部材60の内導体52Bが接続されている部分の反対側に設けられた反射体、吸収体は、それぞれ円筒状に形成されているが、これに限る必要はなく、多角筒状でもよく、また円柱状、多角柱状でもよい。
【0048】
また、上記実施の形態にあっては、導波管として同軸導波管52を採用しているが、これに限る必要はなく、TMモードのマイクロ波を伝搬する円筒導波管でもよい。
【0049】
なお、上記プラズマ処理装置はエッチング以外の成膜処理、膜改質処理にも適用でき、さらにウエハ以外にプラットパネルディスプレイ基板等の処理にも適用できる。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にあっては、有底筒状に形成されその内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、この処理容器の上部開口を気密に覆う誘電体からなる蓋体と、マイクロ波を供給するマイクロ波供給装置と、一端側がこのマイクロ波供給装置に接続されこのマイクロ波供給装置から蓋体に向かって延在し内部に導波空間を有する導波管と、この導波管の他端側に接続されこの導波管の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後蓋体に向かって下方へ側壁として延出しその内部に導波空間を有するラジアル導波箱と、このラジアル導波箱の下端開口を覆い複数のスロットを有し蓋体に平行に配設されたアンテナ部材と、アンテナ部材の中心部の載置台側に載置台に向かって突出して形成され処理容器内壁で反射してくる高周波(マイクロ波)電界を反射する金属製の反射体、又は高周波(マイクロ波)電界を吸収する吸収体を設けているから、アンテナ部材の下方の処理空間における電磁界の強度を平均化することができる。従って、広範囲にわたってプラズマを均一に生成することができ、ウエハに対して一様な処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図。
【図2】本発明の第2の実施の形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図。
【図3】従来のプラズマ処理装置を示す縦断面図。
【符号の説明】
2 プラズマエッチィング装置
4 処理容器
8 ガラス板
10 載置台
50 マイクロ波発生装置
52 同軸導波管
52A 外導体
52B 内導体
54 ラジアル導波箱
60 円盤状アンテナ部材
62 スリット
64 円筒状反射体
68 吸収材
164 円筒状反射体
W 半導体ウエハ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus using microwaves.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a plasma processing apparatus having a planar antenna as shown in FIG. 3 is known.
[0003]
The plasma processing apparatus 71 includes a processing container 73 that is formed into a bottomed cylindrical shape as a whole, and a quartz plate 75 that is airtightly provided on the ceiling of the processing container 73, and is sealed inside the processing container 73. A processing space S is formed.
[0004]
In the processing container 73, a mounting table 77 on which the semiconductor wafer W is mounted is accommodated on the upper surface. The mounting table 77 is connected to a bias high-frequency power source 79 through a power supply line. A gas supply nozzle 81 for introducing a processing gas into the container is provided on the side wall of the processing container 73, and the nozzle 81 is connected to a processing gas source 83. Further, an exhaust port 85 connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing container 73.
[0005]
On the other hand, a planar antenna member 87 is provided on the upper part of the quartz plate 75 that seals the upper part of the processing vessel 73. The planar antenna member 87 is configured as a bottom plate of a radial waveguide box 89 formed of a disk-shaped hollow cylindrical container with a low height, and is attached to the upper surface of the quartz plate 75. The outer tube 93 </ b> A of the coaxial waveguide 93 whose other end is connected to the microwave generator 91 is connected to the center of the upper surface of the disc-shaped radial waveguide box 89. Further, the inner cable 93 </ b> B inside the coaxial waveguide 93 is connected to the center of the disc-shaped antenna member 87.
[0006]
The disk-shaped antenna member 87 is made of a copper plate, and a number of slots 95 are formed in the copper plate. Further, in the radial waveguide box 89, a dielectric 97 having a predetermined dielectric constant is accommodated in order to shorten the wavelength of the microwave to make the wavelength in the tube shorter.
[0007]
In such a configuration, the microwave generated by the microwave generator 91 propagates in the coaxial waveguide 93, spreads radially in the radial waveguide box 89, and downward from the slot 95 of the antenna member 87. Released and forms plasma in the processing vessel 73.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the processing apparatus 71 has a problem in that the electric field formed below the planar antenna member 87 is non-uniform, resulting in uneven processing on the wafer W. That is, the electric field emitted downward from the slot 95 of the planar antenna member 87 is reflected by the inner wall of the processing vessel 73, and the electric field at the center thereof becomes stronger as shown in the lower part of the figure. For this reason, there has been a problem that unevenness occurs in the processing of wafers, particularly large-diameter wafers.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of realizing a substantially uniform electric field distribution below an antenna member and enabling uniform wafer processing. To do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first feature of the present invention is that a processing container having a mounting table on which a target object is mounted is formed in a bottomed cylindrical shape, and a lid made of a dielectric that airtightly covers an upper opening of the processing container. A body, a microwave supply device for supplying a microwave, and one end side connected to the microwave supply device, extending from the microwave supply device toward the lid, and having a waveguide space therein The tube is connected to the other end of the waveguide, and is extended radially outwardly from the other end of the waveguide into a flange shape, and then extends downward as a side wall toward the lid body. A radial waveguide box having a waveguide space in the antenna, an antenna member that covers a lower end opening of the radial waveguide box, has a plurality of slots, and is arranged in parallel to the lid, and a central portion of the antenna member Projected toward the mounting table on the mounting table side It is, that by providing the metal reflector for reflecting the high-frequency electric field coming reflected in the processing vessel inner wall.
[0011]
The second feature of the present invention is that the reflector protrudes from the lid into the processing container.
[0012]
A third feature of the present invention is that the reflector does not protrude from the lid into the processing container.
[0013]
The 4th characteristic of this invention is that the front-end | tip part has entered the inside of the said cover body in the said reflector.
[0014]
A fifth feature of the present invention is that the reflector is formed in a cylindrical shape or a column shape.
[0015]
A sixth feature of the present invention is that the reflector is formed in a cylindrical shape or a columnar shape.
[0016]
A seventh feature of the present invention is that the reflector is formed in a polygonal cylinder shape or a polygonal column shape.
[0017]
An eighth feature of the present invention is that an absorbing material that absorbs a high-frequency electric field is disposed in the vicinity of the outer periphery of the radial waveguide box.
[0018]
A ninth feature of the present invention is that an absorbing material that absorbs a high-frequency electric field is disposed on the outer periphery of the space from the lower surface of the antenna member to the lower surface of the lid made of the dielectric.
[0019]
According to a tenth feature of the present invention, the waveguide includes an inner conductor and an outer conductor disposed coaxially with the inner conductor, and a microwave propagates between the inner conductor and the outer conductor. The radial waveguide box is connected to the end of the outer conductor on the lid side, and the center of the antenna member is connected to the end of the inner conductor on the lid side That is.
[0020]
An eleventh feature of the present invention is that the waveguide is a cylindrical waveguide that propagates TM mode microwaves.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In this embodiment, the case where the plasma processing apparatus is applied to a plasma etching apparatus will be described, but it is needless to say that the present invention is not limited to this.
[0033]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In this figure, the plasma etching apparatus 2 has a processing container 4 whose side walls and bottom are made of a conductor such as aluminum and whose entirety is formed in a bottomed cylindrical shape. A glass plate 8 having a thickness capable of withstanding the vacuum pressure is airtightly provided on the upper inner wall of the processing container 4 to form a sealed processing space S inside the container.
[0034]
In the processing container 4, a mounting table 10 on which a semiconductor wafer W as an object to be processed is mounted is accommodated on the upper surface. The mounting table 10 is formed in a substantially columnar shape having a central portion that is made flat with anodized aluminum. The lower part of the mounting table 10 is supported by a support table 12 which is also made of aluminum and is formed in a column shape. The support table 12 is installed on the bottom of the processing container 4 via an insulating material 14.
[0035]
An electrostatic chuck and a clamp mechanism (not shown) for holding the wafer are provided on the upper surface of the mounting table 10. The mounting table 10 is provided with a matching box 18 and a high frequency for bias via a feeder line 16. Connected to a power source 20. The support table 12 that supports the mounting table 10 is provided with a cooling jacket 22 for flowing cooling water for cooling the wafer during plasma processing.
[0036]
A gas supply nozzle 24 made of quartz pipe for introducing an etching gas as a processing gas into the container is provided on the side wall of the processing container 4. The nozzle 24 is connected to a processing gas source 32 via a mass flow controller 28 and an on-off valve 30 by a gas supply path 26.
[0037]
Further, magnetic field generating means 34 such as an electromagnetic coil and a permanent magnet is provided on the outer periphery of the side wall of the processing container 4 along the circumferential direction, and a plasma generated by generating a magnetic field in the processing space S is generated. Is supposed to be trapped. The magnetic field generating means 34 is not necessarily required for generating plasma and may be omitted.
[0038]
An exhaust port 36 connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing container 4 so that the processing container 4 can be evacuated to a predetermined pressure as required.
[0039]
A microwave generator 50 is provided above the glass plate 8 of the processing container 4. A coaxial waveguide 52 is connected to the microwave generator 50. The coaxial waveguide 52 has a cylindrical outer conductor 52A and an inner conductor 52B disposed coaxially inside the outer conductor 52A. A TEM mode microwave generated by the microwave generator 50 propagates between the outer conductor 52A and the inner conductor 52B. A radial waveguide box 54 is connected to the outer conductor 52 </ b> A of the coaxial waveguide 52. The radial waveguide box 54 includes a flange portion 56 that extends outward in the radial direction from the lower end of the outer conductor 52A, and a wall portion that extends downward from the outer peripheral edge of the flange portion 56 toward the glass plate 8. 58. A disc-shaped antenna member 60 is provided at the lower end opening of the radial waveguide box 54 so as to cover the opening, and a waveguide space is formed therein. The disk-shaped planar antenna member 60 is made of a copper plate, and a number of slits 62 are formed in the copper plate. The many slits 62 are arranged in a spiral shape from the center portion to the peripheral portion. An inner conductor 52 </ b> B is connected to the center portion of the disk-shaped antenna member 60 inside the radial waveguide box 54. Further, a metal cylindrical reflector 64 formed to protrude toward the mounting table 10 on the side opposite to the portion to which the inner conductor 52B of the disk-shaped antenna member 60 is connected, that is, on the mounting table 10 side. The cylindrical reflector 64 is provided so as to protrude into the processing container 4 beyond the glass plate 8. And the high frequency (microwave) electric field reflected on the inner wall of the processing container 4 is reflected again outward.
[0040]
The space defined by the radial waveguide box 54 and the disk-shaped antenna member 60 is filled with a dielectric 66. Further, an absorbing material 68 that absorbs a high frequency (microwave) electric field is provided on the outer periphery of the side wall 58 of the radial waveguide box 54 so as to prevent reflection of the electromagnetic field to some extent.
[0041]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. First, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing container 4 by a transfer arm via a gate valve (not shown), and the wafer W is mounted on the mounting surface on the upper surface of the mounting table 10 by moving a lifter pin (not shown) up and down. Put. Then, the etching gas is supplied from the gas supply nozzle 24 while controlling the flow rate while maintaining the inside of the processing container 4 at a predetermined process pressure. At the same time, microwaves from the microwave generator 50 are introduced into the processing space S to generate plasma, and an etching process is performed. In this case, by applying a bias high frequency power to the mounting table 10, a negative potential can be generated in the mounting table 10, and ions can be efficiently extracted from the plasma. The magnetic field generating means 34 provided on the side wall of the processing vessel 4 is for generating a magnetic field for confining the plasma. Even if this is not provided, the plasma is generated by the microwave from the disk-shaped antenna member 60. Can be generated.
[0042]
In such a configuration, the TEM mode microwave generated by the microwave generator 50 passes through the coaxial waveguide 52 and reaches the connection portion with the radial waveguide box 54. The microwave propagates from the connecting portion in the peripheral direction of the radial waveguide box. The microwave propagating in the peripheral direction emits an electromagnetic field to a processing space below the disk-shaped antenna member 60, and plasma is generated by the electromagnetic field. Here, the electromagnetic field emitted from the lower surface of the disk-shaped antenna member 60 is reflected by the inner wall of the processing container 4 and concentrated at the center of the processing space S. However, in this plasma processing apparatus, a metal reflector 64 that protrudes toward the mounting table 10 is provided on the opposite side of the portion where the inner conductor 52B of the disk-shaped antenna member 60 is connected. It has been. Therefore, the high-frequency (microwave) electric field reflected at the center of the processing space S can be reflected outward again. For this reason, the intensity of the electromagnetic field in the processing space S below the disk-shaped antenna member 60 is averaged as shown in the lower graph of FIG. Therefore, plasma can be generated uniformly and uniformly over a wide range, and even a large-diameter wafer can be uniformly processed in its surface.
[0043]
As described above, in this plasma processing apparatus, the processing container 4 which is formed in a bottomed cylindrical shape and has the mounting table 10 on which the workpiece W is mounted, and the upper part of the processing container 4 The glass plate 8 that covers the opening in an airtight manner, the microwave supply means 50, one end side is connected to the microwave supply means 50, and has an inner conductor 52B and an outer conductor 52A disposed coaxially with the inner conductor. The coaxial waveguide 52 in which the microwave propagates between the inner conductor 52B and the outer conductor 52A, and the other end of the outer conductor 52A of the coaxial waveguide 52 are connected to the outer conductor 52A. A radial waveguide box 54 extending from the other end of the flange to the outside in the radial direction as a side wall extending downward toward the glass plate 8 and having a waveguide space therein, and the radial waveguide box 54 Cover the bottom opening of the The other end portion of the inner conductor 52B is connected, has a plurality of slots 62 and is arranged in parallel to the glass plate 8, and the inner conductor 52B of the disc-shaped antenna member 60 is connected. On the opposite side of the portion, a metal reflector 64 is provided that protrudes toward the mounting table 10 and reflects the electric field reflected by the inner wall of the processing container 4, so that it is reflected at the center of the processing space S. The incoming high frequency (microwave) electric field can be reflected again, and the intensity of the electromagnetic field in the processing space S below the disk-shaped antenna member 60 can be averaged. Therefore, plasma can be generated uniformly and uniformly over a wide range, and even a large-diameter wafer can be uniformly processed in its surface.
[0044]
In the above embodiment, the metal cylindrical reflector 64 is provided on the opposite side of the portion of the disk-shaped antenna member 60 to which the inner conductor 52B is connected. However, the present invention is not limited to this. A cylindrical absorber (high resistance body) that protrudes into the processing container 4 beyond the glass plate 8 toward the mounting table 10 and absorbs a high frequency (microwave) electric field reflected by the inner wall of the processing container 4. ) May be provided. In this way, since a high frequency (microwave) electric field reflected by the inner wall of the processing container 4 can be absorbed in the central portion of the processing space S, an electromagnetic field is prevented from concentrating in the central portion of the processing space S. In addition, a uniform electromagnetic field can be formed. Accordingly, uniform plasma can be generated in the processing space S, and uniform wafer processing can be realized. As the material of the cylindrical absorber, single crystal silicon or the like that has excellent plasma resistance and does not cause contamination is preferable because it protrudes into the processing container 4 and is exposed.
[0045]
Next, FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the difference from the first embodiment of FIG. 1 is that the metallic cylindrical reflector 164 is located on the inner side of the glass plate 8 from the center of the disk-shaped antenna member 60 toward the mounting table 10. It is a point which protrudes and is not exposed in the processing container 4. Even in such a configuration, the high-frequency (microwave) electric field reflected by the inner wall of the processing container 4 can be reflected outward again. Therefore, in the processing space S below the disk-shaped antenna member 60, the intensity of the electromagnetic field can be made uniform, and plasma can be generated uniformly and uniformly over a wide range. In addition, by preventing the cylindrical reflector 164 from being exposed without protruding into the processing container 4 in this way, it is possible to prevent metal or the like from being deposited or adhered to the surface of the reflector protruding into the processing container 4. Therefore, it is possible to prevent the reflector from being excessively cleaned.
[0046]
In the embodiment described above, the metal cylindrical reflector 164 is provided at the center of the disc-shaped antenna member 60. However, the present invention is not limited to this, and the glass plate 8 faces the mounting table 10. A cylindrical absorber (high resistance body) that absorbs a high-frequency (microwave) electric field that protrudes to the inside and is reflected by the inner wall of the processing container 4 may be provided. In this way, since a high frequency (microwave) electric field reflected by the inner wall of the processing container 4 can be absorbed in the central portion of the processing space S, an electromagnetic field is prevented from concentrating in the central portion of the processing space S. In addition, a uniform electromagnetic field can be formed. Accordingly, uniform plasma can be generated in the processing space S, and uniform wafer processing can be realized.
In the second embodiment shown in FIG. 2, the cylindrical reflector 164 or the cylindrical absorber protrudes to the inside of the glass plate 8, that is, the position in contact with the upper surface of the glass plate 8. However, the present invention is not limited to this. The cylindrical reflector and the cylindrical absorber are not exposed to the inside of the processing chamber 4 from the lower surface of the glass plate 8 (the surface on the mounting table side). It may be inserted. In this way, not only can metal or the like be deposited or adhered to the cylindrical reflector or cylindrical absorber, but also electromagnetic waves transmitted through the glass plate 8 are inserted into the glass plate 8. Can be reflected or absorbed by a cylindrical reflector or a cylindrical absorber. Accordingly, uniform plasma can be generated in the processing space S, and uniform wafer processing can be performed.
[0047]
The reflector and absorber provided on the opposite side of the portion where the inner conductor 52B of the disk-shaped antenna member 60 is connected are formed in a cylindrical shape. However, the present invention is not limited to this. A cylindrical shape, a cylindrical shape, or a polygonal column shape may be used.
[0048]
In the above-described embodiment, the coaxial waveguide 52 is employed as the waveguide. However, the present invention is not limited to this, and a cylindrical waveguide that propagates TM mode microwaves may be used.
[0049]
The plasma processing apparatus can be applied to a film forming process other than etching and a film modifying process, and can also be applied to a process for a platform panel display substrate in addition to a wafer.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a processing container having a mounting base on which a target object is mounted and a dielectric that covers an upper opening of the processing container in an airtight manner. And a microwave supply device for supplying a microwave, and a waveguide having one end connected to the microwave supply device and extending from the microwave supply device toward the lid and having a waveguide space therein. A tube, and connected to the other end of the waveguide, extending radially outwardly from the other end of the waveguide in a flange shape, and extending downward as a side wall toward the lid body. A radial waveguide box having an antenna member, an antenna member covering a lower end opening of the radial waveguide box and having a plurality of slots arranged in parallel to the lid, and a mounting table on the mounting table side in the center of the antenna member Projecting toward the surface and reflecting off the inner wall of the processing vessel Since the metallic reflector that reflects the coming high frequency (microwave) electric field or the absorber that absorbs the high frequency (microwave) electric field is provided, the intensity of the electromagnetic field in the processing space below the antenna member is averaged. be able to. Therefore, plasma can be uniformly generated over a wide range, and uniform processing can be performed on the wafer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
2 Plasma etching apparatus 4 Processing container 8 Glass plate 10 Mounting table 50 Microwave generator 52 Coaxial waveguide 52A Outer conductor 52B Inner conductor 54 Radial wave guide box 60 Disc-shaped antenna member 62 Slit 64 Cylindrical reflector 68 Absorber 164 Cylindrical reflector W semiconductor wafer

Claims (11)

有底筒状に形成され、その内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、
この処理容器の上部開口を気密に覆う誘電体からなる蓋体と、
マイクロ波を供給するマイクロ波供給装置と、
一端側がこのマイクロ波供給装置に接続され、このマイクロ波供給装置から前記蓋体に向かって延在し、内部に導波空間を有する導波管と、
この導波管の他端側に接続され、この導波管の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、前記蓋体に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱と、
このラジアル導波箱の下端開口を覆い、複数のスロットを有し、前記蓋体に平行に配設されたアンテナ部材と、
前記アンテナ部材の中心部の前記載置台側に、前記載置台に向かって突出して形成され、前記処理容器内壁で反射してくる高周波電界を反射する金属製の反射体を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing container that is formed in a bottomed cylindrical shape and has a mounting table on which an object to be processed is mounted;
A lid made of a dielectric material that hermetically covers the upper opening of the processing container;
A microwave supply device for supplying microwaves;
One end of the waveguide is connected to the microwave supply device, extends from the microwave supply device toward the lid, and has a waveguide space inside.
Connected to the other end of the waveguide, and extended radially outward from the other end of the waveguide into a flange shape, then extended downward as a side wall toward the lid, and guided to the inside. A radial waveguide box having a space;
An antenna member that covers the lower end opening of the radial waveguide box, has a plurality of slots, and is arranged in parallel to the lid;
A metal reflector is provided on the mounting table side of the central portion of the antenna member so as to protrude toward the mounting table and reflect a high-frequency electric field reflected by the inner wall of the processing container. Plasma processing equipment.
前記反射体は、前記蓋体から前記処理容器内に突出していることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the reflector protrudes from the lid into the processing container. 前記反射体は、前記蓋体から前記処理容器内に突出していないことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the reflector does not protrude from the lid into the processing container. 前記反射体は、その先端部が前記蓋体の内部に入り込んでいることを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein a tip portion of the reflector enters the inside of the lid. 前記反射体は、筒状又は柱状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the reflector is formed in a cylindrical shape or a column shape. 前記反射体は、円筒状又は円柱状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the reflector is formed in a cylindrical shape or a columnar shape. 前記反射体は、多角筒状又は多角柱状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the reflector is formed in a polygonal cylinder shape or a polygonal column shape. 前記ラジアル導波箱の外周近傍に高周波電界を吸収する吸収材を配置したことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an absorbing material that absorbs a high-frequency electric field is disposed in the vicinity of the outer periphery of the radial waveguide box. 前記アンテナ部材下面から前記誘電体からなる蓋体の下面までの空間の外周部に、高周波電界を吸収する吸収材を配置したことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an absorbing material that absorbs a high-frequency electric field is disposed on an outer peripheral portion of a space from the lower surface of the antenna member to the lower surface of the lid made of the dielectric. 前記導波管は、内導体とこの内導体に同軸に配設された外導体とを有し、前記内導体と前記外導体との間をマイクロ波が伝搬する同軸導波管であり、前記外導体の前記蓋体側の端部に前記ラジアル導波箱が接続され、前記内導体の前記蓋体側の端部に前記アンテナ部材の中心部が接続されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The waveguide has an inner conductor and an outer conductor disposed coaxially with the inner conductor, and is a coaxial waveguide in which microwaves propagate between the inner conductor and the outer conductor. The radial waveguide box is connected to an end portion of the outer conductor on the lid body side, and a center portion of the antenna member is connected to an end portion of the inner conductor on the lid body side. The plasma processing apparatus as described. 前記導波管は、TMモードのマイクロ波を伝搬する円筒導波管であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。  The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the waveguide is a cylindrical waveguide that propagates TM mode microwaves.
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