JP4583618B2 - 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、半導体ウエハ等に対してマイクロ波により生じたプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体製品の高密度化及び高微細化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が使用される場合があり、特に、0.1mTorr(13.3mPa)〜数10mTorr(数Pa)程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることからマイクロ波を用いて、或いはマイクロ波とリング状のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマを発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向にある。
このようなプラズマ処理装置は、特開平3−191073号公報、特開平5−343334号公報や本出願人による特開平9−181052号公報等に開示されている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図6及び図7を参照して概略的に説明する。図6は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図、図7は平面アンテナ部材を示す平面図である。
【0003】
図6において、このプラズマ処理装置2は、真空引き可能になされた処理容器4内に半導体ウエハWを載置する載置台6を設けており、この載置台6に対向する天井部にマイクロ波を透過する例えば円板状の窒化アルミ等よりなる絶縁板8を気密に設けている。
そして、この絶縁板8の上面に図7にも示すような厚さ数mm程度の円板状の平面アンテナ部材10と、必要に応じてこの平面アンテナ部材10の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波材12を設置している。そして、アンテナ部材10は、厚さが2〜3mm程度の導体板、例えば銅板により構成されており、このアンテナ部材10には多数の略円形の貫通孔よりなるマイクロ波放射孔14が形成されている。このマイクロ波放射孔14は一般的には、図7に示すように同心円状に配置されたり、或いは螺旋状に配置されている。そして、平面アンテナ部材10の中心部に同軸導波管16の内部ケーブル18を接続して図示しないマイクロ波発生器より発生した、例えば2.45GHzのマイクロ波を導くようになっている。そして、マイクロ波をアンテナ部材10の半径方向へ放射状に伝播させつつアンテナ部材10に設けたマイクロ波放射孔14からマイクロ波を放出させてこれを絶縁板8に透過させて、下方の処理容器4内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器4内にプラズマを立てて半導体ウエハにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施すようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、導電性の良好な材料、例えば銅をアンテナ部材10の構成材料として用いてはいるが、プロセス中にあっては、抵抗損失等によって、このアンテナ部材10自体が発熱して昇温することは避けられない。この場合、処理容器4の直径が小さい場合には、昇温に伴って発生する熱変形量は小さくてそれ程問題が生じなかった。
しかしながら、半導体ウエハの直径が8インチ(20cm)、或いは12インチ(30cm)へと大きくなるに従って、アンテナ部材10の直径も順次大きくなってきており、この結果、昇温に伴って発生する熱変形量が格段に大きくなってしまった。このように、アンテナ部材10の変形量が大きくなり過ぎると、このアンテナ部材10と処理容器4内にて発生しているプラズマとの間の距離が変化してアンテナ部材10とプラズマ自体との結合状態が変動し、このためにプラズマ分布が変動して処理の面内均一性及び再現性が劣化してしまう、といった問題があった。
【0005】
また、処理容器4の天井部を区画する絶縁板8は、一般的には誘電損失が比較的低い窒化アルミ(AlN)を用いているが、それでも誘電損失による発熱は避けられず、多くのマイクロ波の電力が、ここで誘電損失として無駄に消費されてしまい、エネルギー効率が低下する原因となっていた。しかも、絶縁板8として誘電損失が少ない材料のものを用いたとしても、誘電損失による発熱は避けられず、これらの絶縁板8を構成する材料の熱伝導率はそれ程よくないので、発生した熱が処理容器4の側壁側に十分に放熱されることなく絶縁板8の内部に溜ってこれが過度に昇温し、これがためにこの絶縁板8に接近して設置されている半導体ウエハWの温度分布に悪影響を与える、といった問題もある。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、マイクロ波の伝播に悪影響を与えることなく平面アンテナ部材を効率的に冷却することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、プラズマ密度を制御し、もって処理容器内のプラズマ密度の面内均一性を向上させることが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】
請求項1に係る発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記遅波材の上部に設けられる誘電率調整部材と、前記誘電率調整部材の高さ調整を行って前記遅波材に対して接近及び離間させる高さ調整機構とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
このように、遅波材の上部に高さ調整可能に誘電率調整部材を設けるようにしたので、誘電率調整部材の直下の誘電率を調整してプラズマ密度を制御し、もって処理容器内のプラズマ密度の面内均一性を向上させることができる。
本発明の関連技術は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器の天井部の開口に気密に装着された絶縁板と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記絶縁板の上方に設けられて所定のピッチで形成された複数のマイクロ波放射孔からプラズマ発生用のマイクロ波を前記絶縁板を透過させて前記処理容器内へ導入する平面アンテナ部材と、前記平面アンテナ部材の上方に設けられて前記マイクロ波の波長を短縮するための遅波材と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス供給手段とを有するプラズマ処理装置において、前記平面アンテナ部材の内部には熱媒体を流すための熱媒体通路が形成されている。
このように、平面アンテナ部材の内部に形成した熱媒体通路に冷媒を流すことにより、この平面アンテナ部材を冷却して、この熱変形を防止することが可能となる。また、この平面アンテナ部材の熱変形を防止できることから、このアンテナ部材と処理容器内のプラズマとの結合状態を安定化でき、従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性及び再現性を向上させることが可能となる。
【0007】
この場合、例えば前記熱媒体通路には、前記熱媒体を温度制御するための熱媒体温度制御部が接続されている。
これにより、熱媒体温度制御部により、平面アンテナ部材の温度を制御することが可能となる。
また、例えば前記平面アンテナ部材の上下の両面は平坦面に形成されている。
これによれば、マイクロ波が伝播する平面アンテナ部材の上下の表面は凹凸がなく平坦面になされているので、設計通りの伝播形態でマイクロ波を伝播させることが可能となる。
【0008】
また、例えば前記平面アンテナ部材の表面には、前記絶縁板が密着されている。
これによれば、平面アンテナ部材に密接する絶縁板も効果的に冷却して一定の温度に維持することが可能となり、被処理体に対して熱的に悪影響を与えることを防止することが可能となる。
また、例えば前記平面アンテナ部材は、銅またはアルミニウムよりなる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の係るプラズマ処理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図2は平面アンテナ部材を示す平面図、図3は平面アンテナ部材の製造方法を説明するための説明図、図4は誘電率調整板を示す平面図、図5は誘電率調整板の動作を説明するための動作説明図である。
【0010】
本実施例においてはプラズマ処理装置をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)処理に適用した場合について説明する。図示するようにこのプラズマ処理装置20は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器22を有しており、これは接地されていると共に内部は密閉された処理空間Sとして構成されている。
【0011】
この処理容器22内には、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハWを載置する載置台24が収容される。この載置台24は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により凸状に平坦になされた略円柱状に形成されており、この下部は同じくアルミニウム等により円柱状になされた支持台26により支持されると共にこの支持台26は処理容器22内の底部に絶縁材28を介して設置されている。
上記載置台24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或いはクランプ機構(図示せず)が設けられ、この載置台24は給電線30を介してマッチングボックス32及び例えば13.56MHzのバイアス用高周波電源34に接続されている。尚、このバイアス用高周波電源34を設けない場合もある。
【0012】
上記載置台24を支持する支持台26には、プラズマ処理時のウエハを冷却するための冷却水等を流す冷却ジャケット36が設けられる。尚、必要に応じてこの載置台24中に加熱用ヒータを設けてもよい。
上記処理容器22の側壁には、ガス供給手段として、容器内にプラズマ用ガス、例えばアルゴンガスを供給する石英パイプ製のプラズマガス供給ノズル38や処理ガス、例えばデポジションガスを導入するための例えば石英パイプ製の処理ガス供給ノズル40が設けられ、これらのノズル38、40はそれぞれガス供給路42、44によりマスフローコントローラ46、48及び開閉弁50、52を介してそれぞれプラズマガス源54及び処理ガス源56に接続されている。処理ガスとしてのデポジションガスは、SiH4 、O2 、N2 ガス等を用いることが
できる。
【0013】
また、容器側壁の外側には、この内部に対してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ58が設けられると共に、この側壁を冷却する冷却ジャケット60が設けられる。また、容器底部には、排気口62が設けられており、これには図示されない真空ポンプに接続された排気管64が接続されて、必要に応じて処理容器22内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
そして、処理容器22の天井部は開口されて、ここに例えばAlNなどのセラミック材よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する厚さが20mm程度の絶縁板66がOリング等のシール部材68を介して気密に設けられる。
【0014】
そして、この絶縁板66の上面に円板状の本発明の特徴とする平面アンテナ部材70と高誘電率特性を有する遅波材72と、同じく本発明の特徴とする誘電率調整部材74と、この高さ調整を行う高さ調整機構76とが設けられる。この平面アンテナ部材70は、上記処理容器22と一体的に成形されている中空円筒状容器よりなる導波箱78の底板として構成され、前記処理容器22内の上記載置台24に対向させて設けられる。そして、この導波箱78は接地されている。尚、上記平面アンテナ部材70、誘電率調整部材74及び高さ調整機構76の具体的構成については後述する。
上記導波箱78の上部の中心には、同軸導波管80の外管80Aが接続され、内部の内部ケーブル80Bは上記平面アンテナ部材70の中心部に接続される。そして、この同軸導波管80は、モード変換器82及び導波管84を介して例えば2.45GHzのマイクロ波発生器86に接続されており、上記平面アンテナ部材70へマイクロ波を伝播するようになっている。この周波数は2.45GHzに限定されず、他の周波数、例えば8.35GHzを用いてもよい。この導波管としては、断面円形或いは矩形の導波管や同軸導波管を用いることができ、本実施例では同軸導波管が用いられる。また、上記導波箱78内であって、上記平面アンテナ部材70の上面には、上記高誘電率特性を有する円板状の遅波材72を設けて、この波長短縮効果により、マイクロ波の管内波長を短くしている。この遅波材72としては、例えば窒化アルミ等を用いることができる。
【0015】
また、上記平面アンテナ部材70は、8インチサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が30〜40mm、厚みが4〜20mm程度、例えば15mmの導電性及び熱伝導性の良好な材料よりなる円板、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には図2にも示すように例えば円形の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射孔88が、アンテナ部材70に所定の配置形態に従って略均等に配置させて設けられている。このマイクロ波放射孔88の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、螺旋状、或いは放射状に配置させてもよい。また、マイクロ波放射孔88の形状は円形に限定されず、例えば長溝のスリット形状等でもよく、また、このスリット形状の放射孔をハの字状に配列させるようにしてもよい。
【0016】
そして、この肉厚な平面アンテナ部材70内には、冷却用の熱媒体を流すための熱媒体通路90が上記多数のマイクロ波放射孔88を避けるようにして略蛇行状にアンテナ部材70の全面に亘って形成されている。このような平面アンテナ部材70は、例えば図3に示すように、肉厚な平板状のアンテナ母材70Aの表面に、上方が開放された状態で熱媒体通路90を形成しておき、この上面に、アンテナ蓋部材70Bをろう付け等により接合することにより、上記熱媒体通路90の上方をシールするようにして形成することができる。尚、上記アンテナ部材70A及びアンテナ蓋部材70Bの双方には、予めマイクロ波放射孔88に相当する孔を形成しておいてもよいし、或いは上記両部材を接合した後に穿孔加工により形成してもよい。
これにより、内部に熱媒体通路90を有し、且つ上下の両面が平坦面となった平面アンテナ部材70を形成している。そして、この熱媒体通路90の一端には、これに冷却用の熱媒体を導入するための媒体入口92が形成されると共に、反対側の位置には媒体出口94が形成されている。そして、図2に示すように、上記媒体入口92と媒体出口94とを連絡するように循環路96が設けられており、この循環路96には、熱媒体を強制循環させるための循環ポンプ98及び循環される熱媒体の温度を制御するための熱媒体温度制御部100が順次介設されている。
【0017】
一方、上記遅波材72の上方に設置される誘電率調整部材74は、図4にも示すように、同心状に(ここでは同心円状)に複数、例えば内側調整板と外側調整板とに分割されたリング状の2つの誘電率調整板74A、74Bを有している。この誘電率調整板74A、74Bは、例えば銅やアルミニウム等の導電性材料よりなり、前記高さ調整機構76及び導電箱78を介して接地されている。
一方、上記各誘電率調整板74A、74Bの高さ調整を行う高さ調整機構76は、図4に示すように例えば各誘電率調整板74A、74Bに対してそれぞれ複数、例えば3つずつ設けた昇降ネジ102A、102B(図1においては2個のみ記す)を有しており、各昇降ネジ102A、102Bは、周方向に沿って略均等に配置されている。
【0018】
各昇降ネジ102A、102Bの下端部は、上記各誘電率調整板74A、74Bの上面に、遊嵌連結部103A、103Bを介して遊嵌状態で回転可能に接続されると共に、その上端部は、導電箱78の天井部に形成した各貫通孔105を遊嵌状態で貫通されている。
そして、各昇降ネジ102A、102Bの上端部であって、導電箱76の上面側には、これらの昇降ネジ102A、102Bと螺合する高さ調整ナット104A、104Bが設けられており、各高さ調整ナット104A、104Bを手動、或いは自動で回転して上記昇降ネジ102A、102Bを昇降させることによって、上記各誘電率調整板74A、74Bの高さ調整を個別に行い得るようになっている。
尚、このように誘電率調整板74A、74Bの高さ調整を個別に行い得るならば、上記高さ調整機構76の構造に限定されない。
【0019】
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置を用いて行なわれる処理方法について説明する。
まず、ゲートバルブ58を介して半導体ウエハWを搬送アーム(図示せず)により処理容器22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24の上面の載置面に載置する。
そして、処理容器22内を所定のプロセス圧力、例えば0.01〜数Paの範囲内に維持して、プラズマガス供給ノズル38から例えばアルゴンガスを流量制御しつつ供給すると共に処理ガス供給ノズル40から例えばSiH4 、O2 、N
2 等のデポジション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8
6からのマイクロ波を、導波管84及び同軸導波管80を介して平面アンテナ部材70に供給して処理空間Sに、遅波材72によって波長が短くされたマイクロ波を導入し、これによりプラズマを発生させて所定のプラズマ処理、例えばプラズマCVDによる成膜処理を行う。
【0020】
ここで、マイクロ波発生器86にて発生した例えば2.45GHzのマイクロ波はモード変換後に例えばTEMモードで同軸導波管80内を伝播して導波箱78内の平面アンテナ部材70に到達し、内部ケーブル80Bの接続された円板状のアンテナ部材70の中心部から放射状に周辺部に伝播される間に、このアンテナ部材70に同心円状或いは螺旋状に略均等に多数形成された円形のマイクロ波放射孔88から絶縁板66を透過させてアンテナ部材70の直下の処理空間Sにマイクロ波を導入する。
このマイクロ波により励起されたアルゴンガスがプラズマ化し、この下方に拡散してここで処理ガスを活性化して活性種を作り、この活性種の作用でウエハWの表面に処理、例えばプラズマCVD処理が施されることになる。
【0021】
ここで、平面アンテナ部材70をマイクロ波が伝播する際に、その抵抗熱(ジュール熱)によって発熱することは避けられない。この場合、この発熱を放置すると、平面アンテナ部材70自体の温度が次第に上昇してこのアンテナ部材70が熱変形を生ずる恐れが発生する。しかしながら、本実施例では、この平面アンテナ部材70内に形成した熱媒体通路90に、冷却用の熱媒体を流して上記平面アンテナ部材70を適切に冷却しているので、上記熱変形の発生を防止することが可能となる。
また、平面アンテナ部材70の熱変形を防止できるので、このアンテナ部材70と処理空間S中のプラズマとの結合状態を安定化させてプラズマの分布も安定化させることも可能となる。
【0022】
すなわち、図2にも示すように、媒体入口92から熱媒体通路90に導入された冷却用の熱媒体は、この通路90内を蛇行状に流れて行き、そのまま媒体出口94から排出される。そして、この排出された熱媒体は、熱媒体温度制御部100にて適正に温度制御した後に、再度、媒体入口92側へ供給されて循環使用される。
上述のように、熱媒体通路90に冷却用の熱媒体を流すことにより、平面アンテナ部材70全体を冷却することが可能となる。
この場合、ウエハの処理枚数が増加するに従って、平面アンテナ部材70の温度は順次上昇する傾向にあるので、熱媒体の温度を順次下げたり、或いは流量を順次大きくするなどして冷却パワーも順次大きくするようにし、結果的に、プロセス中は平面アンテナ部材70が常時略一定の温度、例えばプロセス温度にもよるが、40〜110℃の範囲内、例えば常時略80℃程度を維持するように上記熱媒体温度制御部100により熱媒体の温度を制御する。この場合、熱媒体としては冷却水、フロリナート、チラー等を用いることができる。
【0023】
また、絶縁板66をマイクロ波が透過する際に、この誘電損失のためにマイクロ波の電力の例えば30%程度は消費されて、発熱することは避けられないし、また、プラズマ熱、ウエハWからの輻射熱等によっても絶縁板66は加熱される。この場合、この発熱を放置すると絶縁板66自体の温度が次第に昇温して処理中の半導体ウエハWに熱的に悪影響を与えてしまう恐れが生ずるが、本実施例では絶縁板66は、上述したように冷却されている平面アンテナ部材70に密着して面接触状態で設置されているので、この平面アンテナ部材70により間接的に冷却されることになり、上記した熱的悪影響をウエハWに与えることを防止することが可能となる。
【0024】
従って、絶縁板66の温度を、複数枚のウエハを処理する間に亘って略一定に維持できるので、ウエハに対するプラズマ処理の再現性を大幅に向上でき、また、ウエハに対するプラズマ処理の面内均一性も向上させることが可能となる。 また更に、一般的には平面アンテナ部材70から下方向へ伝播するマイクロ波は平面的に均等な電位でもって伝播するが、処理空間Sにて発生したプラズマは発生地点から処理空間S内を下方向へ拡散して行くので、ウエハ表面ではウエハ中心部近傍のプラズマ密度が高い分布となる傾向にある。しかしながら、本実施例においては、導電箱78に設けた高さ調整機構76の高さ調整ナット104A、104Bを回転して昇降ネジ102A、102Bを上下方向へ移動させることにより、図5に示すように誘電率調整部材74の各誘電率調整板74A、74Bをそれぞれ高さ調整している。
【0025】
図5中においては、外側の誘電率調整板74Bよりも内側の誘電率調整板74Aをより高く設定することにより、平面アンテナ部材70の上面と外側の誘電率調整板74Bとの間の距離H2よりも、平面アンテナ部材70の上面と内側の誘電率調整板74Aとの間の距離H1の方を大きくしている。
この場合、各誘電率調整板74A、74Bの下方におけるマイクロ波の伝播効率は、それぞれの直下における誘電率に依存する。すなわち、内側の誘電率調整板74Aの直下の誘電率は、遅波材72の誘電率と高さ(厚さ)H1の空気層の誘電率との合成の誘電率となり、また、外側の誘電率調整板74Bの直下の誘電率は、遅波材72の誘電率と高さ(厚さ)H2の空気層の誘電率との合成の誘電率となるが、高さH2より高さH1の方が大きいので、高さH1側の合成の誘電率が小さくなり、結果的に、この部分を伝播するマイクロ波の伝播効率を、その外周側の伝播効率よりも低下させるようになっている。このため、内周側のマイクロ波の伝播効率を低くしていることから、この部分におけるプラズマ生成効率を、その外周側よりも低くすることができ、これがためにプラズマ密度がその周辺に比較して高くなる傾向にあるウエハ中央部近傍のプラズマ密度を抑制し、ウエハ表面上におけるプラズマ密度の面内均一性を向上させることが可能となる。
【0026】
この場合、上記高さH1、H2は、最適なプラズマ密度の均一性を得るように適宜設定されるのは勿論である。
尚、ここでは2分割された誘電率調整板74A、74Bを用いたが、この分割数に限定されず、3つ以上に分割して、より分解能の高い制御を行うようにしてもよい。
尚、本実施例では、半導体ウエハに成膜処理する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、プラズマエッチング処理、プラズマアッシング処理等の他のプラズマ処理にも適用することができる。
また、被処理体としても半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、LCD基板等に対しても適用することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、遅波材の上部に高さ調整可能に誘電率調整部材を設けるようにしたので、誘電率調整部材の直下の誘電率を調整してプラズマ密度を制御し、もって処理容器内のプラズマ密度の面内均一性を向上させることができる。
本発明の関連技術によれば、平面アンテナ部材の内部に形成した熱媒体通路に冷媒を流すことにより、この平面アンテナ部材を冷却して、この熱変形を防止することができる。また、この平面アンテナ部材の熱変形を防止できることから、このアンテナ部材と処理容器内のプラズマとの結合状態を安定化でき、従って、被処理体に対するプラズマ処理の面内均一性及び再現性を向上させることができる。
また本発明の他の関連技術によれば、熱媒体温度制御部により、平面アンテナ部材の温度を制御することができる。
また本発明の他の関連技術によれば、マイクロ波が伝播する平面アンテナ部材の上下の表面は凹凸がなく平坦面になされているので、設計通りの伝播形態でマイクロ波を伝播させることができる。
また本発明の他の関連技術によれば、平面アンテナ部材に密接する絶縁板も効果的に冷却して一定の温度に維持することができ、被処理体に対して熱的に悪影響を与えることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。
【図2】平面アンテナ部材を示す平面図である。
【図3】平面アンテナ部材の製造方法を説明するための説明図である。
【図4】誘電率調整板を示す平面図である。
【図5】誘電率調整板の動作を説明するための動作説明図である。
【図6】従来の一般的なプラズマ処理装置を示す構成図である。
【図7】平面アンテナ部材を示す平面図である。
【符号の説明】
20 プラズマ処理装置
22 処理容器
24 載置台
38,40 ノズル(ガス供給手段)
66 絶縁板
70 平面アンテナ部材
72 遅波材
74 誘電率調整部材
74A,74B 誘電率調整板
76 高さ調整機構
86 マイクロ波発生器
88 マイクロ波放射孔
90 熱媒体通路
92 媒体入口
94 媒体出口
96 循環路
100 熱媒体温度制御部
102A,102B 昇降ネジ
104A,104B 高さ調整ナット
W 半導体ウエハ(被処理体)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus used when processing is performed by applying plasma generated by microwaves to a semiconductor wafer or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the increase in the density and miniaturization of semiconductor products, plasma processing apparatuses may be used for processes such as film formation, etching, and ashing in the manufacturing process of semiconductor products, and in particular, 0.1 mTorr ( 13.3 mPa) to several tens of mTorr (several Pa) of a relatively low pressure in a high vacuum state, so that plasma can be stably generated, so that microwaves or magnetic fields from microwaves and ring coils can be used. There is a tendency to use a microwave plasma apparatus that generates a high-density plasma by combining them.
Such a plasma processing apparatus is disclosed in JP-A-3-191073, JP-A-5-343334, JP-A-9-181052 by the present applicant, and the like. Here, a general plasma processing apparatus using a microwave will be schematically described with reference to FIGS. FIG. 6 is a block diagram showing a conventional general plasma processing apparatus, and FIG. 7 is a plan view showing a planar antenna member.
[0003]
In FIG. 6, the
Then, on the upper surface of the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although a material having good conductivity, such as copper, is used as a constituent material of the
However, as the diameter of the semiconductor wafer increases to 8 inches (20 cm) or 12 inches (30 cm), the diameter of the
[0005]
The
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of efficiently cooling a planar antenna member without adversely affecting the propagation of microwaves.
Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of controlling the plasma density and thereby improving the in-plane uniformity of the plasma density in the processing vessel .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a processing container in which a ceiling portion is opened so that the inside can be evacuated, an insulating plate that is airtightly attached to the opening of the ceiling portion of the processing container, and a target object Therefore, microwaves for plasma generation are transmitted through the insulating plate from a mounting table provided in the processing container and a plurality of microwave radiation holes formed at a predetermined pitch above the insulating plate. A planar antenna member to be introduced into the processing container, a slow wave material provided above the planar antenna member to shorten the wavelength of the microwave, and a predetermined gas is introduced into the processing container In a plasma processing apparatus having a gas supply means, a dielectric constant adjusting member provided on an upper portion of the slow wave material, and a height for adjusting the height of the dielectric constant adjusting member to approach and separate from the slow wave material. Adjustment mechanism and Is a plasma processing apparatus characterized by comprising.
As described above, since the dielectric constant adjusting member is provided on the upper portion of the slow wave material so that the height can be adjusted, the plasma density is controlled by adjusting the dielectric constant immediately below the dielectric constant adjusting member, and thereby the inside of the processing vessel is adjusted. In-plane uniformity of plasma density can be improved.
In the related art of the present invention, a processing container whose ceiling is opened and the inside of which can be evacuated, an insulating plate that is airtightly attached to the opening of the ceiling of the processing container, and an object to be processed are placed. Therefore, microwaves for plasma generation are transmitted through the insulating plate from a mounting table provided in the processing vessel and a plurality of microwave radiation holes provided at a predetermined pitch above the insulating plate. A planar antenna member to be introduced into the processing container, a slow wave material provided above the planar antenna member for shortening the wavelength of the microwave, and a gas for introducing a predetermined gas into the processing container In the plasma processing apparatus having the supply means, a heat medium passage for flowing a heat medium is formed inside the planar antenna member.
In this way, by flowing the coolant through the heat medium passage formed inside the planar antenna member, the planar antenna member can be cooled to prevent this thermal deformation. In addition, since the planar antenna member can be prevented from being thermally deformed, the coupling state between the antenna member and the plasma in the processing container can be stabilized, and therefore the in-plane uniformity and reproducibility of the plasma processing on the object to be processed can be improved. It becomes possible to make it.
[0007]
In this case, for example, a heat medium temperature control unit for controlling the temperature of the heat medium is connected to the heat medium passage.
Thereby, the temperature of the planar antenna member can be controlled by the heat medium temperature control unit.
Further, the upper and lower surfaces of the planar antenna member Invite example embodiment is formed into a flat surface.
According to this, since the upper and lower surfaces of the planar antenna member through which the microwave propagates have a flat surface with no irregularities, it is possible to propagate the microwave in the designed propagation form.
[0008]
The surface of the planar antenna member Invite example embodiment, the insulating plate is in close contact.
According to this, it is possible to effectively cool the insulating plate in close contact with the planar antenna member and maintain it at a constant temperature, and it is possible to prevent the processing object from being adversely affected thermally. It becomes.
Further, the planar antenna member Invite example embodiment is made of copper or aluminum.
[0009]
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 the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a planar antenna member, FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method for manufacturing the planar antenna member, and FIG. 4 is a dielectric constant. FIG. 5 is an operation explanatory diagram for explaining the operation of the dielectric constant adjusting plate.
[0010]
In this embodiment, a case where the plasma processing apparatus is applied to a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) process will be described. As shown in the figure, this plasma processing apparatus 20 has a
[0011]
In the
An electrostatic chuck or a clamping mechanism (not shown) for holding the wafer is provided on the upper surface of the mounting table 24 described above. The mounting table 24 is connected to the
[0012]
The support table 26 that supports the mounting table 24 is provided with a cooling
For example, a plasma
[0013]
A
The ceiling portion of the
[0014]
Further, a disk-shaped
An
[0015]
When the
[0016]
In the thick
As a result, the
[0017]
On the other hand, as shown in FIG. 4, the dielectric
On the other hand, as shown in FIG. 4, for example, a plurality of, for example, three
[0018]
The lower ends of the elevating
Further, height adjusting nuts 104A and 104B that are screwed with the lifting screws 102A and 102B are provided on the upper surface side of the
Note that the structure of the
[0019]
Next, a processing method performed using the plasma processing apparatus configured as described above will be described.
First, the semiconductor wafer W is accommodated in the
Then, while maintaining the inside of the
A deposition gas such as 2 is supplied while controlling the flow rate. At the same
6 is supplied to the
[0020]
Here, for example, 2.45 GHz microwave generated by the
The argon gas excited by the microwave is turned into plasma and diffused downward to activate the processing gas to create active species. By the action of the active species, the surface of the wafer W is processed, for example, plasma CVD processing is performed. Will be given.
[0021]
Here, when microwaves propagate through the
In addition, since the thermal deformation of the
[0022]
That is, as shown in FIG. 2, the cooling heat medium introduced into the
As described above, it is possible to cool the entire
In this case, as the number of wafers to be processed increases, the temperature of the
[0023]
Further, when microwaves are transmitted through the insulating
[0024]
Accordingly, since the temperature of the insulating
[0025]
In FIG. 5, by setting the inner dielectric
In this case, the propagation efficiency of the microwaves below the dielectric
[0026]
In this case, of course, the heights H1 and H2 are set as appropriate so as to obtain an optimal plasma density uniformity.
Although the dielectric
In this embodiment, the case where the film forming process is performed on the semiconductor wafer has been described as an example. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other plasma processes such as a plasma etching process and a plasma ashing process.
Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, and the like.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
According to the present invention, since the dielectric constant adjusting member is provided on the upper portion of the slow wave material so that the height can be adjusted, the plasma density is controlled by adjusting the dielectric constant immediately below the dielectric constant adjusting member, and thereby the processing container In-plane uniformity of the plasma density can be improved.
According to the related art of the present invention, the planar antenna member can be cooled by flowing a coolant through the heat medium passage formed inside the planar antenna member, and this thermal deformation can be prevented. In addition, since the planar antenna member can be prevented from being thermally deformed, the coupling state between the antenna member and the plasma in the processing container can be stabilized, and therefore the in-plane uniformity and reproducibility of the plasma processing on the object to be processed can be improved. Can be made.
According to another related technique of the present invention, the temperature of the planar antenna member can be controlled by the heat medium temperature control unit.
According to another related art of the present invention, since the microwave has been made above and below the surface has no irregularities flat surface of the planar antenna member to propagate, making it possible to propagate the microwave propagation form the designed it can.
Further, according to another related technique of the present invention, the insulating plate in close contact with the planar antenna member can be effectively cooled and maintained at a constant temperature, and the object to be processed is thermally adversely affected. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a planar antenna member.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing a planar antenna member.
FIG. 4 is a plan view showing a dielectric constant adjusting plate.
FIG. 5 is an operation explanatory diagram for explaining the operation of a dielectric constant adjusting plate;
FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional general plasma processing apparatus.
FIG. 7 is a plan view showing a planar antenna member.
[Explanation of symbols]
20
66 Insulating
Claims (5)
前記遅波材の上部に設けられる誘電率調整部材と、
前記誘電率調整部材の高さ調整を行って前記遅波材に対して接近及び離間させる高さ調整機構とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。A processing container in which the ceiling is opened and the inside can be evacuated, an insulating plate that is airtightly attached to the opening of the ceiling of the processing container, and the processing container for placing the object to be processed Microwaves for plasma generation are introduced into the processing vessel through the insulating plate from the mounting table provided and a plurality of microwave radiation holes provided at a predetermined pitch above the insulating plate. A planar antenna member, a slow wave material provided above the planar antenna member for reducing the wavelength of the microwave, and a gas supply means for introducing a predetermined gas into the processing vessel In the device
A dielectric constant adjusting member provided on top of the slow wave material;
A plasma processing apparatus, comprising: a height adjusting mechanism that adjusts a height of the dielectric constant adjusting member to approach and separate the slow wave material .
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