JP5374853B2

JP5374853B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP5374853B2
Application number: JP2007270581A
Authority: JP
Inventors: 潤吉川; 松潤康; 勝佐々木; 直樹松本; ＶｅｎｔｚｅｋＰｅｔｅｒ
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: JP2009099807A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of performing plasma processing with a high degree of in-plane uniformity for a wafer, which is a substrate. SOLUTION: A top board 5 made up of a dielectric material is provided so as to cover an opening 20 of an air-tight processing vessel 2, the upper side of which opens, and microwaves are provided within the processing vessel 2 via the top board 5. In the undersurface of the top board 5, an annular recess 7 is formed along the circumferential direction in such a way that the distance between opposing side-circumferential surfaces becomes smaller in the upward direction, and the outer edge of the recess 7 is located so as to be closer to the outer edge of the top board 5 than to the center thereof. With such a top board 5, plasma is confined to within the recess 7 and plasma having an electron density that is higher at a position close to the outer edge than that near the center is formed, however, the plasma descends while diffusing from the outer edge side to the outside, and therefore, when the plasma reaches a wafer W, a state is brought about in which the electron density of plasma is uniformed in the plane. COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板が載置された処理容器の内部に天板を介してマイクロ波を供給することによりプラズマを生成し、前記基板に対してプラズマ処理を行う装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for generating plasma by supplying a microwave to a processing container on which a substrate is placed via a top plate and performing plasma processing on the substrate.

半導体デバイスの製造工程においてエッチング処理や成膜処理等を行うプラズマ処理装置としては、プラズマ密度が高く、低電子温度のプラズマを作成することができることから、平面アンテナを用いてプラズマを発生させる方式の装置が開発されている。このプラズマ処理装置の一例として、例えば特許文献１に記載された装置を例にして図１５を用いて説明すると、図中１はその内部に基板Ｓを載置する載置台１１を備え、上部側が開口すると共に、真空ポンプ１０に接続されたチャンバであり、前記上部側開口は誘電体により構成された天板１２により塞がれている。この天板１２の上には、アンテナ部１３が設けられており、このアンテナ部１３は、マイクロ波をチャンバ1内に向けて放射するための多数のスロット対が形成されたスロット板１３ａと、遅波板１３ｂと、アンテナカバー１３ｃとを備えている。図中１４は高周波電源、１５は導波管である。 As a plasma processing apparatus for performing an etching process or a film forming process in a manufacturing process of a semiconductor device, a plasma with a high plasma density and a low electron temperature can be created. Equipment has been developed. As an example of the plasma processing apparatus, for example, an apparatus described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. 15. In FIG. 1, reference numeral 1 includes a mounting table 11 on which a substrate S is mounted. The chamber is opened and connected to the vacuum pump 10, and the upper opening is closed by a top plate 12 made of a dielectric. An antenna unit 13 is provided on the top plate 12, and the antenna unit 13 includes a slot plate 13a in which a number of slot pairs for radiating microwaves into the chamber 1 are formed, A slow wave plate 13b and an antenna cover 13c are provided. In the figure, 14 is a high-frequency power source, and 15 is a waveguide.

このようなプラズマ処理装置では、高周波電源１４から導波管１５を介してアンテナ部１３へと送られたマイクロ波は、アンテナ部１３を介して天板１２に輻射される。そして前記天板１２はマイクロ波を透過する誘電体により構成されているので、マイクロ波は天板１２内を、面方向に振動を生じさせながら中心部から外縁部へ向けて伝播し、チャンバ１内に電磁界を発生させ、プラズマを生成させる。一方チャンバ１内に図示しないガス導入路から処理ガスを導入すると、前記プラズマによって前記ガスが活性化され、これにより載置台１１上のウエハＷに対して所定の処理が行われるようになっている。 In such a plasma processing apparatus, the microwave transmitted from the high frequency power supply 14 to the antenna unit 13 through the waveguide 15 is radiated to the top plate 12 through the antenna unit 13. Since the top plate 12 is made of a dielectric material that transmits microwaves, the microwave propagates in the top plate 12 from the center to the outer edge while generating vibration in the surface direction. An electromagnetic field is generated in the inside to generate plasma. On the other hand, when a processing gas is introduced into the chamber 1 from a gas introduction path (not shown), the gas is activated by the plasma, whereby a predetermined processing is performed on the wafer W on the mounting table 11. .

ところでこのプラズマ処理装置において、ウエハＷに対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うためには、ウエハＷに均一にプラズマを照射することが要求される。しかしながらプラズマの電子密度は、天板１２直下においては、中心部の方が外縁部に比べて大きくなる傾向がある。また天板１２直下にて生成されたプラズマは、そこから載置台１１側に向けて降下していくが、この際プラズマは外方に拡散しながら降下していくので、仮にアンテナ部１３直下において電子密度の面内均一性が良好なプラズマを形成したとしても、載置台１１上のウエハＷに到達するときには、前記電子密度は中心部よりも外縁部にて小さくなってしまう。 By the way, in this plasma processing apparatus, in order to perform plasma processing with high in-plane uniformity on the wafer W, it is required to uniformly irradiate the wafer W with plasma. However, the electron density of the plasma tends to be greater at the center than at the outer edge just below the top plate 12. In addition, the plasma generated immediately below the top plate 12 descends toward the mounting table 11, but at this time, the plasma descends while diffusing outward. Even if a plasma having a good in-plane uniformity of electron density is formed, the electron density is smaller at the outer edge than at the center when reaching the wafer W on the mounting table 11.

そのため本発明者らは、天板１２の形状を工夫することにより、ウエハＷに対して電子密度の均一性が高いプラズマを照射し、ウエハＷに対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことを検討している。つまり天板１２は誘電体により構成されており、既述のようにマイクロ波が供給されると、このマイクロ波により共振領域が形成されてその内部に強い電界が発生して定在波が形成される。この定在波は、チャンバ１内に電磁界を発生させ、チャンバ１内のプラズマの電子密度に影響を与えるので、天板１２の形状を変化させることによって、チャンバ１内のプラズマの電子密度分布を調整することができる。 For this reason, the present inventors devise the shape of the top plate 12 to irradiate the wafer W with plasma with high uniformity of electron density, and perform plasma processing with high in-plane uniformity on the wafer W. I am considering that. In other words, the top plate 12 is made of a dielectric, and when microwaves are supplied as described above, a resonance region is formed by the microwaves, and a strong electric field is generated therein to form a standing wave. Is done. Since this standing wave generates an electromagnetic field in the chamber 1 and affects the electron density of the plasma in the chamber 1, the electron density distribution of the plasma in the chamber 1 is changed by changing the shape of the top plate 12. Can be adjusted.

特許文献１の構成では、天板１２の下面側にリング状の突条１２ａを設けることにより、天板１２の径方向の厚さをテーパ状に連続的に変化させる構成が記載されている。しかしながらこの例は、チャンバ１内の圧力やマイクロ波の電力などのプラズマ条件が変化した場合であっても、天板１２の厚さを変えずに、いずれかの場所で共振を発生させることを狙ったものであり、特許文献１の技術によっても本発明の課題を解決することはできない。 The configuration of Patent Document 1 describes a configuration in which the radial thickness of the top plate 12 is continuously changed in a tapered shape by providing a ring-shaped protrusion 12a on the lower surface side of the top plate 12. However, in this example, even if the plasma conditions such as the pressure in the chamber 1 and the power of the microwave change, resonance is generated at any place without changing the thickness of the top 12. This is an aim, and the technique of Patent Document 1 cannot solve the problem of the present invention.

特開２００５−１００９３１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-100931

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板に対して電子密度の面内均一性の高いプラズマを照射することのできる技術を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a situation, The objective is to provide the technique which can irradiate the plasma with a high in-plane uniformity of an electron density with respect to a board | substrate.

このため本発明のプラズマ処理装置は、基板が載置される載置部が内部に設けられ、上部側が開口する気密な処理容器と、
この処理容器内にガスを供給するためのガス供給部と、
この処理容器内の雰囲気を真空排気するための真空排気手段と、
前記処理容器の上部側開口を塞いで、前記載置台表面と対向して設けられ、マイクロ波を透過する材料により構成された天板と、
この天板の上部に設けられ、当該天板を介して前記処理容器内にマイクロ波を供給し、前記ガスをプラズマ化してプラズマを生成させるためのマイクロ波供給手段と、
前記天板の下面に、前記処理容器の周方向に沿って環状に設けられ、その側周面が傾斜した凹部と、を備え、
前記マイクロ波供給手段は、前記天板の上部に設けられ、周方向に沿って多数のスリットが形成された平面アンテナ部材と、
この平面アンテナ部材に接続されマイクロ波を前記処理容器内に導くための導波管と、を備え、
前記凹部の側周面は上に向かうにつれて互いに対向する面同士の間隔が狭くなるように傾斜し、
前記凹部よりも天板の中心側における天板の下面には、電子密度を閉じ込めるための凹部が存在せず、
天板の中心から天板の外縁までの距離をＤ、天板の中心から前記凹部の外縁までの距離をＤ１、天板の中心から前記凹部の内縁までの距離をＤ２とすると、Ｄ１及びＤ２は夫々
０．８８≦Ｄ１／Ｄ≦０．９６及び０．２≦Ｄ２／Ｄ≦０．６４で表される範囲に設定されることを特徴とする。 For this reason, the plasma processing apparatus of the present invention includes an airtight processing container in which a mounting portion on which a substrate is mounted is provided, and an upper side is opened,
A gas supply unit for supplying gas into the processing container;
Evacuation means for evacuating the atmosphere in the processing vessel;
A top plate made of a material that closes the upper side opening of the processing vessel and is opposed to the mounting table surface and that transmits microwaves;
Microwave supply means provided on the top plate, supplying microwaves into the processing vessel through the top plate, and generating plasma by converting the gas into plasma,
A recess provided on the lower surface of the top plate in an annular shape along the circumferential direction of the processing vessel, and the side peripheral surface of which is inclined ;
The microwave supply means is provided on the top of the top plate, a planar antenna member formed with a number of slits along the circumferential direction,
A waveguide connected to the planar antenna member for guiding microwaves into the processing vessel,
As the side peripheral surface of the concave portion is directed upward, it is inclined so that the interval between the surfaces facing each other is narrowed,
There is no recess for confining the electron density on the lower surface of the top plate at the center side of the top plate than the recess,
If the distance from the center of the top plate to the outer edge of the top plate is D, the distance from the center of the top plate to the outer edge of the recess is D1, and the distance from the center of the top plate to the inner edge of the recess is D2, D1 and D2 Each
It is set in the range represented by 0.88 ≦ D1 / D ≦ 0.96 and 0.2 ≦ D2 / D ≦ 0.64 .

本発明によれば、天板の下面に処理容器の周方向に沿って、その側周面が傾斜した凹部を形成しているため、凹部内に電子密度の高いプラズマが閉じ込められる。その理由は、概略的な言い方をすれば、誘電体である天板内にてマイクロ波が反射を繰り返すことから種々の光路が形成されて、各光路に応じた定在波が立つが、凹部の側周面が傾斜していると、この傾斜面を含めた前記光路が多くなって、当該傾斜面における定在波全体のエネルギーが大きくなり、傾斜面における天板と真空雰囲気との界面におけるガスの電界吸収が大きくなることに基づく。このように電子密度の高いプラズマを天板の中心から離れたところに閉じ込めるという発想を取り入れることにより、天板の下面にて中央よりも周縁側の電子密度の高いプラズマを生成することができ、従って天板と基板との距離などに応じて適切な電子密度分布パターンを調整することにより、基板表面上に面内均一性の高いプラズマを生成することができるので、その結果基板に対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。 According to the present invention, since the concave portion whose side peripheral surface is inclined is formed in the lower surface of the top plate along the circumferential direction of the processing container, plasma having a high electron density is confined in the concave portion. The reason for this is that, roughly speaking, microwaves are repeatedly reflected in the top plate, which is a dielectric, so that various optical paths are formed, and standing waves corresponding to the respective optical paths are formed. When the side peripheral surface of the inclined surface is inclined, the optical path including the inclined surface is increased, and the energy of the standing wave on the inclined surface is increased, and at the interface between the top plate and the vacuum atmosphere on the inclined surface. This is based on the fact that the electric field absorption of gas increases. By incorporating the idea of confining plasma with a high electron density away from the center of the top plate in this way, it is possible to generate a plasma with a higher electron density on the lower side than the center on the lower surface of the top plate, Therefore, by adjusting an appropriate electron density distribution pattern according to the distance between the top plate and the substrate, plasma with high in-plane uniformity can be generated on the substrate surface. Plasma processing with high internal uniformity can be performed.

以下、本発明の実施の形態について、基板例えば半導体ウエハＷ（以下「ウエハ」という）に対してエッチング処理を行うためのエッチング処理装置に本発明のプラズマ処理装置を適用した場合を例にして説明する。図１は前記エッチング処理装置の縦断断面図である。このエッチング処理装置は、平面アンテナを用いてプラズマを発生させる方式の装置である。図中２は例えば全体が筒体状に気密に構成されると共に接地された処理容器（真空チャンバ）であり、この処理容器２の側壁や底部は、導体例えばアルミニウム添加ステンレススチール等により構成され、内壁面には酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to an example in which the plasma processing apparatus of the present invention is applied to an etching processing apparatus for performing etching processing on a substrate, for example, a semiconductor wafer W (hereinafter referred to as “wafer”). To do. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the etching processing apparatus. This etching apparatus is an apparatus that generates plasma using a planar antenna. In the figure, for example, 2 is a processing vessel (vacuum chamber) that is hermetically structured and grounded as a whole, and the side wall and the bottom of the processing vessel 2 are made of a conductor such as aluminum-added stainless steel, A protective film made of aluminum oxide is formed on the inner wall surface.

処理容器２の内部には、ウエハＷを載置するための載置部である載置台３１が支持部材３２を介して設けられている。この載置台３１は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もしくは酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）より構成され、支持部材３２は窒化アルミニウム等のセラミックスにより構成されている。載置台３１の内部には温調部(図示せず)が設けられていて、この温調部は、例えば冷却媒体を通流させる冷却ジャケットとヒータとの組み合わせにより構成されている。また載置台３１には、ウエハＷを支持して昇降させるための図示しない昇降ピンが載置台３１の表面に対して突没自在に設けられている。 Inside the processing container 2, a mounting table 31, which is a mounting unit for mounting the wafer W, is provided via a support member 32. The mounting table 31 is made of, for example, aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ), and the support member 32 is made of ceramic such as aluminum nitride. A temperature control unit (not shown) is provided inside the mounting table 31, and this temperature control unit is configured by, for example, a combination of a cooling jacket through which a cooling medium flows and a heater. The mounting table 31 is provided with lifting pins (not shown) for supporting the wafer W to move up and down so as to protrude and retract with respect to the surface of the mounting table 31.

前記処理容器２の側壁にはガス導入管２１が例えば環状に設けられており、このガス導入管２１の他端側にはガス供給系２２が接続されている。この例ではガス導入管２１とガス供給系２２とによりガス供給部が構成されている。また処理容器２の底部は排気室２３として構成されており、この排気室２３には排気路２４を介して真空排気手段２５が接続されている。また前記処理容器２の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２６が設けられており、この搬入出口２６はゲートバルブ２７により開閉自在に構成されている。 A gas introduction pipe 21 is provided, for example, in a ring shape on the side wall of the processing vessel 2, and a gas supply system 22 is connected to the other end side of the gas introduction pipe 21. In this example, a gas supply unit is configured by the gas introduction pipe 21 and the gas supply system 22. The bottom of the processing vessel 2 is configured as an exhaust chamber 23, and a vacuum exhaust means 25 is connected to the exhaust chamber 23 via an exhaust path 24. Further, a loading / unloading port 26 for loading / unloading the wafer W is provided on the side wall of the processing container 2, and the loading / unloading port 26 is configured to be opened and closed by a gate valve 27.

前記処理容器２の天井部は例えば円形状に開口しており、この開口部２０には、当該開口部２０の周縁に沿って設けられたリング状の支持部材４１及びＯリング等のシール部材４２を介して、前記載置台３１と対向するように、例えば平面形状が略円形状に構成された天板５が気密に設けられていて、こうして処理容器２は気密に保持されている。前記天板５は、マイクロ波を透過する誘電体材料、例えば石英等により構成されている。この天板５の形状については後述する。 The ceiling of the processing container 2 is opened, for example, in a circular shape, and the opening 20 is provided with a ring-shaped support member 41 provided along the periphery of the opening 20 and a sealing member 42 such as an O-ring. For example, the top plate 5 having a substantially circular planar shape is airtightly provided so as to face the mounting table 31 described above, and thus the processing vessel 2 is held airtight. The top plate 5 is made of a dielectric material that transmits microwaves, such as quartz. The shape of the top plate 5 will be described later.

またこの天板５の上部側には、当該天板５と密接するようにアンテナ部６が設けられている。このアンテナ部６は、平面形状が円形であって下面側が開口する扁平な蓋体６１と、この蓋体６１の前記下面側の開口部に設けられ、多数のスロットが形成された円板状の平面アンテナ部材（スロット板）６２とを備えており、これら蓋体６１と平面アンテナ部材６２とは導体により構成されている。そして前記平面アンテナ部材６２の下面が前記天板５に接続されている。 Further, an antenna unit 6 is provided on the top side of the top plate 5 so as to be in close contact with the top plate 5. The antenna portion 6 is provided in a flat lid 61 having a circular planar shape and having an opening on the lower surface side, and a disk-like shape provided with a plurality of slots in the opening on the lower surface side of the lid body 61. A flat antenna member (slot plate) 62 is provided, and the lid body 61 and the flat antenna member 62 are made of a conductor. The lower surface of the planar antenna member 62 is connected to the top plate 5.

また前記平面アンテナ部材６２と蓋体６１との間には、例えば酸化アルミニウムや窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の低損失誘電体材料により構成された遅波板６３が設けられている。この遅波板６３はマイクロ波の波長を短くするためのものである。この実施の形態では、これらアンテナ本体６１、平面アンテナ部材６２、遅波板６３により平面アンテナが形成されている。なお前記蓋体６１の内部には、図示しない冷却水流路が形成されており、ここに冷却水を通流させることにより、蓋体６１、遅波板６３、平面アンテナ部材６２及び天板５が冷却されるようになっている。また前記蓋体６１は接地されている。 A slow wave plate 63 made of a low-loss dielectric material such as aluminum oxide or silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) is provided between the planar antenna member 62 and the lid 61. The slow wave plate 63 is for shortening the wavelength of the microwave. In this embodiment, the antenna main body 61, the planar antenna member 62, and the slow wave plate 63 form a planar antenna. In addition, a cooling water passage (not shown) is formed inside the lid body 61. By passing cooling water therethrough, the lid body 61, the slow wave plate 63, the planar antenna member 62, and the top plate 5 are provided. It is designed to be cooled. The lid 61 is grounded.

このように構成されたアンテナ部６は、前記平面アンテナ部材６２が天板５に密接するように図示しないシール部材を介して処理容器２に装着されている。そしてこのアンテナ部６は同軸導波管６４により、マッチング回路６５を介してマイクロ波発生装置６６に接続され、例えば周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波が供給されるようになっている。この際、同軸導波管６４の外側の導波管６４Ａは蓋体６１に接続され、中心導体６４Ｂは遅波板６３に形成された開口部を介して平面アンテナ部材６２に接続されている。 The antenna unit 6 configured as described above is attached to the processing container 2 via a seal member (not shown) so that the planar antenna member 62 is in close contact with the top plate 5. The antenna unit 6 is connected to a microwave generator 66 through a matching circuit 65 by a coaxial waveguide 64, and for example, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is supplied. At this time, the waveguide 64 A outside the coaxial waveguide 64 is connected to the lid 61, and the center conductor 64 B is connected to the planar antenna member 62 through an opening formed in the slow wave plate 63.

前記平面アンテナ部材６２は、例えば厚さ１ｍｍ程度の銅板からなり、図２に示すように例えば円偏波を発生させるための多数のスロット６７が形成されている。このスロット６７は略Ｔ字状に僅かに離間させて配置した一対のスロット６７ａ，６７ｂを１組として、周方向に沿って例えば同心円状や渦巻き状に形成されている。このようにスロット６７ａとスロット６７ｂとを相互に略直交するような関係で配列しているので、２つの直交する偏波成分を含む円偏波が放射されることになる。この際スロット対６７ａ，６７ｂを遅波板６３により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で配列することにより、マイクロ波が平面アンテナ部材６２より略平面波として放射される。本発明では、マイクロ波発生装置６６、同軸導波管６４及びアンテナ部６によりマイクロ波供給手段が構成されている。 The planar antenna member 62 is made of, for example, a copper plate having a thickness of about 1 mm, and has a large number of slots 67 for generating, for example, circularly polarized waves as shown in FIG. The slot 67 is formed, for example, concentrically or spirally along the circumferential direction, with a pair of slots 67a and 67b arranged in a substantially T-shape and slightly spaced apart. Thus, since the slot 67a and the slot 67b are arranged so as to be substantially orthogonal to each other, circularly polarized waves including two orthogonal polarization components are radiated. At this time, by arranging the slot pairs 67 a and 67 b at an interval corresponding to the wavelength of the microwave compressed by the slow wave plate 63, the microwave is radiated from the planar antenna member 62 as a substantially planar wave. In the present invention, the microwave supply unit is configured by the microwave generator 66, the coaxial waveguide 64, and the antenna unit 6.

ここでこの装置にて実施される本発明のエッチング方法の一例について簡単に説明する。先ずゲートバルブ２７を開き、搬入出口２６を介して例えば表面に銅配線が形成された基板であるウエハＷを処理容器２内に搬入して載置台３１上に載置する。続いて処理容器２の内部を所定の圧力まで真空引きし、エッチングガスをガス供給路２１を介して所定の流量で供給する。そして処理容器２内を所定のプロセス圧力に維持し、載置台３１の表面温度を所定温度に設定する。 Here, an example of the etching method of the present invention performed by this apparatus will be briefly described. First, the gate valve 27 is opened, and a wafer W, for example, a substrate having a copper wiring formed on the surface thereof, is loaded into the processing container 2 through the loading / unloading port 26 and placed on the mounting table 31. Subsequently, the inside of the processing container 2 is evacuated to a predetermined pressure, and an etching gas is supplied through the gas supply path 21 at a predetermined flow rate. Then, the inside of the processing container 2 is maintained at a predetermined process pressure, and the surface temperature of the mounting table 31 is set to a predetermined temperature.

一方マイクロ波発生装置６６から２．４５ＧＨｚの高周波（マイクロ波）を供給すると、このマイクロ波は、ＴＭモード或いはＴＥモード或いはＴＥＭモードで同軸導波管６４内を伝搬してアンテナ部６の平面アンテナ部材６２に到達し、同軸導波管の内部導体６４Ｂを介して、平面アンテナ部材６２の中心部から周縁領域に向けて放射状に伝搬される間に、スロット対６７ａ，６７ｂからマイクロ波が天板５を介して下方側の処理空間に向けて放出される。 On the other hand, when a high frequency (microwave) of 2.45 GHz is supplied from the microwave generator 66, the microwave propagates in the coaxial waveguide 64 in the TM mode, the TE mode, or the TEM mode, and the planar antenna of the antenna unit 6. While reaching the member 62 and being propagated radially from the central portion of the planar antenna member 62 toward the peripheral region via the inner conductor 64B of the coaxial waveguide, the microwaves are transmitted from the slot pairs 67a and 67b. 5 is discharged toward the lower processing space.

ここで天板５はマイクロ波が透過可能な材質により構成されているので、マイクロ波は天板５を効率よく透過していく。このとき既述のようにスリット対６７ａ，６７ｂを配列したので、円偏波が平面アンテナ部材６２の平面に亘って放出される。そしてこのマイクロ波のエネルギーにより、広い処理空間の全域に亘って高密度なプラズマが励起される。そしてこのプラズマにより前記エッチングを活性化させて、つまりプラズマ化して活性種を形成し、この活性種によりウエハＷ表面に対するエッチング処理が行われる。こうしてエッチング処理が行われたウエハＷは、搬入出口２６を介して処理容器２から搬出される。 Here, since the top plate 5 is made of a material that can transmit microwaves, the microwaves efficiently pass through the top plate 5. At this time, since the slit pairs 67 a and 67 b are arranged as described above, circularly polarized waves are emitted across the plane of the planar antenna member 62. The microwave energy excites high-density plasma over the entire processing space. Then, the etching is activated by this plasma, that is, activated species are formed by plasma, and the etching process is performed on the surface of the wafer W by the activated species. The wafer W thus subjected to the etching process is unloaded from the processing container 2 through the loading / unloading port 26.

続いて前記天板５の形状について図３に基づいて説明する。この天板５は、既述のように平面形状が円形に構成され、その外縁側が処理容器２の天井部に形成された支持部材４１にて支持されるように処理容器２に設けられている。例えば天板５の外縁部には、支持部材４１の内側にて下方側に伸び出すように突部５１が形成されており、この突部５１と前記支持部材４１とを接合するように前記処理容器２の開口部２０に天板５が装着されるように構成されている。また天板５の中心部分の下面と載置台３１上のウエハＷ表面との間の距離Ｈは、例えば１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度に設定される。 Next, the shape of the top plate 5 will be described with reference to FIG. The top plate 5 is provided in the processing container 2 so that the planar shape is circular as described above, and the outer edge side thereof is supported by the support member 41 formed on the ceiling portion of the processing container 2. Yes. For example, a protrusion 51 is formed on the outer edge of the top plate 5 so as to extend downward on the inner side of the support member 41, and the processing is performed so that the protrusion 51 and the support member 41 are joined. The top plate 5 is configured to be attached to the opening 20 of the container 2. The distance H between the lower surface of the central portion of the top plate 5 and the surface of the wafer W on the mounting table 31 is set to about 100 mm to 200 mm, for example.

ここで天板５の外縁とは、その下面が平らな状態の部位の外縁をいい、この例では図３中１００で示す前記突部５１の内縁が天板５の外縁に相当する。そして天板５の直径方向の大きさＬ１は、例えば１２インチサイズのウエハＷに対応する場合には、例えば４００ｍｍ〜６００ｍｍ程度に設定される。また天板５はその中央領域の厚さＴ１が、周縁領域の厚さＴ２よりも小さくなるように設定され、例えば前記厚さＴ１は４０ｍｍ程度、前記厚さＴ２は５０ｍｍ程度に夫々設定される。なおその中央領域の厚さＴ１を、周縁領域の厚さＴ２よりも小さく設定するのは強度的な問題をクリアするためであり、このように中央領域の厚さＴ１を周縁領域の厚さＴ２よりもわずかに小さく設定した場合であっても、これらの厚さＴ１，Ｔ２を揃えたとしても、後述のプラズマの電子密度分布には影響がない。 Here, the outer edge of the top plate 5 refers to the outer edge of the portion whose bottom surface is flat. In this example, the inner edge of the protrusion 51 indicated by 100 in FIG. 3 corresponds to the outer edge of the top plate 5. The size L1 of the top plate 5 in the diameter direction is set to, for example, about 400 mm to 600 mm when the wafer W corresponds to, for example, a 12-inch wafer W. The top plate 5 is set so that the thickness T1 of the central region is smaller than the thickness T2 of the peripheral region. For example, the thickness T1 is set to about 40 mm, and the thickness T2 is set to about 50 mm. . The reason why the thickness T1 of the central region is set smaller than the thickness T2 of the peripheral region is to clear the strength problem, and thus the thickness T1 of the central region is changed to the thickness T2 of the peripheral region. Even if the thicknesses are set to be slightly smaller than these, even if these thicknesses T1 and T2 are made uniform, there is no influence on the electron density distribution of plasma described later.

さらに天板５の下面には、処理容器２の周方向に沿って環状の凹部７が形成されている。この凹部７は、上に向かうにつれて、互いに対向する面同士の間隔が次第に狭くなるように傾斜する側周面を備えており、前記凹部７の外縁７２は、天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置に設けられている。また前記凹部７の内縁７１は、天板５の中心Ｏと外縁１００との間に位置すればよいが、前記凹部７の内縁７１と外縁７２との間の中間位置Ａが、前記天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近いことが望ましい（図４（ａ）参照）。 Further, an annular recess 7 is formed on the lower surface of the top plate 5 along the circumferential direction of the processing container 2. The concave portion 7 has a side peripheral surface that is inclined so that the distance between the opposing surfaces gradually becomes narrower as it goes upward, and the outer edge 72 of the concave portion 7 has an outer edge than the center O of the top plate 5. It is provided at a position close to 100. In addition, the inner edge 71 of the recess 7 may be positioned between the center O of the top plate 5 and the outer edge 100, but the intermediate position A between the inner edge 71 and the outer edge 72 of the recess 7 is the top plate 5. It is desirable that it is closer to the outer edge 100 than the center O (see FIG. 4A).

このように天板５の下面に周方向に沿って、その外縁７２が、天板５の中心よりも外縁１００に近い位置になるように、その側周面が傾斜した凹部７を形成することにより、天板５直下において、中心よりも外縁側に寄ったところの電界密度が高いプラズマを生成することができる。つまり凹部７の傾斜面により囲まれた真空領域の電子密度が大きくなり、凹部内に電子密度の高いプラズマが閉じ込められ、天板５直下におけるプラズマは、図５に点線にて示すような電子密度分布を有するものとなる。 In this way, the concave portion 7 whose side peripheral surface is inclined is formed on the lower surface of the top plate 5 along the circumferential direction so that the outer edge 72 is closer to the outer edge 100 than the center of the top plate 5. As a result, it is possible to generate a plasma having a high electric field density immediately below the top plate 5 and closer to the outer edge than the center. That is, the electron density in the vacuum region surrounded by the inclined surface of the recess 7 is increased, and a plasma with a high electron density is confined in the recess, and the plasma immediately below the top plate 5 has an electron density as indicated by a dotted line in FIG. It will have a distribution.

この理由について概略的に述べると、アンテナ部６のスロット６７から放射されたマイクロ波は、誘電体である天板５内において反射を繰り返すことから種々の光路が形成されて、各光路に応じた定在波が立つ。この際凹部７の側周面が既述のように、上に向かうにつれて互いに対向する面同士の間隔が狭くなるように傾斜していると、この傾斜面を含めた前記光路が多くなって、当該傾斜面における定在波全体のエネルギーが大きくなり、傾斜面における天板５と、天板５直下の真空雰囲気との界面におけるプラズマの電界吸収が大きくなる。 The reason for this will be described briefly. The microwave radiated from the slot 67 of the antenna unit 6 is repeatedly reflected in the top plate 5 which is a dielectric, so that various optical paths are formed, corresponding to each optical path. A standing wave stands. At this time, as described above, if the side circumferential surface of the recess 7 is inclined so that the interval between the surfaces facing each other becomes narrower as it goes upward, the optical path including this inclined surface increases, The energy of the standing wave as a whole on the inclined surface increases, and the electric field absorption of plasma at the interface between the top plate 5 on the inclined surface and the vacuum atmosphere immediately below the top plate 5 increases.

つまり既述のような側周面（傾斜面）を備えた凹部７を形成すると、図６（ａ）に示すように、この側周面では前記面方向のみならず、面方向に垂直な方向においてもマイクロ波の光路が形成されるため、種々の方向からこの側周面に至る光路が多く、これら光路に基づく種々の定在波が形成される。一方、図６（ｂ）に示すように、凹部７の側周面を傾斜面ではなく垂直面により構成すると、この側周面では、面方向に垂直な方向からはマイクロ波の光路を形成することができない。このため、側周面が傾斜している場合に比べて、当該側周面に至る光路が少なくなってしまう。 That is, when the concave portion 7 having the side peripheral surface (inclined surface) as described above is formed, as shown in FIG. 6 (a), the side peripheral surface has a direction perpendicular to the surface direction as well as the surface direction. Since the optical path of the microwave is also formed in, there are many optical paths from various directions to the side peripheral surface, and various standing waves based on these optical paths are formed. On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the side peripheral surface of the concave portion 7 is constituted by a vertical surface instead of an inclined surface, a microwave optical path is formed on the side peripheral surface from a direction perpendicular to the surface direction. I can't. For this reason, compared with the case where the side peripheral surface is inclined, the optical path to the side peripheral surface is reduced.

従って凹部７の側周面を傾斜面により形成した場合には、定在波全体のエネルギーが大きくなり、結果として凹部７内にプラズマを閉じ込めることができるが、凹部の側周面を垂直面により形成した場合には、定在波全体のエネルギーが小さいので、凹部を形成したとしても、当該凹部内にプラズマを閉じ込めることができない。 Therefore, when the side surface of the recess 7 is formed by an inclined surface, the energy of the entire standing wave is increased, and as a result, the plasma can be confined in the recess 7, but the side surface of the recess is formed by the vertical surface. When formed, since the energy of the standing wave as a whole is small, even if the recess is formed, the plasma cannot be confined in the recess.

本発明では、天板５の下面に凹部７を形成して、ここに電子密度の高いプラズマを閉じ込めるという発想を取り入れているので、前記凹部７の外縁を天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近いところに位置させることにより、天板５の直下にて中央よりも周縁側の電子密度の高いプラズマを生成することができる。そしてプラズマは外縁から外方側に拡散しながら処理容器２内を降下していくので、予め天板５と載置台３１上のウエハＷとの距離や、天板５とウエハＷの大きさとの関係等の、装置に見合った凹部７の形状や位置、寸法等を調整し、これにより適切な電子密度分布パターンを調整しておくことにより、載置台３１上のウエハＷに至るときのプラズマの電子密度をウエハＷの面内において揃えられることができる。このようにウエハＷに対して、電子密度の均一なプラズマを照射することができるので、ウエハＷに対して面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。 In the present invention, the idea of forming the concave portion 7 on the lower surface of the top plate 5 and confining plasma with a high electron density therein is adopted, so that the outer edge of the concave portion 7 is set to the outer edge 100 from the center O of the top plate 5. By positioning it at a location close to, plasma having a higher electron density on the peripheral side than the center can be generated immediately below the top plate 5. Since the plasma descends in the processing container 2 while diffusing outward from the outer edge, the distance between the top plate 5 and the wafer W on the mounting table 31 and the size of the top plate 5 and the wafer W are preliminarily determined. By adjusting the shape, position, dimensions, etc. of the recess 7 suitable for the apparatus such as the relationship, and adjusting the appropriate electron density distribution pattern thereby, the plasma generated when reaching the wafer W on the mounting table 31 is adjusted. The electron density can be aligned in the plane of the wafer W. Since the wafer W can be irradiated with plasma with uniform electron density in this way, plasma processing with high in-plane uniformity can be performed on the wafer W.

このように凹部７の形状や位置により、天板５直下におけるプラズマの電界密度分布が異なり、天板５と載置台３１との距離によっても凹部７の最適な形状や位置が異なるが、このような凹部７１の大きさの好適な一例を挙げると、図４（ｂ）に示すように、天板５の中心Ｏと外縁１００との間の距離を距離Ｄとすると、例えば１２インチサイズのウエハＷに対しては、前記天板５の大きさは、その直径（２Ｄ）が５００ｍｍ、前記天板５中心の下面と載置台表面との距離Ｈが１５０ｍｍ、前記天板５の中心Ｏと凹部７の外縁７２との間の距離Ｄ１が２２０ｍｍ、前記天板５の中心Ｏと凹部７の内縁７１との間の距離Ｄ２が１６０ｍｍ、凹部７の上端側の距離Ｄ３が５０ｍｍ、凹部７の深さＴ３が２０ｍｍである。 As described above, the electric field density distribution of the plasma immediately below the top plate 5 varies depending on the shape and position of the recess 7, and the optimum shape and position of the recess 7 also varies depending on the distance between the top plate 5 and the mounting table 31. As a preferred example of the size of the concave portion 71, as shown in FIG. 4B, if the distance between the center O of the top plate 5 and the outer edge 100 is a distance D, for example, a wafer having a size of 12 inches. For W, the top plate 5 has a diameter (2D) of 500 mm, a distance H between the bottom surface of the top plate 5 and the surface of the mounting table of 150 mm, the center O of the top plate 5 and the concave portion. 7 is 220 mm, the distance D2 between the center O of the top plate 5 and the inner edge 71 of the recess 7 is 160 mm, the distance D3 on the upper end side of the recess 7 is 50 mm, the depth of the recess 7 The length T3 is 20 mm.

またこのような凹部７は天板５の下面に周方向に沿って設けられていれば良く、図２に示すように、全周に亘って環状に繋がっている形状であっても、円弧状又は円形状に形成された凹部７を所定の間隔を空けて周方向に配列したものであってもよい。 Moreover, such a recessed part 7 should just be provided in the lower surface of the top plate 5 along the circumferential direction, and even if it is the shape connected cyclically | annularly over the perimeter as shown in FIG. Alternatively, the concave portions 7 formed in a circular shape may be arranged in the circumferential direction with a predetermined interval.

また図７に示すように、凹部７の内縁７１と外縁７２との間の中間位置Ａが、前記天板５の中心Ｃよりも中心に近い場合であって、凹部７の開口部７３が大きい場合であっても、後述の実施例により明らかなように、凹部７内にプラズマを閉じ込めることができ、天板５直下では、天板５の中心Ｏから外縁側に寄った部分において電子密度の高いプラズマを生成することができる。このため既述のように、電子密度分布を調整することによってウエハＷに対して電子密度の均一なプラズマを照射することができ、面内均一性の高いプラズマ処理を行うことができる。 Further, as shown in FIG. 7, the intermediate position A between the inner edge 71 and the outer edge 72 of the recess 7 is closer to the center than the center C of the top plate 5, and the opening 73 of the recess 7 is larger. Even in this case, the plasma can be confined in the recess 7 as will be apparent from the examples described later, and the electron density is directly below the top plate 5 from the center O of the top plate 5 toward the outer edge. High plasma can be generated. For this reason, as described above, by adjusting the electron density distribution, it is possible to irradiate the wafer W with plasma having a uniform electron density, and to perform plasma processing with high in-plane uniformity.

以上において凹部７としては、図８（ａ）に示すように、上に向かうにつれて凹部の幅が広くなる側周面（傾斜面）を備えた凹部８１や、図８（ｂ）に示すように、球面状の凹部８２や、図８（ｃ）に示すように縦断面形状が三角形状に形成された凹部８３であってもよい。これらのような凹部８１〜８３であっても、側周面が傾斜しているので、図６（ｂ）に示す側周面が傾斜していない場合に比べて側周面の表面積が大きいため、形成される光路が多く、これら光路に基づく定在波を形成することができ、凹部８１〜８３内にプラズマを閉じ込めることができるからである。 As shown in FIG. 8A, the concave portion 7 has a concave portion 81 having a side peripheral surface (inclined surface) whose width increases toward the top, as shown in FIG. 8A, or as shown in FIG. 8B. Alternatively, it may be a spherical concave portion 82 or a concave portion 83 whose longitudinal cross-sectional shape is formed in a triangular shape as shown in FIG. Even in the recesses 81 to 83 such as these, since the side peripheral surface is inclined, the surface area of the side peripheral surface is larger than that in the case where the side peripheral surface shown in FIG. 6B is not inclined. This is because many optical paths are formed, standing waves based on these optical paths can be formed, and plasma can be confined in the recesses 81 to 83.

(実施例Ｉ)
図１のプラズマ処理装置を用い、図９（ａ）〜図９（ｅ）に示すように、その下面に形状の異なる環状の凹部が形成された５種類の天板５を用意し、処理容器２内にアルゴン(Ａｒ)ガスを供給した場合の、ウエハＷ上のＡｒ⁺フラックス量のウエハＷの面内分布についてシミュレーションを行った。 Example I
Using the plasma processing apparatus of FIG. 1, as shown in FIGS. 9A to 9E, five types of top plates 5 having annular recesses having different shapes formed on the lower surface thereof are prepared, and processing containers are prepared. A simulation was performed on the in-plane distribution of the Ar ⁺ flux amount on the wafer W when argon (Ar) gas was supplied into the wafer ² .

このときの解析条件は、処理圧力を1．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、処理温度を４００Ｋ、天板５下面とウエハＷ表面との距離Ｈを１５０ｍｍ、Ａｒガス流量を２００ｓｃｃｍとした。 The analysis conditions at this time were a processing pressure of 1.33 Pa (10 mTorr), a processing temperature of 400 K, a distance H between the lower surface of the top plate 5 and the wafer W surface of 150 mm, and an Ar gas flow rate of 200 sccm.

また図９（ａ）に示す天板５を実施例１とし、この天板５は、直径Ｌ１を５００ｍｍ、天板５の厚さＴ１及びＴ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、天板５の中心Ｏから凹部７の外縁７２までの距離Ｄ１を２２０ｍｍ、天板５の中心Ｏから凹部７の内縁７１までの距離Ｄ２を１６０ｍｍ、凹部７の上面の距離Ｄ３を４０ｍｍ、凹部７の深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。 Further, the top plate 5 shown in FIG. 9A is referred to as Example 1, and this top plate 5 has a diameter L1 of 500 mm, thicknesses T1 and T2 of the top plate 5 of 40 mm and 50 mm, respectively, from the center O of the top plate 5. The distance D1 to the outer edge 72 of the recess 7 is 220 mm, the distance D2 from the center O of the top plate 5 to the inner edge 71 of the recess 7 is 160 mm, the distance D3 of the upper surface of the recess 7 is 40 mm, and the depth T3 of the recess 7 is 20 mm. Set each one.

さらに図９（ｂ）に示す天板５を実施例２とし、この天板５は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１及びＴ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を２４０ｍｍ、前記距離Ｄ２を５０ｍｍ、前記距離Ｄ３を１５０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。 Furthermore, the top plate 5 shown in FIG. 9B is a second embodiment, and this top plate 5 has the diameter L1 of 500 mm, the thicknesses T1 and T2 of 40 mm and 50 mm, the distance D1 of 240 mm, and the distance D2 respectively. Is set to 50 mm, the distance D3 is set to 150 mm, and the depth T3 is set to 20 mm.

さらにまた図９（ｃ）に示す天板５を比較例１とし、この天板５は、当該天板５の中心側に１つの凹部９１を形成した例であり、天板５の形状は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ２を５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を１２５ｍｍ、前記距離Ｄ３を１１０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。 Furthermore, the top plate 5 shown in FIG. 9C is a comparative example 1, and this top plate 5 is an example in which one concave portion 91 is formed on the center side of the top plate 5, and the shape of the top plate 5 is The diameter L1 was set to 500 mm, the thickness T2 to 50 mm, the distance D1 to 125 mm, the distance D3 to 110 mm, and the depth T3 to 20 mm.

さらにまた図９（ｄ）に示す天板５を比較例２とし、この天板５は、当該天板５の下面のほぼ全体に１つの凹部９２を形成した例であり、天板５の形状は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ２を５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を２４０ｍｍ、前記距離Ｄ３を２３０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。 Furthermore, the top plate 5 shown in FIG. 9D is referred to as Comparative Example 2, and this top plate 5 is an example in which one concave portion 92 is formed on almost the entire lower surface of the top plate 5. The diameter L1 is set to 500 mm, the thickness T2 is set to 50 mm, the distance D1 is set to 240 mm, the distance D3 is set to 230 mm, and the depth T3 is set to 20 mm.

さらにまた図９（ｅ）に示す天板５を比較例３とし、この天板５は、天板５の中心側に凹部９３を設けると共に、外縁側に凹部７を形成した例であり、天板５の形状は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１、Ｔ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記外側の凹部７において距離Ｄ１を２４０ｍｍ、前記距離Ｄ３を４０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定し、前記内側の凹部９３において距離Ｄ１を１２５ｍｍ、前記距離Ｄ３を１１０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。 Furthermore, the top plate 5 shown in FIG. 9 (e) is a comparative example 3, and this top plate 5 is an example in which a concave portion 93 is provided on the center side of the top plate 5 and a concave portion 7 is formed on the outer edge side. The shape of the plate 5 is set such that the diameter L1 is 500 mm, the thicknesses T1 and T2 are 40 mm and 50 mm, the distance D1 is 240 mm, the distance D3 is 40 mm, and the depth T3 is 20 mm. In the inner recess 93, the distance D1 is set to 125 mm, the distance D3 is set to 110 mm, and the depth T3 is set to 20 mm.

この結果を図１０に示す。図中縦軸は、ウエハ面内におけるＡｒ⁺フラックス量を示し、横軸はウエハＷの中心からの位置を示している。またこの結果に基づいて、Ａｒ⁺フラックス量のウエハ面内における均一性を求めたところ、図１１に示す結果が得られた。ここで前記均一性は、標準偏差／平均値×１００の計算式により求め、値が小さい程面内均一性が良好であることを示している。 The result is shown in FIG. In the figure, the vertical axis indicates the amount of Ar ⁺ flux in the wafer plane, and the horizontal axis indicates the position from the center of the wafer W. Based on this result, the uniformity of the Ar ⁺ flux amount in the wafer surface was obtained, and the result shown in FIG. 11 was obtained. Here, the uniformity is obtained by a calculation formula of standard deviation / average value × 100, and the smaller the value is, the better the in-plane uniformity is.

ここでウエハＷ上のＡｒ⁺フラックス量の面内均一性は、ウエハＷに照射されるプラズマの電子密度の面内均一性とほぼ等しいことから、この結果より、本発明の天板５を用いた実施例１及び実施例２は、Ａｒ⁺フラックス量の面内均一性が夫々０．９％、３．１％と、比較例１〜比較例３の天板に比べて高く、このような天板５を用いることによりウエハＷに到達したときのプラズマの電子密度の高い面内均一性を確保できることが認められる。 Here, since the in-plane uniformity of the Ar ⁺ flux amount on the wafer W is substantially equal to the in-plane uniformity of the electron density of the plasma irradiated on the wafer W, the top plate 5 of the present invention is used from this result. In Examples 1 and 2, the in-plane uniformity of the Ar ⁺ flux amount was 0.9% and 3.1%, respectively, which is higher than the top plates of Comparative Examples 1 to 3, and such It can be seen that the use of the top plate 5 can ensure in-plane uniformity with high electron density of plasma when the wafer W is reached.

ここで実施例１，２に共通していることは、凹部７の外縁７２を天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置に形成することと、凹部７の内縁７１を天板５の中心Ｏと外縁１００との間に形成することであり、これらの条件がプラズマの電子密度の均一性を高めるために重要であることが理解される。また実施例１と実施例２とを比較すると、面内均一性は実施例１の方が良好であることから、凹部７の内縁７１と外縁７２との中心位置Ａが天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置に形成することがプラズマの電子密度の均一性をさらに高めるために重要であることが理解される。 What is common to Embodiments 1 and 2 is that the outer edge 72 of the recess 7 is formed at a position closer to the outer edge 100 than the center O of the top plate 5, and the inner edge 71 of the recess 7 is formed on the top plate 5. It is understood that these conditions are important for enhancing the uniformity of the electron density of the plasma, being formed between the center O and the outer edge 100. Further, comparing Example 1 and Example 2, the in-plane uniformity is better in Example 1, so that the center position A of the inner edge 71 and the outer edge 72 of the recess 7 is the center O of the top plate 5. It is understood that the formation at a position closer to the outer edge 100 is more important for further improving the uniformity of the electron density of the plasma.

つまり比較例２の天板では均一性が４．７％と悪いことから、凹部の外縁を天板５の外縁側に形成しても、凹部の内縁側を天板５の中心Ｏと外縁１００との間に形成しない場合には、プラズマが天板５の中心側に引き寄せられてしまい、プラズマの電子密度の均一性が低下しまうことが理解される。また先行技術文献１に記載された天板においても、天板の外縁側にリング状の突条が形成されているので、比較例２のシミュレーション結果とほぼ同じになるものと推察される。 That is, the uniformity of the top plate of Comparative Example 2 is 4.7%, so even if the outer edge of the recess is formed on the outer edge side of the top plate 5, the inner edge side of the recess is the center O of the top plate 5 and the outer edge 100. If it is not formed between the two, the plasma is attracted to the center side of the top plate 5, and it is understood that the uniformity of the electron density of the plasma is lowered. Further, in the top plate described in Prior Art Document 1, it is presumed that since the ring-shaped ridge is formed on the outer edge side of the top plate, it is almost the same as the simulation result of Comparative Example 2.

さらに比較例３のように、一つの凹部７を実施例１と同様の条件にて形成しても、その外縁が天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置にあり、その内縁が天板５の中心Ｏと外縁１００との間に形成するという条件を満たさない凹部９４を形成することによって、面内均一性が６．６％と低下しまうことが認められた。
(実施例ＩＩ)
図１のプラズマ処理装置を用い、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すように、その下面に形状の異なる環状の凹部が形成された３種類の天板５を用意し、処理容器２内にアルゴン(Ａｒ)ガスを供給した場合の、ウエハＷ上のＡｒ⁺フラックス量のウエハＷの面内分布についてシミュレーションを行った。 Further, even if one recess 7 is formed under the same conditions as in Example 1 as in Comparative Example 3, the outer edge is located closer to the outer edge 100 than the center O of the top plate 5, and the inner edge is the top. It was recognized that the in-plane uniformity was reduced to 6.6% by forming the recess 94 that does not satisfy the condition of being formed between the center O of the plate 5 and the outer edge 100.
Example II
Using the plasma processing apparatus of FIG. 1, as shown in FIGS. 12 (a) to 12 (c), three types of top plates 5 each having an annular recess having a different shape are formed on the lower surface thereof, and a processing container is prepared. A simulation was performed on the in-plane distribution of the Ar ⁺ flux amount on the wafer W when argon (Ar) gas was supplied into the wafer ² .

このときの解析条件は、処理圧力を1．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）、処理温度を１２７℃、Ａｒガス流量を２００ｓｃｃｍとした。 The analysis conditions at this time were a processing pressure of 1.33 Pa (10 mTorr), a processing temperature of 127 ° C., and an Ar gas flow rate of 200 sccm.

また図１２（ａ）に示す天板５を実施例１１とし、この天板５は、直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１及びＴ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を２２０ｍｍ、前記距離Ｄ２を１６０ｍｍ、前記距離Ｄ３を４０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。 Further, the top plate 5 shown in FIG. 12 (a) is referred to as Example 11, and this top plate 5 has a diameter L1 of 500 mm, the thicknesses T1 and T2 of 40 mm and 50 mm, the distance D1 of 220 mm, and the distance D2. 160 mm, the distance D3 was set to 40 mm, and the depth T3 was set to 20 mm.

さらに図１２（ｂ）に示す天板５を実施例１２とし、この天板５は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１及びＴ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記距離Ｄ１を２００ｍｍ、前記距離Ｄ２を１４０ｍｍ、前記距離Ｄ３を４０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。 Furthermore the top plate 5 shown in FIG. 12 (b) of Example 12, the top plate 5, 500 mm the diameter L1, the thickness T1 and T2 respectively 40 mm, 50 mm, the distance D1 200 mm, the distance D2 Was set to 140 mm, the distance D3 was set to 40 mm, and the depth T3 was set to 20 mm.

さらにまた図１２（ｃ）に示す天板５を比較例１１とし、この天板５は、天板５の中心側に凹部９４を設けると共に、外縁側に凹部７を形成した例であり、天板５の形状は、前記直径Ｌ１を５００ｍｍ、前記厚さＴ１、Ｔ２を夫々４０ｍｍ、５０ｍｍ、前記外側の凹部７において距離Ｄ１を２４０ｍｍ、前記距離Ｄ３を４０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定し、前記内側の凹部９４において距離Ｄ１を１２５ｍｍ、前記距離Ｄ３を８０ｍｍ、前記深さＴ３を２０ｍｍに夫々設定した。

Furthermore, the top plate 5 shown in FIG. 12C is referred to as Comparative Example 11, and this top plate 5 is an example in which a concave portion 94 is provided on the center side of the top plate 5 and a concave portion 7 is formed on the outer edge side. The shape of the plate 5 is set such that the diameter L1 is 500 mm, the thicknesses T1 and T2 are 40 mm and 50 mm, the distance D1 is 240 mm, the distance D3 is 40 mm, and the depth T3 is 20 mm, respectively. In the inner concave portion 94, the distance D1 was set to 125 mm, the distance D3 was set to 80 mm, and the depth T3 was set to 20 mm.

この結果を図１３に示す。図中縦軸は、ウエハ面内におけるＡｒ⁺フラックス量を示し、横軸はウエハＷの中心からの位置を示している。またこの結果に基づいて、Ａｒ⁺フラックス量のウエハ面内における均一性を求めたところ、図１４に示す結果が得られた。ここで前記均一性は、実施例１と同様の手法にて求めた。 The result is shown in FIG. In the figure, the vertical axis indicates the amount of Ar ⁺ flux in the wafer plane, and the horizontal axis indicates the position from the center of the wafer W. Further, based on this result, the uniformity of the Ar ⁺ flux amount in the wafer surface was obtained, and the result shown in FIG. 14 was obtained. Here, the uniformity was obtained by the same method as in Example 1.

ここで実施例１１及び実施例１２の天板は、実施例１の天板に近い形状であり、比較例１１の天板は比較例３の天板に近い形状であるが、実施例１１、実施例１２におけるＡｒ⁺フラックス量の面内均一性が夫々４．３％、４．５％と、比較例１１（面内均一性１４％）に比べて高いことから、実施例Ｉの結果と同じ傾向が得られることが認められ、本発明の条件を満たす天板を用いることによりウエハＷに到達したときのプラズマの電子密度の高い面内均一性を確保できることが理解される。 Here, the top plate of Example 11 and Example 12 has a shape close to the top plate of Example 1, and the top plate of Comparative Example 11 has a shape close to the top plate of Comparative Example 3, The in-plane uniformity of the Ar ⁺ flux amount in Example 12 is 4.3% and 4.5%, respectively, which is higher than that of Comparative Example 11 (in-plane uniformity 14%). It is recognized that the same tendency can be obtained, and it is understood that in-plane uniformity with high electron density of plasma when reaching the wafer W can be secured by using a top plate that satisfies the conditions of the present invention.

またここで実施例ＩＩは実施例Ｉに比べて面内均一性の値が低いが、これは実施例ＩＩでは、実施例Ｉよりも天板５と載置台３１上のウエハＷと距離Ｈが小さく設定されているからである。 In addition, in Example II, the value of in-plane uniformity is lower than that in Example I. In Example II, however, the top plate 5, the wafer W on the mounting table 31 and the distance H in Example II are smaller. This is because it is set small.

以上の結果から、実施例１、実施例２、実施例１１、実施例１２の天板において良好な面内均一性を確保できたことから、本発明者らは、天板の下面に周方向に沿って形成される凹部は、その側周面が傾斜すると共に、その外縁が天板５の中心Ｏよりも外縁１００に近い位置に位置するという条件を満たすものであればよく、個数や形状については限定されるものではないと捉えている。
本発明のプラズマ処理装置はエッチング処理のみならず、アッシングやＣＶＤ等、他の処理ガスを用いて基板に対して処理を行う処理に適用することができる。また本発明のマイクロ波供給手段は、必ずしも平面アンテナ部材を用いたものに限定されるものではなく、他の手段であってもよい。さらにまた基板としては半導体ウエハＷには限られず、ＦＰＤ基板等であってもよい。 From the above results, since the in-plane uniformity was ensured in the top plates of Example 1, Example 2, Example 11, and Example 12, the present inventors made a circumferential direction on the bottom surface of the top plate. As long as the concave portion formed along the side is inclined, the outer peripheral edge thereof is positioned closer to the outer edge 100 than the center O of the top plate 5, the number and the shape thereof may be sufficient. Is not limited.
The plasma processing apparatus of the present invention can be applied not only to etching processing but also to processing for processing a substrate using other processing gases such as ashing and CVD. Further, the microwave supply means of the present invention is not necessarily limited to the one using a planar antenna member, and may be other means. Furthermore, the substrate is not limited to the semiconductor wafer W, and may be an FPD substrate or the like.

本発明の実施の形態にかかるエッチング処理装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the etching processing apparatus concerning embodiment of this invention. 前記エッチング処理装置に用いられる平板アンテナ部を示す平面図である。It is a top view which shows the flat antenna part used for the said etching processing apparatus. 前記エッチング処理装置に用いられる天板を示す断面図と平面図である。It is sectional drawing and a top view which show the top plate used for the said etching processing apparatus. 前記天板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the said top plate. 本発明の天板の作用を説明するための側面図である。It is a side view for demonstrating the effect | action of the top plate of this invention. 前記天板の作用を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the effect | action of the said top plate. 前記天板の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the said top plate. 前記天板のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the said top plate. 前記本発明の効果を確認するための実施例Ｉで用いた天板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the top plate used in Example I for confirming the effect of the said this invention. 前記実施例Ｉの結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of the said Example I. 前記実施例Ｉの結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of the said Example I. 前記本発明の効果を確認するための実施例ＩＩで用いた天板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the top plate used in Example II for confirming the effect of the said this invention. 前記実施例ＩＩの結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of the said Example II. 前記実施例ＩＩの結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of the said Example II. 従来のプラズマ処理装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional plasma processing apparatus.

Explanation of symbols

２処理容器
２５真空排気手段
５天板
６アンテナ部
６１蓋体
６２平面アンテナ部材
６３遅波板
６４同軸導波管
６６マイクロ波発生装置
６７スリット
７凹部
Ｗ半導体ウエハ 2 Processing vessel 25 Vacuum exhaust means 5 Top plate 6 Antenna portion 61 Cover body 62 Planar antenna member 63 Slow wave plate 64 Coaxial waveguide 66 Microwave generator 67 Slit 7 Recess W Semiconductor wafer

Claims

An airtight processing container in which a placement part on which a substrate is placed is provided and an upper side is opened;
A gas supply unit for supplying gas into the processing container;
Evacuation means for evacuating the atmosphere in the processing vessel;
A top plate made of a material that closes the upper side opening of the processing vessel and is opposed to the mounting table surface and that transmits microwaves;
Microwave supply means provided on the top plate, supplying microwaves into the processing vessel through the top plate, and generating plasma by converting the gas into plasma,
A recess provided on the lower surface of the top plate in an annular shape along the circumferential direction of the processing vessel, and the side peripheral surface of which is inclined ;
The microwave supply means is provided on the top of the top plate, a planar antenna member formed with a number of slits along the circumferential direction,
A waveguide connected to the planar antenna member for guiding microwaves into the processing vessel,
As the side peripheral surface of the concave portion is directed upward, it is inclined so that the interval between the surfaces facing each other is narrowed,
There is no recess for confining the electron density on the lower surface of the top plate at the center side of the top plate than the recess,
If the distance from the center of the top plate to the outer edge of the top plate is D, the distance from the center of the top plate to the outer edge of the recess is D1, and the distance from the center of the top plate to the inner edge of the recess is D2, D1 and D2 Each
The plasma processing apparatus is set to a range represented by 0.88 ≦ D1 / D ≦ 0.96 and 0.2 ≦ D2 / D ≦ 0.64 .

When the dimension in the radial direction of the top plate on the upper surface of the recess is D3, D3
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is set in a range represented by 0.16 ≦ D3 / D ≦ 0.6 .

3. The plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein an outer edge of the recess is located on a lower side than an inner edge of the recess .