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JPH10107011A - Plasma processing apparatus - Google Patents

Plasma processing apparatus

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Publication number
JPH10107011A
JPH10107011A JP27539296A JP27539296A JPH10107011A JP H10107011 A JPH10107011 A JP H10107011A JP 27539296 A JP27539296 A JP 27539296A JP 27539296 A JP27539296 A JP 27539296A JP H10107011 A JPH10107011 A JP H10107011A
Authority
JP
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Application
Patent type
Prior art keywords
processing
plasma
mode
microwave
vibration
Prior art date
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Pending
Application number
JP27539296A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Ishii
Kibatsu Shinohara
信雄 石井
己拔 篠原
Original Assignee
Nippon Koshuha Kk
Tokyo Electron Ltd
日本高周波株式会社
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus which can improve in-plane uniformity of plasma processing by introducing two vibration modes of microwaves into a processing container as mixed.
SOLUTION: Microwave generated by a microwave generator 60 is propagated into a waveguide 62, mode-converted by a mode converter 64, propagated into a waveguide 66, and then introduced into a processing container to plasma- process a work W. In this case, a mode converting plate 68 of the mode converter 64 is set so that a plurality of vibration modes are mixedly present within the above microwave. Thereby weak parts in electric fields of the vibration modes can be complemented.
COPYRIGHT: (C)1998,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波によりアンテナ表面からプラズマ発生用のエネルギを投入して、これによりプラズマを発生させるプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to is to put the energy for plasma generation from the antenna surface by microwave, thereby relates to a plasma processing apparatus that generates plasma.

【0002】 [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、0.1〜数10mTor In recent years, in a manufacturing process of semiconductor products with a high density and miniaturization of semiconductor products, there are cases where the film formation, etching, plasma processing apparatus for processing such as ashing is used, in particular , 0.1 to several 10mTor
r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。 Stable microwave plasma system that generates high-density plasma by combining the magnetic fields from the microwave and a ring-shaped coil since it is possible to make a plasma is used in a relatively high vacuum pressure is low on the order of r There is a tendency.

【0003】従来、この種のマイクロ波プラズマ装置としては、特開平3−17273号公報に示すような装置が知られている。 Conventionally, as a microwave plasma apparatus of this kind, an apparatus such as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 3-17273 is known. この装置にあっては、磁場形成手段を有するプラズマ発生室にマイクロ波を導入する導波管を接続し、この導波管より導入したマイクロ波により電子サイクロトロン共鳴を生ぜしめて高密度のプラズマを生成するようになっている。 In the this device connects the waveguide for introducing microwaves into the plasma generation chamber having a magnetic field forming means, generating a high density plasma give rise to electron cyclotron resonance by the microwave introduced from the waveguide It has become way. 図8はこの種の従来のプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図であり、処理容器2 Figure 8 is a schematic block diagram showing an example of a conventional plasma processing apparatus of this type, the processing vessel 2
の天井部にマイクロ波導入窓4を設け、マイクロ波発生器6にて発生したマイクロ波を例えば矩形状の導波管8 Of the microwave introduction window 4 provided in the ceiling portion, the microwave generator 6 microwaves, for example, rectangular waveguide which occurred at 8
及び円錐状の導波管10を介してマイクロ波導入窓4まで導いて処理容器2内へ導入するようになっている。 And it is adapted to introduce into the microwave introduction window 4 to lead the process chamber 2 through the conical waveguide 10. そして、処理容器2内へ導入されたマイクロ波は、処理容器2の上部外側に設けた磁石12により発生される垂直方向の磁界とECR(Electron Cyclot Then, the processing vessel microwaves introduced into the 2 treatment vertical magnetic field generated by the magnet 12 provided on the upper outside of the container 2 and ECR (Electron Cyclot
ron Resonance)を生じ、高密度のプラズマを発生することになる。 ron Resonance) occur, it will generate a high density plasma.

【0004】 [0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した装置例にあっては、矩形導波管8内をTE10モードで振動してきたマイクロ波を円錐状の導波管10にてTE1 [SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, in the apparatus example described above, the microwave which has been vibrated within rectangular waveguide 8 in TE10 mode at the conical waveguide 10 TE1
1モードに変換して処理容器内に導入していることから、例えば半導体ウエハ上のある断面を見ると、中心部の電界密度は高く、周辺部に行く程、電界密度が少しずつ低下している状態となっていることから、膜厚もこの密度に略比例して形成されるために、スパッタレートや成膜レートの面内均一が劣化するという問題が発生した。 Since it is introduced into the processing vessel by converting to the first mode, for example, looking at the cross-section of the upper semiconductor wafer, the electric field density is higher in the center, as the toward the peripheral portion, the electric field density decreases gradually since it is a state where there thickness in order to be formed substantially in proportion to the density, a problem that in-plane uniformity of sputtering rate and deposition rate deteriorated occurs. 特に、ウエハサイズが8インチから12インチサイズへ大口径化する程、プラズマ密度の均一性を高めることが困難になり、上記した問題点の解決が強く望まれる。 In particular, as the wafer size is large diameter from 8 inches to 12 inches size, it is difficult to improve the uniformity of the plasma density, resolution of the above-mentioned problem is strongly desired.

【0005】このような問題点を解決するために、例えば特開平2−170530号公報に示すように複数の独立したマイクロ波発生器を設け、これらからのマイクロ波を処理容器内に別々に導入することも提案されているが、この場合には、各マイクロ波発生器からのマイクロ波の位相が、相互に不揃い等の理由で、複数のマイクロ波発生器を設けた割りにはそれ程プラズマ密度及び膜厚の面内均一性を高めることはできないし、また、複数のマイクロ波発生器を有することから装置コストの大幅な上昇も余儀なくされてしまう、という不都合もあった。 [0005] In order to solve such problems, for example, the providing a plurality of independent microwave generators as shown in JP-A-2-170530, separately introduced microwaves from these into the processing vessel While it is also proposed to be, in this case, the phase of the microwaves from the microwave generator, because of irregular, etc. to each other in spite of providing a plurality of microwave generators so the plasma density and we can not be increased in-plane uniformity of film thickness, also a significant increase in the device cost because it has a plurality of microwave generators will also be forced, that there was also inconvenience.
また、他の装置として、例えばJpn. Further, as another apparatus, for example, Jpn. J. J. Appl. Appl.
Phys. Phys. Vol. Vol. 32(1993)pp. 32 (1993) pp. 3007〜 3007~
3012の[Wave Propagation an 3012 [Wave Propagation an
d Plasma Uniformity in an d Plasma Uniformity in an
Electron Cyclotron Reson Electron Cyclotron Reson
ance Plasma Etch Reactor] ance Plasma Etch Reactor]
に示されるように、マイクロ波を別々に設けた2つのカプラに通して一方をTE11モードで振動させ、他方をTM01モードなどで振動させてこれらを加え合わせて、TE11モード及びTM01モードを励振させるようになっている。 As shown in, one of them is vibrated at TE11 mode through two couplers provided with a microwave separately, combined addition of these by the other to vibrate in such TM01 mode, thereby excite the TE11 mode and TM01 modes It has become way. しかしながら、この装置例にあっては、カプラや1/4波長の偏向器等を用いることから構造がかなり複雑化せざるを得ないという問題がある。 However, in this apparatus embodiment, the structure from using deflector such couplers and the quarter-wave there is a problem that much complicated inevitably. 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。 The present invention focuses on the problems described above, it was conceived in order to effectively solve the problem. 本発明の目的は、処理容器内に2つの振動モードのマイクロ波を混在させて導入するようにして、プラズマ処理の面内均一性を高めたプラズマ処理装置を提供することにある。 An object of the present invention, as a mix of microwave two vibration modes is introduced into the processing vessel, to provide a plasma processing apparatus with improved in-plane uniformity of the plasma treatment.

【0006】 [0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を解決するために、マイクロ波発生器にて発生したマイクロ波を導波管内に伝搬させてモード変換器にてモード変換した後に導波管内に伝搬させて、これより被処理体にプラズマ処理を施す処理容器内にマイクロ波を導入するようにしたプラズマ処理装置において、前記モード変換器のモード変換板を、前記マイクロ波中に複数の振動モードが混在するように設定したものである。 The present invention SUMMARY OF], in order to solve the above problems, guide after mode conversion by propagating the microwaves generated in the microwave generator into the waveguide by the mode transducer by propagating the wave tube, a plurality in the plasma processing apparatus so as to introduce the microwaves, the mode converter plate of the mode converter, in the microwave than this into the processing vessel for performing a plasma process on a target object one in which vibration mode is set to mixed.

【0007】マイクロ波発生器より発生したマクロ波は例えば矩形状の導波管内を伝搬した後にモード変換器にて変換され、更に、導波管内を伝搬してこれより処理容器内に導入される。 [0007] macro wave generated from a microwave generator is converted by the mode converter after propagating a rectangular waveguide for example, is introduced further into this from the processing vessel propagates in the waveguide . モード変換器内においては、モード変換板が2つの振動モード、例えばTM01モードとT Within mode converter, mode conversion plate has two vibration modes, for example TM01 mode and T
E11モードに対して少しずつ励振するような位置に設定されているので、このモード変換器より出力されるマイクロ波は上記2つの振動モードが混在している。 Because it is set in a position such that the excitation gradually against E11 mode, the microwave output from the mode converter the two vibration modes are mixed. そのため、処理容器内に導入されるマイクロ波の電界分布は、両者の振動モードが重ね合わされたような電界分布となり、処理容器内の平面方向における電界分布、すなわちプラズマ分布の均一性を向上させることが可能となる。 Therefore, the electric field distribution of the microwaves introduced into the processing chamber becomes a field distribution as both vibration modes are superposed, the electric field distribution in the planar direction of the processing container, i.e. to improve the uniformity of the plasma distribution it is possible.

【0008】また、モード変換器、或いはテーパ導波管の途中に、一方の振動モード、例えば一方向に強い振動方向を有するTE11モードを回転モードに偏向させる偏波器を設けることにより、電界分布の均一性を一層向上させることが可能となる。 [0008] The mode transducer, or in the middle of the tapered waveguide, one vibration mode, for example, by providing a polarizer for deflecting the TE11 mode having a strong vibration in one direction to the rotation mode, the electric field distribution it is possible to further improve the uniformity. 更に、処理容器の外側に、 Further, on the outside of the processing vessel,
ECR用の磁石を配置することにより、電子サイクロトロン共鳴を生ぜしめて、プラズマ密度も高く維持することが可能となる。 By disposing the magnet for ECR, and give rise to electron cyclotron resonance, it is possible to maintain the plasma density is high.

【0009】 [0009]

【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一実施例を添付図面に基づいて詳述する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS be described in detail based on an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention in the accompanying drawings. 図1 Figure 1
は本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図、図2は図1に示す装置のモード変換器の部分を主に示す断面図、図3はマイクロ波の2つの振動モードを示す図である。 Is block diagram showing a plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing the main part of the mode converter of the apparatus shown in FIG. 1, FIG. 3 shows two vibration modes of the microwaves.

【0010】本実施例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。 [0010] In the present embodiment described the case of applying the plasma processing apparatus in a plasma etching apparatus. 図示するようにプラズマ処理装置としてのこのプラズマエッチング装置14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ると共に上部が段部状に縮径された処理容器16を有しており、内部は密閉された処理空間Sとして構成されている。 The plasma etching apparatus 14 as a plasma processing apparatus as shown, for example, a wall or a bottom portion is constituted by a conductor such as aluminum, the entire upper has a reduced diameter step portion shape while being formed into a cylindrical body shape has a processing vessel 16, the interior is constructed as a sealed processing space S. また、この処理空間Sの上方が、プラズマ生成空間S1として形成される。 Further, above the process space S is formed as a plasma generating space S1. この処理容器16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18が収容される。 Within this process container 16, the mounting table 18 for mounting the semiconductor wafer W for example as an object to be processed on the upper surface is housed. この載置台18は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等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20により支持されると共にこの支持台20は処理容器16内の底部に絶縁材22を介して設置されている。 The mounting table 18, for example, a central portion by anodized aluminum or the like is formed in a substantially cylindrical shape which is made flat to convex, the lower is also supported by the support 20 has been made into a cylindrical shape by aluminum or the like Rutotomoni the support 20 is installed via an insulating material 22 on the bottom of the processing vessel 16.

【0011】上記載置台18の上面には、ここにウエハを吸着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18は給電線24を介してマッチングボックス26及び例えば13.56MH [0011] On the upper surface of the mounting table 18, wherein the electrostatic chuck or a clamp mechanism for the wafer holding suction (not shown) is provided, matching box 26 through the mounting table 18 is the feed line 24 and, for example, 13.56MH
zのバイアス用高周波電源28に接続されている。 It is connected to the z of the bias high-frequency power supply 28. 載置台18を支持する支持台20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3 A support 20 for supporting the mounting table 18, the cooling jacket 3 flowing cooling water or the like for cooling the wafer during plasma processing
0が設けられる。 0 is provided. 上記処理容器16の側壁であって、処理空間Sを区画する部分には、容器内に例えばエッチング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32が設けられ、このノズル32はガス供給路34によりマスフローコントローラ36及び開閉弁3 A sidewall of the processing vessel 16, the portion partitioning the processing space S, for example, silica glass pipe made of the processing gas supply nozzle 32 for introducing, for example, an etching gas into the container is provided, the nozzle 32 is a gas a mass flow controller 36 and the opening and closing valve by the supply passage 34 3
8を介して処理ガス源40に接続されている。 It is connected to a processing gas source 40 through 8. 処理ガスとしてのエッチングガスは、CF 3 、CHF 3 、CF Etching gas as the processing gas, CF 3, CHF 3, CF
4 、C 48ガス等を単ガスとして或いはこれらと水素ガスとの混合ガスを用いることができる。 4, or C 4 F 8 gas or the like as a single gas can be a mixed gas thereof with hydrogen gas. また、プラズマ生成空間S1の部分に臨ませて、プラズマガスとしてアルゴン等の不活性ガスを供給するための同じく石英製のガスノズル42が設けられており、流量制御されたA Also, so as to face the portion of the plasma generating space S1, similarly quartz nozzle 42 for supplying an inert gas such as argon as the plasma gas is provided, which is flow control A
rガスをここに供給するようになっている。 So as to supply here r gas. そして、処理容器16の段部の外側には、ECR用のリング状の磁石44が設けられており、プラズマ生成空間S1にEC And, on the outside of the stepped portion of the processing chamber 16 is provided with a ring-shaped magnet 44 for ECR, EC the plasma generation space S1
R発生用の水平回転磁界を印加するようになっている。 It is adapted to apply a horizontal rotational magnetic field for R occurs.

【0012】また、容器側壁の外周には、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46が設けられる。 Further, the outer periphery of the container sidewall, the gate valve 46 is provided for opening and closing when loading and unloading the wafer relative to the inside. また、容器底部には、図示されない真空ポンプに接続された排気口48が設けられており、 Further, in the bottom of the container, and an exhaust port 48 connected to a vacuum pump (not shown) is provided,
必要に応じて処理容器16内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。 It has to be evacuated in the processing vessel 16 to a predetermined pressure as needed. 一方、処理容器16の天井部には、この容器内にマイクロ波を導入するために、載置台18の直径と略同じ大きさの、或いはこれより僅かに大きい開口50が形成されており、この開口50に、O On the other hand, the ceiling portion of the processing chamber 16, the inside in order to introduce a microwave into the container, which is of a diameter substantially the same size as the mounting table 18, or it slightly larger than the opening 50 is formed, and this the opening 50, O
リング等のシール部材52を介して例えば石英製のマイクロ波透過窓54が気密に設けられている。 Microwave transmission window 54 via a sealing member 52 for example made of quartz, such rings are provided hermetically.

【0013】一方、上記マイクロ波導入口58に対してマイクロ波を供給するマイクロ波発生器60は例えば2.45GHzのマイクロ波を発生するものであり、これらは、当初は矩形導波管62を介してマイクロ波を伝送し、途中でモード変換器64を介設してこれにより伝送形態を変換している。 Meanwhile, the microwave generator 60 for supplying a microwave to said microwave introducing port 58 is intended for generating a microwave of 2.45GHz example, it is initially via the rectangular waveguide 62 the microwave transmitting Te, and converts the transmission form by this by interposed the mode converter 64 on the way. そして、このモード変換器64 Then, the mode converter 64
には、導波管として例えば円錐形状になされたテーパ導波管66を接続し、この下端部側に前記マイクロ波透過窓54が接続されて、マイクロ波を処理容器16内へ導入し得るようになっている。 The connects as a waveguide for example a tapered waveguide 66 was made in a conical shape, said microwave transmission window 54 is connected to the lower end, as can introduce microwaves into the processing chamber 16 It has become. 尚、この導波管66としては円錐状になされたテーパ導波管に限定されず、円筒管、或いは他の断面形状の導波管を用いてもよい。 Note that this is not limited to the tapered waveguides made in a conical shape as a waveguide 66, a cylindrical tube, or the waveguides of other cross-sectional shapes may be used. 従って、モード変換器64にてモード変換されたマイクロ波は、テーパ導波管66を介して処理容器16内へ導入されるようになっている。 Accordingly, mode conversion microwave by the mode converter 64 is adapted to be introduced into the processing chamber 16 through the tapered waveguide 66.

【0014】上記モード変換器64のテーパ導波管66 [0014] The mode converter 64 of the tapered waveguide 66
の取付け方向と反対側面、すなわち図1中においてモード変換器64の天井面は導電性材料により形成して、これをモード変換板68として構成されており、矩形導波管62内を伝搬してきた例えばTE10モードのマイクロ波は、モード変換器64を通って直接円錐状のテーパ導波管66へ伝搬するものと、反対側のモード変換板6 Mounting direction opposite sides of, i.e., the ceiling surface of the mode converter 64 in the figure 1 is formed by a conductive material, which is configured as a mode conversion plate 68, propagated through the rectangular waveguide 62 for example microwave TE10 mode, as propagating directly conical tapered waveguide 66 through a mode converter 64, the opposite side of the mode conversion plate 6
8に反射した後にテーパ導波管66へ伝搬するものとが混在する。 As propagating to the tapered waveguide 66 are mixed after being reflected to 8. ここで、矩形導波管62からテーパ導波管6 Here, the tapered waveguide from the rectangular waveguide 62 6
6へ直接伝搬するマイクロ波とモード変換板68を反射して伝搬するマイクロ波とはある程度干渉することになるが、ここではTM01モードの振動波とTE11モードの振動波が混在状態となるように、モード変換板68 Becomes to some extent interfere with the microwave propagating reflected microwave mode conversion plate 68 propagating directly to 6, wherein, as the vibration wave of the vibration wave and TE11 mode of the TM01 mode becomes mixed state , mode conversion plate 68
と矩形導波管62の中心軸62Aとの間の距離L1を設定している。 It has set distance L1 between the center axis 62A of the rectangular waveguide 62.

【0015】例えば、あるマイクロ波の管内波長をλg [0015] For example, the guide wavelength of a microwave λg
であるとすると、矩形導波管62から出たマイクロ波がモード変換板68まで行って反射して戻ってくるまでに180度の位相差が生じるように距離L1を略λg/4 When it is approximately lambda] g / 4 distance L1 so that the phase difference of 180 degrees until microwaves reflected back go to mode conversion plate 68 occurs exiting the rectangular waveguide 62
に設定すると、マイクロ波がモード変換板で反射する際にも180度の位相差を生じることから、結果的に36 If set to, since it produces a phase difference of 180 degrees when the microwave is reflected by the mode converter plate, resulting in 36
0度の位相差となり、共振が生じる。 0 degree becomes a phase difference, resonance occurs. 所望する共振モードの略1/4波長の長さ及びそれに略1/2波長の整数倍を加えた長さに距離L1を一般的には設定していたのであるが、ここではTE11モードの振動の波長λ 11からTM01モードの振動の波長λ 01までの間の長さの1 Although in general the distance L1 to the length of about a quarter wavelength and the length plus the integral multiple of about 1/2 wavelength to that of the desired resonant mode is had set, wherein the vibration of the TE11 mode 1 of length between the wavelength lambda 11 to the wavelength lambda 01 of the vibration of the TM01 mode
/4に距離L1を設定している。 / 4 is set to a distance L1 to. すなわち、距離L1 That is, the distance L1
は、TE11モードの波長λ 11の方が短いことから、λ , Since the short is more of wavelength λ 11 of the TE11 mode, λ
11 /4<L1<λ 01 /4となるように設定する。 11/4 is set to be a <L1 <λ 01/4. 具体的には、λ 11 /4とλ 01 /4の略中間値を距離L1として設定する。 More specifically, to set a substantially intermediate value of lambda 11/4 and lambda 01/4 as the distance L1. これにより、モード変換板68での反射波は、TM01モードとTE11モードに少しずつ共振することになり、テーパ導波管内には、両モードの振動波が混在することになる。 Thus, the reflected wave of the mode converter plate 68 is made to resonate in portions TM01 mode and TE11 mode, the tapered waveguide, so that the vibration wave of the two modes are mixed.

【0016】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。 [0016] Next, the operation of this embodiment constructed as described above. まず、ゲートバルブ46を介して半導体ウエハWを搬送アームにより処理容器16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18の上面の載置面に載置する。 First, the semiconductor wafer W accommodated in the processing chamber 16 by the transfer arm via a gate valve 46, placed on the placement surface of the upper surface of the mounting wafer W table 18 by vertically moving the lifter pins (not shown) to.
そして、処理容器16内を所定のプロセス圧力、例えば0.1〜数10mTorrの範囲内に維持して、処理ガス供給ノズル30から例えばCF 4等のエッチングガスを流量制御しつつ供給し、また、ガスノズル42からプラズマガスとしてArガスを供給する。 Then, while maintaining the inside of the processing vessel 16 a predetermined process pressure, for example in the range of 0.1 to several 10 mTorr, the etching gas or the like from the processing gas supply nozzle 30 for example CF 4 was supplied at controlled flow rates, also, supplying Ar gas from the gas nozzle 42 as the plasma gas. 尚、このArガスを供給しない場合もある。 In some cases, not supplying the Ar gas. 同時にマイクロ波発生器6 At the same time the microwave generator 6
0からのマイクロ波を、矩形導波管62、モード変換器64及びテーパ導波管66を介してプラズマ生成空間S Microwaves from 0, the rectangular waveguide 62, through the mode converter 64 and the tapered waveguide 66 plasma generation space S
1及び処理空間Sに導入して、この空間に電界を形成し、これによりプラズマを発生させ、エッチング処理を行う。 It was introduced into 1 and the processing space S, the electric field formed in the space, thereby to generate plasma, etching is performed. この際、処理容器16の外側に配置した磁石44 At this time, the magnet 44 arranged outside the processing vessel 16
からの回転磁界によりプラズマは電子サイクロトロン共鳴を生じ、プラズマ密度は高くなる。 Plasma generation of an electron cyclotron resonance by the rotating magnetic field from the plasma density becomes higher.

【0017】ここで、マイクロ波発生器60にて発生した例えば2.45GHzのマイクロ波は、TE10モードで矩形導波管62内を伝搬されてモード変換器64にてTM01モードの振動とTE11モードの振動が混在するマイクロ波となってテーパ導波管66内を伝搬されて行く。 [0017] Here, microwaves generated for example 2.45GHz at a microwave generator 60, TM01 mode vibration and TE11 mode is propagated through the rectangular waveguide 62 in mode converter 64 in TE10 mode go is propagated tapered waveguide 66 becomes microwaves vibration of a mix. すなわち、矩形導波管62の中心軸62Aとモード変換器64のモード変換板68との間の距離L1 That is, the distance between the mode conversion plate 68 of the center axis 62A and the mode converter 64 of the rectangular waveguide 62 L1
は、両モードの波長λ 11 、λ 01の略中間値の1/4の値に設定されているので、両振動モードが混在した状態にモード変換されてテーパ導波管66内を伝搬し、処理容器16内へ供給されることになる。 Is the wavelength lambda 11 of both modes, because it is set to 1/4 of the value of the substantially intermediate value of lambda 01, is mode converted into a state where both vibration modes are mixed propagates the tapered waveguide 66, to be supplied into the processing chamber 16.

【0018】図3は2つの振動モードの電界の状態を示す図であり、図3(A)はTE11モードの電界状態を示し、図3(B)はTM01モードの電界状態を示す。 [0018] Figure 3 is a view showing a state of an electric field of the two vibration modes, 3 (A) shows the electric field status of the TE11 mode, FIG. 3 (B) shows the electric field status of the TM01 mode.
図3(A)に示すようにTE11モードでは一方向、図中上下方向に強い電界が形成され、側部に行く程、電界強度は低下している。 The TE11 mode as shown in FIG. 3 (A) in one direction, a strong electric field in the vertical direction in the figure is formed, as the go side, the electric field strength has decreased. これに対して、図3(B)に示すようにTM01モードでは、中心より半径方向に対して放射状に電界が発生し、中心部ではその強度は落ちている。 In contrast, in the TM01 mode as shown in FIG. 3 (B), an electric field is generated radially from the center to the radial direction, in the central portion the intensity has fallen. さて、上記したように2つの振動モードを合成した場合、その時の電界の分布は、図4に示されている。 Now, when combining two vibration modes as described above, distribution of the electric field at that time is shown in FIG. 図4(A)は図3においてA方向(上下方向)へ切断した時の電界の分布状態を示し、図4(B)は図3においてB方向(横方向)へ切断した時の電界の分布を示している。 4 (A) shows the distribution of the electric field when cut to A direction (vertical direction) in FIG. 3, FIG. 4 (B) the distribution of the electric field when cut in the B direction (horizontal direction) in FIG. 3 the shows. 図中、一点鎖線は、両振動モードの合成電界を示す。 In the figure, a dashed line shows a composite electric field of both vibration modes.

【0019】図から明らかなように、図4(A)においてはTE11モードの電界の両側での落ち込みはその特性上、非常に少ないが、図4(B)においてはグラフの両側においてかなり激しく落ち込んでいる。 [0019] As apparent from the figure, FIG. 4 (A) TE11 mode drop on both sides of the field of its characteristics on in, but very little, depressed quite vigorously on both sides of the graph in FIG. 4 (B) They are out. これに対して、TM01モードの電界は図4(A)及び図4(B) In contrast, the electric field of TM01 mode FIGS. 4 (A) and 4 (B)
共に同じ傾向を示し、ウエハ中心部ではやや落ち込みがあるが、周辺部において2つのピークを有している。 Both showed the same trend, although the wafer center portion is slightly depressed, it has two peaks at the periphery. 従って、両モードの合成電界は、それぞれの電界の落ち込みを補完し合うように作用し、結果的に平坦な、すなわち平面方向において略均一な電界分布を得ることが可能となる。 Thus, composite electric field in both modes, act as mutually complement drop of each field, resulting in a flat, i.e. it is possible to obtain a substantially uniform electric field distribution in the planar direction.

【0020】このように、処理容器16内のプラズマ生成空間S1或いは処理空間Sにおいて、面方向において略均一な電界を得ることができるのでプラズマ分布を均一化させてプラズマ処理の面内均一性を向上させることが可能となる。 [0020] Thus, in the plasma generating space S1 or the processing space S in the processing container 16, the in-plane uniformity of substantially because it is possible to obtain a uniform electric field is uniform the plasma distribution plasma treatment in the surface direction it is possible to improve. 従って、ウエハの面内方向に亘って略均一な、高い密度のプラズマを形成できることから、プラズマ処理、ここでは面内に亘って均一なエッチング処理を行なうことができる。 Therefore, substantially uniform across the plane direction of the wafer, because it can form a plasma of high density, plasma treatment, where it is possible to perform the uniform etching process over the plane. また、プラズマのスパッタ成膜を行なう場合には、同様に面内に亘って均一な成膜を施すことが可能となる。 Further, when the sputtering of the plasma, it is possible to perform uniform film formation over the likewise plane. 実際の装置例においては、矩形導波管62の中心軸62Aとモード変換板68との間の距離L1は例えば管内波長の略1/4程度に設定されるが、これに限定されず、プロセス条件に応じていずれか一方の振動モード側に、やや偏るように設定しても良い。 In an actual apparatus embodiment, the distance L1 between the center axis 62A and the mode conversion plate 68 of the rectangular waveguide 62 is set to be substantially approximately 1/4 of example the guide wavelength is not limited to being, a process either one of a vibration mode side in accordance with the conditions may be set as slightly biased.

【0021】また、上記実施例においては、一方向に強い電界を有するTE11モード(図3(A)参照)のマイクロ波をそのままテーパ導波管66内側へ供給するようにしたが、モード変換器68内或いはテーパ導波管6 Further, in the above embodiment has been so directly supplied to the tapered waveguide 66 inside the microwave TE11 mode having a strong electric field in one direction (see FIG. 3 (A)), the mode converter 68 in or tapered waveguide 6
6内に、このTE11モードの振動を回転モードに偏向させる偏波器を設けるようにしてもよい。 In 6, it may be provided polarizer for deflecting the vibration of the TE11 mode to the rotation mode. 図5及び図6 FIGS. 5 and 6
はこのような偏波器70を用いた構成を示しており、図示例においてはテーパ導波管66の途中に偏波器70を設けている。 Such polarizer shows a configuration using a 70, are provided polarizer 70 in the middle of the tapered waveguide 66 in the illustrated example. 図6(A)はテーパ導波管70の断面図を示している。 FIG. 6 (A) shows a cross-sectional view of the tapered waveguide 70. この偏波器70は、例えばAl 23 、A The polarizer 70 is, for example, Al 2 O 3, A
lN等よりなる誘電体により長い8面体状に成型されており、図6(A)に示すようにその長手方向を、TE1 lN are molded into long octahedral form by from consisting dielectric such, its longitudinal direction as shown in FIG. 6 (A), TE1
1モードの最も電界強度が強い方向72に対してθ=4 1 mode of the most to the electric field strength is strong direction 72 theta = 4
5°の角度を形成するように設置されている。 It is installed so as to form an angle of 5 °. また、この偏波器70のマイクロ波伝搬方向の厚みD1は、このマイクロ波の管内波長λ 11の1/4の位相差が生ずるような厚みに設定されている。 Further, the microwave propagation direction of the thickness D1 of the polarizer 70 is set to a thickness such as a phase difference of a quarter of the guide wavelength lambda 11 of the microwave occurs.

【0022】このように構成することにより、TE11 [0022] With this configuration, TE11
モードのマイクロ波が偏波器70の部分を通過する時、 When microwave mode passes through the portion of the polarizer 70,
この電界の最も強い方向の成分は、図6(B)に示すように真空中、或いは空気中を通る電界成分74Aとこれに直交して偏波器70の長さ方向に振動する電界成分7 The strongest direction component of the electric field, the electric field component 7 which vibrates in the longitudinal direction of the vacuum, or electric field components 74A and polarizer 70 orthogonal thereto through the air as shown in FIG. 6 (B)
4Bとに分かれ、偏波器70を通過した時には両成分間には1/4波長の位相差が存在するので円偏波となる。 Divided into an 4B, a circularly polarized wave since the phase difference of 1/4 wavelength exists between both components when passed through the polarizer 70.
従って、先の実施例の場合よりも、平面方向の電界分布の均一性を更に向上させることが可能となる。 Therefore, than in the previous embodiment, it is possible to further improve the uniformity of the electric field distribution in the planar direction. このような偏波器70は、前述のようにモード変換器64内に設置するようにしてもよい。 Such polarizer 70 may be placed in a mode converter 64 as described above.

【0023】また、以上の実施例においては、モード変換板68は、モード変換器64のケーシングと兼用して固定的に設置した場合を例にとって説明したが、図7に示すように導電性材料よりなるモード変換板68を、ケーシング天井部74をスライド自在に貫通したスライドロッド76の先端で支持するようにしてもよい。 Further, more than in the embodiment, the mode converter plate 68, the case of fixedly installed also serves as the casing of the mode converter 64 has been described as an example, a conductive material as shown in FIG. 7 the mode conversion plate 68 become more, may be supported at the distal end of the slide rod 76 passing through the casing ceiling portion 74 slidably. そして、このスライドロッド76に形成したラック78にピニオン80を歯合させ、このピニオン80を駆動モータ82で回転させることにより、モード変換板68を位置調整可能とし、モード変換器64内の所望の位置で停止させるようにする。 Then, the meshed pinion 80 to the rack 78 formed on the slide rod 76, by rotating the pinion 80 in the drive motor 82, the mode conversion plate 68 to allow positioning, desired in the mode converter 64 so as to stop at the position. これによれば、2つの振動モードの混在状態を任意に設定することができ、プロセスの種類等に対応させて種々の電界分布状態を設定することが可能となる。 According to this, it is possible to arbitrarily set the two mixed state of the vibration mode, corresponding to the type of process such as it is possible to set various electric field distribution.

【0024】尚、上記実施例においては、プラズマエッチング処理を例にとって説明したが、プラズマ成膜処理、プラズマスパッタ処理、プラズマアッシング処理等にも適用できるのは勿論である。 [0024] In the above embodiment has been described a plasma etching process as an example, a plasma deposition process, plasma sputtering process, it is of course also applicable to a plasma ashing process or the like. 更には、被処理体として半導体ウエハに限定されず、LCD基板、ガラス基板等にも適用し得る。 Furthermore, not limited to a semiconductor wafer as an object to be processed, LCD substrates, can also be applied to the glass substrate or the like.

【0025】 [0025]

【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。 As described in the foregoing, according to the plasma processing apparatus of the present invention, it is possible to exert effects excellent as follows. 複数の振動モードが混在したマイクロ波を処理容器内へ導入することにより面内均一性の優れた電界を処理容器内に形成でき、大面積に亘ってプラズマ密度の均一化を図ることができる。 Excellent electric field plane uniformity by introducing microwaves multiple vibration modes are mixed into the processing vessel can be formed in the processing vessel, it is possible to achieve uniform plasma density over a large area. 従って、プラズマ処理の面内均一性の向上を図ることができる。 Therefore, it is possible to improve the in-plane uniformity of the plasma treatment. また、モード変換器内、或いはテーパ導波管内に偏波器を設けて一部の振動モードを回転モードに変換することにより、 Further, in the mode converter, or by converting a part vibration modes of the rotation mode of the polarizer provided on the tapered waveguide,
電界の面内均一性を一層向上させることができる。 The in-plane uniformity of the electric field can be further improved. 更に、モード変換板を位置調整可能とすることにより、プラズマ処理の種類に対応させて所望のプラズマ密度の分布状態を得ることができる。 Further, by setting the position adjustable mode conversion plate can be made to correspond to the type of plasma treatment to obtain a distribution of the desired plasma density.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図である。 1 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示す装置のモード変換器の部分を主に示す断面図である。 The portion of the mode converter of FIG. 2 apparatus shown in FIG. 1 is a sectional view mainly showing.

【図3】マイクロ波の2つの振動モードを示す図である。 3 is a diagram showing the two vibration modes of the microwaves.

【図4】2つの振動モードの合成電界の分布を示す図である。 4 is a diagram showing the distribution of composite electric field of the two vibration modes.

【図5】偏波器を設けたテーパ導波管を示す図である。 5 is a diagram showing a tapered waveguide provided a polarizer.

【図6】偏波器の設置方向とこの作用を説明するための図である。 6 is a diagram for explaining the action and installation direction of the polarizer.

【図7】モード変換板を可動にした時の状態を示す図である。 The 7-mode converter plate is a diagram showing a state in which the movable.

【図8】従来のプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。 8 is a schematic block diagram showing an example of a conventional plasma processing apparatus.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

14 プラズマ処理装置 16 処理容器 18 載置台 44 ECR用の磁石 54 マイクロ波透過窓 60 マイクロ波発生器 62 矩形導波管 64 モード変換器 66 テーパ導波管 68 モード変換板 70 偏波器 W 半導体ウエハ(被処理体) 14 a plasma processing apparatus 16 processing chamber 18 loading table 44 magnet 54 microwave transmitting window 60 microwave generator 62 rectangular waveguide 64 mode converter 66 tapered waveguide 68 mode converter plate 70 polarizer W semiconductor wafer for ECR (object to be processed)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 マイクロ波発生器にて発生したマイクロ波を導波管内に伝搬させてモード変換器にてモード変換した後に導波管内に伝搬させて、これより被処理体にプラズマ処理を施す処理容器内にマイクロ波を導入するようにしたプラズマ処理装置において、前記モード変換器のモード変換板を、前記マイクロ波中に複数の振動モードが混在するように設定したことを特徴とするプラズマ処理装置。 We claim: 1. to propagate into the waveguide after mode conversion at by propagating the microwaves generated in the microwave generator into the waveguide mode converter, a plasma treatment now to the target object in the plasma processing apparatus so as to introduce the microwaves into the processing chamber, a plasma treatment mode conversion plate of the mode converter, and said plurality of vibration modes in the microwave was set to coexist apparatus.
  2. 【請求項2】 前記複数の振動モードは、TM01モードとTE11モードであることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。 Wherein said plurality of vibration modes, plasma processing apparatus according to claim 1, characterized in that the TM01 mode and TE11 mode.
  3. 【請求項3】 前記モード変換器、或いはテーパ導波管の途中に、前記複数の振動モードの内の1つの振動モードを回転させるように偏向させる偏波器を設けるように構成したことを特徴とする請求項1または2記載のプラズマ処理装置。 Wherein the mode transducer, or in the middle of the tapered waveguide, characterized by being configured to provide a polarizer that deflects one vibration mode of said plurality of vibration modes to rotate the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2 wherein the.
  4. 【請求項4】 前記処理容器の外側には、ECR用の磁石を設けていることを特徴とする請求項1乃至3記載のプラズマ処理装置。 4. outside the processing chamber, the plasma processing apparatus according to claim 1 to 3 further characterized in that is provided with a magnet for ECR.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001358127A (en) * 2000-06-14 2001-12-26 Nihon Koshuha Co Ltd Plasma processing apparatus
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