KR20050026018A - Method for forming insulating layer - Google Patents

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Abstract

A method for forming an insulating layer, which comprises irradiating a film containing a curable material provided on a substrate for an electronic device with a low energy plasma, to thereby cure said film containing a curable material. The method can be employed for forming an elctroconductive film having high quality, while preventing the application of an excessive thermal budget on the film.

Description

절연막의 형성 방법 {METHOD FOR FORMING INSULATING LAYER} Formation method of insulating film {METHOD FOR FORMING INSULATING LAYER}

본 발명은 경화성의 유기재료를 포함하는 전자 디바이스용 기재상의 막을 저에너지의 플라즈마를 이용하여 경화시키는 절연막의 형성 방법에 관한 것이다.This invention relates to the formation method of the insulating film which hardens the film | membrane on the base material for electronic devices containing a curable organic material using low energy plasma.

본 발명은 반도체 내지 반도체 디바이스, 액정 디바이스 등의 전자 디바이스 재료의 제조에 일반적으로 적용 가능한데, 여기서는 설명의 편의를 위해서 반도체 디바이스의 배경기술을 예로 들어 설명한다.The present invention is generally applicable to the manufacture of electronic device materials such as semiconductors, semiconductor devices, liquid crystal devices, and the like. Here, the background art of the semiconductor device is described as an example for convenience of description.

종래부터, 반도체 디바이스에 있어서는 설계 룰을 미세화함으로써 고집적화 및/또는 고성능이 진행되어 왔다. 그러나, 설계 룰이 미세화(예컨대, 0.18㎛ 이하 정도) 되면 배선 저항 및 배선간 용량의 증가가 현저해져 종래의 배선재료로는 더 이상 디바이스를 고성능화하는 것이 곤란해지는 문제가 있었다.Background Art Conventionally, high integration and / or high performance have been advanced in semiconductor devices by miniaturizing design rules. However, when the design rule becomes finer (e.g., about 0.18 mu m or less), the increase in wiring resistance and inter-wire capacity is remarkable, and there is a problem that it is difficult to improve the performance of the device any more with conventional wiring materials.

예컨대, 반도체 디바이스의 동작속도를 올리기 위해서는 전기 신호의 속도를 올릴 필요가 있다. 그러나, 종래의 알루미늄 배선에서는 이 이상(예컨대, 0.18㎛ 이하 정도로) 반도체 디바이스의 미세화가 진행되면 반도체 디바이스를 구성하는 회로를 흐르는 전기 신호의 속도에 한계가 발생한다(이른바 「배선 지연」이 발생함). 따라서, 알루미늄보다도 전기 저항이 낮은 동(Cu) 등의 재료로 이루어지는 배선을 사용하는 것이 필요해지고 있다. Cu는 알루미늄보다도 전기 저항이 낮기 때문에 배선 지연이 저하하여 가는 배선으로 해도 전기가 원할하게 흐른다고 하는 특징을 갖는다.For example, in order to increase the operation speed of the semiconductor device, it is necessary to increase the speed of the electric signal. However, in the conventional aluminum wiring, when the semiconductor device becomes more minute (for example, about 0.18 µm or less), the speed of the electric signal flowing through the circuit constituting the semiconductor device is limited (so-called "wiring delay"). ). Therefore, it is necessary to use a wiring made of a material such as copper (Cu) having lower electrical resistance than aluminum. Since Cu has lower electrical resistance than aluminum, it has the feature that electricity flows smoothly even when the wiring delay decreases.

상기한 바와 같은 전기 저항이 낮은 동 등의 재료를 사용함에 있어서는 절연막으로서 전기가 「더욱 누설되기 어려운 절연막」을 사용해야 한다. 이러한 전기가 통하기 쉬운 Cu 배선과 전기가 누설되기 어려운 절연막을 조합시킴으로써 지극히 고속으로 동작하는 반도체 디바이스를 제작할 수 있기 때문이다.When using a material such as copper having a low electrical resistance as described above, an insulating film that is less likely to leak electricity should be used as the insulating film. It is because a semiconductor device which operates at extremely high speed can be manufactured by combining such an electrically conductive Cu wiring and an insulating film which is hard to leak electricity.

종래의 알루미늄 배선의 시대에는 절연막으로서 SiO2막(비유전률=4.1)이 사용되고 있었지만, Cu 배선을 사용하는 경우에는 이것보다도 훨씬 낮은 비유전률(Low-k)의 절연막이 필요해진다. 일반적으로 Low-k막이라고 하면 비유전률이 3.0 이하인 막을 의미한다.In the era of the conventional aluminum wiring, an SiO 2 film (relative dielectric constant = 4.1) was used as the insulating film, but when Cu wiring is used, an insulating film having a relatively low dielectric constant (Low-k) is required. In general, a low-k film means a film having a relative dielectric constant of 3.0 or less.

이러한 Low-k막을 제작하는 방법으로서는 종래부터 두개의 방법이 알려져 있다. 그 하나는 CVD 장치를 사용하는 방법이다. 이 방법은 품질이 좋은 Low-k막을 부여할 수 있지만 당연히 Low-k막 제작의 생산성이 낮고 따라서 러닝 코스트는 높다. 다른 방법은 스핀코터 등을 이용하여 액체 등의 유동성을 갖는 Low-k 재료를 기재 등의 위에 도포하는 방법이다(이른바, SOD(Spin 0n Dielectric) 절연막을 형성하는 방법).Two methods are known conventionally as a method of manufacturing such a low-k film. One method is to use a CVD apparatus. This method can give a high quality low-k film, but of course the productivity of low-k film production is low and therefore the running cost is high. Another method is a method of applying a low-k material having fluidity, such as a liquid, onto a substrate or the like by using a spin coater or the like (so-called a method of forming an SOD (Spin 0n Dielectric) insulating film).

이러한 코팅법에 의하면 러닝 코스트 및 생산성이 우수하다고 하는 이점을 얻을 수 있다.According to such a coating method, the advantage that running cost and productivity are excellent can be acquired.

상기 코팅법에 있어서는 기재 등의 위에 도포된 도포막을 경화시키는 공정(가교 등의 반응에 근거하는 경화공정)이 절연막의 막질을 향상시키기 위해서 실제로는 필수이다. 그러나, 예컨대 반도체 디바이스를 구성하는 배선층이 다층으로 된 경우, 해당 도포막 내지는 그 경화에 의해 형성된 절연막에 과도한 열이력(thermal budget)이 가해진다. 그 결과, 해당 도포막으로 이루어지는 절연막의 열화가 생기기 쉬워진다고 하는 문제가 있었다.In the coating method, a step of curing the coating film applied on the substrate or the like (hardening process based on the reaction such as crosslinking) is actually essential to improve the film quality of the insulating film. However, in the case where the wiring layers constituting the semiconductor device are multilayered, for example, excessive thermal budget is applied to the coating film or the insulating film formed by the curing thereof. As a result, there existed a problem that deterioration of the insulating film which consists of this coating film becomes easy to occur.

도 1은 본 발명에 있어서 적합하게 사용 가능한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구조를 도시하는 개략 블럭도이다.1 is a schematic block diagram showing the structure of a microwave plasma processing apparatus that can be suitably used in the present invention.

도 2는 도 1에 도시하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 사용되는 슬롯 전극의 구체적 구성예를 설명하기 위한 개략 평면도이다.FIG. 2 is a schematic plan view for explaining a specific configuration example of a slot electrode used in the microwave plasma processing apparatus shown in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 사용되는 제 1 온도 제어 장치와 온도 조절판의 구성을 도시하는 개략 블럭도이다.FIG. 3 is a schematic block diagram showing a configuration of a first temperature control device and a temperature control plate used in the microwave plasma processing device shown in FIG. 1.

도 4는 제 3 온도 제어 장치(95)를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.4 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the third temperature control device 95.

도 5는 도 1에 도시하는 마이크로파 플라즈마 장치의 온도 조절판의 변형예를 도시하는 부분 확대 단면도이다. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a modification of the temperature control plate of the microwave plasma device shown in FIG. 1.

도면중에 있어서의 부호의 의미는 이하와 같다.The meaning of the code | symbol in a figure is as follows.

10···마이크로파원Microwave source

20···안테나 수납 부재20 ... antenna storing member

22···파장 단축 부재22 ... wavelength shortening member

24···슬롯 전극24 ... slot electrodes

25···슬릿25 Slits

28···유전체28 ... Dielectric

30···제 1 온도 제어 장치30 ... first temperature control device

32···온도 조절판32 temperature control plate

36···온도 센서36 Temperature sensor

38···히터 장치38 ... heater apparatus

39···수원39 ... Suwon

40···처리실40 ... processing chamber

42···열판42 ...

50···반응 가스 공급 노즐50 Reaction gas supply nozzle

58···반응 가스원58 ...

60···진공 펌프60 ... vacuum pump

70···제 2 온도 제어 장치70 ... second temperature control device

72···온도 센서72 temperature sensor

본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 결점을 해소한 절연막의 형성 방법을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a method for forming an insulating film which solves the above-mentioned drawbacks of the prior art.

본 발명의 다른 목적은 과도한 열이력이 가해지는 것을 방지하면서, 또한 양질인 절연막을 부여할 수 있는 절연막의 형성 방법을 제공하는 것에 있다.It is another object of the present invention to provide a method for forming an insulating film which can prevent an excessive thermal history from being applied and can provide a good insulating film.

본 발명자는 예의 연구한 결과, 저에너지 플라즈마를 조사하여 유기재료 함유막을 경화시키는 것이 상기 목적의 달성을 위해서 매우 효과적인 것임을 발견했다.As a result of intensive studies, the inventors have found that curing an organic material-containing film by irradiating a low energy plasma is very effective for achieving the above object.

본 발명의 절연막의 형성 방법은 상기 지견에 근거하는 것으로, 보다 자세하게는 전자 디바이스용 기재상에 배치된 경화성 재료 함유막에 대하여 저에너지 플라즈마를 조사함으로써 해당 경화성 재료 함유막을 경화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.The formation method of the insulating film of this invention is based on the said knowledge, More specifically, the curable material containing film is hardened by irradiating a low energy plasma with respect to the curable material containing film arrange | positioned on the base material for electronic devices.

이하, 필요에 따라 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 기재에 있어서 양비를 나타내는 「부」 및 「%」는 특별히 미리 말하지 않는 한 질량 기준으로 한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated further more concretely, referring drawings as needed. In the following description, "part" and "%" which represent a quantity ratio are taken as a mass reference | standard unless there is particular notice.

(절연막의 형성 방법)(Formation method of insulating film)

본 발명의 절연막의 형성 방법에 있어서, 전자 디바이스용 기재상에 배치된 경화성의 재료를 포함하는 유기재료 함유막에 대하여 저에너지 플라즈마를 조사함으로써 해당 경화성 재료 함유막을 경화시킨다. In the method for forming an insulating film of the present invention, the curable material-containing film is cured by irradiating a low energy plasma to an organic material-containing film containing a curable material disposed on a substrate for an electronic device.

(전자 디바이스용 기재)(Base material for electronic device)

본 발명에 있어서 사용 가능한 상기의 전자 디바이스용 기재는 특별히 제한되지 않고 공지의 전자 디바이스용 기재의 1종 또는 2종 이상의 조합에서 적절히 선택하여 사용하는 것이 가능하다. 이러한 전자 디바이스용 기재의 예로서는 예컨대 반도체 재료, 액정 디바이스 재료 등을 들 수 있다. 반도체 재료의 예로서는 예컨대 단결정 실리콘을 주성분으로 하는 재료 등을 들 수 있다. The said base material for electronic devices which can be used in this invention is not specifically limited, It is possible to select suitably from 1 type, or 2 or more types of combination of a well-known base material for electronic devices, and to use it. As an example of such a base material for electronic devices, a semiconductor material, a liquid crystal device material, etc. are mentioned, for example. As an example of a semiconductor material, the material which has single crystal silicon as a main component, etc. are mentioned, for example.

(전자 디바이스용 기재상)(On base material for electronic device)

본 발명에 있어서, 「전자 디바이스용 기재상」이란 형성해야 할 절연막이 전자 디바이스용 기재의 위쪽(즉, 해당 기재의 전자 디바이스를 구성하는 각 층을 형성하는 측의 위쪽)에 위치하고 있으면 충분하다. 바꾸어 말하면, 그동안에 다른 절연층, 도체층(예컨대, Cu층), 반도체층 등이 배치되어 있어도 무방하다. 또한, 본 발명에서 형성해야 할 절연막을 포함하는 각종 절연층, 도체층(예컨대, Cu층), 반도체층 등이 필요에 따라 복수 배치되어 있어도 무방한 것은 물론이다. In the present invention, the term "on the substrate for electronic device" means that an insulating film to be formed is located above the substrate for the electronic device (that is, above the side for forming each layer constituting the electronic device of the substrate). In other words, another insulating layer, conductor layer (for example, Cu layer), semiconductor layer, or the like may be disposed in the meantime. In addition, it goes without saying that various insulating layers including the insulating film to be formed in the present invention, a conductor layer (for example, Cu layer), a semiconductor layer, and the like may be arranged as necessary.

(경화성 재료)(Curable material)

본 발명에 있어서 사용 가능한 경화성 재료는 특별히 제한되지 않지만 Cu 등의 전도성이 양호한 배선재료와 조합에 있어서 바람직한 측면으로, 경화후에 유전율이 3 이하인 절연막을 부여하는 경화성 재료가 바람직하다.Although the curable material which can be used in this invention is not specifically limited, It is a preferable aspect in combination with the wiring material with good electroconductivity, such as Cu, The curable material which gives the insulating film whose dielectric constant is 3 or less after hardening is preferable.

이러한 경화성 재료로서는 예컨대 유전율이 3 이하인 저유전율 특성의 유기 절연막을 이용할 수 있고, 예컨대 PAE-2(Shumacher사 제품), HSG-R7(HitachiChemical사 제품), FLARE(Aplied Signal사 제품), BCB(Dow Chemical사 제품), SILK(Dow Chemical사 제품), Speed Film(W. L. Gore사 제품) 등의 유기 폴리머를 사용할 수 있다. As such a curable material, for example, an organic insulating film having a low dielectric constant having a dielectric constant of 3 or less can be used. For example, PAE-2 (manufactured by Shimacher), HSG-R7 (manufactured by Hitachi Chemical), FLARE (manufactured by Aplied Signal), BCB (Dow) Chemical polymers), SILK (Dow Chemical company), Speed Film (WL Gore company) and the like can be used.

(경화성 재료의 배치 방법)(Positioning method of curable material)

상기의 경화성 재료를 전자 디바이스용 기재상에 배치해야 할 방법은 특별히 제한되지 않지만 유동성을 갖는 경화성 재료의 용액 내지 분산액을 상기 전자 디바이스용 기재상에 도포하는 것이 바람직하다. 균일성의 측면에서, 이 도포는 스핀코트인 것이 바람직하다. Although the method in which the said curable material should be arrange | positioned on the base material for electronic devices is not restrict | limited, It is preferable to apply | coat the solution or dispersion liquid of the curable material which has fluidity on the said base material for electronic devices. In terms of uniformity, this application is preferably spin coat.

(막두께)(Film thickness)

본 발명에 있어서, 플라즈마 조사에 의한 경화 전후의 막두께는 특별히 제한되지 않지만 하기와 같은 막두께가 적합하게 사용 가능하다. In the present invention, the film thickness before and after curing by plasma irradiation is not particularly limited, but the following film thicknesses can be suitably used.

<경화전의 막두께><Film thickness before hardening>

바람직하게는 100 내지 1000 ㎚정도, 더욱 바람직하게는 400 내지 600 ㎚ 정도Preferably it is about 100-1000 nm, More preferably, it is about 400-600 nm

<경화후의 막두께><Film thickness after curing>

바람직하게는 수%(예컨대 5 내지 6%) 막두께가 감소하는 정도, Preferably, the extent to which the film thickness is reduced by several percent (eg 5-6%),

(저에너지 플라즈마)(Low energy plasma)

본 발명에 있어서, 상기한 경화성의 도포막에 대하여 저에너지 플라즈마를 조사한다. 여기에서, 「저에너지 플라즈마」란 전자의 온도가 2 eV 이하인 것을 말한다. In the present invention, a low energy plasma is irradiated to the curable coating film. Here, "low energy plasma" means that the temperature of an electron is 2 eV or less.

(플라즈마 처리 조건)(Plasma treatment conditions)

본 발명의 하지막 제작에 있어서는 형성되어야 할 절연막의 특성에 있어서는 하기의 플라즈마 처리 조건을 적합하게 사용할 수 있다.In fabrication of the base film of the present invention, the following plasma treatment conditions can be suitably used in the characteristics of the insulating film to be formed.

희가스(예컨대, Kr, Ar, He 또는 Xe) : 10 내지 3000 sccm, 보다 바람직하게는 200 내지 500 sccm,Rare gas (eg Kr, Ar, He or Xe): 10 to 3000 sccm, more preferably 200 to 500 sccm,

N2 : 10 내지 1000 sccm, 보다 바람직하게는 100 내지 200 sccm,N 2 : 10-1000 sccm, more preferably 100-200 sccm,

온도 : 실온(25℃) 내지 500℃, 보다 바람직하게는 실온 내지 400℃, 특히 바람직하게는 250 내지 350℃Temperature: room temperature (25 ° C.) to 500 ° C., more preferably room temperature to 400 ° C., particularly preferably 250 to 350 ° C.

압력 : 0.1 내지 1000 Pa, 보다 바람직하게는 1 내지 100 Pa, 특히 바람직하게는 1 내지 10 PaPressure: 0.1 to 1000 Pa, more preferably 1 to 100 Pa, particularly preferably 1 to 10 Pa

마이크로파 : 1 내지 10 W/㎝2, 보다 바람직하게는 2 내지 5 W/㎝2, 특히 바람직하게는 3 내지 4 W/㎝2 Microwave: 1 to 10 W / cm 2 , more preferably 2 to 5 W / cm 2 , particularly preferably 3 to 4 W / cm 2

처리 시간 : 10 내지 300초, 보다 바람직하게는 60 내지 120초 Treatment time: 10 to 300 seconds, more preferably 60 to 120 seconds

(바람직한 조건의 예)(Example of preferred conditions)

본 발명에 있어서는, 예컨대 하기 조건을 적합하게 사용 가능하다.In the present invention, for example, the following conditions can be suitably used.

마이크로파 : 2 kW/㎝2 Microwave: 2 kW / cm 2

가스 : Ar 100O sccm + N2 10O sccm, 또는,Gas: Ar 100O sccm + N 2 10O sccm, or,

Kr 100O sccm + N2 10O sccmKr 100O sccm + N 2 10O sccm

압력 : 13.3 내지 133 PaPressure: 13.3 to 133 Pa

기재 온도 : 350 ± 50℃Base temperature: 350 ± 50 ℃

처리 시간 : 60 내지 120초 Treatment time: 60 to 120 seconds

(절연막의 바람직한 특성)(Preferred Characteristics of Insulation Film)

본 발명에 의하면 하기와 같이 바람직한 특성을 갖는 경화된 절연막을 용이하게 형성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to easily form a cured insulating film having desirable characteristics as follows.

본 발명에 있어서, 상기한 저에너지 플라즈마의 조사가 가능한 한 사용 가능한 플라즈마는 특별히 제한되지 않는다. 열이력이 실질적으로 저감된 경화막을 용이하게 얻을 수 있는 점에서 있어서, 전자 온도가 비교적 낮고, 또한 고밀도인 플라즈마를 이용하는 것이 바람직하다. 열이력이 실질적으로 저감된 경화막을 형성함으로써 막의 벗겨짐이나, Cu 등의 절연막으로 번져 나오는 것을 억제할 수 있고, 따라서 고품질의 절연막을 형성하는 것이 가능해진다. 특히, 400℃ 이하의 온도에서 경화성 재료에 대하여 저에너지 플라즈마 처리를 한 경우에는, 특히 손상이 적은 절연막을 얻을 수 있다. In the present invention, the plasma that can be used is not particularly limited as long as the above-mentioned low energy plasma irradiation is possible. In terms of easily obtaining a cured film having substantially reduced thermal history, it is preferable to use a plasma having a relatively low electron temperature and a high density. By forming a cured film whose thermal history is substantially reduced, peeling of the film and spreading to an insulating film such as Cu can be suppressed, thereby making it possible to form a high quality insulating film. In particular, when the low energy plasma treatment is performed on the curable material at a temperature of 400 ° C. or lower, an insulating film having particularly low damage can be obtained.

(바람직한 플라즈마)(Preferred plasma)

본 발명에 있어서 적합하게 사용 가능한 플라즈마의 특성은 이하와 같다.The characteristics of the plasma which can be suitably used in the present invention are as follows.

전자 온도 : 1 eV 내지 2 eVElectronic temperature: 1 eV to 2 eV

밀도 : 1E12 내지 1E13 Density: 1E12 to 1E13

플라즈마 밀도의 균일성 : ± 5% 이하 Uniformity of Plasma Density: Less than ± 5%

(평면 안테나 부재)(Flat antenna member)

본 발명의 절연막의 형성 방법에 있어서, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나 부재를 거쳐서 마이크로파를 조사함으로써 전자 온도가 낮고 또한 고밀도인 플라즈마를 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 이러한 우수한 특성을 갖는 플라즈마를 이용하여 절연막의 형성을 한 경우 플라즈마 손상이 특히 작고, 또한 저온에서 반응성이 높은 프로세스가 가능해진다. 본 발명에 있어서는, 또한 (종래의 플라즈마를 이용한 경우에 비교하여) 평면 안테나 부재를 거쳐서 마이크로파를 조사함으로써 양질인 절연막의 형성이 용이하다고 하는 이점을 얻을 수 있다. In the method for forming the insulating film of the present invention, it is preferable to form a plasma having a low electron temperature and a high density by irradiating microwaves through a planar antenna member having a plurality of slots. In the present invention, when the insulating film is formed by using the plasma having such excellent characteristics, a plasma damage is particularly small and a highly reactive process at a low temperature is possible. In the present invention, it is also possible to obtain an advantage that it is easy to form a high quality insulating film by irradiating microwaves through a planar antenna member (compared to the case of using a conventional plasma).

(플라즈마 조사 장치의 1형태)(One form of plasma irradiation apparatus)

이하, 첨부 도면을 참조하여 플라즈마 조사 장치로서 사용 가능한 예시적인 마이크로파 플라즈마 장치(100)에 대하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내고 있다. 종래의 마이크로파는 1 내지 100GHz의 주파수를 말하는데, 본 발명의 마이크로파는 이것에 한하지 않고, 약 50MHz 내지 100GHz의 것을 말한다.Hereinafter, an exemplary microwave plasma apparatus 100 that can be used as a plasma irradiation apparatus will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same referential mark represents the same member. Conventional microwave refers to a frequency of 1 to 100 GHz, but the microwave of the present invention is not limited to this, but refers to that of about 50 MHz to 100 GHz.

여기서, 도 1은 마이크로파 플라즈마 장치(100)의 개략 블럭도이다. 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 장치(100)는 마이크로파원(10)과 반응 가스 공급 노즐(50)과 진공 펌프(60)에 접속되고, 안테나 수납 부재(20)와, 제 1 온도 제어 장치(30)와, 처리실(40)과, 제 2 온도 제어 장치(70)를 갖고 있다.1 is a schematic block diagram of a microwave plasma apparatus 100. The microwave plasma apparatus 100 of the present embodiment is connected to the microwave source 10, the reaction gas supply nozzle 50, and the vacuum pump 60, and includes an antenna accommodating member 20, a first temperature control device 30, And the processing chamber 40 and the second temperature control device 70.

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마이크로파원(10)은, 예컨대 마그네트론으로 이루어지고, 통상 2.45 GHz의 마이크로파(예컨대, 5 kW)를 발생할 수 있다. 마이크로파는, 그 후, 도시하지 않는 모드 변환기에 의해 전송형태가 TM, TE 또는 TEM 모드 등으로 변환된다. 또, 도 1에서는 발생한 마이크로파가 마그네트론으로 되돌아가는 반사파를 흡수하는 아이솔레이터나, 부하측과의 매칭을 취하기 위한 EH 튜너 또는 스터브 튜너는 생략되어 있다.The microwave source 10 consists of a magnetron, for example, and can generate microwaves (for example, 5 kW) of 2.45 GHz. The microwave is then converted into a TM, TE or TEM mode or the like by a mode converter (not shown). In addition, in FIG. 1, the isolator which absorbs the reflected wave which a generated microwave returns to a magnetron, and the EH tuner or stub tuner for matching with a load side are abbreviate | omitted.

안테나 수납 부재(20)에는 파장 단축 부재(22)가 수납되고 파장 단축 부재(22)에 접촉하여 슬롯 전극(24)이 안테나 수납 부재(20)의 바닥판으로서 구성되어 있다. 안테나 수납 부재(20)에는 열전도율이 높은 재료(예컨대, 알루미늄)가 사용되고 있고, 또한 후술하는 바와 같이, 온도 조절판(32)과 접촉하고 있다. 따라서, 안테나 수납 부재(20)의 온도는 온도 조절판(32)의 온도와 대략 같은 온도로 설정된다. The wavelength shortening member 22 is accommodated in the antenna accommodating member 20, and the slot electrode 24 is comprised as the bottom plate of the antenna accommodating member 20 in contact with the wavelength shortening member 22. As the antenna housing member 20, a material having high thermal conductivity (for example, aluminum) is used, and as described later, it is in contact with the temperature control plate 32. Therefore, the temperature of the antenna accommodating member 20 is set to a temperature approximately equal to the temperature of the temperature control plate 32.

파장 단축 부재(22)로서는 마이크로파의 파장을 짧게 하기 위해서 소정의 유전율을 가짐과 동시에 열전도율이 높은 소정의 재료가 선택된다. 처리실(40)에 도입되는 플라즈마 밀도를 균일하게 하기 위해서는 후술하는 슬롯 전극(24)에 많은 슬릿(25)을 형성해야 한다. 파장 단축 부재(22)는 슬롯 전극(24)에 많은 슬릿(25)을 형성하는 것을 가능하게 하는 기능을 갖는다. 파장 단축 부재(22)로서는, 예컨대 알루미나계 세라믹, SiN, AlN을 사용할 수 있다. 예컨대, AlN은 비유전률 εt이 약 9이며, 파장 단축율 n=1/(εt)1/2=0.33이다. 이에 따라, 파장 단축 부재(22)를 통과한 마이크로파의 속도는 0.33배가 되고 파장도 0.33배가 되어 후술하는 슬롯 전극(24)의 슬릿(25)의 간격을 짧게 할 수 있기　때문에 보다 많은 슬릿(25)이 형성되는 것을 가능하게 하고 있다.As the wavelength shortening member 22, a predetermined material having a predetermined dielectric constant and high thermal conductivity is selected to shorten the wavelength of the microwave. In order to make the plasma density introduced into the processing chamber 40 uniform, many slits 25 must be formed in the slot electrodes 24 described later. The wavelength shortening member 22 has a function which makes it possible to form many slits 25 in the slot electrode 24. As the wavelength shortening member 22, an alumina ceramic, SiN, AlN can be used, for example. For example, AlN has a relative dielectric constant epsilon t of about 9 and a wavelength shortening ratio n = 1 / (εt) 1/2 = 0.33. Accordingly, the speed of the microwaves passing through the wavelength shortening member 22 is 0.33 times and the wavelength is 0.33 times, so that the interval between the slits 25 of the slot electrodes 24 described later can be shortened. It is possible to form this.

슬롯 전극(24)은 파장 단축 부재(22)에 나사 고정되어 있고, 예컨대 직경 50㎝, 두께 1 ㎜ 이하의 원통형 동판으로 구성된다. 슬롯 전극(24)은 도 2에 도시하는 바와 같이 중심에서 조금 외측으로, 예컨대 수 ㎝정도 떨어진 위치로부터 시작되어 다수의 슬릿(25)이 소용돌이치는 형상으로 점차적으로 주연부를 향해서 형성되어 있다.The slot electrode 24 is screwed to the wavelength shortening member 22, and consists of a cylindrical copper plate of 50 cm in diameter and 1 mm or less in thickness, for example. As shown in FIG. 2, the slot electrode 24 is formed toward the periphery part gradually starting from the position a little outside from the center, for example, about several centimeters, and swirling in the shape of many slits 25. As shown in FIG.

도 2에 있어서, 슬릿(25)은 2회 소용돌이 쳐져 있다. 본 실시예에서는, 대략 T자 형상으로 약간의 간격을 두고 배치한 한 쌍의 슬릿(25A 및 25B)을 조(組)로 하는 슬릿쌍을 상술한 바와 같이 배치함으로써 슬릿군을 형성하고 있다. 각 슬릿(25A, 25B)의 길이(L1)는 마이크로파의 관내 파장 λ의 대략 1/16에서 1/2의 범위내로 설정됨과 동시에 폭은 1 ㎜ 정도로 설정되고, 슬릿 소용돌이의 외륜과 내륜과의 간격(L2)은 근소한 조정은 있지만 관내 파장 λ과 대략 동일한 길이로 설정되어 있다. 즉, 슬릿의 길이(L1)는 다음 식으로 표시되는 범위내로 설정된다. In FIG. 2, the slit 25 is swirled twice. In the present embodiment, a slit group is formed by arranging a pair of slits having a pair of slits 25A and 25B arranged at a slight interval in a substantially T-shape as described above. The length L1 of each slit 25A, 25B is set within the range of approximately 1/16 to 1/2 of the wavelength λ of the microwave tube, and the width is set to about 1 mm, and the gap between the outer ring and the inner ring of the slit vortex Although L2 has a slight adjustment, the length L2 is set to approximately the same length as the wavelength? In the tube. That is, the length L1 of the slit is set within the range expressed by the following equation.

이와 같이 각 슬릿(25A, 25B)을 형성함으로써 처리실(40)에는 균일한 마이크로파의 분포를 형성하는 것이 가능해 진다. 소용돌이치는 형상 슬릿의 외측으로서 원반 형상 슬롯 전극(24)의 주연부에는 이것을 따라 폭 수㎜ 정도의 마이크로파 전력 반사 방지용 방사 소자(26)가 형성되는 경우도 있다(생략도 가능). 이에 따라, 슬롯 전극(24)의 안테나 효율을 올리고 있다. 또한, 본 실시예의 슬롯 전극(24)의 슬릿의 모양은 단순한 예시이며 임의의 슬릿형상(예컨대, L자 형상 등)을 갖는 전극을 슬롯 전극으로서 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.By forming each of the slits 25A and 25B in this way, it becomes possible to form a uniform microwave distribution in the processing chamber 40. On the periphery of the disk-shaped slot electrode 24 as the outside of the swirling slit, a microwave power reflection preventing radiation element 26 having a width of about several mm may be formed along this (can be omitted). This raises the antenna efficiency of the slot electrode 24. In addition, the shape of the slit of the slot electrode 24 of this embodiment is a mere illustration, It goes without saying that the electrode which has arbitrary slit shape (for example, L shape etc.) can be used as a slot electrode.

안테나 수납 부재(20)에는 제 1 온도 제어 장치(30)가 접속되어 있다. 제 1 온도 제어 장치(30)는 마이크로열에 의한 안테나 수납 부재(20) 및 이 근방의 구성요소의 온도 변화가 소정의 범위가 되도록 제어하는 기능을 갖는다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 1 온도 제어 장치(30)는 온도 조절판(32)과, 밀봉부재(34)와, 온도 센서(36)와 히터 장치(38)를 갖고, 수도 등의 수원(39)으로부터 냉각수를 공급한다. 제어의 용이성에 관한 측면에서, 수원(39)으로부터 공급되는 냉각수의 온도는 항온인 것이 바람직하다. 온도 조절판(32)은, 예컨대 스테인레스 등 열전도율이 좋고 유로(33)를 가공하기 쉬운 재료가 선택된다. 유로(33)는, 예컨대 직사각형형상의 온도 조절판(32)을 종횡으로 관통하고 나사 등의 밀봉부재(34)를 관통구멍에 돌려 넣음으로써 형성할 수 있다. 물론, 도 3에 관계없이, 온도 조절판(32)과 유로(33) 각각은 임의의 형상을 가질 수 있다. 냉각수 대신에 다른 종류의 냉매(알콜, 가르덴, 플론 등)를 사용할 수 있는 것은 물론이다.The first temperature control device 30 is connected to the antenna housing member 20. The 1st temperature control apparatus 30 has a function which controls so that the temperature change of the antenna accommodating member 20 and the components of this vicinity by a microarray may become a predetermined range. As shown in FIG. 3, the first temperature control device 30 has a temperature control plate 32, a sealing member 34, a temperature sensor 36, and a heater device 38. 39) Cooling water is supplied. In terms of ease of control, the temperature of the cooling water supplied from the water source 39 is preferably constant temperature. For the temperature control plate 32, a material having good thermal conductivity such as stainless steel and being easy to process the flow path 33 is selected. The flow path 33 can be formed by, for example, penetrating the rectangular temperature control plate 32 vertically and horizontally, and turning the sealing member 34 such as a screw into the through hole. Of course, regardless of Figure 3, each of the temperature control plate 32 and the flow path 33 may have any shape. Of course, other coolants (alcohol, garden, flon, etc.) can be used instead of the cooling water.

온도 센서(36)는, PTC 서미스터, 적외선 센서 등 주지의 센서를 사용할 수 있다. 또한, 열전쌍도 온도 센서(36)를 사용할 수 있지만 마이크로파의 영향을 받지 않도록 구성하는 것이 바람직하다. 온도 센서(36)는 유로(33)에 접속해도 무방하고 접속하지 않아도 무방하다. 대체적으로, 온도 센서(36)는 안테나 수납 부재(20), 파장 단축 부재(22) 및/또는 슬롯 전극(24)의 온도를 측정해도 무방하다.The temperature sensor 36 can use well-known sensors, such as a PTC thermistor and an infrared sensor. In addition, although the thermocouple temperature sensor 36 may be used, it is preferable to configure the thermocouple so as not to be affected by microwaves. The temperature sensor 36 may or may not be connected to the flow path 33. In general, the temperature sensor 36 may measure the temperature of the antenna accommodating member 20, the wavelength shortening member 22, and / or the slot electrode 24.

히터 장치(38)는, 예컨대 온도 조절판(32)의 유로(33)에 접속된 수도관의 주위에 감긴 히터선 등으로서 구성된다. 히터선에 흐르는 전류의 크기를 제어함으로써 온도 조절판(32)의 유로(33)를 흐르는 수온을 조절할 수 있다. 온도 조절판(32)은 열전도율이 높기 때문에 유로(33)를 흐르는 물의 수온과 대략 같은 온도로 제어될 수 있다.The heater apparatus 38 is comprised, for example as a heater wire wound around the water pipe connected to the flow path 33 of the temperature control plate 32, and the like. By controlling the magnitude of the current flowing in the heater wire, the water temperature flowing through the flow path 33 of the temperature control plate 32 can be adjusted. Since the temperature control plate 32 has high thermal conductivity, the temperature control plate 32 may be controlled at a temperature approximately equal to the water temperature of the water flowing in the flow path 33.

온도 조절판(32)은 안테나 수납 부재(20)에 접촉하고 있고, 안테나 수납 부재(20)와 파장 단축 부재(22)는 열전도율이 높다. 이 결과, 온도 조절판(32)의 온도를 제어함으로써 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)의 온도를 제어할 수 있다.The temperature control plate 32 is in contact with the antenna accommodating member 20, and the antenna accommodating member 20 and the wavelength shortening member 22 have high thermal conductivity. As a result, the temperature of the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 can be controlled by controlling the temperature of the temperature control plate 32.

파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)은 온도 조절판(32) 등이 없으면, 마이크로파원(10)의 전력(예컨대, 5 kW)을 장시간 가하는 것에 의해 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)에서의 전력 손실로 전극 자체의 온도가 상승한다. 이 결과, 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)이 열팽창하여 변형한다.When the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 do not have the temperature control plate 32 or the like, the wavelength shortening member 22 and the slot electrode ( The power loss in 24 causes the temperature of the electrode itself to rise. As a result, the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 thermally expand and deform.

예컨대, 슬롯 전극(24)은 열팽창에 의해 최적의 슬릿 길이가 변화하여 후술하는 처리실(40)내에서의 전체의 플라즈마 밀도가 저하하거나 부분적으로 플라즈마 밀도가 집중하거나 한다. 전체의 플라즈마 밀도가 저하하면 반도체 웨이퍼(W)의 처리속도가 변화한다. 그 결과, 플라즈마 처리가 시간적으로 관리되어 소정 시간(예컨대, 2분) 경과하면 처리를 정지하고 반도체 웨이퍼(W)를 처리실(40)로부터 출력하도록 설정한 경우, 전체의 플라즈마 밀도가 저하하면 소망하는 처리(에칭 깊이나 성막 두께)가 반도체 웨이퍼(W)에 형성되어 있지 않은 경우가 있다. 또한, 부분적으로 플라즈마 밀도가 집중하면 부분적으로 반도체 웨이퍼(W)의 처리가 변화해 버린다. 이와 같이 슬롯 전극(24)이 온도 변화에 의해 변형하면 플라즈마 처리의 품질이 저하한다.For example, the slot electrode 24 has an optimal slit length that changes due to thermal expansion, so that the overall plasma density in the processing chamber 40 described later decreases or the plasma density partially concentrates. When the overall plasma density decreases, the processing speed of the semiconductor wafer W changes. As a result, when the plasma processing is managed in time and the predetermined time (for example, 2 minutes) has elapsed, the processing is stopped and the semiconductor wafer W is set to be output from the processing chamber 40. The process (etching depth and film formation thickness) may not be formed in the semiconductor wafer W in some cases. In addition, when the plasma density is partially concentrated, the processing of the semiconductor wafer W is partially changed. Thus, when the slot electrode 24 deform | transforms by temperature change, the quality of a plasma process will fall.

또한, 온도 조절판(32)이 없으면 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)의 재질이 다르고, 또한 양자는 나사 고정되어 있으므로 슬롯 전극(24)이 휘어지게 된다. 이 경우도 마찬가지로 플라즈마 처리의 품질이 저하하는 것이 이해될 것이다.In addition, without the temperature control plate 32, the material of the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 is different, and since both are screwed, the slot electrode 24 is bent. In this case as well, it will be understood that the quality of the plasma treatment deteriorates.

한편, 슬롯 전극(24)은 온도가 일정하면 고온하에 배치되더라도 변형을 발생하지 않는다. 또한, 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 처리실(40)에 수분이 액형상 또는 안개형상으로 존재하면 반도체 웨이퍼(W)의 막중에 불순물로서 혼입되게 되기 때문에 가능한 한 온도를 올려놓아야 한다. 또한, 처리실(40)과 후술하는 유전체(28)와의 사이를 밀봉하는 O 링(90) 등의 부재는 80 내지 100℃ 정도의 내열성을 갖는 것을 고려하면 온도 조절판(32)(즉, 슬롯 전극(24))은 예컨대 70℃를 기준으로 ± 5℃ 정도가 되도록 제어된다. 70℃ 등의 설정 온도와 ± 5℃ 등의 허용 온도 범위는 요구되는 처리나 구성부재의 내열성 그 외에 따라서 임의로 설정할 수 있다.On the other hand, when the temperature is constant, the slot electrode 24 is not deformed even if it is disposed under high temperature. In addition, in the plasma CVD apparatus, when moisture is present in the processing chamber 40 in the form of a liquid or fog, the temperature must be raised as much as possible as impurities are mixed in the film of the semiconductor wafer W. Further, considering that the member such as the O-ring 90 which seals between the processing chamber 40 and the dielectric 28 to be described later has heat resistance of about 80 to 100 ° C., the temperature control plate 32 (that is, the slot electrode ( 24)) is controlled to be on the order of ± 5 ° C, for example based on 70 ° C. The set temperature such as 70 ° C and the allowable temperature range such as ± 5 ° C may be arbitrarily set according to the required processing or heat resistance of the constituent members.

이 경우, 제 1 온도 제어 장치(30)는 온도 센서(36)의 온도 정보를 얻어 온도 조절판(32)의 온도가 70℃ ± 5℃가 되도록 히터 장치(38)에 공급하는 전류를(예컨대, 가변 저항 등을 사용하여) 제어한다. 슬롯 전극(24)은 70℃에서 사용되는 것을 전제로, 즉 70℃의 분위기하에 놓여졌을 때에 최적의 슬릿 길이를 갖도록 설계된다. 대체적으로, 온도 센서(36)가 온도 조절판(32)에 배치되는 경우에는 온도 조절판(32)으로부터 슬롯 전극(24)으로 또는 이 반대로 열이 전파되기 위해서는 시간이 걸리므로 70℃ ± 10℃로 하는 등 보다 넓은 허용 범위를 설정해도 무방하다.In this case, the first temperature control device 30 obtains the temperature information of the temperature sensor 36 and supplies a current to the heater device 38 such that the temperature of the temperature control plate 32 is 70 ° C ± 5 ° C (for example, Control with a variable resistor). The slot electrode 24 is designed to have an optimal slit length when it is used at 70 ° C, that is, when placed in an atmosphere of 70 ° C. In general, when the temperature sensor 36 is disposed on the temperature control plate 32, since it takes time for heat to propagate from the temperature control plate 32 to the slot electrode 24 or vice versa, It is also possible to set a wider allowable range.

제 1 온도 제어 장치(30)는 처음에는 실온하에 놓여진 온도 조절판(32)의 온도는 70℃보다도 낮으므로 히터 장치(38)를 가장 먼저 구동하여 수온을 70℃ 정도로 하여 온도 조절판(32)에 공급해도 무방하다. 대체적으로, 마이크로열에 의한 온도 상승을 70℃ 부근이 될 때까지 온도 조절판(32)에 물을 흐르게 하지 않아도 무방하다. 따라서, 도 3에 나타내는 예시적인 온도 제어 기구는 수원(39)으로부터의 수량을 조절하는 매스플로우컨트롤러와 개폐 밸브를 포함하고 있어도 무방하다. 온도 조절판(32)의 온도가 75℃를 넘은 경우에는, 예컨대 15℃ 정도의 물을 수원(39)으로부터 공급하여 온도 조절판(32)의 냉각을 개시하고, 그 후, 온도 센서(36)가 65℃를 나타냈을 때에 히터 장치(38)를 구동하여 온도 조절판(32)의 온도가 70℃ ± 5℃가 되도록 제어한다. 제 1 온도 제어 장치(30)는 상술한 매스 플로 우컨트롤러와 개폐 밸브를 이용함으로써, 예컨대 15℃ 정도의 물을 수원(39)으로부터 공급하여 온도 조절판(32)의 냉각을 개시하고, 그 후, 온도 센서(36)가 70℃를 나타냈을 때에 물의 공급을 정지하는 등 여러가지 제어 방법을 채용할 수 있다.Since the temperature of the temperature control plate 32 initially placed at room temperature is lower than 70 ° C, the first temperature control device 30 first drives the heater device 38 to supply the temperature control plate 32 with water temperature of about 70 ° C. It is okay. In general, it is not necessary to allow water to flow through the temperature control plate 32 until the temperature rise due to the micro heat is about 70 ° C. Therefore, the exemplary temperature control mechanism shown in FIG. 3 may include a mass flow controller and an opening / closing valve for adjusting the amount of water from the water source 39. When the temperature of the temperature control plate 32 exceeds 75 ° C., for example, water of about 15 ° C. is supplied from the water source 39 to start cooling the temperature control plate 32, and then the temperature sensor 36 is 65 degrees. When the temperature is shown, the heater device 38 is driven to control the temperature of the temperature control plate 32 to 70 ° C ± 5 ° C. By using the mass flow controller and the opening / closing valve mentioned above, the 1st temperature control apparatus 30 supplies the water of about 15 degreeC from the water source 39, and starts cooling of the temperature control plate 32, and after that, When the temperature sensor 36 shows 70 degreeC, various control methods, such as stopping supply of water, can be employ | adopted.

이와 같이, 제 1 온도 제어 장치(30)는 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)이 소정의 설정 온도를 중심으로 하는 소정의 허용 온도 범위가 되도록 온도 제어를 한다고 하는 점에서 이들을 설정하지 않고 단순히 냉각한다고 하는 일본 특허 공개 평성3-191073호의 냉각 수단과 상위하다. 이에 따라, 처리실(40)에 있어서의 처리의 품질을 유지할 수 있다. 예컨대, 슬롯 전극(24)은 70℃의 분위기하에 놓여졌을 때에 최적의 슬릿 길이를 갖도록 설계된 경우에, 이것을 단순히 15℃ 정도로 냉각하는 것만으로는 최적의 처리환경을 얻는 데 무의미한 것임을 알게될 것이다.In this way, the first temperature control device 30 does not set the temperature control unit so that the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 control the temperature so as to be within a predetermined allowable temperature range centered on the predetermined set temperature. It differs from the cooling means of Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-191073, which is simply cooled. Thereby, the quality of the process in the process chamber 40 can be maintained. For example, when the slot electrode 24 is designed to have an optimum slit length when placed in an atmosphere of 70 ° C., it will be appreciated that simply cooling it to about 15 ° C. is meaningless to obtain an optimum processing environment.

또한, 제 1 온도 제어 장치(30)는 온도 조절판(32)을 흐르는 물의 온도를 제어함으로써 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)의 온도를 동시에 제어하고 있다. 이것은 온도 조절판(32), 안테나 수납 부재(20) 및 파장 단축 부재(22)를 열전도율이 높은 재료로 구성한 것에 의한 것이다. 이러한 구성을 채용함으로써 이들 3개의 온도 제어를 하나의 장치로 겸용할 수 있기 때문에 복수의 장치가 필요하지 않은 점에서 장치 전체의 대형화와 코스트 상승을 방지할 수 있다. 또한, 온도 조절판(32)은 온도 조절 수단의 단순한 일례이며 냉각팬 등 그 밖의 냉각 수단을 채용할 수 있는 것은 말할 것도 없다. Moreover, the 1st temperature control apparatus 30 controls the temperature of the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 simultaneously by controlling the temperature of the water which flows through the temperature control plate 32. As shown in FIG. This is because the temperature control plate 32, the antenna housing member 20 and the wavelength shortening member 22 are made of a material having high thermal conductivity. By adopting such a configuration, since these three temperature controls can be used as a single device, it is possible to prevent the enlargement of the entire device and the increase in cost since a plurality of devices are not required. The temperature control plate 32 is a simple example of the temperature control means, and needless to say that other cooling means such as a cooling fan can be employed.

다음에, 도 4를 참조하여 제 3 온도 제어 장치(95)에 대하여 설명한다. 여기서, 도 4는 제 3 온도 제어 장치(95)를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다. 제 3 온도 제어 장치(95)는 유전체(28)의 주변을 냉각수나 냉매 등을 이용하여 온도 제어하는 것이다. 제 3 온도 제어 장치(95)는 제 1 온도 제어 장치와 같이, 온도 센서, 히터 장치를 이용하여 마찬가지로 구성할 수 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.Next, the third temperature control device 95 will be described with reference to FIG. 4. 4 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the third temperature control device 95. The third temperature control device 95 controls temperature around the dielectric body 28 using cooling water, a coolant, or the like. Since the 3rd temperature control apparatus 95 can be comprised similarly using a temperature sensor and a heater apparatus similarly to a 1st temperature control apparatus, the detailed description is abbreviate | omitted.

본 실시예에서는, 온도 조절판(32)과 안테나 수납 부재(20)는 별개의 부재이지만 온도 조절판(32)의 기능을 안테나 수납 부재(20)가 가지게 해도 무방하다. 예컨대, 안테나 수납 부재(20)의 상면 및/또는 측면에 유로(32)를 형성함으로써 안테나 수납 부재(20)를 직접 냉각할 수 있다. 또한, 도 5에 도시하는 바와 같이 안테나 수납 부재(20)의 측면에 유로(33)와 유사한 유로(99)를 갖는 온도 조절판(98)을 형성하면, 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)을 동시에 냉각하는 것도 가능하다. 여기서, 도 5는 도 1에 도시하는 마이크로파 플라즈마 장치(100)의 온도 조절판(32)의 변형예를 나타내는 부분 확대 단면도이다. 또한, 슬롯 전극(24)의 주위에 온도 조절판을 마련하거나, 또는 슬릿(25)의 배치를 방해하지 않도록 슬롯 전극(24) 자체에 유로를 형성할 수도 있다.In the present embodiment, the temperature regulating plate 32 and the antenna accommodating member 20 are separate members, but the antenna accommodating member 20 may have the function of the temperature regulating plate 32. For example, the antenna housing member 20 can be directly cooled by forming the flow path 32 on the upper and / or side surfaces of the antenna housing member 20. In addition, as shown in FIG. 5, when the temperature control plate 98 having the flow path 99 similar to the flow path 33 is formed on the side surface of the antenna accommodating member 20, the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are formed. ) Can be cooled simultaneously. 5 is a partially enlarged sectional view showing a modification of the temperature control plate 32 of the microwave plasma apparatus 100 shown in FIG. 1. In addition, a temperature control plate may be provided around the slot electrode 24, or a flow path may be formed in the slot electrode 24 itself so as not to interfere with the arrangement of the slits 25.

유전체(28)는 슬롯 전극(24)과 처리실(40)과의 사이에 배치되어 있다. 슬롯 전극(24)과 유전체(28)는 예컨대 왁스에 의해서 강고히 또한 기밀하게 면접합된다. 대체적으로, 소성된 세라믹제의 유전체(28)의 이면에, 스크린 인쇄 등의 수단에 의해 동박막을, 슬릿을 포함하는 슬롯 전극(24)의 형상으로 패턴형성하고, 이것을 프린트하도록 동박막의 슬롯 전극(24)을 형성해도 좋다. 유전체(28)와 처리실(40)은 O 링(90)에 의해서 접합되어 있다. 유전체(28)의 주변을 예컨대 80℃ 내지 100℃로 온도 조절하는 제 3 온도 제어 장치(95)가 마련되는 경우에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 구성된다. 제 3 온도 제어 장치(95)는 온도 조절판(32)과 마찬가지로 유전체(28)를 둘러싸는 유로(96)를 갖고 있다. 이와 같이 제 3 온도 제어 장치는 O 링(90)의 근방에 설치되기 때문에, 유전체(28) 및 슬롯 전극(24)을 온도 조절함과 동시에 O 링(90)의 온도 조절도 효과적으로 실행할 수 있다. 유전체(28)는 질화알루미늄(AlN) 등으로 이루어지고, 감압 또는 진공 환경에 있는 처리실(40)의 압력이 슬롯 전극(24)에 인가되어 슬롯 전극(24)이 변형하거나 슬롯 전극(24)이 처리실(40)로 노출되어 스퍼터되거나 동오염을 발생하거나 하는 것을 방지하고 있다. 필요하면, 유전체(28)를 열전도율이 낮은 재질로 구성함으로써 슬롯 전극(24)이 처리실(40)의 온도에 의해 영향을 받는 것을 방지해도 좋다.The dielectric material 28 is disposed between the slot electrode 24 and the processing chamber 40. The slot electrode 24 and the dielectric 28 are firmly and hermetically bonded to each other by, for example, wax. Generally, on the back surface of the fired ceramic dielectric 28, a copper foil film is patterned into the shape of the slot electrode 24 including the slit by means of screen printing or the like, and the slot of the copper foil film is printed so as to print it. The electrode 24 may be formed. Dielectric 28 and process chamber 40 are joined by O-ring 90. When the 3rd temperature control apparatus 95 which adjusts the temperature of the periphery of the dielectric 28, for example to 80 degreeC-100 degreeC is provided, it is comprised as shown in FIG. The third temperature control device 95 has a flow path 96 surrounding the dielectric 28 similarly to the temperature control plate 32. Thus, since the 3rd temperature control apparatus is installed in the vicinity of the O ring 90, temperature control of the dielectric material 28 and the slot electrode 24 can be performed effectively, and temperature control of the O ring 90 can also be performed. The dielectric material 28 is made of aluminum nitride (AlN) or the like, and the pressure of the processing chamber 40 in a reduced pressure or vacuum environment is applied to the slot electrode 24 so that the slot electrode 24 deforms or the slot electrode 24 is deformed. Exposure to the processing chamber 40 prevents sputtering and copper contamination. If necessary, the dielectric 28 may be made of a material having a low thermal conductivity to prevent the slot electrode 24 from being affected by the temperature of the processing chamber 40.

선택적으로, 유전체(28)는 파장 단축 부재(22)와 같이, 열전도율이 높은 재질(예컨대, AlN)로 형성할 수 있다. 이 경우에는, 유전체(28)의 온도를 제어함으로써 슬롯 전극(24)의 온도 제어를 할 수 있고, 슬롯 전극(24)을 거쳐서 파장 단축 부재(22)의 온도 제어를 할 수 있다. 이 경우, 유전체(28)의 내부에 마이크로파의 처리실(40)로의 도입을 방해하지 않도록 유로를 형성하는 것도 가능하다. 또, 상술한 온도 제어는 임의로 조합하는 것도 가능하다.Alternatively, the dielectric 28 may be formed of a material having high thermal conductivity (for example, AlN), such as the wavelength shortening member 22. In this case, the temperature of the slot electrode 24 can be controlled by controlling the temperature of the dielectric 28, and the temperature of the wavelength shortening member 22 can be controlled via the slot electrode 24. In this case, it is also possible to form a flow path so as not to interfere with the introduction of microwaves into the processing chamber 40 inside the dielectric 28. Moreover, the above-mentioned temperature control can also be arbitrarily combined.

처리실(40)은 측벽이나 바닥부가 알루미늄 등의 도체에 의해 구성되어 전체가 통형상으로 성형되어 있고 내부는 후술하는 진공 펌프(60)에 의해 소정의 감압 또는 진공 밀폐 공간으로 유지될 수 있다. 처리실(40)내에는 열판(42)과 그 위에 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)가 수납되어 있다. 또한, 도 1에서는 반도체 웨이퍼(W)를 고정하는 정전척이나 클램프기구 등은 편의상 생략되어 있다.The processing chamber 40 is formed by a conductor such as aluminum in a side wall or a bottom portion, and is formed in a cylindrical shape, and the inside thereof can be maintained at a predetermined reduced pressure or vacuum sealed space by a vacuum pump 60 described later. In the processing chamber 40, a hot plate 42 and a semiconductor wafer W as an object to be processed are stored thereon. In addition, in FIG. 1, the electrostatic chuck, clamp mechanism, etc. which fix the semiconductor wafer W are abbreviate | omitted for convenience.

열판(42)은 히터 장치(38)와 동일한 구성을 갖고 반도체 웨이퍼(W)의 온도 제어를 한다. 예컨대, 플라즈마 CVD 처리에 있어서 열판(42)은 반도체 웨이퍼(W)를 예시적으로 약 450℃로 가열한다. 또한, 플라즈마 에칭 처리에 있어서는 열판(42)은 반도체 웨이퍼(W)를 예시적으로 약 80℃ 이하로 가열한다. 열판(42)에 의한 이들의 가열온도는 프로세스에 따라 다르다. 결과적으로, 열판(42)은 반도체 웨이퍼(W)에 불순물로서의 수분이 부착·혼입하지 않도록 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다. 제 2 온도 제어 장치(70)는 열판(42)의 온도를 측정하는 온도 센서(72)가 측정한 온도에 따라서 열판(42)에 흐르는 가열용 전류의 크기를 제어할 수 있다.The hot plate 42 has the same configuration as the heater device 38 and controls the temperature of the semiconductor wafer W. FIG. For example, in the plasma CVD process, the hot plate 42 heats the semiconductor wafer W to about 450 ° C by way of example. In the plasma etching process, the hot plate 42 heats the semiconductor wafer W to about 80 ° C or less by way of example. Their heating temperature by the hot plate 42 depends on the process. As a result, the hot plate 42 heats the semiconductor wafer W so that moisture as impurities is not attached or mixed with the semiconductor wafer W. As shown in FIG. The second temperature control device 70 may control the magnitude of the heating current flowing through the hot plate 42 according to the temperature measured by the temperature sensor 72 measuring the temperature of the hot plate 42.

처리실(40)의 측벽에는 반응 가스를 도입하기 위한 석영 파이프제의 가스 공급 노즐(50)이 마련되고, 이 노즐(50)은 가스 공급로(52)에 의해 매스 플로우 컨트롤러(54) 및 개폐 밸브(56)를 거쳐서 반응 가스원(58)에 접속되어 있다. 예컨대, 질화 실리콘막을 퇴적시키고자 하는 경우에는, 반응 가스로서 소정의 혼합 가스(즉, 네온, 크세논, 아르곤, 헬륨, 라돈, 크립톤 중 어느 하나에 N2와 H2를 가한 것)에 NH3나 SiH4가스 등을 혼합한 것이 선택될 수 있다.On the side wall of the processing chamber 40, a gas supply nozzle 50 made of quartz pipe for introducing a reaction gas is provided, and the nozzle 50 is connected to the mass flow controller 54 and the opening / closing valve by the gas supply passage 52. It is connected to the reaction gas source 58 via 56. For example, when the silicon nitride film is to be deposited, NH 3 or N 2 is added to a predetermined mixed gas (i.e., N 2 and H 2 added to any one of neon, xenon, argon, helium, radon, and krypton) as a reaction gas. A mixture of SiH 4 gas and the like may be selected.

진공 펌프(60)는 처리실(40)의 압력을 소정의 압력(예컨대, 0.1 내지 수십mTorr)까지 진공 배기할 수 있다. 또한, 도 1에서는 배기계의 상세한 구조도 생략되어 있다. The vacuum pump 60 may evacuate the pressure of the process chamber 40 to a predetermined pressure (for example, 0.1 to several tens of mTorr). 1, the detailed structure of the exhaust system is also omitted.

(플라즈마 처리 장치의 동작)(Operation of Plasma Processing Equipment)

다음에, 이상과 같이 구성된 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 통상 처리실(40)의 측벽에 설치되어 있는 도시하지 않는 게이트 밸브를 거쳐서 반도체 웨이퍼(W)를 반송아암에 의해 처리실(40)에 수납한다. 그 후, 도시하지 않은 리프터핀을 상하 운동시킴으로써 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 탑재면에 배치한다.Next, the operation of the microwave plasma processing apparatus 100 of the present embodiment configured as described above will be described. First, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing chamber 40 by the transfer arm via the gate valve which is not shown normally provided in the side wall of the processing chamber 40. After that, the semiconductor wafer W is placed on a predetermined mounting surface by vertically moving the lifter pin (not shown).

다음에, 처리실(40)내를 소정의 처리 압력, 예컨대 50mTorr로 유지하고 노즐(50)로부터, 예컨대 아르곤 및 질소의 혼합 가스를 혼합한 하나 이상의 반응 가스원(58)으로부터 매스 플로우 컨트롤러(54) 및 개폐 밸브(56)를 거쳐서 유량 제어하면서 처리실(40)에 도입된다.Next, the mass flow controller 54 is maintained at a predetermined processing pressure, such as 50 mTorr, and from the nozzle 50 from one or more reactive gas sources 58 in which a mixed gas of argon and nitrogen is mixed. And introduced into the processing chamber 40 while controlling the flow rate through the on / off valve 56.

처리실(40)의 온도는 70℃ 정도가 되도록 제 2 온도 제어 장치(70)와 열판(42)에 의해 조정된다. 또한, 제 1 온도 제어 장치(30)는 온도 조절판(32)의 온도가 70℃ 정도가 되도록 히터 장치(38)를 제어한다. 이에 따라, 온도 조절판(32)을 거쳐서 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)의 온도가 70℃ 정도로 유지된다. 슬롯 전극(24)은 70℃에서 최적의 슬릿 길이를 갖도록 설계되어 있다. 또한, 슬롯 전극(24)은 ± 5℃ 정도의 온도 오차가 허용 범위라는 것을 미리 알고 있는 것으로 한다. 플라즈마가 발생할 때, 슬롯 전극이 플라즈마에 의한 열로 가열되기 때문에 슬롯도 소정의 온도 이하가 되었을 때에 마이크로파를 공급하도록 하여 플라즈마 상승시의 열을 억제하도록 제어해도 무방하다.The temperature of the processing chamber 40 is adjusted by the second temperature control device 70 and the hot plate 42 so as to be about 70 ° C. In addition, the 1st temperature control apparatus 30 controls the heater apparatus 38 so that the temperature of the temperature control plate 32 may be about 70 degreeC. Thereby, the temperature of the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 is maintained about 70 degreeC via the temperature control plate 32. As shown in FIG. The slot electrode 24 is designed to have an optimal slit length at 70 ° C. In addition, it is assumed that the slot electrode 24 knows in advance that a temperature error of about ± 5 ° C is an allowable range. When the plasma is generated, since the slot electrode is heated by heat by the plasma, it may be controlled to supply microwaves when the slot is also below a predetermined temperature to suppress heat during the plasma rise.

한편, 마이크로파원(10)으로부터의 마이크로파를 도시하지 않는 직사각형 도파관이나 동축 도파관 등을 거쳐서 안테나 수납 부재(20)내의 파장 단축 부재(22)에, 예컨대 TEM 모드 등으로 도입한다. 파장 단축 부재(22)를 통과한 마이크로파는 그 파장이 단축되어 슬롯 전극(24)에 입사하고 슬릿(25)으로부터 처리실(40)로 유전체(28)를 거쳐서 도입된다. 파장 단축 부재(22)와 슬롯 전극(24)은 온도 제어되어 있기 때문에 열팽창 등에 의한 변형은 없고 슬롯 전극(24)은 최적의 슬릿 길이를 유지할 수 있다. 이것에 의해서 마이크로파는 균일하게(즉, 부분적 집중 없이) 또한 전체적으로 소망하는 밀도로 (즉, 밀도의 저하 없이) 처리실(40)에 도입될 수 있다.On the other hand, the microwave from the microwave source 10 is introduced into the wavelength shortening member 22 in the antenna accommodating member 20 in a TEM mode or the like via a rectangular waveguide, a coaxial waveguide, or the like not shown. Microwaves having passed through the wavelength shortening member 22 are shortened in their wavelength and enter the slot electrode 24 and are introduced from the slit 25 into the processing chamber 40 via the dielectric 28. Since the wavelength shortening member 22 and the slot electrode 24 are temperature-controlled, there is no deformation due to thermal expansion or the like and the slot electrode 24 can maintain the optimum slit length. This allows the microwaves to be introduced into the process chamber 40 uniformly (ie, without partial concentration) and overall at the desired density (ie, without deterioration of density).

계속적인 사용에 의해, 온도 조절판(32)의 온도가 75℃보다도 상승하면 제 1 온도 제어 장치(30)는 수원(39)으로부터 15℃ 정도의 냉각수를 온도 조절판(32)에 도입함으로써 이것을 75℃ 이내가 되도록 제어한다. 마찬가지로, 처리 개시시나 과냉각에 의해 온도 조절판(32)의 온도가 65℃ 이하가 되면 제 1 온도 제어 장치(30)는 히터 장치(38)를 제어하여 수원(39)으로부터 온도 조절판(32)에 도입되는 수온을 올려 온도 조절판(32)의 온도를 65℃ 이상으로 할 수 있다.When the temperature of the temperature control plate 32 rises more than 75 degreeC by continuous use, the 1st temperature control apparatus 30 introduces about 15 degreeC cooling water into the temperature control plate 32 from the water source 39, and this is 75 degreeC. Control to be within Similarly, when the temperature of the temperature control plate 32 reaches 65 ° C. or lower by the start of the process or by subcooling, the first temperature control device 30 controls the heater device 38 to be introduced into the temperature control plate 32 from the water source 39. The temperature of the temperature control plate 32 can be made 65 degreeC or more by raising the water temperature to become.

한편, 온도 조절판(32)에 의한 과냉각에 의해서 처리실(40)의 온도가 소정 온도 이하가 된 것을 온도 센서(72)가 검지하면 수분이 불순물로서 웨이퍼(W)에 부착·혼입하는 것을 막기 위해서 제 2 온도 제어 장치(70)는 열판(42)을 제어하여 처리실(40)의 온도를 제어할 수 있다. On the other hand, when the temperature sensor 72 detects that the temperature of the processing chamber 40 is lower than the predetermined temperature by the subcooling by the temperature control plate 32, in order to prevent the moisture from adhering to and mixing with the wafer W as impurities. The temperature controller 70 may control the temperature of the process chamber 40 by controlling the hot plate 42.

그 후, 마이크로파는 반응 가스를 플라즈마화하여 전자 디바이스용 기재상에 배치된 경화성 재료 함유막에 저에너지 플라즈마를 조사하고 해당 경화성 재료 함유막을 경화시킨다. 이 경화 처리는, 예컨대 사전에 설정된 소정 시간만큼 행하여지고, 그 후, 반도체 웨이퍼(W)는 상술하는 도시하지 않은 게이트 밸브로부터 처리실(40)의 바깥으로 내보내진다. 처리실(40)에는 소망하는 밀도의 마이크로파가 균일하게 공급되기 때문에 웨이퍼(W)에는 소망하는 두께의 막이 균일하게 형성되게 된다. 또한, 처리실(40)의 온도는 수분 등이 웨이퍼(W)에 혼입하는 일이 없는 온도로 유지되기 때문에 소망하는 성막 품질을 유지할 수 있다.Thereafter, the microwave converts the reaction gas into a plasma, irradiates a low energy plasma to the curable material-containing film disposed on the substrate for an electronic device, and cures the curable material-containing film. This hardening process is performed, for example for predetermined time set in advance, and the semiconductor wafer W is then sent out of the process chamber 40 from the above-mentioned gate valve not shown in the figure. Since microwaves having a desired density are uniformly supplied to the processing chamber 40, a film having a desired thickness is uniformly formed in the wafer W. In addition, since the temperature of the processing chamber 40 is maintained at a temperature at which moisture or the like does not enter the wafer W, the desired film formation quality can be maintained.

이상, 본 발명에 있어서 적합하게 사용 가능한 장치의 실시예를 설명했는데, 본 발명은 그 요지의 범위내에서 여러가지의 변형 및 변경이 가능하다. 예컨대, 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 전자 사이클로트론 공명의 이용을 방해하는 것이 아니기 때문에 소정의 자장을 발생시키는 코일 등을 구비해도 무방하다. 또한, 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마 CVD 장치로서 설명되어 있지만, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 반도체 웨이퍼(W)를 에칭하거나 클리닝하거나 하는 경우에도 사용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 발명에서 처리되는 피처리체는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD 등을 포함하는 것이다. As mentioned above, although the Example of the apparatus which can be used suitably in this invention was described, this invention can be variously modified and changed in the range of the summary. For example, the microwave plasma processing apparatus 100 of the present invention may be provided with a coil or the like for generating a predetermined magnetic field because it does not prevent the use of electron cyclotron resonance. In addition, although the microwave plasma processing apparatus 100 of this embodiment is described as a plasma CVD apparatus, it goes without saying that the microwave plasma processing apparatus 100 can also be used when etching or cleaning the semiconductor wafer W. . In addition, the to-be-processed object processed by this invention is not limited to a semiconductor wafer, It contains an LCD etc ..

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 과도한 열이력이 가해지는 것을 방지하면서, 또한 양질인 절연막을 부여할 수 있는 절연막의 형성 방법이 제공된다.As described above, the present invention provides a method for forming an insulating film which can prevent an excessive thermal history from being applied and can provide a good insulating film.

Claims (8)

전자 디바이스용 기재상에 배치된 경화성 재료 함유막에 대하여 저에너지 플라즈마를 조사함으로써 해당 경화성 재료 함유막을 경화시키는 것을 특징으로 하는The curable material-containing film is cured by irradiating a low energy plasma to the curable material-containing film disposed on the substrate for an electronic device. 절연막의 형성 방법.Method of forming an insulating film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 경화성 재료가 유기의 경화성 재료인The curable material is an organic curable material 절연막의 형성 방법.Method of forming an insulating film. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 경화에 의해 얻어진 절연막의 유전율이 3 이하인The dielectric constant of the insulating film obtained by the curing is 3 or less 절연막의 형성 방법.Method of forming an insulating film. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 저에너지 플라즈마가 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나 부재를 거치는 마이크로파 조사에 근거하는 플라즈마인The low energy plasma is plasma based on microwave irradiation passing through a planar antenna member having a plurality of slots. 절연막의 형성 방법.Method of forming an insulating film. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 경화성 재료 함유막이 유동성을 갖는 해당 재료의 용액 또는 분산액을 상기 전자 디바이스용 기재상에 코팅함으로써 배치된 것인The curable material-containing film is disposed by coating a solution or dispersion of the material having fluidity on the substrate for the electronic device. 절연막의 형성 방법.Method of forming an insulating film. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 경화성 재료 함유막이 상기 전자 디바이스용 기재상에 스핀코트에 의해 배치된 것인The curable material-containing film is disposed by spin coating on the substrate for the electronic device. 절연막의 형성 방법.Method of forming an insulating film. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 경화에 의해 형성된 절연막이 층간 절연막으로 되는The insulating film formed by the curing becomes an interlayer insulating film 절연막의 형성 방법.Method of forming an insulating film. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 플라즈마를 300 내지 400℃의 온도로 경화성 재료 함유막에 조사하는 절연막의 형성 방법.The formation method of the insulating film which irradiates the said plasma to a curable material containing film at the temperature of 300-400 degreeC.
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