WO2002080251A1 - Dispositif de traitement au plasma - Google Patents

Dispositif de traitement au plasma Download PDF

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WO2002080251A1
WO2002080251A1 PCT/JP2002/003110 JP0203110W WO02080251A1 WO 2002080251 A1 WO2002080251 A1 WO 2002080251A1 JP 0203110 W JP0203110 W JP 0203110W WO 02080251 A1 WO02080251 A1 WO 02080251A1
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plasma
microwave
microphone
processing
antenna
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PCT/JP2002/003110
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Tadahiro Ohmi
Masaki Hirayama
Shigetoshi Sugawa
Tetsuya Goto
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Tokyo Electron Limited
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge

Definitions

  • the present invention generally relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a microphone mouth wave plasma processing apparatus.
  • the plasma processing step and the plasma processing apparatus have been implemented in ultra-fine semiconductor devices having a gate length close to or less than 0.1 ⁇ , which is called a so-called deep sub-micron element or deep sub-quarter micron element.
  • This is an indispensable technology for the manufacture of high-resolution flat panel displays, including liquid crystal displays.
  • Various plasma excitation methods have conventionally been used as plasma processing devices used in the manufacture of semiconductor devices and liquid crystal display devices.In particular, parallel-plate high-frequency excitation plasma processing has been used for inductive coupling. Type plasma processing is common.
  • these conventional plasma processing systems have non-uniform plasma formation and limited areas with high electron density, making it difficult to perform a uniform process over the entire surface to be processed at a high processing speed, that is, high throughput.
  • a microwave plasma processing apparatus using a high-density plasma excited by a microphone mouth-wave electric field without using a DC magnetic field has been proposed.
  • a planar antenna radial line slot antenna
  • a microwave is applied to a processing vessel, and the microwave electric field is applied to the antenna.
  • a plasma processing apparatus having a configuration in which a gas in a vacuum vessel is ionized to excite plasma.
  • the microphone mouth-wave plasma excited by such a method With the microphone mouth-wave plasma excited by such a method, a high-ray plasma density can be achieved over a wide area and area immediately below the antenna, and uniform plasma processing can be performed in a short time. Moreover, in the microphone mouth wave plasma formed by a powerful technique, the plasma is excited by the microphone mouth wave, so that the number of electrons is low, and damage to the substrate to be processed and metal contamination can be avoided. In addition, since uniform plasma can be easily excited on a large area S3 ⁇ 4, it can be easily adapted to a semiconductor device manufacturing process using a large-diameter semiconductor substrate and a large-sized liquid crystal display device. Background art
  • FIG. 1A and 1B show the configuration of a conventional microwave mouth-wave plasma processing apparatus 100 using such a radial line slot antenna.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of a microphone mouth wave plasma processing apparatus 100
  • FIG. 1B is a view showing a configuration of a radius / reline slot antenna.
  • the microphone mouth-wave plasma processing apparatus 100 has a processing chamber 101 exhausted from a plurality of exhaust ports 1 16, and the processing chamber 101 includes a processing chamber.
  • a holding table 1 15 for holding the plate 1 1 4 is formed.
  • a space 101A is formed in the shape of a ring around the holding table 115, and the plurality of exhaust ports 116 are formed.
  • the processing chamber 101 is formed at regular intervals so as to communicate with the space 101A, that is, formed axially symmetrically with respect to the substrate to be processed, so that the space 101A and the exhaust port 116 are formed. The air can be exhausted uniformly.
  • a low-loss dielectric is used on the processing chamber 101.
  • a plate-shaped shower plate 103 having a large number of openings 107 is formed via a seal ring 109, and a low-loss dielectric loss is also formed outside the shower plate 103.
  • a cover plate 102 made of a body is provided via another seal ring 108.
  • a plasma gas passage 104 is formed on the upper surface of the shower plate 103, and each of the plurality of openings 107 is connected to the plasma gas passage 104. It is formed to pass through. Further, a plasma gas supply passage 106 communicating with the plasma gas supply port 105 provided in the tiff self-processing vessel 101 is formed inside the lift shower plate 103. The plasma gas such as Ar and Kr supplied to the plasma gas supply port 105 is supplied to the opening 107 from the supply passage 106 through the passage 104. The liquid is discharged from the opening 107 into the space 101 B immediately below the shower plate 103 inside the processing container 101 at a substantially uniform concentration.
  • An antenna 110 is provided on the processing vessel 101, further outside the cover plate 102.
  • the radial line slot antenna 110 is connected to an external microwave source (not shown) via a coaxial waveguide 11 OA, and the microwave from the microwave source generates a ttif self space 110 B Excites the plasma gas released to The gap between the cover plate 102 and the radiation surface of the radial line slot antenna 110 is filled with the atmosphere.
  • the radial line slot antenna 110 includes a flat disk-shaped antenna main body 110 B connected to an outer waveguide of the coaxial waveguide 11 OA, and an antenna main body 110 B.
  • FiflH antenna main body 1 1 consisting of a large number of slots 110 a shown in FIG. 1B formed in the opening and a large number of slots 110 b formed orthogonal to the slots 110 b as shown in FIG. 1B.
  • a retardation plate 110D made of a dielectric film having a constant thickness is inserted between the plate 0B and the plate 110C.
  • the microwave fed from the coaxial waveguide 110 transmits the microwave to the disk-shaped antenna body 110B and the radiation plate 110C.
  • the laser beam advances while spreading in the radial direction, and at this time, the wavelength is compressed by the action of the retardation plate 110D. Therefore, the slots 110a and 110b are formed concentrically and orthogonally to each other in accordance with the wavelength of the microwave traveling in the ⁇ @ direction. Thereby, a plane wave having circular polarization can be emitted in a direction substantially perpendicular to the radiation plate 110C.
  • Uniform high-density plasma is formed in the space 101B directly below one plate 103.
  • the high-density plasma formed in this manner has a low electron temperature, so that the substrate to be processed 114 is not damaged, and metal contamination due to sputtering of the vessel wall of the processing vessel 101 is prevented. That doesn't happen.
  • the processing vessel 101 further includes an external processing gas source (not shown) between the shower plate 103 and the processing target 14.
  • a plurality of nozzles 1 1 1 3 formed with a plurality of nozzles 1 1 3 for supplying a processing gas through a processing gas passage 1 1 2 formed in a processing vessel 101 are formed.
  • the plasma formed in the space 101B between the adjacent nozzles 113 and 113 is transferred from the space 101B to the space
  • An opening having a size large enough to efficiently pass through is formed in 01 C by diffusion.
  • the processing gas is released from the conductive material 11 1 into the space 101 C through the nozzle 113 in this way, the released processing gas is formed in the space 101 B.
  • uniform plasma processing on the substrate to be processed 114 efficiently and at high speed, without damaging the substrate and the element structure on the substrate, and contaminating S3 ⁇ 4. Done without.
  • the microwave generated from the self-radial line slot antenna 110 is subjected to PJjh by the conductor structure 111 and does not damage the object 14.
  • the shower The plate 103 is exposed to a large amount of ions and electrons constituting the high-density plasma, and the ions and electrons generate calo heat.
  • the heat flux due to force, ionic and electron is l ⁇ 2W / cm 2 3 ⁇ 43 ⁇ 4-T5.
  • the vessel wall of the processing chamber 101 is maintained at about 150 ° C. in order to suppress the adhesion of deposits to the processing chamber 101.
  • the shower plate 103 and the cover plate 10 made of a dielectric material are obtained. Heat accumulates in 2 and a very large temperature distribution occurs.
  • FIG. 2 shows that the chamber of the processing chamber 101 was set at 150 ° C., and the heat was applied from the high-density plasma formed in the space 101 B to the chamber at a flatness of 1 WZ cm 2.
  • the distribution of ⁇ flowing into the water plate 103 is formed in the shower plate 103.
  • the thickness of the shower plate 103 is 25 mm.
  • quartz glass having an ife conductivity of 1.4 WZm ⁇ K is used as the shower plate 103, the temperature at the center of the shower plate far exceeds 600 ° C. Considering the thermal strain caused by the temperature difference, it can be seen that such a shower plate is not practical.
  • the electric rate is 1.
  • 5WZm 'A 1 2 0 3 shower plate is formed by a K A 1 2 O 3 where or thermal conductivity formed by 3 OWZm ⁇ K hot isostatic pressing of (HIP), Even in the case of the shower plate, the temperature at the center of the shower plate is 450 ° C. or more, or 300 ° C. or more, and it can be seen that extremely large thermal strain is applied to the shower plate 103. At such a high temperature, even if an attempt is made to use a gas having a low ⁇ if a3 ⁇ 4 as the plasma gas, a problem arises that the gas cannot be used because it is generated.
  • HIP thermal conductivity formed by 3 OWZm ⁇ K hot isostatic pressing of
  • the heat conductivity of ⁇ using A 1 N as the shower plate 103 is very large at 16 OW / m ⁇ K. It can be seen that the heat is efficiently dissipated in the @ direction, and the rise of the center of the shower plate 103 due to heat accumulation is slight.
  • a 1 N was used as the shower plate 103 and the cover plate.
  • a 1 N is a material with a large dielectric loss, and the value of the power loss at ta ⁇ ⁇ is about 3 X 10 -3.
  • the conventional plasma processing apparatus 100 shown in FIG. 1 has a problem that the plasma excitation efficiency is not sufficient with the use of A 1 N for the shower plate 103 and the cover plate 102. Therefore, in the conventional plasma processing apparatus 100, A high-power microphone mouth wave source was required, and it was difficult to ignite the plasma. Disclosure of the invention
  • an object of the present invention is to provide a new and useful plasma processing apparatus that solves the above-mentioned problems.
  • a more specific object of the present invention is to improve cooling efficiency and, at the same time, increase plasma excitation efficiency in a plasma treatment for exciting plasma using a radial line slot antenna.
  • Another subject of the present invention is:
  • a processing vessel defined by «and having a holding table for holding the workpiece a3 ⁇ 4 «; an exhaust system coupled to the ttif self-processing vessel;
  • the plasma gas supply unit comprises: a shower plate facing the processing target am3 ⁇ 4 on the holding table on a side of the holding table; and a cover plate provided on a second side of the tut own shower plate opposite to the first side.
  • a microwave antenna provided on the processing container so as to be in close contact with the cover plate, corresponding to the tin plasma gas supply unit;
  • a microwave antenna such as a radial line slot antenna is brought into close contact with a plasma gas supply unit which is composed of a shower plate and a cover plate and also functions as a microwave window, thereby providing the shower plate and the power balance.
  • a plasma gas supply unit which is composed of a shower plate and a cover plate and also functions as a microwave window, thereby providing the shower plate and the power balance.
  • One plate can be cooled by being guided in the thickness direction, and the cooling efficiency of the microphone mouth-wave plasma processing apparatus is greatly improved.
  • the direction of such cooling efficiency The above results, the heat accumulation in the shower plate and the cover plate is substantially reduced, even with the result material such as small again A 1 2 0 3 in dielectric loss as a shower plate and the cover plate, the shower plate Will not rise excessively.
  • a processing vessel having a table defined by «and holding the object to be processed, an exhaust system coupled to the tilt processing chamber,
  • a microwave antenna provided on the opposite side of the cover plate corresponding to the plasma gas supply unit,
  • a gap between the microwave antenna and the cover plate of the plasma gas supply unit is sealed with a sealing member, and the gap is electrically connected to the microphone mouth wave antenna.
  • the present invention between the microphone mouth wave antenna and the cover plate of the plasma gas supply unit, corresponding to the slot in the slot plate, is present on the surface of the dielectric cover plate. Forces that may cause gaps due to the presence of fine irregularities, etc.
  • the present invention by encapsulating gas into such gaps, heat transfer in a large gap can be promoted, and local overheating can be achieved. And other problems can be avoided. That is, the present invention is effective even in a configuration in which the Ml microwave antenna and the cover plate forming the microwave transmission window are not in close contact.
  • the transfer gas is sealed at a lower pressure than atmospheric pressure, It is possible to reliably press the microphone mouthpiece antenna against the plasma gas supply unit using a large pressure, and as a result, it is possible to reliably bring the microphone mouthpiece antenna into close contact with the plasma gas supply unit. become.
  • the transmission gas it is preferable to use He, which has a large ion implantation energy, since discharge in a slot portion in the slot plate can be effectively suppressed.
  • He As the ⁇ ⁇ »gas, it is preferable to seal the gas at a pressure of about 0.8 atm.
  • a processing vessel having a holding table for holding the object to be processed, the exhaust system being coupled to the ⁇ processing ⁇ ,
  • a plasma plate comprising: a shower plate facing the substrate to be processed on the holding table; and a cover plate provided on a second side of the shower plate facing the first side.
  • a microwave antenna provided on the processing container so as to be in close contact with the cover plate, corresponding to the plasma gas supply unit;
  • An opening is provided between the shower plate and the substrate to be processed on the holding table, and allows the plasma formed immediately below the shower plate to pass through in the direction of the substrate to be processed on the holding table.
  • the microwave antenna includes a first outer surface that contacts a cover plate of the plasma gas supply unit and forms a surface of a microphone mouthpiece, and a first outer surface that faces the first outer surface.
  • microwave plasma processing device characterized by being defined by the outer surface of (2).
  • the microphone mouth wave plasma processing apparatus of the present invention may further include: a plasma formed directly below the shower plate between the shower plate and the substrate to be processed on the holding table in a direction of the substrate to be processed on the holding table. It is preferable to provide a processing gas supply unit that forms an opening through which the gas passes. By supplying a processing gas different from the plasma gas from the processing gas supply unit, a uniform plasma CV can be obtained on the surface of the substrate to be processed. The D process can be efficiently performed by a large process. In addition, it is possible to perform plasma etching by providing a high frequency ⁇ ⁇ electrically coupled to the tiflE holding base, driving a high frequency 3 ⁇ 4 ⁇ , and simultaneously supplying an etching gas from the processing gas supply unit. .
  • a processing vessel having a holding table for holding the subject a ⁇ , an exhaust system coupled to the disgusting processing vessel,
  • a plasma gas passage and a plurality of openings communicating with the tin plasma gas passage are provided on the processing container as a part of the outer wall so as to face the substrate to be processed on the holding table.
  • a plasma plate comprising: a shower plate facing the substrate to be processed on the holding table, and a cover plate provided on a second side of the shower plate facing the first side;
  • a supply unit ;
  • a microphone mouth wave antenna provided on the opposite side across the cover plate,
  • An opening is provided between the shower plate and the bottle to be processed on the holding table, and allows the plasma formed immediately below the shower plate to pass in the direction of the substrate to be processed on the holding table. Consisting of a processing gas supply section,
  • a gap between the microwave antenna and the cover plate of the plasma gas supply unit is sealed with a sealing member, and the gap is filled with a conductive gas. Is to do.
  • a processing vessel having a holding table for holding the object to be processed, an exhaust system coupled to the fiflH processing vessel,
  • a microwave turning window formed at a part of the processing container so as to face an as-processed plate on the holding table;
  • a microphone port is provided on a part of an outer wall of the processing chamber so as to face a substrate to be processed in the processing chamber.
  • a wave transmission window may be formed, and a microphone mouth wave antenna may be closely coupled to the window. That is, even in a strong configuration, it is possible to efficiently remove the heat Alt from the excited plasma in the microwave window by the microwave antenna.
  • a plasma gas inlet for supplying the plasma gas into the self-processing container
  • a microwave antenna coupled to the outside of the processing container and coupled to the microphone mouth wave transmitting window;
  • the microphone mouthpiece is electrically coupled to the microphone mouthpiece antenna, and the gap between the microphone mouthpiece 3 ⁇ 4Cl ⁇ surface of the microphone mouthpiece antenna and the microphone mouthpiece window is sealed by a seal.
  • a plasma processing device a for enclosing a transmission gas.
  • a processing vessel having a holding table for holding the s + to be processed, defined by ⁇ , an exhaust system coupled to the tin self-processing vessel,
  • a microwave window formed on a part of an outer wall of the processing container so as to face a substrate to be processed on the holding table;
  • a plasma gas introduction unit for supplying plasma gas into the processing container
  • a microwave oven coupled to the microphone mouth wave transmitting window outside the processing container; Antennae,
  • the plasma which is disposed between the microphone mouthpiece window and the substrate to be processed on the leak holding table, is formed in the vicinity of the microphone mouthpiece transmitting window and passes in the direction of the substrate to be processed on the holding table.
  • a processing gas supply unit that forms an opening to be formed,
  • the microphone mouth wave antenna has a microphone mouth wave radiating surface, and is provided on the microphone mouth wave transmitting window so that the microphone mouth wave surface is in contact with the microphone mouth wave transmitting window. It is in.
  • a microphone port is provided on a part of an outer wall of the processing chamber so as to face a substrate to be processed in the processing chamber. It is also possible to form a microwave window and to couple a microwave antenna closely to it. That is, even in a strong configuration, it is possible to efficiently remove the heat incident from the excited plasma into the microwave window 11 by the microwave antenna.
  • a processing container defined by ⁇ • ⁇ and having a holding table for holding the target plate;
  • An exhaust system coupled to the SijlE processing vessel
  • a microwave antenna coupled to the microphone mouthpiece and the i-window outside the abuse treatment container
  • An opening that is provided between the microwave window and the substrate to be processed on the holder, and that allows plasma formed near the microwave window to pass in the direction of the substrate to be processed on the holder; And a processing gas supply unit that forms a unit.
  • a gap between the microphone mouthpiece radiating surface of the microphone mouthpiece antenna and the microphone mouthpiece ⁇ ⁇ ⁇ window is sealed by a seal, and a plasma processing device is used to determine that gas and gas are sealed in the Sift gap itself. It is to do.
  • Figures 1 ⁇ and 1 ⁇ show the configuration of a conventional microwave plasma processing apparatus using a radial line slot antenna
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a problem occurring in the microphone mouth-wave plasma processing apparatus of FIG. 1;
  • FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the configuration of the microwave plasma processing according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 4 shows the configuration of the processing gas supply mechanism in the microwave plasma processing unit 3 in Figure 3A;
  • FIG. 5 is a detailed view of the vicinity of the joint between the radial line slot antenna and the processing vessel of the microwave plasma processing apparatus of FIG. 3A;
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a microwave ⁇ coupled to the microwave plasma processing apparatus of FIG. 3A;
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a microphone mouth-wave plasma processing apparatus according to a modification of the present invention
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a microphone mouth-wave plasma processing apparatus according to another modification of the present invention
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a microphone mouth wave plasma processing apparatus according to still another modification of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a microwave plasma processing apparatus 3 according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a microphone mouth wave plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention using the microwave plasma processing apparatus of FIGS. 3A and 3B;
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an exhaust system of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 12;
  • Figure 14 shows the configuration of the molecular pump used in the exhaust system of Figure 13
  • Figure 15 is a diagram showing the configuration of an irregular pitch irregular angle screw pump used in the exhaust system of Figure 13;
  • Fig. 16 shows the configuration of the gas supply system used in the processing unit of Fig. 13;
  • Fig. 17 shows the configuration of the control device used in the gas supply system of Fig. 16 It is. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • 3A and 3B show the configuration of the microwave plasma processing apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the microphone mouth-wave plasma processing unit 3 is provided in the processing container 11 and the processing container 11, and the substrate to be processed 12 is preferably held by an electrostatic chuck.
  • Holder 13 made of A 1 N or A 1 2 O 3 formed by hot isotropic pressure method (HIP).
  • Exhaust ports 11a are formed at equal intervals at 1 mm, that is, at at least two places, preferably at three or more places in a substantially axially symmetric relationship with the substrate 12 to be processed on the holding table 13. .
  • the processing vessel 11 is evacuated through the exhaust port 11a by an irregular pitch irregular angle screw pump described later.
  • the processing vessel 11 is preferably made of austenitic stainless steel containing A1, and a protective film made of aluminum oxide is formed on the inner wall surface by oxidation. Also the portion corresponding to the target substrate 1 2 of the processing vessel 1 1 of the outer wall is formed a multiplicity of nozzles opening 1 4 A consists dense A 1 2 Omicron 3 formed by HIP method A disk-shaped shower plate 14 is formed as a part of the; ⁇ .
  • Such HIP A 1 2 ⁇ 3 shower plate 1 4 formed under the law is formed using Y 2 O 3 as a sintering aid, substantially gas-holes Ya pinhole porosity 0.0 3% It does not contain, and reaches 3 OW / mK. Although it does not reach A 1 N, it has a very high conductivity as a ceramic.
  • the shower plate 14 is mounted on the processing vessel 11 via a seal ring 11 s, and is further formed on the shower plate 14 by the same HIP processing. Through made a dense A 1 2 0 3 consists of a cover plate 1 5 forces the seal ring 1 1 t is provided. On the side of the shower plate 14 in contact with the cover plate 15, a recess 14 B serving as a plasma gas flow path is formed to communicate with each of the nozzle openings 14 A. B is formed inside the shower plate 14 and communicates with another plasma gas flow path 14 C which communicates with a plasma gas inlet 11 p formed in the processing vessel 11.
  • the shower plate 14 is held by an overhang 11 b formed on the inner wall of the processing container 11, and a portion of the overhang 11 b holding the shower plate 14 is Roundness is formed to suppress abnormal discharge. Therefore, the plasma gas such as Ar or r supplied to the plasma gas inlet 11 p sequentially passes through the flow paths 14 C and 14 B inside the shower plate 14, and then the opening 14 A And is uniformly supplied into the space 11 B immediately below the shower plate 14.
  • a disk-shaped slot plate 16 in which a number of slots 16 a and 16 b are formed in close contact with the cover plate 15 and shown in FIG. a disc-shaped Antena body 1 7 for holding the 6 low of the slot plate 1 6 and Iyaonore antenna body 1 7 a 1 2 0 which is unto between the 3, S i O 2 or S i 3 N 4
  • a radial line slot antenna 20 composed of a retardation plate 18 made of a lossy dielectric material is provided.
  • the radial slot line antenna 20 is mounted on the processing vessel 11 via a seal ring 11 u, and is connected to the radial line slot antenna 20 via a coaxial waveguide 21.
  • a microwave source (not shown) supplies a microwave having a frequency of 2.45 GHz or 8.3 GHz.
  • the supplied microwave is 3 ⁇ 4lted from the slots 16 a and 16 b on the slot plate 16 via the cover plate 15 and the shower plate 14 into the fijf self-processing vessel 11, and the shower plate 1 In the space 11 ⁇ immediately below 4, plasma is excited in the plasma gas supplied from the opening 14 ⁇ .
  • the cover plate 1 5 and the shower plate 1 4 is more formed on A 1 2 Omicron 3, acts as an efficient microphone port wave transmission window.
  • the plasma gas is introduced into the flow paths 14A to 14C at a pressure of about 6666 Pa to 1333 Pa (about 50 to: OOT orr).
  • the microphone mouth wave plasma treatment 10 of the present embodiment engages with the tiff self cut plate 16.
  • a ring-shaped groove 11 g is formed in a part of the upper surface of the processing container 11, and the groove 11 g is exhausted through an exhaust port 11 G communicating with the groove, thereby obtaining
  • the gap formed between the slot plate 16 and the cover plate 15 is decompressed, and the radial line slot antenna 20 can be pressed against the cover plate 15 by atmospheric pressure.
  • a gap may be formed for various reasons besides the force including the slots 16a and 16b formed in the fit self-cutting plate 16. This gap is sealed by a seal ring 11 u between the radial line slot antenna 20 and the processing container 11.
  • the cover plate 15 by filling the gap between the slot plate 16 and the cover plate 15 with an inert gas having a low molecular weight through the exhaust port 11 G and the groove 15 g, the cover plate 15 The heat transfer from the heat transfer to the slot plate 16 can be promoted.
  • an inert gas it is preferable to use He having a large ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ conductivity and a high ionizing energy.
  • the pressure is preferably set to about 0.8 ⁇ 1 ⁇ .
  • a valve 1 IV is connected to the exhaust port 11 G for exhausting the groove 15 g and filling the groove 15 g with an inert gas.
  • the outer waveguide 21 A is connected to the disk-shaped antenna body 17, and the center conductor 21 B is formed on the slow wave plate 18 It is connected to the slot plate 16 through the opening. Therefore, the microwave supplied to the coaxial waveguide 21 1 travels in the radial direction between the ttit antenna body 17 and the slot plate 16 while passing through the slots 16a and 16b. 3 ⁇ 4W is done.
  • FIG. 3B shows the slots 16a and 16b formed on the slit plate 16.
  • the slots 16a are concentrically arranged in a row, and corresponding to each slot 16a, a slot 16b orthogonal thereto is also concentric. Is formed.
  • the slots 16 a and 16 b are formed in the direction of the slot plate 16 at intervals corresponding to the wavelength of the microwaves compressed by the retardation plate 18. Is generated as a substantially plane wave from the tiff's own slot plate 16. At this time, since the slots 16a and 16b are formed in a mutually orthogonal relationship, the microwave thus separated forms a circularly polarized wave including two orthogonally polarized components. I do.
  • a cooling block 19 having a cooling water passage 19 A formed thereon is formed on the antenna body 17, and the cooling block 19 is cooled by the cooling block 19.
  • the cooling water passage 19A is formed in a spiral shape on the cooling block 19, and is preferably a cooling water in which oxygen is eliminated by controlling the oxidation-reduction potential by publishing H 2 gas. Is passed.
  • ff fflf self-processing is performed between ⁇ the processing plate 11, ⁇ the shower plate 14 and ⁇ the processing target S 3 ⁇ 4 K 12 on the holding table 13.
  • a processing gas injection port 11 1 r provided in the container 11 is supplied with a processing gas, and the processing gas is discharged from a number of processing gas nozzle openings 31 B (see FIG. 4).
  • a processing gas supply structure 31 having a passage 31 A is provided, and in a space 11 C between the anamorphic processing gas supply structure 31 and the iff substrate to be processed 12, a desired uniform 3 ⁇ 4
  • FIG. 4 is a bottom view showing the configuration of the processing gas supply structure 31 of FIG. 3A.
  • the processing gas supply structure 31 is made of a conductor such as an A1 alloy or an A1 added stainless steel containing iMg. 1A is connected to the processing gas inlet 11r at the processing gas supply port 31R, and uniformly discharges processing gas from the multiple processing gas nozzle openings 31B formed on the lower surface to the space 11C. I do.
  • an opening 31 C is formed between adjacent processing gas passages 31 A through which plasma or a processing gas contained in the plasma passes.
  • the processing gas supply structure 31 is made of A1 added stainless steel, it is desirable to form a passivation film of aluminum oxide on the surface.
  • the incident energy of the plasma is small due to the low electron temperature in the excited plasma, and the processing gas supply structure 31 is sputtered and processed. This avoids the problem of metal contamination.
  • the processing gas supply structure 31 can be formed of ceramics such as alumina.
  • ⁇ 5 & child processing gas passage 3 1 3 and processing gas nozzle opening 3 1B are provided to cover the area, which is larger than the processing target S3 ⁇ 4 l 2 shown by broken lines in FIG. .
  • the strong processing gas supply unit 31 is connected to the shower plate 14
  • the tiff self-processing gas can be plasma-excited, and the plasma-excited processing gas can be uniformly processed.
  • the processing gas supply structure 31 is formed of a conductor such as a metal, the spacing between the S-shaped processing gas passages 31 A is set to be shorter than the wavelength of the microwave, and thereby the processing gas is supplied.
  • the supply structure 31 forms the ⁇ & plane of the microphone mouthpiece.
  • the microphone mouth wave excitation of the plasma occurs only in the space 11B, and the plasma diffused from the excitation space 11B in the space 11C including the surface of the substrate 12 to be processed. Thereby, the processing gas is activated.
  • damage to S ⁇ b> 1 due to microphone mouth waves can also be prevented.
  • the microwave plasma processing and separation apparatus 10 since the processing gas supply is uniformly controlled by using the processing gas supply structure 31, the processing gas is excessively dissociated on the surface of the processing target plate 12. Even if a large structure with a high aspect ratio is formed on the surface of the workpiece 2, the desired processing can be performed deeply into the high-aspect structure. Is possible. In other words, the microwave plasma processing unit 10 is effective for manufacturing many generations of semiconductor devices having different design rules.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a portion including the shower plate 14, the power plate 15, and the radial line slot antenna 20 in the plasma processing 10 of FIG. 3A.
  • the distance between the lower surface of the shower plate 14 and the processing gas supply structure 31 is microscopic in order to realize efficient plasma excitation in a region immediately below the shower plate 14.
  • Microwaves are formed so that the antinode of a standing wave formed between the processing gas supply structure 31 acting as a wave surface and the lower surface of the shower plate 14 is located in a region directly below the shower plate 14. It is preferable to set it to be an integral multiple of 14 of the wave wavelength.
  • a microwave node from the Sift self-radial line slot antenna 20 is added to the slots 16a and 16b. It is preferable that a node is also formed on the lower surface of the shower plate 14 in order to avoid discharge in the shower nozzle opening 14A. For this reason, the combined thickness of the shower plate 14 and the cover plate 15 is preferably set to 5 of the wavelength of the supplied microwave.
  • the microwave node is located near the interface between the shower plate 14 and the cover plate 15.
  • the discharge in the plasma gas passage 14B formed along the interface can be effectively suppressed.
  • FIG 6 shows the schematic configuration of the microphone mouth wave source connected to the coaxial waveguide 21 shown in Figure 3A. Is shown.
  • the coaxial waveguide is provided at an end of a waveguide extending from an oscillation section 25 having a magnetron 25A oscillating at 2.45 GHz or 8.3 GHz.
  • the microwaves formed by the Sift self-oscillator 25 are supplied to the radial line slot antenna 20 via the isolator 24, the power monitor 23, and the tuner 22 in this order from the oscillation section 25.
  • the microwave reflected from the high-density plasma formed in the plasma processing apparatus 10 is returned to the radial line slot antenna 20 by adjusting the impedance in the tuner 22.
  • the isolator 24 is a directional element, and acts to protect the magnetron 25A in the oscillating unit 25 from reflected waves.
  • the distance between the shower plate 14 exposed to the heat flux caused by the plasma and the cooling unit is different from that of the conventional microphone mouth wave plasma processing apparatus shown in FIGS. 1A and 1B.
  • a 1 N which has a large dielectric loss
  • it is suitable as a microwave transmission window, such as A 1 2 ⁇ 3 , which has a small dielectric loss but has a small dielectric loss.
  • the rate is small, and the material can be used for the shower plate and the cover plate.
  • the temperature rise of the shower plate can be suppressed, and at the same time, the efficiency of the plasma processing and, therefore, the processing efficiency can be improved.
  • the space between the shower plate 14 and the processing target plate 12 facing the shower plate 14 is narrow, so that the space 11C can handle the substrate.
  • the resulting gas containing the reaction product forms a stable flow that flows to the space 11A in the outer peripheral portion, and as a result, the reaction product is rapidly removed from the space 11C.
  • the temperature of the processing vessel 11 at a temperature of 150 ° cms, the adhesion of the reaction product to the inner wall of the processing vessel 11 can be substantially completely removed.
  • the processing device 10 can quickly perform the next processing.
  • the microwave antenna 20 is not necessarily limited to the radial line slot antenna.
  • a horn-type microwave antenna 20 may be used. It is possible.
  • the substrate to be processed 12 is a large-diameter substrate, as shown in a modification of FIG.
  • the cover plate 15 and the shower plate 14 are cooled through the horn antenna 20 B while securing one generation of plasma. It becomes possible to do.
  • FIG. 10 shows a configuration of a plasma processing apparatus 10A according to a second embodiment of the present invention.
  • the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the plasma processing apparatus 10A has a configuration similar to that of the plasma processing apparatus 10 of FIGS. 3A and 3B, except that the shower plate 14 of Hit has been removed, and A gas introduction port 11 P extending from the port 11 p extends into the space 11 B in the processing container 11.
  • the plasma gas introduced from the gas inlet 11 P is excited by the microwave supplied from the radial line slot antenna 20 to provide a high density plasma in the space 11 B. It is possible to form
  • the high-density plasma formed in this manner is a force that is less uniform than the high-density plasma obtained by ⁇ using the shower plate 14. This is substantially simpler than 10. Also in this embodiment, the heat flow applied to the cover plate 15 is efficiently absorbed by the cooling unit 17 via the radial line slot antenna 20.
  • the gas inlets 11 P are provided at a plurality of locations symmetrically with respect to the substrate to be processed in order to realize as uniform a plasma as possible. Les, which is preferred.
  • FIG. 11 shows a configuration of a microwave plasma processing apparatus 10B according to a second embodiment of the present invention.
  • the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the microphone mouth-wave plasma processing device a of the present embodiment has a configuration similar to that of the microwave plasma device 10 of the previous embodiment.
  • the processing gas supply structure 31 is removed.
  • the overhang portion 1 1b of the disgusting treatment container 11 is also rounded on the lower surface to avoid discharge.
  • the plasma formed immediately below the shower plate 14 reflects the microwave, and as a result, the microphone mouth wave reaches the surface of the substrate 12 to be processed, There is no problem that plasma is excited in the region near the surface.
  • the pressure in the processing chamber is temporarily increased during plasma ignition, for example, by irradiating a microphone mouth wave with the pressure set to 13 Pa (about l Torr) to ensure plasma ignition. It is possible to prevent damage due to the irradiation of the microwave to the target S3 ⁇ 4 during plasma ignition. After the plasma is ignited, the pressure in the processing vessel is quickly adjusted to the process pressure, for example, 13.3 Pa (approximately 0.1 ltorr).
  • the processing gas supply mechanism 30 Since the processing gas supply mechanism 30 is removed from the plasma processing unit 30B, the processing gas must be supplied together with the plasma gas from the plasma gas supply port 11p. Accordingly, the surface of the workpiece SS # 12 can be oxidized and nitrided, and a certain oxidized / nitrided surface can be subjected to an oxynitriding treatment or the like.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a semiconductor manufacturing apparatus 40 according to a fourth embodiment of the present invention, including the microphone mouth-wave plasma processing device S 10 of FIGS. 3A and 3B.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 40 includes a vacuum transfer chamber 401 provided with a robot 400 provided with a transfer arm 415, and the microwave plasma processing apparatus 311 is provided. Is formed on the upper surface of the vacuum transfer chamber 401.
  • the holding table 13 is moved by an elevating cylinder 400 surrounded by a bellows 410. It is formed to be able to move up and down. The plate to be processed with the holding table 13 lowered
  • the transfer arm 4 15 is attached and detached, and the tiff self-vacuum transfer chamber 401 is shut off by the seal 41 OA in a raised state, and the desired substrate processing is performed.
  • a load lock chamber 402 having an elevating stage 418 for holding a stack 404 of substrates to be processed is provided at another place on the upper surface thereof,
  • the load lock chamber 402 is shut off from the vacuum transfer chamber 401 by a seal 417 when the elevating stage 418 is completely raised.
  • the elevating stage 418 is lowered, the substrate stack 404 to be processed is lowered into the vacuum transfer chamber 410, and the transfer arm 415 is moved from the stack 404 to be processed. Pick up or return processed to it.
  • the substrate to be processed is moved in and out of the microphone mouth wave plasma processing apparatus 10 vertically without passing through the side wall surface, so that the plasma is formed axially symmetrically in the processing chamber 11.
  • the exhaust of the processing vessel is also performed by a plurality of pumps from a plurality of exhaust ports arranged symmetrically, uniform plasma processing is guaranteed.
  • FIG. 13 shows the configuration of the exhaust system of the processing unit A.
  • each exhaust port 11 a of the processing container 11 is connected to the duct 1 ⁇ , and is provided in the firia duct.
  • Ne ⁇ molecular pump Pi having the structure shown in B, is exhausted by P 2.
  • Figure 1 4 A shows the construction of the thread groove molecular pump P 2.
  • the thread groove molecular pump has a cylindrical main body 51, a pump inlet is provided at one end of the main body 51, and a pump is provided on a side wall surface near the bottom surface of the main body 51. A pump outlet is formed.
  • the rotor 51 shown in Fig. 14B is provided in the main body 51.
  • An irregular pitch irregular angle screw 52A is formed on the fiilB rotor 52.
  • the unequal pitch screw 52 A has a structure in which the pitch is large at the pump inlet side and the pitch decreases toward the outlet side, and the tilt angle of the screw is accordingly changed from the inlet side to the outlet side. It gradually decreases toward the side. Also, the pressure in the pump chamber gradually decreases from the inlet side to the outlet side.
  • the thread groove molecular pump of FIG. 14A further includes a motor 53 disposed in the rotor 52, an angular position detector 54 for detecting the angular position of the rotor 52, and the angular position detector.
  • a magnet 55 cooperating with 54 is provided, and the rotor 52 is urged to the outlet side by an electromagnet mechanism 56.
  • a powerful molecular pump has a simple structure, operates over a wide pressure range from large to several mTorr, consumes less power, and has a larger 32 OmL / min than conventional turbo molecular pumps. You can get speed.
  • Figure 1 5 shows a nonuniform pitch not around the corner subscription Yu pump (GLsp) 6 0 configuration to be used as between booster pump P 3 While exhausting the thread groove molecular pump Ph P 2 in the configuration of FIG 3.
  • an inlet 61 A is formed at one end, and outlets 63 A, 63 B are formed at the other end.
  • a pair of screw rotors 62A, 62B that gradually change the screw pitch from the inlet side to the outlet side so that the respective screws work together
  • the rotors 62A and 62B are driven by a motor 64 via gears 63A and 63B.
  • the exhaust from the other semiconductor manufacturing device such by intermediate booth Taponpu through P 3 is evacuated by a common back pump P 4, the most efficient the ftif himself back Kuponpu P 4
  • the device can be operated within the operating pressure range, and power consumption can be increased.
  • Fig. 16 shows the processing units of the semiconductor manufacturing equipment 40 shown in Figs. 7 ⁇ and 7 ⁇ .
  • a to C show the configuration of the cooperating gas supply system.
  • the processing container 11 of the microwave plasma processing apparatus 10 is 150 in the tiff semiconductor manufacturing apparatus 40.
  • the processing unit in FIG. 8 has a
  • a gas supply system that can switch the gas is required. Referring to FIG. 16, N 2, Kr, A Te, H 2, NF 3, C 4 F 8, CHF 3, 0 2, C 0, HB r, one or two selected from S i C 14 etc.
  • the gas force s is supplied to a plasma gas supply port lip provided on the processing vessel 11 and communicated with the shower plate 14 through the first and / or second flow control devices FCS1 and FSC2. , IEN 2 , Kr, Ar, H 2 , NF 3 , C 4 F 8 , CHF 3 , O 2 , CO, HBr, SiC 14, etc.
  • the gas is supplied to the processing gas supply port 11r communicating with the processing gas supply structure 30 through the flow rate control devices FCS3 to FCS7.
  • a flow control device having a configuration in which a control valve 71, a pressure gauge 72, a stop valve 73, and an orifice 74 are sequentially formed in a pipe 70 is used.
  • pressure [rho 2 is controlled by the stop valve 73 so upstream becomes less than half the pressure [rho 1 of the (Pi 2 P 2) control valve 71 the pressure gauge 72, the instantaneous process gas at a predetermined flow rate It becomes possible to supply the yarn. This is because there is no dead space in which the flow rate cannot be controlled in the flow rate control device.
  • the flow control device of FIG. 17 in the gas supply system of FIG. 16, it becomes possible to instantaneously switch the plasma gas or the processing gas according to the type of substrate processing in the processing unit.
  • the microwave antenna is brought into close contact with the window of the microwave mouth formed on a part of the processing vessel, and between the microwave antenna of the Z or microphone and the window of the microphone mouth.
  • the shower plate and the cover plate constituting the microwave transmitting window can be cooled by heat conduction in the thickness direction.
  • the cooling efficiency of the equipment is greatly improved. Result of improvement of such cooling efficiency, the heat accumulation to the microwave transmission window by the plasma is substantially reduced, the material of the resulting small A like 1 2 O 3 dielectric loss in said microwave Koboshimado Will not cause ⁇ to rise excessively.
  • the present invention provides a microwave plasma processing apparatus using a microwave antenna, and uses a material having a small dielectric loss as a microwave transmission window, thereby achieving high cooling efficiency requirements and high plasma excitation. Efficiency requirements can be balanced.

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Description

明細書 ブラズマ処 a¾置および半導体製 5^¾置 技術分野
本発明は一般にプラズマ処3¾置に係わり、 特にマイク口波プラズマ処3¾置 に関する。
ブラズマ処理工程およびブラズマ処 a¾置は、 近年のレ、わゆるディープサブミ クロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる 0 . 1 μ τη に近い、 あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細ィヒ半導体装置の製^、 液 晶表示装置を含む高解 平面表示装置の製造にとって、 不可欠の技術である。 半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処3¾置としては、 従来 より様々なプラズマの励起方式が使われているが、 特に平行平板型高周波励起プ ラズマ処 a¾置あるレ、は誘導結合型ブラズマ処 a¾置が一般的である。 しかしこ れら従来のプラズマ処理装置は、 プラズマ形成が不均一であり、 電子密度の高い 領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理 s¾全 面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。 この問題 は、 特に大径の基板を処理する^^に深刻になる。 しかもこれら従来のプラズマ 処3¾置では、 電子 が高レヽため被処理基板上に形成される半導体素子にダメ ージが生じ、 また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、 レ、く つかの本質的な問題を有している。 このため、 従来のプラズマ処 a¾置では、 半 導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する 厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。
一方、 従来より直流磁場を用いずにマイク口波電界により励起された高密度プ ラズマを使うマイクロ波プラズマ処 a¾置が提案されている。 例えば、 均一なマ ィク口波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ (ラジアルラインスロットアンテナ） 力、ら処理容器内にマイクロ波を ¾ΐίし、 こ のマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成 のプラズマ処理装置が提案されている。 （例えば特開平 9一 6 3 7 9 3公報を参 照。） このような手法で励起されたマイク口波ブラズマではァンテナ直下の広レ、領 域にわたって高レヽプラズマ密度を実現でき、 短時間で均一なブラズマ処理を行う ことが可能である。 しかも力かる手法で形成されたマイク口波プラズマではマイ ク口波によりプラズマを励起するため電子 が低く、 被処理基板のダメージゃ 金属汚染を回避することができる。 さらに大面積 S¾上にも均一なプラズマを容 易に励起できるため、 大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液 晶表示装置の製造にも容易に対応できる。 背景技術
図 1 A， 1 Bは、 かかるラジアルラインスロットアンテナを使った従来のマイ ク口波プラズマ処理装置 1 0 0の構成を示す。 ただし図 1 Aはマイク口波ブラズ マ処理装置 1 0 0の断面図を、 また図 1 Bはラジア/レラインスロットアンテナの 構成を示す図である。
図 1 Aを参照するに、 マイク口波プラズマ処¾¾置 1 0 0は複数の排気ポート 1 1 6から排気される処理室 1 0 1を有し、 前記処3¾ 1 0 1中には被処 «板 1 1 4を保持する保持台 1 1 5が形成されている。 l己処理室 1 0 1の均一な排 気を実現するため、 前記保持台 1 1 5の周囲にはリング状に空間 1 0 1 Aが形成 されており、 前記複数の排気ポート 1 1 6を前記空間 1 0 1 Aに連通するように 等間隔で、 すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、 前記処理 室 1 0 1を前記空間 1 0 1 Aおよび排気ポート 1 1 6を介して均一に排気するこ とができる。
前記処理室 1 0 1上には、 前記保持台 1 1 5上の被処理基板 1 1 4に対応する 位置に、 前記処理室 1 0 1の;^ IIの一部として、 低損失誘電体よりなり多数の開 口部 1 0 7を形成された板状のシャワープレート 1 0 3がシールリング 1 0 9を 介して形成されており、 さらに前記シャワープレート 1 0 3の外側に同じく低損 失誘電体よりなるカバープレート 1 0 2が、 別のシールリング 1 0 8を介して設 けられている。
前記シャワープレート 1 0 3にはその上面にプラズマガスの通路 1 0 4が形成 されており、 前記複数の開口部 1 0 7の各々は前記プラズマガス通路 1 0 4に連 通するように形成されている。さらに、 lift己シャワープレート 1 0 3の内部には、 tiff己処理容器 1 0 1の に設けられたプラズマガス供給ポート 1 0 5に連通す るプラズマガスの供給通路 1 0 6が形成されており、 前記プラズマガス供給ポー ト 1 0 5に供給された A rや K r等のプラズマガスは、 前記供給通路 1 0 6力 ら 前記通路 1 0 4を介して前記開口部 1 0 7に供給され、 前記開口部 1 0 7から前 記処理容器 1 0 1内部の前記シャワープレート 1 0 3直下の空間 1 0 1 Bに、 実 質的に一様な濃度で放出される。
前記処理容器 1 0 1上には、 さらに前記カバープレート 1 0 2の外側に、 Ιίΐϊ己 カバープレート 1 0 2から 4〜5 mm離間して、 図 1 Bに示す放射面を有するラ ジアルラインスロットアンテナ 1 1 0が設けられている。 前記ラジアルラインス ロットアンテナ 1 1 0は外部のマイクロ波源 （図示せず） に同軸導波管 1 1 O A を介して接続されており、 前記マイクロ波源からのマイクロ波により、 ttif己空間 1 0 1 Bに放出されたプラズマガスを励起する。 前記カバープレート 1 0 2とラ ジアルラインスロッ トァンテナ 1 1 0の放射面との間の隙間は大気により充填さ れている。
前記ラジアルラインスロットアンテナ 1 1 0は、 前記同軸導波管 1 1 O Aの外 側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体 1 1 0 Bと、 前記アンテ ナ本体 1 1 0 Bの開口部に形成された、 図 1 Bに示す多数のスロット 1 1 0 aお よびこれに直交する多数のスロット 1 1 0 bを形成された藤板 1 1 0 Cとより なり、 fiflHァンテナ本体 1 1 0 Bと前記 ¾ ^板 1 1 0 Cとの間には、 厚さが一定 の誘電体膜よりなる遅相板 1 1 0 Dが挿入されている。
力、かる構成のラジアルラインスロットアンテナ 1 1 0では、 前記同軸導波管 1 1 0から給電されたマイクロ波は、 前記ディスク状のアンテナ本体 1 1 0 Bと放 射板 1 1 0 Cとの間を、 半径方向に広がりながら進行するが、 その際に前記遅相 板 1 1 0 Dの作用により波長が圧縮される。 そこで、 このようにして^ @方向に 進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット 1 1 0 aおよび 1 1 0 bを同 心円状に、 かつ相互に直交するように形成しておくことにより、 円偏波を有する 平面波を前記放射板 1 1 0 Cに実質的に垂直な方向に放射することができる。 かかるラジアルラインスロットアンテナ 1 1 0を使うことにより、 前記シャヮ 一プレート 1 0 3直下の空間 1 0 1 Bに均一な高密度プラズマが形成される。 こ のようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、 そのため被処理基板 1 1 4にダメージが生じることがなく、 また処理容器 1 0 1の器壁のスパッタリ ングに起因する金属汚染が生じることもなレ、。
図 1のブラズマ処理装置 1 0 0では、 さらに前記処理容器 1 0 1中、 前記シャ ワープレート 1 0 3と被処 1 4との間に、外部の処理ガス源（図示せず） 力 ら前記処理容器 1 0 1中に形成された処理ガス通路 1 1 2を介して処理ガスを 供給する多数のノズル 1 1 3を形成された導 造物 1 1 1が形成されており、 前記ノズル 1 1 3の各々は、 供給された処理ガスを、 前記導体構造物 1 1 1と被 処理 1 1 4との間の空間 1 0 1 Cに放出する。 tiff己導体構造物 1 1 1には、 前記隣接するノズル 1 1 3と 1 1 3との間に、 前記空間 1 0 1 Bにおいて形成さ れたプラズマを前記空間 1 0 1 Bから前記空間 1 0 1 Cに拡散により、 効率よく 通過させるような大きさの開口部が形成されている。
そこで、 このように前記導 造物 1 1 1から前記ノズル 1 1 3を介して処理 ガスを前記空間 1 0 1 Cに放出した場合、 放出された処理ガスは前記空間 1 0 1 Bにおいて形成された高密度プラズマにより励起され、 前記被処理基板 1 1 4上 に、 一様なプラズマ処理が、 効率的かつ高速に、 しかも基板および基板上の素子 構造を損傷させることなく、 また S¾を汚染することなく行われる。 一方 Ι ϊ己ラ ジアルラインスロットアンテナ 1 1 0から ¾cl されたマイクロ波は、 かかる導体 構造物 1 1 1により PJjhされ、 被処 1 4を損傷させることはなレヽ。
ところで、 このようなラジアルラインスロットアンテナ 1 1 0を使ったプラズ マ処3¾置 1 0 0では、 前記空間 1 0 1 Bに形成されるプラズマの密度が 1 012 c m3のオーダーに達するため、シャワープレート 1 0 3は前記高密度プラズマ を構成する大量のイオンおよび電子に曝されることになり、 これらのイオンおよ び電子によるカロ熱が生じる。 力、かるイオンおよび電子に起因する熱フラックスは l〜2W/c m2 ¾¾-T5。 し力も、前記プラズマ処 S¾置 1 0 0では処理室 1 0 1への堆積物の付着を抑制するために、 処理室 1 0 1の器壁を 1 5 0° C程度 の に保持して されることが多いが、 このような処理室 1 0 1の加熱の結 果、 誘電体材料よりなる前記シャワープレート 1 0 3およびカバープレート 1 0 2中には熱が蓄積してしまレヽ、 非常に大きな温度分布が生じてしまう。
図 2は、 前記処理室 1 0 1の器壁 を 1 5 0° Cとし、 前記空間 1 0 1 Bに ぉレ、て形成された高密度ブラズマから熱が 1 WZ c m2のフラッタスで前記シャ ワープレート 1 0 3に流入した^^の、 前記シャワープレート 1 0 3中に形成さ れる? ½分布を示す。 シャワープレート 1 0 3の厚さは 2 5 mmとしている。 図 2を参照するに、 前記シャワープレート 1 0 3として ife導率が 1 . 4WZ m · Kの石英ガラスを使った場合には、 シャワープレート中心の温度は 6 0 0° Cをはるかに超えており、 温度差に伴う熱歪を考えると、 かかるシャワープレー トは実用に耐えないことがわかる。 また、 導率が 1 . 5WZm ' Kの A 1 20 3により形成したシャワープレート、 あるいは熱伝導率が 3 OWZm · Kの熱間等 方圧加圧法 （H I P) により形成した A 1 2O3シャワープレートの場合でも、 シ ャワープレート中心部の温度は 4 5 0° C以上、あるいは 3 0 0° C以上であり、 非常に大きな熱歪が前記シャワープレート 1 0 3に加わることがわかる。 また、 このように高い では、 プラズマガスとして^ if a¾の低いガスを使おうとし ても、 ^してしまうために使うことができない問題が生じる。
これに対し、 前記シャワープレート 1 0 3として A 1 Nを使った^^には、 熱 伝導率が 1 6 OW/m · Kと非常に大きいため、 熱が前記シャワープレート 1 0 3中を^ @方向に効率的に散逸し、 熱の蓄積によるシャワープレート 1 0 3中心 部の 上昇がわずかであることがわかる。
このような理由で、 従来より図 1のラジアルラインスロットアンテナを使った プラズマ処理装置 1 0 0においては前記シャワープレート 1 0 3およびカバープ レートとして A 1 Nが使われていた。
しかし A 1 Nは誘電損失の大きレ、材料であり、 t a η δで表 電損失の値が 3 X 1 0-3程度であるため、 A 1 Nを使ってシャワープレート 1 0 3およびカバー プレート 1 0 2を形成した 、 アンテナ 1 1 0から放射されるマイクロ波に実 質的な損失が生じてしまレ、、 ブラズマを効率的に励起することができなくなる。 すなわち、 図 1に示す従来のプラズマ処理装置 1 0 0では、 シャワープレート 1 0 3およびカバープレート 1 0 2への A 1 Nの使用に伴い、 プラズマの励起効率 が十分でないという問題があった。 このため従来のプラズマ処理装置 1 0 0では 大出力のマイク口波源が必要で、 またプラズマの着火が困難である問題が生じて いた。 発明の開示
そこで本発明は、 上述の課題を解決した新規で有用なプラズマプロセス装置を ^することを目的とする。
本発明のより具体的な課題は、 ラジアルラインスロットアンテナを使ってプラ ズマを励起するプラズマ処 置において、 冷却効率を向上させ、 同時にプラズ マの励起効率を向上させることにある。
本発明の他の課題は、
«により画成され、 被処 a¾«を保持する保持台を備えた処理容器と、 ttif己処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記外壁の一 部として設けられ、 プラズマガス通路と前記プラズマガス通路に連通する複数の 開口部とを有し第 1の側において前記保持台上の被処 am¾と対面するシャワー プレートと、 tut己シャワープレー卜の前記第 1の側に対向する第 2の側に設けら れたカバープレートとよりなるプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、 tin己プラズマガス供給部に対応して、 前記カバープレートに 密接するように設けられたマイクロ波ァンテナと、
前記マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 とよりなり、 前記マイクロ波アンテナは、 前記プラズマガス供給部のカバープレートに接触し マイク口波の ¾Ιί面を形成する第 1の外表面と、 l己第 1の外表面に対向する第
2の外表面とにより画成されたことを特徴とするブラズマ処理装置を するこ とにある。
本発明によれば、 例えばラジアルラインスロットアンテナなどのマイクロ波ァ ンテナをシャワープレートとカバープレートとよりなりマイクロ波舰窓として も作用するプラズマガス供給部に密着させることにより、 前記シャワープレート および力バ一プレートを、厚さ方向への 導により冷却することが可能になり、 マイク口波プラズマ処¾¾置の冷却効率が大きく向上する。 かかる冷却効率の向 上の結果、 前記シャワープレートおよびカバープレートへの熱の蓄積が実質的に 軽減され、 その結果シャワープレートおよびカバープレートとして誘電損失の小 さい A 1 203等の材料を使っても、 シャワープレートの が過大に上昇するこ とがなくなる。 すなわち、 本発明はラジアルラインスロットアンテナを使ったマ イク口波プラズマ処3¾置において、 シャワープレートおよびカバープレートと してマイク口波^窓に適した誘電損失の小さい材料を使うことにより、 高い冷 却効率の要求と高レヽプラズマ励起効率の要求とを両立させることができる。 本発明のその他の課題は、
«により画成され、 被処 を保持する 台を備えた処理容器と、 tilt己処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記届の一 部として設けられ、 プラズマガス通路と前記プラズマガス通路に連通する複数の 開口部とを有し第 1の側にぉレヽて前記保持台上の被処理 と対面するシャワー プレートと、 前記シャワープレートの前記第 1の側に対向する第 2の側に設けら れたカバープレートとよりなるプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、 前記プラズマガス供給部に対応して、 前記カバープレートを 挟んで反対側に設けられたマイクロ波ァンテナと、
前記マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 «¾ とよりなり、 前記マイクロ波アンテナと前記プラズマガス供給部のカバープレートとの間の隙 間はシール部材により封止され、 前記隙間には伝熱性ガスが封入されることを特 徴とするマイク口波処3¾置を雕することにある。
本発明によれば、 前記マイク口波アンテナと前記プラズマガス供給部のカバー プレートとの間には、 前記スロット板中のスロットに対応して、 また誘電体であ るカバープレートの表面に存在する微細な凹凸の存在などの理由により隙間が生 じることがある力 本発明ではかかる隙間に伝 ガスを封入することにより、 カゝかる隙間における熱輸送を促進することができ、 局所的な過熱等の問題を回避 することができる。 すなわち、 本発明は、 Ml己マイクロ波アンテナとマイクロ波 透過窓を構成するカバ一プレートとが密接していない構成においても、 有効であ る。 その際、 前記伝 «ガスを大気圧よりも低レヽ圧力で封入することにより、 前 記マイク口波アンテナを前記プラズマガス供給部に、 大^ £を使って確実に押圧 することが可能で、 その結果前記マイク口波アンテナを前記プラズマガス供給部 に、 確実に密接させることが可能になる。 前記伝■ガスとしては、 さらに前記 スロット板中のスロット部における放電を効果的に抑止できることから、 イオン ィ匕エネルギが大きい H eを使うのが好ましい。 前記 ^ϊ»ガスとして H eを使う には、 約 0. 8 a t mの圧力で封入するのが好ましい。
本発明のその他の課題は、
鍾により画成され、 被処 を保持する保持台を備えた処理容器と、 ΙΐίΙΞ処理^^に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記外壁の一 部として設けられ、 プラズマガス通路と前記プラズマガス通路に連通する複数の 開口部とを有し第 1の側にぉレ、て前記保持台上の被処理基板と対面するシャワー プレートと、 前記シャワープレートの前記第 1の側に対向する第 2の側に設けら れたカバープレートとよりなるプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、 前記プラズマガス供給部に対応して、 前記カバープレートに 密接するように設けられたマイクロ波ァンテナと、
ttriBアンテナに電気的に結合されたマイクロ波 と、
前記シャワープレー卜と前記保持台上の被処理基板との間に配設され、 前記シャ ワープレート直下に形成されたブラズマを前記保持台上の被処理基板の方向へ通 過させる開口部を形成する処理ガス供給部と、
前記マイクロ波アンテナは、 前記プラズマガス供給部のカバープレートに接触し マイク口波の 面を形成する第 1の外表面と、 前記第 1の外表面に対向する第
2の外表面とにより画成されたことを特徴とするマイクロ波ブラズマ処 a¾置を することにある。'
本発明のマイク口波プラズマ処理装置は、 前記シャワープレートと前記保持台 上の被処理基板との間に、 前記シャワープレート直下に形成されたプラズマを前 記保持台上の被処理基板の方向へ通過させる開口部を形成する処理ガス供給部を 設けるのが好ましい。 かかる処理ガス供給部より、 前記プラズマガスとは別の処 理ガスを供給することにより、 前記被処理基板表面にぉレヽて均一なブラズマ C V Dプロセスを大きなプロセス で効率的に^することが可能になる。 さらに tiflE保持台に電気的に結合された高周波 ¾ ^を設け、カゝかる高周波 ¾ ^を駆動し、 同時に前記処理ガス供給部よりェツチングガスを供給することにより、 プラズマ エッチングを行うことが可能になる。
本発明のその他の課題は、
により画成され、 被処 a ^を保持する保持台を備えた処理容器と、 嫌己処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記外壁の一 部として設けられ、 プラズマガス通路と tin己プラズマガス通路に連通する複数の 開口部とを有し第 1の側にぉレヽて前記保持台上の被処理基板と対面するシャワー プレートと、 前記シャワープレートの前記第 1の側に対向する第 2の側に設けら れたカバープレートとよりなるプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、 前記プラズマガス供給部に対応して、 前記カバープレートを 挟んで反対側に設けられたマイク口波アンテナと、
嫌己マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 ¾ ^と、
前記シャワープレートと前記保持台上の被処理瓶との間に配設され、 前記シャ ワープレート直下に形成されたブラズマを前記保持台上の被処理基板の方向へ通 過させる開口部を形成する処理ガス供給部とよりなり、
前記マイクロ波アンテナと前記プラズマガス供給部のカバープレー卜との間の隙 間はシール部材により封止され、 前記隙間には伝 ガスが封入されることを特 徴とするマイクロ波処 置を»することにある。
本発明のその他の課題は、
により画成され、 被処理 を保持する保持台を備えた処理容器と、 fiflH処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器の; «の一部に、 前記保持台上の被処 as板に対面するように形成 されたマイクロ波翻窓と、
MI5処理容器中にブラズマガスを供! ^"るブラズマガス導入部と、
前記処理容器の外側において、 前記マイクロ波 ¾ 窓と結合されたマイクロ波ァ ンテナと、 Ι ΙΞマイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 とよりなり、 tineマイク口波アンテナはマイク口波 ¾tt面を有し、 tin己マイク口波観窓上に、 前記マイク口波 ¾¾w面が接触するように設けられていることを特徴とするブラズ マ処¾¾置を ^することにある。
本発明によれば、 処理室中にプラズマガスを導入するのに必ずしも前記シャヮ 一プレートを使う必要はなく、 処理室の外壁の一部に、 処理室内の被処理基板に 対面するようにマイク口波透過窓を形成し、 これにマイク口波アンテナを密接し て結合させてもよレ、。 すなわち、 力かる構成においても、 前記マイクロ波 窓 に励起プラズマから Altする熱を、 マイクロ波アンテナにより、 効率的に取り除 くことが可能になる。
本発明のその他の課題は、
«により画成され、 彼処 as¾を保持する保持台を備えた処理容器と、 肅己処理容器に結合された排気系と、
I己処理容器の外壁の一部に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように形成 されたマイクロ波 ¾1窓と、
Ιϋϊ己処理容器中にブラズマガスを供^るブラズマガス導入部と、
前記処理容器の外側にぉレ、て、前記マイク口波透過窓と結合されたマイクロ波ァ ンテナと、
tin己マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 ®¾sとよりなり、 前記マイク口波アンテナのマイク口波 ¾Cl†面とマイク口波 窓との間の隙間は シール により封止され、 編己隙間には伝«ガスが封入されることを と するブラズマ処 a¾置を «することにある。
本発明のその他の,は、
^^により画成され、 被処理 s+反を保持する保持台を備えた処理容器と、 tin己処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器の外壁の一部に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように形成 されたマイクロ波 窓と、
前記処理容器中にブラズマガスを供糸 "るブラズマガス導入部と、
前記処理容器の外側にぉレ、て、 前記マイク口波透過窓と結合されたマイクロ波ァ ンテナと、
l己マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 と、
前記マイク口波翻窓と漏保持台上の被処理基板との間に配設され、 前記マイ ク口波透過窓近傍に形成されたブラズマを前記保持台上の被処理基板の方向へ通 過させる開口部を形成する処理ガス供給部とよりなり、
前記マイク口波アンテナはマイク口波放射面を有し、前記マイク口波透過窓上に、 前記マイク口波 面が接触するように設けられていることを特徴とするプラズ マ処 置を«することにある。
本発明によれば、 処理室中にプラズマガスを導入するのに必ずしも前記シャヮ 一プレートを使う必要はなく、 処理室の外壁の一部に、 処理室内の被処理基板に 対面するようにマイク口波 ¾1窓を形成し、 これにマイクロ波ァンテナを密接し て結合させてもよレヽ。 すなわち、 力かる構成においても、 前記マイクロ波 ¾11窓 に励起プラズマから入射する熱を、 マイクロ波アンテナにより、 効率的に取り除 くことが可能になる。
本発明のその他の課題は、
^•ϋにより画成され、 被処¾£板を保持する保持台を備えた処理容器と、
SijlE処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器の舰の一部に、 tiff己保持台上の被処3¾板に対面するように形成 されたマイクロ波 ¾ 窓と、
嫌己処理容器中にブラズマガスを供!^るブラズマガス導入部と、
嫌己処理容器の外側において、 前記マイク口波 ¾i窓と結合されたマイクロ波ァ ンテナと、
tilt己マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 ¾ ^と、
前記マイクロ波翻窓と前記保持台上の被処理基板との間に配設され、 前記マイ クロ波 ¾ 窓近傍に形成されたプラズマを前記保持台上の被処理基板の方向へ通 過させる開口部を形成する処理ガス供給部とよりなり、
前記マイク口波アンテナのマイク口波放射面とマイク口波 ¾ 窓との間の隙間は シール により封止され、 Sift己隙間には伝,ガスが封入されることを,と するプラズマ処¾¾置を することにある。 本発明のその他の およ Ό 』点は、 以下に図面を参照しながら行う発明を実 施するための最良の形態より明らかになろう。 図面の簡単な説明
図 1 Α， 1 Βは、 従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波 プラズマ処理装置の構成を示す図；
図 2は、 図 1のマイク口波プラズマ処理装置において生じる問題点を説明する 図；
図 3 Α， 3 Βは、 本発明の第 1実施例によるマイクロ波プラズマ処 置の構 成を示す図；
図 4は、 図 3 Aのマイクロ波プラズマ処 3¾置の処理ガス供給機構の構成を示 す図；
図 5は、 図 3 Aのマイクロ波プラズマ処理装置のラジアルラインスロットアン テナと処理容器との接合部近傍を詳細に示す図；
図 6は、 図 3 Aのマイクロ波プラズマ処理装置に結合されるマイクロ波 ¾¾¾の 構成を示す図；
図 7は、本発明の一変形例によるマイク口波プラズマ処¾¾置の構成を示す図； 図 8は、 本発明の別の変形例によるマイク口波プラズマ処理装置の構成を示す 図；
図 9は、 本発明のさらに別の変形例によるマイク口波プラズマ処¾¾置の構成 を示す図；
図 1 0は、 本発明の第 2実施例によるマイクロ波プラズマ処 3¾置の構成を示 す図；
図 1 1は、 本発明の第 3実施例によるマイク口波ブラズマ処理装置の構成を示 す図；
図 1 2は、 図 3 A, Bのマイクロ波プラズマ処理装置を使った本発明の第 4実 施例による半導体製 置の構成を示す図；
図 1 3は、 図 1 2の半導体製造装置の排気系の構成を示す図；
図 1 4は、 図 1 3の排気系で使われるネ 分子ポンプの構成を示す図； 図 1 5は、 図 1 3の排気系で使われる不等ピッチ不 頃角スクリュ一ポンプの 構成を示す図；
図 1 6は、図 1 3の処理ュニットにおレ、て使われるガス供給系の構成を示す図； 図 1 7は、図 1 6のガス供給系で使われる流 御装置の構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明の実施例をあげて詳細に説明する。
[第 1実施例]
図 3 A, 3 Bは、 本発明の第 1実施例によるマイクロ波プラズマ処 置 1 0 の構成を示す。
図 3 Aを参照するに、前記マイク口波ブラズマ処 3¾置 1 0は処理容器 1 1と、 前記処理容器 1 1内に設けられ、 被処理 ¾反 1 2を静電チャックにより保持する 好ましくは熱間等方 圧法 （H I P) により形成された A 1 Nもしくは A 1 2O 3よりなる保持台 1 3とを含み、嫌己処理容器 1 1内には ΙίίΐΞ保持台 1 3を囲む空 間 1 1 Αに等間隔に、 すなわち前記保持台 1 3上の被処理基板 1 2に対して略軸 対称な関係で少なくとも二箇所、 好ましくは三箇所以上に排気ポート 1 1 aが形 成されている。 前記処理容器 1 1は、 かかる排気ポート 1 1 aを介して後ほど説 明する不等ピッチ不 頃角スクリユーポンプにより、 排気' ¾Ξされる。
前記処理容器 1 1は好ましくは A 1を含有するオーステナイトステンレス鋼よ りなり、 内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成され ている。 また前記処理容器 1 1の外壁のうち前記被処理基板 1 2に対応する部分 には、 H I P法により形成された緻密な A 1 2Ο3よりなり多数のノズル開口部 1 4 Aを形成されたディスク状のシャワープレート 1 4が、 前記;^の一部として 形成される。 かかる H I P法により形成された A 1 2Ο3シャワープレート 1 4は Y2O3を焼結助剤として使って形成され、 気孔率が 0. 0 3 %以下で実質的に気 孔ゃピンホールを含んでおらず、 3 OW/m♦ Kに達する、 A 1 Nには及ばない ものの、 セラミックとしては非常に大きな 云導率を有する。
前記シャワープレート 1 4は前記処理容器 1 1上にシールリング 1 1 sを介し て装着され、 さらに前記シャワープレート 1 4上には同様な H I P処理により形 成された緻密な A 1 203よりなるカバープレート 1 5力 シールリング 1 1 tを 介して設けられている。 前記シャワープレート 1 4の前記カバープレート 1 5と 接する側には前記ノズル開口部 1 4 Aの各々に連通しプラズマガス流路となる凹 部 1 4 Bが形成されており、 tit己凹部 1 4 Bは前記シャワープレート 1 4の内部 に形成され、 前記処理容器 1 1の に形成されたブラズマガス入口 1 1 pに連 通する別のプラズマガス流路 1 4 Cに連通している。
前記シャワープレート 1 4は前記処理容器 1 1の内壁に形成された張り出し部 1 1 bにより保持されており、 前記張り出し部 1 1 bのうち、 前記シャワープレ 一ト 1 4を保持する部分には異常放電を抑制するために丸みが形成されている。 そこで、 前記プラズマガス入口 1 1 pに供給された A rや r等のプラズマガ スは前記シャワープレート 1 4内部の流路 1 4 Cおよび 1 4 Bを順次通過した後、 前記開口部 1 4 Aを介して前記シャワープレート 1 4直下の空間 1 1 B中に一様 に供給される。
ftflEカバープレート 1 5上には、 前記カバープレート 1 5に密接し図 3 B に示 す多数のスロット 1 6 a， 1 6 bを形成されたディスク状のスロット板 1 6と、 前記スロット板 1 6を保持するディスク状のァンテナ本体 1 7と、 前記スロット 板 1 6と嫌己アンテナ本体 1 7との間に歸された A 1 203、 S i O2あるいは S i 3N4の低損失誘電 才料よりなる遅相板 1 8とにより構成されたラジアルライ ンスロットアンテナ 2 0が設けられている。 前記ラジアルスロットラインアンテ ナ 2 0は前記処理容器 1 1上にシールリング 1 1 uを介して装着されており、 前 記ラジアルラインスロットアンテナ 2 0には同軸導波管 2 1を介して外部のマイ クロ波源 （図示せず） より周波数が 2. 4 5 GH zあるいは 8. 3 GH zのマイ クロ波が供給される。 供給されたマイクロ波は前記スロット板 1 6上のスロット 1 6 a , 1 6 bから前記カバープレート 1 5およびシャワープレート 1 4を介し て fijf己処理容器 1 1中に ¾ltされ、 前記シャワープレート 1 4直下の空間 1 1 Β において、 前記開口部 1 4 Αから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起す る。 その際、 前記カバープレート 1 5およびシャワープレート 1 4は A 1 2Ο3に より形成されており、 効率的なマイク口波透過窓として作用する。 その際、 前記 プラズマガス流路 1 4 A〜1 4 Cにおいてプラズマが励起されるのを回避するた め、 前記プラズマガスは、 前記流路 1 4 A〜1 4 Cにおいて約 6 6 6 6 P a〜l 3 3 3 2 P a (約 5 0〜：！ O O T o r r ) の圧力に麟される。
前記ラジアルラインスロットアンテナ 2 0と tiff己カバープレート 1 5との密着 性を向上させるため、 本実施例のマイク口波プラズマ処 置 1 0では tiff己ス口 ット板 1 6に係合する前記処理容器 1 1の上面の一部にリング状の溝 1 1 gが形 成されており、 かかる溝 1 1 gを、 これに連通した排気ポート 1 1 Gを介して排 気することにより、 前記スロット板 1 6とカバープレート 1 5との間に形成され た隙間を減圧し、 大気圧により、 前記ラジアルラインスロットアンテナ 2 0を前 記カバープレート 1 5にしつかりと押し付けることが可能になる。 かかる隙間に は、 fit己ス口ット板 1 6に形成されたスロット 1 6 a， 1 6 bが含まれる力 そ れ以外にも様々な理由により隙間が形成されることがある。 かかる隙間は、 前記 ラジアルラインスロットァンテナ 2 0と処理容器 1 1との間のシールリング 1 1 uにより封止されている。
さらに前記排気ポート 1 1 Gおよび溝 1 5 gを介して前記スロット板 1 6と前 記カバープレート 1 5との間の隙間に分子量の小さい不活性気体を充填すること により、 前記カバープレート 1 5から前記スロット板 1 6への熱の輸送を促進す ることができる。 かかる不活性気体としては、 ϋ¾β導率が大きくしかもイオンィ匕 エネルギの高い H eを使うのが好ましい。 前記隙間に H eを充填する場合には、 0. 8 ¼1ϊ程度の圧力に設定するのが好ましい。 図 3の構成では、 前記溝 1 5 g の排気および溝 1 5 gへの不活性気体の充填のため、 前記排気ポート 1 1 Gにバ ルブ 1 I Vが接続されている。
前記同軸導波管 2 1 Aのうち、 外側の導波管 2 1 Aは前記ディスク状のアンテ ナ本体 1 7に接続され、 中心導体 2 1 Bは、 前記遅波板 1 8に形成された開口部 を介して ήίίΙ己スロット板 1 6に接続されている。 そこで前記同軸導波管 2 1 Αに 供給されたマイクロ波は、 ttit己アンテナ本体 1 7とスロット板 1 6との間を径方 向に進行しながら、 前記スロット 1 6 a， 1 6 bより ¾Wされる。
図 3Bは前記ス口ット板 1 6上に形成されたスロット 1 6 a， 1 6 bを示す。 図 3B を参照するに、 前記スロット 1 6 aは同心円状に酉己列されており、 各々 のスロット 1 6 aに対応して、 これに直行するスロット 1 6 bが同じく同心円状 に形成されている。 前記スロット 1 6 a， 1 6 bは、 前記スロット板 1 6の雜 方向に、 前記遅相板 1 8により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形 成されており、 その結果マイクロ波は tiff己スロット板 1 6から略平面波となって ¾Ιίされる。 その際、 前記スロット 1 6 aおよび 1 6 bを相互の直交する関係で 形成しているため、 このようにして ¾ltされたマイクロ波は、 二つの直交する偏 波成分を含む円偏波を形成する。
さらに図 3 Aのプラズマ処 S¾置 1 0では、 前記アンテナ本体 1 7上に、 冷却 水通路 1 9 Aを形成された冷却プロック 1 9が形成されており、 前記冷却プロッ ク 1 9を前記冷却水通路 1 9 A中の冷却水により冷却することにより、 前記シャ ワープレート 1 4に蓄積された熱を、 前記ラジアルラインスロットアンテナ 2 0 を介して吸収する。 前記冷却水通路 1 9 Aは前記冷却ブロック 1 9上においてス パイラル状に形成されており、好ましくは H2ガスをパブリングすることで游酸 素を排除して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。
また、 図 3 Aのマイク口波プラズマ処 S¾置 1 0では、 ΙΞ処理容器 1 1中、 ΙΞシャワープレート 1 4と ΙΞ保持台 1 3上の被処 S¾K 1 2との間に、 fflf己 処理容器 1 1の^ ϋに設けられた処理ガス注入口 1 1 rカゝら処理ガスを供給され これを多数の処理ガスノズル開口部 3 1 B (図 4参照） から放出する格子状の処 理ガス通路 3 1 Aを有する処理ガス供給構造 3 1が設けられ、 嫌己処理ガス供給 構造 3 1と iff己被処理基板 1 2との間の空間 1 1 Cにおいて、 所望の均一な ¾|反 処理がなされる。 かかる 処理には、 プラズマ酸化処理、 プラズマ窒ィヒ処理、 プラズマ酸窒化処理、 プラズマ C VD処理等が含まれる。 また、 嫌己処理ガス供 給構造 3 1から前記空間 1 1 Cに C 4 F 8、 C 5 F 8または C 4 F 6などの解離しやす いフルォロカーボンガスや、 F系あるいは C 1系等のエッチングガスを供給し、 l己保持台 1 3に高周波電源 1 3 Aから高周波電圧を印加することにより、 前記 被処理基板 1 2に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。 本実施例によるマイクロ波ブラズマ処職置 1 0では、 前記処理容器 1 1の外 壁は 1 5 0° C程度の に加熱しておくことにより、 処理容器内壁への反応副 生成物等の付着が回避され、 一日に一回 @ ^のドライクリーニング行うことで、 定常的に、 安定して «することが可能である。 図 4は、 図 3 Aの処理ガス供給構造 3 1の構成を示す底面図である。
図 4を参照するに、 前記処理ガス供給構造 3 1は例え〖iM gを含んだ A 1合金 や A 1添 ステンレススチ一ノ^の導電体より構成されており、 前記格子状処理 ガス通路 3 1 Aは前記処理ガス注入口 1 1 rに処理ガス供給ポート 3 1 Rにおい て接続され、 下面形成された多数の処理ガスノズル開口部 3 1 Bから処理ガスを 前記空間 1 1 Cに均一に放出する。 また、 前記処理ガス供給構造 3 1には、 隣接 する処理ガス通路 3 1 Aの間にプラズマやプラズマ中に含まれる処理ガスを通過 させる開口部 3 1 Cを形成されている。 前記処理ガス供給構造 3 1を M g含有 A 1合金により形成する には、 表面に弗化物膜を形成しておくのが好ましい。 また前記処理ガス供給構造 3 1を A 1添加ステンレススチールにより形成する場 合には、 表面に酸化アルミニウムの不動態膜を形成しておくのが望ましい。 本発 明によるプラズマ処 a¾置 1 0では、 励起される励起されるプラズマ中の電子温 度が低いためプラズマの入射エネルギが小さく、 かかる処理ガス供給構造 3 1が スパッタリングされて被処理 ¾¾ 1 2に金属汚染が生じる問題が回避される。 前 記処理ガス供給構造 3 1は、 アルミナ等のセラミックスにより形成することも可 能である。
Ιίίΐ5 &子状処理ガス通路 3 1 Αおよび処理ガスノズル開口部 3 1 Bは図 4に破 線で示した被処理 S¾ l 2よりも^^大きレ、領域をカバーするように設けられて レヽる。 力かる処理ガス供糸合構造 3 1を前記シャワープレート 1 4と被処
2との間に設けることにより、 tiff己処理ガスをプラズマ励起し、 かかるプラズマ 励起された処理ガスにより、 均一に処理することが可能になる。
前記処理ガス供給構造 3 1を金属等の導体により形成する場合には、 前言 S¾子 状処理ガス通路 3 1 A相互の間隔を前記マイクロ波の波長よりも短く設定するこ とにより、 前記処理ガス供給構造 3 1はマイク口波の^ &面を形成する。 この場 合にはプラズマのマイク口波励起は前記空間 1 1 B中においてのみ生じ、 前記被 処理基板 1 2の表面を含む空間 1 1 Cにおいては前記励起空間 1 1 Bから拡散し てきたプラズマにより、 処理ガスが活性化される。 また、 プラズマ着火時に前記 被処理 ¾¾ 1 2が直接マイクロ波に曝されるのを防ぐことが出来るので、 マイク 口波による S«の損傷も防ぐことが出来る。 本実施例によるマイクロ波ブラズマ処離置 1 0では、 処理ガス供給構造 3 1 を使うことにより処理ガスの供給が一様に制御されるため、 処理ガスの被処¾¾ 板 1 2表面における過剰解離の問題を解消することができ、 被処 2の表 面にァスぺクト比の大きレヽ構造が形成されている でも、 所望の 処理を、 カかる高アスペク ト構造の奥にまで実施することが可能である。 すなわち、 マイ クロ波プラズマ処3¾置 1 0は、 設計ルールの異なる多数の世代の半導体装置の 製造に有効である。
図 5は図 3 Aのプラズマ処 置 1 0のうち、 前記シャワープレート 1 4、 力 バ一プレート 1 5、 およびラジアルラインスロットアンテナ 2 0を含む部分の構 成を示す図である。
図 5を参照するに、 前記シャワープレート 1 4の下面と前記処理ガス供給構造 3 1との間隔は、 前記シャワープレート 1 4直下の領域において効率的なプラズ マ励起を実現するためには、 マイクロ波の 面として作用する前記処理ガス供 給構造 3 1と前記シャワープレート 1 4の下面との間に形成される定在波の腹が 前記シャワープレート 1 4直下の領域に位置するように、 マイクロ波波長の 1 4の整数倍になるように設定するのが好ましレ、。
—方、 前記スロット 1 6 a， 1 6 bにおける放電を回避するためには、 Sift己ラ ジアルラインスロットアンテナ 2 0から ¾Ιίされるマイクロ波の節が前記スロッ ト 1 6 a， 1 6 bに位置するのが好ましく、 また前記シャヮーノズル開口部 1 4 A内における放電を回避するには前記シャワープレート 1 4の下面にも節が形成 されるのが好ましレ、。 このような理由で、 前記シャワープレート 1 4とカバープ レート 1 5とを合わせた厚さは供給されるマイクロ波の波長の 1 / 2に設定する のが好ましい。
特に、 前記シャワープレート 1 4およびカバープレート 1 5の厚さをマイクロ 波波長の 1 4に設定しておくと、 前記シャワープレート 1 4とカバープレート 1 5との界面近傍にマイクロ波の節を位置させることができ、 かかる界面に沿つ て形成されたプラズマガス通路 1 4 B中における放電を効果的に抑制することが できる。
図 6は、 図 3 Aに示す同軸導波管 2 1に接続されるマイク口波源の概略的構成 を示す。
図 6を参照するに、 前記同軸導波管は、 2. 4 5 GH zあるいは 8. 3 GH z で発振するマグネトロン 2 5 Aを有する発振部 2 5から延在する導波管の端部に、 前記発振部 2 5から順にアイソレータ 2 4， パワーモニタ 2 3およびチューナ 2 2を介して接続されており、 Sift己発振器 2 5で形成されたマイクロ波を前記ラジ アルラインスロットアンテナ 2 0に供給すると同時に、 プラズマ処理装置 1 0中 に形成された高密度プラズマから反射したマイクロ波を、 ΙΐίΙΒチューナ 2 2にお レ、てインピーダンス調整を行うことにより、 前記ラジアルラインスロットアンテ ナ 2 0へと戻している。 また、 前記アイソレータ 2 4は方向性を有する要素で、 前記発振部 2 5中のマグネトロン 2 5 Aを反射波から保護するように作用する。 本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置 1 0では、 プラズマに起因する熱 フラックスに曝されるシャワープレート 1 4と冷却部との距離が、図 1 A， I Bに 示す従来のマイク口波プラズマ処理装置に比べて大幅に短縮されており、 その結 果、 誘電損失の大きい A 1 Nの代わりに A 1 2Ο3のような、 マイクロ波透過窓と して好適な、 誘電損失は小さいが ife導率も小さレ、材料をシャワープレートおよ ぴカバープレートに使うことが可能になり、 シャワープレートの昇温を抑制しつ つ、 同時にプラズマ処理の効率、 従って処 ¾ 度を向上させることができる。 また本実施例によるマイクロ波ブラズマ処 a¾置 1 0では前記シャワープレー ト 1 4とこれに対向する被処¾¾板 1 2との間の間隔が狭いため、 前記空間 1 1 Cで基板処 応の結果生じた反応生成物を含むガスは、 前記外周部の空間 1 1 Aへと流れる安定な流れを形成し、 その結果前記反応生成物は前記空間 1 1 Cか ら速ゃ力に除去される。 その際、 前記処理容器 1 1の聽を 1 5 0° cmsの温 度に保持しておくことにより、 前記反応生成物の処理容器 1 1内壁への付着を実 質的に完全に除去することが可能になり、 前記処理装置 1 0は次の処理を速やか に行うことが可能になる。
なお、 本実施例において、 ήΙΠΒマイクロ波アンテナ 20は必ずしもラジアルラ インスロットアンテナに限定されるものではなく、 例えば図 7の変形例に示すよ うに、 ホーン型のマイクロ波アンテナ 2 0 Βを使うことも可能である。 特に前記 被処理基板 1 2が大径の基板である場合には、 図 8の変形例に示すように、 前記 処理容器 1 1上に複数のホーンァンテナ 2 0 Bを配列することにより、 プラズマ 形成の一樹生を確保しつつ、 前記カバープレート 1 5およびシャワープレート 1 4を、 前記ホーンアンテナ 2 0 Bを介して冷却することが可能になる。 このため に、 前記ホーンァンテナ 2 0 B上に図 7あるいは 8に示すように冷却機構 2 0 b を設けることも可能である。
さらに、 図 9の変形例に示すように、 前記冷却部 1 9， 1 9 Aの代わりに空冷 ^機構 1 9 Bを使うことも可能である。
[第 2実施例]
図 1 0は、 本発明の第 2実施例によるブラズマ処理装置 1 0 Aの構成を示す。 ただし図 1中、 先に説明した部分には同一の参照符号を付し、 説明を省略する。 図 2を参照するに、 プラズマ処理装置 1 0 Aは図 3 A， 3 Bのプラズマ処理装 置 1 0と類似した構成を有するが、 Hit己シャワープレート 1 4が撤去されており、 前記ガス導入ポート 1 1 pから延在するガス導入口 1 1 Pが前記処理容器 1 1中 の空間 1 1 B中に延在する。
力かる構成においても、 前記ガス導入口 1 1 Pから導入されたプラズマガスを 前記ラジアルラインスロットアンテナ 2 0力ら供給されるマイクロ波で励起する ことにより、 前記空間 1 1 B中において高密度プラズマを形成することが可能で ある。
このようにして形成された高密度プラズマは、 シャワープレート 1 4を使った ^^に得られる高密度プラズマよりは均一性に劣る力 プラズマ処¾ ^置 1 0 A の構成は先のプラズマ処理装置 1 0よりも実質的に簡素ィ匕される。 本実施例にお いても、 前記カバープレート 1 5に Λ する熱流は、 前記ラジアルラインスロッ トアンテナ 2 0を介して冷却部 1 7により効率的に吸収される。
なお、 図 7のプラズマ処3¾置 1 O Aにおいては、 可能な限り均一なプラズマ 形成を実現するために、 前記ガス導入口 1 1 Pを複数箇所、 前記被処理基板に対 して対称的に設けるのが好ましレ、。
[第 3実施例] 図 1 1は、 本発明の第 2実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置 1 0 Bの構 成を示す。 ただし図 1 1中、 先に説明した部分には同一の参照符号を付し、 説明 を省略する。
図 1 1を参照するに、 本実施例のマイク口波プラズマ処 a¾置 1 0 Bは先の実 施例のマイクロ波プラズマ装置 1 0と類似した構成を有するが、 本実施例のマイ クロ波プラズマ処 S¾置 1 0 Bでは前記処理ガス供給構造 3 1が除去されている。 また、嫌己処理容器 1 1の張り出し部 1 1 bは、下面にも丸みが形成されており、 放電を回避している。
かかる構成のプラズマ処理装置 1 0 Bでは、 前記シャワープレート 1 4直下に 形成されるプラズマがマイクロ波を反射し、 その結果、 被処理基板 1 2の表面に までマイク口波が到達したり、 力、かる表面近傍の領域においてプラズマが励起さ れるような問題は生じなレヽ。 また、 プラズマ着火時に一時的に処理容器内の圧力 を高く、 例えば 1 3 3 P a (約 l T o r r ) に設定した状態でマイク口波を照射 し、 プラズマの着火を確実にすることで、 プラズマ着火時の被処理 S¾へのマイ クロ波の照射による損傷を防ぐことが出来る。 プラズマが着火した後は、 処理容 器内の圧力は速やかにプロセス圧力、 例えば 1 3. 3 P a (約 0. l T o r r ) へと調節される。
編己プラズマ処3¾置 1 0 Bでは、処理ガス供給機構 3 0を除去しているため、 処理ガスは プラズマガス供給ポート 1 1 pからプラズマガスとともに、 供給 する必要があるが、 カゝかる構成により、 被処 SS¾ 1 2の表面に酸化処理、 窒化 処理あるレヽは酸窒化処理等の処理を行うことが可能である。
[第 4実施例]
図 1 2は、 図 3 A， 3 Bのマイク口波プラズマ処 S¾置 1 0を含む本発明の第 4実施例による半導体製造装置 4 0の全体構成を示す断面図である。
図 1 2を参照するに、 半導体製造装置 4 0は搬送アーム 4 1 5を備えたロボッ ト 4 0 5が設けられた真空トランスファ室 4 0 1を含み、 前記マイクロ波プラズ マ処3¾置 1 1は、 力、かる真空トランスファ室 4 0 1の上面に形成されている。 その際、 前記保持台 1 3は、 ベローズ 4 1 0で囲まれた昇降シリンダ 4 0 6によ り昇降自在に形成されている。 前記保持台 1 3が下がりきつた状態で被処 as板
1 2が前記搬送アーム 4 1 5により着脱され、 上がりきつた状態で tiff己真空トラ ンスファ室 4 0 1からシール 4 1 O Aにより遮断され、 所望の基板処理が行われ る。
また前記真空トランスファ室 4 0 1上にはその上面の別の個所に、 被処理基板 のスタック 4 0 4を保持する昇降ステージ 4 1 8を備えたロードロック室 4 0 2 が設けられており、 前記ロードロック室 4 0 2は前記昇降ステージ 4 1 8が上が りきった状態でシール 4 1 7により真空トランスファ室 4 0 1から遮断されてい る。 一方、 前記昇降ステージ 4 1 8が下降した状態では、 前記被処理基板スタツ ク 4 0 4は真空トランスファ室 4 0 1中に下降し、 前記搬送アーム 4 1 5が前記 被処理 スタック 4 0 4から をピックアップし、 あるいはこれに処理済み の を戻す。
力かる構成の半導体製造装置 4 0ではマイク口波ブラズマ処理装置 1 0への被 処理基板の出し入れが側壁面を介さず上下方向になされるため、 処理容器 1 1内 においてプラズマが軸対称に形成され、 また処理容器の排気も軸対称に配設され た複数の排気ポートから複数のポンプにより実行されるため、 均一なプラズマ処 理が保証される。
図 1 3は前記処理ュニット Aの排気系の構成を示す。
図 1 3を参照するに、 前記処理ュニット Aにおいては処理容器 1 1の各々の排 気ポート 1 1 aはダクト1^に接続され、 firiaダク に設けられた、 各々図 1 4 A, 1 4 Bに示す構成を有するネ^分子ポンプ Pi， P2により排気される。
Sift己ネ、: ^分子ポンプ P2のお気個 Jは、 前記半導体製造装置 4 0中の他の処 理ユニット B， Cと共通に設けられている排気ライン D2に接続され、 さらに tilt己 排気ライン D2は中間ブースターポンプ P3を介して、 他の同様な半導体製造装置 と共通に接続されている排気ライン D3に接続される。
図 1 4 Aは、 前記ネジ溝分子ポンプ P2の構成を示す。
図 1 4 Aを参照するに、 ネジ溝分子ポンプは円筒形状の本体 5 1を有し、 前記 本体 5 1の一端にポンプ入口が、 また前記本体 5 1の底面近傍の側壁面上にはポ ンプ出口が形成されている。 本体 5 1中には図 1 4 Bに示すロータ 5 2が設けら れており、 fiilBロータ 5 2上には不等ピッチ不 頃角スクリュー 5 2 Aが形成さ れている。 不等ピッチ不等傾角スクリュー 5 2 Aは、 ポンプ入口側でピッチが大 きく出口側に向ってピッチが減少する構成を有しており、 またこれに応じてスク リユーの傾角も入口側から出口側に向って徐々に減少している。 またポンプ室の も、 入口側から出口側に向って徐々に減少している。
図 1 4 Aのネジ溝分子ポンプはさらに前記ロータ 5 2内に配設されたモータ 5 3と、 l己ロータ 5 2の角位置を検出する角位置検出器 5 4と、 前記角位置検出 器 5 4に協働するマグネット 5 5とを含んでおり、 電磁石機構 5 6により、 前記 ロータ 5 2が出口側に付勢される。
力かるネ^分子ポンプは簡単な構成を有し、 大 から数 mT o r rまでの 広い圧力範囲において動作し、 消費電力が小さく、 従来のターボ分子ポンプより も大きな 3 2 O mL/m i nに るポンプ速度を得ることができる。
図 1 5は、 図 1 3の構成において前記ネジ溝分子ポンプ Ph P2を排気する中 間ブースターポンプ P3として使われる不等ピッチ不 頃角スクリユーポンプ（G L S P) 6 0の構成を示す。
図 1 5を参照するに、 前記不等ピッチ不等傾角スクリューポンプでは、 一端に 入口 6 1 Aが、 また他端に出口 6 3 A， 6 3 B形成されたポンプ本体 6 1中に、 各々が図 1 4 Bに示したような、 スクリューピッチを入口側から出口側に向って 徐々に変ィ匕させる一対のスクリューロータ 6 2 A, 6 2 B力 それぞれのスクリ ユーが互いに力み合うような関係に設けられており、 ロータ 6 2 A， 6 2 Bは、 モータ 6 4により、 歯車 6 3 A， 6 3 Bを介して駆動される。
力、かる構成の不等ピッチ不等傾角スクリユーポンプ 6 0は常圧から 1 O^T o r rに至る低圧までの広レ、圧力範囲において動作可能であり、 2 5 0 0 L/m i nに達する非常に大きな流量を実現することができる。
また図 1 3の構成では、 他の半導体製造装置からの排気を、 かかる中間ブース ターポンプ P3を介して共通のバックポンプ P4で排気することにより、 ftif己バッ クポンプ P4を最も効率的な動作圧力範囲で動作させることができ、消費電力を大 きく ί«することができる。
図 1 6は、 図 7 Α， 7 Βの半導体製造装置 4 0におレ、て、 各々の処理ュニット A〜 Cに協働するガス供給系の構成を示す。
先にも説明したように、 tiff己半導体製造装置 40ではマイクロ波プラズマ処理 装置 10の処理容器 1 1を 150。 じ の に保持することで、 処理に 伴い生じた反応生成物の付着を抑制している。すなわち、図 8の処理ュニットは、 特別なクリ一二ング処理をせずとも前の処理工程の記憶ないし履歴を完全に消去 できる |数を有している。
このため、 図 13の処理ユニットを使って、 プラズマガスおよび/または処理 ガスを切替ながら、異なった ¾ ^処理工程を次々と^?することが可能であるが、 このためには、 迅速に処理ガスを切替できる構成のガス供給系が必要になる。 図 16を参照するに、 N2， Kr， Aて， H2, NF3, C4F8, CHF3, 02， C 0， HB r, S i C 14等より選ばれた一または二のガス力 s、第 1および/または 第 2の流量制御装置 F CS 1および F SC2を通って前記処理容器 11上に設け られ前記シャワープレート 14に連通するプラズマガス供給ポー l i pに供給 され、 一方、 IEN2， Kr， Ar， H2， NF3， C4F8, CHF3, O2， CO, H B r , S i C 14等より選ばれた一または複数のガスが、第 3〜第 7の流量制御装 置 FCS3〜FCS 7を通って、 前記処理ガス供給構造 30に連通した前記処理 ガス供給ポート 11 rに供給される。
その際、 図 17に示す、 制御弁 71と圧力計 72とストップバルブ 73とオリ フィス 74とを 状の配管 70に順次形成した構成の流¾御装置を使レ \ 前 記オリフィス 74下流側の圧力 Ρ2が前記ストップバルブ 73上流側の圧力 Ρ 1の 半分以下になるように（Pi 2 P2)制御弁 71を前記圧力計 72により制御する ことにより、処理ガスを所定の流量で瞬時に供糸^ Tることが可能になる。これは、 この流量制御装置内に流量制御不能なデッドスペースが存在しなレヽためである。 そこで、図 16のガス供給系において図 17の流量制御装置を使うことにより、 プラズマガスあるいは処理ガスを、 前記処理ユニット中での基板処理の種類に応 じて瞬時に切替えることが可能になる。
なお、 前記半導体製造装置 40においては、 先に説明したプラズマ処 置 1 0のみならずその変形例によるブラズマ処理装置、 あるレ、は他の実施例によるプ ラズマ処 3¾置 1 OA, 10 Bを使うことも可能である。 本発明は上記特定の実施例に限定されるものではなく、 特許請求の範囲に記載 した本発明の要旨内において様々な変形 ·変更が可能である。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 マイクロ波アンテナを処理容器 «の一部に形成されたマイ ク口波 ¾1窓に密着させることにより、 および Zまたはマイク口波アンテナとマ ィク口波 ¾ϋ窓の間に 云導性の気体を封入することにより、 前記マイクロ波透 過窓を構成するシャワープレートおよびカバープレートなどを、 厚さ方向への熱 伝導により冷却することが可能になり、 マイク口波ブラズマ処 a¾置の冷却効率 が大きく向上する。 かかる冷却効率の向上の結果、 プラズマによる前記マイクロ 波透過窓への熱の蓄積が実質的に軽減され、 その結果、 前記マイクロ波翻窓と して誘電損失の小さい A 1 2 O 3等の材料を使っても^^が過大に上昇することが なくなる。 すなわち、 本発明はマイクロ波アンテナを使ったマイクロ波プラズマ 処3¾置にぉレ、て、 マイクロ波透過窓として誘電損失の小さレ、材料を使うことに より、 高い冷却効率の要求と高いプラズマ励起効率の要求とを両立させることが できる。

Claims

請求の範囲
1 . により画成され、被処理 s¾を保持する 台を備えた処理容器と、 前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処 as¾に対面するように、 前記題の一 部として設けられ、 プラズマガス通路と前記プラズマガス通路に連通する複数の 開口部とを有し第 1の側にぉレ、て前記保持台上の被処理 反と対面するシャワー プレートと、 前記シャワープレートの ΙίίΐΞ第 1の側に対向する第 2の側に設けら れたカバープレートとよりなるプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、 前記プラズマガス供給部に対応して、 前記カバープレートに 密接するように設けられたマイクロ波アンテナと、
前記マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 とよりなり、 前記マイクロ波アンテナは、 tiff己プラズマガス供給部のカバープレートに し マイク口波の放射面を形成する第 1の外表面と、 前記第 1の外表面に対向する第 2の外表面とにより画成されたことを赚とするブラズマ処
2 . 前記マイク口波アンテナと前記プラズマガス供給部のカバープレートと の間の 面は、 圧力調節可能に封止されていることを特徴とする請求項 1記載 のマイク口波プラズマ処 a¾Mo
3 . 前記接触面はシール部材により封止されており、 MI己接触面には圧力調 整弁が接続されていることを樹敫とする請求項 2記載のマイク口波プラズマ処理 装齓
4 . 前記マイクロ波アンテナと前記プラズマガス供給部のカバープレートと の間の^ *面には、 伝 «ガスが封入されることを特徴とする請求項 1記載のマ ィク口波プラズマ処3¾¾0
5 . 前記伝 ガスは H eよりなることを特徴とする請求項 4記載のマイク 口波プラズマ処
6 . 前記接触面は大気圧よりも低レヽ圧力で維持されることを特徴とする請求 項 2記載のマイクロ波プラズマ処 a¾Mo
7 . 己接触面は、 約 0 . 8〜 0 . 9 a t mの圧力で維持されることを特徴 とする請求項 6記載のマイク口波プラズマ処 ¾¾Εο
8. さらに前記マイクロ波アンテナに設けられた冷却部を備え、 前記冷却部 は ISマイクロ波アンテナのうち、 前記第 2の外表面上に設けられることを特徴 とする請求項 1記載のマイク口波プラズマ処 a¾go
9. 前記冷却部は、 冷却水通路を有することを «とする請求項 8記載のマ ィク口波プラズマ処
1 0. 前記冷却部は空冷冷却機構よりなることを特徴とする請求項 8記載の マイク口波プラズマ処理装
1 1 . 前記シャワープレートおよび爾己カバープレートは A 1 2O3よりなる ことを とする請求項 1記載のマイ
Figure imgf000029_0001
1 2. 前記マイクロ波アンテナ中には、 A 1 203、 S i O2または S i 3 N4 よりなる遅波板が設けられたことを特徴とする請求項 1記載のマイク口波プラズ マ処職
1 3. さらに、 前記保持台に接続された高周波 ¾ を含むことを W [とする 請求項 1記載のマイクロ波ブラズマ処理装 Mo
1 4. により画成され、 被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器 と、
l己処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記 の一 部として設けられ、 プラズマガス通路と編己プラズマガス通路に連通する複数の 開口部とを有し第 1の側にぉレヽて前記保持台上の被処理基板と対面するシャワー プレートと、 前記シャワープレー卜の前記第 1の側に対向する第 2の側に設けら れたカバープレートとよりなるプラズマガス供給部と、
fijf己処理容器上に、 前記プラズマガス供給部に対応して、 前記カバープレートを 挟んで反対側に設けられたマイクロ波ァンテナと、
Ιίίϊ己マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 とよりなり、 fiif己マイク口波アンテナと前記プラズマガス供給部のカバープレートとの間の隙 間はシール部材により封止され、 前記隙間には伝 »ガスが封入されることを特 徴とするマイクロ波処
1 5. 前記伝«ガスは H eよりなることを特徴とする請求項 1 4記載のマ イク口波プラズマ処3¾¾>
1 6. さらに前記マイク口波アンテナに設けられた冷却部を備え、 IE冷却 部は前記マイクロ波ァンテナのうち、 前記第 2の外表面上に設けられることを特 徴とする請求項 1 4記載のマイクロ波プラズマ処 S¾Eo
1 7. さらに、 前記保持台に接続された高周波《 ^を含むことを とする 請求項 1 4記載のマイク口波プラズマ処
1 8 . 題により画成され、 被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器 と、
ttna処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記 «の一 部として設けられ、 プラズマガス通路と前記プラズマガス通路に連通する複数の 開口部とを有し第 1の側にぉレヽて前記保持台上の被処理基板と対面するシャワー プレートと、 前記シャヮ一プレー卜の前記第 1の側に対向する第 2の側に設けら れたカバープレートとよりなるプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、 前記プラズマガス供給部に対応して、 前記カバープレートに 密接するように設けられたマイクロ波ァンテナと、
前記ァンテナに電気的に結合されたマイクロ波 ®¾¾と、
前記シャワープレートと前記保持台上の被処理鎌との間に配設され、 前記シャ ワープレート直下に形成されたブラズマを前記保持台上の被処理基板の方向へ通 過させる開口部を形成する処理ガス供給部と、
前記マイク口波アンテナは、 前記プラズマガス供給部のカバープレートに御虫し マイク口波の ¾lt面を形成する第 1の外表面と、 前記第 1の外表面に対向する第 2の外表面とにより画成されたことを «とするマイク
Figure imgf000030_0001
1 9. 前記マイクロ波アンテナと前記プラズマガス供給部のカバ一プレート との間の接触面は、 圧力調節可能に封止されていることを特徴とする請求項 1 8 記載のマイク口波プラズマ処3¾¾0
2 0. 前記接触面はシール部材により封止され、 前記接触面には圧力調整弁 が接続されていることを特徴とする請求項 1 9記載のマイク口波プラズマ処理装
2 1 . 前記マイク口波アンテナと fit己プラズマガス供給部のカバ一プレート との間の接触面には、 伝 «ガスが封入されることを特徴とする請求項 1 8記載 のマイク口波プラズマ処理装 go
2 2. 前記伝熱性ガスは H eよりなることを特徴とする請求項 2 1記載のマ ィク口波プラズマ処3
2 3. 前記接触面は大 よりも低い圧力で維持されることを 1¾とする請 求項 1 9記載のマイク口波ブラズマ処 S¾So
2 4. 前記接触面は、 約 0. 8〜0. 9 a t mの圧力で維持されることを特 徴とする請求項 2 3記載のマイクロ波プラズマ処
2 5 さらに前記マイク口波アンテナに設けられた冷却部を備え、 前記冷却部 は前記マイク口波アンテナのうち、 前記第 2の外表面上に設けられたことを特徴 とする請求項 1 8記載のマイクロ波プラズマ処3
2 6. l己冷却部は、 冷却水通路を有することを特徴とする請求項 2 5記載 のマイクロ波プラズマ処3
2 7. tiff己冷却部は空冷冷却機構よりなることを特徴とする請求項 2 5記載 のマイク口波プラズマ処理装
2 8. 前記シャワープレートおよび前記カバープレートは A 1 2O3よりなる ことを W [とする請求項 1 8記載のマイクロ波プラズマ a¾Mo
2 9. 前記マイクロ波アンテナは A 1 2O3、 S i O2または S i 3N4よりなる 遅波板を含むことを mとする請求項 1 8記載のマイク口波プラズマ処 a¾Mc
3 0. さらに、 前記保持台に接続された高周波 を含むことを特徴とする 請求項 1 8記載のマイク口波プラズマ処3¾&>
3 1 . により画成され、 被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器 と、
嫌己処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記聽の一 部として設けられ、 プラズマガス通路と前記プラズマガス通路に連通する複数の 開口部とを有し第 1の側にぉレ、て l己保持台上の被処理基板と対面するシャヮ一 プレートと、 前記シャワープレートの前記第 1の側に対向する第 2の側に設けら れたカバープレートとよりなるプラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、 前記プラズマガス供給部に対応して、 前記カバープレートを 挟んで反対側に設けられたマイクロ波ァンテナと、
Ιίίϊ己マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 ® ^と、
fltjf己シャワープレートと前記保持台上の被処理基板との間に配設され、 前記シャ ワープレート直下に形成されたブラズマを前記保持台上の被処理基板の方向へ通 過させる開口部を形成する処理ガス供給部とよりなり、
前記マイク口波アンテナと前記プラズマガス供給部のカバープレー卜との間の隙 間はシール部材により封止され、 IS隙間には伝 «ガスが封入されることを特 徴とするマイクロ波処 a¾e„
3 2. 前記伝 ttガスは H eよりなることを特徴とする請求項 3 1記載のマ イク口波プラズマ処 ¾¾
3 3. さらに前記マイクロ波アンテナに設けられた冷却部を備え、 ΙίίΙΞ冷却 部は前記マイク口波アンテナのうち、 前記第 2の外表面上に設けられることを特 徴とする請求項 3 1記載のマイク口波ブラズマ処 a¾go
3 4. さらに、 前記保持台に接続された高周波 ¾ ^を含むことを特徴とする 請求項 3 1記載のマイク
Figure imgf000032_0001
3 5. により画成され、 被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器 と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器の外壁の一部に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように形成 されたマイクロ波囊窓と、
ΙΙίΙΕ処理容器中にブラズマガスを供給するブラズマガス導入部と、
前記処理容器の外側にぉレ、て、 前記マイク口波透過窓と結合されたマイクロ波ァ ンテナと、
前記マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 ®¾¾とよりなり、 嫌己マイク口波アンテナはマイクロ波脑面を有し、前記マイク口波翻窓上に、 前記マイク口波 ¾lt面が接触するように設けられていることを特徴とするプラズ マ処職 @o
3 6. 前記マイク口波 ¾ 面とマイクロ波碰窓、との間の接触面は、 圧力調 節可能に封止されていることを とする請求項 3 5記載のブラズマ処
3 7. ΙίίΙΒマイク口波放射面とマイクロ波 ¾ 窓との接触面はシール に より封止され、 さらに前記処¾¾には、 前記マイクロ波放射面とマイクロ波透過 窓との間の接触面を圧力調節可能な圧力調節弁が設けられていることを特徴とす る請求項 3 5記載のプラズマ処 a¾go
3 8. 前記マイク口波¾1*面とマイク口波 ¾1窓との間の接触面には、 伝熱 性ガスが封入されていることを特徴とする請求項 3 5記載のブラズマ処 a¾
3 9. ttit己伝 H4ガスは、 H eよりなることを W [とする請求項 3 8記載の プラズマ処
4 0. 前記接触面は大気圧よりも低い圧力で維持されることを特徴とする請 求項 3 6項記載のマイ
Figure imgf000033_0001
4 1. 前記接触面は、 0. 8〜0. 9 a t mの圧力で維持されることを特徴 とする請求項 4 0記載のプラズマ処 3¾Εο
4 2. さらに tiif己マイクロ波アンテナに設けられた冷却部を備え、 前記冷却 部は前記マイク口波アンテナのうち、 前記マイク口波放射面に対向する表面上に 設けられたことを |¾とする請求項 3 5記載のマイク口波ブラズマ処 ¾¾
4 3. 前記冷却部は、 冷却水通路を有することを特徴とする請求項 4 2記載 のマイク口波ブラズマ処 a¾Mo
4 4. 前記冷却部は空冷冷却機構よりなることを特徴とする請求項 4 2記載 のマイク口波プラズマ処理装置。
4 5. «により画成され、 被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器 と、
tilt己処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器の聽の一部に、 前記保持台上の被処8¾板に対面するように形成 されたマイク口波観窓、と、
tut己処理容器中にブラズマガスを供糸^ rるブラズマガス導入部と、
前記処理容器の外側において、 前記マイク口波 ¾1窓と結合されたマイクロ波ァ ンテナと、
tilt己マイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 とよりなり、 前記マイク口波アンテナのマイク口波 面とマイク口波 ¾®窓との間の隙間は シール »により封止され、 前記隙間には伝,ガスが封入されることを 1¾と
Figure imgf000034_0001
4 6. 編己伝 »ガスは、 H eよりなることを W [とする請求項 4 5記載の プラズマ処
4 7. さらに tiff己マイク口波アンテナに設けられた冷却部を備え、 前記冷却 部は前記マイクロ波ァンテナのうち、 前記第 2の外表面上に設けられることを特 徴とする請求項 4 5記載のマイク口波プラズマ処
4 8. により画成され、 被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器 と、
嫌己処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器の；^の一部に、 前記保持台上の被処 a¾板に対面するように形成 されたマイクロ波 ¾1窓と、
tin己処理容器中にブラズマガスを供^ 1 "るブラズマガス導入部と、
前記処理容器の外側にぉレ、て、 前記マイク口波碰窓、と結合されたマイクロ波ァ ンテナと、
ΙίίΙΕマイク口波アンテナに電気的に結合されたマイク口波 ® ^と、
前記マイクロ波透過窓と前記保持台上の被処理 との間に配設され、 前記マイ ク口波 ¾1窓近傍に形成されたブラズマを前記保持台上の被処理 s¾の方向へ通 過させる開口部を形成する処理ガス供給部とよりなり、
鎌己マイク口波アンテナはマイク口波 ¾it面を有し、 I己マイク口波 m窓上に、 前記マイク口波 ½t†面が接触するように設けられていることを特徴とするプラズ マ処艘 go
4 9. 前記マイク口波放射面とマイクロ波透過窓との間の接触面は、 圧力調 節可能に封止されていることを «とする請求項 4 8記載のブラズマ処 a¾fio
5 0. 前記マイク口波放射面とマイクロ波碰窓との翻虫面はシール ¾¾こ より封止され、 さらに前記処理室には、 前記マイクロ波放射面とマイクロ波 ¾ 窓との間の^ !fe面を圧力調節可能な圧力調節弁が設けられていることを特徴とす る請求項 4 8記載のブラズマ処
5 1 . 前記マイク口波 ¾l†面とマイクロ波藤窓との間の劍虫面には、 伝熱 性ガスが封入されていることを特徴とする請求項 4 8記載のプラズマ処¾¾¾0 5 2 . ΜίΙΕ伝 H4ガスは、 H eよりなることを «とする請求項 5 1記載の プラズマ処蝶 go
5 3 . iflB接触面は大気圧よりも低レヽ圧力で維持されることを特徴とする請 求項 4 9記載のマイク口波プラズマ処理装 Mo
5 4. 前記接触面は、 0 . 8〜 0. 9 a t mの圧力で維持されることを特徴 とする請求項 5 3記載のプラズマ処
5 5 . さらに前記マイク口波アンテナに設けられた冷却部を備え、 前記冷却 部は前記マイク口波アンテナのうち、 前記マイク口波放射面に対向する表面上に 設けられたことを とする請求項 4 8記載のマイク口波プラズマ処 a¾¾>
5 6 . 前記冷却部は、 冷却水通路を有することを特徴とする請求項 5 5記載 のマイク口波プラズマ処理装
5 7 . 前記冷却部は空冷冷却機構よりなることを特徴とする請求項 5 5記載 のマイク口波プラズマ処理装 ^
5 8 . さらに前記保持台に電気的に結合された高周波 ¾¾¾を含むことを特徴 とする請求項 4 8記載のブラズマ処 a¾go
5 9 . により画成され、 被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器 と、
前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器の の一部に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように形成 されたマイクロ波 ¾ ^窓と、
前記処理容器中にブラズマガスを供^るブラズマガス導入部と、
前記処理容器の外側において、 前記マイク口波透過窓と結合されたマイクロ波ァ ンテナと、
前記マイクロ波アンテナに電気的に結合されたマイクロ波 ® ^と、
前記マイク口波透過窓と前記保持台上の被処理基板との間に配設され、 前記マイ ク口波^ i 窓近傍に形成されたブラズマを前記保持台上の被処理 S«の方向へ通 過させる開口部を形成する処理ガス供給部とよりなり、
^ΪΒマイク口波アンテナのマイク口波放射面とマイク口波透過窓との間の隙間は シール辦才により封止され、 嫌己隙間には伝 «ガスが封入されることを,と するプラズマ処
6 0. 前記伝熱性ガスは、 H eよりなることを TOとする請求項 5 9記載の プラズマ処 ¾S c
6 1 . さらに前記マイク口波アンテナに設けられた冷却部を備え、 前記冷却 部は前記マイクロ波ァンテナのうち、 前記第 2の外表面上に設けられることを特 徴とする請求項 5 9記載のマイクロ波プラズマ処
6 2. さらに前記保持台に電気的に結合された高周波 を含むことを特徴 とする請求項 5 9記載のプラズマ処 agSo
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