WO2006129591A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2006129591A1
WO2006129591A1 PCT/JP2006/310644 JP2006310644W WO2006129591A1 WO 2006129591 A1 WO2006129591 A1 WO 2006129591A1 JP 2006310644 W JP2006310644 W JP 2006310644W WO 2006129591 A1 WO2006129591 A1 WO 2006129591A1
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WO
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housing
processing apparatus
plasma processing
gas
processing container
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/310644
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jun Yamashita
Original Assignee
Tokyo Electron Limited
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus for processing an object to be processed such as a semiconductor substrate using plasma.
  • an RLSA type plasma processing apparatus that generates plasma by introducing a microwave into a processing chamber using a radial line slot antenna (for example, Patent Document 1).
  • This RLSA type plasma processing apparatus includes a cylindrical container provided with a mounting table for mounting an object to be processed therein, an antenna unit for radiating microwaves such as a slot plate and a waveguide dielectric, A vacuum chamber is constructed by placing the antenna portion on the upper end of the cylindrical container and sealing the joint portion with a seal member.
  • Patent Document 1 W098Z33362 (for example, Fig. 1)
  • the plasma processing apparatus is configured by a fixed combination of a container and an antenna. It is difficult to change the size and gap. In reality, it is necessary to prepare another plasma processing apparatus according to the processing content of the wafer and perform the processing. Thus, the conventional plasma processing apparatus has a problem that the degree of freedom in changing the antenna size and the gap is low.
  • an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of easily changing the antenna size and changing the gap.
  • a processing container capable of being evacuated, a mounting table for mounting an object to be processed in the processing container, and the processing container A lid part joined to the upper part and sealing the inside of the processing container;
  • a plasma processing apparatus comprising:
  • the processing container includes a first housing that surrounds the mounting table, and a second housing that is detachably disposed between the first housing and the lid.
  • An apparatus is provided.
  • a processing container capable of being evacuated, a mounting table for mounting an object to be processed in the processing container, and an upper part of the processing container, An electromagnetic wave introduction part for introducing electromagnetic waves into the processing container; a gas introduction part for introducing a gas for plasma excitation into the processing container;
  • a plasma processing apparatus comprising:
  • the processing container includes a first housing that surrounds the mounting table, and a second housing that is detachably disposed between the first housing and the electromagnetic wave introduction unit.
  • a processing device is provided.
  • the second housing is selected from a plurality of cylindrical members having different heights and Z or different inner diameters according to the size of the object to be processed. It may be attached. Further, in the second aspect, the second housing is selected from a plurality of cylindrical members having different heights, Zs or inner diameters prepared in advance according to the content of the plasma treatment and is attached. It may be. Further, it is preferable that the electromagnetic wave introducing portion is selected and mounted according to the size of the object to be processed.
  • the gas is introduced into a plurality of locations of the second housing.
  • the gas introduction unit includes a gas introduction port that opens toward the space in the processing container, and a gas introduction path that is connected to the gas introduction port. To distribute the gas evenly to the plurality of gas inlets
  • the gas distribution means may be a gap between a step formed at the upper end of the first housing and a step formed at the lower end of the second housing.
  • the electromagnetic wave may be a microwave
  • the electromagnetic wave introduction unit may include an antenna for introducing a microwave. It may be a planar antenna in which a plurality of slot holes are formed.
  • a processing container capable of being evacuated, a mounting table for mounting an object to be processed in the processing container, and an upper part of the processing container
  • a plasma processing apparatus comprising: a lid portion that seals the inside of a processing container; and a first housing that surrounds the mounting table.
  • a second housing is configured to be mountable between the first housing and the lid, and the first housing and the lid are directly connected with the second housing removed.
  • a plasma processing apparatus configured to be bonded is provided.
  • the second housing is detachably disposed between the first housing and the lid (or electromagnetic wave introducing unit). Therefore, by installing a second housing with a different shape, the gap cover (or electromagnetic wave introduction unit) can be used according to the size of the object to be processed such as a semiconductor wafer and the processing purpose. ) Type and size can be easily changed. In other words, it is possible to cope with the problem by replacing only the second blade, the lid and the lid (or electromagnetic wave introducing section), which does not require replacement of the entire plasma processing apparatus in accordance with the size of the object to be processed and the content of the processing. It becomes possible.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus.
  • FIG. 3A is an external perspective view for explaining a chamber wall.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of an essential part for explaining the chamber wall.
  • FIG. 4 is a drawing for explaining a planar antenna member.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of the vicinity of a gas inlet.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of the principal part showing another example of the vicinity of the gas inlet.
  • FIG. 5C is a cross-sectional view of the principal part showing still another example in the vicinity of the gas inlet.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus showing an example in which a chamber wall is replaced.
  • FIG. 7A is an external perspective view of a chamber wall used in FIG. 6.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the main part of the chamber wall used in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus showing still another example in which the chamber wall is replaced.
  • FIG. 9A is an external perspective view of the chamber wall used in FIG. 8.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the main part of the chamber wall used in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus showing another example in which the chamber wall is replaced.
  • FIG. 11A is an external perspective view of a chamber wall used in FIG.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view of the main part of the chamber wall used in FIG.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the plasma processing apparatus 100.
  • This plasma processing apparatus 100 includes a planar antenna having a plurality of slots, for example, RLS A (Radial L As a plasma processing device that can generate microwave plasma with high density and low electron temperature by introducing microwaves such as microwaves into the processing chamber using a ine slot antenna (radial line slot antenna). It is configured.
  • RLS A Random L
  • a plasma processing device that can generate microwave plasma with high density and low electron temperature by introducing microwaves such as microwaves into the processing chamber using a ine slot antenna (radial line slot antenna). It is configured.
  • the plasma processing apparatus 100 is configured to be airtight and has a substantially cylindrical chamber 11 that is grounded and into which a wafer W is loaded.
  • the shape of the chamber 11 may be a square cylinder such as a square cross section.
  • This chamber 1 has a substantially cylindrical housing 2 (chamber one base) which is a “first housing” and a “second housing, a second housing,” which is joined to the housing 2 by an upper force to surround the processing space. And a cylindrical chamber wall 3 (detachable portion).
  • an antenna unit 30 serving as an “electromagnetic wave introducing unit” that introduces an electromagnetic wave such as a microwave into the processing space is provided at the upper part of the chamber 11.
  • a circular opening 10 is formed at a substantially central portion of the bottom wall 2a of the housing 2, and the bottom wall 2a communicates with the opening 10 and protrudes downward so that the interior of the chamber 11 is formed.
  • An exhaust chamber 11 is provided continuously for exhausting uniformly.
  • a mounting table (susceptor 5) force made of a material such as quartz or ceramic (A1N, Al 2 O, etc.) for horizontally supporting the wafer W, which is the object to be processed.
  • the susceptor 5 is supported by a cylindrical support member 4 extending upward from the center of the bottom of the exhaust chamber 11, and the support member 4 is supported by the exhaust chamber 11.
  • the support member 4 and the susceptor 5 are made of a ceramic material such as A1N having good thermal conductivity.
  • a guide ring 8 for guiding the wafer W is provided on the outer edge of the susceptor 5. Further, a resistance heating type heater (not shown) is embedded in the susceptor 5, and the susceptor 5 is heated by being supplied with power from the heater power source 6, and the wafer W that is the object to be processed is heated by the heat. Heat.
  • the temperature of the susceptor 5 can be measured by a thermocouple (TC) 20, and for example, the temperature can be controlled in the range from room temperature to 1000 ° C.
  • TC thermocouple
  • the susceptor 5 has an electrostatic chuck function so that the wafer W can be electrically attached and detached.
  • the susceptor 5 is provided with wafer support pins (not shown) for supporting the wafer W and raising and lowering so as to protrude and retract with respect to the surface of the susceptor 5.
  • wafer support pins (not shown) for supporting the wafer W and raising and lowering so as to protrude and retract with respect to the surface of the susceptor 5.
  • a buffer having a number of through-holes (not shown) for uniformly exhausting the chamber 11
  • the baffle plate 7 is provided in a ring shape, and the baffle plate 7 is supported by a plurality of columns 7a.
  • a cylindrical liner (not shown) having a quartz force is provided on the inner periphery of the chamber 11 to prevent metal contamination due to the material constituting the chamber 1 and to maintain a clean environment.
  • An exhaust pipe 23 is connected to a side surface of the exhaust chamber 11, and an exhaust device 24 including a high-speed vacuum pump is connected to the exhaust pipe 23. Then, by operating the exhaust device 24, the gas force in the chamber 11 is uniformly discharged into the space 11 a of the exhaust chamber 11 and is exhausted through the exhaust pipe 23. As a result, the inside of the chamber 11 can be depressurized at a high speed to a predetermined degree of vacuum, for example, 0.133 Pa.
  • a loading / unloading port for loading / unloading the wafer W and a gate valve for opening / closing the loading / unloading port are provided (V, deviation not shown).
  • a gas introduction path for introducing a processing gas into the chamber 11 is formed on the side wall of the chamber 11. Specifically, a step portion 18 is formed at the upper end of the side wall of the housing 2, and an annular passage 13 is formed between the step portion 19 formed at the lower end of the chamber wall 3 as described later. ! / Speak (see Figure 5A).
  • the chamber wall 3 has an annular shape (may be a rectangular tube shape) as a whole, and is configured as a member that can be attached and detached from a metal material such as aluminum or stainless steel.
  • the lower end portion of the upper plate 27 of the antenna portion 30 is engaged with the upper end portion of the chamber wall 3. That is, the chamber wall 3 is an antenna unit support member that supports the antenna unit 30.
  • the lower end of the chamber wall 3 is joined to the upper end of the housing 2.
  • Figures 3A and 3B show the schematic configuration of chamber wall 3. 3A is an external perspective view, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the main part.
  • the chamber wall 3 has an annular shape corresponding to the shape of the housing 2, and a gas passage 14 and a gas introduction passage 15b are formed therein as gas passages.
  • the lower end portion of the inner peripheral surface of the chamber wall 3 is formed with a projecting portion 17 that hangs downward in a hook shape (skirt shape) in an annular shape.
  • the projecting portion 17 is provided so as to cover the boundary (contact surface portion) between the chamber wall 3 and the housing 2, and is exposed to plasma and deteriorates due to plasma damage.
  • Material [For example, (Product name: Green, Tweed 'And' Company-manufactured by one company) and Viton (Product name; manufactured by DuPont 'Dow' Elastomer))] Prevents direct action of plasma on sealing member 9b such as O-ring. Play a role.
  • Sealing members 9a, 9b, and 9c such as O-rings are provided at the upper and lower joints of the chamber wall 3, and the airtight state of the joints is maintained.
  • a step portion 19 is provided at the lower end of the chamber wall 3 so that an annular passage 13 can be formed in cooperation with the step portion 18 of the louver 2 (see FIG. 5A).
  • the housing 1 and the chamber wall 3 have a divided structure without the chamber 11 having an integral structure.
  • the planar antenna member 31 corresponding to the size of the wafer L and the adjustment of the gap L in the plasma processing apparatus 100 and the size of the wafer W can be obtained by replacing the chamber wall 3 with one having a different diameter. It is possible to deal with a high degree of freedom in response to a change in size. For example, even if conditions such as process gas flow rate, pressure, temperature, microphone mouth wave power, etc. are changed, adjusting the gap L may enable the same processing as before the change.
  • chamber wall 3 examples include, for example, a substantially cylindrical shape as shown in FIGS. 7A, 9A, and 11A.
  • the outer diameter is substantially the same, and the height and inner diameter of the members are different.
  • Walls 3a, 3b, 3c are prepared to be replaceable.
  • These chamber walls 3a, 3b, and 3c are also antenna unit support members that support the antenna unit 30.
  • nosing 2 and the antenna unit 30 may be joined directly with the chamber wall 3 removed.
  • the upper portion of the chamber 11 is an opening, and the antenna 30 is hermetically disposed so as to close the opening. That is, the entire antenna unit 30 functions as a lid of the chamber 11 that opens upward. Therefore, the upper plate 27 of the antenna unit 30 is in contact with and separated from the chamber walls 3, 3a, 3b, 3c, thereby connecting the lid (antenna unit 30) to the chamber 11 in a detachable manner. It also has a function as
  • a transmission plate 28, a planar antenna member 31, and a slow wave member 33 are arranged in this order from the susceptor 5 side. These are covered by a shield lid 34, a presser ring 36 and an upper plate 27 made of a metal material such as aluminum or stainless steel. It is fixed with an annular presser ring 35.
  • the presser ring 35 has, for example, an L shape in sectional view. The upper end of the chamber 11 and the upper plate 27 are engaged with each other while being sealed by the seal member 9c.
  • the transmission plate 28 is a dielectric such as quartz, Al 2 O 3, A1N, sapphire, SiN, or other ceramic.
  • the bottom surface of the transmission plate 28 (susceptor 5 side) is not limited to a flat shape, and in order to stabilize the plasma by uniformizing the microwave, for example, a recess or a groove may be formed.
  • the transmitting plate 28 is supported in an airtight state via a seal member 29 by a protrusion 27a on the inner peripheral surface of an upper plate 27 arranged in an annular shape below the outer periphery of the antenna unit 30. Therefore, the inside of the chamber 11 is kept airtight.
  • the planar antenna member 31 has a disk shape and is locked to the inner peripheral surface of the shield lid 34 at a position above the transmission plate 28.
  • the planar antenna member 31 has a structure in which, for example, the surface is made of a copper or aluminum plate plated with gold or silver, and a large number of slot holes 32 for radiating electromagnetic waves such as microwaves are formed in a predetermined pattern. It has become.
  • the slot hole 32 has a long groove shape as shown in FIG. 4, for example, and the adjacent slot holes 32 are typically arranged in a "T" shape, and the plurality of slot holes 32 are concentric. It is arranged in.
  • the length and arrangement interval of the slot holes 32 are determined according to the wavelength ( ⁇ g) of the microwave.
  • the interval between the slot holes 32 is gZ2 or g.
  • the interval between adjacent slot holes 32 formed concentrically is indicated by Ar.
  • the slot hole 32 may have another shape such as a circular shape or an arc shape.
  • the arrangement form of the slot holes 32 is not particularly limited, and may be arranged concentrically, for example, spirally or radially. Further, the slot holes 32 may be arranged linearly.
  • the slow wave member 33 has a dielectric constant larger than that of the vacuum, and is provided on the upper surface of the planar antenna member 31.
  • the slow wave material 33 is made of, for example, fluorine-based resin such as quartz, ceramics, polytetrafluoroethylene, or polyimide-based resin.
  • fluorine-based resin such as quartz, ceramics, polytetrafluoroethylene, or polyimide-based resin.
  • the slow wave material 33 can shorten the wavelength of the microwave to make the microwave uniform and generate a homogeneous plasma.
  • the planar antenna member 31 and the transmission plate 28, and the slow wave member 33 and the planar antenna member 31 may be in close contact with each other or separated from each other.
  • a cooling water flow path 34a is formed in the shield lid 34, and by passing cooling water therethrough, the shield lid 34, the slow wave member 33, the planar antenna member 31, and the transmission plate 28 are provided. It is designed to cool.
  • the shield lid 34 is grounded.
  • An opening 34b is formed in the center of the upper wall of the shield lid 34, and a waveguide 37 is connected to the opening 34b.
  • a microwave generator 39 is connected to the end of the waveguide 37 via a matching circuit 38. Thereby, for example, a microwave having a frequency of 2.45 GHz generated by the microwave generator 39 is propagated to the planar antenna member 31 through the waveguide 37. As the microwave frequency, 8.35 GHz, 1.98 GHz, etc. can be used.
  • the waveguide 37 includes a coaxial waveguide 37a having a circular cross section extending upward from the opening 34b of the shield lid 34, and a mode converter 40 at the upper end of the coaxial waveguide 37a. And a rectangular waveguide 37b extending in the horizontal direction.
  • the mode change 40 between the rectangular waveguide 37b and the coaxial waveguide 37a has a function of converting the microphone mouth wave propagating in the TE mode in the rectangular waveguide 37b into the TEM mode.
  • An inner conductor 41 extends in the center of the coaxial waveguide 37a, and the inner conductor 41 is connected and fixed to the center of the planar antenna member 31 at the lower end thereof. Thereby, the microwave is efficiently and uniformly propagated radially and uniformly to the planar antenna member 31 through the inner conductor 41 of the coaxial waveguide 37a.
  • FIG. 5A is an enlarged view showing the structure of the gas introduction path in the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment.
  • the chamber wall 3 is provided with a gas introduction part 15 for supplying gas to the chamber 11.
  • the gas inlet 15 is composed of a gas inlet 15a and a gas inlet 15b.
  • the gas inlets 15a are equally formed at a plurality of locations (for example, 32 locations) on the inner peripheral side of the side wall of the chamber 11.
  • Each gas introduction port 15a communicates with a gas introduction passage 15b formed in a lateral direction with respect to the inner wall surface of the chamber 11, and each gas introduction passage 15b is formed in a vertical direction in the chamber wall 3.
  • Gas The introduction port 15a and the gas introduction path 15b may be formed in the upper plate 27.
  • the gas passage 14 is connected to an annular passage 13, which is a gap formed by the step portion 18 and the step portion 19, at a contact surface portion between the upper portion of the housing 2 and the lower portion of the chamber wall 3.
  • the annular passage 13 communicates in a ring shape in a substantially horizontal direction so as to surround the processing space. Further, the annular passage 13 is connected to the gas supply device 16 through a passage 12 formed in a direction perpendicular to the housing 2 at an arbitrary location (for example, four equal locations) in the housing 2.
  • the annular passage 13 has a function as a gas distribution means for equally distributing gas to each gas passage 14 and prevents the processing gas from being biased to a specific gas inlet 15a. To work. For example, 8 to 32 gas introduction ports 15a are equally provided so that the processing gas can be uniformly introduced into the chamber 11 according to the contents of the process performed in the plasma processing apparatus 100.
  • the gas from the gas supply device 16 is uniformly introduced into the chamber 11 from the 32 gas inlets 15a through the passage 12, the annular passage 13, and the gas passages 14. Therefore, the plasma can be uniformly excited in the chamber 11, and the process for the wafer W can be made uniform.
  • equipment such as piping for introducing gas is simplified, so that the apparatus configuration can be simplified.
  • gas is introduced into the microwave introduction site (immediately near the transmission plate 28), or conversely, gas dissociation proceeds at the position closest to the microwave introduction site, or the gas introduction port 15a
  • a nourishment such as disposing the gas inlet 15a further downward.
  • annular passage 13 is formed between the step 18 at the upper end of the housing 2 and the step 19 at the lower end of the chamber wall 3.
  • An annular passage 13a can also be formed.
  • annular groove can be provided on the lower end surface of the chamber wall 3 and an annular passage 13b can be formed between the upper end surface of the flat housing 2.
  • annular passage it is also possible to form an annular passage by providing annular grooves in both the housing 2 and the chamber wall 3 and joining them so that both grooves face each other.
  • the plasma processing is performed on the wafer W as an object to be processed as follows.
  • the wafer W is loaded into the chamber 11 and placed on the susceptor 5. Then, from the gas supply device 16, a rare gas such as Ar, Kr, or He, for example, O
  • Oxidizing gas such as CO, for example, nitriding gas such as N and NH, film forming gas, etching gas
  • the microwave from the microwave generator 39 is guided to the waveguide 37 through the matching circuit 38, and sequentially passes through the rectangular waveguide 37b, the mode converter 40, and the coaxial waveguide 37a. Then, it is supplied to the planar antenna member 31 through the inner conductor 41 and radiated from the slot of the planar antenna member 31 into the chamber 11 through the transmission plate 28.
  • the microwave propagates in the TE mode in the rectangular waveguide 37b, and the TE mode microwave is converted into the TEM mode by the mode converter 40, and the inside of the coaxial waveguide 37a is directed to the planar antenna member 31. Propagated.
  • An electromagnetic field is formed in the chamber 11 by the microwaves radiated from the planar antenna member 31 to the chamber 1 through the transmission plate 28, and the processing gas is turned into plasma.
  • This plasma has a high density of about 1 X 10 1G to 5 X 10 12 / cm 3 due to the microwaves radiated from the many slot holes 32 of the planar antenna member 31, and in the vicinity of the wafer W. It becomes low electron temperature plasma of about 1.5eV or less. Therefore, by causing this plasma to act on the wafer W, it is possible to perform processing with reduced plasma damage.
  • the content of the plasma treatment is not particularly limited. For example, oxidation treatment, nitridation treatment, oxynitridation treatment, film formation treatment of various substrates (silicon substrate, glass substrate for FPD, compound semiconductor substrate, etc.) Various plasma treatments such as etching treatment can be targeted. 6, FIG. 8, and FIG.
  • FIGS. 1 and 2 show a state where the chamber wall 3 of the plasma processing apparatus 100 of FIG. 1 is removed and replaced with another chamber wall. 6, 8, and 10, the basic configuration of plasma processing apparatus 100 is the same as that in FIGS. 1 and 2, and thus the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 6 shows another embodiment in which the chamber wall 3a is mounted in place of the chamber wall 3 of the plasma processing apparatus 100 of FIG.
  • FIG. 7A shows an external perspective view of the chamber wall 3a
  • FIG. 7B shows a cross-sectional view.
  • a gas inlet 15a communicating with the gas passage 14 via the gas supply passage 15b is provided.
  • the position of the gas inlet 15a is set to be substantially the same as when the chamber wall 3 is mounted (Fig. 2), and only the gap L can be changed without changing the process conditions for gas introduction. It has become.
  • FIG. 8 shows another modification in the case where a wafer W having a smaller diameter than that in FIG. 1 is processed.
  • the plasma processing apparatus 100 in FIG. 1 is suitable for processing a wafer W having a diameter of 300 mm
  • the embodiment in FIG. 8 is adapted to the processing of a wafer W having a diameter of 200 mm
  • the small and small-diameter antenna portion 30a cannot be directly mounted on the chamber wall 3 in FIG. 1, in the conventional chamber-one structure, it is necessary to prepare and process another plasma processing apparatus.
  • a wide chamber chamber wall 3b having a narrow inner diameter is mounted instead of the chamber wall 3 of the plasma processing apparatus 100 of FIG. 1. By mounting the chamber wall 3b on the housing 2 so that the inner peripheral surface of the chamber wall 3b projects into the inner space of the chamber, the small antenna portion 30a can be supported.
  • FIG. 9A is an external perspective view of the chamber wall 3b
  • FIG. 9B is a cross-sectional view.
  • the chamber wall 3b is formed as a wide ring projecting inward.
  • the peripheral edge of the surface is in contact with the nosing 2 and the inner edge of the upper surface is in contact with the small antenna portion 30a having a small inner diameter so that it can be supported.
  • a projecting portion 17 projecting downward is formed on the lower surface of the chamber wall 3b to prevent direct action of plasma on the seal member 9b.
  • the height of the chamber wall 3b is made substantially the same as that of the chamber wall 3 in Fig. 1 so that the gap L is not changed. Processing can be performed under conditions. However, if the target process is different, the gap L can be variably adjusted by changing the height of the chamber wall 3b.
  • the gas passage 14 is obliquely bored in the wide chamber wall 3b from the annular passage 13 toward the gas inlet 15a facing the chamber internal space, the distance of the gas passage 14 is increased.
  • the position of the gas inlet 15a is set to be substantially the same as that when the chamber wall 3 is attached (FIG. 2), and only the size of the antenna can be changed without changing the gas introduction conditions. Therefore, the same processing state can be created regardless of the size of the wafer W.
  • FIG. 10 shows an example in which the gap L is shortened compared to the example shown in FIG.
  • the same small antenna 30a as in FIG. 8 is provided, and the chamber wall 3c is used as the chamber wall to reduce the gap L.
  • FIG. 11A is an external perspective view of the chamber wall 3c
  • FIG. The chamber wall 3c has a lower height than the chamber wall 3b, and a step is provided on the upper surface of the chamber wall 3c between the peripheral edge and the inner side of the ring. It is formed in a substantially L-shape in cross section that protrudes toward the inner periphery. The upper surface of the lower part of the step protruding to the inner peripheral side is formed flat and forms a support surface.
  • the small-diameter antenna portion 30a can be supported at a low position by the support surface protruding toward the inner peripheral side, and the gap L can be arbitrarily adjusted.
  • the gap L can be set short by reducing the height of the support surface protruding toward the inner peripheral side (that is, the height of the step).
  • the chamber wall 3 that is detachably attached to the housing 2 is replaced with the chamber walls 3a to 3c, so as to meet the purpose of the process.
  • the antenna size can be changed and the gap L can be changed. That is, the channel walls 3, 3a, 3b, 3c function as an adapter between the nosing 2 and the antenna 30a having a different size. Therefore, the optimum plasma processing can be performed with the minimum equipment change according to the size of the wafer W and the processing content.
  • the power given as an example of the RLSA type plasma processing apparatus 100 can be applied to plasma processing apparatuses such as a remote plasma type, ICP type, ECR type, surface reflection wave type, and magnetron type.
  • plasma processing apparatuses such as a remote plasma type, ICP type, ECR type, surface reflection wave type, and magnetron type.
  • the chamber 11 is divided into the housing and the chamber wall, but may be divided into three or more.
  • the force exemplified in the plasma processing apparatus 100 having the cylindrical chamber 1 for processing the disk-shaped semiconductor wafer is not limited to this.
  • the FPD having a square shape The divided structure of the present invention can also be applied to a plasma processing apparatus having a chamber having a rectangular horizontal section for processing a glass substrate.
  • the plasma processing apparatus of the present invention can be suitably used in the manufacturing process of various semiconductor devices.

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Abstract

　プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、接地された略円筒状のチャンバー１を有しており、チャンバー１の上部には、アンテナ部材３０が配備されている。このチャンバー１は、略円筒形をしたハウジング２と、ハウジング２に上から接合されて処理空間を囲繞する円筒形をしたチャンバーウォール３と、により構成される分割構造とし、チャンバーウォール３を着脱自在にした。

Description

明 細 書
プラズマ処理装置
技術分野
[0001] 本発明は、プラズマ処理装置に関し、詳細には、プラズマを用いて半導体基板等 の被処理体を処理するためのプラズマ処理装置に関する。
背景技術
[0002] プラズマ処理装置として、ラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna )により処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させる RLSA方式のプラズマ 処理装置が知られている（例えば、特許文献 1)。この RLSA方式のプラズマ処理装 置は、内部に被処理体を載置する載置台を備えた円筒容器と、スロット板および導 波誘電体カゝらなるマイクロ波を放射するためのアンテナ部と、を備え、円筒容器の上 端に前記アンテナ部を載せ、シール部材によって接合部をシールすることにより、真 空チャンバ一を構成して 、る。
特許文献 1 :W098Z33362号（例えば、 Fig. 1など）
発明の開示
[0003] RLSA方式のプラズマ処理装置にぉ 、て、最適な処理を実施するためには、被処 理体としての半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」と記すことがある）の大きさに応じて アンテナサイズを変更したり、 目的の処理内容に応じてアンテナサイズやウェハとァ ンテナとの距離 (ギャップ）を変化させる必要がある。
例えば、近年ではウェハサイズが大型化する傾向にあるものの、現状では 6〜12ィ ンチサイズのウェハが混在している状況であるため、同一の処理を異なるサイズのゥ ェハに対して行う必要が生じる場合がある。また、半導体デバイスの高集積化と微細 化により、プロセス条件も複雑化しており、処理内容に応じてギャップ変更などが必要 になってきている。また、半導体ウェハに限らず、近年では、フラットパネルディスプレ ィ (FPD)の製造に用いるガラス基板も大型化する傾向にある。
[0004] ところが、上記特許文献 1の RLSA方式のプラズマ処理装置では、容器とアンテナ との固定的な組み合わせによってプラズマ処理装置が構成されているため、アンテ ナサイズやギャップの変更は困難であり、現実にはウェハ径ゃ処理内容に応じて別 のプラズマ処理装置を準備して処理を行う必要があった。このように、従来のプラズマ 処理装置ではアンテナサイズやギャップの変更の自由度が低いという問題があった。
[0005] 従って本発明の目的は、アンテナサイズの変更やギャップ変更を容易に行うことが 可能なプラズマ処理装置を提供することである。
[0006] 上記課題を解決するため、本発明の第 1の観点によれば、真空排気可能な処理容 器と、前記処理容器内において被処理体を載置する載置台と、前記処理容器の上 部に接合され、前記処理容器内を密閉する蓋部と、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記処理容器は、前記載置台を囲繞する第 1のハウジングと、前記第 1のハウジン グと前記蓋部との間に着脱自在に介在配置される第 2のハウジングとを具備した、プ ラズマ処理装置が提供される。
[0007] また、本発明の第 2の観点によれば、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器 内において被処理体を載置する載置台と、前記処理容器の上部に接合され、前記 処理容器内に電磁波を導く電磁波導入部と、前記処理容器内にプラズマ励起用の ガスを導入するガス導入部と、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記処理容器は、前記載置台を囲繞する第 1のハウジングと、前記第 1のハウジン グと前記電磁波導入部との間に着脱自在に介在配置される第 2のハウジングとを具 備した、プラズマ処理装置が提供される。
[0008] 上記第 2の観点において、前記第 2のハウジングは、予め準備された高さおよび Z または内径の異なる複数の筒状部材の中から、被処理体の大きさに応じて選択され 、装着されたものであってもよい。また、上記第 2の観点において、前記第 2のハウジ ングは、予め準備された高さおよび Zまたは内径の異なる複数の筒状部材の中から 、プラズマ処理の内容に応じて選択され、装着されたものであってもよい。また、前記 電磁波導入部は、被処理体の大きさに応じて、その大きさが選択され、装着されたも のであることが好ましい。
[0009] また、上記第 2の観点にぉ 、て、前記第 2のハウジングの複数箇所に前記ガス導入 部を設けることもできる。この場合、前記ガス導入部は、前記処理容器内の空間に向 けて開口したガス導入口と、該ガス導入口に接続したガス導入路と、を備えており、 前記ガス導入路は、ガスを複数の前記ガス導入部に均等に分配するために前記第
1のハウジングの上端と前記第 2のハウジングの下端との境界に形成されたガス分配 手段に接続していることが好ましい。ここで、前記ガス分配手段は、前記第 1のハウジ ングの上端に形成された段部と、前記第 2のハウジングの下端に形成された段部との 間の隙間であってもよい。
[0010] また、上記第 2の観点において、前記電磁波は、マイクロ波であり、前記電磁波導 入部は、マイクロ波を導入するためのアンテナを備えているものであってもよぐ前記 アンテナは、複数のスロット孔が形成された平面アンテナであってもよい。
[0011] また、本発明の第 3の観点によれば、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器 内において被処理体を載置する載置台と、前記処理容器の上部に接合され、該処 理容器内を密閉する蓋部と、前記載置台を囲繞する第 1のハウジングと、 を備えたプラズマ処理装置であって、
前記第 1のハウジングと前記蓋部との間に第 2のハウジングが装着可能に構成され ているとともに、前記第 2のハウジングを取り外した状態で前記第 1のハウジングと前 記蓋部とを直接接合できるように構成された、プラズマ処理装置が提供される。
[0012] 本発明によれば、被処理体に対してプラズマ処理を行う処理容器において、第 1の ハウジングと、蓋部 (または電磁波導入部）との間に着脱自在に介在配置される第 2 のハウジングを備える構成としたので、第 2のハウジングとして形態の異なるものを装 着することにより、半導体ウェハなどの被処理体の大きさや処理目的に応じてギヤッ プゃ蓋部 (または電磁波導入部)の種類、大きさなどを容易に変更することができる。 すなわち、被処理体の大きさや処理の内容等に応じてプラズマ処理装置全体を交 換する必要がなぐ第 2のノ、ウジングと蓋部 (または電磁波導入部）のみを交換するこ とで対応が可能になる。
[0013] したがって、プラズマ処理装置の開発工数および材料費を節減できる。また、設置 後のバージョンアップや新規なアプリケーションへの対応のための改造も容易である 。し力も、改造や故障に伴う部品交換も少なくなるので、維持管理コストも低減できる 図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の一実施形態にカゝかるプラズマ処理装置の概略構成を示す分解斜視 図である。
[図 2]プラズマ処理装置の概略断面図である。
[図 3A]チャンバ一ウォールの説明に供する外観斜視図である。
[図 3B]チャンバ一ウォールの説明に供する要部断面図である。
[図 4]平面アンテナ部材の説明に供する図面である。
[図 5A]ガス導入口の近傍の断面図である。
[図 5B]ガス導入口の近傍の別の例を示す要部断面図である。
[図 5C]ガス導入口の近傍のさらに別の例を示す要部断面図である。
[図 6]チャンバ一ウォールを取り替えた例を示すプラズマ処理装置の概略断面図であ る。
[図 7A]図 6に用いるチャンバ一ウォールの外観斜視図である。
[図 7B]図 6に用いるチャンバ一ウォールの要部断面図である。
[図 8]チャンバ一ウォールを取り替えたさらに別の例を示すプラズマ処理装置の概略 断面図である。
[図 9A]図 8に用いるチャンバ一ウォールの外観斜視図である。
[図 9B]図 8に用いるチャンバ一ウォールの要部断面図である。
[図 10]チャンバ一ウォールを取り替えた他の例を示すプラズマ処理装置の概略断面 図である。
[図 11A]図 10に用いるチャンバ一ウォールの外観斜視図である。
[図 11B]図 10に用いるチャンバ一ウォールの要部断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図 1は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置 100の概略構成を模式的に 示す分解斜視図であり、図 2はプラズマ処理装置 100の概略断面図である。このブラ ズマ処理装置 100は、複数のスロットを有する平面アンテナ、例えば RLS A (Radial L ine Slot Antenna;ラジアルラインスロットアンテナ）にて処理室内にマイクロ波などの マイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイ クロ波プラズマを発生させ得るプラズマ処理装置として構成されている。
[0016] 上記プラズマ処理装置 100は、気密に構成され、ウェハ Wが搬入される接地された 略円筒状のチャンバ一 1を有している。なお、チャンバ一 1の形状は、断面四角形な どの角筒状でもよい。このチャンバ一 1は、「第 1のハウジング」である略円筒形をした ハウジング 2 (チャンバ一基部）と、このハウジング 2に上力 接合して処理空間を囲繞 する「第 2のノ、ウジング」である円筒形をしたチャンバ一ウォール 3 (着脱可能部）と、 を備えている。また、チャンバ一 1の上部には、処理空間にマイクロ波などの電磁波を 導入する「電磁波導入部」としてのアンテナ部 30が配備されて ヽる。
[0017] ハウジング 2の底壁 2aの略中央部には円形の開口部 10が形成されており、底壁 2a にはこの開口部 10と連通し、下方に向けて突出してチャンバ一 1内部を均一に排気 するための排気室 11が連設されて 、る。
[0018] ハウジング 2内には被処理体であるウェハ Wを水平に支持するための石英やセラミ ックス (A1N、 Al O等)などの材質で構成される載置台（サセプタ 5)力 排気室 11の
2 3
底部に支持されて設けられている。このサセプタ 5は、排気室 11の底部中央から上 方に延びる円筒状の支持部材 4により支持され、この支持部材 4は、排気室 11に支 持されている。これら、支持部材 4およびサセプタ 5は、熱伝導性の良い A1N等のセ ラミックス材料で構成されて 、る。サセプタ 5の外縁部にはウェハ Wをガイドするため のガイドリング 8が設けられている。また、サセプタ 5には、抵抗加熱型のヒータ（図示 せず）が埋め込まれており、ヒータ電源 6から給電されることによりサセプタ 5を加熱し て、その熱で被処理体であるウェハ Wを加熱する。サセプタ 5の温度は、熱電対 (TC ) 20によって計測できるようになっており、例えば室温から 1000°Cまでの範囲で温度 制御可能となっている。なお、サセプタ 5に静電チャック機能を持たせ、ウェハ Wを電 気的に着脱できる構成としてもょ 、。
[0019] また、サセプタ 5には、ウェハ Wを支持して昇降させるためのウェハ支持ピン（図示 せず）がサセプタ 5の表面に対して突没可能に設けられている。サセプタ 5の外周側 には、チャンバ一 1内を均一排気するため図示しない多数の貫通孔を備えたバッフ ルプレート 7が環状に設けられ、このバッフルプレート 7は、複数の支柱 7aにより支持 されている。なお、チャンバ一 1の内周に石英力もなる円筒状のライナー（図示せず） が設けられており、チャンバ一構成材料による金属汚染を防止し、クリーンな環境を 維持している。
[0020] 上記排気室 11の側面には排気管 23が接続されており、この排気管 23には高速真 空ポンプを含む排気装置 24が接続されて 、る。そしてこの排気装置 24を作動させる ことによりチャンバ一 1内のガス力 排気室 11の空間 11a内へ均一に排出され、排気 管 23を介して排気される。これによりチャンバ一 1内を所定の真空度、例えば 0. 133 Paまで高速に減圧することが可能となって 、る。
[0021] ハウジング 2の側壁には、ウェハ Wの搬入出を行うための搬入出口と、この搬入出 口を開閉するゲートバルブとが設けられて!、る (V、ずれも図示せず)。
[0022] チャンバ一 1の側壁には、チャンバ一 1内に処理ガスを導入するためのガス導入路 が形成されている。具体的には、ハウジング 2の側壁の上端には、段部 18が形成さ れており、後述するようにチャンバ一ウォール 3の下端に形成された段部 19との間に 環状通路 13を形成して!/ヽる（図 5 A参照)。
[0023] チャンバ一ウォール 3は、全体として環状 (角筒状でもよい）をしており、例えばアル ミニゥムゃステンレス鋼等の金属材カ なる装着および取り外しが可能な部材として 構成されている。このチャンバ一ウォール 3の上端部にアンテナ部 30のアッパープレ ート 27の下端部が係合する。つまり、チャンバ一ウォール 3は、アンテナ部 30を支持 するアンテナ部支持部材である。また、チャンバ一ウォール 3の下端部は、ハウジング 2の上端と接合して 、る。図 3Aおよび図 3Bにチャンバ一ウォール 3の概略構成を示 す。図 3Aは外観斜視図であり、図 3Bは、要部断面図である。チャンバ一ウォール 3 は、本実施形態ではハウジング 2の形状に合わせて環状をしており、内部には、ガス 流路として、ガス通路 14、ガス導入路 15bが形成されている。
[0024] また、チャンバ一ウォール 3の内周面の下端部は、下方に袴状 (スカート状）に垂下 した突出部 17が環状に形成されている。この突出部 17は、チャンバ一ウォール 3とハ ウジング 2との境界 (接面部）を覆うように設けられており、プラズマに曝されるとプラズ マダメージを受けて劣化してしまう、例えばフッ素系ゴム材料 [例えば、ケムラッッ (商 品名；グリーン、ツイード'アンド'カンパ-一社製)やバイトン (商品名；デュポン 'ダウ' エラストマ一社製) ]など力もなる Oリングなどのシール部材 9bにプラズマが直接作用 することを防止する役割を果たして 、る。
[0025] チャンバ一ウォール 3の上下の接合部には、例えば Oリングなどのシール部材 9a, 9b, 9cが配備されており、接合部の気密状態が保たれる。チャンバ一ウォール 3の下 端には、ノ、ウジング 2の段部 18と共同して環状通路 13を形成できるように段部 19が 設けられて 、る（図 5A参照)。
[0026] 本実施形態では、チャンバ一 1を一体構造とはせずに、ハウジング 2とチャンバーゥ オール 3とを分割構造とした。これにより、後述するようにチャンバ一ウォール 3を高さ ゃ径の異なる形態のものと交換することにより、プラズマ処理装置 100におけるギヤッ プ Lの調整や、ウェハ Wのサイズに対応した平面アンテナ部材 31のサイズの変更に 対し、 自由度の高い対応が可能になる。例えば、処理ガス流量、圧力、温度、マイク 口波パワー等の条件を変化させた場合でも、ギャップ Lを調整することにより変更前と 同じ内容の処理を行なうことができる場合がある。
チャンバ一ウォール 3の他のバリエーションとしては、例えば、図 7A、図 9A、図 11 Aに示すように、略円筒状をなし、外径はほぼ同様で、部材の高さや、内径が異なる チャンバ一ウォール 3a, 3b, 3cが交換可能に準備されている。これらチャンバーゥォ ール 3a, 3b, 3cも、アンテナ部 30を支持するアンテナ部支持部材である。
なお、チャンバ一ウォール 3を取外した状態で、直接ノヽウジング 2とアンテナ部 30と を接合してもよい。
[0027] チャンバ一 1の上部は開口部となっており、この開口部を塞ぐようにアンテナ部 30 が気密に配置されている。つまり、アンテナ部 30の全体が上方に開口したチャンバ 一 1の蓋体として機能する。従って、アンテナ部 30のアッパープレート 27は、チャン バーウォール 3, 3a, 3b, 3cと当接、離間することにより、チャンバ一 1に蓋体 (アンテ ナ部 30)を着脱自在に連結させる連結部としての機能も有して 、る。
アンテナ部 30には、サセプタ 5の側から順に、透過板 28、平面アンテナ部材 31、 遅波材 33が配備されている。これらは、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属 材からなるシールド蓋体 34、押えリング 36およびアッパープレート 27によって覆われ 、環状の押えリング 35で固定されている。押えリング 35は、例えば断面視 L字形をし ている。チャンバ一 1の上端とアッパープレート 27とはシール部材 9cによりシールさ れた状態で係合されて ヽる。
[0028] 透過板 28は、誘電体、例えば石英や Al O、 A1N、サフアイャ、 SiN等のセラミック
2 3
ス力 なり、マイクロ波を透過しチャンバ一 1内の処理空間に導入するマイクロ波導入 窓として機能する。透過板 28の下面 (サセプタ 5側）は平坦状に限らず、マイクロ波を 均一化してプラズマを安定ィ匕させるため、例えば凹部や溝を形成してもよい。この透 過板 28は、アンテナ部 30の外周下方に環状に配備されたアッパープレート 27の内 周面の突部 27aにより、シール部材 29を介して気密状態で支持されている。したがつ て、チャンバ一 1内は気密に保持される。
[0029] 平面アンテナ部材 31は、円板状をしており、透過板 28の上方位置において、シー ルド蓋体 34の内周面に係止されている。この平面アンテナ部材 31は、例えば表面が 金または銀メツキされた銅板またはアルミニウム板力 なり、マイクロ波などの電磁波 を放射するための多数のスロット孔 32が所定のパターンで貫通して形成された構成 となっている。
[0030] スロット孔 32は、例えば図 4に示すように長溝状をなし、典型的には隣接するスロッ ト孔 32同士が「T」字状に配置され、これら複数のスロット孔 32が同心円状に配置さ れている。スロット孔 32の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（ λ g)に応じて決定さ れ、例えばスロット孔 32の間隔は、 gZ2またはえ gとなるように配置される。なお、 図 4においては、同心円状に形成された隣接するスロット孔 32同士の間隔を Arで示 している。また、スロット孔 32は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さら に、スロット孔 32の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、 放射状に配置することもできる。また、スロット孔 32は、直線的に配列されていてもよ い。
[0031] 遅波材 33は、真空よりも大きい誘電率を有しており、平面アンテナ部材 31の上面 に設けられている。この遅波材 33は、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルォロ エチレン等のフッ素系榭脂ゃポリイミド系榭脂により構成されている。真空中ではマイ クロ波の波長が長くなり、定在波が発生してマイクロ波が均一に処理室に供給されな いことから、遅波材 33によりマイクロ波の波長を短くしてマイクロ波を均一化し、均質 なプラズマを生成させることができる。なお、平面アンテナ部材 31と透過板 28との間 、また、遅波材 33と平面アンテナ部材 31との間は、それぞれ密着させても離間させ てもよい。
[0032] シールド蓋体 34には、冷却水流路 34aが形成されており、そこに冷却水を通流さ せることにより、シールド蓋体 34、遅波材 33、平面アンテナ部材 31、透過板 28を冷 却するようになっている。なお、シールド蓋体 34は接地されている。
[0033] シールド蓋体 34の上壁の中央には、開口部 34bが形成されており、この開口部 34 bには導波管 37が接続されている。この導波管 37の端部には、マッチング回路 38を 介してマイクロ波発生装置 39が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置 39 で発生した、例えば周波数 2. 45GHzのマイクロ波が導波管 37を介して上記平面ァ ンテナ部材 31へ伝搬されるようになっている。マイクロ波の周波数としては、 8. 35G Hz、 1. 98GHz等を用いることもできる。
[0034] 導波管 37は、上記シールド蓋体 34の開口部 34bから上方へ延出する断面円形状 の同軸導波管 37aと、この同軸導波管 37aの上端部にモード変換器 40を介して接続 された水平方向に延びる矩形導波管 37bとを有している。矩形導波管 37bと同軸導 波管 37aとの間のモード変翻 40は、矩形導波管 37b内を TEモードで伝播するマ イク口波を TEMモードに変換する機能を有している。同軸導波管 37aの中心には内 導体 41が延在しており、内導体 41は、その下端部において平面アンテナ部材 31の 中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管 37aの内導体 41 を介して平面アンテナ部材 31へ放射状に効率よく均一に伝播される。
[0035] 図 5Aは、本実施形態のプラズマ処理装置 100におけるガス導入経路の構造を示 す拡大図である。チャンバ一ウォール 3には、チャンバ一 1にガスを供給するガス導入 部 15が設けられている。ガス導入部 15は、ガス導入口 15aとガス導入路 15bにより構 成されている。ガス導入口 15aは、チャンバ一 1の側壁の内周側の複数箇所 (例えば 32箇所）に均等に形成されている。各ガス導入口 15aは、チャンバ一 1の内壁面に対 して横方向に形成されたガス導入路 15bに連通しており、各ガス導入路 15bは、チヤ ンバーウォール 3内で鉛直方向に形成されるガス通路 14と連通している。なお、ガス 導入口 15aおよびガス導入路 15bは、アッパープレート 27に形成してもよい。
[0036] ガス通路 14は、ハウジング 2の上部と、チャンバ一ウォール 3の下部との接面部に、 段部 18と段部 19によって形成された隙間である環状通路 13に接続して 、る。この環 状通路 13は、処理空間を囲むように略水平方向に環状に連通している。また、環状 通路 13は、ハウジング 2内の任意の箇所 (例えば均等な 4箇所）にハウジング 2に対し て垂直方向に形成された通路 12を介してガス供給装置 16と接続されて!ヽる。環状 通路 13は、各ガス通路 14へガスを均等配分して供給するガス分配手段としての機 能を有しており、処理ガスが特定のガス導入口 15aに偏って供給されることを防ぐよう に機能する。なお、ガス導入口 15aは、プラズマ処理装置 100で行なわれるプロセス 内容に応じて処理ガスをチャンバ一 1内に均等に導入できるように例えば 8〜32個が 均等に設けられている。
[0037] このように本実施形態では、ガス供給装置 16からのガスを、通路 12、環状通路 13 、各ガス通路 14を介して 32箇所のガス導入口 15aから均一にチャンバ一 1内に導入 できるので、チャンバ一 1内でプラズマを均一に励起させることが可能であり、ウェハ Wに対するプロセスの均一化が図られている。また、このようなガス流路構造を採用し たことによって、ガス導入のための配管等の設備が簡略化されるので、装置構成を簡 素ィ匕することができる。
[0038] また、通路 12から導入されたガスを一旦水平方向に分配する環状通路 13を設け、 さらにチャンバ一ウォール 3内にガス通路 14を設けたので、ガス導入口 15aをチャン バーウォール 3内の任意の位置に設定してチャンバ一 1にガスを導入することができ るメリットがある。
すなわち、プロセス内容によって、マイクロ波導入部位 (透過板 28の直近）にガスを 導入したり、あるいは逆に、マイクロ波導入部位の直近位置ではガスの解離が進み過 ぎたり、ガス導入口 15a内部へのダメージが懸念される場合には、ガス導入口 15aを より下方に配置するなどのノ リエーシヨンを容易に設定することができる。
[0039] 図 5Aでは、ハウジング 2の上端の段部 18とチャンバ一ウォール 3の下端の段部 19 との間に環状通路 13を形成するようにした。しかし、例えば図 5Bに示すように、ハウ ジング 2の上端面に環状の溝を設け、平坦なチャンバ一ウォール 3の下端面との間に 環状通路 13aを形成することもできる。また、例えば図 5Cに示すように、チャンバーゥ オール 3の下端面に環状の溝を設け、平坦なハウジング 2の上端面との間に環状通 路 13bを形成することもできる。さらに、図示しないが、ハウジング 2とチャンバーゥォ ール 3の両方に環状の溝を設け、両方の溝が対向するように接合して環状通路を形 成することも可能である。
[0040] このように構成されたプラズマ処理装置 100においては、以下のようにして被処理 体としてのウェハ Wに対してプラズマ処理が行われる。
まず、ウェハ Wをチャンバ一 1内に搬入し、サセプタ 5上に載置する。そして、ガス供 給装置 16から、例えば Ar、 Kr、 Heなどの希ガス、例えば O
2、 N 0
2 、 NO、 NO
2、 CO などの酸ィ匕ガス、例えば N、 NHなどの窒化ガスのほか、成膜ガス、エッチングガス
2 2 3
などの処理ガスを所定の流量でガス導入口 15aを介してチャンバ一 1内に導入する。
[0041] 次に、マイクロ波発生装置 39からのマイクロ波を、マッチング回路 38を経て導波管 37に導き、矩形導波管 37b、モード変換器 40、および同軸導波管 37aを順次通過さ せて内導体 41を介して平面アンテナ部材 31に供給し、平面アンテナ部材 31のスロ ットから透過板 28を介してチャンバ一 1内に放射させる。
マイクロ波は、矩形導波管 37b内では TEモードで伝搬し、この TEモードのマイクロ 波はモード変換器 40で TEMモードに変換されて、同軸導波管 37a内を平面アンテ ナ部材 31に向けて伝搬されて 、く。平面アンテナ部材 31から透過板 28を経てチヤ ンバー 1に放射されたマイクロ波によりチャンバ一 1内で電磁界が形成され、処理ガス がプラズマ化する。
[0042] このプラズマは、マイクロ波が平面アンテナ部材 31の多数のスロット孔 32から放射 されることにより、略 1 X 101G〜5 X 1012/cm3の高密度で、かつウェハ W近傍では、 略 1. 5eV以下の低電子温度プラズマとなる。したがって、このプラズマをウェハ Wに 対して作用させることにより、プラズマダメージを抑制した処理が可能になる。なお、 プラズマ処理の内容としては、特に限定されるものではなぐ例えば各種の基板 (シリ コン基板、 FPD用ガラス基板、化合物半導体基板など）の酸化処理、窒化処理、酸 窒化処理、成膜処理、エッチング処理などの種々のプラズマ処理を対象とすることが できる。 [0043] 図 6、図 8および図 10は、図 1のプラズマ処理装置 100のチャンバ一ウォール 3を取 り外し、それぞれ別のチャンバ一ウォールに交換した状態を示している。なお、図 6、 図 8、図 10において、プラズマ処理装置 100の基本的な構成は、図 1、図 2と同様で あるため、同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。
[0044] まず、図 6は、図 1のプラズマ処理装置 100のチャンバ一ウォール 3に換えて、部材 の高さが低 、チャンバ一ウォール 3aを装着した他の実施形態である。図 7Aにチャン バーウォール 3aの外観斜視図を、図 7Bに断面図を示す。このように高さが低いチヤ ンバーウォール 3aを用いることにより、プラズマ処理装置 100におけるアンテナ部 30 の透過板 28の下面からウェハ Wまでの距離（ギャップ L)を短くすることができる。この ように、チャンバ一ウォールを交換するだけで、プロセス目的に応じてギャップ Lを簡 単に変更できるため、プロセス条件等の処理内容に応じて最適なギャップ Lに調整し てプラズマ処理を行うことができる。
[0045] また、高さの低いチャンバ一ウォール 3a内には、ガス通路 14にガス供給路 15bを 介して連通するガス導入口 15aを設けている。この場合のガス導入口 15aの位置は、 チャンバ一ウォール 3を装着した場合（図 2)と略同じに設定されており、ガス導入に 関するプロセス条件を変動させることなくギャップ Lのみの変更が可能になっている。
[0046] 次に、図 8は、図 1に比べて小径なウェハ Wを処理する場合の他の変形例である。
例えば、図 1のプラズマ処理装置 100が 300mm径のウェハ Wの処理に適したもの であるのに対し、図 8の実施形態では、 200mm径の小さなウェハ Wの処理に適合さ せて、図 1のアンテナ部 30に比べて小型のアンテナ部 30aを配備した。
小型で小径のアンテナ部 30aは、図 1のチャンバ一ウォール 3にそのまま装着する ことが出来ないため、従来のチャンバ一構造では、別のプラズマ処理装置を準備して 処理する必要があった。本実施形態では、図 1のプラズマ処理装置 100のチャンバ 一ウォール 3に換えて、内径が狭い幅広形状のチャンバ一ウォール 3bを装着した。こ のチャンバ一ウォール 3bをその内周面がチャンバ一内空間に張り出すようにハウジ ング 2に装着することにより、小型のアンテナ部 30aを支持できる。
[0047] 図 9Aにチャンバ一ウォール 3bの外観斜視図を、図 9Bに断面図を示す。チャンバ 一ウォール 3bは、内側に張り出した幅広の環として形成されていることにより、その下 面の周縁部でノヽウジング 2と当接し、かつその上面の内縁部で、内径の小さな小型 のアンテナ部 30aと当接し、これを支持できるように構成されている。
また、チャンバ一ウォール 3bの下面には下方に張り出した突出部 17が形成されて おり、シール部材 9bに直接プラズマが作用することを防止して 、る。
[0048] 本実施形態では、チャンバ一ウォール 3bの高さを図 1のチャンバ一ウォール 3と略 同じにすることにより、ギャップ Lを変更せずにすむため、同じプロセスを実施する場 合に同一条件で処理を行うことが可能になる。もっとも、 目的のプロセスが異なる場合 には、チャンバ一ウォール 3bの高さを変えることによりギャップ Lを可変に調整できる
[0049] さらに、幅広のチャンバ一ウォール 3b内に、ガス通路 14を環状通路 13からチャン バー内空間に臨むガス導入口 15aへ向けて斜めに穿設しているので、ガス通路 14 の距離が例えばチャンバ一ウォール 3を装着した場合（図 2)に比べ長く伸びたことに よる圧力損失を最小限に抑え、ガス流を滞留させずにスムーズに供給することができ る。また、ガス導入口 15aの位置は、チャンバ一ウォール 3を装着した場合（図 2)と略 同じに設定されており、ガス導入の条件を変動させることなくアンテナ部のサイズのみ を変更できる。よって、ウェハ Wのサイズにかかわらず同じ処理状態を作り出すことが できる。
[0050] 図 10は、図 8に示す例に比べ、ギャップ Lを短くした例を示すものである。ここでは、 図 8と同じ小型のアンテナ部 30aを配備し、チャンバ一ウォールとしてチャンバーゥォ ール 3cを用いることにより、ギャップ Lを小さくしている。図 11Aにチャンバ一ウォール 3cの外観斜視図を、図 11Bに要部断面図を示す。このチャンバ一ウォール 3cは、チ ヤンバーウォール 3bに比べて高さが低く形成されており、し力も、その上面には環の 周縁部と内側とに段差が設けられ、この段差の下段部分が内周側へ向けて突出した 断面視略 L字型に形成されている。内周側へ突出した段差の下段部分の上面は、平 面的に形成されて支持面をなしている。したがって、内周側へ向けて突出した支持 面で小径のアンテナ部 30aを低位置で支持することが可能であり、ギャップ Lを任意 に調節できる。例えば、内周側へ向けて突出した支持面の高さ（つまり、段差の高さ） を低くすることによりギャップ Lを短く設定することができる。 [0051] 以上のように、本発明のプラズマ処理装置 100では、ハウジング 2に着脱可能に設 けられたチャンバ一ウォール 3をチャンバ一ウォール 3a〜3cに交換することにより、プ ロセス目的に応じてアンテナ部のサイズ変更とギャップ Lを変更できる。つまり、チャン ノ ーウォーノレ 3, 3a, 3b, 3cは、ノヽウジング 2と、大きさの異なるアンテナ咅 30aと の間でアダプタ一として機能する。従って、ウェハ Wの大きさや処理内容に応じて最 小限の設備変更で最適なプラズマ処理を行うことができる。
[0052] 以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることは なぐ種々の変形が可能である。
たとえば、図 1では、 RLSA方式のプラズマ処理装置 100を例に挙げた力 例えば リモートプラズマ方式、 ICP方式、 ECR方式、表面反射波方式、マグネトロン方式等 のプラズマ処理装置にも適用可能である。
[0053] また、上記実施形態では、チャンバ一 1をハウジングとチャンバ一ウォールとに 2分 割したが、 3分割以上にすることもできる。
[0054] さらに、上記実施形態では、円盤状の半導体ウェハを処理するための円筒状のチ ヤンバー 1を有するプラズマ処理装置 100を例に挙げた力 これに限らず、例えば四 角形をした FPD用ガラス基板を処理する水平断面が矩形のチャンバ一を有するブラ ズマ処理装置にも本発明の分割構造を適用できる。
産業上の利用可能性
[0055] 本発明のプラズマ処理装置は、各種半導体装置の製造過程において好適に利用 可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内において被処理体を載置する載置 台と、前記処理容器の上部に接合され、前記処理容器内を密閉する蓋部と、 を備えたプラズマ処理装置であって、
前記処理容器は、前記載置台を囲繞する第 1のハウジングと、前記第 1のハウジン グと前記蓋部との間に着脱自在に介在配置される第 2のハウジングとを具備した、プ ラズマ処理装置。
[2] 真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内にお！ヽて被処理体を載置する載置 台と、前記処理容器の上部に接合され、前記処理容器内に電磁波を導く電磁波導 入部と、前記処理容器内にプラズマ励起用のガスを導入するガス導入部と、 を備えたプラズマ処理装置であって、
前記処理容器は、前記載置台を囲繞する第 1のハウジングと、前記第 1のハウジン グと前記電磁波導入部との間に着脱自在に介在配置される第 2のハウジングとを具 備した、プラズマ処理装置。
[3] 請求項 2において、前記第 2のハウジングは、予め準備された高さおよび Zまたは 内径の異なる複数の筒状部材の中から、被処理体の大きさに応じて選択され、装着 されたものである、プラズマ処理装置。
[4] 請求項 2において、前記第 2のハウジングは、予め準備された高さおよび Zまたは 内径の異なる複数の筒状部材の中から、プラズマ処理の内容に応じて選択され、装 着されたものである、プラズマ処理装置。
[5] 請求項 2において、前記電磁波導入部は、被処理体の大きさに応じて、その大きさ が選択され、装着されたものである、プラズマ処理装置。
[6] 請求項 2において、前記第 2のハウジングの複数箇所に前記ガス導入部を設けた、 プラズマ処理装置。
[7] 請求項 6において、前記ガス導入部は、前記処理容器内の空間に向けて開口した ガス導入口と、該ガス導入口に接続したガス導入路と、を備えており、
前記ガス導入路は、ガスを複数の前記ガス導入部に均等に分配するために前記第 1のハウジングの上端と前記第 2のハウジングの下端との境界に形成されたガス分配 手段に接続している、プラズマ処理装置。
[8] 請求項 7において、前記ガス分配手段は、前記第 1のハウジングの上端に形成され た段部と、前記第 2のハウジングの下端に形成された段部との間の隙間である、ブラ ズマ処理装置。
[9] 請求項 2において、前記電磁波は、マイクロ波であり、前記電磁波導入部は、マイク 口波を導入するためのアンテナを備えている、プラズマ処理装置。
[10] 請求項 9において、前記アンテナは、複数のスロット孔が形成された平面アンテナ である、プラズマ処理装置。
[11] 真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内において被処理体を載置する載置 台と、前記処理容器の上部に接合され、該処理容器内を密閉する蓋部と、前記載置 台を囲繞する第 1のハウジングと、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記第 1のハウジングと前記蓋部との間に第 2のハウジングが装着可能に構成され ているとともに、前記第 2のハウジングを取り外した状態で前記第 1のハウジングと前 記蓋部とを直接接合できるように構成された、プラズマ処理装置。
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