JP2005044822A

JP2005044822A - Plasma processing system

Info

Publication number: JP2005044822A
Application number: JP2003199673A
Authority: JP
Inventors: Petrov Ganashev Ivan; ペトロフガナシェフイヴァン; Munenori Iwami; 宗憲石見
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing system capable of protecting the inner wall of a chamber against damage. SOLUTION: The plasma processing system comprises a vacuum chamber (10) capable of sustaining an atmosphere reduced in pressure below atmosphere, a transmission window (30) occupying a part of the wall face of the vacuum chamber, and a section (20, 20S) provided on the outside of the vacuum chamber in order to introduce a microwave into the vacuum chamber through the transmission window, and can generate plasma by the microwave introduced into the vacuum chamber through the transmission window. An absorber (40) composed of a material exhibiting an absorptivity of the microwave higher than that of the material composing the vacuum chamber is provided to be exposed in the vacuum chamber around the transmission window. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、真空チャンバの内部に形成されるプラズマの分布を制御することが可能なエッチング装置などのプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを利用したドライエッチング、アッシング、薄膜堆積あるいは表面改質などのプラズマ処理は、半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置などに応用され、電子産業をはじめとした各種の産業分野において広く利用されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なひとつとして、マイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。
【０００４】
図１０は、マイクロ波励起型プラズマ処理装置の構造を表す模式図である。この装置は、処理チャンバ１０と、この処理チャンバ１０の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる透過窓３０と、透過窓３０の外側に設けられたマイクロ波導波管２０と、透過窓３０の下方の処理空間において半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置して保持するためのステージ１６と、を有する。
【０００５】
処理チャンバ１０は、真空排気系Ｅにより形成される減圧雰囲気を維持可能であり、処理空間に処理ガスを導入するためのガス導入管（図示せず）が適宜設けられている。
【０００６】
たとえば、このプラズマ処理装置を用いて被処理物Ｗの表面にエッチング処理を施す際には、まず、被処理物Ｗが、その表面を上方に向けた状態でステージ１６の上に載置される。次いで、真空排気系Ｅによって処理空間が減圧状態にされた後、この処理空間に、処理ガスとしてのエッチングガスが導入される。その後、処理空間に処理ガスの雰囲気が形成された状態で、マイクロ波導波管２０からスロットアンテナ２０Ｓにマイクロ波Ｍが導入される。
【０００７】
マイクロ波Ｍは、スロットアンテナ２０Ｓから透過窓３０に向けて放射される。透過窓３０は石英やアルミナなどの誘電体からなり、マイクロ波Ｍは、透過窓３０の表面を伝搬して、チャンバ１０内の処理空間に放射される。このようにして処理空間に放射されたマイクロ波Ｍのエネルギーにより、処理ガスのプラズマが形成される。こうして発生したプラズマ中の電子密度が透過窓３０を透過して供給されるマイクロ波Ｍを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波は透過窓３０の下面からチャンバ内の処理空間に向けて一定距離（スキンデプス）ｄだけ入るまでの間に反射され、このマイクロ波の反射面とスロットアンテナ２０Ｓの下面との間にはマイクロ波の定在波が形成される。
【０００８】
すると、マイクロ波の反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定なプラズマＰが励起されるようになる。このプラズマ励起面で励起された安定なプラズマＰ中においては、イオンや電子が処理ガスの分子と衝突することにより、励起された原子や分子、遊離原子（ラジカル）などの励起活性種（プラズマ生成物）が生成される。これらプラズマ生成物は、矢印Ａで表したように処理空間内を拡散して被処理物Ｗの表面に飛来し、エッチングなどのプラズマ処理が行われる。
【０００９】
ところで、被処理物Ｗの形状やサイズに応じて、所定の分布のプラズマ処理を実現するためのプラズマ処理装置が開示されている。
【００１０】
例えば、特許文献１には、スロットアンテナ２０Ｓとして、その下面全域に多数のスロットを分布させた「ラジアルラインスロットアンテナ」を用いる発明が開示されている。これら多数のスロットを介して、マイクロ波導波管２０から導入されたマイクロ波Ｍを放射することにより、チャンバ１０の内部にマイクロ波を均一に放射することを目的としたものである。
【００１１】
一方、特許文献２には、透過窓３０の「厚み」や「誘電率」に分布を設けることにより均一なプラズマを形成することが開示されている。
【００１２】
また、特許文献３には、アンテナから透過窓に至るまでの領域を囲むように誘電損失あるいは磁気損失の大きい電磁波吸収体を設けたプラズマ処理装置が開示されている。このような電磁波吸収体を設けることにより、マイクロ波の反射を抑えて定在波の発生を抑制し、プラズマの均一性を高めることができるとされている。
【００１３】
一方、特許文献４には、透過窓の周辺部に、その入口以外が導体で囲まれた定在波制御部が設けられたプラズマ処理装置が開示されている。このような定在波制御部を設けることにより、被処理試料に均一な加工を施すことができるとされている。
【００１４】
【特許文献１】
特開２０００−２７３６４６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１６７９００号公報
【特許文献３】
特開２００１−２２３１７１号公報
【特許文献４】
特開２００２−２８０３６１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来のプラズマ処理装置は、いずれも、チャンバ内におけるマイクロ波の強度分布を制御することによって、チャンバ１０の壁面の一部を実質的に構成する透過窓３０の近傍のスキンデプスｄの範囲において形成されるプラズマの均一性を改善するという思想に立脚するものである。
【００１６】
しかし、本発明者の検討の結果、これらいずれのプラズマ処理装置においても、透過窓３０の周囲の金属チャンバ１０の表面に、プラズマＰによる損傷が発生することが判明した。
【００１７】
すなわち、スロットアンテナ２０Ｓから供給されたマイクロ波Ｍは、透過窓３０の表面を伝搬して、チャンバ１０との境界に至る。チャンバ１０は、ステンレスやアルミニウムなどの金属からなるので、マイクロ波Ｍは、その境界において反射され、チャンバ１０の表面に伝搬することはない。
【００１８】
しかし、チャンバ１０の内部空間に形成されたプラズマＰは、透過窓３０の直下よりも広い範囲に広がり、チャンバ１０の内壁との間に、電子が殆どなく陽イオンが多い、「シース（ｓｈｅａｔｈ）」を形成し、透過窓３０の周辺のチャンバ内壁面１０Ｅの上にまで形成される。
【００１９】
すると、このチャンバ内壁面１０Ｅは、プラズマＰにより形成されたラジカルなどのプラズマ生成物Ａによりエッチングやスパッタリングされ、損傷が生ずる。また、このようなチャンバ内壁面１０Ｅのエッチングやスパッタリングは、被処理物Ｗの表面を汚染する原因ともなりうる。
【００２０】
また、このようなチャンバの損傷を防ぐために、透過窓３０の周囲のチャンバ内壁を石英やアルミナなどの誘電体により被覆保護する手段も考えられる。しかし、そのような被覆を施した場合、透過窓３０の表面からこれら誘電体被覆層の表面をマイクロ波Ｍが伝搬することなり、その被覆層の終端部において、金属面が損傷を受けることとなる。
【００２１】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、透過窓の周囲へのプラズマの拡がりを制御することにより、チャンバ内壁の損傷を防ぐことができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１のプラズマ発生装置は、大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、前記真空チャンバの壁面の一部を占める透過窓と、前記真空チャンバの外側に設けられ、前記透過窓を介して前記真空チャンバ内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、を備え、
前記透過窓を介して前記真空チャンバ内に導入されたマイクロ波によってプラズマを生成可能なプラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波に対する吸収率が前記真空チャンバを構成する材料よりも高い材料を含む吸収体が前記透過窓の周囲において、前記真空チャンバ内に露出するように設けられたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、吸収体がマイクロ波を吸収することによってプラズマの範囲を制限することができ、チャンバの内壁のプラズマによる損傷を防ぐことができる。
【００２４】
ここで、前記吸収体は、前記透過窓と前記チャンバとの間に設けられたものとすれば、マイクロ波の伝搬を停止させることが容易となる。
【００２５】
また、前記吸収体は、炭素を含有した材料を含むものすると、マイクロ波に対する高い吸収を得ることが容易となる。
【００２６】
また、前記吸収体は、炭化シリコンを含むものとすると、マイクロ波に対する吸収が高く、また、プラズマ処理する被処理物に対する汚染の心配も少ない。
【００２７】
または、前記吸収体は、フッ化炭素を含むものとしても、マイクロ波に対する吸収が高く、また、プラズマ処理する被処理物に対する汚染の心配も少ない。
【００２８】
また一方、前記吸収体を冷却する冷却機構をさらに備えたものすれば、マイクロ波の吸収による吸収体の発熱を防ぐことができる。
【００２９】
また、前記吸収体は、吸収部と、それとは異なる材料からなる補強部と、を有するものとすれば、物理的な強度や化学的な安定性を向上させることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【００３２】
すなわち、本具体例のプラズマ発生装置も「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置であり、処理チャンバ１０と、この処理チャンバ１０の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる透過窓３０と、透過窓３０の外側に設けられたマイクロ波導波管２０と、透過窓３０の下方の処理空間において半導体ウェーハなどの被処理物Ｗを載置して保持するためのステージ１６と、を有する。
【００３３】
処理チャンバ１０は真空排気系Ｅにより形成される減圧雰囲気を維持可能であり、チャンバ１０の側面には、処理空間に処理ガスを導入するためのガス導入管（図示せず）が適宜設けられている。
【００３４】
そして、本発明においては、透過窓３０の周囲に、マイクロ波を吸収する吸収体４０がチャンバ１０内に露出するように設けられている。本具体例の場合、この吸収体４０は、透過窓３０とその周囲の金属チャンバ１０との間に介在し、さらに、透過窓３０の内面（すなわち、チャンバ１０内に面した表面）の周縁部分を被覆するように設けられている。
【００３５】
スロットアンテナ２０Ｓを介して導入されたマイクロ波Ｍは、透過窓３０を透過してチャンバ１０の内部空間に放出され、電離気体によるプラズマＰを生成する。しかし、透過窓３０の周囲においては、マイクロ波Ｍは吸収体４０に吸収され減衰して消失する。従って、チャンバ１０の内壁面を覆うシース（ｓｈｅａｔｈ）上をマイクロ波が伝搬することは無くなる。つまり、マイクロ波Ｍが放出される領域を吸収体４０の内側に制限することができる。その結果として、プラズマＰがチャンバ１０の内壁面上にまで拡がってチャンバのエッチングやスパッタリングなどが生ずるという問題を防ぐことができる。
【００３６】
このように、本発明によれば、誘電体からなる透過窓３０の周囲において、チャンバ１０内に露出するように、マイクロ波の吸収体４０を設けることにより、マイクロ波Ｍの伝搬を停止させ、プラズマＰの拡がりを制限して、チャンバ内壁の損傷を防ぐことができる。
【００３７】
また、本発明によれば、吸収体４０を設けることにより、プラズマＰの範囲を任意に制限することが可能となる。従って、被処理物Ｗの全体ではなく、その一部のみを局部的にプラズマ処理することも容易となる。
【００３８】
本発明における吸収体４０としては、マイクロ波Ｍに対する吸収率が高い材料を用いることが望ましい。また、吸収体４０は、拡がったプラズマＰによってエッチングやスパッタリングされる可能性があるので、これらに対する耐久性が高く、また、エッチングやスパッタリングが生じても、被処理物Ｗをなるべく汚染しにくい材料を用いることも望ましい。
【００３９】
このような材料としては、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）を挙げることができる。また、炭化シリコン以外にも、炭素（Ｃ）を含有した材料は、マイクロ波に対する吸収率が比較的高く、また汚染が生じにくい点で有利である。
【００４０】
具体的には、炭素（Ｃ）や、フッ化炭素（ＣＦｘ）などを用いることができる。フッ化炭素は、特にフッ素系ガスを用いたエッチングなどのプラズマ処理を行う場合に、被処理物Ｗに対する汚染などの影響を抑制できる点で有利である。また、その他、誘電的な損失の大きい誘電体や、磁気的な損失の大きなフェライト系の材料などを用いてもよい。
【００４１】
また、これらの材料を用いて吸収体４０を形成する場合には、そのマイクロ波に対する材料の吸収率を勘案しつつ、吸収体４０の厚みや幅などを設定すればよい。
【００４２】
図２は、本発明の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。同図については、図１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
本変形例の場合、吸収体４０は、透過窓３０とチャンバ１０との間において、透過窓３０の周囲を取り囲みチャンバ１０内に露出するように設けられている。また、吸収体４０は、透過窓３０よりも処理空間に向けて突出するように設けられている。このように吸収体４０を設けても、マイクロ波Ｍの伝搬を停止させ、プラズマＰの拡がりを制限して、チャンバ内壁の損傷を防ぐことができる。
【００４４】
図３は、本発明の第２の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。同図についても、図１及び図２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
本変形例の場合も、吸収体４０は、透過窓３０とチャンバ１０との間において、透過窓３０の周囲を取り囲みチャンバ１０内に露出するように設けられている。ただし、吸収体４０は、チャンバ内に向けて突出せず、透過窓３０と連続した内壁面を形成するようにその周囲に設けられている。このように吸収体４０を設けても、マイクロ波Ｍの伝搬を停止させ、プラズマＰの拡がりを制限して、チャンバ１０の内壁の損傷を防ぐことができる。
【００４６】
図４は、本発明の第３の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。同図についても、図１乃至図３に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４７】
本変形例の場合も、吸収体４０は、透過窓３０とチャンバ１０との間において、透過窓３０の周囲を取り囲みチャンバ１０内に露出するように設けられている。ただし、吸収体４０は、チャンバ内に向けて突出せず、透過窓３０と連続した内壁面を形成するようにその周囲に設けられている。またさらに、吸収体４０は、透過窓３０の厚み方向に見たときに、その側面の全体を覆わず一部のみに設けられている。
本発明においては、チャンバ１０内では透過窓３０の周囲を取り囲むように吸収体４０を設ける必要があるが、チャンバ１０の外側においては、透過窓３０を取り囲むように吸収体４０を設ける必要は必ずしもない。従って、本変形例のように、チャンバ１０の内側においてのみ、吸収体４０を設けても、マイクロ波Ｍの伝搬を停止させ、プラズマＰの拡がりを制限して、チャンバ１０の内壁の損傷を防ぐことができる。
【００４８】
図５は、本発明の第４の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。同図についても、図１乃至図４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
本変形例の場合、吸収体４０は、透過窓３０の側面を覆うことなく、その周囲において、チャンバ１０の内壁面の上を被覆しチャンバ１０内に露出するように設けられている。このように吸収体４０を設けても、マイクロ波Ｍの伝搬を停止させ、プラズマＰの拡がりを制限して、チャンバ１０の内壁の損傷を防ぐことができる。
【００５０】
図６は、本発明の第５の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。同図についても、図１乃至図５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５１】
本変形例の場合も、吸収体４０は、透過窓３０とチャンバ１０との間において、透過窓３０の周囲を取り囲みチャンバ１０内に露出するように設けられている。さらに、吸収体４０から熱を搬出する冷却機構５０が設けられている。冷却機構５０は、例えば、液体あるいは気体などの冷媒を吸収体４０の内部あるいはその近傍に通過させて熱交換する構造のものとすることができる。また、冷却機構５０としては、例えば、ペルチエ素子のような電子冷却方式のものを用いることもできる。
【００５２】
吸収体４０は、透過窓３０から伝搬されるマイクロ波Ｍを吸収するために、投入される電力の一部を消費することになる。従って、この消費した電力に対応した発熱が生ずる。本具体例によれば、冷却機構５０を設けることにより、吸収体４０の加熱を防ぐことができる。
【００５３】
図７は、本発明の第６の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。同図についても、図１乃至図６に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５４】
本変形例の場合、吸収体４０は吸収部４０ａと補強部４０ｂとを有する。このような吸収体４０が透過窓３０の周囲を取り囲みチャンバ１０内に露出するように設けられている。
【００５５】
マイクロ波に対する吸収率が高い材料からなる吸収部４０ａは、物理的な強度や化学的な安定性、あるいは処理環境に対する耐久性などが必ずしも十分に高くない場合もある。これに対して、物理的な強度や化学的な安定性がより高い補強部４０ｂにより補強することができる。本具体例によれば、吸収部４０ａと補強部４０ｂとを組み合わせた吸収体４０を用いることにより、物理的な強度や化学的な安定性などを改善することができる。例えば、吸収部４０ａを透過窓３０に対して高い強度で固着させることが容易でない場合に、補強部４０ｂを介することにより、接着強度を確保することができる。
【００５６】
また、これら吸収部４０ａと補強部４０ｂとの配置関係は、図８に例示した第７変型例の如く、逆転してもよい。すなわち、吸収部４０ａの上に補強部４０ｂを設けてもよい。例えば、チャンバ内で実施されるエッチングなどのプラズマ処理に対して吸収部４０ａが十分な耐久性をもたないような場合、補強部４０ｂを被覆することにより、吸収部４０ａを保護することができる。
【００５７】
図９は、本発明の第８の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。同図についても、図１乃至図８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】
本変形例の場合も、吸収体４０は吸収部４０ａと補強部４０ｂとを有する。このような吸収体４０が透過窓３０の周囲を取り囲みチャンバ１０内に露出するように設けられている。そしてさらに、この吸収体４０は、図４に例示した第３変型例と同様に、チャンバ１０の外側にまでは延在せず、チャンバ１０の外壁の内部で終端している。このように吸収体４０を設けても、マイクロ波Ｍの伝搬を停止させ、プラズマＰの拡がりを制限して、チャンバ１０の内壁の損傷を防ぐことができる。
【００５９】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【００６０】
例えば、本発明において用いるマイクロ波発生機構、マイクロ波導波機構、透過窓、あるいはチャンバの内外に設けられる真空排気系、ガス導入系、加熱装置などの構造や、それらの配置関係などについては、本発明の趣旨に基づいて当業者が適宜変形したのも本発明の範囲に包含される。
【００６１】
また、チャンバの形状やサイズ、あるいは被処理物と透過窓などとの配置関係についても、図示したものには限定されず、プラズマ処理の内容や条件などを考慮して適宜決定することができる。
【００６２】
さらにまた、上述した具体例においては、プラズマ処理装置の要部構成のみ説明したが、本発明は、このような本発明の特徴部分を有する全てのプラズマ処理装置も包含し、例えば、エッチング装置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置などとして実現したプラズマ処理装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、透過窓の周囲にマイクロ波を吸収する吸収体を設けることにより、マイクロ波の伝搬を停止させ、プラズマの範囲を制限することによって、チャンバの内壁の損傷を防ぐことができる。
【００６４】
その結果として、半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用基板などの各種の被処理物に対して、汚染を抑制しつつ、安定して継続的なプラズマ処理を実施することができ、あるいは、各種の被処理物に対して、局所的なプラズマ処理を実行することも可能となり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図２】本発明の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図３】本発明の第２の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図４】本発明の第３の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図５】本発明の第４の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図６】本発明の第５の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図７】本発明の第６の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図８】吸収部４０ａの上に補強部４０ｂを設けたプラズマ処理装置の要部を表す概念図である。
【図９】本発明の第８の変形例のプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図１０】マイクロ波励起型プラズマ処理装置の構造を表す模式図である。
【符号の説明】
１０チャンバ
１０Ｅチャンバ内壁面
１６ステージ
２０マイクロ波導波管
２０Ｓスロットアンテナ
３０透過窓
４０吸収体
４０ａ吸収部
４０ｂ補強部
５０冷却機構
Ａプラズマ生成物
Ｅ真空排気系
Ｍマイクロ波
Ｐプラズマ
Ｗ被処理物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus such as an etching apparatus capable of controlling the distribution of plasma formed inside a vacuum chamber.
[0002]
[Prior art]
Plasma processing such as dry etching, ashing, thin film deposition or surface modification using plasma is applied to semiconductor manufacturing equipment, liquid crystal display manufacturing equipment, etc., and is widely used in various industrial fields including the electronics industry. .
[0003]
As a typical apparatus for performing such plasma processing, there is a “microwave excitation type” plasma processing apparatus that excites plasma by microwaves.
[0004]
FIG. 10 is a schematic diagram showing the structure of a microwave excitation type plasma processing apparatus. This apparatus includes a processing chamber 10, a transmission window 30 made of a flat dielectric plate provided on the upper surface of the processing chamber 10, a microwave waveguide 20 provided outside the transmission window 30, and a transmission window. And a stage 16 for placing and holding a workpiece W such as a semiconductor wafer in a processing space below 30.
[0005]
The processing chamber 10 can maintain a reduced pressure atmosphere formed by the vacuum exhaust system E, and a gas introduction pipe (not shown) for introducing a processing gas into the processing space is appropriately provided.
[0006]
For example, when performing an etching process on the surface of the workpiece W using this plasma processing apparatus, first, the workpiece W is placed on the stage 16 with the surface facing upward. . Next, after the processing space is depressurized by the vacuum exhaust system E, an etching gas as a processing gas is introduced into the processing space. Thereafter, the microwave M is introduced from the microwave waveguide 20 to the slot antenna 20S in a state where the atmosphere of the processing gas is formed in the processing space.
[0007]
The microwave M is radiated from the slot antenna 20S toward the transmission window 30. The transmission window 30 is made of a dielectric such as quartz or alumina, and the microwave M propagates through the surface of the transmission window 30 and is radiated to the processing space in the chamber 10. Thus, plasma of the processing gas is formed by the energy of the microwave M radiated into the processing space. When the electron density in the plasma thus generated becomes higher than the density (cut-off density) that can shield the microwave M supplied through the transmission window 30, the microwave passes from the lower surface of the transmission window 30 to the processing space in the chamber. A microwave standing wave is formed between the reflection surface of the microwave and the lower surface of the slot antenna 20S.
[0008]
Then, the microwave reflection surface becomes a plasma excitation surface, and the stable plasma P is excited on this plasma excitation surface. In the stable plasma P excited on this plasma excitation surface, ions and electrons collide with the molecules of the processing gas, thereby causing excited active species (plasma generation) such as excited atoms, molecules, and free atoms (radicals). Product) is generated. These plasma products diffuse in the processing space as indicated by arrow A and fly to the surface of the workpiece W, and plasma processing such as etching is performed.
[0009]
By the way, a plasma processing apparatus for realizing plasma processing with a predetermined distribution according to the shape and size of the workpiece W is disclosed.
[0010]
For example, Patent Document 1 discloses an invention using a “radial line slot antenna” in which a number of slots are distributed over the entire lower surface of the slot antenna 20S. The object is to uniformly radiate the microwave into the chamber 10 by radiating the microwave M introduced from the microwave waveguide 20 through these many slots.
[0011]
On the other hand, Patent Document 2 discloses that a uniform plasma is formed by providing a distribution in the “thickness” and “dielectric constant” of the transmission window 30.
[0012]
Patent Document 3 discloses a plasma processing apparatus provided with an electromagnetic wave absorber having a large dielectric loss or magnetic loss so as to surround a region from an antenna to a transmission window. By providing such an electromagnetic wave absorber, it is said that reflection of microwaves can be suppressed, generation of standing waves can be suppressed, and plasma uniformity can be improved.
[0013]
On the other hand, Patent Document 4 discloses a plasma processing apparatus in which a standing wave control unit in which a part other than the entrance is surrounded by a conductor is provided at the periphery of a transmission window. By providing such a standing wave control unit, it is said that uniform processing can be performed on the sample to be processed.
[0014]
[Patent Document 1]
JP 2000-273646 A [Patent Document 2]
JP 2001-167900 A [Patent Document 3]
JP 2001-223171 A [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-280361
[Problems to be solved by the invention]
All of these conventional plasma processing apparatuses control the microwave intensity distribution in the chamber, and thereby, in the range of the skin depth d in the vicinity of the transmission window 30 that substantially constitutes a part of the wall surface of the chamber 10. This is based on the idea of improving the uniformity of the plasma formed.
[0016]
However, as a result of the study by the present inventors, it has been found that damage is caused by plasma P on the surface of the metal chamber 10 around the transmission window 30 in any of these plasma processing apparatuses.
[0017]
That is, the microwave M supplied from the slot antenna 20 S propagates on the surface of the transmission window 30 and reaches the boundary with the chamber 10. Since the chamber 10 is made of a metal such as stainless steel or aluminum, the microwave M is reflected at the boundary and does not propagate to the surface of the chamber 10.
[0018]
However, the plasma P formed in the internal space of the chamber 10 spreads over a wider range than just below the transmission window 30, and there are few electrons and many cations between the inner wall of the chamber 10, “sheath” ”And is formed on the inner wall surface 10 E of the chamber around the transmission window 30.
[0019]
Then, the chamber inner wall surface 10E is etched or sputtered by the plasma product A such as radicals formed by the plasma P, resulting in damage. Further, such etching or sputtering of the inner wall surface 10E of the chamber may cause the surface of the workpiece W to be contaminated.
[0020]
In order to prevent such damage to the chamber, means for covering and protecting the inner wall of the chamber around the transmission window 30 with a dielectric such as quartz or alumina can be considered. However, when such a coating is applied, the microwave M propagates from the surface of the transmission window 30 to the surface of the dielectric coating layer, and the metal surface is damaged at the end of the coating layer. Become.
[0021]
The present invention has been made based on recognition of such a problem, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of preventing damage to the inner wall of the chamber by controlling the spread of the plasma around the transmission window. There is.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first plasma generator of the present invention includes a vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere depressurized from the atmosphere, a transmission window that occupies a part of the wall surface of the vacuum chamber, and the vacuum chamber And a microwave introduction part for introducing microwaves into the vacuum chamber through the transmission window,
A plasma processing apparatus capable of generating plasma by microwaves introduced into the vacuum chamber through the transmission window,
An absorber including a material having a higher absorption rate for the microwave than a material constituting the vacuum chamber is provided around the transmission window so as to be exposed in the vacuum chamber.
[0023]
According to the said structure, the range of a plasma can be restrict | limited by an absorber absorbing a microwave, and the damage by the plasma of the inner wall of a chamber can be prevented.
[0024]
Here, if the absorber is provided between the transmission window and the chamber, it is easy to stop the propagation of microwaves.
[0025]
Further, when the absorber includes a material containing carbon, it is easy to obtain high absorption with respect to microwaves.
[0026]
Further, when the absorber includes silicon carbide, the absorption to microwaves is high, and there is little concern about contamination of the workpiece to be plasma-treated.
[0027]
Alternatively, even if the absorber includes carbon fluoride, the absorption with respect to microwaves is high, and there is little concern about contamination of the workpiece to be plasma-treated.
[0028]
On the other hand, if a cooling mechanism for cooling the absorber is further provided, heat generation of the absorber due to absorption of microwaves can be prevented.
[0029]
Moreover, if the said absorber has an absorption part and the reinforcement part which consists of a different material, it can improve physical intensity | strength and chemical stability.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.
[0031]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
[0032]
That is, the plasma generation apparatus of this specific example is also a “microwave excitation type” plasma processing apparatus, and includes a processing chamber 10 and a transmission window 30 made of a flat dielectric plate provided on the upper surface of the processing chamber 10. And a microwave waveguide 20 provided outside the transmission window 30 and a stage 16 for mounting and holding a workpiece W such as a semiconductor wafer in a processing space below the transmission window 30.
[0033]
The processing chamber 10 can maintain a reduced-pressure atmosphere formed by the vacuum exhaust system E, and a gas introduction pipe (not shown) for introducing a processing gas into the processing space is appropriately provided on the side surface of the chamber 10. Yes.
[0034]
In the present invention, an absorber 40 that absorbs microwaves is provided around the transmission window 30 so as to be exposed in the chamber 10. In the case of this specific example, the absorber 40 is interposed between the transmission window 30 and the surrounding metal chamber 10, and further, the peripheral portion of the inner surface of the transmission window 30 (ie, the surface facing the chamber 10). Is provided so as to cover.
[0035]
The microwave M introduced through the slot antenna 20S passes through the transmission window 30 and is emitted into the internal space of the chamber 10 to generate plasma P by ionized gas. However, around the transmission window 30, the microwave M is absorbed by the absorber 40 and attenuates and disappears. Therefore, the microwave does not propagate on the sheath covering the inner wall surface of the chamber 10. That is, the region where the microwave M is emitted can be limited to the inside of the absorber 40. As a result, it is possible to prevent the problem that the plasma P spreads to the inner wall surface of the chamber 10 to cause etching or sputtering of the chamber.
[0036]
Thus, according to the present invention, by providing the microwave absorber 40 so as to be exposed in the chamber 10 around the transmission window 30 made of a dielectric, the propagation of the microwave M is stopped, By limiting the spread of the plasma P, damage to the inner wall of the chamber can be prevented.
[0037]
Further, according to the present invention, it is possible to arbitrarily limit the range of the plasma P by providing the absorber 40. Therefore, it is also easy to locally plasma process only a part of the workpiece W, not the entire workpiece.
[0038]
As the absorber 40 in the present invention, it is desirable to use a material having a high absorption rate for the microwave M. In addition, since the absorber 40 may be etched or sputtered by the spread plasma P, it is highly durable, and even if etching or sputtering occurs, it is a material that hardly contaminates the workpiece W as much as possible. It is also desirable to use
[0039]
An example of such a material is silicon carbide (SiC). In addition to silicon carbide, a material containing carbon (C) is advantageous in that it has a relatively high absorption rate for microwaves and is less likely to cause contamination.
[0040]
Specifically, carbon (C), fluorocarbon (CFx), or the like can be used. Fluorocarbon is advantageous in that it can suppress the influence of contamination or the like on the workpiece W, particularly when performing plasma processing such as etching using a fluorine-based gas. In addition, a dielectric material having a large dielectric loss, a ferrite material having a large magnetic loss, or the like may be used.
[0041]
Moreover, when forming the absorber 40 using these materials, the thickness, width, etc. of the absorber 40 may be set while taking into consideration the absorption rate of the material with respect to the microwave.
[0042]
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to a modification of the present invention. In the figure, the same elements as those described above with reference to FIG.
[0043]
In the case of this modification, the absorber 40 is provided between the transmissive window 30 and the chamber 10 so as to surround the transmissive window 30 and to be exposed in the chamber 10. Further, the absorber 40 is provided so as to protrude toward the processing space from the transmission window 30. Even if the absorber 40 is provided in this manner, the propagation of the microwave M can be stopped, the spread of the plasma P can be limited, and damage to the inner wall of the chamber can be prevented.
[0044]
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generator according to a second modification of the present invention. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0045]
Also in this modification, the absorber 40 is provided between the transmissive window 30 and the chamber 10 so as to surround the transmissive window 30 and to be exposed in the chamber 10. However, the absorber 40 does not protrude into the chamber and is provided around the inner wall so as to form an inner wall surface continuous with the transmission window 30. Even if the absorber 40 is provided in this way, the propagation of the microwave M can be stopped, the spread of the plasma P can be restricted, and damage to the inner wall of the chamber 10 can be prevented.
[0046]
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generator according to a third modification of the present invention. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0047]
Also in this modification, the absorber 40 is provided between the transmissive window 30 and the chamber 10 so as to surround the transmissive window 30 and to be exposed in the chamber 10. However, the absorber 40 does not protrude into the chamber and is provided around the inner wall so as to form an inner wall surface continuous with the transmission window 30. Furthermore, the absorber 40 is provided only in a part without covering the entire side surface when viewed in the thickness direction of the transmission window 30.
In the present invention, it is necessary to provide the absorber 40 so as to surround the periphery of the transmission window 30 in the chamber 10, but it is not always necessary to provide the absorber 40 so as to surround the transmission window 30 outside the chamber 10. Absent. Therefore, even if the absorber 40 is provided only inside the chamber 10 as in this modification, the propagation of the microwave M is stopped and the spread of the plasma P is limited to prevent damage to the inner wall of the chamber 10. be able to.
[0048]
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generator according to a fourth modification of the present invention. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0049]
In the case of this modification, the absorber 40 is provided so as to cover the inner wall surface of the chamber 10 and to be exposed in the chamber 10 at the periphery without covering the side surface of the transmission window 30. Even if the absorber 40 is provided in this way, the propagation of the microwave M can be stopped, the spread of the plasma P can be restricted, and damage to the inner wall of the chamber 10 can be prevented.
[0050]
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to a fifth modification of the present invention. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0051]
Also in this modification, the absorber 40 is provided between the transmissive window 30 and the chamber 10 so as to surround the transmissive window 30 and to be exposed in the chamber 10. Furthermore, a cooling mechanism 50 for carrying out heat from the absorber 40 is provided. For example, the cooling mechanism 50 may have a structure in which a refrigerant such as liquid or gas is passed through the absorber 40 or in the vicinity thereof to exchange heat. Further, as the cooling mechanism 50, for example, an electronic cooling system such as a Peltier element can be used.
[0052]
The absorber 40 consumes a part of the input electric power in order to absorb the microwave M propagated from the transmission window 30. Therefore, heat generation corresponding to the consumed power is generated. According to this specific example, by providing the cooling mechanism 50, it is possible to prevent the absorber 40 from being heated.
[0053]
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of the main part of a plasma generating apparatus according to a sixth modification of the present invention. Also in the figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0054]
In the case of this modification, the absorber 40 has the absorption part 40a and the reinforcement part 40b. Such an absorber 40 is provided so as to surround the transmission window 30 and to be exposed in the chamber 10.
[0055]
The absorption part 40a made of a material having a high absorption rate for microwaves may not necessarily have a sufficiently high physical strength, chemical stability, or durability against a processing environment. On the other hand, it can reinforce by the reinforcement part 40b with higher physical strength and chemical stability. According to this example, physical strength, chemical stability, and the like can be improved by using the absorbent body 40 that combines the absorbent section 40a and the reinforcing section 40b. For example, when it is not easy to fix the absorbing portion 40a to the transmission window 30 with high strength, the adhesive strength can be ensured through the reinforcing portion 40b.
[0056]
Further, the arrangement relationship between the absorbing portion 40a and the reinforcing portion 40b may be reversed as in the seventh modified example illustrated in FIG. That is, you may provide the reinforcement part 40b on the absorption part 40a. For example, when the absorbing portion 40a does not have sufficient durability against plasma processing such as etching performed in the chamber, the absorbing portion 40a can be protected by covering the reinforcing portion 40b. .
[0057]
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generator according to an eighth modification of the present invention. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0058]
Also in the case of this modification, the absorber 40 has the absorption part 40a and the reinforcement part 40b. Such an absorber 40 is provided so as to surround the transmission window 30 and to be exposed in the chamber 10. Further, the absorber 40 does not extend to the outside of the chamber 10 and terminates inside the outer wall of the chamber 10 as in the third modified example illustrated in FIG. Even if the absorber 40 is provided in this way, the propagation of the microwave M can be stopped, the spread of the plasma P can be restricted, and damage to the inner wall of the chamber 10 can be prevented.
[0059]
The embodiments of the present invention have been described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
[0060]
For example, the structure of the microwave generation mechanism, the microwave waveguide mechanism, the transmission window, or the vacuum exhaust system, the gas introduction system, and the heating device provided inside and outside of the chamber, the arrangement relationship thereof, etc. Modifications appropriately made by those skilled in the art based on the spirit of the invention are also included in the scope of the present invention.
[0061]
Further, the shape and size of the chamber, or the positional relationship between the object to be processed and the transmission window is not limited to the illustrated one, and can be appropriately determined in consideration of the contents and conditions of the plasma processing.
[0062]
Furthermore, in the specific examples described above, only the configuration of the main part of the plasma processing apparatus has been described. However, the present invention also includes all plasma processing apparatuses having such a characteristic part of the present invention, for example, an etching apparatus, Any plasma processing apparatus realized as an ashing apparatus, a thin film deposition apparatus, a surface processing apparatus, a plasma doping apparatus or the like is included in the scope of the present invention.
[0063]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by providing an absorber that absorbs microwaves around the transmission window, the propagation of the microwaves is stopped, and the range of the plasma is limited. Can prevent damage.
[0064]
As a result, it is possible to stably and continuously perform plasma processing on various objects to be processed such as semiconductor wafers and substrates for liquid crystal displays while suppressing contamination, or various objects to be processed. On the other hand, local plasma processing can be performed, and the industrial merit is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to a modification of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generator according to a second modification of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to a third modification of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to a fourth modified example of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to a fifth modification of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to a sixth modified example of the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a main part of a plasma processing apparatus in which a reinforcing part 40b is provided on an absorbing part 40a.
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to an eighth modification of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing the structure of a microwave excitation type plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Chamber 10E Inner wall surface 16 Stage 20 Microwave waveguide 20S Slot antenna 30 Transmission window 40 Absorber 40a Absorber 40b Reinforcement part 50 Cooling mechanism A Plasma product E Vacuum exhaust system M Microwave P Plasma W Processed object

Claims

大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、
前記真空チャンバの壁面の一部を占める透過窓と、
前記真空チャンバの外側に設けられ、前記透過窓を介して前記真空チャンバ内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部と、
を備え、
前記透過窓を介して前記真空チャンバ内に導入されたマイクロ波によってプラズマを生成可能なプラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波に対する吸収率が前記真空チャンバを構成する材料よりも高い材料を含む吸収体が前記透過窓の周囲において、前記真空チャンバ内に露出するように設けられたことを特徴とするプラズマ処理装置。A vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere reduced in pressure than the atmosphere;
A transmission window occupying part of the wall of the vacuum chamber;
A microwave introduction unit that is provided outside the vacuum chamber and introduces microwaves into the vacuum chamber through the transmission window;
With
A plasma processing apparatus capable of generating plasma by microwaves introduced into the vacuum chamber through the transmission window,
A plasma processing apparatus, wherein an absorber containing a material having a higher absorption rate for the microwave than a material constituting the vacuum chamber is provided so as to be exposed in the vacuum chamber around the transmission window. .

前記吸収体は、前記透過窓と前記チャンバとの間に設けられたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the absorber is provided between the transmission window and the chamber.

前記吸収体は、炭素を含有した材料を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the absorber includes a material containing carbon.

前記吸収体は、炭化シリコンを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the absorber includes silicon carbide.

前記吸収体は、フッ化炭素を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the absorber includes carbon fluoride.

前記吸収体を冷却する冷却機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a cooling mechanism that cools the absorber.

前記吸収体は、吸収部と、それとは異なる材料からなる補強部材と、を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the absorber includes an absorption portion and a reinforcing member made of a material different from the absorption portion.