JP2007109670A - Plasma processing device - Google Patents

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信雄 石井
Masaaki Takahashi
応明 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing device generating plasma by microwave, improving uniformity of plasma density at plasma processing. <P>SOLUTION: A quartz glass plate 22 as a dielectric is airtightly arranged at an upper opening of a processing container, and a bottom face of a bump 24 electrically connected to an inside conductor 25a of a coaxial wave guide 25 is located at the central part of a bottom face of the quartz glass plate 22. Microwave is not emitted from the central part of the bottom face of the quartz glass plate 22, and emission from a neighboring area of convex parts 31, 32 become more active than that from other areas. As a result, plasma characteristics having low density at the central part can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ波を利用したプラズマ処理装置に関するものである。   The present invention relates to a plasma processing apparatus using microwaves.

従来から、処理容器内にプラズマを発生させて処理容器内の基板に対してエッチング、アッシング、成膜等の処理を施す技術が数多く開示され、さらに電極を不要とし、しかも高密度のプラズマを得ることができる、ＲＦ（ラジオ高周波）よりも高い周波数のマイクロ波を用いてプラズマを発生させてこれらの処理を行う、マイクロ波プラズマ処理装置も提案されている。かかる場合、従来は、処理容器の上部に石英ガラスの封止体を設け、さらにその上方にエアギャップを介して誘電体からなる誘電体線路を配置し、この誘電体線路の側面に設けた矩形の入射ポートに対してたとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給し、それによって処理容器内にプラズマを発生させるようにしていた（特許文献１参照）。
また前記封止体の上方に誘電体を配置すると共に、その下面にスロットアンテナと呼ばれる、スロットや穴が多数形成された金属板を設け、マイクロ波を前記誘電体の上方に供給し、前記スロットや穴からリークさせたマイクロ波によって処理容器内にプラズマを発生する方法も提案されている（特許文献２参照）。 Conventionally, a number of techniques for generating plasma in a processing container and performing processing such as etching, ashing, and film formation on a substrate in the processing container have been disclosed, and further, no electrode is required and high-density plasma is obtained. There has also been proposed a microwave plasma processing apparatus capable of performing these processes by generating plasma using a microwave having a frequency higher than RF (radio high frequency). In such a case, conventionally, a rectangular glass provided on the side surface of the dielectric line is provided by providing a quartz glass sealing body on the upper portion of the processing container, and further disposing a dielectric line made of a dielectric via an air gap above the sealing body. For example, a microwave of 2.45 GHz is supplied to the incident port, thereby generating plasma in the processing container (see Patent Document 1).
In addition, a dielectric is disposed above the sealing body, and a metal plate having a number of slots and holes, called a slot antenna, is provided on the lower surface thereof, and microwaves are supplied above the dielectric, There has also been proposed a method of generating plasma in a processing vessel by microwaves leaked from holes or holes (see Patent Document 2).

特開平１１−３２９７８９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-329789 国際公開ＷＯ−０１−７６３２９号公報International Publication WO-01-76329

しかしながら、前記従来の技術では、誘電体線路の側面一方向からマイクロ波が供給されているため、誘電体線路内のマイクロ波の伝搬、進行に伴ってパワーが減衰し、その結果処理容器内に発生するプラズマの密度が、径方向において漸次異なるおそれがあった。そのため処理の均一性に問題があり、またそれを是正するための手法が困難であった。
またスロットアンテナを配置する方法では、プラズマの発生による温度上昇に伴ってスロットアンテナ自体の電気的な特性が変化し、プラズマ密度やプラズマの均一性が影響を受けるおそれがあった。 However, in the prior art, since microwaves are supplied from one side of the dielectric line, the power is attenuated as the microwave propagates and travels in the dielectric line. There is a possibility that the density of the generated plasma is gradually different in the radial direction. Therefore, there is a problem in the uniformity of processing, and a method for correcting it is difficult.
Further, in the method of arranging the slot antenna, the electrical characteristics of the slot antenna itself change as the temperature rises due to the generation of plasma, which may affect the plasma density and the plasma uniformity.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、マイクロ波の供給によってプラズマを発生させてプラズマ処理する際に、所望の領域でのプラズマ密度を変更することを可能として処理の均一性を向上させることを目的としている。   The present invention has been made in view of such a point, and when plasma processing is performed by generating plasma by supplying microwaves, it is possible to change the plasma density in a desired region and improve processing uniformity. The purpose is to let you.

前記目的を達成するため、本発明によれば、処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と、外管と内側導体を有する同軸型の導波管と、前記内側導体に電気的に導通し、かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成し導電性を持ったバンプとを有し、このバンプの底面を前記誘電体の下面に露出し、前記誘電体の下面であって、かつ前記バンプ底面の外周の前記処理容器内のプラズマが発生している空間に面した部分には、誘電体材料からなる凸部が形成されているプラズマ処理装置が提供される。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a dielectric that airtightly covers an upper opening in a processing vessel, a coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor, and an electric conductor electrically connected to the inner conductor A conductive bump that is part of a circular shape provided in the dielectric and has conductivity, and the bottom surface of the bump is exposed on the lower surface of the dielectric, and the lower surface of the dielectric And the plasma processing apparatus by which the convex part which consists of dielectric materials is formed in the part which faced the space where the plasma in the said process container in the outer periphery of the said bump bottom face is generated is provided.

凸部との境界部では、マイクロ波の放出が他よりも大きく、その結果、凸部近傍のプラズマ密度を高くすることができる。したがって、凸部の数、形態、配置を適宜選択することで、目的に応じた密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。またバンプの底面からはマイクロ波の放出が起こらないので、前記凸部近傍からの放出特性と組み合わせて、所望の密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。   At the boundary with the convex part, the emission of microwaves is larger than the others, and as a result, the plasma density in the vicinity of the convex part can be increased. Therefore, it is possible to generate plasma having a density distribution according to the purpose by appropriately selecting the number, form, and arrangement of convex portions. Further, since microwave emission does not occur from the bottom surface of the bump, it is possible to generate plasma having a desired density distribution in combination with emission characteristics from the vicinity of the convex portion.

また誘電体の下面中央部分に，前記誘電体の平面形態よりも小さい形状の平面形態を持った導電性を有する円偏波アンテナ部材，たとえばパッチアンテナを設け，この円偏波アンテナ部材を前記同軸型導波管の内側導体に電気的に接続し，この円偏波アンテナ部材の周囲でかつ誘電体上に前記凸部を形成してもよい。かかる場合には，円偏波アンテナ部材の下方では，マイクロ波の放出が起こらず，前記凸部からの放出特性と組み合わせて，所望の密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。   In addition, a circularly polarized antenna member having conductivity, such as a patch antenna, having a planar shape smaller than the planar shape of the dielectric is provided at the central portion of the lower surface of the dielectric, and this circularly polarized antenna member is coaxially arranged. The protrusion may be electrically connected to the inner conductor of the type waveguide, and the protrusion may be formed around the circularly polarized antenna member and on the dielectric. In such a case, microwave emission does not occur below the circularly polarized antenna member, and it is possible to generate plasma having a desired density distribution in combination with the emission characteristics from the convex portion.

前記凸部自体は、前記誘電体と同じ材質であってもよい。また複数設けられていてもよい。前記凸部の平面形態としては、たとえば前記誘電体と同心円状の環状としたり、少なくとも一部が円弧形状をもった形態とすることが提案できる。   The protrusion itself may be made of the same material as the dielectric. A plurality of them may be provided. As the planar form of the convex part, for example, it can be proposed that the convex part has an annular shape concentric with the dielectric, or at least a part has an arc shape.

また本発明によれば、マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって、処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって、処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と、マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる、外管と内側導体を有する同軸型の導波管と、前記内側導体に電気的に導通し、かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成する導電性を持ったバンプと、を有し、前記バンプの底面は前記誘電体の下面に露出し、前記誘電体の下面は、周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に厚くなるテーパ形状であることを特徴とする、プラズマ処理装置が提供される。   According to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing container with plasma generated by supplying microwaves, the dielectric covering the upper opening in the processing container in an airtight manner, A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for propagating microwaves from a microwave supply device above the dielectric, electrically connected to the inner conductor, and provided in the dielectric A conductive bump that forms a part of a round shape, and the bottom surface of the bump is exposed on the lower surface of the dielectric, and the lower surface of the dielectric extends from the periphery to the center. A plasma processing apparatus is provided, which is characterized by a tapered shape in which the thickness of the dielectric gradually increases as it goes.

このように、誘電体の下面を、周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に厚くなるテーパ形状とすることで、誘電体下面からのマイクロ波の放出をコントロールして、周辺部の方をより強く、中心部に向かうほど次第に弱く放出させることができる。これによって、基板の周辺部側のプラズマ密度を濃くし、中心部側の密度を薄くさせることが可能になる。   In this way, the lower surface of the dielectric is tapered so that the thickness of the dielectric gradually increases from the periphery to the center, thereby controlling the emission of microwaves from the lower surface of the dielectric. It is possible to release the portion more strongly and gradually weaker toward the center. This makes it possible to increase the plasma density on the peripheral side of the substrate and reduce the density on the central side.

またテーパを逆にして、前記誘電体の下面を、周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に薄くなるテーパ形状とすれば、周辺部の方をより弱く、逆に中心部に向かうほど次第に強くして基板の周辺部側のプラズマ密度を薄く、中心部側の密度を濃くさせることが可能になる。
さらに同様に、誘電体の下面であって、バンプ底面の外周の処理容器内に面した部分に、誘電体材料からなる凸部を形成してもよい。 If the taper is reversed so that the lower surface of the dielectric has a tapered shape in which the thickness of the dielectric gradually decreases from the peripheral part to the central part, the peripheral part is weaker and conversely the central part. The plasma density on the peripheral side of the substrate is gradually reduced toward the center, and the density on the central side can be increased.
Further, similarly, a convex portion made of a dielectric material may be formed on the lower surface of the dielectric and on the outer periphery of the bottom surface of the bump facing the processing container.

本発明によれば、マイクロ波の供給によってプラズマを発生させてプラズマ処理する際に、所望の密度分布を有するプラズマを発生させることが可能である。   According to the present invention, it is possible to generate plasma having a desired density distribution when performing plasma processing by generating plasma by supplying microwaves.

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、前提としたプラズマ処理装置１の縦断面の様子を示しており、このプラズマ処理装置１は例えばアルミニウムからなる、上部が開口した有底円筒状の処理容器２を備えている。なお前記処理容器２は接地されている。この処理容器２の底部には、基板として例えば半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗを載置するためのサセプタ３が設けられている。このサセプタ３は例えばアルミニウムからなり、処理容器２外部に設けられた交流電源４から、バイアス用の高周波が供給されるようになっている。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows a state of a longitudinal section of a plasma processing apparatus 1 as a premise, and this plasma processing apparatus 1 includes a bottomed cylindrical processing vessel 2 made of, for example, aluminum and having an open top. The processing container 2 is grounded. A susceptor 3 for placing, for example, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) W as a substrate is provided at the bottom of the processing container 2. The susceptor 3 is made of, for example, aluminum, and is supplied with a high frequency for bias from an AC power supply 4 provided outside the processing container 2.

処理容器２の底部には、真空ポンプなどの排気装置１１によって処理容器２内の雰囲気を排気するための排気管１２が設けられている。また処理容器２の側壁には、処理ガス供給源１３からの処理ガスを供給するための供給管１４が設けられている。   An exhaust pipe 12 for exhausting the atmosphere in the processing container 2 by an exhaust device 11 such as a vacuum pump is provided at the bottom of the processing container 2. A supply pipe 14 for supplying a processing gas from a processing gas supply source 13 is provided on the side wall of the processing container 2.

処理容器２の上部開口には、気密性を確保するためのＯリングなどのシール材２１を介して、本発明の誘電体としての石英ガラス板２２が設けられている。これによって、処理容器２内に、処理空間Ｓが形成される。石英ガラス板２２は平面形態が円形であり、その内部には、たとえばＡｌ、Ｃｕなどの金属からなる、円盤状の拡散板２３が設けられている。この拡散板２３は、その上下面、周縁部がすべて誘電体としての石英ガラスで覆われ、サセプタ３と対向するように配置されている。石英ガラス板２２に代えて、他の誘電体材料、たとえばセラミックスからなる板材を使用してもよい。   The upper opening of the processing container 2 is provided with a quartz glass plate 22 as a dielectric of the present invention via a sealing material 21 such as an O-ring for ensuring airtightness. As a result, a processing space S is formed in the processing container 2. The quartz glass plate 22 has a circular planar shape, and a disk-shaped diffusion plate 23 made of a metal such as Al or Cu is provided therein. The diffusing plate 23 is disposed so that the upper and lower surfaces and the peripheral portion thereof are all covered with quartz glass as a dielectric and face the susceptor 3. Instead of the quartz glass plate 22, another dielectric material, for example, a plate made of ceramics may be used.

石英ガラス板２２内における拡散板２３の上面側には、導電性を有する材質、たとえば金属によって構成された円錐形の一部を構成する形状のバンプ２４が配置されている。このバンプ２４は、内側導体２５ａと外管２５ｂとによって構成される同軸導波管２５の当該内側導体２５ａと電気的に導通している。同軸導波管２５は、マイクロ波供給装置２６で発生させた、たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、前記石英ガラス板２２の上方中央部分に伝搬させるようになっている。なお導波管２５と石英ガラス板２２の接続部は、導波管カバー２７で覆われている。   On the upper surface side of the diffusion plate 23 in the quartz glass plate 22, a bump 24 having a shape constituting a part of a conical shape made of a conductive material, for example, a metal is disposed. The bump 24 is electrically connected to the inner conductor 25a of the coaxial waveguide 25 constituted by the inner conductor 25a and the outer tube 25b. The coaxial waveguide 25 is configured to propagate, for example, a 2.45 GHz microwave generated by the microwave supply device 26 to the upper central portion of the quartz glass plate 22. The connecting portion between the waveguide 25 and the quartz glass plate 22 is covered with a waveguide cover 27.

石英ガラス板２２の底面であって、かつ処理容器２内の処理空間Ｓに面した部分には、凸部３１、３２が形成されている。この凸部３１、３２は、図２に示したように、円形の石英ガラス板２２の中心Ｐを中心とした同心円状の環状形態を有し、その材質は石英ガラスからなっている。   Convex portions 31 and 32 are formed on the bottom surface of the quartz glass plate 22 and facing the processing space S in the processing container 2. As shown in FIG. 2, the convex portions 31 and 32 have a concentric annular shape centering on the center P of the circular quartz glass plate 22, and the material thereof is made of quartz glass.

なおそのような環状形態の凸部３１、３２に代えて、図３に示したような、円弧状形態を有する凸部３３ａ〜３３ｄ、３４ａ〜３４ｄを用いてもよい。これら円弧状の凸部は、図３の例では、凸部３３、３４とも各々空隙ｄ１、ｄ２を介して均等に四分割した円弧形状の凸部３３ａ〜３３ｄ、３４ａ〜３４ｄであるが、分割数、空隙ｄ１、ｄ２の大きさは任意に選択できる。   Instead of the annular convex portions 31 and 32, convex portions 33a to 33d and 34a to 34d having an arc shape as shown in FIG. 3 may be used. In the example of FIG. 3, these arc-shaped convex portions are arc-shaped convex portions 33 a to 33 d and 34 a to 34 d that are equally divided into four through the gaps d 1 and d 2, respectively. The number and the size of the gaps d1 and d2 can be arbitrarily selected.

プラズマ処理装置１は、以上の構成を有しており、プラズマ処理する際には、処理容器２内のサセプタ３上にウエハＷを載置し、供給管１４から所定の処理ガスを処理容器２２内に供給しつつ、排気管１２から排気することで、処理空間Ｓ内を所定の圧力にする。そして交流電源４によってウエハＷにバイアス高周波を印加すると共に、マイクロ波供給装置２６によってマイクロ波を発生させて、これを同軸導波管２５によって石英ガラス板２２の上部中心に伝搬させると、処理空間Ｓにおいてプラズマが発生して、ウエハＷに対して所定のプラズマ処理が実施できる。   The plasma processing apparatus 1 has the above-described configuration. When performing plasma processing, the wafer W is placed on the susceptor 3 in the processing container 2 and a predetermined processing gas is supplied from the supply pipe 14 to the processing container 22. The inside of the processing space S is brought to a predetermined pressure by exhausting from the exhaust pipe 12 while supplying the inside. When a bias high frequency is applied to the wafer W by the AC power source 4 and a microwave is generated by the microwave supply device 26 and propagated to the upper center of the quartz glass plate 22 by the coaxial waveguide 25, the processing space is obtained. Plasma is generated in S, and a predetermined plasma process can be performed on the wafer W.

より詳述すると、図４に示したように、石英ガラス板２２の上部中心に伝搬したマイクロ波は、バンプ２４によって径方向に均等に伝搬し、進行波となって拡散板２３によって周縁部へと進行する。そして拡散板２３の周縁部外方から拡散板２３の下側へと潜り込んでさらに進行し、石英ガラス板２２の下面側で放出され、ウエハＷの上方の処理空間で処理ガスをプラズマ化させる。   More specifically, as shown in FIG. 4, the microwave propagated to the upper center of the quartz glass plate 22 propagates evenly in the radial direction by the bumps 24 and becomes a traveling wave to the peripheral portion by the diffusion plate 23. And proceed. Then, it enters the lower side of the diffusion plate 23 from the outside of the peripheral edge of the diffusion plate 23, proceeds further, is emitted on the lower surface side of the quartz glass plate 22, and converts the processing gas into plasma in the processing space above the wafer W.

このとき拡散板２３の下側へと進行した進行波は、石英ガラス板２２の周縁部から中心方向に向かって進行する際に、徐々に下面側から放出され、進行に伴って次第にそのエネルギが減衰していく。したがって周縁部の方が放出電磁界のエネルギは大きいが、中心部に近いほど放出面積が小さいので石英ガラス板２２の下面全体としてみれば、単位面積あたりほぼ均一エネルギが放出され、その結果発生したプラズマの密度は、図４におけるプラズマ密度の高低曲線Ｄ１で示したように、処理空間Ｓにおいてほぼ均一にものとなっている。図中、ＣはウエハＷのセンター部分、Ｅは同じくエッジ部分を示している。   At this time, the traveling wave that has traveled to the lower side of the diffusion plate 23 is gradually released from the lower surface side as it travels from the peripheral edge of the quartz glass plate 22 toward the center, and the energy gradually increases as it travels. It decays. Accordingly, the energy of the electromagnetic field emitted is larger at the peripheral portion, but the emission area is smaller as it is closer to the center portion. Therefore, when viewed as the entire lower surface of the quartz glass plate 22, almost uniform energy is emitted per unit area, which is generated as a result. The plasma density is substantially uniform in the processing space S, as indicated by the plasma density elevation curve D1 in FIG. In the figure, C indicates the center portion of the wafer W, and E indicates the edge portion.

しかもこの例では、従来のようなスロットアンテナのように金属板に形成したスロット、穴からリークさせるという構成を有していないので、プラズマの発生によって誘電体としての石英ガラス板２２の温度が上昇しても、電気的特性が変化せず、安定したプロセスを実施することが可能である。   In addition, in this example, since there is no structure for leaking from the slots and holes formed in the metal plate unlike the conventional slot antenna, the temperature of the quartz glass plate 22 as a dielectric increases due to the generation of plasma. Even so, the electrical characteristics do not change, and a stable process can be performed.

ところで、装置の特性などによって、結果として得られたウエハＷ上の処理が均一に行われない場合がある。このときには、たとえばウエハＷの周縁部や中心部のプラズマ密度を高くしたり、あるいは逆に低くしたりする必要がある。本実施の形態によれば、石英ガラス板２２の下面に、凸部３１、３２を設けたので、これら凸部３１、３２近傍からの放出は、他の部分よりも活発である。したがって、図４の高低曲線Ｄ２に示したように、その分これら凸部３１、３２近傍のプラズマ密度を他の領域よりも高くすることが可能である。これによって、処理空間のプラズマ密度の補正、制御が可能になるのである。   By the way, depending on the characteristics of the apparatus, the resulting processing on the wafer W may not be performed uniformly. At this time, for example, it is necessary to increase the plasma density at the peripheral edge or the center of the wafer W, or to lower it. According to the present embodiment, since the convex portions 31 and 32 are provided on the lower surface of the quartz glass plate 22, the emission from the vicinity of the convex portions 31 and 32 is more active than the other portions. Therefore, as shown by the elevation curve D2 in FIG. 4, the plasma density in the vicinity of these convex portions 31 and 32 can be made higher than that in other regions. This makes it possible to correct and control the plasma density in the processing space.

なお図１に示したプラズマ処理装置１では、導波管として同軸導波管２５を使用したが、これに限らず各種の導波管を使用することができる。また処理容器２上部開口を気密に覆う誘電体として、石英ガラス板２２を使用したが、もちろんこれに限らずセラミックスなど、マイクロ波の透過性を有する種々の誘電体材料を使用することができる。   In the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the coaxial waveguide 25 is used as a waveguide, but not limited to this, various waveguides can be used. Further, although the quartz glass plate 22 is used as the dielectric that hermetically covers the upper opening of the processing vessel 2, it is of course not limited to this, and various dielectric materials having microwave permeability such as ceramics can be used.

前記した構成例では、拡散板２３の上下面、周縁部がすべて誘電体としての石英ガラスで覆われていて、いわば拡散板２３が石英ガラス板２２の中に密閉された構成を有していたが、これに代えて図５に示した第２の実施の形態のように、拡散板２３が石英ガラス板２２の上面に設けられ、拡散板２３の上面が、導波管カバー２７内、すなわち大気側に開放していても良い（以下の例についても同様）。   In the above-described configuration example, the upper and lower surfaces and the peripheral edge of the diffusion plate 23 are all covered with quartz glass as a dielectric, so to speak, the diffusion plate 23 is sealed in the quartz glass plate 22. However, instead of this, as in the second embodiment shown in FIG. 5, the diffusion plate 23 is provided on the upper surface of the quartz glass plate 22, and the upper surface of the diffusion plate 23 is disposed inside the waveguide cover 27, that is, It may be open to the atmosphere side (the same applies to the following examples).

すなわち図５に示した例では、拡散板２３は石英ガラス板２２の上面に設けられ、拡散板２３の周縁部は、石英ガラス板２２の周縁部よりも内側に位置する大きさ、形状を有している。かかる例によっても、石英ガラス板２２の上部中心に伝搬したマイクロ波は、バンプ２４によって径方向に均等に伝搬し、進行波となって拡散板２３によって周縁部へと進行する。そして拡散板２３の周縁部上方から拡散板２３の下側へと潜り込んでさらに進行し、石英ガラス板２２の下面側で放出され、ウエハＷの上方の処理空間で処理ガスをプラズマ化させることが可能である。   That is, in the example shown in FIG. 5, the diffusion plate 23 is provided on the upper surface of the quartz glass plate 22, and the peripheral portion of the diffusion plate 23 has a size and shape that is located inside the peripheral portion of the quartz glass plate 22. is doing. Also in this example, the microwave propagated to the upper center of the quartz glass plate 22 is propagated evenly in the radial direction by the bumps 24 and travels to the peripheral portion by the diffusion plate 23 as a traveling wave. Then, the light penetrates from the upper peripheral edge of the diffusion plate 23 to the lower side of the diffusion plate 23, proceeds further, is emitted on the lower surface side of the quartz glass plate 22, and the processing gas is converted into plasma in the processing space above the wafer W. Is possible.

さらに本発明の実施の形態について説明する。図６に示した実施の形態では、誘電体としての石英ガラス板２２内に拡散板２３を設けず、バンプ２４の底面を石英ガラス板２２の底面側に露出させた構造を有している。なお処理容器２をはじめとする他の構成は、図１に示したプラズマ処理装置１と同様である   Further, embodiments of the present invention will be described. In the embodiment shown in FIG. 6, the diffusion plate 23 is not provided in the quartz glass plate 22 as a dielectric, and the bottom surface of the bump 24 is exposed to the bottom surface side of the quartz glass plate 22. The rest of the configuration including the processing vessel 2 is the same as that of the plasma processing apparatus 1 shown in FIG.

かかる実施の形態によれば、石英ガラス板２２の底面中心には、同軸導波管２５の内側導体２５ａと電気的に導通したバンプ２４の底面が位置しているので、石英ガラス板２２の底面中心部分でのマイクロ波の放出は起こらず、逆に既述したように、凸部３１、３２近傍からの放出が他の領域よりも活発となる。その結果、図６のプラズマ密度の高低曲線Ｄ３に示したように、前記した図４のプラズマ密度の高低曲線Ｄ２よりもさらに中心部分で密度の低い、プラズマ特性を得ることが可能である。なお露出したバンプ２４の底面をエッチング等から保護するために、たとえばシリコン等で覆うようにしてもよい。あるいは、バンプ２４を金属シリコンで構成してもよい。   According to this embodiment, since the bottom surface of the bump 24 electrically connected to the inner conductor 25a of the coaxial waveguide 25 is located at the center of the bottom surface of the quartz glass plate 22, the bottom surface of the quartz glass plate 22 is located. The emission of the microwave at the central portion does not occur, and conversely, as described above, the emission from the vicinity of the convex portions 31 and 32 becomes more active than the other regions. As a result, as shown by the plasma density high / low curve D3 in FIG. 6, it is possible to obtain plasma characteristics having a lower density in the central portion than the plasma density high / low curve D2 in FIG. In order to protect the exposed bottom surface of the bump 24 from etching or the like, it may be covered with silicon or the like, for example. Alternatively, the bump 24 may be made of metal silicon.

前記実施の形態における凸部３１、３２を設けず、石英ガラス板２２の下面の形状をテーパ形状として、石英ガラス板２２からのマイクロ波の放出エネルギーをコントロールしてもよい。   The projecting portions 31 and 32 in the above embodiment may not be provided, and the shape of the lower surface of the quartz glass plate 22 may be tapered to control the microwave emission energy from the quartz glass plate 22.

図７に示した他の実施の形態は、誘電体としての石英ガラス板２２の下面を、周縁部から中心部に向かうにつれて石英ガラス板２２厚さが次第に厚くなるテーパ形状としたものである。かかる構成の例によれば、石英ガラス板２２の下面からのマイクロ波の放出エネルギをコントロールして、周辺部の方をより強く、中心部に向かうほど次第に弱く放出させることができる。これによって、図７のプラズマ密度の高低曲線Ｄ４に示したように、基板の周辺部側のプラズマ密度を薄くし、中心部側の密度を濃くさせることが可能になる。   In another embodiment shown in FIG. 7, the lower surface of the quartz glass plate 22 as a dielectric is tapered so that the thickness of the quartz glass plate 22 gradually increases from the peripheral edge toward the center. According to this configuration example, the emission energy of the microwave from the lower surface of the quartz glass plate 22 can be controlled, and the peripheral portion can be emitted more strongly and gradually weaker toward the center portion. This makes it possible to reduce the plasma density on the peripheral side of the substrate and increase the density on the central side, as shown by the plasma density level curve D4 in FIG.

また図８に示した他の実施の形態のように、テーパを逆にして、石英ガラス板２２前記誘電体の下面を、周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に薄くなるテーパ形状とすれば、図８のプラズマ密度の高低曲線Ｄ５に示したように、周辺部の方をより弱く、逆に中心部に向かうほど次第に強くして基板の周辺部側のプラズマ密度を薄く、中心部側の密度を濃くさせることが可能になる。   Further, as in the other embodiment shown in FIG. 8, the thickness of the dielectric gradually decreases as the taper is reversed and the lower surface of the quartz glass plate 22 is directed from the peripheral part to the central part. If the taper shape is adopted, as shown by the plasma density curve D5 in FIG. 8, the peripheral part is weaker, and conversely, the plasma density on the peripheral part side of the substrate is decreased by gradually increasing toward the central part. The density on the center side can be increased.

次に他の実施の形態について説明する。図９に示した例は、図６に示したバンプ２４の底面に、さらに導電性を有する円盤状の円偏波アンテナ部材４１を取り付けた構造を有している。かかる例によれば、図９のプラズマ密度の高低曲線Ｄ６に示したように、前記した図６のプラズマ密度の高低曲線Ｄ３よりも、中心部分の密度の低い領域が、さらに広がったプラズマ密度特性を得ることができる。円偏波アンテナ部材としては、方形あるいは楕円形のパッチアンテナ、あるいは２点給電方式の円形パッチアンテナを用いることができる。   Next, another embodiment will be described. The example shown in FIG. 9 has a structure in which a disk-shaped circularly polarized antenna member 41 having conductivity is further attached to the bottom surface of the bump 24 shown in FIG. According to such an example, as shown in the plasma density high / low curve D6 of FIG. 9, the plasma density characteristic in which the region having a lower density in the central portion is further expanded than the plasma density high / low curve D3 of FIG. 6 described above. Can be obtained. As the circularly polarized antenna member, a rectangular or elliptic patch antenna or a two-point feed type circular patch antenna can be used.

次に他の例について説明する。図１０に示した例は、石英ガラス板２２を貫通する４本の円柱状の誘電体アンテナ部材５１を同一円周上に等間隔で配置し、誘電体アンテナ部材５１の下部を、石英ガラス板２２の下面よりも下方に突出させた構成を有している。この誘電体アンテナ部材５１は、石英ガラス板２２よりも誘電率の高い材質で構成されている。かかる場合、逆に、石英ガラス板２２に代えて、導電性のある材質、たとえばシリコンや金属を用いてもよい。また誘電体アンテナ部材５１の材質には、石英ガラス板２２とは誘電率が異なったものを使用してもよい。   Next, another example will be described. In the example shown in FIG. 10, four cylindrical dielectric antenna members 51 penetrating the quartz glass plate 22 are arranged at equal intervals on the same circumference, and the lower portion of the dielectric antenna member 51 is placed on the quartz glass plate. 22 has a configuration projecting downward from the lower surface of 22. The dielectric antenna member 51 is made of a material having a dielectric constant higher than that of the quartz glass plate 22. In such a case, conversely, instead of the quartz glass plate 22, a conductive material such as silicon or metal may be used. The dielectric antenna member 51 may be made of a material having a dielectric constant different from that of the quartz glass plate 22.

さらに前記４本の誘電体アンテナ部材５１の上面は、石英ガラス板２２の上面よりも上に突き出ており、その端面には、分岐導波管５２の分岐部５２ａが接続されている。この分岐導波管５２は、図１１にも示したように、４つの分岐部５２ａを十字型に備えており、主部５２ｂは導波管２５に接続されている。導波管２５の内側導体２５ａは、電力結合部５３において分岐部５２ａに対応して分岐されて各々分岐導体５２ｃが構成され、各分岐導体５２ｃの端部は、各誘電体アンテナ部材５１内に進入している。   Further, the upper surfaces of the four dielectric antenna members 51 protrude above the upper surface of the quartz glass plate 22, and a branching portion 52 a of the branching waveguide 52 is connected to the end surface. As shown in FIG. 11, the branch waveguide 52 includes four branch portions 52 a in a cross shape, and the main portion 52 b is connected to the waveguide 25. The inner conductor 25a of the waveguide 25 is branched corresponding to the branch portion 52a in the power coupling portion 53 to form each branch conductor 52c, and the end portion of each branch conductor 52c is in each dielectric antenna member 51. I have entered.

かかる例によれば、同軸導波管２５から分岐導波管５２を経て各誘電体アンテナ部材５１に伝搬されたマイクロ波は、これら誘電体アンテナ部材５１から放出される。したがってたとえば図１０のプラズマ密度の高低曲線Ｄ７に示したように、誘電体アンテナ部材５の近傍でプラズマ密度が高くなったプラズマ密度特性を得ることができる。しかもプラズマの発生によって温度が上昇しても、誘電体アンテナ部材５１の電気的特性は変化しないので、安定したプロセスを実施することができる。   According to this example, the microwaves propagated from the coaxial waveguide 25 to the dielectric antenna members 51 via the branch waveguides 52 are emitted from the dielectric antenna members 51. Therefore, for example, as shown by the plasma density level curve D7 in FIG. 10, it is possible to obtain a plasma density characteristic in which the plasma density is increased in the vicinity of the dielectric antenna member 5. Moreover, even if the temperature rises due to the generation of plasma, the electrical characteristics of the dielectric antenna member 51 do not change, so that a stable process can be performed.

なお誘電体アンテナ部材５１の材質としては、石英ガラス、ガラス、セラミックスなどの材質を用いることができ、またその形状、配置数は、希望するプラズマ密度特性に応じて任意に選択することができる。また同軸導波管２５に代えて、円筒導波管、並びにそれに対応した分岐導波管を使用してもよい。   The material of the dielectric antenna member 51 can be a material such as quartz glass, glass, or ceramics, and the shape and the number of arrangement thereof can be arbitrarily selected according to the desired plasma density characteristics. Further, instead of the coaxial waveguide 25, a cylindrical waveguide and a branching waveguide corresponding thereto may be used.

実施の形態の前提となるプラズマ処理装置の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the plasma processing apparatus used as the premise of embodiment. 図１のプラズマ処理装置で使用した石英ガラス板の底面図である。It is a bottom view of the quartz glass plate used with the plasma processing apparatus of FIG. 円弧状の凸部を有する石英ガラス板の底面図である。It is a bottom view of the quartz glass plate which has a circular-arc-shaped convex part. 図１のプラズマ処理装置によるプラズマ密度特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the plasma density characteristic by the plasma processing apparatus of FIG. 他のプラズマ処理装置の主要部の構成及びプラズマ密度特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the principal part of another plasma processing apparatus, and a plasma density characteristic. 本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプラズマ密度特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the principal part of the plasma processing apparatus concerning embodiment of this invention, and a plasma density characteristic. 本発明の他の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプズマ密度特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the principal part of the plasma processing apparatus concerning other embodiment of this invention, and a puma density characteristic. 本発明の他の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプズマ密度特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the principal part of the plasma processing apparatus concerning other embodiment of this invention, and a puma density characteristic. 本発明の他の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の主要部の構成及びプラズマ密度特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure and plasma density characteristic of the principal part of the plasma processing apparatus concerning other embodiment of this invention. 他のプラズマ処理装置の主要部の構成及びプラズマ密度特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the principal part of another plasma processing apparatus, and a plasma density characteristic. 図１１におけるＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ プラズマ処理装置
２ 処理容器
３ サセプタ
２２ 石英ガラス板
２３ 拡散板
２４ バンプ
２５ 同軸導波管
２５ａ 内側導体
２６ マイクロ波供給装置
Ｓ 処理空間
Ｗ ウエハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma processing apparatus 2 Processing container 3 Susceptor 22 Quartz glass plate 23 Diffusion plate 24 Bump 25 Coaxial waveguide 25a Inner conductor 26 Microwave supply apparatus S Processing space W Wafer

Claims (8)

マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって、処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって、
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と、
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる、外管と内側導体を有する同軸型の導波管と、
前記内側導体に電気的に導通し、かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成する導電性を持ったバンプと、を有し、
前記バンプの底面は前記誘電体の下面に露出し、
前記誘電体の下面であって、かつ前記バンプ底面の外周の前記処理容器内のプラズマが発生している空間に面した部分には、誘電体材料からなる凸部が形成されていることを特徴とする、プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus that performs processing on a substrate in a processing container with plasma generated by supplying microwaves,
A dielectric that hermetically covers the upper opening in the processing vessel;
A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for propagating microwaves from a microwave supply device above the dielectric;
A conductive bump electrically connected to the inner conductor and constituting a part of a circular shape provided in the dielectric, and
The bottom surface of the bump is exposed on the bottom surface of the dielectric,
A convex portion made of a dielectric material is formed on a lower surface of the dielectric and on a portion of the outer periphery of the bottom surface of the bump facing a space where plasma is generated in the processing container. A plasma processing apparatus. マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって，処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって，
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と，
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる，外管と内側導体を有する同軸型の導波管と，
前記誘電体の下面中央部分に設けられかつ前記誘電体の平面形態よりも小さい形状の平面形態を持った，前記内側導体と電気的に導通する円偏波アンテナ部材とを有し，
前記誘電体の下面であって，かつ前記円偏波アンテナ部材の外周の前記処理容器内のプラズマが発生している空間に面した部分には，誘電体材料からなる凸部が形成されていることを特徴とする，プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for performing processing on a substrate in a processing container by plasma generated by supplying microwaves,
A dielectric that hermetically covers the upper opening in the processing vessel;
A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for propagating microwaves from a microwave supply device above the dielectric;
A circularly polarized antenna member electrically connected to the inner conductor, having a planar form smaller than the planar form of the dielectric, provided at a central portion of the lower surface of the dielectric;
A convex portion made of a dielectric material is formed on a lower surface of the dielectric and on a portion of the outer periphery of the circularly polarized antenna member facing a space where plasma is generated in the processing container. A plasma processing apparatus. 前記凸部は、前記誘電体と同じ材質からなることを特徴とする、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 convex portion is made of the same material as the dielectric. 前記凸部は複数設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the convex portions are provided. 前記凸部の平面形態は、前記誘電体と同心円状の環状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a planar form of the convex portion is a ring concentric with the dielectric. 6. 前記凸部の平面形態は、少なくとも一部が円弧形状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein at least a part of the planar shape of the convex portion has an arc shape. マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって、処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって、
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と、
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる、外管と内側導体を有する同軸型の導波管と、
前記内側導体に電気的に導通し、かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成する導電性を持ったバンプと、を有し、
前記バンプの底面は前記誘電体の下面に露出し、
前記誘電体の下面は、周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に厚くなるテーパ形状であることを特徴とする、プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus that performs processing on a substrate in a processing container with plasma generated by supplying microwaves,
A dielectric that hermetically covers the upper opening in the processing vessel;
A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for propagating microwaves from a microwave supply device above the dielectric;
A conductive bump electrically connected to the inner conductor and constituting a part of a circular shape provided in the dielectric, and
The bottom surface of the bump is exposed on the bottom surface of the dielectric,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the lower surface of the dielectric has a tapered shape in which the thickness of the dielectric gradually increases from the peripheral portion toward the central portion. マイクロ波の供給によって発生したプラズマによって、処理容器内の基板に対して処理を施すプラズマ処理装置であって、
処理容器内の上部開口部を気密に覆う誘電体と、
マイクロ波供給装置からのマイクロ波を前記誘電体の上方に伝搬させる、外管と内側導体を有する同軸型の導波管と、
前記内側導体に電気的に導通し、かつ前記誘電体内に設けられた円推形の一部を構成する導電性を持ったバンプと、を有し、
前記バンプの底面は前記誘電体の下面に露出し、
前記誘電体の下面は、周縁部から中心部へと向かうにつれて誘電体の厚さが次第に薄くなるテーパ形状であることを特徴とする、プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus that performs processing on a substrate in a processing container with plasma generated by supplying microwaves,
A dielectric that hermetically covers the upper opening in the processing vessel;
A coaxial waveguide having an outer tube and an inner conductor for propagating microwaves from a microwave supply device above the dielectric;
A conductive bump electrically connected to the inner conductor and constituting a part of a circular shape provided in the dielectric, and
The bottom surface of the bump is exposed on the bottom surface of the dielectric,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the lower surface of the dielectric has a tapered shape in which the thickness of the dielectric gradually decreases from the peripheral portion toward the central portion.
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