JP6283438B2 - Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus - Google Patents
Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP6283438B2 JP6283438B2 JP2017062270A JP2017062270A JP6283438B2 JP 6283438 B2 JP6283438 B2 JP 6283438B2 JP 2017062270 A JP2017062270 A JP 2017062270A JP 2017062270 A JP2017062270 A JP 2017062270A JP 6283438 B2 JP6283438 B2 JP 6283438B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microwave
- antenna
- plasma
- gas
- slot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims description 107
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 70
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 39
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 24
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 111
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 11
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 7
- 241000237858 Gastropoda Species 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 1
- RDYMFSUJUZBWLH-UHFFFAOYSA-N endosulfan Chemical compound C12COS(=O)OCC2C2(Cl)C(Cl)=C(Cl)C1(Cl)C2(Cl)Cl RDYMFSUJUZBWLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Description
本発明は、マイクロ波放射アンテナ、マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave radiation antenna, a microwave plasma source, and a plasma processing apparatus.
プラズマ処理は、半導体デバイスの製造に不可欠な技術であるが、近時、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化され、また、半導体ウエハが大型化されており、それにともなって、プラズマ処理装置においてもこのような微細化および大型化に対応するものが求められている。 Plasma processing is an indispensable technology for the manufacture of semiconductor devices. Recently, the design rules of semiconductor elements constituting LSIs have been increasingly miniaturized due to the demand for higher integration and higher speed of LSIs, and semiconductor wafers Along with this, there is a demand for plasma processing apparatuses that can cope with such miniaturization and enlargement.
ところが、従来から多用されてきた平行平板型や誘導結合型のプラズマ処理装置では、生成されるプラズマの電子温度が高いため微細素子にプラズマダメージを生じてしまい、また、プラズマ密度の高い領域が限定されるため、大型の半導体ウエハを均一かつ高速にプラズマ処理することは困難である。 However, in parallel plate type and inductively coupled plasma processing apparatuses that have been widely used in the past, the electron temperature of the generated plasma is high, causing plasma damage to fine elements, and limiting the region where the plasma density is high. Therefore, it is difficult to uniformly and rapidly perform plasma processing on a large semiconductor wafer.
そこで、高密度で低電子温度の表面波プラズマを均一に形成することができるＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）マイクロ波プラズマ処理装置が注目されている（例えば特許文献１）。 Therefore, an RLSA (Radial Line Slot Antenna) microwave plasma processing apparatus that can uniformly form a high-density, low electron temperature surface wave plasma has attracted attention (for example, Patent Document 1).
ＲＬＳＡマイクロ波プラズマ処理装置は、表面波プラズマを発生させるためのマイクロ波を放射するマイクロ波放射アンテナとしてチャンバの上部に所定のパターンで複数のスロットが形成された平面スロットアンテナであるラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）を設け、マイクロ波発生源から導かれたマイクロ波を、アンテナのスロットから放射させるとともに、その下に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板を介して真空に保持されたチャンバ内に放射し、このマイクロ波電界によりチャンバ内で表面波プラズマを生成し、これにより半導体ウエハ等の被処理体を処理するものである。 The RLSA microwave plasma processing apparatus is a radial line slot antenna that is a planar slot antenna in which a plurality of slots are formed in a predetermined pattern on the upper part of a chamber as a microwave radiation antenna that radiates microwaves for generating surface wave plasma (Radial Line Slot Antenna) is provided, and the microwave guided from the microwave generation source is radiated from the slot of the antenna, and is held in a vacuum through a microwave transmission plate made of a dielectric material provided below it. The surface wave plasma is generated in the chamber by this microwave electric field, and the object to be processed such as a semiconductor wafer is processed thereby.
ところで、特許文献１に記載された処理装置では、マイクロ波はチャンバの天壁から導入されるのに対し、処理ガスはチャンバの側壁に設けられたガス導入口から供給されている。しかしながら、この場合にはガスの流れを制御することが難しく、プラズマの均一性が不十分になる可能性がある。 By the way, in the processing apparatus described in Patent Document 1, the microwave is introduced from the top wall of the chamber, whereas the processing gas is supplied from a gas inlet provided on the side wall of the chamber. However, in this case, it is difficult to control the gas flow, and the plasma uniformity may be insufficient.
これに対して、特許文献２には、ラジアルラインスロットアンテナの下の誘電体部材を多数のガス放出孔を有するシャワープレートとして構成して、このシャワープレートを介して処理ガスをチャンバ内に導入する技術が開示されている。これによりシャワープレート直下の空間に処理ガスを均一に供給することができ、均一なプラズマが形成されるとしている。 On the other hand, in Patent Document 2, the dielectric member under the radial line slot antenna is configured as a shower plate having a large number of gas discharge holes, and the processing gas is introduced into the chamber through the shower plate. Technology is disclosed. As a result, the processing gas can be uniformly supplied to the space immediately below the shower plate, and uniform plasma is formed.
しかし、特許文献２の技術では、シャワープレートのガス空間でガスがプラズマ化してマイクロ波パワーが損失したり異常放電が生じたりするという問題点が生じる可能性がある。 However, in the technique of Patent Document 2, there is a possibility that the gas is turned into plasma in the gas space of the shower plate and the microwave power is lost or abnormal discharge occurs.
そこで、特許文献３には、マイクロ波アンテナと誘電体製のシャワープレートとの間にシャワープレートよりも比誘電率の低い誘電体からなるカバープレートを設けた構造が開示されている。これによりシャワープレートのガス空間を介した比誘電率の変化率を少なくして、シャワープレート内のガス空間でのパワー損失や異常放電を防止できるとしている。 Therefore, Patent Document 3 discloses a structure in which a cover plate made of a dielectric having a relative dielectric constant lower than that of a shower plate is provided between a microwave antenna and a dielectric shower plate. As a result, the rate of change of the relative permittivity through the gas space of the shower plate can be reduced to prevent power loss and abnormal discharge in the gas space in the shower plate.
しかしながら、特許文献３の技術を用いても、シャワープレートは誘電体であるため、マイクロ波が透過し、シャワープレートに設けられたガス孔内でガスがプラズマ化することまでは完全に防止することができず、依然としてパワー損失や異常放電の問題が残存し、このような問題を抑制しつつ均一なプラズマを形成する技術は未だ実現されていない。 However, even if the technique of Patent Document 3 is used, since the shower plate is a dielectric, it is completely prevented until the microwave is transmitted and the gas is turned into plasma in the gas hole provided in the shower plate. However, the problem of power loss and abnormal discharge still remains, and a technique for forming a uniform plasma while suppressing such a problem has not yet been realized.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、マイクロ波のパワー損失や異常放電を抑制しつつ均一なプラズマを形成することができるマイクロ波放射アンテナ、マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and includes a microwave radiation antenna, a microwave plasma source, and a plasma processing apparatus that can form a uniform plasma while suppressing power loss and abnormal discharge of microwaves. The issue is to provide.
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、チャンバ内に表面波プラズマを形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、マイクロ波生成機構で生成され、マイクロ波伝送路を伝送されたマイクロ波をチャンバ内に放射するマイクロ波放射アンテナであって、マイクロ波放射面を有し、導電体からなるアンテナ本体と、前記アンテナ本体に処理ガスを導入するための処理ガス導入口と、前記アンテナ本体内で、導入された前記処理ガスを拡散させるためのガス拡散空間と、前記アンテナ本体に設けられ、前記ガス拡散空間で拡散された処理ガスを前記チャンバ内へ吐出するための複数のガス吐出孔と、前記アンテナ本体に前記ガス拡散空間および前記ガス吐出孔とは分離した状態で、前記マイクロ波伝送路に対応して複数設けられ、前記マイクロ波放射面側の端部からマイクロ波を放射するスロットと、前記アンテナ本体の前記マイクロ波放射面側に、前記スロットが形成されたスロット形成領域を包含するように環状に設けられた環状誘電体部材とを有し、前記スロットおよび前記環状誘電体部材を通って放射されたマイクロ波により、前記マイクロ波放射面に金属表面波が形成されて、この金属表面波により表面波プラズマが生成され、前記アンテナ本体は、平板状をなし、前記ガス拡散空間を挟んで、上部壁と前記マイクロ波放射面を有する下部壁とを有し、前記スロットに対応する部分に前記下部壁から前記上部壁に至る突出部が形成されて前記スロットは前記突出部内に形成され、前記下部壁は、その下面の前記マイクロ波放射面の前記環状誘電体部材に対応する位置に凹部を有し、前記環状誘電体部材は前記凹部に嵌め込まれていることを特徴とするマイクロ波放射アンテナを提供する。 In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, in a plasma processing apparatus that forms a surface wave plasma in a chamber and performs plasma processing, the plasma is generated by a microwave generation mechanism and transmitted through a microwave transmission path. A microwave radiation antenna for radiating microwaves into the chamber, having a microwave radiation surface, an antenna body made of a conductor, a processing gas inlet for introducing a processing gas into the antenna body, A gas diffusion space for diffusing the introduced processing gas in the antenna body, and a plurality of processing gases provided in the antenna body for discharging the processing gas diffused in the gas diffusion space into the chamber A plurality of gas discharge holes corresponding to the microwave transmission path in a state where the gas diffusion space and the gas discharge holes are separated from the antenna body. Provided in an annular shape so as to include a slot for radiating microwaves from an end portion on the microwave radiation surface side and a slot forming region in which the slot is formed on the microwave radiation surface side of the antenna body. A metal surface wave is formed on the microwave radiation surface by the microwave radiated through the slot and the ring dielectric member, and the surface wave is generated by the metal surface wave. Plasma is generated, the antenna body has a flat plate shape, and has an upper wall and a lower wall having the microwave radiation surface across the gas diffusion space, and the lower wall is formed at a portion corresponding to the slot. The slot is formed in the protrusion, and the lower wall is the annular dielectric portion of the microwave radiation surface on the lower surface thereof. Having a recess in a position corresponding to said annular dielectric member provides a microwave radiation antenna, characterized in that is fitted in the recess.
上記第１の観点において、前記複数のガス吐出孔は、アンテナ本体のマイクロ波放射面における、前記環状誘電体部材の外側の領域および内側の領域の両方に形成されていることが好ましい。 In the first aspect, the plurality of gas discharge holes are preferably formed in both the outer region and the inner region of the annular dielectric member on the microwave radiation surface of the antenna body.
また、前記環状誘電体部材と前記アンテナ本体の前記スロットとの間はシールされている構成とすることができる。 The annular dielectric member and the slot of the antenna body may be sealed.
この場合に、前記環状誘電体部材と前記アンテナ本体の前記スロットとの間のシールは真空シールであり、この真空シールにより前記チャンバ内の真空雰囲気の領域と、前記スロットを含む大気雰囲気の領域とが区画されている構成とすることができる。 In this case, the seal between the annular dielectric member and the slot of the antenna body is a vacuum seal, and the vacuum seal causes the vacuum atmosphere region in the chamber and the atmosphere region including the slot to Can be configured to be partitioned.
本発明の第２の観点では、プラズマ処理装置のチャンバ内にマイクロ波を放射して表面波プラズマを形成するマイクロ波プラズマ源であって、マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを具備し、前記マイクロ波供給部は、上記第１の観点のマイクロ波放射アンテナを備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ源を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a microwave plasma source that generates surface wave plasma by radiating microwaves into a chamber of a plasma processing apparatus, and a microwave output unit that generates and outputs microwaves; A microwave supply unit configured to transmit the microwave output from the microwave output unit and radiate the microwave into the chamber, and the microwave supply unit includes the microwave radiation antenna according to the first aspect. A microwave plasma source is provided.
上記第２の観点において、前記マイクロ波供給部は、前記マイクロ波放射アンテナに接続された、それぞれマイクロ波伝送路を有する複数のマイクロ波放射部を有し、前記マイクロ波放射アンテナは、前記複数のマイクロ波放射部に対応してそれぞれ複数のスロットを有する構成とすることができる。 In the second aspect, the microwave supply unit includes a plurality of microwave radiation units each having a microwave transmission path connected to the microwave radiation antenna, and the microwave radiation antenna includes the plurality of microwave radiation units. A plurality of slots can be provided corresponding to the microwave radiation portions.
本発明の第３の観点では、被処理基板を収容するチャンバと、処理ガスを供給するガス供給機構と、上記第２の観点のマイクロ波プラズマ源とを具備し、前記マイクロ波プラズマ源のマイクロ波放射アンテナから前記チャンバ内に供給されたマイクロ波により前記マイクロ波放射アンテナの表面に金属表面波が形成され、前記金属表面波により、前記ガス供給機構から供給されたガスによる表面波プラズマを生成し、前記チャンバ内の被処理基板に対してプラズマにより処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a chamber for accommodating a substrate to be processed, a gas supply mechanism for supplying a processing gas, and the microwave plasma source of the second aspect, A metal surface wave is formed on the surface of the microwave radiation antenna by the microwave supplied from the wave radiation antenna into the chamber, and the surface wave plasma is generated by the gas supplied from the gas supply mechanism by the metal surface wave. Then, a plasma processing apparatus is provided, wherein the substrate to be processed in the chamber is processed by plasma.
本発明によれば、マイクロ波放射アンテナのアンテナ本体を導電体で構成するとともに、ガス拡散空間およびガス吐出孔とマイクロ波を放射するスロットとを分離した状態で設け、さらに、アンテナ本体のマイクロ波放射面側に、スロットが形成されたスロット形成領域を包含し、かつ下部壁の凹部に嵌め込むように環状誘電体部材を設けて、スロットを透過したマイクロ波を環状誘電体により均一に均されるようにしたので、マイクロ波のパワー損失や異常放電を抑制しつつマイクロ波を均一に供給することができ、より均一なプラズマ処理を行うことができる。 According to the present invention, the antenna body of the microwave radiating antenna is made of a conductor, the gas diffusion space, the gas discharge hole, and the slot for radiating the microwave are separated from each other. An annular dielectric member is provided on the radiation surface side so as to include a slot forming region in which a slot is formed and to be fitted into the recess of the lower wall, and the microwave transmitted through the slot is uniformly leveled by the annular dielectric. Since it was made to do so, a microwave can be supplied uniformly, suppressing the power loss and abnormal discharge of a microwave, and more uniform plasma processing can be performed.
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
＜プラズマ処理装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図であり、図２は図１のプラズマ処理装置に用いられるマイクロ波プラズマ源のマイクロ波放射アンテナ以外の構成を示す構成図、図３はマイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波供給部を模式的に示す平面図である。
<Configuration of plasma processing apparatus>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration other than a microwave radiation antenna of a microwave plasma source used in the plasma processing apparatus of FIG. FIG. 3 is a plan view schematically showing a microwave supply unit in the microwave plasma source.
プラズマ処理装置１００は、ウエハに対してプラズマ処理として例えばエッチング処理を施すプラズマエッチング装置として構成されており、気密に構成されたアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなる略円筒状の接地されたチャンバ１と、チャンバ１内にマイクロ波プラズマを形成するためのマイクロ波プラズマ源２とを有している。チャンバ１の上部には開口部１ａが形成されており、マイクロ波プラズマ源２はこの開口部１ａからチャンバ１の内部に臨むように設けられている。 The plasma processing apparatus 100 is configured as a plasma etching apparatus that performs, for example, an etching process on a wafer, and is a substantially cylindrical grounded chamber made of a metal material such as aluminum or stainless steel that is hermetically configured. 1 and a microwave plasma source 2 for forming microwave plasma in the chamber 1. An opening 1 a is formed in the upper part of the chamber 1, and the microwave plasma source 2 is provided so as to face the inside of the chamber 1 from the opening 1 a.
チャンバ１内には被処理体である半導体ウエハＷ（以下ウエハＷと記述する）を水平に支持するためのサセプタ１１が、チャンバ１の底部中央に絶縁部材１２ａを介して立設された筒状の支持部材１２により支持された状態で設けられている。サセプタ１１および支持部材１２を構成する材料としては、表面をアルマイト処理（陽極酸化処理）したアルミニウムや、ＡｌＮなどのセラミックス等が例示される。 In the chamber 1, a susceptor 11 for horizontally supporting a semiconductor wafer W (hereinafter, referred to as a wafer W), which is an object to be processed, is erected at the center of the bottom of the chamber 1 via an insulating member 12a. It is provided in a state supported by the support member 12. Examples of the material constituting the susceptor 11 and the support member 12 include aluminum whose surface is anodized (anodized), ceramics such as AlN, and the like.
また、図示はしていないが、サセプタ１１には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウエハＷの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路、およびウエハＷを搬送するために昇降する昇降ピン等が設けられている。さらに、サセプタ１１には、整合器１３を介して高周波バイアス電源１４が電気的に接続されている。この高周波バイアス電源１４からサセプタ１１に高周波電力が供給されることにより、ウエハＷ側にプラズマ中のイオンが引き込まれる。なお、高周波バイアス電源１４はプラズマ処理の特性によっては設けなくてもよい。 Although not shown, the susceptor 11 includes an electrostatic chuck for electrostatically attracting the wafer W, a temperature control mechanism, a gas flow path for supplying heat transfer gas to the back surface of the wafer W, and the wafer. In order to convey W, elevating pins and the like that elevate and lower are provided. Furthermore, a high frequency bias power supply 14 is electrically connected to the susceptor 11 via a matching unit 13. By supplying high frequency power from the high frequency bias power source 14 to the susceptor 11, ions in the plasma are attracted to the wafer W side. Note that the high-frequency bias power source 14 may not be provided depending on the characteristics of the plasma processing.
チャンバ１の底部には排気管１５が接続されており、この排気管１５には真空ポンプを含む排気装置１６が接続されている。そしてこの排気装置１６を作動させることによりチャンバ１内が排気され、チャンバ１内を所定の真空度まで高速に減圧することが可能となっている。また、チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１７と、この搬入出口１７を開閉するゲートバルブ１８とが設けられている。 An exhaust pipe 15 is connected to the bottom of the chamber 1, and an exhaust device 16 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 15. By operating the exhaust device 16, the inside of the chamber 1 is exhausted, and the inside of the chamber 1 can be decompressed at a high speed to a predetermined degree of vacuum. Further, on the side wall of the chamber 1, a loading / unloading port 17 for loading / unloading the wafer W and a gate valve 18 for opening / closing the loading / unloading port 17 are provided.
マイクロ波プラズマ源２は、複数経路に分配してマイクロ波を出力するマイクロ波出力部３０と、マイクロ波出力部３０から出力されたマイクロ波を伝送しチャンバ１内に放射するためのマイクロ波供給部４０とを有している。マイクロ波供給部４０は、チャンバ１の上部に設けられた支持リング２９に気密にシールされた状態で設けられた、マイクロ波の放射とガスの導入が可能なマイクロ波放射アンテナ４５を有している。このマイクロ波放射アンテナ４５はチャンバ１の天壁として構成されている。また、マイクロ波プラズマ源２は、プラズマを生成するためのプラズマ生成ガスや、成膜処理やエッチング処理を行うための処理ガスを供給するガス供給源１１０を有している。 The microwave plasma source 2 includes a microwave output unit 30 that distributes a plurality of paths and outputs a microwave, and a microwave supply that transmits the microwave output from the microwave output unit 30 and radiates the microwave into the chamber 1. Part 40. The microwave supply unit 40 includes a microwave radiation antenna 45 that is provided in a state of being hermetically sealed to a support ring 29 provided at an upper portion of the chamber 1 and capable of microwave radiation and gas introduction. Yes. The microwave radiating antenna 45 is configured as a top wall of the chamber 1. Further, the microwave plasma source 2 includes a gas supply source 110 that supplies a plasma generation gas for generating plasma and a processing gas for performing a film forming process and an etching process.
プラズマ生成ガスとしては、Ａｒガス等の希ガスを好適に用いることができる。また、処理ガスとしては、成膜処理やエッチング処理等、処理の内容に応じて種々のものを採用することができる。 As the plasma generation gas, a rare gas such as Ar gas can be suitably used. Various processing gases such as a film forming process and an etching process can be adopted depending on the processing contents.
図２に示すように、マイクロ波出力部３０は、マイクロ波電源３１と、マイクロ波発振器３２と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプ３３と、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器３４とを有している。 As shown in FIG. 2, the microwave output unit 30 includes a microwave power supply 31, a microwave oscillator 32, an amplifier 33 that amplifies the oscillated microwave, and a distributor that distributes the amplified microwave into a plurality of parts. 34.
マイクロ波発振器３２は、所定周波数（例えば、９１５ＭＨｚ）のマイクロ波を例えばＰＬＬ発振させる。分配器３４では、マイクロ波の損失ができるだけ起こらないように、入力側と出力側のインピーダンス整合を取りながらアンプ３３で増幅されたマイクロ波を分配する。なお、マイクロ波の周波数としては、９１５ＭＨｚの他に、７００ＭＨｚから３ＧＨｚを用いることができる。 The microwave oscillator 32 causes, for example, a PLL oscillation of a microwave having a predetermined frequency (for example, 915 MHz). The distributor 34 distributes the microwave amplified by the amplifier 33 while matching the impedance between the input side and the output side so that the loss of the microwave does not occur as much as possible. As the microwave frequency, 700 MHz to 3 GHz can be used in addition to 915 MHz.
マイクロ波供給部４０は、マイクロ波放射アンテナ４５（図２では図示せず）の他、分配器３４にて分配されたマイクロ波をチャンバ１内へ導く複数のアンテナモジュール４１を有している。各アンテナモジュール４１は、分配されたマイクロ波を主に増幅するアンプ部４２と、マイクロ波放射部４３とを有している。図３に示すように、マイクロ波供給部４０は、アンテナモジュール４１を７個有しており、各アンテナモジュール４１のマイクロ波放射部４３が、円周状に６個およびその中心に１個、円形をなすマイクロ波放射アンテナ４５の上に配置されている。 The microwave supply unit 40 includes a plurality of antenna modules 41 that guide the microwave distributed by the distributor 34 into the chamber 1 in addition to the microwave radiation antenna 45 (not shown in FIG. 2). Each antenna module 41 includes an amplifier unit 42 that mainly amplifies the distributed microwave and a microwave radiating unit 43. As shown in FIG. 3, the microwave supply unit 40 includes seven antenna modules 41, and six microwave radiating units 43 of each antenna module 41 are arranged circumferentially and one at the center thereof. It is disposed on a microwave radiation antenna 45 having a circular shape.
マイクロ波放射アンテナ４５は、後述するように、上述した複数のマイクロ波放射部４３が接続され、プラズマ生成ガスや処理ガスを吐出するシャワー構造となっており、ガス供給源１１０から延びるガス配管１１１がマイクロ波放射アンテナ４５に接続されている。そして、マイクロ波放射アンテナ４５からチャンバ１内に導入されたプラズマ生成ガスは、マイクロ波放射アンテナ４５から放射されたマイクロ波によりプラズマ化され、このプラズマにより、同じくマイクロ波放射アンテナ４５からチャンバ１内に導入された処理ガスが励起され、処理ガスのプラズマが生成される。 As will be described later, the microwave radiating antenna 45 is connected to the above-described plurality of microwave radiating portions 43 and has a shower structure for discharging plasma generation gas and processing gas, and a gas pipe 111 extending from the gas supply source 110. Are connected to the microwave radiation antenna 45. The plasma generation gas introduced into the chamber 1 from the microwave radiating antenna 45 is turned into plasma by the microwave radiated from the microwave radiating antenna 45, and this plasma also causes the plasma 1 to enter the chamber 1. The processing gas introduced into is excited, and plasma of the processing gas is generated.
アンプ部４２は、位相器４６と、可変ゲインアンプ４７と、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８と、アイソレータ４９とを有している。 The amplifier unit 42 includes a phase shifter 46, a variable gain amplifier 47, a main amplifier 48 constituting a solid state amplifier, and an isolator 49.
位相器４６は、マイクロ波の位相を変化させることができるように構成されており、これを調整することにより放射特性を変調させることができる。例えば、各アンテナモジュール毎に位相を調整することにより指向性を制御してプラズマ分布を変化させることができる。また、隣り合うアンテナモジュールにおいて９０°ずつ位相をずらすようにして円偏波を得ることができる。また、位相器４６は、アンプ内の部品間の遅延特性を調整し、チューナ内での空間合成を目的として使用することができる。ただし、このような放射特性の変調やアンプ内の部品間の遅延特性の調整が不要な場合には位相器４６は設ける必要はない。 The phase shifter 46 is configured to change the phase of the microwave, and by adjusting this, the radiation characteristic can be modulated. For example, the plasma distribution can be changed by controlling the directivity by adjusting the phase for each antenna module. Further, circularly polarized waves can be obtained by shifting the phase by 90 ° between adjacent antenna modules. The phase shifter 46 can be used for the purpose of spatial synthesis in the tuner by adjusting the delay characteristics between components in the amplifier. However, the phase shifter 46 need not be provided when such modulation of the radiation characteristics and adjustment of the delay characteristics between the components in the amplifier are not required.
可変ゲインアンプ４７は、メインアンプ４８へ入力するマイクロ波の電力レベルを調整し、プラズマ強度調整するためのアンプである。可変ゲインアンプ４７を各アンテナモジュール毎に変化させることによって、発生するプラズマに分布を生じさせることもできる。 The variable gain amplifier 47 is an amplifier for adjusting the power level of the microwave input to the main amplifier 48 and adjusting the plasma intensity. By changing the variable gain amplifier 47 for each antenna module, the generated plasma can be distributed.
ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８は、例えば、入力整合回路と、半導体増幅素子と、出力整合回路と、高Ｑ共振回路とを有する構成とすることができる。 The main amplifier 48 constituting the solid state amplifier can be configured to include, for example, an input matching circuit, a semiconductor amplifying element, an output matching circuit, and a high Q resonance circuit.
アイソレータ４９は、マイクロ波放射アンテナ４５で反射してメインアンプ４８に向かう反射マイクロ波を分離するものであり、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、マイクロ波放射アンテナ４５で反射したマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれた反射マイクロ波を熱に変換する。 The isolator 49 separates reflected microwaves that are reflected by the microwave radiation antenna 45 and travel toward the main amplifier 48, and includes a circulator and a dummy load (coaxial terminator). The circulator guides the microwave reflected by the microwave radiation antenna 45 to the dummy load, and the dummy load converts the reflected microwave guided by the circulator into heat.
次に、図４〜８を参照して、マイクロ波放射部４３およびマイクロ波放射アンテナ４５について詳細に説明する。図４はマイクロ波放射部４３およびマイクロ波放射アンテナ４５を示す断面図、図５はマイクロ波放射部４３の給電機構を示す図４のＡＡ′線による横断面図、図６はマイクロ波放射部４３のチューナ６０におけるスラグと滑り部材を示す図４のＢＢ′線による横断面図、図７はマイクロ波放射アンテナ４５のスロットの形状および配置の一例を示す平面図、図８はマイクロ波放射アンテナ４５のマイクロ波放射面を示す底面図である。 Next, the microwave radiation unit 43 and the microwave radiation antenna 45 will be described in detail with reference to FIGS. 4 is a cross-sectional view showing the microwave radiating portion 43 and the microwave radiating antenna 45, FIG. 5 is a transverse cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4 showing the power feeding mechanism of the microwave radiating portion 43, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 4 showing slag and sliding members in the tuner 60, FIG. 7 is a plan view showing an example of the shape and arrangement of the slots of the microwave radiating antenna 45, and FIG. It is a bottom view which shows 45 microwave radiation surfaces.
図４に示すように、マイクロ波放射部４３は、マイクロ波を伝送する同軸構造のマイクロ波伝送路（導波路）４４と、マイクロ波伝送路４４に設けられたチューナ６０とを有している。そして、マイクロ波放射部４３の導波路４４を経て、各マイクロ波放射部４３に対応してマイクロ波放射アンテナ４５に設けられたスロット（後述）からチャンバ１内にマイクロ波が放射され、そのマイクロ波によりチャンバ１内で表面波プラズマを形成するようになっている。 As shown in FIG. 4, the microwave radiating unit 43 includes a microwave transmission path (waveguide) 44 having a coaxial structure for transmitting microwaves, and a tuner 60 provided in the microwave transmission path 44. . Then, microwaves are radiated into the chamber 1 from the slots (described later) provided in the microwave radiation antenna 45 corresponding to each microwave radiation part 43 through the waveguide 44 of the microwave radiation part 43. A surface wave plasma is formed in the chamber 1 by the waves.
マイクロ波伝送路４４は、筒状の外側導体５２およびその中心に設けられた棒状の内側導体５３が同軸状に配置されて構成されており、マイクロ波伝送路４４の先端にマイクロ波放射アンテナ４５が設けられている。マイクロ波伝送路４４においては、内側導体５３に給電され、外側導体５２が接地されている。外側導体５２および内側導体５３の上端には反射板５８が設けられている。 The microwave transmission path 44 is configured by coaxially arranging a cylindrical outer conductor 52 and a rod-shaped inner conductor 53 provided at the center thereof, and a microwave radiation antenna 45 at the tip of the microwave transmission path 44. Is provided. In the microwave transmission path 44, power is supplied to the inner conductor 53, and the outer conductor 52 is grounded. A reflection plate 58 is provided at the upper ends of the outer conductor 52 and the inner conductor 53.
マイクロ波伝送路４４の基端側にはマイクロ波（電磁波）を給電する給電機構５４が設けられている。給電機構５４は、マイクロ波伝送路４４（外側導体５２）の側面に設けられたマイクロ波電力を導入するためのマイクロ波電力導入ポート５５を有している。マイクロ波電力導入ポート５５には、アンプ部４２から増幅されたマイクロ波を供給するための給電線として、内側導体５６ａおよび外側導体５６ｂからなる同軸線路５６が接続されている。そして、同軸線路５６の内側導体５６ａの先端には、外側導体５２の内部に向けて水平に伸びる給電アンテナ９０が接続されている。 A power feeding mechanism 54 that feeds microwaves (electromagnetic waves) is provided on the base end side of the microwave transmission path 44. The power feeding mechanism 54 has a microwave power introduction port 55 for introducing microwave power provided on a side surface of the microwave transmission path 44 (outer conductor 52). A coaxial line 56 including an inner conductor 56 a and an outer conductor 56 b is connected to the microwave power introduction port 55 as a feed line for supplying the microwave amplified from the amplifier unit 42. A feeding antenna 90 extending horizontally toward the inside of the outer conductor 52 is connected to the tip of the inner conductor 56 a of the coaxial line 56.
給電アンテナ９０は、例えば、アルミニウム等の金属板を削り出し加工した後、テフロン（登録商標）等の誘電体部材の型にはめて形成される。反射板５８から給電アンテナ９０までの間には、反射波の実効波長を短くするためのテフロン（登録商標）等の誘電体からなる遅波材５９が設けられている。なお、２．４５ＧＨｚ等の周波数の高いマイクロ波を用いた場合には、遅波材５９は設けなくてもよい。このとき、給電アンテナ９０から反射板５８までの距離を最適化し、給電アンテナ９０から放射される電磁波を反射板５８で反射させることで、最大の電磁波を同軸構造のマイクロ波伝送路４４内に伝送させる。 The feed antenna 90 is formed, for example, by cutting a metal plate such as aluminum and then fitting it on a dielectric member such as Teflon (registered trademark). A slow wave material 59 made of a dielectric material such as Teflon (registered trademark) for shortening the effective wavelength of the reflected wave is provided between the reflector 58 and the feeding antenna 90. Note that when a microwave with a high frequency such as 2.45 GHz is used, the slow wave material 59 may not be provided. At this time, the distance from the feeding antenna 90 to the reflecting plate 58 is optimized, and the electromagnetic wave radiated from the feeding antenna 90 is reflected by the reflecting plate 58 to transmit the maximum electromagnetic wave into the microwave transmission path 44 having the coaxial structure. Let
給電アンテナ９０は、図５に示すように、マイクロ波電力導入ポート５５において同軸線路５６の内側導体５６ａに接続され、電磁波が供給される第１の極９２および供給された電磁波を放射する第２の極９３を有するアンテナ体９１と、アンテナ体９１の両側から、内側導体５３の外側に沿って延び、リング状をなす反射部９４とを有し、アンテナ体９１に入射された電磁波と反射部９４で反射された電磁波とで定在波を形成するように構成されている。アンテナ体９１の第２の極９３は内側導体５３に接触している。 As shown in FIG. 5, the feeding antenna 90 is connected to the inner conductor 56a of the coaxial line 56 at the microwave power introduction port 55, and the first pole 92 to which the electromagnetic wave is supplied and the second electromagnetic wave to radiate the supplied electromagnetic wave. The antenna body 91 having a pole 93 and a reflection portion 94 that extends from both sides of the antenna body 91 along the outside of the inner conductor 53 and forms a ring shape. The electromagnetic wave incident on the antenna body 91 and the reflection portion A standing wave is formed by the electromagnetic wave reflected at 94. The second pole 93 of the antenna body 91 is in contact with the inner conductor 53.
給電アンテナ９０がマイクロ波（電磁波）を放射することにより、外側導体５２と内側導体５３との間の空間にマイクロ波電力が給電される。そして、給電機構５４に供給されたマイクロ波電力がマイクロ波放射アンテナ４５に向かって伝播する。 When the feeding antenna 90 radiates microwaves (electromagnetic waves), microwave power is fed to the space between the outer conductor 52 and the inner conductor 53. Then, the microwave power supplied to the power feeding mechanism 54 propagates toward the microwave radiation antenna 45.
チューナ６０は、チャンバ１内の負荷（プラズマ）のインピーダンスをマイクロ波出力部３０におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させるものであり、外側導体５２と内側導体５３との間のマイクロ波伝送路４４を上下に移動する２つのスラグ６１ａ，６１ｂと、反射板５８の外側（上側）に設けられたスラグ駆動部７０とを有している。 The tuner 60 matches the impedance of the load (plasma) in the chamber 1 with the characteristic impedance of the microwave power source in the microwave output unit 30, and the microwave transmission path 44 between the outer conductor 52 and the inner conductor 53. And two slags 61a and 61b that move up and down, and a slag drive unit 70 provided on the outer side (upper side) of the reflector plate 58.
これらスラグのうち、スラグ６１ａはスラグ駆動部７０側に設けられ、スラグ６１ｂはマイクロ波放射アンテナ４５側に設けられている。また、内側導体５３の内部空間には、その長手方向に沿って例えば台形ネジが形成された螺棒からなるスラグ移動用の２本のスラグ移動軸６４ａ，６４ｂが設けられている。 Among these slags, the slag 61a is provided on the slag drive unit 70 side, and the slag 61b is provided on the microwave radiation antenna 45 side. Further, in the inner space of the inner conductor 53, two slag moving shafts 64a and 64b for slag movement are provided along a longitudinal direction of the inner conductor 53.
図６に示すように、スラグ６１ａは、誘電体からなる円環状をなし、その内側に滑り性を有する樹脂からなる滑り部材６３が嵌め込まれている。滑り部材６３にはスラグ移動軸６４ａが螺合するねじ穴６５ａとスラグ移動軸６４ｂが挿通される通し穴６５ｂが設けられている。一方、スラグ６１ｂは、スラグ６１ａと同様、ねじ穴６５ａと通し穴６５ｂとを有しているが、スラグ６１ａとは逆に、ねじ穴６５ａはスラグ移動軸６４ｂに螺合され、通し穴６５ｂにはスラグ移動軸６４ａが挿通されるようになっている。これによりスラグ移動軸６４ａを回転させることによりスラグ６１ａが昇降移動し、スラグ移動軸６４ｂを回転させることによりスラグ６１ｂが昇降移動する。すなわち、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと滑り部材６３とからなるねじ機構によりスラグ６１ａ，６１ｂが昇降移動される。 As shown in FIG. 6, the slag 61a has an annular shape made of a dielectric, and a sliding member 63 made of a resin having slipperiness is fitted inside the slag 61a. The sliding member 63 is provided with a screw hole 65a into which the slag moving shaft 64a is screwed and a through hole 65b into which the slag moving shaft 64b is inserted. On the other hand, the slag 61b has a screw hole 65a and a through hole 65b as in the case of the slag 61a. However, contrary to the slag 61a, the screw hole 65a is screwed to the slag moving shaft 64b and is connected to the through hole 65b. The slag moving shaft 64a is inserted. Thereby, the slag 61a moves up and down by rotating the slag movement shaft 64a, and the slag 61b moves up and down by rotating the slag movement shaft 64b. That is, the slugs 61a and 61b are moved up and down by a screw mechanism including the slug moving shafts 64a and 64b and the sliding member 63.
内側導体５３には長手方向に沿って等間隔に３つのスリット５３ａが形成されている。一方、滑り部材６３は、これらスリット５３ａに対応するように３つの突出部６３ａが等間隔に設けられている。そして、これら突出部６３ａがスラグ６１ａ，６１ｂの内周に当接した状態で滑り部材６３がスラグ６１ａ，６１ｂの内部に嵌め込まれる。滑り部材６３の外周面は、内側導体５３の内周面と遊びなく接触するようになっており、スラグ移動軸６４ａ，６４ｂが回転されることにより、滑り部材６３が内側導体５３を滑って昇降するようになっている。すなわち内側導体５３の内周面がスラグ６１ａ，６１ｂの滑りガイドとして機能する。 Three slits 53a are formed in the inner conductor 53 at equal intervals along the longitudinal direction. On the other hand, the sliding member 63 is provided with three protrusions 63a at equal intervals so as to correspond to the slits 53a. Then, the sliding member 63 is fitted into the slags 61a and 61b in a state where the protruding portions 63a are in contact with the inner circumferences of the slags 61a and 61b. The outer peripheral surface of the sliding member 63 comes into contact with the inner peripheral surface of the inner conductor 53 without play, and the sliding member 63 slides up and down the inner conductor 53 by rotating the slug movement shafts 64a and 64b. It is supposed to be. That is, the inner peripheral surface of the inner conductor 53 functions as a sliding guide for the slugs 61a and 61b.
滑り部材６３を構成する樹脂材料としては、良好な滑り性を有し、加工が比較的容易な樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を好適なものとして挙げることができる。 As a resin material constituting the sliding member 63, a resin having good sliding property and relatively easy to process, for example, a polyphenylene sulfide (PPS) resin can be mentioned as a suitable material.
上記スラグ移動軸６４ａ，６４ｂは、反射板５８を貫通してスラグ駆動部７０に延びている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂと反射板５８との間にはベアリング（図示せず）が設けられている。また、内側導体５３の下端には、導体からなる底板６７が設けられている。スラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端は、駆動時の振動を吸収するために、通常は開放端となっており、これらスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端から２〜５ｍｍ程度離隔して底板６７が設けられている。なお、この底板６７を軸受け部としてスラグ移動軸６４ａ，６４ｂの下端をこの軸受け部にて軸支させてもよい。 The slag moving shafts 64 a and 64 b extend through the reflecting plate 58 to the slag driving unit 70. A bearing (not shown) is provided between the slug moving shafts 64a and 64b and the reflection plate 58. A bottom plate 67 made of a conductor is provided at the lower end of the inner conductor 53. The lower ends of the slag moving shafts 64a and 64b are normally open ends to absorb vibration during driving, and a bottom plate 67 is provided at a distance of about 2 to 5 mm from the lower ends of the slag moving shafts 64a and 64b. It has been. The bottom plate 67 may be used as a bearing portion, and the lower ends of the slag moving shafts 64a and 64b may be supported by the bearing portion.
スラグ駆動部７０は筐体７１を有し、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂは筐体７１内に延びており、スラグ移動軸６４ａおよび６４ｂの上端には、それぞれ歯車７２ａおよび７２ｂが取り付けられている。また、スラグ駆動部７０には、スラグ移動軸６４ａを回転させるモータ７３ａと、スラグ移動軸６４ｂを回転させるモータ７３ｂが設けられている。モータ７３ａの軸には歯車７４ａが取り付けられ、モータ７３ｂの軸には歯車７４ｂが取り付けられており、歯車７４ａが歯車７２ａに噛合し、歯車７４ｂが歯車７２ｂに噛合するようになっている。したがって、モータ７３ａにより歯車７４ａおよび７２ａを介してスラグ移動軸６４ａが回転され、モータ７３ｂにより歯車７４ｂおよび７２ｂを介してスラグ移動軸６４ｂが回転される。なお、モータ７３ａ，７３ｂは例えばステッピングモータである。 The slag drive unit 70 has a casing 71, slag movement shafts 64a and 64b extend into the casing 71, and gears 72a and 72b are attached to the upper ends of the slag movement shafts 64a and 64b, respectively. The slag drive unit 70 is provided with a motor 73a that rotates the slag movement shaft 64a and a motor 73b that rotates the slag movement shaft 64b. A gear 74a is attached to the shaft of the motor 73a, and a gear 74b is attached to the shaft of the motor 73b. The gear 74a meshes with the gear 72a, and the gear 74b meshes with the gear 72b. Accordingly, the slag movement shaft 64a is rotated by the motor 73a via the gears 74a and 72a, and the slag movement shaft 64b is rotated by the motor 73b via the gears 74b and 72b. The motors 73a and 73b are, for example, stepping motors.
なお、スラグ移動軸６４ｂはスラグ移動軸６４ａよりも長く、より上方に達しており、したがって、歯車７２ａおよび７２ｂの位置が上下にオフセットしており、モータ７３ａおよび７３ｂも上下にオフセットしているので、モータおよび歯車等の動力伝達機構のスペースが小さく、筐体７１が外側導体５２と同じ径となっている。 The slag moving shaft 64b is longer than the slag moving shaft 64a and reaches the upper side. Therefore, the positions of the gears 72a and 72b are offset vertically, and the motors 73a and 73b are also offset vertically. The space for the power transmission mechanism such as the motor and gears is small, and the casing 71 has the same diameter as the outer conductor 52.
モータ７３ａおよび７３ｂの上には、これらの出力軸に直結するように、それぞれスラグ６１ａおよび６１ｂの位置を検出するためのインクリメント型のエンコーダ７５ａおよび７５ｂが設けられている。 Incremental encoders 75a and 75b for detecting the positions of the slugs 61a and 61b are provided on the motors 73a and 73b so as to be directly connected to these output shafts.
スラグ６１ａおよび６１ｂの位置は、スラグコントローラ６８により制御される。具体的には、図示しないインピーダンス検出器により検出された入力端のインピーダンス値と、エンコーダ７５ａおよび７５ｂにより検知されたスラグ６１ａおよび６１ｂの位置情報に基づいて、スラグコントローラ６８がモータ７３ａおよび７３ｂに制御信号を送り、スラグ６１ａおよび６１ｂの位置を制御することにより、インピーダンスを調整するようになっている。スラグコントローラ６８は、終端が例えば５０Ωになるようにインピーダンス整合を実行させる。２つのスラグのうち一方のみを動かすと、スミスチャートの原点を通る軌跡を描き、両方同時に動かすと位相のみが回転する。 The positions of the slags 61a and 61b are controlled by the slag controller 68. Specifically, the slag controller 68 controls the motors 73a and 73b based on the impedance value of the input end detected by an impedance detector (not shown) and the positional information of the slags 61a and 61b detected by the encoders 75a and 75b. The impedance is adjusted by sending a signal and controlling the positions of the slugs 61a and 61b. The slug controller 68 performs impedance matching so that the termination is, for example, 50Ω. When only one of the two slugs is moved, a trajectory passing through the origin of the Smith chart is drawn, and when both are moved simultaneously, only the phase rotates.
マイクロ波伝送路４４の先端部には、マイクロ波放射アンテナ４５に接するように遅波材８２が設けられている。遅波材８２の中心には導体からなる円柱部材８２ａが貫通しており、この円柱部材８２ａが底板６７とマイクロ波放射アンテナ４５とを接続している。したがって、内側導体５３が底板６７および円柱部材８２ａを介してマイクロ波放射アンテナ４５に接続されている。なお、外側導体５２の下端はマイクロ波放射アンテナ４５まで延びており、遅波材８２の周囲は外側導体５２で覆われている。 A slow wave material 82 is provided at the tip of the microwave transmission path 44 so as to be in contact with the microwave radiation antenna 45. A cylindrical member 82 a made of a conductor passes through the center of the slow wave member 82, and the cylindrical member 82 a connects the bottom plate 67 and the microwave radiation antenna 45. Therefore, the inner conductor 53 is connected to the microwave radiation antenna 45 via the bottom plate 67 and the cylindrical member 82a. The lower end of the outer conductor 52 extends to the microwave radiation antenna 45, and the periphery of the slow wave material 82 is covered with the outer conductor 52.
遅波材８２は、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されており、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材８２は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、マイクロ波放射アンテナ４５の表面（マイクロ波放射面）が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整する。これにより、反射が最小で、マイクロ波の放射エネルギーが最大となるようにすることができる。 The slow wave material 82 has a dielectric constant larger than that of vacuum, and is made of, for example, fluorine resin or polyimide resin such as quartz, ceramics, polytetrafluoroethylene, etc. Therefore, the antenna has a function of shortening the wavelength of the microwave to make the antenna smaller. The slow wave material 82 can adjust the phase of the microwave depending on the thickness thereof, and the thickness thereof is adjusted so that the surface (microwave radiation surface) of the microwave radiation antenna 45 becomes a “wave” of a standing wave. adjust. Thereby, reflection can be minimized and the radiation energy of the microwave can be maximized.
マイクロ波放射アンテナ４５は、平面状をなしスロットを有する平面スロットアンテナとして構成されており、円板状をなし、その下面がマイクロ波放射面となるアンテナ本体１２１と、アンテナ本体１２１に形成された、各マイクロ波放射部４３のマイクロ波伝送路４４を伝送されてきたマイクロ波をチャンバ内に放射するための複数のスロット１２２と、アンテナ本体１２１の内部に形成された、処理ガスを拡散するためのガス拡散空間１２３と、ガス拡散空間１２３にプラズマ生成ガスや処理ガスを導入するガス導入口１２４と、ガス拡散空間１２３からチャンバ１に臨むように延びる複数のガス吐出孔１２５と、アンテナ本体１２１のマイクロ波放射面側に、各マイクロ波放射部４３のスロット１２２に対応するように環状に設けられた環状誘電体部材１２６とを有する。 The microwave radiating antenna 45 is configured as a planar slot antenna having a planar shape and having a slot. The microwave radiating antenna 45 is formed in a disk shape, the antenna body 121 having a lower surface serving as a microwave radiation surface, and the antenna body 121. In order to diffuse the processing gas formed in the antenna body 121 and the plurality of slots 122 for radiating the microwave transmitted through the microwave transmission path 44 of each microwave radiating portion 43 into the chamber. Gas diffusion space 123, a gas introduction port 124 for introducing plasma generation gas or processing gas into the gas diffusion space 123, a plurality of gas discharge holes 125 extending from the gas diffusion space 123 so as to face the chamber 1, and the antenna body 121. Are provided in an annular shape on the microwave radiation surface side so as to correspond to the slots 122 of the respective microwave radiation portions 43. And it has an annular dielectric member 126.
アンテナ本体１２１は導電体、典型的には金属で形成されている。アンテナ本体１２１を構成する導電体としてはアルミニウムや銅のような電気伝導率の高い金属が好ましい。アンテナ本体１２１は、上部壁１２１ａと、シャワープレートとして構成される下部壁１２１ｂとを有している。 The antenna body 121 is made of a conductor, typically a metal. The conductor constituting the antenna body 121 is preferably a metal having high electrical conductivity such as aluminum or copper. The antenna main body 121 has an upper wall 121a and a lower wall 121b configured as a shower plate.
上記ガス導入口１２４は、上部壁１２１ａに設けられており、ガス供給源１１０から延びるガス配管１１１が接続され、ガス供給源１１０から供給されたＡｒ等のプラズマ生成ガスや、炭化フッ素ガス（例えばＣ４Ｆ８）等の処理ガスが、ガス導入口１２４を介してガス拡散空間１２３に導入される。ガス吐出孔１２５は、下部壁１２１ｂに形成され、ガス拡散空間１２３に導入されたガスをチャンバ１内に吐出するようになっている。 The gas introduction port 124 is provided in the upper wall 121a, is connected to a gas pipe 111 extending from the gas supply source 110, and is a plasma generation gas such as Ar supplied from the gas supply source 110, or a fluorocarbon gas (for example, A processing gas such as C 4 F 8 ) is introduced into the gas diffusion space 123 via the gas inlet 124. The gas discharge hole 125 is formed in the lower wall 121 b and discharges the gas introduced into the gas diffusion space 123 into the chamber 1.
スロット１２２は、上部壁１２１ａからガス拡散空間１２３を経て下部壁１２１ｂを貫通して形成されている。ガス拡散空間１２３においてスロット１２２は、下部壁１２１ｂから突出する突出部１２７の内部に形成されている。これにより、スロット１２２を通過するマイクロ波とガス拡散空間１２３を流れるガスとが分離され、マイクロ波放射アンテナ４５の内部でプラズマが生成されることが回避される。突出部１２７の上端には上部壁１２１ａとの間をガスシールするシール部材１２７ａが設けられている。 The slot 122 is formed from the upper wall 121a through the gas diffusion space 123 and through the lower wall 121b. In the gas diffusion space 123, the slot 122 is formed inside a protrusion 127 protruding from the lower wall 121b. As a result, the microwave passing through the slot 122 and the gas flowing through the gas diffusion space 123 are separated, and the generation of plasma inside the microwave radiation antenna 45 is avoided. At the upper end of the projecting portion 127, a seal member 127a for gas-sealing with the upper wall 121a is provided.
スロット１２２内には誘電体が充填されていてもよい。スロット１２２に誘電体を充填することにより、マイクロ波の実効波長が短くなり、スロット全体の厚さ（アンテナ本体１２１の厚さ）を薄くすることができる。スロット１２２に充填する誘電体としては、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂を用いることができる。 The slot 122 may be filled with a dielectric. By filling the slot 122 with a dielectric, the effective wavelength of the microwave is shortened, and the thickness of the entire slot (the thickness of the antenna body 121) can be reduced. As the dielectric filling the slot 122, for example, a fluorine resin such as quartz, ceramics, polytetrafluoroethylene, or a polyimide resin can be used.
各マイクロ波放射部４３からのマイクロ波の放射特性を決定するマイクロ波放射面でのスロット１２２の形状は、マイクロ波放射部４３毎に、例えば、図７に示すようになっている。具体的には、４個のスロット１２２が全体形状が円周状になるように均等に形成されている。これらスロット１２２は全て同じ形状であり、円周に沿って細長い形状に形成されている。これらスロット１２２は、アンテナ本体１２１のマイクロ波放射面におけるマイクロ波放射部４３の中心軸に対応する点Ｏに対して対称に配置されている。 The shape of the slot 122 on the microwave radiation surface that determines the radiation characteristics of the microwave from each microwave radiation unit 43 is as shown in FIG. 7 for each microwave radiation unit 43, for example. Specifically, the four slots 122 are uniformly formed so that the overall shape is a circle. All of these slots 122 have the same shape, and are formed in an elongated shape along the circumference. These slots 122 are arranged symmetrically with respect to a point O corresponding to the central axis of the microwave radiating portion 43 on the microwave radiating surface of the antenna body 121.
スロット１２２の円周方向の長さは（λｇ／２）−δであり、スロット１２２の中心位置にマイクロ波電界強度のピークがくるように設計されている。ただし、λｇはマイクロ波の実効波長であり、δは円周方向（角度方向）に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分（０を含む）である。λｇは、
λｇ＝λ／εｓ １／２
と表すことができる。ただし、εｓはスロットに充填される誘電体の誘電率であり、λは真空中のマイクロ波の波長である。なお、スロット１２２の長さは約λｇ／２に限らず、λｇ／２の整数倍から微調整成分（０を含む）を引いたものであればよい。
The length of the slot 122 in the circumferential direction is (λg / 2) −δ, and it is designed so that the peak of the microwave electric field intensity comes to the center position of the slot 122. Here, λg is the effective wavelength of the microwave, and δ is a fine adjustment component (including 0) that is finely adjusted so that the uniformity of the electric field strength is increased in the circumferential direction (angular direction). λg is
λg = λ / ε s 1/2
It can be expressed as. Where ε s is the dielectric constant of the dielectric filled in the slot, and λ is the wavelength of the microwave in vacuum. The length of the slot 122 is not limited to about λg / 2, and may be any length obtained by subtracting a fine adjustment component (including 0) from an integral multiple of λg / 2.
４個のスロット１２２のうち隣接するもの同士の継ぎ目部分は、一方のスロット１２２の端部と他方のスロット１２２の端部とが径方向に所定間隔をおいて内外で重なるように構成されている。これにより、周方向にスロットが存在しない部分がないようにされ周方向の放射特性が均一になるように設計されている。スロット１２２は、円周方向に沿って中央部１２２ａと左側端部１２２ｂと右側端部１２２ｃの３つの部分に分かれており、左側端部１２２ｂおよび右側端部１２２ｃが略扇形（円弧状）をなし、これらがそれぞれ外周側および内周側に配置され、中央部１２２ａは、これらを繋ぐ直線状となっている。そして、左側端部１２２ｂと隣接するスロットの右側端部とが、左側端部１２２ｂが外側になるように配置され、右側端部１２２ｃと隣接するスロットの左側端部とが、右側端部１２２ｃが内側になるように配置される。中央部１２２ａと左側端部１２２ｂと右側端部１２２ｃとは、略均等の長さを有している。すなわち、中央部１２２ａが（λｇ／６）−δ１、その両側の左側端部１２２ｂおよび右側端部１２２ｃがそれぞれ（λｇ／６）−δ２および（λｇ／６）−δ３の長さとなる。ただし、δ１，δ２、δ３は円周方向（角度方向）に電界強度の均一性が高くなるように微調整する微調整成分（０を含む）である。隣接するスロットがオーバーラップする部分の長さは等しいほうが好ましいので、δ２＝δ３であることが好ましい。 The joint between adjacent ones of the four slots 122 is configured such that the end of one slot 122 and the end of the other slot 122 overlap each other at a predetermined interval in the radial direction. . Thus, there is no portion where no slot exists in the circumferential direction, and the circumferential radiation characteristic is designed to be uniform. The slot 122 is divided into three parts, a central part 122a, a left end part 122b, and a right end part 122c, along the circumferential direction, and the left end part 122b and the right end part 122c are substantially fan-shaped (arc-shaped). These are arranged on the outer peripheral side and the inner peripheral side, respectively, and the central portion 122a has a linear shape connecting them. The left end 122b and the right end of the adjacent slot are arranged so that the left end 122b is on the outside, and the right end 122c and the left end of the adjacent slot are connected to the right end 122c. Arranged to be inside. The central portion 122a, the left end portion 122b, and the right end portion 122c have substantially equal lengths. That is, the center portion 122a has a length of (λg / 6) −δ 1 , and the left end portion 122b and the right end portion 122c on both sides thereof have lengths of (λg / 6) −δ 2 and (λg / 6) −δ 3 , respectively. . However, δ 1 , δ 2 , and δ 3 are fine adjustment components (including 0) for fine adjustment to increase the uniformity of the electric field strength in the circumferential direction (angular direction). Since it is preferable that the lengths of the overlapping portions of adjacent slots are equal, it is preferable that δ 2 = δ 3 .
スロット１２２は、その内周が、アンテナ本体１２１の点Ｏから（λｇ／４）±δ′の位置になるように形成される。ただし、δ′は径方向の電界強度分布を均一にするために微調整する微調整成分（０を含む）である。なお、中心からスロット内周までの長さは約λｇ／４に限らず、λｇ／４の整数倍に微調整成分（０を含む）を加えたものであればよい。 The slot 122 is formed such that its inner circumference is at a position of (λg / 4) ± δ ′ from the point O of the antenna body 121. However, δ ′ is a fine adjustment component (including 0) for fine adjustment to make the electric field intensity distribution in the radial direction uniform. Note that the length from the center to the inner periphery of the slot is not limited to about λg / 4, and may be any length obtained by adding a fine adjustment component (including 0) to an integral multiple of λg / 4.
このようなマイクロ波放射アンテナ４５は、各マイクロ波放射部４３において、電界強度が低いスロットの端部を重ねて配置することにより、その部分の電界強度を高くすることができ、結果的に、周方向（角度方向）の電界強度分布を均一にすることができる。 Such a microwave radiating antenna 45 can increase the electric field strength of the portion of each microwave radiating portion 43 by overlapping the end portions of the slots with low electric field strength. The electric field strength distribution in the circumferential direction (angular direction) can be made uniform.
なお、各マイクロ波放射部４３に対応するスロットの数は４個に限らず、３個であっても５個以上であっても同様の効果を得ることができる。また、スロット形状は図７のものに限らず、例えば複数の円弧状のスロットが円周上に均等に形成されたもの等他のものであってもよい。 The number of slots corresponding to each microwave radiating portion 43 is not limited to four, and the same effect can be obtained even if the number is three or five or more. Further, the slot shape is not limited to that shown in FIG. 7, but may be other shapes such as a plurality of arc-shaped slots formed uniformly on the circumference.
また、スロット１２２は左側端部１２２ｂと右側端部１２２ｃのオーバーラップ部分の間隔が狭いので、その間隔のままとなるようにガス拡散空間１２３に突出部１２７を形成すると、ガス拡散空間１２３におけるガスコンダクタンスが小さくなってガス流速の均一性が小さくなるおそれがある。そのような場合には、スロット１２２の突出部１２７および上部壁１２１ａに対応する部分において、スロット１２２は左側端部１２２ｂと右側端部１２２ｃのオーバーラップ部分の間隔を広くしてもよい。その場合には、スロット１２２の突出部１２７および上部壁１２１ａに対応する部分と、下部壁１２１ｂに対応する部分とで段差が生じることとなる。 In addition, since the gap between the overlap portions of the left end 122b and the right end 122c is narrow in the slot 122, if the protruding portion 127 is formed in the gas diffusion space 123 so as to keep the gap, the gas in the gas diffusion space 123 is formed. There is a possibility that the conductance becomes small and the uniformity of the gas flow rate becomes small. In such a case, in the portion of the slot 122 corresponding to the protruding portion 127 and the upper wall 121a, the slot 122 may have a wide interval between the overlapping portions of the left end 122b and the right end 122c. In that case, a step is generated between the portion corresponding to the protrusion 127 and the upper wall 121a of the slot 122 and the portion corresponding to the lower wall 121b.
アンテナ本体１２１の下部壁１２１ｂのマイクロ波放射面側には、スロット１２２に対応する部分に環状をなす凹部１２８を有しており、この凹部１２８に環状誘電体部材１２６が嵌め込まれている。凹部１２８には段差１２８ａが形成されており、環状誘電体部材１２６はこの段差１２８ａに対応するフランジ部１２６ａを有している。これにより環状誘電体部材１２６が下部壁１２１ｂに支持されている。環状誘電体部材１２６は、アンテナ本体１２１のマイクロ波放射面側に、各マイクロ波放射部４３のスロット１２２が形成された領域であるスロット形成領域を包含する（覆う）ように設けられている（図８のアンテナ本体１２１の底面図参照）。また、下部壁１２１ｂの凹部１２８に臨む環状誘電体部材１２６に対応する部分には、スロット１２２の内側部分および外側部分にシール部材１２８ｂが設けられており、環状誘電体部材１２６がスロット１２２を密閉するようになっている。シール部材１２８ｂは真空シールとして機能し、それより下の真空領域と、それより上の大気領域とを区画している。 On the microwave radiation surface side of the lower wall 121 b of the antenna main body 121, an annular recess 128 is formed at a portion corresponding to the slot 122, and an annular dielectric member 126 is fitted into the recess 128. A step 128a is formed in the recess 128, and the annular dielectric member 126 has a flange portion 126a corresponding to the step 128a. Thereby, the annular dielectric member 126 is supported by the lower wall 121b. The annular dielectric member 126 is provided on the microwave radiation surface side of the antenna body 121 so as to include (cover) a slot formation region that is a region where the slot 122 of each microwave radiation portion 43 is formed ( (See the bottom view of the antenna body 121 in FIG. 8). In addition, a seal member 128b is provided on the inner portion and the outer portion of the slot 122 at a portion corresponding to the annular dielectric member 126 facing the recess 128 of the lower wall 121b, and the annular dielectric member 126 seals the slot 122. It is supposed to be. The seal member 128b functions as a vacuum seal, and partitions a vacuum region below it and an air region above it.
環状誘電体部材１２６を構成する誘電体としては、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂を用いることができる。 As the dielectric constituting the annular dielectric member 126, for example, a fluorine resin such as quartz, ceramics, polytetrafluoroethylene, or a polyimide resin can be used.
なお、図８に示すように環状誘電体部材１２６は円環状に設けられているが、三角環状、四角環状等の多角環状であってもよい。 Although the annular dielectric member 126 is provided in an annular shape as shown in FIG. 8, it may be a polygonal ring such as a triangular ring or a quadrangular ring.
図４および図８に示すように、アンテナ本体１２１に形成されたガス吐出孔１２５は、マイクロ波放射面における環状誘電体部材１２６の外側領域および内側領域の両方に設けられている。 As shown in FIGS. 4 and 8, the gas discharge holes 125 formed in the antenna body 121 are provided in both the outer region and the inner region of the annular dielectric member 126 on the microwave radiation surface.
マイクロ波放射アンテナ４５には、直流電圧を印加するようにすることもできる。これにより、マイクロ波電力を印加した場合に、マイクロ波放射アンテナ４５の表面に形成される金属表面波を伝播するシースの厚さを制御することができる。これにより、プラズマの電子密度分布、イオン密度分布、ラジカル密度分布を最適化することができる。 A direct current voltage may be applied to the microwave radiation antenna 45. Thereby, when microwave power is applied, the thickness of the sheath which propagates the metal surface wave formed on the surface of the microwave radiation antenna 45 can be controlled. Thereby, the electron density distribution, ion density distribution, and radical density distribution of the plasma can be optimized.
本実施形態において、メインアンプ４８と、チューナ６０と、マイクロ波放射アンテナ４５とは近接配置している。そして、チューナ６０とマイクロ波放射アンテナ４５とは１／２波長内に存在する集中定数回路を構成しており、かつマイクロ波放射アンテナ４５、遅波材８２は合成抵抗が５０Ωに設定されているので、チューナ６０はプラズマ負荷に対して直接チューニングしていることになり、効率良くプラズマへエネルギーを伝達することができる。 In the present embodiment, the main amplifier 48, the tuner 60, and the microwave radiation antenna 45 are arranged close to each other. The tuner 60 and the microwave radiation antenna 45 constitute a lumped constant circuit existing within a half wavelength, and the combined resistance of the microwave radiation antenna 45 and the slow wave material 82 is set to 50Ω. Therefore, the tuner 60 is directly tuned with respect to the plasma load, and can efficiently transmit energy to the plasma.
プラズマ処理装置１００における各構成部は、マイクロプロセッサを備えた制御部１４０により制御されるようになっている。制御部１４０はプラズマ処理装置１００のプロセスシーケンスおよび制御パラメータであるプロセスレシピを記憶した記憶部や、入力手段およびディスプレイ等を備えており、選択されたプロセスレシピに従ってプラズマ処理装置を制御するようになっている。 Each component in the plasma processing apparatus 100 is controlled by a control unit 140 including a microprocessor. The control unit 140 includes a storage unit storing a process sequence of the plasma processing apparatus 100 and a process recipe that is a control parameter, an input unit, a display, and the like, and controls the plasma processing apparatus according to the selected process recipe. ing.
＜プラズマ処理装置の動作＞
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置１００における動作について説明する。
<Operation of plasma processing apparatus>
Next, the operation in the plasma processing apparatus 100 configured as described above will be described.
まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ１１上に載置する。そして、ガス供給源１１０からガス配管１１１を介してプラズマ生成ガス、例えばＡｒガスをマイクロ波放射アンテナ４５のガス拡散空間１２３に導入し、ガス吐出孔１２５から吐出しつつ、マイクロ波プラズマ源２のマイクロ波出力部３０から、マイクロ波供給部４０の各アンテナモジュール４１のアンプ部４２およびマイクロ波放射部４３を伝送されてきたマイクロ波をマイクロ波放射アンテナ４５のスロット１２２および環状誘電体部材１２６を介してチャンバ１内に放射させ、マイクロ波放射アンテナ４５の表面に金属表面波を形成し、表面波プラズマを生成する。また、同じくガス供給源１１０からガス配管１１１を介してプラズマ生成ガスおよび処理ガスをマイクロ波放射アンテナ４５に供給する。これらのガスはアンテナ本体１２１内のガス拡散空間１２３を経てガス吐出孔１２５からチャンバ１内に吐出される。そして、これらのガスは表面波プラズマにより励起されてプラズマ化し、処理ガスのプラズマによりウエハＷにプラズマ処理、例えばエッチング処理が施される。 First, the wafer W is loaded into the chamber 1 and placed on the susceptor 11. Then, a plasma generation gas, for example, Ar gas is introduced from the gas supply source 110 through the gas pipe 111 into the gas diffusion space 123 of the microwave radiation antenna 45 and discharged from the gas discharge hole 125 while the microwave plasma source 2 The microwave transmitted from the microwave output unit 30 through the amplifier unit 42 and the microwave radiation unit 43 of each antenna module 41 of the microwave supply unit 40 is transmitted through the slot 122 and the annular dielectric member 126 of the microwave radiation antenna 45. And radiates into the chamber 1 to form a metal surface wave on the surface of the microwave radiation antenna 45 to generate surface wave plasma. Similarly, the plasma generation gas and the processing gas are supplied from the gas supply source 110 to the microwave radiation antenna 45 through the gas pipe 111. These gases are discharged from the gas discharge hole 125 into the chamber 1 through the gas diffusion space 123 in the antenna body 121. These gases are excited into plasma by surface wave plasma, and a plasma process such as an etching process is performed on the wafer W by the plasma of the process gas.
上記表面波プラズマを生成するに際し、マイクロ波プラズマ源２では、マイクロ波出力部３０のマイクロ波発振器３２から発振されたマイクロ波電力はアンプ３３で増幅された後、分配器３４により複数に分配され、分配されたマイクロ波電力はマイクロ波供給部４０へ導かれる。マイクロ波供給部４０においては、このように複数に分配されたマイクロ波電力が、ソリッドステートアンプを構成するメインアンプ４８で個別に増幅され、マイクロ波放射部４３のマイクロ波伝送路４４に給電され、マイクロ波伝送路４４を伝送され、遅波材８２を透過し、マイクロ波放射アンテナ４５のスロット１２２および環状誘電体部材１２６を介してチャンバ１内へ放射される。そして、マイクロ波放射アンテナ４５表面に形成されるシース中に金属表面波が形成され、この表面波によりチャンバ１内の空間に表面波プラズマを生成する。 When generating the surface wave plasma, in the microwave plasma source 2, the microwave power oscillated from the microwave oscillator 32 of the microwave output unit 30 is amplified by the amplifier 33 and then distributed to a plurality by the distributor 34. The distributed microwave power is guided to the microwave supply unit 40. In the microwave supply unit 40, the microwave power distributed in this way is individually amplified by the main amplifier 48 constituting the solid state amplifier, and is supplied to the microwave transmission path 44 of the microwave radiating unit 43. Then, it is transmitted through the microwave transmission path 44, passes through the slow wave material 82, and is radiated into the chamber 1 through the slot 122 and the annular dielectric member 126 of the microwave radiation antenna 45. Then, a metal surface wave is formed in the sheath formed on the surface of the microwave radiation antenna 45, and surface wave plasma is generated in the space in the chamber 1 by this surface wave.
本実施形態では、マイクロ波もガスもチャンバ１の天壁を構成するマイクロ波放射アンテナ４５からチャンバ１内に導入されるので、ガスの流れの制御性を良好にすることができ、またマイクロ波の放射方向とガスの流れ方向が重なり、ガスを効率的にプラズマ化することができる。 In the present embodiment, both the microwave and the gas are introduced into the chamber 1 from the microwave radiating antenna 45 constituting the top wall of the chamber 1, so that the controllability of the gas flow can be improved, and the microwave The radiation direction of the gas and the gas flow direction overlap each other, and the gas can be efficiently converted into plasma.
このとき、マイクロ波が通過するスロット１２２とガス拡散空間１２３が突出部１２７で分離され、ガス吐出孔１２５もスロット１２２と分離されており、かつマイクロ波放射アンテナ４５は導体（金属）であってマイクロ波は透過しない。このため、ガスがガス拡散空間１２３およびガス吐出孔１２５を通過する際にガスはプラズマ化せず、本質的に、ガスがプラズマ化して生じるパワー損失や異常放電等の不都合は生じない。また、従来、マイクロ波放射アンテナの先端側に設けられていた誘電体部材（マイクロ波透過窓）にシャワー構造を形成しようとすると、異常放電等の問題に加えて、加工が難しいという問題点もあるが、本実施形態のように金属製のマイクロ波放射アンテナ４５には比較的容易にガス吐出孔１２５を形成することができる。 At this time, the slot 122 through which the microwave passes and the gas diffusion space 123 are separated by the protrusion 127, the gas discharge hole 125 is also separated from the slot 122, and the microwave radiation antenna 45 is a conductor (metal). Microwaves are not transmitted. For this reason, when the gas passes through the gas diffusion space 123 and the gas discharge hole 125, the gas is not converted into plasma, and there is essentially no inconvenience such as power loss or abnormal discharge caused by the gas being converted into plasma. In addition, when trying to form a shower structure on a dielectric member (microwave transmission window) that has been provided on the tip side of a microwave radiation antenna in the past, there is a problem that processing is difficult in addition to problems such as abnormal discharge. However, as in the present embodiment, the gas discharge hole 125 can be formed in the metal microwave radiation antenna 45 relatively easily.
さらに、アンテナ本体１２１のマイクロ波放射面側に、各マイクロ波放射部４３のスロット形成領域を包含する（覆う）ように環状誘電体部材１２６が設けられているのでマイクロ波が均一に供給され、より均一なプラズマ処理を行うことができる。すなわち、スロット１２２から直接マイクロ波が放射される場合には、スロット１２２に対応する部分のマイクロ波が強くなる傾向があり、マイクロ波が必ずしも均一に供給されないが、環状誘電体部材１２６を設けることにより、スロット１２２を通過したマイクロ波は環状誘電体部材１２６を透過してチャンバ１内に放射されるため、マイクロ波が面内方向に均されてより均一にマイクロ波を供給することができる。このため、表面波プラズマを均一に形成することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。 Further, since the annular dielectric member 126 is provided on the microwave radiation surface side of the antenna body 121 so as to include (cover) the slot formation region of each microwave radiation portion 43, the microwave is supplied uniformly, A more uniform plasma treatment can be performed. That is, when a microwave is directly radiated from the slot 122, the microwave corresponding to the slot 122 tends to be strong, and the microwave is not necessarily supplied uniformly, but the annular dielectric member 126 is provided. Thus, since the microwave that has passed through the slot 122 passes through the annular dielectric member 126 and is radiated into the chamber 1, the microwave is leveled in the in-plane direction and can be supplied more uniformly. For this reason, surface wave plasma can be formed uniformly and uniform plasma processing can be performed.
さらにまた、マイクロ波放射面の環状誘電体部材１２６の外側領域および内側領域の両方にガス吐出孔１２５が形成されているので、マイクロ波放射面において環状誘電体部材１２６が形成された領域以外にはガス吐出孔１２５が形成されていることとなり、処理ガスを均一にチャンバ１内に供給することができる。このため、上記のようにマイクロ波が均一に供給されることと相俟って、表面波プラズマをより均一に形成することができる。 Furthermore, since the gas discharge holes 125 are formed in both the outer region and the inner region of the annular dielectric member 126 on the microwave radiation surface, in addition to the region where the annular dielectric member 126 is formed on the microwave radiation surface. Since the gas discharge holes 125 are formed, the processing gas can be uniformly supplied into the chamber 1. For this reason, surface wave plasma can be formed more uniformly in combination with the fact that microwaves are supplied uniformly as described above.
図９は、（ａ）環状誘電体部材１２６を設けずにアンテナ本体１２１のマイクロ波放射面までスロット１２２を設けた場合と、（ｂ）環状誘電体部材１２６を設けた場合について、マイクロ波の電界分布を比較して示す図である。この図から環状誘電体部材１２６を設けることにより、マイクロ波の電界分布が均一になることが確認された。 9A and 9B show a case in which the slot 122 is provided up to the microwave radiation surface of the antenna body 121 without providing the annular dielectric member 126, and FIG. 9B shows the case where the annular dielectric member 126 is provided. It is a figure which compares and shows electric field distribution. From this figure, it was confirmed that by providing the annular dielectric member 126, the electric field distribution of the microwave becomes uniform.
さらにまた、環状誘電体部材１２６を設けない場合には、スロットの内部がチャンバ内と同じ真空雰囲気となり、プラズマ中の電子がスロット内に入り込んで異常放電を生じるおそれがあるが、本実施形態では、下部壁１２１ｂの凹部１２８に臨む環状誘電体部材１２６に対応する部分に真空シールとしてのシール部材１２８ｂを設け、環状誘電体部材１２６がスロット１２２を密閉する構成としたのでこのような不都合は生じない。すなわち、シール部材１２８ｂによって環状誘電体部材１２６がスロット１２２を真空シールすることにより、スロット１２２の内部は真空雰囲気のチャンバ１とは遮断されて大気雰囲気となり、プラズマ中の電子がスロット１２２内に入り込むことがないため、スロット１２２内で異常放電が生じることを確実に防止することができる。 Furthermore, when the annular dielectric member 126 is not provided, the inside of the slot becomes the same vacuum atmosphere as in the chamber, and electrons in the plasma may enter the slot and cause abnormal discharge. Since the seal member 128b as a vacuum seal is provided in a portion corresponding to the annular dielectric member 126 facing the concave portion 128 of the lower wall 121b, and the annular dielectric member 126 seals the slot 122, such inconvenience occurs. Absent. That is, when the annular dielectric member 126 vacuum-seals the slot 122 by the sealing member 128b, the inside of the slot 122 is cut off from the vacuum atmosphere chamber 1 and becomes an atmospheric atmosphere, and electrons in the plasma enter the slot 122. Therefore, abnormal discharge can be reliably prevented from occurring in the slot 122.
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、マイクロ波出力部３０やマイクロ波供給部４０の構成等は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、アンテナから放射されるマイクロ波の指向性制御を行ったり円偏波にしたりする必要がない場合には、位相器は不要である。また、マイクロ波放射部４３において、遅波材８２は必須ではない。
<Other applications>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention. For example, the configuration of the microwave output unit 30 and the microwave supply unit 40 is not limited to the above embodiment, and for example, directivity control of microwaves radiated from an antenna is performed or circular polarization is performed. If it is not necessary to do so, the phaser is not necessary. Further, in the microwave radiation portion 43, the slow wave material 82 is not essential.
また、上記実施形態では複数のマイクロ波放射部を設けた例について示したが、マイクロ波放射部は一個であってもよい。 Moreover, although the example which provided the some microwave radiation | emission part was shown in the said embodiment, the number of microwave radiation | emission parts may be one.
さらに、上記実施形態においては、プラズマ処理装置としてエッチング処理装置を例示したが、これに限らず、成膜処理、酸化処理および窒化処理を含む酸窒化膜形成処理、アッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。さらに、被処理基板は半導体ウエハＷに限定されず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the etching processing apparatus is exemplified as the plasma processing apparatus. However, the plasma processing apparatus is not limited to this, and other plasma processing such as film formation processing, oxynitride film formation processing including oxidation processing and nitriding processing, and ashing processing Can also be used. Furthermore, the substrate to be processed is not limited to the semiconductor wafer W, and may be another substrate such as an FPD (flat panel display) substrate typified by an LCD (liquid crystal display) substrate or a ceramic substrate.
１；チャンバ
２；マイクロ波プラズマ源
１１；サセプタ
１２；支持部材
１５；排気管
１６；排気装置
１７；搬入出口
３０；マイクロ波出力部
３１；マイクロ波電源
３２；マイクロ波発振器
４０；マイクロ波供給部
４１；アンテナモジュール
４２；アンプ部
４３；マイクロ波放射部
４４；導波路
４５；マイクロ波放射アンテナ
５２；外側導体
５３；内側導体
５４；給電機構
５５；マイクロ波電力導入ポート
６０；チューナ
８２；遅波材
１００；プラズマ処理装置
１１０；ガス供給源
１１１；ガス配管
１２１；アンテナ本体
１２２；スロット
１２３；ガス拡散空間
１２５；ガス吐出孔
１２６；環状誘電体部材
１４０；制御部
Ｗ；半導体ウエハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Chamber 2; Microwave plasma source 11; Susceptor 12; Support member 15; Exhaust pipe 16; Exhaust device 17; Carry-in / out port 30; Microwave output part 31; Microwave power supply 32; 41; Antenna module 42; Amplifier unit 43; Microwave radiating unit 44; Waveguide 45; Microwave radiating antenna 52; Outer conductor 53; Inner conductor 54; Feed mechanism 55; Microwave power introduction port 60; Tuner 82; Material 100; Plasma processing apparatus 110; Gas supply source 111; Gas pipe 121; Antenna body 122; Slot 123; Gas diffusion space 125; Gas discharge hole 126; Ring dielectric member 140;
Claims (7)
マイクロ波放射面を有し、導電体からなるアンテナ本体と、
前記アンテナ本体に処理ガスを導入するための処理ガス導入口と、
前記アンテナ本体内で、導入された前記処理ガスを拡散させるためのガス拡散空間と、
前記アンテナ本体に設けられ、前記ガス拡散空間で拡散された処理ガスを前記チャンバ内へ吐出するための複数のガス吐出孔と、
前記アンテナ本体に前記ガス拡散空間および前記ガス吐出孔とは分離した状態で、前記マイクロ波伝送路に対応して複数設けられ、前記マイクロ波放射面側の端部からマイクロ波を放射するスロットと、
前記アンテナ本体の前記マイクロ波放射面側に、前記スロットが形成されたスロット形成領域を包含するように環状に設けられた環状誘電体部材と
を有し、
前記スロットおよび前記環状誘電体部材を通って放射されたマイクロ波により、前記マイクロ波放射面に金属表面波が形成されて、この金属表面波により表面波プラズマが生成され、
前記アンテナ本体は、平板状をなし、前記ガス拡散空間を挟んで、上部壁と前記マイクロ波放射面を有する下部壁とを有し、前記スロットに対応する部分に前記下部壁から前記上部壁に至る突出部が形成されて前記スロットは前記突出部内に形成され、
前記下部壁は、その下面の前記マイクロ波放射面の前記環状誘電体部材に対応する位置に凹部を有し、前記環状誘電体部材は前記凹部に嵌め込まれていることを特徴とするマイクロ波放射アンテナ。 In a plasma processing apparatus for performing plasma processing by forming surface wave plasma in a chamber, a microwave radiating antenna that radiates a microwave generated by a microwave generation mechanism and transmitted through a microwave transmission path into the chamber. ,
An antenna body having a microwave radiation surface and made of a conductor;
A processing gas inlet for introducing a processing gas into the antenna body;
A gas diffusion space for diffusing the introduced processing gas in the antenna body;
A plurality of gas discharge holes provided in the antenna body for discharging the processing gas diffused in the gas diffusion space into the chamber;
A plurality of slots corresponding to the microwave transmission path in a state separated from the gas diffusion space and the gas discharge hole in the antenna body, and a slot for radiating microwaves from the end on the microwave radiation surface side; ,
An annular dielectric member provided in an annular shape so as to include a slot forming region in which the slot is formed on the microwave radiation surface side of the antenna body;
A metal surface wave is formed on the microwave radiation surface by the microwave radiated through the slot and the annular dielectric member, and a surface wave plasma is generated by the metal surface wave,
The antenna main body has a flat plate shape, and has an upper wall and a lower wall having the microwave radiation surface across the gas diffusion space, and a portion corresponding to the slot extends from the lower wall to the upper wall. A projecting portion is formed and the slot is formed in the projecting portion;
The lower wall has a recess at a position corresponding to the annular dielectric member of the microwave radiation surface on the lower surface thereof, and the annular dielectric member is fitted into the recess. antenna.
マイクロ波を生成して出力するマイクロ波出力部と、前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を伝送し前記チャンバ内に放射するためのマイクロ波供給部とを具備し、
前記マイクロ波供給部は、請求項１から請求項４のいずれかのマイクロ波放射アンテナを備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ源。 A microwave plasma source that radiates microwaves into a chamber of a plasma processing apparatus to form surface wave plasma,
A microwave output unit that generates and outputs a microwave, and a microwave supply unit that transmits the microwave output from the microwave output unit and radiates the microwave into the chamber;
The microwave supply unit includes the microwave radiation antenna according to any one of claims 1 to 4.
処理ガスを供給するガス供給機構と、
請求項５または請求項６に記載のマイクロ波プラズマ源と
を具備し、
前記マイクロ波プラズマ源のマイクロ波放射アンテナから前記チャンバ内に供給されたマイクロ波により前記マイクロ波放射アンテナの表面に金属表面波が形成され、前記金属表面波により、前記ガス供給機構から供給されたガスによる表面波プラズマを生成し、前記チャンバ内の被処理基板に対してプラズマにより処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。 A chamber for accommodating a substrate to be processed;
A gas supply mechanism for supplying a processing gas;
A microwave plasma source according to claim 5 or 6,
A metal surface wave is formed on the surface of the microwave radiation antenna by the microwave supplied into the chamber from the microwave radiation antenna of the microwave plasma source, and the metal surface wave is supplied from the gas supply mechanism. A plasma processing apparatus for generating a surface wave plasma by a gas and processing the substrate to be processed in the chamber by the plasma.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017062270A JP6283438B2 (en) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017062270A JP6283438B2 (en) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012269227A Division JP6144902B2 (en) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017123346A JP2017123346A (en) | 2017-07-13 |
| JP6283438B2 true JP6283438B2 (en) | 2018-02-21 |
Family
ID=59306329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017062270A Active JP6283438B2 (en) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6283438B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7394632B2 (en) * | 2020-01-16 | 2023-12-08 | 東京エレクトロン株式会社 | Array antenna and plasma processing equipment |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5013393B2 (en) * | 2005-03-30 | 2012-08-29 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and method |
| JP2006324551A (en) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Shibaura Mechatronics Corp | Plasma generator and plasma processing apparatus |
| JP4978985B2 (en) * | 2006-03-30 | 2012-07-18 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing method |
| US20100183827A1 (en) * | 2007-06-11 | 2010-07-22 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| WO2010140526A1 (en) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and power feeding method for plasma processing apparatus |
| JP2011103274A (en) * | 2009-11-12 | 2011-05-26 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus, and microwave transmitter |
| JP2012216525A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus and plasma generation antenna |
-
2017
- 2017-03-28 JP JP2017062270A patent/JP6283438B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017123346A (en) | 2017-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6144902B2 (en) | Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus | |
| JP6010406B2 (en) | Microwave radiation mechanism, microwave plasma source, and surface wave plasma processing apparatus | |
| JP5836144B2 (en) | Microwave radiation mechanism and surface wave plasma processing equipment | |
| JP6478748B2 (en) | Microwave plasma source and plasma processing apparatus | |
| JP6356415B2 (en) | Microwave plasma source and plasma processing apparatus | |
| US8945342B2 (en) | Surface wave plasma generating antenna and surface wave plasma processing apparatus | |
| TWI685015B (en) | Microwave plasma source and plasma processing device | |
| JP2012089334A (en) | Microwave plasma source and plasma processing apparatus | |
| JP2010074154A (en) | Microwave guiding arrangement, microwave plasma source, and microwave plasma processor | |
| JP2017033749A (en) | Microwave plasma source and plasma processing apparatus | |
| WO2013105358A1 (en) | Surface wave plasma treatment device | |
| JP6283438B2 (en) | Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus | |
| WO2014010317A1 (en) | Plasma treatment device | |
| JP5916467B2 (en) | Microwave radiation antenna, microwave plasma source, and plasma processing apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180112 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180123 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180126 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6283438 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |