JPH0883691A - Microwave plasma treatment device - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To provide plasma of high density and uniformity in an etching treatment chamber by structuring a waveguide for introducing a microwave into the etching treatment chamber so as to arbitrarily change length thereof. CONSTITUTION: In plasma in an etching treatment chamber 4, since a microwave in a low density region of plasma reaches an electrode 15 to be reflected, the microwave entering the etching treatment chamber 4 generates a standing wave when a size of waveguide is specified. When the plasma density is in a high value region, the microwave does not reach the electrode 15 and is reflected in the plasma. This reflecting surface is differed according to a plasma state, and when length of the waveguides a2 and b16 is constant, the standing wave of microwave is not obtained and microwave energy is not efficiently absorbed by the plasma. By changing length of one of the waveguides a2 and b16, the length of microwave waveguide is determined at the most suitable value in compliance with the plasma state in the etching treatment chamber 4 to uniform the plasma on a wafer 10 to be subjected to etching treatment.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波プラズマ処
理装置に係り、特にウエハにエッチング等のプラズマ処
理を施す際に、高密度で均一なプラズマを発生させるの
に好適なマイクロ波プラズマ処理装置の導波管に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus, and more particularly to a microwave plasma processing apparatus suitable for generating a high density and uniform plasma when a wafer is subjected to plasma processing such as etching. The present invention relates to a waveguide.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマ処理装置で
は、例えば、半導体プラズマプロセス技術（菅野卓雄
編著、産業図書発行、（１９８０）、Ｐ１３９）に記載
のように、マイクロ波を伝播する導波管内に石英製の放
電室を有し、放電室外部に配置したコイルより生じられ
る磁場とマイクロ波電界の作用により、放電室内でプラ
ズマを生成させるようになっていた。そして、該プラズ
マを利用して半導体ウェハの表面にプラズマ処理を施す
ことが可能となる。また、マグネトロンによって発せら
れ、エッチング処理室へ導入される経路として使用され
ているマイクロ波の導波管は、一定の長さで製作されて
おり変更することはできなかった。2. Description of the Related Art In a conventional microwave plasma processing apparatus, for example, semiconductor plasma process technology (Takuo Sugano)
As described in ed., Published by Sangyo Tosho, (1980), P139), there is a quartz discharge chamber in a waveguide for propagating microwaves, and a magnetic field generated by a coil arranged outside the discharge chamber and microwaves. Due to the action of the electric field, plasma is generated in the discharge chamber. Then, it becomes possible to perform plasma treatment on the surface of the semiconductor wafer using the plasma. Also, the microwave waveguide used as a path to be introduced by the magnetron and introduced into the etching processing chamber has a fixed length and cannot be changed.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によるマ
イクロ波プラズマ処理装置では、プラズマ処理を行うウ
エハ上のプラズマ密度をなるべく広い部分で高密度かつ
均一な分布とするようにしている。マグネトロンによっ
て発せられたマイクロ波は、マイクロ波の導波管を経由
してエッチング処理室へ導入され、エッチング処理室内
では主にＥＣＲ領域でプラズマに効率良くエネルギを供
給し、ＥＣＲ領域によって主に生成されたプラズマは、
プラズマを生成させるためのソレノイドコイルによって
発生した磁力線に沿ってエッチング処理を行うウエハへ
供給され、エッチング等の処理を施されている。しか
し、マイクロ波の導波管の距離を変化させた場合、導波
管の長さによってウエハ上のプラズマ密度は大きく変化
し、最適な導波管長さでプラズマ密度はピーク値を有す
ることがわかった。また、このピーク値は、磁場コイル
によって制御するＥＣＲ条件を変化させると変動し、エ
ッチング処理室内のプラズマの状態によって最適なマイ
クロ波の導波管の長さが存在することがわかった。しか
し、従来の装置ではマイクロ波の導波管の長さは一定の
長さに固定されており、ＥＣＲ条件等を変化させてプラ
ズマ状態を変えた場合には、常に最適なマイクロ波の導
波管の長さであるとは言えなかった。In the microwave plasma processing apparatus according to the above-mentioned prior art, the plasma density on the wafer to be subjected to the plasma processing is made to be a high density and a uniform distribution in as wide a portion as possible. The microwave emitted by the magnetron is introduced into the etching processing chamber through the microwave waveguide, and in the etching processing chamber, energy is efficiently supplied to plasma mainly in the ECR region, and is mainly generated in the ECR region. The generated plasma is
The magnetic field lines generated by the solenoid coil for generating plasma are supplied to the wafer to be subjected to the etching process and subjected to the process such as the etching. However, it was found that when the distance of the microwave waveguide is changed, the plasma density on the wafer changes greatly depending on the length of the waveguide, and the plasma density has a peak value at the optimum waveguide length. It was It was also found that this peak value fluctuates when the ECR condition controlled by the magnetic field coil is changed, and that there is an optimum microwave waveguide length depending on the plasma state in the etching processing chamber. However, in the conventional device, the length of the microwave waveguide is fixed to a fixed length, and when the plasma state is changed by changing the ECR condition and the like, the microwave waveguide is always optimal. I couldn't say it was the length of the tube.

【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、マイクロ波プラズマ処理装置
のマイクロ波の導波管を、エッチング処理室内に生じた
プラズマに対して最適な長さとし、エッチング処理を行
うウエハ上のプラズマを高密度で均一にすることを可能
とした、プラズマ処理装置を提供することをその目的と
している。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. The microwave waveguide of the microwave plasma processing apparatus has an optimum length for the plasma generated in the etching processing chamber. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of making plasma on a wafer subjected to etching processing uniform with high density.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】マイクロ波プラズマ処理
装置において、マグネトロンによって生成されたマイク
ロ波をエッチング処理室内に供給するためのマイクロ波
の導波管を、任意の長さに変化することが可能な構造と
することで、エッチング処理室内に生成されるプラズマ
を高密度で均一にすることができる。In a microwave plasma processing apparatus, a microwave waveguide for supplying a microwave generated by a magnetron into an etching processing chamber can be changed to an arbitrary length. With such a structure, plasma generated in the etching chamber can be made uniform with high density.

【０００６】本発明によれば、エッチング処理室内で生
成されたプラズマによってマイクロ波の導波管長さを変
化させ、生成されたプラズマにおける最適な導波管の長
さとすることで、ウエハ上のプラズマ密度を高密度で均
一にすることが可能となる。According to the present invention, the length of the waveguide of the microwave is changed by the plasma generated in the etching processing chamber, and the length of the waveguide in the generated plasma is set to the optimum length. It is possible to make the density high and uniform.

【０００７】本発明にかかるマイクロ波プラズマ処理装
置では、マイクロ波の導波管の長さを可変構造とするこ
とで、エッチング処理室内に生成されるプラズマにマイ
クロ波のエネルギを効率良く供給することが可能とな
り、エッチング処理を行うウエハ上のプラズマ密度を、
高く均一にするという目的は達成される。In the microwave plasma processing apparatus according to the present invention, the length of the microwave waveguide is variable so that microwave energy can be efficiently supplied to the plasma generated in the etching processing chamber. Plasma density on the wafer to be etched,
The purpose of high uniformity is achieved.

【０００８】[0008]

【作用】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置では、エ
ッチング処理室内に供給されるマイクロ波は、エッチン
グ処理室内で生成されるプラズマが低密度領域の場合は
ウエハあるいは電極上で反射するため、導波管長さを一
定の長さに固定することでエッチング処理室内に定在波
を発生させて、効率良くプラズマ中マイクロ波のエネル
ギを供給することが可能である。しかし、エッチング処
理室内のプラズマをさらに高密度とした場合、マイクロ
波エッチング処理室内のプラズマ中で反射してしまう。
また、マイクロ波が反射する領域は生成されたプラズマ
の密度によって変化するため、マイクロ波の導波管の長
さを固定した場合、マイクロ波の定在波は得られず、マ
イクロ波のエネルギを効率良くプラズマに伝えることが
できない。本発明では、マイクロ波の導波管の長さを変
化させることを可能とすることで、高密度領域における
プラズマでもマイクロ波のエネルギを効率良くプラズマ
に伝え、ウエハ上のプラズマ密度を均一で高密度とする
ことが可能となり、ウエハにエッチング等の処理を行な
う際の速度を、ウエハ全体で均一に上昇させることが可
能となる。In the microwave plasma processing apparatus of the present invention, the microwave supplied into the etching processing chamber is reflected on the wafer or the electrode when the plasma generated in the etching processing chamber is in a low density region. By fixing the tube length to a fixed length, it is possible to generate a standing wave in the etching chamber and efficiently supply the microwave energy in plasma. However, if the plasma in the etching chamber is made to have a higher density, it will be reflected in the plasma in the microwave etching chamber.
Further, since the area where the microwave is reflected changes depending on the density of the generated plasma, when the length of the microwave waveguide is fixed, the standing wave of the microwave cannot be obtained and the energy of the microwave is It cannot be efficiently transmitted to plasma. In the present invention, it is possible to change the length of the microwave waveguide, so that even in plasma in a high density region, microwave energy can be efficiently transmitted to the plasma, and the plasma density on the wafer can be made uniform and high. Since the density can be set, the speed at which the wafer is subjected to processing such as etching can be uniformly increased over the entire wafer.

【０００９】[0009]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図４を用
いて説明する。まず、図１は、本発明のマイクロ波プラ
ズマ処理装置の縦断面図である。頭１において、１はマ
グネトロンでありマイクロ波の発振源である。２はマイ
クロ波の導波管ａであり５はテーパ管、１４は整合器、
１６は導波管ｂである。４はエッチング処理室であり、
例えば、純度の高いアルミ等で作られ、内面は硬質アル
マイト処理等が施されて絶縁されている。また、エッチ
ング処理室外部は導電体であるため、マイクロ波の導波
管の役目もしている。６及び７はエッチング処理室４に
磁場を供給するソレノイドコイルＡ及びＢである。８は
真空室であり、真空室８に接続された１１の真空ポンプ
によりエッチング処理室４は真空排気される。３はエッ
チング処理室４を真空封止しながらテーパ管と接続して
マイクロ波をエッチング処理室４に供給するための石英
板である。９はプラズマ処理を行なうウェハ１０を支持
する試料台であり、バイアス用電源、例えばＲＦ電源１
２が接続できるようになっている。１３はエッチング処
理室４内にエッチング、成膜等の処理を行なうガスを供
給するガス供給系である。図１では４のエッチング処理
室内に、ウエハ１０を支持する試料台９にＲＦ電源１２
より高周波が印加される。試料台９やウエハ受渡し機構
（図示せず）、ＲＦ供給系等を含めて電極１５と称す
る。この図１において、マグネトロン１から発せられた
マイクロ波は導波管２、整合器１４、テーパ管５、導波
管１６および石英板３を経てエッチング処理室４に至
る。なお、この図１はマイクロ波の導波管ａと整合器と
の間にスペーサ１７を挿入した例である。図においてエ
ッチング処理室内に生成されるプラズマは、プラズマ密
度が低密度領域（プラズマ密度が７×１０¹⁰個／ｃｍ³
以下）であればマイクロ波は電極１５まで達して反射す
るため、マイクロ波の導波管の寸法を規定しておけばエ
ッチング処理室４に入射したマイクロ波は定在波を発生
させる。しかし、プラズマ密度が高密度領域（プラズマ
密度が７×１０¹⁰個／ｃｍ³ 以上）であれば、マイクロ
波は電極まで達することなくプラズマ中で反射してしま
う。また、このマイクロ波の反射面は、プラズマの状態
によって異なっており、マイクロ波の導波管ａ２および
ｂ１６の長さを一定とするとマイクロ波の定在波は得ら
れず、マイクロ波のエネルギも効率良くプラズマに吸収
されない。そこで、導波管ａ２あるいは導波管ｂ１６
の、少なくとも一方の導波管の長さを変えることを可能
とすることで、マイクロ波の導波管をエッチング処理室
４内のプラズマ状態に対応した最適な長さに設定し、エ
ッチング処理等を行うウエハ１０上のプラズマを高密度
で均一にすることができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, FIG. 1 is a vertical sectional view of a microwave plasma processing apparatus of the present invention. In the head 1, 1 is a magnetron which is a microwave oscillation source. 2 is a microwave waveguide a, 5 is a taper tube, 14 is a matching box,
Reference numeral 16 is a waveguide b. 4 is an etching processing room,
For example, it is made of high-purity aluminum or the like, and its inner surface is hard alumite treated or the like to be insulated. Further, since the outside of the etching chamber is a conductor, it also functions as a microwave waveguide. 6 and 7 are solenoid coils A and B for supplying a magnetic field to the etching processing chamber 4. Reference numeral 8 denotes a vacuum chamber, and the etching chamber 4 is evacuated by a vacuum pump 11 connected to the vacuum chamber 8. Reference numeral 3 is a quartz plate for connecting the tapered tube while vacuum-sealing the etching processing chamber 4 and supplying microwaves to the etching processing chamber 4. Reference numeral 9 is a sample stage that supports a wafer 10 to be subjected to plasma processing, and is a bias power source, for example, an RF power source 1.
2 can be connected. Reference numeral 13 denotes a gas supply system for supplying a gas for performing processing such as etching and film formation into the etching processing chamber 4. In FIG. 1, an RF power source 12 is mounted on a sample table 9 supporting a wafer 10 in an etching chamber 4 shown in FIG.
Higher frequency is applied. The sample stage 9, the wafer transfer mechanism (not shown), the RF supply system, and the like are collectively referred to as an electrode 15. In FIG. 1, the microwave emitted from the magnetron 1 reaches the etching processing chamber 4 through the waveguide 2, the matching device 14, the taper pipe 5, the waveguide 16 and the quartz plate 3. 1 is an example in which a spacer 17 is inserted between the microwave waveguide a and the matching box. In the figure, the plasma generated in the etching treatment chamber has a low plasma density region (plasma density of 7 × 10 ¹⁰ pieces / cm ³
In the following case, since the microwave reaches the electrode 15 and is reflected, the microwave incident on the etching processing chamber 4 generates a standing wave if the size of the microwave waveguide is defined. However, if the plasma density is in a high density region (plasma density is 7 × 10 ¹⁰ pieces / cm ³ or more), the microwaves are reflected in the plasma without reaching the electrodes. Further, the reflecting surface of this microwave differs depending on the state of plasma, and if the length of the microwave waveguides a2 and b16 is constant, a standing wave of the microwave cannot be obtained, and the energy of the microwave is Not efficiently absorbed by plasma. Therefore, the waveguide a2 or the waveguide b16
By making it possible to change the length of at least one of the waveguides, the microwave waveguide is set to an optimum length corresponding to the plasma state in the etching processing chamber 4, and the etching processing is performed. It is possible to make the plasma on the wafer 10 on which the process is performed uniform with high density.

【００１０】図２は、マイクロ波の導波管長さと電極上
のイオン電流密度との関係である。図２において、Ｘ軸
はマイクロ波の導波管の長さ，Ｙ軸は生成されたプラズ
マの電極上でのイオン電流密度である。図２より、電極
上のイオン電流密度はマイクロ波の導波管の長さに対し
てピーク値を持っており、生成されるプラズマに対して
最適な導波管の長さがあることがわかる。FIG. 2 shows the relationship between the length of the microwave waveguide and the ion current density on the electrode. In FIG. 2, the X axis is the length of the microwave waveguide, and the Y axis is the ion current density of the generated plasma on the electrode. It can be seen from FIG. 2 that the ion current density on the electrode has a peak value with respect to the length of the microwave waveguide, and that there is an optimum waveguide length for the generated plasma. .

【００１１】図３はマイクロ波の導波管ａ２あるいはｂ
１６と同一形状の、任意な厚みのスペーサ１７を導波管
ａ２とテーパ管５との間に挿入した例である。この結
果、マイクロ波の導波管の長さはスペーサ１７によって
任意の値に変更することが可能となり、生成されたプラ
ズマにとって最適な導波管の長さとすることが可能とな
る。FIG. 3 shows a microwave waveguide a2 or b.
In this example, a spacer 17 having the same shape as that of 16 and having an arbitrary thickness is inserted between the waveguide a2 and the tapered tube 5. As a result, the length of the microwave waveguide can be changed to an arbitrary value by the spacer 17, and the waveguide length can be optimized for the generated plasma.

【００１２】図４はマイクロ波の導波管ａ２とテーパ管
５との間に導波管ガイド１８を設け、２つに分割したマ
イクロ波の導波管を導波管ガイド１８に沿ってスライド
させることにより、マイクロ波の導波管の長さを任意の
値に変更することが可能となり、生成されたプラズマに
とって最適な導波管の長さとすることが可能となる。In FIG. 4, a waveguide guide 18 is provided between the microwave waveguide a2 and the taper pipe 5, and the microwave waveguide divided into two is slid along the waveguide guide 18. By doing so, it becomes possible to change the length of the microwave waveguide to an arbitrary value, and it becomes possible to make the waveguide length optimum for the generated plasma.

【００１３】[0013]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので以下に記載されるような効果を奏する。マイ
クロ波プラズマ処理装置において、エッチング処理室内
のプラズマを高密度で均一にすることを可能とした。そ
の結果、試料台上に支持したプラズマ処理を行うウエハ
上のプラズマを、ウエハ全体に高密度で均一とすること
が可能となり、ウエハのエッチング速度を均一に上昇さ
せることができる。Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. In the microwave plasma processing apparatus, the plasma in the etching processing chamber can be made uniform with high density. As a result, it is possible to make the plasma on the wafer, which is supported on the sample table and to be subjected to the plasma processing, uniform in high density over the entire wafer, and the etching rate of the wafer can be uniformly increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例のマイクロ波プラズマ処理装
置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】マイクロ波の導波管長さとイオン電流密度との
関係図である。FIG. 2 is a relationship diagram between a microwave waveguide length and an ion current density.

【図３】本発明の第１の実施例のマイクロ波の導波管の
構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a microwave waveguide according to the first embodiment of the present invention.

【図４】本発明の第２の実施例のマイクロ波の導波管の
構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a microwave waveguide according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…マグネトロン、２…導波管ａ、３…石英板、４…エ
ッチング処理室、５…テ−パ管、６…ソレノイドコイル
Ａ、７…ソレノイドコイルＢ、８…真空室、９…試料
台、１０…ウエハ、１１…真空ポンプ、１２…ＲＦ電
源、１３…ガス供給系、１４…整合器、１５…電極、１
６…導波管ｂ、１７…スペーサ、１８…導波管ガイ
ド、。1 ... Magnetron, 2 ... Waveguide a, 3 ... Quartz plate, 4 ... Etching chamber, 5 ... Taper tube, 6 ... Solenoid coil A, 7 ... Solenoid coil B, 8 ... Vacuum chamber, 9 ... Sample stand 10 ... Wafer, 11 ... Vacuum pump, 12 ... RF power supply, 13 ... Gas supply system, 14 ... Matching device, 15 ... Electrode, 1
6 ... Waveguide b, 17 ... Spacer, 18 ... Waveguide guide ,.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】マイクロ波を利用したプラズマ発生装置
と、マイクロ波をエッチング処理室に移送させるマイク
ロ波の導波管と、減圧可能なエッチング処理室と、エッ
チング処理室にガスを供給するガス供給装置と、プラズ
マ処理を施すウエハを保持する試料台と、試料台上に支
持されたウエハに高周波を印加する装置と、真空排気装
置より成るプラズマ処理装置において、マイクロ波の導
波管の長さを変えることが可能な導波管を設けたことを
特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。1. A plasma generator that uses microwaves, a microwave waveguide that transfers the microwaves to the etching chamber, an etching chamber that can be decompressed, and a gas supply that supplies gas to the etching chamber. In the plasma processing apparatus, which includes an apparatus, a sample table that holds a wafer to be subjected to plasma processing, an apparatus that applies high frequency to the wafer supported on the sample table, and a vacuum exhaust apparatus, the length of the microwave waveguide A microwave plasma processing apparatus, characterized in that a waveguide which can change the temperature is provided. 【請求項２】請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装
置において、マイクロ波の導波管と同一形状の任意な厚
みのスペーサをエッチング処理室と導波管との間、もし
くはマグネトロンと導波管との間との、あるいはその両
方に挿入し、マグネトロンからエッチング処理室までの
マイクロ波進行距離を変えるように構成したことを特徴
とするマイクロ波プラズマ処理装置。2. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a spacer having an arbitrary shape and having the same shape as the microwave waveguide is provided between the etching processing chamber and the waveguide or between the magnetron and the waveguide. A microwave plasma processing apparatus, characterized in that the microwave plasma processing apparatus is configured to be inserted into a space between the magnetron and the etching processing room, or both, and configured to change a microwave traveling distance from the magnetron to the etching processing chamber. 【請求項３】請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装
置において、任意な寸法に変えることが可能なマイクロ
波の導波管を、エッチング処理室内で放電しているプラ
ズマの状態に応じて任意の寸法に変更するように構成し
たことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。3. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a microwave waveguide whose size can be changed to an arbitrary size is selected according to the state of plasma being discharged in the etching processing chamber. A microwave plasma processing apparatus, characterized in that it is configured to be changed in size.