JPH10107011A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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- JPH10107011A JPH10107011A JP8275392A JP27539296A JPH10107011A JP H10107011 A JPH10107011 A JP H10107011A JP 8275392 A JP8275392 A JP 8275392A JP 27539296 A JP27539296 A JP 27539296A JP H10107011 A JPH10107011 A JP H10107011A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波により
アンテナ表面からプラズマ発生用のエネルギを投入し
て、これによりプラズマを発生させるプラズマ処理装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus in which energy for generating plasma is supplied from the antenna surface by microwaves to generate plasma.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化及び高微細
化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチ
ング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が
使用される場合があり、特に、０．１〜数１０ｍＴｏｒ
ｒ程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラ
ズマを立てることができることからマイクロ波とリング
状のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマ
を発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向
にある。2. Description of the Related Art In recent years, a plasma processing apparatus has been used for processing such as film formation, etching, ashing, and the like in a semiconductor product manufacturing process in accordance with high density and high miniaturization of a semiconductor product. , 0.1 to several tens mTorr
A microwave plasma apparatus that generates high-density plasma by combining a microwave and a magnetic field from a ring-shaped coil is used because a plasma can be stably generated even in a high vacuum state having a relatively low pressure of about r. There is a tendency.
【０００３】従来、この種のマイクロ波プラズマ装置と
しては、特開平３−１７２７３号公報に示すような装置
が知られている。この装置にあっては、磁場形成手段を
有するプラズマ発生室にマイクロ波を導入する導波管を
接続し、この導波管より導入したマイクロ波により電子
サイクロトロン共鳴を生ぜしめて高密度のプラズマを生
成するようになっている。図８はこの種の従来のプラズ
マ処理装置の一例を示す概略構成図であり、処理容器２
の天井部にマイクロ波導入窓４を設け、マイクロ波発生
器６にて発生したマイクロ波を例えば矩形状の導波管８
及び円錐状の導波管１０を介してマイクロ波導入窓４ま
で導いて処理容器２内へ導入するようになっている。そ
して、処理容器２内へ導入されたマイクロ波は、処理容
器２の上部外側に設けた磁石１２により発生される垂直
方向の磁界とＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔ
ｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を生じ、高密度のプラズ
マを発生することになる。Conventionally, as this kind of microwave plasma apparatus, an apparatus as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 3-17273 is known. In this device, a waveguide for introducing microwaves is connected to a plasma generation chamber having a magnetic field forming means, and the microwaves introduced from the waveguides cause electron cyclotron resonance to generate high-density plasma. It is supposed to. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an example of this type of a conventional plasma processing apparatus, in which a processing vessel 2 is shown.
A microwave introduction window 4 is provided in the ceiling of the microwave oven, and the microwave generated by the microwave generator 6 is transmitted to, for example, a rectangular waveguide 8.
And, it is guided to the microwave introduction window 4 through the conical waveguide 10 and introduced into the processing vessel 2. The microwave introduced into the processing container 2 is combined with a vertical magnetic field generated by a magnet 12 provided outside the upper portion of the processing container 2 and an ECR (Electron Cyclot).
ron Resonance), and a high-density plasma is generated.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した装
置例にあっては、矩形導波管８内をＴＥ１０モードで振
動してきたマイクロ波を円錐状の導波管１０にてＴＥ１
１モードに変換して処理容器内に導入していることか
ら、例えば半導体ウエハ上のある断面を見ると、中心部
の電界密度は高く、周辺部に行く程、電界密度が少しず
つ低下している状態となっていることから、膜厚もこの
密度に略比例して形成されるために、スパッタレートや
成膜レートの面内均一が劣化するという問題が発生し
た。特に、ウエハサイズが８インチから１２インチサイ
ズへ大口径化する程、プラズマ密度の均一性を高めるこ
とが困難になり、上記した問題点の解決が強く望まれ
る。By the way, in the above-mentioned device example, the microwave oscillating in the rectangular waveguide 8 in the TE10 mode is transmitted through the conical waveguide 10 to the TE1.
Since the mode is converted into one mode and introduced into the processing chamber, for example, when looking at a certain cross section on the semiconductor wafer, the electric field density at the center is high, and the electric field density gradually decreases toward the periphery. In this state, the film thickness is also formed substantially in proportion to the density, which causes a problem that the in-plane uniformity of the sputtering rate and the film forming rate is deteriorated. In particular, as the wafer size increases from 8 inches to 12 inches, it becomes more difficult to increase the uniformity of the plasma density, and it is strongly desired to solve the above problems.
【０００５】このような問題点を解決するために、例え
ば特開平２−１７０５３０号公報に示すように複数の独
立したマイクロ波発生器を設け、これらからのマイクロ
波を処理容器内に別々に導入することも提案されている
が、この場合には、各マイクロ波発生器からのマイクロ
波の位相が、相互に不揃い等の理由で、複数のマイクロ
波発生器を設けた割りにはそれ程プラズマ密度及び膜厚
の面内均一性を高めることはできないし、また、複数の
マイクロ波発生器を有することから装置コストの大幅な
上昇も余儀なくされてしまう、という不都合もあった。
また、他の装置として、例えばＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．３００７〜
３０１２の［Ｗａｖｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ａｎ
ｄ Ｐｌａｓｍａ Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｎ ａｎ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎ
ａｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈ Ｒｅａｃｔｏｒ］
に示されるように、マイクロ波を別々に設けた２つのカ
プラに通して一方をＴＥ１１モードで振動させ、他方を
ＴＭ０１モードなどで振動させてこれらを加え合わせ
て、ＴＥ１１モード及びＴＭ０１モードを励振させるよ
うになっている。しかしながら、この装置例にあって
は、カプラや１／４波長の偏向器等を用いることから構
造がかなり複雑化せざるを得ないという問題がある。本
発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解
決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理
容器内に２つの振動モードのマイクロ波を混在させて導
入するようにして、プラズマ処理の面内均一性を高めた
プラズマ処理装置を提供することにある。In order to solve such a problem, a plurality of independent microwave generators are provided as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-170530, and microwaves from these generators are separately introduced into a processing vessel. However, in this case, due to the fact that the phases of the microwaves from the respective microwave generators are not aligned with each other, the plasma density is not so much given that a plurality of microwave generators are provided. In addition, the in-plane uniformity of the film thickness cannot be increased, and the cost of the apparatus is inevitably increased due to the plurality of microwave generators.
As another device, for example, Jpn. J. Appl.
Phys. Vol. 32 (1993) pp. 3007 ~
3012 [Wave Propagation an
d Plasma Uniformity in an
Electron Cyclotron Reson
ance Plasma Etch Reactor]
As shown in (1), microwaves are passed through two separately provided couplers, one is vibrated in a TE11 mode, the other is vibrated in a TM01 mode or the like, and these are combined to excite the TE11 mode and the TM01 mode. It has become. However, in this device example, there is a problem that the structure must be considerably complicated because a coupler, a 1/4 wavelength deflector and the like are used. The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus in which microwaves of two vibration modes are mixed and introduced into a processing container, thereby improving in-plane uniformity of plasma processing.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、マイクロ波発生器にて発生したマイク
ロ波を導波管内に伝搬させてモード変換器にてモード変
換した後に導波管内に伝搬させて、これより被処理体に
プラズマ処理を施す処理容器内にマイクロ波を導入する
ようにしたプラズマ処理装置において、前記モード変換
器のモード変換板を、前記マイクロ波中に複数の振動モ
ードが混在するように設定したものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a method in which a microwave generated by a microwave generator is propagated in a waveguide and mode-converted by a mode converter. In a plasma processing apparatus in which microwaves are introduced into a processing vessel that propagates in a wave tube and performs plasma processing on an object to be processed, a mode conversion plate of the mode converter may be provided in the microwave. Are set so that these vibration modes are mixed.
【０００７】マイクロ波発生器より発生したマクロ波は
例えば矩形状の導波管内を伝搬した後にモード変換器に
て変換され、更に、導波管内を伝搬してこれより処理容
器内に導入される。モード変換器内においては、モード
変換板が２つの振動モード、例えばＴＭ０１モードとＴ
Ｅ１１モードに対して少しずつ励振するような位置に設
定されているので、このモード変換器より出力されるマ
イクロ波は上記２つの振動モードが混在している。その
ため、処理容器内に導入されるマイクロ波の電界分布
は、両者の振動モードが重ね合わされたような電界分布
となり、処理容器内の平面方向における電界分布、すな
わちプラズマ分布の均一性を向上させることが可能とな
る。The macro wave generated by the microwave generator propagates through, for example, a rectangular waveguide, is converted by a mode converter, and further propagates through the waveguide to be introduced into the processing vessel. . In the mode converter, the mode converter plate has two vibration modes, for example, a TM01 mode and a T mode.
Since the position is set so as to excite little by little with respect to the E11 mode, the microwave output from the mode converter includes the two vibration modes. Therefore, the electric field distribution of the microwave introduced into the processing container becomes an electric field distribution in which both vibration modes are superimposed, and the electric field distribution in a plane direction in the processing container, that is, the uniformity of the plasma distribution is improved. Becomes possible.
【０００８】また、モード変換器、或いはテーパ導波管
の途中に、一方の振動モード、例えば一方向に強い振動
方向を有するＴＥ１１モードを回転モードに偏向させる
偏波器を設けることにより、電界分布の均一性を一層向
上させることが可能となる。更に、処理容器の外側に、
ＥＣＲ用の磁石を配置することにより、電子サイクロト
ロン共鳴を生ぜしめて、プラズマ密度も高く維持するこ
とが可能となる。Further, by providing a mode converter or a polarizer in the middle of the tapered waveguide to deflect one vibration mode, for example, a TE11 mode having a strong vibration direction in one direction, into a rotation mode, the electric field distribution is improved. Can be further improved. Furthermore, outside the processing vessel,
By arranging the magnet for ECR, electron cyclotron resonance can be generated, and the plasma density can be maintained high.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るプラズマ処
理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図、図２は
図１に示す装置のモード変換器の部分を主に示す断面
図、図３はマイクロ波の２つの振動モードを示す図であ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG.
2 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view mainly showing a mode converter part of the apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing two vibration modes of microwaves.
【００１０】本実施例においてはプラズマ処理装置をプ
ラズマエッチング装置に適用した場合について説明す
る。図示するようにプラズマ処理装置としてのこのプラ
ズマエッチング装置１４は、例えば側壁や底部がアルミ
ニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形
されると共に上部が段部状に縮径された処理容器１６を
有しており、内部は密閉された処理空間Ｓとして構成さ
れている。また、この処理空間Ｓの上方が、プラズマ生
成空間Ｓ１として形成される。この処理容器１６内に
は、上面に被処理体としての例えば半導体ウエハＷを載
置する載置台１８が収容される。この載置台１８は、例
えばアルマイト処理したアルミニウム等により中央部が
凸状に平坦になされた略円柱状に形成されており、この
下部は同じくアルミニウム等により円柱状になされた支
持台２０により支持されると共にこの支持台２０は処理
容器１６内の底部に絶縁材２２を介して設置されてい
る。In this embodiment, a case where the plasma processing apparatus is applied to a plasma etching apparatus will be described. As shown in the figure, the plasma etching apparatus 14 as a plasma processing apparatus has, for example, a side wall and a bottom portion formed of a conductor such as aluminum, and is formed into a cylindrical shape as a whole and the upper portion is reduced in diameter into a stepped shape. It has a processing vessel 16 and the inside is configured as a sealed processing space S. The upper part of the processing space S is formed as a plasma generation space S1. In the processing container 16, a mounting table 18 on which, for example, a semiconductor wafer W as an object to be processed is mounted is accommodated on the upper surface. The mounting table 18 is formed in a substantially columnar shape with a central portion made of, for example, anodized aluminum or the like, and the lower portion thereof is supported by a supporting table 20 also formed in a columnar shape by aluminum or the like. In addition, the support base 20 is installed on the bottom of the processing container 16 via an insulating material 22.
【００１１】上記載置台１８の上面には、ここにウエハ
を吸着保持するための静電チャックやクランプ機構（図
示せず）が設けられ、この載置台１８は給電線２４を介
してマッチングボックス２６及び例えば１３．５６ＭＨ
ｚのバイアス用高周波電源２８に接続されている。載置
台１８を支持する支持台２０には、プラズマ処理時のウ
エハを冷却するための冷却水等を流す冷却ジャケット３
０が設けられる。上記処理容器１６の側壁であって、処
理空間Ｓを区画する部分には、容器内に例えばエッチン
グガスを導入するための例えば石英パイプ製の処理ガス
供給ノズル３２が設けられ、このノズル３２はガス供給
路３４によりマスフローコントローラ３６及び開閉弁３
８を介して処理ガス源４０に接続されている。処理ガス
としてのエッチングガスは、ＣＦ3 、ＣＨＦ3 、ＣＦ
4 、Ｃ4 Ｆ8 ガス等を単ガスとして或いはこれらと水素
ガスとの混合ガスを用いることができる。また、プラズ
マ生成空間Ｓ１の部分に臨ませて、プラズマガスとして
アルゴン等の不活性ガスを供給するための同じく石英製
のガスノズル４２が設けられており、流量制御されたＡ
ｒガスをここに供給するようになっている。そして、処
理容器１６の段部の外側には、ＥＣＲ用のリング状の磁
石４４が設けられており、プラズマ生成空間Ｓ１にＥＣ
Ｒ発生用の水平回転磁界を印加するようになっている。On the upper surface of the mounting table 18, an electrostatic chuck or a clamping mechanism (not shown) for holding the wafer by suction is provided. The mounting table 18 is connected to a matching box 26 via a power supply line 24. And for example 13.56 MH
z is connected to a bias high frequency power supply 28. A cooling jacket 3 for flowing cooling water or the like for cooling a wafer during plasma processing is provided on a support 20 for supporting the mounting table 18.
0 is provided. A processing gas supply nozzle 32 made of, for example, a quartz pipe for introducing an etching gas into the container, for example, is provided in a side wall of the processing container 16 and defining a processing space S. The mass flow controller 36 and the on-off valve 3
8 is connected to a processing gas source 40. Etching gas as a processing gas is CF 3 , CHF 3 , CF
4 , C 4 F 8 gas or the like can be used as a single gas or a mixed gas of these gases and hydrogen gas. Further, a gas nozzle 42 made of quartz for supplying an inert gas such as argon as a plasma gas is provided so as to face the plasma generation space S1.
The r gas is supplied here. A ring-shaped magnet 44 for ECR is provided outside the step portion of the processing container 16, and an EC is provided in the plasma generation space S 1.
A horizontal rotating magnetic field for generating R is applied.
【００１２】また、容器側壁の外周には、この内部に対
してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ
４６が設けられる。また、容器底部には、図示されない
真空ポンプに接続された排気口４８が設けられており、
必要に応じて処理容器１６内を所定の圧力まで真空引き
できるようになっている。一方、処理容器１６の天井部
には、この容器内にマイクロ波を導入するために、載置
台１８の直径と略同じ大きさの、或いはこれより僅かに
大きい開口５０が形成されており、この開口５０に、Ｏ
リング等のシール部材５２を介して例えば石英製のマイ
クロ波透過窓５４が気密に設けられている。A gate valve 46 is provided on the outer periphery of the side wall of the container so as to open and close when a wafer is loaded and unloaded from the inside of the container. An exhaust port 48 connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the container.
If necessary, the inside of the processing vessel 16 can be evacuated to a predetermined pressure. On the other hand, an opening 50 having substantially the same size as or slightly larger than the diameter of the mounting table 18 is formed in the ceiling of the processing container 16 for introducing microwaves into the container. In the opening 50, O
A microwave transmission window 54 made of, for example, quartz is hermetically provided via a seal member 52 such as a ring.
【００１３】一方、上記マイクロ波導入口５８に対して
マイクロ波を供給するマイクロ波発生器６０は例えば
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するものであり、こ
れらは、当初は矩形導波管６２を介してマイクロ波を伝
送し、途中でモード変換器６４を介設してこれにより伝
送形態を変換している。そして、このモード変換器６４
には、導波管として例えば円錐形状になされたテーパ導
波管６６を接続し、この下端部側に前記マイクロ波透過
窓５４が接続されて、マイクロ波を処理容器１６内へ導
入し得るようになっている。尚、この導波管６６として
は円錐状になされたテーパ導波管に限定されず、円筒
管、或いは他の断面形状の導波管を用いてもよい。従っ
て、モード変換器６４にてモード変換されたマイクロ波
は、テーパ導波管６６を介して処理容器１６内へ導入さ
れるようになっている。On the other hand, a microwave generator 60 for supplying a microwave to the microwave inlet 58 generates a microwave of, for example, 2.45 GHz, and these are initially provided via a rectangular waveguide 62. A microwave is transmitted through the transmitter, and a mode converter 64 is provided on the way to convert the transmission form. Then, the mode converter 64
Is connected as a waveguide, for example, a tapered waveguide 66 having a conical shape. The microwave transmission window 54 is connected to the lower end of the waveguide 66 so that microwaves can be introduced into the processing chamber 16. It has become. The waveguide 66 is not limited to a conical tapered waveguide, but may be a cylindrical tube or a waveguide having another cross-sectional shape. Therefore, the microwave mode-converted by the mode converter 64 is introduced into the processing container 16 via the tapered waveguide 66.
【００１４】上記モード変換器６４のテーパ導波管６６
の取付け方向と反対側面、すなわち図１中においてモー
ド変換器６４の天井面は導電性材料により形成して、こ
れをモード変換板６８として構成されており、矩形導波
管６２内を伝搬してきた例えばＴＥ１０モードのマイク
ロ波は、モード変換器６４を通って直接円錐状のテーパ
導波管６６へ伝搬するものと、反対側のモード変換板６
８に反射した後にテーパ導波管６６へ伝搬するものとが
混在する。ここで、矩形導波管６２からテーパ導波管６
６へ直接伝搬するマイクロ波とモード変換板６８を反射
して伝搬するマイクロ波とはある程度干渉することにな
るが、ここではＴＭ０１モードの振動波とＴＥ１１モー
ドの振動波が混在状態となるように、モード変換板６８
と矩形導波管６２の中心軸６２Ａとの間の距離Ｌ１を設
定している。The tapered waveguide 66 of the mode converter 64
1, that is, the ceiling surface of the mode converter 64 in FIG. 1 is formed of a conductive material and is formed as a mode conversion plate 68, which has propagated in the rectangular waveguide 62. For example, the TE10 mode microwave propagates directly to the conical tapered waveguide 66 through the mode converter 64 and the mode conversion plate 6 on the opposite side.
The light that propagates to the tapered waveguide 66 after being reflected at 8 is mixed. Here, the rectangular waveguide 62 to the tapered waveguide 6
The microwave propagating directly to 6 and the microwave propagating by reflecting the mode conversion plate 68 will interfere to some extent. Here, the TM01 mode vibration wave and the TE11 mode vibration wave are mixed. , Mode conversion plate 68
A distance L1 between the center axis 62A of the rectangular waveguide 62 is set.
【００１５】例えば、あるマイクロ波の管内波長をλｇ
であるとすると、矩形導波管６２から出たマイクロ波が
モード変換板６８まで行って反射して戻ってくるまでに
１８０度の位相差が生じるように距離Ｌ１を略λｇ／４
に設定すると、マイクロ波がモード変換板で反射する際
にも１８０度の位相差を生じることから、結果的に３６
０度の位相差となり、共振が生じる。所望する共振モー
ドの略１／４波長の長さ及びそれに略１／２波長の整数
倍を加えた長さに距離Ｌ１を一般的には設定していたの
であるが、ここではＴＥ１１モードの振動の波長λ11か
らＴＭ０１モードの振動の波長λ01までの間の長さの１
／４に距離Ｌ１を設定している。すなわち、距離Ｌ１
は、ＴＥ１１モードの波長λ11の方が短いことから、λ
11／４＜Ｌ１＜λ01／４となるように設定する。具体的
には、λ11／４とλ01／４の略中間値を距離Ｌ１として
設定する。これにより、モード変換板６８での反射波
は、ＴＭ０１モードとＴＥ１１モードに少しずつ共振す
ることになり、テーパ導波管内には、両モードの振動波
が混在することになる。For example, the guide wavelength of a certain microwave is λg
In this case, the distance L1 is set to approximately λg / 4 such that a phase difference of 180 degrees is generated before the microwave emitted from the rectangular waveguide 62 reaches the mode conversion plate 68 and is reflected and returned.
When the angle is set to 180 °, a phase difference of 180 degrees is generated even when the microwave is reflected by the mode conversion plate.
The phase difference becomes 0 degree, and resonance occurs. The distance L1 is generally set to a length of approximately 略 wavelength of the desired resonance mode and a length obtained by adding an integer multiple of approximately 波長 wavelength to the desired resonance mode. 1 between the wavelength λ 11 of the TM01 mode and the wavelength λ 01 of the vibration of the TM01 mode.
The distance L1 is set to / 4. That is, the distance L1
Is λ because the wavelength λ 11 of the TE11 mode is shorter.
It is set so that 11/4 <L1 <λ 01/4 . More specifically, to set a substantially intermediate value of lambda 11/4 and lambda 01/4 as the distance L1. As a result, the reflected wave from the mode conversion plate 68 resonates little by little in the TM01 mode and the TE11 mode, and the vibration waves of both modes are mixed in the tapered waveguide.
【００１６】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ゲートバルブ４６を介し
て半導体ウエハＷを搬送アームにより処理容器１６内に
収容し、リフタピン（図示せず）を上下動させることに
よりウエハＷを載置台１８の上面の載置面に載置する。
そして、処理容器１６内を所定のプロセス圧力、例えば
０．１〜数１０ｍＴｏｒｒの範囲内に維持して、処理ガ
ス供給ノズル３０から例えばＣＦ4 等のエッチングガス
を流量制御しつつ供給し、また、ガスノズル４２からプ
ラズマガスとしてＡｒガスを供給する。尚、このＡｒガ
スを供給しない場合もある。同時にマイクロ波発生器６
０からのマイクロ波を、矩形導波管６２、モード変換器
６４及びテーパ導波管６６を介してプラズマ生成空間Ｓ
１及び処理空間Ｓに導入して、この空間に電界を形成
し、これによりプラズマを発生させ、エッチング処理を
行う。この際、処理容器１６の外側に配置した磁石４４
からの回転磁界によりプラズマは電子サイクロトロン共
鳴を生じ、プラズマ密度は高くなる。Next, the operation of the embodiment constructed as described above will be described. First, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing chamber 16 by the transfer arm via the gate valve 46, and the lifter pins (not shown) are moved up and down to place the wafer W on the mounting surface on the upper surface of the mounting table 18. I do.
Then, the inside of the processing container 16 is maintained at a predetermined process pressure, for example, within a range of 0.1 to several tens mTorr, and an etching gas such as CF 4 is supplied from the processing gas supply nozzle 30 while controlling the flow rate. Ar gas is supplied from the gas nozzle 42 as a plasma gas. In some cases, the Ar gas is not supplied. At the same time microwave generator 6
Microwaves from the plasma generation space S through a rectangular waveguide 62, a mode converter 64, and a tapered waveguide 66.
1 and the processing space S, an electric field is formed in this space, thereby generating plasma and performing an etching process. At this time, the magnet 44 disposed outside the processing vessel 16
The plasma generates electron cyclotron resonance due to the rotating magnetic field from the substrate, and the plasma density increases.
【００１７】ここで、マイクロ波発生器６０にて発生し
た例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、ＴＥ１０モー
ドで矩形導波管６２内を伝搬されてモード変換器６４に
てＴＭ０１モードの振動とＴＥ１１モードの振動が混在
するマイクロ波となってテーパ導波管６６内を伝搬され
て行く。すなわち、矩形導波管６２の中心軸６２Ａとモ
ード変換器６４のモード変換板６８との間の距離Ｌ１
は、両モードの波長λ11、λ01の略中間値の１／４の値
に設定されているので、両振動モードが混在した状態に
モード変換されてテーパ導波管６６内を伝搬し、処理容
器１６内へ供給されることになる。Here, for example, the microwave of 2.45 GHz generated by the microwave generator 60 is propagated in the rectangular waveguide 62 in the TE10 mode, and the TM01 mode vibration and the TE11 mode The vibrations are mixed microwaves and propagate through the tapered waveguide 66. That is, the distance L1 between the central axis 62A of the rectangular waveguide 62 and the mode conversion plate 68 of the mode converter 64.
Is set to a value that is approximately の of the intermediate value of the wavelengths λ 11 and λ 01 of both modes, so that the mode is converted to a state in which both vibration modes are mixed and propagates in the tapered waveguide 66, It will be supplied into the processing container 16.
【００１８】図３は２つの振動モードの電界の状態を示
す図であり、図３（Ａ）はＴＥ１１モードの電界状態を
示し、図３（Ｂ）はＴＭ０１モードの電界状態を示す。
図３（Ａ）に示すようにＴＥ１１モードでは一方向、図
中上下方向に強い電界が形成され、側部に行く程、電界
強度は低下している。これに対して、図３（Ｂ）に示す
ようにＴＭ０１モードでは、中心より半径方向に対して
放射状に電界が発生し、中心部ではその強度は落ちてい
る。さて、上記したように２つの振動モードを合成した
場合、その時の電界の分布は、図４に示されている。図
４（Ａ）は図３においてＡ方向（上下方向）へ切断した
時の電界の分布状態を示し、図４（Ｂ）は図３において
Ｂ方向（横方向）へ切断した時の電界の分布を示してい
る。図中、一点鎖線は、両振動モードの合成電界を示
す。FIG. 3 is a diagram showing the state of the electric field in the two vibration modes. FIG. 3A shows the state of the electric field in the TE11 mode, and FIG. 3B shows the state of the electric field in the TM01 mode.
As shown in FIG. 3A, in the TE11 mode, a strong electric field is formed in one direction, that is, in the vertical direction in the figure, and the electric field intensity decreases toward the side. On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the TM01 mode, an electric field is generated radially from the center in the radial direction, and the intensity decreases at the center. When the two vibration modes are combined as described above, the distribution of the electric field at that time is shown in FIG. FIG. 4A shows the distribution of the electric field when cut in the direction A (vertical direction) in FIG. 3, and FIG. 4B shows the distribution of the electric field when cut in the direction B (lateral direction) in FIG. Is shown. In the figure, the dashed line indicates the combined electric field in both vibration modes.
【００１９】図から明らかなように、図４（Ａ）におい
てはＴＥ１１モードの電界の両側での落ち込みはその特
性上、非常に少ないが、図４（Ｂ）においてはグラフの
両側においてかなり激しく落ち込んでいる。これに対し
て、ＴＭ０１モードの電界は図４（Ａ）及び図４（Ｂ）
共に同じ傾向を示し、ウエハ中心部ではやや落ち込みが
あるが、周辺部において２つのピークを有している。従
って、両モードの合成電界は、それぞれの電界の落ち込
みを補完し合うように作用し、結果的に平坦な、すなわ
ち平面方向において略均一な電界分布を得ることが可能
となる。As is apparent from FIG. 4A, the electric field of the TE11 mode on both sides of the electric field in FIG. 4A is very small due to its characteristics, but in FIG. In. On the other hand, the electric field of the TM01 mode is shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B).
Both show the same tendency, with a slight drop at the center of the wafer, but two peaks at the periphery. Therefore, the combined electric field of both modes acts so as to complement the drop of each electric field, and as a result, it is possible to obtain a flat, that is, a substantially uniform electric field distribution in the plane direction.
【００２０】このように、処理容器１６内のプラズマ生
成空間Ｓ１或いは処理空間Ｓにおいて、面方向において
略均一な電界を得ることができるのでプラズマ分布を均
一化させてプラズマ処理の面内均一性を向上させること
が可能となる。従って、ウエハの面内方向に亘って略均
一な、高い密度のプラズマを形成できることから、プラ
ズマ処理、ここでは面内に亘って均一なエッチング処理
を行なうことができる。また、プラズマのスパッタ成膜
を行なう場合には、同様に面内に亘って均一な成膜を施
すことが可能となる。実際の装置例においては、矩形導
波管６２の中心軸６２Ａとモード変換板６８との間の距
離Ｌ１は例えば管内波長の略１／４程度に設定される
が、これに限定されず、プロセス条件に応じていずれか
一方の振動モード側に、やや偏るように設定しても良
い。As described above, in the plasma generation space S1 or the processing space S in the processing chamber 16, a substantially uniform electric field can be obtained in the plane direction, so that the plasma distribution is made uniform and the in-plane uniformity of the plasma processing is improved. It can be improved. Therefore, since plasma having a high density can be formed substantially uniformly in the in-plane direction of the wafer, plasma processing, here, uniform etching processing can be performed over the plane. Also, when performing plasma sputtering film formation, uniform film formation can be similarly performed over the surface. In an actual device example, the distance L1 between the central axis 62A of the rectangular waveguide 62 and the mode conversion plate 68 is set to, for example, about 1/4 of the guide wavelength, but is not limited thereto. Depending on the conditions, it may be set so as to be slightly biased toward one of the vibration modes.
【００２１】また、上記実施例においては、一方向に強
い電界を有するＴＥ１１モード（図３（Ａ）参照）のマ
イクロ波をそのままテーパ導波管６６内側へ供給するよ
うにしたが、モード変換器６８内或いはテーパ導波管６
６内に、このＴＥ１１モードの振動を回転モードに偏向
させる偏波器を設けるようにしてもよい。図５及び図６
はこのような偏波器７０を用いた構成を示しており、図
示例においてはテーパ導波管６６の途中に偏波器７０を
設けている。図６（Ａ）はテーパ導波管７０の断面図を
示している。この偏波器７０は、例えばＡｌ2 Ｏ3 、Ａ
ｌＮ等よりなる誘電体により長い８面体状に成型されて
おり、図６（Ａ）に示すようにその長手方向を、ＴＥ１
１モードの最も電界強度が強い方向７２に対してθ＝４
５°の角度を形成するように設置されている。また、こ
の偏波器７０のマイクロ波伝搬方向の厚みＤ１は、この
マイクロ波の管内波長λ11の１／４の位相差が生ずるよ
うな厚みに設定されている。In the above embodiment, the TE11 mode microwave having a strong electric field in one direction (see FIG. 3A) is supplied to the inside of the tapered waveguide 66 as it is. 68 or tapered waveguide 6
A polarizer for deflecting the vibration in the TE11 mode to the rotation mode may be provided in the module 6. 5 and 6
Shows a configuration using such a polarizer 70. In the illustrated example, the polarizer 70 is provided in the middle of the tapered waveguide 66. FIG. 6A is a sectional view of the tapered waveguide 70. The polarizer 70 is made of, for example, Al 2 O 3 , A
It is molded into a long octahedron shape by a dielectric material such as 1N, and its longitudinal direction is set to TE1 as shown in FIG.
Θ = 4 for the direction 72 where the electric field intensity is strongest in one mode
It is installed to form an angle of 5 °. Further, the microwave propagation direction of the thickness D1 of the polarizer 70 is set to a thickness such as a phase difference of a quarter of the guide wavelength lambda 11 of the microwave occurs.
【００２２】このように構成することにより、ＴＥ１１
モードのマイクロ波が偏波器７０の部分を通過する時、
この電界の最も強い方向の成分は、図６（Ｂ）に示すよ
うに真空中、或いは空気中を通る電界成分７４Ａとこれ
に直交して偏波器７０の長さ方向に振動する電界成分７
４Ｂとに分かれ、偏波器７０を通過した時には両成分間
には１／４波長の位相差が存在するので円偏波となる。
従って、先の実施例の場合よりも、平面方向の電界分布
の均一性を更に向上させることが可能となる。このよう
な偏波器７０は、前述のようにモード変換器６４内に設
置するようにしてもよい。With this configuration, the TE11
When the mode microwave passes through the part of the polarizer 70,
The component in the strongest direction of this electric field is, as shown in FIG. 6 (B), an electric field component 74A that passes through vacuum or air and an electric field component 7 that vibrates in the longitudinal direction of the polarizer 70 orthogonally thereto.
4B, and when passing through the polarizer 70, there is a quarter wavelength phase difference between the two components, so that the light is circularly polarized.
Therefore, it is possible to further improve the uniformity of the electric field distribution in the plane direction as compared with the case of the previous embodiment. Such a polarizer 70 may be installed in the mode converter 64 as described above.
【００２３】また、以上の実施例においては、モード変
換板６８は、モード変換器６４のケーシングと兼用して
固定的に設置した場合を例にとって説明したが、図７に
示すように導電性材料よりなるモード変換板６８を、ケ
ーシング天井部７４をスライド自在に貫通したスライド
ロッド７６の先端で支持するようにしてもよい。そし
て、このスライドロッド７６に形成したラック７８にピ
ニオン８０を歯合させ、このピニオン８０を駆動モータ
８２で回転させることにより、モード変換板６８を位置
調整可能とし、モード変換器６４内の所望の位置で停止
させるようにする。これによれば、２つの振動モードの
混在状態を任意に設定することができ、プロセスの種類
等に対応させて種々の電界分布状態を設定することが可
能となる。Further, in the above embodiment, the case where the mode conversion plate 68 is fixedly installed also as the casing of the mode converter 64 has been described as an example, but as shown in FIG. The mode conversion plate 68 may be supported by the tip of a slide rod 76 that slidably penetrates the casing ceiling 74. Then, a pinion 80 is meshed with a rack 78 formed on the slide rod 76, and the pinion 80 is rotated by a drive motor 82 so that the position of the mode conversion plate 68 can be adjusted. Stop at the position. According to this, the mixed state of the two vibration modes can be arbitrarily set, and various electric field distribution states can be set according to the type of the process and the like.
【００２４】尚、上記実施例においては、プラズマエッ
チング処理を例にとって説明したが、プラズマ成膜処
理、プラズマスパッタ処理、プラズマアッシング処理等
にも適用できるのは勿論である。更には、被処理体とし
て半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板
等にも適用し得る。In the above embodiment, the plasma etching process has been described as an example. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a plasma film forming process, a plasma sputtering process, a plasma ashing process, and the like. Further, the object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and may be applied to an LCD substrate, a glass substrate, and the like.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。複数の振動モードが混在したマイクロ
波を処理容器内へ導入することにより面内均一性の優れ
た電界を処理容器内に形成でき、大面積に亘ってプラズ
マ密度の均一化を図ることができる。従って、プラズマ
処理の面内均一性の向上を図ることができる。また、モ
ード変換器内、或いはテーパ導波管内に偏波器を設けて
一部の振動モードを回転モードに変換することにより、
電界の面内均一性を一層向上させることができる。更
に、モード変換板を位置調整可能とすることにより、プ
ラズマ処理の種類に対応させて所望のプラズマ密度の分
布状態を得ることができる。As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. An electric field having excellent in-plane uniformity can be formed in the processing container by introducing a microwave in which a plurality of vibration modes are mixed into the processing container, and the plasma density can be made uniform over a large area. Therefore, the in-plane uniformity of the plasma processing can be improved. In addition, by providing a polarizer in the mode converter or in the tapered waveguide and converting some vibration modes to rotation modes,
In-plane uniformity of the electric field can be further improved. Further, by making the position of the mode conversion plate adjustable, a desired distribution state of the plasma density can be obtained according to the type of the plasma processing.
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図で
ある。FIG. 1 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to the present invention.
【図２】図１に示す装置のモード変換器の部分を主に示
す断面図である。FIG. 2 is a sectional view mainly showing a mode converter part of the apparatus shown in FIG. 1;
【図３】マイクロ波の２つの振動モードを示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing two vibration modes of a microwave.
【図４】２つの振動モードの合成電界の分布を示す図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing a distribution of a combined electric field of two vibration modes.
【図５】偏波器を設けたテーパ導波管を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a tapered waveguide provided with a polarizer.
【図６】偏波器の設置方向とこの作用を説明するための
図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the installation direction of the polarizer and its operation.
【図７】モード変換板を可動にした時の状態を示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram showing a state when a mode conversion plate is made movable.
【図８】従来のプラズマ処理装置の一例を示す概略構成
図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional plasma processing apparatus.
１４ プラズマ処理装置 １６ 処理容器 １８ 載置台 ４４ ＥＣＲ用の磁石 ５４ マイクロ波透過窓 ６０ マイクロ波発生器 ６２ 矩形導波管 ６４ モード変換器 ６６ テーパ導波管 ６８ モード変換板 ７０ 偏波器 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体） Reference Signs List 14 plasma processing apparatus 16 processing vessel 18 mounting table 44 magnet for ECR 54 microwave transmission window 60 microwave generator 62 rectangular waveguide 64 mode converter 66 taper waveguide 68 mode conversion plate 70 polarizer W semiconductor wafer (Object to be processed)
Claims (4)
波を導波管内に伝搬させてモード変換器にてモード変換
した後に導波管内に伝搬させて、これより被処理体にプ
ラズマ処理を施す処理容器内にマイクロ波を導入するよ
うにしたプラズマ処理装置において、前記モード変換器
のモード変換板を、前記マイクロ波中に複数の振動モー
ドが混在するように設定したことを特徴とするプラズマ
処理装置。1. A microwave generated by a microwave generator is propagated into a waveguide, mode-converted by a mode converter, and then propagated into the waveguide. In a plasma processing apparatus in which microwaves are introduced into a processing container, a mode conversion plate of the mode converter is set so that a plurality of vibration modes are mixed in the microwaves. apparatus.
ドとＴＥ１１モードであることを特徴とする請求項１記
載のプラズマ処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of vibration modes are a TM01 mode and a TE11 mode.
の途中に、前記複数の振動モードの内の１つの振動モー
ドを回転させるように偏向させる偏波器を設けるように
構成したことを特徴とする請求項１または２記載のプラ
ズマ処理装置。3. A mode converter or a taper waveguide, wherein a polarizer for deflecting one of the plurality of vibration modes so as to rotate is provided in the middle of the tapered waveguide. 3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein:
石を設けていることを特徴とする請求項１乃至３記載の
プラズマ処理装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an ECR magnet is provided outside the processing container.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8275392A JPH10107011A (en) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | Plasma processing apparatus |
| US08/936,820 US5874706A (en) | 1996-09-26 | 1997-09-24 | Microwave plasma processing apparatus using a hybrid microwave having two different modes of oscillation or branched microwaves forming a concentric electric field |
| TW086113974A TW362238B (en) | 1996-09-26 | 1997-09-25 | Microwave plasma processing apparatus |
| KR1019970048683A KR100405932B1 (en) | 1996-09-26 | 1997-09-25 | Microwave plasma processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8275392A JPH10107011A (en) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | Plasma processing apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10107011A true JPH10107011A (en) | 1998-04-24 |
Family
ID=17554865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8275392A Pending JPH10107011A (en) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | Plasma processing apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10107011A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001358127A (en) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus |
| JP2002289398A (en) * | 2001-01-18 | 2002-10-04 | Tokyo Electron Ltd | Plasma apparatus and plasma forming method |
| CN1293789C (en) * | 2001-01-18 | 2007-01-03 | 东京毅力科创株式会社 | Plasma device and plasma generating method |
| US8075733B2 (en) | 2008-08-25 | 2011-12-13 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing apparatus |
-
1996
- 1996-09-26 JP JP8275392A patent/JPH10107011A/en active Pending
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| US7243610B2 (en) | 2001-01-18 | 2007-07-17 | Tokyo Electron Limited | Plasma device and plasma generating method |
| US8075733B2 (en) | 2008-08-25 | 2011-12-13 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing apparatus |
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