JP5438260B2

JP5438260B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP5438260B2
Application number: JP2007088407A
Authority: JP
Inventors: 征英岩▲崎▼
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008251660A

Description

本発明は、プラズマプロセスにマイクロ波を利用するマイクロ波プラズマ処理装置に係り、特に電磁波結合によって処理容器内のプラズマにマイクロ波電力を供給する方式のプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus that uses microwaves in a plasma process, and more particularly to a plasma processing apparatus that supplies microwave power to plasma in a processing container by electromagnetic wave coupling.

半導体デバイスや液晶ディスプレイ等を製造するためのプラズマプロセスにおいては、真空の処理容器内で処理ガスを放電または電離させるために、高周波（ＲＦ）やマイクロ波が使用される。ＲＦ放電方式は、処理容器内に一対の電極を適当なギャップを隔てて平行に配置し、一方の電極を接地して他方の電極にコンデンサを介して高周波を印加する容量結合形が主流になっている。しかしながら、ＲＦ放電方式は、低圧下で高密度のプラズマを生成するのが難しいうえ、電子温度が高いために基板表面の素子にダメージを与えやすいなどの問題を有している。その点、マイクロ波放電方式は、低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成できるという利点があり、平板状のマイクロ波導入窓構造を採ることにより、広い圧力範囲で大口径プラズマを効率的に生成できるうえ、磁場を必要としないためプラズマ処理装置の簡略化をはかれるという長所を有している（たとえば、特許文献１の図１(A)、図２参照）。
国際公開ＷＯ２００５／０４５９１３ In a plasma process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display, or the like, high frequency (RF) or microwaves are used to discharge or ionize a processing gas in a vacuum processing container. In the RF discharge method, a capacitive coupling type in which a pair of electrodes are arranged in parallel in a processing container with an appropriate gap, one electrode is grounded, and a high frequency is applied to the other electrode through a capacitor has become the mainstream. ing. However, the RF discharge method has problems that it is difficult to generate a high-density plasma under a low pressure and that the elements on the substrate surface are easily damaged due to the high electron temperature. On the other hand, the microwave discharge method has the advantage of being able to generate a high-density plasma with a low electron temperature under a low pressure. By adopting a plate-shaped microwave introduction window structure, a large-diameter plasma can be efficiently used over a wide pressure range. In addition, the plasma processing apparatus can be simplified because it does not require a magnetic field (see, for example, FIGS. 1A and 2 of Patent Document 1).
International Publication WO2005 / 045913

上記のような平板状マイクロ波導入窓を用いる従来のマイクロ波プラズマ処理装置は、処理容器内に処理ガスを導入する方法として、基板保持台（サセプタ）と対向する天井面の誘電体窓をシャワープレートに構成して、このシャワープレートに均一な分布で形成されている多数のガス吐出口から処理ガスを垂直下方に流し込む第１の方式か、あるいは処理容器の側壁に１つまたは複数のガス吐出口を設け、それら容器側壁のガス吐出口から処理ガスをプラズマ生成空間の中心部に向けて水平に流し込む第２の方式のいずれかを採用している。 A conventional microwave plasma processing apparatus using a flat plate-like microwave introduction window as described above, as a method for introducing a processing gas into a processing container, showers a dielectric window on a ceiling surface facing a substrate holder (susceptor). The first method in which processing gas is flowed vertically downward from a number of gas discharge ports formed in a uniform distribution on the shower plate, or one or more gas discharges on the side wall of the processing vessel An outlet is provided, and any one of the second methods is adopted in which the processing gas flows horizontally from the gas discharge ports on the side walls of the container toward the center of the plasma generation space.

上記第１の方式は、基板保持台の上方に均一な密度分布でプラズマを形成するのに有利である反面、シャワープレートがマイクロ波（電磁波）の通り道であるため、プラズマ密度の減少を招いて非効率であるうえ、エッチングレートの均一性低下の原因となり、さらにはコンタミネーションの原因になる等の問題がある。他方、上記第２の方式は、容器側壁のガス吐出口がマイクロ波の通り道から外れているため異常放電を起こすことがない代わりに、基板保持台の上方で処理ガスを半径方向で一様に拡散させるのが難しく、プラズマ密度分布が不均一になりやすいという問題がある。特に、枚葉式のプラズマ処理装置は、基板保持台と容器壁との間の環状空間が容器底の排気口に通じる排気路になっているので、この排気路の上方を横断して導入される処理ガスは排気流の影響を受けて不均一な流れになりやすい。 The first method is advantageous for forming plasma with a uniform density distribution above the substrate holder, but the shower plate is a path for microwaves (electromagnetic waves), leading to a decrease in plasma density. In addition to inefficiency, it causes a reduction in the uniformity of the etching rate and further causes contamination. On the other hand, in the second method, since the gas discharge port on the side wall of the container is out of the path of the microwave, instead of causing abnormal discharge, the processing gas is uniformly distributed in the radial direction above the substrate holder. There is a problem that it is difficult to diffuse and the plasma density distribution tends to be non-uniform. In particular, the single-wafer type plasma processing apparatus is introduced across the upper part of the exhaust path because the annular space between the substrate holder and the container wall is an exhaust path that leads to the exhaust port on the bottom of the container. The treated gas tends to be non-uniform due to the influence of the exhaust flow.

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、マイクロ波の伝送ないし放射経路で異常放電を起こすことなくプラズマ密度分布の均一性ないし制御性に優れた高密度・低電子温度のプラズマ生成を可能とし、マイクロ波プラズマプロセスの有用性ないし実用性を向上させるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the prior art as described above, and has a high density and low density with excellent uniformity and controllability of the plasma density distribution without causing abnormal discharge in the microwave transmission or radiation path. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of generating plasma at an electron temperature and improving the usefulness or practicality of a microwave plasma process.

上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、マイクロ波を導入するための誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で前記誘電体窓と対向して被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器より出力された前記マイクロ波を前記処理容器に向けて伝送するための導波管と、前記導波管の終端に接続された導波管−同軸管変換器と、前記導波管−同軸管変換器から前記処理容器まで前記マイクロ波を伝送するための線路を形成し、その内部導体に中空部を有する同軸管と、処理ガス供給源より送出される前記処理ガスの一部を、前記同軸管の前記内部導体の中空部を介して前記誘電体窓の中央部より前記処理容器内に導入する第１のガス導入部と、前記第１のガス導入部と共通の処理ガス供給源より送出される前記処理ガスの他の一部を、前記処理容器の側壁に周回方向で等間隔に設けられる複数の側部ガス吐出口より前記処理容器内に導入する第２のガス導入部とを有し、前記基板上のプラズマ密度分布を制御するために、前記第１のガス導入部と前記第２のガス導入部との間で前記処理容器内に導入する前記処理ガスの流量比を制御する処理ガス供給部とを有する。
In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention includes a processing container having a dielectric window for introducing a microwave and capable of being evacuated, and facing the dielectric window in the processing container. A holding table for holding a substrate to be processed, a microwave generator for generating a microwave for plasma excitation, and a waveguide for transmitting the microwave output from the microwave generator toward the processing container. Forming a tube, a waveguide-coaxial tube converter connected to the end of the waveguide, and a line for transmitting the microwave from the waveguide-coaxial tube converter to the processing vessel; A coaxial tube having a hollow portion in the inner conductor, and a part of the processing gas sent from a processing gas supply source, from the central portion of the dielectric window through the hollow portion of the inner conductor of the coaxial tube. First gas to be introduced into the processing container A plurality of side portions that are provided at equal intervals in the circumferential direction on the side wall of the processing container with another part of the processing gas sent from the processing gas supply source common to the introduction unit and the first gas introduction unit A second gas introduction part introduced into the processing container from a gas discharge port, and the first gas introduction part and the second gas introduction part for controlling the plasma density distribution on the substrate. And a processing gas supply unit for controlling a flow rate ratio of the processing gas introduced into the processing container .

上記の装置構成においては、マイクロ波発生器より出力されたマイクロ波が導波管、導波管−同軸管変換器および同軸管を有するマイクロ波伝送線路を通って処理容器の中に導入されると同時に、処理ガス供給部より処理容器内に処理ガスが導入されることにより、処理容器内でマイクロ波のパワーにより処理ガスのガス粒子が電離して、プラズマが生成され、このプラズマの下で被処理基板に所望のプラズマ処理が施される。
上記の装置構成において、処理ガス供給部の第１のガス導入部は、処理ガス供給源からの処理ガスを同軸管の内部導体の中空部を介して（マイクロ波の通り道を避けて）誘電体窓の上部中心ガス吐出口より処理容器内に導入する。これによって、処理ガスのガス流路内での放電つまり異常放電を効果的に防止することができる。
また、第１のガス導入部により誘電体窓の中央部より導入される処理ガスが処理容器内で中心部から周辺部に向かって軸対象で放射状に拡散する一方で、第１のガス導入部と共通の処理ガス供給源を用いる第２のガス導入部により側部ガス吐出口より導入される処理ガスは処理容器内で周辺部から中心部に向かって軸対象で逆放射状に拡散する。そして、処理ガス供給部において、このように第１および第２のガス導入部により対称的な拡散形態で処理容器内に導入される処理ガスの流量比または分流比が制御されることにより、基板上のプラズマ密度分布を適切に制御することができる。
In the above apparatus configuration, the microwave output from the microwave generator is introduced into the processing vessel through the microwave transmission line having the waveguide, the waveguide-coaxial tube converter, and the coaxial tube. At the same time, when the processing gas is introduced into the processing container from the processing gas supply unit, gas particles of the processing gas are ionized by the microwave power in the processing container, and plasma is generated. A desired plasma treatment is performed on the substrate to be processed.
In the above apparatus configuration, the first gas introduction unit of the processing gas supply unit allows the processing gas from the processing gas supply source to pass through the hollow portion of the inner conductor of the coaxial tube (avoid the passage of microwaves). It is introduced into the processing container from the upper central gas discharge port of the window. As a result, discharge in the gas flow path of the processing gas, that is, abnormal discharge can be effectively prevented.
Further, the processing gas introduced from the central portion of the dielectric window by the first gas introducing portion diffuses radially from the central portion toward the peripheral portion in the processing container in the axial direction, while the first gas introducing portion. The processing gas introduced from the side gas discharge port by the second gas introduction unit using the common processing gas supply source diffuses in a reverse radial pattern from the peripheral part toward the center part in the processing container in the axial direction. Then, in the processing gas supply unit, the flow rate ratio or the diversion ratio of the processing gas introduced into the processing container in a symmetrical diffusion form is controlled by the first and second gas introduction units in this way, whereby the substrate The upper plasma density distribution can be appropriately controlled.

また、好適な一態様によれば、誘電体窓の外側面に、同軸管の終端に電磁的に結合されたアンテナが配置される。このアンテナは、高密度のプラズマを効率よく生成するために、好ましくはスロットアンテナとして構成され、大面積または大口径のプラズマを生成するために、さらに好ましくはラジアルラインスロットアンテナとして構成される。この誘電体窓のアンテナは、同軸管の内部導体の周囲に設けられるのが好ましい。
According to a preferred aspect, the antenna electromagnetically coupled to the end of the coaxial tube is disposed on the outer surface of the dielectric window. This antenna is preferably configured as a slot antenna in order to efficiently generate high-density plasma, and is more preferably configured as a radial line slot antenna in order to generate a large-area or large-diameter plasma. The antenna of the dielectric window is preferably provided around the inner conductor of the coaxial waveguide.

また、好適な一態様によれば、導波管−同軸管変換器は、導波管の基本モードを同軸管のＴＥＭモードに変換する。好ましくは、導波管が方形導波管であり、導波管−同軸管変換器内で同軸管から導波管の中に突き出ている内部導体の一端部が逆テーパ状に太くなる構成が採られる。また、同軸管の内部導体の中空部は、好ましくは内部導体を貫通し、内部導体の逆テーパ状端部に形成されている入口から処理ガスを導入し、処理容器内の空間に臨む出口から処理ガスを吐出する。同軸管の内部導体に冷媒を流すための冷媒流路を設ける構成も可能である。 According to a preferred aspect, the waveguide-coaxial tube converter converts the fundamental mode of the waveguide into a TEM mode of the coaxial tube. Preferably, the waveguide is a rectangular waveguide, and one end portion of the inner conductor protruding from the coaxial tube into the waveguide in the waveguide-coaxial tube converter is thickened in a reverse taper shape. Taken. The hollow portion of the inner conductor of the coaxial tube preferably passes through the inner conductor, introduces a processing gas from an inlet formed at the reverse tapered end of the inner conductor, and exits from the outlet facing the space in the processing vessel. Discharge process gas. A configuration in which a refrigerant flow path for flowing the refrigerant through the inner conductor of the coaxial tube is also possible.

また、好適な一態様として、保持台に自己バイアス電圧を発生させるための高周波電源を備える構成や、処理容器内でプラズマに電子サイクロトロン共鳴を起こさせるための磁界形成部を備える構成なども可能である。 Further, as a preferred embodiment, a configuration including a high-frequency power source for generating a self-bias voltage in the holding base, a configuration including a magnetic field forming unit for causing electron cyclotron resonance in plasma in the processing container, and the like are possible. is there.

本発明のプラズマ処理装置は、上記のような構成および作用により、マイクロ波の伝送ないし放射経路で異常放電を起こすことなくプラズマ密度分布の均一性ないし制御性に優れた高密度・低電子温度のプラズマ生成を可能とし、マイクロ波プラズマプロセスの有用性ないし実用性を向上させることができる。
The plasma processing apparatus of the present invention has a high density and low electron temperature with excellent uniformity and controllability of the plasma density distribution without causing abnormal discharge in the transmission or radiation path of the microwave by the configuration and operation as described above. and enabling plasma generation, Ru can improve the usefulness or practicability of a microwave plasma process.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１に、本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置の構成を示す。このマイクロ波プラズマエッチング装置は、磁場を必要としない平板状ＳＷＰ型プラズマ処理装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。 FIG. 1 shows a configuration of a microwave plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. This microwave plasma etching apparatus is configured as a flat plate SWP type plasma processing apparatus that does not require a magnetic field, and has a cylindrical vacuum chamber (processing vessel) 10 made of metal such as aluminum or stainless steel. . The chamber 10 is grounded for safety.

先ず、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係しない各部の構成を説明する。 First, the configuration of each part not related to plasma generation in this microwave plasma etching apparatus will be described.

チャンバ１０内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。 A disc-shaped susceptor 12 on which, for example, a semiconductor wafer W is mounted as a substrate to be processed is horizontally disposed as a substrate holding table that also serves as a high-frequency electrode in the lower center of the chamber 10. The susceptor 12 is made of, for example, aluminum, and is supported by an insulating cylindrical support portion 14 that extends vertically upward from the bottom of the chamber 10.

筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の上部または入口に環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に排気ポート２２が設けられている。チャンバ１０内のガスの流れをサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対して軸対象に均一にするためには、排気ポート２０を円周方向に等間隔で複数設ける構成が好ましい。各排気ポート２０には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。 An annular exhaust path 18 is formed between the conductive cylindrical support section 16 extending vertically upward from the bottom of the chamber 10 along the outer periphery of the cylindrical support section 14 and the inner wall of the chamber 10. An annular baffle plate 20 is attached to the top or the inlet, and an exhaust port 22 is provided at the bottom. In order to make the gas flow in the chamber 10 uniform with respect to the axis of the semiconductor wafer W on the susceptor 12, it is preferable to provide a plurality of exhaust ports 20 at equal intervals in the circumferential direction. An exhaust device 26 is connected to each exhaust port 20 via an exhaust pipe 24. The exhaust device 26 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can depressurize the plasma processing space in the chamber 10 to a desired degree of vacuum. A gate valve 28 that opens and closes the loading / unloading port of the semiconductor wafer W is attached to the outside of the side wall of the chamber 10.

サセプタ１２には、ＲＦバイアス用の高周波電源３０がマッチングユニット３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。この高周波電源３０は、半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した比較的低い周波数たとえば１３．５６ＭＨｚの高周波を所定のパワーで出力する。マッチングユニット３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主に電極、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。 A high frequency power source 30 for RF bias is electrically connected to the susceptor 12 via a matching unit 32 and a power feed rod 34. The high frequency power supply 30 outputs a relatively low frequency, for example, a high frequency of 13.56 MHz suitable for controlling the energy of ions drawn into the semiconductor wafer W, with a predetermined power. The matching unit 32 accommodates a matching unit for matching between the impedance on the high-frequency power source 30 side and the impedance on the load (mainly electrodes, plasma, chamber) side. A blocking capacitor for generation is included.

サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック３６が設けられ、静電チャック３６の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング３８が設けられる。静電チャック３６は導電膜からなる電極３６ａを一対の絶縁膜３６ｂ，３６ｃの間に挟み込んだものであり、電極３６ａには直流電源４０がスイッチ４２を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される直流電圧により、クーロン力で半導体ウエハＷを静電チャック３６上に吸着保持することができる。 On the upper surface of the susceptor 12, an electrostatic chuck 36 for holding the semiconductor wafer W with an electrostatic attraction force is provided, and a focus ring 38 that surrounds the periphery of the semiconductor wafer W in an annular shape is provided radially outward of the electrostatic chuck 36. Provided. The electrostatic chuck 36 is obtained by sandwiching an electrode 36a made of a conductive film between a pair of insulating films 36b and 36c, and a DC power source 40 is electrically connected to the electrode 36a via a switch 42. The semiconductor wafer W can be attracted and held on the electrostatic chuck 36 by a Coulomb force by a DC voltage applied from the DC power supply 40.

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット（図示せず）より配管４６，４８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック３６上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５０を介して静電チャック３６の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。 Inside the susceptor 12, for example, an annular refrigerant chamber 44 extending in the circumferential direction is provided. A refrigerant having a predetermined temperature, such as cooling water, is circulated and supplied to the refrigerant chamber 44 through pipes 46 and 48 from a chiller unit (not shown). The processing temperature of the semiconductor wafer W on the electrostatic chuck 36 can be controlled by the temperature of the coolant. Further, a heat transfer gas such as He gas from a heat transfer gas supply unit (not shown) is supplied between the upper surface of the electrostatic chuck 36 and the back surface of the semiconductor wafer W via the gas supply pipe 50. Further, for loading / unloading of the semiconductor wafer W, lift pins that can vertically move through the susceptor 12 and a lifting mechanism (not shown) and the like are also provided.

次に、このマイクロ波プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。 Next, the configuration of each part related to plasma generation in this microwave plasma etching apparatus will be described.

チャンバ１０のサセプタ１２と対向する天井面には、マイクロ波導入用の誘電体板として円形の石英板５２が気密に取り付けられている。この石英板５２の上面には平板型のスロットアンテナとして同心円状に分布する多数のスロットを有する円板形のラジアルラインスロットアンテナ５４が設置されている。このラジアルラインスロットアンテナ５４は、たとえば石英等の誘電体からなる遅延板５６を介してマイクロ波伝送線路５８に電磁的に結合されている。 A circular quartz plate 52 is airtightly attached to the ceiling surface of the chamber 10 facing the susceptor 12 as a dielectric plate for introducing microwaves. On the upper surface of the quartz plate 52, a disc-shaped radial line slot antenna 54 having a large number of concentrically distributed slots is installed as a flat slot antenna. The radial line slot antenna 54 is electromagnetically coupled to a microwave transmission line 58 via a delay plate 56 made of a dielectric material such as quartz.

マイクロ波伝送線路５８は、マイクロ波発生器６０より出力されるマイクロ波をアンテナ５４まで伝送する線路であり、導波管６２と導波管−同軸管変換器６４と同軸管６６とを有している。導波管６２は、たとえば方形導波管であり、ＴＥモードを伝送モードとしてマイクロ波発生器６０からのマイクロ波をチャンバ１０に向けて導波管−同軸管変換器６４まで伝送する。 The microwave transmission line 58 is a line that transmits the microwave output from the microwave generator 60 to the antenna 54, and includes a waveguide 62, a waveguide-coaxial tube converter 64, and a coaxial tube 66. ing. The waveguide 62 is, for example, a rectangular waveguide, and transmits the microwave from the microwave generator 60 toward the chamber 10 to the waveguide-coaxial tube converter 64 using the TE mode as a transmission mode.

導波管−同軸管変換器６４は、方形導波管６２と同軸管６６とを結合し、方形導波管６２の伝送モードを同軸管６６の伝送モードに変換するものであり、大出力のマイクロ波パワーを伝送する場合に電界集中を防止するために、同軸管６６の内部導体６８の上端部６８ａを図示のような逆テーパ状に太くする構成(いわゆるドアノブ形の構成)を採るのが好ましい。 The waveguide-coaxial tube converter 64 couples the rectangular waveguide 62 and the coaxial tube 66 to convert the transmission mode of the rectangular waveguide 62 into the transmission mode of the coaxial tube 66, and has a high output. In order to prevent electric field concentration when transmitting microwave power, a configuration (so-called doorknob configuration) in which the upper end portion 68a of the inner conductor 68 of the coaxial tube 66 is thickened in a reverse taper shape as shown in the figure is employed. preferable.

同軸管６６は、導波管−同軸管変換器６４からチャンバ１０の上面中心部まで垂直下方に延びて、その同軸線路の終端または下端が遅延板５６を介してアンテナ５４に結合されている。同軸管６６の外部導体７０は方形導波管６２と一体形成された円筒体からなり、マイクロ波は内部導体６８と外部導体７０の間の空間をＴＥＭモードで伝播する。
Coaxial tube 66, the waveguide - extends vertically downward from the coaxial tube converter 64 to the upper surface center portion of the chamber 10 is coupled to antenna 54 end or a lower end of the coaxial line via a delay plate 56 . The outer conductor 70 of the coaxial tube 66 is formed of a cylindrical body integrally formed with the rectangular waveguide 62, and the microwave propagates in the space between the inner conductor 68 and the outer conductor 70 in the TEM mode.

マイクロ波発生器６０より出力されたマイクロ波は、上記のような導波管６２、導波管−同軸管変換器６４および同軸管６６からなるマイクロ波伝送線路５８を伝播して、遅延板５６を通ってアンテナ５４に給電される。そして、遅延板５６で半径方向に広げられたマイクロ波はアンテナの各スロットからチャンバ１０内に向けて放射され、石英板５２の表面に沿って伝播する表面波から放射されるマイクロ波電力によって付近のガスが電離して、プラズマが生成されるようになっている。
The microwave output from the microwave generator 60 propagates through the microwave transmission line 58 including the waveguide 62, the waveguide-coaxial tube converter 64, and the coaxial tube 66 as described above, and the delay plate 56. Power is supplied to the antenna 54 through the antenna. Then, microwave widened radially delay plate 56 is radiated toward the inside of the chamber 10 from the slot antenna, the microwave power radiated from the surface wave propagating along the surface of the quartz plate 52 The nearby gas is ionized to generate plasma.

遅延板５６の上には、アンテナ後面板７２がチャンバ１０の上面を覆うように設けられている。このアンテナ後面板７２は、たとえばアルミニウムからなり、石英板５２で発生する熱を吸収（放熱）する冷却ジャケットを兼ねており、内部に形成されている流路７４にはチラーユニット（図示せず）より配管７６，７８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給されるようになっている。 An antenna rear plate 72 is provided on the delay plate 56 so as to cover the upper surface of the chamber 10. The antenna rear plate 72 is made of, for example, aluminum and serves also as a cooling jacket that absorbs (dissipates) heat generated in the quartz plate 52. A chiller unit (not shown) is provided in the flow path 74 formed inside. Further, a coolant having a predetermined temperature, for example, cooling water is circulated and supplied through the pipes 76 and 78.

この実施形態においては、図２に明示するように、同軸管６６の内部導体６８に、その中を貫通する中空のガス流路８０が設けられている。そして、このガス流路８０の上端開口８０ａには処理ガス供給源８２に通じる第１ガス供給管８４が接続されており、石英板５２の中心部には同軸管６６のガス流路８０の下端開口８０ｂと連続または連通する上部中心ガス吐出口８６が形成されている。かかる構成の第１処理ガス導入部８８において、処理ガス供給源８２より送出された処理ガスは、第１ガス供給管８４および同軸管６６のガス流路８０を通って上部中心ガス吐出口８６から真下のサセプタ１２に向けて吐出され、サセプタ１２を囲む環状の排気路１８側へ引かれるようにして軸対象に半径方向外側へ拡散するようになっている。なお、第１ガス供給管８４の途中には、ＭＦＣ（マス・フロー・コントローラ）９０および開閉弁９２が設けられている。 In this embodiment, as clearly shown in FIG. 2, a hollow gas flow path 80 penetrating through the inner conductor 68 of the coaxial tube 66 is provided. A first gas supply pipe 84 communicating with the processing gas supply source 82 is connected to the upper end opening 80 a of the gas flow path 80, and the lower end of the gas flow path 80 of the coaxial pipe 66 is connected to the center of the quartz plate 52. An upper center gas discharge port 86 that is continuous or communicated with the opening 80b is formed. In the first processing gas introduction section 88 having such a configuration, the processing gas sent from the processing gas supply source 82 passes through the first gas supply pipe 84 and the gas flow path 80 of the coaxial pipe 66 from the upper central gas discharge port 86. It is discharged toward the susceptor 12 directly below, and is diffused radially outward to the axial object so as to be drawn toward the annular exhaust path 18 surrounding the susceptor 12. An MFC (mass flow controller) 90 and an on-off valve 92 are provided in the middle of the first gas supply pipe 84.

この実施形態においては、チャンバ１０内に処理ガスを導入するために、上記第１処理ガス導入部８８とは別系統の第２処理ガス導入部９４も備えている。この第２処理ガス導入部９４は、石英板５２より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の中に環状に形成されたバッファ室９６と、円周方向に等間隔でバッファ室９６からプラズマ生成空間に臨む多数の側部ガス吐出孔９８と、処理ガス供給源８２からバッファ室９６まで延びるガス供給管１００とを有している。ガス供給管１００の途中にはＭＦＣ１０２および開閉弁１０４が設けられている。 In this embodiment, in order to introduce a processing gas into the chamber 10, a second processing gas introduction unit 94 that is a system different from the first processing gas introduction unit 88 is also provided. The second processing gas introduction part 94 includes a buffer chamber 96 formed in an annular shape in the side wall of the chamber 10 at a position somewhat lower than the quartz plate 52, and a plasma generation space from the buffer chamber 96 at equal intervals in the circumferential direction. And a gas supply pipe 100 extending from the processing gas supply source 82 to the buffer chamber 96. An MFC 102 and an on-off valve 104 are provided in the middle of the gas supply pipe 100.

この第２処理ガス導入部９４において、処理ガス供給源８２より送出された処理ガスは、第２ガス供給管１００を通ってチャンバ１０側壁内のバッファ室９６に導入され、バッファ室９６内で周回方向の圧力を均一化してから各側部ガス吐出口９８よりチャンバ１０の中心に向かって略水平に吐出され、プラズマ処理空間へ拡散する。その際、各側部ガス吐出口９８より吐出された処理ガスは、環状排気路１８の上方を横切る際に排気口２２側へ引かれるため半導体ウエハＷ上に均一に供給され難い面がある。この実施形態では、上記のように第１処理ガス導入部８８の上部中心ガス吐出口８６より導入される処理ガスが中心部から軸対象に放射状に拡散するので、第２処理ガス導入部８８より導入される処理ガスの不安定または不定な拡散を補い、半導体ウエハＷの直上で生成されるプラズマの密度を均一化させることができる。
In the second processing gas introduction section 94 , the processing gas sent from the processing gas supply source 82 is introduced into the buffer chamber 96 in the side wall of the chamber 10 through the second gas supply pipe 100 and circulates in the buffer chamber 96. After equalizing the pressure in the direction, the gas is discharged from the side gas discharge ports 98 substantially horizontally toward the center of the chamber 10 and diffuses into the plasma processing space. At this time, since the processing gas discharged from each side gas discharge port 98 is drawn to the exhaust port 22 side when crossing the upper portion of the annular exhaust path 18, there is a surface that is difficult to be uniformly supplied onto the semiconductor wafer W. In this embodiment, as described above, the processing gas introduced from the upper central gas discharge port 86 of the first processing gas introduction part 88 is diffused radially from the central part to the axial object, so that the second processing gas introduction part 88 The unstable or indefinite diffusion of the introduced processing gas can be compensated, and the density of the plasma generated immediately above the semiconductor wafer W can be made uniform.

なお、第１処理ガス導入部８８および第２処理ガス導入部９４よりチャンバ１０内にそれぞれ導入する処理ガスは、通常は同種のガスでよいが、別種類のガスであってもよく、各ＭＦＣ９０，１０２を通じて各々独立した流量で、あるいは任意の流量比で導入し、半径方向におけるガス密度ひいてはプラズマ密度の均一性を向上させることができる。 The processing gases introduced into the chamber 10 from the first processing gas introduction unit 88 and the second processing gas introduction unit 94 are usually the same type of gas, but may be different types of gases. , 102 can be introduced at independent flow rates or at an arbitrary flow rate ratio to improve the gas density in the radial direction, and hence the uniformity of the plasma density.

図２に、この実施形態における導波管−同軸管変換器６４および同軸管６６の詳細な構成を示す。同軸管６６の内部導体６８は、たとえばアルミニウムからなり、その内部に中心軸に沿って貫通孔のガス流路８０が形成されるとともに、ガス流路８０と平行して冷媒流路１０６も形成されている。冷媒流路１０６は、垂直隔壁（図示せず）を介して往路１０６ａと復路１０６ｂに分かれており、逆テーパ部６８ａの上端に図示しないチラーユニットに通じる配管１０８，１１０が接続されている。供給配管１０８より冷媒流路１０６に導入された冷媒たとえば冷却水は、冷媒流路１０６において往路１０６ａを垂直下方に流れて同軸管６６の下端部に行き着き、そこから折り返して復路１０６ｂを垂直上方に流れて排出配管１１０に抜け出るようになっている。 FIG. 2 shows a detailed configuration of the waveguide-coaxial tube converter 64 and the coaxial tube 66 in this embodiment. The inner conductor 68 of the coaxial tube 66 is made of, for example, aluminum, and a gas channel 80 of a through hole is formed in the inside along the central axis, and a refrigerant channel 106 is also formed in parallel with the gas channel 80. ing. The refrigerant flow path 106 is divided into a forward path 106a and a return path 106b via a vertical partition (not shown), and pipes 108 and 110 leading to a chiller unit (not shown) are connected to the upper end of the reverse taper portion 68a. Refrigerant, for example, cooling water introduced into the refrigerant flow path 106 from the supply pipe 108 flows vertically downward in the refrigerant flow path 106a to reach the lower end portion of the coaxial pipe 66, and then turns back from there to return the return path 106b vertically upward. It flows and exits to the discharge pipe 110.

図２に示すように、アンテナ５４は、その中心部に同軸管６６の内部導体６８を通す開口５４ａを有しており、スロット板が内部導体６８の周り（半径方向外側）に延在している。内部導体６８のガス流路８０と同軸上で連続する石英板５２の上部中心ガス吐出口８６は、アンテナ５４より放射される電磁波（マイクロ波）の通り道から外れており、異常放電は起こらないようになっている。なお、半径方向の限定された範囲内で上部中心ガス吐出口８６を複数の吐出口に分岐または分割することも可能である。 As shown in FIG. 2, the antenna 54 has an opening 54 a through which the inner conductor 68 of the coaxial tube 66 passes at the center, and the slot plate extends around the inner conductor 68 (radially outward). Yes. The upper central gas discharge port 86 of the quartz plate 52 that is coaxially continuous with the gas flow path 80 of the inner conductor 68 is off the path of the electromagnetic wave (microwave) radiated from the antenna 54 so that abnormal discharge does not occur. It has become. Note that the upper central gas discharge port 86 can be branched or divided into a plurality of discharge ports within a limited range in the radial direction.

図３に、この実施形態におけるラジアルラインスロットアンテナ５４のスロットパターン構造を示す。図示のように、アンテナ５４のスロット板には同心円状に多数のスロットが形成されている。より詳細には、互いに向きが直交する２種類のスロット５４ｂ，５４ｃが交互に同心円状に配列され、半径方向では遅延板５６で伝送されてくるマイクロ波の波長に応じた間隔で配置されている。かかるスロットパターン構造においては、マイクロ波は２つの直交する偏波成分を含む円偏波の略平面波となってスロット板から放射される。このタイプのスロットアンテナは、スロット板の略全面からマイクロ波を均一に放射するのに優れており、均一で安定なプラズマの生成に適している。 FIG. 3 shows a slot pattern structure of the radial line slot antenna 54 in this embodiment. As shown in the figure, the slot plate of the antenna 54 has a large number of concentric slots. More specifically, two types of slots 54b and 54c whose directions are orthogonal to each other are alternately arranged concentrically, and are arranged at intervals according to the wavelength of the microwave transmitted by the delay plate 56 in the radial direction. . In such a slot pattern structure, the microwave is radiated from the slot plate as a circularly polarized substantially plane wave including two orthogonal polarization components. This type of slot antenna is excellent in uniformly radiating microwaves from substantially the entire surface of the slot plate, and is suitable for generating uniform and stable plasma.

このマイクロ波プラズマエッチング装置においては、上述した各部たとえば排気装置２６、高周波電源３０、直流電源４０のスイッチ４２、マイクロ波発生器６０、各処理ガス導入部８８，９４、各チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）等の個々の動作および装置全体の動作が、たとえばマイクロコンピュータからなる制御部（図示せず）によって制御される。 In this microwave plasma etching apparatus, the above-described parts such as the exhaust device 26, the high-frequency power supply 30, the switch 42 of the DC power supply 40, the microwave generator 60, the processing gas introduction parts 88 and 94, and the chiller units (not shown). ), Individual operations of the heat transfer gas supply unit (not shown) and the operation of the entire apparatus are controlled by a control unit (not shown) composed of, for example, a microcomputer.

このマイクロ波プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、第１および第２処理ガス導入部８８，９４よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値に減圧する。さらに、高周波電源３０をオンにして所定のパワーで高周波を出力させ、この高周波を整合器３４および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、スイッチ４２をオンにして直流電源４４より直流電圧を静電チャック３６の電極３６ａに印加して、静電チャック３６の静電吸着力により半導体ウエハＷを静電チャック３６上に固定する。そして、マイクロ波発生器６０をオンにし、マイクロ波発生器６０より出力されるマイクロ波をマイクロ波伝送線路５８を介してアンテナ５４に給電し、アンテナ５４から放射されるマイクロ波を石英板５２を介してチャンバ１０内に導入する。 In order to perform etching in this microwave plasma etching apparatus, first, the gate valve 28 is opened, and the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the chamber 10 and placed on the electrostatic chuck 36. Then, an etching gas (generally a mixed gas) is introduced into the chamber 10 at a predetermined flow rate and flow rate ratio from the first and second processing gas introduction portions 88 and 94, and the pressure in the chamber 10 is set to a set value by the exhaust device 26. Reduce pressure. Further, the high frequency power supply 30 is turned on to output a high frequency with a predetermined power, and this high frequency is applied to the susceptor 12 via the matching unit 34 and the power supply rod 34. Further, the switch 42 is turned on and a DC voltage is applied from the DC power supply 44 to the electrode 36 a of the electrostatic chuck 36, and the semiconductor wafer W is fixed on the electrostatic chuck 36 by the electrostatic adsorption force of the electrostatic chuck 36. Then, the microwave generator 60 is turned on, the microwave output from the microwave generator 60 is fed to the antenna 54 via the microwave transmission line 58, and the microwave radiated from the antenna 54 is passed through the quartz plate 52. Into the chamber 10.

第１処理ガス導入部８８の上部中心ガス吐出口８６および第２処理ガス導入部９４の側部ガス吐出口９８よりチャンバ１０内に導入されたエッチングガスは石英板５２の下で拡散し、石英板５２の下面（プラズマと対向する面）に沿って伝播する表面波から放射されるマイクロ波電力によってガス粒子が電離し、表面励起のプラズマが生成される。こうして、石英板５２の下で生成されたプラズマは下方に拡散し、半導体ウエハＷの主面の被加工膜に対してプラズマ中のラジカルによる等方性エッチングおよびイオン照射による垂直エッチングが行われる。 The etching gas introduced into the chamber 10 from the upper central gas discharge port 86 of the first process gas introduction unit 88 and the side gas discharge port 98 of the second process gas introduction unit 94 is diffused under the quartz plate 52 to form quartz. The gas particles are ionized by the microwave power radiated from the surface waves propagating along the lower surface of the plate 52 (the surface facing the plasma), and surface-excited plasma is generated. Thus, the plasma generated under the quartz plate 52 diffuses downward, and isotropic etching by radicals in the plasma and vertical etching by ion irradiation are performed on the film to be processed on the main surface of the semiconductor wafer W.

このマイクロ波プラズマエッチング装置においては、高密度プラズマを表面波励起で生成するので、半導体ウエハＷ付近の電子温度はたとえば０．７〜１．５ｅＶ程度と非常に低く、これによってイオン照射のエネルギーを抑制し、被加工膜に対するダメージを防ぐことができる。また、ラジアルラインスロットアンテナ５４を使用してマイクロ波電力を大面積で均一にチャンバ１０内に注入するので、ウエハの大口径化にも容易に対応することができる。そして、マイクロ波伝送線路５８の最終区間を構成する同軸管６６の内部導体６８に貫通孔のガス流路８０を設け、このガス流路８０を通してチャンバ天井（石英板５２）中心部のガス吐出口８６からチャンバ１０内に処理ガスを導入するので、プラズマ密度の均一性の向上、ひいてはエッチング加工の面内均一性の向上をはかれると同時に、アンテナ性能への悪影響はなく、異常放電を起こすおそれもない。 In this microwave plasma etching apparatus, since high-density plasma is generated by surface wave excitation, the electron temperature in the vicinity of the semiconductor wafer W is very low, for example, about 0.7 to 1.5 eV, thereby reducing the energy of ion irradiation. It is possible to suppress the damage to the film to be processed. Further, since the microwave power is uniformly injected into the chamber 10 with a large area using the radial line slot antenna 54, it is possible to easily cope with an increase in the wafer diameter. A through-hole gas flow path 80 is provided in the inner conductor 68 of the coaxial pipe 66 constituting the final section of the microwave transmission line 58, and the gas discharge port at the center of the chamber ceiling (quartz plate 52) is passed through the gas flow path 80. Since the processing gas is introduced into the chamber 10 from 86, the uniformity of the plasma density is improved, and the in-plane uniformity of the etching process is improved. At the same time, the antenna performance is not adversely affected and abnormal discharge may occur. Absent.

加えて、このマイクロ波プラズマエッチング装置は、無磁場でマイクロ波プラズマを生成するので、チャンバ１０の周りに永久磁石や電子コイル等の磁界形成機構を設ける必要がなく、簡易な装置構成となっている。もっとも、本発明は、図４に示すように、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を利用するプラズマ処理装置にも適用可能である。 In addition, since this microwave plasma etching apparatus generates microwave plasma without a magnetic field, there is no need to provide a magnetic field forming mechanism such as a permanent magnet or an electronic coil around the chamber 10, and the apparatus configuration is simple. Yes. However, the present invention can be applied to a plasma processing apparatus using electron cyclotron resonance (ECR) as shown in FIG.

図４のＥＣＲプラズマ処理装置は、チャンバ１０の周囲に永久磁石または電子コイルからなる磁界形成機構１１２を設け、この磁界形成機構１１２によりチャンバ１０内のプラズマ生成空間に外部磁場を印加し、プラズマ生成空間内のある場所でマイクロ波の周波数が電子サイクロトロン周波数に等しくなるような磁界（２．４５ＧＨｚの場合は８７５ガウス）を形成し、高密度のプラズマを生成することができる。 The ECR plasma processing apparatus of FIG. 4 is provided with a magnetic field forming mechanism 112 made of a permanent magnet or an electronic coil around the chamber 10, and an external magnetic field is applied to the plasma generation space in the chamber 10 by the magnetic field forming mechanism 112 to generate plasma. A magnetic field (875 gauss in the case of 2.45 GHz) that makes the frequency of the microwave equal to the electron cyclotron frequency at a certain place in the space can be formed, and high-density plasma can be generated.

なお、図４に示すように、チャンバ１０の上部天板中心から処理ガスを導入する第１処理ガス導入部８８のみを設け、チャンバ側壁から処理ガスを導入する第２処理ガス導入部９４（図１）を省くことも可能である。 As shown in FIG. 4, only the first processing gas introduction part 88 for introducing the processing gas from the center of the upper top plate of the chamber 10 is provided, and the second processing gas introduction part 94 for introducing the processing gas from the chamber side wall (FIG. 4). It is also possible to omit 1).

さらに、本発明の別の実施形態として、図５に示すように、同軸管６６の内部導体６８の中に形成される中空部をガス流路に代えて、モニタリング用の光学測定ラインに利用することも可能である。たとえば、プラズマエッチングの終点検出を行う場合は、同軸管内部導体６８の中空部の中に光ファイバプローブ（図示せず）を挿入して、チャンバ１０の上部天板中心の位置でプラズマからの発光を採光し、モニタ部１１４で分光して特定の反応種に起因する発光スペクトルの増減からエッチング終点を検出することができる。また、同軸管内部導体６８の中空部をレーザ光路に用いて、半導体ウエハＷ上の反射防止膜やレジスト膜等の膜厚測定を行うことも可能である。さらには、先端に熱電対等を取り付けた温度センサのラインを同軸管内部導体６８の中空部に通してチャンバ１０内の上部天板中心付近の温度を測定することも可能である。 Furthermore, as another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the hollow portion formed in the inner conductor 68 of the coaxial tube 66 is used for an optical measurement line for monitoring instead of a gas flow path. It is also possible. For example, when detecting the end point of plasma etching, an optical fiber probe (not shown) is inserted into the hollow portion of the coaxial pipe inner conductor 68 to emit light from the plasma at the center of the upper top plate of the chamber 10. Can be detected by spectroscopic analysis using the monitor unit 114, and the etching end point can be detected from the increase / decrease of the emission spectrum caused by the specific reactive species. It is also possible to measure the film thickness of the antireflection film, resist film, etc. on the semiconductor wafer W by using the hollow portion of the coaxial pipe inner conductor 68 in the laser optical path. Furthermore, it is also possible to measure the temperature near the center of the upper top plate in the chamber 10 by passing a temperature sensor line having a thermocouple attached to the tip through the hollow portion of the coaxial pipe inner conductor 68.

本発明においては、同軸管６６の内部導体６８の中空部の構成または機能については他にも種々の変形が可能である。たとえば、図示省略するが、同軸管の内部導体６８の中空部をたとえば２重管等の複数管構造に形成し、各管を独立したライン（ガス供給系ライン、測定系ライン）に用いることもできる。チャンバ１０内に処理ガスを導入するために、第１および第２処理ガス導入部８８，９４とは別系統の第３の処理ガス導入部を内部導体６８の中に設けることも可能である。 In the present invention, various other modifications are possible for the configuration or function of the hollow portion of the inner conductor 68 of the coaxial tube 66. For example, although not shown, the hollow portion of the inner conductor 68 of the coaxial tube may be formed in a multiple tube structure such as a double tube, and each tube may be used as an independent line (gas supply system line, measurement system line). it can. In order to introduce the processing gas into the chamber 10, a third processing gas introduction part different from the first and second processing gas introduction parts 88 and 94 may be provided in the internal conductor 68.

また、上記した実施形態における各部の構成や機能も種々変形可能である。たとえば、ラジアルスロットラインアンテナ５４に代えて他の形式のスロットアンテナを用いることも可能であり、特に大口径のプラズマを必要としない場合はアンテナを用いないマイクロ波注入方式も可能である。マイクロ波伝送線路５８においても、マイクロ波発生器６０と方形導波管６２との間に他の伝送線路を挿入したり、方形導波管６２をたとえば円形導波管に代えたり、導波管−同軸管変換器６４においてインピーダンス変換部６４ａをドアノブ形に代えてリッジガイド形に構成することも可能である。さらには、導波管−同軸管変換器を用いずに円形導波管の終端をチャンバに電磁的に結合する構成も可能である。 In addition, the configuration and function of each part in the above-described embodiment can be variously modified. For example, another type of slot antenna can be used in place of the radial slot line antenna 54, and a microwave injection method without using an antenna is also possible, particularly when a large-diameter plasma is not required. Also in the microwave transmission line 58, another transmission line is inserted between the microwave generator 60 and the rectangular waveguide 62, or the rectangular waveguide 62 is replaced with, for example, a circular waveguide. In the coaxial tube converter 64, the impedance converter 64a can be configured as a ridge guide instead of a door knob. Furthermore, a configuration in which the end of the circular waveguide is electromagnetically coupled to the chamber without using the waveguide-coaxial tube converter is also possible.

本発明は、上記実施形態におけるマイクロ波プラズマエッチング装置に限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリング等の処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。 The present invention is not limited to the microwave plasma etching apparatus in the above embodiment, but can also be applied to processing apparatuses such as plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), plasma oxidation, plasma nitridation, and sputtering. Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and various substrates for flat panel displays, photomasks, CD substrates, printed substrates, and the like are also possible.

本発明の一実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the microwave plasma processing apparatus in one Embodiment of this invention. 図１のマイクロ波プラズマ処理装置における要部の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the principal part in the microwave plasma processing apparatus of FIG. 図１のマイクロ波プラズマ処理装置で用いられるアンテナのスロットパターン構造を示す平面図である。It is a top view which shows the slot pattern structure of the antenna used with the microwave plasma processing apparatus of FIG. 本発明の別の実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the microwave plasma processing apparatus in another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the microwave plasma processing apparatus in another embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１０チャンバ
１２サセプタ（基板保持台）
２６排気装置
３０高周波電源
５２石英板（誘電体窓）
５４ラジアルラインスロットアンテナ
５８マイクロ波伝送線路
６０マイクロ波発生器
６２導波管
６４導波管−同軸管変換器
６６同軸管
６８内部導体
７０外部導体
８２処理ガス供給源
８４第１ガス供給管
８６上部中央ガス吐出孔
８８第１処理ガス導入部
９４第２処理ガス導入部
９８側部ガス吐出孔
１００第２ガス供給管
１１２磁界形成部
１１４モニタ部 10 chamber 12 susceptor (substrate holder)
26 Exhaust device 30 High frequency power supply 52 Quartz plate (dielectric window)
54 Radial line slot antenna 58 Microwave transmission line 60 Microwave generator 62 Waveguide 64 Waveguide-coaxial tube converter 66 Coaxial tube 68 Inner conductor 70 Outer conductor 82 Processing gas supply source 84 First gas supply tube 86 Upper part Central gas discharge hole 88 First process gas introduction part 94 Second process gas introduction part 98 Side gas discharge hole 100 Second gas supply pipe 112 Magnetic field forming part 114 Monitor part

Claims

A evacuable processing vessel having a dielectric window for introducing microwaves ;
A holding table for holding a substrate to be processed facing the dielectric window in the processing container;
A microwave generator for generating microwaves for plasma excitation;
A waveguide for transmitting the microwave output from the microwave generator toward the processing vessel;
A waveguide-coaxial tube converter connected to the end of the waveguide;
A line for transmitting the microwave from the waveguide-coaxial tube converter to the processing vessel is formed, and a coaxial tube having a hollow portion in its internal conductor;
A first gas introduction part for introducing a part of the processing gas sent from a processing gas supply source into the processing container from a central part of the dielectric window through a hollow part of the inner conductor of the coaxial pipe. And another part of the processing gas delivered from the processing gas supply source common to the first gas introduction part is discharged to a side wall of the processing container at a plurality of side gas outlets provided at equal intervals in the circumferential direction. A second gas introduction part introduced into the processing vessel from the outlet, and for controlling the plasma density distribution on the substrate, the first gas introduction part and the second gas introduction part And a processing gas supply unit for controlling a flow rate ratio of the processing gas introduced into the processing container .

The plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein a flat plate antenna is provided on an outer surface of the dielectric window.

The antenna is a slot antenna, a plasma processing apparatus according to claim 2.

It said slot antenna is a radial line slot antenna, a plasma processing apparatus according to claim 3.

The antenna is provided around the inner conductor of the coaxial tube, a plasma processing apparatus according to any one of claims 2-4.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an upper central gas discharge port of the dielectric window is divided into a plurality of discharge ports.

It said waveguide - coaxial waveguide converter converts the transmission mode of the waveguide to the TEM mode of the coaxial waveguide, a plasma processing apparatus according to any one of claims 1-6.

The waveguide is a rectangular waveguide, and one end portion of the inner conductor protruding from the coaxial tube into the waveguide in the waveguide-coaxial tube converter is thickened in a reverse taper shape. and it has a plasma processing apparatus according to claim 7.

The inner conductor of the coaxial waveguide has a coolant channel passing a coolant, plasma processing apparatus according to any one of claims 1-8.

Wherein the first and second gas inlet has a flow control unit for individually controlling the flow rate of the processing gas respectively independently, a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 9 .

Having a high-frequency power source for applying a high frequency to generate a self-bias voltage to the holding table on the holding table, a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 10.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 11 , wherein a magnetic field forming unit that forms a magnetic field for causing electron cyclotron resonance in plasma in the processing container is provided around the processing container.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the processing gas is an etching gas.