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JP2007335346A - Microwave introduction device, and plasma processing device - Google Patents

Microwave introduction device, and plasma processing device Download PDF

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JP2007335346A
JP2007335346A JP2006168382A JP2006168382A JP2007335346A JP 2007335346 A JP2007335346 A JP 2007335346A JP 2006168382 A JP2006168382 A JP 2006168382A JP 2006168382 A JP2006168382 A JP 2006168382A JP 2007335346 A JP2007335346 A JP 2007335346A
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JP
Japan
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microwave
slow wave
waveguide
wave member
feeding portion
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JP2006168382A
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Japanese (ja)
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Cai Zhong Tian
才忠 田
Kiyotaka Ishibashi
清隆 石橋
Toshihisa Nozawa
俊久 野沢
Tamaki Yuasa
珠樹 湯浅
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Priority to PCT/JP2007/062324 priority patent/WO2007148690A1/en
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    • H01J37/32192Microwave generated discharge
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave introduction device with generation of gaps at a power-feeding part restrained, by improving dimensional accuracy at processing through simplification of shapes of the power-feeding part of a slow-wave member. <P>SOLUTION: In the microwave introduction device provided with a microwave generator 114, a flat-face antenna member 94 with a slot 96 for microwave radiation formed, a waveguide 108 for propagating microwaves generated by the microwave generator to the flat-face antenna member, and a flat-plate slow-wave member 98 provided overlapped with the flat-face antenna member and with a convex power-feeding part 100 formed at a center part for feeding power from the waveguide 108 and shortening wavelengths of the microwaves propagated, the waveguide consists of a center conductor 108A and an outside conductor 108B, of which, the former is connected to a center part of the flat-face antenna member through a through-hole formed at the power-feeding part, and side walls of the convex power-feeding part are formed substantially erected in a perpendicular direction against the flat-face direction of the slow-wave member. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウエハ等に対してマイクロ波により生じたプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a microwave introduction apparatus and a plasma processing apparatus used when processing is performed by applying plasma generated by microwaves to a semiconductor wafer or the like.

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、アッシング等の各種処理のためにプラズマ処理装置が多用される場合があり、特に、0.1mTorr(13.3mPa)〜数Torr(数百Pa)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を用いて、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。
このようなプラズマ処理装置は、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4等に開示されている。ここで、マイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図6〜図8を参照して概略的に説明する。図6は従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図、図7は平面アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図、図8は遅波部材の中心部を示す斜視図である。
In recent years, with the increase in the density and miniaturization of semiconductor products, plasma processing apparatuses are often used for various processes such as film formation, etching, and ashing in the manufacturing process of semiconductor products, and in particular, 0.1 mTorr. (13.3 mPa) to several Torr (several hundreds Pa) A microwave plasma apparatus that generates high-density plasma using microwaves because it can stably generate plasma even in a high vacuum state where the pressure is relatively low. Tend to be used.
Such a plasma processing apparatus is disclosed in Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, and the like. Here, a general plasma processing apparatus using a microwave will be schematically described with reference to FIGS. 6 is a schematic configuration diagram showing a conventional general plasma processing apparatus, FIG. 7 is an enlarged view showing a central portion of a planar antenna member and a slow wave member, and FIG. 8 is a perspective view showing a central portion of the slow wave member. .

図6において、このプラズマ処理装置2は、真空引き可能になされた処理容器4内に半導体ウエハWを載置する載置台6を設けており、この載置台6に対向する天井部にマイクロ波を透過する円板状のアルミナや窒化アルミや石英等よりなる天板8を気密に設けている。そして処理容器4の側壁には、容器内へ所定のガスを導入するためのガス導入手段として例えばガスノズル10が設けられていると共に、ウエハWの搬出入用の開口部12が設けられ、この開口部12には、これを気密に開閉するゲートバルブGが設けられる。また処理容器4の底部には、排気口14が設けられており、この排気口14には図示しない真空排気系が接続されて、上述のように処理容器4内を真空引きできるようになっている。   In FIG. 6, the plasma processing apparatus 2 includes a mounting table 6 on which a semiconductor wafer W is mounted in a processing container 4 that can be evacuated, and microwaves are applied to a ceiling portion that faces the mounting table 6. A top plate 8 made of transparent disc-shaped alumina, aluminum nitride, quartz or the like is provided in an airtight manner. The side wall of the processing vessel 4 is provided with, for example, a gas nozzle 10 as a gas introduction means for introducing a predetermined gas into the vessel, and an opening 12 for loading / unloading the wafer W is provided. The part 12 is provided with a gate valve G that opens and closes the airtightly. Further, an exhaust port 14 is provided at the bottom of the processing container 4, and a vacuum exhaust system (not shown) is connected to the exhaust port 14 so that the processing container 4 can be evacuated as described above. Yes.

そして、上記天板8の上側に、上記処理容器4内にプラズマ形成用のマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置16が設けられる。具体的には、このマイクロ波導入装置16は、上記天板8の上面に設けられた厚さ数mm程度の例えば銅板よりなる円板状の平面アンテナ部材18と、この平面アンテナ部材18の半径方向におけるマイクロ波の波長を短縮するための例えば誘電体よりなる遅波部材20とを有している。そして、平面アンテナ部材18には多数の、例えば長溝状の貫通孔よりなるマイクロ波放射用のスロット22が形成されている。このスロット22は一般的には、同心円状に配置されたり、或いは渦巻状に配置されている。そして、図7及び図8にも示すように、上記遅波部材20の上面中央部を凸状に上方へ突出させて斜面が円錐状のテーパ面となるように截頭円錐状の給電部26を設け、この給電部26に貫通孔28を形成してある。   A microwave introducing device 16 for introducing a microwave for plasma formation into the processing container 4 is provided above the top plate 8. Specifically, the microwave introducing device 16 includes a disk-shaped planar antenna member 18 made of, for example, a copper plate having a thickness of about several millimeters provided on the top surface of the top plate 8, and a radius of the planar antenna member 18. And a slow wave member 20 made of, for example, a dielectric for shortening the wavelength of the microwave in the direction. The planar antenna member 18 is formed with a number of microwave radiating slots 22 made of, for example, long groove-like through holes. The slots 22 are generally arranged concentrically or spirally. As shown in FIGS. 7 and 8, the frustoconical power feeding portion 26 is formed so that the central portion of the upper surface of the slow wave member 20 protrudes upward in a convex shape so that the inclined surface becomes a conical tapered surface. And a through hole 28 is formed in the power feeding portion 26.

そして、同軸導波管24の中心導体24Aを上記貫通孔28に通して平面アンテナ部材18に接続し、また同軸導波管24の外側導体24Bを、上記遅波部材20の全体を覆う導波箱30の中央部に接続するようになっている。そして、マイクロ波発生器32より発生した、例えば2.45GHzのマイクロ波をモード変換器34にて所定の振動モードへ変換した後に平面アンテナ部材18や遅波部材20へ導くようになっている。そして、マイクロ波をアンテナ部材18の半径方向へ放射状に伝搬させつつ平面アンテナ部材18に設けた各スロット22からマイクロ波を放射させてこれを天板8に透過させて、下方の処理容器4内へマイクロ波を導入し、このマイクロ波により処理容器4内の処理空間Sにプラズマを立てて半導体ウエハWにエッチングや成膜などの所定のプラズマ処理を施すようになっている。また上記導波箱30の上面には、マイクロ波の誘電損失で加熱された遅波部材20を冷却する冷却器36が設けられている。   The central conductor 24A of the coaxial waveguide 24 is connected to the planar antenna member 18 through the through-hole 28, and the outer conductor 24B of the coaxial waveguide 24 is guided to cover the entire slow wave member 20. The central part of the box 30 is connected. Then, for example, a 2.45 GHz microwave generated from the microwave generator 32 is converted into a predetermined vibration mode by the mode converter 34 and then guided to the planar antenna member 18 and the slow wave member 20. Then, while propagating the microwaves radially in the radial direction of the antenna member 18, the microwaves are radiated from the slots 22 provided in the planar antenna member 18 and are transmitted through the top plate 8. A microwave is introduced into the semiconductor wafer W, and plasma is generated in the processing space S in the processing container 4 by the microwave to perform a predetermined plasma processing such as etching or film formation on the semiconductor wafer W. A cooler 36 for cooling the slow wave member 20 heated by the dielectric loss of the microwave is provided on the upper surface of the waveguide box 30.

特開平3−191073号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-191073 特開平5−343334号公報JP-A-5-343334 特開平9−181052号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-181052 特開2003−332326号公報JP 2003-332326 A

ところで、この種のマイクロ波導入装置16では、マイクロ波の伝搬効率を可能な限り高めるために、周知のように反射波をできるだけ抑制することが要請される。そのため、上記同軸導波管24の下端部から、給電部26を介して平面アンテナ部材18や遅波部材20へマイクロ波が伝搬する際にも、マイクロ波の反射を抑制するためにこの部分における特性インピーダンスの変化をできるだけ滑らかに変化させるのが好ましい。そのため、上述したように遅波部材20の中央部の凸状の給電部26を、その側面26Aがテーパ面となる截頭円錐形状として、特性インピーダンスができるだけ滑らかに減少して行くように設定している。この結果、例えば同軸導波管24の特性インピーダンスは50Ωであり、給電部26と同軸導波管24との境界部分で15.9Ω、これより周辺部に行くに従って例えば7.4Ω、1.5Ωのように順次滑らかに減少するようになっている。   By the way, in this kind of microwave introducing device 16, in order to increase the propagation efficiency of the microwave as much as possible, it is required to suppress the reflected wave as much as possible as is well known. Therefore, even when microwaves propagate from the lower end portion of the coaxial waveguide 24 to the planar antenna member 18 and the slow wave member 20 via the power feeding portion 26, this portion is used to suppress reflection of the microwaves. It is preferable to change the characteristic impedance as smoothly as possible. Therefore, as described above, the convex feeding portion 26 at the center of the slow wave member 20 is set to have a frustoconical shape whose side surface 26A is a tapered surface so that the characteristic impedance is reduced as smoothly as possible. ing. As a result, the characteristic impedance of the coaxial waveguide 24 is 50Ω, for example, 15.9Ω at the boundary portion between the feeding portion 26 and the coaxial waveguide 24, and, for example, 7.4Ω and 1.5Ω as it goes to the peripheral portion. As shown in FIG.

しかしながら、上記遅波部材20の材料である誘電体の石英やセラミック、例えば窒化アルミやアルミナは非常に硬くて且つ脆く、加工精度を高くするのが非常に困難である。例えば上記遅波部材20の厚さや給電部26の高さH0は、共に3〜10mm程度であるが、硬い材料のテーパ加工の加工精度を上げるのはかなり難しく、この給電部26の側面26Aのテーパ加工の研磨時の加工精度は、せいぜい±0.5mm程度であって、加工寸法に比較的大きなバラツキが発生していた。そのため、図7に示すように、上記給電部26のテーパ状の側面26Aと、導波箱30の内面との間にある寸法以上の隙間38が発生することは避けられなかった。   However, the dielectric quartz or ceramic, such as aluminum nitride or alumina, which is the material of the slow wave member 20, is very hard and brittle, and it is very difficult to increase the processing accuracy. For example, the thickness of the slow wave member 20 and the height H0 of the power feeding portion 26 are both about 3 to 10 mm, but it is quite difficult to increase the processing accuracy of the taper machining of hard material. The processing accuracy at the time of polishing in the taper processing is at most about ± 0.5 mm, and a relatively large variation occurs in processing dimensions. For this reason, as shown in FIG. 7, it is inevitable that a gap 38 having a dimension or more between the tapered side surface 26 </ b> A of the power feeding portion 26 and the inner surface of the waveguide box 30 is generated.

このため、この隙間38の部分にマイクロ波の電界の集中が生じて異常放電が発生したり、この隙間38に起因して平面アンテナ部材18における電界分布の対称性が崩れたりする、という問題があった。
また、上記隙間38が変則的に発生することで、設計通りの特性インピーダンスに設定することが困難になって、この部分におけるマイクロ波の反射率が大きくなってしまう、という問題があった。
Therefore, there is a problem that the electric field of the microwave is concentrated in the gap 38 and abnormal discharge occurs, or the symmetry of the electric field distribution in the planar antenna member 18 is broken due to the gap 38. there were.
In addition, since the gap 38 is irregularly generated, it becomes difficult to set the characteristic impedance as designed, and the microwave reflectance in this portion is increased.

また更には、上記隙間38のために、この遅波部材20の給電部26が、冷却器36を設けた導波箱30の内壁面から離れてしまって、この間の熱伝導性が不良となり、この結果、給電部26の近傍の冷却効率が低下してしまう、といった問題もあった。
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、遅波部材の給電部の形状を簡素化することによって加工時の寸法精度を向上させ、これによって種々の問題点の発生原因となっていた給電部における隙間の発生を抑制することが可能なマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置を提供することにある。
Still further, due to the gap 38, the power feeding portion 26 of the slow wave member 20 is separated from the inner wall surface of the wave guide box 30 provided with the cooler 36, and the thermal conductivity therebetween becomes poor, As a result, there is a problem that the cooling efficiency in the vicinity of the power feeding unit 26 is lowered.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. The object of the present invention is to improve the dimensional accuracy during processing by simplifying the shape of the power feeding part of the slow wave member, thereby suppressing the occurrence of gaps in the power feeding part that caused various problems. An object of the present invention is to provide a microwave introduction apparatus and a plasma processing apparatus that can be used.

請求項1に係る発明は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、前記マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬させる導波管と、前記平面アンテナ部材に重ねて設けられると共に中心部に前記導波管からの給電を行う凸状の給電部が形成されて、伝搬してくる前記マイクロ波の波長を短縮させる平板状の遅波部材と、を有するマイクロ波導入装置において、前記導波管は、中心導体と外側導体とよりなる同軸導波管を有し、前記中心導体は前記給電部に形成された貫通孔を通って前記平面アンテナ部材の中心部に接続されると共に、前記凸状の給電部の側壁は前記遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて形成されていることを特徴とするマイクロ波導入装置である。   According to a first aspect of the present invention, a microwave generator for generating a microwave, a planar antenna member in which a slot for microwave radiation is formed, and a microwave generated by the microwave generator are supplied to the planar antenna member. A waveguide to be propagated and a convex feed portion that feeds power from the waveguide is formed at the center and overlapped with the planar antenna member to shorten the wavelength of the propagating microwave In the microwave introducing device, the waveguide includes a coaxial waveguide including a center conductor and an outer conductor, and the center conductor is formed in the feeding portion. It is connected to the central portion of the planar antenna member through a through hole, and the side wall of the convex feeding portion is formed to stand in a direction substantially perpendicular to the planar direction of the slow wave member. thing A microwave introduction device according to claim.

このように、導波管からの給電を行う凸状の給電部の側壁を遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて直角になるように形成するようにしたので、研磨等の加工が行い易くなって加工時の寸法精度を向上させることができる。
従って、給電部とこれを覆う導波箱や導波管の内径との間に隙間が発生することを抑制できるので、この部分に異常放電が発生することを防止できるのみならず、平面アンテナ部材における電界分布の対称性が崩れるのを防止することができる。
また、上述のように隙間の発生を抑制できるので、設計通りの特性インピーダンスに設定してマイクロ波の反射率を抑制することができる。
In this way, the side wall of the convex feeding portion that feeds power from the waveguide is formed so as to be perpendicular to the plane direction of the slow wave member so as to be perpendicular to the plane direction. Processing such as polishing can be easily performed, and dimensional accuracy during processing can be improved.
Accordingly, since it is possible to suppress the occurrence of a gap between the feeding portion and the inner diameter of the waveguide box or waveguide covering the feeding portion, not only abnormal discharge can be prevented from occurring in this portion, but also the planar antenna member It is possible to prevent the symmetry of the electric field distribution at.
Moreover, since generation | occurrence | production of a clearance gap can be suppressed as mentioned above, it can set to the characteristic impedance as designed, and the reflectance of a microwave can be suppressed.

この場合、例えば請求項2に記載するように、前記遅波部材は、誘電体よりなる。
また例えば請求項3に記載するように、前記凸状の給電部の前記遅波部材の上面からの高さは6.5〜13.0mmの範囲内に設定されている。
また例えば請求項4に記載するように、前記遅波材はアルミナよりなり、前記凸状の給電部の高さは6.5〜8.5mmの範囲内に設定されている。
また例えば請求項5に記載するように、前記遅波材は石英よりなり、前記凸状の給電部の高さは11〜13mmの範囲内に設定されている。
また例えば請求項6に記載するように、前記遅波部材は導電性材料よりなる導波箱で覆われている。
In this case, for example, as described in claim 2, the slow wave member is made of a dielectric.
For example, as described in claim 3, the height of the convex feeding portion from the upper surface of the slow wave member is set in a range of 6.5 to 13.0 mm.
For example, as described in claim 4, the slow wave material is made of alumina, and the height of the convex feeding portion is set in a range of 6.5 to 8.5 mm.
For example, as described in claim 5, the slow wave material is made of quartz, and the height of the convex feeding portion is set within a range of 11 to 13 mm.
For example, the slow wave member is covered with a wave guide box made of a conductive material.

また例えば請求項7に記載するように、前記導波箱には、前記遅波部材を冷却するための冷却手段が設けられる。
このように、冷却手段を設けた場合には、冷却手段を設けた導波管の内壁面や導波箱の内壁面と給電部との間の隙間を抑制することができるので、この部分の熱伝導性が改善されて、給電部の冷却効率を向上させることができる。
また例えば請求項8に記載するように、前記マイクロ波は、2.45GHz又は8.35GHzである。
For example, as described in claim 7, the wave guide box is provided with a cooling means for cooling the slow wave member.
Thus, when the cooling means is provided, the gap between the inner wall surface of the waveguide provided with the cooling means or the inner wall surface of the waveguide box and the power feeding portion can be suppressed. Thermal conductivity is improved, and the cooling efficiency of the power feeding unit can be improved.
For example, as described in claim 8, the microwave is 2.45 GHz or 8.35 GHz.

請求項9に係る発明は、天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、前記処理容器内へ必要な処理ガスを導入するガス導入手段と、前記処理容器内へマイクロ波を導入するために前記天板側に設けられた上記いずれかに記載のマイクロ波導入装置と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
この場合、例えば請求項10に記載するように、前記天板と前記遅波部材とは同一材料よりなる。
The invention according to claim 9 is directed to a processing container in which a ceiling part is opened and an inside thereof is made evacuable, a mounting table provided in the processing container for mounting an object to be processed, A top plate made of a dielectric material that is airtightly attached to the opening and transmits microwaves, a gas introduction unit that introduces a necessary processing gas into the processing container, and the microwave for introducing the microwave into the processing container A plasma processing apparatus comprising: the microwave introduction device according to any one of the above provided on a top plate side.
In this case, for example, as described in claim 10, the top plate and the slow wave member are made of the same material.

本発明に係るマイクロ波導入装置及び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。
導波管からの給電を行う凸状の給電部の側壁を遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて直角になるように形成するようにしたので、研磨等の加工が行い易くなって加工時の寸法精度を向上させることができる。
従って、給電部とこれを覆う導波箱や導波管の内径との間に隙間が発生することを抑制できるので、この部分に異常放電が発生することを防止できるのみならず、平面アンテナ部材における電界分布の対称性が崩れるのを防止することができる。
また、上述のように隙間の発生を抑制できるので、設計通りの特性インピーダンスに設定してマイクロ波の反射率を抑制することができる。
According to the microwave introduction apparatus and the plasma processing apparatus according to the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited.
Since the side wall of the convex feeding section that feeds power from the waveguide is formed so as to be perpendicular to the plane direction of the slow wave member so as to be perpendicular, processing such as polishing Therefore, the dimensional accuracy during processing can be improved.
Accordingly, since it is possible to suppress the occurrence of a gap between the feeding portion and the inner diameter of the waveguide box or waveguide covering the feeding portion, not only abnormal discharge can be prevented from occurring in this portion, but also the planar antenna member It is possible to prevent the symmetry of the electric field distribution at.
Moreover, since generation | occurrence | production of a clearance gap can be suppressed as mentioned above, it can set to the characteristic impedance as designed, and the reflectance of a microwave can be suppressed.

特に請求項7に係る発明によれば、冷却手段を設けた場合には、冷却手段を設けた導波管の内壁面や導波箱の内壁面と給電部との間の隙間を抑制することができるので、この部分の熱伝導性が改善されて、給電部の冷却効率を向上させることができる。   In particular, according to the invention according to claim 7, when the cooling means is provided, the gap between the inner wall surface of the waveguide provided with the cooling means or the inner wall surface of the waveguide box and the power feeding portion is suppressed. Therefore, the thermal conductivity of this part is improved, and the cooling efficiency of the power feeding unit can be improved.

以下に、本発明に係るマイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置の一実施例の形態について添付図面を参照して説明する。
図1は本発明に係るマイクロ波導入装置を用いたプラズマ処理装置の一例を示す構成図、図2は本発明のマイクロ波導入装置における平面アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図、図3は遅波部材の中心部を示す斜視図である。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form of one Example of the microwave introduction apparatus and plasma processing apparatus concerning this invention is demonstrated with reference to an accompanying drawing.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a plasma processing apparatus using a microwave introduction device according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing a central portion of a planar antenna member and a slow wave member in the microwave introduction device of the present invention, FIG. 3 is a perspective view showing a central portion of the slow wave member.

図示するように、プラズマ処理装置42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た処理容器44を有しており、内部は密閉された例えば円形の処理空間Sとして構成されて、この処理空間Sにプラズマが形成される。この処理容器44自体は接地されている。   As shown in the figure, the plasma processing apparatus 42 has a processing container 44 whose side wall and bottom are made of a conductor such as aluminum and formed into a cylindrical shape as a whole, and the inside is sealed, for example, circular. In this processing space S, plasma is formed in the processing space S. The processing container 44 itself is grounded.

この処理容器44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46が収容される。この載置台46は、例えばアルマイト処理したアルミニウム等により平坦になされた略円板状に形成されており、例えばアルミニウム等よりなる支柱48を介して容器底部より起立されている。
この処理容器44の側壁には、この内部に対してウエハWを搬入・搬出する時に用いる被処理体搬出入用の搬出入口50が設けられ、この搬出入口50には密閉状態で開閉するゲートバルブ52が設けられている。
In the processing container 44, a mounting table 46 on which, for example, a semiconductor wafer W as a target object is mounted is accommodated on the upper surface. The mounting table 46 is formed in a substantially disc shape made flat, for example, by anodized aluminum or the like, and is erected from the bottom of the container via a column 48 made of aluminum or the like.
A loading / unloading port 50 for loading / unloading a workpiece used for loading / unloading the wafer W to / from the inside of the processing container 44 is provided on the side wall of the processing container 44, and the loading / unloading port 50 is a gate valve that opens and closes in a sealed state. 52 is provided.

またこの処理容器44には、この中へ必要な処理ガスを導入するためのガス導入手段54が設けられている。このガス導入手段54は、ここでは例えば処理容器44の側壁を貫通してなるガスノズル54Aを有しており、このガスノズル54Aより必要な処理ガスを流量制御しつつ必要に応じて供給できるようになっている。尚、このガスノズル54Aは複数本設けて異なるガス種を導入できるようにしてもよいし、シャワーヘッド状に処理容器44の天井部に設けるようにしてもよい。   Further, the processing container 44 is provided with a gas introducing means 54 for introducing a necessary processing gas into the processing container 44. Here, the gas introducing means 54 has, for example, a gas nozzle 54A penetrating the side wall of the processing container 44, and a necessary processing gas can be supplied from the gas nozzle 54A as needed while controlling the flow rate. ing. A plurality of gas nozzles 54A may be provided so that different gas types can be introduced, or may be provided on the ceiling of the processing vessel 44 in the form of a shower head.

また、容器底部には、排気口56が設けられると共に、この排気口56には、圧力制御弁58及び真空ポンプ60が順次介接された排気路62が接続されており、必要に応じて処理容器44内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。   Further, an exhaust port 56 is provided at the bottom of the container, and an exhaust path 62 to which a pressure control valve 58 and a vacuum pump 60 are sequentially connected is connected to the exhaust port 56, and processing is performed as necessary. The inside of the container 44 can be evacuated to a predetermined pressure.

また、上記載置台46の下方には、ウエハWの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば3本の昇降ピン64(図1においては2本のみ記す)が設けられており、この昇降ピン64は、伸縮可能なベローズ66を介して容器底部を貫通して設けた昇降ロッド68により昇降される。また上記載置台46には、上記昇降ピン64を挿通させるためのピン挿通孔70が形成されている。上記載置台46の全体は耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミックにより構成されており、このセラミック中に加熱手段72が設けられる。この加熱手段72は、載置台46の略全域に亘って埋め込まれた例えば薄板状の抵抗加熱ヒータよりなり、この加熱手段72は、支柱48内を通る配線74を介してヒータ電源76に接続されている。   A plurality of, for example, three lifting pins 64 (only two are shown in FIG. 1) for moving the wafer W up and down when the wafer W is loaded and unloaded are provided below the mounting table 46. Is lifted and lowered by a lifting rod 68 provided through the container bottom through an extendable bellows 66. The mounting table 46 is formed with a pin insertion hole 70 through which the elevating pin 64 is inserted. The entire mounting table 46 is made of a heat-resistant material, for example, ceramic such as alumina, and heating means 72 is provided in the ceramic. The heating means 72 is composed of, for example, a thin plate-like resistance heater embedded over substantially the entire area of the mounting table 46, and the heating means 72 is connected to a heater power supply 76 via a wiring 74 that passes through the column 48. ing.

また、この載置台46の上面側には、内部に例えば網目状に配設された導体線78を有する薄い静電チャック80が設けられており、この載置台46上、詳しくはこの静電チャック80上に載置されるウエハWを静電吸着力により吸着できるようになっている。そして、この静電チャック80の上記導体線78は、上記静電吸着力を発揮するために配線82を介して直流電源84に接続されている。またこの配線82には、必要時に例えば13.56MHzのバイアス用の高周波電力を上記静電チャック80の導体線78へ印加するためにバイアス用高周波電源86が接続されている。尚、処理の態様によっては、このバイアス用高周波電源86は設けられない。   Further, a thin electrostatic chuck 80 having conductor wires 78 disposed, for example, in a mesh shape is provided on the upper surface side of the mounting table 46, and the electrostatic chuck is described in detail on the mounting table 46. The wafer W placed on the wafer 80 can be attracted by electrostatic attraction force. The conductor wire 78 of the electrostatic chuck 80 is connected to a DC power source 84 via a wiring 82 in order to exert the electrostatic attraction force. The wiring 82 is connected to a bias high-frequency power source 86 for applying a bias high-frequency power of 13.56 MHz to the conductor wire 78 of the electrostatic chuck 80 when necessary. Depending on the processing mode, this bias high-frequency power source 86 is not provided.

そして、処理容器44の天井部は開口されて、ここに例えば石英やセラミック、例えばアルミナ(Al )や窒化アルミ(AlN)等の誘電体よりなるマイクロ波に対しては透過性を有する天板88がOリング等のシール部材90を介して気密に設けられる。この天板88の厚さは耐圧性を考慮して例えば20mm程度に設定される。 The ceiling of the processing container 44 is opened, and is permeable to microwaves made of a dielectric such as quartz or ceramic, such as alumina (Al 2 O 3 ) or aluminum nitride (AlN). A top plate 88 is airtightly provided through a seal member 90 such as an O-ring. The thickness of the top plate 88 is set to, for example, about 20 mm in consideration of pressure resistance.

そして、この天板88の上面側に本発明に係るマイクロ波導入装置92が設けられる。具体的には、このマイクロ波導入装置92は、上記天板88の上面に接して設けられ、この処理容器44内へマイクロ波を導入するための平面アンテナ部材94を有している。上記平面アンテナ部材94は、大きさが300mmサイズのウエハ対応の場合には、例えば直径が400〜500mm、厚みが1〜数mmの導電性材料よりなる、例えば表面が銀メッキされた銅板或いはアルミ板よりなり、この円板には、例えば長溝状の貫通孔よりなる多数のマイクロ波放射用のスロット96が形成されている。このスロット96の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。この平面アンテナ部材94は、いわゆるRLSA(Radial Line Slot Antenna)方式のアンテナ構造となっており、これにより、高密度で低電子エネルギーのプラズマが得られる。   A microwave introducing device 92 according to the present invention is provided on the upper surface side of the top plate 88. Specifically, the microwave introduction device 92 is provided in contact with the upper surface of the top plate 88 and has a planar antenna member 94 for introducing microwaves into the processing container 44. The planar antenna member 94 is made of a conductive material having a diameter of 400 to 500 mm and a thickness of 1 to several mm, for example, for a wafer having a size of 300 mm, for example, a copper plate or aluminum having a surface plated with silver. The disk is formed with a number of microwave radiating slots 96 formed of, for example, long groove-like through holes. The arrangement form of the slots 96 is not particularly limited. For example, the slots 96 may be arranged concentrically, spirally, or radially, or may be distributed uniformly over the entire antenna member. The planar antenna member 94 has a so-called RLSA (Radial Line Slot Antenna) type antenna structure, whereby high density and low electron energy plasma can be obtained.

また、この平面アンテナ部材94上に接して、例えば石英やセラミック、例えばアルミナや窒化アルミ等の誘電体等よりなる平板状の遅波部材98が設けられている。この遅波部材98は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有している。この遅波部材98は、薄板円板状に成形されて平面アンテナ部材94の上面の略全面に亘って設けられ、その上面の中央部には、上方へ凸状に突出させて形成した給電部100が形成されている(図3参照)。この給電部100は、所定の高さH1に設定され、その側壁100Aが従来の給電部(図8参照)のようにテーパ面として形成されておらず、図3に示すように、遅波部材98の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立された状態で形成されている。   Further, a flat plate-like slow wave member 98 made of, for example, a dielectric such as quartz or ceramic, for example, alumina or aluminum nitride is provided on the planar antenna member 94. The slow wave member 98 has a high dielectric constant characteristic in order to shorten the wavelength of the microwave. The slow wave member 98 is formed in a thin disc shape and is provided over substantially the entire upper surface of the planar antenna member 94, and a feeding portion formed by projecting upward at the center of the upper surface. 100 is formed (see FIG. 3). This power supply unit 100 is set to a predetermined height H1, and its side wall 100A is not formed as a tapered surface as in the conventional power supply unit (see FIG. 8), and as shown in FIG. It is formed in a state where it is erected in a direction substantially perpendicular to 98 plane directions.

すなわち、この側壁100Aは遅波部材98の上面に対して直角になされており、研磨加工等が行い易い形状となっている。上記給電部100の遅波部材98の上面からの高さH1は、遅波部材98を構成する材料に依存するが、マイクロ波の反射率を抑制するためには、例えば6.5〜13.0mmの範囲内に設定するのがよい。
そして、この凸状の給電部100の中心部には、これを上下方向へ貫通する貫通孔102が形成されており、この貫通孔102の下部の部分は末広がり状に拡径されている。この遅波部材98の材料は、マイクロ波の波長短絡効果を考慮すると、上記天板88と同じ材料を用いるのがよい。
That is, the side wall 100A is formed at a right angle to the upper surface of the slow wave member 98, and has a shape that facilitates polishing and the like. The height H1 from the upper surface of the slow wave member 98 of the power feeding unit 100 depends on the material constituting the slow wave member 98, but in order to suppress the reflectance of the microwave, for example, 6.5 to 13. It is good to set within the range of 0 mm.
A through hole 102 is formed in the central portion of the convex power feeding portion 100 so as to penetrate the power feeding portion 100 in the vertical direction, and a lower portion of the through hole 102 is expanded in a divergent shape. The material of the slow wave member 98 is preferably the same material as the top plate 88 in consideration of the wavelength short-circuit effect of microwaves.

そして、この遅波部材98の上面及び側面を全部覆うようにして導体製の中空円筒状容器よりなる導波箱104が設けられている。上記平面アンテナ部材94は、この導波箱104の底板として構成される。この導波箱104の上部には、これを冷却するために冷媒を流す冷却手段として冷却ジャケット106が設けられる。   A wave guide box 104 made of a hollow cylindrical container made of a conductor is provided so as to cover the entire upper surface and side surfaces of the slow wave member 98. The planar antenna member 94 is configured as a bottom plate of the waveguide box 104. A cooling jacket 106 is provided on the upper portion of the waveguide box 104 as cooling means for flowing a refrigerant to cool the waveguide box 104.

この導波箱104及び平面アンテナ部材94の周辺部は共に処理容器44に導通される。そして上記給電部100には、同軸導波管108が接続されている。具体的には、この同軸導波管108は、中心導体108Aと、この周囲に所定の間隙を隔てて配置される断面円形の外側導体108Bとよりなり、上記導波箱104の上部の中心には、上記断面円形状の外側導体108Bが接続され、内側の中心導体108Aは、上記遅波部材98の中心の貫通孔102を通って上記平面アンテナ部材94の中心部に接続される。   Both the waveguide box 104 and the peripheral portion of the planar antenna member 94 are electrically connected to the processing container 44. A coaxial waveguide 108 is connected to the power supply unit 100. Specifically, the coaxial waveguide 108 includes a central conductor 108A and an outer conductor 108B having a circular cross section disposed around the central conductor 108A with a predetermined gap therebetween. The outer conductor 108B having a circular cross section is connected, and the inner center conductor 108A is connected to the center of the planar antenna member 94 through the through hole 102 in the center of the slow wave member 98.

この際、上記凸状の給電部100の側壁100Aは外側導体108Bの内壁面に寸法精度良く密に接した状態で装着されている。そして、この同軸導波管108は、モード変換器110及び矩形導波管112を介してマッチング(図示せず)を有する例えば2.45GHzのマイクロ波発生器114に接続されており、上記平面アンテナ部材94や遅波部材98へマイクロ波を伝搬するようになっている。この周波数は2.45GHzに限定されず、他の周波数、例えば8.35GHzを用いてもよい。   At this time, the side wall 100A of the convex feeding portion 100 is mounted in a state of being in close contact with the inner wall surface of the outer conductor 108B with high dimensional accuracy. The coaxial waveguide 108 is connected to a microwave generator 114 having a matching (not shown) via a mode converter 110 and a rectangular waveguide 112, for example, a 2.45 GHz microwave generator 114. Microwaves are propagated to the member 94 and the slow wave member 98. This frequency is not limited to 2.45 GHz, and other frequencies such as 8.35 GHz may be used.

そして、このように形成されたプラズマ処理装置42の全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段116により制御されるようになっており、この動作を行うコンピュータのプログラムはフレキシブルディスクやCD(Compact Disc)やフラッシュメモリ等の記憶媒体118に記憶されている。具体的には、この制御手段116からの指令により、各ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。   The overall operation of the plasma processing apparatus 42 formed in this way is controlled by a control means 116 made of, for example, a microcomputer, and a computer program for performing this operation is a flexible disk or a CD ( (Compact Disc) and a storage medium 118 such as a flash memory. Specifically, supply of each gas and flow control, supply of microwaves and high frequencies, power control, control of process temperature and process pressure, and the like are performed according to commands from the control means 116.

次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置42を用いて行なわれる処理方法の一例について説明する。
まず、ゲートバルブ52を開いて被処理体用の搬出入口50を介して半導体ウエハWを搬送アーム(図示せず)により処理容器44内に収容し、昇降ピン64を上下動させることによりウエハWを載置台46の上面の載置面に載置し、そして、このウエハWを静電チャック80により静電吸着する。このウエハWは、必要な場合は加熱手段72により所定のプロセス温度に維持され、図示しないガス源より供給した所定のガスを流量制御しつつガス導入手段54のガスノズル54Aより処理容器44内へ供給し、圧力制御弁58を制御して処理容器44内を所定のプロセス圧力に維持する。
Next, an example of a processing method performed using the plasma processing apparatus 42 configured as described above will be described.
First, the gate valve 52 is opened, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing container 44 by the transfer arm (not shown) via the loading / unloading port 50 for the object to be processed, and the lift pins 64 are moved up and down to move the wafer W. Is mounted on the mounting surface on the upper surface of the mounting table 46, and the wafer W is electrostatically attracted by the electrostatic chuck 80. The wafer W is maintained at a predetermined process temperature by the heating unit 72 when necessary, and is supplied into the processing container 44 from the gas nozzle 54A of the gas introduction unit 54 while controlling the flow rate of a predetermined gas supplied from a gas source (not shown). Then, the pressure control valve 58 is controlled to maintain the inside of the processing container 44 at a predetermined process pressure.

これと同時に、マイクロ波導入装置92のマイクロ波発生器114を駆動することにより、このマイクロ波発生器114にて発生したマイクロ波を、矩形導波管112及び同軸導波管108を介して給電部100より平面アンテナ部材94と遅波部材98とに供給して遅波部材98によって波長が短くなされたマイクロ波を、天板88に透過させて処理空間Sに導入し、これにより処理空間Sにプラズマを発生させてプラズマを用いた所定の処理を行う。   At the same time, by driving the microwave generator 114 of the microwave introducing device 92, the microwave generated by the microwave generator 114 is fed via the rectangular waveguide 112 and the coaxial waveguide 108. The microwave which is supplied from the unit 100 to the planar antenna member 94 and the slow wave member 98 and whose wavelength is shortened by the slow wave member 98 is transmitted through the top plate 88 and introduced into the processing space S. A plasma is generated and a predetermined process using the plasma is performed.

ここで、上記同軸導波管108の下端部からのマイクロ波の伝搬についてより詳しく説明すると、同軸導波管108を伝搬してきたマイクロ波は、この遅波部材98の中央部に設けた凸状の給電部100を通って、遅波部材98及び平面アンテナ部材94の周辺部に向かって放射状に伝搬して行き、その伝搬途中で各スロット96より下方の処理空間Sに向けてマイクロ波が放射されて容器内へ導入されることになる。   Here, the propagation of the microwave from the lower end portion of the coaxial waveguide 108 will be described in more detail. The microwave propagated through the coaxial waveguide 108 is a convex shape provided in the central portion of the slow wave member 98. And propagates radially toward the periphery of the slow wave member 98 and the planar antenna member 94, and microwaves are radiated toward the processing spaces S below the slots 96 during the propagation. To be introduced into the container.

この際、上記凸状の給電部100は、この加工が容易なようにその側壁が遅波部材98の上面に対して実質的に直角になされているので、この給電部100を形成するための研磨加工等において寸法精度を高くすることができる。例えばテーパ面を有する従来の給電部100(図8においては26)の精度は±0.5mm程度であったが、本発明の場合には±0.1mm程度まで小さくすることができた。従って、図2や図3に示すように、この凸状の給電部100は、同軸導波管108の外側導体108Bの下端部側に寸法精度良く嵌合されることになり、給電部100の側壁100Aと同軸導波管108の外側導体108Bの内壁面との間には、図7に示す従来装置と異なってほとんど隙間が発生することがなく、この隙間の発生を抑制することができる。   At this time, the convex power supply portion 100 has a side wall substantially perpendicular to the upper surface of the slow wave member 98 so that the processing is easy, so that the power supply portion 100 is formed. Dimensional accuracy can be increased in polishing or the like. For example, the accuracy of the conventional power supply unit 100 having a tapered surface (26 in FIG. 8) is about ± 0.5 mm, but in the present invention, it can be reduced to about ± 0.1 mm. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, the convex feeding portion 100 is fitted to the lower end side of the outer conductor 108 </ b> B of the coaxial waveguide 108 with high dimensional accuracy. Unlike the conventional device shown in FIG. 7, there is almost no gap between the side wall 100A and the inner wall surface of the outer conductor 108B of the coaxial waveguide 108, and the generation of this gap can be suppressed.

換言すれば、同軸導波管108からの給電を行う凸状の給電部100の側壁を遅波部材98の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて直角になるように形成するようにしたので、研磨等の加工が行い易くなって加工時の寸法精度を向上させることができる。
従って、給電部100とこれを覆う導波箱104や同軸導波管108の内径との間に隙間が発生することを抑制できるので、この部分に異常放電が発生することを防止できるのみならず、平面アンテナ部材94における電界分布の対称性が崩れるのを防止することができる。
In other words, the side wall of the convex feeding portion 100 that feeds power from the coaxial waveguide 108 is formed so as to be perpendicular to the plane direction of the slow wave member 98 so as to be perpendicular. As a result, processing such as polishing is facilitated, and dimensional accuracy during processing can be improved.
Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of a gap between the power feeding unit 100 and the inner diameter of the waveguide box 104 or the coaxial waveguide 108 that covers the power supply unit 100. Therefore, it is possible not only to prevent abnormal discharge from occurring in this part. Further, it is possible to prevent the symmetry of the electric field distribution in the planar antenna member 94 from being broken.

また、上述のように隙間の発生を抑制できるので、設計通りの特性インピーダンスに設定してマイクロ波の反射率を抑制することができる。
更には、冷却手段106を設けた場合には、冷却手段106を設けた同軸導波管108の内壁面や導波箱の内壁面と給電部100との間の隙間を抑制することができるので、この部分の熱伝導性が改善されて、給電部の冷却効率を向上させることができる。
Moreover, since generation | occurrence | production of a clearance gap can be suppressed as mentioned above, it can set to the characteristic impedance as designed, and the reflectance of a microwave can be suppressed.
Furthermore, when the cooling means 106 is provided, the gap between the inner wall surface of the coaxial waveguide 108 provided with the cooling means 106 or the inner wall surface of the waveguide box and the power feeding unit 100 can be suppressed. The thermal conductivity of this part is improved, and the cooling efficiency of the power feeding unit can be improved.

また、本発明では、給電部100の側壁100Aを遅波部材98の表面から直角に起立させるように形成しているので、側壁がテーパ面となっている従来の給電部26(図7及び図8参照)と比較して特性インピーダンスの変化が急激過ぎて、マイクロ波の反射率が大きくなる恐れが生ずるが、給電部100の高さH1を最適化することにより、マイクロ波の反射率も小さくすることができる。   Further, in the present invention, since the side wall 100A of the power feeding unit 100 is formed so as to stand upright from the surface of the slow wave member 98, the conventional power feeding unit 26 having a tapered side wall (see FIGS. 7 and 7). 8), the change in characteristic impedance is too rapid, which may increase the reflectance of the microwave. However, by optimizing the height H1 of the power supply unit 100, the reflectance of the microwave is also reduced. can do.

この最適化された高さH1は、遅波部材98及び給電部100の材料が比誘電率9.8程度のアルミナの場合には、6.5〜8.5mm程度の範囲内であり、比誘電率が3.8程度の石英の場合には11.0〜13.0mm程度の範囲内である。このように給電部100の高さH1を最適化することによりマイクロ波の反射率を抑制して、これを5%以下にすることができる。   This optimized height H1 is in the range of about 6.5 to 8.5 mm when the material of the slow wave member 98 and the power feeding unit 100 is alumina having a relative dielectric constant of about 9.8. In the case of quartz having a dielectric constant of about 3.8, it is in the range of about 11.0 to 13.0 mm. Thus, by optimizing the height H1 of the power feeding unit 100, the reflectance of the microwave can be suppressed, and this can be reduced to 5% or less.

<特性インピーダンスの変化と反射率>
ここで本発明に係るマイクロ波導入装置の遅波部材98における特性インピーダンスの変化を求め、反射率に対する給電部の高さの最適化を行ったので、その検討結果について説明する。図4は特性インピーダンスを求める時の遅波部材の中心部における各部の寸法を模式的に示す図、図5は遅波部材の給電部の高さとマイクロ波の反射率との関係を示すグラフである。ここではマイクロ波の周波数は2.45GHzに設定しているが、この周波数は特には限定されない。
<Change in characteristic impedance and reflectivity>
Here, a change in characteristic impedance in the slow wave member 98 of the microwave introducing device according to the present invention was obtained, and the height of the power feeding unit with respect to the reflectivity was optimized. FIG. 4 is a diagram schematically showing the dimensions of the respective portions in the central portion of the slow wave member when obtaining the characteristic impedance, and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the height of the feeding portion of the slow wave member and the reflectance of the microwave. is there. Here, the frequency of the microwave is set to 2.45 GHz, but this frequency is not particularly limited.

図4(A)は従来の遅波部材の給電部を示し、図4(B)は本発明の遅波部材の給電部を示している。ここでは遅波部材の材料は、共に比誘電率が9.8のアルミナを用い、その厚さdをそれぞれ4mmに設定している。各給電部の貫通孔の半径d1は8.45mm、給電部の半径d2は19.4mmにそれぞれ設定されている。また、図4(A)に示す給電部の高さH0は6mmに設定し、図4(B)に示す給電部の高さH1は8mmに設定している。そして、同軸導波管の特性インピーダンスは50Ωに設定されている。   FIG. 4A shows a conventional power feeding portion of the slow wave member, and FIG. 4B shows a power feeding portion of the slow wave member of the present invention. Here, the slow wave member is made of alumina having a relative dielectric constant of 9.8, and the thickness d is set to 4 mm. The radius d1 of the through hole of each power feeding portion is set to 8.45 mm, and the radius d2 of the power feeding portion is set to 19.4 mm. 4A is set to 6 mm, and the power supply height H1 shown in FIG. 4B is set to 8 mm. The characteristic impedance of the coaxial waveguide is set to 50Ω.

ここで特性インピーダンスZは次の式で与えられる。
Z=V/I=60d/(r√ε)
r:遅波部材の中心からの距離
ε:比誘電率
この結果、特性インピーダンスは、図4(A)に示す従来の遅波部材の場合には、同軸導波管と給電部との境界で15.9Ω、給電部の途中のテーパ部分で7.4Ω、給電部の終端の上下方向の部分で1.5Ωであった。また、この時のマイクロ波の反射率は4.5%程度であった。
Here, the characteristic impedance Z is given by the following equation.
Z = V / I = 60d / (r√ε)
r: Distance from the center of the slow wave member ε: Dielectric constant As a result, in the case of the conventional slow wave member shown in FIG. 4A, the characteristic impedance is at the boundary between the coaxial waveguide and the feeding portion. It was 15.9Ω, 7.4Ω at the taper portion in the middle of the power feeding portion, and 1.5Ω at the vertical portion at the end of the power feeding portion. At this time, the reflectance of the microwave was about 4.5%.

これに対して、図4(B)に示す本発明の場合には、特性インピーダンスは、同軸導波管と給電部との境界で15.9Ω、給電部の終端と斜め方向の部分で10Ω、給電部の終端と上下方向の部分で3.95Ωであった。この時のマイクロ波の反射率は3.6%程度であり、従来装置の4.5%よりも大幅に抑制できることを確認することができた。   On the other hand, in the case of the present invention shown in FIG. 4B, the characteristic impedance is 15.9Ω at the boundary between the coaxial waveguide and the feeding portion, 10Ω at the end of the feeding portion and the diagonal portion, It was 3.95Ω at the end of the power feeding part and the vertical part. At this time, the reflectance of the microwave was about 3.6%, and it was confirmed that it was able to be significantly suppressed from 4.5% of the conventional device.

ここで、図4(B)に示す本発明に係る遅波部材98において、給電部100の高さH1に対するマイクロ波の反射率の依存性について検討した。その結果を、図5(A)に示す。図5(A)に示すように、ここでは高さH1を6〜9mmまで変化させており、反射率は下に凸状の特性曲線を描いている。そして、高さH1が8mmの時に反射率が3.5程度となって最低値を示している。そして、反射率の上限値を5%とすると、高さH1が6.5〜8.5mmの範囲が最適な範囲であることを確認することができた。より好ましくは、反射率を4%以下にするには、高さH1を7.0〜8.1mmの範囲内に設定するのが好ましいことを確認することができた。   Here, in the slow wave member 98 according to the present invention illustrated in FIG. 4B, the dependence of the microwave reflectance on the height H <b> 1 of the power feeding unit 100 was examined. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 5A, here, the height H1 is changed from 6 to 9 mm, and the reflectance has a convex characteristic curve. When the height H1 is 8 mm, the reflectivity is about 3.5, indicating the minimum value. And when the upper limit of the reflectance was 5%, it was confirmed that the range with the height H1 of 6.5 to 8.5 mm was the optimum range. More preferably, in order to make the reflectance 4% or less, it was confirmed that it is preferable to set the height H1 within the range of 7.0 to 8.1 mm.

上述のように、給電部100の高さH1を8mmに設定した遅波部材を用いてプラズマ処理装置について実際に発生したプラズマの状態を検証したところ、マイクロ波のパワーを1000〜3500ワットに変化させ、また容器内圧力を50〜200mTorrの範囲内で変化させても、プラズマを安定的に形成できることを目視により確認することができた。   As described above, when the plasma state actually generated for the plasma processing apparatus is verified using the slow wave member in which the height H1 of the power supply unit 100 is set to 8 mm, the microwave power is changed to 1000 to 3500 watts. In addition, it was confirmed by visual observation that plasma can be stably formed even when the pressure in the container is changed within the range of 50 to 200 mTorr.

また上記したと同様な検討について、材料をアルミナから石英に代えて行った。この時の給電部の高さH1と反射率との関係を図5(B)に示す。尚、石英よりなる遅波部材の厚さdは7mm、この石英の比誘電率εは3.8である。
図5(B)から明らかなように、マイクロ波の反射率5%以下を維持するには、高さH1を11.0〜13.0mmの範囲内に設定するのが好ましいことを確認することができた。尚、窒化アルミ(AlN)の比誘電率は8.0程度なので、上記アルミナと略同じであり、窒化アルミに対してもアルミナで求めた上記寸法を適用することができる。
In addition, the same examination as described above was performed by changing the material from alumina to quartz. FIG. 5B shows the relationship between the height H1 of the power feeding unit and the reflectance at this time. Incidentally, the thickness d of the slow wave member made of quartz is 7 mm, and the relative dielectric constant ε of this quartz is 3.8.
As is clear from FIG. 5 (B), to maintain a microwave reflectance of 5% or less, confirm that it is preferable to set the height H1 within the range of 11.0 to 13.0 mm. I was able to. Since the relative dielectric constant of aluminum nitride (AlN) is about 8.0, it is substantially the same as the above alumina, and the above dimensions obtained with alumina can be applied to aluminum nitride.

尚、上記プラズマ処理装置の構成は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されない。また、遅波部材98の材質や比誘電率は、単に一例を示したに過ぎず、これらに限定されない。特に、給電部100の高さH1は使用する材料の比誘電率に対応させて最適化するのは勿論である。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、LCD基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
The configuration of the plasma processing apparatus is merely an example, and is not limited to this. The material and relative dielectric constant of the slow wave member 98 are merely examples, and are not limited thereto. In particular, the height H1 of the power supply unit 100 is naturally optimized in accordance with the relative dielectric constant of the material used.
Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to a glass substrate, an LCD substrate, a ceramic substrate, and the like.

本発明に係るマイクロ波導入装置を用いたプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the plasma processing apparatus using the microwave introduction apparatus which concerns on this invention. 本発明のマイクロ波導入装置における平面アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the center part of the planar antenna member and slow wave member in the microwave introduction apparatus of this invention. 遅波部材の中心部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the center part of a slow wave member. 特性インピーダンスを求める時の遅波部材の中心部における各部の寸法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the dimension of each part in the center part of the slow wave member at the time of calculating | requiring characteristic impedance. 遅波部材の給電部の高さとマイクロ波の反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the height of the electric power feeding part of a slow wave member, and the reflectance of a microwave. 従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional general plasma processing apparatus. 平面アンテナ部材と遅波部材の中心部を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the center part of a planar antenna member and a slow wave member. 遅波部材の中心部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the center part of a slow wave member.

符号の説明Explanation of symbols

42 プラズマ処理装置
44 処理容器
46 載置台
54 バス導入手段
88 天板
92 マイクロ波導入手段
94 平面アンテナ部材
96 スロット
98 遅波部材
100 給電部
100A 側面
102 貫通孔
104 導波箱
106 冷却ジャケット(冷却手段)
108 同軸導波管
108A 中心導体
108B 外側導体
112 矩形導波管
114 マイクロ波発生器
W 半導体ウエハ(被処理体)

DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 Plasma processing apparatus 44 Processing container 46 Mounting stand 54 Bus introduction means 88 Top plate 92 Microwave introduction means 94 Planar antenna member 96 Slot 98 Slow wave member 100 Feed part 100A Side surface 102 Through-hole 104 Waveguide box 106 Cooling jacket (cooling means) )
108 Coaxial waveguide 108A Center conductor 108B Outer conductor 112 Rectangular waveguide 114 Microwave generator W Semiconductor wafer (object to be processed)

Claims (10)

マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
マイクロ波放射用のスロットが形成された平面アンテナ部材と、
前記マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬させる導波管と、
前記平面アンテナ部材に重ねて設けられると共に中心部に前記導波管からの給電を行う凸状の給電部が形成されて、伝搬してくる前記マイクロ波の波長を短縮させる平板状の遅波部材と、
を有するマイクロ波導入装置において、
前記導波管は、中心導体と外側導体とよりなる同軸導波管を有し、前記中心導体は前記給電部に形成された貫通孔を通って前記平面アンテナ部材の中心部に接続されると共に、前記凸状の給電部の側壁は前記遅波部材の平面方向に対して実質的に垂直方向へ起立させて形成されていることを特徴とするマイクロ波導入装置。
A microwave generator for generating microwaves;
A planar antenna member formed with slots for microwave radiation;
A waveguide for propagating the microwave generated by the microwave generator to the planar antenna member;
A flat plate-like slow wave member that is provided so as to overlap with the planar antenna member and has a convex feeding portion that feeds power from the waveguide at the center, thereby shortening the wavelength of the propagating microwave. When,
In a microwave introduction device having
The waveguide has a coaxial waveguide composed of a central conductor and an outer conductor, and the central conductor is connected to the central portion of the planar antenna member through a through hole formed in the feeding portion. The microwave introduction device is characterized in that a side wall of the convex feeding portion is formed to stand substantially perpendicular to a plane direction of the slow wave member.
前記遅波部材は、誘電体よりなることを特徴とする請求項1記載のマイクロ波導入装置。 The microwave introduction device according to claim 1, wherein the slow wave member is made of a dielectric. 前記凸状の給電部の前記遅波部材の上面からの高さは6.5〜13.0mmの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ波導入装置。 3. The microwave introduction device according to claim 1, wherein a height of the convex feeding portion from an upper surface of the slow wave member is set in a range of 6.5 to 13.0 mm. 前記遅波材はアルミナよりなり、前記凸状の給電部の高さは6.5〜8.5mmの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項3記載のマイクロ波導入装置。 4. The microwave introducing device according to claim 3, wherein the slow wave material is made of alumina, and a height of the convex feeding portion is set in a range of 6.5 to 8.5 mm. 前記遅波材は石英よりなり、前記凸状の給電部の高さは11〜13mmの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項3記載のマイクロ波導入装置。 4. The microwave introducing device according to claim 3, wherein the slow wave material is made of quartz, and the height of the convex feeding portion is set in a range of 11 to 13 mm. 前記遅波部材は導電性材料よりなる導波箱で覆われていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のマイクロ波導入装置。 6. The microwave introduction device according to claim 1, wherein the slow wave member is covered with a waveguide box made of a conductive material. 前記導波箱には、前記遅波部材を冷却するための冷却手段が設けられることを特徴とする請求項6記載のマイクロ波導入装置。 The microwave introducing device according to claim 6, wherein the wave guide box is provided with a cooling means for cooling the slow wave member. 前記マイクロ波は、2.45GHz又は8.35GHzであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のマイクロ波導入装置。 The microwave introducing device according to any one of claims 1 to 7, wherein the microwave is 2.45 GHz or 8.35 GHz. 天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されてマイクロ波を透過する誘電体よりなる天板と、
前記処理容器内へ必要な処理ガスを導入するガス導入手段と、
前記処理容器内へマイクロ波を導入するために前記天板側に設けられた請求項1乃至8のいずれかに記載のマイクロ波導入装置と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing vessel in which the ceiling is opened and the inside can be evacuated;
A mounting table provided in the processing container for mounting the object to be processed;
A top plate made of a dielectric material that is airtightly attached to the opening of the ceiling portion and transmits microwaves;
Gas introducing means for introducing a necessary processing gas into the processing container;
The microwave introduction device according to any one of claims 1 to 8, provided on the top plate side for introducing microwaves into the processing container;
A plasma processing apparatus comprising:
前記天板と前記遅波部材とは同一材料よりなることを特徴とする請求項9記載のプラズマ処理装置。

The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the top plate and the slow wave member are made of the same material.

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