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JP2003168681A - Microwave plasma treatment device and treatment method - Google Patents

Microwave plasma treatment device and treatment method

Info

Publication number
JP2003168681A
JP2003168681A JP2001369158A JP2001369158A JP2003168681A JP 2003168681 A JP2003168681 A JP 2003168681A JP 2001369158 A JP2001369158 A JP 2001369158A JP 2001369158 A JP2001369158 A JP 2001369158A JP 2003168681 A JP2003168681 A JP 2003168681A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microwave
plasma processing
dielectric window
thickness
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001369158A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatsugu Nakagawa
雅嗣 中川
Michio Ishikawa
道夫 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP2001369158A priority Critical patent/JP2003168681A/en
Publication of JP2003168681A publication Critical patent/JP2003168681A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave plasma treatment device and treatment method in which plasma treatment can be carried out with high reliability and stability using an antenna means which is strong mechanically or against thermal deformation even when high power microwave is radiated. <P>SOLUTION: The microwave plasma treatment device comprises an antenna means having slots provided on the microwave introduction face side of a dielectric window for transmitting a microwave. The antenna means is not inserted with a dielectric plate for shortening the wavelength in the tube and an atmospheric condition is present internally. A plurality of pairs of slots having different directions are arranged circularly only one round on a microwave radiation plate having a thickness of 0.5 mm-3.0 mm. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波励起プ
ラズマ処理装置(以下、マイクロ波プラズマ処理装置と
称す。)およびこの装置を用いるプラズマ処理方法に係
わり、特に0.5W/cmから20W/cmの大電
力密度に至るまでのマイクロ波を導入するためのマイク
ロ波放射アンテナを有するプラズマ装置であって、半導
体LSI作製における被処理物である基板に成膜、エッ
チング、膜組成の改善・改質、アッシングを行うことの
できるプラズマプロセス用装置、およびこの装置を用い
るプラズマ処理方法に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave-excited plasma processing apparatus (hereinafter referred to as a microwave plasma processing apparatus) and a plasma processing method using this apparatus, and particularly 0.5 W / cm 2 to 20 W / A plasma device having a microwave radiating antenna for introducing microwaves up to a high power density of cm 2 , wherein film formation, etching, and film composition improvement on a substrate that is an object to be processed in semiconductor LSI fabrication. The present invention relates to a plasma processing apparatus capable of performing reforming and ashing, and a plasma processing method using this apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体LSIにおけるデバイスの
微細化、ウェーハの大口径化に伴い、ウェーハの微細加
工は枚葉処理が主流になっている。その中のCVDやエ
ッチングのプラズマプロセスではDCや高周波励起のプ
ラズマ源が用いられている。また、マイクロ波を用いた
プラズマ源ではECR(電子サイクロトロン共鳴)が用
いられている。上記のように高周波やECRで励起され
たプラズマの場合、高密度のプラズマを生成するために
は磁場の印加が必要である上、大口径で均一なプラズマ
を生成することが困難であった。また、プラズマ電位が
約20eVと高いためにチャンバ壁をスパッタリングし
て金属汚染が発生するという問題や、さらに、フローテ
ィング基板に対するイオン照射エネルギーも10eV以
上と高いために基板にダメージを与えるといった問題も
あった。
2. Description of the Related Art In recent years, single-wafer processing has become the mainstream for fine processing of wafers due to miniaturization of devices in semiconductor LSIs and increase in diameter of wafers. In the plasma process of CVD or etching among them, a plasma source of DC or high frequency excitation is used. Further, ECR (electron cyclotron resonance) is used in a plasma source using microwaves. As described above, in the case of plasma excited by high frequency or ECR, it is difficult to generate a uniform plasma with a large diameter, in addition to applying a magnetic field in order to generate high density plasma. Further, there is a problem that the plasma potential is as high as about 20 eV and the chamber wall is sputtered to cause metal contamination, and further the ion irradiation energy for the floating substrate is as high as 10 eV or more, which causes damage to the substrate. It was

【0003】そこで、ラジアルラインスロットアンテナ
(以下:RLSAと称す。)などのアンテナ手段を用
い、スロットから誘電体を介してマイクロ波を真空雰囲
気中に導入し、強いマイクロ波電界を作り出すことによ
って、電子温度が低くプラズマポテンシャルも低い高密
度の表面波プラズマを生成する方式が開発されている。
例えば、特許第3136054号に記載の装置では、ア
ンテナの内部に誘電体が挿入されており、スロットをあ
る規則で同心円または渦巻状に多数配置したパターンか
ら円偏波マイクロ波を放射することで、効率的に磁場を
用いることなくプラズマが生成できるとされている。
Therefore, by using an antenna means such as a radial line slot antenna (hereinafter referred to as "RLSA"), microwaves are introduced into the vacuum atmosphere from the slots through the dielectric material to create a strong microwave electric field. A method of generating high-density surface wave plasma with low electron temperature and low plasma potential has been developed.
For example, in the device described in Japanese Patent No. 3136054, a dielectric is inserted inside the antenna, and a circularly polarized microwave is radiated from a pattern in which a number of slots are concentrically or spirally arranged according to a certain rule. It is said that plasma can be efficiently generated without using a magnetic field.

【0004】一方、特許第2928577号には、マイ
クロ波透過性の誘電体窓がチャンバ壁に設置されておら
ず、アンテナ内部の誘電体とアンテナの導波管とで真空
シールを行う装置が記載されている。スロットは、「複
数の互いに向きの異なる細線状のスリットが同心円又は
渦巻状に多数配列」されており、アンテナ内部の誘電体
によってアンテナ内部の管内波長λgを短くしている。
また、磁場を用いることで、マイクロ波と磁場との相乗
効果でプラズマを生成するとし、動作圧力を10−3
orr台(〜10−1Pa台)と非常に低圧にしてい
る。
On the other hand, Japanese Patent No. 2928577 describes an apparatus in which a microwave transparent dielectric window is not installed on the chamber wall, and vacuum sealing is performed between the dielectric inside the antenna and the waveguide of the antenna. Has been done. The slot has "a plurality of thin wire-shaped slits which are oriented in different directions and are arranged concentrically or spirally", and the dielectric wavelength inside the antenna shortens the guide wavelength λg inside the antenna.
Further, by using a magnetic field, it is assumed that plasma is generated by the synergistic effect of the microwave and the magnetic field, and the operating pressure is 10 −3 T.
It is set to a very low pressure of orr level (~ 10 -1 Pa level).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アンテ
ナ内部に誘電体を挿入して管内波長λgを短くし、かつ
マイクロ波放射板に出来るだけ多くのスロットを形成し
て面内で均一かつ効率的なマイクロ波放射を行うことを
目的とした上記従来技術のアンテナを用いると、マイク
ロ波放射板が発熱および基板側からの熱により経時的に
変形し、プラズマが不安定になるといった問題がある。
また、マイクロ波放射板が変形して、マイクロ波放射板
とアンテナ内部の誘電体との間に隙間が出来ると、電界
集中などによって異常放電がおこり、時には誘電体を破
損してしまうといった問題もあった。
However, by inserting a dielectric into the antenna to shorten the guide wavelength λg and forming as many slots as possible in the microwave radiation plate, a uniform and efficient in-plane is achieved. When the above-mentioned conventional antenna for the purpose of radiating microwave is used, there is a problem that the microwave radiating plate is deformed with time due to heat generation and heat from the substrate side, and the plasma becomes unstable.
Also, if the microwave radiation plate is deformed and a gap is created between the microwave radiation plate and the dielectric inside the antenna, abnormal discharge may occur due to electric field concentration, and sometimes the dielectric may be damaged. there were.

【0006】これは、アンテナ内部に誘電体を入れるこ
とで管内波長λgを短くしたため、放射特性を悪くしな
いようにするには、マイクロ波放射板の厚さを0.3m
m程度と非常に薄くしなければならず、その分、機械的
強度や径方向の熱伝導が非常に悪くなったからである。
これらの問題に対しては、セラミックなどの誘電体を用
いて、アンテナとして機能するためのスロットの開いた
金属導体に蒸着やメッキなどの手法によって直接薄膜を
形成したアンテナなども提案されているが、熱による材
料間の膨張係数の差によって膜が剥れるといった問題が
あり、密着性に課題があった。さらに、製造コストや納
期の面でも汎用的に使い難いものであった。
This is because the guide wavelength λg is shortened by inserting a dielectric inside the antenna. Therefore, in order to prevent the radiation characteristic from being deteriorated, the thickness of the microwave radiation plate is 0.3 m.
This is because the thickness must be extremely thin, such as about m, and the mechanical strength and the heat conduction in the radial direction are extremely deteriorated by that amount.
To solve these problems, an antenna in which a thin film is directly formed on a metal conductor having a slot for functioning as an antenna by a method such as vapor deposition or plating using a dielectric such as ceramics has been proposed. However, there is a problem that the film peels off due to the difference in expansion coefficient between the materials due to heat, and there is a problem in adhesion. Furthermore, it was difficult to use for general purposes in terms of manufacturing cost and delivery time.

【0007】また、マイクロ波放射板をアンテナ内部の
誘電体と真空容器側のマイクロ波透過窓とに接着もしく
は圧接して変形を抑える工夫も考えられるが、熱除去等
の問題によって装置が複雑化してしまうという問題があ
る。上記したように管内波長λgが短いときになぜ薄い
マイクロ波放射板(すなわち、薄い厚さのスロット)を
用いなければならないかという問題に対しては、マイク
ロ波のスロットに対する侵入長と透過電力を計算するこ
とで理解できる。この点について、以下説明する。
It is also conceivable to bond or press the microwave radiating plate to the dielectric inside the antenna and the microwave transmitting window on the vacuum container side to suppress the deformation, but the problem of heat removal complicates the device. There is a problem that it will end up. As described above, the problem of why a thin microwave radiation plate (that is, a slot having a small thickness) must be used when the guide wavelength λg is short is determined by the penetration length and the transmission power of the microwave slot. It can be understood by calculating. This point will be described below.

【0008】まず、スロットを透過する電力Pは次式
(1)であらわすことができる。 (式1) P = Pexp (−t/δ) ・・・・(1) ここで、P:投入電力、t:スロットの厚さ、δ:侵
入長である。式(1)から明らかなように、スロットを
透過できる電力Pはスロット厚さの自乗に比例して指数
関数的に減少する。また、侵入長δは次式(2)で与え
られる。 (式2) ここで、a:スロットの長辺の長さ、λg:マイクロ波
の管内波長である。
First, the electric power P passing through the slot can be expressed by the following equation (1). (Equation 1) P = P 0 exp (−t 2 / δ) (1) where P 0 is the input power, t is the thickness of the slot, and δ is the penetration length. As is clear from the equation (1), the power P that can be transmitted through the slot exponentially decreases in proportion to the square of the slot thickness. The penetration length δ is given by the following equation (2). (Formula 2) Here, a is the length of the long side of the slot, and λg is the guide wavelength of the microwave.

【0009】また、この式(2)においてスロットの長
辺の長さaがλg/2以上の時、ルート内の符号はゼロ
又はマイナスになる。このことは、スロット長辺の長さ
が管内波長の半分よりも長い時には、マイクロ波の進行
方向に対するそのスロットの厚さがいくら厚くても、マ
イクロ波は導波管のようにパワーを伝達することが出来
るということを意味している。しかし、今回のような平
面でマイクロ波を放射するアンテナでは、通常パワーを
平面で出すように制御するため、管内波長の1/2未満
のスロットがマイクロ波の伝播方向の上流側に多数切ら
れている。なお、同心円に切られた最下流側のスロット
は全てのパワーを放射するようにされることがあるの
で、この限りではない。
Further, in the equation (2), when the length a of the long side of the slot is λg / 2 or more, the sign in the route becomes zero or minus. This means that when the length of the long side of the slot is longer than half the guide wavelength, the microwave transmits power like a waveguide no matter how thick the slot is in the traveling direction of the microwave. It means that you can do it. However, in an antenna that radiates microwaves on a plane like this time, in order to control the normal power to be emitted on a plane, many slots less than 1/2 of the guide wavelength are cut upstream in the microwave propagation direction. ing. It should be noted that the slot on the most downstream side, which is cut into concentric circles, may be made to radiate all the power, so this is not a limitation.

【0010】以上の式(1)、(2)から、例えば、管
内波長λgが100mmの時と40mmの時に、スロッ
トの長辺の長さaをそれぞれ、a=(λg/2−0.
5)mmとしたときの侵入長を実際に求めてみる。な
お、誘電体としてアルミナを用いた場合、λgは自由空
間の波長(122mm@2.45GHz)に対して約1
/√εとなるため、実際にはλg=40mm程度になる
ことから、以下のようにλg=40mmとして計算を行
った。・λg=100mmのとき、a=49.5であ
り、δ=111.8mmとなる。・λg=40mmのと
き、a=19.5であり、δ=27.9mmとなる。
From the above equations (1) and (2), for example, when the guide wavelength λg is 100 mm and 40 mm, the length a of the long side of the slot is a = (λg / 2-0.
5) Actually find the penetration length when it is set to mm. When alumina is used as the dielectric, λg is about 1 with respect to the free space wavelength (122 mm@2.45 GHz).
Since / √ε, the actual value is about λg = 40 mm. Therefore, the following calculation was performed with λg = 40 mm. When λg = 100 mm, a = 49.5 and δ = 111.8 mm. When λg = 40 mm, a = 19.5 and δ = 27.9 mm.

【0011】これらの値を式(1)に代入して、それぞ
れスロット厚さtを変えた時の電力透過率の違いを表1
にまとめる。(表1)
By substituting these values into the equation (1), the difference in the power transmission rate when the slot thickness t is changed is shown in Table 1.
Put together. (Table 1)

【0012】表1の結果からもわかるように、スロット
の長辺の長さをλg/2に近くしているにもかかわら
ず、管内波長λgが短いほど(誘電体を用いた場合)、
マイクロ波がスロットを透過する際、その厚さの影響を
大きく受け、スロット厚さが厚いほど透過電力が極端に
減少してしまう。また、このスロット長辺の長さaの値
がさらに短くなり侵入長も短くなると、さらに厚さの影
響を受けるようになる。この他、アンテナ内部に誘電体
がある場合、誘電体は厳密にはスロットの厚さ方向に充
填されていないので、マイクロ波はスロットから放射さ
れた直後に極端に波長が長くなることになり、実際には
厚さの影響がさらに出てくると予測される。
As can be seen from the results in Table 1, the shorter the guide wavelength λg (when a dielectric is used), the closer the long side of the slot is to λg / 2.
When microwaves pass through the slot, they are greatly affected by the thickness thereof, and the thicker the slot is, the more the transmitted power is extremely reduced. Further, when the value of the length a of the long side of the slot is further shortened and the penetration length is also shortened, the influence of the thickness is further exerted. In addition, if there is a dielectric inside the antenna, the dielectric is not strictly filled in the thickness direction of the slot, so the microwave has an extremely long wavelength immediately after being radiated from the slot. In reality, it is predicted that the effect of thickness will be more significant.

【0013】以上が、従来技術において、管内波長λg
が短いときに、薄いスロット板を用いなければならない
理由である。本発明の課題は、上記従来技術の問題を解
決することにあり、アンテナ手段から大電力のマイクロ
波放射を行っても、熱的な変形や機械的強度にも強いア
ンテナ手段を用いることにより、信頼性、安定性の高い
プラズマ処理を行うことができるマイクロ波プラズマ処
理装置およびこの装置を用いる処理方法を提供すること
にある。
The above is the guide wavelength λg in the prior art.
That is the reason why a thin slot plate must be used when is short. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. Even when performing high-power microwave radiation from the antenna means, by using the antenna means that is also strong in thermal deformation and mechanical strength, It is an object of the present invention to provide a microwave plasma processing apparatus capable of performing highly reliable and stable plasma processing and a processing method using this apparatus.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波励起
プラズマ処理装置は、マイクロ波プラズマ処理容器内を
減圧するための排気手段と、該処理容器内にプラズマを
励起するためのガスを供給するためのガス供給手段と、
該処理容器の壁面に設けられたマイクロ波透過用誘電体
窓と、該誘電体窓のマイクロ波導入面側に設けられたア
ンテナ手段であって、スロットが形成されたマイクロ波
放射板を有するアンテナ手段と、該アンテナ手段の上流
側に設けられたマイクロ波発生手段とを備え、該誘電体
窓に対向して該処理容器内に基板が設置されるように構
成されているマイクロ波プラズマ処理装置において、該
アンテナ手段の内部は管内の波長を短くするために挿入
される誘電体板が無く、かつ大気の状態であり、該アン
テナ手段のマイクロ波放射板には、互いに向きの異なる
スロットのペアが複数組円形に一周のみ配置されている
ことからなる。このようなスロットのペアが互いに隣接
しつつ複数個円形に配置されている。
A microwave-excited plasma processing apparatus of the present invention supplies an exhaust means for depressurizing the inside of a microwave plasma processing container and a gas for exciting plasma in the processing container. Gas supply means for
An antenna having a microwave window for transmitting microwaves provided on the wall surface of the processing container and an antenna means provided on the microwave introducing surface side of the dielectric window, the antenna having a microwave radiation plate with slots formed therein. Means and a microwave generation means provided on the upstream side of the antenna means, and a microwave plasma processing apparatus is configured so that a substrate is installed in the processing container so as to face the dielectric window. In the inside of the antenna means, there is no dielectric plate inserted for shortening the wavelength in the tube and it is in an atmospheric state, and the microwave radiating plate of the antenna means has a pair of slots with different directions. Consists of a plurality of sets arranged in a circle only once. A plurality of such slot pairs are arranged adjacent to each other in a circular shape.

【0015】該アンテナ手段のマイクロ波放射板は、
0.5mm以上、3.0mm以下の厚さを有するもので
ある。0.5mm未満であると熱的に変形しやすく、機
械的強度も低い。また、3.0mmを超えるとマイクロ
波の放射特性が悪くなる。本発明のマイクロ波プラズマ
処理装置において、マイクロ波放射板から熱を効率よく
取り除くために、同軸管の内軸やアンテナ本体に水路を
切って、水冷できるようにすること、さらにそのマイク
ロ波放射板の板厚を1.0mm程度にすることが好まし
い。マイクロ波放射板は、厚さが厚くなるほど熱の除去
が促進されるほか、強度も増すため、熱による歪みは起
こりにくくなるが、マイクロ波の放射特性が悪くなって
しまう。これら両者の問題に対して最適な厚さが1.0
mm程度となる。もちろんこの最適な厚さは、マイクロ
波の投入電力(電力密度)やアンテナ内の管内波長によ
って異なってくる。
The microwave radiation plate of the antenna means is
It has a thickness of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less. If it is less than 0.5 mm, it is likely to be thermally deformed and the mechanical strength is low. Further, if it exceeds 3.0 mm, the microwave radiation characteristics deteriorate. In the microwave plasma processing apparatus of the present invention, in order to efficiently remove heat from the microwave radiating plate, a water channel is cut in the inner shaft of the coaxial tube or the antenna body to enable water cooling. It is preferable that the plate thickness is about 1.0 mm. As the thickness of the microwave radiation plate increases, the removal of heat is promoted and the strength also increases, so that distortion due to heat is less likely to occur, but the microwave radiation characteristics deteriorate. The optimum thickness for both of these problems is 1.0
It will be about mm. Of course, this optimum thickness varies depending on the microwave input power (power density) and the wavelength inside the antenna.

【0016】また、マイクロ波放射板に開けられたスロ
ットの長さは、アンテナ内の管内波長の1/2程度、そ
の幅は、一般的に2mmから8mm程度まで、好ましく
は4mmから8mm程度までである。2mm未満である
と開口が小さいため放射強度が低下するという問題があ
り、8mmを超えると幅方向の電界の影響が放射するマ
イクロ波の電磁界を乱してしまう恐れがあるからであ
る。2mm、4mm、6mm幅のスロットを有するマイ
クロ波放射板を用いてテストを行ったところ、そのうち
6mm幅のものが最も安定する結果となった。
The length of the slot formed in the microwave radiation plate is about 1/2 of the guide wavelength in the antenna, and its width is generally about 2 mm to 8 mm, preferably about 4 mm to 8 mm. Is. If it is less than 2 mm, there is a problem that the radiation intensity decreases due to the small opening, and if it exceeds 8 mm, the influence of the electric field in the width direction may disturb the electromagnetic field of the radiated microwave. A test was conducted using a microwave radiation plate having slots of 2 mm, 4 mm, and 6 mm width, and the result was that the one having a width of 6 mm was most stable.

【0017】本発明によれば、マイクロ波透過用誘電体
窓は、処理容器側の面の外周部に、プラズマ励起領域が
直接処理容器壁の金属表面と接触しないように、リング
状のスリーブを有していることが好ましい。また、マイ
クロ波透過用誘電体窓は、その中央部の表面形状や厚さ
が面内調整されて、基板の所定領域に対応する誘電体窓
の領域がその他の領域と異なった厚さを有するように構
成されているものであっても良い。誘電体窓はまた、そ
の処理容器側の面およびマイクロ波導入側の面のうちの
一方の面において、基板の所定領域に対応する誘電体窓
の領域に凸部を設けて、基板の所定領域に対応する誘電
体窓の領域の厚さがその他の領域の厚さより厚くなるよ
うに構成されたものであるか、または、該凸部の設けら
れた面と反対側の面の凸部対応領域にも凹部を設けて、
該凸部と凹部との設けられた領域の厚さがその他の領域
の厚さと同じになるように構成されたものであっても良
い。
According to the present invention, the dielectric window for microwave transmission has a ring-shaped sleeve on the outer periphery of the surface on the processing container side so that the plasma excitation region does not directly contact the metal surface of the processing container wall. It is preferable to have. Further, the surface shape and thickness of the central portion of the microwave transparent dielectric window are adjusted in-plane so that the area of the dielectric window corresponding to a predetermined area of the substrate has a thickness different from other areas. It may be configured as follows. The dielectric window is also provided with a convex portion in a region of the dielectric window corresponding to a predetermined region of the substrate on one of the surface of the processing container side and the surface of the microwave introduction side, so that the predetermined region of the substrate is provided. Is configured such that the thickness of the area of the dielectric window corresponding to the above is thicker than the thickness of other areas, or the area corresponding to the convex portion on the surface opposite to the surface on which the convex portion is provided. I also have a recess
The thickness of the region where the convex portion and the concave portion are provided may be the same as the thickness of the other regions.

【0018】さらに、誘電体窓は、その処理容器側の面
に同心円状の段差を設けて、基板表面から誘電体窓の表
面までの距離が基板の領域によって異なるようにし、生
成するプラズマの密度が該基板上で均一になるように構
成されたものであっても良い。この同心円状の段差は、
誘電体窓の径方向に1/2波長の整数倍の直径で不連続
に設けられていても良い。また、誘電体窓は、他の領域
と異なった厚さを有する中央部領域や、凸部を有する領
域や、同心円状の段差を有する領域を有し、これらの領
域の厚さが誘電体内のマイクロ波の波長の1/4程度で
あっても良い。
Further, the dielectric window is provided with concentric steps on its processing container side surface so that the distance from the surface of the substrate to the surface of the dielectric window varies depending on the region of the substrate, and the density of plasma generated. May be configured to be uniform on the substrate. This concentric step is
The dielectric window may be discontinuously provided with a diameter that is an integral multiple of 1/2 wavelength in the radial direction. Further, the dielectric window has a central region having a different thickness from other regions, a region having a convex portion, and a region having concentric steps, and the thickness of these regions is It may be about 1/4 of the wavelength of the microwave.

【0019】本発明によれば、上記したようにマイクロ
波放射板の熱的強度と機械強度とを考慮した上で、マイ
クロ波放射板の厚さを従来の0.3mmに比べて、0.
5〜3.0mm、好ましくは1mmと厚いものを用いる
とともに、厚い放射板を用いてもマイクロ波が効率よく
放射できるように、マイクロ波発振器からマイクロ波透
過用誘電体窓までのマイクロ波の導波路には誘電体を挿
入せず、導波管内部が大気の状態になるようにし、アン
テナ内の管内波長を従来よりも長くするように工夫され
たアンテナ手段を用いている。このようなアンテナ手段
を用いてプラズマ処理を行うことにより、マイクロ波放
射板の歪によるプラズマの不安定性が解消され、安定性
の高いプロセスを行うことが出来る。また、構造が簡略
化され、破損が心配される高価なセラミック製の板およ
び同軸管の内軸を支持するためのテフロン(登録商標)
やセラミックスの碍子なども用いる必要がない。そのた
め、本発明のプラズマ処理装置は、単純な構造で短い期
間で作製することが出来る。
According to the present invention, considering the thermal strength and mechanical strength of the microwave radiation plate as described above, the microwave radiation plate has a thickness of 0.
A thick conductor having a thickness of 5 to 3.0 mm, preferably 1 mm is used, and the microwave is guided from the microwave oscillator to the microwave transparent dielectric window so that the microwave can be efficiently radiated even if a thick radiation plate is used. The dielectric means is not inserted in the waveguide, the inside of the waveguide is kept in the atmospheric state, and the antenna means devised so as to make the wavelength inside the antenna longer than before. By performing the plasma processing using such an antenna means, the instability of the plasma due to the distortion of the microwave radiation plate is eliminated, and a highly stable process can be performed. In addition, the structure is simplified and expensive Teflon (registered trademark) for supporting the inner shaft of the coaxial tube and expensive ceramic plate
It is not necessary to use a ceramic insulator or the like. Therefore, the plasma processing apparatus of the present invention can be manufactured in a short period with a simple structure.

【0020】本発明のマイクロ波プラズマ処理方法は、
上記した処理装置、すなわち、内部には誘電体板が無
く、かつ、大気の状態であるアンテナ手段であって、互
いに向きの異なるスロットのペアが複数組円形に一周の
み配置されているマイクロ波放射板を有するアンテナ手
段を備えたマイクロ波プラズマ処理装置を用いて行われ
る。この際の処理容器内のガス圧は0.1Pa〜100
0Paであり、電極に印加されるマイクロ波の周波数は
2GHz〜10GHzであることが好ましい。ガス圧が
0.1Pa未満であり、また、1000Paを超えると
放電開始及び維持が困難となる。また、周波数が2GH
z未満であると所望のプラズマ密度が得られず、10G
Hzを超えると電力増幅のための設備が大がかりになる
ほか、その取り扱いに難がある。
The microwave plasma processing method of the present invention comprises:
The above-described processing device, that is, microwave radiation in which there is no dielectric plate inside and the antenna means is in an atmospheric state, and a plurality of pairs of slots having different directions are arranged in a circle for only one round. It is performed using a microwave plasma processing apparatus equipped with an antenna means having a plate. At this time, the gas pressure in the processing container is 0.1 Pa to 100.
The frequency of the microwave applied to the electrode is preferably 2 GHz to 10 GHz. If the gas pressure is less than 0.1 Pa, and if it exceeds 1000 Pa, it becomes difficult to start and maintain the discharge. In addition, the frequency is 2GH
If it is less than z, the desired plasma density cannot be obtained, and 10G
If the frequency exceeds Hz, the equipment for power amplification becomes large and the handling thereof is difficult.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
マイクロ波プラズマ処理装置を、図1、2、4、5及び
6を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態の
一例として、マイクロ波を用いた半導体基板用プラズマ
処理装置において、マイクロ波を導入するアンテナ手段
として、アンテナ本体内部が空洞になっており、マイク
ロ波放射板には異なる向きの矩形スロットのぺアが複数
組円形(環状)に一周のみ配置されており、放射板の厚
さが所定の厚さ(例えば、1.0mm)のものを用いて
いる装置の構成を示す断面図である。図2は、マイクロ
波放射板に開けられたスロットパターンの一例を示す。
図4〜6は、本発明の別の実施の形態に係るマイクロ波
プラズマ処理装置を示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows, as an example of an embodiment of the present invention, in a plasma processing apparatus for a semiconductor substrate using microwaves, an antenna body has a hollow inside as an antenna means for introducing microwaves, and a microwave radiating plate is used. A plurality of pairs of rectangular slot pairs in different directions are arranged in a circle (annular shape) in only one round, and the radiation plate has a predetermined thickness (for example, 1.0 mm). It is sectional drawing which shows a structure. FIG. 2 shows an example of a slot pattern formed in the microwave radiation plate.
4 to 6 show a microwave plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【0022】図1において、101はプラズマ処理を行
うための処理容器、102は同軸導波変換器およびアン
テナ手段、103は異なる向きの矩形スロットのペア1
03a(b)(図2に示すスロットペア103a、103
b)が複数組環状に一周のみ配置されているマイクロ波
放射板、104はマイクロ波透過用誘電体窓、105は
エッチングや成膜を行うために基板上方にマイクロ波電
界により形成されたプラズマ、106はマイクロ波を発
振するマグネトロン、107はアイソレータ、108は
チューナー、109は導波管、110はプラズマ形成用
ガスの供給手段、111は排気ポンプ、112は容器1
01内の圧力を調整する圧力調整弁、113はプラズマ
処理をされる基板、114は基板を保持する電極、11
5は基板電極114および基板113に必要に応じて高
周波を印加するための高周波電源、116は高周波のイ
ンピーダンス調整をとるための整合器である。導波管1
09からマイクロ波放射板103に至るまでのマイクロ
波の導波路には誘電体などが挿入されておらず、また、
誘電体窓104に至るまでのマイクロ波の導波路はすべ
て大気状態となっている。また、マイクロ波放射板10
3は厚さが所定の厚さ(例えば、1mm)のものを使用
している。誘電体窓104の外周部、すなわち中央部か
ら離れた部分には、プラズマ励起領域が直接処理容器壁
の金属表面と接触しないようにリング状のスリーブ11
7が形成されている。
In FIG. 1, 101 is a processing container for performing plasma processing, 102 is a coaxial waveguide converter and antenna means, 103 is a pair of rectangular slots 1 in different directions.
03a (b) (slot pair 103a, 103 shown in FIG. 2)
b) a microwave radiating plate in which a plurality of sets are arranged in a ring only for one round, 104 is a microwave window for transmitting microwaves, 105 is plasma formed by a microwave electric field above the substrate for etching or film formation, Reference numeral 106 is a magnetron for oscillating microwaves, 107 is an isolator, 108 is a tuner, 109 is a waveguide, 110 is a plasma forming gas supply means, 111 is an exhaust pump, and 112 is the container 1.
A pressure adjusting valve for adjusting the pressure in 01, 113 a substrate to be plasma-processed, 114 an electrode for holding the substrate, 11
Reference numeral 5 is a high frequency power source for applying a high frequency to the substrate electrode 114 and the substrate 113 as necessary, and 116 is a matching device for adjusting the high frequency impedance. Waveguide 1
In the microwave waveguide from 09 to the microwave radiating plate 103, no dielectric is inserted, and
The microwave waveguides up to the dielectric window 104 are all in the atmospheric state. In addition, the microwave radiation plate 10
3 has a predetermined thickness (for example, 1 mm). At the outer peripheral portion of the dielectric window 104, that is, the portion away from the central portion, a ring-shaped sleeve 11 is formed so that the plasma excitation region does not directly contact the metal surface of the processing container wall.
7 are formed.

【0023】以下、図1および2に示す装置を用いて行
うプラズマ処理方法についての概要を説明する。本実施
の形態の装置においては、ガス供給手段110によって
プラズマ105を励起させるためのガスを処理容器10
1内に供給し、排気ポンプシステム111によって原料
および反応副生成ガスを排気し、容器101内を減圧に
し、容器101内のプロセス圧力を圧力調整弁112に
よって調整する。マイクロ波電源(マグネトロン)10
6で発振、増幅されたマイクロ波は、チューナー108
を通してアンテナ手段102に導入され、マイクロ波放
射板103に開けられた矩形スロット103a、103
bから放射される。このとき、反射波はチューナー10
8によって容器101側へと戻されるが、調整しきれな
い反射波についてはアイソレータ107で吸収し、マグ
ネトロン106へ戻ることを防いでいる。マイクロ波放
射板103からスロット103a、103bを通って放
射されたマイクロ波は、誘電体窓104を介して真空雰
囲気下の容器101の内部へ導入され、このマイクロ波
の作る電磁界によって容器101内にプラズマ105を
形成する。
The outline of the plasma processing method performed by using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described below. In the apparatus of this embodiment, the gas for exciting the plasma 105 by the gas supply means 110 is supplied to the processing container 10.
1, the raw material and the reaction by-product gas are exhausted by the exhaust pump system 111, the pressure inside the container 101 is reduced, and the process pressure inside the container 101 is adjusted by the pressure adjusting valve 112. Microwave power supply (magnetron) 10
The microwave oscillated and amplified in 6 is transmitted to the tuner 108.
The rectangular slots 103a, 103 introduced into the antenna means 102 through the microwave radiation plate 103
Radiated from b. At this time, the reflected wave is the tuner 10
The reflected wave, which is returned to the container 101 side by 8, is absorbed by the isolator 107 and is prevented from returning to the magnetron 106. Microwaves radiated from the microwave radiating plate 103 through the slots 103a and 103b are introduced into the container 101 in a vacuum atmosphere through the dielectric window 104, and the electromagnetic field generated by the microwaves causes the inside of the container 101 to be closed. A plasma 105 is formed on the surface.

【0024】形成されたプラズマ105の密度が誘電体
窓104の近傍でマイクロ波のカットオフ密度を越える
と、マイクロ波の侵入長は数ミリとなってプラズマ中の
数ミリの範囲において一部のエネルギーがプラズマ10
5に吸収され残りは反射される。生成されたプラズマ1
05の密度分布は、スロットパターンによっては平面で
均一に調整することができるが、その時の処理容器10
1内の圧力や誘電体窓104の形状にも大きく依存す
る。このようにして生成されたプラズマ105は拡散に
よって基板113へ到達し、基板113に対して所望の
プラズマ処理を施すことができる。
When the density of the formed plasma 105 exceeds the cutoff density of microwaves in the vicinity of the dielectric window 104, the penetration length of microwaves becomes several millimeters, and a part of the microwaves within a range of several millimeters in the plasma. Energy is plasma 10
5 is absorbed and the rest is reflected. Generated plasma 1
Depending on the slot pattern, the density distribution of No. 05 can be adjusted evenly on a flat surface.
It also largely depends on the pressure inside the chamber 1 and the shape of the dielectric window 104. The plasma 105 thus generated reaches the substrate 113 by diffusion, and the substrate 113 can be subjected to a desired plasma treatment.

【0025】次に、本発明の別の実施の形態であるプラ
ズマ処理装置について説明する。図4に示す本発明の実
施の形態の別の例であるプラズマ処理装置においては、
マイクロ波の導入窓を構成する誘電体窓404として、
同心円の領域、すなわち、円形の誘電体窓の中心から所
定の等距離までの領域において大気側(マイクロ波導入
側)の表面に凸部(直径:D4)を設けて、その部分の
厚さを変えた誘電体窓を用いている。スロットペアのパ
ターンは図2に示すものと同じ構成であり、また、その
他の構成は図1に示すものと同じ構成であり、図4中の
符号については、特に断らない限り、図1と同じ符号は
同じ構成を示す。
Next, a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention will be described. In the plasma processing apparatus which is another example of the embodiment of the present invention shown in FIG.
As a dielectric window 404 that constitutes a microwave introduction window,
A convex portion (diameter: D4) is provided on the surface of the atmosphere side (microwave introduction side) in a concentric region, that is, a region from the center of the circular dielectric window to a predetermined equal distance, and the thickness of the portion is set. It uses a different dielectric window. The pattern of the slot pair has the same configuration as that shown in FIG. 2, and the other configurations are the same as those shown in FIG. 1, and the reference numerals in FIG. 4 are the same as those in FIG. 1 unless otherwise specified. Reference numerals indicate the same configurations.

【0026】マイクロ波の導入窓である誘電体窓404
は、図1に示す誘電体窓104と同様に以下述べる材質
のものから作製され得る。厚さ50mmの石英板を用い
る場合、例えば、φ=95mmまでの範囲(D4)の領
域において誘電体窓404の大気側を凸型にし、その凸
型部分の厚さを60mmにしてある。例えば、直径(D
w)200mmのシリコン基板の直上にある誘電体窓の
厚さは、基板の半径が0mmから47.5mmまでの範
囲(D4x1/2)の領域においてその直上に位置する
領域の厚さが60mmになり、その他の領域における厚
さが50mmになる。
A dielectric window 404 which is a microwave introduction window
Can be made of the following materials similar to the dielectric window 104 shown in FIG. When a quartz plate having a thickness of 50 mm is used, for example, the atmosphere side of the dielectric window 404 has a convex shape in the region (D4) up to φ = 95 mm, and the thickness of the convex portion is 60 mm. For example, the diameter (D
w) The thickness of the dielectric window directly above the 200 mm silicon substrate is 60 mm in the region immediately above it in the region where the radius of the substrate is 0 mm to 47.5 mm (D4x1 / 2). In other areas, the thickness becomes 50 mm.

【0027】図5に示す本発明の実施の形態の別の例で
あるプラズマ処理装置においては、マイクロ波の導入窓
を構成する誘電体窓504として、同心円の領域、すな
わち誘電体窓の中心から所定の等距離までの領域におい
て図4の場合とは逆に真空側の表面に凸部(直径:D
5)を設けて、その部分の厚さを変えた誘電体窓を用い
ている。スロットペアのパターンは図2に示すものと同
じ構成であり、また、その他の構成は図1に示すものと
同じ構成であり、図5中の符号については、特に断らな
い限り、図1と同じ符号は同じ構成を示す。
In the plasma processing apparatus shown in FIG. 5 which is another example of the embodiment of the present invention, a dielectric window 504 constituting a microwave introduction window is formed from a concentric region, that is, from the center of the dielectric window. Contrary to the case of FIG. 4, a convex portion (diameter: D
5) is provided, and the dielectric window in which the thickness of the portion is changed is used. The pattern of slot pairs has the same configuration as that shown in FIG. 2, and the other configurations are the same as those shown in FIG. 1, and the reference numerals in FIG. 5 are the same as those in FIG. 1 unless otherwise noted. Reference numerals indicate the same configurations.

【0028】マイクロ波の導入窓である誘電体窓504
は、図1に示す誘電体窓104と同様に以下述べる材質
のものから作製され得る。厚さ44mmの石英板を用い
る場合、例えば、φ=60mmまでの範囲(D5)の領
域において誘電体窓504の真空側を凸型にし、その凸
型部分の厚さを60mmにしてある。例えば、直径(D
w)200mmのシリコン基板の直上にある誘電体窓の
厚さは、基板の半径が0mmから30mmまでの範囲
(D5x1/2)の領域においてその直上に位置する領
域の厚さが60mmになり、その他の領域における厚さ
が44mmになる。また、基板の半径が0mmから30
mmまでの領域(D5x1/2)において、基板から誘
電体板までの距離(L52)を40mmとし、その他の
領域においてはその距離(L51)を56mmとしてあ
る。
A dielectric window 504 which is a microwave introduction window.
Can be made of the following materials similar to the dielectric window 104 shown in FIG. When a quartz plate having a thickness of 44 mm is used, for example, the vacuum side of the dielectric window 504 is made convex in the region (D5) up to φ = 60 mm, and the thickness of the convex part is made 60 mm. For example, the diameter (D
w) The thickness of the dielectric window directly above the 200 mm silicon substrate is 60 mm in the region located immediately above it in the region (D5x1 / 2) where the radius of the substrate is from 0 mm to 30 mm, The thickness in the other regions is 44 mm. In addition, the radius of the substrate is 0 mm to 30
The distance (L52) from the substrate to the dielectric plate is 40 mm in the area up to mm (D5 × 1/2), and the distance (L51) is 56 mm in the other areas.

【0029】図6に示す本発明の実施の形態のさらに別
の例であるプラズマ処理装置においては、マイクロ波の
導入窓を構成する誘電体窓604として、同心円の領
域、すなわち誘電体窓の中心から所定の等距離までの領
域においてマイクロ波導入側の表面に凸部、真空側の表
面に凹部を設けるように加工し、誘電体窓自体の厚さが
どの領域においても同じ厚さになるように構成した誘電
体窓を用いている。スロットペアのパターンは図2に示
すものと同じ構成であり、また、その他の構成は図1に
示すものと同じ構成であり、図6中の符号については、
特に断らない限り、図1と同じ符号は同じ構成を示す。
In the plasma processing apparatus shown in FIG. 6 which is still another example of the embodiment of the present invention, the dielectric window 604 forming the microwave introduction window has a concentric region, that is, the center of the dielectric window. To a predetermined equidistant area, the surface of the microwave introduction side is convex, and the surface of the vacuum side is concave so that the dielectric window itself has the same thickness in all areas. It uses the dielectric window configured in. The pattern of the slot pair has the same configuration as that shown in FIG. 2, and the other configurations have the same configuration as that shown in FIG. 1, and the reference numerals in FIG.
The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same components unless otherwise specified.

【0030】マイクロ波の導入窓である誘電体窓604
は、図1に示す誘電体窓104と同様に以下述べる材質
のものから作製され得る。厚さ50mmの石英板を用い
る場合、例えば、φ=60mmまでの範囲(D6)の領
域において誘電体窓604の真空側を凹型にし、基板6
13から直径(Dw)200mmの基板の直上にある誘
電体窓までの距離については、基板の半径が0mmから
30mmまでの範囲(D6)の領域においてはその距離
(L62)を65mmとし、その他の領域においてはそ
の距離(L61)を60mmとしてある。上記プラズマ
処理容器内の圧力は、プロセス条件により異なるが、一
般に、0.1Pa〜1000Pa、好ましくは5Pa〜
1000Paの範囲において所望の効果を得ることがで
きる。誘電体窓の下面と基板の上面との距離(L11、
L41、L51、L52、L61、L62)は、プラズ
マ密度、酸化速度、膜厚分布均一性等の関係により、一
般に、30mm〜120mmの範囲にすることが好まし
い。
A dielectric window 604 which is a microwave introduction window.
Can be made of the following materials similar to the dielectric window 104 shown in FIG. When a quartz plate having a thickness of 50 mm is used, for example, the vacuum side of the dielectric window 604 is made concave in the region (D6) up to φ = 60 mm, and the substrate 6
Regarding the distance from 13 to the dielectric window directly above the substrate having a diameter (Dw) of 200 mm, the distance (L62) is set to 65 mm in the region (D6) in which the radius of the substrate is from 0 mm to 30 mm. In the area, the distance (L61) is set to 60 mm. The pressure in the plasma processing container varies depending on process conditions, but is generally 0.1 Pa to 1000 Pa, preferably 5 Pa to
A desired effect can be obtained in the range of 1000 Pa. The distance between the lower surface of the dielectric window and the upper surface of the substrate (L11,
L41, L51, L52, L61, L62) is generally preferably in the range of 30 mm to 120 mm due to the relationship of plasma density, oxidation rate, film thickness distribution uniformity, and the like.

【0031】上記したように誘電体窓の厚さを所定の範
囲内で変える場合は、その厚さを誘電体内のマイクロ波
の波長(λg)のλg/4程度にする事が望ましい。マ
イクロ波の電界強度はそこに存在する定在波の状況によ
り交播するので、中央部が最適厚さであれば、薄い外周
部ではプラズマ密度が低くなってしまう。これは、誘電
体窓の厚さを単に部分的に薄くしただけではその薄い部
分で電界強度が強くなるとは限らないからである。その
ために、本発明におけるように、中央部の厚さを規定し
て、誘電体内のマイクロ波の波長のλg/4の段差を設
けることが効果的である。誘電体窓の厚さを変える範囲
または段差をつける範囲は、同心円のリング状に配置さ
れたものであっても、または適宜分布させて配置された
ものでも良い。
When the thickness of the dielectric window is changed within a predetermined range as described above, it is desirable to set the thickness to about λg / 4 of the wavelength (λg) of the microwave in the dielectric. Since the electric field strength of the microwaves is interspersed depending on the condition of the standing waves existing therein, if the central portion has the optimum thickness, the plasma density becomes low in the thin outer peripheral portion. This is because merely thinning the thickness of the dielectric window does not necessarily increase the electric field strength in the thin portion. Therefore, as in the present invention, it is effective to define the thickness of the central portion and provide a step of λg / 4 of the wavelength of the microwave in the dielectric body. The range in which the thickness of the dielectric window is changed or the range in which a step is formed may be arranged in a concentric ring shape or may be arranged in an appropriate distribution.

【0032】高密度のプラズマを生成するためには、投
入するマイクロ波の周波数を、一般に、2GHz〜10
GHzの範囲内から適宜選択し、また、誘電体窓の直下
のプラズマ密度がマイクロ波のカットオフ密度に達する
ようにするためには、投入電力を、誘電体窓下面の面積
に対して、好ましくは1W/cm〜5W/cmの範
囲内から適宜選択してプロセスを行うのがよい。プロセ
スガスとしては、堆積膜(絶縁膜、半導体膜、金属膜
等)の形成、CVD法による薄膜(シリコン系半導体薄
膜、シリコン化合物系薄膜、金属薄膜、金属化合物薄膜
等)の形成、基板表面のエッチング、基板表面上の有機
成分のアッシング除去、基板表面の酸化処理、基板表面
の有機物のクリーニング等の各プロセスによって異なる
が、公知の各種ガスを適宜選択して用いることができ
る。例えば、一種類以上の公知のガスをプロセス中に少
なくとも合計8.5x10−2Pa・m/sec以上
導入すればよい。
In order to generate a high density plasma, the frequency of the microwave to be injected is generally 2 GHz to 10 GHz.
In order to appropriately select from within the range of GHz and to make the plasma density immediately below the dielectric window reach the cutoff density of microwaves, the applied power is preferably relative to the area of the lower surface of the dielectric window. good to carry out a process appropriately selected from the range of 1W / cm 2 ~5W / cm 2 . As the process gas, a deposited film (insulating film, semiconductor film, metal film, etc.) is formed, a thin film (silicon semiconductor thin film, silicon compound thin film, metal thin film, metal compound thin film, etc.) is formed by a CVD method, Various known gases can be appropriately selected and used, though they differ depending on processes such as etching, ashing removal of organic components on the substrate surface, oxidation treatment of the substrate surface, and cleaning of organic substances on the substrate surface. For example, at least 8.5 × 10 −2 Pa · m 3 / sec or more in total may be introduced into the process by using one or more known gases.

【0033】基板の支持ステージ温度は、エッチングや
成膜等の各プロセスによって異なるが、一般に、−40
℃〜600℃の範囲内から適宜選択すればよい。処理対
象とする基板は、特に制限されず、例えば、半導体基板
に限らず、ガラス基板、プラスチック基板、AlTiC
基板等を使用できる。マイクロ波の導入窓を構成する誘
電体としては、機械的強度が十分で、マイクロ波の透過
率が十分高くなるように誘電損失が非常に小さい材料で
あれば特に制限されず、例えば、石英、アルミナ(サフ
ァイア)、窒化アルミニウム、窒化シリコン、フッ化炭
素ポリマー等を用いることができる。
The substrate support stage temperature varies depending on each process such as etching and film formation, but is generally -40.
It may be appropriately selected from the range of ℃ to 600 ℃. The substrate to be treated is not particularly limited, and is not limited to a semiconductor substrate, for example, a glass substrate, a plastic substrate, AlTiC.
A substrate or the like can be used. The dielectric constituting the microwave introduction window is not particularly limited as long as the material has sufficient mechanical strength and extremely low dielectric loss so that the microwave transmittance is sufficiently high. Alumina (sapphire), aluminum nitride, silicon nitride, fluorocarbon polymer or the like can be used.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して、さ
らに詳細に説明する。 (実施例1)図1に示す装置のアンテナ手段102にお
いて、図2に示す本発明のマイクロ波放射板103を搭
載したアンテナ手段を用いた場合と、このアンテナ手段
102の代わりに図3に示す従来のマイクロ波放射板3
03(スロットペア303a、303b)を搭載したア
ンテナ手段を用いた場合とについて、生成する両者のプ
ラズマの安定性を比較評価するため、プラズマを点火し
てからプラズマに点滅または大きなチューナーの変位が
見られるまでの時間を計測した。
Embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) In the antenna means 102 of the apparatus shown in FIG. 1, the case where the antenna means equipped with the microwave radiation plate 103 of the present invention shown in FIG. 2 is used, and the antenna means 102 is shown in FIG. Conventional microwave radiation plate 3
No. 03 (slot pair 303a, 303b) is used, in order to compare and evaluate the stability of the two plasmas to be generated, the plasma is ignited and then the plasma blinks or a large tuner displacement is observed. I measured the time to get there.

【0035】上記評価は、マイクロ波放射板103、3
03をそれぞれ搭載したアンテナ手段以外は、同一の構
成要素を使用した図1に示す装置を用いて行った。従来
のアンテナ手段としては、アンテナの内部に厚さ4mm
のアルミナ誘電体の円板が挿入されており、また、図3
に示すような同心円の3周のスロットペア303a、3
03bの切ってある直径336mm、厚さ0.3mmの
マイクロ波放射板303を使用した。一方、本発明のア
ンテナとしては、アンテナ手段102の内部には誘電体
を挿入せず、内部を厚さ15mmの空気の層として、図
2に示すような1周のスロットペア103a、103b
の切ってある直径336mm、厚さ1mmのマイクロ波
放射板103を使用した。
The above evaluation is based on the microwave radiation plates 103, 3
This was carried out using the apparatus shown in FIG. 1 which used the same constituent elements except the antenna means on which each No. 03 was mounted. The conventional antenna means has a thickness of 4 mm inside the antenna.
The alumina dielectric disc of Fig. 3 has been inserted, and Fig. 3
Slot pairs 303a, 3 of three concentric circles as shown in FIG.
A microwave radiating plate 303 having a diameter of 336 mm and a thickness of 0.3 mm cut with 03b was used. On the other hand, in the antenna of the present invention, a dielectric is not inserted inside the antenna means 102, and the inside is formed as an air layer having a thickness of 15 mm, and a pair of slots 103a and 103b for one round as shown in FIG.
A microwave radiating plate 103 having a cut diameter of 336 mm and a thickness of 1 mm was used.

【0036】基板電極114には基板113として石英
の板を置き、基板バイアスは印加しなかった。ガス供給
手段110から処理容器101にArガスを標準状態で
0.5Pa・m/sec(300sccm)導入し、
排気ポンプシステム111と圧力調整弁112とによっ
て、処理容器101内の圧力を20Paおよび133P
aに調整した。圧力調整の終了した後にマイクロ波電力
を出力2.5kWで一気に導入してプラズマを生成し
た。
A quartz plate was placed as the substrate 113 on the substrate electrode 114, and no substrate bias was applied. Ar gas was introduced into the processing container 101 from the gas supply means 110 in a standard state at 0.5 Pa · m 3 / sec (300 sccm),
By the exhaust pump system 111 and the pressure regulating valve 112, the pressure inside the processing container 101 is adjusted to 20 Pa and 133 P.
Adjusted to a. After the pressure adjustment was completed, microwave power was introduced at a stroke with an output of 2.5 kW to generate plasma.

【0037】上記のようにして生成したプラズマが不安
定になるまでに要する時間を次の表2にまとめる。 (表2) 表2の結果から、本発明のアンテナ手段の場合、アンテ
ナに起因するプラズマの安定性が大幅に向上しているこ
とがわかる。
The time required until the plasma generated as described above becomes unstable is summarized in Table 2 below. (Table 2) From the results of Table 2, it can be seen that in the case of the antenna means of the present invention, the stability of plasma caused by the antenna is significantly improved.

【0038】(実施例2)アンテナのマイクロ波パワー
をプラズマへ導入する効率を比較するため、実施例1の
場合と同じ従来型のアンテナ手段と本発明のアンテナ手
段を用いて、プラズマ点火に要するマイクロ波パワーお
よびプラズマ点火後の放電維持パワーの下限を調べた。
基板電極114には基板113として石英の板を置き、
基板バイアスは印加しなかった。ガス供給手段110か
ら処理容器101にArガスを標準状態で0.5Pa・
/sec(300sccm)導入し、排気ポンプシ
ステム111と圧力調整弁112とによって、処理容器
101内の圧力を133Paに調整した。圧力調整の終
了した後にマイクロ波電力を増加していき、すなわち、
ポテンショメータをみながら、マイクロ波電力を出力
0.0kWから徐々に導入してプラズマが点火するまで
出力を増加していき、その放電開始電力を調べた。ま
た、プラズマが点火した後も2.0kWまで一旦出力を
増加させ、その後、逆に出力を減少させていき放電が消
えるときの出力を調べた。
(Embodiment 2) In order to compare the efficiency of introducing the microwave power of the antenna into the plasma, it is necessary to ignite plasma by using the same conventional antenna means as in Embodiment 1 and the antenna means of the present invention. The lower limits of the microwave power and the discharge sustaining power after plasma ignition were investigated.
A quartz plate is placed as the substrate 113 on the substrate electrode 114,
No substrate bias was applied. Ar gas from the gas supply means 110 to the processing container 101 in a standard state of 0.5 Pa.
After introducing m 3 / sec (300 sccm), the pressure in the processing container 101 was adjusted to 133 Pa by the exhaust pump system 111 and the pressure adjusting valve 112. After the pressure adjustment is finished, the microwave power is increased, that is,
While observing the potentiometer, microwave power was gradually introduced from an output of 0.0 kW, the output was increased until the plasma was ignited, and the discharge start power was examined. Also, the output was temporarily increased to 2.0 kW even after the plasma was ignited, and then the output was decreased to examine the output when the discharge disappeared.

【0039】かくして得られた放電開始電力と放電維持
最小電力についての結果を次の表3にまとめる。 (表3) 表3の結果から、本発明のアンテナ手段の場合、従来の
アンテナ手段と比べても放電特性にはほとんど遜色がな
いので、マイクロ波放射板の厚みが増した(従来の放射
板厚み:0.3mm、本発明の放射板厚み1.0mm)
影響がほとんどないことがわかる。
The results of the discharge starting power and the discharge maintaining minimum power thus obtained are summarized in Table 3 below. (Table 3) From the results shown in Table 3, in the case of the antenna means of the present invention, the discharge characteristics are almost equal to those of the conventional antenna means, so that the thickness of the microwave radiation plate is increased (conventional radiation plate thickness: 0. 3 mm, the radiation plate thickness of the present invention is 1.0 mm)
It can be seen that there is almost no effect.

【0040】(実施例3)従来のアンテナ手段におい
て、マイクロ波放射板のパターンは図3と同一で厚みだ
けを1.0mmにしたものについて、実施例2の場合と
同様に放電開始電力と放電維持最小電力を調べた。その
結果、マイクロ波出力を2.0kW以上投入しても放電
は起こらなかった。このことから、単に表1で示すよう
な計算による透過電力の減少の影響によるものだけでは
なく、厳密にはスロットの厚み1.0mm内に誘電体が
挿入されていないために、マイクロ波放射板の厚みによ
ってマイクロ波がほとんど遮蔽されていることがわか
る。
(Embodiment 3) In the conventional antenna means, the microwave radiation plate has the same pattern as in FIG. 3 and only the thickness is 1.0 mm. The maintenance minimum power was investigated. As a result, no discharge occurred even if the microwave output was turned on at 2.0 kW or more. From this fact, not only the influence of the reduction of the transmitted power by the calculation as shown in Table 1 but also strictly speaking, since the dielectric is not inserted within the slot thickness of 1.0 mm, the microwave radiation plate It can be seen that the microwave is almost shielded by the thickness of the.

【0041】(実施例4)図1、2、4、5、及び6に
示す本発明の装置を用いてKr/Oプラズマを生成
し、シリコン基板を直接酸化処理した後の処理ウェーハ
の酸化膜の厚さの測定について説明する。はじめに、図
1および2に示す装置を用いて行うシリコン基板の酸化
処理について説明する。マイクロ波の導入窓に誘電体窓
104を設置し、シリコン基板113を真空処理容器1
01内にセットした後、マグネトロン106からマイク
ロ波を出力して下記の条件でプラズマを生成し、プラズ
マ酸化後のシリコン基板113の酸化膜の厚さをエリプ
ソメータにより測定した。なお、マイクロ波放射板は実
施例1〜3で用いた図2に示すものを用いた。
Example 4 Oxidation of a processed wafer after direct oxidation of a silicon substrate by generating Kr / O 2 plasma using the apparatus of the present invention shown in FIGS. 1, 2, 4, 5, and 6. The measurement of the film thickness will be described. First, the oxidation treatment of the silicon substrate performed using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described. The dielectric window 104 is installed in the microwave introduction window, and the silicon substrate 113 is placed in the vacuum processing container 1.
Then, the microwave was output from the magnetron 106 to generate plasma under the following conditions, and the thickness of the oxide film on the silicon substrate 113 after plasma oxidation was measured by an ellipsometer. The microwave radiation plate used in Examples 1 to 3 and shown in FIG. 2 was used.

【0042】誘電体窓104として、直径380mm
(真空容器側:350mm)、厚さ50mmの石英板
(誘電率3.8、誘電損失<1.0x10−4@2.4
5GHz)を設置した。マイクロ波は周波数:2.45
GHzで出力:2.5kW(約2.6W/cm)と
し、ホットプレート温度を400℃に維持し、シリコン
基板113の上面と誘電体窓104の下面との間の距離
(L11)を60mmとして、基板電極114上にある
シリコン基板113には高周波バイアスを印加すること
なく、プラズマ処理を行った。プラズマ励起用ガスとし
て、Krを0.5Pa・m/sec、Oを1.7x
10−2Pa・m/sec供給し、圧力調整弁112
によって処理容器101内の圧力を133Paに調整
し、10分間放電して、ウェーハのプラズマ酸化処理を
行った。
As the dielectric window 104, a diameter of 380 mm
(Vacuum container side: 350 mm), 50 mm thick quartz plate (dielectric constant 3.8, dielectric loss <1.0 × 10 −4 @ 2.4)
5 GHz) was installed. Microwave frequency: 2.45
Output power in GHz: 2.5 kW (about 2.6 W / cm 2 ), the hot plate temperature was maintained at 400 ° C., and the distance (L11) between the upper surface of the silicon substrate 113 and the lower surface of the dielectric window 104 was 60 mm. As a result, the silicon substrate 113 on the substrate electrode 114 was subjected to plasma treatment without applying a high frequency bias. As a plasma excitation gas, Kr is 0.5 Pa · m 3 / sec and O 2 is 1.7x
Supplying 10 −2 Pa · m 3 / sec, pressure adjusting valve 112
The pressure in the processing container 101 was adjusted to 133 Pa, and the wafer was discharged for 10 minutes to perform plasma oxidation processing on the wafer.

【0043】また、圧力調整弁112によって処理容器
101内の圧力を80Paに調整したこと以外は、上記
と同じ条件でプラズマ処理を行った。その結果、基板上
に形成されたシリコン酸化膜の厚さの分布はほぼ同心円
状となった。図7にその径方向の平均厚さを示す。図7
から、80Paの場合は、基板上の外周部が中央部より
も膜厚が厚く、酸化速度が速いのに対し、133Paの
場合は、中央部の酸化速度の方が速いということがわか
る。
Further, the plasma processing was performed under the same conditions as described above except that the pressure inside the processing container 101 was adjusted to 80 Pa by the pressure adjusting valve 112. As a result, the thickness distribution of the silicon oxide film formed on the substrate was almost concentric. FIG. 7 shows the average thickness in the radial direction. Figure 7
From the above, it is understood that in the case of 80 Pa, the outer peripheral portion on the substrate has a larger film thickness than in the central portion and the oxidation rate is faster, whereas in the case of 133 Pa, the central portion has a higher oxidation rate.

【0044】次に、図4に示す装置を用いて、図1およ
び2に示す装置の場合と同様の条件で、シリコン基板4
13をプラズマ酸化処理し、酸化膜(酸化シリコン膜)
の厚さをエリプソメータにより測定した。その結果、基
板上に形成されたシリコン酸化膜の厚さの分布はほぼ同
心円状に均一となった。図8にその径方向の平均厚さを
示す。この結果を図7と比較すると、80Paの場合の
酸化膜の膜厚分布から、外周部は依然中央部よりも酸化
速度は速いがその差違は小さくなっており、また、分布
均一性が改善されていることがわかる。さらに、全体的
に酸化膜の形成速度が速くなっている。このことから、
誘電体窓の形状を変更することでマイクロ波のパワーが
効率的にプラズマに供給されるようになるとともに、分
布均一性が向上していることがわかる。133Paの場
合も、全体的に酸化速度が速くなっており、80Paの
場合と同様のことがいえる。
Next, using the apparatus shown in FIG. 4, the silicon substrate 4 is subjected to the same conditions as in the case of the apparatus shown in FIGS.
13 is plasma-oxidized, oxide film (silicon oxide film)
Was measured with an ellipsometer. As a result, the thickness distribution of the silicon oxide film formed on the substrate was almost concentric and uniform. FIG. 8 shows the average thickness in the radial direction. Comparing this result with FIG. 7, from the thickness distribution of the oxide film in the case of 80 Pa, the outer peripheral portion still has a higher oxidation rate than the central portion, but the difference is smaller, and the distribution uniformity is improved. You can see that In addition, the rate of formation of the oxide film is high as a whole. From this,
It can be seen that by changing the shape of the dielectric window, the microwave power can be efficiently supplied to the plasma and the distribution uniformity is improved. Also in the case of 133 Pa, the oxidation rate is generally high, and the same can be said as in the case of 80 Pa.

【0045】さらに、図5および6に示す装置を用い
て、図1および2に示す装置の場合と同様の条件で、シ
リコン基板513、613をプラズマ酸化処理し、酸化
膜(酸化シリコン膜)の厚さをエリプソメータにより測
定した。その結果、図5に示す装置の場合、基板上に形
成されたシリコン酸化膜の厚さの分布はほぼ同心円状に
均一となった。図9にその径方向の平均厚さを示す。こ
の結果を図7と比較すると、80Paの場合の酸化膜の
膜厚分布から、図7の場合と逆に中央部が外周部よりも
酸化速度が速くなっていることがわかる。これは、シリ
コン基板の半径が0mmから30mmまでの範囲におい
て、誘電体窓(プラズマ生成領域)までの距離(L5
2)が短いために基板に到達するプラズマの密度が他の
範囲(距離:L51)より高いためである。よって、領
域ごとに真空側の誘電体窓下面から基板までの距離を近
づけることでその領域での成膜速度が上昇し、また、そ
の距離を調整することで膜厚の分布均一性を改善する事
が出来る。
Further, using the apparatus shown in FIGS. 5 and 6, the silicon substrates 513 and 613 are plasma-oxidized under the same conditions as in the case of the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 to form an oxide film (silicon oxide film). The thickness was measured by an ellipsometer. As a result, in the case of the device shown in FIG. 5, the thickness distribution of the silicon oxide film formed on the substrate was substantially concentric and uniform. FIG. 9 shows the average thickness in the radial direction. Comparing this result with FIG. 7, it can be seen from the thickness distribution of the oxide film in the case of 80 Pa that the central part has a higher oxidation rate than the outer peripheral part, contrary to the case of FIG. This is the distance (L5) to the dielectric window (plasma generation region) in the range of the radius of the silicon substrate from 0 mm to 30 mm.
This is because the density of the plasma reaching the substrate is higher than that in the other range (distance: L51) due to the short 2). Therefore, by increasing the distance from the lower surface of the dielectric window on the vacuum side to the substrate in each area, the film formation rate in that area is increased, and by adjusting the distance, the uniformity of the film thickness distribution is improved. I can do things.

【0046】また、図6に示す装置の場合、基板上に形
成されたシリコン酸化膜の厚さの分布はほぼ同心円状に
均一となった。図10にその径方向の平均厚さを示す。
この結果を図7と比較すると、80Paの場合の酸化膜
の膜厚分布から、中央部の酸化速度が上昇する方向に改
善され、また、均一性が上がっていることがわかる。一
方、133Paにおいては逆に外周部の酸化速度が上昇
する方向に改善され、また、均一性が上がっている。こ
れは、一見、上記の結果と矛盾するが、133Paの高
圧条件においては平面形状の誘電体窓104(図1)を
用いてもプラズマが中央部に集中する傾向がある。しか
し、基板中央部は誘電体窓(プラズマ生成領域)までの
距離(L62)が他の領域(距離:L61)に比べて5
mm遠いため、基板に到達するプラズマの密度が他の範
囲より薄くなり、分布が改善されたと考えられる。逆
に、80Paの低圧ではプラズマ密度が薄いためにプラ
ズマは広がる傾向があるが、表面波の発生する面の一部
を凹型にすることで凹型の領域でのプラズマ生成が多く
なり、マイクロ波の安定結合モードが圧力条件により影
響を受け難くなったためと考えられる。そのため、プラ
ズマの広がりが抑えられ、高圧条件の場合に近い分布が
得られるようになったのである。
Further, in the case of the device shown in FIG. 6, the thickness distribution of the silicon oxide film formed on the substrate was substantially concentric and uniform. FIG. 10 shows the average thickness in the radial direction.
Comparing this result with FIG. 7, it can be seen from the thickness distribution of the oxide film in the case of 80 Pa that the oxidation rate in the central portion is improved in the direction of increasing and the uniformity is improved. On the other hand, at 133 Pa, on the contrary, the oxidation rate in the outer peripheral portion is improved in the direction of increasing, and the uniformity is improved. At first glance, this contradicts the above result, but under the high pressure condition of 133 Pa, plasma tends to be concentrated in the central portion even when the planar dielectric window 104 (FIG. 1) is used. However, in the central part of the substrate, the distance (L62) to the dielectric window (plasma generation region) is 5 compared to other regions (distance: L61).
Since the distance is mm, it is considered that the density of the plasma reaching the substrate is thinner than other ranges, and the distribution is improved. On the contrary, at a low pressure of 80 Pa, the plasma density tends to spread because the plasma density is low. However, by making a part of the surface where the surface wave is generated concave, the plasma generation in the concave region increases, and It is considered that the stable coupling mode is less affected by the pressure condition. Therefore, the spread of plasma is suppressed, and a distribution close to that under the high pressure condition is obtained.

【0047】 上記の様に、領域ごとに誘電体窓の両面
に凹凸加工を施すことで、この領域にマイクロ波のパワ
ーを意図的に集中させ、圧力依存が少なくかつ均一性の
良いプラズマの生成が可能になった。上記実施例では、
図1、2、4、5および6に示すマイクロ波プラズマ処
理装置を用いて、シリコン基板をプラズマ酸化処理し、
酸化膜を形成したが、同じプラズマ処理装置を用いて、
半導体LSI作製における被処理物である基板に対し
て、成膜、エッチング、膜組成の改善・改質、アッシン
グ等の工程を、公知の薄膜形成ガス、エッチャントガ
ス、アッシングガス等を用いて行うことができた。
As described above, the unevenness is formed on both surfaces of the dielectric window in each region, so that the power of the microwave is intentionally concentrated in this region to generate plasma with less pressure dependence and good uniformity. Became possible. In the above example,
Plasma-oxidizing the silicon substrate using the microwave plasma processing apparatus shown in FIGS. 1, 2, 4, 5 and 6,
An oxide film was formed, but using the same plasma processing equipment,
Performing steps such as film formation, etching, improvement / modification of film composition, and ashing on a substrate that is an object to be processed in semiconductor LSI fabrication using a known thin film forming gas, etchant gas, ashing gas, etc. I was able to.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、マイクロ波放射板の熱的強度と機械強度とを考慮
した上で、マイクロ波放射板として従来のものより厚い
ものを用いるとともに、この厚い放射板を用いてもマイ
クロ波が効率よく放射できるように、マイクロ波発振器
からマイクロ波透過用誘電体窓までのマイクロ波の導波
路には誘電体を挿入せず、かつ、導波路内を大気状態と
して、アンテナ内の管内波長を従来よりも長くするよう
に工夫されたアンテナ手段を用いたプラズマ処理装置が
提供され、この装置を用いてプラズマ処理を行うことに
より、マイクロ波放射板の歪によるプラズマの不安定性
が解消され、安定性の高いプロセスを行うことが出来
る。また、本発明のプラズマ処理装置によれば、構造が
簡略化され、破損が心配される高価なセラミック製の板
および同軸管の内軸を支持するテフロンやセラミックス
の碍子なども用いる必要はなく、この処理装置を単純な
構造で、短い期間で作製することが出来る。
As described in detail above, according to the present invention, a microwave radiation plate thicker than the conventional one is used in consideration of the thermal strength and mechanical strength of the microwave radiation plate. At the same time, in order to efficiently radiate microwaves even with this thick radiation plate, no dielectric is inserted in the microwave waveguide from the microwave oscillator to the microwave transparent dielectric window, and Provided is a plasma processing apparatus that uses an antenna means devised so that the wavelength inside the waveguide is set to the atmospheric state and the wavelength inside the antenna is made longer than before. By performing plasma processing using this apparatus, microwave processing is performed. Instability of plasma due to strain of the plate is eliminated, and a highly stable process can be performed. Further, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the structure is simplified, it is not necessary to use expensive ceramic plates and Teflon or ceramic insulators that support the inner shaft of the coaxial tube, which may be damaged. This processing device can be manufactured in a short period with a simple structure.

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

【図1】 本発明の実施の形態に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の一構成例を示す模式的な断面図。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a microwave plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置に
おいてアンテナ手段に用いるマイクロ波放射板のアンテ
ナパターンの一例を模式的に示す平面図。
FIG. 2 is a plan view schematically showing an example of an antenna pattern of a microwave radiating plate used as antenna means in the microwave plasma processing apparatus according to the present invention.

【図3】 本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置に
おいて従来型のアンテナ手段に用いるマイクロ波放射板
のアンテナパターンの一例を模式的に示す平面図。
FIG. 3 is a plan view schematically showing an example of an antenna pattern of a microwave radiation plate used for a conventional antenna means in the microwave plasma processing apparatus according to the present invention.

【図4】 本発明の別の実施の形態に係るマイクロ波プ
ラズマ処理装置の構成を示す模式的な断面図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a microwave plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の別の実施の形態に係るマイクロ波プ
ラズマ処理装置の構成を示す模式的な断面図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a microwave plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図6】 本発明のさらに別の実施の形態に係るマイク
ロ波プラズマ処理装置の構成を示す模式的な断面図。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a microwave plasma processing apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図7】 図1に示す装置を用いて形成されたシリコン
酸化膜について、その径方向の平均厚さを示すグラフ。
7 is a graph showing the average thickness in the radial direction of a silicon oxide film formed using the apparatus shown in FIG.

【図8】 図4に示す装置を用いて形成されたシリコン
酸化膜について、その径方向の平均厚さを示すグラフ。
8 is a graph showing an average radial thickness of a silicon oxide film formed by using the apparatus shown in FIG.

【図9】 図5に示す装置を用いて形成されたシリコン
酸化膜について、その径方向の平均厚さを示すグラフ。
9 is a graph showing the average radial thickness of a silicon oxide film formed using the apparatus shown in FIG.

【図10】 図6に示す装置を用いて形成されたシリコ
ン酸化膜について、その径方向の平均厚さを示すグラ
フ。
10 is a graph showing the average radial thickness of a silicon oxide film formed using the apparatus shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 プラズマ処理容器本体 102 同軸導
波変換器およびアンテナ 103 マイクロ波放射板 104 真空シ
ール用誘電体窓 105 プラズマ 106 マグネ
トロン 107 アイソレータ 108 チュー
ナー 109 導波管 110 ガス供
給手段 111 排気ポンプシステム 112 圧力調
整弁 113 基板 103a、10
3b スロット 114 基板電極 115 基板電
極用高周波電源 116 基板電極用整合器 117 スリー
ブ 303 マイクロ波放射板 303a、30
3b スロット 404 誘電体板窓 413 基板 L41 誘電体板窓−基板間距離 Dw 基板領
域 D4 誘電体板窓厚さ変更領域 504 誘電体
板窓 513 基板 L51 誘電体
板窓−基板間距離 L52 誘電体板窓−基板間距離(厚さ変更部) D5 誘電体板窓厚さ変更領域 604 誘電体
板窓 613 基板 L61 誘電体
板窓−基板間距離 L62 誘電体板窓−基板間距離(形状変更部) D6 誘電体窓厚さ変更領域
101 plasma processing container main body 102 coaxial waveguide converter and antenna 103 microwave radiating plate 104 vacuum sealing dielectric window 105 plasma 106 magnetron 107 isolator 108 tuner 109 waveguide 110 gas supply means 111 exhaust pump system 112 pressure regulating valve 113 Substrate 103a, 10
3b Slot 114 Substrate electrode 115 High frequency power supply for substrate electrode 116 Matching device for substrate electrode 117 Sleeve 303 Microwave radiation plate 303a, 30
3b Slot 404 Dielectric plate window 413 Substrate L41 Dielectric plate window-distance between substrates Dw Substrate area D4 Dielectric plate window thickness change area 504 Dielectric plate window 513 Substrate L51 Dielectric plate window-distance between substrates L52 Dielectric plate Window-substrate distance (thickness changing part) D5 Dielectric plate window thickness changing region 604 Dielectric plate window 613 Substrate L61 Dielectric plate window-substrate distance L62 Dielectric plate window-substrate distance (shape changing part) D6 Dielectric window thickness change area

フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 FA01 JA01 JA09 JA16 JA18 KA15 LA15 5F045 AA09 AB32 AC11 AC16 DP04 EH02 EH03 Continued front page    F-term (reference) 4K030 FA01 JA01 JA09 JA16 JA18                       KA15 LA15                 5F045 AA09 AB32 AC11 AC16 DP04                       EH02 EH03

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波プラズマ処理容器内を減圧す
るための排気手段と、該処理容器内にプラズマを励起す
るためのガスを供給するためのガス供給手段と、該処理
容器の壁面に設けられたマイクロ波透過用誘電体窓と、
該誘電体窓のマイクロ波導入面側に設けられたアンテナ
手段であって、スロットが形成されたマイクロ波放射板
を有するアンテナ手段と、該アンテナ手段の上流側に設
けられたマイクロ波発生手段とを備え、該誘電体窓に対
向して該処理容器内に基板が設置されるように構成され
ているマイクロ波プラズマ処理装置において、該アンテ
ナ手段の内部は管内の波長を短くするために挿入される
誘電体板が無く、かつ大気の状態であり、該アンテナ手
段のマイクロ波放射板には、互いに向きの異なるスロッ
トのペアが複数組円形に一周のみ配置されていることを
特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
1. An exhaust means for reducing the pressure in the microwave plasma processing container, a gas supply means for supplying a gas for exciting plasma into the processing container, and a wall surface of the processing container. A microwave transparent dielectric window,
Antenna means provided on the microwave introduction surface side of the dielectric window, the antenna means having a microwave radiating plate having a slot, and a microwave generation means provided upstream of the antenna means. In the microwave plasma processing apparatus, which is configured so that a substrate is installed in the processing container facing the dielectric window, the inside of the antenna means is inserted to shorten the wavelength in the tube. A microwave radiating plate of the antenna means is provided with a plurality of pairs of slots having different directions and arranged in a circle for only one round. Plasma processing equipment.
【請求項2】 前記アンテナ手段のマイクロ波放射板は
厚さが0.5mm以上、3.0mm以下であることを特
徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装
置。
2. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave radiation plate of the antenna means has a thickness of 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
【請求項3】 前記スロットの長さは管内波長の約1/
2とし、その幅は2mm以上、8mm以下であることを
特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ波プラズ
マ処理装置。
3. The length of the slot is about 1 / wavelength in the tube.
2. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the width is 2 mm or more and 8 mm or less.
【請求項4】 前記誘電体窓は、前記処理容器側の面の
外周部に、プラズマ励起領域が直接処理容器壁の金属表
面と接触しないように、リング状のスリーブを有してい
ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマ
イクロ波プラズマ処理装置。
4. The dielectric window has a ring-shaped sleeve on the outer periphery of the surface on the processing container side so that the plasma excitation region does not directly contact the metal surface of the processing container wall. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave plasma processing apparatus is a microwave plasma processing apparatus.
【請求項5】 前記誘電体窓は、その中央部の表面形状
や厚さが面内調整されて、前記基板の所定領域に対応す
る誘電体窓の領域がその他の領域と異なった厚さを有す
るように構成されているものであることを特徴とする請
求項1〜4のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理
装置。
5. The surface shape and thickness of the central portion of the dielectric window are adjusted in-plane so that a region of the dielectric window corresponding to a predetermined region of the substrate has a thickness different from other regions. The microwave plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the microwave plasma processing apparatus is configured to have.
【請求項6】 前記誘電体窓は、その処理容器側の面お
よびマイクロ波導入側の面のうちの一方の面において、
前記基板の所定領域に対応する誘電体窓の領域に凸部を
設けて、該基板の所定領域に対応する誘電体窓の領域の
厚さがその他の領域の厚さより厚くなるように構成され
たものであるか、または、該凸部の設けられた面と反対
側の面の該凸部対応領域にも凹部を設けて、該凸部と凹
部との設けられた領域の厚さがその他の領域の厚さと同
じになるように構成されたものであることを特徴とする
請求項1〜4のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処
理装置。
6. The dielectric window is provided on one of the processing container side surface and the microwave introduction side surface of the dielectric window.
A convex portion is provided in the region of the dielectric window corresponding to the predetermined region of the substrate, and the thickness of the region of the dielectric window corresponding to the predetermined region of the substrate is thicker than the thickness of the other regions. Or a concave portion is also provided in the area corresponding to the convex portion on the surface opposite to the surface on which the convex portion is provided, and the thickness of the area where the convex portion and the concave portion are provided is The microwave plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the microwave plasma processing apparatus is configured to have the same thickness as the region.
【請求項7】 前記誘電体窓は、その処理容器側の面に
同心円状の段差を設けて、前記基板表面から該誘電体窓
の表面までの距離が基板の領域によって異なるように
し、生成するプラズマの密度が該基板上で均一になるよ
うに構成されたものであることを特徴とする請求項1〜
4のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
7. The dielectric window is formed by providing concentric steps on a surface of the dielectric window on the processing container side so that the distance from the surface of the substrate to the surface of the dielectric window varies depending on the region of the substrate. The plasma density is configured to be uniform on the substrate.
4. The microwave plasma processing device according to any one of 4 above.
【請求項8】 前記誘電体窓の同心円状の段差が、該誘
電体窓の径方向に1/2波長の整数倍の直径で不連続に
設けられていることを特徴とする請求項7記載のマイク
ロ波プラズマ処理装置。
8. The concentric steps of the dielectric window are discontinuously provided in the radial direction of the dielectric window with a diameter that is an integral multiple of 1/2 wavelength. Microwave plasma processing equipment.
【請求項9】 前記誘電体窓は、他の領域と異なった厚
さを有する中央部領域や、凸部を有する領域や、同心円
状の段差を有する領域を有し、これらの領域の厚さが誘
電体内のマイクロ波の波長の1/4程度であることを特
徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置。
9. The dielectric window has a central region having a different thickness from other regions, a region having a convex portion, and a region having concentric steps, and the thickness of these regions is different. 9. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein is about 1/4 of the wavelength of the microwave in the dielectric.
【請求項10】 マイクロ波プラズマ処理容器内にガス
供給手段によってプラズマを励起するための原料ガスを
供給し、排気ポンプにより原料及び反応副生成ガスを排
気して容器内を減圧にし、マイクロ波発生手段により発
振、増幅せしめたマイクロ波をスロットの形成されたマ
イクロ波放射板を有するアンテナ手段に導入してスロッ
トを通して放射し、放射されたマイクロ波をマイクロ波
透過窓を介して減圧導入ガス雰囲気下の該処理容器内へ
導入し、このマイクロ波の作る電磁界によって処理容器
内にプラズマを生成し、該誘電体窓に対向して設けられ
た基板をマイクロ波プラズマ処理することからなるプラ
ズマ処理方法であって、請求項1〜9のいずれかに記載
のマイクロ波プラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を
行うことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
10. A microwave plasma processing container is supplied with a raw material gas for exciting plasma by a gas supply means, and an exhaust pump exhausts the raw material and reaction by-product gas to reduce the pressure in the container to generate microwaves. The microwave oscillated and amplified by the means is introduced into the antenna means having the microwave radiating plate in which the slot is formed and radiated through the slot, and the radiated microwave is decompressed through the microwave transmitting window in the atmosphere of the introduction gas. The plasma processing method, which comprises introducing into the processing container, plasma is generated in the processing container by the electromagnetic field created by the microwave, and the substrate provided facing the dielectric window is subjected to microwave plasma processing. It is characterized in that plasma processing is performed using the microwave plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 9. Microwave plasma processing method.
【請求項11】 前記処理容器内のガスの圧力は0.1
Pa〜1000Paであり、電極に印加されるマイクロ
波の周波数は2GHz〜10GHzであることを特徴と
する請求項10に記載のマイクロ波プラズマ処理方法。
11. The pressure of the gas in the processing container is 0.1.
It is Pa-1000Pa and the frequency of the microwave applied to an electrode is 2 GHz-10 GHz, The microwave plasma processing method of Claim 10 characterized by the above-mentioned.
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