JP4522356B2

JP4522356B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP4522356B2
Application number: JP2005342527A
Authority: JP
Inventors: 井信雄石; 坂保能八; 原己抜篠
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Nihon Koshuha Co Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Nihon Koshuha Co Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JP2006179477A

Description

本発明は、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus using microwaves.

従来、平面アンテナを有するプラズマ処理装置としては、図１８に示すようなものが知られている。 Conventionally, a plasma processing apparatus having a planar antenna as shown in FIG. 18 is known.

このプラズマ処理装置７１は、全体が有底筒状に成形された処理容器７３と、この処理容器７３の天井部に気密に設けられた石英板７５とを有し、処理容器７３内部に密閉された処理空間Ｓを形成している。この処理容器７３内には、上面に半導体ウエハＷを載置する載置台７７が収容されている。この載置台７７は、給電線を介してバイアス用高周波電源７９に接続されている。また、この処理容器７３の側壁には、容器内に処理ガスを導入するためのガス供給ノズル８１が設けられ、このノズル８１は処理ガス源８３に接続されている。さらに、処理容器７３底部には、図示されない真空ポンプに接続された排気口８５が設けられている。 The plasma processing apparatus 71 includes a processing container 73 that is formed into a bottomed cylindrical shape as a whole, and a quartz plate 75 that is airtightly provided on the ceiling of the processing container 73, and is sealed inside the processing container 73. A processing space S is formed. In the processing container 73, a mounting table 77 on which the semiconductor wafer W is mounted is accommodated on the upper surface. The mounting table 77 is connected to a bias high-frequency power source 79 through a power supply line. A gas supply nozzle 81 for introducing a processing gas into the container is provided on the side wall of the processing container 73, and the nozzle 81 is connected to a processing gas source 83. Further, an exhaust port 85 connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing container 73.

一方、処理容器７３の上部を密閉する石英板７５の上部には、平面アンテナ部材８７が設けられている。この平面アンテナ部材８７は、高さが低く円盤状の中空円筒状容器からなるラジアル導波箱８９の底板として構成され、石英板７５の上面に取り付けられている。円盤状のラジアル導波箱８９の上面中心部には、他端がマイクロ波発生器９１に接続された同軸導波管９３の外管９３Ａが接続されている。また、この同軸導波管９３内部の内側ケーブル９３Ｂは円板状アンテナ部材８７の中心部に接続されている。 On the other hand, a planar antenna member 87 is provided on the upper part of the quartz plate 75 that seals the upper part of the processing vessel 73. The planar antenna member 87 is configured as a bottom plate of a radial waveguide box 89 formed of a disk-shaped hollow cylindrical container with a low height, and is attached to the upper surface of the quartz plate 75. The outer tube 93 </ b> A of the coaxial waveguide 93 whose other end is connected to the microwave generator 91 is connected to the center of the upper surface of the disc-shaped radial waveguide box 89. Further, the inner cable 93 </ b> B inside the coaxial waveguide 93 is connected to the center of the disc-shaped antenna member 87.

上記円板状アンテナ部材８７は、銅板よりなり、この銅板には多数のスリット９５が形成されている。また、ラジアル導波箱８９内には、マイクロ波の波長を短くして波長の短い管内波長とするために所定の誘電率の誘電体９７が収容されている。 The disk-shaped antenna member 87 is made of a copper plate, and a number of slits 95 are formed in the copper plate. Further, in the radial waveguide box 89, a dielectric 97 having a predetermined dielectric constant is accommodated in order to shorten the wavelength of the microwave to make the wavelength in the tube shorter.

このような構成において、マイクロ波発生器９１で発生されたマイクロ波は、同軸導波管９３内を伝搬し、ラジアル導波箱８９内で半径方向に拡がり、アンテナ部材８７のスロット９５から下方に放出され処理容器７３内でプラズマを形成する。 In such a configuration, the microwave generated by the microwave generator 91 propagates in the coaxial waveguide 93, spreads radially in the radial waveguide box 89, and downward from the slot 95 of the antenna member 87. Released and forms plasma in the processing vessel 73.

しかしながら、上記処理装置７１にあっては、同軸導波管の内側ケーブルが発熱しやすく、加熱しすぎると異常放電がおきることもある。これを防止するには、冷却機構を細い内側ケーブル内に設ける必要があるが、構造が複雑になりコストがかかり過ぎる。また、内側ケーブルの支持構造が必要となり、それに伴うインピーダンスの調整に手間がかかるという問題点があった。 However, in the processing apparatus 71, the inner cable of the coaxial waveguide tends to generate heat, and if it is heated too much, abnormal discharge may occur. In order to prevent this, it is necessary to provide a cooling mechanism in the narrow inner cable, but the structure becomes complicated and too expensive. In addition, a support structure for the inner cable is required, and there is a problem that it takes time to adjust the impedance.

また、平面アンテナ部材８７下方に形成される電界に不均一が生じ、このため、ウエハＷに対する処理にむらが生ずるという問題点があった。即ち、平面アンテナ部材８７のスリット９５から下方に放出された電界が、処理容器７３の内側壁で反射し、処理容器内の電界が不均一になる。このため、ウエハ、特に大口径ウエハの処理にむらが生じてしまう。 In addition, the electric field formed below the planar antenna member 87 is non-uniform, which causes a problem in that processing on the wafer W is uneven. That is, the electric field emitted downward from the slit 95 of the planar antenna member 87 is reflected by the inner wall of the processing container 73, and the electric field in the processing container becomes non-uniform. For this reason, unevenness occurs in the processing of a wafer, particularly a large-diameter wafer.

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、同軸導波管の内側ケーブルの発熱を防止することができるとともに、処理容器内に均一な電磁界を形成することができるプラズマ処理装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can prevent heat generation of the inner cable of the coaxial waveguide and can form a uniform electromagnetic field in the processing container. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus.

本発明の第１の特徴は、有底筒状に形成され、その内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、この処理容器の上部開口を気密に覆う誘電体からなる蓋体と、マイクロ波を供給するマイクロ波供給装置と、一端側がこのマイクロ波供給装置に接続され、このマイクロ波供給装置から前記蓋体に向かって延在し、内部に導波空間を有する円筒導波管と、この円筒導波管の他端に接続され、この円筒導波管の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、蓋体に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱と、このラジアル導波箱の下端開口を覆い、複数のスロットを有し、蓋体に沿って配設されたスロットアンテナとを有することである。 A first feature of the present invention is that a processing container having a mounting table on which a target object is mounted is formed in a bottomed cylindrical shape, and a lid made of a dielectric that airtightly covers an upper opening of the processing container. A body, a microwave supply device for supplying a microwave, and a cylindrical guide having one end connected to the microwave supply device, extending from the microwave supply device toward the lid, and having a waveguide space therein. The wave tube is connected to the other end of the cylindrical waveguide, and is extended radially outward from the other end of the cylindrical waveguide into a flange shape, and then extends downward as a side wall toward the lid. A radial waveguide box having a waveguide space therein and a slot antenna that covers a lower end opening of the radial waveguide box, has a plurality of slots, and is disposed along the lid.

このようにすることによって、同軸導波管内の内側ケーブルの発熱を考慮する必要がなくなるとともに、処理容器内に均一な電磁界を形成することが可能になる。 By doing so, it is not necessary to consider the heat generation of the inner cable in the coaxial waveguide, and a uniform electromagnetic field can be formed in the processing container.

本発明の第２の特徴は、ラジアル導波箱内部において、スロットアンテナの円筒導波管の他端開口に対向する部分には、円筒導波管に向かって突出する導体からなるバンプが設けられていることである。 The second feature of the present invention is that, inside the radial waveguide box, a bump made of a conductor protruding toward the cylindrical waveguide is provided in a portion facing the other end opening of the cylindrical waveguide of the slot antenna. It is that.

このようにすることによって、円筒導波管からラジアル導波箱へのマイクロ波の導入伝搬を効率よく行うことができる。 By doing so, it is possible to efficiently introduce and propagate microwaves from the cylindrical waveguide to the radial waveguide box.

本発明の第３の特徴は、バンプが略円錐形であることである。 The third feature of the present invention is that the bump is substantially conical.

本発明の第４の特徴は、マイクロ波供給装置から円筒導波管を通ってラジアル導波箱に伝搬されるマイクロ波はＴＭ０１モードであることである。 The fourth feature of the present invention is that the microwave propagated from the microwave supply device to the radial waveguide box through the cylindrical waveguide is in the TM01 mode.

本発明の第５の特徴は、マイクロ波供給装置から円筒導波管を通ってラジアル導波箱に伝搬されるマイクロ波はＴＥ１１モードであることである。 The fifth feature of the present invention is that the microwave propagated from the microwave supply device to the radial waveguide box through the cylindrical waveguide is in the TE11 mode.

本発明の第６の特徴は、マイクロ波供給装置とラジアル導波箱との間の円筒導波管に設けられ、マイクロ波供給装置から供給されたＴＥ１１モードのマイクロ波を円筒導波管の軸線回りに回転させ円偏波としてラジアル導波箱へ送る円偏波変換器をさらに備えたことである。このようにすることによって、処理容器内の電磁界を均一にし、プラズマの生成むらを防止することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, a TE11 mode microwave supplied from the microwave supply device is provided in a cylindrical waveguide between the microwave supply device and the radial waveguide box. It is further provided with a circularly polarized wave converter that rotates around and sends the circularly polarized wave to the radial waveguide box. By doing so, it is possible to make the electromagnetic field in the processing container uniform, and to prevent plasma generation unevenness.

本発明の第７の特徴は、スロットアンテナは放射型のアンテナであることである。 The seventh feature of the present invention is that the slot antenna is a radiation type antenna.

本発明の第８の特徴は、スロットアンテナのスロットは同心円状に配置されていることである。 The eighth feature of the present invention is that the slots of the slot antenna are arranged concentrically.

本発明の第９の特徴は、スロットアンテナのスロットは渦巻き状に配置されていることである。 The ninth feature of the present invention is that the slots of the slot antenna are arranged in a spiral shape.

本発明の第１０の特徴は、スロットアンテナがリーク型のアンテナであることである。 The tenth feature of the present invention is that the slot antenna is a leaky antenna.

本発明の第１１の特徴は、スロットアンテナのスロットが同心円状に配置されていることである。 The eleventh feature of the present invention is that the slots of the slot antenna are arranged concentrically.

本発明の第１２の特徴は、スロットアンテナのスロットが渦巻き状に配置されていることである。 The twelfth feature of the present invention is that the slots of the slot antenna are arranged in a spiral shape.

本発明の第１３の特徴は、スロットアンテナのスロットが多角形の周上に配置されていることである。 The thirteenth feature of the present invention is that the slot of the slot antenna is arranged on the circumference of the polygon.

本発明の第１４の特徴は、スロットアンテナのスロットが放射線上に配置されていることである。 The fourteenth feature of the present invention is that the slot of the slot antenna is disposed on the radiation.

本発明の第１５の特徴は、スロットアンテナと処理容器との間の周辺部に高周波を吸収する吸収材を配置したことである。 The fifteenth feature of the present invention is that an absorbing material that absorbs high frequency is disposed in the peripheral portion between the slot antenna and the processing container.

本発明の第１６の特徴は、スロットアンテナを誘電体からなる柱で支持することである。このようにすることによって、均一なプラズマを生成することができる。 The sixteenth feature of the present invention is that the slot antenna is supported by a pillar made of a dielectric. By doing so, uniform plasma can be generated.

本発明の第１７の特徴は、ラジアル導波箱内部が誘電体で充填されていることである。このようにすることによって、スロットアンテナの変形を防止することができる。 The seventeenth feature of the present invention is that the inside of the radial waveguide box is filled with a dielectric. By doing so, deformation of the slot antenna can be prevented.

本発明の第１８の特徴は、ラジアル導波箱内部で、その外周縁部に高周波を吸収する吸収材を配置したことである。 The eighteenth feature of the present invention is that an absorbing material that absorbs high frequency is disposed in the outer peripheral edge portion in the radial waveguide box.

本発明の第１９の特徴は、前記マイクロ波供給装置と前記円筒導波管との間に、前記マイクロ波供給装置から延びる矩形導波管と、この矩形導波管と前記円筒導波管との間に設けられた円形矩形変換器とを備え、この円形矩形変換器と前記円偏波変換器との間の前記円筒導波管に他端にマイクロ波吸収体を有する筒状のダミーロードを接続したことである。 According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a rectangular waveguide extending from the microwave supply device between the microwave supply device and the cylindrical waveguide, and the rectangular waveguide and the cylindrical waveguide. A cylindrical rectangular load having a microwave absorber at the other end in the cylindrical waveguide between the circular rectangular converter and the circular polarization converter. Is connected.

本発明の第２０の特徴は、前記ダミーロードの前記円筒導波管への接続部には、前記円筒導波管の内部と前記ダミーロードの内部とを仕切る隔壁が設けられ、この隔壁には、前記円筒導波管の軸方向と平行なスリットが形成されていることである。 According to a twentieth feature of the present invention, a partition for partitioning the inside of the cylindrical waveguide from the inside of the dummy load is provided at a connection portion of the dummy load to the cylindrical waveguide. A slit parallel to the axial direction of the cylindrical waveguide is formed.

本発明の第２１の特徴は、前記円筒導波管と前記円形矩形変換器との間の導波管内には、前記円筒導波管の軸線に略直交し前記ダミーロードの延出方向に略直交する方向に掛け渡された導体からなる棒状の反射体が設けられていることである。 According to a twenty-first feature of the present invention, in the waveguide between the cylindrical waveguide and the circular rectangular converter, the waveguide is substantially orthogonal to the axis of the cylindrical waveguide and substantially in the extending direction of the dummy load. That is, a rod-like reflector made of a conductor stretched in an orthogonal direction is provided.

本発明の第２２の特徴は、前記反射体は、前記円筒導波管の軸線を含む平面に沿う板状体であることである。 A twenty-second feature of the present invention is that the reflector is a plate-like body along a plane including the axis of the cylindrical waveguide.

本発明の第２３の特徴は、前記ダミーロードの軸線は、この円筒導波管内での波長の１／４波長だけ前記反射体から前記円偏波変換器の方向へ向かって離れた位置に位置していることである。 In a twenty-third feature of the present invention, the axis of the dummy load is located at a position separated from the reflector toward the circular polarization converter by a quarter wavelength of the wavelength in the cylindrical waveguide. Is.

本発明の第２４の特徴は、前記円偏波変換器と前記ラジアル導波箱との間の前記円筒導波管には、導波管内のインピーダンスを調整することによって、前記ラジアル導波箱側から反射して帰ってくるマイクロ波をラジアル導波箱側へ反射するチューナが設けられていることである。 According to a twenty-fourth feature of the present invention, the cylindrical waveguide between the circular polarization converter and the radial waveguide box has a radial waveguide box side by adjusting an impedance in the waveguide. In other words, a tuner is provided to reflect the microwaves reflected back from the radial waveguide box.

本発明の第２５の特徴は、前記チューナは、前記円筒導波管の内周壁から半径方向内方に突出量調整可能に設けられた複数のスタブと、このスタブを半径方向に駆動するスタブ駆動装置とを有し、前記スタブと前記円偏波変換器との間の前記円筒導波管の内側に設けられ、前記円筒導波管内のマイクロ波の電磁界強度を測定する検波器と、この検波器によって測定されたマイクロ波の電磁界強度を基に、前記スタブ駆動装置を駆動して前記スタブの半径方向位置を変化させてインピーダンスを調整し、前記ラジアル導波箱側から帰ってくるマイクロ波を前記ラジアル導波箱側に反射させるように制御する制御装置とを更に備えていることである。 According to a twenty-fifth feature of the present invention, the tuner is provided with a plurality of stubs provided so as to be adjustable in the radial direction from the inner peripheral wall of the cylindrical waveguide, and a stub drive for driving the stubs in the radial direction. And a detector that is provided inside the cylindrical waveguide between the stub and the circular polarization converter and measures the electromagnetic field strength of the microwave in the cylindrical waveguide, Based on the electromagnetic field strength of the microwave measured by the detector, the impedance is adjusted by driving the stub driving device to change the radial direction position of the stub, and the microwave returning from the radial waveguide box side. And a control device for controlling so as to reflect the wave toward the radial waveguide box.

本発明の第２６の特徴は、前記スタブは、前記円筒導波管の内周面に周方向に等間隔に４個、軸方向に３個、計１２個設けられていることである。 A twenty-sixth feature of the present invention is that a total of twelve stubs are provided on the inner peripheral surface of the cylindrical waveguide, four in the circumferential direction and three in the axial direction.

以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面図、図２は図１中II−II線に沿う円偏波変換器の断面を示す図である。 Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a circularly polarized wave converter taken along line II-II in FIG.

本実施例においてはプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した場合について説明するが、これに限定されないことは勿論である。このプラズマエッチング装置２は、側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が有底筒体状に形成された処理容器４を有している。この処理容器４の天井部は、開放されてこの部分にはＯリング等のシール部材６を介して真空圧に耐え得る厚みを有する石英板８が気密に設けられ、容器内部に密閉された処理空間Ｓを形成している。 In this embodiment, a case where the plasma processing apparatus is applied to a plasma etching apparatus will be described, but it is needless to say that the present invention is not limited to this. The plasma etching apparatus 2 includes a processing container 4 whose side walls and bottom are made of a conductor such as aluminum and which is formed in a bottomed cylindrical shape as a whole. The ceiling of the processing container 4 is opened, and a quartz plate 8 having a thickness capable of withstanding vacuum pressure is provided in an airtight manner through a sealing member 6 such as an O-ring, and the processing container 4 is sealed inside the container. A space S is formed.

この処理容器４内には、上面に被処理体としての半導体ウエハＷを載置する載置台１０が収容される。この載置台１０は、アルマイト処理したアルミニウムにより中央部が凸状に平坦になされた略円柱状に形成されている。この載置台１０の下部は、同じくアルミニウムにより円柱状になされた支持台１２により支持されると共に、この支持台１２は処理容器４内の底部に絶縁材１４を介して設置されている。 In the processing container 4, a mounting table 10 on which a semiconductor wafer W as an object to be processed is mounted is accommodated on the upper surface. The mounting table 10 is formed in a substantially columnar shape having a central portion that is made flat with anodized aluminum. The lower part of the mounting table 10 is supported by a support table 12 which is also made of aluminum and is formed in a column shape. The support table 12 is installed on the bottom of the processing container 4 via an insulating material 14.

上記載置台１０の上面には、ここにウエハを保持するための静電チャックやクランプ機構（図示せず）が設けられ、この載置台１０は給電線１６を介してマッチングボックス１８及びバイアス用高周波電源２０に接続されている。載置台１０を支持する支持台１２には、プラズマ処理時のウエハを冷却するための冷却水を流す冷却ジャケット２２が設けられる。 An electrostatic chuck and a clamp mechanism (not shown) for holding the wafer are provided on the upper surface of the mounting table 10. The mounting table 10 is provided with a matching box 18 and a high frequency for bias via a feeder line 16. Connected to a power source 20. The support table 12 that supports the mounting table 10 is provided with a cooling jacket 22 for flowing cooling water for cooling the wafer during plasma processing.

上記処理容器４の側壁には、容器内に処理ガスとしてのエッチングガスを導入するための石英パイプ製のガス供給ノズル２４が設けられている。このノズル２４は、ガス供給路２６によりマスフローコントローラ２８及び開閉弁３０を介して処理ガス源３２に接続されている。 A gas supply nozzle 24 made of quartz pipe for introducing an etching gas as a processing gas into the container is provided on the side wall of the processing container 4. The nozzle 24 is connected to a processing gas source 32 via a mass flow controller 28 and an on-off valve 30 by a gas supply path 26.

また、処理容器４の側壁の外周には、その周方向に沿って電磁コイルや永久磁石等の磁界発生手段３４が設けられており、処理空間Ｓ内に磁界を発生させ、生成しているプラズマを閉じ込めるようになっている。尚、この磁界発生手段３４はプラズマ発生のためには必ずしも必要ではなく、これを省略してもよい。 Further, magnetic field generating means 34 such as an electromagnetic coil and a permanent magnet is provided on the outer periphery of the side wall of the processing container 4 along the circumferential direction, and a plasma generated by generating a magnetic field in the processing space S is generated. Is supposed to be trapped. The magnetic field generating means 34 is not necessarily required for generating plasma and may be omitted.

処理容器４の底部には、図示されない真空ポンプに接続された排気口３６が設けられており、必要に応じて処理容器４内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。 An exhaust port 36 connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing container 4 so that the processing container 4 can be evacuated to a predetermined pressure as required.

このような処理容器４の石英板８の上方には、マイクロ波発生装置５０が設けられている。このマイクロ波発生装置５０には、円筒導波管５２が接続されており、マイクロ波発生装置５０で発生されたマイクロ波を伝搬するようになっている。ここで、マイクロ波としては、ＴＭ０１モード、ＴＥ１１モードが使用され、特に、プラズマの生成むらを抑えるためには円偏波のＴＥ１１モードを使用するのが好ましい。以下、この円偏波のＴＥ１１モードを使用する場合について説明する。 A microwave generator 50 is provided above the quartz plate 8 of the processing container 4. A cylindrical waveguide 52 is connected to the microwave generator 50 so as to propagate the microwave generated by the microwave generator 50. Here, TM01 mode and TE11 mode are used as the microwave, and it is particularly preferable to use the circularly polarized TE11 mode in order to suppress plasma generation unevenness. Hereinafter, a case where the circularly polarized TE11 mode is used will be described.

上記円筒導波管５２には、ラジアル導波箱５４が接続されている。このラジアル導波箱５４と、マイクロ波発生装置５０との間には、円偏波変換器５６が設けられている。円偏波変換器には各種の方式があるが、一例として図２に示すように、円筒導波管の内壁に対向する２つの金属製の円柱状突起５８を、軸方向に１組ないし複数個設けたものが用いられている。これらの円柱状突起５８は、マイクロ波発生装置から伝搬してきたＴＥ１１モードのマイクロ波の電界の主方向に対して４５度をなす方向に配置されている。そして、この円偏波変換器は、マイクロ波発生装置５０からのＴＥ１１モードのマイクロ波を、その電界の主方向が円筒導波管の軸線を中心にして回転させる。 A radial waveguide box 54 is connected to the cylindrical waveguide 52. A circularly polarized wave converter 56 is provided between the radial waveguide box 54 and the microwave generator 50. There are various types of circularly polarized wave converters. As an example, as shown in FIG. 2, two or more metal columnar protrusions 58 facing the inner wall of the cylindrical waveguide are arranged in the axial direction. The one provided is used. These cylindrical protrusions 58 are arranged in a direction that forms 45 degrees with respect to the main direction of the electric field of the TE11 mode microwave that has propagated from the microwave generator. The circular polarization converter rotates the TE11 mode microwave from the microwave generator 50 with the main direction of the electric field centered on the axis of the cylindrical waveguide.

円筒導波管５２の下端に接続されたラジアル導波箱５４は、円筒導波箱３４下端から、半径方向外方に向かって拡張したフランジ部５７と、このフランジ部５６の外周縁から石英板８に向かって下方へ延出した壁部５８とを有している。このラジアル導波箱５４の下端開口には、この開口を覆うように円盤状の銅板製のスロットアンテナ６０が設けられており、その内部に導波空間を形成している。このスロットアンテナ６０は、前記フランジ部５６から下方に突出した誘電体からなる柱１３０で支持され、変形を防止している。 A radial waveguide box 54 connected to the lower end of the cylindrical waveguide 52 includes a flange portion 57 that extends radially outward from the lower end of the cylindrical waveguide box 34, and a quartz plate from the outer peripheral edge of the flange portion 56. 8 and a wall portion 58 extending downward toward 8. A disc-shaped copper plate slot antenna 60 is provided at the lower end opening of the radial waveguide box 54 so as to cover the opening, and a waveguide space is formed therein. The slot antenna 60 is supported by a pillar 130 made of a dielectric that protrudes downward from the flange portion 56 to prevent deformation.

この円盤状のスロットアンテナ６０は、放射型アンテナであり、通信に用いられるマイクロ波用平板アンテナと同様の構成になされ、アンテナ板から放射されたマイクロ波によってプラズマを生成する。このスロットアンテナ６０のスロット間隔は、マイクロ波の放射に効率の良いλｇ/２あるいはλｇ（λｇは管内波長）に設定されており、図３に示すように、ハの字状に配置された一対のスロット１０１が同心円上に配置されている。なお、放射型のスロットアンテナとしては、図４に示すように、ハの字状に配置された一対のスロット１０３が螺旋状に配置されているスロットアンテナ１０５でもよい。 The disk-shaped slot antenna 60 is a radiation type antenna and has the same configuration as a microwave flat plate antenna used for communication, and generates plasma by microwaves radiated from the antenna plate. The slot spacing of the slot antenna 60 is set to λg / 2 or λg (λg is the guide wavelength) that is efficient for microwave radiation, and as shown in FIG. Slots 101 are arranged concentrically. As shown in FIG. 4, the radiation type slot antenna may be a slot antenna 105 in which a pair of slots 103 arranged in a letter C shape are arranged in a spiral shape.

また、この装置に使用されるスロットアンテナとしては、アンテナから漏れ出たマイクロ波によってプラズマを生成するリーク型アンテナであってもよい。このリーク型アンテナは、そのスロット間隔が放射型アンテナより狭く、通常λ／３からλ／４０くらいであり、図５に示すスロットアンテナ１０７のように多数のスロット１０９が同心円状に配置されている。なお、リーク型スロットアンテナとしては、図６に示すスロットアンテナ１１１のように、多数のスロット１１３が螺旋状に配置されているもの、図７に示すスロットアンテナ１１５のように、多数のスロット１１７が六角形状に配置されているもの、図８に示すスロットアンテナ１１９のように、多数のスロット１２１が放射状に配置されているものがある。 The slot antenna used in this apparatus may be a leak type antenna that generates plasma by microwaves leaking from the antenna. The leak type antenna has a slot interval narrower than that of the radiation type antenna and is usually about λ / 3 to λ / 40, and many slots 109 are concentrically arranged like the slot antenna 107 shown in FIG. . As the leaky slot antenna, a large number of slots 113 are arranged in a spiral shape like the slot antenna 111 shown in FIG. 6, and a large number of slots 117 like the slot antenna 115 shown in FIG. Some are arranged in a hexagonal shape, and others are a plurality of slots 121 arranged radially such as a slot antenna 119 shown in FIG.

ラジアル導波箱５４の内部において、円盤状アンテナ部材６０の中心には、金属製のバンプ６４が設けられている。このバンプ６４は、円筒導波管５２の下端開口に向かって突出する円錐状に形成されており、その先端は球面状にまるめられている。このバンプ６４によって、円筒導波管５２を伝搬してきた電磁界を良好にラジアル導波箱５４内へ導波，伝搬させることができる。 Inside the radial waveguide box 54, a metal bump 64 is provided at the center of the disk-shaped antenna member 60. The bump 64 is formed in a conical shape that protrudes toward the lower end opening of the cylindrical waveguide 52, and its tip is rounded into a spherical shape. By this bump 64, the electromagnetic field propagating through the cylindrical waveguide 52 can be guided and propagated well into the radial waveguide box 54.

また、このラジアル導波箱５４と円盤状アンテナ部材６０とによって画成される空間には誘電体６６が充填されている。さらに、スロットアンテナ６０と処理容器４との間の周辺部には、高周波を吸収する吸収材６８が配置され、電磁界の反射を防止するようになっている。この様な吸収材は、ラジアル導波箱５４内の外周縁部に配置してもよい。 The space defined by the radial waveguide box 54 and the disk-shaped antenna member 60 is filled with a dielectric 66. Further, an absorbing material 68 that absorbs a high frequency is disposed in the peripheral portion between the slot antenna 60 and the processing container 4 so as to prevent reflection of the electromagnetic field. Such an absorbing material may be disposed on the outer peripheral edge in the radial waveguide box 54.

次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。まず、図示しないゲートバルブを介して半導体ウエハＷを搬送アームにより処理容器４内に収容し、リフタピン（図示せず）を上下動させることによりウエハＷを載置台１０の上面の載置面に載置する。そして、処理容器４内を所定のプロセス圧力に維持しつつ、ガス供給ノズル２４からエッチングガスを流量制御しつつ供給する。同時に、マイクロ波発生器５０からのマイクロ波を処理空間Ｓに導入してプラズマを発生させ、エッチング処理を行う。またこの場合、載置台１０にバイアス高周波電力を印加しておくことにより、載置台１０に負の電位を発生させることができ、プラズマからのイオンの引出しを効率的に行うことができる。なお、処理容器４の側壁に設けた磁界発生手段３４は、プラズマ閉じ込め用の磁界を発生させるためのものであり、これを配置しなくても、円盤状アンテナ部材６０からのマイクロ波によりプラズマを生成することができる。 Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. First, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing container 4 by a transfer arm via a gate valve (not shown), and the wafer W is mounted on the mounting surface on the upper surface of the mounting table 10 by moving a lifter pin (not shown) up and down. Put. Then, while maintaining the inside of the processing container 4 at a predetermined process pressure, the etching gas is supplied from the gas supply nozzle 24 while controlling the flow rate. At the same time, microwaves from the microwave generator 50 are introduced into the processing space S to generate plasma, and an etching process is performed. In this case, by applying a bias high frequency power to the mounting table 10, a negative potential can be generated in the mounting table 10, and ions can be efficiently extracted from the plasma. The magnetic field generating means 34 provided on the side wall of the processing vessel 4 is for generating a magnetic field for confining the plasma. Even if this is not provided, the plasma is generated by the microwave from the disk-shaped antenna member 60. Can be generated.

このような構成において、マイクロ波発生装置５０にて発生したＴＥ１１モードのマイクロ波は、円筒導波管５２を通って円偏波変換器５６に到達する。ここで、ＴＥ１１モードのマイクロ波は、円筒導波管５２の軸線回りに回転せしめられ、ラジアル導波箱５４との接続部に到達する。この接続部において、ＴＥモードマイクロ波の水平方向の電界Ｅは、図９に示すように、バンプ６４によって左右に分割され、その電界の方向を垂直方向に変化させながらラジアル導波箱の周縁方向に伝搬していく。ここで、その電界はバンプ６４の両側で１８０度ずれることになる。そして、この周辺方向へ伝搬していくマイクロ波は円盤状のスロットアンテナ６０を介してその下方の処理空間に電磁界を発生させ、この電磁界によってプラズマを生成する。 In such a configuration, the TE11 mode microwave generated by the microwave generator 50 passes through the cylindrical waveguide 52 and reaches the circular polarization converter 56. Here, the microwave in the TE11 mode is rotated around the axis of the cylindrical waveguide 52 and reaches the connection portion with the radial waveguide box 54. In this connection portion, the horizontal electric field E of the TE mode microwave is divided into left and right by the bumps 64 as shown in FIG. 9, and the peripheral direction of the radial waveguide box is changed while changing the direction of the electric field in the vertical direction. Propagate to. Here, the electric field is shifted by 180 degrees on both sides of the bump 64. Then, the microwave propagating in the peripheral direction generates an electromagnetic field in a processing space below the disk-shaped slot antenna 60, and plasma is generated by the electromagnetic field.

ここで、円筒導波管５２を伝搬してくるマイクロ波はＴＥモードであるため、図１０に示すように、円盤状スロットアンテナ６０を介して処理容器４内に発生する電界Ｆは、円筒導波管５２内の電界Ｅの方向に強く偏在したものとなる。しかしながら、円筒導波管５２を伝搬してくるマイクロ波は、円筒導波管の軸線回りに回転しているため、電界の強い部分Ｆも回転する。従って、円盤状スロットアンテナ６０の下方の処理空間Ｓにおける電磁界の強度は平均化され、従って広範囲にわたってプラズマを一様かつ均一に生成することができる。従って、大口径ウエハであっても、その面内において一様な処理を施すことができる。 Here, since the microwave propagating through the cylindrical waveguide 52 is in the TE mode, as shown in FIG. 10, the electric field F generated in the processing container 4 via the disk-shaped slot antenna 60 is applied to the cylindrical waveguide. It is strongly unevenly distributed in the direction of the electric field E in the wave tube 52. However, since the microwave propagating through the cylindrical waveguide 52 rotates around the axis of the cylindrical waveguide, the portion F having a strong electric field also rotates. Accordingly, the intensity of the electromagnetic field in the processing space S below the disk-shaped slot antenna 60 is averaged, and thus plasma can be generated uniformly and uniformly over a wide range. Therefore, even a large-diameter wafer can be processed uniformly within the surface.

以上説明したように、このプラズマ処理装置にあっては、有底円筒状に形成され、その内部にウエハＷを載置する載置台１０を有する処理容器４と、この処理容器４の上部開口を気密に覆う石英板８と、ＴＥ１１モードのマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段５０と、一端側がこのマイクロ波供給手段５０に接続され石英板８に向かって延在し、内部に導波空間を有する円筒導波管５２と、この円筒導波管５２の他端に接続され、この円筒導波管５２の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、前記蓋体に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱５４と、このラジアル導波箱５４の下端開口を覆い、複数のスロット１０１を有し、石英板８に沿って配設された円盤状スロットアンテナ６０と、マイクロ波供給手段５０とラジアル導波箱５４との間の前記円筒導波管５２に設けられ、マイクロ波供給手段５０から供給されたＴＥ１１モードのマイクロ波を円筒導波管５２の軸線回りに回転させてラジアル導波箱５４へ送る円偏波変換器５６とを備えているから、円筒導波管５２を伝搬してくるＴＥ１１モードのマイクロ波を円筒導波管５２の軸線回りに回転させることができるとともに、このマイクロ波をその位相を反転してラジアル導波箱５４の周縁部に向かって伝搬することができる。従って、円盤状スロットアンテナ６０の下方の処理空間Ｓにおいて、広範囲にわたってプラズマ密度を一様かつ均一にすることができ、従って大口径ウエハであっても、その面内において一様な処理を施すことができる。また、同軸導波管を使用した場合に生ずる内側ケーブルの発熱を防止することができる。 As described above, in this plasma processing apparatus, the processing container 4 which is formed in a bottomed cylindrical shape and has the mounting table 10 on which the wafer W is placed, and the upper opening of the processing container 4 are provided. A quartz plate 8 that is airtightly covered, a microwave supply unit 50 that supplies microwaves in TE11 mode, and one end side is connected to the microwave supply unit 50 and extends toward the quartz plate 8, and a waveguide space is formed therein. A cylindrical waveguide 52 that is connected to the other end of the cylindrical waveguide 52, and extends radially outward from the other end of the cylindrical waveguide 52 in a flange shape, and then downwards toward the lid A radial waveguide box 54 extending as a side wall and having a waveguide space therein, covers a lower end opening of the radial waveguide box 54, has a plurality of slots 101, and is disposed along the quartz plate 8. Disc shaped slot antenna 60 The TE11 mode microwaves provided from the microwave supply means 50 are provided around the cylindrical waveguide 52 between the microwave supply means 50 and the radial waveguide box 54. Since a circularly polarized wave converter 56 that rotates and sends to the radial waveguide box 54 is provided, the TE11 mode microwave propagating through the cylindrical waveguide 52 is rotated around the axis of the cylindrical waveguide 52. In addition, the microwave can be propagated toward the periphery of the radial waveguide box 54 with its phase reversed. Therefore, in the processing space S below the disk-shaped slot antenna 60, the plasma density can be made uniform and uniform over a wide range. Therefore, even a large-diameter wafer can be uniformly processed in the plane. Can do. Further, heat generation of the inner cable that occurs when the coaxial waveguide is used can be prevented.

上記のように、このプラズマ処理装置によれば、処理空間に均一なプラズマを発生させることができるが、さらに精密な測定によると、プラズマの分布には僅かな不均一が見られた。これは以下のような理由によるものと思われる。 As described above, according to this plasma processing apparatus, a uniform plasma can be generated in the processing space. However, according to a more precise measurement, a slight non-uniformity was observed in the plasma distribution. This is probably due to the following reasons.

すなわち、図１１に示すように、上部円筒導波管１５１中を下降するＴＥ１１モードの進行波１５５は、円偏波変換器５６で時計回りに回転せしめられ、符号１５７に示すように回転しながら下部円筒導波管１５３中を下降する。このマイクロ波１５７は、バンプ６４によって左右に分割され、ラジアル導波箱５４を周辺方向へ向かい円盤状のスロットアンテナ６０から処理空間に伝搬する。しかし、このマイクロ波のごく一部は、スロットアンテナ６０、処理容器内で反射し、上記ルートを逆に辿って下部円筒導波管１５３中を符号１５９に示すように上方に伝搬する。このマイクロ波は、円偏波変換器５６を通過して、上部円筒導波管１５１に至ると、符号１６１に示すように回転しないＴＥ１１モードのマイクロ波となる。このマイクロ波は、矩形導波管１７１との接続部１７３で反射して位相が反転し、符号１６３に示すように進行波として、円筒導波管１５１中を下降する。このマイクロ波は、再度円偏波変換器５６を通過して回転し、符号１６５で示すように下部円筒導波管１５３中を下降する。ここで、このマイクロ波１６５は、進行波１５５と比較して、編波面が９０°異なっているため、符号１５７で示す場合とは逆の反時計回りに回転することになる。このようにして、この反時計回りのマイクロ波１６５が、本来の時計回りのマイクロ波１５７に干渉し、マイクロ波の分布が不均一になるものと思われる。 That is, as shown in FIG. 11, the traveling wave 155 of the TE11 mode descending in the upper cylindrical waveguide 151 is rotated clockwise by the circular polarization converter 56, while rotating as indicated by reference numeral 157. It descends through the lower cylindrical waveguide 153. The microwave 157 is divided into left and right by the bumps 64, and propagates through the radial waveguide box 54 toward the peripheral direction from the disk-shaped slot antenna 60 to the processing space. However, a very small part of the microwave is reflected in the slot antenna 60 and the processing container, and propagates upward in the lower cylindrical waveguide 153 as indicated by reference numeral 159 by tracing back the route. When this microwave passes through the circular polarization converter 56 and reaches the upper cylindrical waveguide 151, it becomes a TE11 mode microwave that does not rotate as indicated by reference numeral 161. This microwave is reflected by the connecting portion 173 with the rectangular waveguide 171 and its phase is inverted, and as indicated by reference numeral 163, it travels down the cylindrical waveguide 151 as a traveling wave. The microwave again passes through the circular polarization converter 56 and rotates, and descends in the lower cylindrical waveguide 153 as indicated by reference numeral 165. Here, the microwave 165 has a knitting wavefront that is 90 ° different from the traveling wave 155, and thus rotates in the counterclockwise direction opposite to the case indicated by the reference numeral 157. In this way, it is considered that the counterclockwise microwave 165 interferes with the original clockwise microwave 157 and the distribution of the microwave becomes non-uniform.

このような欠点を改善するものとして、考え出されたのが図１２ないし図１４に示す第２の実施の形態であるプラズマ処理装置２００である。 In order to improve such a defect, the plasma processing apparatus 200 according to the second embodiment shown in FIGS. 12 to 14 has been conceived.

図１２において、符号２０１は、矩形導波管を示している。この矩形導波管２０１は、図示しないマイクロ波発生器に接続されている。この矩形導波管２０１は、コーナー部２０３で９０°屈曲し、円形矩形変換器２０５に接続している。この円形矩形変換器２０５には、円筒導波管２０７が接続されている。この円筒導波管２０７の下部には、円偏波変換器２０９が設けられており、ＴＥ１１モードのマイクロ波を軸線回りに回転させるようになっている。円筒導波管２０７の円偏波変換器２０９の下方にはフランジ状のラジアル導波箱２１１が接続され、このラジアル導波箱２１１の下面に設けられたスロットアンテナから処理容器中にマイクロ波を伝搬するようになっている。 In FIG. 12, reference numeral 201 denotes a rectangular waveguide. The rectangular waveguide 201 is connected to a microwave generator (not shown). The rectangular waveguide 201 is bent 90 ° at the corner 203 and connected to the circular rectangular converter 205. A cylindrical waveguide 207 is connected to the circular rectangular converter 205. A circular polarization converter 209 is provided below the cylindrical waveguide 207 to rotate the TE11 mode microwave around the axis. A flange-shaped radial waveguide box 211 is connected to the cylindrical waveguide 207 below the circular polarization converter 209, and a microwave is transmitted from the slot antenna provided on the lower surface of the radial waveguide box 211 into the processing container. It is supposed to propagate.

このようなプラズマ処理装置において、円筒導波管２０７の上部で、円形矩形変換器２０５との接続部２１３の近傍には、矩形筒状のダミーロード２１５が設けられている。このダミーロード２１５は、円筒導波管２０７と円形矩形変換器２０５との接続部から距離Ｌだけ離れた位置から円筒導波管２０７の軸線に対して垂直方向に延びている。ここで、この距離Ｌは、円筒導波管２０７内を逆方向に伝搬してきたマイクロ波が接続部２１３で反射して定在波を形成したとき、その定在波の１／４波長に等しくなるようにし、定材波の腹の部分にダミーロード２１５の軸線が位置するようにするのが望ましい。このダミーロード２１５の端部には、マイクロ波吸収材２１７が設けられている。このマイクロ波吸収材２１７は、例えば図１４に示すように、水を貯留したコーン形状のものでもよく、この部分で伝搬してきたマイクロ波を吸収することになっている。また、ダミーロード２１５の円筒導波管２０７寄りの部分には、シャッター２１９が設けられており、ダミーロード２１５によるマイクロ波の吸収を任意に遮断できるようになっている。また、ダミーロード２１５の円筒導波管２０７への接続部には、遮蔽板２２１が設けられており、この遮蔽板２２１には、円筒導波管２０７の軸線に平行なスリット２２３が形成されている。このスリット２２３は、例えば、長さ５０〜１２０ｍｍ、幅２〜２０ｍｍに形成されている。さらに、接続部２１３には、円筒導波管２０７の軸線に直交しかつダミーロード２１５の突出方向に直交する方向に延びる棒状の反射板２２５が設けられている。この反射板２２５は、導体からなり、円筒導波管２０７の軸線を含む平面に沿う方向の板状に形成されている。 In such a plasma processing apparatus, a rectangular cylindrical dummy load 215 is provided in the vicinity of the connection portion 213 with the circular rectangular converter 205 above the cylindrical waveguide 207. The dummy load 215 extends in a direction perpendicular to the axis of the cylindrical waveguide 207 from a position away from the connection portion between the cylindrical waveguide 207 and the circular rectangular converter 205 by a distance L. Here, this distance L is equal to a quarter wavelength of the standing wave when the microwave propagating in the reverse direction in the cylindrical waveguide 207 is reflected by the connecting portion 213 to form a standing wave. It is desirable that the axis of the dummy load 215 be positioned at the antinode of the constant material wave. A microwave absorber 217 is provided at the end of the dummy load 215. For example, as shown in FIG. 14, the microwave absorbing material 217 may have a cone shape in which water is stored, and the microwave that has propagated in this portion is absorbed. Further, a shutter 219 is provided in a portion of the dummy load 215 near the cylindrical waveguide 207 so that microwave absorption by the dummy load 215 can be arbitrarily blocked. Further, a shielding plate 221 is provided at the connection portion of the dummy load 215 to the cylindrical waveguide 207, and a slit 223 parallel to the axis of the cylindrical waveguide 207 is formed in the shielding plate 221. Yes. For example, the slit 223 has a length of 50 to 120 mm and a width of 2 to 20 mm. Further, the connecting portion 213 is provided with a rod-like reflecting plate 225 extending in a direction orthogonal to the axis of the cylindrical waveguide 207 and orthogonal to the protruding direction of the dummy load 215. The reflector 225 is made of a conductor and is formed in a plate shape in a direction along a plane including the axis of the cylindrical waveguide 207.

このような構成において、ラジアル導波箱２１１から逆方向に伝搬してきたマイクロ波は、円偏波変換器２０９を通過して円筒導波管２０７と円形矩形変換器２０５との接続部２１３に至ると、矩形導波管２０１に侵入することができずに反射する。特にこのプラズマ処理装置２００にあっては、接続部２１３に反射板２２５が設けられているため、図１４に示すように、この部分でマイクロ波が反射し、この反射体２２５を節として定在波Ｃが形成される。ここで、ダミーロード２１５の軸線すなわちスリットの中心部は、接続部２１３から定在波の１／４波長だけ離れた位置にあるので、発生した定在波Ｃの腹の部分がスリット２２３の中心にくることになる。そして、この定在波は、スリット２２３からダミーロード内に伝搬し、吸収体２１７によって吸収される。 In such a configuration, the microwave propagating in the reverse direction from the radial waveguide box 211 passes through the circular polarization converter 209 and reaches the connection part 213 between the cylindrical waveguide 207 and the circular rectangular converter 205. And cannot enter the rectangular waveguide 201 and is reflected. In particular, in this plasma processing apparatus 200, since the reflector 225 is provided at the connection portion 213, the microwave is reflected at this portion as shown in FIG. 14, and the reflector 225 is fixed as a node. A wave C is formed. Here, since the axis of the dummy load 215, that is, the central portion of the slit is located at a position away from the connection portion 213 by a quarter wavelength of the standing wave, the antinode portion of the generated standing wave C is the center of the slit 223. It will be difficult. The standing wave propagates from the slit 223 into the dummy load and is absorbed by the absorber 217.

このようにして、ラジアル導波箱２１１から反射してきたマイクロ波は、ダミーロードにより吸収されるから、再度ラジアル導波箱２１１の方向へ伝搬することがなく、従って、ラジアル導波箱２１１から処理容器内に伝搬されるマイクロ波の均一性を乱すことがなく、処理容器内のプラズマの均一性を高いレベルで維持することができる。 In this way, the microwave reflected from the radial waveguide box 211 is absorbed by the dummy load, and therefore does not propagate again in the direction of the radial waveguide box 211. The uniformity of the microwave propagated in the container is not disturbed, and the uniformity of the plasma in the processing container can be maintained at a high level.

図１５、図１６は、上記の効果を示す実験結果を示す図である。これらの図は、載置台上におけるイオン飽和電流の強度を測定したものである。測定は、載置台の中心部Ｒ１から半径Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４（最も外周側）の円周上において、周方向にそれぞれの角度位置において行われ、その結果をグラフに表したものである。 15 and 16 are diagrams showing experimental results showing the above effects. In these figures, the intensity of the ion saturation current on the mounting table is measured. The measurement is performed at respective angular positions in the circumferential direction on the circumference from the center R1 of the mounting table to the radii R2, R3, and R4 (outermost side), and the result is shown in a graph.

これらの図において、図１５は、ダミーロード２１５のシャッタ２１９を閉鎖した状態、すなわちダミーロード２１５を機能させていない状態におけるイオン飽和電流値を測定したものである。この図からもわかるように、ダミーロード２１５が機能していない状態では、載置台上のイオン飽和電流に周方向にばらつきがあり、特に外周部でこの傾向が強いことがわかる。 In these drawings, FIG. 15 shows the measured ion saturation current value when the shutter 219 of the dummy load 215 is closed, that is, when the dummy load 215 is not functioning. As can be seen from this figure, when the dummy load 215 is not functioning, the ion saturation current on the mounting table varies in the circumferential direction, and this tendency is particularly strong at the outer peripheral portion.

これに対して、図１６は、シャッタ２１９を開いた状態、すなわちダミーロード２１５を機能させた場合を示している。この図からわかるように、載置台上のイオン飽和電流は周方向、半径方向のいずれにおいても一定値を示しており、マイクロ波の反射による影響が極めて少なくなっていることを示している。 On the other hand, FIG. 16 shows a state in which the shutter 219 is opened, that is, the dummy load 215 is made to function. As can be seen from this figure, the ion saturation current on the mounting table shows a constant value both in the circumferential direction and in the radial direction, indicating that the influence of microwave reflection is extremely small.

次に、上記第２の実施の形態と同様の効果を奏する第３の実施の形態であるプラズマ処理装置３００について図１７を参照して説明する。 Next, a plasma processing apparatus 300 according to a third embodiment that exhibits the same effects as those of the second embodiment will be described with reference to FIG.

この図において、図１２と同様に、符号２０１は矩形導波管，符号２０３はコーナー部，符号２０５は円形矩形変換器，符号２０７は円筒導波管、符号２０９は円偏波変換器、符号２１１はラジアル導波箱を示している。 In this figure, as in FIG. 12, reference numeral 201 is a rectangular waveguide, reference numeral 203 is a corner, reference numeral 205 is a circular rectangular converter, reference numeral 207 is a cylindrical waveguide, reference numeral 209 is a circular polarization converter, reference numeral Reference numeral 211 denotes a radial waveguide box.

円筒導波管２０７の下部には、チューナ３１１が設けられている。このチューナ３１１は、複数のスタブ３１３を有しており、円筒導波管２０７の下部内周面に、半径方向内方に向かって突出して設けられている。このスタブ３１３は、円筒導波管２０７内に突出させることによってインピーダンスを変化させ、ラジアル導波箱２１１から反射してくるマイクロ波をラジアル導波箱２１１に向かって追い返すためのものである。これらスタブ３１３は、周方向に９０°の角度離間して４個ずつ、円筒導波管の軸方向に等間隔に離間して３組の計１２個設けられている。これら、スタブ３１３には、これらスタブ３１３を半径方向に駆動するスタブ駆動装置３１５がそれぞれ設けられている。 A tuner 311 is provided below the cylindrical waveguide 207. The tuner 311 has a plurality of stubs 313 and is provided on the lower inner peripheral surface of the cylindrical waveguide 207 so as to protrude radially inward. The stub 313 is for projecting into the cylindrical waveguide 207 to change the impedance, and for returning the microwave reflected from the radial waveguide box 211 toward the radial waveguide box 211. Four of these stubs 313 are provided in a total of 12 sets, each set of four sets spaced apart at an angle of 90 ° in the circumferential direction, and spaced apart at equal intervals in the axial direction of the cylindrical waveguide. Each of these stubs 313 is provided with a stub driving device 315 that drives the stubs 313 in the radial direction.

これらスタブ３１３と円偏波変換器２０９との間の円筒導波管２０７の内周面には、検波器３１７が設けられている。この検波器３１７は、ラジアル導波箱２１１から反射してくるマイクロ波を検知するためのものであって、周方向に９０度ずつ離間して４個、軸方向にλｇ/８間隔で３組の計１２個配置されている。 A detector 317 is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical waveguide 207 between the stub 313 and the circular polarization converter 209. This detector 317 is for detecting the microwaves reflected from the radial waveguide box 211, and is provided with four sets spaced apart by 90 degrees in the circumferential direction and three sets at intervals of λg / 8 in the axial direction. A total of 12 are arranged.

そして、この検波器３１７によって測定されたマイクロ波の電磁界強度を基に、前記スタブ駆動装置３１５を駆動して前記スタブ３１３の半径方向位置を変化させてインピーダンスを調整してチューニングする制御装置３１９が設けられている。 Then, based on the electromagnetic field strength of the microwave measured by the detector 317, the control device 319 for driving the stub driving device 315 to change the radial position of the stub 313 and adjusting the impedance to tune. Is provided.

このような構成において、ラジアル導波箱２１１から逆方向に伝搬してきたマイクロ波は、検波器３１７によって測定され、その結果は制御装置３１９へ送られる、この制御装置３１９では、検波器３１７によって測定されたマイクロ波の電磁界強度を基に、ラジアル導波箱２１１側から帰ってくるマイクロ波をラジアル導波箱２１１側に反射させるために必要なスタブ３１３の半径方向位置を計算する。そして、この制御装置３１９は、スタブ駆動装置３１５に対して、スタブ３１３を駆動する駆動指令を出力する。この駆動指令にしたがい、スタブ駆動装置３１５は、スタブ３１３の半径方向位置を変化させインピーダンスを調整してチューニングし、帰ってくるマイクロ波をラジアル導波箱２１１側に反射させる。 In such a configuration, the microwave propagating in the reverse direction from the radial waveguide box 211 is measured by the detector 317, and the result is sent to the control device 319. In this control device 319, the measurement is performed by the detector 317. The radial position of the stub 313 necessary for reflecting the microwave returning from the radial waveguide box 211 side to the radial waveguide box 211 side is calculated based on the electromagnetic field strength of the microwave. The control device 319 outputs a drive command for driving the stub 313 to the stub drive device 315. In accordance with this drive command, the stub drive device 315 adjusts the impedance by changing the radial position of the stub 313 and tunes it, and reflects the returning microwave to the radial waveguide box 211 side.

このように、このプラズマ処理装置３００にあっては、ラジアル導波箱からの反射波を円偏波変換器２０９を通すことなくその手前でチューニングして反射するから、円偏波の回転方向が逆転することがない。従って、スロットアンテナから均一なマイクロ波を伝搬することができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。 Thus, in this plasma processing apparatus 300, the reflected wave from the radial waveguide box is tuned and reflected in front of it without passing through the circular polarization converter 209. There is no reversal. Accordingly, uniform microwaves can be propagated from the slot antenna, and uniform plasma processing can be performed.

次に、このチューナによる円偏波のマッチングについて説明する。 Next, circular polarization matching by this tuner will be described.

円形導波管のＴＥ１１モードの円偏波において、矩形導波管より円形導波管に変換し、円形導波管部に位相板等を設けた円偏波発生器によりＴＥ１１モード円偏波を発生させる。 In TE11 mode circular polarization of a circular waveguide, the rectangular waveguide is converted to a circular waveguide, and TE11 mode circular polarization is converted by a circular polarization generator having a phase plate or the like provided in the circular waveguide portion. generate.

円形導波管の負荷よりの反射波は、進行方向が進行波に対して逆になり、回転方向は同一である。 The reflected wave from the load of the circular waveguide has the traveling direction opposite to the traveling wave, and the rotation direction is the same.

従って、反射波によってできる定在波は、円形導波管部分においては、ある一定の角度位置を決めて、導波管軸方向にはＴＥ１１の（円偏波でないもの）定在波と同一となる。 Therefore, the standing wave generated by the reflected wave determines a certain angular position in the circular waveguide portion, and is the same as the standing wave of TE11 (not circularly polarized) in the waveguide axis direction. Become.

角度方向に対しては円周に対しても定在波が発生するから、この方向での検出も可能である。 In the angular direction, standing waves are also generated on the circumference, so that detection in this direction is also possible.

定在波の検出は管内波長のλｇ／８間隔に３本〜５本の探針を設け、これにより検出したマイクロ波を検波器で検出する。（円周方向においては４５°角度で３本〜５本）
例えば、４本検出の場合は、電圧の絶対値は

となり、検出器１，２，３，４の各々の電圧は二乗検波すれば

となる。ここで、

この信号は負荷の反射係数｜Γ｜と位相θの情報を含んでいるので、
４Ｋ｜Ｖｉ｜^２でノーマライズすれば、

が計算され、負荷インピーダンスが計算できる。 Standing waves are detected by providing three to five probes at intervals of λg / 8 of the guide wavelength, and the detected microwaves are detected by a detector. (3 to 5 at 45 ° angle in the circumferential direction)
For example, in the case of four detection, the absolute value of the voltage is

If the voltages of the

detectors

1, 2, 3 and 4 are square-detected,

It becomes. here,

Since this signal contains the load reflection coefficient | Γ | and phase θ information,
If normalized at ^{2, |} 4K ^| Vi

And the load impedance can be calculated.

また、３本検出の場合は、

となり、｜Γ｜cosθ,｜Γ｜sinθが計算され、負荷インピーダンスが計算できる。 In the case of 3 detection,

Thus, | Γ | cosθ, | Γ | sinθ is calculated, and the load impedance can be calculated.

なお、円形導波管の軸方向に検出器を設けずに、円形導波管の円周方向に４５°間隔で３本以上検出端子を設けても同一である。 Note that it is the same even if three or more detection terminals are provided at 45 ° intervals in the circumferential direction of the circular waveguide without providing a detector in the axial direction of the circular waveguide.

従って、軸方向に３〜４個か、円周方向に４個使用することによって、オートマッチングが実現できる。 Therefore, auto-matching can be realized by using three to four in the axial direction or four in the circumferential direction.

負荷のインピーダンスより（λｇ/８）〜（λｇ/４）（推奨）間隔に配置された３本のスタブをマイクロコンピュータで計算して調整してやれば、整合が取れる。 If three stubs arranged at intervals of (λg / 8) to (λg / 4) (recommended) are calculated and adjusted by a microcomputer based on the impedance of the load, matching can be obtained.

スタブは円周方向に４本等の複数個配置してやれば、円偏波に対する円周方向へのバランスが良くなり、より大きな負荷反射に対してオートマッチングが可能となる。 If a plurality of stubs such as four are arranged in the circumferential direction, the balance in the circumferential direction with respect to the circularly polarized wave is improved, and auto-matching is possible for larger load reflection.

なお、上記実施の形態では、ダミーロード２１５を備えたプラズマ処理装置２００とチューナ３１１を備えたプラズマ処理装置３００を別々に説明しているが、両者をともに備えたプラズマ処理装置であってもよいのは勿論である。 In the above embodiment, the plasma processing apparatus 200 provided with the dummy load 215 and the plasma processing apparatus 300 provided with the tuner 311 are described separately. However, the plasma processing apparatus provided with both of them may be used. Of course.

また、本実施の形態では、プラズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適用した場合について説明したが、これに限る必要はなく、成膜処理や、膜改質等の処理に適用してもよい。 In this embodiment, the case where the plasma processing apparatus is applied to the plasma etching apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to a film forming process, a film reforming process, or the like.

本発明にあっては、有底筒状に形成され、その内部に被処理体を載置する載置台を有する処理容器と、この処理容器の上部開口を気密に覆う誘電体からなる蓋体と、マイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、一端側がこのマイクロ波供給手段に接続され、このマイクロ波供給手段から前記蓋体に向かって延在し、内部に導波空間を有する円筒導波管と、この円筒導波管の他端に接続され、この円筒導波管の他端から半径方向外方にフランジ状に拡張した後、前記蓋体に向かって下方へ側壁として延出し、その内部に導波空間を有するラジアル導波箱と、このラジアル導波箱の下端開口を覆い、複数のスロットを有し、前記蓋体に沿って配設されたスロットアンテナとを備えているから、同軸導波管を使用した場合に生ずる内側ケーブルの発熱を防止することができるとともに、処理容器内に一様なプラズマを発生させることができ、従って大口径のウエハであっても、一様な処理をおこなうことができる。 In the present invention, a processing container which is formed in a bottomed cylindrical shape and has a mounting table on which an object to be processed is mounted, and a lid made of a dielectric material that hermetically covers the upper opening of the processing container, A microwave supply means for supplying microwaves, and a cylindrical waveguide having one end connected to the microwave supply means, extending from the microwave supply means toward the lid, and having a waveguide space therein And is connected to the other end of the cylindrical waveguide, extends radially outward from the other end of the cylindrical waveguide into a flange shape, and then extends downward as a side wall toward the lid body. A radial waveguide box having a waveguide space and a slot antenna that covers a lower end opening of the radial waveguide box, has a plurality of slots, and is disposed along the lid. The inner cable produced when using a waveguide It is possible to prevent heat, it is possible to generate a uniform plasma in the processing container, thus even a large-diameter wafer, it is possible to perform uniform processing.

本発明の第１の実施の形態のプラズマ処理装置を示す縦断面図。1 is a longitudinal sectional view showing a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図１中II−IIに沿う断面を示す図。The figure which shows the cross section which follows II-II in FIG. 放射型スロットアンテナの一例を示す図。The figure which shows an example of a radiation | emission type slot antenna. 放射型スロットアンテナの他の一例を示す図。The figure which shows another example of a radiation | emission type slot antenna. リーク型スロットアンテナの一例を示す図。The figure which shows an example of a leak type slot antenna. リーク型スロットアンテナの他の一例を示す図。The figure which shows another example of a leak type slot antenna. リーク型スロットアンテナのさらに他の一例を示す図。The figure which shows another example of a leak type slot antenna. リーク型スロットアンテナのもう一つの一例を示す図。The figure which shows another example of a leak type slot antenna. 円筒導波管と円盤状ラジアル導波箱との接続部におけるＴＥモードのマイクロ波の伝搬の状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state of propagation of the microwave of TE mode in the connection part of a cylindrical waveguide and a disk-shaped radial waveguide box. ＴＥモードマイクロ波が伝搬していく状態を示す平面図。The top view which shows the state which TE mode microwave propagates. 本発明の第２の実施の形態考えるに至った問題点を示す図。The figure which shows the problem which came to consider the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置を示す一部切欠き正面図。The partially notched front view which shows the plasma processing apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 第２の実施の形態のプラズマ処理装置を示す一部切欠き側面図。The partially notched side view which shows the plasma processing apparatus of 2nd Embodiment. 図１２に示すプラズマ処理装置のダミーロードの機能を示す図。The figure which shows the function of the dummy load of the plasma processing apparatus shown in FIG. 図１２に示すプラズマ処理装置において、ダミーロードを機能させない状態におけるイオン飽和電流の分布を示す図。The figure which shows distribution of the ion saturation current in the state which does not function a dummy load in the plasma processing apparatus shown in FIG. 図１２に示すプラズマ処理装置において、ダミーロードを機能させた状態におけるイオン飽和電流の分布を示す図。The figure which shows distribution of the ion saturation current in the state which made the dummy load function in the plasma processing apparatus shown in FIG. 本発明の第３の実施の形態のプラズマ処理装置を示す一部切欠き正面図。The partially notched front view which shows the plasma processing apparatus of the 3rd Embodiment of this invention. 従来のプラズマ処理装置を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the conventional plasma processing apparatus.

Explanation of symbols

Ｗウエハ（被処理体）
Ｃ定在波
４処理容器
１０載置台
５０マイクロ波発生装置（マイクロ波供給装置）
５２，１５１，１５３，２０７円筒導波管
５４，２１１ラジアル導波箱
５６，２０９円偏波変換器
６０スロットアンテナ
６４バンプ
１７１，２０１矩形導波管
２０５円形矩形変換器
２１３接続部
２１５ダミーロード
２１７マイクロ波吸収材（マイクロ波吸収体）
２１９シャッター
２２１遮蔽板
２２３スリット
２２５反射体（反射板）
３１１チューナ
３１３スタブ
３１５スタブ駆動装置
３１７検波器
３１９制御装置 W wafer (object to be processed)
C standing wave 4 processing vessel 10 mounting table 50 microwave generator (microwave supply device)
52, 151, 153, 207 Cylindrical waveguide 54, 211 Radial waveguide box 56, 209 Circular polarization converter 60 Slot antenna 64 Bump 171, 201 Rectangular waveguide 205 Circular rectangular converter 213 Connection portion 215 Dummy load 217 Microwave absorber (microwave absorber)
219 Shutter 221 Shielding plate 223 Slit 225 Reflector (reflecting plate)
311 Tuner 313 Stub 315 Stub drive device 317 Detector 319 Control device

Claims

A processing container that is formed in a bottomed cylindrical shape and has a mounting table on which an object to be processed is mounted;
A lid made of a dielectric material that hermetically covers the upper opening of the processing container;
A microwave supply device for supplying microwaves;
A cylindrical waveguide having one end connected to the microwave supply device, extending from the microwave supply device toward the lid, and having a waveguide space inside;
Connected to the other end of the cylindrical waveguide, and expanded radially outward from the other end of the cylindrical waveguide in a flange shape, then extended downward as a side wall toward the lid and led to the inside. A radial waveguide box having a wave space;
A slot antenna that covers the lower end opening of the radial waveguide box, has a plurality of slots, and is disposed along the lid;
Inside the radial waveguide box, a substantially conical bump made of a conductor provided to protrude toward the cylindrical waveguide at a portion facing the other end opening of the cylindrical waveguide of the slot antenna;
A circularly polarized wave is provided in the cylindrical waveguide between the microwave supply device and the radial waveguide box, and the microwave supplied from the microwave supply device is rotated around the axis of the cylindrical waveguide. A circular polarization converter to be sent to the radial waveguide box as
A rectangular waveguide extending from the microwave supply device between the microwave supply device and the cylindrical waveguide;
A circular rectangular transducer provided between the rectangular waveguide and the cylindrical waveguide;
A cylindrical dummy load connected to the cylindrical waveguide between the circular rectangular converter and the circular polarization converter, and having a microwave absorber at the end,
Provided in the waveguide between the cylindrical waveguide and the circular rectangular transducer, and spanned in a direction substantially orthogonal to the axis of the cylindrical waveguide and substantially orthogonal to the extending direction of the dummy load. A rod-shaped reflector made of a conductor ;
With
The axis of the dummy load is located at a position away from the reflector toward the circular polarization converter by a quarter wavelength of the in-tube wavelength of the standing wave reflected by the reflector. A plasma processing apparatus.

The connecting portion of the dummy load to the cylindrical waveguide is provided with a partition wall that partitions the inside of the cylindrical waveguide and the inside of the dummy load, and the partition wall has an axial direction of the cylindrical waveguide. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a slit parallel to the surface is formed.

3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the reflector is a plate-like body along a plane including an axis of the cylindrical waveguide.

4. The microwave propagated from the microwave supply device through the cylindrical waveguide to the radial waveguide box is a TM01 mode. 5. The plasma processing apparatus as described.

The microwave propagated from the microwave supply device to the radial waveguide box through the cylindrical waveguide is in a TE11 mode, according to any one of claims 1 to 3. The plasma processing apparatus as described.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the slot antenna is a radiation type antenna.

The plasma processing apparatus according to claim 6 , wherein the slots of the slot antenna are arranged concentrically.

The plasma processing apparatus according to claim 6 , wherein the slots of the slot antenna are arranged in a spiral shape.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the slot antenna is a leaky antenna.

The plasma processing apparatus according to claim 9 , wherein the slots of the slot antenna are arranged concentrically.

The plasma processing apparatus according to claim 9 , wherein the slots of the slot antenna are arranged in a spiral shape.

The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the slot of the slot antenna is arranged on a polygonal periphery.

The plasma processing apparatus according to claim 9 , wherein the slot of the slot antenna is disposed on radiation.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 13 , wherein an absorbing material that absorbs high frequency is disposed in a peripheral portion between the slot antenna and the processing container.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 14 , wherein the slot antenna is supported by a pillar made of a dielectric.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 15, wherein the inside of the radial waveguide box is filled with a dielectric.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 16, wherein an absorbing material that absorbs high frequency is disposed at an outer peripheral edge inside the radial waveguide box.

A processing container that is formed in a bottomed cylindrical shape and has a mounting table on which an object to be processed is mounted;
A lid made of a dielectric material that hermetically covers the upper opening of the processing container;
A microwave supply device for supplying microwaves;
A cylindrical waveguide having one end connected to the microwave supply device, extending from the microwave supply device toward the lid, and having a waveguide space inside;
Connected to the other end of the cylindrical waveguide, and expanded radially outward from the other end of the cylindrical waveguide in a flange shape, then extended downward as a side wall toward the lid and led to the inside. A radial waveguide box having a wave space;
A slot antenna that covers the lower end opening of the radial waveguide box, has a plurality of slots, and is disposed along the lid;
Inside the radial waveguide box, a substantially conical bump made of a conductor provided to protrude toward the cylindrical waveguide at a portion facing the other end opening of the cylindrical waveguide of the slot antenna;
A circularly polarized wave is provided in the cylindrical waveguide between the microwave supply device and the radial waveguide box, and the microwave supplied from the microwave supply device is rotated around the axis of the cylindrical waveguide. A circular polarization converter to be sent to the radial waveguide box as
A plurality of stubs provided so as to adjust the amount of protrusion inward in the radial direction from the inner peripheral wall of the cylindrical waveguide between the circular polarization converter and the radial waveguide box, and the stubs are driven in the radial direction A tuner that adjusts the impedance in the waveguide,
A detector provided inside the cylindrical waveguide between the stub of the tuner and the circular polarization converter, for measuring the electromagnetic field strength of the microwave in the cylindrical waveguide;
Based on the electromagnetic field strength of the microwave measured by this detector, the stub drive device of the tuner is driven to change the radial direction position of the stub to adjust the impedance, and return from the radial waveguide box side. A control device for controlling the incoming microwave to reflect to the radial waveguide box side;
A plasma processing apparatus comprising:

19. The total number of the stubs is 12 on the inner circumferential surface of the cylindrical waveguide, four in the circumferential direction and three in the axial direction, according to claim 18 . Plasma processing equipment.

The plasma according to claim 18 or 19, wherein the microwave propagated from the microwave supply device to the radial waveguide box through the cylindrical waveguide is in a TM01 mode. Processing equipment.

The plasma according to claim 18 or 19, wherein the microwave propagated from the microwave supply device to the radial waveguide box through the cylindrical waveguide is in a TE11 mode. Processing equipment.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 18 to 21 , wherein the slot antenna is a radiation type antenna.

23. The plasma processing apparatus according to claim 22 , wherein the slots of the slot antenna are arranged concentrically.

23. The plasma processing apparatus according to claim 22 , wherein the slots of the slot antenna are arranged in a spiral shape.

The plasma processing apparatus according to any one of claims 18 to 21 , wherein the slot antenna is a leak type antenna.

26. The plasma processing apparatus according to claim 25 , wherein the slots of the slot antenna are arranged concentrically.

26. The plasma processing apparatus according to claim 25 , wherein the slots of the slot antenna are arranged in a spiral shape.

26. The plasma processing apparatus according to claim 25, wherein the slots of the slot antenna are arranged on a polygonal circumference.

26. The plasma processing apparatus according to claim 25 , wherein the slot of the slot antenna is disposed on radiation.

30. The plasma processing apparatus according to any one of claims 18 to 29 , wherein an absorbing material that absorbs a high frequency is disposed in a peripheral portion between the slot antenna and the processing container.

The slot antenna, a plasma processing apparatus according to any one of claims paragraph 18 to paragraph 30, characterized in that it is supported by pillars made of a dielectric material.

The inner radial waveguide box, the plasma processing apparatus according to any one of claims paragraph 18 to paragraph 31, wherein a dielectric is filled.

33. The plasma processing apparatus according to any one of claims 18 to 32, wherein an absorbing material that absorbs high frequency is disposed at an outer peripheral edge inside the radial waveguide box.