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JPH09190900A - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

Info

Publication number
JPH09190900A
JPH09190900A JP8324784A JP32478496A JPH09190900A JP H09190900 A JPH09190900 A JP H09190900A JP 8324784 A JP8324784 A JP 8324784A JP 32478496 A JP32478496 A JP 32478496A JP H09190900 A JPH09190900 A JP H09190900A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
waveguide
plasma processing
processing apparatus
microwave
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
JP8324784A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Kawakami
聡 川上
Makoto Koguchi
信 虎口
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.)
Tokyo Electron Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Tokyo Electron Tohoku Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Tokyo Electron Tohoku Ltd
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 Tokyo Electron Ltd, Fuji Electric Co Ltd, Tokyo Electron Tohoku Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP8324784A priority Critical patent/JPH09190900A/en
Priority to US08/885,954 priority patent/US6161498A/en
Publication of JPH09190900A publication Critical patent/JPH09190900A/en
Priority to US09/705,947 priority patent/US6284674B1/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Plasma Technology (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing device which can nullify the reflex electric power of microwaves substantially. SOLUTION: From a microwave generator 52, microwaves are introduced via a waveguide pipe 50 into a processing vessel 2 in which a material to be processed W is accommodated, and thereby a plasma is produced so that the material W is subjected to a specified processing. In this plasma processing device, the wave guide pipe 50 is fitted with a matching means 84 for eliminating the reflected waves from the processing vessel 2, and thereby the reflex electric power of the microwaves is nullified substantially.

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、半導体ウエハ等の
被処理体に所定の処理を施すプラズマ処理装置に関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing a predetermined process on an object to be processed such as a semiconductor wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化及び高微細
化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチ
ング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が
使用される場合があり、特に、0.1〜10mTorr
程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズ
マを立てることができることからマイクロ波とリング状
のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマを
発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向に
ある。従来、この種のマイクロ波プラズマ装置としては
例えば磁場形成手段を有するプラズマ発生室にマイクロ
波導入口を設けて電子サイクロトロン共鳴空間を形成
し、プラズマ発生室からイオンを引き出して反応室内の
処理ガスをこのプラズマで活性化させて成膜処理等を行
なうものが知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, a plasma processing apparatus has been used for processing such as film formation, etching, ashing, and the like in a semiconductor product manufacturing process in accordance with high density and high miniaturization of a semiconductor product. , 0.1 to 10 mTorr
Microwave plasma devices that generate high-density plasma by combining microwaves and a magnetic field from a ring-shaped coil tend to be used because plasma can be stably generated even in a high vacuum state with relatively low pressure. It is in. Conventionally, as a microwave plasma apparatus of this type, for example, a microwave introduction port is provided in a plasma generation chamber having a magnetic field forming means to form an electron cyclotron resonance space, ions are extracted from the plasma generation chamber, and a processing gas in the reaction chamber is extracted from the plasma generation chamber. It is known to perform a film forming process or the like by activating with plasma.

【0003】図4はこのような従来のプラズマ処理装置
を示す概略構成図であり、例えばアルミニウム等により
円筒状に成形された処理容器2内には、被処理体として
の半導体ウエハWを載置するための載置台4が設けられ
る。この処理容器2は上部が段部状に狭めてあり、この
部分をプラズマ室6として構成すると共にこの下方を反
応室8として構成している。プラズマ室6の上方には、
この処理容器2の天井部を密閉する例えば石英製の天井
蓋10が気密に設けられており、この部分にマイクロ波
導入窓12を形成している。
FIG. 4 is a schematic diagram showing such a conventional plasma processing apparatus. A semiconductor wafer W as an object to be processed is placed in a processing container 2 formed into a cylindrical shape from, for example, aluminum. A mounting table 4 is provided for this purpose. The upper portion of the processing vessel 2 is narrowed in a stepped manner, and this portion is configured as a plasma chamber 6 and the lower portion is configured as a reaction chamber 8. Above the plasma chamber 6,
A ceiling lid 10 made of, for example, quartz and hermetically sealing the ceiling of the processing container 2 is provided in an airtight manner, and a microwave introduction window 12 is formed in this portion.

【0004】このマイクロ波導入窓12に臨ませて、円
錐状のテーパ導波管14が接続されると共にこのテーパ
導波管14の頂部には矩形導波管16が接続される。そ
して、この矩形導波管16には、例えば2.45GHz
のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器18が介設さ
れており、ここで発生したマイクロ波をこれらの導波管
16、12を介して導入窓12からプラズマ室6内へ導
入できるようになっている。また、処理容器2のプラズ
マ室6の外側及び容器底部の下方には、それぞれリング
状のメインコイル20及びサブコイル22が配置されて
おり、各コイル20、22より発生する下向き磁界によ
り処理容器2内の全体に亘って下方向に向うミラー磁界
を形成するようになっている。ここで、上記磁界とマイ
クロ波は電子サイクロトロン共鳴条件を満足するように
設定されており、2.45GHzのマイクロ波に対して
は、磁場の大きさは略875ガウスとなっている。
A conical tapered waveguide 14 is connected to the microwave introduction window 12, and a rectangular waveguide 16 is connected to the top of the tapered waveguide 14. The rectangular waveguide 16 has, for example, 2.45 GHz.
The microwave generator 18 for generating the microwave is interposed, and the microwave generated here can be introduced into the plasma chamber 6 from the introduction window 12 through these waveguides 16 and 12. ing. A ring-shaped main coil 20 and a sub-coil 22 are disposed outside the plasma chamber 6 of the processing chamber 2 and below the bottom of the processing chamber, respectively. To form a downwardly directed mirror magnetic field. Here, the magnetic field and the microwave are set so as to satisfy the electron cyclotron resonance condition. For a microwave of 2.45 GHz, the magnitude of the magnetic field is approximately 875 gauss.

【0005】従って、プラズマ室6に導入されたプラズ
マガス、例えばアルゴンガスは、投入されたマイクロ波
と磁場との相互作用により生ずる電子サイクロトロン共
鳴によってプラズマ化され、この下方に供給される処理
ガス、例えば成膜ガスとしてのシランガスや酸素を活性
化して反応させ、ウエハ表面上に成膜を施すようになっ
ている。
Accordingly, the plasma gas, eg, argon gas, introduced into the plasma chamber 6 is turned into plasma by electron cyclotron resonance generated by the interaction between the inputted microwave and the magnetic field, and the processing gas supplied below the plasma is For example, a silane gas or oxygen as a film forming gas is activated and reacted to form a film on the wafer surface.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、、マイクロ
波を処理容器2内に投入する場合、発生するプラズマ濃
度の変化等に起因して生ずるプラズマのインピーダンス
変動は避けられず、このため、マイクロ波発生器18か
ら出力されたマイクロ波電力が全て処理容器2内に投入
されるものではなく、インピーダンス不整合に起因して
いくらかの反射電力が発生してしまう。
By the way, when microwaves are introduced into the processing container 2, impedance fluctuations of plasma caused by changes in the generated plasma concentration are unavoidable. Not all the microwave power output from the generator 18 is injected into the processing container 2, and some reflected power is generated due to the impedance mismatch.

【0007】この場合、プラズマ発生に寄与する実効電
力は、出力電力と反射電力との差であるが、反射電力に
ついては管理が行なわれておらず、出力電力のみが管理
されていることから、プラズマのインピーダンス状態に
よっては、ウエハ毎に投入電力が異なる場合も生じ、そ
のために処理の再現性が劣化する場合もあるといった問
題もあった。また、このような反射電力自体は、プラズ
マ化に寄与しない電力であるので無効電力となり、電力
消費の観点からも反射電力の存在は好ましいものではな
かった。
In this case, the effective power contributing to the plasma generation is the difference between the output power and the reflected power, but the reflected power is not managed and only the output power is managed. Depending on the impedance state of the plasma, the applied power may be different for each wafer, which may deteriorate the reproducibility of the process. Further, since such reflected power itself is power that does not contribute to plasma formation, it becomes reactive power, and the presence of reflected power is not preferable from the viewpoint of power consumption.

【0008】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、マイクロ波の反射電力を略なくすことができ
るプラズマ処理装置を提供することにある。
The present invention focuses on the above problems,
It was created to solve this effectively. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of substantially eliminating the reflected power of microwaves.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理体を収
容した処理容器内にマイクロ波発生器から導波管を介し
てマイクロ波を導入してプラズマを発生させて、前記被
処理体に所定の処理を施すようにしたプラズマ処理装置
において、前記導波管に、前記処理容器からの反射波を
なくすためのマッチング手段を設けるように構成したも
のである。
According to the present invention, a microwave is introduced from a microwave generator through a waveguide into a processing container accommodating an object to be processed to generate plasma, and the object to be processed is In the plasma processing apparatus configured to perform the predetermined processing, the waveguide is provided with matching means for eliminating reflected waves from the processing container.

【0010】本発明によれば、導波管にマッチング手段
を設けたので、これを調整することにより、導波管のイ
ンピーダンスをプラズマのインピーダンスと整合させる
ことができ、従って、マイクロ波の反射電力をほとんど
なくすことができる。マッチング手段としてはマイクロ
波の電界面を調整する電界面調整ユニットと、この電界
面に直交する磁界面を調整する磁界面調整ユニットを備
えることができ、これらを適宜調整してインピーダンス
整合を図る。このようなマッチング手段としては、例え
ば公知のEHチューナを用いることができる。
According to the present invention, since the waveguide is provided with the matching means, the impedance of the waveguide can be matched with the impedance of the plasma by adjusting the matching means. Can be almost eliminated. As the matching means, an electric field surface adjusting unit for adjusting the electric field surface of the microwave and a magnetic field surface adjusting unit for adjusting the magnetic field surface orthogonal to the electric field surface can be provided, and these are appropriately adjusted to achieve impedance matching. As such matching means, for example, a known EH tuner can be used.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るプラズマ処
理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1
は本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面図、
図2は図1に示すプラズマ処理装置のマイクロ波導入系
を示す斜視図、図3はマッチング手段を示す断面図であ
る。図4に示す部分と同一部分については同一符号を付
す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG.
Is a sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention,
2 is a perspective view showing a microwave introduction system of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view showing a matching means. The same parts as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals.

【0012】本実施例では、プラズマ処理装置として電
子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマCVD装置を
例にとった場合について説明する。このプラズマ処理装
置24は、略全体が例えばアルミニウムにより円筒体状
に成形された処理容器2を有しており、この容器底部に
は、被処理体としての半導体ウエハWを載置するための
例えばアルミニウム製の載置台4が設置されると共に、
この上面には内部に円板状の銅箔26を埋め込んでな
る、例えばポリイミド樹脂製の静電チャック28が貼り
付けて設けられている。
In this embodiment, a case will be described in which an electron cyclotron resonance (ECR) plasma CVD apparatus is taken as an example of a plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus 24 has a processing container 2 which is substantially entirely formed of, for example, aluminum into a cylindrical shape. At the bottom of the container, for example, a semiconductor wafer W as an object to be processed is placed. An aluminum mounting table 4 is installed,
An electrostatic chuck 28 made of, for example, a polyimide resin and having a disc-shaped copper foil 26 embedded therein is attached to the upper surface thereof.

【0013】この銅箔26には給電線30を介して直流
電源32とマッチングボックス34を介して例えば1
3.56MHzのバイアス用高周波電源36が並列に接
続されており、スイッチ部38を閉じて高い直流電圧を
静電チャック26に供給することにより発生するクーロ
ン力によりウエハWを吸着保持する。また、静電チャッ
ク26にバイアス高周波を印加することにより、イオン
の引き込みを効率的に行なうようになっている。
The copper foil 26 is connected to a DC power source 32 via a power supply line 30 and a matching box 34, for example, 1
A high frequency bias power supply 36 of 3.56 MHz is connected in parallel, and the wafer W is attracted and held by the Coulomb force generated by closing the switch portion 38 and supplying a high DC voltage to the electrostatic chuck 26. Further, by applying a bias high frequency to the electrostatic chuck 26, ions are efficiently drawn.

【0014】また、載置台4内には、プラズマ処理時に
ウエハWが過度に加熱されることを防止するためにこれ
を冷却する冷却ジャケット39や必要時にウエハWを加
熱するための加熱ヒータ40がそれぞれ設けられてお
り、それぞれ冷媒源42及び加熱源44に接続されてい
る。処理容器2は、上部が段部状に狭められており、こ
の部分をプラズマ室6とし、その下方を反応室8として
処理室内を上下に2分割している。プラズマ室6の天井
部は開口されて、この部分にマイクロ波を透過するため
に例えばAlN(窒化アルミ)等の誘電体よりなる天井
蓋10がOリング等のシール部材46を介して気密に設
けられており、マイクロ波導入窓12を構成している。
A cooling jacket 39 for cooling the wafer W in order to prevent the wafer W from being excessively heated during plasma processing and a heater 40 for heating the wafer W when necessary are provided in the mounting table 4. They are provided respectively, and are connected to the refrigerant source 42 and the heating source 44, respectively. The upper portion of the processing container 2 is narrowed in a stepped shape, and this portion is defined as a plasma chamber 6 and the lower portion thereof is defined as a reaction chamber 8 and the processing chamber is vertically divided into two parts. A ceiling portion of the plasma chamber 6 is opened, and a ceiling lid 10 made of a dielectric material such as AlN (aluminum nitride) is airtightly provided in this portion through a sealing member 46 such as an O ring in order to transmit microwaves. And constitutes the microwave introduction window 12.

【0015】このマイクロ波導入窓12には、図2にも
示すように円錐状になされたテーパ導波管48が接続さ
れると共に、このテーパ導波管48は、断面矩形状の矩
形導波管50を介してマイクロ波発生器52に接続され
ており、プラズマ室6内にマイクロ波を導入し得るよう
になっている。
A conical tapered waveguide 48 is connected to the microwave introduction window 12 as shown in FIG. 2, and the tapered waveguide 48 is a rectangular waveguide having a rectangular cross section. It is connected to a microwave generator 52 via a tube 50 so that microwaves can be introduced into the plasma chamber 6.

【0016】本実施例においては、マイクロ波の周波数
として、例えば2.45GHzの工業用周波数を用いて
いる。また、処理容器2の直径L1は、一般にはウエハ
サイズよりも略5cm程度大きく、例えばウエハサイズ
が8インチの場合には略250mm程度に設定され、1
2インチの場合には略350mm程度に設定される。
In this embodiment, an industrial frequency of, for example, 2.45 GHz is used as the microwave frequency. The diameter L1 of the processing container 2 is generally larger than the wafer size by about 5 cm, and is set to about 250 mm when the wafer size is 8 inches, for example.
In the case of 2 inches, it is set to about 350 mm.

【0017】上記段部状のプラズマ室6の側方には、こ
れを取り囲むようにリング状のメイン電磁コイル54が
設けられ、また、反応室8を挟んで容器底部の下方には
同じくリング状になされたサブ電磁コイル56が配置さ
れており、プラズマ室6内及び反応室8内に下向きのミ
ラー磁界M1を形成してイオンの閉じ込めを効果的に行
なうと共にこの磁界M1と投入されたマイクロ波とで電
子サイクロトロン共鳴を生ぜしめてプラズマを発生する
ようになっている。
A ring-shaped main electromagnetic coil 54 is provided on the side of the stepped plasma chamber 6 so as to surround the plasma chamber 6, and below the bottom of the container with the reaction chamber 8 sandwiched, a ring-shaped main electromagnetic coil is also provided. And a sub-magnetic coil 56 is formed, and a downward mirror magnetic field M1 is formed in the plasma chamber 6 and the reaction chamber 8 to effectively confine ions, and the magnetic field M1 and the microwave applied. And the electron cyclotron resonance is generated and plasma is generated.

【0018】また、プラズマ室6を区画する側壁にはプ
ラズマガス導入ノズル58が設けられており、このノズ
ル58にはガス通路60を介してArガス源62、酸素
ガス源64及びクリーニングガスとして例えばNF3
ス源66が接続されており、それぞれ開閉弁68A、6
8B、68Cやマスフローコントローラ70A、70
B、70Cにより流量制御を行なうようになっている。
更に、反応室8を区画する壁には、処理ガス導入ノズル
72が設けられており、このノズル72にはガス通路7
4を介して処理ガス、例えばシラン源76が接続されて
いる。このガスは、ガス通路74の途中に開設した開閉
弁68D及びマスフローコントローラ70Dによりその
流量が制御される。そして、処理容器2の側壁には、こ
の内部を真空引きするための図示しない真空ポンプに接
続された排気口78が設けられると共に、ゲートバルブ
80を介してロードロック室82が接続される。
A plasma gas introduction nozzle 58 is provided on the side wall defining the plasma chamber 6, and the nozzle 58 is provided with an Ar gas source 62, an oxygen gas source 64, and a cleaning gas, for example, via a gas passage 60. An NF 3 gas source 66 is connected, and the on-off valves 68A and 6 are respectively connected.
8B, 68C and mass flow controllers 70A, 70
The flow rate is controlled by B and 70C.
Further, a processing gas introducing nozzle 72 is provided on the wall that defines the reaction chamber 8, and the gas passage 7 is provided in the nozzle 72.
A process gas, for example a silane source 76, is connected via 4. The flow rate of this gas is controlled by an on-off valve 68D and a mass flow controller 70D opened in the middle of the gas passage 74. An exhaust port 78 connected to a vacuum pump (not shown) for evacuating the inside of the processing container 2 is provided on the side wall of the processing container 2, and a load lock chamber 82 is connected via a gate valve 80.

【0019】一方、前記矩形導波管50には、その途中
にマイクロ波の反射電力をなくすべく導波管50のイン
ピーダンス調整を行なうマッチング手段84、反射電力
を検出する反射電力検出部86及びマイクロ波発生器5
2から出力される出力電力を検出する出力電力検出部8
8が順次介設されている。また、マイクロ波発生器52
は、絶縁材90を介して導波管90に接続されており、
反射してくるマイクロ波が、発生器52内に入らないよ
うになっている。上記反射電力検出部86としては、例
えば方向性結合器を用いることができる。
On the other hand, the rectangular waveguide 50 has matching means 84 for adjusting the impedance of the waveguide 50 in order to eliminate the reflected power of the microwave, a reflected power detection unit 86 for detecting the reflected power, and a microwave. Wave generator 5
Output power detection unit 8 for detecting output power output from 2
8 are sequentially provided. In addition, the microwave generator 52
Is connected to the waveguide 90 via an insulating material 90,
The reflected microwaves are prevented from entering the generator 52. As the reflected power detection unit 86, for example, a directional coupler can be used.

【0020】上記マッチング手段84は、例えばマイク
ロコンピュータ等よりなる制御部92に電気的に接続さ
れ、制御部92は、反射電力検出部86における検出値
に基づいて上記マッチング手段84を制御するようにな
っている。具体的には、このマッチング手段84は、図
2及び図3にも示すようにEHチューナを用いることが
でき、矩形導波管50の電界(E)面を調整する電界面
調整ユニット94と、この電界面に直交する磁界(H)
面を調整する磁界面調整ユニット96を有している。各
ユニット94、96は、上記矩形導波管50に直交する
ように連通状態で分岐させた断面矩形の電界調整管98
と電界調整管100をそれぞれ有しており、各調整管9
8及び100内には、管内壁面と接してその長さ方向へ
移動可能になされたショート板102、104がそれぞ
れ設けられている。従って、各ショート板102、10
4を調整管内に沿って適宜移動させることにより、電界
面及び磁界面を調整してインピーダンスを変化し得るよ
うになっている。
The matching means 84 is electrically connected to a control section 92 formed of, for example, a microcomputer, and the control section 92 controls the matching means 84 based on the detection value of the reflected power detection section 86. Has become. Specifically, this matching means 84 can use an EH tuner as shown in FIGS. 2 and 3, and an electric field surface adjustment unit 94 for adjusting the electric field (E) surface of the rectangular waveguide 50, Magnetic field (H) orthogonal to this electric field plane
It has a magnetic field surface adjustment unit 96 for adjusting the surface. Each unit 94, 96 has an electric field adjustment tube 98 with a rectangular cross section that is branched in a communication state so as to be orthogonal to the rectangular waveguide 50.
And the electric field adjusting tube 100, respectively.
Short plates 102 and 104, which are in contact with the inner wall surface of the tube and are movable in the longitudinal direction, are provided in the reference numerals 8 and 100, respectively. Therefore, each short board 102, 10
By appropriately moving 4 along the adjustment tube, the electric field surface and the magnetic field surface can be adjusted to change the impedance.

【0021】上記各ショート板102、104は、それ
ぞれ摺動アーム106、108に連結されると共に、各
アーム106、108は、これを移動させる電界面移動
機構107及び磁界面移動機構109に連結される。各
移動機構107、109は、それぞれアーム106、1
08の端部に設けたラック110、112、これに歯合
されるピニオン114、116及びこれを正逆回転させ
る例えばステップモータ118、120により構成され
ており、制御部92からの指令により、反射電力が略ゼ
ロになるように各ショート板102、104の位置調整
を行なうようになっている。この場合、最適なショート
板位置を得るために、予め実際にプラズマを立てて各シ
ョート板を少しずつずらして反射電力が略ゼロとなる位
置をプロットすることによりマッピングが形成されてお
り、この情報を制御部92の図示しない記憶部等に記憶
させておく。尚、両移動機構107、109の構成は、
一例を示したに過ぎず、ショート板102、104の位
置調整をできるのであれば、この構成に限定されない。
The short plates 102 and 104 are connected to the sliding arms 106 and 108, respectively, and the arms 106 and 108 are connected to an electric field surface moving mechanism 107 and a magnetic field surface moving mechanism 109 for moving the arms. It The moving mechanisms 107 and 109 respectively include the arms 106 and 1,
The racks 110 and 112 provided at the end of 08, the pinions 114 and 116 meshed with the racks 110, and the step motors 118 and 120 for rotating the racks forward and backward, for example, are configured to reflect by a command from the control unit 92. The positions of the short plates 102 and 104 are adjusted so that the electric power becomes substantially zero. In this case, in order to obtain the optimum short plate position, mapping is formed by actually setting plasma in advance and slightly shifting each short plate to plot the position where the reflected power becomes substantially zero. Is stored in a storage unit or the like (not shown) of the control unit 92. The structure of both moving mechanisms 107 and 109 is as follows.
This is merely an example, and the configuration is not limited to this as long as the positions of the short plates 102 and 104 can be adjusted.

【0022】また、上記制御部92には、出力電力検出
部88における検出値も入力されており、出力電力と反
射電力との差である実効電力、すなわち処理容器2内へ
実際に投入される電力が所定の値になるようにマイクロ
波発生器52の出力を制御するようになっている。
The detection value of the output power detection unit 88 is also input to the control unit 92, and the effective power which is the difference between the output power and the reflected power, that is, the power is actually input into the processing container 2. The output of the microwave generator 52 is controlled so that the electric power has a predetermined value.

【0023】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、ロードロック室82から
未処理の半導体ウエハWを搬入して、これを載置台4に
載置し、静電チャック28のクーロン力により吸着保持
する。そして、処理容器2内を密閉した後に、真空引き
し、所定の真空度に達したならば各ガス源からArガ
ス、O2 ガス及び原料ガスである、例えばシランガスを
この処理容器2内に供給しつつ所定のプロセス圧力、例
えば1mTorr程度に維持する。これと同時に、マイ
クロ波発生器52から発生したマイクロ波を矩形導波管
50及びテーパ導波管48を介して伝搬し、これをマイ
クロ波導入窓12を介してプラズマ室6内に導入し、更
にメイン電磁コイル54及びサブ電磁コイル56を駆動
して処理容器2内に下方向に向かうミラー磁界を形成す
る。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. First, an unprocessed semiconductor wafer W is loaded from the load lock chamber 82, mounted on the mounting table 4, and adsorbed and held by the Coulomb force of the electrostatic chuck 28. After the inside of the processing container 2 is sealed, vacuum is drawn. When a predetermined degree of vacuum is reached, an Ar gas, an O 2 gas, and a raw material gas, for example, silane gas, are supplied from the respective gas sources into the processing container 2. While maintaining a predetermined process pressure, for example, about 1 mTorr. At the same time, the microwave generated from the microwave generator 52 propagates through the rectangular waveguide 50 and the tapered waveguide 48 and is introduced into the plasma chamber 6 through the microwave introduction window 12. Further, the main electromagnetic coil 54 and the sub electromagnetic coil 56 are driven to form a downward mirror magnetic field in the processing container 2.

【0024】このミラー磁界と、導入されたマイクロ波
との相互作用で電子サイクロトロン共鳴を生ぜしめ、プ
ラズマ室6にてアルゴンガスがプラズマ化されて発生し
たイオンは、下向き磁界M1に沿って反応室8側に供給
され、このプラズマエネルギーにより酸素及びシランガ
スが活性化されて反応し、ウエハ表面に対してスパッタ
を行ないつつSiO2 の成膜が施される。この時、静電
チャック28の銅箔26へはバイアス高周波電源36よ
りバイアス電圧を印加し、ウエハ表面へのイオンの引き
付けを良好に行なわしめている。
The interaction between the mirror magnetic field and the introduced microwaves causes electron cyclotron resonance, and the ions generated by the argon gas being turned into plasma in the plasma chamber 6 are generated in the reaction chamber along the downward magnetic field M1. The oxygen and silane gas are activated and reacted by the plasma energy supplied to the No. 8 side, and the SiO 2 film is formed while performing sputtering on the wafer surface. At this time, a bias voltage is applied from the bias high frequency power source 36 to the copper foil 26 of the electrostatic chuck 28 to favorably attract the ions to the wafer surface.

【0025】プラズマ化された荷電粒子は、サイクロト
ロン振動数に共鳴するマイクロ波を吸収して円運動を行
ないつつウエハ側へ引き付けられて行く。マイクロ波周
波数としては、上記した工業用周波数である2.45G
Hzに限定されず、他の工業用周波数、例えば40MH
zも用いることができる。
The charged particles turned into plasma are attracted to the wafer side while absorbing microwaves that resonate with the cyclotron frequency and performing circular motion. The microwave frequency is 2.45G which is the above industrial frequency.
Not limited to Hz, other industrial frequencies such as 40 MH
z can also be used.

【0026】また、一般的にはマイクロ波発生器52か
ら出力されるマイクロ波は全てプラズマ発生のために投
入されるのではなく、プラズマのインピーダンスは変動
し、このプラズマを含めた伝送系の反射係数にしたがっ
て一部の電力が反射されて無効電力となる。しかしなが
ら、本実施例においては矩形導波管50の途中に設けた
マッチング手段84により電界面及び磁界面を調整して
インピーダンス整合を図ることにより、無効電力を略ゼ
ロにすることができる。すなわち制御部92には、各調
整ユニット94、96のショート板102、104の位
置をずらしつつその時の反射電力を測定した結果がマッ
ピングされて記憶されており、この結果に基づいて装置
稼働時に各ショート板102、104の位置がそれぞれ
の移動機構107、109によって制御される。
Further, generally, all the microwaves output from the microwave generator 52 are not input to generate the plasma, but the impedance of the plasma fluctuates, and the reflection of the transmission system including this plasma is reflected. A part of the power is reflected according to the coefficient to become reactive power. However, in this embodiment, the reactive power can be made substantially zero by adjusting the electric field surface and the magnetic field surface by the matching means 84 provided in the middle of the rectangular waveguide 50 to achieve impedance matching. That is, the control unit 92 maps and stores the result of measurement of the reflected power at that time while shifting the positions of the short plates 102 and 104 of the adjustment units 94 and 96, and based on this result, when the device is in operation, The positions of the short plates 102 and 104 are controlled by the moving mechanisms 107 and 109, respectively.

【0027】この場合、誤差や種々の条件によってマイ
クロ波の反射態様がマッピング時とは異なる場合も生
じ、そのために、反射電力検出部86にて常時、反射電
力の有無を検出している。そして、この検出信号をフィ
ードバック信号として制御部92に入力し、これに基づ
いて更に各ショート板102、104の位置調整を行な
ってインピーダンス整合を図り、反射電力をなくすよう
にしている。
In this case, the reflection mode of the microwave may differ from that at the time of mapping due to an error or various conditions. Therefore, the reflection power detection unit 86 always detects the presence or absence of the reflection power. Then, this detection signal is input to the control unit 92 as a feedback signal, and based on this, the positions of the short plates 102 and 104 are further adjusted to achieve impedance matching and eliminate reflected power.

【0028】従って、プラズマ化に寄与しない無効電力
の発生を極力抑制できるので、無駄な電力を消費するこ
ともない。また、反射電力検出部86により反射電力が
監視されていると同時に、出力電力検出部88において
マイクロ波発生器52からの出力電力も常時検出されて
監視されている。この場合、処理容器2内に投入される
実効電力は出力電力と反射電力の差であることから、こ
の実効電力が処理中、常に一定となるように制御部92
は、マイクロ波発生器52のマイクロ波出力を制御して
いる。従って、万が一、反射電力が発生しても実効電力
を常時一定にすることができるので、再現性が良くな
り、従って、ウエハ間における処理の均一性を保つこと
が可能となる。
Therefore, the generation of reactive power that does not contribute to plasma generation can be suppressed as much as possible, so that useless power is not consumed. At the same time that the reflected power detection unit 86 monitors the reflected power, the output power detection unit 88 also constantly detects and monitors the output power from the microwave generator 52. In this case, since the effective power input into the processing container 2 is the difference between the output power and the reflected power, the control unit 92 keeps the effective power constant during the processing.
Controls the microwave output of the microwave generator 52. Therefore, even if the reflected power should occur, the effective power can be kept constant at all times, so that the reproducibility is improved, and therefore the uniformity of the processing between the wafers can be maintained.

【0029】また、成膜処理を行なうに従って、処理容
器内壁等の不要な部分にも多量の成膜が付着してこれが
剥がれることによってパーティクルの原因になるので、
適当な枚数だけウエハの処理を行なったならば、例えば
NF3 等のクリーニングガスを処理容器2内へ流すこと
により壁面等に付着するSiO2 膜を除去するクリーニ
ング操作を行なっている。この場合、マイクロ波導入窓
12を形成する天井蓋10を石英(SiO2 )により形
成すると、NF3 ガスによって不要な成膜のみならず、
この天井蓋もドーム状に削られてしまうことになる。こ
のように天井蓋がドーム状に削られて形状が異なってく
ると、それに応じて処理容器2内へのマイクロ波電力の
入り方も僅かに異なってくることとなり、処理態様の再
現性が劣化する結果となる。
Further, as the film forming process is performed, a large amount of the film is attached to an unnecessary portion such as the inner wall of the processing container and the film is peeled off to cause particles.
After an appropriate number of wafers have been processed, a cleaning operation is performed to remove the SiO 2 film adhering to the wall surface by flowing a cleaning gas such as NF 3 into the processing container 2. In this case, if the ceiling lid 10 forming the microwave introduction window 12 is made of quartz (SiO 2 ), not only unnecessary film formation by NF 3 gas but also
This ceiling lid will also be cut into a dome shape. When the ceiling lid is shaved like a dome and the shape of the ceiling lid is changed, the way the microwave power is introduced into the processing container 2 is slightly changed, and the reproducibility of the processing mode is deteriorated. Will result.

【0030】そこで、本実施例においては、この天井蓋
10の構成材料として、フッ素系ガスに対するエッチン
グレートが低く且つ適当な誘電率を持ち、更には熱伝導
率が比較的良好な絶縁材を用いている。このような材料
としては、AlN(窒化アルミ)、Al23 (アルミ
ナ)等を用いることができ、特に、上記各特性を考慮し
た場合、AlNが優れている。このように天井蓋10の
材料としてAlNを用いることにより、NF3 のクリー
ニングガスによってもあまり削られることがないので石
英で構成した場合よりも交換の頻度を少なくでき、しか
も、形状変化も少ないので再現性が良くなり、ウエハ間
の処理の均一性を高く維持することができる。また、こ
のAlNは熱伝導率も比較的良好なので、処理容器2側
へ熱が効率的に伝達されて大きな熱分布を持つことがな
く、従って、熱分布に起因するクラックの発生等も防止
することができる。
Therefore, in this embodiment, as the constituent material of the ceiling lid 10, an insulating material having a low etching rate with respect to a fluorine-based gas, an appropriate dielectric constant, and a relatively good thermal conductivity is used. ing. As such a material, AlN (aluminum nitride), Al 2 O 3 (alumina), or the like can be used. In particular, considering the above-mentioned characteristics, AlN is superior. By using AlN as the material of the ceiling lid 10 in this manner, since it is not abraded even by the cleaning gas of NF 3 , the frequency of replacement can be reduced and the shape change is less than that of the case of using quartz. The reproducibility is improved, and the processing uniformity between wafers can be maintained high. Further, since this AlN has a relatively good thermal conductivity, the heat is not efficiently transferred to the processing container 2 side and does not have a large heat distribution. Therefore, the occurrence of cracks due to the heat distribution is prevented. be able to.

【0031】尚、上記実施例にあっては、成膜ガスとし
てシランを用いた場合について説明したが、これに限定
されず、ジシラン等の他の成膜ガスを用いることもでき
る。更に、ミラー磁界のみならずカスプ磁界の場合にも
本発明を適用することができる。また、本実施例では、
ECR型のプラズマCVD装置を例にとって説明した
が、これに限定されず、プラズマアッシング装置、プラ
ズマエッチング装置等にも適用することができ、更に半
導体ウエハに限定されず、LCD基板等についても適用
することができる。
In the above embodiments, the case where silane is used as the film forming gas has been described, but the present invention is not limited to this, and other film forming gas such as disilane may be used. Further, the present invention can be applied not only to a mirror magnetic field but also to a cusp magnetic field. In this embodiment,
Although an ECR type plasma CVD apparatus has been described as an example, the present invention is not limited to this, and can be applied to a plasma ashing apparatus, a plasma etching apparatus, and the like. be able to.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。マイクロ波を伝搬する導波管にマッチ
ング手段を設けて導波管のインピーダンスを調整するこ
とにより、反射電力が発生することを抑制することがで
き、省電力化に寄与することができる。
As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. By providing a matching means in the waveguide for propagating the microwave and adjusting the impedance of the waveguide, it is possible to suppress the generation of reflected power and contribute to power saving.

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

【図1】本発明に係るプラズマ処理装置の一例を示す断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示すプラズマ処理装置のマイクロ波導入
系を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a microwave introduction system of the plasma processing apparatus shown in FIG.

【図3】マッチング手段を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing matching means.

【図4】従来のプラズマ処理装置の一例を示す断面図で
ある。
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a conventional plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 処理容器 4 載置台 6 プラズマ室 8 反応室 10 天井部 12 マイクロ波導入窓 24 プラズマ発生装置 28 静電チャック 48 テーパ導波管 50 矩形導波管 52 マイクロ波発生器 54 メイン電磁コイル 56 サブ電磁コイル 62 Arガス源 76 シランガス源 84 マッチング手段 86 反射電力検出部 88 出力電力検出部 92 制御部 94 電界面調整ユニット 96 磁界面調整ユニット 98 電界調整管 100 磁界調整管 102、104 ショート板 107 電界面移動機構 108 磁界面移動機構 W 半導体ウエハ(被処理体) 2 processing container 4 mounting table 6 plasma chamber 8 reaction chamber 10 ceiling 12 microwave introduction window 24 plasma generator 28 electrostatic chuck 48 taper waveguide 50 rectangular waveguide 52 microwave generator 54 main electromagnetic coil 56 sub electromagnetic Coil 62 Ar gas source 76 Silane gas source 84 Matching means 86 Reflected power detection unit 88 Output power detection unit 92 Control unit 94 Electric field surface adjustment unit 96 Magnetic field surface adjustment unit 98 Electric field adjustment tube 100 Magnetic field adjustment tube 102, 104 Short plate 107 Electric field surface Moving mechanism 108 Magnetic field plane moving mechanism W Semiconductor wafer (object to be processed)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/31 H01L 21/302 B (72)発明者 川上 聡 神奈川県津久井郡城山町町屋1丁目2番41 号 東京エレクトロン東北株式会社相模事 業所内 (72)発明者 虎口 信 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location H01L 21/31 H01L 21/302 B (72) Inventor Satoshi Kawakami 1-chome, Shiroyama-machi, Tsukui-gun, Kanagawa No. 2-41 Tokyo Electron Tohoku Co., Ltd. Sagami Business Office (72) Inventor Shin Torako 1-1 No. 1 Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被処理体を収容した処理容器内にマイク
ロ波発生器から導波管を介してマイクロ波を導入してプ
ラズマを発生させて、前記被処理体に所定の処理を施す
ようにしたプラズマ処理装置において、前記導波管に、
前記処理容器からの反射波をなくすためのマッチング手
段を設けるように構成したことを特徴とするプラズマ処
理装置。
1. A microwave is introduced from a microwave generator through a waveguide into a processing container accommodating an object to be processed to generate plasma, and the object to be processed is subjected to a predetermined process. In the plasma processing apparatus, the waveguide is
A plasma processing apparatus comprising a matching means for eliminating reflected waves from the processing container.
【請求項2】 前記導波管は断面矩形の矩形導波管より
なり、前記マッチング手段は、電界面を調整する電界面
調整ユニットと、磁界面を調整する磁界面調整ユニット
とを有することを特徴とする請求項1記載のプラズマ処
理装置。
2. The waveguide is a rectangular waveguide having a rectangular cross section, and the matching means has an electric field surface adjusting unit for adjusting an electric field surface and a magnetic field surface adjusting unit for adjusting a magnetic field surface. The plasma processing apparatus according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 前記各ユニットは、前記矩形導波管に接
続される調整管と、この調整管内に沿って移動可能にな
されたショート板とによりそれぞれ形成されていること
を特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装置。
3. The units are each formed by an adjusting pipe connected to the rectangular waveguide and a short plate movable along the adjusting pipe. 2. The plasma processing apparatus according to 2.
【請求項4】 前記導波管には、前記処理容器からの反
射波を検出する反射電力検出器が設けられると共に、前
記各ショート板は移動機構に接続されており、前記検出
器の出力に基づいて前記移動機構を制御して前記ショー
ト板の位置調整を行なう制御部を含むことを特徴とする
請求項3記載のプラズマ処理装置。
4. The waveguide is provided with a reflected power detector that detects a reflected wave from the processing container, and each of the short plates is connected to a moving mechanism, and an output of the detector is provided. 4. The plasma processing apparatus according to claim 3, further comprising a control unit that controls the moving mechanism based on the control unit to adjust the position of the short plate.
【請求項5】 前記マッチング手段は、EHチューナで
あることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装
置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the matching means is an EH tuner.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004010746A1 (en) * 2002-07-24 2004-01-29 Tokyo Electron Limited Plasma processing device and controlling method therefor
JP2006286269A (en) * 2005-03-31 2006-10-19 Tokyo Electron Ltd Plasma processing device
CN115264746A (en) * 2022-07-13 2022-11-01 广州市微生物研究所有限公司 Plasma concentration detection method and device for plasma air purifier

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