マイクロ波プラズマ処理装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波プラズマ処理装置に係り、特に半導体基板等のアッシング処理に好適なマイクロ波プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマ処理装置としては、例えば、特開昭６３−１２２１２３号公報に記載のように、試料台が設けられた処理室につながりプラズマ発生室となる円形導波管の下側開口部に取り付けられた小径の孔を複数個有する反射端と、マイクロ波の導波管がつながる円形導波管の上側開口部に取り付けられた試料台と平行な凹面を有する放電管との間隔を、マイクロ波の管内波長の１／８以上とすることにより、効率の良いプラズマの発生を行わせ、反射端とウエハとの面を平行に設けることによって、ウエハの全面にわたって均一なアッシング処理が行えるようにし、ウエハを早くしかも均一に処理できるようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、導波管内でのマイクロ波の制御の点について配慮されておらず、プラズマ発生室へのマイクロ波の伝達効率が十分高められたものでなく、アッシング処理速度、アッシグ処理速度の面内均一性の点で十分なものが得られなかった。
【０００４】本発明の目的は、導波管内でのマイクロ波の制御を行うことにより、プラズマ発生室へのマイクロ波の導入を効率良く行いプラズマ発生効率を高め、アッシング処理速度が高く、しかもアッシグ処理速度の面内均一性が良いマイクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、プラズマ発生室と、プラズマ発生室に処理ガスを供給する手段と、プラズマ発生室の一端にパンチングメタルを介して接続された処理室と、処理室内を真空排気する手段と、プラズマ発生室の他端にマイクロ波導入窓を介して接続されプラズマ発生室の接続部に所定の大きさを有する拡大された空間を有し矩形導波管を介して伝送されたマイクロ波が導入される円形断面の拡大導波管とを具備し、拡大導波管の拡大された導波管内壁面に縦横の内径比が異なり矩形導波管断面の長辺と直行させて孔を縦長配置したリング状の仕切板を設けることにより、達成される。
【０００６】
【作用】拡大導波管の仕切板が設けられた空間に、マイクロ波発生源からのマイクロ波を導く。拡大導波管の拡大された空間内では、仕切板を挟んで軸方向にマイクロ波の共振空間が形成され、拡大導波管の空間内部に強い電界が発生し、該強い電界のマイクロ波がマイクロ波導入窓に入射される。これによりプラズマ発生室内に強いプラズマが発生する。また、仕切板の形状を縦横の内径比が異なるリング状とし最適化することにより、拡大導波管の空間内に均一な電界が形成されプラズマ発生室内に均一なプラズマが発生する。これにより、被処理物のアッシング速度とアッシング処理速度の面内均一性が向上する。
【０００７】
【実施例】本発明の一実施例を図１〜図５により説明する。図１は、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。プラズマ発生室は、放電ブロック１０、パンチングメタル１２及びマイクロ波導入窓９で囲まれて形成される。マイクロ波導入窓９として、マイクロ波が透過可能でプラズマ発生室を形成しうる石英板（この他に、アルミナ等も使用できる。）を使用している。パンチングメタル１２は、小径の孔を複数個有するもので特開昭６３−１２２１２３号公報に記載のようにマイクロ波導入窓９との間隔をマイクロ波の管内波長の１／８波長以上としている。放電ブロック１０には処理ガス供給装置（図示省略）につながる処理ガス供給口１１が設けてある。
【０００８】パンチングメタル１２を介してプラズマ発生室に連通するプラズマ処理室１３中には、被処理物であるウエハ１４を配置するための試料台１５がマイクロ波導入窓９と平行に設けてある。ヒータ１６は、試料台１５の下部に設けられ、ウエハ１４を間接的に加熱している。プラズマ処理室１３の下部には排気装置（図示省略）がつなげられており、プラズマ処理室１３およびプラズマ発生室を所定の圧力に減圧排気している。
【０００９】マイクロ波導入窓９を介してプラズマ発生室には拡大導波管が接続してある。拡大導波管は、この場合、導波管２，アイソレータ３，直角変換器４，整合器５，導波管６および７から成る。マイクロ波の発生源となるマグネトロン１は、この場合、周波数２．４５ＧＨｚのものであり、マグネトロン１が取り付けられた矩形導波管２は、この場合、ＴＥ１０モードのマイクロ波が伝送できる標準寸法としてある。３は矩形導波管２内を戻る反射波を吸収するためのアイソレータである。直角変換器４はマイクロ波の進行方向を直角に変換するためのものである。５は矩形導波管２を伝送されるマイクロ波の反射をなくすための負荷のインーピーダンス整合を行うスタブ式整合器である。
【００１０】拡大導波管の拡大空間である共振室１７は、導波管６，７及びマイクロ波導入窓９によって形成され、室内にはマイクロ波を共振させるための仕切板８を設けてある。仕切板８は、図２に示すように孔形が縦Ａと横Ｂで異なるリング状に形成してある。また、仕切板８の孔は長い方が、導波管２の矩形の長辺と直交するように配置される。
【００１１】上記のように構成された装置をアッシング装置として用いた場合について説明する。ホトレジストのアッシングを行うウエハ１４を公知の搬送技術によりヒータ１６で温度が２００℃に保たれた試料台１５上に載置し、処理ガス導入口１１よりＯ2ガス１４００ｓｃｃｍを供給しプラズマ発生室及びプラズマ処理室１３の圧力を１３３ｐａにして、マグネトロン１からマイクロ波を発生させ測定を行った。この場合、導波管７の径をφ２３４ｍｍ、仕切板８の孔形を縦Ａ＝１４０ｍｍ、横Ｂ＝２００ｍｍ、仕切板８とマイクロ波導入窓９の間隔を５５ｍｍとし、導波管６と仕切板８の間隔ｌを変化させることによりアッシングを行ったところ図３に示すように間隔ｌを１１２ｍｍとした時に高いアッシング速度と、良好なアッシング速度面内均一性が得られた。
【００１２】図４は、仕切板８の孔形を横Ｂ／縦Ａの寸法比で変化させ、そのときのアッシング速度とウエハ内の均一性を表わしたものであり、寸法比Ｂ／Ａが、約１．４のときにアッシング速度もウエハ内均一性も一番良くなった。
【００１３】これは、導波管６と仕切板８の間隔ｌを１１２ｍｍにすることによる共振と仕切板８とマイクロ波導入窓９の空間による共振とを組み合わせたことで、マイクロ波の電界が強くなりプラズマの発生効率が高まったと考えられる。これにより、アッシング速度の向上が得られ、且つ、均一な電界分布を作り出すことによりアツシング速度の面内均一性が向上したものと考えられる。
【００１４】また、間隔ｌを１１２ｍｍとし、パンチングメタル１２を設置した場合と設置しない場合を比較した。これを図５に示す。
【００１５】以上、本実施例によれば、拡大導波管の拡大空間に縦横比の異なる孔を有するリング状の仕切板を設けることにより、拡大導波管内のマイクロ波を電界が強くほぼ均一なものとすることができ、プラズマ放電室で密度が高くほぼ均一なプラズマを生成することができる。これにより、アッシング速度の向上およびアッシング速度の面内均一性の向上が図れる。
【００１６】なお、本実施例ではウエハのアッシングの場合について述べたが、プラズマを用いて所定の形状にエッチングする場合や、ウエハ上にデポジションを生じさせる場合にも応用可能である。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、導波管内に仕切板を設置することにより強い電界を生じさせ、プラズマ発生室での活性粒子を効率的に発生でき、アッシング処理速度、アッシング処理速度面内均一性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置を示す構成図である。
【図２】図１の装置における仕切板を示す平面図である。
【図３】図１の装置における仕切板位置とアッシング速度との関係を示す図である。
【図４】図１の装置における仕切板の形状とアッシング速度およびアッシング処理速度面内均一性の関係を示す図である。
【図５】図１の装置におけるパンチングメタルの設置の有無によるアッシング速度の比較を示した特性図である。
【符号の説明】
１…マグネトロン、６，７…導波管、８…仕切板、９…マイクロ波導入窓、１０…放電ブロック、１２…パンチングメタル。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波プラズマ処理装置に係り、特に半導体基板等のアッシング処理に好適なマイクロ波プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマ処理装置としては、例えば、特開昭６３−１２２１２３号公報に記載のように、試料台が設けられた処理室につながりプラズマ発生室となる円形導波管の下側開口部に取り付けられた小径の孔を複数個有する反射端と、マイクロ波の導波管がつながる円形導波管の上側開口部に取り付けられた試料台と平行な凹面を有する放電管との間隔を、マイクロ波の管内波長の１／８以上とすることにより、効率の良いプラズマの発生を行わせ、反射端とウエハとの面を平行に設けることによって、ウエハの全面にわたって均一なアッシング処理が行えるようにし、ウエハを早くしかも均一に処理できるようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、導波管内でのマイクロ波の制御の点について配慮されておらず、プラズマ発生室へのマイクロ波の伝達効率が十分高められたものでなく、アッシング処理速度、アッシグ処理速度の面内均一性の点で十分なものが得られなかった。
【０００４】本発明の目的は、導波管内でのマイクロ波の制御を行うことにより、プラズマ発生室へのマイクロ波の導入を効率良く行いプラズマ発生効率を高め、アッシング処理速度が高く、しかもアッシグ処理速度の面内均一性が良いマイクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、プラズマ発生室と、プラズマ発生室に処理ガスを供給する手段と、プラズマ発生室の一端にパンチングメタルを介して接続された処理室と、処理室内を真空排気する手段と、プラズマ発生室の他端にマイクロ波導入窓を介して接続されプラズマ発生室の接続部に所定の大きさを有する拡大された空間を有し矩形導波管を介して伝送されたマイクロ波が導入される円形断面の拡大導波管とを具備し、拡大導波管の拡大された導波管内壁面に縦横の内径比が異なり矩形導波管断面の長辺と直行させて孔を縦長配置したリング状の仕切板を設けることにより、達成される。
【０００６】
【作用】拡大導波管の仕切板が設けられた空間に、マイクロ波発生源からのマイクロ波を導く。拡大導波管の拡大された空間内では、仕切板を挟んで軸方向にマイクロ波の共振空間が形成され、拡大導波管の空間内部に強い電界が発生し、該強い電界のマイクロ波がマイクロ波導入窓に入射される。これによりプラズマ発生室内に強いプラズマが発生する。また、仕切板の形状を縦横の内径比が異なるリング状とし最適化することにより、拡大導波管の空間内に均一な電界が形成されプラズマ発生室内に均一なプラズマが発生する。これにより、被処理物のアッシング速度とアッシング処理速度の面内均一性が向上する。
【０００７】
【実施例】本発明の一実施例を図１〜図５により説明する。図１は、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を示す。プラズマ発生室は、放電ブロック１０、パンチングメタル１２及びマイクロ波導入窓９で囲まれて形成される。マイクロ波導入窓９として、マイクロ波が透過可能でプラズマ発生室を形成しうる石英板（この他に、アルミナ等も使用できる。）を使用している。パンチングメタル１２は、小径の孔を複数個有するもので特開昭６３−１２２１２３号公報に記載のようにマイクロ波導入窓９との間隔をマイクロ波の管内波長の１／８波長以上としている。放電ブロック１０には処理ガス供給装置（図示省略）につながる処理ガス供給口１１が設けてある。
【０００８】パンチングメタル１２を介してプラズマ発生室に連通するプラズマ処理室１３中には、被処理物であるウエハ１４を配置するための試料台１５がマイクロ波導入窓９と平行に設けてある。ヒータ１６は、試料台１５の下部に設けられ、ウエハ１４を間接的に加熱している。プラズマ処理室１３の下部には排気装置（図示省略）がつなげられており、プラズマ処理室１３およびプラズマ発生室を所定の圧力に減圧排気している。
【０００９】マイクロ波導入窓９を介してプラズマ発生室には拡大導波管が接続してある。拡大導波管は、この場合、導波管２，アイソレータ３，直角変換器４，整合器５，導波管６および７から成る。マイクロ波の発生源となるマグネトロン１は、この場合、周波数２．４５ＧＨｚのものであり、マグネトロン１が取り付けられた矩形導波管２は、この場合、ＴＥ１０モードのマイクロ波が伝送できる標準寸法としてある。３は矩形導波管２内を戻る反射波を吸収するためのアイソレータである。直角変換器４はマイクロ波の進行方向を直角に変換するためのものである。５は矩形導波管２を伝送されるマイクロ波の反射をなくすための負荷のインーピーダンス整合を行うスタブ式整合器である。
【００１０】拡大導波管の拡大空間である共振室１７は、導波管６，７及びマイクロ波導入窓９によって形成され、室内にはマイクロ波を共振させるための仕切板８を設けてある。仕切板８は、図２に示すように孔形が縦Ａと横Ｂで異なるリング状に形成してある。また、仕切板８の孔は長い方が、導波管２の矩形の長辺と直交するように配置される。
【００１１】上記のように構成された装置をアッシング装置として用いた場合について説明する。ホトレジストのアッシングを行うウエハ１４を公知の搬送技術によりヒータ１６で温度が２００℃に保たれた試料台１５上に載置し、処理ガス導入口１１よりＯ2ガス１４００ｓｃｃｍを供給しプラズマ発生室及びプラズマ処理室１３の圧力を１３３ｐａにして、マグネトロン１からマイクロ波を発生させ測定を行った。この場合、導波管７の径をφ２３４ｍｍ、仕切板８の孔形を縦Ａ＝１４０ｍｍ、横Ｂ＝２００ｍｍ、仕切板８とマイクロ波導入窓９の間隔を５５ｍｍとし、導波管６と仕切板８の間隔ｌを変化させることによりアッシングを行ったところ図３に示すように間隔ｌを１１２ｍｍとした時に高いアッシング速度と、良好なアッシング速度面内均一性が得られた。
【００１２】図４は、仕切板８の孔形を横Ｂ／縦Ａの寸法比で変化させ、そのときのアッシング速度とウエハ内の均一性を表わしたものであり、寸法比Ｂ／Ａが、約１．４のときにアッシング速度もウエハ内均一性も一番良くなった。
【００１３】これは、導波管６と仕切板８の間隔ｌを１１２ｍｍにすることによる共振と仕切板８とマイクロ波導入窓９の空間による共振とを組み合わせたことで、マイクロ波の電界が強くなりプラズマの発生効率が高まったと考えられる。これにより、アッシング速度の向上が得られ、且つ、均一な電界分布を作り出すことによりアツシング速度の面内均一性が向上したものと考えられる。
【００１４】また、間隔ｌを１１２ｍｍとし、パンチングメタル１２を設置した場合と設置しない場合を比較した。これを図５に示す。
【００１５】以上、本実施例によれば、拡大導波管の拡大空間に縦横比の異なる孔を有するリング状の仕切板を設けることにより、拡大導波管内のマイクロ波を電界が強くほぼ均一なものとすることができ、プラズマ放電室で密度が高くほぼ均一なプラズマを生成することができる。これにより、アッシング速度の向上およびアッシング速度の面内均一性の向上が図れる。
【００１６】なお、本実施例ではウエハのアッシングの場合について述べたが、プラズマを用いて所定の形状にエッチングする場合や、ウエハ上にデポジションを生じさせる場合にも応用可能である。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、導波管内に仕切板を設置することにより強い電界を生じさせ、プラズマ発生室での活性粒子を効率的に発生でき、アッシング処理速度、アッシング処理速度面内均一性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置を示す構成図である。
【図２】図１の装置における仕切板を示す平面図である。
【図３】図１の装置における仕切板位置とアッシング速度との関係を示す図である。
【図４】図１の装置における仕切板の形状とアッシング速度およびアッシング処理速度面内均一性の関係を示す図である。
【図５】図１の装置におけるパンチングメタルの設置の有無によるアッシング速度の比較を示した特性図である。
【符号の説明】
１…マグネトロン、６，７…導波管、８…仕切板、９…マイクロ波導入窓、１０…放電ブロック、１２…パンチングメタル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】プラズマ発生室と、前記プラズマ発生室に処理ガスを供給する手段と、前記プラズマ発生室の一端にパンチングメタルを介して接続された処理室と、前記処理室内を真空排気する手段と、前記プラズマ発生室の他端にマイクロ波導入窓を介して接続され前記プラズマ発生室の接続部に所定の大きさを有する拡大された空間を有し矩形導波管を介して伝送されたマイクロ波が導入される円形断面の拡大導波管とを具備し、前記拡大導波管の拡大された導波管内壁面に縦横の内径比が異なり前記矩形導波管断面の長辺と直行させて孔を縦長配置したリング状の仕切板を設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１】プラズマ発生室と、前記プラズマ発生室に処理ガスを供給する手段と、前記プラズマ発生室の一端にパンチングメタルを介して接続された処理室と、前記処理室内を真空排気する手段と、前記プラズマ発生室の他端にマイクロ波導入窓を介して接続され前記プラズマ発生室の接続部に所定の大きさを有する拡大された空間を有し矩形導波管を介して伝送されたマイクロ波が導入される円形断面の拡大導波管とを具備し、前記拡大導波管の拡大された導波管内壁面に縦横の内径比が異なり前記矩形導波管断面の長辺と直行させて孔を縦長配置したリング状の仕切板を設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【図２】
【図３】
【図５】
【図１】
【図４】
【図３】
【図５】
【図１】
【図４】
【特許番号】第２９７２５０７号
【登録日】平成１１年（１９９９）８月２７日
【発行日】平成１１年（１９９９）１１月８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−２７８０８５
【出願日】平成５年（１９９３）１１月８日
【公開番号】特開平７−１３５０９５
【公開日】平成７年（１９９５）５月２３日
【審査請求日】平成１０年（１９９８）６月１９日
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（３９００１０９７３）日立笠戸エンジニアリング株式会社 (20)
【参考文献】
【文献】特開 平５−２８３１９６（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１１年（１９９９）８月２７日
【発行日】平成１１年（１９９９）１１月８日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）１１月８日
【公開番号】特開平７−１３５０９５
【公開日】平成７年（１９９５）５月２３日
【審査請求日】平成１０年（１９９８）６月１９日
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（３９００１０９７３）日立笠戸エンジニアリング株式会社 (20)
【参考文献】
【文献】特開 平５−２８３１９６（ＪＰ，Ａ）
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