JP2902009B2 - マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents
マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法Info
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- JP2902009B2 JP2902009B2 JP1268358A JP26835889A JP2902009B2 JP 2902009 B2 JP2902009 B2 JP 2902009B2 JP 1268358 A JP1268358 A JP 1268358A JP 26835889 A JP26835889 A JP 26835889A JP 2902009 B2 JP2902009 B2 JP 2902009B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体デバイスや、液晶表示素子、感熱ヘ
ッド、薄膜磁気ヘッド等の薄膜を応用した電子部品等の
製造におけるプラズマ処理装置に係り、特に、薄膜形成
およびエッチング等プラズマ処理を行う装置および方法
に関する。
ッド、薄膜磁気ヘッド等の薄膜を応用した電子部品等の
製造におけるプラズマ処理装置に係り、特に、薄膜形成
およびエッチング等プラズマ処理を行う装置および方法
に関する。
[従来の技術] この種のマイクロ波プラズマ処理装置の従来装置とし
ては、特開昭59−3018号公報に示されたものが知られて
いる。同公報に開示される装置は、真空室に放電管が設
けられ、これにコイルを取り付けて磁場を印加し、さら
に導波管を介して電子サイクロトロン周波数と同一の周
波数のマイクロ波を導入し、放電を起こすことによっ
て、真空室内に導入された反応ガスを分解し、これによ
り真空室内に設置された試料である基板上に、化学蒸着
が行なわれるようになっている。
ては、特開昭59−3018号公報に示されたものが知られて
いる。同公報に開示される装置は、真空室に放電管が設
けられ、これにコイルを取り付けて磁場を印加し、さら
に導波管を介して電子サイクロトロン周波数と同一の周
波数のマイクロ波を導入し、放電を起こすことによっ
て、真空室内に導入された反応ガスを分解し、これによ
り真空室内に設置された試料である基板上に、化学蒸着
が行なわれるようになっている。
しかし、導波管によりマイクロ波を導入すると、導波
管の大きさにより放電を起こす部分の大きさが制約を受
け、大面積基板の処理は困難となる。
管の大きさにより放電を起こす部分の大きさが制約を受
け、大面積基板の処理は困難となる。
マイクロ波導入法としては、導波管によるものの他
に、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジック
ス23巻8号1984年8月号1101頁から第1106頁(JAPANESE
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Vol.23 No.8,August 198
4,pp.1101〜1106)に記載されているリジターノコイル
(Lisitano−Coil)を用いる方法がある。この方法で
は、リジターノコイルの直径を増せば、放電部分を拡大
することができる。
に、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジック
ス23巻8号1984年8月号1101頁から第1106頁(JAPANESE
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Vol.23 No.8,August 198
4,pp.1101〜1106)に記載されているリジターノコイル
(Lisitano−Coil)を用いる方法がある。この方法で
は、リジターノコイルの直径を増せば、放電部分を拡大
することができる。
しかし、この方法によっても均一なプラズマを発生す
ることは困難であり、中心部分と、周辺部分のプラズマ
密度、電子エネルギーの差は避けられなかった。特に、
圧力が、0.1Pa以上ではこの不均一性は顕著となり、大
面積の処理装置としては実用困難であった。
ることは困難であり、中心部分と、周辺部分のプラズマ
密度、電子エネルギーの差は避けられなかった。特に、
圧力が、0.1Pa以上ではこの不均一性は顕著となり、大
面積の処理装置としては実用困難であった。
[発明が解決しようとする課題] ところで、液晶表示素子や、ファクシミリのラインセ
ンサー、感熱ヘッド等の製作に、マイクロ波プラズマの
低圧力、高密度プラズマを利用したプラズマCVDやプラ
ズマエッチングを用いることが行なわれつつある。この
場合、素子の大型化にともない、大型基板や、大型ウエ
ハーについてのプラズマ処理が必要となっている。
ンサー、感熱ヘッド等の製作に、マイクロ波プラズマの
低圧力、高密度プラズマを利用したプラズマCVDやプラ
ズマエッチングを用いることが行なわれつつある。この
場合、素子の大型化にともない、大型基板や、大型ウエ
ハーについてのプラズマ処理が必要となっている。
これに対して、特開昭63−240013号公報には、電子サ
イクロトロン共鳴を利用した反応装置として、マイクロ
波ホーンアンテナを用いたものが開示されている。
イクロトロン共鳴を利用した反応装置として、マイクロ
波ホーンアンテナを用いたものが開示されている。
この従来の装置は、マイクロ波ホーンを用いているの
で、広い面積に渡ってプラズマを発生させることが可能
と考えられる。従って、大面積にわたり、マイクロ波プ
ラズマによる処理ができるので、大面積の基盤を処理す
ることができると考えられる。また、一度に多くの基板
を処理することができ、単位時間当たりの処理量を増す
ことが可能と考えられる。
で、広い面積に渡ってプラズマを発生させることが可能
と考えられる。従って、大面積にわたり、マイクロ波プ
ラズマによる処理ができるので、大面積の基盤を処理す
ることができると考えられる。また、一度に多くの基板
を処理することができ、単位時間当たりの処理量を増す
ことが可能と考えられる。
しかし、開示される従来の装置では、生起されるプラ
ズマの密度の均一性についてまでは、配慮されていな
い。すなわち、この従来技術は、発生するプラズマが、
磁場の影響で局在化して、大面積について一定の密度で
存在しないため、大面積基板の均一処理が困難であり、
素子自体の性能や製造歩留まりの向上を図ることができ
ない。そのため、例えば、大型基板を用いる、液晶表示
パネル等の処理は困難であり、また、大型ウエハーの処
理も行なえない等の問題がある。さらに、小型の基板で
あっても、一度に多くの基板について、均一に処理する
ことができず、製造歩留まりが悪いという問題がある。
ズマの密度の均一性についてまでは、配慮されていな
い。すなわち、この従来技術は、発生するプラズマが、
磁場の影響で局在化して、大面積について一定の密度で
存在しないため、大面積基板の均一処理が困難であり、
素子自体の性能や製造歩留まりの向上を図ることができ
ない。そのため、例えば、大型基板を用いる、液晶表示
パネル等の処理は困難であり、また、大型ウエハーの処
理も行なえない等の問題がある。さらに、小型の基板で
あっても、一度に多くの基板について、均一に処理する
ことができず、製造歩留まりが悪いという問題がある。
本発明の目的は、大面積にわたり、均一に処理が行な
えるマイクロ波プラズマ処理装置および処理方法を提供
することにある。
えるマイクロ波プラズマ処理装置および処理方法を提供
することにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は、電磁ホーンに
よりマイクロ波を処理面積まで拡げ、大面積のプラズマ
を発生させると共に、真空容器の中間に絶縁体の仕切板
を設け、均一にプラズマ処理ができるようにしたもので
ある。
よりマイクロ波を処理面積まで拡げ、大面積のプラズマ
を発生させると共に、真空容器の中間に絶縁体の仕切板
を設け、均一にプラズマ処理ができるようにしたもので
ある。
仕切板は、真空容器内に配置される、処理すべき基板
と並ぶように設けられ、基板と仕切板の間にプラズマが
存在するように構成される。仕切板と処理すべき基板と
の距離は、プラズマ密度の高い所では近く、低い所では
遠くなるように設定されることが好ましい。この場合、
仕切板は、曲面状に形成されることが好ましい。
と並ぶように設けられ、基板と仕切板の間にプラズマが
存在するように構成される。仕切板と処理すべき基板と
の距離は、プラズマ密度の高い所では近く、低い所では
遠くなるように設定されることが好ましい。この場合、
仕切板は、曲面状に形成されることが好ましい。
マイクロ波の導入には、電磁ホーンでマイクロ波を拡
げた後に石英等の絶縁材料でできた窓を通して真空室内
にマイクロ波を導入する方法と、導波管と電磁ホーンの
継ぎ目で真空シールする方法が考えられる。前者はプラ
ズマの影響なくマイクロ波を拡げることができるが、真
空シール面が大口径となる。後者では、電磁ホーン内に
プラズマが存在することになり、マイクロ波の伝播に多
少影響があるが、真空シールは導波管断面で行なうこと
ができ、装置作成上有利となる。
げた後に石英等の絶縁材料でできた窓を通して真空室内
にマイクロ波を導入する方法と、導波管と電磁ホーンの
継ぎ目で真空シールする方法が考えられる。前者はプラ
ズマの影響なくマイクロ波を拡げることができるが、真
空シール面が大口径となる。後者では、電磁ホーン内に
プラズマが存在することになり、マイクロ波の伝播に多
少影響があるが、真空シールは導波管断面で行なうこと
ができ、装置作成上有利となる。
マイクロ波を真空中に導入する窓の材質としては、絶
縁体であり、誘電率のあまり大きくないものであること
が必要条件となる。耐熱性および強度の点から、石英が
望ましい。大口径の石英窓は高価であり、かつ、大気圧
による力も大きく破壊されやすいので、導波管と電磁ホ
ーンの継ぎ目で真空シールする方が経済的であり、安全
性の面でも有利である。
縁体であり、誘電率のあまり大きくないものであること
が必要条件となる。耐熱性および強度の点から、石英が
望ましい。大口径の石英窓は高価であり、かつ、大気圧
による力も大きく破壊されやすいので、導波管と電磁ホ
ーンの継ぎ目で真空シールする方が経済的であり、安全
性の面でも有利である。
前記真空容器は、その全体もしくはその一部が円錐
形、四角錘もしくは多角錐形を成し、その頂点より内部
へマイクロ波を導入する構造に形成することができる。
円錐形、四角錘もしくは多角錐形部分が電磁ホーンとし
て機能する。
形、四角錘もしくは多角錐形を成し、その頂点より内部
へマイクロ波を導入する構造に形成することができる。
円錐形、四角錘もしくは多角錐形部分が電磁ホーンとし
て機能する。
電磁ホーンは、導電率の大きい金属、例えば、アルミ
ニウム合金等で作られることが好ましい。また、電磁ホ
ーンは、開口部からほぼ平面波を放射するよう構成され
たものを用いることが好ましい。このための条件につい
ては、後述する。
ニウム合金等で作られることが好ましい。また、電磁ホ
ーンは、開口部からほぼ平面波を放射するよう構成され
たものを用いることが好ましい。このための条件につい
ては、後述する。
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置は、特に、前記
真空容器内においてマイクロ波の周波数で電子サイクロ
トロン共鳴(ECR)を起こすような磁界の発生手段を備
えたマイクロ波プラズマ処理装置に好適である。この場
合、前記仕切板は、処理すべき基板に対し平行に設けら
れ、基板と仕切板の間に電子サイクロトロン共鳴点があ
るように設置される。
真空容器内においてマイクロ波の周波数で電子サイクロ
トロン共鳴(ECR)を起こすような磁界の発生手段を備
えたマイクロ波プラズマ処理装置に好適である。この場
合、前記仕切板は、処理すべき基板に対し平行に設けら
れ、基板と仕切板の間に電子サイクロトロン共鳴点があ
るように設置される。
また、本発明が好ましく適用される装置としては、例
えば、ガスとしてフッ素もしくは塩素を含む化合物を用
いるマイクロ波プラズマエッチング装置、シリコンを含
む化合物をガスとして用いるマイクロ波プラズマCVD装
置、ガスとして酸素もしくは亜酸化窒素を用いるマイク
ロ波プラズマ酸化装置等が挙げられる。
えば、ガスとしてフッ素もしくは塩素を含む化合物を用
いるマイクロ波プラズマエッチング装置、シリコンを含
む化合物をガスとして用いるマイクロ波プラズマCVD装
置、ガスとして酸素もしくは亜酸化窒素を用いるマイク
ロ波プラズマ酸化装置等が挙げられる。
[作用] 電磁ホーンは、マイクロ波のモードをほぼ保って、ホ
ーンの入口近くを中心とした球面状にマイクロ波を拡げ
ることができる。均一なプラズマを効率よく発生するに
は、照度分布が一様で、波の位相が揃っていることが望
ましい。そのためには、電磁ホーンの開口径と長さの間
に最適な組合せがある。電磁ホーンには、断面が矩形の
ものと円形のものがあるが、どちらを用いてもよい。
ーンの入口近くを中心とした球面状にマイクロ波を拡げ
ることができる。均一なプラズマを効率よく発生するに
は、照度分布が一様で、波の位相が揃っていることが望
ましい。そのためには、電磁ホーンの開口径と長さの間
に最適な組合せがある。電磁ホーンには、断面が矩形の
ものと円形のものがあるが、どちらを用いてもよい。
電磁ホーンからほぼ平面波が放射されるには、漸次ホ
ーンが最適に設計されることが必要である。矩形ホーン
の場合、開口長a、bは、ホーン長lに対して、第4図
に示すような関係にある。ここで、実用的には、直線近
似で十分であるから、開口長a、bは、以下のような条
件が好ましい。
ーンが最適に設計されることが必要である。矩形ホーン
の場合、開口長a、bは、ホーン長lに対して、第4図
に示すような関係にある。ここで、実用的には、直線近
似で十分であるから、開口長a、bは、以下のような条
件が好ましい。
一辺、1m以下の矩形ホーンでは、電界方向の開口径を
a、磁界方向の開口径をb、長さをl、マイクロ波の波
長をλとすると、以下の条件を満足するように形を決め
れば、比較的均一なプラズマを得ることができる。
a、磁界方向の開口径をb、長さをl、マイクロ波の波
長をλとすると、以下の条件を満足するように形を決め
れば、比較的均一なプラズマを得ることができる。
0.23l+2λ≦a≦0.23l+4λ 0.2l+1.5λ≦b≦0.2l+3.5λ また、直径1m以下の円形ホーンでは、直径をDとする
と、以下の条件を満足するように形を決めれば、比較的
均一なプラズマを得ることができる。
と、以下の条件を満足するように形を決めれば、比較的
均一なプラズマを得ることができる。
0.21l+1.75λ≦D≦0.21l+3.75λ プラズマ処理を行なう場合、プラズマによって活性化
されたラジカルやイオン等を利用することが多いが、こ
れらの濃度を基板面に対して均一化するには、基板面に
平行に仕切板をおいてプラズマを仕切り、基板上の各点
に対して作用するプラズマの量を一定にすることが有効
である。
されたラジカルやイオン等を利用することが多いが、こ
れらの濃度を基板面に対して均一化するには、基板面に
平行に仕切板をおいてプラズマを仕切り、基板上の各点
に対して作用するプラズマの量を一定にすることが有効
である。
磁界中の荷電粒子は、磁力線を軸とした螺旋運動を
し、磁力線に沿った動きをする。真空シールを電磁ホー
ンと導波管の継ぎ目部分で行なうと、電磁ホーン内にも
プラズマが発生するが、プラズマを構成する荷電粒子は
磁力線に沿って動くため、基板を横切る磁力線上のプラ
ズマが、その磁力線が基板表面と交わる点の表面反応に
寄与することになる。ここで、基板中央部に対応するプ
ラズマは、電磁ホーンの奥までのびているのに対し、周
辺部に対応するプラズマは、基板表面から電磁ホーンの
壁までの長さしかなく、表面反応に寄与できる粒子の数
に長さ分の差を生じることとなる。
し、磁力線に沿った動きをする。真空シールを電磁ホー
ンと導波管の継ぎ目部分で行なうと、電磁ホーン内にも
プラズマが発生するが、プラズマを構成する荷電粒子は
磁力線に沿って動くため、基板を横切る磁力線上のプラ
ズマが、その磁力線が基板表面と交わる点の表面反応に
寄与することになる。ここで、基板中央部に対応するプ
ラズマは、電磁ホーンの奥までのびているのに対し、周
辺部に対応するプラズマは、基板表面から電磁ホーンの
壁までの長さしかなく、表面反応に寄与できる粒子の数
に長さ分の差を生じることとなる。
そこで、基板から一定距離をおいて平行に仕切板を入
れることにより、表面反応に寄与するプラズマの長さを
基板から仕切板までの長さに一定とすることができ、こ
れにより、均一処理が可能となる。
れることにより、表面反応に寄与するプラズマの長さを
基板から仕切板までの長さに一定とすることができ、こ
れにより、均一処理が可能となる。
但し、この場合、電子サイクロトロン共鳴を起こす点
が、基板と仕切板の間に入るように磁場を形成する必要
がある。電子サイクロトロン共鳴点が仕切板の基板と反
対側の空間に存在するような場合、マイクロ波は共鳴点
までしか伝播しないため、仕切板と基板の間ではプラズ
マが発生しなくなる。
が、基板と仕切板の間に入るように磁場を形成する必要
がある。電子サイクロトロン共鳴点が仕切板の基板と反
対側の空間に存在するような場合、マイクロ波は共鳴点
までしか伝播しないため、仕切板と基板の間ではプラズ
マが発生しなくなる。
電磁ホーンの設計が最適設計ではない場合、マイクロ
波の照度分布が、中央が強く周辺が弱い状態になりやす
い。このような場合、中央部のプラズマ密度が上がり活
性化されたラジカルやイオンの濃度が中央が高くなりや
すい。このような場合、仕切板を曲面として濃度が高い
部分で基板との距離を短くし、濃度が低い部分で基板と
の距離を長くとればより高い均一性が得られる。
波の照度分布が、中央が強く周辺が弱い状態になりやす
い。このような場合、中央部のプラズマ密度が上がり活
性化されたラジカルやイオンの濃度が中央が高くなりや
すい。このような場合、仕切板を曲面として濃度が高い
部分で基板との距離を短くし、濃度が低い部分で基板と
の距離を長くとればより高い均一性が得られる。
従って、本発明によれば、大面積の液晶表示素子や、
感熱ヘッド等のように、従来マイクロ波プラズマよりも
プラズマ密度の小さい高周波プラズマで処理していた大
面積の素子の製作にもマイクロ波プラズマを応用するこ
とが可能となり、高密度プラズマによる高速処理が可能
となる。
感熱ヘッド等のように、従来マイクロ波プラズマよりも
プラズマ密度の小さい高周波プラズマで処理していた大
面積の素子の製作にもマイクロ波プラズマを応用するこ
とが可能となり、高密度プラズマによる高速処理が可能
となる。
[実施例] 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
実施例1 実施例1について、第1図により説明する。
第1図に示す実施例は、マイクロ波供給部と、処理部
と、真空排気系とを備えて構成される。
と、真空排気系とを備えて構成される。
マイクロ波供給部は、マイクロ波発生源1と、導波管
2と、アイソレータ3と、チューナ4と、矩形−円形モ
ード変換器5と、円形電磁ホーン6とを備えて構成され
る。
2と、アイソレータ3と、チューナ4と、矩形−円形モ
ード変換器5と、円形電磁ホーン6とを備えて構成され
る。
処理部は、真空室9と、その内部に設けられる仕切板
7b、ガス吹出管8および基板台10とを備えて構成され
る。
7b、ガス吹出管8および基板台10とを備えて構成され
る。
真空室9は、矩形−円形モード変換器5から円形電磁
ホーン6に入る直前で石英窓7aで真空シールを行ない、
円形電磁ホーン6は真空室9の外壁の一部を兼ねたもの
となっている。石英窓7aの真空シールは、図示しない金
属Oリングを用いて行なっている。また、真空室9は、
円形電磁ホーン6の開口部に、厚さ3mmの石英製仕切板7
bを置き、上下のプラズマを分離している。さらに、真
空室9は、コンダクタンス調整バルブ12を介して真空排
気系に通じている。
ホーン6に入る直前で石英窓7aで真空シールを行ない、
円形電磁ホーン6は真空室9の外壁の一部を兼ねたもの
となっている。石英窓7aの真空シールは、図示しない金
属Oリングを用いて行なっている。また、真空室9は、
円形電磁ホーン6の開口部に、厚さ3mmの石英製仕切板7
bを置き、上下のプラズマを分離している。さらに、真
空室9は、コンダクタンス調整バルブ12を介して真空排
気系に通じている。
真空排気系は、ターボ分子ポンプ13と、油回転ポンプ
14とを備えている。
14とを備えている。
次に、前記したように構成される装置を用いて、プラ
ズマエッチングを行なう場合について説明する。
ズマエッチングを行なう場合について説明する。
マイクロ波発生源1より導波管2を通じ、アイソレー
タ3、チューナ4、矩形−円形モード変換器5を経て、
石英窓7aを通して円形電磁ホーン6へとマイクロ波を導
き、ここで、直径300mmまでマイクロ波を拡げて真空室
9内にマイクロ波を放射した。
タ3、チューナ4、矩形−円形モード変換器5を経て、
石英窓7aを通して円形電磁ホーン6へとマイクロ波を導
き、ここで、直径300mmまでマイクロ波を拡げて真空室
9内にマイクロ波を放射した。
ガスは、酸素を3%含む四フッ化炭素を毎分90cm3ほ
どガス吹出管8を通して流し、ターボ分子ポンプ13によ
り排気した。真空室内の圧力は、約0.1Paになるよう、
コンダクタンス調整バルブ12で調整した。
どガス吹出管8を通して流し、ターボ分子ポンプ13によ
り排気した。真空室内の圧力は、約0.1Paになるよう、
コンダクタンス調整バルブ12で調整した。
磁場は、コイル15に電流を流し、コイル中心で約0.1T
を発生させた。マイクロ波周波数は、2.45GHzで、この
時、電子サイクロトロン共鳴は0.0875Tで起こる。この
点は、仕切板7bと、基板11の間にある。
を発生させた。マイクロ波周波数は、2.45GHzで、この
時、電子サイクロトロン共鳴は0.0875Tで起こる。この
点は、仕切板7bと、基板11の間にある。
電磁ホーンの開口径は、直径300mmで、ホーンの長さ
は300mmであった。
は300mmであった。
基板11としては、直径約125mmのシリコンウエハ上
に、厚さ1μmの窒化シリコン膜を化学蒸着法で形成し
た上に、厚さ0.5μmのアルミニウム膜を3μmのライ
ンアンドスペースにパターニングしたものを2枚使用し
た。
に、厚さ1μmの窒化シリコン膜を化学蒸着法で形成し
た上に、厚さ0.5μmのアルミニウム膜を3μmのライ
ンアンドスペースにパターニングしたものを2枚使用し
た。
上記の条件で600Wのマイクロ波を投入したところ、ほ
ぼ均一なプラズマが発生し、アルミニウムのパターンを
レジストとして、窒化シリコン膜のエッチングが起こっ
た。エッチングレートは、毎分0.08〜0.085μmと、全
面にわたりほぼ均一であった。
ぼ均一なプラズマが発生し、アルミニウムのパターンを
レジストとして、窒化シリコン膜のエッチングが起こっ
た。エッチングレートは、毎分0.08〜0.085μmと、全
面にわたりほぼ均一であった。
この際、石英窓7aは、マイクロ波とイオン衝撃により
加熱され、赤熱した。しかし、本実施例では、石英窓7a
の真空シールは、金属Oリングで行なっているので、赤
熱によってもシールの劣化は生じなかった。なお、この
点については、後述する他の実施例においても同様であ
る。
加熱され、赤熱した。しかし、本実施例では、石英窓7a
の真空シールは、金属Oリングで行なっているので、赤
熱によってもシールの劣化は生じなかった。なお、この
点については、後述する他の実施例においても同様であ
る。
実施例2 実施例2について、第2図により説明する。
第2図に示す実施例は、前記実施例1と同様に、マイ
クロ波供給部と、処理部と、真空排気系とを備えて構成
される。
クロ波供給部と、処理部と、真空排気系とを備えて構成
される。
マイクロ波供給部は、マイクロ波発生源21と、前記実
施例1と同様に構成されるマイクロ波導波系22とを備え
て構成される。
施例1と同様に構成されるマイクロ波導波系22とを備え
て構成される。
前記処理部は、矩形電磁ホーン24を含む真空室29と、
その真空室29内部に、仕切板26と、ガス吹出管25と、基
板27を支持する基板台(図示せず)とを備えている。
その真空室29内部に、仕切板26と、ガス吹出管25と、基
板27を支持する基板台(図示せず)とを備えている。
真空室29は、マイクロ波導波系22から矩形電磁ホーン
24に入る直前で、石英窓23で真空シールを行ない、矩形
電磁ホーン24は真空室29の外壁の一部を兼ねたものとな
っている。石英窓23の真空シールは、図示しない金属O
リングで行なっている。また、真空室29は、矩形電磁ホ
ーン24の開口部に厚さ3mmの石英製仕切板26を置き、上
下のプラズマを分離している。さらに、真空室29は、図
示しないコンダクタンス調整バルブを介して真空排気系
に通じている。
24に入る直前で、石英窓23で真空シールを行ない、矩形
電磁ホーン24は真空室29の外壁の一部を兼ねたものとな
っている。石英窓23の真空シールは、図示しない金属O
リングで行なっている。また、真空室29は、矩形電磁ホ
ーン24の開口部に厚さ3mmの石英製仕切板26を置き、上
下のプラズマを分離している。さらに、真空室29は、図
示しないコンダクタンス調整バルブを介して真空排気系
に通じている。
前記矩形電磁ホーン24は、マイクロ波の電界方向の開
口径が500mm、磁界方向の開口径が420mm、長さ580mmと
設定してある。
口径が500mm、磁界方向の開口径が420mm、長さ580mmと
設定してある。
真空室29の外側には、磁場を発生するコイル30を配置
してある。
してある。
真空排気系は、ターボ分子ポンプ28aと、油回転ポン
プ28bと、図示しないコンダクタンス調整バルブとを備
えている。
プ28bと、図示しないコンダクタンス調整バルブとを備
えている。
次に、前記した構成の装置を用いて、プラズマエッチ
ングを行なう場合について説明する。
ングを行なう場合について説明する。
実施例1と同様に、マイクロ波発生源21からマイクロ
波導波系22を通し、矩形電磁ホーン24に2.45GHzマイク
ロ波を導いた。
波導波系22を通し、矩形電磁ホーン24に2.45GHzマイク
ロ波を導いた。
磁場は、コイル30に電流を通じて発生させ、電子サイ
クロトロン共鳴点が仕切板26と基板27の間にあるように
した。
クロトロン共鳴点が仕切板26と基板27の間にあるように
した。
基板27は、厚さ15μmのポリイミドを塗布した400mm
×300mmのガラス基板上に、0.2μmの酸化シリコン膜を
プラズマCVD法で形成し、直径2μmの穴のパターンを
酸化シリコンに形成したものを用いた。
×300mmのガラス基板上に、0.2μmの酸化シリコン膜を
プラズマCVD法で形成し、直径2μmの穴のパターンを
酸化シリコンに形成したものを用いた。
ガスは、酸素を毎分200cm3ほどガス吹出管25を通して
流し、ターボ分子ポンプ28aにより排気した。真空室29
内の圧力は、約1Paであった。
流し、ターボ分子ポンプ28aにより排気した。真空室29
内の圧力は、約1Paであった。
マイクロ波発生源21から2kWのマイクロ波を投入した
ところ、ほぼ均一なプラズマが発生し、ポリイミドが酸
化除去された。ポリイミドのエッチングレートは、毎分
約1μmで、全面にわたりほぼ一定であった。
ところ、ほぼ均一なプラズマが発生し、ポリイミドが酸
化除去された。ポリイミドのエッチングレートは、毎分
約1μmで、全面にわたりほぼ一定であった。
実施例3 実施例3について第3図により説明する。
第3図に示す実施例は、前記実施例1および2と同様
に、マイクロ波供給部と、処理部と、真空排気系とを備
えて構成される。
に、マイクロ波供給部と、処理部と、真空排気系とを備
えて構成される。
マイクロ波供給部は、マイクロ波発生源31と、前記実
施例1と同様に構成されるマイクロ波導波系32とを備え
て構成される。
施例1と同様に構成されるマイクロ波導波系32とを備え
て構成される。
前記処理部は、円形電磁ホーン34を含む真空室45と、
その真空室45内部に、仕切板38と、ガス吹出管39と、基
板41を支持する基板台40とを備えている。
その真空室45内部に、仕切板38と、ガス吹出管39と、基
板41を支持する基板台40とを備えている。
真空室45は、マイクロ波導波系32から円形電磁ホーン
34に入る直前で、石英板33で真空シールを行ない、円形
電磁ホーン34は真空室45の外壁の一部を兼ねたものとな
っている。石英窓33の真空シールは、金属Oリングで行
なっている。また、円形電磁ホーン34の開口部には、厚
さ3mmの石英製仕切板38を置き、上下のプラズマを分離
している。さらに、真空室45は、コンダクタンス調整バ
ルブ42を介して真空排気系に通じている。
34に入る直前で、石英板33で真空シールを行ない、円形
電磁ホーン34は真空室45の外壁の一部を兼ねたものとな
っている。石英窓33の真空シールは、金属Oリングで行
なっている。また、円形電磁ホーン34の開口部には、厚
さ3mmの石英製仕切板38を置き、上下のプラズマを分離
している。さらに、真空室45は、コンダクタンス調整バ
ルブ42を介して真空排気系に通じている。
円形電磁ホーン34の外側には、コイル35,36が設けら
れている。コイル35,36に電流を通じて磁場を発生させ
る。電子サイクロトロン共鳴点は、仕切板38と基板41の
間にあるようにした。なお、コイル35,36の外周に、軟
鉄板のカバー37を置き、磁力を強化するようにしてあ
る。
れている。コイル35,36に電流を通じて磁場を発生させ
る。電子サイクロトロン共鳴点は、仕切板38と基板41の
間にあるようにした。なお、コイル35,36の外周に、軟
鉄板のカバー37を置き、磁力を強化するようにしてあ
る。
円形電磁ホーン34は、開口部の直径1000mmで長さ900m
mに設定してある。この開口径では、理想的には2.5m〜3
mの長さがあることが望ましいが、2.5m〜3mの真空室を
作り、これに0.1T近い磁場を印加することは、装置が大
型化し、消費電力も大きくなり、実用上問題が多い。そ
こで、長さを短くしたが、この長さではマイクロ波が充
分均一には拡がらず、中心部の照射強度が周辺に比べ強
くなり、中央のプラズマ密度が高い状態となる。そこ
で、本実施例では、仕切板38を球面として、中央部を基
板に近づけ、プラズマ密度が高いだけ、寄与するプラズ
マの長さが短くなるようにしてある。
mに設定してある。この開口径では、理想的には2.5m〜3
mの長さがあることが望ましいが、2.5m〜3mの真空室を
作り、これに0.1T近い磁場を印加することは、装置が大
型化し、消費電力も大きくなり、実用上問題が多い。そ
こで、長さを短くしたが、この長さではマイクロ波が充
分均一には拡がらず、中心部の照射強度が周辺に比べ強
くなり、中央のプラズマ密度が高い状態となる。そこ
で、本実施例では、仕切板38を球面として、中央部を基
板に近づけ、プラズマ密度が高いだけ、寄与するプラズ
マの長さが短くなるようにしてある。
真空排気系は、ターボ分子ポンプ43と、油回転ポンプ
44と、コンダクタンス調整バルブ42とを備えている。
44と、コンダクタンス調整バルブ42とを備えている。
次に、前記した構成の装置を用いて、アモルファスシ
リコン膜の成膜を行なう場合について説明する。
リコン膜の成膜を行なう場合について説明する。
マイクロ波発生源31からマイクロ波導波系32を通し、
円形電磁ホーン34に2.45GHzのマイクロ波を導いた。円
形電磁ホーン34に入る直前で、矩形から円形にモード変
換を行なう。
円形電磁ホーン34に2.45GHzのマイクロ波を導いた。円
形電磁ホーン34に入る直前で、矩形から円形にモード変
換を行なう。
基板41は、一辺600mmの正方形のガラス基板を用い
た。
た。
ガスは、モノシランを毎分200cm3ほどガス吹出管39を
通して流し、ターボ分子ポンプ43により排気した。真空
室45内の圧力は、コンダクタンス調整バルブ42により、
0.2Paに調整した。基板41は、基板台40に取り付け、基
板台40に内蔵されたヒータ(図示せず)により、150℃
に加熱した。
通して流し、ターボ分子ポンプ43により排気した。真空
室45内の圧力は、コンダクタンス調整バルブ42により、
0.2Paに調整した。基板41は、基板台40に取り付け、基
板台40に内蔵されたヒータ(図示せず)により、150℃
に加熱した。
マイクロ波発生源31から6.5kWのマイクロ波を投入し
たところ、中央部がやや強い傾向はあるが、全空間にわ
たりプラズマが発生し、ガラス基板上にアモルファスシ
リコン膜が形成された。5分間で約0.5μmの膜が形成
され、膜厚むらは±3%以内であった。
たところ、中央部がやや強い傾向はあるが、全空間にわ
たりプラズマが発生し、ガラス基板上にアモルファスシ
リコン膜が形成された。5分間で約0.5μmの膜が形成
され、膜厚むらは±3%以内であった。
[発明の効果] 本発明によれば、大面積にわたり、均一に、マイクロ
波プラズマによる処理ができる効果がある。従って、大
面積の基板を、素子等の性能を劣化することなく、しか
も、歩留まりよく処理することができる。また、一度に
多くの基板を歩留まりよく処理することができ、単位時
間当たりの処理量を増すことができる。
波プラズマによる処理ができる効果がある。従って、大
面積の基板を、素子等の性能を劣化することなく、しか
も、歩留まりよく処理することができる。また、一度に
多くの基板を歩留まりよく処理することができ、単位時
間当たりの処理量を増すことができる。
第1図は本発明の実施例1のマイクロ波プラズマ処理装
置の縦断面図、第2図は実施例2のマイクロ波プラズマ
処理装置を示した斜視図、第3図は実施例3のマイクロ
波プラズマ処理装置の縦断面図、第4図は矩形ホーンに
おける最適設計の開口長a、bとホーン長lとの関係を
示すグラフである。 1……マイクロ波発生源、2……導波管、3……アイソ
レータ、4……チューナ、5……矩形−円形モード変換
器、6……円形電磁ホーン、7a……石英窓、7b……仕切
板、8……ガス吹出管、9……真空室、10……基板台、
11……基板、12……コンダクタンス調整バルブ、13……
ターボ分子ポンプ、14……油回転ポンプ、15……コイ
ル、21……マイクロ波発生源、22……マイクロ波導波
系、23……石英窓、24……矩形電磁ホーン、25……ガス
吹出管、26……仕切板、27……基板、28a……ターボ分
子ポンプ、29……真空室、30……コイル、31……マイク
ロ波発生源、32……マイクロ波導波系、33……石英窓、
34……円形電磁ホーン、35,36……コイル、37……カバ
ー、38……仕切板、39……ガス吹出管、40……基板台、
41……基板、42……コンダクタンス調整バルブ、43……
ターボ分子ポンプ、44……油回転ポンプ。
置の縦断面図、第2図は実施例2のマイクロ波プラズマ
処理装置を示した斜視図、第3図は実施例3のマイクロ
波プラズマ処理装置の縦断面図、第4図は矩形ホーンに
おける最適設計の開口長a、bとホーン長lとの関係を
示すグラフである。 1……マイクロ波発生源、2……導波管、3……アイソ
レータ、4……チューナ、5……矩形−円形モード変換
器、6……円形電磁ホーン、7a……石英窓、7b……仕切
板、8……ガス吹出管、9……真空室、10……基板台、
11……基板、12……コンダクタンス調整バルブ、13……
ターボ分子ポンプ、14……油回転ポンプ、15……コイ
ル、21……マイクロ波発生源、22……マイクロ波導波
系、23……石英窓、24……矩形電磁ホーン、25……ガス
吹出管、26……仕切板、27……基板、28a……ターボ分
子ポンプ、29……真空室、30……コイル、31……マイク
ロ波発生源、32……マイクロ波導波系、33……石英窓、
34……円形電磁ホーン、35,36……コイル、37……カバ
ー、38……仕切板、39……ガス吹出管、40……基板台、
41……基板、42……コンダクタンス調整バルブ、43……
ターボ分子ポンプ、44……油回転ポンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 轟 悟 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中谷 光雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 鈴木 和夫 茨城県日立市会瀬町2丁目9番1号 株 式会社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者 園部 正 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 16/00 - 16/56 C23F 4/00 - 4/04 H05H 1/46 H01L 21/205,21/31,21/365 H01L 21/496,21/86 H01L 21/302,21/3065 H01L 21/461
Claims (14)
- 【請求項1】ガス供給手段、真空排気手段を備えた真空
容器と、該真空容器内にマイクロ波を導入する手段と、
マイクロ波を拡げて大面積に照射する電磁ホーンとを備
え、かつ、前記真空容器内であって前記マイクロ波導入
手段と処理すべき基板との間となる位置に、マイクロ波
を通す材質でできた仕切板を設置することを特徴とする
マイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項2】導波管内もしくは電磁ホーンの入口付近の
部分で、マイクロ波を通す材料を用いて真空シールを行
なうことにより、電磁ホーン内が真空容器の一部となる
構成とした請求項1記載のマイクロ波プラズマ処理装
置。 - 【請求項3】前記電磁ホーンは、開口部からほぼ平面波
を放射するよう構成されたものを用いる請求項1または
2記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項4】前記真空シールは、マイクロ波を通すと共
に、耐熱性に優れた材料を用い、かつ、耐熱性のシール
材を用いる構成とすることを特徴とする請求項2記載の
マイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項5】前記仕切板は、真空容器内に配置される、
処理すべき基板と並ぶように設けられ、基板と仕切板の
間にプラズマが存在するように構成される、請求項1、
2、3または4記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項6】仕切板と処理すべき基板との距離が、プラ
ズマ密度の高い所では近く、低い所では遠くなるように
設定された請求項5記載のマイクロ波プラズマ処理装
置。 - 【請求項7】前記仕切板は、仕切板と処理すべき基板と
の距離が、プラズマ密度の高い所では近く、低い所では
遠くなるように曲面状に形成されるものである、請求項
5記載のマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項8】ガス供給手段、真空排気手段を備えた真空
容器と、該真空容器内にマイクロ波を導入する手段とを
備え、前記真空容器は、その全体もしくはその一部が円
錐形、四角錘もしくは多角錐形を成し、その頂点より内
部へマイクロ波を導入する構造であり、かつ、前記マイ
クロ波導入手段と処理すべき基板との間となる位置に、
マイクロ波を通す材質でできた仕切板を設置することを
特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項9】前記真空容器内においてマイクロ波の周波
数における電子サイクロトロン共鳴(ECR;Electron Cyc
lotron Resonance)を起こすような磁界の発生手段を備
えた請求項1、2、3、4、5、6、7または8記載の
マイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項10】前記仕切板は、処理すべき基板に対し平
行に設けられ、基板と仕切板の間に電子サイクロトロン
共鳴点があるように設置される、請求項9記載のマイク
ロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項11】ガスとしてフッ素もしくは塩素を含む化
合物を用いることを特徴とする請求項1、2、3、4、
5、6、7、8、9または10記載のマイクロ波プラズマ
エッチング装置。 - 【請求項12】シリコンを含む化合物をガスとして用い
ることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、
7、8、9または10記載のマイクロ波プラズマCVD装
置。 - 【請求項13】ガスとして酸素もしくは亜酸化窒素を用
いることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、
7、8、9または10記載のマイクロ波プラズマ酸化装
置。 - 【請求項14】ガス供給手段、真空排気手段を備えた真
空容器と、該真空容器内にマイクロ波を導入する手段
と、マイクロ波を拡げて大面積に照射する電磁ホーンと
を備え、かつ、前記真空容器内であって前記マイクロ波
導入手段と処理すべき基板との間となる位置に、マイク
ロ波を通す材質でできた仕切板を設置したマイクロ波プ
ラズマ処理装置内に、処理すべき基板を位置させ、該基
板にマイクロ波プラズマ処理することを特徴とするマイ
クロ波プラズマ処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1268358A JP2902009B2 (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1268358A JP2902009B2 (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03130369A JPH03130369A (ja) | 1991-06-04 |
| JP2902009B2 true JP2902009B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=17457412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1268358A Expired - Fee Related JP2902009B2 (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2902009B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0565653A (ja) * | 1991-09-06 | 1993-03-19 | Hitachi Ltd | プラズマcvd装置 |
| JPH0567586A (ja) * | 1991-09-09 | 1993-03-19 | Nec Corp | Ecrプラズマエツチング装置 |
| JP4173679B2 (ja) * | 2002-04-09 | 2008-10-29 | エム・イー・エス・アフティ株式会社 | Ecrプラズマ源およびecrプラズマ装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5567171U (ja) * | 1979-10-25 | 1980-05-09 |
-
1989
- 1989-10-16 JP JP1268358A patent/JP2902009B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03130369A (ja) | 1991-06-04 |
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