JPH02197122A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理装置

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JPH02197122A
JPH02197122A JP1016901A JP1690189A JPH02197122A JP H02197122 A JPH02197122 A JP H02197122A JP 1016901 A JP1016901 A JP 1016901A JP 1690189 A JP1690189 A JP 1690189A JP H02197122 A JPH02197122 A JP H02197122A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要］ 半導体装置の製造工程で使用するプラズマ処理装置に関
し、 長期にわたって安定した機能を発揮させることを目的と
し、 所定の貫通孔を備えた導電体よりなるプラズマ遮蔽板で
プラズマ発生領域と被加工基板の位置する処理領域を隔
離し、上記プラズマ発生領域で発生し該プラズマ遮蔽板
を通過するプラズマで被加工基板に所定の処理を行うマ
イクロ波プラズマ処理装置であって、上記プラズマ遮蔽
板の少なくともプラズマ発生領域側の面を、上記プラズ
マの不活性比率が上記導電体に比し小なる物質で被覆し
て構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造工程で使用するプラズマ処理
装置に係り、特に長期にわたって安定した処理特性を発
揮させて生産性の向上を図ったマイクロ波プラズマ処理
装置に関する。
近年の半導体装置等の製造工程では、プラズマを直接被
加工基板に照射させない方法例えばダウンフロー法等が
用いられるようになって来ているが、量産工程で効果あ
らしめるためには装置として長期間にわたって安定した
状態で使用できることが必要である。
〔従来の技術〕
導電体よりなるプラズマ遮蔽板でプラズマ発生領域を遮
蔽し該プラズマ発生領域で発生したプラズマと被加工物
を隔離する従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、プ
ラズマを遮蔽するための導電体に例えばアルミニウム（
１１４２）よりなる金属を使用している。
第３図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式
断面図であり、（八）は−構成例をまた（Ｂ）は他の例
を示す図である。
第３図（＾）で、１はマイクロ波発生装置、２は該マイ
クロ波発生装置ｌで発生したマイクロ波を反応容器３に
導出する導波管、４はマイクロ波透過窓、５は上記反応
容器３と繋がる反応ガス供給管を示している。
６は複数の微小な貫通孔６ａがほぼ均一分布に形成され
ているアルミニウム（＾ｌ）よりなるプラズマ遮蔽板で
あり、上記反応容器３内をプラズマ発生室３ａと処理室
３ｈに二分するように該反応容器３の内部に装着されて
いる。
また処理室３ｂ内に位置する７はステージ８上に載置さ
れた半導体ウェハ等の被加工基板を示している。なお図
の３０は反応後のガスを排出する排気口である。
かかる構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では、反
応ガス供給管５から矢印ａの如くプラズマ発生室３ａに
流入した反応ガスにマイクロ波発生装置１から射出し導
波管２およびマイクロ波透過窓４を透過したマイクロ波
を照射すると、上記反応ガスは該プラズマ発生室３ａ内
で活性粒子となってプラズマ化する。
そこで、少なくとも酸素（０２）を含む所定組成の反応
ガスを上記プラズマ発生室３ａに供給しなからＧ１１ｚ
帯域のマイクロ波を該プラズマ発生室に照射し、同時に
排気口３ｃから矢印すのように排気して上記処理室３ｂ
内を減圧状態にすると、該プラズマ発生室３ａ内で均一
に拡散されたプラズマが複数の貫通孔６ａを通って矢印
Ｃのように処理室３ｂに流入する。
この処理室３ｂに流入するプラズマは、ステージ８上の
被加工基板７表面に塗布されているレジスト（例えば商
品名二東京応化製０ＦＰＲ−８００）をほぼ均等な分布
で照射するため、加工速度分布の均一なエツチングやア
ッシング処理を該被加工基板７０表面全面に施すことが
できる。
例えば、四弗化炭素（ＣＦ４）を２０％含んだ０２十Ｃ
Ｆ４ガスを反応ガスとして用い、該反応ガスに出力０．
４ＫＷ程度の２．４５ＧＩｌｚのマイクロ波を照射して
該反応ガスをプラズマ発生室３ａ内で均一に拡散したプ
ラズマとなし、該プラズマをアルミニウム（ｉ）よりな
るプラズマ遮蔽板６の反応ガス流入孔６ａを通して０．
３　Ｔｏｒｒ程度減圧した処理室３ｂに流入させて被加
工基板７例えば４吋シリコン基板上のレジスト膜のアッ
シング処理を行うと良好な結果が得られることを確認し
ている（特公開　昭５８−１２４５１１）。
他の例を示す第３図（Ｂ）は、被加工基板７に対するプ
ラズマ照射の均一化を図るため、プラズマ遮蔽板には該
プラズマ遮蔽板を通過するプラズマの流量（以下コンダ
クタンスとした）の制御手段を設けると共に処理室側に
ガス拡散手段を付加したものである。
図で、１がマイクロ波発生装置、２が導波管。
３が反応容器、　３ａがプラズマ発生室、　３ｂが処理
室。
３ｃが排気口、４がマイクロ波透過窓、５が反応ガス供
給管を示していることは図（Ａ）と同様である。
また図の１１はテフロン樹脂等よりなるコンダクタンス
制御部１１ａを中央部に備えた金属製のプラズマ遮蔽板
であり、上記図（Ａ）のプラズマ遮蔽板６と同様に反応
容器３をプラズマ発生室３ａと処理室３ｂに二分するよ
うに該反応容器３の内部に装着されている。
１２は該プラズマ遮蔽板１１の処理室３ｂ側の所定位置
に上記コンダクタンス制御部１１ａの孔部分をカバーす
るように配置するテフロン樹脂等よりなる円形状のガス
拡散板を示し、また上記ガス拡散板１２に衝突し四方に
拡散するプラズマを被加工基板７に均一に当てると同時
に該処理室１３ｂの空間領域を限定するためにテフロン
樹脂等よりなる障壁１３を被加工基板７を覆う傘状に配
置している。
かかる構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では反応
ガスを矢印ａ“の如く供給しながらマイクロ波を該反応
ガスに照射すると、プラズマ発生室３ａでプラズマ化し
たガスが上記コンダクタンスに衝突する。次いで該ガス
拡散板１２で四方に拡散されたガスすなわちプラズマが
その周囲の障壁１３に衝突した後に図示Ｃ′の如くステ
ージ８上の被加工基Ｆｉ７を照射しての表面に所定の処
理を施すようになっている。
そこで該ガス拡散板１２の直径ｄ　（遮蔽面積）および
上記プラズマ遮蔽板１１からの隔たりｈを最適値に設定
することによって、被加工基板７に良好なエツチングや
アッシング処理が行なえることをｆＩＩＩ認している（
特公告　昭６２−１５３４）。
しかし上記の何れの場合にも酸素（０，）を含む反応ガ
スでエツチングやアッシング処理を行っているため、装
置使用期間の長期化につれて金属で形成されている上記
プラズマ遮蔽板６または１１のプラズマ発生室３ａ側の
表面がプラズマ酸化されて活性化された反応ガスイオン
の失活が多くなる。
その結果、処理速度が当初の自然酸化膜だけのときに比
べて徐々に低下することになる。
−実験例では、四弗化炭素（ＣＦ４）を約８％含んだＯ
ｔ＋ＣＦ４ガスを反応ガスとし出力１．５ＫＷ程度の２
．４５ＧＩＩｚのマイクロ波により該反応ガスを活性化
させた場合のシリコン基板上のレジスト膜のアッシング
処理速度は、当初は１．５μ１ＩＩＩ分程度であるが１
日８時間程度のプラズマ処理を約３か月継続するとその
処理速度が５０００人／分となって約１７３に低下して
いる。
また同様の現象は、アルミニウム（／Ｉｉ！、）製のプ
ラズマ遮蔽板をアルマイト加工した場合にも確認するこ
とができた。
このことは単位時間内での処理能力が約１７３に低下し
たことを意味しており、生産性の低下を誘起している。
〔発明が解決しようとした課題〕
従来の構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では、長
期間の使用によって生産性が低下すると言う問題があっ
た。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点は、所定の貫通孔を備えた導電体よりなるプ
ラズマ遮蔽板でプラズマ発生領域と被加工基板の位置す
る処理領域を隔離し、上記プラズマ発生領域で発生し該
プラズマ遮蔽板を通過するプラズマで被加工基板に所定
の処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置であって、 上記プラズマ遮蔽板の少なくともプラズマ発生領域側の
面を、上記プラズマの不活性比率が上記導電体に比し小
なる物質で被覆してなるマイクロ波プラズマ処理装置に
よって解決される。
〔作　用〕
金属よりなるプラズマ遮蔽板の表面を絶縁体でカバーす
ると該プラズマ遮蔽板の表面がプラズマ酸化されること
がなくなり、反応ガス活性種（イオン）の失活を防ぐこ
とができる。
本発明では、プラズマ遮蔽板のプラズマ発生室側の全面
を絶縁体でカバーすることによって該プラズマ遮蔽板の
プラズマ酸化を抑制するようにしている。
従って、長期間にわたって安定したプラズマ処理が実施
できるマイクロ波プラズマ処理装置を得ることができる
。
〔実施例〕
反応ガスに酸素（０□）のみを用いたプラズマで被加工
基板上のレジストにアッシング処理を施すと、そのアッ
シング処理の殆どが酸素原子（０）によって遂行されて
いる事が知られている（Ｊ、Ｍ、Ｃｏｏｋ。
Ｂ、Ｗ、Ｂｅｎ５ｏｎ＋　Ｊ、ＥＩｅｃｔｒｏｃｈｅｍ
、Ｓｏｃ、、　ｖｏｌ、１３０．　Ｐ、２４５９　（１
９８３）　）。
例えば酸素（０□）のみの反応ガスを使用し被加工基板
を２００°Ｃに加熱してアッシング処理を施した場合の
実験例では、金属面が露出したプラズマ遮蔽板を使って
長期間使用しアッシング速度が１５００人／分程度に低
下したプラズマ処理装置のプラズマ遮蔽板のプラズマ発
生室側の面をプラズマの不活性比率が上記金属より小な
る例えば絶縁物でカバーすると、アッシング速度が４５
００人／分に上昇し約３倍の効率向上が得られる。
第１図は本発明になるマイクロ波プラズマ処理装置を説
明する図であり、第２図は他の構成例を示す図である。
第１図で、（ａ）は−構成例を示しくｂ）および（Ｃ）
は同じ構成になる他の実施例をそれぞれ示したものであ
る。
第１図（ａ）　、　（ｂ）で、図に示すマイクロ波プラ
ズマ処理装置が第３図（Ａ）　、　（Ｂ）　と異なる点
は、第３図で説明したプラズマ遮蔽板６または１１のプ
ラズマ発生室３ａ側の全面に厚さが２’ｍｍ程度の石英
カバー２１または２２を添着したことにあり、その他の
部分はそれぞれに対応する第３図（Ａ）　、　（Ｂ）と
同様である。
ここで例えば、窒素（Ｎ２）を約１０％含んだ０２＋Ｎ
Ｚガスを反応ガスとし出力１．５ＫＷの２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波により該反応ガスをプラズマ発生室３ａ内
で活性化させた後、処理室３ｂ側をｌ　Ｔｏｒｒ程度減
圧して２００°Ｃに加熱されたステージ８上の被加工基
板７例えばシリコン基板上のレジスト膜に６０〜９０秒
でアッシング処理を行った場合の実験例について説明す
る。
第３図（Ａ）の装置を使用して５００回／日の頻度で３
か月継続したときのアッシング速度が初期値１μｍ／分
に対して３か月経退役に約６０００人／分と約４０％低
下したプラズマ処理装置の該プラズマ遮蔽板６のプラズ
マ発生室３ａ側の全面を石英カバー２１で覆って第１図
（ａ）の状態とし、同様の処理を行ったところアッシン
グ速度が９０００人／分に上昇すると共にその後３か月
間同様の条件で継続使用しても該アッシング速度の低下
が認められなかった。
また第１図（ｂ）の場合についても同様の効果が得られ
たことを実験的に確認している。
従って、金属製プラズマ遮蔽板のプラズマ発生室側の全
面を絶縁体でカバーすることにより、生産性を落とすこ
となく長期間安定した状態で使用できるマイクロ波プラ
ズマ処理装置を容易に得ることができる。
他の実施例を示す図（ｃ）は、上記図（ｂ）の平面的な
ガス拡散板１２を底面に複数の微小な貫通孔２３ａを穿
設した有底筒状拡散板２３に置き換えた上で、該有底筒
状拡散板２３の開口部側を石英カバー２２が添着された
プラズマ遮蔽板１１の処理室３ｂ側の所定位置に装着し
たものであり、この場合には図（ｂ）の障壁１３が不要
である。
かかる構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では、プ
ラズマ発生室３ａから流出するプラズマは一旦該有底筒
状拡散板２３に囲まれた図示への領域に、滞留して均一
に拡散した後各貫通孔２３ａを通って処理室３ｂ内に射
出されるため、被加工基板７上に均一な処理を施すこと
ができる。
なおこの場合も、プラズマ遮蔽板１１のプラズマ発生室
３ａ側の全面が石英カバー２２で覆われているため生産
性を落とすことなく長期間安定した状態で使用できるこ
とは前述の通りである。
他の構成例を示す第２図は第１図におけるプラズマ発生
室の構成を変えたものであり、該プラズマ発生室部分を
除く他の部分は第１図の場合と同様である。
第２図で、３１は一端は図示されないマイクロ波発生装
置に繋がると共に他端は第１図同様の反応容器３２と連
結している導波管、３３は上記導波管３】の途中に装着
したマイクロ波透過窓である。
また３４は、その中心に所定径の貫通孔３４ａを備え該
反応容器３２に内接するプラズマ遮蔽板であり、上記導
波管３１側の全面に厚さが２ｍｍ程度の石英カバー３５
が添着されている。
また、３６は上記マイクロ波透過窓３３と該プラズマ遮
蔽板３４との間で該プラズマ遮蔽板３４の貫通孔３４ａ
の近傍にガス射出口が来るように反応容器３２の側壁に
装着した反応ガス供給管である。
なお該プラズマ遮蔽板３４の上記導波管３１と反対側の
面に装着した有底筒状拡散板２３およびステージ８上の
被加工基板７は第１図と同様のものである。
かかる構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では、上
記のマイクロ波透過窓３３とプラズマ遮蔽板３４および
反応ガス供給管３６のガス射出口に囲まれた領域３ａが
プラズマ発生室を、また上記プラズマ遮蔽板３４と有底
筒状拡散板２３に囲まれた領域Ａがプラズマ拡散室を、
更に上記有底筒状拡散板２３と被加工基板７に挟まれた
領域３ｂが処理室をそれぞれ形成している。
そこで上記プラズマ発生室３ａから貫通孔３４ａを通っ
て流出するプラズマが一旦該有底筒状拡散板２３に囲ま
れた図示Ａの領域に滞留して均一に拡散した後各貫通孔
Ｈａを通って処理室３ｂ内に射出されて被加工基板７上
に均一な処理を施すことは第１図の場合と同様である。
なおこの場合も、プラズマ遮蔽＋７ｉ：３４のプラズマ
発生室３ａ側の全面が石英カバー３５で覆われているた
め、生産性を落とすことなく長期間安定した状態で使用
することができる。
［発明の効果〕 上述の如く本発明により、生産性を落とすことなく長期
間安定した状態で使用できるマイクロ波プラズマ処理装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明になるマイクロ波プラズマ処理装置を説
明する図、 第２図は他の構成例を示す図、 第３図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式
断面図、 である。図において、 １はマイクロ波発生装置、２，３１は導波管、３．３２
は反応容器、　３ａはプラズマ発生室、３ｂは処理室、
　　　　３ｃは排気口、４．３３はマイクロ波透過窓、 ５．３６は反応ガス供給管、 ６．１１．３４はプラズマ遮蔽板、 ６ａ、　２３ａ、　３４ａは貫通孔、 ７は被加工基板、　　　８はステージ、１１ａはコンダ
クタンス制御部、 １２はガス拡散板、　　１３は障壁、 ２１．２２．３５は石英カバー ２３は有底筒状拡散板、 をそれぞれ表わす。 ７木全明（４１）ろフイフＤ；庚フ）スフ、処ｆ里袈ト
客之明イろ図第 図 化ｆ１祷八へΣ示Ｔ図 第 凹

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）所定の貫通孔を備えた導電体よりなるプラズマ遮
    蔽板でプラズマ発生領域と被加工基板の位置する処理領
    域を隔離し、上記プラズマ発生領域で発生し該プラズマ
    遮蔽板を通過するプラズマで被加工基板に所定の処理を
    行うマイクロ波プラズマ処理装置であって、 上記プラズマ遮蔽板の少なくともプラズマ発生領域側の
    面を、上記プラズマの不活性比率が上記導電体に比し小
    なる物質で被覆してなることを特徴としたマイクロ波プ
    ラズマ処理装置。
  2. （２）前記の導電体よりなるプラズマ遮蔽板が、アルミ
    ニウムを含む金属であることを特徴とした請求項１記載
    のマイクロ波プラズマ処理装置。
  3. （３）前記のプラズマ遮蔽板の少なくともプラズマ発生
    領域側の面を被覆する物質が絶縁体であることを特徴と
    した請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  4. （４）前記のプラズマ遮蔽板の絶縁体が石英であること
    を特徴とした請求項３記載のマイクロ波プラズマ処理装
    置。
  5. （５）前記のプラズマが酸素を含むガスを励起したもの
    であることを特徴とした請求項１記載のマイクロ波プラ
    ズマ処理装置。
  6. （６）前記のプラズマが弗素を含むガスを励起したもの
    であることを特徴とした請求項１記載のマイクロ波プラ
    ズマ処理装置。
  7. （７）前記のプラズマ発生領域と被加工基板の位置する
    処理領域の間にプラズマ拡散領域を設けてなることを特
    徴とした請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
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