JPH053734B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
[概要]
水平入射方式のマイクロ波プラズマ処理装置に
おいて、マイクロ波透過窓をλg/4の間隔をも
つた複数個の小形窓で構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] In a horizontal incidence type microwave plasma processing apparatus, a microwave transmission window is constituted by a plurality of small windows having an interval of λg/4.
[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かか
り、特に高性能化のためのプラズマ処理装置の改
善に関する。[Industrial Field of Application] The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus, and particularly to improvement of a plasma processing apparatus for higher performance.
半導体製造のプロセス技術として、ドライプロ
セスが半導体装置の微細化、高集積化のために非
常に重要な技術となつてきた。このようなドライ
プロセスにおいて、マイクロ波を利用したプラズ
マ処理が最近使用されつつあり、例えば、酸素
(O2)プラズマによるレジスト膜の灰化工程や、
多結晶シリコン膜を四弗化炭素(CF4)+酸素ガ
スでプラズマエツチングする工程に用いられてい
る。このマイクロ波(2.4GHz)プラズマ処理は、
従来の高周波(13.56MHz)を利用したプラズマ
処理に比べて、励起効率が高いメリツトがある。 As a process technology for semiconductor manufacturing, dry processing has become a very important technology for miniaturization and high integration of semiconductor devices. In such dry processes, plasma processing using microwaves has recently been used, such as the ashing process of resist films using oxygen (O 2 ) plasma,
It is used in the process of plasma etching polycrystalline silicon films with carbon tetrafluoride (CF 4 ) + oxygen gas. This microwave (2.4GHz) plasma treatment
Compared to conventional plasma processing using high frequency (13.56MHz), this method has the advantage of high excitation efficiency.
しかし、このようなマイクロ波プラズマ処理装
置は未だ検討が不十分な点があり、それらの問題
点は検討して、改善されなければならない。 However, such a microwave plasma processing apparatus still has some points that have not been sufficiently studied, and these problems must be studied and improved.
[従来の技術]
一般に、マイクロ波プラズマ処理装置はマイク
ロ波発生部とプラズマ処理部(室)との間が導波
管で接続されており、従来、マイクロ波の進行方
向に垂直にマイクロ波透過窓を設けて、そのマイ
クロ波透過窓からプラズマ処理室にマイクロ波電
力を導入する方式が多かつた。ここに、マイクロ
波透過窓とは、プラズマ処理室内を真空封止しな
がら、マイクロ波を通す窓のことで、石英または
アルミナが適材とされている。[Prior Art] Generally, in a microwave plasma processing apparatus, a microwave generation section and a plasma processing section (chamber) are connected by a waveguide. There have been many methods in which a window is provided and microwave power is introduced into the plasma processing chamber through the microwave-transmitting window. Here, the microwave-transmitting window is a window that allows microwaves to pass through while vacuum-sealing the inside of the plasma processing chamber, and quartz or alumina is suitable material.
ところで、このように、マイクロ波の進行方向
(電場方向)に垂直にマイクロ波透過窓を設ける、
所謂、マイクロ波の垂直入射方式に対して、発明
者はマイクロ波の進行方向に水平にマイクロ波透
過窓を設ける、所謂、マイクロ波の水平入射方式
とも云うべきマイクロ波プラズマ処理装置を開発
した(特願昭59−252909号参照)。 By the way, in this way, a microwave transmission window is provided perpendicular to the direction of microwave propagation (electric field direction).
In contrast to the so-called vertical incidence method of microwaves, the inventor has developed a microwave plasma processing apparatus which can be called the so-called horizontal incidence method of microwaves, in which a microwave transmission window is provided horizontally in the direction of microwave propagation ( (See patent application No. 59-252909).
第4図はその水平入射方式マイクロ波プラズマ
処理装置の側断面図を示しており、第5図は同図
のAA'断面である。1はマイクロ波透過窓、2は
被処理体のウエハー、3は導波管、4はプラズマ
処理室で、マグネトロン(図示していない)で発
生させた2.45GHzのマイクロ波は、矩形のマイク
ロ波導波管3を通して、マイクロ波の進行方向
(電場方向)に水平に配置したマイクロ波透過窓
1の上に導かれ、その透過窓1を透過してプラズ
マ処理室4に導入される。 FIG. 4 shows a side sectional view of the horizontal incidence type microwave plasma processing apparatus, and FIG. 5 is a cross section AA' of the same figure. 1 is a microwave transmission window, 2 is a wafer to be processed, 3 is a waveguide, and 4 is a plasma processing chamber.The 2.45GHz microwave generated by a magnetron (not shown) is passed through a rectangular microwave guide. The microwave is guided through the wave tube 3 onto a microwave transmission window 1 arranged horizontally in the direction of microwave propagation (electric field direction), transmitted through the transmission window 1, and introduced into the plasma processing chamber 4.
一方、プラズマ処理室4ではウエハー2が透過
窓1に平行に載置されており、排気口5から真空
吸引しながら、他方のガス流入口6から反応ガス
を流入させて、減圧度を0.1Torrないし数Torr程
度にする。そして、その流入させた反応ガスを上
記のマイクロ波によつてプラズマ化し、プラズマ
励起したガスがウエハーと反応して、プラズマエ
ツチングが行なわれる。 On the other hand, in the plasma processing chamber 4, the wafer 2 is placed parallel to the transmission window 1, and while vacuum is being sucked from the exhaust port 5, a reaction gas is flowed in from the other gas inlet 6 to reduce the pressure to 0.1 Torr. It should be around a few Torr. Then, the inflowing reaction gas is turned into plasma by the microwave, and the plasma-excited gas reacts with the wafer to perform plasma etching.
このような水平入射方式の処理装置は、垂直入
射方式に比べ、マイクロ波の反射が非常に少なく
て、整合(マツチング)性が極めて良く、プラズ
マが効率良く発生されて、ウエハーが高速処理さ
れる。それは、マイクロ波プラズマ処理装置で
は、マイクロ波を誘電率(ε)の異なる大気中、
透過窓、真空(減圧)中に順次に導入させなけれ
ばならない問題があり、垂直入射方式の処理装置
では、プラズマ処理室の真空状態(プラズマが発
生していない)で整合をとると、プラズマ発生状
態では反射が強くなつて整合がとれないと云う矛
盾した状態になり、整合が余り良くない欠点があ
つた。一方、水平入射方式では、透過窓に電場が
垂直にかかるために、これが改善され、プラズマ
処理室が小型になつて、且つ、マイクロ波の整合
が良く、マイクロ波の反射が極めて少なくなる利
点がある。詳しくは、上記した特願昭59−252909
号を参照されたい。 Compared to vertical incidence processing equipment, horizontal incidence processing equipment has far less microwave reflection, excellent matching, generates plasma efficiently, and processes wafers at high speed. . In microwave plasma processing equipment, microwaves are transmitted through atmospheres with different dielectric constants (ε).
There is a problem in that it must be introduced sequentially into a transmission window and a vacuum (depressurized), and in vertical incidence processing equipment, when matching is done in the vacuum state of the plasma processing chamber (no plasma is being generated), the plasma will not be generated. In this state, the reflection becomes strong and matching cannot be achieved, which is a paradoxical state, and the matching is not very good. On the other hand, in the horizontal incidence method, the electric field is applied perpendicularly to the transmission window, which improves this, allows for a smaller plasma processing chamber, and has the advantage of good microwave matching and extremely low microwave reflection. be. For details, please refer to the above mentioned patent application No. 59-252909.
Please refer to the issue.
[発明が解決しようとする問題点]
ところで、このような水平入射方式のマイクロ
波プラズマ処理装置において、重要な問題点の一
つにマイクロ波透過窓1があり、この透過窓1は
破損され易いと云う欠点がある。[Problems to be Solved by the Invention] By the way, in such a horizontal incidence type microwave plasma processing apparatus, one of the important problems is the microwave transmission window 1, which is easily damaged. There is a drawback.
上記したように、真空封止を保つて、マイクロ
波を透過する材質として、石英またはアルミナが
適材であるが、そのうちの石英は耐熱性が良い
が、CF4のような弗素系ガスにエツチングされ易
くて、半導体基板の処理には不適である。 As mentioned above, quartz or alumina are suitable materials to maintain vacuum sealing and transmit microwaves, but quartz has good heat resistance, but it cannot be etched by fluorine-based gases such as CF4 . It is easy to process, and is not suitable for processing semiconductor substrates.
従つて、半導体基板のエツチング処理には、ア
ルミナ板が透過窓1として用いられているが、ア
ルミナは200℃以上では曲げ強度が急速に劣化し
て脆くなり、そのアルミナ板を真空封止窓にして
いるため、大気圧に耐えられず、破壊してしまう
ことが多い。マイクロ波プラズマ処理装置では、
通常、プラズマ熱によつて透過窓部分が300〜400
℃に加熱される。 Therefore, in the etching process of semiconductor substrates, an alumina plate is used as the transparent window 1, but alumina rapidly deteriorates in bending strength and becomes brittle at temperatures above 200°C, so the alumina plate is used as a vacuum-sealed window. Because of this, they cannot withstand atmospheric pressure and often break down. In microwave plasma processing equipment,
Normally, the transmission window area is 300 to 400 mm due to plasma heat.
heated to ℃.
そのため、透過窓を小さくすると破壊に対する
強度は保てるが、それでは、必要な大きさのプラ
ズマ化領域が得られない。 Therefore, if the transmission window is made smaller, the strength against destruction can be maintained, but then a plasma region of the required size cannot be obtained.
本発明はこのような欠点を解消させるマイクロ
波プラズマ処理装置を提案するものである。 The present invention proposes a microwave plasma processing apparatus that eliminates these drawbacks.
[問題点を解決するための手段]
その目的は、マイクロ波透過窓がλg/4(λ
g:管内波長)の間隔をもつた複数個の窓から構
成されているマイクロ波プラズマ処理装置によつ
て達成することができる。[Means for solving the problem] The purpose is that the microwave transmission window is λg/4 (λ
This can be achieved by a microwave plasma processing apparatus constructed of a plurality of windows spaced apart by a distance of g: wavelength within the tube.
[作用]
マイクロ波プラズマ処理装置におけるマイクロ
波透過窓の開口面積は大きい方がプラズマ領域が
大きく、処理の大容量化、均一化にとつて望まし
い。しかしながら大開口面積の透過窓は、特に半
導体の処理にとつて望ましいアルミナ板の場合、
破壊し易い欠点がある。[Function] The larger the opening area of the microwave transmission window in the microwave plasma processing apparatus, the larger the plasma area, which is desirable for increasing the processing capacity and making the processing uniform. However, large aperture area transmission windows are especially desirable for alumina plates for semiconductor processing.
It has the disadvantage of being easily destroyed.
したがつて本発明においては導波管に対してプ
ラズマ処理室を副導波管とし、両者を結合する透
過窓をλ9/4の間隔を持つ複数の結合孔を有する
方向性結合器とし、アルミナ板によつて覆われた
実効的な透過窓の開口部分を小さくすることによ
つて破壊を防ぐものである。 Therefore, in the present invention, the plasma processing chamber is used as a sub-waveguide with respect to the waveguide, and the transmission window that couples the two is a directional coupler having a plurality of coupling holes with an interval of λ 9 /4. Breakage is prevented by reducing the effective opening of the transmission window covered by the alumina plate.
すなわち、マイクロ波を供給する導波管内で進
行する波はλ9/4離れた結合孔において位相的に
強められてプラズマ処理室に放射される結果、小
さい結合孔であつても処理室には充分な電界が供
給される。 In other words, the wave traveling in the waveguide that supplies microwaves is phase-strengthened at the coupling hole λ 9 /4 away and radiated into the plasma processing chamber. Sufficient electric field is provided.
これによつて実質的に小さい透過窓でも充分な
プラズマ領域が得られ、前記の問題を解決するこ
とが出来る。 Thereby, a sufficient plasma area can be obtained even with a substantially small transmission window, and the above-mentioned problem can be solved.
[実施例]
以下、図面を参照して一実施例によつて詳細に
説明する。[Example] Hereinafter, an example will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明にかかるマイクロ波プラズマ処
理装置の側断面図で、第4図と同一部材に同一記
号が付けてある。 FIG. 1 is a side sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the present invention, in which the same members as in FIG. 4 are given the same symbols.
図示のように、マイクロ波透過窓1はアルミナ
板11の下に支持枠12を介在させて、第2図に
示すように、ウエハー2側から仰ぎ見た透過窓を
2つの方形開口透過窓1S,1S'にする。且つ、
2つの方形開口透過窓の中心間の距離はλg/4
の間隔にする。 As shown in the figure, the microwave transmission window 1 has a support frame 12 interposed below the alumina plate 11, and as shown in FIG. , 1S'. and,
The distance between the centers of two square aperture transmission windows is λg/4
Make the interval .
このようにすれば、破壊され難いスリツト状の
小形窓になり、且つ、プラズマ処理室がマイクロ
波の副導波管となるために、それぞれの窓の開口
面積を小さくしても、十分なプラズマ領域が得ら
れる。即ち、マイクロ波の方向性結合器のように
結合系の孔ができ、一方の位相がそのまま他方の
位相になるような方式で、そうすれば、プラズマ
化領域が同様に広くなる。 In this way, the small slit-shaped windows are difficult to break, and the plasma processing chamber becomes a sub-waveguide for microwaves, so even if the opening area of each window is small, sufficient plasma can be generated. area is obtained. That is, like a microwave directional coupler, a hole is created in the coupling system so that one phase becomes the other phase, and the plasma region becomes similarly wide.
具体的数字例で説明すると、電力1.5KWのマ
イクロ波(2.45GHz)を用いて、1Torrの減圧中
で酸素プラズマを励起した場合、従来の110mmφ
の円形開口を有するアルミナ透過窓は2分以内で
破壊した。しかし、それぞれが進行方向に幅110
mm、長さ27mmのスリツト状の開口透過窓を2つ設
けて、中心距離をλg/4(37mm位)にした時、
その窓は10分間プラズマに曝しても破壊しなかつ
た。 To explain with a specific numerical example, when oxygen plasma is excited in a reduced pressure of 1 Torr using microwaves (2.45 GHz) with a power of 1.5 KW, the conventional 110 mmφ
An alumina transmission window with a circular aperture of 200 mL failed within 2 minutes. However, each has a width of 110 in the direction of travel.
When two slit-shaped aperture transmission windows with a length of 27 mm and a center distance of λg/4 (approximately 37 mm) are provided,
The window remained intact even after 10 minutes of plasma exposure.
第3図は第1図および第2図に説明した実施例
の透過窓部分の断面斜視図を示しており、本図に
よればウエハー2に対する透過窓1のアルミナ板
11、支持枠の関係が極めて明らかである。 FIG. 3 shows a cross-sectional perspective view of the transmission window portion of the embodiment explained in FIGS. Very obvious.
上記は2つの方形開口窓の実施例で説明した
が、本発明は2つの窓に限定されるものではな
い。 Although the above example has been described with two square opening windows, the invention is not limited to two windows.
[発明の効果]
以上の説明から判るように、本発明によれば、
アルミナ透過窓の破損が解消されて、マイクロ波
プラズマ処理装置の性能向上に寄与するものであ
る。[Effect of the invention] As can be seen from the above explanation, according to the present invention,
This eliminates damage to the alumina transmission window and contributes to improving the performance of the microwave plasma processing apparatus.
第1図は本発明にかかるマイクロ波プラズマ処
理装置の側断面図、第2図は本発明にかかるマイ
クロ波プラズマ処理装置のウエハー側より見た平
面図、第3図はその透過窓部分の断面斜視図、第
4図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置の側断
面図、第5図は第4図のAA'断面図である。
図において、1は透過窓、2はウエハー、3は
導波管、4はプラズマ処理室、5は排気口、6は
反応ガス流入口、11はアルミナ板、12は支持
枠、1S,1S'は方形開口透過窓を示している。
FIG. 1 is a side cross-sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of the microwave plasma processing apparatus according to the present invention as seen from the wafer side, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the transmission window portion thereof. A perspective view, FIG. 4 is a side sectional view of a conventional microwave plasma processing apparatus, and FIG. 5 is a sectional view taken along line AA' in FIG. 4. In the figure, 1 is a transmission window, 2 is a wafer, 3 is a waveguide, 4 is a plasma processing chamber, 5 is an exhaust port, 6 is a reaction gas inlet, 11 is an alumina plate, 12 is a support frame, 1S, 1S' shows a square aperture transmission window.
Claims (1)
ロ波透過窓を介して、マイクロ波をプラズマ処理
部に導入し、該プラズマ処理部のガスをプラズマ
化して、被処理試料をプラズマ処理するマイクロ
波プラズマ処理装置であつて、前記マイクロ波透
過窓がλg/4(λg:管内波長)の間隔をもつ
た複数個の窓から構成されていることを特徴とす
るマイクロ波プラズマ処理装置。1 Microwave plasma that introduces microwaves into a plasma processing section through a microwave transmission window provided parallel to the direction of microwave propagation, converts gas in the plasma processing section into plasma, and plasma-processes a sample to be processed. 1. A microwave plasma processing apparatus, wherein the microwave transmission window is composed of a plurality of windows having an interval of λg/4 (λg: tube wavelength).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19823785A JPS6258631A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Microwave plasma processor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19823785A JPS6258631A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Microwave plasma processor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6258631A JPS6258631A (en) | 1987-03-14 |
| JPH053734B2 true JPH053734B2 (en) | 1993-01-18 |
Family
ID=16387782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19823785A Granted JPS6258631A (en) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | Microwave plasma processor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6258631A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2633849B2 (en) * | 1987-03-25 | 1997-07-23 | 株式会社日立製作所 | Plasma processing equipment |
| JP2662219B2 (en) * | 1987-04-22 | 1997-10-08 | 株式会社日立製作所 | Plasma processing equipment |
| JPS6423364A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Mitsubishi Electric Corp | Document editing device |
-
1985
- 1985-09-06 JP JP19823785A patent/JPS6258631A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6258631A (en) | 1987-03-14 |
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