JPH053734B2 - - Google Patents

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。

［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。

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。

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。

［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。

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）。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

［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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マイクロ波の進行方向に平行に設けたマイク
   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。