JPH0749792Y2

JPH0749792Y2 - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0749792Y2
Application number: JP1989010567U
Authority: JP
Inventors: 修三藤村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2004-01-31
Also published as: JPH02102724U

Description

【考案の詳細な説明】〔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、半導体ウェハ上の処理の均一化を図ることを目的とし、プラズマ発生室とそれに連結された処理室とを備え、該
プラズマ発生室で発生するプラズマで該処理室内の被加
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、上記プラズマ発生室と処理室の間に連通部で
該両室にそれぞれ繋がる拡散室を介在させると共に、上
記プラズマ発生室と該拡散室との間の連通部でのガス・
コンダクタンスC₁と、該拡散室と上記処理室との間の連
通部でのガス・コンダクタンスC₂が“C₁＞C₂”なる関係
を満たすように、構成する。

〔産業上の利用分野〕

本考案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、特にプラズマを強制的に拡散手段に衝突さ
せることなしに半導体ウェハ上の処理を均一化させるこ
とを図ったマイクロ波プラズマ処理装置に関する。

一般に、反応ガスにマイクロ波を照射して該反応ガス分
子を活性化させてプラズマ化するプラズマ発生室からの
該プラズマで、該プラズマ発生室と隔離れた処理室内の
半導体ウェハの如き被加工基板にプラズマ処理を施す方
法（以下ダウン・フロー・プロセスとする）は、半導体
ウェハ上の処理分布が均一なることと活性化されたガス
分子の照射による拡散手段へのダメージが少ないことか
ら半導体装置等に広く使用されているが、集積度の向上
につれて処理の均一性に難点を生じてきていることから
その対策が強く望まれている。

〔従来の技術〕

ダウン・フロー・プロセスで半導体ウェハ（以下単にウ
ェハとする）上の処理分布を向上させる手段としては、
本考案と同一人になる“特許公報昭62-1534"“公開特許
公報昭58-124511"等があるが、その一部について以下に
簡単に説明する。

第２図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示
す模式断面図であり、（Ａ）は構成例をまた（Ｂ）は他
の構成例を示したものである。

第２図（Ａ）で、１はマイクロ波発生装置,2は反応ガス
供給管、３はマイクロ波発生装置１の近傍に配置したプ
ラズマ発生室、４はプラズマ通路、５は所定のプラズマ
・ガス流量（以下コンダクタンスとする）に制御できる
可変径の連通部5aを備えた円板状のコンダクタンス制御
板、６は該コンダクタンス制御板５を介してプラズマ通
路４に繋がると共に他端側に排気口6aを備えた処理容
器、７は該処理容器すなわち処理室6b内のステージ８上
に載置されている被加工基板としてのウェハ、９は上記
コンダクタンス制御板５の連通部5aを面積的にカバーす
る大きさで該処理室6b内のコンダクタンス制御板５から
所定の隔たりｈを保つ位置に例えば図示されないステイ
等で保持配設した円板状のガス拡散板、10は上記プラズ
マ通路４からコンダクタンス制御板５を通過して処理室
6a内に噴出し上記ガス拡散板９に衝突して四方に拡散す
るプラズマ・ガスをウェハ７の表面に吹き付けるための
傘状の障壁をそれぞれ示している。

ここで上記連通部5aの径を反応ガスの種類や流量等によ
って予め設定されている大きさに設定した後、排気口6a
から排気しながら所定の反応ガスＧを反応ガス供給管２
から供給すると共にマイクロ波発生装置１からGHz帯の
マイクロ波をプラズマ発生室３に照射すると、上記反応
ガスはプラズマ発生室３内でそのガス分子が活性化して
プラズマ“P"となる。

このプラズマ中の活性化したガス分子はプラズマ通路４
を通る間に拡散された状態となり、更に所定のコンダク
タンスに制御されたコンダクタンス制御板５を通りガス
拡散板９に衝突して四方に拡散した後、その周囲に配設
されている障壁10によってウェハ７の表面を吹き付ける
ことから、該ウェハ７の表面に所定の処理を施すことが
できるようになっている。

かかる構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では、活
性化された反応ガスが充分に拡散されるためウェハ７上
の処理層を均一にすることができる。

しかしこの場合には、プラズマ中で生じたガス活性粒子
を強制的にガス拡散板９に衝突させるため、活性流理の
種類や該ガス拡散板９の材料によっては衝突面で該活性
粒子が活性を失って処理速度が著しく低下し効率の低下
を招く欠点がある。

例えば酸素（O₂）または（O₂＋N₂）を反応ガスとし上記
のガス拡散板９をアルミニウム（Al）で構成してウェハ
７上に処理を施した場合には、該ガス拡散板９の表面が
酸化されるに伴って処理速度が低下するが、この現象は
ガス拡散板９の表面で酸素原子（Ｏ）同志が再結合して
酸素（O₂）になる再結合確率が高まるためと考えられて
いる。

図（Ｂ）はかかる欠点を除いた装置の他の構成例を示し
たものである。

第２図（Ｂ）で、11は図示されないマイクロ波発生装置
に繋がる導波管、12は反応ガス供給管、13は上記導波管
11の一部であるプラズマ発生室、14はプラズマ遮蔽板を
示し複数のガス供給孔14aを連通部として備えたもので
ある。

また16は該プラズマ遮蔽板14を介してプラズマ発生室13
に繋がると共に他端側に排気口16aを備えた処理容器、1
7は該処理容器すなわち処理室16b内のステージ18上に載
置したウェハである。

なお19はマイクロ波透過窓を示している。

ここで上記排気口16aから排気しながら所定の反応ガス
Ｇを反応ガス供給管12から供給すると共に導波管11を通
るGHz帯のマイクロ波をプラズマ発生室13に照射する
と、上記反応ガスはプラズマ発生室13でそのガス分子が
活性化してプラズマ“P"となるが、上記プラズマ遮蔽板
14のために該プラズマ発生室13内で拡散状態となる。

そこで、かかる状態にあるプラズマ中の活性化したガス
分子が、プラズマ遮蔽板14のガス供給孔14aから噴出し
てウェハ17の表面に衝突して該ウェハ17の表面に所定の
処理を施すことになる。

かかる構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では、上
記プラズマ遮蔽板14の複数のガス供給孔14aの分布，径
や該プラズマ遮蔽板14からウェハ17までの隔たりｌを適
当に選択することによって、ウェハ17の表面に均一な処
理層を形成させることができる。

しかしこの場合には上記プラズマ発生室13内におけるプ
ラズマひいては該プラズマ中の活性化したガス分子の拡
散分布状態がウェハ17上の処理分布にそのまま反映する
ため、特に高集積度が要求されるウェハの場合には所要
の均一な処理層を得ることができないと言う欠点があ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来の構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では、特
に集積度の高いウェハ等の場合には所要の特性を満たす
均一な処理層を効率よく形成することができないと言う
問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、プラズマ発生室とそれに連結された処理
室とを備え、該プラズマ発生室で発生するプラズマで該
処理室内の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、上記プラズマ発生室と処理室
の間に連通部で該両室にそれぞれ繋がる拡散室を介在さ
せると共に、上記プラズマ発生室と該拡散室との間の連
通部でのガス・コンダクタンスC₁と、該拡散室と上記処
理室との間の連通部でのガス・コンダクタンスC₂が、
“C₁＞C₂”なる関係を満たすように、上記各連通部が形
成されてい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〕

プラズマのガス拡散板への衝突を無くし、ガス拡散室を
経由したプラズマをウェハに作用させれば、該ウェハの
処理速度を落とすことなく均一な処理層をウェハ上に形
成することができる。

本考案では、プラズマ発生室とウェハの位置する処理室
の間に該領域に連通する拡散室を設けると共に、プラズ
マ発生室と上記拡散室間の連通部におけるガス・コンダ
クタンスC₁と、該拡散室と上記処理室間の連通部におけ
るガス・コンダクタンスC₂が、C₁＞C₂を満足するように
該マイクロ波プラズマ処理装置を構成している。

従ってプラズマ発生室から拡散室に導入されるプラズマ
が該拡散室内で対流して拡散されるため、活性化された
ガスをガス拡散板に衝突させる必要がなくなって処理速
度の低下を防ぐことができると共に、処理室に放出され
る反応ガスの活性化された分子分布の均一化が可能とな
り、結果的に均一な処理層を処理速度を落とすことなく
ウェハ上に形成することができる。

〔実施例〕

第１図は本考案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、（１）は原理を説明する断面模式図を
示しまた（２）は実施構成例を示す概略図である。

第１図（１）で、21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円筒状の処理容器22と連結
している導波管、23は上記導波管21の部分と処理容器22
の間で該処理容器22に内接して装着した円板状のマイク
ロ波透過窓、24は所定のコンダクタンスC₁が得られる連
通部としての孔24aを中心部に備えた処理容器22に内接
する円板状のプラズマ遮蔽板、25は上記マイクロ波透過
窓23と該プラズマ遮蔽板24との間の処理容器側壁に装着
した反応ガス供給管、26は複数個の孔26a全部で上記コ
ンダクタンスC₁より小さい所定のコンダクタンスC₂が得
られるように設定された連通部としての孔26aを全面に
わたってほぼ等間隔に配置した処理容器22に内接する円
板状のガス拡散板、27は該処理容器22内のステージ28上
に載置した被加工基板としてのウェハをそれぞれ表わし
たものである。

なお、22aは第２図同様の排気口である。

ここで上記排気口22aから排気しながら所定の反応ガス
Ｇを反応ガス供給管25から供給すると共に導波管21にGH
z帯のマイクロ波を通すと、該マイクロ波はマイクロ波
透過窓23を透過した後プラズマ遮蔽板24に囲まれた領域
Ａすなわちプラズマ発生室で反応ガス分子を活性化して
プラズマ化する。

次いでこのプラズマは所定のコンダクタンスC₁でプラズ
マ遮蔽板24を通って領域Ｂに噴出するが、対面側のガス
拡散板26には上記コンダクタンスC₁より小さいコンダク
タンスC₂を持つ孔26aが形成されているため上記プラズ
マ中のガス分子は矢印ａの如く該領域Ｂで対流して拡散
されるので該領域Ｂはガス拡散室を意味することにな
る。

この結果、領域Ｂすなわちガス拡散室から領域Ｃすなわ
ち処理室に射出するガスは矢印ｂの如く総ての孔から均
等に射出することから、ウェハ27に対する処理の均一化
を図ることができる。

この場合圧力的には、反応ガス供給管25からのガス供給
量が充分なときは上記のプラズマ発生室（領域Ａ），ガ
ス拡散室（領域Ｂ），処理室（領域Ｃ）の各ガス圧力を
P₁，P₂，P₃とすると、 P₁＞P₂＞P₃ が常時成立するようになる。

実際の構成例を示す図（２）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円筒状の処
理容器32と連結している導波管、33は上記導波管21の途
中に装着したマイクロ波透過窓、34は厚さが4mmでその
中心に径20mmの連通部としての孔34aを有する処理容器3
2と内接するプラズマ遮蔽板、35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
の孔34aの近傍にガス射出口が来るように処理容器側壁
に装着した反応ガス供給管である。

また36は、有底円筒状の直径が160mmの底面全面に径0.9
mmの孔36aを5mm間隔の等ピッチで穿孔した厚さ4mmのガ
ス拡散板であり、その開口部側で上記プラズマ遮蔽板34
に中心軸を合わせて装着されている。

なお、プラズマ遮蔽板34の連通部としての孔34aを反応
ガス供給管35側から見たときの投影面を横切る線分の一
部でもマイクロ波の遮蔽板長より長い場合には、マイク
ロ波はガス拡散板36に囲まれた領域に侵入して該領域内
でもプラズマを新たに発生することから実質的に第２図
（Ｂ）の場合と同等の効果になる。これを避けるために
は上記プラズマ遮蔽板34の連通部としての孔34aを反応
ガス供給管35側から見たときの投影面を横切るどの線分
もマイクロ波の遮断波長より短くする必要がある。

かかる構成になるマイクロ波プラズマ処理装置では、図
示Ａ領域がプラズマ発生室をＢ領域がガス拡散室をまた
Ｃ領域が処理室をそれぞれ形成していると共に、上記プ
ラズマ遮蔽板34のコンダクタンスC₁とガス拡散板36のコ
ンダクタンスC₂とは“C₁＞1.5C₂”なる関係と持ってい
る。

また図の27がステージ28上に載置したウェハなることは
図（１）の場合と同様である。

ここで例えば、四弗化炭素（CF₄）を約７％含んだO₂＋C
F₄ガスを反応ガスとして2150cc/分の割合で供給し2.45G
Hzのマイクロ波を出力1.5KWでプラズマ励起させた場合
の実験結果では、6inサイズのウェハ27の全面にわたっ
て、1.2±0.1μm/分で均等な処理層を形成することがで
きた。

なお、図（２）におけるガス拡散板36のみを除去して上
記と同様の条件で6inサイズのウェハ27に処理を施した
場合には、該ウェハ27の中央部は４μm/分程度の処理速
度であるが、周辺部では2000Å／分程度の処理速度であ
った。

更に、図（２）におけるプラズマ遮蔽板34を除去した後
該プラズマ遮蔽板34の位置にガス拡散板36の底面部分の
みを装着した他の実験例では、同サイズのウェハ27のマ
イクロ波透過窓33に近い周辺部は２μm/分程度の処理速
度であるが、マイクロ波透過窓33から遠い反応側周辺部
では5000Å／分程度の処理速度であった。

〔考案の効果〕

上述の如く本考案により、高集積度の半導体ウェハの場
合でも安定した状態で均一な処理層が形成できるマイク
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図は本考案になるマイクロ波プラズマ処理装置を説
明する図、第２図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置の一例を示
す模式断面図、である。図において、 21,31は導波管、22,32は処理容器、22aは排気口、23,33
はマイクロ波透過窓、23,34はプラズマ遮蔽板、24a,34
a,26a,36aは孔、25,35は反応ガス供給管、26,36はガス
拡散板、27は被加工基板、28はステージ、をそれぞれ表
わす。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】プラズマ発生室とそれに連結された処理室
とを備え、該プラズマ発生室で発生するプラズマで該処
理室内の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、上記プラズマ発生室と処理室の間に連通部で該両室にそ
れぞれ繋がる拡散室を介在させると共に、上記プラズマ
発生室と該拡散室との間の連通部でのガス・コンダクタ
ンスC₁と、該拡散室と上記処理室との間の連通部でのガ
ス・コンダクタンスC₂が、 “C₁＞C₂” なる関係を満たすように、上記各連通部が形成されてい
ることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】前記の、ガス・コンダクタンスC₁を確保す
る連通部としての孔を横切るどの線分の長さも、プラズ
マ励起マイクロ波の遮断波長以下であることを特徴とす
る請求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】前記の拡散室と処理室間を繋ぐ連通部のガ
ス・コンダクタンスC₂が、複数個の孔の各ガス・コンダ
クタンスの合計値であることを特徴とする請求項１記載
のマイクロ波プラズマ処理装置。