JPH10177994A - プラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置および処理方法

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JPH10177994A
JPH10177994A JP8337933A JP33793396A JPH10177994A JP H10177994 A JPH10177994 A JP H10177994A JP 8337933 A JP8337933 A JP 8337933A JP 33793396 A JP33793396 A JP 33793396A JP H10177994 A JPH10177994 A JP H10177994A
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plasma
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誠浩 角屋
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成一 渡辺
Muneo Furuse
宗雄 古瀬
Hitoshi Tamura
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Abstract

(57)【要約】 【課題】放電安定性が良く、またプラズマの分布を制御
しやすく、再現性の良い均一なプラズマ処理を可能とす
る。 【解決手段】マイクロ波プラズマを利用したプラズマ処
理装置において、処理室101の前部に空洞共振器11
0の底部にスロットアンテナ202を配置し、該スロッ
トアンテナ202を径方向に対し傾斜させてリング状に
配置する。このためリング状プラズマを生成することが
でき、しかも該リング径を容易に制御できるので、容易
に均一なプラズマ処理を行うことができるという効果が
ある。また、安定にマイクロ波を放射できるので、再現
性良くプラズマ処理を行うことができるという効果があ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
係わり、特に半導体素子基板等の試料をプラズマを用い
て処理を施すのに好適なプラズマ処理装置および処理方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロ波を利用し、かつ主たる
プラズマの生成のための外部磁場を設けない無磁場マイ
クロ波プラズマ処理装置は、特願平7-012306号記載のよ
うに断面が矩形あるいは円形の導波管をマイクロ波が導
入される石英窓に垂直に直接、設置していた。一般に無
磁場プラズマ中にマイクロ波を導入した場合、マイクロ
波はプラズマを反射端として定在波を形成し、そのマイ
クロ波モードと同形状の分布を持つプラズマを形成する
ように構成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、定在
波を形成したマイクロ波のモードの分布に影響されたプ
ラズマ密度分布となり、処理の均一性を向上させるにあ
たって、任意のプラズマ分布に制御することができなか
った。
【0004】本発明の目的は、放電安定性が良く、また
プラズマの分布を制御しやすく、再現性の良い均一なプ
ラズマ処理を可能とする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。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、同軸線路によりTEMモードのマイクロ波を空洞共振
器内に導入しTM0mnモード(m,nは正の整数)のマイクロ波
を空洞共振器内に励振する。そして空洞共振器内底部に
設けたスロットアンテナを、リング状、すなわち、円周
状に並べしかも表面電流を一定の角度で横切るように傾
斜させて設置したものである。同軸線路によりTEMモー
ドのマイクロ波を上部から空洞共振器内に導入すること
により、 TM0mnモード(m,nは正の整数)のマイクロ波を
空洞共振器内に励振できる。空洞共振器の底部壁面には
放射状に表面電流が流れ、スロットアンテナを表面電流
を横切る一定の傾斜角度で、リング状に設置する。スロ
ットアンテナより放射されるマイクロ波電界はスロット
アンテナに対し垂直方向となる。一方無磁場で生成され
たプラズマは、スロットアンテナ直下のマイクロ波導入
窓近傍にマイクロ波電界強度分布に応じて生成される。
従ってスロットアンテナを径方向に対し傾斜させ、しか
もリング状に配置しているのでリング状のプラズマを生
成できる。スロットアンテナのリング径を変更すること
により、生成されるプラズマのリング径を制御すること
ができるので、生成されるプラズマの分布を容易に制御
することができる。従って容易に均一なプラズマ処理を
実施できる。また空洞共振器を用いることにより、空洞
共振器内のマイクロ波のモードを固定できるので、生成
されるプラズマに影響されることなく安定にスロットア
ンテナによりマイクロ波を放射することができる。この
ため、安定にプラズマを生成できるので再現性良くプラ
ズマ処理を行うことができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1お
よび図2により説明する。図1は、本発明のプラズマ処
理装置の一実施例である、エッチング処理後のレジスト
除去を行うための無磁場式のマイクロ波アッシング装置
を示す。容器101及びマイクロ波導入窓である石英窓
102で区画された処理室の内部を真空排気口103か
ら真空排気装置(図示省略)により減圧した後、ガス供
給口104からガス供給装置(図示省略)によりアッシ
ングガスを処理室内に導入し、所望の圧力に調整する。
次にマグネトロン105から発振された、この場合、
2.45GHzのマイクロ波は、矩形導波管106を伝播し
た後、同軸−導波管変換器107を介して中心導体11
6によって同軸線路108内を伝播する。その後マイク
ロ波は、円筒状の空間を有する整合室109を介して、
空洞共振器110に導入される。整合室109は、同軸
線路108を伝播したマイクロ波が効率良く空洞共振器
110に導入するように作用する。空洞共振器110の
底部にはスロットアンテナ板201が設けられ、スロッ
トアンテナ板101にはスロットアンテナ111が設け
られている。スロットアンテナ202より放射されたマ
イクロ波は石英窓102を透過し処理室内へ導入され
る。このマイクロ波によって石英窓102直下にプラズ
マが形成される。このプラズマ中の電子によりガスが解
離、励起され、活性なラジカルが多量に生成される。一
方、試料である被処理材112は、温度制御装置114
により加熱、冷却が可能な試料台113に載せ置きされ
る。プラズマが分散板115を通過する際に電荷を持っ
たガス分子は接地電位の分散板115によって通過を阻
止され、電荷を有さないラジカルのみが通過し、また分
散板115によって該分散板115を通過するラジカル
は面内分布を調整され、被処理材112に到達しラジカ
ルとの反応により、被処理材のレジストマスクがアッシ
ング処理される。また、分散板115は石英窓102か
ら導入されるマイクロ波を反射し、石英窓102と分散
板115との間で効率よくマイクロ波エネルギをプラズ
マに転換することができる。
【0007】本実施例の場合、マイクロ波は矩形導波管
106内を矩形TE10モードで伝播し、同軸線路108内
は軸対称のTEMモードで伝播する。一方、空洞共振器は
同じく軸対称のモードであるTM011モードとなるように
内径高さが設定されている。このため、空洞共振器の底
部には放射状の表面電流203が流れる。スロットアン
テナは図2に示すように放射状の表面電流を一定の角度
で横切るように、またリング状、すなわち、円周状に配
置している。スロットアンテナ202より放射されるマ
イクロ波電界は、スロットアンテナ(この場合スロット
アンテナの長軸方向) に対し垂直方向となる。一方、
無磁場でプラズマを生成した場合、ある臨界密度(2.
45GHzのマイクロ波の場合7×1011個/cm3)
以上のプラズマ中をマイクロ波は伝播できない。このた
めプラズマはスロットアンテナ直下の石英窓近傍(数m
m)にマイクロ波電界強度分布に応じて生成される。従
ってスロットアンテナを径方向に対して傾斜させ、しか
もリング状に配置しているのでプラズマをリング状に生
成できる。スロットアンテナのリング状の配置径を変更
することにより生成されるプラズマのリング径を制御で
きるので、被処理材上に供給されるラジカル分布を容易
に制御できる。従って本実施例によれば、均一なアッシ
ング処理を容易に実施できるという効果がある。また空
洞共振器を用いることにより、空洞共振器内のマイクロ
波モードを固定できるので、生成されるプラズマに影響
されることなく、安定にスロットアンテナよりマイクロ
波を放射できる。このため、安定にプラズマを生成でき
るので、再現性良くプラズマ処理を行うことができると
いう効果である。
【0008】本発明の第2の実施例を図3により説明す
る。本実施例では、第1の実施例において設けていた図
2に示したようなスロットアンテナ202にかわり図3
に示すような複数のリング状(この場合、2重)のスロ
ットアンテナ204,205を使用する。複数のリング
状にスロットアンテナを設けることによって、幅の広い
リング形状のプラズマを生成することができる。適当な
間隔でリング状にスロットアンテナを配置すれば、石英
窓全面にプラズマを生成することも可能である。本実施
例によれば、幅広いリング状プラズマを生成できるの
で、第1の実施例より、さらに容易に均一なアッシング
処理が可能であるという効果がある。本実施例では、O2
+5% CF4ガス、1Torr, 1000sccm, マイクロ波出力1.0k
W、試料台113温度20℃の条件でレジストアッシン
グを行っている。この条件では8インチウエハ上のレジ
ストをアッシングレート1μm/min、均一性±5%以内で
再現性良く除去できる。アッシングガスとしては、上記
以外にO2+H2Oの混合ガス、O2+CH3OHの混合ガスなどを用
いてもよい。試料台113の温度は、アッシングプロセ
ス条件に応じて、20〜300℃の範囲で制御されてい
る。
【0009】また、上記実施例では、アッシング装置に
ついて述べたが、その他の無磁場マイクロ波プラズマを
利用したエッチング装置、プラズマCVD装置などのプ
ラズマ処理装置、光源、イオン源、ラジカル源について
も同様の作用効果が得られる。なお、アッシング装置以
外の装置では分散板115を除くことにより、プラズマ
中の種々の解離分子を使用することができ、プラズマ中
のイオンを利用した処理も可能になる。
【0010】
【発明の効果】本発明によれば、スロットアンテナを径
方向に対し傾斜させ、しかもリング状に設置することに
より、リング状のプラズマの生成を容易に制御できるの
で均一なプラズマ処理を容易に行うことができるという
効果がある。また、空洞共振器の底部にスロットアンテ
ナを設けているので、安定にマイクロ波電界を放射する
ことができ、再現性良くプラズマ処理を行うことができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ処理装置の実施例であるアッ
シング装置を示す縦断面図である。
【図2】本発明の図1の装置に使用されるスロットアン
テナを示す配置図である。
【図3】本発明の図1の装置に使用されるスロットアン
テナの他の実施例を示すスロットアンテナ配置図であ
る。
【符号の説明】
101…容器、102…石英窓、103…真空排気口、
104…ガス供給口、105…マグネトロン、106…
矩形導波管、107…同軸−導波管変換器、108…同
軸線路、109…整合室、110…空洞共振器、112
…被処理材、113…試料台、114…温度制御装置、
115…分散板、116…中心導体、201,201a
…スロットアンテナ板、202,204,205…スロ
ットアンテナ、203…表面電流。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05H 1/46 H05H 1/46 B (72)発明者 田村 仁 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空排気装置が接続され内部を減圧可能な
    処理室と、前記処理室内へガスを導入するガス供給装置
    と、マイクロ波を利用して前記処理室内部にプラズマを
    発生させるプラズマ発生手段とから成るプラズマ処理装
    置において、前記処理室のマイクロ波導入窓に前記処理
    室内部にマイクロ波を放射するスロットアンテナを設
    け、前記スロットアンテナを径方向に対して傾斜させて
    配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナをリング状に配置したプラズ
    マ処理装置。
  3. 【請求項3】請求項2記載のプラズマ処理装置おいて、
    前記マイクロ波導入窓のマイクロ波進行方向前部に空洞
    共振器を設け、該空洞共振器の底部に前記スロットアン
    テナを設けたプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記空洞共振器はTM0mn(n,mは任意の整数)モード空
    洞共振器であるプラズマ処理装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載のプラズマ処理装置におい
    て、整合室を介して同軸線路により空洞共振器にマイク
    ロ波を導入するプラズマ処理装置。
  6. 【請求項6】請求項2記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナを複数のリング状に配置した
    プラズマ処理装置。
  7. 【請求項7】請求項6記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナは複数のリング状で逆方向に
    傾斜させて配置したプラズマ処理装置。
  8. 【請求項8】真空排気装置が接続され内部を減圧可能な
    処理室と、前記処理室内へガスを導入するガス供給装置
    と、マイクロ波を利用して前記処理室内部にプラズマを
    発生させるプラズマ発生手段とから成るプラズマ処理装
    置において、前記処理室内部に試料が配置される側とプ
    ラズマが発生される側とを仕切る複数の孔を有した分散
    板を設け、前記処理室のマイクロ波導入窓に前記処理室
    内部にマイクロ波を放射するスロットアンテナを設け、
    前記スロットアンテナを径方向に対して傾斜させて配置
    したことを特徴とするプラズマ処理装置。
  9. 【請求項9】請求項8記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記分散板は接地電位であるプラズマ処理装置。
  10. 【請求項10】特定モードに共振させたマイクロ波を用
    いて処理ガスをプラズマ化し、該プラズマを用いて試料
    を処理するプラズマ処理方法において、リング状に傾斜
    配置したスロットアンテナから前記共振させたマイクロ
    波をプラズマ発生部に放射させ、リング状のプラズマを
    生成し、該リング状のプラズマにより試料を処理するこ
    とを特徴とするプラズマ処理方法。
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