JPS6016424A - マイクロ波プラズマ処理方法及びその装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理方法及びその装置

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JPS6016424A
JPS6016424A JP58124511A JP12451183A JPS6016424A JP S6016424 A JPS6016424 A JP S6016424A JP 58124511 A JP58124511 A JP 58124511A JP 12451183 A JP12451183 A JP 12451183A JP S6016424 A JPS6016424 A JP S6016424A
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    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/24—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
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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】 （ａ）　発明の技術分野 本発明はマイクロ波プラズマ処理方法及びその装置の改
良に間する。
（ｂ）　従来技術と問題点 例えげ１３．５６　ＣＭＨ♂〕の高周波を用いるプラズ
マ・エツチング処理に於ては、被加工物の損傷を防ぐた
めに、被加工物が直接プラズマにさらされるのを避ける
工夫がなされてきた。
即ちその一つの工夫としてジャコブ（特公昭５５−４４
４４９号）、バージン（特開昭５１−２２３７３号）等
により提供されている公知のエッチ・トンネル型がある
。第１図はコンデンサ・タイプの該エッチ・トンネル型
のプラズマ・エツチング装置を模式的に示した横断面図
（イ）及び縦断面図（ロ）で、図中１は反応容器、２は
ガス導入管、３は反応ガス供給装置、４は排気管、５は
真空排気装置、６は電極、７は工Δ１トンネル、８はボ
ート、９は被加工基板、１０はチューニング回路、１１
は高周波発振器を表わしている。
このようなエッチ・トンネル方式をマイクロ波（主に２
．４５　（ＧＨｚ）　）に対して適用する際には、例え
ば第２図にその断面を模式的に示したよう匁装置になる
。同図に於て、１は石英よりなる反応容器（処理室）、
７は金属よりなるエッチ・トンネル、８はボート、９は
被加工基板、１２ｉｄマグネトロン発振器、１３は導波
性、１４は金属製オーブンを示している。
しかしこのような装置に於ては、１３．５６　［ＭＨｚ
］の高周波と異なシマイクロ波の波長がオーブンの内部
寸法に比べて短かいために、プラズマが不安定になった
り、又オーブン内部の形状によって部分的にマイクロ波
の電界強度が異なることによりプラズマ放電を起す場所
が局所に限定されたりして反応ガスの活性種生成効率が
低下し、エツチングやアッシング等のプラズマ処理効率
が大幅に低下するという問題がある。この方法に於て反
応ガスの活性種生成効率を上げるためにはオーブン自体
を共振器化すれば良いが１．エッチ・トンネルを内蔵し
、しかもウェーハの処理枚数等もその都度異なるような
複雑な内部形状に於て、これを共振器化することは事実
上不可能である８ そこで上記問題を改善すべく提供されたのが、塘池等に
よる放電室分離型のケミカル・ドライ会エツチング（Ｃ
ＤＥ）装置である。（特公昭５３−１４４７２号） 第３図は該ＣＤＥ装置の断面構造を模式的に示したもの
で、図中１は反応容器、２はガス導入管４は排気管、８
はボート（ウェーッ・支持台）、９は被加工基板、１２
はマグネトロン発振器、１５はダミー負荷及びアイソレ
ータ、１６は導波管、１７はチューナ、１８はプランジ
ャ、１９はアプリケーク、２０はマイクロ波のリーク防
止管、２１はプラズマ発生室、２２はガス優プラズマを
表わしているう そして該放電室（プラズマ発生室）分＃型のＣＤＥ装置
に於ては、被加工物をプラズマから距離的に離隔する事
によりプラズマの不安定性要因を取り除くことに成功し
ている。
即ちプラズマ発生室を反応容器（処理室）と離隔した位
置に設ける牢によシ、プラズマ発生室をマイクロ波回路
的に見てほぼ理想的構造に形成し、活性種生成効率の向
上に成功している。
そして堀池等はシリコンのエツチングに於て、四ふり化
炭素（ＣＦ、ｓ　）に所定′量の酸素（０２）を混入し
た反応ガスを用い、且つ導波管及び処ＦＩＩ室の内壁を
セラミックで（至）うことにより、エツチング種の減少
を防止してエツチング・レートを向上せ−めている。
該堀池等の提供した抜挿、をレジストのアッシングに使
用する際、反応ガスとして用いる０２にＣＦ４を混入さ
せる必賛がある。この場合アッシング・レートは第４図
に示すように反応ガス中のＣＦ４の比率（ＣＦａ／（Ｏ
ｚ＋ＣＦ４）　）　が３０（イ）程度で最大となる。又
この状態に於ては第５図に示すように導波管（プラズマ
発生室）から３０〜６０−の距離に於て、ア・ッシング
・レートはほぼ一定になるという結果を得ている。
しかしながらこのようにプラズマ発生室と反応室とを距
離的に離隔する場合には、その距離の決定が幹しい。即
ちインピーダンスの高いアルゴン（Ａｒ）、三塩化硼素
（ＢＣ／３）、　ＣＦ４等の場合プラズマが大きく広が
りプラズマ発生室（導波管）から２０（へ）程歴の距離
では被加工物がプラズマ中に入ってしまい、被加工物の
表面がプラズマによってダメージを受け、又インピーダ
ンスの低い０２や塩素（Ｃ１）等ではプラズマが極端に
広がりにくく、プラズマと被加工物との距離が結果的に
大きくなってそれだけ活性種が減少し、エツチングやア
ッシング等の処理レートが減少するという問題がある。
（Ｃ）　発明の目的 本発明の目的は、上記問題点を解消し、反応ガスの種類
に関係なく、被加工物にダメージを与えずに高処理レー
トが得られるマイクロ波プラズマ処理方法及びその装置
を提供するにある。
（ｄ）　発明の構成 即ち本発明は、導波管の内のプラズマ発生部に於て該導
波管内を伝播するマイクロ波によって活性化された反応
ガスを、プラズマの漏洩を阻止し且つ活性種の通過を許
容し得るようなプラズマ遮蔽手段を介して処理室内に導
入し、該処理室内に於ける該プラズマ遮蔽手段の近傍領
域に配置した被加工物を、該プラズマ遮蔽手段を通過し
−Ｃ来た活性種によシ加工処理することを特徴とするマ
イクロ波プラズマ処理方法、及びマイクロ波を伝播し、
かつ該マイクロ波によりプラズマを内部で発生する導波
管と、該導波管の管壁に設けられかつプラズマの漏洩を
阻止するとともに活性ＡＩＦの通過を許容し得るような
プラズマ遮蔽手段と、該プラズマ遮蔽手段を介して該導
波管と反応ガスが連通ずる加工処理室とを有し、被加工
物が該加工処理室内に於ける該プラズマ遮蔽手段の近傍
領域に配置されることを特徴とするマイクロ波プラズマ
処理装置に関するものである。
（ｅ）　発明の実施例 以下本発明について、図を用いて詳細に説明する。
第６図は本発明の構成を有するマイクロ波プラズマ処理
装誇に於ける一実施例の模式断面図、第７図は本発明の
方法に於ける反応ガスの種類とアッシング・レートの関
係図で、第８図は本発明の構成を有するマイクロ波プラ
ズマ処理装置に於ける池の一実施例の模式断面図である
。
マイクロ波プラズマ処理装置を用いてアッシングを行う
際、０２単体を反応ガスとして用いると極めて高いアッ
シング・レートが得られることは良く知られている。又
反応ガスが０２単体の場合プラズマから被アッシング面
までの距離の増加に伴ってアッシング・レートが極端に
低下することも知られている。（Ｊ、ＥＩｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍ、Ｓｏｅ；Ｖｏｌ　１２９Ｎｏ　１１．Ｓ、Ｄｚ
ｉｏｂａ、Ｇ、Ｅｓｔｅ　ａｎｄ　Ｈ，Ｎａｇｕｉｂ）
これは０２の活性種の寿命が極端に短かいためで、ＣＦ
４を加えることによシ寿命の長い活性種が生成され、０
２単体よシアッシング・レートは落ちるが、前述したＣ
ＤＥ装置を用い、且つプラズマによるタメージを受ける
４ｃ、、配のたいプラズマ発生室から３０（へ）以上離
れた場所に於て、実用に耐え得るようなレートでアッシ
ングを行うことを可能ならしめていたのが従来の状況で
ある。
本発明者は０２単体に於けるアッシング・レートが前述
したＣＦ４を亭Ｏ（イ）混入させた反応ガスに比べて非
電に高いことに着目し、活性種の寿命が保たれるプラズ
マ発生室（導波管）に接近した領域に於て、出来るだけ
０２単体に近い即ちＣＦ４混入率のよシ低い反応ガスを
用い、被加工物にダメージを与えずにアッシングが行な
えるように、例えば第６図に示すような本発明の構成を
有するプラズマ処理装置を作成した。該装置は、マイク
ロ波発生装置（図示せず）にアイソレータ（図示せず）
等を介して接続された導波管（ＪＩＳ規格）２１と、こ
れに数〔能〕　の距離で近接して配設され排気口２２を
有する例えば石英製の処理容器２３と、導波管２１を頁
通し処理容器２３内に開口しているアルミナ等のセラミ
ック・バイブよシなる反応ガス導入管２４と、処理容器
２３内の反応ガス導入管２４開孔部を覆ってその近傍に
設けられたプラズマ遮蔽手段である金属網（アルミニウ
ム製）２５と、反応ガス導入管２４開孔部のｉＬｆ下に
接近して設けられた被加工基板２６搭載用のステージ２
７とによって主として構成されている。
（２８はプランジャ） そして該装置を用い、従来の装置で用いられていたＣＦ
４を３０＠含む（Ｏｚ＋ＣＦ４）反応ガスとこれよシも
単体０２に近いＣＦ４含有率２５（イ）、２０□□□の
反応ガスについて、導波管２１底面からの距離１〔−〕
の、プラズマ遮蔽手段（金属網２５）を用いない場合プ
ラズマ中に没する位置に被加工基板２６を固定シフ、ガ
ス導入管２４（プラズマ発生部）を含む処理容器２３内
のガス圧を変えてアッシング・レートを調べた。（印加
したマイクロ波は２．４５　（ＧＨｚ）、４００　［Ｗ
）　）この結果を示したのが第７図で、この図からガス
圧０．５　［’ｆ’ｏｒｒ）近傍に於ては０２単体に最
も近いＣＦ４含有率２０ぴｌの反応ガスに於て従来用い
られていたＣＦ４含有率３０帥の反応ガスの１．５倍程
度のアッシング・レートが得られ、且つ該ＣＦａ含有率
２０（イ）の反応ガスに於ては０．５〜２　［’ｌ’ｏ
ｒｒ）の範囲内に於て一定のアッシング・レートが得ら
れることがわかる。
なお該アッシング処理に於て、被加工基板にデバイス特
性を劣化せしめるようなダメージは与えられなかった。
第８図は上記実験結果に基づいて製作した本発明の構成
を有するマイクロ波プラズマ処理装置に於ける一実施例
の模式断面図を示し７こものである。
同図に於て、２１はＪＩＳ規格寸法を有する４波管、２
２は排気口、２３は処理容器（処理堅）、２４は反応ガ
ス導入管、２６は被加工基板、２７幻：ステージ、２９
は石英成るいはセラミックよりなるアイソレータ、３０
は石英成るいはセラミックより々るダミー負荷、３工は
導波管の一部であるプラズマ発生室、３２はプラズマ遮
蔽手段であるシールド孔、３３は水冷＜１（を丞してい
る。なお該実施例に於ては導波管の一部であるプラズマ
発生室３１に於ける高さ即ち’Ａ場力方向内寸を例えＩ
Ｉｉ′０．８［：α〕程度に縮小することにより電場の
強さく電界強度）を高め、プラズマ発生効率を向上させ
ている。又導波管の一部であるプラズマ発生室３１のシ
ールド孔３２面から被加工基板２６面までの距離ｌはプ
ラズマ遮蔽手段がない場合プラズマ中に没入する距離で
ある例えば０．８　（ｃｍ）に設定されている。
そして該実施例の装置により、ＣＦ４を２０（イ）含ん
だ０２＋ＣＦ４ガスを反応ガスとして用い、出力４００
［Ｗ］程度の２．４５　〔ＧＨｚ）のマイクロ波によシ
該反応ガスを活性化させ、ｏ、ａ　［’ｌ’ｏｒｒ、ｌ
程度に減圧した活性種を含む該反応ガスによシ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い、
従来のＣＤＥ方式に比べて１．５〔倍〕以上のアッシン
グｅレートを得ている。又アンダーカット部、被加工基
板の裏面周辺部等に被着しているレジストに対するアッ
シングも完全になされている。更に又被加工基板は完全
にプラズマから遮蔽されているので、被加工シリコン基
板面に形成されている半導体素子のダメージによる特性
劣化は生じない。
ガお本発明は上記アッシング処理に限らずエツチング処
理に対しても同様の効果を有する。
（ｆ）　発明の詳細 な説明したように本発明によれば、マイクロ波ブラズー
′処理に於て、活性種寿命の短力・い７５；高処理レー
トが得られる反応ガスを用いて、アッシング、エツチン
グ等のプラズマ処理を行うことが可能になるので、ζ１
ｔも処理時間を大中１＾に短縮することができる。
従って本発明は、半導体装置等の製置工程の高能率化に
対して有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図はエッチ番トンネル馴高周波プラズマ・エツチン
グ装置の模式断面図、第２図はエッチ・トンネル型マイ
クロ波プラズマ処理装置の模式断面図、第３図はケミカ
ル・ドライ吻エツチング装置の模式断面図、第４図はケ
ミカル・ドライ・エツチング装置に於けるガス組成とア
ッシング・レートの関係図、第５図は同装置１り−に於
ける導波Ｕから被加工面までの距離とアッシング・レー
トノミ。Ｎ係図、第６図は本発明の構成を有するマイク
ロ波プラズマ処理装置【於ける一部１ｒ（ｒ１例の模式
レプｉ面図、第７図は本発明の方法に於ける反応ガスの
種ｍとアッシング・レートの関係図で、第８図は本発明
の構成を有するマイクロ波プラズマ処理装置に於ける他
の一実施例の模式断面図でちる。 図に於て、２１は導波管、２２は排気口、２３は処理容
器（処理室）、２４は反応ガス導入管、２５は金属網、
２６はネウ加エノ１１．−板、２７はステージ、２８け
プランジャ、２９けアイソｔ／−タ、３０はダミー負荷
、３１はプラズマ発生室、３２はシールド孔、３３は水
冷管、ｌは導波管から抄加工基板面までのが離を示す。 （丁−′− 晃　ｊ　図 （Ａ）　（ロ） 葛　７　図 ７　Ｕ　γ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）導波管内のプラズマ発生部に於て該導波管内を伝
    播するマイクロ波によって活性化された反応ガスを、プ
    ラズマの漏洩を阻止し且つ活性種の通過を許容し得るよ
    うなプラズマ遮蔽手段を介して処理室内に導入し、該処
    理室内に於ける該プラズマ遮蔽手段の近傍領域に配置し
    た被加工物を、該プラズマ遮蔽手段を通過して来た活性
    種により力ｌ工処理することを特徴とするマイクロ波プ
    ラズマ処理方法。
  2. （２）マイクロ波を伝播し、かつ該マイクロ波によシプ
    ラズマを内部で発生する導波管と、該導波管の管壁に設
    けられ、かつプラズマの漏洩を阻止すると共に活性種の
    通過を許容し得るようなプラズマ遮蔽手段と、該プラズ
    マ遮蔽手段を介して該導波管と連通ずる加工処理室とを
    有し、被加工物が該加工処理室内に於ける該プラズマ遮
    蔽手段の近傍領域に配置されることを特徴とするマイク
    ロ波プラズマ処理装置。
  3. （３）前記導波管の一端部にダミー負荷を設けてなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のマイクロ波
    プラズ〒処理装置。
  4. （４）前記導波管のプラズマが発生する部分に於ける電
    場方向の寸法が該導波管の他の部分の電場方向の寸法よ
    り小さいことを特徴とする特許請求の範囲第２項または
    第３項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  5. （５）前記プラズマ遮蔽手段は該導波管の管壁に形成さ
    れた細孔を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項
    、第３項または第４項記載のマイクロ波プラズマ処理装
    置。
  6. （６）前記プラズマ遮蔽手段が金網よシなることを特徴
    とする特許請求の範囲第２項、第３項または第４項記載
    のマイクロ波プラズマ処理装置、。
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