JPS6258631A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

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】 ［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の間隔をもった複数個の小
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
となってきた。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（０２）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）
十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（２，４５ＧＨ２）プラズマ処理
は、従来の高周波（１３，５６ＭＨ２）を利用したプラ
ズマ処理に比べて、励起効率が高いメリットがある。

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った。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く特願昭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は被処理体のウェハー
、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、　４５　ＧＨ２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ではウェハー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．　Ｉ　Ｔｏｒｒ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
ってプラズマ化し、プラズマ励起したガスがウェハーと
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、ウェ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
くなっ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った。

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っ
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コ 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、真空封止を保って、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。

従って、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、プラズマ熱によって透過窓部分が
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（λｇ　：管
内波長）の間隔をもっ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って達成することがで
きる。

［作用］ 即ち、本発明は、破壊され難いように小形にして、且つ
、マイクロ波が透過し易いようにλｇ／４（λｇは導波
管内波長）の間隔を持った複数の透過窓を設ける。

［実施例］ 以下２図面を参照して一実施例によって詳細に説明する
。

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である
。

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
ェハー２側から仰ぎ見た透過窓を２つの方形開口１窓１
ｓ、ＩＳ’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ＩＱ、′Ｉにする。

このようにすれば、破壊され難いスリット状の小形窓に
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
ラズマ化領域が従来と同様に広くなる。

具体的数字例で説明すると、電力１．５ＫＨのマイクロ
波（２，４５Ｇ）ＩＺ）を用いて、ｌ　Ｔｏｒｒの減圧
中で酸素プラズマを励起した場合、従来の１１０龍φ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龍、長さ２７
１ｍのスリット状の開口透過窓を２つ設けて、中心距離
をλｇ　／　４　　（３７ｍ位）にした時、その窓は１
０分間プラズマに曝しても破壊しなかった。

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、本図によればウェハー
２に対する透過窓１のアルミナ板１１、支持枠１２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
ウェ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はウェハー、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、　　　１
２は支持枠、Ｉｓ、　ＩＳ“は方形開口透過窓 ＄Ｌｌｒ　＋＝かＰ３　’；’＞２”ｚ８ｆｆｌこｆｑ
ｇゴｉｔａ第　１　図 ４項５ｇ月Ｃ−〃・か１？ラズ°２ズグ理染（１のウー
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。