JPS63122123A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理装置

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JPS63122123A
JPS63122123A JP61267601A JP26760186A JPS63122123A JP S63122123 A JPS63122123 A JP S63122123A JP 61267601 A JP61267601 A JP 61267601A JP 26760186 A JP26760186 A JP 26760186A JP S63122123 A JPS63122123 A JP S63122123A
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JP
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discharge tube
microwave
wafer
plasma generation
tube
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Hironori Kawahara
川原 博宣
Yoshinao Kawasaki
義直 川崎
Makoto Nawata
誠 縄田
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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】 〔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係り、特に半導
体基板等のエツチングならびにデポジシランに好適なマ
イクロ波プラズマ処N装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の装置は、特開昭59−103340号に記載のよ
うに、放電管の周囲を囲んで取り付けた導波管の他端に
マグネトロンを設け、放電管の開口部に反射円板あるい
は反射円筒を設けて、マグネトロンからのマイクロ波を
反射円板あるいは反射円筒で反射させ′て放電管内で効
率良くプラズマを発生させるようになっていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、反射端と放電管との位置関係および放
電管または反射端の形状について配慮されておらず、プ
ラズマの発生効率および被処理物の処理速度の均一性の
点で問題があった。
プラズマの発生効率の点については、放電管に注入され
る入射波のプラズマ発生効率は低く、入射波に対し50
%以上の反射波が存在することが分かった。このため、
前記特開昭59−103340号に記載のように、放電
管内に注入されたマイクロ波電力を反射円板あるいは反
射円筒で反射させて、往復するマイクロ波電力を有効に
使用してプラズマ発生効率を向上させることができるが
、放電管から反射端までの距離、すなわち放電管内に注
入されたマイクロ波電力の通過距離によって、プラズマ
の発生効率が大きく変わることが判明した。
また、被処理物の処理速度の均一性の点については、従
来の半球状の放電管でプラズマを発生させて、被処理物
を例えばエツチングすると、エツチング速度に不均一が
生じる。これは、放電管の球面に沿って強いプラズマが
発生し、プラズマ発生部にて造られた活性粒子が被処理
物に到達するまでに、主に中性粒子との衝突によってエ
ネルギを失い不活性粒子となってしまい、被処理物とプ
ラズマ発生部との距離が球面に沿って離れるに従い急速
に活性粒子の数が減少して生じるものと考えられる。
本発明は、被処理物を速(しかも均一に処理することの
できるマイクロ波プラズマ処理装置を提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、処理ガスが供給され所定の圧力に減圧排気
されるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室をはさんで
一方に連通した処理室と、前記プラズマ発生室の反処理
室側に接続され他端にマイクロ波発生源を有する導波管
とから成り、前記プラズマ発生室と前記導波管との間に
設けられ大気としゃ断して前記プラズマ発生室を構成し
前記マ(クロ波発生源からのマイクロ波を透過する放電
−と、前記プラズマ発生室の反放電管側に設けられ前記
マイクロ波を反射する反射端との間隔を前記マイクロ波
の管内波長のh以上とし、前記プラズマ発生室で生じた
活性粒子を前記処理室内に均一に放出させる均一化手段
を設けることにより、達成される。
〔作  用〕
大気としゃ断して形成されたプラズマ発生室に処理ガス
を供給しながら所定の圧力に減圧保持して、マイクロ波
発生源からマイクロ波を発生させ導波管にてマイクロ波
をプラズマ発生室に導き、放電管を介してプラズマ発生
室に入射させる。入射したマイクロ波の定在波は放電管
の内壁から1/8波長以上離して設けられた反射端で反
射され、放電管の内面で大きな電界となって放電管内表
面近傍にプラズマを発生させる。プラズマ中で発生した
活性粒子は均一化手段により反射端を抜けて処理室に入
るまでの間できるだけ中性粒子との衝突が少なくなり、
処理室全面に均一に入るように調整される。これにより
、被処理物が速くしかも均一に処理される。
〔実 施 例〕
以下1本発明の一実施例を第1図〜第6図により説明す
る。
第1図はマイクロ波プラズマ処理装置を示す。
円形導波管7の下側開口部には、小径の孔を複数個有す
る反射端10が取り付けられ、さらに、被処理物、この
場合はウェハνを載置し反射端10と平行な試料台13
を内設した処理室11が設けである。
14は試料台13の下部に設けられ、ウェハ校を間接的
に加熱するヒータである。
円形導波管7の上側開口部には、試料台13と平行な凹
面を有する放電管6が取り付けられ、さらに、矩形から
円形へのマイクロ波の伝送モードの変換を効率良く行な
うためのステップ変換器5を介して矩形導波管2が設け
である。導波管2の上端部にはマイクロ波発生源である
マグネトロン1が取り付けである。3は矩形導波管2内
を戻る反射波を吸収するためのアイソレータであり、4
は矩形導波管2を伝送されるマイクロ波の反射をな! 呪すための負荷のインピーダンス整合を行なうスタブ式
整合器である。
プラズマ発生室は、この場合、円形導波管7゜反射端1
0および放電管6で囲まれて形成される。
9は円形導波管7を冷却するための冷却水路でろり、8
はプラズマ発生室内へ処理ガスを供給するための処理ガ
ス導入口である。処理室11の下部には図示しない排気
装置がつなげられており、処理室11およびプラズマ発
生室を所定の圧力に減圧排気している。15は放電管6
を冷却するための冷却ガスを導入する冷却ガス導入口で
ある。
この場合、マグネトロンlは周波数2.45GHzのも
のであり、矩形導波管2はTEloモードが伝送できる
標準寸法とし、円形導波管7はマイクロ波をカットオフ
しない寸法113111+1(例えば、TB1□モード
の場合は72111111以上であれば良い。)とし、
マイクロ波が透過可能でプラズマ発生室を形成する放電
管6としては石英製(この他に、アルミナ等も使用でき
る。)の材料を使用している。また、プラズマ発生室を
形成する放電管6と反射端10との間隔はマイクロ波の
管内波長λF(156,7mm)(7) 1/、以上の
約λF/ 4 (40Mm)にし、放電管60円筒部の
長さも約λy / 4 (40tl# )としている。
反射端10の孔はマイクロ波をカットして反射可能な寸
法101111(例えば、Tgoモードの場合は72−
以下であれば良い。)としている。
上記構成において、ホトレジストの1ツシングを行なう
ウェハ認を試料台B上に載置し、処理ガスとして02ガ
ス2005ccyを円形導波管7内に導入し、圧力をI
Torrに保った状態で、700Wのマイクロ波を印加
しスタブ式整合器4で負荷のインピーダンス整合を行な
って、プラズマ発生室に02ガスのプラズマを発生させ
ると、図示したように、放電管6の内表面近傍にプラズ
マが発生し、第2図に示すように、クエへ社の全面にわ
たってほぼ均一で高いエツチングレートのアッシング処
理が行なわれた。
これは、放電管6の面を試料台13とほぼ同面積で平行
、すなわちウェハ認の全面に対応して平行に設けている
ので、放電管6の内表面で発生したプラズマ中の活性粒
子が反射端の孔を通って処理室11内へ出ていq際に、
活性粒子がプラズマ発生室内で同時に発生したプラズマ
中の中性粒子と主に衝突してエネルギを失い不活性粒子
となってしまうが、活性粒子がウェハ毘に到達するまで
の距離がウェハnの全面にわたって等しいので、ウェハ
認に到達する活性粒子の数がほぼ一様になりエツチング
レートが均一になるものと考えられる。
これを確かめるために、第3図に示す装置によりホトレ
ジストのアッシングを行なってみた。本図において、前
記第1図と同符号は同一部材を示し、本図が第1図と異
なる点は放電管6とウェハ認との距離lが変えられるよ
うに、放電管6をウェハnに平行な板状の放電管6aと
し、円形導波管7の高さを変えた円形導波管7aとした
点である。
上記構成の装置により、02ガス20011ccMを円
形導波管7a内に導入し、圧力をITorrに保った状
態で、500Wのマイクロ波を印加して、放電管6aと
ウェハ認との距#lを変えてウニノル丘のアッシングを
行なった結果、第4図に示すように、エツチング速度は
距11111!が大きくなるに従い急激に低下すること
が分かりた。また、本実験から近似式を求めると下式 y=y0・e−(102〜o、os)(x−!o)  
・−・・−・−・litで表わされることが分かった。
なお、ここでyは距Plxでのエツチング量、3’Oは
距111xOでのエツチング量である。
また、高いエツチングレートが得られたのは、第5図に
示すように、放電管6と反射端10との間隔をマイクロ
波の管内波長λ2の14程度にすることにより、定在波
が生じたときに入射したマイクロ波と反射端10で反射
したマイクロ波とによって、放電管6の内表面近傍の電
界強度Exが最大となり、プラズマの発生効率が向上す
るからであると考えられる。
これを確かめるため、第5図に示す放電管6と反射端1
0との間隔Ldを種々変えて、反射電力Prを幀定して
みたところ、′@6図に示すように、間隔Ldがマイク
ロ波の管内波長λ2の−1すなわち40m111のとこ
ろで反射電力Prが最小に達し、Ld40■以下では反
射電力Prが大きくなっていることが分かる。すなわち
、間隔Laがマイクロ波の管゛内波長λグのし、以下で
は、反射電力が多くプラズマ発生に有効に寄与していな
いことが分かる。また、この傾向は、投入電力Pfが大
きい程顧蓄に表われ、投入電力Pfが小さくなる程緩和
される傾向にある。
また、この場合は、間隔Ldが49mmでプラズマ発生
の効率が最大に達し、Ldが10mmではプラズマを発
生させることはできなかった。
なお、プラズマの発生効率はλy / 1/8以上が最
大となるが、間隔Ldが短畷なれば、ウェハとの距離も
それだけ短くなるので活性粒子の残る数が増える確率が
高くなるので、実用上は間隔LdがλP/8以上、しい
て言えば、λP/8〜λp / 4 が最適である。し
かし、ウェハな放電管に近づけられれば、λy / 1
/8以上でもエツチングレートは高いものが得られる。
以上、本−実施例によれば、放電管6と反射端10との
間隔な2978以上に設定することによって、て、ウェ
ハ臆の全面にわたって均一なアッシング処理を行なうこ
とができるので、ウェハ臆を速くしかも均一に処理する
二とができるという効果がある。
次に、本発明の他の実施例を第7図〜第9図により説明
する。
第7図において第1図と同符号は同一部材を示し、本図
が第1図と異なる点は放電管6を半球状にしてウェハ鵞
との距離がウェハ丘の中心から外側に広がるに従い離れ
るようにした放電管6bを用いている点と、反射$10
を第8図に示すように中心から外側に向うに従い大きく
なる孔複数個を設けた反射jllOaとした点である。
反射端10 aの孔の開口率は、放電管6bの形状が半
球状であるため、放電管6bの中央最下端部と周辺部と
ではつ・エバnまでの距離が、この場合、501111
11違い、ウェハnへの活性粒子の到達量がウェハnの
全面にわたって均等にならないので、前記(1)式によ
り、ウェハnの各部におけるエツチング量を予測し、こ
れに従い、関口率を変えた。この場合は、反射端10J
1の周辺部の開口率を中央に対して約10倍にしている
。
上記構成の装置により、前記@1図の装置の場合の条件
と同条件で、ウェハ鴛をアッシング処理したところ、第
9図の(ロ)に示すように、ウェハ鴛の全面にわたって
ほぼ均一なエツチングレートでアッシングすることがで
きる。
第9図の(イ)は、第7図の装置で反射410 mを前
記第1図の装置の場合のように孔の大きさを均一にして
アッシングした場合のものを示す。この場合は、放電管
6bとウェハ鴛との間の距離が中央から外側に向うに従
い離れて、エツチングレートも下がっていることが良く
分かる。
以上、本、他の実施例によれば、ウェハ狡からの距離が
均等でない放電管6bであっても、反射端10 aの開
口率を放電管6bからウェハνまでの距離によって変え
ることにより、ウェハ鴛への活性粒子の到達量をウェハ
戎の全面においてほぼ均一にすることができるので、前
記一実施例同様にウェハの処理を均一にすることができ
る。また、放電管6bの半球状の下端と反射j!110
 aとの間隔をλF/8以上に設定することにより、前
記一実施例と同様に効率の良いプラズマ発生を行なわせ
る二とができるので、ウェハの処理速度を速畷すること
ができる。
なお、本実施例では下向きに凸状の放電管を用いている
が、上向に凸状の放電管でもかまわない。
但し、ウェハと放電管内面との距離が遠くなるので不利
となる。
また、前記′@1図の放電管6の円筒部分の長さをλp
 / 4にしているのは、放電管6の内表面の面積を大
きくしてプラズマ発生に寄与するマイクロ波の吸収効率
を上げるためであるが、面積を増やすために円筒部分の
長さをむやみに長畷すること蝉、1に!の大型化、放電
管の内表面(プラズマ発生部)からウェハまでの距離の
増大となり、かえ9て効果が小さくなる。
また、本実施例はウェハのエツチングの場合について述
べたが、プラズマを用いてウェハ上にデポジシロンを生
じさせる場合にも応用可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、放電管と反射端との間隔をマイクロ波
の管内波長の1/8以上とし、処理室への活性粒子の放
出量を均一にする均一化手段を設けているので、被処理
物をRくしかも均一に処理することができるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処
理装置を示す縦断面図、第2因は第1図の装置によるエ
ツチング状態を示す図、第3図は実験に用いた装置の縦
断面図、第4図は第3面の装置による実験結果を示す図
、第5図は放電管と反射端との間のマイクロ波の定在波
電界を示す図、第6図は放電管と反射端との距離とマイ
クロ波の反射電力の関係を示す図、第7図は本発明の他
の実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置を示す縦断
面図、第8図は第7図をA−Aから見た反射端の平面図
、第9図は第7図の装置による反射端の開口率を同じに
した場合と変えた場合とのエツチング状態を示す図であ
る。 l・・・・・・マグネトロン、2・・・・・・矩形導波
管、6・・・放電管、7・・・・・・円形導波管、10
・・・・・・反射端、■・・・つIノ1啼−こ々q−リ
リシー陣L(り^、嘴−ンイ3同 乃ズマ#uIitLtうの壽暖駈!01す3;ir5図 46 囚

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、処理ガスが供給され所定の圧力に減圧排気されるプ
    ラズマ発生室と、該プラズマ発生室をはさんで一方に連
    通した処理室と、前記プラズマ発生室の反処理室側に接
    続され他端にマイクロ波発生源を有する導波管とから成
    り、前記プラズマ発生室と前記導波管との間に設けられ
    前記マイクロ波発生源からのマイクロ波を透過する放電
    管と、前記プラズマ発生室の反放電管側に設けられ前記
    マイクロ波を反射する反射端との間隔を前記マイクロ波
    の管内波長の1/8以上とし、前記プラズマ発生室で生
    じた活性粒子を前記処理室内に均一に放出させる均一化
    手段を設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理
    装置。
JP61267601A 1986-11-12 1986-11-12 マイクロ波プラズマ処理装置 Granted JPS63122123A (ja)

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JPH0551173B2 JPH0551173B2 (ja) 1993-07-30

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6414921A (en) * 1987-07-08 1989-01-19 Anelva Corp Microwave plasma processor
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JPS59103340A (ja) * 1983-09-21 1984-06-14 Hitachi Ltd プラズマ処理装置

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