JP2000030897A

JP2000030897A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2000030897A
Application number: JP10199307A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Mabuchi; 博嗣馬渕; Shigeki Honda; 茂樹本多; Hideyuki Kitano; 秀幸北野; Jiyunya Tsuyukuchi; 潤弥露口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JP4024389B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｃ₄Ｆ₈ガスをベースガスとした反応ガスを
用いた場合であっても、容易に被処理物の全領域を均一
に処理し得るプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】封止板３の環状電極板５の開口に対向す
る部分には、環状の溝４が反応器１の中心軸と同心円上
に設けてある。例えば、環状電極板５の内径が２９８ｍ
ｍ、封止板３の中央部分の厚さが３０ｍｍである場合、
溝４の寸法は、外径が２８０ｍｍ、内径が２００ｍｍ、
深さが５ｍｍに定めてある。反応器１内に導入されるマ
イクロ波のエネルギ強度は、封止板３の厚さが薄い場合
の方が、厚さが厚い場合より大きいため、前者の場合の
方が後者の場合より生成されるプラズマの密度が高い。
そのため、Ｃ₄Ｆ₈ガスをベースガスとした反応ガスを
反応器１内へ導入した場合であっても、反応器１内の前
記導入口に対向する領域に、略均一な密度のプラズマを
生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を用い
て生成したプラズマによって、半導体基板又は液晶ディ
スプレイ用ガラス基板等にエッチング又はアッシング等
の処理を施す装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】反応ガスに外部からエネルギを与えて生
じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセスに
おいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプ
ロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠な基本技術と
なっている。このプラズマによって処理される基板の寸
法が大きくなるのに伴って、より広い領域にプラズマを
均一に発生させることが要求されている。また、ドライ
エッチング技術又は薄膜形成における埋め込み処理技術
にあっては、プラズマの生成とプラズマ中のイオンに与
える加速エネルギとを各別に制御し得ることも求められ
ている。そのため、次のようなプラズマ処理装置が提案
されている。

【０００３】図８は従来のプラズマ処理装置を示す側断
面図であり、図中、１はアルミニウム又はステンレス鋼
を矩形箱状に成形してなる反応器である。反応器１の上
部にマイクロ波導入口が設けてあり、該マイクロ波導入
口は封止板33で気密状態に封止されている。この封止板
33は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電
損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形
成されている。

【０００４】封止板33と反応器１との間には、反応器１
の外径と略同じ外径であり、反応器１の内径より小さい
内径である環状電極板５が介装してある。この環状電極
板５及び反応器１はそれぞれ電気的に接地してある。

【０００５】反応器１には、該反応器１の上部を覆う長
方形蓋状のカバー部材８が連結してある。このカバー部
材８内の天井部分には誘電体線路９が取り付けてあり、
該誘電体線路９と封止板33との間にはエアギャップ10が
形成されている。誘電体線路９は、テフロン（登録商
標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリス
チレン樹脂等の誘電体を、平面視が略羽子板形に成形し
てなり、その凸部をカバー部材８の周面に連結した導波
管21に内嵌させてある。導波管21にはマイクロ波発振器
20が連結してあり、マイクロ波発振器20が発振したマイ
クロ波は、導波管21によって誘電体線路９の凸部から誘
電体線路９の全体に伝播する。

【０００６】このマイクロ波はカバー部材８の導波管21
に対向する端面で反射し、入射波と反射波とが重ね合わ
されて誘電体線路９に定在波が形成される。この定在波
によって、誘電体線路９の下方に漏れ電界が形成され、
それがエアギャップ10及び封止板33を透過して反応器１
内へ導入される。反応器１の内部は処理室２になってお
り、処理室２の底部中央には、被処理物Ｗを載置する載
置台11が配してある。載置台11には高周波電源18が接続
してあり、高周波電源18から載置台11に所定周波数の電
圧を印加することによって、該載置台11と環状電極板５
との間に高周波電界を形成する。

【０００７】このようなプラズマ処理装置にあっては、
反応器１を覆うカバー部材８に設けた誘電体線路９から
処理室２内へマイクロ波を導入するため、処理室２内の
広い領域に略均一にプラズマを生成することができる。
また、載置台11に印加する高周波を調整することによっ
て、処理室２内に生成したプラズマ中のイオンのエネル
ギを制御することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シリコン酸
化膜をエッチングする場合、ＣＨＦ₃ガスをベースガス
とした反応ガスに代えて、Ｃ₄Ｆ₈ガスをベースガスと
した反応ガスを用いることがある。これは、シリコン酸
化膜にホールを開設する場合、ＣＨＦ₃ガスに比べてＣ
₄Ｆ₈ガスの方が、ホールの角部がテーパ状になること
を抑制し、エッチング形状のホール径依存性を抑制する
ことができるからである。

【０００９】しかし、従来の装置で、Ｃ₄Ｆ₈ガスをベ
ースガスとした反応ガスを用いてシリコン酸化膜を形成
した被処理物Ｗをエッチングした場合、被処理物Ｗの中
心から周縁部に向かうに連れてエッチングレートが低下
する傾向があり、被処理物Ｗの全領域を均一にエッチン
グするための処理条件を得ることが困難であった。

【００１０】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、容器の一部を封止
する封止部材に、環状又は渦巻き状の溝を形成する構成
にすることによって、Ｃ₄Ｆ₈ガスをベースガスとした
反応ガスを用いた場合であっても、容易に被処理物の全
領域を均一に処理し得るプラズマ処理装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１発明に係るプラズマ
処理装置は、一部を封止部材で封止してなる容器内へ、
前記封止部材を透過させてマイクロ波を導入することに
よってプラズマを生成し、生成したプラズマによって前
記封止部材に対向配置した被処理物を処理する装置にお
いて、前記封止部材には、環状又は渦巻き状の溝が形成
してあることを特徴とする。

【００１２】第２発明に係るプラズマ処理装置は、容器
の一部を封止する封止部材に対向して設けた誘電体線路
にマイクロ波を入射し、該誘電体線路から前記容器内
へ、前記封止部材を透過させてマイクロ波を導入するこ
とによってプラズマを生成し、生成したプラズマによっ
て前記封止部材に対向配置した被処理物を処理する装置
において、前記封止部材には、環状又は渦巻き状の溝が
形成してあることを特徴とする。

【００１３】第３発明に係るプラズマ処理装置は、第１
又は第２発明において、環状の溝は封止部材の前記被処
理物の周縁部近傍に対向する部分に形成してあることを
特徴とする。

【００１４】第４発明に係るプラズマ処理装置は、第１
又は第２発明において、渦巻き状の溝は封止部材の前記
被処理物の周縁部近傍に対向する部分を含むように形成
してあることを特徴とする。

【００１５】本発明に係るプラズマ処理装置は、容器の
一部を封止する封止部材に溝を形成することによって、
封止部材の他の部分の厚さより薄くしてある。反応器内
に導入されるマイクロ波のエネルギ強度は、封止部材の
厚さが薄い場合の方が、厚さが厚い場合より大きいた
め、前者の場合の方が後者の場合より生成されるプラズ
マの密度が高い。この溝は、被処理物の処理速度が相対
的に遅い部分に対応して、即ち、封止部材の被処理物の
周縁部近傍に対向する部分又は該部分を含むように形成
する。

【００１６】これによって、Ｃ₄Ｆ₈ガスをベースガス
とした反応ガスを反応器内へ導入した場合であっても、
容易に反応器内に略均一な密度のプラズマを生成するこ
とができ、被処理物の表面はその全領域で略均一に処理
される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。（実施の形態１）図１は本発明に係るプラズマ処理装置
を示す側断面図であり、図中、１はアルミニウム又はス
テンレス鋼を矩形箱状に成形してなる反応器である。反
応器１の上部中央にはマイクロ波導入口が開設してあ
り、該マイクロ波導入口は封止板３で気密状態に封止さ
れている。この封止板３は、耐熱性及びマイクロ波透過
性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はア
ルミナ等の誘電体で形成されている。

【００１８】封止板３と反応器１との間には、反応器１
の外径と略同じ外径であり、反応器１の内径より小さい
内径である環状の環状電極板５が介装してある。この環
状電極板５及び反応器１はそれぞれ電気的に接地してあ
る。

【００１９】反応器１には、該反応器１の上部を覆う長
方形蓋状のカバー部材８が連結してある。このカバー部
材８内の天井部分には誘電体線路９が取り付けてあり、
該誘電体線路９と封止板３との間にはエアギャップ10が
形成されている。誘電体線路９は、テフロン（登録商
標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリス
チレン樹脂等の誘電体を、平面視が略羽子板形に成形し
てなり、その凸部をカバー部材８の周面に連結した導波
管21に内嵌させてある。導波管21にはマイクロ波発振器
20が連結してあり、マイクロ波発振器20が発振したマイ
クロ波は、導波管21によって誘電体線路９の凸部から誘
電体線路９の全体に伝播する。

【００２０】このマイクロ波はカバー部材８の導波管21
に対向する端面で反射し、入射波と反射波とが重ね合わ
されて誘電体線路９に定在波が形成される。この定在波
によって、誘電体線路９の下方に漏れ電界が形成され、
それがエアギャップ10及び封止板３を透過して反応器１
内へ導入される。また、封止板３上には、反応器１内へ
マイクロ波を導入する領域を制限すべく、前述したマイ
クロ波導入口に臨ませて適宜直径の穴が開設してあるマ
イクロ波制限板７が対向配置してあり、該マイクロ波制
限板７によって、反応器１の内周面近傍にマイクロ波が
導入されることが制限される。

【００２１】反応器１の内部は処理室２になっており、
処理室２の周囲壁を貫通する貫通穴に嵌合させたガス導
入管15から処理室２内に所要のガスが導入される。反応
器１の周壁には排気口16が開設してあり、排気口16から
処理室２の内気を排出するようになしてある。

【００２２】処理室２の底部中央には、被処理物Ｗを載
置する載置台11が配してあり、該載置台11は基台12の上
面に取り付けてある。基台12は絶縁部材14を介して反応
器１に固定してあり、基台12及び載置台11の側部はプラ
ズマシールド部材13によって覆ってある。載置台11には
高周波電源18が接続してあり、高周波電源18から載置台
11に所定周波数の電圧を印加することによって、該載置
台11と前述した環状電極板５との間に高周波電界を形成
する。また、載置台11には、該載置台11の温度を調節す
べく熱媒体を通流させる通流路（図示せず）が開設して
ある。

【００２３】このようなプラズマ処理装置を用いて、例
えばシリコン酸化膜が形成してある被処理物Ｗにエッチ
ング処理を施すには、載置台11の通流路に適宜温度の熱
媒体を通流させて、載置台11を所要の温度に調整すると
共に、排気口16から排気して処理室２内を所望の圧力ま
で減圧した後、ガス導入管15から処理室２内にＣ₄Ｆ ₈
ガスをベースガスとした反応ガスを供給する。

【００２４】次いで、マイクロ波発振器20からマイクロ
波を発振させ、これを導波管21を介して誘電体線路９に
導入し、誘電体線路９内に定在波を形成する。この定在
波によって、誘電体線路９の下方に漏れ電界が形成さ
れ、それがエアギャップ10、マイクロ波制限板７の開口
及び封止板３を透過して処理室２内へ導入される。この
ようにしてマイクロ波が処理室２内へ伝播し、処理室２
内にプラズマが生成される。載置台11には高周波電源18
から高周波電圧が印加されており、それによって形成さ
れる高周波電界によって、プラズマ中のイオンを被処理
物Ｗ上に導き、被処理物Ｗの表面をエッチングする。

【００２５】図２は図１に示した封止板３の平面図であ
る。図２及び図１に示した如く、封止板３の環状電極板
５の開口に対向する部分には、環状の溝４が反応器１の
中心軸と同心円上に設けてある。この溝４の寸法は、前
述した環状電極板５の内径及び封止板３の厚さ等によっ
て定めてある。

【００２６】このように封止板３に溝４を形成すること
によって、反応器１内へマイクロ波を導入する導入口の
周縁部近傍の厚さを、前記導入口の中央の部分の厚さよ
り薄くしてある。反応器１内に導入されるマイクロ波の
エネルギ強度は、封止板３の厚さが薄い場合の方が、厚
さが厚い場合より大きいため、前者の場合の方が後者の
場合より生成されるプラズマの密度が高い。そのため、
Ｃ₄Ｆ₈ガスをベースガスとした反応ガスを反応器１内
へ導入した場合であっても、反応器１内の前記導入口に
対向する領域に、略均一な密度のプラズマを生成するこ
とができる。このプラズマ中のイオンが、載置台11と環
状電極板５との間に形成される電界によって載置台11上
に載置された被処理物Ｗの表面に導かれ、該被処理物Ｗ
をエッチングするため、被処理物Ｗの表面はその全領域
で略均一に処理される。

【００２７】このように本発明に係るプラズマ処理装置
にあっては、誘電体線路９からこれと対向する封止板３
の全領域に、マイクロ波を漏れ電界として略均一に伝播
させることができると共に、封止板３に設けた溝４の
幅，深さ及び直径等を変更することによって、処理室２
内の封止板３に対向する領域におけるマイクロ波のエネ
ルギ強度を微妙に調整することができる。

【００２８】（実施の形態２）図３は本発明に係る他の
封止板を示す平面図である。図３に示した如く、略正方
形の封止板３の裏面に渦巻き状の溝4aが設けてある。こ
れによって、前同様、反応器１内の前記導入口に対向す
る領域に、略均一な密度のプラズマが生成され、被処理
物Ｗ（何れも図１参照）の表面はその全領域で略均一に
プラズマ処理される。また、溝4aの幅を、外周側から内
周側に向かうに従って徐々に狭くすることによって、プ
ラズマの密度を更に均一にすることができる。

【００２９】なお、本実施の形態では渦巻き状の溝4aの
巻数を複数になしてあるが、本発明はこれに限らず、渦
巻き状の溝を１巻になしてもよい。この場合、被処理物
の直径方向の複数の位置におけるエッチング速度と、前
記方向に直交する方向の複数の位置におけるエッチング
速度とが異なっているとき、封止板を配置する方向を調
整することによって、両方向の複数の位置におけるエッ
チング速度を均一化することができる。

【００３０】なお、上述した両実施の形態では溝の側面
を底面に垂直に形成してあるが、本発明はこれに限ら
ず、溝の側面をテーパ状になしてもよい。また、封止板
に環状の溝又は渦巻き状の溝を１本設けてあるが、本発
明はこれに限らず、封止板に環状の溝又は渦巻き状の溝
を複数本設けてもよい。

【００３１】更に、溝は連続的に設けてあるが、本発明
はこれに限らず、不連続的な溝を封止板に設けてよいこ
とはいうまでもない。また、両実施の形態では、封止板
上に対向配置した誘電体線路から反応器内へマイクロ波
を導入するようになした装置に適用した場合を示してい
るが、本発明はこれに限らず、電子サイクロトロン共鳴
プラズマ処理装置というように、封止板を透過させて反
応器内にマイクロ波を導入するプラズマ処理装置であれ
ば適用し得ることはいうまでもない。

【００３２】

【実施例】次に比較試験を行った結果について説明す
る。図４は本発明に係るプラズマ処理装置の要部寸法を
説明する説明図であり、図６は比較試験に用いたプラズ
マ処理装置の要部寸法を説明する説明図である。図４に
示した如く、本発明に係るプラズマ処理装置にあって
は、封止板の中央部の厚さＴＷ１が３０ｍｍ、封止板の
環状電極板に対向する部分の厚さＴＷ２が２０ｍｍ、封
止板に設けた溝の内径ＤＡ１が２００ｍｍ、封止板に設
けた溝の外径ＤＡ２が２８０ｍｍ、封止板に設けた溝の
深さＨＡ１が５ｍｍ、環状電極板の内径ＤＡ３が２９８
ｍｍになしてある。

【００３３】一方、図６に示した如く、比較試験に用い
たプラズマ処理装置には、裏面中央に円柱状の凹部が設
けてある封止板が配設してあり、該封止板の厚さＴＷ１
が３０ｍｍ、封止板の環状電極板に対向する部分の厚さ
ＴＷ２が２０ｍｍ、前記凹部の直径ｄａ１が２８０ｍ
ｍ、凹部の深さｈａ１が１０ｍｍ、環状電極板の内径Ｄ
Ａ３が２９８ｍｍになしてある。

【００３４】両プラズマ処理装置に、Ｃ₄Ｆ₈ガスをベ
ースガスとした反応ガスを導入してプラズマを生成し、
生成したプラズマによって、表面にシリコン酸化膜が形
成してある被処理物をエッチングし、被処理物の中心か
ら周縁部に向かって適宜の間隔の位置でエッチング速度
をそれぞれ測定した。

【００３５】図７は比較試験に用いたプラズマ処理装置
によってシリコン酸化膜が形成してある被処理物をエッ
チングした結果を示すグラフであり、縦軸は相対エッチ
ング速度を横軸は被処理物の中心からの位置を示してい
る。図中、○印は被処理物の直径方向の複数の位置で測
定した結果を、また□印は、前記方向と直交する方向の
複数の位置で測定した結果をそれぞれ示している。

【００３６】図７から明らかな如く、比較試験に用いた
プラズマ処理装置にあっては、被処理物の中心から周縁
部に向かうに従ってエッチング速度が低下しており、被
処理物の全領域を均一にエッチングすることができな
い。

【００３７】図５は本発明に係るプラズマ処理装置によ
ってシリコン酸化膜が形成してある被処理物をエッチン
グした結果を示すグラフであり、縦軸は相対エッチング
速度を横軸は被処理物の中心からの位置を示している。
図中、○印は被処理物の直径方向の複数の位置で測定し
た結果を、また□印は、前記方向と直交する方向の複数
の位置で測定した結果をそれぞれ示している。

【００３８】図５から明らかな如く、本発明に係るプラ
ズマ処理装置にあっては、被処理物の中心におけるエッ
チング速度と、被処理物の周縁部におけるエッチング速
度が略同じであり、被処理物の全領域を略均一にエッチ
ングすることができた。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係るプラズ
マ処理装置にあっては、Ｃ₄Ｆ₈ガスをベースガスとし
た反応ガスを反応器内へ導入した場合であっても、反応
器内に略均一な密度のプラズマを生成することができ、
被処理物の表面をその全領域で略均一に処理することが
できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置を示す側断面図
である。

【図２】図１に示した封止板の平面図である。

【図３】本発明に係る他の封止板を示す平面図である。

【図４】本発明に係るプラズマ処理装置の要部寸法を説
明する説明図である。

【図５】本発明に係るプラズマ処理装置によってシリコ
ン酸化膜が形成してある被処理物をエッチングした結果
を示すグラフである。

【図６】比較試験に用いたプラズマ処理装置の要部寸法
を説明する説明図である。

【図７】比較試験に用いたプラズマ処理装置によってシ
リコン酸化膜が形成してある被処理物をエッチングした
結果を示すグラフである。

【図８】従来のプラズマ処理装置を示す側断面図であ
る。

【符号の説明】

１反応器２処理室３封止板４溝５環状電極板９誘電体線路１１載置台１８高周波電源Ｗ被処理物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北野秀幸兵庫県尼崎市扶桑町１番８号住友金属工業株式会社半導体装置事業部内 (72)発明者露口潤弥兵庫県尼崎市扶桑町１番８号住友金属工業株式会社半導体装置事業部内Ｆターム(参考） 4K057 DA11 DB20 DD01 DE06 DM40 DN01 5F004 AA01 BA06 BC08 DA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一部を封止部材で封止してなる容器内
へ、前記封止部材を透過させてマイクロ波を導入するこ
とによってプラズマを生成し、生成したプラズマによっ
て前記封止部材に対向配置した被処理物を処理する装置
において、前記封止部材には、環状又は渦巻き状の溝が形成してあ
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】容器の一部を封止する封止部材に対向し
て設けた誘電体線路にマイクロ波を入射し、該誘電体線
路から前記容器内へ、前記封止部材を透過させてマイク
ロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成し
たプラズマによって前記封止部材に対向配置した被処理
物を処理する装置において、前記封止部材には、環状又は渦巻き状の溝が形成してあ
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】環状の溝は封止部材の前記被処理物の周
縁部近傍に対向する部分に形成してある請求項１又は２
記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】渦巻き状の溝は封止部材の前記被処理物
の周縁部近傍に対向する部分を含むように形成してある
請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。