JP2000091097A

JP2000091097A - マイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2000091097A
Application number: JP10276467A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yoshiki; 隆裕吉識; Kyoichi Komachi; 恭一小町; Koichi Iio; 浩一飯尾
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】マイクロ波導延室の中空部で金属板から異常
放電を発生させず、金属板に分散板としての効果を十分
に発揮させ、均一なプラズマを伝播し導入することがで
きるマイクロ波導入装置を提供する。【解決手段】マイクロ波供給手段から供給されたマイ
クロ波を伝送する導波管３と；導波管に接続されマイク
ロ波を伝送する誘電体線路４と；誘電体線路に対向して
配置され、伝送されたマイクロ波を導入するマイクロ波
導入窓５とを備え；マイクロ波導入窓は、誘電体を含ん
で形成された第１の部材と；誘電体を含んで形成された
第２の部材と；第１の部材と第２の部材との間に挟まれ
た導電体シートとを有することを特徴とする；マイクロ
波導入装置とする。導電体シートの厚さが０．５ｍｍ以
下であることを特徴とするとよい。また、第１の部材
は、マイクロ波導入側に位置し、第１の部材の厚さが５
ｍｍ以下であることを特徴とするとよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波をプラ
ズマ反応容器に導入するマイクロ波導入装置、及び導入
されたマイクロ波によりプラズマを発生させ、発生させ
たプラズマを利用して試料に対する成膜、エッチング、
或いはアッシング処理を行うためのプラズマ処理装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のＬＳＩ及びＬＣＤ等の製造に用い
られる基板の大型化により、この基板を処理するために
用いられるプラズマの均一化はますます重要となった。
均一なプラズマを発生させるためには、実開平４−１１
７４３７号公報にあるように、マイクロ波導入管と、マ
イクロ波をマイクロ波導入管の延長長手方向に導くマイ
クロ波導延室と、マイクロ波導延室からマイクロ波を導
きマイクロ波を発生させるプラズマ生成室と、プラズマ
生成室とマイクロ波導延室との間に設けられたマイクロ
波透過板と、プラズマ生成室に配置され、試料を載置す
る試料台とを有するプラズマ処理装置において、マイク
ロ波透過板に近接してマイクロ波分散板と呼ばれる金属
板を設けることが知られている。ここにマイクロ波透過
板はマイクロ波生成室のマイクロ波導入窓を構成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上のよ
うな従来の装置では、前記金属板は加工性及び変形の点
で通常２ｍｍ以上の板を加工して用いられるが、板厚が
厚い場合、マイクロ波導延室の中空部の端で金属板から
異常放電が発生することがある。板厚を０．５ｍｍ以下
とした場合は、マイクロ波導入窓の材質である石英ある
いはアルミナ等の熱膨張係数がセラミックスの熱膨張係
数と比べて大きく異なることから、金属板とマイクロ波
導入窓との接触面の全面を接着剤で固定すると接着面で
石英等の剥離が生じたりすることがあった。また例えば
端だけ接着剤もしくはビスで固定すると、熱膨張係数の
差から、浮いた場所が出来て、異常放電が発生した。

【０００４】そこで本発明は、マイクロ波導延室の中空
部で金属板から異常放電を発生させず、金属板に分散板
としての効果を十分に発揮させ、均一なプラズマを発生
させるようにマイクロ波を均一に導入するマイクロ波導
入装置、このマイクロ波導入装置を備え、導入されたマ
イクロ波から均一なプラズマを発生させ、ウエハの均一
な処理をすることができるプラズマ処理装置を提供する
ことを目的としている。

【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、請求項１に係る発明によるマイクロ波導入装置４１
は、図１に示すように、マイクロ波供給手段２から供給
されたマイクロ波を伝送する導波管３と；導波管３に接
続されマイクロ波を伝送する誘電体線路４と；誘電体線
路４に対向して配置され、伝送されたマイクロ波を導入
するマイクロ波導入窓５とを備え；マイクロ波導入窓５
は、誘電体を含んで形成された第１の部材７と；誘電体
を含んで形成された第２の部材８と；第１の部材７と第
２の部材８との間に挟まれた導電体シート２４とを有す
ることを特徴とする。

【０００６】このように構成すると、導電体シートがマ
イクロ波導入窓から例えば反応容器に導入されるマイク
ロ波を分散し、マイクロ波の伝播を均一とする。このた
め均一なプラズマが反応容器に発生しえる。導電体シー
トを第１の部材と第２の部材との間に挟んだので、導電
体シートの表面に垂直な方向（厚さ方向）の反りを、第
１の部材と第２の部材とによって抑制することができ
る。

【０００７】請求項２に係る発明によるマイクロ波導入
装置は、請求項１に記載のマイクロ波導入装置におい
て、前記導電体シートの厚さが０．５ｍｍ以下であるこ
とを特徴とする。導電体シートの厚さを０．５ｍｍ以下
としたので、十分薄く導電体シート端部からの異常放電
は発生しない。

【０００８】請求項３に係る発明によるマイクロ波導入
装置は、請求項１または請求項２に記載のマイクロ波導
入装置において、前記第１の部材は、マイクロ波導入側
に位置し、前記第１の部材の厚さが５ｍｍ以下であるこ
とを特徴とする。前記第１の部材がマイクロ波導入側に
位置し、前記第１の部材の厚さが５ｍｍ以下であるの
で、導電体シートはマイクロ波分散板としての効果を発
揮しマイクロ波の伝播を均一とする。よって、均一なプ
ラズマが反応容器に発生しえる。

【０００９】請求項４に係る発明によるプラズマ処理装
置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のマイク
ロ波導入装置と；前記導波管にマイクロ波を供給するマ
イクロ波供給手段と；導入されたマイクロ波によってプ
ラズマを生成させ、前記生成されたプラズマによって試
料を処理する反応容器と；前記反応容器内に配置され、
前記試料を載置する試料台とを備えることを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係るマイクロ波導入装置
を備えたプラズマ処理装置の実施の形態を図面を参照し
て以下具体的に説明する。

【００１１】図１は、本発明に係るマイクロ波導入装置
を備えたプラズマ処理装置の全体構成を表す模式的正面
断面図である。プラズマ処理装置１はマイクロ波を発生
するマイクロ波供給手段としてのマイクロ波発振器２を
備え、マイクロ波発振器２に発生したマイクロ波を伝送
し導く導波管３がマイクロ波発振器２の側面に結合さ
れ、水平に配置されている。さらに導波管３には、長さ
８００ｍｍ×幅７００ｍｍ（最大幅）×厚さ２０ｍｍの
フッ素樹脂製の誘電体層４Ｂを含む誘電体線路４が接続
され、その誘電体線路４鉛直下方に、鉛直方向上面にマ
イクロ波導入窓５を備えた反応容器６が設置されてい
る。誘電体線路４の導波管との結合部は導波管の端部と
同一形状であるが、導波管から遠くなるに従って徐々に
幅が一様に広がり、幅が７００ｍｍに達した箇所より幅
は７００ｍｍと一定である。マイクロ波は導波管３から
誘電体線路４を経て伝送され、マイクロ波導入窓５から
反応容器６内に導入される。誘電体線路４はアルミニュ
ウム板４Ａと誘電体層４Ｂ（フッ素樹脂製）からなる。

【００１２】マイクロ波導入窓５は、寸法が７６０ｍｍ
（長さ）×６６０ｍｍ（幅）×１０ｍｍ（厚さ）であ
り、反応容器６側に水平に設置された本発明の第２の部
材としての平面板形状の石英製の第２の誘電体板８と、
この第２の誘電体板８の鉛直方向上方に重ねて、すなわ
ち誘電体線路４側に設置され、寸法が７６０ｍｍ（長
さ）×６６０ｍｍ（幅）×３ｍｍ（厚さ）である本発明
の第１の部材としての平面板形状の石英製の第１の誘電
体板７と、各々の寸法が３７０ｍｍ（長さ）×３２０ｍ
ｍ（幅）×２０ｍｍ（厚さ）で平面形状が十字形の内枠
部材１０によって平面的に４分割されて支持され（図２
参照）、さらに外枠部材１１とにより支持され、第２の
誘電体板８の直ぐ下に重ねて水平に配置された窒化アル
ミニウム製の第３の誘電体板９とから構成される。第
１の誘電体板７の厚さは、２ｍｍから８ｍｍの範囲で変
更可能である。好ましくは５ｍｍ以下とする。第１の誘
電体板７、第２の誘電体板８の材質は、他にアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、ＳｉＣ、ＳｉＮ、耐熱性高分子材料（テ
フロン、ポリイミド）、石英ガラスとすることができ
る。

【００１３】マイクロ波導入窓５は外枠部材１１によっ
てその周囲を囲まれて支持されている。内枠部材１０及
び外枠部材１１の第３の誘電体板９との接触面にはＯリ
ング溝（図１に不図示、内枠部材１０のＯリング溝につ
き図３参照）に嵌め込まれたＯリング１２が取り付けら
れており、反応容器６内を気密に封止する。外枠部材１
１の下面１１Ａは反応容器割れ面１３と密に接触し、反
応容器割れ面にはＯリング溝（図示せず）に嵌め込まれ
たＯリング１４が取り付けられており、反応容器６内を
気密に封止する。

【００１４】反応容器６は、上部のマイクロ波導入窓５
に近い側のプラズマ生成室１５と、さらに鉛直方向下部
に配置されマイクロ波導入窓５より遠い側にある試料処
理室１６を含んで構成され、反応容器壁１７により画成
されている。反応容器６内のプラズマ生成室１５と試料
処理室１６との間には多数の孔を有し、水平に配置され
た仕切壁（図示せず）がある。反応容器壁１７は内部に
中空部１８を有し、中空部１８を冷却水が流れるよう構
成されている。反応容器壁１７はプラズマ生成室１５を
囲むプラズマ生成室壁１９と試料処理室１６を囲む試料
処理室壁２０を含んで構成される。なお、図１に示すよ
うに、プラズマ生成室壁１９と試料室壁２０とは、連続
した一体の壁として構成してもよい。

【００１５】プラズマ生成室１５には、プラズマ生成室
壁１９を貫通してガス供給管２１が、また試料処理室１
６の底面には排気管２２が夫々配置され、試料処理室１
６内には試料Ｓを載置する試料台２３が設けられてい
る。試料台２３には図示しない高周波電源が図示しない
コンデンサを介して接続されている。

【００１６】ガス供給管２１から後述の励起用ガスがプ
ラズマ生成室１５内に導入され、プラズマ生成室１５内
に導入されたマイクロ波によりプラズマが生成され、生
成されたプラズマは試料処理室１６に導入され、試料Ｓ
表面に指向せしめるようにしてある。

【００１７】ここに、本実施の形態ではマイクロ波導入
装置４１とは、マイクロ波発振器２、導波管３、誘電体
線路４、マイクロ波導入窓５、第１から第３の誘電体板
７、８、９、内枠部材１０、外枠部材１１を含んで構成
される部分をいう。

【００１８】図２に、プラズマ処理装置１の模式的平面
図を示し、マイクロ波発振器２と、導波管３と、誘電体
線路４と、マイクロ波導入窓５（破線）と、第３の誘電
体板９（一部破線にて表示、及びＢＢ部断面を表示（図
１のＡ２−Ａ２線断面））、内枠部材１０（一部破線に
て表示、及びＡＡ部断面を表示（図１のＡ１−Ａ１線断
面））、外枠部材１１（一部破線にて表示、及びＡＡ部
断面を表示（図１のＡ１−Ａ１線断面））を記載した。
誘電体線路４は外側のアルミニュウム板４Ａと内部の誘
電体層４Ｂからなる。

【００１９】また、図３にマイクロ波導入窓５の一部を
拡大断面図として示した。図中、第１の誘電体板７と第
２の誘電体板８との間には本発明の導電体シートとして
の厚さ０．５ｍｍのマイクロ波分散板２４が挟み込まれ
ている。マイクロ波分散板２４は幅３０ｍｍの複数のア
ルミニウムシートであり、互いに平行に並べてある。こ
れらのシートは、第１誘電体板の誘電体線路４側表面に
シリコン製の両面テープで貼り付けてもよいし、あるい
は外枠部材１１にビスで固定してもよい。本発明の実施
の形態では、原則として上述のように二枚の石英製の第
１の誘電体板７、第２の誘電体板８の間に挟み込み、位
置決めのため、第１の誘電体板７、及び第２の誘電体板
８にマイクロ波分散板２４の長手方向の両端部のみ両面
テープで固定した。

【００２０】なお、マイクロ波分散板２４である、マイ
クロ波進行方向Ｘに垂直にかつ水平に並べた複数の、ア
ルミニウムシートの間の間隔は２０ｍｍとした。内枠部
材１０の第３の誘電体板９を支持する上面にはＯリング
溝２５が加工され、Ｏリング溝２５にはＯリング１２が
嵌め込まれている。マイクロ波分散板２４の厚みは０．
２ｍｍから２ｍｍの間で変更可能である。好ましくは
０．５ｍｍ以下とする。

【００２１】本プラズマ処理装置１を用いて以下のよう
にレジストのアッシングを行い、アッシングレートの測
定を行った。

【００２２】すなわち、ガス供給管２１を介してＯ₂ガ
スとＣＦ₄ガスを適当な比（例えば、Ｏ₂／ＣＨ₄＝１８
００ｓｃｃｍ／２００ｓｃｃｍ）のもとで流量２ＳＬＭ
で反応容器６内に導入しつつ、３００ｍＴｏｒｒ（０．
３Ｔｏｒｒ）まで反応容器６内を減圧した後、４．５ｋ
Ｗのマイクロ波電力にてプラズマを発生させた。なお、
連続処理はプラズマ発生約１８０秒の後、約６０秒のイ
ンターバルをおいて、次の処理を行う工程となる。

【００２３】アッシングされるレジストの面積は６５０
ｍｍ（長さ）×５５０ｍｍ（幅）であり、均一性は幅方
向中央でマイクロ波進行方向（図中Ｘで示す）のエッジ
から２５ｍｍの位置を基準点とし、６００ｍｍに渡って
５０ｍｍ間隔で１３点においてアッシングレートを測定
した。１３点目の位置は他方のエッジから２５ｍｍ離れ
た点である。そのときの最大値と最小値を求め、その最
大値と最小値を用いて、（最大値−最小値）／（最大値
＋最小値）×１００（単位％）の計算式で定義される均
一性を求め、１０％以下であれば均一性は良好であると
した。なお、誘電体線路側の石英板（第１の誘電体板
７）の厚みを２、３、４、５、６、７、８ｍｍと変え
て、プラズマの上述の均一性を調べた。その結果を表と
して図４に、グラフとして図５に示した。なお、ここに
おいてマイクロ波分散板２４をアルミニウムシートと
し、その厚みを０．３ｍｍとした。

【００２４】図４には、最も左の欄にマイクロ波分散板
２４の誘電体線路４側表面からの距離（単位ｍｍ）を表
示し、さらにその右側の欄に均一性（単位％）、さらに
右側の欄にアッシングレートの最大値と最小値（共に単
位をμｍ／ｍｉｎ）を表示する。

【００２５】図５には、横軸には分散板位置（単位ｍ
ｍ）、縦軸に均一性（単位％）をとったグラフを表示す
る。図４、図５の分散板位置とは、第１の誘電体板７の
誘電体線路４側表面からのマイクロ波分散板２４の距離
をいい、第１の誘電体板７の厚みに等しい。

【００２６】図４、図５から分かるように分散板位置が
５ｍｍまでの場合は前述した均一性は１０％以内であっ
たが、６ｍｍ以上の場合では均一性は１０％を超えた。

【００２７】さらに、分散板位置を０ｍｍ、１０ｍｍと
して上述の測定を行い、図６に示すように縦軸にアッシ
ングレート、横軸にマイクロ波進行方向（図中Ｘ方向）
の前記基準点からの距離をとったグラフに、分散板位置
が０ｍｍ、４ｍｍ、１０ｍｍの場合を表示した。図６か
ら、分散板位置が０ｍｍ、４ｍｍの場合は、アッシング
レートはマイクロ波伝播方向に対して変化は少ないが、
分散板位置が１０ｍｍの場合はマイクロ波伝播方向に対
してかなり大きく減少しており実用的でないことがわか
る。図６の分散板の位置の意味は、前述の図４、図５の
場合と同様である。

【００２８】また、誘電体線路４側上表面（分散板位置
０ｍｍに対応）にアルミニウムシートであるマイクロ波
分散板２４を配置した場合（試験番号１２〜１４）と石
英板である第１の誘電体板７と第２の誘電体板８の間に
配置した場合（試験番号１〜１１）で連続処理における
異常放電の有無を調べ、図７に纏めた。この際、誘電体
線路４側である第１の誘電体板７の上表面に熱電対を取
り付けモニターした。

【００２９】マイクロ波分散板２４を第１の誘電体板７
の上表面に配置した場合は、連続処理回数１０回で第１
の誘電体板７、第２の誘電体板８である石英板の温度は
約１００℃に達し、試験番号１２では熱膨張率の違いに
よる石英板表面の剥離、試験番号１３ではアルミニウム
シートの反りが生じた結果、どちらも異常放電に至っ
た。試験番号８、１４は５回の処理でアルミニウムシー
トのエッジ近傍において異常放電が生じた。これに対し
て、試験番号１〜７、９〜１１では連続処理２００回を
行ったが、異常放電は発生しなかった。よって、マイク
ロ波分散板２４の厚さを０．５ｍｍ以下とし、マイクロ
波分散板２４の位置を第１の誘電体板７の誘電体線路４
側の表面から５ｍｍ以内とすると異常放電は発生せず、
均一なマイクロ波を発生させることができ、アッシング
レートの均一性を１０％以下にすることができることが
確認された。

【００３０】なお、試験番号１２では、アルミニウムシ
ートを第１の誘電体板７の表面に両面テープで貼り付け
た。試験番号１３、１４ではアルミニウムシートを第１
の誘電体板７の表面に取り付けるため、外部部材１１の
鉛直方向の上面１１Ｂにアルミニウムシートの両端をビ
ス（図示せず）で固定した。このとき、外部部材１１の
上面１１Ｂが第１の誘電体板７の上部表面と同一レベル
になるように調整するか、ビスの下にシムを敷いてアル
ミニウムシートが第１の誘電体板７の表面にピッタリ接
触するように調整する。

【００３１】異常放電が発生すると、石英板に焦げ状の
跡が残るほか、レジストのアッシングレートの分布も極
端に不均一となった。

【００３２】上述の実施の形態では、本発明の装置をア
ッシングに適用した構成について説明したが何らこれに
限るものでなく、例えばエッチング、成膜装置、スパッ
タリング装置等にも適用しうることは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明は、マイクロ波導入
装置のマイクロ波導入窓が、誘電体を含んで形成された
第１の部材と、誘電体を含んで形成された第２の部材
と、第１の部材と第２の部材との間に挟まれた導電体シ
ートとを有するので、導電体シートから異常放電を発生
することなく、マイクロ波を均一に伝播し導入すること
ができる。したがって、例えばプラズマ発生室にマイク
ロ波を導入した場合、均一なプラズマを発生させること
ができ、試料処理に際してのアッシングレート等の均一
性をよくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロ波導入装置を用いたプラズマ
処理装置の全体構成を表す模式的正面断面図である。

【図２】本発明のマイクロ波導入装置を用いたプラズマ
処理装置の模式的平面図である。

【図３】本発明のマイクロ波導入装置のマイクロ波導入
窓の拡大断面図である。

【図４】本発明のプラズマ処理装置のマイクロ波分散板
の位置を変えて測定したアッシングレートの均一性の変
化を示す表である。

【図５】本発明のプラズマ処理装置のマイクロ波分散板
の位置を変えて測定したアッシングレートの均一性の変
化を示すグラフである。

【図６】本発明のプラズマ処理装置のマイクロ波分散板
の位置を変えて測定したアッシングレートのマイクロ波
進行方向の分布図である。

【図７】本発明のプラズマ処理装置のマイクロ波分散板
の厚みと位置を変えて異常放電発生の有無を調べた結果
の表である。

【符号の説明】

１プラズマ処理装置２マイクロ波発振器３導波管４誘電体線路４Ａアルミニュウム板４Ｂ誘電体層５マイクロ波導入窓６反応容器７第１の誘電体板８第２の誘電体板９第３の誘電体板１０内枠部材１１外枠部材１１Ａ下面１１Ｂ上面１２Ｏリング１３反応容器割れ面１４Ｏリング１５プラズマ生成室１６試料処理室１７反応容器壁１８中空部１９プラズマ生成室壁２０試料処理室壁２１ガス供給管２２排気管２３試料台２４マイクロ波分散板２５Ｏリング溝４１マイクロ波導入装置Ｓ試料Ｘマイクロ波進行方向

フロントページの続き (72)発明者飯尾浩一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） 4K030 DA04 FA02 4K057 DA11 DA16 DA20 DD01 DE08 DE20 DM29 DM40 DN01 WM17 5F004 AA01 AA16 BA03 BB14 BD01 BD03 DA01 DA26 5F045 BB01 DP02 EB02 EJ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波供給手段から供給されたマイ
クロ波を伝送する導波管と；前記導波管に接続されマイ
クロ波を伝送する誘電体線路と；前記誘電体線路に対向
して配置され、伝送されたマイクロ波を導入するマイク
ロ波導入窓とを備え；前記マイクロ波導入窓は、誘電体を含んで形成された第１の部材と；誘電体を含ん
で形成された第２の部材と；前記第１の部材と第２の部
材との間に挟まれた導電体シートとを有することを特徴
とする；マイクロ波導入装置。
【請求項２】前記導電体シートの厚さが０．５ｍｍ以
下であることを特徴とする；請求項１に記載のマイクロ
波導入装置。
【請求項３】前記第１の部材は、マイクロ波導入側に
位置し、前記第１の部材の厚さが５ｍｍ以下であること
を特徴とする；請求項１または請求項２に記載のマイク
ロ波導入装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のマイクロ波導入装置と；前記導波管にマイクロ波を供
給するマイクロ波供給手段と；導入されたマイクロ波に
よってプラズマを生成させ、前記生成されたプラズマに
よって試料を処理する反応容器と；前記反応容器内に配
置され、前記試料を載置する試料台とを備えることを特
徴とする；プラズマ処理装置。