JP2001185543A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2001185543A
JP2001185543A JP37048399A JP37048399A JP2001185543A JP 2001185543 A JP2001185543 A JP 2001185543A JP 37048399 A JP37048399 A JP 37048399A JP 37048399 A JP37048399 A JP 37048399A JP 2001185543 A JP2001185543 A JP 2001185543A
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JP
Japan
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discharge tube
plasma
microwave
slit
waveguide
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Withdrawn
Application number
JP37048399A
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English (en)
Inventor
Takashi Miyamoto
本 高 志 宮
Yoshizo Tsugami
上 芳 三 津
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Shibaura Mechatronics Corp
Original Assignee
Shibaura Mechatronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電管の寿命を延ばすことができるプラズマ
処理装置を提供する。 【解決手段】 放電管6の内部に導入したプロセスガス
Gにマイクロ波導波管10を介してマイクロ波M.W.
を照射してプラズマP1、P2を発生させ、プラズマP
1、P2中の活性種を被処理物3の表面に供給して処理
を行うようにしたプラズマ処理装置である。放電管6に
向けてマイクロ波M.W.を放出するために、放電管6
に面する側のマイクロ波導波管10の面に、マイクロ波
導波管10の管軸方向に沿って形成されたスリット12
を有する。スリット12を部分的に覆うようにしてマイ
クロ波導波管10の内部に充填され、マイクロ波導波管
10の内部における設置位置をマイクロ波導波管10の
管軸方向に沿って変更することができる誘電体ブロック
20を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に係わり、特に、プロセスガスにマイクロ波を照射して
生成したプラズマを利用して被処理物の処理を行うプラ
ズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造用のシリコンウエーハや液晶
ディスプレイ用ガラス基板といった被処理物を処理する
ための装置として、マイクロ波プラズマを利用して被処
理物上の導電体膜、絶縁膜等を処理するプラズマ処理装
置がある。
【0003】このプラズマ処理装置の1つに、誘電体で
形成された放電管の内部にプロセスガスを導入し、マイ
クロ波導波管を介して導かれたマイクロ波を放電管の内
部のプロセスガスに照射し、放電管の内部にプラズマを
発生させるものがあり、このタイプの装置は一般にケミ
カルドライエッチング装置(以下「CDE装置」と言
う。)と呼ばれている。
【0004】このCDE装置においては、放電管の内部
にプラズマを生成することにより、プロセスガスから活
性種を生成し、この活性種を真空容器の内部に形成され
た処理室に導いて被処理物の表面に供給し、ドライエッ
チング処理やアッシング処理等の表面処理が施される。
【0005】図3は従来のCDE装置の概略構成を示し
た図であり、図3に示したようにCDE装置は、排気口
8を介して内部を真空排気できる真空容器1を備えてお
り、この真空容器1の内部には処理室2が形成され、こ
の処理室2の内部には被処理物3を載置するための載置
台4が設けられている。ここで、被処理物3は、半導体
製造用のシリコンウエーハ、液晶表示用のガラス基板等
である。
【0006】真空容器1には活性種輸送管5を介して誘
電体材料より成る放電管6が接続されており、放電管6
はプロセスガス(G)を導入するためのガス導入口7を
備え、放電管6の内部にはプラズマ発生領域9が形成さ
れている。放電管6を形成する誘電体としては、石英、
アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム等を使用する
ことができる。
【0007】放電管6には、マイクロ波(M.W.)を
放電管6の内部に供給するための断面方形のマイクロ波
導波管10が添設されている。マイクロ波導波管10に
は、マイクロ波導波管10の管軸方向に沿ってスリット
(図示せず)が形成されており、このスリットを介して
放電管6に向けてマイクロ波が放出される。なお、スリ
ットはマイクロ波導波管10のE面又はH面のいずれに
も形成することもできる。
【0008】そして、マイクロ波導波管10によって導
かれたマイクロ波は、スリットを介して放電管6の内部
のプラズマ発生領域9に向けて放出され、ガス導入口7
から放電管6の内部に導入されたプロセスガスがマイク
ロ波によって励起されてプラズマが生成される。
【0009】放電管6の内部のプラズマ発生領域9にて
プラズマが生成されると、プロセスガス中に活性種が生
成され、この活性種が活性種輸送管5を介して処理室2
内に導かれ、被処理物3の表面に到達した活性種によっ
てエッチング等の表面処理が行われる。
【0010】プロセスガスとしては、例えば被処理物表
面の薄膜のエッチングを行う場合には、酸素ガス
(O)単体、或いは酸素ガスにCF、NF、SF
等のフッ素系ガスを添加した混合ガス、又はこれらの
ガスに水素ガスを添加したガスが使用される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のプラズ
マ処理装置のように、マイクロ波導波管10に設けたス
リットから放電管6に向けてマイクロ波を照射してプラ
ズマを発生させる放電形態は、一般にスロットアンテナ
方式と呼ばれるが、このスロットアンテナ方式において
は、マイクロ波導波管10内に形成されるマイクロ波の
電磁界分布に対応した形でスリットから電磁波が照射さ
れる。このため、マイクロ波導波管10内のマイクロ波
の電磁界分布が偏っていると、放電管6の内部のプラズ
マ発生領域9に生成されるプラズマの分布も偏ってしま
う。
【0012】プラズマ発生領域9にて生成されたプラズ
マは放電管6をエッチングし、これによって放電管6は
損傷を受ける。特に、フッ素ガスを添加した混合ガスを
プロセスガスとして使用すると、放電管6が石英製の場
合には、放電管6がエッチングされて肉厚が薄くなり、
放電特性が変化し、最終的には真空状態の放電管6内部
と大気圧の放電管6外部との圧力差から生じる応力によ
って放電管6の破壊が起こってしまう恐れがあった。
【0013】そして、放電管6の内部のプラズマ発生領
域9に生成されるプラズマの分布が偏っていると、プラ
ズマ密度が濃い部分において放電管6が局所的に損耗し
てしまい、放電管6の破壊時期を早めてしまうという問
題がある。
【0014】そこで従来は、上述した問題を回避するた
めに放電管6を定期的に交換しているが、放電管6を交
換するためには一旦装置を停止させなければならず、ま
た、費用もかかるので、放電管6をなるべく長い時間に
わたって使用できるようにすることが望まれている。
【0015】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たものであって、放電管の寿命を延ばすことができるプ
ラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、誘電体で形成された放電管の内部にプロセ
スガスを導入し、前記放電管の内部の前記プロセスガス
にマイクロ波導波管を介してマイクロ波を照射してプラ
ズマを発生させ、前記プラズマ中の活性種を被処理物の
表面に供給して処理を行うようにしたプラズマ処理装置
において、前記放電管に向けてマイクロ波を放出するた
めに、前記放電管に面する側の前記マイクロ波導波管の
面に、前記マイクロ波導波管の管軸方向に沿って形成さ
れたスリットと、前記スリットを部分的に覆うようにし
て前記マイクロ波導波管の内部に充填され、前記マイク
ロ波導波管の内部における設置位置を前記マイクロ波導
波管の管軸方向に沿って変更することができる誘電体ブ
ロックと、を備えたことを特徴とする。
【0017】また、好ましくは、前記スリットに面する
側と反対側の前記誘電体ブロックの面に所定形状の凹部
を形成し、アルミニウム材料より成るアルミブロックを
前記凹部に嵌合させることにより、前記スリットに面す
る側の前記誘電体ブロックの面から前記放電管に向けて
放出されるマイクロ波の量を最適化する。
【0018】また、好ましくは、前記誘電体ブロック
は、テフロン、石英、サファイア、アルミナ、又は窒化
アルミニウムによって形成されている。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
プラズマ処理装置について図面を参照して説明する。な
お、本実施形態によるプラズマ処理装置は、図3に示し
た従来のプラズマ処理装置と同様に、スロットアンテナ
方式で生成したマイクロ波プラズマを利用したケミカル
ドライエッチング装置(CDE装置)である。以下で
は、図3に示した従来のプラズマ処理装置と同一の構成
要素には同一符号を付して説明する。
【0020】図1に示したように本実施形態によるプラ
ズマ処理装置は、排気口8を介して内部を真空排気でき
る真空容器1を備えており、この真空容器1の内部には
処理室2が形成され、この処理室2の内部には被処理物
3を載置するための載置台4が設けられている。ここ
で、被処理物3は、半導体製造用のシリコンウエーハ、
液晶表示用のガラス基板等である。
【0021】真空容器1には活性種輸送管5を介して誘
電体材料より成る放電管6が接続されており、放電管6
はプロセスガス(G)を導入するためのガス導入口7を
備え、放電管6の内部にはプラズマ発生領域9が形成さ
れている。放電管6を形成する誘電体としては、石英、
アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム等を使用する
ことができる。放電管6には、マイクロ波(M.W.)
を放電管6の内部に供給するための断面方形のマイクロ
波導波管10が添設されている。
【0022】マイクロ波導波管10のH面には、マイク
ロ波導波管10の管軸方向に沿ってスリット12が形成
されており、このスリット12を介して放電管6に向け
てマイクロ波が放出される。なお、スリットはマイクロ
波導波管10のE面に形成することもできる。
【0023】さらに、本実施形態においては、スリット
12の全長の約半分に対応する領域にわたってマイクロ
波導波管10内部に誘電体ブロック20が充填されてい
る。この誘電体ブロック20は、テフロン(四フッ化エ
チレン)、石英、サファイア、アルミナ、又は窒化アル
ミニウムによって形成されている。スリット12に面す
る側と反対側の誘電体ブロック20の面には、所定形状
の凹部21が形成されており、この凹部21には、アル
ミニウム材料より成るアルミブロック22が嵌合されて
いる。誘電体ブロック20は、アルミブロック22と一
体に移動して、マイクロ波導波管10の内部における設
置位置をマイクロ波導波管10の管軸方向に沿って変更
することができる。
【0024】誘電体ブロック20の内部を伝播するマイ
クロ波は、その一部は誘電体ブロック20の上面23か
ら放電管6に向けて放出される。ここで、誘電体ブロッ
ク20の上面23から放出されるマイクロ波の量は、誘
電体ブロック20の凹部の形状及びこの凹部21に嵌合
されたアルミブロック22によって最適化されている。
【0025】つまり、図2(a)を参照して説明すれ
ば、誘電体ブロック20の内部を伝播するマイクロ波
は、その一部が誘電体ブロック20の上面23から放電
管6に向けて放出されてプラズマP1が生成され、残り
のマイクロ波は、マイクロ波導波管10の管軸方向に沿
って誘電体ブロック20の内部を透過した後、マイクロ
波導波管10の先端側の半分のスリット12を通って放
電管6側に放出されてプラズマP2が生成される。
【0026】ここで、誘電体ブロック20の上面23か
ら放電管6に向けて放出されるマイクロ波の透過率は、
誘電体ブロック20が充填されていない部分から放電管
6に向けて放出されるマイクロ波の透過率に比べて大き
い。このため、放電管6の内部では、マイクロ波の透過
率が大きい領域で生成されたプラズマP1はその密度が
濃くなり、一方、マイクロ波の透過率が小さい領域で生
成されたプラズマP2はその密度が薄くなる。そして、
プラズマ密度の濃い領域ではエッチングによる放電管6
の損耗速度が速く、プラズマ密度が薄い領域では放電管
6の損耗速度が遅い。
【0027】そこで、本実施形態においては、誘電体ブ
ロック20をアルミブロック22と一体に、定期的に又
は常時移動させることによって、放電管6の損耗量を放
電管6全体にわたって均一化する。これにより、放電管
6の局所的な損耗を防止して、放電管6の寿命を延ばす
ことができる。
【0028】上記構成よりなる本実施形態においては、
ガス導入口7から放電管6内に供給されたプロセスガス
にマイクロ波が照射されて、放電管6の内部でプロセス
ガスがプラズマ化され、プロセスガス中に活性種が生成
される。この活性種が活性種輸送管5を経由して処理室
2内の被処理物3の表面に供給され、エッチング処理や
アッシング処理等の表面処理が施される。
【0029】プロセスガスとしては、例えば被処理物3
表面の薄膜のエッチングを行う場合には、酸素ガス(O
)単体、或いは酸素ガスにCF、NF、SF
のフッ素系ガスを添加した混合ガス、又はこれらのガス
に水素ガスを添加したガスが使用される。
【0030】以上述べたように本実施形態によるプラズ
マ処理装置によれば、マイクロ波導波管10の内部に誘
電体ブロック20を移動可能に設けたので、この誘電体
ブロック20を適宜移動させることによって、放電管6
の局所的な損耗を防止して放電管6の寿命を延ばすこと
ができる。
【0031】
【発明の効果】以上述べたように本発明によるプラズマ
処理装置によれば、マイクロ波導波管の内部に誘電体ブ
ロックを移動可能に設けたので、この誘電体ブロックを
適宜移動させることによって、放電管の局所的な損耗を
防止して放電管の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるプラズマ処理装置
の概略構成図。
【図2】図1に示したプラズマ処理装置におけるマイク
ロ波導波管と放電管との接続部を示した縦断面図であ
り、(a)は誘電体ブロックをマイクロ波導波管の基端
側に配置した図、(b)は誘電体ブロックをマイクロ波
導波管の先端側に配置した図。
【図3】従来のプラズマ処理装置の概略構成図。
【符号の説明】
1 真空容器 2 処理室 3 被処理物 4 載置台 6 放電管 9 プラズマ発生領域 10 マイクロ波導波管 12 スリット 20 誘電体ブロック 21 凹部 22 アルミブロック 23 誘電体ブロックの上面 P1、P2 プラズマ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体で形成された放電管の内部にプロセ
    スガスを導入し、前記放電管の内部の前記プロセスガス
    にマイクロ波導波管を介してマイクロ波を照射してプラ
    ズマを発生させ、前記プラズマ中の活性種を被処理物の
    表面に供給して処理を行うようにしたプラズマ処理装置
    において、 前記放電管に向けてマイクロ波を放出するために、前記
    放電管に面する側の前記マイクロ波導波管の面に、前記
    マイクロ波導波管の管軸方向に沿って形成されたスリッ
    トと、 前記スリットを部分的に覆うようにして前記マイクロ波
    導波管の内部に充填され、前記マイクロ波導波管の内部
    における設置位置を前記マイクロ波導波管の管軸方向に
    沿って変更することができる誘電体ブロックと、を備え
    たことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】前記スリットに面する側と反対側の前記誘
    電体ブロックの面に所定形状の凹部を形成し、アルミニ
    ウム材料より成るアルミブロックを前記凹部に嵌合させ
    ることにより、前記スリットに面する側の前記誘電体ブ
    ロックの面から前記放電管に向けて放出されるマイクロ
    波の量を最適化したことを特徴とする請求項1記載のプ
    ラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】前記誘電体ブロックは、テフロン、石英、
    サファイア、アルミナ、又は窒化アルミニウムによって
    形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載
    のプラズマ処理装置。
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Effective date: 20070306