JP2001244244A

JP2001244244A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2001244244A
Application number: JP2000054141A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Yamazaki; 崎智生山
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】真空容器内のプラズマ密度分布の均一化を図
り得ると共に、真空容器の内壁面のエッチングを防止し
得るプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ波電源から発生したマイクロ波
をマイクロ波導波管１によって真空容器４に向かって伝
播させる。真空容器４の側方に周設された環状の共振器
２によって、マイクロ波導波管１を伝播したマイクロ波
を共振させる。共振器２の内周壁及び真空容器４の側周
壁のいずれか一方又は両方に形成された複数の開口部３
から真空容器４の内部に向けてマイクロ波を放射する。
真空容器４の側壁の一部を構成するマイクロ波透過窓部
材５を介して、開口部３から放射されたマイクロ波を真
空容器４内に導入し、真空容器４内に環状のプラズマを
形成する。

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ェハや液晶デ
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
物のドライエッチング処理やアッシング処理等を施すプ
ラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置を利用し
たプラズマ技術による微細加工、薄膜形成等の表面処理
は、例えば半導体の高集積化にとって必要不可欠な技術
となっている。

【０００３】プラズマ処理装置にはいくつかの種類があ
り、一例としては、マイクロ波導波管により伝播させた
マイクロ波を、マイクロ波導波管に形成された開口部か
ら放射し、誘電体で形成されたマイクロ波透過窓部材を
介して真空容器の上方からその内部にマイクロ波を導入
し、真空容器内のプロセスガスにマイクロ波を照射して
プラズマを発生させ、このプラズマを利用して微細加
工、薄膜形成等の表面処理を施すものがある。

【０００４】このタイプのプラズマ処理装置は、真空容
器の内部で生成したプラズマを被処理物の表面に接触さ
せ、プラズマ中の活性種等によりドライエッチングやア
ッシング等の表面処理を施すものと、プラズマ発生領域
と処理室とを分離してプラズマからのダウンフローを被
処理物の表面に導いてドライエッチングやアッシング等
の表面処理を施すものとがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、真空容器の
上方からマイクロ波を導入する従来のプラズマ処理装置
においては、プラズマ密度が真空容器内部の中心位置で
高くなり、真空容器側壁近傍との差が大きくなる傾向が
ある。このように真空容器内のプラズマの密度分布が不
均一になると、真空容器内のステージに保持された被処
理物に対する処理の面内均一性が悪くなってしまう。ま
た、複数の被処理物を同時に処理する場合には、同時に
処理した被処理物間の処理の均一性がやはり悪くなって
しまう。

【０００６】したがって、被処理物の処理の面内均一性
や、被処理物間の処理の均一性を高めるためには、真空
容器内の中心位置と側壁近傍位置との間でのプラズマ密
度勾配を小さくすること、つまり、プラズマ密度がプラ
ズマ全体にわたって均一であることが重要である。

【０００７】また、マイクロ波透過窓部材を介して真空
容器の内部にマイクロ波を導入する際には、マイクロ波
の電界は、マイクロ波透過窓部材の表面を表面波として
伝播する。一般に、真空容器の上面に保持されたマイク
ロ波透過窓部材の周囲には、真空容器の一部を構成する
金属製の側壁が位置しており、この側壁の内面はマイク
ロ波透過窓部材の表面の方向と直交している場合が多
い。この場合、マイクロ波による電界は側壁の内面に対
して垂直方向に形成され、この電界によりプラズマ中の
荷電粒子が側壁の内面に衝突し、金属製の側壁がエッチ
ングされて真空容器内のパーティクルの発生原因となっ
てしまう。

【０００８】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、真空容器内のプラズマ密度分布の均一
化を図り得ると共に、真空容器の内壁面のエッチングを
防止し得るプラズマ処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【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、真空容器内のプロセスガスにマイクロ波を
照射してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して
被処理物を処理するようにしたプラズマ処理装置におい
て、マイクロ波電源から発生したマイクロ波を前記真空
容器に向かって伝播させるマイクロ波導波管と、前記真
空容器の側方に周設され、前記マイクロ波導波管を伝播
したマイクロ波を共振させる環状の共振器と、前記共振
器の内周壁及び前記真空容器の側周壁のいずれか一方又
は両方に形成された複数の開口部であって、前記共振器
から前記真空容器の内部に向けてマイクロ波を放射して
環状のプラズマを形成するための複数の開口部と、前記
真空容器の側壁の一部を構成すると共に、前記開口部か
ら放射されたマイクロ波が透過するマイクロ波透過窓部
材と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】また、好ましくは、前記複数の開口部は、
前記真空容器の中心軸心周りに等角度間隔にて配置され
ている。

【００１１】また、好ましくは、前記マイクロ波透過窓
部材は、前記複数の開口部のそれぞれに対応して配置さ
れた複数の窓部材片から成る。

【００１２】また、好ましくは、前記開口部はスロット
アンテナ構造である。

【００１３】また、好ましくは、前記環状の共振器は円
形状を成している。

【００１４】また、好ましくは、前記環状の共振器は多
角形状を成している。

【００１５】また、好ましくは、前記真空容器の内部に
磁場を形成するための磁場形成手段をさらに有する。

【００１６】また、好ましくは、前記真空容器の内部で
被処理物を保持するステージをさらに有し、前記ステー
ジに高周波電力を印加するようにする。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は本実施形態によるプラズマ処理装置
の横断面図であり、図２は図１のａ−ａ’線に沿った縦
断面図である。このプラズマ処理装置は、被処理物を処
理するための処理室７が内部に形成された真空容器４
と、マイクロ波電源（図示せず）から発生したマイクロ
波を真空容器４に向かって伝播させるマイクロ波導波管
１と、真空容器４の側方に周設され、マイクロ波導波管
１を伝播したマイクロ波を共振させる円環状の共振器２
と、を備えている。

【００１９】ここで、共振器２の中心を通る円周の長さ
（ｂ−ｂ’）は、共振器２内のマイクロ波の波長の整数
倍であることが望ましい。例えば、マイクロ波周波数が
２．４５ＧＨｚの場合、マイクロ波導波管１及び共振器
２の断面寸法を９６×２７ｍｍとしたときの管内波長は
約１５９ｍｍとなる。そして、本実施形態では真空容器
４の処理室７が六角形であるから、共振器中心長さ（ｂ
−ｂ’）の最適値は、約１５９ｍｍ×６波長＝約９５４
ｍｍとなる。

【００２０】共振器２の内周壁及び真空容器４の側周壁
には、共振器２から真空容器４の内部に向けてマイクロ
波を放射するための複数の開口部３が形成されている。
これらの開口部３は、共振器２内でのマイクロ波の定在
波が節となる部分に形成することが望ましく、本実施形
態では、真空容器４の中心軸線周りに等角度間隔にて配
置されている。開口部３はスロットアンテナ構造であ
り、真空容器４の中心軸心方向に沿って細長状に形成さ
れている。

【００２１】なお、本実施形態においては共振器２の内
周壁及び真空容器４の側周壁の両方に同形同大の開口部
３を形成してこれらを位置合わせするようにしたが、変
形例としては、共振器２の内周壁及び真空容器４の側周
壁のいずれか一方にのみ開口部３を形成し、いずれか他
方にこの開口部３よりも大きな開口を形成してもよい。

【００２２】スロットアンテナである開口部３の長さ
は、共振器２内のマイクロ波の波長の１／２以上、例え
ば８０ｍｍ以上であることが必要であり、開口部３の間
隔は、波長の１／２であることが望ましい。例えば、開
口部３の長さを８０ｍｍとして、マイクロ波の電界強度
にもよるが開口部３の幅を２０ｍｍ以下にすれば良い。
開口部３同士の間隔は、１波長分で約１５９ｍｍであ
る。

【００２３】このプラズマ処理装置はさらに、真空容器
４の側壁の一部を構成すると共に開口部３から放射され
たマイクロ波が透過するマイクロ波透過窓部材５を備え
ており、このマイクロ波透過窓部材５は、複数の開口部
３のそれぞれに対応して配置された複数の窓部材片５ａ
から構成されている。マイクロ波透過窓部材５の各窓部
材片５ａの寸法としては、厚さは真空に耐え得る値と
し、縦寸法は開口部３の長さ以上の値とし、横寸法は開
口部３の幅以上の値であれば良い。

【００２４】また、図２に示したように真空容器４の天
板の上面には、真空容器４の中心軸心周りに複数の永久
磁石（磁場形成手段）６が配置されており、これらの永
久磁石６によって真空容器４の内部に磁場が形成され
る。より具体的には、複数の永久磁石６によって、開口
部３から放射されたマイクロ波の表面波が伝播している
領域に所望の磁束密度の磁場が形成される。図３は本実
施形態における複数の永久磁石６の配置を示している。
なお、永久磁石６の配置は図３に示した構成に限られる
ものではなく、例えば図４に示したような配置とするこ
ともできる。

【００２５】真空容器４の内部には、被処理物９を保持
するためのステージ１０が設置されており、このステー
ジ１０には高周波電源１１が接続されている。また、真
空容器４の天板にはガス導入口８が形成されている。本
実施形態では真空容器４の天板の中心にガス導入口８を
形成しているが、他の位置に形成することもできる。

【００２６】そして、このプラズマ処理装置において
は、マイクロ波電源から発生したマイクロ波がマイクロ
波導波管１内を伝播し、さらに環状の共振器２へと伝播
してこの共振器２内で定在波が形成され、マイクロ波が
共振する。

【００２７】共振器２で共振したマイクロ波は、共振器
２の内周壁及び真空容器４の側周壁に形成された複数の
開口部３から放射され、マイクロ波透過窓部材５を透過
して真空容器４内に導入される。真空容器４内にマイク
ロ波が導入されると、ガス導入口８から真空容器４内に
導入されたプロセスガスＧがマイクロ波の強電界によっ
て励起され、プラズマが生成される。

【００２８】一般に、ガスの密度が低い低圧雰囲気の下
では放電が起こりにくいが、本実施形態においては真空
容器４の天板の上面に設置された複数の永久磁石６によ
って真空容器４内に磁場が形成されているので、真空容
器４内の電子がエレクトロンサイクロトロン運動を起こ
し、これにより放電が起こりやすくなっている。例え
ば、マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚの場合には８７
５ガウス程度の磁場を形成すれば良い。

【００２９】そして、本実施形態においては、真空容器
４の側方に位置する複数の開口部３からマイクロ波を放
射しているので、処理室７の内部には、真空容器４の中
心軸心周りに環状のプラズマが生成される。被処理物９
の上方に前記の如く環状のプラズマが生成されると、こ
のプラズマによってステージ１０上の被処理物９の表面
が処理される。また、高周波電源１１によりステージ１
０に高周波電力を印加することにより、プラズマ中のイ
オンに指向性が付与され、これにより被処理物９の異方
性加工を行うことができる。なお、真空容器４内のガス
は排気口（図示せず）を介して排気されている。

【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、処理室７の内部に環状のプラズマ
が形成されるので、被処理物９の表面近傍におけるプラ
ズマ密度分布の均一性が良くなり、被処理物９の処理の
面内均一性が向上する。また、複数の被処理物９を同時
に処理する場合にも、各被処理物９の面内均一性及び被
処理物９同士の処理の均一性が向上する。

【００３１】また、本実施形態においては、マイクロ波
透過窓部材５の各窓部材片５ａの側方には壁面が存在し
ないので、マイクロ波電界により加速された荷電粒子の
壁面への衝突確率が激減し、衝突に伴うパーティクルの
発生が大幅に抑制される。

【００３２】また、本実施形態においては、マイクロ波
透過窓部材５を複数の窓部材片５ａによって形成したの
で、マイクロ波透過窓部材５の総面積が低減され、誘電
体材料の必要量を削減することができる。さらに、各窓
部材片５ａは平板状の誘電体で構成することができるの
で誘電体材料の加工が容易となる。

【００３３】本実施形態の一変形例としては、図５に示
したように共振器２を真空容器４の形状に合わせて六角
形状に形成することもできる。このように共振器２を六
角形状とした場合も、図１に示した上記実施形態の場合
と同様に、共振器中心長さの最適値は波長の６倍の約９
５４ｍｍである。

【００３４】

【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、真空容器の内部に環状のプラズマが
形成されるので、被処理物の表面近傍におけるプラズマ
密度分布の均一性が良くなり、被処理物の処理の面内均
一性が向上する。また、複数の被処理物を同時に処理す
る場合にも、各被処理物の面内均一性及び被処理物同士
の処理の均一性が向上する。

【００３５】また、マイクロ波透過窓部材の側方には壁
面が存在しないので、マイクロ波電界により加速された
荷電粒子の壁面への衝突確率が激減し、衝突に伴うパー
ティクルの発生が大幅に抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の
概略構成を示した横断面図。

【図２】図１のａ−ａ’線に沿った縦断面図。

【図３】本発明の一実施形態によるプラズマ処理装置の
複数の永久磁石の配置を説明するための斜視図。

【図４】複数の永久磁石の他の配置例を説明するための
斜視図。

【図５】本発明の一実施形態の一変形例によるプラズマ
処理装置の横断面図。

【符号の説明】

１マイクロ波導波管２共振器３開口部（スロットアンテナ）４真空容器５マイクロ波透過窓部材５ａ窓部材片６永久磁石７処理室８ガス導入口９被処理物１０ステージ１１高周波電源

フロントページの続きＦターム(参考） 4G075 AA24 BC06 CA25 CA26 CA42 CA47 CA65 DA02 EB01 EB41 EC25 4K030 FA01 GA02 HA06 KA20 KA30 KA34 KA45 5F004 AA01 BA14 BA16 BA20 BB07 BB11 BB14 BB18 BC08 5F045 AA08 BB02 DP03 DQ10 EH02 EH03 EH16 EH17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内のプロセスガスにマイクロ波を
照射してプラズマを発生させ、このプラズマを利用して
被処理物を処理するようにしたプラズマ処理装置におい
て、マイクロ波電源から発生したマイクロ波を前記真空容器
に向かって伝播させるマイクロ波導波管と、前記真空容器の側方に周設され、前記マイクロ波導波管
を伝播したマイクロ波を共振させる環状の共振器と、前記共振器の内周壁及び前記真空容器の側周壁のいずれ
か一方又は両方に形成された複数の開口部であって、前
記共振器から前記真空容器の内部に向けてマイクロ波を
放射して環状のプラズマを形成するための複数の開口部
と、前記真空容器の側壁の一部を構成すると共に、前記開口
部から放射されたマイクロ波が透過するマイクロ波透過
窓部材と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項２】前記複数の開口部は、前記真空容器の中心
軸心周りに等角度間隔にて配置されていることを特徴と
する請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記マイクロ波透過窓部材は、前記複数の
開口部のそれぞれに対応して配置された複数の窓部材片
から成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。
【請求項４】前記開口部はスロットアンテナ構造である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載
のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記環状の共振器は円形状を成しているこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
プラズマ処理装置。
【請求項６】前記環状の共振器は多角形状を成している
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載
のプラズマ処理装置。
【請求項７】前記真空容器の内部に磁場を形成するため
の磁場形成手段をさらに有することを特徴とする請求項
１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】前記真空容器の内部で被処理物を保持する
ステージをさらに有し、前記ステージに高周波電力を印
加するようにしたことを特徴とする請求項１乃至７のい
ずれか一項に記載のプラズマ処理装置。