JP2002176042A - プラズマプロセス装置に於けるマイクロ波導入装置 - Google Patents
プラズマプロセス装置に於けるマイクロ波導入装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】耐力性があり、誘電損失が少なく、プラズマプ
ロセス装置に大電力密度のマイクロ波を導入して信頼
性、安定性の高い高効率のプロセスを行うに適したマイ
クロ波導入装置を提供する。 【解決手段】処理されるべき基板５を備えた真空処理室
１内へ放電ガスのプラズマ７を生成するためのマイクロ
波を導入する誘電体製のマイクロ波導入窓６を、複数枚
の誘電体板を介して構成する。該誘電体板のうち、マイ
クロ波の導入側の誘電体板６ａをアルミナで形成し、そ
の導出側の誘電体板６ｂを窒化アルミニウムで形成す
る。
ロセス装置に大電力密度のマイクロ波を導入して信頼
性、安定性の高い高効率のプロセスを行うに適したマイ
クロ波導入装置を提供する。 【解決手段】処理されるべき基板５を備えた真空処理室
１内へ放電ガスのプラズマ７を生成するためのマイクロ
波を導入する誘電体製のマイクロ波導入窓６を、複数枚
の誘電体板を介して構成する。該誘電体板のうち、マイ
クロ波の導入側の誘電体板６ａをアルミナで形成し、そ
の導出側の誘電体板６ｂを窒化アルミニウムで形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、成膜、エッチン
グ、膜組成の改質・改善やアッシングなどを行うプラズ
マプロセス装置へ大電力密度のマイクロ波を導入するマ
イクロ波導入装置に関する。
グ、膜組成の改質・改善やアッシングなどを行うプラズ
マプロセス装置へ大電力密度のマイクロ波を導入するマ
イクロ波導入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、半導体ＬＳＩにおけるデバイスの
微細化、ウエーハの大口径化に伴い、ウエーハの微細加
工は枚葉処理が主流になっている。その処理のうち、Ｃ
ＶＤやエッチングのプラズマプロセスでは、ＤＣや高周
波励起のプラズマ源が用いられている。また、マイクロ
波を用いたプラズマ源では、ＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）が用いられている。
微細化、ウエーハの大口径化に伴い、ウエーハの微細加
工は枚葉処理が主流になっている。その処理のうち、Ｃ
ＶＤやエッチングのプラズマプロセスでは、ＤＣや高周
波励起のプラズマ源が用いられている。また、マイクロ
波を用いたプラズマ源では、ＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）が用いられている。
【０００３】しかし、これら高周波やＥＣＲでの励起に
より高密度のプラズマを生成するには、磁場の印加が必
要であり、磁場を印加しても大口径で均一な密度のプラ
ズマを形成することは困難である。また、これらの場
合、プラズマ電位が２０ｅＶと高いためにチャンバ壁を
スパッタリングして金属汚染が発生したり、フローティ
ング基板に対するイオン照射エネルギーも１０ｅＶ以上
と高いために基板にダメージを与えるという問題があっ
た。
より高密度のプラズマを生成するには、磁場の印加が必
要であり、磁場を印加しても大口径で均一な密度のプラ
ズマを形成することは困難である。また、これらの場
合、プラズマ電位が２０ｅＶと高いためにチャンバ壁を
スパッタリングして金属汚染が発生したり、フローティ
ング基板に対するイオン照射エネルギーも１０ｅＶ以上
と高いために基板にダメージを与えるという問題があっ
た。
【０００４】この問題を解消するため、ラジアルライン
スロットアンテナなどのアンテナを用いてスリットから
マイクロ波を誘電体を介して真空中へ放射し、強いマイ
クロ波電界を作り出すことによってプラズマを生成する
方式が提案されている。
スロットアンテナなどのアンテナを用いてスリットから
マイクロ波を誘電体を介して真空中へ放射し、強いマイ
クロ波電界を作り出すことによってプラズマを生成する
方式が提案されている。
【０００５】この方式では、アンテナのスロットパター
ンによりマイクロ波を均一に放射することで、大口径で
均一なプラズマが生成できるといわれている。また、周
波数が高いため、低温且つ高密度のプラズマを生成する
ことができ、高速で良質なプロセスが実現できるといわ
れている。
ンによりマイクロ波を均一に放射することで、大口径で
均一なプラズマが生成できるといわれている。また、周
波数が高いため、低温且つ高密度のプラズマを生成する
ことができ、高速で良質なプロセスが実現できるといわ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この大
口径・低温・高密度プラズマの実現のためには、マイク
ロ波の導入窓を構成する誘電体板の誘電損失、熱伝導
率、破壊強度が重要な条件になり、安定したプロセスに
必要なこれらの条件を全て満足する材料は現在のところ
見つかっていない。
口径・低温・高密度プラズマの実現のためには、マイク
ロ波の導入窓を構成する誘電体板の誘電損失、熱伝導
率、破壊強度が重要な条件になり、安定したプロセスに
必要なこれらの条件を全て満足する材料は現在のところ
見つかっていない。
【０００７】マイクロ波導入窓の誘電体板によく使われ
るアルミナ、窒化アルミ、石英の物性値（代表値）は表
１の通りである。
るアルミナ、窒化アルミ、石英の物性値（代表値）は表
１の通りである。
【０００８】 プラズマの生成が起こる面ではマイクロ波の電界強度が
最大になるように誘電体の厚さを決定するのが好まし
い。その厚さは、それぞれの誘電体における管内波長を
λｇとすると、おおよそ｛（２ｎ＋１）／４｝×λｇ
（ｎ＝０、１、２、…）程度が良いとされているが、
耐真空強度の面から、それぞれ３／４λｇ程度が実際的
であると考えられる。２枚の誘電体板を用いる場合、そ
の重なり合っている境界面で放電が起こりにくいよう
に、マイクロ波導入側１／２λｇ、プラズマ生成面側が
１／４λｇとなるようにするのが好ましいとされてい
る。
最大になるように誘電体の厚さを決定するのが好まし
い。その厚さは、それぞれの誘電体における管内波長を
λｇとすると、おおよそ｛（２ｎ＋１）／４｝×λｇ
（ｎ＝０、１、２、…）程度が良いとされているが、
耐真空強度の面から、それぞれ３／４λｇ程度が実際的
であると考えられる。２枚の誘電体板を用いる場合、そ
の重なり合っている境界面で放電が起こりにくいよう
に、マイクロ波導入側１／２λｇ、プラズマ生成面側が
１／４λｇとなるようにするのが好ましいとされてい
る。
【０００９】また、投入電力がプラズマ生成に寄与する
効率は、誘電体板の厚さと誘電損失の値によって変化す
る。その誘電体中で損失する割合は、 （厚さｔ［ｍｍ］）×（誘電損失の値）＝Ａ によって変化し、例えばＡｒ雰囲気で圧力が１３３Ｐａ
のプラズマを生成した場合、損失を数％以下にするため
に、好ましくはＡの値が３０×１０-3程度以下になるよ
うにしなければならない。このため、窒化アルミを単体
でマイクロ波の導入窓に使うと損失が大きくなり、安定
なプロセスが困難になる。
効率は、誘電体板の厚さと誘電損失の値によって変化す
る。その誘電体中で損失する割合は、 （厚さｔ［ｍｍ］）×（誘電損失の値）＝Ａ によって変化し、例えばＡｒ雰囲気で圧力が１３３Ｐａ
のプラズマを生成した場合、損失を数％以下にするため
に、好ましくはＡの値が３０×１０-3程度以下になるよ
うにしなければならない。このため、窒化アルミを単体
でマイクロ波の導入窓に使うと損失が大きくなり、安定
なプロセスが困難になる。
【００１０】さらに誘電体は、マイクロ波による加熱、
プラズマから受ける熱量、対向する電極がホットプレー
トの場合はそこからの輻射によって、プロセスを行うた
びに温められて誘電損失が変化する。熱伝導の悪い石英
の場合、特に中心部で温度上昇が激しく、温度変化によ
り誘電損失の値が変化するので、同じ導入電力でもプラ
ズマ生成効率が変化してしまい、温度が安定するまでプ
ロセスも安定しないという結果になる。
プラズマから受ける熱量、対向する電極がホットプレー
トの場合はそこからの輻射によって、プロセスを行うた
びに温められて誘電損失が変化する。熱伝導の悪い石英
の場合、特に中心部で温度上昇が激しく、温度変化によ
り誘電損失の値が変化するので、同じ導入電力でもプラ
ズマ生成効率が変化してしまい、温度が安定するまでプ
ロセスも安定しないという結果になる。
【００１１】アルミナの場合には、線膨張係数が石英に
比べ一桁ほど大きいため、石英ほどの温度分布に差がな
くても熱歪みによる破壊の危険性がある。例えば、厚さ
２０ｍｍ、直径３６０ｍｍのアルミナにおいて、その中
央部と端部で１５０℃の温度差がある場合、熱歪みによ
り破断に至る安全率は略々２以下になってしまうため、
大口径のアルミナをマイクロ波の導入窓に単体で使うこ
とは出来ない。
比べ一桁ほど大きいため、石英ほどの温度分布に差がな
くても熱歪みによる破壊の危険性がある。例えば、厚さ
２０ｍｍ、直径３６０ｍｍのアルミナにおいて、その中
央部と端部で１５０℃の温度差がある場合、熱歪みによ
り破断に至る安全率は略々２以下になってしまうため、
大口径のアルミナをマイクロ波の導入窓に単体で使うこ
とは出来ない。
【００１２】本発明は、耐力性があり、誘電損失が少な
く、プラズマプロセス装置に大電力密度のマイクロ波を
導入して信頼性、安定性の高い高効率のプロセスを行う
に適したマイクロ波導入装置を提供することを目的とす
るものである。
く、プラズマプロセス装置に大電力密度のマイクロ波を
導入して信頼性、安定性の高い高効率のプロセスを行う
に適したマイクロ波導入装置を提供することを目的とす
るものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記の目的
を達成するため、真空排気手段に接続された真空排気口
と、放電ガスの導入口と、処理されるべき基板とを備え
た真空処理室内へ該放電ガスのプラズマを生成するため
のマイクロ波を導入する誘電体製のマイクロ波導入窓を
設けたプラズマプロセス装置に於いて、該マイクロ波導
入窓を複数枚の誘電体板を介して構成した。該複数枚の
誘電体板を、同材質または別材質の２枚以上の誘電体板
で構成することが可能であり、マイクロ波の導入側の誘
電体板をアルミナで形成し、その導出側の誘電体板を窒
化アルミニウムで形成することが好ましい。請求項４及
び５の構成とすることで本発明の目的が的確に達成でき
る。
を達成するため、真空排気手段に接続された真空排気口
と、放電ガスの導入口と、処理されるべき基板とを備え
た真空処理室内へ該放電ガスのプラズマを生成するため
のマイクロ波を導入する誘電体製のマイクロ波導入窓を
設けたプラズマプロセス装置に於いて、該マイクロ波導
入窓を複数枚の誘電体板を介して構成した。該複数枚の
誘電体板を、同材質または別材質の２枚以上の誘電体板
で構成することが可能であり、マイクロ波の導入側の誘
電体板をアルミナで形成し、その導出側の誘電体板を窒
化アルミニウムで形成することが好ましい。請求項４及
び５の構成とすることで本発明の目的が的確に達成でき
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】図面に基づき本発明の実施の形態
を説明すると、図１は、ラジアルラインスロットアンテ
ナを用いた半導体基板用マイクロ波プラズマプロセス装
置に本発明を適用した例を示し、この例ではマイクロ波
の導入窓を二種類の性質の異なる誘電体で構成した。
を説明すると、図１は、ラジアルラインスロットアンテ
ナを用いた半導体基板用マイクロ波プラズマプロセス装
置に本発明を適用した例を示し、この例ではマイクロ波
の導入窓を二種類の性質の異なる誘電体で構成した。
【００１５】同図に於いて、符号１は、真空ポンプの真
空排気手段２に接続された真空排気口３と、Ａｒガスな
どの放電ガスの導入口４、及び内部にシリコンなどのプ
ラズマ処理されるべき基板５を備えた真空処理室で、こ
の真空処理室１内へマイクロ波を導入するための誘電体
製のマイクロ波導入窓６が設けられ、導入したマイクロ
波の電界により放電ガスのプラズマ７が基板５の前方に
生成されて該基板５にエッチングや成膜などのプラズマ
処理が施される。
空排気手段２に接続された真空排気口３と、Ａｒガスな
どの放電ガスの導入口４、及び内部にシリコンなどのプ
ラズマ処理されるべき基板５を備えた真空処理室で、こ
の真空処理室１内へマイクロ波を導入するための誘電体
製のマイクロ波導入窓６が設けられ、導入したマイクロ
波の電界により放電ガスのプラズマ７が基板５の前方に
生成されて該基板５にエッチングや成膜などのプラズマ
処理が施される。
【００１６】マイクロ波は、例えば２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を発振するマグネトロン８からアイソレータ９
及び４Ｅチューナー１０を備えた導波管１１を介して伝
播され、同軸導波変換器およびアンテナ１２で導かれて
スロット１３によりマイクロ波導入窓６に向けて放射さ
れる。該マイクロ波導入窓６は、マイクロ波を透過する
２枚の誘電体板６ａ、６ｂで構成され、その一方の誘電
体板６ａは真空処理室１内の真空を保つように作用し、
もう一方の誘電体板６ｂはプラズマやホットプレートか
らの熱を受けて均熱化するように作用する。該基板５は
基板電極１４に載置され、該基板電極１４には必要に応
じて高周波電源１５からインピーダンス調整をとるため
の整合器１６を介して高周波が印加される。
イクロ波を発振するマグネトロン８からアイソレータ９
及び４Ｅチューナー１０を備えた導波管１１を介して伝
播され、同軸導波変換器およびアンテナ１２で導かれて
スロット１３によりマイクロ波導入窓６に向けて放射さ
れる。該マイクロ波導入窓６は、マイクロ波を透過する
２枚の誘電体板６ａ、６ｂで構成され、その一方の誘電
体板６ａは真空処理室１内の真空を保つように作用し、
もう一方の誘電体板６ｂはプラズマやホットプレートか
らの熱を受けて均熱化するように作用する。該基板５は
基板電極１４に載置され、該基板電極１４には必要に応
じて高周波電源１５からインピーダンス調整をとるため
の整合器１６を介して高周波が印加される。
【００１７】図示の装置は、ガス導入口４から放電ガス
を供給し、真空排気手段２により原料および反応副生成
ガスを排気して真空処理室１内を減圧したのち、マグネ
トロン８で発振、増幅されたマイクロ波が４Ｅチューナ
ー１０を通してアンテナ１２に導入され、スロット１３
から放射される。このとき反射波は４Ｅチューナー１０
によって真空処理室１内の方向へ戻されるが、調整しき
れない反射波はアイソレータ９で吸収され、マグネトロ
ン８に戻ることはない。そして、スロット１３から放射
されたマイクロ波は、誘電体板６ａ、６ｂを透過して真
空雰囲気の真空処理室１内へ導入され、このマイクロ波
が作る電磁界によって該真空処理室１内にプラズマ７が
形成される。
を供給し、真空排気手段２により原料および反応副生成
ガスを排気して真空処理室１内を減圧したのち、マグネ
トロン８で発振、増幅されたマイクロ波が４Ｅチューナ
ー１０を通してアンテナ１２に導入され、スロット１３
から放射される。このとき反射波は４Ｅチューナー１０
によって真空処理室１内の方向へ戻されるが、調整しき
れない反射波はアイソレータ９で吸収され、マグネトロ
ン８に戻ることはない。そして、スロット１３から放射
されたマイクロ波は、誘電体板６ａ、６ｂを透過して真
空雰囲気の真空処理室１内へ導入され、このマイクロ波
が作る電磁界によって該真空処理室１内にプラズマ７が
形成される。
【００１８】プラズマ７が、導入側の誘電体板６ａの近
傍でマイクロ波のカットオフ密度を超えると、マイクロ
波の侵入長は数ｍｍとなってプラズマ中の数ミリの範囲
で一部のエネルギーをプラズマ７へ伝達して残りは反射
される。こうして生成されたプラズマ７は、スロット１
３のパターンによっては平面で均一に調整することがで
き、さらに拡散によって均一化されたプラズマが基板５
に到達してこれに所望のプラズマ処理を施すことができ
る。
傍でマイクロ波のカットオフ密度を超えると、マイクロ
波の侵入長は数ｍｍとなってプラズマ中の数ミリの範囲
で一部のエネルギーをプラズマ７へ伝達して残りは反射
される。こうして生成されたプラズマ７は、スロット１
３のパターンによっては平面で均一に調整することがで
き、さらに拡散によって均一化されたプラズマが基板５
に到達してこれに所望のプラズマ処理を施すことができ
る。
【００１９】大電流のマイクロ波を透過させるため、マ
イクロ波導入側の誘電体板６ａには、熱伝導が比較的悪
く熱歪みにも弱いが誘電損失が小さな厚さ１８ｍｍの高
純度のアルミナを用いた。また、直接プラズマに曝され
て熱を受けるマイクロ波の導出側の誘電体板６ｂには、
熱伝導の良い厚さ４ｍｍの窒化アルミを用いた。尚、誘
電体板６ａ、６ｂ間には、厳密には多少の真空空間が存
在するが、これの厚さは誘電体板に比べて薄く誘電損失
の割合も小さいので無視することが出来る。
イクロ波導入側の誘電体板６ａには、熱伝導が比較的悪
く熱歪みにも弱いが誘電損失が小さな厚さ１８ｍｍの高
純度のアルミナを用いた。また、直接プラズマに曝され
て熱を受けるマイクロ波の導出側の誘電体板６ｂには、
熱伝導の良い厚さ４ｍｍの窒化アルミを用いた。尚、誘
電体板６ａ、６ｂ間には、厳密には多少の真空空間が存
在するが、これの厚さは誘電体板に比べて薄く誘電損失
の割合も小さいので無視することが出来る。
【００２０】この構成において、前記損失の指標である
Ａの値を求めると、Ａ＝｛１８×（３．０×１０-4）｝
＋｛４×（３．５×１０-3）｝＝１９．４×１０-3＜３
０×１０-3となり、全投入電力のプラズマ励起に使われ
る電力に対する誘電損失による電力ロスの割合を、数％
に抑えることができることが分かる。
Ａの値を求めると、Ａ＝｛１８×（３．０×１０-4）｝
＋｛４×（３．５×１０-3）｝＝１９．４×１０-3＜３
０×１０-3となり、全投入電力のプラズマ励起に使われ
る電力に対する誘電損失による電力ロスの割合を、数％
に抑えることができることが分かる。
【００２１】また、熱伝導および熱歪みについては、窒
化アルミはアルミナに比べ略々１０倍の熱伝導率である
ため、全体として均熱性が上がる。さらに窒化アルミ
は、４ｍｍと薄いため、熱歪みに対して耐力が増すほ
か、シール部がないため自由度が上がり、破断の危険性
は殆ど無い。誘電体板の枚数は、誘電損失が許容される
ならば３枚以上でもよい。
化アルミはアルミナに比べ略々１０倍の熱伝導率である
ため、全体として均熱性が上がる。さらに窒化アルミ
は、４ｍｍと薄いため、熱歪みに対して耐力が増すほ
か、シール部がないため自由度が上がり、破断の危険性
は殆ど無い。誘電体板の枚数は、誘電損失が許容される
ならば３枚以上でもよい。
【００２２】以下に本発明の装置によって、Ａｒプラズ
マを真空処理室１内に形成した直後の各誘電体板の外周
および中心温度について測定した二つの具体的実施例に
ついて説明する。
マを真空処理室１内に形成した直後の各誘電体板の外周
および中心温度について測定した二つの具体的実施例に
ついて説明する。
【００２３】［実施例１］マイクロ波導入窓６を二種類
の誘電体板６ａ、６ｂで構成し、マグネトロン８からマ
イクロ波を出力してプラズマを生成する下記の条件に於
いて、放電直後の誘電体板６ａの上面の温度を接触温度
計により測定した。誘電体板６ａには、直径３８０ｍ
ｍ、厚さ１８ｍｍのアルミナ（誘電率１０．２、２．４
５ＧＨｚ時の誘電損失２．５×１０-4）を用い、誘電体
板６ｂには、直径３６０ｍｍ、厚さ４ｍｍの窒化アルミ
（誘電率８．８、２．４５ＧＨｚ時の誘電損失３．５×
１０-3）を用い、誘電体板６ａと６ｂの間での放電を防
止するため、両者の隙間が０．５ｍｍ以下となるように
設置した。マイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚで出力は
１．５ｋＷ（約１．５Ｗ／ｃｍ2）、ホットプレート温
度は３００℃に維持されており、基板電極１４上にある
シリコンの基板５に高周波バイアスは印加されておら
ず、基板５と誘電体板６ｂの下面までの距離は４０ｍｍ
とした。プラズマ励起用の放電ガスとしてＡｒを３．４
Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃ供給し、圧力を１３３Ｐａに維持し
て３０分間放電を行ったのち、アンテナ１２を取り外し
誘電体板６ａの中心部と外周から内側に１０ｍｍの位置
の温度を熱電対により測定した。また、すべてを常温に
戻して誘電体板６ｂを取り外し、基板５と誘電体板６ａ
の下面までの距離を４４ｍｍとした後、前記条件と全く
同じ条件で放電を行い、誘電体板６ａの温度を測定し
た。
の誘電体板６ａ、６ｂで構成し、マグネトロン８からマ
イクロ波を出力してプラズマを生成する下記の条件に於
いて、放電直後の誘電体板６ａの上面の温度を接触温度
計により測定した。誘電体板６ａには、直径３８０ｍ
ｍ、厚さ１８ｍｍのアルミナ（誘電率１０．２、２．４
５ＧＨｚ時の誘電損失２．５×１０-4）を用い、誘電体
板６ｂには、直径３６０ｍｍ、厚さ４ｍｍの窒化アルミ
（誘電率８．８、２．４５ＧＨｚ時の誘電損失３．５×
１０-3）を用い、誘電体板６ａと６ｂの間での放電を防
止するため、両者の隙間が０．５ｍｍ以下となるように
設置した。マイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚで出力は
１．５ｋＷ（約１．５Ｗ／ｃｍ2）、ホットプレート温
度は３００℃に維持されており、基板電極１４上にある
シリコンの基板５に高周波バイアスは印加されておら
ず、基板５と誘電体板６ｂの下面までの距離は４０ｍｍ
とした。プラズマ励起用の放電ガスとしてＡｒを３．４
Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃ供給し、圧力を１３３Ｐａに維持し
て３０分間放電を行ったのち、アンテナ１２を取り外し
誘電体板６ａの中心部と外周から内側に１０ｍｍの位置
の温度を熱電対により測定した。また、すべてを常温に
戻して誘電体板６ｂを取り外し、基板５と誘電体板６ａ
の下面までの距離を４４ｍｍとした後、前記条件と全く
同じ条件で放電を行い、誘電体板６ａの温度を測定し
た。
【００２４】その結果、誘電体板６ｂがある時は、誘電
体板６ａの中心温度は１２０℃、外周温度は８３℃であ
った。一方、誘電体板６ｂを取り除いた場合、中心温度
は１６８℃、外周温度が９３℃という結果になった。以
上から、両者の中心と外周の温度差は、誘電体板６ｂが
有るときは３７℃、無しのときは７５℃になり、誘電体
板６ｂを設けることによって、誘電体板６ａの均熱性が
良くなっていることが分かる。また、誘電体板６ｂがあ
る場合の方が、絶対温度が低いことから、最高到達温度
も低く抑えられていることが分かる。
体板６ａの中心温度は１２０℃、外周温度は８３℃であ
った。一方、誘電体板６ｂを取り除いた場合、中心温度
は１６８℃、外周温度が９３℃という結果になった。以
上から、両者の中心と外周の温度差は、誘電体板６ｂが
有るときは３７℃、無しのときは７５℃になり、誘電体
板６ｂを設けることによって、誘電体板６ａの均熱性が
良くなっていることが分かる。また、誘電体板６ｂがあ
る場合の方が、絶対温度が低いことから、最高到達温度
も低く抑えられていることが分かる。
【００２５】以上述べた圧力は一例であり、プロセス条
件により５Ｐａから１０００Ｐａの範囲において同様の
効果を得ることができる。誘電体板６ｂの下面と基板５
の距離は、温度分布の均一性とプラズマ密度との関係に
より３０ｍｍから１２０ｍｍの範囲とすることが好まし
い。また、投入するマイクロ波の周波数は、高密度なプ
ラズマを生成するために２ＧＨｚから１０ＧＨｚの範囲
内にあり、誘電体板の直下のプラズマ密度がマイクロ波
のカットオフ密度に達するように、投入電力は誘電体板
下面の面積に対して、好ましくは１Ｗ／ｃｍ2から５Ｗ
／ｃｍ2の範囲でプロセスを行うのがよい。基板の支持
ステージ温度は、エッチングや成膜のプロセスによって
異なるため、−４０℃から６００℃の範囲内とする。プ
ロセスガスは、プロセスによって一種類以上のガスをプ
ロセス中に少なくとも合計８．５×１０-2Ｐａ・ｍ3／
ｓｅｃ以上導入されており、成膜する対象となる基板５
は、半導体基板に限らず、ＡｌＴｉＣ基板、プラスチッ
ク基板、ガラス基板など制限なく使用できる。誘電体板
に関しても、アルミナや窒化アルミに限らず、石英や窒
化シリコンなどマイクロ波を透過する材料であれば何で
も良い。
件により５Ｐａから１０００Ｐａの範囲において同様の
効果を得ることができる。誘電体板６ｂの下面と基板５
の距離は、温度分布の均一性とプラズマ密度との関係に
より３０ｍｍから１２０ｍｍの範囲とすることが好まし
い。また、投入するマイクロ波の周波数は、高密度なプ
ラズマを生成するために２ＧＨｚから１０ＧＨｚの範囲
内にあり、誘電体板の直下のプラズマ密度がマイクロ波
のカットオフ密度に達するように、投入電力は誘電体板
下面の面積に対して、好ましくは１Ｗ／ｃｍ2から５Ｗ
／ｃｍ2の範囲でプロセスを行うのがよい。基板の支持
ステージ温度は、エッチングや成膜のプロセスによって
異なるため、−４０℃から６００℃の範囲内とする。プ
ロセスガスは、プロセスによって一種類以上のガスをプ
ロセス中に少なくとも合計８．５×１０-2Ｐａ・ｍ3／
ｓｅｃ以上導入されており、成膜する対象となる基板５
は、半導体基板に限らず、ＡｌＴｉＣ基板、プラスチッ
ク基板、ガラス基板など制限なく使用できる。誘電体板
に関しても、アルミナや窒化アルミに限らず、石英や窒
化シリコンなどマイクロ波を透過する材料であれば何で
も良い。
【００２６】［実施例２］次に、上記実施例１と同じ装
置を使用し、基板５を自然酸化膜を取り除いたシリコン
基板とし、Ｋｒ／Ｏ2ガスを導入して高濃度ラジカルに
よるシリコンの直接酸化プロセスを行った。このプロセ
スでは、 マイクロ波導入窓６には誘電体板６ａと誘電体板６ｂ
の二種類を設置し、誘電体板６ａには、直径３８０ｍ
ｍ、厚さ１８ｍｍのアルミナ（誘電率１０．２、２．４
５ＧＨｚ時の誘電損失２．５×１０-4）を用い、誘電体
板６ｂには、直径３６０ｍｍ、厚さ４ｍｍの窒化アルミ
（誘電率８．８、２．４５ＧＨｚ時の誘電損失３．５×
１０-3）を用い、誘電体板６ａと６ｂの間での放電を防
止するため、両者の隙間が０．５ｍｍ以下となるように
設置した。マイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚで出力は
２．０ｋＷ（約２Ｗ／ｃｍ2）、ホットプレート温度は
５００℃に維持されており、基板電極１４上にあるシリ
コンの基板５に高周波バイアスは印加されておらず、基
板５と誘電体板６ｂの下面までの距離は４０ｍｍとし
た。こうした構成は実施例１の場合と余り変わりがない
が、この例ではプラズマ励起用の放電ガスとしてＫｒを
１．６４Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃ、Ｏ２を０．０５Ｐａ・ｍ3
／ｓｅｃ供給し、圧力を１３３Ｐａに維持して１５分間
放電を行ったのち、基板５を取り出して分光エリプソメ
ーターにより酸化されたシリコン基板の厚さを測定し
た。 さらにと同様の条件で誘電体板６ｂの窒化アルミを
取り除き、基板５と誘電体板６ａ下面までの距離を４４
ｍｍとした場合の酸化されたシリコン基板の厚さを分光
エリプソメーターにより測定した。 厚さ１８ｍｍのアルミナの誘電体板６ａを、厚さ１８
ｍｍの窒化アルミに変えた場合の酸化されたシリコン基
板の厚さを分光エリプソメーターにより測定した。
置を使用し、基板５を自然酸化膜を取り除いたシリコン
基板とし、Ｋｒ／Ｏ2ガスを導入して高濃度ラジカルに
よるシリコンの直接酸化プロセスを行った。このプロセ
スでは、 マイクロ波導入窓６には誘電体板６ａと誘電体板６ｂ
の二種類を設置し、誘電体板６ａには、直径３８０ｍ
ｍ、厚さ１８ｍｍのアルミナ（誘電率１０．２、２．４
５ＧＨｚ時の誘電損失２．５×１０-4）を用い、誘電体
板６ｂには、直径３６０ｍｍ、厚さ４ｍｍの窒化アルミ
（誘電率８．８、２．４５ＧＨｚ時の誘電損失３．５×
１０-3）を用い、誘電体板６ａと６ｂの間での放電を防
止するため、両者の隙間が０．５ｍｍ以下となるように
設置した。マイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚで出力は
２．０ｋＷ（約２Ｗ／ｃｍ2）、ホットプレート温度は
５００℃に維持されており、基板電極１４上にあるシリ
コンの基板５に高周波バイアスは印加されておらず、基
板５と誘電体板６ｂの下面までの距離は４０ｍｍとし
た。こうした構成は実施例１の場合と余り変わりがない
が、この例ではプラズマ励起用の放電ガスとしてＫｒを
１．６４Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃ、Ｏ２を０．０５Ｐａ・ｍ3
／ｓｅｃ供給し、圧力を１３３Ｐａに維持して１５分間
放電を行ったのち、基板５を取り出して分光エリプソメ
ーターにより酸化されたシリコン基板の厚さを測定し
た。 さらにと同様の条件で誘電体板６ｂの窒化アルミを
取り除き、基板５と誘電体板６ａ下面までの距離を４４
ｍｍとした場合の酸化されたシリコン基板の厚さを分光
エリプソメーターにより測定した。 厚さ１８ｍｍのアルミナの誘電体板６ａを、厚さ１８
ｍｍの窒化アルミに変えた場合の酸化されたシリコン基
板の厚さを分光エリプソメーターにより測定した。
【００２７】その結果、の場合、８インチ面内の５点
（中心、およびｒ＝５０ｍｍ、θ＝０、９０、１８０、
２７０°）の平均酸化膜厚は１７８Åとなり、の場合
１８１Å、の場合１０５Åという結果になった。この
結果から、の場合は明らかに酸化速度が遅く、窒化ア
ルミの誘電損失によってパワーがロスしていると考えら
れる。との結果からは、酸化速度に大差がなく、窒
化アルミの誘電損失による影響は殆ど無いことがわか
る。
（中心、およびｒ＝５０ｍｍ、θ＝０、９０、１８０、
２７０°）の平均酸化膜厚は１７８Åとなり、の場合
１８１Å、の場合１０５Åという結果になった。この
結果から、の場合は明らかに酸化速度が遅く、窒化ア
ルミの誘電損失によってパワーがロスしていると考えら
れる。との結果からは、酸化速度に大差がなく、窒
化アルミの誘電損失による影響は殆ど無いことがわか
る。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、プラズマ生成用のマイクロ波を導入するマイクロ
波導入窓を、複数枚の誘電体板を重ね合せて構成したの
で、真空保持の耐力性を保有させる誘電体板と耐熱性を
保有させる誘電体板とに機能を分散させて大電力密度の
マイクロ波を導入できる効果があり、マイクロ波の導入
側の誘電体板を誘電損失の小さいもので構成し、マイク
ロ波の導出側の誘電体板を熱伝導がよい或いは熱歪みに
耐えるもので構成することで、熱歪みや真空に耐える強
度を有する誘電損失の小さいマイクロ波導入窓が得ら
れ、安定性の高いプラズマプロセスを行え、請求項４の
構成とすることで真空処理室内に大きな電界強度のマイ
クロ波を導入でき、請求項５或いは６の構成とすること
でマイクロ波により適切にプラズマプロセスを行える。
れば、プラズマ生成用のマイクロ波を導入するマイクロ
波導入窓を、複数枚の誘電体板を重ね合せて構成したの
で、真空保持の耐力性を保有させる誘電体板と耐熱性を
保有させる誘電体板とに機能を分散させて大電力密度の
マイクロ波を導入できる効果があり、マイクロ波の導入
側の誘電体板を誘電損失の小さいもので構成し、マイク
ロ波の導出側の誘電体板を熱伝導がよい或いは熱歪みに
耐えるもので構成することで、熱歪みや真空に耐える強
度を有する誘電損失の小さいマイクロ波導入窓が得ら
れ、安定性の高いプラズマプロセスを行え、請求項４の
構成とすることで真空処理室内に大きな電界強度のマイ
クロ波を導入でき、請求項５或いは６の構成とすること
でマイクロ波により適切にプラズマプロセスを行える。
【図１】本発明の実施の形態を示す截断側面図
１ 真空処理室、２ 真空排気手段、５ 基板、６ マ
イクロ波導入窓、６ａ・６ｂ 誘電体板、７ プラズ
マ、
イクロ波導入窓、６ａ・６ｂ 誘電体板、７ プラズ
マ、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 聡 静岡県裾野市須山1220番14号 日本真空技 術株式会社富士裾野工場半導体技術研究所 内 (72)発明者 上東 俊光 静岡県裾野市須山1220番14号 日本真空技 術株式会社富士裾野工場半導体技術研究所 内 (72)発明者 宮川 善秀 静岡県裾野市須山1220番14号 日本真空技 術株式会社富士裾野工場半導体技術研究所 内 (72)発明者 小松 孝 静岡県裾野市須山1220番14号 日本真空技 術株式会社富士裾野工場半導体技術研究所 内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BA05 BC06 BD14 CA47 4K030 FA02 KA30 5F004 BA14 BA20 BB14 BB29 BB32 CA02 5F045 AA09 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 DP04 EB03 EC05 EH03 EH17
Claims (5)
- 【請求項１】真空排気手段に接続された真空排気口と、
放電ガスの導入口と、処理されるべき基板とを備えた真
空処理室内へ該放電ガスのプラズマを生成するためのマ
イクロ波を導入する誘電体製のマイクロ波導入窓を設け
たプラズマプロセス装置に於いて、該マイクロ波導入窓
を複数枚の誘電体板を介して構成したことを特徴とする
プラズマプロセス装置に於けるマイクロ波導入装置。 - 【請求項２】上記複数枚の誘電体板を、同材質または別
材質の２枚以上の誘電体板で構成したことを特徴とする
請求項１に記載のプラズマプロセス装置に於けるマイク
ロ波導入装置。 - 【請求項３】上記マイクロ波導入窓を構成する複数枚の
誘電体板のうち、マイクロ波の導入側の誘電体板をアル
ミナで形成し、その導出側の誘電体板を窒化アルミニウ
ムで形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の
プラズマプロセス装置に於けるマイクロ波導入装置。 - 【請求項４】上記真空処理室内の上記放電ガスの圧力を
０．１Ｐａ〜１０００Ｐａ、上記マイクロ波の周波数を
２ＧＨｚから１０ＧＨｚとすることを特徴とする請求項
１に記載のプラズマプロセス装置に於けるマイクロ波導
入装置。 - 【請求項５】上記誘電体板の大きさが、直径で２５０ｍ
ｍ以上、もしくは直径２５０ｍｍの円と同等以上の面積
を有する大きさであることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項に記載のプラズマプロセス装置に於けるマ
イクロ波導入装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000369984A JP2002176042A (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | プラズマプロセス装置に於けるマイクロ波導入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000369984A JP2002176042A (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | プラズマプロセス装置に於けるマイクロ波導入装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002176042A true JP2002176042A (ja) | 2002-06-21 |
Family
ID=18839937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000369984A Pending JP2002176042A (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | プラズマプロセス装置に於けるマイクロ波導入装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002176042A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003041460A1 (fr) * | 2001-11-08 | 2003-05-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif de traitement au plasma et processeur associe |
| JP2011117054A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置用のアルミナ部材及びプラズマ処理装置用のアルミナ部材の製造方法 |
| KR101297264B1 (ko) * | 2011-08-31 | 2013-08-16 | (주)젠 | 이중 유도 결합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 반응기 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000091097A (ja) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Sumitomo Metal Ind Ltd | マイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置 |
-
2000
- 2000-12-05 JP JP2000369984A patent/JP2002176042A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000091097A (ja) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Sumitomo Metal Ind Ltd | マイクロ波導入装置及びプラズマ処理装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003041460A1 (fr) * | 2001-11-08 | 2003-05-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif de traitement au plasma et processeur associe |
| US7478609B2 (en) | 2001-11-08 | 2009-01-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Plasma process apparatus and its processor |
| CN100455158C (zh) * | 2001-11-08 | 2009-01-21 | 夏普株式会社 | 等离子体加工装置和处理装置 |
| JP2011117054A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置用のアルミナ部材及びプラズマ処理装置用のアルミナ部材の製造方法 |
| KR101297264B1 (ko) * | 2011-08-31 | 2013-08-16 | (주)젠 | 이중 유도 결합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 반응기 |
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