JP2005064063A - Plasma treatment apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treatment apparatus that can prevent deactivation of ions, even if gas-separating plates which separate a gas which does not contain F and a gas containing F, in order to prevent the occurrence of damages in a chamber. <P>SOLUTION: In the chamber 1 of the plasma treatment apparatus, gas supply pipes 12 and 13 are respectively disposed on both sides of the gas-separating plates 4 and 4A which are provided in parallel with a dielectric window 2 separated from the window 2, an antenna means 5 is provided in the bottom of a waveguide 3, in a state of the means 5 passing through the dielectric window 2, and the front end of the antenna means is protruded from the gas-separating plates 4 and 4A. In addition, intervals d are respectively provided between the antenna means 5 and gas-separating plates 4 and 4A. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置に対するダメージが少なく、かつ、被処理物に対して良好なプラズマ処理をおこなうことのできるプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置の一例を、図6に示した模式図を参照して説明する。すなわち、プラズマ処理装置はチャンバ51の内部を、水平方向に配置したガス通過孔(不図示)の孔設された金属プレートからなるガス分離板52によりプラズマ生成部53と処理室54とに上下に区画し、また、チャンバ51の内部にプロセスガスを供給するガス供給管55a、55bを2本設けている。このガス供給管55a、55bは、チャンバ51の上部の側壁を貫通する形で、ガス分離板52を挟んで上下方向に配設している。
【0003】
ガス分離板52より上に設けられたガス供給管55aからは、プロセスガスとしてFを含まないOガスをチャンバ1の内部に供給し、一方、ガス分離板52より下のガス供給管55bからはFを含んだ、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を、チャンバ51の内部に供給するようにしている。
【0004】
この場合、真空ポンプ(不図示)により吸引されている排気口56が被処理物Wを載置しているステージ57より下方に位置しているために、チャンバ51の内部ではガスは、上方から下方に向かって流れている。そのため、Fを含んだガスはガス分離板52より上方にあるプラズマ生成部53には到達しないようになり、導波管58からのマイクロ波をチャンバ51の内部に導く誘電体である誘電体窓59を支えているキャビティ60(チャンバの一部)にダメージが生じるのを防止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、チャンバ51の内部に設けられたガス分離板52は、誘電体窓59を支えているキャビティ60をプラズマ中に存在する電子やイオンによるダメージから保護する役目も果たしている。また、同時に、被処理物Wに対しても、電子やイオンをカットし、さらに熱を遮断することにより、例えば、被処理物であるデバイスの表面が200℃以上に加熱され、下地がエッチングされやすくなってしまう等の不具合が生じるのを防止している。
【0006】
しかし、ガス分離板52の存在は、活性種を失活させてエッチングやアッシング速度を遅くしてしまう不具合もある。すなわち、処理圧力が高圧(60〜200Pa程度)の場合は、ラジカルリッチの処理であるため、ガス分離板52でのラジカルの失活は大きくないが、圧力を低圧(5〜30Pa程度)にした状態で、イオンを用いて処理する場合は、ガス分離板52によってイオンが失活してエッチング等の処理レートが低下してしまう。
【0007】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、チャンバの内部でのダメージを防止するために、Fを含まないガスとFを含むガスとを分離するためのガス分離板を設けても、イオンの失活を防止することの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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、導波管内を進行したマイクロ波をチャンバ内に導くアンテナ手段と誘電体窓とを具備し、かつ、前記チャンバ内には前記誘電体窓と所定空間を介して対向した位置に被処理物を保持するためのホルダが配置され、かつ、該チャンバの上部から前記チャンバ内へガスを供給するガス供給管が設けられ、該チャンバ内のガスを前記マイクロ波によりプラズマ化することにより前記被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
前記ガス供給管は、前記チャンバの内部に前記誘電体窓と離間して平行に設けられているガス分離板を挟んだ位置にそれぞれ配置されており、前記アンテナ手段は、前記導波管の底部に前記誘電体窓を貫通するように設けられ、先端部の位置が前記ガス分離板より突出して設けられたアンテナ手段で、かつ、前記アンテナ手段とガス分離板との間には間隙が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0009】
また本発明によれば、前記同軸変換アンテナとガス分離板との間の間隙でホロ−カソード放電を生成していることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0010】
また本発明によれば、前記ガス分離板より上に配置されているガス供給管は、前記チャンバの内部にFを含まないOガスを供給し、一方、ガス分離板より下に配置されているガス供給管はFを含んだガスを、チャンバの内部に供給するようにしていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0011】
また本発明によれば、前記アンテナ手段は、所定間隔で複数本が配設されていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0012】
また本発明によれば、前記マイクロ波の放電周波数は、2.45GHzであることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0013】
また本発明によれば、前記ガス分離板は、Siの板または、Siの板に石英板を重ね合わせて構成していることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0015】
まず、本発明の基本的な考え方について説明する。誘電体窓を固定しているキャビティ(チャンバの一部)へのダメージを抑制する機能を持たせたまま、低圧放電領域におけるイオンの失活を防ぎ、所定の処理レートで被処理物を処理すると共に、被処理物への電子やイオンや熱によるダメージを防止することを同時に成立させることに関して考察した結果、以下の知見を得た。
【0016】
すなわち、プラズマ処理装置で、スロットタイプの表面波プラズマが、チャンバの内部に生成された際に、チャンバの内部に従来構造のガス分離板が用いられていると、チャンバの内部でプラズマ生成部と処理部の空間が別々になる。その結果、生成されたプラズマがガス分離板によりプラズマ生成部の内部に閉じ込められたような状態になり、不具合が生じていた。
【0017】
そこで、ガス分離板を用いてもプラズマ生成部と処理部が分離しないように構成し、プラズマが誘電体窓を固定しているキャビティの近傍の狭い領域に閉じ込められないようにすることで、上述の各問題を解決することができる。
【0018】
具体的に説明すると、図1は、本発明のマイクロ波励起によるプラズマ処理装置の実施の形態を示す模式図である。プラズマ処理装置はチャンバ1の上部には誘電体窓2が設けられ、この誘電体窓2の上部には、チャンバ1内にマイクロ波を導入するための、断面が矩形状の導波管3の終端部が配置されている。また、誘電体窓2の下方の離間した位置には、誘電体窓2と平行にガス分離板4が配置されている。
【0019】
導波管3は、マイクロ波の電界方向に垂直な面(H面)と、このH面に対して垂直方向に伸びるマイクロ波の電界方向に平行な面(E面)と、マイクロ波導入側と反対側にH面およびE面に対して垂直に設けられたマイクロ波を反射する反射面(R面)とを有しており、構造を後述する同軸変換アンテナ5は、H面の中心部に位置するように設けられている。
【0020】
そして、同軸変換アンテナ5を用いて、一般的なTEMモード(同軸表面波プラズマ)を使用することにより、プラズマ生成部6を縦方向にすることが可能となっている。そのため、ガス分離板4が存在していても、それによってプラズマ生成部6が分離されることはない。この方式をとることで表面波による誘電体窓2を固定しているキャビティ(チャンバ1の一部)7へ表面波によるダメージを抑える機能を持たせたまま、低圧放電領域におけるイオンの失活を防ぐことが可能になる。
【0021】
なお、同軸変換アンテナ5の長さは、先端部5aがガス分離板4より下の空間まで侵入していれば、任意の長さに設定することができる。
【0022】
チャンバ1は、内部の上方にプラズマ生成部6が設けられ、このプラズマ生成部6の下方に処理室8が形成されている。この処理室8には被処理部材である例えば基板(半導体基板や液晶表示装置用基板等で、以下、単に基板と言う)9を載置する静電チャックであるホルダ11が配置されている。ホルダ11は図示しないRFバイアス、He冷却機構を備え、それらには同様に図示しないRF発振器、およびチラーが連結されている。また、ガス供給管12、13は、チャンバ1の上部のプラズマ生成部6の側壁に形成されており、ガス排気管(不図示)は処理室8が形成されたチャンバ1の底部に取り付けられ、かつ、ガス排気管(不図示)の他端には真空ポンプ等の排気系(不図示)が連結されている。
【0023】
また、導波管3からプラズマ生成部6にマイクロ波を導入するために、導波管3の内部を進行するマイクロ波の電界方向に垂直な面(H面)および対向する誘電体窓2に円形の開口部15を設け、同軸変換アンテナ5を当該開口部15を通して設置している。また、石英製の誘電体窓2は同軸変換アンテナ5の一部を構成している。
【0024】
なお、同軸変換アンテナ5に対してガス分離板4は、その中心部が図2に示すように間隙dを空けて配置されている。この間隙dは、ガス供給管12から供給されるプロセスガスが十分にチャンバ1の内部に流れ込めるように設定されている。同時に、この隙間dは、ホロ−カソード放電を発生させることも考慮されている。プラズマを確保するためには、シース領域以外にも空間が必要であり、表面波でのシースが1mm程度であることを考慮すれば、間隙dは、3〜20mmが必要である。なお、ホローカソード放電が生成されると、プラズマ中の電子は寿命が延び、また、ガスに衝突するので電子温度が下がる効果がある。
【0025】
また、導波管3の底部3aの板厚は所定の厚さに設定しされており、電極として用いられ、チャンバ1の金属製の内壁と接続して同軸線路を形成している。
【0026】
同軸変換アンテナ5の構造は、同心状の構造で中心部が金属棒16でその周辺部は誘電体17(例えば、アルミナ、窒化アルミ等)で構成され、金属棒16のチャンバ1側の先端は誘電体17で封止されている。したがって、チャンバ1の内部では金属棒16は露出していない。
【0027】
チャンバ1の内部にプロセスガスを供給するガス供給管12、13は、チャンバ1の上部のプラズマ生成部6の側壁を貫通する形で、ガス分離板4を挟んで上下方向に配設されている。
【0028】
プロセスガスとしては、例えば、被処理物(基板9)の表面の薄膜に対して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。
【0029】
プロセスガスの供給は、ガス分離板4より上に設けられたガス供給管12からは、Fを含まないOガスをチャンバ1の内部に供給し、一方、ガス分離板4より下のガス供給管13からはFを含んだ、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を、チャンバ1の内部に供給するようにしている。
【0030】
この場合、真空ポンプ(不図示)により吸引されているガス排気管(不図示)が被処理物(基板9)を載置しているホルダ11より下方設置されているため、チャンバ1の内部ではガスは、上方から下方に向かって流れている。そのため、ガス分離板4より上に設けられたガス供給管12からチャンバ1の内部に供給されたFを含まないOガスは、矢印Aのように、同軸変換アンテナ5とガス分離板4との間隙dを通って、チャンバ1の内部に流入し、ガス分離板4より下のガス供給管13よりチャンバ1の内部に供給されたFを含んだガスと合流する。しかも、ガス分離板4より下のガス供給管13よりチャンバ1の内部に供給されたFを含んだガスは、ガス分離板4より上方には到達しないようになる。
【0031】
これらの構造により、同軸変換アンテナ5を構成する金属棒16から放射されるマイクロ波は、同軸変換アンテナ5の近傍でプラズマを生成する。
【0032】
次に、これらの構成になるマイクロ波励起のプラズマ処理装置による処理の一例として、レジストパターンが表面に形成された液晶用ガラス基板9をエッチングする方法について説明する。
【0033】
まず、チャンバ1の内部のホルダ11の上にレジストパターンが表面に形成された被処理物Wである液晶用ガラス基板9を設置する。図示しない真空ポンプを作動させてチャンバ1の内部のガスをガス排気管(不図示)を通してチャンバ1から外部に排気し、チャンバ1の内部を真空に近い状態とする。排気後に、プロセスガスとして、例えば、Oガスを、ガス分離板4より上に設けられたガス供給管12よりチャンバ1の内部に供給し、また、Oと四フッ化炭素との混合ガスを、ガス分離板4より下に設けられたガス供給管13よりチャンバ1の内部に供給する。
【0034】
チャンバ1の内部が所定圧力になった時点で、マイクロ波発生源(不図示)からマイクロ波を導波管3の内部に導入することによって、チャンバ1の内部の同軸変換アンテナ5の近傍のプラズマ生成部6にプラズマが発生する。そして、発生したプラズマによる活性種が処理室8に導入される。この場合、プラズマにより発生した活性種と処理室8との間には、活性種を失活させる障害物が存在しないので、プラズマ中の活性な酸素原子を、ホルダ11の上に載置された被処理物(基板9)の表面のレジストパターンと反応させて、良好な処理レートでレジストパターンを剥離することができる。
【0035】
次に上述の実施の形態で示したプラズマ処理装置の変形例について説明する。
【0036】
(変形例1)
上述の実施の形態では、マイクロ波をチャンバ1の内部に導く同軸変換アンテナ5は1本で構成したが、図3(a)および(b)に平面配置図を示すように、同軸変換アンテナ5を複数本ずつ配置することができる。すなわち、導波管3の終端部3bの構造に対応して、それぞれ、対照的な位置に配置するので、よりチャンバ1の内部でのプラズマの密度を高めることができ、効率のよい処理をおこなうことができる。
【0037】
(変形例2)
プラズマ処理装置によるアッシングやエッチングの処理をおこなう際に使用されるプラズマは、デバイスへのダメージを考慮する必要がある。そのため、近年、低電子温度プラズマを使用することで、その問題を解決することができることが報告されている。
【0038】
低電子温度プラズマを発生させる手段としては、マイクロ波の放電周波数を増加させることで達成できることが知られている。そこで、図1に示したプラズマ処理装置で、2.45GHzのマイクロ波の同軸タイプのTEMモードを用いた放電形式を用いることで、デバイスへのダメージのない良好な処理がおこなえることを確認できた。
【0039】
(変形例3)
図4に示した模式構造図を参照して説明する。なお、図4において、図1と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。すなわち、複数本の同軸変換アンテナ5を配置したプラズマ処理装置において、ガス分離板4と同軸変換アンテナ5との間隙を、十分なホロ−カソード放電が生成されるように形成している。このホローカソード放電が生成されると、プラズマ中の電子は寿命が延び、ガスに衝突するので電子温度が下がる。また、このガス分離板4をSi製にすることで、更なる効果が期待できる。それは、γ効果が発生することにより、効率よくホローカソード放電が生成されることによるものである。なお、このガス分離板4の構造は、図1で示したように同軸変換アンテナ5が1本の場合にも同様な効果を奏する。
【0040】
(変形例4)
図5に示した模式構造図を参照して説明する。なお、図5において、図1と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。
【0041】
変形例3の変形例では、ガス分離板4をSi製にしたが、この変形例の場合は、ガス分離板4Aの寿命を延ばすために、従来のSi製ガス分離板4の下に石英18を敷いて合板状の構成にしている。この構成により、実施例3で説明した効果に加えて、ガス分離板4Aの寿命を延ばす効果も得られる。なお、このガス分離板4Aの構造は、図1で示したように同軸変換アンテナ5が1本の場合にも同様な効果を奏する。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、チャンバの内部でのダメージを防止するために、Fを含まないガスとFを含むガスとを分離するためのガス分離板を設けても、ガス分離板によるイオンの失活を防止することができる。
【0043】
それにより、チャンバやデバイスへのダメージを防止することができ、かつ、被処理物に対して処理レートの高いプラズマ処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマイクロ波励起によるプラズマ処理装置の実施の形態を示す模式図。
【図2】ガス分離板と同軸変換アンテナとの間隙の説明図。
【図3】(a)および(b)は、本発明の変形例の説明図。
【図4】本発明の変形例の説明図。
【図5】本発明の変形例の説明図。
【図6】従来のマイクロ波励起によるプラズマ処理装置の実施の形態を示す模式図。
【符号の説明】
1…チャンバ、2…誘電体窓、3…導波管、4、4A…ガス分離板、5…同軸変換アンテナ(アンテナ手段)、6…プラズマ生成部、7…キャビティ、8…処理室、9…基板、11…ホルダ、12、13…ガス供給管、16…金属棒
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus capable of performing a good plasma process on an object to be processed with little damage to the apparatus.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional plasma processing apparatus will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG. That is, the plasma processing apparatus vertically moves the interior of the chamber 51 up and down between the plasma generation unit 53 and the processing chamber 54 by the gas separation plate 52 made of a metal plate having a gas passage hole (not shown) arranged in the horizontal direction. Two gas supply pipes 55 a and 55 b are provided for partitioning and supplying process gas into the chamber 51. The gas supply pipes 55a and 55b are arranged vertically through the gas separation plate 52 so as to penetrate the upper side wall of the chamber 51.
[0003]
From the gas supply pipe 55 a provided above the gas separation plate 52, O 2 gas not containing F is supplied as the process gas into the chamber 1, while from the gas supply pipe 55 b below the gas separation plate 52. Is configured to supply a mixed gas containing fluorine, such as CF 4 , NF 3 , SF 6 or the like containing F, or a gas obtained by adding hydrogen gas to these gases into the chamber 51. .
[0004]
In this case, since the exhaust port 56 sucked by a vacuum pump (not shown) is located below the stage 57 on which the workpiece W is placed, the gas is introduced into the chamber 51 from above. It is flowing downward. Therefore, the gas containing F does not reach the plasma generation unit 53 above the gas separation plate 52, and the dielectric window is a dielectric that guides the microwave from the waveguide 58 to the inside of the chamber 51. Damage to the cavity 60 (part of the chamber) supporting 59 is prevented.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the gas separation plate 52 provided inside the chamber 51 also serves to protect the cavity 60 that supports the dielectric window 59 from damage caused by electrons and ions present in the plasma. At the same time, for example, the surface of the device to be processed is heated to 200 ° C. or higher by cutting electrons and ions and cutting off the heat, and the substrate is etched. This prevents problems such as being easy to occur.
[0006]
However, the presence of the gas separation plate 52 has a problem that the active species are deactivated and the etching and ashing speeds are reduced. That is, when the processing pressure is high (about 60 to 200 Pa), since it is a radical rich processing, radical deactivation in the gas separation plate 52 is not large, but the pressure is set to a low pressure (about 5 to 30 Pa). When processing is performed using ions in this state, the ions are deactivated by the gas separation plate 52 and the processing rate of etching or the like is reduced.
[0007]
The present invention has been made based on these circumstances, and in order to prevent damage inside the chamber, even if a gas separation plate for separating a gas containing no F and a gas containing F is provided, It aims at providing the plasma processing apparatus which can prevent deactivation of ion.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the antenna means for guiding the microwave traveling in the waveguide into the chamber and the dielectric window are provided, and the chamber is located at a position facing the dielectric window through a predetermined space. A holder for holding the object to be processed is provided, and a gas supply pipe for supplying gas into the chamber from the upper part of the chamber is provided, and the gas in the chamber is converted into plasma by the microwave. A plasma processing apparatus for processing the workpiece by:
The gas supply pipes are respectively arranged at positions sandwiching a gas separation plate provided in parallel with the dielectric window inside the chamber, and the antenna means is provided at the bottom of the waveguide. The antenna means is provided so as to penetrate the dielectric window, and the position of the tip portion is provided so as to protrude from the gas separation plate, and a gap is provided between the antenna means and the gas separation plate. A plasma processing apparatus.
[0009]
According to the present invention, the plasma processing apparatus is characterized in that a holo-cathode discharge is generated in a gap between the coaxial conversion antenna and the gas separation plate.
[0010]
According to the present invention, the gas supply pipe disposed above the gas separation plate supplies O 2 gas not containing F into the chamber, while being disposed below the gas separation plate. The gas supply pipe is a plasma processing apparatus characterized in that a gas containing F is supplied into the chamber.
[0011]
According to the invention, there is provided a plasma processing apparatus, wherein a plurality of the antenna means are arranged at a predetermined interval.
[0012]
According to the present invention, the plasma processing apparatus is characterized in that the discharge frequency of the microwave is 2.45 GHz.
[0013]
According to the invention, the gas separation plate is a plasma processing apparatus characterized in that a Si plate or a quartz plate is superposed on a Si plate.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
First, the basic concept of the present invention will be described. While maintaining the function of suppressing damage to the cavity (part of the chamber) that fixes the dielectric window, the deactivation of ions in the low-pressure discharge region is prevented, and the object to be processed is processed at a predetermined processing rate. At the same time, the following knowledge was obtained as a result of considering the simultaneous prevention of damage to the workpiece by electrons, ions and heat.
[0016]
That is, when a slot-type surface wave plasma is generated inside the chamber in the plasma processing apparatus, if a gas separation plate having a conventional structure is used inside the chamber, The space of the processing unit is separated. As a result, the generated plasma is in a state of being confined inside the plasma generation unit by the gas separation plate, causing a problem.
[0017]
Therefore, even if a gas separation plate is used, the plasma generation unit and the processing unit are configured not to be separated so that the plasma is not confined in a narrow region near the cavity fixing the dielectric window. Each problem can be solved.
[0018]
Specifically, FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a plasma processing apparatus using microwave excitation according to the present invention. In the plasma processing apparatus, a dielectric window 2 is provided in the upper part of the chamber 1, and a waveguide 3 having a rectangular cross section for introducing a microwave into the chamber 1 is provided above the dielectric window 2. A terminal portion is arranged. A gas separation plate 4 is disposed in parallel with the dielectric window 2 at a position below the dielectric window 2.
[0019]
The waveguide 3 includes a plane (H plane) perpendicular to the microwave electric field direction, a plane (E plane) parallel to the microwave electric field direction extending in a direction perpendicular to the H plane, and a microwave introduction side. The coaxial conversion antenna 5, which will be described later, has a reflection surface (R surface) that reflects the microwaves provided perpendicularly to the H surface and the E surface on the opposite side. It is provided so that it may be located in.
[0020]
By using a common TEM mode (coaxial surface wave plasma) using the coaxial conversion antenna 5, the plasma generation unit 6 can be set in the vertical direction. Therefore, even if the gas separation plate 4 exists, the plasma generation unit 6 is not separated by it. By adopting this method, the deactivation of ions in the low-pressure discharge region can be performed while the cavity (part of the chamber 1) 7 fixing the dielectric window 2 due to the surface wave has a function of suppressing damage due to the surface wave. It becomes possible to prevent.
[0021]
The length of the coaxial conversion antenna 5 can be set to an arbitrary length as long as the distal end portion 5a penetrates to a space below the gas separation plate 4.
[0022]
In the chamber 1, a plasma generation unit 6 is provided above the inside, and a processing chamber 8 is formed below the plasma generation unit 6. In the processing chamber 8, a holder 11, which is an electrostatic chuck on which, for example, a substrate (a semiconductor substrate, a substrate for a liquid crystal display device or the like, hereinafter simply referred to as a substrate) 9 as a member to be processed is placed. The holder 11 includes an RF bias and He cooling mechanism (not shown), and an RF oscillator and a chiller (not shown) are connected to the holder 11. The gas supply pipes 12 and 13 are formed on the side wall of the plasma generation unit 6 at the top of the chamber 1, and a gas exhaust pipe (not shown) is attached to the bottom of the chamber 1 in which the processing chamber 8 is formed, An exhaust system (not shown) such as a vacuum pump is connected to the other end of the gas exhaust pipe (not shown).
[0023]
Further, in order to introduce the microwave from the waveguide 3 to the plasma generation unit 6, the surface perpendicular to the electric field direction of the microwave traveling in the waveguide 3 (H plane) and the opposing dielectric window 2 are provided. A circular opening 15 is provided, and the coaxial conversion antenna 5 is installed through the opening 15. The quartz dielectric window 2 constitutes a part of the coaxial conversion antenna 5.
[0024]
The central portion of the gas separation plate 4 with respect to the coaxial conversion antenna 5 is disposed with a gap d as shown in FIG. The gap d is set so that the process gas supplied from the gas supply pipe 12 can sufficiently flow into the chamber 1. At the same time, this gap d is also considered to generate a holo-cathode discharge. In order to ensure the plasma, a space is required in addition to the sheath region, and the gap d needs to be 3 to 20 mm considering that the sheath with surface waves is about 1 mm. When a hollow cathode discharge is generated, the life of the electrons in the plasma is extended, and the electron temperature is lowered because the electrons collide with the gas.
[0025]
The plate thickness of the bottom portion 3a of the waveguide 3 is set to a predetermined thickness, is used as an electrode, and is connected to a metal inner wall of the chamber 1 to form a coaxial line.
[0026]
The structure of the coaxial conversion antenna 5 is a concentric structure with a central portion made of a metal rod 16 and a peripheral portion thereof made of a dielectric 17 (for example, alumina, aluminum nitride, etc.). Sealed with a dielectric 17. Therefore, the metal rod 16 is not exposed inside the chamber 1.
[0027]
Gas supply pipes 12 and 13 for supplying a process gas to the inside of the chamber 1 are arranged vertically through the gas separation plate 4 so as to penetrate the side wall of the plasma generation unit 6 at the top of the chamber 1. .
[0028]
As the process gas, for example, when etching is performed on the thin film on the surface of the object to be processed (substrate 9), oxygen gas (O 2 ) alone, or oxygen gas containing CF 4 , NF 3 , SF 6 or the like. A mixed gas in which a fluorine-based gas is added or a gas in which hydrogen gas is added to these gases is used.
[0029]
The process gas is supplied from the gas supply pipe 12 provided above the gas separation plate 4 by supplying O 2 gas not containing F into the chamber 1, while the gas supply below the gas separation plate 4 is supplied. From the tube 13, a mixed gas in which a fluorine-based gas such as CF 4 , NF 3 , or SF 6 containing F is added, or a gas in which hydrogen gas is added to these gases is supplied into the chamber 1. I have to.
[0030]
In this case, a gas exhaust pipe (not shown) sucked by a vacuum pump (not shown) is installed below the holder 11 on which the object to be processed (substrate 9) is placed. The gas flows from the top to the bottom. Therefore, the O 2 gas not containing F supplied from the gas supply pipe 12 provided above the gas separation plate 4 to the inside of the chamber 1 is, as indicated by the arrow A, the coaxial conversion antenna 5 and the gas separation plate 4. The gas flows into the chamber 1 through the gap d and joins with the gas containing F supplied into the chamber 1 through the gas supply pipe 13 below the gas separation plate 4. Moreover, the gas containing F supplied into the chamber 1 from the gas supply pipe 13 below the gas separation plate 4 does not reach the upper side of the gas separation plate 4.
[0031]
With these structures, the microwave radiated from the metal rod 16 constituting the coaxial conversion antenna 5 generates plasma in the vicinity of the coaxial conversion antenna 5.
[0032]
Next, a method for etching the glass substrate for liquid crystal 9 having a resist pattern formed on the surface thereof will be described as an example of the processing by the microwave-excited plasma processing apparatus having these configurations.
[0033]
First, a liquid crystal glass substrate 9 that is a workpiece W having a resist pattern formed on the surface thereof is placed on a holder 11 inside the chamber 1. A vacuum pump (not shown) is operated to exhaust the gas inside the chamber 1 to the outside from the chamber 1 through a gas exhaust pipe (not shown), thereby bringing the inside of the chamber 1 into a state close to a vacuum. After exhaust, for example, O 2 gas is supplied as a process gas into the chamber 1 through a gas supply pipe 12 provided above the gas separation plate 4, and a mixed gas of O 2 and carbon tetrafluoride. Is supplied into the chamber 1 through a gas supply pipe 13 provided below the gas separation plate 4.
[0034]
When the inside of the chamber 1 reaches a predetermined pressure, a microwave is introduced into the waveguide 3 from a microwave generation source (not shown), so that plasma in the vicinity of the coaxial conversion antenna 5 inside the chamber 1 is obtained. Plasma is generated in the generator 6. Then, activated species due to the generated plasma is introduced into the processing chamber 8. In this case, since there are no obstacles that deactivate the active species between the active species generated by the plasma and the processing chamber 8, active oxygen atoms in the plasma are placed on the holder 11. By reacting with the resist pattern on the surface of the workpiece (substrate 9), the resist pattern can be peeled off at a good processing rate.
[0035]
Next, a modification of the plasma processing apparatus described in the above embodiment will be described.
[0036]
(Modification 1)
In the above-described embodiment, the single coaxial conversion antenna 5 for guiding the microwave to the inside of the chamber 1 is configured, but the coaxial conversion antenna 5 is shown in FIG. 3A and FIG. A plurality of can be arranged. That is, the plasma 3 in the chamber 1 can be further increased in density because it is arranged in a contrasting position corresponding to the structure of the terminal end 3b of the waveguide 3, and efficient processing is performed. be able to.
[0037]
(Modification 2)
The plasma used when ashing or etching is performed by the plasma processing apparatus needs to consider damage to the device. Therefore, recently, it has been reported that the problem can be solved by using low electron temperature plasma.
[0038]
It is known that the means for generating the low electron temperature plasma can be achieved by increasing the discharge frequency of the microwave. Therefore, it was confirmed that the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 can perform a good process without damaging the device by using a discharge format using a 2.45 GHz microwave coaxial type TEM mode. .
[0039]
(Modification 3)
This will be described with reference to the schematic structural diagram shown in FIG. In FIG. 4, the same functional parts as those in FIG. That is, in the plasma processing apparatus in which a plurality of coaxial conversion antennas 5 are arranged, the gap between the gas separation plate 4 and the coaxial conversion antenna 5 is formed so that sufficient holo-cathode discharge is generated. When this hollow cathode discharge is generated, the life of electrons in the plasma is extended, and the electron temperature decreases because the electrons collide with the gas. Further, when the gas separation plate 4 is made of Si, further effects can be expected. This is because the hollow cathode discharge is efficiently generated by the occurrence of the γ effect. The structure of the gas separation plate 4 has the same effect even when the number of coaxial conversion antennas 5 is one as shown in FIG.
[0040]
(Modification 4)
This will be described with reference to the schematic structural diagram shown in FIG. In FIG. 5, the same functional parts as those in FIG.
[0041]
In the modified example of the modified example 3, the gas separation plate 4 is made of Si. However, in this modified example, in order to extend the life of the gas separating plate 4A, quartz 18 is provided under the conventional Si gas separating plate 4. The plywood structure is laid. With this configuration, in addition to the effect described in the third embodiment, an effect of extending the life of the gas separation plate 4A can be obtained. The structure of the gas separation plate 4A has the same effect even when the number of coaxial conversion antennas 5 is one as shown in FIG.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, in order to prevent damage inside the chamber, even if a gas separation plate for separating a gas not containing F and a gas containing F is provided, deactivation of ions by the gas separation plate Can be prevented.
[0043]
Accordingly, damage to the chamber and the device can be prevented, and plasma processing with a high processing rate can be performed on the object to be processed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a plasma processing apparatus using microwave excitation according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a gap between a gas separation plate and a coaxial conversion antenna.
FIGS. 3A and 3B are explanatory views of a modification of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a modification of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a modification of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an embodiment of a conventional plasma processing apparatus using microwave excitation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 2 ... Dielectric window, 3 ... Waveguide, 4A ... Gas separation plate, 5 ... Coaxial conversion antenna (antenna means), 6 ... Plasma generation part, 7 ... Cavity, 8 ... Processing chamber, 9 ... Substrate, 11 ... Holder, 12, 13 ... Gas supply pipe, 16 ... Metal rod

Claims (6)

導波管内を進行したマイクロ波をチャンバ内に導くアンテナ手段と誘電体窓とを具備し、かつ、前記チャンバ内には前記誘電体窓と所定空間を介して対向した位置に被処理物を保持するためのホルダが配置され、かつ、該チャンバの上部から前記チャンバ内へガスを供給するガス供給管が設けられ、該チャンバ内のガスを前記マイクロ波によりプラズマ化することにより前記被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
前記ガス供給管は、前記チャンバの内部に前記誘電体窓と離間して平行に設けられているガス分離板を挟んだ位置にそれぞれ配置されており、前記アンテナ手段は、前記導波管の底部に前記誘電体窓を貫通するように設けられ、先端部の位置が前記ガス分離板より突出して設けられたアンテナ手段で、かつ、前記アンテナ手段とガス分離板との間には間隙が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
An antenna means for guiding the microwave traveling in the waveguide into the chamber and a dielectric window are provided, and the object to be processed is held in the chamber at a position facing the dielectric window through a predetermined space. And a gas supply pipe for supplying gas into the chamber from the upper part of the chamber. The gas in the chamber is converted into plasma by the microwave, thereby converting the object to be processed. A plasma processing apparatus for processing,
The gas supply pipes are respectively arranged at positions sandwiching a gas separation plate provided in parallel with the dielectric window inside the chamber, and the antenna means is provided at the bottom of the waveguide. The antenna means is provided so as to penetrate the dielectric window, and the position of the tip portion is provided so as to protrude from the gas separation plate, and a gap is provided between the antenna means and the gas separation plate. A plasma processing apparatus.
前記アンテナ手段とガス分離板との間の間隙でホロ−カソード放電を生成し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。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a holo-cathode discharge is generated in a gap between the antenna means and the gas separation plate. 前記ガス分離板より上に配置されているガス供給管は、前記チャンバの内部にFを含まないOガスを供給し、一方、ガス分離板より下に配置されているガス供給管はFを含んだガスを、チャンバの内部に供給するようにし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。The gas supply pipe arranged above the gas separation plate supplies O 2 gas not containing F into the chamber, while the gas supply pipe arranged below the gas separation plate supplies F. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the contained gas is supplied into the chamber. 前記アンテナ手段は、所定間隔で複数本が配設されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のプラズマ処理装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the antenna means are arranged at a predetermined interval. 前記マイクロ波の放電周波数は、2.45GHzであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a discharge frequency of the microwave is 2.45 GHz. 前記ガス分離板は、Siの板または、Siの板に石英板を重ね合わせて構成していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のプラズマ処理装置。6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the gas separation plate is configured by superposing a quartz plate on a Si plate or a Si plate.
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