JP2005064063A - Plasma treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
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O2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、CF4、NF3、SF6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O2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(O2)単体、或いは、酸素ガスにCF4、NF3、SF6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O2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、CF4、NF3、SF6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O2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、O2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、O2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
[0003]
From the
[0004]
In this case, since the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the
[0006]
However, the presence of the
[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
[0019]
The
[0020]
By using a common TEM mode (coaxial surface wave plasma) using the
[0021]
The length of the
[0022]
In the
[0023]
Further, in order to introduce the microwave from the
[0024]
The central portion of the
[0025]
The plate thickness of the
[0026]
The structure of the
[0027]
[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
[0030]
In this case, a gas exhaust pipe (not shown) sucked by a vacuum pump (not shown) is installed below the
[0031]
With these structures, the microwave radiated from the
[0032]
Next, a method for etching the glass substrate for
[0033]
First, a liquid
[0034]
When the inside of the
[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
[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
[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
[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
Claims (6)
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.
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