JP3075130B2

JP3075130B2 - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3075130B2
Application number: JP07071021A
Authority: JP
Inventors: 恭一小町; 博嗣馬渕
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JPH0817595A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波を利用して
プラズマを発生させ、このプラズマにて半導体素子基
板、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の被処理材に、エ
ッチング、アッシング、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶ
ａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の処理を施すマイ
クロ波プラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＬＳＩ製造プロセスでは、反応
ガスに外部からエネルギーを与えてプラズマを発生さ
せ、このプラズマを用いてエッチング、アッシング、Ｃ
ＶＤ等の処理を施すことが広く行われている。特に、プ
ラズマを用いたドライエッチング技術はこのＬＳＩ製造
プロセスにとって不可欠な基本技術となっている。

【０００３】プラズマを発生させる励起手段としては、
従来、１３．５６ＭＨｚのＲＦ（高周波）が用いられて
いたが、装置構成及び操作が複雑であり、低温で高密度
のプラズマが得られ難いため、マイクロ波を利用する装
置が提案されている。

【０００４】図８は、本出願人によって特開昭６２−５
６００号公報に開示された従来のマイクロ波プラズマ処
理装置を示す模式的断面図である。図中１は中空直方体
の反応器である。反応器１は、その全体がアルミニウム
（Ａｌ）等の金属で形成されている。反応器１の周囲壁
は二重構造であり、内部に冷却水用の通流路１１が形成
されている。反応器１の上部にはマイクロ波導入窓が開
口してあり、このマイクロ波導入窓は封止板３にて気密
状態に封止されている。なお封止板３は、耐熱性及びマ
イクロ波透過性を有し、誘電損失が小さい誘電体で形成
される。この種の誘電体として、石英ガラス（Ｓｉ
Ｏ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等がある。

【０００５】反応器の上方には金属性容器２０が設けて
あり、この金属性容器２０の内部には、封止板３と対向
して、反応器１の上面を覆うように誘電体線路２１が形
成してある。この誘電体線路２１の誘電体としてテフロ
ン（登録商標）等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリエ
チレン等が用いられる。誘電体線路２１の一方には、導
波管２２を介してマイクロ波発振器２３を連結してあ
る。マイクロ波発振器２３から発振されたマイクロ波は
導波管２２を経て誘電体線路２１に導入され、ここから
反応器１内にプラズマ発生に必要な電界が形成される。

【０００６】反応器１の内部は処理室２になっており、
この処理室２には周囲壁を貫通してガス導入管６が連結
してある。処理室２の底部壁中央を貫通する昇降棒１０
の上端には試料Ｓを載置する載置台４が封止板３と平行
に設けられている。処理室２の底部壁には図示しない排
気装置に接続される排気口５が開口してある。

【０００７】このような装置にて載置台４上に載置され
た試料Ｓにプラズマ処理を施す方法について説明する。
まず、通流路１１内に冷却水を循環させる。排気口５か
ら排気を行って処理室２内を排気した後、ガス導入管６
から反応ガスを導入し所要の圧力に設定する。マイクロ
波発振器２３にてマイクロ波を発振させ、これを導波管
２２を介して誘電体線路２１に導入させ、ここから封止
板３を透過させて処理室２内に導入する。このマイクロ
波によってプラズマを生成し、このプラズマによって試
料Ｓの表面にエッチング等のプラズマ処理を施す。こう
することにより試料Ｓの表面には、その全面に渡って均
一にエッチング等のプラズマ処理が施される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のマイ
クロ波プラズマ処理装置では、試料に均一にプラズマ処
理を行うべく処理面積に応じてマイクロ波を導入するた
め、処理面積が大きい試料に対してはそれより大きい寸
法のマイクロ波導入窓を開口し、開口したマイクロ波導
入窓を封止すべく大口径の封止板を用いなければならな
い。しかし封止板の寸法が大きくなると、減圧に対する
物理的強度（減圧時に封止板に加わる反応器内外での圧
力差による力に耐える強度）を維持すべく厚い封止板を
用いなければならず、装置重量が増大する。また、その
ような封止板は高価であり装置のコストが増加するとい
った問題があった。

【０００９】一方封止板は、その処理室側の面はプラズ
マにて加熱されて温度が高くなるが、熱伝導率が小さい
ために反対側の面の温度はあまり上昇しない。そのため
厚い封止板を用いると、この封止板の両面の温度差が大
きくなり、その熱ひずみによって封止板が破損する虞が
あった。

【００１０】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは封止板を複数の中空
部を有する支持枠によって支持することにより、厚い封
止板を用いることなく所要の物理的強度が保たれ、処理
中に破損の虞が無いマイクロ波プラズマ処理装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１発明のマイクロ波プ
ラズマ処理装置は、図１に示すように、マイクロ波導入
窓が開口された反応器１と、この窓を封止しかつマイク
ロ波を反応器内に導入するための封止板３とこの封止板
３を支持する複数の中空部１７を有する支持枠７と、前
記反応器内に試料を載置する載置台とを備え、この載置
台と前記支持枠との距離を100mm以上隔てることを特徴
とする。

【００１２】第２発明のマイクロ波プラズマ処理装置
は、第１発明において、前記中空部１７に対応して、前
記封止板３が分割してあることを特徴とする。

【００１３】

【作用】第１発明のマイクロ波プラズマ処理装置にあっ
ては、支持枠は複数の中空部からマイクロ波を反応器内
に導入すると共に、封止板を支持して、減圧時に要する
物理的強度を補う。そのため、その表面の面積が大きい
封止板であっても、前記面積に応じた厚さにすることな
く、減圧時に要する物理的強度が保たれ、処理中に熱ひ
ずみによって封止板が破損する虞が無い。

【００１４】また、封止板の厚みの増加を抑えることが
できるので、装置重量の増大および装置コストの増加の
問題も解決できる。さらに、後述するように、支持枠か
ら100mm以上隔てて載置台を設けるので、プラズマを十
分に拡散させて均一にして、試料の表面に供給すること
ができる。

【００１５】第２発明のマイクロ波プラズマ処理装置に
あっては、封止板が、支持枠の中空部に対応して分割し
てあるため、封止板それぞれの面積は小さくなり、減圧
時に要する物理的強度が小さい。そのため薄い封止板を
使用し得る。

【００１６】なお、支持枠は個別の部品である必要はな
く反応器と一体的に形成しておいても良い。

【００１７】

【実施例】以下本発明を、その実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。

【００１８】図１は本発明のマイクロ波プラズマ処理装
置を示す模式的断面図であり、図中１は中空直方体の反
応器である。反応器１は、その全体がアルミニウム（Ａ
ｌ）等の金属で形成されている。反応器１の周囲壁は二
重構造であり、内部に冷却水用の通流路１１が形成され
ている。反応器１の上部にはマイクロ波導入窓が開口し
てある。このマイクロ波導入窓を取り囲む上部壁には、
中空部１７を有する支持枠７が前記上部壁の上に載置さ
れた０リング９を挾持するように固定されている。

【００１９】反応器１の上方には金属性容器２０が設け
てあり、この金属性容器２０の内部には、封止板３と対
向して、反応器１の上面を覆う誘電体線路２１が形成し
てある。誘電体線路２１の一方の矩形側面には、導波管
２２を介してマイクロ波発振器２３を連結してあり、マ
イクロ波発振器２３から発振されたマイクロ波は導波管
２２を経て誘電体線路２０に導入され、ここから反応器
１内にプラズマ発生に必要な電界が形成される。

【００２０】反応器１の内部は処理室２になっており、
該処理室２には周囲壁を貫通してガス導入管６が連結し
てある。処理室２の底部壁中央を貫通する昇降棒１０の
上端には試料Ｓを載置する載置台４が封止板３と平行に
設けられており、処理室２の底部壁には図示しない排気
装置に接続される排気口５が開口してある。

【００２１】図２は図１に示した支持枠７を示す図であ
って、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。なお、
この図は封止板３が固定されている状態を示している。
支持枠７は、反応器１（図１参照）の上部壁の形状に対
応して環状正四辺形の外枠部材７ａと、該外枠部材７ａ
に内嵌し外枠部材７ａにて囲まれた領域を４等分する内
枠部材７ｂとを備えており、外枠部材７ａ及び内枠部材
７ｂにて４つの中空部１７が形成されている。そして支
持枠７上には、４つの中空部１７に応じて４分割された
封止板３が載置してある。

【００２２】支持枠７と封止板３との間には、中空部１
７を囲むように０リング８が配置してあり、減圧時に０
リング８が支持枠７と封止板３とによって挾持されるこ
とによって反応器１の上部は封止される。なお各封止板
３は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有し、誘電損失が
小さい石英ガラス（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）等の誘電体にて形成されている。

【００２３】本実施例においては、封止板は支持枠７の
中空部１７に対応して４分割してあるが、本発明はこれ
に限らず、支持枠７の外枠部材７ａに対応した大きさに
て１枚板としてよいことはいうまでもない。更に支持枠
７の中空部の数は、外枠部材７ａの寸法及び封止板の強
度に応じて定める。

【００２４】このような装置にてプラズマ処理を行うに
は、支持枠７から所要距離を隔てて試料Ｓを載置台４上
に載置した後、通流路１１内に冷却水を循環させつつ、
排気口５から排気を行って処理室２内を排気した後、ガ
ス導入管６から反応ガスを導入し所要の圧力に設定す
る。そして、マイクロ波発振器２３にてマイクロ波を発
振させ、これを導波管２２を介して誘電体線路２１に導
入させる。マイクロ波をここから封止板３を透過させ、
支持枠７の中空部１７を通過させて、処理室２内に導入
することによってプラズマを生成させる。この生成した
プラズマによって試料Ｓの表面にプラズマ処理を施す。

【００２５】このような装置にあっては、封止板３を透
過したマイクロ波は支持枠７の中空部１７を通過するた
め、支持枠７の直下ではプラズマは発生しない。しかし
ながら、後述するように、支持枠７から所要距離を隔て
て試料Ｓを載置することによって、プラズマを十分に拡
散させて均一にして、試料Ｓの表面に供給することがで
きる。

【００２６】次に、本実施例の装置にて発生させたプラ
ズマの均一性を評価する試験を行った結果について説明
する。

【００２７】図３は評価試験の結果を示すグラフであ
る。評価試験に使用した装置の寸法、プラズマ発生条件
等は以下の通りである。プラズマ発生面積は５００×５
００ｍｍ²である。４つの中空部を有する支持枠の１つ
の中空部の大きさが２１０×２１０ｍｍ²であり、支持
枠の幅が８０ｍｍである。１枚の封止板の寸法が２９０
ｍｍ×２９０ｍｍ×２０ｍｍ（厚）であり、材料は石英
ガラスである。誘電体線路の寸法は長さ７００ｍｍ、幅
５００ｍｍ、厚さ２０ｍｍであり、材料はふっ素樹脂で
ある。そして減圧した後、Ａｒガスを導入し圧力を１０
ｍｍＴｏｒｒとし、１ｋＷのマイクロ波電力にてプラズ
マを発生させ、支持枠から６０ｍｍ（○）、８０ｍｍ
（△）、１００ｍｍ（□）離れた各位置において、反応
器の対角線上の複数の測定点にてイオン電流を測定し
た。

【００２８】図３から明らかな如く、支持枠から６０ｍ
ｍ（○）、８０ｍｍ（△）離れた位置においてはプラズ
マの拡散が十分でないため、反応器の中央から１００ｍ
ｍ以上離れるとイオン電流が急激に大きくなっている。
しかし支持枠から１００ｍｍ（□）離れた位置では、測
定した全領域にてイオン電流は略均一であった。

【００２９】また同時に、前述した条件において、５分
間放電−１分間停止を１サイクルとしてこれを２５回繰
り返すことによって封止板に対する熱ひずみの影響を試
験したが、破損等は観察されなかった。

【００３０】図４は本発明のマイクロ波プラズマ処理装
置の別の実施例を示す模式的断面図である。図中１は中
空直方体の反応器である。本実施例においては、マイク
ロ波の導入部分が先の実施例と異なっている。このマイ
クロ波の導入部分について説明する。その他の反応器の
部分は先の実施例と構造が同じであるので説明を省略す
る。

【００３１】反応器１のマイクロ波導入窓を取り囲む上
部壁には、先の実施例と同じく、中空部１７を封止板３
で気密に封止された支持枠７が処理室２内を気密に保持
するように固定されている。図５は本実施例の支持枠７
を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図で
ある。図２に示した先の実施例の支持枠と異なるのは、
内枠部材７ｂの断面形状が凸形状でその上面が封止板３
の上の面と平坦となる形状である点のみであるので、説
明は省略する。なお、この形状としたのは後述するホー
ンアンテナ２４を封止板３ではなく支持枠７で支えるた
めである。

【００３２】反応器１のさらに上方には、封止板３と対
向して、それを覆うようにそれぞれホーンアンテナ２４
が設けられている。ホーンアンテナ２４の一方の側に
は、導波管２２を介してマイクロ波発振器２３を連結し
てある。マイクロ波発振器２３から発振されたマイクロ
波は導波管２２を経てホーンアンテナ２４に導入され拡
げられる。拡げられ均一化されたマイクロ波は封止板３
を透過して処理室２内に導入される。２５はホーンアン
テナ２４の形状が歪むのを抑えるとともに取り付けを容
易にするためのアンテナカバーである。図６はホーンア
ンテナ２４の図であって、（ａ）は底面図、（ｂ）は断
面図である。

【００３３】次に、本実施例の装置にて発生させたプラ
ズマの均一性を評価する試験を行った結果について説明
する。

【００３４】図７は評価試験の結果を示すグラフであ
る。評価試験に使用した装置は、プラズマ発生面積が６
００×６００ｍｍ²であり、４つの中空部を有する支持
枠の１つの中空部の大きさが２６０×２６０ｍｍ²であ
り、支持枠の幅が８０ｍｍであり、１枚の封止板の寸法
が３２０ｍｍ×３２０ｍｍ×２０ｍｍ（厚）の石英ガラ
ス（ＳｉＯ₂）である。またホーンアンテナの開口部の
寸法は２６０ｍｍ×２６０ｍｍである。そして減圧した
後、Ａｒガスを導入し圧力４０ｍＴｏｒｒとし、２ｋＷ
のマイクロ波電力を４つのホーンアンテナに分岐して供
給しプラズマを発生させ、支持枠から６０ｍｍ（○）、
８０ｍｍ（△）、１００ｍｍ（□）離れた各位置におい
て、反応器の対角線上の複数の測定点にてイオン電流を
測定した。

【００３５】図７によれば、支持枠から６０ｍｍ
（○）、８０ｍｍ（△）離れた位置においては、プラズ
マの拡散が十分でないため、ホーン中心部付近のイオン
電流が大きく、支持枠直下付近のイオン電流は小さい。
しかし、支持枠から１００ｍｍ（□）離れた位置では、
測定した全領域にてイオン電流は略均一であった。

【００３６】また同時に、前述した条件において、３分
間放電−１分間停止を１サイクルとしてこれを１００回
繰り返すことによって封止板に対する熱ひずみの影響を
試験したが、破損等は観察されなかった。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、第１発明のマイク
ロ波プラズマ処理装置にあっては、その表面の面積が大
きい封止板であっても、前記面積が小さい封止板と略同
じ厚さにて、減圧時に要する物理的強度が保たれるた
め、熱ひずみによる破損が防止されるとともに、装置の
軽量化、封止板に係るコストを可及的に低減することが
できる。

【００３８】第２発明のマイクロ波プラズマ処理装置に
あっては、封止板は支持枠の中空部に対応して分割して
あるため、薄い封止板を使用でき、封止板の熱ひずみに
よる破損をより防止できる。また、取付作業中の封止板
の取扱いが容易である、支持枠の歪みによる封止板への
影響が低減される等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の実施例
を示す模式的断面図である。

【図２】図１に示した支持枠を示す図であって、（ａ）
は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】評価試験の結果を示すグラフである。

【図４】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の別の実
施例を示す模式的断面図である。

【図５】図４に示した支持枠を示す図であって、（ａ）
は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図６】図４に示したホーンアンテナを示す図であっ
て、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図７】評価試験の結果を示すグラフである。

【図８】従来のマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式
的断面図である。

【符号の説明】

１反応器２処理室３封止板４載置台７支持枠８０リング９０リング２１誘電体線路２２導波管２３マイクロ波発振器２４ホーンアンテナ２５アンテナカバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/302 Ｈ (56)参考文献特開平３−104888（ＪＰ，Ａ) 特開平４−136178（ＪＰ，Ａ) 特開平６−333697（ＪＰ，Ａ) 特開平８−31593（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 1/46 H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波導入窓が開口された反応器と、
この窓を封止しかつマイクロ波を反応器内に導入するた
めの封止板と、この封止板を支持する複数の中空部を有
する支持枠と、前記反応器内に試料を載置する載置台と
を備え、この載置台と前記支持枠との距離を100mm以上
隔てることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】前記中空部に対応して、前記封止板が分割
してあることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置。