JP3345799B2 - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を利用
してプラズマを発生させ、該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（Chemical Vapor De
position）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】ＬＳＩ製造プロセス及びＬＣＤ製造プロ
セスでは、反応ガスに外部からエネルギを与えてプラズ
マを発生させ、該プラズマを用いたエッチング，アッシ
ング，ＣＶＤ等の処理が広く行われている。プラズマを
発生させる励起手段としては、従来、13.56 ＭＨｚのＲ
Ｆが多く用いられていたが、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実用化さ
れている。そのような装置にあっては、例えば６００×
６００ｍｍのガラス基板といった、大きな寸法の被処理
材を均一にプラズマ処理することが要求されている。

【０００３】図４は、従来のマイクロ波プラズマ処理装
置を示す模式的側断面図であり、大きな寸法の被処理材
を処理し得るようにしてある。中空直方体の反応器31
は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器
31の上部にはマイクロ波導入窓が開設してあり、該マイ
クロ波導入窓を取り囲む上部壁には、支持枠35が前記上
部壁の上に載置されたＯリング39を挾持するように固定
されている。

【０００４】支持枠35は、反応器31の上部壁の形状に応
じた環状正四辺形の外枠部材と、該外枠部材に内嵌し外
枠部材にて囲まれた領域を４等分する内枠部材とによっ
て形成される４つの小枠部を備えており、各小枠部の下
端内周面にはリム42，42，（42，42）がそれぞれ設けて
ある。なお、支持枠35は所要の強度を確保すべくアルミ
ニウムといった金属で形成してある。各小枠部上には、
正方形のマイクロ波導入板34，34，（34，34）が載置し
てある。小枠部内には該小枠部の内寸法より少し小さい
寸法のアルミニウム製の板に複数の穴が開設してある分
離板36，36，（36，36）が嵌合してあり、分離板36，3
6，（36，36）はリム42，42，（42，42）にネジ止めし
てある。この、支持枠35、マイクロ波導入板34，34，
（34，34）、及び分離板36，36，（36，36）によってプ
ラズマを生成する生成室32が形成されている。

【０００５】支持枠35とマイクロ波導入板34，34，（3
4，34）との間には、各小枠部を囲むようにＯリング3
8，38，（38，38）が配置してあり、減圧時にＯリング3
8，38，（38，38）が支持枠35とマイクロ波導入板34，3
4，（34，34）とによって挾持されることによって反応
器31の上部が封止される。

【０００６】マイクロ波導入板は、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（ＳｉＯ
₂ ），アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の誘電体にて形成され
ているため物理的強度に劣り、大きな寸法の被処理材を
処理すべく前述したマイクロ波導入窓の寸法を大きくす
る場合、それに応じてマイクロ波導入板の寸法を大きく
すると、減圧時の物理的強度を確保するためにその厚み
を厚くしなければならず、重量が大きくなって取扱いが
困難になる。しかし、前述した如く、支持枠35を設け
て、マイクロ波導入板を複数に分割することによって、
比較的薄いマイクロ波導入板34，34，（34，34）であっ
ても減圧時の物理的強度を確保すると共に、取扱いを容
易にすることができる。

【０００７】反応器31の上方には金属製容器50が設けて
あり、該金属製容器50の内部には、マイクロ波導入板3
4，34，（34，34）と対向して、反応器31の上面を覆う
誘電体線路51が形成してある。誘電体線路51の一方の矩
形側面には、導波管52を介してマイクロ波発振器53が連
結してあり、マイクロ波発振器53から発振されたマイク
ロ波は導波管52を経て誘電体線路51に導入され、ここか
ら反応器31内にプラズマ発生に必要な電界が形成され
る。

【０００８】反応器31内の生成室32より下方は処理室33
になっている。また、反応器31には周囲壁を貫通してガ
ス導入管37が連結してある。処理室33の底部壁中央を貫
通する昇降棒46の上端には被処理材Ｓを載置する載置台
45がマイクロ波導入板34，34，（34，34）と平行に設け
られており、処理室33の底部壁には図示しない排気装置
に接続される排気口40が開設してある。

【０００９】このような装置にてプラズマ処理を行うに
は、支持枠35から所要距離を隔てて被処理材Ｓを載置台
45上に載置した後、通流路41内に冷却水を循環させつ
つ、排気口40から排気を行って生成室32及び処理室33内
を所要の真空度に設定して、ガス導入管37から反応ガス
を供給する。そして、マイクロ波発振器53にてマイクロ
波を発振させ、これを導波管52を介して誘電体線路51に
導き、誘電体線路51の下方に電界を形成する。この電界
はマイクロ波導入板34，34，（34，34）から生成室32内
へ導入されてプラズマが生成される。生成したプラズマ
は分離板36を通過して処理室33内へ導かれ、載置台45上
に載置した被処理材Ｓの表面がプラズマ処理される。こ
のとき、分離板36は処理室33の内壁と同電位であるた
め、プラズマ中に含まれる荷電粒子が分離板36によって
除去され、原子のみが処理室33に供給されるため、高選
択エッチング，チャージアップフリーのアッシングを行
うことができる。

【００１０】

【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にあっては、金属製の支持枠35
の直下ではプラズマは発生しないため、支持枠35から十
分に距離を隔てて被処理材Ｓを載置することによって、
拡散して均一になったプラズマを被処理材Ｓの表面に供
給しなければならず、処理速度が遅いという問題があっ
た。

【００１１】図５は従来のマイクロ波プラズマ処理装置
によるアッシング特性を示すグラフであり、縦軸はアッ
シング速度を、横軸は載置台の中心を０としたときの被
処理材上の直径方向の位置をそれぞれ示している。載置
台の高さを調整して、支持枠と被処理材との間の距離を
６０ｍｍ（△印），１００ｍｍ（○印），１２０ｍｍ
（□印）にした以外は同じ条件に設定して、載置台上に
載置した被処理材をアッシングし、その速度を被処理材
上の直径方向の複数の位置でそれぞれ計測した。

【００１２】図５から明らかな如く、支持枠と被処理材
との間の距離が６０ｍｍの場合、載置台の中心の位置近
傍でのアッシング速度が、他の位置でのアッシング速度
より遅く、被処理材の全表面において均一な速度でアッ
シングすることができず、支持枠と被処理材との間の距
離を１００ｍｍ以上に離さなければ、被処理材の全表面
において均一な速度でアッシングすることができない。

【００１３】大きな寸法の被処理材に対するプラズマ処
理にあっては、処理速度を向上することが要求されてい
る。この処理速度向上は、支持枠と被処理材との間の距
離を短くすることによって実現することができる。しか
し、被処理材の全表面を均一にプラズマ処理しなければ
ならないため、前述した如く、支持枠と被処理材との間
の距離を短くするには限界があった。

【００１４】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プラズマ中の荷電粒
子を分離する分離板を、マイクロ波を導入する窓の封止
板を支持する支持枠から１０〜４０ｍｍの範囲の距離を
隔てた位置に設けることによって、大きな寸法の被処理
材であっても、均一なプラズマ処理を高速に行うことが
できるマイクロ波プラズマ処理装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
プラズマ処理装置は、マイクロ波を導入する窓、該窓を
封止する封止板及び該封止板の物理的強度を確保するた
めに前記封止板を支持する支持枠を備え、導入されたマ
イクロ波によってプラズマを生成する反応器内に、プラ
ズマ中の荷電粒子を分離する分離板が設けてあり、該分
離板を通過したプラズマによって反応器内に配置した被
処理材をアッシング処理するマイクロ波プラズマ処理装
置において、前記分離板は、該分離板と前記支持枠との
対向面の間の離隔距離が１０〜４０ｍｍの範囲となる位
置に設けてあることを特徴とする。更には、前記分離板
と前記支持枠との対向面の間の離隔距離が、２０〜３０
ｍｍの範囲に設定してあることを特徴とする。

【００１６】図３は、支持枠と分離板との間の距離、よ
り詳しくは、支持枠と分離板との対向面の間の離隔距離
を異ならせてアッシングした場合のアッシング特性を示
すグラフであり、縦軸はアッシング速度を、横軸は載置
台の中心を０としたときの被処理材上の直径方向の位置
をそれぞれ示している。支持枠と分離板との間の距離が
０ｍｍ（ａ），１０ｍｍ（ｂ），２０ｍｍ（ｃ），３０
ｍｍ（ｄ），４０ｍｍ（ｅ），５０ｍｍ（ｆ）になるよ
うに分離板を取り付けた以外は同じ条件に設定して、載
置台上に載置した被処理材をアッシングし、その速度を
被処理材上の直径方向の複数の位置でそれぞれ計測し
た。なお、載置台の高さは支持枠から６０ｍｍ下方に設
定した。

【００１７】図３（ａ）から明らかな如く、図５に示し
た従来のマイクロ波プラズマ処理装置でのように、支持
枠と分離板との間の距離が０ｍｍである場合、載置台の
中心の位置近傍でのアッシング速度が、他の位置でのア
ッシング速度より遅く、被処理材の全表面において均一
な速度でアッシングすることができない。一方、図３
（ｂ）〜（ｆ）から明らかな如く、支持枠と分離板との
間の距離が１０ｍｍ以上である場合、被処理材の全表面
において略均一な速度でアッシングすることができた。
なお、支持枠と分離板との間の距離が１０ｍｍである場
合、載置台の中心の位置近傍でのアッシング速度が、他
の位置でのアッシング速度より少し遅いが、プラズマ処
理後の被処理材に支障を来さないレベルである。

【００１８】ところで、図５に示したように、支持枠と
分離板との間の距離が０ｍｍである従来のマイクロ波プ
ラズマ処理装置にあっても、支持枠と被処理材との間の
距離を１００ｍｍにすれば被処理材の全面を均一にプラ
ズマ処理することができ、そのときの処理速度は略１．
０μｍ／分である。しかし、図３（ｅ）から明らかな如
く、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置にあって
は、支持枠と分離板との間の距離が４０ｍｍである場
合、支持枠と被処理材との間の距離が６０ｍｍであって
も被処理材の全表面を均一に処理でき、また、略１．３
μｍ／分と速い処理速度でアッシングすることができ
る。また、図３（ｃ），（ｄ）から明らかな如く、支持
枠と分離板との間の距離が２０ｍｍ〜３０ｍｍである場
合、被処理材の全表面を均一に処理できる一方、処理速
度を更に向上させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】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。図１は本発明に係るマ
イクロ波プラズマ処理装置を示す模式的側断面図であ
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
が開設してあり、該マイクロ波導入窓を取り囲む上部壁
には、マイクロ波導入板（封止板）４を支持する支持枠
５が前記上部壁の上に載置されたＯリング９を挾持する
ように固定されている。

【００２０】図２は図１に示した支持枠５及びマイクロ
波導入板４を示す斜視図である。支持枠５は、反応器１
の上部壁の形状に応じた環状正四辺形の外枠部材5aと、
該外枠部材5aに内嵌し外枠部材5aにて囲まれた領域を４
等分する内枠部材5bとによって形成される正四辺形の４
つの小枠部を備えており、各小枠部上にはそれぞれ、正
方形のマイクロ波導入板４，４，４，４が載置してあ
る。なお、支持枠５は、所要の強度を確保すべくアルミ
ニウムといった金属で形成してある。支持枠５とマイク
ロ波導入板４，４，４，４との間には、各小枠部を囲む
ようにＯリング８，８，８，８が配置してあり、減圧時
にＯリング８，８，８，８が支持枠５とマイクロ波導入
板４，４，４，４とによって挾持されることによって反
応器１の上部が封止される。なお、各マイクロ波導入板
４，４，４，４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（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の誘電体にて形成されている。

【００２１】反応器１内の支持枠５から１０〜４０ｍｍ
下方、好ましくは２０〜３０ｍｍ下方には、マイクロ波
導入窓と略同じ大きさの正方形のアルミニウム板に複数
の穴が開設してある分離板６が反応器１の内周壁にネジ
止めしてある。この分離板６によって反応器１の内部が
上下に２分されており、上側はプラズマが生成される生
成室２であり、下側はプラズマ処理を行う処理室３であ
る。

【００２２】反応器１の上方には金属製容器20が設けて
あり、該金属製容器20の内部には、マイクロ波導入板
４，４，４，４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。

【００２３】反応器１内には周囲壁を貫通してガス導入
管７が連結してあり、該ガス導入管７から反応ガスが生
成室２に供給される。処理室３の底部壁中央を貫通する
昇降棒16の上端には被処理材Ｓを載置する載置台15がマ
イクロ波導入板４，４，４，４と平行に設けられてお
り、処理室３の底部壁には図示しない排気装置に接続さ
れる排気口10が開設してある。

【００２４】このような装置にてプラズマ処理を行うに
は、支持枠５から所要距離を隔てて被処理材Ｓを載置台
15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10から排気を行って生成室２及び処理室３内
を所要の真空度に設定して、ガス導入管７から反応ガス
を供給する。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
導き、誘電体線路21の下方に電界を形成する。この電界
はマイクロ波導入板４，４，４，４から生成室２内へ導
入されてプラズマが生成される。生成したプラズマは分
離板６を通過して処理室３内へ導かれ、載置台15上に載
置した被処理材Ｓの表面がプラズマ処理される。

【００２５】このとき、分離板６は処理室３の内壁と同
電位であるため、プラズマ中に含まれる荷電粒子が分離
板６によって除去され、原子のみが処理室３に供給され
るため、下地との高選択エッチング，チャージアップフ
リーのアッシングを行うことができる。一方分離板６
は、支持枠５から１０〜４０ｍｍ下方、好ましくは２０
〜３０ｍｍ下方に、より詳しくは、分離板６と支持枠５
との対向面の間の離隔距離を、１０〜４０ｍｍとし、好
ましくは２０〜３０ｍｍとして設けてあるため、生成室
２において生成されたプラズマの拡散効率が高く、支持
枠５と被処理材Ｓとの間の距離を短くしても被処理材Ｓ
の全面を均一に処理することができ、均一なプラズマ処
理を速い処理速度で行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係るマイクロ
波プラズマ処理装置にあっては、大きな寸法の被処理材
を処理すべく支持枠が設けてあっても、前記被処理材の
全面を均一にプラズマ処理することができると共に、処
理速度を向上させることができる等、本発明は優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示
す模式的側断面図である。

【図２】図１に示した支持枠及びマイクロ波導入板を示
す斜視図である。

【図３】支持枠と分離板との間の距離を異ならせてアッ
シングした場合のアッシング特性を示すグラフである。

【図４】従来のマイクロ波プラズマ処理装置を示す模式
的側断面図である。

【図５】従来のマイクロ波プラズマ処理装置によるアッ
シング特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 反応器 ２ 生成室 ３ 処理室 ４ マイクロ波導入板 ５ 支持枠 ６ 分離板 ２１ 誘電体線路 ２２ 導波管 ２３ マイクロ波発振器 Ｓ 被処理材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 可容子 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式 会社東芝 生産技術研究所内 (72)発明者 斎藤 誠 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式 会社東芝 生産技術研究所内 (72)発明者 青木 克明 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式 会社東芝 生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−191325（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/50 H01L 21/027 H05H 1/46 H01L 21/205

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波を導入する窓、該窓を封止す
   る封止板及び該封止板の物理的強度を確保するために前
   記封止板を支持する支持枠を備え、導入されたマイクロ
   波によってプラズマを生成する反応器内に、プラズマ中
   の荷電粒子を分離する分離板が設けてあり、該分離板を
   通過したプラズマによって反応器内に配置した被処理材
   をアッシング処理するマイクロ波プラズマ処理装置にお
   いて、 前記分離板は、該分離板と前記支持枠との対向面の間の
   離隔距離が１０〜４０ｍｍの範囲となる位置に設けてあ
   ることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記分離板と前記支持枠との対向面の間
   の離隔距離が、２０〜３０ｍｍの範囲に設定してある請
   求項１記載のマイクロ波プラズマ処理装置。