JP3774965B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に係わり、特に半導体素子基板等の試料をプラズマを用いて処理を施すのに好適なプラズマ処理装置および処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロ波を利用し、かつ主たるプラズマの生成のための外部磁場を設けない無磁場マイクロ波プラズマ処理装置は、特願平7-012306号記載のように断面が矩形あるいは円形の導波管をマイクロ波が導入される石英窓に垂直に直接、設置していた。一般に無磁場プラズマ中にマイクロ波を導入した場合、マイクロ波はプラズマを反射端として定在波を形成し、そのマイクロ波モードと同形状の分布を持つプラズマを形成するように構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、定在波を形成したマイクロ波のモードの分布に影響されたプラズマ密度分布となり、処理の均一性を向上させるにあたって、任意のプラズマ分布に制御することができなかった。
【０００４】
本発明の目的は、放電安定性が良く、またプラズマの分布を制御しやすく、再現性の良い均一なプラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置および処理方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、内側が所定の圧力に減圧される処理室と、この処理室の上方に配置されてマイクロ波がその内側に導入される円筒状の空洞共振器と、この空洞共振器の中央部の上方に配置されその内側に前記空洞共振器の上方まで中心導体を有して前記マイクロ波が前記空洞共振器へ伝播する同軸線路と、前記処理室上方でこの処理室に面し前記空洞共振器内のマイクロ波がこの処理室内に透過する石英製の窓部材と、この窓部材上の前記空洞共振器の底に配置され前記同軸線路の周りに円周状に且つこの空洞共振器の径方向に傾斜させて配置されたスロットアンテナとを備えたプラズマ処理装置であって、前記処理室の外部からの磁場を用いずにこの処理室内の前記スロットアンテナ直下の前記窓部材近傍に形成されたプラズマにより処理される試料が載置される試料台とを備えたプラズマ処理装置により達成される。また、前記試料台上方の前記処理室内に配置され複数の穴を備えた板部材を備え、前記処理室の外部からの磁場を用いず前記板部材の上方の前記処理室内の前記スロットアンテナ直下の前記石英製の窓部材近傍に形成されたプラズマにより前記試料を処理するプラズマ処理装置により達成される。さらに前記板部材が接地されたことにより達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１および図２により説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一実施例である、エッチング処理後のレジスト除去を行うための無磁場式のマイクロ波アッシング装置を示す。容器１０１及びマイクロ波導入窓である石英窓１０２で区画された処理室の内部を真空排気口１０３から真空排気装置（図示省略）により減圧した後、ガス供給口１０４からガス供給装置（図示省略）によりアッシングガスを処理室内に導入し、所望の圧力に調整する。次にマグネトロン１０５から発振された、この場合、２.４５GHzのマイクロ波は、矩形導波管１０６を伝播した後、同軸−導波管変換器１０７を介して中心導体１１６によって同軸線路１０８内を伝播する。その後マイクロ波は、円筒状の空間を有する整合室１０９を介して、空洞共振器１１０に導入される。整合室１０９は、同軸線路１０８を伝播したマイクロ波が効率良く空洞共振器１１０に導入するように作用する。空洞共振器１１０の底部にはスロットアンテナ板２０１が設けられ、スロットアンテナ板１０１にはスロットアンテナ１１１が設けられている。スロットアンテナ２０２より放射されたマイクロ波は石英窓１０２を透過し処理室内へ導入される。このマイクロ波によって石英窓１０２直下にプラズマが形成される。このプラズマ中の電子によりガスが解離、励起され、活性なラジカルが多量に生成される。一方、試料である被処理材１１２は、温度制御装置１１４により加熱、冷却が可能な試料台１１３に載せ置きされる。プラズマが分散板１１５を通過する際に電荷を持ったガス分子は接地電位の分散板１１５によって通過を阻止され、電荷を有さないラジカルのみが通過し、また分散板１１５によって該分散板１１５を通過するラジカルは面内分布を調整され、被処理材１１２に到達しラジカルとの反応により、被処理材のレジストマスクがアッシング処理される。また、分散板１１５は石英窓１０２から導入されるマイクロ波を反射し、石英窓１０２と分散板１１５との間で効率よくマイクロ波エネルギをプラズマに転換することができる。
【０００７】
本実施例の場合、マイクロ波は矩形導波管１０６内を矩形TE10モードで伝播し、同軸線路１０８内は軸対称のTEMモードで伝播する。一方、空洞共振器は同じく軸対称のモードであるTM011モードとなるように内径高さが設定されている。このため、空洞共振器の底部には放射状の表面電流２０３が流れる。スロットアンテナは図２に示すように放射状の表面電流を一定の角度で横切るように、またリング状、すなわち、円周状に配置している。スロットアンテナ２０２より放射されるマイクロ波電界は、スロットアンテナ（この場合スロットアンテナの長軸方向） に対し垂直方向となる。一方、無磁場でプラズマを生成した場合、ある臨界密度（２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合７×１０11個／ｃｍ3）以上のプラズマ中をマイクロ波は伝播できない。このためプラズマはスロットアンテナ直下の石英窓近傍（数mm）にマイクロ波電界強度分布に応じて生成される。従ってスロットアンテナを径方向に対して傾斜させ、しかもリング状に配置しているのでプラズマをリング状に生成できる。スロットアンテナのリング状の配置径を変更することにより生成されるプラズマのリング径を制御できるので、被処理材上に供給されるラジカル分布を容易に制御できる。従って本実施例によれば、均一なアッシング処理を容易に実施できるという効果がある。また空洞共振器を用いることにより、空洞共振器内のマイクロ波モードを固定できるので、生成されるプラズマに影響されることなく、安定にスロットアンテナよりマイクロ波を放射できる。このため、安定にプラズマを生成できるので、再現性良くプラズマ処理を行うことができるという効果である。
【０００８】
本発明の第２の実施例を図３により説明する。本実施例では、第１の実施例において設けていた図２に示したようなスロットアンテナ２０２にかわり図３に示すような複数のリング状（この場合、２重）のスロットアンテナ２０４，２０５を使用する。複数のリング状にスロットアンテナを設けることによって、幅の広いリング形状のプラズマを生成することができる。適当な間隔でリング状にスロットアンテナを配置すれば、石英窓全面にプラズマを生成することも可能である。本実施例によれば、幅広いリング状プラズマを生成できるので、第１の実施例より、さらに容易に均一なアッシング処理が可能であるという効果がある。本実施例では、O2+5% CF4ガス、1Torr, 1000sccm, マイクロ波出力1.0kW、試料台１１３温度２０℃の条件でレジストアッシングを行っている。この条件では８インチウエハ上のレジストをアッシングレート１μm/min、均一性±5%以内で再現性良く除去できる。アッシングガスとしては、上記以外にO2+H2Oの混合ガス、O2+CH3OHの混合ガスなどを用いてもよい。試料台１１３の温度は、アッシングプロセス条件に応じて、２０〜３００℃の範囲で制御されている。
【０００９】
以上の実施例では、同軸線路によりＴＥＭモードのマイクロ波を空洞共振器内に導入しＴＭ 0mn モード（ｍ，ｎは正の整数）のマイクロ波を空洞共振器内に励振する。そして空洞共振器内底部に設けたスロットアンテナを、リング状、すなわち、円周状に並べしかも表面電流を一定の角度で横切るように傾斜させて設置したものである。同軸線路によりＴＥＭモードのマイクロ波を上部から空洞共振器内に導入することにより、ＴＭ 0mn モード（ｍ，ｎは正の整数）のマイクロ波を空洞共振器内に励振できる。空洞共振器の底部壁面には放射状に表面電流が流れ、スロットアンテナを表面電流を横切る一定の傾斜角度で、リング状に設置する。スロットアンテナより放射されるマイクロ波電界はスロットアンテナに対し垂直方向となる。一方無磁場で生成されたプラズマは、スロットアンテナ直下のマイクロ波導入窓近傍にマイクロ波電界強度分布に応じて生成される。従ってスロットアンテナを径方向に対し傾斜させ、しかもリング状に配置しているのでリング状のプラズマを生成できる。スロットアンテナのリング径を変更することにより、生成されるプラズマのリング径を制御することができるので、生成されるプラズマの分布を容易に制御することができる。従って容易に均一なプラズマ処理を実施できる。また空洞共振器を用いることにより、空洞共振器内のマイクロ波のモードを固定できるので、生成されるプラズマに影響されることなく安定にスロットアンテナによりマイクロ波を放射することができる。このため、安定にプラズマを生成できるので再現性良くプラズマ処理を行うことができる。また、上記実施例では、アッシング装置について述べたが、その他の無磁場マイクロ波プラズマを利用したエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などのプラズマ処理装置、光源、イオン源、ラジカル源についても同様の作用効果が得られる。なお、アッシング装置以外の装置では分散板１１５を除くことにより、プラズマ中の種々の解離分子を使用することができ、プラズマ中のイオンを利用した処理も可能になる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、放電安定性が良く、またプラズマの分布を制御しやすく、再現性の良い均一なプラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の実施例であるアッシング装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の図１の装置に使用されるスロットアンテナを示す配置図である。
【図３】本発明の図１の装置に使用されるスロットアンテナの他の実施例を示すスロットアンテナ配置図である。
【符号の説明】
１０１…容器、１０２…石英窓、１０３…真空排気口、１０４…ガス供給口、１０５…マグネトロン、１０６…矩形導波管、１０７…同軸−導波管変換器、１０８…同軸線路、１０９…整合室、１１０…空洞共振器、１１２…被処理材、１１３…試料台、１１４…温度制御装置、１１５…分散板、１１６…中心導体、２０１，２０１ａ…スロットアンテナ板、２０２，２０４，２０５…スロットアンテナ、２０３…表面電流。
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に係わり、特に半導体素子基板等の試料をプラズマを用いて処理を施すのに好適なプラズマ処理装置および処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロ波を利用し、かつ主たるプラズマの生成のための外部磁場を設けない無磁場マイクロ波プラズマ処理装置は、特願平7-012306号記載のように断面が矩形あるいは円形の導波管をマイクロ波が導入される石英窓に垂直に直接、設置していた。一般に無磁場プラズマ中にマイクロ波を導入した場合、マイクロ波はプラズマを反射端として定在波を形成し、そのマイクロ波モードと同形状の分布を持つプラズマを形成するように構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、定在波を形成したマイクロ波のモードの分布に影響されたプラズマ密度分布となり、処理の均一性を向上させるにあたって、任意のプラズマ分布に制御することができなかった。
【０００４】
本発明の目的は、放電安定性が良く、またプラズマの分布を制御しやすく、再現性の良い均一なプラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置および処理方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、内側が所定の圧力に減圧される処理室と、この処理室の上方に配置されてマイクロ波がその内側に導入される円筒状の空洞共振器と、この空洞共振器の中央部の上方に配置されその内側に前記空洞共振器の上方まで中心導体を有して前記マイクロ波が前記空洞共振器へ伝播する同軸線路と、前記処理室上方でこの処理室に面し前記空洞共振器内のマイクロ波がこの処理室内に透過する石英製の窓部材と、この窓部材上の前記空洞共振器の底に配置され前記同軸線路の周りに円周状に且つこの空洞共振器の径方向に傾斜させて配置されたスロットアンテナとを備えたプラズマ処理装置であって、前記処理室の外部からの磁場を用いずにこの処理室内の前記スロットアンテナ直下の前記窓部材近傍に形成されたプラズマにより処理される試料が載置される試料台とを備えたプラズマ処理装置により達成される。また、前記試料台上方の前記処理室内に配置され複数の穴を備えた板部材を備え、前記処理室の外部からの磁場を用いず前記板部材の上方の前記処理室内の前記スロットアンテナ直下の前記石英製の窓部材近傍に形成されたプラズマにより前記試料を処理するプラズマ処理装置により達成される。さらに前記板部材が接地されたことにより達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１および図２により説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一実施例である、エッチング処理後のレジスト除去を行うための無磁場式のマイクロ波アッシング装置を示す。容器１０１及びマイクロ波導入窓である石英窓１０２で区画された処理室の内部を真空排気口１０３から真空排気装置（図示省略）により減圧した後、ガス供給口１０４からガス供給装置（図示省略）によりアッシングガスを処理室内に導入し、所望の圧力に調整する。次にマグネトロン１０５から発振された、この場合、２.４５GHzのマイクロ波は、矩形導波管１０６を伝播した後、同軸−導波管変換器１０７を介して中心導体１１６によって同軸線路１０８内を伝播する。その後マイクロ波は、円筒状の空間を有する整合室１０９を介して、空洞共振器１１０に導入される。整合室１０９は、同軸線路１０８を伝播したマイクロ波が効率良く空洞共振器１１０に導入するように作用する。空洞共振器１１０の底部にはスロットアンテナ板２０１が設けられ、スロットアンテナ板１０１にはスロットアンテナ１１１が設けられている。スロットアンテナ２０２より放射されたマイクロ波は石英窓１０２を透過し処理室内へ導入される。このマイクロ波によって石英窓１０２直下にプラズマが形成される。このプラズマ中の電子によりガスが解離、励起され、活性なラジカルが多量に生成される。一方、試料である被処理材１１２は、温度制御装置１１４により加熱、冷却が可能な試料台１１３に載せ置きされる。プラズマが分散板１１５を通過する際に電荷を持ったガス分子は接地電位の分散板１１５によって通過を阻止され、電荷を有さないラジカルのみが通過し、また分散板１１５によって該分散板１１５を通過するラジカルは面内分布を調整され、被処理材１１２に到達しラジカルとの反応により、被処理材のレジストマスクがアッシング処理される。また、分散板１１５は石英窓１０２から導入されるマイクロ波を反射し、石英窓１０２と分散板１１５との間で効率よくマイクロ波エネルギをプラズマに転換することができる。
【０００７】
本実施例の場合、マイクロ波は矩形導波管１０６内を矩形TE10モードで伝播し、同軸線路１０８内は軸対称のTEMモードで伝播する。一方、空洞共振器は同じく軸対称のモードであるTM011モードとなるように内径高さが設定されている。このため、空洞共振器の底部には放射状の表面電流２０３が流れる。スロットアンテナは図２に示すように放射状の表面電流を一定の角度で横切るように、またリング状、すなわち、円周状に配置している。スロットアンテナ２０２より放射されるマイクロ波電界は、スロットアンテナ（この場合スロットアンテナの長軸方向） に対し垂直方向となる。一方、無磁場でプラズマを生成した場合、ある臨界密度（２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合７×１０11個／ｃｍ3）以上のプラズマ中をマイクロ波は伝播できない。このためプラズマはスロットアンテナ直下の石英窓近傍（数mm）にマイクロ波電界強度分布に応じて生成される。従ってスロットアンテナを径方向に対して傾斜させ、しかもリング状に配置しているのでプラズマをリング状に生成できる。スロットアンテナのリング状の配置径を変更することにより生成されるプラズマのリング径を制御できるので、被処理材上に供給されるラジカル分布を容易に制御できる。従って本実施例によれば、均一なアッシング処理を容易に実施できるという効果がある。また空洞共振器を用いることにより、空洞共振器内のマイクロ波モードを固定できるので、生成されるプラズマに影響されることなく、安定にスロットアンテナよりマイクロ波を放射できる。このため、安定にプラズマを生成できるので、再現性良くプラズマ処理を行うことができるという効果である。
【０００８】
本発明の第２の実施例を図３により説明する。本実施例では、第１の実施例において設けていた図２に示したようなスロットアンテナ２０２にかわり図３に示すような複数のリング状（この場合、２重）のスロットアンテナ２０４，２０５を使用する。複数のリング状にスロットアンテナを設けることによって、幅の広いリング形状のプラズマを生成することができる。適当な間隔でリング状にスロットアンテナを配置すれば、石英窓全面にプラズマを生成することも可能である。本実施例によれば、幅広いリング状プラズマを生成できるので、第１の実施例より、さらに容易に均一なアッシング処理が可能であるという効果がある。本実施例では、O2+5% CF4ガス、1Torr, 1000sccm, マイクロ波出力1.0kW、試料台１１３温度２０℃の条件でレジストアッシングを行っている。この条件では８インチウエハ上のレジストをアッシングレート１μm/min、均一性±5%以内で再現性良く除去できる。アッシングガスとしては、上記以外にO2+H2Oの混合ガス、O2+CH3OHの混合ガスなどを用いてもよい。試料台１１３の温度は、アッシングプロセス条件に応じて、２０〜３００℃の範囲で制御されている。
【０００９】
以上の実施例では、同軸線路によりＴＥＭモードのマイクロ波を空洞共振器内に導入しＴＭ 0mn モード（ｍ，ｎは正の整数）のマイクロ波を空洞共振器内に励振する。そして空洞共振器内底部に設けたスロットアンテナを、リング状、すなわち、円周状に並べしかも表面電流を一定の角度で横切るように傾斜させて設置したものである。同軸線路によりＴＥＭモードのマイクロ波を上部から空洞共振器内に導入することにより、ＴＭ 0mn モード（ｍ，ｎは正の整数）のマイクロ波を空洞共振器内に励振できる。空洞共振器の底部壁面には放射状に表面電流が流れ、スロットアンテナを表面電流を横切る一定の傾斜角度で、リング状に設置する。スロットアンテナより放射されるマイクロ波電界はスロットアンテナに対し垂直方向となる。一方無磁場で生成されたプラズマは、スロットアンテナ直下のマイクロ波導入窓近傍にマイクロ波電界強度分布に応じて生成される。従ってスロットアンテナを径方向に対し傾斜させ、しかもリング状に配置しているのでリング状のプラズマを生成できる。スロットアンテナのリング径を変更することにより、生成されるプラズマのリング径を制御することができるので、生成されるプラズマの分布を容易に制御することができる。従って容易に均一なプラズマ処理を実施できる。また空洞共振器を用いることにより、空洞共振器内のマイクロ波のモードを固定できるので、生成されるプラズマに影響されることなく安定にスロットアンテナによりマイクロ波を放射することができる。このため、安定にプラズマを生成できるので再現性良くプラズマ処理を行うことができる。また、上記実施例では、アッシング装置について述べたが、その他の無磁場マイクロ波プラズマを利用したエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などのプラズマ処理装置、光源、イオン源、ラジカル源についても同様の作用効果が得られる。なお、アッシング装置以外の装置では分散板１１５を除くことにより、プラズマ中の種々の解離分子を使用することができ、プラズマ中のイオンを利用した処理も可能になる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、放電安定性が良く、またプラズマの分布を制御しやすく、再現性の良い均一なプラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の実施例であるアッシング装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の図１の装置に使用されるスロットアンテナを示す配置図である。
【図３】本発明の図１の装置に使用されるスロットアンテナの他の実施例を示すスロットアンテナ配置図である。
【符号の説明】
１０１…容器、１０２…石英窓、１０３…真空排気口、１０４…ガス供給口、１０５…マグネトロン、１０６…矩形導波管、１０７…同軸−導波管変換器、１０８…同軸線路、１０９…整合室、１１０…空洞共振器、１１２…被処理材、１１３…試料台、１１４…温度制御装置、１１５…分散板、１１６…中心導体、２０１，２０１ａ…スロットアンテナ板、２０２，２０４，２０５…スロットアンテナ、２０３…表面電流。
Claims (3)
- 内側が所定の圧力に減圧される処理室と、この処理室の上方に配置されてマイクロ波がその内側に導入される円筒状の空洞共振器と、この空洞共振器の中央部の上方に配置されその内側に前記空洞共振器の上方まで延びる中心導体を有して前記マイクロ波が前記空洞共振器へ伝播する同軸線路と、前記処理室上方でこの処理室に面し前記空洞共振器内のマイクロ波がこの処理室内に透過する石英製の窓部材と、この窓部材上の前記空洞共振器の底に配置され前記同軸線路の軸の周りに円周状に且つこの空洞共振器の径方向に対して傾斜させて配置されたスロットアンテナとを備えたプラズマ処理装置であって、前記処理室の外部からの磁場を用いずにこの処理室内の前記スロットアンテナ直下の前記窓部材近傍に形成されたプラズマにより処理される試料が載置される試料台とを備えたプラズマ処理装置。
- 内側が所定の圧力に減圧される処理室と、この処理室の上方に配置されてマイクロ波がその内側に導入される円筒状の空洞共振器と、この空洞共振器の中央部の上方に配置されその内側に前記空洞共振器の上方まで延びる中心導体を有して前記マイクロ波が前記空洞共振器へ伝播する同軸線路と、前記処理室上方でこの処理室に面し前記空洞共振器内のマイクロ波がこの処理室内に透過する石英製の窓と、この窓部材上の前記空洞共振器の底に配置され前記同軸線路の軸の周りに円周状に且つこの空洞共振器の径方向に傾斜させて配置されたスロットアンテナと、前記処理室内に配置され処理対象の試料が載置される試料台と、この試料台上方の前記処理室内に配置され複数の穴を備えた板部材とを備えたプラズマ処理装置であって、前記処理室の外部からの磁場を用いず前記板部材の上方の前記処理室内の前記スロットアンテナ直下の前記窓部材近傍に形成されたプラズマにより前記試料を処理するプラズマ処理装置。
- 請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、前記板部材が接地され、前記試料がアッシング処理されるプラズマ処理装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP33793396A JP3774965B2 (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | プラズマ処理装置 |
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| JPH10177994A JPH10177994A (ja) | 1998-06-30 |
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| JP33793396A Expired - Fee Related JP3774965B2 (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | プラズマ処理装置 |
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1996
- 1996-12-18 JP JP33793396A patent/JP3774965B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10177994A (ja) | 1998-06-30 |
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