JP3807820B2

JP3807820B2 - Plasma processing method

Info

Publication number: JP3807820B2
Application number: JP17465597A
Authority: JP
Inventors: 俊一渋木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2017-06-30
Also published as: JPH1126187A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用して、半導体素子基板，液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング，アッシング又はＣＶＤ等の処理を施す装置及び方法に関し、特にマイクロ波の導入によりプラズマを生ぜしめるプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギーを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ，ＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。一般にプラズマを発生せしめるための励起手段には２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合と、１３．５６ＭＨｚのＲＦ（Radio Frequency ）を用いる場合とがある。前者は後者に比べて高密度のプラズマが得られるとともに、プラズマ発生のために電極を必要とせず、電極からのコンタミネーションを防止できるという利点がある。しかしながら、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置にあっては、プラズマ領域面積を広くし、且つ密度が均一になるようにプラズマを発生せしることは困難であり、大口径の半導体基板，ＬＣＤ用ガラス基板等の処理を行なうのには適切ではなかった。
【０００３】
これを解決するために、本願出願人は大面積の領域に均一にマイクロ波プラズマを発生させることが可能なプラズマ処理装置を特開昭62−5600号公報において提案している。これらのプラズマ処理装置は、マイクロ波発振器を接続した導波管から導入されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、誘電体線路の下側に所定間隔を有して対向配置されたマイクロ波導入窓を介してマイクロ波の表面波が反応室内に導入される構成になっている。マイクロ波導入窓から表面波電界によりマイクロ波が伝搬されることにより、反応室内に均一密度のプラズマを生ぜしめることが可能となる。
【０００４】
図４は、本願出願人により提案されたプラズマ処理装置の構成を示した縦断面図である。図に示すように、プラズマ処理装置は、直方体殻形状を有するアルミニウム製の反応容器１０と、該反応容器１０の上側に連結されたマイクロ波導入容器２３と、該マイクロ波導入容器２３のマイクロ波導入端に連結された導波管２１と、該導波管２１のマイクロ波導入側に接続されたマイクロ波発振器２２と、マイクロ波導入容器２３内に間隙を有して対向配置された誘電体線路２０及びマイクロ波導入板１２と、反応容器１０内に配設されたステージ１３とを備えて構成されている。マイクロ波導入板１２はその下面を、反応容器１０の内側で形成される反応室１１に臨ませて配しており、反応室１１を封止している。
【０００５】
導波管２１は金属製で、その管軸方向を水平に配しており、一端にマイクロ波発振器２２を接続している。導波管２１の他端には、略直方体殻形状を有する金属製のマイクロ波導入容器２３が連結されており、マイクロ波導入容器２３の内側には導入室２４が形成されている。導入室２４内には誘電体線路２０がその上面をマイクロ波導入容器２３の上壁に接触せしめて略水平に配されている。誘電体線路２０は略矩形板状を有し、マイクロ波を均一に拡げて伝搬させるためのテーパ部を導波管２１に接続されている。誘電体線路２０の下側には所定間隔を離隔して略平行にマイクロ波導入板１２が配されており、該マイクロ波導入板１２は反応室１１に臨み、反応容器１０を気密状態に封止している。また、マイクロ波導入板１２は矩形板状を有し、耐熱性及びマイクロ波透過性があり、かつ誘電損失が小さい石英ガラス又はＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）のような誘電体で形成されている。
【０００６】
反応室１１内にはマイクロ波導入板１２の下方にステージ１３が配されており、ステージ１３上に例えば半導体基板のような試料Ｓを載置してプラズマ処理するようになっている。反応容器１０の側壁には反応ガスを導入するための供給口１５が形成されており、底面には反応室１１内を真空排気するための排気口１４が形成されている。排気口１４には図示しない排気装置が接続されている。
【０００７】
このように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｓの表面にエッチング処理を施す場合は、反応室１１内を所望の圧力に調整した後、反応ガスを導入する。次いで、マイクロ波発振器２２からマイクロ波を発振させ、導波管２１を介して誘電体線路２０に導入する。マイクロ波は誘電体線路２０内を伝搬して定在波を形成し、誘電体線路２０の下方に電界を形成する。形成された電界が導入室２４及びマイクロ波導入板１２を透過して反応室１１内に導入される。反応室１１内に導入された電界によりプラズマが生成され、このプラズマにより試料Ｓの表面がエッチングされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の如き構成の従来のプラズマ処理装置にあっては、プラズマ発生による温度上昇のために、マイクロ波導入板１２の反応室１１側の面が加熱される。しかしながら、マイクロ波導入板１２の導入室２４側の面は加熱されないために、マイクロ波導入板１２内で温度差が生じる。そして長時間プラズマ処理を行なった場合には、この温度差はさらに拡大され、熱応力によりマイクロ波導入板１２が破損するという問題があった。また、これを防止する目的で薄いマイクロ波導入板１２を用いた場合は、マイクロ波導入板１２にはこのような温度差は生じ難くなる。しかしながら、マイクロ波導入板１２の反応室１１側は真空であり、導入室２４側は大気圧であるために、この圧力差に起因する応力によってマイクロ波導入板１２が破損するという問題があった。
【０００９】
さらに、大口径の試料Ｓをプラズマ処理する際には、マイクロ波導入板１２の寸法もこれに対応して大きく、圧力差に起因する応力に耐える構造とするためには、マイクロ波導入板１２の厚みを厚くする必要がある。この場合にはマイクロ波導入板１２の両面での温度差が大きくなり、熱応力による破損が起きやすくなるとともに、コストが高くなる。またマイクロ波導入板１２を厚くした場合は、誘電体線路２０が反応室１１から遠くなるために、マイクロ波の利用効率が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、マイクロ波導入容器内の圧力を調整し、マイクロ波導入板のマイクロ波容器側と反応室側との圧力差を小さくすることにより、薄いマイクロ波導入板を用いても破損しないプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理方法は、導波管に連結されたマイクロ波導入容器とこれに連結された反応容器との間に、マイクロ波の透過可能な第１の封止板を配して反応室を封止し、マイクロ波が前記導波管からマイクロ波導入容器を経て前記反応室内に導入され、プラズマを発生せしめるプラズマ処理装置の、前記マイクロ波導入容器を前記導波管側で封止するための、マイクロ波の透過可能な第２の封止板を備え、前記マイクロ波導入容器は排気口を設けてあり、前記マイクロ波導入容器は、前記マイクロ波導入容器内にガスを供給するための供給口を設けてあるプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理する方法であって、前記マイクロ波導入容器に設けた排気口から排気して容器内を所定圧力に調整する過程と、前記容器内を所定圧力に調整後、前記マイクロ波導入容器に設けた供給口からプラズマ発生防止用のガスを供給する過程と、前記ガスを供給後、前記反応室内を前記容器内圧力と略同圧力に調整する過程と、前記反応室内に反応ガスを供給する過程と、前記導波管にマイクロ波を導入する過程とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、第２のマイクロ波導入板、マイクロ波導入容器に設けた排気口及びこれに接続された排気装置により圧力調整手段が構成されている。排気口からマイクロ波導入容器内を排気することにより、マイクロ波導入容器内に形成される導入室の圧力が調整可能であるので、第１のマイクロ波導入板の導入室側と反応室側との間の圧力差を小さくできる。これにより、導入室及び反応室間の温度差による熱応力を受けないために薄いマイクロ波導入板を用いた場合でも、圧力差に起因する応力が付加されることがなく、マイクロ波導入板の破損を防止できる。
【００１４】
本発明にあっては、マイクロ波導入容器の供給口から容器内にガスを供給でき、マイクロ波導入容器内でのプラズマ発生が防止できる。導入室内、即ち誘電体線路直下を真空に近い圧力にした場合はプラズマの発生が予想される。プラズマの発生により、誘電体線路及びその周囲がプラズマによりダメージを受けたり、反応室内へ導入されるマイクロ波が減少し、処理速度が低下することが考えられる。電気陰性度が酸素よりも小さい原子を含むガスは電子を発生し難く、従って電離が起こり難くプラズマが発生し難いという特徴を有しており、このようなガスを導入室内に供給することによりプラズマの発生を抑制できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１のプラズマ処理装置の構造を示す縦断面図である。図に示すように、プラズマ処理装置は、直方体殻形状を有するアルミニウム製の反応容器１０と、該反応容器１０の上側に連結されたマイクロ波導入容器３０と、該マイクロ波導入容器３０内に互いに間隙を有して対向配置された誘電体線路２０及び第１のマイクロ波導入板１２と、マイクロ波導入容器３０のマイクロ波導入端に接続された導波管２１と、該導波管２１のマイクロ波導入側に接続されたマイクロ波発振器２２と、反応容器１０内に配設されたステージ１３とを備えて構成されている。第１のマイクロ波導入板１２はその下面を、反応容器１０の内側で形成される反応室１１に臨ませて配しており、反応室１１を封止している。反応容器１０には容器内に反応ガスを供給するための第１の供給口１５が開設されている。
【００１６】
導波管２１は金属製で、管軸方向を水平に配しており、一端にマイクロ波発振器２２を接続している。導波管２１の他端には略直方体殻形状を有する金属製のマイクロ波導入容器３０が連結されている。マイクロ波導入容器３０は、導波管２１との連結部分に第２のマイクロ波導入板３２を配設しており、これによりマイクロ波導入容器３０の内側に形成される導入室２４を封止している。また、マイクロ波導入容器３０の下面には、外部に通じる第２の排気口３１が開設されており、図示しない排気装置が接続されて容器内が排気可能になっている。第２のマイクロ波導入板３２、排気口３１及びこれに接続された排気装置により圧力調整手段を構成しており、導入室２４の圧力調整が可能になっている。
【００１７】
マイクロ波導入容器３０内には、誘電体線路２０がその上面をマイクロ波導入容器２３の上壁に接触せしめて略水平に配されている。誘電体線路２０は略矩形板状で、導波管２１側にテーパ部を設けた形状を有している。テーパ部はマイクロ波を誘電体線路２０内に均一に拡げて伝搬させるために設けられており、導波管２１側が幅狭で導波管２１と同程度の幅寸法を有し、最大の厚み寸法が導波管２１と同程度に形成されている。これにより、導波管２１からマイクロ波導入容器２１内に導入されたマイクロ波は、まず、誘電体線路２０を伝搬するようになっている。
【００１８】
誘電体線路２０の下側には所定間隔を離隔して略平行に第１のマイクロ波導入板１２が配されており、該マイクロ波導入板１２は反応室１１に臨み、反応容器１０を気密状態に封止している。また、第１のマイクロ波導入板１２は矩形板状を有し、耐熱性及びマイクロ波透過性があり、かつ誘電損失が小さい石英ガラス又はＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）のような誘電体で形成されている。
【００１９】
反応室１１には第１のマイクロ波導入板１２の下方にステージ１３が配されており、ステージ１３上に例えば半導体基板のような試料Ｓを載置してプラズマ処理するようになっている。反応容器１０の側壁には、上述した如く、反応ガスを導入するための第１の供給口１５が形成されており、底面には反応室１１内を真空排気するための第１の排気口１４が形成されている。排気口１４には図示しない排気装置が接続されている。
【００２０】
以上の如き構成のマイクロ波プラズマ処理装置を用いて試料Ｓの表面にエッチング処理を施す場合は、まず、第２の排気口３１からマイクロ波導入容器３０内を排気して導入室２４を所定の圧力に調整する。次いで、反応室１１を所望の圧力に調整した後、第１の供給口１５から反応ガスを導入する。このとき、導入室２４及び反応室１１の圧力は、同程度に調整することが好ましい。そして、マイクロ波発振器２２からマイクロ波を発振し、導波管２１を介して誘電体線路２０に導入する。マイクロ波は誘電体線路２０内を伝搬して定在波を形成し、誘電体線路２０の下方に電界を形成する。形成された電界は導入室２４及びマイクロ波導入板１２を透過して反応室１１内に導入される。反応室１１内に導入された電界によりプラズマが生成され、このプラズマにより試料Ｓの表面がエッチングされる。
【００２１】
なお、反応室１１及び導入室２４の圧力は、例えばキャパシタンスマノメータを用いて計測しており、プラズマ処理中の反応室１１の圧力は、反応ガスの流量制御などにより一定化している。
【００２２】
このようなプラズマ処理装置を用いて、第１のマイクロ波導入板１２の耐久性をマイクロ波導入板１２が破損するまでの時間を測定することにより調べた。図２はその結果を示すグラフであり、横軸はマイクロ波導入板１２の厚みｔを示し、縦軸は厚みｔ＝２０ｍｍのマイクロ波導入板の強度を１としたときの相対的な耐久性を示している。マイクロ波導入板１２は平面視で４００ｍｍ角の正方形を有し、厚みｔが２０ｍｍ，１０ｍｍ，５ｍｍ，２ｍｍ及び１ｍｍの５種類のものを用いた。反応容器１０内にはＡｒガスを５０ｓｃｃｍで供給し、圧力は３０ｍＴｏｒｒに調整した。マイクロ波導入容器３０の圧力は１０Ｔｏｒｒに調整した。マイクロ波パワーは１ｋＷとした。
【００２３】
グラフから、マイクロ波導入板１２の厚みｔが薄いほどその耐久性が向上していることが判る。このように、本実施の形態のプラズマ処理装置では、マイクロ波導入容器３０内の圧力を低くすることにより薄いマイクロ波導入板１２を用いることが可能となり、マイクロ波導入板１２が薄いことにより熱応力による破損を防止でき、マイクロ波導入板の寿命を飛躍的に延ばすことができる。
【００２４】
ところで、上述した実施の形態１のプラズマ処理装置を用いて試料Ｓにプラズマ処理を施した際に、例えば導入室２４内の圧力を真空近くに調整した場合は、導入室２４にプラズマが発生する虞がある。表１は、実施の形態１のマイクロ波導入容器内の圧力を異ならせてプラズマ連続処理を行い、プラズマの発生の有無を調べた結果を示している。なお、反応容器１０内にはＡｒガスを５０sccmで供給し、圧力は３０mTorr に調整した。マイクロ波パワーは１ｋＷとした。マイクロ波導入容器３０の圧力は７６０Torr，１００Torr，１０Torr，１Torr，１００mTorr ，１０mTorr ，１mTorr に調整した場合を調べた。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１から、マイクロ波導入容器３０内の圧力が１０Torr以上の場合は、導入室２４にプラズマが発生しないことが判った。導入室２４でのプラズマの発生は、誘電体線路２０及びその周囲が破損したり、処理速度の低下を招く。マイクロ波導入容器３０内の圧力を１０Torrより低くした場合でも、導入室２４のプラズマ発生を防止できるプラズマ処理装置について以下に説明する。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２のプラズマ処理装置の構造を示す縦断面図である。導波管２１に連結されたマイクロ波導入容器３４の構造が異なる以外は、実施の形態１のプラズマ処理装置と同様であり、同部分に同符号を付してその説明を省略する。本実施の形態のマイクロ波導入容器３４は、導波管２１との連結部分に第２のマイクロ波導入板３２を配設しており、これによりマイクロ波導入容器３４の内側に形成される導入室２４を封止している。また、マイクロ波導入容器３４の下面には外部に通じる第２の排気口３１が開設され、側面には外部に通じる第２の供給口３３が開設されている。排気口３１により導入室２４が排気可能であり、供給口３３により導入室２４にガスの供給が可能になっている。導入室２４に配された誘電体線路２０及び第１のマイクロ波導入板１２の材質，形状及び配設位置等は実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００２８】
以上の如き構成のプラズマ処理装置を用いて試料Ｓの表面にエッチング処理を施す場合は、まず、第２の排気口３１からマイクロ波導入容器３４内を排気して導入室２４を所定の圧力に調整し、第２の供給口３３から例えばＳＦ₆ガスを供給する。ＳＦ₆ガスは電気陰性度が酸素よりも小さいガスであり、このようなガスを供給することにより、プラズマ発生を抑制できることが知られている。
【００２９】
次いで、反応室１１を所望の圧力に調整した後、第１の供給口１５から反応ガスを導入する。このとき、導入室２４及び反応室１１の圧力は、同程度に調整することが好ましい。そして、マイクロ波発振器２２からマイクロ波を発振し、導波管２１を介して誘電体線路２０に導入する。マイクロ波は誘電体線路２０内を伝搬して定在波を形成し、誘電体線路２０の下方に電界を形成する。形成された電界は導入室２４及びマイクロ波導入板１２を透過して反応室１１内に導入される。反応室１１内に導入された電界によりプラズマが生成され、このプラズマにより試料Ｓの表面がエッチングされる。
【００３０】
このプラズマ処理装置を用い、マイクロ波導入容器３４内の圧力異ならせてプラズマ連続処理を行い、導入室２４内のプラズマ発生の有無を調べた。表２はその結果を示している。なお、反応容器１０内にはＡｒガスを５０sccmで供給し、圧力は３０mTorr に調整した。マイクロ波パワーは１ｋＷとした。マイクロ波導入容器３４内には電気陰性度が酸素よりも小さいガスであるＳＦ₆が供給され、マイクロ波導入容器３４の圧力は７６０Torr，１００Torr，１０Torr，１Torr，１００mTorr ，１０mTorr ，１mTorr に調整した場合を調べた。
【００３１】
【表２】

【００３２】
表２から、マイクロ波導入容器３４内の圧力が１Torr以上の場合は、導入室２４にプラズマが発生しないことが判った。目的の処理により異なるが、一般に処理中の反応室１１の圧力は数mTorr から数百mTorr であるので、実施の形態２に係る装置を用いた場合には、導入室２４と反応室１１との圧力差をより小さくすることができる。また、マイクロ波のパワーを高くした際には特に有効であることが判った。
【００３３】
このようなプラズマ処理装置では、実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、導入室２４の圧力が真空に近い場合であっても導入室２４でプラズマが発生されることはなく、従って、誘電体線路及びその周囲がプラズマによりダメージを受けることがなく、また処理速度の低下も防止できる。さらに、試料Ｓのサイズの拡大に伴い、第１のマイクロ波導入板１２のサイズが拡大された場合には、厚さが同じであっても圧力に対する強度が弱くなる。この観点から、実施の形態２のプラズマ処理装置は極めて有効であると言える。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、マイクロ波導入容器内の圧力が調整可能であるので、マイクロ波導入板のマイクロ波容器側と反応室側との圧力差を小さくすることにより、第１のマイクロ波導入板の破損を防止できる。また、マイクロ波導入容器内にガスの供給が可能であるので、マイクロ波導入容器内でのプラズマの発生を抑制することができ、誘電体線路及び第１のマイクロ波導入板へのダメージ及び処理速度の低下を防止できる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の構造を示す縦断面図である。
【図２】実施の形態１の第１のマイクロ波導入板の耐久性を示すグラフである。
【図３】実施の形態２のプラズマ処理装置の構造を示す縦断面図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１反応室
１２第１のマイクロ波導入板
１４第１の排気口
１５第１の供給口
２０誘電体線路
２１導波管
２４導入室
３０，３４マイクロ波導入容器
３１第２の排気口
３２第２のマイクロ波導入板
３３第２の供給口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and method for performing processing such as etching, ashing, or CVD on a semiconductor element substrate, a glass substrate for liquid crystal display using plasma, and more particularly to a plasma processing method for generating plasma by introducing microwaves. .
[0002]
[Prior art]
Plasma generated by applying energy to the reaction gas from the outside is widely used in manufacturing processes of LSI, LCD, and the like. In particular, the use of plasma has become an indispensable basic technology in the dry etching process. In general, there are a case where a microwave of 2.45 GHz is used as an excitation means for generating plasma and a case where RF (Radio Frequency) of 13.56 MHz is used. The former has an advantage that a higher density plasma can be obtained than the latter, an electrode is not required for plasma generation, and contamination from the electrode can be prevented. However, in a plasma processing apparatus using microwaves, it is difficult to generate plasma so that the plasma area is widened and the density is uniform. It was not suitable for processing glass substrates and the like.
[0003]
In order to solve this problem, the present applicant has proposed a plasma processing apparatus capable of uniformly generating microwave plasma in a large area in Japanese Patent Laid-Open No. 62-5600. In these plasma processing apparatuses, microwaves introduced from a waveguide connected to a microwave oscillator propagate through a dielectric line, and microwaves are disposed opposite to each other with a predetermined distance below the dielectric line. A microwave surface wave is introduced into the reaction chamber through the window. By propagating the microwave from the microwave introduction window by the surface wave electric field, it becomes possible to generate a uniform density plasma in the reaction chamber.
[0004]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the plasma processing apparatus proposed by the applicant of the present application. As shown in the figure, the plasma processing apparatus includes a reaction vessel 10 made of aluminum having a rectangular shell shape, a microwave introduction vessel 23 connected to the upper side of the reaction vessel 10, and a microwave in the microwave introduction vessel 23. A waveguide 21 connected to the introduction end, a microwave oscillator 22 connected to the microwave introduction side of the waveguide 21, and a dielectric disposed opposite to each other with a gap in the microwave introduction container 23 A line 20 and a microwave introduction plate 12 and a stage 13 disposed in the reaction vessel 10 are provided. The microwave introduction plate 12 is arranged with its lower surface facing a reaction chamber 11 formed inside the reaction vessel 10, and seals the reaction chamber 11.
[0005]
The waveguide 21 is made of metal, the tube axis direction is horizontally arranged, and a microwave oscillator 22 is connected to one end. The other end of the waveguide 21 is connected to a metal microwave introduction container 23 having a substantially rectangular parallelepiped shell shape, and an introduction chamber 24 is formed inside the microwave introduction container 23. In the introduction chamber 24, the dielectric line 20 is arranged substantially horizontally with its upper surface in contact with the upper wall of the microwave introduction container 23. The dielectric line 20 has a substantially rectangular plate shape, and is connected to the waveguide 21 with a tapered portion for uniformly spreading and propagating the microwave. A microwave introduction plate 12 is disposed below the dielectric line 20 in a substantially parallel manner at a predetermined interval. The microwave introduction plate 12 faces the reaction chamber 11 and seals the reaction vessel 10 in an airtight state. It has stopped. Further, the microwave introduction plate 12 has a rectangular plate shape, is formed of a dielectric material such as quartz glass or Al ₂ O ₃ (alumina), which has heat resistance and microwave transparency, and has a small dielectric loss. .
[0006]
In the reaction chamber 11, a stage 13 is disposed below the microwave introduction plate 12, and a sample S such as a semiconductor substrate is placed on the stage 13 for plasma processing. A supply port 15 for introducing a reaction gas is formed on the side wall of the reaction vessel 10, and an exhaust port 14 for evacuating the inside of the reaction chamber 11 is formed on the bottom surface. An exhaust device (not shown) is connected to the exhaust port 14.
[0007]
When performing the etching process on the surface of the sample S using the microwave plasma processing apparatus configured as described above, the reaction gas is introduced after adjusting the inside of the reaction chamber 11 to a desired pressure. Next, a microwave is oscillated from the microwave oscillator 22 and introduced into the dielectric line 20 through the waveguide 21. The microwave propagates through the dielectric line 20 to form a standing wave, and forms an electric field below the dielectric line 20. The formed electric field passes through the introduction chamber 24 and the microwave introduction plate 12 and is introduced into the reaction chamber 11. Plasma is generated by the electric field introduced into the reaction chamber 11, and the surface of the sample S is etched by this plasma.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional plasma processing apparatus having the above-described configuration, the surface on the reaction chamber 11 side of the microwave introduction plate 12 is heated to increase the temperature due to the generation of plasma. However, since the surface on the introduction chamber 24 side of the microwave introduction plate 12 is not heated, a temperature difference occurs in the microwave introduction plate 12. When the plasma treatment is performed for a long time, the temperature difference is further increased, and there is a problem that the microwave introduction plate 12 is damaged due to thermal stress. In addition, when the thin microwave introduction plate 12 is used for the purpose of preventing this, such a temperature difference is hardly generated in the microwave introduction plate 12. However, since the reaction chamber 11 side of the microwave introduction plate 12 is vacuum and the introduction chamber 24 side is atmospheric pressure, there is a problem that the microwave introduction plate 12 is damaged by the stress caused by this pressure difference. .
[0009]
Further, when plasma processing is performed on the large-diameter sample S, the size of the microwave introduction plate 12 is correspondingly large, and in order to have a structure that can withstand the stress caused by the pressure difference, the microwave introduction plate 12 is used. It is necessary to increase the thickness. In this case, the temperature difference between both surfaces of the microwave introduction plate 12 becomes large, and damage due to thermal stress is likely to occur, and the cost increases. Further, when the microwave introduction plate 12 is made thick, the dielectric line 20 becomes far from the reaction chamber 11, so that there is a problem that the utilization efficiency of the microwave is lowered.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is thin by adjusting the pressure in the microwave introduction container and reducing the pressure difference between the microwave container side and the reaction chamber side of the microwave introduction plate. An object of the present invention is to provide a plasma processing method that does not break even when a microwave introduction plate is used.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the plasma processing method according to the present invention, a microwave sealing container connected to a waveguide and a reaction container connected to the microwave introducing container are arranged to react with a first sealing plate capable of transmitting microwaves. The chamber is sealed, and the microwave is introduced from the waveguide through the microwave introduction container into the reaction chamber, and the microwave introduction container of the plasma processing apparatus that generates plasma is sealed on the waveguide side. The microwave introduction container is provided with an exhaust port, and the microwave introduction container supplies gas into the microwave introduction container. A plasma processing method using a plasma processing apparatus provided with a supply port for exhausting from an exhaust port provided in the microwave introduction container to adjust the inside of the container to a predetermined pressure; To the specified pressure Retighten, a step of supplying the gas for plasma generation preventing from the supply port formed in a microwave introduction vessel, after supplying the gas, the process of adjusting the reaction chamber into the container pressure and Hobodo pressure, The method includes a step of supplying a reaction gas into the reaction chamber and a step of introducing a microwave into the waveguide.
[0012]
In the present invention, the pressure adjusting means is constituted by the second microwave introduction plate, the exhaust port provided in the microwave introduction container, and the exhaust device connected thereto. Since the pressure in the introduction chamber formed in the microwave introduction container can be adjusted by exhausting the inside of the microwave introduction container from the exhaust port, the introduction chamber side and the reaction chamber side of the first microwave introduction plate The pressure difference between the two can be reduced. Thus, even when a thin microwave introduction plate is used because it does not receive thermal stress due to the temperature difference between the introduction chamber and the reaction chamber, stress due to the pressure difference is not added, and the microwave introduction plate Damage can be prevented.
[0014]
In the present invention, gas can be supplied into the container from the supply port of the microwave introduction container, and plasma generation in the microwave introduction container can be prevented. When the pressure in the introduction chamber, i.e., directly below the dielectric line is set to a pressure close to a vacuum, generation of plasma is expected. Due to the generation of plasma, it is considered that the dielectric line and its surroundings are damaged by the plasma, or the microwave introduced into the reaction chamber is reduced, and the processing speed is reduced. A gas containing an atom whose electronegativity is lower than that of oxygen is less likely to generate electrons, and thus is less likely to be ionized and less likely to generate plasma. By supplying such gas into the introduction chamber, plasma is generated. Can be suppressed.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the plasma processing apparatus includes an aluminum reaction vessel 10 having a rectangular parallelepiped shell shape, a microwave introduction vessel 30 connected to the upper side of the reaction vessel 10, and a microwave introduction vessel 30. The dielectric line 20 and the first microwave introduction plate 12 that are arranged to face each other with a gap, the waveguide 21 connected to the microwave introduction end of the microwave introduction container 30, and the waveguide 21 A microwave oscillator 22 connected to the microwave introduction side and a stage 13 disposed in the reaction vessel 10 are provided. The first microwave introduction plate 12 is arranged with its lower surface facing the reaction chamber 11 formed inside the reaction vessel 10, and seals the reaction chamber 11. The reaction vessel 10 is provided with a first supply port 15 for supplying reaction gas into the vessel.
[0016]
The waveguide 21 is made of metal, has a horizontal tube axis direction, and is connected to a microwave oscillator 22 at one end. The other end of the waveguide 21 is connected to a metal microwave introduction container 30 having a substantially rectangular parallelepiped shell shape. The microwave introduction container 30 is provided with a second microwave introduction plate 32 at a connection portion with the waveguide 21, thereby sealing the introduction chamber 24 formed inside the microwave introduction container 30. is doing. Further, a second exhaust port 31 leading to the outside is opened on the lower surface of the microwave introduction container 30, and an exhaust device (not shown) is connected so that the inside of the container can be exhausted. The second microwave introduction plate 32, the exhaust port 31, and the exhaust device connected to the second microwave introduction plate 32 constitute pressure adjustment means, and the pressure in the introduction chamber 24 can be adjusted.
[0017]
In the microwave introduction container 30, the dielectric line 20 is arranged substantially horizontally with its upper surface in contact with the upper wall of the microwave introduction container 23. The dielectric line 20 has a substantially rectangular plate shape and has a shape in which a tapered portion is provided on the waveguide 21 side. The taper portion is provided in order to spread the microwaves uniformly in the dielectric line 20 and propagate, and the side of the waveguide 21 is narrow and has a width dimension similar to that of the waveguide 21 and has a maximum thickness. The dimensions are the same as those of the waveguide 21. Thereby, the microwave introduced into the microwave introduction container 21 from the waveguide 21 first propagates through the dielectric line 20.
[0018]
A first microwave introduction plate 12 is arranged on the lower side of the dielectric line 20 at a predetermined interval and substantially in parallel. The microwave introduction plate 12 faces the reaction chamber 11 and seals the reaction vessel 10 in an airtight manner. Sealed in a state. The first microwave introduction plate 12 has a rectangular plate shape, is formed of a dielectric such as quartz glass or Al ₂ O ₃ (alumina), which has heat resistance and microwave transmission, and has a low dielectric loss. Has been.
[0019]
In the reaction chamber 11, a stage 13 is arranged below the first microwave introduction plate 12, and a sample S such as a semiconductor substrate is placed on the stage 13 for plasma processing. As described above, the first supply port 15 for introducing the reaction gas is formed on the side wall of the reaction vessel 10, and the first exhaust port 14 for evacuating the inside of the reaction chamber 11 on the bottom surface. Is formed. An exhaust device (not shown) is connected to the exhaust port 14.
[0020]
When performing the etching process on the surface of the sample S using the microwave plasma processing apparatus having the above-described configuration, first, the inside of the microwave introduction container 30 is evacuated from the second exhaust port 31 and the introduction chamber 24 is set in a predetermined state. Adjust to pressure. Next, after adjusting the reaction chamber 11 to a desired pressure, a reaction gas is introduced from the first supply port 15. At this time, the pressure in the introduction chamber 24 and the reaction chamber 11 is preferably adjusted to the same level. Then, a microwave is oscillated from the microwave oscillator 22 and introduced into the dielectric line 20 via the waveguide 21. The microwave propagates through the dielectric line 20 to form a standing wave, and forms an electric field below the dielectric line 20. The formed electric field passes through the introduction chamber 24 and the microwave introduction plate 12 and is introduced into the reaction chamber 11. Plasma is generated by the electric field introduced into the reaction chamber 11, and the surface of the sample S is etched by this plasma.
[0021]
The pressure in the reaction chamber 11 and the introduction chamber 24 is measured using, for example, a capacitance manometer, and the pressure in the reaction chamber 11 during plasma processing is made constant by controlling the flow rate of the reaction gas.
[0022]
Using such a plasma processing apparatus, the durability of the first microwave introduction plate 12 was examined by measuring the time until the microwave introduction plate 12 was damaged. FIG. 2 is a graph showing the results. The horizontal axis represents the thickness t of the microwave introduction plate 12, and the vertical axis represents the relative durability when the strength of the microwave introduction plate having a thickness t = 20 mm is 1. Is shown. The microwave introduction plate 12 has a square of 400 mm square in plan view, and has five types of thickness t of 20 mm, 10 mm, 5 mm, 2 mm, and 1 mm. Ar gas was supplied into the reaction vessel 10 at 50 sccm, and the pressure was adjusted to 30 mTorr. The pressure of the microwave introduction container 30 was adjusted to 10 Torr. The microwave power was 1 kW.
[0023]
From the graph, it can be seen that the durability is improved as the thickness t of the microwave introduction plate 12 is reduced. As described above, in the plasma processing apparatus of the present embodiment, it is possible to use the thin microwave introduction plate 12 by lowering the pressure in the microwave introduction container 30, and the thin microwave introduction plate 12 makes it possible to use heat. Breakage due to stress can be prevented, and the life of the microwave introduction plate can be greatly extended.
[0024]
By the way, when the plasma processing is performed on the sample S using the plasma processing apparatus of the first embodiment described above, for example, when the pressure in the introduction chamber 24 is adjusted to near vacuum, plasma is generated in the introduction chamber 24. There is a fear. Table 1 shows the result of examining whether or not plasma is generated by performing continuous plasma treatment with different pressures in the microwave introduction container of the first embodiment. In addition, Ar gas was supplied into the reaction vessel 10 at 50 sccm, and the pressure was adjusted to 30 mTorr. The microwave power was 1 kW. The case where the pressure of the microwave introduction container 30 was adjusted to 760 Torr, 100 Torr, 10 Torr, 1 Torr, 100 mTorr, 10 mTorr and 1 mTorr was examined.
[0025]
[Table 1]

[0026]
From Table 1, it was found that no plasma was generated in the introduction chamber 24 when the pressure in the microwave introduction container 30 was 10 Torr or more. The generation of plasma in the introduction chamber 24 damages the dielectric line 20 and its surroundings, and causes a reduction in processing speed. A plasma processing apparatus capable of preventing plasma generation in the introduction chamber 24 even when the pressure in the microwave introduction container 30 is lower than 10 Torr will be described below.
[0027]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of the plasma processing apparatus of the second embodiment. Except for the difference in the structure of the microwave introduction container 34 connected to the waveguide 21, it is the same as that of the plasma processing apparatus of the first embodiment. In the microwave introduction container 34 of the present embodiment, a second microwave introduction plate 32 is disposed at a connection portion with the waveguide 21, and thereby the introduction formed inside the microwave introduction container 34. The chamber 24 is sealed. Further, a second exhaust port 31 leading to the outside is opened on the lower surface of the microwave introduction container 34, and a second supply port 33 leading to the outside is opened on the side surface. The introduction chamber 24 can be exhausted through the exhaust port 31, and gas can be supplied to the introduction chamber 24 through the supply port 33. The material, shape, arrangement position, and the like of the dielectric line 20 and the first microwave introduction plate 12 arranged in the introduction chamber 24 are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0028]
When etching the surface of the sample S using the plasma processing apparatus having the above-described configuration, first, the inside of the microwave introduction container 34 is evacuated from the second exhaust port 31 to bring the introduction chamber 24 to a predetermined pressure. For example, SF ₆ gas is supplied from the second supply port 33. SF ₆ gas is a gas having an electronegativity lower than that of oxygen, and it is known that plasma generation can be suppressed by supplying such a gas.
[0029]
Next, after adjusting the reaction chamber 11 to a desired pressure, a reaction gas is introduced from the first supply port 15. At this time, the pressure in the introduction chamber 24 and the reaction chamber 11 is preferably adjusted to the same level. Then, a microwave is oscillated from the microwave oscillator 22 and introduced into the dielectric line 20 via the waveguide 21. The microwave propagates through the dielectric line 20 to form a standing wave, and forms an electric field below the dielectric line 20. The formed electric field passes through the introduction chamber 24 and the microwave introduction plate 12 and is introduced into the reaction chamber 11. Plasma is generated by the electric field introduced into the reaction chamber 11, and the surface of the sample S is etched by this plasma.
[0030]
Using this plasma processing apparatus, continuous plasma processing was performed with different pressures in the microwave introduction vessel 34, and the presence or absence of plasma generation in the introduction chamber 24 was examined. Table 2 shows the results. In addition, Ar gas was supplied into the reaction vessel 10 at 50 sccm, and the pressure was adjusted to 30 mTorr. The microwave power was 1 kW. In the microwave introduction container 34, SF ₆ which is a gas whose electronegativity is smaller than oxygen is supplied, and the pressure of the microwave introduction container 34 is adjusted to 760 Torr, 100 Torr, 10 Torr, 1 Torr, 100 mTorr, 10 mTorr, 1 mTorr. I investigated.
[0031]
[Table 2]

[0032]
From Table 2, it was found that no plasma was generated in the introduction chamber 24 when the pressure in the microwave introduction vessel 34 was 1 Torr or more. Although the pressure in the reaction chamber 11 during processing is generally several mTorr to several hundred mTorr, depending on the target processing, when the apparatus according to Embodiment 2 is used, the pressure between the introduction chamber 24 and the reaction chamber 11 is different. The pressure difference can be further reduced. Further, it has been found that it is particularly effective when the microwave power is increased.
[0033]
In such a plasma processing apparatus, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and furthermore, no plasma is generated in the introduction chamber 24 even when the pressure in the introduction chamber 24 is close to a vacuum. The dielectric line and its surroundings are not damaged by the plasma, and the processing speed can be prevented from being lowered. Furthermore, when the size of the first microwave introduction plate 12 is increased as the size of the sample S is increased, the strength against pressure is reduced even if the thickness is the same. From this viewpoint, it can be said that the plasma processing apparatus of Embodiment 2 is extremely effective.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the pressure in the microwave introduction container can be adjusted. Therefore, by reducing the pressure difference between the microwave container side and the reaction chamber side of the microwave introduction plate, Damage to the microwave introduction plate can be prevented. In addition, since gas can be supplied into the microwave introduction container, generation of plasma in the microwave introduction container can be suppressed, and damage and treatment to the dielectric line and the first microwave introduction plate can be suppressed. The present invention has excellent effects such as prevention of speed reduction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the durability of the first microwave introduction plate of the first embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a structure of a plasma processing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
11 Reaction chamber 12 First microwave introduction plate 14 First exhaust port 15 First supply port 20 Dielectric line 21 Waveguide 24

Introduction chamber

30, 34 Microwave introduction vessel 31 Second exhaust port 32 Second Microwave introduction plate 33 second supply port

Claims

Between the microwave introduction container connected to the waveguide and the reaction container connected thereto, a first sealing plate capable of transmitting microwaves is arranged to seal the reaction chamber. A microwave can be transmitted to seal the microwave introduction container on the waveguide side of the plasma processing apparatus that is introduced into the reaction chamber from the waveguide through the microwave introduction container and generates plasma. A second sealing plate, and the microwave introduction container is provided with an exhaust port,
The microwave introduction container is a method of performing plasma processing using a plasma processing apparatus provided with a supply port for supplying gas into the microwave introduction container, and an exhaust port provided in the microwave introduction container A process of adjusting the inside of the container to a predetermined pressure by evacuating, a process of supplying a gas for preventing plasma generation from a supply port provided in the microwave introduction container after adjusting the inside of the container to a predetermined pressure, and the gas And a step of adjusting the pressure in the reaction chamber to substantially the same pressure as the pressure in the vessel, a step of supplying a reaction gas into the reaction chamber, and a step of introducing a microwave into the waveguide. A plasma processing method.