JP5190203B2 - Plasma generator, plasma processing apparatus, and plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ発生装置 、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、特に、マイクロ波を用いたプラズマ発生装置 、これを備えたエッチング装置などのプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma generation apparatus, a plasma processing apparatus, and a plasma processing method, and more particularly to a plasma generation apparatus using a microwave, a plasma processing apparatus such as an etching apparatus equipped with the plasma, and a plasma processing method.
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体製造装置、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体装置や液晶ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が用いられている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。 The dry process using plasma is used in a wide range of technical fields such as semiconductor manufacturing equipment, surface hardening of metal parts, surface activation of plastic parts, and non-chemical sterilization. For example, when manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display, various plasma treatments such as ashing, dry etching, thin film deposition, or surface modification are used. The dry process using plasma is advantageous in that it is low-cost, high-speed, and can reduce environmental pollution because it does not use chemicals.
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものして、波長が数100MHz〜数10GHzのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。マイクロ波励起型のプラズマ源は、高周波プラズマ源などに比べてプラズマ電位が低いので、ダメージ無しのレジスト・アッシング(resist ashing)や、バイアス電圧を印加した異方性エッチングなどに広く用いられている。 As a typical apparatus for performing such plasma processing, there is a “microwave excitation type” plasma processing apparatus that excites plasma with microwaves having a wavelength of several hundred MHz to several tens GHz. Microwave-excited plasma sources are widely used for resist ashing without damage and anisotropic etching with a bias voltage applied because the plasma potential is lower than that of high-frequency plasma sources. .
ここで、プラズマを励起するためにマイクロ波を導入する部分には、高純度の石英からなる部材が用いられるが、高プラズマ密度、高温という条件のもとでは部材表面がエッチングされ消耗が著しい。そのため、エッチングにより消耗する部分に耐プラズマ性の高い材料を装着する技術が提案されている(特許文献1を参照)。 Here, a member made of high-purity quartz is used for a portion where microwaves are introduced to excite plasma. However, the surface of the member is etched and consumed under conditions of high plasma density and high temperature. Therefore, a technique has been proposed in which a material having high plasma resistance is attached to a portion consumed by etching (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示されているような技術では、外側の石英管内径と、内側のセラミック内部管外径との間に装着(挿嵌)のための隙間が生じる。そのため、この隙間にもプラズマが発生して、石英管の内側がエッチングされるおそれがあった。また、減圧空間にセラミック内部管を設けているので、放熱がしにくく冷却の点からも問題があった。その上、セラミック内部管を装着(挿嵌)する時の擦れや、外側の石英管と内側のセラミック内部管との間における熱膨張率の差に起因する擦れなどにより、パーティクルが発生するおそれもあった。
本発明は、マイクロ波を導入する部分の部材の寿命が長く、かつ、広範囲にプラズマを発生させることができるプラズマ発生装置 、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。 The present invention provides a plasma generating apparatus, a plasma processing apparatus, and a plasma processing method capable of generating a plasma over a wide range with a long lifetime of a member to which a microwave is introduced.
本発明の一態様によれば、減圧された空間と大気圧空間とを仕切る誘電体と、マイクロ波導波管を備え、前記誘電体に前記大気圧空間の側から前記マイクロ波導波管を介してマイクロ波を導入して、前記減圧された空間の側にプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
前記誘電体の前記大気圧空間の側に設けられ、前記誘電体の誘電率よりも低い誘電率を有するプラズマ拡張部材をさらに備え、このプラズマ拡張部材を介して前記誘電体に前記マイクロ波を導入するように構成し、前記プラズマ拡張部材はその内周面と外周面が大気圧空間にさらされ、前記誘電体と前記プラズマ拡張部材の前記内周面との間には隙間が設けられ、この隙間が大気に開放されてなることを特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, a dielectric that partitions the decompressed space and the atmospheric pressure space, and a microwave waveguide are provided, and the dielectric is inserted into the dielectric from the atmospheric pressure space via the microwave waveguide. A plasma generator for introducing a microwave to generate plasma on the decompressed space side,
A plasma expansion member provided on the atmospheric pressure space side of the dielectric and having a dielectric constant lower than that of the dielectric is further provided, and the microwave is introduced into the dielectric via the plasma expansion member The plasma expansion member has an inner peripheral surface and an outer peripheral surface exposed to an atmospheric pressure space, and a gap is provided between the dielectric and the inner peripheral surface of the plasma expansion member. the plasma generating apparatus characterized by clearance is open to the atmosphere is provided.
また、本発明の他の一態様によれば、前記のプラズマ発生装置を備え、前記発生させたプラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたこと、を特徴とするプラズマ処理装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising the above-described plasma generation apparatus, wherein plasma processing of an object to be processed can be performed using the generated plasma. The
さらにまた、本発明の他の一態様によれば、前記のプラズマ発生装置を用い、前記発生させたプラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施すること、を特徴とするプラズマ処理方法が提供される。 Furthermore, according to another aspect of the present invention, there is provided a plasma processing method characterized in that plasma processing is performed on an object to be processed by the generated plasma using the plasma generator. .
本発明によれば、マイクロ波を導入する部分の部材の寿命が長く、かつ、広範囲にプラズマを発生させることができるプラズマ発生装置 、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lifetime of the member of the part which introduce | transduces a microwave is long, and the plasma generator, plasma processing apparatus, and plasma processing method which can generate | occur | produce a plasma in a wide range are provided.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。
図1は、本発明の実施の形態に係るプラズマ発生装置1を説明するための模式断面図である。尚、図1(a)はプラズマ発生装置1の正面側の模式断面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A方向矢視模式断面図である。
図1に示すプラズマ発生装置1は、一般に「CDE(Chemical Dry Etching;ケミカルドライエッチング)装置」と呼ばれるマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるものであり、誘電体である放電管2、プラズマ拡張部材3、導入導波管4、冷却手段5を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a plasma generator 1 according to an embodiment of the present invention. 1A is a schematic cross-sectional view of the front side of the plasma generator 1, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the AA direction of FIG. 1A.
A plasma generator 1 shown in FIG. 1 is used in a microwave plasma processing apparatus generally called a “CDE (Chemical Dry Etching) apparatus”, and includes a
ここで、フッ素系のエッチングガスとして、堆積が少なくエッチング特性も安定しているCF4(テトラフルオロカーボン)ガスが、半導体ウェーハのエッチングに従来から広く使われてきた。しかし、CF4ガスはPFC(パーフルオロカーボン)ガスの1種であり、温暖化係数が高く地球環境にとって好ましくないので、使用を極力抑制する必要がある。そのため、CF4ガスより温暖化係数が低く、また、高いエッチングレートを得やすいNF3(三フッ化窒素)ガスが使用されるようになってきている。 Here, CF 4 (tetrafluorocarbon) gas, which is less deposited and has stable etching characteristics, has been widely used for etching semiconductor wafers as a fluorine-based etching gas. However, CF 4 gas is a kind of PFC (perfluorocarbon) gas and has a high global warming potential and is not preferable for the global environment. Therefore, it is necessary to suppress its use as much as possible. Therefore, NF 3 (nitrogen trifluoride) gas, which has a lower warming coefficient than CF 4 gas and easily obtains a high etching rate, has come to be used.
ところが、NF3ガスは分解性が高く、マイクロ波Mを吸収し易いため、プラズマPの発生範囲が狭く集中した状態となりやすい。プラズマPが集中的に発生すると放電管2内面で局所的に高温となる場所が生じ、温度分布が大きくなるため、高い熱応力が発生して放電管2が破損するおそれがある。また、高温により化学的なエッチング速度が高くなるため、局所的な損耗が発生して、汚染や異物の発生原因となるおそれもある。また、放電管2に使用されることのある耐フッ素プラズマ性の高い材料(例えば、アルミナ(Al2O3)、サファイア、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG;Yttrium Aluminum Garnet)など)は、一般的に誘電率が高く、マイクロ波Mを伝播させにくいので、これもプラズマPを集中的に発生させる要因となる。
However, since NF 3 gas has high decomposability and easily absorbs the microwave M, the generation range of the plasma P tends to be narrow and concentrated. When the plasma P is generated in a concentrated manner, a place where the temperature is locally high is generated on the inner surface of the
プラズマPの集中的な発生を抑制してプラズマPの発生範囲を拡張し、温度分布を改善するためには、添加ガス(例えば、アルゴンガス)を加えたり、磁場によるプラズマPの制御をしたりすることが考えられる。しかし、添加ガスはエッチングレートなどに影響を及ぼす場合もあり、一般的に用いることができるとは言い難い。また、磁場によるプラズマPの制御は、装置の大型化、複雑化を招くという新たな問題を生じる。 In order to suppress the intensive generation of the plasma P and extend the generation range of the plasma P to improve the temperature distribution, an additive gas (for example, argon gas) is added, or the plasma P is controlled by a magnetic field. It is possible to do. However, the additive gas may affect the etching rate and the like, and it cannot be generally said that it can be used. Further, the control of the plasma P by the magnetic field causes a new problem that the apparatus becomes large and complicated.
本発明者は検討の結果、放電管2へのマイクロ波Mの導入に際し、放電管2の外周面に放電管2より誘電率の低い部材(プラズマ拡張部材3)を設けるものとすれば、マイクロ波Mの伝播範囲を拡げることができ、プラズマPの発生範囲も拡張できるので、プラズマPの集中的な発生を抑制することができるとの知見を得た。
これは、必ずしも明らかではないが以下のためであると考えられる。一般に、誘電率が高い材料ほどマイクロ波は伝播しにくい。そのため、誘電率の高い放電管2へ直接マイクロ波を導入するものとすれば、放電管2の軸方向へのマイクロ波の伝播はされず、導入された部分の直下に集中してマイクロ波の放射が起こり、そこに集中してプラズマが発生する。これに対し、放電管2より低い誘電率を有する部材(プラズマ拡張部材3)を設けてそこにマイクロ波を導入するものとすれば、マイクロ波の放射方向には誘電率のより高い(マイクロ波の伝播のしにくい)放電管2があるので、導入されたマイクロ波の大部分はそのまま放射されることはなく、プラズマ拡張部材3と放電管2との界面を表面波となって伝搬し、その後、放電管2に向かって放射されるようになると考えられる。そのため、プラズマPの発生範囲が拡張され、プラズマPの集中的な発生が抑制されることになる。
プラズマ拡張部材3には、放電管2より誘電率の低い材料を用いればよい。
ここで、放電管2は誘電体からなり、例えば、石英(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、サファイア、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG;Yttrium Aluminum Garnet)などを用いることができる。ただし、反応性が高いフッ素プラズマによる放電管2の消耗を考慮すれば、耐フッ素プラズマ性の高いアルミナ(Al2O3)、サファイア、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG;Yttrium Aluminum Garnet)などを用いることが好ましい。
As a result of the study, the present inventor has provided a member (plasma expansion member 3) having a dielectric constant lower than that of the
This is not necessarily clear, but is considered to be due to the following. In general, microwaves are less likely to propagate as the dielectric constant increases. Therefore, if the microwave is directly introduced into the
A material having a lower dielectric constant than the
Here, the
そのため、例えば、プラズマ拡張部材3として比誘電率が4程度である石英(SiO2)を、放電管2として比誘電率が8程度であるアルミナ(Al2O3)を用いればよいことになる。ただし、前述の材料やそれらの組み合わせに限定されるわけではなく、適宜変更が可能である。
Therefore, for example, quartz (SiO 2 ) having a relative dielectric constant of about 4 may be used as the
次に、図1に戻ってプラズマ発生装置1の構成を説明する。
導入導波管4には略直交するように、放電管2とプラズマ拡張部材3とが挿通している。また、導入導波管4には、プラズマ拡張部材3の軸方向に直交する方向から伝播してきたマイクロ波Mをプラズマ拡張部材3に向けて放射するための環状のスロット4aが設けられている。尚、プラズマ拡張部材3は、導入導波管4のスロット4aを基準としてその端面3a、3bの位置が略対称となるように挿通されていてもよいが、プラズマ発生位置などに応じて適宜変更することもできる。
Next, returning to FIG. 1, the configuration of the plasma generator 1 will be described.
The
図1(b)に示すように、放電管2とプラズマ拡張部材3とが導入導波管4を挿通する部分において、プラズマ拡張部材3の軸方向に直交する方向で、かつ、マイクロ波Mの進行方向に直交する方向の導入導波管4の内側寸法、すなわち、導入導波管4の内部に設けられた一対のマイクロ波通路の通路幅Wの寸法を、マイクロ波Mの半波長(λ/2)よりも大きくマイクロ波Mの1波長(λ)よりも小さな値とすることが好ましい。通路幅Wの寸法をこのような値に設定すれば、伝播してきたマイクロ波Mは、放電管2内のプラズマPに影響されることなく、放電管2の背面側まで同一のモードで回り込むことができる。そのため、プラズマPの発生を安定させることができることになる。すなわち、通路幅Wをマイクロ波Mの半波長(λ/2)よりも大きくすることでマイクロ波Mの伝播が可能となり、また、通路幅Wをマイクロ波Mの1波長(λ)より小さくするで、多モードの電磁界分布の発生を防止することができるようになる。ちなみに、2.45GHzのマイクロ波Mの導入導波管内波長(λ)が160mmの場合、この通路幅Wは、好ましくは、80mm<通路幅W<160mmとなる。
As shown in FIG. 1B, in a portion where the
放電管2の内部は、プラズマPを発生させるためのプラズマ発生室Cとなるが、スリット4aに対向する部分がプラズマ発生室Cの略中心領域となる。
プラズマ拡張部材3は、放電管2と略同軸となっている。このとき、プラズマ拡張部材3の内周面と放電管2の外周面とが当接するようにしてもよいが、前述したプラズマ発生範囲の拡張効果を考慮すれば、隙間G1を設ける方が好ましい。隙間G1は、比誘電率が1の空気で満たされるので、プラズマ拡張部材3の見かけ上の比誘電率を引き下げる効果があるからである。この場合、放電管2の外周面にシリコンゴムなどからなる図示しないスペーサを設けて、隙間G1の寸法の均一化を図ることが好ましい。
The inside of the
The
また、隙間G1の寸法は、先に述べたプラズマ発生範囲の拡張効果を考慮すると大きいほうが良いが、大きすぎると、空気の断熱性により、後述する冷却手段5の冷却効果に悪影響を与える場合がある。実験で確認したところ、この隙間G1は0.5mm〜2.0mmが特に好ましいことが判明した。これは、隙間G1が2.0mmを超えると、放電管2内での放電が不安定となることが確認され、また本実施の形態のように、放電管2とプラズマ拡張部材3とを円筒型で製作する場合において、隙間G1として0.5mm以下の隙間を確保しようとすると、同芯度が高精度に要求され、高価となってしまうためである。
冷却手段5の冷却ブロック6は、プラズマ拡張部材3と導入導波管4との挿通部分及びその周辺において、プラズマ拡張部材3の外周面を包囲するようにして設けられており、この冷却ブロック6は循環する冷却水により冷却されるようになっている。また、プラズマ拡張部材3との間には、隙間G2(例えば1mm程度)が形成されている。
In addition, the size of the gap G1 is preferably large in consideration of the effect of expanding the plasma generation range described above. However, if the size is too large, the cooling effect of the cooling means 5 to be described later may be adversely affected due to heat insulation of air. is there. As a result of experiments, it was found that the gap G1 is particularly preferably 0.5 mm to 2.0 mm. It is confirmed that when the gap G1 exceeds 2.0 mm, the discharge in the
The
冷却ブロック6には、隙間G2に窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのガス供給路8が設けられている。このガス供給路8の断面積は、マイクロ波Mが漏洩しない程度に小さく設定されている。この供給された不活性ガスにより冷却効果が高まると伴に、パージが行われ大気中の酸素が排除されるのでオゾンの発生をも抑制することができる。
The
尚、プラズマPからの輻射熱を吸収する効果を高めるために、冷却ブロック6の内側に、輻射熱の吸収率の高い導体或いは誘電体を設けるようにしてもよい。また、冷却ブロック6の内壁を黒色に塗装することも、輻射熱の吸収効果を高める上で有効である。
In order to enhance the effect of absorbing the radiant heat from the plasma P, a conductor or a dielectric having a high radiant heat absorption rate may be provided inside the
プラズマ拡張部材3付近の断面寸法を例示するものとすれば、アルミナ(Al2O3)からなる放電管2の外径を25.4mm程度、その肉厚を1〜2mm程度、石英(SiO2)からなるプラズマ拡張部材3の外径を38mm程度、その肉厚を5〜7mm程度、冷却ブロック6の内径を40mm程度とすることができる。ただし、これらの寸法に限定されるわけではなく、適宜変更をすることができる。
If the cross-sectional dimension in the vicinity of the
図2は、プラズマ発生装置1の外観を説明するための模式斜視図である。
図3は、図2の軸方向断面を説明するための模式断面図である。
尚、図1で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、説明は省略する。
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the appearance of the plasma generator 1.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining an axial cross-section of FIG.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to what was demonstrated in FIG. 1, and description is abbreviate | omitted.
図2、図3に示すようにプラズマ発生装置1の放電管2の一端(図2、図3では左端)にはガス導入部7が接続され、放電管2内にガス導入部7を介してエッチングガスGが導入されるようになっている。また、プラズマ発生装置1の放電管2の他端(図2、図3では右端)にはガス搬送部9が接続され、プラズマ生成物のうちの主に中性活性種がガス搬送部9を介して後述するチャンバー14(図4参照)に向けて搬送されるようになっている。冷却手段5の冷却ブロック6には、継手10a、10bが設けられ、一方の継手10aから冷却ブロック6内に冷却水が供給され、他方の継手10bから冷却水が排出され、冷却ブロック6内を冷却水が循環できるようになっている。尚、冷却水の供給は、図示しない冷却水供給手段により行われる。また、冷却ブロック6からの排水をフィルター、冷却器などを介して再度利用するようにすることもできる。また、前述したように、放電管2・プラズマ拡張部材3が挿通する部分の導入導波管4は、ドーナツ状の形態を有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
次に、プラズマ発生装置1の作用を説明する。
まず、ドライポンプなどの減圧手段11(図4を参照)により放電管2内が所定の圧力まで減圧される。次に、ガス供給手段12(図4を参照)から所定量のエッチングガスG(例えば、NF3)が、ガス導入部7を介して放電管2内に導入される。一方、マイクロ波発生手段13(図4を参照)から、所定のパワーのマイクロ波Mが導入導波管4、プラズマ拡張部材3を介して放電管2内のプラズマ発生室Cに導入される。また、冷却手段5の冷却ブロック6内に冷却水が供給されて、プラズマ拡張部材3・放電管2の冷却が行われ、ガス供給路8から窒素ガスなどの不活性ガスが供給されて、冷却とオゾン発生の抑制が行われる。
Next, the operation of the plasma generator 1 will be described.
First, the inside of the
導入導波管4内を伝播してきたマイクロ波Mは、環状のスロット4aから、まずプラズマ拡張部材3に放射される。プラズマ拡張部材3に放射されたマイクロ波Mは、放電管2に向けて放射されプラズマ発生室Cに導入される。この際、プラズマ拡張部材3の作用により、マイクロ波Mの伝播範囲を拡げることができ、プラズマPの発生範囲も拡張することができるので、プラズマPの集中的な発生を抑制することができるようになる。
The microwave M that has propagated through the
この導入されたマイクロ波MによりプラズマPが発生し、エッチングガスGが励起、活性化されて中性活性種、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。生成されたプラズマ生成物は、ガス搬送部9を介してチャンバー14(図4を参照)内に搬送される。この際、寿命の短いイオンなどはチャンバー14まで到達できず、寿命の長い中性活性種のみがチャンバー14まで到達し、被処理物のエッチングが行われることになる。
Plasma P is generated by the introduced microwave M, and the etching gas G is excited and activated to generate plasma products such as neutral active species and ions. The generated plasma product is transferred into the chamber 14 (see FIG. 4) via the
以上のように、本実施の形態に係るプラズマ発生装置1によれば、プラズマPの集中的な発生を抑制することができるので、熱応力による放電管2の破損、放電管2の局所的な損耗を抑制することができる。
As described above, according to the plasma generator 1 according to the present embodiment, since the intensive generation of the plasma P can be suppressed, the
また、放電管2の寿命を長くするためには、管の肉厚を厚くすればよいが、厚くすれば管の内側表面と外側表面とで大きな温度差を生じ、熱応力により放電管2が破損するおそれがある。このような場合でも、本実施の形態に係るプラズマ発生装置1によれば、プラズマPの集中的な発生を抑制して温度分布を均一化できるので、管の内側表面と外側表面との温度差を小さくすることができる。そのため、放電管2の管の肉厚を厚くしても熱応力による破損のおそれが少なく、寿命を長くすることができる。また、管の肉厚を厚くすれば、マイクロ波Mの伝播範囲が拡がるので、プラズマPの集中をより抑制することができる。
Further, in order to extend the life of the
また、プラズマPの集中を抑制するために特別な添加ガスなどを必要とせず汎用性に優れ、磁場によるプラズマPの制御のように複雑で大型の装置も必要としないという利点を有する。
また、隙間G1を設けた場合は、メンテナンスなどで放電管2またはプラズマ拡張部材3を交換する際も簡単に取り付け取り外しを行うことができ、生産効率を向上させることができる。
In addition, there is an advantage that a special additive gas or the like is not required to suppress the concentration of the plasma P, and the versatility is excellent, and a complicated and large apparatus is not required as in the control of the plasma P by a magnetic field.
In addition, when the gap G1 is provided, when the
また、放電管2またはプラズマ拡張部材3の取り付け取り外しでは、放電管2の内部が擦れることはなく、特許文献1に開示されている技術のように、メンテナンス時に放電管2の内部に部材の擦れによるパーティクルが発生するおそれがない。
Further, when the
また、プラズマ発生装置1の起動・停止により放電管2・プラズマ拡張部材3の伸縮があっても、放電管2とプラズマ拡張部材3とが擦れるのは放電管2の外部であり、放電管2の内部には擦れるものがない。そのため、プラズマ発生装置1が起動・停止を繰り返しても、特許文献1に開示されている技術のように、放電管2の内部に部材の擦れによるパーティクルが発生するおそれがない。
Even if the
このような、擦れによるパーティクルの発生は、微細な加工を必要とする半導体装置にとって大きな問題となるが、本実施の形態に係るプラズマ発生装置1によればこのような問題が発生するおそれがない。
また、特許文献1に開示されている技術のように、放電管2の内部に部材を有しないので、放電管2と内部部材との間で発生する異常放電のおそれもない。
Such generation of particles due to rubbing is a serious problem for a semiconductor device that requires fine processing, but according to the plasma generator 1 according to the present embodiment, such a problem does not occur. .
In addition, unlike the technique disclosed in Patent Document 1, since there is no member inside the
また、プラズマPの集中が起こりやすいNF3ガスを用いても、プラズマPの集中を緩和することができ、CF4ガスよりも温暖化係数が低くエッチングレートも高くすることができるというNF3ガスの特徴を充分に享受することができる。
また、プラズマPの発生範囲を拡張することができるので、プラズマ生成物が生成される領域が拡がり、プラズマ生成物の生成効率を高めることができる。
Moreover, even with a prone NF 3 gas concentration of plasma P, can be relaxed concentration of plasma P, NF 3 gas that warming potential than CF 4 gas can also be increased etching rate lower You can fully enjoy the features of
Moreover, since the generation range of the plasma P can be expanded, the region where the plasma product is generated is expanded, and the generation efficiency of the plasma product can be increased.
次に、本実施の形態に係るプラズマ発生装置1を備えるCDE(Chemical Dry Etching;ケミカルドライエッチング)装置の説明をする。
図4は、プラズマ発生装置1を備えるCDE装置100の説明をするための模式断面図である。
尚、図1で説明をしたプラズマ発生装置1の説明は省略する。
図4に示すように、CDE装置100は、プラズマ発生装置1、減圧手段11、ガス供給手段12、マイクロ波発生手段13、チャンバー14、制御手段15などを備えている。
Next, a CDE (Chemical Dry Etching) apparatus provided with the plasma generator 1 according to the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the
In addition, description of the plasma generator 1 demonstrated in FIG. 1 is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 4, the
チャンバー14は、有底の略円筒の形状をしており、その開口端が天板14aで塞がれている。チャンバー14の内部には、ヒーター等の加熱手段を内蔵した静電チャック16が設けられ、その上面には被処理物Wf(例えば、半導体ウェーハ)が載置、保持できるようになっている。
The
チャンバー14の底面には、圧力制御器(Auto Pressure Controller,APC)17を介してドライポンプなどの減圧手段11が接続されている。圧力制御器17は、チャンバー14の内圧を検出する図示しない真空計の出力に基づいて、チャンバー14の内圧を所定の圧力に制御する。
A decompression means 11 such as a dry pump is connected to the bottom surface of the
プラズマ発生装置1の放電管2の一端にはガス導入部7が接続され、放電管2内にガス導入部7を介してガス供給手段12からエッチングガスGが導入されるようになっている。また、プラズマ発生装置1の放電管2の他端にはガス搬送部9が接続され、ガス搬送部9はガス搬送管18によりチャンバー14と接続されている。ガス搬送管18はプラズマ生成物による腐蝕に耐える材料、例えば、石英、ステンレス鋼、セラミックス、フッ素樹脂などからなる。
A
導入導波管4の一端は、マイクロ波発生手段13と接続されている。このマイクロ波発生手段13は、所定周波数(例えば2.45GHZ)のマイクロ波Mを発生させ、導入導波管4に向けて放射するようになっている。
One end of the
ガス供給手段12は、エッチングガスGを放電管2内に導入するようになっている。例えば、CF4、NF3、O2などのガスが流量制御弁(Mass Flow Controller,MFC)19、ガス導入部7を介して、ガス供給手段12から放電管2内に導入されるようになっている。エッチングガスGの導入量は、制御手段15により流量制御弁21を制御することで調整することができるようになっている。
The gas supply means 12 introduces an etching gas G into the
制御手段15は、流量制御弁19の制御のみならず、CDE装置100を構成する各要素の制御をも行う。例えば、圧力制御器17を制御してチャンバー14の内部の圧力を調整したり、マイクロ波発生手段13や減圧手段11などの起動・停止などを制御するようになっている。
The control means 15 performs not only control of the
ガス搬送管18は、チャンバー14の上部側壁に接続されている。チャンバー14内には、整流板20が設けられている。この整流板20は、ガス搬送管18から導入されるプラズマ生成物の流れを整流し、被処理物Wfの処理面上でのプラズマ生成物の量が均一となるようにするためのものである。また、整流板20は、多数のノズル孔21が形成された略円形の板状体であり、チャンバー14の内壁に固定されている。
The
次に、CDE装置100の作用を説明する。
尚、前述したプラズマ発生装置1の作用の説明は省略する。
まず、図示しない搬送装置により被処理物Wf(例えば、半導体ウェーハ)が、チャンバー14内に搬入され、静電チャック16上に載置、保持される。次に、チャンバー14内が減圧手段11により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御器17によりチャンバー14内の圧力が調整される。また、チャンバー14と連通する放電管2の内部も減圧される。次に、前述したようにプラズマ発生装置1によりプラズマ生成物が生成され、ガス搬送部9、ガス搬送管18を介してチャンバー14内に導入される。導入されたプラズマ生成物は、整流板20で整流されて被処理物Wfの表面に到達し、エッチング処理が行われる。前述したように、チャンバー14に導入されたプラズマ生成物は中性活性種となるので、被処理物Wfは等方性エッチングされることになる。処理が終了した被処理物Wfは、図示しない搬送装置によりチャンバー14外に搬出される。この後、必要があれば、前述のエッチング処理が繰り返される。
Next, the operation of the
In addition, description of the effect | action of the plasma generator 1 mentioned above is abbreviate | omitted.
First, a workpiece Wf (for example, a semiconductor wafer) is carried into the
尚、以上の説明では、半導体ウェーハのエッチングを例に挙げているが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、液晶表示装置の製造におけるパターンのエッチング、位相シフトマスクの製造におけるパターンのエッチング、太陽電池の製造における反射防止膜のエッチングなどにも適応が可能である。また、エッチングのみならず、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されているプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法に適応することができる。尚、これらの用途に関して、前述した本発明の実施の形態に係るプラズマ発生装置、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法以外のものは、公知の各技術を適用できるので、詳細な説明は省略する。 In the above description, etching of a semiconductor wafer is taken as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to pattern etching in manufacturing a liquid crystal display device, pattern etching in manufacturing a phase shift mask, and antireflection film etching in manufacturing a solar cell. In addition to etching, it can be applied to plasma generators, plasma processing apparatuses, and plasma processing methods used in a wide range of technical fields, such as surface hardening of metal parts, surface activation of plastic parts, and non-chemical sterilization. . In addition, with respect to these uses, other than the plasma generating apparatus, the plasma processing apparatus, and the plasma processing method according to the embodiment of the present invention described above can apply each known technique, and thus detailed description thereof is omitted.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
As for the above-described specific examples, those skilled in the art appropriately modified the design are included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention.
例えば、プラズマ発生装置1、プラズマ処理装置100に備えられる各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができるし、プラズマ処理に用いるガスや処理条件も適宜変更することができる。
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
For example, the shape, dimensions, material, arrangement, and the like of each element included in the plasma generator 1 and the
In addition, the elements included in each of the specific examples described above can be combined as much as possible, and combinations thereof are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
1 プラズマ発生装置、2 放電管、3 プラズマ拡張部材、4 導入導波管、7 ガス導入部、9 ガス搬送部、11 減圧手段、12 ガス供給手段、13 マイクロ波発生手段、14 チャンバー、15 制御手段、16 静電チャック、17 圧力制御器、100 CDE装置、C プラズマ発生室、G エッチングガス、G1 隙間、G2 隙間、M マイクロ波、P プラズマ、Wf 被処理物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generator, 2 discharge tube, 3 plasma expansion member, 4 introduction | transduction waveguide, 7 gas introduction part, 9 gas conveyance part, 11 decompression means, 12 gas supply means, 13 microwave generation means, 14 chamber, 15 control Means, 16 electrostatic chuck, 17 pressure controller, 100 CDE apparatus, C plasma generation chamber, G etching gas, G1 gap, G2 gap, M microwave, P plasma, Wf
Claims (9)
前記誘電体の前記大気圧空間の側に設けられ、前記誘電体の誘電率よりも低い誘電率を有するプラズマ拡張部材をさらに備え、このプラズマ拡張部材を介して前記誘電体に前記マイクロ波を導入するように構成し、前記プラズマ拡張部材はその内周面と外周面が大気圧空間にさらされ、前記誘電体と前記プラズマ拡張部材の前記内周面との間には隙間が設けられ、この隙間が大気に開放されてなることを特徴とするプラズマ発生装置。 A dielectric that partitions the decompressed space and the atmospheric pressure space, and a microwave waveguide, the microwave is introduced into the dielectric from the atmospheric pressure space via the microwave waveguide, and the decompressed A plasma generator for generating plasma on the side of the created space,
A plasma expansion member provided on the atmospheric pressure space side of the dielectric and having a dielectric constant lower than that of the dielectric is further provided, and the microwave is introduced into the dielectric via the plasma expansion member The plasma expansion member has an inner peripheral surface and an outer peripheral surface exposed to an atmospheric pressure space, and a gap is provided between the dielectric and the inner peripheral surface of the plasma expansion member. the plasma generating apparatus characterized by clearance is open to the atmosphere.
前記誘電体は、前記プラズマ拡張部材に略同軸に挿通されていること、を特徴とする請求項1または2記載のプラズマ発生装置。 The dielectric and the plasma expansion member are tubular members,
The plasma generator according to claim 1, wherein the dielectric is inserted substantially coaxially with the plasma expansion member.
前記誘電体は、アルミナ(Al2O3)またはサファイア、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム、酸化イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG;Yttrium Aluminum Garnet)からなる群より選ばれたいずれかからなること、を特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のプラズマ発生装置。 The plasma expansion member is made of quartz,
The dielectric is made of any one selected from the group consisting of alumina (Al2O3) or sapphire, boron nitride (BN), aluminum nitride, and yttrium aluminum garnet (YAG). The plasma generator according to any one of claims 1 to 5 .
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