JPH02141576A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

プラズマプロセス装置

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JPH02141576A
JPH02141576A JP29304088A JP29304088A JPH02141576A JP H02141576 A JPH02141576 A JP H02141576A JP 29304088 A JP29304088 A JP 29304088A JP 29304088 A JP29304088 A JP 29304088A JP H02141576 A JPH02141576 A JP H02141576A
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plasma
partition wall
reactor
chamber
gas supply
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Kyoichi Komachi
小町 恭一
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は主にCvO装置、アッシング装置等として用い
られるプラズマプロセス装置に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に低温プラズマを発生させるためには、励起手段と
してマイクロ波を用いる場合とRFを用いる場合とがあ
る。マイクロ波を用いた場合、RFと比べて、より低温
で高密度のプラズマが得られ、得られたプラズマが電極
により汚染されることなく、装置の構造及びその操作が
簡単である等の利点がある。
ところで、従来よく用いられているマイクロ波プラズマ
装置は、マイクロ波導波管内に石英ガラス管を貫通させ
、該ガラス管内でプラズマを発生させて試料室へ引出し
、試料に所要の処理を行うような構造になっている。こ
のようなプラズマプロセス装置においては、プラズマ生
成室が導波管の大きさで限定されるため、試料処理面積
が小さく、多数の試料、大型の試料等を処理することが
できなかった。また、プラズマに対してマイクロ波が垂
直入射するため、マイクロ波の反射が大きく、反射防止
のための整合等の操作が困難であった。
そこで、処理面積が極めて太き(、しかも整合等の操作
も容易なマイクロ波プラズマプロセス装置として、はし
ご状周期構造を利用する方式(R。
G、Bosisio et al:J、Microwa
ve Power+7(4)+PP、325〜346.
1972) 、或いは本出願人が特開昭62−5600
号特開昭62−99481号公報において提案した誘電
体被覆線路を利用する方式等が知られている。更に本発
明者等は誘電体被覆線路を利用する方式のプラズマプロ
セス装置において、プラズマの指向性を高めて試料面に
対する均一な処理を可能ならしめるための提案を特願昭
62−46364号、特願昭62−46365号、特願
昭62−46366号公報にて行っている。
第2図は上記誘電体被覆線路を利用する方式のプラズマ
プロセス装置の模式的正面断面図であり、図中1は中空
直方体形の反応器であって上部壁を除く全体が金属製で
あり、特に周囲壁は二重構造であって内部に冷却水用の
通流室11を備えている。
反応器lの上部壁はマイクロ波の透過が可能であり、誘
電損失が小さな耐熱性板12、例えば石英ガラス又はパ
イレックスガラス等にて気密状態に封止されている。反
応器1の上方には耐熱性板12と対向させて、反応器1
の上面を覆い得る大きさのアルミニウム板2aの下面に
貼付された誘電損失が小さいフッ素樹脂、ポリスチレン
、ポリエチレン等の誘電体層2bが配置されており、こ
れにより誘電体被覆線路2が形成される。誘電体被覆線
路2の側部には導波管を介してマイクロ波発振器51が
連結されており、マイクロ波発振器51から発振された
マイクロ波は導波管5を経て誘電体被覆線路2に導入さ
れ、反応器l内にプラズマ発生に必要な電界を形成する
反応器1の内部は上部壁寄りの位置で耐熱性板12と平
行に配した仕切壁13にて上、下に区分され、これによ
り仕切壁13の上部のプラズマ生成室14と仕切壁13
の下部の試料処理室15とで圧力差が形成される。前記
プラズマ生成室14内にはその上部の耐熱性板12を透
過して電界が形成される。更に、前記プラズマ生成室1
4には導波管5と同側から周囲壁を貫通して、ガス供給
管3が、また試料処理室15には前記ガス供給管3を設
けた側壁と反対側の周囲壁に排気管4aが夫々連結せし
められ、この試料処理室15内には図示しない支持台上
に試料Sが載置されるようにしである。
前記仕切壁13はマイクロ波遮蔽材料例えばステンレス
鋼、アルミニウム等の金属にて形成されており、複数の
孔がもうけられている。この孔を通じて、前記圧力差に
従いプラズマ生成室14で生じたプラズマ、原料ガス等
が試料処理室15に導出され、試料S表面に指向せしめ
るようにしである。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上述した如き方式のプラズマプロセス装置の
反応器1はその側面からガスを導入して成膜、アッシン
グ等の処理を行うので、仕切壁13の上部にあるプラズ
マ生成室14においてガス供給部の壁面付近及びそれに
対向する壁面付近に局所的な圧力差が生じ易く、プラズ
マ生成室14から試料処理室15に導出されるプラズマ
の密度が不均一になりやすい。また、試料処理室15の
側面に排気管4aが設けられているので、試料処理室1
5内でのガス流れが不均一になりやすい。このため、成
膜アッシング等の処理の均一性を更に向上させることが
困難であるという問題があった。
本発明者は上述の問題点を解決するためにプラズマ生成
室へのガスの供給方法について実験、研究を行ったとこ
ろ、仕切壁をガス供給管より上側、即ち誘電体被覆線路
側に位置させ、プラズマ生成室14へのガスの供給部の
壁面部及びそれに対向する壁面部に沿って試料処理方向
に延出する空間部を設けると、前記局所的な圧力差が生
じないこと、また試料処理室の仕切壁と対向する壁面に
排気口を開設することにより前記ガス流れが均一となる
こと等を知見した。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、そ
の目的とするところはマイクロ波を用いたプラズマプロ
セス装置において、プラズマの密度及びガス流れを均一
にして、成膜、アッシング等の処理の均一性を向上させ
るプラズマプロセス装置を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のプラズマプロセス装置にあっては、マイクロ波
を伝送する導波管、導波管に連結された誘電体被覆線路
及び該誘電体被覆線路に対向配置された反応器を具備し
、該反応器を、原料ガス供給管を連結したプラズマ生成
室と排気口を開設した試料処理室とに隔てるべく配設さ
れ、且つ前記プラズマ生成室と試料処理室とを連通させ
る孔を設けた仕切壁を有するプラズマプロセス装置にお
いて、前記仕切壁を前記原料ガス供給管を連結している
部位よりも前記誘電体被覆線路側の反応器内に位置させ
、前記プラズマ生成室の前記原料ガス供給管を連結して
いる壁面部及びそれに対向する壁面部に沿って、前記仕
切壁よりも前記試料処理室の方向に延出する空間部をプ
ラズマ生成室に連ならせて設け、前記試料処理室の前記
仕切壁と対向する壁面に排気口を開設することを特徴と
する。
〔作用〕
本発明のプラズマプロセス装置にあっては、プラズマ生
成室へのガスの供給部の壁面部に沿って設けられた空間
郡全体にガスが溜められた後に、ガス供給部より誘電体
被覆線路側の反応器内に位置された仕切壁土をガスが流
れる。そして、ガスの供給に伴い、前記空間部と対向す
る壁面部に沿って設けられた空間部にも前記と同様にガ
スが溜められる。これによりプラズマ生成室内での局所
的な圧力差がなくなり、生成されるプラズマの密度が均
一になり、試料に均一な処理が行われる。
また仕切壁によりイオンがトラップされ、試料に加わる
イオン衝撃が回避される。
更に試料処理室の底面に排気口を開設することにより、
試料処理室内のガス流れが均一になる。
〔実施例〕
以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。
第1図は本発明に係るプラズマプロセス装置の模式的正
面断面図であり、前記第2図の従来装置と同様に、図中
1は中空直方体形の反応器であって上部壁を除(全体が
金属製であり、特に周囲壁は二重構造であって内部に冷
却水用の通流室11を備えている。反応器1の上部壁は
マイクロ波の透過が可能であり、誘電損失が小さな耐熱
性板12、例えば石英ガラス又はパイレックスガラス等
にて気密状態に封止されている。反応器1の上方には耐
熱性板12と対向させて、反応器lの上面を覆い得る大
きさのアルミニウム板2aの下面に貼付された誘電損失
が小さいフン素樹脂、ポリスチレン。
ポリエチレン等の誘電体層2bが配置されており、これ
により誘電体被覆線路2が形成される。誘電体被覆線路
2の側部には導波管を介してマイクロ波発振器51が連
結されており、マイクロ波発振器51から発振されたマ
イクロ波は導波管5を経て誘電体被覆線路2に導入され
、反応器1の内部に電界が形成される。
反応器1の内部は上部壁寄りの位置で耐熱性板12と平
行に配した仕切壁13にて上、下に区分され、これによ
り仕切壁13の上部のプラズマ生成室14と仕切壁13
の下部の試料処理室15とで圧力差が形成される。前記
プラズマ生成室14内にはその上部の耐熱性板12を透
過して電界が形成される。更に、前記プラズマ生成室1
4には導波管5と同側から周囲壁を貫通して、ガス供給
管3が連結しており、また試料処理室15には仕切壁1
3と対向する壁面に排気口4が開設されている。この試
料処理室15内には図示しない支持台上に試料Sが載置
されるようにしである。
前記仕切壁13はマイクロ波遮蔽材料例えばステンレス
鋼、アルミニウム等の金属にて形成されており、複数の
孔がもうけられている。この孔を通して、前記圧力差に
従いプラズマ生成室14で生じたプラズマ、原料ガス等
が試料処理室15に導出され、試料S表面に指向せしめ
るようにしである。
仕切壁13はガス供給管3を連結している部位よりも上
側の反応器1内に位置されている。また、プラズマ生成
室14のガス供給管を連結している部位より下側の壁面
部及びそれに対向する壁面部には正面視でL字形となる
マイクロ波遮蔽材料14c及び14dが固着されており
、その夫々の他端部は仕切壁13の両端部と連なってい
る。これにより、前記壁面部及びこれに対向する壁面部
に沿って、仕切壁13よりも試料処理室15方向に延出
した空間部14a及び14bがプラズマ生成室14に連
なって設けられる。
ガス供給管3から供給されたガスは、まず空間部14a
に溜められ、14aの全体に広がった後に仕切壁13上
を均一に流れる。ガスの供給に伴い対向壁面の空間部1
4bにも14aと同様にガスが溜められる。
これにより空間部14a、14bを除くプラズマ生成室
14内での局所的な圧力差がなくなり、前述の如くプラ
ズマ生成室14内へ導入されるマイクロ波により生成さ
れたプラズマ等は、仕切壁13の孔を通じて試料処理室
15へ均一に導出され、試料S表面に均一な成膜、アッ
シング等の処理が行われる。
また、仕切壁13には、イオンをトラップする効果があ
り、成膜、アッシング処理等において、試料に加わるイ
オン衝撃が回避され、ウェーハの損傷が防がれる。
〔試験例〕
反応器1の寸法諸元、並びに試験条件は次のとおりであ
る。
反応器lの仕切壁13としては、1201■X 120
nの範囲に直径l鶴の孔を5mmピンチで設けた厚さ2
鶴のアルミニウム板を用い、これをIF 径6 、35
 mのガス供給管3より301m上側の反応器1内に配
設した。また前記ガス溜めたる空間部14a及び14b
は夫々ガスの進行方向に3Qmm、幅1800.長さ(
図面縦方向)50龍とした。なお、プラズマ生成室14
はマイクロ波の進行方向に300m、幅200龍。
長さ(図面縦方向)15Nとした。
一方、誘電体層2bはフン素樹脂を用い、これを長さ4
84■15幅600mmのアルミニウム板2aの下面に
貼付した。フッ素樹脂のマイクロ波進行方向の長さは4
84f1.幅200mm、厚さ20鶴とし、誘電体被覆
線路またる誘電体層2bと耐熱性板12との間の距離は
45鶴とした。
ガス供給管3からはArガスをプラズマ生成室14に3
0SCCI11供給し、プラズマ生成室14内を0. 
ITorrに設定したとき、試料処理室15内の圧力は
2X10−Torrであった。
第3図はこのような条件において従来装置(第2図)及
び本発明装置(第1図)の試料処理室内のイオン電流分
布を調べた結果を示すグラフである。縦軸にはイオン電
流(μA/cm2)、横軸には試料処理室の一側壁から
の距離による試料処理室内の部位が示されている。これ
によると、イオン電流の分布が±30%である従来装置
(○)に対して本発明装置(・)では±6%であり、本
発明装置は従来装置と比べてイオン電流の分布が均一で
あることがわかる。
このような本発明装置を用いてポジレジストのアッシン
グ試験を実施した。ガス供給管3から0□をプラズマ生
成室14に50secm供給し、マイクロ波電力1kW
でプラズマを生成させ、試料として厚さ1μmのポジレ
ジストを塗布した5インチウェーハを試料処理室15に
載置した。ウェーハを200℃に加熱し、1分間アッシ
ングを行ったところ、レジストは完全に除去されており
、ウェーハの損傷は全くなかった。
また、従来装置(第2図)及び本発明装置(第1図)に
て同様の条件で厚さ2μmのホトレジストを塗布した5
インチウェーハを200℃に加熱し、1分間アッシング
を行い、アッシング前後のレジストの厚さとアッシング
時間からウェーハ面内のアッシング速度の均一性を算出
したところ、従来装置では±30%であったが、本発明
装置では±5%であり、極めて均一なアッシング処理が
行われた。
なお、上述の実施例では反応器が中空直方体である場合
について説明したが、円筒形の反応器を用いた場合にも
同様の効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明装置を用いると、プラズマ生成
室内の局所的な圧力差が生じず、プラズマの密度が均一
になる。また試料処理室内のガス流れが均一になり、更
に、試料に加わるイオン衝撃を回避することができる。
これにより試料に施す成膜、アッシング等の処理の均一
性が大幅に向上し、またイオン衝撃による試料の損傷が
防がれ、成品の品質が向上する等価れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るプラズマプロセス装置の模式的正
面断面図であり、第2図は従来のプラズマプロセス装置
の模式的正面断面図であり、第3図は本発明装置及び従
来装置の試料処理室内のイオン電流分布を示すグラフで
ある。 l・・・反応器  2・・・誘電体被覆線路  3・・
・ガス供給管  4・・・排気口  5・・・導波管 
 51・・・マイクロ波導波管  11・・・通流室 
 12・・・耐熱性板  13・・・仕切壁  14・
・・プラズマ生成室14a、 14b・・・空間部  
15・・・試料処理室  S・・・試料

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、マイクロ波を伝送する導波管、導波管に連結された
    誘電体被覆線路及び該誘電体被覆線路に対向配置された
    反応器を具備し、 該反応器を、原料ガス供給管を連結したプ ラズマ生成室と排気口を開設した試料処理室とに隔てる
    べく配設され、且つ前記プラズマ生成室と試料処理室と
    を連通させる孔を設けた仕切壁を有するプラズマプロセ
    ス装置において、 前記仕切壁を前記原料ガス供給管を連結し ている部位よりも前記誘電体被覆線路側の反応器内に位
    置させ、前記プラズマ生成室の前記原料ガス供給管を連
    結している壁面部及びそれに対向する壁面部に沿って、
    前記仕切壁よりも前記試料処理室の方向に延出する空間
    部をプラズマ生成室に連ならせて設け、 前記試料処理室の前記仕切壁と対向する壁 面に排気口を開設することを特徴とするプラズマプロセ
    ス装置。
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