JPH036380A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

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、マイクロ波プラズマ処理装置における大口径
の基板処理及びバッチ処理に係わり、特に基板の損傷と
異物付着の低減化が図れるマイクロ波プラズマ処理に関
する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、μ波を単に基板処理室に導入していた。

〔発明が解決しようとした課題〕

上記従来技術は、真空容器体積あたりにおける基板処理
効率や印加できる磁束密度分布に対する基板処理特性の
点については考慮されていたものの、適切な基板設置位
置やマイクロ波の導波位置の関係については配慮されて
おらず、従来技術通りの方法にて、基板を処理すると、
基板への異物混入による素子の劣化ばかりでなく、基板
そのものが、損傷をうけるといった問題があった。本発
明は上記不都合を解決することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、処理内へ導入するμ波は、
直線偏向モードの波とし、かつ、ＥＣＲ条件を満たす領
域がμ波導入窓にふれないようにし、また基板は処理室
内壁とは電気的に絶縁されるようにしたものである。さ
らに上贋己目的をより遂行するために、基板上面部に導
電板を設置した４− ものであり、また上記導電板面開口部面にＥＣＲ条件を
起こさせたものである。

〔作用〕

ＥＣＲプラズマを生成するためには、周知のごとく、磁
力線方向と導入マイクロ波の電界方向が垂直でなければ
ならない、従って導入μ波は、直線偏向の波でなければ
プラズマ生成効率が低下し、かつ、無効となる導入μ波
は後述する基板損傷の原因となる。真空容器内へ導入さ
れたμ波は、導電性の真空容器壁面を導波面として容器
内空間に広がる。従って基板が容器壁面に置かれている
と基板面がμ波の導波面となり、基板が導波するμ波の
電界により損傷、例えばＡＱ材等の導電材が基板面にあ
ると、その部分が著しくμ波が熱され飛散するといった
問題が発生する。そこで基板を容器壁面より浮かし、少
なくとも電気的には壁面より絶縁すると、基板にかかる
μ波電界が緩和され、基板損傷の低減化が図れる。また
、基板上方に導電板、例えばμ波を通過させないメエシ
ユ状の導電ネットを設置しμ波の導波部を基板上方に限
定すると基板にはμ波が流れないため、基板損傷は全く
受けなくなる。

しかし、ＥＣＲプラズマが生成する空間はμ波の導波空
間であるため、上記メエシユ面上方でプラズマが生成さ
せなければならない。少なくともＥＣＲ面から基板側へ
減少する磁界分布を形成して基板面に該プラズマを流す
と、プラズマが上記メエシユ部を通過するため、メエシ
ユ部をスパッタされ、メエシユ構成材が基板に混入する
といった別の問題が発生する。しかし、この問題は、Ｅ
ＣＲ面でのプラズマ導電性を利用することで解決される
。すなわち、上記メエシユのがわりに基板へプラズマを
導入する開口部を有した導電板を設置し、該開口部を、
ＥＣＲ条件を満たす面でおおうようにする。ＥＣＲ面で
はプラズマが高効率で生成するため、ＥＣＲ面はプラズ
マによる導電性が高い。このためプラズマ生成中、すな
わち基板処理中は、μ波導波は該導電板とＥＣＲ面より
上方の空間となり、基板にはμ波は流れてこない。

また、プラズマがメエシユ等にふれずに基板まで流れて
くるため、低損傷でかつ、異物発生の少ない基板処理が
達成される。

また、ＥＣＲ条件を満たす面が、μ波導入部に生じると
、ＥＣＲプラズマ面と導波管面との間にギャップが生じ
、真空容器内でのμ波の導波がそがいされて、安定なプ
ラズマが生成しづらくなるので、ＥＣＲ条件を満たす面
は、μ波導入窓にふれない条件とした方が良い。

〔実施例〕

失胤孤上 以下、本発明を図面を用いて説明する。第１図は本発明
によるマイクロ波プラズマ処理装置の一形態を示す断面
図である。本装置は、μ波導波管１、（μ波２の発振装
置は図省略）、μ波導入窓３、真空容器４．基板５を真
空容器壁から電気的に浮かせるための絶縁板６．磁界発
生コイル７゜排気口８（排気系は図省略）、ガスノズル
９と１０（ガス供給系は図省略）よりなる。μ波導入窓
３は透明石英製で、真空容器４はＡＱ製である。

磁力コイル７により容器内には、上方から下方へ７− 弱く磁界が印加され、μ波とＥＣＲを引き起こす８７５
　［Ｇａｕｓｓ］の磁束密度の位置は図中１１に示すよ
うに、μ、波導入窓と基板の間に位置している。尚導入
μ波２は基板面に平行な電界をもつ直線偏向モードの波
とした。磁界コイル７は、中心部に基板処理領域口径よ
りも大きな径の鉄心を設置しである。

第２図は従来方式のマイクロ波プラズマ処理装置の断面
を示した図である。第１図と異なる点は、基板が真空容
器内壁に置かれている点と、ＥＣＲ面がμ波導入窓の高
さに位置している点である。

第３図は本発明に基づく処理装置の一形態を示す断面図
であり、第１図に示した装置と大きく異なる点は、ＥＣ
Ｒ面と基板との間の空間に、μ波を通過させないネット
状の導電板１２を設置したことである。導電板と導電板
上方の真空容器壁で形成された空間１３は電気的に閉じ
ており、１３空間内に導波されたμ波は、基板を処理す
る空間１４には流れてこない構造となっている点である
。

これら３つの装置を用い、被処理基板５として１５０［
＋ｎｍφコの、０．５［μｍｌ厚で０．５［μｍ１幅の
ＡＭ配線が形成された１［Ｇ］角のチップ構成となって
いる基板を用い、これに上記３つの装置を用いてシリコ
ン酸化膜を０．３［μｍ］厚さで形成し、しかる後に第
２のＡｌｌ！配線を形成して上下ＡＱ配線間の絶縁破壊
電界強度を測定した。

シリコン酸化膜の形成条件は３つの装置とも、同一とし
第１のガスノズル９より酸素、０２を１００　［ｍ　Ｑ
　／ｍｉｎ］、第２ガスノズル１０よりモノシラン、Ｓ
ｉＨ４を２０　［ｍ　Ｑ　／ｍｉｎ］導入し、排気量を
調整することで容器内の圧力はＯ・、２［Ｐａ］とした
。絶縁破壊電界が８　［ＭＶ／ａｎ１以上あったチップ
数の歩留りを横軸に印加したμ波パワを取って第４図に
示した。図中Ａは従来型の第２図に示した装置を用いた
結果、ＢとＣは第１図及び第３図に示した装置を用いた
結果を示す。

この結果より、従来型方式においては印加μ波のパワが
約５００［Ｗ］を超えたあたりから全てのチップで絶縁
が保てなくなるに対しくＡ）、本発明方式に基づいた装
置では、８００［Ｗ］印加しても絶縁は保てること（Ｂ
、Ｃ）がわかる。さらしこ、基板にμ波が完全に流れな
いような状況下で処理すると（Ｃ）、歩留りのμ波パワ
の影響を全くうけず、さらなる歩留りの向上が図れるこ
とがわかる。これらのことにより、基板へのμ波の導波
を避けると基板損傷が防げることがわかる。

失衡孤Ｉ 被処理基板として１５０［ｍｍφ］の、ｐ型シリコン基
板上に熱酸化膜を１５［ｎｍｌ厚で形成して、次にｎ型
のｐｏｌｙ　−Ｓ　ｉ膜を０．５Ｃμｍ］厚さ形成し、
次にレジストでパターニングしたものを用いて、Ｓｉ膜
をエツチングした。エツチングは、第１のガスノズル９
より水素、Ｈ２を２０［ｍｆｌ／ｍ１ｎｌ−第２のガス
ノズル１０より塩素、ＣＱ　２を２０　［ｍ　Ｑ　／ｍ
ｉｎコを導入して、圧力１［Ｐａ］で、実施例１と同様
、第１〜３図に示した装置を用いてそれぞれ行った。評
価としては、エツチング後にレジストを除去し、Ｓｉ膜
を下地Ｓｉ基板との絶縁破壊電界強度が８［ＭＶ／ａｍ
］以上を保ったＭＯＳ数の歩留りを調べた。歩留りの印
加μ波パワ依存性を第５図に示す。実施例１の結果と同
じく、導入μ波が基板に導波しない順、（Ｃ＞Ｂ＞Ａ）
に歩留りが良いこと、及びμ波が基板に全く流れない状
況下（Ｃ）では、歩留りのμ波パワ依存性がないことが
わかる。これらのことにより。

μ波の進行方向に基板を平行に置いて処理するマイクロ
波プラズマ処理方法では、特に基板にμ波が導波させな
いことが重要であることがわかる。

失凰桝菱 第６図は本発明に基づくマイクロ波プラズマ処理装置の
一形態を示した図である。第３図に示した装置と異なる
点は、真空容器内に設置した導電板形状１２′及びＥＣ
Ｒ位置１１である。導電板１２′はネット状になってお
らず、開口部を１つもった形状となっており、該開口部
は開口部をよぎり基板方向へ向う磁力線が少なくとも基
板端にふれるような大きさになっている。ＥＣＲ位置は
、第６図１１に示すように該開口部を覆うような面とし
た。これにより、ＥＣＲ面で生成したプラズマは基板ま
で他の物にふれることなく基板に流れ１− ることか本装置の特徴となっている。この装置を用い、
実施例１に示した基板、ＣＶＤ条件、評価方法で実験し
た。第７図は、印加μ波パワを４００［Ｗ］として、作
製したＭＯＳのチップ数の累積基板処理回数における歩
留りを示した図である。

図中りで示した曲線は本装置を用いた場合、Ｃは第３図
に示した装置を用いたことを示す。この結果より、累積
処理回数が８回まではネットを用いた装置（Ｃ）の方が
歩留りが長いものの、８枚を超えたあたりより、ネット
を用いず、プラズマが基板まで他の物体にふれないよう
にした装置の方（Ｄ）が歩留りが良いことがわかる。

失胤虹を 被処理基板として、Ｃｒ配線を施した３５０［ｍｎ　１
角のガラス基板を用い、第３図に示した装置と第４図に
示した装置を用い、同−ＣＶＤ条件でＳｉＮ膜、ノンド
ープＳｉ、リンドープシリコン膜を連続形成し、しかる
後所定の処理を施して、液晶デイスプレィを作製した。

基板の累積処理枚数における欠陥数を調べた。結果を第
８図に示す。

１２− 累積処理枚数が２枚までは、ネットを用い全く基板への
μ波の導波がなされない装置の方が欠陥数が少ない、２
枚を超えると、ネットを用いない方式の方が欠陥発生率
が低く、比較的累積枚数が多くなっても高歩留を維持す
ることがわかる。実施例３と合わせて考えると、ＥＣＲ
プラズマが基板まで他の物体にふれることなく流れてく
ると、ふれた面でのスパッタや、堆積がなくなり、この
結果、基板処理時のスパッタされた金属等の汚染や、堆
積フレーク等による異物の混入の低減が著しく図れるこ
とがわかる。

失凰孤且 第９図（ａ）は、第６図に示した装置を改造した装置の
断面図を示す。図中１６位置における上面図を第９図（
ｂ）に示す。本装置の特徴は１．μ波の導波部１３領域
に、２方向から同時にμ波を導入している点にある。２
方向からのμ波の位相は９０”ずらしている。本装置を
用いて、実施例１に記したガス条件にて、それぞれ４０
０［：Ｗ］で５ｉＯｚ膜を３５０［＋ｎ＋＋’：ｌ角の
ポリシリコンを形成したガラス基板上に堆積させたとこ
ろ、一方向のみの導入時では堆積速度が７０　［ｎ　ｍ
　／ｍｉｎ］で均一性が最大±７［％コであったが、２
方向からμ波を同時に導入した場合でも、堆積速度が１
３０　［ｎ　ｍ／ｍｊｎ］で均一性が最大±４［％］に
なった。この結果より、複数のマイクロ波導入窓より同
時にμ波を導入すると、堆積速度と均一性の向上が図れ
ることがわかる。

失旅孤立 第１０図（ａ）は第６図及び第９図（ａ）。

（ｂ）に示した導電板形状を異ならせた装置の断面を示
した図である。本装置は複数の基板を同時に処理するこ
とを目的としている。図中１６位置における上面図を第
１０図（ｂ）に示す。本装置の特徴は、μ波の導波を阻
害する導電板１２″の開口部を大口径の一開口から複数
の小口径の開口を有するようにし、基板へのμ波の導波
をさらに低減した点にある。ＥＣＲ面は開口部を被うか
たちに形成した。それぞれの開口部下方に位置した基板
にはプラズマ流が図中に示した磁力線１５のた基板及び
ガス条件でμ波パワ４．ＯＯ［Ｗ］にてＳｉＯ２膜を堆
積させ絶縁破壊電界強度が８［ＭＶ／（７）コ以上のタ
ップ歩留りを調べた。第６図に示した装置を用いて膜形
成した際の歩留りは７５［％コであったか本装置を用い
た時では９０［％コとなった。このことから、プラズマ
を流す導電板の開口径を小さくして、それぞれの処理す
る基板に対応する個数分あけた方が、基板へのμ波の損
傷が低減されることがわかる。

以上、本実施例によると、ＥＣＲ位置はμ波導入窓と基
板の間に位置させ、また、μ波の導波面から基板を浮か
せて処理するとμ波による基板損傷は低減されること、
さらにＥＣＲ面と基板の間にプラズマを通過させる導電
板を設置するとさらなる低減化が図れる効果がある。ま
た上記導電板にプラズマがふれることによる異物混入の
問題は上記導電板に開口部をあけ該開口部をＥＣＲ面で
被うように形成し、磁力線を、基板面に、基板以外の物
体にふれることなく向くようにすると解決１５ されることがわかる。

［発明の効果〕 本発明によれば、μ波の進行方向に基板面を平行に設置
してマイクロ波プラズマ処理を行なっても、基板損傷や
基板への異物混入の影響を受けることなく基板を処理で
きるので、複数の基板を同一時に多数処理することがで
きるので半導体装置製造のスループットが上がる効果が
ある。また大口径の基板が容易に処理できるので、特に
装置の大型化を図らなくとも大口径のＴＰＴや液晶デイ
スプレーが製造できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づくマイクロ波プラズマ処理装置の
一型式を示す図、第２図は従来型装置を示す図、第３図
は本発明に基づく装置の一型式を示す図、第４図、第５
図はＣＶＤとエツチングによる歩留り印加μ波パワ依存
性を示す図、第６図は本発明に基づく装置の一型式を示
す図、第７図。 第８図はＭＯＳとＴＰＴ製造における歩留りと欠陥発生
数の基板処理回数あるいは処理枚数依存性６ を示した図、第９図（ａ）、（ｂ）　、第１０図（ａ）
。 （ｂ）はそれぞれ、本発明に基づく装置−型式の正面図
と上面図である。 ２・・・マイクロ波、３・・・μ波導入窓、５・・・基
板、６・・・絶縁板、７・・・磁界コイル、１１・・・
ＥＣＲ面、１２．１２’　、１２’・・・導電板、１５
・・磁力線、Ａ・・従来装置、Ｂ・・・第１図に示した
装置、Ｃ・・・第３図に示した装置、Ｄ・・・第６図に
示した装置。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．マイクロ波導入窓，排気系，反応ガス導入系を有し
   た真空容器及び電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を引
   き起こすに必要な磁界からなりμ波の導入方向に対し被
   処理基板を平行において処理するマイクロ波プラズマ処
   理装置において、基板面がマイクロ波の少なくとも主導
   波面とならないことを特徴としたマイクロ波プラズマ処
   理装置。
2. ２．上記ＥＣＲ条件を満たす領域が少なくともマイクロ
   波導入窓にふれないことを特徴とした特許請求の範囲第
   １項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
3. ３．上記導入するマイクロ波の電界方向は、被処理基板
   面と平行となる直線偏向モードのマイクロ波であること
   を特徴とした特許請求の範囲第１項又は第２項記載のマ
   イクロ波プラズマ処理装置。
4. ４．上記被処理基板は、基板下方に位置する真空容器壁
   面よりは、少なくとも電気的には浮かせて処理すること
   を特徴とした特許請求の範囲第１項乃至第３項記載のマ
   イクロ波プラズマ処理装置。
5. ５．上記被処理基板を、絶縁物上に置いてプラズマ処理
   することを特徴とした特許請求の範囲第１項乃至第４項
   記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
6. ６．上記真空容器内に被処理基板面上方に、導電板を設
   置し、上記マイクロ波の主導波面が該導電板板上と、被
   処理基板を設置している真空容器壁面を除いた面上であ
   ることを特徴とした特許請求の範囲第１項乃至第５項記
   載のマイクロ波プラズマ処理装置。
7. ７．上記導電板において、基板面上方側がメエシユ構造
   となつていることを特徴とした特許請求の範囲第１項乃
   至第６項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
8. ８．上記導電板において、基板面上方側に開口部があり
   、該開口部をよこぎり基板方向に向う磁力線が全て、基
   板面にあたるような開口部径を有し、かつ、該開口部を
   上記導電板面とＥＣＲ条件面で覆うことができるように
   したことを特徴とした特許請求の範囲の第１項乃至第６
   項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
9. ９．特許請求の範囲第６項乃至第８項記載の装置におい
   て、導電板によりしきられた、基板から見て上方の、マ
   イクロ波の主たる導波部にプラズマ生成用のガスを導入
   し、導電板位置からすると基板側に位置するしきられた
   空間には反応ガスを導入することを特徴とした特許請求
   の範囲の第１項乃至第５項記載のマイクロ波プラズマ処
   理装置。
10. １０．上記ＥＣＲ条件を引き起こす磁界発生部の中心部
    は、被処理基板面より少なくとも上方に位置させたこと
    を特徴とした特許請求の範囲の第１項乃至第９項記載の
    マイクロ波プラズマ処理装置。
11. １１．上記磁界発生部は、強磁性材を芯としたコイルを
    用いたことを特徴とした特許請求の範囲第１項乃至第１
    ０項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
12. １２．上記芯となる面積は少なくとも被処理基板面積よ
    りも広いことを特徴とした特許請求の範囲第１項乃至第
    １１項記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
13. １３．上記マイクロ波の導入窓を複数としたことを特徴
    とした特許請求の範囲第１項乃至第１２項記載のマイク
    ロ波プラズマ処理装置。
14. １４．特許請求の範囲第１項乃至第１３項記載の装置を
    用い、基板をプラズマ処理することを特徴としたマイク
    ロ波プラズマ処理方法。