JPH04247876A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマ処理装置Info
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- JPH04247876A JPH04247876A JP587291A JP587291A JPH04247876A JP H04247876 A JPH04247876 A JP H04247876A JP 587291 A JP587291 A JP 587291A JP 587291 A JP587291 A JP 587291A JP H04247876 A JPH04247876 A JP H04247876A
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract description 10
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- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 abstract 2
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- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温プラズマを用いて半
導体素子等を製造するプラズマ処理装置のうち、マイク
ロ波を用いた処理装置に係わり、特にＣＶＤ・エッチン
グ・スパッタ等の各技術の大面積処理に好適なマイクロ
波プラズマ処理装置に関する。
導体素子等を製造するプラズマ処理装置のうち、マイク
ロ波を用いた処理装置に係わり、特にＣＶＤ・エッチン
グ・スパッタ等の各技術の大面積処理に好適なマイクロ
波プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の微細化に伴い、ドライプロ
セスが重要な技術となってきている。なかでも、マイク
ロ波を利用したプラズマ処理技術は重要視されてきてい
る。例えば、マイクロ波放電による電子サイクロトロン
放電（ＥＣＲ）を用いたプラズマ放電は、■低圧力（１
０−５Ｔｏｒｒ） で放電可能なため生成したイオンの
方向が揃うこと、■高密度プラズマが発生できること、
■無電極放電であるため寿命が長く、活性ガスを利用で
きること、等の優れた特性により注目されてきている。 図５に従来のＥＣＲ放電を用いたプラズマ生成源とそれ
を用いた ＥＣＲ−ＣＶＤ 装置の基本構成を示す。図
示を省略したマイクロ波源は例えば２．４５ＧＨｚ の
マグネトロンを用いて構成される。プラズマ生成室４の
寸法は内径２００ｍｍ 程度であり、マイクロ波電力の
効率的な投入のためにマイクロ波の空洞共振器構造をと
っているものが多い。導波管１によりプラズマ生成室４
に導入されたマイクロ波電力はプラズマの生成に消費さ
れる。生成されたプラズマはプラズマ引出し窓１０から
試料６に向けて引き出される。プラズマ引出し窓１０は
プラズマ生成室４の空洞共振器構造の確保及び、生成し
たプラズマの均一部分の引出しのために設けられる。即
ち、マイクロ波の電界強度はプラズマ生成室４の周辺部
で弱くなり、中心部と周辺部で発生するプラズマ密度の
相違があるため、プラズマ密度が均一な部分のみ引き出
す構造となっている。磁気コイル５はいわゆるＥＣＲ条
件を満たす直流磁場（８７５Ｇａｕｓｓ）を達成させる
ために設けられている。生成したプラズマは弱磁界領域
である試料６に向けて効率的に拡散する。以上のように
して、試料６に到達したプラズマによりＣＶＤ、エッチ
ング等の基板の処理が行える。
セスが重要な技術となってきている。なかでも、マイク
ロ波を利用したプラズマ処理技術は重要視されてきてい
る。例えば、マイクロ波放電による電子サイクロトロン
放電（ＥＣＲ）を用いたプラズマ放電は、■低圧力（１
０−５Ｔｏｒｒ） で放電可能なため生成したイオンの
方向が揃うこと、■高密度プラズマが発生できること、
■無電極放電であるため寿命が長く、活性ガスを利用で
きること、等の優れた特性により注目されてきている。 図５に従来のＥＣＲ放電を用いたプラズマ生成源とそれ
を用いた ＥＣＲ−ＣＶＤ 装置の基本構成を示す。図
示を省略したマイクロ波源は例えば２．４５ＧＨｚ の
マグネトロンを用いて構成される。プラズマ生成室４の
寸法は内径２００ｍｍ 程度であり、マイクロ波電力の
効率的な投入のためにマイクロ波の空洞共振器構造をと
っているものが多い。導波管１によりプラズマ生成室４
に導入されたマイクロ波電力はプラズマの生成に消費さ
れる。生成されたプラズマはプラズマ引出し窓１０から
試料６に向けて引き出される。プラズマ引出し窓１０は
プラズマ生成室４の空洞共振器構造の確保及び、生成し
たプラズマの均一部分の引出しのために設けられる。即
ち、マイクロ波の電界強度はプラズマ生成室４の周辺部
で弱くなり、中心部と周辺部で発生するプラズマ密度の
相違があるため、プラズマ密度が均一な部分のみ引き出
す構造となっている。磁気コイル５はいわゆるＥＣＲ条
件を満たす直流磁場（８７５Ｇａｕｓｓ）を達成させる
ために設けられている。生成したプラズマは弱磁界領域
である試料６に向けて効率的に拡散する。以上のように
して、試料６に到達したプラズマによりＣＶＤ、エッチ
ング等の基板の処理が行える。
【０００３】従来技術に於けるマイクロ波プラズマ処理
装置では、前述のようにマグネトロンにより発生したマ
イクロ波電力を導波管１を介してプラズマ生成室４に導
入する構造となっている。通常マグネトロンからのマイ
クロ波のマッチングについてはスタブチューナ１３によ
って反射波の発生を抑えているが、この導波管１とプラ
ズマ生成室４との間には大きな不連続面があるため、マ
イクロ波のマッチングがとりにくい。特にプラズマ生成
室４の径が大きくなるほど導波管１の径との差が広まり
、不連続面がますます大きくなる。この問題を解決する
技術として、例えば図５に示す特開平１−１１０７７３
に述べられているような電磁ホーン２を用いる技術があ
る。
装置では、前述のようにマグネトロンにより発生したマ
イクロ波電力を導波管１を介してプラズマ生成室４に導
入する構造となっている。通常マグネトロンからのマイ
クロ波のマッチングについてはスタブチューナ１３によ
って反射波の発生を抑えているが、この導波管１とプラ
ズマ生成室４との間には大きな不連続面があるため、マ
イクロ波のマッチングがとりにくい。特にプラズマ生成
室４の径が大きくなるほど導波管１の径との差が広まり
、不連続面がますます大きくなる。この問題を解決する
技術として、例えば図５に示す特開平１−１１０７７３
に述べられているような電磁ホーン２を用いる技術があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現在、被処理ウエハの
大面積化にともない、大面積で均一なプラズマ処理プロ
セスが必要となっている。このためマイクロ波プラズマ
処理装置においては、大面積のプラズマ生成室に大面積
かつ均一なマイクロ波電力を供給することが、大面積で
均一に基板を処理するうえで必要である。しかしながら
現状技術においてプラズマ生成室を大面積化し、導波管
とプラズマ生成室を電磁ホーンで接続するためには、特
開平１−１１０７３３に示される通り、電磁ホーンの長
さを長くする方法及び電磁ホーンのテーパー角を大きく
する方法がある。前者の場合は電磁ホーンの長さが長く
なったことでマイクロ波効率が著しく低下する。一方後
者の場合はマイクロ波の波面が極端な球面波となるため
、マイクロ波の電界強度がプラズマ生成室の中央部と内
壁近傍で大きく異なり、均一なマイクロ波の供給が不可
能となる。
大面積化にともない、大面積で均一なプラズマ処理プロ
セスが必要となっている。このためマイクロ波プラズマ
処理装置においては、大面積のプラズマ生成室に大面積
かつ均一なマイクロ波電力を供給することが、大面積で
均一に基板を処理するうえで必要である。しかしながら
現状技術においてプラズマ生成室を大面積化し、導波管
とプラズマ生成室を電磁ホーンで接続するためには、特
開平１−１１０７３３に示される通り、電磁ホーンの長
さを長くする方法及び電磁ホーンのテーパー角を大きく
する方法がある。前者の場合は電磁ホーンの長さが長く
なったことでマイクロ波効率が著しく低下する。一方後
者の場合はマイクロ波の波面が極端な球面波となるため
、マイクロ波の電界強度がプラズマ生成室の中央部と内
壁近傍で大きく異なり、均一なマイクロ波の供給が不可
能となる。
【０００５】本発明の目的はプラズマ生成室に均一なマ
イクロ波電力を効率よく大面積で導入するプラズマ処理
装置を提供するものである。
イクロ波電力を効率よく大面積で導入するプラズマ処理
装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】プラズマ生成室内にマイ
クロ波を導入してプラズマを生成し、基板に処理を施す
マイクロ波プラズマ処理装置において、マイクロ波が伝
搬する経路に少なくとも１つの誘電体または金属からな
るマイクロ波レンズを取り付けたことを特徴とするマイ
クロ波プラズマ処理装置。
クロ波を導入してプラズマを生成し、基板に処理を施す
マイクロ波プラズマ処理装置において、マイクロ波が伝
搬する経路に少なくとも１つの誘電体または金属からな
るマイクロ波レンズを取り付けたことを特徴とするマイ
クロ波プラズマ処理装置。
【０００７】
【作用】マイクロ波の伝搬について幾何学的な考え方を
適用すると、光の場合と同様のレンズが作られる。誘電
体からなるマイクロ波レンズは大気中を伝搬するマイク
ロ波の速度と誘電体中を伝搬するマイクロ波の速度が異
なることを利用したものである。誘電体の比誘電率をε
ｓ とすると、その屈折率ｎは
適用すると、光の場合と同様のレンズが作られる。誘電
体からなるマイクロ波レンズは大気中を伝搬するマイク
ロ波の速度と誘電体中を伝搬するマイクロ波の速度が異
なることを利用したものである。誘電体の比誘電率をε
ｓ とすると、その屈折率ｎは
【０００８】
【数１】
で表わされる。従ってｎ＞１である誘電体からなるレン
ズを用いることにより球面波として伝搬するマイクロ波
を平面波に変換、また逆に平面波を球面波に変換するこ
とができる。金属からなるマイクロ波レンズは金属平板
中のマイクロ波の位相速度が自由空間の位相速度よりも
速いことを利用したものである。図４は金属からなるマ
イクロ波レンズの一例を示したものであり、電界面金属
板レンズとよばれる。電界面金属板レンズは多数の金属
板を一定間隔ａで電界面に平行に並べ、一方の面を平面
、他方を曲面としてレンズを構成したもので、誘電体か
らなるマイクロ波レンズの場合と同様の変換することが
できる。電界面金属板レンズの屈折率ｎはマイクロ波の
波長λと金属板間隔ａから
ズを用いることにより球面波として伝搬するマイクロ波
を平面波に変換、また逆に平面波を球面波に変換するこ
とができる。金属からなるマイクロ波レンズは金属平板
中のマイクロ波の位相速度が自由空間の位相速度よりも
速いことを利用したものである。図４は金属からなるマ
イクロ波レンズの一例を示したものであり、電界面金属
板レンズとよばれる。電界面金属板レンズは多数の金属
板を一定間隔ａで電界面に平行に並べ、一方の面を平面
、他方を曲面としてレンズを構成したもので、誘電体か
らなるマイクロ波レンズの場合と同様の変換することが
できる。電界面金属板レンズの屈折率ｎはマイクロ波の
波長λと金属板間隔ａから
【０００９】
【数２】
で与えられる。このようなレンズをマイクロ波が伝搬す
る経路に設けることにより、大面積プラズマ処理に際し
現状技術よりも短いホーンで高い利得を得ることが可能
となる。
る経路に設けることにより、大面積プラズマ処理に際し
現状技術よりも短いホーンで高い利得を得ることが可能
となる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の第１実施例を示したＥＣＲ（
電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理装置の概略図で
ある。図中１はマイクロ波導波管であり、単一モードの
マイクロ波を伝搬させるものでありその径はφ１２０ｍ
ｍ 以下に限られる。またプラズマ生成室４の径は、８
″ウエハに対応可能となるφ３００ｍｍ とする。導波
管１の径からプラズマ生成室４の径へ徐々に広がる電磁
ホーン２に接続されており、電磁ホーン２終端部には誘
電体からなるマイクロ波レンズ３が取り付けられている
。導波管１の径を１２０ｍｍ 、プラズマ生成室４の径
を３００ｍｍ 、マイクロ波レンズの焦点距離ｆを２５
０ｍｍ とすると、電磁ホーン２の長さはおよそ１２０
ｍｍ となる。誘電体からなるマイクロ波レンズ３はプ
ラズマ生成室４の真空シールも兼ねている。導波管１を
伝搬するマイクロ波は電磁ホーン２によって徐々に広が
る球面波となる。球面波は誘電体からなるレンズにより
平面波となってプラズマ生成室４に供給される。誘電体
からなるマイクロ波レンズ３の厚みｄはレンズの径ｈ、
屈折率ｎ，焦点距離ｆにより次式で表わされる。
電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理装置の概略図で
ある。図中１はマイクロ波導波管であり、単一モードの
マイクロ波を伝搬させるものでありその径はφ１２０ｍ
ｍ 以下に限られる。またプラズマ生成室４の径は、８
″ウエハに対応可能となるφ３００ｍｍ とする。導波
管１の径からプラズマ生成室４の径へ徐々に広がる電磁
ホーン２に接続されており、電磁ホーン２終端部には誘
電体からなるマイクロ波レンズ３が取り付けられている
。導波管１の径を１２０ｍｍ 、プラズマ生成室４の径
を３００ｍｍ 、マイクロ波レンズの焦点距離ｆを２５
０ｍｍ とすると、電磁ホーン２の長さはおよそ１２０
ｍｍ となる。誘電体からなるマイクロ波レンズ３はプ
ラズマ生成室４の真空シールも兼ねている。導波管１を
伝搬するマイクロ波は電磁ホーン２によって徐々に広が
る球面波となる。球面波は誘電体からなるレンズにより
平面波となってプラズマ生成室４に供給される。誘電体
からなるマイクロ波レンズ３の厚みｄはレンズの径ｈ、
屈折率ｎ，焦点距離ｆにより次式で表わされる。
【００１１】
【数３】
上式より、電磁ホーン２による焦点距離ｆを２５０ｍｍ
、マイクロ波レンズ３の径をプラズマ生成室４の径と
同じφ３００ｍｍ とすると、マイクロ波レンズの厚み
ｄは誘電体として比誘電率３．８の石英を用いた場合４
０．５ｍｍ、比誘電率８．５のアルミナを用いた場合２
０．４ｍｍと求められる。
、マイクロ波レンズ３の径をプラズマ生成室４の径と
同じφ３００ｍｍ とすると、マイクロ波レンズの厚み
ｄは誘電体として比誘電率３．８の石英を用いた場合４
０．５ｍｍ、比誘電率８．５のアルミナを用いた場合２
０．４ｍｍと求められる。
【００１２】なお、マイクロ波レンズ３は電界面金属板
レンズでも差し支えないが、電界面金属板レンズを用い
る場合はプラズマ室４と導波管１を隔てる真空シールが
必要となる。生成したプラズマはプラズマ引出し窓１０
から引出されプラズマ流８として処理室７内の塗料６に
投射される。
レンズでも差し支えないが、電界面金属板レンズを用い
る場合はプラズマ室４と導波管１を隔てる真空シールが
必要となる。生成したプラズマはプラズマ引出し窓１０
から引出されプラズマ流８として処理室７内の塗料６に
投射される。
【００１３】図２は本発明の第２実施例を示した概略図
であり、第１実施例に示した装置において、導波管１内
に導波管軸方向に移動可能な誘電体からなる凹型のマイ
クロ波レンズ３ａを設けたものである。導波管１を伝搬
するマイクロ波はマイクロ波レンズ３ａにより発散しつ
つ伝搬し、マイクロ波レンズ３ｂにより再度集束または
平面波となり、プラズマ生成室４に供給される。マイク
ロ波レンズ３ａの位置を移動させることによりプラズマ
生成室４内のマイクロ波の電界が制御可能となる。
であり、第１実施例に示した装置において、導波管１内
に導波管軸方向に移動可能な誘電体からなる凹型のマイ
クロ波レンズ３ａを設けたものである。導波管１を伝搬
するマイクロ波はマイクロ波レンズ３ａにより発散しつ
つ伝搬し、マイクロ波レンズ３ｂにより再度集束または
平面波となり、プラズマ生成室４に供給される。マイク
ロ波レンズ３ａの位置を移動させることによりプラズマ
生成室４内のマイクロ波の電界が制御可能となる。
【００１４】図３は本発明の第３実施例を示したマイク
ロ波プラズマ処理装置の概略図である。図中１１は円筒
型放電管であり、その内部にマイクロ波プラズマを生成
させるものである。一般に円筒型放電管１１には石英が
用いられている。図中３は円筒型放電管の天井部分を厚
くしマイクロ波レンズ３としたものである。導波管１を
伝搬するマイクロ波は、電磁ホーン２により発散しつつ
進行する球面波となり、大面積の円筒導波管１２に供給
されるが、このうちマイクロ波レンズ３を通過するマイ
クロ波はレンズ効果により平面波となる。従って円筒型
放電管１１内のマイクロ波電界成分は径方向に均一な分
布となる。
ロ波プラズマ処理装置の概略図である。図中１１は円筒
型放電管であり、その内部にマイクロ波プラズマを生成
させるものである。一般に円筒型放電管１１には石英が
用いられている。図中３は円筒型放電管の天井部分を厚
くしマイクロ波レンズ３としたものである。導波管１を
伝搬するマイクロ波は、電磁ホーン２により発散しつつ
進行する球面波となり、大面積の円筒導波管１２に供給
されるが、このうちマイクロ波レンズ３を通過するマイ
クロ波はレンズ効果により平面波となる。従って円筒型
放電管１１内のマイクロ波電界成分は径方向に均一な分
布となる。
【００１５】
【発明の効果】本発明によればマイクロ波レンズをマイ
クロ波が伝搬する経路に設置することでプラズマ生成室
内に均一で大面積のマイクロ波を供給することができる
。このためプラズマ生成室内に均一なプラズマを発生さ
せることができ、ＣＶＤ・エッチング・スパッタ等のプ
ラズマ処理において大面積で均一な処理を施すことがで
きる。
クロ波が伝搬する経路に設置することでプラズマ生成室
内に均一で大面積のマイクロ波を供給することができる
。このためプラズマ生成室内に均一なプラズマを発生さ
せることができ、ＣＶＤ・エッチング・スパッタ等のプ
ラズマ処理において大面積で均一な処理を施すことがで
きる。
【図１】本発明の第１実施例である。
【図２】本発明の第２実施例である。
【図３】本発明の第３実施例である。
【図４】電界面金属板レンズの概略である。
【図５】従来のプラズマ処理装置の一例である。
１…導波管
２…電磁ホーン
３，３ａ，３ｂ…マイクロ波レンズ
４…プラズマ生成室
５…電磁コイル
６…試料
７…処理室
８…プラズマ流
９…マイクロ波導入窓
１０…プラズマ引出し窓
１１…円筒放電管
１２…円筒導波管
１３…スタブチューナー
Claims (1)
- 【請求項１】 プラズマ生成室内にマイクロ波を導入
してプラズマを生成し、基板に処理を施すマイクロ波プ
ラズマ処理装置において、マイクロ波が伝搬する経路に
少なくとも１つの誘電体または金属からなるマイクロ波
レンズを取り付けたことを特徴とするマイクロ波プラズ
マ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP587291A JPH04247876A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP587291A JPH04247876A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04247876A true JPH04247876A (ja) | 1992-09-03 |
Family
ID=11623019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP587291A Pending JPH04247876A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04247876A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998022977A1 (fr) * | 1996-11-20 | 1998-05-28 | Tokyo Electron Limited | Dispositif de traitement au plasma |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60105195A (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-10 | 株式会社日立製作所 | 加熱装置 |
| JPH02137223A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマ処理装置 |
-
1991
- 1991-01-22 JP JP587291A patent/JPH04247876A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60105195A (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-10 | 株式会社日立製作所 | 加熱装置 |
| JPH02137223A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Mitsubishi Electric Corp | プラズマ処理装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998022977A1 (fr) * | 1996-11-20 | 1998-05-28 | Tokyo Electron Limited | Dispositif de traitement au plasma |
| US6087614A (en) * | 1996-11-20 | 2000-07-11 | Tokyo Electron Limited | Plasma treating device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19960910 |