JPH0627345B2 - 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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JPH0627345B2
JPH0627345B2 JP29304088A JP29304088A JPH0627345B2 JP H0627345 B2 JPH0627345 B2 JP H0627345B2 JP 29304088 A JP29304088 A JP 29304088A JP 29304088 A JP29304088 A JP 29304088A JP H0627345 B2 JPH0627345 B2 JP H0627345B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主に CVD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
て、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、処理面積が極めて大きく、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.Mi
crowave 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性で
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14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
してある。
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
うにしてある。
〔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15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
部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上をガスが流
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、生成させ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の流れが均一になる。
〔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14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13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てある。
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
うにしてある。
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14bにも1
4aと同様にガスが溜められる。これにより空間部14a,14
b 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1の仕切壁13としては、120 mm× 120mmの範囲に
直径1mmの孔を5mmピッチで設けた厚さ2mmのアルミニ
ウム板を用い、これを管径6.35mmのガス供給管3より30
mm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30mm,幅 1
80mm,長さ(図面縦方向)50 mm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 300mm,幅 200m
m,長さ(図面縦方向)15 mmとした。
一方、誘電体層2bはフッ素樹脂を用い、これを長さ 484
mm,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 484mm,幅 200
mm,厚さ20mmとし、誘電体被覆線路2たる誘電体層2bと
耐熱性板12との間の距離は45mmとした。
ガス供給管3からArガスをプラズマ生成室14に30sccm供
給し、プラズマ生成室14内を0.1Torr に設定したとき、
試料処理室15内の圧力は2×10-3Torr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O2をプラズマ生成
室14に50sccm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のポ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優れた効果を奏する。
【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。 1……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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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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