JPH07263187A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH07263187A
JPH07263187A JP6048287A JP4828794A JPH07263187A JP H07263187 A JPH07263187 A JP H07263187A JP 6048287 A JP6048287 A JP 6048287A JP 4828794 A JP4828794 A JP 4828794A JP H07263187 A JPH07263187 A JP H07263187A
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microwave
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plasma processing
plasma
slot antenna
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Seiichi Watanabe
成一 渡辺
Muneo Furuse
宗雄 古瀬
Shigeru Shirayone
茂 白米
Tetsunori Kaji
哲徳 加治
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】マイクロ波を利用したプラズマ処理装置におい
て、マイクロ波を放射するスロットアンテナ７と減圧可
能な処理室１の一部でありマイクロ波を処理室１内に導
入する石英窓２との間に空間を設けるように構成した。 【効果】特定モードのマイクロ波を処理室１内に導入で
きるので、より均一なプラズマを生成することができる
という効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に係
り、特に半導体素子基板等の試料をマイクロ波プラズマ
を用いてエッチング及び成膜等の処理を施すのに好適な
プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のスロットアンテナを用いた装置
は、例えば、特開平３−１５８４７０号公報に記載のよ
うに、減圧可能な処理室の一部であり、マイクロ波を処
理室内に導入するマイクロ波透過窓に接触して、あるい
はごく近傍にスロットアンテナを設けるよう構成されて
いた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、スロ
ットアンテナより放射されたマイクロ波の伝播の点につ
いて配慮がされていなかった。マイクロ波透過窓に接触
して、あるいはすぐ近くにスロットアンテナが設けられ
ていたため、スロットアンテナより放射されたマイクロ
波は、ある一定距離を伝播し、あるマイクロ波モードを
形成する間もなく、マイクロ波透過窓直下のプラズマに
吸収されてしまい、このため、スロットアンテナ直下で
プラズマ密度が大きくなり、処理室内に均一なプラズマ
を生成することが容易でないという問題点があった。
【０００４】本発明の目的は、プラズマをより均一に生
成することができるプラズマ処理装置を提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、マイクロ波を放射するスロットアンテナと減圧可能
な処理室の一部でありマイクロ波を処理室内に導入する
マイクロ波透過窓との間に空間を設けたものである。
【０００６】
【作用】スロットアンテナとマイクロ波透過窓との間に
空間を設けることにより、スロットアンテナより放射さ
れたマイクロ波は、ある一定距離空間を伝播した後、あ
るマイクロ波モードを空間内に形成し、マイクロ波透過
窓を介して減圧可能な処理室内に導入され、プラズマの
生成に寄与する。これにより、処理室内にはあるモード
の電界を有するマイクロ波によりプラズマが生成される
ので、より均一なプラズマが生成さる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図３によ
り説明する。図１は、本発明のプラズマ処理装置の一実
施例である有磁場マイクロ波ドライエッチング装置を示
す。容器１ａ，放電管１ｂ及び石英窓２で区画された処
理室１の内部を真空排気装置（図示省略）により減圧し
た後、ガス供給装置（図示省略）によりエッチングガス
を処理室１内に導入し、所望の圧力に調整する。また、
処理室１は、コイル３により生成される磁場領域内にあ
る。マグネトロン４から発振された、この場合、２．４
５ＧＨｚのマイクロ波は、導波管５ａ，５ｂ内を伝播
し、共振器６内に導入される。共振器６の底面にはスロ
ットアンテナ７が設けられている。スロットアンテナ７
より放射されたマイクロ波は、導波管８内を伝播し、石
英窓２を透過して処理室１内に入射される。このマイク
ロ波によって生成されたプラズマより、試料台９に配置
された被処理材１０がエッチング処理される。また被処
理材１０のエッチング形状を制御するため、試料台９に
は整合器（図示省略）を介して高周波電源１１が接続さ
れ、高周波電圧を印加可能になっている。
【０００８】本実施例の場合、共振器６は円形ＴＥ011
モード共振器となる形状に設定されており、共振器６の
底面に設けたスロットアンテナ７は、円形ＴＥ01モード
を放射する様に、図２に示すように共振器の中心軸に対
し放射状に配置されている。この場合、複数のスロット
アンテナ７から放射された各々のマイクロ波は、一定距
離を有する導波管８内を伝播した後、全体として、円形
ＴＥ01モードのマイクロ波を形成するようになる。この
ように、スロットアンテナから放射されたマイクロ波が
放電管１ｂ内の全体で、すなわち、平面内で特定のマイ
クロ波モードを形成するように、スロットアンテナとマ
イクロ波が透過する石英窓２との間に、スロットアンテ
ナから放射されたマイクロ波が特定のマイクロ波モード
に広がるための空間が必要であり、この空間が導波管８
で形成される。共振器６と導波管８と放電管１ｂとは、
円形ＴＥ01モードのマイクロ波が共通して存在し得るよ
うに同一の内径を有する大きさに設定してある。なお、
少なくととも、スロットアンテナ７から後の導波管８及
び放電管１ｂは内径を同一にする方が優位である。ただ
し、特定モードを形成する範囲内では内径が異なっても
よい。共振器６及びスロットアンテナ７は、任意のモー
ドマイクロ波の安定な生成に有効で、これにより放電管
１ｂ内での安定なプラズマの生成に効果がある。しかも
共振器６及びスロットアンテナ７の形状を軸対称な円形
ＴＥ01モードのマイクロ波を放射するように設定し、円
形ＴＥ01モードのマイクロ波を放電管１ｂ内に導入する
ことにより、均一なプラズマの生成が可能になるという
効果がある。
【０００９】なお、共振器６の中心軸と同じ中心軸を有
する円形導波管５ｂにより円形ＴＥ11モードのマイクロ
波を共振器６内に導入している。また円形導波管５ｂを
基本モードである円形ＴＥ11モードのマイクロ波しか伝
播できない管径に設定しておくことにより、導波管内で
のマイクロ波モードを限定しているので、プラズマの変
動を伴うマイクロ波モードの変動等が抑制しやすく、共
振器６とともに安定なプラズマの生成に効果がある。
【００１０】図３に石英窓２からスロットアンテナ７ま
での高さとプラズマ密度との関係を示す。この場合、石
英窓２とスロットアンテナ７との間隔が７５mmのとき、
最も高密度のプラズマが生成されている。すなわち、石
英窓２スロットアンテナ７との間隔を最適化することに
より、均一で高密度なプラズマを生成することが可能で
あるという効果がある。
【００１１】本実施例によれば、スロットアンテナ７と
マイクロ波を処理室１内に導入する石英窓２との間に空
間を設け、スロットアンテナ７から放射されるマイクロ
波が全体として特定のモードのマイクロ波を形成でき、
この特定のモードのマイクロ波を処理室１内に導入でき
るので、より均一なプラズマを生成することができると
いう効果がある。
【００１２】本発明の第２の実施例を図４及び図５によ
り説明する。本図において図１と同一符号は同一部材を
示す。本実施例では、共振器６の内部にモードパスフィ
ルタ１２を設けている。共振器６を円形ＴＥ01モード共
振器とした場合には、図５に示すように導体板から成る
フィン１２ａを放射状に配置し、ＴＥ01モード用のモー
ドパスフィルタ１２を構成している。図５は図４におけ
る共振器６の断面を上部より見た図である。本実施例に
よれば、共振器６内にモードパスフィルタ１２を設けて
いるので、共振器６内にさらに安定して特定のマイクロ
波モードを生成し易く、その結果、スロットアンテナ７
より特定モードのマイクロ波を安定して処理室１内に供
給できる。したがってプラズマの変動に伴う、マイクロ
波モードの変動を抑制し易しく、プラズマの安定化に効
果がある。
【００１３】本発明の第３の実施例を図６及び図７によ
り説明する。本図において図１と同一符号は同一部材を
示す。本実施例では、共振器６の内部にモードパスフィ
ルタ１３を設けている。モードパスフィルタ１３は、図
７に示すように複数の導電性のワイヤー１３ａを放射状
に配置して構成している。図７は、図６における共振器
６の断面を上部より見た図である。本実施例によれば、
容易にモードパスフィルタ１３を製作することができる
という効果がある。
【００１４】本発明の第４の実施例を図８により説明す
る。本図において図１と同一符号は同一部材を示す。本
実施例では、モードパスフィルタ１２をスロットアンテ
ナ７と石英窓２との間の導波管８内の空間に設けたもの
である。本実施例によれば、スロットアンテナ７より放
射されたマイクロ波が、モードパスフィルタ１２により
安定にかつ特定のマイクロ波モードを生成し、処理室１
内に導入されるため、より安定なプラズマを生成するこ
とができるという効果がある。
【００１５】本発明の第５の実施例を図９により説明す
る。本図において図１と同一符号は同一部材を示す。本
実施例では、共振器６へのマイクロ波の導入口に小口径
の穴で構成されたアイリス１４を設けているので、共振
器６の共振性が強まり、より安定なプラズマを生成する
ことができるという効果がある。
【００１６】本発明の第６の実施例を図１０により説明
する。本図において図１と同一符号は同一部材を示す。
本実施例では、マグネトロン４と共振器６との間に円偏
波発生器１５を設け、共振器６に円偏波のマイクロ波を
導入するようにしたものである。本実施例の場合には、
ターンスタイル型円偏波発生器を用いているが、誘電体
を利用した円偏波発生器、あるいは導波管の側壁にロッ
ドを設けた円偏波発生器等を用いてもよい。本発明によ
れば、円偏波のマイクロ波を利用しているので、より均
一なプラズマを生成し易しいという効果がある。
【００１７】本発明の第７，第８の実施例を各々図１
１，図１２により説明する。これら本図において図１と
同一符号は同一部材を示す。これらの実施例では、リエ
ントラント型共振器１６，１７を用いている。したがっ
て、円筒型共振器６とは違ったモードのマイクロ波をス
ロットアンテナ７より放射できるので、プラズマの均一
性を改善できるという効果がある。
【００１８】本発明の第９の実施例を図１３により説明
する。本図において図１と同一符号は同一部材を示す。
本実施例では、同軸の共振器１８を使用し、外空洞と内
空洞とは、小口径のホール１９により結合されている。
本実施例によってもプラズマの均一性を改善できるとい
う効果がある。
【００１９】本発明の第１０，第１１，第１２の実施例
を各々図１４，図１５，図１６により説明する。本図に
おいて図１と同一符号は同一部材を示す。これらの実施
例では、テフロン，石英あるいはアルミナセラミックス
等の誘電体２０を、スロットアンテナ７と石英窓２との
間の導波管８内に設けている。図１４では円柱状の誘電
体２０を、図１５，図１６では、円筒状の誘電体２０を
使用している。これら誘電体２０により、スロットアン
テナ７より放射されたマイクロ波の伝播を変更すること
ができるので、これらの実施例によっても、プラズマの
均一性を改善できるという効果がある。
【００２０】本発明の第１３の実施例を図１７により説
明する。本図において図１と同一符号は同一部材を示
す。本実施例では、共振器６内に円筒状の誘電体２０を
設けている。本実施例によっても、共振器６内に生成さ
れる共振モードを変更することができるので、プラズマ
の均一性を改善できるという効果がある。
【００２１】本発明の第１４の実施例を図１８により説
明する。本図において図１と同一符号は同一部材を示
す。本実施例では、共振器６の側面にホール１９を設
け、マイクロ波の一部を同軸状の外周部に導入し、放電
管１ｂの側壁で、ＥＣＲ面と被処理材１０との間の高さ
に設けられた石英窓２１を通して、処理室１の内部にマ
イクロ波の一部を導入するようにしている。また、スロ
ットアンテナ７から放射されるマイクロ波も石英窓２を
通して処理室１内に導入される。ここで、処理室１の上
部にある石英窓２を通して導入されたマイクロ波は、Ｅ
ＣＲ面を越えて被処理材１０側に伝播することはでき
ず、また、通常の場合は放電管１ｂの側壁ではプラズマ
中の電子が側壁に流れ、放電管１ｂの側壁ではプラズマ
が消失するようになるため、放電管１ｂ内では中央のプ
ラズマ密度が大きく、外周でプラズマ密度が小さい分布
となる。本実施例の場合、通常はマイクロ波が伝播でき
ないＥＣＲ面と被処理材１０との間の高さに石英窓２１
を設け、ここからマイクロ波の一部導入しているので、
側壁である外周部でもプラズマを生成することができ、
プラズマの均一性を改善できるという効果がある。
【００２２】本発明の第１５の実施例を図１９により説
明する。図２０は、従来の処理室１におけるマイクロ波
が入射する石英窓２の真空シール部の構造を示したもの
である。Ｏリング２２用の溝が導電体である放電管１ｂ
に形成されており、誘電体である石英窓２は平坦な形状
になっている。これに対し、図１９は本実施例の石英窓
２の真空シール部の構造を示したものである。Ｏリング
２２用の溝が誘電体である石英窓２の方に形成されてお
り、導電体である放電管１ｂの方は取付け面が平坦な形
状になっている。Ｏリング２２自体も誘電体であるフッ
素樹脂で作製されている。マイクロ波の伝播は、導電体
の形状により大きく影響されるため、本実施例によれ
ば、真空シール部の導電体の表面形状を簡略にできるの
で、真空シール部がマイクロ波の伝播に与える影響を少
なくすることができるという効果がある。
【００２３】また、上記各実施例では、有磁場マイクロ
波ドライエッチング装置について述べたが、その他のマ
イクロ波を利用したドライエッチング装置、プラズマＣ
ＶＤ装置、アッシング装置等のプラズマ処理装置につい
ても、同様の作用効果が得られる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、マイクロ波を放射する
スロットアンテナと減圧可能な処理室の一部でありマイ
クロ波を処理室内に導入するマイクロ波透過窓との間に
空間を設けことにより、特定モードのマイクロ波を処理
室内に導入できるので、より均一なプラズマを生成する
ことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の有磁場マイクロ波ドラ
イエッチング装置を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるスロットアンテナの平面図であ
る。
【図３】図１における石英窓からスロットアンテナまで
の高さとプラズマ密度との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例の有磁場マイクロ波ドラ
イエッチング装置を示す縦断面図である。
【図５】図４におけるモードパスフィルタの平面図であ
る。
【図６】本発明の第３の実施例の有磁場マイクロ波ドラ
イエッチング装置を示す縦断面図である。
【図７】図６におけるモードパスフィルタの平面図であ
る。
【図８】本発明の第４の実施例の有磁場マイクロ波ドラ
イエッチング装置を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第５の実施例の有磁場マイクロ波ドラ
イエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施例の有磁場マイクロ波ド
ライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第７の実施例の有磁場マイクロ波ド
ライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の第８の実施例の有磁場マイクロ波ド
ライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第９の実施例の有磁場マイクロ波ド
ライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の第１０の実施例の有磁場マイクロ波
ドライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の第１１の実施例の有磁場マイクロ波
ドライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の第１２の実施例の有磁場マイクロ波
ドライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第１３の実施例の有磁場マイクロ波
ドライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１８】本発明の第１４の実施例の有磁場マイクロ波
ドライエッチング装置を示す縦断面図である。
【図１９】本発明の第１５の実施例である有磁場マイク
ロ波ドライエッチング装置におけるマイクロ波が入射す
る石英窓の真空シール部の縦断面図である。
【図２０】従来の有磁場マイクロ波ドライエッチング装
置におけるマイクロ波が入射する石英窓の真空シール部
の縦断面図である。
【符号の説明】
１…処理室、１ａ…容器、１ｂ…放電管、２…石英窓、
３…コイル、４…マグネトロン、５ａ，５ｂ…導波管、
６…共振器、７…スロットアンテナ、８…導波管、９…
試料台、１０…被処理材、１１…高周波電源、１２，１
３…モードパスフィルタ、１４…アイリス、１５…円偏
波発生器、１６，１７…リエントライト型共振器、１８
…共振器、１９…ホール、２０…誘電体、２１…石英
窓、２２…Ｏリング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 21/31 Ｈ０１Ｐ 1/219 Ｈ０１Ｑ 13/10 (72)発明者 加治 哲徳 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マイクロ波を利用して前記処理室内部にプ
    ラズマを発生させるプラズマ発生手段と、真空排気装置
    が接続され内部を減圧可能な処理室と、前記処理室内へ
    のガス供給装置とから成るプラズマ処理装置において、
    前記マイクロ波を放射するスロットアンテナと前記処理
    室の一部でありマイクロ波を処理室内に導入する誘電体
    から成るマイクロ波透過窓との間に空間を設けたことを
    特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナがマイクロ波空洞共振器の壁
    面の一部に設けられたプラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記マイクロ波空洞共振器が円形ＴＥ01モードの共
    振器であるプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナがマイクロ波空洞共振器の底
    面内で、軸中心に対し放射状に配置されていたプラズマ
    処理装置。
  5. 【請求項５】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記マイクロ波空洞共振器の軸中心と同じ中心軸を
    有する円形導波管を接続したプラズマ処理装置。
  6. 【請求項６】請求項５記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記円形導波管の内径が基本モードである円形ＴＥ
    11モードのマイクロ波のみを伝播可能な大きさとしたプ
    ラズマ処理装置。
  7. 【請求項７】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記マイクロ波空洞共振器に円形ＴＥ11モードのマ
    イクロ波を導入するプラズマ処理装置。
  8. 【請求項８】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記マイクロ波空洞共振器に円偏波のマイクロ波を
    導入するプラズマ処理装置。
  9. 【請求項９】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナが前記マイクロ波空洞共振器
    の底面内で、軸中心に対し放射状に配置され、かつ、同
    じ中心軸を有する円形導波管を接続したプラズマ処理装
    置。
  10. 【請求項１０】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記マイクロ波空洞共振器がリエントラント型共振
    器であるプラズマ処理装置。
  11. 【請求項１１】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記マイクロ波空洞共振器内部にモードパスフィル
    タを設けたプラズマ処理装置。
  12. 【請求項１２】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナとマイクロ波透過窓との間に
    モードパスフィルタを設けたプラズマ処理装置。
  13. 【請求項１３】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナとマイクロ波透過窓との間の
    空間の一部に誘電体を設けたプラズマ処理装置。
  14. 【請求項１４】請求項２記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記スロットアンテナから放射されるマイクロ波
    が、前記処理室上部のマイクロ波透過窓及び電子サイク
    ロトロン共鳴を生じる面と被処理材との間の高さにある
    処理室側壁に設けられたマイクロ波透過窓より導入され
    る構成としたプラズマ処理装置。
  15. 【請求項１５】マイクロ波を利用したプラズマ発生装置
    と減圧可能な処理室とガス供給装置と真空排気装置より
    成るプラズマ処理装置において、前記処理室の一部であ
    り、マイクロ波を前記処理室内に導入する誘電体から成
    るマイクロ波透過窓に真空封じのためのＯリング用溝を
    設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
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