JPH0729889A - Microwave plasma treatment processing equipment - Google Patents

Microwave plasma treatment processing equipment

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JPH0729889A
JPH0729889A JP19272293A JP19272293A JPH0729889A JP H0729889 A JPH0729889 A JP H0729889A JP 19272293 A JP19272293 A JP 19272293A JP 19272293 A JP19272293 A JP 19272293A JP H0729889 A JPH0729889 A JP H0729889A
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JP
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plasma
microwave
discharge
tube
waveguide
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JP19272293A
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Kojin Nakagawa
行人 中川
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Anelva Corp
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Abstract

PURPOSE:To produce high density plasma to enhance the treatment rate of ashing, and facilitate the initiation of discharge, by placing a discharge tube composed of two coaxially arranged tubes inside a coaxial waveguide. CONSTITUTION:Gas containing oxygen is introduced into a discharge tube 64 through a gas feed pipe 70. Microwaves are supplied from a microwave power supply 50 to a coaxial waveguide 54 through a rectangular waveguide 52, and converted into coaxial mode. Thus microwaves are supplied to the area between the outer conductor 56 and the inner conductor 58 of the coaxial waveguide 54, and plasma 74 is produced inside the discharge tube 64 composed of an outer tube 66 and an inner tube 68. Activated molecules or atoms present in the plasma 74 are diffused in a vacuum vessel 42, and react with and remove photoresist on the surface of a wafer 46.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波放電による
プラズマを利用して被処理基板の表面処理を行うプラズ
マ処理装置に関するものであり、特に被処理基板上に付
着した有機物の除去を行う装置(アッシング装置)に応
用して効果が著しいものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing surface treatment on a substrate to be processed by utilizing plasma generated by microwave discharge, and more particularly to an apparatus for removing organic substances adhering to the substrate to be processed. The effect is remarkable when applied to an (ashing device).

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイス作製の一つの工程である
フォトレジストの除去工程においては、酸素を主とした
ガスを放電によってプラズマ化し、これによって発生し
た酸素活性種(原子状酸素、オゾン等)を被処理基板
(ウェ−ハ)表面まで導いてフォトレジストと反応させ
る技術、いわゆるアッシングと呼ばれる技術が一般的に
用いられている。ガスをプラズマ化させる手段として
は、高周波やマイクロ波等をエネルギ−源とする無電極
放電が利用されることが多い。中でも、空洞共振器(キ
ャビティ)内に設置された誘電体製の放電管の内部に、
比較的高い圧力(1〜10Torr程度)のガスを流
し、マイクロ波電力によってこのガスをプラズマ化させ
る方式の、いわゆるキャビティ型マイクロ波放電を利用
したアッシング装置(アッシャ−)が実用化されてい
る。
2. Description of the Related Art In a process of removing a photoresist, which is one of the processes for manufacturing a semiconductor device, a gas mainly containing oxygen is converted into plasma by electric discharge, and oxygen active species (atomic oxygen, ozone, etc.) generated by this are generated. A technique called so-called ashing is generally used, which is a technique for guiding the surface of a substrate (wafer) to be processed and reacting with the photoresist. Electrodeless discharge using a high frequency wave or a microwave as an energy source is often used as a means for converting gas into plasma. Above all, inside the dielectric discharge tube installed in the cavity (cavity),
An ashing apparatus (asher) utilizing a so-called cavity type microwave discharge, in which a gas having a relatively high pressure (about 1 to 10 Torr) is caused to flow and the gas is turned into plasma by microwave power, has been put into practical use.

【0003】図4は、キャビティ型マイクロ波放電を利
用したアッシング装置の従来例の正面断面図である。こ
の装置の利点は、従来広く用いられている誘導結合型の
高周波放電を利用したアッシング装置と比較して、アッ
シング速度が早く、ウェ−ハの枚葉処理を行う装置に容
易に応用できることである。
FIG. 4 is a front sectional view of a conventional example of an ashing device utilizing a cavity type microwave discharge. The advantage of this apparatus is that it has a higher ashing speed and can be easily applied to an apparatus for carrying out single-wafer processing of wafers, as compared with an ashing apparatus using inductively coupled high-frequency discharge that has been widely used. .

【0004】図4において、真空容器10の上方にはマ
イクロ波プラズマ発生機構がある。マイクロ波電源12
に矩形断面の導波管14が接続され、この導波管14に
導電性の円筒状の管16が接続されている。導波管14
の途中にはスリースタブチューナーからなる整合器15
が設けられている。誘電体製の放電管18は導電性の管
16の内部に配置されて、導波管14を貫通している。
放電管18の内部に所定のガスを導入して、マイクロ波
電源12からマイクロ波電力を供給すると、放電管18
の内部にプラズマ20が発生する。プラズマ20によっ
て生成された活性種は、真空容器10内の被処理基板2
2の表面の有機物膜と反応して、これを除去する。
In FIG. 4, a microwave plasma generating mechanism is provided above the vacuum container 10. Microwave power supply 12
A waveguide 14 having a rectangular cross section is connected to, and a conductive cylindrical tube 16 is connected to the waveguide 14. Waveguide 14
Matching device 15 consisting of a three-stub tuner
Is provided. The discharge tube 18 made of a dielectric material is arranged inside the conductive tube 16 and penetrates the waveguide 14.
When a predetermined gas is introduced into the discharge tube 18 and microwave power is supplied from the microwave power source 12, the discharge tube 18
A plasma 20 is generated inside the. The active species generated by the plasma 20 are the target substrate 2 in the vacuum chamber 10.
It reacts with the organic film on the surface of No. 2 and removes it.

【0005】放電管18は一重管であり、導波管14の
末端の矩形断面の放電キャビティ24内を貫通してい
る。キャビティ24と真空容器10とは導電性の管16
で接続され、この導電性の管16がマイクロ波の漏洩を
防止している。
The discharge tube 18 is a single tube and penetrates the discharge cavity 24 of rectangular cross section at the end of the waveguide 14. The cavity 24 and the vacuum container 10 are made of a conductive tube 16
The conductive tube 16 prevents the microwave from leaking.

【0006】この従来型のマイクロ波プラズマ発生機構
においては、放電開始時と、放電開始後とで、キャビテ
ィ24内の短絡板26の位置をそれぞれ調整する必要が
ある。導波管14にマイクロ波電力を供給すると、図5
に模式的に示すように、導波管の内部にマイクロ波の定
在波28が発生する。この定在波28の一方の端は短絡
板26の位置にあり、他方の端は整合器15(図4参
照)の位置にある。すなわち、短絡板26と整合器15
との間の導波管部分が空洞共振器として作用する。短絡
板26の位置には定在波の節30が発生し、この節30
の部分ではマイクロ波電界の強度が弱くなる。逆に、定
在波の腹32の部分ではマイクロ波電界の強度が強くな
る。放電管18の内部に放電を発生させるためには、放
電管18内にマイクロ波電界の強い部分が位置するよう
に、短絡板26の位置を調整する必要がある。
In this conventional microwave plasma generating mechanism, it is necessary to adjust the position of the short-circuit plate 26 in the cavity 24 at the start of discharge and after the start of discharge. When microwave power is supplied to the waveguide 14, FIG.
As schematically shown in FIG. 3, a microwave standing wave 28 is generated inside the waveguide. One end of this standing wave 28 is at the position of the short-circuit plate 26, and the other end is at the position of the matching device 15 (see FIG. 4). That is, the short-circuit plate 26 and the matching device 15
The waveguide portion between and acts as a cavity resonator. A node 30 of a standing wave is generated at the position of the short circuit plate 26.
In the area of, the strength of the microwave electric field becomes weak. On the contrary, the strength of the microwave electric field is increased at the antinode 32 of the standing wave. In order to generate a discharge inside the discharge tube 18, it is necessary to adjust the position of the short-circuit plate 26 so that the portion where the microwave electric field is strong is located inside the discharge tube 18.

【0007】一方、放電開始後にあっては、プラズマ2
0(図4参照)によるマイクロ波の吸収が著しい場合に
は、短絡板26の位置は調整する必要がなくなる場合が
多い。しかし、一般に酸素を含むガスのプラズマにおい
てはマイクロ波電力の一部がプラズマを透過するため、
短絡板26を節とするマイクロ波の定在波が同様に発生
する。ただし、プラズマ20が発生するとマイクロ波の
管内波長が変化するので、定在波28の波長が変化す
る。したがって、放電開始後にも短絡板26の位置を調
整し直して、放電管18の内部に定在波の腹32の部分
がくるようにしなければならない。
On the other hand, after the start of discharge, the plasma 2
When the microwave absorption due to 0 (see FIG. 4) is significant, it is often unnecessary to adjust the position of the short circuit plate 26. However, in general, in the plasma of a gas containing oxygen, part of the microwave power is transmitted through the plasma,
A microwave standing wave having the short-circuit plate 26 as a node is similarly generated. However, when the plasma 20 is generated, the wavelength of the microwave in the tube changes, so that the wavelength of the standing wave 28 changes. Therefore, the position of the short-circuit plate 26 must be readjusted even after the start of the discharge so that the antinode 32 of the standing wave is located inside the discharge tube 18.

【0008】さらに、放電管18が実用的な寸法(直径
1〜10cm)の場合、放電管18内のプラズマ発生位
置には、定在波28の腹32の部分は通常一つしか存在
せず、電力の利用効率が低い。
Further, when the discharge tube 18 has a practical size (diameter of 1 to 10 cm), there is usually only one antinode 32 of the standing wave 28 at the plasma generation position in the discharge tube 18. , Power usage efficiency is low.

【0009】また、他の従来例として、前記キャビティ
型マイクロ波プラズマ発生機構の放電管を同軸型の二重
管とした装置が知られている。図6は、この装置の概略
正面断面図であり、従来技術文献(Isamu Kato, Kazuo
Noguchi and Kouji Numada″Preparation of silicon n
itride films at room temperature using double-tube
d coaxial line-type microwave plasma chemical depo
sition system.″,J.Appl.Phys., 62(1987)492.)から
引用したものである。このプラズマ発生機構は、キャビ
ティ34を貫通する誘電体製の放電管36が同軸の二重
管となっており、その外部管38と内部管40で囲まれ
た空間にプラズマを発生させることを特徴としている。
前記文献によれば、このプラズマ発生機構は、シリコン
系の薄膜をプラズマCVDによって堆積させる装置に適
しており、同軸モ−ドによって伝播するマイクロ波によ
ってプラズマが発生するとされている。この装置におい
ては、プラズマが存在する場合だけ、内部管40が同軸
線路の内部導体として機能する。そして、内部管40の
内側をガス導入用の通路として用いることで、プラズマ
中に直接的にガスを導入することが可能となる。
As another conventional example, there is known an apparatus in which the discharge tube of the cavity type microwave plasma generating mechanism is a coaxial type double tube. FIG. 6 is a schematic front cross-sectional view of this device, which is disclosed in the related art document (Isamu Kato, Kazuo).
Noguchi and Kouji Numada ″ Preparation of silicon n
itride films at room temperature using double-tube
d coaxial line-type microwave plasma chemical depo
sition system. ″, J. Appl. Phys., 62 (1987) 492.). This plasma generating mechanism is a double tube in which a dielectric discharge tube 36 penetrating the cavity 34 is coaxial. It is characterized in that plasma is generated in a space surrounded by the outer tube 38 and the inner tube 40.
According to the above-mentioned document, this plasma generation mechanism is suitable for an apparatus for depositing a silicon-based thin film by plasma CVD, and plasma is generated by microwaves propagating in a coaxial mode. In this device, the inner tube 40 functions as the inner conductor of the coaxial line only when plasma is present. Then, by using the inside of the inner tube 40 as a passage for introducing gas, it becomes possible to introduce gas directly into the plasma.

【0010】さらに別の従来例として、図7に示すプラ
ズマ発生機構がある。この従来例は、図4に示す従来例
の変形例であり、放電管19の長さを短くして、これを
真空容器10の近くに設置したものである。矩形導波管
14にはモ−ド変換器27を介して円筒導波管16が接
続され、この円筒導波管16の下方部分の内部に放電管
19が設置されている。モード変換器には各種の例があ
るが、この例では、矩形導波管14内のTE10モード
を、円筒導波管16内のTM01モードに変換している。
このTM01モードは半径方向に振動電界のあるモードで
ある。ところで、円筒導波管の基本モードはTE11モー
ドであり、使用したいTM01モードはTE11モードの高
次モードである。したがって、TM01モードはTE11
ードと混在しうる。モード変換器27は純粋なTM01
ードを発生させるように設計されているが、円筒導波管
16の内部に放電管19を配置したり、放電管19の内
部にプラズマを発生させたりすると、モードの純粋性が
失われる場合が多い。
As another conventional example, there is a plasma generating mechanism shown in FIG. This conventional example is a modification of the conventional example shown in FIG. 4, in which the length of the discharge tube 19 is shortened and the discharge tube 19 is installed near the vacuum container 10. A cylindrical waveguide 16 is connected to the rectangular waveguide 14 via a mode converter 27, and a discharge tube 19 is installed inside the lower portion of the cylindrical waveguide 16. There are various examples of mode converters. In this example, the TE 10 mode in the rectangular waveguide 14 is converted into the TM 01 mode in the cylindrical waveguide 16.
The TM 01 mode is a mode having an oscillating electric field in the radial direction. Incidentally, the fundamental mode of the cylindrical waveguide is the TE 11 mode, and the TM 01 mode to be used is a higher order mode of the TE 11 mode. Therefore, the TM 01 mode can be mixed with the TE 11 mode. The mode converter 27 is designed to generate a pure TM 01 mode, but when the discharge tube 19 is arranged inside the cylindrical waveguide 16 or plasma is generated inside the discharge tube 19, Often the mode purity is lost.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図4に示したキャビテ
ィ型マイクロ波プラズマ発生機構を備えるアッシャ−に
は次のような欠点がある。一つはアッシング速度が不十
分な点である。特に、金属配線膜(一般にアルミニウ
ム)の反応性イオンエッチングを行った後のフォトレジ
ストの除去工程においては、いわゆるアフタ−コロ−ジ
ョンの発生を防止するために、酸素にある種のガスを添
加する必要があるが、この添加ガスにはアッシング速度
を低下させる作用があるため、酸素ガスのみで行ってい
た放電条件と同じにした場合には、十分な処理速度を得
ることができなかった。このことは、連続的に一連のウ
ェ−ハ処理を行うシステムにおいて、装置の総合的なス
ル−プットが、後処理であるアッシャ−によって決定さ
れてしまうことを意味する。したがって、ウェ−ハ処理
システムの処理速度向上のためには、より高速の処理が
可能なアッシャ−の開発が必要とされている。
The asher having the cavity type microwave plasma generating mechanism shown in FIG. 4 has the following drawbacks. One is that the ashing speed is insufficient. In particular, in the step of removing the photoresist after reactive ion etching of the metal wiring film (generally aluminum), a certain gas is added to oxygen in order to prevent the occurrence of so-called after-corrosion. Although necessary, this additive gas has a function of lowering the ashing rate, so that a sufficient treatment rate could not be obtained under the same discharge condition as that of the oxygen gas alone. This means that in a system in which a series of wafer treatments are continuously performed, the overall output of the apparatus is determined by the post-treatment asher. Therefore, in order to improve the processing speed of the wafer processing system, it is necessary to develop an asher capable of processing at a higher speed.

【0012】アッシング速度の高速化における一つの必
要条件としてプラズマ密度を高くすることが挙げられ
る。しかし、従来のキャビティ型マイクロ波アッシャ−
においては、マイクロ波電力の放電利用効率が低いの
で、プラズマの高密度化を図るためにキャビティに大電
力を投入すると、放電に関与する以外の部分の発熱によ
って装置性能が不安定になったり、装置寿命が短くなっ
たりする等の問題が生じる。
One of the necessary conditions for increasing the ashing speed is to increase the plasma density. However, conventional cavity type microwave asher
In the above, since the discharge utilization efficiency of the microwave power is low, if a large amount of power is supplied to the cavity in order to increase the density of plasma, the device performance may become unstable due to heat generation in the parts other than those involved in the discharge, Problems such as shortened device life occur.

【0013】さらに、キャビティ型マイクロ波プラズマ
を用いるアッシャ−の別の欠点として、放電開始が確実
でないことが挙げられる。この現象は、特に酸素を含む
ガスの場合に顕著に現れる傾向があり、実用上の問題点
となっている。そのための解決手段としては、放電トリ
ガ−と呼ばれる機構を設置するのが一般的であるが、装
置構造が複雑になることや、動作の確実性に依然として
問題のあること、機構によっては不純物もしくはゴミの
発生源となり得ること、等の欠点がある。
Another drawback of the asher using the cavity type microwave plasma is that the discharge is not started properly. This phenomenon tends to appear remarkably particularly in the case of a gas containing oxygen, which is a practical problem. As a solution for that, it is general to install a mechanism called a discharge trigger, but the structure of the device becomes complicated, there is still a problem in the reliability of the operation, and impurities or dust depending on the mechanism. Can be a source of

【0014】また、図6に示したような二重管を用いる
形式のキャビティ型マイクロ波プラズマ発生機構では、
同軸モ−ドで伝播するマイクロ波によってプラズマが維
持されるのは放電が開始してからであり、放電を発生さ
せるための条件は図4に示したような矩形導波管に一重
管の放電管を挿入しただけの場合と全く同じである。し
たがって、前記した放電開始における問題点は図6に示
した二重管構造でも解決されていなかった。
Further, in the cavity type microwave plasma generating mechanism of the type using the double tube as shown in FIG.
The plasma is maintained by the microwave propagating in the coaxial mode only after the electric discharge is started, and the conditions for generating the electric discharge are as follows. Exactly the same as when the tube was just inserted. Therefore, the above-mentioned problems in starting the discharge have not been solved even by the double tube structure shown in FIG.

【0015】また、図7に示すようなプラズマ発生機構
では、上述のように目的のTM01モードにTE11モード
が混在する恐れがあり、また、次のような寸法上の制限
もある。通常の放電装置に用いるマイクロ波の周波数は
2.45GHzであり、これを伝播させるためには、円
筒導波管の内径は、TE11モードにおいては約72mm
以上、TM01モードにおいては約94mm以上が必要で
ある。この制限は、装置を設計する上での制約となり得
る。また、プラズマの特性によって伝播モードが変化す
ると、プラズマの放電管半径方向の密度分布が変化する
可能性があり、基板内の処理速度の均一性が要求される
半導体デバイス作製用装置としては使いにくい。
Further, in the plasma generation mechanism as shown in FIG. 7, there is a possibility that the target TM 01 mode and the TE 11 mode are mixed as described above, and there are also the following dimensional restrictions. The microwave frequency used in a normal discharge device is 2.45 GHz, and in order to propagate this, the inner diameter of the cylindrical waveguide is about 72 mm in the TE 11 mode.
As described above, about 94 mm or more is required in the TM 01 mode. This limitation can be a constraint in designing the device. In addition, when the propagation mode changes depending on the characteristics of the plasma, the density distribution of the plasma in the radial direction of the discharge tube may change, which makes it difficult to use as a semiconductor device manufacturing apparatus that requires uniform processing speed within the substrate. .

【0016】本発明の目的は、高密度プラズマの発生に
よって処理速度の高速化を図るとともに放電開始を容易
にでき、かつ、プラズマの放電管半径方向分布が安定な
マイクロ波プラズマ処理装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a microwave plasma processing apparatus capable of increasing the processing speed by generating high-density plasma, facilitating the start of discharge, and stabilizing the radial distribution of plasma in the discharge tube radial direction. Especially.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波プラ
ズマ処理装置は、そのプラズマ発生機構に特徴があり、
導電体で形成された同軸型の導波管の内部に、誘電体で
形成された同軸型の2重管を配置して、この2重管の内
部でプラズマを発生させるようにしたものである。同軸
型の導波管は、必ずしもマイクロ波キャビティとして作
用させる(すなわち、導波管の内部で定在波を発生させ
る)必要はないが、キャビティとして作用させるのが好
ましい。
The microwave plasma processing apparatus of the present invention is characterized by its plasma generation mechanism,
A coaxial double tube made of a dielectric material is arranged inside a coaxial waveguide made of a conductor, and plasma is generated inside the double tube. . The coaxial waveguide does not necessarily have to act as a microwave cavity (that is, generate a standing wave inside the waveguide), but it is preferable to act as a cavity.

【0018】[0018]

【作用】同軸型の導波管の内部に存在するマイクロ波
は、通常、TEMモード(Transverse-electromagnetic
mode)となる。このTEMモードとは、電磁波のう
ち、電場も磁場も進行方向に垂直で、完全な横波になっ
ているものをいう。同軸型の導波管の内部にあるTEM
モードにおいては、同軸の内部導体と外部導体の間に放
射状に電界が存在するため、この部分に放電管を挿入す
ると、電界の強い部分が常に放電管内に存在することに
なり、放電開始が容易になる。また、放電管内のプラズ
マの有無にかかわらず、放電管内の電磁波はTEMモー
ドに維持されるため、放電開始及び放電維持の操作が容
易であり、マイクロ波電力の利用効率も高くできる。さ
らに、同軸導波管においてはマイクロ波の使用周波数の
制限がなく、装置設計上の自由度が大きい。また、放電
管の寸法にかかわらず振動電界が放電管の半径方向に存
在するため、放電状態によってプラズマの半径方向分布
が変化することがなく安定である。
The microwave existing inside the coaxial waveguide is usually TEM mode (Transverse-electromagnetic
mode). The TEM mode refers to one of electromagnetic waves in which both the electric field and the magnetic field are perpendicular to the traveling direction and are completely transverse waves. TEM inside a coaxial waveguide
In mode, there is a radial electric field between the coaxial inner and outer conductors.Therefore, if a discharge tube is inserted in this part, the part with a strong electric field will always exist inside the discharge tube, making it easier to start discharge. become. Further, the electromagnetic waves in the discharge tube are maintained in the TEM mode regardless of the presence or absence of plasma in the discharge tube, so that the operation of starting and maintaining the discharge is easy and the utilization efficiency of microwave power can be improved. Further, in the coaxial waveguide, there is no limitation on the frequency of microwaves used, and the degree of freedom in device design is high. Further, since the oscillating electric field exists in the radial direction of the discharge tube regardless of the size of the discharge tube, the radial distribution of plasma does not change depending on the discharge state and is stable.

【0019】[0019]

【実施例】図1は、本発明をアッシング装置に適用した
一実施例の正面断面図である。図1において、真空容器
42の内部には基板ホルダー44があり、その上に被処
理ウェーハ46が置かれる。真空容器42は排気管48
を介して排気ポンプ(図示せず)で真空排気される。真
空容器42の上方にはマイクロ波プラズマ発生機構があ
る。マイクロ波電源50に矩形断面の導波管52が接続
され、この導波管52に、同軸型キャビティを形成する
ための円筒状の同軸導波管54が接続されている。導波
管52の途中にはスリースタブチューナーからなる整合
器53が設けられている。同軸導波管54は外部導体5
6と内部導体58とで構成され、外部導体56は直接矩
形導波管52に固定され、内部導体58は絶縁物60を
介して矩形導波管52に固定されている。外部導体56
の下端はフランジ62によって真空容器42に固定され
ている。
1 is a front sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to an ashing device. In FIG. 1, a substrate holder 44 is provided inside a vacuum container 42, and a wafer to be processed 46 is placed thereon. The vacuum container 42 is an exhaust pipe 48.
Via a vacuum pump (not shown). A microwave plasma generation mechanism is provided above the vacuum container 42. A waveguide 52 having a rectangular cross section is connected to the microwave power source 50, and a cylindrical coaxial waveguide 54 for forming a coaxial cavity is connected to the waveguide 52. A matching unit 53 including a stub tuner is provided in the middle of the waveguide 52. The coaxial waveguide 54 is the outer conductor 5
The outer conductor 56 is directly fixed to the rectangular waveguide 52, and the inner conductor 58 is fixed to the rectangular waveguide 52 via an insulator 60. Outer conductor 56
The lower end of is fixed to the vacuum container 42 by a flange 62.

【0020】外部導体56と内部導体58の直径の比は
特性インピーダンスが50Ωとなるように設計するのが
一般的である。ただし、プラズマが存在する場合には特
性インピーダンスが変化するため、常に50Ωに維持さ
れるわけではない。
The ratio of the diameters of the outer conductor 56 and the inner conductor 58 is generally designed so that the characteristic impedance is 50Ω. However, in the presence of plasma, the characteristic impedance changes, so it is not always maintained at 50Ω.

【0021】円筒状の放電管64は、石英ガラスやアル
ミナセラミックス等の誘電損失の少ない誘電体で形成さ
れ、外部管66と内部管68とで構成されていて二重管
構造となっている。外部管66の外側には同軸導波管の
外部導体56が配置され、内部管68の内側(大気圧
側)には同軸導波管の内部導体58が挿入されている。
すなわち、同軸導波管54で形成される同軸型キャビテ
ィの内部に二重管構造の放電管64が配置されている。
また、放電管64にはガス導入管70が接続されてい
る。外部管66と内部管68はその上端で結合されてい
て一体構造になっている。内部管68の下端は閉じてい
る。放電管64の内部は真空容器42の内部と連通して
おり、真空容器42と一緒に真空排気される。
The cylindrical discharge tube 64 is made of a dielectric material having a small dielectric loss such as quartz glass or alumina ceramics, and is composed of an outer tube 66 and an inner tube 68 and has a double tube structure. The outer conductor 56 of the coaxial waveguide is arranged outside the outer pipe 66, and the inner conductor 58 of the coaxial waveguide is inserted inside the inner pipe 68 (atmospheric pressure side).
That is, the discharge tube 64 having the double tube structure is arranged inside the coaxial cavity formed by the coaxial waveguide 54.
A gas introduction pipe 70 is connected to the discharge tube 64. The outer pipe 66 and the inner pipe 68 are joined at their upper ends to form a unitary structure. The lower end of the inner pipe 68 is closed. The inside of the discharge tube 64 communicates with the inside of the vacuum container 42, and is evacuated together with the vacuum container 42.

【0022】真空容器42内のウェーハ46の上方には
導電性の網72が配置されていて、この網72で荷電粒
子を捕捉することができる。
A conductive net 72 is arranged above the wafer 46 in the vacuum container 42, and charged nets can be trapped by the net 72.

【0023】次に、このアッシング装置の動作を説明す
る。除去すべきフォトレジストが付着しているウェーハ
46を基板ホルダー44に載せて、真空容器42及び放
電管64の内部を真空排気する。次に、ガス導入管70
によって酸素もしくは酸素を主体とする混合ガスを放電
管64内に導入して、圧力を0.1〜数十Torrの判
内で調節する。次に、マイクロ波電源50から矩形導波
管52を経て同軸導波管54にマイクロ波を供給し、マ
イクロ波を同軸モ−ドに変換する。これにより、外部導
体56と内部導体58とに囲まれた部分にマイクロ波が
供給され、放電管64の内部に、マイクロ波による放電
が発生し、プラズマ74が発生する。プラズマ74の中
に存在する活性化された分子または原子は、真空容器4
2内に拡散し、ウェーハ46の表面のフォトレジストと
反応して、これを除去する。一方、プラズマ74から真
空容器42に向かう荷電粒子は、導電性の網72に捕捉
されるので、荷電粒子入射によるウェーハ46への電気
的ダメ−ジを防ぐことができる。
Next, the operation of this ashing device will be described. The wafer 46 to which the photoresist to be removed is attached is placed on the substrate holder 44, and the inside of the vacuum container 42 and the discharge tube 64 is evacuated. Next, the gas introduction pipe 70
Oxygen or a mixed gas mainly containing oxygen is introduced into the discharge tube 64 to adjust the pressure within a range of 0.1 to several tens Torr. Next, the microwave is supplied from the microwave power source 50 to the coaxial waveguide 54 through the rectangular waveguide 52, and the microwave is converted into the coaxial mode. As a result, the microwave is supplied to the portion surrounded by the outer conductor 56 and the inner conductor 58, and the microwave discharge is generated inside the discharge tube 64 to generate the plasma 74. The activated molecules or atoms existing in the plasma 74 are stored in the vacuum container 4
2 and reacts with the photoresist on the surface of the wafer 46 to remove it. On the other hand, the charged particles traveling from the plasma 74 toward the vacuum container 42 are captured by the conductive net 72, so that electrical damage to the wafer 46 due to incidence of charged particles can be prevented.

【0024】この実施例の装置においては、図2に示す
ような形で定在波76が発生する。この図においては、
マイクロ波はプラズマを一回通過するのみでは完全に吸
収されない状態を示しており、導電性の網72の位置に
定在波76の節77が発生している。プラズマは放電管
の外部管66と内部管68の間に発生するが、このプラ
ズマ発生領域には、定在波76の腹78が軸方向に複数
個存在する。このため、マイクロ波電力の利用効率が向
上する。また、従来問題であった放電開始時において
も、プラズマが存在しないときの(放電開始時の)定在
波の状況が、放電中の図2に示す状態と同様となる。し
たがって、最も電界の強い(すなわち放電開始がしやす
い)定在波の腹78の位置は、プラズマ発生中の腹78
の位置とほぼ同じである。そのため、酸素等を含むガス
に対しても、短絡板の位置を放電開始前後で変更したり
放電トリガ−を用いたりする必要がなく、プラズマを容
易に発生させることが可能となった。これによって、装
置構造及び装置動作の簡略化が達成された。
In the device of this embodiment, the standing wave 76 is generated in the form as shown in FIG. In this figure,
The microwave is in a state where it is not completely absorbed by passing through the plasma only once, and the node 77 of the standing wave 76 is generated at the position of the conductive net 72. Plasma is generated between the outer tube 66 and the inner tube 68 of the discharge tube, and a plurality of antinodes 78 of standing waves 76 are present in the axial direction in the plasma generation region. Therefore, the utilization efficiency of microwave power is improved. Further, even at the start of discharge, which has been a problem in the related art, the situation of standing waves when there is no plasma (at the start of discharge) is similar to the state shown in FIG. 2 during discharge. Therefore, the position of the antinode 78 of the standing wave with the strongest electric field (that is, the discharge is easily started) is the antinode 78 during the plasma generation.
The position is almost the same. Therefore, even for a gas containing oxygen or the like, it is not necessary to change the position of the short-circuit plate before and after the start of discharge or to use a discharge trigger, and plasma can be easily generated. This achieved a simplification of the device structure and operation.

【0025】同軸導波管に発生するTEMモードは、放
電管内の電界強度が円周方向に均一なので、均一性の良
いプラズマ生成が可能である。また、放電管の寸法にか
かわらず振動電界が放電管の半径方向に存在するため、
放電状態によってプラズマの半径方向分布が変化するこ
とがなく安定である。
In the TEM mode generated in the coaxial waveguide, since the electric field strength in the discharge tube is uniform in the circumferential direction, it is possible to generate plasma with good uniformity. Also, because an oscillating electric field exists in the radial direction of the discharge tube regardless of the dimensions of the discharge tube,
It is stable because the radial distribution of plasma does not change depending on the discharge state.

【0026】図3は本発明の別の実施例の正面断面図で
ある。この実施例では、同軸導波管85の外部導体86
が、マイクロ波電源94に近い位置にある小径部分88
と、マイクロ波電源94に遠い位置にある大径部分90
とからなる。小径部分88は、矩形導波管92につなが
っている。この小径部分88の直径は、図1の装置の外
部導体56の直径と同じである。大径部分90の内側に
は放電管80の外部管82が配置されている。この外部
管82の外径は、外部導体86の小径部分88の外径よ
りも大きくなっている。なお、同軸導波管85の内部導
体94と放電管80の内部管84は、図1に示すのと同
じ寸法のままである。その他の部分の構造は図1に示す
実施例と同じである。
FIG. 3 is a front sectional view of another embodiment of the present invention. In this embodiment, the outer conductor 86 of the coaxial waveguide 85 is
However, the small-diameter portion 88 near the microwave power source 94
And a large-diameter portion 90 located far from the microwave power source 94.
Consists of. The small diameter portion 88 is connected to the rectangular waveguide 92. The diameter of the small diameter portion 88 is the same as the diameter of the outer conductor 56 of the device of FIG. An outer tube 82 of the discharge tube 80 is arranged inside the large diameter portion 90. The outer diameter of the outer tube 82 is larger than the outer diameter of the small diameter portion 88 of the outer conductor 86. The inner conductor 94 of the coaxial waveguide 85 and the inner tube 84 of the discharge tube 80 remain the same size as shown in FIG. The structure of the other parts is the same as that of the embodiment shown in FIG.

【0027】この実施例においては大径部分90におい
てプラズマの体積が大きくなり、これによってプラズマ
の損失の割合が小さくなり、結果的にプラズマ密度を高
めることができる。また、放電管80の処理室42への
開口面積が大きくなるので、ウェーハ46の処理面積を
広くすることができる。
In this embodiment, the plasma volume in the large-diameter portion 90 becomes large, which reduces the ratio of plasma loss, resulting in an increase in plasma density. Moreover, since the opening area of the discharge tube 80 to the processing chamber 42 is increased, the processing area of the wafer 46 can be increased.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置
は、同軸導波管の内部に同軸の二重放電管を配置したこ
とにより、放電開始が容易で、かつ高密度のプラズマを
発生させることができる。また、プラズマの半径方向分
布が変化することがなく安定である。本発明は、特に高
速性を要求される枚葉式のレジストアッシング装置に応
用して、その効果が最も著しい。また、各種ガスを利用
して高密度の中性活性種を被処理基板表面に導くことが
可能であるため、表面改質装置やCVD装置にも応用す
ることができる。
In the microwave plasma processing apparatus of the present invention, since the coaxial double discharge tube is arranged inside the coaxial waveguide, the discharge can be easily started and high density plasma can be generated. it can. Moreover, the radial distribution of plasma is stable and stable. The present invention is particularly effective when applied to a single-wafer resist ashing apparatus that requires high speed. Further, since it is possible to introduce a high density of neutral active species to the surface of the substrate to be processed using various gases, it can be applied to a surface reforming device and a CVD device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置におけるマイクロ波の定在波の状態
を示す拡大正面断面図である。
FIG. 2 is an enlarged front sectional view showing a state of a microwave standing wave in the apparatus of FIG.

【図3】本発明の別の実施例の正面断面図である。FIG. 3 is a front sectional view of another embodiment of the present invention.

【図4】従来のアッシング装置の正面断面図である。FIG. 4 is a front sectional view of a conventional ashing device.

【図5】図4の装置におけるマイクロ波の定在波の状態
を示す拡大正面断面図である。
5 is an enlarged front sectional view showing a state of a microwave standing wave in the device of FIG.

【図6】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の別の例の
正面断面図である。
FIG. 6 is a front sectional view of another example of a conventional microwave plasma processing apparatus.

【図7】従来のマイクロ波プラズマ処理装置のさらに別
の例の正面断面図である。
FIG. 7 is a front sectional view of still another example of the conventional microwave plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

42…真空容器 44…基板ホルダー 46…ウェーハ 50…マイクロ波電源 52…矩形断面の導波管 54…同軸導波管 56…外部導体 58…内部導体 64…放電管 66…外部管 68…内部管 70…ガス導入管 72…網 74…プラズマ 76…定在波 77…節 78…腹 42 ... Vacuum container 44 ... Substrate holder 46 ... Wafer 50 ... Microwave power source 52 ... Waveguide with rectangular cross section 54 ... Coaxial waveguide 56 ... External conductor 58 ... Inner conductor 64 ... Discharge tube 66 ... Outer tube 68 ... Inner tube 70 ... Gas introduction pipe 72 ... Net 74 ... Plasma 76 ... Standing wave 77 ... Section 78 ... Belly

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/302 H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/302 H

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波放電によるプラズマによって
生成された活性種を用いて被処理基板を処理するマイク
ロ波プラズマ処理装置において、 プラズマ発生機構が、内部管と外部管の間に放電空間が
形成された誘電体製の二重管と、前記内部管の内側に挿
入された内部導体と、前記外部管の外側に配置された筒
状の外部導体とを含み、前記内部導体と外部導体とから
なる導波管にマイクロ波電力を供給して前記放電空間内
に放電によるプラズマを発生させることを特徴とするマ
イクロ波プラズマ処理装置。
1. A microwave plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed using active species generated by plasma generated by microwave discharge, wherein a plasma generating mechanism forms a discharge space between an inner tube and an outer tube. A double tube made of a dielectric material, an inner conductor inserted inside the inner tube, and a tubular outer conductor arranged outside the outer tube, and composed of the inner conductor and the outer conductor. A microwave plasma processing apparatus, characterized in that microwave power is supplied to a waveguide to generate plasma by discharge in the discharge space.
【請求項2】 前記外部導体が、マイクロ波電源に近い
位置にある小径部分と、マイクロ波電源から遠い位置に
ある大径部分とから構成され、大径部分の内側に前記外
部管が配置され、この外部管の直径が前記小径部分の直
径よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のマイク
ロ波プラズマ処理装置。
2. The outer conductor is composed of a small-diameter portion located near the microwave power source and a large-diameter portion located far from the microwave power source, and the outer pipe is arranged inside the large-diameter portion. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the diameter of the outer tube is larger than the diameter of the small diameter portion.
【請求項3】 マイクロ波放電によるプラズマによって
生成された活性種を用いて被処理基板を処理するマイク
ロ波プラズマ処理装置において、 プラズマ発生機構として、導電体で形成された同軸型の
マイクロ波キャビティの内部に、誘電体で形成された同
軸型の2重管を配置し、この2重管の内部でプラズマを
発生させることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
置。
3. A microwave plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed using active species generated by plasma generated by microwave discharge, wherein a coaxial microwave cavity formed of a conductor is used as a plasma generating mechanism. A microwave plasma processing apparatus characterized in that a coaxial double tube made of a dielectric material is arranged inside, and plasma is generated inside the double tube.
【請求項4】 前記マイクロ波プラズマ処理装置がアッ
シング装置であることを特徴とする請求項1または3に
記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
4. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the microwave plasma processing apparatus is an ashing apparatus.
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