JPH08138890A

JPH08138890A - マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法

Info

Publication number: JPH08138890A
Application number: JP6274726A
Authority: JP
Inventors: Hitoaki Sato; 仁昭佐藤; Mitsuru Katamoto; 満片本; Takamitsu Kanekiyo; 任光金清; Hironori Kawahara; 博宣川原; Katsuyoshi Kudo; 勝義工藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-05-31
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JP3193575B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高密度，均一なプラズマを発生させ、試料に対
して均一性等の向上した高性能な処理を行う。【構成】円形導波管５内を通って伝播するマイクロ波
を、その空間内でインピーダンス整合するのに設置され
たマイクロ波チューニング手段によってチューニング
し、均一で最も効率の良い状態でマイクロ波導入窓４を
介してテーパ状に拡大した耐プラズマ性を有した内面を
有する放電ブロック３内に導入する。これにより、ガス
供給手段２１および真空排気手段１３によって所定圧力
に制御された処理ガスが、効率良く導入されたマイクロ
波の電界とソレノイドコイル９１による磁界との相互作
用によって、さらに均一かつ高密度にプラズマ化され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波プラズマ処理
装置および処理方法に係り、特にマイクロ波を用いてプ
ラズマを生成し、半導体素子基板等の試料にエッチング
処理，成膜処理等のプラズマ処理を施すのに好適なマイ
クロ波プラズマ処理装置および処理方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波プラズマ処理装置は、
例えば特開平４−１３３３２２号公報に記載のものが知
られている。本装置は、導波管の形状を略円筒形とし、
気密に設けたマイクロ波透過窓を介して導波管につなが
る放電室を、マイクロ波の進行方向にテーパ状に拡大さ
れた中空円筒の導電材料で形成された放電ブロックで形
成し、放電ブロックの外側に設けた空心コイルにより放
電室内に発生させた磁界と、導波管を介して放電室内に
導入したマイクロ波の電界との相互作用を用いて、密度
の高いプラズマを生成し、処理の均一性を向上させるよ
うにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、放電
室に導入されるマイクロ波モ−ドの点、放電室内壁材料
の耐プラズマ性の点および連続処理時のプロセス特性変
化の点等において配慮されていなかった。すなわち、導
波管内を伝播するマイクロ波の電気力線に対し、放電室
への導入形状について十分配慮されておらず、プラズマ
の均一性，発生効率が十分なものでなかった。また、従
来技術では放電ブロックが非磁性導電材料、例えば、ア
ルミニウムで形成されており、エッチング処理における
被処理材がＡｌまたはＡｌ合金等の場合には、エッチン
グガスとしてハロゲンガスが用いられ、このようなガス
がプラズマ化された場合、被処理材とともに放電室を構
成する放電ブロックの内壁面もプラズマ中の活性種によ
ってエッチングされてしまうという問題がある。さら
に、プラズマ処理中のプラズマ発生室（放電ブロック）
の温度上昇およびプラズマ処理中に発生する反応性生物
の付着等による処理の経時変化が生じるという問題があ
る。

【０００４】本発明の目的は、放電室に導入するマイク
ロ波モ−ドを最適化し、均一でかつ高密度のプラズマを
得ることのできるマイクロ波プラズマ処理装置を提供す
ることにある。

【０００５】また、本発明の他の目的は、ハロゲンガス
を使用する材質に対しても放電ブロックがエッチングさ
れることなくプラズマ処理が行えるマイクロ波プラズマ
処理装置を提供することにある。

【０００６】さらに、本発明の他の目的は、連続処理時
に被処理物を加工する処理性能が系時的に変化すること
なく良い状態を継続し安定したプラズマ処理を行うこと
のできるマイクロ波プラズマ処理装置および処理方法を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被処理基板
が配置される試料台と、試料台を内部に有し試料台の被
処理基板配置面に対向して開口部を有する処理室と、処
理室の開口部外側に取り付けられ非磁性導電材料でなる
中空円筒で試料台方向に対しテーパ状に拡大した内面を
有する放電ブロックと、放電ブロックの他端開口部にマ
イクロ波導入窓を介して接続した円形導波管と、円形導
波管内に設けられマイクロ波のチューニングを行うチュ
ーニング手段と、放電ブロックの外側に設けられたソレ
ノイドコイルと、放電ブロック内に処理ガスを供給する
ガス供給手段と、処理室内を所定圧力に減圧排気する真
空排気手段とを具備することにより、達成される。

【０００８】また、上記他の目的は、前述の放電ブロッ
クの内壁面に耐プラズマ性保護部材を形成することによ
り、達成される。

【０００９】さらに、上記他の目的は、前述の放電ブロ
ックに温度調整可能な加熱器を取付けた装置とし、プラ
ズマ発生室を所定の温度で一定に保持したまま、被処理
基板をプラズマ処理し、被処理基板がプラズマ処理され
処理室から搬出された後、試料台に被処理基板を配置し
ないまま処理室内をプラズマクリーニングし、プラズマ
クリーニングが終了して新たな被処理基板を処理室に搬
入し、新たな被処理基板を処理する方法とすることによ
り、達成される。

【００１０】

【作用】円形導波管内を通って伝播するマイクロ波は、
その空間内でインピーダンス整合に対して最適形状に設
定されたチューニング手段によってチューニングされ、
均一で最も効率の良い状態でマイクロ波導入窓を介して
放電ブロック内に導入され、ガス供給手段および真空排
気手段によって所定圧力に制御された処理ガスが、効率
良く導入されたマイクロ波の電界とソレノイドコイルに
よる磁界との相互作用によって、さらに均一かつ高密度
にプラズマ化される。これにより、処理性能がさらに向
上する。

【００１１】また、放電ブロックの内壁面に保護部材を
形成することにより、放電ブロック内に生成されたプラ
ズマに対して、放電ブロックと同材質の被処理材を処理
する場合でも放電ブロック自体がエッチングされること
がなく、被処理材の材質に関係なく処理性能の良いプラ
ズマ処理が行える。

【００１２】さらに、放電ブロックに温度調整可能な加
熱器を設け、プラズマ発生室を所定の温度で一定に保持
したまま、被処理基板をプラズマ処理し、被処理基板が
プラズマ処理され処理室から搬出された後、試料台に被
処理基板がない状態で処理室内をプラズマクリーニング
し、プラズマクリーニングが終了して新たな被処理基板
を処理室に搬入し、新たな被処理基板を処理するように
することにより、処理室内が清浄な状態を維持すること
ができ、安定したプラズマ処理を継続して行うことがで
きる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。図
１は、マイクロ波プラズマ処理装置の構成図を示し、こ
の場合、プラズマ処理としてエッチング処理に適用した
場合について説明する。図１において、処理室１は、例
えば、ステンレス鋼で形成され、内部に空間を有する容
器で形成されている。処理室１は、上部に円形の開口部
を有し、下部に排気口１１が設けられている。排気口１
１には、真空排気手段が接続されている。真空排気手段
は、この場合、圧力制御バルブ１２，ターボ分子ポンプ
１３，ホットバルブ１４およびロータリーポンプ１５で
構成され、排気口１１に配管を介して順次接続されて成
る。また、排気口１１には圧力制御バルブ１２の前で、
バルブ１６を介して高真空を検出するための圧力検出器
１７（この場合、ペニング真空計）が取り付けられてい
る。また、排気口１１に圧力制御バルブ１２の前で処理
中の圧力を検出する隔膜真空計（図示省略）が取り付け
られている。処理室１は、この場合、ベーローズを用い
た仕切弁１８によって内部空間が仕切られる構造となっ
ている。仕切弁１８には、昇降駆動装置１９が連結され
ている。

【００１４】処理室１上部の開口部にはサポートが設け
られ、サポート上にウエハ押え１９を載置して保持して
いる。尚、サポ−ト上のウェハ抑え１９は本機構のよう
に機械式でも良いが、ウェハを電気的に固定する静電吸
着式も考えられる。処理室１上部の開口部には、リング
状のベースフランジ２を介して中空円筒の放電ブロック
３が気密に取り付けられている。放電ブロック３は、内
面が下方（図面上）に向けて軸方向に向けて約１０°〜
２０°の角度でテーパ状に拡大された形状をなし、上部
（図面上）内面の円周上に、この場合、複数（２０ヶ〜
５０ヶ）ヶ所のガス吹出口３２が均等に設けてある。放
電ブロック３内面のテーパ形状はプラズマの均一拡散を
行わせ、被処理基板を均一に処理させるためのものであ
るが、テーパの角度は放電ブロック３内でマイクロ波が
進行する際に電界モードが変化または他の電界モードが
増加して混入しないようにゆるやかな角度とするのが良
い。このテーパ角度の寸法は、例えば、マイクロ波の電
界モードＴＥ₁₁もしくは近似モードの場合、被処理基板
の径をＤとすると、被処理基板の位置で１．５〜２．０
Ｄ、マイクロ波導入窓の位置で０．５〜１．５Ｄ、その
間の高さを１．０〜１．５Ｄとすることが望ましい。放
電ブロック３は、アルミニウム，非磁性ステンレス等の
非磁性導電材料により形成されている。放電ブロック３
の内面には、耐プラズマ部材である保護部材が形成され
ている。該耐プラズマ部材とはプラズマ中の活性種によ
ってエッチングされにくい材料をいう。例えば、アルミ
ナ，ムライト（Ａｌ₂Ｏ₃＋ＳｉＯ₂），石英等を用い
る。この場合は、保護部材として保護膜３１が形成して
ある。さらに、石英スリ−ブ３１Ａを保護膜３１の内壁
面に挿入してある。放電ブロック３の外周面には、ヒー
タ３３および熱電対（図示省略）が接触させて取り付け
てあり、ヒータ３３および熱電対に接続された制御装置
３４によって放電ブロック３が１２０℃程度の温度に加
温制御される。放電ブロック３の上部開口部には、石
英，アルミナ等のマイクロ波を透過可能な材料で形成さ
れた円板状のマイクロ波導入窓４が気密に取り付けてあ
り、処理室１およびこれに連通した放電ブロック３内の
プラズマ生成空間が気密に保持される。放電ブロック内
面は、プラズマ中のイオンやラジカルによる損傷を防ぐ
為、保護膜や石英の側壁により構成されている。

【００１５】マイクロ波導入窓４には円形導波管５が接
続してある。円形導波管５の他端には、矩形−円形変換
導波管５１および矩形導波管５２が順次接続してあり、
矩形導波管５２端部にマイクロ波発振器６が取り付けて
ある。円形導波管５内には、ＴＥ₁₁の様な固定されたモ
ードを供給する為、マイクロ波のチューニングを行うチ
ューニング手段が設けられている。ここでチューニング
手段とは選択したモードのみを放電ブロックに伝播する
ことであり、マイクロ波の反射量を少なくする手段をい
う。この場合、リング状の円板でなるマイクロ波チュー
ニング板５３であり、この場合、マイクロ波導入窓４の
上部に取り付けてある。チューニング手段は、マイクロ
波が連通する開口を有する板であって、該開口の形状は
放電ブロックに伝播されるマイクロ波の電界モードによ
ってその最適形状が異なる。例えば、ＴＥ₁₁モードおよ
びこれに近いモードの場合には、楕円等の非円形の形状
が好ましい。また、ＴＥ₀₁モードの場合には円形の形状
が効果的である。マイクロ波チューニング板をこのよう
なマイクロ波モードに合わせた最適形状にすると、マイ
クロ波が吸収されるプラズマ部の電界形状分布（被処理
面に平行な面内での分布）が均一となるから、試料処理
の均一性が図られる。

【００１６】円形導波管５および放電ブロック３の外周
部には、ソレノイドコイル９１およびソレノイドコイル
９２が位置するようにコイルケース９に取り付けて配置
してある。ソレノイドコイル９１はソレノイドコイル９
２よりも強い磁場を発生できるものとしてあり、ソレノ
イドコイル９１，９２に接続された制御装置９３によっ
てそれぞれ磁場強度を制御可能になっている。コイルケ
ース９は円形導波管５と放電ブロック３とに取付け固定
してあり、放電ブロック３から上部を一体として、ベー
スフランジ２から分離可能に構成してある。放電ブロッ
ク３から上部は図示を省略した昇降手段によって取付け
取外しされる。コイルケース９の下部には冷却ガス供給
口９４を設け、円形導波管５の下部には通気孔５４を設
けて、コイルケース９内部に窒素ガス，空気等の冷却ガ
スを供給可能にしてあり、コイルケース５内に供給され
た冷却ガスが通気孔５４を介して導波管５，５１，５２
を通って大気に放出されるようにしてある。

【００１７】ベースフランジ２には、処理ガスのガス供
給口２１が設けてあり、放電ブロック３との嵌合部に設
けたガス連絡通路および放電ブロック３に設けたガスパ
イプを介してガス吹き出し口３２につながるガス供給路
が形成してある。さらに、例えば、石英板でなるマイク
ロ波導入窓４の下に、ガス吹き出し用孔を有する石英板
を設置し、該石英板とマイクロ波導入窓４との間に処理
ガスを導入し、処理ガスを放電ブロック３の上部から吹
き出させることもできる（図示省略）。これらのように
すると、放電ブロック３内面のテーパ形状と相まって放
電ブロック３内での新旧処理ガスの置換が促進される。
このため、反応生成物の放電ブロック３外への排出が容
易となり、エッチング速度および均一性等の向上が伺わ
れる。ベースフランジ２と放電ブロック３との嵌合部に
設けたガス連絡通路は、それぞれが組み合わされたとき
に形成される。

【００１８】処理室１の底部には、上部に設けた放電ブ
ロック３の軸心と一致させて、被処理基板であるウエハ
１０が配置される試料台８が絶縁材７を介して設けられ
る。試料台８には図示を省略した高周波電源が接続され
ており、バイアス電圧が印加可能になっている。試料台
８の中央部には、ウエハ１０を試料台８上に配置する、
または試料台８から取り除く際に図示を省略した公知の
搬送手段、例えば、ロボットアームとの間でウエハ１０
を遣り取りするためのウエハ押上８１が設けてある。ウ
エハ押上８１の下端には昇降駆動装置８２が設けてあ
り、ウエハ押上８１を昇降させる。昇降駆動装置８２は
試料台８下部に連結して取り付けた支持部材８３によっ
て固定支持される。さらに、支持部材８３の下部には昇
降駆動装置８４が設けてあり、試料台８を昇降させる。
昇降駆動装置８４は処理室８下部に取り付けた支持部材
８５によって固定支持される。試料台８内には、渦巻状
の冷媒流路８６が形成してあり、冷媒流路８６は配管を
介して支持部材８５に設けた冷媒供給口８７と冷媒回収
口８８につながる。

【００１９】上記のように構成されたマイクロ波プラズ
マエッチング装置では、公知の技術によりロードロック
室（図示省略）にウエハが導入され真空に保持された状
態で、昇降駆動装置１９によって仕切弁１８が下げら
れ、搬送アーム（図示省略）によって処理室１内へ搬入
される。このとき、試料台８は、昇降駆動装置８４によ
って下げられている。また、ウエハ押上８１も昇降駆動
装置８２によって下げられている。試料台上部でウエハ
を載置した搬送アームが停止したら、昇降駆動装置８２
によってウエハ押上８１が上昇し、搬送アーム上からウ
エハ押上８１上にウエハを受け取る。ウエハがウエハ押
上８１上に移ったら、搬送アームは退避位置に戻り、そ
の後、仕切弁１８が上げられ処理室１内部が密閉空間に
仕切られ、真空排気手段によって処理室１内が真空排気
される。

【００２０】また、搬送アームが退避した後、ウエハ押
上８１が下げられ、ウエハ１０を試料台８上面に配置す
る。その後、試料台８は昇降駆動装置８４によってプラ
ズマ処理されるのに必要な所定の位置まで上昇する。こ
の際、試料台８が上昇する途中で、処理室１のサポート
状に載置されたウエハ押え１９に、上昇して来たウエハ
１０の外周上面が当接し、そのままウエハ押え１９を持
ち上げる。これにより、ウエハ１０はウエハ押え１９の
自重（またはバネ力を利用した押し付け）により試料台
８上面に支持される。なお、ウエハ１０の試料台８上面
への支持は、ウエハ押えの他に静電吸着力を利用したも
のでも良い。また、試料台８の冷媒流路８６には、冷媒
供給口８７から冷却水等の冷却媒体が供給され、試料台
８が所定温度に維持されている。冷却媒体は、冷却する
試料台の温度によって使い分けられる。

【００２１】処理ガス供給前の真空排気手段による処理
室１内の真空排気において、圧力検出器１７によって所
定の圧力を検出したなら、バルブ１６を閉じ処理室１内
雰囲気から圧力検出器１７を隔離する。これにより、処
理ガスおよび処理中の反応生成物から圧力検出器１７を
保護することができ、必要なときに常に正確な検出を行
うことができる。次に、ガス供給口２１から処理ガスを
供給し、複数個均等に設けられたガス吹出口３２から放
電ブロック３内に処理ガスを均一に導入しながら、隔膜
真空計（図示省略）によって処理室１内の圧力を検出
し、圧力制御バルブ１２によって処理室１内を所定の圧
力に制御する。このとき、放電ブロック３内では、放電
ブロック３の上部で中心に向けて均等に処理ガスが導入
され、上部から下方に向けてテーパ状の放電ブロック３
内の空間で均一に拡散されながら排気されるので、生成
されるプラズマの均一性向上に効果を与えることができ
る。

【００２２】処理室１内が処理のための所定の圧力にな
ったら、マイクロ波発振器６からマイクロ波を発振し、
円形導波管５およびマイクロ波導入窓４を介して、放電
ブロック３内にマイクロ波を導入する。この際、矩形導
波管５２および矩形−円形変換導波管５１を介して円形
導波管５内に導かれたマイクロ波は、拡大された円形導
波管５内の空間とマイクロ波チューニング板５３とによ
って、インピーダンスの整合が行われ均一で強い電界が
形成され、マイクロ波導入窓４を介して放電ブロック３
内に導入される。なお、このとき放電ブロック３は、ヒ
ータ３３によって加温され、図示省略した温度検出手段
（熱電対）により温度検出しながら制御装置３４によっ
て所定温度で保持される。一方、ソレノイドコイル９１
および９２には制御装置９３によってそれぞれ所定強度
の磁場が発生されるように電力が供給され、放電ブロッ
ク３内に平面状のＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）面
を形成するように磁場が発生される。放電ブロック３内
へのマイクロ波の導入と磁場の形成により、放電ブロッ
ク３内の処理ガスがＥＣＲ作用を受けてプラズマ化され
る。このとき生成されるプラズマは、マイクロ波チュー
ニング板５３の作用によって均一に強められた円形導波
管５からの電界によって、均一かつ高密度に生成され
る。マイクロ波チューニング板５３は、円形導波管５内
のマイクロ波のインピーダンスの整合を行うのに最適な
形状に設定され、円形導波管５内のマイクロ波を均一に
し、効率良く放電ブロック３内へ導く。

【００２３】放電ブロック３内に生成された均一かつ高
密度のプラズマによって、ウエハ１０が均一性良くプラ
ズマ処理される。例えば、被エッチング材として、アル
ミニウム合金（この場合、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）をＢＣｌ
₃＋Ｃｌ₂＋ＣＨ₂Ｆ₂（流量比約６：７：１で２００ｓｃ
ｃｍ）のエッチングガスを用いて、処理圧力を０．０１
２Ｔｏｒｒとし、マイクロ波電力を１０００Ｗ（２．４
５ＧＨｚ）として処理した場合、マイクロ波チューニン
グ板５３を用いた場合、均一性が約４％となり、マイク
ロ波チューニング板５３を使用しなかったときの均一性
約９％に対し、約倍の均一性向上を得ることができた。
なお、この場合は、試料台８に高周波電圧を印加しな
い、プラズマ中の活性種だけによる均一性についての評
価結果である。

【００２４】また、このようにしてウエハ１０をプラズ
マ処理するときに、ソレノイドコイル９１，９２への電
力供給量をそれぞれ制御してＥＣＲ面のできる位置を、
ウエハ１０に対して近付ける、または、遠ざけることに
より、ウエハ１０へのプラズマ中のイオンの入射量が変
わり、これにより、処理時の低ダメージ処理，高速エッ
チング処理，選択エッチング等の処理を選択することが
できる。

【００２５】さらに、ソレノイドコイル９１，９２によ
り形成する磁場を強磁場にしてマイクロ波の電界との共
鳴領域を平面状に拡大し、試料の処理時と試料のオ−バ
−エッチング時とで、試料の被処理面に対する平面状の
共鳴領域の平行間隔距離を変え、マイクロ波による電界
とソレノイドコイルによる磁場との作用によって発生さ
せるプラズマ位置を変化させることにより、例えば、試
料のエッチング処理の際は試料の被処理面に対してプラ
ズマ位置を遠ざけ、試料のエッチング処理時に発生しや
すい残渣を防止するとともに、試料のオ−バ−エッチン
グの際は試料の被処理面に対してプラズマ位置を近付
け、試料のオ−バ−エッチング時に下地材のエッチング
速度を抑えた被処理面のエッチングを可能にすることが
できる。

【００２６】また、このようにしてウエハ１０をプラズ
マ処理するときに、例えば、上記のような処理の場合、
反応生成物としてＡｌＣｌ₃が生成され、プラズマ生成
室である放電ブロック３の内壁面に付着しようとする
が、放電ブロック３をヒータ３３によって、この場合、
約１２０℃に加温することにより、放電ブロック３の内
壁面に付着しようとした反応生成物は、昇温して気化す
るので、放電ブロック３の内壁面には付着せず排気され
る。これにより、プラズマ処理の経時変化を抑制するこ
とができる。このように、プラズマ処理中は、反応生成
物が気化する温度に放電ブロック３を加温する。

【００２７】また、プラズマに晒される放電ブロック３
の内壁面には耐プラズマ材料としてアルミナ，ムライ
ト，石英等の保護部材、この場合、保護膜３１が形成し
てあるので、この場合、アルミニウムで形成された放電
ブロック３が、アルミニウム合金でなる被処理材料と同
系であっても、被処理材料をエッチング処理するプラズ
マから放電ブロック３を保護することができる。

【００２８】ウエハ１０のエッチング処理はこのように
して行われ、処理が終了すると、エッチング用の処理ガ
スの供給、マイクロ波電力の供給、高周波電力の供給等
が停止され、試料台８を下降させて、ウエハの搬入時と
逆の工程によりウエハを搬出する。ウエハ搬出後は、エ
ッチング処理用の処理ガスに替え、例えば、Ｏ₂または
Ｏ₂＋ＳＦ₆等のプラズマクリーニング用のガスを放電ブ
ロック３内に導入し、試料台８にウエハ１０またはダミ
ーウエハ等を配置しないまま、試料台８への高周波電圧
の印加は行わずに、エッチング処理時と同様にしてプラ
ズマを発生させる。このプラズマクリーニングを１０数
秒実施した後、前述と同様にして新たなウエハをエッチ
ング処理する。ウエハなしのこのプラズマクリーニング
は、ウエハの１枚処理毎に実施するのが一番効果的であ
るが、処理装置を制御する制御装置を、全体のスループ
ットと兼ね合わせて２枚毎または３枚毎とｎ枚毎に設定
できるようにしておき、処理装置が自動的にクリーニン
グするようにしておく。これにより、従来から行われて
いたダミーウエハを用いた長時間、例えば、３０分程度
の本格的なプラズマクリーニングの処理サイクルを、例
えば、１ロット毎に行っていたものを４倍ないし１０倍
以上に延ばせるとともに、さらに、例えば、１日掛かり
で１週間毎に行っていた処理装置内を大気開放してのウ
ェットクリーニングを２ないし３週間以上の処理サイク
ルにすることができ、大幅なスループット向上を図るこ
とができる。なお、基板なしのプラズマクリーニングで
も、処理時間が短いことおよび試料台８のウエハ配置面
にアルマイト加工等の保護加工を施すことにより、試料
台８に影響なく行うことができる。また、クリーニング
時には、ウエハ押上８１の設けられた隙間に試料台８の
下方から上方に向けて不活性ガス、例えば、Ｎ₂，Ｈｅ
等のプロセスに影響を与えないガスを流し、ウエハ押上
８１の設けられた隙間に溜った埃を吹き飛ばすクリーニ
ングを行うと、さらにクリーニング効果があがる。ま
た、ソレノイドコイル９１，９２および制御装置９３を
除いた場合及び他のプラズマを用いる処理装置の場合で
も、スループット向上に関しては同様にこれら上述の作
用効果が生じる。

【００２９】また、放電ブロック３内の大気開放に当た
っては、放電ブロック３とベースフランジ２との間での
ガス流路の構成により、ガス配管等の接続，取外し作業
がなく、また、コイルケース９により一体に構成された
放電ブロック３，ソレノイドコイル９１および９２を一
体でベースフランジ２から取り外すことができ、クリー
ニング作業の準備および点検，補修作業を容易にするこ
とができる。

【００３０】さらに、真空排気手段のターボ分子ポンプ
１３等の高真空ポンプとロータリーポンプ等の補助ポン
プとの間のバルブを加温可能なホットバルブとすること
により、高真空ポンプの排出側で圧力が高くなり反応性
生物等が付着しやすくなるのを防止でき、真空排気手段
の信頼性を向上させることができる。

【００３１】次に、本発明の他の実施例を図２及び図３
により説明する。図２において、図１と同一符号は同一
部材を示し、説明を省略する。本実施例では、導波管５
Ａの底面に設けたスロットアンテナ４１は、円形ＴＥ₀₁
モ−ドを放射する様に、図３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４１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５Ｂ内を伝播した後、全体
として、円形ＴＥ₀₁モ−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４１から放射さ
れたマイクロ波が放電管３Ａ内の全体で、すなわち、平
面内で特定のマイクロ波モ−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４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−ドに広がるための空間が必要であり、
この空間が導波管５Ｂで形成される。導波管５Ａ及びス
ロットアンテナ４１は、任意のモ−ドマイクロ波の安定
な生成に有効で、これにより放電管３Ａ内での安定なプ
ラズマの生成に効果がある。さらに、石英窓４スロット
アンテナ４１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。しかも導波管５Ａ及びスロットアンテナ４１
の形状を軸対象な円形ＴＥ₀₁モ−ドのマイクロ波を放射
するように設定し、円形ＴＥ₀₁モ−ドのマイクロ波を放
電管３Ａ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。また、スロットアン
テナ形状を変えることにより、他モ−ドを処理室内に導
入でき、プラズマ密度を変えることにより、被処理材料
に最適なプラズマを供給できる効果がある。

【００３２】このように、本実施例によれば、種々の作
用・効果があり、均一かつ高密度プラズマの生成により
ウエハのプラズマ処理における均一性等の処理性能をさ
らに向上させることができ、また、被処理材料に関係な
く処理性能の良いプラズマ処理が行え、さらに、処理性
能の良い状態で安定したプラズマ処理を継続して行うこ
とができる。

【００３３】なお、本実施例では、Ａｌ合金のエッチン
グ処理を例に説明したが、被エッチング材の対象として
はこれに限られるものでなく、メタル，ゲート，酸化膜
等種々の被エッチング材料に対して適用できる。また、
エッチング処理だけでなく、成膜処理等他のプラズマ処
理に適用しても良いことはいうまでもない。

【００３４】また、図１でソレノイドコイル９１，９２
および制御装置９３を除いた場合でも、均一性に関して
は本実施例と同様の作用が生じ、処理の均一性の向上を
図れる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、高密度で均一なプラズ
マを得られることから処理性能をさらに向上させること
ができ、また、被処理材の材質に関係なく処理性能の良
いプラズマ処理が行え、さらに、処理性能の良い状態を
継続させ安定したプラズマ処理を行うことができるとい
うそれぞれの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処
理装置を示す縦断面図である。

【図２】本発明の他の実施例であるマイクロ波プラズマ
処理装置を示す縦断面図である。

【図３】図２におけるスロットアンテナの平面図であ
る。

【符号の説明】

１…処理室、３…放電ブロック、４…マイクロ波導入
窓、５…円形導波管、８…試料台、１０…ウエハ、１３
…ターボ分子ポンプ、３１…保護膜、３３…ヒータ、５
３…マイクロ波チューニング板、９１，９２…ソレノイ
ドコイル。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ (72)発明者金清任光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 (72)発明者川原博宣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 (72)発明者工藤勝義山口県下松市大字東豊井794番地日立笠戸エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理基板が配置される試料台と、前記試
料台を内部に有し前記試料台の前記被処理基板配置面に
対向して開口部を有する処理室と、前記処理室の前記開
口部外側に取り付けられ非磁性導電材料でなる中空円筒
で前記試料台方向に対しテーパ状に拡大した内面を有す
る放電ブロックと、前記放電ブロックの他端開口部にマ
イクロ波導入窓を介して接続した円形導波管と、前記円
形導波管内に設けられマイクロ波のチューニングを行う
チューニング手段と、前記放電ブロックの外側に設けら
れたソレノイドコイルと、前記放電ブロック内に処理ガ
スを供給するガス供給手段と、前記処理室内を所定圧力
に減圧排気する真空排気手段とを具備することを特徴と
するマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】請求項１記載の前記ガス供給手段は、ガス
供給口を前記放電ブロックのマイクロ波進行方向に対し
て前部に設けられ、前記放電ブロックの内周面に複数の
前記ガス吹出口を均等に配置されることを特徴とするマ
イクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】被処理基板が配置される試料台と、前記試
料台を内部に有し前記試料台の前記被処理基板配置面に
対向して開口部を有する処理室と、前記処理室の前記開
口部外側に取り付けられ非磁性導電材料でなる中空円筒
で前記試料台方向に対しテーパ状に拡大した内面を有す
る放電ブロックと、前記放電ブロックの他端開口部にマ
イクロ波導入窓を介して接続した円形導波管と、前記円
形導波管内に設けられマイクロ波のチューニングを行う
チューニング手段と、前記放電ブロックの外側に設けら
れたソレノイドコイルと、前記放電ブロック内に処理ガ
スを供給するガス供給手段と、前記処理室内を所定圧力
に減圧排気する真空排気手段とを具備し、前記放電ブロ
ックの内壁面に保護部材を形成したことを特徴とするマ
イクロ波プラズマ処理装置。
【請求項４】請求項３記載の前記保護部材が耐プラズマ
材料であることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
置。
【請求項５】被処理基板が配置される試料台と、前記試
料台を内部に有し前記試料台の前記被処理基板配置面に
対向して開口部を有する処理室と、前記処理室の前記開
口部外側に取り付けられ非磁性導電材料でなる中空円筒
で前記試料台方向に対しテーパ状に拡大した内面を有す
る放電ブロックと、前記放電ブロックの他端開口部にマ
イクロ波導入窓を介して接続した円形導波管と、前記円
形導波管内に設けられマイクロ波のチューニングを行う
チューニング手段と、前記放電ブロックの外側に設けら
れたソレノイドコイルと、前記放電ブロック内に処理ガ
スを供給するガス供給手段と、前記処理室内を所定圧力
に減圧排気する真空排気手段とを具備し、前記放電ブロ
ックに温度調整可能な加熱器を取付けたことを特徴とす
るマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】請求項５記載のマイクロ波プラズマ処理装
置において、前記放電ブロック部にガスによる冷却機構
を設けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
置。
【請求項７】請求項５記載のマイクロ波プラズマ処理装
置において、前記円形導波管が取り付けられた前記放電
ブロックと前記ソレノイドコイルとを連結して支持し、
前記放電ブロックの大気開放時に同時に上昇可能に構成
したことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項８】請求項５記載のマイクロ波プラズマ処理装
置において、前記処理室内圧力を測定する圧力検出器を
隔離バルブを介して設けたことを特徴とするマイクロ波
プラズマ処理装置。
【請求項９】請求項５記載のマイクロ波プラズマ処理装
置において、前記真空排気手段は高真空ポンプとバック
アップポンプとを直列に接続して有し、前記高真空ポン
プと前記バックアップポンプとの間にホットバルブを有
することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１０】請求項１及び請求項３及び請求項５記載
の前記チュ−ニング手段は、円形導波管内にスロットア
ンテナ及びマイクロ波チュ−ニング板を設けたことを特
徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項１１】プラズマ発生室を所定の温度で一定に保
持したまま、被処理基板をプラズマ処理し、前記被処理
基板がプラズマ処理され処理室から搬出された後、試料
台に前記被処理基板を配置しないまま前記処理室内をプ
ラズマクリーニングし、前記プラズマクリーニングが終
了して新たな被処理基板を前記処理室に搬入し、前記新
たな被処理基板を処理することを特徴とするマイクロ波
プラズマ処理方法。
【請求項１２】請求項１１記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、前記プラズマクリ−ニングのサイクル
を前記被処理基板のｎ枚(n=1,・・・n)おきに選択し実施す
ることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
【請求項１３】請求項１１記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、所定回数の前記プラズマ処理が終了し
た後、前記プラズマ発生室を冷却し大気開放してクリー
ニングすることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方
法。
【請求項１４】請求項１３記載のマイクロ波プラズマ処
理方法において、前記大気開放クリーニングの際に、試
料台中央部のウエハ押上が設けられた隙間にクリーニン
グ用不活性ガスを流すことを特徴とするマイクロ波プラ
ズマ処理方法。