JPH10177994A - Device and method for plasma treatment - Google Patents
Device and method for plasma treatmentInfo
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- JPH10177994A JPH10177994A JP8337933A JP33793396A JPH10177994A JP H10177994 A JPH10177994 A JP H10177994A JP 8337933 A JP8337933 A JP 8337933A JP 33793396 A JP33793396 A JP 33793396A JP H10177994 A JPH10177994 A JP H10177994A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
係わり、特に半導体素子基板等の試料をプラズマを用い
て処理を施すのに好適なプラズマ処理装置および処理方
法に関するものである。The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus and a processing method suitable for processing a sample such as a semiconductor element substrate using plasma.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のマイクロ波を利用し、かつ主たる
プラズマの生成のための外部磁場を設けない無磁場マイ
クロ波プラズマ処理装置は、特願平7-012306号記載のよ
うに断面が矩形あるいは円形の導波管をマイクロ波が導
入される石英窓に垂直に直接、設置していた。一般に無
磁場プラズマ中にマイクロ波を導入した場合、マイクロ
波はプラズマを反射端として定在波を形成し、そのマイ
クロ波モードと同形状の分布を持つプラズマを形成する
ように構成されていた。2. Description of the Related Art A conventional non-magnetic-field microwave plasma processing apparatus utilizing microwaves and not providing an external magnetic field for generating a main plasma has a rectangular or rectangular cross section as described in Japanese Patent Application No. 7-012306. A circular waveguide was installed directly perpendicular to the quartz window into which microwaves were introduced. Generally, when a microwave is introduced into a non-magnetic-field plasma, the microwave forms a standing wave using the plasma as a reflection end, and forms a plasma having the same distribution as the microwave mode.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、定在
波を形成したマイクロ波のモードの分布に影響されたプ
ラズマ密度分布となり、処理の均一性を向上させるにあ
たって、任意のプラズマ分布に制御することができなか
った。In the above prior art, the plasma density distribution is influenced by the distribution of the mode of the microwave forming the standing wave. In order to improve the processing uniformity, the plasma distribution is controlled to an arbitrary plasma distribution. I couldn't.
【０００４】本発明の目的は、放電安定性が良く、また
プラズマの分布を制御しやすく、再現性の良い均一なプ
ラズマ処理を可能とする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。An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a processing method which have good discharge stability, can easily control the distribution of plasma, and enable uniform plasma processing with good reproducibility.
【０００５】[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、同軸線路によりTEMモードのマイクロ波を空洞共振
器内に導入しTM0mnモード(m,nは正の整数)のマイクロ波
を空洞共振器内に励振する。そして空洞共振器内底部に
設けたスロットアンテナを、リング状、すなわち、円周
状に並べしかも表面電流を一定の角度で横切るように傾
斜させて設置したものである。同軸線路によりTEMモー
ドのマイクロ波を上部から空洞共振器内に導入すること
により、 TM0mnモード(m,nは正の整数)のマイクロ波を
空洞共振器内に励振できる。空洞共振器の底部壁面には
放射状に表面電流が流れ、スロットアンテナを表面電流
を横切る一定の傾斜角度で、リング状に設置する。スロ
ットアンテナより放射されるマイクロ波電界はスロット
アンテナに対し垂直方向となる。一方無磁場で生成され
たプラズマは、スロットアンテナ直下のマイクロ波導入
窓近傍にマイクロ波電界強度分布に応じて生成される。
従ってスロットアンテナを径方向に対し傾斜させ、しか
もリング状に配置しているのでリング状のプラズマを生
成できる。スロットアンテナのリング径を変更すること
により、生成されるプラズマのリング径を制御すること
ができるので、生成されるプラズマの分布を容易に制御
することができる。従って容易に均一なプラズマ処理を
実施できる。また空洞共振器を用いることにより、空洞
共振器内のマイクロ波のモードを固定できるので、生成
されるプラズマに影響されることなく安定にスロットア
ンテナによりマイクロ波を放射することができる。この
ため、安定にプラズマを生成できるので再現性良くプラ
ズマ処理を行うことができる。In order to achieve the above object, a TEM mode microwave is introduced into a cavity by a coaxial line, and a TM0mn mode microwave (m and n are positive integers) is introduced into the cavity. Excitation in the resonator. The slot antennas provided at the bottom of the cavity are arranged in a ring shape, that is, circumferentially, and are arranged so as to be inclined so as to cross the surface current at a certain angle. By introducing TEM mode microwaves into the cavity resonator from above using a coaxial line, TM 0 mn mode microwaves (m and n are positive integers) can be excited into the cavity resonator. A surface current flows radially on the bottom wall surface of the cavity resonator, and the slot antenna is installed in a ring shape at a constant inclination angle crossing the surface current. The microwave electric field radiated from the slot antenna is perpendicular to the slot antenna. On the other hand, the plasma generated without a magnetic field is generated in the vicinity of the microwave introduction window immediately below the slot antenna according to the microwave electric field intensity distribution.
Therefore, since the slot antenna is inclined with respect to the radial direction and is arranged in a ring shape, a ring-shaped plasma can be generated. By changing the ring diameter of the slot antenna, the ring diameter of the generated plasma can be controlled, so that the distribution of the generated plasma can be easily controlled. Therefore, uniform plasma processing can be easily performed. Further, by using the cavity resonator, the mode of the microwave in the cavity resonator can be fixed, so that the slot antenna can stably emit the microwave without being affected by the generated plasma. For this reason, plasma can be generated stably, and plasma processing can be performed with good reproducibility.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１お
よび図２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、エッチング処理後のレジスト
除去を行うための無磁場式のマイクロ波アッシング装置
を示す。容器１０１及びマイクロ波導入窓である石英窓
１０２で区画された処理室の内部を真空排気口１０３か
ら真空排気装置（図示省略）により減圧した後、ガス供
給口１０４からガス供給装置（図示省略）によりアッシ
ングガスを処理室内に導入し、所望の圧力に調整する。
次にマグネトロン１０５から発振された、この場合、
２.４５GHzのマイクロ波は、矩形導波管１０６を伝播し
た後、同軸−導波管変換器１０７を介して中心導体１１
６によって同軸線路１０８内を伝播する。その後マイク
ロ波は、円筒状の空間を有する整合室１０９を介して、
空洞共振器１１０に導入される。整合室１０９は、同軸
線路１０８を伝播したマイクロ波が効率良く空洞共振器
１１０に導入するように作用する。空洞共振器１１０の
底部にはスロットアンテナ板２０１が設けられ、スロッ
トアンテナ板１０１にはスロットアンテナ１１１が設け
られている。スロットアンテナ２０２より放射されたマ
イクロ波は石英窓１０２を透過し処理室内へ導入され
る。このマイクロ波によって石英窓１０２直下にプラズ
マが形成される。このプラズマ中の電子によりガスが解
離、励起され、活性なラジカルが多量に生成される。一
方、試料である被処理材１１２は、温度制御装置１１４
により加熱、冷却が可能な試料台１１３に載せ置きされ
る。プラズマが分散板１１５を通過する際に電荷を持っ
たガス分子は接地電位の分散板１１５によって通過を阻
止され、電荷を有さないラジカルのみが通過し、また分
散板１１５によって該分散板１１５を通過するラジカル
は面内分布を調整され、被処理材１１２に到達しラジカ
ルとの反応により、被処理材のレジストマスクがアッシ
ング処理される。また、分散板１１５は石英窓１０２か
ら導入されるマイクロ波を反射し、石英窓１０２と分散
板１１５との間で効率よくマイクロ波エネルギをプラズ
マに転換することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a non-magnetic type microwave ashing apparatus for removing a resist after an etching process, which is one embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. After the interior of the processing chamber defined by the container 101 and the quartz window 102 serving as a microwave introduction window is depressurized by a vacuum exhaust device (not shown) from a vacuum exhaust port 103, a gas supply device (not shown) is supplied from a gas supply port 104. To introduce an ashing gas into the processing chamber and adjust the pressure to a desired pressure.
Next, oscillated from the magnetron 105, in this case,
After the microwave of 2.45 GHz propagates through the rectangular waveguide 106, the center conductor 11 passes through the coaxial-waveguide converter 107.
6 propagates through the coaxial line 108. Thereafter, the microwave is passed through a matching chamber 109 having a cylindrical space,
It is introduced into the cavity resonator 110. The matching chamber 109 acts so that the microwave propagated through the coaxial line 108 is efficiently introduced into the cavity resonator 110. A slot antenna plate 201 is provided at the bottom of the cavity resonator 110, and a slot antenna 111 is provided at the slot antenna plate 101. The microwave radiated from the slot antenna 202 passes through the quartz window 102 and is introduced into the processing chamber. Plasma is formed just below the quartz window 102 by this microwave. The gas is dissociated and excited by the electrons in the plasma, and a large amount of active radicals are generated. On the other hand, the processing target material 112 as a sample is
The sample is placed on a sample table 113 that can be heated and cooled. When the plasma passes through the dispersion plate 115, charged gas molecules are blocked from passing by the dispersion plate 115 at the ground potential, and only radicals having no charge pass through. The radicals passing therethrough are adjusted in-plane distribution, reach the target material 112, and react with the radicals to ashing the resist mask of the target material. Further, the dispersion plate 115 reflects microwaves introduced from the quartz window 102 and can efficiently convert microwave energy into plasma between the quartz window 102 and the dispersion plate 115.
【０００７】本実施例の場合、マイクロ波は矩形導波管
１０６内を矩形TE10モードで伝播し、同軸線路１０８内
は軸対称のTEMモードで伝播する。一方、空洞共振器は
同じく軸対称のモードであるTM011モードとなるように
内径高さが設定されている。このため、空洞共振器の底
部には放射状の表面電流２０３が流れる。スロットアン
テナは図２に示すように放射状の表面電流を一定の角度
で横切るように、またリング状、すなわち、円周状に配
置している。スロットアンテナ２０２より放射されるマ
イクロ波電界は、スロットアンテナ（この場合スロット
アンテナの長軸方向） に対し垂直方向となる。一方、
無磁場でプラズマを生成した場合、ある臨界密度（２．
４５ＧＨｚのマイクロ波の場合７×１０11個／ｃｍ3）
以上のプラズマ中をマイクロ波は伝播できない。このた
めプラズマはスロットアンテナ直下の石英窓近傍（数m
m）にマイクロ波電界強度分布に応じて生成される。従
ってスロットアンテナを径方向に対して傾斜させ、しか
もリング状に配置しているのでプラズマをリング状に生
成できる。スロットアンテナのリング状の配置径を変更
することにより生成されるプラズマのリング径を制御で
きるので、被処理材上に供給されるラジカル分布を容易
に制御できる。従って本実施例によれば、均一なアッシ
ング処理を容易に実施できるという効果がある。また空
洞共振器を用いることにより、空洞共振器内のマイクロ
波モードを固定できるので、生成されるプラズマに影響
されることなく、安定にスロットアンテナよりマイクロ
波を放射できる。このため、安定にプラズマを生成でき
るので、再現性良くプラズマ処理を行うことができると
いう効果である。[0007] In this embodiment, the microwave is propagated through the rectangular waveguide 106 in the rectangular TE 10 mode, the coaxial line 108 is propagated in the TEM mode axisymmetric. On the other hand, the inside diameter height of the cavity resonator is set so as to be a TM 011 mode which is also an axially symmetric mode. For this reason, a radial surface current 203 flows at the bottom of the cavity resonator. As shown in FIG. 2, the slot antennas are arranged so as to cross the radial surface current at a certain angle and in a ring shape, that is, a circumferential shape. The microwave electric field radiated from the slot antenna 202 is perpendicular to the slot antenna (in this case, the long axis direction of the slot antenna). on the other hand,
When plasma is generated without a magnetic field, a certain critical density (2.
7 × 10 11 / cm 3 for 45 GHz microwave)
Microwaves cannot propagate in the above plasma. For this reason, the plasma is generated near the quartz window (several meters below the slot antenna).
m) is generated according to the microwave electric field intensity distribution. Therefore, since the slot antenna is inclined with respect to the radial direction and is arranged in a ring shape, plasma can be generated in a ring shape. Since the ring diameter of the generated plasma can be controlled by changing the ring-shaped arrangement diameter of the slot antenna, the distribution of radicals supplied on the target material can be easily controlled. Therefore, according to this embodiment, there is an effect that uniform ashing can be easily performed. In addition, since the microwave mode in the cavity resonator can be fixed by using the cavity resonator, microwaves can be radiated from the slot antenna stably without being affected by generated plasma. For this reason, since plasma can be generated stably, the plasma processing can be performed with good reproducibility.
【０００８】本発明の第２の実施例を図３により説明す
る。本実施例では、第１の実施例において設けていた図
２に示したようなスロットアンテナ２０２にかわり図３
に示すような複数のリング状（この場合、２重）のスロ
ットアンテナ２０４，２０５を使用する。複数のリング
状にスロットアンテナを設けることによって、幅の広い
リング形状のプラズマを生成することができる。適当な
間隔でリング状にスロットアンテナを配置すれば、石英
窓全面にプラズマを生成することも可能である。本実施
例によれば、幅広いリング状プラズマを生成できるの
で、第１の実施例より、さらに容易に均一なアッシング
処理が可能であるという効果がある。本実施例では、O2
+5% CF4ガス、1Torr, 1000sccm, マイクロ波出力1.0k
W、試料台１１３温度２０℃の条件でレジストアッシン
グを行っている。この条件では８インチウエハ上のレジ
ストをアッシングレート１μm/min、均一性±5%以内で
再現性良く除去できる。アッシングガスとしては、上記
以外にO2+H2Oの混合ガス、O2+CH3OHの混合ガスなどを用
いてもよい。試料台１１３の温度は、アッシングプロセ
ス条件に応じて、２０〜３００℃の範囲で制御されてい
る。A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the slot antenna 202 shown in FIG. 2 provided in the first embodiment is replaced with a slot antenna 202 shown in FIG.
, A plurality of ring-shaped (in this case, double) slot antennas 204 and 205 are used. By providing the slot antenna in a plurality of rings, a wide ring-shaped plasma can be generated. If the slot antennas are arranged in a ring at appropriate intervals, it is possible to generate plasma over the entire surface of the quartz window. According to the present embodiment, since a wide ring-shaped plasma can be generated, there is an effect that uniform ashing can be more easily performed than in the first embodiment. In this embodiment, O 2
+ 5% CF 4 gas, 1Torr, 1000sccm, microwave power 1.0k
W, resist ashing is performed under the conditions of a sample stage 113 temperature of 20 ° C. Under these conditions, the resist on the 8-inch wafer can be removed with good reproducibility at an ashing rate of 1 μm / min and a uniformity within ± 5%. As the ashing gas, a mixed gas of O 2 + H 2 O, a mixed gas of O 2 + CH 3 OH, or the like may be used in addition to the above. The temperature of the sample stage 113 is controlled in the range of 20 to 300 ° C. according to the ashing process conditions.
【０００９】また、上記実施例では、アッシング装置に
ついて述べたが、その他の無磁場マイクロ波プラズマを
利用したエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などのプ
ラズマ処理装置、光源、イオン源、ラジカル源について
も同様の作用効果が得られる。なお、アッシング装置以
外の装置では分散板１１５を除くことにより、プラズマ
中の種々の解離分子を使用することができ、プラズマ中
のイオンを利用した処理も可能になる。In the above embodiment, the ashing apparatus has been described. However, the same applies to other etching apparatuses using a non-magnetic field microwave plasma, plasma processing apparatuses such as a plasma CVD apparatus, a light source, an ion source, and a radical source. An effect can be obtained. In an apparatus other than the ashing apparatus, by removing the dispersion plate 115, various dissociated molecules in the plasma can be used, and processing using ions in the plasma can be performed.
【００１０】[0010]
【発明の効果】本発明によれば、スロットアンテナを径
方向に対し傾斜させ、しかもリング状に設置することに
より、リング状のプラズマの生成を容易に制御できるの
で均一なプラズマ処理を容易に行うことができるという
効果がある。また、空洞共振器の底部にスロットアンテ
ナを設けているので、安定にマイクロ波電界を放射する
ことができ、再現性良くプラズマ処理を行うことができ
るという効果がある。According to the present invention, since the slot antenna is inclined with respect to the radial direction and installed in a ring shape, the generation of a ring-shaped plasma can be easily controlled, so that uniform plasma processing can be easily performed. There is an effect that can be. Further, since the slot antenna is provided at the bottom of the cavity resonator, the microwave electric field can be radiated stably, and the plasma processing can be performed with good reproducibility.
【図１】本発明のプラズマ処理装置の実施例であるアッ
シング装置を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an ashing apparatus which is an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.
【図２】本発明の図１の装置に使用されるスロットアン
テナを示す配置図である。FIG. 2 is a layout diagram showing a slot antenna used in the apparatus of FIG. 1 of the present invention.
【図３】本発明の図１の装置に使用されるスロットアン
テナの他の実施例を示すスロットアンテナ配置図であ
る。FIG. 3 is a layout diagram of a slot antenna showing another embodiment of the slot antenna used in the apparatus of FIG. 1 of the present invention.
１０１…容器、１０２…石英窓、１０３…真空排気口、
１０４…ガス供給口、１０５…マグネトロン、１０６…
矩形導波管、１０７…同軸−導波管変換器、１０８…同
軸線路、１０９…整合室、１１０…空洞共振器、１１２
…被処理材、１１３…試料台、１１４…温度制御装置、
１１５…分散板、１１６…中心導体、２０１，２０１ａ
…スロットアンテナ板、２０２，２０４，２０５…スロ
ットアンテナ、２０３…表面電流。101: container, 102: quartz window, 103: vacuum exhaust port,
104 ... gas supply port, 105 ... magnetron, 106 ...
Rectangular waveguide, 107 coaxial-waveguide converter, 108 coaxial line, 109 matching chamber, 110 cavity resonator, 112
... material to be treated, 113 ... sample stand, 114 ... temperature control device,
115: dispersion plate, 116: central conductor, 201, 201a
... Slot antenna plate, 202, 204, 205 ... Slot antenna, 203 ... Surface current.
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ (72)発明者 田村 仁 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H05H 1/46 H05H 1/46 B (72) Inventor Hitoshi Tamura 502 Kandachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref.
Claims (10)
処理室と、前記処理室内へガスを導入するガス供給装置
と、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から成るプラズマ処理装
置において、前記処理室のマイクロ波導入窓に前記処理
室内部にマイクロ波を放射するスロットアンテナを設
け、前記スロットアンテナを径方向に対して傾斜させて
配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。1. A processing chamber to which a vacuum evacuation device is connected and whose inside can be decompressed, a gas supply device for introducing gas into the processing chamber, and a plasma generation for generating plasma in the processing chamber using microwaves And a slot antenna for radiating microwaves into the inside of the processing chamber is provided in a microwave introduction window of the processing chamber, and the slot antenna is arranged to be inclined with respect to a radial direction. Plasma processing apparatus.
て、前記スロットアンテナをリング状に配置したプラズ
マ処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said slot antenna is arranged in a ring shape.
前記マイクロ波導入窓のマイクロ波進行方向前部に空洞
共振器を設け、該空洞共振器の底部に前記スロットアン
テナを設けたプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
A plasma processing apparatus comprising: a cavity resonator provided at a front portion of the microwave introduction window in a microwave traveling direction; and the slot antenna provided at a bottom portion of the cavity resonator.
て、前記空洞共振器はTM0mn(n,mは任意の整数)モード空
洞共振器であるプラズマ処理装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein said cavity resonator is a TM0mn (n, m is an arbitrary integer) mode cavity resonator.
て、整合室を介して同軸線路により空洞共振器にマイク
ロ波を導入するプラズマ処理装置。5. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein microwaves are introduced into the cavity resonator by a coaxial line through the matching chamber.
て、前記スロットアンテナを複数のリング状に配置した
プラズマ処理装置。6. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein said slot antenna is arranged in a plurality of rings.
て、前記スロットアンテナは複数のリング状で逆方向に
傾斜させて配置したプラズマ処理装置。7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein said slot antenna is arranged in a plurality of ring shapes and inclined in opposite directions.
処理室と、前記処理室内へガスを導入するガス供給装置
と、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から成るプラズマ処理装
置において、前記処理室内部に試料が配置される側とプ
ラズマが発生される側とを仕切る複数の孔を有した分散
板を設け、前記処理室のマイクロ波導入窓に前記処理室
内部にマイクロ波を放射するスロットアンテナを設け、
前記スロットアンテナを径方向に対して傾斜させて配置
したことを特徴とするプラズマ処理装置。8. A processing chamber to which a vacuum evacuation device is connected, the inside of which can be decompressed, a gas supply device for introducing a gas into the processing chamber, and a plasma generator for generating plasma in the processing chamber using microwaves. A plasma processing apparatus comprising: a dispersing plate having a plurality of holes for partitioning a side on which a sample is arranged and a side on which plasma is generated in the processing chamber, and a microwave introduction window of the processing chamber. A slot antenna for radiating microwaves is provided inside the processing chamber,
A plasma processing apparatus, wherein the slot antenna is disposed so as to be inclined with respect to a radial direction.
て、前記分散板は接地電位であるプラズマ処理装置。9. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein said dispersion plate has a ground potential.
いて処理ガスをプラズマ化し、該プラズマを用いて試料
を処理するプラズマ処理方法において、リング状に傾斜
配置したスロットアンテナから前記共振させたマイクロ
波をプラズマ発生部に放射させ、リング状のプラズマを
生成し、該リング状のプラズマにより試料を処理するこ
とを特徴とするプラズマ処理方法。10. A plasma processing method in which a processing gas is converted into plasma using a microwave resonated in a specific mode and a sample is processed using the plasma. A plasma processing method comprising: radiating a wave to a plasma generating section to generate a ring-shaped plasma; and processing the sample with the ring-shaped plasma.
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|---|---|---|---|
| JP33793396A JP3774965B2 (en) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | Plasma processing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP33793396A JP3774965B2 (en) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | Plasma processing equipment |
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| JP33793396A Expired - Fee Related JP3774965B2 (en) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | Plasma processing equipment |
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