JPH10241891A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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Publication number
JPH10241891A
JPH10241891A JP9037296A JP3729697A JPH10241891A JP H10241891 A JPH10241891 A JP H10241891A JP 9037296 A JP9037296 A JP 9037296A JP 3729697 A JP3729697 A JP 3729697A JP H10241891 A JPH10241891 A JP H10241891A
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JP
Japan
Prior art keywords
gas
microwave
reaction chamber
plasma processing
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP9037296A
Other languages
English (en)
Inventor
Takahiro Yoshiki
隆裕 吉識
Mikiko Katayama
美貴子 片山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】大面積の試料を処理するときであっても、試料
を高速でプラズマ処理できるプラズマ処理装置を提供す
る。 【解決手段】マイクロ波導波路用の誘電体層(32)、
誘電体層(32)に対向して設けられているマイクロ波
導入窓(14)およびこのマイクロ波導入窓(14)に
対面するように内部に試料台(15)が配置されている
反応室(12)を備えるプラズマ処理装置であって、マ
イクロ波導入窓(14)から5mm以内の位置に反応室
(12)へのガスの導入口(16g)が開口しているプ
ラズマ処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子基板や
液晶ディスプレイ用ガラス基板等にプラズマを利用して
エッチング、アッシングおよびCVD等の処理を施すの
に適したプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】LSI製造プロセスでは、反応ガスに外
部からエネルギーを与えてプラズマを発生させ、このプ
ラズマを用いてエッチング、アッシング、CVD等の処
理を施すことが広く行われている。特に、プラズマを用
いたドライエッチング技術はこのLSI製造プロセスに
とって不可欠な基本技術となっている。
【0003】近年、これらのプラズマ処理に、13.5
6MHz程度の高周波を用いた平行平板型プラズマ装置
以外に、マイクロ波を用いてプラズマを発生させる装置
が用いられるようになってきている。マイクロ波を用い
る方が13.56MHz前後の高周波を用いた平行平板
型プラズマ装置に比べて、高密度のプラズマを発生させ
ることが容易なためである。
【0004】しかし、一般にマイクロ波を用いたプラズ
マ処理装置では、広い領域に均一にプラズマを発生させ
ることが難しいという問題がある。そこで、この問題を
解決すべく、本出願人は誘電体層を用いたプラズマ処理
装置を提案している(特開昭62−5600号公報)。
【0005】図4は、従来の誘電体層を用いたプラズマ
処理装置を示す模式的断面図である。
【0006】反応容器11は、ガス導入機構が設けられ
ているガス導入部16と容器本体部17から構成され、
その内部は試料台15が配置される反応室12となって
いる。ガスは、ガス供給管21から供給され、反応室1
2の内壁に沿って設けられたガス導入口16gを通じて
反応室12に導入されるようになっている。ガス導入口
16gは、通常、マイクロ波導入窓14から20mm程
度の位置に設けられている。
【0007】反応容器11の上部には、マイクロ波導入
窓14が試料台15と対面するように設けられている。
そして、マイクロ波導入窓14に対向して誘電体層32
が設けられている。マイクロ波導入窓14としては、ア
ルミナ(Al23)や石英ガラス(SiO2 )の平板が
用いられる。また、誘電体層32としてはフッ素樹脂な
どが用いられる。
【0008】マイクロ波発振器35において発振された
マイクロ波は、導波管34を介して誘電体層32に導入
される。誘電体層32を伝播するマイクロ波により誘電
体層32の下方に電界が形成され、この電界がマイクロ
波導入窓14を透過して反応室12に導入される。この
電界によりガス供給管21から導入されるガスが励起さ
れ、プラズマが生成され、試料Sの表面にエッチングな
どのプラズマ処理が施される。
【0009】この装置は、マイクロ波導入窓14および
誘電体層32の面積を大きくすることにより、広い平面
領域に均一にプラズマを発生させることができるという
利点を備えている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
誘電体層を用いたプラズマ処理装置においては、プラズ
マ処理速度の試料面内の均一性を確保するため、試料に
比べて広い領域でプラズマを発生させる構成としてい
る。そのため、試料の大面積化にあわせプラズマ発生領
域を広げるにつれて、試料のプラズマ処理速度の低下と
いう問題が大きくなってきた。
【0011】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、大面積の試料に対しても高速のプラ
ズマ処理を施すことが可能なプラズマ処理装置を提供す
ることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、マイクロ波導波路用の誘電体層、誘電体層に対向
して設けられているマイクロ波導入窓、およびこのマイ
クロ波導入窓に対面するように内部に試料台が配置され
ている反応室を備えるプラズマ処理装置であって、マイ
クロ波導入窓から5mm以内の位置に反応室へのガスの
導入口が開口していることを特徴としている。
【0013】本発明者は、誘電体層にマイクロ波を伝播
させ、この誘電体層から洩れてくるマイクロ波をマイク
ロ波導入窓を介して反応室に導入する上記構成の装置に
おいては、反応室内のマイクロ波の電界強度がマイクロ
波導入窓から離れるに従って、指数関数的に減少するこ
とに着目した。そして、ガスの導入位置を変えてプラズ
マを発生させる試験を行い、ガスの導入位置をマイクロ
波導入窓に近づけることによりプラズマを強く発生させ
ることができることを確認し、本発明を完成させた。
【0014】すなわち、本発明のプラズマ処理装置で
は、ガスの導入位置を従来に比べてマイクロ波導入窓に
近づける、すなわちマイクロ波導入窓から5mm以内の
範囲としている。そのため、マイクロ波の電界強度の強
い領域にガスを導入するので、従来装置に比べて強くプ
ラズマを発生させることができる。その結果、試料のプ
ラズマ処理速度を向上させることができ、大面積の試料
に対しても高速のプラズマ処理を施すことが可能にな
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。
【0016】図1は、本発明のプラズマ処理装置の1例
を示す模式的縦断面図である。反応容器11は、ガス導
入部を備えるガス導入部16と容器本体部17とから構
成されている。反応容器11は中空直方体形状をしてお
り、その内部は反応室12となっている。ガス導入部1
6および容器本体部17は、ともにアルミニウムやステ
ンレス鋼などの金属で作製される。
【0017】反応容器11の上部には、マイクロ波導入
窓14が配設されている。マイクロ波導入窓14は、耐
熱性とマイクロ波透過性にすぐれ、かつ誘電損失が小さ
い誘電体、例えばアルミナ(Al23)や石英ガラス
(SiO2 )などで作製される。
【0018】マイクロ波導入窓14の上方には、上部を
アルミニウムなどの金属板33で覆われた誘電体層32
が、マイクロ波導入窓14と対向するようにして配設さ
れている。誘電体層32は、導波管34を介してマイク
ロ波発振器35に連結されている。この誘電体層32
は、例えばフッ素樹脂やポリエチレンやポリスチレンな
どの誘電損失の小さい材料で構成される。マイクロ波の
周波数としては、例えば2.45GHzが用いられる。
【0019】反応室12には、試料Sが載置される試料
台15がマイクロ波導入窓14と対面する位置に配設さ
れている。試料台15には、試料Sを所定温度に保持す
るための恒温媒体循環機構(図示せず)などが備えられ
ている。
【0020】ガス導入部16にはガス供給管21が接続
されており、ガス導入部16を介して反応室12にガス
が導入される。また、反応容器11の底部には排気口2
2が設けられており、プラズマ処理に使用されたガスが
排気される。
【0021】ガス導入部16および反応室12へのガス
の導入について説明する。
【0022】図2は、図1に示すA部の部分拡大図であ
る。
【0023】ガス導入部16が容器本体部17の上に配
設され、さらにマイクロ波導入窓14がガス導入部16
の上に配設されている。Oリング19およびOリング2
0により、反応室12は気密に封止される。
【0024】ガス導入部16は、反応容器11を構成す
る容器壁部16aと反応室12へのガス導入口16gを
形成する環状部16bとから構成されている。この例で
は、さらにバッファ室16dも設けられている。バッフ
ァ室16dは反応室12の周囲に沿って容器壁部16a
を貫いて設けられ、ガス供給管21から供給されたガス
を反応室12の周囲に沿って均一化するものである。
【0025】ガスは、図中に矢印で示すように、ガス供
給管21から供給され、管16cを経て、バッファ室1
6dで拡散混合されて均一化されて、反応室12の内壁
に沿って設けられた複数の管16eに供給される。そし
て反応室12の内壁に沿う環状の経路16fを経て、ガ
ス導入口16gから反応室12に導入される。
【0026】このガス導入口16gが開口する位置は、
マイクロ波導入窓14から5mm以内が良い。すなわ
ち、マイクロ波導入窓14からガス導入口16gまでの
距離d≦5mmとなるように環状部16bが構成され
る。この構成とすることにより、マイクロ波導入窓14
のすぐ下のマイクロ波電界の強い領域にガスを供給する
ことができる。
【0027】このように構成されたプラズマ処理装置を
用いて、試料Sの表面にエッチングなどのプラズマ処理
を施す場合について、図1に基づき説明する。
【0028】反応室12を排気口22から排気する。
【0029】ガス供給管21から供給されたガスを、
ガス導入部16を通じて反応室12に導入する。
【0030】マイクロ波発振器35からマイクロ波を
発振させて、誘電体層32にマイクロ波を導入する。誘
電体層32から洩れてくるマイクロ波がマイクロ波導入
窓14を透過し、反応室12にプラズマを発生させる。
その結果、試料Sにエッチングなどのプラズマ処理が施
される。
【0031】このとき、マイクロ波導入窓14のすぐ下
のマイクロ波電界の強い領域にガスを供給するため、プ
ラズマを強く発生させることができ、その結果、試料S
のプラズマ処理速度を高めることができる。
【0032】なお、ガス導入口の開口面は、マイクロ波
導入窓に平行である必要はない。この場合、反応室への
ガス導入口の開口部全体がマイクロ波導入窓から5mm
以内にあることが好ましいが、少なくとも一部がマイク
ロ波導入窓から5mm以内にあれば、プラズマを強く発
生させる所定の効果が得られることは言うまでもない。
【0033】また、プラズマ処理装置が反応室へのガス
導入口を複数箇所備えている場合は、すべてのガス導入
口をマイクロ波導入窓から5mm以内に設けることが好
ましいが、少なくとも1つのガス導入口をマイクロ波導
入窓から5mm以内に設ければ良い。
【0034】
【実施例】本発明の実施例について説明する。本実施例
で用いたプラズマ処理装置は、図1および図2に示した
ものである。マイクロ波導入窓14としてアルミナ(A
23)板を用いた。また、マイクロ波の周波数は2.
45GHzとした。
【0035】ガス導入口の位置がプラズマ処理に与える
効果を評価するため、図2に示すマイクロ波導入窓から
ガス導入口までの距離dを変化させて、アモルファスシ
リコンをエッチングし、エッチング速度を測定した。距
離dは、高さの異なる環状部16bを用いて変化させ
た。変化させた距離dは、1mm(本発明例)、5mm
(本発明例)、10mm(比較例)、20mm(比較
例)は4つである。ガス導入口の幅(経路16fの幅)
は2mmである。用いた試料は、500mm×400m
mのガラス基板上にプラズマCVDによりアモルファス
シリコンを300nm成膜したものである。エッチング
条件は、エッチングガス:CF4とO2の混合ガス、圧
力:300mTorrおよびマイクロ波電力:3kWとし
た。
【0036】図3は、エッチング速度のガラス基板面内
の分布を示す図である。
【0037】本発明例(d=1mmおよびd=5mm)
のエッチング速度は、比較例(d=10mmおよびd=
20mm)に比べて増加した。例えば、本発明例(d=
1mm)のエッチング速度は、比較例(d=20mm)
のエッチング速度の約1.5倍であった。また、エッチ
ング速度の基板面内の均一性は、本発明例および比較例
ともにそれほど変わらなかった。
【0038】すなわち、マイクロ波導入窓からガス導入
口までの距離dを小さくすることにより、エッチング速
度を増加させることができることを確認できた。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のプラズマ
処理装置にあっては、プラズマを強く発生させることが
できるので、大面積の試料に対しても、高速のプラズマ
処理を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ処理装置の1例を示す模式的
縦断面図である。
【図2】図1に示すA部の部分拡大図である。
【図3】エッチング速度の基板面内の分布を示す図であ
る。
【図4】従来の誘電体層を用いたプラズマ処理装置を示
す模式的断面図である。
【符号の説明】
11 反応容器 12 反応室 14 マイクロ波導入窓 15 試料台 16 ガス導入部 16a 容器壁部 16b 環状部 16c 管 16d バッファ室 16e 管 16f ガス経路 16g ガス導入口 17 容器本体部 19 Oリング 20 Oリング 21 ガス供給管 22 排気口 31 中空部 32 誘電体層 33 金属板 34 導波管 35 マイクロ波発振器 S 試料(ガラス基板)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/31 H01L 21/302 B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マイクロ波導波路用の誘電体層、誘電体層
    に対向して設けられているマイクロ波導入窓、およびこ
    のマイクロ波導入窓に対面するように内部に試料台が配
    置されている反応室を備えるプラズマ処理装置であっ
    て、マイクロ波導入窓から5mm以内の位置に反応室へ
    のガスの導入口が開口していることを特徴とするプラズ
    マ処理装置。
JP9037296A 1997-02-21 1997-02-21 プラズマ処理装置 Pending JPH10241891A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091571A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、プラズマ処理装置の使用方法およびガス供給管パーツの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091571A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置、プラズマ処理装置の使用方法およびガス供給管パーツの製造方法

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