WO2004006319A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2004006319A1
WO2004006319A1 PCT/JP2003/008491 JP0308491W WO2004006319A1 WO 2004006319 A1 WO2004006319 A1 WO 2004006319A1 JP 0308491 W JP0308491 W JP 0308491W WO 2004006319 A1 WO2004006319 A1 WO 2004006319A1
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plasma
processing apparatus
processing
gas
plasma gas
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PCT/JP2003/008491
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Tadahiro Ohmi
Masaki Hirayama
Tetsuya Goto
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Tokyo Electron Limited
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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    • C23C16/45568—Porous nozzles
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    • H01J37/3244—Gas supply means

Definitions

  • the present invention generally relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a microphone mouth-wave plasma processing apparatus.
  • the plasma processing process and the plasma processing apparatus are used for manufacturing ultra-miniaturized semiconductor devices having a gate length close to 0.1 ⁇ m or less, which is called a recent so-called deep sub-micron element or deep sub-quarter micron element. This is an indispensable technology for manufacturing high-resolution flat-panel display devices including liquid crystal display devices.
  • various plasma excitation methods have been used as plasma processing apparatuses used for manufacturing semiconductor devices and liquid crystal display devices.
  • a parallel plate type high frequency excitation plasma processing apparatus or an inductively coupled plasma processing apparatus has been used.
  • these conventional plasma processing systems have non-uniform plasma formation and limited areas with high electron densities, so that uniform processing can be performed over the entire surface of the substrate at a high processing speed or throughput.
  • a microwave plasma processing apparatus using a high-density plasma excited by a microphone mouth-wave electric field without using a DC magnetic field has been conventionally proposed.
  • a microwave is introduced into a processing vessel from a planar antenna (radial line slot antenna) having a number of slots arranged to generate a uniform microphone mouth wave, and the microwave electric field is applied to the inside of the vacuum vessel.
  • a plasma processing apparatus configured to excite plasma by ionizing such a gas.
  • Microphone mouth-wave plasma excited by such a method covers a wide area just below the antenna.
  • the microphone mouth wave plasma formed by such a method excites the plasma by the microphone mouth wave, so that the number of electrons is low, and damage to the substrate to be processed and metal contamination can be avoided. Furthermore, since uniform plasma can be easily excited even on a large-area substrate, it can be easily adapted to a semiconductor device manufacturing process using a large-diameter semiconductor substrate and a large-sized liquid crystal display device. Background art
  • FIG. 1A and 1B show the configuration of a conventional microwave mouth-wave plasma processing apparatus 100 using such a radial line slot antenna.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of the microphone mouth-wave plasma processing apparatus 100
  • FIG. 1B is a view illustrating the configuration of a radio antenna line slot antenna.
  • a microphone mouth-wave plasma processing apparatus 100 has a processing chamber 101 evacuated from a plurality of exhaust ports 1 16, and a substrate to be processed is provided in the processing chamber 101.
  • a holding table 1 15 for holding 1 1 4 is formed.
  • a ring-shaped space 101A is formed around the holding table 115, and the plurality of exhaust ports 116 are formed in the ring.
  • the processing chamber 101 is formed at regular intervals so as to communicate with the space 101A, that is, axially symmetric with respect to the substrate to be processed, so that the processing chamber 101 is formed with The air can be exhausted uniformly.
  • the processing chamber 101 is made of a low-loss dielectric as a part of the processing chamber 101 at a position corresponding to the substrate 114 on the holding table 115.
  • a plate-like shower plate 103 having a large number of openings 107 is formed via a shearing / ringing 109, and also has a low loss outside the shower plate 103.
  • a cover plate 102 made of a dielectric is provided via another seal ring 108.
  • a plasma gas passage 104 is formed on the upper surface of the shower plate 103, and each of the plurality of openings 107 is formed so as to communicate with the plasma gas passage 104. ing. Further, inside the shower plate 103, A plasma gas supply passage 108 communicating with a plasma gas supply port 105 provided on the outer wall of the processing vessel 101 is formed, and A supplied to the plasma gas supply port 105 is formed. The plasma gas such as r or Kr is supplied from the supply passage 108 to the opening 107 via the passage 104, and the processing vessel 10 It is emitted into the space 101 B directly below the shower plate 103 inside 1 at a substantially uniform concentration.
  • An antenna 110 is provided on the processing vessel 101, further outside the ttflE cover plate 102, at a distance of 4-5 mm from the force par plate 102, a radial line slot having a thigh surface as shown in FIG.
  • An antenna 110 is provided.
  • the radiator line antenna 110 is connected to an external microphone mouth wave source (not shown) via a coaxial waveguide 110 A, and the microwave from the microwave source causes the space 110 to be closed. Excites the plasma gas released to 1B.
  • the gap between the cover plate 102 and the radiation surface of the radial line slot antenna 110 is filled with the atmosphere.
  • the radial line slot antenna 110 includes a flat disk-shaped antenna main body 110 B connected to the outer waveguide of the coaxial waveguide 110 A, and the antenna main body 110. It consists of a number of slots 110a shown in FIG. 1B formed in the opening of B and a number of slots 110b perpendicular thereto, and a »f plate 110C formed thereon. A delay plate 110D made of a dielectric plate having a constant thickness is inserted between the antenna body 110B and the 3 ⁇ 4
  • the microwaves fed from the coaxial waveguide 110 pass between the disc-shaped antenna body 110B and the radiation plate 110C.
  • a uniform high-density plasma is formed in the space 101B immediately below the ttlt self-sharing plate 103. This The high-density plasma formed as described above has a low electron temperature, so that the substrate to be processed 114 is not damaged, and metal contamination due to sputtering of the vessel wall of the processing container 101 occurs. Not even.
  • an external processing gas source (not shown) is provided between the shower plate 103 and the substrate 114 in the processing vessel 101.
  • a conductor structure 111 formed with a number of nozzles 113 supplying a processing gas through a processing gas passage 112 formed in the processing container 101 is formed, and the nozzle 1 Each of 13 discharges the supplied processing gas into a space 101C between the vertebral structure 111 and the substrate to be processed 114. That is, the conductor structure 111 functions as a processing gas supply unit.
  • the conductor structure 111 constituting the tdf self-processing gas supply unit the plasma formed in the space 101B between the adjacent nozzles 113 and 113 is formed in the space 101b.
  • An opening having a size large enough to efficiently pass therethrough is formed by diffusion from 101 B to ⁇ space 101 C.
  • the processing gas is released from the processing gas supply unit 111 to the space 101C through the horns 113 as described above, the released processing gas is transferred to the space 101C.
  • uniform plasma processing is performed on the substrate to be processed 114 efficiently and at high speed without damaging the substrate and the element structure on the substrate. And without contaminating the substrate.
  • the microwave emitted from the radial line slot antenna 110 is blocked by the processing gas supply unit 111 made of a conductor, and does not damage the substrate 114 to be processed.
  • plasma processing apparatus 100 it is important to excite plasma uniformly at high density into the space 101 B directly below the shower plate 103. is there.
  • plasma is easily excited in a space other than the space 101 B where plasma is easily excited, for example, in the plasma gas passage 104 where the microphone mouth wave electric field is strong and the plasma is easily excited, or in the opening 107. It is important that they are not excited.
  • the plasma when the plasma is actually excited in the present apparatus 10, depending on the conditions of the substrate processing, the plasma is generated in the plasma gas passage 104 and the opening 107. May be excited. If plasma is excited in the plasma passage 104 and the opening 107, microwave power is consumed, and the plasma density in the space 101B decreases. Further, since a difference occurs in the plasma density between the area immediately below the opening 107 and the area far from the opening 107, the plasma density in the entire space 101B, which is the plasma excitation space, is not uniform. If this occurs, a ray problem will occur. Disclosure of the invention
  • an object of the present invention is to provide a new and useful plasma processing apparatus that solves the above-mentioned problems.
  • a specific object of the present invention is to excite plasma having a high density and uniformity in a desired space without exciting the plasma in a space in the path for introducing the plasma gas.
  • Another subject of the present invention is:
  • a processing container having a holding table for holding the substrate to be processed, defined by ⁇ , an exhaust system coupled to the processing container,
  • a microwave transmission window provided as a part of the wall, on the processing container, so as to face the substrate to be processed on the holding table,
  • a plasma gas supply unit that supplies plasma gas into the processing container
  • a microwave antenna provided on the knitting processing container corresponding to the microwave
  • the following measures are taken to prevent plasma excitation in a space other than a plasma excitation space for exciting plasma.
  • Plasma excitation was prevented by setting the plasma gas pressure in the plasma gas passage so that plasma was not excited.
  • the shower plate where the plasma gas is discharged, the shower plate is blown through the pores of the porous medium. Due to the mechanism for supplying the Kursa gas, electrons accelerated by the microwave when passing through the narrow pore space collide with the inner wall of the pore space, and the acceleration required for plasma excitation is not given. Plasma excitation was prevented. As a result, it becomes edible to excite uniform plasma with high density in the desired plasma excitation space.
  • Figures 1A and 1B show the configuration of a conventional microwave plasma processing apparatus using a radial line slot antenna
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a configuration of a microwave plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 3 shows the conditions of the microwave electric field for exciting the microwave plasma and the pressure of the plasma gas Ar;
  • FIGS. 4A and 4B show the configuration of a processing gas supply structure according to a second embodiment of the present invention
  • FIGS. 5A and 5B show the configuration of a plasma processing unit 3 according to a third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6A and 6B show a configuration of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIGS. 7A and 7B show a configuration of a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B are views showing the configuration of a plasma processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B show a configuration of a microwave plasma processing apparatus 200 according to the first embodiment of the present invention.
  • the same parts as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • a porous medium such as a porous ceramic is used. It is replaced by a disk-shaped shear plate 201 formed of A12O3 sintered at normal pressure as a mix material.
  • a plasma gas passage 202 is formed on the upper surface of the shower plate 201.
  • the plasma gas such as Ar or Kr supplied to the plasma gas supply port 105 passes through the plasma gas flow path 202 and passes through the pores of the porous medium of the shower plate 202. It is uniformly supplied into the space 101B immediately below the shower plate.
  • the plasma gas passage 202 has a strong microphone mouth wave electric field, and plasma is easily excited. Therefore, it is necessary to set the plasma gas passage 202 to a pressure at which microwave plasma is not excited.
  • FIG. 3 shows a region where the microwave plasma is excited when the strength of the microwave electric field and the pressure of the plasma excitation gas Ar are varied.
  • the microwave frequency is 2.45 G as an example.
  • the region indicated by region A in the figure is a region where plasma is excited. Microwave mouth-wave plasma is excited at the microwave electric field strength and Ar pressure in the region A.
  • the microphone mouthpiece plasma is ignited at a wave intensity of about 0.3 W / cm2, and the microwave mouthpiece is almost at a minimum microwave intensity.
  • the plasma excites.
  • the plasma gas passage is made to be about 6.67 KPa to about 13.3 KPa (about 50 torr to about 100 torr), so that the inside of the plasma gas passage 202 is formed. It prevents the plasma from being excited.
  • the space 101 B which is a plasma excitation space
  • the plasma gas flow path 202 which is a plasma gas supply path
  • the plasma gas is supplied from the plasma gas flow path 202 to the space 101 B through the inside of the pores of the porous medium of the shower plate 201. Since there is no space large enough to excite the plasma in the pores, the plasma is not excited. In other words, even if the electron force S is accelerated by microwaves in the above-mentioned pores, Plasma is not excited because the electrons collide with the outer wall of the pores before being accelerated to the greatest extent.
  • plasma is not excited in the shower plate 201, which is a plasma gas introduction path leading to the space 101B, so that in the space 101B, High-density and uniform plasma can be excited.
  • FIGS. 4A and 4B show a configuration of a microwave plasma processing apparatus 20OA according to a second embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the parts described above, and the description is omitted.
  • the lower shower plate 111 is removed. Since the lower shower plate 111 is omitted, it is not possible to supply a processing gas separately from the plasma gas to perform film-forming etching.
  • An oxide film / nitride film or an oxynitride film can be formed on the surface of the substrate to be processed by supplying a gas or a nitriding gas.
  • 5A and 5B show the configuration of a microwave plasma processing apparatus 10 according to a third embodiment of the present invention.
  • the microphone mouth wave plasma processing apparatus 10 is provided in the processing container 11 and the processing container 11, and holds the substrate to be processed 12 by electrostatic chuck. isostatic pressure method and a a 1 N or a 1 2 0 3 holding base 1 3 made of formed by (HIP), enclose the supporting table 1 3 in the processing container 1 1 No space 1 1 A at equal intervals, that is, with respect to the substrate 12 to be processed on the holder 13
  • Exhaust ports 11a are formed in at least two places, preferably three or more places in a substantially axially symmetric relationship.
  • the processing vessel 11 is evacuated and depressurized by a vacuum pump through a powerful exhaust port 11a.
  • the processing container 11 is preferably made of austenitic stainless steel containing A1, and a protective film made of aluminum oxide is formed on the inner wall surface by oxidation treatment.
  • a portion of the processing vessel 11 corresponding to the substrate to be processed 12 is provided with a disk-shaped disk formed of a porous medium such as A1O3 sintered at room temperature, which is a porous ceramic material.
  • shower plate 14 force formed as part of ⁇ .
  • the shower plate 1 4 is mounted via a seal ring 1 1 s on the processing vessel 1 1, further ttif cover of dense A 1 2 ⁇ 3 formed by HIP treatment on his own shower plate 1 4 Plate 15 is provided.
  • Such HIP method A 1 2O3 cover plate 1 5 formed by is formed by one using the Y 2 O 3 as a sintering aid, porosity 0. Substantially include pores or pinholes in 0 3% In addition, it reaches 3 OW / m ⁇ K, and has very large thermal conductivity as a ceramic. Also, as described in Iff !, since the airtightness between the processing vessel 11 and the outside is achieved by pressing the seal ring 11 1 s against the cover plate 15, the porous medium having a low mechanical strength is used.
  • the shower plate 14 is weighted and structured. On the side of the shower plate 14 that is in contact with the ttrf self-cover plate 15, a concave plasma gas flow path 14 A serving as a plasma gas flow path is formed, and the plasma gas flow path 14 A is provided with the shower gas. It is formed inside the plate 14 and is connected to a later-described plasma gas introduction path 21 A formed above the shower plate.
  • the shower plate 14 is held by an overhang 11 b formed on the inner wall of the processing container 11, and a portion of the overhang 11 b that holds the shower plate 14 is provided. Roundness is formed to suppress abnormal discharge. Therefore, the plasma gas such as Ar or r supplied to the plasma gas introduction path 21 A passed through the plasma gas flow path 14 A inside the shower plate 14. Thereafter, the air is uniformly supplied into the space 11B immediately below the shower plate through the pores of the porous medium of the shower plate 14. In addition, a seal ring 15 s is inserted into an engagement portion between the plasma gas introduction path 21 A and the cover plate 15, and the plasma gas is sealed.
  • a radial line slot antenna 20 is provided on the force par plate 15.
  • the radio antenna slot antenna 20 is a disc-shaped slot plate 16 having a large number of slots 16 a and 16 formed in close contact with the cover plate 15 and shown in FIG. an antenna the body 17 consists of a 1 2 0 3, S i 3 N 4, S i oN or low-loss dielectric material such as S i O2 sandwiched between said slot plate 16 antenna body 17 It has a retardation plate 18. Further, a plasma gas / microphone mouth wave introducing section 21 is provided above the radial line slot antenna 20.
  • the plasma gas / microphone mouth wave introduction unit 21 is a circular or rectangular cross section connected to the antenna main body 17 and has a microwave introduction path inside, 21 C, a rectangular or circular cross section microwave introduction unit 21B, and approximately It is composed of a plasma gas introduction passage 21A into which a plasma gas such as Ar or Kr is introduced in a cylindrical shape.
  • the radial slot line antenna 20 is mounted on the processing vessel 11 via a seal ring 11 u, and the radial line slot antenna 20 has the microphone mouth wave introducing section 21 of the plasma gas / microphone mouth wave introducing section 21.
  • a microwave with a frequency of 2.45 GHz or 8.3 GHz is supplied from an external microphone mouth wave source (not shown) connected to B.
  • the supplied microphone mouth wave is passed through the cover plate 15 and the shower plate 14 from the slots 16 a and 16 b on the slot plate 16 into the processing vessel 11, and in the space 11 B immediately below the shower plate 14,
  • the plasma is excited in the plasma gas supplied from the shower plate 14.
  • the cover first plate 15 and the shower plate 14 is formed by A l 2_Rei 3, it acts as an efficient microphone port wave transmission window.
  • the pressure of the plasma gas in the plasma gas flow path 14A is about 6.67 KPa to 13.3 KPa in order to avoid the plasma being excited in the tiff self-plasma gas flow path 14A. (About 50 ⁇ ; LOOTorr).
  • the space 11B which is a plasma excitation space
  • the plasma gas flow path 14A which is a plasma gas supply path
  • the shower plate which is a porous medium. It is configured to be isolated by 14.
  • the plasma gas is supplied from the plasma gas flow path to the space 11B through the inside of the pores of the shear plate 14; however, in the pores, the plasma gas is sufficient to excite plasma. Since there is no space, no plasma is excited.
  • the processing vessel 11 engaged with the slot plate 16 is used.
  • a ring-shaped groove 11 g is formed in a part of the upper surface of the slot plate.
  • the slot plate 16 is formed.
  • the gap formed between the antenna and the cover plate 15 is decompressed, and the radial line slot antenna 20 can be pressed against the above-mentioned par plate 15 by atmospheric pressure.
  • a gap may be formed for various reasons other than the force including the slots 16 a and 16 b formed in the slit plate 16.
  • Such a gap is sealed by a seal ring 11 u between the radial line slot antenna 20 and the processing container 11.
  • the cover plate 15 by filling the gap between the slot plate 16 and the cover plate 15 with an inert gas having a low molecular weight through the exhaust port 11 G and the groove 11 g, the cover plate 15 The heat transfer from the gas to the mouth plate 16 can be promoted.
  • an inert gas it is preferable to use He, which has a high thermal conductivity and a high ionization strength. Filling the gap with He is preferably set to a pressure of about 0.8 atm.
  • the exhaust port 1.1 G is evacuated to exhaust the groove 11 g and fill the groove 11 g with inert gas. Loop 1 IV is connected.
  • the waveguide 21 C of the gas / plasma introduction unit 21 was connected to the disk-shaped antenna main body 17, and the plasma gas introduction unit 21 A was formed on the slow wave plate 18.
  • the opening 18A and the opening 16c formed in the slot plate 16 pass through and are connected to the above-mentioned force plate opening 15A.
  • the microwave supplied to the microwave introduction unit 21B is passed through the waveguide 21C in the radial direction between the antenna body 17 and the slot plate 16 while the ItrlB slot Radiated from 16a, 16b.
  • FIG. 5B shows the slots 16a and 16 formed on the slit plate 16.
  • the slots 16a are arranged concentrically, and corresponding to each slot 16a, a slot 16b orthogonal thereto is also formed concentrically.
  • the slots 16a and 16b are formed in the radial direction of the slot plate 16 at intervals corresponding to the wavelength of the microphone mouth wave compressed by the delay plate 18; As a result, the microwave is converted from the slot plate 16 into a substantially plane wave and applied to the thigh.
  • the slots 16a and 16b are formed in a mutually orthogonal relationship, the microwave radiated in this manner forms a circularly polarized wave including two orthogonally polarized components. I do.
  • an opening 16c is provided for passing the plasma gas introduction path 21A.
  • a cooling block 19 having a cooling water passage 19A is formed on the f! IlB antenna main body 17, and the cooling block 19 is formed.
  • the cooling water passage 19A By cooling with the cooling water in the cooling water passage 19A, the heat accumulated in the shower plate 14 is absorbed via the radial line slot antenna 20.
  • the cooling water passage 1 9 Alpha is formed on the scan Pairaru form on said cooling block 1 9, cooling water which is preferably a controlled and oxidation-reduction potential is achieved by eliminating oxygen dissolved in it to Paburingu H 2 gas Passed through.
  • processing gas is supplied from the processing gas injection port 1 1 r provided in A processing gas supply structure 31 having a grid-like processing gas passage for discharging the gas from a large number of processing gas nozzle openings 31A is provided, and a space between the processing gas supply structure 31 and the processing target substrate 12 is provided.
  • space 11C a desired uniform substrate processing is performed.
  • substrate processing includes plasma oxidation, plasma nitridation, plasma oxynitridation, and plasma CVD.
  • a fluorocarbon gas such as C 4 F 8 , C 5 F 8 or C 4 F 6 or an F type or C 1 type is provided in the processing gas supply structure 31 to the space 11 C.
  • a fluorocarbon gas such as C 4 F 8 , C 5 F 8 or C 4 F 6 or an F type or C 1 type is provided in the processing gas supply structure 31 to the space 11 C.
  • the outer wall of the processing vessel 11 is heated to a temperature of about 150 ° C. so that reaction by-products and the like adhere to the inner wall of the processing vessel.
  • FIGS. 6A and 6B show an example of a microwave plasma processing apparatus 10A according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the parts described above, and the description is omitted.
  • a dense A formed by the HIP method was used. 1 2 0 3 consists, shower plate 4 0 at least one or more openings 4 0 beta is formed is installed. On the side of the shower plate 40 that is in contact with the cover plate 15, a plasma gas flow path 4 OA is formed, which is a recess that communicates with each of the openings 40 ′ and serves as a plasma gas flow path. Wherein the each of the openings 4 0 B, the plasma gas introducing member 4 1 consisting of A 1 2 0 3 sintered at normal pressure in a porous medium, for example, porous ceramics are ⁇ .
  • the plasma gas such as Ar, Kr, etc.
  • the plasma gas passes through the pores of the porous medium of the plasma gas introduction component 41, and becomes substantially uniform in the IfrlB space 11 B. Supplied.
  • the plasma gas Since the plasma is not excited in the gas passage 4OA and the plasma gas introduction component 41, it is possible to excite high-density and uniform plasma in the space 11B.
  • FIGS. 7A and 7B show an example of a microphone mouth-wave plasma processing apparatus 10B according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the parts described above, and the description is omitted.
  • the lower shower plate 31 is removed. Further, the overhang portion 11b holding the shower plate 14 is rounded over the entire surface.
  • the lower shower plate 31 is omitted, so that the processing gas cannot be supplied separately from the plasma gas to perform film formation or etching.
  • an oxidizing gas or a nitriding gas together with the plasma gas from 14, it is possible to form an oxide film / nitrided film on a surface of the substrate to be processed, and in some cases an oxynitride film.
  • FIG. 8A and 8B show an example of a microwave plasma processing apparatus 10C according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the parts described above, and the description is omitted.
  • the dense A 1 plasma formed by the HIP method is used. consists 2 .theta.3, the shower plate 4 0 at least one or more openings 4 0 beta is formed, the sintering a 1 2 [Theta] 3, which is a porous medium, for example a porous ceramic material is inserted in the 4 0 beta Plasma gas introduction parts 4 1 A plasma gas such as Ar, r is supplied to the processing vessel 11.
  • the lower shower plate 31 is removed as in the case of 10B. Further, a roundness is formed on the entire surface of the overhang portion 11b holding the shower plate 14.
  • the lower shower plate 31 is omitted, so that it is not possible to supply a processing gas separately from the plasma gas to perform film formation or etching.
  • a processing gas separately from the plasma gas to perform film formation or etching.
  • the porous medium is AI 2 O 3, which is a porous ceramic material and sintered at normal pressure, but is not limited to this material.
  • a space for exciting plasma and a plasma gas introduction path for exciting plasma are separated by a porous medium, for example, a porous ceramic material.

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Abstract

プラズマ処理装置は、外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、前記処理容器に結合された排気系と、前記処理容器上に、前記保持台上の被処理基板に対面するように、前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、前記処理容器中にプラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、前記処理容器上に、前記マイクロ波に対応して設けられたマイクロ波アンテナよりなり、前記プラズマガス供給部は多孔質媒体を含み、前記多孔質媒体を介して前記プラズマガスを前記処理容器に供給する。

Description

明細書
プラズマ処理装置 技術分野
本発明は一般にブラズマ処理装置に係わり、 特にマイク口波プラズマ処理装置 に関する。
プラズマ処理工程およぴプラズマ処理装置は、 近年のいわゆるディープサブミ クロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる 0. 1〃m に近い、 あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、 液 晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、 不可欠の技術である。 半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、 従来 より様々なプラズマの励起方式が使われているが、 特に平行平板型高周波励起プ ラズマ処理装置あるいは誘導結合型ブラズマ処理装置が一般的である。 し力しこ れら従来のプラズマ処理装置は、 プラズマ形成が不均一であり、 電子密度の高い 領域が限定されているため大きな処理速度すなわちスループットで被処理基板全 面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。 この問題 は、 特に大径の基板を処理する場合に深刻になる。 しかもこれら従来のプラズマ 処理装置では、 電子 が高レ、ため被処理基板上に形成される半導体素子にダメ ージが生じ、 また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、 いく つかの本質的な問題を有している。 このため、 従来のプラズマ処理装置では、 半 導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化おょぴさらなる生産性の向上に対する 厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。
一方、 従来より直流磁場を用いずにマイク口波電界により励起された高密度プ ラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。 例えば、 均一なマ イク口波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ (ラジアルラインスロットアンテナ） から処理容器内にマイクロ波を し、 こ のマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させる構成 のプラズマ処理装置が提案されている。例えば特開平 9一 6 3 7 9 3公報を参照。 このような手法で励起されたマイク口波プラズマではアンテナ直下の広い領域に わたつて高いブラズマ密度を実現でき、 短時間で均一なブラズマ処理を行うこと が可能である。 しかもかかる手法で形成されたマイク口波プラズマではマイク口 波によりプラズマを励起するため電子? i が低く、 被処理基板のダメージや金属 汚染を回避することができる。 さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に 励起できるため、 大口径半導体基板を使った半導体装置の製造工程や大型液晶表 示装置の製造にも容易に対応できる。 背景技術
図 1 A， I Bは、 かかるラジア ラインスロットアンテナを使った従来のマイ ク口波プラズマ処理装置 1 0 0の構成を示す。 ただし図 1 Αはマイク口波プラズ マ処理装置 1 0 0の断面図を、 また図 1 Bはラジアノレラインスロットアンテナの 構成を示す図である。
図 1 Aを参照するに、 マイク口波プラズマ処理装置 1 0 0は複数の排気ポート 1 1 6から排気される処理室 1 0 1を有し、 前記処理室 1 0 1中には被処理基板 1 1 4を保持する保持台 1 1 5が形成されている。 t&lE処理室 1 0 1の均一な排 気を実現するため、 前記保持台 1 1 5の周囲にはリング状に空間 1 0 1 Aが形成 されており、前記複数の排気ポート 1 1 6を前記空間 1 0 1 Aに連通するように 等間隔で、 すなわち被処理基板に対して軸対称に形成することにより、 前記処理 室 1 0 1を嫌己空間 1 0 1 Aおよび排気ポート 1 1 6を介して均一に排気するこ とができる。
前記処理室 1 0 1上には、 前記保持台 1 1 5上の被処理基板 1 1 4に対応する 位置に、 前記処理室 1 0 1の^ ϋの一部として、 低損失誘電体よりなり多数の開 口部 1 0 7を形成された板状のシャワープレート 1 0 3がシ一/レリング 1 0 9を 介して形成されており、 さらに前記シャワープレート 1 0 3の外側に同じく低損 失誘電体よりなるカバープレート 1 0 2が、 別のシールリング 1 0 8を介して設 けられている。
前記シャワープレート 1 0 3にはその上面にプラズマガスの通路 1 0 4が形成 されており、 前記複数の開口部 1 0 7の各々は前記プラズマガス通路 1 0 4に連 通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート 1 0 3の内部には、 前記処理容器 1 0 1の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート 1 0 5に連通す るブラズマガスの供給通路 1 0 8が形成されており、 前記プラズマガス供給ポー ト 1 0 5に供給された A rや K r等のプラズマガスは、 前記供給通路 1 0 8力ら 前記通路 1 0 4を介して前記開口部 1 0 7に供給され、 ffif己開口部 1 0 7から前 記処理容器 1 0 1内部の前記シャワープレート 1 0 3直下の空間 1 0 1 Bに、 実 質的に一様な濃度で放出される。
前記処理容器 1 0 1上には、 さらに ttflEカバープレート 1 0 2の外側に、 前記 力パープレート 1 0 2から 4〜 5 mm離間して、 図 1 Bに示す腿面を有するラ ジアルラインスロットアンテナ 1 1 0が設けられている。 前記ラジアノレラインス 口ットアンテナ 1 1 0は外部のマイク口波源 （図示せず） に同軸導波管 1 1 0 A を介して接続されており、 前記マイクロ波源からのマイクロ波により、 前記空間 1 0 1 Bに放出されたプラズマガスを励起する。 前記カバープレート 1 0 2とラ ジアルラインスロットアンテナ 1 1 0の放射面との間の隙間は大気により充填さ れている。
前記ラジアルラインスロットァンテナ 1 1 0は、 前記同軸導波管 1 1 0 Aの外 側導波管に接続された平坦なディスク状のアンテナ本体 1 1 0 Bと、 前記アンテ ナ本体 1 1 0 Bの開口部に形成された、 図 1 Bに示す多数のスロット 1 1 0 aお よびこれに直交する多数のスロット 1 1 0 bを形成された »f板 1 1 0 Cとより なり、 it己アンテナ本体 1 1 0 Bと前記 ¾|f板 1 1 0 Cとの間には、 厚さが一定 の誘電体板よりなる遅相板 1 1 0 Dが挿入されている。
かかる構成のラジアルラインスロットアンテナ 1 1 0では、 前記同軸導波管 1 1 0から給電されたマイクロ波は、 前記ディスク状のアンテナ本体 1 1 0 Bと放 射板 1 1 0 Cとの間を、 半径方向に広がりながら進行する力 その際に前記遅相 板 1 1 0 Dの作用により波長が圧縮される。 そこで、 このようにして半径方向に 進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット 1 1 0 aおよび 1 1 0 bを同 心円状に、 カゝっ相互に直交するように形成しておくことにより、 円偏波を有する 平面波を前記 板 1 1 0 Cに実質的に垂直な方向に放射することができる。 かかるラジアルラインスロットアンテナ 1 1 0を使うことにより、 ttlt己シャヮ 一プレート 1 0 3直下の空間 1 0 1 Bに均一な高密度プラズマが形成される。 こ のようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く、 そのため被処理基板 1 1 4にダメージが生じることがなく、 また処理容器 1 0 1の器壁のスパッタリ ングに起因する金属汚染が生じることもない。
図 1のブラズマ処理装置 1 0 0では、 さらに前記処理容器 1 0 1中、 前記シャ ワープレート 1 0 3と被処理基板 1 1 4との間に、外部の処理ガス源（図示せず） から前記処理容器 1 0 1中に形成された処理ガス通路 1 1 2を介して処理ガスを 供給する多数のノズル 1 1 3を形成された導体構造物 1 1 1が形成されており、 前記ノズル 1 1 3の各々は、 供給された処理ガスを、 前記導 ί椎造物 1 1 1と被 処理基板 1 1 4との間の空間 1 0 1 Cに放出する。 すなわち前記導体構造物 1 1 1は処理ガス供給部として機能する。 tdf己処理ガス供給部を構成する導体構造物 1 1 1には、 前記隣接するノズル 1 1 3と 1 1 3との間に、 前記空間 1 0 1 Bに おいて形成されたプラズマを前記空間 1 0 1 Bから ΙίίΐΒ空間 1 0 1 Cに拡散によ り、 効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。
そこで、 このように前記処理ガス供給部 1 1 1カ ら前記ノズノレ 1 1 3を介して 処理ガスを前記空間 1 0 1 Cに放出した場合、 放出された処理ガスは前記空間 1 0 1 Βにおレ、て形成された高密度ブラズマにより励起され、 前記被処理基板 1 1 4上に、 一様なプラズマ処理が、 効率的かつ高速に、 しかも基板および基板上の 素子構造を損傷させることなく、 また基板を汚染することなく行われる。 一方前 記ラジアルラインスロットアンテナ 1 1 0から ¾fされたマイクロ波は、 導体よ りなる前記処理ガス供給部 1 1 1により阻止され、 被処理基板 1 1 4を損傷させ ることはない。
ところで、 図 1 A， I Bで説明した上記のプラズマ処理装置 1 0 0では、 前記 シャワープレート 1 0 3直下の空間 1 0 1 B中に、 高密度力つ均一にプラズマを 励起することが重要である。 そのためには、 前記空間 1 0 1 B以外でプラズマが 励起されやすい空間、 例えばマイク口波電界が強くプラズマが励起されやすい前 記プラズマガス通路 1 0 4や、 前記開口部 1 0 7においてプラズマが励起されな いことが重要である。
しかしながら、 実際に本装置 1 0においてプラズマを励起する際は、 基板処理 の条件によっては前記プラズマガス通路 1 0 4および開口部 1 0 7内でプラズマ が励起してしまう可能性がある。 前記ブラズマ通路 1 0 4および前記開口部 1 0 7内においてプラズマが励起されてしまうと、 マイクロ波電力が消費されてしま い、 前記空間 1 0 1 Bにおけるプラズマ密度が低下してしまう。 さらに前記前記 開口部 1 0 7直下の領域と前記開口部 1 0 7から遠い領域でプラズマ密度に差が 生じるために、 プラズマ励起空間である前記空間 1 0 1 B全体のプラズマ密度に 不均一が生じてしまうとレヽぅ問題が発生する。 発明の開示
そこで、 本発明は上記の課題を解決した新規で有用なブラズマ処理装置を提供 することを統括的課題とする。
本発明の具体的な課題は、 ブラズマガスを導入する経路途中の空間内において ブラズマを励起させることなく、 高密度で均一性のよいブラズマを所望の空間内 に励起させることである。
本発明の他の課題は、
^^により画成され、 被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、 前記処理容器に結合された排気系と、
ΙϋΙΒ処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記錢の 一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記処理容器中にブラズマガスを供給するブラズマガス供給部と、
編己処理容器上に、 前記マイクロ波に対応して設けられたマイクロ波アンテナ よりなり、
前記ブラズマガス供給部は多孔質媒体を含み、 前記多孔質媒体を介して前記プ ラズマガスを前記処理容器に供給することを特徴とするブラズマ処理装置を提供 することにある。
本発明によれば、 被処理基板を処理するプラズマ処理装置において、 プラズマ を励起するためのプラズマ励起空間以外においてのプラズマ励起を防止するため に以下の対策を施した。 プラズマガス通路においてはプラズマが励起しないプラ ズマガス圧力条件にすることによってプラズマ励起を防止した。 また、 プラズマ ガスが されるシャワープレートにおいては多孔質媒体の気孔部を介してブラ ズマガスを供給する機構にしたことにより、 狭レヽ気孔部空間を介する時にはマイ クロ波により加速される電子が、 前記気孔部空間の内壁に衝突し、 プラズマ励起 に必要な加速が与えられない構造としてプラズマ励起を防止した。 その結果、 所 望のプラズマ励起空間において高密度力 均一なプラズマを励起させることが可 食 となる。
本発明のその他の課題および特徴は、 以下に図面を参照しながら行う本発明の 詳細な説明より明らかとなろう。 図面の簡単な説明
図 1 A， 1 Bは、 従来のラジアルラインスロットアンテナを使ったマイクロ波 プラズマ処理装置の構成を示す図；
図 2 A， 2 Bは、 本発明の第 1実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置の構 成を示す図；
図 3は、 マイクロ波プラズマが励起するためのマイクロ波電界と、 プラズマガ スである A rの圧力の条件を示す図；
図 4 A, 4 Bは、本発明の第 2実施例による処理ガス供給構造の構成を示す図； 図 5 A， 5 Bは、本発明の第 3実施例によるブラズマ処 3¾置の構成を示す図； 図 6 A， 6 Bは、本発明の第 4実施例によるブラズマ処理装置の構成を示す図； 図 7 A， 7 Bは、本発明の第 5実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図； 図 8 A， 8 Bは、 本発明の第 6実施例によるプラズマ処理装置の構成を示す図 である。 発明を実施するための最良の態様
[第 1実施例]
図 2 A， 2 Bは、 本発明の第 1実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置 2 0 0の構成を示す。 ただし図中、 先に説明した部分には同一の参照符号を付し、 説 明を省略する。
図 2 Aを参照するに、 前記マイク口波プラズマ処理装置 1 0 0における前記シ ャワープレート 1 0 3力 本実施例においては、 多孔質媒体たとえば多孔質セラ ミック材料である常圧にて焼結された A 1 2O3で形成されたディスク状のシャヮ 一プレート 2 0 1に置き換えられている。 前記シャワープレート 2 0 1の上面に は、 プラズマガスの通路 2 0 2が形成されている。 前記プラズマガス供給ポート 1 0 5に供給された A rや K r等のプラズマガスは、 前記プラズマガス流路 2 0 2を通過して前記シャワープレート 2 0 2の多孔質媒体の気孔を通つて前記シャ ワープレート直下の空間 1 0 1 B中に一様に供給される。
この場合、 前記したように前記ブラズマガス通路 2 0 2はマイク口波電界が強 く、 プラズマが励起されやすい。 そこで、 前記プラズマガス通路 2 0 2を、 マイ クロ波プラズマが励起されない圧力にする必要がある。
図 3に、 マイクロ波電界の強度と、 プラズマ励起ガスである A rの圧力を変ィ匕 させた場合において、 マイクロ波プラズマが励起される領域を示す。 マイクロ波 の周波数は 2 . 4 5 Gの場合を例にとっている。 図中領域 Aで示した領域がブラ ズマが励起される領域であり、 前記領域 Aにおけるマイクロ波電界強度および A r圧力においてはマイク口波プラズマが励起される。
図 3を参照するに、例えば圧力が約 1 T o r rの場合、マイク口.波強度は約 0 . 3 W/ c m 2でマイク口波プラズマが点火し、 マイクロ波強度が略最小でマイク 口波プラズマが励起する。 し力 し、 1 T o r rより圧力を上昇させると、 もしく は下降させると、ブラズマを励起させるために必要なマイク口波電界は強くなり、 プラズマが励起されにくい条件となることがわかる。 本装置では前記プラズマガ ス通路を約 6 . 6 7 K P a〜1 3 . 3 K P a (約 5 0 T o r r〜1 0 0 T o r r ) 程度とすることで、 前記プラズマガス通路 2 0 2内でプラズマが励起されるのを 防止している。
また、 プラズマ励起空間である前記空間 1 0 1 Bとプラズマガス供給経路であ る前記プラズマガス流路 2 0 2は、 多孔質媒体である前記シャワープレート 2 0 1によって隔絶される構成とされている。 前記プラズマガスは前記プラズマガス 流路 2 0 2から前記シャワープレート 2 0 1の多孔質媒体の気孔内部を通って前 記空間 1 0 1 Bに供給される。 前記気孔中ではプラズマを励起するために十分な 広さの空間が存在しないため、 プラズマが励起されることはない。 すなわち、 前 記気孔中ではマイクロ波によって電子力 S加速されても、 プラズマが励起される程 度まで電子が加速される前に前記気孔の外壁に衝突するためにブラズマが励起さ れることがない。
そのために、 本装置 2 0 0においては前記空間 1 0 1 Bにつながるプラズマガ ス導入経路である前記シャワープレート 2 0 1内においてプラズマが励起される ことがないため、 前記空間 1 0 1 Bにおいては高密度かつ均一なプラズマを励起 することが可能となった。
[第 2実施例]
図 4 A， 4 Bは、 本発明の第 2実施例であるマイクロ波ブラズマ処理装置 2 0 O Aの構成を示す。 ただし図中、 先に説明した部分には同一の参照符号を付し、 説明を省略する。
図 4 Aを参照するに、 本実施例のマイク口波プラズマ処理装置 2 0 0 Aでは、 前記下段シャワープレート 1 1 1が撤去されている。 前記下段シャワープレート 1 1 1が省略されているためプラズマガスとは別に処理ガスを供給して成膜ゃェ ツチングを行うことはできなレ、が、 前記シャワープレート 2 0 1からプラズマガ スとともに酸ィ匕ガスあるいは窒化ガスを供給することにより、 被処理基板表面に 酸化膜ゃ窒化膜、 あるいは酸窒化膜を形成することが可能である。
本実施例においても、 前記シャワープレート 2 0 1内においてプラズマが励起 されることがないため、 前記シャワープレート直下の空間において高密度力つ均 一なプラズマを励起することが可能となる。
[第 3実施例]
図 5 A， 5 Bは、 本発明の第 3実施例によるマイクロ波ブラズマ処理装置 1 0 の構成を示す。
図 5 Aを参照するに、前記マイク口波ブラズマ処理装置 1 0は処理容器 1 1と、 前記処理容器 1 1内に設けられ、 被処理基板 1 2を静電チヤックにより保持する 好ましくは熱間等方圧加圧法 （H I P) により形成された A 1 Nもしくは A 1 2 03よりなる保持台 1 3とを含み、 前記処理容器 1 1内には前記保持台 1 3を囲 む空間 1 1 Aに等間隔に、 すなわち前記保持台 1 3上の被処理基板 1 2に対して 略軸対称な関係で少なくとも二箇所、 好ましくは三箇所以上に排気ポート 1 1 a が形成されている。 前記処理容器 1 1は、 力かる排気ポート 1 1 aを介して真空 ポンプにより、 排気 ·減圧される。
前記処理容器 1 1は好ましくは A 1を含有するオーステナイトステンレス鋼よ · りなり、 内壁面には酸化処理により酸ィ匕アルミニウムよりなる保護膜が形成され ている。
また前記処理容器 1 1の舰のうち前記被処理基板 1 2に対応する部分には、 多孔質媒体たとえば多孔質セラミック材料である常温で焼結された A 1 2O3で形 成されたディスク状のシャワープレート 1 4力 前記^の一部として形成され る。
前記シャワープレート 1 4は前記処理容器 1 1上にシールリング 1 1 sを介し て装着され、 さらに ttif己シャワープレート 1 4上には H I P処理により形成され た緻密な A 1 2〇3よりなるカバープレート 1 5が設けられている。 かかる H I P 法により形成された A 1 2O3カバープレート 1 5は Y203を焼結助剤として使つ て形成され、 気孔率が 0 . 0 3 %以下で実質的に気孔やピンホールを含んでおら ず、 3 OW/m · Kに達する、 セラミックとしては非常に大きな熱伝導率を有す る。 また、 Iff!己したように、 処理容器 1 1と外部との気密は前記シールリング 1 1 s力 前記カバープレート 1 5に押し付けられることによってなされるため、 多孔質媒体で機械的強度の低い前記シャワープレート 1 4に加重がかからなレ、構 造となっている。 前記シャワープレート 1 4の ttrf己カバープレート 1 5と接する 側にはブラズマガス流路となる凹形状のプラズマガス流路 1 4 Aが形成されてお り、前記プラズマガス流路 1 4 Aは前記シャワープレート 1 4の内部に形成され、 前記シャワープレート上部に形成された、 後述するプラズマガス導入路 2 1 Aに 接続している。
前記シャワープレート 1 4は前記処理容器 1 1の内壁に形成された張り出し部 1 1 bにより保持されており、 前記張り出し部 1 1 bのうち、 前記シャワープレ ート 1 4を保持する部分には異常放電を抑制するために丸みが形成されている。 そこで、 前記プラズマガス導入路 2 1 Aに供給された A rや r等のプラズマ ガスは前記シャワープレート 1 4内部の前記プラズマガス流路 1 4 Aを通過した 後、 前記シャワープレート 14の多孔質媒体の気孔を通って前記シャワープレー ト直下の空間 11B中に一様に供給される。 また、 前記プラズマガス導入路 21 Aと前記カバープレート 15の係合部分にはシールリング 15 sが揷入されてお り、 前記プラズマガスが封入される。
前記力パープレート 15上には、 ラジアルラインスロットアンテナ 20が設け られている。 ラジアノレラインスロットアンテナ 20は、 前記前記カバープレート 15に密接し図 5 Bに示す多数のスロット 16 a， 16 を形成されたディスク 状のスロット板 16と、 前記スロット板 16を保持するディスク状のアンテナ本 体 17と、前記スロット板 16と前記アンテナ本体 17との間に挟持された A 12 03， S i 3N4, S i ONあるいは S i O2等の低損失誘電体材料よりなる遅相板 18を有する。 さらに前記ラジアルラインスロットアンテナ 20上部には、 プラ ズマガス ·マイク口波導入部 21が設置されている。 前記プラズマガス ·マイク 口波導入部 21は、 前記アンテナ本体 17に接続される円形もしくは矩形断面で 内部がマイクロ波導入経路である 21 Cと、 矩形もしくは円形断面のマイクロ波 導入部 21B、 そして略円筒形状で A rや Kr等のプラズマガスが導入されるプ ラズマガス導入路 21 Aからなる。 前記ラジアルスロットラインアンテナ 20は 前記処理容器 11上にシールリング 11 uを介して装着されており、 前記ラジア ルラインス口ットアンテナ 20には前記プラズマガス ·マイク口波導入部 21の マイク口波導入部 21 Bに接続された外部のマイク口波源 （図示せず） より周波 数が 2· 45GHzあるいは 8. 3 GH zのマイクロ波が供給される。 供給され たマイク口波は前記スロット板 16上のスロット 16 a， 16bから前記カバー プレート 15およびシャワープレート 14を介して前記処理容器 11中に さ れ、 前記シャワープレート 14直下の空間 11Bにおいて、 前記シャワープレー ト 14から供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。 その際、 前記カバ 一プレート 15およびシャワープレート 14は A l 2〇3により形成されており、 効率的なマイク口波透過窓として作用する。 その際、 前記したように tiff己プラズ マガス流路 14 Aにおいてプラズマが励起されるのを回避するため、 前記プラズ マガス流路 14 Aの前記プラズマガスの圧力は約 6. 67KPa〜13. 3KP a (約 50〜； L OOTo r r) に保持される。 この場合、 実施例 1の説明におレヽて前記したように、 ブラズマ励起空間である 前記空間 1 1 Bとブラズマガス供給経路である前記ブラズマガス流路 1 4 Aは、 多孔質媒体である前記シャワープレート 1 4によって隔絶される構成とされてい る。 前記したように、 前記プラズマガスは前記プラズマガス流路から前記シャヮ 一プレート 1 4の気孔内部を通って前記空間 1 1 Bに供給されるが、 前記気孔中 ではプラズマを励起するために十分な広さの空間が存在しないため、 プラズマが 励起されることはない。
そのために、 本装置 1 0においても前記空間 1 1 Bにつながるプラズマガス導 入経路である前記シャワープレート 1 4内においてプラズマが励起されることが ないため、 前記空間 1 1 Bにおいては高密度カゝっ均一なプラズマを励起すること が可能となる。
前記ラジアルラインスロットアンテナ 2 0と前記カバープレート 1 5との密着 性を向上させるため、 本実施例のマイクロ波プラズマ処理装置 1 0では前記スロ ット板 1 6に係合する前記処理容器 1 1の上面の一部にリング状の溝 1 1 gが形 成されており、 かかる溝 1 1 gを、 これに連通した排気ポート 1 1 Gを介して排 気することにより、 前記スロット板 1 6とカバープレート 1 5との間に形成され た隙間を減圧し、 大気圧により、 前記ラジアルラインスロットアンテナ 2 0を前 記力パープレート 1 5にしつかりと押し付けることが可能になる。 かかる隙間に は、 前記ス口ット板 1 6に形成されたスロット 1 6 a， 1 6 bが含まれる力 そ れ以外にも様々な理由により隙間が形成されることがある。 かかる隙間は、 前記 ラジアルラインスロットアンテナ 2 0と処理容器 1 1との間のシールリング 1 1 uにより封止されている。
さらに前記排気ポート 1 1 Gおよび溝 1 1 gを介して前記スロット板 1 6と前 記カバープレート 1 5との間の隙間に分子量の小さい不活性気体を充填すること により、 前記カバープレート 1 5から前記ス口ット板 1 6への熱の輸送を促進す ることができる。 かかる不活性気体としては、 熱伝導率が大きくしかもィオンィ匕 エネノレギの高い H eを使うのが好ましレ、。 前記隙間に H eを充填する^ こは、 0. 8気圧程度の圧力に設定するのが好ましい。 図 3の構成では、 前記溝 1 1 g の排気および溝 1 1 gへの不活性気体の充填のため、 前記排気ポート 1. 1 Gにバ ルプ 1 I Vが接続されている。
前記ガス ·プラズマ導入部 2 1の前記導波管 2 1 Cは前記ディスク状のアンテ ナ本体 1 7に接続され、 プラズマガス導入部 2 1 Aは、 前記遅波板 1 8に形成さ れた開口部 1 8 Aと前記スロット板 1 6に形成された開口部 1 6 cを揷通して前 記力パープレート開口部 1 5 Aに接続されている。 そこで前記マイクロ波導入部 2 1 Bに供給されたマイクロ波は、 前記導波管 2 1 Cを介して前記アンテナ本体 1 7とスロット板 1 6との間を径方向に進行しながら、 ItrlBスロット 1 6 a， 1 6 bより放射される。
図 5 Bは前記ス口ット板 1 6上に形成されたスロット 1 6 a， 1 6 を示す。 図 5 Bを参照するに、 前記スロット 1 6 aは同心円状に配列されており、 各々 のスロット 1 6 aに対応して、 これに直行するスロット 1 6 bが同じく同心円状 に形成されている。 前記スロット 1 6 a， 1 6 bは、 前記ス口ット板 1 6の半径 方向に、 前記遅相板 1 8により圧縮されたマイク口波の波長に対応した間隔で形 成されており、 その結果マイクロ波は前記スロット板 1 6から略平面波となって 腿される。 その際、 前記スロット 1 6 aおよび 1 6 bを相互の直交する関係で 形成しているため、 このようにして放射されたマイクロ波は、 二つの直交する偏 波成分を含む円偏波を形成する。
tiflBスロット板 1 6の中心には、 前記プラズマガス導入路 2 1 Aを相通するた めの開口部 1 6 cが設けられている。
さらに図 5 Aのプラズマ処¾置 1 0では、 f!ilBアンテナ本体 1 7上に、 冷却 水通路 1 9 Aを形成された冷却ブロック 1 9が形成されており、 前記冷却プロッ ク 1 9を前記冷却水通路 1 9 A中の冷却水により冷却することにより、 前記シャ ワープレート 1 4に蓄積された熱を、 前記ラジアルラインスロットアンテナ 2 0 を介して吸収する。 ΙίίΐΞ冷却水通路 1 9 Αは前記冷却ブロック 1 9上においてス パイラル状に形成されており、 好ましくは H2ガスをパブリングすることで溶存 酸素を排除して且つ酸化還元電位を制御した冷却水が通される。
また、 図 5 Aのマイクロ波プラズマ処理装置 1 0では、 前記処理容器 1 1中、 前記シャワープレート 1 4と前記保持台 1 3上の被処理基板 1 2との間に、 l己 処理容器 1 1の に設けられた処理ガス注入口 1 1 rから処理ガスを供給され これを多数の処理ガスノズル開口部 3 1 Aから放出する格子状の処理ガス通路を 有する処理ガス供給構造 3 1が設けられ、 前記処理ガス供給構造 3 1と前記被処 理基板 1 2との間の空間 1 1 Cにおいて、 所望の均一な基板処理がなされる。 か 力る基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、 プラズマ C VD処理等が含まれる。 また、 前記処理ガス供給構造 3 1から前記空 間 1 1 Cに C 4 F 8、 C 5 F 8または C 4 F 6などのフルォロカーボンガスや、 F系あ るいは C 1系等のエッチングガスを供給し、 前記保持台 1 3に高周波電源 1 3 A 力 ら高周波 «i£を印加することにより、 前記被処理基板 1 2に対して反応性ィ才 ンエッチングを行うことが可能である。
本実施例によるマイクロ波プラズマ処理装置 1 0では、 前記処理容器 1 1の外 壁は 1 5 0° C程度の温度に加熱しておくことにより、 処理容器内壁への反応副 生成物等の付着が回避され、 一日に一回程度のドライクリ一二ング行うことで、 定常的に、 安定して することが可能である。 [第 4実施例]
次に、 図 6 A， 6 Bに本発明の第 4実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置 1 0 Aの例を示す。 ただし図中、 先に説明した部分には同一の参照符号を付し、 説明を省略する。
図 6 Aを参照するに、 実施例 3の前記マイク口波ブラズマ処理装置 1 0に用い られていた多孔質媒体の前記シャワープレート 1 4の換わりに、 前記 H I P法に より形成された緻密な A 1 203よりなり、 少なくとも一つ以上の開口部 4 0 Βが 形成されたシャワープレート 4 0が設置される。 前記シャワープレート 4 0の前 記カバープレート 1 5に接する側には前記開口部 4 0 Βの各々に連通しプラズマ ガス流路となる凹部であるプラズマガス流路 4 O Aが形成されている。 前記開口 部 4 0 Bの各々には、 多孔質媒体たとえば多孔質セラミックである常圧で焼結さ れた A 1 203よりなるプラズマガス導入部品 4 1が揷入される。 A r， K rなど のプラズマガスは前記プラズマガス流路 4 O Aを通った後、 前記プラズマガス導 入部品 4 1の多孔質媒体の気孔を通過して IfrlB空間 1 1 Bに略一様に供給される。 この場合も前記マイク口波ブラズマ処理装置 1 0の場合と同様に、 プラズマガ ス通路 4 O Aおよび前記プラズマガス導入部品 4 1内においてプラズマが励起さ れることがないため、 前記空間 1 1 Bにおいては高密度力つ均一なプラズマを励 起することが可能となる。 [第 5実施例]
次に、 図 7 A, 7 Bに本発明の第 5実施例であるマイク口波プラズマ処理装置 1 0 Bの例を示す。 ただし図中、 先に説明した部分には同一の参照符号を付し、 説明を省略する。
図 7 Aを参照するに、 本実施例のマイク口波プラズマ処理装置 1 0 Bでは、 前 記下段シャワープレート 3 1が撤去されている。 また、 前記シャワープレート 1 4を保持する前記張り出し部 1 1 bの全面に丸みが形成されている。
力、かる構成のプラズマ処理装置 1 0 Bでは、 前記下段シャワープレート 3 1が 省略されているためプラズマガスとは別に処理ガスを供給して成膜やエッチング を行うことはできないが、 前記シャワープレート 1 4からプラズマガスとともに 酸化ガスあるいは窒化ガスを供給することにより、 被処理基板表面に酸化膜ゃ窒 化膜、 あるレヽは酸窒化膜を形成することが可能である。
本実施例においても、 前記プラズマガス通路 1 4 Aおよび前記シャワープレー ト 1 4内においてプラズマが励起されることがないため、 前記シャワープレート 直下の空間において高密度かつ均一なプラズマを励起することが可能となる。
[第 6実施例]
図 8 A， 8 Bは本発明の第 6実施例であるマイクロ波プラズマ処理装置 1 0 Cの 例を示す。 ただし図中、 先に説明した部分には同一の参照符号を付し、 説明を省 略する。
図 8 Aを参照するに、 本実施例のマイク口波プラズマ処理装置 1 0 Cでは、 前 記マイクロ波プラズマ処3¾置 1 O Aの場合と同様に、 前記 H I P法により形成 された緻密な A 1 2θ3よりなり、 少なくとも一つ以上の開口部 4 0 Βが形成され たシャワープレート 4 0と、 前記 4 0 Βに挿入される多孔質媒体たとえば多孔質 セラミック材料である焼結 A 1 2θ3よりなるプラズマガス導入部品 4 1により、 A r， rなどのプラズマガスが前記処理容器 1 1に供給される。
また、 前記 1 0 Bの場合と同様に前記下段シャワープレート 3 1が撤去されて いる。 また、 前記シャワープレート 1 4を保持する前記張り出し部 1 1 bの全面 に丸みが形成されている。
力かる構成のプラズマ処理装置 1 0 Bでは、 前記下段シャワープレート 3 1が 省略されているためプラズマガスとは別に処理ガスを供給して成膜やエッチング を行うことはできないが、 前記シャワープレート 1 4からプラズマガスとともに 酸化ガスあるいは窒ィ匕ガスを供給することにより、 被処理基板表面に酸化膜ゃ窒 ィ匕膜、 あるいは酸窒化膜を形成することが可能である。
本実施例にぉレ、ても、 前記プラズマガス通路 4 0 Aおよび前記ブラズマガス導 入部品 4 1内においてプラズマが励起されることがないため、 前記空間 1 1 Bに おいては高密度カゝっ均一なプラズマを励起することが可能となった。
なお、 実施例における多孔質媒体は多孔質セラミック材料である常圧にて焼結 された A I 2O3を例にとったが、 この材料に限定されるものではない。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 被処理基板を処理するプラズマ処理装置において、 プラズマ を励起するための空間と、 プラズマを励起するためのプラズマガス導入経路を多 孔質媒体、 たとえば多孔質セラミック材料で分離することにより、 前記プラズマ ガス導入経路でのプラズマの励起を防止して、 所望のプラズマ励起空間において 高密度かつ均一なプラズマを励起させることが可能となる。

Claims

請求の範囲
1 . 外壁により画成され、被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、 前記処理容器に結合された排気系と、
前記処理容器上に、 前記保持台上の被処理基板に対面するように、 前記聽の 一部として設けられたマイク口波透過窓と、
前記処理容器中にブラズマガスを供給するブラズマガス供給部と、
前記処理容器上に、 前記マイク口波に対応して設けられたマイクロ波アンテナ よりなり、
前記プラズマガス供給部は多孔質媒体を含み、 前記多孔質媒体を介して前記プ ラズマガスを前記処理容器に供給することを特徴とするブラズマ処理装置。
2. 前記マイクロ波翻窓は、 前記処理容器の一部を構成する力パープレー トと、 前記カバープレートに密接して設けられたシャワープレートとよりなり、 前記シャワープレートは前記プラズマガス供給部を構成することを特徴とする請 求項 1記載のプラズマ処理装置。
3. 前記シャワープレートは多孔質媒体よりなることを特徴とする請求項 2 記載のプラズマ処理装置。
4. 前記シャワープレートはプラズマガス供給通路と、 前記プラズマガス供 給通路に連通する少なくとも一つ以上の、 プラズマガス導入部とを有し、 前記プ ラズマガス導入部は多孔質媒体よりなることを特徴とする請求項 2記載のブラズ マ処理装置。
5. 前記多孔質媒体は焼結セラミックよりなることを特徴とする請求項 1記 載のプラズマ処理装置。
6 . 前記カバープレートは、 緻密なセラミックよりなることを特徴とする請 求項 2記載のプラズマ処理装置。
7. さらに、 前記被処理基板と前記ブラズマガス供給部との間に、 処理ガス 供給部を設けたことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処 a¾置。
8 . 前記処理ガス供給部は、 プラズマを通過させるプラズマ通路と、 処理ガ ス源に接続可能な処理ガス通路と、 前記処理ガス通路に連通した多数のノズル開 口部とを有することを特徴とする請求項 7記載のプラズマ処理装置。
9. さらに前記保持台に接続された高周波電源を含むことを特徴とする請求 項 1载のプラズマ処理装置。
1 0. 前記マイクロ波アンテナはラジアルラインスロットアンテナよりなる ことを特徴とする請求項 1記載のブラズマ処理装置。
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