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発明の名称 プラズマ処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−88508(P2007−88508A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2006−338930(P2006−338930)
出願日 平成18年12月15日(2006.12.15)
代理人 【識別番号】100078868
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 登夫
発明者 本多 茂樹 / 吉田 武史
要約 課題
反応室内に発生するプラズマの密度を均一にする。

解決手段
誘電体線路5の下側に所定間隔を有してマイクロ波導入窓6が対向配置されている。誘電体線路5は、板状をなす線路本体と、この線路本体の下面中央部に設けた厚み調整部5aとを備えている。線路本体と厚み調整部5aとは、フッ素樹脂製である。厚み調整部5aは、矩形断面を有する円環であり、反応室10内部の試料台9に載置される試料Sのエッチングレートが最も高い領域に対応するように配置してある。
特許請求の範囲
【請求項1】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記反応室内でプラズマがより高密度に発生する位置に対応する中央部分を厚くすべく、その線路方向で厚みを異ならせてある厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項2】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、円環状の厚み調整部を前記反応室に臨む領域の前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記厚み調整部の断面は、矩形状としてある請求項2記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記マイクロ波の供給側が厚く他側に向けて厚みを減じる厚み調整部を、前記反応室に臨む領域の前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項5】
前記厚み調整部の厚みは、前記供給側から他側に向けてテーパ状に減じてある請求項4記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の全体を厚くした厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項7】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の中央が厚く、周辺に向けて厚みを減じる厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項8】
前記厚み調整部は、凸レンズ形をなす請求項7記載のプラズマ処理装置。
【請求項9】
導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の中央が薄く、周辺に向けて厚みを増す厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項10】
前記厚み調整部は、凹レンズ形をなす請求項9記載のプラズマ処理装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラズマを利用して、半導体素子基板,液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング,アッシング又はCVD等の処理を施す装置及び方法に関し、特にマイクロ波の導入によりプラズマを生ぜしめるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
反応ガスに外部からエネルギーを与えて生じるプラズマは、LSI,LCD等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。
【0003】
図8は、従来のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。本図に示すようにプラズマ処理装置は、直方体殻形状を有するアルミニウム又はステンレス鋼製の反応容器1、該反応容器1の上側に連結された金属製のマイクロ波導入容器2、該マイクロ波導入容器2のマイクロ波導入端に連結された導波管3、該導波管3のマイクロ波導入側に接続されたマイクロ波発振器4、マイクロ波導入容器2内に間隙を有して対向配置された誘電体線路5及びマイクロ波導入窓6、マイクロ波導入窓6の下側周縁部に配された円形開口部を有する対向電極7、マイクロ波導入窓6の上面外周部分に載置されたマイクロ波分散板8並びに反応容器1内に配設された試料台9とを備えて構成されている。マイクロ波導入窓6は、その下面を反応容器1の内側に形成される反応室10に臨ませて配しており、反応室10を封止している。対向電極7は電気的に接地されている。
【0004】
反応室10内の試料台9はマイクロ波導入窓6と対向して配設され、試料台9上に試料Sが載置される。試料台9には高周波電源11が接続されている。また、反応室9には、ガスを導入するための導入口12及び図示しない排気装置に接続される排気口13が形成されている。
【0005】
このようなプラズマ装置にあっては、誘電体線路5は、誘電損失が小さい材質、例えばテフロン(登録商標)のようなフッ素樹脂で形成され、マイクロ波導入窓6は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有し、且つ誘電損失が小さい材質、例えば石英ガラス又はアルミナ(Al2 3 )のような誘電体を用いて形成されている。また、分散板8はアルミニウムのような金属製の板の中央部に矩形状の孔を設けた形状を有しており、反応室10内に導入されるマイクロ波の電界を分散させ、反応室10内でプラズマを均一に発生させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
以上の如き構成のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波発振器4から供給されるマイクロ波が誘電体線路5の導波管3側から伝搬されるので、マイクロ波の電界は誘電体線路5の入り側の方が強くなり、反応室10内に発生するプラズマは、誘電体線路5の導波管3側に対応する側で高密度になる。これを防止するために前述したような分散板8を設けているが、分散板8はマイクロ波導入窓6の外周側、即ちマイクロ波が反応室10内に導入される開口部よりも外側に設けられている。そのためにマイクロ波の電界の分散を充分に行いにくく、反応室10内のプラズマの密度が不均一になるという問題があった。
【0007】
また、反応室10内のプラズマの密度は、一般的には導波管3に近い側が大きい傾向にあるが、プラズマ処理装置の各部寸法、プラズマ処理条件、分散板8の孔部の形状等が異なると、発生するプラズマの密度分布が異なる。プラズマが高密度に発生する領域では、反応室10内に載置された試料Sのエッチングレートが大きくなるという問題があった。
【0008】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、誘電体線路に、プラズマが高密度に発生する領域に対応する領域を厚くする厚み調整部を設けることにより、反応室内でのプラズマの発生が均一化されるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
第1発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記反応室内でプラズマがより高密度に発生する位置に対応する中央部分を厚くすべく、その線路方向で厚みを異ならせてある厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とする。
【0010】
また第2発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、円環状の厚み調整部を前記反応室に臨む領域の前記空間側に設けてあることを特徴とし、また厚み調整部の断面が、矩形状としてあることを特徴とする。
【0011】
また第3発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記マイクロ波の供給側が厚く他側に向けて厚みを減じる厚み調整部を、前記反応室に臨む領域の前記空間側に設けてあることを特徴とし、また厚み調整部の厚みが、前記供給側から他側に向けてテーパ状に減じてあることを特徴とする。
【0012】
また第4発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の全体を厚くした厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とする。
【0013】
また第5発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の中央が厚く、周辺に向けて厚みを減じる厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とし、また厚み調整部が、凸レンズ形をなすことを特徴とする。
【0014】
更に第6発明に係るプラズマ処理装置は、導波管を経て供給されたマイクロ波が誘電体線路を伝搬し、該誘電体線路と空間を隔てて対向配置されたマイクロ波導入窓を介して反応室に導入され、該反応室内にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、前記反応室に臨む領域の中央が薄く、周辺に向けて厚みを増す厚み調整部を前記空間側に設けてあることを特徴とし、また厚み調整部が、凹レンズ形をなすことを特徴とする。
【0015】
本発明にあっては、誘電体線路に厚み調整部を設けてあり、厚くした部分において誘電体線路とマイクロ波導入窓との間の空間を伝わる電界の減衰が大きくなり、電界の強度分布を調整でき、反応室内部の高密度発生領域でのプラズマの発生が抑制されてプラズマ密度が均一になる。厚み調整部は、誘電体線路として一体成形されていても良く、例えば、テフロン(登録商標)のようなフッ素樹脂で別体に成形し、誘電体線路の空間側(マイクロ波導入窓と対向する側)に取付けてあっても良い。
【発明の効果】
【0016】
本発明のプラズマ処理装置においては、誘電体線路の厚みが、マイクロ波導入窓と対向する空間側に向けて、反応室内でプラズマがより高密度に発生する位置に対応する領域を厚くしてあるので、厚い領域で電界が減衰し、反応室内でのプラズマの発生が均一になる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。図に示すように、本実施の形態のプラズマ処理装置は、直方体殻形状を有するアルミニウム製の反応容器1の上側に、蓋形状の金属製のマイクロ波導入容器2を連結している。マイクロ波導入容器2は、マイクロ波導入のための導波管3をマイクロ波の導入側である一端側に連結しており、他端側は閉塞されている。導波管3のマイクロ波の導入側にはマイクロ波発振器4が接続されている。
【0018】
マイクロ波導入容器2内には、板状の誘電体線路5がマイクロ波導入容器2及び導波管3の上壁内側に接触せしめて配されている。これにより、導波管3から導入されたマイクロ波は誘電体線路5内を長さ方向に伝搬する。誘電体線路5はテフロン(登録商標)のようなフッ素樹脂で形成されている。
【0019】
誘電体線路5と所定間隔を有してその下側に、マイクロ波導入窓6が対向配置されている。マイクロ波導入窓6により、反応容器1の内側に形成される反応室10が封止されている。マイクロ波導入窓6は、一定の厚みを有する板材であり、石英ガラスを用いて形成されている。
【0020】
図1に示すように、マイクロ波導入窓6の下面には対向電極7が接触させてある。対向電極7は、アルミニウムを用いて形成されており、略中央に円形の開口部を有している。図1中の8は、従来のプラズマ処理装置にも設けられている分散板である。また、反応室10の底部には、マイクロ波導入窓6に対面するように試料台9が配されており、この試料台9上に、例えば、半導体基板のような試料Sを載置してプラズマ処理するようになっている。反応容器1の側壁には、反応ガスを導入するための供給口12と、反応室10内を真空排気するための排気口13が形成されている。排気口13には図示しない排気装置が接続されている。
【0021】
このように構成されたプラズマ処理装置において、誘電体線路5は、板状をなす線路本体の下面に突設された厚み調整部5aを備えている。厚み調整部5aは、矩形断面を有する円環であり、誘電体線路5の線路本体と同様、テフロン(登録商標)のようなフッ素樹脂製とし、マイクロ波導入窓6を介して反応室10の内部に臨む領域に、試料台9に対面させて配してある。線路本体と厚み調整部5aとは、一体成形してあっても良いし、別工程で形成された後に着設してあっても良い。
【0022】
以上の構成を有するプラズマ処理装置において、試料Sにエッチング処理を施した場合のエッチングレートを測定した。反応室10内に20sccmでCHF3 ガスを供給し、圧力を10mTorr に保ち、マイクロ波消費電力1.3kWでプラズマを発生させて試料Sのエッチングレートを光学式膜厚計を用いて測定した。図2は、図1に示した本発明に係るプラズマ処理装置を用いた場合の試料Sのエッチングレートの分布図であり、図3は、従来のプラズマ処理装置を用いた場合の試料Sのエッチングレートの分布図である。これらの図中には、エッチングレートの同値を線で結んで示してある。
【0023】
測定の結果、図1に示すプラズマ処理装置を用いた場合のエッチングレートは、最大2724Å/min (領域A,B付近)、最小2046Å/min 、平均が2398Å/min であり、±14.1%のエッチングレートのばらつき範囲を有していた。これに対して従来の装置を用いた場合のエッチングレートは、最大2842Å/min (領域A,B付近)、最小1843Å/min 、平均が2230Å/min であり、±22.4%のエッチングレートのばらつき範囲を有していた。これらにより、本実施の形態のプラズマ処理装置を用いることによりエッチングレートのばらつきの範囲が狭くなり、試料Sに均一なエッチングを施すことができると言える。なお、図2及び図3に示す領域A,Bは、誘電体線路5の厚み調整部5aが設けられた位置に対向する領域である。
【0024】
以上の如く第1の実施の形態のプラズマ装置においては、厚み調整部5aの設置により誘電体線路5が厚くなる領域でマイクロ波の電界が減衰されるので、反応室10へ導入されるマイクロ波の電界強度を導入方向と略垂直な面内で均一化することができる。これにより、反応室10内でのプラズマの発生密度が均一化され、試料Sを均一にエッチングすることができる。
【0025】
ところで、反応室10の内部でプラズマ処理された試料Sのエッチングレート分布は、図2,図3に示すパターンには限らない。以下に、他のエッチングレートパターンに適合の形状を図と共に説明する。
【0026】
図4は、本発明の第2の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。この実施の形態において誘電体線路5は、マイクロ波の供給側(導波管3の連設側)が厚く、他側に向けて厚みを減じるテーパ形状を有する厚み調整部5bを、線路本体の下面に備えている。他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付してその説明を省略する。このような形状の誘電体線路5を備えるプラズマ処理装置は、マイクロ波の供給側、即ち、反応室10の内部において導波管3に近い側でプラズマ密度が高い場合に適用される。
【0027】
図5は、本発明の第3の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。この実施の形態において誘電体線路5は、反応室10に臨む領域の中央部分で厚みが厚い円柱形の厚み調整部5cを、線路本体の下面に備えている。他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付してその説明を省略する。このような形状の誘電体線路5を備えるプラズマ処理装置は、反応室10の中央側、即ち試料台9の中央側でプラズマ密度が高い場合に適用される。
【0028】
図6は、本発明の第4の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。この実施の形態において誘電体線路5は、反応室10に臨む領域の中央部が最も厚く周辺に向けて厚みを減じる凸レンズ形の厚み調整部5dを、線路本体の下面に備えている。他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付してその説明を省略する。このような形状の誘電体線路5を備えるプラズマ処理装置は、反応室10の中央、即ち試料台9の中央が最もプラズマ密度が高く、外周側ほど低い場合に適用される。
【0029】
図7は、本発明の第5の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。この実施の形態において誘電体線路5は、反応室10に臨む領域の中央部が最も薄く周辺に向けて厚みを減じる凹レンズ形の厚み調整部5eを、線路本体の下面に備えている。他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、対応する部分に同一の参照符号を付してその説明を省略する。このような形状の誘電体線路5を備えるプラズマ処理装置は、反応室10の中央、即ち試料台9の中央が最もプラズマ密度が低く、外周側ほど高い場合に適用される。なお、図4〜図7に示した誘電体線路5は、線路本体と厚み調整部5b〜5eとが一体成形してあっても良いし、別工程で形成された後に互いに着設してあっても良い。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の第1の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。
【図2】図1のプラズマ処理装置を用いて処理された試料のエッチングレートの分布図である。
【図3】従来のプラズマ処理装置を用いて処理された試料のエッチングレートの分布図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態のプラズマ処理装置の要部の構成を示す模式的縦断面図である。
【図8】従来のプラズマ処理装置の構成を示す模式的縦断面図である。
【符号の説明】
【0031】
1 反応容器
3 導波管
5 誘電体線路
5a〜5e 厚み調整体
6 マイクロ波導入窓
8 分散板
9 試料台
10 反応室
S 試料




 

 


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