JP2002033307A - プラズマ発生装置及び同装置を備えたプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被処理物の処理の面内均一性を向上させ得る
プラズマを発生させるプラズマ発生装置及び同装置を備
えたプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 プラズマ発生領域６を内側に形成する円
筒真空壁４を有する。円筒真空壁４の内周面に沿って円
筒状の誘電体２を周設する。円筒真空壁４の外周面にマ
イクロ波導波管１を接続する。マイクロ波導波管１によ
り導かれたマイクロ波を円筒状の誘電体２を介して環状
のプラズマ発生領域６に放射するためにマイクロ波導波
管１の内部空間と円筒状の誘電体２の外周面との間に開
口部３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ発生装置
及び同装置を備えたプラズマ処理装置に係わり、特に、
プロセスガスにマイクロ波を照射して生成したプラズマ
を利用して被処理物の処理を行うためのプラズマ発生装
置及び同装置を備えたプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用のシリコンウェハや液晶デ
ィスプレイ用ガラス基板といった被処理物を処理するた
めの装置として、マイクロ波プラズマを利用して被処理
物のドライエッチング処理やアッシング処理等を施すプ
ラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置を利用し
たプラズマ技術による微細加工、薄膜形成等の表面処理
は、例えば半導体の高集積化にとって必要不可欠な技術
となっている。

【０００３】プラズマ処理装置にはいくつかの種類があ
り、一例としては、高周波電力をアンテナに供給して真
空容器内のプロセスガスに印加してプラズマを生成し、
このプラズマを利用して被処理物にドライエッチング処
理等を施すものがある。より具体的には、マイクロ波導
波管により導いたマイクロ波を、マイクロ波導波管に形
成された開口部（スロットアンテナ）から放射して、マ
イクロ波透過窓部材を介して真空容器内に導入し、真空
容器内のプロセスガスにマイクロ波を照射してプラズマ
を生成し、このプラズマを利用して被処理物に微細加工
や薄膜形成等の表面処理を施すものがある。

【０００４】このタイプのプラズマ処理装置は、真空容
器の内部で生成したプラズマを被処理物の表面に接触さ
せ、プラズマ中の活性種等によりドライエッチングやア
ッシング等の表面処理を施すものと、プラズマ発生領域
と処理室とを分離してプラズマからのダウンフローを被
処理物の表面に導いてドライエッチングやアッシング等
の表面処理を施すものとがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】マイクロ波によりプラ
ズマを生成し、このプラズマを利用して被処理物を処理
する場合、被処理物の被処理面の全面にわたって処理速
度が均一であることが望まれる。ところが、真空容器内
に形成されたプラズマの密度分布が不均一であると、被
処理面における処理速度もまた不均一になってしまう。
例えば、被処理物が真空容器内の中央に配置され、プラ
ズマ生成部が被処理物の直上にあるような装置構成の場
合、真空容器の内部に形成されるプラズマの密度は、真
空容器内の中心部で高く、周辺部で低くなる傾向にあ
り、その結果、被処理物の中央部の処理速度が周辺部に
比べて速くなってしまう。

【０００６】したがって、被処理物の被処理面を全面に
わたって均一に処理するためには、プラズマ中から被処
理物の被処理面に供給される活性種やイオンといった処
理に寄与する粒子の供給量が、被処理面の全面にわたっ
て均一であることが重要である。

【０００７】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たものであって、被処理物の処理の面内均一性を向上さ
せることができるプラズマを発生させるプラズマ発生装
置及び同装置を備えたプラズマ処理装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によるプラズマ発生装置は、プラズマ発生領域
を内側に形成する円筒真空壁と、前記円筒真空壁の内周
面に沿って周設された円筒状の誘電体と、前記円筒真空
壁の外周面に接続されたマイクロ波導波管と、前記マイ
クロ波導波管により導かれたマイクロ波を前記円筒状の
誘電体を介して前記プラズマ発生領域に放射するために
前記マイクロ波導波管の内部空間と前記円筒状の誘電体
の外周面との間に形成された開口部と、を備えたことを
特徴とする。

【０００９】また、好ましくは、前記円筒真空壁よりも
小径の内側円筒壁を前記円筒真空壁と同心に配置して前
記プラズマ発生領域を環状に形成する。

【００１０】また、好ましくは、前記開口部は、前記円
筒状の誘電体の周方向に向かってマイクロ波電界が放射
されるように指向性を持たせたスロットアンテナ構造を
有する。

【００１１】また、好ましくは、前記開口部を複数備
え、前記プラズマ発生領域に対して複数の方向からマイ
クロ波が放射される。

【００１２】また、好ましくは、前記マイクロ波導波管
を複数備える。

【００１３】また、好ましくは、複数の前記マイクロ波
導波管は前記円筒真空壁の周方向に沿って等角度間隔で
配置されている。

【００１４】上記課題を解決するために、本発明は、プ
ロセスガスにマイクロ波を照射してプラズマを発生さ
せ、このプラズマを利用して被処理物を処理するように
したプラズマ処理装置において、上記いずれかのプラズ
マ発生装置と、前記プラズマ発生領域に連接する真空室
を内部に形成する真空容器と、前記真空室の内部に設け
られ、前記被処理物を保持するためのステージと、を備
えたことを特徴とする。

【００１５】また、好ましくは、前記ステージに高周波
電力を印加するための手段をさらに有する。

【００１６】

【発明の実施の形態】第１実施形態 以下、本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置に
ついて図１乃至図３を参照して説明する。

【００１７】図１に示したように本実施形態によるプラ
ズマ処理装置は、内部に真空室７を形成する真空容器１
３と、この真空容器１３の上部に形成されたプラズマ発
生装置１４とを備えている。真空室７の内部には半導体
ウェハ等の被処理物１０を保持するためのステージ１１
が設けられ、このステージ１１に接続された高周波バイ
アス電源１２によってステージ１１に高周波電力を印加
することができる。ステージ１１にバイアスを印加する
ことにより、プラズマ中のイオンが被処理物１０に入射
する際のエネルギーを制御することができる。真空容器
１３の側壁には、真空室７の内部にプロセスガスを導入
するためのガス導入口８が形成されている。また、真空
容器１３の底板には真空室７内を排気する排気口９が形
成されている。

【００１８】図１及び図２に示したようにプラズマ発生
装置１４は、プラズマ発生領域６を内側に形成する円筒
真空壁４を有し、円筒真空壁４の内周面に接して円筒状
の誘電体２が周設されている。円筒真空壁４の上面開口
は円盤状の天板１５によって封止されている。円筒真空
壁４の外周面には一本のマイクロ波導波管１が接続され
ている。

【００１９】図１乃至図３に示したようにマイクロ波導
波管１の内部空間と円筒状の誘電体２の外周面との間に
は一対の開口部３が形成されており、マイクロ波導波管
１により導かれたマイクロ波は、一対の開口部３から誘
電体２に向けて放射される。円筒状の誘電体２に沿って
環状に伝播したマイクロ波がプラズマ発生領域６に放射
され、プロセスガスがマイクロ波により励起されて環状
のプラズマが生成される。

【００２０】ここで、開口部３は、電界放射方向の指向
性を高めるためにスロットアンテナ構造を有している。
より具体的には、開口部３は、円筒状の誘電体２の周方
向（マイクロ波導波管１の管軸に直交する方向）に向か
ってマイクロ波電界が放射されるように指向性を持たせ
るべく、円筒状の誘電体２の中心軸線に平行な方向に沿
って延設されたスロットアンテナ構造を有している。マ
イクロ波電界を円筒状の誘電体２の周方向に放射するこ
とにより、プラズマ発生領域６の内部に環状のプラズマ
を効率的に生成することができる。

【００２１】開口部３により構成されるスロットアンテ
ナの長さは、マイクロ波導波管１内のマイクロ波の波長
の１／２以上であることが好ましい。例えば、マイクロ
波の周波数が２．４５ＧＨｚで、マイクロ波導波管１の
内部寸法が２７×９６ｍｍの場合、マイクロ波導波管１
の内部におけるマイクロ波の波長は約１６０ｍｍとなる
ので、スロットアンテナの長さは８０ｍｍ以上とし、こ
れにあわせて円筒状の誘電体２の高さも８０ｍｍ以上と
することが好ましい。

【００２２】以上述べたように本実施形態によれば、被
処理物１０の上方に環状のプラズマを生成することがで
きるので、プラズマから被処理物１０の被処理面に供給
される活性種やイオン等の粒子の供給量を被処理面の全
体にわたって均一にすることが可能であり、これによ
り、被処理物１０の処理の面内均一性を向上させること
ができる。

【００２３】第２実施形態 次に、本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置に
ついて図４及び図５を参照して説明する。なお、本実施
形態は上述した第１実施形態に構成を一部追加したもの
であり、以下では、第１実施形態と異なる部分について
説明する。

【００２４】図４及び図５に示したように、円筒真空壁
４の外周面には一対のマイクロ波導波管１が接続されて
おり、これらのマイクロ波導波管１は円筒真空壁４の直
径線上に対向して配置されている。一対のマイクロ波導
波管１は、１本のマイクロ波導波管（図示せず）を途中
から分岐させて構成したものであり、１台のマイクロ波
発振源（図示せず）にて生成されたマイクロ波は１本の
マイクロ波導波管を通った後に一対のマイクロ波導波管
１に分岐される。なお、変形例としては、３本以上のマ
イクロ波導波管１を円筒真空壁４の周方向に沿って等角
度間隔で配置することもできる。

【００２５】マイクロ波導波管１の内部空間と円筒状の
誘電体２の外周面との間には複数の開口部３が形成され
ており、マイクロ波導波管１により導かれたマイクロ波
（２．４５ＧＨｚ）は、複数の開口部３から誘電体２に
向けて放射され、誘電体２を介して環状のプラズマ発生
領域６に放射される。なお、開口部３の構造は上記第１
実施形態と同様である。

【００２６】以上述べたように本実施形態によれば、上
記第１実施形態と同様に被処理物１０の上方に環状のプ
ラズマを生成することができるので、プラズマから被処
理物１０の被処理面に供給される活性種やイオン等の粒
子の供給量を被処理面の全体にわたって均一にすること
が可能であり、これにより、被処理物１０の処理の面内
均一性を向上させることができる。

【００２７】また、環状のプラズマ発生領域６に対して
複数の方向からマイクロ波を導入するようにしたので、
環状に生成されたプラズマの密度の均一性を高めること
ができる。

【００２８】第３実施形態 次に、本発明の第３実施形態によるプラズマ処理装置に
ついて図６及び図７を参照して説明する。なお、本実施
形態は上述した第２実施形態に構成を一部追加したもの
であり、以下では、第２実施形態と異なる部分について
説明する。、図６及び図７に示したようにプラズマ発生
装置１４は、互いに同心に配置されて環状のプラズマ発
生領域６をそれらの間に形成する円筒真空壁４及びこの
円筒真空壁４よりも小径の内側円筒壁５を有し、円筒真
空壁４の内周面に接して円筒状の誘電体２が周設されて
いる。円筒真空壁４及び内側円筒壁５の上端同士の間は
環状の天板１５によって封止されている。そして、円筒
真空壁４及び内側円筒壁５のそれぞれの直径の値又はそ
れらの直径の比を適宜選択することにより、生成される
プラズマの密度分布を最適化することができる。

【００２９】以上述べたように本実施形態によれば、上
記第１及び第２実施形態と同様に被処理物１０の上方に
環状のプラズマを生成することができるので、プラズマ
から被処理物１０の被処理面に供給される活性種やイオ
ン等の粒子の供給量を被処理面の全体にわたって均一に
することが可能であり、これにより、被処理物１０の処
理の面内均一性を向上させることができる。

【００３０】また、上記第２実施形態と同様に環状のプ
ラズマ発生領域６に対して複数の方向からマイクロ波を
導入するようにしたので、環状に生成されたプラズマの
密度の均一性を高めることができる。

【００３１】さらに、円筒真空壁４及び内側円筒壁５の
それぞれの直径の値又はそれらの直径の比を適宜選択す
ることにより、生成されるプラズマの密度分布を最適化
することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、環状
のプラズマを生成することができるので、この環状のプ
ラズマを被処理物の上方にて生成することにより、プラ
ズマから被処理物の被処理面に供給される活性種やイオ
ン等の粒子の供給量を被処理面の全面にわたって均一に
することが可能であり、これにより、被処理物の処理の
面内均一性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるプラズマ処理装置
の概略構成を示した縦断面図。

【図２】図１のａ−ａ’線に沿った横断面図。

【図３】図１に示したプラズマ処理装置の側面図。

【図４】本発明の第２実施形態によるプラズマ処理装置
の概略構成を示した縦断面図。

【図５】図４のａ−ａ’線に沿った横断面図。

【図６】本発明の第３実施形態によるプラズマ処理装置
の概略構成を示した縦断面図。

【図７】図６のａ−ａ’線に沿った横断面図。

【符号の説明】

１ マイクロ波導波管 ２ 円筒状の誘電体 ３ 開口部 ４ 円筒真空壁 ５ 内側円筒壁 ６ プラズマ発生領域 ７ 真空室 ８ ガス導入口 ９ 排気口 １０ 被処理物 １１ ステージ １２ 高周波バイアス電源 １３ 真空容器 １４ プラズマ発生装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ発生領域を内側に形成する円筒真
   空壁と、 前記円筒真空壁の内周面に沿って周設された円筒状の誘
   電体と、 前記円筒真空壁の外周面に接続されたマイクロ波導波管
   と、 前記マイクロ波導波管により導かれたマイクロ波を前記
   円筒状の誘電体を介して前記プラズマ発生領域に放射す
   るために前記マイクロ波導波管の内部空間と前記円筒状
   の誘電体の外周面との間に形成された開口部と、を備え
   たことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 【請求項２】前記円筒真空壁よりも小径の内側円筒壁を
   前記円筒真空壁と同心に配置して前記プラズマ発生領域
   を環状に形成したことを特徴とする請求項１記載のプラ
   ズマ発生装置。
3. 【請求項３】前記開口部は、前記円筒状の誘電体の周方
   向に向かってマイクロ波電界が放射されるように指向性
   を持たせたスロットアンテナ構造を有することを特徴と
   する請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置。
4. 【請求項４】前記開口部を複数備え、前記プラズマ発生
   領域に対して複数の方向からマイクロ波が放射されるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
   プラズマ発生装置。
5. 【請求項５】前記マイクロ波導波管を複数備えたを特徴
   とする請求項４記載のプラズマ発生装置。
6. 【請求項６】複数の前記マイクロ波導波管は前記円筒真
   空壁の周方向に沿って等角度間隔で配置されていること
   を特徴とする請求項５記載のプラズマ発生装置。
7. 【請求項７】プロセスガスにマイクロ波を照射してプラ
   ズマを発生させ、このプラズマを利用して被処理物を処
   理するようにしたプラズマ処理装置において、 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ発生装
   置と、 前記プラズマ発生領域に連接する真空室を内部に形成す
   る真空容器と、 前記真空室の内部に設けられ、前記被処理物を保持する
   ためのステージと、を備えたことを特徴とするプラズマ
   処理装置。
8. 【請求項８】前記ステージに高周波電力を印加するため
   の手段をさらに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。