JP3516097B2 - マイクロ波プラズマ装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ装置

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JP3516097B2 JP32703194A JP32703194A JP3516097B2 JP 3516097 B2 JP3516097 B2 JP 3516097B2 JP 32703194 A JP32703194 A JP 32703194A JP 32703194 A JP32703194 A JP 32703194A JP 3516097 B2 JP3516097 B2 JP 3516097B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子基板のエッ
チング、薄膜形成等に使用するマイクロ波プラズマ装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の製造において、減圧下にあ
る真空容器内にマイクロ波を導入することによりプラズ
マを生成させ、このプラズマを試料の表面に照射してエ
ッチング、薄膜形成等の処理を行うマイクロ波プラズマ
装置が用いられている。
【0003】図9は、マイクロ波プラズマ装置の1種で
ある電子サイクロトロン共鳴励起を利用するマイクロ波
プラズマ装置を示す模式的縦断面図である。図中3はプ
ラズマ生成室であり、このプラズマ生成室3の上部中央
にはマイクロ波導入口5が開口され、石英等のマイクロ
波導入窓2にて真空封止されている。このマイクロ波導
入口5には、図示しないマイクロ波発振器にその他端側
が接続された導波管1が取り付けられている。プラズマ
生成室壁4は2重構造であり、冷却水を通流させるため
の通流室6を備えている。
【0004】プラズマ生成室3の下側には試料室10が
連設されており、この試料室10内には、試料台14が
配設されており、この試料台14上にはウエハ等の試料
Sが、静電吸着等の手段にて着脱可能に載置されてい
る。また、試料室壁11にはガス導入管12が連結さ
れ、また排気装置(図示せず)に連結される排気口13
が設けられている。
【0005】プラズマ生成室3の外側には、励磁コイル
9が周設されている。そして、プラズマ生成室3の内部
には、プラズマ生成室3の各壁が、生成されたプラズマ
の直接照射を受けないように、上部壁、側壁を覆う防着
筒7がプラズマ生成室の下部壁に防着筒保持手段8で取
り付けられている。この点について後述する。
【0006】図10はプラズマ生成室3部分の拡大図で
ある。防着筒7はマイクロ波導入窓2と対向しプラズマ
生成室3の上部壁を覆う上面部7aとプラズマ生成室3
の側壁部を覆う筒部7bとからなっており、上面部7a
はマイクロ波の透過材料である石英、アルミナ等によ
り、筒部7bは、石英、アルミナ、アルミニウム等によ
って通常形成されている。上面部7aと筒部7bは一体
的に形成される場合もある。防着筒7は、防着筒保持リ
ング8a上に載置された状態で、防着筒保持リング8a
に開けられた孔8bを介してボルト8cによってプラズ
マ生成室壁4に固定保持されている。
【0007】以上のような構成のマイクロ波プラズマ装
置を使用してエッチングを行う方法について説明する
(図9参照)。
【0008】先ずプラズマ生成室3内を所定の圧力まで
排気した後、ガス導入管12よりエッチング用のガスを
導入し所定の圧力とする。そして励磁コイル9にて磁界
を形成しつつマイクロ波導入窓2を介してプラズマ生成
室3内へマイクロ波を導入する。すると、プラズマ生成
室内で電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマが生
成する。生成したプラズマは、励磁コイル9にて形成さ
れ、試料室10へ向かうに従い磁界が低下する発散磁界
によって、試料室10内の試料Sに投射され、試料Sが
エッチングされる。
【0009】しかしながら、上記構成のマイクロ波プラ
ズマ装置においては、マイクロ波を導入しプラズマを長
時間生成すると、防着筒7がプラズマによって加熱され
熱膨張により寸法変化が起こり、防着筒の上面部7aと
マイクロ波導入窓2との間隙が変化し、これによりプラ
ズマの生成状態が変化し、プラズマ処理の再現性を悪化
させるという問題があった。
【0010】これに対し、本出願人は図11に示すよう
に防着筒の上面部7aとプラズマ生成室3の上部壁との
間に間隙保持部材21を設けることにより、防着筒の上
面部7aとマイクロ波導入窓2との間隙を所定の値に保
持する装置を提案している(特開平6−252100号
公報参照)。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
防着筒の上面部7aとプラズマ生成室3の上部壁との間
隙に間隙保持部材21を備える特開平6−252100
号公報記載の装置においては、防着筒7の保持を防着筒
の筒部7bの下端を防着筒保持リング8a上に載置し、
防着筒保持リング8aをボルト8cによってプラズマ生
成室壁4の下部壁に固定することにより行っていたた
め、プラズマの生成を長時間行うと、プラズマ加熱によ
り防着筒7が熱膨張して変形し甚だしい場合には割れた
り、また、防着筒7の熱膨張に伴い、防着筒保持リング
8aが変形し、防着筒7の交換の際、取り外しが困難に
なるという問題があった。
【0012】本発明は、プラズマ処理の再現性を良好と
するとともに防着筒の熱膨張による変形や割れ破損ある
いは防着筒の取り外しに困難のないマイクロ波プラズマ
装置を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ生成
室と、前記プラズマ生成室の上部壁に形成された開口に
取り付けてあるマイクロ波導入窓と、前記プラズマ生成
室の内部にプラズマ生成室の内壁を覆う防着筒とを備え
るマイクロ波プラズマ装置であって、前記防着筒は、筒
部の上端が前記プラズマ生成室の上部壁に接しており、
筒部の下端が下方向へ弾性変形することが可能な防着筒
保持手段により保持してあることを特徴とする。また、
本発明は、前記防着筒保持手段は、板バネ又はコイル状
のバネを備えることを特徴とする。さらに、本発明は、
プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室の上部壁に形成
された開口に取り付けてあるマイクロ波導入窓と、前記
プラズマ生成室の内部にプラズマ生成室の内壁を覆う防
着筒とを備えるマイクロ波プラズマ装置であって、前記
内壁の前記上壁部から下方へ間隙を隔てた箇所より前記
プラズマ生成室の内側へ突設してある第1張り出し部分
と、前記防着筒の筒部の上端部分から外側へ突設してあ
る第2張り出し部分とを備え、前記第2張り出し部分を
前記第1張り出し部分に載置する構成にしてあることを
特徴とする。
【0014】
【作用】本発明装置は、防着筒がその下端で弾性のある
防着筒保持手段により保持されるので、防着筒の上端を
固定したまま、プラズマ生成時の防着筒の熱膨張を弾性
部分の伸縮により吸収することができる。これにより、
防着筒とマイクロ波導入窓との間隙を一定の値に保持す
ることができ、プラズマ生成の再現性を良好とするとと
もに、防着筒の変形や割れ破損あるいは防着筒保持リン
グの変形に起因して防着筒の取り外しが困難になること
を防止することができる。
【0015】また、防着筒がその上端近傍でプラズマ生
成室に第2張り出し部分を第1張り出し部分に載置する
ことにより保持されているので、防着筒の熱膨張による
伸びは防着筒の下端に現れ、防着筒とマイクロ波導入窓
との間隙に対する伸びの影響はほとんどない。また、防
着筒の下端は固定されておらず防着筒保持リングを使
用していないので、これの変形に起因して防着筒の取り
外しが困難になることもない。
【0016】
【実施例】以下、本発明のマイクロ波プラズマ装置の実
施例を図面に基づいて説明する。
【0017】図1は第1の実施例のマイクロ波プラズマ
装置のプラズマ生成室3部分の模式的断面図である。防
着筒7は、アルミニウム製の筒部7bとアルミナ製の上
面部7aとから構成され、筒部7bの上端部は外周が突
出する段差を有するように形成され、上面部7aをこの
段差上に保持する構成になっている。防着筒7は、筒部
7bの上端がプラズマ生成室3の上部壁に接するよう
に、筒部7bの下端を防着筒保持手段8によって、プラ
ズマ生成室壁4の下部壁に固定されている。
【0018】防着筒保持手段8及び防着筒の保持の方法
について詳述する。図2は図1の中の防着筒保持部分A
の拡大図であり、図4はB−B’断面を矢印の方向から
見た模式的断面図であり、図3はボルト8cによりプラ
ズマ生成室壁4の下部壁に取り付けられる前の防着筒保
持手段8の模式図である。
【0019】図3に示すように、ボルト孔8eを有する
板バネ8dが4ケ所配置されたアルミニウム製の防着筒
保持リング8aで、防着筒保持手段8は主に構成されて
いる。この板バネ8dはそれぞれボルト8fにより両端
を防着筒保持リング8aに固定されている。孔8bは、
ボルト8cにより防着筒保持リング8aをプラズマ生成
室壁4の下部壁に取り付ける際、防着筒保持リング8a
の下側からボルト8cを取り付けるためのものである。
【0020】図2に示すように、防着筒の筒部7bが防
着筒保持リング8aの内周部に載置されており、また、
防着筒保持リング8aは、ボルト8cによって板バネ8
dに開けられたボルト孔8eを介してプラズマ生成室壁
4の下部壁に固定されている。この固定は、防着筒の筒
部7bの上端がプラズマ生成室3の上部壁に接するよう
に行われる。
【0021】図4に示すように、防着筒が載置されてい
る防着筒保持リング8aは、プラズマ生成室壁4の下部
壁に固定されたボルト8cによって、板バネ8dを介し
て吊り上げるように保持された状態となっている。した
がって、防着筒の筒部7bが膨張し伸長した場合、防着
筒保持リング8aに下方向に力が加わるが、板バネ8d
のたわみにより吸収することができる。
【0022】すなわち、以上の構成により、プラズマを
長時間生成した場合でも、防着筒7は筒部7bの上端が
プラズマ生成室3の上部壁に接するように防着筒保持手
段8によって保持されているので、防着筒の上面部7a
とマイクロ波導入窓2との間隙は、この筒部7bの突出
長さによって規定された長さで一定に保持され、変化し
ない。また、防着筒の筒部7bのプラズマ加熱による膨
張により筒部7bの下端が下方向に伸びた場合、板バネ
8dのたわみによって防着筒保持リング8aが下方向に
移動するので、防着筒及び防着筒保持リングには大きな
力は加わらず、この結果防着筒の変形及び防着筒保持リ
ングの変形が防止されることになる。
【0023】本実施例の装置により、プラズマ処理の再
現性及び防着筒の変形及び防着筒保持リングの変形がな
いことが、Arガスプラズマによる長時間のプラズマ生
成によって確認できた。
【0024】また、弾性的に押し上げる力を供給するも
のとして、板バネの代わりに、コイル状のバネを用いて
も良い。図5はこの一例であり、防着筒保持リング8a
と支持板8hとの間にはコイル状のバネ8gがそのバネ
の両端部が固定されて設けられており、支持板8hに開
けられたボルト孔8iを介してボルト8cによって、プ
ラズマ生成室壁4の下部壁に固定される。この場合、防
着筒保持リング8aは、支持板8h、コイル状のバネ8
gを介して、吊り上げるように保持された状態となる。
先の実施例と同様、防着筒の筒部が膨張し伸長した場
合、防着筒保持リング8aに下方向に力が加わるが、コ
イル状のバネ8gの伸長により吸収することができる。
【0025】図6は第2の実施例のマイクロ波プラズマ
装置のプラズマ生成室3部分の模式的断面図である。防
着筒7は、石英製の筒部7bと石英製の上面部7aとか
ら構成され、筒部7bの上端部は外周が突出する段差を
有するように形成され、上面部7aをこの段差上に保持
する構成になっている。本実施例では、防着筒の筒部7
bの下端で保持する代わりに、上端の近傍でプラズマ生
成室壁4に固定し防着筒7を吊り下げて保持する構成と
した。吊り下げるために、プラズマ生成室壁4に内側に
向かって保持用の張り出し部分4cを4ケ所設けるとと
もに、それに対応して図7にも示すように防着筒の筒部
7bの上端部分にも外側に向かって保持用の張り出し部
分7cを4ケ所設けた。取り付け方としては、図8に示
すように、防着筒7を下側から押し上げて、プラズマ生
成室3内に挿入し、これを回転させて、防着筒の張り出
し部分7cがプラズマ生成室壁4の張り出し部分4cに
載せて取り付ける。本実施例では、防着筒7の下端から
試料台14までは防着筒7の筒部7bの熱膨張を妨げる
ものは何もない。
【0026】以上の構成により、プラズマを長時間生成
した場合でも、防着筒7のプラズマ生成室との固定点が
筒部7bの上端近傍にあるので、プラズマ加熱による防
着筒の筒部7bの伸びは、主に防着筒の筒部7bの下端
の伸びとして現れるので、防着筒の上面部7aとマイク
ロ波導入窓2との間隙に対する防着筒の筒部7bの伸び
の影響はほとんどない。また、防着筒7が吊り下げられ
た構造であり、防着筒7の下端から試料台14までは何
もないので、防着筒の筒部7bの下端が熱膨張によって
伸長したとしても、防着筒7の変形や割れ破損のおそれ
がない。
【0027】本実施例の装置においても、プラズマ処理
の再現性及び防着筒の変形や割れ破損がないことが、A
rガスプラズマによる長時間のプラズマ生成によって確
認できた。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のマイクロ波
プラズマ装置においては、プラズマ処理の再現性を良好
とするとともに防着筒の熱膨張による変形や割れ破損あ
るいは防着筒の取り外しが困難になることをなくすこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例のマイクロ波プラズマ装置のプラ
ズマ生成室部分を示した模式的断面図である。
【図2】第1の実施例の図1の中の防着筒保持部分Aの
拡大図である。
【図3】第1の実施例の防着筒保持手段8を示した模式
図である。
【図4】第1の実施例の図2におけるB−B’断面を矢
印方向から見た防着筒保持部分の模式的断面図である。
【図5】第1の実施例のコイル状のバネを用いた場合の
防着筒保持部分の模式的断面図である。
【図6】第2の実施例のマイクロ波プラズマ装置のプラ
ズマ生成室部分を示した模式的断面図である。
【図7】第2の実施例の防着筒の模式図である。
【図8】第2の実施例の防着筒の取り付け方を説明する
模式図である。
【図9】従来のマイクロ波プラズマ装置の模式的断面図
である。
【図10】従来のマイクロ波プラズマ装置のプラズマ生
成室部分を示した模式的断面図である。
【図11】別の従来のマイクロ波プラズマ装置のプラズ
マ生成室部分を示した模式的断面図である。
【符号の説明】
2 マイクロ波導入窓 7 防着筒 7a 防着筒の上面部 7b 防着筒の筒部 8 防着筒保持手段 8a 防着筒保持リング 8b 孔 8c ボルト 8d 板バネ 8e ボルト孔 8f ボルト 8g コイル状のバネ 8h 支持板 8i ボルト孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−252100(JP,A) 特開 平6−128750(JP,A) 特開 平7−29890(JP,A) 実開 平6−86334(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/00 C23F 4/00 H01L 21/205 H01L 21/3065

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室
    の上部壁に形成された開口に取り付けてあるマイクロ波
    導入窓と、前記プラズマ生成室の内部にプラズマ生成室
    の内壁を覆う防着筒とを備えるマイクロ波プラズマ装置
    であって、前記防着筒は、筒部の上端が前記プラズマ生成室の上部
    壁に接しており、筒部の下端が下方向へ弾性変形するこ
    とが可能な 防着筒保持手段により保持してあることを特
    徴とするマイクロ波プラズマ装置。
  2. 【請求項2】 前記防着筒保持手段は、板バネ又はコイ
    ル状のバネを備える請求項1に記載のマイクロ波プラズ
    マ装置。
  3. 【請求項3】 プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室
    の上部壁に形成された開口に取り付けてあるマイクロ波
    導入窓と、前記プラズマ生成室の内部にプラズマ生成室
    の内壁を覆う防着筒とを備えるマイクロ波プラズマ装置
    であって、 前記内壁の前記上壁部から下方へ間隙を隔てた箇所より
    前記プラズマ生成室の内側へ突設してある第1張り出し
    部分と、 前記防着筒の筒部の上端部分から外側へ突設してある第
    2張り出し部分とを備え、 前記第2張り出し部分を前記第1張り出し部分に載置す
    る構成にしてあることを特徴とするマイクロ波プラズマ
    装置。
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