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JPS62213126A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理装置

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Publication number
JPS62213126A
JPS62213126A JP61055447A JP5544786A JPS62213126A JP S62213126 A JPS62213126 A JP S62213126A JP 61055447 A JP61055447 A JP 61055447A JP 5544786 A JP5544786 A JP 5544786A JP S62213126 A JPS62213126 A JP S62213126A
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JP
Japan
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microwave
plasma
transmission window
processed
microwave transmission
Prior art date
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Application number
JP61055447A
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English (en)
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JPH0521335B2 (ja
Inventor
Shuzo Fujimura
藤村　修三
Satoshi Mihara
智 三原
Toshimasa Kisa
木佐　俊正
Yasunari Motoki
本木　保成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to DE8787103642T priority patent/DE3783249T2/de
Priority to EP87103642A priority patent/EP0237078B1/en
Publication of JPS62213126A publication Critical patent/JPS62213126A/ja
Priority to US07/462,954 priority patent/US4987284A/en
Publication of JPH0521335B2 publication Critical patent/JPH0521335B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 マイクロ波導波管にマイクロ波の電場に対して垂直方向
にマイクロ波透過窓を設け、該マイクロ波透過窓に処理
室を外接せしめてマイクロ波透過窓全面を介して処理室
内に入射するマイクロ波強度を均一化し、これによって
処理室のマイクロ波透過窓全面に接する領域に発生する
反応ガス・プラズマの強度を均一化させ、更に該プラズ
マ発生領域と被処理体との間に金属メツシュを配設し、
ここでマイクロ波を遮断してマイクロ波透過窓と金属メ
ツシュの間にプラズマを閉じ込め、ここに反応ガスを導
入して活性種を生成し、これを金属メツシュを透過して
ダウンフロラさせて被処理体上に導き処理を行う。
このような装置によると、短寿命活性種を用いダメージ
を与えずに被処理体のプラズマ処理を行うことが可能に
なる。
〔産業上の利用分野〕
本発明はマイクロ波透過窓をマイクロ波の電場に対して
垂直方向に設けたタイプのマイクロ波プラズマ処理装置
に関する。
半導体装置の製造において、素子の微細化に伴い、これ
に有利な処理のドライプロセス化が急速に進められて来
ている。
その１つにマイクロ波プラズマ処理があり、エツチング
やレジストのアッシング（灰化して剥離すること）に多
用されている。
マイクロ波プラズマ処理装置は後述する従来例のように
、マイクロ波の進行方向に垂直にマイクロ波透過窓を設
ける垂直入射方式が一般的であるが、この方式において
は、系の整合をとるのが困難で一定したプラズマが形成
し難く、且つマイクロ波の入射する窓側から奥に向かっ
てプラズマが段々に減衰して行くので、特に活性化寿命
の短い反応ガスを用いる場合、被処理基板全面を覆うよ
うな広い面積を一様な濃度の活性種で覆って均一な処理
を行うことが不可能であった。
そこで被処理体にダメージを与えるプラズマから遮蔽さ
れ、且つ広い面積にわたって均一な濃度の活性種が安定
して供給されて被処理基板全面にわたり均一な処理がな
されるマイクロ波プラズマ処理装置が要望される。
〔従来の技術〕
第２図は従来用いられていたマイクロ波プラズマ処理装
置を模式的に示す側断面図である。
図において、■は導波管、２は通常の手段によって発生
され矢印方向に進むマイクロ（μ）波、３は石英、また
はセラミックよりなり処理容器を真空封止するマイクロ
波透過窓、４は処理容器、５は被処理体を載置するステ
ージ、６はμ波を遮断しプラズマを閉じ込めるバンチボ
ード等の金属メツシュ、７は通常の排気系（図示しない
）に接続された排気口、８は処理用の反応（エツチング
）ガス導入口、９はプラズマ発生領域、１０は処理領域
、１１は被処理体、例えば被処理半導体基板を示す。
図示されるように、従来のマイクロ波プラズマ処理装置
においては、マイクロ波透過窓３がマイクロ波２の矢印
で示す進行方向に垂直（マイクロ波の電場に対して水平
方向）に設けられる垂直入射方式が用いられていた。
この垂直入射方式においては、マイクロ波２を処理室に
導入する時、導波管１側の大気と透過窓３との界面及び
透過窓３とプラズマＰとの界面で反射し、しかも処理室
内即ちプラズマ発生領域９内は真空からプラズマまでイ
ンピーダンスが大きく変化するため整合のとれた系をつ
くることが困難である。
またプラズマが発生している時、プラズマによる反射に
よってマイクロ波２はマイクロ波透過窓３から真空容器
の内部即ちプラズマ発生領域９の奥に向かって急速に減
衰し、それに伴ってプラズマＰの密度も斜めの線ｐ４で
模式的に示すようにラズマ発生領域９の奥に向かって急
速に低下して行く。
そのため従来のマイクロ波プラズマ処理装置においては
、例えば弗素系等の活性寿命の長いラジカルを用いる酸
化膜或いはシリコン等のエツチングでは特に大きな問題
は生じないが、活性寿命の短い酸素（０，）を用いるレ
ジストのアッシングにおいては、プラズマ発生領域９の
マイクロ波透過窓３から遠い部分の酸素ラジカルの密度
がプラズマ密度に対応して減少し、このラジカル密度の
分布を持った島がそのまま金属メツジュロを通して被処
理体ｌｌ上に注がれるので、レジストのアンシングレー
トにプラズマ密度の分布に対応するような分布を生じ、
そのため広い面積を持った半導体基板上のレジストのア
ッシングを完全に行うことは困難であった。
そこで、プラズマ発生領域９と処理領域１０との間に差
圧を形成し、プラズマ発生領域９内でガスを均一化する
方法も試みられたが、プラズマ発生領域９内のガス圧を
上げると０１分子と酸素ラジカルとの衝突頻度が増して
酸素ラジカルの活性寿命が一層低下し、０．ガス中の酸
素ラジカルの密度が更に減少して、実用可能なアッシン
グレートが得られなかった。
そのため従来は、０□ガスに活性寿命の長い弗素系のガ
ス例えば４弗化炭素（ＣＦ４）等を加え、これによって
酸素ラジカルの寿命を延長して、被処理半導体基板１１
面全域のアッシングが行われるようにしていたが、この
場合弗素系のガスによって半導体基板自体がエツチング
されてダメージをこうむるという問題が生じていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明が解決しようとする問題点は、上記のように、従
来のマイクロ波プラズマ処理装置が、短寿命活性種を用
いてプラズマ自体を被処理体を包み込む程度の広い範囲
に均一に拡げ被処理体全面を均一に処理することが出来
ず、例えば短寿命活性種である０２ガスのみを用いて被
処理体にダメージを与えずに行うダウフロー（ストリー
ム）アッシング、即ちプラズマの下流で行うアッシング
、が不可能であるという点である。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は第１図に示すように、マイクロ波導波管（
１）にマイクロ波（２）の電場に対して垂直方向に設け
られたマイクロ波透過窓（３）と、該マイクロ波透過窓
（３）に外接し該マイクロ波透過窓（３）によって真空
封止される処理室（４）とからなり、該処理室（４）内
に、該マイクロ波透過窓（３）に対向して配設された被
処理体（１１）を載置するステージ（５）と、該マイク
ロ波透過窓（３）と該ステージ（５）間に配設され該処
理室（４）内のプラズマ発生領域（９）を限定する金属
メツシュ（６）とを設け、該処理室（４）の該プラズマ
発生領域（９）に反応ガス導入口（８）を設け、該処理
室（４）の該プラズマ発生領域（９）以外の領域に排気
口（７）を設けてなる本発明によるマイクロ波プラズマ
処理装置によって解決される。
〔作用〕
即ち本発明のプラズマ処理装置は、マイクロ波導波管に
マイクロ波の電場に対して垂直方向にマイクロ波透過窓
を設け、該マイクロ波透過窓に処理容器を外接せしめて
マイクロ波透過窓全面を介して処理容器内に入射するマ
イクロ波強度を均一化し、これによって処理容器のマイ
クロ波透過窓全面に接する領域に発生する反応ガス・プ
ラズマの強度を均一化させ、更に該プラズマ発生領域と
被処理体との間に金属メツシュを配設し、ここでマイク
ロ波を遮断してマイクロ波透過窓と金属メツシュの間に
プラズマを閉じ込め、ここに反応ガスを導入して一様な
密度の活性種を生成し、この一様な活性種密度を有する
反応ガスを金属メツシュを透過してダウンフロラさせて
被処理体上に導き被処理体の化学処理を行う。
このような装置によると、短寿命活性種のみを用い被処
理体にダメージを与えずにプラズマ処理を行うことが可
能になる。
〔実施例〕
第１図は本発明によるマイクロ波透過窓をマイクロ波の
電場に対して垂直方向に設けたタイプのマイクロ波プラ
ズマ処理装置の模式側断面図である。
図において、１は導波管、２は通常の手段によって発生
され矢印方向に進むマイクロ（μ）波、３は石英、また
はセラミックよりなり処理容器を真空封止するμ波透過
窓、４は処理容器、５は被処理体を載置するステージ、
６はプラズマを遮蔽するパンチボード等の金属メツシュ
、７は通常の排気系（図示しない）に接続された排気口
、８は処理用の反応（エツチング）ガス導入口、９はプ
ラズマ発生領域、１０は処理領域、１１は被処理体即ち
被処理半導体基板を余す。
同図に示すように本発明のマイクロ波プラズマ処理装置
は、従来と異なりμ波導波管１の側面即ちμ波２の電場
に対して垂直方向（μ波の進行方向に水平）に、被処理
体１１の上部を充分に覆うような広い面積を有するμ波
透過窓３を設け、該μ波透過窓３によって該μ波透過窓
３に外接する処理容器４が真空封止される。
被処理体１１例えば半導体基板が載置されるステ−ジ５
は、μ波透過窓３に対向して平行に配設され、μ波を遮
断しプラズマを閉じ込める金属メツジュロはμ波透過窓
３とステージ５の間にμ波透過窓３に平行に配設される
。ここで、μ波透過窓３と金属メツジュロの間隔は３〜
５鶴、金属メツジュロとステージ５の間隔は５〜２０ｍ
程度が望ましい。
次ぎに処理の例として、本発明により始めて可能となっ
た、レジストの０□のみによるダウンフローアッシング
について述べる。
処理室に０２を３００ＳＣＣＭ導入して、０．１〜０．
２Ｔｏｒｒに減圧し、２．４５　ＧＨｚのマイクロ波電
力１．５に−で、被処理体４上に被着されたレジストを
アッシングした。
この条件においてＯｔプラズマはプラズマ発生領域９内
に均等な強度で拡がり、金属メツジュロを通して均一な
酸素ラジカル密度を有する０□ガスがダウンフロラされ
て、被処理半導体基板ｌｌ上のレジスト膜が基板１１面
全域にわたって一様にアッシング除去される。
この際、従来の長寿命の活性種を用いるＯｚ　＋ＣＦ４
のダウンフローアッシングでは２００程度であった対Ｓ
ｉＯ□、対Ｓｉの選択比が、本発明によっては無限大に
改善された。
また、従来数１００人／分程度であったアッシングレー
トも、２０００〜６０００人／分に向上した。
なお上記アッシングレートは金属メツジュロとステージ
５間の間隔が５ｕにおいて６０００人／分であり、間隔
２０ｎにおいて２０００人／分であった。
また、処理容器内の０２ガス圧は０．１〜１０Ｔｏｒｒ
で上記とほぼ等しい効果が得られる。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によるマイクロ波透過窓を電
場に垂直方向に設けたタイプのマイクロ波プラズマ処理
装置においては、被処理体の上部に該被処理体を充分に
覆うような広い面積にわたって均一な強度を有する活性
寿命の短いガスのプラズマを発生せしめることができ、
且つこのプラズマを所定領域内に閉じ込め、該プラズマ
外のプラズマに接近した領域において、被処理体面の均
一なダウンフロー処理を行うことができる。
従って本発明によれば、被処理体例えば半導体基板にダ
メージを与えずに、０２のみによるダウンフローアッシ
ングが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるマイクロ波透過窓をマイクロ波の
電場に対して垂直方向に設けたタイプのマイクロ波プラ
ズマ処理装置の模式側断面図、第２図は従来例によるマ
イクロ波透過窓を電場に水平方向に設けたタイプのマイ
クロ波プラズマ処理装置の模式側断面図である。 図において、 １は導波管、　　　　　　　２はマイクロ波、３はマイ
クロ波透過窓、　４は処理容器、５はステージ、　　　
　　　６は金属メツシュ、７は排気口、　　　　　　　
８はガス導入口、９はプラズマ発生領域、　１０は処理
領域、１１は被処理体 を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 マイクロ波導波管（１）にマイクロ波（２）の電場に対
    して垂直方向に設けられたマイクロ波透過窓（３）と、
    該マイクロ波透過窓（３）に外接し該マイクロ波透過窓
    （３）によって真空封止される処理室（４）とからなり
    、 該処理室（４）内に、 該マイクロ波透過窓（３）に対向して配設された被処理
    体（１１）を載置するステージ（５）と、該マイクロ波
    透過窓（３）と該ステージ（５）間に配設され該処理室
    （４）内のプラズマ発生領域（９）を限定する金属メッ
    シュ（６）とを設け、 該処理室（４）の該プラズマ発生領域（９）に反応ガス
    導入口（８）を設け、 該処理室（４）の該プラズマ発生領域（９）以外の領域
    に排気口（７）を設けてなることを特徴とするマイクロ
    波プラズマ処理装置。
JP61055447A 1986-03-13 1986-03-13 マイクロ波プラズマ処理装置 Granted JPS62213126A (ja)

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