WO2005064998A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Tadahiro Ohmi
Masaki Hirayama
Tetsuya Goto
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Tadahiro Ohmi
Masaki Hirayama
Tetsuya Goto
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus for performing processing such as etching and etching such as CVD and RIE, oxidizing, nitriding, and oxynitriding on an object to be processed such as a semiconductor substrate and a liquid crystal display substrate.
  • the present invention relates to a manufacturing method for manufacturing a product such as a semiconductor device using the same, and particularly to a configuration of a cover plate in the plasma processing apparatus.
  • the plasma processing apparatus includes a radial slot line antenna that radiates a microwave into a processing chamber, a retardation plate that compresses the wavelength of the microwave radiated from the antenna, A low-loss dielectric (alumina) with a large number of gas emission holes, placed directly under the force bar plate, with an alumina cover plate placed at a distance from the retardation plate Equipped with a shower plate.
  • a radial slot line antenna that radiates a microwave into a processing chamber
  • a retardation plate that compresses the wavelength of the microwave radiated from the antenna
  • a low-loss dielectric (alumina) with a large number of gas emission holes placed directly under the force bar plate, with an alumina cover plate placed at a distance from the retardation plate Equipped with a shower plate.
  • the gas for gas generation is supplied to the gas discharge holes of the shower plate through a gas flow space provided between the upper surface of the shower plate and the lower surface of the cover plate which is partially in contact with the shower plate.
  • a gas flow space provided between the upper surface of the shower plate and the lower surface of the cover plate which is partially in contact with the shower plate.
  • the shower plate is formed with a plasma gas supply passage communicating with a plasma gas supply port provided on the outer wall of the processing chamber. Excited gas is provided to the supply passage in the shower plate. Further, the excitation gas is introduced into the processing chamber from the supply passage and the gas discharge holes of the shower plate.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-299330
  • plasma discharge occurs in a gas flow space provided between an upper surface of a shower plate and a lower surface of a cover plate that partially contacts the shower plate. Occasionally, it turned out that the supplied microwave was wasted by this unwanted discharge, losing power, rendering the original plasma discharge inefficient.
  • the inventors have clarified that the cause of the undesired discharge is that electric field concentration occurs in the gas flow space, and that the electric field concentration is due to the high relative dielectric constant of the cover plate material. .
  • alumina is used for both the shear plate and the cover plate, but the relative dielectric constant ( ⁇ r) of alumina is about 9 (9.8 at 2.56 GHz at 13.56 MHz and 2.45 at GHz). 8.8) Since the relative permittivity of the gas in the gas flow space is about 1, the difference in permittivity is large, which causes electric field concentration.
  • An object of the present invention is to provide a method capable of suppressing an undesired discharge based on the above-mentioned new knowledge in the plasma processing apparatus.
  • a specific object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus or a semiconductor manufacturing apparatus with high microwave power efficiency.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a product using the above-described plasma processing apparatus.
  • a shower plate having a plurality of emission holes for emitting gas, a microwave microphone antenna, and a cover plate interposed between the shower plate and the microwave antenna are provided.
  • a plasma processing apparatus characterized in that a material having a lower relative dielectric constant than a material of the shower plate is included as a material of the cover plate.
  • the shower plate is used as a material for the cover plate.
  • a plasma processing apparatus characterized by including a material having a low relative dielectric constant and a high thermal conductivity as compared with a rate material is further obtained.
  • the material of the cover plate a material having a small relative dielectric constant and a large thermal conductivity as compared with the material of the shower plate and having a dielectric loss in microwave of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 or less is used. It is preferable to include them. More preferably, the dielectric loss is a material of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 or less.
  • silicon nitride is used as the material of the cover plate, its relative dielectric constant is 7.9, which is preferable. Quartz is 3.8, which is more preferred. By mixing both materials or mixing other materials, a material with a low relative dielectric constant and high thermal conductivity and a dielectric loss in microwaves of less than 1 X 10 -3 is obtained. You can also.
  • the thermal conductivity of alumina is 10 ⁇ 4, whereas that of silicon nitride is 4 ⁇ 10 -4, and that of aluminum nitride is 3.5 ⁇ 10 -3.
  • a shower plate having a plurality of emission holes for emitting gas, a microwave antenna, and a cover plate interposed between the shower plate and the microwave antenna are provided.
  • one of the main surfaces of the cover plate includes a plurality of protruding portions that abut on one of the main surfaces of the shower plate without the emission holes, and the protruding portion includes the cover.
  • a plasma processing apparatus is characterized in that one of the main surfaces of the plate is constituted by an obtuse angle or a curve when viewed from above. It is also preferable that the protruding portion has a circular shape when one of the main surfaces of the cover plate is viewed from above.
  • a plasma processing apparatus comprising: a shower plate having a plurality of emission holes for emitting gas; a microwave antenna; and a cover plate interposed between the shower plate and the microwave antenna.
  • One of the main surfaces of the cover plate includes a protruding portion connected to a portion of the main surface of the shower plate having no emission hole and a valley portion other than the protruding portion.
  • the plasma processing apparatus is characterized in that the portion includes a curved portion connecting the upper portion of the discharge hole on the one main surface of the shower plate and a gas introducing portion for introducing gas into the curved portion.
  • the curved portion of the valley portion includes a plurality of ring-shaped portions forming concentric circles, and the gas introduction portion of the valley portion includes a linear portion connecting the ring-shaped portions.
  • the plasma processing further includes a shower plate having a plurality of emission holes for emitting gas, a microphone aperture antenna, and a cover plate interposed between the shower plate and the microwave antenna.
  • one of the main surfaces of the cover plate abuts on one of the main surfaces of the shower plate without the discharge hole, and at least one protruding portion and the one main surface of the shower plate without abutting.
  • a plasma processing method characterized by performing plasma processing using these plasma processing apparatuses and a method of manufacturing a product for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, or an organic EL display device product are obtained.
  • microwaves can be efficiently introduced into the processing chamber 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a cover plate used in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a cover plate used in a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a cover plate according to a fifth embodiment of the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. 1 shows a first embodiment.
  • a microwave plasma processing apparatus for a reactive ion etching (RIE) process has a processing chamber 2 evacuated through a plurality of exhaust ports 1, and a holding table 4 for holding a substrate 3 to be processed is arranged in the processing chamber 2.
  • the processing chamber 2 defines a ring-shaped space around the holding table 4, and the plurality of exhaust ports 1 are arranged at regular intervals so as to communicate with the space, that is, in a case in which the processing chamber 2 is covered. They are arranged axially symmetrically with respect to the processing substrate 3. With the arrangement of the exhaust ports 1, the processing chamber 2 can be exhausted uniformly from the exhaust ports 1.
  • the relative dielectric constant is 9.8 and the low microwave dielectric loss ( dielectric loss is alumina dielectric is IX 10- 4 or less), a large number of openings, i.e. gas ejection holes 5 are formed plate-shaped shower plate 6 is mounted via a seal ring 7. Furthermore, the processing chamber 2 has a relative dielectric constant of 8 and a relatively small microwave dielectric loss (dielectric loss) on the outside of the shower plate 6, that is, on the side opposite to the holding table 4 with respect to the shower plate 6.
  • the cover plate 8 is made of a dielectric silicon nitride having high thermal conductivity (80 W / mK) and 3 ⁇ 10 ⁇ 4), and is attached via another seal ring 9.
  • Shower plate 6 with top A space 10 for filling with a plasma excitation gas is formed between one plate 8. That is, in the cover plate 8, a large number of projections 11 are formed on the surface of the cover plate 8 on the side of the shower plate 6, and the periphery of the cover plate 8 is also projected to the same plane as the projections 11. As a result, the projection ring 12 is formed, so that the space 10 is formed between the shower plate 6 and the cover plate 8.
  • the gas discharge holes 5 are arranged in the space 10.
  • the protrusions 11 had a columnar shape, the diameter and the height were 1.5 mm and 0.3 mm, respectively, and the interval between the protrusions was 5 mm. In FIG. 2, the diameter and the interval are shown large in order to avoid complication.
  • a plasma excitation gas supply passage 14 communicating with a plasma excitation gas supply port 13 provided on the outer wall of the processing chamber 2 is formed inside the shower plate 6, a plasma excitation gas supply passage 14 communicating with a plasma excitation gas supply port 13 provided on the outer wall of the processing chamber 2 is formed.
  • the plasma excitation gas such as Ar, Kr, or Xe supplied to the plasma excitation gas supply port 13 is supplied from the supply passage 14 to the gas discharge hole 5 through the space 10 and introduced into the processing chamber 2. .
  • the plasma-excited radial line slot antenna On the surface of the cover plate 8 opposite to the surface in contact with the shower plate 6, the plasma-excited radial line slot antenna has a thickness of a slow wave plate 18 made of alumina in which many slits 17 are opened. It is sandwiched between a copper plate 16 having a thickness of 0.3 mm and an aluminum plate 19, and has a structure in which a coaxial waveguide 20 for supplying microwaves is disposed at the center.
  • the microwave of 2.45 GHz generated from a microwave power supply (not shown) is supplied to the coaxial waveguide 20 via an isolator (matching device (V, deviation not shown)) and passes through the inside of the slow wave plate 18.
  • the light propagates from the center to the periphery while radiating from the slit 17 to the cover plate 8 side.
  • the microwaves are emitted to the cover plate 8 side substantially uniformly from the slits 17 arranged in a large number.
  • the emitted microwave is introduced into the processing chamber 2 through the cover plate 6, the space 10 or the projection 11, and the shower plate 6, and ionizes plasma excitation gas to generate high-density plasma. Is done.
  • the relative permittivity of the cover plate 8 is 8
  • the relative permittivity of the shower plate 6 is 9.8
  • the microwave field strength in the space 10 was reduced because the rate was lower than in the conventional case.
  • the protrusions 11 into a columnar shape, the corners of the dielectrics of the protrusions in the space 10 were eliminated, and local electric field concentration was suppressed, resulting in abnormal discharge in the space 10. , And microwaves can be efficiently introduced into the processing chamber 2.
  • a conductor structure 15 is arranged in the processing chamber 2 between the shower plate 6 and the substrate 3 to be processed.
  • the conductor structure 15 is provided with a number of nozzles for supplying a processing gas through a processing gas passage formed in the processing chamber 2 from an external processing gas source (not shown).
  • Each of the nozzles of the conductor structure 15 discharges the supplied processing gas into a space between the conductor structure 15 and the substrate 3 to be processed.
  • the plasma excited by the microwave on the surface of the shower plate 6 on the side of the conductor structure 15 is applied between the substrate 3 and the conductor structure 15. An opening large enough to efficiently pass through the space between them is formed
  • the processing gas When the processing gas is discharged from the conductor structure 15 having such a structure into the space via a nozzle, the released processing gas is excited by the plasma flowing into the space.
  • the plasma excitation gas from the shower plate 6 flows from the space between the shower plate 6 and the conductor structure 15 to the space between the conductor structure 15 and the substrate 3 to be processed,
  • the component of the processing gas returning to the space between the shower plate 6 and the conductor structure 15 is small.
  • the decomposition of gas molecules due to excessive dissociation due to exposure to high-density plasma is small, and the processing gas is a deposition gas. Even so, it is difficult for the microwave introduction efficiency to deteriorate due to deposition on the shower plate 6, and thus high-quality substrate processing is possible.
  • a cover plate 25 is attached to the processing chamber 2 via a seal ring 40.
  • the material of the cover plate 25 is a relative dielectric constant of 8, and relatively small microwave dielectric loss (dielectric loss 3 X 10- 4), and is of a dielectric high thermal conductivity (80W / mK) Silicon nitride.
  • the cover plate 25 A ring-shaped groove 24 is arranged inside the seal ring 40.
  • the groove 24 is provided with one or a plurality of grooves 26 so as to communicate with the space 10.
  • FIG. 4 illustrates the cover plate 25 in more detail.
  • the grooves 26 are axially symmetrically arranged at four positions. By providing a plurality of grooves in this manner, it is possible to uniformly supply gas to the space 10 around the cover plate 25.
  • the groove 26 has a width of 2 mm and a depth of 0.3 mm, and the groove 26 has a width of 2 mm and a depth of 0.3 mm. In this embodiment, the grooves 26 are arranged at four axially symmetric positions, but the number is not limited to this.
  • the cover plate 27 is attached via the processing chamber 2 and the seal ring 41.
  • the material of the cover plate 27 is a relative dielectric constant of 8, and is dielectric microphone port wave dielectric loss is relatively small (dielectric loss 3 X 10- 4), and high thermal conductivity (80W / mK) Silicon nitride.
  • the plasma excitation gas supplied from the plasma excitation gas supply port 13 is introduced into a ring-shaped space 39 disposed inside the outer wall of the processing chamber 2.
  • the ring-shaped space 39 is a space having an inner diameter of 370 mm, an outer diameter of 400 mm, and a height of 15 mm.
  • the plasma excitation gas introduced into the ring-shaped space 39 is supplied to the groove 10 through a plurality of plasma excitation gas supply passages 29 installed in the cover plate 27 so as to communicate with the space 10,
  • the gas is introduced into the processing chamber 2 through the gas discharge holes 5, and high-density plasma is excited.
  • FIG. 6 there is shown a microwave plasma processing apparatus for a reactive ion etching (RIE) process.
  • RIE reactive ion etching
  • the cover plate 30 is attached to the processing chamber 2 via the seal ring 22.
  • the material of the cover plate 30 has a relative dielectric constant of 8, And microwave dielectric loss is relatively small (dielectric loss 3 X 10- 4), and a dielectric silicon nitride is thermal conductivity high thermal conductivity (80W / mK).
  • a plasma excitation gas supply port 31 is connected to the outer periphery of the cover plate 30 via a seal ring 32.
  • a gas supply hole 33 is arranged in the cover plate 30 so as to communicate the space 10 and the plasma gas supply port 31.
  • a plurality of plasma excitation gas supply ports 31 and a plurality of plasma excitation gas supply holes 33 are provided. In the present example, four locations were installed axially symmetrically (only one location is shown).
  • the plasma excitation gas is filled from the plasma gas supply port 31 into the gas discharge hole via the supply hole 33.
  • the filled plasma excitation gas is introduced into the processing chamber 2 through the gas discharge holes 5 to excite high-density plasma.
  • FIG. 7 shows a groove structure of a cover plate 34 according to a fifth embodiment.
  • the material of the cover plate 34 is a relative dielectric constant of 8, and at least a microwave dielectric loss relatively (dielectric loss 3 X 10- 4), and thermal conductivity of high thermal conductivity (80W / mK) It is silicon nitride as a dielectric.
  • a point 35 indicates a position on the cover plate 34 that corresponds to the position of the gas discharge hole arranged on the shower plate that is installed facing the cover plate 34.
  • the position corresponding to the outlet of the plasma excitation gas supply passage 14 provided in the shower plate is indicated by a point 36.
  • the shower plate has gas discharge holes arranged concentrically, and a groove 37 is formed in the cover plate 34 on the corresponding circumference.
  • a groove 37 is formed in the cover plate 34 on the corresponding circumference.
  • Four grooves 38 are also formed radially at the center of the cover plate 34 where the gas is supplied, so that the plasma excitation gas is supplied to each of the concentric grooves 37.
  • the groove had a width of 2 mm and a depth of 0.3 mm. It is desirable that the corner formed at the intersection of the grooves has a radius of about 2 in order to suppress electric field concentration.
  • the gas filling space formed between the shower plate and the cover plate is minimized, and the shower plate and the cover plate 34
  • microwaves can be efficiently introduced into the processing chamber 2.

Abstract

　シャワープレート上面とこれに部分的に当接するカバープレート下面との間に設けられたガス流通空間でプラズマ放電が起こってしまい、そのため供給されたマイクロ波がこの不所望の放電によって浪費されてパワーが損失していた。 　ガスを放出する複数の放出孔を持つシャワープレートとマイクロ波アンテナと前記シャワープレートおよび前記マイクロ波アンテナの間に介設されたカバープレートとを備えたプラズマ処理装置において、前記カバープレートの材料として前記シャワープレートの材料よりも比誘電率の小さい材料を用いる。

Description

明 細 書
プラズマ処理装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体基板、液晶表示基板等の被処理体に CVD、 RIE等のエツチン グ、アツシング、酸化、窒化、酸窒化等の処理を行うプラズマ処理装置及び当該ブラ ズマ処理装置を用いて半導体装置等の製品を製造する製造方法に関し、特に、当 該プラズマ処理装置におけるカバープレートの構成に関する。
背景技術
[0002] 従来、マイクロ波励起高密度低電子温度プラズマ処理装置として、特許文献 1に記 載されたようなプラズマ処理装置が用いられて 、る。特許文献 1に記載されて 、るよう に、当該プラズマ処理装置は、処理室内にマイクロ波を放射するラジアルスロットライ ンアンテナ、アンテナカゝら放射されるマイクロ波の波長を圧縮する遅相板、当該遅相 板に対して間隔を置いて配置され配置されたアルミナ製のカバープレート、及び、力 バープレートの直下に置かれ、多数のガス放出孔を備えた低損失誘電体 (アルミナ） によって構成されたシャワープレートを備えている。シャワープレートのガス放出孔に は、シャワープレート上面とこれに部分的に当接するカバープレート下面との間に設 けられたガス流通空間を経てプラズマ発生用のガスが供給され、この状態でアンテナ 力 マイクロ波が与えられると、シャワープレート下面の下の空間に高密度のプラズマ が発生する。当該プラズマは被処理物例えば半導体ウェハーを処理する処理空間 に導かれる。
[0003] この場合、シャワープレートには、処理室の外壁に設けられたプラズマガス供給ポ 一トに連通するプラズマガスの供給通路が形成されており、プラズマガス供給ポート 力 Arや Kr等のプラズマ励起ガスがシャワープレート内の供給通路に与えられてい る。更に、励起ガスは供給通路及びシャワープレートのガス放出孔から処理室内に 導入されている。
[0004] 上記したラジアルラインスロットアンテナを備えたプラズマ処理装置では、シャワー プレート直下の空間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ぐそのため被処理基板にダメージが生じることが なぐまた処理容器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。
[0005] 特許文献 1：特開 2002— 299330号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本発明者等の研究によれば、従来の上記プラズマ処理装置では、シャワープレート 上面とこれに部分的に当接するカバープレート下面との間に設けられたガス流通空 間でプラズマ放電が起こってしま、、そのため供給されたマイクロ波がこの不所望の 放電によって浪費されてパワーが損失し、本来のプラズマ放電を非効率的なものとし ていることが判明した。そして発明者等は、この不所望の放電の原因は上記ガス流通 空間に電界集中が起こるためであること、そしてこの電界集中はカバープレート材料 の比誘電率が高いためであること、を解明した。従来のプラズマ処理装置ではシャヮ 一プレートおよびカバープレートの両方にアルミナが用いられているが、アルミナの 比誘電率（ ε r)は約 9であり（13. 56MHzで 9. 8、 2. 45GHzで 8. 8)ガス流通空間 内のガスの比誘電率が約 1であるので、誘電率の差が大きぐこれが電界集中を招い ている。
[0007] 本発明の目的は、前述したプラズマ処理装置における新しい知見にもとづき、不所 望の放電を抑止できる手法を提供することである。
[0008] 本発明の具体的な目的は、マイクロ波の電力効率のよいプラズマ処理装置或いは 半導体製造装置を提供することである。
[0009] 本発明の他の目的は上記したプラズマ処理装置を使用して製品を製造する方法を 提供することである。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明の一態様よれば、ガスを放出する複数の放出孔を持つシャワープレートとマ イク口波アンテナと前記シャワープレートおよび前記マイクロ波アンテナの間に介設さ れたカバープレートとを備えたプラズマ処理装置において、前記カバープレートの材 料として前記シャワープレートの材料よりも比誘電率の小さい材料を含むことを特徴と するプラズマ処理装置が得られる。前記カバープレートの材料として前記シャワープ レートの材料と比較して比誘電率が小さくかつ熱伝導率の大きい材料を含むことを特 徴とするプラズマ処理装置がさらに得られる。また、前記カバープレートの材料として 前記シャワープレートの材料と比較して比誘電率が小さくかつ熱伝導率が大きいとと もに、マイクロ波における誘電損失が 1 X 10のマイナス 3乗以下の材料を含むことが 好ましい。誘電損失は 1 X 10のマイナス 4乗以下の材料であることがさらに好ましい。
[0011] 前記カバープレートの材料として窒化珪素を用いれば、その比誘電率は 7. 9なの で好適である。石英は、 3. 8であり、さらに好適である。両材料を混合したり、他の材 料を混ぜたりして、比誘電率が小さくかつ熱伝導率が大きいとともに、マイクロ波にお ける誘電損失が 1 X 10のマイナス 3乗以下の材料を得ることもできる。なお、熱伝導 率はアルミナが 10マイナス 4乗であるのに対し、窒化珪素は 4 X 10マイナス 4乗、窒 化アルミニウムは 3. 5 X 10マイナス 3乗である。
[0012] 本発明の他の態様によれば、ガスを放出する複数の放出孔を持つシャワープレー トとマイクロ波アンテナと前記シャワープレートおよび前記マイクロ波アンテナの間に 介設されたカバープレートとを備えたプラズマ処理装置において、前記カバープレー トの主面の一方は前記シャワープレートの主面の一方の前記放出孔のない部分に当 接する複数の突起状部分を備え、前記突起状部分は前記カバープレートの主面の 一方を上から見たときに鈍角または曲線によって構成されて 、ることを特徴とするプ ラズマ処理装置が得られる。前記突起状部分は前記カバープレートの主面の一方を 上から見たときに円形をなしていることも好ましい。また、本発明では、ガスを放出す る複数の放出孔を持つシャワープレートとマイクロ波アンテナと前記シャワープレート および前記マイクロ波アンテナの間に介設されたカバープレートとを備えたプラズマ 処理装置において、前記カバープレートの主面の一方は前記シャワープレートの主 面の一方の前記放出孔のない部分に当接する連結した突起状部分と前記突起状部 分以外の谷状部分とを備え、前記谷状部分は前記シャワープレートの前記一方の主 面における前記放出孔の上部を連結する曲線部分と該曲線部分にガスを導入する ガス導入部分とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。前記谷状部 分の前記曲線部分は同心円をなす複数のリング状部分を含み、前記谷状部分の前 記ガス導入部分は前記リング状部分を連結する線状部分を含むことも好ましい。 [0013] 本発明では、さらに、ガスを放出する複数の放出孔を持つシャワープレートとマイク 口波アンテナと前記シャワープレートおよび前記マイクロ波アンテナの間に介設され たカバープレートとを備えたプラズマ処理装置において、前記カバープレートの主面 の一方は前記シャワープレートの主面の一方の前記放出孔のない部分に当接する 少なくとも一つの突起状部分および当接せずに前記シャワープレートの前記一方の 主面との間でガス流通空間を構成するガス流通部分とを備え、前記ガスを前記シャヮ 一プレートの前記放出孔内に流入させために前記シャワープレートの前記一方の主 面へ導入する手段が、前記カバープレートの周辺部から前記一方の主面におけるガ ス流通部分へ前記ガスを導入するようにした構成を含むことを特徴とするプラズマ処 理装置を提供する。
[0014] また、これらのプラズマ処理装置を使用してプラズマ処理を行うことを特徴とするプ ラズマ処理方法および半導体装置や液晶表示装置又は有機 EL表示装置製品を製 造する製品の製造方法が得られる。
発明の効果
[0015] 以上説明したように、本発明によれば効率よくマイクロ波を処理室 2導入することが 可能となった。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明の第 1実施例のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
[図 2]本発明の第 1実施例に使用されるカバープレートの構成を示す平面図である。
[図 3]本発明の第 2実施例のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
[図 4]本発明の第 2実施例に使用されるカバープレートの構成を示す平面図である。
[図 5]本発明の第 3実施例のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
[図 6]本発明の第 4実施例のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
[図 7]本発明の第 5実施例におけるカバープレートの構成を示す平面図である。 符号の説明
[0017] 1 排気ポート
2 処理室
3 被処理基板 4 保持台
5 ガス放出孔
6 板状のシャワープレート
7 シールリング
8 カバープレート
17 スリット
18 遅波板
19 プレート
20 同軸導波管
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
実施例 1
[0019] 図 1に第 1実施例を示す。図 1を参照すると、 Reactive Ion Etching (RIE)プロセス用 マイクロ波プラズマ処理装置が示されて 、る。図示されたマイクロ波プラズマ処理装 置は複数の排気ポート 1を介して排気される処理室 2を有し、前記処理室 2中には被 処理基板 3を保持する保持台 4が配置されている。処理室 2を均一に排気するため、 処理室 2は保持台 4の周隨こリング状の空間を規定しており、複数の排気ポート 1は 空間に連通するように等間隔で、すなわち、被処理基板 3に対して軸対称に配列さ れている。この排気ポート 1の配列により、処理室 2を排気ポート 1より均一に排気する ことができる。
[0020] 処理室 2上には、保持台 4の被処理基板 3に対応する位置に、処理室 2の外壁の一 部として、比誘電率が 9. 8で、かつ低マイクロ波誘電損失 (誘電損失が I X 10— 4以下） である誘電体のアルミナよりなり、多数の開口部、即ちガス放出孔 5が形成された板 状のシャワープレート 6がシールリング 7を介して取り付けられている。更に、処理室 2 には、シャワープレート 6の外側、即ち、シャワープレート 6に対して保持台 4とは反対 側に、比誘電率が 8で、かつマイクロ波誘電損失が比較的少なく（誘電損失が 3 X 10— 4)、かつ高熱伝導率 (80W/mK)である誘電体の窒化珪素よりなるカバープレート 8が 、別のシールリング 9を介して取り付けられている。シャワープレート 6の上面と、カバ 一プレート 8との間には、プラズマ励起ガスを充填する空間 10が形成されている。す なわち、前記カバープレート 8において、前記カバープレート 8の前記シャワープレー ト 6側の面に多数の突起物 11が形成され、さらに前記カバープレート 8の周辺も前記 突起物 11と同一面まで突起して 、る突起リング 12が形成されて 、るため、前記シャ ワープレート 6と前記カバープレート 8の間に前記空間 10が形成される。前記ガス放 出孔 5は前記空間 10に配置されている。図 2に前記カバープレート 8の前記突起物 が配置される面および断面図が示されている。前記突起物 11は円柱形状をしており 、その径、高さはそれぞれ 1.5mm、 0.3mmとし、突起物同士の間隔は 5mmとした。なお 、図 2においては、煩雑さを避けるために、径、間隔を大きく示している。
[0021] シャワープレート 6の内部には処理室 2の外壁に設けられたプラズマ励起ガス供給 ポート 13に連通するプラズマ励起ガスの供給通路 14が形成されている。プラズマ励 起ガス供給ポート 13に供給された Arや Krや Xe等のプラズマ励起ガスは、供給通路 1 4から前記空間 10を介してガス放出孔 5に供給され、処理室 2内へ導入される。
[0022] カバープレート 8の、シャワープレート 6と接している面の反対の面には、プラズマ励 ジアルラインスロットアンテナは、アルミナよりなる遅波板 18が多数のスリット 17が開 口されている厚さ 0.3mmの銅板 16とアルミのプレート 19とで挟み込まれ、かつ中央に マイクロ波を供給するための同軸導波管 20が配置される構造となっている。マイクロ 波電源（図示せず)より発生した 2.45GHzのマイクロ波はアイソレータ '整合器 (V、ずれ も図示せず)を介して前記同軸導波管 20へ供給され、前記遅波板 18内を中央から 周辺へ向力つて前記スリット 17より前記カバープレート 8側へ放射しながら伝播する。 結果として多数に配置されたスリット 17より実質的に均一にマイクロ波がカバープレ ート 8側に放射される。放射されたマイクロ波は、前記カバープレート 6、前記空間 10 または前記突起物 11、前記シャワープレート 6を介して前記処理室 2へ導入され、プ ラズマ励起ガスを電離することで高密度プラズマが生成される。
[0023] 本実施例においては、カバープレート 8の比誘電率が 8、シャワープレート 6の比誘 電率が 9.8であり、比誘電率が 1である前記空間 10を介した比誘電率の変化率が従 来例に比べ少なくなつたため、前記空間 10内でのマイクロ波電界強度が減少したこ とと、さらに前記突起物 11を円柱形状にしたことで前期空間 10内での凸部の誘電体 の角が無くなり局所的な電界集中が抑えられたことにより、前記空間 10内での異常 放電が抑えられ、マイクロ波を効率良く処理室 2へ導入することが可能となった。
[0024] 図示されたプラズマ処理装置では、処理室 2中、シャワープレート 6と被処理基板 3 との間に導体構造物 15が配置されている。この導体構造物 15は、外部の処理ガス 源（図示せず）が処理室 2に形成された処理ガス通路を介して処理ガスを供給する多 数のノズルが形成されている。前記導体構造物 15のノズルの各々は、供給された処 理ガスを、導体構造物 15と被処理基板 3との間の空間に放出する。導体構造物 15 には隣接するノズルとの間に、前記シャワープレート 6の前記導体構造物 15の側の 面でマイクロ波により励起されたプラズマを前記被処理基板 3と前記導体構造物 15と の間の空間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
[0025] このような構造を有する導体構造物 15からノズルを介して処理ガスを前記空間に放 出した場合、放出された処理ガスは前記空間に流入したプラズマによって励起される 。ただし、前記シャワープレート 6からのプラズマ励起ガスがシャワープレート 6と導体 構造物 15との間の空間から、導体構造物 15と被処理基板 3との間の空間へ向かつ て流れているため、処理ガスがシャワープレート 6と導体構造物 15との間の空間へ戻 る成分は少なぐ高密度プラズマに晒されることによる過剰解離によるガス分子の分 解が少なぐかつ処理ガスが堆積性ガスであってもシャワープレート 6への堆積による マイクロ波導入効率の劣化などが起こりづらいため、高品質な基板処理が可能であ る。
実施例 2
[0026] 図 3を参照すると、 Reactive Ion Etching (RIE)プロセス用マイクロ波プラズマ処理装 置が示されている。第 1実施例と内容が同じものについては、説明を省略する。図 3 を参照するに、カバープレート 25が、処理室 2とシールリング 40を介して取り付けら れている。前記カバープレート 25の材質は、比誘電率が 8で、かつマイクロ波誘電損 失が比較的少なく（誘電損失が 3 X 10— 4)、かつ高熱伝導率 (80W/mK)である誘電体 の窒化珪素である。前記シールリング 40の内側において、前記カバープレート 25に リング状の溝 24が配置されている。前記溝 24は、前記空間 10に連通するように 1つ 、もしくは複数の溝 26が配置されている。プラズマガス供給ポート 13より供給された プラズマ励起ガスは、ガス供給通路 23を介して前記溝 24に供給され、さらには溝 26 を介して前記空間 10に導入される。さらに、プラズマ励起ガスはガス放出孔 5を介し て処理室 2へ導入され高密度プラズマが励起される。図 4は、カバープレート 25をより 詳細に説明するものである。前記溝 26は 4箇所に軸対称に配置されている。このよう に複数の溝を設置することで、カバープレート 25の周辺力 均一にガスを前記空間 1 0に供給することが可能である。前記溝 26は幅 2mm、深さ 0.3mmとなっており、前記溝 26は幅 2mm、深さ 0.3mmとなっている。本実施例では溝 26を 4箇所軸対称に配置し たが、この数に限定されるものではない。
実施例 3
[0027] 図 5を参照すると、 Reactive Ion Etching (RIE)プロセス用マイクロ波プラズマ処理装 置が示されている。第 1実施例、第 2実施例と内容が同じものについては、説明を省 略する。図 5を参照するに、カバープレート 27が、処理室 2とシールリング 41を介して 取り付けられている。前記カバープレート 27の材質は、比誘電率が 8で、かつマイク 口波誘電損失が比較的少なく (誘電損失が 3 X 10— 4)、かつ高熱伝導率 (80W/mK)で ある誘電体の窒化珪素である。プラズマ励起ガス供給ポート 13より供給されたプラズ マ励起ガスは、処理室 2の外壁の内部に配置されたリング状空間 39へ導入される。 前記リング状空間 39は、内径 370mm、外径 400mm、高さ 15mmの空間となっている。 前記リング状空間 39に導入されたプラズマ励起ガスは、前記カバープレート 27に前 記空間 10に連通するように設置された複数のプラズマ励起ガス供給通路 29を介し て前記溝 10へ供給され、前記ガス放出孔 5を介して前記処理室 2へ導入され、高密 度プラズマが励起される。
実施例 4
[0028] 図 6を参照すると、 Reactive Ion Etching (RIE)プロセス用マイクロ波プラズマ処理装 置が示されている。第 1実施例、第 2実施例、第 3実施例と内容が同じものについて は、説明を省略する。図 6を参照するに、カバープレート 30が処理室 2とシールリング 22を介して取り付けられている。前記カバープレート 30の材質は、比誘電率が 8で、 かつマイクロ波誘電損失が比較的少なく（誘電損失が 3 X 10— 4)、かつ熱伝導率が高 熱伝導率 (80W/mK)である誘電体の窒化珪素である。プラズマ励起ガス供給ポート 31が前記カバープレート 30の外周部にシールリング 32を介して接続されている。ま た、前記カバープレート 30内に、前記空間 10及び前記プラズマガス供給ポート 31を 連通するようにガス供給孔 33が配置されている。均一なガス供給を行なうために、プ ラズマ励起ガス供給ポート 31及びプラズマ励起ガス供給孔 33は複数個設置されて いることが望ましい。本実施例においては、 4箇所軸対称に設置した（1箇所のみ図 示)。プラズマ励起ガスは、前記プラズマガス供給ポート 31より、前記供給孔 33を介 して前記ガス放出孔に充填される。充填されたプラズマ励起ガスは、前記ガス放出孔 5を介して処理室 2へ導入され、高密度プラズマが励起される。
実施例 5
図 7を参照するに、第 5の実施形態であるカバープレート 34の溝構造を示している 。前記カバープレート 34の材質は、比誘電率が 8で、かつマイクロ波誘電損失が比 較的少なく（誘電損失が 3 X 10— 4)、かつ熱伝導率が高熱伝導率 (80W/mK)である誘 電体の窒化珪素である。図中、前記カバープレート 34上に、対向して設置されるシャ ワープレートに配置されるガス放出孔の位置に対応した位置を点 35によって示して いる。前記シャワープレート内に設けられたプラズマ励起ガスの供給通路 14の出口 に対応する位置を点 36で示している。前記シャワープレートは、同心円状にガス放 出孔を配置しており、対応する円周上に前期カバープレート 34に溝 37が形成されて いる。ガスが供給される位置である前記カバープレート 34の中心力も放射状に 4本の 溝 38が形成されており、各々の前記同心円状の溝 37へプラズマ励起ガスが供給さ れるようになっている。前記溝の幅は 2mm、深さは 0.3mmとした。溝と溝との交点に形 成される角部は、電界集中を抑えるために、半径 2程度の Rをつけることが望ましい。 前記シャワープレートのガス放出孔に対応する位置にのみ溝構造を導入したことで、 前記シャワープレートと前記カバープレートとの間に形成されるガス充填空間を最小 化させ、シャワープレートとカバープレート 34の接触面における実効的な誘電率の変 化を小さくすることで、効率よくマイクロ波が処理室 2へ導入することが可能となった。

Claims

請求の範囲
[1] ガスを放出する複数の放出孔を持つシャワープレートとマイクロ波アンテナと前記シ ャワープレートおよび前記マイクロ波アンテナの間に介設されたカバープレートとを備 えたプラズマ処理装置にお!、て、前記カバープレートの材料として前記シャワープレ ートの材料よりも比誘電率の小さい材料を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
[2] 請求項 1において、前記カバープレートの材料として前記シャワープレートの材料と 比較して比誘電率が小さくかつ熱伝導率の大きい材料を含むことを特徴とするプラズ マ処理装置。
[3] 請求項 2において、前記カバープレートの材料として前記シャワープレートの材料と 比較して比誘電率が小さくかつ熱伝導率が大きいとともに、マイクロ波における誘電 損失が 1 X 10のマイナス 3乗以下の材料を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
[4] 請求項 1にお 、て、前記カバープレートの材料が窒化珪素および石英の少なくとも 一つを含み、前記シャワープレートの材料がアルミナを含むことを特徴とするプラズマ 処理装置。
[5] ガスを放出する複数の放出孔を持つシャワープレートとマイクロ波アンテナと前記シ ャワープレートおよび前記マイクロ波アンテナの間に介設されたカバープレートとを備 えたプラズマ処理装置において、前記カバープレートの主面の一方は前記シャワー プレートの主面の一方の前記放出孔のない部分に当接する複数の突起状部分を備 え、前記突起状部分は前記カバープレートの主面の一方を上力 見たときに鈍角ま たは曲線によって構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
[6] 請求項 5において、前記突起状部分は前記カバープレートの主面の一方を上から 見たときに円形をなして 、ることを特徴とするプラズマ処理装置。
[7] ガスを放出する複数の放出孔を持つシャワープレートとマイクロ波アンテナと前記シ ャワープレートおよび前記マイクロ波アンテナの間に介設されたカバープレートとを備 えたプラズマ処理装置において、前記カバープレートの主面の一方は前記シャワー プレートの主面の一方の前記放出孔のない部分に当接する連結した突起状部分と 前記突起状部分以外の谷状部分とを備え、前記谷状部分は前記シャワープレートの 前記一方の主面における前記放出孔の上部を連結する曲線部分と該曲線部分にガ スを導入するガス導入部分とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
[8] 請求項 7において、前記谷状部分の前記曲線部分は同心円をなす複数のリング状 部分を含み、前記谷状部分の前記ガス導入部分は前記リング状部分を連結する線 状部分を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
[9] ガスを放出する複数の放出孔を持つシャワープレートとマイクロ波アンテナと前記シ ャワープレートおよび前記マイクロ波アンテナの間に介設されたカバープレートとを備 えたプラズマ処理装置において、前記カバープレートの主面の一方は前記シャワー プレートの主面の一方の前記放出孔のない部分に当接する少なくとも一つの突起状 部分および当接せずに前記シャワープレートの前記一方の主面との間でガス流通空 間を構成するガス流通部分とを備え、前記ガスを前記シャワープレートの前記放出孔 内に流入させために前記シャワープレートの前記一方の主面へ導入する手段が、前 記カバープレートの周辺部力 前記一方の主面におけるガス流通部分へ前記ガスを 導入するようにした構成を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
[10] 請求項 1一 9の 、ずれかに記載されたプラズマ処理装置を使用してプラズマ処理を 行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
[11] 請求項 1一 9のいずれかに記載されたプラズマ処理装置を使用してプラズマ処理を 行い、製品を製造することを特徴とする製品の製造方法。
[12] 請求項 11にお 、て、前記製品は半導体装置であることを特徴とする製品の製造方 法。
[13] 請求項 11にお!、て、前記製品は液晶表示装置又は有機 EL表示装置であることを 特徴とする製品の製造方法。
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