(57)【要約】  処理時間の長期化や構成の複雑化を回避しつつ、極めて簡単な構成によって異常放電の発生を抑えることができ、適切な空間にプラズマを確実に発生させることが可能な、信頼性に優れたプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置を提供する。ウェーハ６よりも下方にマイクロ波遮断板１４が配置されている。マイクロ波遮断板１４は、上面板１４ａと、該上面板１４ａに対し垂直に取り付けられた側面板１４ｂとから構成されている。マイクロ波遮断板１４の上面板１４ａにはマイクロ波波長の１／４よりも小径の穴部１５が、全周にわたって複数形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収納する処理槽内にプロセスガス及びマイクロ波を導入してプラズマを発生させるプラズマ発生装置において、
前記処理槽には前記被処理基板よりも下方にマイクロ波遮断材が配置されたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記処理槽に前記被処理基板を載置する試料台が設置され、
前記マイクロ波遮断材は前記試料台に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記マイクロ波遮断材は前記試料台に対して上下方向に移動自在に設けられたことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記マイクロ波遮断材はリング状の上面板を有し、その内径は試料台の外径とほぼ等しい、あるいは若干大きめに形成され、外径は、処理槽の側壁部の内径とほぼ等しい、あるいは若干小さめに形成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記マイクロ波遮断材は前記試料台に対して着脱自在に設けられたことを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記マイクロ波遮断材にはマイクロ波波長の１／４よりも小径の穴部が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記マイクロ波遮断材は前記処理槽の底部または側壁部に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
プラズマ発生装置として請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置を用いたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を利用して処理槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に係り、特に、マイクロ波放電での放電開始時に、プラズマを発生させたい空間にて確実に放電が起きるようにしたプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマを用いた材料プロセス技術は著しく進展しており、半導体や液晶ディスプレイなどの製造工程ではアッシングやドライエッチング、薄膜堆積、表面改質といった各種のプラズマ処理が実施されている。そのため、プラズマ発生装置に関しては常に高性能化が要求されている。【０００３】
中でも、マイクロ波放電によるプラズマ発生装置は、ウェーハに対するダメージが少ないため、需要が高く、特許文献１や特許文献２などの従来技術に採用されている。特許文献１に記載された技術は、酸素原子と水素原子とを少なくとも含むプロセスガスにスロットアンテナからマイクロ波を照射しており、被処理基板であるウェーハの直上にプラズマを生成して被処理基板表面のレジストを除去する方法である。【０００４】
特許文献２に記載のダウンフローエッチング装置では、シャワーヘッドのシールド作用によりマイクロ波を遮蔽することで、プラズマ発生部で発生したプラズマのうちラジカルのみをエッチング部に流し、このラジカルによって等方性のエッチングを行うようになっている。また、特許文献２の技術は、酸素プラズマ発生部にて酸素プラズマを発生させており、酸素プラズマをエッチング室内の反応生成物に照射して、この反応生成物を除去するものである。【０００５】
このような技術に適用されるプラズマ発生装置について、図５を参照して具体的に説明する。図５は一般的なアッシング装置に採用されるプラズマ発生装置の模式図である。図５に示すように、処理槽であるアッシングチャンバー５が設けられており、その上部には導波管２が取り付けられている。導波管２の端部にはマイクロ波を発振するマグネトロン１が配置されている。【０００６】
また、導波管２の下面部にはスロットアンテナ３が形成されており、その下方に石英製のマイクロ波透過窓４が設けられている。さらに、マイクロ波透過窓４の左右端部にはアッシングチャンバー５内部にプロセスガス１１を導入するためのガス導入口８が設置されている。【０００７】
アッシングチャンバー５の内部には試料台７が設けられており、この試料台７上に表面にフォトレジストを有したウェーハ６が載置されている。また、試料台７の下面部には円形のヒーターテーブル１０が取り付けられている。なお、試料台とは、ヒーターテーブルを含めて呼ぶ場合もある。さらに、アッシングチャンバー５の底部付近には排気口９が形成されている。【０００８】
以上の構成を有するプラズマ発生装置では、マグネトロン１がマイクロ波を発振すると、導波管２がマイクロ波を導き、スロットアンテナ３からマイクロ波透過窓４に向けてマイクロ波を放射する。【０００９】
このとき、排気口９からはアッシングチャンバー５内が排気されると共に、ガス導入口８を介してプロセスガス１１を導入しているため、スロットアンテナ３から放射されたマイクロ波がプロセスガス１１を励起してプラズマ１２（点線にて示す）を生成する。また、ヒーターテーブル１０を用いてウェーハ６を加熱保持するので、ウェーハ６表面のフォトレジストを効率よく除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１５８２１０号公報
【特許文献２】特開平７−１３０７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のような従来のプラズマ発生装置には次のような課題が存在した。すなわち、マイクロ波を用いたプラズマ発生装置においては、低圧で放電が開始される際、放電を起こしたい被処理基板上方にはマイクロ波が留まることが困難であって、被処理基板上方の空間では放電が開始され難いといった現象が起きている。【００１２】
放電の開始とは、電界によって加速された電子が中性粒子との衝突により電離増殖して気体がプラズマ化し、放電が継続状態となることを指す。マイクロ波電界を用いる場合は通常無電極なので、処理槽の壁面などが２次電子の放出源となって放電開始が起きる。【００１３】
図５に示したプラズマ発生装置を例に取ると、ウェーハ６を載置した試料台７の下方空間やアッシングチャンバー５の壁面部近傍が、２次電子放出源となり得る壁面部の面積が大きく、２次電子放出量が多くなる。したがって、これらの空間にて放電が開始される確率が高くなる。【００１４】
つまり、放電開始は、放電を起こしたいウェーハ６の上方空間ではなく、他の空間に拡がってしまい、本来、プラズマ１２が不要であるはずの空間に異常放電１３が発生することになる。このような異常放電１３が発生した場合、ウェーハ６のプラズマ処理に必要なプラズマ１２を発生させるための消費電力がいたずらに増大した。【００１５】
特に、ヒーターテーブル１０の下面からその脚部分にかけての空間に発生する異常放電１３は、ウェーハ６上方のプラズマ１２発生には何ら寄与することがなく、単にヒーターテーブル１０下面やその脚部分にダメージを与えるだけであり、その抑制が急務となっていた。【００１６】
上記の問題を解決する手法としては、プロセスガスの圧力を高めることが考えられるが、放電が安定後にプロセスガスを再度低圧力に戻す工程が必要となる。したがって、プロセスガスの圧力調整作業が増え、その分だけ処理時間が長期化した。【００１７】
また、異常放電１３の発生を防ぐべく、二次的な補助機器としてグローランプなどのトリガー放電部を設ける技術も知られている。しかし、放電開始時にだけ使用する部材をわざわざ設けなくてはならない。このため、メンテナンス対象部材も増えることになり、構成の簡略化が望まれていた。【００１８】
以上述べたように、マイクロ波を用いたプラズマ発生装置、あるいはその発生装置を用いたプラズマ処理装置においては、低圧での放電開始時に、所望の空間に放電を発生させることが難しかった。そこで、プロセスガスの圧力を高めたり、トリガー放電部を設けることが考えられるが、これらの技術では処理時間の長期化や構成の複雑化といった新たな問題が生じた。【００１９】
本発明は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、処理時間の長期化や構成の複雑化を回避しつつ、極めて簡単な構成によって異常放電の発生を抑えることができ、適切な空間にプラズマを確実に発生させることが可能な、信頼性に優れたプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ発生装置は、被処理基板を収納する処理槽内にプロセスガス及びマイクロ波を導入してプラズマを発生させるプラズマ発生装置において、前記処理槽には前記被処理基板よりも下方にマイクロ波遮断材が配置されたことを特徴とするものである。また、上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、上述のプラズマ発生装置を用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラズマ発生装置及びプラズマ処理装置によれば、マイクロ波遮断材を被処理基板よりも下方に設けるといった極めて簡単な構成により、被処理基板の下方空間に異常放電の発生を防止することができ、低圧環境下のマイクロ波放電での放電開始時であっても、被処理基板上方に放電が起き易く、信頼性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る代表的な実施形態の模式図。
【図２】本実施形態の要部平面図。
【図３】本発明に係る代表的な実施形態の模式図。
【図４】本発明に係る他の実施形態の模式図。
【図５】一般的なアッシング装置の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係るプラズマ発生装置の代表的な実施形態について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。図１及び図３は本実施形態の模式図、図２は本実施形態の要部平面図である。なお、本実施形態は、図５に示した従来例と同様、アッシング装置に適用したものであって、図５に示した従来例と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。
【００２４】
（１）代表的な実施形態
［構成］
図１及び図３に示すように、本実施形態は試料台７に載置されたウェーハ６よりも下方にマイクロ波遮断板１４が配置された点に特徴がある。マイクロ波遮断板１４は上面板１４ａと、該上面板１４ａに対し垂直に取り付けられた側面板１４ｂとから構成されている。
【００２５】
ここで、マイクロ波遮断板１４は、本発明のマイクロ波遮断材を構成する。そしてマイクロ波遮断板１４の上面板１４ａの形状はリング状をなし、その内径はヒーターテーブル１０の外径とほぼ等しく、あるいは若干大きめに形成されていて、外径はアッシングチャンバー５の側壁部の内径（図１の左右方向の寸法）とほぼ等しく、あるいは若干小さめに形成されている。
【００２６】
つまり、マイクロ波遮断板１４の上面板１４ａは試料台７の周囲とアッシングチャンバー５側壁との空間にて上下動でき、試料台７、アッシングチャンバー５の側壁との間にマイクロ波が通過することのない(例えばマイクロ波波長の１／４よりも小さい)隙間を有する寸法とされる。
【００２７】
マイクロ波遮断板１４の上面板１４ａにはマイクロ波波長の１／４よりも小径の穴部１５が、全周にわたって複数形成されている（図２参照）。また、穴部１５の総面積は、アッシングチャンバー５内においてプロセスガス１１をスムーズに排気させるのに十分な大きさに設定されている。
【００２８】
なお、マイクロ波は絶縁体を透過する性質を持つため、マイクロ波遮断板１４の材質はマイクロ波を反射する金属系の材質であることが好ましい。マイクロ波遮断板１４の側面板１４ｂは、試料台７より（本実施形態では試料台７と一体のヒーターテーブル１０より）水平方向に延びる複数本（例えば４本）の支持アーム１６に対して上下動自在に設けられている。マイクロ波遮断板１４は通常は上昇した位置にあり（図１の状態）、試料台７の下方のメンテナンスなどを実施する際に下降位置に移動するようになっている（図３の状態）。
【００２９】
ここでマイクロ波遮断板１４の上昇時に、その上面レベル、つまり本実施形態では上面板１４ａの上面レベルは試料台７の上面レベルとほぼ一致する高さとされる。つまり、マイクロ波遮断板１４は、その上昇端において、上面板１４ａは試料台７上に載置されたウェーハ６より下方に配置される。なお、支持アーム１６に対するマイクロ波遮断板１４の上下方向への移動は、不図示のモーターやエアシリンダ等の駆動機構による。
【００３０】
［作用効果］
以上の構成を有する本実施形態の作用効果は次の通りである。すなわち、マイクロ波遮断板１４を試料台７の周囲とアッシングチャンバー５側壁との空間を埋めるように設置し、ウェーハ６よりも下方に配置したので、マグネトロン１、導波管２、スロットアンテナ３、マイクロ波透過窓４から構成されるマイクロ波供給手段から供給されたマイクロ波は、ウェーハ６の下方空間に到達することがない。より詳しくは、マイクロ波遮断板１４の上面板１４ａに設けた穴部１５の径寸法は、マイクロ波波長の１／４よりも小さく、マイクロ波がここを通過することはない。
【００３１】
また、上面板１４ａの穴部１５の総面積は、アッシングチャンバー５内のプロセスガス１１を排気口９から排気させるのに十分な大きさであり、しかも上面板１４ａの全周にわたって形成している。そのため、マイクロ波遮断板１４をアッシングチャンバー５内に設置したにせよ、これによってプロセスガス１１の流れが阻まれることがなく、プロセスガス１１を均一に排気することが可能である。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態によれば、マイクロ波遮断板１４を配置したことにより、ウェーハ６の下方空間にマイクロ波の到達を防止でき、異常放電１３の発生を確実に抑止することができる。そのため、ウェーハ６上方の空間で放電開始が起き易くなる。
【００３３】
したがって、消費電力を増大させることなく、適切な空間にプラズマ発生が実現して、信頼性の向上に寄与することができる。このとき、プロセスガス１１の圧力を高める必要が無く、プロセスガス１１の圧力調整作業を省くことができるため、処理時間が長期化するといった不具合が生じることがない。
【００３４】
さらには、グローランプなどのトリガー放電部も不要なので、構成の簡略化が可能となるといったメリットがある。しかも、マイクロ波遮断板１４は上下動自在であるため、下降位置まで移動させることにより試料台７下方のメンテナンスなどを容易に実施することができる。
【００３５】
また、ウェーハ６よりも下方にマイクロ波遮断板１４を配置したことで、プラズマ放電を比較的にウェーハ６近傍で起こすことができる。それにより、放電熱が処理に必要なウェーハ６の温度への上昇に寄与する効果が期待できる。
【００３６】
（２）他の実施形態
上述した実施形態においては、マイクロ波遮断板１４を、支持アーム１６を介して試料台７に対し上下に配置した。しかしながら、マイクロ波遮断板１４をアッシングチャンバー５の底部に直接上下動できるように配置してもよい。この場合は、支持アーム１６は不要となる。
【００３７】
異常放電防止を達成するという点では、マイクロ波遮断板１４の上下動は特に必要としない。この場合、マイクロ波遮断板１４の上面板１４ａの上面レベルが試料台７の上面レベルとほぼ一致する高さにアッシングチャンバー５の底部または側壁部に固定配置としても良い。マイクロ波遮断板１４をアッシングチャンバー５の側壁部に固定配置する場合に、側面板１４ｂを必要としない。
【００３８】
マイクロ波遮断板１４の上面板１４ａに形成した穴部１５においても、マイクロ波が遮断されるならば、穴の列数も一列に限らず複数列配置としてもよい。なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状や寸法、材質などは適宜変更可能である。
【００３９】
具体的には、マイクロ波遮断板１４をヒーターテーブル１０に対して着脱自在に設けてもよい。その場合は、例えば、側面板１４ｂを棒状の形態とし、支持アーム１６の端部に雌ねじ、側面板１４ｂの一方の端部に支持アーム１６の雌ねじに対応する雄ねじ、側面板１４ｂのもう一方の端部に雌ねじを加工し、上面板１４ａの周縁の側面板１４ｂに接触する部分に穴を開口する。そして、マイクロ波遮断板１４をヒーターテーブル１０に取り付ける場合は、側面板１４ｂを支持アーム１６にねじ込むことで、支持アーム１６と側面板１４ｂを接合し、上面板１４ａを被せてねじ止めする。取り外す場合には、逆の操作を行う。
【００４０】
図４に示すように、マイクロ波遮断板１４の側面板１４ｂの設置箇所を、図１で示したようなアッシングチャンバー５の側壁部側ではなく、試料台７側（ヒーターテーブル１０側）としても良い。そうすれば、支持アーム１６を短くでき、部品の小型化が達成できる。
【００４１】
この場合、前述した実施形態と同様に、マイクロ波遮断板１４の側面板１４ｂを、試料台７より水平方向に延びる支持アーム１６に対してモーターやエアシリンダ等の駆動機構を介して上下動自在としたり、支持アーム１６を特に設けずにアッシングチャンバー５の底部に上下動できるように直接配置しても、さらには上面板１４ａの上面レベルが試料台７の上面レベルとほぼ一致する高さにアッシングチャンバー５の底部または側壁部に固定配置としても良い。
【００４２】
上述したいずれの実施形態では、マイクロ波遮断板１４の上昇端での、あるいは固定配置されたマイクロ波遮断板１４の上面レベルの好ましい高さとして試料台７の上面レベルとほぼ一致する高さとした。ところが、マイクロ波遮断板１４の当該上面レベルは、試料台７の上面レベルよりも下でも構わない。ただし、課題のところで述べたような例えば試料台７の下方空間に異常放電が生じてしまうような限界よりは高い位置に設定する必要がある。その限界位置は、アッシングチャンバー５の内圧、マイクロ波の強度、エッチングガスの種類などにより変化することとなる。
【００４３】
上述したいずれの実施形態でも、マイクロ波遮断材を構成するマイクロ波遮断板１４を構成する側面板１４ｂの形状は板ではなく、棒状にしても良い。このように構成すると、部品の小型化が達成できる。さらに、上述した実施形態では、アッシング処理を例にとって説明したが、本発明は、エッチング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置など、プラズマ発生装置を用いる処理装置であれば適用できる。また、被処理基板としてウェーハを例示したが、これに限らずプラズマで処理される基板であれば適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…マグネトロン
２…導波管
３…スロットアンテナ
４…マイクロ波透過窓
５…アッシングチャンバー
６…ウェーハ
７…試料台
８…ガス導入口
９…排気口
１０…ヒーターテーブル
１１…プロセスガス
１２…プラズマ
１３…異常放電
１４…マイクロ波遮断板
１４ａ…上面板
１４ｂ…側面板
１５…穴部
１６…支持アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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