(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を誘電体線路に伝搬せしめ、該誘電体線路から漏洩する電界を用いてプラズマを発生させ、被処理物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、
マイクロ波の導入側部分に設けられる第１部材と、
前記プラズマの発生のための電界を漏洩する漏洩側部分に設けられ、前記第１部材より高耐熱性を有する前記第１部材に接合される第２部材と
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
マイクロ波を誘電体線路に伝搬せしめ、該誘電体線路から漏洩する電界を用いてプラズマを発生させ、被処理物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、
前記誘電体線路は、
マイクロ波の導入側部分に設けられる第１部材と、
前記プラズマの発生のための電界を漏洩する漏洩側部分に設けられ、前記第１部材より高耐熱性を有する前記第１部材に突き合わせられる第２部材と
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
第１部材と第２部材とは、マイクロ波の反射を抑制するように、厚み方向に形成されたテーパ面で接合されていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
第１部材は４フッ化エチレンを主原料とし、第２部材は石英、ポリイミド及びポリベンゾイミダゾールを含むグループから選択された物質を主原料とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを使用してエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギを与えた際に発生するプラズマはＬＳＩ、ＬＣＤの製造におけるエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理において広く用いられている。特にプラズマを用いたドライエッチング技術は前記製造に必要不可欠な基本技術となっている。
【０００３】
本願出願人が特開昭62−5600号公報等にて提案している、誘電体線路を利用したプラズマ処理装置は、反応室の上壁をマイクロ波の透過が可能な耐熱性板で封止し、その上方にマイクロ波を導入するための誘電体線路を設けた構成を有し、大面積に均一にマイクロ波プラズマを発生させることが可能である。
【０００４】
図７はこの種のプラズマ処理装置を示す模式的縦断面図であり、図８は模式的横断面図である。図中１は、Ａｌ等の金属からなる有底円筒状の反応容器であり、その内部に反応室２を構成している。反応室２の上部の開口３は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有しており、しかも誘電損失が小さい石英ガラス（ＳｉＯ2 ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の誘電体板からなるマイクロ波導入窓４にて、気密状態に封止されている。反応室２内には、マイクロ波導入窓４と対向する位置に、被処理物である、例えば半導体基板（ウエハ）Ｓを載置するためのステージ７が配設されている。また反応容器１の底壁には図示しない排気装置に接続される排気口６が形成されており、また反応容器１の一側壁には、反応室２へ所要の反応ガスを導入するためのガス導入口５が形成されている。
【０００５】
マイクロ波導入窓４の上方には、所定間隔（エアギャップ20）を隔てて、図９に示す如き平面形状と、図10に示す如き断面形状とを有する誘電体線路21が設けられており、その周囲は金属板22にて囲われている。誘電体線路21はボルト45によって金属板22に固定されている。誘電体線路21の側方にはマイクロ波導波管23が連結されており、その先端にはマイクロ波発振器26が取り付けられている。
誘電体線路21は、マイクロ波導波管23に挿入された導入部211 と、マイクロ波導入窓４の上方に位置し、反応室２の平面形状を覆い得る大きさの本体部213 と、マイクロ波の進行方向に関して対称なテーパ形状を有して本体部213 と導入部211 とを結ぶ整合部212 とを有する。
誘電体線路21の各サイズは表１に示す如くである。
【０００６】
【表１】
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【０００７】
このように構成されたプラズマ処理装置にて、被処理物であるウエハＳの表面にエッチング処理を施す場合、先ず排気口６から排気を行って反応室２内を所要の真空度に設定した後、ガス供給管５から反応ガスを供給する。次いでマイクロ波発振器26においてマイクロ波を発振させ、導波管23を介して誘電体線路21へ導入する。マイクロ波が誘電体線路21を伝搬する間に、誘電体線路21の下方に漏れ電界が形成され、この漏れ電界が、下面垂直方向に指数関数的に減衰しながら、マイクロ波導入窓４を透過して反応室２内へ導かれる。この電界によって反応室２でプラズマが生成されると、そのエネルギによって反応ガスがイオン、ラジカル等の活性ガスに変化し、この活性ガスによりステージ７上のウエハＳの表面に例えばエッチング等の処理が施される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
誘電体線路21は、伝搬するマイクロ波を減衰させないために、誘電率が低いこと、及び誘電損失が小さいことが要求され、一般に４フッ化エチレンが使用されている。通常のプラズマ処理で使用されるマイクロ波パワーは1.３ｋＷ程度であるが、処理速度を向上させるためには、さらにパワーを上げる必要があることが分かっている。また誘電体線路21は、マイクロ波の伝搬時に温度を吸収し、またプラズマ生成時の発生熱及びウエハ表面からの輻射熱を受け、さらにこれらの相乗効果により、温度が上昇する。従って誘電体線路21は、マイクロ波のパワーが大きいほど高温になり、誘電体線路21が部分的に融解・変形してしまう可能性もある。このためマイクロ波パワーはある程度以上大きくすることができなかった。
【０００９】
本発明は、誘電体線路に耐熱性が高い素材を部分的に使用することにより、マイクロ波のパワーを大きくしても、誘電体線路の融解、変形を防止することが可能であり、マイクロ波パワー増大によりプラズマ処理速度の向上を図ったプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
マイクロ波を導入し伝搬する機能のため、誘電体線路の材質は、誘電率及び誘電損失が従来の４フッ化エチレンにできるだけ近く、誘電損失の温度依存性が小さいものである必要があり、この条件を満足するものとして、石英、ポリイミド、セラゾール（ヘキストセラニーズコーポレーションの商標：一般名ポリベンゾイミダゾール）が挙げられる。これらの物性を表２に示す。
【００１１】
【表２】
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【００１２】
石英は、４フッ化エチレンに較べ高価であり、また加工性が悪い。従って、石英で誘電体線路全体を構成しようとした場合、素材費用と加工費用とで高額になる。
【００１３】
またポリイミド、セラゾール等の樹脂系素材は、一般に小部品（250mm ×250mm 程度以下）に使用されているものであり、誘電体線路の大きさ（340 mm×684 mm）のものは入手が困難であり、仮に入手できたとしても極めて高価である。
【００１４】
本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波を誘電体線路に伝搬せしめ、該誘電体線路から漏洩する電界を用いてプラズマを発生させ、被処理物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、マイクロ波の導入側部分に設けられる第１部材と、前記プラズマの発生のための電界を漏洩する漏洩側部分に設けられ、前記第１部材より高耐熱性を有する前記第１部材に接合される第２部材とを備えることを特徴とする。本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波を誘電体線路に伝搬せしめ、該誘電体線路から漏洩する電界を用いてプラズマを発生させ、被処理物に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記誘電体線路は、マイクロ波の導入側部分に設けられる第１部材と、前記プラズマの発生のための電界を漏洩する漏洩側部分に設けられ、前記第１部材より高耐熱性を有する前記第１部材に突き合わせられる第２部材とを備えることを特徴とする。
【００１５】
漏洩側部分を高耐熱性の第２部材で構成することにより、高温化による漏洩側部分の融解、変形を抑制することができる。また導入側部分はマイクロ波の導入に適当である、低誘電率、低誘電損失の第１部材とすることができる。これにより高パワーのマイクロ波を使用することが可能な誘電体線路を比較的安価に実現でき、処理速度を向上することができる。
さらに誘電体線路の高温化に伴い、マイクロ波導入窓も高温になるので、マイクロ波導入窓への膜種の付着が抑制され、パーティクルの低減に対しても良好な効果が得られる。
【００１６】
本発明に係るプラズマ処理装置は、第１部材と第２部材とは、マイクロ波の反射を抑制するように、厚み方向に形成されたテーパ面で接合されていることを特徴とする。
【００１７】
誘電体線路をマイクロ波が伝搬する際の、第１、第２部材の接合部分における反射を抑制して、マイクロ波の減衰を抑制することができる。
【００１８】
本発明に係るプラズマ処理装置は、第１部材は４フッ化エチレンを主原料とし、第２部材は石英、ポリイミド及びポリベンゾイミダゾールを含むグループから選択された物質を主原料とすることを特徴とする。
【００１９】
第２部材においては、誘電体線路として従来から使用されている４フッ化エチレンと比較して、誘電率、誘電損失の大幅な増大がなく、４フッ化エチレンよりも高耐熱性を、その漏洩側部分で得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の模式的縦断面図、図２は同横断面図である。本発明のプラズマ処理装置は誘電体線路21に特徴を有している。誘電体線路21はここからの漏洩電界が導入される反応室２の上側にあって、ここからの輻射熱を受けて融解し易い部分を耐熱性部材41で構成し、導入側の部分は従来と同様の低誘電率部材42にて構成する。そして両耐熱性部材41，42の接合部分は厚み方向のテーパ（約30度以下）を形成して突き合わせてある。
これにより、接合部でのマイクロ波の減衰が抑制される。
【００２１】
図１，２において誘電体線路21以外の対応する部分には図７，８と同番号を付して説明を省略する。
以上のような構成によりに高マイクロ波パワーを用いた場合でも融解し難い誘電体線路を実現することができる。
【００２２】
【実施例】
実施例１．
図３は耐熱性部材41として石英を用いた実施例を示す平面図である。図４は図３のIV−IV線における断面図である。金属板22との熱膨張率の差による応力によりボルトが折れることがあるため、石英はボルト固定に適さない。従って嵌め込み固定を採用する。即ち、アルミニウムからなる金属板22を、耐熱性部材41及び低誘電率部材42の厚みに対応した溝が形成された嵌合部22a を有するように成形し、そこへ石英からなる耐熱性部材41及び４フッ化エチレンからなる低誘電率部材42を挿入して嵌合させる。従来と同様、誘電体線路21のマイクロ波導入側の端部は、マイクロ波の反射を抑制するために斜めに形成されている（図１に示す斜部43、θ1 ≒16.8°）。そして耐熱性部材41と低誘電率部材42との接合部もまた、マイクロ波の反射を抑制するために斜めに形成されている（図１に示す斜部44、θ2 ≒11.6°）。
要部の各サイズは表３のとおりである。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
石英の軟化点は約1720℃と高いために、マイクロ波吸収、プラズマ生成及び反応室からの輻射熱を受けてもほとんど影響がなく、変形、融解は見られなかった。但し、誘電率が４フッ化エチレンよりも高いために、それ自体の温度は、全てが４フッ化エチレンで構成されている誘電体線路21よりも高くなったが、問題ない程度であった。
また誘電体線路21内において、材質が異なる斜部44をマイクロ波が伝搬するが、この形状が斜めであるために反射が抑制され、その伝搬は良好である。
さらにマイクロ波導波管23から導入されたマイクロ波は、低誘電率、低誘電損失の４フッ化エチレン製の低誘電率部材42を伝搬し、さらに石英製の耐熱性部材41を伝搬して均一なプラズマが生成された。
【００２５】
このように、マイクロ波パワーの上限の制約が緩和されるため、処理速度を向上することができる。
【００２６】
実施例２．
図５は、耐熱性部材41としてポリイミドを用いた場合を示す平面図である。図６は図５のVI−VI線における断面図である。前述した如く、大面積のポリイミドは入手が困難であるため、耐熱性部材41は６片（411,412,413,414,415,416)を組合せて構成してある。そして整合部212 と本体部213 との境界部分より少し（約22mm）本体部213 側の位置から本体部213 側へ斜部44が形成されている。そして金属板22への取り付けは、従来と同様、ボルト45にて行っている。なお耐熱性部材41の分割位置は、反応室２の中央部分（被処理物に対向する位置）から外れるようになしてある。
即ち、中央部分に一番大きな面積の耐熱性部材片413 （約250mm ×250mm)を配し、その周囲に小片の耐熱性部材411,412,414,415,416 を配している。
要部の各サイズは表４のとおりである。
【００２７】
【表４】
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【００２８】
ポリイミドの融点は約400 ℃と高いために、マイクロ波吸収、プラズマ生成及び反応室からの輻射熱を受けてもほとんど影響がなく、変形、融解は見られなかった。但し、誘電率が４フッ化エチレンよりも高いために、それ自体の温度は、全てが４フッ化エチレンで構成されている誘電体線路21よりも高くなったが、問題ない程度であった。
また誘電体線路21内において、材質が異なる斜部44をマイクロ波が伝搬するが、この形状が斜めであるために反射が抑制され、その伝搬は良好である。
さらにマイクロ波導波管23から導入されたマイクロ波は、低誘電率、低誘電損失の４フッ化エチレン製の低誘電率部材42を伝搬し、さらに石英製の耐熱性部材41を伝搬して均一なプラズマが生成された。
【００２９】
このように、実施例１と同様、マイクロ波パワーの上限の制約が緩和されるため、処理速度の向上が実現する。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るプラズマ処理装置は、誘電体線路に耐熱性が高い素材を漏洩側部分に使用することにより、高温化による漏洩側部分の融解を抑制して高パワーのマイクロ波の使用を可能とし、処理速度を向上することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の模式的縦断面図である。
【図２】本発明に係るプラズマ処理装置の模式的横断面図である。
【図３】実施例１における誘電体線路及び金属板を示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV線における断面図である。
【図５】実施例２における誘電体線路を示す平面図である。
【図６】図５のVI−VI線における断面図である。
【図７】プラズマ処理装置を示す模式的縦断面図である。
【図８】プラズマ処理装置を示す模式的横断面図である。
【図９】従来の誘電体線路を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線における断面図である。
【符号の説明】
21  誘電体線路
41  耐熱性部材（漏洩側部分）
42  低誘電率部材（導入側部分）
44  斜部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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