JP2004006162A

JP2004006162A - プラズマ処理装置及び可変パワー分配器

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Publication number: JP2004006162A
Application number: JP2002160858A
Authority: JP
Inventors: Petrov Ganashev Ivan; ガナシェフ　イヴァン　ペトロフ; Masashi Yamahana; 山華　雅司
Original assignee: Toshiba Corp; Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP4188004B2

Abstract

【課題】処理室内の構造を変えず、低コストで、プラズマ、処理速度空間分布制御を実現できるプラズマ処理装置及び可変パワー分配器を提供する。
【解決手段】処理室１、二重導波管２、マイクロ波発生器３、可変パワー分配器４、自動インピーダンスチューナ５等を備える。処理室１の上部に、マイクロ波を導入するための中心窓７及び周辺窓８を設ける。可変パワー分配器４に設けられた中心経路４ｂ及び周辺経路４ｃに、それぞれを開閉する第１の開閉部材４ｄ及び第２の開閉部材４ｅを設ける。第１の開閉部材４ｄ及び第２の開閉部材４ｅを移動させることにより、中心経路４ｂ、内管２ａを通過して中心窓７から処理室１内へ供給されるマイクロ波パワーと、周辺経路４ｃ、外管２ｂを通過して周辺窓８から処理室１内へ供給されるマイクロ波パワーとの比を制御することによって、処理室１内のプラズマ、処理速度空間分布を制御する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスガスにマイクロ波を導入することにより生成されるプラズマによって、被処理物の処理を行なうプラズマ処理装置及び導入マイクロ波のパワーを制御するための可変パワー分配器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用のシリコンウェハや各種ディスプレイ用ガラス基板といった被処理物に対して、ドライエッチングやアッシング等を施すための装置として、プラズマ処理装置が存在する。このようなプラズマ処理装置の一つに、マイクロ波プラズマ装置がある。このマイクロ波プラズマ装置による処理は、以下のように行なわれる。まず、真空を維持可能な処理室内に被処理物を収容し、そこに、例えば１〜１０００Ｐａ程度の低圧のプロセスガスを供給する。そして、電源によって駆動されるマイクロ波発生器からのマイクロ波を、処理室に導入する。このとき、プロセスガスへのマイクロ波の照射によりプロセスガスが一部イオン化、分解され、これにより発生したイオン、ラジカルによって、被処理物に対する処理等を施すことができる。
【０００３】
ところで、上記のようなマイクロ波プラズマ装置において、処理室内にマイクロ波を導入する方法として、最も多く用いられているのは、処理室の壁の全部若しくは一部を誘電体で作り、そこからマイクロ波を導入するという方法である。ここで、処理室の壁の一部を誘電体から構成する場合には、その壁の誘電体部分を「窓」と呼ぶ。そして、処理室を設計する際には、窓の数、位置、形、サイズを最適化することによって、被処理物や処理プロセス等に適合したプラズマ、処理速度空間分布制御を実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、窓の構造の最適化を行なっても、その結果は、処理室内の圧力、ガス成分などのプロセスパラメータによって、大きく変化してしまう場合がある。また、一つの処理プロセスを目的とした窓の構造を採用した場合、必ずしも他の処理プロセスに適合するとは限らない。
【０００５】
これに対処するため、処理室内の構造を、処理プロセスに合わせて変えるという方法もある。例えば、被処理物が載置された設置台を移動可能に設け、処理プロセスに応じて被処理物と窓との間の距離を変えることが考えられる。しかし、真空を維持すべき処理室内の構造変動は困難であり、被処理物と窓との距離の変更だけでは目指したプラズマ、処理速度空間分布を達成できない場合もある。
【０００６】
また、複数の窓に、それぞれ独立のマイクロ波発生器及び電源を備え、それらのマイクロ波発生器のパワーを独立に制御することによって、プラズマ、処理速度空間分布を制御することも考えられる。しかし、マイクロ波発生器はコストが高いので、現在の段階で、複数の窓に応じて独立に設置した製品を商品化することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、処理室内の構造を変えず、低コストで、プラズマ、処理速度空間分布制御を実現できるプラズマ処理装置及び可変パワー分配器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、被処理物が収容可能で且つマイクロ波を導入する窓を有する処理室と、プラズマ発生用のマイクロ波を前記窓を介して前記処理室内へ導入させる導波体とを備えたプラズマ処理装置において、前記窓は複数設けられ、前記導波体は前記複数の窓へ供給するマイクロ波のパワーを、前記窓に応じて分配制御する可変パワー分配器を備えたことを特徴とする。
また、請求項４記載の発明である可変パワー分配器は、導波体に接続され、複数のマイクロ波の供給経路を備え、前記供給経路における開閉量をそれぞれ制御する開閉部材が設けられていることを特徴とする。
以上のような請求項１及び請求項４記載の発明では、可変パワー分配器によって、複数の窓から処理室内へ供給されるマイクロ波のパワーを分配制御することができるので、窓に応じてマイクロ波パワー比を変えて、被処理物及び処理プロセスに応じたプラズマ、処理速度空間分布を実現できる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記複数の窓は、中心窓と、その周囲に設けられた周辺窓から成ることを特徴とする。
以上のような請求項２記載の発明では、中心窓とその周囲の周辺窓を設けることによって、マイクロ波の導入領域を、広範なものとすることができるので、大面積のプラズマ処理が可能となるとともに、均一な処理も容易となる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記導波体は、前記中心窓へのマイクロ波供給経路と、前記周辺窓へのマイクロ波供給経路とが区分された二重導波管を含むことを特徴とする。
また、請求項５記載の発明である可変パワー分配器は、外管部及び内管部を有する二重導波管に接続され、前記外管部及び前記内管部へのマイクロ波の供給経路を備え、前記供給経路における前記外管部側及び前記内管部側の少なくとも一方の開閉量を制御する開閉部材が設けられていることを特徴とする。
以上のような請求項３及び請求項５記載の発明では、マイクロ波の供給を中心窓と周辺窓に分けて制御することができるので、処理室の中心と周辺とで、プラズマ密度、処理速度を変化させることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について図１〜図７を参照して具体的に説明する。
〔実施形態の構成〕
〔全体構成〕
本実施形態のプラズマ処理装置は、図１に示すように、処理室１、二重導波管２、マイクロ波発生器３、可変パワー分配器４、自動インピーダンスチューナ５等を備えている。処理室１は、真空を維持可能な容器であり、図示しない排気ポンプとガス供給源とが接続され、所定の組成及び圧力のガス雰囲気が維持されるように構成されている。また、処理室１内には、被処理物Ａを載置するための設置台６が設けられている。
【００１２】
処理室１の上部には、マイクロ波を導入するための中心窓７及び周辺窓８が設けられている。中心窓７及び周辺窓８の構成は、例えば、図２に示すように、処理室１の軸上に設けられた円形の中心窓７と、その周囲に円形の周辺窓８ａを複数配設したもの、図３に示すように、中心窓７と同軸にリング状の周辺窓８ｂを設けたもの、図４に示すように、中心窓７の周囲に円弧状の周辺窓８ｃを複数配設したものなどが考えられるが、これらに限定されるものではない。
【００１３】
また、中心窓７及び周辺窓８，８ａ〜８ｂを形成するための誘電体としては、例えば、石英、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム等を使用することができるが、ここで列挙した具体例には限定されない。
【００１４】
二重導波管２は、処理室１の中心窓７及び周辺窓８を介して、マイクロ波を処理室１へ供給するための管であり、中心窓７への供給経路となる内管２ａと周辺窓８への供給経路となる外管２ｂの二重構造となっている。マイクロ波発生器３は、図示しない電源によって駆動され、マイクロ波を発生、供給する装置である。可変パワー分配器４は、後述する構成によって、中心窓７及び周辺窓８へのマイクロ波の供給を制御するものである。自動インピーダンスチューナ５は、導波体を介してマイクロ波発生器３と可変パワー分配器４との間に接続され、可変パワー分配器４の作動によって変化したインピーダンスを自動的に整合させる整合器である。
【００１５】
〔可変パワー分配器の構成〕
ここで、可変パワー分配器４の具体的な構成例を説明する。すなわち、図５に示すように、可変パワー分配器４は、導波管の内部に、マイクロ波発生器３及び自動インピーダンスチューナ５からのマイクロ波が導入される導入部４ａを設け、この導入部４ａから、二重導波管２の内管２ａに連通する中心経路４ｂと、外管２ｂに連通する周辺経路４ｃとに分岐させた経路を形成したものである。
【００１６】
導入部４ａには、中心経路４ｂの開閉量を制御する金属製の第１の開閉部材４ｄが、図示しない駆動機構によって移動可能に設けられている。また、周辺経路４ｃ内には、その内径を拡大した部分に、経路の開閉量を制御する金属製リング状の第２の開閉部材４ｅが、図示しない駆動機構によって移動可能に設けられている。
【００１７】
〔実施形態の作用〕
以上のような本実施形態の作用は、以下の通りである。すなわち、図１に示すように、設置台６上に被処理物Ａを載置し、ガス供給源から処理室１内に低圧のプロセスガスを導入する。そして、マイクロ波発生器３からのマイクロ波を、図５に示すように、自動インピーダンスチューナ５、可変パワー分配器４及び二重導波管２を介して、中心窓７及び周辺窓８から処理室１内に導入する。このように、本実施形態では、マイクロ波のパワーが、二重導波管２における内管２ａと外管２ｂによって、中心窓７側と周辺窓８側に分別されて供給される。これによって、処理室１内にプラズマＰが発生し、被処理物Ａに対する処理が行なわれる。
【００１８】
このとき、可変パワー分配器４における第１の開閉部材４ｄ及び第２の開閉部材４ｅを移動させ、中心経路４ｂ及び内管２ａを通過して中心窓７から処理室１内へ供給されるマイクロ波パワーと、周辺経路４ｃ及び外管２ｂを通過して周辺窓８から処理室１内へ供給されるマイクロ波パワーとの比を制御することによって、処理室１内のプラズマ、処理速度空間分布の制御を行なう。
【００１９】
例えば、中心窓７に供給されるマイクロ波のパワーを上げると、処理室１の中心のプラズマ密度、処理速度が上昇し、周辺窓８に供給されるマイクロ波のパワーを上げると、処理室１内の周辺プラズマ密度、処理速度が上昇する。このように、可変パワー分配器４によって、マイクロ波パワーを変動させるとインピーダンスが変化するが、マイクロ波発生器３と可変パワー分配器４との間に設けられた自動インピーダンスチューナ５によって、インピーダンスマッチングが保持される。
【００２０】
〔実施形態の効果〕
以上のような本実施形態によれば、単一のマイクロ波発生器３から中心窓７及び周辺窓８を介して処理室１内へ供給されるマイクロ波のパワー比を、可変パワー分配器４によって制御するので、処理室１内の構造を変えることなく、低コストで、被処理物Ａ及び処理プロセスに適合したプラズマ、処理速度空間分布を実現できる。
【００２１】
また、中心窓７と周辺窓８との組み合わせによって、マイクロ波の導入領域を広範なものとすることができるので、大面積のプラズマ処理が可能となるとともに、処理の均一化若しくは局所的な処理も容易となる。
【００２２】
さらに、二重導波管２を介して、マイクロ波を供給するので、内管２ａ側及び外管２ｂ側に供給されるマイクロ波のパワーを変えて、処理室１の中心と周辺とで、プラズマ密度、処理速度を変化させることができる。
【００２３】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状、数、配置、材質、大きさ等は適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態において、第１の開閉部材４ｄと第２の開閉部材４ｅの駆動機構は、それぞれを独立に駆動させるものであっても、一体に駆動させるものであってもよい。また、例えば、図６に示すように、第１の開閉部材４ｄのみを設けたものや、図７に示すように、第２の開閉部材４ｅのみを設けたもの（４ｄは固定）も構成可能である。
【００２４】
また、上記の実施形態における二重導波管２の内管２ａは、マイクロ波の波長との関係で内管２ａを一定以上の径（波長の約０．６倍以上）を必要とするが、この内管２ａの部分を同軸ケーブルとすることによって、マイクロ波の供給を確保しつつ、径の小型化を図ることができる。
【００２５】
また、本発明の処理室の形状、処理室に設ける窓の形状、数、位置、マイクロ波供給用の導波体、導波管の形状、数、種類についても、上記の実施形態で例示したものには限定されない。また、プラズマ源として、設置台のない装置であってもよい。また、可変パワー分配器の構造や材質についても、上記の実施形態で例示したものには限定されない。例えば、可変パワー分配器を構成する導波管と二重導波管とを一体的に連続して形成してもよい。また、例えば、導波管を個々の窓ごとに設けたり、可変パワー分配器を個々の窓ごとにバルブを開閉できる構造とする等によって、個々の窓ごとにマイクロ波の供給を制御できる構成としてもよい。また、二重導波管において、その内径と外径とで別材料としてもよい。
【００２６】
また、あまりコスト高とならない程度に、プラズマ発生器を複数設けてもよい。さらに、本発明において使用されるプロセスガス、処理対象となる被処理物等も特定のものには限定されず、処理を担うプラズマ中のイオンやラジカル等は被処理物に応じて最適化される。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理室内の構造を変えず、低コストで、プラズマ、処理速度空間分布制御を実現可能なプラズマ処理装置及び可変パワー分配器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の実施形態における処理室の窓形状の一例を示す縦断面図である。
【図３】図１の実施形態における処理室の周辺窓をリング状とした一例を示す縦断面図である。
【図４】図１の実施形態における処理室の周辺窓を円弧状とした一例を示す縦断面図である。
【図５】図１の実施形態における可変パワー分配器の一例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態における可変パワー分配器の他の一例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態における可変パワー分配器の他の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…処理室
２…二重導波管
２ａ…内管
２ｂ…外管
３…マイクロ波発生器
４…可変パワー分配器
４ａ…導入部
４ｂ…中心経路
４ｃ…周辺経路
４ｄ…第１の開閉部材
４ｅ…第２の開閉部材
５…自動インピーダンスチューナ
６…設置台
７…中心窓
８，８ａ〜８ｃ…周辺窓
Ａ…被処理物
Ｐ…プラズマ

Claims

被処理物が収容可能で且つマイクロ波を導入する窓を有する処理室と、プラズマ発生用のマイクロ波を前記窓を介して前記処理室内へ導入させる導波体とを備えたプラズマ処理装置において、
前記窓は複数設けられ、
前記導波体は前記複数の窓へ供給するマイクロ波のパワーを、前記窓に応じて分配制御する可変パワー分配器を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記複数の窓は、中心窓と、その周囲に設けられた周辺窓から成ることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記導波体は、前記中心窓へのマイクロ波供給経路と、前記周辺窓へのマイクロ波供給経路とが区分された二重導波管を含むことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
導波体に接続され、
複数のマイクロ波の供給経路を備え、
前記供給経路における開閉量をそれぞれ制御する開閉部材が設けられていることを特徴とする可変パワー分配器。
外管部及び内管部を有する二重導波管に接続され、
前記外管部及び前記内管部へのマイクロ波の供給経路を備え、
前記供給経路における前記外管部側及び前記内管部側の少なくとも一方の開閉量を制御する開閉部材が設けられていることを特徴とする可変パワー分配器。