JP2004259663A

JP2004259663A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2004259663A
Application number: JP2003051364A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Suzuki; 正康鈴木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】均一なプラズマ密度分布が得られるプラズマ処理装置を提供すること。
【解決手段】マイクロ波導入窓２に、プロセスガスを導入してチャンバー１０内に放出するガス流路６を設ける。ガス流路６は、プロセスガスを導入する１個のガス導入口７に対し導入されたプロセスガスを放出する２個以上のガス噴出口９を有するように分岐している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面波励起プラズマを利用したプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造プロセスでは、成膜、エッチング処理、アッシング処理等にプラズマ技術が多く利用されている。また、太陽電池、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の製造にもプラズマ技術が利用されている。高密度で均一なプラズマを生成すれば、被処理物に安定して均一な処理ができる。
【０００３】
高密度で均一なプラズマを生成できるプラズマ処理装置としては、表面波励起プラズマ（ＳＷＰ：ＳｕｒｆａｃｅＷａｖｅＰｌａｓｍａ）を利用する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、導波管内を伝播するマイクロ波をスロットアンテナから誘電体窓（マイクロ波導入窓）を通してプラズマ生成室内に導入し、誘電体窓の表面に生じた表面波によってプラズマ生成室内のプロセスガスを励起し、表面波励起プラズマを生成するものである。従来の装置では、プロセスガスは、プラズマ生成室の側面に設けられた１つのガス導入部から直接にプラズマ生成室内に導入されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４８８９８号公報（第２頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種のプラズマ処理装置において、特に誘電体窓を大きくして大面積のプラズマを得たい場合、誘電体窓の表面に沿ってプロセスガスの濃度分布が不均一になる。ガスの濃度分布が不均一になると、ラジカル密度、電子密度分布も不均一になり、プラズマ密度分布も不均一になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、大面積のプラズマでも均一なプラズマ密度分布が得られるプラズマ処理装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１のプラズマ処理装置は、底面にスロットアンテナが設けられたマイクロ波導波管と、スロットアンテナを通して導入されたマイクロ波から表面波を形成し、伝播させるマイクロ波導入窓と、表面波によりプロセスガスを励起して表面波励起プラズマを生成し、表面波励起プラズマにより被処理物を処理する気密容器と、マイクロ波導入窓に設けられ、プロセスガスを導入して気密容器内に放出するガス流路とを備えたことを特徴とする。
（２）上記のプラズマ処理装置において、ガス流路は、プロセスガスを導入する１個のガス導入口に対し導入されたプロセスガスを放出する２個以上のガス噴出口を有するように分岐していることが好ましい。
また、ガス導入口は２個以上設けられ、各々のガス導入口には、異種のプロセスガスを導入することが好ましい。
さらに、２個以上のガス噴出口は、マイクロ波導入窓の表面波の伝播領域に２次元的に分布していることが好ましい。
（３）請求項５のプラズマ処理装置は、底面にスロットアンテナが設けられたマイクロ波導波管と、スロットアンテナを通して導入されたマイクロ波から表面波を形成し、伝播させるマイクロ波導入窓と、表面波によりプロセスガスを励起して表面波励起プラズマを生成し、表面波励起プラズマにより被処理物を処理する気密容器と、マイクロ波導入窓近傍の気密容器に設けられ、プロセスガスを気密容器内に均一に導入する２つ以上のガス導入部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置を模式的に示す全体構成図である。図２は、本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置の誘電体板におけるガス流路の構造を模式的に示す平面図である。図１と図２において、対応する部品には同一符号を付す。但し、図２ではガス流路が２系統あるので、ガス流路６ａまたは６ｂのように表わす。
【０００９】
図１に示されるプラズマ処理装置は、マイクロ波導波管１と、誘電体板２と、チャンバー本体３およびフランジ４から成るチャンバー１０とを備える。チャンバー１０は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の非磁性金属材料から製作される。
【００１０】
マイクロ波導波管１は、誘電体板２の上面に載置されている。マイクロ波導波管１の底板１ａには、マイクロ波を誘電体板２へ導くスロットアンテナ５が複数個形成されている。
誘電体板２は、チャンバー１０内に気密空間を形成するように、チャンバー本体３に取り付けられている。誘電体板２は、石英、アルミナ、ジルコニア、パイレックスガラス（米国コーニング社の登録商標）等の誘電性材料から製作される。
【００１１】
図１に示されるように、誘電体板２には、ガス流路６が設けられている。ガス流路６は、プロセスガスを導入するガス導入口７、誘電体板２の内部に形成された配管部８およびチャンバー１０内にプロセスガスを放出するガス噴出口９から構成されている。ガス流路６は、ガス導入口７から配管部８を経てガス噴出口９まで通じている。配管部８は分岐しており、１つのガス導入口７に対し複数のガス噴出口９がある。ガス噴出口９は、誘電体板２の全面にわたって２次元的に形成されている。
【００１２】
プロセスガスは、フランジ４を貫通するガス導入部１１からガス導入口７へ導かれ、分岐した配管部８を経て複数のガス噴出口９からチャンバー１０内に放出される。プロセスガスとしては、Ｏ_２，ＳｉＨ_４，Ｈ_２，Ｎ_２，ＳＦ_６，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｈｅ等が使用される。チャンバー本体３には真空排気口１２が設けられている。ガス噴出口９からプロセスガスを放出しながら真空排気口１２によって排気することによって、チャンバー１０内の圧力は通常、０．１〜５０Ｐａ程度に保持される。
なお、ガス流路６は、配管部８を分岐せず、単に１つのガス噴出口９を有するように構成してもよい。
【００１３】
ここで、誘電体板２に形成されたガス流路６の構造について、図２を参照して説明する。
ガス流路は２系統あり、ガス流路６ａにはガスＡ、ガス流路６ｂにはガスＢが流れる。ガス流路６ａは、図面上、左上にあるガス導入口７ａから配管部８ａに通じている。配管部８ａは５本に分岐してそれぞれ３個のガス噴出口９ａに通じている。ガス噴出口９ａは、ピッチｐ１で配列されている。また、ガス流路６ｂは、図面上、右上にあるガス導入口７ｂから配管部８ｂに通じている。配管部８ｂは５本に分岐してそれぞれ６個のガス噴出口９ｂに通じている。ガス噴出口９ｂは、ピッチｐ２で配列されている。
【００１４】
不図示のマイクロ波出力部から発振された例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、マイクロ波導波管１の内部を紙面の垂直方向に進行する。マイクロ波は、スロットアンテナ５を通過して誘電体板２に入射し、表面波Ｓとなって誘電体板２のチャンバー本体３側の表面を伝播し、瞬時に誘電体板２の全面に拡がる。表面波Ｓの伝播領域は、誘電体板２の表面の面積にほぼ等しい。
【００１５】
この表面波エネルギーは、チャンバー１０内に導入されているプロセスガスを励起してプラズマＰを生成させる。図示されていないが、プラズマＰ中に被処理物を置くことによって、成膜、エッチング、アッシング等の処理が行われる。
本実施の形態では、誘電体板２にガス流路６を形成し、複数のガス噴出口９からプロセスガスを放出することによって、誘電体板２の表面に沿ってチャンバー１０内のガス濃度分布を均一にすることができ、プラズマ密度分布も均一になる。
【００１６】
ガス導入口７ａの開口とガス噴出口９ａの開口は、誘電体板２の同一面に設けてもよいし、別々の面、例えば対向面に設けてもよい。ガス導入口７ｂとガス噴出口９ｂの位置関係についても同様である。
ガス噴出口９のピッチｐ１とｐ２は、いずれも５ｍｍ以上とすることにより、ガス濃度分布の均一化を満足しつつ、加工コストが低減できる。また、ピッチｐ１は、一様とは限らず、例えばガス導入口７ａから離れるに従って変化させてもよい。ピッチｐ２についても同様である。ガス導入口７から遠距離にあるピッチを、近距離にあるピッチよりも小さくすると、より一層ガス濃度分布は均一になる。
ガス噴出口９の口径は、０．３〜３ｍｍの範囲が好ましい。また、ガス噴出口９の口径も、一様とは限らず、例えばガス導入口７から離れるに従って変化させてもよい。ガス導入口７から遠距離にあるガス噴出口９の口径を、近距離にあるガス噴出口９の口径よりも大きくすると、より一層ガス濃度分布は均一になる。
【００１７】
次に、誘電体板２にガス流路６を形成する加工法について説明する。
図３は、本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置の誘電体板にガス流路を加工する方法を説明するための透視図である。図２に対応する部品には同一符号を付す。
図２に示されるガス流路６ａを形成する場合は、先ず、２枚の誘電体ブロック２１，２２を用意する。２枚の誘電体ブロック２１，２２を合わせた体積は、誘電体板２の体積に等しい。
【００１８】
誘電体ブロック２１には、上下に貫通するガス導入口７ａと、ガス導入口７ａの裏面側の開口に通じ、５つの経路に分岐している溝部２１ａが形成される。溝部２１ａは、横断面が半円の溝である。誘電体ブロック２２には、５つの経路に分岐している溝部２２ａが形成される。溝部２２ａは、横断面が半円の溝であり、溝部２１ａに合致するように形成される。溝部２１ａと２２ａを合致させると、横断面が円形の管になる。もちろん、この横断面は、円形に限るものではなく、楕円形や多角形等でもよい。
次に、溝部２２ａの分岐した経路毎に、上下に貫通するガス噴出口９ａが形成される。
図３において、２枚の誘電体ブロック２１と２２の対向面同士が接合されることにより、溝部２１ａと２２ａから成る配管部８ａが形成され、ガス流路６ａが完成する。ガス流路６ｂについても同様の手順で形成される。
【００１９】
誘電体ブロック２１，２２として石英を使用する場合は、ガス導入口７ａ、ガス噴出口９ａおよび溝部２１ａ，２２ａは、砥粒噴射装置により加工される。その後、誘電体ブロック２１と２２は、対向面同士が密着されて、加熱圧着により接合される。
また、誘電体ブロック２１，２２としてアルミナ、ジルコニア等のセラミックスを使用する場合は、誘電体ブロック２１，２２が焼結前の生材の状態でガス導入口７ａ、ガス噴出口９ａおよび溝部２１ａ，２２ａが形成される。その後、誘電体ブロック２１と２２の生材は、対向面同士が密着されて、焼結される。
【００２０】
本実施の形態では、ガス流路６は２系統あるものとして説明したが、もちろん３系統以上あってもよい。系統の数を増やすことによって、多種類のプロセスガスを使用することができる。
また、本実施の形態では、２系統のガス流路６に異種のガスＡとガスＢを使用するものとして説明した。例えば、ガスＡとして反応性の強いＯ_２ガスを用い、ガスＢとして高いプラズマ密度の保持に寄与するＡｒガスを用いることにより、半導体表面の改質処理を短時間で安定して行うことができる。
一方、２系統のガス流路６に同種のプロセスガスを使用してもよい。１種類のプロセスガスを多数のガス噴出口９から放出することにより、チャンバー１０内のガス濃度分布は、より均一になる。
さらに、１種類のプロセスガスの代わりに、２種類以上のプロセスガスを予め混合しておき、この混合ガスを２系統のガス流路６に使用してもよい。
【００２１】
本実施の形態では、１枚の誘電体板２にガス流路６を形成することにより、チャンバー１０内のガス濃度分布の均一化を図った。誘電体板を複数個に分割し、隣接する個々の誘電体板の隙間からプロセスガスをチャンバー１０内に導入するように装置を構成することによっても、ガス濃度分布の均一化を図ることができる。
【００２２】
図４は、本発明の実施の形態の変形例であり、プラズマ処理装置全体を模式的に示す概略構成図である。図１の部品に対応するものには同一符号を付し、説明を省略する。
図４に示されるプラズマ処理装置においては、誘電体板２にガス流路を形成せずに、チャンバー本体３の誘電体板２を取り囲む側面に複数のガス導入部３１を設ける。ガス導入部３１は、プロセスガスを装置の外部から直接にチャンバー１０内へ導入する。複数のガス導入部３１は、ほぼ等間隔にチャンバー本体３の側面に配置される。例えば、ガス導入部３１が２つの場合は、誘電体板２の中心に対して対称に配置され、４つの場合は、誘電体板２の中心に対して９０度間隔で配置される。これにより、誘電体板２の表面に沿ってチャンバー１０内のガス濃度分布を均一にすることができるので、プラズマ密度分布も均一になる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、均一なプラズマ密度分布が得られるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置全体を模式的に示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の誘電体板におけるガス流路の構造を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置の誘電体板にガス流路を加工する方法を説明するための透視図である。
【図４】本発明の実施の形態の変形例であり、プラズマ処理装置全体を模式的に示す概略構成図である。
【符号の説明】
１：マイクロ波導波管
２：誘電体板（マイクロ波導入窓）
３：チャンバー本体
４：フランジ
５：スロットアンテナ
６：ガス流路
７：ガス導入口
８：配管部
９：ガス噴出口
１０：チャンバー
３１：ガス導入部
Ｓ：表面波
Ｐ：プラズマ

Claims

底面にスロットアンテナが設けられたマイクロ波導波管と、
前記スロットアンテナを通して導入されたマイクロ波から表面波を形成し、伝播させるマイクロ波導入窓と、
前記表面波によりプロセスガスを励起して表面波励起プラズマを生成し、前記表面波励起プラズマにより被処理物を処理する気密容器と、
前記マイクロ波導入窓に設けられ、前記プロセスガスを導入して前記気密容器内に放出するガス流路とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記ガス流路は、前記プロセスガスを導入する一のガス導入口に対し導入されたプロセスガスを放出する二以上のガス噴出口を有するように分岐していることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項２のプラズマ処理装置において、
前記ガス導入口は二以上設けられ、各々のガス導入口は、異種の前記プロセスガスを導入することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項２または３のプラズマ処理装置において、
前記二以上のガス噴出口は、前記マイクロ波導入窓の前記表面波の伝播領域に２次元的に分布していることを特徴とするプラズマ処理装置。
底面にスロットアンテナが設けられたマイクロ波導波管と、
前記スロットアンテナを通して導入されたマイクロ波から表面波を形成し、伝播させるマイクロ波導入窓と、
前記表面波によりプロセスガスを励起して表面波励起プラズマを生成し、前記表面波励起プラズマにより被処理物を処理する気密容器と、
前記マイクロ波導入窓近傍の気密容器に設けられ、前記プロセスガスを前記気密容器内に均一に導入する二以上のガス導入部とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。