JP2005228738A - 誘導結合プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場強度の均一化を向上させ得、しかも角形の磁場を形成させて角形の大形基板にも対応できる誘導結合プラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【解決手段】真空チャンバーと、真空チャンバーの外側に設けられた磁場形成部材３ａと、磁場形成部材３ａに高周波電力を供給する高周波電源１と、高周波電源１と磁場形成部材３ａとに接続された配線の途中に設けられた整合器２とを備えた誘導結合プラズマ処理装置であって、前記磁場形成部材３ａが、概略長方形の巻回部１０をその短辺方向に複数並べた線状導電部を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば半導体集積回路装置、液晶表示装置および有機ＥＬ表示装置の製造に用いる誘導結合プラズマ処理装置に関する。

上述した半導体集積回路装置、液晶表示装置および有機ＥＬ表示装置の製造において、基板上への薄膜の生成、基板上の薄膜のエッチングが行われる。薄膜の生成に用いる材料ガスおよびエッチングに用いるエッチングガスを活性化させる手段として、誘導結合によって高周波電力をチャンバー内に投入しプラズマを発生させる誘導結合プラズマ処理装置が用いられる（特許文献１、２、３、４、５、６及び非特許文献１参照）。

この誘導結合プラズマ処理装置としては、図１５、図１８、図２１および図２４に示すように、基板４が内部にセットされる真空チャンバー６の上部外側に設けられた磁場形成部材３ｄ〜３ｇと、磁場形成部材３ｄ〜３ｇに高周波電力を供給する高周波電源１と、高周波電源１と磁場形成部材３ｄ〜３ｇとに接続された配線の途中に設けられた整合器２とを備える。なお、図１５は特許文献３と４の場合における誘導結合プラズマ処理装置の要部で、図１８は特許文献６の場合における誘導結合プラズマ処理装置の要部で、図２１は特許文献５の場合における誘導結合プラズマ処理装置の要部で、図２４は特許文献２の場合における誘導結合プラズマ処理装置の要部である。
特開昭６１−１１９０３６ 低温プラズマ電磁界制御機構 特開平１１−５０９０３１ 誘導結合プラズマ源用低インダクタンス大面積コイル 特開２０００−０５８２９７ プラズマ処理システム 特開２００１−２５７１９８ プラズマ処理方法 特開２００２−１７６０３８ プラズマ処理装置 特開２００３−２７３０８７ エッチング方法及び装置 プラズマエレクトロニクス 菅井 秀郎 編著 オーム社出版局

ところで、上記プラズマは高密度であること、基板の面内で均一であることが必要であるが、近年の基板の大形化に伴い、基板の面内における均一性を確保することが難しくなっている。このことを、以下に詳述する。

非特許文献１におけるプラズマエレクトロニクスの１１８〜１１９ページに記載されているように、誘導結合プラズマ装置においては、高周波電源側の磁場形成部材によるインダクタンスとチャンバー内のプラズマのインダクタンスとが誘導結合して電源から電力がプラズマに投入されるため、高周波電源側の磁場形成部材のインダクタンス、つまり磁場強度の分布がプラズマの均一性に影響する。

そこで、プラズマの均一性確保を目的として、上記引用文献２〜６のように磁場形成部材の形状に工夫を施している。

特許文献３及び４においては、図１５および図１６に示すように、渦巻き形の磁場形成部材３ｄを用いるようにしている。

図１７に、この場合における磁場の強度分布を示す。なお、図１７において、横軸のＸと縦軸のＹとは水平面上における相互に直交する方向の距離（ｍｍ）であり、また、図中の白色部分が磁場強度が０である部分で、黒色部分が磁場強度の高い部分であり、同じ磁場強度となる領域を等高線により表している。更に、図１７中の上部には、白色〜黒色に段階的に変化する色濃度と磁場強度（０〜Ｈ）との関係を併せて表している。磁場形成部材には高周波電圧が印加されるので、中央部の黒色部分における磁場は正の磁場強度と負の磁場強度との間の範囲を高周波電力の周波数で変動する。一方、白色部分は磁場強度が０であり、磁場の変動はない。磁場強度の分布を示す以下の図２０、図２３および図４においても同じように、白色部分は磁場強度が０であり、黒色部分が磁場強度の高い部分を表している。

図１７に示すように、磁場の強度分布は、中央の磁場強度が高い、同心円状の等高線をもつ円形磁場であり、明らかに周辺部には磁場形成部材３ｄによる磁場の影響が表れずに、プラズマの生成は行われず、中央部にて生成されたプラズマが拡散する。

特許文献６においては、図１８および図１９に示すように、卍形の磁場形成部材３ｅを用いるようにしている。しかし、この場合における磁場の強度分布も、図２０に示すように、中央の磁場強度が高く、卍状の等高線をもつ卍形であり、周辺部には磁場形成部材３ｅによる磁場の影響が表れずに、プラズマの生成は行われず、中央部にて生成されたプラズマが拡散する。

特許文献５においては、図２１および図２２に示すように、同一方向に巻回した４つの渦巻きコイルを有する磁場形成部材３ｆを用いるようにしている。しかし、この場合の磁場の強度分布は、図２３に示すように、図１７に示した円形磁場が角形の四隅に位置するように存在し、４つの円形磁場で挟まれた中央部分は磁場強度が０であり、プラズマの生成は行われない。

特許文献２においては、図２４及び図２５に示すように、隣合うもの同士の巻回方向を逆にした４つの渦巻きコイルを有する磁場形成部材３ｇを用いるようにしている。

図２６は、この場合の磁場の強度分布を示す。図中の白色部分と黒色部分とは互いの方向は逆であるが磁場強度の高い部分で、中間の灰色部分は磁場強度が０の部分であり、同じ磁場強度となる領域を等高線により表している。また、図の上部には、黒色〜灰色〜白色に段階的に変化する色濃度と磁場強度（Ｈ〜０〜−Ｈ）との関係を併せて表している。
磁場形成部材には高周波電圧が印加されるので、黒色部分及び白色部分における磁場は正の磁場強度と負の磁場強度との間の範囲を高周波電力の周波数で変動する。一方、灰色部分は磁場強度が０であり、磁場の変動はない。このことは、以下の磁場強度の分布を示す図７および図１４において同じであり、白色部分及び黒色部分は磁場強度の高い部分で、灰色部分は磁場強度が０の部分である。

図２６に示すように、磁場の強度分布は、４つのピークが角形の四隅に位置するように存在しており、４つのピークにおいてのみプラズマが生成される。それ以外の部位では磁場強度が０であり、プラズマの生成は行われない。

上述した特許文献２〜６のいずれの磁場形成部材３ｄ〜３ｇにおいても、磁場強度は不均一になっており、磁場強度のピークが複数ある場合も、そのピークは離れている。そのため、角形の大形基板に対し高い面内均一性を確保することが困難であった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、磁場強度の均一化を向上させ得、しかも角形の磁場を形成させて角形の大形基板にも対応できる誘導結合プラズマ処理装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、真空チャンバーと、前記真空チャンバーの外側に設けられた磁場形成部材と、前記磁場形成部材に高周波電力を供給する高周波電源と、前記高周波電源と前記磁場形成部材とに接続された配線の途中に設けられた整合器とを備えた誘導結合プラズマ処理装置であって、前記磁場形成部材が、概略長方形の巻回部をその短辺方向に複数並べた線状導電部を有することを特徴とする。

請求項２の発明は、前記巻回部のうち隣合う巻回部どうしが、発生する磁場の方向を逆にしていることを特徴とする。

請求項３の発明は、真空チャンバーと、前記真空チャンバーの外側に設けられた磁場形成部材と、前記磁場形成部材に高周波電力を供給する高周波電源と、前記高周波電源と前記磁場形成部材とに接続された配線の途中に設けられた整合器とを備えた誘導結合プラズマ処理装置であって、前記磁場形成部材が、葛折り状の線状導電部を有することを特徴とする。

請求項１及び２の発明による場合には、磁場形成部材が概略長方形の巻回部をその短辺方向に複数並べた線状導電部を有するので、磁場の分布が概ね均一になり、またピークとピークとが近接しかつ磁場が角形になるので、角形の大形基板にも対応できる高い面内均一性が発揮できる。

特に、請求項２のように、隣合う巻回部どうしが発生する磁場の方向を逆にすることで、発生する磁束も反対の方向をもったものになり、その結果、合算して得られる全体の磁束も小さくなり、磁束の時間変化によって磁場形成部材に誘導される電圧も低くなる。

請求項３の発明による場合には、磁場形成部材が葛折り状の線状導電部を有するので、磁場の分布が概ね均一になり、またピークとピークとが近接しかつ磁場が角形になるので、角形の大形基板にも対応できる高い面内均一性が発揮できる。

以下に、本発明を具体的に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を模式的に示す正面図であり、図２は第１実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の要部を示す斜視図である。なお、図１及び図２において、図１５、図１８、図２１及び図２４と同一部分には同一番号を付している。

この誘導結合プラズマ処理装置は、真空チャンバー６と、前記真空チャンバー６の上部外側に設けられた磁場形成部材３ａと、前記磁場形成部材３ａに高周波電力を供給する高周波電源１と、前記高周波電源１と前記磁場形成部材３ａとに接続された配線の途中に設けられた整合器２とを備える。

真空チャンバー６内には、基板４がセットされる基板支持板５が設けられ、ガス導入系７から処理用ガスが導入され、所望条件が満足されるとプラズマ９が発生する。また、真空チャンバー６内は、排気ポンプ８により排気される。

前記磁場形成部材３ａは、図２及び図３（平面図）に示すように、概略長方形（但し一部分断）をした巻回部１０をその短辺方向に複数配置した線状導電部を有し、各巻回部１０は整合器２に対して並列接続され、かつ各巻回部１０の左辺下側に同じ方向、図示例では反時計回りに電流が供給される構成となっていて、各巻回部１０が発生する磁束が同一方向となる。

図４は、磁場形成部材３ａにより得られる磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。なお、この図４における横軸のＸ方向は、巻回部１０の短辺方向である。

この図４に示すように、この第１実施形態の磁場形成部材３ａによる場合には、磁場の分布が概ね均一になる。また、ピークとピークとが近接しかつ磁場が角形になるので、角形の大形基板にも対応できる高い面内均一性を発揮することが可能となる。

（第２実施形態）
図５は第２実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の要部を示す斜視図であり、図６はその誘導結合プラズマ処理装置を構成する磁場形成部材の平面図である。なお、図５において図１と同一部分には同一番号を付している。

この第２実施形態における磁場形成部材３ｂは、第１実施形態のものと同様に、概略長方形（但し一部分断）をした巻回部１１をその短辺方向に複数配置した線状導電部を有し、各巻回部１１は整合器２に対して並列接続されているものの、第１実施形態のものとは反対に、隣り合う巻回部１１どうしに逆方向回りに電流が供給される構成となっている。

図７は、磁場形成部材３ｂにより得られる磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。なお、この図７における横軸のＸ方向は、巻回部１１の短辺方向である。

この図７に示すように、この第２実施形態の磁場形成部材３ｂによる場合には、磁場の分布が概ね均一になり、またピークとピークとが近接しかつ磁場が角形になるので、角形の大形基板にも対応できる高い面内均一性を発揮することが可能であることに加え、以下の効果が得られる。即ち、隣合う巻回部１１が発生する磁場の方向が逆になっているので、発生する磁束も反対の方向をもったものになり、その結果として、合算して得られる全体の磁束も小さくなり、磁束の時間変化によって磁場形成部材３ｂに誘導される電圧も低くなる。

なお、上述した第１、第２実施形態では磁場形成部材３ａ、３ｂの巻回部１０、１１を共に一重に形成しているが、本発明はこれに限らず、二重または三重以上としてもよいことは勿論である。図８は隣合う巻回部に同じ方向回り（図では左回り）に電流が流れて隣合う巻回部が発生する磁場の方向が同一である巻回部１０を二重にした磁場形成部材の一例を示し、図９は隣合う巻回部に相互に反対方向回りに電流が流れて隣合う巻回部が発生する磁場の方向が逆である巻回部１１を二重にした磁場形成部材の一例を示す。

また、上述した第１、第２実施形態では各巻回部が整合器に対して並列接続された構成としているが、本発明はこれに限らず、各巻回部が整合器に対して直列接続された構成としてもよい。この場合において、第１実施形態のように隣合う巻回部が発生する磁場の方向を同一にするときは、図１０に示すように隣合う巻回部１０に同じ方向回り（図では左回り）に電流が流れるように巻回部１０を直列接続した磁場形成部材とすればよく、第２実施形態のように隣合う巻回部が発生する磁場の方向を逆にするときは、図１１に示すように隣合う巻回部１１に相互に反対方向回りに電流が流れるように巻回部１１を直列接続した磁場形成部材とすればよい。

（第３実施形態）
図１２は第３実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の要部を示す斜視図であり、図１３はその誘導結合プラズマ処理装置を構成する磁場形成部材の平面図である。なお、図１２において図１と同一部分には同一番号を付している。

この磁場形成部材３ｃは、葛折り状の線状導電部を有するものであり、その一端側に整合器２から電流が供給されるようになっている。

図１４は、磁場形成部材３ｃにより得られる磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。この図に示すように、この第３実施形態の磁場形成部材３ｃによる場合には、磁場の分布が概ね均一になり、またピークとピークとが近接しかつ磁場が角形になるので、角形の大形基板にも対応できる高い面内均一性を発揮することが可能となる。

なお、図１３に示す磁場形成部材３ｃは、直線部１２を平行とせずに隣合う曲折部１３が接近した状態にしているが、概ね均一な磁場の分布を確保できる条件下で、隣合う曲折部１３の間の距離を変えるようにしてもよい。

また、上述した第１〜第３実施形態における線状導電部としては、導電線や、絶縁板の片面または両面に形成した導電膜を用いることができる。絶縁板の両面に形成した導電膜は、導電の仕方によっては、その絶縁板を貫通するように形成した接続部で接続させることもある。

本発明の第１実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置を模式的に示す正面図である。 図１の誘導結合プラズマ処理装置の要部を示す斜視図である。 図１の誘導結合プラズマ処理装置を構成する磁場形成部材の平面図である。 図３の磁場形成部材により得られる磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。 本発明の第２実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の要部を示す斜視図である。 図５の誘導結合プラズマ処理装置を構成する磁場形成部材の平面図である。 図６の磁場形成部材により得られる磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。 本発明に適用可能な他の磁場形成部材の例を示す模式図である。 本発明に適用可能な更に他の磁場形成部材の例を示す模式図である。 本発明に適用可能な更に他の磁場形成部材の例を示す模式図である。 本発明に適用可能な更に他の磁場形成部材の例を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る誘導結合プラズマ処理装置の要部を示す斜視図である。 図１２の誘導結合プラズマ処理装置を構成する磁場形成部材の平面図である。 図１３の磁場形成部材により得られる磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。 渦巻き形コイルを用いた従来のプラズマ処理装置の要部を表す斜視図である。 図１５の渦巻き形コイルの平面図である。 図１６の渦巻き形コイルによる場合の磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。 卍形の渦巻き形コイルを用いた従来のプラズマ処理装置の要部を表す斜視図である。 図１８の卍形の渦巻き形コイルの平面図である。 図１９の卍形の渦巻き形コイルによる場合の磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。 ４つの渦巻き形コイルを用いた従来のプラズマ処理装置の要部を表す斜視図である。 図２１の４つの渦巻き形コイルの平面図である。 図２２の４つの渦巻き形コイルによる場合の磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。 隣合うコイルの巻方向が逆になるよう４つの渦巻き形コイルを用いた従来のプラズマ処理装置の要部を表す斜視図である。 図２４の４つの渦巻き形コイルの平面図である。 図２５の４つの渦巻き形コイルによる場合の磁場強度の計算結果を等高線で表した図である。

符号の説明

１ 高周波電源
２ 整合器
３ａ、３ｂ、３ｃ 磁場形成部材
４ 基板
５ 基板支持板
６ チャンバー
９ プラズマ
１０、１１ 巻回部

Claims (3)

1. 真空チャンバーと、前記真空チャンバーの外側に設けられた磁場形成部材と、前記磁場形成部材に高周波電力を供給する高周波電源と、前記高周波電源と前記磁場形成部材とに接続された配線の途中に設けられた整合器とを備えた誘導結合プラズマ処理装置であって、
   前記磁場形成部材が、概略長方形の巻回部をその短辺方向に複数並べた線状導電部を有することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
2. 前記巻回部のうち隣合う巻回部どうしが、発生する磁場の方向を逆にしていることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合プラズマ処理装置。
3. 真空チャンバーと、前記真空チャンバーの外側に設けられた磁場形成部材と、前記磁場形成部材に高周波電力を供給する高周波電源と、前記高周波電源と前記磁場形成部材とに接続された配線の途中に設けられた整合器とを備えた誘導結合プラズマ処理装置であって、
   前記磁場形成部材が、葛折り状の線状導電部を有することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。