JP2007128759A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマ処理装置の長手方向のプラズマ均一性を図ると共に、マルチプロセスに対応させる。
【解決手段】複数の可変結合器１２を備えたマイクロ波導波管１０が真空チャンバー２１に載置され、このチャンバー２１内のプラズマ２２は、マイクロ波発生器２３で発生されたマイクロ波が、導波管２４を介して、マイクロ波導波管１０に導入され、この導入されたマイクロ波２５の励起により、発生される。マイクロ波導波管１０内でのマイクロ波２５の強度分布は、複数の可変結合器１２を両方向矢印で示すように、個々に上又は下に、図示していない駆動手段により移動させることで、変えられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ波を可変結合器により制御して、均一なプラズマを広範囲に発生させるプラズマ処理装置に関する。
半導体の製造プロセスにおいては、マイクロ波を利用したプラズマ処理装置を用いて、プラズマ化学気相成長による薄膜形成、プラズマドライエッチング等のプラズマ処理が多数存在し、このプラズマ処理を均一化するために、マイクロ波を制御している。
下記特許文献１には、マグネトロンから発生するマイクロ波を、アイソレータ、方向性結合器、インピーダンス制御装置を介して真空処理室に導入するマイクロ波処理装置において、マグネトロンから真空処理室に至るマイクロ波の伝播経路の長さを調整してインピーダンス整合（制御）を実現することが記載されている。
特開平９−６４６１１号公報
プラズマ処理装置は、長尺の導波管とスロット、誘電体板で主に構成され、マイクロ波を利用してプロセスチャンバー内にプラズマを発生させていたが、長尺の長手方向のプラズマ均一性を得るのが難しい。
また、１つのチャンバー内で連続して異なるプロセスを行う場合、ガス種、ガス圧力、ガス流量、マイクロ波パワー等のプロセス条件が異なるため、全てのプロセスで、同じプラズマ処理装置を用いて均一なプラズマ処理のためのプラズマ処理装置のセッティングが困難である。
そこで、本発明は、マイクロ波を用いた長尺のプラズマ処理装置において、長手方向のプラズマの均一性を得るために、マイクロ波の結合強度を可変する可変結合器を導波管内に組み込み、この可変結合器の位置を駆動手段で制御することによって、マイクロ波の結合強度を制御する。
また、面状のプラズマを発生させる場合には、プラズマ処理装置を複数配置して可変結合器の位置を制御することで、面内のプラズマを均一に制御できる。
本発明によると、プラズマの長手方向の分布調整が任意に可能となり、駆動手段との組み合わせで、プラズマの分布を切り換えることが可能で、マルチプロセスに好適である。
また、複数のプラズマ処理装置を組み合わせることで、面状のプラズマ分布の制御が可能となり、特に、大型平面表示装置の表示パネルの処理に好適である。
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明に係るプラズマ処理装置に用いるマイクロ波導波管１０の概略斜視図であって、導波管１１の長尺方向に可変結合器１２を複数配列し、この可変結合器１２を両方向矢印で示すように個々に上方向又は下方向に移動させることで、スロット１３から放出されるマイクロ波の強度分布を制御する。ここで、スロットの長さは当該導波管内を伝搬するマイクロ波の波長よりも長い。なお、スロット１３は単一でもよいが、可変結合器１２に対応して個々に設けてもよい。
図２（ａ）は、図１に示すマイクロ波導波管１０を用いた本発明に係るプラズマ処理装置２０の概略側面図であって、複数の可変結合器１２を備えた導波管１１が真空チャンバー２１に載置されている。このチャンバー（容器）２１内のプラズマ２２は、マイクロ波発生器（マイクロ波供給システム）２３で発生されたマイクロ波が、導波管２４を介して、マイクロ波導波管１０に導入され、この導入されたマイクロ波２５の励起により、発生される。
マイクロ波導波管１０内でのマイクロ波２５の強度分布は、複数の可変結合器１２を両方向矢印で示すように、個々に上又は下に、図示していない駆動手段により移動させることで、変えられる。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すプラズマ２２のイオン密度分布を表すグラフであって、複数の可変結合器１２を個々に調整することによって、種々のイオン密度分布を一方向矢印で示すように均一化できることを示している。
図３は、導波管１１と真空チャンバー２１との電磁波結合度を可変にする原理図であって、同図（ａ）は、可変結合器１２が最上部に位置し、同図（ｂ）は、中間部に位置し、同図（ｂ）は、最下部に位置しているのを示している。
図３（ａ）に示すように、導波管１１において、ＴＥ０１モードでは長辺側（広壁面すなわちＨ面）中央部で電界が最大なので、側面に置かれた可変結合器１２を上下に移動させると、最大電界位置がシフトし、スロット１３の位置の電磁波結合度が任意に加減できる。なお、導波管１１と真空チャンバー２１との間には、誘電体板３１が設けられている。
図３（ｂ）において、可変結合器１２を中間部に位置させることで、最大電界位置が中央部から一方向矢印で示すように左側にシフトする。このシフトによって、スロット１３間の電位差ΔＶが、図３（ａ）に示す電位差ΔＶより大きくなり、マイクロ波２５の強度も強くなる。
さらに、図３（ｃ）に示すように、可変結合器１２を最下部に位置させると、最大電界位置が中央部から一方向矢印で示すように、より左側にシフトし、電位差ΔＶがより大きくなり、マイクロ波２５の強度はより強くなる。
図４（ａ）は、図１に示すマイクロ波導波管１０を複数配列して、真空チャンバー２１内の面状のプラズマ２２を制御するプラズマ処理装置２０の概略図である。本実施例では、可変結合器１２が真空チャンバー２１上にマトリクス状に配置され、マトリクス状の可変結合器１２のそれぞれを駆動手段にて独立して個々に調整することで、均一で広範囲なプラズマ２２を得ることができる。したがって、種々のプロセス毎に個々の調整量を記憶しておき、必要なプロセスを行うときに、この調整量を読み出すという、簡単な操作で調整できる。
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す面状のプラズマ２２のイオン密度分布を表すグラフであって、図２（ｂ）と同様に、複数の可変結合器１２を個々に調整することによって、種々のイオン密度分布を一方向矢印で示すように均一化できることを示している。
以上、実施例１と実施例２では、可変結合器１２としてのブロックを導波管１１内に挿入する量を加減して結合量を調整する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、図３（ｃ）から明らかのように、導波管の壁を移動して調整してもよく、また、スロットの幅を変えてもよい。また、ブロックの材質は導体でも誘電体でもよい。
本発明に係るマイクロ波導波管の概略斜視図 本発明に係るプラズマ処理装置の概略側面図 電磁波結合度を可変にする原理図 本発明に係る面状のプラズマ処理装置の概略側面図
符号の説明
１０…マイクロ波導波管、１１…導波管、１２…可変結合器、１３…スロット、２０…プラズマ処理装置、２１…真空チャンバー、２２…プラズマ、２３…マイクロ波発生器、２４…導波管、２５…マイクロ波、３１…誘電体板

Claims (9)

  1. 内部にプラズマが励起される容器と、当該容器内にプラズマを励起させるために必要なマイクロ波を供給するマイクロ波供給システムと、当該マイクロ波供給システムに接続され、単一又は複数のスロットが開口された導波管と、当該スロットから放出されたマイクロ波をプラズマに伝搬させる誘電体板とを備えたプラズマ処理装置であって、
    当該スロットが当該導波管の長尺方向と概ね平行に配置されており、当該スロットの長さが、当該導波管内を伝搬するマイクロ波の波長よりも長いことを特徴とするプラズマ処理装置
  2. 前記導波管を複数配置することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置
  3. 前記導波管あたり単一の前記スロットが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置
  4. 前記導波管の長尺方向に複数の可変結合器を設け、当該可変結合器を個々に調整することにより長尺方向に均一なプラズマを発生させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置
  5. 前記スロットの幅を変えることにより結合量を調整することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置
  6. 前記導波管を構成する壁の一部を移動させることにより結合量を調整することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置
  7. 前記導波管の内部の少なくとも一部には誘電体ブロックが備えられており、当該誘電体ブロックを移動させることにより結合量を調整することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置
  8. 前記導波管は矩形導波管であり、前記スロットは当該導波管のＨ面（広壁面）に備えられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置
  9. 前記可変結合器の調整量を記憶し、読み出して、種々のプロセスに対応することを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載のプラズマ処理装置
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