JP2007214262A

JP2007214262A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2007214262A
Application number: JP2006031055A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Okune; 充弘奥根
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】簡単な構成および作業でコイルを用いた磁界や電磁波によるプラズマ発生の範囲、内外周でのアンバランスの調整がきめ細かくできるようにする。
【解決手段】真空容器１内にガス６を供給しながら排気し、コイル３からの磁界を直接またはコイル３から誘電体２を介し電磁波を真空容器１内に働かせてプラズマを発生させ、被処理物５を処理するのに、コイル３の外端３ａまたはおよび内端３ｂを移動させて巻き域を拡縮しプラズマ発生域を調整することにより、上記の目的を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶基板や半導体ウエハなどの電子デバイスの製造に利用されるプラズマ処理方法及び装置に関し、特に磁界や電磁波を真空容器内に働かせてガスを励起しプラズマを発生させるプラズマ処理方法及び装置に関するものである。

真空容器内のガスを磁界や電磁波にて励起し、発生したプラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理装置で、薄銅板により形成されたスパイラル状のコイルを配置し、コイルの中央に高周波電力を供給ないしは印加するように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

上記コイルは、一般的に厚さ０．３〜０．６ｍｍの薄銅板から成り、特許文献１はコイルを単ラインまたは複数ラインで中心部からスパイラル状に配設して真空容器内に固定し、真空容器内のガスに下部電極との間で磁界を働かせるようにしたものを開示し、特許文献２はコイルを複数ラインで中心部からスパイラル状に配設して真空容器の誘電体よりなる天板上にコイル形状再現手段を利用して所定形状に固定し真空容器内のガスに誘電体を介し電磁波を働かせるようにしたものを開示している。特許文献２に記載のものは特にコイル形状再現手段によってコイルの途中を特定の選択位置に固定することで、特定のプラズマ処理に良好なプラズマ特性を求めやすくまたそれを再現しやすくしている。この点で特許文献１に記載のものよりも優れている。
特開平９−２９３６００号公報特開２００１−３５３４４０号公報

しかし、特許文献２に記載のものは特定のプラズマ処理に良好なプラズマ特性を得るのに多数のラインをなす多数のコイルの１つ１つにつき、多くの途中位置を位置決めする必要があり、コイル形状再現手段の構成および設定作業が複雑で時間が掛かるし、装置コスト作業コストが上昇する。それにもかかわらずコイル形状再現手段によるコイル途中位置の固定位置は段階的にしか設定できない。

しかも、多くの場合液晶基板や半導体ウエハなどの被処理物の大きさの違いに応じた範囲でのプラズマ発生が望まれたり、中央部と外周部での処理の進行アンバランスの調整といったことが望まれたりする程度であり、これに応えるのに特許文献２に記載の技術は装置上、作業上複雑に過ぎ不向きといえる。

本発明の目的は、簡単な構成および作業でコイルを用いた磁界や電磁波によるプラズマ発生の範囲、内外周でのアンバランスの調整などが必要に応じきめ細かくできるプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。

本発明第１の態様によれば、本発明のプラズマ処理方法は、真空容器内にガスを供給しながら排気し、コイルからの磁界を直接またはコイルから誘電体を介し電磁波を真空容器内に働かせてプラズマを発生させ、被処理物を処理するプラズマ処理方法において、コイルの外端またはおよび内端を移動させて巻き域を拡縮しプラズマ発生域を調整することを１つの特徴としている。

このような方法では、コイルの外端またはおよび内端の１箇所または２箇所を移動させることでコイルの巻き域をその移動量に応じ外周側またはおよび内周側にて拡縮させられ、ガスの供給、排気を受ける真空容器内に対するコイルによる磁界または電磁波の働き域、それによるプラズマ発生域を外周側またはおよび内周側にて巻き数の増減を伴い大小調整しその調整した範囲でのプラズマ発生にてプラズマ処理できる。

また上記の方法は、本発明の第４の態様によれば、真空容器と、真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、真空容器内を排気する排気手段と、天板下または誘電体の天板上に配設されたコイルとを備え、コイルからの磁界を直接またはコイルから誘電体を介し電磁波を真空容器内に働かせてプラズマを発生させ、下部電極または処理ステージ上に載置された被処理物を処理するプラズマ処理装置において、コイルの外端またはおよび内端を移動させてコイルの巻き域を拡縮し磁界や電磁波によるプラズマ発生域を調整する調整手段を設けたことを１つの特徴とするプラズマ処理装置によって自動的に達成することができる。

さらに本発明の第２の態様によれば、本発明のプラズマ処理方法は、また、真空容器内にガスを供給しながら排気し、コイルからの磁界を直接またはコイルから誘電体を介し電磁波を真空容器内に働かせてプラズマを発生させ、被処理物を処理するプラズマ処理方法において、コイルの途中を固定して外端またはおよび内端を移動させて巻き域を拡縮しプラズマ発生域を調整することを別の特徴としている。

このような方法では、１つの特徴の場合に加え、さらに、コイルの外端側またはおよび内端側の巻き域の拡縮を、途中の固定位置を基点にして反対側への影響なしに行える。

これは、本発明の第５の態様によるコイルの途中を固定するコイル固定手段を備えたプラズマ処理装置として実現する。

本発明の第３及び第６の態様によれば、用いるコイルは、単ライン、単ラインから外端側に向け適数箇所にて分岐したもの、複ラインのもの、の１つであればよく、単ライン型、単ライン分岐型では中央部の配置密度が外周側に比して過剰になるのを防止しやすく、単ライン分岐型では特に中央部から外周部にわたる配置密度をより均等化しやすい。複ライン型では中央側が外周側よりも高密度な配置になりながらも、周方向の配置密度の均等化が図りやすい。

本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、コイルの巻き域をその内外端の１方または双方を移動させるだけの簡単な構成、作業での低コストな拡縮方式にて真空容器内の磁界や電磁波の働き域、プラズマ発生域を外周側またはおよび内周側で巻き数の増減を伴い大小どのようにも調整しその調整した範囲でのプラズマ発生にて被処理物または処理目的に対応したプラズマ処理が過不足なく達成できる。

また、コイルの途中を固定して外端またはおよび内端を移動させて巻き域を拡縮させるので、磁界や電磁波の働き域、それによるプラズマ発生域を調整することが前記途中の固定位置を基点に外端側および内端側とで独立して行える。

単ライン型、単ライン分岐型のコイルの使用で中央部の配置密度が外周側に比して過剰になるのを防止しやすく、単ライン分岐型では特に中央部から外周部にわたる配置密度をより均等化しやすい。複ライン型のコイルでは中央側が外周側よりも高密度な配置になりながらも、周方向の配置密度の均等化が図りやすい。

以下、本発明のプラズマ処理方法及び装置の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。しかし、以下の説明は本発明の具体例であって特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。

本実施の形態のプラズマ処理方法は、図１に示す本実施の形態のプラズマ処理装置を参照して、真空容器１内にガス６を供給口７を通じ供給しながら排気口８から排気ガス９を排気し、コイル３からの磁界を直接またはコイル３から誘電体２を介し電磁波を真空容器１内に働かせてプラズマを発生させ、基板や半導体ウエハなどの被処理物５を処理するプラズマ処理するのに、コイル３の外端３ａまたはおよび内端３ｂを移動させて巻き域を図１に示すＡ１、Ａ２のように拡縮しプラズマ発生域を調整する。これにより、コイル３の外端３ａまたはおよび内端３ｂの少なくて１箇所、多くて２箇所を移動させることでコイル３の巻き域をその移動量に応じＡ１、Ａ２などのように外周側またはおよび内周側にて拡縮させられ、ガス６の供給、排気ガス９の排気を受ける真空容器１内に対するコイル３による磁界または電磁波の働き域、それによるプラズマ発生域をコイル３の外周側またはおよび内周側にて巻き数の増減を伴い大小調整しその調整した範囲でのプラズマ発生にてプラズマ処理できる。このように、本実施の形態ではコイル３の巻き域をその内外端の１方または双方を移動させるだけの簡単な構成、作業での低コストな拡縮方式にて真空容器１内に磁界や電磁波の働き域、プラズマ発生域を外周側またはおよび内周側で大小どのようにも調整しその調整した範囲でのプラズマ発生にて被処理物の大きさや形状、処理目的などに応じた好ましいプラズマ処理ができる。

このような方法を達成するのに、本実施の形態のプラズマ処理装置は、真空容器１と、真空容器１内にガス６を供給するガス供給手段２１と、真空容器１内から排気ガス９を排気する排気手段２２と、天板下または誘電体２の天板上に配設されたコイル３とを備え、コイル３からの磁界を直接またはコイル３からの電磁波を誘電体２を介し真空容器１内に働かせてプラズマを発生させ、下部電極または処理ステージ４上に載置された基板などの被処理物５を処理するのに、コイル３の外端３ａまたはおよび内端３ｂを移動させてコイル３の巻き域を拡縮しプラズマ発生域を調整する図１、図３に示すような調整手段１０を設けており、上記の方法を安定して達成することができる。

ここで、図１に示すプラズマ処理装置はコイル３から誘電体２を介して電磁波をガス６が供給され排気ガス９が排気されている真空容器１内に働かせてプラズマを発生させる特許文献２に記載のようなタイプのもので、供給口７より真空容器１の内部にガス６を導入しつつ、真空容器１内を排気口８から排気ガス９を排気して、真空容器１内を処理に適切な圧力に制御した後、誘電体２から成る天板上のコイル３に対して高周波電源１１にて高周波電力を印加することにより、電磁波が発生して真空容器１内に放射されて働き、その電磁波の働き域にてガス６が励起されてプラズマが発生し、処理ステージ４上の基板などの被処理物５の表面が処理される。

一方、コイル３からの磁界をガス６が供給され排気ガス９が排気される真空容器１内に直接働かせてプラズマを発生させる特許文献１に記載のようなタイプのプラズマ処理装置であると、図示しないが、ガス６を供給しながら排気ガス９を排気して所定の圧力に維持した真空容器１内上部のコイルに第１の高周波電源から高周波電力を印加すると共に、第２の高周波電源から高周波電力を下部電極に印加し、コイルに印加される高周波電力によりコイルには高周波電流が流れ、該高周波電流により発生する交番磁界が真空容器１内の空間に働くので、真空容器１内の空間に存在する電子はコイルにより発生する磁界を打ち消すような磁界を発生させる方向に移動する。この誘導結合によって電子が移動するので真空容器１内のガス６がプラズマ化し被処理物５の表面が処理される。この場合、コイルに第１の高周波電力を印加するラインでのインピーダンス整合器にて発生するプラズマに対してインピーダンス整合をとることで、安定なプラズマ放電を起こすことができる。

いずれにしても真空容器１内に生成されたプラズマを被処理物５に作用させることにより、被処理物５の表面酸化、表面窒化及び不純物ドープ等の表面改質、並びに被処理物５の表面での薄膜形成及び等方性ドライエッチングが可能となる。

図１に示す例ではコイル３の内端３ｂを固定点とし、外端３ａを移動させるようにしている。具体的にはコイル３の外端３ａを移動させてコイル３の巻き域をＡ１、Ａ２などと拡縮し電磁波によるプラズマ発生域を調整する調整手段１０を設けている。この調整手段１０は図１に示すように回転手段１２の回転軸１２ａに基部を連結したレバー１３を設け、このレバー１３の先端部の長孔１３ａに吊持軸１４をその上部一対の鍔１４ａ間の溝を利用して移動できるように支持し、この吊持軸１４でコイル３の外端３ａを吊持するようにしている。これによりレバー１３を回転手段１２によってコイル３の巻き締め方向Ｘに回転させるとコイル３は巻き締められて吊持軸１４の長孔１３ａでの求心側への移動、巻き数および配設密度の増大を伴い縮径していき、レバー１３を回転手段１２によってコイル３の巻き戻し方向Ｙに回転させるとコイル３は巻き戻されて吊持軸１４の長孔１３ａ内での遠心側への移動、巻き数および配設密度の減少を伴い拡径していき、コイル３による電磁波の真空容器１内への働き域が変化し、プラズマ発生域が変化する。

回転手段１２はモータなどの自動回転手段であってもハンドルなどの手動回転手段であってもよい。自動回転手段であるとマイクロコンピュータなどによる制御系に設定したプログラムと操作系から入力した調整信号とによって自動的に拡縮制御することができ、自動的な拡縮は現在位置から入力位置へ移動させたり、拡張信号や縮小信号がある間それらに対応する巻き締め方向Ｘや巻き戻し方向Ｙに連続に移動させたりして、連続あるいは段階的に行わせられる。手動回転手段であると構成が最も単純化し、手動操作にて目盛りなどを目安にして自由に拡縮させられる。もっとも、コイル３を各調整位置に安定させる固定手段を設ける必要がある。

コイル３は図１に示す例、図３に示す例のように単ラインに配置してもよいし、図２に示す例のように単ラインから外端側に向け適数箇所にて分岐したものとしてもよい。また、特許文献１、２に開示されている複ラインのものとすることもできる。単ライン型、単ライン分岐型では中央部の配置密度が外周側に比して過剰になるのを防止しやすく、単ライン分岐型では特に中央部から外周部にわたる配置密度をより均等化しやすい。複ライン型では中央側が外周側よりも高密度な配置になりながらも、周方向での配置密度の均等化が図りやすい。なお、単ライン分岐型や複ライン型であるとコイル３の外端３ａが図２に示す例のように複数できるので、回転手段１２はそれら全ての外端３ａを連動して移動させるのが望ましい。それには図２に示す例のようにレバー１３が回転軸１２ａの位置から各外端３ａの吊持軸１４の位置まで延びてそれらに対応する長孔１３ａが嵌り合うようにしている。

図３に示す例では、コイル３の外端３ａを吊持する吊持軸１４１と、内端３ｂを吊持する吊持軸１４２とを、図示しない個別の回転手段の回転軸１２ａ１、１２ａ２に連結した個別のレバー１３１、１３２の長孔１３１ａ、１３２ａに嵌め合わせて連動操作されるようにしている。これによってコイル３を外端３ａ側または内端３ｂ側のいずれからでも巻き域を巻き数の増減を伴い拡縮させられるし、外端３ａ、内端３ｂの双方の側で同時に拡縮させることもできる。特に内端３ｂ側では巻き締め方向Ｘへの移動が巻き域を配設密度の減少を伴い中心側に拡張させ、巻き戻し方向Ｙへの移動が巻き域を周辺側へ配設密度の増大を伴い縮小させて巻き域をドーナツ型にする結果となる。

また、仮想線に示すようにコイル３の途中位置を固定軸３１などによって固定し、コイル３を外端３ａ側またはおよび内端３ｂ側から拡縮させると、コイル３の外端３ａ側またはおよび内端３ｂ側の巻き域の拡縮を、途中の固定位置を基点にして反対側への影響なしに独立して行える。

本発明はコイルによる磁界や電磁波を働かせるプラズマ処理に実用でき、その働き域を被処理物の大きさや処理目的に応じて簡単に調整できる。

本発明に係る実施形態のコイルを利用したプラズマ処理装置の概略構成を示す斜視図である。コイルの別の配置状態を示す平面図である。コイルの他の配置状態を示す平面図である。

符号の説明

１真空容器
２誘電体
３コイル
３ａ外端
３ｂ内端
４処理ステージ（下部電極）
５被処理物
６ガス
７供給口
８排気口
９排気ガス
１０調整手段
１１高周波電源
１２回転手段
１３レバー
１４吊持軸

Claims

真空容器内にガスを供給しながら排気し、コイルからの磁界を直接またはコイルから誘電体を介し電磁波を真空容器内に働かせてプラズマを発生させ、被処理物を処理するプラズマ処理方法において、コイルの外端またはおよび内端を移動させて巻き域を拡縮しプラズマ発生域を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
真空容器内にガスを供給しながら排気し、コイルからの磁界を直接またはコイルから誘電体を介し電磁波を真空容器内に働かせてプラズマを発生させ、被処理物を処理するプラズマ処理方法において、コイルの途中を固定して外端またはおよび内端を移動させて巻き域を拡縮しプラズマ発生域を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
コイルは単ライン、単ラインから外端側に向け適数箇所にて分岐したもの、複ラインのもの、の１つを用いる請求項１、２のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
真空容器と、真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、真空容器内を排気する排気手段と、天板下または誘電体の天板上に配設されたコイルとを備え、コイルからの磁界を直接またはコイルから誘電体を介し電磁波を真空容器内に働かせることでプラズマを発生させ、下部電極または処理ステージ上に載置された被処理物を処理するプラズマ処理装置において、コイルの外端またはおよび内端を移動させてコイルの巻き域を拡縮し磁界や電磁波によるプラズマ発生域を調整する調整手段を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
コイルの途中を固定するコイル固定手段を備えたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
コイルは、単ライン、単ラインから外端側に向け適数箇所にて分岐したもの、複ラインのもの、の１つである請求項４、５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。