JP2007221116A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器34と、被処理体Wを載置するために前記処理容器内に設けた載置台36と、前記天井部の開口に気密に装着されて電磁波を透過する誘電体よりなる天板50と、前記天板を介してプラズマ発生用の電磁波を前記処理容器内へ導入する電磁波導入手段54と、前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段52と、を有するプラズマ処理装置において、前記ガス導入手段は、前記天板に前記処理容器内を臨ませて設けたガス噴射穴108と、該ガス噴射穴に設けられた通気性のある穴用ポーラス状誘電体120と、前記ガス噴射穴へ前記所定のガスを供給するガス供給系110とよりなる。
【選択図】図1
Description
このようなプラズマ処理装置は、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4等に開示されている。ここで、例えばマイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図18を参照して概略的に説明する。図18はマイクロ波を用いた従来の一般的なプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
またこの場合、天板8自体に、その周辺部より中心部まで延びるガス通路を形成することも考えられるが、この場合にも、ガス通路内の電界強度が高くなり、また、ガス通路の先端のガス噴射孔より処理空間内のプラズマがガス通路内へ侵入し易くなることから、上述したようにプラズマ異常放電が発生してしまうので、この構造を採用することはできない。
また多数のガス噴射穴を有するガラス管を格子状に組んでシャワーヘッド部を作り、これを処理容器の天井部に設けて所望するガスを供給するようにした構造も提案されているが、この場合にもガラス管内にプラズマ異常放電が発生し、好ましくない。
また例えば請求項3に規定するように、前記複数のガス噴射穴は同心円状に配列されている。
また例えば請求項4に規定するように、前記複数のガス噴射穴は複数列に沿って直線上に配列されている。
また例えば請求項5に規定するように、前記ガス供給系は、前記天板に形成されたガス流路と、該ガス流路内に設けられた通気性のある流路用ポーラス状誘電体と、を有する。
また請求項7に規定するように、前記緻密部材は、筒体状のパイプ材よりなる。
また請求項8に規定するように、前記緻密部材は、コーティングされて硬化された接着剤層よりなる。
また請求項10に規定するように、前記ガス流路と前記ガス噴射穴との連結部には、前記ガス流路の直径よりも大きな内径になされたガスヘッド空間が形成されている。
また請求項11に規定するように、前記穴用ポーラス状誘電体には、凹部状のガス導入ホールが形成されている。
また例えば請求項13に規定するように、前記ポーラス状誘電体に含まれる気泡の直径は0.1mm以下である。
また例えば請求項15に規定するように、前記電磁波導入手段は、前記天板上に設けられた平面アンテナ部材と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器で発生した前記マイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬する導波管とを有する。
また例えば請求項16に規定するように、前記電磁波導入手段は、高周波を発生する高周波発生器と、前記天板上に設けられて前記高周波発生器に接続された誘導コイル部とを有する。
この場合、例えば請求項18に規定するように、前記ポーラス状誘電に含まれる気泡の直径は0.1mm以下である。
この場合、例えば請求項20に規定するように、前記母材には、前記ガス噴射穴へガスを供給するガス流路が形成されている。
この場合、例えば請求項22に規定するように、前記ピース体形成工程は、筒体状のパイプ材中に前記ポーラス状誘電体を詰めて焼成するステップを有する。
また例えば請求項25に規定するように、前記装着工程は、前記ポーラスピース体を前記ガス噴射穴へ嵌め込んだ状態で一体焼成することにより装着する。
処理容器の天板に設けたガス噴射穴に通気性のあるポーラス状の誘電体よりなる穴用ポーラス状誘電体を設けるようにしたので、ガス噴射穴内でプラズマ異常放電を生ぜしめることなく、これより処理空間へ所定のガスを拡散させつつ導入することができる。
特に、請求項5に係る発明によれば、ガス供給系の天板に設けたガス流路にも、通気性のあるポーラス状の誘電体よりなる通路用ポーラス状誘電体を設けるようにしたので、ガス流路内でプラズマ異常放電を生ぜしめることなく所定のガスをガス噴射穴に向けて供給することができ、このガス噴射穴より処理容器に均一にガスを分散させて導入することができる。
<実施例1>
図1は本発明に係るプラズマ処理装置の第1実施例を示す構成図、図2は天板の下面を示す平面図、図3は天板を形成する下側天板部材の上面を示す平面図、図4及び図5は天板を製造する時の一例を示す図である。ここではプラズマ処理としてプラズマエッチング処理を行う場合を例にとって説明する。
図示するように、プラズマを用いてエッチング処理を行うプラズマ処理装置32は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器34を有しており、内部は密閉された処理空間として構成されて、この処理空間にプラズマが形成される。この処理容器34自体は接地されている。
この処理容器34の側壁には、この内部に対してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ40が設けられている。また、容器底部には、排気口42が設けられると共に、この排気口42には、圧力制御弁44及び真空ポンプ46が順次介接された排気路48が接続されており、必要に応じて処理容器34内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
そして、上記ガス噴射穴108及びガス流路112には、通気性のあるポーラス状の誘電体よりなる穴用ポーラス状誘電体120及び流路用ポーラス状誘電体122がそれぞれ充填された状態で設けられている。
そして、上記内側列の各ガス噴射穴108A(108)は、内側ガス流路112Aによって連通されており、この内側ガス流路112Aの一部の流路112AAは外周まで延びて、外部より所定のガスを供給するようになっている。
そして、図3にも示すように、上記各ガス噴射穴108には、上述したように通気性のある穴用ポーラス状誘電体120が充填して設けられている。また上記内側及び外側ガス流路112A、112AA、112B、112BBには上記穴用ポーラス状誘電体120と同じ材料よりなる通気性のある流路用ポーラス状誘電体122が充填して設けられている。このように、ポーラス状誘電体120、122を充填することによって、所定のガスの流通を許容しつつマイクロ波による異常放電の発生を抑制するようになっている。
更には、上記各ガス流路112A、112Bの直径D2は、ガスの流れを阻害しない範囲で可能な限り小さくし、少なくとも上記ガス噴射穴108の直径D1よりも小さく設定してマイクロ波、或いは電界の分布に悪影響を与えないようにする。
まず、ゲートバルブ40を介して半導体ウエハWを搬送アーム(図示せず)により処理容器34内に収容し、昇降ピン82を上下動させることによりウエハWを載置台36の上面の載置面に載置し、そして、このウエハWを静電チャック100により静電吸着する。このウエハWは抵抗加熱ヒータ92により所定のプロセス温度に維持され、図示しないガス源から例えばCl2 ガス、O2 ガス及びN2 ガス等の所定のガスをそれぞれ所定の流量で天板50の各ガス流路112A、112Bに流して各ガス噴射穴108A、108Bよりシャワーヘッドのように処理容器34内の処理空間Sへ供給し、圧力制御弁44を制御して処理容器34内を所定のプロセス圧力に維持する。
この場合、上記各ガス噴射穴108には通気性のある穴用ポーラス状誘電体120が充填され、また各ガス流路112には通気性のある流路用ポーラス状誘電体122が充填されているので、マイクロ波による異常放電を発生させることなく各ガスの流通を確保することができる。また、ガス噴射穴108に設けた穴用ポーラス状誘電体120によりガスがあらゆる方向へ拡散されつつ放出されるので、このガスをより均一に分散させることができる。特に、各ポーラス状誘電体120、122内の気泡の直径を0.1mm以下に設定しているので、上記した異常放電の発生を略確実に阻止することができる。
ここでセラミック材としては、アルミナ、シリカ、燐酸カルシウム、SiC、ジルコニア等を用いることができ、そのポーラスセラミックは、例えば特開2002−343788号公報、特開2003−95764号公報、特開2004−59344号公報等に開示されているポーラスセラミックを用いることができる。
更には図7に示す天板50の他の変形例に示すように、天板50にガス流路を設けないで、他の金属製のガス管136を天板50の上方に配置し、このガス管136によりガス噴射穴108に所望のガスを供給するようにしてもよい。この場合には、上記ガス噴射穴108は天板50を上下方向へ貫通して設けられ、その上端開口部にガス管136のフランジ部138を、Oリング等のシール部材140を介して気密に接続する。上記ガス管136は、平面アンテナ部材56におけるマイクロ波の伝搬に悪影響を与えないためにできるだけ細くし、且つ導伝性の良好な金属材料、例えば銅等で形成するのがよい。
次に本発明のプラズマ処理装置の第2実施例について説明する。
上記実施例では、電磁波としてマイクロ波を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば高周波を用いることができる。図8はこのような本発明のプラズマ処理装置の第2実施例を示す断面図であり、ここでは電磁波として高周波を用いると共に電磁波導入手段の一部として誘導コイル部を用いている。尚、図1に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
図8に示すように、天板50のガス噴射穴108やガス流路112及びこれに充填されるポーラス状誘電体120、122は、図1に示す場合と同様に構成される。そして、この天板50に設けられる電磁波導入手段54は、上記天板50上に接して設けられる誘導コイル部142と、これに供給する高周波を発生する高周波発生器144とにより主に構成されている。
本実施例の場合には、誘導コイル部142に高周波を供給すると、天板50を介して処理空間Sに電界を発生し、これにより先の第1実施例の場合と同様に、ガス噴射穴108やガス流路112内に異常放電を発生させることなく、処理空間Sに所定のガスを均一に分散させることができる。
次に本発明のプラズマ処理装置の第3実施例について説明する。
図9は本発明のプラズマ処理装置の第3実施例を示す断面図であり、ここでは電磁波として高周波を用いると共に電磁波導入手段の一部として平行平板型電極を用いる。尚、図1及び図7に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
ここでは載置台36は下部電極として兼用される。また処理容器34の天井部には天板を設けておらず、電磁波導入手段54は、絶縁材152を介して取り付けられた金属製のシャワーヘッド部150と、これに供給する高周波を発生する高周波発生器144とにより主に構成されている。
次に、本発明のプラズマ処理装置の第4実施例について説明する。ここでは天板の構造以外は、先の第1〜第3実施例の構造を適用できるので、第4実施例の天板の構造について説明する。
図10は本発明のプラズマ処理装置の第4実施例の天板を示す部分拡大断面図、図11は天板の要部を示す拡大断面図、図12は天板の製造工程を説明するための説明図である。
そして、上記ポーラスピース体162の高さ及び直径はそれぞれ10mm程度であり、パイプ材166の肉厚は2〜4mm程度であるが、これらの数値には特に限定されない。また上記分岐されたガス流路112aの内径は、電磁界分布に影響を与えないように可能な限り細かい方がよく、典型的には前記波長λoの1/10以下、好ましくは1〜2mm程度である。
また、緻密部材160を用いないで穴用ポーラス状誘電体120を単独でガス噴射穴108内へ装着した場合には、接着剤164が偏在したり、接合境界部分に隙間が発生したりして、不良品率が20%程度あったが、この第4実施例の場合には、不良品率を10%程度まで抑制することができた。
次に、本発明のプラズマ処理装置の第5実施例について説明する。
図13は本発明のプラズマ処理装置の第5実施例の天板を示す部分拡大断面図、図14は図13中のポーラスピース体の形成方法を説明するための工程図である。尚、図10乃至図12に示す構成部分と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
ここで上記ポーラスピース体172の製造工程を説明する。まず、図14(A)に示すように、ポーラス材を所定の形状に加工して穴用ポーラス状誘電体120を形成する。そして、図14(B)に示すように、この穴用ポーラス状誘電体120を高温で溶融状態の緻密材料である接着剤中に浸漬する等することによって全表面にコーティングし、この溶融状態の接着剤を冷却して硬化させることによって接着剤層168を形成する(硬化ステップ)。これにより、穴用ポーラス状誘電体120の全表面が封止されることになる。
次に、図14(D)に示すように、上記接着剤層が除去された表面(噴射面174)とは反対側の表面に凹部状のガス導入ホール170を形成し(ホール形成ステップ)、これによりポーラスピース体172を完成する。尚、上記除去ステップとホール形成ステップの順序は逆に行ってもよい。
この第5実施例の場合には、ポーラスピース体172の装着後の天板の不良品率を1〜2%まで抑制することができた。
尚、上記ガス導入ホール170を図11に示す第4実施例に適用するようにしてもよい。
次に、第4及び第5実施例の変形例について説明する。図15は第4及び第5実施例の変形例を示す拡大断面図であり、図15(A)は第4実施例の変形例を示し、図15(B)は第5実施例の変形例を示す。
図15に示すように、ここではガス流路112aとガス噴射穴108の連結部には上記ガス流路112aの直径よりも大きな内径になされたガスヘッド空間180が形成されており、上記穴用ポーラス状誘電体120内へ面内均一性良くガスを拡散させるようになっている。
このように、ポーラスピース体162、172のガス導入側にガスヘッド空間180を設けた場合には、過剰な接着剤164がはみ出しても、これがガス導入側の穴用ポーラス状誘電体120の表面を覆うことがなく、従って、ポーラスピース体162、172の装着後にコンダクタンスに悪影響を与えることを防止することができる。
また、ここでは被処理体として半導体ウエハやLCD基板を例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
34 処理容器
36 載置台
50 天板
50A 下側天板部材
50B 上側天板部材
52 ガス導入手段
54 電磁波導入手段
56 平面アンテナ部材
64 同軸導波管
68 矩形導波管
70 マイクロ波発生器
74 マイクロ波放射孔
108 ガス噴射穴
110 ガス供給系
112 ガス流路
120 穴用ポーラス状誘電体
122 流路用ポーラス状誘電体
160 緻密部材
162 ポーラスピース体
164 接着剤
166 パイプ材
168 接着剤層
170 ガス導入ホール
172 ポーラスピース体
180 ガスヘッド空間
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (25)
- 天井部が開口されて内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けた載置台と、
前記天井部の開口に気密に装着されて電磁波を透過する誘電体よりなる天板と、
前記天板を介してプラズマ発生用の電磁波を前記処理容器内へ導入する電磁波導入手段と、
前記処理容器内へ所定のガスを導入するガス導入手段と、
を有するプラズマ処理装置において、
前記ガス導入手段は、
前記天板に前記処理容器内を臨ませて設けたガス噴射穴と、該ガス噴射穴に設けられた通気性のある穴用ポーラス状誘電体と、前記ガス噴射穴へ前記所定のガスを供給するガス供給系と、よりなることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記ガス噴射穴は、前記天板に分散させて複数個設けられることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス噴射穴は同心円状に配列されていることを特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス噴射穴は複数列に沿って直線上に配列されていることを特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装置。
- 前記ガス供給系は、前記天板に形成されたガス流路と、該ガス流路内に設けられた通気性のある流路用ポーラス状誘電体と、を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記穴用ポーラス状誘電体は、少なくともその側面部分が気体を通さない緻密部材により覆われたポーラスピース体として形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記緻密部材は、筒体状のパイプ材よりなることを特徴とする請求項6記載のプラズマ処理装置。
- 前記緻密部材は、コーティングされて硬化された接着剤層よりなることを特徴とする請求項6記載のプラズマ処理装置。
- 前記ガス供給系は、前記天板に形成されて前記ガス噴射穴に連通されるガス流路を有していることを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記ガス流路と前記ガス噴射穴との連結部には、前記ガス流路の直径よりも大きな内径になされたガスヘッド空間が形成されていることを特徴とする請求項9記載のプラズマ処理装置。
- 前記穴用ポーラス状誘電体には、凹部状のガス導入ホールが形成されていることを特徴とする請求項6乃至10のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記天板の構成材料と前記ポーラス状誘電体の主要な構成材料とは同一材料よりなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記ポーラス状誘電体に含まれる気泡の直径は0.1mm以下であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記ガス噴射穴の直径を、前記天板中を伝搬する前記電磁波の波長の1/2以下に設定するように構成したことを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記電磁波導入手段は、
前記天板上に設けられた平面アンテナ部材と、
マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器で発生した前記マイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬する導波管とを有することを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 - 前記電磁波導入手段は、
高周波を発生する高周波発生器と、
前記天板上に設けられて前記高周波発生器に接続された誘導コイル部とを有することを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 - 内部が真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置すると共に下部電極を兼用する載置台と、
前記処理容器の天井部に設けられて前記処理容器内へ所定のガスを供給すると共に上部電極を兼用するシャワーヘッド部と、
前記載置台と前記シャワーヘッド部との間に印加する高周波を発生する高周波発生器とを有するプラズマ処理装置において、
前記シャワーヘッド部のガス噴射面側に、通気性のあるポーラス状誘電体を設けるように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記ポーラス状誘電体に含まれる気泡の直径は0.1mm以下であることを特徴とする請求項17記載のプラズマ処理装置。
- プラズマ処理装置の処理容器内へ電磁波を導入するために前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されて電磁波を透過する誘電体よりなる天板において、
前記天板を形成する母材にガス噴射穴を形成し、該ガス噴射穴内に通気性のある穴用ポーラス状誘電体を設けるように構成したことを特徴とする天板。 - 前記母材には、前記ガス噴射穴へガスを供給するガス流路が形成されていることを特徴とする請求項19記載の天板。
- プラズマ処理装置の処理容器内へ電磁波を導入するために前記処理容器の天井部の開口に気密に装着されて電磁波を透過する誘電体よりなる天板の製造方法において、
穴用ポーラス状誘電体の少なくとも側面部分に気体を通さない緻密部材により覆ってポーラスピース体を形成するピース体形成工程と、
前記ポーラスピース体を天板の母材に形成したガス噴射穴へ装着する装着工程と、
を有することを特徴とする天板の製造方法。 - 前記ピース体形成工程は、
筒体状のパイプ材中に前記ポーラス状誘電体を詰めて焼成するステップを有することを特徴とする請求項21記載の天板の製造方法。 - 前記ピース体形成工程は、
前記穴用ポーラス状誘電体の全表面に溶融状態の前記緻密部材である接着剤をコーティングして硬化させて接着剤層を形成する硬化ステップと、
前記ポーラス状誘電体の所定の表面にコーティングされている接着剤層を除去する除去ステップと、
前記接着剤層が除去された表面とは反対側の表面に凹部状のガス導入ホールを形成するホール形成ステップと、
を有することを特徴とする請求項21記載の天板の製造方法。 - 前記装着工程は、前記ポーラスピース体を接着剤により前記天板のガス噴射穴へ接合して装着することを特徴とする請求項21乃至23のいずれかに記載の天板の製造方法。
- 前記装着工程は、前記ポーラスピース体を前記ガス噴射穴へ嵌め込んだ状態で一体焼成することにより装着することを特徴とする請求項21乃至23のいずれかに記載の天板の製造方法。
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