JP2015015342A - Plasma processing apparatus, and plasma distribution control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイ(FPD)に用いられるガラス基板等の基板にプラズマ処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置と、該プラズマ処理装置でのプラズマ分布調整方法に関する。 The present invention relates to an inductively coupled plasma processing apparatus for performing plasma processing on a substrate such as a glass substrate used in a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display device, and a plasma distribution adjusting method in the plasma processing apparatus.
液晶表示装置等の製造工程においては、ガラス基板に所定の処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマCVD成膜装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。このようなプラズマ処理装置として、高密度のプラズマを得ることができる誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma;ICP)処理装置がある。 In a manufacturing process of a liquid crystal display device or the like, various plasma processing apparatuses such as a plasma etching apparatus and a plasma CVD film forming apparatus are used to perform a predetermined process on a glass substrate. As such a plasma processing apparatus, there is an inductively coupled plasma (ICP) processing apparatus capable of obtaining high-density plasma.
誘導結合プラズマ処理装置は、被処理基板を収容する処理室と、この処理室の上方に配置されるアンテナ室とを誘電体窓で仕切り、アンテナ室に高周波アンテナを配置し、処理室内に処理ガスを供給すると共に高周波アンテナに高周波電力を供給することにより処理室内に誘導結合プラズマを発生させ、発生させた誘導結合プラズマによって被処理基板に所定のプラズマ処理を施す。 The inductively coupled plasma processing apparatus divides a processing chamber that accommodates a substrate to be processed and an antenna chamber disposed above the processing chamber with a dielectric window, a high-frequency antenna is disposed in the antenna chamber, and a processing gas is disposed in the processing chamber. And inductively coupled plasma is generated in the processing chamber by supplying high frequency power to the high frequency antenna, and the substrate to be processed is subjected to predetermined plasma processing by the generated inductively coupled plasma.
ここで、近時、被処理基板のサイズが大型化しており、例えば、LCD用の矩形状ガラス基板を例に挙げると、短辺×長辺の長さが約1500mm×約1800mmのサイズから約2200mm×約2400mmのサイズへ、更に約2800mm×約3000mmのサイズへと、その大型化が著しい。このように被処理基板が大型化すれば、処理室及びアンテナ室の大型化する必要が生じ、これに伴って誘電体窓を大型化する必要が生じる。このような要請に応えるべく、誘電体窓に代えて非磁性金属材料からなる金属窓を用いることにより強度を増すことで、被処理基板の大型化に対応する技術が提案されている。 Here, recently, the size of the substrate to be processed has been increased. For example, when a rectangular glass substrate for LCD is taken as an example, the length of the short side × long side is about 1500 mm × about 1800 mm. The enlargement is remarkable to a size of 2200 mm × about 2400 mm, and further to a size of about 2800 mm × about 3000 mm. When the substrate to be processed is increased in size as described above, it is necessary to increase the size of the processing chamber and the antenna chamber, and accordingly, it is necessary to increase the size of the dielectric window. In order to meet such a demand, a technique for increasing the size of the substrate to be processed has been proposed by increasing the strength by using a metal window made of a nonmagnetic metal material instead of the dielectric window.
この技術では、高周波アンテナに流れた電流により金属窓の上面に渦電流が発生し、その渦電流が、金属窓側面及び下面を通って上面に戻るループ電流となり、金属窓の下面を流れる電流により処理室内に誘導電界を形成することによりプラズマを生成するといった誘電体窓を用いた場合とは異なるメカニズムを有する(例えば、特許文献1参照)。 In this technology, an eddy current is generated on the upper surface of the metal window due to the current flowing in the high-frequency antenna, and the eddy current becomes a loop current that returns to the upper surface through the side and lower surfaces of the metal window. It has a mechanism different from the case of using a dielectric window in which plasma is generated by forming an induction electric field in the processing chamber (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記従来技術による対応では、金属窓に生じる電位によって金属窓がプラズマによるスパッタにより削られてしまい、使用寿命が短くなってしまうという問題がある。また、金属窓の形状設計のみでは、金属窓毎に生じる渦電流の強さの分布を改善することは容易ではなく、プラズマの強さの分布を調整する技術が求められている。 However, the above-described conventional technique has a problem in that the metal window is scraped by sputtering due to plasma due to the potential generated in the metal window, and the service life is shortened. Moreover, it is not easy to improve the distribution of the strength of eddy current generated for each metal window only by designing the shape of the metal window, and a technique for adjusting the distribution of the strength of the plasma is required.
本発明の目的は、プラズマによる金属窓のスパッタ削れを抑制すると共にプラズマの強さの分布調整を可能とする誘導結合型のプラズマ処理装置と、該プラズマ処理装置によるプラズマ分布調整方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma processing apparatus that suppresses spattering of a metal window by plasma and enables adjustment of plasma intensity distribution, and a plasma distribution adjustment method using the plasma processing apparatus. It is in.
上記課題を解決するため、請求項1記載のプラズマ処理装置は、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、プラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させる高周波アンテナと、前記プラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、本体容器と絶縁された金属窓とを備え、前記金属窓は、絶縁体によりお互いに絶縁された状態で複数の金属窓により構成され、前記複数の金属窓はそれぞれ1点の接地点でグランド接続されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a plasma processing apparatus according to
請求項2記載のプラズマ処理装置は、請求項1記載のプラズマ処理装置において、前記1点の接地点は、前記複数の金属窓のそれぞれの外周側又は内周側の辺の略中央に設けられていることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to claim 2 is the plasma processing apparatus according to
請求項3記載のプラズマ処理装置は、請求項1又は2記載のプラズマ処理装置において、前記1点の接地点は、抵抗を介してグランド接続されていることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
請求項4記載のプラズマ処理装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置において、前記高周波アンテナが配置されるアンテナ室と前記プラズマ生成領域を含む処理室とが前記複数の金属窓からなる金属窓によって仕切られた容器を備え、前記1点の接地点は、前記アンテナ室の側壁に接続されることでグランド接続されることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
請求項5記載のプラズマ処理装置は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置において、前記複数の金属窓のうちの少なくとも1つの金属窓は、更に1点の接地点でグランド接続されることにより、2点の接地点でグランド接続されることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
請求項6記載のプラズマ処理装置は、請求項5記載のプラズマ処理装置において、前記複数の金属窓は、矩形形状を有する前記基板に対応して配置され、前記2点の接地点は、前記複数の金属窓のうち、前記基板の長辺に対応する位置に設けられる金属窓に対して設けられることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
請求項7記載のプラズマ処理装置は、請求項5又は6記載のプラズマ処理装置において、前記2点の接地点は、前記複数の金属窓のそれぞれにおいて、前記2点の接地点を設けない場合に相対的に渦電流が多く流れる領域に設けられることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
請求項8記載のプラズマ処理装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置において、前記複数の金属窓のうち隣接する2つ金属窓がコンデンサを介して接続されると共に、前記2つの金属窓のそれぞれに設けられた前記1点の接地点が電気的に接続されて、電流ループ回路が形成されていることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
請求項9記載のプラズマ処理装置は、請求項8記載のプラズマ処理装置において、前記電流ループ回路のリアクタンスが負性となるように、前記コンデンサの容量が調整されていること特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
請求項10記載のプラズマ処理装置は、請求項8又は9記載のプラズマ処理装置において、前記コンデンサは、前記複数の金属窓のうち、前記基板の角部に対応する位置に設けられる金属窓の前記角部に対応する位置に接続されることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
請求項11記載のプラズマ処理装置は、請求項8乃至10のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置において、前記高周波アンテナが配置されるアンテナ室と前記プラズマ生成領域を含む処理室とが前記複数の金属窓からなる金属窓によって仕切られた容器を備え、前記1点の接地点は、前記アンテナ室の天井壁に接続されることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to
上記課題を解決するため、請求項12記載のプラズマ分布調整方法は、本体容器と絶縁され、かつ、絶縁体により互いに絶縁された複数の金属窓によってプラズマ生成領域と高周波アンテナが隔離され、前記高周波アンテナに高周波電流を流すことにより前記プラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させて基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置におけるプラズマ分布調整方法であって、前記複数の金属窓をそれぞれ1点の接地点でグランド接続することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the plasma distribution adjusting method according to
請求項13記載のプラズマ分布調整方法は、請求項12記載のプラズマ分布調整方法において、前記複数の金属窓のうちの少なくとも1つの金属窓を更に1点の接地点でグランド接続して、2点の接地点でグランド接続することを特徴とする。
The plasma distribution adjustment method according to
請求項14記載のプラズマ分布調整方法は、請求項13記載のプラズマ分布調整方法において、前記2点の接地点の間隔を調整することにより、前記1つの金属窓の前記2点の接地点の間を流れる電流を調整することを特徴とする。
The plasma distribution adjustment method according to
請求項15前記複数の金属窓のうち隣接する2つ金属窓をコンデンサを介して接続すると共に、前記2つの金属窓のそれぞれに設けられた接地点を電気的に接続して電流ループ回路を形成することを特徴とする。 15. A current loop circuit is formed by connecting two adjacent metal windows of the plurality of metal windows via a capacitor and electrically connecting a ground point provided on each of the two metal windows. It is characterized by doing.
請求項16記載のプラズマ分布調整方法は、請求項15記載のプラズマ分布調整方法において、前記電流ループ回路のリアクタンスが負性となるように、前記コンデンサの容量を調整すること特徴とする。 A plasma distribution adjusting method according to a sixteenth aspect is the plasma distribution adjusting method according to the fifteenth aspect, wherein the capacitance of the capacitor is adjusted so that reactance of the current loop circuit becomes negative.
本発明によれば、高周波アンテナとプラズマ生成領域とのとの間に配置される金属窓を複数の金属窓で構成し、各金属窓を1点グランド接続(GND接続)する。これにより、ソース効率を下げることなくプラズマを生成すると共に、金属窓の窓電位を下げことができるため、プラズマによる金属窓のスパッタ削れを抑制することができる。このことは、プラズマの強さを調整されることを示すものでもある。また、金属窓を2点の接地点でグランド接続することにより、金属窓の下面を流れる渦電流の大きさを調整することができ、これにより、2点の接地点に対応するプラズマ生成領域でのプラズマの強さを調整することができる。更に、隣接する2つ金属窓をコンデンサを介して接続すると共に電流ループ回路を形成することにより、コンデンサの接続位置間を流れる渦電流を増大させて、対応するプラズマ生成領域でのプラズマを強くすることができる。 According to the present invention, the metal window disposed between the high-frequency antenna and the plasma generation region is constituted by a plurality of metal windows, and each metal window is connected to the ground at one point (GND connection). Thus, plasma can be generated without lowering the source efficiency, and the window potential of the metal window can be lowered, so that it is possible to suppress spattering of the metal window due to plasma. This also indicates that the plasma intensity is adjusted. In addition, by connecting the metal window to the ground at two grounding points, the magnitude of the eddy current flowing on the lower surface of the metal window can be adjusted, and thereby, in the plasma generation region corresponding to the two grounding points. The plasma intensity can be adjusted. Further, by connecting two adjacent metal windows via a capacitor and forming a current loop circuit, the eddy current flowing between the connection positions of the capacitor is increased, and the plasma in the corresponding plasma generation region is strengthened. be able to.
このように、本発明によれば、プラズマの強さの分布を制御することができ、これにより、基板に対するプラズマ処理の均一化を図ることができる。このような効果は、特に、一辺の長さが1mを超える基板に対するプラズマ処理において特に顕著に得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to control the distribution of the intensity of the plasma, and thereby it is possible to make the plasma treatment uniform on the substrate. Such an effect can be obtained particularly remarkably in plasma processing for a substrate having a side length of more than 1 m.
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る誘導結合型のプラズマ処理装置100の概略構造を示す断面図である。プラズマ処理装置100は、例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD)用ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する際のメタル膜、ITO膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理等のプラズマ処理に用いることができる。なお、FPDとしては、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ、プラズマディスプレイ等が挙げられる。また、プラズマ処理装置100は、FPD用ガラス基板に限らず、太陽電池パネル用ガラス基板に対してその製造過程で施される各種のプラズマ処理にも用いることができる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an inductively coupled
プラズマ処理装置100は、導電性材料、例えば、陽極酸化処理により内壁面にアルマイト被膜が形成されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器1を有する。本体容器1は、接地線2により接地(グランド接続(以下「GND接続」と記す)されている。本体容器1の内部は、金属窓3により上方のアンテナ室4と下方の処理室5とに区画されている。
The
図2は、金属窓3の概略平面図である。図1の金属窓3には、図2の矢視A−A断面が示されている。金属窓3は、本体容器1におけるアンテナ室4の側壁4aと処理室5の側壁5aとの間において本体容器1の内側に突出するように設けられた支持棚6及び支持梁7と、支持棚6及び支持梁7に絶縁体28を介して載置された4枚の金属窓30a〜30dとによって構成されている。
FIG. 2 is a schematic plan view of the
処理室5の天井壁となる金属窓3の大部分は複数の金属窓30a〜30dが占める。金属窓30a〜30dには、例えば、非磁性金属が用いられており、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。なお、金属窓30a〜30dをアルミニウム又はアルミニウム合金で構成した場合、耐食性を高めるために、少なくとも処理室5側の面(下面)に陽極酸化膜若しくはセラミック溶射膜、又はセラミック製若しくは石英製のカバーを形成することが好ましい。
A plurality of
金属窓30a〜30dはそれぞれ、窓内の1点又は2点の接地点で銅板等の良導電性材料からなるGND接続部材50に電気的に接続されており、このGND接続部材50の他端は本体容器1におけるアンテナ室4の側壁4aと電気的に接続されている。側壁4aは本体容器1の一部であるから、金属窓30a〜30dは、GND接続部材50、側壁4a及び接地線2を介してGND接続される。GND接続部材50を介した金属窓30a〜30dと側壁4a(本体容器1)との接続形態については後に詳細に説明する。
Each of the
支持棚6及び支持梁7は、導電性材料、例えば、アルミニウム等の非磁性金属で構成され、本体容器1と電気的に接続されている。絶縁体28は、電気的絶縁体であり、例えば、セラミックや石英、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が用いられる。プラズマ処理装置100では、支持梁7は、処理ガス供給用のシャワー筐体を兼ねており、支持梁7の内部に被処理基板G(以下「基板G」と記す)の被処理面に対して平行に伸びるガス流路8が形成されている。ガス流路8には、処理室5内に処理ガスを噴出する複数のガス吐出孔8aが形成されており、処理ガス供給機構9からガス供給管10を介してガス流路8に供給される処理ガスがガス吐出孔8aから処理室5の内部へ吐出される。なお、処理ガスは、金属窓30a〜30dをシャワーヘッドとして構成すれば、金属窓30a〜30dから供給することもできる。
The
金属窓3の上側に形成されたアンテナ室4には、金属窓30a〜30dに面するように高周波アンテナ11が配置されている。高周波アンテナ11は、絶縁部材からなるスペーサ12により金属窓30a〜30dとは一定間隔で離間するように配置されている。プラズマ処理の間、高周波アンテナ11には誘導電界形成用の高周波電力が、第一の高周波電源13から整合器14及び給電部材15を介して供給される。高周波電力の周波数は、例えば、13.56MHzである。高周波電力が高周波アンテナ11に供給されることで、金属窓30a〜30dに渦電流が誘起され、この渦電流によって処理室5内のプラズマ生成領域に誘導電界が形成される。そして、形成された誘導電界により、ガス吐出孔8aから供給された処理ガスが処理室5内のプラズマ生成領域においてプラズマ化される。なお、金属窓30a〜30dにおける渦電流の誘起とプラズマ生成との関係については、図3を参照して後述する。
In the
処理室5には、金属窓30a〜30dと対向するように基板Gを載置する載置台16が、本体容器1から絶縁部材17によって電気的に絶縁された状態で配置されている。載置台16は、導電性材料、例えば、アルミニウムで構成され、その表面は陽極酸化処理されている。載置台16には不図示の静電チャックが設けられており、基板Gは静電チャックによって載置台16に吸着保持される。
In the
載置台16には整合器19及び給電線20を介して第二の高周波電源18が接続されており、プラズマ処理の実行中には、バイアス用の例えば3.2MHzの周波数の高周波電力が載置台16に印加される。これにより、処理室5内で生成したプラズマ中のイオンを効果的に基板Gに引き込むことができる。
A second high-
なお、不図示であるが、載置台16の内部には、基板Gの温度を制御するためのセラミックヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と温度センサ等が設けられる。また、基板Gの支持手段は、載置台16に限定されるものではなく、バイアス用高周波電力の供給や温度調節機構が不要である場合には、基板Gを下部又は側部から突出したピン若しくは棒状部材で支持してもよく、或いは、搬送機構のピック等で支持してもよい。 Although not shown, a temperature control mechanism including a heating means such as a ceramic heater for controlling the temperature of the substrate G, a refrigerant flow path, and the like are provided inside the mounting table 16. Further, the support means for the substrate G is not limited to the mounting table 16, and when a bias high-frequency power supply or a temperature adjustment mechanism is not required, a pin or You may support by a rod-shaped member, or you may support by the pick of a conveyance mechanism, etc.
処理室5の側壁5aには、処理室5の内部へ基板Gを搬入出する搬入出口21が設けられており、搬入出口21はゲートバルブ22によって開閉される。また、処理室5の底壁5bには、処理室5の内部を排気する排気口23が設けられており、排気口23には真空ポンプ等を含む排気装置24が接続される。排気装置24により処理室5の内部が排気され、プラズマ処理の実行中は、処理室5の内部の圧力が所定の真空雰囲気(例えば、1.33Pa)に設定、維持される。
A loading / unloading
プラズマ処理装置100の動作制御は、コンピュータを含む制御部25により行われ、制御部25にはユーザインタフェース26及び記憶部27が接続されている。ユーザインタフェース26には、工程管理者がプラズマ処理装置100を管理するためのコマンド入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等が含まれる。記憶部27には、プラズマ処理装置100で実行される各種処理を制御部25の制御にて実現する制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置100の各部に処理(動作)を実行させるためのプログラム(プロセスレシピ)が格納される。制御部25は、ユーザインタフェース26からの指示等にしたがって所定のプロセスレシピを記憶部27から呼び出し、プロセスレシピに従った処理を実行することにより、プラズマ処理が行われる。
Operation control of the
図3は、プラズマ処理装置100におけるプラズマ生成原理を説明する模式図である。図3(a)には、図1と同様の側面視において、高周波アンテナ11、金属窓30a及びプラズマ生成領域が簡略的に示されており、図3(b)には、図3(a)に対応する等価回路が示されている。なお、ここでは、金属窓30aは電気的にフロートの状態にあるものとする。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the principle of plasma generation in the
プラズマ処理装置100において、高周波アンテナ11に高周波電流IRFが流れると、金属窓30aの上面(高周波アンテナ11側表面)に渦電流ILOOPが発生する。金属窓30aは、支持棚6、支持梁7及び本体容器1と絶縁されているため、金属窓30aの上面に流れた渦電流ILOOPは、支持棚6、支持梁7又は本体容器1に流れることなく、金属窓30aの一方の側面へ流れた後に金属窓30aの下面(処理室5側の表面)へ流れ、さらに金属窓30aの他方の側面を流れて、金属窓30aの上面に戻る。このようにして金属窓30aの上面から下面にループする渦電流ILOOPが生成される。この渦電流ILOOPのうち、金属窓30aの下面を流れる電流により処理室5内のプラズマ生成領域に誘導電界Eが形成される。こうして処理室5内に誘導電界Eが形成されることで、処理室5の内部のガスが励起され、処理室5内のプラズマ生成領域にプラズマが生成される。
In the
なお、図3(b)において、LA及びRAはそれぞれ、高周波アンテナ11のインダクタンス及び抵抗であり、LM1及びLM2はそれぞれ、金属窓30aの上面側のインダクタンス及び下面側のインダクタンスであり、IP、LP及びRPはそれぞれ、プラズマの電流、インダクタンス及び抵抗である。
In FIG. 3B, L A and R A are the inductance and resistance of the high-
図4は、金属窓とGND接続部材50との第1及び第2の接続例を示す平面図である。これら第1及び第2の接続例はいずれも、1枚の金属窓に対して1点の接地点でGND接続部材50が接続されている点で共通しており、金属窓の形状及び/又は枚数が異なる。なお、図4(a),(b)では、高周波アンテナ11を簡略化して矩形で示しているが、高周波アンテナ11は、実際には図3(b)に示した回路を構成するように、例えば渦巻き状等に配置されている。
FIG. 4 is a plan view showing first and second connection examples between the metal window and the
図4(a)に示す第1の接続例では、金属窓は、正方形の平面形状を有する4枚の金属窓30a〜30d(支持棚6の外形も正方形)を有し、金属窓30a〜30dのそれぞれの外周側の中央部である角部(外周を構成する2辺の交点近傍)にGND接続部材50の接続位置(以下「GND接続位置」という)が設けられている。金属窓30a〜30dの形状は、基板Gの形状に応じて、例えば、長方形等に適宜変更される。
In the first connection example shown in FIG. 4A, the metal window has four
図5は、図4(a)の金属窓30a〜30dを電気的にフロート状態として(GND接続部材50を接続せずに)プラズマを発生させたときの電子密度分布を測定した結果(図5中の「金属窓フロート」)と、金属窓30a〜30dの角部にGND接続部材50を接続してプラズマを発生させたときの電子密度分布を測定した結果(図5中の「金属窓1点GND接続」)とを比較して示す図である。
FIG. 5 is a result of measuring an electron density distribution when plasma is generated with the
なお、プラズマ発生条件は、処理室5の圧力を20mTorr、ソースパワーを5kWとし、処理ガスに酸素(O2)を用いて発生させたプラズマの電子密度を測定している。また、図5の横軸の点A,O,Bは、図4(a)中に黒三角(▲)で示す点A,O,Bと対応する。
Note that plasma generation conditions are such that the pressure of the
図5から明らかなように、金属窓30a〜30dのそれぞれに対してGND接続部材50による1点GND接続を行った場合(第1の接続例)でも、金属窓30a〜30dを電気的にフロート状態とした場合と比較して、プラズマの電子密度の低下は殆ど生じないこと、つまり、ソース効率が殆ど変わることなくプラズマを誘起させることができるということがわかる。このことを等価回路で示すと図6のようになる。
As is apparent from FIG. 5, even when the one-point GND connection is performed on each of the
図6(a)は、図4(a)の金属窓30aを電気的なフロート状態としてプラズマを発生させたときの等価回路を示す図であり、図6(b)は、金属窓30aにGND接続部材50を接続してプラズマを発生させたときの等価回路を示す図である。なお、図6(a),(b)は共に、図3(b)と同じ形態で描かれている。また、図6では、便宜上、金属窓30aの上面側のインダクタンスを、対向する2側面の中間でインダクタンス成分LM1a,LM1bに分け、これに対応させて、金属窓30aの下面側のインダクタンスを2つのインダクタンス成分LM2a,LM2bに分けて示している。
FIG. 6A is a diagram showing an equivalent circuit when plasma is generated with the
図6(a)は、実質的に図3(b)と同じである。図5の結果は、図6において、金属窓30aに対するGND接続部材50による1点GND接続は、金属窓30aの上面側から下面側へループする渦電流に影響を与えないことを示しているので、金属窓30aがフロート状態にあるときに金属窓30aの下面に流れる渦電流ILOOP(FLOAT)の大きさと、金属窓30aを1点GND接続した状態にあるときに生じる渦電流ILOOP(GND)の大きさとは同等と考えられる。
FIG. 6 (a) is substantially the same as FIG. 3 (b). The result of FIG. 5 shows that in FIG. 6, the one-point GND connection by the
図4(b)の第2の接続例に示す金属窓は、図2に示した金属窓3と同じ金属窓30a〜30dを有し、金属窓30a〜30dのそれぞれの外周側の中央部にGND接続部材50の接続位置(GND接続位置)が設けられている。なお、図4(b)では、GND接続部材50の図示を省略しており、金属窓30a〜30dにおいてGND接続部材50が接続されるGND接続位置を黒丸点(●)で示している。
The metal window shown in the second connection example of FIG. 4B has the
図7は、図4(b)の金属窓30bに設定した黒三角(▲)で示すA点及びB点間(外周側の端部間)での電位(窓電位)の分布を、金属窓30bを電気的にフロート状態とした場合と金属窓30bを1点GND接続した場合とについて、模式的に示す図である。
FIG. 7 shows the distribution of potential (window potential) between point A and point B (between the ends on the outer peripheral side) indicated by black triangles (▲) set in the
金属窓30bのA点・B点間に渦電流が流れたとき、金属窓30bの誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスに起因して電位差が生じ、A点が低電位となったときには、B点で高電位となるような電位勾配が生じ、低電位点で略0Vとなる。これに対して、金属窓30bのA点・B点間の略中央で1点GND接続を行った場合には、A点とB点との間で同様の電位勾配は生じるものの、GND接続位置においてGND電位(0V)となるように全体的に窓電位が下がる。よって、金属窓30bをA点・B点間の略中央で1点GND接続した場合には、金属窓30bをフロート状態とした場合と比較すると、金属窓30bの窓電位の絶対値を小さくすることができ、これにより、プラズマによる金属窓30bのスパッタ削れの発生を抑制することができる。
When an eddy current flows between points A and B of the
なお、図4(b)の金属窓30a〜30dの窓電位を全体的に下げる効果は、図4(a)の金属窓30a〜30dでも同様に得られる。1点GND接続を行うGND接続位置は、金属窓30a〜30dの窓電位を全体的に下げる効果をより顕著に得ることができる位置に設定することが好ましい。例えば、金属窓において最小電位となる点と最大電位となる点の中央部にGND接続位置を設定することが好ましく、図4(a),(b)においてGND接続位置を各金属窓の外周側の中央近傍に設けているのはこのような理由による。一方、例えば、図4(b)のA点にGND接続位置を設定する等した場合には、窓電位低下の効果を十分に享受することができなくなる。
The effect of lowering the window potentials of the
但し、GND接続位置は、現実には、高周波アンテナ11の配置の影響を受ける。つまり、高周波アンテナ11の配置に支障をきたさない領域において、窓電位低下の効果を得ることが可能な領域にGND接続位置を設けることが求められる。例えば、各金属窓の内周側の辺の中央近傍にGND接続位置を設けてもよく、一例として図4(b)の場合には、金属窓30a〜30dにおいて図示のGND接続位置と対向する頂点近傍(金属窓の中央近傍)にGND接続位置を設けることもできる。
However, the GND connection position is actually affected by the arrangement of the high-
図8は、金属窓とGND接続部材50との第3及び第4の接続例を示す平面図であり、ここでは、図2(b)及び図4(b)と同じ金属窓30a〜30dを取り上げている。第3及び第4の接続例は、金属窓3の長辺側に配置された金属窓30b,30dに対して2点の接地点でGND接続部材50が接続されている(2点GND接続)点で共通しているが、2点のGND接続位置の間隔が異なる点で相違している。GND接続部材50は、第3の接続例ではGND接続位置C,Dにおいて金属窓30bの表面に接続され、第4の接続例ではGND接続位置A,Bにおいて金属窓30bの表面に接続されている。
FIG. 8 is a plan view showing third and fourth connection examples between the metal window and the
図9(a),(b)はそれぞれ、金属窓30bについての図8(a),(b)の第3及び第4の接続例に対応する等価回路を示す図である。図9において、LM1a1はA点−C点間のインダクタンス成分であり、LM1b1はD点−B点間のインダクタンス成分であり、LM1c1はC点−D点間のインダクタンス成分である。図9(b)に示すインダクタンス成分LM1a,LM1b等は、図6に準ずる。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing equivalent circuits corresponding to the third and fourth connection examples of FIGS. 8A and 8B for the
図9(a)に示すように、第3の接続例では、金属窓30bの上面に生じる渦電流ILOOPの一部がGND接続部材50により形成される回路へ流れることにより、金属窓30bの下面へ循環する渦電流ILOOPが小さくなる。その結果、誘起電界の強さが弱くなり、プラズマ電流IPが小さくなる。第4の接続例では、金属窓30bの上面に生じる渦電流ILOOPの殆どがGND接続部材50により形成される回路へ流れることにより、金属窓30bの下面へ循環する渦電流ILOOPがなくなるか又は極めて小さくなり、その結果、誘起電界が発生せず、プラズマも発生しなくなる。
As shown in FIG. 9A, in the third connection example, a part of the eddy current I LOOP generated on the upper surface of the
このように、2点GND接続を行う場合のGND接続位置間の距離を調整することによって、金属窓の下面に回り込む渦電流ILOOPの大きさを調整することができ、このことを利用することにより、誘起電界の強度分布を改善し或いは調整することができる。即ち、金属窓30bを電気的にフロート状態としたときに、金属窓30bの上面において相対的に大きな渦電流ILOOPが流れる部分に2点のGND接続位置を設けることにより、金属窓30bの上面側から下面側へ回り込む渦電流ILOOPの大きさを小さくして、対応する誘起電界の強さを弱くし、ひいてはプラズマ電流IPの大きさを小さくすることができる。こうして、プラズマの強さの均一性(電子密度の均一性)を向上させ、或いは、所望の強さ分布を有するプラズマが生成されるように調整することが可能となる。
In this way, by adjusting the distance between the GND connection positions when performing the two-point GND connection, the magnitude of the eddy current I LOOP that wraps around the lower surface of the metal window can be adjusted. Thus, the intensity distribution of the induced electric field can be improved or adjusted. That is, when the
なお、金属窓の2点GND接続を行った場合には、金属窓の1点GND接続を行った場合と同様に、金属窓の窓電位を下げる効果を得ることができる。 In addition, when the two-point GND connection of the metal window is performed, the effect of lowering the window potential of the metal window can be obtained as in the case of the one-point GND connection of the metal window.
図10は、金属窓とGND接続部材50との第5の接続例を示す平面図であり、ここでは、図4(c)と同じ金属窓を取り上げている。図11は、第5の接続例に対応する等価回路を示す図である。第5の接続例では、金属窓の角部に位置する金属窓30e,30f(等価な金属窓については同じ符号を付す)の外周側の角部を容量可変コンデンサ55で接続すると共に、金属窓30e,30fをアンテナ室4の天井壁4bに接続することにより、電流ループ回路を形成する構成としている。
FIG. 10 is a plan view showing a fifth connection example between the metal window and the
なお、金属窓30e,30f以外の金属窓(符号省略)については、第1及び第2の接続例と同様に、GND接続部材50による1点GND接続がなされている。また、容量可変コンデンサ55を含む電流ループ回路を形成するための金属窓30e,30f間の電気的接続は天井壁4bを利用する形態に限定されず、別途、銅板やアルミニウム板等の部材を配置して用いて行うようにしてもよい。容量可変コンデンサ55の容量調整は、工程管理者が直接手動で行うようにしてもよいし、ユーザインタフェース26を通した設定コマンドの入力により、制御部25が実行するようにしてもよい。
Note that the metal windows (reference numerals omitted) other than the
金属窓の角部に位置する金属窓30e,30fの角部では、経験的に、渦電流が流れにくく、そのために、プラズマ生成領域において金属窓30e,30fの角部に対応する領域では、生成するプラズマの強さが弱くなる。そこで、電流ループ回路のインピーダンスZが、Z=ωL−1/ωC(ω:角周波数、L:インダクタンス、C:コンダクタンス)で与えられることを利用し、容量可変コンデンサ55のコンデンサ容量を調整してインピーダンスZを小さくすることによって渦電流を増大させて、金属窓30e,30fの角部に流れる電流を増大させる。これにより、プラズマ生成領域において金属窓30e,30fの角部に対応する領域でのプラズマを強くすることができる。特に、インピーダンスZが負性でゼロに近いときに、容量可変コンデンサ55には高周波アンテナ11と同じ方向に大きな渦電流が流れ、こうして金属窓30e,30fの角部の下面を流れる渦電流が増えることで、大きな誘導電界を発生させることができる。
Empirically, eddy currents hardly flow at the corners of the
なお、第5の接続例では、金属窓の角部に位置する金属窓30e,30fにのみ、容量可変コンデンサ55を接続して電流ループ回路を形成したが、その他の金属窓についても同様の構成としてもよく、これにより、プラズマの強さの分布を調整することができる。
In the fifth connection example, the current loop circuit is formed by connecting the
以上の説明の通り、本発明の実施の形態によれば、金属窓を1点GND接続することにより、ソース効率を下げることなくプラズマを生成させながら、金属窓の窓電位を下げことができるため、プラズマによる金属窓のスパッタ削れを抑制することができる。また、金属窓を2点GND接続し、その際にGND接続位置の距離を調整することによって、金属窓の下面を流れる渦電流の大きさを調整して、GND接続位置に対応するプラズマ生成領域でのプラズマの強さを調整することができる。更に、金属窓の角部間に所定容量のコンデンサを介して接続してなる電流ループ回路を形成することにより、金属窓の角部を流れる渦電流を増大させて、金属窓の角部に対応するプラズマ生成領域でのプラズマの強さを調整することができる。このようにプラズマの強さの分布を制御することにより、基板Gに対するプラズマ処理の均一化やより細かなプラズマ処理の制御が可能になる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to lower the window potential of the metal window while generating plasma without lowering the source efficiency by connecting the metal windows to one point GND. Further, it is possible to suppress spatter scraping of the metal window due to plasma. In addition, by connecting the two GND windows to the metal window and adjusting the distance of the GND connection position at that time, the magnitude of the eddy current flowing through the lower surface of the metal window is adjusted, and the plasma generation region corresponding to the GND connection position The plasma intensity at can be adjusted. Furthermore, by forming a current loop circuit connected between the corners of the metal window via a capacitor of a predetermined capacity, the eddy current flowing through the corner of the metal window is increased to cope with the corner of the metal window. It is possible to adjust the plasma intensity in the plasma generation region. By controlling the plasma intensity distribution in this way, it is possible to make the plasma processing on the substrate G uniform and to control the plasma processing more finely.
図12は、図8に示す長さ軸(点A,O,Bを結ぶ直線)上の電界強度比の分布をシミュレーションした結果を示す図である。図12に示されるように、1点GND接続では、GND接続位置(0m)における電界強度の低下は殆ど見られないことがわかる。2点GND接続(1/4幅、両端)を比較すると、GND接続位置の距離が長い「両端」の場合に、GND接続位置の距離が短い「1/4幅」の場合よりも、GND接続位置間での電界強度の低下が顕著であることを確認することができ、このことは、GND接続位置間の距離が長い場合に、金属窓30sの下面側を流れる渦電流が小さくなったことを示している。 FIG. 12 is a diagram showing the result of simulating the distribution of the electric field strength ratio on the length axis (straight line connecting points A, O, and B) shown in FIG. As shown in FIG. 12, it can be seen that in the one-point GND connection, there is almost no decrease in the electric field strength at the GND connection position (0 m). Comparing two-point GND connections (1/4 width, both ends), the GND connection position is longer at both ends, and the GND connection position is shorter than the 1/4 connection width when the GND connection position distance is short. It can be confirmed that the decrease in the electric field strength between the positions is remarkable. This is because the eddy current flowing on the lower surface side of the metal window 30s is reduced when the distance between the GND connection positions is long. Is shown.
図13は、図10に示す長さ軸(点O,Bを結ぶ直線)上の電界強度比の分布をシミュレーションした結果を示す図である。図13に示されるように、容量可変コンデンサ55の容量を調整することにより、金属窓30e,30fの角部に相当する長さ軸の近傍で、オープンの場合よりも電界強度が高められていることがわかる。このことは、金属窓30e,30fの角部において、金属窓30e,30fの下面側に流れる渦電流が増加していることを示している。
FIG. 13 is a diagram showing a result of simulating the distribution of the electric field strength ratio on the length axis (straight line connecting points O and B) shown in FIG. As shown in FIG. 13, by adjusting the capacitance of the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施の形態では、銅板等からなるGND接続部材50を介して金属窓とアンテナ室4の側壁4aとを接続することで、金属窓をGNDに落とした。つまり、低抵抗のGND接続部材50を用いるとしたが、これに限定されずに、例えば、金属窓から一定の抵抗を通してGNDに落とす構成としてもよい。その場合、GND接続部材50としては、銅板よりも抵抗の大きい導電性部材や、銅板やアルミニウム板等の金属部材の間に抵抗素子を挟んだもの等を用いることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment. For example, in the above embodiment, the metal window is dropped to GND by connecting the metal window and the
上述した第5の接続例(図10)では、容量可変コンデンサ55を用いるとしたが、これに限定されず、プラズマの強さの分布を変更する必要がない場合等には、容量固定のコンデンサを用いても構わない。高周波アンテナ11に供給する高周波電力の周波数は、13.56MHzに限定されるものではない。
In the fifth connection example (FIG. 10) described above, the
プラズマ処理装置100において、プロセスレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよいし、CD−ROM、DVD等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部27にセットするようになっていてもよい。さらに、プロセスレシピは、例えば、専用回線を介して別の装置から適宜伝送させるようにしてもよい。
In the
1 本体容器
3 金属窓
4 アンテナ室
4a (アンテナ室の)側壁
4b (アンテナ室の)天井壁
5 処理室
11 高周波アンテナ
28 絶縁体
30a〜30f,30s〜30v 金属窓
50 GND接続部材
55 容量可変コンデンサ
100 プラズマ処理装置
G 基板
DESCRIPTION OF
Claims (16)
プラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させる高周波アンテナと、
前記プラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、本体容器と絶縁された金属窓とを備え、
前記金属窓は、絶縁体により互いに絶縁された複数の金属窓により構成され、
前記複数の金属窓はそれぞれ1点の接地点でグランド接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for plasma processing a substrate,
A high-frequency antenna that generates inductively coupled plasma in the plasma generation region;
A metal window disposed between the plasma generation region and the high-frequency antenna and insulated from a main body container;
The metal window is composed of a plurality of metal windows insulated from each other by an insulator,
The plasma processing apparatus, wherein each of the plurality of metal windows is grounded at a single ground point.
前記1点の接地点は、前記アンテナ室の側壁に接続されることでグランド接続されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。 An antenna chamber in which the high-frequency antenna is disposed and a processing chamber including the plasma generation region are provided with a container partitioned by a metal window including the plurality of metal windows,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the one grounding point is grounded by being connected to a side wall of the antenna chamber.
前記2点の接地点は、前記複数の金属窓のうち、前記基板の長辺に対応する位置に設けられる金属窓に対して設けられることを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理装置。 The plurality of metal windows are arranged corresponding to the substrate having a rectangular shape,
6. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the two grounding points are provided for a metal window provided at a position corresponding to a long side of the substrate among the plurality of metal windows.
前記1点の接地点は、前記アンテナ室の天井壁に接続されることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。 An antenna chamber in which the high-frequency antenna is disposed and a processing chamber including the plasma generation region are provided with a container partitioned by a metal window including the plurality of metal windows,
The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the one ground point is connected to a ceiling wall of the antenna room.
前記複数の金属窓をそれぞれ1点の接地点でグランド接続することを特徴とするプラズマ分布調整方法。 The plasma generation region and the high-frequency antenna are isolated from each other by a metal window composed of a plurality of metal windows insulated from the main body container and insulated from each other by an insulator, and a high-frequency current is passed through the high-frequency antenna to thereby generate the plasma generation region. A plasma distribution adjustment method in a plasma processing apparatus for generating plasma by inductively coupled plasma to a substrate,
A plasma distribution adjusting method, wherein the plurality of metal windows are grounded at a single ground point.
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