JP2017033788A - Plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、真空容器内に配置されたアンテナに高周波電流を流すことによって真空容器内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置に関する。基板に施す処理は、例えば、プラズマCVD法等による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。 The present invention is directed to plasma processing in which an induction electric field is generated in a vacuum vessel by flowing a high-frequency current through an antenna disposed in the vacuum vessel to generate inductively coupled plasma, and the substrate is processed using the plasma. Relates to the device. The treatment applied to the substrate is, for example, film formation by plasma CVD or the like, etching, ashing, sputtering, or the like.
アンテナに高周波電流を流し、それによって生じる誘導電界によって真空容器内において誘導結合型のプラズマ(略称ICP)を発生させるプラズマ処理装置が従来から提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a plasma processing apparatus has been proposed in which a high-frequency current is passed through an antenna and inductively coupled plasma (abbreviated as ICP) is generated in a vacuum vessel by an induced electric field generated thereby.
例えば、特許文献1には、真空容器内に配置された実質的にまっすぐなアンテナを備えているプラズマ処理装置が提案されている。より具体的には、絶縁パイプとその中に配置されたアンテナ本体とを有する直線状のアンテナを複数、金属製の真空容器内の基板の表面に沿う方向に並列に配置した構造のプラズマ処理装置が提案されている。このように真空容器内に配置されたアンテナは、内部アンテナとも呼ばれる。 For example, Patent Document 1 proposes a plasma processing apparatus that includes a substantially straight antenna disposed in a vacuum vessel. More specifically, a plasma processing apparatus having a structure in which a plurality of linear antennas each having an insulating pipe and an antenna body disposed therein are arranged in parallel in a direction along the surface of the substrate in the metal vacuum vessel. Has been proposed. The antenna thus arranged in the vacuum container is also called an internal antenna.
アンテナ本体は金属パイプから成る場合もあるが、上記特許文献1では、アンテナ本体は、(a)複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしており、(b)かつ中空絶縁体の部分に設けられたコンデンサを有していて、中空絶縁体の両側の金属パイプと当該コンデンサとを電気的に直列接続した構造をしている。 Although the antenna body may be made of a metal pipe, in Patent Document 1, the antenna body has a structure in which (a) a plurality of metal pipes are connected in series with a hollow insulator interposed between adjacent metal pipes. (B) and a capacitor provided in the hollow insulator portion, and the metal pipes on both sides of the hollow insulator and the capacitor are electrically connected in series.
上記のようなアンテナ(内部アンテナ)を用いて真空容器内にプラズマを生成すると、通常、アンテナの長手方向における両端領域のプラズマ密度は、アンテナの中央領域のプラズマ密度に比べて小さくなる。これは、簡単に言えば、アンテナの長手方向における両端領域の方が、周辺の真空容器の壁面に向かってのプラズマの拡散による損失が大きいからである。 When plasma is generated in a vacuum vessel using the above antenna (internal antenna), the plasma density in both end regions in the longitudinal direction of the antenna is usually smaller than the plasma density in the central region of the antenna. This is because, in short, both end regions in the longitudinal direction of the antenna have a larger loss due to plasma diffusion toward the wall surface of the surrounding vacuum vessel.
その結果、例えば、上記プラズマを用いて基板上に膜を形成する場合、基板の端部付近での膜厚低下が生じる。また、上記プラズマを用いて基板上の膜にエッチングを施す場合、基板の端部付近で十分にエッチングできない状態が発生する。 As a result, for example, when a film is formed on the substrate using the plasma, the film thickness is reduced near the edge of the substrate. In addition, when the film on the substrate is etched using the plasma, a state where the etching cannot be sufficiently performed near the edge of the substrate occurs.
上記のようなプラズマ密度分布の不均一が生じても、プラズマ密度分布の均一性の良い範囲のみを使用するという方法があるけれども、そのようにすると、使用可能な範囲が狭くなり、処理可能な基板の寸法が小さくなる等の課題が生じる。これを避けるために、アンテナの長さを敢えて大きくして均一性の良い範囲を広くしようとすると、装置が大型化する等の課題が生じる。 Even if the plasma density distribution is nonuniform as described above, there is a method of using only a range with good uniformity of the plasma density distribution. However, by doing so, the usable range becomes narrow and can be processed. Problems such as a reduction in the size of the substrate occur. In order to avoid this, if the length of the antenna is deliberately increased to widen the range with good uniformity, problems such as an increase in the size of the apparatus arise.
上記のような課題は、アンテナ本体が前述した金属パイプ、中空絶縁体およびコンデンサを有している場合だけでなく、アンテナ本体が金属パイプから成る場合にも存在する。 The above-described problems exist not only when the antenna body includes the metal pipe, the hollow insulator, and the capacitor described above, but also when the antenna body is made of a metal pipe.
そこでこの発明は、上記のような点を改善して、アンテナの長手方向における両端領域での、より具体的には同長手方向における基板の両端部付近でのプラズマ密度の低下を抑制することができるプラズマ処理装置を提供することを主たる目的としている。 Therefore, the present invention improves the above points and suppresses a decrease in plasma density in both end regions in the longitudinal direction of the antenna, more specifically in the vicinity of both end portions of the substrate in the same longitudinal direction. The main object is to provide a plasma processing apparatus capable of performing the above.
この発明に係るプラズマ処理装置は、真空容器内に配置された実質的にまっすぐなアンテナに高周波電流を流すことによって前記真空容器内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記アンテナに対して、前記真空容器内であって前記アンテナの長手方向における前記基板の両端部付近に対応する位置に、前記アンテナとの間に間隔をあけて、電気的に接地されている補助電極をそれぞれ設けていることを特徴としいてる。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, an inductive electric field is generated in the vacuum vessel by flowing a high-frequency current through a substantially straight antenna disposed in the vacuum vessel to generate inductively coupled plasma. A plasma processing apparatus for processing a substrate using plasma, wherein the antenna and the antenna are located at positions corresponding to the vicinity of both ends of the substrate in the longitudinal direction of the antenna with respect to the antenna. Auxiliary electrodes that are electrically grounded are provided with a gap between them.
このプラズマ処理装置によれば、アンテナに高周波電流を流すことによってアンテナの周りに誘導結合型のプラズマが発生する。かつ、アンテナに高周波電流を流すことによってアンテナの電位が上昇し、当該アンテナと接地電位の各補助電極との間に高周波電界が発生する。そしてこの高周波電界によって、上記プラズマの密度を増加させることができる。その結果、アンテナの長手方向における基板の両端部付近でのプラズマ密度の低下を抑制することができる。 According to this plasma processing apparatus, inductively coupled plasma is generated around the antenna by passing a high-frequency current through the antenna. In addition, when a high-frequency current flows through the antenna, the potential of the antenna rises, and a high-frequency electric field is generated between the antenna and each auxiliary electrode of the ground potential. The high-frequency electric field can increase the plasma density. As a result, a decrease in plasma density in the vicinity of both ends of the substrate in the longitudinal direction of the antenna can be suppressed.
前記アンテナは、絶縁パイプと、その中に配置されていて内部に冷却水が流される中空のアンテナ本体とを有しており、当該アンテナ本体は、(a)複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしており、(b)かつ前記中空絶縁体の両側の前記金属パイプと電気的に直列につながるコンデンサを有している、という構成を採用しても良い。 The antenna has an insulating pipe and a hollow antenna body that is disposed therein and into which cooling water flows, and the antenna body includes (a) a plurality of metal pipes and adjacent metals. It has a structure in which a hollow insulator is interposed between pipes and connected in series, and (b) includes a capacitor electrically connected in series with the metal pipe on both sides of the hollow insulator. It may be adopted.
前記アンテナの終端部はコイルを介して接地されていても良い。 The terminal portion of the antenna may be grounded via a coil.
前記各補助電極はその内部に冷却水が流されるものでも良い。 Each auxiliary electrode may be one in which cooling water flows.
前記各補助電極は絶縁体で覆われていても良い。 Each auxiliary electrode may be covered with an insulator.
前記絶縁体の表面は、前記基板上に形成される膜またはその成分と同種の物質で被覆されていても良い。 The surface of the insulator may be coated with a film formed on the substrate or the same kind of substance as its component.
その他の変形例を採用しても良い。 Other modifications may be adopted.
請求項1に記載の発明によれば、アンテナに高周波電流を流すことによってアンテナの周りに誘導結合型のプラズマが発生する。かつ、アンテナに高周波電流を流すことによってアンテナの電位が上昇し、当該アンテナと接地電位の各補助電極との間に高周波電界が発生する。そしてこの高周波電界によって、上記プラズマの密度を増加させることができる。その結果、アンテナの長手方向における基板の両端部付近でのプラズマ密度の低下を抑制して、アンテナの長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, inductively coupled plasma is generated around the antenna by applying a high-frequency current to the antenna. In addition, when a high-frequency current flows through the antenna, the potential of the antenna rises, and a high-frequency electric field is generated between the antenna and each auxiliary electrode of the ground potential. The high-frequency electric field can increase the plasma density. As a result, it is possible to improve the uniformity of the plasma density distribution in the longitudinal direction of the antenna by suppressing a decrease in the plasma density in the vicinity of both ends of the substrate in the longitudinal direction of the antenna.
請求項2に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナ本体は、複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしており、かつ中空絶縁体の両側の金属パイプと電気的に直列につながるコンデンサを有しているので、アンテナのインピーダンスを低減させることができ、それによってアンテナの両端部間の電位差を小さくすることができる。その結果、左右の補助電極による上記プラズマ密度増加作用のバランスを取りやすくなる。
According to invention of
請求項3に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナの終端部をコイルを介して接地しているので、当該コイルの両端に発生する電圧によってアンテナ全体の電位を持ち上げることができる。その結果、アンテナと各補助電極との間の電界を強めて、各補助電極によるプラズマ密度増加作用を強めることが容易になる。
According to invention of
請求項4に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、冷却水によって各補助電極を冷却して、各補助電極の温度上昇を抑制することができるので、各補助電極の材料選択の余地が広がる。 According to invention of Claim 4, there exists the following further effect. That is, each auxiliary electrode can be cooled with cooling water to suppress the temperature rise of each auxiliary electrode, so that the room for selecting the material of each auxiliary electrode is widened.
請求項5に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、各補助電極は絶縁体で覆われているので、各補助電極がプラズマによってスパッタされて各補助電極を構成する金属がプラズマ中に不純物として混入するのを抑制することができる。即ち、金属汚染(メタルコンタミネーション)の発生を抑制することができる。 According to invention of Claim 5, there exists the following further effect. That is, since each auxiliary electrode is covered with an insulator, it is possible to prevent the metal constituting each auxiliary electrode from being mixed as an impurity into the plasma by sputtering each auxiliary electrode with plasma. That is, the occurrence of metal contamination (metal contamination) can be suppressed.
請求項6に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記絶縁体の表面は基板上に形成される膜またはその成分と同種の物質で被覆されているので、当該絶縁体の表面がプラズマでスパッタされたとしても、上記膜を構成する物質以外の不純物が上記膜中に混入するのを抑制することができる。従って、不純物混入の少ない良質の膜を形成することができる。 According to invention of Claim 6, there exists the following further effect. That is, since the surface of the insulator is coated with a film formed on the substrate or the same kind of material as its component, even if the surface of the insulator is sputtered with plasma, other than the material constituting the film The impurities can be prevented from being mixed into the film. Therefore, a high-quality film with few impurities can be formed.
請求項7に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、上記絶縁体の表面は基板上に形成されている膜またはその成分と同種の物質で被覆されているので、当該絶縁体の表面がプラズマでエッチングされたとしても、上記膜を構成する物質と同種の物質がエッチングされてガスとして出て行くだけであるので、上記膜が不純物で汚染されるのを抑制することができる。従って、不純物による汚染の少ないエッチングを行うことができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the following further effect is obtained. That is, since the surface of the insulator is coated with a film formed on the substrate or the same kind of material as the component, the material that forms the film even if the surface of the insulator is etched with plasma. Since the same kind of substance is only etched out as a gas, the film can be prevented from being contaminated with impurities. Therefore, etching with less contamination by impurities can be performed.
請求項8に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、アンテナを複数、基板の表面に沿う方向に並列に配置しており、かつ各アンテナに対して上記補助電極を設けているので、より広い領域で均一性の良いプラズマを発生させることができ、従ってより大型の基板処理に対応することができる。
The invention according to
図1に、この発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す。方向の理解を容易にするために、各図中に、1点で互いに直交するX方向、Y方向およびZ方向を図示している。例えば、X方向およびY方向は水平方向であり、Z方向は垂直方向である。 FIG. 1 shows an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention. In order to facilitate understanding of the directions, the X direction, the Y direction, and the Z direction that are orthogonal to each other at one point are illustrated in each drawing. For example, the X direction and the Y direction are horizontal directions, and the Z direction is a vertical direction.
このプラズマ処理装置は、プラズマ生成用のガス8が導入される真空容器2内に配置されたアンテナ20に、高周波電源56から整合回路58を経由して高周波電流IR を流すことによって、真空容器2内に誘導電界を発生させて誘導結合型のプラズマ16を生成し、当該プラズマ16を用いて基板10に処理を施すように構成されている。
The plasma processing apparatus, the
即ち、アンテナ20に高周波電流IR を流すことによって、アンテナ20の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流IR と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器2内において、電子が加速されてアンテナ20の近傍のガス8を電離させてアンテナ20の近傍にプラズマ(即ち誘導結合型のプラズマ)16が発生する。このプラズマ16は基板10の近傍まで拡散し、このプラズマ16によって基板10に処理を施すことができる。
That is, when a high-frequency current I R is passed through the
真空容器2は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置4によって真空排気される。真空容器2はこの例では電気的に接地されている。
The
基板10は、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ(FPD)用の基板、フレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等であるが、これに限られるものではない。
The
基板10に施す処理は、例えば、プラズマCVD法等による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等である。
The processing applied to the
このプラズマ処理装置は、プラズマCVD法によって膜形成を行う場合はプラズマCVD装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、スパッタリングを行う場合はプラズマスパッタ装置とも呼ばれる。 This plasma processing apparatus is also called a plasma CVD apparatus when a film is formed by plasma CVD, a plasma etching apparatus when etching is performed, a plasma ashing apparatus when ashing is performed, and a plasma sputtering apparatus when sputtering is performed.
真空容器2内に、例えば流量調節器(図示省略)およびガス導入管6を経由して、ガス8が導入される。ガス8は、真空容器2内に、1箇所から導入しても良いし、複数箇所(図示例は3箇所であるが、これに限られない)から導入しても良い。ガス8は、基板10に施す処理内容に応じたものにすれば良い。例えば、プラズマCVD法によって基板10に膜形成を行う場合は、ガス8は、原料ガスを希釈ガス(例えばH2 )で希釈したガスである。より具体例を挙げると、原料ガスがSiH4 の場合はSi 膜を、SiH4 +NH3 の場合はSiN膜を、SiH4 +O2 の場合はSiO2 膜を、SiF4 +N2 の場合はSiN:F膜(フッ素化シリコン窒化膜)を、それぞれ基板10の表面に形成することができる。
A
真空容器2内に、基板10を保持する基板ホルダ12が設けられている。この例のように、基板ホルダ12にバイアス電源14からバイアス電圧を印加するようにしても良い。
A
アンテナ20は、実質的にまっすぐな(換言すれば直線状の)アンテナであり、この例では真空容器2内の上部付近に、基板10の表面に沿うように(例えば基板10の表面と実質的に平行に)、かつ基板10を横切るように配置されている。真空容器2内に配置するアンテナ20は、一つでも良いし、複数でも良い。複数の場合の実施形態は後で説明する。
The
アンテナ20は、この例では、絶縁パイプ22と、その中に配置されていて内部に冷却水44が流される中空のアンテナ本体24とを有している。絶縁パイプ22とアンテナ本体24との間には隙間23が設けられている。
In this example, the
絶縁パイプ22の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等であるが、これらに限られるものではない。
Examples of the material of the insulating
絶縁パイプ22は、簡単に言えば、アンテナ本体24がプラズマ16と直接接触するのを防止するためのものである。これを詳述すると、公知のように、導体と高周波プラズマとが近接する構造の場合、プラズマ中のイオンよりも電子の方が軽くて遥かに多く導体に入射するので、プラズマ電位が導体よりも正側に上昇する。これに対して、上記のような絶縁パイプ22を設けておくと、絶縁パイプ22によって、プラズマ16中の荷電粒子がアンテナ本体24を構成する金属パイプ(例えば以下に述べる金属パイプ26)に入射するのを抑制することができるので、金属パイプに荷電粒子(主として電子)が入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、金属パイプが荷電粒子(主としてイオン)によってスパッタされてプラズマ16および基板10に対して金属汚染(メタルコンタミネーション)が生じるのを抑制することができる。
In short, the insulating
アンテナ本体24は、金属パイプで構成されていても良いし、この例のように、(a)複数の金属パイプ26を、隣り合う金属パイプ26間に中空絶縁体28(図5、図6中の中空絶縁体28参照)を介在させて直列接続した構造をしており、(b)かつ中空絶縁体28の両側の金属パイプ26と電気的に直列につながるコンデンサ30を有している構造のものでも良い。
The
金属パイプ26と中空絶縁体28との各接続部は、真空および冷却水44に対するシール機能を有している。このシール機能は、公知のシール手段で実現することができる。例えば、パッキンを用いても良いし、公知の管用テーパねじ構造を用いても良い。
Each connection portion between the
直列接続する金属パイプの数n(nは2以上の整数)ならびに中空絶縁体28およびコンデンサ30の数(n−1)は、図示例ではn=2であるが、nは3以上でも良い。
The number n of metal pipes connected in series (n is an integer of 2 or more) and the number of
金属パイプ26の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これらに限られるものではない。
The material of the
中空絶縁体28の材質は、例えば、ガラス、アルミナ等のセラミックス、フッ素樹脂、ポリエチレン(PE)、エンジニアリングプラスチック(例えばポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)など)等であるが、これらに限られるものではない。
The material of the
コンデンサ30周りの構造の具体例は、後で図5、図6を参照して説明する。
A specific example of the structure around the
アンテナ本体24の両端部(即ち金属パイプ26の部分)を真空容器2外へ貫通させており、その貫通部分には絶縁物46が設けられている。アンテナ本体24の金属パイプ26と絶縁物46との間および絶縁物46と真空容器2との間はパッキン48および50によってそれぞれ真空シールされている。絶縁パイプ22は、その全体が真空容器2内に設けられている。
Both ends of the antenna main body 24 (that is, the metal pipe 26) are penetrated to the outside of the
アンテナ20の一方端部である給電端部51は、整合回路58を介して、高周波電源56に接続されている。アンテナ20の他方端部である終端部52は、この例ではコイル66を介して接地されているが、コンデンサを介して接地しても良いし、直接接地しても良い。高周波電源56からアンテナ20に供給する高周波電流IR の周波数は、例えば一般的な13.56MHzであるが、これに限られるものではない。
A feeding
この実施形態では更に、アンテナ20に対して、真空容器2内であってアンテナ20の長手方向における基板10の両端部付近に対応する位置に、アンテナ20との間に間隔D1 、D2 をあけて、補助電極70をそれぞれ設けている。各補助電極70は、電気的に接地されている。
Further, in this embodiment, the distances D 1 and D 2 are set between the
各補助電極70は、例えば、図1、図2に示す例のように、アンテナ20を囲む環状(リング状)の電極でも良いし、図3に示す例のように、基板10側が開いていてアンテナ20のほぼ上半分を囲む半円筒状の電極でも良いし、図4に示す例のように、アンテナ20に沿ってアンテナ20を挟むように、かつ基板面に実質的に直交するように立てて配置された一対の板状の電極でも良い。各補助電極70は、アンテナ20に沿ってアンテナ20を挟むように配置された一対の棒状(例えば丸棒状)の電極でも良いし、その他の形状でも良い。
Each
上記図において、アンテナ20の給電端部51に近い側の補助電極70とアンテナ20との間隔をD1 、当該補助電極70のアンテナ20に沿う方向の長さをL1 としている。また、アンテナ20の終端部52に近い側の補助電極70とアンテナ20との間隔をD2 、当該補助電極70のアンテナ20に沿う方向の長さをL2 としている。
In the figure, the distance between the
各補助電極70の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これらに限られるものではない。また、各補助電極70の温度上昇が大きい場合は、各補助電極70の材質は、モリブデン、タンタル等の高融点金属にするのが好ましい。
The material of each
上記コンデンサ30部分の構造の具体例を図5に示す。このコンデンサ30は、中空絶縁体28の外周部に配置された層状のコンデンサであり、(a)中空絶縁体28の外周部に配置された電極であって、当該中空絶縁体28の一方側に接続された金属パイプ26に電気的に接続された第1の電極32と、(b)中空絶縁体28の外周部に、第1の電極32と重なるように配置された電極であって、当該中空絶縁体28の他方側に接続された金属パイプ26に電気的に接続された第2の電極34と、(c)第1の電極32および第2の電極34間に配置された誘電体36とを有している。
A specific example of the structure of the
コンデンサ30は、フィルム状の誘電体36の両主面に電極32、34を金属蒸着等によって形成したものを、中空絶縁体28の外周部に所定回数巻き付けた構造でも良い。
The
コンデンサ30はまた、図6に示すような構造でも良い。即ち、中空絶縁体28の一方端部と金属パイプ26との接続部を第1接続部38、他方端部と金属パイプ26との接続部を第2接続部40と呼ぶと、このコンデンサ30は、(a)第1接続部38側の金属パイプ26の一部分を当該コンデンサ30の第1の電極として兼用しており、かつ(b)第1接続部38側の金属パイプ26の外周部から中空絶縁体28の外周部にかけての領域に設けられた誘電体36と、(c)誘電体36の外周部から第2接続部40側の金属パイプ26の外周部にかけての領域に設けられていて、第2接続部40側の金属パイプ26に電気的に接続された電極であって、第1接続部38側の金属パイプ26に誘電体36を介在させて重なる領域CAを有している第2の電極34とを備えている。
The
上記重なる領域CAは、そこで静電容量が形成されるので、静電容量形成領域と呼ぶことができる。このコンデンサ30は、この静電容量形成領域CAを含む部分の金属パイプ26を当該コンデンサの第1の電極として兼用している。
The overlapping area CA can be called a capacitance forming area because a capacitance is formed there. In this
再び図1等を参照して、このプラズマ処理装置においては、アンテナ20に高周波電流を流すことによって、前述したようにアンテナ20の周りに誘導結合型のプラズマ16が発生してそれが基板10の近傍に拡散する。
Referring again to FIG. 1 and the like, in this plasma processing apparatus, an inductively coupled
しかも、アンテナ20に高周波電流IR を流すことによって、アンテナ20が有するインピーダンス等に応じて、アンテナ20の電位が上昇し、当該アンテナ20と接地電位の各補助電極70との間に高周波電界が発生する。そしてこの高周波電界によって、より具体的には高周波電界によるいわゆる容量結合モード(即ち、導体間に発生する高周波電界によってプラズマを生成するモード)によって、上記誘導結合モードによって発生したプラズマ16の密度を増加させることができる。その結果、アンテナ20の長手方向における基板10の両端部付近でのプラズマ密度の低下を抑制して、アンテナ20の長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を向上させることができる。その結果、プラズマ16による基板処理の均一性を向上させることができる。例えば、プラズマ16を用いて基板10上に膜を形成する場合、膜厚分布の均一性を高めることができる。また、プラズマ16を用いて基板10上の膜にエッチングを施す場合、エッチング速度分布の均一性を高めることができる。
In addition, by flowing a high-frequency current I R through the
アンテナ20に高周波電流IR を流すことによってアンテナ20の電位が上昇することについての実験結果の一例を図8に示す。この図は、終端部コイル66の有り無しの場合について、アンテナ20の端部(給電端部51および終端部52)の電圧(高周波電圧のピークピーク値)を測定した実験結果の一例を示すものである。終端部コイル66有りとは、アンテナ20の終端部52を上記コイル66を介して接地した場合のことであり、終端部コイル66無しとは、終端部52をコイル66を介さずに直接接地した場合のことである。
An example of the experimental results for the potential of the
この場合の主な実験条件は次のとおりである。
アンテナ20が有するコンデンサ30の数:3個(従って金属パイプ26の数は4個)
絶縁パイプ22の材質:石英
アンテナ20への供給高周波電力:500W
高周波電力の周波数:13.56MHz
真空容器2内へのガス供給、プラズマ点灯:無し
コイル66のインダクタンス:180nH
The main experimental conditions in this case are as follows.
The number of
Insulating
High frequency power frequency: 13.56 MHz
Gas supply into the
この実験結果から分るように、終端部コイル66無しでも、接地線のインピーダンス等によって図8に示す程度の電圧は生じるけれども、終端部コイル66有りの場合は、当該コイル66の両端に発生する電圧によってアンテナ20全体の電位が大きく持ち上げられて、アンテナ20の電位は1200V〜1400V程度になっている。従って、終端部コイル66無しの場合に比べて、アンテナ20と各補助電極70との間に強い高周波電界を発生させて、前述した容量結合モードによるプラズマ密度増加作用を強めることが容易になる。
As can be seen from this experimental result, the voltage shown in FIG. 8 is generated by the impedance of the grounding wire without the
再び図1〜図4を参照して、アンテナ20と各補助電極70との間の電界強度は、それらの間の上記間隔D1 、D2 をそれぞれ調整することによって、調整することができる。
1 to 4 again, the electric field strength between the
また、アンテナ20の給電端部51に近い側の補助電極70による上記プラズマ密度増加作用と、終端部52に近い側の補助電極70による上記プラズマ密度増加作用とのバランスを良くするために、上記間隔D1 、D2 および上記長さL1 、L2 の少なくとも一方を調整しても良い。例えば、図8に示した例のようにアンテナ20の給電端部51側の電圧が終端部52側の電圧よりも高い場合は、D1 >D2 およびL1 <L2 の少なくとも一方を採用しても良い。両方を併用しても良い。上記手法は、アンテナ本体24が金属パイプ26から成る場合と、アンテナ本体24が金属パイプ26、中空絶縁体28およびコンデンサ30を有する場合のいずれにも採用することができる。
Further, in order to improve the balance between the plasma density increasing action by the
アンテナ本体24は、(a)上記中空絶縁体28およびコンデンサ30を有していないもの、即ち金属パイプ26から成るものでも良いし、(b)図1、図5、図6を参照して説明したような金属パイプ26、中空絶縁体28およびコンデンサ30を有する構造のものでも良い。
The
上記(b)の構造にすると、アンテナ本体24の合成リアクタンスは、簡単に言えば、金属パイプ26部分の誘導性リアクタンスからコンデンサ30部分の容量性リアクタンスを引いた形になるので、アンテナ本体24のインピーダンスひいてはアンテナ20のインピーダンスを低減させることができ、それによってアンテナ20の両端部間の電位差を小さくすることができる。その結果、アンテナ20の長手方向におけるプラズマ密度分布の均一性を改善することができると共に、左右の補助電極70による上記プラズマ密度増加作用のバランスを取りやすくなる。また、アンテナ20を長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができるので、アンテナ20に高周波電流IR が流れやすくなり、誘導結合型のプラズマ16を効率良く発生させることが可能になる。ひいては基板処理の効率を高めることができる。
When the structure of (b) is used, the combined reactance of the
アンテナ20の終端部52は、(a)上記実施形態のようにコイル66を介して接地しても良いし、(b)コンデンサを介して接地しても良いし、(c)直接接地しても良い。上記(a)、(b)の場合、コイル66またはコンデンサの両端に発生する電圧によってアンテナ20全体の電位を持ち上げることができる。従って、アンテナ20と各補助電極70との間の電界を強めて、各補助電極70による上述した容量結合モードによるプラズマ密度増加作用を強めることが容易になる。その場合、アンテナ本体24は通常は誘導性であるので、電圧を持ち上げる上記作用は上記(a)のコイル66の方が大きく、従ってコイル66を介して接地する方がより好ましい。
The
各補助電極70を水冷構造にしても良い。具体的には、各補助電極70を中空にして、その中に冷却水を流して補助電極70を冷却するようにしても良い。図1は、中空で水冷構造の補助電極70の例を示している。各補助電極70による上述した容量結合モードによるプラズマ密度増加作用時に、各補助電極70に高周波電流IR が流れること等によって、各補助電極70は加熱される。この加熱による補助電極70の温度上昇が大きい場合は、前述したように各補助電極70の材質をモリブデン等の高融点金属にしても良いし、上記のように水冷構造にしても良い。水冷構造にすると、各補助電極70の温度上昇を抑制することができるので、各補助電極70の材料選択の余地が広がる。例えば、各補助電極70の材料に、高融点金属以外のもの、例えばアルミニウム、銅、それらの合金等の一般的な金属を使用することが可能になる。
Each
各補助電極70は、プラズマ16と直接接触しないようにするために、絶縁体72で覆っておいても良い。その例を図2〜図4に示す。この絶縁体72は、(a)補助電極70の表面に形成した膜状のものでも良いし、(b)補助電極70を覆うケース状やパイプ状のもの等でも良い。図2に示すような環状の補助電極70の場合は、(a)の方が容易である。(b)の場合は、補助電極70と絶縁体72との間に隙間があっても良い。
Each
絶縁体72の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等であるが、これらに限られるものではない。
The material of the
また、補助電極70がアルミニウム製の場合は、絶縁体72はアルマイト処理による皮膜でも良い。その他、絶縁材料を補助電極70に溶射することによって、膜状の絶縁体72を補助電極70の表面に形成しても良い。
In addition, when the
各補助電極70を絶縁体72で覆っておくことによって、各補助電極70がプラズマ16によってスパッタされて各補助電極70を構成する金属がプラズマ16中に不純物として混入するのを抑制することができる。即ち、金属汚染(メタルコンタミネーション)の発生を抑制することができる。
By covering each
更に、上記絶縁体72の表面を、成膜やエッチング時の汚染源にならない物質で被覆しておいても良い。
Furthermore, the surface of the
例えば、当該プラズマ処理装置が、プラズマ16を用いて基板10上に膜を形成する装置の場合、絶縁体72の表面を、前記形成する膜またはその成分と同種の物質で被覆しておいても良い。
For example, when the plasma processing apparatus is an apparatus that forms a film on the
より具体例を示すと、基板10上にSi 膜(シリコン膜)、SiO2 膜(酸化シリコン膜)、SiN膜(窒化シリコン膜)またはSiN:F膜(フッ素化シリコン窒化膜)を形成する場合、絶縁体72の表面を、当該膜と同種の物質であるSi 、SiO2 、SiNまたはSiN:Fでそれぞれ被覆しておいても良いし、上記膜の成分と同種の物質、例えばSi で被覆しておいても良い。
More specifically, a Si film (silicon film), a SiO 2 film (silicon oxide film), a SiN film (silicon nitride film) or a SiN: F film (fluorinated silicon nitride film) is formed on the
上記のようにすると、絶縁体72の表面がプラズマ16でスパッタされたとしても、上記膜を構成する物質以外の不純物が上記膜中に混入するのを抑制することができる。従って、不純物混入の少ない良質の膜を形成することができる。
In this manner, even if the surface of the
また、当該プラズマ処理装置が、基板10上に形成されている膜をプラズマ16を用いてエッチングする装置の場合、絶縁体72の表面を、前記エッチングされる膜またはその成分と同種の物質で被覆しておいても良い。
When the plasma processing apparatus is an apparatus that etches a film formed on the
より具体例を示すと、基板10上のエッチングされる膜がSi 膜、SiO2 膜、SiN膜またはSiN:F膜の場合、絶縁体72の表面を、当該膜と同種の物質であるSi 、SiO2 、SiNまたはSiN:Fでそれぞれ被覆しておいても良いし、上記膜の成分と同種の物質、例えばSi で被覆しておいても良い。
More specifically, when the film to be etched on the
上記のようにすると、絶縁体72の表面がプラズマ16でエッチングされたとしても、上記膜を構成する物質と同種の物質がエッチングされてガスとして出て行くだけであるので、上記膜が不純物で汚染されるのを抑制することができる。従って、不純物による汚染の少ないエッチングを行うことができる。
As described above, even if the surface of the
図7は、アンテナ20を複数有しているプラズマ処理装置の一実施形態を示す概略横断面図である。以下においては、図1等を参照して先に説明した実施形態との相違点を主に説明する。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a plasma processing apparatus having a plurality of
この実施形態では、前述したようなアンテナ20を複数、基板10の表面に沿う方向に(例えば基板10の表面と実質的に平行に)並列に配置している。かつ、各アンテナ20に対して、前述したような補助電極70を設けている。
In this embodiment, a plurality of
各補助電極70は、この実施形態では図1を参照して説明した環状で水冷式の補助電極であるが、その他、前述した半円筒状、板状、棒状等の補助電極でも良い。補助電極70が板状や棒状の場合は、隣り合う二つのアンテナ20間の補助電極70は、一つの補助電極70を両アンテナ20で共用するようにしても良い。
Each
なお、並列配置するアンテナ20の数は、図示例の4本に限られるものではなく、2本以上で任意である。
The number of
各アンテナ20のアンテナ本体24は、コンデンサ30部分を有するものでも良いし、金属パイプから成るものでも良い。
The antenna
複数のアンテナ20の給電端部51は、この実施形態のように一つの高周波電源56に一つの整合回路58を介して接続されていても良いし、整合回路58は各アンテナ20ごとに設けても良い。複数のアンテナ20の終端部52は、この実施形態のように個々にコイル66を介して接地しても良いし、複数の終端部52を一括して一つのコイル66を介して接地しても良い。後者のようにするとコイル66の数が少なくて済む。もっとも、複数のアンテナ20の給電端部51への高周波電力の供給の仕方および終端部52の接地の仕方は、上記例に限られるものではない。
The feeding
この実施形態によれば、アンテナ20を複数、基板10の表面に沿う方向に並列に配置しており、かつ各アンテナ20に対して補助電極70を設けているので、より広い領域で均一性の良いプラズマ16を発生させることができ、従ってより大型の基板10の処理に対応することができる。
According to this embodiment, a plurality of
2 真空容器
8 ガス
10 基板
16 プラズマ
20 アンテナ
22 絶縁パイプ
24 アンテナ本体
26 金属パイプ
28 中空絶縁体
30 コンデンサ
44 冷却水
56 高周波電源
58 整合回路
66 コイル
70 補助電極
72 絶縁体
2
Claims (8)
前記アンテナに対して、前記真空容器内であって前記アンテナの長手方向における前記基板の両端部付近に対応する位置に、前記アンテナとの間に間隔をあけて、電気的に接地されている補助電極をそれぞれ設けていることを特徴とするプラズマ処理装置。 An inductive electric field is generated in the vacuum vessel by flowing a high-frequency current through a substantially straight antenna disposed in the vacuum vessel to generate an inductively coupled plasma, and the substrate is processed using the plasma. A plasma processing apparatus,
Auxiliary that is electrically grounded with a gap between the antenna and the antenna at a position corresponding to the vicinity of both ends of the substrate in the longitudinal direction of the antenna in the vacuum vessel. A plasma processing apparatus comprising electrodes, respectively.
前記アンテナ本体は、(a)複数の金属パイプを、隣り合う金属パイプ間に中空絶縁体を介在させて直列接続した構造をしており、(b)かつ前記中空絶縁体の両側の前記金属パイプと電気的に直列につながるコンデンサを有している請求項1記載のプラズマ処理装置。 The antenna has an insulating pipe and a hollow antenna body that is disposed therein and into which cooling water flows.
The antenna body has a structure in which (a) a plurality of metal pipes are connected in series with a hollow insulator interposed between adjacent metal pipes, and (b) the metal pipes on both sides of the hollow insulator. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a capacitor electrically connected in series with the plasma processing apparatus.
前記アンテナの他方端部である終端部はコイルを介して接地されている請求項1または2記載のプラズマ処理装置。 The feeding end that is one end of the antenna is connected to a high-frequency power source,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a terminal portion that is the other end portion of the antenna is grounded through a coil.
前記絶縁体の表面は、前記膜またはその成分と同種の物質で被覆されている請求項5記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus is an apparatus that forms a film on the substrate using the plasma,
The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein a surface of the insulator is coated with a material of the same kind as the film or a component thereof.
前記絶縁体の表面は、前記膜またはその成分と同種の物質で被覆されている請求項5記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus is an apparatus for etching a film formed on the substrate using the plasma,
The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein a surface of the insulator is coated with a material of the same kind as the film or a component thereof.
前記各アンテナに対して前記補助電極を設けている請求項1から7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 A plurality of the antennas are arranged in parallel in a direction along the surface of the substrate,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the auxiliary electrode is provided for each antenna.
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