JP2022052589A - プラズマ処理装置及びプラズマ生成方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ生成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】処理容器内のクリーニングとパーツの消耗の抑制を図る。【解決手段】処理容器と、前記処理容器の内部を上部のアンテナ室と下部の処理室とに区画し、複数の部分窓を有する金属窓と、前記アンテナ室において前記金属窓の上部に配置され、前記処理室に誘導結合プラズマを生成する誘導結合アンテナと、前記処理室内にて基板を載置し、バイアス電圧用の高周波電力が印加される下部電極と、一端において１つ又は複数の前記部分窓と接続され、他端において接地に接続された容量素子と、前記容量素子と並列に一端において１つ又は複数の前記部分窓と接続され、他端において接地に接続された抵抗素子と、を有するプラズマ処理装置が提供される。【選択図】図２

Description

本開示は、プラズマ処理装置及びプラズマ生成方法に関する。
例えば、特許文献１は、処理容器の内部を上部のアンテナ室と下部の処理室とに区画し、複数の分割された金属窓を備えるプラズマ処理装置を提案している。複数の分割された金属窓にはフィルタが接続されている。
特開２０１１－２９５８４号公報
プラズマ処理装置内の排気空間においてプラズマが発生されると、排気空間の壁面に副生成物が堆積され、副生成物が壁面から離脱して排気された場合に真空ポンプからの反跳パーティクルとして基板上に影響を与える。さらに、処理容器内の壁面を構成する材料の消耗が促進されることによりパーティクルが増え、同じく基板上に影響を与える。これらにより、基板上にディフェクト（Ｄｅｆｅｃｔ：欠陥）が発生する。
本開示は、処理容器内のクリーニングとパーツの消耗の抑制を図ることができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、処理容器と、前記処理容器の内部を上部のアンテナ室と下部の処理室とに区画し、複数の部分窓を有する金属窓と、前記アンテナ室において前記金属窓の上部に配置され、前記処理室に誘導結合プラズマを生成する誘導結合アンテナと、前記処理室内にて基板を載置し、バイアス電圧用の高周波電力が印加される下部電極と、一端において１つ又は複数の前記部分窓と接続され、他端において接地に接続された容量素子と、前記容量素子と並列に一端において１つ又は複数の前記部分窓と接続され、他端において接地に接続された抵抗素子と、を有するプラズマ処理装置が提供される。
一の側面によれば、処理容器内のクリーニングとパーツの消耗の抑制を図ることができる。
実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。 実施形態に係るインピーダンス調整回路の一例を示す図。 実施形態に係る金属窓に形成された複数の部分窓のパターンの一例を示す図。 実施形態に係るインピーダンス調整回路の容量とアノードインピーダンスの一例を示す図。 実施形態に係るインピーダンス調整回路の有無とパーツの消耗結果の一例を示す図。 実施形態に係るインピーダンス調整回路の有無とパーツの消耗結果の他の例を示す図。 実施形態に係るインピーダンス調整回路の有無とパーツの消耗結果の他の例を示す図。 実施形態に係るインピーダンス調整回路の有無とパーツの消耗結果の他の例を示す図。 実施形態に係るインピーダンス調整回路の有無と排気空間の放電結果の一例を示す図。 実施形態に係るインピーダンス調整回路の有無と被処理基板上のディフェクト数の一例を示す図。 実施形態に係るプラズマ生成方法の一例を示すタイムチャート。 実施形態に係るＶＵＶ光によるプラズマ着火の結果の一例を示す図。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［プラズマ処理装置］
実施形態に係るプラズマ処理装置について、図１～図３を用いて説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図である。図２は、実施形態に係るインピーダンス調整回路の一例を示す図である。図３は、実施形態に係る金属窓に形成された複数の部分窓のパターンの一例を示す図である。
実施形態に係るプラズマ処理装置は、例えばＦＰＤ（Flat Panel Display）用ガラス基板上に薄膜トランジスター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に用いられる。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence：ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。
プラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な処理容器１を有する。この処理容器１は、接地線１ａにより接地されている。処理容器１は、処理容器１と絶縁されて形成された金属窓２により上部のアンテナ室３と、下部の処理室４とに区画されている。金属窓２は、本例では処理室４の天井壁を構成する。金属窓２は、例えば、非磁性体で導電性の金属で構成される。非磁性体で導電性の金属の例は、アルミニウム、又はアルミニウムを含む合金である。金属窓２は、処理容器１の側壁に支持されている。
ガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス流路１２は、複数の分岐配管に分岐し（不図示）、絶縁物６により複数に分割された金属窓２の部分窓（図３参照）に接続されてそれぞれの部分窓にガスを供給する。それぞれの部分窓は、内部にガス空間を有していて（不図示）、処理室４に面した面に複数のガス吐出口を有し、複数のガス吐出孔から処理室４内にガスを供給する。ガス供給管２０ａは、処理容器１の天井からその外側へ貫通し、処理ガス供給源及びバルブシステム等を含む処理ガス供給部２０に接続されている。したがって、プラズマ処理においては、処理ガス供給部２０から供給された処理ガスがガス供給管２０ａを介して処理室４内へ吐出される。
アンテナ室３内には金属窓２の上に、金属窓２に面するように高周波（ＲＦ）アンテナ１３が配設されている。この高周波アンテナ１３は絶縁部材からなるスペーサ１７により金属窓２から離間している。高周波アンテナ１３は、渦巻状のアンテナを構成しており、金属窓２は、渦巻状のアンテナの下部で、例えば２４の部分窓に分割されている。高周波アンテナ１３は、アンテナ室３において、絶縁部材のスペーサ１７を介して金属窓２の上部に配置され、処理室４に誘導結合プラズマを生成する誘導結合アンテナの一例である。
プラズマ処理中、第一の高周波電源１５からは、誘導電界形成用の、例えば、周波数が１ＭＨｚ～２７ＭＨｚの高周波電力が整合器１４及び給電部材１６を介して高周波アンテナ１３へ供給される。本例の高周波アンテナ１３は、図示しないが、同心状に外側環状アンテナ、中間環状アンテナ、内側環状アンテナで構成されており、それぞれ給電部材１６に接続される給電部４１、４２、４３を有する。これら各給電部４１、４２、４３からアンテナ線が周方向に延びて、３環状の高周波アンテナ１３が構成される。各アンテナ線の終端には図示しないコンデンサが接続され、各アンテナ線はコンデンサを介して高周波アンテナ１３の側壁３ａに接続され、接地される。このように高周波電力が供給された高周波アンテナ１３により、処理室４内に誘導電界が形成され、この誘導電界により処理室４内に供給された処理ガスがプラズマ化される。
処理室４内の下方には、金属窓２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、被処理基板Ｇ、例えば、ガラス基板を載置するためのステージＳＴが設けられている。ステージＳＴは、下部電極２３及び絶縁体枠２４を有する。下部電極２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。下部電極２３に載置された被処理基板Ｇは、図示しない静電チャックにより吸着保持される。
下部電極２３は絶縁体枠２４内に収納され、さらに、処理室４の底面に支持される。また、処理室４の側壁４ａには、被処理基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開閉するゲートバルブ２７が設けられている。
下部電極２３には、中空の支柱２５内に設けられた給電線２５ａにより、整合器２８を介して第二の高周波電源２９が接続されている。第二の高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス電圧用の高周波電力、例えば、周波数が１ＭＨｚ～６ＭＨｚの高周波電力を下部電極２３に印加する。下部電極２３は、載置面に被処理基板Ｇを載置し、このバイアス電圧用の高周波電力により被処理基板Ｇ上にバイアス電圧を生成し、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に被処理基板Ｇに引き込まれる。
さらに、下部電極２３内には、被処理基板Ｇの温度を制御するため、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、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも中空の支柱２５を通して処理容器１外に導出される。
ステージＳＴと処理室４の側壁４ａとの間には、バッフル板３２が連続的或いは断続的に環状にステージＳＴを囲んで設けられ、処理室４から排気空間にガスを通す。処理室４の底部には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される。排気装置３０により、バッフル板３２下の排気空間が排気され、プラズマ処理中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐａ）に設定、維持される。
下部電極２３に載置された被処理基板Ｇの裏面側には微細な冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路４５が設けられている。Ｈｅガス流路４５には、Ｈｅガスライン４６が接続され、圧力制御バルブ４７を介してＨｅ源に接続される。
処理室４の側壁４ａには、観察窓３３が設けられ、観察窓３３にはＶＵＶ光源ユニット３４が取り付けられている。ＶＵＶ光源ユニット３４は、１００～２００ｎｍの波長のＶＵＶ（Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：真空紫外）光を処理室４内に入射する。入射されたＶＵＶ光が処理室４内のガス分子に照射されると、ガス分子は、光エネルギーを吸収し、電子を放出する。この電子の放出により、プラズマ着火を促進させることができる。
プラズマ処理装置の各構成部は、コンピュータからなる制御部５０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部５０には、工程管理者がプラズマ処理装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。さらに、制御部５０には、記憶部５２が接続されている。記憶部５２には、プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部５０の制御にて実現するための制御プログラム、処理条件に応じてプラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納されている。レシピはハードディスクや半導体メモリー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５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他方の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０の制御下で、プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。
［インピーダンス調整回路］
金属窓２には、インピーダンス調整回路１８が接続されている。インピーダンス調整回路１８について、図２を参照しながら説明する。図２は、金属窓２が有する２４の部分窓のうちの１つの部分窓２２ａの断面と、部分窓２２ａが接続されたインピーダンス調整回路１８とを主に示し、図１のプラズマ処理装置のその他の構成は簡略化している。
図３は、インピーダンス調整回路１８の図示を省略し、金属窓２のみを平面視した図である。図３の例では、金属窓２は１つの部分窓２２ａを含む２４の部分窓に分割されている。２４の部分窓２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・を総称して部分窓２２ともいう。これら２４の部分窓２２は、金属窓２を分割した一部であり、絶縁物６を介して載置され、金属窓２を構成する。本例では、下部電極２３に対向する処理室４の壁面形状を矩形とすると、この矩形の中心の内周エリア５ａ、内周エリア５ａの外側を囲む環状の中間エリア５ｂ、中間エリア５ｂの外側を囲む環状の外周エリア５ｃに分ける。内周エリア５ａは、矩形状の内周エリア５ａを概ね対角線で分割した４つの部分窓２２を有する。また、中間エリア５ｂは、環状の中間エリア５ｂの各辺を２等分するように径方向に分割した合計８つの部分窓２２を有する。また、外周エリア５ｃは、環状の外周エリア５ｃの各辺を３等分するように径方向に分割した合計１２つの部分窓２２を有する。尚、本実施形態においては、図示しないが、内側環状アンテナが内周エリア５ａに対応し、中間環状アンテナが中間エリア５ｂに対応し、外側環状アンテナが外周エリア５ｃに対応するように配置される。
係る構成により、金属窓２が有する２４の部分窓２２は、絶縁物６を介して載置されることで、処理容器１から絶縁され、かつ、部分窓２２同士も互いに絶縁される。絶縁物６の材料例は、例えば、セラミックやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。
なお、図３は金属窓２に形成された複数の部分窓２２のパターンの一例であり、部分窓のパターンはこれに限られない。金属窓２は分割されていなくてもよい。つまり、金属窓２は、１又は２以上の部分窓２２を有してもよい。
図２に戻り、インピーダンス調整回路１８は部分窓２２毎に一対一に設けられている。ただし、これに限られず、インピーダンス調整回路１８は複数の部分窓２２に対して一つ設けられてもよい。つまり、複数の部分窓２２は、１つ又は複数のエリアに区画され、１つ又は複数のエリアごとにインピーダンス調整回路に接続され得る。例えば、図３の例では、２４の部分窓２２は、内周エリア５ａ、中間エリア５ｂ及び外周エリア５ｃの３つのエリアに区画され、内周エリア５ａ、中間エリア５ｂ及び外周エリア５ｃのそれぞれにインピーダンス調整回路を1つずつ接続してよい。例えば、副生成物が堆積し易い内周エリア５ａと、堆積し難い中間エリア５ｂ及び外周エリア５ｃとをエリア毎に別々にインピーダンスを調整することで、金属窓２の全面を均等にクリーニングすることができる。また、一つの部分窓２２ごとにインピーダンス調整回路１８を設ける場合には、例えば、金属窓２の角部と辺部とで堆積の状態が異なるような場合に、部分窓２２ごとにインピーダンス調整回路１８を個別に調整して均等にクリーニングすることができる。
図２及び図３の例では、インピーダンス調整回路１８が１つの部分窓２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・に対して１つずつ設けられている。つまり、本例では、２４のインピーダンス調整回路１８が２４の部分窓２２に対して一対一に接続されている。インピーダンス調整回路は、容量素子６０及び抵抗素子６１を有するＲ＋Ｃ並列回路である。本例では、部分窓２２毎に１つの容量素子６０と、この容量素子６０と並列に１つの抵抗素子６１とが接続される。容量素子６０は、一端において部分窓２２と接続され、他端において接地に接続される。抵抗素子６１は、容量素子６０と並列に一端において部分窓２２と接続され、他端において接地に接続される。
容量素子６０は、可変容量素子である。ただし、容量素子６０は、固定容量素子であってもよい。容量素子６０を可変容量素子とすることで、バイアス電圧用の高周波電力の供給におけるアノード電極である金属窓２のインピーダンス（以下、アノードインピーダンスともいう。）を可変に調整でき、より精度よくインピーダンス調整を行うことができる。なお、複数のエリア毎にインピーダンス調整回路１８を設ける場合には、容量素子６０は、エリア毎に複数の部分窓２２と接続されてもよい。同様にして抵抗素子６１は、容量素子６０と並列に複数の部分窓２２と接続されてもよい。
係る構成により、バイアス電圧用の高周波電力の供給において、下部電極２３をカソード電極、金属窓２を下部電極２３に対向する対向電極であるアノード電極とし、インピーダンス調整回路１８は、アノードインピーダンスを調整する。これにより、金属窓２において容量素子６０の容量によりプラズマとの間に所望の電位差を発生させて、プラズマのスパッタによって金属窓２に付着した副生成物の堆積物を除去するクリーニングが可能になる。また、バイアス電圧用の高周波電力を下部電極２３に供給した際に、処理容器１内の各パーツもアノードとして機能しうるが、金属窓２をより積極的にアノードとして機能させカソード電極即ち下部電極２３とのカップリングを強化することにより、プラズマのスパッタによる処理容器１内のパーツの消耗を抑えることができる。
金属窓２における電位差が大きすぎると金属窓２に付着した副生成物の除去のみならず、金属窓２が消耗し、電位差が小さすぎると金属窓２に付着した副生成物の除去が不十分になる。よって、金属窓２に付着した副生成物を除去しつつ、クリーニング時に金属窓２及び処理容器１内のその他のパーツの過度の消耗を抑制できる範囲に容量素子６０の容量を調整することが重要である。これにより、パーティクルを抑制しつつ、各パーツの寿命を伸ばし、メンテナンス周期を長くすることができる。
［インピーダンス調整回路：容量素子］
以上から、発明者らは、金属窓２をクリーニングすることでパーティクルを低減し、かつクリーニング時に金属窓２等の処理容器１内のパーツの消耗を抑えることを両立するために、適切な容量素子６０の容量の範囲を実験により導き出した。
図４は、実施形態に係るインピーダンス調整回路１８の容量素子６０の容量Ｃとインピーダンスの一例を示す図である。図４の横軸は、容量素子６０の容量Ｃ［ｐＦ］を示し、縦軸は、金属窓２のアノードインピーダンスＺ［Ω］を示す。
金属窓２のアノードインピーダンスＺが０以上になるとＬ性（誘導性）になり共振が生じるおそれがあり、共振により異常放電が発生する場合がある。よって、金属窓２のアノードインピーダンスＺは０以下のＣ性（容量性）を確保するように容量素子６０の容量の範囲を定める。具体的には、容量素子６０は、容量素子６０及び抵抗素子６１によるアノードインピーダンスＺが負の値となる容量値を有する。
図４の領域Ｉは、容量素子６０の容量Ｃが０～５００ｐＦであり、アノードインピーダンスＺが－６０Ω以下の領域である。アノードインピーダンスＺが－６０Ω以下の領域Ｉでは、バッフル板３２の下側の排気空間で放電が生じるおそれがある。即ち、排気空間を構成する処理容器１のパーツがプラズマによりスパッタされパーティクルが発生する可能性がある。その一方で、金属窓２においては適度な電位差が発生しないため堆積物の除去を行うことができない。
また、アノードインピーダンスＺが０Ωに近づくと、排気空間を構成する処理容器１のパーツの消耗は抑制されるが、上部電極として機能する金属窓２の消耗が促進される。つまり、容量Ｃが６０００ｐＦ以上では、金属窓２等の処理容器１内のパーツの消耗を全てにおいて抑えることを両立できないため、この領域と領域Ｉとは使用しない。
以上から、容量素子６０の容量Ｃは、領域ＩＩの５００～２０００ｐＦの範囲又は領域ＩＩＩの２０００～６０００ｐＦの範囲に制御することが好ましい。容量素子６０の容量の範囲を、領域ＩＩ又は領域ＩＩＩの範囲に制御してアノードインピーダンスＺを調整することにより、プラズマのスパッタにより金属窓２のクリーニングが効率的に実行できる。同時にクリーニング時に、金属窓２、処理容器１の内壁やバッフル板等、処理容器１内のパーツの消耗を抑制することができる。
領域ＩＩＩでは、領域ＩＩよりもアノードインピーダンスＺが０に近い。アノードインピーダンスＺが０に近くなるほど、金属窓２と下部電極２３との間のカップリング（電気的結合）が強くなり、金属窓２のスパッタ力が高くなる。
よって、金属窓２の副生成物の状態によって、部分窓２２又は複数の部分窓２２を含むエリア毎に容量素子６０の容量を独立して調整する。例えば、ある部分窓２２では金属窓２のスパッタ力を強くし、セルフクリーニング力を高めるために、領域ＩＩＩの容量素子６０の容量の範囲を使用してもよい。セルフクリーニング力とパーツの消耗との両立を重視する部分窓２２又はエリアには、領域ＩＩの容量素子６０の容量の範囲を使用することがより好ましい。
［インピーダンス調整回路：抵抗素子］
金属窓２に形成した流路に絶縁性の温調媒体を通流させ、これにより、金属窓２の温度を調整している。絶縁性の温調媒体が流れるときに摩擦帯電が生じ、電荷が金属窓２に蓄積され、金属窓２がチャージアップする。プラズマ中の電子の一部が金属窓２に蓄積され、金属窓２がチャージアップすることもある。金属窓２に制御できない電荷を蓄積させないことが重要である。金属窓２が帯電すると、プラズマが不安定になり、被処理基板Ｇの処理に影響を与える。このため、インピーダンス調整回路１８は、容量素子６０と並列に抵抗素子６１を金属窓２に接続する。これにより、金属窓２の、制御できない電荷によるチャージアップをなくし、プラズマの安定性を確保することができる。
［パーツの消耗］
次に、インピーダンス調整回路１８の有無とパーツの消耗についての実験を行った結果について説明する。図５は、実施形態に係るインピーダンス調整回路１８の有無とパーツの消耗結果の一例を示す図である。図５（ａ）は、金属窓２にインピーダンス調整回路１８を設けない比較例の場合のパーツの消耗結果の一例である。図５（ｂ）は、インピーダンス調整回路１８を設けた場合のパーツの消耗結果の一例である。
処理容器１内のパーツの一例として、図５（ａ）及び図５（ｂ）には、被処理基板Ｇ上、バッフル板３２上、内壁板（側壁４ａ）、金属窓２（下面）の消耗量を測定した。この結果、比較例と本実施形態において、被処理基板Ｇ上の消耗量は変わらなかった。これに対して、バッフル板３２上及び内壁板（側壁４ａ）については、本実施形態のインピーダンス調整回路１８を設けた場合、比較例のインピーダンス調整回路１８を設けなかった場合よりも消耗量が減った。一方、金属窓２の下面の消耗量（副生成物のクリーニング量）は増えた。以上の結果から、金属窓２にインピーダンス調整回路１８を設けた場合、処理容器１内のパーツの消耗を抑制しつつ、金属窓２のクリーニングを行うことができた。これにより、パーティクルの発生を抑制することができる。なお、金属窓２の下面の消耗量は、金属窓２自体が消耗しない程度に容量素子６０の容量Ｃを調整する。
図６～図８は、実施形態に係るインピーダンス調整回路１８の有無とパーツの消耗結果の他の例を示す図である。各位置に小片のサンプルを配置し、消耗量を測定した。図６（ｂ）及び（ｃ）は、図６（ａ）に示す処理室４内のプロセス空間（バッフル板３２上）の１～１２の位置における被処理基板Ｇ上及びバッフル板３２上の消耗量を示す。Ｎはインピーダンス調整回路１８がない場合、Ｍ，Ｌはインピーダンス調整回路１８がある場合であってＭは容量素子６０の容量Ｃが８００ｐＦの場合、Ｌは容量素子６０の容量Ｃが１９００ｐＦの場合の各パーツの消耗量を示す。
本実験によれば、被処理基板Ｇ上の消耗量は、インピーダンス調整回路１８の有無にかかわらず、概ね同じであった。つまり、インピーダンス調整回路１８の有無は、被処理基板Ｇ上の状態に影響を与えないことがわかった。一方、バッフル板３２上の消耗量は、インピーダンス調整回路１８がある場合（Ｍ，Ｌ）、インピーダンス調整回路１８がない場合（Ｎ）よりも抑制できた。
図７（ｂ）及び（ｃ）は、図７（ａ）に示す処理室４内の排気空間（バッフル板３２下）の１３～３３の位置における処理室４の側壁４ａ（内壁）及びバッフル板３２下の消耗量を示す。なお、データが示されていない位置においては、サンプルの破損などによりデータを取得できなかった。
本実験によれば、処理室４の内壁（側壁４ａ）及びバッフル板３２下の消耗量は、インピーダンス調整回路１８がある場合（Ｍ，Ｌ）、インピーダンス調整回路１８がない場合（Ｎ）よりも抑制できた。
図８（ｂ）及び（ｃ）は、図８（ａ）に示す金属窓２の下面の４９～６６の位置における消耗量を示す。本実験によれば、金属窓２の下面の消耗量は、インピーダンス調整回路１８がある場合（Ｍ，Ｌ）、インピーダンス調整回路１８がない場合（Ｎ）よりも多かった。
以上の結果から、本実施形態に係るインピーダンス調整回路１８により、容量素子６０の容量を調整することで、金属窓２の下面のクリーニングを促進しつつ、処理容器１内のパーツの消耗を抑制することができた。
容量素子６０の容量Ｃを小さくすると、アノードインピーダンスが高くなり、金属窓２と下部電極２３の間がカップリングがし難くなり、金属窓２の副生成物が除去し難くなる。一方、容量素子６０の容量Ｃを小さくすると、処理室４の内壁やバッフル板３２等の処理容器１内のパーツと下部電極２３の間がカップリングがし易くなり、内壁やバッフル板３２の消耗量が多くなる。
容量素子６０の容量Ｃを大きくすると、アノードインピーダンスが低くなり、金属窓２と下部電極２３の間のカップリングがし易くなり、金属窓２の副生成物が除去し易くなる。一方、容量素子６０の容量Ｃを大きくすると、処理室４の内壁やバッフル板３２等の処理容器１内のパーツと下部電極２３の間がカップリングがし難くなり、内壁やバッフル板３２の消耗量が少なくなる。
よって、容量素子６０の容量Ｃを図４に示す容量素子６０の容量Ｃが小さい領域ＩＩと容量Ｃが大きい領域ＩＩＩの範囲で調整することで、金属窓２のクリーニングと処理容器１内のパーツの消耗の抑制とを両立することができる。この結果、パーティクルの発生を軽減できる。
図９は、実施形態に係るインピーダンス調整回路１８の有無と排気空間の放電結果の一例を示す図である。排気空間は、バッフル板３２の下の空間である。
図９（ａ）は、インピーダンス調整回路１８がない場合のバッフル板３２下の排気空間の放電の安定性を示し、図９（ｂ）は、インピーダンス調整回路１８がある場合の排気空間の放電の安定性を示す。図９（ａ）及び（ｂ）に処理室４の圧力、Ｃｌ２ガス及びＢＣｌ３のガス流量、バイアス電圧の高周波電力のパワー密度のプロセス条件を示す。処理室４の圧力は１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）～７０ｍＴ（９．３１Ｐａ）に制御した。係るプロセス条件において放電不安定が生じなかった場合を「ＯＫ」の斜線で示し、放電不安定が生じた場合を「ＮＧ」の斜線で示す。これにより圧力及びパワー密度の使用可能範囲が示される。ただし、ガス種は一例であり、これに限られない。例えば、アルミニウム等のメタル膜をエッチングする場合には、Ｃｌ２ガス及びＢＣｌ３を使用し、ＳｉＯ２膜をエッチングする場合には、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを使用してもよい。
実験の結果、図９（ｂ）に示すインピーダンス調整回路１８がある場合、図９（ａ）に示すインピーダンス調整回路１８がない場合と比較して、排気空間において放電不安定が発生しないプロセス条件の範囲が広がり、排気空間における放電不安定が抑制された。これにより、パーティクルの発生を抑制できる。
図１０は、実施形態に係るインピーダンス調整回路１８の有無と処理済の被処理基板Ｇ上のディフェクト数の一例を示す図である。ディフェクト数は、処理済の被処理基板Ｇ上に発生した断線等の欠陥の数を示す。
図１０（ａ）は、インピーダンス調整回路１８がない場合の処理済の被処理基板Ｇ上のディフェクト数を示し、図１０（ｂ）は、インピーダンス調整回路１８がある場合の被処理基板Ｇ上のディフェクト数を示す。これによれば、図１０（ｂ）のインピーダンス調整回路１８がある場合、図１０（ａ）のインピーダンス調整回路１８がない場合と比較してディフェクト数を大幅に減少させることができた。
［プラズマ生成方法：プラズマ着火］
インピーダンス調整回路１８の容量素子６０の容量を大きくし、金属窓２を低インピーダンスに調整すると、プラズマの着火が悪くなる場合がある。そこで、プラズマ着火を促進するために、可変容量素子の容量素子６０を用いてプラズマ着火時には、容量素子６０の容量を例えば領域ＩＩの範囲の値に設定し、金属窓２を高インピーダンスに調整して金属窓２の電位が高くなるように制御する。プラズマ着火後に容量素子６０の容量を例えば領域ＩＩＩの範囲の値に大きくして、金属窓２を低インピーダンスに調整してもよい。
具体的には、容量素子６０について第１の容量値と、第１の容量値よりも小さい第２の容量値とを予め記憶部５２に記憶しておく。基板処理時、制御部５０は、記憶部５２を参照して、誘導電界形成用の高周波電力を高周波アンテナ１３に供給した際には容量素子６０を第２の容量値に調整し、予め設定した時間経過後、すなわちプラズマ着火した後、容量素子６０を第１の容量値に調整してもよい。
全ての容量素子６０を可変容量素子にせず、２４の部分窓２２のうちの特定の部分窓２２又は特定のエリアの部分窓２２のみに可変容量素子を使用し、その他のエリアの部分窓２２には固定容量素子を使用してもよい。これにより、コストを低減することができる。可変容量素子の回路と固定容量素子の回路とをスイッチで切り替えるようにしてもよい。
予め着火レシピを作成し、記憶部５２に記憶し、着火レシピを用いて処理室４内の圧力を制御することでプラズマ着火を促進してもよい。図１１は、着火レシピに基づき実行される実施形態に係るプラズマ生成方法の一例を示すタイムチャートである。図１１の横軸は時間を示し、ソース（誘導電界形成用の高周波電力）、バイアス（バイアス電圧用の高周波電力）及び圧力のタイムチャートを示す。ステップ１はプラズマ着火前、ステップ２はプラズマ着火後（プロセス中）を示す。
制御部５０は、着火レシピに設定されたステップ１に、処理室４内の圧力を２０ｍＴ（２．６６Ｐａ）に制御する。制御部５０は、ステップ２の開始時刻ｔ０にソースの供給を開始する。ソースは、時刻ｔ１に安定化する。時刻ｔ１にバイアスの供給を開始する。バイアスは、時刻ｔ２に安定化する。時刻ｔ１から予め定められた時間経過後の、バイアスが安定化した時刻ｔ２に処理室４内の圧力を１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）に下げる。
これによれば、ステップ１において処理室４内の圧力を高く設定した後、ステップ２においてバイアスが安定化したときに処理室４内の圧力を下げることで、プラズマ着火をより容易にすることができる。なお、バイアスを印加しない場合、ソースを印加し、予め定められた時間経過後のソースが安定化したときに処理室内の圧力を第２の圧力値に調整してもよい。また、ソースとバイアスを印加する場合であっても、バイアスが安定するタイミングよりもソースが安定するタイミングが後の場合には、ソースが安定するタイミングに処理室４内の圧力を下げてもよい。
［ＶＵＶ光］
プラズマ着火時に、図１に示す観察窓３３を介してＶＵＶ光源ユニット３４からＶＵＶ光を処理室４内に照射してもよい。これにより、ガス分子がＶＵＶ光の光エネルギーを吸収し、電子を放出する。この電子の放出により、プラズマ着火を促進させることができる。
図１２は、実施形態に係るＶＵＶ光の照射によるプラズマ着火の結果の一例を示す図である。図１２の〇は、１ｋＷの誘導電界形成用の高周波電力を印加してプラズマが着火した場合を示す。△は、２ｋＷの誘導電界形成用の高周波電力を印加してプラズマが着火した場合を示す。×は、プラズマが着火しなかった場合を示す。処理室４の圧力を、５ｍＴ（０．６６５Ｐａ）～９０ｍＴ（１１．９Ｐａ）の範囲で設定した。ＶＵＶ光をプラズマ空間に照射した場合（ＶＵＶあり）、ガス種がＯ２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスのすべてのガスにおいて、ＶＵＶ光を照射しなかった場合と比べてプラズマ着火を促進できた。
本実施形態のプラズマ処理装置及びプラズマ生成方法によれば、処理容器内のクリーニングとパーツの消耗の抑制を図ることができる。
今回開示された実施形態に係るプラズマ処理装置及びプラズマ生成方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
１ 処理容器
２ 金属窓
３ アンテナ室
４ 処理室
６ 絶縁物
１３ 高周波アンテナ
１５ 第一の高周波電源
１６ 給電部材
１８ インピーダンス調整回路
２０ 処理ガス供給部
２３ 下部電極
２９ 第二の高周波電源
３０ 排気装置
３２ バッフル板
３４ ＶＵＶ光源ユニット
６０ 容量素子
６１ 抵抗素子
Ｇ 被処理基板
ＳＴ ステージ

Claims (10)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器の内部を上部のアンテナ室と下部の処理室とに区画し、複数の部分窓を有する金属窓と、
    前記アンテナ室において前記金属窓の上部に配置され、前記処理室に誘導結合プラズマを生成する誘導結合アンテナと、
    前記処理室内にて基板を載置し、バイアス電圧用の高周波電力が印加される下部電極と、
    一端において１つ又は複数の前記部分窓と接続され、他端において接地に接続された容量素子と、
    前記容量素子と並列に一端において１つ又は複数の前記部分窓と接続され、他端において接地に接続された抵抗素子と、
    を有するプラズマ処理装置。
  2. 前記複数の部分窓は、１つ又は複数のエリアに区画され、区画されたエリア毎に前記容量素子及び前記抵抗素子に接続される、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記容量素子は、可変容量素子である、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記容量素子は、固定容量素子である、
    請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記容量素子は、前記容量素子及び前記抵抗素子によるインピーダンスが負の値となる容量値を有する、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記容量素子は、前記金属窓のインピーダンスが－６０Ω以上となる容量値を有する、
    請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記容量素子は、前記金属窓のインピーダンスが－１５Ω以下となる容量値を有する、
    請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 処理容器と、前記処理容器の内部を上部のアンテナ室と下部の処理室とに区画し、複数の部分窓を有する金属窓と、前記アンテナ室において前記金属窓の上部に配置され、前記処理室に誘導結合プラズマを生成する誘導結合アンテナと、前記処理室内にて基板を載置し、バイアス電圧用の高周波電力が印加される下部電極と、一端において１つ又は複数の前記部分窓と接続され、他端において接地に接続された容量素子と、前記容量素子と並列に一端において１つ又は複数の前記部分窓と接続され、他端において接地に接続された抵抗素子と、を有するプラズマ処理装置で実行されるプラズマ生成方法であって、
    予め、前記処理室内の圧力について第１の圧力値と、該第１の圧力値よりも低い第２の圧力値とが記憶された記憶部を参照して、前記第１の圧力値に前記処理室内の圧力を調整する工程と、
    前記誘導結合アンテナに誘導電界形成用の高周波電力を印加し、予め定められた時間経過後に前記処理室内の圧力を第２の圧力値に調整する工程と、
    を有することを特徴とするプラズマ生成方法。
  9. 前記下部電極にバイアス電圧用の高周波電力を印加し、前記誘導電界形成用の高周波電力及び前記バイアス電圧用の高周波電力の印加が遅いタイミングから予め定められた時間経過後に前記処理室内の圧力を前記第２の圧力値に調整する工程を有する、
    請求項８に記載のプラズマ生成方法。
  10. 予め、前記容量素子について第１の容量値と、該第１の容量値よりも小さい第２の容量値とが記憶された記憶部を参照して、前記誘導電界形成用の高周波電力を印加した際には前記容量素子を前記第２の容量値に調整し、予め定められた時間経過後に前記容量素子を前記第１の容量値に調整する、
    請求項８に記載のプラズマ生成方法。
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