JP2024007812A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコイルのインピーダンス差を低減する。【解決手段】開示されるプラズマ処理装置１０は、開口１１ａを有するチャンバ１１と、チャンバ１１内に配置され、被処理物が載置されるステージ１２と、開口１１ａを塞ぐ誘電体部材１３と、誘電体部材１３のチャンバ１１とは反対側に設けられ、高周波電力が印加されることでチャンバ１１内にプラズマを発生させるプラズマ生成部１６と、を備える。プラズマ生成部１６は、１つまたは互いに並列に接続された複数の第１導体１７ａを含む第１コイル１７と、第１コイル１７を取り囲むように配置され、互いに並列に接続された複数の第２導体１８ａを含む第２コイル１８と、を有する。第２コイル１８が含む第２導体１８ａの数は、第１コイル１７が含む第１導体１７ａの数よりも大きい。【選択図】図２

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

従来、被処理物をプラズマ処理するためのプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１のプラズマ処理装置は、チャンバと、チャンバ内に配置され、被処理物が載置されるステージと、高周波電力が印加されることでチャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ生成部と、を備え、プラズマ生成部は、第１コイルと、第１コイルを取り囲むように配置された第２コイルと、を有する。このプラズマ処理装置では、チャンバ内に原料ガスを供給しながらプラズマ生成部に高周波電力を印加することで、被処理物をプラズマ処理するためのプラズマがチャンバ内で発生する。

特許第５４６７１３１号公報

しかしながら、プラズマ生成部が第１コイルを取り囲むように配置された第２コイルを有する場合、第２コイルの長さが第１コイルの長さよりも大きくなることにより、第２コイルのインピーダンスが、第１コイルのインピーダンスよりも大きくなりやすい。そのような場合、例えば、第１コイルと第２コイルに高周波電力を適切に分配するための分配回路の構成が複雑になりがちである。このような状況において、本開示は、複数のコイルのインピーダンス差を低減することを目的の１つとする。

本開示に係る一局面は、プラズマ処理装置に関する。当該プラズマ処理装置は、開口を有するチャンバと、前記チャンバ内に配置され、被処理物が載置されるステージと、前記開口を塞ぐ誘電体部材と、前記誘電体部材の前記チャンバとは反対側に設けられ、高周波電力が印加されることで前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ生成部と、を備え、前記プラズマ生成部は、１つまたは互いに並列に接続された複数の第１導体を含む第１コイルと、前記第１コイルを取り囲むように配置され、互いに並列に接続された複数の第２導体を含む第２コイルと、を有し、前記第２コイルが含む前記第２導体の数は、前記第１コイルが含む前記第１導体の数よりも大きい。

本開示によれば、複数のコイルのインピーダンス差を低減することができる。

本開示に係るプラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。 プラズマ生成部を模式的に示す平面図である。 高周波電源からプラズマ生成部までの構成を概略的に示す回路図である。

本開示に係るプラズマ処理装置の実施形態について例を挙げて以下に説明する。しかしながら、本開示は以下に説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。

（プラズマ処理装置）
本開示に係るプラズマ処理装置は、被処理物をプラズマ処理するための装置である。プラズマ処理装置は、例えば、プラズマエッチング装置、プラズマダイサー、プラズマアッシング装置、またはプラズマＣＶＤ装置であってもよい。プラズマ処理装置は、チャンバと、ステージと、誘電体部材と、プラズマ生成部とを備える。

チャンバは、開口を有する。チャンバは、中空円筒状に形成されていてもよい。チャンバは、上部に開口を有してもよい。開口は、上方に向かって開放していてもよい。

ステージは、チャンバ内に配置され、被処理物が載置される。ステージは、被処理物が載置される水平な載置面を有してもよい。ステージは、プラズマ処理中に被処理物を冷却するための冷媒が流れる流路を有してもよい。ステージは、被処理物を吸着するための静電吸着機構を有してもよい。ステージは、高周波電力が印加される下部電極を有してもよい。被処理物は、例えば、プラズマエッチングにより個片化される半導体基板であってもよい。半導体基板は、複数の素子領域と素子領域を画定する分割領域とを備える。素子領域は、例えば、半導体層と配線層とを備える。分割領域をエッチングすることにより半導体層と配線層とを有する素子チップが得られる。被処理物は、キャリアに支持された状態でステージに載置されてもよい。キャリアは、例えば、外周部をフレームで保持された樹脂シートであってもよい。

誘電体部材は、チャンバの開口を塞ぐ。誘電体部材は、水平に延びる領域を有する板状に形成されていてもよい。誘電体部材は、例えば、石英、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミックスで構成されてもよい。誘電体部材は、主に、石英で構成されてもよい。

プラズマ生成部は、誘電体部材のチャンバとは反対側に設けられ、高周波電力が印加されることでチャンバ内にプラズマを発生させる。プラズマ生成部は、誘電体部材の上方に設けられてもよい。

プラズマ生成部は、第１コイルおよび第２コイルを有する。第１コイルは、１つまたは互いに並列に接続された複数の第１導体を含む。第２コイルは、第１コイルを取り囲むように配置される。第２コイルは、互いに並列に接続された複数の第２導体を含む。第２コイルが含む第２導体の数は、第１コイルが含む第１導体の数よりも大きい。

ここで、第２コイルが第１コイルを取り囲むように配置されるとは、両コイルの軸方向（例えば、上下方向）から見て、少なくとも、第２コイルの最外周部が、第１コイルの最外周部よりも外周寄りに位置することをいう。その上で、第２コイルは、両コイルの軸方向から見た場合にリング形状（ドーナツ形状）を有し、第２コイルの最内周部の内側に、第１コイルの最外周部が配置されることが望ましい。また、コイルとは、１つ以上の導体を渦状またはスパイラル状に形成した要素であって、複数の導体が含まれる場合、当該複数の導体に同位相の電流が流れるように設計された要素をいう。

第２コイルが含む第２導体は、第１コイルが含む第１導体よりも最大径が大きい。したがって、１つの第２導体のインピーダンスは、１つの第１導体のインピーダンスよりも大きい。一方、第２コイルが含む第２導体の数は、第１コイルが含む第１導体の数よりも大きく、かつ複数の第２導体は互いに並列に接続されている。そのため、第２コイルのインピーダンス（すなわち、複数の第２導体の合成インピーダンス）を小さくして、第１コイルのインピーダンスに近づけることが可能になる。また、第２コイルがリング形状（ドーナツ形状）を有する場合、１つの第２導体のインピーダンスを１つの第１導体のインピーダンスに近づけることがさらに容易になる。なお、第２導体の最大径は、例えば、第１導体の最大径の２．５倍以上、４倍以下であってもよい。また、第２コイルがリング形状（ドーナツ形状）を有する場合、第２導体の内径は、例えば、第１導体の最大径の１．３倍以上、３倍以下であってもよい。さらに、第２コイルが有する第２導体の数は、例えば、第１コイルが有する第１導体の数の１．１倍以上、５倍以下であってもよい。

以上のように、本開示によれば、第２コイルのインピーダンスを第１コイルのインピーダンスに近づけることで、両コイルのインピーダンス差を低減することができる。例えば、本開示によれば、第２コイルのインピーダンスを、第１コイルのインピーダンスの０．８倍以上、２倍以下にすることができる。

プラズマ処理装置は、プラズマ生成部に高周波電力を供給する高周波電源と、高周波電源に接続される整合器と、整合器とプラズマ生成部との間に接続された分配器と、をさらに備えてもよい。分配器は、高周波電力の一部を第１コイルに分配する第１分配回路と、高周波電力の一部を第２コイルに分配する第２分配回路と、を有してもよい。第１分配回路と第２分配回路とは、互いに並列に接続されてもよい。プラズマ生成部に高周波電力を供給するための高周波電源は、プラズマ処理装置に１つのみ備えられてもよい。この構成では、第１コイルと第２コイルとのインピーダンス差が小さいため、両コイルに高周波電力を適切に分配するための第１分配回路および第２分配回路の構成を簡略化することが可能となる。このことは、プラズマ生成部に高周波電力を供給するための高周波電源が、プラズマ処理装置に１つのみ備えられる場合に特に有利である。

第１分配回路は、互いに並列に接続された第１可変コンデンサおよびインダクタを有してもよい。第２分配回路は、第２可変コンデンサのみからなってもよい。このように、本開示の構成では、非常にシンプルな構成の分配回路で所望の電力制御を実現することができる。

第１分配回路は、第１可変コンデンサおよびインダクタと直列に接続されたコンデンサをさらに有してもよい。コンデンサは、固定コンデンサで構成されてもよい。コンデンサは、第１可変コンデンサおよびインダクタとプラズマ生成部との間に配置されてもよい。

プラズマ生成部は、第２コイルを取り囲むように配置され、互いに並列に接続された複数の第３導体を含む第３コイルをさらに有してもよい。第３コイルが含む第３導体の数は、第２コイルが含む第２導体の数よりも大きくてもよい。

プラズマ処理装置は、プラズマ生成部に高周波電力を供給する複数の高周波電源をさらに備えてもよい。複数の高周波電源の各々は、１つのコイルに高周波電力を供給するように構成されてもよい。例えば、プラズマ処理装置は、第１コイルに高周波電力を供給する第１高周波電源と、第２コイルに高周波電力を供給する第２高周波電源とを備えてもよい。

以下では、本開示に係るプラズマ処理装置の一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例のプラズマ処理装置の構成要素には、上述した構成要素を適用できる。以下で説明する一例のプラズマ処理装置の構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。以下で説明する一例のプラズマ処理装置の構成要素のうち、本開示に係るプラズマ処理装置に必須ではない構成要素は省略してもよい。なお、以下で示す図は模式的なものであり、実際の部材の形状や数を正確に反映するものではない。

本実施形態のプラズマ処理装置１０は、被処理物（例えば、半導体基板）をプラズマ処理するための装置である。本実施形態のプラズマ処理装置１０は、プラズマダイサーであるが、これに限られるものではない。図１～図３に示すように、プラズマ処理装置１０は、チャンバ１１と、ステージ１２と、誘電体部材１３と、カバー１４と、ガス導入路１５と、プラズマ生成部１６と、金属カバー２５と、第１支柱２７と、第２支柱２９と、第１ヒータ３１と、第２ヒータ３２と、第１押圧部３３と、第２押圧部３４と、高周波電源１９と、整合器２１と、分配器２２とを備える。

チャンバ１１は、上部に開口１１ａを有する。チャンバ１１は、中空円筒状に形成されているが、これに限られるものではない。開口１１ａは、上方に向かって開放している。チャンバ１１は、ステージ１２よりも外周側に配置され、プラズマ処理に用いられた原料ガスを排気するための排気口１１ｂを有する。この排気口１１ｂには、不図示の排気装置が接続される。チャンバ１１は、導電性部材（例えば、金属）で構成される。チャンバ１１は、接地されている。

ステージ１２は、チャンバ１１内に配置され、被処理物が載置される。ステージ１２は、被処理物が載置される水平な載置面１２ａを有する。ステージ１２は、プラズマ処理中に被処理物を冷却するための冷媒が流れる流路（図示せず）を有する。ステージ１２は、被処理物を吸着するための静電吸着機構（図示せず）を有する。ステージ１２は、高周波電力が印加される下部電力（図示せず）を有する。

誘電体部材１３は、チャンバ１１の開口１１ａを塞ぐ。誘電体部材１３は、水平に延びる領域を有する板状に形成される。誘電体部材１３は、石英で構成されるが、これに限られるものではない。

カバー１４は、チャンバ１１内で誘電体部材１３を覆うように設置される。カバー１４は、誘電体部材１３の下面を覆う。カバー１４は、誘電体部材１３の中央側領域と重なる位置に形成される複数の第１ガス孔１４ａと、誘電体部材１３の周辺側領域と重なる位置に形成される複数の第２ガス孔１４ｂとを有する。第１ガス孔１４ａおよび第２ガス孔１４ｂは、それぞれカバー１４を厚さ方向（図１における上下方向）に貫通している。第１ガス孔１４ａおよび第２ガス孔１４ｂは、それぞれチャンバ１１内のステージ１２が配置される空間に連通している。複数の第１ガス孔１４ａは、径方向および周方向に間隔をおいて配置されている。複数の第２ガス孔１４ｂは、径方向および周方向に間隔をおいて配置されている。カバー１４は、窒化アルミニウムで構成されるが、これに限られるものではない。

ガス導入路１５は、誘電体部材１３とカバー１４との間に形成され、原料ガスが導入される。ガス導入路１５は、第１ガス孔１４ａと連通する第１ガス導入路１５ａと、第２ガス孔１４ｂと連通する第２ガス導入路１５ｂとを有する。第１ガス導入路１５ａおよび第２ガス導入路１５ｂは、それぞれカバー１４に形成された溝により構成される。第１ガス導入路１５ａと第２ガス導入路１５ｂとは、互いに分離されている。第１ガス導入路１５ａおよび第２ガス導入路１５ｂは、それぞれチャンバ１１の外部に連通している。第１ガス導入路１５ａおよび第２ガス導入路１５ｂには、それぞれ不図示のガス源が接続される。

プラズマ生成部１６は、第１コイル１７および第２コイル１８を有する。第１コイル１７は、互いに並列に接続された複数（この例では、２つ）の第１導体１７ａを含む。第２コイル１８は、第１コイル１７を取り囲むように配置される。第２コイル１８は、互いに並列に接続された複数（この例では、４つ）の第２導体１８ａを含む。１つの第２導体１８ａのインピーダンスは、１つの第１導体１７ａのインピーダンスよりも大きい。第２コイル１８が含む第２導体１８ａの数は、第１コイル１７が含む第１導体１７ａの数よりも大きい。その結果、第１コイル１７と第２コイル１８との間のインピーダンス差が低減され、第１コイル１７に供給される電力と第２コイル１８に供給される電力との比率を容易に制御することが可能となる。

第１コイル１７において、複数の第１導体１７ａは、３６０°を第１分岐数で除した角度ずつ周方向にずらして配置される。ここで、第１分岐数とは、第１導体１７ａの数である。例えば、第１コイル１７が２つの第１導体１７ａを含む場合（第１分岐数が２である場合）、第１コイル１７において、２つの第１導体１７ａは、周方向に１８０°角度をずらして配置される。第２コイル１８において、複数の第２導体１８ａは、３６０°を第２分岐数で除した角度ずつ周方向にずらして配置される。ここで、第２分岐数とは、第２導体１８ａの数である。例えば、第２コイル１８が４つの第２導体１８ａを含む場合（第２分岐数が４である場合）、第２コイル１８において、４つの第２導体１８ａは、周方向に９０°ずつ角度をずらして配置される。第１導体１７ａおよび第２導体１８ａのこのような配置により、周方向におけるプラズマ密度のばらつきを低減することができる。また、各第１導体１７ａと各第２導体１８ａとは、径方向において互いに離間している。

第１コイル１７を構成する第１導体１７ａの一端（第１端１７ｂ）は、それぞれ分配器２２および整合器２１を介して高周波電源１９に接続される。第１コイル１７を構成する第１導体１７ａの他端（第２端１７ｃ）は、それぞれ導電性のチャンバ１１を介して接地される。第２コイル１８を構成する第２導体１８ａの一端（第３端１８ｂ）は、それぞれ分配器２２および整合器２１を介して高周波電源１９に接続される。第２コイル１８を構成する第２導体１８ａの他端（第４端１８ｃ）は、それぞれ導電性のチャンバ１１を介して接地される。

金属カバー２５は、第１コイル１７および第２コイル１８を覆う。金属カバー２５は、チャンバ１１の上側に設けられ、チャンバ１１に電気的に接続される。金属カバー２５は、上端が閉塞された円筒状に形成されているが、これに限られるものではない。金属カバー２５は、例えば、アルミニウムで構成されてもよい。

第１支柱２７は、誘電体部材１３の中央側領域の上側に設置される。第１支柱２７は、絶縁体で構成される。第１支柱２７は、金属カバー２５によって支持されている。第１支柱２７は、第１コイル１７を支持する。第１支柱２７は、固定部材２８を介して、第１コイル１７の第２端１７ｃに接続された導電性部材２６を支持している。導電性部材２６は、第１コイル１７の上方において、金属カバー２５に電気的に接続されている。導電性部材２６は、第２コイル１８の上方の領域には延びていない。

第２支柱２９は、誘電体部材１３の周辺側領域の上側に設置される。第２支柱２９は、絶縁体で構成される。第２支柱２９は、金属カバー２５によって支持されている。第２支柱２９は、第２コイル１８を支持する。

第１ヒータ３１および第２ヒータ３２は、誘電体部材１３の上面に設けられ、プラズマ処理中に誘電体部材１３を加熱する。第１ヒータ３１は、第２ヒータ３２よりも中央寄りの領域に配置される。

第１押圧部３３および第２押圧部３４は、第１ヒータ３１および第２ヒータ３２を誘電体部材１３に対して押し当てる。第１押圧部３３は、第１支柱２７と第１ヒータ３１との間に設けられる。第１押圧部３３は、第１ヒータ３１を誘電体部材１３に対して押し当てるための第１ばね３３ａを有する。第２押圧部３４は、金属カバー２５と第２ヒータ３２との間に設けられる。第２押圧部３４は、第２ヒータ３２を誘電体部材１３に対して押し当てるための第２ばね３４ａを有する。

高周波電源１９は、プラズマ生成部１６に高周波電力（例えば、３～３０ＭＨｚの交流電力）を供給する。高周波電源１９は、整合器２１および分配器２２を介して、第１コイル１７の第１端１７ｂと、第２コイル１８の第３端１８ｂとに接続される。

整合器２１は、高周波電源１９に接続される。整合器２１は、高周波電源１９に直列に接続される第３可変コンデンサ２１ａと、高周波電源１９に並列に接続される第４可変コンデンサ２１ｂとを有する。整合器２１は、第３可変コンデンサ２１ａおよび第４可変コンデンサ２１ｂの各々の容量値を調節することで、高周波電源１９のインピーダンス（入力インピーダンス）と、整合器２１の後段のインピーダンス（負荷インピーダンス）とを整合するように構成される。

分配器２２は、整合器２１とプラズマ生成部１６との間に接続される。分配器２２は、高周波電源１９が出力する高周波電力の一部を第１コイル１７に分配する第１分配回路２３と、当該高周波電力の一部を第２コイル１８に分配する第２分配回路２４とを有する。第１分配回路２３は、互いに並列に接続された第１可変コンデンサ２３ａおよびインダクタ２３ｂと、両者の後段に直列に接続されたコンデンサ２３ｃとを有する。第２分配回路２４は、第２可変コンデンサ２４ａのみからなる。第１分配回路２３と第２分配回路２４とは、互いに並列に接続される。

ここで、整合器２１や分配器２２は、第１コイル１７と第２コイル１８との間のインピーダンス差が大きい場合には回路構成が複雑になる。これに対し、本実施形態のプラズマ処理装置１０では、両コイル１７，１８のインピーダンス差が小さいため、整合器２１や分配器２２の構成を上述のシンプルなものにすることができる。

本開示の好ましい実施形態について記述したが、この記述によって本開示の範囲が限定されるべきではない。例えば、技術的な矛盾が生じない限り、添付の特許請求の範囲に記載の複数の請求項から任意に選択される２つ以上の請求項に記載の事項を組み合わせることができる。

本開示は、プラズマ処理装置に利用できる。

１０：プラズマ処理装置
１１：チャンバ
１１ａ：開口
１１ｂ：排気口
１２：ステージ
１２ａ：載置面
１３：誘電体部材
１４：カバー
１４ａ：第１ガス孔
１４ｂ：第２ガス孔
１５：ガス導入路
１５ａ：第１ガス導入路
１５ｂ：第２ガス導入路
１６：プラズマ生成部
１７：第１コイル
１７ａ：第１導体
１７ｂ：第１端
１７ｃ：第２端
１８：第２コイル
１８ａ：第２導体
１８ｂ：第３端
１８ｃ：第４端
１９：高周波電源
２１：整合器
２１ａ：第３可変コンデンサ
２１ｂ：第４可変コンデンサ
２２：分配器
２３：第１分配回路
２３ａ：第１可変コンデンサ
２３ｂ：インダクタ
２３ｃ：コンデンサ
２４：第２分配回路
２４ａ：第２可変コンデンサ
２５：金属カバー
２６：導電性部材
２７：第１支柱
２８：固定部材
２９：第２支柱
３１：第１ヒータ
３２：第２ヒータ
３３：第１押圧部
３３ａ：第１ばね
３４：第２押圧部
３４ａ：第２ばね

Claims (4)

1. 開口を有するチャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、被処理物が載置されるステージと、
   前記開口を塞ぐ誘電体部材と、
   前記誘電体部材の前記チャンバとは反対側に設けられ、高周波電力が印加されることで前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ生成部と、
   を備え、
   前記プラズマ生成部は、１つまたは互いに並列に接続された複数の第１導体を含む第１コイルと、前記第１コイルを取り囲むように配置され、互いに並列に接続された複数の第２導体を含む第２コイルと、を有し、
   前記第２コイルが含む前記第２導体の数は、前記第１コイルが含む前記第１導体の数よりも大きい、プラズマ処理装置。
2. 前記高周波電力を供給する高周波電源と、
   前記高周波電源に接続される整合器と、
   前記整合器と前記プラズマ生成部との間に接続された分配器と、
   をさらに備え、
   前記分配器は、前記高周波電力の一部を前記第１コイルに分配する第１分配回路と、前記高周波電力の一部を前記第２コイルに分配する第２分配回路と、を有し、
   前記第１分配回路と前記第２分配回路とは、互いに並列に接続される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第１分配回路は、互いに並列に接続された第１可変コンデンサおよびインダクタを有し、
   前記第２分配回路は、第２可変コンデンサのみからなる、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１分配回路は、前記第１可変コンデンサおよび前記インダクタと直列に接続されたコンデンサをさらに有する、請求項３に記載のプラズマ処理装置。

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