JP3774142B2 - Plasma generator and plasma processing apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関し、特に、真空チャンバの内部に任意の分布のプラズマを形成可能なプラズマ発生装置及びこれを備えたエッチング装置などのプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
プラズマを利用したドライエッチング、アッシング、薄膜堆積あるいは表面改質などのプラズマ処理は、半導体製造装置や液晶ディスプレイ製造装置など、電子産業をはじめとした各種の産業分野において広く利用されている。
【0003】
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものして、マイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。
【0004】
図12は、マイクロ波励起型プラズマ処理装置の構造を表す模式図である。この装置は、処理チャンバ102と、この処理チャンバ102の上面に設けられた平板状の誘電体板からなる透過窓104と、透過窓104の外側に設けられたスロットアンテナ106と、スロットアンテナ106にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導波管108と、透過窓104の下方の処理空間110において半導体ウェーハなどの被処理物Wを載置して保持するためのステージ112と、を有する。
【0005】
処理チャンバ102は図示しない真空排気系により形成される減圧雰囲気を維持可能であり、チャンバ102の側面には、処理空間110に処理ガスを導入するためのガス導入管114が接続されている。
【0006】
たとえば、このプラズマ処理装置を用いて被処理物Wの表面にエッチング処理を施す際には、まず、被処理物Wが、その表面を上方に向けた状態でステージ112の上に載置される。次いで、図示しない真空排気系によって処理空間110内が減圧状態にされた後、この処理空間110に、ガス導入管114から処理ガスとしてのエッチングガスが導入される。その後、処理空間110内に処理ガスの雰囲気が形成された状態で、マイクロ波導波管108からスロットアンテナ106にマイクロ波が導入される。
【0007】
ラジアルラインスロットアンテナ106に導入されたマイクロ波は、スロットアンテナ106の下面から透過窓104に向けて放射され、透過窓104を透過して処理空間110に放射される。この処理空間110に放射されたマイクロ波のエネルギーにより、処理空間110内に処理ガスのプラズマが形成される。こうして発生したプラズマ中の電子密度が透過窓104を透過して供給されるマイクロ波を遮蔽できる密度(カットオフ密度)以上になると、マイクロ波は透過窓104の下面から処理空間110内に一定距離(スキンデプス)dだけ入るまでの間に反射され、このマイクロ波の反射面とスロットアンテナ106の下面との間にはマイクロ波の定在波が形成される。
【0008】
すると、上記マイクロ波の反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定なプラズマが励起されるようになる。このプラズマ励起面で励起された安定なプラズマにより形成された活性種や分解種などが拡散して、被処理物Wの表面に飛来することにより、エッチングなどのプラズマ処理が進行する。
【0009】
ところで、被処理物Wとなる半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用ガラス基板は、年々大面積化が進められているため、これらをプラズマ処理するために大面積にわたって密度が高く且つ均一なプラズマ発生装置が必要とされている。
【0010】
また、複雑な立体形状を有する被処理物Wの表面を均一にプラズマ処理したり、あるいは、逆に、被処理物Wの一部のみをプラズマ処理したいような場合もある。
【0011】
これらの要求に対して、図12に例示したような従来のプラズマ処理装置の場合、スロットアンテナ106から導入されるマイクロ波の分布を工夫することにより、処理空間110において形成されるプラズマの分布を最適化することが試みられている。
【0012】
例えば、スロットアンテナ106として、その下面全域に多数のスロットを分布させた「ラジアルラインスロットアンテナ」が用いられる場合がある。これら多数のスロットを介して、マイクロ波導波管108から導入されたマイクロ波を放射することにより、処理空間110内にマイクロ波をほぼ均一に放射することができるから、処理ガスのプラズマを均一に発生させることができ、これにより被処理物Wの表面に均一なプラズマ処理を施すことができるはずである。
【0013】
ところが、このようなプラズマ処理装置であっても、被処理物Wの表面を均一にプラズマ処理できない場合がある。たとえば、処理空間110内の圧力がおよそ40Pa(パスカル)以下に設定されている場合、処理チャンバ102の側壁付近では、プラズマ中の電子が拡散により失われ、これにより電子密度が低下してマイクロ波の遮蔽が不十分になる。そのため、マイクロ波の定在波が良好に形成されず、この部分で励起されるプラズマの密度が小さくなるおそれがある。その結果として、被処理物Wの中央部と比較して、被処理物Wの周縁部に入射するイオン電流が小さくなり、被処理物Wの表面に対するプラズマ処理に「むら」を生じてしまう。
【0014】
また、このような問題を解決するために、特開2001−167900号公報においては、透過窓104の「厚み」や「誘電率」に分布を設けることにより均一なプラズマを形成することが提案されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来のプラズマ処理装置は、いずれも、チャンバ102の壁面の一部を実質的に構成する透過窓104の近傍のスキンデプスdの範囲において形成されるプラズマを利用するという思想に立脚するものである。
【0016】
高周波プラズマの場合、スキンデプスdはわずか数ミリメートルから数センチメートルに過ぎず、電子加速化は透過窓104のごく近傍でしか生じていない。従って、このプラズマにより形成される活性種、分解種、反応種などは、処理空間110を拡散して被処理物Wの表面に飛来するまでの間に、他の荷電粒子や反応種と再結合したり、不活性化するなどして、損失が生ずる。また、これら活性種などのうちでもライフタイムが短いものは、被処理物Wの表面に到達する前に、不活性化してしまう場合もある。
【0017】
またさらに、これら従来のプラズマ処理装置の場合、プラズマは、透過窓すなわちチャンバの壁面の近傍でしか生成されず、プラズマから被処理物Wまでの距離が離れているために、局所的に強い分布のプラズマ処理を施したいような要求に応ずることも困難であった。
【0018】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、従来とは異なる発想に基づき、被処理物のごく近傍において所望の強度分布のプラズマを形成することが可能なプラズマ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1のプラズマ発生装置は、
大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、
前記真空チャンバの外側から内側にマイクロ波を導入するための透過窓と、
前記チャンバ内に設けられ、前記透過窓を介して導入されたマイクロ波を導波し前記チャンバ内において放出する導波体と、
を備え、
前記導波体は、誘電体と、その周囲の一部を覆う金属被覆層と、を有し、
前記被覆層により覆われていない部分から前記マイクロ波を放出し、
前記導波体から放出されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とする。
【0020】
上記構成によれば、導波体によりチャンバ内部の任意の場所までマイクロ波を導波して放出しプラズマを生成することが可能となる。
【0021】
また、本発明の第2のプラズマ発生装置は、
大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、
前記チャンバの内部に向けて突出して設けられ、前記チャンバの外側から導入されたマイクロ波を導波し前記チャンバ内において放出する導波体と、
を備え、
前記導波体は、誘電体と、その周囲の一部を覆う金属被覆層と、を有し、
前記被覆層により覆われていない部分から前記マイクロ波を放出し、
前記導波体から放出されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とする。
【0022】
上記構成においても、、チャンバ内部に向けて突出した導波体によりチャンバ内部の任意の場所までマイクロ波を導波して放出しプラズマを生成することが可能となる。
【0025】
また、前記導波体を誘電体からなるものとすると、マイクロ波の導波と放出の実現が容易である。
【0026】
また、前記導波体は、前記誘電体の周囲の一部を覆う金属被覆層をさらに有し、前記被覆層により覆われていない部分から前記マイクロ波を放出するものとすれば、チャンバ内においてマイクロ波を低損失で導波させ、所望の位置で高い強度で放出させてプラズマを生成することができる。
【0027】
一方、本発明の第1のプラズマ処理装置は、
上記のいずれかのプラズマ発生装置を備え、前記導波体から放出されたマイクロ波により生成されたプラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とする。
【0028】
また、本発明の第2のプラズマ処理装置は、
被処理物を保持し大気よりも減圧された雰囲気を維持可能な真空チャンバと、
前記チャンバの壁面から前記被処理物に向けて突出して設けられ、前記透過チャンバの外側から導入されたマイクロ波を導波し前記被処理物の近傍において放出する導波体と、
を備え、
前記導波体は、誘電体と、その周囲の一部を覆う金属被覆層と、を有し、
前記被覆層により覆われていない部分から前記マイクロ波を放出し、
前記導波体から放出されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
【0030】
図1は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【0031】
すなわち、本発明のプラズマ発生装置は、チャンバ2と、このチャンバ2のいずれかの壁面に設けられたマイクロ波透過窓4と、チャンバ2の内部に設けられマイクロ波Mを導波する導波体6と、を有する。後に詳述するように、透過窓4と導波体6は、一体として形成しても良いし、それぞれ別々に設けても良い。
【0032】
チャンバ2は、排気口18を介して真空排気系により形成される減圧雰囲気を維持可能であり、またその内部に雰囲気ガスを導入するためのガス導入管14が接続されている。 また、後に詳述するように、このチャンバ2の内部に半導体ウェーハなどの被処理物を載置して保持するための図示しないステージを設けることにより、プラズマ処理装置を構成することもできる。
【0033】
透過窓4は、後に詳述するように、例えばアルミナなどの誘電体により構成することができ、チャンバ2の気密を維持しつつ、外部から供給されるマイクロ波Mをチャンバ内に透過させる役割を有する。
【0034】
導波体6は、透過窓4を介してチャンバ内に導入されたマイクロ波Mを導波し、放出する役割を有する。すなわち、マイクロ波Mは、図示しないマイクロ波導波管などを介して外部から供給され、透過窓4を透過して導波体6に導入される。透過窓4を介して導波体6の内部に励起されたマイクロ波は、導波体6の表面から漏出し、その表面近傍の空間において電子加速によりガスをイオン化させ、雰囲気ガスのプラズマPを生成する。
【0035】
つまり、本発明によれば、透過窓4からチャンバ2内に導入されたマイクロ波Mを導波体6により導波してその表面から放出させることにより、チャンバ2の内部の任意の場所において、プラズマPを形成することが可能となる。つまり、導波体6の形状を工夫することにより、チャンバ2の内部に所望のプラズマ分布を形成することができる。
【0036】
例えば、導波体6の形状を工夫して、透過窓4から被処理物Wまでマイクロ波を導波すれば、被処理物Wのごく近傍においてプラズマを生成し、極めて高い効率のプラズマ処理を施すことが可能となる。
【0037】
また、導波体6の形状を工夫することにより、大面積に亘って均一且つ強力なプラズマを生成することも可能となり、または、被処理物の特定の部分のみを局部的にプラズマ処理することもできる。
【0038】
ここで、導波体6の周囲に形成される高密度のプラズマは、マイクロ波Mをほとんど100%反射するので、マイクロ波にとって金属と同様の境界条件が形成される。つまり、導波体6の内部の電磁場は、それと同型の金属壁からなる導波管あるいは共振器の内部の電磁場と同様の空間分布を有する。従って、導波体6の内部の電磁場の空間分布は、このような金属壁の導波管あるいは共振器におけるものと近似して解析が可能である。
【0039】
なお、図1に表した導波体6の形状は、あくまで概念的なものであり、後に詳述するように、その形状は必要とされるプラズマPの分布に応じて様々に変形することができる。
【0040】
導波体6を構成する材料としては、マイクロ波Mを低損失に透過し、生成される雰囲気ガスのプラズマPに対して耐久性を有するものが望ましい。その材料としては、例えば、石英、アルミナあるいはサファイア、窒化アルミニウムなどの誘電体を挙げることができる。これらの誘電体は、マイクロ波に対する力率が低く、耐熱性も良好で、さらに、プラズマによりスパッタやエッチングされにくく、仮にエッチングされても、チャンバ2内を汚染する虞も低い。
【0041】
本発明によれば、導波体6は、チャンバ2の中に設けられ、真空を気密維持する必要がない。すなわち、図12に例示したような従来のプラズマ処理装置の場合、マイクロ波を透過させる透過窓104は、マイクロ波を透過させる役割と同時に真空を維持するための気密を確保する役割も有する。従って、その形状、位置、厚みなどに関しては、現実的な制限があった。
【0042】
これに対して、本発明によれば、透過窓4と、導波体6とを別々に設けることが可能である。つまり、導波体6には真空密栓の役割が必要とされず、その形状や大きさ、位置あるいは材質などを自由に決定することができ、チャンバ2の内部に所望のプラズマ分布を形成することが容易となる。
【0043】
ここで、透過窓4の材料としては、マイクロ波を低損失に透過し、且つ、導波空間4と真空チャンバ2とを区画しつつチャンバ2の気密を維持できるものとする必要がある。このような材料としては、やはり、石英やアルミナあるいはサファイアなどの誘電体を挙げることができる。これらの誘電体は、マイクロ波に対する力率が低く、真空と大気圧との圧力差にも耐えうる機械的強度を有し、耐熱性も良好で、さらに、プラズマによりスパッタやエッチングされても、チャンバ内の被処理物を汚染する虞も低い。
【0044】
このように、透過窓4と導波体6を構成する材料は、類似したものを用いることができるが、本発明においては、これら透過窓4と導波体6を同一の材料により形成してもよく、異なる材料により形成してもよい。
【0045】
そして、本発明においては、透過窓4と導波体6とを一体として構成してもよい。この場合、例えば、透過窓4と導波体6とを最初から同一の材料により一体に形成してもよく、または、透過窓4と導波体6を同一あるいは異なる材料によりそれぞれ形成した後に、両者を接合して一体としてもよい。
【0046】
図2は、本発明のプラズマ発生装置の第1の具体例を表す概念図である。同図については、図1乃至図3に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0047】
本具体例のプラズマ発生装置の場合、チャンバ2の内部にリング状の導波体6Aが設けられている。このリング状導波体6Aは、誘電体により形成することができ、略長方形状の垂直断面を有する。
【0048】
チャンバ2の壁面には、誘電体からなる透過窓4が設けられ、この透過窓4を介してマイクロ波Mがリング状導波体6Aに導入される。導入されたマイクロ波Mは、リング状導波体6Aを導波され、その表面から漏れ出すことにより、導波体6Aの近傍にプラズマを生成する。
【0049】
ここで、透過窓4は、1つだけ設けてもよく、あるいは複数個設けてもよい。また、その開口形状についても、図示したような円形には限定されず、各種の形状とすることができる。
【0050】
例えば、透過窓4を介して導入されたマイクロ波Mの一部がリング状導波体6Aを一方(例えば、右回り)に伝搬し、マイクロ波Mの残りの一部がリング状導波体6Aをこれとは逆方向(例えば、左周り)に伝搬すると、リング状導波体6Aの内部には、これらの互いに反対方向に伝搬するマイクロ波の干渉によって定在波が形成される。このような定在波がリング状導波体6Aの周囲に漏れ出すことにより、その周囲にプラズマを生成することができる。
【0051】
また一方、透過窓4に方向性結合器としての作用を付加した場合、リング状導波体6Aの内部にマイクロ波の進行波を励起することができる。すなわち、透過窓4の形状や数、大きさ、配置関係などを適宜調節することにより、リング状導波体6Aの内部を一方向(例えば、右回り)のみに伝搬するように、マイクロ波を導入することができる。このようにすると、リング状導波体6Aの中にマイクロ波の進行波の波動場を形成することができる。さらに、このようにして形成されるマイクロ波の進行波が共振するように、リング状導波体6Aのサイズを設定しておくと、マイクロ波の進行波を共振させて強度の高いプラズマを生成することができる。具体的には、リング状導波体6Aの円周方向の管路長を、その内部を伝搬するマイクロ波の進行波の波長の整数倍に実質的に等しくすればよい。
【0052】
このようにリング状導波体6Aがマイクロ波進行波の共振条件を満たす場合、透過窓4からリング状導波体6Aに入力されるマイクロ波成分は、いわば振り子式時計の「ばね」の役割を有する。すなわち、共振器であるリング状導波体6Aを伝搬する進行波のうちで真空チャンバ2内に放出されてプラズマの形成に寄与した損失成分を補償する役割を有する。かくして、リング状導波体6Aにおいては、常に一定の強度のマイクロ波の進行波による波動場が形成され、その周囲に均一で高い強度のプラズマを生成することができる。
【0053】
従って、例えば、このリング状導波体6の下に被処理物Wを配置すれば、高い効率で均一なプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を構成することができる。
【0054】
また、本発明において、リング状導波体の垂直断面形状は略長方形には限定されない。例えば、図3に例示したように、略半円形の垂直断面形状を与えてよく、その他、各種の形状を与えることができる。
【0055】
図4は、本発明のプラズマ発生装置の第3の具体例を表す概念図である。同図に関しては、図1乃至図3に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0056】
本具体例の場合、略円筒状のチャンバ2の円筒壁面に沿ってリング状の導波体6Cが設けられている。このリング状導波体6Cも、誘電体により形成することができ、略長方形状の垂直断面を有する。
【0057】
そして、チャンバ2の円筒壁面に設けられた透過窓4を介して外部からマイクロ波Mがリング状導波体6Cに導入され、定在波、進行波、共振進行波などの波動場が形成される。本具体例においても、透過窓4は、一つだけ設けてもよく、あるいは複数を設けてもよい。
【0058】
このように、チャンバ2の側壁面に沿ってリング状導波体6Cを設けることにより、チャンバ2の外周付近において、均一で強いプラズマを生成することができる。従って、例えば、略円筒状の被処理物Wの側面に対して、均一且つ迅速なプラズマ処理を施すことが可能となる。
【0059】
なお、本具体例においても、リング状導波体6の垂直断面形状は略長方形には限定されず、例えば、図5に例示したように、略半円形の垂直断面形状を与えてよく、その他、各種の形状を与えることができる。
【0060】
図6は、本発明のプラズマ発生装置の第5の具体例を表す概念図である。同図に関しても、図1乃至図5に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0061】
本具体例の場合、略円筒状のチャンバ2の上壁面に沿ってロッド(棒)状の導波体6Eが設けられている。このロッド状導波体6Eも、誘電体により形成することができる。
【0062】
そして、チャンバ2の円筒壁面に設けられた透過窓4を介して外部からマイクロ波Mがロッド状導波体6Eに導入されて導波され、漏れ出したマイクロ波により、その周囲にプラズマが形成される。この時に例えば、ロッド状導波体6Eの形状及びサイズと、透過窓4の取り付け位置、開口形状及びサイズを適宜設定することにより、導入されたマイクロ波を共振させることもできる。
【0063】
このようなロッド状導波体は、その内部に励起されるマイクロ波の波動場を解析することが比較的容易であり、チャンバ内に所定の分布をプラズマを形成するための設計がやりやすいという利点も有する。
【0064】
例えば、図7は、このようなロッド状導波体を複数配列したプラズマ発生装置の一例を表す模式図である。このようにロッド状導波体6Eを円周壁面に対して垂直方向に複数配列し、それぞれに対して透過窓4からマイクロ波を導入することにより、チャンバ2内に均一で高い強度のプラズマを形成することが容易となる。
【0065】
またさらに、このようなロッド状導波体は、直線状である必要はない。
【0066】
例えば、図8は、屈曲したロッド状導波体を設けたプラズマ発生装置の一例を表す模式図である。すなわち、本具体例の場合、ほぼ直角に屈曲したロッド状導波体6Fがチャンバ2の上面から側壁面に亘って複数配置されている。そして、チャンバ上面に設けられた透過窓4を介してそれぞれの導波体6Fにマイクロ波が導入され、チャンバ2に所定の分布のプラズマが形成される。
【0067】
図9は、本発明のさらなる変型例にかかるプラズマ発生装置を表す模式図である。同図についても、図1乃至図8に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0068】
本具体例の場合、導波体6Gは、ホーン状に開口した誘電体65と、その側面を覆う金属被覆層66とを有する。透過窓4から導入されたマイクロ波Mは、誘電体65を導波されるが、その周囲にある金属被覆層66によって誘電体65の周囲に漏れ出すことがない。すなわち、マイクロ波は、金属被覆層66の内部に閉じこめられた状態で導波され、導波体6G下面の金属被覆層66が設けられていない開放端において放出される。従って、その開放端の近傍に強い強度のプラズマを生成することができる。
【0069】
このように、導波体の一部に金属被覆層を設けることにより、マイクロ波を漏出せさることなく閉じこめた状態で導波させることができ、チャンバ内の所望の位置においてマイクロ波を放出させることにより、強い強度のプラズマを生成できる。
【0070】
図9に例示したようなホーン状の形状は、略円形の被処理物Wに対して均一なプラズマを形成することができる点で好適である。
【0071】
但し、このような金属被覆層は、あらゆる形状の導波体に対して同様に適用が可能であり、導波体の周囲を金属被覆層で適宜覆うことにより、マイクロ波の損失を防いでチャンバ内の所定の位置まで高効率に導波させることが可能である。
【0072】
図10は、本発明のさらなる変型例にかかるプラズマ発生装置を表す模式図である。同図についても、図1乃至図9に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0073】
本具体例の場合、導波体6Hは、やはりその側面を覆う金属被覆層66を有し、その内部には、マイクロ波を導波する誘電体が設けられている。透過窓4から導入されたマイクロ波Mは、導波体6Hの中に閉じこめられた状態で導波され、その下方の開放端から放出されて、その近傍に強いプラズマを生成する。
【0074】
従って、このような導波体6Hを用いる、チャンバ2内に極めて強いプラズマを局所的に形成することが可能となり、スポット的なプラズマ処理を行うことができる。またさらに、このような導波体6Hと被処理物Wとを相対的に移動させる機構を設けることにより、被処理物Wの上をプラズマ処理によって走査することも可能となる。
【0075】
さらに、図11に例示したように、このような導波体6Hの先端に誘電体などからなる放出部68を設けてもよい。このようにすると、透過窓4から導入されたマイクロ波を、導波体6Hの部分において損失を防ぎつつ高い効率で導波し、放出部68において、所定の分布で周囲に放出させることができる。従って、放出部68の形状やサイズに応じて、所望の分布をプラズマをチャンバ2内の所望の場所に形成することができる。
【0076】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【0077】
例えば、本発明において用いる導波体、透過窓、あるいはチャンバの外側に設けられるマイクロ波の電源や導波機構などの要素は、本発明の趣旨に基づいて当業者が適宜変形したのも本発明の範囲に包含される。
【0078】
また、チャンバの形状やサイズ、あるいは導波体や透過窓などとの配置関係についても、図示したものには限定されず、プラズマ処理の内容や条件などを考慮して適宜決定することができる。
【0079】
さらにまた、上述した具体例においては、プラズマ生成部の要部構成のみ説明したが、本発明は、このようなプラズマ生成部を有する全てのプラズマ処理装置も包含し、例えば、エッチング装置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置などとして実現したプラズマ処理装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。
【0080】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、透過窓を介して導入したマイクロ波を導波体により導波してチャンバ内の任意の場所に放出させプラズマを生成することができる。
【0081】
従って、例えば、大面積で均一なプラズマを形成したり、逆に、局所的に強いプラズマを形成することも容易に実現できる。
【0082】
その結果として、大面積の半導体ウェーハや液晶ディスプレイ用基板などに対して、均一且つ迅速にエッチング、アッシング、薄膜堆積、表面改質あるいはプラズマドーピングなどのプラズマ処理を実施することができ、あるいは、各種の被処理物に対して、局所的なプラズマ処理を実行することも可能となり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施の形態にかかるプラズマ発生装置の要部基本構成を説明するための概念図である。
【図2】本発明のプラズマ発生装置の第1の具体例を表す概念図である。
【図3】本発明のプラズマ発生装置の第2の具体例を表す概念図である。
【図4】本発明のプラズマ発生装置の第3の具体例を表す概念図である。
【図5】本発明のプラズマ発生装置の第4の具体例を表す概念図である。
【図6】本発明のプラズマ発生装置の第5の具体例を表す概念図である。
【図7】ロッド状導波体を複数配列したプラズマ発生装置の一例を表す模式図である。
【図8】屈曲したロッド状導波体を設けたプラズマ発生装置の一例を表す模式図である。
【図9】本発明のさらなる変型例にかかるプラズマ発生装置を表す模式図である。
【図10】本発明のさらなる変型例にかかるプラズマ発生装置を表す模式図である。
【図11】導波体6Hの先端に誘電体などからなる放出部68を設けた具体例を表す模式図である。
【図12】マイクロ波励起型プラズマ処理装置の構造を表す模式図である。
【符号の説明】
2 チャンバ
4 透過窓
6 導波体
6A〜6D リング状導波体
6E、6F ロッド状導波体
14 ガス導入管
18 排気口
61 アンテナ
62 誘電体
63 金属被覆層
65 誘電体
66 金属被覆層
68 放出部
96 ステージ
102 チャンバ
102 処理チャンバ
104 透過窓
106 スロットアンテナ
108 マイクロ波導波管
110 処理空間
112 ステージ
M マイクロ波
P プラズマ
W 被処理物
d スキンデプス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma generation apparatus and a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma generation apparatus capable of forming plasma having an arbitrary distribution inside a vacuum chamber and a plasma processing apparatus such as an etching apparatus equipped with the plasma generation apparatus.
[0002]
[Prior art]
Plasma processing such as dry etching, ashing, thin film deposition, or surface modification using plasma is widely used in various industrial fields such as a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal display manufacturing apparatus.
[0003]
As a typical apparatus for performing such plasma processing, there is a “microwave excitation type” plasma processing apparatus that excites plasma by microwaves.
[0004]
FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of a microwave excitation type plasma processing apparatus. This apparatus includes a
[0005]
The
[0006]
For example, when performing an etching process on the surface of the workpiece W using this plasma processing apparatus, first, the workpiece W is placed on the
[0007]
The microwave introduced into the radial
[0008]
Then, the reflection surface of the microwave becomes a plasma excitation surface, and stable plasma is excited on this plasma excitation surface. The active species and decomposed species formed by the stable plasma excited on the plasma excitation surface diffuse and fly to the surface of the workpiece W, so that plasma processing such as etching proceeds.
[0009]
By the way, since the area of semiconductor wafers and glass substrates for liquid crystal displays that are to be processed W is increasing year by year, a plasma generating apparatus having a high density and a uniform density over a large area is required for plasma processing of these. It is said that.
[0010]
In some cases, the surface of the workpiece W having a complicated three-dimensional shape may be uniformly plasma-treated, or conversely, only a part of the workpiece W may be plasma-treated.
[0011]
In response to these requirements, in the case of the conventional plasma processing apparatus as illustrated in FIG. 12, the distribution of the plasma formed in the
[0012]
For example, as the
[0013]
However, even with such a plasma processing apparatus, the surface of the workpiece W may not be uniformly plasma processed. For example, when the pressure in the
[0014]
In order to solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-167900 proposes to form a uniform plasma by providing a distribution in the “thickness” and “dielectric constant” of the
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, all of these conventional plasma processing apparatuses are based on the idea of using plasma formed in the range of the skin depth d in the vicinity of the
[0016]
In the case of high-frequency plasma, the skin depth d is only a few millimeters to a few centimeters, and electron acceleration occurs only in the immediate vicinity of the
[0017]
Furthermore, in these conventional plasma processing apparatuses, the plasma is generated only in the vicinity of the transmission window, that is, the wall surface of the chamber, and since the distance from the plasma to the workpiece W is large, the distribution is locally strong. It was also difficult to meet the demand for plasma processing.
[0018]
The present invention has been made on the basis of recognition of such a problem, and its purpose is to generate plasma capable of forming plasma having a desired intensity distribution in the immediate vicinity of an object to be processed based on a different idea from the conventional one. An apparatus and a plasma processing apparatus including the same are provided.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first plasma generator of the present invention comprises:
A vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere reduced in pressure than the atmosphere;
A transmission window for introducing microwaves from outside to inside of the vacuum chamber;
A waveguide that is provided in the chamber, guides the microwave introduced through the transmission window, and emits the microwave in the chamber;
With
The waveguide has a dielectric and a metal coating layer covering a part of the periphery of the dielectric,
Emitting the microwave from a portion not covered by the coating layer;
The plasma can be generated by the microwave emitted from the waveguide.
[0020]
According to the above configuration, it is possible to generate plasma by guiding and emitting a microwave to an arbitrary location inside the chamber by the waveguide.
[0021]
The second plasma generator of the present invention is
A vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere reduced in pressure than the atmosphere;
A waveguide that protrudes toward the inside of the chamber, guides the microwave introduced from the outside of the chamber, and emits the microwave in the chamber;
With
The waveguide has a dielectric and a metal coating layer covering a part of the periphery of the dielectric,
Emitting the microwave from a portion not covered by the coating layer;
The plasma can be generated by the microwave emitted from the waveguide.
[0022]
Even in the above-described configuration, it is possible to generate plasma by guiding a microwave to an arbitrary place inside the chamber by the waveguide projecting toward the inside of the chamber.
[0025]
Further, when the waveguide is made of a dielectric, it is easy to realize microwave guiding and emission.
[0026]
If the waveguide further includes a metal coating layer covering a part of the periphery of the dielectric, and the microwave is emitted from a portion not covered by the coating layer, Microwaves can be guided with low loss and emitted with high intensity at a desired position to generate plasma.
[0027]
On the other hand, the first plasma processing apparatus of the present invention is
One of the above plasma generators is provided, and plasma processing of an object to be processed can be performed by plasma generated by microwaves emitted from the waveguide.
[0028]
The second plasma processing apparatus of the present invention is
A vacuum chamber capable of holding an object to be processed and maintaining an atmosphere depressurized from the atmosphere;
A waveguide that projects from the wall surface of the chamber toward the object to be processed, guides the microwave introduced from the outside of the transmission chamber, and emits it in the vicinity of the object to be processed;
With
The waveguide has a dielectric and a metal coating layer covering a part of the periphery of the dielectric,
Emitting the microwave from a portion not covered by the coating layer;
The plasma can be generated by the microwave emitted from the waveguide.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.
[0030]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
[0031]
That is, the plasma generator of the present invention includes a
[0032]
The
[0033]
As will be described in detail later, the
[0034]
The
[0035]
That is, according to the present invention, the microwave M introduced into the
[0036]
For example, if the shape of the
[0037]
Further, by devising the shape of the
[0038]
Here, since the high-density plasma formed around the
[0039]
The shape of the
[0040]
The material constituting the
[0041]
According to the present invention, the
[0042]
On the other hand, according to the present invention, the
[0043]
Here, the material of the
[0044]
In this way, similar materials can be used for the
[0045]
And in this invention, you may comprise the
[0046]
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a first specific example of the plasma generator of the present invention. In this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0047]
In the case of the plasma generator of this specific example, a ring-shaped
[0048]
A
[0049]
Here, only one
[0050]
For example, a part of the microwave M introduced through the
[0051]
On the other hand, when an action as a directional coupler is added to the
[0052]
Thus, when the ring-shaped
[0053]
Therefore, for example, if the workpiece W is arranged under the ring-shaped
[0054]
In the present invention, the vertical cross-sectional shape of the ring-shaped waveguide is not limited to a substantially rectangular shape. For example, as illustrated in FIG. 3, a substantially semicircular vertical cross-sectional shape may be provided, and various other shapes may be provided.
[0055]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a third specific example of the plasma generator of the present invention. With respect to this figure, elements similar to those described above with reference to FIGS. 1 to 3 are marked with the same reference numerals and not described in detail.
[0056]
In this specific example, a ring-shaped
[0057]
Then, the microwave M is introduced into the ring-shaped
[0058]
As described above, by providing the ring-shaped
[0059]
In this specific example, the vertical cross-sectional shape of the ring-shaped
[0060]
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a fifth specific example of the plasma generator of the present invention. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0061]
In the case of this specific example, a rod-shaped
[0062]
Then, the microwave M is guided from the outside to the rod-shaped
[0063]
Such a rod-shaped waveguide is relatively easy to analyze the wave field of the microwaves excited inside, and it is easy to design a plasma with a predetermined distribution in the chamber. There are also advantages.
[0064]
For example, FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a plasma generator in which a plurality of such rod-shaped waveguides are arranged. In this way, a plurality of rod-shaped
[0065]
Still further, such a rod-shaped waveguide need not be linear.
[0066]
For example, FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a plasma generating apparatus provided with a bent rod-shaped waveguide. That is, in the case of this example, a plurality of rod-shaped
[0067]
FIG. 9 is a schematic diagram showing a plasma generator according to a further modification of the present invention. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0068]
In the case of this specific example, the
[0069]
Thus, by providing a metal coating layer on a part of the waveguide, it is possible to guide the microwave in a confined state without leaking, and to emit the microwave at a desired position in the chamber. As a result, strong plasma can be generated.
[0070]
The horn shape as illustrated in FIG. 9 is preferable in that uniform plasma can be formed on the substantially circular workpiece W.
[0071]
However, such a metal coating layer can be similarly applied to waveguides of all shapes, and by appropriately covering the periphery of the waveguide with a metal coating layer, the loss of microwaves can be prevented and the chamber can be prevented. It is possible to guide efficiently to a predetermined position in the inside.
[0072]
FIG. 10 is a schematic diagram showing a plasma generator according to a further modification of the present invention. Also in this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0073]
In the case of this specific example, the
[0074]
Therefore, extremely strong plasma can be locally formed in the
[0075]
Furthermore, as illustrated in FIG. 11, an emission portion 68 made of a dielectric or the like may be provided at the tip of such a
[0076]
The embodiments of the present invention have been described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
[0077]
For example, elements such as a waveguide, a transmission window, or a microwave power source and a waveguide mechanism provided outside the chamber used in the present invention are appropriately modified by those skilled in the art based on the spirit of the present invention. It is included in the range.
[0078]
Further, the shape and size of the chamber, or the positional relationship with the waveguide and the transmission window are not limited to those shown in the drawings, and can be appropriately determined in consideration of the contents and conditions of the plasma treatment.
[0079]
Furthermore, in the above-described specific examples, only the main configuration of the plasma generation unit has been described. However, the present invention includes all plasma processing apparatuses having such a plasma generation unit, for example, an etching apparatus and an ashing apparatus. Any plasma processing apparatus realized as a thin film deposition apparatus, a surface treatment apparatus, a plasma doping apparatus, and the like is included in the scope of the present invention.
[0080]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the microwave introduced through the transmission window can be guided by the waveguide and emitted to an arbitrary location in the chamber to generate plasma.
[0081]
Therefore, for example, it is possible to easily form a uniform plasma with a large area, or conversely form a strong plasma locally.
[0082]
As a result, plasma processing such as etching, ashing, thin film deposition, surface modification or plasma doping can be carried out uniformly and quickly on large-area semiconductor wafers, liquid crystal display substrates, etc. It is also possible to perform local plasma processing on the object to be processed, which has a great industrial advantage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a main part of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a first specific example of the plasma generator of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a second specific example of the plasma generator of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a third specific example of the plasma generator of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a fourth specific example of the plasma generator of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a fifth specific example of the plasma generator of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a plasma generator in which a plurality of rod-shaped waveguides are arranged.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a plasma generator provided with a bent rod-shaped waveguide.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a plasma generator according to a further modification of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a plasma generator according to a further modification of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a specific example in which an emission portion 68 made of a dielectric or the like is provided at the tip of a
FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of a microwave excitation type plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
2 chambers
4 Transmission windows
6 Waveguide
6A-6D Ring-shaped waveguide
6E, 6F Rod-shaped waveguide
14 Gas introduction pipe
18 Exhaust vent
61 Antenna
62 Dielectric
63 Metal coating layer
65 Dielectric
66 Metal coating layer
68 Release part
96 stages
102 chambers
102 processing chamber
104 Transmission window
106 slot antenna
108 Microwave waveguide
110 processing space
112 stages
M microwave
P Plasma
W Workpiece
d Skin depth
Claims (8)
前記真空チャンバの外側から内側にマイクロ波を導入するための透過窓と、
前記チャンバ内に設けられ、前記透過窓を介して導入されたマイクロ波を導波し前記チャンバ内において放出する導波体と、
を備え、
前記導波体は、誘電体と、その周囲の一部を覆う金属被覆層と、を有し、
前記被覆層により覆われていない部分から前記マイクロ波を放出し、
前記導波体から放出されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置。A vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere reduced in pressure than the atmosphere;
A transmission window for introducing microwaves from outside to inside of the vacuum chamber;
A waveguide that is provided in the chamber, guides the microwave introduced through the transmission window, and emits the microwave in the chamber;
With
The waveguide has a dielectric and a metal coating layer covering a part of the periphery of the dielectric,
Emitting the microwave from a portion not covered by the coating layer;
A plasma generator capable of generating plasma by microwaves emitted from the waveguide.
前記チャンバの内部に向けて突出して設けられ、前記チャンバの外側から導入されたマイクロ波を導波し前記チャンバ内において放出する導波体と、
を備え、
前記導波体は、誘電体と、その周囲の一部を覆う金属被覆層と、を有し、
前記被覆層により覆われていない部分から前記マイクロ波を放出し、
前記導波体から放出されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ発生装置。A vacuum chamber capable of maintaining an atmosphere reduced in pressure than the atmosphere;
A waveguide that protrudes toward the inside of the chamber, guides a microwave introduced from the outside of the chamber, and emits the microwave in the chamber;
With
The waveguide has a dielectric and a metal coating layer covering a part of the periphery of the dielectric,
Emitting the microwave from a portion not covered by the coating layer;
A plasma generator capable of generating plasma by microwaves emitted from the waveguide.
前記金属被覆層は、前記ホーンの外側側面と内側側面とを覆い、前記ホーンの先端は覆わないことを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ発生装置。 3. The plasma generating apparatus according to claim 1, wherein the metal coating layer covers an outer side surface and an inner side surface of the horn, and does not cover a tip of the horn.
前記金属被覆層は、前記誘電体の側面を覆い、その先端は覆わないことを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ発生装置。 3. The plasma generating apparatus according to claim 1, wherein the metal coating layer covers a side surface of the dielectric and does not cover a front end thereof. 4.
前記導波体から放出されたマイクロ波により生成されたプラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。The plasma generator according to any one of claims 1 to 6, comprising:
A plasma processing apparatus characterized in that plasma processing of an object to be processed can be performed by plasma generated by microwaves emitted from the waveguide.
前記チャンバの壁面から前記被処理物に向けて突出して設けられ、前記透過チャンバの外側から導入されたマイクロ波を導波し前記被処理物の近傍において放出する導波体と、
を備え、
前記導波体は、誘電体と、その周囲の一部を覆う金属被覆層と、を有し、
前記被覆層により覆われていない部分から前記マイクロ波を放出し、
前記導波体から放出されたマイクロ波によりプラズマを生成可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。A vacuum chamber capable of holding an object to be processed and maintaining an atmosphere depressurized from the atmosphere;
A waveguide that projects from the wall surface of the chamber toward the object to be processed, guides the microwave introduced from the outside of the transmission chamber, and emits it in the vicinity of the object to be processed;
With
The waveguide has a dielectric and a metal coating layer covering a part of the periphery of the dielectric,
Emitting the microwave from a portion not covered by the coating layer;
A plasma processing apparatus characterized in that plasma can be generated by microwaves emitted from the waveguide.
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