JP4019972B2

JP4019972B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP4019972B2
Application number: JP2003048753A
Authority: JP
Inventors: 正康鈴木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: JP2004259581A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面波励起プラズマを利用したプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造プロセスでは、成膜、エッチング処理、アッシング処理等にプラズマ技術が多く利用されている。また、太陽電池、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の製造にもプラズマ技術が利用されている。高密度で均一なプラズマを生成すれば、被処理物に安定して均一な処理ができる。
【０００３】
高密度で均一なプラズマを生成できるプラズマ処理装置としては、表面波励起プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）を利用する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、導波管内を伝播するマイクロ波をスロットアンテナから誘電体窓（マイクロ波導入窓）を通してプラズマ生成室内に導入し、誘電体窓の表面に生じた表面波によってプラズマ生成室内のプロセスガスを励起し、表面波励起プラズマを生成するものである。従来のプラズマ処理装置では、誘電体窓の外周側面は、気密容器の内壁に接して取り囲まれている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４８８９８号公報（第２頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種のプラズマ処理装置では、表面波励起プラズマの大きさは、誘電体窓上の表面波伝播領域に対応する。また、気密容器の内側寸法は、表面波の定在波モードを決める因子の一つである。この定在波モード毎にプラズマ密度、いわゆる放電モードが決まる。
マイクロ波電力や気密容器内のガス圧力を変化させたり、ガス種を変えたときに、放電モードが変化してしまうと、実施しようとするプラズマ処理に適したプラズマ密度が得られないという問題がある。
本発明は、所望のプラズマ密度が得られるプラズマ処理装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１のプラズマ処理装置は、底面にスロットアンテナが設けられたマイクロ波導波管と、スロットアンテナを通して導入されたマイクロ波から表面波を形成し、伝播させるマイクロ波導入窓と、マイクロ波導入窓を収納し、表面波によりプロセスガスを励起して表面波励起プラズマを生成し、表面波励起プラズマにより被処理物を処理する気密容器と、マイクロ波導入窓の外周側面に対向する反射面を有し、反射面とマイクロ波導入窓の外周側面との間隔を調整可能に気密容器内に配置される間隔調整部材とを備えたことを特徴とする。
上記のプラズマ処理装置では、マイクロ波導入窓は矩形状をなしており、間隔調整部材は、矩形状のマイクロ波導入窓の４辺における間隔を独立に調整可能であることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置を模式的に示す全体構成図である。図２は、図1のプラズマ処理装置のチャンバー内側を下から見た平面図である。
図１および図２に示されるプラズマ処理装置は、マイクロ波導波管１と、誘電体板２と、チャンバー本体３およびフランジ４から成るチャンバー１０とを備える。チャンバー１０は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の非磁性金属材料から製作される。
【０００８】
マイクロ波導波管１は、誘電体板２の上面に載置されている。マイクロ波導波管１の底板１ａには、マイクロ波を誘電体板２へ導くスロットアンテナ５が複数個形成されている。
誘電体板２は、チャンバー１０内に気密空間を形成するように、フランジ４の下面に取り付けられている。誘電体板２は、石英、アルミナ、ジルコニア、パイレックスガラス（米国コーニング社の登録商標）等の誘電性材料から製作される。
【０００９】
図２において、クローズリフレクター６ａ〜６ｄは、誘電体板２を取り囲むように、フランジ４の下面にボルト７ａ〜７ｄで取り付けられている。すなわち、矩形状の誘電体板２の外周側面２ａは、４個のクローズリフレクター６ａ〜６ｄで取り囲まれている。クローズリフレクター６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄの反射面Ｒと誘電体板２の外周側面２ａとの間隔ｄは、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３およびｄ４（図１では、代表してｄと表記する）である。
【００１０】
クローズリフレクター６ａ、６ｂには、長手方向が紙面の左右方向に平行な長穴１１ａ、１１ｂが設けられている。クローズリフレクター６ａ、６ｂは、それぞれ長穴１１ａ、１１ｂを貫通するボルト７ａ、７ｂで不図示のフランジに取り付けられている。クローズリフレクター６ａ、６ｂは、それぞれ長穴１１ａ、１１ｂの長さに応じたストロークで移動でき、間隔ｄ１、ｄ２を変化させることができる。
同様に、クローズリフレクター６ｃ、６ｄには、長手方向が紙面の上下方向に平行な長穴１１ｃ、１１ｄが設けられている。クローズリフレクター６ｃ、６ｄは、それぞれ長穴１１ｃ、１１ｄを貫通するボルト７ｃ、７ｄで不図示のフランジに取り付けられている。クローズリフレクター６ｃ、６ｄは、それぞれ長穴１１ｃ、１１ｄの長さに応じたストロークで移動でき、間隔ｄ３、ｄ４を変化させることができる。
【００１１】
間隔ｄを変化させるには、ボルト７を緩めて、クローズリフレクター６をフランジ４の下面に沿って移動させればよい。
クローズリフレクター６は、チャンバー１０と同じく、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の非磁性金属材料から製作される。
クローズリフレクター６が間隔調整部材を構成する。
【００１２】
図１において、チャンバー本体３には、ガス導入口８と真空排気口９が設けられている。ガス導入口８からＯ_２，ＳｉＨ_４，Ｈ_２，Ｎ_２，ＳＦ_６，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｈｅ等のプロセスガスが導入される。プロセスガスを導入しながら真空排気口９から排気することによって、チャンバー１０内の圧力は通常、０．１〜５０Ｐａ程度に保持される。
【００１３】
不図示のマイクロ波出力部から発振された例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波は、マイクロ波導波管１の内部を紙面の垂直方向に進行する。マイクロ波は、スロットアンテナ５を通過して誘電体板２に入射し、表面波Ｓとなって誘電体板２のチャンバー本体３側の表面を伝播し、瞬時に誘電体板２の全面に拡がる。表面波Ｓの伝播領域は、誘電体板２の表面の面積にほぼ等しい。
この表面波エネルギーは、チャンバー１０内に導入されているプロセスガスを励起してプラズマＰを生成させる。図示されていないが、プラズマＰ中に被処理物を置くことによって、成膜、エッチング、アッシング等の処理が行われる。
【００１４】
次に、クローズリフレクター６ａ〜６ｄによる作用を図２を参照して説明する。
マイクロ波Ｍは、マイクロ波導波管１の内部を紙面の下から上に向かって進行する。
クローズリフレクター６ａ〜６ｄが存在しないときは、表面波Ｓは、チャンバー本体３の内側寸法で決まる定在波モードを維持する。すなわち、チャンバー本体３の内壁面が反射面となり、この反射面の位置が固有の定在波モードを決めるのである。表面波Ｓの定在波モードが決まれば、表面波Ｓで励起されたプラズマＰの放電モード（プラズマ密度）も決まる。
【００１５】
本実施の形態のクローズリフレクター６ａ〜６ｄを用いて間隔ｄ１〜ｄ４を変えることは、チャンバー本体３の内側寸法を変えることに相当する。この操作によって、表面波Ｓの定在波モードを最適化することができるので、所望のプラズマ密度を得ることができる。
具体的には、間隔ｄ１〜ｄ４を変更することによって、マイクロ波電力やガス圧力等のパラメータを変化させたり、ガス種を変えたときでも、表面波Ｓの進行波とクローズリフレクター６からの反射波とが打ち消し合うことを防止することができる。
【００１６】
クローズリフレクター６の反射面Ｒと誘電体板２の外周側面２ａとの間隔ｄは、表面波Ｓの波長をλｓとすると、０〜λｓ／２の範囲が望ましい。例えば、ＴＥ０１モードでは、マイクロ波Ｍの管内波長λｇは１４７ｍｍ程度であるから、石英（誘電率ε＝３．６）を誘電体板として用いた場合、石英板内を伝播するマイクロ波Ｍの波長λは７７ｍｍ程度となる。これは、λ＝λｇ／ε^１／２により求められる。λｓ≒λと看做すと、λ／２＝３８．５ｍｍの調整範囲があれば、表面波Ｓの定在波モードを最適化することができる。
【００１７】
図３は、本実施の形態の変形例であり、プラズマ処理装置のチャンバー内側を下から見た部分平面図である。図３（ａ）は、図２のクローズリフレクター６ｄを４分割してクローズリフレクター２１〜２４とした場合を示す。クローズリフレクター２１〜２４の反射面Ｒと誘電体板２の外周側面２ａとの間隔ｄは、一定ではなく、クローズリフレクターによって異なっている。図３（ｂ）は、クローズリフレクター６ｄを外周側面２ａに対して角度θで傾斜させた場合を示す。これも間隔ｄは一定ではない。
このように、間隔ｄを場所によって可変とすることによって、所望のプラズマ密度を得るための調整の自由度が大きくなる。
【００１８】
本実施の形態では、矩形状の誘電体板を用いたが、円形の誘電体板を用いることもできる。この場合、クローズリフレクターは、誘電体円板を取り囲む円筒状とする。円筒状のクローズリフレクターの内径寸法を変えることは、間隔ｄを変えることになる。内径寸法の異なる円筒状のクローズリフレクターを複数個用意し、適宜交換することによって、矩形だけではなく円形の誘電体板にも対応できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所望のプラズマ密度が得られるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置全体を模式的に示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のチャンバー内側を下から見た平面図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例であり、プラズマ処理装置のチャンバー内側を下から見た部分平面図である。
【符号の説明】
１：マイクロ波導波管
２：誘電体板（マイクロ波導入窓）
３：チャンバー本体
４：フランジ
５：スロットアンテナ
６：クローズリフレクター
１０：チャンバー
Ｍ：マイクロ波
Ｓ：表面波
Ｐ：プラズマ
Ｒ：反射面

Claims

底面にスロットアンテナが設けられたマイクロ波導波管と、
前記スロットアンテナを通して導入されたマイクロ波から表面波を形成し、伝播させるマイクロ波導入窓と、
前記マイクロ波導入窓を収納し、前記表面波によりプロセスガスを励起して表面波励起プラズマを生成し、前記表面波励起プラズマにより被処理物を処理する気密容器と、
前記マイクロ波導入窓の外周側面に対向する反射面を有し、前記反射面と前記マイクロ波導入窓の外周側面との間隔を調整可能に前記気密容器内に配置される間隔調整部材とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波導入窓は矩形状をなしており、
前記間隔調整部材は、前記矩形状のマイクロ波導入窓の４辺における前記間隔を独立に調整可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。