JP4111383B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマエッチャーや，プラズマＣＶＤ，プラズマアッシャー等のプラズマ発生装置に関し、詳しくは、ＩＣやＬＣＤなど高精度の製造工程においてプラズマ処理を行うのに好適なプラズマ発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ発生装置には種々有るが、シリコンウエハやプラスチックフィルムの表面処理等に好適なものとして、真空チャンバ内でプラズマ処理空間を挟んで被処理物保持部と絶縁体の又は半導体の壁とを対向させたうえでその壁にアンテナコイルを格納したプラズマ処理装置が、知られている（例えば特許文献１参照）。図４は、そのようなプラズマ発生装置について、概略構成および動作特性を示し、（ａ）が真空チャンバの縦断面模式図、（ｂ）がアンテナコイルの斜視図、（ｃ）がエッチングレート測定例のグラフである。なお、本発明の前提でも無く且つ対比対象でもない搬入搬出手段やガス供給排出系などは図示を割愛した。
【０００３】
このプラズマ発生装置１０は（図４（ａ）参照）、図示しない真空ポンプ等の付設された真空チャンバ本体１１と、その内底に設置され上面に基板等の被処理物を静電チャック等にて保持する被処理物保持部１２と、チャンバ本体１１内で被処理物保持部１２上方に確保されたプラズマ処理空間１３と、チャンバ本体１１の上部開口を塞ぐ対向壁１４と、その上に開閉可能に設けられたチャンバ上蓋１５と、対向壁１４にて保持されたアンテナコイル２０とを具えている。
【０００４】
対向壁１４と被処理物保持部１２は、図示した平行平板形の構成ではプラズマ処理空間１３を上下から挟んで平行に設置されて、対向範囲のほぼ全域において直に概ね等距離で向き合っている。このうち対向壁１４は、アンテナコイル２０を保持するために、絶縁体か半導体から作られる。また、対向壁１４の表裏面（図では上下面）のうちプラズマ処理空間１３に臨む面（図では下面）には、円環状の突出部１４ａが適宜個数（図では同心円状に３個）形成され、反対側の面（図では上面）には、突出部１４ａに対応してやはり円環状の溝１４ｂが形成される。溝１４ｂは、何れも突出部１４ａに達する深さまで彫り込まれ、それぞれ同径のアンテナコイル２０が格納される。
【０００５】
各アンテナコイル２０は、プラズマ励起用の高周波を給電するために、両端部からリード２１，２２が出ており、これらが溝１４ｂの外へ引き出され、さらにマッチャー２３を経てＲＦ電源２４に接続されている。
従来（図４（ｂ）参照）、リード２１，２２は、アンテナコイル２０の端部をほぼ直角に折り曲げて形成されており、絶縁状態での引き出しや支持を可能とするために、或る程度たとえば数ｃｍ離れている。そのため、アンテナコイル２０は、給電部で一部が欠けた不完全な円環状体となっている。また、溝外に引き出される前に両端部が並走するようにはなっていなかった。
【０００６】
このようなアンテナコイル２０を対向壁１４内に装備したプラズマ発生装置１０で、ＲＦ電源２４からアンテナコイル２０に高周波を印加すると、突出部１４ａの周囲で特に間隙で効率良くプラズマが発生する。そのプラズマは、プラズマ処理空間１３に拡散して、被処理物保持部１２上の被処理物に達し、その表面に作用する。例えばプラズマ発生装置１０がエッチャーであれば、プラズマ密度や電界等に応じたエッチングレートで、被処理物の主表面が食刻加工される。
【０００７】
その際に被処理物表面で成る可く均一にプラズマ処理がなされるよう、アンテナコイル２０が同心円状に配置されているのであるが、アンテナコイル２０が給電部で欠けていることに起因して、プラズマ処理の均一性に乱れが生じる。例えば（図４（ｃ）参照）、給電部を起点（図中の「０゜」位置）にしてアンテナコイル２０に沿って両方に（図中の「−１８０゜」と「＋１８０゜」の位置まで）、エッチングレートを測定すると、給電部で落ち込み、その影響は上下しつつも弱まりながら全周に及んでいる（なお図示のグラフは変動分を強調している）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２５２２１５号公報 （第１頁、図１、図６）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示したのは、その第１次改良案であり、（ａ）がアンテナコイルの斜視図、（ｂ）がエッチングレート測定例のグラフである。
このアンテナコイル２０は、コイル端２０ａとコイル端２０ｂを伸ばして両端を近づけることで、給電部での欠落長を小さくしたものである。リード２１，２２は、必要な距離を確保するために、それぞれ、コイル先端２０ａ，２０ｂより少し後方に連結されている。この場合の特性改善は（図５（ｂ）参照）、少しであるが、変動が抑制されている。
【００１０】
また、図６に示したのは、更なる第２次改良案であり、やはり、（ａ）がアンテナコイルの斜視図、（ｂ）がエッチングレート測定例のグラフである。このアンテナコイル３０は、コイル端３０ａとコイル端３０ｂとがすれ違ってから更に入れ替わるところまで両先端をもっと伸ばすことにより、給電部で両端部が並走するようにしたものである。両端並走部では、絶縁分離のため、一方の端部（３０ａ）の外周側が半分以上切除されるとともに、一方の端部（３０ｂ）の内周側が半分以上切除されて、クランク状の間隙・空隙が形成されている。コイル端３０ａ，３０ｂと共にリード２１，２２も周方向位置が入れ替わっており、リード２１，２２を周方向で十分に離隔させるのに必要な長さに亘って、両端部が並走している。この場合（図６（ｂ）参照）、特性がほぼ反転する。すなわち、エッチングレートを測定すると、給電部で高まり、その影響は上下しつつも弱まりながら全周に及んでいる（ここでも図示のグラフは変動分を強調している）。
【００１１】
ところで、欲しい特性は、変動の無い平坦・均一なものであり、上述した図４（ｃ）の特性と図６（ｂ）の特性とを重ねて相殺させたものである。
しかしながら、アンテナコイルに関して、上述した図４（ａ）の構造と図６（ａ）の構造を重ねて一体化するのは、リード本数の増加やコイル両端部形状の複雑化に止まらず、既存のリードと追加のリードとを離すことが出来ないという本質的な問題を伴うため、実現困難である。
【００１２】
そこで、アンテナコイル給電部での両端延伸に加えて、それに起因する特性変動を抑制・相殺するものであって実施容易な他の手法をも案出することが技術的な課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、アンテナコイル給電部の工夫によりその辺りでもプラズマ処理が均一になされるプラズマ発生装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために発明された第１，第２の解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【００１４】
［第１の解決手段］
第１の解決手段のプラズマ発生装置は、出願当初の請求項１に記載の如く、真空チャンバ内でプラズマ処理空間を挟んで被処理物保持部と対向して絶縁体の又は半導体の壁が設けられ、この壁は前記プラズマ処理空間側に突出部が形成され且つ反対側から前記突出部に達する溝が形成されたものであり、前記溝にアンテナコイルが格納されているプラズマ発生装置において、前記アンテナコイルは、両端部が並走してから溝外への引出がなされるものであり、且つ、その並走部に溝底から溝口へ向けた凹みが形成されている、というものである。
【００１５】
このような第１の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、アンテナコイルの両端部を溝外への引出に先だって並走させたことにより、その並走部を含む給電部のところでプラズマ処理が強化されるが、その並走部に溝底から溝口へ向けた凹みを形成したことにより、給電部のところで局所的に、アンテナコイルが溝底から離れて、換言すればプラズマ処理空間への突出度が減って、プラズマ励起能力が抑えられる。
【００１６】
そのため、アンテナコイル給電部での両端延伸による特性変動が凹み形成による逆向き変動によって抑制されることとなる。しかも、凹み形成は切削加工の追加施工等にて容易に行えるものである。
したがって、この発明によれば、アンテナコイル給電部の工夫によりその辺りでもプラズマ処理が均一になされるプラズマ発生装置を容易に実現することができる。
【００１７】
［第２の解決手段］
第２の解決手段のプラズマ発生装置は、出願当初の請求項２に記載の如く、上記の第１の解決手段のプラズマ発生装置であって、前記凹みが縁部も底部も円滑に形成されている、というものである。
【００１８】
このような第２の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、アンテナコイル両端延伸による特性変動を逆向き変動にて抑制するために凹みを形成しても、角張ったところが増えないので、形状急変に起因する新たな且つ不所望な特性変動の招来は回避される。
これにより、適切な凹み形状を設計や実験にて探すことが容易かつ迅速に行えることとなり、その結果、アンテナコイル給電部での両端延伸による特性変動を凹み形成による逆向き変動で相殺させて打ち消すことが可能となる。
したがって、この発明によれば、アンテナコイル給電部の工夫によりその辺りでもプラズマ処理がより均一になされるプラズマ発生装置を容易に実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明のプラズマ発生装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の第１〜第３実施例により説明する。
図１に示した第１実施例は、上述した第１の解決手段を具現化したものであり、図２に示した第２実施例は、上述した第２の解決手段を具現化したものであり、図３に示した第３実施例は、その変形例である。
【００２０】
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、筐体パネルや，ベース，フレーム，ボルト等の締結具，ヒンジ等の連結具などは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。また、従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する再度の説明は割愛し、以下、従来との相違点を中心に説明する。
【００２１】
【第１実施例】
本発明のプラズマ発生装置の第１実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の特徴部であるアンテナコイルの構造例を示し、（ａ）が斜視図、（ｂ）が要部拡大正面図、（ｃ）が要部拡大底面図である。
このプラズマ発生装置が既述した従来例やその改良案と相違するのは、既述した図６（ａ）のアンテナコイル３０に凹み４０ｄが形成されて図１のアンテナコイル４０になった点である。プラズマ発生装置１０における他の部分は既述した図４のものと同じである。
【００２２】
凹み４０ｄは、アンテナコイル４０の給電部の底面側すなわちリード２１，２２連結部位の反対側に研削等の追加工にて形成され、コイル両端部（３０ａ，３０ｂ）並走範囲の中央位置で最も深くなり、底面に接する平面であり追加工前の底面でもある基準面４０ｃを下にして横から見ると（図１（ｂ）参照）、概ね二等辺三角形になっている。数値例を挙げると、アンテナコイル４０の厚さが約１２ｍｍで直径が約２４０ｍｍ、リード２１，２２の距離が約２０ｍｍ、両端３０ａ，３０ｂの並走距離が約５０ｍｍのとき、凹み３０ｄの深さは約４ｍｍで幅は約１３０ｍｍである。
【００２３】
アンテナコイル４０は、凹み４０ｄ以外、アンテナコイル３０と同じで良く、両端部が並走してから溝外への引出がなされるようになっていれば、それら以外、アンテナコイル２０と同じでも良い。例えば、環状部は、銅等の良導体からなる丸棒を曲げて形成しても良く、或いは厚板から切り出しても良い。リードも、棒状でも板状でも良い。アンテナコイル端部とリードとの連結は、溶接でも締結でも良い。
【００２４】
この第１実施例のプラズマ発生装置について、その動作特性を、図面を引用して説明する。図１（ｄ）は、エッチングレート測定例のグラフである（ここでも図示のグラフは変動分を強調している）。使用態様や基本動作等は変わらないので説明を割愛し、エッチングレート測定例についてアンテナコイル４０給電部の改造に基づく変化を説明する。
【００２５】
プラズマの作用には多くの変動要因が関係するので、簡明化のために、プラズマ発生装置１０や，被処理物，電気系・ガス系・真空度・冷却温度などのプラズマ形成条件，被処理物保持部１２と対向壁１４との距離などは、既述した図６のアンテナコイル３０を装備して測定したときと同じにし、アンテナコイル３０を図１のアンテナコイル４０で置き換えて、エッチングレートを測定した。
【００２６】
その結果（図１（ｄ）参照）、アンテナコイル３０の給電部並走によるプラズマ処理均一性の乱れ・変動分は、アンテナコイル４０に形成された凹み４０ｄによる逆向きの変動によって大部分が打ち消された。詳述すると、給電部を起点（図中の「０゜」位置）にしてアンテナコイル４０に沿って両方に（図中の「−１８０゜」と「＋１８０゜」の位置まで）、エッチングレートを測定すると、給電部での盛り上がりが数分の１以下に小さくなるとともに、全周に波及していた影響も更に小さくなっている。この特質は、プラズマ形成条件たとえば印加電圧を変えて、平均エッチングレートを例えば約３００ｎｍ，約５００ｎｍ，約７００ｎｍと振って見ても、維持される。そして、何れのときでも、エッチングレートの変動は±２０ｎｍ程度に抑えられる。
【００２７】
【第２実施例】
本発明のプラズマ発生装置の第２実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図２は、アンテナコイルの要部拡大正面図である。
このプラズマ発生装置が上述した第１実施例のものと相違するのは、凹み４０ｄの形状が異なる点である。
【００２８】
この凹み４０ｄは、上例で説明した図１（ｂ）における正面視三角形の角張ったところが丸められたものである。その際、単に縁部と底部を円滑に形成するだけでなく、凹み４０ｄ未形成のアンテナコイル３０を装備して得られた測定結果（図６（ｂ）参照）を参考にし、そのグラフのうち給電部に該当する一波長分の波形を反映させている。具体的には、その一波長分の波形をそのまま、又は深さ方向に適宜伸縮してから、基準面４０ｃを基準位置にして、図２において正面視される凹み４０ｄの形状に写すのである。
【００２９】
この場合、凹み４０ｄの幅が直ちに決まるうえ、適切な伸縮倍率が１，２回の試行で求まり、それに基づいて凹み４０ｄの深さも決まるので、望ましい凹み４０ｄの形状を速やかに得ることができる。また、その形状は、打ち消したい変動分の波形を反映したものなので、動作特性の改善が大筋では確実に達成される。さらに、測定結果に基づいて試行を繰り返しながら、丸め具合などを微調整することにより、比較的容易に、動作特性に残った微少な変動分までも十分に打ち消すことができる。
【００３０】
【第３実施例】
本発明のプラズマ発生装置の第３実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図３は、その構造例を示し、（ａ）がアンテナコイルの平面配置図、（ｂ）がＲＦ印加回路図である。
このプラズマ発生装置が上述した第１，第２実施例のものと相違するのは、アンテナコイル４０が円環状から長方形状に変形された点と、各アンテナコイル４０毎に電力分配可変手段２５が付設された点である。
【００３１】
電力分配可変手段２５は、公知の手段で具現化され（特開２０００−５８２９６号公報など参照）、同心配置された４個のアンテナコイル４０に対する高周波電力の分配が自在に行えるようになっている。
この場合、液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなどの角形基板を被処理物としたプラズマ処理についても、均一な表面処理がなされる。
【００３２】
【その他】
なお、上記の各実施例では、エッチングを具体例にして特性の説明を行ったが、本発明の適用は、それに限られるものでなく、成膜（ＣＶＤ）やアッシングなど他のプラズマ処理にも可能である。
また、被処理物保持部１２と対向壁１４は、被処理物が平坦な基板の場合には上述したような一対の平行平板形のもので良いが、被処理物が平坦で無い場合には、その形状に基づいて適宜変形される。例えば被処理物が湾曲している場合には、その裏面形状等に対応して被処理物保持部１２の被処理物保持面は曲面に仕上げられる。これに対し、対向壁１４は、プロセス条件等にも依るが、同様に湾曲していても良く、それより緩やかな曲面になっていても良く、平板のままでも良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、アンテナコイル給電部での両端延伸による特性変動が凹み形成による逆向き変動によって抑制されるようにしたことにより、アンテナコイル給電部の辺りでもプラズマ処理が均一になされるプラズマ発生装置を容易に実現することができたという有利な効果が有る。
【００３４】
また、本発明の第２の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、凹み形成に際して新たな特性変動要因を招かないようにしたことにより、アンテナコイル給電部の辺りでもプラズマ処理がより均一になされるプラズマ発生装置を容易に実現することができたという有利な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプラズマ発生装置の第１実施例について、（ａ）がアンテナコイルの斜視図、（ｂ）がその要部の拡大正面図、（ｃ）が要部拡大底面図、（ｄ）がエッチングレート測定例のグラフである。
【図２】 本発明のプラズマ発生装置の第２実施例について、アンテナコイルの要部拡大正面図である。
【図３】 本発明のプラズマ発生装置の第３実施例について、（ａ）がアンテナコイルの平面配置図、（ｂ）がＲＦ印加回路図である。
【図４】 従来のプラズマ発生装置について、（ａ）が真空チャンバの縦断面模式図、（ｂ）がアンテナコイルの斜視図、（ｃ）がエッチングレート測定例のグラフである。
【図５】 その改良案について、（ａ）がアンテナコイルの斜視図、（ｂ）がエッチングレート測定例のグラフである。
【図６】 更なる改良案について、（ａ）がアンテナコイルの斜視図、（ｂ）がエッチングレート測定例のグラフである。
【符号の説明】
１０ プラズマ発生装置（エッチャー、ＣＶＤ、プラズマ処理装置）
１１ チャンバ本体（真空チャンバ）
１２ 被処理物保持部（真空チャンバ内の電極兼用サセプタ）
１３ プラズマ処理空間（真空チャンバ内空間）
１４ 対向壁（直に向き合う絶縁体の又は半導体の壁、真空チャンバ）
１４ａ 突出部（アンテナコイル保持部）
１４ｂ 溝（アンテナコイル格納空間）
１５ チャンバ上蓋（真空チャンバ）
２０ アンテナコイル（プラズマ励起用の誘導結合手段）
２０ａ，２０ｂ コイル端（アンテナコイル給電部、両端部）
２１，２２ リード（アンテナコイル給電線、引出線）
２３ マッチャー（インピーダンス整合器）
２４ ＲＦ電源（プラズマ励起用の高周波電源）
２５ 電力分配可変手段（インピーダンス分布の調整部）
３０ アンテナコイル（プラズマ励起用の誘導結合手段）
３０ａ，３０ｂ コイル端（アンテナコイル給電部、並走する両端部）
４０ アンテナコイル（プラズマ励起用の誘導結合手段）
４０ｃ 基準面（被処理物保持部表面と平行・相似な対向面）
４０ｄ 凹み（窪み、溝底から溝口へ向けた局所的な変形部）

Claims (3)

1. 真空チャンバ内でプラズマ処理空間を挟んで被処理物保持部と対向して絶縁体の又は半導体の壁が設けられ、
   前記壁は前記プラズマ処理空間側に円環状の突出部が形成され、且つ反対側から前記突出部に達する円環状の溝が形成されたものであり、
   前記溝にアンテナコイルが格納されているプラズマ発生装置において、
   前記アンテナコイルは、給電部となる前記アンテナコイルの両端部同士が前記溝内において、溝の幅方向に重なって並走している並走部を備え、
   前記アンテナコイルの前記並走部の溝の幅方向のそれぞれの厚さが前記並走部以外の部分の厚さよりも薄く、
   且つ、溝底から溝口へ向けて、前記アンテナコイルの前記並走部の中央位置で最も深くなる凹みが形成されている
   ことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 前記凹みは前記溝の側面方向から見た場合に二等辺三角形の形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
3. 前記凹みは角張ったところが丸められて縁部も底部も円滑に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装置。

Images