JP4188004B2 - Plasma processing apparatus and variable power distributor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスガスにマイクロ波を導入することにより生成されるプラズマによって、被処理物の処理を行なうプラズマ処理装置及び導入マイクロ波のパワーを制御するための可変パワー分配器に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造用のシリコンウェハや各種ディスプレイ用ガラス基板といった被処理物に対して、ドライエッチングやアッシング等を施すための装置として、プラズマ処理装置が存在する。このようなプラズマ処理装置の一つに、マイクロ波プラズマ装置がある。このマイクロ波プラズマ装置による処理は、以下のように行なわれる。まず、真空を維持可能な処理室内に被処理物を収容し、そこに、例えば1〜1000Pa程度の低圧のプロセスガスを供給する。そして、電源によって駆動されるマイクロ波発生器からのマイクロ波を、処理室に導入する。このとき、プロセスガスへのマイクロ波の照射によりプロセスガスが一部イオン化、分解され、これにより発生したイオン、ラジカルによって、被処理物に対する処理等を施すことができる。
【0003】
ところで、上記のようなマイクロ波プラズマ装置において、処理室内にマイクロ波を導入する方法として、最も多く用いられているのは、処理室の壁の全部若しくは一部を誘電体で作り、そこからマイクロ波を導入するという方法である。ここで、処理室の壁の一部を誘電体から構成する場合には、その壁の誘電体部分を「窓」と呼ぶ。そして、処理室を設計する際には、窓の数、位置、形、サイズを最適化することによって、被処理物や処理プロセス等に適合したプラズマ、処理速度空間分布制御を実現できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、窓の構造の最適化を行なっても、その結果は、処理室内の圧力、ガス成分などのプロセスパラメータによって、大きく変化してしまう場合がある。また、一つの処理プロセスを目的とした窓の構造を採用した場合、必ずしも他の処理プロセスに適合するとは限らない。
【0005】
これに対処するため、処理室内の構造を、処理プロセスに合わせて変えるという方法もある。例えば、被処理物が載置された設置台を移動可能に設け、処理プロセスに応じて被処理物と窓との間の距離を変えることが考えられる。しかし、真空を維持すべき処理室内の構造変動は困難であり、被処理物と窓との距離の変更だけでは目指したプラズマ、処理速度空間分布を達成できない場合もある。
【0006】
また、複数の窓に、それぞれ独立のマイクロ波発生器及び電源を備え、それらのマイクロ波発生器のパワーを独立に制御することによって、プラズマ、処理速度空間分布を制御することも考えられる。しかし、マイクロ波発生器はコストが高いので、現在の段階で、複数の窓に応じて独立に設置した製品を商品化することは困難である。
【0007】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、処理室内の構造を変えず、低コストで、プラズマ、処理速度空間分布制御を実現できるプラズマ処理装置及び可変パワー分配器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、被処理物が収容可能で且つマイクロ波を導入する窓を有する処理室と、マイクロ波発振器から供給されるプラズマ発生用のマイクロ波を前記窓を介して前記処理室内へ導入させる導波体とを備えたプラズマ処理装置において、前記窓は複数設けられ、前記マイクロ波発振器からのマイクロ波のパワーを、複数に分配する可変パワー分配器を有し、前記可変パワー分配器と前記処理室との間に連通された前記導波体は、前記可変パワー分配器によって分配された複数のマイクロ波パワーに対応する複数のマイクロ波供給経路を有し、前記複数の窓は、中心窓と、その周囲に設けられた周辺窓から成り、前記導波体は、前記中心窓へのマイクロ波供給経路と、前記周辺窓へのマイクロ波供給経路とが区分された二重導波管を含み、前記可変パワー分配器は、前記二重導波管と同軸に接続され、且つ、前記二重導波管の一部で構成され、前記可変パワー分配器の内部においては、分配するマイクロ波のパワーを、前記複数のマイクロ波供給経路毎に制御する少なくとも一つの開閉部材が、前記二重導波管の内部に設けられていることを特徴とする。
また、請求項2記載の発明は、プラズマ処理装置の処理室における中心窓とその周囲に設けられた周辺窓に連通された複数のマイクロ波の供給経路に連通して設けられ、マイクロ波発振器からのマイクロ波のパワーを、前記複数の供給経路に対して分配する可変パワー分配器において、前記複数の供給経路は、前記中心窓へのマイクロ波供給経路と、前記周辺窓へのマイクロ波供給経路とが区分された二重導波管を含み、前記可変パワー分配器は、前記二重導波管と同軸に接続され、且つ、前記二重導波管の一部で構成され、分配するマイクロ波のパワーを、前記複数の供給経路毎に制御する少なくとも一つの開閉部材が、前記二重導波管の内部に設けられていることを特徴とする。
以上のような請求項1及び請求項2記載の発明では、可変パワー分配器によって、複数の窓から処理室内へ供給されるマイクロ波のパワーを分配制御することができるので、窓に応じてマイクロ波パワー比を変えて、被処理物及び処理プロセスに応じたプラズマ、処理速度空間分布を実現できる。
【0009】
また、中心窓とその周囲の周辺窓を設けることによって、マイクロ波の導入領域を、広範なものとすることができるので、大面積のプラズマ処理が可能となるとともに、均一な処理も容易となる。
【0010】
また、マイクロ波の供給を中心窓と周辺窓に分けて制御することができるので、処理室の中心と周辺とで、プラズマ密度、処理速度を変化させることが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態(以下、実施形態と呼ぶ)について図1〜図7を参照して具体的に説明する。
〔実施形態の構成〕
〔全体構成〕
本実施形態のプラズマ処理装置は、図1に示すように、処理室1、二重導波管2、マイクロ波発生器3、可変パワー分配器4、自動インピーダンスチューナ5等を備えている。処理室1は、真空を維持可能な容器であり、図示しない排気ポンプとガス供給源とが接続され、所定の組成及び圧力のガス雰囲気が維持されるように構成されている。また、処理室1内には、被処理物Aを載置するための設置台6が設けられている。
【0012】
処理室1の上部には、マイクロ波を導入するための中心窓7及び周辺窓8が設けられている。中心窓7及び周辺窓8の構成は、例えば、図2に示すように、処理室1の軸上に設けられた円形の中心窓7と、その周囲に円形の周辺窓8aを複数配設したもの、図3に示すように、中心窓7と同軸にリング状の周辺窓8bを設けたもの、図4に示すように、中心窓7の周囲に円弧状の周辺窓8cを複数配設したものなどが考えられるが、これらに限定されるものではない。
【0013】
また、中心窓7及び周辺窓8,8a〜8bを形成するための誘電体としては、例えば、石英、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム等を使用することができるが、ここで列挙した具体例には限定されない。
【0014】
二重導波管2は、処理室1の中心窓7及び周辺窓8を介して、マイクロ波を処理室1へ供給するための管であり、中心窓7への供給経路となる内管2aと周辺窓8への供給経路となる外管2bの二重構造となっている。マイクロ波発生器3は、図示しない電源によって駆動され、マイクロ波を発生、供給する装置である。可変パワー分配器4は、後述する構成によって、中心窓7及び周辺窓8へのマイクロ波の供給を制御するものである。自動インピーダンスチューナ5は、導波体を介してマイクロ波発生器3と可変パワー分配器4との間に接続され、可変パワー分配器4の作動によって変化したインピーダンスを自動的に整合させる整合器である。
【0015】
〔可変パワー分配器の構成〕
ここで、可変パワー分配器4の具体的な構成例を説明する。すなわち、図5に示すように、可変パワー分配器4は、導波管の内部に、マイクロ波発生器3及び自動インピーダンスチューナ5からのマイクロ波が導入される導入部4aを設け、この導入部4aから、二重導波管2の内管2aに連通する中心経路4bと、外管2bに連通する周辺経路4cとに分岐させた経路を形成したものである。
【0016】
導入部4aには、中心経路4bの開閉量を制御する金属製の第1の開閉部材4dが、図示しない駆動機構によって移動可能に設けられている。また、周辺経路4c内には、その内径を拡大した部分に、経路の開閉量を制御する金属製リング状の第2の開閉部材4eが、図示しない駆動機構によって移動可能に設けられている。
【0017】
〔実施形態の作用〕
以上のような本実施形態の作用は、以下の通りである。すなわち、図1に示すように、設置台6上に被処理物Aを載置し、ガス供給源から処理室1内に低圧のプロセスガスを導入する。そして、マイクロ波発生器3からのマイクロ波を、図5に示すように、自動インピーダンスチューナ5、可変パワー分配器4及び二重導波管2を介して、中心窓7及び周辺窓8から処理室1内に導入する。このように、本実施形態では、マイクロ波のパワーが、二重導波管2における内管2aと外管2bによって、中心窓7側と周辺窓8側に分別されて供給される。これによって、処理室1内にプラズマPが発生し、被処理物Aに対する処理が行なわれる。
【0018】
このとき、可変パワー分配器4における第1の開閉部材4d及び第2の開閉部材4eを移動させ、中心経路4b及び内管2aを通過して中心窓7から処理室1内へ供給されるマイクロ波パワーと、周辺経路4c及び外管2bを通過して周辺窓8から処理室1内へ供給されるマイクロ波パワーとの比を制御することによって、処理室1内のプラズマ、処理速度空間分布の制御を行なう。
【0019】
例えば、中心窓7に供給されるマイクロ波のパワーを上げると、処理室1の中心のプラズマ密度、処理速度が上昇し、周辺窓8に供給されるマイクロ波のパワーを上げると、処理室1内の周辺プラズマ密度、処理速度が上昇する。このように、可変パワー分配器4によって、マイクロ波パワーを変動させるとインピーダンスが変化するが、マイクロ波発生器3と可変パワー分配器4との間に設けられた自動インピーダンスチューナ5によって、インピーダンスマッチングが保持される。
【0020】
〔実施形態の効果〕
以上のような本実施形態によれば、単一のマイクロ波発生器3から中心窓7及び周辺窓8を介して処理室1内へ供給されるマイクロ波のパワー比を、可変パワー分配器4によって制御するので、処理室1内の構造を変えることなく、低コストで、被処理物A及び処理プロセスに適合したプラズマ、処理速度空間分布を実現できる。
【0021】
また、中心窓7と周辺窓8との組み合わせによって、マイクロ波の導入領域を広範なものとすることができるので、大面積のプラズマ処理が可能となるとともに、処理の均一化若しくは局所的な処理も容易となる。
【0022】
さらに、二重導波管2を介して、マイクロ波を供給するので、内管2a側及び外管2b側に供給されるマイクロ波のパワーを変えて、処理室1の中心と周辺とで、プラズマ密度、処理速度を変化させることができる。
【0023】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、各部材の形状、数、配置、材質、大きさ等は適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態において、第1の開閉部材4dと第2の開閉部材4eの駆動機構は、それぞれを独立に駆動させるものであっても、一体に駆動させるものであってもよい。また、例えば、図6に示すように、第1の開閉部材4dのみを設けたものや、図7に示すように、第2の開閉部材4eのみを設けたもの(4dは固定)も構成可能である。
【0024】
また、上記の実施形態における二重導波管2の内管2aは、マイクロ波の波長との関係で内管2aを一定以上の径(波長の約0.6倍以上)を必要とするが、この内管2aの部分を同軸ケーブルとすることによって、マイクロ波の供給を確保しつつ、径の小型化を図ることができる。
【0025】
また、本発明の処理室の形状、処理室に設ける窓の形状、数、位置、マイクロ波供給用の導波体、導波管の形状、数、種類についても、上記の実施形態で例示したものには限定されない。また、プラズマ源として、設置台のない装置であってもよい。また、可変パワー分配器の構造や材質についても、上記の実施形態で例示したものには限定されない。例えば、可変パワー分配器を構成する導波管と二重導波管とを一体的に連続して形成してもよい。また、例えば、導波管を個々の窓ごとに設けたり、可変パワー分配器を個々の窓ごとにバルブを開閉できる構造とする等によって、個々の窓ごとにマイクロ波の供給を制御できる構成としてもよい。また、二重導波管において、その内径と外径とで別材料としてもよい。
【0026】
また、あまりコスト高とならない程度に、プラズマ発生器を複数設けてもよい。さらに、本発明において使用されるプロセスガス、処理対象となる被処理物等も特定のものには限定されず、処理を担うプラズマ中のイオンやラジカル等は被処理物に応じて最適化される。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理室内の構造を変えず、低コストで、プラズマ、処理速度空間分布制御を実現可能なプラズマ処理装置及び可変パワー分配器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す構成図である。
【図2】図1の実施形態における処理室の窓形状の一例を示す縦断面図である。
【図3】図1の実施形態における処理室の周辺窓をリング状とした一例を示す縦断面図である。
【図4】図1の実施形態における処理室の周辺窓を円弧状とした一例を示す縦断面図である。
【図5】図1の実施形態における可変パワー分配器の一例を示す縦断面図である。
【図6】本発明の実施形態における可変パワー分配器の他の一例を示す縦断面図である。
【図7】本発明の実施形態における可変パワー分配器の他の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1…処理室
2…二重導波管
2a…内管
2b…外管
3…マイクロ波発生器
4…可変パワー分配器
4a…導入部
4b…中心経路
4c…周辺経路
4d…第1の開閉部材
4e…第2の開閉部材
5…自動インピーダンスチューナ
6…設置台
7…中心窓
8,8a〜8c…周辺窓
A…被処理物
P…プラズマ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing an object to be processed by plasma generated by introducing a microwave into a process gas, and a variable power distributor for controlling the power of the introduced microwave.
[0002]
[Prior art]
There is a plasma processing apparatus as an apparatus for performing dry etching, ashing, or the like on an object to be processed such as a silicon wafer for manufacturing a semiconductor or a glass substrate for various displays. One such plasma processing apparatus is a microwave plasma apparatus. The processing by this microwave plasma apparatus is performed as follows. First, an object to be processed is accommodated in a processing chamber capable of maintaining a vacuum, and a low-pressure process gas of, for example, about 1 to 1000 Pa is supplied thereto. Then, the microwave from the microwave generator driven by the power source is introduced into the processing chamber. At this time, the process gas is partially ionized and decomposed by irradiation of the process gas with microwaves, and the object to be processed can be processed with ions and radicals generated thereby.
[0003]
By the way, in the microwave plasma apparatus as described above, the most frequently used method for introducing microwaves into the processing chamber is to make all or part of the walls of the processing chamber out of a dielectric, and from there the micro It is a method of introducing waves. Here, when a part of the wall of the processing chamber is made of a dielectric, the dielectric part of the wall is called a “window”. When designing the processing chamber, it is possible to realize plasma and processing speed space distribution control suitable for the object to be processed and the processing process by optimizing the number, position, shape and size of the windows.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the window structure is optimized as described above, the result may vary greatly depending on process parameters such as pressure in the processing chamber and gas components. In addition, when a window structure intended for one processing process is adopted, it is not always compatible with other processing processes.
[0005]
In order to cope with this, there is also a method of changing the structure in the processing chamber according to the processing process. For example, it is conceivable that an installation table on which the object to be processed is placed is movably provided, and the distance between the object to be processed and the window is changed according to the processing process. However, it is difficult to change the structure of the processing chamber in which a vacuum is to be maintained, and the target plasma and processing speed space distribution may not be achieved only by changing the distance between the workpiece and the window.
[0006]
It is also conceivable to control the plasma and the processing speed space distribution by providing independent microwave generators and power sources in a plurality of windows and independently controlling the power of these microwave generators. However, since the microwave generator is expensive, it is difficult to commercialize a product that is installed independently according to a plurality of windows at the present stage.
[0007]
The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art, and its purpose is to realize plasma and processing speed space distribution control at low cost without changing the structure of the processing chamber. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a variable power distributor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in
The invention according to
In the inventions according to the first and second aspects as described above, the variable power distributor can control the distribution of the microwave power supplied from the plurality of windows into the processing chamber. By changing the wave power ratio, it is possible to realize plasma and processing speed space distribution according to the object to be processed and the processing process.
[0009]
In addition, by providing a central window and surrounding peripheral windows, the microwave introduction region can be widened, so that a large area plasma treatment is possible and a uniform treatment is facilitated. .
[0010]
Further, since the supply of microwaves can be controlled separately for the central window and the peripheral window, the plasma density and the processing speed can be changed between the center and the periphery of the processing chamber.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be specifically described with reference to FIGS.
[Configuration of Embodiment]
〔overall structure〕
As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus of this embodiment includes a
[0012]
A
[0013]
Moreover, as a dielectric material for forming the
[0014]
The
[0015]
[Configuration of variable power distributor]
Here, a specific configuration example of the
[0016]
A metal first opening /
[0017]
[Effects of the embodiment]
The operation of the present embodiment as described above is as follows. That is, as shown in FIG. 1, the workpiece A is placed on the installation table 6, and a low-pressure process gas is introduced into the
[0018]
At this time, the first opening /
[0019]
For example, when the power of the microwave supplied to the
[0020]
[Effect of the embodiment]
According to the present embodiment as described above, the power ratio of the microwaves supplied from the single microwave generator 3 into the
[0021]
In addition, the combination of the
[0022]
Furthermore, since the microwave is supplied through the
[0023]
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the embodiment as described above, and the shape, number, arrangement, material, size, and the like of each member can be appropriately changed. For example, in the above embodiment, the drive mechanisms of the first opening /
[0024]
In addition, the
[0025]
The shape of the processing chamber of the present invention, the shape, number and position of the windows provided in the processing chamber, the waveguide for supplying microwaves, the shape, number and type of the waveguide are also exemplified in the above embodiment. It is not limited to things. Further, the plasma source may be an apparatus without an installation table. Further, the structure and material of the variable power distributor are not limited to those exemplified in the above embodiment. For example, the waveguide and the double waveguide constituting the variable power distributor may be integrally formed continuously. In addition, for example, by providing a waveguide for each individual window, or using a variable power distributor that can open and close a valve for each individual window, the microwave supply can be controlled for each individual window. Also good. Further, in the double waveguide, the inner diameter and the outer diameter may be different materials.
[0026]
Further, a plurality of plasma generators may be provided so as not to increase the cost. Furthermore, the process gas used in the present invention, the object to be processed, etc. are not limited to specific ones, and ions, radicals, etc. in the plasma responsible for processing are optimized according to the object to be processed. .
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a plasma processing apparatus and a variable power distributor capable of realizing plasma and processing speed space distribution control at low cost without changing the structure of the processing chamber.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a window shape of a processing chamber in the embodiment of FIG.
3 is a longitudinal sectional view showing an example in which the peripheral window of the processing chamber in the embodiment of FIG. 1 is ring-shaped.
4 is a longitudinal sectional view showing an example in which the peripheral window of the processing chamber in the embodiment of FIG. 1 is formed in an arc shape.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an example of a variable power distributor in the embodiment of FIG.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another example of the variable power distributor in the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing another example of the variable power distributor in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記窓は複数設けられ、
前記マイクロ波発振器からのマイクロ波のパワーを、複数に分配する可変パワー分配器を有し、
前記可変パワー分配器と前記処理室との間に連通された前記導波体は、前記可変パワー分配器によって分配された複数のマイクロ波パワーに対応する複数のマイクロ波供給経路を有し、
前記複数の窓は、中心窓と、その周囲に設けられた周辺窓から成り、
前記導波体は、前記中心窓へのマイクロ波供給経路と、前記周辺窓へのマイクロ波供給経路とが区分された二重導波管を含み、
前記可変パワー分配器は、前記二重導波管と同軸に接続され、且つ、前記二重導波管の一部で構成され、
前記可変パワー分配器の内部においては、分配するマイクロ波のパワーを、前記複数のマイクロ波供給経路毎に制御する少なくとも一つの開閉部材が、前記二重導波管の内部に設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。A processing chamber capable of accommodating an object to be processed and having a window for introducing a microwave, and a waveguide for introducing a microwave for plasma generation supplied from a microwave oscillator into the processing chamber through the window. In the plasma processing apparatus provided,
A plurality of the windows are provided,
A variable power distributor that distributes the microwave power from the microwave oscillator to a plurality of parts,
The waveguide communicated between the variable power distributor and the processing chamber has a plurality of microwave supply paths corresponding to a plurality of microwave powers distributed by the variable power distributor,
The plurality of windows are composed of a center window and peripheral windows provided around the center window.
The waveguide includes a double waveguide in which a microwave supply path to the central window and a microwave supply path to the peripheral window are divided.
The variable power distributor is coaxially connected to the double waveguide, and is configured by a part of the double waveguide.
Oite inside of the variable power divider, the power of the microwave distribution, at least one closing member for controlling for each of the plurality of microwave supply path, provided inside the dual waveguide A plasma processing apparatus.
前記複数の供給経路は、前記中心窓へのマイクロ波供給経路と、前記周辺窓へのマイクロ波供給経路とが区分された二重導波管を含み、
前記可変パワー分配器は、前記二重導波管と同軸に接続され、且つ、前記二重導波管の一部で構成され、
分配するマイクロ波のパワーを、前記複数の供給経路毎に制御する少なくとも一つの開閉部材が、前記二重導波管の内部に設けられていることを特徴とする可変パワー分配器。Provided in communication with a plurality of microwave supply paths that communicate with a central window in the processing chamber of the plasma processing apparatus and peripheral windows provided around the central window, and the microwave power from the microwave oscillator In the variable power distributor that distributes to the supply path,
The plurality of supply paths include a double waveguide in which a microwave supply path to the central window and a microwave supply path to the peripheral window are divided.
The variable power distributor is coaxially connected to the double waveguide, and is configured by a part of the double waveguide.
The variable power distributor, wherein at least one open / close member that controls the power of the microwave to be distributed for each of the plurality of supply paths is provided inside the double waveguide .
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