JP4668364B2

JP4668364B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP4668364B2
Application number: JP30346497A
Authority: JP
Inventors: 俊明本郷
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2017-10-16
Also published as: JPH11124677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近，低圧雰囲気で高密度のプラズマが得られることから，処理室の天井部を形成する誘電体壁上に高周波アンテナを配置した高周波誘導結合プラズマ処理装置，例えばプラズマＣＶＤ装置が提案されている。当該装置は，高周波アンテナに対して高周波電力を印加することにより，高周波アンテナから発振された高周波エネルギを誘電体壁を介して処理室内に導入して高周波誘導結合プラズマを励起し，処理室内に配置された被処理体に成膜処理を施すように構成されている。
【０００３】
さらに，上記高周波誘導結合プラズマ処理装置において，誘電体壁上に形成された高周波アンテナを，導電性壁によって囲まれた気密なアンテナ室内に配置する装置が提案されている。当該装置は，アンテナ室の壁面が誘電体壁を除いて導電性壁により構成されているため，高周波アンテナから発振され，処理室内に導入される高周波エネルギの伝達効率が向上して，処理室内に均一な誘導磁界を形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上記のように構成された高周波誘導結合プラズマ処理装置を，例えばシリコン酸化膜成膜用のＣＶＤ装置として使用する場合に，所望のプラズマ密度のプラズマを得るためには，ハイパワー，例えば５ｋｗ以上の高周波電力を印加する必要がある。
【０００５】
しかしながら，上記高周波アンテナに高出力の高周波電力を印加した場合には，誘電体壁と高周波アンテナとの間に沿面放電が生じ，エネルギーの損失を招くと共に，誘電体壁自体を加熱したりエッチングし，誘電体壁に損傷を与え，その寿命を短縮するおそれがあった。
【０００６】
さらにまた，高周波アンテナを導電性のアンテナ室に収容する構成の場合には，高周波アンテナとアンテナ室側壁との間で放電が生じ，エネルギーの損失を招くとともに，アンテナ室側壁をエッチングし，アンテナ室に損傷を与え，その寿命を短縮するおそれがあった。
【０００７】
本発明は，従来のプラズマ処理装置が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，高出力の高周波電力を印加した場合であっても，高周波アンテナの周囲での放電の発生を防止し，高周波アンテナ及びその近傍に配される各種部材の損傷を防ぐと共に，エネルギーのロスを防止して処理室内に均一かつ高密度の誘導結合プラズマを励起することが可能な，新規かつ改良されたプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明は，処理室の少なくとも一壁を成す誘電体壁の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を印加して処理室内に高周波誘導結合プラズマを励起し，処理室内に配置された被処理体に対してプラズマ処理を施す如く構成されたプラズマ処理装置を提供するものである。
そして，上記プラズマ処理装置は，請求項１に記載の発明のように，少なくとも高周波アンテナと誘電体壁との間に，誘電率が誘電体壁よりも相対的に低い低誘電率化合物膜を介装することを特徴としている。
【０００９】
かかる構成によれば，少なくとも高周波アンテナと誘電体壁との間に上記低誘電率化合物膜を介装したため，高周波アンテナと誘電体壁との間で生じる放電，すなわち誘電体壁の高周波アンテナ側面で生じる沿面放電を防止することができる。その結果，高周波アンテナや誘電体壁などの寿命を延長することができる。さらに，高周波アンテナから発振された高周波エネルギのロスを軽減し，均一かつ効率的に処理室内に供給することができる。
【００１０】
また，本発明は，上述したプラズマ処理装置において，例えば請求項２に記載の発明のように，高周波アンテナを誘電率が誘電体壁よりも相対的に低い低誘電率化合物膜によって覆うことを特徴としている。
【００１１】
かかる構成によれば，高周波アンテナを上記低誘電率化合物膜によって覆ったため，上述した請求項１に記載の発明と同様に，誘電体壁の高周波アンテナ側面で生じる沿面放電を防止することができる。その結果，上記と同様に，誘電体壁や高周波アンテナなどの損傷を防止することができると共に，高周波エネルギのロスを防止し，処理室内に均一かつ効率的に供給することができる。
【００１２】
また，上記低誘電率化合物は，例えば請求項３に記載の発明のように，耐熱性を有する誘電率が３以下の樹脂から形成することができ，その樹脂は，例えば請求項４に記載の発明のように，ポリイミドや，アセタール樹脂や，ナイロンの中から選択される任意の樹脂を採用することができる。かかる構成により，上述した放電を防止することができると共に，低誘電率化合物が耐熱性を有しているため，誘電体や高周波アンテナなどが高温となった場合でも低誘電率化合物が損傷することがない。
【００１３】
また，高周波アンテナを，例えば請求項５に記載の発明のように，処理室とは隔離され，導電性壁により囲まれたアンテナ室内に配した場合にも，上述の如く低誘電率化合物を配置することにより，アンテナ室内での放電を防止し，該室内に形成された各種部材の損傷を防ぐことができる。
【００１４】
また，上記アンテナ室内を，例えば請求項６に記載の発明のように，大気圧よりも相対的に低い圧力雰囲気に維持している場合には，その減圧雰囲気によって高周波アンテナと誘電体壁との間で放電が生じやすいが，上述の如く低誘電率化合物膜を配置することにより，かかる場合でも放電が生じることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置を高周波誘導結合プラズマＣＶＤ装置に適用した実施の形態について，詳細に説明する。
【００１６】
図１に示したＣＶＤ装置１００は，導電性材料，例えばアルミニウムから成る気密な処理容器１０２を有している。この処理容器１０２は，誘電性材料，例えばアルミナセラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃）から成る誘電体壁１０４により，処理容器１０２内の下方に形成される処理室１０６と，処理容器１０２内の上方に形成されるアンテナ室１０８とに，気密に隔てられている。
【００１７】
処理室１０６内には，被処理体，例えばＬＣＤ用ガラス基板（以下，「ＬＣＤ基板」と称する。）Ｌを載置する載置面が形成された導電性の下部電極１１０が配置されている。この下部電極１１０は，昇降軸１１２の作動により上下動自在に構成されている。
【００１８】
また，下部電極１１０には，ヒータ１１４が内装されており，下部電極１１０上に載置されたＬＣＤ基板Ｌを所定の温度，例えば２００℃〜５００℃に維持することができる。さらに，下部電極１１０には，整合器１１６を介して，バイアス用高周波電力，例えば３８０ｋＨｚの高周波電力を出力可能な高周波電源１１８が接続されている。かかる構成により，処理室１０６内で励起されたプラズマを，ＬＣＤ基板Ｌの被処理面に均一に引き込むことができる。また，下部電極１１０の周囲には，下部電極１１０上に載置されたＬＣＤ基板Ｌの周縁部を押圧し，そのＬＣＤ基板Ｌを固定する機械的クランプ１２０が形成されている。
【００１９】
また，誘電体壁１０４の処理室１０６側面，すなわちＬＣＤ基板Ｌの対向面にはガス供給機構が配されている。このガス供給機構は，誘電性材料から成り，該壁面中央に配置される第１ガス吐出部材１２２と，同材料から成り，第１ガス吐出部材１２２の周囲に配置される第２ガス吐出部材１２４が取り付けられている。また，第１ガス吐出部材１２２と第２ガス吐出部材１２４は，各々多数の貫通孔が形成されたシャワーヘッド構造を有している。かかる構成により，第１ガス吐出部材１２２と第２ガス吐出部材１２４から，各々所定の処理ガス，例えばＳｉＨ₄とＯ₂がＬＣＤ基板Ｌ方向に均一に吐出される。また，処理室１０６の下方には，排気管１２６が接続されているため，処理室１０６内を所定の減圧雰囲気，例えば１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒに維持することできる。
【００２０】
次に，アンテナ室１０８内の構成について説明すると，アンテナ室１０８の底面部は誘電体壁１０４により構成され，その誘電体壁１０４の上面に，本実施の形態にかかる低誘電率化合物膜１２８を介して，高周波アンテナ１３０が配される構成となっている。
【００２１】
ここで，低誘電率化合物膜１２８の構成について説明すると，低誘電率化合物膜１２８は，耐熱性を有し，かつ誘電率が誘電体壁１０４よりも相対的に低い低誘電率化合物，すなわち誘電率が３以下のポリイミドや，アセタール樹脂や，ナイロンなどから構成することができるが，当該装置では，ポリイミドを採用している。なお，誘電体壁１０４は，本実施の形態においては，アルミナセラミックスを採用しているため，その誘電率は，７程度である。
【００２２】
また，低誘電率化合物膜１２８の厚さは，放電防止と高周波エネルギの透過効率の観点から，２５μｍ〜１ｍｍの範囲内で適宜設定することができる。そして，低誘電率化合物膜１２８は，図示の例では，誘電体壁１０４のアンテナ室１０８側面に，その周縁部を除いて一面に張り巡らされている。
【００２３】
さらに，低誘電率化合物膜１２８上には，導電性材料，例えば銅から成る高周波アンテナ１３０が配置されている。高周波アンテナ１３０は，図２に示したように，ＬＣＤ基板Ｌの形状に対応して略スパイラル状の形状を有している。さらに，高周波アンテナ１３０には，整合器１３２を介してプラズマ生成用高周波電力，例えば１３．５６ＭＨｚで６ｋＷの高周波電力を出力可能な高周波電源１３４が接続されている。
【００２４】
かかる構成により，高周波アンテナ１３０に対してプラズマ生成用高周波電力を印加すれば，高周波アンテナ１３０から発振された高周波エネルギが低誘電率化合物膜１２８と誘電体壁１０４を介して処理室１０６内に導入される。次いで，この高周波エネルギによって処理室１０６内に供給された処理ガスが解離して誘導結合プラズマが励起され，該プラズマによりＬＣＤ基板Ｌの被処理面に所定の成膜処理，例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）が成膜される。
【００２５】
高周波エネルギを印加すると高周波アンテナ１３０は加熱するが，高周波アンテナ１３０には，図１に示したように，冷媒循環路１３０ａが内装されているため，高周波アンテナ１３０を常温に維持することができると共に，その高周波アンテナ１３０の近傍に配される低誘電率化合物膜１２８や誘電体壁１０４などの各種部材も冷却することができる。
【００２６】
かかる構成よれば，高周波アンテナ１３０と誘電体壁１０４との間に，低誘電率化合物膜１２８を介装したため，高周波アンテナ１３０に上述の如く高周波数及び高出力のプラズマ生成用高周波電力を印加した場合でも，誘電体壁１０４のアンテナ室１０８側面に沿面放電が生じることがない。その結果，高周波アンテナ１３０から発振された高周波エネルギが，放電によって減衰することなく処理室１０６内に導入することができるため，処理室１０６内に均一かつ高密度の高周波誘導結合プラズマを励起することができる。さらに，アンテナ室１０８内で放電が生じないため，誘電体壁１０４や高周波アンテナ１３０などのアンテナ室１０８に配される各種部材の損傷を防止することができ，それら各種部材の寿命を大幅に延長することができる。
【００２７】
また，低誘電率化合物膜１２８は，上述の如く薄膜から構成されているため，高周波アンテナ１３０と誘電体壁１０４との間に，低誘電率化合物膜１２８を介在させた場合でも，低誘電率化合物膜１２８を介して処理室１０６内に誘導されるエネルギが減衰することはなく，従って処理室１０６内に励起されるプラズマの密度が低下することがない。さらに，低誘電率化合物膜１２８は，耐熱性を有しているため，下部電極１１０やＬＣＤ基板Ｌからの輻射熱などで誘電体壁１０４が加熱された場合でも，低誘電率化合物膜１２８が損傷することがない。
【００２８】
再び，図１に戻り，アンテナ室１０８の側壁上方には，アンテナ室１０８内にプラズマの励起を抑止するガス，例えばＳＦ₆やＮ₂などを供給可能なガス供給管１３６が接続されている。従って，上記ガスがアンテナ室１０８内に導入されるため，さらにプラズマの励起を防止することができる。
【００２９】
また，アンテナ室１０８の側壁下方には，アンテナ室１０８内のガスを排気し，所定の減圧雰囲気，例えば３００ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒに維持することが可能な排気管１３８が接続されている。かかる構成により，アンテナ室１０８内にプラズマの励起を抑止するガスを均一に満たし，プラズマの励起を効果的に防止することができる。ところで，アンテナ室１０８内の圧力雰囲気を上述の如く減圧雰囲気に維持した場合には，その圧力雰囲気の減少に比例して放電が発生し易くなることが考えられるが，本実施の形態では，高周波アンテナ１３０と誘電体壁１０４との間に低誘電率化合物膜１２８が介装されているため，かかる場合でもプラズマが励起されることがない。
【００３０】
本実施の形態にかかるＣＶＤ装置１００は，以上のように構成されており，高周波アンテナ１３０と誘電体壁１０４との間に低誘電率化合物膜１２８を介装したため，高周波アンテナ１３０に対して高周波数で高電力の高周波電力を印加した場合でも，誘電体壁１０４のアンテナ室１０８側面に沿面放電が生じることがない。その結果，処理室１０６内に導入される高周波エネルギの減衰を防止することができると共に，誘電体壁１０４や高周波アンテナ１３０など，アンテナ室１０８内に配される各種部材の損傷を防止することができる。
【００３１】
次に，図３を参照しながら，本発明の実施の一形態にかかる高周波誘導結合プラズマＣＶＤ装置に適用可能な高周波アンテナ及び低誘電率化合物膜の別の実施形態について説明する。
【００３２】
本実施の形態にかかる高周波アンテナ２００は，図３（ａ）に示したように，上述した高周波アンテナ１３０と略同形に形成されており，その高周波アンテナ１３０と同様にアンテナ室１０８内に配置することができる。ただし，本実施の形態においては，アンテナ室１０８の誘電体壁１０４上には低誘電率化合物膜１２８が配されることはない。その代わり，本実施の形態にかかる高周波アンテナ２００は，図３（ｂ）に示したように，導電性のアンテナ部材２０２の表面が低誘電率化合物膜２０４によってコーティングされている。
【００３３】
アンテナ部材２０２の表面にコーティングされる低誘電率化合物膜２０４としては，上述した低誘電率化合物膜１２８と同様に，耐熱性を有し，かつ誘電率が誘電体壁１０４よりも相対的に低い低誘電率化合物，すなわち誘電率が３以下のポリイミドや，アセタール樹脂や，ナイロンなどを採用することができるが，本実施の形態ではポリイミドを使用している。さらに，低誘電率化合物膜２０４の厚さは，上述の如く放電防止と高周波エネルギの透過効率の観点から，２５μｍ〜１ｍｍの範囲内で適宜設定することができる。
【００３４】
かかる構成により，高周波アンテナ２００を誘電体壁１０４上に直接配置した場合でも，上述の如く高周波アンテナ１３０と誘電体壁１０４との間に低誘電率化合物膜１２８を介装させた場合と同様に，誘電体壁１０４のアンテナ室１０８側面での沿面放電の発生を防止することができる。さらに，導電性のアンテナ部材２０２の表面全体が低誘電率化合物膜２０４で覆われているため，アンテナ室１０８内での放電の発生を確実に防止することができる。また，本実施の形態にかかる高周波アンテナ２００は，低誘電率化合物膜２０４が一体に構成されているため，装置の改造を伴うことなく容易に実施することができる。
【００３５】
また，アンテナ部材２０２には，図３（ｂ）に示したように，上記高周波アンテナ１３０と同様に冷媒循環路２０２ａが形成されている。かかる構成により，高周波アンテナ２００を常温に維持することができると共に，アンテナ部材２０２を被覆する低誘電率化合物膜２０４の温度も低下させることができる。その結果，低誘電率化合物膜２０４を，耐熱性が上記低誘電率化合物膜１２８を構成する樹脂よりも相対的に低い材料から構成することができ，該構成材料の選択の幅を広げることができる。
【００３６】
本実施の形態にかかるＣＶＤ装置は，以上のように構成されており，高周波アンテナ２００の表面に低誘電率化合物膜２０４が形成されているため，上記第１の実施の形態の如く高周波アンテナ１３０と誘電体壁１０４との間に低誘電率化合物膜１２８を介在させた場合と同様に，誘電体壁１０４のアンテナ室１０８側面に沿面放電が生じることがない。さらに，本実施の形態にかかる高周波アンテナ２００は，低誘電率化合物膜２０４が一体に構成されているため，装置に低誘電率化合物膜を設けるため加工を施す必要がなく，各種装置に適用することができる。
【００３７】
以上，本発明の好適な実施の形態について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３８】
例えば，上記実施の形態において，誘電体壁のアンテナ室側面にその周縁部を除き低誘電率化合物膜を形成した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，低誘電率化合物膜を誘電体壁のアンテナ室側面の全面に渡って張り付けた構成としても良く，また高周波アンテナと誘電体壁との間のみに設けた構成としても良い。さらに，低誘電率化合物膜をアンテナ室の内壁面の全面に形成しても良い。
【００３９】
また，上記実施の形態において，アンテナ室内を減圧雰囲気に維持する構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，アンテナ室内を大気圧や大気圧よりも相対的に高い圧力雰囲気に維持する場合でも，本発明を実施することができる。
【００４０】
さらに，上記実施の形態において，アンテナ室内にプラズマの励起を抑止するガスを導入する構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，アンテナ室内に上記ガスを導入しなくとも本発明を実施することができる。
【００４１】
さらに，上記実施の形態において，高周波アンテナをアンテナ室内に配置した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，アンテナ室を備えた装置でなくても本発明を適用することができる。
【００４２】
また，上記実施の形態において，高周波アンテナに冷媒循環路を内装した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，冷媒循環路が形成されていない高周波アンテナを採用した装置であっても，本発明を適用することができる。
【００４３】
さらに，上記実施の形態において，略スパイラル状の形状の高周波アンテナを採用した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，高周波アンテナは，略環状や略放射状などのいかなる形状であっても，本発明を実施することができる。
【００４４】
また，上記実施の形態において，誘電体壁をアルミナセラミックスから構成した例を挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，誘電体壁が石英や樹脂などのいかなる誘電性材料から構成されていても，本発明を実施することができる。
【００４５】
さらに，上記実施の形態において，ＬＣＤ基板に対して成膜処理を施す誘導結合プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，本発明は誘導結合エッチング装置や，誘導結合アッシング装置などのいかなる誘導結合プラズマ処理装置にも適用することができ，また半導体ウェハに対して処理を施す装置にも適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば，少なくとも高周波アンテナと誘電体壁との間に所定の低誘電率化合物膜を介装したため，誘電体壁の高周波アンテナ側面での沿面放電の発生を防止することができる。その結果，高周波アンテナから発振され処理室内に導入される高周波エネルギの減衰を抑制することができると共に，誘電体壁や高周波アンテナなどの損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なＣＶＤ装置を示した概略的な断面図である。
【図２】図１に示したＣＶＤ装置に採用される低誘電率化合物膜を説明するための概略的な説明図である。
【図３】図１に示したＣＶＤ装置に適用可能な他の低誘電率化合物膜を説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
１００ＣＶＤ装置
１０４誘電体壁
１０６処理室
１０８アンテナ室
１１０下部電極
１２８低誘電率化合物膜
１３０高周波アンテナ
１３４高周波電源
ＬＬＣＤ基板

Claims

処理室の少なくとも一壁を成す誘電体壁の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を印加して前記処理室内に高周波誘導結合プラズマを励起し、前記処理室内に配置された被処理体に対してプラズマ処理を施す如く構成されたプラズマ処理装置において、
少なくとも前記高周波アンテナと前記誘電体壁との間に、比誘電率が前記誘電体壁よりも相対的に低く、３以下である低誘電率化合物膜を前記誘電体壁の周縁部を除いた一面又は全面に介装することを特徴とする、プラズマ処理装置。
処理室の少なくとも一壁を成す誘電体壁の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を印加して前記処理室内に高周波誘導結合プラズマを励起し、前記処理室内に配置された被処理体に対してプラズマ処理を施す如く構成されたプラズマ処理装置において、
前記高周波アンテナに対して、比誘電率が前記誘電体壁よりも相対的に低く、３以下である低誘電率化合物膜によって前記誘電体壁の周縁部を除いた一面又は全面を覆うことを特徴とする、プラズマ処理装置。
前記低誘電率化合物膜は、耐熱性を有する比誘電率が３以下の樹脂から形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
前記低誘電率化合物膜は、ポリイミド、アセタール樹脂またはナイロンから成る群から選択される任意の樹脂であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記高周波アンテナは、前記処理室とは隔離され、導電性壁により囲まれたアンテナ室内に配されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記アンテナ室内は、大気圧よりも相対的に低い圧力雰囲気に維持されることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
低誘電率化合物膜の厚さは、２５μｍ〜１ｍｍの範囲内のいずれかの厚さであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。