JP4705967B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。

図７は従来のプラズマ処理装置３０を示す断面図であり、図８は図７に示すスロットアンテナ５を示す平面図である。図７に示したプラズマ処理装置３０は、例えば、特開２００５−２６８７６３号公報に記載されているものである。

図７において、プラズマ処理装置３０は、上部が開口された処理容器１を含み、処理容器１は、チャンバ１１と、アッパープレート１２と、スペーサー１３と、プレートカバー１４とを重ねて構成されている。これらはすべてアルミ合金によって形成されている。処理容器１内には、被処理基板２を保持するためのサセプタ３が配置されている。サセプタ３には、処理容器１の外部に設けられた交流電源１７から、バイアス用の高周波信号が供給される。

処理容器１内の均一な排気を実現するために、サセプタ３の周囲にはリング状に空間１Ａが形成され、処理容器１の底部には、真空ポンプなどの図示しない排気装置によって処理容器１内の空気を排気するための排気管１６が設けられている。処理容器１上には、サセプタ３上の被処理基板２に対応する位置に、誘電板４が配置され、さらに誘電板４の上部には、スロットアンテナ５が設けられている。

スロットアンテナ５は、図８に示すようなラジアルラインスロットアンテナであり、同軸導波管９の外側導波管に接続された平坦なディスク状のスロットアンテナ放射板５ａを含み、スロットアンテナ放射板５ａの開口部には、多数のスロット５ｂと、これに直交する多数のスロット５ｃとが形成されているとともに、外縁に沿って複数の取付け穴５ｄが形成されている。スロットアンテナ５の上部には、遅波板６が配置されており、スロットアンテナ放射板５ａは、取付け穴５ｄにネジ１５を締め付けることにより冷却板７に固定される。冷却板７は、遅波板６とスロットアンテナ５を覆ってスロットアンテナ５を冷却するものであり、内部に冷却水が供給されている。冷却板７は冷却板固定具１０によってプレートカバー１４に固定される。

スロットアンテナ５は外部のマイクロ波発生装置８のマイクロ波出力端子に、同軸導波管９を介して接続されており、マイクロ波発生装置８の接地端子は処理容器１に接続されている。マイクロ波発生装置８は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、図示しない負荷整合器から同軸導波管９を介してスロットアンテナ５に供給する。スロットアンテナ５は、マイクロ波発生装置８からのマイクロ波により、図示しないガス供給口から供給されて空間１Ｂに放出されたプラズマガスを励起する。

このように構成されたプラズマ処理装置３０でプラズマ処理する際には、処理容器１内のサセプタ３上に被処理基板２を載置し、ガス導入部から所定の処理ガスを処理容器１内に供給しつつ、排気管１６から排気することで処理空間１Ｂ内を所定の圧力にする。そして、交流電源１７によって被処理基板２にバイアス高周波を印加するとともに、マイクロ波発生装置８によってマイクロ波を発生させてスロットアンテナ５に供給する。

マイクロ波は、スロットアンテナ５と冷却板７との間を、半径方向に広がりながら進行するが、その際に遅波板６の作用により波長が圧縮される。半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応してスロット５ｂおよび５ｃを同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平面波をスロットアンテナ５に実質的に垂直な方向に放射することができ、誘電板４の下方に電界を発生させる。すると空間１Ｂ内の処理ガスがプラズマ化され、処理ガスの種類を選択することで、被処理基板２に対して所定のプラズマ処理が行われる。
特開２００５−２６８７６３号公報

図９および図１０は、図７に示したプラズマ処理装置３０において、スロットアンテナ５から処理容器１に流れるマイクロ波電流の流れる経路を説明するための要部断面図である。特に、図９は図７の一点鎖線３０Ａで囲んだ部分を拡大して示し、図１０は同じく一点鎖線３０Ａおよび３０Ｂで囲んだ部分を拡大して示す。

図７に示した冷却板７と、プレートカバー１４は、メンテナンスをし易くするために、別の部材として形成されている。スロットアンテナ５は遅波板６とともにネジ１５により冷却板７に固定されており、冷却板７をプレートカバー１４の開口部に装着したときに、冷却板７と、プレートカバー１４との間にわずかなギャップが生じる。

冷却板７をプレートカバー１４に装着するときに、冷却板７とプレートカバー１４との間のギャップが均一になるようにすれば、冷却板７が直接プレートカバー１４に接触することがない。この結果、電流は、スロットアンテナ５から図９の矢印ＩＡに示すように、表皮効果により冷却板７の外壁部に沿って上方向に流れ、さらに冷却板固定具１０の下面からプレートカバー１４、スペーサー１３、アッパープレート１２、チャンバ１１のそれぞれの内壁部に沿って流れ、マイクロ波発生装置８の接地端子に戻る。この場合、マイクロ波電流の流れは同心状に半径方向に広がりながら進行するため、スロットアンテナ５面において均一になるので、プラズマ密度も均一になる。

しかし、冷却板７やプレートカバー１４を製造するときに工作精度や公差の問題から、空隙を確保する必要があり、冷却板７をプレートカバー１４に装着するごとに、冷却板７のプレートカバー１４への装着場所がわずかにずれてしまい、ギャップの間隔が変動し、冷却板７やプレートカバー１４ごとにギャップの寸法が変わってしまう。また、取付け具合によってもギャップの間隔が変動することもある。

特に、図１０に示す一点鎖線３０Ａ側で、冷却板７がプレートカバー１４に直接接触し、一点鎖線３０Ｂ側のギャップが広くなると、一点鎖線３０Ａ側では、スロットアンテナ５から冷却板７とプレートカバー１４との接触部分から矢印ＩＢに示すように直接マイクロ波電流が流れる。これに対して、一点鎖線３０Ｂ側では、図９の説明と同様にして、矢印ＩＣに示す経路でマイクロ波電流が流れる。このため、スロットアンテナ５に流れるマイクロ波電流の流れが図８の破線に示すように偏るため不均一になり、プラズマ密度が不均一になってしまう。

そこで、この発明の目的は、取付け具合や寸法誤差での電流流れの不均一性を排除し、均一なプラズマ生成を可能にしたプラズマ処理装置を提供することである。

この発明は、上部開口を有し、金属で形成された処理容器と、処理容器の上部開口を閉鎖するように配置された誘電体と、接地側が処理容器に接続されており、マイクロ波を供給するためのマイクロ波供給源と、誘電体上に配置され、マイクロ波供給源からのマイクロ波を、誘電体を透過させて処理容器の内部に供給し、処理容器の内部にプラズマを発生させる平板状アンテナと、平板状アンテナとは別部材で形成され、処理容器の内壁部および平板状アンテナの外縁部に直接接触する導電性部材とを備え、導電性部材は、平板状アンテナ側に取付けられて、実質的に全周にわたって処理容器の内壁部側を径方向に押し付けるように、弾性的に接触することにより、平板状アンテナを処理容器の内壁部に電気的に接続することを特徴とする。

導電性部材により処理容器全周にわたり、平板状アンテナと処理容器の内壁部とを直接接触させることにより、処理容器の内壁と平板状アンテナ外縁との電気抵抗の大きさを略等しくすることができるので、マイクロ波電流の大きさを略等しくできる。

好ましくは、平板状アンテナを覆うカバー部材を含み、平板状アンテナはカバー部材にネジにより固定されており、導電性部材は、平板状アンテナとともにネジによりカバー部材に固定される。導電性部材を平板状アンテナとともにカバー部材に固定するので、導電性部材の取付けが容易になる。

好ましくは、導電性部材は、リング状形態であって、その外縁部が径方向外方および上方に立上って、処理容器の内壁部に弾性的に接触する接触片を含む。接触片により弾性的に処理容器の内壁部に接触させることができるので、電気的な接続を確実にできる。

好ましくは、平板状アンテナを覆うカバー部材を含み、導電性部材は、カバー部材に保持される。導電性部材をカバー部材に保持することにより、処理容器に装着し易くなる。

好ましくは、導電性部材は、所定の幅を有する金属帯をらせん状に巻回したリング状形態であり、カバー部材は、導電性部材を嵌め込むための溝を含み、導電性部材は、溝に嵌め込まれる。

溝に導電性部材を嵌め込むことにより、カバー部材を処理容器に取付けたときに、導電性部材は溝の壁部と処理容器の内壁部とで圧力を受けて変形し、平板状アンテナと処理容器の内壁部との電気的接続を良好にする。

この発明によれば、導電性部材は、平板状アンテナ側に取付けられて、実質的に全周にわたって処理容器の内壁部側を径方向に押し付けるように、弾性的に接触することにより、平板状アンテナを処理容器の内壁部に電気的に接続するので、処理容器の内壁と平板状アンテナ外縁との電気抵抗の大きさを略等しくできるので、マイクロ波電流の大きさが略等しくなり、マイクロ波が均一に広がって、均一なプラズマを発生することができる。

図１はこの発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置４０の要部断面図であり、図７に示した一点鎖線Ａに対応する部分の拡大図であり、図２は図１に示した一点鎖線Ｃに示す部分を拡大して示した図であり、図３は図１および図２に示す導電性部材２０を示す外観斜視図である。

図１ないし図３において、この発明の一実施形態のプラズマ処理装置４０は、図７に示したプラズマ処理装置３０と同様にして、上部開口を有し、アルミ合金などの金属で形成した処理容器１としてのチャンバ１１と、アッパープレート１２と、スペーサー１３と、プレートカバー１４と、処理容器１の上部開口を閉鎖するように配置された誘電体４と、マイクロ波を誘電体４に供給し、マイクロ波を、誘電体４を透過させて処理容器の内部に供給し、処理容器の内部にプラズマを発生させる平板状アンテナとしてのスロットアンテナ５とを含む。さらに、スロットアンテナ５上には、遅波板６が載置されており、スロットアンテナ５は導電性部材２０とともにカバー部材としての冷却板７にネジ１５により固定される。冷却板７は冷却板固定具１０によってプレートカバー１４に固定される。

導電性部材２０は、スロットアンテナ５側に取付けられて、処理容器の一部を構成するプレートカバー１４の実質的に全周にわたってプレートカバー１４の内部に弾性的に直接接触して、マイクロ波電流が流れる経路を形成する。この経路により、プレートカバー１４、スペーサー１３、アッパープレート１２およびチャンバ１１のそれぞれの全周にわたり、それぞれの内壁とスロットアンテナ５の外縁との間の電気抵抗の大きさを略等しくすることでマイクロ波電流の大きさを略等しくして均一にマイクロ波を伝播させ、均一なプラズマを生成できる。導電性部材２０は、リング状形態であって、例えばリン青銅などによって形成されており、図３に示すように、冷却板７の下面に接触する平坦なリング状部２１と、リング状部２１の外縁部が径方向および上方に立上る多数の接触片２２とを含み、接触片２２は処理容器１の内壁部に弾性的に接触する。

リング状部２１には、図８に示したスロットアンテナ５の取付け穴５ｄに対応して取付け穴２３が形成されている。スロットアンテナ５の取付け穴５ｄと、導電性部材２０の取付け穴２３とにネジ１５を挿入して冷却板７にネジ止めする。接触片２２は図２に示すように、リング状部２１の外縁部が径方向外方および上方に立上るように形成されているので弾性を有している。このため、導電性部材２０とスロットアンテナ５とを取付けた冷却板７をプレートカバー１４に固定すると、接触片２２の外壁部がプレートカバー１４の内壁部により圧力を受けるので、図２の破線Ｅに示す状態から実線に示す状態に変形して、スロットアンテナ５とプレートカバー１４とを強制的に電気的に接続する。

図１には図示を省略しているが、図７と同様にして、マイクロ波供給源として作動するマイクロ波発生装置が設けられている。マイクロ波出力端子から図示しない同軸導波管を介してマイクロ波がスロットアンテナ５に供給されており、接地端子は処理容器１に接続されている。マイクロ波発生装置からマイクロ波がスロットアンテナ５に供給されると、図１の矢印ＩＤに示すように、スロットアンテナ５から導電性部材２０を介して、プレートカバー１４、スペーサー１３、アッパープレート１２およびチャンバ１１の経路にマイクロ波電流が流れ、マイクロ波発生装置に戻る。

スロットアンテナ５を取付けた冷却板７をプレートカバー１４に取付けたときに、冷却板７のプレートカバー１４への装着場所がわずかにずれてしまうことがある。このために、ギャップの間隔が変動し、冷却板７やプレートカバー１４ごとにギャップの寸法が変わってしまっても、導電性部材２０により、プレートカバー１４の内壁部とスロットアンテナ５の外縁との電気的接続を確保できる。これにより、プレートカバー１４の内壁部とスロットアンテナ５の外縁との間の電気抵抗の大きさを略等しくし、スロットアンテナ５に流れるマイクロ波電流を均一にできる。その結果、工作精度や公差などに影響されることなく、スロットアンテナ５の全面から発生されるプラズマ密度を均一にできる。

図４はこの発明の他の実施形態におけるプラズマ処理装置５０の要部断面図であり、図７に示した一点鎖線Ａに対応する部分の拡大図であり、図５は図４に示した一点鎖線Ｄに示す部分を拡大して示した図であり、図６は図４および図５に示す導電性部材２５を示す外観斜視図である。

この実施形態のプラズマ処理装置は図１と同様にして、チャンバ１１と、アッパープレート１２と、スペーサー１３と、プレートカバー１４と、誘電体４と、スロットアンテナ５と、遅波板６とを含む。スロットアンテナ５は冷却板７にネジ１５により固定される。冷却板７は冷却板固定具１０によってプレートカバー１４に固定される。スロットアンテナ５は導電性部材２５を介してプレートカバー１４の内壁部に電気的に接続される。

この実施形態に使用される導電性部材２５は、図６に示すような所定の幅を有し、厚さが例えば０．１ｍｍ程度の銅やアルミニウムやＳＵＳなどの金属帯をらせん状に巻回したリング状形態であり、冷却板７に保持されてプレートカバー１４の内壁部およびスロットアンテナ５の両者に弾性的に接触する。冷却板７の外壁部の下部には、逆Ｖ字状の溝７１が外壁部全域にわたって、プレートカバー１４の内壁部に対向するように形成される。この溝７１に導電性部材２５を嵌め込む。このとき、導電性部材７１の中に図６に示すようにワイヤー２６を挿入して円になるようにし、溝７１に装着し易いようにし、装着時に離脱しないようにする。冷却板７に導電性部材２５を取付けた後、冷却板７をプレートカバー１４に装着する。

導電性部材２５は、溝７１の壁部とカバープレート１４の内壁部との間で挟まれるので、圧縮されて断面が円形から楕円に変形する。その結果、導電性部材２５はスロットアンテナ５を押し付けるので、スロットアンテナ５とカバープレート１４とを電気的に接続し、電位差をなくして等電位に保つ。その結果、プレートカバー１４の内壁部とスロットアンテナ５の外縁との電気的接続を確保できるので、プレートカバー１４の内壁部とスロットアンテナ５の外縁との間の電気抵抗の大きさを略等しくし、スロットアンテナ５に流れるマイクロ波電流を均一にできる。その結果、工作精度や公差などに影響されることなく、スロットアンテナ５の全面におけるプラズマ密度を均一にできる。

なお、導電性部材２０，２５は、プレートカバー１４の内壁部とスロットアンテナ５の外縁とを電気的に接続できるものであれば、図３および図６に示したもの以外のものであってもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明のプラズマ処理装置は、半導体基板をプラズマ処理するのに利用できる。

この発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置４０の要部断面図であり、図７に示した一点鎖線Ａに対応する部分の拡大図である。 図１に示した一点鎖線Ｃに示す部分を拡大して示した図である。 図１および図２に示す導電性部材２０を示す外観斜視図である。 この発明の他の実施形態におけるプラズマ処理装置５０の要部断面図であり、図７に示した一点鎖線Ａに対応する部分の拡大図である。 図４に示した一点鎖線Ｄに示す部分を拡大して示した図である。 図４および図５に示す導電性部材２５を示す外観斜視図である。 従来のプラズマ処理装置３０を示す断面図である。 図７に示すスロットアンテナ５を示す平面図である。 図７の一点鎖線３０Ａで囲んだ部分を拡大して示す図である。 図７の一点鎖線３０Ｂで囲んだ部分を拡大して示す図である。

符号の説明

４ 誘電体、５ スロットアンテナ、６ 遅波板、７ 冷却板、８ マイクロ波発生装置、９ 同軸導波管、１０ 冷却板固定具、１１ チャンバ、１２ アッパープレート、１３ スペーサー、１４ プレートカバー、１５ ネジ、２０，２５ 導電性部材、２１ リング状部、２２ 接触片、２３ 穴、２６ ワイヤー、４０，５０ プラズマ処理装置、７１ 溝。

Claims (5)

1. 上部開口を有し、金属で形成された処理容器と、
   前記処理容器の上部開口を閉鎖するように配置された誘電体と、
   接地側が前記処理容器に接続されており、マイクロ波を供給するためのマイクロ波供給源と、
   前記誘電体上に配置され、前記マイクロ波供給源からのマイクロ波を、前記誘電体を透過させて前記処理容器の内部に供給し、前記処理容器の内部にプラズマを発生させる平板状アンテナと、
   前記平板状アンテナとは別部材で形成され、前記処理容器の内壁部および前記平板状アンテナの外縁部に直接接触する導電性部材とを備え、
   前記導電性部材は、前記平板状アンテナ側に取付けられて、実質的に全周にわたって前記処理容器の内壁部側を径方向に押し付けるように、弾性的に接触することにより、前記平板状アンテナを前記処理容器の内壁部に電気的に接続することを特徴とする、プラズマ処理装置。
2. 前記平板状アンテナを覆うカバー部材を含み、
   前記平板状アンテナは前記カバー部材にネジにより固定されており、
   前記導電性部材は、前記平板状アンテナとともに前記ネジにより前記カバー部材に固定される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記導電性部材は、リング状形態であって、その外縁部が径方向外方および上方に立上って、前記処理容器の内壁部に弾性的に接触する接触片を含む、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記平板状アンテナを覆うカバー部材を含み、
   前記導電性部材は、前記カバー部材に保持される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記導電性部材は、所定の幅を有する金属帯をらせん状に巻回したリング状形態であり、
   前記カバー部材は、前記導電性部材を嵌め込むための溝を含み、
   前記導電性部材は、前記溝に嵌め込まれる、請求項４に記載のプラズマ処理装置。

Images