JP5520455B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
各第1のガス管には、4本の前記第2のガス管が連結されていてもよい。
まず、本発明の第1実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の構成について、図1を参照しながら説明する。図1は本装置の縦断面図を模式的に示す。図1は、図2の2−O−O’−2断面を示している。図2は、マイクロ波プラズマ処理装置10の天井面であり、図1の1−1断面を示している。第1実施形態では、天井面に上段ガスシャワープレートが設けられている。
図1に示したように、マイクロ波プラズマ処理装置10は、ガラス基板(以下、「基板G」という。)をプラズマ処理するための処理容器100を有している。処理容器100は、容器本体200と蓋体300とから構成される。容器本体200は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体300により閉塞されている。蓋体300は、上部蓋体300aと下部蓋体300bとから構成されている。容器本体200と下部蓋体300bとの接触面にはOリング205が設けられていて、これにより容器本体200と下部蓋体300bとが密閉され、処理室が画定される。上部蓋体300aと下部蓋体300bとの接触面にもOリング210及びOリング215が設けられていて、これにより上部蓋体300aと下部蓋体300bとが密閉されている。容器本体200及び蓋体300は、たとえば、アルミニウム合金等の金属からなり、電気的に接地されている。
次に、図1及び図3を参照しながら、上段ガスシャワープレートについて詳述する。図3は、図1の3−3断面である。
ガス供給源905から供給されたガスは、主ガス流路330へと流れる。主ガス流路330は、上部蓋体300aと下部蓋体300bとの間の空間を利用して形成される。つまり、主ガス流路330は、基板Gと概ね平行に、図1の紙面の前後方向に設けられている。これにより、上部蓋体300aと下部蓋体300bとの境界部分は、一面が格子状のガス流路になる。
誘電体板305と蓋体300との間、或いは誘電体板305と金属電極310との間には隙間がないことが望ましい。制御されない隙間があると、誘電体板305を伝搬するマイクロ波の波長が不安定になり、プラズマの均一性や同軸管から見た負荷インピーダンスに影響を与えるからである。また、大きい隙間(0.2mm以上)があると、隙間で放電してしまう可能性もある。そのため、ナット435を締めたときに、誘電体板305と下部蓋体300bとの間、及び誘電体板305と金属電極310との間が密着するようになっている。
ナット435を締める際、過剰なトルクで締めると、誘電体板305にストレスがかかって割れてしまう可能性がある。また、ナット435を締める際には割れなくても、プラズマを発生させて各部の温度が上昇したときに、ストレスがかかって割れる危険性がある。このため、螺子325を介して常に適度な力(Oリング220を潰して誘電体板305と下部蓋体300bとを密着させる力よりも多少大きな力)で金属電極310を吊り上げることができるように、ナット435と下部蓋体300bとの間には、最適なバネ力をもつウェーブワッシャー430bが挿入されている。ナット435を締める際に、ウェーブワッシャー430bがフラットになるまで締め切らずに、変形量が一定になるようになっている。なお、ウェーブワッシャー430bに限定されず、皿バネ、バネワッシャー、金属バネ等、弾性のあるものであればよい。
本実施形態においては、ガス放出穴ではなく、枝ガス流路の上流側の一部に絞り部(細管335)を設けてコンダクタンスを制限している。すなわち、ガスを放出する機能とコンダクタンスを制限する機能を分離している。上記のように、(細管335のガスコンダクタンス)/(第1のガス放出穴345aのガスコンダクタンスの和)が1より十分小さく(1/14.5以下)となるようにして、細管335のみで効果的にコンダクタンスが制限されるようになっている。これにより、細管335の下流において多少コンダクタンスが変化しても、均一性が保たれる。また、主ガス流路330と細管335のガスコンダクタンス比を1より十分大きく(本実施形態においては59000以上)設定して、高い均一性が得られるようになっている。
第1実施形態の変形例を図6に示す。以下では、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、同一点については説明を省略する。本実施形態では、螺子325と下部蓋体300bとの間に第5のガス流路325cが設けられている。螺子325の内部にガス流路は設けられていない。主ガス流路に導入されたガスは、図4Eに拡大して示したように、ワッシャー430cに設けられた細穴360(絞り部)を通って、第5のガス流路325cを流れ、第1のガス流路310a及び第2のガス流路320a1,320a2から複数の第1のガス放出穴345a及び複数の第2のガス放出穴345b1、345b2に導かれる。
次に、本発明の第2実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10の構成について、図7及び図8を参照しながら説明する。図7は、図8の5−O−O’−5断面を示す。図8は、図7の4−4断面を示す。第2実施形態では、上段ガスシャワープレートに加えて、下段ガスノズルが設けられている。
本実施形態では、上部蓋体300aと下部蓋体300bとの境界部分に2種類の主ガス流路が配設されている。一つは、下部蓋体300bの上面に形成された第1の主ガス流路330aである。もう一つは、下部蓋体300b内部に形成された第2の主ガス流路330bである。第2の主ガス流路330bは、下部蓋体300bの上面に設けられた溝にアルミニウム合金の板で蓋をしたものであるが、下部蓋体300bに設けられた長穴等であってもよい。
これにより、処理ガスの過剰解離を抑制して、基板Gに良質なプラズマ処理を施すことができる。
本実施形態は、上段ガスシャワープレートのみならず、蓋体300の天井面と基板Gとの空間に下段ガスノズル370が設けられている。螺子325は、誘電体板305及び金属電極310を貫通し、第1のガス管370aに連結している。第1のガス管370aは、天井面に等ピッチに配置される。第1のガス管370aの先端には、図8に示すように、十字状に4本の第2のガス管370bが連結されている。第2のガス管370bは、第1のガス管370aと概ね垂直に、第1のガス管370aを中心として概ね等角度に配置されている。
次に、本発明の第3実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10の構成について、図10及び図11を参照しながら説明する。図10は、図11の9−O−O’−9断面を示す。図11は、図10の8−8断面を示す。第3実施形態では、下段ガスノズル370の形状が第2実施形態にかかる下段ガスノズル370と異なっている。
次に、本発明の第4実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10の構成について、図12〜図14を参照しながら説明する。図12は、図13の11−O−O’−11断面を示す。図13は、図12の10−10断面を示す。図14は、図12の12−12断面である。
次に、本発明の第5実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10の構成について、図15及び図16を参照しながら説明する。図15は、図16の14−O−O’−14断面を示す。図16は、図15の13−13断面を示す。第5実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10は、第4実施形態と同様に円形基板(例えば半導体基板)用であるが、上段ガスシャワープレートに加え、下段ガスシャワープレート410が設けられている点で、上段ガスシャワープレートのみ設けられた第4実施形態と異なる。
次に、本発明の第6実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10の構成について、図17及び図18を参照しながら説明する。図17は、図18の16−O−O’−16断面を示す。図18は、図17の15−15断面を示す。本実施形態では、金属カバー320及びサイドカバー350が設けられていない点で、上述した各実施形態と異なる。また、本実施形態では、絞り部がない。
本実施形態においては、誘電体305が金属膜で被われていない。このように、誘電体305が金属膜で被われていない場合には、金属電極310に設けられた溝(第1のガス流路310a)で放電しないようにするために、金属電極310に設けられた溝の深さを、0.2mm以下にすることが望ましい。その理由を説明する。
ua=(8kT/πm)1/2
で与えられる。ここで、kはボルツマン定数、Tは電子温度、mは電子の質量である。隙間で放電が維持される電子温度を3eVとすれば、上式より、ua=1.14×106m/sとなる。
次に、本発明の第7実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置10の構成について、図19及び図20を参照しながら説明する。図19は、図20の18−O−O’−18断面を示す。図20は、図19の17−17断面を示す。
100 処理容器
200 容器本体
300 蓋体
300a 上部蓋体
300b 下部蓋体
305 誘電体板
310 金属電極
310a 第1のガス流路
320 金属カバー
320a 第2のガス流路
325 螺子
325a 第3のガス流路
325a1 第4のガス流路
325c 第5のガス流路
330,330a,330b 主ガス流路
335,335a,335b 細管
340,340a、340b 溝
345a 第1のガス放出穴
345b、345b1,345b2 第2のガス放出穴
345c 第3のガス放出穴
345d 第5のガス放出穴
360 最穴
365 第6のガス流路
370 下段ガスノズル
370a 第1のガス管
370b 第2のガス管
370b1,370c1 第4のガス放出穴
370c 第3のガス管
350 サイドカバー
360 細穴
400 第7のガス流路
410 下段ガスシャワープレート
430a、430c ワッシャー
355a、430b ウェーブワッシャー
430d 皿バネ
430e テーパーワッシャー
435 ナット
610 第1の同軸管
620 第2の同軸管
900 マイクロ波源
905 ガス供給源
910 冷媒供給源
Cel セル
Claims (47)
- プラズマ処理される基板を収納する金属製の処理容器と、
前記処理容器内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源と、
前記処理容器の金属製の蓋体下面の一部に配置された、前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理容器の内部に透過させる誘電体と、
前記誘電体の下面に配置された金属電極と、
第1のガスを供給する第1のガス供給源と、
前記第1のガス供給源から供給された前記第1のガスを前記処理容器の内部空間であって前記蓋体下面に隣接する第1の空間に放出する複数のガス放出穴を有する第1のガス放出部と、
前記第1のガスを前記第1のガス供給源から前記複数のガス放出穴へ導くガス流路とを備え、
前記誘電体の側面または下面の一部が前記処理容器の内部に露出し、
前記蓋体の前記誘電体が配置されていない部分または当該部分に設けられた金属カバーの下面と、前記金属電極の下面とが、表面波伝搬部を構成し、
前記誘電体を透過した電磁波は前記表面波伝搬部を伝搬することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記複数のガス放出穴は、前記金属電極に開口した複数の第1のガス放出穴を含み、
前記複数の第1のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導入する請求項1に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記複数のガス放出穴は、前記金属カバーに開口した複数の第2のガス放出穴を含み、
前記金属カバーの複数の第2のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導入する請求項1又は2に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記ガス流路は、前記金属電極の内部に設けられた第1のガス流路を含み、
前記第1のガス流路を介して前記複数の第1のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導く請求項2に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記ガス流路は、前記金属電極と前記誘電体との間に設けられた第1のガス流路を含み、
前記第1のガス流路を介して前記複数の第1のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導く請求項2に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記第1のガス流路は、前記金属電極の前記誘電体に隣接した面又は前記誘電体の前記金属電極に隣接した面の少なくともいずれかに形成された溝である請求項5に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記ガス流路は、前記金属カバーの内部に設けられた第2のガス流路を含み、
前記第2のガス流路を介して前記複数の第2のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導く請求項3に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記ガス流路は、前記金属カバーと前記蓋体との間に設けられた第2のガス流路を含み、
前記第2のガス流路を介して前記複数の第2のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導く請求項3に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記第2のガス流路は、前記金属カバーの前記蓋体に隣接した面又は前記蓋体の前記金属カバーに隣接した面の少なくともいずれかに形成された溝である請求項8に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記溝の深さは、0.2mm以下である請求項6に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記溝の深さは、0.2mm以下である請求項9に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
前記ガス流路は、前記螺子の側面に設けられた第5のガス流路を含み、
前記第1のガス流路は、前記第5のガス流路に連結する請求項4〜6,10のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
前記ガス流路は、前記螺子の側面に設けられた第5のガス流路を含み、
前記第2のガス流路は、前記第5のガス流路に連結する請求項7〜9,11のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
前記ガス流路は、前記螺子の内部に設けられた第3のガス流路を含み、
前記複数のガス放出穴は、前記螺子に開口した第3のガス放出穴を含み、
前記第3のガス流路を介して前記第3のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導入する請求項1〜11のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記第3のガス放出穴のガスコンダクタンスは、前記第3のガス流路のガスコンダクタンスよりも小さい請求項14に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
前記ガス流路は、前記螺子の内部に設けられた第3のガス流路および前記螺子の内部側面に設けられた第4のガス流路を含み、
前記第3のガス流路を通過したガスを前記第4のガス流路を介して前記第1のガス流路に導く請求項4〜6,10のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記誘電体及び前記金属電極または前記金属カバーは前記蓋体に螺子で固定され、
前記ガス流路は、前記螺子の内部に設けられた第3のガス流路および前記螺子の内部側面に設けられた第4のガス流路を含み、
前記第3のガス流路を通過したガスを前記第4のガス流路を介して前記第2のガス流路に導く請求項7〜9,11のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記第1のガス流路または前記第3のガス流路のガスコンダクタンスは、前記第4のガス流路のガスコンダクタンスよりも大きい請求項16に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第2のガス流路または前記第3のガス流路のガスコンダクタンスは、前記第4のガス流路のガスコンダクタンスよりも大きい請求項17に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス放出穴は、前記第3のガス流路を介して前記処理容器内に前記第1のガスを導入する前記螺子に開口した第3のガス放出穴を含み、前記第3のガス放出穴のコンダクタンスは、前記第4のガス流路のコンダクタンスに概ね等しい請求項16〜19のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第4のガス流路及び前記第3のガス放出穴は円筒形であり、前記第4のガス流路の直径及び長さは、前記第3のガス放出穴の直径及び長さに概ね等しい請求項20に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記ガス流路は、前記蓋体の内部に設けられた主ガス流路を含み、
前記主ガス流路を通過したガスを前記第5のガス流路に導く第6のガス流路を更に含む請求項12又は13に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記第6のガス流路は、被処理体に向かって斜めに配置されている請求項22に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第6のガス流路のガスコンダクタンスが前記主ガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくなるように前記主ガス流路に隣接して配置されている絞り部を更に有する請求項22又は請求項23のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第3のガス流路のガスコンダクタンスが主ガス流路のガスコンダクタンスよりも小さくなるように前記主ガス流路に隣接して配置されている絞り部を更に有する請求項14〜20のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス放出穴は、前記蓋体の前記誘電体が配置されていない部分に開口した複数の第5のガス放出穴を含み、
前記複数の第5のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導入する請求項1〜2,4〜6のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記ガス流路は、前記蓋体の内部に設けられた第7のガス流路を含み、
前記第7のガス流路を介して前記第5のガス放出穴から前記処理容器内に前記第1のガスを導く請求項26に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記ガス流路は、前記蓋体の内部に設けられた複数の主ガス流路を含み、
前記複数の主ガス流路は、複数の枝ガス流路に前記第1のガスを分流する請求項1〜11のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記蓋体は、上部蓋体と下部蓋体とから構成され、
前記主ガス流路は、前記上部蓋体と前記下部蓋体との境界部分に設けられている請求項22〜25、28のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記ガス流路には流路を狭める絞り部が設けられている請求項1〜23、26〜29のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第1のガスとは異なる第2のガスを供給する第2のガス供給源と、
前記処理容器内の空間であって、前記第1の空間と前記基板を収納する空間との間の第2の空間に、前記第2のガス供給源から供給された前記第2のガスを放出する第2のガス放出部とを備えた請求項1〜30のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 - 前記第2のガス放出部は、
前記蓋体内部を通過して前記第2の空間近傍まで延在する複数のガス導通路と前記ガス導通路の各々に設けられ、前記第2の空間に前記第2のガスを放出する少なくとも1つの第4のガス放出穴とを含む請求項31に記載されたプラズマ処理装置。 - 前記第2のガス放出部は、多孔質体から形成されている請求項31に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第2のガス放出部は、スリット状の開口である請求項31に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス導通路は、被処理体に概ね垂直な状態で配置された第1のガス管と被処理体に概ね水平な状態で前記第1のガス管に連結された複数の第2のガス管とを含む請求項32に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数の第2のガス管は、前記第1のガス管を中心として概ね等角度に配置されている請求項35に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第1のガス管は、等ピッチに複数配置され、
各第1のガス管には、4本の前記第2のガス管が連結されている請求項35又は請求項36のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。 - 前記複数の第2のガス管には、被処理体と対向する面に等間隔に複数の前記第4のガス放出穴が設けられている請求項35〜37のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス導通路は、被処理体に所定の角度をなす状態で配置された第3のガス管を含む請求項32に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第3のガス管は、前記蓋体の下面の複数の部分から、各部分につき複数本が概ね等角度で異なる方向に伸びて前記第2の空間近傍に達するように配置されている請求項39に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数の第3のガス管の末端部に前記第4のガス放出穴が設けられ、前記第4のガス放出穴は被処理体と平行な同一平面上に概ね等間隔に配置されている請求項39または40に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記第1のガスを前記処理容器の内部に放出する前記複数のガス放出穴のそれぞれは、概ね等ピッチで配置されている請求項1〜41のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス放出穴は、それぞれのガスコンダクタンスが概ね等しい請求項1〜42のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス放出穴のそれぞれは、直径が概ね等しい請求項43に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス放出穴は円筒形であり、それぞれの直径及び長さがそれぞれ概ね等しい請求項44に記載されたプラズマ処理装置。
- 前記複数のガス放出穴の少なくとも一つは、前記金属電極または前記金属カバーのいずれかの金属面に形成された凸部に設けられている請求項1〜45のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
- 前記金属カバーは、前記金属電極と相似形をなす形状である金属カバーと、前記金属電極とは非相似形をなす形状であるサイドカバーとを含む請求項1〜46のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
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