JP5572019B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
[プラズマ処理装置の構成]
まず、本発明の第1実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成について図1及び図2に示した縦断面図を参照しながら説明する。図1は図2の1−1断面図であり、図2は図1の2−2断面図である。図1及び図2に示したプラズマ処理装置10は、複数の電極を設けて電極間に高周波電流を流すとともに、基板直上からガスを排気できるようにした装置構成の一例である。以下、プラズマ処理装置の各部構成を説明する。
特許文献1に記載されているように、現状のプラズマCVD装置では、基板を載置する基板電極と対向する位置に基板電極と同程度のサイズの高周波印加電極を設置し、基板電極と高周波印加電極との間に高周波を印加してプラズマを励起するようになっている。高周波電流は、基板電極と高周波印加電極間にプラズマを介して流れることになる。このような構成では、定在波の影響により、VHF帯以上の高い周波数では大面積基板上に均一なプラズマを励起することができない。また、基板に大きな高周波電流が流れ込むため、基板表面に自己バイアス電位が発生してイオンを加速して入射させる。このため、イオン照射ダメージにより高品質なプロセスが行えない。
図3Bのように、基板G側から見て矩形の電極が横方向に複数枚配列されている。隣り合う電極には、振幅が等しく、逆位相の高周波が印加されるようになっている。高周波は、電極990,995の上面に接続された同軸管900L,900Rから供給される。同軸管900L,900Rはそれぞれ内部導体900aおよび外部導体900bを有する。
図3Aは、電極を横方向に2等分し、この間から高周波を放出するようにしたものである。つまり、第1の電極部200aと第2の電極部200bは、一対で電極対200を構成し、それら電極部間には高周波を放出する誘電体スリットが形成されている。電極対を一つの電極とみなせば、高周波が電極の内部から給電されていると考えることができる。誘電体スリットから放出された高周波は、表面波となって電極部表面を左右に伝搬していく。第1の電極部200aと第2の電極部200bの下面のシースには、それぞれ逆向きの高周波電界が印加される。隣り合う電極対200間では、電極部間のインピーダンスが高くなっているので、電極部端まで伝搬した表面波は、隣の電極部まで伝搬することができずに反射されて戻ってくる。このため、電極対毎に独立にプラズマ励起強度を制御することが可能で、全体として極めて均一なプラズマを励起することができる。
図2の給電点S1、S2、S3のピッチと導波路の高さhとの関係を適正化すると電界強度分布を更に均一にすることができる。図6は、給電点のピッチと導波路の高さとの関係についてシミュレーションした結果を示したグラフである。誘電体スリット長手方向のシース中の電界強度分布が、電極片側半分のみについてプロットされている。
[プラズマ処理装置の構成]
本発明の第2実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成について図7及び図8を参照しながら説明する。図7の左半分は図8の3−3断面図、図7の右半分は図8の4−4断面図であり、図8は図7の5−5断面図である。図7の左半分は同軸管がない部分の断面を示し、右半分は同軸管があるところの断面を示す。図8に示したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置10は3つの同軸管225から高周波を給電する「多点給電」であり、これに加えて、導波路の高さを調整する調整手段が設けられた装置である。
[プラズマ処理装置の構成]
本発明の第3実施形態のカットオフタイプのプラズマ処理装置10では、金属ブラシに替えて誘電体プランジャを用いる点が第2実施形態と異なる。よって、この相違点を中心に、本発明の第3実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成について図9及び図10を参照しながら説明する。図9の左半分は図10の6−6断面図、図9の右半分は図10の7−7断面図であり、図10は図9の8−8断面図である。図9の左半分は同軸管がない部分の断面を示し、右半分は同軸管がある部分の断面を示す。
[プラズマ処理装置の構成]
第2及び第3実施形態のカットオフタイプのプラズマ処理装置10では、真空中で可動部材である金属ブラシ320や誘電体プランジャ360を上下させるため、粉塵が発生して処理室内を汚染する可能性がある。
[プラズマ処理装置の構成]
本発明の第5実施形態に係るプラズマ処理装置10では、誘電体スリットの長手方向に配列された複数の同軸管225の間に仕切り板265を有する点が、第1実施形態と異なる。よって、この相違点を中心に、本発明の第5実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成について図14を参照しながら説明する。図14は図1の2−2断面図であり、図1は図14の1−1断面図である。
100 真空容器
105 蓋
200 電極対
200a 第1の電極部
200b 第2の電極部
205 導波路
210 誘電体板
215 第2の誘電体カバー
220 第1の誘電体カバー
225、385 同軸管
225a1、225a2、385a1、385a2 内部導体
225b、385b 外部導体
245 整合器
250 高周波電源
265 仕切り板
281 第1の排気路
283 第2の排気路
285 第3の排気路
290a ガス流路
295a 冷媒流路
300 反射計
305 制御部
310 駆動機構
320 金属ブラシ
325a 第1の導波板
325b 第2の導波板
330 第1支持棒
335 第2支持棒
355 短絡板
356 固定板
360 誘電体プランジャ
380 インピーダンス可変回路
Claims (18)
- 内部に、被処理体を載置する載置台と該載置台上方においてプラズマが発生されるプラズマ空間とを有する減圧容器と、
第1の電極部と第2の電極部との2つの電極部を有し、前記プラズマ空間の上方に配置された電極対と、
前記2つの電極部間に形成され、前記プラズマ空間に向けてスリット状に開口する導波路と、
前記導波路に挿入され、前記プラズマ空間に露出する誘電体板と
前記減圧容器の内部にプラズマを励起するための高周波を供給し、前記スリット状の開口の長手方向に配列された複数の同軸管とを備え、
1つの前記電極対に対して複数の同軸管が設けられ、
前記複数の同軸管の内部導体は前記2つの電極部の一方に接続され、前記複数の同軸管の外部導体は他方に接続され、
前記複数の同軸管から供給された高周波が前記導波路を伝搬した後に前記誘電体板のプラズマ露出面から前記減圧容器内に放出してプラズマを励起することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記同軸管の内部導体は、前記誘電体板に設けられた穴を貫通していることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記2つの電極部は、前記スリット状の開口とは逆側の端部において短絡されてい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2つの電極部は、前記スリット状の開口とは逆側の端部において前記減圧容器と短絡されていることを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。
- 前記2つの電極部は、前記スリット状の開口の長手方向の両端部において短絡されていない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2つの電極部のプラズマ露出面及び前記誘電体板のプラズマ露出面は概ね同一面であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記2つの電極部のプラズマ露出面の面積は概ね等しい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。
- 前記複数の同軸管の内部導体と前記電極部との接続部は、前記スリット状の開口の長手方向に概ね等間隔に設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記電極対は、前記電極対の前記スリット状の開口側の少なくとも一部を前記スリット状の開口の長手方向で分断する隙間を備え、前記隙間の少なくとも一部には、絶縁体からなる仕切り板が挿入されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記隙間は、前記複数の同軸管の内部導体と前記電極部との接続部間に設けられていることを特徴とする請求項9に記載のプラズマ処理装置。
- 前記導波路の前記スリット状の開口の法線方向の電気長がπ/2以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記導波路を前記スリット状の開口の長手方向に伝搬する高周波の波長を調整する調整手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 複数の前記電極対が、前記スリット状の開口の短手方向に隙間を設けて配列されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 内部に、被処理体を載置する載置台と該載置台上方においてプラズマが発生されるプラズマ空間とを有する減圧容器と、第1の電極部と第2の電極部との2つの電極部を有し、前記プラズマ空間の上方に配置された電極対と、前記2つの電極部間に形成され、前記プラズマ空間に向けてスリット状に開口する導波路と、前記減圧容器の内部にプラズマを励起するための高周波を供給し、前記スリット状の開口の長手方向に配列された複数の同軸管とを備えたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
1つの前記電極対に対して複数の同軸管が設けられ、
前記複数の同軸管の内部導体は前記2つの電極部の一方に接続され、該複数の同軸管の外部導体は他方に接続され、
高周波を前記複数の同軸管を介して前記2つの電極部間に形成された導波路に伝搬させるステップと、
前記導波路を伝搬した高周波を、前記導波路に設けられた誘電体板のプラズマ露出面から前記減圧容器内に放出してプラズマを励起するステップとを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記複数の同軸管の少なくともいずれかに連結された反射計が、該同軸管を伝搬する高周波の反射またはインピーダンスを計測する計測ステップと、
制御器が、前記計測された反射またはインピーダンスの検出値に基づいて、前記導波路を伝搬する高周波の波長を調整する調整ステップと、を含むことを特徴とする請求項14に記載のプラズマ処理方法。 - 内部導体が前記2つの電極部の一方に接続され、外部導体が他方に接続されている調整用同軸管を更に備え、
前記調整ステップは、前記調整用同軸管に接続されているインピーダンス可変回路を調整することにより、前記導波路を伝搬する高周波の波長を調整することを特徴とする請求項15に記載のプラズマ処理方法。 - 前記2つの電極部を短絡し、前記スリット状の開口の垂線方向に移動可能な金属部材を備え、
前記調整ステップは、前記金属部材の移動を制御することにより、前記導波路を伝搬する高周波の波長を調整することを特徴とする請求項15に記載のプラズマ処理方法。 - 前記導波路内に、前記スリット状の開口の垂線方向に移動可能な調整用誘電体板を備え、
前記調整ステップは、前記調整用誘電体板の移動を制御することにより、前記導波路を伝搬する高周波の波長を調整することを特徴とする請求項15に記載のプラズマ処理方法。
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