JP6046052B2 - プラズマ発生用アンテナ、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
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置10の概略構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置10の概略構成を示した縦断面図である。
ここで、本実施形態に係るマイクロ波導入機構450及びアンテナ200の構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係るマイクロ波導入機構450及びアンテナ200の拡大図(左半分)である。
次に、マイクロ波出力部300及びマイクロ波伝送機構400の構成について、図4を参照しながら説明する。図4の左側はマイクロ波出力部300の構成を示し、図4の右側はマイクロ波伝送機構400の構成を示す。
次に、図5及び図6を参照しながら、スロット形状と電界強度分布について説明する。本実施形態では、図5に示したように、4つのスロット220a〜220dが円周方向に均等に配置されている。これらのスロット220a〜220dは、すべて同一形状であり、円周方向に細長い形状に形成されている。また、本実施形態では、4つのスロット220a〜220dは、アンテナ200の中心軸Oに対して対称に配置されている。
次に、上記のように配置された複数のスロット220に対するガス経路の最適化について説明する。シャワーヘッド210では、プラズマを均一に生成するためにガス流速の均一性が求められる。しかしながら、シャワーヘッド210にスロット220と分離してガス経路を設ける場合、スロット220の配置によりガスの通り道に制約が生じる、特に、総ガス流量の大きいプロセスにおいては、シャワーヘッド210の構造上ガス流速の均一性が損なわれる場合がある。たとえば、パターンを形成し、それをマスクにして下層の膜を酸素系エッチングガスでエッチングし、トレンチを形成する場合、処理容器内の圧力80mTorr(10.6Pa)、ガス種及びガス流量C4F8/Ar/N2/O2=30/1200/70/23sccmのプロセスでは、ガスの総流量は約1400sccmにもなる。このようなプロセスにおいても、本実施形態では、図1のB−B断面である図7に示したように、プラズマ処理装置10に配置された7つのアンテナ200の下面a,b,c,d,e,f,gに均一に開口されたガス孔(図3のA−A断面図に図示されたガス孔215参照)から最大で約1400sccmのガスを、ガス流速の均一性を保ちながら処理容器100内に導入しなければならない。ここで、ガス流速の均一性を向上させるために、スロット角度や位置を変えてしまうと、ガス流速は向上するものの、マイクロ波の放射特性及び放射均一性が損なわれてしまう。
すなわち、本実施形態に係るシャワーヘッド210は、導波路も兼ねているスロット220に段差を設け、ガスコンダクタンスの増大とマイクロ波の放射特性の均一性の維持とを両立する構造を有する。図9及び図10に、2つの異なるプラズマ発生用アンテナを示す。図9及び図10の左側のプラズマ発生用アンテナ900(以下、アンテナ900と称呼する。)では、ガス経路を貫通するスロット920の間隔は、プラズマ生成空間へ開口する部分の間隔WBと同じである。一方、図9及び図10の右側のアンテナ200では、ガス経路を貫通するスロット220の間隔WAが、プラズマ生成空間へ開口する部分の間隔WBより広い。なお、アンテナ200,900のプラズマ生成空間へ開口する部分の間隔、及びアンテナ900のガス経路を貫通するスロット920の間隔はすべて同一間隔であるため、間隔WBと同一名称をつける。
図11に一実施形態の変形例に係る複数のスロットの配置を示す。本変形例では、スロットの個数が6つである点が、上記実施形態と異なる。この場合においても、6つのスロット220a〜220fの円周方向の長さは、λg/2−δであり、スロット220a〜220fの中心位置にマイクロ波の電界強度のピークがくるように設計される。ただし、スロット220の円周方向の長さは、λg/2−δに限らず、n(λg/2)−δ(nは1以上の整数)であればよい。なお、δは、微調整成分(0を含む)である。
最後に一実施形態の変形例1〜3に係るアンテナ200について、図12〜図14を参照しながら説明する。
まず、一実施形態の変形例1に係るアンテナ200について、図12を参照しながら説明する。図12に示した変形例1に係るアンテナ200は、上記実施形態に係るアンテナ200に替えて本実施形態に係るプラズマ処理装置10に適用され得る。
次に、一実施形態の変形例2に係るアンテナ200について、図13を参照しながら説明する。図13に示した変形例2に係るアンテナ200では、シャワーヘッド210がシリコンで形成されている。変形例2に係るアンテナ200は、上記実施形態に係るアンテナ200に替えて本実施形態に係るプラズマ処理装置10に適用され得る。また、変形例2に係るアンテナ200では、シャワーヘッド210に溶射皮膜を形成することや、天板700を設けることなく、図13に示したようにシャワーヘッド210のシリコン表面をそのままプラズマ空間に露出してもよい。
次に、一実施形態の変形例3に係るアンテナ200について、図14を参照しながら説明する。図14に示した変形例3に係るアンテナ200では、ガス経路が2系統設けられている。変形例3に係るアンテナ200も、上記実施形態に係るアンテナ200に替えて本実施形態に係るプラズマ処理装置10に適用され得る。変形例3の場合、シャワーヘッド210のガス経路225は、ガス経路225a及びガス経路225bに分離されている。所望のガス1は、ガス供給源600(図1参照)から出力され、ガス経路225aを通って複数のガス孔215に入り、ガス孔215から処理容器100内に導入される。所望のガス2もまた、ガス供給源600(図1参照)から出力され、ガス経路225bを通って所望のガス1が通過したガス孔215とは別の複数のガス孔215に入り、ガス孔215から処理容器100内に導入される。これにより、隣接するガス孔215から異なる種類のガスを交互に導入することができる。これによれば、2系統のガスの流れを制御することができ、処理容器内の空間にて2種類以上のガスを反応させることができる(ポストミックス)。なお、ガス経路は2系統に限らず、3種類以上のガスを混合せずに別々に供給可能な3系統以上のガス経路に分かれていてもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明のプラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明のプラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の技術的範囲はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、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、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明のプラズマ発生用アンテナ、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の技術的範囲に属するものと了解される。また、上記実施形態及び変形例が複数存在する場合、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
100 処理容器
200 プラズマ生成用アンテナ
210 シャワーヘッド
215 ガス孔
220 スロット
225 ガス経路
250 DC印加機構
300 マイクロ波出力部
400 マイクロ波伝送機構
450 マイクロ波導入機構
455 同軸導波管
480 遅波板
500 制御装置
600 ガス供給源
605 シャワーヘッドの下部部材
800 誘電部材
BU スロット段差
Claims (16)
- 同軸導波管を伝送されたマイクロ波を処理容器内に放射し、前記処理容器内の金属面に伝搬させてガスをプラズマ化し、表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナであって、
前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、
前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを前記処理容器内に導入する複数のガス孔と、
前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、前記同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を備え、
隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第1の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第2の間隔よりも広くなっていることを特徴とするプラズマ発生用アンテナ。 - 前記複数のスロットは、前記ガス経路を貫通する導波路にて段差を有していることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記複数のスロットは、前記ガス経路と前記複数のガス孔の境界面で前記段差を有していることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記複数のスロットは、その長手方向が円周方向に位置するように配置され、
隣接するスロット間は、径方向に所定の間隔を設けてオーバーラップし、
前記オーバーラップしたスロット間の所定の間隔は、前記ガス経路を貫通する部分の第1の間隔が前記プラズマ生成空間へ開口する部分にてオーバーラップした第2の間隔よりも広くなっていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生用アンテナ。 - 前記ガスは、前記円周方向に配置された複数のスロットの外周側から、前記第1の間隔でオーバーラップするスロット間の前記ガス経路の領域を通って該複数のスロットの内周側に供給される請求項4に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記隣接するスロット間のオーバーラップ部分の外周側のスロットと内周側のスロットの位置関係と、右側のスロットと左側のスロットの位置関係とはすべてのスロットにおいて同じ関係であることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記複数のスロットは、円周方向に均等に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記複数のスロットは、前記プラズマ発生用アンテナの中心軸に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項7に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記複数のスロットの円周方向のピッチは、n(λg/2)−δ(nは1以上の整数、λgは管内波長、δは微調整成分(0を含む))であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記複数のスロットの円周方向の長さは、n(λg/2)−δ(nは1以上の整数、λgは管内波長、δは微調整成分(0を含む))であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記オーバーラップ部分のスロット間隔は、前記ガス経路と前記複数のガス孔の境界面の段差により、前記ガス経路側の第1の間隔が前記複数のガス孔側の第2の間隔よりも広くなっていることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 各スロットは円周方向に向かって左外側部、中央部及び右外側部の3つの部分からなり、隣接するスロットは、前記中央部以外がオーバーラップすることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記オーバーラップしているスロット間の所定の間隔は、前記ガス経路側の第1の間隔において5mm〜15mmであることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- 前記複数のスロットは、誘電体で充填されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ発生用アンテナ。
- ガスを供給するガス供給源と、
マイクロ波パワーを出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波から表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナと、を備え、
前記プラズマ発生用アンテナは、
前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、
前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを処理容器内に導入する複数のガス孔と、
前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を有し、
隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第1の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第2の間隔よりも広くなっていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 表面波プラズマを生成するためのプラズマ発生用アンテナを備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ発生用アンテナは、
前記プラズマ発生用アンテナ内にガスを流すガス経路と、
前記ガス経路に連通し、前記ガス経路を通過したガスを処理容器内に導入する複数のガス孔と、
前記ガス経路と分離した状態で前記ガス経路を貫通し、同軸導波管を介して遅波板を透過したマイクロ波を通して前記処理容器内に放射する複数のスロットと、を有し、
隣接するスロット間は、前記ガス経路を貫通する部分の第1の間隔が前記処理容器内のプラズマ生成空間へ開口する部分の第2の間隔よりも広くなっており、
ガスを、前記複数のスロットの外周側から前記第1の間隔のスロット間の前記ガス経路の領域を通って該複数のスロットの内周側に導入し、
マイクロ波を前記複数のスロットから前記処理容器内に放射し、前記処理容器内の金属面に前記マイクロ波の表面波を伝搬させ、前記導入したガスをプラズマ化することを特徴とするプラズマ処理方法。
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