JP7002268B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
図1は、プラズマ処理装置10の概略の一例を示す断面図である。プラズマ処理装置10は、アルミニウム等の導電体により形成されたチャンバ11を備える。チャンバ11の側面には、被処理基板の一例であるウエハWを搬入および搬出するための開口110が設けられており、ゲートバルブ111により開閉可能となっている。チャンバ11は接地されている。
図2は、アンテナ54の一例を示す概略斜視部である。外側コイル541は、例えば図2に示すように、2周以上、略円形の渦巻き状に形成されており、外側コイル541の外形の中心軸がZ軸に一致するように、誘電体窓53の上方に配置されている。内側コイル542は、例えば図2に示すように、略円形のリング状に形成されており、内側コイル542の中心軸がZ軸に一致するように、誘電体窓53の上方に配置されている。
図4は、内側コイル542のコンデンサ543の容量を変更した場合の内側コイル542および外側コイル541に流れる電流の変化の一例を示す図である。図4には、10pFから100pFまでのコンデンサ543の容量の範囲を、ステッピングモータにより0から19200ステップで変化させた場合の内側コイル542および外側コイル541のそれぞれに流れる電流の変化が示されている。
チャンバ11内の圧力:100mT
処理ガス:Ar/CF4=70/10sccm
外側コイル541に供給される高周波電力:1000W
外側コイル541に供給される高周波電力の周波数:27MHz
図7は、実施例1におけるガス噴射部41の構造の一例を示す断面図である。ガス噴射部41は、例えばセラミックや石英等の誘電体により形成され、略円筒状の外形を有する。ガス噴射部41は、シールドボックス51および誘電体窓53の中央に形成された開口に嵌め込まれ、ネジ411により誘電体窓53に固定される。ガス噴射部41は、中心軸がZ軸に一致するように誘電体窓53に固定される。ガス噴射部41の下部410は、誘電体窓53の下面よりも誘電体窓53の下方に突出している。ガス噴射部41の下部410は、突出部の一例である。
次に、チャンバ11内にプラズマを発生させた場合のガス噴射部41内での異常放電の発生について、実験を行った。図8は、比較例において、放電の有無を調べた実験結果の一例を示す図である。図8(a)は、チャンバ11内の圧力が10mTの場合の実験結果を示しており、図8(b)は、チャンバ11内の圧力が100mTの場合の実験結果を示しており、図8(c)は、チャンバ11内の圧力が400mTの場合の実験結果を示している。比較例では、内側コイル542に代えて、内側コイル542の位置に内側レゾネータを配置して実験を行った。なお、実験では、外側コイル541に高周波電力は印加されていない。
チャンバ11内の圧力:10~400mT
使用ガス:Ar=100~1500sccm
内側レゾネータに供給される高周波電力:100~650W
内側レゾネータに供給される高周波電力の周波数:60MHz
チャンバ11内の圧力:10~400mT
使用ガス:Ar=100~1500sccm
外側コイル541に供給される高周波電力:100~2000W
外側コイル541に供給される高周波電力の周波数:27MHz
なお、内側コイル542に接続されたコンデンサ543については、図4に示した12200ステップに対応する容量に設定して実験を行った。
なお、本実施例では、例えば図7に示したように、ガス噴射部41の下部410には、下方向にガスを噴射する複数の噴射口43aと、横方向にガスを噴射する複数の噴射口43bとが設けられている。図10は、ガス噴射部41から噴射されるガスの流れのシミュレーション結果の一例を示す図である。図10(a)は、複数の噴射口43aから下方向に噴射されたガスの流れのシミュレーション結果を示しており、図10(b)は、複数の噴射口43bから横方向に噴射されたガスの流れのシミュレーション結果を示している。
チャンバ11内の圧力:50mT
使用ガス:Ar=500sccm
反応副生成物:SiCl4=50sccm(ウエハWの全面)
なお、反応副生成物とは、ウエハWがエッチング処理される際、エッチング用の処理ガスのプラズマから生成される粒子とウエハWが反応して副次的に生成される物質である。シミュレーションでは、反応副生成物は、ウエハWに含まれるシリコンとエッチング用の処理ガスに含まれるハロゲンとの化合物であるSiCl4を仮定し、ウエハWの全面からチャンバ11内へ均一的に供給されることとした。
図12は、実際にチャンバ11内において、エッチング用の処理ガスのプラズマを生成しウエハWをエッチングした時の、ガスの流量に対する反応副生成物のデポジションレートの分布の変化の一例を示す図である。この時、ウエハWの材質はシリコンであり、エッチング用の処理ガスとしては、Cl2、HBr、Ar、O2を用いており、反応副生成物はSiOClBrである。反応副生成物はエッチングによってウエハW表面からチャンバ11内へ放出されるが、一部、ウエハWに再付着する。そのため、反応副生成物のウエハWへの再付着量をポジションレートとして測定している。図12(a)は、下方向へガスを噴射した場合の反応副生成物のデポジションレートの分布を示しており、図12(b)は、横方向へガスを噴射した場合の反応副生成物のデポジションレートの分布を示している。なお、図12(c)には、比較例として、チャンバ11の側壁からZ軸へ向かってガスを噴射した場合の反応副生成物のデポジションレートの分布を示している。図12に示した流量は、エッチング用の処理ガスの流量を示しており、基準流量は、500sccmである。
図14は、実施例2におけるガス噴射部41の構造の一例を示す図である。なお、図14に示した部材のうち、図7に示した部材と同一の符号が付された部材は、以下に説明する点を除き、図7を用いて説明した部材と同様の機能を有するため、詳細な説明を省略する。
チャンバ11内の圧力:10~400mT
使用ガス:Ar=100~1500sccm
内側レゾネータに供給される高周波電力:100~650W
内側レゾネータに供給される高周波電力の周波数:60MHz
チャンバ11内の圧力:10~400mT
使用ガス:Ar=100~1500sccm
内側レゾネータに供給される高周波電力:100~650W
内側レゾネータに供給される高周波電力の周波数:60MHz
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
10 プラズマ処理装置
100 制御装置
11 チャンバ
21 サセプタ
41 ガス噴射部
420 シールド部材
43a、43b 噴射口
430a、430b 空間
53 誘電体窓
54 アンテナ
541 外側コイル
542 内側コイル
543 コンデンサ
61 高周波電源
Claims (15)
- 被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバの上部を構成する誘電体窓と、
前記チャンバの上部から前記チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバの上方であって前記ガス供給部の周囲に設けられ、前記チャンバ内に高周波を供給することにより前記チャンバ内に前記処理ガスのプラズマを生成するアンテナと、
前記アンテナに高周波電力を供給する電力供給部と
を備え、
前記アンテナは、
前記ガス供給部を囲むように前記ガス供給部の周囲に設けられた内側コイルと、
前記ガス供給部および前記内側コイルを囲むように前記ガス供給部および前記内側コイルの周囲に設けられた外側コイルと
を有し、
前記内側コイルおよび前記外側コイルのうち、いずれか一方のコイルは、
前記一方のコイルを構成する線路の両端が開放され、前記線路の中点またはその近傍に前記電力供給部から給電され、前記中点の近傍で接地され、前記電力供給部から供給された高周波電力の1/2波長で共振するように構成されており、
前記内側コイルおよび前記外側コイルのうち、いずれか他方のコイルは、
前記他方のコイルを構成する線路の両端がコンデンサを介して接続されており、前記一方のコイルと誘導結合し、
前記一方のコイルは、外側コイルであり、
前記他方のコイルは、内側コイルであることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記一方のコイルは、2周以上略円形の渦巻き状に形成されており、
前記他方のコイルは、略円形のリング状に形成されており、
前記一方のコイルと前記他方のコイルとは、前記一方のコイルの外形と前記他方のコイルの外形とが、同心円となるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記ガス供給部は、略円筒状に形成されており、
前記一方のコイルと前記他方のコイルとは、前記一方のコイルの外形の中心と前記他方のコイルの外形の中心とが、前記ガス供給部の中心軸上に位置するように配置されることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記一方のコイルおよび前記他方のコイルは、前記誘電体窓の内部または前記誘電体窓の上方に配置され、
前記一方のコイルを含む平面と前記誘電体窓の下面との間の距離と、前記他方のコイルを含む平面と前記誘電体窓の下面との間の距離とは異なることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記内側コイルを含む平面と前記誘電体窓の下面との間の距離は、前記外側コイルを含む平面と前記誘電体窓の下面との間の距離より短いことを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。
- 前記電力供給部は、前記アンテナに供給される高周波電力の周波数を変更可能であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記他方のコイルに設けられた前記コンデンサは、可変容量コンデンサであることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記ガス供給部の内部には、前記チャンバに供給される前記処理ガスが流通する流路が設けられており、
前記流路内の圧力は、前記チャンバ内の圧力よりも高いことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記ガス供給部は、
前記ガス供給部の下部であって、前記誘電体窓の下面からチャンバ内に突出している突出部と、
前記突出部に設けられ、前記処理ガスを下方向へ噴射する第1の噴射口と、
前記突出部に設けられ、前記処理ガスを横方向または斜め下方向へ噴射する第2の噴射口と
を有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記ガス供給部には、前記処理ガスが通過する空間を囲むように導電性のシールド部材が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。
- 前記シールド部材の下端は、前記誘電体窓の下面よりも下方に位置することを特徴とする請求項10に記載のプラズマ処理装置。
- 前記シールド部材は、板状に形成されていることを特徴とする請求項10または11に記載のプラズマ処理装置。
- 前記シールド部材は、前記ガス供給部の外側壁、または、前記処理ガスが通過する前記ガス供給部内の空間の側壁に形成された金属膜であることを特徴とする請求項10または11に記載のプラズマ処理装置。
- 前記シールド部材は、棒状に形成されていることを特徴とする請求項10または11に記載のプラズマ処理装置。
- 前記ガス供給部内において処理ガスが通過する空間は、前記第1の噴射口および前記第2の噴射口から前記ガス供給部の上端に至る直線経路が形成されないように、少なくとも一部が屈曲していることを特徴とする請求項9から14のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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