JPWO2009096515A1 - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。このプラズマ処理装置は、複数のスロットを有する平面アンテナ、特にRLSA(Radial Line Slot Antenna;ラジアルラインスロットアンテナ)にて処理室内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波プラズマを発生させ得るRLSAマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。
まず、ゲートバルブ26を開にして搬入出口25から酸化処理すべきウエハWをチャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置する。
従前の実施形態では酸化処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置について説明したが、本実施形態では酸化処理の代わりに窒化処理を行うものである。図4は本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置のガス供給系の部分を示す図である、図4に示すように、本実施形態では、ガス供給系16の代わりに、Arガス供給源17′、N2ガス供給源18′を有するガス供給系16′を用い、ArガスおよびN2ガスをチャンバー1内に供給しつつ同様に窒素のマイクロ波プラズマを形成して窒化処理を行うようにしており、それ以外の構成は図1と同様である。このときの窒化処理の条件としては、例えば、温度:300〜800℃、チャンバー1内の圧力:1.3〜133Pa、Arガス流量:0〜5000mL/min、N2ガス流量:1〜1000mL/minを挙げることができる。
境界条件:完全導体
マイクロ波周波数:2.45G
入力パワー:2000W
マイクロ波透過板:SiO2
誘電率:SiO2=4.2、空気=1.0
チャンバー内圧力:13.3Pa(100mTorr)
温度:500℃
図1の断面アーチ状のマイクロ波透過板を用いた場合には、図5Aに示すように、マイクロ波透過板のアーチ部の下面に沿ったL1線で示す面の電界強度分布を求め、フラット形状のマイクロ波透過板を用いた場合には、図5Bに示すように、マイクロ波透過板の下面(L2線)の電界強度分布を求めた。その結果をそれぞれ図6A、図6Bに示す。断面アーチ状のマイクロ波透過板の場合には、図6Aに示すように、マイクロ波放射面である下面のウエハWに対応する凹部における電界強度が高くかつ均一であるのに対し、フラット形状のマイクロ波透過板の場合には、図6Bに示すように、マイクロ波放射面である下面は、ウエハに対応する部分を含めた全体部分の電界強度が低くかつ不均一であった。
図1の断面アーチ状のマイクロ波透過板を用いた場合には、図7Aに示すように、マイクロ波透過板の上面からその30mm下方位置までの部分の電界強度分布を求め、フラット形状のマイクロ波透過板を用いた場合にも、図7Bに示すように、マイクロ波透過板の上面からその30mm下方位置までの部分の電界強度分布を求めた。その結果をそれぞれ図8A、図8Bに示す。断面アーチ状のマイクロ波透過板の場合には、図8Aに示すように、全体的に電界強度が高く均一性も高いが、フラット形状のマイクロ波透過板の場合には、図8Bに示すように、電界強度の高い部分がまだらに存在し、電界強度および均一性ともに低いものであった。これは、誘電体であるマイクロ波透過板の内部をマイクロ波が透過する際に、反射波が生成する部分があるためと考えられる。
ここでは、平面アンテナとして図2に示すものを用い、マイクロ波透過板として、フラット形状のもの、および図1の断面アーチ状のものをそれぞれ用いたマイクロ波プラズマ処理装置により、まず、実際に酸化プラズマを形成してプラズマ中の電子密度の分布を求めた。条件としては、チャンバー内圧力を133Pa(1Torr)、Arガス流量を1500mL/min(sccm)、O2ガス流量を150mL/min(sccm)とし、マイクロ波パワーを2000W、3000W、4000Wと変化させた。その際の電子密度分布を図9および図10に示す。これらの図に示すように、フラット形状のマイクロ波透過板を用いるよりも、断面アーチ状のマイクロ波透過板を用いるほうがプラズマ中の電子密度の均一性が高いことが確認された。
ここでも同様に、平面アンテナとして図2に示すものを用い、マイクロ波透過板として、フラット形状のもの、および図1の断面アーチ状のものをそれぞれ用いたマイクロ波プラズマ処理装置を用いた。そしてまず、実際に窒化プラズマを形成してプラズマ中の電子密度の分布を求めた。条件としては、チャンバー内圧力を6.7Pa(50mTorr)、Arガス流量を1000mL/min(sccm)、N2ガス流量を40mL/min(sccm)とし、マイクロ波パワーを600W、800W、1000W、1500W、2000Wと変化させた。その際の電子密度分布を図11および図12に示す。これらの図に示すように、窒化プラズマの場合には低圧でプラズマ生成を行うので、比較的高い圧力である酸化プラズマの場合と分布が異なっているが、やはりフラット形状のマイクロ波透過板ではプラズマの電子密度分布が不均一になる傾向にあり、断面アーチ状のマイクロ波透過板を用いるほうがプラズマ中の電子密度の均一性が高いことが確認された。
図13は本発明のさらに他の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す部分断面図である。図13に示すように、ここではマイクロ波透過板28として、その下面のマイクロ波透過面が凹凸状に形成されているものを用いている。具体的には、図14の底面図にも示すように、凸部28gと凹部28hとが交互に同心円状に形成されている。
図15は本発明のさらにまた他の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す部分断面図である。図15に示すに示すように、ここではマイクロ波透過板28として、その外側端部に、マイクロ波放射面から下方に突出する環状の突出部28iが形成されたものを用いている。
ス供給源17、O2ガス供給源18、H2ガス供給源19を有しており、これらのガスが、それぞれガスライン20を介してガス導入部材15に至り、ガス導入部材15のガス放射孔からチャンバー1内に均一に導入される。ガスライン20の各々には、マスフローコントローラ21およびその前後の開閉バルブ22が設けられている。なお、Arガスに代えて他の希ガス、例えばKr、He、Ne、Xeなどのガスを用いてもよく、また、後述するように希ガスは含まなくてもよい。
[0023]
上記排気室11の側面には排気管23が接続されており、この排気管23には高速真空ポンプを含む排気装置24が接続されている。そしてこの排気装置24を作動させることによりチャンバー1内のガスが、排気室11の空間11a内へ均一に排出され、排気管23を介して排気される。これによりチャンバー1内を所定の真空度、例えば0.133Paまで高速に減圧することが可能となっている。
[0024]
チャンバー1の側壁には、プラズマ処理装置100に隣接する搬送室(図示せず)との間でウエハWの搬入出を行うための搬入出口25と、この搬入出口25を開閉するゲートバルブ26とが設けられている。
[0025]
チャンバー1の上部は開口部となっており、この開口部に、周縁部に沿ってチャンバー1内に突出するようにリング状のリッド27が設けられており、その突出部分が支持部27aとなっている。この支持部27に誘電体、例えば石英やAl2O3、AlN等のセラミックスからなり、後述する平面アンテナ31のマイクロ波放射孔32(スロット)から放射された円偏波のマイクロ波を透過するマイクロ波透過板28がシール部材29を介して気密に設けられている。これにより、チャンバー1内は気密に保持される。マイクロ波は、このマイクロ波透過板28を透過してチャンバー1内に放射され、チャンバー1内に電磁界を発生する。このマイクロ波透過板28は、その下面のマイクロ波放射面の中央部に凹部28aが形成されている。そして、凹部28aの形状は断面アーチ状となっており、凹部28aの径はウエハWの径よりも大きくなっており、さらに凹部28aのウエハWに対応する部分はフラット形状をなしている。このときの凹部28aに対応する部分のマイクロ波透過板28の厚さは1/4×λg(λg:マイクロ波の管内波長)以下が好ましい。例えばマイクロ波が2.45GHzの場合には10〜30mm(1/10×λg〜1/4×λg)が好ましい。また、凹部28aの高さは、15〜25mm(1/8×λg〜1/5×λg)
、凹部28aが、外周領域31cに形成されたマイクロ波放射孔32の対のうち、内側のマイクロ波放射孔32の少なくとも一部にかかるようになっていることが好ましい。これにより、マイクロ波透過板28の凹部28aに対応する部分の下面における電界強度を高くすることができる。
[0030]
この平面アンテナ31の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する例えば石英、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる遅波材33が設けられている。この遅波材33は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。なお、平面アンテナ31とマイクロ波透過板28との間、また、遅波材33と平面アンテナ31との間は、それぞれ密着して配置されているが、離間して配置されていてもよい。平面アンテナ31のスロット32の配置と遅波材33により反射波を抑制することができ、マイクロ波導入効率を高めることができる。
[0031]
チャンバー1の上面には、これら平面アンテナ31および遅波材33を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材からなる導波管機能を有するカバー部材34が設けられている。チャンバー1の上面とカバー部材34とはシール部材35によりシールされている。カバー部材34には、冷却水流路34aが形成されており、そこに冷却水を通流させることにより、カバー部材34、遅波材33、平面アンテナ31、マイクロ波透過板28を冷却するようになっている。これにより、マイクロ波透過板28、平面アンテナ32、遅波材33、カバー部材34が、プラズマにより加熱されることによって変形することや破損することが防止される。なお、カバー部材34は接地されている。
[0032]
カバー部材34の上壁の中央には開口部36が形成されており、この開口部には導波管37が接続されている。この導波管37の端部には、マッチング回路38を介してマイクロ波発生装置39が接続されている。これにより、マイクロ波発生装置39で発生した例えば周波数2.45GHzのマイクロ波が導波管37を介して上記平面アンテナ31へ伝搬されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、8.35GHz、1.98GHz等を用いることもできる。
[0033]
導波管37は、上記カバー部材34の開口部36から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管37aと、この同軸導波管37aの上端部にモード変換器40を介して接続さ
Claims (14)
- マイクロ波によって処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
被処理体が収容されるチャンバーと、
前記チャンバー内で被処理体を載置する載置台と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、
マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバーに向けて導く導波管と、
前記導波管に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する、導体からなる平面アンテナと、
前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と
を具備し、
前記平面アンテナは、一方向に長い複数のマイクロ波放射孔を有し、その面を同心状に中央領域、外周領域、これらの中間領域に分けた場合に、互いに向きの異なる前記マイクロ波放射孔の対が、前記中央領域および前記外周領域に同心円状に複数配列され、前記中間領域にはマイクロ波放射孔が形成されておらず、
前記マイクロ波透過板は、そのマイクロ波放射面に凹部が形成されているマイクロ波プラズマ処理装置。 - 前記対をなすマイクロ波放射孔は、これらの長手方向の一端が近接し、他端が広がるように形成されている請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記マイクロ波放射孔の対を構成する各マイクロ波放射孔の長手方向同士のなす角度が80〜100°である請求項2に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記中央領域に形成されたマイクロ波透過孔の長手方向の長さは、前記外周領域に形成されたマイクロ波透過孔の長手方向の長さよりも短い請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記凹部は、前記載置台に載置された被処理体に対応する部分に形成されている請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記マイクロ波透過板は断面アーチ状をなしている請求項5に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記マイクロ波透過板の前記凹部に対応する部分はフラットである請求項6に記載のプラズマ処理装置。
- 前記マイクロ波透過板のマイクロ波放射面は、その周縁部に下方に突出する環状をなす突出部を有する請求項1に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- マイクロ波によって処理ガスのプラズマを形成し、そのプラズマにより被処理体にプラズマ処理を施すマイクロ波プラズマ処理装置であって、
被処理体が収容されるチャンバーと、
前記チャンバー内で被処理体を載置する載置台と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、
マイクロ波発生源で発生されたマイクロ波を前記チャンバーに向けて導く導波管と、
前記導波管に導かれたマイクロ波を前記チャンバーに向けて放射する、導体からなる平面アンテナと、
前記チャンバーの天壁を構成し、前記平面アンテナのマイクロ波放射孔を通過したマイクロ波を透過する、誘電体からなるマイクロ波透過板と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と
を具備し、
前記平面アンテナは、一方向に長い複数のマイクロ波放射孔を有し、その面を同心状に中央領域、外周領域、これらの中間領域に分けた場合に、互いに向きの異なる前記マイクロ波放射孔の対が、前記中央領域および前記外周領域に同心円状に複数配列され、前記中間領域にはマイクロ波放射孔が形成されておらず、
前記マイクロ波透過板は、そのマイクロ波放射面が凹凸状に形成されているマイクロ波プラズマ処理装置。 - 前記対をなすマイクロ波放射孔は、これらの長手方向の一端が近接し、他端が広がるように形成されている請求項9に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記マイクロ波放射孔の対を構成する各マイクロ波放射孔の長手方向同士のなす角度が90°である請求項10に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記中央領域に形成されたマイクロ波透過孔の長手方向の長さは、前記外周領域に形成されたマイクロ波透過孔の長手方向の長さよりも短い請求項9に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記マイクロ波透過板のマイクロ波放射面は、凸部と凹部とが交互に同心状に形成されている請求項9に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
- 前記マイクロ波透過板のマイクロ波放射面は、その周縁部に下方に突出する環状をなす突出部を有する請求項9に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
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