JPWO2011065506A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様は、プラズマ処理装置である。該装置は、誘電体からなる天部を有して板状の処理対象物を内部に収容する真空容器と、前記天部の上方に位置し、前記処理対象物の厚さの方向に延びる一つの軸線と平行な方向から見て当該軸線の周りを周回する渦巻き形状をなす複数の高周波アンテナであって、入力端部と出力端部とをそれぞれ有するとともに電気的に並列に接続される複数の高周波アンテナと、前記複数の高周波アンテナのそれぞれの入力端部と係合及び脱離可能であり、前記軸線と平行な方向に配列されて前記高周波アンテナの個数を増加及び減少させるための少なくとも1つの入力係合部と、前記複数の高周波アンテナの少なくとも1つの入力端部と接続可能な1つの入力端子と、前記複数の高周波アンテナのそれぞれの出力端部と係合及び脱離可能であり、前記軸線と平行な方向に配列されて前記高周波アンテナの個数を増加及び減少させるための少なくとも1つの出力係合部と、前記複数の高周波アンテナの少なくとも1つの出力端部と接続可能な1つの出力端子と、前記入力端子に電気的に接続される整合回路と、前記整合回路を介して前記入力端子に高周波電力を供給して前記真空容器の内部にプラズマを生成させる高周波電源とを備える。
上述のように複数の高周波アンテナの巻数が互いに異なる構成によれば、複数の高周波アンテナが互いに異なるインダクタンスを有するようになるため、複数の高周波アンテナが同じインダクタンスを有する構成と比べて、合成誘導リアクタンスの範囲を拡張させることが可能となる。それゆえに合成誘導リアクタンスに合わせた整合回路の再構築、また高周波アンテナに供給される高周波電力の増加をより確実に抑制できる。
上述のように、渦巻き状に成形された複数の高周波アンテナを天部上に設けることにより、真空容器内に誘起されるプラズマの電位に対して該天部をより負の電位とすることが可能にはなる。ただし、複数の高周波アンテナの全てを、その渦巻きの方向が同一となるように配設した場合、それぞれの高周波アンテナを構成する線路が有する巻と巻との間隔、例えば一巻目と二巻目との間には線路が存在せず、その直下の位置に対応する天部の領域は、線路の直下の位置に対応する領域よりも低い負の電位となる虞がある。これにより、天部には、上記付着物の堆積が抑制される領域と、この堆積が抑制され難い部位とが混在することになる。
図1は、本実施の形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示している。同図1に示されるように、プラズマエッチング装置10の真空容器11は、該真空容器11の内部に収容される基板Sから該基板Sの厚さ方向に延びる一つの第1軸線A1に対して軸対称となる有蓋円筒状をなしている。この真空容器11の天部は、同じく第1軸線A1に対して軸対称となる円板状をなして誘電体の1つである石英を構成材料とする天板12により構成されている。
・高周波スパイラルアンテナ30上の任意の点Pと中心C2との距離を離間距離r、
・高周波スパイラルアンテナ30を含む平面上において中心C2を通る一つの直線L0と、高周波スパイラルアンテナ30上の点Pと中心C2とを結ぶ直線とのなす角度を中心角θ、
・上記離間距離rの変化率(1以上の定数)を距離変化率αとすると、
中心C2を中心とする極座標の方程式である「r=αθ」を満たすものである。また高周波スパイラルアンテナ30は、上記直線L0上において互いに隣接する線路間の距離が一定値である距離Laとなるかたちに構成されている。このような有端の渦巻き状をなす高周波スパイラルアンテナ30では、該高周波スパイラルアンテナ30の両端部のうち、中心C2が位置する一方の端部である入力端部31が上記入力端子33に接続され、この入力端部31と異なる他方の端部である出力端部32が上記出力端子34に接続されている。
(1)高周波アンテナとして、渦巻き形状である高周波スパイラルアンテナ30を採用するようにした。これにより、外周の大きさが当該高周波スパイラルアンテナ30と同一である高周波ループアンテナと比較して、高周波アンテナの外周に対応する天板12の領域はもとより、同外周よりも内側に対応する天板12の領域についても、真空容器11内のプラズマに対して負の電圧とすることができ、これらの領域にプラズマに含有される正イオンを引き込むことができるようになる。すなわち、天板12への正イオンの衝突によって、プラズマや該プラズマを用いたエッチング処理に由来する付着物が天板12に堆積することを抑制することができるようになる。
・磁場コイル50とこれに電流を供給する電力供給部51u,51m,51bを用いて、上記真空容器11内にゼロ磁場領域ZMFを形成し、これに沿ったプラズマを形成するようにした。これに限らず、磁場コイル50と電力供給部51u,51m,51bとを有さず、高周波電源40から高周波スパイラルアンテナ30に高周波電力を供給することのみによって真空容器11内にプラズマを生成するようにしてもよい。
(9)複数の高周波スパイラルアンテナ30の巻数が互いに異なる構成によれば、複数の高周波スパイラルアンテナ30が互いに異なるインダクタンスを有するようになるため、複数の高周波スパイラルアンテナ30が同じインダクタンスを有する構成と比べて、合成誘導リアクタンスの範囲を拡張させることが可能となる。それゆえに合成誘導リアクタンスに合わせた整合回路の再構築、また高周波スパイラルアンテナ30に供給される高周波電力の増加をより確実に抑制できる。
・3段の高周波スパイラルアンテナ30の配置は、これらを天板12の外表面に対して上記積層方向DL、換言すれば第2軸線A2と平行な方向に投影した形状が互いに同一となる配置を前提とした。すなわち、高周波スパイラルアンテナ30それぞれの渦巻きの方向が同一であって、上記第2軸線A2の方向から見て線路が互いに交差しない配置とされるようにした。こうした構成であれば、渦巻き状の高周波スパイラルアンテナ30を天板12上に設けることにより、真空容器11内に誘起されるプラズマに対して該天板12を負の電位とすることが可能にはなる。
(10)各高周波スパイラルアンテナ30における巻と巻との間隔にも、他の高周波スパイラルアンテナ30が存在し、高周波スパイラルアンテナ30を構成する線路の直下に位置する天板12の領域が増大するようになる。つまり、真空容器11内のプラズマに対して負の電位となる天板12の領域、換言すれば正イオンによって衝撃される天板12の領域を拡張させ、天板12における上記付着物の抑制を均一化することが可能となる。
(11)3つの高周波スパイラルアンテナ30のそれぞれと真空容器11の内部との間隔がこれらスペーサの厚さによってより広い範囲で調整可能となる。それゆえに、真空容器11の内部に漏れ出す誘導磁場の状態、ひいては該誘導磁場により生成されるプラズマの状態が、スペーサの厚さによってより広い範囲で調整可能となる。つまり、高周波アンテナに供給される高周波電力の増加がより確実に抑制される。
・直流電源44から出力される電圧にノイズが含まれる場合であっても、プラズマ生成領域11aに生成されるプラズマが十分に安定するのであれば、直流電源44に接続されるローパスフィルタ45は割愛されてもよい。
・高周波スパイラルアンテナ30の両端のうち、第2軸線A2が通る端部を入力端部31とし、これとは異なる他の端部を出力端部32とした。これに限らず、第2軸線A2が通る端部を基準電位に接続される出力端部とし、これとは異なる他の端部を高周波電源40に接続される入力端部としてもよい。
・本発明は、上記プラズマエッチング装置10に限らず、例えばプラズマCVD装置等、プラズマエッチング装置10と同様に、高周波アンテナを備えるとともに、これに供給した高周波電力によって誘起されたプラズマを、処理対象物である基板に対する各種処理に用いる他のプラズマ処理装置にも適用可能である。
特許文献2:特開平7−90632号公報
Claims (7)
- プラズマ処理装置であって、
誘電体からなる天部を有して板状の処理対象物を内部に収容する真空容器と、
前記天部の上方に位置し、前記処理対象物の厚さ方向に延びる一つの軸線と平行な方向から見て当該軸線の周りを周回する渦巻き形状をなす複数の高周波アンテナであって、入力端部と出力端部とをそれぞれ有するとともに電気的に並列に接続される複数の高周波アンテナと、
前記複数の高周波アンテナのそれぞれの入力端部と係合及び脱離可能であり、前記軸線と平行な方向に配列されて前記高周波アンテナの個数を増加及び減少させるための少なくとも1つの入力係合部と、
前記複数の高周波アンテナの少なくとも1つの入力端部と接続可能な1つの入力端子と、
前記複数の高周波アンテナのそれぞれの出力端部と係合及び脱離可能であり、前記軸線と平行な方向に配列されて前記高周波アンテナの個数を増加及び減少させるための少なくとも1つの出力係合部と、
前記複数の高周波アンテナの少なくとも1つの出力端部と接続可能な1つの出力端子と、
前記入力端子に電気的に接続される整合回路と、
前記整合回路を介して前記入力端子に高周波電力を供給して前記真空容器の内部にプラズマを生成させる高周波電源とを備えるプラズマ処理装置。 - 請求項1に記載のプラズマ処理装置において、
前記入力端部が、それを前記軸線の方向に貫通する入力端貫通孔を有し、
前記出力端部が、それを前記軸線の方向に貫通する出力端貫通孔を有し、
前記入力端子が、前記軸線の方向に延びる柱状をなして複数の前記入力端貫通孔に挿通される一つの入力軸と、複数の前記入力端部の間に挟入されるかたちで該入力軸が挿通される導電性の少なくとも1つの入力スペーサとを含み、該少なくとも1つの入力スペーサの各々が前記入力係合部として機能し、
前記出力端子が、前記軸線の方向に延びる柱状をなして複数の前記出力端貫通孔に挿通される一つの出力軸と、複数の前記出力端部の間に挟入されるかたちで該出力軸が挿通される導電性の少なくとも1つの出力スペーサとを含み、該少なくとも1つの出力スペーサの各々が前記出力係合部として機能する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項2に記載のプラズマ処理装置において、
前記少なくとも1つの入力スペーサが、前記軸線方向の厚さが互いに異なる複数の入力スペーサを含み、
前記少なくとも1つの出力スペーサが、前記軸線方向の厚さが互いに異なる複数の出力スペーサを含む
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記複数の高周波アンテナの巻数が互いに異なる
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記複数の高周波アンテナが前記軸線の方向から見て互いに交差する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記入力端子が、入力側コンデンサを介して前記高周波電源に接続され、
前記出力端子が、出力側コンデンサを介して基準電位に接続される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記天部の外周に渡り、中心が同軸上に配置された少なくとも3段の磁場コイルを有し、該磁場コイルの周方向に沿う環状のゼロ磁場領域を中段の磁場コイルの内側に形成する磁場形成部を更に備え、
前記真空容器は、前記少なくとも3段の磁場コイルの内側に内挿されて且つ、該少なくとも3段の磁場コイルのうち最下段の磁場コイルから前記中段の磁場コイルまでに渡る筒状をなし、前記ゼロ磁場領域を内包するとともに、前記天部によって前記ゼロ磁場領域を覆うように構成されてなる
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
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