JP4019972B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面波励起プラズマを利用したプラズマ処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体製造プロセスでは、成膜、エッチング処理、アッシング処理等にプラズマ技術が多く利用されている。また、太陽電池、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の製造にもプラズマ技術が利用されている。高密度で均一なプラズマを生成すれば、被処理物に安定して均一な処理ができる。
【0003】
高密度で均一なプラズマを生成できるプラズマ処理装置としては、表面波励起プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)を利用する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この装置は、導波管内を伝播するマイクロ波をスロットアンテナから誘電体窓(マイクロ波導入窓)を通してプラズマ生成室内に導入し、誘電体窓の表面に生じた表面波によってプラズマ生成室内のプロセスガスを励起し、表面波励起プラズマを生成するものである。従来のプラズマ処理装置では、誘電体窓の外周側面は、気密容器の内壁に接して取り囲まれている。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−348898号公報(第2頁、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この種のプラズマ処理装置では、表面波励起プラズマの大きさは、誘電体窓上の表面波伝播領域に対応する。また、気密容器の内側寸法は、表面波の定在波モードを決める因子の一つである。この定在波モード毎にプラズマ密度、いわゆる放電モードが決まる。
マイクロ波電力や気密容器内のガス圧力を変化させたり、ガス種を変えたときに、放電モードが変化してしまうと、実施しようとするプラズマ処理に適したプラズマ密度が得られないという問題がある。
本発明は、所望のプラズマ密度が得られるプラズマ処理装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1のプラズマ処理装置は、底面にスロットアンテナが設けられたマイクロ波導波管と、スロットアンテナを通して導入されたマイクロ波から表面波を形成し、伝播させるマイクロ波導入窓と、マイクロ波導入窓を収納し、表面波によりプロセスガスを励起して表面波励起プラズマを生成し、表面波励起プラズマにより被処理物を処理する気密容器と、マイクロ波導入窓の外周側面に対向する反射面を有し、反射面とマイクロ波導入窓の外周側面との間隔を調整可能に気密容器内に配置される間隔調整部材とを備えたことを特徴とする。
上記のプラズマ処理装置では、マイクロ波導入窓は矩形状をなしており、間隔調整部材は、矩形状のマイクロ波導入窓の4辺における間隔を独立に調整可能であることが好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態によるプラズマ処理装置を模式的に示す全体構成図である。図2は、図1のプラズマ処理装置のチャンバー内側を下から見た平面図である。
図1および図2に示されるプラズマ処理装置は、マイクロ波導波管1と、誘電体板2と、チャンバー本体3およびフランジ4から成るチャンバー10とを備える。チャンバー10は、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の非磁性金属材料から製作される。
【0008】
マイクロ波導波管1は、誘電体板2の上面に載置されている。マイクロ波導波管1の底板1aには、マイクロ波を誘電体板2へ導くスロットアンテナ5が複数個形成されている。
誘電体板2は、チャンバー10内に気密空間を形成するように、フランジ4の下面に取り付けられている。誘電体板2は、石英、アルミナ、ジルコニア、パイレックスガラス(米国コーニング社の登録商標)等の誘電性材料から製作される。
【0009】
図2において、クローズリフレクター6a〜6dは、誘電体板2を取り囲むように、フランジ4の下面にボルト7a〜7dで取り付けられている。すなわち、矩形状の誘電体板2の外周側面2aは、4個のクローズリフレクター6a〜6dで取り囲まれている。クローズリフレクター6a、6b、6cおよび6dの反射面Rと誘電体板2の外周側面2aとの間隔dは、それぞれd1、d2、d3およびd4(図1では、代表してdと表記する)である。
【0010】
クローズリフレクター6a、6bには、長手方向が紙面の左右方向に平行な長穴11a、11bが設けられている。クローズリフレクター6a、6bは、それぞれ長穴11a、11bを貫通するボルト7a、7bで不図示のフランジに取り付けられている。クローズリフレクター6a、6bは、それぞれ長穴11a、11bの長さに応じたストロークで移動でき、間隔d1、d2を変化させることができる。
同様に、クローズリフレクター6c、6dには、長手方向が紙面の上下方向に平行な長穴11c、11dが設けられている。クローズリフレクター6c、6dは、それぞれ長穴11c、11dを貫通するボルト7c、7dで不図示のフランジに取り付けられている。クローズリフレクター6c、6dは、それぞれ長穴11c、11dの長さに応じたストロークで移動でき、間隔d3、d4を変化させることができる。
【0011】
間隔dを変化させるには、ボルト7を緩めて、クローズリフレクター6をフランジ4の下面に沿って移動させればよい。
クローズリフレクター6は、チャンバー10と同じく、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の非磁性金属材料から製作される。
クローズリフレクター6が間隔調整部材を構成する。
【0012】
図1において、チャンバー本体3には、ガス導入口8と真空排気口9が設けられている。ガス導入口8からO2,SiH4,H2,N2,SF6,Cl2,Ar,He等のプロセスガスが導入される。プロセスガスを導入しながら真空排気口9から排気することによって、チャンバー10内の圧力は通常、0.1〜50Pa程度に保持される。
【0013】
不図示のマイクロ波出力部から発振された例えば周波数2.45GHzのマイクロ波は、マイクロ波導波管1の内部を紙面の垂直方向に進行する。マイクロ波は、スロットアンテナ5を通過して誘電体板2に入射し、表面波Sとなって誘電体板2のチャンバー本体3側の表面を伝播し、瞬時に誘電体板2の全面に拡がる。表面波Sの伝播領域は、誘電体板2の表面の面積にほぼ等しい。
この表面波エネルギーは、チャンバー10内に導入されているプロセスガスを励起してプラズマPを生成させる。図示されていないが、プラズマP中に被処理物を置くことによって、成膜、エッチング、アッシング等の処理が行われる。
【0014】
次に、クローズリフレクター6a〜6dによる作用を図2を参照して説明する。
マイクロ波Mは、マイクロ波導波管1の内部を紙面の下から上に向かって進行する。
クローズリフレクター6a〜6dが存在しないときは、表面波Sは、チャンバー本体3の内側寸法で決まる定在波モードを維持する。すなわち、チャンバー本体3の内壁面が反射面となり、この反射面の位置が固有の定在波モードを決めるのである。表面波Sの定在波モードが決まれば、表面波Sで励起されたプラズマPの放電モード(プラズマ密度)も決まる。
【0015】
本実施の形態のクローズリフレクター6a〜6dを用いて間隔d1〜d4を変えることは、チャンバー本体3の内側寸法を変えることに相当する。この操作によって、表面波Sの定在波モードを最適化することができるので、所望のプラズマ密度を得ることができる。
具体的には、間隔d1〜d4を変更することによって、マイクロ波電力やガス圧力等のパラメータを変化させたり、ガス種を変えたときでも、表面波Sの進行波とクローズリフレクター6からの反射波とが打ち消し合うことを防止することができる。
【0016】
クローズリフレクター6の反射面Rと誘電体板2の外周側面2aとの間隔dは、表面波Sの波長をλsとすると、0〜λs/2の範囲が望ましい。例えば、TE01モードでは、マイクロ波Mの管内波長λgは147mm程度であるから、石英(誘電率ε=3.6)を誘電体板として用いた場合、石英板内を伝播するマイクロ波Mの波長λは77mm程度となる。これは、λ=λg/ε1/2により求められる。λs≒λと看做すと、λ/2=38.5mmの調整範囲があれば、表面波Sの定在波モードを最適化することができる。
【0017】
図3は、本実施の形態の変形例であり、プラズマ処理装置のチャンバー内側を下から見た部分平面図である。図3(a)は、図2のクローズリフレクター6dを4分割してクローズリフレクター21〜24とした場合を示す。クローズリフレクター21〜24の反射面Rと誘電体板2の外周側面2aとの間隔dは、一定ではなく、クローズリフレクターによって異なっている。図3(b)は、クローズリフレクター6dを外周側面2aに対して角度θで傾斜させた場合を示す。これも間隔dは一定ではない。
このように、間隔dを場所によって可変とすることによって、所望のプラズマ密度を得るための調整の自由度が大きくなる。
【0018】
本実施の形態では、矩形状の誘電体板を用いたが、円形の誘電体板を用いることもできる。この場合、クローズリフレクターは、誘電体円板を取り囲む円筒状とする。円筒状のクローズリフレクターの内径寸法を変えることは、間隔dを変えることになる。内径寸法の異なる円筒状のクローズリフレクターを複数個用意し、適宜交換することによって、矩形だけではなく円形の誘電体板にも対応できる。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所望のプラズマ密度が得られるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置全体を模式的に示す概略構成図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のチャンバー内側を下から見た平面図である。
【図3】本発明の実施の形態の変形例であり、プラズマ処理装置のチャンバー内側を下から見た部分平面図である。
【符号の説明】
1:マイクロ波導波管
2:誘電体板(マイクロ波導入窓)
3:チャンバー本体
4:フランジ
5:スロットアンテナ
6:クローズリフレクター
10:チャンバー
M:マイクロ波
S:表面波
P:プラズマ
R:反射面
Claims (2)
- 底面にスロットアンテナが設けられたマイクロ波導波管と、
前記スロットアンテナを通して導入されたマイクロ波から表面波を形成し、伝播させるマイクロ波導入窓と、
前記マイクロ波導入窓を収納し、前記表面波によりプロセスガスを励起して表面波励起プラズマを生成し、前記表面波励起プラズマにより被処理物を処理する気密容器と、
前記マイクロ波導入窓の外周側面に対向する反射面を有し、前記反射面と前記マイクロ波導入窓の外周側面との間隔を調整可能に前記気密容器内に配置される間隔調整部材とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項1のプラズマ処理装置において、
前記マイクロ波導入窓は矩形状をなしており、
前記間隔調整部材は、前記矩形状のマイクロ波導入窓の4辺における前記間隔を独立に調整可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
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