JP4735095B2 - リモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置、リモートプラズマ発生ユニット、処理装置及びリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法 - Google Patents
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Description
図12に示すように、この処理装置2は耐食アルミニウム等により筒体状に成形された処理容器4を有している。この処理容器4内には、その表面に被処理体である半導体ウエハWを載置するための例えば耐食アルミニウム等よりなる載置台6が設けられており、この載置台6には、冷却媒体を流すための冷却手段として冷媒通路8が設けられて、ウエハの処理時にこの載置台6上に載置されているウエハWを冷却してこれを所定の温度に維持できるようになっている。尚、この載置台6には図示されないが、必要に応じてウエハWを吸着する静電チャックやウエハWの搬出入時にこれを昇降させるリフタピン等が設けられる。
また処理容器4内の天井部には、ガス導入手段として円形リング状になされたシャワーヘッド部20が設けられており、このシャワーヘッド部20から、エッチングガスとして例えばNF3 ガスを容器内へ供給できるようになっている。尚、このガス導入手段20は必要に応じて設けられ、処理の種類によっては設けない場合もある。また処理容器4の天井部の中心部には、この容器内へ活性種(ラジカル)を導入するためのラジカル導入口22が形成されている。
そして、上記プラズマ発生ユニット24の中心部、すなわち金属製の冷却管28が巻回された部分は、金属製ボックスよりなるキャビティ部42内に着脱可能に収容されている。このキャビティ部42はマイクロ波導入手段44に接続されており、例えば2.45GHzのマイクロ波を上記キャビティ部42内へ導入できるようになっている。
また、この導波管46には、インピーダンス整合を行うためのマッチング回路52が設けられている。更に、上記キャビティ部42において、上記リモートプラズマ発生ユニット24を中心として、上記導波管46とは反対側の位置には、上記導波管と対向するようにして所定の長さの反射用導波管54が設けられており、この反射用導波管54内には、上記リモートプラズマ発生ユニット24に対して接近及び離間自在になされた例えばアルミニウム製のマイクロ波反射板56が設けられている。そして、このマイクロ波反射板56に連結した作動ロッド58を前進後退させることによって上記マイクロ波反射板56を移動させるようになっている。
まず、表面に自然酸化膜の付着している半導体ウエハWを載置台6上に載置して処理容器4内を密閉し、この処理容器4内を真空引きしつつNF3 ガスよりなるエッチングガスやH2 とN2 との混合ガスよりなる活性化用ガスを処理容器4内へそれぞれ供給する。
本発明の第1の目的は、活性用ガスをプラズマにより活性化するリモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を測定することができるリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置を提供することにある。
本発明の第2の目的は、リモートプラズマ発生管の端部に設けた接地位置調整手段でもって冷却管の接地位置を調整することにより、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができるリモートプラズマ発生ユニットを提供することにある。
本発明の第4の目的は、上述したように、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができるリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法を提供することにある。
この発明によれば、活性用ガスをプラズマにより活性化するリモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を測定することができる。
また例えば請求項3に規定するように、前記マイクロ波導入手段は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、前記測定容器に連結された導波管と、前記マイクロ波発生源で発生したマイクロ波の振動モードを変換して前記導波管へ導入するモード変換器と、を有する。
また例えば請求項4に規定するように、前記リモートプラズマ発生ユニットを中心として、前記導波管とは反対側の位置には前記導波管と対向するように、前記リモートプラズマ発生ユニットに対して接近及び離間自在になされたマイクロ波反射板が設けられている。
この発明によれば、リモートプラズマ発生管の端部に設けた接地位置調整手段でもって冷却管の接地位置を調整することにより、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。
また例えば請求項7に規定するように、前記接地位置調整手段は、金属製の板状部材よりなる。
また例えば請求項8に規定するように、前記接地位置調整手段は、前記冷却管の螺旋方向に沿って該冷却管と接触しつつ前進及び後退可能になされた金属製のフレキシブルネジよりなる。
この発明によれば、上記リモートプラズマ発生ユニットを設けた処理装置により、プラズマ処理を効率的に行うことができると共に、プラズマ処理の処理形態の品質を向上させることができる。
この場合、例えば請求項10に規定するように、前記処理容器内へガスを導入するためのガス導入手段が設けられる。
また例えば請求項11に規定するように、前記載置台には冷却手段が設けられる。
本発明によれば、上述したように、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。
この場合、請求項13に規定するように、前記リモートプラズマ発生ユニットを挟んで前記マイクロ波の導入方向の反対側に位置するマイクロ波反射板の位置を調整して前記マイクロ波反射板による反射波の腹が前記リモートプラズマ発生管の径方向の中心部に位置するような前記マイクロ波反射板の位置を求める工程を有する。
請求項1乃至4に係る発明によれば、活性用ガスをプラズマにより活性化するリモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を測定することができる。
請求項5乃至8に係る発明によれば、リモートプラズマ発生管の端部に設けた接地位置調整手段でもって冷却管の接地位置を調整することにより、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。
請求項12または13に係る発明によれば、リモートプラズマ発生管内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。
<リモートプラズマ発生ユニットの説明>
まず本発明のリモートプラズマ発生ユニットについて説明する。
図1は本発明に係るリモートプラズマ発生ユニットを示す平面図、図2は図1に示すリモートプラズマ発生ユニットに設けられる接地位置調整手段を示す拡大図、図3は図1に示すリモートプラズマ発生ユニットを処理装置のキャビティ部に取り付けた状態を示す断面図である。
まず、図1に示すように本発明に係るリモートプラズマ発生ユニット70は、図12乃至図14に示した従来のリモートプラズマ発生ユニット24の端部に本発明の特徴とする接地位置調整手段72を取り付けた構造となっている。具体的には、このリモートプラズマ発生ユニット70は、図12乃至図14を参照して説明したように、例えば石英ガラスパイプよりなるリモートプラズマ発生管26と、このプラズマリモートプラズマ発生管26の周囲に螺旋状に巻回して設けられる金属製の冷却管28とにより主に構成されている。尚、上記リモートプラズマ発生管26は、セラミックパイプにより形成する場合もある。具体的には、上記リモートプラズマ発生管26は、上述のように例えば石英ガラスパイプよりなり、その長さは20〜40cm程度になされ、その内径は2〜3cm程度、肉厚は2〜4mm程度になされている。
そして、上述したように接地位置調整手段72により、後述するようにリモートプラズマ発生管26内におけるマイクロ波の電界分布が最適な状態になるように調整した後、この調整済みのリモートプラズマ発生ユニット70を図3に示すように、導波管48に接続されたキャビティ部42に、接続金具62やボルト64によって取り付け固定することになる。これにより、上記短絡板76が冷却管28に対して接触する部分が、固定金具60、接続金具62及びキャビティ部42を介して接地されて接地位置となる。図3において、図13に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付してある。
次に、リモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置について説明する。
本発明者等は、同一設計寸法のもとに作製されたリモートプラズマ発生ユニットの僅かな個体差に起因してリモートプラズマ発生管26内の電界分布が大きく異なり、この結果、ウエハに対するプラズマ処理の良否が分かれてしまうことを見い出し、これによって本発明に至ったものである。
ここで、リモートプラズマ発生ユニット内の電界分布を測定するための電界分布測定装置について説明する。図4はリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置を示す構成図、図5はリモートプラズマ発生管内へ挿入されたプローブ手段の状態を示す断面図、図6は電界分布のパターンの種類を説明するためのグラフ、図7はマイクロ波に対して冷却管が伝送路として機能する時の状態を示す等価回路、図8は接地位置調整手段で接地位置を変化させた時のリモートプラズマ発生管内における電界分布の変化の一例を示すグラフ、図9は接地位置調整手段で接地位置を最適化して調整した時のリモートプラズマ発生管内における電界分布の変化の状態を示すグラフである。
図4に示すように、この電界分布測定装置80は、リモートプラズマ発生ユニット24の周囲を囲むと共に、この冷却管28の両端部を接地する測定容器としてのキャビティ部42と、このキャビティ部42内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段82と、上記リモートプラズマ発生管26の端部より管軸方向に沿って移動可能に設けられるプローブ手段84と、このプローブ手段84の出力値を測定する測定手段86とを有している。
図6はリモートプラズマ発生ユニットの測定された電界分布のパターンを示している。ここでリモートプラズマ発生ユニット24の全長は400mm程度であり、リモートプラズマ発生ユニット24の長手方向の中心位置(導波管88が接続される位置)を基準点とし、ここをプローブ位置”ゼロ”としている。電界分布の測定に際しては、プローブロッド84Aの先端P1を初めに基準点に位置させ、そして、これよりプローブ手段84を、図5において右方向へ徐々に移動させつつ電界強度を測定している。
更に、基準値での電界強度が更に低いパターンCのリモートプラズマ発生ユニットは、良品の数がかなり低下し、好ましくなかった。
このように、同一設計寸法で製造されたリモートプラズマ発生ユニットであるにもかかわらず、上述のように電界分布に大きなバラツキが生ずる原因は次のように考えられる。
上記銅製の冷却管28はマイクロ波に対して伝送路として機能した場合には、図7に示すような等価回路として考えることができる。すなわち、マイクロ波を導入する導波管88を中心として冷却管28を直線状に延ばし、それぞれの両端は接地されている。そして、上記導波管88を中心とした冷却管28の一方の長さをL1とし、他方の長さをL2とする。ここで、マイクロ波は直線状に延びた冷却管28の略中心へ給電されるので、長さL1、L2とインピーダンスとの関係は、次の式のようになる。
Zin=j・Z・tan(β・L)
ここで”Z”はリモートプラズマ発生ユニットの直径や材質等で定まるインピーダンス、βは線路速度、LはL1またはL2を代表している。
すなわち、冷却管28の中央部の位置における電界強度が大きくなる程、冷却管28へのマイクロ波の吸収量が少なくなり、その分、リモートプラズマ発生管26内へ導入されるマイクロ波が多くなる。
ここで、実際に2つのリモートプラズマ発生ユニットに対して、図1及び図2に示した接地位置調整手段72を取り付けて、冷却管28の接地位置を30mm(マイクロ波の1/4波長に相当)程度変化させて電界分布を測定したところ、図8に示すような結果を得ることができた。すなわち、図8(A)に示す場合は、ピーク値が5ワット程度も大きく変化しており、電界分布のパターンBからパターンCへ変化している。また、図8(B)に示す場合は、電界分布のパターンBを維持したまま、基準点における電界強度が3ワットから5ワット程度まで向上している。
図9においてパターンA〜Cは接地位置調整手段72を設けていない改善前の電界分布をそれぞれ示し、パターンA’〜C’は、接地位置調整手段72を設けて接地位置を最適化した時の電界分布をそれぞれ示している。
すなわち、パターンAに対してパターンA’は、基準点の電界強度が大幅に向上している。またパターンBに対してパターンB’は、同じく基準点の電界強度が大幅に向上している。またパターンCに対してパターンC’は、同様に基準点の電界強度がかなり向上している。この場合、パターンC’は、基準点においてピーク値を有すことから、実質的にパターンAに変換されていることになる。尚、これらは改善パターンの一例を示すものである。
そして、このように接地位置調整手段72を設けて、これにより接地位置が最適化されたリモートプラズマ発生ユニット70が、図3に示すように処理装置2(図12参照)のキャビティ部42に取り付け固定されることになる。このように、リモートプラズマ発生管26の端部に設けた接地位置調整手段72でもって冷却管28の接地位置を調整することにより、リモートプラズマ発生管26内におけるマイクロ波の電界分布を改善することができる。
また、上記リモートプラズマ発生ユニット70を設けた処理装置2により、プラズマ処理を効率的に行うことができると共に、プラズマ処理の処理形態の品質を向上させることができる。
次にマイクロ波反射板56の調整について説明する。
図10はマイクロ波反射板により反射される反射波の状態を示す説明図である。
ところで、図10に示すように、導波管48の端部は、反射用導波管54(図13も参照)に設けたマイクロ波反射板56によりショートしており、マイクロ波はこのマイクロ波反射板56が節となって全反射を起こし、この反射波Rによる定在波が発生する。そして、この定在波である反射波Rの腹R1がリモートプラズマ発生管の径方向の中心部C1に位置するように上記マイクロ波反射板56の位置調整を行う。このようなマイクロ波反射板56の最適な位置は、図4に示す電界分布測定手段80により電界強度分布を測定した際に、マイクロ波反射板56を移動させて測定することにより一緒に測定することができる。
尚、上記実施例では接地位置調整手段72として、図2に示すように、固定ネジ78により固定される固定部材74と、これより延びる短絡板76とにより形成したが、これに限定されず、例えば図11に示すように構成してもよい。図11は接地位置調整手段72の変形例を示す図である。図11(A)に示す接地位置調整手段72は、所定の長さN1を有する金属製、例えば銅製の板状部材100よりなり、長さN1が種々の値となった複数種類の板状部材100を用意しておく。
また図11(B)に示す場合には、上記接地位置調整手段72を金属製、例えば銅製のフレキシブルネジ102によって形成し、このネジ102を螺旋状に巻回されている冷却管28の間に冷却管28と接するようにして設ける。この場合、上記ネジ102の基部側は、例えば銅よりなるネジ取付板104のネジ穴に螺合されており、このネジ取付板104は固定金具60側へ接続固定されている。そして、このネジ102を前進、或いは後退させることによってネジ102を矢印N2の方向へ移動させる。これによって、冷却管28に対する接地位置を調整することになる。
更に、上記実施例では、リモートプラズマ発生ユニットの一端部に接地位置調整手段を設けた場合を例にとって説明したが、リモートプラズマ発生ユニット内の電界分布をその両端側から測定し、両端側に接地位置調整手段をそれぞれ設けるようにしてもよい。
また被処理体としては半導体ウエハに限定されず、LCD基板、ガラス基板、セラミック基板等を処理する処理装置にも本発明を適用することができる。
4 処理容器
6 載置台
8 冷媒通路(冷却手段)
18 真空排気系
20 シャワーヘッド部(ガス導入手段)
26 リモートプラズマ発生管
28 金属製の冷却管
42 キャビティ部(測定容器)
70 リモートプラズマ発生ユニット
72 接地位置調整手段
74 固定部材
76 短絡板
80 電界分布測定装置
82 マイクロ波導入手段
84 プローブ手段
86 測定手段
88 導波管
90 マイクロ波発生源
94 モード変換器
100 板状部材
102 フレキシブルネジ
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (13)
- 内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、
該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置において、
前記リモートプラズマ発生ユニットの周囲を囲むと共に前記冷却管の両端部を接地する測定容器と、
前記測定容器内へマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、
前記リモートプラズマ発生管の端部より管軸方向に沿って移動可能に設けられるプローブ手段と、
前記プローブ手段の出力値を測定する測定手段と、
を備えたことを特徴とするリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置。 - 前記プローブ手段は、モノポールアンテナまたはスパイラルアンテナよりなることを特徴とする請求項1記載のリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置。
- 前記マイクロ波導入手段は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、前記測定容器に連結された導波管と、前記マイクロ波発生源で発生したマイクロ波の振動モードを変換して前記導波管へ導入するモード変換器と、を有することを特徴とする請求項1または2記載のリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置。
- 前記リモートプラズマ発生ユニットを中心として、前記導波管とは反対側の位置には前記導波管と対向するように、前記リモートプラズマ発生ユニットに対して接近及び離間自在になされたマイクロ波反射板が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のリモートプラズマ発生ユニットの電界分布測定装置。
- 内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、
該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットにおいて、
前記リモートプラズマ発生管の端部には、前記冷却管の長さ方向における接地位置を調整するための接地位置調整手段が設けられていることを特徴とするリモートプラズマ発生ユニット。 - 前記接地位置調整手段は、前記冷却管の長手方向に延びて前記冷却管と接触する金属製の短絡板と、該短絡板に接合されて前記冷却管の周方向の任意の位置で固定することができる固定部材と、よりなることを特徴とする請求項5記載のリモートプラズマ発生ユニット。
- 前記接地位置調整手段は、金属製の板状部材よりなることを特徴とする請求項5記載のリモートプラズマ発生ユニット。
- 前記接地位置調整手段は、前記冷却管の螺旋方向に沿って該冷却管と接触しつつ前進及び後退可能になされた金属製のフレキシブルネジよりなることを特徴とする請求項5記載のリモートプラズマ発生ユニット。
- 筒体状になされた処理容器と、
該処理容器内で被処理体を載置するための載置台と、
前記処理容器内を真空引きする真空排気系と、
前記処理容器内へプラズマにより活性化された活性種を導入するための請求項5乃至8のいずれかに記載のリモートプラズマ発生ユニットと、
を備えたことを特徴とする処理装置。 - 前記処理容器内へガスを導入するためのガス導入手段が設けられることを特徴とする請求項9記載の処理装置。
- 前記載置台には冷却手段が設けられることを特徴とする請求項9または10記載の処理装置。
- 内部に活性化用ガスを流すリモートプラズマ発生管と、
該リモートプラズマ発生管の周囲に螺旋状に巻回されると共に両端部側が接地されて内部に冷却媒体を流すための金属製の冷却管とよりなり、外部より供給されるマイクロ波により前記リモートプラズマ発生管内に流れる活性化用ガスをプラズマ化して活性化するリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法において、
前記リモートプラズマ発生管内にマイクロ波を導入して前記リモートプラズマ発生管内の管軸方向における電界分布を測定する工程と、
前記リモートプラズマ発生管の長手方向の中心部の電界部分が大きくなるように前記冷却管の端部の接地位置を接地位置調整手段により調整する工程と、
を有することを特徴とするリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法。 - 前記リモートプラズマ発生ユニットを挟んで前記マイクロ波の導入方向の反対側に位置するマイクロ波反射板の位置を調整して前記マイクロ波反射板による反射波の腹が前記リモートプラズマ発生管の径方向の中心部に位置するような前記マイクロ波反射板の位置を求める工程を有することを特徴とする請求項12記載のリモートプラズマ発生ユニットの特性調整方法。
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