JP6694736B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
マイクロ波を生成すると共に、該マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を複数の伝送経路で前記処理容器内へ伝送するマイクロ波伝送部と、
前記マイクロ波伝送部によって伝送された前記マイクロ波を前記処理容器内に放射するマイクロ波導入部と、
前記マイクロ波出力部及び前記マイクロ波伝送部を制御する制御部と、
を備えている。
前記処理容器の天井部を構成するとともに、前記載置面に対向して設けられた凹部を有する導電性部材と、
前記導電性部材の一部分をなし、前記マイクロ波伝送部を介して伝送されたマイクロ波を放射する複数のスロットと、
前記導電性部材の前記凹部に嵌合し、前記スロットを介して放射されたマイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入させるマイクロ波透過板と、
を有している。
前記マイクロ波遅波材は、前記導電性部材において、前記複数のスロットの上部であって前記チューナー部の配置部分と上下に重なる部位を含む円環状をなす領域に沿って全体として円環状に配置されていてもよい。
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
マイクロ波を生成すると共に、該マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を複数の伝送経路で前記処理容器内へ伝送するマイクロ波伝送部と、
前記マイクロ波伝送部によって伝送された前記マイクロ波を前記処理容器内に放射するマイクロ波導入部と、
前記マイクロ波出力部及び前記マイクロ波伝送部を制御する制御部と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて被処理体を処理する方法である。
前記処理容器の天井部を構成するとともに、前記載置面に対向して設けられた凹部を有する導電性部材と、
前記導電性部材の一部分をなし、前記マイクロ波伝送部を介して伝送されたマイクロ波を放射する複数のスロットと、
前記導電性部材の前記凹部に嵌合し、前記スロットを介して放射されたマイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入させるマイクロ波透過板と、
を有している。
まず、本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図1は、プラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。図2は、図1に示した制御部の構成を示す説明図である。本実施の形態のプラズマ処理装置1は、連続する複数の動作を伴って、半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」と記す)Wに対してプラズマ処理を施す装置である。ここで、プラズマ処理として、例えば、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理などの成膜処理や、プラズマエッチング処理などを挙げることができる。
処理容器2は、例えば略円筒形状をなしている。処理容器2は、例えばアルミニウムおよびその合金等の金属材料によって形成されている。マイクロ波導入装置5は、処理容器2の上部に設けられ、処理容器2内に電磁波(マイクロ波)を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。マイクロ波導入装置5の構成については、後で詳しく説明する。
載置台21は、被処理体であるウエハWを水平に載置するためのものである。プラズマ処理装置1は、更に、処理容器2内において載置台21を支持する支持部材22と、支持部材22と処理容器2の底部13との間に設けられた絶縁材料よりなる絶縁部材23とを備えている。支持部材22は、底部13の中央から処理容器2の内部空間に向かって延びる円筒形状を有している。載置台21および支持部材22は、例えばAlN等によって形成されている。
ガス供給機構3は、ガス供給源31を含むガス供給装置3aと、ガス供給源31とガス導入部15とを接続する配管32とを有している。なお、図1では、1つのガス供給源31を図示しているが、ガス供給装置3aは、使用されるガスの種類に応じて複数のガス供給源を含んでいてもよい。
プラズマ処理装置1の各構成部は、それぞれ制御部8に接続されて、制御部8によって制御される。制御部8は、典型的にはコンピュータである。図2に示した例では、制御部8は、CPUを備えたプロセスコントローラ81と、このプロセスコントローラ81に接続されたユーザーインターフェース82および記憶部83とを備えている。
次に、図1、図3から図6を参照して、マイクロ波導入装置5及びマイクロ波導入部6A,6Bの構成について詳しく説明する。図3は、マイクロ波導入装置5の構成を示す説明図である。図4は、マイクロ波導入装置5の一部分をなすチューナー部63Bとマイクロ波導入部6Bの構成を示す断面図である。図5は、天井部11の上方から見たマイクロ波導入部6A,6Bの構成を示す平面図である。図6は、天井部11の下方から見たマイクロ波導入部6A,6Bの構成を示す平面図である。
前述のように、マイクロ波導入装置5は、処理容器2の上部に設けられ、処理容器2内に電磁波(マイクロ波)を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。図1および図3に示したように、マイクロ波導入装置5は、マイクロ波を生成すると共に、マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部50と、マイクロ波出力部50から出力されたマイクロ波を処理容器2に伝送するマイクロ波伝送部60とを有している。
マイクロ波出力部50は、電源部51と、マイクロ波発振器52と、マイクロ波発振器52によって発振されたマイクロ波を増幅するアンプ53と、アンプ53によって増幅されたマイクロ波を複数の経路に分配する分配器54とを有している。マイクロ波発振器52は、所定の周波数(例えば、860MHz)でマイクロ波を発振(例えば、PLL発振)させる。なお、マイクロ波の周波数は、860MHzに限らず、2.45GHz、8.35GHz、5.8GHz、1.98GHz等であってもよい。分配器54は、入力側と出力側のインピーダンスを整合させながらマイクロ波を分配する。
マイクロ波伝送部60は、複数のアンテナモジュール61を含んでいる。複数のアンテナモジュール61は、それぞれ、分配器54によって分配されたマイクロ波を処理容器2内に導入する。各アンテナモジュール61は、分配されたマイクロ波を主に増幅して出力するアンプ部62と、アンプ部62から出力されたマイクロ波のインピーダンスを調整するチューナー部63A,63Bとを有している。
マイクロ波導入部6A,6Bは、天井部11に設けられている。本実施の形態では、天井部11の中央部分に設けられたマイクロ波導入部6Aと、天井部11の周縁部分に設けられたマイクロ波導入部6Bとを備えている。マイクロ波導入部6Aは、天井部11の一部分と、マイクロ波遅波材72Aと、スロットアンテナ部74Aと、マイクロ波透過板73Aとを含んでいる。マイクロ波導入部6Bは、天井部11の一部分と、マイクロ波遅波材72Bと、スロットアンテナ部74Bと、マイクロ波透過板73Bとを含んでいる。マイクロ波導入部6Aと、マイクロ波導入部6Bは、以下に説明するように構成が若干異なる。
図5に示すように天井部11の中央部分の上部には、チューナー部63Aの配置部位と上下に重なる領域に凹部11aが形成されており、そこに円板状をなすマイクロ波遅波材72Aが嵌め込まれている。また、図6に示すように、天井部11の中央部分の下面において、マイクロ波遅波材72Aと上下に重なる部位には凹部11bが形成されており、そこに円板状をなすマイクロ波透過板73Aが嵌め込まれている。マイクロ波遅波材72Aの下方とマイクロ波透過板73Aとの間にはスロットアンテナ部74Aが形成されている。スロットアンテナ部74Aには、スロット75aが形成されている。
図4及び図5に示すように、天井部11における周縁部分の上部には、チューナー部63Bの配置部位と上下に重なるリング状の領域に沿って凹部11cが形成されており、そこに複数のマイクロ波遅波材72Bが嵌め込まれている。また、図4及び図6に示すように、天井部11の周縁部分の下面には、チューナー部63Bの配置部位と上下に重なるリング状の領域に凹部11dが形成されており、そこにマイクロ波透過板73Bが嵌め込まれている。そして、図4に示すように、複数のマイクロ波遅波材72Bとマイクロ波透過板73Bとの間には、スロットアンテナ部74B及び複数の誘電体層76が形成されている。
λ≒(λ0/εs 1/2)/{1−[(λ0/εs 1/2)/λc]2}1/2
[ここで、εsはスロット75bに充填される誘電体材料の比誘電率、λ0は真空中のマイクロ波の波長、λcはカットオフ周波数を意味する。]
プラズマ処理装置1を用いるプラズマ処理は、例えば以下の手順で行うことができる。まず、例えばユーザーインターフェース82から、プラズマ処理装置1においてプラズマ処理を行うように、プロセスコントローラ81に指令が入力される。次に、プロセスコントローラ81は、この指令を受けて、記憶部83またはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されたレシピを読み出す。次に、レシピに基づく条件によってプラズマ処理が実行されるように、プロセスコントローラ81からプラズマ処理装置1の各エンドデバイス(例えば、高周波バイアス電源25、ガス供給装置3a、排気装置4、マイクロ波導入装置5等)に制御信号が送出される。
y=A・sin(ωt+α)
[ここで、Aは振幅、ωは角周波数、tは時間、αは位相を意味する]
で表される正弦波である場合、αを120°ずつ異ならせる。より具体的には、共通のマイクロ波透過板73Bから放射されるマイクロ波を伝送する3つのチューナー部を、チューナー部63B1、チューナー部63B2、チューナー部63B3とした場合、
チューナー部63B1は、y=A・sin(ωt+0°);
チューナー部63B2は、y=A・sin(ωt+120°);
チューナー部63B3は、y=A・sin(ωt+240°);
となるように制御する。このように、共通のマイクロ波透過板73Bから放射される複数のマイクロ波の位相を異ならせることによって、表面波プラズマのモードジャンプを効果的に抑制することができる。
上記のとおり、複数のマイクロ波を導入するプラズマ処理装置において、マイクロ波導入部位の数をむやみに増やすことなく、ウエハWの大型化に対応するためには、大型のマイクロ波透過板を用いることが有効である。しかし、マイクロ波透過板が大きくなると、モードジャンプが発生しやすくなる。すなわち、マイクロ波透過板の内部においては半波長の整数倍の波長のマイクロ波しか存在できないため、マイクロ波透過板の直径が例えば90mm程度であればモードジャンプは発生しないが、直径が例えば390mm程度に大型化すると、複数のモードが生成可能になるためモードジャンプが発生しやすくなる。そこで、本実施の形態のプラズマ処理装置1では、3つのアンテナモジュール61の位相器62Aにおいて、共通のマイクロ波透過板73Bから放射されるマイクロ波の位相が120°ずれるように調節する。このように位相をずらすことによって、周期的かつ局所的に表面波プラズマを生成させることが可能になり、プラズマの拡がりの自由度が大きくなる。その結果、定在波の節の位置が固定されることがなく、モードジャンプの発生を抑えることができる。また、3箇所から導入されるマイクロ波の位相を120°ずらす場合は、3相交流となり、電力効率の観点でも優れている。
λ=(λ0/ε1/2)/{1−[(λ0/ε1/2)/λc]2}1/2
[ここで、εはマイクロ波透過板73Bを構成する誘電体材料の比誘電率、λ0は真空中のマイクロ波の波長、λcはカットオフ周波数であり、λc=2Aである。]
本実施の形態において、複数のアンテナモジュール61から伝送されるマイクロ波を導入するための共通のマイクロ波透過板は、リング状である必要はない。例えば図7に示すように、リング状のマイクロ波透過板73Bに替えて、円板状のマイクロ波透過板73Cを用いてもよい。この場合も、マイクロ波透過板73Cの外周長さをLとし、その内部を伝播するマイクロ波の実効波長をλとしたとき、好ましくはL≧3λの関係、より好ましくはL≒n×3λを満たす場合に、上記位相の制御が有効である(nは自然数、λは上記と同様に求められる)。
Claims (13)
- 被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
マイクロ波を生成すると共に、該マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を複数の伝送経路で前記処理容器内へ伝送するマイクロ波伝送部と、
前記マイクロ波伝送部によって伝送された前記マイクロ波を前記処理容器内に放射するマイクロ波導入部と、
前記マイクロ波出力部及び前記マイクロ波伝送部を制御する制御部と、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波伝送部は、前記複数の伝送経路毎に、前記マイクロ波の位相を調節する位相調節部と、前記マイクロ波出力部と前記処理容器内との間のインピーダンスを整合させるチューナー部と、を有しており、
前記マイクロ波導入部は、
前記処理容器の天井部を構成するとともに、前記載置面に対向して設けられた凹部を有する導電性部材と、
前記導電性部材の一部分をなし、前記マイクロ波伝送部を介して伝送されたマイクロ波を放射する複数のスロットと、
前記導電性部材の前記凹部に嵌合し、前記スロットを介して放射されたマイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入させるマイクロ波透過板と、
誘電体材料からなる複数のマイクロ波遅波材と、
を有し、
前記マイクロ波遅波材は、前記導電性部材において、前記複数のスロットの上部であって前記チューナー部の配置部分と上下に重なる部位を含む円環状をなす領域に沿って全体として円環状に配置されており、
前記チューナー部は、隣接する前記マイクロ波遅波材に跨るように配置されており、
前記制御部は、複数の前記伝送経路を介してそれぞれ伝送された複数の前記マイクロ波を、共通する一つの前記マイクロ波透過板から前記処理容器内に導入するときに、複数の前記マイクロ波の位相が互いに異なるように制御することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
マイクロ波を生成すると共に、該マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を複数の伝送経路で前記処理容器内へ伝送するマイクロ波伝送部と、
前記マイクロ波伝送部によって伝送された前記マイクロ波を前記処理容器内に放射するマイクロ波導入部と、
前記マイクロ波出力部及び前記マイクロ波伝送部を制御する制御部と、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記マイクロ波伝送部は、前記複数の伝送経路毎に、前記マイクロ波の位相を調節する位相調節部と、前記マイクロ波出力部と前記処理容器内との間のインピーダンスを整合させるチューナー部と、を有しており、
前記マイクロ波導入部は、
前記処理容器の天井部を構成するとともに、前記載置面に対向して設けられた凹部を有する導電性部材と、
前記導電性部材の一部分をなし、前記マイクロ波伝送部を介して伝送されたマイクロ波を放射する複数のスロットと、
前記導電性部材の前記凹部に嵌合し、前記スロットを介して放射されたマイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入させるマイクロ波透過板と、
を有しているとともに、前記複数のスロットと前記マイクロ波透過板との間に、前記複数のスロットに対応して互いに分離して設けられた複数の誘電体層を有しており、
前記制御部は、複数の前記伝送経路を介してそれぞれ伝送された複数の前記マイクロ波を、共通する一つの前記マイクロ波透過板から前記処理容器内に導入するときに、複数の前記マイクロ波の位相が互いに異なるように制御することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 共通する一つの前記マイクロ波透過板の外周が円形をなしており、その円周の長さをLとし、その内部を伝播する前記マイクロ波の実効波長をλとしたとき、L≒n×3λの関係(但し、nは自然数)を満たす請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、共通する一つの前記マイクロ波透過板から導入される複数の前記マイクロ波を伝送する前記伝送経路の数をNとしたとき、前記位相を360°/Nずつ異ならせるものである請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、共通する一つの前記マイクロ波透過板から導入される複数の前記マイクロ波を伝送する前記伝送経路の数が3であるとき、前記位相を120°ずつ異ならせるものである請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。
- 共通する一つの前記マイクロ波透過板が、円環状をなしている請求項1から5のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記マイクロ波導入部は、さらに、誘電体材料からなる複数のマイクロ波遅波材を備えており、
前記マイクロ波遅波材は、前記導電性部材において、前記複数のスロットの上部であって前記チューナー部の配置部分と上下に重なる部位を含む円環状をなす領域に沿って全体として円環状に配置されている請求項2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記複数のスロットと前記マイクロ波透過板との間に、前記複数のスロットに対応して互いに分離して設けられた複数の誘電体層を有する請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記誘電体層は、空気層または誘電体材料層である請求項2又は8に記載のプラズマ処理装置。
- 被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
マイクロ波を生成すると共に、該マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を複数の伝送経路で前記処理容器内へ伝送するマイクロ波伝送部と、
前記マイクロ波伝送部によって伝送された前記マイクロ波を前記処理容器内に放射するマイクロ波導入部と、
前記マイクロ波出力部及び前記マイクロ波伝送部を制御する制御部と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて被処理体を処理するプラズマ処理方法であって、
前記マイクロ波伝送部は、前記複数の伝送経路毎に、前記マイクロ波の位相を調節する位相調節部と、前記マイクロ波出力部と前記処理容器内との間のインピーダンスを整合させるチューナー部と、を有しており、
前記マイクロ波導入部は、
前記処理容器の天井部を構成するとともに、前記載置面に対向して設けられた凹部を有する導電性部材と、
前記導電性部材の一部分をなし、前記マイクロ波伝送部を介して伝送されたマイクロ波を放射する複数のスロットと、
前記導電性部材の前記凹部に嵌合し、前記スロットを介して放射されたマイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入させるマイクロ波透過板と、
誘電体材料からなる複数のマイクロ波遅波材と、
を有し、
前記マイクロ波遅波材は、前記導電性部材において、前記複数のスロットの上部であって前記チューナー部の配置部分と上下に重なる部位を含む円環状をなす領域に沿って全体として円環状に配置されており、
前記チューナー部は、隣接する前記マイクロ波遅波材に跨るように配置されており、
複数の前記伝送経路を介してそれぞれ伝送された複数の前記マイクロ波を、共通する一つの前記マイクロ波透過板から前記処理容器内に導入するときに、複数の前記マイクロ波の位相が互いに異なるように制御することを特徴とするプラズマ処理方法。 - 被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器の内部に配置され、前記被処理体を載置する載置面を有する載置台と、
マイクロ波を生成すると共に、該マイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部から出力されたマイクロ波を複数の伝送経路で前記処理容器内へ伝送するマイクロ波伝送部と、
前記マイクロ波伝送部によって伝送された前記マイクロ波を前記処理容器内に放射するマイクロ波導入部と、
前記マイクロ波出力部及び前記マイクロ波伝送部を制御する制御部と、
を備えたプラズマ処理装置を用いて被処理体を処理するプラズマ処理方法であって、
前記マイクロ波伝送部は、前記複数の伝送経路毎に、前記マイクロ波の位相を調節する位相調節部と、前記マイクロ波出力部と前記処理容器内との間のインピーダンスを整合させるチューナー部と、を有しており、
前記マイクロ波導入部は、
前記処理容器の天井部を構成するとともに、前記載置面に対向して設けられた凹部を有する導電性部材と、
前記導電性部材の一部分をなし、前記マイクロ波伝送部を介して伝送されたマイクロ波を放射する複数のスロットと、
前記導電性部材の前記凹部に嵌合し、前記スロットを介して放射されたマイクロ波を透過させて前記処理容器内に導入させるマイクロ波透過板と、
を有しているとともに、前記複数のスロットと前記マイクロ波透過板との間に、前記複数のスロットに対応して互いに分離して設けられた複数の誘電体層を有しており、
複数の前記伝送経路を介してそれぞれ伝送された複数の前記マイクロ波を、共通する一つの前記マイクロ波透過板から前記処理容器内に導入するときに、複数の前記マイクロ波の位相が互いに異なるように制御することを特徴とするプラズマ処理方法。 - 共通する一つの前記マイクロ波透過板から導入される複数の前記マイクロ波を伝送する前記伝送経路の数をNとしたとき、前記位相を360°/Nずつ異ならせる請求項10又は11に記載のプラズマ処理方法。
- 共通する一つの前記マイクロ波透過板から導入される複数の前記マイクロ波を伝送する前記伝送経路の数が3であるとき、前記位相を120°ずつ異ならせる請求項10又は11に記載のプラズマ処理方法。
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