JP7139181B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7139181B2 JP7139181B2 JP2018140650A JP2018140650A JP7139181B2 JP 7139181 B2 JP7139181 B2 JP 7139181B2 JP 2018140650 A JP2018140650 A JP 2018140650A JP 2018140650 A JP2018140650 A JP 2018140650A JP 7139181 B2 JP7139181 B2 JP 7139181B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- plasma
- plasma processing
- processing apparatus
- impedance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 135
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 57
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 35
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 31
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 18
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 18
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 21
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 18
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 13
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/18—Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
- H01J37/32183—Matching circuits
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
- H01J37/3211—Antennas, e.g. particular shapes of coils
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
- H01J37/32568—Relative arrangement or disposition of electrodes; moving means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/38—Impedance-matching networks
- H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
(2)大面積で均一なプラズマが生成可能な、高密度プラズマ生成機構。
(3)大面積で、プラズマの面内分布を自在に調整可能な、高密度プラズマ生成機構。
(4)高周波電力(RFパワー)が高パワーになっても、ICP生成用アンテナコイルのRF電位を低く抑え、アンテナ下の誘電体窓のプラズマからのイオンアタックによる削れを抑制し、誘電体窓のイオンアタックで発生する異物(パーティクル)の発生量を低減可能な、高密度プラズマ処理装置。
(5)様々なプラズマ処理のアプリケーションに対し、安定して放電可能で、且つ、種々のプラズマ処理条件に対し、簡単にプラズマの強弱、密度分布が調整可能な、高密度プラズマ処理装置。
この様な、プラズマ処理装置に対する要求課題に対して、従来のプラズマ処理装置では、全ての課題を克服する事が困難であった。
しかし、このプラズマ処理装置では、基板サイズの大型化に伴い、より大容量の高周波電力(RFパワー)をかけた場合、アンテナコイルの給電部の電位が十分に低下できずに、前記(4)に記載のアンテナ下の誘電体窓のプラズマからのイオンアタックによる削れと、異物の発生を十分に抑制する事が出来ていない。
また、(1)に記載のより高密度のプラズマが要求される中、このアンテナ構造では、プラズマ密度の高密度化に限界が有った。
また、前記要求課題の(3)に記載の大面積でのプラズマ面内分布を自在に調整可能な構造とはなっていない。
また、アンテナ端をコンデンサーを介してGNDに接続したり、そのままGNDに接続した場合、アンテナの長さを長くすると、アンテナのインダクタンス(L成分)の増加により、アンテナ給電部のRF電位の上昇やアンテナ回路と並列な回路のリアクタンス成分(C成分)を増加させる(コンデンサーの場合は容量を低下させる)必要が有り、アンテナと並列回路のインピーダンスの調整範囲が狭くなる為、大面積におけるプラズマ分布の自在な調整が難し事が推測される。
「1」本発明に係るプラズマ処理装置は、内部の圧力が制御可能な真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、前記真空容器内に設けられて、上面に基板を載置する下部電極と、この下部電極に対向配置された誘導結合を形成する為のアンテナとを有するプラズマ処理装置であって、前記誘導結合を形成する前記アンテナが、一端を整合回路を介し、高周波電力を供給する高周波電源に接続し、他端を開放端とし、前記アンテナの長さがRF周波数の波長(λ)の1/2λ未満であり、前記アンテナの高周波電力給電側に、前記アンテナに並列なインピーダンス調整回路を接続し、前記インピーダンス調整回路による合成インピーダンスのリアクタンス成分を、前記アンテナに供給されるRF周波数に対し、容量性負荷から誘導性負荷まで調整可能とすることを特徴とする。
プラズマ処理装置において、合成インピーダンスのリアクタンス成分を容量性負荷から誘導性負荷まで調整可能なインピーダンス調整回路を備えることで、アンテナに流れるRF電流の量を調整可能となる。これにより、プラズマの密度、強弱が調整可能となる。
アンテナに並列なインピーダンス調整回路とすることで、より高密度のプラズマの生成を可能とし、大面積で均一なプラズマの生成を可能とする。
また、コイルアンテナの巻き数は、下記、アンテナから放射される磁界強度Hの式(1)から、磁場強度Hと比例関係にあり、ターン数が多い程、コイルアンテナから放射される磁場強度が強くなり、より、高密度のプラズマが生成可能となる。
プラズマ処理装置において、合成インピーダンスのリアクタンス成分を容量性負荷から誘導性負荷まで調整可能なインピーダンス調整回路を備えることで、アンテナに流れるRF電流の量を調整可能となる。これにより、プラズマの密度、強弱が調整可能となる。
複数のアンテナ素子を集合した集合体アンテナとすることにより、大面積で均一なプラズマが生成可能な高密度プラズマ生成機構を提供できる。
アンテナに並列なインピーダンス調整回路とすることで、より高密度のプラズマの生成を可能とし、大面積で均一なプラズマの生成を可能とする。
また、複数のアンテナ群からアンテナを構成することでプラズマの面内分布調整を自在に行うことができるプラズマ処理装置を提供できる。
また、コイルアンテナの巻き数は、先に示したアンテナから放射される磁界強度Hの式(1)から、磁場強度Hと比例関係にあり、ターン数が多い程、コイルアンテナから放射される磁場強度が強くなり、より、高密度のプラズマが生成可能となる。
これによって、様々なプラズマ処理のアプリケーションに対して、簡単に、プラズマの強弱、密度分布が調整可能になる。
尚、本発明は、プラズマエッチング装置や、アッシング装置に限らず、CVD製膜装置等の他のプラズマ処理装置に広く適用する事が出来る。
本発明のプラズマ処理装置の各実施形態について、図面に基づき説明する。
図1は基本的な構造の誘導結合型プラズマ処理装置Aを示す断面図であり、図2は本発明に係る第1実施形態の誘導結合型プラズマ処理装置Bを示す断面図である。
プラズマ処理装置A、Bは、内部の圧力が制御可能な金属製の真空容器11と、真空容器11の上面に設けられ、電磁波を透過する誘電体窓12と、真空容器11内を排気して所望の真空度、例えば、0.1~100Pa程度に圧力を維持可能な排気ポンプ13と、真空容器11内に設けられて、上面(一主面)にプラズマ処理を行う為の基板(被処理物)Sを載置するアルミニウム等の導電性材料からなる第2の電極(下部電極)14と、下部電極14に対応して誘電体窓12の上方に配置された誘導結合を形成するためのアンテナからなる第1の電極(誘導結合アンテナ)15と、アンテナの周辺を覆う、アルミニウム等の金属製の導電性材料からなる、高周波シールド16により構成されている。
真空容器11には、この真空容器11内に処理ガスを導入する為の処理ガス導入口21が設置され、この処理ガス導入口21には、被処理基板に対するプラズマ処理を実施する際に適した各種ガスの供給手段(図示せず)が接続されている。この処理ガス導入口21から、真空容器内11に各種処理ガスが導入され、真空容器11内を所望の圧力に調整する為の自動圧力調整バルブ(図示せず)によって、各処理条件に最適な圧力に調整できるようになっている。
真空容器11の底部には、排気管20を介し排気ポンプ13が接続されているので、真空容器11の内部を排気でき、プラズマ処理中の真空容器11の圧力を、設定された所望の圧力に調整・維持できる。真空容器11の側壁にはゲートバルブ27が設けられ、基板Sを搬入できるようになっている。
誘導結合アンテナ15は、真空容器11内に高周波電磁波を放射して、所望の処理ガスと所望の処理圧力において、プラズマを励起・解離・電離させて高密度プラズマを発生させるものである。
しかし、コイルアンテナ31が大きくなり、コイルアンテナ31の長さが長くなると、比例して、コイルアンテナ31の自己インダクタンスLも増大する為、直列のコンデンサーの容量による、コイルアンテナ31のRF電位(V0-P’)の低下にも限界が有り、コイルアンテナ31のRF電位が上昇する問題が有った。
本発明の第1実施形態における、プラズマ処理装置Bを図2に示す。図2において、コイルアンテナ31は、一端(アンテナRF入力部32)を第1のマッチングボックス22内部の整合回路を介して、第1の高周波電源23に接続され、他端は、開放端33とされている。また、コイルアンテナ31の一端側には高周波電力供給側と並列になるようにインピーダンス調整回路18が接続されている。
コイルアンテナ31の終端部を開放端33とした場合、開放端部分ではコイルアンテナ31のRF電位は腹のような状態になる為、開放端部分でのRF電位Vが上昇し、コイルアンテナ給電部におけるRF電位VP-0‘’は、従来の様なコイルアンテナ31に直列のコンデンサー34を介して接地電位に接続する場合に比べ、約1/3以下に低減できることが後述する試験結果等により判明している。
また、実際にコイルアンテナ31にRF電力を供給して、プラズマを生成した時の、基本的な構造のプラズマ装置A(実施例1)におけるコイルアンテナ給電部のRF電位V0-P‘’と、本発明の第1実施形態のプラズマ処理装置B(基本型)におけるRF電位V0-P‘’の実際の測定値を以下の表1に示す
この結果から、本発明の実施例においては、先述した、大型プラズマ処理装置に対する要求課題の内、(4)に記載のコイルアンテナ31のRF電位を低く抑える事が可能になり、コイルアンテナ下の誘電体窓12のプラズマからのイオンアタックによる削れを抑制し、誘電体窓12のイオンアタックで発生する異物(パーティクル)の量を低減可能である事が判る。
この結果から、プラズマ処理による被処理対象のガラス基板の薄膜エッチング処理性能は維持したまま、異物(パーティクル)の発生原因となる、誘電体窓(セラミック等)の削れ量を大きく低減可能である事が判明した。
例えば、樹脂材料としては、PTFE(商品名:テフロン、εr=2.2、Tanδ=0.0002)や、ポリエーテルイミド(商品名:ウルテム他、εr=3.15、Tanδ=0.0013)、ポリイミド(商品名:カプトン他、εr=3.7、Tanδ=0.0013)セラミック材料としては、ステアタイト(εr=5.2~6.2、Tanδ=7~13e-4)や、アルミナセラミック(εr=9~10、Tanδ=4e-4)等が好適である。
一例として、図4に示すように、終端部が開放端であるアンテナコイル31のRF給電側(アンテナRF入力部32)に並列なインピーダンス調整回路として、可変コンデンサー35を接続し、この可変コンデンサー35の容量を変えた時の、コイルアンテナとインピーダンス調整回路の合成インピーダンスの測定結果を以下の表3に示す。
(1)50pFの場合…合成インピーダンスのリアクタンスは誘導性負荷、
(2)80pF~(4)150pFの場合…合成インピーダンスのリアクタンス成分は容量性負荷、
(5)250pF~(6)400pFの場合…合成インピーダンスのリアクタンス成分は、誘導性負荷である事がわかった。
即ち、直列リアクタンスを大きく変化できていることがわかる。
これは、コイルアンテナ31の入力側の並列組み込みの可変コンデンサー35の容量を調整することで、整合器22から見たアンテナ負荷のインピーダンスを並列共振点(コイルアンテナ31から並列の可変コンデンサー35への循環電流が最大)から直列共振点(負荷に流入する電流最大)に近いインピーダンスとすることでコイルアンテナ31に流れる電流を最大化し、プラズマ密度を最大限に高めることができることによる。
なお、上述の効果を得るために、コイルアンテナ31の長さは、RF周波数の波長λの1/2未満であることが望ましく、波長λの1/4未満であることがより望ましい。コイルアンテナ31の長さが上述の範囲を超えると以下のような問題が発生する。
2)アンテナ上に分布するRF電圧やRF電流が定在波分布に近くなり、アンテナ上の電圧の最大・最小の部分では誘電体窓のプラズマからのイオンアタックによる削れ量に差が大きくなり、また、RF電流最大・最小部分ではその下に生成されるプラズマ強度の差が大きくなってしまう。
3)コイルアンテナ31と並列なインピーダンス調整回路(インピーダンス調整手段)の可変コンデンサー35の容量を、非常に低い値(例:50pF以下)にしないと、合成インピーダンスを並列共振点から直列共振点に近いインピーダンスまで調整する事が出来なくなるが、低容量のコンデンサーの場合、アンテナ自体の寄生容量(浮遊容量)の影響が大きくなる為、制御が難しくなる。
なお、この場合のコイルアンテナ31の長さとは、アンテナのRF給電部(アンテナRF入力部32)から、アンテナ開放端33までの総延長長さ(コイルを1次元に伸ばした時の長さ)を指す。
また、コイルアンテナ31の長さが短すぎる場合、先述のコイルアンテナ31から放射される磁界強度の式(1)に従い、アンテナから放射される磁界強度は、コイルの巻き数nに比例するので、コイルの長さが短い程、巻き数nが少なくなる為、コイルアンテナ31から放射される磁界強度が弱くなり、結果、プラズマ密度が低下する。また、大面積のプラズマを生成する為には、一定の大きさ(長辺と短辺の長さ)のコイルアンテナ31が必要で有り、その為には一定以上のアンテナ長さが必要である。
尚、式(1)において、aはコイルアンテナの半径、xはコイルアンテナの中心からの距離、nはコイルアンテナの巻き数(ターン数)をそれぞれ表す。
この結果を元に、大面積基板のプラズマ処理装置への対応を行うべく、コイルアンテナの並列数を増やし、プラズマ生成領域を広げた場合の実施例について、以下に示す。
図11は、図4に代表される第1実施形態のコイルアンテナ31とコイルアンテナ31と並列なインピーダンス調整手段18(例:可変コンデンサー35)を接続したものを、4個並列に配置した時の平面図である。図11ではコイルアンテナ36、可変コンデンサー37として示している。
図11において、コイルアンテナ36(a)、36(b)、36(c)、36(d)は、各々、前後左右に隣り合うコイルアンテナが互いに逆巻の配置となっている。
高周波電力は、第1の高周波電源23に接続された第1のマッチングボックス(図示されない)から、RF電力分配経路17を経由して、複数の各コイルアンテナ36(a)~36(p)に供給される。
このインピーダンス調整手段のインピーダンスを調整する事で、大面積基板のプラズマ処理装置における、プラズマの面内分布の調整が自在に可能となる。このため、大面積プラズマ処理装置に対する要求課題(3)への対応が可能となる。
図14は4個並列に配置されたコイルアンテナ36(a)~(d)に対して、2個のインピーダンス調整手段(例:可変コンデンサー37)を、2個のコイルアンテナ36のRF入力部に対して1個並列に接続した時の平面図である。図14に示すように可変コンデンサー37の設置個数を削減しても良い。
表3に示した合成インピーダンスの測定結果から、アンテナ素子入力側の可変コンデンサー37の容量を低容量から高容量に容量を上げた場合、合成インピーダンスの直列リアクタンス成分は低くなっていく。従って、可変コンデンサー37の容量を上げた場合、コイルアンテナ36に流れる電流が、他のコイルアンテナより増大する為、その下に生成されるプラズマの密度が高くなる。つまり、大面積のプラズマにおいて、プラズマの分布を自在に調整可能となる。
図16に示す結果から、可変コンデンサー37(a)~(p)の各容量(全て同一容量とした)が80pFの時に、最も、酸素ラジカルO*の波長(844.8nm)における発光強度が強かった。これは、この条件の時にコイルアンテナから生成される誘導電磁界が最も強くなり、プラズマの解離が進み、酸素プラズマ中の酸素ラジカルO*の数密度が増加したためと推測される。
その結果、第2実施形態のプラズマ処理装置Cのプラズマ密度は、基本型の誘導結合型プラズマ処理装置Aのプラズマ密度に対して、40%以上の上昇が観測された。特に、処理圧力の高い条件(20~30mTorr:図18、図19参照)において、本実施形態におけるプラズマ密度は最大で90%のプラズマ密度上昇が確認された。
この事は、第2実施形態のプラズマ処理装置Cが、より高密度のプラズマが生成可能な高密度プラズマ生成機構である事を意味する。このため、大面積プラズマ処理装置に対する要求課題(1)への対応が可能となる。
これによって、様々なプラズマ処理のアプリケーションに対して、簡単に、プラズマの強弱、密度分布が調整可能になる。このため、大面積プラズマ処理装置に対する要求課題(5)への対応が可能となる。
また、コイルアンテナ群のいずれかのコイルアンテナやインピーダンス調整回路のいずれかの制御機構に不具合が発生した場合、瞬時に不具合を検出して、基板Sのプラズマ処理を中断し、アラームを発報することで、基板Sの処理不良を未然に防ぐことが可能となる。
T型整合回路では、図20に示すスミスチャートから判るように整合範囲が容量性負荷のインピーダンスから誘導性負荷のインピーダンスまでカバーする事が可能であり、本実施例において、並列に接続されたインピーダンス調整手段18によって変化する合成インピーダンスの変化に対して対応可能となる。T型整合回路では主回路に直列コイルが設けられている。
図20に示す例では直列接続した可変コンデンサーVC-1、VC-2の間にインダクタンス回路23を並列接続して整合回路が構成されている。
逆L型整合回路の場合も、図21に示すスミスチャートから判るように整合範囲が容量性負荷のインピーダンスから誘導性負荷のインピーダンスまで、負荷インピーダンスをカバーする事が可能で有り、本実施例における合成インピーダンスの変化に対しても対応可能なプラズマ処理装置を提供できる。
図21に示す例では直列接続した可変コンデンサーVC-2とインダクタンス回路23に対し可変コンデンサーVC―1を並列接続して整合回路が構成されている。
11: 真空容器、 12: 誘電体窓、 13: 排気ポンプ(真空ポンプ)、
14: 下部電極(第2の電極)、15: アンテナ(第1の電極)、
16: RFシールド、 17: RF電力分配経路、
18: アンテナ給電側のインピーダンス調整回路、
19: 下部電極絶縁部、
21: 処理ガス導入口、 22: 第1のマッチングボックス(整合回路)、
23: 第1の高周波(RF)電源、24: 第2のマッチングボックス(整合回路)、
25: 第2の高周波(RF)電源、26: Heガス導入部、
27: ゲートバルブ、
31: コイルアンテナ、 32: アンテナRF入力部、
33: アンテナ終端部(開放端)、 34: アンテナ終端側の可変コンデンサー、
35: アンテナ入力側の可変コンデンサー、
36a~36p: 集合体アンテナの各コイルアンテナ、
37a~37p: 集合体アンテナの各入力側可変コンデンサー、
38: コンデンサー、 39: コイルアンテナセグメント、
40: アンテナ開放端部の絶縁体、 41:支持部材(絶縁体)、
42: アンテナ近くの構造物、
S: 基板(被処理物)、 VC-1、VC-2:可変コンデンサー。
Claims (11)
- 内部の圧力が制御可能な真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、前記真空容器内に設けられて、上面に基板を載置する下部電極と、この下部電極に対向配置された誘導結合を形成する為のアンテナとを有するプラズマ処理装置であって、
前記誘導結合を形成する前記アンテナは、一端を整合回路を介し、高周波電力を供給する高周波電源に接続し、他端を開放端とし、
前記アンテナの長さがRF周波数の波長(λ)の1/2λ未満であり、前記アンテナの高周波電力給電側に、前記アンテナに並列なインピーダンス調整回路を接続し、
前記インピーダンス調整回路による合成インピーダンスのリアクタンス成分を、前記アンテナに供給されるRF周波数に対し、容量性負荷から誘導性負荷まで調整可能とすることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記インピーダンス調整回路が可変コンデンサーであり、使用するアプリケーションによって前記可変コンデンサーの容量を最適化し、前記インピーダンス調整回路の合成インピーダンスを、前記アンテナに供給されるRF周波数に対し調整する事により、プラズマ分布の調整、プラズマ密度の調整を自在としたことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記誘導結合を形成するアンテナがスパイラル形状のコイルアンテナであり、その巻き数(ターン数)が少なくとも2ターン以上の巻き数を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記アンテナの開放端側の部分が、電位の上昇による気中放電(アーキング)防止用の絶縁体で被覆されるか、或いは、絶縁体を介し、近くの構造物に支持されたことを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 内部の圧力が制御可能な真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給手段と、前記真空容器内に設けられて、上面に基板を載置する下部電極と、この下部電極に対向配置された誘導結合を形成する為のアンテナとを有するプラズマ処理装置であって、
前記アンテナが、一端を整合回路を介し高周波電力を供給する高周波電源に接続し、他端を開放端とした複数のアンテナ素子が集合した集合体アンテナであり、
前記アンテナの長さが、RF周波数の波長(λ)の1/2λ未満であり、
前記整合回路から前記複数のアンテナまでの間に、RF電力を分配供給する為のRF電力分配経路を有し、前記RF電力分配経路と各々のアンテナのRF給電側の間に、前記アンテナに並列なインピーダンス調整回路が、少なくとも1つ以上のアンテナに並列に接続され、前記アンテナまたはアンテナ群と、前記インピーダンス調整回路による合成インピーダンスのリアクタンス成分が、前記アンテナまたは前記アンテナ群に供給されるRF周波数に対して、容量性負荷から誘導性負荷まで前記インピーダンス調整回路により調整可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記インピーダンス調整回路が可変コンデンサーであり、使用するアプリケーションによって前記可変コンデンサーの容量を最適化し、前記インピーダンス調整回路の合成インピーダンスを、前記アンテナに供給されるRF周波数に対し調整する事により、プラズマ分布調整、プラズマ密度の調整を自在としたことを特徴とする請求項5に記載のプラズマ処理装置。
- 前記誘導結合を形成するアンテナがスパイラル形状のアンテナコイルであり、その巻き数(ターン数)が少なくとも2ターン以上の巻き数を有することを特徴とする請求項5または請求項6に記載のプラズマ処理装置。
- 前記アンテナの開放端側の部分が、電位の上昇による気中放電(アーキング)防止用の絶縁体で被覆されるか、或いは、絶縁体を介し、近くの構造物に支持されたことを特徴とする請求項5~請求項7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記アンテナ群の各々のアンテナのRF給電部から開放端部に到る経路の途中で、各々のアンテナに流れるRF電流を計測可能な電流計を具備し、前記アンテナに流れる電流値から、前記インピーダンス調整回路のインピーダンスを調整自在とし、前記アンテナに流れる電流値を調整する事で、プラズマ密度の面内分布を制御可能としたことを特徴とする請求項5~請求項8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記インピーダンス調整回路の調整が、プラズマ処理を行う為の処理レシピの各処理ステップにおいて設定可能であり、事前に、任意のインピーダンス調整回路の値を設定したインピーダンス調整値のパラメーター設定により設定可能としたことを特徴とする請求項1~請求項9に記載のプラズマ処理装置。
- 前記合成インピーダンスのリアクタンス成分が使用するRF周波数に対して、容量性負荷から誘導性負荷までの変化に対応可能な、逆L型整合回路、または、T型整合回路から前記整合回路が構成されたことを特徴とする請求項1~請求項8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018140650A JP7139181B2 (ja) | 2018-07-26 | 2018-07-26 | プラズマ処理装置 |
US17/261,959 US11515119B2 (en) | 2018-07-26 | 2019-07-17 | Plasma processing device |
CN201980048782.7A CN112470552A (zh) | 2018-07-26 | 2019-07-17 | 等离子体处理装置 |
PCT/JP2019/028086 WO2020022141A1 (ja) | 2018-07-26 | 2019-07-17 | プラズマ処理装置 |
KR1020217002007A KR20210030371A (ko) | 2018-07-26 | 2019-07-17 | 플라즈마 처리 장치 |
TW108126084A TWI803670B (zh) | 2018-07-26 | 2019-07-24 | 電漿處理裝置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018140650A JP7139181B2 (ja) | 2018-07-26 | 2018-07-26 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020017445A JP2020017445A (ja) | 2020-01-30 |
JP7139181B2 true JP7139181B2 (ja) | 2022-09-20 |
Family
ID=69181733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018140650A Active JP7139181B2 (ja) | 2018-07-26 | 2018-07-26 | プラズマ処理装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11515119B2 (ja) |
JP (1) | JP7139181B2 (ja) |
KR (1) | KR20210030371A (ja) |
CN (1) | CN112470552A (ja) |
TW (1) | TWI803670B (ja) |
WO (1) | WO2020022141A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7515423B2 (ja) | 2021-01-22 | 2024-07-12 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置の異常検知方法及びプラズマ処理装置 |
CN114360990A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-15 | 核工业西南物理研究院 | 一种多栅极射频感应耦合离子源 |
US20230360886A1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-11-09 | Applied Materials, Inc. | Control and prediction of multiple plasma coupling surfaces and corresponding power transfer |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002151492A (ja) | 2000-10-31 | 2002-05-24 | Applied Materials Inc | 成膜方法 |
JP2004031566A (ja) | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Yac Co Ltd | プラズマ処理装置 |
JP2010135298A (ja) | 2008-10-27 | 2010-06-17 | Tokyo Electron Ltd | 誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体 |
WO2010073532A1 (ja) | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 株式会社メイコー | プラズマ処理装置 |
JP2010258324A (ja) | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置 |
JP2012129222A (ja) | 2010-12-13 | 2012-07-05 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
JP2016091829A (ja) | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3399467B2 (ja) * | 1993-08-19 | 2003-04-21 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びクリーニング方法 |
TW403959B (en) * | 1996-11-27 | 2000-09-01 | Hitachi Ltd | Plasma treatment device |
JP3736016B2 (ja) * | 1997-03-27 | 2006-01-18 | 松下電器産業株式会社 | プラズマ処理方法及び装置 |
US8348414B2 (en) | 2009-07-30 | 2013-01-08 | Roland Dg Corporation | Ink jet recording apparatus equipped with cutting head and ultraviolet light irradiation device |
JP5592098B2 (ja) | 2009-10-27 | 2014-09-17 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
JP5451324B2 (ja) * | 2009-11-10 | 2014-03-26 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置 |
JP2011124293A (ja) * | 2009-12-09 | 2011-06-23 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
JP2012023637A (ja) | 2010-07-15 | 2012-02-02 | Audio Technica Corp | ノイズキャンセルヘッドホン |
JP5212447B2 (ja) | 2010-10-28 | 2013-06-19 | 凸版印刷株式会社 | カラーフィルタ基板およびこれを用いたフリンジフィールド・スイッチング方式液晶表示装置 |
JP5781349B2 (ja) * | 2011-03-30 | 2015-09-24 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
JP5856791B2 (ja) * | 2011-10-05 | 2016-02-10 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置 |
JP2013105664A (ja) | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Tokyo Electron Ltd | 高周波アンテナ回路及び誘導結合プラズマ処理装置 |
JP5808012B2 (ja) * | 2011-12-27 | 2015-11-10 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
JP2013191593A (ja) | 2012-03-12 | 2013-09-26 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置 |
US8917934B2 (en) | 2012-06-14 | 2014-12-23 | International Business Machines Corporation | Multi-cue object detection and analysis |
JP6582391B2 (ja) * | 2014-11-05 | 2019-10-02 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
JP6623511B2 (ja) * | 2014-11-05 | 2019-12-25 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
JP6715129B2 (ja) * | 2016-08-31 | 2020-07-01 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
2018
- 2018-07-26 JP JP2018140650A patent/JP7139181B2/ja active Active
-
2019
- 2019-07-17 KR KR1020217002007A patent/KR20210030371A/ko not_active Application Discontinuation
- 2019-07-17 CN CN201980048782.7A patent/CN112470552A/zh active Pending
- 2019-07-17 WO PCT/JP2019/028086 patent/WO2020022141A1/ja active Application Filing
- 2019-07-17 US US17/261,959 patent/US11515119B2/en active Active
- 2019-07-24 TW TW108126084A patent/TWI803670B/zh active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002151492A (ja) | 2000-10-31 | 2002-05-24 | Applied Materials Inc | 成膜方法 |
JP2004031566A (ja) | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Yac Co Ltd | プラズマ処理装置 |
JP2010135298A (ja) | 2008-10-27 | 2010-06-17 | Tokyo Electron Ltd | 誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体 |
WO2010073532A1 (ja) | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 株式会社メイコー | プラズマ処理装置 |
JP2010258324A (ja) | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置 |
JP2012129222A (ja) | 2010-12-13 | 2012-07-05 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置 |
JP2016091829A (ja) | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI803670B (zh) | 2023-06-01 |
CN112470552A (zh) | 2021-03-09 |
KR20210030371A (ko) | 2021-03-17 |
US20210296083A1 (en) | 2021-09-23 |
WO2020022141A1 (ja) | 2020-01-30 |
TW202014058A (zh) | 2020-04-01 |
JP2020017445A (ja) | 2020-01-30 |
US11515119B2 (en) | 2022-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6388382B1 (en) | Plasma processing apparatus and method | |
US9953811B2 (en) | Plasma processing method | |
US10332728B2 (en) | Plasma processing apparatus | |
US6858112B2 (en) | Process depending on plasma discharges sustained by inductive coupling | |
US9275837B2 (en) | Plasma processing apparatus | |
US10937631B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
KR101974691B1 (ko) | 플라즈마 처리 장치 | |
US20140216657A1 (en) | Plasma processing apparatus and sample stage thereof | |
JP7139181B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
US20070144672A1 (en) | Plasma producing method and apparatus as well as plasma processing apparatus | |
US7943006B2 (en) | Method and apparatus for preventing arcing at ports exposed to a plasma in plasma processing chambers | |
WO2004049420A1 (ja) | プラズマ処理装置及び方法 | |
KR102309968B1 (ko) | 유도 결합 플라스마 처리 장치 | |
KR102218686B1 (ko) | 플라스마 처리 장치 | |
KR20180074633A (ko) | 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 발생 유닛 | |
JP4080793B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
JP2005149887A (ja) | プラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置 | |
TWI723406B (zh) | 電漿處理裝置 | |
US10892142B2 (en) | System for fabricating a semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180821 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210511 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220419 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220620 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220830 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220907 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7139181 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |