特許6053881IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に誘導結合型のプラズマ処理装置

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

特許文献1は、受動アンテナの存在によってRFアンテナ(誘導性アンテナ)の発生する磁界に影響を与え、それによってチャンバ内のプラズマ発生領域中のRF電磁界の半径方向分布を変更できることを教示しているが、受動アンテナの作用に関する考察・検証が不十分であり、受動アンテナを用いてプラズマ密度分布を自在かつ高精度に制御するための具体的な装置構成をイメージできてない。 今日のプラズマプロセスは、基板の大面積化とデバイスの微細化に伴って、より低圧で高密度かつ大口径のプラズマを必要としており、基板上のプロセスの均一性は以前にも増して困難な課題になっている。この点、誘導結合型のプラズマ処理装置は、RFアンテナに近接する誘電体窓の内側でプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを基板に向けて四方に拡散させるようにしているが、チャンバ内の圧力によってプラズマの拡散する形態が変化し、基板上のプラズマ密度分布が変わりやすい。さらには、RFアンテナに供給される高周波のパワーやチャンバ内に導入される処理ガスの流量等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。したがって、プロセスレシピでプロセス条件が変更されても、基板上のプラズマプロセスの均一性を保てるように、RFアンテナ(誘導性アンテナ)の発生する磁界に補正をかけることができなければ、今日のプラズマ処理装置に要求される多様かつ高度なプロセス性能を適えることはできない。 また、のような従来のRFアンテナ分割方式においては、高周波給電部よりRFアンテナに供給されるRF電流が、RFアンテナ内ではコイル径の小さい(つまりインピーダンスの小さい)内側のコイルには相対的に多く流れ、コイル径の大きい(つまりインピーダンスの大きい)外側のコイルには相対的に少ししか流れず、チャンバ内に生成されるプラズマの密度が径方向の中心部で高く周辺部で低くなりやすい。そこで、RFアンテナ内の各コイルにインピーダンス調整用のコンデンサを付加(接続)して、各コイルに分配するRF電流の分割比を調節するようにしている。 この場合、高周波給電部の帰線またはアースライン側に、つまりRFアンテナの終端側にインピーダンス調整用のコンデンサを設けると、コイルの電位が接地電位よりも高くなることに起因して誘電体窓がプラズマからのイオンアタックにより損傷劣化する現象(スパッタ効果)を抑制することができる。しかしながら、RFアンテナのコイルがコンデンサを介して終端されることで、短絡共振線の長さが等価的に短くなり、コイル径(コイル長)の大きい外側コイルでRF入力端の近くに電流の波節部を有する定在波が形成されやすくなる(いわゆる波長効果が発生しやすくなる)。このような波長効果が発生すると、周回方向および径方向のいずれにおいてもプラズマ密度分布の均一性を得るのが難しくなる。 本発明は、のような従来技術に鑑みてなされたものであって、RFアンテナ内の波長効果を十全に抑制しつつ、電気的にフローティング状態に置かれるコイルを用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる誘導結合型のプラズマ処理装置を提供する。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明のプラズマ処理装置は、誘電体の窓を有する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、前記誘電体窓の外に設けられ、空間的には所定形状および所定サイズのループに沿って直列に配置され、電気的には並列に接続されて・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置によれば、のような構成および作用により、誘導結合型のプラズマ処理装置においてRFアンテナ内の波長効果を十全に抑制しつつ、電気的にフローティング状態に置かれるコイルを用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】本発明の一実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。

【図2】図1のプラズマ処理装置におけるRFアンテナおよびフローティングコイルの配置構成(レイアウト)および電気的結線構成を示す斜視図である。

【図3】図1のプラズマ処理装置におけるRFアンテナおよびフローティングコイルの配置構成(レイアウト)および電気的結線構成を示す略平面図である。

【図4】フローティングコイル内の可変コンデンサの静電容量を可変したときの作用を説明するためのモデル(基本構成)を示す図である。

【図5】フローティングコイル内の可変コンデンサの静電容量を可変したときにアンテナ電流と誘導電流の比が変化する特性を示す図である。

【図6】図4のモデルの一変形例を示す図である。

【図7】図4または図6のモデルにおいて相互インダクタンスと角周波数との積がフローティングコイルの半径に依存する特性を示す図である。

【図8】本発明の第2の実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。

【図9】図8のプラズマ処理装置におけるRFアンテナおよびフローティングコイルの配置構成(レイアウト)および電気的結線構成を示す斜視図である。

【図10】図8のプラズマ処理装置におけるRFアンテナおよびフローティングコイルの配置構成(レイアウト)および電気的結線構成を示す略平面図である。

【図11】一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。

【図12A】一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。

【図12B】図12Aのフローティングコイルにおける切れ目の構成を示す平面図である。

【図12C】図12Bの切れ目構造の一変形例を示す部分拡大平面図である。

【図13A】一実施例によるフローティングコイルの構成を示す図である。

【図13B】フローティングコイルにおけるコイル導体の断面形状を示す断面図である。

【図14】一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。

【図15】図14のフローティングコイルの一変形例を示す斜視図である。

【図16】フローティングコイルに可変コンデンサを一体に作り込む一実施例を示す一部断面正面図である。

【図17】コンデンサと直列接続および/または並列接続でスイッチを設ける構成を示す等価回路図である。

【図18】図16の実施例の作用を説明するための要部の断面図である。

【図19】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図20】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図21】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図22】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図23】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図24】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図25】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図26】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図27】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図28】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図29】RFアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。

【図30】3系統のアンテナコイルに関する一実施例を示す図である。

【図31】3系統のアンテナコイルに関する別の実施例を示す図である。

【図32】3系統のアンテナコイルに関する一実施例を示す図である。

【図33】3系統のアンテナコイルに関する別の実施例を示す図である。

【図34】3系統のアンテナコイルに関する別の実施例を示す図である。

【図35】フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける一実施例を示す図である。

【図36】フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。

【図37】フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。

【図38】フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。

【図39】フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。

【図40】フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。

【図41】フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。

【図42】フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。

【図43】RFアンテナにインピーダンス調整部を設けない実施例を示す図である。

【図44】RFアンテナにインピーダンス調整部を設けない別の実施例を示す図である。

【図45】RFアンテナにインピーダンス調整部を設けない別の実施例を示す図である。

【図46】RFアンテナにインピーダンス調整部を設けない別の実施例を示す図である。

【図47】RFアンテナと高周波給電部の整合器との間にトランスを設ける構成例を示す図である。

選択図 図1出願人が指定した本件の代表的な図

10 チャンバ   12 サセプタ   26 排気装置   52 誘電体窓   54 RFアンテナ   54i ,55i 内側アンテナコイル   54o ,55o 外側アンテナコイル   55m 中間アンテナコイル   58,58i ,58m ,58o 可変コンデンサ    62 高周波給電部   64 (プラズマ生成用)高周波電源   76 処理ガス供給源   80 主制御部   82 容量可変部   96,134 インピターダンス可変部(可変コンデンサ)    150, 150i ,150o 固定コンデンサ

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