特開 2023-22686 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023022686

(43)【公開日】2023-02-15

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20230208BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20230208BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230208BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230208BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 L

C23C16/505

H01L21/31 C

H01L21/302 101C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021127696

(22)【出願日】2021-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】松尾 大輔

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084AA03

2G084AA04

2G084AA05

2G084BB01

2G084CC13

2G084CC33

2G084DD03

2G084DD12

2G084DD22

2G084DD25

2G084DD40

2G084DD55

2G084DD65

2G084DD68

2G084FF22

2G084FF32

4K030FA03

4K030FA04

4K030KA12

4K030KA30

5F004BB13

5F004BB18

5F004BD01

5F004BD04

5F004BD05

5F045AA08

5F045AA19

5F045DP03

5F045DQ10

5F045EH02

5F045EH04

5F045EH08

5F045EH11

5F045EH12

(57)【要約】

【課題】直線状のアンテナ部を利用しつつ、容量結合プラズマの生成を低減する。
【解決手段】真空容器の内部に設けられた直線状のアンテナ部（３）は、高周波電流が流れるアンテナ導体（３１）と、アンテナ導体（３１）の少なくとも一部の周囲に設けられたファラデーシールド（３３）と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理物を内部に収容する真空容器と、
前記真空容器の内部に設けられ、前記真空容器の内部にプラズマを発生させるための直線状のアンテナ部と、を備え、
該アンテナ部は、
高周波電流が流れるアンテナ導体と、
該アンテナ導体の少なくとも一部の周囲に設けられたファラデーシールドと、を備えるプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記ファラデーシールドは、前記アンテナ導体と前記真空容器との距離が近い位置に設けられている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記ファラデーシールドは、
前記アンテナ導体の周囲に設けられ、互いに離間している複数のリング部と、
隣り合うリング部どうしを接続する接続部と、を備える請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

或るリング部の両側からそれぞれ接続する２つの接続部は、前記或るリング部との接続位置が異なる、請求項３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記２つの接続部の接続位置は、前記リング部の中心に対し互いに対称である、請求項４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記リング部の幅は１５ｍｍ以下である、請求項３から５の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記アンテナ部は、前記アンテナ導体と前記ファラデーシールドとの間に設けられた第１絶縁物をさらに備える、請求項１から６の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記アンテナ部は、前記ファラデーシールドの周囲を覆う第２絶縁物をさらに備える、請求項１から７の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマを用いて被処理物を処理するプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

アンテナに高周波電流を流すことによりプラズマを生成させ、該プラズマを用いて基板等の被処理物に処理を施すプラズマ処理装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のスパッタリング装置は、プラズマを用いてターゲットをスパッタリングして基板に成膜するものである。上記スパッタリング装置では、真空排気され且つガスが導入される真空容器内にて、上記基板および上記ターゲットが保持され、上記基板の表面に沿って配列された複数の直線状のアンテナによって上記プラズマが生成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１５４８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

直線状アンテナを利用する場合、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma））と、容量結合プラズマ（ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma））とが生成される。該容量結合プラズマが生成される場合、プラズマ電位によりイオンが加速されるので、高エネルギーの粒子が上記被処理物の表面に到達する可能性がある。

【0005】

本発明の一態様は、直線状のアンテナ部を利用しつつ、容量結合プラズマの生成を低減できるプラズマ処理装置等を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るプラズマ処理装置は、被処理物を内部に収容する真空容器と、前記真空容器の内部に設けられ、前記真空容器の内部にプラズマを発生させるための直線状のアンテナ部と、を備え、該アンテナ部は、高周波電流が流れるアンテナ導体と、該アンテナ導体の少なくとも一部の周囲に設けられたファラデーシールドと、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、直線状のアンテナ部を利用しつつ、容量結合プラズマの生成を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】上記プラズマ処理装置におけるアンテナ部の構成を概略的に示す斜視図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線における矢視断面図である。

【図4】本発明の別の実施形態に係るプラズマ処理装置におけるアンテナ部の構成を概略的に示す斜視図である。

【図5】本発明のさらに別の実施形態に係るプラズマ処理装置におけるアンテナ部の構成を概略的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

【0010】

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。

【0011】

（プラズマ処理装置の構成）
図１は、本実施形態におけるプラズマ処理装置１の構成を模式的に示す断面図である。プラズマ処理装置１は、プラズマＰを用いて基板Ｓにプラズマ処理を施す装置である。ここで、プラズマ処理装置１による基板Ｓに施す処理の例としては、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはプラズマスパッタリング法による膜形成、エッチング、アッシングなどが挙げられる。なお、プラズマ処理装置１は、プラズマＣＶＤ法によって膜形成を行う場合はプラズマＣＶＤ装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、プラズマスパッタリング法によって膜形成を行う場合はプラズマスパッタリング装置とも呼ばれる。

【0012】

図１に示すように、プラズマ処理装置１は、真空容器２、アンテナ部３、および高周波電源４を備えている。

【0013】

真空容器２は、例えば金属製の容器であり、電気的に接地されている。真空容器２内には、被処理物である基板Ｓが収容されている。真空容器２の内部は、真空排気装置６によって真空排気され、基板Ｓに施す処理内容に応じたガスＧがガス導入口２１を介して導入される。ガスＧは、プラズマ処理装置１において一般的に用いられる種類のガスであればよく、具体的な成分は特に限定されない。

【0014】

真空容器２の内部には、基板Ｓを保持する基板ホルダ８が設けられている。基板ホルダ８には、基板Ｓを加熱するヒータが設けられていてもよく、バイアス電圧が印加されるようになっていてもよい。プラズマ処理装置１がプラズマスパッタリング装置である場合、真空容器２内にはターゲットがさらに配置される。

【0015】

アンテナ部３は、プラズマ生成用のアンテナ導体３１と、該アンテナ導体３１を覆うアンテナカバー３２（第１絶縁物）とを備えている。アンテナ部３は、直線状であり、真空容器２内において基板Ｓに対向するように設けられている。具体的には、アンテナ部３は、真空容器２内における基板Ｓの上方に、基板Ｓの表面に沿うように（例えば、基板Ｓの表面と実質的に平行に）配置されている。真空容器２内に配置するアンテナ部３は、１つでもよいし、複数でもよい。

【0016】

アンテナ導体３１は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス、等により形成されている。アンテナ導体３１は直線状である。また、アンテナ導体３１は筒状であってもよい。この場合、アンテナ導体３１内の中空部に冷却水等の冷媒を流すことにより、アンテナ導体３１を冷却することができる。なお、アンテナ導体３１は、上記の形状に限定されず、例えば、中空部を有しない中実の形状であってもよい。

【0017】

アンテナ導体３１の一方の端部３１ａは、真空容器２の一方の側壁２ａに設けられた壁面開口部２２を貫通しており、アンテナ導体３１の他方の端部３１ｂは、真空容器２の側壁２ａに対向する他方の側壁２ｂに設けられた壁面開口部２２を貫通している。各壁面開口部２２には絶縁物（例えば絶縁フランジ）２３が設けられており、アンテナ導体３１の端部３１ａ、３１ｂは、それぞれＯリング等を用いて絶縁物２３を気密に貫通しており、絶縁物２３を介して真空容器２により支持されている。これにより、アンテナ導体３１は、真空容器２から電気的に絶縁された状態で支持されている。なお、絶縁物２３の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英等であるが、これらに限定されない。

【0018】

アンテナカバー３２は、アンテナ導体３１を保護する絶縁物である。本実施形態のアンテナカバー３２は、アンテナ導体３１を覆う直線状の管体であり、アンテナ導体３１と同軸上に設けられている。アンテナカバー３２の両端部は、絶縁物２３またはアンテナ導体３１により支持される。アンテナカバー３２の材質は、例えば、石英、アルミナ、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等の絶縁物であるが、これらに限定されない。なお、アンテナカバー３２は、アンテナ導体３１の表面に形成され被覆された絶縁物であってもよい。

【0019】

高周波電源４は、アンテナ導体３１に高周波電力を供給するためのものである。高周波電源４がアンテナ導体３１に印加する高周波電圧の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。

【0020】

高周波電源４はインピーダンス可変器４１を介してアンテナ導体３１の一方の端部３１ａに接続されている。アンテナ導体３１の他方の端部３１ｂは、電気的に接地されているが、別のインピーダンス可変器４１を介して別のアンテナ導体３１に接続されていてもよい。

【0021】

上記構成のプラズマ処理装置１において、高周波電源４からインピーダンス可変器４１を介してアンテナ導体３１に高周波電力が供給されることにより、アンテナ導体３１に高周波電流が流れる。これにより、真空容器２内にプラズマＰが生成される。生成されたプラズマＰは、基板Ｓあるいはターゲットの近傍まで拡散し、当該プラズマＰによって上述した処理が施される。

【0022】

（ファラデーシールドの構成）
図２は、アンテナ部３の構成を概略的に示す斜視図である。図２の上段は、アンテナ部３を上方から見た図であり、図２の下段は、アンテナ部３を側方から見た図である。図３は、図２のＡ－Ａ線における矢視断面図である。なお、図２では、インピーダンス可変器４１を省略している。

【0023】

図２および図３に示すように、本実施形態のアンテナ部３は、ファラデーシールド３３（以下、「シールド３３」と略称する。）３３をさらに備えている。シールド３３は、アンテナカバー３２の外面に設けられており、電気的に接地されている。なお、シールド３３は、大地に直接接地されてもよいし、高周波電源４のＧＮＤ（ground）に接続されてもよい。

【0024】

シールド３３は、材質が銅、ステンレス、アルミ等の導電性の金属であり、蒸着、メッキ、薄板の貼り付け等によって形成される。なお、シールド３３の膜厚は、電流が流れる程度の膜厚であればよく、１０ｎｍ～５ｍｍであることが望ましい。

【0025】

シールド３３は、複数のリング部３３１と複数の接続部３３２とを備えている。複数のリング部３３１は、アンテナ導体３１の軸に対し垂直な平面上に配置され、かつ、互いに離間して配置されている。複数の接続部３３２は、隣り合うリング部３３１を接続するものである。図２および図３の例では、複数の接続部３３２は、アンテナカバー３２の上部および下部に交互に配置されている。すなわち、複数のリング部３３１のそれぞれは、両側から２つの接続部３３２が接続されており、この２つの接続部３３２の接続位置は、リング部３３１の中心に対し互いに対称となっている。隣り合うリング部３３１と、該隣り合うリング部３３１を接続する接続部３３２とによってスリット部３３３が形成される。

【0026】

上記構成のアンテナ部３において、アンテナ導体３１に高周波電流が流れると、アンテナ導体３１の周囲に高周波電場および高周波磁場が発生する。このとき、シールド３３の内部では、上記高周波電場により荷電粒子の移動が惹起され、これにより、上記高周波電場がシールド３３によって低減される。その結果、容量結合プラズマの生成を低減できる。

【0027】

一方、アンテナ導体３１に高周波電流が流れると、シールド３３ではアンテナ導体３１と平行な方向に誘導起電力が発生する。該誘導起電力により、接続部３３２では誘導電流が発生するが、スリット部３３３では誘導電流が発生しない。従って、本実施形態のシールド３３は、アンテナ導体３１の全周囲を覆うシールドに比べて、上記誘導電流が小さくなる。その結果、上記高周波磁場はシールド３３による低減が少なくなり、誘導結合プラズマＰの発生を維持できる。

【0028】

また、本実施形態では、リング部３３１における２つの上記接続位置が異なっている。これにより、リング部３３１において上記接続位置どうしの間の部分が、誘導電流の経路となる。当該経路は、アンテナ導体３１の電流経路に対して直交するため、当該経路の電気抵抗が実効的に大きくなる。従って、上記誘導電流が小さくなるので、上記高周波磁場はシールド３３による低減がさらに少なくなり、その結果、誘導結合プラズマＰの発生を確実に維持できる。また、シールド３３におけるオーミック加熱を低減することができる。

【0029】

さらに、本実施形態では、リング部３３１における２つの上記接続位置がリング部３３１の中心に対し互いに対称となっている。これにより、上記電気抵抗が実効的に最大となる。従って、上記誘導電流が最小となるので、上記高周波磁場はシールド３３による低減が最小となり、その結果、誘導結合プラズマＰの発生をさらに確実に維持できる。また、シールド３３におけるオーミック加熱をさらに低減することができる。

【0030】

（付記事項）
なお、本実施形態では、複数の接続部３３２は、アンテナカバー３２の上部および下部に配置されているが、アンテナカバー３２の両側部に配置されてもよい。また、リング部３３１における２つの上記接続位置は、異なっていればよく、リング部３３１の中心に対し非対称であってもよい。

【0031】

また、シールド３３は、アンテナカバー３２の内部に配置されてもよい。すなわち、シールド３３は、アンテナ導体３１の周囲であって、アンテナ導体３１と導通しない任意の位置に配置することができる。

【0032】

〔実施形態２〕
本発明の別の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態のプラズマ処理装置１は、図１～図３に示すプラズマ処理装置１に比べて、アンテナ部３の構成が異なり、その他の構成は同様である。

【0033】

図４は、アンテナ部３の構成を概略的に示す斜視図であり、アンテナ部３を上方から見た図である。本実施形態のアンテナ部３は、図２および図３に示すアンテナ部３に比べて、シールドカバー３４（第２絶縁物）をさらに備える点が異なり、その他の構成は同様である。

【0034】

シールドカバー３４は、シールド３３を保護する絶縁物である。本実施形態のシールドカバー３４は、シールド３３を覆う直線状の管体であり、アンテナ導体３１と同軸上に設けられている。シールドカバー３４の両端部は、絶縁物２３またはアンテナカバー３２により支持される。シールドカバー３４の材質は、アンテナカバー３２として使用可能な材質と同様である。なお、シールドカバー３４は、アンテナカバー３２およびシールド３３の表面に形成され被覆された絶縁物であってもよい。

【0035】

上記の構成によると、シールドカバー３４によってシールド３３が覆われている。これにより、シールド３３のスリット部３３３に金属粒子が付着し金属膜が形成されて、隣り合うリング部３３１が接続部３３２以外で導通することを防止することができる。

【0036】

（付記事項）
なお、本実施形態では、シールド３３は、アンテナカバー３２の外面に形成されているが、シールドカバー３４の内面に形成されてもよいし、シールドカバー３４の内部に形成されてもよい。

【0037】

〔実施形態３〕
本発明のさらに別の実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態のプラズマ処理装置１は、図１～図４に示すプラズマ処理装置１に比べて、アンテナ部３の構成が異なり、その他の構成は同様である。

【0038】

図５は、アンテナ部３の構成を概略的に示す斜視図であり、アンテナ部３を上方から見た図である。本実施形態のアンテナ部３は、図４に示すアンテナ部３に比べて、アンテナ部３の中央部にてシールド３３およびシールドカバー３４が省略されている点が異なり、その他の構成は同様である。すなわち、本実施形態では、シールド３３およびシールドカバー３４は、アンテナ部３の両端部に設けられている。このように、シールド３３およびシールドカバー３４は、アンテナ導体３１の一部の周囲い設けられてもよい。

【0039】

ところで、真空容器２は接地されており、アンテナ導体３１には高周波電圧が印加される。このことから、アンテナ導体３１と真空容器２との距離が近い領域が、その他の領域に比べて電場の強度が大きくなる傾向にある。

【0040】

これに対し、本実施形態によれば、アンテナ導体３１と真空容器２との距離が近いアンテナ部３の両端部にシールド３３が設けられている。これにより、アンテナ導体３１と真空容器２との距離が近い領域における電場の強度を低減することができる。その結果、容量結合プラズマの生成を効果的に低減することができ、誘導結合プラズマＰの分布を改善することができる。

【0041】

〔実施例〕
図１～図３に示すプラズマ処理装置１について、シールド３３の寸法を種々に変更した実施例について説明する。ここで、シールド３３のスリットピッチは、図２にてＳＰで表される長さであり、シールド３３のスリット幅は、図２にてＳＷで表される長さである。また、本実施例のシールド３３は、材質がＳＵＳ３１６であり、厚さが１０μｍであり、スリット幅ＳＷが０．５ｍｍ未満であった。

【0042】

その結果、リング部３３１の幅（ＳＰ－ＳＷ）が１５ｍｍ以下である場合、磁場強度の低減量が少なく、望ましいことが判明した。さらに、リング部３３１の幅が５ｍｍ以下である場合、磁場強度の低減量がさらに少なく、さらに望ましいことが判明した。なお、リング部３３１の幅の下限値は、製造能力、許容される電気抵抗値など、種々の条件によって決定される。

【0043】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るプラズマ処理装置は、被処理物を内部に収容する真空容器と、前記真空容器の内部に設けられ、前記真空容器の内部にプラズマを発生させるための直線状のアンテナ部と、を備え、該アンテナ部は、高周波電流が流れるアンテナ導体と、該アンテナ導体の少なくとも一部の周囲に設けられたファラデーシールドと、を備える構成である。

【0044】

上記の構成によると、アンテナ導体にて発生した電場は、ファラデーシールドによって遮蔽されるので、外部への伝播を低減できる。これにより、容量結合プラズマの生成を低減することができる。

【0045】

本発明の態様２に係るプラズマ処理装置は、上記態様１において、前記ファラデーシールドは、前記アンテナ導体と前記真空容器との距離が近い位置に設けられていてもよい。この場合、前記アンテナ導体と前記真空容器との距離が近い領域における電場の強度を低減することができる。その結果、容量結合プラズマの発生を効果的に低減することができる。

【0046】

本発明の態様３に係るプラズマ処理装置は、上記態様１・２において、前記ファラデーシールドは、前記アンテナ導体の周囲に設けられ、互いに離間している複数のリング部と、隣り合うリング部どうしを接続する接続部と、を備えてもよい。

【0047】

この場合、隣り合う２つリング部と、該２つのリング部を接続する接続部とによりスリット部が形成される。このとき、前記アンテナ導体に高周波電流が流れると、前記接続部では誘導電流が発生するが、前記スリット部では誘導電流が発生しない。従って、前記ファラデーシールドは、アンテナ導体の全周囲を覆うシールドに比べて、前記誘導電流が小さくなり、その結果、前記アンテナ導体により発生する高周波磁場は前記ファラデーシールドによる低減が少なくなり、誘導結合プラズマの発生を維持できる。

【0048】

本発明の態様４に係るプラズマ処理装置は、上記態様３において、或るリング部の両側からそれぞれ接続する２つの接続部は、前記或るリング部との接続位置が異なることが好ましい。この場合、前記或るリング部において前記接続位置どうしの間の部分が、前記誘導電流の経路となる。当該経路は、前記アンテナ導体の電流経路に対して直交するため、当該経路の電気抵抗が実効的に大きくなる。従って、前記アンテナ導体における高周波電流によって発生する誘導電流が小さくなり、その結果、前記高周波電流によって発生する高周波磁場は、前記ファラデーシールドによる低減がさらに少なくなる。

【0049】

本発明の態様５に係るプラズマ処理装置は、上記態様４において、前記２つの接続部の接続位置は、前記リング部の中心に対し互いに対称であることがさらに好ましい。この場合、前記電気抵抗が実効的に最大となる。従って、前記アンテナ導体における高周波電流によって発生する誘導電流が最小となり、その結果、前記高周波電流によって発生する高周波磁場は、前記ファラデーシールドによる低減が最小となる。

【0050】

本発明の態様６に係るプラズマ処理装置は、上記態様３～５において、前記リング部の幅は１５ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、高周波磁場の低下を抑えることができる。なお、前記リング部の幅の下限値は、製造能力、許容される電気抵抗値など、種々の条件によって決定される。

【0051】

本発明の態様７に係るプラズマ処理装置は、上記態様１～６において、前記アンテナ部は、前記アンテナ導体と前記ファラデーシールドとの間に設けられた第１絶縁物をさらに備えることが好ましい。この場合、前記アンテナ導体と前記ファラデーシールドとの導通を防止できる。

【0052】

本発明の態様８に係るプラズマ処理装置は、上記態様１～７において、前記アンテナ部は、前記ファラデーシールドの周囲を覆う第２絶縁物をさらに備えてもよい。この場合、前記ファラデーシールドに金属粒子が付着し金属膜が形成されて、前記ファラデーシールドを流れる電流の経路が短くなることを防止できる。

【0053】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0054】

１ プラズマ処理装置
２ 真空容器
２ａ、２ｂ 側壁
３ アンテナ部
４ 高周波電源
６ 真空排気装置
８ 基板ホルダ
２１ ガス導入口
２２ 壁面開口部
２３ 絶縁物
３１ アンテナ導体
３１ａ、３１ｂ 端部
３２ アンテナカバー（第１絶縁物）
３３ ファラデーシールド
３４ シールドカバー（第２絶縁物）
４１ インピーダンス可変器
３３１ リング部
３３２ 接続部
３３３ スリット部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】