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JP-2026076753-A - プラズマ処理装置

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Abstract

【課題】複数のアンテナ部のそれぞれの負荷インピーダンスが近い状態で整合する。 【解決手段】プラズマ処理装置は、誘電体天板を有するプラズマ処理チャンバと、誘電体天板に電磁波を導入する複数のアンテナ部とを備える。複数のアンテナ部のそれぞれは、複数のアンテナ部のそれぞれに割り当てられた周波数の電磁波の電力を供給する電源部と、電源部に対応して位置し、電磁波の電力を放射する放射部と、電源部と放射部との間に位置し、複数のアンテナ部のそれぞれに割り当てられた周波数の電磁波に対して整合動作を行う整合部とを有する。隣接するアンテナ部には、互いに異なる周波数の電磁波の電力が供給される。 【選択図】図１

Inventors

  • 早川 太朗
  • 芦田 光利

Assignees

  • 東京エレクトロン株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (8)

  1. 誘電体天板を有するプラズマ処理チャンバと、 前記誘電体天板に電磁波を導入する複数のアンテナ部と、を備え、 複数の前記アンテナ部のそれぞれは、 複数の前記アンテナ部のそれぞれに割り当てられた周波数の前記電磁波の電力を供給する電源部と、 前記電源部に対応して位置し、前記電磁波の電力を放射する放射部と、 前記電源部と前記放射部との間に位置し、それぞれの前記アンテナ部に割り当てられた周波数の前記電磁波に対して整合動作を行う整合部と、を有し、 隣接する前記アンテナ部には、互いに異なる周波数の前記電磁波の電力が供給される、プラズマ処理装置。
  2. 前記電源部と前記放射部とは、１対１に対応して設けられる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記整合部は、 前記電磁波の入射波と反射波とを検出する検出部を有し、 自己の前記アンテナ部に割り当てられた周波数の前記電磁波の入射波に対して前記検出部が検出した前記反射波が最小になるように整合動作を行う、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記電源部は、 複数の前記アンテナ部のうちのいずれかに供給する前記電磁波の電力の周波数を中心周波数として、前記中心周波数の９５％から１０５％までの範囲内の周波数の電磁波の電力を自己の前記アンテナ部に供給する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記中心周波数は、 複数の前記アンテナ部のそれぞれに割り当てられた周波数の平均値である、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記整合部は、同軸導波管内に移動可能なスラグを備え、 自己の前記アンテナ部に割り当てられた周波数の前記電磁波に対して前記スラグを移動させることにより整合動作を行う整合制御部を有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記整合部は、 前記電磁波の入射波と反射波とを検出する検出部を有し、 前記整合制御部は、 前記検出部が検出した前記反射波の反射係数の値を、以下の式１が示す時間ｔより長い時間で平均化し、平均化した前記反射係数の値に基づき前記スラグの移動量を制御する、請求項６に記載のプラズマ処理装置。 ｔ＝１／（ｆ ｍａｘ －ｆ ｍｉｎ ）・・・式１
  8. 複数の前記アンテナ部のうち、最も隣接する２つ以上の前記アンテナ部同士に互いに異なる周波数の前記電磁波の電力が供給され、 最も隣接する２つ以上の前記アンテナ部間の距離よりも離れた位置で隣接する２つ以上の前記アンテナ部同士に互いに異なる周波数または同一の周波数の前記電磁波の電力が供給される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

Description

本開示は、プラズマ処理装置に関する。 たとえば、特許文献１は、複数のマイクロ波を共通する一つのマイクロ波透過部材を介して処理容器内に導入するプラズマ処理装置において、マイクロ波透過部材の内部におけるマイクロ波の干渉を効果的に抑制するプラズマ処理装置を開示する。 特開２０１７－１６８１８６号公報 図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す模式的な断面図である。図２は、制御部の構成の一例を示す図である。図３は、複数のアンテナ部の構成の一例を示す図である。図４は、整合部および放射部の構成の一例を示す図である。図５は、複数の整合部による整合状態を説明するための図である。図６は、複数のアンテナ部として、７つのアンテナ部に１周波または３周波の周波数のマイクロ波を供給したときの実験結果の一例を示す図である。図７は、複数のアンテナ部として、７つのアンテナ部に１周波または３周波の周波数のマイクロ波を供給したときの実験結果の一例を示す図である。図８は、図６および図７の実験に使用した７つのアンテナ部の配置の一例を示す図である。図９は、マイクロ波電力の減衰パターンを示す図である。図１０は、マイクロ波の電界のｚ方向の減衰定数の変化量を示す図である。図１１は、反射係数に関する平均化時間を説明するための図である。図１２は、複数のアンテナ部に割り当てるマイクロ波電力の周波数の一例を示す図である。図１３は、複数のアンテナ部に割り当てるマイクロ波電力の周波数の一例を示す図である。 以下に、開示されるプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示によるプラズマ処理装置が限定されるものではなく、以下の実施形態は、本開示の各構成や各処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下で参照する各図は、説明の便宜上の模式的なものである。したがって、細部は省略されることがあり、また、寸法比率は必ずしも現実のものとは一致していない。 本開示の実施形態に係るプラズマ処理装置について、図１～図４を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す模式的な断面図である。図２は、制御部８の構成の一例を示す図である。図３は、複数のアンテナ部５の構成の一例を示す図である。図４は、整合部６３Ｂおよび放射部７２の構成の一例を示す図である。 図１に示すプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ２と、ガス供給機構３と、排気装置４と、複数のアンテナ部５と、制御部８とを有する。プラズマ処理装置１は、半導体ウェハ、ガラス基板等の基板Ｗをプラズマ処理する。プラズマ処理装置１は、プラズマにより基板Ｗに成膜、エッチング等の処理（プラズマ処理）を施す装置であってよい。 プラズマ処理チャンバ２は、上部が開口した例えば略円筒形状をなしている。プラズマ処理チャンバ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。プラズマ処理チャンバ２は、天壁６と、底部１３と、天壁６と底部１３とを連結する側壁部１２とを有している。天壁６は、金属部材で覆われた１枚の誘電体天板１１から形成されている。ただし、天壁６は、複数のアンテナ部５のそれぞれに対応して位置する複数枚の誘電体天板１１から形成されてもよい。誘電体天板１１は、プラズマ処理チャンバ２の上部開口を閉塞する。誘電体天板１１は、複数の凹部を有しており、マイクロ波導入部６Ａ、６Ｂを構成する。 側壁部１２は、プラズマ処理チャンバ２に隣接する図示しない搬送室との間で基板Ｗの搬入出を行うための搬入出口１２ａを有する。プラズマ処理チャンバ２と図示しない搬送室との間には、ゲートバルブＧが配置されている。ゲートバルブＧは、搬入出口１２ａを開閉する機能を有する。底部１３は、複数（図１では２つ）の排気口１３ａを有する。排気管１４は、排気口１３ａと排気装置４とを接続する。排気装置４は、ＡＰＣバルブと高速真空ポンプとを有してもよい。排気装置４は、プラズマ処理チャンバ２内を所望の圧力に制御する。 プラズマ処理チャンバ２の内部には載置台２１が配置されている。載置台２１は、基板Ｗを載置する載置面２１ａを有する。載置台２１は、支持部材２２により絶縁部材２３を介して底部１３上に支持されている。載置台２１には、整合器２４を介して高周波バイアス電源２５が接続されている。高周波バイアス電源２５は、基板Ｗにイオンを引き込むための高周波電力を供給する。整合器２４は、入力側と出力側のインピーダンスとを整合させるように機能する。 ガス供給機構３は、ガス供給源３１と、ガス導入部１５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。ガス導入部１５は、天壁６を貫通する。ガス導入部１５は、円筒形状をなす複数のノズル１６を有する。複数のノズル１６は、その下面に形成されたガス孔１６ａを有する。ガス供給源３１は、例えば、プラズマ生成用のガスや、成膜処理、エッチング処理などに使用される処理ガスを供給する。 制御部８は、プラズマ処理装置１の各構成部を制御する。制御部８は、プラズマ処理装置１に実行させるコンピュータが実行可能な命令を処理する。制御部８は、種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部８の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。図２に例示するように、制御部８は、処理部８１と記憶部８２と通信インターフェース８３とを含んでよい。 処理部８１は、記憶部８２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部８２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部８２に格納され、処理部８１によって記憶部８２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース８３に接続されている通信回線であってもよい。処理部８１は、プラズマ処理装置１において、例えば温度、圧力、ガス流量、バイアス印加用の高周波電力、マイクロ波出力等のプロセス条件に関係する各構成部を統括制御する。各構成部は、例えば、高周波バイアス電源２５、ガス供給源３１、排気装置４、複数のアンテナ部５等である。処理部８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。記憶部８２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース８３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信を行う。 ＜複数のアンテナ部＞ 図１に戻り、複数のアンテナ部５は、誘電体天板１１上に設けられ、プラズマ処理チャンバ２内に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３の例では、複数のアンテナ部５は、５つ（図１では中央に１つ、外周に２つのみ図示）であるが、これに限られず、２以上であってよい。 複数のアンテナ部５のそれぞれは、マイクロ波を生成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プラズマ処理チャンバ２に伝送するマイクロ波伝送部６０とを有する。これにより、複数のアンテナ部５は、誘電体天板１１にマイクロ波を導入する。マイクロ波は、誘電体天板１１を通過し、プラズマ処理チャンバ２内を表面波となって伝搬する。複数のアンテナ部５下では、複数のアンテナ部５にそれぞれ供給されたマイクロ波電力により処理ガスからプラズマが励起される。マイクロ波は電磁波の一例である。 図３に示すように、マイクロ波出力部５０は、電源部５１を有する。電源部５１は、電源部５１Ａ、電源部５１Ｂａ～電源部５１Ｂｄを含む。電源部５１は、マイクロ波発振器５１ａを有する。なお、電源部５１Ｂａ～電源部５１Ｂｄでは、マイクロ波発振器５１ａの図示を省略している。なお、電源部５１は、図示しないアンプを有してもよい。 マイクロ波伝送部６０は、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整合部６３Ａ、６３Ｂａ～６３Ｂｄと、放射部７２とを有する。放射部７２は、放射部７２Ａ、７２Ｂａ～７２Ｂｄを有する。アンテナ部５毎に電源部５１とマイクロ波伝送部６０とが対応して位置している。 各アンテナ部５に割り当てるマイクロ波電力の周波数は、プラズマ処理条件を設定したパラメータの一つとして、たとえば記憶部８２に予め記憶されている。制御部８は、隣接するアンテナ部５には互いに異なる周波数のマイクロ波電力が供給されるように各アンテナ部５に割り当てられたマイクロ波電力の周波数に基づき、電源部５１を制御する。電源部５１のマイクロ波発振器５１ａは、パラメータ条件を満たす周波数（例えば、８６０ＭＨｚ等）でマイクロ波を発振（例えば、ＰＬＬ発振）させる。かかる制御により、電源部５１は、自己のアンテナ部５に割り当てられた周波数のマイクロ波電力をマイクロ波伝送部６０に出力する。 マイクロ波伝送部６０は、電源部５１から出力されたマイクロ波を伝送する。これにより、マイクロ波伝送部６０は、５つのアンテナ部５のそれぞれに割り当てられた周波数のマイクロ波電力を放射部７２Ａ、７２Ｂａ～７２Ｂｄから放射する。放射部７２Ａ、７２Ｂａ～７２Ｂｄは、マイクロ波遅波材としても機能する。 アンプ部６２の構成は全て同一である。複数の整合部６３Ａ、６３Ｂａ～６３Ｂｄは、それぞれに接続されたアンプ部６２と放射部７２Ａ、７２Ｂａ～７２Ｂｄとの間に位置する。アンプ部６２は、マイクロ波の位相を変化させる位相調節部としての位相器６２Ａと、メインアンプ６２Ｃに入力されるマイクロ波の電力レベルを調整する可変ゲインアンプ６２Ｂとを含む。さらに、アンプ部６２は、ソリッドステートアンプとして構成されたメインアンプ６２Ｃと、マイクロ波導入部６Ａ又は６Ｂのスロットアンテナ部で反射されてメインアンプ６２Ｃに向かう反射マイクロ波を分離するアイソレータ６２Ｄとを含む。 図１および図３に示すように、整合部６３Ａ、６３Ｂａ～６３Ｂｄと放射部７２Ａ、７２Ｂａ～７２Ｂｄとは、誘電体天板１１上にて１対１に対応して設けられる。誘電体天板１１の中央には、整合部６３Ａと、放射部７２Ａとが設けられている。誘電体天板１１の外周には、４つの整合部６３Ｂａ～６３Ｂｄ（図１では２つのみ図示）と、４つの放射部７２Ｂａ～７２Ｂｄとが設けられている。以下では、外周に配置された整合部６３Ｂａ～６３Ｂｄを総称して整合部６３Ｂとも表記する。また、以下では、外周に配置された放射部７２Ｂａ～７２Ｂｄを総称して放射部７２Ｂとも表記する。４つの整合部６３Ｂは、整合部６３Ａを囲むように、周方向に９０度の角度をあけて均等に配置されている（図１２（ａ）参照）。図４では、代表的に、誘電体天板１１の外周に位置する一つの整合部６３Ｂの構成を示しているが、誘電体天板１１の中央に位置する整合部６３Ａも同様の構成である。以下では整合部６３Ｂの構成のみ説明する。 図４に示すように、整合部６３Ｂは、インピーダンスを整合させるスラグチューナ６４と、上下方向に延びる円筒状の形状を有する本体容器６５と、本体容器６５内において本体容器６５が延びる方向と同じ方向に延びる内側導体６６とを有する。本体容器６５および内側導体６６は、同軸導波管を構成する。本体容器６５は、この同軸導波管の外側導体を構成する。内側導体６６は、棒状または筒状の形状を有する。本体容器６５の内周面と内側導体６６の外周面との間の空間は、マイ