(57)【要約】【課題】速やかにプラズマ放電を開始し、安定したプラズマを維持する。【解決手段】エッチング装置１００は、エッチングガスが導入され、ワークＷが搬入されるチャンバ１と、チャンバ１に形成され、誘電体又は半導体から構成される窓部５と、窓部５のチャンバ１の外側に配置され、複数の部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃと、それらの間に配置されたコンデンサ６２ａ，６２ｂを有するアンテナ部６と、アンテナ部６に電力を供給する電源８と、アンテナ部６の接地側端部に切り離し可能に接続され、電源８からアンテナ部６に入力される電圧を上昇させる昇圧部６５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマによりワークを処理するプラズマ処理装置であって、
プロセスガスが導入され、前記ワークが搬入される容器と、
前記容器に形成され、誘電体又は半導体から構成される窓部と、
前記窓部の前記容器外側に配置され、複数の部分アンテナと前記複数の部分アンテナ間に設けられたコンデンサを有するアンテナ部と、
前記アンテナ部に電力を供給する電力供給部と、
前記アンテナ部の接地側端部に切り離し可能に接続され、前記電力供給部から前記アンテナ部に入力される電圧を上昇させる昇圧部と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記昇圧部はインダクタを備えることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記昇圧部は抵抗を備えることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記アンテナ部の接地側端部に第１のスイッチが設けられ、
前記昇圧部は第２のスイッチを介して前記第１のスイッチに並列接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一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、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、液晶ディスプレイ又は光ディスク等の製品の製造工程において、例えばウエーハやガラス基板等のワークにエッチング等のプラズマ処理を行うことがある。プラズマ処理装置は、プロセスガスを導入した容器でプラズマを生成させ、容器に搬入したワークにプラズマ処理を行う。プラズマを生成する方法の一つとして、ループアンテナに高周波電流を流して誘導電界を発生させることにより、プラズマ放電を行う方法がある。このような方法で生成されたプラズマを誘導結合プラズマという。
【０００３】
プラズマを高密度にするためにアンテナに流す電力を大きくすると、アンテナの電源側と接地側の電圧差、すなわち電圧の振幅が大きくなる。容器には、誘電体又は半導体製の窓が取り付けられている。コイルアンテナはこの窓に取り付けられる。電圧の振幅が大きくなるとプラズマが窓に衝突し、窓を損傷する可能性が有る。
【０００４】
電圧の振幅を小さくするために、ループアンテナを複数の部分アンテナで構成し、部分アンテナの間にコンデンサを配置する技術がある。コンデンサによってインピーダンスが下がり、電圧の振幅が小さくなるため、安定したプラズマの維持が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−７０１０７号公報
【特許文献２】特開２００２−２１７１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コンデンサの導入によって電圧の振幅を小さく抑えることができる。一方、プラズマ放電を開始する際には、電圧を急激に大きく上昇させることが望ましい。電圧の振幅を小さく抑えると電圧が全体として下がるため、プラズマ放電の開始に時間がかかる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するために、プラズマ放電を速やかに開始し、プラズマ処理中には安定したプラズマを維持することができる、利便性の高いプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマによりワークを処理するプラズマ処理装置であって、プロセスガスが導入され、前記ワークが搬入される容器と、前記容器に形成され、誘電体又は半導体から構成される窓部と、前記窓部の前記容器外側に配置され、複数の部分アンテナと前記複数の部分アンテナ間に設けられたコンデンサとを有するアンテナ部と、前記アンテナ部に電力を供給する電力供給部と、前記アンテナ部の接地側端部に切り離し可能に接続され、前記電力供給部から前記アンテナ部に入力される電圧を上昇させる昇圧部と、を備える。
【０００９】
前記昇圧部はインダクタを備えるようにしても良い。
【００１０】
前記昇圧部は抵抗を備えるようにしても良い。
【００１１】
前記アンテナ部の接地側端部に第１のスイッチを設け、前記昇圧部は前記第１のスイッチに第２のスイッチを介して並列接続されるようにしても良い。
【発明の効果】
【００１２】
コンデンサを備えたアンテナ部の接地側端部に、入力電圧を上昇させる昇圧部を切り離し可能に接続した。これによって、プラズマ処理を開始するときには電圧を上昇させて速やかにプラズマを放電させ、プラズマ処理中には電圧の振幅を低く抑えて安定したプラズマを維持することができ、利便性の高いプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の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図である。
【図２】アンテナ部及び昇圧部の構成を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、昇圧部をアンテナ部から切り離した状態を示す回路図であり、（ｂ）は（ａ）の状態におけるアンテナ部の電圧を示すグラフである。
【図４】（ａ）は昇圧部をアンテナ部に接続した状態を示す回路図であり、（ｂ）は（ａ）の状態におけるアンテナ部の電圧を示すグラフである。
【図５】本発明のその他の実施形態に係るプラズマ処理装置の、アンテナ部及び昇圧部の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［構成］
本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１５】
プラズマ処理装置は、容器内に発生させたプラズマによって対象物であるワークにプラズマ処理を行う装置である。ワークは、例えばウエーハやガラス基板であるが、特定のものに限られない。プラズマ処理としては、スパッタリング等の成膜処理や、エッチング等の膜処理がある。プラズマ処理装置は特定のものに限られないが、ここではエッチングを行うエッチング装置の構成を説明する。
【００１６】
図１に示すように、エッチング装置１００は、容器としてアルミニウムやステンレス等の金属製のチャンバ１を備えている。チャンバ１は不図示のアースに接続されている。
【００１７】
チャンバ１の上部付近の側壁にはガス導入流路１１が設けられている。ガス導入流路１１はチャンバ１の内部にプロセスガスとして、エッチングガスを導入するための流路である。エッチングガスは、不図示のガス供給装置からガス導入流路１１に供給される。エッチングガスに電圧を印加してプラズマ化させ、イオン及びラジカルを発生させる。このイオン及びラジカルがワークＷに作用してエッチングが行われる。エッチングガスとしては、例えば、アルゴン等の不活性ガスを用いることができる。
【００１８】
プラズマ放電によって発光が起きる。チャンバ１には不図示の発光センサが設けられており、発光センサで発光を検出することによって、プラズマ放電の開始を判定する。
【００１９】
チャンバ１の底部には、排気流路１２とポンプ等の排気装置１３が設けられており、チャンバ１は排気状態に保たれている。ガス導入流路１１及び排気流路１２には不図示の圧力計が設置されている。圧力計で検出される圧力に基づいて排気装置１３を制御することによって、チャンバ１に導入したエッチングガスの圧力を所望の範囲に制御することができる。
【００２０】
チャンバ１の側壁に、ワークＷの搬入口１４が設けられている。搬入口１４は不図示の開閉装置が設けられ、ワークＷの搬入及び搬出の際には搬入口１４が開放される。
【００２１】
チャンバ１の底部には、ワークＷを載置する柱状のステージ２が設けられている。ステージ２の上面には、下部電極２１と保持装置２２が配置されている。保持装置２２はワークＷをステージ２の上面に保持するものであり、例えば静電チャック機構とすることができる。ステージ２には、載置されたワークＷの温度を調整する温度調整装置２３が内蔵されている。温度調整装置２３は、加熱装置又は冷却装置、あるいは両方の機能を兼ね備えたものとすることができる。
【００２２】
下部電極２１はケーブルにより、チャンバ１外部に設けられた整合回路３及び電源４に接続されている。電源４から数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高周波電力が供給される。
【００２３】
チャンバ１の天井部には円形の開口１５が設けられている。開口１５は、チャンバ１外部から取り付けられた窓部５によって塞がれている。窓部５は、石英やアルミナ等の誘電体製またはシリコン等の半導体製の円板である。
【００２４】
窓部５の、開口１５に取付けられた面と反対側の面には、アンテナ部６が取り付けられている。アンテナ部６には、整合回路７と電源８が接続されている。電源８は、電力供給部として、アンテナ部６に、数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高周波電力を供給する。整合回路７は、上述した下部電極２１に接続された整合回路３と共に、電源８と電源４とのインピーダンスの整合を取る。
【００２５】
図２に、アンテナ部６の構成を回路図として示している。アンテナ部６は、全体として環状のループアンテナであり、両端が近接している。アンテナ部６の一方の端部は、整合回路７を介して電源８に接続されているが、図２では整合回路７の図示は省略している。アンテナ部６の他方の端部は、アース６３に接続されている。以降、一方の端部を電源側端部といい、他方の端部を接地側端部という。
【００２６】
アンテナ部６は、複数の部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃと、それらの間に配置されたコンデンサ６２ａ，６２ｂを有する。本実施形態では、同じ大きさ及び形状の３つの部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃがある。部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、円弧状の金属の細板で構成されている。部分アンテナ６１ａ及び６１ｂの間にコンデンサ６２ａを配置し、部分アンテナ６１ｂ及び６１ｃの間にコンデンサ６２ｂを配置し、全体を電気的に接続することにより、アンテナ部６が構成される。
【００２７】
各部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの両端には接続用端子（不図示）が設けられており、コンデンサ６２ａ，６２ｂはそれぞれの接続用端子に取り付けられる。なお、部分アンテナ６１ｃの、コンデンサ６２ｂとの接続端と反対側の端部にも、コンデンサ６２ｃが取り付けられている。コンデンサ６２ｃは、整合回路７及び電源８に接続されている。すなわち、アンテナ部６の全体から見て、接地側端部の方位角を０°としたとき、１２０°、２４０°及び３６０°の位置にそれぞれコンデンサ６２ａ，６２ｂ，６２ｃが配置されている。アンテナ部６に入力された電圧はコンデンサ６２ａ，６２ｂ，６２ｃを通ることによって降下する。このコンデンサ６２ａ，６２ｂ，６２ｃをアンテナ部６に均等に配置することによって、アンテナ部６の全体として電圧の振幅を低く抑える。
【００２８】
部分アンテナの数や、部分アンテナ間に配置するコンデンサの数及び容量は、電圧の振幅をどの程度抑えるかによって適宜決定することができる。
【００２９】
図２では部分アンテナ６１ａのコンデンサ６２ａとの接続端と反対側の端部、すなわちアンテナ部６の接地側端部にはスイッチ６４が設けられている。言い換えれば、アンテナ部６はスイッチ６４を介してアース６３に接続されている。スイッチ６４には、昇圧部６５が並列接続されている。昇圧部６５は、アンテナ部６の接地側端部に切り離し可能に接続され、電源８からアンテナ部６に入力される電圧を上昇させるものである。ここで、接続とは電気的な接続を意味し、切り離しとは電気的な接続を解除することを意味する。
【００３０】
具体的には、昇圧部６５はインダクタ６６で構成され、一対のスイッチ６７，６７を介してスイッチ６４に並列接続されている。図３（ａ）に示すように、スイッチ６４を閉じ、スイッチ６７，６７を開くことによって、昇圧部６５はアンテナ部６の接地側端部から切り離され、アンテナ部６はアースに直列接続される。図４（ａ）に示すように、スイッチ６４を開き、スイッチ６７，６７を閉じることによって、アンテナ部６の接地側端部は昇圧部６５に直列接続される。すなわち、アンテナ部６は昇圧部６５を介してアースに接続される。
【００３１】
エッチング装置１００は、さらに制御部９を備えている。制御部９はＰＬＣやＣＰＵなどの演算処理装置から構成される。制御部９は、チャンバ１へのエッチングガスの導入および排気に関する制御、温度調整装置２３の加熱又は冷却制御、ワークＷの搬出入のタイミング制御、電源４及び電源８の出力制御、スイッチ６４，スイッチ６７，６７の開閉制御等の制御を行う。
【００３２】
［動作］
本実施形態のエッチング装置１００の、エッチング処理の動作と、アンテナ部６の作用について説明する。上述したように、エッチング処理の動作は、エッチング装置１００の各機構を制御部９によって制御することによって行われる。
【００３３】
エッチング処理を行う際は、搬入口１４を開いてワークＷをチャンバ１に搬入し、ステージ２に載置する。ワークＷの搬入は、不図示の搬送装置で行っても良く、あるいは手動で行っても良い。載置されたワークＷを、保持装置２２により保持する。
【００３４】
搬入口１４を閉じてチャンバ１を密閉する。必要に応じて、温度調整装置２３によりワークＷの加熱又は冷却を行う。温度調整装置２３をワークＷの搬入前に予め駆動しておき、ワークＷがステージ２に載置されると同時に加熱又は冷却を開始できるようにしても良い。
【００３５】
ガス導入流路１１から、チャンバ１へエッチングガスを導入する。排気装置１３を調整して、エッチングガスの圧力を所望の範囲に制御する。
【００３６】
電源４及び電源８からアンテナ部６及び下部電極２１へ電力を供給する。アンテナ部６には高周波電流が流れ、この高周波電流がつくる磁界によって、エッチングガスをプラズマ化させる。さらに磁界の時間変化によって電界を誘導し、電界で電子を加速してプラズマを維持する。プラズマ化したエッチングガスにおいて発生したイオン又はラジカルが、下部電極２１によってステージ２に誘導され、ステージ２に保持されたワークＷにエッチング処理を行う。
【００３７】
アンテナ部６へ電力の供給を開始する際、図４（ａ）に示すように、アンテナ部６のスイッチ６４を「開」とし、昇圧部６５のスイッチ６７，６７を「閉」とする。アンテナ部６の接地側端部は、昇圧部６５を介してアースに接続された状態となる。この状態を、プラズマ放電による発光が、発光センサによって検出されるまで継続する。発光センサによって発光が検出されると、図３（ａ）に示すように、アンテナ部６のスイッチ６４を「閉」とし、昇圧部６５のスイッチ６７，６７を「開」とする。これによって、アンテナ部６の接地側端部から昇圧部６５が切り離され、接地側端部はアースに直接的に接続された状態となる。ワークＷへのエッチング処理を行っている間は、この直接的な接続の状態を維持する。なお、スイッチ６４の「閉」とスイッチ６７，６７の「開」の切り換えにおいて、スイッチ６４及びスイッチ６７，６７が共に「開」となる時間が存在することによって、放電が消失してしまう可能性がある。そこで、スイッチ６４及びスイッチ６７，６７が共に「閉」となる時間、すなわち両方の回路に電流が流れる状態が存在するように切り換えを行ない、放電が維持できるようにすると良い。ここで、例えば、１０マイクロ秒未満といったわずかな時間であれば、スイッチ６４及びスイッチ６７，６７が共に「開」となって電流が流れない状態があったとしても、放電を維持すること可能である。よって、スイッチ６４及びスイッチ６７，６７が共に「閉」となる時間が存在するように切り換えを行なう態様には、放電を維持可能なわずかな時間だけスイッチ６４及びスイッチ６７，６７が共に「開」となる状態を許容して切り換えを行うことも含まれるものとする。
【００３８】
ここで、アンテナ部６に昇圧部６５を接続した場合と切り離した場合のそれぞれにおける、アンテナ部６の電圧の挙動を、図３（ｂ）及び図４（ｂ）のグラフに示す。グラフでは、アンテナ部６の全体から見て、接地側端部の方位角を０°とし、電源側端部を３６０°とする。１２０°、２４０°及び３６０°の位置にそれぞれコンデンサ６２ａ，６２ｂ，６２ｃが配置されている。
【００３９】
まず、図３（ｂ）に示した、昇圧部６５を切り離した場合の電圧の挙動を説明する。接地点である０°では電圧は０である。０°から電源８側に近づくと、電圧は緩やかに上昇する。この上昇は、部分アンテナ６１ａが含むインダクタンス成分によるものである。電圧は上昇を続けるが、１２０°に位置するコンデンサ６２ａの部分において、電圧は降下する。電圧の降下量はコンデンサ６２ａの容量によるが、ここでは、部分アンテナ６１ａのインダクタンス成分によって上昇した分だけ、電圧が降下するようにコンデンサ６２ａの容量が調整されている。
【００４０】
１２０°から２４０°、２４０°から３６０°の間でも、それぞれ部分アンテナ６１ｂ，６１ｃが含むインダクタンス成分によって電圧は上昇するが、２４０°及び３６０°に設置されたコンデンサ６２ｂ及び６２ｃによって電圧は降下する。もし、コンデンサ６２ａ，６２ｂ，６２ｃが無ければ、図３（ｂ）において点線で示すように、部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃのインダクタンス成分によって電圧は上昇し続け、電圧の振幅が高くなる。上昇した電圧が、コンデンサ６２ａ，６２ｂ，６２ｃにおいて降下することによって、アンテナ部６の全体において、電圧の振幅が低く抑えられている。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示した、昇圧部６５を接続した場合の電圧の挙動を説明する。接地点の０°に昇圧部６５が接続されたことによって、アンテナ部６への入力電圧は電圧零点から急激に上昇する。０°から１２０°までの間に、急激な電圧の上昇が緩やかなもの変化するが、緩やかな上昇の部分は、部分アンテナ６１ａのインダクタンス成分によるものである。
【００４２】
１２０°、２４０°及び３６０°でそれぞれコンデンサ６２ａ，６２ｂ，６２ｃにより電圧は降下するが、その降下量は部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃのインダクタンス成分による上昇量に相当する量である。したがって、アンテナ部６の全体に渡って、昇圧部６５により上昇した電圧が維持される。
【００４３】
プラズマ放電を開始する際には、アンテナ部６に入力する電圧を上昇させることが望ましいので、昇圧部６５をアンテナ部６に接続する。一方、プラズマ放電による発光が検出された後、すなわちプラズマ放電が開始した後では、安定したプラズマを維持するために電圧の振幅を低く抑えることが望ましい。したがって、プラズマ放電開始後は、昇圧部６５をアンテナ部６から切り離す。さらに、部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃのインダクタンス成分による電圧の上昇をコンデンサ６２ａ，６２ｂ，６２ｃによって降下させることで、アンテナ部６の全体の電圧の振幅を低く抑える。
【００４４】
［効果］
（１）本実施形態のプラズマ処理装置であるエッチング装置１００は、エッチングガスが導入され、ワークＷが搬入されるチャンバ１と、チャンバ１に形成され、誘電体又は半導体から構成される窓部５と、窓部５のチャンバ１の外側に配置され、複数の部分アンテナ６１ａ，６１ｂ，６１ｃと、それらの間に配置されたコンデンサ６２ａ，６２ｂを有するアンテナ部６と、アンテナ部６に電力を供給する電源８と、アンテナ部６の接地側端部に切り離し可能に接続され、電源８からアンテナ部６に入力される電圧を上昇させる昇圧部６５と、を備える。
【００４５】
昇圧部６５を接続することで、コンデンサ６２ａ，６２ｂによって電圧が降下するアンテナ部６においても、プラズマ処理の開始時に電圧を急激に上昇させて速やかにプラズマを放電させることができる。プラズマ放電後は昇圧部６５を切り離すことで、電圧の振幅を低く抑えて安定したプラズマを維持することができる。結果として、利便性の高いエッチング装置１００を提供することができる。
【００４６】
（２）昇圧部６５はインダクタ６６を備えても良い。例えば、アンテナ部６のコンデンサを容量可変のものとすることで、電圧の調整を行うことができるが、容量可変のコンデンサはコストがかかる。一方、インダクタ６６であるコイルは比較的廉価な部材であるため、経済性に優れたエッチング装置１００を提供することができる。
【００４７】
（３）アンテナ部６の接地側端部にはスイッチ６４が設けられ、昇圧部６５は、スイッチ６７，６７を介してスイッチ６４に並列接続されるようにしても良い。二つのスイッチを切り換えることで、昇圧部６５の接続及び切り離しを容易に行うことができ、利便性が高い。
【００４８】
［その他の実施形態］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、昇圧部６５はインダクタ６６を備えるものを説明したが、アンテナ部６に入力される電圧を上昇させることができるものであれば適宜採用することができる。例えば、図５に示すように、昇圧部６５は抵抗６８を備えるようにしても良い。抵抗をアンテナ部６の接地側端部に接続することによっても、アンテナ部６への入力電圧を上昇させることができる。
【００４９】
上述の実施形態では、プラズマ処理装置の一例としてエッチング装置１００を説明したが、これに限られない。エッチング以外の膜処理装置やスパッタリング等の成膜装置としても良い。また、搬送装置と複数のチャンバ１を備えたマルチチャンバ型のプラズマ処理装置としても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１  チャンバ
２  ステージ
３  整合回路
４  電源
５  窓部
６  アンテナ部
７  整合回路
８  電源
９  制御部
１１  ガス導入流路
１２  排気流路
１３  排気装置
１４  搬入口
１５  開口
２１  下部電極
２２  保持装置
２３  温度調整装置
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ  部分アンテナ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ  コンデンサ
６３  アース
６４  スイッチ
６５  昇圧部
６６  インダクタ
６７  スイッチ
６８  抵抗
１００  エッチング装置
【図１】
2017120721.tif 000003
【図２】
2017120721.tif 000004
【図３】
2017120721.tif 000005
【図４】
2017120721.tif 000006
【図５】
2017120721.tif 000007