JP5310469B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板などの被処理体を対象としてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs plasma processing on a target object such as a substrate.
基板などの被処理体の表面をエッチング加工するプラズマ処理において、エッチング量の高精度の制御やエッチング状態の監視が必要とされる場合には、被処理体の表面のエッチング深さや表面状態をリアルタイムで測定することが行われる。測定技術の例としては、レーザ干渉、CCDカメラ、プラズマ発光分析測定等の光学的測定方法が用いられ、減圧可能なチャンバーの外部に光学測定器が設けられる。そしてプラズマ処理過程においては、チャンバーの一部に設けられた誘導体窓を介して光を透過させて、被処理体のエッチング深さ、表面状態の観察や認識処理、チャンバー内で発生したプラズマから生じた光等を、光学測定器によってリアルタイムで測定する。 In plasma processing that etches the surface of an object to be processed such as a substrate, the etching depth and surface state of the surface of the object to be processed are measured in real time when high-precision control of the etching amount or monitoring of the etching state is required. Measurement is performed at As an example of the measurement technique, an optical measurement method such as laser interference, a CCD camera, or a plasma emission analysis measurement is used, and an optical measurement device is provided outside the chamber that can be decompressed. In the plasma treatment process, light is transmitted through a derivative window provided in a part of the chamber, and the etching depth of the object to be processed, surface state observation and recognition treatment, and plasma generated in the chamber are generated. The measured light or the like is measured in real time by an optical measuring instrument.
これらの光学測定を正確に行うためには、誘導体窓の光の透過率は常に高く、且つ安定していることが望ましい。ところが、プラズマ処理でのドライエッチング処理時には、被処理体から発生する反応生成物がチャンバーの内面に付着する。このため、誘導体窓には反応生成物が付着して堆積することにより徐々に曇りが生じ、誘導体窓の光透過率が低下して正確な光学測定を連続して実施することが困難となる。 In order to perform these optical measurements accurately, it is desirable that the light transmittance of the derivative window is always high and stable. However, during the dry etching process in the plasma process, reaction products generated from the object to be processed adhere to the inner surface of the chamber. For this reason, the reaction product adheres to and accumulates on the derivative window, resulting in gradual cloudiness, and the light transmittance of the derivative window is lowered, making it difficult to carry out accurate optical measurements continuously.
このような反応生成物の付着による不具合を防止するため、誘導体窓に堆積する反応生成物を除去する機能を備えたプラズマ処理装置が用いられるようになっている(例えば特許文献1)。この特許文献に示す先行技術例においては、チャンバー内部(反応室内部)に誘導結合によりプラズマを発生させるための励起コイルの経路途中を誘電体窓に近接させて、誘導体窓に堆積する反応生成物をスパッタリング効果によって除去するための作用部として用いるようにしている。 In order to prevent such problems due to adhesion of reaction products, a plasma processing apparatus having a function of removing reaction products deposited on the derivative window has been used (for example, Patent Document 1). In the prior art example shown in this patent document, the reaction product deposited on the derivative window by bringing the path of the excitation coil for generating plasma by inductive coupling inside the chamber (inside the reaction chamber) close to the dielectric window Is used as an action part for removing the film by the sputtering effect.
しかしながら上述の先行技術例においては、誘電体窓に堆積する反応生成物の除去と被処理体のエッチングレートの安定性とを両立させてエッチング処理を効率よく行う上で、次のような課題があった。すなわち上述の先行技術例の構成では、励起コイルの経路途中を作用部として誘電体窓に近接させて誘導体窓に堆積する反応生成物の除去を行っているが、励起コイルと作用部の間に生じる誘導成分が励起コイルによるエッチングのための誘導成分を阻害する要因となりやすく、このことが被処理体のエッチングレートの均一性を損なう不安定要因なっていた。 However, in the above prior art examples, the following problems are involved in efficiently performing the etching process while achieving both the removal of the reaction product deposited on the dielectric window and the stability of the etching rate of the object to be processed. there were. That is, in the configuration of the above-described prior art example, the reaction product deposited on the derivative window is removed by making the path of the excitation coil in the vicinity of the dielectric window as an action part, but between the excitation coil and the action part. The generated inductive component tends to be a factor that inhibits the inductive component for etching by the excitation coil, and this has become an unstable factor that impairs the uniformity of the etching rate of the object to be processed.
これを防止するために引用文献1(段落0024参照)では、作用部の形状等を工夫することにより励起コイルと作用部の間に誘導成分が生じるのを防止している。ところが上述構成では作用部が励起コイルの経路途中に形成されているため、励起コイルにハイパワーの高周波電力を印加する上で、誘導体窓に堆積する反応生成物の作用部による除去と被処理体のエッチングレートの安定性とを両立させるためには、作用部の形状等を適切に設定するための複雑なバランス調整を必要とするという課題があった。 In order to prevent this, in Cited Document 1 (see paragraph 0024), an inductive component is prevented from being generated between the excitation coil and the action part by devising the shape of the action part. However, since the action part is formed in the path of the excitation coil in the above-described configuration, when applying high-power high-frequency power to the excitation coil, the reaction product deposited on the derivative window is removed by the action part and the object to be processed In order to achieve both the stability of the etching rate, there has been a problem that a complicated balance adjustment is required to appropriately set the shape of the action portion and the like.
そこで本発明は、誘電体窓に堆積する反応生成物の除去と被処理体のエッチングレートの安定性とを両立させることができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of achieving both the removal of reaction products deposited on a dielectric window and the stability of the etching rate of an object to be processed.
請求項1に記載のプラズマ処理装置は、減圧可能なチャンバーと、前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物が保持される載置部と、前記チャンバーに設けられた上部開口に臨むように配置され、高周波電力が印加される中央部側から周辺部側に巻き広がる形状を有し、チャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化して前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするための電極と、前記チャンバーの前記上部開口を封止して前記電極の下方に位置し透明で光を透過可能な光透過部を有する誘電体窓と、前記電極の上方に配置され、前記電極の平面視における隙間と前記誘電体窓の前記光透過部とを介して、前記チャンバー内の前記被処理物を測定あるいは観察可能な光学測定器とを備え、前記電極は、前記中央部に位置して高周波電力が上部側から印加される中央支持軸と、前記中央支持軸の上下方向の中間部の外周面より巻き広がる誘導アンテナ成分としてのコイル部と、前記中央支持軸の下部側の端面が前記誘電体窓の表面に近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部を有し、前記端面の直下においてスパッタリング効果を発生させて前記誘電体窓部の下面に付着する反応生成物を除去するものであり、前記電極において、高周波電力が上部側周辺から印加される中央支持軸は中空形状からなり、誘導アンテナ成分としての前記コイル部は、前記中央支持軸の上部側周辺の高周波電力の印加位置から、前記中間部の外周面においてコイル部の高周波電力の偏りを防止するために設定される所定距離だけ上下方向に離れた位置より巻き広がる。
請求項2に記載のプラズマ処理装置は、減圧可能なチャンバーと、前記チャンバーの内部の下側に設けられ被処理物が保持される載置部と、前記チャンバーに設けられた上部開口に臨むように配置され、高周波電力が印加される中央部側から周辺部側に巻き広がる形状を有し、チャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化して前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするための電極と、前記チャンバーの前記上部開口を封止して前記電極の下方に位置し透明で光を透過可能な光透過部を有する誘電体窓と、前記電極の上方に配置され、前記電極の平面視における隙間と前記誘電体窓の前記光透過部とを介して、前記チャンバー内の前記被処理物を測定あるいは観察可能な光学測定器とを備え、前記電極は、前記中央部に位置して高周波電力が上部側から印加される中央支持軸と、前記中央支持軸の上下方向の中間部の外周面より巻き広がる誘導アンテナ成分としてのコイル部と、前記中央支持軸の下部側の端面が前記誘電体窓の表面に近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部を有し、前記端面の直下においてスパッタリング効果を発生させて前記誘電体窓部の下面に付着する反応生成物を除去するものであり、前記電極において、高周波電力が上部側の中央から印加される中央支持軸は中央から周辺に広がる放射形状からなり、前記中央支持軸の下部側の端面が前記誘電体窓の表面に近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部である。
The plasma processing apparatus according to claim 1 faces a chamber capable of being depressurized, a mounting portion that is provided below the inside of the chamber and holds an object to be processed, and an upper opening provided in the chamber. disposed, has a winding spreading shape in the peripheral portion from the central portion to which the high-frequency power is Ru are marked pressurized, the workpiece which has been held in the mounting section to plasma by inductively coupling reaction gas in the chamber an electrode for etching, and the dielectric window of the upper opening is sealed with a permeable light transmission portion transparent and light located below the electrodes of the chamber, is disposed above the electrode An optical measuring instrument capable of measuring or observing the object to be processed in the chamber through a gap in a plan view of the electrode and the light transmission part of the dielectric window, the electrode having the center Rank A central support shaft to which high-frequency power is applied from the upper side, a coil portion as an induction antenna component spreading from an outer peripheral surface of an intermediate portion in the vertical direction of the central support shaft, and an end surface on the lower side of the central support shaft There has an action part as a capacitive antenna components arranged in proximity to the front surface of the dielectric window, reaction products adhere to the lower surface of the dielectric window to generate a sputtering effect immediately below the said end face In the electrode, the central support shaft to which the high frequency power is applied from the upper side periphery has a hollow shape, and the coil portion as the induction antenna component has a high frequency around the upper side of the central support shaft. From the position where the power is applied, the winding spreads from a position away in the vertical direction by a predetermined distance set in order to prevent the bias of the high frequency power of the coil portion on the outer peripheral surface of the intermediate portion .
The plasma processing apparatus according to claim 2 faces a chamber capable of being depressurized, a mounting portion that is provided below the inside of the chamber and holds an object to be processed, and an upper opening provided in the chamber. The object to be processed, which has a shape that spreads from the central side to the peripheral side to which high-frequency power is applied, is converted into plasma by inductive coupling and is held in the mounting part. An electrode for etching, a dielectric window having a light transmitting portion that is transparently transparent to light and seals the upper opening of the chamber, and is disposed above the electrode; An optical measuring instrument capable of measuring or observing the object to be processed in the chamber through a gap in a plan view of the electrode and the light transmission part of the dielectric window; Position A central support shaft to which high-frequency power is applied from the upper side, a coil portion as an induction antenna component spreading from an outer peripheral surface of an intermediate portion in the vertical direction of the central support shaft, and an end surface on the lower side of the central support shaft Has a working portion as a capacitive antenna component disposed in the vicinity of the surface of the dielectric window, and generates a sputtering effect immediately below the end face to cause a reaction product attached to the lower surface of the dielectric window portion. In the electrode, the center support shaft to which the high frequency power is applied from the center on the upper side has a radial shape spreading from the center to the periphery, and the lower end surface of the center support shaft is the lower end surface of the dielectric window. It is an action part as a capacitive antenna component arranged close to the surface.
本発明によれば、プラズマ処理を行うチャンバーの上部開口に臨むように配置され、高周波電力が印加される中央部側から周辺部側に巻き広がる形状を有し、チャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化して載置部に保持された被処理体をエッチングするための電極を、中央部に位置して高周波電力が上部側から印加される中央支持軸と、中央支持軸の上下方向の中間部の外周面より巻き広がる誘導アンテナ成分としてのコイル部と、中央支持軸の下部側の端面が誘電体窓の表面に近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部を有する構成とすることにより、作用部とコイル部との間で誘導成分が生じにくく、誘電体窓に堆積する反応生成物の除去と被処理体のエッチングレートの安定性とを両立させることができる。 According to the present invention, it is arranged so as to face the upper opening of the chamber to perform plasma treatment, has a winding spreading shape in the peripheral portion from the central portion to which the high-frequency power is Ru are marked pressure, induce the reaction gas in the chamber An electrode for etching the object to be processed that has been plasmatized by bonding and held on the mounting portion is provided with a central support shaft that is located at the center and to which high-frequency power is applied from the upper side, and a vertical direction of the central support shaft. The coil portion as an induction antenna component that spreads from the outer peripheral surface of the intermediate portion, and the operation portion as a capacitive antenna component in which the lower end surface of the central support shaft is disposed close to the surface of the dielectric window Thus, an inductive component is hardly generated between the action part and the coil part, and it is possible to achieve both the removal of the reaction product deposited on the dielectric window and the stability of the etching rate of the object to be processed.
(実施の形態1)
まず、図1,図2を参照して、本発明の実施の形態1におけるプラズマ処理装置1の構成を説明する。図1,図2において、チャンバー2は内部にプラズマ処理のための処理室
2aが設けられた略円筒状容器であり、上面側には上方に開口する上部開口2bが設けられている。処理室2aの下側には載置部3が設けられており、載置部3の上面には被処理体である基板4が保持される。
(Embodiment 1)
First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the
チャンバー2の上部には上部開口2bを封止して処理室2aを密封する誘電体窓5が、以下に説明する電極8の下方に位置して配設されている。誘電体窓5は、石英やサファイアなど透明で光が透過可能な材質より成り、後述するように、載置部3に保持された基板4を処理室2aの外部から光学測定器14によって光学的に測定・観察できるようになっている。すなわち、誘電体窓5は、透明で光が透過可能な光透過部5c(図2)を有する形態となっている。
A
またチャンバー2の側面に設けられた開口部2c、2dには、それぞれ真空排気装置6、ガス供給源7が接続されている。真空排気装置6を駆動することにより、処理室2a内が真空排気されて減圧される。すなわち、チャンバー2は減圧可能となっている。そしてガス供給源7を駆動することにより、基板4をエッチング処理するための反応ガスが処理室2a内に供給される。真空排気装置6、ガス供給源7および高周波電力印加装置9は、コントローラ15によって制御され、これにより基板4を対象としたプラズマ処理が実行される。
Further, an evacuation device 6 and a
誘電体窓5の上面5a側には、チャンバー2の処理室2a内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化して、載置部3に保持された基板4をエッチングするための電極8が配設されている。電極8は、チャンバー2に設けられた上部開口2bに臨むように配置され、図2に示すように、高周波電力印加装置9によって高周波電力が印加される中央部8a側から周辺部8b側に、複数のコイル部11(ここではコイル部11a〜11dの4つ)がスパイラル状に巻き広がる形状を有している。中央部8aには、複数のコイル部11の端部を支持する中央支持軸としての円筒軸部材10が、垂直姿勢で配置されている。
On the
図3に示すように、円筒軸部材10は上下方向に貫通する中空部10aを有する中空形状となっている。円筒軸部材10を高周波電力印加装置9と接続する接続端子9aは円筒軸部材10の上部の外周面の一方側に結合されており、高周波電力印加装置9から供給される高周波電力は、円筒軸部材10において上部側周辺から印加される形態となっている。コイル部11a〜11dは、円筒軸部材10の外周面10dにおいて平面視して4等配の位置からスパイラル状に延出する配置となっている。
As shown in FIG. 3, the
またコイル部11a〜11dが円筒軸部材10から延出する高さ位置は、図3(b)に示すように、中間部10cの外周面10dにおいて接続端子9aが結合された円筒軸部材10の上部から所定距離Dだけ下方に離れた位置に設定されている。ここで所定距離Dは、円筒軸部材10の上部において一方側に偏った位置に結合された接続端子9aを介して供給される高周波電力を、外周面10dにおいて異なる位置から延出するコイル部11a〜11dに、略均等に偏りなく伝達するのに必要とされる距離である。さらに円筒軸部材10はコイル部11a〜11dの高さ位置から下方に延出して、円筒軸部材10の下部側の端面10bが誘電体窓5の上面5aに近接して、端面10bと上面5aとの間に所定の隙間Gが保たれるようになっている。
Moreover, the height position where the
高周波電力印加装置9から上述構成の電極8に接続端子9aを介して高周波電力を印加すると、コイル部11a〜11dにそれぞれ高周波電流が流れ、この高周波電流による電磁誘導作用が誘電体窓5を介して処理室2a内に及ぶことにより、処理室2a内には反応ガスが誘導結合によって電離したプラズマPが発生する。電極8において、コイル部11a〜11dは、処理室2a内に電磁誘導作用を及ぼす誘導アンテナ成分(図1において点線で示す楕円形枠12参照)として機能する。
When high-frequency power is applied from the high-frequency
また電極8に接続端子9aを介して高周波電力を印加すると、上面5aに近接した端面10bの電位による電場が誘電体窓5を介して処理室2a内に作用する。この端面10bと誘電体窓5との容量結合により、誘電体窓5の下面5bにおいて端面10bの直下の位置には、処理室2a内の電子が衝突して負に帯電するセルフバイアスが生じる。これにより端面10bの直下の位置には、処理室2a内の正イオンが衝突するスパッタリング効果が発生し、プラズマ処理過程において誘電体窓5の下面5bに付着する反応生成物は、このスパッタリング効果によって除去される。電極8において、円筒軸部材10の端面10bは、誘電体窓5の上面5aに近接して配置され、端面10bの直下の位置においてスパッタリング効果を発生させる容量アンテナ成分(図1において点線で示す円形枠13参照)としての作用部の機能を有している。
When high frequency power is applied to the
すなわち本実施の形態においては、電極8は、中央部8aに位置して高周波電力印加装置9により高周波電力が上部側から印加される中央支持軸である円筒軸部材10と、円筒軸部材10の上下方向の中間部10cの外周面10dより巻き広がる誘導アンテナ成分としてのコイル部11と、円筒軸部材10の下部側の端面が誘電体窓5の上面5aに近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部(端面10b)を有する構成となっている。
That is, in the present embodiment, the
そして図3に示す例では、電極8において、高周波電力が上部側周辺から印加される中央支持軸としての円筒軸部材10は中空形状からなり、誘導アンテナ成分としてのコイル部11a〜11dは、プラズマ処理装置1の上部側周辺の高周波電力の印加位置から、円筒軸部材10の中間部10cの外周面10dにおいて、コイル部11a〜11dの高周波電力の偏りを防止するために設定される所定距離Dだけ、上下方向に離れた位置より巻き広がる形態となっている。
In the example shown in FIG. 3, in the
電極8の上方には、光学測定器14が、測定光軸14aをチャンバー2の平面中心に位置する円筒軸部材10の中空部10aに一致させて配設されている。チャンバー2の平面中心は光学測定器14はレーザ変位計など、処理室2a内において載置部3に保持された被処理体である基板4のエッチング深さの測定、エッチング状態の観察などの機能を有するものである。光学測定器14による測定・観察の結果はコントローラ15に伝達され、この結果に基づきコントローラ15が真空排気装置6、ガス供給源7、高周波電力印加装置9を制御することにより、目的に応じたプラズマ処理を高精度で実行することができる。
Above the
光学測定器14による測定あるいは観察は、円筒軸部材10の中空部10a、すなわち電極8の平面視における隙間および誘電体窓5の光透過部5cを介して光を透過させることにより行われる。ここで、前述のように誘電体窓5の下面5bにおいて端面10bの直下の位置、すなわち光透過部5cの下面には、プラズマ処理過程において常にスパッタリング効果が及ぶことから、反応生成物の付着堆積に起因する曇りが発生せず、良好な光透過率が維持される。したがって、光学測定器14による光学測定・観察を、正確に連続して行うことができる。
Measurement or observation by the optical measuring
なお上述実施例においては、中央支持軸として中空形状の円筒軸部材10を用いた例を示したが、図4に示すように、水平断面がクロス形状の十字軸部材18を中央支持軸として用いてもよい。図4において、十字軸部材18は4つの縁部18a〜18dを中央から90°等配の4方向に延出させたクロス形状となっている。この場合には、光学測定器14の平面位置を、測定光軸14aが十字軸部材18の水平断面中心から周辺部側に部材断面厚み分だけオフセットされるように配置する。すなわち図4に示す例においても、光学測定器14は電極108の平面視における隙間および誘電体窓5の光透過部5cを介して
チャンバー2内の基板4を測定・観察する。
In the embodiment described above, the hollow
そしてコイル部11a〜11dは、同様に十字軸部材18の平面視して4等配の位置からスパイラル状に延出する配置となっている。十字軸部材18を高周波電力印加装置9と接続する接続端子9aは、十字軸部材18の上部の中央に結合されており、高周波電力印加装置9から供給される高周波電力は円筒軸部材10において上部側の中央から印加される。十字軸部材18はコイル部11a〜11dの高さ位置から下方に延出して、十字軸部材18の下部側の端面18eが誘電体窓5の上面5aに近接して、端面18eと上面5aとの間に所定の隙間Gが保たれるようになっている。この場合においても図3に示す例と同様に、十字軸部材18の端面18eは、誘電体窓5の上面5aに近接して配置され、端面18eの直下の位置においてスパッタリング効果を発生させる容量アンテナ成分としての作用部の機能を有している。
Similarly, the
ここに示す例においては、高周波電力の印加位置が十字軸部材18の上部の中央であり、さらにコイル部11a〜11dは中央から放射形状の配置で結合されていることから、各コイル部11a〜11dには、高周波電力印加装置9から偏りなく均等に電力が伝達される。したがって、図3に示す例においてコイル部11a〜11dに偏りなく電力を伝達するのに必要とされる所定距離Dを考慮する必要がない。これにより、図4(b)に示すように、コイル部11a〜11dをそれぞれ縁部18a〜18dの上部に上端面を一致させて結合することができる。
In the example shown here, the application position of the high frequency power is the center of the upper part of the
すなわち図4に示す例では、電極8において、高周波電力が上部側の中央から印加される中央支持軸としての十字軸部材18は中央から周辺に広がる放射形状からなり、十字軸部材18の下部側の端面18eが、誘電体窓5の表面5aに近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部となっている。このような構成を採用することにより、誘導アンテナ成分を構成するコイル部11a〜11dと、作用部である端面18eとの間の間隔を極力大きく確保することができる。これにより、コイル部11a〜11dの誘導成分が作用部に及ぼす影響を抑制することができ、基板4に対するエッチングレートの低下を招くことなく、光透過部5cの曇り防止効果を確保することが可能となっている。
That is, in the example shown in FIG. 4, in the
なお、図3,図4に示す構成においては、中央部8aに配設された円筒軸部材10、十字軸部材18は、誘電体窓5に対して位置が固定されており、円筒軸部材10の端面10b、十字軸部材18の端面18eと、誘電体窓5の上面5aとの間の間隔は、予め設定された固定の所定間隔Gとなっている。これに対し、図5(a)に示す例においては、上面5aに近接して作用部を構成する円筒軸部材110を、中空部10Aに対して上下方向に移動調整可能な別体としている。また図5(b)に示す例においては、上面5aに近接して作用部を構成する十字軸部材118を、縁部18Aに対して上下方向に移動調整可能な別体としている。
3 and 4, the positions of the
すなわち、ここに示す例では、電極8の中央支持軸である円筒軸部材10A,十字軸部材18Aの下部側の端面110a、118aが誘電体窓5の表面5aに近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部は、円筒軸部材10A,十字軸部材18Aに対して上下方向に移動調整可能な別体で構成されている。このような構成を採用することにより、高周波電力印加装置9によって印加される高周波電力の大きさに応じて、端面110a、118aと誘電体窓5の上面5aとの間の距離Gを適正に調整することができ、容量アンテナ成分としての作用部の効果を所望の状態に設定することが可能となっている。
That is, in the example shown here, the capacitive antenna in which the
上記説明したように、図1〜図5に示す電極8の構成においては、高周波電力が印加され誘導アンテナ成分として機能するコイル部11に対して、容量アンテナ成分としての中央支持軸の下部側の端面(作用部)が並列接続される構成となる。このため、誘導アンテ
ナ成分としてのコイル部と容量アンテナ成分としての作用部との間で誘導成分が生じにくく、誘電体窓5の下面5bに堆積する、反応生成物の除去と基板4のエッチングレートとのバランス調整が容易となっている。
As described above, in the configuration of the
なお、図1〜図5に示す構成において、電極8の円筒軸部材10、十字軸部材18の端面10b、端面18eが近接した誘電体窓5の上面5aの位置に対向する下面5bの位置に、基板4が保持された載置部3に向かって開放する円筒状の凹部(図6に示す凹部21参照)を設けるとともに、この凹部の内部から基板4をエッチングするための反応ガスあるいは希ガスを噴出させるようにして、凹部内の内圧をチャンバー2内の誘電体窓5の下面5b付近の内圧よりも高めるようにしてもよい。これにより、基板4をエッチングする際の反応生成物が凹部内に進入しにくくなり、誘電体窓5への反応生成物が付着することを抑制して、光透過部5cの曇り発生を防止することができる。
1 to 5, the
(実施の形態2)
次に図6を参照して、本実施の形態2のプラズマ処理装置101の構成を説明する。図6において、チャンバー2は実施の形態1の図1に示すものと同様であり、処理室2aの下側には載置部3が設けられており、載置部3の上面には被処理体である基板4が保持される。なお、ここではチャンバー2の下部は図示を省略している。
(Embodiment 2)
Next, the configuration of the
チャンバー2の上部には上部開口2bを封止して処理室2aを密封する誘電体窓105が、実施の形態1における電極8に対応する電極108の下方に位置して配設されている。電極108は、上部開口2bに臨むように配置され、高周波電力印加装置9によって高周波電力が印加される中央部108a側から、周辺部108b側に、複数のコイル部11がスパイラル状に巻き広がる形状を有している。但し電極108は、電極8における円筒軸部材10のような中央支持軸を有しておらず、点線の楕円形状枠12で示す誘導アンテナ成分のみを備えた構成となっている。
A
電極108の上方には、実施の形態1と同様の光学測定器14が、測定光軸14aをチャンバー2の平面中心に一致させて配設されている。光学測定器14による測定あるいは観察は、中央部108aの平面視における隙間および誘電体窓105に設けられた光透過部(図2に示す光透過部5c参照)を介して光を透過させることにより行われる。誘電体窓105は、実施の形態1における誘電体窓5と同様に、石英やサファイアなど透明で光が透過可能な材質より成る。
Above the
本実施の形態2においては、ガス供給源7から供給される反応ガスは、誘電体窓105に形成されたシャワー状のガス供給経路20を介して処理室2a内に供給される。ガス供給経路20は、ガス供給源7に接続されて反応ガスを上部開口2bの中央位置まで導くガス導入孔20aと、ガス導入孔20aの端部が下方に屈曲した部分から水平方向に分岐するガス分岐孔20bと、ガス分岐孔20bから下方に分岐して誘電体窓105の下面105bに開孔し、反応ガスを処理室2a内に噴射する複数のガス噴射孔20cとで構成される。ガス導入孔20aの端部が、上部開口2bの中央位置において下方に屈曲して下面105bに開口する位置は、上述のガス供給経路20におけるガス吹き出し中央部となっている。このガス吹き出し中央部には、載置部3側に開放した円筒状の凹部21が設けられており、中央に位置するガス噴射孔20cは凹部21の底面21aに開孔している。
In the second embodiment, the reaction gas supplied from the
凹部21の底面21aは平面形状でかつ光が透過可能であり、底面21aは誘電体窓105に設けられた光透過部となっている。光学測定器14による測定あるいは観察のための光は、図7に示すように、凹部21の底面21aを透過する。ここで、前述のようにプラズマ処理のための反応ガスは誘電体窓105に形成されたガス供給経路を介して処理室2a内に供給され、中央に位置するガス噴射孔20cを介して凹部21内にも噴出する。
The
これにより、凹部21内の内圧P1は、処理室2aにおける誘電体窓105の下面105b付近の内圧P2よりも高くなる。具体数値例を挙げれば、下面105b付近の内圧P2は、処理室2a内の処理圧力とほぼ等しい圧力(例えば1.3pa程度)であり、凹部21内の内圧P1は粘性流領域(例えば229pa)となるように、ガス供給経路20,凹部21の形状・サイズやガス流量(例えば200sccm)が設定される。
As a result, the internal pressure P1 in the
上述数値に示す内圧P2は分子流領域であり、基板4を対象としたエッチングを目的としたプラズマ処理において、基板4から飛散した反応生成物の微粒子は、処理室2a内を誘電体窓105の下面105bに向かって自由に移動する。これに対し上述数値に示す内圧P1の真空圧領域では、凹部21内に噴出された反応ガスは粘性流の性質を有しているため、処理室2a内から凹部21の内部に向かって移動する反応生成物の微粒子は、反応ガスの流れによって移動が阻害され、凹部21内部への進入が抑制される。すなわち凹部21の底面21aへの反応生成物の付着堆積が生じにくく、反応生成物の付着堆積に起因する曇りが発生せず、良好な光透過率が維持される。したがって、光学測定器14による測定・観察を常に正確に行うことができる。
The internal pressure P2 shown in the above numerical value is a molecular flow region, and in the plasma processing for the purpose of etching the
すなわち、本実施の形態2に示すプラズマ処理装置101においては、誘電体窓105の下面105b側に、載置部3側に開放し平面形状でかつ光が透過可能な底面21aを有する円筒状の凹部21を設けるとともに、その内部から被処理体である基板4をエッチングするための反応ガスあるいは希ガスを噴出することで、凹部21内の内圧P1をチャンバー2内の誘電体窓105の下面105b付近の内圧P2より高めた形態となっている。
That is, in the
なお、低真空(100Pa以上)の領域は粘性流であり、粘性流領域では、分子どうしの衝突は十分にあり、反応ガスあるいは希ガスの気体は連続流体として、液体のような性質の考え方でとらえることが出来る。これにより誘電体窓105の下面105b側に開孔し、また誘電体窓105の凹部21の底面21aに開孔している中央に位置するガス噴射孔20cのガス流出(噴出)速度Voは、簡易的に下記計算式(式1)で表される。
Vo=Q*(101325/(P+△P))*(T/273)/(A*x)・・(式1)
Note that the low vacuum (100 Pa or higher) region is a viscous flow. In the viscous flow region, there is sufficient collision between molecules, and the reaction gas or rare gas is a continuous fluid with a liquid-like concept. Can be captured. As a result, the gas outflow (spout) velocity Vo of the
Vo = Q * (101325 / (P + ΔP)) * (T / 273) / (A * x) (1)
ここでガス噴射孔20cのガス流出(噴出)速度Vo=323m/s、ガス流量Q=200sccm=3.33*10−6m3/s、ガス温度T=300K、ガス噴射孔20cの流出口(噴出口)の断面積A=1*10−6m2、チャンバー2(下面105b付近の内圧P2)の圧力P=1.3P、誘電体窓105の下面105b側からチャンバー2内へ反応ガスあるいは希ガスを噴出するガス噴射孔20cのガス孔(噴出口)個数x=5個(その内の中央の1個が凹部21の底面21aに開孔しているガス噴射孔20cである)とした場合、上記式(式1)よりチャンバー2の圧力Pに対する流出部(噴出部)の圧力差△P(凹部21内の内圧P1)=229Paとなる。同様に、ガス孔(噴出口)個数xを1、4、8とした場合の流出部圧力△Pの値を、(表1)に示す。
Here, the gas outflow (ejection) speed Vo = 323 m / s, the gas flow rate Q = 200 sccm = 3.33 * 10 −6 m 3 / s, the gas temperature T = 300 K, the outlet of the
またここで、誘電体窓105に設けられた光透過部である凹部21は、誘電体窓105内に構成されたシャワー状のガス供給経路20におけるガス吹き出し中央部に設けられていることから、ガス供給源7からガスが供給されてガス吹き出し中央部側から分岐され周囲に設けられた複数のガス噴射孔20cからの処理室2a内の周辺部への反応ガスの噴射をバランス良く行うことができる。これにより、処理室2a内において、電極108のコイル巻き密度が高い周辺部108bに対応した部分に均一に反応ガスを供給することができ、安定したプラズマ分布を実現することが可能となっている。
Further, here, the
なお図7に示す例では、誘電体窓105に設けられた凹部21において、反応ガスまたは希ガスを、底面21aから噴出させる例を示したが、図8に示すように、凹部21の円筒部分の側壁21bに開孔したガス噴射孔20dを設け、側壁21bから反応ガスまたは希ガスを、凹部21内に噴出させるようにしてもよい。これにより、凹部21内の内圧P1が誘電体窓105の下面105b付近の内圧P2より高められる。このとき、側壁21bから反応ガスが噴射されることから、凹部21内において横方向に流動する気体流が発生し、この気体流によって底面21aへの反応生成物の付着を効率よく防止することができる。
In the example shown in FIG. 7, the example in which the reactive gas or the rare gas is ejected from the
さらに上述のように、ガス噴射孔20dから反応ガスを噴出する構成を採用する場合には、図9に示すように、光透過部である凹部21の底面21aに相当する誘電体窓105の一部を、交換可能な別部品とすることができる。すなわち図9(a)に示すように、誘電体窓105の上面105aにおいて、凹部21の上方に相当する部分を円形に除去して嵌合凹部105dを形成し、嵌合凹部105dに嵌合する形状で光が透過可能な材質より成る光透過部材25を準備する。そしてプラズマ処理装置101の稼働時には、図9(b)に示すように、光透過部材25を嵌合凹部105dに嵌合させ、シール部材26によって光透過部材25を密封する。
Further, as described above, when the configuration in which the reactive gas is ejected from the
これにより、光透過部材25の下面が凹部21の底面21aとして機能する。このような構成とすることにより、装置稼働を長時間継続する場合において、スパッタリングによって誘電体窓105の下面105aが損耗した場合においても、光透過部材25のみを交換することによりチャンバ2内の光測定器14による光学的測定に際しての光透過率を良好に保つことができる。したがって、装置メンテナンスに必要とされる交換部品コストを低減することができるとともに、光透過部材25は上部側から容易に交換可能であることから、保守作業に要する時間と手間を短縮することができる。
Thereby, the lower surface of the
本発明のプラズマ処理装置は、誘電体窓に堆積する反応生成物の除去と被処理体のエッチングレートの安定性とを両立させることができるという効果を有し、基板などの被処理
体の表面をエッチング処理する分野に利用可能である。
The plasma processing apparatus of the present invention has an effect that it is possible to achieve both the removal of reaction products deposited on the dielectric window and the stability of the etching rate of the target object, and the surface of the target object such as a substrate. Can be used in the field of etching.
1、101 プラズマ処理装置
2 チャンバー
2a 処理室
2b 上部開口
3 載置部
4 基板
5、105 誘電体窓
8、108 電極
8a、108a 中央部
8b、108b 周辺部
10 円筒軸部材
10a 中空部
10b 端面
11、11a、11b、11c、11d コイル部
14 光学測定器
18 十字軸部材
18e 端面
20 ガス供給経路
21 凹部
21a 底面
21b 側壁
25 光透過部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
Claims (2)
前記チャンバーに設けられた上部開口に臨むように配置され、高周波電力が印加される中央部側から周辺部側に巻き広がる形状を有し、チャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化して前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするための電極と、
前記チャンバーの前記上部開口を封止して前記電極の下方に位置し透明で光を透過可能な光透過部を有する誘電体窓と、
前記電極の上方に配置され、前記電極の平面視における隙間と前記誘電体窓の前記光透過部とを介して、前記チャンバー内の前記被処理物を測定あるいは観察可能な光学測定器とを備え、
前記電極は、前記中央部に位置して高周波電力が上部側から印加される中央支持軸と、
前記中央支持軸の上下方向の中間部の外周面より巻き広がる誘導アンテナ成分としてのコイル部と、前記中央支持軸の下部側の端面が前記誘電体窓の表面に近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部を有し、前記端面の直下においてスパッタリング効果を発生させて前記誘電体窓部の下面に付着する反応生成物を除去するものであり、
前記電極において、高周波電力が上部側周辺から印加される中央支持軸は中空形状からなり、誘導アンテナ成分としての前記コイル部は、前記中央支持軸の上部側周辺の高周波電力の印加位置から、前記中間部の外周面においてコイル部の高周波電力の偏りを防止するために設定される所定距離だけ上下方向に離れた位置より巻き広がることを特徴とするプラズマ処理装置。 A chamber capable of being depressurized, and a placement unit that is provided on the lower side of the chamber and holds an object to be processed;
It is arranged so as to face the upper opening provided in the chamber, has a shape spreading from the central part side to which the high-frequency power is applied, to the peripheral part side, and the reaction gas in the chamber is converted into plasma by inductive coupling, as described above An electrode for etching the object to be processed held in the mounting portion;
A dielectric window having a light transmissive portion that seals the upper opening of the chamber and is located below the electrode and is transparent and capable of transmitting light ;
An optical measuring instrument disposed above the electrode and capable of measuring or observing the object to be processed in the chamber through a gap in a plan view of the electrode and the light transmission part of the dielectric window. ,
The electrode is located in the central portion, and a central support shaft to which high frequency power is applied from the upper side,
A capacitive antenna in which a coil portion as an inductive antenna component that spreads from the outer peripheral surface of the middle portion in the vertical direction of the central support shaft and a lower end surface of the central support shaft are disposed close to the surface of the dielectric window It has an action part as a component, and generates a sputtering effect directly under the end face to remove a reaction product adhering to the lower face of the dielectric window part ,
In the electrode, the central support shaft to which the high frequency power is applied from the upper side periphery has a hollow shape, and the coil part as the induction antenna component is from the application position of the high frequency power around the upper side of the central support shaft, A plasma processing apparatus, wherein a winding spreads from a position separated in a vertical direction by a predetermined distance set in order to prevent a bias of high frequency power of a coil portion on an outer peripheral surface of an intermediate portion .
前記チャンバーに設けられた上部開口に臨むように配置され、高周波電力が印加される中央部側から周辺部側に巻き広がる形状を有し、チャンバー内の反応ガスを誘導結合によりプラズマ化して前記載置部に保持された前記被処理物をエッチングするための電極と、
前記チャンバーの前記上部開口を封止して前記電極の下方に位置し透明で光を透過可能な光透過部を有する誘電体窓と、
前記電極の上方に配置され、前記電極の平面視における隙間と前記誘電体窓の前記光透過部とを介して、前記チャンバー内の前記被処理物を測定あるいは観察可能な光学測定器とを備え、
前記電極は、前記中央部に位置して高周波電力が上部側から印加される中央支持軸と、
前記中央支持軸の上下方向の中間部の外周面より巻き広がる誘導アンテナ成分としてのコイル部と、前記中央支持軸の下部側の端面が前記誘電体窓の表面に近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部を有し、前記端面の直下においてスパッタリング効果を発生させて前記誘電体窓部の下面に付着する反応生成物を除去するものであり、
前記電極において、高周波電力が上部側の中央から印加される中央支持軸は中央から周辺に広がる放射形状からなり、前記中央支持軸の下部側の端面が前記誘電体窓の表面に近接して配置された容量アンテナ成分としての作用部であることを特徴とするプラズマ処理装置。 A chamber capable of being depressurized, and a placement unit that is provided on the lower side of the chamber and holds an object to be processed;
It is arranged so as to face the upper opening provided in the chamber, has a shape spreading from the central part side to which the high-frequency power is applied, to the peripheral part side, and the reaction gas in the chamber is converted into plasma by inductive coupling, as described above An electrode for etching the object to be processed held in the mounting portion;
A dielectric window having a light transmissive portion that seals the upper opening of the chamber and is located below the electrode and is transparent and capable of transmitting light;
An optical measuring instrument disposed above the electrode and capable of measuring or observing the object to be processed in the chamber through a gap in a plan view of the electrode and the light transmission part of the dielectric window. ,
The electrode is located in the central portion, and a central support shaft to which high frequency power is applied from the upper side,
A capacitive antenna in which a coil portion as an inductive antenna component that spreads from the outer peripheral surface of the middle portion in the vertical direction of the central support shaft and a lower end surface of the central support shaft are disposed close to the surface of the dielectric window It has an action part as a component, and generates a sputtering effect directly under the end face to remove a reaction product adhering to the lower face of the dielectric window part,
In the electrode, a central support shaft to which high-frequency power is applied from the center on the upper side has a radial shape extending from the center to the periphery, and an end surface on the lower side of the center support shaft is disposed close to the surface of the dielectric window. features and to pulp plasma processing apparatus that is an operation portion as a capacitive antenna component that is.
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