JP2013098054A - マイクロ波導入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理装置に適用したときに、一方向に長手の導波管導波管下面に列設されたスリット直下に位置する処理室内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度を均一にすることができ、しかも処理室内のマイクロ波の電磁場強度の再調整を簡単に行うことが可能なマイクロ波導入装置を提供する。
【解決手段】真空チャンバ１１の上壁１１ａに設けられたマイクロ波導入窓１２に対向配置される、一方向に長手の導波管７を備え、この導波管７は、そのマイクロ波導入窓と対向する下面に所定間隔で開設された複数のスリット７０ａ、７０ｂを有する。スリットの直上に位置する導波管の内部空間に対し進退自在に設けたアース接地の導体７１を更に備える
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ波を真空チャンバ内に導入するマイクロ波導入装置に関する。

例えば、半導体デバイスや有機ＥＬ表示デバイスのような電子デバイスの製造工程では、減圧下の処理室内に配置したシリコンウエハやガラス基板等の処理対象物に対してプラズマを用いてエッチングやアッシング等の各種処理を行うことがある。処理室内でプラズマを発生（励起）する方法の一つとして、処理室を画成する真空チャンバの上壁に、マイクロ波導入窓を形成し、このマイクロ波導入窓上に、これを跨ぐように一方向に長手の導波管を配置し、この導波管下面に所定間隔で開設したスリットからマイクロ波導入窓を通して処理室内にマイクロ波を導入し、マイクロ波プラズマを励起するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、各スリット直下に位置する処理室内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度が夫々異なると、例えばアッシング処理の場合には、基板面内でアッシング速度に差がつき、最も低いアッシング速度に合わせてアッシング時間を長く設定しなければならないという不具合、あるいは、表示デバイスの配線間を電気的に絶縁する絶縁物（絶縁膜）のうちアッシング速度が高い部分が除去されてしまい配線間に短絡が生じるという不具合が生じる。このことから、上記特許文献１では、スリットの輪郭を長円形にすると共に、正方形の各辺を構成するように各スリットを配置することを提案している。

然しながら、スリットの輪郭や配置を適宜調節するだけでは、各スリット直下に位置する処理室内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度を均一にするには限界がある。特に、有機ＥＬ表示デバイスの製造に用いられるガラス基板のように処理対象物が大きい場合、真空チャンバも大型化し、これに伴いマイクロ波導入窓や導波管も長くなるため、導波管に開設するスリットの数を増加させる必要がある。このようにスリットの数が多くなると、各スリット直下に位置する処理室内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度を均一にすることがより一層困難になる。また、導波管下面に一旦スリットを形成すると、その導波管を用いて処理室内のマイクロ波の電磁場強度の再調整を行うことができないという問題もある。このような電磁場強度の再調整を行うためには新たな導波管を作製しなければならず、これでは設備コストの上昇を招く。

特開２００５−１５０４７３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、プラズマ処理装置に適用したときに、一方向に長手の導波管下面に列設されたスリット直下に位置する処理室内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度を均一にすることができ、しかも処理室内のマイクロ波の電磁場強度の再調整を簡単に行うことが可能なマイクロ波導入装置を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、真空チャンバの隔壁に設けられたマイクロ波導入窓に対向配置される、一方向に長手の導波管を備え、この導波管は、そのマイクロ波導入窓との対向面に所定間隔で開設された複数のスリットを有するマイクロ波導入装置において、前記スリットからマイクロ波導入窓に向かう方向を下とし、スリットの直上に位置する導波管の内部空間に対し進退自在に設けたアース接地の導体を更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、スリットの直上に位置する導波管の内部空間に対し導体を進入させると、導体が進入した部分の内部空間が狭くなり、この狭くなった内部空間のマイクロ波の電磁場強度は低くなる。このため、本発明のマイクロ波導入装置をプラズマ処理装置に適用したときに、当該スリットの直下に位置する処理室内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度が低くなる一方で、その周辺の空間の電磁場強度が高くなる。このため、処理室内でマイクロ波の電磁場強度が高い部分の直上に位置するスリットを特定し、特定したスリットの直上に位置する導波管の内部空間に導体を進入させ、その他の導体を退避させれば、各スリット直下に位置する処理室内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度を均一にすることができる。しかも、導波管に設けられた導体を一旦進退させた後に、処理室内のマイクロ波の電磁場強度の微調整が必要であれば、上記と同様にして導体を再度進退させるという簡単な操作によって処理室内の電磁場強度の再調整を行うことができる。

尚、本発明のマイクロ波導入装置は、酸素プラズマによる有機物のアッシング処理を行うアッシング装置に適用する場合に適している。この場合、予めアッシング速度を測定しておき、その測定結果から電磁場強度が高い部分の直上に位置するスリットを特定でき、進入させる導体を決定することができる。

本発明において、導体をマイクロ波の波長の４分の１の間隔を存して設けることが好ましい。導波管内ではマイクロ波の波長の４分の１の間隔で電磁場強度のピークが現れるため、電磁場強度のピークが現れる位置に導体が設けられることとなり、マイクロ波の電磁場強度を精度良く調整することができる。

本発明の実施形態のマイクロ波導入装置を備えたアッシング装置示す概略上面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は導波管に設けられた導体とスリットとの位置関係を示す図。（Ｃ）は導体の周辺を拡大して示す図。 処理室内のマイクロ波の電磁場強度分布を示す図。 本発明の実験結果を示す図。 比較実験を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態のマイクロ波導入装置について、プラズマ処理装置たるアッシング装置の真空チャンバ内にマイクロ波を導入する場合を例に説明する。

図１及び図２に示すアッシング装置ＡＭは、マイクロ波導入装置Ｍを備える。マイクロ波導入装置Ｍは、マイクロ波電源１と、発振器２と、アイソレータ３と、方向性結合器４と、３Ｅチューナ５と、コーナ導波管６と、導波管７とから構成される。

発振器２は、図示省略のマグネトロン及びランチャーを有し、マイクロ波電源１からマグネトロンに電力が供給されると、マグネトロンが発振してマイクロ波を出力し、このマイクロ波をランチャーが効率良く取り出してアイソレータ３に出力するようになっている。アイソレータ３は、発振器２からのマイクロ波を負荷である真空チャンバ１１に送出すると共に、負荷で反射されたマイクロ波（反射電力）を減衰させるように構成されている。

方向性結合器４は、２つのポート４ａ、４ｂを有し、順方向に進行するマイクロ波（進行波）に対応する信号Ｒｆと、逆方向に進行するマイクロ波（反射波）に対応する信号Ｒｒとを取り出すことができるようになっている。３Ｅチューナ５は、インピーダンス整合を行うことで、反射波を低減するように構成されている。コーナ導波管６は、例えばＥコーナ導波管であり、そのフランジ６ａが導波管７のフランジ７ａと接続されている。

導波管７は、一方向に長手のものであり、真空チャンバ１１の上壁１１ａに設けられたマイクロ波導入窓１２に対向配置されている。導波管７の一端の開口はコーナ導波管６に連通し、閉塞された他端はショート板７ｂを構成する。図３（Ｂ）も参照して、導波管７の下面には、その長手方向に延びるスリット７０ａと、長手方向に直交する方向に延びるスリット７０ｂとがそれぞれ複数開設されている。本実施形態では、長手方向に位相角６０度の所定間隔で設けられた８個のスリット７０ａからなる列が２つ形成され、これら２つのスリット７０ａの列の間に、長手方向に所定間隔で４個のスリット７０ｂが形成されている。そして、これらのスリット７０ａ、７０ｂからマイクロ波導入窓１２を通して真空チャンバ１１内（処理室１０）にマイクロ波が導入されるようになっている。

図３（Ａ）及び（Ｃ）を参照して、導波管７の上面には、スリット７０ａ、７０ｂの直上に位置する導波管７の内部空間に対し進退自在な複数本（本実施形態では２１本）の導体７１が、導波管７の長手方向に所定間隔を存して設けられている。本実施形態では、導波管７内でマイクロ波の電磁場強度のピークが現れる位置に導体７１が位置するように、導体７１の間隔をマイクロ波の波長の４分の１に設定している。各導体７１は、例えば、アース接地された直径５ｍｍのＳＵＳ製のボルトで構成され、導波管７上面にナット７２を介して設けられている。導体７１を一方向に回転させると、導体７１の先端が導波管７内に進入して内部空間を狭くでき、狭くなった内部空間のマイクロ波の電磁場強度を低くできる。一方、導体７１を反対方向に回転させると、導体７１の先端が導波管７内から退避できるようになっている。導体７１にはナット７３が設けられ、このナット７３が導波管７上面のナット７２に当たると、導体７１の進入が停止するようになっている。導体７１の先端が所定長（例えば５ｍｍ）だけ導波管７内に進入した位置で停止するように、導体７１に対するナット７３の取り付け位置が調整されている。なお、導波管７からコーナ導波管６を取り外し、導波管７の上壁の内面に常磐を押し当てた状態で、この常磐に導体７１の先端が当たるまで導体７１を回転させることで、導体７１を退避位置に調整することができる。

アッシング装置ＡＭは、処理室１０を画成する上記真空チャンバ１１を備える。真空チャンバ１１の上壁１１ａには、マイクロ波導入窓１２の輪郭と略一致の中央開口１１ｂが形成され、中央開口１１ｂの下端にはその内方に向かって延出する延出部１１ｃが形成されている。そして、中央開口１１ｂにマイクロ波導入窓１２を落とし込むと、マイクロ波導入窓１２が延出部１１ｃで保持される。マイクロ波導入窓１２は、例えば、石英等の誘電体で形成されている。延出部１１ｃの上面に形成された溝にはＯリング１３が嵌め込まれ、マイクロ波導入窓１２との間で真空シールできるようになっている。

真空チャンバ１１の側壁には、ターボ分子ポンプやロータリポンプ等からなる真空排気手段に通じる排気管１４が接続され、処理室１０内を所定の真空度まで真空引きできるようになっている。また、真空チャンバ１１の底部には、絶縁部材１５を介してステージ１６が配置されている。ステージ１６の上面には、図外の搬送ロボットにより搬送される処理対象物Ｗを位置決め保持できるようになっている。

処理室１０の上部には、ステージ１６に対向させてシャワープレート１７が配置されている。シャワープレート１７は、真空チャンバ１１の上壁から処理室１０内に突設した支持壁１８の下端で保持されている。そして、支持壁１８とシャワープレート１７とで画成された空間１９にプロセスガスを導入することができるように、ガス導入管２０が真空チャンバ１１の上壁１１ａに接続されている。以下、上記アッシング装置ＡＭを用いたアッシング方法について、ガラス基板Ｗ上に形成された有機物膜を酸素プラズマでアッシングする場合を例に説明する。

先ず、処理室１０が所定の真空度（例えば、５Ｐａ）に達した状態で、有機ＥＬ用の公知の有機金属錯体からなる有機物膜が形成されたガラス基板Ｗを図外の搬送ロボットにより搬送し、ステージ１６上に位置決め保持する。次に、ガス導入系２０からプロセスガスとして少なくとも酸素ガスを含むガスを空間１９内に導入する。本実施形態では、酸素ガスと共に、反応促進作用を得るためのフッ素系ガス及び窒素ガスも空間１９内に導入する。ここで、空間１９内に導入する酸素ガスの流量は２００〜３０００ｓｃｃｍの範囲とし、フッ素系ガスの流量は１０〜２００ｓｃｃｍの範囲とし、窒素ガスの流量は４０〜６００ｓｃｃｍの範囲とする。これに併せて、マイクロ波電源１から発振部２に電力を供給する。ここで、発振部２に供給する電力は、周波数２．４５ＧＨｚ、１ｋＷ〜２ｋＷの範囲とする。電力供給された発振部２はマイクロ波を出力し、この出力されたマイクロ波は、導波管７に送出され、導波管７のスリット７０ａ、７０ｂとマイクロ波導入窓１２とを介して処理室１０内に導入される。これにより、処理室１０内の導波管７下方に局所的にプラズマが形成され、このプラズマ中の酸素イオンや酸素ラジカルがガラス基板Ｗ表面に入射して、有機物膜がアッシングされる（有機物が水と二酸化炭素として排気管１４から排気される）。

ここで、スリット７０ａ、７０ｂの直下に位置する処理室１０内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度が夫々異なると、基板面内で有機物膜のアッシング速度の差が大きくなり、最も低いアッシング速度に合わせてアッシング時間を長く設定しなければならなくならず、生産性が低下する。しかも、アッシング時間を長く設定すると、配線間の絶縁膜もアッシングしてしまい、配線間の絶縁不良を引き起こす。有機ＥＬ表示デバイスの製造に用いられる基板のように大型基板の処理を行う場合、真空チャンバ１１も大型化し、これに伴いマイクロ波導入窓１２や導波管７も長くなり、上記の如くスリット７０ａ、７０ｂの数も多くなるため、処理室１０内のマイクロ波の電磁場強度を均一にすることが一層困難になる。

そこで、本実施形態では、導波管７上面にスリット７０ａ、７０ｂの直上に位置する導波管７の内部空間に対し進退自在に複数の導体７１を設けた。そして、スリット７０ａ、７０ｂの直下に位置する処理室１０内の空間においてマイクロ波の電磁場強度が高い部分を特定する。例えば、図４に示すような処理室１０内のマイクロ波の電磁場強度分布が得られた場合、電磁場強度の高い数箇所（図中で丸印で囲む２箇所）を特定する。尚、処理室１０内のマイクロ波の電磁場強度は、アッシング速度と相関を有するため、予めアッシング速度を測定しておき、アッシング速度の高い部分を特定すればよい。そして、電磁場強度が高い部分の直上に位置するスリットを特定し、特定したスリットの直上に位置する導波管の内部空間に導体７１を進入させる。導体７１を進入させた内部空間は狭くなり、この狭くなった内部空間のマイクロ波の電磁場強度が低くなる。このため、当該スリットの直下に位置する処理室１０内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度が低くなる一方で、その周辺の空間の電磁場強度が高くなる。その結果、各スリット直下に位置する処理室１０内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度を均一にすることができる。これにより、アッシング速度の均一性を向上させることができる。更に、アッシング速度の均一性が良いと、アッシング時間を短く設定できるため、デバイスの生産性が向上し、デバイス（基板）に与えるプラズマダメージを低減できるという効果も得られる。しかも、導体７１を一旦進退させた後に、経時変化等の理由により処理室１０内のマイクロ波の電磁場強度の微調整が必要となる場合がある。この場合、上記と同様にして導体７１を再度進退させるという簡単な操作によって、処理室１０内のマイクロ波の電磁場強度の再調整を行うことができる。

以上の効果を確認するために、７８０×１２８０ｍｍの大きさのガラス基板の表面全体に有機金属錯体からなる有機物膜を形成し、マイクロ波導入窓１２の直下に配置される有機物膜以外をアルミナマスクで覆ったものを処理対象物Ｗとし、上記アッシング装置ＡＭを用いて、次の発明実験を行った。本発明実験では、アッシングガスとして酸素ガスとフッ素系ガスと窒素ガスとからなる混合ガスを用い、その流量を１５００：２０：２００ｓｃｃｍとし、アッシング時の処理室１０の圧力を２０Ｐａとし、マイクロ波電源１からの供給電力を２．４５ＧＨｚ、１．５ｋＷとし、１分間アッシングを行った。ここで、アッシング前に、導波管７の導入ポート側（フランジ７ａ側）から数えて１０、１１及び１５番目の３本の導体７１を導波管７の内部空間に夫々５ｍｍ進入させた。この発明実験でのアッシング速度の測定結果を図５に示す。アッシング速度の均一性は±３％であった。これによれば、各スリット直下に位置する処理室１０内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度が均一であることが確認された。尚、図５の横軸は、有機物膜のアッシング速度測定位置（膜厚測定位置）を示し、導波管７の開口の直下に位置する部分からの距離（ｍｍ）で表している（図６も同様）。

上記発明実験に対する比較実験を行った。本比較実験では、上記発明実験と同じアッシング条件とし、全ての導体７１を導波管７の内部空間から退避させた状態でアッシングを行った。比較実験でのアッシング速度の測定結果を図６に示す。アッシング速度の均一性は±２０％であった。これによれば、スリットの輪郭や配置だけでは、各スリット直下に位置する処理室１０内の空間におけるマイクロ波の電磁場強度が不均一であることが確認された。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、マイクロ波導入装置Ｍをアッシング装置ＡＭに適用した場合について説明したが、例えばエッチング装置のように処理室内に局所的にプラズマを発生させるプラズマ処理装置に適用することができる。

また、上記実施形態では、導波管７の上面に導体７１を設けているが、導波管７の側面に導体７１を設けてもよい。この場合も導体７１を進入させた内部空間が狭くなるため、この内部空間のマイクロ波の電磁場強度を低くすることができ、結果として、導波管７内のマイクロ波の電磁場強度を均一にできる。

１１…真空チャンバ、１２…マイクロ波導入窓、７…導波管、７０ａ、７０ｂ…スリット、７１…導体。

Claims (2)

1. 真空チャンバの隔壁に設けられたマイクロ波導入窓に対向配置される、一方向に長手の導波管を備え、この導波管は、そのマイクロ波導入窓との対向面に所定間隔で開設された複数のスリットを有するマイクロ波導入装置において、
   前記スリットからマイクロ波導入窓に向かう方向を下とし、スリットの直上に位置する導波管の内部空間に対し進退自在に設けたアース接地の導体を更に備えることを特徴とするマイクロ波導入装置。
2. 前記導体は、マイクロ波の波長の４分の１の間隔を存して設けられたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波導入装置。
   

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