Top > Search of Japanese Patents > (In Japanese)マイクロ波プラズマ処理装置

(In Japanese)マイクロ波プラズマ処理装置 foreign

Patent code P180015262
File No. 2015002941
Posted date Sep 18, 2018
Application number P2015-534339
Patent number P6153118
Date of filing Aug 29, 2014
Date of registration Jun 9, 2017
International application number JP2014072779
International publication number WO2015030191
Date of international filing Aug 29, 2014
Date of international publication Mar 5, 2015
Priority data
  • P2013-179286 (Aug 30, 2013) JP
Inventor
  • (In Japanese)金 載浩
  • (In Japanese)▲榊▼田 創
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人産業技術総合研究所
Title (In Japanese)マイクロ波プラズマ処理装置 foreign
Abstract (In Japanese)中間気圧及び高気圧においても高い一様性と高密度、かつ低温の広幅のプラズマジェットを発生することが可能なマイクロ波励起プラズマ処理装置を提供することを課題とするものであり、該マイクロ波プラズマ処理装置は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の端部に設けられた該誘電体基板の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部と、マイクロストリップ線路と、アース導体と、マイクロ波入力部と、前記誘電体基板内にガスを入力するためのガス入力口と、プラズマ発生部と、前記プラズマ発生部に一様な流速を持つ広幅のガス流を供給するために前記誘電体基板内部に設けられた、ガス流が進行するに従ってガス流幅が広くなるように形成されたガス流広幅化部と、ガスを前記ガス流広幅化部に供給するためのガス流路と、プラズマを吹き出させるためのノズルと、を備えることを特徴とする。
【選択図】
 図1
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、材料開発や生産技術等における多くの分野でプラズマ処理技術は不可欠なものになっている。プラズマは高い非熱平衡性を持ちながら、高密度のラジカルを生成することができるので低温ドライプロセス技術に広く使われている。

また、従来より、中間気圧(1torr~100torr)から大気圧間の圧力下におけるプラズマ源の一つとして、プラズマジェットが利用されている。プラズマジェットは装置のノズルからプラズマを吹き出すので、ウエハ等の被処理基板に、プラズマを使用したCVD(化学気相合成)、エッチング、アッシング(レジスト灰化処理)、プラズマ窒化等の処理を施す、有用なものである。

現在、プラズマジェットを生成させるには、直流アーク放電又は直流パルス放電を用いる方法がよく知られている。しかし、直流アーク放電又は直流パルス放電を用いる方法は、電極が劣化しやすいこと、反応性ガスの使用ができないこと、等の様々な問題を有している。

また、誘電体バリア放電を用いる方法がよく知られている。しかし、誘電体バリア放電を用いる方法では、フィラメント状の放電が発生する、高密度のラジカル生成ができないこと、等の様々な問題を有している。

また、無電極方式のプラズマジェット生成装置も知られている。例えば、VHF帯(30-300MHz)の高周波を用いた誘導結合式熱プラズマ発生装置が提案されている(特許文献1を参照)。しかし、提案されているプラズマジェット生成装置はインピーダンスマッチングが複雑であること、構造上の問題で大規模化ができないこと、かつ高電圧の電気回路を用いるので装置の製作上及び運転上における様々な限界と問題点を有している。

一方、マイクロ波放電を用いてプラズマジェットを生成すると次のような利点がある。
(1)マイクロ波電源が安い。
(2)無電極運転が可能であり、放電維持寿命が長い。
(3)インピーダンスマッチングが簡単な素子で可能。
(4)マイクロ波とプラズマのカップリング効率がよい。
(5)外部への放射損失が少なく,必要なところに電力を集中させることができる。
(6)大気圧を含め広い圧力範囲において安定な高密度プラズマが生成する。

ところが、従来のマイクロ波電力を用いたプラズマ発生装置ではマイクロ波伝送線路として金属管である導波管を用いており、マイクロ波伝送回路の構造が大型かつ高価になることや低電力での運転が難しい、等の問題点を有している。

最近では、従来の導波管の代わりに、小電力用マイクロ波伝送線路であるマイクロストリップ線路を用いてプラズマジェット生成装置を製作する方法が提案されている(特許文献2と非特許文献1を参照)。

図19に従来のマイクロストリップ線路を用いたプラズマジェット生成装置の模式図を示す。この装置は、マイクロ波入力部31、一方の端部にテーパー構造と内部にガス流路を設けた誘電体の基板1、マイクロ波電力伝送用のマイクロストリップ線路11、誘電体の基板の一面を覆うアース導体12で構成されている。

ガスは、二つのガス入力口21から入力されてガス流路22を通って、テーパー部14においてマイクロストリップ線路11とアース導体12の間で合流し、幅10mmのノズル24から誘電体の基板1の外部に吹き出る。

従来の装置では、幅10mmのノズル24に一様な流速を持つガス流を作るために、誘電体基板1の両側面にそれぞれガス入力口21を設け、斜めのガス流路22を通ってガスを供給している。

マイクロ波(2.45GHz)電力は、同軸用マイクロ波コネクト31を通って誘電体基板1の内に導入され、マイクロストリップ線路11とアース導体12の間を伝搬し、ノズル24のところに集中する。これにより、プラズマが発生し、ガス流と共にノズル24から誘電体基板1の外部に吹き出る。

一方、プラズマプロセスにおいて生産性を高めるために、大面積にプラズマ処理が可能な広い幅を持つプラズマジェットの開発が強く要求されている。マイクロストリップ線路を用いたプラズマ発生装置は構造上、マイクロストリップ線路をアレイすることにより大規模化が可能であるので、その将来性が期待されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、マイクロ波電力によりプラズマを発生させて、ウエハ等の被処理基板に、プラズマを使用したCVD(化学気相合成)、エッチング、アッシング(レジスト灰化処理)、プラズマ窒化、等の処理を施す、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の端部に設けられた該誘電体基板の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部と、
前記誘電体基板の表面と裏面とのうちのいずれかの面である第1の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、
前記誘電体基板の前記第1の面の反対側の面である第2の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたアース導体と、
前記誘電体基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、
前記誘電体基板内にガスを入力するためのガス入力口と、
前記マイクロ波入力部から入力されたマイクロ波によりプラズマを発生させるための空間であり、かつ、前記テーパー部の前記誘電体基板内に設けられた空間であるプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部に一様な流速を持つ広幅のガス流を供給するために前記誘電体基板内部に設けられた、ガス流が進行するに従ってガス流幅が広くなるように形成されたガス流広幅化部と、
前記ガス入力口から入力されるガスを前記ガス流広幅化部に供給するためのガス流路と、
前記プラズマ発生部に供給されるガスとマイクロ波により発生するプラズマを吐出させるためのノズルと、
を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項2】
 
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の端部に設けられた該誘電体基板の厚みが徐々に小さくなる形状のテーパー部と、
前記誘電体基板の表面と裏面とのうちのいずれかの面である第1の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたマイクロストリップ線路と、
前記誘電体基板の前記第1の面の反対側の面である第2の面の一方の端部から他方の端部に渡って設けられたアース導体と、
前記誘電体基板の一方の端部において、前記マイクロストリップ線路と前記アース導体との間にマイクロ波を入力するためのマイクロ波入力部と、
前記テーパー部において、前記アース導体の端と前記マイクロストリップ線路の端とに挟まれた空間であり、前記誘電体基板の前記第2の面に形成されるマイクロ波集中の隙間と、
前記アース導体と接して、前記マイクロ波集中の隙間に一様な流速の広幅のガス流を供給するために設けられる、ガス流が進行するに従ってガス流幅が広くなるように形成されたガス流広幅化部を有するガス供給板と、
前記ガス供給板内にガスを入力するためのガス入力口と、
前記ガス供給板において、前記ガス入力口から入力されるガスを前記ガス流広幅化部に供給するためのガス流路と、
前記ガス流広幅化部から供給されるガスから、前記マイクロ波集中の隙間から放射するマイクロ波によりプラズマを発生させるための、前記ガス供給板に形成された、前記マイクロ波集中の隙間と面する空間であるプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部に供給するガスからマイクロ波により生成されるプラズマを吐出させるためのノズルと、
を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項3】
 
前記ガス流広幅化部が、前記ノズルの長軸方向に沿って、一定の間隔で設けられている複数の突起状の障害物、又は柱が形成された部分であるガスシャワー部を備えている請求項1又は2に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項4】
 
前記マイクロストリップ線路は、
一方の端部に設けられた一つの入力端と、
前記入力端から入力されたマイクロ波を分岐する分岐部と、
前記分岐部から分かれた複数のラインと、
前記複数のラインに対応する他方の端部に設けられた複数の出力端と、
を備え、
前記他方の端部の幅を徐々に狭くすることで、インピーダンスを高め、前記プラズマ発生部におけるマイクロ波電界が強くなるようにした請求項1から3のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項5】
 
前記ガス流広幅化部は、
一方の端部に設けられた一つの入力端と、
前記ガス流路から入力されるガス流を分岐する分岐部と、
前記分岐部から分かれ、ガス流が進行するにつれてガス流の幅が広がるように、幅が徐々に広がるように形成された複数のラインと、
前記複数のラインから流れるガス流が一つに合流する長軸形状の空間と、
を備えた、請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項6】
 
前記誘電体基板と前記アース導体を共用して、横に並べることで、長い長軸のプラズマを発生させるように構成した請求項1から5のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。

【請求項7】
 
希ガス反応性ガス、又は希ガスと反応性ガスの混合ガスを供給し、
1.33322Pa(0.01Torr)以上133.322Pa(1Torr)未満の低気圧、133.322Pa(1Torr)以上13332.2Pa(100Torr)未満の中間気圧又は13332.2Pa(100Torr)以上101325Pa(760Torr)以下の高気圧においてプラズマを発生させるようにした請求項1から6のいずれか1項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
  • 2G084AA02
  • 2G084AA03
  • 2G084AA05
  • 2G084AA07
  • 2G084BB01
  • 2G084BB03
  • 2G084BB13
  • 2G084CC14
  • 2G084CC32
  • 2G084CC33
  • 2G084CC34
  • 2G084DD43
  • 2G084DD48
  • 2G084FF02
  • 2G084FF14
  • 2G084FF15
  • 2G084FF39
  • 2G084GG04
  • 2G084GG07
  • 2G084GG18
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2015534339thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) (In Japanese)産総研電子光技術研究部門先進プラズマプロセスグループ
(In Japanese)ライセンス等を御希望の方又は特許の内容に興味を持たれた方は,下記「問合せ先」まで直接お問い合わせくださいますよう,お願い申し上げます。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close