JP2000012296A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のプラズマ処理装置においては、放電の
維持電圧が往々にして大きくなってしまうという問題点
があった。 【解決手段】 基板に対してプラズマ処理を施すための
プラズマ処理装置であって、石英管１１からなる透過部
を備えて形成されたチャンバ１と、透過部の周囲にコイ
ル状に巻回されたコイル状電極１４と、コイル状電極１
４に交流電力を供給するための電源と、を具備してな
り、コイル状電極１４は、電源に対して並列接続された
複数のコイル１４ａ、１４ｂから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板、ディ
スプレイ基板、マルチチップモジュール、プリント基板
等の被処理基板に対して、エッチング、アッシング、デ
ポジション、表面改質、表面クリーニング等のプラズマ
処理を施すためのプラズマ処理装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のＬＳＩの製造工程における半導体
基板等のエッチング、アッシング、デポジション、表面
改質、表面クリーニング等においては、減圧下でプラズ
マを発生させて基板を処理する各種のプラズマ処理装置
が広く用いられている。

【０００３】このようなプラズマ処理装置の１つとし
て、石英等からなるチャンバの周囲にコイル状電極を巻
回し、このコイル状電極に高周波等の交流電力を供給す
ることによりプラズマ放電を発生させるタイプのものが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のプラズマ処理装置においては、放電の維持電圧が往
々にして大きくなってしまうという問題点があった。そ
のため、放電の維持電圧を低減させ得る装置構成の開発
が要望されていた。このような放電電圧の低減化は、装
置の絶縁性確保の観点からも望ましいものである。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、放電の維持電圧を低減させ得るプラズマ処理装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のプラズマ
処理装置においては、基板に対してプラズマ処理を施す
ためのプラズマ処理装置であって、電磁波透過性材料壁
からなる透過部を備えて形成されたチャンバと、前記透
過部の周囲にコイル状に巻回されたコイル状電極と、該
コイル状電極に交流電力を供給するための電源と、を具
備してなり、前記コイル状電極は、前記電源に対して並
列接続された複数のコイルから構成されていることを特
徴としている。請求項２記載のプラズマ処理装置におい
ては、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記
コイル状電極は、ある巻方向に巻回された第１コイル
と、該第１コイルとは逆の巻方向に巻回された第２コイ
ルと、が互いの軸線どうしを一致させかつ軸線の延在方
向に隣接配置されて構成され、前記第１および第２コイ
ルのそれぞれ近接している側の端部と、前記第１および
第２コイルのそれぞれ離間している側の端部と、の一方
には前記電源が接続されるとともに、他方は接地されて
いる。請求項３記載のプラズマ処理装置においては、請
求項１記載のプラズマ処理装置において、前記コイル状
電極は、互いに同一形状に巻回されたＮ個（２個、３
個、４個、…）のコイルが同軸配置されているとともに
軸線方向に互いにずらされて配置されて構成されている
ことを特徴としている。

【０００７】コイル状電極を使用した場合のプラズマ処
理装置の等価回路は、通常、図５（ａ）のように表すこ
とができる。請求項１記載の発明によると、コイル状電
極は、電源に対して並列接続された複数のコイルから構
成されている。一般的に、Ｎ個のインダクタンスＬのコ
イルが並列接続されているとすれば、図５（ｂ）に示す
ように、負荷のインピーダンスがＮ分の１と小さくな
る。すなわち、コイル状電極の低インダクタンス化が達
成されて、放電維持電圧（Ｖｐｐ）が低減化される。請
求項２記載の発明によると、第１コイルと第２コイルと
が並列接続されることとなり、コイル状電極の低インダ
クタンス化が達成されて、放電維持電圧が低減化され
る。この場合、両コイルを互いに逆巻きとしているの
で、両コイルによって発生する磁界の向きどうしが同じ
向きとなるので、これら両コイルが互いに悪影響を及ぼ
すことが防止される。請求項３記載の発明によると、コ
イル状電極としては、Ｎ個のコイルが並列接続され、コ
イル状電極の低インダクタンス化が達成されて、放電維
持電圧が低減化される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプラズマ処理装置
の実施の形態について、図面を参照して説明する。

【０００９】〔第１実施形態〕図１は、本発明のプラズ
マ処理装置の第１実施形態を示すもので、図において、
プラズマ処理装置は、チャンバ１を備えて構成されてい
る。チャンバ１は、機能面から、プラズマ生成空間１
Ａ、処理空間１Ｂ、搬送空間１Ｃに分類することができ
る。

【００１０】プラズマ生成空間１Ａは、互いに気密状態
に連結された、ベース１０、円筒状石英管１１、金属製
の蓋プレート１２によって画成されている。

【００１１】石英管１１は、電磁波透過性材料からなる
壁を構成しており、チャンバ外部からチャンバ内部への
電磁波を透過させ得る透過部をなしている。そして、石
英管１１の周囲には、コイル状電極１４が配置されてい
る。

【００１２】コイル状電極１４は、互いに逆向きに巻回
された第１コイル１４ａと第２コイル１４ｂから構成さ
れている。これら両コイル１４ａ、１４ｂは、同じ径の
銅パイプから同じ形状に形成されており（ただし、巻方
向のみは異なる）、互いの軸線どうしを一致させた状態
で、軸線の延在方向に隣接配置されている。両コイル１
４ａ、１４ｂは、石英管１１の外面に対して若干の所定
間隙を有した状態で、図示の例においては、それぞれ、
２ターンだけ巻回されている。これら両コイル１４ａ、
１４ｂは、支持ロッド１５および支持リング１６によっ
て支持されている挟持タイプの固定具１７により、所定
位置に支持されている。

【００１３】図２に示すように、第１および第２コイル
１４ａ、１４ｂのそれぞれ近接している側の端部４０、
４１は、接地されている。また、第１および第２コイル
１４ａ、１４ｂのそれぞれ離間している側の端部４２、
４３は、通常のマッチングボックス１８を介して、高周
波電源５０に接続されている。

【００１４】この場合、第１コイル１４ａおよび第２コ
イル１４ｂは、１本の銅パイプから曲げ形成され、パイ
プ内部に冷却水が流通されることが好ましい。しかしな
がら、個別の銅パイプから形成しても構わない。

【００１５】また、図１に示すように、蓋プレート１２
には、ほぼ中央にガス導入口１２ａが設けられている。

【００１６】さらに、ベース１０上には、上記の石英管
１１、蓋プレート１２、コイル状電極１４、等の全体を
囲む金属製ケーシング１９が配置されている。

【００１７】処理空間１Ｂは、ベース１０に対して気密
状態に連結された金属製外壁２０によって画成されてい
る。処理空間１Ｂは、プラズマ生成空間１Ａに対して、
円筒状石英管１１の軸線方向に関する直交方向に延在し
ているシャワーヘッド２１を介して、連結されている。

【００１８】シャワーヘッド２１は、厚さ方向に貫通す
る多数の整流孔（図示せず）が一様分布で開けられた石
英プレートあるいは金属プレートである。

【００１９】また、外壁２０の内面を覆うように（図示
例では、外壁２０の内面だけでなく、さらに下方に位置
する金属壁の内面をも覆うように）、石英リング２２が
配置されている。石英リング２２は、上端部に形成され
た外向きフランジ２２ａを、外壁２０の対応凹所に懸架
することにより、外壁２０上に載置されている。また、
この石英リング２２は、先のシャワーヘッド２１を載置
支持している。

【００２０】搬送空間１Ｃは、金属製外壁２０に対して
気密状態に連結された金属製容器３０によって画成され
ている。

【００２１】金属製容器３０は、先の処理空間１Ｂに対
して連接するための開口３０ａが上面に形成されている
とともに、一側部には、排気手段（図示せず）が接続さ
れている排気口３１を有している。図示していないもの
の、この金属製容器３０には、基板搬送のためのロード
ロック室（１つであっても複数であっても良い）が、例
えば側部に連結されている。

【００２２】また、搬送空間１Ｃ内には、ステージ３２
が配置されている。このステージ３２は、加熱機構を内
蔵しており所定温度に維持することができるとともに、
搬送空間１Ｃ内の搬出入位置と、処理空間１Ｂ内の処理
位置と、の間を、往復動自在に駆動され得るよう構成さ
れている。図においては、搬出入位置が２点鎖線で、処
理位置が実線で、それぞれ示されている。

【００２３】次に、上記のように構成されたプラズマ処
理装置の使用方法について、説明する。

【００２４】プラズマ処理を行うには、プラズマ形成を
行う必要がある。プラズマ形成に際しては、まず、排気
手段（図示せず）によってチャンバ１内の排気を行うと
ともに、ガス導入口１２ａから所定ガスを所定流量で導
入することにより、チャンバ１内を所定ガス圧力に維持
する。次に、コイル状電極１４に、高周波電源５０（図
２に図示）からマッチングボックス１８を介して、高周
波電力を供給する。これにより、チャンバ１内における
プラズマ生成空間１Ａ内において、プラズマ放電が形成
される。この場合、マッチングボックス１８のインピー
ダンスを自動または手動で調節することにより、プラズ
マ放電は、最適に維持される。

【００２５】プラズマ処理を行うには、処理空間１Ｂ内
への基板導入を行う必要がある。この基板導入に際して
は、まず、ステージ３２を搬送空間１Ｃ内の搬出入位置
とする。このとき、ステージ３２を所定温度に維持して
おくことが好ましい。次に、ロードロック室（図示せ
ず）から基板を搬入して、ステージ３２上に載置する。
そして、ステージ３２を図示上方に駆動して、処理位置
とする。これにより、処理空間１Ｂ内への基板導入が完
了する。

【００２６】基板のプラズマ処理は、上記のようにして
プラズマを形成した状態で、上記のようにして処理空間
１Ｂ内への基板導入を行うことにより達成される。所定
時間にわたるプラズマ処理が終了すると、基板導入と逆
手順で、基板の搬出が行われる。

【００２７】上記プラズマ処理においては、第１コイル
１４ａと第２コイル１４ｂとが並列接続されていること
により、コイル状電極１４の低インダクタンス化を達成
することができ、放電維持電圧を下げることができる。
この場合、両コイル１４ａ、１４ｂを互いに逆巻きとし
ているので、両コイル１４ａ、１４ｂによって発生する
磁界の向きどうしを、図２においてループ状矢印で示す
ように、同じ向きとすることができ、これら両コイル１
４ａ、１４ｂが互いに悪影響を及ぼすことを防止するこ
とができる。

【００２８】また、上記プラズマ処理においては、被処
理基板が、シャワーヘッド２１の整流孔（図示せず）に
よって整流されたプラズマ流またはラジカル流によりプ
ラズマ処理されるので、基板面にわたって、制御性の良
いプラズマ処理を行うことができる。

【００２９】〔実験例〕３５０ｍｍφの円筒状石英管１
１に対して、共に２ターンとされた６．３５ｍｍφ銅パ
イプ製の第１および第２コイル１４ａ、１４ｂからなる
コイル状電極１４を形成し（インダクタンスＬ＝３．０
５μＨ）、放電実験を行った。プロセス条件は、酸素ガ
ス流量：２０００ｓｃｃｍ、電源周波数：２ＭＨｚであ
り、ガス圧力をパラメータとしてプラズマ形成を行い、
放電維持電圧のピーク−ピーク値Ｖｐｐ、および、電流
のピーク−ピーク値Ｉｐｐを求めた。なお、参照実験と
して、同じく６．３５ｍｍφの銅パイプ製かつ２ターン
のコイル電極を形成し、同様の実験を行った。結果を図
３に示す。

【００３０】図３から、Ｖｐｐが約２分の１に低下する
ことが確認された。また、全電流Ｉｐｐがあまり変化し
ないことから、誘導放電を維持していると思われる。

【００３１】〔第２実施形態〕次に、本発明のプラズマ
処理装置の第２実施形態について説明する。本実施形態
が上記第１実施形態と相違するのは、コイル状電極１４
の構成のみである。他の構成は、上記第１実施形態と同
一であるのでその説明を省略する。

【００３２】本実施形態におけるコイル状電極１４は、
図４に図示されており、コイル状電極１４は、互いに同
一形状に巻回された３個のコイルが同軸配置されている
とともに軸線方向に互いにずらされて配置されて構成さ
れている。

【００３３】図４に示すように、各コイル１４の端部６
０、６１、６２は、互いに相互接続されているととも
に、マッチングボックス１８を介して、高周波電源５０
に接続されている。また、各コイル１４の端部６３、６
４、６５は、互いに相互接続されているとともに、接地
されている。しかも、端部どうしの間に位置する中間部
分では、これら３つのコイル１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ
は、互いに絶縁されている。つまり、これら３つのコイ
ル１４ｃ、１４ｄ、１４ｅは、並列接続されている。

【００３４】この場合、これら３つのコイル１４ｃ、１
４ｄ、１４ｅは、個別に、パイプ内部に冷却水を流通さ
せることで、水冷されている。

【００３５】本実施形態のプラズマ処理装置において
も、上記第１実施形態と同様に、コイル状電極１４を電
源５０に対して並列接続することにより、コイル状電極
１４の低インダクタンス化を達成することができ、放電
維持電圧を下げることができる。

【００３６】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、以下の形態とすることもできる。 ａ）コイル状電極１４の材質、寸法、ターン数、ターン
間ギャップ、巻半径、等の各種条件は、上記例示に限ら
ず、状況に応じて任意に設定することができる。ｂ）電
源周波数は、２ＭＨｚを例示したが、これに限らず、誘
導放電に適した任意の周波数（例えば数百Ｈｚ〜数百Ｍ
Ｈｚ）とすることができる。 ｃ）シャワーヘッドの整流孔は、一様分布したものに限
らず、任意の分布のものを使用することができる。 ｄ）コイルの巻方向が同じコイルを３個（１４ｃ〜１４
ｅ）使用することに代えて、２個のコイルや４個以上の
コイルを使用すること。 ｅ）コイルの巻方向が同じ複数のコイルを軸線方向にず
らして配置することに代えて、巻径の異なる複数のコイ
ルを準備して径方向にずらして配置すること。

【００３７】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、以
下の効果を奏する。請求項１記載のプラズマ処理装置に
よれば、コイル状電極を電源に対して並列接続すること
により、コイル状電極の低インダクタンス化を達成する
ことができ、放電維持電圧を下げることができる。よっ
て、装置の絶縁性確保が容易となって、装置の信頼性を
向上させることができる。請求項２記載のプラズマ処理
装置によれば、第１コイルと第２コイルとが並列接続さ
れていることにより、コイル状電極の低インダクタンス
化を達成することができ、放電維持電圧を下げることが
できる。この場合、両コイルを互いに逆巻きとしている
ので、両コイルによって発生する磁界の向きどうしを同
じ向きとすることができ、これら両コイルが互いに悪影
響を及ぼすことを防止することができる。請求項３記載
のプラズマ処理装置によれば、コイル状電極として、Ｎ
個のコイルを並列接続していることにより、コイル状電
極の低インダクタンス化を達成することができ、放電維
持電圧を下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態を
示す一部断面を含む側面図である。

【図２】 図１におけるコイル状電極の構成を概略的に
示す側面図である。

【図３】 図１のプロセス処理装置における実験結果を
示す図であって、（ａ）放電維持電圧のガス圧力依存
性、および、（ｂ）全電流のガス圧力依存性を示してい
る。

【図４】 本発明のプラズマ処理装置の第２実施形態に
おけるコイル状電極の構成を概略的に示す側面図であ
る。

【図５】 プラズマ処理装置の等価回路を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ チャンバ １Ａ プラズマ生成空間 １Ｂ 処理空間 １Ｃ 搬送空間 １１ 石英管（透過部） １４ コイル状電極 １４ａ 第１コイル １４ｂ 第２コイル １４ｃ〜１４ｅ コイル １８ マッチングボックス ２１ シャワーヘッド ３２ ステージ ４０〜４３ 端部 ５０ 電源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に対してプラズマ処理を施すための
   プラズマ処理装置であって、 電磁波透過性材料壁からなる透過部を備えて形成された
   チャンバと、 前記透過部の周囲にコイル状に巻回されたコイル状電極
   と、 該コイル状電極に交流電力を供給するための電源と、を
   具備してなり、 前記コイル状電極は、前記電源に対して並列接続された
   複数のコイルから構成されていることを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記コイル状電極は、ある巻方向に巻回された第１コイ
   ルと、該第１コイルとは逆の巻方向に巻回された第２コ
   イルと、が互いの軸線どうしを一致させかつ軸線の延在
   方向に隣接配置されて構成され、 前記第１および第２コイルのそれぞれ近接している側の
   端部と、前記第１および第２コイルのそれぞれ離間して
   いる側の端部と、の一方には前記電源が接続されるとと
   もに、他方は接地されていることを特徴とするプラズマ
   処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記コイル状電極は、互いに同一形状に巻回されたＮ個
   のコイルが同軸配置されているとともに軸線方向に互い
   にずらされて配置されて構成されていることを特徴とす
   るプラズマ処理装置。