JP2003007628A - 高周波プラズマ放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】反応生成物除外プラズマ放電の効率向上と消費
ガスの低減。 【解決手段】反応処理槽１内部に反応生成堆積物除去を
目的としてプラズマ放電管（放電管）１１を壁面貫通設
置する。放電管１１内は反応処理槽１の減圧排気により
絶縁誘電体管活性種吐出細孔２４の孔から減圧され、除
去ガス導入部８より堆積物除害処理ガスを導入し、高周
波電力を放電管用高周波電源１２より電源側整合ユニッ
ト１３を経由供給し、放電管内部にて堆積物除害ガスを
プラズマ放電しガス分解活性種を反応処理槽１内部に排
出し、堆積物を揮発性物質に分解して排気系６に排出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多大の電力を投入す
ることなく放電管内部に高密度にプラズマを発生させ、
かつ放電電離されるガスの電離分解効率を高めるため
に、放電管管軸方向区間Ｌを容易に調整できる構造に出
来ることを特徴とする高周波プラズマ放電装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高周波電力により気体を励起してプラズ
マ化し、エッチングやプラズマ気相成長（ＰＣＶＤ）あ
るいは固体分解等への利用はすでに多くの分野で産業利
用されている、中でも、プラズマ気相成長（ＰＣＶＤ）
処理は半導体製造あるいは液晶製造プロセス分野におい
て基板上へのシリコン系材料膜の形成に多く用いられて
いる。この際に反応の副生成物としてのシリコン系材料
が反応処理装置内あるいは減圧排気系管内に再結合再付
着を起し、これらの副生成物による系内への堆積は、プ
ロセスの不安定あるいはプロセス速度の低下をもたら
す。さらに近年のシリコンウェハの大口径化あるいは液
晶基板の大型化による反応処理槽あるいは排気系の大型
化にともなって、これらの堆積物の量も増加している。

【０００３】プラズマ気相成長等の反応処理装置の系に
てプロセス上形成される反応生成物の堆積は、反応処理
装置の目的から必然であって、処理対象の基板上に多く
形成されるように各種の工夫がなされているが、均一性
よく堆積膜を基板上に形成することが必然であるため
に、処理対象となる基板以外の部分にも多く堆積される
ことになる。これらの反応生成物の形成は、反応処理装
置内のプラズマ電界の弱くなっている部分、温度が低温
となっている部分、さらに構造的に遮蔽されているよう
な部分に多く堆積される。

【０００４】これらの堆積物はプロセス上処理速度の低
下等をもたらすため定期的に除去の必要があり、通常Ｎ
Ｆ３等のフッ素系ガスをプラズマ分解してフッ素ラジカ
ルを生成してこれらとシリコン系堆積物との間で化学反
応を起して揮発性のＳｉＦ４を生成して除去することが
行われていて、手法としてはフッ素系ガスを反応処理槽
内に導入して処理装置内部で既設のプラズマ放電を行っ
てフッ素ラジカルを生成する方法（図１） あるいは反
応処理槽の気体入路に別のプラズマラジカル放電機構を
設けダウンフローモードによってフッ素ラジカルを反応
処理槽に導入する方法（図２） あるいは排気系におい
ては、別のプラズマ分解装置を排気系に接続して分解す
る手法（図３）等が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】反応生成物の除去に
は、これを高速で行うためには多量のフッ素ラジカルを
必要とし、また生成されるフッ素ラジカルを効率良く堆
積物の多い部分に供給する必要がある。多くは分解によ
って炭素系生成物の形成されないＮＦ３を分解してフッ
素ラジカルを得る方法が多く用いられている。

【０００６】この処理で必要とされる条件は、第一に大
量のフッ素ラジカルを生成し、第二に生成されたフッ素
ラジカルを反応処理槽の大きな体積内に幅広く拡散さ
せ、第三にこの拡散時にできるだけラジカル再結合によ
るラジカル密度の低下損失を低減する必要があり、第四
に反応生成物堆積物との反応時には雰囲気温度を高めて
おく必要がある。

【０００７】第一の条件を達成するためにフッ素ガスを
分解するためのプラズマ生成のための高周波電力を増加
するか、あるいはプラズマ生成圧力を上昇させる必要が
ある。しかしながら第二あるいは第三の条件を達成する
ためには低圧力化にてプラズマを早く広く拡散させる必
要があり前記必要条件と矛盾が生ずる。 第四の条件は
装置として許容される部分が限られるため一般的な条件
を設定することには困難が生じる。

【０００８】通常は上記の条件のため必然的に低圧力領
域で大量のフッ素系ガスを導入して、かつ大きな電力を
用いてプラズマを形成し堆積物を除去しているのが現状
であって、ガス費用のコストアップ、クリーニングプラ
ズマ生成のための大電力電源によるコストアップが大き
な問題となっている。

【０００９】さらに最も大きな問題としては、フッ素系
ガスの大量の消費は環境負荷が大きく、未反応フッ素系
ガスの大気拡散を防止するために、必然的に排気系の終
端において熱分解等の設備を必要とすることになってい
て、消費ガス量の低減と、当該処理での電力消費の低下
は緊急の解決すべき課題となっている。

【００１０】前記従来の堆積反応生成物除害の各手法に
ついてであるが、図−１の手法では形成されるプラズマ
自体が本来基板設置電極部分において生成物堆積を行う
ために工夫されていて、高周波電界の集中部分は基板設
置電極に集中されていて、反応処理槽の他の部分には高
密度プラズマが形成しにくい構造となっているため、基
板設置電極以外の部分での堆積物除去処理の効果が少な
い。また特に排気溜まりの部分においてはほとんど効果
が得られないのが実情となっている。このためさらに低
圧条件にてプラズマ発生が必要となって、低圧化による
プラズマ密度の低下を補完するためにさらに大きなプラ
ズマ発生高周波電力の投入が必要とされることとなる。
このさらに大きなプラズマ発生高周波電力の印加は、異
常放電等の他の問題を誘引することにも繋がる問題があ
る。

【００１１】図−２の従来の手法においてはＬＦ，Ｒ
Ｆ、マイクロ波等の各種高周波を用いたリモートグロー
プラズマ源が用いられていて、この分離された放電領域
では比較的高い圧力化で集中的にプラズマを形成してフ
ッ素ガスを分解し、本放電部の下流にある低圧化の処理
反応槽へフッ素ラジカルを供給するものであるが、生成
されたフッ素ラジカルの寿命時間内に堆積物と接触反応
を起す必要性から大量のガス流量（２リッター／分以
上）を必要とすることとなり、未反応ガスの量も比較的
大きくなってフッ素系ガスの排気側終端での分解処理が
必要となる。

【００１２】図−３の従来の手法においては、反応処理
槽内部の処理は不可能であり、必然的に図−１あるいは
図−２の手法との併用となる。

【００１３】以上に示すごとく、プラズマＣＶＤ等での
処理槽内部の堆積反応生成物のプラズマ除去には効率良
く高密度のプラズマを生成し、発生するフッ素ラジカル
を堆積物と効率良く反応をおこさせ堆積物の分解収率を
向上して、使用フッ素系ガス流量を低減し、電力消費を
低下させる機能が求められる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】反応処理槽内部の堆積反
応生成物は、反応処理槽コーナー部の排気溜まり部、反
応処理槽構造物の遮蔽部分等に多く堆積することとな
る、これらの堆積物をもっとも効率よくプラズマ分解処
理するためには、当該の堆積物近傍において集中的にフ
ッ素ラジカルを供給し除去する方法が最も効率が高いも
のとなる。そのためには処理槽内部の堆積物形成の多い
部分に小型のプラズマ発生源を固定装着し、プラズマを
形成してフッ素ラジカルを供給する。

【００１５】しかしながら、処理装置は既に本来の処理
の目的のために最適化設計がなされていて、前記の堆積
反応生成物除去を目的とした第二のプラズマ発生源用電
極等の処理槽内部での形成は、本来の処理時の電界分布
変化、排気パターンの変化等を起すものであってはなら
ない。

【００１６】例えば本発明では図−４に図示したように
大型の反応処理槽内部に反応生成物除害を目的とした複
数のラジカル発生供給用プラズマ放電管（放電管）を処
理槽内部の基板処理部の外側に構成する。放電管と処理
槽との接合部分はオーリングシールによって気密が保た
れている。 この放電管は最外部が絶縁誘電体で形成さ
れていて、本来の反応処理槽での反応プラズマ形成時に
は電位的に浮遊ポテンシャルとなるような構造とし主た
るプロセス用のプラズマ電界に影響を及ぼさず、プロセ
ス上影響を与えない構造とする。

【００１７】この堆積反応生成物除去を目的とした第二
のプラズマ発生源は、生成されるラジカル密度を上げる
ために、高密度なプラズマを内部に生成する必要があ
る。また均等にラジカルを放電管外部に供給するために
放電管内部の放電管軸長Ｌに渡って均一なプラズマを形
成する必要がある。さらに効率良くガスを分解するため
には処理ガスが高周波印加電極近傍より導入されて効率
良く高周波電界内に導入される必要がある。

【００１８】高密度なプラズマを内部に生成するために
は、第一に放電管内部に強度の電界密度Ｅｄｍａｘを発
生するようにする必要がある。 電界密度Ｅｄは電力密
度Ｐｄと比例相関となるので高電界密度を得るためには
一定の高周波電力Ｐｗに対して、放電空間体積Ｖを最少
化する構成とする。また高周波電界の漏洩を少なくし
て、電界の広がりを抑制する構成としなければならな
い。さらに高周波印加電極面積Ｓｐを最少化して電力密
度Ｐｄを大きくする構成とする。 またプラズマ密度Ｄ
ｐは電力密度に比例し、また放電管内圧力Ｐｒに比例す
る。これらの関係は次式で表される。ここでｃは未定の
常数値である。 Ｅｄ＝（ｃｘＰｄ） Ｐｄ＝（ｃｘ Ｐｗ）ｘ ／ （ＳｐｘＶ） Ｄｐ＝ ｃｘ Ｐｄ ｘ Ｐｒ ＝（ｃｘ Ｐｗ ｘ Ｐｒ）／ （Ｓｐ ｘ Ｖ）

【００１９】処理槽内部に広域に存在する堆積反応生成
物を除去するためには、放電管を対象堆積物の存在する
領域に広域に渡って配置する必要がある。その際に放電
管内部放電空間体積Ｖを最少にするとともに、放電管内
部の高周波電極間の電界密度が高周波電極間の任意の位
置において均等でないと局所電界集中によって局部異常
放電の問題が生じる。また効率よく処理ガスを乖離して
ラジカルを生成するためには処理ガスがこの高周波電界
内を必ず通過する構造でなければならない。

【００１９】図−５に示した本発明での放電管の構造
は、前記のプラズマ密度Ｄｐを一定高周波電力において
最大化するために、第一に高周波印加電極に導体中空円
筒管を使用し、高周波印加導体中空円筒管の管軸中心よ
り当該管軸鉛直断面方向半径ｒの位置が管軸となりかつ
各々の管軸と前記高周波印加導体中空円筒管の管軸の角
度が均等となるように複数の対向電極用導体中空円筒管
を配置している。 さらにこれらの高周波印加導体中空
円筒管と複数の対向電極用導体中空円筒管は、管軸が平
行となるように配置している。

【００２０】高周波印加電極に導体中空円筒管を使用す
ることにより、電極面積を最少に形成できるとともに、
電界を管軸中心より放射状に均一に形成することにな
る。また複数の対向電極用導体中空円筒管は鉛直断面方
向において高周波印加導体中空円筒管軸中心から点対称
となるように配置されているため、高周波印加電極Ｅ１
と複数の対向電極Ｅ２間との間に形成される電界は、高
周波印加導体中空円筒管軸中心から点対称となる。

【００２１】前記の電極の構成は、図−６に示した如く
複数の線状の高周波電極と対向電極を鉛直断面方向には
点対称、水平線軸方向には平行に配置した形状と等価と
なるため、必要とする体積を最小化できるとともに、電
極面積を最少化できることから消費投入高周波電力を低
く押えることが可能で、かつ各々の電極対の間では均等
な電界が線軸方向に形成されることになり局所電界集中
を避けることができる。

【００２２】さらに本発明の放電管構造では電極として
導体中空円筒管を用いていて、対向電極用導体中空円筒
管には少なくとも一つ以上の処理ガス排出用孔がありか
つ排出孔は高周波印加導体中空円筒管軸方向に配置され
ていて放電管内部に導入される処理ガスは電極間の強電
界発生領域に導入される構造とし、また高周波印加導体
中空円筒管内部には冷却用液体を通過させて、高周波印
加電極の温度上昇による電極面での電離ガスの再結合の
低下を図り、発生ラジカル量の増大を行う。

【００２３】放電管内部で生成されるプラズマは一定の
インピーダンス抵抗を持った電離導体であり、この電離
導体が放電管外部の反応処理槽壁等の接地電位となる部
位に到達することによって高周波終端はこの接地電位部
位となり、プラズマは拡散しやすくなる。

【００２４】反応処理槽内部の堆積物除去やその他の目
的で当該放電管におけるプラズマを利用する場合に、高
周波接地終端を任意に制御することによって、プラズマ
の拡散状態を制御することとなり電子・イオンあるいは
ラジカルの拡散状態を積極的に制御することとなる。

【００２５】放電管内部圧力Ｐｒは、プラズマ密度を上
げるためには放電に支障のない限り高い事が理想である
が、放電管内部圧力Ｐｒと反応処理槽内圧力Ｐｃとの関
係においては差圧が大きければ大きいほど放電管部で生
成したイオン・ラジカル・準安定状態分子等の電離エッ
チング活性種の反応処理槽への移動速度は速くなり、処
理対象となる反応処理槽内堆積物との接触反応までの間
に発生するこれらの活性種の壁面衝突あるいは相互衝突
での再結合による損失が低下して、反応堆積物除去の効
率が上がる。

【００２６】本発明での放電管構造において、前記の如
く、放電管最外部管は絶縁誘電体管で構成されていて反
応処理槽での反応プラズマ形成時には電位的に浮遊ポテ
ンシャルとなるような構造とし主たるプロセス用のプラ
ズマ電界に影響を及ぼさず、プロセス上影響を与えない
構造であるが、さらに当該の絶縁誘電体管には細孔が複
数設けられていて、ラジカル発生供給用プラズマ放電管
からの活性種吐出孔となる。この構造は第一には放電管
内部圧力Ｐｒと反応処理槽内圧力Ｐｃに差圧を発生さ
せ、第二には反応処理槽内部の極度に除害対象とする堆
積物の多い領域に集中的に、または均等に放電管からの
活性種を供給することとなる。さらに第三に当該絶縁誘
電体管の存在は反応処理槽内壁接地部と放電管との間
に、インピーダンス抵抗を挿入したことと等価となって
放電管からの電流拡散が抑制されることとなり、これは
プラズマ拡散の抑制と等価である。

【００２７】本発明において、高周波接地終端を制御し
てプラズマの拡散状態を制御し電子・イオンあるいはラ
ジカルの拡散状態を積極的に制御する目的ために、高周
波整合回路において、図−７の如く放電管内部の対向電
極用導体中空円筒管は容量固定あるいは容量可変インダ
クティブコイル及びキャパシタンスコンデンサを経由し
て接地されるよう構成されていて、これらの容量を変更
することによってプラズマの拡散が制御可能となるとと
もに、高周波整合も同じに行う構成を特徴としている。

【００２８】反応処理槽の堆積物処理の内容によっては
図−８の一般的に知られている整合回路であっても問題
は無く、あるいは図−９に示した回路であっても動作上
問題は無い。

【００２９】

【実施例】以下に本発明の実施態様を図面に示す実施例
に基づき説明する。図４において減圧プラズマＣＶＤ装
置の反応処理槽１は反応処理槽減圧排気ユニット６によ
り減圧され、反応処理ガス導入部７よりＣＶＤ用処理ガ
スＳｉＨ４が供給される。反応処理プラズマ用高周波電
源５より周波数１３．５６ＭＨｚ出力１Ｋｗ電力を反応
処理プラズマ用高周波整合ユニット４を経由し高周波同
調整合を行って反応処理プラズマ形成用高周波印加電極
３に導入印加して、反応処理プラズマ形成用高周波印加
電極３と反応処理プラズマ形成用高周波対向電極２の電
極間に高周波プラズマ放電を発生し、反応処理プラズマ
形成用高周波印加電極３あるいは反応処理プラズマ形成
用高周波対向電極２に設置された基板上にポリシリコン
を成膜する反応処理装置である。

【００３０】前記プラズマＣＶＤの処理によって、反応
処理槽１内部壁面及び反応処理槽減圧排気ユニット６ま
での排気管経路内壁にＳｉＯ２の堆積物が析出する。反
応処理槽１内部の壁面側に４台の堆積物除去を目的とし
てラジカル発生供給用プラズマ放電管（放電管）１１を
反応処理槽１の壁面を貫通設置する。当該放電管１１と
反応処理槽１の接合部はオーリングシールにより気密が
保たれている。

【００３１】放電管１１は反応処理槽１を減圧排気する
ことによって、絶縁誘電体管活性種吐出細孔２４の孔か
ら減圧され、処理槽内反応生成堆積物除去ガス導入部８
より堆積物除害処理ガスとして三フッ化窒素（ＮＦ３）
を電気絶縁目的のテフロン（登録商標）配管を経由して
導入する。

【００３２】プラズマ放電管用高周波電源１２より周波
数１３．５６ＭＨｚ出力５００ｗ電力をプラズマ放電管
用電源側整合ユニット１３を経由し並列に前記４台の放
電管１１に供給し、放電管内部にて堆積物除害ガスＮＦ
３がプラズマ放電分解されてフッ素ラジカルが発生す
る。

【００３２】放電管１１内部にて発生したフッ素ラジカ
ルは絶縁誘電体管活性種吐出細孔２４を経由して圧力勾
配に沿って反応処理槽１並びに減圧排気ユニット６に供
給され反応処理槽１並びに減圧排気ユニット６の内壁に
堆積した反応生成物と接触反応してこれを揮発性のＳｉ
Ｆ４を生成して減圧排気ユニットに排気することにより
堆積反応生成物を系内より除外する。

【００３３】放電管１１に導入された高周波電力は、プ
ラズマ放電部位並びにプラズマ放電管用終端側整合ユニ
ット１４を経由して終端接地されている。終端側整合ユ
ニット１４内の可変インダクタンスあるいは可変キャパ
シタンスを調整することによって高周波電力同調整合を
取るとともに、放電管内１１から反応処理槽１へのプラ
ズマ拡散状態を必要に応じて変化させる。

【００３４】図４においては１式のプラズマ放電管用終
端側整合ユニット１４は４台の放電管１１に並列接続さ
れているが、各放電管１１のそれぞれの同調最適化を目
的として、各々の放電管の終端側に個別に接続されるこ
ともある。

【００３５】図４における放電管１１の構造を図５に基
づき説明する。放電管は反応処理槽１の反応処理槽壁２
０に設けられた放電管設置貫通用孔を通して反応処理槽
内に貫通設置されていて、放電管接続シールリング２１
の反応処理槽壁２０への固定取り付けにより反応処理槽
壁２０と放電管１１の間に取り付けられた気密シールオ
ーリング２７にて気密が保たれる。放電管１１において
この取り付け位置は放電管端絶縁体シールリング２２で
あり反応処理槽壁２０と電気的に絶縁されている。

【００３６】放電管１１の管軸中心と同一な中心軸とな
るように高周波印加導体中空円筒管１５が挿入されてい
て高周波印加電極Ｅ１となり、内部の中空部には冷却液
配管が継手を経由して接続されて高周波印加導体中空円
筒管１５は冷却される。６本の対向電極用導体中空円筒
管１８が放電管１１の管軸中心から等距離半径ｒでかつ
各々の管軸と前記高周波印加導体中空円筒管の管軸の角
度が均等となるように均等配置され、また最外部絶縁誘
電体円筒管２３が管軸中心が放電管中心と同軸となるよ
うに配置されている。さらに高周波印加導体中空円筒管
１５と全ての対向電極用導体中空円筒管１８と最外部絶
縁誘電体円筒管２３の中心軸が平行となるように設置さ
れている。これらの円筒管の配置は、放電管端絶縁体シ
ールリング２２並びにガス分岐マニホールド１７の組み
込みにより、各々の管配置位置が確実に前記配置条件と
なる。

【００３７】放電管ガスインレット１９から処理ガスが
導入されたガスがガス分岐マニホールド１７を経由して
各々の対向電極用導体中空円筒管１８内部に導入され放
電管中心軸方向に対して設けられている複数の対向電極
用導体中空円筒管ガス吐出細孔２６から放電管内部に導
入される。ガスは反応処理槽１の減圧排気に伴い、放電
管内部から最外部絶縁誘電体円筒管２３に設けられた複
数の絶縁誘電体管活性種吐出細孔２４を経由して放電管
外部に排出される。

【００３８】高周波印加導体中空円筒管１５と対向電極
用導体中空円筒管１８とは電極分離絶縁体１６により電
気的に絶縁されている。放電管端固定リング２５を放電
管の両端から締め付け高周波印加導体中空円筒管１５に
固定することによって全ての部品が固定されかつ各所に
配置された気密シールオーリング２７によって放電管１
１の気密が確保されている。

【００３９】高周波電力は放電管端固定リング２５とガ
ス分岐マニホールド１７に配線接続されて高周波印加導
体中空円筒管１５と対向電極用導体中空円筒管１８間に
供給される。

【００４０】図４における高周波電力回路について図
７、図８、図９、図１０に基づき説明する。これらの図
はプラズマ放電管用高周波電源１２、プラズマ放電管用
電源側整合ユニット１３及びプラズマ放電管用終端側整
合ユニット１４の各種の形態についてその等価回路を示
している。破線矩形は反応処理槽１を示していて通常接
地電位となっている。複数の放電管１１によるプラズマ
放電は破線矩形内に図示されている。

【００４１】図９においてｐ１０点からｐ１２点までの
回路がプラズマ放電管用電源側整合ユニット１３に相当
し、ｐ１３点からｐ１５点までの回路がプラズマ放電管
用終端側整合ユニット１４に相当する。

【００４２】ｐ１３点からｐ１５点までの回路がプラズ
マ放電管用終端側整合ユニット１４はプラズマ自体があ
る圧力、ガス種あるいはガス流量などの放電条件によっ
て可変はインピーダンス抵抗体であることからｐ１３か
らｐ１５までのプラズマ放電管用終端側整合ユニット１
４のインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣの回路常数
を変更することによってプラズマ放電における直流電流
成分を制御することとなり、プラズマからの電子の流れ
を任意の接地方向に制御することとなって、プラズマの
拡散を制御することを目的としている。

【００４３】図７は図９からの変形形態であって、プラ
ズマ放電管用電源側整合ユニット１３の回路を簡略化し
たものである。

【００４４】図１０は図９からの変形形態であるが、各
放電管の放電状況を各々の終端側整合ユニットにて個別
に制御するものである。

【００４５】図８は終端側整合ユニット１３を除外した
ものであるが、処理の内容及び放電の諸条件によっては
これを除外しても問題はない。

【００４６】ここで具体的寸法と容量などの例を示す。
反応処理槽１はアルミ合金製真空減圧直方体容器であ
りその内寸は長さ３００ミリ、幅３００ミリ、深さ２０
０ミリであり、反応処理槽壁厚は１５ミリであって電位
的に接地されている。また処理槽の４側面に４台の放電
管１１を貫通配置するための内径４９ミリの接続孔が８
箇所設けられている。反応処理プラズマ形成用高周波印
加電極３と反応処理プラズマ形成用高周波対向電極２は
外径１００ミリ厚み１０ミリのアルミ合金製で、アルミ
ナセラミック絶縁体のスタンドオフを介して反応処理槽
１内部に設置されている。高周波印加電極３には発振周
波数１３．５６ＭＨｚ、最大出力１Ｋｗ、出力インピー
ダンス５０Ωの反応処理プラズマ用高周波電源５からπ
型ＬＣ高周波同調自動整合回路を内蔵した反応処理プラ
ズマ用高周波整合ユニット４を経由して高周波が印加さ
れる構造である。 反応処理槽１内部は口径２５ミリ内
径の排気配管を経由して排気量２０００リットル／毎分
のロータリー真空ポンプである反応処理槽減圧排気ユニ
ット６により減圧される。 反応処理用ガスは反応処理
ガス導入部７から外径１１４インチＳＵＳ管を経由して
反応処理槽１に最大流量３００ｃｃ／毎分で導入され
る。

【００４７】放電管１１は全長４７７ミリ、外径４８ミ
リであり、最外部絶縁誘電体円筒管２３は全長３０６ミ
リ、外径４２ミリ、内径３５ミリのアルミナ製円管であ
り、管側面に等配ピッチ３０ミリ、円周方向に０度、９
０度、１８０度、２７０度の位置に３６個の孔径１ミリ
の絶縁誘電体管活性種吐出細孔２４が設けられている。
高周波印加導体中空円筒管は全長４７７ミリ、外径６．
３５ミリ、厚み１ミリのＳＵＳ３１６管でありまた管両
端に接続した毎分１リットル流量の冷却水が通過してい
る。６本の対向電極用導体中空円筒管１８は全長３５４
ミリ、外径６．３５ミリ、厚み１ミリのＳＵＳ３１６管
で管側面に等配ピッチ３０ミリの間隔で８個の孔径０．
５ミリの対向電極用導体中空円筒管ガス吐出細孔２６が
設けられている。

【００４８】放電管端絶縁体シールリング２２及び電極
分離絶縁体１６はアルミナ製であり、ガス分岐マニホー
ルド１７及び放電管端固定リング２５はＳＵＳ製であ
る。放電管１１内部に配置されている気密シールオーリ
ング２７はＪＩＳ規格オーリングであって材質はバイト
ン製である。放電管ガスインレット１９には外径６．３
５ミリのテフロン配管が接続されていて放電管処理用ガ
スＮＦ３またはＮ２との混合ガスが導入される

【００４９】プラズマ放電管用高周波電源１２は発振周
波数１３．５６ＭＨｚ、最大出力１Ｋｗ、出力インピー
ダンス５０Ωの高周波電源であり、電力経路内の放電管
前後にプラズマ放電管用電源側整合ユニット１３及びプ
ラズマ放電管用終端側整合ユニット１４が同軸ケーブル
を介して接続されている。

【００５０】本実施例での放電管プラズマ発生条件のテ
スト例は次のとおりである。処理槽真空度条件：８０Ｐ
ａ−１５０Ｐａ、ガス導入流量（Ｎ２，ＮＦ３及びその
混合ガス）５０ｃｃ／ｍｉｎ−３００ｃｃ／ｍｉｎ、投
入プラズマ放電管用高周波電力５０Ｗ−１０００Ｗ。ま
た前記条件で安定放電開始可能である。使用真空排気系
では、真空ポンプは排気量２０００リットル／ｍｉｎの
ロータリーポンプ，真空計はマノメータ真空計，圧力コ
ントロールは手動バタフライバルブ角コントロール方式
である。 また放電管プラズマ発生と同時に反応処理プ
ラズマ用高周波電源からも投入電力１００Ｗ−１０００
Ｗでテストを行った。

【００５１】本実施例での堆積物除外効率テスト方法は
次のとおりである。反応処理槽１の内壁コーナーの４箇
所に１センチメートル角の、シリコン基板上に厚み２ミ
クロンのポリシリコンが成膜されている試料固定設置し
てテストの前後でのエッチング膜厚量を光学式膜厚測定
器で測定し、試料片４個の平均剥離エッチング量をモニ
ターした。

【００５２】テスト条件として、第一に反応処理ガス導
入部７よりＮＦ３を１００ｃｃ／分導入し、反応処理プ
ラズマ用高周波電源５からのみ高周波電力を投入し反応
処理プラズマ単体で堆積物を除外する条件、 第二に処
理槽内反応生成堆積物除去ガス導入部８よりＮＦ３を１
００ｃｃ／分導入し、プラズマ放電管用高周波電源１２
からのみ高周波電力を投入し放電管プラズマ単体で堆積
物を除外する条件、第三に処理槽内反応生成堆積物除去
ガス導入部８よりＮＦ３を１００ｃｃ／分導入し、反応
処理プラズマ用高周波電源５及びプラズマ放電管用高周
波電源１２から同時に高周波電力を投入し堆積物を除外
する条件の３条件でのテスト結果を比較しテストを行っ
た。尚反応処理槽１の圧力は１００Ｐａとなるように圧
力調整バルブによって圧力調整を行った。またプラズマ
放電処理時間は全て３分間として行った。

【００５３】図１１に基づきテスト結果を説明する。グ
ラフのＸ軸は印加高周波電力であるが、反応処理プラズ
マ放電単体での試料片の剥離量は小さく、明らかに放電
電界が処理槽電極間に集中しているためであって試料片
の設置された反応処理槽のコーナー部には剥離のための
活性種が供給されないことと同義である。これに対し
て、放電管プラズマ単体では活性種が試料片の設置され
ている部位に充分供給されるために前記反応処理プラズ
マ単体の場合に比較して剥離量が訳５倍から６倍高くな
る。さらに反応処理プラズマ放電を６００Ｗにて固定
し、放電管プラズマを印加した場合には放電管プラズマ
単体の場合と比較してさらに約２倍の剥離量が得られ
る。この場合系全体に投入高周波電力は６００Ｗ分付加
されていることになるため、反応処理プラズマ放電を６
００Ｗ単体で行った場合の剥離量を差し引いた値を実線
にて示した。

【００５４】反応処理プラズマ放電と放電管プラズマを
同時印加した場合には剥離量が増加するが、これは放電
管プラズマからの処理槽内への導体プラズマ拡散によっ
て、反応処理プラズマが処理槽電極間から反応処理槽内
壁部に拡散しやすくなった為と考えられ、本発明の効率
の有効性が充分認められた。

【００５５】放電管１１に使用される高周波電力周波数
は、１００ＫＨｚから３ＧＨｚの範囲のものであること
もある。

【００５６】本発明の応用分野は全てのプラズマ処理を
行う分野で、エッチング，アヽソシング，洗浄，ＣＶ
Ｄ，改質処理，半導体表面処理，光ソース等である。

【００５７】本発明は前記した実施例や実施態様に限定
されず、特許請求の精神および範囲を逸脱せずに種々の
変形を含む。

【００５８】

【発明の効果】本発明による反応処理槽あるいは排気系
内部の堆積反応生成物の放電管プラズマによる除外方
法、放電管構造及び高周波電力回路の構成によって、効
率の高いプラズマによる堆積物除外が可能となる。特に
除外が必要される系内の局所部分に配置できることから
使用される処理ガス消費量が低減できる。このことは処
理ガスとして用いられるフッ素系ガス消費量が低減する
こととなって、環境負荷を大幅に低下することが可能と
なる。また放電管容積が小さく、放電管内部高周波電極
の特性から高電界なプラズマが形成できることによって
消費電力も従来に比べて大幅に低減できる。さらに本発
明の方式では従来の反応処理槽の大幅な改造を必要とせ
ずに堆積物除外が行えるため係わるコストを低減でき
る。

【００５９】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の、処理装置内部で既設の処理用プラズマ
放電を行って堆積物除外活性種を供給し反応処理槽内部
堆積反応生成物を除外する方式の全体装置概略鉛直断面
図である。

【図２】従来の、反応処理槽の処理ガス気体入路に別の
プラズマラジカル放電機構を設けダウンフローモードに
よって堆積物除外活性種を供給し反応処理槽内部堆積反
応生成物を除外する方式の全体装置概略鉛直断面図であ
る。

【図３】従来の、プラズマ分解装置を排気系に接続し
て、排気系に堆積した反応処理槽内部堆積反応生成物を
除外する方式の装置を接続した全体装置概略鉛直断面図
である。

【図４】本発明の堆積物除外方法を説明するための実施
例を含む全体装置の平面水平断面図及び鉛直断面図であ
る。

【図５】本発明の放電管方式を説明するための実施例を
含む断面図である。

【図６】本発明の放電管方式で形成される高周波電界を
説明するための説明図である。

【図７】本発明の放電管プラズマ放電高周波回路の第１
形態を説明するための実施例を含む高周波電送回路図で
ある。

【図８】本発明の放電管プラズマ放電高周波回路の第２
形態を説明するための実施例を含む高周波電送回路図で
ある。

【図９】本発明の放電管プラズマ放電高周波回路の第３
形態を説明するための実施例を含む高周波電送回路図で
ある。

【図１０】本発明の放電管プラズマ放電高周波回路の第
４形態を説明するための実施例を含む高周波電送回路図
である。

【図１１】本発明の実施例の装置での放電方法による堆
積物試料片剥離処理結果の効果を表した図である。

【符号の説明】

１…反応処理槽 ２…反応処理プラズマ形成用高周波対向電極 ３…反応処理プラズマ形成用高周波印加電極 ４…反応処理プラズマ用高周波整合ユニット ５…反応処理プラズマ用高周波電源 ６…反応処理槽 減圧排気ユニット ７…反応処理ガス導入部 ８…処理槽内反応生成堆積物除去ガス導入部 ９…反応生成物除害ダウンフローリモートプラズマ放電
モジュール １０…排気ラインガス分解モジュール １１…ラジカル発生供給用プラズマ放電管（放電管） １２…プラズマ放電管用高周波電源 １３…プラズマ放電管用電源側整合ユニット １４…プラズマ放電管用終端側整合ユニット １５…高周波印加導体中空円筒管 １６…電極分離絶縁体 １７…ガス分岐マニホールド １８…対向電極用導体中空円筒管 １９…放電管ガスインレット ２０…反応処理槽壁 ２１…放電管接続シールリング ２２…放電管端絶縁体シールリング ２３…最外部絶縁誘電体円筒管 ２４…絶縁誘電体管活性種吐出細孔 ２５…放電管端固定リング ２６…対向電極用導体中空円筒管ガス吐出細孔 ２７…気密シールオーリング ３０…電界

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電電極として少なくとも３本以上の導体
   中空円筒管をもち、かつこれらの放電電極管がプラズマ
   放電管の管軸方向に平行に配置されていて、少なくとも
   プラズマ放電管の管軸中心に必ず高周波を印加する１本
   の導体中空円筒管を配置し、当該の高周波印加導体中空
   円筒管の管軸中心より当該管軸鉛直断面方向半径ｒの位
   置が管軸となりかつ各々の管軸と前記高周波印加導体中
   空円筒管の管軸の角度が均等となるような複数の対向電
   極用導体中空円筒管が配置されかつプラズマ放電管の最
   外部に少なくとも１つの排気孔をもつ絶縁体管をプラズ
   マ放電管軸の同心円上に配置された構造を特徴とする高
   周波プラズマ放電装置。
2. 【請求項２】放電管管軸方向区間Ｌ内のどの２点をとっ
   てもその２点における内部に配置された複数の導体中空
   円筒管電極の管軸が互いに平行であることを特徴とした
   請求項第１項記載の高周波プラズマ放電装置。
3. 【請求項３】複数の対向電極用導体中空円管に少なくと
   も１つの放電ガス導入孔をもつことを特徴とした請求項
   第１項及び第２項記載の高周波プラズマ放電装置。
4. 【請求項４】高周波印加導体中空円筒管の内部に冷却を
   目的として液体冷却を行うことを特徴とした請求項第１
   項又は第２項記載の高周波プラズマ放電装置。
5. 【請求項５】高周波印加対向電極用導体中空円筒管が、
   容量固定あるいは可変のキャパシタンスコンデンサを通
   過してアースに設置されていることを特徴とした請求項
   第１項又は第２項記載の高周波プラズマ放電装置。
6. 【請求項６】高周波印加対向電極用導体中空円筒管が、
   容量固定あるいは可変のインダクターコイルを通過して
   アースに設置されていることを特徴とした請求項第１項
   又は第２項記載の高周波プラズマ放電装置。
7. 【請求項７】減圧プラズマ反応装置において、反応処理
   槽あるいは減圧排気配管内部の反応生成物の除去を目的
   として反応処理槽あるいは減圧排気配管内部に前記請求
   項第１項から第６項に記載された高周波プラズマ放電装
   置が少なくとも一つ以上設置されていることを特徴とし
   た減圧プラズマ反応装置あるいは減圧排気装置。