JP2007123008A - プラズマ生成方法及び装置並びにプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成装置であって、プラズマ発生室内に設置する高周波アンテナの本数に応じた高密度プラズマを発生させることができるプラズマ生成方法及び装置並びにプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナ２を設置し、高周波電力供給装置（電源４、マッチングボックス３等）から供給される高周波電力をアンテナ２から室内ガスに印加して誘導結合型プラズマを発生させる。アンテナ２は、順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置される。高周波電力供給装置は、各アンテナ２にそれらアンテナ２の同じ側から高周波電力を供給する。
【選択図】図２

Description

本発明はガスプラズマを生成させるプラズマ生成方法及び装置並びにかかるプラズマ生成装置を利用したプラズマ処理装置、すなわち、被処理物にプラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置に関する。

プラズマは、例えば、プラズマのもとで膜形成するプラズマＣＶＤ方法及び装置、プラズマのもとでスパッタターゲットをスパッタリングして膜形成する方法及び装置、プラズマのもとでエッチングを行うプラズマエッチング方法及び装置、プラズマからイオンを引き出してイオン注入やイオンドーピングを行う方法及び装置等に利用され、さらには、そのような方法や装置を利用して各種半導体デバイス（例えば液晶表示装置等に利用される薄膜トランジスタ）或いはそれ用の材料基板等を製造する装置などのように、プラズマを利用する各種装置に利用される。

プラズマ生成方法及び装置としては、例えば、容量結合型プラズマを生成するもの、誘導結合型プラズマを生成するもの、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを生成するもの、マイクロ波プラズマを生成するものなど、種々のタイプのものが知られている。

これらのうち、誘導結合型プラズマを生成するプラズマ生成装置は、プラズマ生成室内にできるだけ高密度で均一なプラズマを得るために、プラズマ生成室に対し高周波アンテナを設け、該高周波アンテナから該室内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを生成するものである。さらに言えば、高周波アンテナに高周波電力を供給することでプラズマ生成室内に誘導電磁界を発生させ、該誘導電磁界の作用で誘導結合型プラズマを生成するものである。

かかる高周波アンテナは、プラズマ生成室外に配置されることもあるが、投入される高周波電力の利用効率を向上させる等のために、プラズマ生成室内に配置することも提案されている。

例えば、特開２００４−２００２３３号公報には、高周波アンテナをプラズマ生成室内に設けるとともに、プラズマ密度分布の均一化及びプラズマ密度の向上ために、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを、それらが同一平面に位置するように順次直列的に配置し、隣り合うアンテナにおいて隣り合う電極同士を同一極性とすることが記載されている。

特開２００４−２００２３３号公報

しかしながら、高周波アンテナをプラズマ生成室内に設ける場合において、複数本の高周波アンテナをプラズマ生成室内に配置すると、それだけ高密度プラズマを生成させることができるものの、特開２００４−２００２３３号公報に記載されているように、複数本のアンテナを、それらが同一平面に位置するように順次直列的に配置すると、複数本アンテナを採用している割りには磁束密度を大きくすることはできず、プラズマ密度を高めることができない。

そこで本発明は、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内ガスに高周波電力を印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成方法であって、採用する高周波アンテナの本数に応じた高密度プラズマを発生させることができるプラズマ生成方法を提供することを第１の課題とする。

また本発明は、プラズマ生成室、該室内に設置された複数本の高周波アンテナ及び該高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給装置を有し、該高周波電力供給装置から供給される高周波電力を該高周波アンテナから該プラズマ生成室内ガスに印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成装置であって、採用する高周波アンテナの本数に応じた高密度プラズマを発生させることができるプラズマ生成装置を提供することを第２の課題とする。

また本発明は、被処理物に対する目的とする処理を、高密度プラズマのもとで速く行えるプラズマ処理装置を提供することを第３の課題とする。

本発明者はかかる課題を解決するため研究を重ね、次のことを知見するに至った。
すなわち、プラズマ生成室内に高周波アンテナを複数本設置して誘導結合プラズマを生成させる場合、該複数本の高周波アンテナは各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置するとともに、各高周波アンテナに同じ方向に電流が流れるように、各アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給すれば、それら複数本の高周波アンテナにみあった密度の磁束を発生させることができ、それにより、複数本の高周波アンテナにみあった高密度プラズマを得ることができる。

かかる知見に基づき本発明は、前記第１の課題を解決するため、
プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内ガスに高周波電力を印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成方法であり、該複数本の高周波アンテナのうち少なくとも一部の複数本の高周波アンテナについては、順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置するとともに該各高周波アンテナに同じ方向に電流が流れるように、それら高周波アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給するプラズマ生成方法を提供する。

また前記第２の課題を解決するため、
プラズマ生成室、該室内に設置された複数本の高周波アンテナ及び該高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給装置を有し、該高周波電力供給装置から供給される高周波電力を該高周波アンテナから該プラズマ生成室内ガスに印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成装置であり、該複数本の高周波アンテナのうち少なくとも一部の複数本の高周波アンテナについては、順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置されているとともに、該高周波電力供給装置は、前記順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置された各高周波アンテナに同じ方向に電流が流れるように、それら高周波アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給するプラズマ生成装置を提供する。

本発明に係るプラズマ生成方法及び装置によると、プラズマ生成室内に設置される複数の高周波アンテナのうち少なくとも一部の複数本の高周波アンテナについては、順次隣り合うように、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置され、それら高周波アンテナには、各高周波アンテナに同じ方向に電流が流れるように、同じ側のアンテナ端部から高周波電力が供給されるから、それら複数本の高周波アンテナにみあった高密度の磁束を発生させることができ、それにより、該複数本の高周波アンテナにみあった高密度プラズマを得ることができる。

本発明に係るプラズマ生成方法及び装置における高周波アンテナとしては、周回しないで終端する２次元構造アンテナ（平面的構造のアンテナ）を例示できる。例えば線状或いは帯状の導体を曲げてなる（例えばＵ字状或いはコの状等に曲げてなる）アンテナを例示できる。

本発明に係るプラズマ生成方法及び装置において、高周波アンテナについて「順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置」における「各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置」の状態は、隣り合うアンテナ同士が同じ平面或いは略同じ平面上に順次直列的に隣り合うように配置されているような状態を指すのではなく、隣り合うアンテナが、互いに異なり、互いに並行又は略並行な面にそれぞれ配置されて互いに向かい合って並行又は略並行に配置されている状態を指し、若干ずれて向かい合っていても、発明の効果を達成できるのであればかまわない。

また、本発明に係るプラズマ生成方法及び装置においては、プラズマ生成室内に設置される複数本の高周波アンテナの全部について、順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置するとともに、該各高周波アンテナに同じ方向に電流が流れるように、それら高周波アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給してもよい（プラズマ生成装置の場合は前記高周波電力供給装置からそのように高周波電力を供給してもよい）。

また、本発明に係るプラズマ生成方法及び装置においては、プラズマ生成室内に設置される複数本の高周波アンテナを複数のグループに分け、該複数グループのうち、複数本の高周波アンテナを含むグループのうちの全部又は全部より少ない複数のグループのそれぞれにおいて、高周波アンテナを順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置するとともに、該各高周波アンテナに同じ方向に電流が流れるように、それら高周波アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給してもよい（プラズマ生成装置の場合は前記高周波電力供給装置からそのように高周波電力を供給してもよい）。

本発明に係るプラズマ生成方法では、複数本の高周波アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給するために、該同じ側のアンテナ端部に接続された、該複数のアンテナに共通のブスバーを採用し、例えば、該ブスバーにマッチングボックスを介して高周波電源から高周波電力を供給するようにしてもよい。

同様に、本発明に係るプラズマ生成装置では、前記高周波電力供給装置は、複数本の高周波アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給するために、該同じ側のアンテナ端部に接続された、該複数のアンテナに共通のブスバーを含んでいてもよい。例えば、該ブスバーにマッチングボックスを介して高周波電源を接続し、高周波電力供給装置は、これらブスバー、マッチングボックス及び高周波電源を含むものとすることができる。

本発明はまた、前記第３の課題を解決するため、被処理物にプラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置であって、本発明に係るプラズマ生成装置を含むプラズマ処理装置を提供する。

本発明に係るプラズマ処理装置は、本発明に係るプラズマ生成装置を利用したものであり、プラズマは、採用する高周波アンテナの本数に応じた高密度なものとなるので、それだけ、被処理物等のプラズマによる処理を速く行える。

かかるプラズマ処理装置の例として、プラズマＣＶＤ装置、プラズマのもとでスパッタターゲットをスパッタリングして膜形成する装置、プラズマによるエッチング装置、プラズマからイオンを引き出してイオン注入やイオンドーピングを行う装置、さらには、そのような装置を利用して各種半導体デバイス（例えば液晶表示装置等に利用される薄膜トランジスタ）或いはそれ用の材料基板等を製造する装置などのように、プラズマを利用する各種装置を例示できる。

以上説明したように本発明によると、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内ガスに高周波電力を印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成方法であって、採用する高周波アンテナの本数に応じた高密度プラズマを発生させることができるプラズマ生成方法を提供することができる。

また本発明によると、プラズマ生成室、該室内に設置された複数本の高周波アンテナ及び該高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給装置を有し、該高周波電力供給装置から供給される高周波電力を該高周波アンテナから該プラズマ生成室内ガスに印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成装置であって、採用する高周波アンテナの本数に応じた高密度プラズマを発生させることができるプラズマ生成装置を提供することができる。

また本発明によると、被処理物に対する目的とする処理を、高密度プラズマのもとで速く行えるプラズマ処理装置を提供することができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係るプラズマ生成装置の１例を示している。図２は図１のプラズマ生成装置における高周波アンテナ等を抽出して示す斜視図である。

図１のプラズマ生成装置は、プラズマ生成室１を備えている。プラズマ生成室１の天井壁１１から室内へ複数本の高周波アンテナ２が挿入設置されている。各高周波アンテナは絶縁性部材２０で被覆されており、該部材２０ごと室天井壁１１に設けた絶縁性部材１０に挿通されている。

各アンテナ２は、本例では同じ大きさのＵ字形状のもの或いはコの字形状のものとも言えるものであり、順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合うように並列配置されている。
各アンテナ２の室天井壁１１から室外へ突出した部分２１、２１’のうち一方の部分２１は、各アンテナ２に共通の給電ブスバー２２に接続されており、ブスバー２２はマッチングボックス３を介して高周波電源４に接続されている。

図１及び図２に示す例では、室１内の各向かい合って隣り合うアンテナ２への高周波電力供給は、各隣り合うアンテナ２同士において極性が同じになるように、換言すれば、両アンテナ２への電力供給が同方向となるように、さらに換言すれば、両アンテナ２に同じ方向に電流が流れるように、各アンテナ２の同じ側の突出部分２１に対して行われる。

各アンテナ２は導電性管体からなり、図示省略の冷媒循環装置にて冷却媒体（例えば冷却水）を各アンテナに流してアンテナを冷却できるようになっている。

アンテナを構成している導電性管体は、本例では銅製の断面円形管である。しかし、それに限定される必要はなく、アルミニウム等の他の導電性材料からなる管体でもよい。また、アンテナは管体で形成される必要はなく、例えば、銅、アルミニウム等の導電性材料からなる、断面円形等の棒体から形成されてもよい。

アンテナ２を被覆している絶縁性管は、本例では石英管であるが、それに限定される必要はなく、アルミナ等の他の絶縁性材料からなる管体でもよい。また、絶縁性部材２０は管体で形成される必要はなく、絶縁性材料をアンテナ２にコーティングして形成したものでもよい。

図１のプラズマ生成装置は、さらに、プラズマ生成室１内へ所定のガスを導入するガス導入部Ｇ及び室内から排気して室内を所定のプラズマ生成圧に設定するための排気装置５を備えている。

以上説明したプラズマ生成装置によると、排気装置５にてプラズマ生成室１から排気し、室内を所定のプラズマ生成圧より低圧まで減圧し、次いでガス導入部Ｇから室１内へ所定のガスを導入するとともに排気装置５にて室内を所定のプラズマ生成圧に設定、維持しつつ、電源４からマンチングボックス３及び給電ブスバー２２を介して、各アンテナ２へそれぞれ高周波電力を供給することで、室１内に誘導結合プラズマを生成させることができる。

このとき、これら複数本のアンテナ２は、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置されているとともに、各高周波アンテナ２に同じ方向に電流が流れるように、各アンテナに同じ側のアンテナ端部２１から高周波電力が供給されるので、それら複数本の高周波アンテナにみあった高密度の磁束を発生させることができ、それにより、複数本の高周波アンテナにみあった高密度プラズマを得ることができる。

以上説明したプラズマ生成装置は、これを利用して各種プラズマ処理装置を提供できる。例えば、プラズマＣＶＤ装置、プラズマのもとでスパッタターゲットをスパッタリングして膜形成する装置、プラズマによるエッチング装置、プラズマからイオンを引き出してイオン注入やイオンドーピングを行う装置、さらには、そのような装置を利用して各種半導体デバイス（例えば液晶表示装置等に利用される薄膜トランジスタ）或いはそれ用の材料基板等を製造する装置などを提供できる。

図３は、図１に示すプラズマ生成装置を利用したプラズマＣＶＤ装置の１例を示している。図３のプラズマＣＶＤ装置は、図１のプラズマ生成装置において、プラズマ生成室１に成膜室を兼ねさせ、室１内に被成膜基板Ｓのホルダ６（ヒータ６１を内蔵）を配置し、ガス導入部として、ガス導入管７、８を採用し、管７にはモノシランガス供給装置７０を、管８には水素ガス供給装置８０を接続したもので、基板Ｓにシリコン薄膜を形成できる。

図３において、図１、図２に示す装置における部分、部品等と実質上同じ部分、部品等には図１、図２と同じ参照符号を付してある。

本発明は、プラズマのもとで被処理物に目的とする処理を施す各種分野において利用できる。

本発明に係るプラズマ生成装置の１例を示す図である。 図１のプラズマ生成装置における高周波アンテナ等を抽出して示す斜視図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の１例（プラズマＣＶＤ装置）を示す図である。

符号の説明

１ プラズマ生成室
１１ 室１の天井壁
２ 高周波アンテナ
２０ 絶縁性部材
１０ 絶縁性部材
２１、２１’ アンテナ２の室外突出部分
２２ 給電ブスバー
３ マッチングボックス
４ 高周波電源
５ 排気装置
６ 基板ホルダ
６１ ヒータ
Ｇ ガス導入部
７、８ ガス導入管
７０ モノシランガス供給装置
８０ 水素ガス供給装置

Claims (5)

1. プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内ガスに高周波電力を印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成方法であり、該複数本の高周波アンテナのうち少なくとも一部の複数本の高周波アンテナについては、順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置するとともに該各高周波アンテナに同じ方向に電流が流れるように、それら高周波アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給することを特徴とするプラズマ生成方法。
2. 前記順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置する各高周波アンテナは２次元構造アンテナである請求項１記載のプラズマ生成装置。
3. プラズマ生成室、該室内に設置された複数本の高周波アンテナ及び該高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給装置を有し、該高周波電力供給装置から供給される高周波電力を該高周波アンテナから該プラズマ生成室内ガスに印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成装置であり、該複数本の高周波アンテナのうち少なくとも一部の複数本の高周波アンテナについては、順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置されているとともに、該高周波電力供給装置は、前記順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置された各高周波アンテナに同じ方向に電流が流れるように、それら高周波アンテナに同じ側のアンテナ端部から高周波電力を供給することを特徴とするプラズマ生成装置。
4. 前記順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置された各高周波アンテナは２次元構造アンテナである請求項３記載のプラズマ生成装置。
5. 被処理物にプラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置であって、請求項３又は４記載のプラズマ生成装置を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。