JP2624807B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2624807B2 JP63283636A JP28363688A JP2624807B2 JP 2624807 B2 JP2624807 B2 JP 2624807B2 JP 63283636 A JP63283636 A JP 63283636A JP 28363688 A JP28363688 A JP 28363688A JP 2624807 B2 JP2624807 B2 JP 2624807B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ処理装置に係り、特に対向した電極
に交番電圧を印加してプラズマを発生させ、該プラズマ
により被処理物を処理するのに好適なプラズマ処理装置
に関するものである。
〔従来の技術〕
対向した電極に交番電圧を印加することでプラズマを
発生させ、該プラズマを利用して被処理物、例えば、処
理室内部を洗浄処理する技術としては、例えば、特開昭
61−250185号公報、特開昭62−2619号公報、特開昭62−
76434号公報等に記載のものが知られており、例えば、
半導体素子基板等の試料をプラズマを利用してエッチン
グ,成膜等処理する技術として、例えば、特開昭63−81
927号公報、特開昭63−81915号公報、特開昭62−2619号
公報等に記載のものが知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術では、対向した電極面上における交番電
圧の位相差が及ぼすプラズマ密度への影響に対する配
慮,認識がされておらず、このため、プラズマによる被
処理物の処理速度の向上の点で、未だ解決すべき課題を
有している。
本発明の目的は、対向電極方式のプラズマ処理技術に
おいて、プラズマによる被処理物の処理速度を向上でき
るプラズマ処理装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、絶縁物でなり処理ガスが導入されるとと
もに内部が減圧排気される処理室と、処理室の外部に対
向して配置され一方は処理室の頂壁に他方は底壁にそれ
ぞれ非接触に設けられた電極と、処理室の外部の側壁に
対応して設けられ接地された導電性のカバーと、頂壁お
よび底壁にそれぞれ設けられた電極に同電位の交番電圧
を印加する電圧印加手段とを具備することにより、達成
される。
〔作用〕
処理室内は、減圧排気手段により減圧排気される。処
理室内には、処理ガス導入手段により被処理物の処理に
適した処理ガス、つまり、処理室内部の洗浄処理に適し
た処理ガスが半導体素子基板等の試料のエッチング,成
膜処理に適した処理ガスが導入され、該処理室内の圧力
は、減圧排気手段により所定の処理圧力に調節される。
一方、対向して配設された電極には、交番電圧印加手段
により交番電圧が印加され、電極面上での交番電圧の位
相差は、交番電圧位相差調節手段により25度以内に調節
される。対向して配設された電極への交番電圧の印加に
より処理室内の処理ガスはプラズマ化される。該プラズ
マを利用して被処理物は所定処理される。つまり、処理
室内部の洗浄処理や試料のエッチング,成膜処理が実施
される。この場合、対向して配設された電極面上での交
番電圧の位相差が25度以内に調節されているので、上記
プラズマの密度は大きく調節され、このため、プラズマ
を利用して処理される被処理物の処理速度が向上する。
〔実 施 例〕
以下、本発明の実施例を第1図ないし第5図により説
明する。まず、第1図および第2図によりプラズマによ
る被処理物の処理速度を向上させるための概念を説明す
る。
第1図で、処理室10内には、電極20,30が対向して配
設されている。電極20,30の形状は、この場合、平板状
である。つまり、電極軸21は、処理室10の中心軸を軸心
として処理室10の頂壁に気密に設けられている。電極軸
21の上端部は、処理室10外に突出し、その下端部は、処
理室10内に突出している。電極軸21は、電気絶縁材40に
より処理室10と電気的に絶縁されている。電極20は、電
極軸21の軸心を中心としてその下端に略平行に設けられ
ている。電極軸31は、処理室10の中心軸を軸心として処
理室10の底壁に気密に設けられている。電極軸31の上端
部は、処理室10内に突出し、その下端部は、処理室10外
に突出している。電極軸31は、電気絶縁材41により処理
室10と電気的に絶縁されている。電極30は、電極軸31の
軸心を中心としてその上端に略平行に設けられている。
電極20,30は、略同一寸法である。処理室10は、ステン
レス鋼で形成され、電極20,30および電極軸21,31は、ス
テンレス鋼やアルミニウムで形成されている。交流電
源、例えば、高周波電源50は、処理室10外に設置されて
いる。交番電圧位相差調節手段は、この場合、T型コネ
クタ60とケーブル61,62とで構成されている。ケーブル6
1,62としては、同軸ケーブルが使用される。高周波電源
50とT型コネクタ60の入力端子は、ケーブル63で接続さ
れている。T型コネクタ60の一方の出力端子と電極軸21
とは、ケーブル61で接続されている。T型コネクタ60の
他方の出力端子と電極軸31とは、ケーブル62で接続され
ている。電極20,30面上での交番電圧の位相差は、ケー
ブル61,62の長さを任意に調節することで任意の角度に
調節可能である。処理室10,高周波電源50は、それぞれ
接地されている。なお、処理室10内は、減圧排気手段
(図示省略)により減圧排気可能であり、処理室10内に
は、処理ガス導入手段(図示省略)により処理ガスが導
入される。また、処理室10内の圧力は、圧力調節手段
(図示省略)により所定の処理圧力に調節される。
第1図で、処理室10内は、減圧排気手段により減圧排
気される。一方、該処理室10内には、処理ガス導入手段
により処理ガス、この場合、洗浄処理用ガスが導入され
る。洗浄処理用ガスが導入されている処理室10内の圧力
は、圧力調節手段により所定の洗浄処理圧力に調節され
る。この状態で、高周波電源50の作動が開始され、対向
した電極20,30には、高周波電圧が印加される。これに
より、高周波グロー放電が生じ処理室10内の洗浄処理用
ガスはプラズマ化される。処理室10内部は、該プラズマ
を利用して洗浄処理される。例えば、カソード結合方式
による半導体素子基板等の試料のプラズマエッチング処
理により処理室10内壁面に付着したプラズマ重合膜の除
去が実施される。
第2図は、第1図に示す装置でのプラズマ密度と電極
20,30面上の電圧位相差との関係線図である。第2図
で、洗浄処理用ガスは、酸素ガスで、処理室10内への導
入流量は、50c.c./minである。また、高周波電源50の周
波数は13.56MHz,電源出力は、300Wである。なお、電極2
0,30面上の電圧位相差は、ケーブル61,62の長さを調節
することで調節される。
第2図で、電極20,30面上の電圧位相差が0度の場合
で、プラズマ密度は最も大きくなる。電極20,30面上の
電圧位相差が0度より大きくなるに従って、プラズマ密
度は低下する。例えば、電圧位相差が15度になると、そ
の場合のプラズマ密度は、電圧位相差が0度の場合に得
られるプラズマ密度の50%程度に低下する。
つまり、プラズマの発生中に電極20,30に電圧を印加
すると電極20,30面上にはイオンシースが形成され、シ
ース間には電界が誘起される。該電界は、電極20,30の
対向した方向に誘起され、該電界によるプラズマの封じ
込めによりプラズマ密度を増大させることができる。電
極20,30に交番電圧を印加すると誘起される電界も交番
電界となる。従って、電極20,30面上での交番電圧の位
相差を一致させることにより、誘起される電界の位相が
一致し、プラズマは効率良く封じ込められてその密度が
増大する。電極20,30面上での交番電圧の位相差を大き
くするに従って誘起される電界によるプラズマの封じ込
め効率が低下し、その密度も低下するようになる(第2
図)。なお、電圧位相差が25度以上になると、放電が不
安定となり、間欠放電あるいは放電が維持できなくなっ
てしまう。
以上のように、対向して配設された電極面上での交番
電圧の位相差を25度以内に調節することで、プラズマ密
度を増大させることができ、該プラズマを利用した処理
室内部の洗浄処理速度を増大させることができる。ま
た、処理室内部の洗浄処理速度が増大、つまり、処理室
内部の洗浄に要する時間を短縮でき、その分、装置の稼
働率,スループットを向上させることができる。
第3図は電極への電力供給方法の例を示すもので、本
図が第1図と異なる点は、第1図のT型コネクタに替え
て電圧位相調節器64を設けた点である。つまり、高周波
電源50と電圧位相調節器64の入力端子は、ケーブル63で
接続されている。電圧位相調節器64の一方の出力端子と
電極軸21とは、ケーブル61′で接続されている。電圧位
相調節器64の他方の出力端子と電極軸31とは、ケープル
62′で接続されている。なお、第2図で、その他第1図
と同一装置,部品等は、同一符号で示し説明を省略す
る。
第3図で、電極20,30面上の電圧位相差は、電圧位相
差調節器64により任意に調節される。
従って、第3図の電力供給方法によれば、第1図に比
べてさらに電極面上での電圧位相差の調節操作が容易に
なる。
第4図は、電極への電圧供給方法のさらに他の例を示
すもので、本図が第1図と異なる点は次の点である。
つまり、第4図で、処理室10外には、2台の高周波電
源51,52がそれぞれ設置されている。高周波電源51と電
極軸21とは、ケーブル62″で接続されている。高周波電
源52と電極軸31とは、ケーブル62″で接続されている。
高周波電源51,52は、それぞれ接地されている。処理室1
0外には、信号発生器65が設置されている。信号発生器6
5は、トリガー信号を発生して出力する機能を有してい
る。信号発生器65の一つの信号出力端子と高周波電源51
とは、ケーブル66で接続されている。信号発生器65の他
の信号出力端子と高周波電源52とは、ケーブル67で接続
されている。ケーブル66,67は、信号発生器65から出力
されたトリガー信号を伝送する機能を有するものであ
る。なお、第4図で、その他第1図と同一装置、部品等
は、同一符号で示し説明を省略する。
第4図で、信号発生器65からトリガー信号が発生し出
力される。出力されたトリガー信号は、ケーブル66を通
って高周波電源51に、また、ケーブル67を通って高周波
電源52にそれぞれ入力される。トリガー信号の入力によ
り高周波電源51,52では高周波電圧が発生させられてい
る。電極20,30面上での電圧位相差は、信号発生器65か
ら高周波電源51,52に入力されるトリガー信号の位相差
を任意に調節することで、任意に調節される。
従って、第4図の電極供給方法によれば、さらに各電
極にそれぞれ高周波電源が接続されているので、供給電
力を独立制御で増加することによりプラズマ密度を更に
増加させることができ、処理室内部の洗浄処理速度を更
に向上できる。
第5図は本発明の実施例を示すもので、本図が第1図
と異なる点は、次の点である。
つまり、第5図で、処理室10′外には、電極20′,3
0′が対向して配設されている。電極20′は、処理室1
0′の頂壁に対向し、該頂壁と非接触で設けられてい
る。電極30′は、処理室10′の底壁に対応し、該底壁と
非接触で設けられている。電極20′は、電極軸21′を、
また、電極30′は、電極軸31′をそれぞれ有している。
T型コネクタ60の一方の出力端子と電極軸21′とは、ケ
ーブル61で接続されている。T型コネクタ60の他方の出
力端子と電極軸31′とは、ケーブル62で接続されてい
る。電極20′,30′面上での交番電圧の位相差は、ケー
ブル61,62の長さを任意に調節することで任意の角度に
調節可能である。処理室10′が、絶縁物、例えば、石英
で形成される場合、処理室10′の外部、この場合、側壁
に対応して導電性のカバー70が設けられ、該カバー70は
接地される。なお、第5図で、減圧排気手段(圧力調節
手段を含む),処理ガス導入手段は、共に図示省略し、
また、その他第1図と同一装置,部品等は、同一符号で
示し説明を省略する。
第5図で、電極20′,30′面上での電圧位相差は、ケ
ーブル長さを調節することで25度以内に調節される。
上述のように構成、この場合、石英で形成された処理
室10′の外部に電極及び接地されたカバー70を設けるこ
とにより、処理室内で電極や処理室内壁等の金属部分と
プラズマとが接触するというようなことはなく、処理室
内部に発生させられたプラズマは絶縁材でなる処理室に
閉じ込められ直接に金属と接触することがないので、金
属汚染の恐れがない。
また、本実施例によれば、電極20′,30′の面上で位
相差25度以内の交番電圧を印加でき、電圧位相差が0
度、すなわち、同電位の交番電圧を印加することによ
り、処理室10′内に最も密度の高いプラズマを閉じ込め
ることができ、かつ接地されたカバー70によりプラズマ
電位を設定できるので、該プラズマを利用した処理室内
部の洗浄処理速度を増大、つまり処理室内部の洗浄に要
する時間を短縮でき、その分、装置の稼働率,スループ
ットを向上させることができる。
なお、本実施例においては、プラズマを利用して処理
室内部を洗浄処理する場合を例に説明したが、半導体素
子基板等の試料をプラズマを利用してエッチング,成
膜,アッシング,クリーニング処理する場合について
も、対向配設された電極面上での交番電圧の位相差を25
度以内に調節することで、プラズマ密度を増大でき試料
の処理速度を向上させることができる。また、試料の処
理速度の向上によりスループットを向上させることがで
きる。
また、電極への電力供給方法も第3図または第4図の
ように変更可能である。
また、本実施例では、電極の形状は平板であるが、こ
れに限定されるものではなく、例えば、わん曲状のもの
であっても良い。
また、本実施例の他に交番電界と磁場との作用により
プラズマ生成させるタイプのものにも同様に適用するこ
とができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、対向した電極面上における交番電圧
の位相差調節によりプラズマ密度を増大できるので、プ
ラズマによる被処理物の処理速度を向上できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のプラズマ処理における概念を説明する
ためのプラズマ処理装置の縦断面図、第2図は第1図の
装置でのプラズマ密度と電極面上の電圧位相差との関係
を示す線図、第3図および第4図は電極への電力供給方
法の他の例を示すプラズマ処理装置の縦断面図、第5図
は本発明の実施例のプラズマ処理装置を示す縦断面図で
ある。 10……処理室、20,30……電極、50……高周波電源、60
……T型コネクタ、61,62……ケーブル

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁物でなり処理ガスが導入されるととも
    に内部が減圧排気される処理室と、前記処理室の外部に
    対向して配置され一方は前記処理室の頂壁に他方は底壁
    にそれぞれ非接触に設けられた電極と、前記処理室の外
    部の側壁に対応して設けられ接地された導電性のカバー
    と、前記頂壁および底壁にそれぞれ設けられた電極に同
    電位の交番電圧を印加する電圧印加手段とを具備するこ
    とを特徴とするプラズマ処理装置。
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