JP3418590B2 - 均一電界分布型プラズマ処理装置 - Google Patents
均一電界分布型プラズマ処理装置Info
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Description
CVD、液晶パネル、太陽電池、プラズマアッシャー、
エッチングなどに用いる(高周波合成装置型)均一電界
分布型プラズマ処理装置に関する。
ル、太陽電池、プラズマアッシャー、エッチングなどに
おいて、高周波プラズマが現在一般的に使用されてい
る。最近半導体ウェーファーの大型化や大面積化の要求
が高まっており、これに対応するプラズマ処理装置が求
められている。大面積ウェーファーの表面処理において
は、ウェーファー面上のプラズマの電子密度が均一であ
ることが望ましく、そのためにはウェーファー面上の電
磁界強度の分布を均一にする(電極の電圧分布の均一化
といい換えてもよい)ことが必要とされる。
ズマ処理では、ウェーファー面上のプラズマの電子密度
およびその分布の均一化の問題を克服する努力がなされ
ている。その一例としてはマイクロ波帯では異なるモー
ドの電磁界の組み合わせ(TE11とTM01)を用いる方
法などが提案されているが、プラズマの電子密度および
その分布の均一化に対して、他の周波数帯にも適用可能
な、より効果的な別法が求められているのが現状であ
る。
鑑みて提案されたもので、大面積のウェーファー面上に
おけるプラズマの電子密度およびその分布の均一化を図
るために、ウェーファー面上の電磁界分布を均一化する
手段として、均一電界分布型プラズマ処理装置を提供す
ることを目的とする。
めの本発明は、平板電極の中心または周辺部より高周波
電力を給電する高周波を用いるプラズマ処理装置におい
て、該平板電極の周囲に複数個の素子を前記給電とは別
に配置してそれぞれの一端を該平板電極に電気的に接続
し、該各素子のインピーダンスの値を該平板電極の電界
分布が均一になるように選定することにより、大きな面
積のプラズマ処理を均一に行うことを特徴とする均一電
界分布型プラズマ処理装置である。
は、プラズマ発生用チャンバーの平板電極に電気的に接
続された複数個の素子のインピーダンスを最適な値に選
ぶことにより、ウェーファー面上の電磁界分布を均一化
するものである。本発明はさらに、周波数の異なる複数
の高周波電源を用いることもでき、その場合は、複数個
の素子のインピーダンスを電極の電界分布が均一になる
ようにそれぞれの高周波電力の周波数に対応して最適な
値に選ぶことにより、ウェーファー面上の電磁界分布を
均一化するものである。
周波数およびその奇数倍附近の周波数を選ぶことも有効
であり、また、電極に電気的に接続された素子のリアク
タンスを複数の異なる周波数に対応した調整可能な機構
とすることも有効である。すなわち、各素子のインピー
ダンスを複数の異なる周波数に対応した可変リアクタン
スによって調整することもできる。あるいはまた、各周
波数に対応した分波器を設けることにより各周波数の干
渉が発生し難いプラズマ処理装置となる。分波器を設け
る場合の位置は各素子の高周波電源側である。
装置の概略説明図で、処理装置の電極にインピーダンス
Zi(Z1〜Z6の例)を接続し、励振した説明図であ
る。これによって本発明の技術的内容を具体的に説明す
る。図1において、10は平板電極、11は高周波電力
源、Zsは電源素子Sのインピーダンスである。
個、図示例では6個(一般的にはN個)の素子1〜6を
配置して、それぞれ電極10に電気的に接続している。
各素子1〜6のインピーダンスをそれぞれZ1〜Z6{一
般的には、Zi(i=1〜N)}とする。簡単のために
電力源は1個(11)とし、電源のインピーダンスをZ
sとする。この素子1〜6を適当に配置し、そのインピ
ーダンスZiの値を適当に設定すると、電極10におけ
る電位分布すなわち電界分布が変わる。
子1〜6を入れないと、高周波の波長に比して比較的大
きな電極になると電極周辺の電位が高くなり、中心部の
電位が低くなったり、電極の電力フィーダー部分の電位
が低く、電極の先端部分が高電位になる高周波の定在波
が生じたり、また長手方向(X方向とする)と横方向
(Y方向とする)とが共振条件が異なったりして電位分
布の平均化が非常に難しくなる。
れた適当なインピーダンスの値を持った素子を電極周辺
に適当に配置し電極へ電気的に接続することにより、安
定的に電極の共振条件が得られて、電極の電位分布が平
坦に近づき、電界分布の平坦化を図ることができる。
に加える場合は、電極の周辺に取り付けるインピーダン
ス素子を複数の周波数に対しそれぞれ適当な値となるよ
うなインダクタンスL、キャパシタンスCおよびR(R
はなくてもよい)の構成にすれば、それぞれの周波数の
定在波(共振波)の位相関係が選択できるので電極の電
位分布がより平坦化される。
図2は40MHzの場合の電極面の距離に対する電圧分
布図であるが、一般に波長をλ[m]、電極の中心位置
の電圧をV0 とすれば、中心から距離dにおける電位分
布Vは次の式で表される。 V/V0 =√〔{1+cos(4πd/λ)}/2〕
Hzとすれば、波長λ=7.5mであるので電極の先端
d=0.5では、 V/V0 =√〔{1+cos(4π×0.5/7.
5)}/2〕=0.914 となり、電位分布は約10%以内の平坦化が成り立つ。
い、f1波の振幅1に対しf2波の振幅mと位相θを最適
の値に選ぶと次の式から距離dにおける電位Vが求めら
れる。 [1+m×√〔{1+cosθ}/2〕]×V/V0=
√〔{1+cos(4πd/λ1)}/2〕+m×√
〔{1+cos(4πd/λ2+θ)}/2〕
0MHzの2波を用い、θ=1.1π、振幅m=0.0
97とした場合を図3に示した。この図から電位分布は
約1.5%以内の平坦化が成り立つことがわかる。
に示したように複数個のインピーダンス素子を接続し電
位分布の平坦化を図る。しかもプラズマ発生の場合、高
周波電力の周波数を高くすることによりプラズマの励起
が容易にでき、電子温度を高くしないで高いプラズマ密
度が得られる。具体的には約1012/cm3程度の高密
度が得られる。
単に「3波」と表す、同様に「2波」、「1波」を使用
する)を加えるとさらに電圧分布を平坦化することがで
きる。電圧分布の平坦化をさらに良好にする方法とし
て、ある基本周波数およびその奇数倍の周波数附近の周
波数を用いる方法がある。その理由を以下に説明する。
を軸として一次元で取り扱うことにする。図4に示すよ
うにステップ状の電圧分布Vを考える。 V(x)=V0 (│x│≦a) V(x)=0 (│x│>a)
式が得られる。 V(x)=4V0/πcos(πx/2a)−(1/
3)cos(3πx/2a)+(1/5)cos(5π
x/2a)−(1/7)cos(7πx/2a)‥‥‥
数およびその奇数倍の周波数の波形を合成することによ
り形成されることを示している。
よび5倍附近の周波数の高周波電力を、位相および振幅
を最適化して合成すればよい。この位相条件の設定に本
発明の方法によるインピーダンス素子が有効となる。ま
た、複数個の異なる周波数に対応した可変リアクタンス
を、インピーダンス素子の調整可能な機構として電極に
電気的に接続すると調整が容易になる。さらに、複数個
の異なる周波数に対応した分波器(ローパスフィルタま
たはバンドパスフィルタなど)を高周波電源側に設けれ
ば、その相互の干渉を低減することにより安定した動作
が期待できる。
周波電力(3波)を加えるとさらに電圧分布の平坦化が
得られるが、この場合のインピーダンスの選定には十分
注意する必要がある。特に高い周波数におけるインピー
ダンスの値はストレーキャパシタンス(浮遊容量)やス
トレーインダクタンス等の注意を要する。
の例を以下に示す。加える高周波電力が1波の場合はキ
ャパシタンスCまたはインダクタンスLで十分である
が、キャパシタンスCが一般的である。2波の場合はL
とCの直並列回路を用いる。2波の場合の例を図5およ
び図6に示す。また、3波の場合を図7に示す。図5に
おいてC1、L1は周波数f1用回路、C2、L2は周波数
f2用回路を示し、図6においてC3、L3は周波数f1用
回路、C4、L4は 周波数f2用回路を示す。図7はそれ
ぞれ3波の周波数f1、f2およびf3用回路を示す。図
7において、C1、L1は周波数f1用回路、C2、L2は
周波数f2用回路、C3、L3は周波数f3用回路を示す。
合よりもさらに電圧分布の平坦化が得られる。さらに電
圧分布の平坦化を良好にする方法として、前記のよう
に、ある基本周波数およびその奇数倍の周波数附近の周
波数を用いる方法を適用することができる。すなわち、
実際には基本周波数およびその3倍附近および5倍附近
の周波数の高周波電力を位相および振幅を最適化して合
成すればよい。この位相条件の設定に本発明の方法によ
るインピーダンス素子が有効となる。
置は上記の構成であるから、プラズマチャンバー内の電
極の周辺に複数個の素子を配置し、これを電極に電気的
に接続し、それらのインピーダンスを最適な値に選ぶと
いう本発明の方法により、大面積の電極の電界分布の均
一化を図ることができる。これにより大面積のウェーフ
ァー面のプラズマ処理に重要な電子密度を均一化するこ
とができるので、プラズマ処理の高品質化、効率化に寄
与するところ極めて大である。
分布図
Claims (6)
- 【請求項1】 平板電極の中心または周辺部より高周波
電力を給電する高周波を用いるプラズマ処理装置におい
て、該平板電極の周囲に複数個の素子を前記給電とは別
に配置してそれぞれの一端を該平板電極に電気的に接続
し、該各素子のインピーダンスの値を該平板電極の電界
分布が均一になるように選定することにより、大きな面
積のプラズマ処理を均一に行うことを特徴とする均一電
界分布型プラズマ処理装置。 - 【請求項2】 各素子の他端を接地した請求項1記載の
均一電界分布型プラズマ処理装置。 - 【請求項3】 給電する高周波電力を周波数の異なった
複数の高周波電力とし、各素子のインピーダンスの値
を、該平板電極の電界分布が均一になるようにそれぞれ
の高周波電力の周波数に対応して最適な値にした請求項
1又は請求項2記載の均一電界分布型プラズマ処理装
置。 - 【請求項4】 複数の高周波電力の周波数として、基本
周波数およびその奇数倍附近の周波数を用いる請求項3
記載の均一電界分布型プラズマ処理装置。 - 【請求項5】 各素子のインピーダンスを複数の異なる
周波数に対応した可変リアクタンスにより調整する請求
項3記載の均一電界分布型プラズマ処理装置。 - 【請求項6】 複数の異なる周波数に対応した分波器を
該平板電極と高周波電力の給電源との間に配設すること
により、その相互の干渉を低減した請求項3記載の均一
電界分布型プラズマ装置。
Priority Applications (1)
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JP2000144791A JP3418590B2 (ja) | 2000-05-17 | 2000-05-17 | 均一電界分布型プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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ID=18651391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3872741B2 (ja) * | 2002-10-01 | 2007-01-24 | 三菱重工業株式会社 | プラズマ化学蒸着装置 |
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-
2000
- 2000-05-17 JP JP2000144791A patent/JP3418590B2/ja not_active Expired - Lifetime
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