JP3907425B2 - 誘導結合プラズマ処理装置 - Google Patents
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハやガラス基板等に対しエッチング、アッシング、ＣＶＤ処理、イオン注入処理等を行う誘導結合プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波を印加することで発生するプラズマには容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）と誘導結合型プラズマ（ＩCＰ：Inductively Coupled Plasma）とがある。上記容量結合型プラズマは基板にダメージを与えるため、誘導結合型プラズマの方が好ましいことが判明しており、この誘導結合型プラズマを主に発生させるプラズマ処理装置として、コイル電極を用いたものが多く使われている。
【０００３】
また、コイル電極を用いたプラズマ処理装置からも一部、容量結合型プラズマは発生するため、これを抑制する技術として特開平８−５０９９６号公報では、コイル電極（アンテナ）とプラズマ処理チャンバーとの間にファラデーシールドを配置し、コイル電極の軸方向電場を電気的に短絡して容量結合型プラズマを抑制する方法を開示している。
【０００４】
さらに、特開平１１−１８５９９５号公報では、ファラデーシールドの形をプラズマ処理用チャンバーの周方向に沿って配設される複数の短冊状導電体とすることにより、ファラデーシールド内に電気的閉ループが形成されることを防止してプラズマの発生効率を上げている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構造において、ファラデーシールドの切り欠き部の幅が狭すぎると短絡が生じ、ファラデーシールド内に実質的に電気的閉ループが形成されるため、電力損失が起きてプラズマの着火性が悪くなる。
また、プラズマの着火時に生じる高電圧の影響により、電極コイルを支持している絶縁材が燃えてしまうことがあった。
【０００６】
一方、ファラデーシールドの切り欠き部の幅を広くとると、プラズマの着火性は向上するが、容量結合型プラズマの発生割合が大きくなるためウェーハにダメージを与える可能性が増加する。
【０００７】
本発明の目的は、プラズマの着火性の改善と容量結合型プラズマ発生の抑制とを同時に可能にするファラデーシールドを備えた誘導結合プラズマ処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の誘導結合プラズマ処理装置は、プラズマ処理用チャンバーと、このプラズマ処理用チャンバーの周囲に設けられたコイル電極と、このコイル電極とプラズマ処理用チャンバーとの間に配置されたファラデーシールドを備えた誘導結合プラズマ処理装置であって、前記ファラデーシールドは、プラズマ処理用チャンバーの周方向に沿って配設された複数の縦長の切り欠き部を有し、さらに、この切り欠き部によって露出したプラズマ処理用チャンバー面と前記コイル電極との間に、誘電体が挿入され、これにより前記ファラデーシールドとコイル電極との間にキャパシタンスが形成される構成とした。
【０００９】
誘電体はポリテトラフルオロエチレン製のブロック体などが好ましい。また、前記コイル電極はプラズマ処理用チャンバーの周りに例えば３周程度巻回し、その場合には前記誘電体が、少なくとも高周波の給電口から１周目または２周目の前記コイル電極とプラズマ処理用チャンバーとの間に挿入されているのがよい。
【００１０】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで図１は本発明に係る誘導結合プラズマ処理装置の一例を示す断面図、図２は図１のA−A方向断面図である。
【００１１】
誘導結合プラズマ処理装置は、反応性ガスを導入するためのフランジを備えた天板１がプラズマ処理用チャンバー２の上部に取り付けられている。ここでチャンバー２は石英、アルミナセラミックス等で製造されている。そしてチャンバー２の周囲にはコイル電極３が３周巻回され、チャンバー２とコイル電極３との間に、アルミニウム合金製あるいはステンレス製のファラデーシールド４が配置されている。
【００１２】
また、チャンバー２の底部にはウェーハ等の被処理物Ｗを載置して昇降させるテーブル５が備えられている。なおコイル電極３は、４００ｋＨｚ〜２７ｋＨｚの高周波出力ユニット６に接続されている。
【００１３】
ファラデーシールド４には、その周方向に沿って配設された複数の縦長の切り欠き部７が形成され、この切り欠き部７からは、内部のチャンバー２が見える状態であるが、この切り欠き部７とコイル電極３とが交差する部分だけ切り欠き幅を広くし、そこへポリテトラフルオロエチレン等からなる誘電率εが５以上の誘電体ブロック８を挿入している。尚、コイル電極３とファラデーシールド４との間には絶縁体からなるスペーサ９が設けられている。
【００１４】
誘導結合プラズマ処理装置によって被処理物のプラズマ処理を行うには、被処理物を載置したテーブル５をチャンバー２の底部にセットし、天板１に備えられた反応ガス導入口からプラズマ発生用のガスを導入する。このガスの種類は被処理物の材質等を考慮して決定されるが、例えばヘリウム、アルゴン、窒素、空気、酸素、６フッ化エチレン、プロパン、ブタン等が挙げられる。
【００１５】
そして、コイル電極３にたとえば所要周波数である１３．５６ＭＨｚの高周波が印加されると、チャンバー２内にプラズマが発生（着火）し、被処理物の処理を行う。
【００１６】
プラズマが着火する前のコイル電極３のインピーダンスは、上記所要周波数である１３．５６ＭＨｚ前後の高周波を印加した場合、２００〜５００Ωと非常に高いため電流が流れにくい状態にある。しかし、本発明の誘電体ブロック８を、ファラデーシールド４の切り欠き部７の幅広部でかつ、チャンバー２とコイル電極３との間隙部に挿入すると、設置されたファラデーシールド４とコイル電極３との間には、誘電体ブロック８を介してキャパシタンスが形成される。
この時、誘電体ブロック８は、図３の（ａ）に示すような断面形状とし、コイル電極３に挿入される位置は、３周巻回されたコイル電極３のうち高周波の給電口から１周目又は２周目である。
更に、誘電体ブロック８の形状は、図３の（ｂ）の斜視図に示すようにチャンバー２側は平面であるが、コイル電極３側はコイル電極３が収まるような略半円状の切り欠き部を形成しているので、誘電体ブロック８は係止部材なしにチャンバー２とコイル電極３の間に挿入、係止されている。また、誘電体ブロック８の数は最低でも４個必要であり、それ以上は必要に応じて幾つ増やしてもよい。
【００１７】
上記キャパシタンスのインピーダンスがコイル電極３のインピーダンスとほぼ同様、あるいはそれ以下であると、印加された高周波はコイル電極３だけでなく形成されたキャパシタンスにも流れ込み、コイル電極３の近傍に非常に弱い静電容量結合プラズマを発生させる。
【００１８】
発生した静電容量結合プラズマはコイル電極３の誘導電界によってその電子が加熱されると、誘導結合プラズマへとモードが変化する。すなわちこのような弱い静電容量結合プラズマは、誘導結合プラズマの種火の役割を果たすためプラズマ着火性が改善される。
【００１９】
静電容量結合プラズマから誘導結合プラズマへモードが変化した後は、コイル電極３のインピーダンスはプラズマの負荷が小さくなるため見掛け上大幅に小さくなる。そのため、高周波のほとんどはコイル電極３側に流れ込み、形成されたキャパシタンス側にはほとんど流れ込まなくなるため、安定した誘導結合プラズマの発生が継続する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の誘導結合プラズマ処理装置は、プラズマ処理用チャンバーの周方向に沿って配設された複数の縦長の切り欠き部を有するファラデーシールドを配置し、この切り欠き部によって露出したプラズマ処理用チャンバー面と前記コイル電極との間に、誘電体を挿入したため、誘導結合プラズマの着火に必要な高周波出力を低減させることができる。
特に、前記誘電体の誘電率εが５以上である場合には、従来、５００Ｗ以上の高周波出力が必要であったものを、僅か１５０〜２００Ｗでプラズマ着火させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘導結合プラズマ処理装置の一例を示す断面図
【図２】図１のA−A方向断面図
【図３】（ａ）は誘電体ブロックの側面図、（ｂ）は誘電体ブロックの斜視図
【符号の説明】
１…天板、２…プラズマ処理用チャンバー、３…コイル電極、４…ファラデーシールド、５…テーブル、６…高周波出力ユニット、７…切り欠き部、８…誘電体ブロック、９…スペーサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハやガラス基板等に対しエッチング、アッシング、ＣＶＤ処理、イオン注入処理等を行う誘導結合プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波を印加することで発生するプラズマには容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）と誘導結合型プラズマ（ＩCＰ：Inductively Coupled Plasma）とがある。上記容量結合型プラズマは基板にダメージを与えるため、誘導結合型プラズマの方が好ましいことが判明しており、この誘導結合型プラズマを主に発生させるプラズマ処理装置として、コイル電極を用いたものが多く使われている。
【０００３】
また、コイル電極を用いたプラズマ処理装置からも一部、容量結合型プラズマは発生するため、これを抑制する技術として特開平８−５０９９６号公報では、コイル電極（アンテナ）とプラズマ処理チャンバーとの間にファラデーシールドを配置し、コイル電極の軸方向電場を電気的に短絡して容量結合型プラズマを抑制する方法を開示している。
【０００４】
さらに、特開平１１−１８５９９５号公報では、ファラデーシールドの形をプラズマ処理用チャンバーの周方向に沿って配設される複数の短冊状導電体とすることにより、ファラデーシールド内に電気的閉ループが形成されることを防止してプラズマの発生効率を上げている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構造において、ファラデーシールドの切り欠き部の幅が狭すぎると短絡が生じ、ファラデーシールド内に実質的に電気的閉ループが形成されるため、電力損失が起きてプラズマの着火性が悪くなる。
また、プラズマの着火時に生じる高電圧の影響により、電極コイルを支持している絶縁材が燃えてしまうことがあった。
【０００６】
一方、ファラデーシールドの切り欠き部の幅を広くとると、プラズマの着火性は向上するが、容量結合型プラズマの発生割合が大きくなるためウェーハにダメージを与える可能性が増加する。
【０００７】
本発明の目的は、プラズマの着火性の改善と容量結合型プラズマ発生の抑制とを同時に可能にするファラデーシールドを備えた誘導結合プラズマ処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の誘導結合プラズマ処理装置は、プラズマ処理用チャンバーと、このプラズマ処理用チャンバーの周囲に設けられたコイル電極と、このコイル電極とプラズマ処理用チャンバーとの間に配置されたファラデーシールドを備えた誘導結合プラズマ処理装置であって、前記ファラデーシールドは、プラズマ処理用チャンバーの周方向に沿って配設された複数の縦長の切り欠き部を有し、さらに、この切り欠き部によって露出したプラズマ処理用チャンバー面と前記コイル電極との間に、誘電体が挿入され、これにより前記ファラデーシールドとコイル電極との間にキャパシタンスが形成される構成とした。
【０００９】
誘電体はポリテトラフルオロエチレン製のブロック体などが好ましい。また、前記コイル電極はプラズマ処理用チャンバーの周りに例えば３周程度巻回し、その場合には前記誘電体が、少なくとも高周波の給電口から１周目または２周目の前記コイル電極とプラズマ処理用チャンバーとの間に挿入されているのがよい。
【００１０】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで図１は本発明に係る誘導結合プラズマ処理装置の一例を示す断面図、図２は図１のA−A方向断面図である。
【００１１】
誘導結合プラズマ処理装置は、反応性ガスを導入するためのフランジを備えた天板１がプラズマ処理用チャンバー２の上部に取り付けられている。ここでチャンバー２は石英、アルミナセラミックス等で製造されている。そしてチャンバー２の周囲にはコイル電極３が３周巻回され、チャンバー２とコイル電極３との間に、アルミニウム合金製あるいはステンレス製のファラデーシールド４が配置されている。
【００１２】
また、チャンバー２の底部にはウェーハ等の被処理物Ｗを載置して昇降させるテーブル５が備えられている。なおコイル電極３は、４００ｋＨｚ〜２７ｋＨｚの高周波出力ユニット６に接続されている。
【００１３】
ファラデーシールド４には、その周方向に沿って配設された複数の縦長の切り欠き部７が形成され、この切り欠き部７からは、内部のチャンバー２が見える状態であるが、この切り欠き部７とコイル電極３とが交差する部分だけ切り欠き幅を広くし、そこへポリテトラフルオロエチレン等からなる誘電率εが５以上の誘電体ブロック８を挿入している。尚、コイル電極３とファラデーシールド４との間には絶縁体からなるスペーサ９が設けられている。
【００１４】
誘導結合プラズマ処理装置によって被処理物のプラズマ処理を行うには、被処理物を載置したテーブル５をチャンバー２の底部にセットし、天板１に備えられた反応ガス導入口からプラズマ発生用のガスを導入する。このガスの種類は被処理物の材質等を考慮して決定されるが、例えばヘリウム、アルゴン、窒素、空気、酸素、６フッ化エチレン、プロパン、ブタン等が挙げられる。
【００１５】
そして、コイル電極３にたとえば所要周波数である１３．５６ＭＨｚの高周波が印加されると、チャンバー２内にプラズマが発生（着火）し、被処理物の処理を行う。
【００１６】
プラズマが着火する前のコイル電極３のインピーダンスは、上記所要周波数である１３．５６ＭＨｚ前後の高周波を印加した場合、２００〜５００Ωと非常に高いため電流が流れにくい状態にある。しかし、本発明の誘電体ブロック８を、ファラデーシールド４の切り欠き部７の幅広部でかつ、チャンバー２とコイル電極３との間隙部に挿入すると、設置されたファラデーシールド４とコイル電極３との間には、誘電体ブロック８を介してキャパシタンスが形成される。
この時、誘電体ブロック８は、図３の（ａ）に示すような断面形状とし、コイル電極３に挿入される位置は、３周巻回されたコイル電極３のうち高周波の給電口から１周目又は２周目である。
更に、誘電体ブロック８の形状は、図３の（ｂ）の斜視図に示すようにチャンバー２側は平面であるが、コイル電極３側はコイル電極３が収まるような略半円状の切り欠き部を形成しているので、誘電体ブロック８は係止部材なしにチャンバー２とコイル電極３の間に挿入、係止されている。また、誘電体ブロック８の数は最低でも４個必要であり、それ以上は必要に応じて幾つ増やしてもよい。
【００１７】
上記キャパシタンスのインピーダンスがコイル電極３のインピーダンスとほぼ同様、あるいはそれ以下であると、印加された高周波はコイル電極３だけでなく形成されたキャパシタンスにも流れ込み、コイル電極３の近傍に非常に弱い静電容量結合プラズマを発生させる。
【００１８】
発生した静電容量結合プラズマはコイル電極３の誘導電界によってその電子が加熱されると、誘導結合プラズマへとモードが変化する。すなわちこのような弱い静電容量結合プラズマは、誘導結合プラズマの種火の役割を果たすためプラズマ着火性が改善される。
【００１９】
静電容量結合プラズマから誘導結合プラズマへモードが変化した後は、コイル電極３のインピーダンスはプラズマの負荷が小さくなるため見掛け上大幅に小さくなる。そのため、高周波のほとんどはコイル電極３側に流れ込み、形成されたキャパシタンス側にはほとんど流れ込まなくなるため、安定した誘導結合プラズマの発生が継続する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の誘導結合プラズマ処理装置は、プラズマ処理用チャンバーの周方向に沿って配設された複数の縦長の切り欠き部を有するファラデーシールドを配置し、この切り欠き部によって露出したプラズマ処理用チャンバー面と前記コイル電極との間に、誘電体を挿入したため、誘導結合プラズマの着火に必要な高周波出力を低減させることができる。
特に、前記誘電体の誘電率εが５以上である場合には、従来、５００Ｗ以上の高周波出力が必要であったものを、僅か１５０〜２００Ｗでプラズマ着火させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る誘導結合プラズマ処理装置の一例を示す断面図
【図２】図１のA−A方向断面図
【図３】（ａ）は誘電体ブロックの側面図、（ｂ）は誘電体ブロックの斜視図
【符号の説明】
１…天板、２…プラズマ処理用チャンバー、３…コイル電極、４…ファラデーシールド、５…テーブル、６…高周波出力ユニット、７…切り欠き部、８…誘電体ブロック、９…スペーサ。
Claims (3)
- プラズマ処理用チャンバーと、このプラズマ処理用チャンバーの周囲に設けられたコイル電極と、このコイル電極とプラズマ処理用チャンバーとの間に配置されたファラデーシールドを備えた誘導結合プラズマ処理装置であって、前記ファラデーシールドは、プラズマ処理用チャンバーの周方向に沿って配設された複数の縦長の切り欠き部を有し、さらに、この切り欠き部によって露出したプラズマ処理用チャンバー面と前記コイル電極との間に、誘電体が挿入され、これにより前記ファラデーシールドとコイル電極との間にキャパシタンスが形成されていることを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。
- 前記誘電体がポリテトラフルオロエチレン製のブロック体である請求項１記載の誘導結合プラズマ処理装置。
- 前記コイル電極がプラズマ処理用チャンバーの周りに３周巻回され、前記誘電体が、高周波の給電口から１周目または２周目の前記コイル電極とプラズマ処理用チャンバーとの間に挿入されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の誘導結合プラズマ処理装置。
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|---|---|---|---|
| JP2001150713A JP3907425B2 (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 誘導結合プラズマ処理装置 |
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| KR1020020027704A KR100871887B1 (ko) | 2001-05-21 | 2002-05-20 | 유도결합 플라즈마 처리장치 |
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|---|---|---|---|
| JP2001150713A JP3907425B2 (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 誘導結合プラズマ処理装置 |
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| JP2001150713A Expired - Fee Related JP3907425B2 (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 誘導結合プラズマ処理装置 |
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| KR (1) | KR100871887B1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2001-05-21 JP JP2001150713A patent/JP3907425B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2002-05-16 TW TW091110258A patent/TW557643B/zh not_active IP Right Cessation
- 2002-05-20 KR KR1020020027704A patent/KR100871887B1/ko not_active IP Right Cessation
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