JPH08115799A - プラズマ装置 - Google Patents
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Abstract
スで最適なものとすることができるプラズマ装置を提供
すること。 【構成】 チャンバ内の被処理体に対向して上記チャン
バの外に配置された第1及び第2の高周波コイルと、高
周波電力を出力する高周波電源11と、電力の分配比率
を設定する設定手段と、設定手段で設定された分配比率
で上記高周波電源から出力される高周波電力を比率を変
えて2分配する分配器12と、上記第1の高周波コイル
と第2の高周波コイルに供給するそれぞれ2系統の出力
の位相差を設定する位相差設定手段19と、この位相差
設定手段で設定された位相差となるように上記分配器の
出力の位相差を調整する位相調整器13aとから構成さ
れる。
Description
を可変することができるプラズマ装置に関する。
ては、アッシング、エッチング、CVD、スパッタリン
グ等の諸工程で、処理ガスのイオン化や化学反応等を促
進するために、プラズマが利用されている。従来より、
この種のプラズマを発生させる方法として、渦巻き状の
アンテナを用いる高周波誘導方式が知られている。
開明細書第379828号に記載されているように、ウ
エハ載置台と対向するチャンバの一面(一般に上面)を
石英ガラス等の絶縁物で構成して、その外側の壁面に渦
巻き状のアンテナを固定し、これに高周波電流を流して
チャンバ内に高周波電磁場をつくり、この電磁場空間内
で流れる電子を処理ガスの中性粒子に衝突させて、ガス
を電離させ、プラズマを生成するようにしている。
かつ広範囲に制御するために、渦巻き状アンテナを2分
割し、各アンテナに高周波電力を印加するようにするこ
とが提案されている。
ャックの帯電をとる除電プロセス、チャンバの壁を洗浄
する洗浄プロセス、エッチングを行うエッチングプロセ
スが行われている。
用いて除電プロセス、洗浄プロセス、エッチングプロセ
スを行う場合に、各プロセスにおいて要求されるプラズ
マの分布が異なっているため、各プロセスで最適なプラ
ズマの分布を作り出す必要があった。
で、発生するプラズマの分布を可変して各プロセスで最
適なものとすることができるプラズマ装置を提供するこ
とにある。
マ装置は、チャンバ内にプラズマを発生させ、チャンバ
内に載置された被処理体にプラズマを用いて所定の処理
を施すプラズマ発生装置において、上記チャンバ内の上
記被処理体に対向して上記チャンバの外に配置された第
1及び第2の高周波コイルと、高周波電力を出力する高
周波電源と、電力の分配比率を設定する設定手段と、上
記設定手段で設定された分配比率で上記高周波電源から
出力される高周波電力を比率を変えて2分配する分配器
と、上記第1の高周波コイルと第2の高周波コイルに供
給するそれぞれ2系統の出力の位相差を設定する位相差
設定手段と、この位相差設定手段で設定された位相差と
なるように上記分配器の出力の位相差を調整する位相調
整器とを具備したことを特徴とする。
バ内にプラズマを発生させ、チャンバ内に載置された被
処理体にプラズマを用いて所定の処理を施すプラズマ発
生装置において、上記チャンバ内の上記被処理体に対向
して上記チャンバの外に配置された第1及び第2の高周
波コイルと、高周波電力を出力する高周波電源と、電力
の分配比率を設定する設定手段と、上記設定手段で設定
された分配比率で上記高周波電源から出力される高周波
電力を比率を変えて2分配する3dBハイブリッド回路を
備えた分配器と、上記第1の高周波コイルと第2の高周
波コイルに供給するそれぞれ2系統の出力の位相差を設
定する位相差設定手段と、この位相差設定手段で設定さ
れた位相差となるように上記分配器の出力の位相差を調
整する3dBハイブリッド回路を備えた位相調整器とを具
備したことを特徴とする。
バ内にプラズマを発生させ、チャンバ内に載置された被
処理体にプラズマを用いて所定の処理を施すプラズマ発
生装置において、上記チャンバ内の上記被処理体を挟む
ように載置された平行平板電極と、高周波電力を出力す
る高周波電源と、電力の分配比率を設定する設定手段
と、上記設定手段で設定された分配比率で上記高周波電
源から出力される高周波電力を比率を変えて2分配する
分配器と、上記平行平板電極の一方の電極と他方の電極
に供給するそれぞれ2系統の出力の位相差を設定する位
相差設定手段と、この位相差設定手段で設定された位相
差となるように上記分配器の出力の位相差を調整する位
相調整器とを具備したことを特徴とする。
バ内にプラズマを発生させ、チャンバ内に載置された被
処理体にプラズマを用いて所定の処理を施すプラズマ発
生装置において、上記チャンバ内の上記被処理体を挟む
ように載置された平行平板電極と、高周波電力を出力す
る高周波電源と、電力の分配比率を設定する設定手段
と、上記設定手段で設定された分配比率で上記高周波電
源から出力される高周波電力を比率を変えて2分配する
3dBハイブリッド回路を備えた分配器と、上記平行平板
電極の一方の電極と他方の電極に供給するそれぞれ2系
統の出力の位相差を設定する位相差設定手段と、この位
相差設定手段で設定された位相差となるように上記分配
器の出力の位相差を調整する3dBハイブリッド回路を備
えた位相調整器とを具備したことを特徴とする。
向して上記チャンバの外に配置された第1及び第2の高
周波コイルに供給する高周波電力またはチャンバ内の上
記被処理体を挟むように載置された平行平板電極の一方
の電極と他方の電極に供給する高周波電力を分配比率を
変えてかつ、第1の高周波コイルと第2の高周波コイ
ル、または、平行平板電極の一方の電極と他方の電極に
供給するそれぞれ2系統の出力の位相差を変えて発生さ
れるプラズマの分布を変えるようにしている。
て説明する。図1はプラズマ装置を示すブロック図、図
2は3dBハイブリッドを示す回路図、図3は可変2分配
器の構成を示す回路図、図4は位相調整器を示す回路
図、図5はマッチングボックスの回路図である。
3kWを出力する高周波電源である。この高周波電源1
1から出力される高周波電力は可変2分配器12に入力
される。この可変2分配器12の詳細な構成は図3を参
照して後述する。この可変2分配器12の一端はダミ−
抵抗rd を介して接地されている。
分配比率dで分配し、ラインaに高周波電源11より3
π(540 °)+90°だけ位相が遅れた電圧a及びライ
ンbに高周波電源11より3π(540 °)だけ位相が遅
れた電圧bが出力される。
に入力される。この可変位相器13の一部である位相調
整器13aの構成については図4を参照して後述する。
この可変位相器13は入力される電圧bの位相を0〜1
80°まで遅らす処理を行っている。この結果、可変位
相器13はマッチングボックス14bに対して−90°
〜+90°位相が変化している電圧をマッチングボック
ス14aに出力する。
した可変2分配器12から出力される電圧aが入力され
る。これらマッチングボックス14a,14bの回路構
成は図5に示しておく。
4bの出力はそれぞれチャンバ15に設けられた第1及
び第2の1巻き高周波コイル(図7)に接続されてい
る。チャンバ15の詳細な構成については図6を参照し
て後述する。
には第1及び第2の1巻き高周波コイルに供給する電圧
あるいは電流の位相を検出するインピ−ダンス素子16
a,16bが設けられている。
検出された電圧あるいは電流の位相はそれぞれ位相差検
出器17に出力される。この位相差検出部17は第1及
び第2の1巻き高周波コイルに印加される電圧あるいは
流れこむ電流の位相差を検出する。この位相差検出部1
7は位相差をθとするとθに比例する出力値を持つ、例
えば、位相差が90°では9Vを、位相差が−90°で
は−9Vを、位相差が0°では0Vを出力する。
電圧Vpを抵抗Riを介してオペアンプ18に出力す
る。このオペアンプ18の入出力間には抵抗Rfが接続
されている。さらに、オペアンプ18の入力端子は抵抗
Rsを介して位相差を設定する位相差設定部19に接続
されている。
波コイルと第2の1巻高周波コイルに供給する電流の位
相差を設定する電圧をオペアンプ18の入力端に出力す
る。このオペアンプ18の出力はモ−タ20に供給され
る。このモ−タ20は位相調整器13aに備えられてい
るバリコンの角度を位相差に応じて可変制御している。
置の構成について説明する。図6において、15はプラ
ズマ処理装置のチャンバである。このチャンバ15の底
面及び側面はアルミニウムで構成され、上面は石英ガラ
ス31よりなる円筒状の密閉容器で構成されている。こ
のチャンバ15の底面中央部には円柱状のセラミックあ
るいは石英等の絶縁物より構成される支持部材32が配
設されている。
ニウムよりなる円盤状の電極基台33が設置され、この
基台33の上面には石英あるいはセラミック等の絶縁部
材よりなるウェハ載置台34が設置されている。
の外側の壁面には、円盤状の静電シ−ルドを行うための
例えば、アルミニウムよりなる常磁性金属35が設置さ
れ、この常磁性金属35の上には、第1の1巻き高周波
コイル36と第2の1巻き高周波コイル37が何かの絶
縁物を介して設けられている。なお、この常磁性金属3
5は接地されている。
コイル36と第2の1巻き高周波コイル37に加わる電
圧によって、プラズマとの間に寄生的に存在する容量性
結合を避けるために設置されている。
巻き高周波コイル37は図7に示すような平面構成を示
している。図7に示すように、各高周波コイル36,3
7は同心円状に配設されており、第1の1巻き高周波コ
イル36は第2の1巻き高周波コイル37の内側に配置
されている。
51bが取り付けられている。なお、脚51c及び51
dについては図1中には図示してない。また、電極基台
33には下部電源52の非接地側端子がコンデンサ53
を介して接続されている。
との間には、静電チャック用電極54が埋設されてい
る。この電極54は直流電源63により正の電位に保持
されている。なお、64はウェハ載置台34に載置され
たウェハである。
65が気密に貫通され、シャワ−ヘッド66に接続され
ている。また、チャンバ15の側面下部には、ガス排出
管67が設けられている。
ング68の下端部が固定され、その上端部にはインピ−
ダンス整合をとるための容量性回路より構成されるマッ
チングボックス69が設置されている。このマッチング
ボックス69は前述したマッチングボックス14a,1
4bより構成される。
3.56MHZの高周波電力が高周波コイル36及び37
にそれぞれ供給されている。そして、第1の1巻き高周
波コイル36と第2の1巻き高周波コイル37との間に
はアルミニウムあるいは銅よりなる円筒状の電磁シ−ル
ド筒70が配設されている。
周波コイル36と第2の1巻き高周波コイル37との間
の電界の相互干渉をなくすために設けられている。な
お、この電磁シ−ルド筒70は接地されている。
トロ−ラ71を示し、このコントロ−ラは前述した高周
波電源11、可変2分配器12、可変位相器13により
構成されている。72はコントロ−ラ71のオン/オフ
を制御するON/OFFスイッチである。
回路について説明する。このハイブリッド回路は端子
a,b間にはコンデンサC1が接続され、コンデンサC
1に並列にコイルL1,コンデンサC2,C3,コイル
L2が接続されている。コンデンサC2とC3との間は
接地されている。
コンデンサC4が接続されている。さらに、このコンデ
ンサC4に並列にコイルL3,L4,コンデンサC5の
直列接続体が接続されている。
続されている。次に、図3を参照して図1の可変2分配
器12の詳細な構成について説明する。図3において、
81は図2と同じ構成を有する3dBのハイブリッド回路
である。このハイブリッド回路81のb端子には前述し
た高周波電源11が接続され、a端子には第1の分配電
力P1が出力される。
dはそれぞれバリコンC10,インダクタンスL10及びバ
リコンC11,インダクタンスL11を介してそれぞれ3dB
のハイブリッド回路82の端子a,bにそれぞれ接続さ
れている。バリコンC10とC11とは互いに連動して回転
し、その回転は設定ボリュ−ム(図示しない)により行
われる。このハイブリッド回路82の構成は図2を参照
にして説明したので、ここでは省略する。
P2が出力され、d端子にはダミ−抵抗rd が接続され
ている。また、可変2分配器12の動作について説明す
る。まず、設定ボリュ−ム(図示しない)を回転し、バ
リコンC10とインダクタンスL10,バリコンC11とイン
ダクタンスL11を短絡状態とすると、3kWの高周波電
源11は分配電力P2としてすべて出力される。この場
合、分配電力P1の出力はゼロである。
転し、バリコンC10とインダクタンスL10,コンデンサ
C11とインダクタンスL11のインピ−ダンスを高くした
状態(開放状態)に近くすると、3kWの高周波電源1
1は分配電力P1として殆んど出力される。この場合、
分配電力P2の出力は非常に小さくなる。
回転してバリコンC10とインダクタンスL10、バリコン
C11とインダクタンスL11を開放状態から短絡状態まで
変化させる。3kWの高周波電源11は分配電力P1に
殆ど出力される状態から、徐々に分配電力P2に出力さ
れる配分が増大し、設定ボリュ−ム(図示しない)を回
転して短絡状態まで回転させると、分配電力P2に3k
Wの電力がすべて出力されるようになる。
ついて説明する。位相調整器13aはハイブリッド回路
83のb端子には可変2分配器12から電圧bが入力さ
れ、a端子はマッチングボックス14aに出力される。
コイルL10を介して接地されると共に、コイルL11及び
バリコンC21を介して接地される。さらに、ハイブリッ
ド回路83のd端子はコイルL12を介して接地されると
共に、コイルL13及びバリコンC22を介して接地され
る。ここで、バリコンC21とC22は前述したモ−タ20
の回転に連動して回転する。
0の回転に応じてバリコンC21及びC22の回転に応じて
端子bに入力される3π(540 °)の位相を持つ電圧が
0°乃至180°だけ位相を遅らすことができる。
から入力された3π(540 °)の位相を持つ電圧は可変
位相器13で0〜180°だけ位相が遅れててマッチン
グボックス14aに出力される。マッチングボックス1
4bへの入力の位相は3π+90°のため、マッチング
ボックス14aへの入力はマッチングボックス14bに
対して+90°〜−90°と位相を変えることができ
る。
14a,14b内の回路構成について説明する。マッチ
ングボックス14a,14bは端子aと端子bとの間に
コンデンサC21を接続し、コンデンサC21の一端をバリ
コンC22を介して端子cに接続し、コンデンサC21の他
端を端子dに接続するように構成されている。
実施例の動作について説明する。処理を受けるべき半導
体ウェハ64をウェハ載置台34に載置し、チェンバ1
5内をガス排気管67を介して所定の真空度に排気し、
ガス供給管65より所定の処理ガスが所定の圧力・流量
でチャンバ15内に供給される状態を作り出す。
し、13.56 MHZで3kWの高周波電源11を可変2分配
器12に供給する。そして、設定ボリュ−ム(図示しな
い)を回転させて、バリコンC10及びC11を回転させ
て、バリコンC10及びC11を適当な容量を持つように設
定する。例えば、設定ボリュ−ム(図示しない)で50
%が設定された場合にはバリコンC10とC11が適当な角
度まで回転し、分配電力P1及びP2の比率は1:1と
して出力される。
り位相が3π遅れており、分配電力P2は高周波電源1
1より位相が3π+90°だけ遅れている。また、分配
電力P1は可変位相器13に出力される。この可変位相
器13はバリコンC21,C22の回転角度に応じて入力さ
れる電圧bの位相を0°〜180°遅らせてマッチング
ボックス14aを介してコイル36に出力される。
電圧aはマッチングボックス14bを介してコイル37
に出力される。コイル37に流れる電流とコイル36に
流れる電流の位相差は位相差検出器17で検出され。
相差に相当する電圧はオペアンプ18を介してモ−タ2
0に出力される。そして、このモ−タ20が回転される
ことによりバリコンC21,C22の回転角度が制御され
る。そして、このバリコンC21,C22が回転されること
により電圧bの位相が調整される。
波電流が流れると、高周波コイル36,37の回りに交
番磁界が発生し、その磁界の多くはアンテナ中心部を縦
方向に通って閉ル−プを形成する。このような交番磁界
によって高周波コイル36,37の直下で概ね同心円状
に円周方向の交番電界が誘起され、この交番電界により
円周方向に加速された電子が処理ガスの中性粒子に衝突
することで、ガスが電離して、プラズマPが生成され
る。
やそれ以外の活性種が半導体ウェハ64の表面全体に均
一に供給または照射され、ウェハ64の表面全体で均一
に所定のプラズマ処理が行われる。
ズマで活性状態に励起されたガス分子がウェハ64の表
面の被加工物質と化学反応して、ウェハ表面に堆積して
いた膜を削りとるようにしている。
ュ−ム(図示しない)を操作して可変2分配器12で分
配する分配比を可変させ、チャンバ15内において、プ
ラズマPをチャンバ15の壁に近い方に分布させるよう
にする。
における最適にプラズマ分布を得ることができる。次
に、本発明の他の実施例について図8を参照して説明す
る。図8において、図1と同じ部分には同一番号を付
し、その詳細な説明については省略する。また、図1の
マッチングボックス14a及び14bの出力はそれぞれ
チャンバ15に設けられた第1及び第2の1巻き高周波
コイル(図7)に接続するようにしたが、この他の実施
例ではマッチングボックス14a及び14bの出力は平
行平板のチャンバ91に接続されている。
いて説明する。チャンバ91は円筒状の密封容器で構成
されている。このチャンバ91の上面には所定の処理ガ
スが所定の圧力・流量で内部に送り込むためのガス供給
管92を備えた金属性のシャワ−ヘッド93が取り付け
られており、チャンバ91の下面にはチャンバ91内の
ガスを排出してチャンバ91内を所定の真空度に排気す
るための真空排出口94が設けられている。
体よりなる基台95が取り付けられ、この基台95上に
静電チャック用電極96が取り付けられている。この静
電チャック用電極96にはウェハ97が載置される。つ
まり、前述したシャワ−ヘッド93は平行平板電極の一
方の電極として、静電チャック用電極96が他方の電極
として機能している。
はシャワ−ヘッド93に接続され、マッチングボックス
14bの出力は静電チャック用電極96に接続されてい
る。つまり、シャワ−ヘッド93と静電チャック用電極
96とにより、平行平板電極が構成される。
る。次に、上記のように構成された本発明の他の実施例
の動作について説明する。処理を受けるべき半導体ウェ
ハ97を静電チャック電極96上に載置し、チャンバ9
1内を真空排出口94を介して所定の真空度に排気し、
ガス供給管92より所定の処理ガスが所定の圧力・流量
でチャンバ91内に供給される状態を作り出す。
1を可変2分配器12に供給する。そして、バリコンC
10及びC11を回転させて、バリコンC10及びC11を適当
な容量を持つように設定する。例えば、設定ボリュ−ム
(図示しない)で50%が設定された場合にはバリコン
C10とC11が適当な角度まで回転し、分配電力P1及び
P2の比率は1:1として出力される。
り位相が3π遅れており、分配電力P2は高周波電源1
1より位相が3π+90°だけ遅れている。また、分配
電力P1は可変位相器13に出力される。この可変位相
器13はバリコンC21,C22の回転角度に応じて入力さ
れる電圧bの位相を0°〜180°遅らせてマッチング
ボックス14aを介してシャワ−ヘッド93に出力され
る。
電圧aはマッチングボックス14bを介して静電チャッ
ク電極96に出力される。シャワ−ヘッド93に流れる
電流と静電チャック電極96に流れる電流の位相差は位
相差検出器17で検出される。
相差に相当する電圧はオペアンプ18を介してモ−タ2
0に出力される。そして、このモ−タ20が回転される
ことによりバリコンC21,C22の回転角度が制御され
る。そして、このバリコンC21,C22が回転されること
により電圧bの位相が調整される。
ック電極96に高周波電流が流れると、シャワ−ヘッド
93、静電チャック電極96の間に交番磁界が発生し、
この交番電界により円周方向に加速された電子が処理ガ
スの中性粒子に衝突することで、ガスが電離して、プラ
ズマPが生成される。
やそれ以外の活性種が半導体ウェハ97の表面全体に均
一に供給または照射され、ウェハ97の表面全体で均一
に所定のプラズマ処理が行われる。
ズマで活性状態に励起されたガス分子がウェハ97の表
面の被加工物質と化学反応して、ウェハ表面に堆積して
いた膜を削りとるようにしている。
ュ−ム(図示しない)を操作して可変2分配器12で分
配する分配比を可変させ、チャンバ91内において、プ
ラズマPをチャンバ91の壁に近い方に分布させるよう
にする。このようにすることにより、洗浄プロセスにお
ける最適にプラズマ分布を得ることができる。
ラズマの分布を可変して各プロセスで最適なものとする
ことができるプラズマ装置を提供することができる。
ブロック図。
すブロック図。
相器、14a,14b…マッチングボックス、15,9
1…チャンバ、16a,16b…インピ−ダンス素子、
17…位相差検出部、18…オペアンプ、19…位相差
設定部、92…ガス供給管、93…シャワ−ヘッド、9
4…真空排出口、95…基台、96…静電チャック用電
極。
Claims (4)
- 【請求項1】 チャンバ内にプラズマを発生させ、チャ
ンバ内に載置された被処理体にプラズマを用いて所定の
処理を施すプラズマ発生装置において、上記チャンバ内
の上記被処理体に対向して上記チャンバの外に配置され
た第1及び第2の高周波コイルと、高周波電力を出力す
る高周波電源と、電力の分配比率を設定する設定手段
と、上記設定手段で設定された分配比率で上記高周波電
源から出力される高周波電力を比率を変えて2分配する
分配器と、上記第1の高周波コイルと第2の高周波コイ
ルに供給するそれぞれ2系統の出力の位相差を設定する
位相差設定手段と、この位相差設定手段で設定された位
相差となるように上記分配器の出力の位相差を調整する
位相調整器とを具備したことを特徴とするプラズマ装
置。 - 【請求項2】 チャンバ内にプラズマを発生させ、チャ
ンバ内に載置された被処理体にプラズマを用いて所定の
処理を施すプラズマ発生装置において、上記チャンバ内
の上記被処理体に対向して上記チャンバの外に配置され
た第1及び第2の高周波コイルと、高周波電力を出力す
る高周波電源と、電力の分配比率を設定する設定手段
と、上記設定手段で設定された分配比率で上記高周波電
源から出力される高周波電力を比率を変えて2分配する
3dBハイブリッド回路を備えた分配器と、上記第1の高
周波コイルと第2の高周波コイルに供給するそれぞれ2
系統の出力の位相差を設定する位相差設定手段と、この
位相差設定手段で設定された位相差となるように上記分
配器の出力の位相差を調整する3dBハイブリッド回路を
備えた位相調整器とを具備したことを特徴とするプラズ
マ装置。 - 【請求項3】 チャンバ内にプラズマを発生させ、チャ
ンバ内に載置された被処理体にプラズマを用いて所定の
処理を施すプラズマ発生装置において、上記チャンバ内
の上記被処理体を挟むように載置された平行平板電極
と、高周波電力を出力する高周波電源と、電力の分配比
率を設定する設定手段と、上記設定手段で設定された分
配比率で上記高周波電源から出力される高周波電力を比
率を変えて2分配する分配器と、上記平行平板電極の一
方の電極と他方の電極に供給するそれぞれ2系統の出力
の位相差を設定する位相差設定手段と、この位相差設定
手段で設定された位相差となるように上記分配器の出力
の位相差を調整する位相調整器とを具備したことを特徴
とするプラズマ装置。 - 【請求項4】 チャンバ内にプラズマを発生させ、チャ
ンバ内に載置された被処理体にプラズマを用いて所定の
処理を施すプラズマ発生装置において、上記チャンバ内
の上記被処理体を挟むように載置された平行平板電極
と、高周波電力を出力する高周波電源と、電力の分配比
率を設定する設定手段と、上記設定手段で設定された分
配比率で上記高周波電源から出力される高周波電力を比
率を変えて2分配する3dBハイブリッド回路を備えた分
配器と、上記平行平板電極の一方の電極と他方の電極に
供給するそれぞれ2系統の出力の位相差を設定する位相
差設定手段と、この位相差設定手段で設定された位相差
となるように上記分配器の出力の位相差を調整する3dB
ハイブリッド回路を備えた位相調整器とを具備したこと
を特徴とするプラズマ装置。
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