JPH0855699A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0855699A JP6209403A JP20940394A JPH0855699A JP H0855699 A JPH0855699 A JP H0855699A JP 6209403 A JP6209403 A JP 6209403A JP 20940394 A JP20940394 A JP 20940394A JP H0855699 A JPH0855699 A JP H0855699A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一つの処理室に対して複数の誘導結合プラズ
マ源を設け、各放電管のコイルを互いに直列に接続し
て、処理の均一化を図る。 【構成】 処理室26の上方に誘電体製の天板30を設
け、この天板30に4個の放電管28を環状に配置して
固定する。放電管28の外周に誘導コイル32を巻き、
これらコイル32を直列に接続して、1台の高周波電源
38から高周波電力を印加して、各放電管28の内部に
プラズマを発生させる。このプラズマを用いて、処理室
26内部の基板のエッチングやアッシング、CVD等の
処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用してエ
ッチングやアッシング、CVD等を行うプラズマ処理装
置に関し、特に誘導結合プラズマ源の配置に特徴がある
プラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマ処理装置のプラズマ源としては
各種の方式が知られているが、本発明は、高周波放電プ
ラズマ源のうちの誘導結合プラズマ源を用いたプラズマ
処理装置に関係がある。図6は誘導結合プラズマ源を備
える従来のプラズマ処理装置の正面断面図である。金属
製の下部チャンバー10の上には誘電体製の上部チャン
バー12が置かれ、上部チャンバー12の周囲には、誘
導電場を発生するためのコイル13が巻かれている。コ
イル13にはマッチングボックス14を介して高周波電
源15が接続される。下部チャンバー10の内部には基
板ホルダー16があり、その上にSiウェーハなどの被
処理基板18が載せられる。基板ホルダー16には、マ
ッチングボックス20を介して高周波電源22からバイ
アス電力が印加される。また、基板ホルダー16に対向
するように、プラズマ電位を安定させるための対向電極
24が配置されている。このプラズマ処理装置は、基本
的には、コイル13に高周波を印加して誘導結合によっ
てプラズマを発生させ、このプラズマを利用して被処理
基板18のエッチングやアッシング、CVD等を行うも
のである。そして、この例では、基板ホルダー16(カ
ソードの役割を果たす)と対向電極24との組み合わせ
によって、平行平板型電極による容量結合プラズマも利
用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図6の従来装置におい
ては、コイル13によって誘導結合プラズマを発生させ
た場合、チャンバーの中心部よりも外周部で強い誘導電
場が発生するため、プラズマは主としてチャンバーの壁
面に近い領域で生成される。したがって、被処理基板の
均一な処理が得られないという欠点がある。特に、今後
基板が大口径化するに従い、その問題は顕在化してくる
と考えられる。
【0004】本発明の目的は、均一なプラズマが得ら
れ、基板の大口径化にも容易に対応可能な、誘導結合プ
ラズマ源を用いたプラズマ処理装置を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、一つの処理室
に対して同一寸法の複数の誘導結合プラズマ源を設けて
処理の均一化を図ったものである。複数の誘導結合プラ
ズマ源は、環状に等角度間隔に配置することができ、そ
の場合、中央にも誘導結合プラズマ源を配置できる。ま
た、上述の環状配置を多重にすることもできる。誘導結
合プラズマ源は、被処理基板に対向して配置した誘電体
製のプラズマ源支持板に固定できる。すべての誘導結合
プラズマ源のコイルは、互いに直列に接続することがで
き、その場合、コイル同志を接続するリード部分を全体
として環状になるように配置することができる。
【0006】
【作用】一つの処理室に対して同一寸法の複数の誘導結
合プラズマ源を用いることにより、処理室の中央付近
に、より均一なプラズマを得ることができる。この場
合、これらの誘導結合プラズマ源を等角度間隔で環状に
配置すれば、プラズマをより均一化できる。また、各誘
導結合プラズマ源のコイルを直列に接続することによ
り、それぞれのコイルに流れる電流が等しくなり、各プ
ラズマ源におけるプラズマ強度は等しくなる。さらに、
コイル同志を接続するリード部分を全体として環状にな
るように配置すると、このリード部分も全体として誘導
コイルを形成するので、リード部分も高密度プラズマの
生成に寄与できる。この環状のリード部分のピッチ円直
径を処理室の直径に対して任意に設定できるので、高密
度プラズマの位置を適正化することが可能であり、プラ
ズマの均一化が図り易い。また、プラズマ源支持板を誘
電体で作ることにより、プラズマ源支持板に渦電流を生
ずることなく、環状のリ−ド部分による誘導電場を効率
よくプラズマに結合することができる。
【0007】
【実施例】図1は本発明の第1実施例の斜視図である。
このプラズマ処理装置は、アルマイト処理を施したアル
ミニウムあるいはステンレス鋼からなる一つの処理室2
6に対して、石英またはセラミック等の誘電体からなる
4個の放電管28を設けたものである。処理室26の上
部は誘電体製の天板30で覆われ、この天板30に4個
の放電管28が固定されている。天板30はプラズマ源
支持板となる。4個の放電管28は互いに同一寸法であ
り、その外周に誘導コイル32が巻かれている。放電管
28と誘導コイル32によって誘導結合プラズマ源が構
成される。各放電管28の誘導コイル32は、コイルの
巻き数、ピッチ、線径、材質、ピッチ円直径がすべて同
じである。
【0008】各放電管28の誘導コイル32は互いに直
列に接続され、コイルとコイルの間はリード34で接続
されている。このリード34は、後述するように、全体
として環状になるように配置されている。直列に接続さ
れた誘導コイル32は、マッチングボックス36を介し
て1台の高周波電源38に接続されている。マッチング
ボックス36は、高周波電源38とコイル32の間のイ
ンピーダンスの整合をとるものである。誘導コイル32
とリード34は、実際は中空パイプで形成され、内部に
冷却水を流して冷却している。
【0009】図2は図1に示した装置の平面図である。
4個の放電管28は、処理室内の基板ホルダーの中心線
上に中心をもつピッチ円上に等角度間隔(すなわち90
度間隔)で配置されている。誘導コイル32同志はリー
ド34で接続されており、このリード部分は全体として
一つの環状コイルを形成している。
【0010】図3は図1に示した装置の正面断面図であ
る。処理室26の内部には基板ホルダー40があり、そ
の上に被処理基板41が載っている。この例では、基板
ホルダー40には、マッチングボックス42を介して高
周波電源44からバイアス電力が印加される。処理室2
6の上方にある天板30には4個の開口46が形成され
ていて、この開口46に放電管28が固定されている。
4個の放電管28の軸線33(すなわちコイル32の軸
線)は、被処理基板41の表面に対して垂直である。放
電管28の内部と処理室26の内部は連通しており、両
者は、矢印48の方向にある排気系によって真空排気さ
れる。
【0011】次に、この装置の動作を説明する。図3に
おいて、排気系によって処理室26と放電管28の内部
を排気してから、マスフロ−コントロ−ラにより流量制
御されたプロセスガスを処理室26内に供給する。そし
て、図示しない圧力コントロ−ラにより処理室26内部
の圧力を所定の値に制御する。次に、高周波電源38に
よって誘導コイル32に高周波電力を供給し、放電管2
8の内部に誘導結合プラズマを発生させる。このプラズ
マを利用して、基板41にエッチングやアッシング、C
VD等の処理を行う。その際、高周波電源44からバイ
アス電力を印加して、基板41に入射するイオンの入射
エネルギーを制御できる。
【0012】4個の放電管28及び誘導コイル32は、
互いにすべて同じ仕様となっており、かつ、各コイル3
2は互いに直列に接続されていて同一の電流が流れるの
で、それぞれの放電管28の内部には同一のプラズマが
生成される。したがって、基板41に対して均一な処理
が行われる。
【0013】図2から明らかなように、各誘導コイル3
2を結ぶリ−ド34は全体として環状に配置されている
(以下、これをリードコイルという。)ので、リード3
4自身も誘導電場を生じ、プラズマの生成に寄与してい
る。リードコイルの近傍では、より強い誘導電場が誘起
されるため、濃いプラズマが生成される。リードコイル
の直径は、処理室の直径に対してある程度任意に選択で
きるので、リードコイルの直径を調整することにより、
プラズマ密度分布の位置調整が可能になり、より均一な
プラズマを得ることができる。これに対して、図6に示
す従来例では、コイルはチャンバ−の外周に配置されて
いるため、高密度プラズマの位置はチャンバ−の壁面近
傍となり、プラズマ径が大きくなるに従って益々均一な
プラズマを得るのが難しくなる。
【0014】図2において、リード部分34に例えば矢
印70で示す方向に電流が流れると、中心部において、
紙面に垂直な方向に手前から向こう側に向かって誘導磁
場72が形成される。この方向の誘導磁場72が時間的
に増加すると、矢印74で示すような誘導電場が形成さ
れる。
【0015】ところで、天板30が金属等の導電体でで
きていると、誘導磁場が時間的に変化することによって
生ずる渦電流が天板30内に発生して、電力損失が生ず
る。したがって、この実施例では天板30を誘電体(電
気絶縁物)で形成しており、これによって、渦電流によ
る電力損失を抑えることができ、プラズマを効率よく生
成できる。
【0016】図2では90度間隔で4個の放電管を配置
しているが、180度間隔で2個、120度間隔で3
個、60度間隔で6個など、2個以上の任意の個数にす
ることができる。
【0017】図4は本発明の第2実施例の平面図であ
る。この実施例では、環状に配置した4個の放電管5
0、51、52、53に加えて、中央(基板ホルダーの
中心線上)にも放電管54が設けられている。そして、
これらの5個の放電管50〜54の誘導コイル55、5
6、57、58、59は、互いに直列に接続されてい
る。中央の放電管54の誘導コイル59は、右側の放電
管50の誘導コイル55と接続されていて、その往復の
2本のリード60と61は互いに平行に隣接して配置さ
れている。この2本のリード60、61には互いに逆方
向の電流が流れるので、2本のリード60、61による
誘導磁場はお互いに打ち消されることになり、環状のリ
ード62によって形成される誘導磁場の乱れが抑えられ
る。
【0018】図5は本発明の第3実施例の平面図であ
る。この実施例では、放電管が2重の環状に配置されて
いる。すなわち、小さなピッチ円上に4個の放電管64
が90度間隔で配置され、大きなピッチ円上には8個の
放電管66が45度間隔で配置されている。そして、こ
れら合計12個の放電管の誘導コイルが互いに直列に接
続されている。内側の放電管64のコイル65と外側の
放電管66のコイル67とを接続する一対のリードは、
図4に示すのと同様に、互いに平行に隣接して配置さ
れ、これらによる誘導磁場が互いに打ち消されている。
したがって、環状のリード68によって有効な誘導磁場
が形成される。
【0019】この発明は上述の実施例に限定されず次の
ような変更が可能である。 (1)放電管は、図2に示すように1重の環状や、ある
いは図5に示すように2重の環状に配置するほか、3重
以上の環状に配置することもできる。 (2)放電管を環状に配置した場合、図4に示すように
中央にも放電管を配置することができるが、図5のよう
な2重以上の環状配置の場合にも中央に放電管を配置す
ることができる。 (3)放電管の個数や、環状配置のピッチ円直径など
は、必要とされるプラズマ密度やプラズマ位置あるいは
プラズマの均一性等に応じて適宜選択できる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、一つの処理室に対して
同一寸法の複数の誘導結合プラズマ源を用いることによ
り、処理室の中央付近に、より均一な大口径プラズマ
を、容易にかつ効率よく得ることができる。その場合、
各誘導結合プラズマ源のコイルを直列に接続することに
より、各プラズマ源におけるプラズマ強度を等しくでき
る。さらに、コイル同志を接続するリード部分を全体と
して環状になるように配置することにより、このリード
部分も高密度プラズマの生成に寄与させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の斜視図である。
【図2】第1実施例の平面図である。
【図3】第1実施例の正面断面図である。
【図4】本発明の第2実施例の平面図である。
【図5】本発明の第3実施例の平面図である。
【図6】従来例の正面断面図である。
【符号の説明】
26…処理室 28…放電管 30…天板 32…誘導コイル 34…リード 36…マッチングボックス 38…高周波電源 40…基板ホルダー 41…被処理基板

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体製の放電管の外側にコイルを巻い
    て構成した誘導結合プラズマ源を備えるプラズマ処理装
    置において、 内部に基板ホルダーを有する一つの処理室に対して同一
    寸法の複数の誘導結合プラズマ源が設置されていること
    を特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 複数の誘導結合プラズマ源のそれぞれの
    軸線が、被処理基板の表面に対して垂直に配置されてい
    ることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 被処理基板に対向してプラズマ源支持板
    が配置され、このプラズマ源支持板に複数の開口が形成
    され、この開口部分に誘導結合プラズマ源が固定されて
    いることを特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装
    置。
  4. 【請求項4】 前記プラズマ源支持板の材質が誘電体で
    あることを特徴とする請求項3記載のプラズマ処理装
    置。
  5. 【請求項5】 複数の誘導結合プラズマ源は、基板ホル
    ダーの中心線上に中心をもつピッチ円上に等角度間隔で
    配置されていることを特徴とする請求項2記載のプラズ
    マ処理装置。
  6. 【請求項6】 基板ホルダーの中心線上にも誘導結合プ
    ラズマ源が配置されていることを特徴とする請求項5記
    載のプラズマ処理装置。
  7. 【請求項7】 複数の同心のピッチ円上にそれぞれ複数
    の誘導結合プラズマ源が配置されていることを特徴とす
    る請求項5または6に記載のプラズマ処理装置。
  8. 【請求項8】 すべての誘導結合プラズマ源のコイルが
    互いに直列に接続されていることを特徴とする請求項1
    記載のプラズマ処理装置。
  9. 【請求項9】 誘導結合プラズマ源のコイル同志を接続
    するリード部分が全体として環状となるように配置され
    ていることを特徴とする請求項8記載のプラズマ処理装
    置。
  10. 【請求項10】 すべての誘導結合プラズマ源のコイル
    が互いに直列に接続され、同一のピッチ円上にない誘導
    結合プラズマ源のコイル同志を接続するリード部分は、
    互いに平行に隣接して配置されて逆方向に電流が流れる
    2本のリードからなることを特徴とする請求項7記載の
    プラズマ処理装置。
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