JPH10149896A

JPH10149896A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH10149896A
Application number: JP8308006A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Toyoda; 一行豊田; Kazumasa Makiguchi; 一誠巻口; Tsutomu Tanaka; 田中　　勉; Sadayuki Suzuki; 貞之鈴木; Shinichi Nomura; 慎一野村
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】反応室の外形寸法が大きくなっても反応室内部
に生成されるプラズマの均一性を比較的容易に向上す
る。【解決手段】反応室２Ａ内の空気を排気管１６を通して
ポンプ１７で排気した後、反応室２Ａへガス導入口２１
から反応性ガスを供給し、ガス供給装置２４で反応室２
Ａ内部の圧力を所定の圧力に保持した状態でアンテナ４
Ａに高周波電源６の高周波電力を整合器７から印加す
る。アンテナ４Ａが、ガス吹出し用のガス吹出し穴１９
の下面方向に輻射する交番電磁界によって反応室２Ａ内
部の反応性ガスがプラズマ化され、このプラズマ１１に
よって試料台１２上の被処理試料１０を処理する。この
被処理試料１０の処理プロセス中、反応室２Ａ内部の導
電性壁面は温度制御装置により所定の温度に保持され
る。この処理プロセスにおいて、必要に応じて試料台１
２に、高周波電源８の高周波電力を整合器９から印加し
被処理試料１０にバイアス電圧をかけ処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関し、たとえば、プラズマエッチングや、プラズマＣ
ＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ：気相成長法）や、プラズマアッシングなどへ適
用し得るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラズマエッチングや、プラズマ
ＣＶＤや、プラズマアッシングなどのプラズマを使用す
る半導体製造装置の開発が行われている。

【０００３】図５は、従来のプラズマＣＶＤ装置の構成
図である。この図５において、反応室２は、導電性の反
応室壁１と、絶縁性窓３とによって気密構造に形成され
ており、反応室２内部の下面に導電性材料で形成された
試料台１２が絶縁ブロック１３を介して設置されてい
る。

【０００４】絶縁ブロック１３の材質は、耐熱性や誘電
率などを考慮し適切なものを選択して用いる。絶縁性窓
３の上にはコイル状のアンテナ４が設けられ、このアン
テナ４に高周波電源６の高周波電力を整合器７を介して
供給するように構成されている。アンテナ４の形状は、
プロセス条件によって適切なものを選択して使用する。

【０００５】反応室２内部の下面に設けられた導電性の
試料台１２には、整合器９を介して高周波電源８が出力
する高周波電力を供給できる構造となっている。

【０００６】反応室２を排気ポンプ（図示省略）で排気
した後、反応室２へ反応性ガス供給機構（図示省略）に
よって反応性ガスを供給し、圧力制御装置（図示省略）
で反応室２内部の圧力を所定の圧力に保持した状態でア
ンテナ４に高周波電源６が出力する高周波電力を整合器
７を介して供給する。

【０００７】アンテナ４が反応室２内部に輻射する交番
電磁界によって反応性ガスがプラズマ化されこのプラズ
マ１１によって試料台１２上の被処理試料１０を処理す
る。この処理プロセスにおいて、必要に応じて試料台１
２に高周波電源８が出力する高周波電力を整合器９を介
して供給し、被処理試料にバイアス電圧をかけながら処
理する。

【０００８】図６は、別の従来例のプラズマＣＶＤ装置
の構成図である。この図６において、絶縁性窓３が反応
室２の側面に反応室２を取り囲むように設けられてい
る。アンテナ４も同様に絶縁性窓３を取り巻くように反
応室２の外周に設けられている。基本的な動作は上述の
図５の動作と同様であり、アンテナ４が輻射する交番電
磁界は反応室２の側面から侵入する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図５の構成においては、反応室２を構成するために、絶
縁性窓３は大気圧に耐える強度を保持する必要がある。
つまり、反応室２の外形寸法が大きくなるに従ってその
厚みを増す必要がある。

【００１０】この絶縁性窓３の厚みが大きくなると、反
応室２とアンテナ４との距離が離れ、反応性ガスをプラ
ズマ化するためにアンテナ４が輻射する交番電磁界が有
効に反応室２内部に生成されなくなってしまう。アンテ
ナ４が輻射する交番電磁界は、アンテナ４に近いほど強
いため、絶縁性窓３は極力薄くしたいが、従来の方式で
は反応室２の外形寸法が大きくなるに従って反応室２と
アンテナ４との距離が大きくなるため、プラズマ生成の
効率が著しく低下するという問題がある。

【００１１】また、上述の図６の構成においては、反応
室２の外形寸法を大きくすると、絶縁性窓３が反応室２
の外周に設けられているため、反応室２内部に生成され
るプラズマの密度が、反応室２の側壁付近で強くなり中
心付近で弱くなる傾向が顕著となり、被処理試料の処理
の均一性が損なわれる。被処理試料の処理の均一性は本
装置の生産性に係わる問題であり、反応室２の外形寸法
が大きくなるに従って反応室２内部に生成されるプラズ
マの均一化が困難なことが、最も大きな問題点である。

【００１２】このようなことから、反応室の外形寸法が
大きくなっても反応室内部に生成されるプラズマの均一
性を比較的容易に向上することができるプラズマ処理装
置の実現が要請されている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、反応
室の内部にプラズマを発生させ、このプラズマによって
処理対象物に対して処理するプラズマ処理装置におい
て、以下の特徴的な構成で上述の課題を解決する。

【００１４】すなわち、本発明は、反応室内部に、アン
テナ部を内蔵した絶縁ブロックを配置し、このアンテナ
部に高周波電力を印加し上記プラズマを発生させる構成
である。

【００１５】このような構成を採ることで、反応室の外
形寸法を大きくしても反応室内とアンテナ部との距離が
遠くならず、アンテナ部から輻射される交番電磁界が反
応室内で均一に生成されるので、反応室内のアンテナ部
で輻射される交番電磁界をプラズマ生成のために有効に
利用することができる。

【００１６】また、アンテナ部の内部に冷却用の循環液
を内注することで、アンテナ素子が加熱することを防止
することができる。

【００１７】さらに、アンテナ部の形状は、円形状、渦
型状、渦巻き状、櫛型状、波状などのいずれかで構成す
ることで、効率的に反応室内部に電磁界を放射すること
ができる。

【００１８】また、絶縁ブロックの材質を、テフロン樹
脂、セラミックス、石英などのいずれかとすることで、
十分な絶縁性を達成することができ、しかも、アンテナ
部の固定もでき、耐久性にもすぐれている。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に本発明の好適な実施の形態を
図面を用いて説明する。

【００２０】図１は、本実施の形態のプラズマ処理装置
の構成図である。この図１において、プラズマ処理装置
は、主に、反応室２Ａと、高周波電源６、８と、整合器
７、９と、排気管１６と、ポンプ１７と、ガス供給装置
２４とから構成されている。なお、反応室２Ａの温度を
制御する温度制御装置は図示を省略している。

【００２１】また、反応室２Ａは、アンテナ４Ａと、ガ
ス導入口２１と、被処理試料１０と、試料台１２と、絶
縁ブロック１３と、シャワー板１８と、ガス吹出し穴１
９と、ガス分散室２０とから構成されている。

【００２２】この図１において、プラズマ処理装置の反
応室２Ａは、反応室壁１によって気密に形成され、この
反応室壁１に設けられた排気管１６を通してポンプ１７
に接続されている。

【００２３】反応室２Ａ内部の下面に導電性材料で形成
された試料台１２が絶縁ブロック１３を介して設置され
ている。反応室２Ａ内部には、アンテナ４Ａを内蔵した
絶縁ブロック２２が設けられている。この絶縁ブロック
２２の材質は、たとえば、テフロン樹脂で形成すること
ができる。

【００２４】アンテナ４Ａは、アルミニウムまたは銅か
らできている。なお、反応室２Ａ内への金属汚染を考慮
する必要があれば、アルミニウムを選択することが好ま
しい。

【００２５】このアンテナ４Ａは、高周波電源６が出力
する高周波電力を整合器７を介して印加されるように構
成されているが、高周波電力を印加されている際、高周
波電流によってアンテナ４Ａが過加熱されることを防止
するため、アンテナ４Ａは、その内部に冷却用の液体
（たとえば、水や油など）を循環できるような構造に形
成している。アンテナ４Ａを冷却することで、このアン
テナ４Ａの電気抵抗を一定に保つことができ、整合器７
の制御範囲内に維持することによって、効率良く高周波
電力がアンテナ４Ａに印加される。なお、アンテナ４Ａ
の電気抵抗が整合器７の制御範囲から外れると、高周波
電力がアンテナ４Ａで反射され電力印加ロスとなる。

【００２６】また、このアンテナ４Ａに、高周波電源６
が出力する高周波電力を整合器７を介して印加される
と、このアンテナ４Ａの周囲に交番電磁界が輻射され
る。絶縁ブロック２２の下面には、ガス吹き出し用のシ
ャワー板１８が設けられており、ガス導入口２１から導
入されたガスがガス分散室２０を経て、多数のガス吹き
出し穴１９からシャワー状に吹き出す構造となってい
る。

【００２７】反応室２Ａ内部の下面には、絶縁ブロック
１３を介して導電性の試料台１２が設けられており、こ
の試料台１２には、整合器９を介して高周波電源８が出
力する高周波電力を印加することができる構成となって
いる。アンテナ４Ａの形状は、図２に示すような渦型状
のものを適用することができる。また、アンテナ４Ａの
形状は、図３に示すような円形状（楕円状、概円形状も
含む形状）にすることも好ましい。また、アンテナ４Ａ
の形状は、図４に示すような波状などにすることも好ま
しい。これらのいずれの形状にするかは、要求されるプ
ロセス条件によって最適なアンテナ形状を選択すること
が好ましい。

【００２８】（動作）：次に、上述の図１のプラズマ処
理装置の動作を説明する。この図１において、反応室２
Ａ内の空気を排気管１６を通してポンプ１７で排気した
後、反応室２Ａへガス供給装置２４によってガス導入口
２１から反応性ガスを供給し、図示省略している圧力制
御装置で反応室２Ａ内部の圧力を所定の圧力に保持した
状態でアンテナ４Ａに、高周波電源６の高周波電力を整
合器７を介して印加する。

【００２９】アンテナ４Ａが、ガス吹出し用のガス吹出
し穴１９の下面方向に輻射する交番電磁界によって反応
室２Ａ内部の反応性ガスがプラズマ化され、このプラズ
マ１１によって試料台１２上の被処理試料１０を処理す
る。この被処理試料１０の処理プロセス中、反応室２Ａ
内部の導電性壁面は温度制御装置（図示省略）によって
所定の温度に保持されている。また、この処理プロセス
において、必要に応じて試料台１２に、高周波電源８が
出力する高周波電力を整合器９を介して印加し、被処理
試料１０にバイアス電圧をかけながら処理する。

【００３０】（本発明の実施の形態の効果）：以上の
本発明の実施の形態のプラズマ処理装置によれば、反応
室２Ａ内部にアンテナ４Ａを内蔵した絶縁ブロック２２
を設けることによって、反応室２Ａの外形寸法を大きく
しても、反応室２Ａ内とアンテナ４Ａとの距離が遠くな
らず、アンテナ４Ａから輻射される交番電磁界を反応室
２Ａ内で均一にさせ、アンテナ４Ａが輻射する交番電磁
界をプラズマ生成のために有効に利用することができ
る。

【００３１】また、アンテナ４Ａの中に冷却用の液体を
内注しているので、アンテナ４Ａの加熱を防止すること
ができ、アンテナ４Ａの信頼性を図ることができる。

【００３２】これらの効果によって、プラズマエッチン
グや、プラズマＣＶＤや、プラズマアッシングなどのプ
ラズマを使用する半導体製造装置に適用することで、反
応室２Ａの処理性能を向上させることができる。

【００３３】（他の実施の形態）：（１）なお、アンテ
ナ形状は、櫛型形状や、渦巻き形状などであってもよ
い。

【００３４】（２）また、絶縁ブロック２２の材質は、
セラミックや石英などで形成することもできる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、反応室内部
に、アンテナ部を内蔵した絶縁ブロックを配置し、この
アンテナ部に高周波電力を印加しプラズマを発生させる
構成であるので、反応室の外形寸法を大きくしても、反
応室内とアンテナ部との距離が遠くならず、アンテナ部
から輻射される交番電磁界を反応室内で均一にさせるの
で、反応室内のアンテナ部で発生する交番電磁界をプラ
ズマ生成のために有効に利用することができる。また、
反応室内部に生成されるプラズマの均一性を比較的容易
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のプラズマ処理装置の縦断
面図である。

【図２】本実施の形態のプラズマ処理装置の渦状アンテ
ナの平面図である。

【図３】本実施の形態のプラズマ処理装置の円形アンテ
ナの平面図である。

【図４】本実施の形態のプラズマ処理装置の波状アンテ
ナの平面図である。

【図５】従来例のプラズマ処理装置の縦断面図である。

【図６】別の従来例のプラズマ処理装置の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

２Ａ…反応室、４Ａ…アンテナ、６、８…高周波電源、
７、９…整合器、１３、２２…絶縁ブロック、１６…排
気管、１７…ポンプ、１８…シャワー板、１９…ガス吹
出し穴、２０…ガス分散室、２１…ガス導入口、２４…
ガス供給装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木貞之東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内 (72)発明者野村慎一東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室の内部にプラズマを発生させ、こ
のプラズマによって処理対象物に対して処理するプラズ
マ処理装置において、上記反応室内部に、アンテナ部を内蔵した絶縁ブロック
を配置し、このアンテナ部に高周波電力を印加し上記プ
ラズマを発生させる構成であることを特徴とするプラズ
マ処理装置。
【請求項２】上記アンテナ部の内部に冷却用の循環液
を内注し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。
【請求項３】上記アンテナ部の形状は、円形状、渦型
状、渦巻き状、櫛型状、波状などのいずれかであること
を特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】上記絶縁ブロックの材質は、テフロン樹
脂、セラミックス、石英などのいずれかであることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理
装置。