JPH1197200A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導結合プラズマのプラズマ状態を制御し
て、最適な基板のプラズマ処理を行うことが可能なプラ
ズマ処理装置を提供すること。 【解決手段】 電極板２６及びアンテナコイル３１を有
し、このアンテナコイル３１と電極板２６に高周波電力
を供給して処理容器２１内でプラズマを発生させて電極
板２６に載置された基板２６をプラズマ処理するプラズ
マ処理装置２０において、前記電極板２６及び前記アン
テナコイル３１に供給される高周波電力の位相を検出し
てそれぞれの位相の差を任意に変化させる位相調整手段
３０を有することを特徴している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナコイルと
基板保持電極に高周波電力を供給するプラズマ処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子を用いた各種デバイスや記録
媒体デバイスを製造する工程では、半導体ウエハなどの
基板に形成された薄膜を処理するためにプラズマ処理装
置が広く用いられている。このプラズマ処理は、処理ガ
スへの放電によってプラズマを発生させ、このプラズマ
を利用して基板の処理を行うものである。

【０００３】このようなプラズマ処理では、誘導結合型
のプラズマ処理装置が広く用いられている。

【０００４】誘導結合型のプラズマ処理装置では、真空
ポンプに連結されて内部を真空吸引可能とした処理容器
を有しており、この処理容器内部に酸素などの処理ガス
を供給するようになっている。

【０００５】上記処理容器内部には、この処理容器から
絶縁され、且つ上面に被処理物である基板を載置可能に
構成した電極板が設けられている。そして、この電極板
には、数十ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、例えば１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を発する高周波電源が接続されていて、高周
波を印加可能となっている。

【０００６】上記処理容器の上端部はＯリング等の封止
部材を介して石英板が取り付けられていて、この石英板
によって処理容器内部が密閉されている。この石英板の
上面には、アンテナコイルが設けられ、このアンテナコ
イルにも高周波電源が接続されている。

【０００７】上記高周波電源と電極板の間、および高周
波電源とアンテナコイルの間には、それぞれマッチング
ボックスが設けられ、インピーダンスを調整している。
このマッチングボックスは、電極板などの負荷およびマ
ッチングボックスのインピーダンスと、この負荷と電源
との間を接続する同軸ケーブルのインピーダンスが等し
くなるように、内部でインピーダンスを調整可能にして
おり、高周波の入力において反射がなく良好に行われる
ようになっている。

【０００８】このような誘導結合型のプラズマ処理装置
によると、上記アンテナコイルと電極板にそれぞれ高周
波電力を供給し、処理容器内部に供給された処理ガスを
プラズマ化している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の誘導
結合型のプラズマ処理装置においては、アンテナコイル
と電極板に供給する電力の位相は制御しておらず、アン
テナコイルと電極板の間に位相差が生じたまま処理を行
っていたため、プラズマの状態が安定せず、プラズマの
再現性に問題が生じていた。更に、エッチングなどの処
理プロセスにおいては、エッチングの選択性等が低下し
て必要な性能が得られないといった問題も生じている。

【００１０】本発明は上記の事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、誘導結合プラズマのプ
ラズマ状態を制御して、最適な基板のプラズマ処理を行
うことが可能なプラズマ処理装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
電極板及びアンテナコイルを有し、このアンテナコイル
と電極板に高周波電力を供給して処理容器内でプラズマ
を発生させて電極板に載置された基板をプラズマ処理す
るプラズマ処理装置において、前記電極板及び前記アン
テナコイルに供給される高周波電力の位相を検出してそ
れぞれの位相の差を任意に変化させる位相調整手段を有
することを特徴している。

【００１２】請求項２記載の発明は、前記電極板及びア
ンテナコイルへ供給する高周波電力を供給する高周波発
振源は、前記位相調整手段内に設けられていることを特
徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置である。

【００１３】請求項３記載の発明は、前記電極板に高周
波電力を供給する第１の高周波発振源を前記第１の位相
検出手段と前記位相調整手段の間に設け、前記アンテナ
コイルに高周波電力を供給する第２の高周波発振源を前
記第２の位相検出手段と前記位相調整手段の間に設けた
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置であ
る。

【００１４】請求項４記載の発明は、前記位相調整手段
は、前記電極板に供給される高周波電力の位相と、前記
アンテナコイルに供給される高周波電力の位相の差を適
宜の値に設定する位相設定手段を有していることを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラ
ズマ処理装置である。

【００１５】請求項１の発明によると、前記電極板及び
前記アンテナコイルに供給される高周波電力の位相を検
出してそれぞれの位相の差を任意に変化させる位相調整
手段が設けられたため、この位相調整手段によって位相
を調整すれば、これらの位相差を最適にすることが可能
となる。そのためプラズマを発生させて基板を処理する
場合においても、プラズマ処理のプロセスの再現性を良
好にして、基板の処理を良好に行うことが可能となって
いる。

【００１６】また、位相差を最適に調整すれば、基板の
プラズマ処理の安定化や高性能化を図ることが可能とな
っている。

【００１７】請求項２の発明によると、前記電極板及び
アンテナコイルへ供給する高周波電力を供給する高周波
発振源は、前記位相調整手段内に設けられているため、
この位相調整手段の内部に設けられた高周波発振源を調
整して、位相の調整を容易に行うことが可能となってい
る。

【００１８】請求項３の発明によると、前記電極板に高
周波電力を供給する第１の高周波発振源を前記第１の位
相検出手段と前記位相調整手段の間に設け、前記アンテ
ナコイルに高周波電力を供給する第２の高周波発振源を
前記第２の位相検出手段と前記位相調整手段の間に設け
たため、位相調整手段によりそれぞれ第１の高周波発振
源および第２の高周波発振源の位相を独立に制御するこ
とが可能となっている。

【００１９】請求項４の発明によると、前記位相調整手
段は前記電極板に供給される高周波電力の位相と、前記
アンテナコイルに供給される高周波電力の位相の差を適
宜の値に設定する位相設定手段を有しているため、この
位相設定手段により自動的に高周波の位相差を適宜の値
に設定でき、よって上記基板の処理を適宜に設定された
位相差により最適に行うことが可能となっている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図１または図２に基づいて説明する。

【００２１】プラズマ処理装置２０は、導電性を有する
材質より形成され、上面が開放された円筒形状の処理容
器２１を有している。この処理容器２１には、側方に内
部の気体を吸引排気するための排気管２２が形成されて
いて、この排気管２２の他端が図示しない吸引手段に連
結されている。

【００２２】また上記処理容器２１の上部側方には、一
方が処理ガスの供給源に連結され、この処理容器２１の
内部に処理ガスを導入するための導入配管２３が形成さ
れている。この導入配管２３によって、処理容器２１の
内部に例えばＡｒのような処理ガスが供給される。

【００２３】上記処理容器２１の上端の開放部分には、
石英板２４が例えばＯリングなどの封止部材を介して取
り付けられ、上記処理容器２１の内部を封止するように
なっている。

【００２４】上記処理容器２１の底面には、半導体ウエ
ハなどの基板２５を載置する電極板２６が突出して設け
られている。この電極板２６は、絶縁材によって上記処
理容器２１から電気的に絶縁されており、この処理容器
２１の外方に設けられた高周波電源２７に接続され、電
極板２６に載置された基板２５に１３．５６ＭＨｚの高
周波を印加可能となっている。

【００２５】ここで、上記高周波電源２７はマッチング
ボックス２８を介して上記電極板２６と接続されてい
る。このマッチングボックス２８は、主にコンデンサと
コイルを用いて構成されており、例えばコンデンサと電
極板２６の間隔を調整することにより、このマッチング
ボックス２８のインピーダンスを可変としている。そし
てこのインピーダンスを調整して、上記マッチングボッ
クス２８の高周波電源２７側のインピーダンスと、マッ
チングボックス２８以降のインピーダンスとが同じにな
るようにする。

【００２６】上記高周波電源２７は、位相調整器３０に
接続されている。この位相調整器３０は、上記電極板２
６とマッチングボックス２８の間の一点の高周波の位相
をモニタ可能に接続されている。

【００２７】上記石英板２４の上面側には、上記処理容
器２１内部に導入された処理ガスをプラズマ化させるた
めのアンテナコイル３１が設けられている。このアンテ
ナコイル３１は、マッチングボックス３２を介して高周
波電源３３に接続されている。

【００２８】上記高周波電源３３は高周波電源２７と同
様に位相調整器３０に接続されており、位相調整器３０
は、アンテナコイル３１とマッチングボックス３２の間
の一点の高周波の位相をモニタ可能に接続されている。

【００２９】そして、この位相調整器３０の内部では、
電極板２６に供給される高周波の位相と、アンテナコイ
ル３１に供給される高周波の位相を検出し、これらの位
相差を求める。そして、この比較の結果、設定位相差と
検出した位相差が一致していない場合には、高周波電源
２７と３３の出力の調整を行い、設定位相差と検出した
位相差が一致するように出力の調整をする。

【００３０】そして、高周波電源２７，３３から出力さ
れた高周波は、マッチングボックス２８，３２でインピ
ーダンスの調整が行われ、電極板２６及びアンテナコイ
ル３１に供給される。

【００３１】以上のようなプラズマ処理装置２０では、
位相調整器３０により高周波電源２７，３３から発振さ
れた高周波はマッチングボックス２８，３２を通過し、
そしてこの通過した後にそれぞれの位相差が検出され
る。

【００３２】この位相調整器３０で検出した後に、基板
２５のプラズマ処理が良好に行われるように、この位相
調整器３０によって高周波の位相差を適宜に調整してい
る。

【００３３】このようなプラズマ処理装置２０を用い
て、以下に示す条件で実験を行った。まず上記処理容器
２１内部にＡｒガスを20sccmの流量で導入し、この処理
容器２１内部の圧力を1.1Pa とする。そして、上記アン
テナコイル３１に供給する高周波電力を300Wとし、また
上記電極板２６に供給する高周波電力を150Wとした。そ
して、このＡｒをプラズマ化し、Ａｒの発光スペクトル
強度を750.5nm と751.6nm の２つを選び、それぞれの位
相差ごとに測定した。この実験結果を図２に示す。ここ
で、プラズマの発光スペクトル強度は近似的に電子密度
と考えることができるので、発光強度が強い程、プラズ
マの電子密度が高いと考えられている。すなわち、発光
強度が強い程、プラズマの電子密度が高い、と考えられ
ている。

【００３４】そして図２より、Ａｒの発光スペクトルは
位相差に従って周期的に変化し、この明るさの相違が最
大で約２倍の差があるものとなっている。そのため、こ
の図２より、位相差を適宜に調整すれば、プラズマ密度
を適宜に制御できるものとなっている。

【００３５】このような構成のプラズマ処理装置２０に
よると、上記マッチングボックス２８と上記電極板２
６、および上記マッチングボックス３２と上記アンテナ
コイル３１の間で、位相調整器３０によりそれぞれ位相
が検出可能に設けられており、この位相調整器３０によ
って適宜に位相が調整される。

【００３６】そのため、上記処理容器２１内部でのプラ
ズマの発生を安定化させることが可能となり、プラズマ
処理のプロセスの再現性を得ることが容易となってい
る。

【００３７】またこれとともに、位相調整器３０によっ
て上記アンテナコイル３１と上記電極板２６に供給され
る高周波の位相を制御することが可能となっているた
め、処理容器２１内部でのプラズマ密度を適宜の値に制
御できる。そのため、処理ガスの処理容器２１内部での
解離を適度に制御することが可能となっており、よって
エッチングプロセスにおいてはエッチング選択性が向上
する。そのため基板２５に対し、所望のプラズマによっ
て処理することが可能となっている。

【００３８】以上、本発明の一実施の形態について説明
したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となってい
る。以下それについて述べる。

【００３９】上記実施の形態では、電極板２６及びアン
テナコイル３１のそれぞれに対して高周波電源２７，３
３を設ける構成としているが、高周波をアンテナコイル
３１及び電極板２６に供給可能であれば、位相調整器３
０内に１つの高周波発振器を設け、高周波電源２７，３
３の位置に増幅器を設けて増幅率を変化させることで所
望の位相差を得られるように構成することも可能であ
る。

【００４０】その他、本発明の要旨を変更しない範囲に
おいて、種々変形可能となっている。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、前記電極板及び前記アンテナコイルに供給
される高周波電力の位相を検出してそれぞれの位相の差
を任意に変化させる位相調整手段が設けられたため、こ
の位相調整手段によって位相を調整すれば、これらの位
相差を最適にすることが可能となる。そのためプラズマ
を発生させて基板を処理する場合においても、プラズマ
処理のプロセスの再現性を良好にして、基板の処理を良
好に行うことが可能となる。

【００４２】また、位相差を最適に調整すれば、基板の
プラズマ処理の安定化や高性能化を図ることが可能とな
る。

【００４３】請求項２記載の発明によると、前記電極板
及びアンテナコイルへ供給する高周波電力を供給する高
周波発振源は、前記位相調整手段内に設けられているた
め、この位相調整手段の内部に設けられた高周波発振源
を調整して、位相の調整を容易に行うことが可能とな
る。

【００４４】請求項３記載の発明によると、前記電極板
に高周波電力を供給する第１の高周波発振源を前記第１
の位相検出手段と前記位相調整手段の間に設け、前記ア
ンテナコイルに高周波電力を供給する第２の高周波発振
源を前記第２の位相検出手段と前記位相調整手段の間に
設けたため、位相調整手段によりそれぞれ第１の高周波
発振源および第２の高周波発振源の位相を独立に制御す
ることが可能となる。

【００４５】請求項４記載の発明によると、前記位相調
整手段は前記電極板に供給される高周波電力の位相と、
前記アンテナコイルに供給される高周波電力の位相の差
を適宜の値に設定する位相設定手段を有しているため、
この位相設定手段により自動的に高周波の位相差を適宜
の値に設定でき、よって上記基板の処理を適宜に設定さ
れた位相差により最適に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わるプラズマ処理装
置の構成を示す図。

【図２】同実施の形態に係わるＡｒプラズマの所定のス
ペクトルでの発光強度および位相差の関係を表す図。

【符号の説明】

２０…プラズマ処理装置 ２１…処理容器 ２４…石英板 ２５…基板 ２６…電極板 ２７，３３…高周波電源 ２８，３２…マッチングボックス ３０…位相調整器 ３１…アンテナコイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極板及びアンテナコイルを有し、この
   アンテナコイルと電極板に高周波電力を供給して処理容
   器内でプラズマを発生させて電極板に載置された基板を
   プラズマ処理するプラズマ処理装置において、 前記電極板及び前記アンテナコイルに供給される高周波
   電力の位相を検出してそれぞれの位相の差を任意に変化
   させる位相調整手段を有することを特徴とするプラズマ
   処理装置。
2. 【請求項２】 前記電極板及びアンテナコイルへ供給す
   る高周波電力を供給する高周波発振源は、前記位相調整
   手段内に設けら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】 前記電極板に高周波電力を供給する第１
   の高周波発振源を前記第１の位相検出手段と前記位相調
   整手段の間に設け、前記アンテナコイルに高周波電力を
   供給する第２の高周波発振源を前記第２の位相検出手段
   と前記位相調整手段の間に設けたことを特徴とする請求
   項１記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記位相調整手段は、前記電極板に供給
   される高周波電力の位相と、前記アンテナコイルに供給
   される高周波電力の位相の差を適宜の値に設定する位相
   設定手段を有していることを特徴とする請求項１ないし
   請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。