WO2006027972A1

WO2006027972A1 - プラズマ処理装置

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Publication number: WO2006027972A1
Application number: PCT/JP2005/015767
Authority: WO
Inventors: Toshiji Abe; Toshiki Takahashi; Hiroyuki Matsuura
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-03-16
Also published as: CN101010786A; US20080093024A1; TWI402911B; TW200623263A; EP1791172A1; JP4344886B2; KR20070057165A; KR100955359B1; JP2006073913A; EP1791172A4; CN100474526C; US8267041B2

Abstract

　被処理体Ｗに対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置は、真空引き可能になされた処理容器１２と、前記被処理体を保持する被処理体保持手段２０と、高周波電圧を発生する高周波電源５８と、前記処理容器内ヘプラズマ化されるプラズマ化ガスを供給するプラズマガス供給手段３８とを備えている。前記処理容器内にプラズマを発生させるために前記高周波電源の出力側に配線６０により共に励起電極状態になされた対のプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂが接続されている。また前記配線の途中に高周波整合手段７２が設けられ、さらにプラズマ電極５６Ａ、５６Ｂはいずれも接地されていない。これにより、プラズマ密度を高くして、しかもプラズマ生成効率を向上させる。

Description

明細書

プラズマ処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハ等の被処理体に対して成膜やエッチング等のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関する。

背景技術

[0002] 一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウェハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理、自然酸ィ匕膜の除去処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を縦型の、いわゆるバッチ式の熱処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウェハを複数枚、例えば 25枚程度収容できるカセットから、半導体ウェハを縦型のウェハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウェハボートは、例えばウェハサイズにもよるが 30〜150枚程度のウェハを載置できる。このウェハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入 (ロード)された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。

[0003] ところで、最近にあっては半導体集積回路の更なる高集積ィヒ及び高微細化の要求が強くなされており、回路素子の特性の向上の上力半導体集積回路の製造工程における熱履歴も低減ィ匕することが望まれている。このような状況下において、縦型の、いわゆるバッチ式の縦型の処理装置においても、ウェハをそれ程の高温に晒さなくても目的とする処理が可能なことから、プラズマを用いた処理装置が各種提案されている（例えば特許文献 1、 2、 3、 4、 5)。

例えば従来のプラズマ処理装置では、真空引き可能になされた円筒体状の処理容器の側壁の外側に、容器中心に対して対向させるようにして例えば 1対の電極を設けており、一方の電極にプラズマ発生用の高周波電源を接続し、他方の電極を接地して、両電極間に高周波電圧を印加して処理容器内の全体にプラズマを発生させるようになつている。半導体ウェハ Wは処理容器内の略中央部に多段に支持され、その一側に例えばプラズマ発生用のガスを導入するガスノズルを配置し、上記ウェハは処理容器の外周にこれを囲むようにして設けた加熱ヒータによりウエノ、 wは所定の温度に加熱維持されつつプラズマ処理される。

[0004] ここで上記高周波電源を含む高周波回路について説明する。図 8は高周波電極を含む従来の高周波回路の等価回路を示す図である。図 8中において、 2A、 2Bは処理容器側に設けられる一対のプラズマ電極であり、両プラズマ電極 2A、 2Bは配線 4 を介して例えば 13. 56MHzの高周波電源 6に接続されている。そして、上記プラズマ電極 2A、 2B間に高周波を印加することにより、真空状態になされた両プラズマ電極 2A、 2B間にプラズマ Pが発生することになる。ここでプラズマ Pは高周波電源 6に対して負荷として作用し、コンデンサ Cとコイル Lと抵抗 Rの直列回路として等価的に示される。そして、上記 2つのプラズマ電極の内、いずれか一方、図示例では下側のプラズマ電極 2Bが接地されて!、る。

また上記配線 4の途中には、プラズマ Pよりなる負荷に対して、この負荷からの反射波を相殺するようなインピーダンスの整合 (マッチング)を行う高周波整合回路 8が設けられており、プラズマの発生効率を高めるようになつている。この高周波整合回路 8 と、一方のプラズマ電極 2Aに対して直列に接続される第 1の可変コンデンサ C1及び第 1のコイル L1と、高周波電源 6側において上記プラズマ Pの負荷に並列に接続される第 2の可変コンデンサ C2とよりなる。尚、上記接続状態の高周波整合回路 8は逆 L型整合回路と称される。

[0005] 上記高周波整合回路 8において、プラズマ Pの負荷側の反射波を相殺するように第 1及び第 2の可変コンデンサ Cl、 C2を自動的に調整することにより、インピーダンス整合が行われる。また高周波整合回路 8の他の構成としては、例えば図 9 (A)に示すように、プラズマ Pの負荷に対してそれぞれ直列接続される第 1及び第 2の可変コンデンサ Cl、 C2と、この 2つの可変コンデンサ Cl、 C2の接続点と他方の配線 4を接続してプラズマ Pの負荷に対して並列に接続された第 1の可変コイル L2とで構成してもよいし、或いは図 9 (B)に示すように、プラズマ Pの負荷に対してそれぞれ直列接続される第 1及び第 2の可変コイル L2、 L3と、この 2つの可変コイル L2、 L3の接続点と、他方の配線 4を接続してプラズマ Pの負荷に対して並列に接続されたコンデンサ C3 とで構成してもよい。尚、図 9に示すような回路構成を T型整合回路と称す。

[0006] 特許文献 1 :特開平 3— 224222号公報

特許文献 2：特開平 5 - 251391号公報

特許文献 3：特開 2002 - 280378号公報

特許文献 4:特開 2001—44780号公報

特許文献 5：特開 2003 - 264100号公報

[0007] ところで、上記したような高周波整合回路 8において、両プラズマ電極 2A、 2B間に印加される電圧 Vabは、一方のプラズマ電極 2Bが接地されていることから、図 10に示すように正弦波となる。

このような高周波回路では、高いプラズマの生成効率が要求されるが、しかしながら

、上述したような高周波回路では、発生するプラズマ密度がそれ程高くならず、ブラズマ生成効率が十分に高くならな、、 t 、つた問題があった。

発明の開示

[0008] 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、プラズマ密度を高くして、し力もプラズマ生成効率を向上させることができるプラズマ処理装置を提供することにある。

[0009] 本発明は、被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置にお!ヽて、真空引き可能になされた処理容器と、前記被処理体を保持する被処理体保持手段と、高周波電圧を発生する高周波電源と、前記処理容器内へプラズマ化されるプラズマ化ガスを供給するプラズマガス供給手段と、前記処理容器内にプラズマを発生させるために前記高周波電源の出力側に配線により接続されて、共に励起電極状態になされた一対のプラズマ電極と、前記配線の途中に介設されインピーダンスをもつ高周波整合手段とを備え、各プラズマ電極は接地されてヽなヽことを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように、処理容器に設けた対のプラズマ電極を、共に接地させることなく高周波電源の出力側に配線により接続して励起電極状態 (ホット状態）となるようにしたので、インピーダンスを適正に調整することにより、両プラズマ電極に印加される電圧を大きくし、もって、プラズマ密度を高くして、し力もプラズマ生成効率を向上させることができる。

[0010] 本発明は、前記高周波整合手段は、前記プラズマ電極間のプラズマの負荷に対して並列に接続されると共に誘導性と容量性の内のいずれか一方の特性をもつ 1以上の第 1のリアクタンスと、前記各プラズマ電極に対してそれぞれ直列に接続されると共に前記第 1のリアクタンスとは異なる特性をもつ複数の第 2のリアクタンスとを含むことを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0011] 本発明は、前記第 1及び第 2の各リアクタンスの内の少なくとも一方のリアクタンスは可変になされて!、ることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0012] 本発明は、配線中であって、高周波整合手段と高周波電源との間に、プラズマ電極側からの反射波を検出する検出器が設けられ、検出器からの信号に基づいて、高周波整合手段のインピーダンスを制御部により制御することを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0013] 本発明は、制御部はプラズマ電極側力もの反射波がゼロとなるよう高周波整合手段のインピーダンスを制御することを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0014] 本発明は、第 1のリアクタンスは容量が可変の一対のコンデンサ力なり、第 2のリアクタンスは一対のコイル力もなることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0015] 本発明は、第 1のリアクタンスは容量が可変の一対のコイル力なり、第 2のリアクタンスは一対のコンデンサ力もなることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0016] 本発明は、第 1のリアクタンスは容量が可変の単一のコンデンサ力なり、第 2のリアクタンスは一対のコイル力もなることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0017] 本発明は、単一のコンデンサは配線のうち一対のコイルよりもプラズマ電極側に配置されて!ヽることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0018] 本発明は、単一のコンデンサは配線のうち一対のコイルよりもプラズマ電極と反対側に配置されて、ることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0019] 本発明は、第 1のリアクタンスは容量が可変の単一のコイル力なり、第 2のリアクタンスは一対のコンデンサ力もなることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0020] 本発明は、単一のコイルは配線のうち一対のコンデンサよりもプラズマ電極側に配置されて!ヽることを特徴とするプラズマ処理装置である。 [0021] 本発明は、単一のコイルは配線のうち一対のコンデンサよりもプラズマ電極と反対側に配置されて、ることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0022] 本発明は、前記処理容器は、前記被処理体を複数枚収容できる縦型の処理容器であることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0023] 本発明は、前記処理容器は、前記被処理体を 1枚収容できる枚葉式の処理容器であることを特徴とするプラズマ処理装置である。

[0024] 以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。

処理容器に設けた一対のプラズマ電極を、共に接地させることなく高周波電源の出力側に配線により接続して励起電極状態 (ホット状態）となるようにしたので、インピーダンスを適正に調整することにより、両プラズマ電極に印加される電圧を大きくし、もつて、プラズマ密度を高くして、し力もプラズマ生成効率を向上させることができる。図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は、本発明の係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面構成図である。

[図 2]図 2は、プラズマ処理装置を示す横断面構成図である。

[図 3]図 3は、高周波電源の接続された高周波回路の等価回路を示す図である。

[図 4]図 4 (A) - (C)は、プラズマ負荷の両端の電位とその合成電位を示すグラフである。

[図 5]図 5は、従来装置と本発明装置のプラズマ密度の分布を示すグラフである。

[図 6]図 6 (A) - (C)は、電圧波形の位相差が変化する状態を示す図である。

[図 7]図 7 (A)— (E)は、高周波整合回路の変形例を示す回路図である。

[図 8]図 8は、高周波電極を含む従来の高周波回路の等価回路を示す図である。

[図 9]図 9 (A) (B)は、従来の高周波整合回路の他の構成を示す図である。

[図 10]図 10は、従来の高周波整合回路により両プラズマ電極に印加される電圧波形を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0026] 以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一例を添付図面に基づいて詳述する。

図 1は本発明の係るプラズマ処理装置の一例を示す縦断面構成図、図 2はプラズマ処理装置 (加熱手段は省略)を示す横断面構成図、図 3は高周波電源の接続された高周波回路の等価回路を示す図である。尚、ここではプラズマ化ガスとしてアンモユアガスを用い、成膜ガスとしてへキサクロロジシラン (以下「HCD」とも称す)ガスを用いてプラズマ CVDによりシリコン窒化膜 (SiN)を成膜する場合を例にとって説明する。

図示するように、このプラズマ処理装置 10は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理容器 12を有している。この処理容器 12の全体は、例えば石英により形成されており、この処理容器 12内の天井には、石英製の天井板 14が設けられて封止されている。また、この処理容器 12の下端開口部には、例えばステンレススチールにより円筒体状に成形されたマ-ホールド 16が Oリング等のシール部材 18を介して連結されている。

[0027] 上記処理容器 12の下端は、上記マ-ホールド 16によって支持されており、このマ二ホールド 16の下方より多数枚の被処理体としての半導体ウェハ Wを多段に載置した被処理体保持手段としての石英製のウェハボート 20が昇降可能に挿脱自在になされている。本実施例の場合において、このウェハボート 20の支柱 20Aには、例えば 30枚程度の直径が 300mmのウェハ Wを略等ピッチで多段に支持できるようになつている。

このウェハボート 20は、石英製の保温筒 22を介してテーブル 24上に載置されており、このテーブル 24は、マ-ホールド 16の下端開口部を開閉する例えばステンレススチール製の蓋部 26を貫通する回転軸 28上に支持される。

そして、この回転軸 28の貫通部には、例えば磁性流体シール 30が介設され、この回転軸 28を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部 26の周辺部とマ-ホールド 16の下端部には、例えば Oリング等よりなるシール部材 32が介設されており、容器内のシール性を保持している。

[0028] 上記した回転軸 28は、例えばボートエレベータ等の昇降機構 34に支持されたァーム 36の先端に取り付けられており、ウェハボート 20及び蓋部 26等を一体的に昇降して処理容器 12内へ挿脱できるようになされている。尚、上記テーブル 24を上記蓋部 26側へ固定して設け、ウェハボート 20を回転させることなくウェハ Wの処理を行うようにしてもよい。

このマ-ホールド 16には、処理容器 12内の方へプラズマ化されるプラズマ化ガス、例えばアンモニア (NH )ガスを供給するプラズマガス供給手段 38と、成膜ガス、例

3

えばシラン系ガスとして HCDガスを供給する成膜ガス供給手段 40とが設けられる。具体的には、上記プラズマガス供給手段 38は、上記マ-ホールド 16の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなるプラズマガス分散ノズル 42を有している。このプラズマガス分散ノズル 42には、その長さ方向に沿って複数 (多数）のガス噴射孔 42Aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔 42Aから水平方向に向けて略均一にアンモニアガスを噴射できるようになって!/、る。

また同様に上記成膜ガス供給手段 40も、上記マ-ホールド 16の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて延びる石英管よりなる成膜ガス分散ノズル 44を有してヽる。ここでは上記成膜ガス分散ノズル 44は 2本設けられており（図 2参照）、各成膜ガス分散ノズル 44には、その長さ方向に沿って複数 (多数)のガス噴射孔 44Aが所定の間隔を隔てて形成されており、各ガス噴射孔 44Aから水平方向に向けて略均一にシラン系ガスを噴射できるようになって!/、る。

そして、上記処理容器 12の側壁の一部には、その高さ方向に沿ってプラズマ発生部 48が形成されると共に、このプラズマ発生部 48に対向する処理容器 12の反対側には、この内部雰囲気を真空排気するために処理容器 12の側壁を、例えば上下方向へ削りとることによって形成した細長、排気口 50が設けられて、る。

具体的には、上記プラズマ発生部 48は、上記処理容器 12の側壁を上下方向に沿つて所定の幅で削りとることによって上下に細長い開口 52を形成し、この開口 52をその外側より覆うようにして断面凹部状になされた上下に細長い例えば石英製のプラズマ区画壁 54を容器外壁に気密に溶接接合することにより、容器内と一体化するように形成されている。これにより、この処理容器 12の側壁の一部を凹部状に外側へ窪ませることにより一側が処理容器 12内へ開口されて連通されたプラズマ発生部 48が形成されることになる。すなわちプラズマ発生部 48の内部空間は、上記処理容器 12 内に一体的に連通された状態となっている。上記開口 52は、ウェハボート 20に保持されて、る全てのウェハ Wを高さ方向にぉ、てカバーできるように上下方向に十分に長く形成されている。

[0030] そして、上記プラズマ区画壁 54の両側壁の外側面には、その長さ方向（上下方向）に沿って互いに対向するようにして細長、一対のプラズマ電極 56A、 56Bが設けられると共に、このプラズマ電極 56A、 56Bにはプラズマ発生用の高周波電源 58が配線 60を介して接続されており、上記プラズマ電極 56A、 56Bに例えば 13. 56MHz の高周波電圧を印加することによりプラズマを発生し得るようになつている。尚、この高周波電圧の周波数は 13. 56MHzに限定されず、他の周波数、例えば 400kHz 等を用いてもよい。

そして、上記処理容器 12内を上方向に延びてヽくプラズマガス分散ノズル 42は途中で処理容器 12の半径方向外方へ屈曲されて、上記プラズマ発生部 48内の一番奥 (処理容器 12の中心より一番離れた部分）〖こ位置され、この一番奥の部分に沿つて上方に向けて起立させて設けられている。従って、上記プラズマガス分散ノズル 42 のガス噴射孔 42A力も噴射されたアンモニアガスはここでプラズマにより分解、或ヽは活性ィ匕されて処理容器 12の中心に向けて拡散しつつ流れるようになつている。

[0031] そして上記プラズマ区画壁 54の外側には、これを覆うようにして例えば石英よりなる絶縁保護カバー 62が取り付けられている。この絶縁保護カバー 62の外側には、これを覆って高周波の漏洩を防ぐためにシールド 64が設けられており、このシールド 64 は接地されている。

そして上記プラズマ発生部 48の開口 52の外側近傍、すなわち開口 52の外側（処理容器 12内）の両側には、上記 2本の成膜ガス分散ノズル 44が起立させて設けられており、これに設けた各ガス噴射孔 44Aより処理容器 12の中心方向に向けてシラン系ガスを噴射し得るようになって!/、る。

[0032] 一方、上記プラズマ発生部 48に対向させて設けた排気口 50には、これを覆うようにして石英よりなる断面コ字状に成形された排気口カバー部材 66が溶接により取り付けられている。この排気カバー部材 66は、上記処理容器 12の側壁に沿って上方に延びており、処理容器 12の上方のガス出口 68より図示しない真空ポンプ等を介設した真空排気系により真空引きされる。そして、この処理容器 12の外周を囲むようにしてこの処理容器 12及びこの内部のウエノ、 Wを加熱する筒体状の加熱手段 70が設けられている。

ここで上記高周波電源 58と両プラズマ電極 56A、 56Bとを接続する配線 60の途中に、本発明の特徴とする高周波整合手段 72が介設されている。具体的には、上記両プラズマ電極 56A、 56Bは、上記高周波電源 58の出力側に接地されることなく上記配線 60により接続されており、共に励起電極状態、すなわちホット状態になされている。そして、上記高周波整合手段 72は、配線 60に介設した高周波整合回路 74と、この高周波整合回路 74に並列に接続されてプラズマ電極 56A、 56B側力もの反射波を検出する検波器 76と、この検波器 76の出力に基づいて上記高周波整合回路 74 のインピーダンスを調整してコントロールする、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部 78とにより構成されている。この時の高周波回路の等価回路は図 3に示されている。

[0033] すなわち、ここでは両プラズマ電極 56A、 56B間で発生するプラズマ Pは高周波電源 58に対して負荷として作用し、このプラズマ Pは、コンデンサ Cとコイル Lと抵抗尺の直列回路として等価になっている。そして、上記高周波整合回路 74は、上記各ブラズマ電極 56A、 56Bに対してそれぞれ直列接続されている 2つのコイル Ll、 L2と、上記プラズマ Pの負荷に対して並列に接続されている 2つのコンデンサ Cl、 C2とにより構成されている。ここで上記コイル Ll、 L2は第 1のリアクタンスとして誘導性リアクタンスを構成し、上記コンデンサ Cl、 C2は第 2のリアクタンスとして容量性リアクタンスを構成する。この場合、上記両コンデンサ Cl、 C2は共に可変になされている。そして、一方のコンデンサ C1は、両コイル Ll、 L2よりもプラズマ電極 56A、 56Bに近い側の配線 60間に接続され、他方のコンデンサ C2は両コイル Ll、 L2よりもプラズマ電極 56A、 56Bに対して遠い側の配線 60間に接続され、いわゆる π型の整合回路となっている。

[0034] 次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置を用いて行なわれるプラズマ処理方法について説明する。ここではプラズマ処理として、ウェハ表面にプラズマ CVDによりシリコン窒化膜を形成する場合を例にとって説明する。

まず、常温の多数枚、例えば 50枚の 300mmサイズのウェハ Wが載置された状態のウェハボート 20を予め所定の温度になされた処理容器 12内にその下方より上昇させてロードし、蓋部 26でマ-ホールド 16の下端開口部を閉じることにより容器内を密閉する。

そして処理容器 12内を真空引きして所定のプロセス圧力に維持すると共に、加熱手段 70への供給電力を増大させることにより、ウェハ温度を上昇させてプロセス温度を維持し、各種の処理ガスをプラズマガス供給手段 38及び成膜ガス供給手段 40からそれぞれ交互に間欠的に供給して回転しているウェハボート 20に支持されているウエノ、 Wの表面にシリコン窒化膜を形成する。

[0035] 具体的には、 NHガスはプラズマ発生部 48内に設けたプラズマガス分散ノズル 42

3

の各ガス噴射孔 42Aから水平方向へ噴射され、また、成膜ガスである HCDガスは成膜ガス分散ノズル 44の各ガス噴射孔 44Aから水平方向へ噴射され、両ガスが反応してシリコン窒化膜が形成される。この際、高周波電源 58からの高周波電圧が、プラズマ発生部 48の両プラズマ電極 56A、 56B間に印加されている。従って、上記プラズマガス分散ノズル 44のガス噴射孔 44Aより噴出された NHガスが、高周波電圧が印

3

カロされているプラズマ電極 56A、 56B間に流れ込み、ここでプラズマ化されて活性化し、例えば N *、 NH *、 NH2 *、 NH3 * (記号 *はラジカルであることを示す）等のラジカル (活性種)を発生させる。このラジカルはプラズマ発生部 48の開口 52より処理容器 12内の中心方向に向けて放出されて拡散して、ウェハ Wの相互間に層流状態で流れて行くことになる。そして、上記各ラジカルはウエノ、 Wの表面に付着している HCDガスの分子と反応して上記したようにシリコン窒化膜を形成することになる。

[0036] さて、このような成膜動作中において、プラズマ Pからの反射波は、図 2或いは図 3 に示すような検波器 76により検出され、この反射波が"ゼロ"になるように制御部 78は高周波整合回路 74のインピーダンスを自動的にコントロールし、マッチングを行うことになる。図 3に示す場合には、コンデンサ Cl、 C2の値を適宜調整することになる。ここでは、例えばプラズマ Pよりなる負荷のインピーダンスを" a+jb"とした場合、制御部 78は上記高周波整合回路 74とプラズマ Pの負荷が" 50 Ω "になるように調整することになる。

上記のようにインピーダンス整合がとれた場合、両コンデンサ Cl、 C2の合成インピ一ダンスを"—jZ ( ω C) "とし、両コイル Ll、 L2のインピーダンスをそれぞれ" +j ω L 1"及び" +j co L2"とすると、虚数部がゼロになるので以下の式のようになる。

co Ll十 co L2— lZ ( o C) =0

従って、プラズマ Ρ中の負荷の両端の電位、すなわちプラズマ電極 56Α (点 a)とプラズマ電極 56B (点 b)の電位は、図 4 (A)及び図 4 (B)に示すように、位相は 180度ずれること〖こなる。

[0037] 図 4はプラズマ負荷の両端の電位とその合成電位を示すグラフである。図 4 (A)は一方のプラズマ電極 56A (点 a)の電位 Vaを示し、図 4 (B)は他方のプラズマ電極 56 B (点 b)の電位 Vbを示す。従って、電位"ゼロ"の-ユートラルの位置は負荷、すなわちプラズマ P中の半分の所あたりに位置することにより、ここが仮想のグランド (接地）となる。この結果、両プラズマ電極 56A、 56B間の電位差 Vab (=Va— Vb)は図 4 (C )に示すように 2倍の振幅で変化することになる。

このように、両プラズマ電極 56A、 56Bを共に接地しないで励起電極状態（ホット状態）にすることにより、図 8に示す従来の高周波回路のように両電極の内のいずれか一方を接地した場合と比較して 2倍の電圧をプラズマ Pに印加することができる。この結果、プラズマ密度を高くできるのみならず、プラズマの生成効率も向上させることが可能となる。

[0038] また、上述のように両プラズマ電極 56A、 56Bを共に接地しな!、で励起電極状態（ホット状態）とすることにより、電極面積を増やすことができ、その分、単位面積当たりの電力パワー（電圧）を抑制することができる。このように単位面積当たりの電力パヮ一を抑制して電位差を小さくすることは、プラズマ P中のイオンによるプラズマ電極 56 A、 56Bや処理容器 12 (プラズマ区画壁 54)に対するダメージを抑制することが可能となる。

ここで、プラズマ電極間中のプラズマ密度をシミュレーションによって測定したので、その測定結果を図 5に示す。図 5においては、曲線 Aは従来装置のプラズマ密度の分布を示し、曲線 Bは本発明装置のプラズマ密度を示す。図示するように、従来装置の曲線 Aは、左側の電極、すなわちホット状態の電極の近傍で 1つのプラズマ密度のピークを示しているに過きない。これに対して、本発明装置の曲線 Bは、両電極の近傍にぉ、てそれぞれプラズマ密度のピークを示しており、全体的にプラズマ密度を向上できることが確認できた。

[0039] また、図 4 (A)及び図 4 (B)に示すように、図 4 (B)に示す電圧波形は図 4 (A)に示す電圧波形に対して位相が 180度ずれてヽるが、図 1中の可変になされたコンデンサ Cl、 C2を適宜変化させることにより、図 4 (B)に示す電圧波形の位相差を変化させることができる。図 6は電圧波形の位相差が変化する状態を示す図である。図 6 (A )は図 4 (A)と同じ電圧波形を示し、図 6 (B)は図 6 (A)より位相が 90度ずれた時の電圧波形を示し、図 6 (C)は図 6 (A)より位相が 180度ずれた時の電圧波形を示す。このように、プラズマ電極 56A、 56B間の電圧位相を任意に変えることができるので、プラズマ密度を変えることができるのみならず、プラズマの時間依存安定性を変えることができ、プロセスに対応した最適なプラズマ密度を得ることができる。

尚、図 1に示す装置例では、両コンデンサ Cl、 C2を共に可変にした力これに限定されず、コンデンサ Cl、 C2よりなる 2つの容量性リアクタンス及びコイル Ll、 L2よりなる 2つの誘導性リアクタンスの内、少なくとも 1つのリアクタンスを可変にするように構成すればよい。

[0040] また、高周波整合回路 74の構成は、図 3に示した構成に限定されず、例えば図 7に示すように構成してもよい。図 7は高周波整合回路の変形例を示す回路図である。図 7 (A)に示す回路は、図 3 (A)に示す回路において、誘導性リアクタンスであるコイル Ll、 L2と容量性リアクタンスであるコンデンサ Cl、 C2との接続関係を逆にしたものであり、両コンデンサ Cl、 C2をそれぞれ負荷からの各配線 60に対して直列に接続し、このコンデンサ Cl、 C2を挟むようにして両コイル Ll、 L2を負荷に対して並列に接続している。また、ここでは両コイル Ll、 L2を可変にしている。

図 7 (B)に示す回路は、図 3に示す回路において負荷に対して並列に接続した一方のコンデンサであって負荷に近い側のコンデンサ C1を取り外して開放にした状態の回路構成であり、これに対して、図 7 (C)に示す回路は、図 3に示す回路において負荷に対して並列に接続した他方のコンデンサであって負荷に遠い側のコンデンサ C2を取り外して開放にした状態の回路構成であり、共にコンデンサ C2、或いはコンデンサ C1を可変にしている。

図 7 (D)に示す回路は、図 7 (A)に示す回路において、負荷に対して並列に接続した一方のコイルであって負荷に近い側のコイル LIを取り外して開放にした状態の回路構成であり、これに対して、図 7 (E)に示す回路は、図 7 (A)に示す回路において、負荷に対して並列に接続した他方のコンデンサであって負荷に遠い側のコイル C2を取り外して開放にした状態の回路構成であり、共にコイル L2、或いはコイル L1を可変にしている。

またここでは、シリコン窒化膜の成膜処理を例にとって説明したが、他の膜種の成膜処理でもよぐ更には成膜処理に限定されず、プラズマエッチング処理、プラズマアツシング処理等に対しても本発明を適用することができる。

更には、ここでは一度に複数枚の半導体ウェハを処理できる縦型のバッチ式のブラズマ処理装置を例にとって説明したが、これに限定されず、半導体ウェハを 1枚ずつ処理する枚葉式のプラズマ処理装置にも本発明を適用することができる。この場合には、例えば半導体ウェハを載置して保持する被処理体保持手段であるサセプタと、プラズマガスを含む処理ガス等を供給するシャワーヘッド部とが両プラズマ電極として構成されること〖こなる。

また被処理体としては、半導体ウェハに限定されず、ガラス基板や LCD基板にも、本発明を適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置にぉヽて、

真空引き可能になされた処理容器と、

前記被処理体を保持する被処理体保持手段と、

高周波電圧を発生する高周波電源と、

前記処理容器内へプラズマ化されるプラズマ化ガスを供給するプラズマガス供給手段と、

前記処理容器内にプラズマを発生させるために前記高周波電源の出力側に配線により接続されて、共に励起電極状態になされた一対のプラズマ電極と、前記配線の途中に介設されインピーダンスをもつ高周波整合手段とを備え、各プラズマ電極は接地されて、な、ことを特徴とするプラズマ処理装置。

[2] 前記高周波整合手段は、前記プラズマ電極間のプラズマの負荷に対して並列に接続されると共に誘導性と容量性の内のいずれか一方の特性をもつ 1以上の第 1のリアクタンスと、前記各プラズマ電極に対してそれぞれ直列に接続されると共に前記第 1 のリアクタンスとは異なる特性をもつ複数の第 2のリアクタンスとを含むことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[3] 前記第 1及び第 2の各リアクタンスの内の少なくとも一方のリアクタンスは可変にな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] 配線中であって、高周波整合手段と高周波電源との間に、プラズマ電極側からの反射波を検出する検出器が設けられ、

検出器力の信号に基づいて、高周波整合手段のインピーダンスを制御部により制御することを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[5] 制御部はプラズマ電極側からの反射波がゼロとなるよう高周波整合手段のインピーダンスを制御することを特徴とする請求項 4記載のプラズマ処理装置。

[6] 第 1のリアクタンスは容量が可変の一対のコンデンサ力なり、

第 2のリアクタンスは一対のコイル力なることを特徴とする請求項 3記載のプラズマ処理装置。

[7] 第 1のリアクタンスは容量が可変の一対のコイル力なり、第 2のリアクタンスは一対のコンデンサ力なることを特徴とする請求項 3記載のブラズマ処理装置。

[8] 第 1のリアクタンスは容量が可変の単一のコンデンサ力なり、

[9] 単一のコンデンサは配線のうち一対のコイルよりもプラズマ電極側に配置されて!ヽ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] 単一のコンデンサは配線のうち一対のコイルよりもプラズマ電極と反対側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。

[11] 第 1のリアクタンスは容量が可変の単一のコイル力なり、

第 2のリアクタンスは一対のコンデンサ力なることを特徴とする請求項 3記載のブラズマ処理装置。

[12] 単一のコイルは配線のうち一対のコンデンサよりもプラズマ電極側に配置されていることを特徴とする請求項 11記載のプラズマ処理装置。

[13] 単一のコイルは配線のうち一対のコンデンサよりもプラズマ電極と反対側に配置されて、ることを特徴とする請求項 11記載のプラズマ処理装置。

[14] 前記処理容器は、前記被処理体を複数枚収容できる縦型の処理容器であることを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[15] 前記処理容器は、前記被処理体を 1枚収容できる枚葉式の処理容器であることを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。