(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、
前記容器の一部に形成され、誘電体又は半導体からなる窓部と、
前記窓部の外方に配置された負荷部と、
この負荷部に電力を供給する電力供給部とを備え、
前記負荷部は、所定方向に沿って設けられた導体線路と、両端子同士を結ぶ方向が前記所定方向と交差するように配置されたコンデンサとが、電気的に直列接続された電気回路要素が、直列に複数組み合わされて形成され、
前記コンデンサの両端子にそれぞれ接続される一対の導体線路は、前記コンデンサと前記窓部の間において、前記所定方向と交差し、かつ、互いに遠ざかる方向に延在されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項２】
容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、
前記容器の一部に形成され、誘電体又は半導体からなる窓部と、
前記窓部の外方に配置された負荷部と、
この負荷部に電力を供給する電力供給部とを備え、
前記負荷部は、導体線路とコンデンサとが直列接続された電気回路要素が複数組み合わされて形成されるとともに、全ての導体線路の接地側にはコンデンサが接続されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項３】
前記コンデンサの容量は可変であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項４】
前記導体線路のインダクタンスは可変であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項５】
前記電力供給部は、それぞれ独立に制御される複数の電力供給装置を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項６】
前記導体線路と前記窓部との間に導体板が設けられ、
前記導体板は、前記導体線路の近傍で電流の進行方向に対して交差する方向に切欠が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項７】
前記導体線路と前記窓部との間には、複数の独立した導体板が電流の進行方向に対して交差する方向に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項８】
窓部の外方に設けられた負荷部を有する容器内に誘導電界を発生させることでプラズマを生成するプラズマ処理方法において、
前記負荷部に電力を供給する電力供給工程と、
前記負荷部を構成する導体線路の両端における電圧の振幅がほぼ同じ値になる前記導体線路のインダクタンス、前記負荷部を構成しかつ前記導体線路に接続されたコンデンサの容量、または前記電力の周波数の少なくとも１つを調整する調整工程とを備え、
前記負荷部は、所定方向に沿って設けられた導体線路と、両端子同士を結ぶ方向が前記所定方向と交差するように配置されたコンデンサとが、電気的に直列接続された電気回路要素が、直列に複数組み合わされて形成され、前記コンデンサの両端子にそれぞれ接続される一対の導体線路は、前記コンデンサと前記窓部の間において、前記所定方向と交差し、かつ、互いに遠ざかる方向に延在されていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
窓部の外方に設けられた負荷部を有する容器内に誘導電界を発生させることでプラズマを生成するプラズマ処理方法において、
前記負荷部に電力を供給する電力供給工程と、
前記負荷部を構成する導体線路の両端における電圧の振幅がほぼ同じ値になる前記導体線路のインダクタンス、前記負荷部を構成しかつ前記導体線路に接続されたコンデンサの容量、または前記電力の周波数の少なくとも１つを調整する調整工程とを備え、
前記負荷部は、導体線路とコンデンサとが直列接続された電気回路要素が複数組み合わされて形成されるとともに、全ての導体線路の接地側にはコンデンサが接続されていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスや液晶パネル上への薄膜素子の製造、あるいは分析、粒子ビーム生成、加熱等を目的としてプラズマを生成するプラズマ生成装置及びブラズマ処理方法に関し、特に窓の削れ量を最小限に抑えることができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の半導体デバイス製造用のドライエッチング装置１０の構成を示す図である。ドライエッチング装置１０は、チャンバ１１を備えている。チャンバ１１には、排気装置１２ａ及びチャンバ１１内の圧力を調整する圧力調整装置１２ｂが設けられており、ガス導入口１１ａから導入された反応ガスの圧力が制御されている。なお、図中１２ｃ，１２ｄはチャンバ１１内の圧力を検知する圧力検出器を示している。
【０００３】
チャンバ１１の天井部には開口部１１ｂが設けられ、例えば石英やアルミナ等の誘電体またはシリコン等の半導体製の窓１３が取り付けられており、この窓１３の外面に沿ってアンテナ部１４が設けられている。アンテナ部１４には高周波電源１６ａ及び整合回路１６ｂが接続されており、高周波電力が供給される。アンテナ部１４は導体線路から形成されており、その一端はチャンバ１１と同電位である。チャンバ１１側壁には、非処理体である半導体ウエハＷを出し入れするための搬入出口１１ｃが設けられている。
【０００４】
チャンバ１１内には下部電極１５ａが設けられ、保持機構１５ｂを介して半導体ウエハＷを載置することができる。下部電極１６ａには電源１７ａ及び整合回路１７ｂが接続され、高周波電力が供給される。
【０００５】
なお、電源１６ａと電源１７ａとは、制御部１８によってその出力が独立に制御されている。
【０００６】
このようなドライエッチング装置１０では、制御部１８により電源１６ａと電源１７ａのいずれか、あるいは両方を駆動することにより、チャンバ１１内にプラズマＰを生成するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したドライエッチング装置であると次のような問題があった。すなわち、チャンバ１１内のプラズマＰの密度を高めるために、プラズマ生成用のアンテナ部１４に供給する電力を大きくすると電圧の振幅が大きくなり、生成されたプラズマＰ内のイオンが窓１３に激しく衝突し、窓１３が削られることになる。
【０００８】
このため、窓１３の交換頻度が多くなり、生産コストが高くなるとともに、作業効率が低下する。また、窓１３が削られることにより、窓１３の材料である誘電体及び半導体のダスト、あるいはそれらがプラズマＰ中で他の物質と反応して生成された反応生成物のダストがチャンバ１１内に拡散し、ウエハＷに付着し、所期の性能が得られない虞があった。
【０００９】
そこで本発明は、プラズマを生成する容器の窓の削れ量を低減し、窓の長寿命化及びチャンバ内におけるダスト発生を抑制することができるブラズマ生成装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理方法は次のように構成されている。
【００１１】
（１）容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、前記容器の一部に形成され、誘電体又は半導体からなる窓部と、前記窓部の外方に配置された負荷部と、この負荷部に電力を供給する電力供給部とを備え、前記負荷部は、所定方向に沿って設けられた導体線路と、両端子同士を結ぶ方向が前記所定方向と交差するように配置されたコンデンサとが、電気的に直列接続された電気回路要素が、直列に複数組み合わされて形成され、前記コンデンサの両端子にそれぞれ接続される一対の導体線路は、前記コンデンサと前記窓部の間において、前記所定方向と交差し、かつ、互いに遠ざかる方向に延在されていることを特徴とする。
（２）容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、前記容器の一部に形成され、誘電体又は半導体からなる窓部と、前記窓部の外方に配置された負荷部と、この負荷部に電力を供給する電力供給部とを備え、前記負荷部は、導体線路とコンデンサとが直列接続された電気回路要素が複数組み合わされて形成されるとともに、全ての導体線路の接地側にはコンデンサが接続されていることを特徴とする。
【００１２】
（３）前記（１）又は（２）に記載されたプラズマ生成装置であって、前記コンデンサの容量は可変であることを特徴とする。
【００１３】
（４）前記（１）又は（２）に記載されたプラズマ生成装置であって、前記導体線路のインダクタンスは可変であることを特徴とする。
【００１４】
（５）前記（１）又は（２）に記載されたプラズマ生成装置であって、前記電力供給部は、それぞれ独立に制御される複数の電力供給装置を備えていることを特徴とする。
【００１５】
（６）前記（１）又は（２）に記載されたプラズマ生成装置であって、前記導体線路と前記窓部との間に導体板が設けられ、前記導体板は、前記導体線路の近傍で電流の進行方向に対して交差する方向に切欠が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
（７）前記（１）又は（２）に記載されたプラズマ生成装置であって、前記導体線路と前記窓部との間には、複数の独立した導体板が電流の進行方向に対して交差する方向に配列されていることを特徴とする。
【００１７】
（８）窓部の外方に設けられた負荷部を有する容器内に誘導電界を発生させることでプラズマを生成するプラズマ処理方法において、前記負荷部に電力を供給する電力供給工程と、前記負荷部を構成する導体線路の両端における電圧の振幅がほぼ同じ値になる前記導体線路のインダクタンス、前記負荷部を構成しかつ前記導体線路に接続されたコンデンサの容量、または前記電力の周波数の少なくとも１つを調整する調整工程とを備え、前記負荷部は、所定方向に沿って設けられた導体線路と、両端子同士を結ぶ方向が前記所定方向と交差するように配置されたコンデンサとが、電気的に直列接続された電気回路要素が、直列に複数組み合わされて形成され、前記コンデンサの両端子にそれぞれ接続される一対の導体線路は、前記コンデンサと前記窓部の間において、前記所定方向と交差し、かつ、互いに遠ざかる方向に延在されていることを特徴とする。
（９）窓部の外方に設けられた負荷部を有する容器内に誘導電界を発生させることでプラズマを生成するプラズマ処理方法において、前記負荷部に電力を供給する電力供給工程と、前記負荷部を構成する導体線路の両端における電圧の振幅がほぼ同じ値になる前記導体線路のインダクタンス、前記負荷部を構成しかつ前記導体線路に接続されたコンデンサの容量、または前記電力の周波数の少なくとも１つを調整する調整工程とを備え、前記負荷部は、導体線路とコンデンサとが直列接続された電気回路要素が複数組み合わされて形成されるとともに、全ての導体線路の接地側にはコンデンサが接続されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体デバイス製造用のドライエッチング装置（プラズマ生成装置）２０を示す図である。ドライエッチング装置２０は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属製のチャンバ２１を備えている。チャンバ２１には、排気装置２２ａ及びチャンバ２１内の圧力を調整する圧力調整装置２２ｂが設けられており、ガス導入口２１ａから導入された反応ガスの圧力を０．０５Ｐａから５００Ｐａの範囲で制御できる。なお、図中２２ｃ，２２ｄはチャンバ２１内の圧力を検知する圧力検出器を示している。
【００１９】
チャンバ２１の天井部には開口部２１ｂが設けられ、例えぱ石英やアルミナ等の誘電体またはシリコン等の半導体製の窓２４が取り付けられており、この窓２４の外方に負荷部３０が設置されている。負荷部３０は、複数の電気回路要素３１が直列に４組接続されたものであり、電気回路要素３１は銅またはアルミニウム等の導体製の導体線路３２とコンデンサ３３を直列接続したものである。導体線路３２の形状はどのようなものでもよく、直線や曲線、あるいは立体的に複雑な形状であっても良い。一般的には所望の形状のプラズマＰが発生するように設定される。
【００２０】
負荷部３０の一端には高周波電源２６ａ及び整合回路２６ｂが接続されており、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数の電力が供給されており、他端はチャンバ２１に接続されている。チャンバ２１側壁には、非処理体である半導体ウエハＷを出し入れするための搬入出口２１ｃが設けられている。
【００２１】
チャンバ２１内には下部電極２５ａが設けられ、保持機構２５ｂを介して半導体ウエハＷを載置することができる。また、図１中２５ｃは温度調整装置を示しており、下部電極２５ａ及び保持機構２５ｂの温度を調整する機能を有している。下部電極２６ａには電源２７ａ及び整合回路２７ｂが接続され、数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数の電力が供給される。
【００２２】
なお、電源２６ａと電源２７ａとは、制御部２８によってその出力が独立に制御され、半導体ウエハＷに入射するイオンエネルギを制御することができる。また、電源２６ａと電源２７ａが同一周波数の場合には、互いに干渉して放電が不安定になることがあるので、制御部２８内に位相シフタを設置して、電源２６ａと電源２７ａとの位相差を調整することで放電を安定にしている。
【００２３】
さらに、コンデンサ３３の近傍では、導体線路３２の近傍に比べて、生成されるブラズマＰの密度が小さくなるので、できるだけ均一なプラズマＰを負荷部３０の近傍で生成する目的で、導体線路３２の形状を工夫しても良い。すなわち、図２に示すように、コンデンサ３３の下部で２本の導体線路３２が並ぷように構成している。この場合には、導体線路３２の並ぶ距離が長すぎると、そこでのブラズマＰの密度が逆に高くなるので、所望するブラズマ分布になるように構造を最適化するようにしてもよい。
【００２４】
このようなドライエッチング装置２０では、制御部２８により電源２６ａと電源２７ａのいずれか、あるいは両方を駆動することで、チャンバ２１内にプラズマＰを生成するようにしている。なお、処理条件は例えば、反応ガスをＣ４  Ｆ８  を２０ｓｃｃｍ、Ａｒを５００ｓｃｃｍとし、圧力を１Ｐａ、半導体ウエハＷ上の膜をＳｉＯ２  、下部電極２５ａの温度を２０℃とする。
【００２５】
図３の（ａ）は負荷部が導体線路のみで構成されている場合の電圧分布を示している。電圧振幅は電源２６ａ側で最大となり、チャンバ２１側でＶｃ（Ｖｃはチャンバ２１の電位）なる。これに対し、本ドライエッチング装置２０においては図３の（ｂ）に示すように、電圧振幅の最大が導体線路３２の電源２６ａ側又はコンデンサ３３側となり、中間点でほぼＶｃとなる。窓２４がプラズマＰにより削られる速度は、導体線路上に生じる電圧の振幅が大きいほど速くなるので、導体線路のみの場合に比べ、導体線路３２上に生じる電圧の振幅を小さくすることができ、誘電体又は半導体から形成される窓２４が削られる速度を遅くすることができる。したがって、窓の長寿命化及びチャンバ内におけるダスト発生を抑制することができる。
【００２６】
なお、導体線路３２の中点３２ａの電圧振幅を高電圧プローブとオシロスコープでモニタしながら、その電圧振幅が最小になるように各負荷部３０における導体線路３２のインダクタンス、各コンデンサ３３の容量、電源２６ａの周波数ｆを調整する。
【００２７】
すなわち、チャンバ２１の電位をＶｃ（Ｖ）、電源１５の周波数をｆ（Ｈｚ）、チャンバ電位点からｎ番目の導体線路３２のインダクタンスをＬｎ（Ｈ）、コンデンサ３３の容量をＣｎ（Ｆ）とした場合に所定の関係になるように調整を行う。以下、その関係について図４に基づいて説明する。なお、ｎ＝１は、電源２６ａから電気回路的に最も遠い電気回路要素３１を示すものとする。
【００２８】
ｎ番目の電気回路要素３１に流れる電流をＩ（Ａ）とすると、
ｎ番目の導体線路３２における電圧降下Ｖｎ（Ｖ）は、
Ｖｎ＝２πｆＬｎＩ＋Ｖｃ                                      …（１）
ｎ−１番目の導体線路３２における電圧降下Ｖｎ−１  （Ｖ）は、
Ｖｎ−１＝２πｆＬｎ−１Ｉ＋Ｖｃ                              …（２）
ｎ番目のコンデンサで上昇する電圧φｎ  （Ｖ）は、
φｎ＝Ｉ／（２πｆＣｎ）＋Ｖｃ                                …（３）
であり、ｎ番目の導体線路３２の中点で電圧がＶｃ（Ｖ）になるためには、
φｎ＝（Ｖｎ−１＋Ｖｎ）／２                                  …（４）
となればよい。
【００２９】
式（１）〜（３）を式（４）に代入して
２π２ｆ２（Ｌｎ−１＋Ｌｎ）Ｃｎ＝１                          …（５）
が得られる。
【００３０】
ｎ＝１の場合には、φ１＝Ｖ１／２となればよいので、
２π２ｆ２Ｌ１Ｃ１＝１                                        …（６）
となる。
【００３１】
上述した式（５），（６）に基づいて、ｆ、Ｌｎ、Ｃｎを定めることで、導体線路３２上において電圧振幅が最大となる点の電圧振幅の値を小さくできる。特に電気回路要素３１の数が多い場合には、その数をｎとすると、同じ距離を導体線路のみで形成する場合に比べて電圧振幅が最大となる点の電圧振幅を２ｎ分の１に低減できる。
【００３２】
なお、導体線路３２のインダクタンスＬｎを変化させるための構成としては、例えぱ導体線路３２に数個の接続点を設け、導体線路３２とコンデンサ１３の接続位置あるいは導体線路３２と他の電気回路要素１４との接続位置を変化させても良い。
【００３３】
また、コンデンサ３３の容量Ｃｎを変化させるための構成としては、固定容量のコンデンサを適宜取り替える構成、または可変容量のコンデンサを用いる構成であっても良い。
【００３４】
図５〜図７は上述したドライエッチング装置１０の変形例の要部を示す図である。図５の（ａ），（ｂ）は、電気回路要素３１の接続形態の変形例である。すなわち、図５の（ａ）に示すように各電気回路要素３１が並列接続されている場合、図５の（ｂ）は各電気回路要素３１が直列接続と並列接続の組み合せで接続されている場合を示している。いずれの場合も、プラズマＰの分布形状が所望の形状になるように構成を行う。なお、チャンバ２１内の圧力が数Ｐａ以上である場合には、プラズマＰが導体線路３２の近傍に集中して生成される場合が多いため、導体線路３２の配置を工夫することで、ブラズマＰの分布形状を制御できる。
【００３５】
図６の（ａ）〜（ｃ）は、窓２４及び負荷部３０の変形例である。すなわち、窓２４の形状は図６の（ａ），（ｂ）に示すように非平面状であってもよく、これに対応するように電気回路要素３１の接続形態を非平面状としてもよい。
【００３６】
また、図６の（ｃ）に示すように、石英やアルミナ等の誘電体またはシリコン等の半導体製の部品３５をチャンバ２１の外部から内部に挿入し、部品３５の内部に負荷部３０を設置するようにしてもよい。この場合は、さらに効率良くプラズマを生成できる。
【００３７】
図７は、ブラズマＰによる誘電体あるいは半導体製の窓２４の削れ量をさらに抑制するために導体板４０を負荷部３０と窓２４との間に設置した例を示す図である。導体板４０は、接地電位に接続すると、放電の着火性は劣化するが、ファラデーシールドの効果により、ブラズマＰによる誘電体あるいは半導体製の窓２４の削れ量を抑制できる。なお、導体板４０には、導体線路３２の近傍で電流の進行方向に交差するように切欠部４１が設けられている。切欠部４１がない場合には、導体板４０に導体線路３２に沿って電流と逆方向の電流が流れ、プラズマＰの発生密度が減少する虞がある。
【００３８】
また、導体板４０を接地電位に接続せずに、浮遊電位で使用することで、比較的良好な放電の着火性を実現するようにしてもよい。
【００３９】
また、短冊状の複数の独立した導体板を導体線路３２と窓部２４との間に電流の進行方向に交差するように配列するようにしても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態では、半導体デバイス製造用のドライエッチングを例にして示したが、本発明は、ドライエッチングに限定されることなく、プラズマアッシング、ブラズマＣＶＤ、ブラズマスパッタ、プラズマクリーニング等に適用が可能であり、半導体デバイスの処理のみならず、液晶パネル上の薄膜素子の処理、あるいは分析、粒子ビーム生成、加熱等を目的としたブラズマ生成及びブラズマ処理にも有効である。
【００４１】
一方、導体線路は、必ずしも窓の近傍に設置する必要は無いが、プラズマを生成したい場所では、導体線路を窓の近傍に設置する方が良く、導体線路と窓の距離が短いほどそこで生成されるプラズマの密度を高めることができる。窓の数は１個に限定されず、各導体線路の近傍のみにそれぞれ誘電体または半導体製の複数の小窓を設けるようにしてもよい。また、窓の位置はチャンバの壁面であればどこに設けてもよく、導体線路を窓の近傍に配置することで、チヤンバ内の窓の近傍でプラズマを生成することができる。
【００４２】
この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマを生成する容器の窓の削れ量を低減し、窓の長寿命化及びチャンバ内におけるダスト発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るドライエッチング装置の構成を示す模式図。
【図２】同ドライエッチング装置に組み込まれた窓及び負荷部の構成を示す斜視図。
【図３】同負荷部の動作原理を示す説明図。
【図４】同負荷部の動作原理を示す説明図。
【図５】同ドライエッチング装置の変形例を示す図。
【図６】同ドライエッチング装置の別の変形例を示す図。
【図７】同ドライエッチング装置のさらに別の変形例を示す図。
【図８】従来のドライエッチング装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
２０…ドライエッチング装置（プラズマ生成装置）
２１…チャンバ
２４…窓
２６ａ，２７ａ…高周波電源
２６ｂ，２７ｂ…整合回路
２８…制御部
３０…負荷部
３１…電気回路要素
３２…導体線路
３３…コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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