(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理を行う処理室内にプラズマ励起電極とサセプタ電極とを設け、
可変コンデンサとコイルとを直列接続してなる共振回路を、前記サセプタ電極と前記処理室との間に、該共振回路の両端部の一方を前記サセプタ電極に、他方を前記処理室にそれぞれ接続して設け、
前記サセプタ電極上に載置した被処理物の表面を前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間に発生させたプラズマにより処理する際、前記可変コンデンサを調整して、少なくとも前記サセプタ電極および前記処理室とからなる立体回路と、前記共振回路とを直列共振させて前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間にプラズマを閉じ込ませ、  前記処理室内をプラズマクリーニングする際、前記可変コンデンサを調整して、前記立体回路と前記共振回路とを並列共振させてプラズマを前記処理室内に拡散させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記共振回路が前記処理室の二点以上と接続し、かつこれら接続点が前記サセプタ電極に対し略対称な位置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。
【請求項３】
プラズマ処理を行う処理室内に、プラズマ励起電極とサセプタ電極とを設け、
該サセプタ電極は支持シャフトにより支持され、前記サセプタ電極と該支持シャフトの周りにサセプタシ−ルドが設けられており、
該サセプタシールドは、前記支持シャフト周りの筒状部の周りに配設した蛇腹状のベローズを介して前記処理室に相対移動可能に取り付けられ、
ここに前記ベローズは伸縮して、前記サセプタ電極、前記支持シャフトおよび前記サセプタシールドを前記プラズマ励起電極に対して近接・離反可能とし、
可変コンデンサとコイルとを直列接続してなる共振回路を、前記サセプタ電極と前記サセプタシールドとの間に、該共振回路の両端部の一方を前記サセプタ電極に、他方を前記サセプタシールドにそれぞれ接続して設け、
前記サセプタ電極上に載置した被処理物の表面を前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間に発生させたプラズマにより処理する際、前記可変コンデンサを調整して、少なくとも前記サセプタ電極および前記処理室とからなる立体回路と、前記共振回路とを直列共振させて前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間にプラズマを閉じ込ませ、  前記処理室内をプラズマクリーニングする際、前記可変コンデンサを調整して、前記立体回路と前記共振回路とを並列共振させてプラズマを前記処理室内に拡散させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記共振回路が前記サセプタシールドの少なくとも２点と接続しており、これら接続点が前記支持シャフトの軸周りに対称な位置に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。
【請求項５】
前記共振回路が、前記サセプタ電極と前記処理室との間にこれらと接続させて対称配置に１対設けてあり、
それぞれの前記共振回路と前記処理室との接続点が、前記サセプタ電極に対し略対称な位置に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。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の装置を用い、
前記サセプタ電極上に載置した被処理物の表面を前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間に発生させたプラズマにより処理する際、前記可変コンデンサを調整して、少なくとも前記サセプタ電極および前記処理室とからなる立体回路と、前記共振回路とを直列共振させて前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間にプラズマを閉じ込ませ、  前記処理室内をプラズマクリーニングする際、前記可変コンデンサを調整して、前記立体回路と前記共振回路とを並列共振させてプラズマを前記処理室内に拡散させ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】
【産業上の利用分野】
本発明はプラズマ処理装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラズマ処理装置としては図１１に示すものが知られている。
【０００３】
従来のプラズマ処理装置は、高周波電源１とプラズマ励起電極４との間に整合回路が介在している。整合回路はこれら高周波電源１とプラズマ励起電極４との間のインピーダンスの整合を得るための回路である。
【０００４】
高周波電源１からの高周波電力は整合回路を通して給電板３によりプラズマ励起電極４へ供給される。
【０００５】
これら整合回路はマッチングボックス２内に収納され、給電板３は導電体からなるハウジング２１に収納されている。
【０００６】
プラズマ励起電極（カソード電極）４の下には、多数の孔７が形成されているシャワープレート５が設けられており、プラズマ励起電極４とシャワープレート５とで空間６が形成されている。この空間６にはガス導入管１７が設けられている。ガス導入管１７から導入されたガスは、シャワープレート５の孔７を介してチャンバ壁１０により形成されたチャンバ室６０内に供給される。なお、９はチャンバ壁１０とプラズマ励起電極（カソード電極）４とを絶縁する絶縁体である。また、排気系の図示は省略してある。
【０００７】
一方、チャンバ室６０内には基板１６を載置しプラズマ励起電極ともなるウエハサセプタ（サセプタ電極）８が設けられておりその周囲にはサセプタシールド１２が設けられている。ウエハサセプタ８及びサセプタシールド１２はベローズ１１により上下動可能となっており、プラズマ励起電極４，８間の距離の調整ができる。
【０００８】
ウエハサセプタ８には、マッチングボックス１４内に収納された整合回路を介して第２の高周波電源１５が接続されている。
【０００９】
なお、チャンバとサセプタシールド１２とは直流的に同電位となっている。
【００１０】
図１１において６１ａ，６１ｂは共振回路でありバンドエリミネータあるいはフィルタとして作用する。
【００１１】
例えば、プラズマ励起電極４にはｆ１＝４０．６８ＭＨｚの高周波電力を供給し、サセプタ電極８にはｆ２＝１．６ＭＨｚの高周波電力を供給する場合を考える。
【００１２】
サセプタ電極８に用いられるバンドエリミネータ６１ｂは図１１に示すようにＬＣの直列回路であり、
２πｆ１＝１／（Ｌ２Ｃ２）１／２
としておくとｆ１の共振周波数で直列共振状態となりインピーダンスが極小となり、ｆ１の高周波のみ選択してサセプタ電極８に供給することができ、プラズマはプラズマ励起電極４とサセプタ電極８との間に閉じこめられた状態で発生させることができる。なお、ｆ１＝４０．６８ＭＨｚに対してはほとんど完全にサセプタ電極８はアースに短絡されるのと等価と見なせる。
【００１３】
図１２に他の従来のプラズマ処理装置を示す。
【００１４】
図１２に示すプラズマ処理装置ではシャワープレートは使用されておらず、プラズマ励起電極であるカソード電極４とサセプタ電極８とが直接対向している。カソード電極４の裏面周囲にはシールド２０が設けられている。他の点は図１１に示すプラズマ処理装置と同様の構成を有している。
【００１５】
従来のプラズマ処理装置においては、バンドエリミネータのインピーダンスは、プラズマをプラズマ励起電極４とサセプタ電極８との間に効率よく閉じこめて発生させる目的で設計されている。すなわち、主に成膜を効率よく行うべく固定的に設計されている。
【００１６】
ところで、成膜時とは異なり、チャンバのクリーニングを行う場合にはプラズマはチャンバ全体に広げて発生させることが好ましい。その際には周波数ｆ１に対するサセプタ電極８のインピーダンスは極大点となるようにすることが好ましい。すなわち、並列共振状態とすることが好ましい。
【００１７】
また、ｆ１の値として上記した４０．６８ＭＨｚ以外の周波数を用いたい場合もある。
【００１８】
しかるに、従来のプラズマ処理装置ではバンドエリミネータのインピーダンスは使用する周波数に合わせて固定的に設計されているため、チャンバのクリーニングを行いたい場合や別の周波数を用いたい場合にはバンドエリミネータを別異のものに取り替えてから行わざるを得なかった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の有する問題点を解決し、使用する周波数に応じてバンドエリミネータを取り替える必要のないプラズマ処理装置を提供することを目的とする。また、バンドエリミネータを取り替えることなくチャンバクリーニングを行うことができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行う処理室内にプラズマ励起電極とサセプタ電極とを設け、可変コンデンサとコイルとを直列接続してなる共振回路を、前記サセプタ電極と前記処理室との間に、該共振回路の両端部の一方を前記サセプタ電極に、他方を前記処理室にそれぞれ接続して設け、前記サセプタ電極上に載置した被処理物の表面を前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間に発生させたプラズマにより処理する際、前記可変コンデンサを調整して、少なくとも前記サセプタ電極および前記処理室とからなる立体回路と、前記共振回路とを直列共振させて前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間にプラズマを閉じ込ませ、前記処理室内をプラズマクリーニングする際、前記可変コンデンサを調整して、前記立体回路と前記共振回路とを並列共振させてプラズマを前記処理室内に拡散させることを特徴とする。
さらに本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行う処理室内に、プラズマ励起電極とサセプタ電極とを設け、該サセプタ電極は支持シャフトにより支持され、前記サセプタ電極と該支持シャフトの周りにサセプタシ−ルドが設けられており、該サセプタシールドは、前記支持シャフト周りの筒状部の周りに配設した蛇腹状のベローズを介して前記処理室に相対移動可能に取り付けられ、ここに前記ベローズは伸縮して、前記サセプタ電極、前記支持シャフトおよび前記サセプタシールドを前記プラズマ励起電極に対して近接・離反可能とし、可変コンデンサとコイルとを直列接続してなる共振回路を、前記サセプタ電極と前記サセプタシールドとの間に、該共振回路の両端部の一方を前記サセプタ電極に、他方を前記サセプタシールドにそれぞれ接続して設け、前記サセプタ電極上に載置した被処理物の表面を前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間に発生させたプラズマにより処理する際、前記可変コンデンサを調整して、少なくとも前記サセプタ電極および前記処理室とからなる立体回路と、前記共振回路とを直列共振させて前記プラズマ励起電極と前記サセプタ電極との間にプラズマを閉じ込ませ、前記処理室内をプラズマクリーニングする際、前記可変コンデンサを調整して、前記立体回路と前記共振回路とを並列共振させてプラズマを前記処理室内に拡散させることを特徴とする。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
図１に実施例１に係るプラズマ処理装置を示す。
【００２２】
本発明のプラズマ処理装置は、処理室６０内にプラズマ励起電極４とサセプタ電極８とを設け、サセプタ電極８上に載置した被処理物１６の表面を前記プラズマ励起電極４とサセプタ電極８との間に発生させたプラズマにより処理する際、少なくともサセプタ電極８および処理室１０からなる立体回路と直列共振させてプラズマ励起電極４とサセプタ電極８との間にプラズマを閉じ込ませ、プラズマクリーニングする際、前記立体回路と並列共振させてプラズマを処理室６０内に拡散させる共振回路（バンドエリミネータ）６１ｂを設けている。
【００２３】
なお、本例では、プラズマ励起電極４側におけるバンドエリミネータ６１ａにも可変コンデンサを使用しインピーダンスを可変調整可能としてある。ただ、バンドエリミネータ６１ａは、主に周波数ｆ２の高周波電力がプラズマ励起電極４にのることを防止することを目的として設けられる回路であるため用途によりバンドエリミネータ６１ａ自体は必ずしも設ける必要はなく、また、バンドエリミネータ６１ａのインピーダンスを可変とすることも必ずしも必要はない。
【００２４】
また、本例ではバンドエリミネータ６１ｂのサセプタ電極８への接続は対称の位置において複数の点で行われている。
【００２５】
図１に示すバンドエリミネータは、図２に示すように、可変コンデンサが５０〜２００ｐＦの範囲において周波数がｆｄ＝４０．６８ＭＨｚのときにプラズマ処理装置のインピーダンスが極小値をとるように設計してある。
【００２６】
ｆｄ＝４０．６８ＭＨｚの周波数の高周波電力を高周波電源１５からサセプタ電極８に供給して成膜を行ったところプラズマはプラズマ励起電極４とサセプタ電極８との間に閉じ込められていた。
【００２７】
成膜終了後、インピーダンスが極大値となるｆｃの周波数において共振（並列共振）が生じるように可変コンデンサによりＣ２の値を変えてチャンバのクリーニングを行った。
すなわち、サセプタ電極８とチャンバ壁１０との間には寄生容量Ｃ３が存在し、また、シャフト１３にはそれに寄生するＬ３が存在するためチャンバはそれに寄生するＣ３およびＬ３を有しており、これらがサセプタ電極および処理室からなる立体回路を構成しており、全体の回路は図１（ｂ）に示す回路となる。この回路においてＣ２を変化させることにより並列共振を生じさせた。その結果プラズマはチャンバ内全体に及んでいた。
【００２８】
（実施例２）
図３に実施例２に係るプラズマ処理装置を示す。
本例ではバンドエリミネータは６１ｂ、６１ｂ’の２個を対称に２個設けてある。
【００２９】
本例では、複数個のバンドエリミネータ６１ｂ、６１ｂ’を設けてあり、また、バンドエリミネータ６１ｂとバンドエリミネータ６１ｂ’とは対称に設けてあるため高周波電力をサセプタ電極８に均一に供給することができる。
他の点は実施例１と同様である。
【００３０】
（実施例３）
図４に実施例３に係るプラズマ処理装置を示す。
本例は、図１２に示す従来例において、実施例２において示したバンドエリミネータ６１ａ，６１ａ’と６１ｂ，６１ｂ’を設けた例である。
他の点は実施例１と同様である。
【００３１】
（実施例４）
図５に実施例４に係プラズマ処理装置を示す。図６は図５のサセプタ電極８近傍の拡大図である。
【００３２】
本例のプラズマ処理装置は、実施例１に示した装置に加え、さらに、チャンバ壁１０と、チャンバと直流的に同電位である電極のシールド１２との間を金属プレート８０ａ，８０ｂにより交流的に短絡している。
【００３３】
本例のプラズマ処理装置においては、高周波電力は、高周波電源１から同軸ケーブル、整合回路、給電板３、プラズマ励起電極（カソード電極）４に供給される。この点は従来のプラズマ処理装置と同様である。一方、高周波電流の経路を考えた場合、電流はこれらを介してプラズマ空間（チャンバ室６０）を経由した後、さらにもう一方の電極（サセプタ電極）８、シールド１２の水平部、金属プレート８０ａ，８０ｂ、チャンバ壁１０の底部１０ｂ、チャンバ壁１０の側壁１０ａを通る。その後、マッチングボックス２のハウジングを通り、高周波電源１のアースに戻る。
【００３４】
従来のプラズマ処理装置においては、高周波電流はシールド１２の垂直部を通っていた。基板１６のサイズが大きくなるとシールド１２とチャンバ側壁との間の距離が必然的に大きくなる。シールド１２とチャンバ側壁１０ｓとをそれぞれ流れる高周波電流同士により生じる相互インダクタンスはその間の距離が大きくなると大きくなり電力消費効率は低下するため、従来のプラズマ処理装置では大きなサイズの基板に対しては電力消費効率は低くならざるを得なかった。
【００３５】
しかるに、本例に係るプラズマ処理装置では、高周波電流は、シールド１２の垂直部よりもチャンバ側壁１０ｓに近い金属プレート８０ａ，８０ｂを通るため相互インダクタンスの発生を著しく低減させ電力消費効率を著しく高めることができる。
【００３６】
図５に示す装置では図１１に示す装置よりも電力消費効率は２倍近く向上させることができる。また、図５に示す装置ではサセプタインピーダンスの周波数依存性が少ない。
図５に示す装置のサセプタインピーダンスを図７に示す。
【００３７】
図７からわかるように本例に係るプラズマ処理装置ではサセプタインピーダンスは従来例に係るプラズマ処理装置より極めて小さくまた、周波数依存性が少ない。図２と比べるとわかるように極小値を示す周波数範囲が広い。
【００３８】
（実施例５）
図８に実施例５に係るプラズマ処理装置を示す。
実施例１から実施例４まではプラズマ励起電極４とサセプタ電極８とに高周波電力を供給するいわゆる二周波励起タイプのプラズマ処理装置であるが、本例は、プラズマ励起電極４にのみ高周波電力を供給する一周波励起タイプのプラズマ処理装置である。
また、本例はベローズを設けていない例である。また、バンドエリミネータは一点接続されている。
さらに、サセプタ電極８とサセプタシールド１２との間隔が熱の影響により変化するとＣ３の値が変動するので、これを避けるため絶縁物を挿入している。
【００３９】
他の点は実施例１ないし実施例４と同様である。
従来は電極間隔を大きくすることでプラズマを広げクリーニングを行っていた。サセプタ電極８を上下動させる必要から、ベローズは取り付けが必須であった。
本例でも、バンドエリミネータには可変コンデンサを設けているためサセプタ電極８を移動させずとも可変コンデンサにより並列共振点を選択すればチャンバ（処理室）全体にプラズマを広げることができ、従って、ベローズを設けずともチャンバのクリーニングが可能となる。
なお、実施例１から実施例４においてはベローズを設けてあるがチャンバクリーニングのためにはベローズを使用せずともチャンバのクリーニングが可能である。
【００４０】
（実施例６）
図９に実施例６に係るプラズマ処理装置を示す。
本例が実施例５と異なる点は、バンドエリミネータを対称に二点接続した点である。
他の点は実施例５と同様である。
本例では、チャンバクリーニング時に実施例５よりも均一なプラズマをチャンバ内に発生させることができ、均一なクリーニングができた。
【００４１】
（実施例７）
図１０に実施例７に係るプラズマ処理装置を示す。
本例もいわゆる二周波励起タイプのプラズマ処理装置である。
本例が実施例１と異なる点は、ベローズを設けていない点と、サセプタシールド１２をチャンバ壁１０とを接触させている点と、サセプタ電極８とサセプタシールド１２との間に絶縁物を挿入している点である。
他の点は実施例１と同様である。
また、本例が実施例６と異なる点は、サセプタシールド１２とチャンバ壁１０底部との間に排気用の空間を設けている点である。これにより、排気配管を介することなく、真空ポンプをチャンバ壁１０の底部に直接取り付けることができる。
なお、上記実施例ではコンデンサを可変とする場合を示したが、コイルを可変として直列共振、並列共振を起こしてもよいことはいうまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、使用する周波数に応じてバンドエリミネータを取り替える必要のないプラズマ処理装置を提供することを目的とする。また、バンドエリミネータを取り替えることなくチャンバクリーニングを行うことができるプラズマ処理装置を提供することができる。また、ベローズを用いずともチャンバ内のプラズマクリーニングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
実施例１に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】
図１のプラズマ処理装置の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図３】
実施例２に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図４】
実施例３に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図５】
実施例４に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図６】
図５のサセプタ電極近傍の拡大図である。
【図７】
図５のプラズマ処理装置の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図８】
実施例５に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図９】
実施例６に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図１０】
実施例７に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図１１】
従来例に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図１２】
従来例に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【符号の説明】
１  高周波電源、
２  マッチングボックス、
３  給電板、
４  プラズマ励起電極（カソード電極）、
５  シャワープレート、
６  空間、
７  孔、
８  プラズマ励起電極（ウエハサセプタ、サセプタ電極）、
９  絶縁体、
１０  チャンバ壁、
１０ａ  チャンバ側壁、
１０ｂ  チャンバ壁底部、
１０ｓ  チャンバ側壁、
１０ｕ  チャンバ上部、
１１  ベローズ、
１２  サセプタシールド、
１３  シャフト、
１４  マッチングボックス、
１５  高周波電源、
１６  基板、
１７  ガス導入管、
２０  シールド、
２１  ハウジング、
６０  チャンバ室、
６１ａ，６１ａ’  共振回路（バンドエリミネータ）、
６１ｂ，６１ｂ’  共振回路（バンドエリミネータ）、
８０ａ，８０ｂ  金属プレート、
Ａ１，Ａ２  短絡点
Ｂ１，Ｂ２  短絡点。
【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】
0003565311.tif 000009
【図９】
0003565311.tif 000010
【図１０】
0003565311.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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