(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源とプラズマ励起電極の設けられたプラズマ処理室との間に介在し、
該高周波電源と該プラズマ励起電極との間の、インピーダンスの整合を得る整合回路において、
前記整合回路に用いられるコンデンサの内、少なくとも1つのコンデンサは、
前記プラズマ励起電極を一方の電極とし、前記プラズマ電極に対向する電極を他方の電極とする、１対の電極を有し、
前記プラズマ励起電極の、前記他方の電極に対向する面の背面が、プラズマが形成されるプラズマ空間に向いている、
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
対向する電極の一方が前記プラズマ励起電極である前記コンデンサは、可変コンデンサ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】
対向する電極の一方が前記プラズマ励起電極である前記コンデンサは、固定コンデンサ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４】
前記可変コンデンサはバタフライ型コンデンサであることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記可変コンデンサはスクリュー型コンデンサであることを
特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
対向する電極の一方が前記プラズマ励起電極である前記コンデンサは並列的に複数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。
【請求項７】
並列的に複数設けられている前記コンデンサは、前記プラズマ励起電極の中心に対して略点対称に配置されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【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り、より詳細には高周波電源とプラズマ処理装置のプラズマ電極との間に整合回路を有するプラズマ処理装置に関する。
【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】
高周波電力は高周波電源１から、導電体からなるハウジング２１により形成され、内部に整合回路が収納されているマッチングボックス２を介してフィーダー３によりプラズマ励起電極４に供給される。
【０００４】
プラズマ励起電極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を介してチャンバー壁１０により形成されたチャンバー室に供給される。なお、９はチャンバー壁１０とプラズマ励起電極４とを絶縁する絶縁体である。
【０００５】
チャンバー室内には基板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はベーローズ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。
【０００６】
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。
【０００７】
ところで、マッチングボックス２内には、図１２に示す整合回路が設けられている。チャンバー室内で励起されるプラズマの状態はガスの種類、圧力など処理条件によって変化する。そのため放電中のインピーダンスがそれに伴って変化するので、プラズマ放電の調整のために整合回路により印加した高周波の出力に対して反射波が最も少なくなるように高周波電源１とプラズマ励起電極４との間のインピーダンスを調整する。かかる調整を行うためにチューニングコンデンサ２４がその一部に用いられている。
【０００８】
図１２に示す例では高周波電源１とフィーダー３との間にコイル２３とチューニングコンデンサ２４とが直列に設けられ、また、高周波電源１には他のロードコンデンサ２２が接続され一端がアースされている。フィーダー３しては一般的に幅５０〜１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ１００〜３００ｍｍの形状を有する銅の表面に銀めっきを施したものが用いられており、このフィーダ３はプラズマ励起電極４にネジ止めされている。
【０００９】
かかる整合回路においては、チューニングコンデンサ２４の容量を調整することにより高周波電源１とプラズマ励起電極４との間のインピーダンスの調整が行われる。
【００１０】
しかし、従来のプラズマ処理装置を詳細に調べたところ、電力消費効率（高周波電源１からプラズマ励起電極４に投入した電力に対してプラズマ中で消費された電力の割合）は必ずしも良好ではなく、特に図５に示すように、プラズマ励起電極４とプラズマ処理装置のチャンバ壁１０との間のキャパシタンスが増加するにつれ電力消費効率は極めて低下していくことを本発明者は見いだした。
【００１１】
なお、電力消費効率は、次のようにして調査した。
▲１▼プラズマ処理装置のチャンバ壁を集中定数回路からなる等価回路に置き換える。
▲２▼インピーダンスアナライザを用いてチャンバの構成部品のインピーダンスを測定する事によりそれぞれの回路の定数を決定する。
▲３▼放電中のチャンバ全体のインピーダンスが入力側にダミーロード５０Ωを付けたマッチングボックスのインピーダンスと複素共役の関係にあることを利用し、放電中のチャンバ全体のインピーダンスを知る。
▲４▼プラズマ空間を抵抗Ｒと容量Ｃとの直列回路とみなし、それぞれの定数を▲２▼、▲３▼で得られた値から算出する。
▲５▼以上の方法で得られた放電中のチャンバの等価回路モデルに基づいて、回路計算を実施し、電力消費効率を算出する。
【００１２】
このように、従来のプラズマ処理装置においては電力消費効率が低いため成膜速度が遅く、また、たとえば絶縁膜の成膜の場合にあってはより絶縁耐圧の高い絶縁膜の形成が困難であるという問題点を有している。
【００１３】
本発明者は、電力消費効率が低い原因を鋭意探求したところ、フィーダー３の存在がその原因ではないかとの知見を得、かかる知見に基づき各種実験を行ったところ、フィーダーのインダクタンスの抵抗を１／１００とすることでこの電力消費効率を大きくすることができるとの新たな知見を得て本発明をなすに至ったものである。
【００１４】
【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、電力消費効率が高く、成膜速度が従来より速くかつ、より良質の膜の形成が可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【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、高周波電源とプラズマ励起電極の設けられたプラズマ処理室との間に介在し、該高周波電源と該プラズマ励起電極との間の、インピーダンスの整合を得る整合回路において、前記整合回路に用いられるコンデンサの内、少なくとも1つのコンデンサは、前記プラズマ励起電極を一方の電極とし、前記プラズマ電極に対向する電極を他方の電極とする、１対の電極を有し、前記プラズマ励起電極の、前記他方の電極に対向する面の背面が、プラズマが形成されるプラズマ空間に向いている、ことを特徴とする。
【００１６】
また、前記コンデンサは可変コンデンサ又は固定コンデンサであることが好ましく、前記可変コンデンサはバタフライ型コンデンサ又はスクリュー型コンデンサであることが好ましい。
さらに、前記コンデンサが並列的に複数設けられていることが好ましく、前記複数のコンデンサは、前記プラズマ励起電極の中心に対して略点対称に配置されていることが好ましい。
【００１７】
【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。
【００１８】
本例では、高周波電源１とプラズマ励起電極４との間に介在し、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整合回路において、一つのチューニングコンデンサ２４をなす二つの電極２５ａ，２５ｂのうちの一つの電極２５ｂがプラズマ励起電極４と兼用している。
【００１９】
以下に本例をより詳細に説明する。なお、従来例と同一の部分の説明は省略する。
【００２０】
本実施例では、一つのチューニングコンデンサ２４をなす二つの電極２５ａ，２５ｂのうちの一つの電極２５ｂがプラズマ励起電極４と兼用されている。
【００２１】
マッチングボックス２１内の整合回路は図２に示す回路図で表されるが、チューニングコンデンサ２４の具体的構成は図３に示される。
【００２２】
図３及び図４に示すチューニングコンデンサはバタフライ型コンデンサである。プラズマ励起電極４（チューニングコンデンサの電極２５ｂを兼用）上に切り欠きを有する絶縁板２６が絶縁性材料からなるシャフト３０に回動可能に軸支されて設けられている。なお、本例では絶縁板の切り欠きは扇形である。この絶縁板２６を挟むように電極２５ａがシャフト３０に固定されて設けられている。
【００２３】
絶縁板２６を回転させることにより電極２５ａと絶縁板２６との重なり部の面積を変化させ、電極２５ａと電極２５ｂとの間の容量を所望の値としてチューニングを行う。
【００２４】
電極２５ａと絶縁板２６とは相対的に回転すればよく、絶縁板２６を固定として電極２５ａを回転させてもよい。ただ、電極２５ａにはコイル２３を接続する必要があり、電極２５ａを回転させることにするとコイル２３を回転させる機構が必要となり構造が複雑化してしまう。従って、かかる複雑な構造を回避するために電極２５ａを固定し絶縁板２６を回転させる方が好ましい。
【００２５】
絶縁板２６を回転させる手段は特に限定されないが、例えば、図３、図４に示すように絶縁板２６の側面の少なくとも一部に溝２７を形成するとともに該溝２７に沿った歯車３２を設けることにより絶縁板２６を回転させればよい。
【００２６】
なお、従来例においてはガス導入管１７はプラズマ励起電極４の上部に設けてあったが本例ではプラズマ励起電極４の側面に設けてある。
【００２７】
図１に示す装置を用いて電力消費効率の調査を行ったところ図５に示すようにチャンバ壁１０とプラズマ励起電極４との間の容量が大きくなっても電力消費効率の低下が極めて少なかった。
【００２８】
また、本プラズマ処理装置と従来例に係るプラズマ処理装置とを用いて絶縁膜（窒化ケイ素膜）の成膜を行いそれぞれの成膜速度及び膜質の調査を行った。
【００２９】
従来例に係るプラズマ処理装置におけるフィーダー３としては幅１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ１００ｍｍの銅に銀めっきを施したものを用いた。
【００３０】
成膜条件は次の通りとした。
基板温度：３００℃
高周波電源１の電力：４００Ｗ
高周波電源１５の電力：０Ｗ
ガス：ＳｉＨ４：ＮＨ３：Ｎ２＝４０：１６０：６００（ｓｃｃｍ）
【００３１】
その結果を図６に示す。図６において白丸（○）が成膜速度を示し、黒丸（●）が成膜した絶縁膜の絶縁耐圧を示す。また、フィーダー長さが１００ｍｍの場合が従来例を示し、フィーダー長さが０ｍｍの場合が本実施例の場合を示す。
【００３２】
図６に示すように、成膜速度、絶縁耐圧ともに実施例の場合は従来例の場合に比べ約１．４倍の向上を示した。
【００３３】
（実施例２）
図７に実施例２に係るプラズマ処理装置を示す。
【００３４】
本例は、チューニングコンデンサ２４−１，２４−２，２４−３，２４−４が並列的に複数設けられている例である。図７では実施例１で示した構成のチューニングコンデンサが４個設けられている。すなわち、それぞれのチューニングコンデンサ２４−１，２４−２，２４−３，２４−４は、プラズマ励起電極４（２５ｂ）を共通の電極とし、電極２５ａ１，２５ａ２，２５ａ３，２５ａ４とプラズマ励起電極４（２５ｂ）との間に回動可能な絶縁板２６−１，２６−２，２６−３，２６−４を挟んで構成されている。
【００３５】
また４個のチューニングコンデンサ２４−１，２４−２，２４−３，２４−４は、プラズマ励起電極４の中心に対して略点対称に配置されている。
【００３６】
４個のチューニングコンデンサ２４−１，２４−２，２４−３，２４−４の中央には歯車３２が設けられており、チューニングコンデンサ２４−１，２４−２，２４−３，２４−４の絶縁板２６−１，２６−２，２６−３，２６−４の側面に設けられている溝と歯車３２とを噛合させ、絶縁板２６−１，２６−２，２６−３，２６−４の全てを連動させて回転させチューニンコンデンサ２４−１，２４−２，２４−３，２４−４の容量の値を所定の値に定めることができる。
【００３７】
プラズマ励起電極４のサイズ（給電中心から電極周辺までの最長距離）がプラズマ励起周波数の１／４波長に比べて大きくなると定在波が問題となる。一般には、プラズマ励起電極４のサイズがプラズマ歴周波数の（１／１０）λより小さいことが望ましい。本例では複数のチューニングコンデンサ２４−１，２４−２，２４−３，２４−４を設けているため上記問題を回避することができる。なお、最も近く隣接するチューニングコンデンサ同士の間隔としては、波長に比べ十分小さい間隔（１／１０）λより小さい間隔とすることが好ましい。
【００３８】
また、本例では、複数のチューニングコンデンサ２４−１，２４−２，２４−３，２４−４をプラズマ励起電極４の中心に対して略点対称に配置しているため高周波電力をプラズマ励起電極４に均一に供給することができる。
【００３９】
（実施例３）
図８及び図９に実施例３を示す。
【００４０】
本例はチューニングコンデンサがスクリュー型コンデンサである。
【００４１】
すなわち、スクリューシャフト４１と螺合している電極２５ａがプラズマ励起電極４（２５ｂ）の上方に配置されている。なお、４０は絶縁性材料からなるガイドシャフトである。
【００４２】
スクリューシャフト４１を回転させることにより電極２５ａをガイドシャフト４０に沿って上下動させ電極２５ａとプラズマ励起電極４（２５ｂ）との間の容量を所定の値に調整する。
【００４３】
本例ではスクリューピッチで電極２５ａとプラズマ励起電極４（２５ａ）との間隔が可変であるため両者間の容量を高い精度で調整可能である。
【００４４】
（実施例４）
図１０に実施例４を示す。
【００４５】
本例は、チューニングコンデンサとプラズマ励起電極との間に固定コンデンサを有する場合であり、その固定コンデンサの電極の一方をプラズマ励起電極と兼用させるものである。
【００４６】
すなわち、高周波電源１とプラズマ励起電極４との間に介在し、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整合回路において、該整合回路がチューニングコンデンサ２４とチューニングコンデンサ２４と直列または並列に電気的に接続された固定コンデンサ５２とを有し、固定コンデンサ５２の少なくとも二つの電極のうちの一つの電極がプラズマ励起電極４である。
【００４７】
図１０に示すチューニングコンデンサはバタフライ型であり、電極２５ａと固定コンデンサの電極５０との間に絶縁板２６を挟んで構成されている。電極２５ａと絶縁板２６とは実施例１で示したと同様に扇型の切り欠きを有しており、絶縁板２６を回動させることによりチューニングを行う。なお、本例では絶縁板２６はシャフトが一体に形成されている。
【００４８】
一方、固定コンデンサ５２は、プラズマ励起電極４を一方の電極とし、電極５０とプラズマ励起電極４との間に絶縁板５１を介在させて構成されている。
【００４９】
なお、図１０では固定コンデンサ５２はチューニングコンデンサ２４と直列に接続された場合を示してあるが、チューニングコンデンサ５２と並列に接続してもよい。
【００５０】
また、チューニングコンデンサを複数設けたと同じ理由により、固定コンデンサは複数個設けることが好ましく、その場合、固定コンデンサはプラズマ励起電極の中心に対して略点対称に配置することが好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、電力消費効率を高くすることができ、成膜速度が従来より速くかつ、より良質の膜の形成が可能となる。
【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のマッチングボックス部の拡大図である。
【図３】図１のチューニングコンデンサ部の具体的構成を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】実施例１に係る装置における電力消費効率を示すグラフである。
【図６】実施例１に係るプラズマ処理装置を用いて成膜を行った場合の成膜速度と絶縁耐圧の実験結果を従来例とともに示したグラフである。
【図７】実施例２に係るプラズマ処理装置の一部を示す断面略図及び平面略図である。
【図８】実施例３に係るプラズマ処理装置のチューニングコンデンサ部を示す平面図である。
【図９】図８におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図１０】実施例４に係るプラズマ処理装置のチューニングコンデンサ部を示す断面図である。
【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】図１１のマッチングボックス内を回路的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  高周波電源、
２  マッチングボックス、
３  フィーダー、
４  プラズマ励起電極、
５  シャワープレート、
６  空間、
７  孔、
８  ウエハサセプタ、
１０  チャンバー壁、
１１  ベーローズ、
１２  サセプタシールド、
１４  マッチングボックス、
１５  第２の高周波電源、
１６  基板、
１７  ガス導入管、
２１  ハウジング、
２２  ロードコンデンサ、
２３  コイル、
２４，２４−１，２４−２，２４−３，２４−４  チューニングコンデンサ、
２５ａ，２５ｂ  電極、
２５ａ１，２５ａ２，２５ａ３，２５ａ４  電極、
２６  絶縁板、
２６−１，２６−２，２６−３，２６−４  絶縁板、
２７  溝、
３０  シャフト、
３２  歯車、
４１  スクリューシャフト、
４０  ガイドシャフト、
５０  電極、
５１  絶縁板、
５２  固定コンデンサ。
【図１】
0003565309.tif 000002
【図２】
0003565309.tif 000003
【図３】
0003565309.tif 000004
【図４】
0003565309.tif 000005
【図５】
0003565309.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003565309.tif 000008
【図８】
0003565309.tif 000009
【図９】
0003565309.tif 000010
【図１０】
0003565309.tif 000011
【図１１】
0003565309.tif 000012
【図１２】
0003565309.tif 000013