(57)【要約】【課題】高周波電源からの電力を分配された各系についてそれぞれインピーダンス整合器を設けずとも、分配器による分配のみで電力損失が少なく、均一なプラズマ処理が可能になるプラズマ処理装置が望まれていた。【解決手段】複数のプラズマ発生用電極を有し、各電極における電力が同振幅かつ同位相であることを特徴とするプラズマ処理装置、特に、複数のプラズマ発生用電極を有し、高周波電源出力部を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下であり、かつ、反射電力が進行波電力の１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置を提供する。【選択図】図１
2004022638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプラズマ発生用電極を有し、各電極における電力が同振幅かつ同位相であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
複数のプラズマ発生用電極を有し、高周波電源出力部を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下であり、かつ、反射電力が進行波電力の１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
複数のプラズマ発生用電極を有し、１つのインピーダンス整合器を介して出力電力を分岐させ各プラズマ発生用電極にそれぞれ電力を供給するプラズマ処理装置において、インピーダンス整合器出力部を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
複数のプラズマ発生用電極を有し、１つのインピーダンス整合器からの出力電力を分岐させ各プラズマ発生用電極にそれぞれ電力を供給するプラズマ処理装置において、インピーダンス整合器から電力分岐点までの電力伝送系が同軸ケーブルや平衡線路などの分布定数回路であり、電力分岐点を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下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５】
複数のプラズマ発生用電極を有し、１つのインピーダンス整合器からの出力電力を分岐させ各プラズマ発生用電極にそれぞれ電力を供給するプラズマ処理装置において、任意のある１つの電極部のみに電力を供給したときに反射電力が０Ｗとなる様にインピーダンス整合をとった状態で、他の１つの電極部のみに電力を供給したときの反射電力が進行波電力の１０％以下であることを特徴とする請求項３または４記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の対象物に対して同時に均等なプラズマ処理施すこと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。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ＩＣ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の製造過程においては、エッチング、スパッタリング、薄膜成長等を行う際に、プラズマを用いるプロセス（プラズマプロセスという。）が行われる。プラズマプロセスにおいては、エッチング、スパッタリング、薄膜成長等の処理を行うチャンバ内に設けた電極に高周波電力を供給して、チャンバ内にプラズマを発生させている。
【０００３】
一般的にプラズマプロセスは低圧力雰囲気下で行われる場合が多いため、真空排気及び大気開放の手順と時間を必要とするため、１回の処理動作によってたった１つの対象物に対して処理を施すのでは生産性が悪い。そのため、１回の処理動作により複数の対象物に対して同時に処理を行うことが生産性を向上させるには有効である。その場合、高周波電力を分配し、複数の電極に対して同時に電力を付加し、複数のプロセスチャンバ内にプラズマを発生させる。このとき、各チャンバに対して均等に電力を加えることがプラズマ処理のばらつきを無くすためには重要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、電力の均等分配を行う場合には、高周波電源に電力を分配するための分配器を接続し、それにより分配された各系についてそれぞれインピーダンス整合器設け、各々インピーダンス整合を行いプラズマを発生させる。これにより電力の均等分配が可能となるが、装置が高価でサイズが大きなものになってしまうという問題がある。また、分配器での電力損失が大きいため、その分出力の大きな高周波電源が必要となってしまう。
【０００５】
そこで、電力の分配をインピーダンス整合器内で行い、複数負荷に対して同時に電力供給をすることを試みた。しかし、電力分配が均等ではなく、プラズマ処理状態も各チャンバで異なる結果となった。その原因は装置の有する複数の電極に置いて、電圧値の振幅、位相がそれぞれ異なっていること、すなわち電力分配が不均一であることが分かった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数のプラズマ発生用電極を有し、各電極における電力が同振幅かつ同位相であることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、複数のプラズマ発生用電極を有し、高周波電源出力部を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下であり、かつ、反射電力が進行波電力の１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、複数のプラズマ発生用電極を有し、１つのインピーダンス整合器を介して出力電力を分岐させ各プラズマ発生用電極にそれぞれ電力を供給するプラズマ処理装置において、インピーダンス整合器出力部を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、複数のプラズマ発生用電極を有し、１つのインピーダンス整合器からの出力電力を分岐させ各プラズマ発生用電極にそれぞれ電力を供給するプラズマ処理装置において、インピーダンス整合器から電力分岐点までの電力伝送系が同軸ケーブルや平衡線路などの分布定数回路であり、電力分岐点を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下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である。
【００１０】
請求項５の発明は、複数のプラズマ発生用電極を有し、１つのインピーダンス整合器からの出力電力を分岐させ各プラズマ発生用電極にそれぞれ電力を供給するプラズマ処理装置において、任意のある１つの電極部のみに電力を供給したときに反射電力が０Ｗとなる様にインピーダンス整合をとった状態で、他の１つの電極部のみに電力を供給したときの反射電力が進行波電力の１０％以下であることを特徴とする請求項３または４記載のプラズマ処理装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の詳細な内容について２つのプラズマ発生用電極を持つＣＶＤ装置を例に説明を行う。なお、図１から図４は説明に用いるための２つのプラズマ発生用電極を持つＣＶＤ装置の模式図であるが、チャンバ筐体や真空排気系、ガス導入系などは省略している。各成膜部において均等なＣＶＤ処理を行いたいとき、成膜に関わる様々な条件が全ての成膜部で同じである必要がある。例えば、原料ガス流量、チャンバ内圧力、温度などである。そして、最も重要となるのが電力を均等に供給することである。電力供給が均等でない場合、膜厚などＣＶＤ処理の結果にばらつきが発生する。よって、図１のように各電極における電圧波形、電流波形の振幅および電圧・電流の位相差が同一（電圧波形振幅Ｖｐｐ１＝電圧波形振幅Ｖｐｐ２、電流波形振幅Ｉｐｐ１＝電流波形振幅Ｉｐｐ２、位相差θ１＝位相差θ２）でなければならない。
【００１２】
また電極が４つの場合は、図５に示す様に、各電極におけるプラズマが均一である条件は、同様に、Ｖｐｐ１＝Ｖｐｐ２＝Ｖｐｐ３＝Ｖｐｐ４、Ｉｐｐ１＝Ｉｐｐ２＝Ｉｐｐ３＝Ｉｐｐ４、θ１＝θ２＝θ３＝θ４でなければならない。
【００１３】
電力供給の不均等を起こさせる原因として、高周波電源から各電極までの電力伝送系のインピーダンスが異なるということが挙げられる。例えば、各電極に電力を供給する伝送線の長さが異なったり形状が異なったりしたとき、電力伝送系のインピーダンスに違いが生じ、結果として電力供給が不均等になる。次に電力供給を均等にするために必要であるのが、各電極から高周波電源までのリターン電流伝送系のインピーダンスが同一であることである。
【００１４】
回路として成立するためには、電源側から電源まで電力を伝送する経路と電極から電源まで戻る経路が必要である。電力を均等に供給するためには、各電極まで電力を伝送する経路のインピーダンスを同一にすることと各電極から電源まで戻る経路のインピーダンスを同一にすることの両方が必要である。一般的に供給側のインピーダンスは等しくするが、戻り側のインピーダンスに関しては等しくない場合がありプラズマ処理のばらつきの原因を残すことが多い。
【００１５】
以上のように、複数のプラズマ発生用電極を用いて均等なプラズマ処理を行うとき、高周波電源出力部を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスが実質的に同一であることが必要となる。
【００１６】
この場合、実質的に同一の範囲は、プラズマ処理の内容によってその範囲が変わるものであるが、一般的処理においてはインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下であることが必要である。この範囲外では、各電極部の電圧のばらつきが、各チャンバーのプラズマ処理の結果にばらつきが出る程度になってしまう。
【００１７】
図２は２つのプラズマ発生用電極を持つ装置の例である。図２において、高周波電源４から２つの平行平板電極５，６に均等に電力を加えることを考えたとき、高周波電源４の出力部から平行平板電極５を見たインピーダンスＺ１と平行平板電極６を見たインピーダンスＺ２が等しくなければならない。
【００１８】
実際にインピーダンスを確認する方法としては平行平板電極５のみを装置に電力伝送系に取り付け、平行平板電極６は切り離した状態で高周波電力出力部から電極側を見たインピーダンスＺ１を測定し、反対に平行平板電極６のみを装置に電力伝送系に取り付け、平行平板電極５は切り離した状態で高周波電力出力部から電極側を見たインピーダンスＺ２と比較するということが可能である。なお、高周波電源と電極の間にはインピーダンス整合器７が入る場合があるが、その場合でも同様に高周波電源出力部を基点にインピーダンス整合器を含めて各電極部ごとを見たインピーダンスが同一であることが必要となる。
【００１９】
例えば、特開平１０−２５８８２５では電力を電極まで伝送する系を均等にすることが述べられているが、戻る経路に関しては考えられていないため、電力ばらつきが発生する可能性があると考えられる。
【００２０】
一般的にプラズマ処理装置では高周波電源側とプラズマ負荷側のインピーダンス整合を取るために、高周波電源とプラズマ負荷の間にインピーダンス整合器が入ることが多い。高周波電源のインピーダンスとプラズマ負荷側のインピーダンスが異なる場合が多いためである。高周波電源とインピーダンス整合器の間は同軸ケーブルで接続されることが多く、インピーダンスは安定しているため、プラズマ処理装置としてはインピーダンス整合器以降の回路についてインピーダンスを最適化すれば電力ばらつきのない均等なプラズマ処理が可能となる。すなわち、複数のプラズマ発生用電極を有し、１つのインピーダンス整合器を介して出力電力を分岐させ各プラズマ発生用電極にそれぞれ電力を供給するプラズマ処理装置において電力ばらつきを無くすためには、インピーダンス整合器出力部を基点に見た各電極部のインピーダンスが実質的に同一である事が必要である。
【００２１】
この場合、実質的に同一の範囲は、プラズマ処理の内容によってその範囲が変わるものであるが、一般的処理においてはインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下であることが必要である。この範囲外では、各電極部の電圧のばらつきが、各チャンバーのプラズマ処理の結果にばらつきが出る程度になってしまう。
【００２２】
図３は２つのプラズマ発生用電極を持つ装置の例である。図３において、高周波電源８からインピーダンス整合器９を介して２つの平行平板電極１０，　１１に均等に電力を加えることを考えたとき、インピーダンス整合器９の出力部から平行平板電極１０を見たインピーダンスＺ１と平行平板電極１１を見たインピーダンスＺ２が等しくなければならない。実際にインピーダンスを確認する方法としては平行平板電極１０のみを装置に電力伝送系に取り付け、平行平板電極１１は切り離した状態でインピーダンス整合器出力部から電極側を見たインピーダンスＺ１を測定し、反対に平行平板電極１１のみを装置に電力伝送系に取り付け、平行平板電極１０は切り離した状態でインピーダンス整合器出力部から電極側を見たインピーダンスＺ２と比較するということが可能である。
【００２３】
請求項４の発明は、複数のプラズマ発生用電極を有し、１つのインピーダンス整合器からの出力電力を分岐させ各プラズマ発生用電極にそれぞれ電力を供給するプラズマ処理装置において、インピーダンス整合器から電力分岐点までの電力伝送系が同軸ケーブルや平衡線路などの分布定数回路であり、電力分岐点を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスの実数部および虚数部の差が１０％以下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である。
【００２４】
実際に装置でインピーダンス整合器出力部を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスが同一にするためには、インピーダンス整合器出力部から各電極部までの距離を同一にするなど装置の形状において各電極の均等配置などの最適化を行わなければならない。特に戻り側の伝送経路はチャンバ内壁などになる場合が多いため、電源側から各電極部ごとを見たインピーダンスを一致させるのは難しく、装置の形状が制約されるため装置のサイズが大きくなってしまうことがある。特にインピーダンス整合器から各電極までの距離が長くなるとインピーダンスを一致させるのが難しくなる。そのため、各電極へ電力を分配するための分岐点をできるだけ電極の近くにすることがインピーダンスを均等にするのに有効である。
【００２５】
電力分岐点をプラズマ発生用電極の近傍にして、電力分岐点を基点に各電極部ごとを見たインピーダンスが同一にすることにより比較的容易に電力ばらつきのない装置構成が実現できる。インピーダンス整合器から電力分岐点までの電力伝送系は同軸ケーブルや平衡線路などの分布定数回路にすることにより伝送系上でのインピーダンスが一定で安定した伝送系となる。
【００２６】
図４は２つの電極に均等に電力を供給する場合の例である。高周波電源１２は同軸ケーブル１３を通じてインピーダンス整合器１４に接続される。電力分岐点１５までの電力伝送経路としては同軸ケーブルや平衡線路のような分布定数回路型の伝送系を用いる。図４における電力伝送経路は同軸ケーブル１６である。インピーダンス整合器側において、同軸ケーブル１６の芯線はインピーダンス整合器１４の電力出力端子に接続される。同軸ケーブル１６のシールド線は電力出力端子近傍においてインピーダンス整合器１４の筐体に接続される。電極側においては同軸ケーブル１６の芯線は２つの電極から近傍かつ等距離となる位置において２つに分岐され、平行平板電極１７，１８のホット側電極にそれぞれ接続される。同軸ケーブル１６のシールド線は芯線の分岐位置と同じ位置で同様に２つに分岐され平行平板電極１７，１８のアース側電極にそれぞれ接続される。ここで、電力分岐点から見た２つの電極のインピーダンスが同じになるようにする。
【００２７】
上記の接続によると、電源から電極への電力供給系は同軸ケーブルの芯線であり電極から電源への戻り系は同軸ケーブルのシールド線となる。２つの電極に対する供給系、戻り系のインピーダンスはそれぞれ等しくなり、同軸ケーブルは分布定数回路としての性質を持つため、インピーダンス整合器から電極まで同じインピーダンスで安定して電力を供給することができる。よって、高周波電源出力部基点に各電極部ごとを見たインピーダンスが同一となり、電力は均等に分配され均等なプラズマ処理が可能となる。
【００２８】
さらに、他の１つの電極部のみに電力を供給したときの反射電力が進行波電力に比べて多い場合は、例えインピーダンス整合が行われても実際の電極におけるプラズマ発生に寄与する電流電圧が違ってしまい、同一条件でのプラズマ発生とはならない。
【００２９】
よって、任意のある１つの電極部のみに電力を供給したときに反射電力が０Ｗとなる様にインピーダンス整合をとった状態で、他の１つの電極部のみに電力を供給したときの反射電力を実質的になくす事により、実質的に同一条件でのプラズマ発生が可能になる。
【００３０】
この場合、完全に反射電力を進行波電力の１０％以下とするのは実際的でない場合が多いため、実質的に同一の範囲は、プラズマ処理の内容によってその範囲が変わるものであるが、一般的処理においては、反射電力が進行波電力の１０％以下であることが必要である。この範囲外では、各電極部の電圧のばらつきが、各チャンバーのプラズマ処理の結果にばらつきが出る程度になってしまう。
【００３１】
【実施例】
図４に示すような成膜装置を用意した。
【００３２】
電力分岐点での両電極側のインピーダンスを、開放状態で複素ブリッジ回路にて測定したところ、各々１．６−ｊ１６．５（Ω）と、１．５−ｊ１６．４（Ω）であった。また、成膜条件と同様の通電試験において、反射電力測定を行った場合、出力電力が４００（Ｗ）のとき、一方の反射電力を０（Ｗ）のとき、他方の反射電力は１（Ｗ）である事が確認できた。
【００３３】
以上の成膜装置を用いて、容量がスライドガラス上に酸化珪素薄膜の同時成膜を行った。用いたプロセスガスはヘキサメチルジシロキサンと酸素の混合ガスであり、それぞれの流量は各チャンバに対し１０（ｓｃｃｍ）と５００（ｓｃｃｍ）として導入し成膜時圧力１０（Ｐａ）であった。電源周波数を１３．５６（ＭＨｚ）、出力電力を４００（Ｗ）に設定し２つの電極への分配供給を行った。成膜時間は３０秒間とした。２つの薄膜サンプルを触針法により測定したところ、４２（ｎｍ）と４４（ｎｍ）でありほぼ均一であった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の対象物に対して同時に均等なプラズマ処理施すことができるプラズマ処理装置が実現可能である。本発明の説明においては、主に２つのプラズマ処理用電極を用いた場合を例としているが、電極数はそれ以上に増やすことが可能であり、装置の構成上可能である限り問題はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の説明として２つの電極を持つＣＶＤ装置を構成した場合の概念図である。
【図２】請求項２の発明の説明として２つの電極を持つＣＶＤ装置を構成した場合の模式図である。
【図３】請求項３の発明の説明として２つの電極を持つＣＶＤ装置を構成した場合の模式図である。
【図４】請求項４の発明の説明として２つの電極を持つＣＶＤ装置を構成した場合の模式図である。
【図５】請求項１の発明の説明として４つの電極を持つＣＶＤ装置を構成した場合の概念図である。
【符号の説明】
１　高周波電源
２　平行平板電極
３　平行平板電極
４　高周波電源
５　平行平板電極
６　平行平板電極
７　インピーダンス整合器
８　高周波電源
９　インピーダンス整合器
１０　平行平板電極
１１　平行平板電極
１２　高周波電源
１３　同軸ケーブル
１４　インピーダンス整合器
１５　電力分岐点
１６　同軸ケーブル
１７　平行平板電極
１８　平行平板電極
【図１】
2004022638.tif 000003
【図２】
2004022638.tif 000004
【図３】
2004022638.tif 000005
【図４】
2004022638.tif 000006
【図５】
2004022638.tif 000007