(57)【要約】【課題】放電電極２への入射電力を最大にすると共に、その正味の入射電力を、プラズマ処理に伴って生ずる放電電極２のインピーダンスの変化に拘わらず、適切に維持する。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置Ｓは、高周波電源１から放電電極２へ入射する入射電力を最大値にすると共に、放電電極２から高周波電源１へ反射する反射電力を最小値にするように、放電電極２のインピーダンスと、高周波電源１のインピーダンスとを整合させる整合回路１６と、整合回路１６により整合されている放電電極２のインピーダンスの変化に基づいて、高周波電源１の電力値を制御する電源制御回路２６とを備えている。整合回路１６は、複数の可変容量コンデンサ７，８と、コイル９とを有し、入射電力の値と反射電力の値とに基づいて、可変容量コンデンサ７，８の容量値を変化させるように構成されている。電源制御回路２６は、可変容量コンデンサ７，８の容量値に基づいて、高周波電源１の電力値を制御するように構成されている。【選択図】図１
2005085917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室の内部に設けられ、プラズマ放電を発生させるための放電電極と、
上記放電電極に電力を供給する高周波電源と、
上記高周波電源から上記放電電極へ入射する入射電力を最大値にすると共に、該放電電極から上記高周波電源へ反射する反射電力を最小値にするように、上記放電電極のインピーダンスと、上記高周波電源のインピーダンスとを整合させる整合回路とを備えるプラズマプロセス装置であって、
上記整合回路により整合されている上記放電電極のインピーダンスの変化に基づいて、上記高周波電源の電力値を制御する電源制御回路を備えている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記整合回路は、複数の可変容量コンデンサと、コイルとを有し、放電電極へ入射する入射電力の値と、放電電極から反射する反射電力の値とに基づいて、上記可変容量コンデンサの容量値を変化させるように構成され、
上記電源制御回路は、上記可変容量コンデンサの容量値に基づいて、該高周波電源の電力値を制御するように構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記電源制御回路は、可変容量コンデンサの容量値と、プラズマ処理速度との相関関係を示す相関式に基づいて、高周波電源の電力値を制御する
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマプロセス装置に関し、特に、高周波電源及び放電電極の各インピーダンスを整合させるための整合回路を備えるプラズマプロセス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により成膜等のプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置は、広く知られている。プラズマプロセス装置は、例えば、半導体ウェハプロセスや、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）用のガラス基板プロセス等において、層間絶縁膜、パッシベーション膜、ゲート絶縁膜、及び半導体膜等を成膜する場合に用いられる。
【０００３】
特に、簡便性や操作性に優れたものとしては、平行平板型のプラズマプロセス装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。ここで、要部の概略斜視図である図３と、断面図である図４とを参照して、一般的な平行平板型のプラズマＣＶＤ装置について説明する。
【０００４】
平行平板型のプラズマプロセス装置は、図４に示すように、真空容器である処理室（成膜室）５と、該処理室５の内部において、平行に配置された２枚の導体板である放電電極２ａ，２ｂとを備えている。上記処理室５には、真空ポンプ１０が接続されている。
【０００５】
上記放電電極２ａ，２ｂは、処理室５の内部で電極支持部２２に固定支持されたカソード電極２ａと、該カソード電極２ａに対向して設けられたアノード電極２ｂとにより構成されている。
【０００６】
アノード電極２ｂは、電気的に接地されており、プラズマ処理の対象物であるシリコンやガラス等により構成された被処理基板４が装着されている。
【０００７】
カソード電極２ａには、図３に示すように、複数のガス導入孔６が形成されている。そして、ガス供給部１３から供給される材料ガスを、上記ガス導入孔６を介して、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間の空間へ供給するようになっている。
【０００８】
カソード電極２ａには、プラズマ１１を発生させるための電圧を印加する高周波電源１が整合回路１６を介して接続されている。高周波電源１としては、通常、周波数が例えば１３．５６ＭＨｚの高周波の電気的エネルギーを用いる。
【０００９】
上記整合回路１６は、高周波電源１とカソード電極２ａとの間のインピーダンスの整合を図るためのものである。すなわち、整合回路１６は、図５に拡大して示すように、複数の容量可変コンデンサ７，８とコイル９とにより構成されている。そして、整合回路１６は、カソード電極２ａに入射される入射電力と、高周波電源１側に反射される反射電力とをそれぞれ検出し、これらの各検出値に基づいて、入射電力が最大であり且つ反射電力が最小となるように、上記各容量可変コンデンサ７，８の容量を制御する。このことにより、高周波電源１から出力された電力を有効に利用するようになっている。
【００１０】
そして、高周波電源１及び整合回路１６を駆動し、カソード電極２ａに対して所定の電圧を印加すると共に、材料ガスを、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間の空間に対し、ガス供給部１３からガス導入孔６を介して流入させる。
【００１１】
その結果、両放電電極２ａ，２ｂの間に電界が発生し、該電界の絶縁破壊現象によりグロー放電現象であるプラズマ１１が生じる。カソード電極２ａの近傍で加速されたプラズマ１１中の電子は、材料ガスの解離を促してラジカルを生成する。ラジカルは、図４で矢印Ｒで示すように、接地電位のアノード電極２ｂに装着された被処理基板４へ向かって拡散し、該被処理基板４の表面に堆積することにより成膜が行われる。
【特許文献１】特開平１１−３１６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、プラズマ処理時には、被処理基板だけでなく、放電電極の表面や処理室の内壁面にも不要な膜が付着することが避けられない。その結果、放電電極のインピーダンスが変化してしまう。
【００１３】
これに対し、整合回路は、上記放電電極のインピーダンスの変化に応じて可変容量コンデンサの容量を変化させることにより、入射電力を最大値に維持する。しかし、放電電極に入射する正味の入射電力は、上記放電電極のインピーダンスの変化に伴って変化してしまうため、高精度な成膜を行うために必要な入射電力が得られなくなってしまう。その結果、狙い通りの膜厚が得られなかったり、膜質の変化を引き起こすこととなってしまう。ここで、膜質とは、例えばＳｉＮｘ膜に含まれる水素濃度により評価される。
【００１４】
その対策として、所定の期間（例えば一日）毎に成膜速度や膜質を目視により確認し、それに応じて高周波電源の電力値や成膜時間を調節することにより、膜厚の維持や、膜質の低下の防止を図ることが考えられる。しかしながら、その調節を高精度に行うことは難しく、且つ、非常に手間がかかるという問題がある。
【００１５】
これに対し、処理室の内部を定期的にセルフクリーニングして不要な膜を除去しておくことが考えられる。セルフクリーニングでは、処理室内に、ＮＦ3等のエッチングガスを導入し、プラズマ励起して発生させたＦラジカルによって不要な膜を除去する。しかし、放電電極のインピーダンスがクリーニングの前後で異なるため、膜質を維持することは、やはり難しい。
【００１６】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放電電極への入射電力を最大にすると共に、その正味の入射電力を、プラズマ処理に伴って生ずる放電電極のインピーダンスの変化に拘わらず、適切に維持しようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、この発明では、放電電極のインピーダンスの変化に基づいて、高周波電源の電力値を制御するようにした。
【００１８】
具体的に、本発明に係るプラズマプロセス装置は、処理室の内部に設けられ、プラズマ放電を発生させるための放電電極と、上記放電電極に電力を供給する高周波電源と、上記高周波電源から上記放電電極へ入射する入射電力を最大値にすると共に、該放電電極から上記高周波電源へ反射する反射電力を最小値にするように、上記放電電極のインピーダンスと、上記高周波電源のインピーダンスとを整合させる整合回路とを備えるプラズマプロセス装置であって、上記整合回路により整合されている上記放電電極のインピーダンスの変化に基づいて、上記高周波電源の電力値を制御する電源制御回路を備えている。
【００１９】
上記整合回路は、複数の可変容量コンデンサと、コイルとを有し、放電電極へ入射する入射電力の値と、放電電極から反射する反射電力の値とに基づいて、上記可変容量コンデンサの容量値を変化させるように構成され、上記電源制御回路は、上記可変容量コンデンサの容量値に基づいて、該高周波電源の電力値を制御するように構成されていることが好ましい。
【００２０】
上記電源制御回路は、可変容量コンデンサの容量値と、プラズマ処理速度との相関関係を示す相関式に基づいて、高周波電源の電力値を制御するようにしてもよい。
【００２１】
−作用−
すなわち、本発明に係るプラズマプロセス装置は、放電電極に対し、高周波電源から電力を供給することにより、処理室の内部でプラズマ放電を発生させてプラズマ処理を行う。このとき、高周波電源の電力の一部は、入射電力として放電電極に入射する一方、他の残りの一部は、反射電力として放電電力から高周波電源へ反射する。そこで、整合回路は、入射電力を最大値にすると共に反射電力を最小値にするように、放電電極のインピーダンスと、高周波電源のインピーダンスとを整合させる。このことにより、高周波電源の電力は、効率よく利用される。
【００２２】
ところで、処理室の内部で、例えば成膜等のプラズマ処理を繰り返して行うと、処理室の内壁面や放電電極の表面に不要な膜が付着する。すなわち、プラズマ処理に伴って、放電電極のインピーダンスが変化する。本発明では、この放電電極のインピーダンスの変化に基づいて、上記電源制御回路が高周波電源の電力値を適切に制御するため、放電電極に入射される正味の入射電力を、上記放電電極のインピーダンスの変化に拘わらず適切に維持することが可能となる。その結果、プラズマ処理に必要な電力が放電電極に安定して供給されるため、プラズマ処理が高精度に行われる。
【００２３】
また、整合回路が複数の可変容量コンデンサとコイルとにより構成されている場合には、整合回路は、入射電力の値と、反射電力の値とに基づいて、可変容量コンデンサの容量値を変化させる。このことにより、整合回路は、放電電極のインピーダンスと、高周波電源のインピーダンスとを整合させる。
【００２４】
このとき、プラズマ処理に伴って放電電極のインピーダンスが変化すると、整合回路は、高周波電源のインピーダンスとの整合を図ろうとして、該整合回路における可変容量コンデンサの容量を変化させる。上記電源制御回路は、その変化した可変容量コンデンサの容量値に基づいて、高周波電源の電力値を適切に制御するため、放電電力に入射する正味の入射電力は、適切に維持される。
【００２５】
また、可変容量コンデンサの容量値と、プラズマ処理速度との相関関係を示す相関式を、実験等により予め求めておくことにより、上記相関式に基づいて、高周波電源の電力値を適切に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、放電電極のインピーダンスと、高周波電源のインピーダンスとを整合させる整合回路を備え、放電電極のインピーダンスの変化に基づいて、高周波電源の電力値を制御する電源制御回路を設けるようにしたので、放電電極への入射電力を最大にできると共に、その正味の入射電力を、プラズマ処理に伴って生ずる放電電極のインピーダンスの変化に拘わらず、適切に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
《発明の実施形態１》
図１及び図２は、本発明に係るプラズマプロセス装置の実施形態１を示している。本実施形態のプラズマプロセス装置は、プラズマ処理である成膜処理を行う平行平板型のプラズマＣＶＤ装置である。
【００２９】
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置Ｓは、成膜処理を行うための処理室（成膜室）５と、処理室５の内部に設けられ、プラズマ放電を発生させるための放電電極２と、放電電極２に電力を供給する高周波電源１と、上記放電電極２のインピーダンスと、上記高周波電源１のインピーダンスとを整合させる整合回路１６とを備えている。
【００３０】
上記処理室５は、例えばアルミニウム材等によって形成された真空容器により構成されている。処理室５には、真空ポンプ１０が排気管１０ａを介して接続されている。排気管１０ａには、処理室５の内部を所定の圧力に維持するためのバルブ１２が設けられている。また、処理室５は、電気的に接地されている。
【００３１】
上記放電電極２は、図１で処理室５の上部に設けられたカソード電極２ａと、処理室５の下部に設けられたアノード電極２ｂとにより構成されている。カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂは、平板状に形成され、互いに平行に配置されている。
【００３２】
アノード電極２ｂには、成膜処理を行う対象物である被処理基板４が装着されている。被処理基板４は、例えば、シリコンやガラス等により構成されている。また、アノード電極２ｂは、電気的に接地されている。
【００３３】
カソード電極２ａには、成膜時にＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2等の材料ガスを供給する一方、セルフクリーニング時にＮＦ3等のエッチングガスを供給するガス供給部１３が、ガス供給管１３ａを介して接続されている。ガス供給部１３には、ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ（図示省略）が設けられている。また、カソード電極２ａには、図示を省略するが、複数のガス導入孔６が形成されている。こうして、ガス供給部１３のガスを、カス供給管１３ａ及びガス導入孔６を介して、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間の空間に供給するようになっている。
【００３４】
上記高周波電源１は、カソード電極２ａに対し、上記整合回路１６を介して同軸ケーブルにより接続されている。すなわち、高周波電源１の出力部は、整合回路１６の入力側に接続されている。そして、整合回路１６の出力側は、ガス供給管１３ａを介してカソード電極２ａに接続されている。言い換えれば、整合回路１６は、カソード電極２ａ及び高周波電源１の双方に接続されている。
【００３５】
高周波電源１は、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間でプラズマを発生させるための電圧を、カソード電極２ａに印加するように構成されている。高周波電源１としては、通常、周波数が例えば１３．５６ＭＨｚの高周波の電気的エネルギーを用いる。
【００３６】
上記整合回路１６は、図１に示すように、複数の可変容量コンデンサ７，８と、コイル９とを備えている。プラズマＣＶＤ装置の電気的等価回路である図２に示すように、第１の可変容量コンデンサ７は、高周波電源１に対して並列に接続されている。この第１の可変容量コンデンサ７の一方の電極は、接地されている。一方、第２の可変容量コンデンサ８及びコイル９は、高周波電源１に対して直列に接続されている。すなわち、コイル９は、第２の可変容量コンデンサ８を介して放電電極２に接続されている。
【００３７】
さらに、整合回路１６は、放電電極２へ入射する入射電力の値と、放電電極２から反射する反射電力の値とを、所定の時間毎に検出する検出部１８を備え、その検出部１８により検出された入射電力値及び反射電力値に基づいて、可変容量コンデンサ７，８の容量値をそれぞれ自動的に変化させる自動整合回路に構成されている。このことにより、整合回路１６は、高周波電源１から放電電極２へ入射する入射電力を最大値にすると共に、放電電極２から高周波電源１へ反射する反射電力を最小値にするようになっている。
【００３８】
そして、本発明の特徴として、プラズマＣＶＤ装置Ｓは、上記整合回路１６により整合されている放電電極２のインピーダンスの変化に基づいて、高周波電源１の電力値を制御する電源制御回路２６を備えている。
【００３９】
すなわち、成膜処理を繰り返すうちに放電電極２に不要な膜が付着して、放電電極２のインピーダンスが変化する。電源制御回路２６は、このインピーダンスの変化に拘わらず、入射電力を一定に維持するように、高周波電源１の電力値を適切に制御する。
【００４０】
詳しくは、電源制御回路２６は、図２に示すように、可変容量コンデンサ７，８の容量値に基づいて、高周波電源１の電力値を制御するようになっている。このとき、電源制御回路２６は、可変容量コンデンサ７，８の容量値と、プラズマ処理速度（つまり、成膜速度）との相関関係を示す相関式に基づいて、高周波電源１の電力値を制御するようにしている。上記相関式は、実験データに基づいて予め規定されたものである。上記相関式のパラメータとしては、成膜速度の他に、例えば膜に含まれる水素濃度により規定される膜質を適用することもできる。そして、電源制御回路２６は、可変容量コンデンサ７，８の容量値が、上記相関式を満たして所定の成膜速度（又は膜質）に対応する容量値となるように、高周波電源１の電力値を制御するようになっている。
【００４１】
−プラズマＣＶＤ装置の作動−
次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置の作動について説明する。
【００４２】
例えばＬＣＤ用のガラス基板を被処理基板４として、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）を成膜する場合には、被処理基板４をアノード電極２ｂに装着すると共に、材料ガス（ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2）を、マスフローコントローラ（図示省略）により流量制御ながら、ガス供給部１３から処理室５の内部へ供給する。材料ガスは、ガス供給部１３から、ガス供給管１３ａ及びガス導入孔６を介して、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間の空間に導入される。さらに、真空ポンプ１０を駆動させると共にバルブ１２を作動させて、処理室５の内部を所定の圧力に調節する。
【００４３】
この状態で、高周波電源１及び整合回路１６を駆動し、カソード電極２ａに対して所定の電圧を印加する。その結果、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間に高周波電界が発生し、この電界の絶縁破壊現象によりグロー放電現象であるプラズマが生じる。カソード電極２ａの近傍で加速されたプラズマ中の電子は、材料ガスの解離を促してラジカルを生成する。ラジカルは、アノード電極２ｂに装着されたガラス基板４へ向かって拡散し、このガラス基板４の表面に堆積することによりシリコン窒化膜が生成される。
【００４４】
このとき、整合回路１６は、整合回路１６の検出部１８により所定の時間毎に検出された入射電力及び反射電力に基づいて、可変容量コンデンサ７，８の容量を変化させる。このことにより、放電電極２及び高周波電源１の各インピーダンスを整合させる。その結果、入射電力が最大値になると共に、反射電力が最小値になる。
【００４５】
ところで、成膜処理が繰り返し行われると、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの表面や、処理室５の内壁面に、不要なシリコン窒化膜が徐々に付着する。この不要な膜の膜厚に応じて、放電電極２全体のインピーダンスも変化する。放電電極２のインピーダンスが変化すると、それに応じて、整合回路１６は、可変容量コンデンサ７，８の容量値を変化させる。この可変容量コンデンサ７，８の容量値の変化に対し、電源制御回路２６は、所定の相関式に基づいて高周波電源１の電力値を制御する。例えば、電源制御回路２６は、放電電極２のインピーダンスが増大した場合に、高周波電源１の電力値を増大させる。その結果、高精度な成膜に必要となる入射電力が、適切に維持される。
【００４６】
また、処理室５の内部をセルフクリーニングする場合には、ガス供給部１３からＮＦ3等のエッチングガスを、ガス供給管１３ａ及びガス導入孔を介して、処理室５内へ導入する。この状態で、放電電極２に対し、高周波電源１により所定の電圧を印加してプラズマを発生させる。このことにより生成されたＦラジカルによって、放電電極２の表面や処理室５の内壁面をプラズマクリーニングする。セルフクリーニングは、通常、所定回数の成膜処理を行った後に、定期的に行う。
【００４７】
−実施形態１の効果−
したがって、この実施形態１によると、まず、整合回路１６によって、入射電力を最大値にすると共に反射電力を最小値にすることができるため、高周波電源１の電力を効率よく利用することができる。そのことに加え、整合回路１６における可変容量コンデンサ７，８の容量変化に基づいて、高周波電源１の電力値を適切に制御するようにしたので、処理室５の内壁面や放電電極２の表面に不要な膜が付着して放電電極２のインピーダンスが変化したとしても、その変化に拘わらず、正味の入射電力を適切に維持することができる。その結果、成膜処理が繰り返されたとしても、一定値の正味の入射電力を放電電極２に安定して供給することができるため、成膜処理を高精度に行うことができる。
【００４８】
さらに、セルフクリーニングを行う前後においても、電源制御回路２６により、放電電極２への正味の入射電力を適切に維持することができるため、生成された膜の信頼性を向上させると共に、セルフクリーニングにより放電電極２等の不要な膜を除去して高周波電源１の電力値を低減させることができる。
【００４９】
さらに、可変容量コンデンサ７，８の容量値と成膜速度との相関関係を示す相関式を、実験により予め求めておくことにより、高周波電源１の電力値を、上記相関式に基づき、可変容量コンデンサ７，８の容量変化に応じて適切に制御することができる。
【００５０】
《その他の実施形態》
上記実施形態１では、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置について説明したが、カソード電極及びアノード電極が同一の基板上で交互に複数並んで構成された複合電極を備える複合電極型のプラズマＣＶＤ装置や、その他のプラズマプロセス装置についても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明は、高周波電源及び放電電極の各インピーダンスを整合させるための整合回路を備えるプラズマプロセス装置について有用であり、特に、放電電極への入射電力を最大にすると共に、その正味の入射電力を、プラズマ処理に伴って生ずる放電電極のインピーダンスの変化に拘わらず、適切に維持する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態１のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す概略図である。
【図２】プラズマＣＶＤ装置の電気的等価回路を示す回路図である。
【図３】従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ装置の要部を示す斜視図である。
【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す説明図である。
【図５】従来の整合回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５３】
Ｓ  プラズマＣＶＤ装置（プラズマプロセス装置）
１  高周波電源
２  放電電極
２ａ  カソード電極
２ｂ  アノード電極
７  容量可変コンデンサ
８  容量可変コンデンサ
９  コイル
１６  整合回路
２６  電源制御回路
【図１】
2005085917.tif 000003
【図２】
2005085917.tif 000004
【図３】
2005085917.tif 000005
【図４】
2005085917.tif 000006
【図５】
2005085917.tif 000007