(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、被処理体を載置すると共に、該真空容器の内部空間にプラズマを発生させるため又は該被処理体にバイアスを印加するために用いる電極と、高周波発振器、多段の高周波増幅器及び整合回路から構成され、該電極に高周波電力を印加するために用いる電力供給手段と、該電力供給手段から出力された高周波電力を伝達する、略々特性インピーダンスの定まった分布定数線路と、該分布定数線路と該電極との間に配置され、整合回路を有するマッチングボックスと、該真空容器の内部圧力を調整する圧力制御手段と、該真空容器の内部に該プラズマの原料を導入する原料供給手段と、を備えたプラズマ装置において、
前記電力供給手段を構成する整合回路は、少なくともインダクタ、キャパシタ及び可変キャパシタを有し、前記電極と前記電力供給手段とを導体で直結させたことを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
真空容器と、被処理体を載置すると共に、該真空容器の内部空間にプラズマを発生させるため又は該被処理体にバイアスを印加するために用いる電極と、高周波発振器、多段の高周波増幅器及び整合回路から構成され、該電極に高周波電力を印加するために用いる電力供給手段と、該電力供給手段から出力された高周波電力を伝達する、略々特性インピーダンスの定まった分布定数線路と、該分布定数線路と該電極との間に配置され、整合回路を有するマッチングボックスと、該真空容器の内部圧力を調整する圧力制御手段と、該真空容器の内部に該プラズマの原料を導入する原料供給手段と、を備えたプラズマ装置において、前記電力供給手段を構成する多段の高周波増幅器のうち少なくとも最終段を、前記分布定数線路と前記マッチングボックスを構成する整合回路との間に移設したことを特徴とするプラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ装置に係る。より詳細には、電力供給手段から電極に供給される電力損失の小さなプラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマ装置で処理される被処理体、例えば半導体基板や液晶ディスプレイ用の基板は、ますます大型化される傾向にある。従来のプラズマ装置では、被処理体が載置される電極に高周波電力を印加させて用いる場合が多々ある。
【０００３】
その従来例としては、図５に示す構成の装置が挙げられる。図５において、５０１は電力供給手段、５０２は高周波発振器、５０３は多段の高周波増幅器、５０４は整合回路、５０５は導体、５０６は真空容器、５０７は電極、５０８は被処理体、５０９はプラズマ、５１０は分布定数線路、５１１はマッチングボックス、５１２は整合回路である。そして、図５における整合回路５０４又は整合回路５１２は、例えば、図６に示すような電気回路からなっている。すなわち、これらの整合回路は、入力端６０１と出力端６０２との間に、インダクタ６０３、キャパシタ６０４及び可変キャパシタ６０５が図のように接続された構成を有する。但し、可変キャパシタ６０５として、整合回路５０４では半固定可変キャパシタが、整合回路５１２では可変キャパシタが用いられるという違いがある。
【０００４】
上記構成の装置では、被処理体５０８のサイズが大型化するにつれて、この高周波電力が印加される電極５０７と接地電位（例えば真空容器５０６の壁面）との間のインピーダンス、すなわちプラズマのインピーダンスは減少する傾向にあった。具体的には、実用化が目前となっている直径３００ｍｍウェハが被処理体５０８の場合、プロセスに必要なプラズマ密度を得ようとすると、プラズマのインピーダンスは１Ω以下になることが、本発明者の研究により判明した。
【０００５】
通常、電力供給手段５０１から出力された高周波電力は、分布定数線路５１０とマッチングボックス５１１とを介して電極５０７に供給され、分布定数線路５１０としては特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブルが用いられる。すなわち、整合回路５１２には、１Ω以下の負荷インピーダンスを５０Ωに整合させることが要求される。整合回路では、一般に負荷インピーダンスと整合時の入力インピーダンスの差が大きいほど、整合回路内部での電力損失が増加する傾向にある。特に、上述したような大型の基板を用いた場合には、この電力損失が３８％程度もあることが分かった。従って、被処理体５０８のサイズが大型化した場合、整合回路５１２内で多大な電力損失が発生し、プラズマに効率よく高周波電力を供給できない、という問題があった。
【０００６】
このような電力損失は、電力供給手段５０１の内部でも発生する。電力供給手段５０１、例えば出力電力が数ｋＷ以下の高周波電源では、多段の高周波増幅器５０３として機能する増幅素子としてバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなどが用いられている。これらの増幅素子の出力インピーダンスは通常数Ωであった。従って、電力供給手段５０１は、増幅素子の出力インピーダンスを、分布定数線路５１０をなす同軸ケーブルの特性インピーダンスである５０Ωに整合させるために、整合回路５０４を内蔵する必要があった。この整合回路５０４の入出力間のインピーダンスの差が大きいため、同様に多大な電力損失が発生するという問題があった。
【０００７】
上述したように、従来の装置は、被処理体の大口径化に伴い、大きな電力損失の影響を受けて、高いプラズマ密度が得られない、という問題が明らかになってきた。その結果、電極に載置された被処理体に対するプラズマ処理速度が低くなってしまう傾向にあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被処理体の大口径化が図られても、電力供給手段から電極に供給される電力損失が小さいため、高いプラズマ密度を維持することができる、プラズマ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１のプラズマ装置は、真空容器と、被処理体を載置すると共に、該真空容器の内部空間にプラズマを発生させるため又は該被処理体にバイアスを印加するために用いる電極と、高周波発振器、多段の高周波増幅器及び整合回路から構成され、該電極に高周波電力を印加するために用いる電力供給手段と、該電力供給手段から出力された高周波電力を伝達する、略々特性インピーダンスの定まった分布定数線路と、該分布定数線路と該電極との間に配置され、整合回路を有するマッチングボックスと、該真空容器の内部圧力を調整する圧力制御手段と、該真空容器の内部に該プラズマの原料を導入する原料供給手段と、を備えたプラズマ装置において、前記電力供給手段を構成する整合回路は、少なくともインダクタ、キャパシタ及び可変キャパシタを有し、前記電極と前記電力供給手段とを導体で直結させたことを特徴とする。
【００１０】
上記第１のプラズマ装置の構成では、電極と高周波増幅器の最終段との間に１つの整合回路のみを設置すればよく、その整合回路の入出力間のインピーダンスの差が小さいため、整合回路における電力損失は、従来のプラズマ装置と比較して圧倒的に小さくすることができる。従って、被処理体の大口径化が図られても、電力供給手段から電極に供給される電力損失は著しく小さくなるので、高いプラズマ密度を維持できるプラズマ装置が得られる。
【００１１】
本発明に係る第２のプラズマ装置は、真空容器と、被処理体を載置すると共に、該真空容器の内部空間にプラズマを発生させるため又は該被処理体にバイアスを印加するために用いる電極と、高周波発振器、多段の高周波増幅器及び整合回路から構成され、該電極に高周波電力を印加するために用いる電力供給手段と、該電力供給手段から出力された高周波電力を伝達する、略々特性インピーダンスの定まった分布定数線路と、該分布定数線路と該電極との間に配置され、整合回路を有するマッチングボックスと、該真空容器の内部圧力を調整する圧力制御手段と、該真空容器の内部に該プラズマの原料を導入する原料供給手段と、を備えたプラズマ装置において、
前記電力供給手段を構成する多段の高周波増幅器のうち少なくとも最終段を、前記分布定数線路と前記マッチングボックスを構成する整合回路との間に移設したことを特徴とする。
【００１２】
上記第２のプラズマ装置の構成では、第１のプラズマ装置の場合と同様に、電極と高周波増幅器の最終段との間に１つの整合回路のみを設置すればよく、その整合回路の入出力間のインピーダンスの差が小さいため、整合回路における電力損失は、従来のプラズマ装置と比較して圧倒的に小さくすることができる。また、電力供給手段の一部のみがマッチングボックス内に移設されるため、上記構成のプラズマ装置におけるマッチングボックスのサイズは、第１のプラズマ装置における電力供給手段のサイズと比較して小さくできる。その結果、プラズマ装置近傍における装置レイアウトの自由度が向上する。
【００１４】
上記第３のプラズマ装置の構成では、従来のプラズマ装置と同様に電極と高周波増幅器の最終段との間に２つの整合回路が必要であるが、それら整合回路の入出力間のインピーダンスの差が従来よりも小さいため、整合回路における電力損失を、従来のプラズマ装置と比較して極めて小さくすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
（第一の実施の形態）
図１は、本発明に係るプラズマ装置の一例を示す模式的な断面図であり、従来の装置で用いられていた略々特性インピーダンスの定まった分布定数線路及びマッチングボックスを構成する整合回路を省き、電極と電力供給手段を導体で直結した構成を有する。図１において、１０１は電力供給手段、１０２は高周波発振器、１０３は多段の高周波増幅器、１０４は整合回路、１０５は導体、１０６は真空容器、１０７は電極、１０８は被処理体、１０９はプラズマである。
【００１７】
電力供給手段１０１は、高周波発振器１０２、多段の高周波増幅器１０３及び整合回路１０４から構成されており、電力供給手段１０１の出力は導体１０５を介して電極１０７に直結されている。電極１０７の上には被処理体１０８が設けてある。多段の高周波増幅器１０３としては、複数のバイポーラトランジスタ、インダクタ、キャパシタ、直流電源等から構成される電気回路を、整合回路１０４としては、図６に示す電気回路のものを用いた。但し、整合回路１０４では半固定可変キャパシタではなく、可変キャパシタを用いた。
【００１８】
まず、原料供給手段（不図示）からプラズマ１０９の原料を導入した後、圧力制御手段（不図示）を用いて真空容器１０６の内部を所定の圧力に調整した。
【００１９】
次いで、電力供給手段１０１から電極１０７に高周波電力を印加し、被処理体１０８の上空にプラズマ１０９を発生させることによって、被処理体１０８に対してプラズマ処理を行った。
【００２０】
その際、被処理体１０８と同じサイズの電極１０７上に、被処理体１０８として直径が３００ｍｍのＳｉウェハを載置し、電力供給手段１０１から電極１０７に高周波電力（周波数＝２７ＭＨｚ、電力＝２ｋＷ）を供給した。この場合、整合回路１０４における電力損失は６％であることが分かった。ここで、電力損失は、整合回路１０４の整合時の入力、及び出力端子の高周波電流と高周波電圧の振動波形より算出した数値である。
【００２１】
一方、図５に示す従来の装置、すなわち、電極５０７と電力供給手段５０１との間に分布定数線路５１０及びマッチングボックス５１１を設けた装置において、被処理体５０８及び電極５０７のサイズと、電力印加条件を上記同様とした場合には、整合回路５０４と整合回路５１２の電力損失の和は４７％であった。
【００２２】
従って、図１に示すように、分布定数線路及びマッチングボックスを構成する整合回路を省き、電極と電力供給手段を導体で直結した構成とすることによって、電力損失を著しく改善できることが明らかとなった。
【００２３】
（第二の実施の形態）
図２は、本発明に係るプラズマ装置の他の一例を示す模式的な断面図である。
【００２４】
図２のプラズマ装置は、電力供給手段を構成する多段の高周波増幅器のうち少なくとも最終段を、分布定数線路とマッチングボックスを構成する整合回路との間に移設した構成を有する点が、図５に示した従来のプラズマ装置と異なる。
【００２５】
図２において、２０１は電力供給手段、２０２は高周波発振器、２０３’は多段の高周波増幅器のうち最終段を取り除いた部分、２０３”は多段の高周波増幅器のうち最終段のみ移設した部分、２０４は整合回路、２０５は導体、２０６は真空容器、２０７は電極、２０８は被処理体、２０９はプラズマ、２１０は分布定数線路、２１１はマッチングボックス、２１２は整合回路である。
【００２６】
電力供給手段２０１は、高周波発振器２０２、多段の高周波増幅器のうち最終段を取り除いた部分２０３’及び整合回路２０４から構成されている。マッチングボックス２１１は、多段の高周波増幅器のうち最終段のみ移設した部分２０３”、及び、整合回路２１２からなる。電力供給手段２０１の出力は、同軸ケーブルからなる分布定数線路２１０、マッチングボックス２１１、導体２０５の３つを介して電極２０７に直結されている。多段の高周波増幅器のうち最終段を取り除いた部分２０３’としては、水晶発振器、バイポーラトランジスタ、インダクタ、キャパシタ、直流電源等から構成される電気回路を、多段の高周波増幅器のうち最終段のみ移設した部分２０３”としては、バイポーラトランジスタ、インダクタ、キャパシタ等から構成される電気回路を用いた。また、整合回路２０４及び整合回路２１２としては、図６に示す電気回路のものを用いた。但し、整合回路２０４では半固定可変キャパシタを、整合回路２１２では可変キャパシタを用いた。
【００２７】
まず、原料供給手段（不図示）からプラズマ２０９の原料を導入した後、圧力制御手段（不図示）を用いて真空容器２０６の内部を所定の圧力に調整した。
【００２８】
次いで、電力供給手段２０１から電極２０７に高周波電力を印加し、被処理体２０８の上空にプラズマ２０９を発生させることによって、被処理体２０８に対してプラズマ処理を行った。
【００２９】
その際、被処理体２０８と同じサイズの電極２０７上に、被処理体２０８として直径が３００ｍｍのＳｉウェハを載置し、電力供給手段２０１から電極２０７に高周波電力（周波数＝２７ＭＨｚ、電力＝２ｋＷ）を供給した。この場合、電力損失は６％であることが分かった。
【００３０】
一方、多段の高周波増幅器のうち最終段のみ移設しなかった装置、すなわち、図５に示す従来の装置では、上述した通り電力損失が４７％であることから、図２に示した構成の装置によっても、電力損失が大幅に改善することが分かった。
【００３１】
（参考例）
図３は、参考例に係るプラズマ装置の他の一例を示す模式的な断面図である。
【００３２】
図３のプラズマ装置は、分布定数線路の特性インピーダンスが１０Ω以下とした点が、図５に示した従来のプラズマ装置と異なる。
【００３３】
図３において、３０１は電力供給手段、３０２は高周波発振器、３０３は多段の高周波増幅器、３０４は整合回路、３０５は導体、３０６は真空容器、３０７は電極、３０８は被処理体、３０９はプラズマ、３１２は整合回路、３１３は分布定数線路である。ここで、整合回路３０４及び整合回路３１２としては、図５に示す電気回路のものを用いた。但し、整合回路３０４では半固定可変キャパシタを、整合回路３１２では可変キャパシタを用いた。
【００３４】
整合回路３１２における電力損失の分布定数線路３１３の特性インピーダンスに対する依存性を調査するため、以下の手順に従って電力損失を調べるとき、分布定数線路３１３の特性インピーダンスを１Ω〜１００Ωの範囲で変えた。
【００３５】
まず、原料供給手段（不図示）からプラズマ３０９の原料を導入した後、圧力制御手段（不図示）を用いて真空容器３０６の内部を所定の圧力に調整した。
【００３６】
次いで、電力供給手段３０１から電極３０７に高周波電力を印加し、被処理体３０８の上空にプラズマ３０９を発生させることによって、被処理体３０８に対してプラズマ処理を行った。
【００３７】
その際、被処理体３０８と同じサイズの電極３０７上に、被処理体３０８として直径が３００ｍｍのＳｉウェハを載置し、電力供給手段３０１から電極３０７に高周波電力（周波数＝２７ＭＨｚ、電力＝２ｋＷ）を供給した。このとき、負荷インピーダンスは０．４Ωであった。
【００３８】
図４は、電力損失と分布定数線路の特性インピーダンスとの関係を示すグラフである。縦軸は特性インピーダンスを、横軸は電力損失を示す。
【００３９】
図４から、以下の点が明らかとなった。
（１）分布定数線路の特性インピーダンスを、従来のプラズマ装置（図５）の特性インピーダンス（＝５０Ω）より小さくすることによって、電力損失を著しく改善できる。
（２）特に、特性インピーダンスを１０Ωとした場合、電力損失を１０％以下に抑制できる。
【００４０】
従って、図３のプラズマ装置において、分布定数線路の特性インピーダンスを１０Ω以下とすることによって、電力損失の極めて小さな装置が実現できることが分かった。
【００４１】
図３では、電力供給手段３０１の中に整合回路３０４及び整合回路３１２を一緒に設けた例を示したが、電力供給手段３０１とは分離された容器に整合回路３１２のみ入れ、電力供給手段３０１と該分離された容器との間に、特性インピーダンスが１０Ω以下の分布定数線路を設けても、本願発明の構成を満たすことは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理体の大口径化が図られても、電力供給手段から電極に供給される電力損失が小さい、プラズマ装置が得られる。その結果、被処理体の口径サイズに依存せず、高いプラズマ密度を維持できるプラズマ装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明に係るプラズマ装置の他の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明に係るプラズマ装置の他の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】電力損失と分布定数線路の特性インピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図５】従来のプラズマ装置を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明に係るプラズマ装置で用いられる整合回路の一例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１０１  電力供給手段、
１０２  高周波発振器、
１０３  多段の高周波増幅器、
１０４  整合回路、
１０５  導体、
１０６  真空容器、
１０７  電極、
１０８  被処理体、
１０９  プラズマ領域、
２０１  電力供給手段、
２０２  高周波発振器、
２０３’  多段の高周波増幅器のうち最終段を取り除いた部分、
２０３”  多段の高周波増幅器のうち最終段のみ移設した部分、
２０４  整合回路、
２０５  導体、
２０６  真空容器、
２０７  電極、
２０８  被処理体、
２０９  プラズマ領域、
２１０  分布定数線路、
２１１  マッチングボックス、
２１２  整合回路、
３０１  電力供給手段、
３０２  高周波発振器、
３０３  多段の高周波増幅器、
３０４  整合回路、
３０５  導体、
３０６  真空容器、
３０７  電極、
３０８  被処理体、
３０９  プラズマ領域、
３１２  整合回路、
３１３  分布定数線路、
５０１  電力供給手段、
５０２  高周波発振器、
５０３  多段の高周波増幅器、
５０４  整合回路、
５０５  導体、
５０６  真空容器、
５０７  電極、
５０８  被処理体、
５０９  プラズマ、
５１０  分布定数線路、
５１１  マッチングボックス、
５１２  整合回路、
６０１  入力端、
６０２  出力端、
６０３  インダクタ、
６０４  キャパシタ、
６０５  可変キャパシタ。
【図１】
0003812862.tif 000002
【図２】
0003812862.tif 000003
【図３】
0003812862.tif 000004
【図４】
0003812862.tif 000005
【図５】
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【図６】
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