JPH11162697A

JPH11162697A - プラズマ生成用の螺旋共振装置

Info

Publication number: JPH11162697A
Application number: JP9343850A
Authority: JP
Inventors: Shimao Yoneyama; 詩麻夫米山
Original assignee: MC Electronics Co Ltd
Current assignee: MC Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ発生時の共振器における共振点のず
れに対応でき、電気的ポテンシャルの一層低いプラズマ
を生成できる螺旋共振装置を提供する。【解決手段】プラズマ生成用の螺旋共振装置は、減圧
可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器
（１１）と、当該容器の外周に巻回された共振コイル
（１２）と、当該共振コイルの外周に配置された外側シ
ールド（１３）とから成る共振器（１）、および、当該
共振器に所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源
（４）を備え、かつ、共振コイル（１２）の電気的長さ
が前記所定周波数における１波長の整数倍に設定され
る。そして、高周波電源（４）には、プラズマが発生し
た際の共振器（１）からの反射波電力を検出し、反射波
電力が最小となる様に前記所定周波数を増減させる電源
制御手段（５）が付設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板などに
エッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理を施すプラズ
マ処理装置に適用されるプラズマ生成用の螺旋共振装置
であって、プラズマ発生時の共振器における共振点のず
れに対応でき、電気的ポテンシャルの一層低いプラズマ
を生成できる螺旋共振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理装置は、例えば、半導体基
板に対するドライエッチング、イオンエッチング、アッ
シング、プラズマ蒸着などの種々の乾式処理に使用され
る。この種の処理の中、例えば、ＣＶＤ処理において
は、ラジカルによる反応を促進し、イオンダメージを極
力低減することが要求される。すなわち、過剰なイオン
は、基板における層間での材料の混合、酸化物の破壊、
汚染物質の侵入、形質変化などを惹起する。また、高精
度に選択比を規定するエッチング処理などにおいては、
低選択性をもたらすイオン衝撃を避けるのが好ましい。

【０００３】米国特許第４３６８０９２号、同第４９１
８０３１号、同第５２３４５２９号などには、均一な分
布のプラズマを効率的に励起し且つプラズマ中のラジカ
ルを有効に利用するため、共振コイルによってプラズマ
を生成する螺旋共振装置に関する技術が提案されてい
る。プラズマ生成用の螺旋共振装置は、減圧可能な放電
管（容器）の外周に共振コイルを巻回して成る共振器お
よび高周波電源によって構成され、放電管に真空状態で
材料ガスを供給し且つ共振器に高周波電力を供給するこ
とにより、放電管内部に誘導プラズマを励起させる装置
である。

【０００４】また、上記の螺旋共振装置に関しては、半
導体基板などに対するイオンダメージを低減するため、
プラズマ発生位置と基板との離間距離を大きくしたり、
放電管と共振コイルの間にシールドを介装したり、ある
いは、放電管の内部に接地グリッドを配置してイオンの
対流および拡散を抑制する手段が開示されている。

【０００５】しかしながら、プラズマ電位が高い場合に
は、プラズマ生成位置と基板との間に相当な距離があっ
たとしても、プラズマ電位による寄生プラズマが発生
し、基板に向かうイオン電流を抑制することが困難とな
る。また、プラズマ生成位置と基板の離間距離を更に大
きくした場合には、プラズマ電位による寄生プラズマあ
る程度抑制できるものの、ラジカルの再結合による損失
が増大し、ラジカルの有効利用が不可能となる。

【０００６】一方、接地グリッドを設けた場合には、接
地グリッドを介して共振器のグランドや容器のグランド
に流れるイオンの接地グリッドへの衝突により、接地グ
リッドからパーティクルが発生する可能性がある。更
に、接地グリッドは、部分的に電位を持つため、一般的
にグランド電位にあるウェーハ台と接地グリッドとの間
で２次的なプラズマを発生し、これがプロセス上の障害
となることもある。

【０００７】そこで、本発明者等は、電気的ポテンシャ
ルの低いプラズマを得ることを主眼に鋭意検討した結
果、従来の螺旋共振装置で採用されていた１／２波長あ
るいは１／４波長の共振コイルに替え、全波長モードで
共振するコイルによって定在波を誘導し、放電管内部に
誘導電界を発生させさせるならば、位相電圧と逆位相電
圧が互いに相殺され、位相電圧の切り替わり点、すなわ
ち、電位が略ゼロのノードにおいて、誘導性結合によっ
て極めて電位の低いプラズマが励起されることを見出
し、先に、「誘導結合によるプラズマ放電処理方法」と
して特許出願済みである（国際公開ＷＯ９７／２１
３３２号公報参照）。斯かる公報に開示した螺旋共振装
置においては、電気的ポテンシャルが極めて低いため、
バッフル等のイオン抑制手段を設ける必要がなく、しか
も、プラズマ発生位置に基板を近付けて効率的にラジカ
ルを利用できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等
が提案した螺旋共振装置においては、更に実用化された
プラズマ装置に適用せんとした場合、次の様な新たな課
題が見出された。すなわち、全波長の定在波を利用する
上記の螺旋共振装置においては、共振コイルと発生した
プラズマとの間の容量結合や誘導結合により、僅かでは
あるが、共振器の本来の共振点に対して共振状態にずれ
が発生する。その結果、共振コイル側の定在波が乱れ、
プラズマの電気的ポテンシャルが若干高くなると言う問
題がある。また、プラズマによる容量結合や誘導結合の
変動は、電源側とのインピーダンスの整合性を損うた
め、電源から共振コイルに至る伝送線路においては、反
射波電力によって実効負荷電力の低下を惹起する。

【０００９】もっとも、従来の螺旋共振装置や同軸給電
型、対向電極型のプラズマ装置では、容器側のプラズマ
発生回路におけるインピーダンスの変動を調整し、電力
の転送効率を高めるための整合回路（マッチング回路）
が設けられている。しかしながら、プラズマ状態も常に
変動するため、インピーダンス整合回路によっては完全
な整合が得られていない。

【００１０】本発明は、全波長の定在波を利用した上記
の螺旋共振装置における効用を一層高めるべくなされた
ものであり、その目的は、半導体基板などにエッチン
グ、アッシング、ＣＶＤ等の処理を施すプラズマ処理装
置に適用されるプラズマ生成用の螺旋共振装置であっ
て、プラズマ発生時の共振器における共振点のずれに対
応でき、電気的ポテンシャルの一層低いプラズマを生成
できる螺旋共振装置を提供することにある。また、反射
波電力による実効負荷電力の低下を確実に補完できる螺
旋共振装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の螺旋共振装置は、減圧可能に構成され且つ
プラズマ用ガスが供給される容器と、当該容器の外周に
巻回された共振コイルと、当該共振コイルの外周に配置
された外側シールドとから成る共振器、および、当該共
振器に所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源を
備え、かつ、前記共振コイルの電気的長さが前記所定周
波数における１波長の整数倍に設定されたプラズマ生成
用の螺旋共振装置において、前記高周波電源には、プラ
ズマが発生した際の前記共振器からの反射波電力を検出
し、反射波電力が最小となる様に前記所定周波数を増減
させる電源制御手段が付設されていることを特徴する。

【００１２】上記の螺旋共振装置において、高周波電源
に付設された特定の電源制御手段は、発生したプラズマ
の容量結合や誘導結合の変動による共振器における共振
点のずれを高周波電源側で補償する。すなわち、電源制
御手段は、プラズマの容量結合や誘導結合の変動による
反射波電力を検出し、反射波電力が最小となる様に、反
射波電力の発生要因である共振周波数のずれに相当する
分だけ前記の所定周波を増減させることにより、プラズ
マ条件下における共振器の共振周波数の高周波を出力さ
せる。また、電力の転送効率を高めるため、電源制御手
段は、反射波電力と同等の電力を加算出力させる機能を
有していてもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係るプラズマ生成用の螺
旋共振装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１
は、プラズマ生成用の螺旋共振装置の基本構成およびプ
ラズマの発生位置を示す模式図である。図２は、プラズ
マ生成用の螺旋共振装置における電源制御手段を示すブ
ロック図である。図３は、電源制御手段における周波数
制御回路の一例を示す回路ブロック図である。図４は、
プラズマ生成用の螺旋共振装置の適用例を示すプラズマ
処理装置の縦断面図である。以下、実施形態の説明にお
いては、プラズマ生成用の螺旋共振装置を「共振装置」
と略記する。また、被処理物としての半導体基板または
半導体素子を「基板」と略記する。

【００１４】本発明の共振装置は、図１に示す様に、概
略、減圧可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給され
る容器（１１）と、容器（１１）の外周に巻回された共
振コイル（１２）と、共振コイル（１２）の外周に配置
され外側シールド（１３）とから成る共振器（１）、お
よび、共振器（１）に所定周波数の高周波電力を供給す
る高周波電源（４）を備えている。

【００１５】容器（１１）は、通常、高純度の石英硝子
やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバー
である。容器（１１）は、一般的なプラズマ装置に適用
する場合、軸線が垂直になる様に配置され、上下端を気
密に封止し得る様に構成される。図示しないが、容器
（１１）には、真空ポンプに接続され且つ容器（１１）
内部を真空引きするための排気管、および、材料ガス供
給設備から伸長され且つ所要のプラズマ用ガスを所定流
量で供給するためのガス供給管が付設される。

【００１６】共振コイル（１２）は、所定の波長の定在
波を形成するため、全波長モードで共振する様に巻径、
巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル
（１２）の電気的長さは、高周波電源（４）から与えら
れる電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍，
２倍，…）に設定される。

【００１７】具体的には、印加する電力や発生させる磁
界強度または適用する装置の外形などを勘案し、共振コ
イル（１２）は、例えば、８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ、
０．５〜５ＫＷの高周波電力によって０．０１〜１０ガ
ウス程度の磁場を発生し得る様に、５０〜３００mm² の
有効断面積であって且つ２００〜５００mmのコイル直径
とされ、容器（１）の外周側に２〜６０回程度巻回され
る。なお、共振コイル（１２）を構成する素材として
は、銅パイプ、銅の薄板、アルミニウムパイプ、アルミ
ニウム薄板、ポリマーベルトに銅またはアルミニウムを
蒸着した素材などが使用される。

【００１８】また、共振コイル（１２）の一端または両
端は、当該共振コイルの電気的長さを設置の際に微調整
し、共振特性を高周波電源（４）と略等しくするため、
通常は可動タップを介して接地される。更に、位相及び
逆位相電流が共振コイル（１２）の電気的中点に関して
対称に流れる様に、共振コイル（１２）の一端（若しく
は他端または両端）には、コイル及びシールドから成る
波形調整回路が挿入されてもよい。波形調整回路は、共
振コイル（１２）の端部を電気的に非接続状態とするか
又は電気的に等価の状態に設定することにより開路に構
成する。また、共振コイル（１２）の端部は、チョーク
直列抵抗によって非接地とし、固定基準電位に直流接続
されてもよい。

【００１９】外側シールド（１３）は、共振コイル（１
２）の外側の電界を遮蔽すると共に、共振回路を構成す
るのに必要な容量成分（Ｃ成分）を共振コイル（１２）
との間に形成するために設けられる。外側シールド（１
３）は、一般的には、アルミニウム合金、銅または銅合
金などの導電性材料を使用して円筒状に構成される。外
側シールド（１３）は、共振コイル（１２）の外周から
５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。そして、通常、
外側シールド（１３）は、共振コイル（１２）の両端と
電位が等しくなる様に接地されるが、共振コイル（１
２）の共振数を正確に設定するため、外側シールド（１
３）の一端または両端は、タップ位置を調整可能になさ
れたり、あるいは、共振コイル（１２）と外側シールド
（１３）の間には、トリミングキャパシタンスが挿入さ
れてもよい。

【００２０】高周波電源（４）は、基本的には通常のＲ
ｆゼネレータであり、図２に示す様に、発振周波数およ
び出力を規定するための高周波発振回路およびプリアン
プを含む電源制御手段（コントロール回路）（５）と、
所定の出力に増幅するための増幅器（出力回路）（４
１）とを備えている。すなわち、電源制御手段（５）
は、操作パネルを通じて予め設定された周波数および電
力に関する出力条件に基づいて増幅器（４１）を制御
し、増幅器（４１）は、上記の共振コイル（１２）に伝
送線路（４５）を介して一定の高周波電力を供給する。

【００２１】具体的には、高周波電源（４）としては、
８０ｋＨｚ〜８００ＭＨｚの周波数の電力を供給可能な
高周波発生器が使用可能である。典型的には、コムデル
社（Comdel Inc）製の商品名「ＣＸ−３０００」として
知られる固定周波数型の高周波電源（周波数：２８．１
２ＭＨｚ、出力：３ＫＷ）が挙げられる。また、ＩＦＩ
社製の商品名「ＴＣＣＸ３５００」として知られる高出
力の高帯域増幅をヒューレットパッカード社製の商品名
「ＨＰ１１６Ａ」として知られる０〜５０ＭＨｚのパル
ス発生器と共に使用することにより、８００ｋＨｚ〜５
０ＭＨｚの周波数域で２ｋＷの出力が可能な可変周波数
電源を構成できる。

【００２２】高周波電源（４）から共振コイル（１２）
に電力を供給するための伝送線路（４５）としては、ポ
リエチレン樹脂の同軸絶縁シースを有する定格の同軸ケ
ーブル、具体的には、フジクラ社製の型式「ＲＧ−１７
／Ｕ」として公知のケーブル等が使用される。そして、
伝送線路（４５）は、共振コイル（１２）の接地された
両端の間のあるポイントに可動タップを介して接続され
てもよい。

【００２３】ところで、共振コイル（１２）によって構
成されるプラズマ発生回路は、ＲＬＣの並列共振回路で
あり、高周波電源（４）の波長と共振コイル（１２）の
電気的長さが同じ場合、共振器（１）の共振条件は、共
振器（１）の容量成分や誘導成分によって作り出される
リアクタンス成分が相殺され、純抵抗になることであ
る。しかしながら、上記プラズマ発生回路においては、
プラズマを発生させた場合、共振コイル（１２）の電圧
部とプラズマとの間の容量結合、容器（１１）とプラズ
マの間の誘導結合の変動などにより、そして、プラズマ
の励起状態により、実際の共振周波数が僅かながら変動
する。実際には、共振器（１）の無負荷状態における共
振点よりも僅かに低い周波数で共振する。

【００２４】そこで、本発明の共振装置においては、プ
ラズマ発生時の共振器（１）における共振のずれを電源
側で補償するため、図２に示す様に、高周波電源（４）
の電源制御手段（５）は、プラズマが発生した際の共振
器（１）からの反射波電力を検出して出力を補完する機
能を有する。斯かる構成により、本発明の共振装置で
は、共振器（１）において一層正確に定在波を形成で
き、容量結合の極めて少ないプラズマを発生させ得る。

【００２５】すなわち、上記の電源制御手段（５）は、
プラズマが発生した際の前記の共振器（１）からの反射
波電力を検出し、反射波電力が最小となる様に前記の所
定周波を増加または減少させる。具体的には、電源制御
手段（５）には、予め設定された発振周波数を補正する
周波数制御回路（５１）が構成され、かつ、増幅器（４
１）の出力側には、伝送線路（４５）における反射波電
力を検出し、その電圧信号を周波数制御回路（５１）に
フィードバックする電源制御手段（５）の一部としての
反射波パワーメータ（５４）が介装される。

【００２６】周波数制御回路（５１）は、図３に示す様
に、反射波パワーメータ（５４）からの電圧信号が入力
され且つ当該電圧信号を周波数信号にデジタル変換する
Ａ／Ｄコンバータ（５１ａ）、変換された反射波に相当
する周波数信号の値と予め設定記憶された発振周波数の
値とを加減算処理する演算処理回路（５１ｂ）、加減算
処理して得られた周波数の値を電圧信号にアナログ変換
するＤ／Ａコンバータ（５１ｃ）、および、Ｄ／Ａコン
バータ（５１ｃ）からの印加電圧に応じて発振する電圧
制御発振器（５１ｄ）によって構成される。従って、周
波数制御回路（５１）は、プラズマ点灯前は共振器
（１）の無負荷共振周波数で発振し、プラズマ点灯後は
反射電力が最小となる様に前記所定周波数を増加または
減少させた周波数を発振し、結果的には、伝送線路（４
５）における反射波がゼロとなる様に周波数信号を増幅
器（４１）に与える。

【００２７】また、電源制御手段（５）は、反射波電力
と同等の電力を加算出力させる機能を有していてもよ
い。斯かる構成により、本発明の共振装置では、反射波
電力による実効負荷電力の低下を補完でき、共振器
（１）に対して常に所定の電力を送電し得る。具体的に
は、電源制御手段（５）には、予め設定された出力を補
正する出力制御回路（５２）が構成され、かつ、増幅器
（４１）の出力側には、伝送線路（４５）における進行
波電力を検出し、その電圧信号を出力制御回路（５２）
にフィードバックする電源制御手段（５）の一部として
の進行波パワーメータ（５３）が介装される。そして、
上記の反射波パワーメータ（５４）は、伝送線路（４
５）における反射波電力を検出し、その電圧信号を出力
制御回路（５２）にフィードバックする様に構成され
る。

【００２８】すなわち、進行波パワーメータ（５３）
は、検出された進行波電力を出力制御回路（５２）にフ
ィードバックし、また、反射波パワーメータ（５４）
は、検出された反射波電力を出力制御回路（５２）にフ
ィードバックする。そして、出力制御回路（５２）は、
予め設定記憶された出力条件と、進行波パワーメータ
（５３）で検出された実際の進行波電力の大きさ及び反
射波パワーメータ（５４）で検出された実際の反射波電
力の大きさとに基づき、前記の進行波電力の大きさと反
射波電力の大きさの差が出力制御回路（５２）に記憶さ
れた設定値となる様に増幅器（４１）を制御する。

【００２９】本発明の共振装置によるプラズマの発生操
作においては、容器（１１）の内部を例えば０．０１〜
５０Ｔｏｒｒに減圧した後、前記の真空度を維持しつつ
容器（１１）にプラズマ用ガスを供給する。プラズマ用
ガスとしては、従来と同様に、処理に応じて各種の材料
ガスが使用される。例えば、アッシング処理の場合は、
酸素、水素、アルゴン、水などが使用され、また、エッ
チング処理の場合は、フッ素、臭素、塩素などが使用さ
れる。そして、高周波電源（４）から共振器（１）に例
えば２７．１２ＭＨｚ、２ＫＷの高周波電力を供給する
と、容器（１１）の内部に誘導電界が生じ、その結果、
供給されたガスが容器（１１）においてプラズマ化す
る。

【００３０】本発明の共振装置において、高周波電源
（４）に付設された電源制御手段（５）は、発生したプ
ラズマの容量結合や誘導結合の変動による共振器（１）
における共振点のずれを高周波電源（４）側で補償す
る。すなわち、電源制御手段（５）の反射波パワーメー
タ（５４）は、プラズマの容量結合や誘導結合の変動に
よる反射波電力を検出し、周波数制御回路（５１）は、
反射波電力が最小となる様に、反射波電力の発生要因で
ある共振周波数のずれに相当する分だけ前記の所定周波
を増減させることにより、プラズマ条件下における共振
器（１）の共振周波数の高周波を増幅器（４１）に出力
させる。

【００３１】換言すれば、本発明の共振装置において
は、プラズマ発生時およびプラズマ生成条件の変動時の
共振器（１）の共振点のずれに応じて正確に共振する周
波数の高周波を出力するため、共振器（１）で一層正確
に定在波を形成できる。すなわち、図１に示す様に、共
振器（１）においては、プラズマを含む当該共振器の実
際の共振周波数の送電により、位相電圧と逆位相電圧が
常に相殺される状態の完全な定在波が形成され、コイル
の電気的中点（電圧がゼロのノード）に最も高い位相電
流が生起される。従って、上記の電気的中点において励
起された誘導プラズマは、容量結合が殆どなく、容器
（１１）中には、電気的ポテンシャルの極めて低いドー
ナツ状のプラズマを形成できる。

【００３２】また、本発明の共振装置において、電源制
御手段（５）は、共振器（１）の共振点のずれ（インピ
ーダンスの不整合）による反射波電力を高周波電源
（４）側で補償する。すなわち、進行波パワーメータ
（５３）は、伝送線路（４５）における進行波電力を検
出し、その大きさを出力制御回路（５２）に出力する。
また、反射波パワーメータ（５４）は、伝送線路（４
５）に生じた反射波電力を検出し、その大きさを出力制
御回路（５２）に出力する。そして、出力制御回路（５
２）は、反射波電力と同等の電力を加算して新たな設定
値として増幅器（４１）に出力させる。

【００３３】伝送線路（４５）に生じる反射波電力は、
プラズマの種類によっても相違するが、例えば、最初の
電源出力が上述の様に２ＫＷ程度の場合、１０〜４００
Ｗ程度である。勿論、反射波電力の値は、増幅器（４
１）の出力変化によっても変動はするが、電源制御手段
（５）が連続的に応答することにより、最終的には増幅
器（４１）からの出力を所期の設定値に限りなく近付け
ることが出来る。従って、本発明の螺旋共振器は、反射
波電力による実効負荷電力の低下を補完することが出
来、共振器（１）に対して常に所期のレベルの高周波電
力を確実に供給できるため、プラズマを安定して発生さ
せることが出来る。また、従来のプラズマ装置の様に、
インピーダンス整合回路を設ける必要もない。

【００３４】次に、本発明の共振装置を利用したプラズ
マ処理装置について説明する。本発明の共振装置は、図
４に示す様な高周波無電極放電のプラズマ処理装置
（７）に適用される。プラズマ処理装置（７）は、水平
なベース（７０）を備えた架台に上述の共振装置を配置
して構成される。共振装置は、上述の様に、容器（１
１）、容器（１１）に巻回された共振コイル（１２）、
および、共振コイル（１２）の外周に配置されたアルミ
ニウム等の外側シールド（１３）から成る共振器（１）
と、高周波電源（４）（図４においては省略）とから主
として構成される。そして、共振器（１）の下方には、
基板（Ｗ）を収容する処理室（８）が容器（１１）と連
続的する状態で設けられる。

【００３５】容器（１１）は、外観的には各種の態様と
することが出来るが、少なくともその底面が開放され、
そして、僅かに拡径された底面周縁をリング状のフラン
ジ（７１）によって気密に係止される。容器（１１）の
頂部は、例えば、略ドーム状に形成され、頂部の中央に
は、プラズマ用ガスを導入するための細管が一体的に設
けられる。そして、斯かる細管には、各種ガス容器を含
み且つプラズマ用ガスを適当な流量で供給可能なガス供
給装置から伸長されたガス供給管（１６）が接続され
る。

【００３６】共振コイル（１２）は、上述の様な態様で
あり、絶縁性材料にて平板状に形成され且つフランジ
（７１）の上端面に鉛直に立設された複数のサポート
（２１）によって支持される。共振コイル（１２）の両
端は、電気的に接地された外側シールド（１３）に接続
され、両端が接地された共振コイル（１２）の両接地点
の間のある点は、可動タップを介して高周波電源（４）
（図１参照）に接続される。そして、共振コイル（１
２）の電気的長さは、電源周波数の例えば１波長分に調
整される。共振コイル（１２）の一端側もしくは他端側
または両端側の伝送線路には、上述の波形調整回路が挿
入されていてもよい。

【００３７】基板（Ｗ）が装填される処理室（８）は、
短軸の略有底円筒状に形成され、架台のベース（７０）
の下面に吊持される。処理室（８）は、ベース（７０）
に形成された開口部及び当該処理室の天板に形成された
開口部を介して容器（１１）に連続する。処理室（８）
の底部には、真空ポンプに至る排気管（１４）が取り付
けられており、容器（１１）及び処理室（８）は、排気
管（１４）を通じて所定の真空度に減圧可能に構成され
ている。

【００３８】処理室（８）には、基板（Ｗ）を水平に保
持するホルダー（８１）が設けられる。ホルダー（８
１）は、短軸円柱状に形成され且つ基板（Ｗ）が搭載さ
れるホルダーブロック（８１ａ）と、処理室（８）の底
板に挿通され且つホルダーブロック（８１ａ）を支持す
る支柱（８１ｂ）とから構成される。ホルダーブロック
（８１ａ）は、一般に使用される電磁チャックを備えて
いてもよい。

【００３９】支柱（８１ｂ）は、固定されていてもよい
が、例えば、サーボモーター及びボールネジ等を組合せ
て成る駆動機構（図示せず）によって昇降可能に構成さ
れる。そして、ホルダーブロック（８１ａ）は、処理室
（８）からベース（７０）の開口部を経て容器（１）の
略底部に侵入する様に構成される。更に、ホルダーブロ
ック（８１ａ）が昇降可能な場合、ホルダーブロック
（８１ａ）と処理室（８）の底板との間には、気密に保
持するためのベローズ（８２）が介装される。

【００４０】また、処理室（８）の周面にはゲートバル
ブ（９）が備えられ、基板（Ｗ）の装填および排出はゲ
ートバルブ（９）を通じて操作可能に構成される。そし
て、ゲートバルブ（９）には、装置内を常に一定の真空
度に保持するため、処理室（８）と同様の真空度に保持
可能なロードロック容器（図示省略）が接続されてもよ
く、更に、ロードロック容器を介してプレ・ロード容器
が接続されてもよい。ロードロック容器やプレ・ロード
容器は、通常、排気管（１４）を吸引する上記の真空ポ
ンプによって減圧される。

【００４１】上記の様なのプラズマ処理装置（７）にお
いては、プレ・ロード容器やロードロック容器を通じ、
先ず、被処理物としての基板（Ｗ）が処理室（８）に装
填されてホルダー（８１）上に保持される。次いで、真
空ポンプの駆動により、排気管（１４）を通じて減圧さ
れ、容器（１１）及び処理室（８）の内部が例えば１０
〜２００ミリトールまで減圧される。そして、容器（１
１）内の真空度を維持しつつ、ガス供給管（１６）を通
じて上述の様なプラズマ用ガスが供給され且つ高周波電
源（４）から例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力が供
給される。その結果、共振コイル（１２）の周囲に誘導
電界が発生し、共振コイル（１２）の電気的中点に相当
する例えば容器（１１）の中間高さの位置にドーナツ状
の誘導プラズマが励起される。

【００４２】その際、本発明の共振装置は、上述の様
に、高周波電源（４）に付設された電源制御手段（５）
がプラズマの容量結合や誘導結合の変動による共振器
（１）における共振点のずれを補償し、一層正確に定在
波を形成すため、容量結合が殆どなく、電気的ポテンシ
ャルの極めて低いプラズマを容器（１１）中に形成でき
る。従って、プラズマ処理装置（７）においては、容器
（１１）の下端に装填された基板（Ｗ）をラジカルによ
って効果的に処理でき、かつ、基板（Ｗ）に対するイオ
ンダメージを防止できる。

【００４３】更に、実質的に電位がゼロの領域で発生し
たプラズマ中のイオンは、電気的ポテンシャルが極めて
低く、加速されることがないため、プラズマ処理装置
（７）においては、容器（１１）の周壁に対するスパッ
タリング作用がなく、容器（１１）の周壁に損傷を与え
ることもない。その結果、装置の寿命を向上させること
が出来、しかも、容器（１１）等の部材成分がプラズマ
中に混入して基板（Ｗ）を汚染するという不具合も防止
し得る。

【００４４】また、本発明の共振装置は、上述の様に、
高周波電源（４）に付設された電源制御手段（５）が共
振器（１）で発生するインピーダンスの不整合による反
射波電力を高周波電源（４）側で補償し、実効負荷電力
の低下を補完するため、共振器（１）に対して常に所期
のレベルの高周波電力を確実に供給でき、プラズマを安
定させることが出来る。従って、プラズマ処理装置
（７）においては、容器（１１）の下端に装填された基
板（Ｗ）を一定のレートで且つ均一に処理できる。

【００４５】ところで、プラズマ処理装置（７）におい
ては、プラズマ用ガスの種類や流量、電界強度といった
処理条件の他、容器（１１）内におけるラジカルの流
れ、基板（Ｗ）の温度などの種々の条件を制御すること
によっても一層好適な処理が可能である。

【００４６】例えば、プラズマ処理装置（７）の一つの
態様において、処理室（８）には、ホルダー（８１）の
外周側に位置して当該処理室を上下に仕切る多孔板（８
３）が配置される。斯かる多孔板（８３）を配置した場
合には、ガス排気路（１４）に吸引されるラジカルの流
れを均一に分散させることが出来、基板（Ｗ）の表面を
一層均一に処理できる。

【００４７】また、プラズマ処理装置（７）の他の態様
において、ホルダー（８１）は、処理室（８）から電気
的に絶縁され、そして、バイアス電源に接続されて電位
を適宜に調整し得るように構成される。すなわち、ホル
ダーブロック（８１ａ）の少なくとも基板（Ｗ）搭載面
は、絶縁されてバイアス電極に構成されていればよい。
これにより、極度に硬化したレジストの処理などでイ
オン流を利用する場合は、基板（Ｗ）の電位を制御して
イオンを加速し、スパッタリング効果を高めることが出
来る。

【００４８】また、プラズマ処理装置（７）の他の態様
において、ホルダーブロック（８１ａ）には、基板
（Ｗ）を適宜に昇温するため、加熱手段が設けられる。
加熱手段は、例えば、シースヒーター、セラミックヒー
タープレート、フィルムヒーター等各種のヒーターをホ
ルダーブロック（８１ａ）の上端面近傍に測温センサー
と共に埋設して構成される。これにより、基板（Ｗ）の
温度を高めて反応を促進し、処理効率を向上させること
が出来る。

【００４９】更に、上記の加熱手段を設ける場合、ホル
ダーブロック（８１ａ）には、加熱手段の下方に冷却手
段が付設されてもよい。冷却手段としては、低温の空
気、窒素などのガスや冷却水、液化ガスが循環するコイ
ルを使用することが出来、斯かるコイルは、ホルダーブ
ロック（８１ａ）内に同様に埋設される。冷却手段を付
設した場合には、基板（Ｗ）の温度制御を迅速に行うこ
とが出来る。なお、上記の各種ヒーターに代え、上記コ
イルに加温流体を循環させることにより加熱手段として
も利用できる。

【００５０】本発明の共振装置およびプラズマ処理装置
（７）は、電気的ポテンシャルの極めて低いプラズマを
発生させることが出来、従って、また、発生したプラズ
マを容易に制御できるため、アッシングを含むドライエ
ッチング、イオンエッチング、遠隔プラズマ蒸着、イオ
ンプラズマ化学蒸着等のプラズマ化学蒸着などの広範囲
の処理技術に利用可能である。そして、半導体素子、平
坦パネルデイスプレイ、微細加工物などのデバイスの
他、ダイヤモンド、プラスチック等の素材なども対象と
することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係るプラズ
マ生成用の螺旋共振装置によれば、プラズマ発生時の共
振器の共振点のずれに応じて正確に共振する周波数の高
周波を出力するため、共振器で一層正確に定在波を形成
でき、電気的ポテンシャルの一層低いプラズマを発生さ
せることが出来る。また、プラズマ発生時の共振器の不
整合による反射波電力に応じて高周波電源の電力を制御
し、実効負荷電力の低下を補完することが出来るため、
共振器に対して常に所期のレベルの高周波電力を確実に
供給でき、プラズマを安定して発生させることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】螺旋共振装置の基本構成およびプラズマ発生位
置を示す模式図

【図２】螺旋共振装置における電源制御手段を示すブロ
ック図

【図３】電源制御手段における周波数制御回路の一例を
示す回路ブロック図

【図４】螺旋共振装置の適用例を示すプラズマ処理装置
の縦断面図

【符号の説明】

１：共振器１１：容器１２：共振コイル１３：外側シールド１４：排気管１６：ガス供給管４：高周波電源４１：増幅器５：電源制御手段５１：周波数制御回路５２：出力制御回路５３：進行波パワーメータ５４：反射波パワーメータ７：プラズマ処理装置８：処理室８２：ホルダーＷ：基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧可能に構成され且つプラズマ用ガス
が供給される容器と、当該容器の外周に巻回された共振
コイルと、当該共振コイルの外周に配置された外側シー
ルドとから成る共振器、および、当該共振器に所定周波
数の高周波電力を供給する高周波電源を備え、かつ、前
記共振コイルの電気的長さが前記所定周波数における１
波長の整数倍に設定されたプラズマ生成用の螺旋共振装
置において、前記高周波電源には、プラズマが発生した
際の前記共振器からの反射波電力を検出し、反射波電力
が最小となる様に前記所定周波数を増減させる電源制御
手段が付設されていることを特徴とする螺旋共振装置。
【請求項２】電源制御手段が、反射波電力と同等の電
力を加算出力させる機能を有している請求項１に記載の
螺旋共振装置。