JPH04192520A - プラズマリアクター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマリアクターに関するものであり、詳
しくは、円筒同軸型の電極構造を有するプラズマリアク
ターにおいて、円筒状内部電極を特定の構造にすること
により、プラズマイオン（荷電粒子）や電子あるいはグ
ロー放電領域より発せられる紫外線による、被処理物の
損傷（プラズマダメージ）を低減し得るように改良され
たプラズマリアクターに関するものである。

〔従来の技術〕

周知の通り、プラズマリアクターは、プラズマ低温エツ
チング処理、プラズマ低温アッシング処理、プラズマＣ
ＶＤ処理などに用いられる反応器であり、その電極構造
により、円筒同軸型や対向電極型などの種々の形式のも
のがある。

円筒同軸型のプラズマリアクターは、ガス導入管と真空
系に連結されたガス排出管とを備えた円筒状反応容器、
該反応容器の外周囲に密着配置された外部電極および前
記反応容器の内部にこれと所定間隔を設けて同軸に配置
され且つ側壁に多数の小孔を有する円筒状内部電極から
主として構成される。そして、被処理物は円筒状内部電
極の内側に収容されてプラズマ処理される。

円筒同軸型のプラズマリアクターにおいては、プラズマ
発生領域は円筒状反応容器の内壁と円筒状内部電極の外
壁との間であり、プラズマ処理領域は円筒状内部電極の
内側である。

そして、円筒同軸型のプラズマリアクターにおいては、
円筒状内部電極がアースされてグランド電位に保たれて
いるためにプラズマ中のイオンなどは円筒状内部電極に
捕獲される。

従って、円筒同軸型のプラズマリアクターにおいては、
プラズマ電位によるチャージアップと言うダメージは比
較的少ないとされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の円筒同軸型のプラズマリアクター
においては、対向電極型のプラズマリアクターに比較し
て被処理物のプラズマダメージは遥かに少ないものの、
必ずしも充分とは言えず、プラズマダメージのより一層
の低減が望まれている。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目
的は、被処理物のプラズマダメージを一層低減し得るよ
うに改良されたプラズマリアクターを提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、ガス導入管と真空系に連結された
ガス排出管とを備えた円筒状反応容器、該反応容器の外
周囲に密着配置された外部電極および前記反応容器の内
部にこれと所定間隔を設けて同軸に配置され且つ側壁に
多数の小孔を有する円筒状内部電極から主として構成さ
れるプラズマリアクターにおいて、円筒状反応容器内に
複数個の円筒状内部電極を各小孔が実質的に重なること
がないように配置して当該円筒状内部電極を多重構造に
したことを特徴とするプラズマリアクターにより容易に
達成される。

〔作用〕

円筒状反応容器内において各小孔が実質的に重なること
がないように配置された多重構造の円筒状内部電極は、
プラズマ処理領域に流入するプラズマイオンを円筒状内
部電極の壁に衝突せしめて捕獲し、また、グロー放電領
域から発せられる紫外線を遮断する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面に基ずいて詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。

第１図および第２図は、縦型に構成した本発明のプラズ
マリアクターの一例を模式的に示す説明図であり、第１
図は、第２図のＸ−Ｘ線に沿った全体断面説明図であり
、第２図は要部の断面説明図である。そして、第３図は
、他の一例の要部を模式的に示す説明図である。

本発明のプラズマリアクターは、基本的には、従来の円
筒同軸型のプラズマリアクターと同一であり、ガス導入
管（１）と真空系に連結されたガス排出管（２°）とを
備えた円筒状反応容器（５）、該反応容器の外周囲に密
着配置された外部電極（３）及び前記反応容器の内部に
これと所定間隔を設けて同軸に配置され且つ側壁に多数
の小孔を有する円筒状内部電極（４）から主として構成
される。

円筒状反応容器（５）は、通常、石英ガラスで構成され
ている。そして、円筒状反応容器（５）の周囲には外部
電極（３）が密着して配置され、当該外部電極は高周波
電源（ｌＯ）に接続される。

円筒状反応容器（５）の内部には、所定間隔を設けて円
筒状内部電極（４）が同軸に配置されている。円筒状内
部電極（５）は、アルミニュウムやアルマイト処理され
た金属などで構成され、その側壁には多数の小孔が設け
られている。小孔の直径は、通常、０．５〜１０ｍｍと
され、０．５〜２０ｍｍ間隔で設けられる。そして、円
筒状内部電極（４）は、通常は、そのままアースされて
いる。

ガス導入管（１）は、円筒状反応容器（５）に外付けし
て配置されている。そして、ガス導入管（１）には多数
のガス噴出孔（図示せず）が長手方向に設けられており
、ボンベ（２０）内のプラズマ用ガスは、配管を介して
前記噴出孔から円筒状反応容器（５）内に導入きれる。

ガス排出管（２）は、円筒状反応容器（５）に外付けし
て配置されている。そして、ガス排出管（２）には多数
のガス吸引孔（図示せず）が設けられており、真空系（
３０）の駆動により、円筒状反応容器（５）の内の反応
排ガスは、配管を介して前記吸引孔から系外に排気され
る。

ウェハー（Ａ）などの被処理物は、例えば、切欠溝を設
けた数本の支柱（４０）を適当数のリング（５０）で固
定したウェハー支持体により支持されて円筒状内部電極
（４）の内側に収容されてプラズマ処理される。上記の
ウェハー支持体は、通常は石英で構成され、そして、固
定具（７０）を解除して架台（６０）を降下させ、円筒
状反応容器（５）の下部より該反応容器内に挿入される
。

なお、第１図および第２図中、（６）は、円筒状反応容
器（５）の内部空間と遮断された石英製の管路であり、
該管路内に棒状ヒーター（７）を挿入して内部ヒーター
を構成しである。斯かる構造の内部ヒーターは、本発明
者にて提案された好ましい態様の加熱手段である。

本発明のプラズマリアクターの最大の特徴は、上記のよ
うな円筒同軸型のプラズマリアクターにおいて、円筒状
反応容器（５）内に複数個の円筒状内部電極（４）を各
小孔が実質的に重なることがないように配置して多重構
造にした点にある。

第１図および第２図に示した例においは、円筒状内部電
極（４）を２個配置しであるが、それ以上配置すること
もでき、例えば、第３図に示すように、４個配置するこ
ともできる。

円筒状内部電極（４）相互間の間隔は、特に制限されな
いが、通常は、５〜５０＋ｎｍの範囲とされる。

上記のような多重構造の円筒状内部電極により、プラズ
マイオンは、円筒状内部電極の壁に衝突して捕獲され、
プラズマ処理領域への流入が阻止される。また、多重構
造の円筒状内部電極は、各小孔が実質的に重なることが
ないように配置されているため、グロー放電領域より発
せられる紫外線は有効に遮断される。

本発明においては、プラズマイオンのプラズマ処理領域
への流入を一層確実に阻止し、また、流入するプラズマ
イオンなどを制御するために、上記の複数個の円筒状内
部電極（４）にバイアス電圧を印加するのが好ましい。

バイアス電圧の印加は、第１図に示すように、可変直流
電源（８０）をローパスフィルター（９０）通して内部
電極（４）に接続することにより、種々の対応で行うこ
とができる。

例えば、円筒状内部電極（４）が２重構造の場合、第１
の内部電極（内部電極の序数は最外部のものを第１とす
る）をアースし、第２の内部電極にスイッチの切替えに
て正もしくは負のバイアス電圧を印加するか、または、
電気的に浮遊状態とする。

バイアス電圧が正の場合は、第２の内部電極から第１内
部電極へ電界が生じ、その結果、当該電界未満のエネル
ギーレベルのプラズマイオンは電界に逆らって第２の内
部電極内へ流入することができない。そして、電子は上
記の電界に沿って運動することになる。

一方、バイアス電圧か負の場合は、上記と逆方向の電界
が生じ、プラズマイオンは当該電界により加速され、電
子は反発されることになる。

上記のように、バイアス電圧の印加により、プラズマイ
オンや電子のプラズマ処理領域への流入は制御される。

そして、チャージアップなどのプラズマ電位によるダメ
ージを低減するには、通常、正のバイアス電圧をプラズ
マ電位程度に印加すれば十分である。

一方、第２の内部電極を電気的に浮遊状態とした場合、
第１の内部電極から進入したプラズマイオンによりチャ
ージされて第２の内部電極自身が電位を持つことになる
。そして、この電位は、プロセス条件によって異なるプ
ラズマ電位に依存するために第２の内部電極自身が電位
の壁を有することとなり、その結果、バイアス電圧の印
可を行わなくとも、簡易的にダメージを低減し得る。

また、円筒状内部電極（４）が３重構造の場合、いずれ
か１つの内部電極をアースし、他の２つの内部電極に正
または負のバイアス電圧を印加する。

これにより、内部電極が２重構造の場合と異なり、プラ
ズマイオン及び電子のプラズマ処理領域内への流入を阻
止することができる。

更にまた、第３図に示すように、円筒状内部電極（４）
が４重構造の場合、いずれか２つの内部電極をアースし
、他の２つの内部電極に正または負のバイアス電圧を印
加する。例えば、第１と第４の各内部電極（４）をアー
スし、第２の内部電極（４）に負、第３の内部電極（４
）に正のバイアス電圧を印加する。これにより、プラズ
マイオン及び電子ともに内部電極（２）及び（３）で反
射されプラズマ処理領域内への流入か阻止される。

そして、通常のプラズマ処理において、チャージアップ
などのプラズマ電位の影響によるプラズマダメージやグ
ロー放電領域から発生する紫外線によるダメージを減少
させる目的では前記の２重構造の内部電極で十分である
。

また、本発明においては、複数個の円筒状内部電極に自
動バイアス機能を付加するのが好ましい。

上記の自動バイアス機能は、最内部に配置された円筒状
内部電極の内側の空間電位によって円筒状内部電極のバ
イアス電圧を制御することにより行われ、例えば、第４
図に示すような回路によって行うことができる。

第４図は、最内部の円筒状内部電極に自動バイアス機能
を付加した本発明のプラズマリアクターの一例を示す概
念図である。

第４図に示すように、ウェハー支持体内の適当な位置に
ファラデーカップ（Ｂ）を配置し、電圧計（８）によっ
て直流電位を測定し、これをコンピューター（ＣＰ）な
どの制御装置に入力し、上記の測定値に基ずくバイアス
電圧を可変直流電源（８０）にて印加する。そして、バ
イアス電圧の大きさは、捕獲すべきプラズマイオンのエ
ネルギーによって異なるが、通常は、−２００〜２００
Ｖの範囲とされる。

なお、第４図中、ＡＭＰは増幅器、Ａ／Ｄ及びＤ／Ａは
信号変換器を示す。

上記のような自動バイアス機能によれば、プラズマ状態
が変化した場合においても、最内部の円筒状内部電極に
印加するバイアス電圧を自動的に変化せしめてプラズマ
処理領域へプラズマイオンの流入を常に一定状態で阻止
することができる。

なお、以上の実施例は、縦型に構成したプラズマリアク
ターであるが、本発明においＣは、適宜　　４のウェハ
ー支持体を用いることにより、横型に構成することもで
きる。

本発明のプラズマリアクターは、従来のプラズマリアク
ターと同様に操作して使用される。

そして、円筒状反応容器（５）内の真空度は、通常、０
．１〜１０Ｔｏｏｒの範囲とされ、プラズマガスとして
は、処理目的に応じ、例えば、灰化処理の場合は、酸素
、窒素、水素、アルゴン、アンモニア、水などが用いら
れ、また、エツチング処理の場合は、フッ素、酸素、オ
ゾンなどが用いられる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明のプラズマリアクターによれば、特
定構造の円筒状内部電極により、プラズマ処理領域に流
入するプラズマイオンなどを有効に捕獲でき、また、グ
ロー放電領域より発せられる紫外線を有効に遮断でき、
従って、被処理物のプラズマダメージを一層低減し得る
ように改良されたプラズマリアクターか提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、縦型に構成した本発明のプラズ
マリアクターの一例を模式的に示す説明図であり、第１
図は、第２図のＸ−Ｘ線に沿った全体断面説明図であり
、第２図は、要部の断面説明図である。第３図は、他の
一例の要部を模式的に示す説明図である。 第４図は、最内部の円筒状内部電極に自動バイアス機能
を付加した本発明のプラズマリアクターの一例を示す概
念図である。 図中、（１）はガス導入管、（２）はガス排出管、（３
）は外部電極、（４）は内部電極、（５）は円筒状反応
容器を表す。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス導入管と真空系に連結されたガス排出管とを
   備えた円筒状反応容器、該反応容器の外周囲に密着配置
   された外部電極および前記反応容器の内部にこれと所定
   間隔を設けて同軸に配置され且つ側壁に多数の小孔を有
   する円筒状内部電極から主として構成されるプラズマリ
   アクターにおいて、円筒状反応容器内に複数個の円筒状
   内部電極を各小孔が実質的に重なることがないように配
   置して当該円筒状内部電極を多重構造にしたことを特徴
   とするプラズマリアクター。
2. （２）複数個の円筒状内部電極にバイアス電圧を印加す
   ることを特徴とする請求項第１項記載のプラズマリアク
   ター。
3. （３）最内部に配置された円筒状内部電極の内側の空間
   電位によって円筒状内部電極のバイアス電圧を制御する
   ことを特徴とする請求項第２項記載のプラズマリアクタ
   ー。