JPH10241897A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH10241897A
JPH10241897A JP9042950A JP4295097A JPH10241897A JP H10241897 A JPH10241897 A JP H10241897A JP 9042950 A JP9042950 A JP 9042950A JP 4295097 A JP4295097 A JP 4295097A JP H10241897 A JPH10241897 A JP H10241897A
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晋也 長谷川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体窓を小さく維持して基板大形化に適応
でき、誘導電界を効率よく生成し均一性の良好なプラズ
マを生成できるプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 反応ガス導入部12と排気口13と基板保持
体14を備えた反応容器11と、反応ガス供給機構と、反応
容器内を減圧する排気機構と、反応容器内に処理用プラ
ズマを生成するためのプラズマ生成機構を備え、基板保
持体上の基板をプラズマで処理する装置であり、プラズ
マ生成機構が、基板保持体に対して同心状に設けられた
2つのコイル17,20と、これらのコイルに電力を供給す
る電力供給源18とを含み、1つのコイルは反応容器内に
配置され、他の1つのコイルは反応容器外に配置され、
外側コイルに対応する反応容器の壁部に誘電体窓が設け
られ、コイルに供給された電力で反応容器内に誘導電界
が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
関し、特に、プラズマを利用した薄膜形成やエッチング
に適したプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程において、プラズ
マアシストによる薄膜形成やエッチングを行うため、プ
ラズマ処理装置が用いられている。近年、このプラズマ
処理装置のプラズマ発生機構として、高いプラズマ密度
を得られる環状のコイルを用いた誘導結合型プラズマ発
生機構が用いられる。この誘導結合型プラズマ発生機構
では、基板を処理するための反応容器の外側に環状コイ
ルを配置し、当該反応容器の内部に効率よく誘導電界を
生成するため、反応容器における環状コイルに面した壁
部の一部に石英ガラス等の誘電体窓が形成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマ処理装
置では、被処理基板の径の大形化に伴って反応容器の外
部に設けられた環状コイルの径を大きくする必要があっ
た。さらに、環状コイルの径が大きくなるにつれて、誘
電体窓を大きくする必要があった。しかしながら、誘電
体の1つである例えば石英ガラスは、通常の反応容器素
材であるステンレス材と比較すると、機械的に脆弱であ
り、さらに熱膨脹率がステンレス材と異なるため、誘電
体窓を所望の大きさに大型化して作ることが困難である
という問題が提起されていた。
【0004】また他面で、通常の誘導結合型プラズマ発
生機構で用いられていた一巻きの環状のコイルでは、反
応容器の外部に配置されるため、反応容器内に生成され
る誘導電界の均一性が悪く、そのため基板上のプラズマ
処理の均一性が悪いという問題があった。
【0005】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、誘電体窓の大きさを相対的に小さく維持した
ままで基板の大形化に適応させることができ、誘導電界
を効率よく生成して均一性の良好なプラズマを生成でき
るようにしたプラズマ処理装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】第1の本発明
(請求項1に対応)に係るプラズマ処理装置は、上記の
目的を達成するため、反応ガス導入部と排気口と基板保
持体を備えた反応容器と、この反応容器の内部に反応ガ
ス導入部を介して反応ガスを供給する反応ガス供給機構
と、排気口を介して反応容器の内部を排気し減圧状態に
保持する排気機構と、反応容器内に処理用プラズマを生
成するためのプラズマ生成機構を備え、基板保持体の上
に置かれた基板をプラズマで処理する装置であり、さら
に、上記のプラズマ生成機構が、基板保持体に対して同
心状に設けられた少なくとも2つのコイルと、これらの
コイルに電力を供給する電力供給源とを含み、少なくと
も1つのコイルは反応容器の内部に配置され、他の少な
くとも1つのコイルは反応容器の外側に配置され、外側
コイルに対応する反応容器の壁部に誘電体窓が設けら
れ、コイルに供給された電力で反応容器内に誘導電界が
生成されるように構成される。
【0007】第1の発明の構成では、プラズマ生成機構
に含まれる、反応容器内に誘導電界を与えるためのコイ
ルを、大きな径のコイルと小さい径のコイルの少なくと
も2つから構成し、大きな径のコイルを反応容器内に、
小さな径のコイルを反応容器外にそれぞれ設け、2つの
コイルを基板保持体に対して同心円的な位置関係にて配
置することで、誘電体窓の大きさを相対的に小さいまま
に維持することができ、2つのコイルの組み合わせによ
り誘導電界を効率的に反応容器内に与えることが可能と
なる。
【0008】第2の本発明(請求項2に対応)に係るプ
ラズマ処理装置は、第1の発明において、好ましくは、
反応容器の内部に配置されるコイルの径は相対的に大き
く、反応容器の外側に配置されるコイルの径は相対的に
小さく、反応容器の壁部における誘電体窓の占有面積は
相対的に小さいことを特徴とする。この構成では、反応
容器の壁部における誘電体窓の大きさを相対的に大きく
する必要がないので、反応容器の強度を高く保つことが
できる。
【0009】第3の本発明(請求項3に対応)に係るプ
ラズマ処理装置は、第1または第2の発明において、好
ましくは、反応容器の内部に配置されたコイルと基板保
持体およびその上方空間との間に誘電体製膜付着防止壁
を設けるように構成される。この構成では、反応容器内
部に配置したコイルへの不必要な成膜を防止することが
できる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
【0011】図1は本発明に係るプラズマ処理装置の代
表的な実施形態を示し、反応容器の内外の構成を概略的
に示している。図1において、反応容器11は、その上
壁に反応ガスを反応容器11内に導入するための反応ガ
ス導入部12を備え、その下壁に排気口13を備えてい
る。反応容器11の外側に設けられたよく知られた反応
ガス供給機構(図示せず)から供給された反応ガスは、
反応ガス導入部12を通って反応容器11の内部に導入
される。また反応容器11の外側に設けられたよく知ら
れた排気機構(図示せず)によって上記排気口13を通
して反応容器内の未反応ガスや副生成ガスが排気され
る。反応容器11の内部は所要の減圧状態に保持されて
いる。
【0012】反応容器11の内部には、その下壁の箇所
に、基板保持体14が配置される。基板保持体14は、
反応容器11の外側に配置されたバイアス用電力供給機
構15に接続され、所要のバイアス電位に保持されてい
る。基板保持体14の上には、被処理物である基板16
が配置される。さらに基板保持体14の上方の空間に
は、基板保持体14や基板16に対して同心円的な位置
関係に定められた一巻きのコイル17が配置されてい
る。コイル17の支持機構には、望ましい任意の構造を
採用できるので、その図示を省略している。コイル17
は、反応容器11の外側に配置された電力供給機構18
に接続されている。電力供給機構18によりコイル17
に対して高周波(RF)の電流が供給されると、反応容
器11の内部に誘導電界が生成される。この誘導電界は
基板16の上方空間およびその周辺領域において生成さ
れる。そのため、反応容器11内のコイル17の径は、
処理されるべき基板16の径よりも必要なだけ大きくな
るように設計されている。
【0013】また、基板保持体13および基板16の周
囲の位置であって、かつコイル17と反応ガス導入部1
2との間の位置には、例えば円筒形の誘電体防止壁19
が配置される。誘電体防止壁19を支持する構造は望ま
しい任意の構造とすることができるので、その図示を省
略している。この誘電体防止壁19は、基板保持体14
の上方空間に生成されたプラズマに基づく成膜物質でコ
イル17の表面に膜が不必要に堆積するのを防止する働
きを有する。誘電体防止壁19は基板保持体14、基板
16、およびプラズマが生成される基板保持体の上方空
間を囲むように配置されている。
【0014】さらに反応容器11の外側には、まず反応
容器11の上壁の外側に、基板保持体14の軸心に関し
て同心円となるように、上記コイル17に比較して相対
的に径の小さい一巻きの環状コイル20が配置される。
反応容器11の外側のコイル20も、電力供給機構18
に接続されている。コイル20に対応する反応容器11
の上壁の部分には好ましくは円板状の誘電体窓21が形
成されている。誘電体窓21は、コイル20と基板16
の間に位置する。誘電体窓21の径はコイル20の径よ
りも大きくなっており、コイル20の反応容器11への
投影は誘電体窓21に含まれる。反応容器11の外側に
あるコイル20と、前述の反応容器内のコイル17とに
よって、反応容器11内に誘導電界を効率よく生成する
ことが可能となる。
【0015】上記のごとき反応容器内外に設けた2つの
コイル17,20と、これらのコイルに電力を供給する
電力供給機構18とによってプラズマ処理装置のプラズ
マ生成機構が構成される。本実施形態では、反応容器内
外に設けられた2つのコイル17,20の組み合わせを
利用して反応容器11内に誘導電界を効率的に与えるよ
うにし、当該反応容器11内に成膜用プラズマを生成す
るようにした。プラズマ生成機構として相対的に大きな
径のコイル17を反応容器内に設けかつ相対的に小さい
径のコイル20を反応容器内に設けた本実施形態の構成
は、大きな径のコイルを1つだけ反応容器の外側に配置
した従来装置の構成に比較して、機械的に脆弱な誘電体
窓の径を相対的に小さくすることができる。さらに、反
応容器11の内外で同心円状に配置された2つの一巻き
コイル17,20を設けることによって、従来装置の一
巻きのコイルを設けた場合に比較して、反応容器11内
における誘導電界の均一性を向上することができる。
【0016】なお反応容器11の側壁の周囲には、反応
容器内で生成されたプラズマの拡散状態を制御するため
の磁石22が配置されている。この構成によって、基板
16の表面に垂直な静磁界を生成させ、基板16を処理
するプラズマの密度を高くすることができる。
【0017】共通の電力供給機構18に対する2つのコ
イル17,20の接続関係については次のような構成を
採用できる。第1の接続構成は、図2に示されるよう
に、コイル17,20を直列に接続する構成である。第
2の接続構成は、図3に示されるように、コイル17,
20を並列に接続した構成である。並列接続の場合に
は、2つのコイルに流れる電流が同相になるようにする
ために、位相調整器23が接続される。また図2および
図3に示される接続構成では、接地端にコンデンサ24
を設けている。これは、コイルが直流的に接地されない
ようにすることにより、供給された電力を効率的に誘導
電界の生成に使用できるようにするためである。なお、
2つのコイル17,20の各々は、前述の実施形態では
分割されることなく全体として一巻き状にて環形状に作
られていたが、図4の符号17′,20′で指摘された
コイルに示すごとく分割して形成し、全体として環状に
することも可能である。
【0018】上記構成を有するプラズマ処理装置の具体
的な例を説明する。基板16には直径200mmのSi
基板を使用し、反応容器11内のコイル17に直径30
0mmのもの、反応容器11外のコイル20に直径10
0mmのものをそれぞれ使用した。2つのコイル17,
20は直列に接続され、電力供給機構18からは周波数
13.56MHzで2.5kWの電力が供給された。誘
電体窓21には石英ガラスを使用し、その直径は150
mmである。また基板保持体14には、電力導入機構1
5から13.56MHz、2.5kWのバイアス電力を
供給した。さらに、反応ガス供給機構によってSiH4
を100sccm、O2 を100sccm、それぞれ導入した。
以上の結果、基板16の表面にSiO2 を成膜し、基板
16の表面の全体に設けた直径0.25μm、深さ1μ
mの穴を5%のばらつきで均一性よく埋め込むことがで
きた。
【0019】前述の実施形態では反応容器11の内外に
それぞれ一巻きコイルを1つずつ設けるようにしたが、
反応容器11の内外のそれぞれに一巻きのコイルを2以
上設けることも可能である。また各コイルの巻き数を増
すことも可能である。
【0020】前述の実施形態ではSiO2 のCVD成膜
の例を説明したが、本発明によるプラズマ処理装置の構
成は、他のCVDやエッチング、膜改質などのプラズマ
処理に適用することができる。
【0021】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、プラズマ生成機構に含まれる誘導電界を生成する
ためのコイルを反応容器の内外に配置された少なくとも
2つのコイルで構成し、相対的に内側のコイルの径を大
きくしかつ外側のコイルの径を小さくし、かつ外側コイ
ルに対応する誘電体窓の径を小さく形成したため、反応
容器内に効率的に誘導電界を生成でき、プラズマ処理装
置で処理される基板の径が大形化しても、基板上にプラ
ズマ処理を均一性よく行うことができると共に、反応容
器の壁部に設けられる誘電体窓の面積を小さくすること
ができるので、反応容器の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラズマ処理装置の代表的実施形
態を示す構成図である。
【図2】2つのコイルを直列に接続した構成図である。
【図3】2つのコイルを並列に接続した構成図である。
【図4】コイルを分割した構成を示す図である。
【符号の説明】
11 反応容器 12 反応ガス導入部 13 排気口 14 基板保持体 15 バイアス用電力供給機構 16 基板 17,20 コイル 18 電力供給機構 19 誘電体防止壁 21 誘電体窓

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応ガス導入部と排気口と基板保持体を
    備えた反応容器と、この反応容器の内部に前記反応ガス
    導入部を介して反応ガスを供給する反応ガス供給機構
    と、前記排気口を介して前記反応容器の内部を排気し減
    圧状態に保持する排気機構と、前記反応容器内に処理用
    プラズマを生成するためのプラズマ生成機構を備え、前
    記基板保持体の上に置かれた基板を前記プラズマで処理
    するようにしたプラズマ処理装置において、 前記プラズマ生成機構は、前記基板保持体に対して同心
    状に設けられた少なくとも2つのコイルと、これらのコ
    イルに電力を供給する電力供給源とを含み、少なくとも
    1つの前記コイルは前記反応容器の内部に配置され、他
    の少なくとも1つの前記コイルは前記反応容器の外側に
    配置され、外側の前記コイルに対応する前記反応容器の
    壁部に誘電体窓が設けられ、前記コイルに供給された前
    記電力で前記反応容器内に誘導電界が生成されることを
    特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 前記反応容器の内部に配置される前記コ
    イルの径は相対的に大きく、前記反応容器の外側に配置
    される前記コイルの径は相対的に小さく、前記反応容器
    の壁部における前記誘電体窓の占有面積は相対的に小さ
    いことを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 前記反応容器の内部に配置された前記コ
    イルと前記基板保持体およびその上方空間との間に誘電
    体製膜付着防止壁を設けたことを特徴とする請求項1ま
    たは2記載のプラズマ処理装置。
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