JPH11149996A

JPH11149996A - プラズマリアクター

Info

Publication number: JPH11149996A
Application number: JP9333455A
Authority: JP
Inventors: Shimao Yoneyama; 詩麻夫米山
Original assignee: MC Electronics Co Ltd
Current assignee: MC Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】反応容器側からの反射波電力による伝送線路
における出力損失を補完でき、強力なプラズマを安定し
て発生させ得るプラズマリアクターを提供する。【解決手段】プラズマリアクターは、プラズマ用ガス
が供給される円筒状の反応容器と、当該反応容器の外周
に配置された外部電極と、反応容器の内部に配置された
金属製円筒体と、インピーダンス調整用のマッチング回
路を介して外部電極（２）に高周波電力を供給する高周
波電源とを備え、発生させたプラズマにより半導体基板
にエッチング、アッシング等の処理を施す。高周波電源
（Ｂ）に付設された出力調整手段は、プラズマが発生し
た際の外部電極（２）側からの反射波電力を反射パワー
メータ（Ｂ４）で検出し、コントローラ（Ｂ１）によっ
て反射波電力と同等の電力を出力回路（Ｂ２）に加算出
力させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマリアクタ
ーに関するものであり、詳しくは、反応容器側からの反
射波電力による実効負荷電力の低下を補完することによ
り、反射波電力の大小に拘らず、マッチング回路を含む
負荷に対して常に所定の電力を送電でき、プラズマを安
定して発生させ得るプラズマリアクターに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】プラズマリアクターは、減圧可能に構成
され且つプラズマ用ガスが供給される円筒状の反応容器
と、当該反応容器の外周に配置された外部電極と、当該
外部電極と同軸に前記反応容器の内部に配置された金属
製円筒体とを備え、高周波電力を供給して外部電極と金
属製円筒体の間でプラズマを発生させる装置である。斯
かる装置においては、金属製円筒体を内部電極として或
いはエッチトンネルとして利用され、金属製円筒体の内
部に装填された半導体基板などにエッチング、アッシン
グ、ＣＶＤ等の乾式処理を施す。

【０００３】なお、上記の外部電極には、発生させたプ
ラズマと外部電極の間の容量結合や誘導結合によるイン
ピーダンスの変動を調整するためのマッチング回路を介
して高周波電源から所定の高周波電力が供給される。ま
た、マッチング回路としては、動作の安定性と言う観点
から、インピーダンス固定型のマッチング回路も多く使
用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のプラ
ズマリアクターにおいては、プラズマを発生させた際、
反応容器側のプラズマ発生回路、すなわち、外部電極や
金属円筒体を含む回路の負荷が純抵抗ではなく、かつ、
プラズマの状態も常に変動するため、マッチング回路だ
けでは完全な整合が得られず、高周波電源から外部電極
に至る伝送線路においては、反射波電力による実効負荷
電力の低下が生じている。特に、インピーダンス固定型
のマッチング回路を設置した場合には、高周波電源とプ
ラズマ発生回路におけるインピーダンスの不整合量が大
きくなるため、反射波電力が大幅に増加する可能性があ
る。その結果、上記プラズマリアクターにおいては、プ
ラズマへの投入電力を十分に高めることが出来ないと言
う問題がある。

【０００５】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
ものであり、その目的は、反応容器側からの反射波電力
による実効負荷電力の低下を補完でき、プラズマを安定
して発生させ得るプラズマリアクターを提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のプラズマリアクターは、減圧可能に構成さ
れ且つプラズマ用ガスが供給される円筒状の反応容器
と、当該反応容器の外周に配置された外部電極と、当該
外部電極と同軸に前記反応容器の内部に配置された金属
製円筒体と、インピーダンス調整用のマッチング回路を
介して前記外部電極に高周波電力を供給する高周波電源
とを備えたプラズマリアクターにおいて、前記高周波電
源には、プラズマが発生した際の前記外部電極側からの
反射波電力を検出し、当該反射波電力と同等の電力を加
算出力させる出力調整手段が付設されていることを特徴
としている。

【０００７】すなわち、上記プラズマリアクターにおい
て、高周波電源に付設された特定の出力調整手段は、プ
ラズマの発生に伴って反応容器側からの反射波電力を検
出し、高周波電源から外部電極に供給される電力に反射
波電力と同等の電力を加算して出力させ、反射波電力に
よる実効負荷電力の低下を補完する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。図１は、本発明のプラズマリアクターにお
ける高周波電源および出力調整手段の構成例を示すブロ
ック図である。図２は、本発明のプラズマリアクターに
おけるリアクター本体の一形態を示す一部破断の側面図
である。以下、実施形態の説明においては、プラズマリ
アクターを単に「リアクター」と略記する。

【０００９】本発明のリアクターは、図１に示す様に、
主に、機械構造部としてのリアクター本体（Ａ）と、電
源回路部としての高周波電源（Ｂ）及びマッチング回路
（Ｃ）とから構成される。そして、リアクター本体
（Ａ）は、図２に示す様に、減圧可能に構成され且つプ
ラズマ用ガスが供給される円筒状の反応容器（１）と、
当該反応容器の外周に配置された外部電極（２）と、当
該外部電極と所定間隔を設け且つ同軸に反応容器（１）
の内部に配置された金属製円筒体（４）とを備えてい
る。

【００１０】上記リアクターは、同軸給電型またはエッ
チトンネルを使用した対向電極型の何れであってもよ
い。同軸給電型のリアクターは、金属製円筒体（４）を
接地することにより内部電極として利用した方式のリア
クターであり、一方、対向電極型のリアクターは、金属
製円筒体（４）を接地することなく、エッチトンネルと
して利用した方式のリアクターである。

【００１１】反応容器（１）は、通常、石英ガラスで形
成され、例えば、下部ベース（１２）上の支柱（９，
９）で上部ベース（１０）及びボトムプレート（７）を
支持して成る架台上に垂直に配置される。反応容器
（１）の上端は、処理後の放熱を行うため、上蓋（５
２）にて開閉可能になされたトッププレート（５）で封
止される。トッププレート（５）は、ボトムプレート
（７）上に立設された４本の支持ロッド（８，８）で支
持される。これらの支持ロッド（８）は、トッププレー
ト（５）の荷重、および、反応容器（１）内を真空引き
した際にトッププレート（５）及びボトムプレート
（７）が吸引されて生じる反応容器（１）の軸線方向の
荷重を支持する。

【００１２】また、ボトムプレート（７）の中央部に
は、多数枚のウェーハを多段に支持するための所謂ウェ
ーハボート（１６）が通過し得る程度の直径の円形開口
部が反応容器（１）と同軸に設けられており、一方、上
部ベース（１０）には、前記開口部と同軸に且つ幾分大
径の円形開口部が設けられている。そして、ボトムプレ
ート（７）の上記の円形開口部は、扁平な凸状の垂直断
面形状を備え且つウェーハボート（１６）を載せて昇降
可能になされた反応容器下蓋（１７）により気密に封止
される。

【００１３】上記の反応容器（１）には、当該反応容器
内にプラズマ用ガスを導入するため、多数のガス噴出孔
（図示省略）が長手方向に沿って設けられたガス導入管
（１３）が上方から挿入される。更に、反応容器（１）
の上方からは、多数のガス吸引孔（図示省略）が長手方
向に沿って設けられたガス排出管（１５）が挿入されて
おり、真空系の作動により、前記吸引孔を通じて反応容
器（１）内を減圧し、また、反応排ガスを系外に排気す
る様になされている。

【００１４】また、反応容器（１）には、反応を促進す
るため、例えば、遠赤外線ヒーター等の熱源および輻射
熱を利用するためのリフレクターから成る温度制御機構
（３）が備えられている。なお、温度制御機構として
は、プラズマの影響を受けることのないセラミックヒー
ター等の熱源を金属製円筒体（４）の内周側に配置し、
一層近距離から内部のウェーハを加熱する機構を採用す
ることも出来る。

【００１５】外部電極（２）は、所要の電圧・電流を印
加し得る電極材料および寸法仕様で円筒状に形成され、
通常、反応容器（１）の外周面に密着配置される。そし
て、図１に示すインピーダンス調整用のマッチング回路
（Ｃ）を介して高周波電源（Ｂ）に接続される。また、
図２に示す様に、金属製円筒体（４）は、表面処理され
たアルミニュウム合金などにより、ウェーハボート（１
６）を収容し得る程度の直径に形成される。金属製円筒
体（４）の周壁には多数の小孔が均一に配列される。

【００１６】上記の電源回路部において、一般的には、
高周波電源（Ｂ）は、リアクター本体（Ａ）から離間し
て設置され、マッチング回路（Ｃ）は、架台に直接取り
付けられるか又は架台の極近傍に設置される。高周波電
源（Ｂ）としては、図１に示す様に、マッチング回路
（Ｃ）を介し、リアクター本体（Ａ）、すなわち、上記
の外部電極（２）に対して約１〜１００ＭＨｚの高周波
電力を１〜５ＫＷ程度で供給可能な電源が使用される。
そして、基本的には、高周波電源（Ｂ）は、記憶演算手
段を含み且つ周波数および出力を規定するコントローラ
（Ｂ１）と、高周波発振回路およびパワーアンプから成
る出力回路（Ｂ２）とから構成される。

【００１７】周知の通り、マッチング回路（Ｃ）は、反
応容器（１）で発生するプラズマの容量結合および誘導
結合によるプラズマ発生回路、すなわち、外部電極
（２）と金属製円筒体（４）を含む回路のインピーダン
スの変動を補正し、高周波電源（Ｂ）のインピーダンス
とプラズマ発生回路のインピーダンスを整合させるため
のインダクタンス、キャパシタンス等で構成されたネッ
トワークであり、斯かるマッチング回路（Ｃ）は、通
常、高周波電源（Ｂ）に併設される。マッチング回路
（Ｃ）としては、反応容器（１）側のインピーダンスの
変動に追従して作動するインピーダンス可変型、内部イ
ンピーダンスが予め設定されたインピーダンス固定型の
何れの型式のものでもよい。

【００１８】本発明の最大の特徴は、プラズマが発生し
た際の外部電極（２）側からの反射波電力を検出し、当
該反射波電力と同等の電力を加算出力させる出力調整手
段が高周波電源（Ｂ）に付設されている点にある。本発
明において、上記の出力調整手段は、出力回路（Ｂ２）
の出力側に介装され且つ出力回路（Ｂ２）からの進行波
電力を検出してコントローラ（Ｂ１）にフィードバック
する進行波パワーメータ（Ｂ３）、出力回路（Ｂ２）の
出力側に介装され且つ出力回路（Ｂ２）側への反射波電
力を検出してその値をコントローラ（Ｂ１）にフィード
バックする反射波パワーメータ（Ｂ４）、および、上述
のコントローラ（Ｂ１）によって構成される。

【００１９】具体的には、出力調整手段において、進行
波パワーメータ（Ｂ３）は、検出された進行波電力をコ
ントローラ（Ｂ１）にフィードバックし、また、反射波
パワーメータ（Ｂ４）は、検出された反射波電力をコン
トローラ（Ｂ１）にフィードバックする。そして、コン
トローラ（Ｂ１）は、操作パネルを通じて予め設定され
た電力に関する出力条件と、進行波パワーメータ（Ｂ
３）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（Ｂ４）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コントローラ（Ｂ１）に記憶された
設定値となる様に出力回路（Ｂ２）を制御する。すなわ
ち、コントローラ（Ｂ１）は、フィードバックされた反
射波電力値と同等の電力値を先の設定値に加算すると共
に、加算された新たな設定値に基づいて出力回路（Ｂ
２）に出力させる機能を有する。

【００２０】本発明のリアクターにおいて、プラズマ処
理されるウェーハは、ウェーハボート（１６）に搭載さ
れ、ボトムプレート（７）の円形開口部を介して金属製
円筒体（４）の内部に装填される。反応容器（１）の内
部は、ガス排出管（１５）を通じて所定の真空度に減圧
された後、前記の真空度を維持しつつガス導入管（１
３）を通じてプラズマ用ガスが供給される。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、水などが用いられ、また、エッ
チング処理の場合は、フッ素、臭素、塩素などが用いら
れる。

【００２１】上記リアクターにおいては、高周波電源
（Ｂ）から外部電極（２）に例えば２７．１２ＭＨｚ、
２ＫＷの高周波電力が供給されることにより、外部電極
（２）と金属製円筒体（４）の間に電界が生じ、その結
果、供給されたガスが反応容器（１）においてプラズマ
化し、そして、プラズマ中の主にラジカルが金属製円筒
体（４）の内部に流入することによりウェーハが処理さ
れる。

【００２２】上記の処理操作において、プラズマが発生
した際、高周波電源（Ｂ）に付設された出力調整手段の
進行波パワーメータ（Ｂ３）は、外部電極（２）に至る
伝送線路における進行波電力を検出し、その大きさをコ
ントローラ（Ｂ１）に出力する。また、パワーメータ
（Ｂ４）は、伝送線路に生じた出力回路（Ｂ２）側への
反射波電力を検出し、その大きさをコントローラ（Ｂ
１）に出力する。そして、コントローラ（Ｂ１）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出
力回路（Ｂ２）に出力させる。従って、本発明のリアク
ターは、反射波電力による実効負荷電力の低下を補完す
ることが出来る。

【００２３】伝送線路に生じる初期の反射波電力は、プ
ラズマの種類やプラズマ発生回路の構成によっても相違
するが、最初の電源出力が上述の様に２ＫＷ程度の場
合、１０〜４００Ｗ程度である。勿論、反射波電力の値
は、コントローラ（Ｂ１）による出力回路（Ｂ２）に対
する制御によっても変化はするが、出力調整手段が連続
的に応答することにより、最終的には出力回路（Ｂ２）
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。

【００２４】すなわち、本発明のリアクターは、外部電
極（２）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、外部電極（２）と金属製円筒体
（４）との間に所定のパワーでプラズマを安定して発生
させることが出来、その結果、ウェーハに対する一層安
定した処理を実現できる。なお、本発明のリアクターに
おいて、高周波電源（Ｂ）の操作パネルやコントローラ
（Ｂ１）は、出力回路（Ｂ２）とは別個に設置すること
も出来、更に、出力調整手段の反射波パワーメータ（Ｂ
４）は、高周波電源（Ｂ）の出力側であれば、当該高周
波電源とは別個に設置することも出来る。そして、本発
明は、図２に例示した様なバッチ方式のリアクターの
他、高周波を使用した容量結合型や誘導結合型の枚葉式
リアクターにも同様に適用できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のプラズマリ
アクターによれば、外部電極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、外部電極と金属
製円筒体との間でプラズマを安定して発生させることが
出来、ウェーハに対する一層安定した処理を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】高周波電源および出力調整手段の構成例を示す
ブロック図

【図２】リアクター本体の一形態を示す一部破断の側面
図

【符号の説明】

１：反応容器１３：ガス導入管１５：ガス排出管１６：ウェーハボート２：外部電極４：金属製円筒体Ａ：リアクター本体Ｂ：高周波電源Ｂ１：コントローラーＢ２：出力回路Ｂ３：進行波パワーメータＢ４：反射波パワーメータＣ：マッチング回路

───────────────────────────────────────────────────── 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
が供給される円筒状の反応容器と、当該反応容器の外周
に配置された外部電極と、当該外部電極と同軸に前記反
応容器の内部に配置された金属製円筒体と、インピーダ
ンス調整用のマッチング回路を介して前記外部電極に高
周波電力を供給する高周波電源とを備えたプラズマリア
クターにおいて、前記高周波電源には、プラズマが発生
した際の前記外部電極側からの反射波電力を検出し、当
該反射波電力と同等の電力を加算出力させる出力調整手
段が付設されていることを特徴とするプラズマリアクタ
ー。