JPH0668839A

JPH0668839A - プラズマ装置における高周波給電装置

Info

Publication number: JPH0668839A
Application number: JP4237786A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Deguchi; 洋一出口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1994-03-11

Abstract

(57)【要約】［目的］プラズマを発生させるための高周波を高周波電
源より効率良くプラズマ装置に給電し、消費電力の節約
化と加工精度の向上を実現する。［構成］真空容器からなる処理室１０内に、平行平板型
の上部電極１２および下部電極１４が所定の間隔を置い
て平行に配置される。下部電極１４には、高周波電源１
６より通常１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がマッチング
・ボックス１８および給電管２０を介して印加される。
給電管２０は、銀、銅、金、アルミニウムまたはそれら
の化合物からなる中空管、あるいはそれらの導電材をメ
ッキ等で被覆してなる中空管で構成される。給電管２０
の管内には、被処理体Ｗを静電吸着するための静電チャ
ックシート３６に直流電圧を給電するための電気ケーブ
ル４０が通されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ装置において
プラズマ発生用の高周波電圧を給電するための装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造において、アッシ
ング、エッチング、ＣＶＤ、スパッタリング等の工程で
は、処理ガスのイオン化や化学反応等を促進するため
に、プラズマが利用されている。プラズマを用いて上記
の工程処理を行うプラズマ装置には、円筒型石英反応管
の周囲に電極をコイル状に巻いてこのコイル状電極に高
周波を印加する誘導型と、石英反応管の周囲に板状の電
極を固定してこの板状電極に高周波を印加する容量型
と、処理（反応）室内に一対の平行平板型電極を配置し
て一方の電極を接地し他方の電極に高周波を印加する平
行平板型とがある。

【０００３】図９に、従来の平行平板型プラズマ装置の
構成を概略的に示す。真空容器からなる処理室１００内
に、平行平板型の上部電極１０２および下部電極１０４
が所定の間隔を置いて平行に配置される。上部電極１０
２は接地され、下部電極１０４には高周波電源１０６よ
り通常１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が整合回路１０８
および給電棒１１０を介して下部電極１０４に供給され
る。下部電極１０４は載置台を兼ねており、その上に被
処理体としてたとえば半導体ウエハＷが載置される。処
理室１００には、室内に処理ガスを導くための処理ガス
供給管１１２、および室内を排気するための排気管１１
４、被処理体Ｗを搬入・搬出するためのゲートバルブ１
１６等も設けられている。

【０００４】整合回路１０８は、反射損（電力損失）を
最も少なくするよう高周波電源１０６側の出力インピー
ダンスにプラズマ装置側の入力インピーダンスを合わせ
るためのＬＣ回路である。プラズマ装置側の入力インピ
ーダンスは処理条件等の変更に応じて変わりやすいた
め、整合回路１０８には可変リアクトルＬv および／ま
たは可変キャパシタ（バリコン）Ｃv が設けられ、これ
らの可変リアクタンスが可変調整されることで、チュー
ニングが行われるようになっている。一般に、この種の
整合回路は、マッチング・ボックス等と称される箱状ケ
ースに収められている。

【０００５】図１０は、従来の高周波給電装置における
給電棒１１０とマッチング・ボックスとの接続構造を示
す。マッチング・ボックス１１８の中には、図９の整合
回路１０８の外に、可変リアクトルＬv 、可変キャパシ
タＣv の可変調整を行うための制御回路や駆動モータ等
の駆動機構が収容されている。マッチング・ボックス１
１８の入力端子１１８ａは同軸ケーブル１２０を介して
高周波電源１０６に接続される。マッチング・ボックス
１１８の出力端子１１８ｂは給電棒１１０に対応した棒
体で構成され、その棒体１１８ｂの上端斜面が給電棒１
１０の下端斜面に合わせられ、ボルト１２２によって締
結される。給電棒１１０はニッケルメッキでコーティン
グされたアルミニウム棒であり、マッチング・ボックス
１１８の出力端子棒１１８ｂも同じくニッケルメッキで
コーティングされたアルミニウム棒である。マッチング
・ボックス１１８内には機械的なチューニング機構が入
っているため、各部が故障することがあり、その修理・
調整を行うためにマッチング・ボックス１１８は着脱可
能式に高周波電源１０６と給電棒１１１との間に接続さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来の高周波給電装置においては、マッチング
・ボックス１１８でせっかくチューニングしても、給電
棒１１０でかなりの電力損失が生じるために、設定通り
の電力がプラズマ装置に供給されなかった。たとえば、
高周波電源１０６の出力電力を１０００Ｗに設定した場
合、約２０Ｗの電力が給電棒１１０で損われ、プラズマ
装置側には約９８０Ｗの電力しか供給されないことがあ
った。このような高周波電力の損失は、電力消費の観点
から好ましくないばかりか、処理室１００内のプラズマ
発生量ないし密度にも誤差をもたらし、ひいては微細加
工の精度に影響するという不具合があった。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、プラズマを発生させるための高周波を高周波電
源より効率良くプラズマ装置に給電し、消費電力の節約
化と加工精度の向上をはかる高周波給電装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１の高周波給電装置は、プラズマ装置
の処理容器内にプラズマを発生させるための高周波電圧
を高周波電源より給電手段を介して所定の電極に供給す
るようにした高周波給電装置において、前記給電手段を
銀、銅、金、アルミニウムまたはそれらの化合物からな
る中空管で構成することとした。

【０００９】本発明の第２の高周波給電装置は、プラズ
マ装置の処理容器内にプラズマを発生させるための高周
波電圧を高周波電源より給電手段を介して所定の電極に
供給するようにした高周波給電装置において、前記給電
手段を中空管で構成し、前記中空管の表面を銀、銅、
金、アルミニウムまたはそれらの化合物で被覆してなる
構成とした。

【００１０】また、処理室内に被処理体を静電力で吸着
するための静電チャックシートを設けた場合は、該静電
チャックシートに対して直流電源より所定の直流電圧を
供給するための電気ケーブルを前記中空管内に通す構成
とした。

【００１１】

【作用】銀、銅、金、アルミニウムの各導電材は、高周
波に対する抵抗値がニッケル、ステンレス等のそれと比
較して格段に低い。また、材質が同じでも、中空管と丸
棒とでは、前者の高周波抵抗値は後者のそれよりも半分
以下である。本発明においては、銀、銅、金、アルミニ
ウムまたはそれらの化合物からなる中空管、あるいはそ
れらの導電材をメッキ等で被覆してなる中空管によって
給電手段を構成するので、従来のニッケルメッキの給電
棒と比較して電力損失を大幅に低減することができ、ほ
ぼ設定値通りの電力で高周波を電極に供給することがで
きる。

【００１２】さらに、本発明では、静電チャックシート
に直流電圧を給電するための電気ケーブルを給電管の管
内に通すことで、電気ケーブルの配線取付が簡単にな
り、たとえば真空処理室の壁面において電気ケーブルに
対する特別のシーリングを不要とすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、図１〜図８を参照して本発明の実施例
を説明する。図１は、本発明の一実施例によるプラズマ
エッチング装置の構成を示す。真空容器からなる処理室
１０内には、平行平板型の上部電極１２および下部電極
１４が所定の間隔を置いて平行に配置される。上部電極
１２は、処理室１０の天井板１０ａに支持され、電気的
には接地されている。下部電極１４には、高周波電源１
６より通常１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がマッチング
・ボックス１８および給電管２０を介して印加される。
下部電極１４は、載置台を兼ねており、その上に被処理
体としてたとえば半導体ウエハＷが載置される。

【００１４】このプラズマエッチング装置はマグネトロ
ン放電型であり、上部電極１２の裏側には、半導体ウエ
ハＷに対して平行な磁界を形成するための永久磁石２４
ａ，２４ｂを取付したマグネット・アッセンブリ２４が
配設されている。処理室１０の上面に取付された駆動モ
ータ２６の駆動により回転軸２８を介してマグネット・
アッセンブリ２４が回転移動することで、上部および下
部電極１２，１４間に浮遊しているプラズマが回転磁界
に同期して半導体ウエハＷの上で回転移動するようにな
っている。処理室１０には、室内にエッチングガスを導
くための処理ガス供給管３０、および室内より排気ガス
を排出ための排気管３２、半導体ウエハＷを搬入・搬出
するためのゲートバルブ３４等が設けられている。

【００１５】載置台を兼ねる下部電極１４の上面には、
半導体ウエハＷを静電力で吸着保持するための静電チャ
ックシート３６が被せられている。この静電チャックシ
ート３６は、たとえば２枚のポリイミド樹脂フィルムの
間に薄い導電板を封入してなるもので、該導電板には所
定の直流電圧が供給される。本実施例において、静電チ
ャックシート３６に対する直流給電は、直流電源３８よ
りマッチング・ボックス１８、給電管２０の管内および
下部電極（載置台）１４の貫通孔１４ａ内を通って設け
られた電気ケーブル４０を介して行われる。

【００１６】マッチング・ボックス１８の中には、図９
に示すものと同様の整合回路が収容される外、その可変
リアクトルＬv 、可変キャパシタＣv の可変調整を行う
ための制御回路や駆動モータ等の駆動機構等も収容され
ている。マッチング・ボックス１８の第１の入力端子１
８ａは同軸ケーブル４２を介して高周波電源１６に接続
され、第２の入力端子１８ｂは電気ケーブル４０および
ＬＣ回路４４を介して直流電源３８に接続されている。

【００１７】図２〜図４は、マッチング・ボックス１８
と給電管２０との接続構造を示す。図４に示すように、
マッチング・ボックス１８の出力端子１８ｃは、給電管
２０と同径の中空管からなり、その上端部の外周面には
ネジ１８ｄが切られている。一方、給電管２０の下端部
の内周面にもネジ２０ａが切られている。給電管２０の
ネジ２０ａに出力端子１８ｃのネジ１８ｄを螺合させる
ことで、マッチング・ボックス１８を着脱可能に取付す
ることができる。

【００１８】図２に示すように、マッチング・ボックス
１８の出力端子１８ｃの基端部外周面にはネジ１８ｅが
形成されている。このネジ部１８ｅにコイル管４２の扁
平先端部４２ａの開口４２ｂ（図３参照）を外嵌し、平
ワッシャ４４，４６を介してナット４８，５０で両側か
ら扁平先端部４２ａを挟着するようにして、出力端子１
８ｃをコイル管４２に物理的に固定すると同時に電気的
に接続する。さらに、マッチング・ボックス１８の上板
に取付された絶縁リング５２によって出力端子１８ｃを
支持する。ナット４８，５０を緩めると、出力端子１８
ｃが上下方向に移動可能となり、出力端子１８ｃを給電
管２０から外すことができる。なお、コイル管４２は、
図９の整合回路１０８内の固定リアクトルＬ0 に対応す
るものである。

【００１９】さて、本実施例における給電管２０は、マ
ッチング・ボックス１８からの高周波を処理容器１０内
の下部電極１４に供給するための給電手段であり、銀、
銅、金、アルミニウムまたはそれらの混合物もしくは化
合物からなる中空管、あるいはそれらの導電材をメッキ
等で被覆してなる中空管で構成される。これらの材質の
中で最も好ましいものは銀である。しかし、銀の中空管
は極めて高価なため、アルミニウムまたは銅の中空管を
使用し、その表面を銀で被覆したものが実用上好適であ
る。給電手段をこのような給電管２０で構成すること
で、電力損失を大幅に低減させ、高周波電源１６からの
高周波をほぼ設定値通りの電力で平行平板電極１２，１
４間に供給することが可能である。したがって、電極間
のプラズマ発生量ないし密度を正確に制御し、ひいては
半導体ウエハＷに対するエッチング加工の精度を正確に
制御することができる。

【００２０】図５に、各種材料について中空管で構成し
た給電管の高周波抵抗と丸棒で構成した給電管の高周波
抵抗とを対比して示す。これらの各高周波抵抗値は、標
準の１３．５６ＭＨｚに対する値である。また、図５の
表には、各種材料について中空管および丸棒における高
周波抵抗（Ｒrf）と直流抵抗（Ｒdc）との比を対比して
示す。図６の表には、図５の表中の値に関係する各材料
の固有値を示す。いずれの値も温度が２０゜Ｃのときの
値である。

【００２１】図５に示すように、銀、銅、金、アルミニ
ウムの高周波抵抗値はニッケル、ステンレスのそれと比
較して格段に低く、約１／２０〜１／９０ほどである。
また中空管と丸棒とを比較すると、中空管の高周波抵抗
値は丸棒のそれよりも１／２以下である。本実施例にお
ける銀メッキのアルミニウム管と従来の給電装置で用い
られていたニッケルメッキのアルミニウム棒とを比較す
ると、前者の高周波抵抗値は後者のそれよりも約１／５
０ほどてある。

【００２２】図６の表の下には各種計算式を示す。中空
管および丸棒の高周波抵抗はそれぞれ式(1),(2) で与え
られる。これらの式(1),(2) 中のＲdcは式(3) で与えら
れる直流抵抗であり、δは式(4) で与えられる表皮の深
さである。式(1) 中のｔは中空管の管（板）厚であり、
図５の表中の各値はｔ＝１．２ｍｍに選んだ場合の値で
ある。式(1),(3) 中のｄは丸棒の直径で、図５の表中の
各値はｄ＝１２ｍｍに選んだ場合の値である。式(3) 中
のδは体積固有抵抗であり、図６の表中に示されてい
る。なお、表皮の深さとは、図７に示すように、導体５
４の表面上の電流値（最大電流値）Ｉo に対してＩo ／
ｅ（ｅ＝2.718) の電流が流れる深さを意味する。表面
から表皮深さまでの領域で電流値のほぼ６０％が流れ、
表皮深さの３倍までの領域では電流値のほぼ９０％が流
れる。したがって、表面を銀、銅、金、アルミニウムま
たはそれらの混合物もしくは化合物からなる導電材で被
覆してなる中空管で給電管２０を構成する場合は、被覆
の厚みを給電管２０の表皮深さの３倍付近の厚みに選べ
ばよい。

【００２３】このように、給電手段を銀、銅、金、アル
ミニウムまたはそれらの混合物もしくは化合物からなる
中空管、あるいはそれらの導電材をメッキ等で被覆して
なる中空管で構成することにより、給電手段の高周波抵
抗値を低くして電力損失を少なくすることができる。し
たがって、高周波電源１６より設定通りの高周波電力を
平行平板電極１２，１４間に供給し、高精度な微細加工
を行うことができる。

【００２４】さらに、本実施例では、静電チャックシー
ト３６に直流電圧を給電するための電気ケーブル４０を
給電管２０の管内に通して引いているため、処理室１０
の底面には給電管２０に対する絶縁シール部材５６を設
けるだけでよく、電気ケーブル４０に対する特別のシー
リングは不要となっている。

【００２５】図７は、マッチング・ボックス１８の出力
端子１８ｃと給電管２０との接合部の変形例を示す。図
７の(A) に示す構成例は、図４の接合部において、出力
端子１８ｃのネジ部１８ｄの基端と給電管２０のネジ部
２０ａの先端との突き合わせ部にたとえば銀箔のテープ
５８を巻いたものである。上記のように、電流の殆どは
出力端子１８ｃおよび給電管２０の表皮部分を流れる。
したがって、突き合わせ部に隙間があるときは、そこに
銀箔テープ５８を巻いて隙間を塞ぐことで、表皮部分を
実質的に連続させることができる。図７の(B) に示す構
成例は、マッチング・ボックス１８の出力端子１８ｃお
よび給電管２０のそれぞれの接合端部を断面櫛歯状に形
成して互いに差し違いに突き合わせ、ボルト６０および
ナット６２で締結固定してなるものである。好ましく
は、ボルト６０およびナット６２に銀メッキを施すとよ
い。外にも、種々の変形例が可能であり、またマッチン
グ・ボックス１８の出力端子１８ｃを銀、銅等の丸棒で
構成することも可能である。

【００２６】以上、平行平板型のプラズマエッチング装
置に係る一実施例について説明したが、本発明は、マグ
ネトロンプラズマエッチング装置にも適用可能であり、
さらには任意の電極構造を有するアッシング装置、ＣＶ
Ｄ装置、スパッタ装置等の他のプラズマ装置にも適用可
能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高周波給
電装置によれば、高周波電源より電極に高周波を供給す
るための給電手段を、銀、銅、金、アルミニウムまたは
それらの化合物からなる中空管、あるいはそれらの導電
材をメッキ等で被覆してなる中空管によって構成するこ
とにより、給電に際しての電力損失を大幅に低減し、ほ
ぼ設定値通りの高周波電力を電極に供給することが可能
であり、消費電力の節約化だけでなく微細加工の精度向
上をはかることができる。また、処理室内に被処理体を
静電力で吸着するための静電チャックシートを設けた場
合は、該直流給電用の電気ケーブルを高周波給電用の中
空管内に通すことで、電気ケーブルの配線取付を簡単に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による高周波給電装置を適用
したプラズマエッチング装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】実施例におけるマッチング・ボックスの出力端
子を支持する構造を示す側面図である。

【図３】図２の出力端子支持構造におけるコイル管の開
口付扁平先端部の構成を示す斜視図である。

【図４】実施例におけるマッチング・ボックスの出力端
子と給電管との接合部を示す縦断面図である。

【図５】各種材料について中空管で構成した給電管の高
周波抵抗と丸棒で構成した給電管の高周波抵抗とを表に
して示す図である。

【図６】図５の表中の値に関係する各材料の固有値を表
にして示す図である。

【図７】図６に付記した計算式で用いる表皮の深さの意
味を説明するための図である。

【図８】マッチング・ボックスの出力端子と給電管との
接合部の変形例の構造を示す縦断面図である。

【図９】従来のプラズマ装置の構成を概略的に示す斜視
図である。

【図１０】従来の高周波給電装置におけるマッチング・
ボックスの出力端子と給電棒との接合部の構造を示す側
面図である。

【符号の説明】

１０処理室１２上部電極１４下部電極１６高周波電源１８マッチング・ボックス２０給電管４０電気ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ装置の処理容器内にプラズマを
発生させるための高周波電圧を高周波電源より給電手段
を介して所定の電極に供給するようにした高周波給電装
置において、前記給電手段を銀、銅、金、アルミニウムまたはそれら
の化合物からなる中空管で構成したことを特徴とする高
周波給電装置。
【請求項２】プラズマ装置の処理容器内にプラズマを
発生させるための高周波電圧を高周波電源より給電手段
を介して所定の電極に供給するようにした高周波給電装
置において、前記給電手段を中空管で構成し、前記中空管の表面を
銀、銅、金、アルミニウムまたはそれらの化合物で被覆
してなることを特徴とする高周波給電装置。
【請求項３】被処理体を静電力で吸着するための静電
チャックシートに対して直流電源より所定の直流電圧を
供給するための電気ケーブルを前記中空管内に通してな
ることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波給
電装置。