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発明の名称 プラズマ加工装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−164372(P2001−164372A)
公開日 平成13年6月19日(2001.6.19)
出願番号 特願平11−350026
出願日 平成11年12月9日(1999.12.9)
代理人
発明者 臼井 武
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 電極と被加工物とを配置した真空ガス室内に所定のガスを注入した後、高周波電圧を印加することにより前記被加工物に対する加工作業を行うプラズマ加工装置であって、前記高周波電圧を印加する場合に、高周波電圧の印加レベルを段階的または徐々に上昇させるようにした、ことを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項2】 前記高周波電圧の印加レベルを制御する増幅器と、タイマとを有し、前記タイマの出力によって前記増幅器における増幅率を変化させることにより、前記高周波電圧の印加レベルを段階的に上昇させるようにしたことを特徴とする請求項1記載のプラズマ加工装置。
【請求項3】 前記増幅器の帰還抵抗値を変化させることにより、増幅器の増幅率を変化させることを特徴とする請求項2記載のプラズマ加工装置。
【請求項4】 前記増幅器の帰還抵抗に可変抵抗を並列に接続するとともに、前記可変抵抗のラインをスイッチによって開閉制御することにより、帰還抵抗値を変化させることを特徴とする請求項3記載のプラズマ加工装置。
【請求項5】 前記真空ガス室に平板状の上部電極と下部電極を互いに略平行な状態で対向配置し、前記上部電極と下部電極との間に高周波電圧を印加することを特徴とする請求項1記載のプラズマ加工装置。
【請求項6】 前記被加工物に対してプラズマCVD作業を行うことを特徴とする請求項1記載のプラズマ加工装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空ガス室内にガスを注入した後、高周波電圧を印加することにより被加工物に対する加工作業を行うプラズマ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、真空ガス室に平板状の上部電極と下部電極を互いに略平行な状態で対向配置し、この真空ガス室内にガスを注入するとともに、高周波電圧を印加することにより、下部電極に配置した半導体ウェーハ等に対してプラズマCVD作業を行うようにした平行平板型プラズマCVD装置が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したプラズマCVD装置では、高周波電圧を一定に保ちながらCVD作業を行うものであるが、高周波電圧を設定値に立ち上げる際に、この立ち上がり部分において、例えば図5に示すように、高周波電圧のレベルが瞬間的に上昇し、所望の設定値を大きく上回る現象が生じる。このため、高周波電圧の印加の立ち上がり当初の出力超過により、真空ガス室内のガスが異常反応を起し、半導体ウェーハ表面自体に異常が生じたり、上下の電極及び反応灯内に堆積した反応生成物質が剥離して半導体ウェーハ表面に付着して異常の原因となってしまうという問題がある。
【0004】なお、このような高周波電圧の立ち上がり時におけるガスの異常反応を防止する方法としては、高周波電圧の立ち上げ後にガスの注入を行うことも考えられるが、この場合には反対に、ガスのオーバーシュートによって過反応や未反応が生じ、半導体ウェーハ表面にパーティクルとして付着するなどの恐れがある。したがって、安定した作業を行うためには、真空ガス室にガスを注入した後、高周波電圧を印加することが好ましく、このような前提において、高周波電圧の立ち上がり時におけるガスの異常反応を防止することが望まれる。
【0005】そこで本発明の目的は、真空ガス室にガスを注入した後、高周波電圧を印加するプラズマ加工装置において、高周波電圧の立ち上がり時におけるガスの異常反応を有効に防止し、安定したプラズマ加工作業を行うことができるプラズマ加工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】本発明は前記目的を達成するため、電極と被加工物とを配置した真空ガス室内に所定のガスを注入した後、高周波電圧を印加することにより前記被加工物に対する加工作業を行うプラズマ加工装置であって、前記高周波電圧を印加する場合に、高周波電圧の印加レベルを段階的または徐々に上昇させるようにしたことを特徴とする。
【0007】本発明のプラズマ加工装置において、電極と被加工物とを対向配置した真空ガス室内に反応ガスを注入する。そして、この後、真空ガス室内に高周波電圧を印加することにより、被加工物に対する加工作業を行う。そして、高周波電圧を印加する場合に、高周波電圧の立ち上げに際しては、高周波電圧の印加レベルを段階的または徐々に上昇させるようにする。これにより、高周波電圧の印加の立ち上がり当初の出力超過を有効に抑制でき、真空ガス室内のガスの異常反応を防止できる。したがって、必要なガス反応を安定的に得ることができ、安定したプラズマ加工作業を行うことができ、被加工物の異常を排除し、生産効率を向上することが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるプラズマ加工装置の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態によるプラズマ加工装置の概要を示す説明図である。本実施の形態は、本発明をプラズマCVD装置に適用した例であり、図1に示すプラズマCVD装置は、真空ガス室10内に平板状の上部電極12と下部電極14を互いに略平行な状態で対向配置し、この真空ガス室10内に反応ガスを注入するとともに、高周波(RF)電圧を印加することにより、下部電極14に配置した半導体ウェーハ(図示せず)等に対してプラズマCVD作業を行うようにした平行平板型プラズマCVD装置である。
【0009】このプラズマCVD装置において、反応ガスには、SiH4ガスとNH3ガスを用いるものであり、これらのガスは、真空ガス室10に設けたガス注入部16から注入されるようになっている。また、高周波電圧は、高周波(RF)発振器18からマッチングボックス20を介して上部電極12に印加される。そして、この高周波発振器18による高周波電圧の出力動作は、RF制御基板22の制御によって実行されるものであり、本発明の特徴となる高周波電圧の立ち上げ時の制御は、RF制御基板22に設けた制御回路によって実行されるものである。
【0010】図2は、RF制御基板22に設けた高周波発振器18の制御回路の構成を示すブロック図である。この制御回路は、高周波発振器18の制御電圧(RF CONTROL O/P)を出力する増幅器32を含む制御電圧出力部30と、増幅器32をオン・オフ制御する電源リレー(RL2)40と、この電源リレー40の起動時に増幅器32の電圧出力を段階的に立ち上げるための制御を行うタイマ制御部50とを有する。制御電圧出力部30の増幅器32は、+入力端子に基準電圧(SET RF)が入力されるとともに、−入力端子に制御用の電圧が入力され、さらに、この増幅器32の出力信号が抵抗R1及びコンデンサC1と抵抗R2との並列回路を含む帰還ループを介して−入力端子に入力されるように接続された負帰還増幅器を構成している。
【0011】そして、この増幅器32の帰還ループには、可変抵抗R3とスイッチ(CR)34とを直列に接続したループが並列に接続されている。スイッチ34は、タイマ制御部50に設けられたタイマリレー(TR)52によって開閉されるものであり、このスイッチ34の動作によって可変抵抗R3のループを開閉することにより、帰還ループ全体の抵抗値を変更し、増幅器32の増幅率を制御して、電圧出力を段階的に立ち上げるようにする。なお、このスイッチ34は、タイマリレー52からのオン信号によって開放され、可変抵抗R3のループを帰還ループから切り離すように動作する。また、可変抵抗R3は抵抗の変更により、電圧出力を段階的に立ち上げる際のレベルを制御するものである。
【0012】また、タイマ制御部50は、上述のようにスイッチ34を開閉するタイマリレー(TR)52を有する。このタイマリレー52では、電源リレー40のオンとともにタイマを起動し、予め設定された時間経過後、タイムオーバによってトランジスタTrをオンし、スイッチ34のオン信号を出力する。このようなタイマ制御部50によるスイッチ34の制御により、図3に示すように、制御電圧出力の立ち上げ当初には、制御電圧の出力レベルを抑制し、タイムオーバ後にスイッチ34をオンして制御電圧の出力レベルをプラズマCVD作業に必要な値に制御する。
【0013】これにより、高周波発振器18の立ち上げを2段階で行うことができ、高周波発振器18の立ち上げ直後の出力超過を抑制でき、反応ガスの異常反応等を防止することができる。なお、タイマリレー52による遅延時間は、作業効率等を考慮して適宜設定が可能であるが、本例では数秒程度とする。
【0014】また、本形態のプラズマCVD装置は、予め真空ガス室10にガスを注入した後、高周波電圧を印加して、CVD作業を開始するものである。すなわち、高周波電圧の立ち上げ後にガスの注入を行う場合には反対に、ガスのオーバーシュートによって過反応や未反応が生じ、半導体ウェーハ表面にパーティクルとして付着するなどの恐れがある。そこで、本例のプラズマCVD装置では、真空ガス室10にガスを注入した後、高周波電圧を印加することにより、ガスのオーバーシュートによる過反応や未反応をなくし、安定したガスの反応を得るものである。
【0015】図4は、本形態のプラズマCVD装置の起動時の動作を示すタイミングチャートである。以下、このタイミングチャートに基づいて、本形態のプラズマCVD装置の起動時の動作について説明する。まず、図4(A)で各電極12、14等のチャージを終了後、図4(B)で半導体ウェーハ温度の安定待ち(120秒)を行う。次に、図4(C)(D)で真空ガス室10内に供給するガス(本例ではSiH4、NH3)のバルブを開き、図4(E)(F)で遅延用のタイマ(10秒)をスタートする。そして、この遅延用タイマがタイムオーバした後、図4(G)(H)で各ガスの導入を開始する。
【0016】次に、図4(I)(J)で真空ガス室10の圧力制御(APC)を起動するとともに、真空度の安定を待ち(60秒)、その後、図4(K)で高周波出力をオンし、CVDによる成膜作業を開始する。そして、この高周波出力の立ち上げ時においては、上述のような制御回路の動作によって、高周波発振器18の制御電圧が2段階に制御され、高周波発振器18の立ち上げ直後の出力超過を抑制し、反応ガスの異常反応等を防止する。
【0017】以上のような本例のプラズマCVD装置では、以下のような効果を得ることができる。
(1)ガスの異常反応を確実に防止し、半導体ウェーハの表面異常による異常を低減できる。
(2)上下の電極及び反応灯内に堆積した反応生成物質の剥離を防止し、ダスト付着による異常が低減できる。
(3)段階的な立ち上げ動作によって高周波電源に高負荷がかからなくなり、高周波電源の劣化を防止できる。
(4)異常発生による設備のダウンタイムを減少でき、生産性の向上を図ることできる。
(5)ガスの使用量を低減でき、コスト削減を行えるとともに、ガス排気量を減少できるため、ガスの種類によっては環境等の観点からも有利である。
(6)設備のメンテナンスも容易になる。
【0018】なお、以上の例では、高周波出力の立ち上げを2段階で制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、3段階以上で制御してもよい。また、高周波出力の立ち上げを段階的に制御するのではなく、徐々に上昇させるような制御としてもよい。また、本発明は、上述のようなプラズマCVD装置に限らず、例えばプラズマエッチング装置等のように、真空ガス室内にガスを導入して高周波電圧を印加する各種の加工装置に広く適用し得るものである。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明のプラズマ加工装置では、電極と被加工物とを配置した真空ガス室内に所定のガスを注入した後、高周波電圧を印加して被加工物に対する加工作業を行う場合に、高周波電圧の立ち上げ時において、高周波電圧の印加レベルを段階的または徐々に上昇させるようにした。このため、高周波電圧の印加の立ち上がり当初の出力超過を有効に抑制でき、真空ガス室内のガスの異常反応を防止できる。したがって、必要なガス反応を安定的に得ることができ、安定したプラズマ加工作業を行うことができ、被加工物の異常を排除し、生産効率を向上することが可能となる。




 

 


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