JP2000277294A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用ガスの種類や圧力などの処理条件が異な
る場合にも、その条件に適したプラズマ密度分布を得ら
れるようにする。 【解決手段】 基板処理のための反応室を構成するチャ
ンバ（チャンバ本体１及びチャンバ蓋５）と、反応室内
を排気する排気機構と、反応室内に処理ガスを導入する
ガス導入機構と、反応室内の空間を囲うように配された
放電用の円筒電極３と、円筒電極に高周波電力を印加す
る高周波電源と、円筒電極３の周囲に該円筒電極３の円
筒軸方向に間隔をおいて配され且つ内周が異極とされる
ことで円筒電極３の内面に沿って円筒軸方向に磁力線を
発する２つのリング磁石（磁石ホルダ１１ａ、１１ｂ及
び磁石１１ａ、１１ｂ）とを備えたプラズマ処理装置に
おいて、前記２つのリング磁石の間隔を調整する磁石移
動機構３０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板やガ
ラス基板に対して薄膜を形成したり、薄膜のエッチング
を行ったりするプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板に処理をするプラズマ処理装置のな
かで、磁石の磁場を利用したマグネトロン型プラズマ処
理装置がある。マグネトロン型プラズマ処理装置は、陰
極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド
運動を続けて周回するので長寿命となり、電離生成率が
高いので、多く使用されている容量結合型プラズマより
も高密度のプラズマが得られる。

【０００３】この種のマグネトロン型プラズマ処理装置
として、本出願人の先の出願特願平１０−２１４０４４
号に記載されたものがあり、図３はそれと類似の従来の
マグネトロン型プラズマ処理装置の概略構成を示す。

【０００４】１は反応室を構成するチャンバ本体であ
り、その上に絶縁材２を介して円筒電極３が配設され、
円筒電極３の上に絶縁材４を介してチャンバ蓋５が配設
され、チャンバ蓋５の中央に絶縁材６を介して、原料ガ
スをシャワー状に供給するガスシャワー板機能を備えた
上部電極７が配設されている。

【０００５】円筒電極３及びその上下両端の絶縁材２、
４は反応室の周壁の一部を構成している。円筒電極３の
上下両端の絶縁材２、４の外周には、リング状の磁石ホ
ルダ１１ａ、１１ｂに保持された永久磁石１０ａ、１０
ｂが配設されている。また、チャンバ本体１、円筒電極
３、絶縁材２、４、チャンバ蓋５等で構成された反応室
の内部中央には、シリコンウェーハなどの基板９を設置
するサセブタ８が配設されている。また、第１の高周波
電源１２が円筒電極３に、第２の高周波電源１３が上部
電極７につながれており、各電極３、７に高周波が供給
されるようになっている。さらに、反応室には、反応室
内を排気する排気機構（図示略）と、反応室内に処理ガ
スを導入するガス導入機構（図示略）とが接続されてい
る。

【０００６】なお、それぞれチャンバ本体１と絶縁材
２、絶縁材２と円筒電極３、円筒電極３と絶縁材４、絶
縁材４とチャンバ蓋５、チャンバ蓋５と絶縁材６、絶縁
材６と上部電極７の各間にはＯリングが配され、反応室
の気密性が保たれている。

【０００７】図４は反応室の平面図で、円筒電極３と磁
石１０ａ、１０ｂの配置を示している。上側の複数個の
磁石１０ａと下側の複数個の磁石１０ｂのどちらか一方
の磁石は、Ｎ極が反応室中心方向を向くようにリング状
に配置され、他方の磁石はＳ極が反応室中心を向くよう
にリング状に配置されている。また、磁石１０ａ、１０
ｂは、円筒電極３の軸線に対して点対称に配置されてい
る。これにより、円筒電極３の周囲の上側と下側に、内
周側が異極となったリング磁石が配置された構成となっ
ている。

【０００８】次に基板処理の流れについて説明する。ま
ず、図示略の基板搬送手段によって、反応室内のサセプ
タ８上に基板９を搬送し、図示略の排気機構を用いて反
応室内を真空にする。次にその基板９をその処理に適し
た温度に加熱する。基板９の加熱には、例えば抵抗加熱
ヒータを埋め込んだサセプタを使用したり、赤外線ラン
プを使用したりする。あるいは、不活性ガスを使用して
プラズマを生成し、そのエネルギを利用して基板を加熱
する方法をとることもできる。

【０００９】基板９を所定の温度に加熱したら、図示略
のガス導入機構から処理ガスをガスシャワー板機能を備
えた上部電極７に送り、反応室内に処理ガスを供給す
る。同時に、第１の高周波電源１２と第２の高周波電源
１３から高周波をそれぞれ円筒電極３及び上部電極７に
印加し、反応室内にプラズマを発生させる。その際、円
筒電極３の内面に沿って軸方向に磁力線が形成されるの
で、円筒電極３の表面近傍に高密度のリング状のプラズ
マが生成され、それが反応室内部に拡散することで、基
板９上で均一なプラズマ密度になって、基板９に均一な
薄膜を形成する。なお、ガスの供給から停止、高周波の
供給から停止までの一連の処理の間、排気機構やガス導
入機構によって、反応室内は一定の圧力に保たれてい
る。そして、処理が終わった基板９は、搬送手段を用い
て反応室外へ搬送される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
装置は、プラズマ処理する際の使用ガスの種類や圧力な
どの条件によって、反応室内部のプラズマの密度分布が
変化するため、他の条件で処理を行うと、均一な成膜が
行われなくなるという問題があった。

【００１１】本発明は、上記事情を考慮し、使用ガスの
種類や圧力などの処理条件が異なる場合にも、その条件
に適したプラズマ密度分布を得られるようにするプラズ
マ処理装置、及び、そのプラズマ処理装置を使用したプ
ラズマ処理方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、基板
処理のための反応室を構成するチャンバと、反応室内を
排気する排気機構と、反応室内に処理ガスを導入するガ
ス導入機構と、反応室内の空間を囲うように配された放
電用の円筒電極と、該円筒電極に高周波電力を印加する
手段と、前記円筒電極の周囲に該円筒電極の円筒軸方向
に間隔をおいて配され且つ内周が異極（一方がＮ極、他
方がＳ極）とされることで円筒電極の内面に沿って円筒
軸方向に磁力線を発する２つのリング磁石とを備えたプ
ラズマ処理装置において、前記２つのリング磁石の間隔
を調整する磁石移動機構を設けたことを特徴とする。

【００１３】この発明では、プラズマ発生に重要な役割
をする２つのリング磁石の間隔を調節することにより、
円筒電極の内面に沿った磁場の強さを変えることがで
き、それによりプラズマの分布を変化させることができ
る。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１記載のプラズ
マ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、反応室
内のガスクリーニング時には、成膜処理時よりも前記リ
ング磁石の間隔を狭めて処理を行うことを特徴とする。

【００１５】この発明では、クリーニング時にはリング
磁石の間隔を狭めるので、円筒電極の内面近傍のプラズ
マを高密度化することができ、円筒電極内面に付着して
いる物質のクリーニング効果が高まる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は実施形態のマグネトロン型プ
ラズマ処理装置の断面図、図２は同装置の要部の水平断
面図である。

【００１７】この装置では、チャンバ本体１からチャン
バ蓋５までの範囲が一つの円筒電極ユニット２５として
構成されている。また、磁石ホルダ１１ａ、１１ｂ及び
磁石１０ａ、１０ｂからなる上下のリング磁石がそれぞ
れ上下方向に移動可能に構成され、両リング磁石（特に
磁石ホルダ１１ａ、１１ｂ）の間隔が磁石の移動機構３
０により調節できるようになっている。それ以外の構成
は図３、図４の従来例と同じであるから、同一要素に同
一符号を付して説明を省略する。

【００１８】前記円筒電極ユニット２５には、円筒状の
ケースを構成する円筒電極ベース１４及び円筒電極蓋１
５と、円筒電極３と、該円筒電極３の上下の円筒状の絶
縁材２、４とが含まれている。

【００１９】円筒電極ベース１４は、上側のみに端壁を
有する断面Ｌ字状の円筒体として構成されており、下側
の端壁に相当する円筒電極蓋１５を円筒電極ベース１４
の下端にネジ結合することで、内面に凹所を有した断面
コ字状の円筒状ケースを構成している。そして、断面コ
字状に構成された円筒状ケースの開放内面を塞ぐように
円筒電極３と円筒状の絶縁材２、４を配置することで、
絶縁材料２、４と円筒電極３が、円筒電極ベース１４と
円筒電極蓋１５との内周端間に挟み込まれている。ま
た、絶縁材２、４の外側に配した磁石ホルダ１１ａ、１
１ｂ及び磁石１０ａ、１０ｂは、円筒電極ベース１４と
円筒電極蓋１５よりなる円筒状ケースの内面の凹所内に
収まっている。

【００２０】ここで、各部材間、即ち、円筒電極ベース
１４と絶縁材２間、絶縁材２と円筒電極３間、円筒電極
３と絶縁材４間、絶縁材４と円筒電極蓋１５間は、Ｏリ
ングで気密にシールされている。

【００２１】そして、以上のように構成された円筒電極
ユニット２５が、チャンバ本体１とチャンバ蓋５間に挟
まれ、円筒電極ベース１４の内周端上面がチャンバ蓋５
の下端にＯリングを介して当接し、円筒電極蓋１５の下
面がチャンバ本体１の上端にＯリングを介して当接して
いる。この構造により、円筒電極３及び絶縁材２、４に
かかる円筒軸方向の荷重が、円筒電極ベース１４と円筒
電極蓋１５に分担して受けられるようになる。

【００２２】また、図２に示すように、円筒電極ベース
１４には、円周方向４箇所に縦に延びるスリット１４ａ
が設けられ、上側の磁石ホルダ１１ａ及び下側の磁石ホ
ルダ１１ｂには、径方向外方に延びるアーム１９、２２
がそれぞれ設けられ、これらアーム１９、２２の先端が
スリット１４ａから外に飛び出している。

【００２３】円筒電極ベース１４の外側には、円周方向
に１８０度離間して２つの磁石移動機構３０が配設さ
れ、これら２つの磁石移動機構３０を結ぶ線と直交する
方向に１８０度対向して２つのガイド機構３２が配設さ
れている。

【００２４】磁石移動機構３０は、モータ１６と、モー
タ１６に直結されて上下方向に延ばされたボールネジ１
７と、ボールネジ１７に螺合する上下のナット１８とか
らなり、これらのナット１８に前記４箇所の上下アーム
１９、２２のうちの２箇所の上下アーム１９が連結され
ている。この場合、ボールネジ１７には、円筒電極３の
高さ方向の中心を境に逆ネジが切ってあり、上下のナッ
ト１８は、それぞれ逆ネジが切られた部分に螺合されて
いる。これにより、モータ１６を回すと、円筒電極３の
高さ方向の中心を境にして、上下のナット１８が互いに
接近したり離間したりし、上下の磁石ホルダ１１ａ、１
１ｂの間隔が調節できるようになっている。

【００２５】また、ガイド機構３２は、ボールスプライ
ンシャフト２０と、ボールスプラインシャフト２０に嵌
合するナット２１とからなり、これらのナット２１に前
記４箇所の上下アーム１９、２２のうちの残る２箇所の
上下アーム２２が連結されている。これにより、磁石ホ
ルダ１１ａ、１１ｂを安定した水平な姿勢で上下動でき
るようになっている。

【００２６】上記のように上下のリング磁石の間隔を調
節できることにより、円筒電極３の内面に沿って発生す
る磁場の強さを変えることができる。図１と図３の磁力
線の分布を見れば分かるように、リング磁石の間隔を狭
くする（図３より図１の方が狭い）と、円筒電極３の表
面に近い位置での磁場を強くすることができ、円筒電極
３の表面付近に高密度のプラズマを発生させることがで
きる。従って、使用するガスの種類や圧力等の処理条件
の違いに応じて、モータ１６により最適な間隔にリング
磁石を移動することにより、簡単な操作でプラズマ密度
分布を変えることができ、最適な条件で成膜を実施する
ことが可能になる。

【００２７】この円筒電極式のプラズマ処理装置では、
円筒電極３の高さ方向中心でのプラズマ密度分布は、周
辺部が高い皿型になり、このプラズマが拡散されて、円
筒電極３の高さ方向の中心より離れた位置（基板９の位
置）に移動したプラズマにより成膜が行われる。従っ
て、基板９の直上においてプラズマの密度分布が均一に
なるようにリング磁石の間隔を調節する。

【００２８】例えば、あるガス種において、基板９の直
上で均一なプラズマ密度になるようにリング磁石の位置
を調整した場合でも、違うガス種では、基板９の直上に
おいて、周辺部でプラズマ密度が高くなる皿型の分布に
なったり、周辺部でプラズマ密度が低くなる凸型の分布
になったりする。同じように、圧力が変わっても、プラ
ズマ密度が皿型になったり、凸型になったりする。従っ
て、このような条件の違いに応じて、最適なプラズマ密
度分布が得られるようにリング磁石の間隔を変えるので
ある。そうすることにより、いろいろなガス種、圧力に
対して、基板９の直上で均一なプラズマ密度を達成でき
るようになる。

【００２９】また、成膜時に限らず、反応室内をクリー
ニングするときに、リング磁石の間隔を狭めるようにす
ると、円筒電極３の内面近傍のプラズマを高密度化する
ことができるので、円筒電極３内面に付着している物質
のクリーニング効果を高めることができる。

【００３０】また、上記の装置では、絶縁体２、円筒電
極３、絶縁材４を一つの円筒電極ユニット２５にまとめ
ているので、円筒電極３廻りを一体の部品として取り扱
うことができるようになり、組み立てや取り外しの際の
作業が簡単にできる。

【００３１】また、反応室は真空になるため、絶縁材
２、４には真空力がかかる。この真空力には、反応室中
心に向かう半径方向の力と、チャンバ蓋５にかかる上下
方向の力がある。上下方向の力は、チャンバ径がφ５０
０ｍｍだと約２０００ｋｇの荷重にもなってしまう。そ
こで、絶縁材２、４と円筒電極３の合計の寸法を、円筒
電極ベース１４と円筒電極蓋１５の円筒電極３等を挟さ
み込む部分の寸法より小さく寸法公差を設定しておく。
そうすると、チャンバ蓋５にかかる上下方向の真空力
は、円筒電極ベース１４、円筒電極蓋１５に多くかかる
ことになり、絶縁材２、４の強度に余裕をとることがで
き、肉厚を薄くすることが可能になる。

【００３２】このことは、円筒電極３の内面に沿って強
い磁場を発生させる上で重要な意味を持つ。即ち、絶縁
材２、４の肉厚が薄くなると、それだけ磁石１０ａ、磁
石１０ｂが円筒電極３の内面に近づくので、強い磁場を
作ることができ、高密度のプラズマを発生させることが
できる。また、所定の磁場を発生させるために、小さな
磁石を利用するだけでよくなるため、装置の小型化及び
低コスト化が図れる。従って、それらの利点を得る上
で、円筒電極ベース１４や円筒電極蓋１５を設ける重要
性が増す。

【００３３】また、通常、高周波を使用する場合は、人
体に影響の無いよう高周波が装置外に漏れないようにカ
バーをするが、上記の装置では、円筒電極ベース１４及
び円筒電極蓋１５がそのカバーの役目を果たすので、新
たにカバーを設ける必要がなくなるという利点も得られ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、プラズマ発生に重要な役割をする２つのリング
磁石の間隔を磁石移動機構で調節することにより、円筒
電極の内面に沿った磁場の強さを変えることができ、そ
れによりプラズマの分布を変化させることができる。従
って、処理条件に最適なプラズマ分布が得られるように
なり、成膜の均一化を図ることができる。

【００３５】また、請求項２の発明のように、クリーニ
ング時にリング磁石の間隔を狭めるようにすれば、円筒
電極内面に付着している物質のクリーニング効果を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のマグネトロン型プラズマ処
理装置の概略構成を示す断面図である。

【図２】図１の要部水平断面図である。

【図３】従来のマグネトロン型プラズマ処理装置の概略
構成を示す断面図である。

【図４】図２の要部水平断面図である。

【符号の説明】

１ チャンバ本体（チャンバ） ３ 円筒電極 ５ チャンバ蓋（チャンバ） ９ 基板 １２ 高周波電源 １０ａ，１０ｂ 磁石 １１ａ，１１ｂ 磁石ホルダ ２５ 円筒電極ユニット ３０ 磁石移動機構 ３２ ガイド機構

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ 21/31 21/302 Ｂ Ｆターム(参考） 4K029 AA06 AA09 AA24 DC28 DC35 DC46 4K030 CA04 CA06 CA12 FA03 KA16 KA34 4K057 DA11 DD01 DM06 DM21 5F004 AA01 BA13 BB08 BD03 BD04 5F045 AA08 DP03 EH04 EH16

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板処理のための反応室を構成するチャ
   ンバと、反応室内を排気する排気機構と、反応室内に処
   理ガスを導入するガス導入機構と、反応室内の空間を囲
   うように配された放電用の円筒電極と、該円筒電極に高
   周波電力を印加する手段と、前記円筒電極の周囲に該円
   筒電極の円筒軸方向に間隔をおいて配され且つ内周が異
   極とされることで円筒電極の内面に沿って円筒軸方向に
   磁力線を発する２つのリング磁石とを備えたプラズマ処
   理装置において、 前記２つのリング磁石の間隔を調整する磁石移動機構を
   設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ処理装置を用い
   たプラズマ処理方法であって、反応室内のガスクリーニ
   ング時には、成膜処理時よりも前記リング磁石の間隔を
   狭めて処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。