JP2001196354A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変形マグネトロン高周波放電型のプラズマ処
理装置において、真空容器の組み立てが容易で、シール
構造を減らして高真空に減圧できるようにする。 【解決手段】 プラズマを発生させる真空容器２１は、
途中に継ぎ目のないドーム型をした一体構造の上容器２
２と、このドーム型上容器２２の下部開口部２４をシー
ル部材を介して閉じる下容器２３とから構成する。この
真空容器２１に対してガスを給気する給気口２６、ガス
を排気する排気口３４を設ける。高周波電力を印加して
ガスを電離する電極２９は、真空容器２１の内ではな
く、真空容器２１の外側に円筒状に設ける。この円筒状
電極２９の外側に、さらに電界と直交する磁力線を形成
する一対のリング状磁石３０を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変形マグネトロン
高周波放電型のプラズマ処理装置に係り、特にプラズマ
を利用して各種処理を行う装置、例えば被処理基板の表
面に形成された膜をプラズマによってドライエッチング
するプラズマエッチング装置や、プラズマによる気相反
応を利用して被処理基板の表面に薄膜を作成するプラズ
マＣＶＤ(化学蒸着)装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種半導体デバイスや液晶ディス
プレイ、太陽電池等の製造工程においてプラズマを利用
した処理が盛んに行われている。例えば、シリコン半導
体上に形成した酸化シリコン膜のエッチングでは、ドラ
イエッチングの手法の一つとして、プラズマ中で生成さ
れる活性種やイオンの作用を利用してエッチングをする
ことが行われている。また、半導体デバイスの高集積化
に伴って配線も多層配線になり、配線と配線の間に絶縁
膜(層間絶縁膜)を設けなければならない。プロセスを行
う反応室の中に反応性ガスを導入し、熱を加えてガスを
反応させ、基板表面に成膜する方法もあるが、この方法
は、比較的に高い温度を必要とするのでデバイスに不具
合も多く、最近は反応の活性化に必要なエネルギーはグ
ロー放電を通じて生ずるプラズマによって与えられるプ
ラズマＣＶＤ法が広く使われている。さらに、太陽電池
などの成膜にもプラズマＣＶＤ法が使われている。

【０００３】代表的なプラズマプロセスであるドライエ
ッチングにおいて、被処理基板の大面積化及び装置のス
ループットの向上に対応できる均一高密度プラズマの生
成、電子テバイス構造の微細化及び多層化に対応するた
めの加工精度及び選択性の向上等が求められている。ま
た、プラズマの均一性の向上は、チャージアップダメー
ジの低減の面からも要求されている。このような要求に
対処すべく、各種のプラズマ源の開発が進められてい
る。

【０００４】しかしながら、ＥＣＲ（Electron-Cyclotr
on-Resonance）プラズマ源、誘導結合プラズマ源（ＩＣ
Ｐ:Inductively-Coupled Plasma）、マイクロ表面波、
ヘリコン波等の高密度プラズマ源はプラズマの密度は十
分であるが、φ３００ｍｍ内の均一性の確保が十分とは
言えない状況である。また、上記した高密度プラズマ源
においては、プロセス用ガスの過度の解離を抑制するた
めにプラズマの電子温度を低く抑えることが必要とされ
ている。特に、シリコン酸化膜のエッチングにおいて
は、上記の要請に応える高密度プラズマ源は開発途中に
あり、特にガスの過度の解離によるエッチング選択性の
低下と基板表面での電荷蓄積が大きな課題になってい
る。

【０００５】現状の高密度プラズマ源を用いるエッチン
グプロセスにおいて、微細なシリコン酸化膜コンタクト
ホールエッチング時の下地シリコンに対する選択性の低
下やゲートポリシリコン電極エッチング時の電荷蓄積に
よる異常なサイドエッチング、ゲート酸化膜の絶縁破壊
などが現実に問題になっている。これらの現象は低圧高
密度プラズマにおいて電子温度が高い(高エネルギー電
子が存在する)ことによると考えられている。にもかか
わらず、プラズマＣＶＤプロセスの場合でも、低気圧、
かつ高密度プラズマが必要とされている。

【０００６】そこで、これらの問題や要請に応えるもの
として変形マグネトロン型高周波放電プラズマ処理装置
が提案されている（例えば、特開平１１−１２１１９８
号公報）。これを図１０に示す。プラズマ処理装置は、
上下が開いた円筒状の金属製真空容器本体２と、真空容
器本体２の上部からガスを真空容器１内に給気するガス
給気口３と、真空容器本体２の上部開口部にはめ込まれ
て、ガス給気口３より給気されるガスを分散するガス分
散室４と、真空容器本体２の下部開口を塞ぐ金属製の底
板５と、真空容器１の下部からガスを排気する排気口６
とを備える。真空容器１の上部では、ガス分散室４をシ
ール部材１７を介して真空容器本体２に押え付けるリン
グ状の押え部材７及びこれを覆うカバー８が必要にな
る。また、真空容器本体２を上下に分割してその間に２
つのリング状の絶縁リング９を介して挟まれ、真空容器
１内に給気されるガスを放電させる金属製のＲＦ電極１
１を備える。

【０００７】さらに真空容器１の外で２つの絶縁リング
９と対応して配置され、筒状のＲＦ電極１１の軸方向に
ほぼ平行な磁力線を形成する２つのリング状磁石１０
と、筒状のＲＦ電極１１に整合回路１３を介して高周波
電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加する高周波電源１４と
を備える。真空容器１内には接地されたサセプタ１５が
配置され、この上に被処理基板Ｗが載置される。ＲＦ電
極１１と接地されたサセプタ１５との間に高周波電力を
印加して高周波電界を形成し、真空容器１内でプラズマ
を発生させる。これによりプラズマ中の電子が直交電磁
界にとじ込められ効率よくガスを電離してプラズマを作
るようになっている。

【０００８】上記したような構成の変形マグネトロン高
周波放電型のプラズマ処理装置により、真空容器１内を
真空状態にして所定のガスをガス給気口３から導入し、
ＲＦ電極１１に高周波電源１４から高周波電力を印加す
ることで、ＲＦ電極１１の表面近傍に強いリング状のプ
ラズマができる。このプラズマの密度は十分あり、しか
もＲＦ電極１１の表面に生成されたプラズマは拡散さ
れ、サセプタ１５上に載置された被処理基板Ｗ上におい
てほぼ均一なプラズマ密度となり、φ３００ｍｍ内の均
一性の確保も十分である。また、プラズマの電子温度を
低く抑えることができ、エッチング選択性の低下と基板
表面での電荷蓄積も低減できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１０に示す
従来のプラズマ処理装置では、次のような問題点があっ
た。

【００１０】（１）筒状のＲＦ電極１１が真空容器１の
側壁を形成するため、真空容器壁と絶縁リング９間、絶
縁リング９と筒状のＲＦ電極１１間、その他、多数箇所
のシール部材が必要となるため、組み立てが難しい。ま
た、シール箇所が多いので、高真空にするには不適であ
る。

【００１１】（２）金属製のＲＦ電極表面が直接プラズ
マと接する構造をしている。半導体製造プロセスにおい
て、層間絶縁膜のような金属汚染などを気にしないプロ
セスであれば、アルミなどの金属表面がプラズマと接す
る構造でもよいが、ゲート近辺のプロセス例えば、スペ
ーサ膜、ゲート誘電体膜などは、金属汚染を避けなけれ
ばならないので、金属汚染に巌しいＬＳＩのゲート近傍
のプロセスに応用するのは難しい。

【００１２】（３）真空容器１が金属で形成され、ＲＦ
電極近傍にアルミ製チャンバのような導電材料が配置さ
れることになるため、高周波電界が狭い領域に集中す
る。そのためプラズマが生成される領域が小さくプラズ
マ処理効率が低下する。

【００１３】本発明の課題は、変形マグネトロン高周波
放電型のプラズマ処理装置において、上述した従来技術
の問題点を解消して、組み立てが容易で、高真空に適
し、金属汚染に巌しいプロセスに対応でき、電力損失が
小さくプラズマ処理効率が向上するプラズマ処理装置を
提供することにある。

【００１４】また、本発明の課題は、径方向の大きさが
大きくならず、円周方向の磁場均一性が得られるプラズ
マ処理装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、石英、あるい
はアルミナ等の誘電体から構成され、内部にプラズマ処
理領域が形成される真空容器と、前記真空容器に対して
ガスを給・排気する手段と、前記真空容器の外側周囲に
配置され、該真空容器内に給気されるガスを放電させる
筒状の第１電極と、前記真空容器の外側周囲に配置され
る磁石と、前記筒状の第１電極に高周波電力を印加する
高周波電力印加手段とを備え、前記第１電極に高周波電
力を印加して前記真空容器内でプラズマを発生させるプ
ラズマ処理装置である。筒状として、例えば円筒、楕円
筒、角筒などがある。筒状の第１電極の軸方向にほぼ平
行な磁力線を形成する磁石は、永久磁石でも電磁石でも
よい。

【００１６】真空容器の内部にガス給気手段からガスが
給気され、ガス排気手段により真空容器の内部の雰囲気
が排気される。筒状第１電極表面に、筒状第１電極の軸
方向にほぼ平行な成分の磁界を有するような磁力線が、
磁石によって形成される。高周波電力印加手段から第１
電極に対し高周波電力が供給されると、第１電極表面で
放電が起こって真空容器内に導入されたガスが電離す
る。これにより真空容器内でプラズマが発生し、真空容
器内に入れられた被処理基板がプラズマ処理される。

【００１７】本発明によれば、真空容器の外に筒状の第
１電極を配置したことにより、筒状の第１電極は真空容
器壁を形成しない。このため、真空容器の間に絶縁リン
グを介して筒状の電極を挟むものと異なり、真空容器壁
と絶縁リング間、絶縁リングと筒状の電極間のシール部
材が不要となる。その結果、装置の組み立てが容易とな
る。またシール箇所を低減できるので、真空容器内を高
真空にするのに適している。

【００１８】本発明において、真空容器を、石英、ある
いはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の誘電体から構成すると、
金属で構成した場合のように真空容器壁にプラズマダメ
ージが起きることがなくなり、プラズマダメージに起因
して真空容器内の被処理基板が汚染されることが有効に
防止できる。したがって、スペーサ膜、ゲート誘電体膜
などのゲート近辺のプロセスにおいても、金属汚染を有
効に避けることができる。

【００１９】また、前記真空容器を、上容器と下容器と
から構成し、前記上容器を、下部が開口している他は継
ぎ目の無いドーム型をした一体構造物とすることが好ま
しい。上容器を継ぎ目の無い一体構造物にすれば真空容
器の組立てが一層容易である。また誘電体で真空容器が
形成されているので、筒状電極近傍にアルミ製チャンバ
のような導電材料を配する必要がなくなる。このため電
力損失を大幅に低減でき、プラズマ処理効率が向上す
る。

【００２０】また、真空容器に前記ガスを均一に供給す
るシャワー孔を有し、このシャワー孔と対面する位置に
被処理基板を載置するサセプタを設けることが好まし
い。このようにすれば、ガス流れが均一になり、被処理
基板へのプラズマ処理均一性が向上する。

【００２１】また、前記真空容器の外側であって、前記
シャワー孔の外周部分に第２の電極を配置することが好
ましい。第１の電極と第２の電極とで協働して高周波電
力を供給すれば、第１の電極で被処理基板の周囲のプラ
ズマ処理効率を、第２の電極で被処理基板の中央のプラ
ズマ処理効率をそれぞれ制御できるので、被処理基板へ
のプラズマ処理均一性が一層向上する。また、シャワー
孔近辺のガスクリーニングは、第２の電極によりエッチ
ング速度を向上させることができ、クリーニング効率が
上がる。

【００２２】また、第２の電極は、シャワー孔を有する
真空容器部分の外周外側に配置するのではなく、真空容
器のプラズマ処理領域側とは反対側のシャワー孔の入口
側に第２の電極を配置してもよい。プラズマ処理がプラ
ズマＣＶＤ処理の場合、真空容器内も成膜されるので、
定期的にガスクリーニングが必要であり、真空容器内の
成膜においてはシャワー孔近辺に最も多量に成膜され
る。このシャワー孔近辺のガスクリーニングは、プラズ
マ処理領域側とは反対側のシャワー孔の入口側に配置し
た第２の電極によりエッチング速度を向上させることが
でき、クリーニング効率がさらに上がる。

【００２３】また、第２の電極をシャワー孔の入口側に
配置する場合、第２の電極は、シャワー孔を有する真空
容器壁と接触または近接させ、前記シャワー孔と対応す
る位置にガス流通孔を設けることが好ましい。このよう
にすれば、第２の電極をシャワー孔を有する真空容器壁
に接触または近接させても、第２の電極に阻害されるこ
となく、シャワー孔からガスを供給することができる。
また第２の電極を真空容器壁と接触または近接させるの
で、一層クリーニング効率が上がる。

【００２４】また、第２電極のガス流通孔はシャワー孔
よりも大きく形成することが好ましい。このようにすれ
ば、組立て時にシャワー孔と第２電極のガス流通孔の位
置がずれても、シャワー孔から供給されるガスの流れが
阻害されない。更には、プラズマ処理領域側であるシャ
ワー孔の径を大きくしていないので、プラズマの異常放
電が起きることもない。

【００２５】また本発明において、筒状の第１電極の外
周に磁気回路を形成するヨークを配し、筒状の第１電極
とヨークとで前記磁石を挟持することが好ましい。筒状
の第１電極とヨークとで磁石を挟持するという簡単な構
成で、真空容器の外に第１電極と磁石を配置することが
できるので、装置の小型化が図れる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の変形マグネトロ
ン高周波放電型のプラズマ処理装置の実施の形態を説明
する。

【００２７】図１はプラズマ処理装置の概略断面図を示
す。真空容器２１は上容器２２と下容器２３とから構成
される。上容器２２はその下部が開口している他は継ぎ
目のない一体構造をしたドーム型をしている。下容器２
３もその上部が開口している他は継ぎ目のない一体構造
をしている。上容器２２の下部開口部２４は下容器２３
によりＯリングなどのシール部材（図示せず）を介して
密閉されて真空を保持され、真空容器１の内部にプラズ
マ処理領域２０が形成される。真空容器２１は、例えば
石英、アルミナ、セラミックなどの誘電体から構成され
る。真空容器２１を誘電体で構成すると、真空容器壁の
温度を必要に応じて比較的高く温調することができる。
これによりプロセス中に真空容器壁に発生するパーティ
クルを低減することができる。

【００２８】真空容器２１の上部は給気されるガスを均
一化する多数のシャワー孔２５が形成されて、真空容器
内へ給気されるガス流れを均一にし、被処理基板Ｗへの
プラズマ処理均一性を向上するようになっている。ガス
シャワー孔２５が形成されている真空容器２１は誘電体
で構成されているから、ガスシャワー孔２５からの金属
汚染を極端に抑えることができる。多数のシャワー孔２
５が形成された真空容器２１の上部は、ガス給気手段と
してのガス給気口２６を中央に有するカバー２７で覆っ
て、内部にガス分散室２８を形成し、ガス給気口２６か
ら給気されたガスが多数のシャワー孔２５に行き渡るよ
うにしてある。また、ガス分散室２８は、２種類以上の
ガスを使用する場合はガスを混合する役目も兼ねてい
る。

【００２９】真空容器２１の外側壁には、マグネトロン
放電用の高周波電界を形成して、真空容器２１内に給気
されるガスを放電させる、例えば円筒状の放電用電極２
９が設けられる。放電用電極２９は例えばアルミ製ある
いはアルミの表面処理を行った材料で構成される。この
放電用電極２９が筒状の第１電極を構成する。同じく真
空容器２１の外側壁にはリング状に形成された上下一対
の永久磁石３０が設けられる。この永久磁石３０は、円
筒状放電用電極２９を囲むようにリング状に配設され
る。一対の永久磁石３０は、その径方向に着磁され、互
いに逆向きに着磁されている。これにより、円筒状の放
電用電極２９の軸方向にほぼ平行な成分の磁界を有する
ような磁力線を、円筒状放電用電極２９内面に沿って円
筒軸方向に形成するようになっている。

【００３０】またシャワー孔２５を有する真空容器２１
の上部の外周であって真空容器２１の外側に、第２電極
としてリング状の補助電極３１を配置してある。補助電
極３１は例えばアルミ製あるいはアルミの表面処理を行
った材料で構成される。これにより放電用電極２９で被
処理基板Ｗの周囲を、補助電極３１で被処理基板Ｗの中
央のプラズマ処理効率をそれぞれ制御できるようにして
ある。上記補助電極３１は、図２に示すように、例えば
中央に真空容器２１に設けたガス分散室２８を挿通する
開口部３２を設け、傘のように径方向外方に傾斜をもた
せて、真空容器２１上部の傾斜に合せて真空容器２１の
外周外側上に密着できるようになっている。

【００３１】真空容器２１の下部にシリコンウェハなど
の被処理基板Ｗを載置するサセプタ３３が設けられる。
サセプタ３３は最下位電位とするために接地してあり、
このサセプタ３３と円筒状放電用電極２９との間に高周
波電力が印加される。このサセプタ３３は前記多数のシ
ャワー孔２５と対面する位置に設ける。被処理基板Ｗを
加熱するには、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、ランプを使用して赤外線で被処理基
板Ｗを加熱したり、不活性ガスを使用してプラズマを立
て、そのエネルギーを利用して被処理基板Ｗを加熱する
方法などがある。ここでは、サセプタＷに、窒化アルミ
など耐高温、耐フッ素系プラズマ材質でできたセラミッ
クヒータ（図示せず）を設けて、高温加熱を可能とし、
低水素窒化膜など成膜時に高い基板温度を必要とするプ
ロセスに対応することができるようにしてある。真空容
器２１の下部開口部２４を密閉する下容器２３には、真
空容器２１内のガスを矢印方向に排気する排気手段とし
ての排気口３４が設けられる。

【００３２】前記円筒状の放電用電極２９には、第一の
高周波電源３５が接続されており、放電用電極２９に整
合回路３６を介して高周波電力が供給されるようになっ
ている。また、前記リング状の補助電極３１には、第二
の高周波電源３７が接続されており、補助電極３１に整
合回路３８を介して高周波電力が供給されるようになっ
ている。

【００３３】なお、図３に示すように、補助電極３１と
円筒状放電用電極２９とに共通の高周波電源３５を接続
して、高周波電力を供給するようにしてもよい。このよ
うに高周波電源３５を共通に使用すると、高周波電源の
数を削減することができ、装置のコストダウンに有効で
ある。この場合、補助電極３１に供給する高周波電流を
制御する制御機構３９を補助電極側の高周波電力供給回
路４０に設けることが好ましい。補助電極３１と円筒状
放電用電極２９を単純に共通接続させると、両電極２
９、３１の面積比も違うし、電極表面におけるプラズマ
も違うため、流れる高周波電流が極端に偏る可能性が生
じる。この現象を防ぐためには、補助電極３１の高周波
電力供給回路４０に高周波電流を制御する機構３９を設
けて、補助電極３１に流れる高周波電流と円筒状放電用
電極２９に流れる高周波電流との比を制御するのが有効
である。

【００３４】次に図１を用いて基板処理の流れについて
説明する。図示しない基板搬送手段によって、真空容器
２１内のサセプタ３３上に被処理基板Ｗを搬送し、図示
しない排気源を用いて真空容器２１内を真空にする。次
にヒータで被処理基板Ｗをその処理に適した温度に加熱
する。このときプラズマに強い材質でできたセラミック
ヒータで加熱するので、被処理基板Ｗを３００℃〜５０
０℃という広い温度範囲で加熱することができる。この
ため、従来は、高い温度を必要とするために熱ＣＶＤ装
置に頼ってきた低水素窒化膜などの成膜も可能となる。
被処理基板Ｗを所定の温度に加熱後、ガス給気手段を構
成する処理ガス供給ライン（図示せず）からガス給気口
２６を介してシャワー孔２５を設けた誘電体製の真空容
器２１内に処理ガスを供給する。

【００３５】同時に、第一の高周波電源３５から円筒状
の放電用電極２９に高周波電力を印加して放電用電極２
９とサセプタ３３間に高周波電界を形成し、真空容器２
１内に高密度のプラズマを発生させ、被処理基板Ｗの処
理を行う。ガスの供給から停止、および高周波の供給か
ら停止までの一連の処理の間、排気口３４を含む排気手
段によって真空容器内は所定の圧力に保たれている。処
理が終わった被処理基板Ｗは搬送手段を用いて真空容器
外へ搬送される。

【００３６】上述した実施の形態によれば、真空容器２
１の外に円筒状の放電用電極２９を配置したことによ
り、筒状の放電用電極２９は真空容器壁を形成しない。
このため、真空容器２１の間に絶縁リングを介して円筒
状の放電用電極を挟むものと異なり、真空容器壁と絶縁
リング間、絶縁リングと筒状の放電用電極間のシール部
材が不要となる。その結果、部品点数が低減でき、装置
の組み立てが容易となり、装置の製作コストが低減でき
る。またシール箇所は、上容器２２と下容器２３との間
の１ヵ所となり、シール箇所を大幅に低減できるので、
真空容器２１内を高真空にすることができる。その結
果、真空容器２１内の圧力保持は０．１Ｐａ〜１０Ｐａ
と非常に広い圧力範囲を確保できるようになる。したが
って例えば低圧力で高密度のプラズマを生成することが
できるため、高品質の高速成膜が可能であり、埋込み成
膜などが可能になる。

【００３７】また、半導体製造プロセスにおいて、金属
製の真空容器を使うと金属汚染濃度は５×Ｅ１０とな
り、顧客が要求する金属汚染濃度の５×Ｅ９を満足でき
ない。この点で本実施の形態では、真空容器２１に石
英、あるいはアルミナ等の誘電体を使っており、プラズ
マと接する真空容器壁が誘電体になっているから、金属
製真空容器に比べて、プラズマの真空容器壁に対するプ
ラズマダメージが少なく、真空容器壁から発生する金属
汚染を大幅に抑制することができる。その結果、プラズ
マダメージに起因して真空容器内の被処理基板表面に発
生する金属汚染を極端に低くでき、顧客が要求する上記
金属汚染濃度を充分満足できる。

【００３８】また、真空容器２１を、上容器２２と下容
器２３とから構成し、真空容器２１の本体となるべき上
容器２２を、ドーム型をした下部が開口している他は継
ぎ目の無い一体構造物としたので、装置の部品点数を大
幅に低減することが可能となり、真空容器２１の組立て
が一層容易になり、装置の製造コストを安価にできる。
さらに誘電体で真空容器２１が形成されているので、真
空容器の一部をアルミ製チャンバのような導電材料とす
る必要がなくなるため、プラズマ生成領域の狭隘化を防
止でき、プラズマ処理効率が向上する。

【００３９】また、真空容器２１にガスを均一に供給す
る多数のシャワー孔２５を設け、そのシャワー孔２５と
対面する位置に、被処理基板Ｗを載置するサセプタ３３
を設けたので、ガス流れが均一になり、被処理基板Ｗへ
のプラズマ処理均一性がさらに向上する。特に、プロセ
スガスを供給するガスシャワー孔２５から被処理基板Ｗ
までの距離を例えば１０ｃｍ以上にすると、ガスシャワ
ー孔２５から被処理基板Ｗまでの距離が十分大きくとれ
るため、プロセスガスが充分に活性化され、高速のプロ
セスが可能である。

【００４０】また、図１の構成において、特に円筒状の
放電用電極２９及びリング状永久磁石３０の上下の位置
を一定の範囲で変更できるようにすると、プラズマ分布
を制御することができるようになるので、被処理基板表
面に最適なプラズマ分布を形成することができる。その
結果、被処理基板Ｗのプラズマ処理の均一性を向上し、
プラズマダメージを抑制することができる。

【００４１】また、実施の形態では、シャワー孔２５を
有する真空容器２１部分の外周外側に補助電極３１を配
置している。放電用電極２９と補助電極３１と協働して
高周波電力を供給すれば、放電用電極２９で被処理基板
Ｗの周囲のプラズマ処理効率を、補助電極３１で被処理
基板Ｗの中央のプラズマ処理効率をそれぞれ制御できる
ので、被処理基板Ｗへのプラズマ処理均一性が向上す
る。

【００４２】また補助電極３１は、ガスシャワー孔２５
の周辺部の真空容器壁の内側壁に堆積された膜をプラズ
マを用いて有効にクリーニングすることができる。基板
表面のプラズマ処理を行う場合、真空容器壁に反応生成
物が堆積され、定期的にその堆積膜を除去する必要があ
る。堆積された膜種によって、除去する方法が違うが、
ほとんどの膜の場合プラズマを用いて除去するのが有効
である。プラズマで真空容器２１をクリーニングする場
合、プラズマが主に生成される放電用電極２９近傍はク
リーニングレートは速いが、放電用電極２９から遠い領
域はレートが低い。したがって、放電用電極２９から遠
いガスシャワー孔近傍のクリーニングレート向上させる
ためにガスシャワー孔周辺に補助電極３１を設ける方法
は有効である。

【００４３】なお、上述した実施形態のドーム型の真空
容器を使用した変形マグネトロン高周波放電型のプラズ
マ処理装置と似ているものに、同じくドーム型の真空容
器を使い、プラズマ源をＩＣＰ方式とするプラズマ処理
装置（従来のものはシャワーヘッドを備えていない）が
ある。これと本発明のプラズマ処理装置とを比べると、
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ生成手段が異な
るため同じパワーではプラズマ密度が若干低いものの、
次の点で優れている。

【００４４】（１）電子温度が低いため被処理基板のプ
ラズマダメージが少ない。なお、電界が反応管壁にかか
るが、サセプタにはかからないので、平行平板電極方式
と比べても、基板表面のチャージアップが起こりにく
く、プラズマダメージが少ない。 （２）プラズマが拡散され、被処理基板上においてほぼ
均一なプラズマ密度となるので、プラズマＣＶＤにおい
て膜厚の均一性が良い。 （３）さらにプラズマパワーは１００Ｗ〜３ｋＷの範
囲、圧力もＯ．１Ｐａ〜１０Ｐａの広い圧力範囲と広い
範囲でそれぞれカバーできるため、プロセスのウインド
ウが広い。

【００４５】ところで、図１に示した真空容器２１で
は、上容器２２の上部をカバー２７で覆うようにして、
ガス分散室２８を真空容器２１の外部に形成するように
した。しかし、ガス分散室２８を真空容器２１の内部に
形成することも可能である。図４は、そのような実施の
形態を示すもので、ガス給気口４６をドーム状の上容器
４２に一体的に取り付ける。他方、多数のシャワー孔４
５を形成した円板状のガスシャワー板４３を用意して、
これで真空容器４１の天井を構成して、天井裏にガス分
散室４８を設ける。これによりガス分散室４８を真空容
器４１の内部に設けることができる。

【００４６】また、図１に示した実施の形態では、補助
電極３１をシャワー孔２５の外周外側に設けて、ガス分
散室２８の外側に来るように配置している。しかし、補
助電極をガス分散室の内側に来るように配置することも
可能である。図５はそのような実施の形態を示すもの
で、アルミ製あるいは表面処理を行った補助電極６１を
真空容器５１の上部に設けたガス分散室５８の内部に設
けている。すなわち、真空容器５１のプラズマ処理領域
５０側とは反対側のシャワー孔５５の入口側に、シャワ
ー孔５５を形成したガスシャワー板５４に対応する円板
状の補助電極６１を配置してある。ガスシャワー板５４
からプロセスガスが真空容器５１内に噴出するため、ガ
スシャワー板５４の表面に反応生成物が大量に堆積され
易い。したがってシャワー孔５５の入口側に補助電極６
１を配置すると、ガスシャワー板５４の表面に大量に堆
積された反応生成物のエッチング速度を向上させること
ができ、クリーニング効率が一層向上する。

【００４７】図示例の補助電極６１は、ガス分散室５８
の底部を構成するガスシャワー板５４の裏面に密接して
設けてある。このため、ドーム型の上容器５２の上部、
すなわちガスシャワー板５４は平坦にしてある。補助電
極６１は近接して設けるようにしてもよい。補助電極６
１には、シャワー孔５５と対応する位置にガス流通孔６
２を設ける。このようにすれば、補助電極６１をシャワ
ー孔５５を有するシャワー板５４に接触または近接させ
ても、補助電極６１に邪魔されることなく、シャワー孔
５５からガスを供給することができる。

【００４８】また、補助電極６１をシャワー板５４に接
触または近接させたので、シャワー孔５５におけるクリ
ーニング効率を一層向上できる。特に、図示例のよう
に、ガスシャワー板５４の裏面に補助電極６１を密接し
て設けると、反応生成物が大量に堆積したガスシャワー
板表面のクリーニング速度を大幅に促進させることがで
きる。

【００４９】ガス流通孔６２は、ガスシャワー板５４に
開けてあるシャワー孔５５と同心軸上でやや大き目のガ
ス流通孔６２を開けるとよい。このようにすれば、組立
て時にシャワー孔５５と補助電極６１のガス流通孔６２
との位置がずれても、シャワー孔５５から供給されるガ
スの流れが阻害されない。更には、プラズマ処理領域５
０側であるシャワー孔５５の径を大きくしていないの
で、プラズマの異常放電が起きることもない。

【００５０】また、ガス分散室５８の高さ、すなわちガ
ス給気口５６の出口とガスシャワー孔５５との間の隙間
は、異常放電を防ぐために十分小さくしたほうが良い。
補助電極６１を設置した残りの隙間が３ｍｍ程度が好ま
しい。

【００５１】ところで、図１や図５のプラズマ処理装置
を実際に製作する場合、真空容器の外に配置する一対の
永久磁石の取付け方法が、装置の組み立ての容易さ、及
び均一磁場の形成を左右する要素になる。これを図６及
び図７を用いて説明する。

【００５２】図６はプラズマ処理装置の断面図を示す。
真空容器７１は、真空を保持する絶縁材であるセラミッ
ク製のドーム型の上容器７２と、下容器７３とを密着さ
せて構成する。上容器７２と下容器７３との間はＯリン
グで真空機密を保っている。上容器７２は上部に反応ガ
スをシャワー状に供給するガス給気口７６を備えてい
る。真空容器７１内に被処理基板Ｗを設置するサセプタ
７４が配置される。そして、上容器７２の外周側壁に、
円筒状の放電用電極７９を取り付ける。高周波電源７５
が円筒状の電極７９に接続され、電極７９に高周波電力
が供給されるようになっている。円筒状放電用電極７９
の上下に、磁場を発生させるための上側の永久磁石８０
及び下側の永久磁石８０をリング状に取り付ける。ここ
では上下の永久磁石８０を取付けるために、磁石ホルダ
８１を用いている。

【００５３】図７は上述した真空容器７１の平面図を示
す。これから分るように、ここでは多数の円柱状磁石８
０を使用している。上の磁石８０及び下の磁石８０をリ
ング状に一体で作ることも考えられるが、リング形状で
細くなるため取り扱いも難しくなり、さらにリング内側
と外側とで極性を違えて着磁するのが困難であり、非常
に高価なものになってしまうからである。

【００５４】円筒状の放電用電極７９の外周に、肉厚の
円筒状の磁石ホルダ８１を嵌める。磁石ホルダ８１に
は、周方向に等間隔に多数の嵌め込み孔を設け、その嵌
め込み孔の方向を径方向内方に向けている。この嵌め込
み孔に円柱状磁石８０をその軸を孔の開いている方向に
向けて嵌め込む。

【００５５】このとき上側の複数個の磁石８０と下側の
複数個の磁石８０とのいずれか一方の磁石は、Ｎ極が真
空容器７１の中心方向を向くように配置され、他方の磁
石はＳ極が真空容器７１の中心方向を向くように配置す
る。また、磁石８０は円筒状の電極７９の上下方向の中
心に対して対称に配置されることが望ましい。これによ
り、円筒状の電極７９の内周面に沿って円筒軸方向に磁
力線が形成される。

【００５６】嵌め込んだ円柱状の磁石８０の頭を、磁石
保持金具８３で真空容器７１の外側から内側に向かって
押さえつけ、磁石ホルダ８１にネジ８４で止めて保持し
ている。このようにして上下一対の永久磁石８０をリン
グ状配列に近い形に配置している。

【００５７】図６及び図７に示すプラズマ処理装置で
は、一対の円柱状の磁石８０を各ホルダ８１に埋め込
み、磁石保持金具で保持している。このため組み立てが
面倒である。また、磁石ホルダ８１と円柱状の磁石８０
の構造では、円柱状の磁石８０を１個１個保持するため
個々の磁石８０の間には隙間ができてしまい、円周方向
の磁場を均一にすることはできなかった。また均一な磁
場を得ようとすると、円柱状の磁石を大きくする必要が
あるが、そうすると真空容器の半径方向の大きさが大き
くなってしまう。さらに円柱状の磁石８０を磁石保持金
具８３で後ろから押さえつける構造なので半径方向寸法
はさらに大きくなってしまう。また、さらに微少なとこ
ろを見れば磁石が円柱状であり、磁石間が密着し得ない
ため、これも円周方向の磁場の均一性を悪くする一つの
要因となっていた。

【００５８】このように図６及び図７に示すものでは、
装置の組み立てが煩雑で、均一磁場の形成が困難である
という問題がある。そこで、次に示す実施の形態では、
（１）筒状の電極の外周に磁気回路を形成するヨークを
配し、筒状の電極とヨークとで磁石を挟持するように
し、（２）磁石を立方体または直方体形状として、筒状
の電極周囲に隙間無く配置するようにすることによっ
て、上記問題を解決している。

【００５９】図８及び図９はそのような実施の形態を示
したものである。真空容器７１の外周に配置した円筒状
の電極９１は異型断面を持つように形成する。すなわ
ち、幅方向の上下端部を薄く中央部を厚くして、同一断
面で異なる板厚部を持たせる。この円筒状電極９１の外
側に、この電極９１に重なるように、例えば鉄のような
磁性材料からなる磁気回路を形成する磁石ヨーク９２を
ネジ９３で固定する。磁石９４は立方体または直方体を
したセグメント状にする。電極９１にヨーク９２を固定
することにより、円筒状の電極９１と磁石ヨーク９２と
の間に形成される上下の隙間に、円筒軸方向からセグメ
ント状の磁石９４を挿入し、接着剤で保持する。このよ
うに筒状の電極９１と磁石ヨーク９２との間に磁石９４
を挾持することにより、ヨーク９２でつないだ一対の磁
石９４を円筒状の電極９１と一体構造としている。

【００６０】したがって、筒状の電極９１とヨーク９２
とで磁石を挟持するという磁石一体型構造という簡単な
構成で、真空容器の外に放電用電極と永久磁石とを配置
することができる。その結果、装置の組み立てが容易に
なる。また、磁石一体型電極を採用すると、半径方向に
ついては磁気回路を形成する磁石ヨーク９２があること
で厚みの薄い板状の磁石で所定の磁場が得られ、さらに
図６及び図７のようにネジと磁石固定金具で保持するこ
ともなくなるため、装置の半径方向寸法は小さくなり真
空容器の大きさも小さくなる。より薄い磁石を用いれ
ば、真空容器をさらに小さくすることができる。また、
セグメント状の立方体または直方体の磁石を隙間なく円
周方向にならべることで、円周方向の磁場をより均一に
することができる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、筒状の第１電極を真空
容器外に配置することができるので、装置の組立てが容
易になる。また、第１電極は真空容器の外に配置されて
いるため真空容器のシール性を高めることができ、真空
容器を高真空に減圧にできる。

【００６２】また、プラズマと接する真空容器壁を石英
など誘電体にすることにより、真空容器壁から発生する
金属汚染を大幅に抑制することができる。

【００６３】また、筒状の第１電極とヨークとで磁石を
挟持して一体化したので、組み立てが容易で、装置の大
きさも小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態によるプラズマ処理装置の概略断面
図である。

【図２】実施の形態による補助電極の概略図である。

【図３】高周波電源を減らした実施の形態によるプラズ
マ処理装置の概略説明図である。

【図４】ガス分散室を真空容器の内部に形成した実施の
形態によるプラズマ処理装置の概略図である。

【図５】補助電極をガス分散室の内部の設けた実施の形
態によるプラズマ処理装置の概略断面図である。

【図６】磁石を保持金具によってホルダに取り付けた実
施の形態によるプラズマ処理装置の概略断面図である。

【図７】図６の平面図である。

【図８】磁石をヨークによって電極に一体的に取り付け
た実施の形態によるプラズマ処理装置の概略断面図であ
る。

【図９】図８の平面図である。

【図１０】従来例によるプラズマ処理装置の概略断面図
である。

【符号の説明】

２１ 真空容器 ２０ プラズマ処理領域 ２２ 上容器 ２３ 下容器 ２４ 下部開口部 ２６ 給気口 ３４ 排気口 ２９ 円筒状電極 ３０ リング状磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 EA05 FA01 KA19 KA30 KA34 LA18 5F004 BA13 BB07 BB11 5F045 AA08 DP03 EB02 EH04 EH16

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石英、あるいはアルミナ等の誘電体から構
   成され、内部にプラズマ処理領域が形成される真空容器
   と、 前記真空容器に対してガスを給・排気する手段と、 前記真空容器の外側周囲に配置され、該真空容器内に給
   気されるガスを放電させる筒状の第１電極と、 前記真空容器の外側周囲に配置される磁石と、 前記筒状の第１電極に高周波電力を印加する高周波電力
   印加手段とを備え、前記第１電極に高周波電力を印加し
   て前記真空容器内でプラズマを発生させるプラズマ処理
   装置。
2. 【請求項２】前記真空容器は、上容器と下容器とから構
   成され、前記上容器は、下部が開口している他は継ぎ目
   の無いドーム型をした一体構造物である請求項１に記載
   のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】真空容器に前記ガスを均一に供給するシャ
   ワー孔を有し、該シャワー孔と対面する位置に被処理基
   板を載置するサセプタを設けた請求項１または２に記載
   のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】前記真空容器の外側であって、前記シャワ
   ー孔の外周部分に第２の電極を配置した請求項３に記載
   のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】真空容器のプラズマ処理領域側とは反対側
   のシャワー孔の入口側に第２の電極を配置した請求項３
   に記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】前記第２の電極は、シャワー孔を有する真
   空容器壁と接触または近接させ、前記シャワー孔と対応
   する位置にガス流通孔を設けたことを特徴とする請求項
   ５に記載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】前記第２電極のガス流通孔はシャワー孔よ
   りも大きく形成されていることを特徴とする請求項６に
   記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】前記筒状の第１電極の外周に磁気回路を形
   成するヨークを配し、筒状の第１電極とヨークとで前記
   磁石を挟持するようにした請求項１のプラズマ処理装
   置。