JP2620553B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2620553B2
JP2620553B2 JP63046487A JP4648788A JP2620553B2 JP 2620553 B2 JP2620553 B2 JP 2620553B2 JP 63046487 A JP63046487 A JP 63046487A JP 4648788 A JP4648788 A JP 4648788A JP 2620553 B2 JP2620553 B2 JP 2620553B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はプラズマ処理装置に関する。
(従来の技術) 従来より、プラズマ処理装置はエッチング装置やCVD
装置などに幅広く用いられており、特に半導体の製造工
程に広く用いられている。
従来のプラズマ処理装置は、第4図に示すように、被
処理体10が載置されたサセプタ12と、このサセプタ12が
内部に設けられた真空容器14とを有し、サセプタ12と、
プラズマ領域100を介してこのサセプタ12と対向する真
空容器14の対向面14aとがほぼ平行となるように形成さ
れている。
そして、サセプタ12と対向面14aとの間に、直流電源1
6および13.56MHzのRF発振器18を用いて電圧を印加する
ことにより交番電界Eを発生させる。これにより、プラ
ズマ領域100内に電子の振動を発生させてイオンを生起
し、プラズマを発生させる。
しかし、RF発振器18を用いた高周波の電圧を印加した
だけでは、プラズマ領域100内の電界Eを強くし、強い
プラズマを発生することができないため、被処理体10の
処理速度を上げることはできない。
このため、このプラズマ処理装置には、プラズマ領域
100内において交番電界Eと直交する方向に磁界Bを発
生することができるよう、真空容器14の上方にリング状
の磁場コイル20が設けられている。そして、このコイル
20に交番電流を通電することにより、交番電界Eと交差
するようプラズマ領域100内に交番磁界Bを発生させ、
これらEおよびBと直交する方向へ電子、イオンを運動
させることができる。
このようなプラズマ処理装置は、マグネトロン方式と
よれば、電子、イオンが大きな範囲を運動することか
ら、プラズマ領域100内に発生するプラズマ自体を強く
することができる。
(発明が解決しようとする課題) しかし、従来のプラズマ処理装置は、第4図に示すよ
うに、プラズマ領域100内に均一な電界Eを発生させる
ことができる反面、プラズマ領域100の中心部分におい
て磁界Bが電界Eと直交せず、このため、プラズマ領域
100内に発生するプラズマが弱く、しかもプラズマの密
度分布が不均一なものとなってしまうという問題があっ
た。
特に、このように密度分布が不均一なプラズマを用い
て被処理体10の処理を行うと、その表面処理自体も不均
一なものとなってしまうという問題があった。
このように、従来のマグネトロン方式のプラズマ処理
装置は、プラズマ領域内に弱く、しかも不均一なプラズ
マしか発生しないため、原理的には優れているものの実
用化が難しく、その有効な対策が望まれていた。
さらに、プラズマ処理時にあっては、真空容器材料及
びサセプタ材料より金属等が析出して飛散し、真空容器
内にて重金属汚染が発生し、被処理体上に不純物が付着
するという問題点があった。
そこで、本発明の目的とするところは、前述した従来
の問題点を解決し、重金属汚染による被処理体上への不
純物付着を防止しながらも、プラズマ領域に均一でしか
も強いプラズマを発生することのできるプラズマ処理装
置を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 請求項1に記載の発明に係るプラズマ処理装置は、被
処理体が設置されるサセプタと、該サセプタが内部に設
けられた気密容器と、を有し、それぞれ電極として機能
する前記サセプタ及び前記気密容器の対面間のプラズマ
領域に、互いに直交する成分を有する磁界および電界を
印加しプラズマを発生させることにより被処理体の処理
を行うプラズマ処理装置において、前記気密容器の前記
被処理体と対向する対向面にて、外方へ膨出する中空状
の凸部と、前記サセプタの前記被処理体の設置面を除く
領域と、前記気密容器の内表面の前記プラズマ領域に面
する領域を除く領域とを被覆する絶縁体と、前記凸部の
周囲に設けられた磁界発生用のリング状のコイルと、前
記中空状の凸部の容器内周面を延長して突出するスカー
トと、を有し、前記プラズマ領域を、前記凸部及び前記
スカートの内表面にて囲繞された領域と前記被処理体の
設置面との間に形成し、前記プラズマ領域内の前記直交
する成分を増大させてプラズマ密度を高くしたことを特
徴とする。
(作用) 次に本発明の作用を説明する。
請求項1に記載の発明によれば、以下の作用効果を有
する。
従来、通常のコイルを用いてプラズマ領域に磁界を発
生させる場合は、必然的に磁界強度分布にむらが生じる
こととなる。この場合、磁界強度分布のむらを完全にな
くすことは技術的に困難である。
そこで、請求項1の発明では、磁界強度分布の強弱が
発生し、しかもその分布が磁界強度の強い領域には電界
強度の弱い領域とを合致し、かつ磁界の弱い領域には電
界強度の強い領域と合致させることで、互いに強弱を補
うように各磁界電界分布が形成されることで、プラズマ
発生領域全体として、プラズマ密度を均一にしかも高く
発生できる。
すなわち、もともとコイルにより磁界が比較的強くな
る領域例えばコイルによって包囲された領域のコイルに
近い部分(第1図のA)では、凸部を形成したことで電
極間距離が長くなり、この領域Aでの電界を弱くするこ
とができる。
一方、もともとコイルにより磁界が比較的弱くなる領
域例えばコイルから離れた領域(第1図のB)では、ス
カートを形成したことにより、電極間距離を小さくする
ことで、電界を強くすることができる。
従って、互いに強弱を補うように磁界及び電界の強度
分布を形成できる。ここで、第1図のA領域では、磁力
線の曲率が比較的大きいが、サセプタと凸部側壁との間
に生じる電界方向もゆるやかに曲げられるため、磁界と
電界とが直交する成分が増大し、プラズマ密度を高める
ことができる。第1図のB領域では、磁力線の曲率は小
さいが、サセプタとスカートとの間で生じる電界方向が
比較的大きく曲げられるため、磁界と電界とが直交する
成分が増大し、プラズマ密度を高めることができる。こ
のため、第1図のA、B領域でのプラズマ密度が均一化
される。
さらに、凸部及びスカートを形成したことで、直交す
る部分が増大した周縁領域(第1図のA、B領域)で発
生するプラズマを、直交する成分が比較的少ない中央領
域(第1図のC)に拡散させることで、全体的にプラズ
マ密度を均一化させることができる。
このように、凸部のみを形成する場合に比してより広
い範囲でプラズマ密度を均一化することができる。尚、
このスカートの丈は下方に長くすることが好ましく、発
生するプラズマの均一性はさらに向上する。
上記のように、プラズマを均一に発生させることがで
きるため、従来原理的に優れているにもかかわらず、実
用化が難しかったマグネトロン方式のプラズマ処理装置
を、例えばエッチング装置やCVD装置などに対し実際に
用いることが可能となる。
また、磁界強度分布のむらを是正するための特殊なコ
イルを製造しなくても、凸部、スカートの形成等、気密
容器の形状を変更するのみでこの種のマグネトロンスパ
ッタ方式の問題点を解消できるため、コスト的にも低コ
ストでプラズマ処理装置の製作が可能となる。
(実施例) 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。
なお、前記第4図に示す従来装置と対応する部材には同
一符号を付しその説明は省略する。
まず、本発明のプラズマ処理装置をエッチング装置に
適用した場合の好適な一例を第1図を参照して説明す
る。
本実施例の特徴は、プラズマ領域100内の交番電界E
を、磁界Bの強いところでは弱く、磁界Bの弱いところ
で強く発生させるよう、真空容器14を形成したことにあ
る。勿論、磁界、電界は、逆でもよい。要するに磁界と
電界が相対的に補償し合うように形成する。
このため、実施例において、プラズマ領域100と対向
する気密容器、例えば真空容器14の対向面14aには、外
部へ向け突出した中空の凸部30が形成されており、この
凸部30の周囲にリング状のコイル20が設けられている。
また、実施例の真空容器14には、凸部30の下端からプ
ラズマ領域100へ向け突出するリング状のスカート32が
延設されている。
そして、この凸部30およびスカート32は例えばアルミ
ニウムなどの非磁性導電材料を用いて真空容器14と一体
的に形成されている。
従って、サセプタ12とこれら凸部30およびスカート32
の内面との間に、RF発振器18により高周波電圧を印加す
れば、交番電界Eが第3図に示すように発生する。
すなわち、実施例のように真空容器14に凸部30および
スカート32を形成することにより、プラズマ領域100内
において、交番磁界Bの弱いところには強い交番電界E
が発生し、または交番磁界Bの強いところでは弱い交番
電界Eが発生し、プラズマ領域100内に、全体として均
一でしかも充分な強さを持ったプラズマを発生させるこ
とができる。
また、本実施例の真空容器14は、凸部30およびスカー
ト32の内面を除いて、その内表面が石英セラミック等の
絶縁体36を用いて被覆されており、またサセプタ12は被
処理体10の設置面を除いて、その表面が同様に絶縁体38
を用いて被覆されている。
このようにすることにより、サセプタ12の被処理体設
置面と、真空容器14の凸部30およびスカート32の内面と
の間にのみ交番電界が発生するため、プラズマをより効
率良く発生させることができる。
本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を説明
する。
真空容器14内にプラズマを発生させる場合には、まず
図示しない排気ポンプにより気密容器14内を10-6Torr程
度の高真空状態にする。
次に、図示しないガス供給源からSF6を気密容器14に
流し込み、その内部を10-4〜10-2Torrにする。
次に、コイル20に電流を流し、真空容器14内に磁界、
例えば第2図に示すような交番磁界Bを発生させる。本
実施例においては、コイル20の中心に約200ガス程度の
磁界が発生するよう電流が通電される。なお、本実施例
の凸部30およびスカート32は、例えばアルミニウムなど
の非磁性材料を用いて形成されているため、気密容器14
にこのような凸部30およびスカート32を設けても交番磁
場Bはほとんど影響を受けることはない。
次に、サセフタ12に第1図に示すように直流電源16お
よびRF発振器18を接続し、RFパワーを印加する。これに
より、凸部30およびスカート32とサセプタ12との間には
第3図に示すような交番電界Eが発生する。
このようにして発生した交番電界Eは、前記交番磁界
Bと交差するため、この電界Eと磁界Bの直交作用によ
り、電子にサイクロイド運動が生起され、分子と多数回
衝突することにより多くのイオンやラジカルが生成さ
れ、プラズマ領域100内にプラズマが発生することとな
る。
本実施例では、真空容器14に凸部30およびスカート32
を形成することにより、磁界Bの強いところでは電界E
を弱く、磁界Bの弱いところでは電界Eを強く発生させ
ているため、真空容器100のプラズマ容器100内に均一で
しかも充分な強さを持ったプラズマが発生し、被処理体
10のエッチングを均一にしかも効率良く行うことができ
る。
特に、本実施例において、真空容器14に設けられたス
カート32は、発生する電界Eと磁界Bの強度を調整する
のに重要な働きがあり、スカート30の丈を長くしたほう
が発生するプラズマの均一性が良くなる。ただし、スカ
ート30の丈を長くすると、被処理体10が凸部30から遠ざ
かるため、磁界が弱く発生するプラズマも弱くなり、被
処理体10に対する処理速度が低下する。
従って、スカート30の丈は、必要とするプラズマの均
一性と被処理体10に対する処理時間とのバランスを考慮
して設定する必要がある。
なお、本発明の前記実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能であ
る。
例えば、前記実施例においては真空容器14に凸部30お
よびスカート32の双方を設けた場合を例にとり説明した
が、本発明はこれに限らず、真空容器14にスカート32の
みを形成しても良く、このようにすれば、プラズマ領域
100内に発生するプラズマの均一性は幾分低下するが、
従来装置に比べ充分な均一性と強度を持ったプラズマを
発生させることができる。
上記実施例において電界は交番電界に限らず、直流電
界でもよいし、マイクロ波を伝播させてもよいし、電子
ビームを照射するなど何れでもよい。
また、前記実施例においては、プラズマ処理装置をエ
ッチング装置に適用した場合を例に取り説明したが、本
発明はこれに限らず、例えばCVD装置、イオン注入装置
等に対しても適用することが可能である。
また、前記実施例においては、交番磁界を用いる場合
を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、固定磁
界を用いてもよい。
[発明の効果] 請求項1の発明によれば、凸部及びスカートの形成に
より、互いに強弱を補うように各磁界電界分布が形成さ
れることで、プラズマ発生領域全体として、プラズマを
均一にしかも高いプラズマ密度で発生できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るプラズマ処理装置の好適な一例を
示す説明図、 第2図は第1図に示す装置の磁界発生機構の説明図、 第3図は第1図に示す装置の電界発生機構の説明図、 第4図は従来のプラズマ処理装置の説明図である。 10……被処理体 12……サセプタ 14……真空容器 20……コイル 30……凸部 32……スカート 100……プラズマ領域
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−287623(JP,A) 特開 昭57−134935(JP,A) 特開 昭58−27983(JP,A) 特開 昭60−75589(JP,A) 特開 昭64−89520(JP,A) 特開 昭57−82474(JP,A) 特開 昭61−267325(JP,A) 特開 昭58−213427(JP,A) 特開 昭62−37934(JP,A) 特開 昭61−59734(JP,A) 特開 昭54−60236(JP,A) 特開 昭59−144133(JP,A) 特開 昭61−171129(JP,A) 特開 昭60−136230(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理体が設置されるサセプタと、該サセ
    プタが内部に設けられた気密容器と、を有し、それぞれ
    電極として機能する前記サセプタ及び前記気密容器の対
    面間のプラズマ領域に、互いに直交する成分を有する磁
    界および電界を印加しプラズマを発生させることにより
    被処理体の処理を行うプラズマ処理装置において、 前記気密容器の前記被処理体と対向する対向面にて、外
    方へ膨出する中空状の凸部と、 前記サセプタの前記被処理体の設置面を除く領域と、前
    記気密容器の内表面の前記プラズマ領域に面する領域を
    除く領域とを被覆する絶縁体と、 前記凸部の周囲に設けられた磁界発生用のリング状のコ
    イルと、 前記中空状の凸部の容器内周面を延長して突出するスカ
    ートと、 を有し、 前記プラズマ領域を、前記凸部及び前記スカートの内表
    面にて囲繞された領域と前記被処理体の設置面との間に
    形成し、前記プラズマ領域内の前記直交する成分を増大
    させてプラズマ密度を高くしたことを特徴とするプラズ
    マ処理装置。
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