JP3100242B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体プロセスや液晶
等の電子デバイスの製作に用いられ得るプラズマ処理装
置に関するものである。
等の電子デバイスの製作に用いられ得るプラズマ処理装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、プラズマ処理装置に用いられるプ
ラズマ源としてはＥＣＲ放電を利用したものやマグネト
ロン放電を利用したもの等が知られている。ＥＣＲプラ
ズマ処理装置は添附図面の図２に示すように、プラズマ
室Ａに導波管Ｂからマイクロ波導入窓Ｃを介してマイク
ロ波を導入し、プラズマ室Ａ内で放電を起こすことによ
りプラズマを発生するように構成されており、プラズマ
室Ａには軸方向磁場発生装置Ｄが設けられ、磁場とマイ
クロ波との共鳴現象により効率良くプラズマ室Ａ内にプ
ラズマが発生される。プラズマ室Ａで発生されたプラズ
マは、軸方向磁場発生装置Ｄの励磁による磁場或いは電
場の作用により基板Ｅへ運ばれ、エッチング、スパッタ
またはデポジションのようなプラズマ処理が行われる。
すなわち、導波管Ｂからマイクロ波導入窓Ｃを介して導
入されるマイクロ波がエネルギ源となり、電子が共鳴的
にエネルギを吸収し、その電子の電離作用によりガスは
イオン化され、プラズマが生成される。この場合外部磁
界が存在すると、磁力線に電子が巻き付いて直接放電壁
へ行かずにガスとの衝突の機会が増え、プラズマが形成
され易くなる。従ってこの外部磁界形成用装置Ｄとして
は円筒型コイルまたはミラー型コイル或いはマルチカス
プ型永久磁石が通常用いられている。
ラズマ源としてはＥＣＲ放電を利用したものやマグネト
ロン放電を利用したもの等が知られている。ＥＣＲプラ
ズマ処理装置は添附図面の図２に示すように、プラズマ
室Ａに導波管Ｂからマイクロ波導入窓Ｃを介してマイク
ロ波を導入し、プラズマ室Ａ内で放電を起こすことによ
りプラズマを発生するように構成されており、プラズマ
室Ａには軸方向磁場発生装置Ｄが設けられ、磁場とマイ
クロ波との共鳴現象により効率良くプラズマ室Ａ内にプ
ラズマが発生される。プラズマ室Ａで発生されたプラズ
マは、軸方向磁場発生装置Ｄの励磁による磁場或いは電
場の作用により基板Ｅへ運ばれ、エッチング、スパッタ
またはデポジションのようなプラズマ処理が行われる。
すなわち、導波管Ｂからマイクロ波導入窓Ｃを介して導
入されるマイクロ波がエネルギ源となり、電子が共鳴的
にエネルギを吸収し、その電子の電離作用によりガスは
イオン化され、プラズマが生成される。この場合外部磁
界が存在すると、磁力線に電子が巻き付いて直接放電壁
へ行かずにガスとの衝突の機会が増え、プラズマが形成
され易くなる。従ってこの外部磁界形成用装置Ｄとして
は円筒型コイルまたはミラー型コイル或いはマルチカス
プ型永久磁石が通常用いられている。
【０００３】また図３には従来のマグネトロン放電を利
用したスパッタ装置が示され、Ｆはカソードアッセンブ
リで、環状（または長円形状）磁石Ｇ及びこの磁石Ｇの
内側で中心軸線に沿って配置された中央磁石Ｈと、ター
ゲットＩとを備えている。またターゲットＩに対向した
位置にはアノード、すなわち、基板Ｊが配置されてい
る。磁石Ｇ、ＨはターゲットＩの前面に磁場を発生し、
この磁場に直交する電場が加わってターゲットＩの表面
上に直交電磁場が形成される。そして、ターゲットＩの
表面から二次電子またはエキソ電子が放射されると、こ
れらの電子はターゲットＩの表面上の直交電磁場の作用
によりこれに垂直な方向にレーストラック状に運動す
る。この間にキャリアガスの分子と衝突することによ
り、エネルギの一部を失った電子は、電子に対するポテ
ンシャルの高いターゲットＩには戻れずに直交電磁場中
をレーストラック軌道を描きながら、磁場の中をドリフ
トしてゆく。この間にキヤリアガスと衝突してイオン化
し、生じたイオンはターゲットＩに向って加速されて衝
突し、ターゲット材のスパッタと二次電子の放出が行わ
れる。そして、放出された二次電子は最初にターゲット
から放出された電子と同様に振舞うことになる。このよ
うにしてプラズマが成長してターゲットＩの前面にレー
ストラック状のプラズマが発生され、発生されたプラズ
マとターゲットＩとの間の電圧によりキャリアガスイオ
ンがターゲットＩに向って加速され、それによってター
ゲット材がスパッタされて基板Ｊ上に薄膜が形成され
る。
用したスパッタ装置が示され、Ｆはカソードアッセンブ
リで、環状（または長円形状）磁石Ｇ及びこの磁石Ｇの
内側で中心軸線に沿って配置された中央磁石Ｈと、ター
ゲットＩとを備えている。またターゲットＩに対向した
位置にはアノード、すなわち、基板Ｊが配置されてい
る。磁石Ｇ、ＨはターゲットＩの前面に磁場を発生し、
この磁場に直交する電場が加わってターゲットＩの表面
上に直交電磁場が形成される。そして、ターゲットＩの
表面から二次電子またはエキソ電子が放射されると、こ
れらの電子はターゲットＩの表面上の直交電磁場の作用
によりこれに垂直な方向にレーストラック状に運動す
る。この間にキャリアガスの分子と衝突することによ
り、エネルギの一部を失った電子は、電子に対するポテ
ンシャルの高いターゲットＩには戻れずに直交電磁場中
をレーストラック軌道を描きながら、磁場の中をドリフ
トしてゆく。この間にキヤリアガスと衝突してイオン化
し、生じたイオンはターゲットＩに向って加速されて衝
突し、ターゲット材のスパッタと二次電子の放出が行わ
れる。そして、放出された二次電子は最初にターゲット
から放出された電子と同様に振舞うことになる。このよ
うにしてプラズマが成長してターゲットＩの前面にレー
ストラック状のプラズマが発生され、発生されたプラズ
マとターゲットＩとの間の電圧によりキャリアガスイオ
ンがターゲットＩに向って加速され、それによってター
ゲット材がスパッタされて基板Ｊ上に薄膜が形成され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば半導
体プロセスにおけるウエハの大口径化に伴って大面積ウ
エハに対してプラズマ照射しようすると、プラズマ源を
大面積化しなければならない。しかしながら、上述のよ
うなミラー型やマルチカスプ型のプラズマ源を備えたプ
ラズマ処理装置ではプラズマ引出し部または基板照射部
に磁場が存在するためプラズマ密度の一様性が著しく悪
くなり、液晶用ＴＦＴを製作したり、大口径ウエハを照
射する場合には歩留まりが悪いという問題があった。ま
た、マグネトロン放電型スパッタ装置においては、プラ
ズマはレーストラック状の限られた領域にしか存在しな
いため、ターゲットは、プラズマの存在するこのレース
トラック状領域に沿った部分が最も多くスパッタされ、
部分的にエロードされる。その結果、その部分にエロー
ジョンが集中し、片減りして比較的短期間で使用できな
くなるという問題があった。
体プロセスにおけるウエハの大口径化に伴って大面積ウ
エハに対してプラズマ照射しようすると、プラズマ源を
大面積化しなければならない。しかしながら、上述のよ
うなミラー型やマルチカスプ型のプラズマ源を備えたプ
ラズマ処理装置ではプラズマ引出し部または基板照射部
に磁場が存在するためプラズマ密度の一様性が著しく悪
くなり、液晶用ＴＦＴを製作したり、大口径ウエハを照
射する場合には歩留まりが悪いという問題があった。ま
た、マグネトロン放電型スパッタ装置においては、プラ
ズマはレーストラック状の限られた領域にしか存在しな
いため、ターゲットは、プラズマの存在するこのレース
トラック状領域に沿った部分が最も多くスパッタされ、
部分的にエロードされる。その結果、その部分にエロー
ジョンが集中し、片減りして比較的短期間で使用できな
くなるという問題があった。
【０００５】そこで、本発明は、このような従来装置の
もつ問題点を解決して、大面積で一様なプラズマ照射が
可能であるプラズマ処理装置を提供することを目的とし
ている。また、本発明の第２の目的は、ターゲットの利
用効率を改善して大面積スパッタリングを可能にしたプ
ラズマ処理装置を提供することにある。
もつ問題点を解決して、大面積で一様なプラズマ照射が
可能であるプラズマ処理装置を提供することを目的とし
ている。また、本発明の第２の目的は、ターゲットの利
用効率を改善して大面積スパッタリングを可能にしたプ
ラズマ処理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】上記の第１の目的を達成
するために、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装
置においては、断面が円形状の真空容器の円周方向外方
部に、カスプ磁場を発生するカスプ磁場発生手段と、カ
スプ磁場の磁力線に直交する方向に高周波電場を印加す
る高周波電極とが設けられ、また真空容器の中央部と円
周方向外方部との間に真空容器の中央部へのカスプ磁場
の進入を阻止する磁場終端用磁気吸収体が設けられ、真
空容器の円周方向外方部内で生成されたプラズマを真空
容器の中央部に一様に拡散させるように構成したことを
特徴としている。また、第２の目的を達成するために、
本発明の第２の発明によるプラズマ処理装置において
は、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置の構成
に加えて、真空容器の中央部内にＤＣまたはＲＦバイア
ススパッタ用のカソード電極とアノード電極とが対向し
て設けられることを特徴としている。
するために、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装
置においては、断面が円形状の真空容器の円周方向外方
部に、カスプ磁場を発生するカスプ磁場発生手段と、カ
スプ磁場の磁力線に直交する方向に高周波電場を印加す
る高周波電極とが設けられ、また真空容器の中央部と円
周方向外方部との間に真空容器の中央部へのカスプ磁場
の進入を阻止する磁場終端用磁気吸収体が設けられ、真
空容器の円周方向外方部内で生成されたプラズマを真空
容器の中央部に一様に拡散させるように構成したことを
特徴としている。また、第２の目的を達成するために、
本発明の第２の発明によるプラズマ処理装置において
は、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置の構成
に加えて、真空容器の中央部内にＤＣまたはＲＦバイア
ススパッタ用のカソード電極とアノード電極とが対向し
て設けられることを特徴としている。
【０００７】
【作用】このように構成した本発明の第１、第２の発明
によるプラズマ処理装置では、真空容器の円周方向外方
部においてカスプ磁場に直角方向に高周波電場を印加す
ることにより荷電粒子の横這い運動を利用してプラズマ
が発生される。発生したプラズマは（Ｅ×Ｂ）力により
真空容器の中央部へ向って移動し、磁気吸収体の作用で
磁場のない真空容器の中央部の領域で一様に拡散して大
面積で一様なプラズマを形成することができる。また本
発明の第２の発明のプラズマ処理装置によれば、カソー
ド電極にターゲットを設け、アノード電極に基板を配置
し、これら電極に高周波またはＤＣ電場を印加すること
により、ターゲットは比較的広い範囲でスパッタされ、
片減りや低利用効率を改善して、大面積で一様なスパッ
タ成膜を行うことができるようになる。
によるプラズマ処理装置では、真空容器の円周方向外方
部においてカスプ磁場に直角方向に高周波電場を印加す
ることにより荷電粒子の横這い運動を利用してプラズマ
が発生される。発生したプラズマは（Ｅ×Ｂ）力により
真空容器の中央部へ向って移動し、磁気吸収体の作用で
磁場のない真空容器の中央部の領域で一様に拡散して大
面積で一様なプラズマを形成することができる。また本
発明の第２の発明のプラズマ処理装置によれば、カソー
ド電極にターゲットを設け、アノード電極に基板を配置
し、これら電極に高周波またはＤＣ電場を印加すること
により、ターゲットは比較的広い範囲でスパッタされ、
片減りや低利用効率を改善して、大面積で一様なスパッ
タ成膜を行うことができるようになる。
【０００８】
【実施例】以下、添附図面の図１を参照して本発明の実
施例について説明する。図１には本発明を大口径プラズ
マ生成及びバイアススパッタ装置として実施している例
を示し、１は横断面が円形状の真空容器で、その円周方
向外方部1aの両側には、カスプ型磁場を形成するカスプ
磁場発生用磁石２、３がそれぞれ円周方向に沿って設け
られている。また円周方向外方部1aの内部には円周方向
に沿ってのびた円環状の一対のプラズマ発生用高周波電
極４が配置されている。これらの高周波電極４は高周波
電源５に接続されている。６は、真空容器１の円周方向
外方部1aと中央部1bとの間においてカスプ磁場発生用磁
石３に隣接して設けられた磁場終端用磁気吸収体で、こ
の磁場終端用磁気吸収体６は、高透磁率の材料から成
り、磁場発生用磁石２、３からのカスプ磁場が真空容器
１の中央部1bへ入り込むのを防止するため径方向の磁束
密度を実質的に低減させる働きをしている。真空容器１
の中央部1b内にはスパッタターゲット７及び基板８がプ
ラズマ領域を挾んで互いに対向して配置されている。ス
パッタターゲット７は図示実施例では直流バイアス電源
９に接続され、一方基板８は符号10で示すように接地さ
れている。代わりに点線で示すようにスパッタターゲッ
ト７及び基板８を高周波バイアス電源11、12に接続して
これらの間に高周波電圧を印加するようにすることもで
きる。
施例について説明する。図１には本発明を大口径プラズ
マ生成及びバイアススパッタ装置として実施している例
を示し、１は横断面が円形状の真空容器で、その円周方
向外方部1aの両側には、カスプ型磁場を形成するカスプ
磁場発生用磁石２、３がそれぞれ円周方向に沿って設け
られている。また円周方向外方部1aの内部には円周方向
に沿ってのびた円環状の一対のプラズマ発生用高周波電
極４が配置されている。これらの高周波電極４は高周波
電源５に接続されている。６は、真空容器１の円周方向
外方部1aと中央部1bとの間においてカスプ磁場発生用磁
石３に隣接して設けられた磁場終端用磁気吸収体で、こ
の磁場終端用磁気吸収体６は、高透磁率の材料から成
り、磁場発生用磁石２、３からのカスプ磁場が真空容器
１の中央部1bへ入り込むのを防止するため径方向の磁束
密度を実質的に低減させる働きをしている。真空容器１
の中央部1b内にはスパッタターゲット７及び基板８がプ
ラズマ領域を挾んで互いに対向して配置されている。ス
パッタターゲット７は図示実施例では直流バイアス電源
９に接続され、一方基板８は符号10で示すように接地さ
れている。代わりに点線で示すようにスパッタターゲッ
ト７及び基板８を高周波バイアス電源11、12に接続して
これらの間に高周波電圧を印加するようにすることもで
きる。
【０００８】このように構成した図示装置の動作におい
ては、カスプ磁場発生用磁石２、３によって発生された
カスプ磁場の磁力線に直角方向に高周波電極４による高
周波電場が印加され、この直交電磁場の作用で、真空容
器１の円周方向外方部1a内において荷電粒子は横這い運
動をし、プラズマを発生させ、こうして発生したプラズ
マは（Ｅ×Ｂ）力により真空容器１の中央部1bへ向って
拡散される。真空容器１の中央部1bでは磁場がないので
拡散してきたプラズマを大面積に拡げ、一様で高密度の
プラズマが形成される。一方真空容器１の中央部1b内部
に配置されたスパッタターゲット７及び基板８には直流
バイアス電源９によって直流バイアス電場が印加され、
ターゲット材料がスパッタされ、基板８に対して均一に
成膜が行われることになる。
ては、カスプ磁場発生用磁石２、３によって発生された
カスプ磁場の磁力線に直角方向に高周波電極４による高
周波電場が印加され、この直交電磁場の作用で、真空容
器１の円周方向外方部1a内において荷電粒子は横這い運
動をし、プラズマを発生させ、こうして発生したプラズ
マは（Ｅ×Ｂ）力により真空容器１の中央部1bへ向って
拡散される。真空容器１の中央部1bでは磁場がないので
拡散してきたプラズマを大面積に拡げ、一様で高密度の
プラズマが形成される。一方真空容器１の中央部1b内部
に配置されたスパッタターゲット７及び基板８には直流
バイアス電源９によって直流バイアス電場が印加され、
ターゲット材料がスパッタされ、基板８に対して均一に
成膜が行われることになる。
【０００９】ところで、図示装置は単一装置として構成
されているが、図示装置を複数個用意し、それらを並置
しゲートバルブを介して互いに順次接続して多層成膜装
置或いは多数プロセス装置として構成することもでき
る。また、図示実施例では、磁場終端用磁気吸収体は真
空容器の円周方向外方部と中央部との間においてカスプ
磁場発生用磁石に隣接して設けられているが、カスプ磁
場発生用磁石からの磁力線を断ち切って真空容器の中央
部における磁場をゼロガウスにできればいかなる構成で
もよく、例えば真空容器の中央部の外周を囲んで高透磁
率の磁気吸収体を設けてもよい。さらに、図示装置では
二つのカスプ磁場発生用磁石が同心状に隣接して配列さ
れているが、代わりに真空容器の円周方向外方部の両側
には、多数のカスプ型磁場発生用磁石を設けてもよい。
さらにまた使用する真空容器の形状についても図示実施
例装置の形状に限定されずに適用しようとするプロセス
に応じて適宜変更することができる。
されているが、図示装置を複数個用意し、それらを並置
しゲートバルブを介して互いに順次接続して多層成膜装
置或いは多数プロセス装置として構成することもでき
る。また、図示実施例では、磁場終端用磁気吸収体は真
空容器の円周方向外方部と中央部との間においてカスプ
磁場発生用磁石に隣接して設けられているが、カスプ磁
場発生用磁石からの磁力線を断ち切って真空容器の中央
部における磁場をゼロガウスにできればいかなる構成で
もよく、例えば真空容器の中央部の外周を囲んで高透磁
率の磁気吸収体を設けてもよい。さらに、図示装置では
二つのカスプ磁場発生用磁石が同心状に隣接して配列さ
れているが、代わりに真空容器の円周方向外方部の両側
には、多数のカスプ型磁場発生用磁石を設けてもよい。
さらにまた使用する真空容器の形状についても図示実施
例装置の形状に限定されずに適用しようとするプロセス
に応じて適宜変更することができる。
【００１０】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の第１
の発明によれば、真空容器の円周方向外方部においてカ
スプ磁場に直角方向に高周波電場を印加し、荷電粒子の
横這い運動を利用してプラズマを発生させ、それを（Ｅ
×Ｂ）力により真空容器の磁場のない中央部へ向って拡
散させるように構成しているので、真空容器の中央部内
に一様に拡散した大面積で一様なプラズマ領域を形成す
ることができる。また本発明の第２の発明のプラズマ処
理装置によれば、ＤＣまたはＲＦバイアススパッタ用の
カソード電極とアノード電極との間に大面積で一様なプ
ラズマ領域が形成されるので、これら電極に高周波電場
またはＤＣ電場を印加することにより、ターゲットを比
較的広い範囲でスパッタすることができ、それにより、
ターゲット材料の利用効率を大幅に向上させることがで
きると共に、大面積で一様なスパッタ成膜を行うことが
できる装置を提供することができる。
の発明によれば、真空容器の円周方向外方部においてカ
スプ磁場に直角方向に高周波電場を印加し、荷電粒子の
横這い運動を利用してプラズマを発生させ、それを（Ｅ
×Ｂ）力により真空容器の磁場のない中央部へ向って拡
散させるように構成しているので、真空容器の中央部内
に一様に拡散した大面積で一様なプラズマ領域を形成す
ることができる。また本発明の第２の発明のプラズマ処
理装置によれば、ＤＣまたはＲＦバイアススパッタ用の
カソード電極とアノード電極との間に大面積で一様なプ
ラズマ領域が形成されるので、これら電極に高周波電場
またはＤＣ電場を印加することにより、ターゲットを比
較的広い範囲でスパッタすることができ、それにより、
ターゲット材料の利用効率を大幅に向上させることがで
きると共に、大面積で一様なスパッタ成膜を行うことが
できる装置を提供することができる。
【図１】 本発明の一実施例を示す概略断面図。
【図２】 従来のＥＣＲ放電型プラズマ処理装置の原理
を示す概略図。
を示す概略図。
【図３】 従来のマグネトロン放電型プラズマ処理装置
の原理を示す概略図。
の原理を示す概略図。
１：真空容器 ５：高周波電源 1a：真空容器の円周方向外方部 ６：磁場終端用磁
気吸収体 1b：真空容器の中央部 ７：スパッタター
ゲット ２：カスプ磁場発生用磁石 ８：基板 ３：カスプ磁場発生用磁石 ９：直流バイアス
電源 ４：高周波電極
気吸収体 1b：真空容器の中央部 ７：スパッタター
ゲット ２：カスプ磁場発生用磁石 ８：基板 ３：カスプ磁場発生用磁石 ９：直流バイアス
電源 ４：高周波電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢部 栄二 静岡県清水市殿沢一丁目１−９ (56)参考文献 特開 平４−180557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−60881（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−47381（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/205 H01L 21/203 H01L 21/3065 C23C 16/511
Claims (2)
- 【請求項１】断面が円形状の真空容器の円周方向外方部
に、カスプ磁場を発生するカスプ磁場発生手段と、カス
プ磁場の磁力線に直交する方向に高周波電場を印加する
高周波電極とを設け、また真空容器の中央部と円周方向
外方部との間に真空容器の中央部へのカスプ磁場の進入
を阻止する磁場終端用磁気吸収体を設け、真空容器の円
周方向外方部内で生成されたプラズマを真空容器の中央
部に一様に拡散させるように構成したことを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項２】断面が円形状の真空容器の円周方向外方部
に、カスプ磁場を発生するカスプ磁場発生手段と、カス
プ磁場の磁力線に直交する方向に高周波電場を印加する
高周波電極とを設け、また真空容器の中央部と円周方向
外方部との間に真空容器の中央部へのカスプ磁場の進入
を阻止する磁場終端用磁気吸収体を設け、さらに真空容
器の中央部内にＤＣまたはＲＦバイアススパッタ用のカ
ソード電極とアノード電極とを対向させて設けたことを
特徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04300882A JP3100242B2 (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04300882A JP3100242B2 (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151326A JPH06151326A (ja) | 1994-05-31 |
| JP3100242B2 true JP3100242B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=17890259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04300882A Expired - Fee Related JP3100242B2 (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3100242B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3646756B2 (ja) * | 1996-07-22 | 2005-05-11 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
1992
- 1992-11-11 JP JP04300882A patent/JP3100242B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06151326A (ja) | 1994-05-31 |
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