JP3360090B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関
し、特に、半導体素子等の製造でガス状態の原材料を導
入しプラズマの作用を利用して薄膜の形成やエッチング
を行うプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ処理装置の一例を図１２
を参照して説明する。このプラズマ処理装置は、プラズ
マ生成用の原料ガスに酸素ガス（Ｏ2 ）を用いかつ薄膜
形成用の材料ガスにモノシランガス（ＳｉＨ4 ）を用い
ることにより熱酸化膜と同等またはそれに近い膜質の酸
化珪素膜を形成するプラズマＣＶＤ装置である。
【０００３】図１２に示したプラズマＣＶＤ装置は、プ
ラズマ生成に使用されるベルジャ１１と、ベルジャ１１
に電力を供給する電力供給機構１２と、ベルジャ１１と
空間的につながっている成膜室１３と、成膜室１３の周
囲に設けられかつ成膜室１３の内部にマルチカスプ磁場
を形成するための磁場生成機構１４と、ベルジャ１１お
よび成膜室１３を真空排気するための排気機構１５と、
成膜室１３に上記酸素ガスを供給するための第１のガス
供給機構１６と、上記モノシランガスを供給するための
第２のガス供給機構１７を備える。
【０００４】上記のプラズマＣＶＤ装置において、ベル
ジャ１１は誘電体で形成され、プラズマ生成室として機
能する。より具体的に、ベルジャ１１は上端が閉じられ
た直径が例えば１００ｍｍの石英ガラス管で作られ、開
放された下端は下部の成膜室１３に接続される。電力供
給機構１２は、高周波電源２１と、整合器２２と、ベル
ジャ１１の周囲に配置されたループ状アンテナ２３で構
成される。高周波電源２１には例えば周波数１３．５６
ＭＨｚの高周波を出力する電源が使用される。なお電力
供給機構１２は高周波を供給するものに限定されない。
成膜室１３は例えば高さ２３０ｍｍ、内径３６０ｍｍの
筒形状のアルミニウム合金にて形成される。成膜室１３
の周囲に配置される磁場生成機構１４は例えば１２対２
４極の希土類永久磁石で形成される。磁場生成機構１４
によって成膜室１３の内部にマルチカスプ磁場を形成す
るのは、成膜室内に大口径にて均質なプラズマを生成す
るためである。
【０００５】さらに排気機構１５は、排気用チャンバ３
１と２段のバルブ３２ａ，３２ｂと排気ポンプ３３から
構成される。排気ポンプ３３では、主排気ポンプとして
ターボ分子ポンプ３３ａ、補助排気ポンプとしてドライ
ポンプ３３ｂが用いられている。
【０００６】また成膜室１３の内部には基板４１を支持
する基板ホルダ４２が設置される。この基板ホルダ４２
の内部には熱交換媒体が循環する構造４３と温度検出器
（図示せず）が備えられ、所望温度での加熱・冷却とい
った温度制御が可能である。さらに基板ホルダ４２に
は、基板４１にバイアス電力を印加できるように高周波
電源４４が接続されている。高周波電源４４には例えば
周波数４００ｋＨｚの高周波電源が使用される。
【０００７】図１３は、図１２中のＡ−Ａ線断面図であ
る。成膜室１３の円筒形壁部１３ａの外側に外壁面に沿
って１２対２４極の棒状の永久磁石５１が配置されてい
る。１２対２４極の永久磁石５１は前記磁場生成機構１
４を構成する。棒状の永久磁石５１は円筒形壁部１３ａ
の軸方向に平行に配置される。永久磁石５１の各対の外
壁面に対向する面はＮ極とＳ極の磁極面となっており、
外壁面の円周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に配置され
ている。１２対２４極の永久磁石５１によって成膜室１
３の内部空間には図示されるようなマルチカスプ磁場５
２が形成される。成膜室１３内に入ってきた酸素プラズ
マは、マルチカスプ磁場５２の形状に沿って成膜室内で
拡散する。そして、永久磁石５１の各磁極面（Ｎ極面と
Ｓ極面）に対応する成膜室１３の円筒形壁部１３ａの内
壁面１３ｂの箇所では、マルチカスプ磁場５２の形状を
反映して酸素プラズマが接触する状態になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく従来のプ
ラズマ処理装置において成膜室１３の周囲に配置された
磁場生成機構１４によって成膜室内にマルチカスプ磁場
５２を生成するように構成されたものでは、成膜室１３
の円筒形壁部１３ａの内壁面１３ｂで酸素プラズマが接
触する箇所５３と接触しない箇所５４が生じ、内壁面１
３ｂに堆積した酸化珪素薄膜の膜質や膜厚が異なる現象
が生じる。換言すれば、酸素プラズマが接触する内壁面
１３ｂの箇所５３には酸素プラズマから荷電粒子を受け
るため、熱酸化膜に近い緻密な膜が形成される。これに
対して酸素プラズマが接触しない内壁面１３ｂの箇所５
４には、前述の接触する内壁面箇所５３に比較すると、
反対に粗な膜が形成される。結果的に、成膜室１３の内
壁面１３ｂには、緻密性が異なり、さらには内部応力の
異なる酸化珪素膜が堆積・形成される。
【０００９】上記の状態で成膜室１３の内壁面１３ｂに
酸化珪素薄膜が堆積・形成され続けると、やがては薄膜
の内部応力の差異によって薄膜は内壁面１３ｂより剥が
れ落ちて、微粉末の発生原因になり、基板上に表面欠陥
が形成され、酸化珪素薄膜の品質を低下させるという問
題を生じる。
【００１０】本発明の目的は、上記の問題を解決するた
め、材料ガスを用いたプラズマ処理において、成膜室等
の内部に堆積・形成された膜からの微粉末の発生を抑
え、表面欠陥の少ない高品質な薄膜形成またはエッチン
グを行い得るプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の本発明に係るプラ
ズマ処理装置は、プラズマ生成室と、このプラズマ生成
室に電力を供給するための電力供給機構と、プラズマ生
成室と空間的につながる処理室と、この処理室の周囲に
設けられ、処理室内にマルチカスプ磁場を形成するため
の磁場生成機構と、プラズマ生成室と処理室を真空排気
する排気機構と、プラズマ生成用の原料ガスを供給する
第１ガス供給機構と、材料ガスを供給する第２ガス供給
機構とを備え、さらに、マルチカスプ磁場の強度が５０
〜２００ガウスである領域に処理室の内壁面が配置され
るように構成される。
【００１２】第２の本発明は、第１の発明において、マ
ルチカスプ磁場の強度が５０〜２００ガウスである領域
に、処理室の内壁面の代わりに、非磁性体で形成された
筒形部材が配置されることを特徴とする。
【００１３】第３の本発明に係るプラズマ処理装置は、
プラズマ生成室と、このプラズマ生成室に電力を供給す
るための電力供給機構と、プラズマ生成室の周囲に設け
られた第１の磁場生成機構と、プラズマ生成室と空間的
につながる処理室と、この処理室の周囲に設けられ、処
理室内にマルチカスプ磁場を形成するための第２の磁場
生成機構と、プラズマ生成室と処理室を真空排気する排
気機構と、プラズマ生成用の原料ガスを供給する第１ガ
ス供給機構と、材料ガスを供給する第２ガス供給機構と
を備え、さらに、第１の磁場生成機構で形成される磁場
とマルチカスプ磁場とによって作られる合成磁場の強度
が５０〜２００ガウスの領域に処理室の内壁面が配置さ
れるように構成される。
【００１４】第４の本発明は、第３の発明において、合
成磁場の強度が５０〜２００ガウスの領域に、処理室の
内壁面の代わりに、非磁性体で形成された筒形部材が配
置されることを特徴とする。
【００１５】第５の本発明は、第４の発明において、筒
形部材は円筒形部材と円錐台形部材からなることを特徴
とする。
【００１６】第６の本発明は、上記の第２、第４、第５
の発明において、筒形部材は電気的に絶縁状態で配置さ
れ、高周波電力が印加されることを特徴とする。
【００１７】
【作用】本発明では、マルチカスプ磁場、またはマルチ
カスプ磁場と他の磁場生成機構で形成される磁場との合
成磁場において、その磁場の強度が５０〜２００ガウス
である領域に処理室の内壁面を配置することにより、内
壁面の全面がプラズマに接し、内壁面全面に一様な膜が
堆積され、堆積膜の内部応力が一様となって微粉末の発
生が抑制される。また処理室の内壁面の代わりに、非磁
性体で作られた部材を磁場の強度が５０〜２００ガウス
である領域に配置することで、前述と同様な作用を生じ
させると共に、処理室自体の形態に変更を加える必要が
なく、上記部材は簡素な形態で、安価に作られる。
【００１８】
【実施例】以下に、本発明の好適実施例を添付図面に基
づいて説明する。
【００１９】図１は本発明に係るプラズマ処理装置の第
１の実施例を示す構成図である。図１において、図１２
で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を
付している。
【００２０】本発明に係るプラズマ処理装置の基本的構
成は図１２で説明した構成と同じである。すなわち、プ
ラズマ処理装置はプラズマＣＶＤ装置であり、プラズマ
生成に使用されるベルジャ１１と、ベルジャ１１に例え
ば高周波電力を供給する電力供給機構１２と、ベルジャ
１１と空間的につながっている成膜室１１３と、成膜室
１１３の周囲に設けられかつ成膜室１１３の内部にマル
チカスプ磁場を形成するための磁場生成機構１４と、ベ
ルジャ１１および成膜室１１３を真空排気するための排
気機構１５と、成膜室１１３に酸素ガス等のプラズマ生
成用原料ガスを供給するための第１のガス供給機構１６
と、モノシランガス等の薄膜形成用材料ガスを供給する
ための第２のガス供給機構１７を備える。また成膜室１
１３の内部には基板４１を支持する基板ホルダ４２が設
置され、基板ホルダ４２には基板４１にバイアス電力を
印加できるように高周波電源４４が接続される。第２の
ガス供給機構１７の成膜室１１３内の供給端部はリング
状のパイプ部材となっている。
【００２１】この実施例では、プラズマ生成用原料ガス
として酸素ガスを供給し、材料ガスとしてモノシランガ
スを供給することとし、これによって、酸素プラズマが
生成され、当該酸素プラズマとモノシランガスとの化学
反応によって酸化珪素薄膜が形成される。
【００２２】上記構成に関する詳細な説明と薄膜形成の
原理の説明は、前述した説明を参照することとし、ここ
では省略する。なお本発明に係るプラズマ処理装置は、
上記プラズマＣＶＤ装置に限定されるものではない。
【００２３】図１に示された本実施例によるプラズマ処
理装置の特徴的構成は、成膜室１１３の構造にあり、そ
の円筒形壁部１１３ａの内壁面１１３ｂが、磁場生成機
構１４によって成膜室１１３内に形成されたマルチカス
プ磁場においてその磁場強度が約５０〜２００ガウスで
ある領域の内部に配置され、もっとも好ましくは約１０
０ガウスの位置に配置されることである。成膜室１１３
の円筒形壁部１１３ａの外壁面の径は、前述の従来装置
の成膜室１３の外径と同じである。成膜室１１３は、寸
法的に例えば高さ２３０ｍｍの円筒形であり、円筒形壁
部１１３ａの肉厚を大きくしたので内径は小さくなって
いる。。
【００２４】以下に、成膜室１１３の内部に形成される
マルチカスプ磁場においてその強度が約５０〜２００ガ
ウスである領域内に上記内壁面１１３ｂが位置すること
が望ましい理由を説明する。
【００２５】図２は、図１で示した従来のプラズマ処理
装置においてベルジャ１１から１００ｍｍ下側の成膜室
内部の水平断面における酸素プラズマの飽和イオン電流
密度の変化を測定したグラフを示す。この測定は図１３
に示す矢印５５に沿って行われた。５６は成膜室１３の
中心を示す。この測定において、ベルジャ１１に印加さ
れる高周波電力は周波数１３．５６ＭＨｚ、電力量は２
０００Ｗであり、ベルジャ１１および成膜室１３の内部
圧力は１mTorr である。図２のグラフで、横軸は成膜室
１３の内壁面１３ｂからの距離（ｃｍ）を示し、縦軸は
飽和イオン電流密度を示す。横軸において距離０の点ａ
は内壁面１３ｂの位置であり、距離１８ｃｍの点ｂは成
膜室１３の中心５６の位置である。縦軸に示した飽和イ
オン電流密度は、数値が大きいほどプラズマ密度が大き
い状況に対応する。
【００２６】図２のグラフによれば、成膜室１３の内壁
面１３ｂから約１ｃｍの内側位置において飽和イオン電
流が観測され始め、約６ｃｍの内側位置にて電流密度値
がほぼ一定値（１５ｍＡ）に落ちついている。すなわ
ち、成膜室１３の内部に生成される酸素プラズマは、成
膜室１３の内壁面１３ｂから約１ｃｍ離れた領域の内側
に閉じ込められ、成膜室１３の内壁面１３ｂに酸素プラ
ズマが接触しないことを意味している。
【００２７】図３は、図２で示した飽和イオン電流密度
を測定した場所と同一の場所で、マルチカスプ磁場の強
度を測定したものである。横軸は内壁面１３ｂからの距
離、縦軸は磁場強度を示す。図３によれば、成膜室１３
の内壁面１３ｂから約１ｃｍ離れた位置での磁場強度は
約３００ガウスであり、内壁面１３ｂから約６ｃｍ離れ
た位置での磁場強度は約１０ガウス以下である。
【００２８】図４は、図３に示した飽和イオン電流密度
を測定した箇所と同じ箇所で、マルチカスプ磁場形成用
の磁場生成機構１４の永久磁石５１の磁極面に対応する
箇所５３と、磁極面に対応しない箇所５４のそれぞれに
堆積・形成された酸化珪素膜の緩衝フッ化水素酸（ＢＨ
Ｆ）によるエッチングレートを調べたグラフである。図
４において、横軸は成膜室１３の内壁面１３ｂからの距
離、縦軸はエッチングレートであり、折線Ａは永久磁石
の磁極面に対応する箇所に堆積した試料に関するデー
タ、折線Ｂは磁極面に対応しない箇所に堆積した試料に
関するデータをそれぞれ示す。緩衝フッ化水素酸による
エッチングレートを調べることによって、形成される酸
化珪素膜の粗密性を知ることができる。
【００２９】図４で、折線Ａでは、成膜室１３の内壁面
１３ｂからの距離に拘らず、エッチングレートの値は約
１５０nm/minとほぼ一定の値に保持される。熱酸化膜の
エッチングレートは約１００nm/minであるので、マルチ
カスプ磁場形成用の永久磁石５１の磁極面に対応する箇
所では熱酸化膜に匹敵する膜質の酸化珪素膜が形成され
ていることが分かる。これに対して折線Ｂでは、成膜室
の内壁面からの距離が２ｃｍ以内の位置でエッチングレ
ートが大きくなっており、粗な膜が形成されている。
【００３０】上記図２〜図４のグラフに基づくと、成膜
室１３の円筒形壁部１３ａの内壁面１３ｂにおいて、酸
素プラズマの照射が行われない箇所には粗な膜が形成さ
れ、酸素プラズマの照射が行われる箇所では密な膜が形
成されることが分かる。そこで、図１に示す薄膜形成用
プラズマ処理装置では、従来のプラズマ処理装置におい
て、マルチカスプ磁場を形成する磁場生成機構１４の永
久磁石５１の配置位置は変えることなくそのままの位置
とし、かつ成膜室１３の内壁面の半径を２ｃｍ以上小さ
く、すなわち成膜室１３の内径を４ｃｍ以上小さくする
ようにしている。かかる形態を有する成膜室を新たに成
膜室１１３とした。成膜室１１３の外径（外壁面の位
置）は変化していないので、円筒形壁部１１３ａの肉厚
が大きくなったことになる。かかる形態を有する成膜室
１１３を使用することによって、成膜室１１３の内壁面
全面を酸素プラズマに接触させることができ、これによ
り内壁面１１３ｂに堆積・形成される酸化珪素膜の膜質
をすべて緻密化できることが判明した。成膜室１１３の
内壁面１１３ｂの径を小さくすることによって内壁面の
全面が酸素プラズマに接触できる位置は、成膜室１１３
の内部に形成されるマルチカスプ磁場の強度が２００ガ
ウス以下の領域に対応している。
【００３１】図５は、従来の薄膜形成用プラズマ処理装
置において、成膜室１３の内径が３６ｃｍから２４ｃｍ
まで２ｃｍずつ異なる成膜室を７種類用意し、それぞれ
の場合について、基板４１の成膜速度分布の不均一性を
調べた結果を示す。図５で、横軸は成膜室の内径と内径
に対応する内壁面の位置を示し、縦軸は基板上での成膜
速度分布の不均一性を示す。成膜室の内径が３６ｃｍの
場合、図１２に示した従来の装置でその内壁面の位置は
０ｃｍに対応し、成膜室の内径が２４ｃｍの場合、その
内壁面の位置は６ｃｍに対応している。
【００３２】図５で明らかなように、従来の薄膜形成用
プラズマ処理装置では、成膜室の内径が２８ｃｍ以下に
なると、すなわち内壁面の位置４ｃｍ以上小径化される
と、基板上での成膜速度の均一性に悪い影響を与える。
基板上での成膜速度の均一性に悪い影響を与える範囲
は、前述の図３と比較すると、成膜室の内部に形成され
るマルチカスプ磁場の強度が約５０ガウス以下の領域に
対応している。
【００３３】図２〜図５の結果によって、成膜室１１３
の円筒形壁部１１３ａの内壁面１１３ｂの位置を、成膜
室内部に形成されるマルチカスプ磁場の強度が５０〜２
００ガウスの領域に配置することで、成膜室１１３の内
壁面１１３ｂに堆積・形成される酸化珪素膜の膜質の均
一性条件と基板４１上での成膜速度均一性条件を同時に
満足させることができることが判明した。従って、成膜
室内部に形成されるマルチカスプ磁場の強度が約５０〜
２００ガウスの領域に成膜室１１３の内壁面１１３ｂを
配置することが望ましい。
【００３４】図１で示した本実施例の薄膜形成用プラズ
マ処理装置による薄膜形成を説明する。まず、第１のガ
ス供給機構１６によってプラズマ生成用原料ガスである
酸素ガス（Ｏ2 ）がベルジャ１１と成膜室１１３に導入
される。ベルジャ１１には高周波電力が電力供給機構１
２から供給され、酸素ガス分子と高周波電力が相互作用
を起こすことにより、酸素プラズマが生成される。ベル
ジャ１１から成膜室１１３へ拡散した酸素プラズマは、
磁場生成機構１４によって成膜室１１３内に形成された
マルチカスプ磁場により均質化される。また第２のガス
供給機構１７により材料ガスであるモノシランガス（Ｓ
ｉＨ4 ）が成膜室１１３に導入され、拡散する。成膜室
１１３内は均質化された酸素プラズマで満たされている
ので、モノシランガスは酸素プラズマと化学反応を起こ
して酸化珪素と水に分解する。発生した酸化珪素は基板
４１の表面上に堆積すると共に、成膜室１１３の内壁面
１１３ｂにも堆積する。
【００３５】本実施例によるプラズマ処理装置では、成
膜室１１３の円筒形壁部１１３ａの内壁面１１３ｂを、
成膜室内部に形成されるマルチカスプ磁場の強度が５０
〜２００ガウスである領域に配置するようにしたので、
酸素プラズマが内壁面１１３ｂに一様に接することにな
り、その結果、成膜室１１３の内壁面１１３ｂに堆積し
た酸化珪素膜は、内壁面全面にわたって一様に緻密な酸
化珪素膜が形成される。その結果、成膜室１１３の内壁
面１１３ｂに形成された酸化珪素膜は内部応力変化の少
ない膜となり、相当量の膜厚まで堆積しても剥がれ落ち
ることが少なくなる。すなわち、微粉末の発生を抑制す
ることができ、長期間にわたり、表面欠陥の少ない高品
質な酸化珪素薄膜を基板４１に形成することができる。
【００３６】図６は、プラズマ原料ガスとして酸素ガ
ス、材料ガスとしてモノシランガスを使用し、６インチ
珪素半導体基板上に１μｍの厚みの酸化珪素薄膜を形成
した場合に、半導体基板の処理枚数に対して、酸化珪素
薄膜が形成された後の半導体基板表面上の微粉末数の変
化を示したグラフである。計測対象である微粉末は６イ
ンチ珪素半導体基板の直径１４０ｍｍより内側の領域に
対して直径０．３μｍ以上のものを計測した。図６で、
折線Ｃは従来の装置を使用した場合の計測特性、折線Ｄ
は本実施例による装置を使用した場合の計測特性であ
る。
【００３７】折線Ｃによれば、半導体基板の処理枚数が
７０枚の付近から微粉末の数が急俊的に増大しており、
その数は１５０個を越えて数万個に至っている。このと
き成膜室の内壁面を観察すると、マルチカスプ磁場を形
成するための永久磁石５１の複数のＮ極とＳ極の各々の
磁極面に対応する内壁面の箇所に堆積膜の剥がれが確認
された。このように成膜室の内壁面の堆積膜の剥がれ現
象が、微粉末発生の急激な原因であるとみなすことがで
きる。
【００３８】上記に対して折線Ｄでは、半導体基板の処
理枚数が３００枚に至るまで微粉末の数は１００個以下
である。またこのときの成膜室の内壁面を観察すると、
酸化珪素膜の堆積は観測されるものの剥がれ現象が観察
されなかった。以上のごとく、成膜室１１３の円筒形壁
部１１３ａの内壁面１１３ｂを、マルチカスプ磁場の強
度が５０〜２００ガウスである領域に配置することによ
って微粉末の発生を抑制することができる。
【００３９】図７は本発明の第２の実施例を示す。図７
において、図１で説明した要素と同一の要素には同一の
符号が付されている。この実施例では、従来装置の成膜
室１３を使用し、この成膜室１３の内部空間において、
マルチカスプ磁場の強度が５０〜２００ガウスの領域
に、非磁性体で形成された円筒部材６１が配置されるこ
とに特徴がある。厳密には、円筒部材６１の内面が、マ
ルチカスプ磁場の強度が５０〜２００ガウスの領域内に
位置すれば足りる。円筒部材６１は、成膜室１３の円筒
形壁部１３ａの内面に平行に配置され、かつ軸方向の長
さは円筒形壁部１３ａの軸方向の長さとほぼ等しい。非
磁性体として例えばアルミニュウム、ステンレス、セラ
ミックが使用される。こうして上記領域に、前述の内壁
面１１３ｂの代わりに、円筒部材６１を配置することに
より、本実施例による薄膜形成用プラズマ処理装置にお
いても、前記実施例と同様な効果を得ることができる。
【００４０】図８は本発明の第３の実施例を示す。この
実施例によるプラズマ処理装置は、図１で示した装置の
構成において、さらにベルジャ１１の周囲に磁場生成機
構７１を設置している。その他の構成は、図１で示した
構成と同じであり、同一要素には同一符号を付し、その
説明を省略する。
【００４１】磁場生成機構７１は、内側コイル７１ａと
外側コイル７１ｂからなる二重コイルであり、各コイル
７１ａ，７１ｂはベルジャ１１と同軸の位置に配置され
る。内側コイル７１ａと外側コイル７１ｂは、互いに逆
向きの磁場が形成されるように、コイルの巻き方向と通
電方向が調整される。磁場生成機構７１を二重コイルの
構造とすることにより、所望の磁場を作りやすいという
利点を有する。磁場生成機構７１を単一のコイルで構成
することもできる。磁場生成機構７１に通電し磁場を発
生させると、ベルジャ１１内で生成されたプラズマの荷
電粒子を効率的に成膜室１１３の内部に輸送することが
できるので、成膜室１１３内におけるプラズマの高密度
化を促進することができる。
【００４２】また磁場生成機構７１によって成膜室１１
３の内部にもマルチカスプ磁場とは異なる別の新たな磁
場が生成される。図９は、磁場生成機構７１において内
側コイル７１ａに１５Ａの電流を流し、外側コイル７１
ｂに１０Ａの電流を流したときに、成膜室１１３の内部
に生じる磁場分布を示したものである。図９中、７２は
磁場強度が５０ガウスの等磁場面、７３は磁場強度が２
００ガウスの等磁場面を示す。磁場強度が５０〜２００
ガウスの領域に着目すると、この領域は、成膜室１１３
の天井面を含むと共に、天井面から或る程度離れたとこ
ろまで広がっていることが分かる。
【００４３】以上のように、ベルジャ１１の周囲に磁場
生成機構７１を設け、磁場生成機構７１で形成される磁
場と、磁場生成機構７１で形成されるマルチカスプ磁場
とが合成された磁場において、磁場強度５０〜２００ガ
ウスの領域に、成膜室１１３の天井面１１３ｃを含めた
内壁面１１３ｂを配置する。本実施例による成膜室１１
３の天井部は厚肉で形成され、天井面１１３ｃが磁場強
度５０〜２００ガウスの領域に配置される。この天井面
１１３ｃは内壁面に含まれる。上記構成により、内壁面
１１３ｂに堆積する膜からの微粉末の発生を長期間にわ
たり抑制することができる。
【００４４】図１０は前述の第３の実施例をさらに変更
した本発明の第４の実施例を示し、図９と同様な図であ
る。図１０において、図９で説明した要素と実質的に同
一の要素には同一の符号を付している。この実施例で
は、従来と同様な成膜室１３を使用すると共に、この成
膜室１３の内部空間において磁場生成機構７１によって
発生した磁場とマルチカスプ磁場が合成された磁場で磁
場強度が５０〜２００ガウスの領域に、非磁性体で形成
された筒形部材７４を設置している。すなわち、内壁面
１１３ｂの代わりに筒形部材７４を設置する。この筒形
部材７４の形状は、図１１の（Ａ）〜（Ｅ）に示すよう
に、円筒形と円錐台形の組合せ、有底円筒形、有底円筒
形と円錐台形の組合せで形成することもできる。筒形部
材７４は安価に作ることができ、プラズマ処理装置の経
済的価値を高めることができる。
【００４５】前述の円筒部材６１、筒形部材７４につい
ては、電気的に絶縁状態で配置し、これらに対して高周
波電力を印加する構成を付加することもできる。このよ
うな構成にすれば、部材６１，７４にプラズマ衝撃を加
えることができ、これらの部材に堆積・付着した酸化珪
素膜をスパッタエッチングの作用により除去することが
できる。従って、薄膜形成の際、定期的に部材６１，７
４に堆積・付着された酸化珪素膜をスパッタエッチング
することで除去でき、微粉末の発生源を根本的に除去で
きるので、表面欠陥の少ない酸化珪素薄膜を基板の上に
長期間にわたり形成することができる。
【００４６】以上のごとく、上記各実施例によれば、基
板の表面上に酸化珪素薄膜を形成する場合において、酸
化珪素薄膜の商品価値を低減させる微粒子の発生を抑制
できる利点を有する。
【００４７】上記実施例では、６インチ珪素半導体基板
上に酸化珪素薄膜を形成する場合について説明したが、
基板の種類や大きさを変えても本発明が適用できるのは
勿論である。
【００４８】またプラズマ生成用原料ガスや材料ガスの
種類を変えて他の薄膜を形成する場合にも、本発明を適
用して微粒子の発生を抑制できる。例えば、原料ガスに
窒素ガス、材料ガスにジシランガスを用いて窒化珪素薄
膜を形成する場合にも微粒子の発生を抑制することがで
きる。
【００４９】本発明は、基板材料をエッチング処理する
プラズマエッチング処理装置に適用することもできる。
プラズマエッチング処理装置では、成膜室の代わりにエ
ッチング室となる。成膜室とエッチング室は上位概念的
に処理室に含まれる。
【００５０】プラズマエッチング処理の場合には、プラ
ズマと基板材料とのエッチング反応の際に発生する生成
物がエッチング室の内壁面に堆積し、成膜装置の場合と
同様に、プラズマ照射の有無に応じて堆積膜の内部応力
差が生じてやがて剥がれ落ちて、微粉末を発生させ、基
板上の表面欠陥を形成して品質を低下させる。しかし本
発明を適用すれば、内壁面に堆積・形成される膜の膜質
を一様に緻密にすることができ、微粉末の発生を抑制す
ることができ、表面欠陥の少ないエッチングを処理を行
うことができる。
【００５１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、マルチカスプ磁場、またはマルチカスプ磁場と他
の磁場生成機構で形成される磁場との合成磁場におい
て、その磁場の強度が５０〜２００ガウスである領域に
処理室の内壁面が配置されるようにしたため、内壁面の
全面がプラズマに接し、内壁面全面に一様な膜が形成さ
れ、内部応力が一様となって微粉末の発生が抑制され、
表面欠陥の少ない高品質の薄膜形成またはエッチング処
理を行うことができる。
【００５２】処理室の内壁面の代わりに、非磁性体で作
られた部材を磁場の強度が５０〜２００ガウスである領
域に配置するようにしたため、前述と同様な効果を発揮
することができると共に、処理室自体の形態に変更を加
える必要がなく、さらに上記部材は簡素な形態を有し、
安価に作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例の
構成図である。
【図２】従来のプラズマ処理装置においてベルジャから
１００ｍｍ下側の成膜室内部の水平断面における酸素プ
ラズマの飽和イオン電流密度の変化を測定したグラフで
ある。
【図３】図２に示した飽和イオン電流密度を測定した場
所と同一の場所でマルチカスプ磁場の強度を測定したグ
ラフである。
【図４】図２に示した飽和イオン電流密度を測定した場
所と同じ場所で、マルチカスプ磁場形成用の永久磁石の
磁極面に対応する箇所と、磁極面に対応しない箇所のそ
れぞれに堆積・形成された酸化珪素膜の緩衝フッ化水素
酸（ＢＨＦ）によるエッチングレートを調べたグラフで
ある。
【図５】従来の薄膜形成用プラズマ処理装置において、
成膜室の内径が３６ｃｍから２４ｃｍまで２ｃｍずつ異
なる成膜室を７種類用意し、それぞれの場合について、
基板の成膜速度分布の不均一性を調べたグラフである。
【図６】プラズマ原料ガスとして酸素ガス、材料ガスと
してモノシランガスを使用し、６インチ珪素半導体基板
上に１μｍの厚みの酸化珪素薄膜を形成した場合に、半
導体基板の処理枚数に対して、酸化珪素薄膜が形成され
た後の半導体基板表面上の微粉末数の変化を示したグラ
フである。
【図７】本発明の第２実施例を示す構成図である。
【図８】本発明の第３実施例を示す構成図である。
【図９】第３実施例による成膜室の拡大断面図である。
【図１０】本発明の第４実施例を示す成膜室の拡大断面
図である。
【図１１】非磁性体で形成された部材の各種例を示す図
である。
【図１２】従来の薄膜形成用プラズマ処理装置の構成図
である。
【図１３】図１２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１１ ベルジャ １２ 電力供給機構 １３，１１３ 成膜室 １３ａ，１１３ａ 円筒形壁部 １３ａ，１１３ｂ 内壁面 １４，７１ 磁場生成機構 １５ 排気機構 １６ 第１のガス供給機構 １７ 第２のガス供給機構 ４１ 基板 ６１ 円筒部材 ７４ 筒形部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−267903（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−259120（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102085（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−209268（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/46 C23C 16/50 H01L 21/205

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ生成室と、このプラズマ生成室
    に電力を供給するための電力供給機構と、前記プラズマ
    生成室と空間的につながる処理室と、この処理室の周囲
    に設けられ、前記処理室内にマルチカスプ磁場を形成す
    るための磁場生成機構と、前記プラズマ生成室と処理室
    を真空排気する排気機構と、プラズマ生成用の原料ガス
    を供給する第１ガス供給機構と、材料ガスを供給する第
    ２ガス供給機構とを備えるプラズマ処理装置において、 前記マルチカスプ磁場の強度が５０〜２００ガウスであ
    る領域に前記処理室の内壁面が配置されることを特徴と
    するプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記マルチカスプ磁場の強度が５０〜２
    ００ガウスである領域に、前記処理室の前記内壁面の代
    わりに、非磁性体で形成された筒形部材が配置されるこ
    とを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 プラズマ生成室と、このプラズマ生成室
    に電力を供給するための電力供給機構と、前記プラズマ
    生成室の周囲に設けられた第１の磁場生成機構と、前記
    プラズマ生成室と空間的につながる処理室と、この処理
    室の周囲に設けられ、前記処理室内にマルチカスプ磁場
    を形成するための第２の磁場生成機構と、前記プラズマ
    生成室と処理室を真空排気する排気機構と、プラズマ生
    成用の原料ガスを供給する第１ガス供給機構と、材料ガ
    スを供給する第２ガス供給機構とを備えるプラズマ処理
    装置において、 前記第１の磁場生成機構で形成される磁場と前記マルチ
    カスプ磁場とによって作られる合成磁場の強度が５０〜
    ２００ガウスの領域に前記処理室の内壁面が配置される
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記合成磁場の強度が５０〜２００ガウ
    スの領域に、前記処理室の前記内壁面の代わりに、非磁
    性体で形成された筒形部材が配置されることを特徴とす
    る請求項３記載のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記筒形部材は円筒形部材と円錐台形部
    材からなることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処
    理装置。
  6. 【請求項６】 前記筒形部材は電気的に絶縁状態で配置
    され、高周波電力が印加されることを特徴とする請求項
    ２，４，５のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
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