JP3595608B2 - 真空処理装置、真空処理装置における真空容器内面堆積膜除去方法及び真空処理装置における真空容器内面膜堆積均一化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願の発明は、プラズマによって処理を行う真空処理装置に関し、特に真空容器の内面に対するプラズマの到達を防止した構造を有する真空処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマによって処理を行う真空処理装置には各種のものが存在するが、半導体デバイスや液晶ディスプレイ等を製作するための装置としては、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ（気相成長）等を行う装置が従来より知られている。
図５は、この種の従来の真空処理装置の一例を示した概略図である。図５に示す装置は、排気系１１を備えた真空容器１と、真空容器１内に所定のガスを導入するガス導入機構２と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを形成するための電力供給機構３と、プラズマによって処理される位置に対象物としての基板４０を載置するための基板ホルダー４などから主に構成されている。
【０００３】
図５の装置では、不図示のゲートバルブを通して基板４０を真空容器１内に搬入して基板ホルダー４上に載置する。排気系１１によって真空容器１内を排気した後、ガス導入機構２によって所定のガスを導入する。次に、電力供給機構３によって高周波電力等のエネルギーを真空容器１内のガスに印加し、プラズマを形成する。そして、プラズマ中で生成された材料等によって基板４０上に所定の処理が行われる。
上記真空処理装置において、プラズマが拡散して真空容器１の内面に到達すると、その部分でプラズマが損失してしまう。そこで、従来より、真空容器１の内面に沿って磁場を設定して内面へのプラズマの到達を防止する構成が採用されている。
【０００４】
図６は、この目的で採用されたプラズマ到達防止用磁石の構成を説明するための平面断面概略図である。図５及び図６から分かるように、プラズマ到達防止用磁石５は、真空容器１の外面に接触して上下に延びるよう配置された複数の板状の永久磁石である。各々のプラズマ到達防止用磁石５は、真空容器１の内部側の表面の磁極が交互に異なるよう構成されており、図６に示すようなカスプ磁場が真空容器１の内面に沿って形成されるようになっている。
プラズマを構成する荷電粒子は、磁力線を横切る方向には移動が困難であるため、真空容器１の中央部で形成されたプラズマが周辺部に拡散しても、真空容器１の内面に到達するのが防止される。このため、真空容器１の内面におけるプラズマの損失が防止され、真空容器１内のプラズマが高密度で維持され、対象物への処理効率を高める効果がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の真空処理装置において、処理を続けていくと、真空容器の内面に薄膜が堆積することが多い。この容器内面への薄膜堆積は、例えばＣＶＤ等の薄膜作成処理を行う薄膜作成装置の場合や基板上の薄膜をエッチング処理するエッチング装置の場合に頻繁に見られる。
このように容器内面に堆積した薄膜は、膜厚が厚くなると剥離し、真空容器内を漂う塵埃となる。この塵埃が対象物に付着すると、真空処理の質を著しく損なう場合がある。例えば、集積回路の製作のための処理を行っている場合、塵埃の付着によって重大な回路不良を生ずる場合がある。
上述したタイプの従来の真空処理装置では、プラズマ到達防止用磁石によって容器内面へのプラズマの到達が防止されているため、容器内面への薄膜の堆積は比較的少ない。しかしながら、プラズマ到達防止用磁石が設定する磁場の分布が不均一なため、堆積する薄膜の膜厚も不均一となり、その結果、以下のような問題が生ずることがあった。
【０００６】
図７は、容器内面への薄膜堆積の不均一化の説明図である。図７では、説明のため、図７に示す真空容器の内面を平面に変換している。図７の縦軸は膜厚又はプラズマ密度を示し、横軸は真空容器の内面上での位置を示している。
図６及び図７（ａ）に示すように、プラズマ到達防止用磁石５によって、交互に異なる向きの小さな弧状の磁力線５１が内面に沿って並んだ状態となる。一方、前述の通り、プラズマ到達防止用磁石５は磁力線５１を横切るようにしてプラズマが拡散することが困難であることを利用している。
【０００７】
この場合、弧状の磁力線５１の腹の部分は、真空容器１の内面へのプラズマの拡散方向５２に対してほぼ垂直であるので、プラズマ到達防止効果を充分有している。しかし、弧状の節の部分即ち容器内面への磁力線５１の入射点又は出射点の付近では、プラズマの拡散方向５２に対して磁力線５１の向きが小さな角度で交差するため、プラズマ到達防止効果が弱くなってしまう。つまり、磁場のベクトルの不均一性に起因して、プラズマ到達防止効果が不均一になる。この結果、磁力線５１の入射又は出射点の付近の容器内面でのプラズマの損失が大きくなり、容器内面に沿った方向の（容器内面から等距離の位置での）プラズマ密度は、図７（ｂ）に示すように弧状の磁力線の腹の部分で強く節の部分で弱い不均一な分布となる。
【０００８】
ここで、プラズマ到達防止効果の少ない弧状の磁力線５１の節の部分では、真空容器１の内面に荷電粒子が盛んに照射される。薄膜作成プロセスにおいて基板にバイアス電圧を印加してイオンを照射して薄膜作成を促進するイオンアシスト法というものがあるように、このような荷電粒子の照射があると容器内面への薄膜堆積が促進され、磁力線５１の腹の部分に比して短時間で厚い薄膜が堆積してしまう。この結果、真空処理を相当時間行った後の容器内面の膜厚分布は、図７（ｃ）に示すように、磁力線５１の節の部分で極端に厚く腹の部分で薄い（殆どゼロ）分布となってしまう。そして、厚く堆積した節の部分の薄膜は容易に剥離し、前述のように有害な塵埃を発生させる。
【０００９】
一方、堆積した薄膜を除去するため、プラズマエッチングの方法が応用されている。即ち、例えば四フッ化炭素等のフッ素系ガスと酸素ガスをガス導入機構２によって真空容器１内に導入し、電力供給機構３によってプラズマを形成する。プラズマ中ではフッ素系活性種が形成され、フッ素系活性種の旺盛な化学作用によって薄膜をエッチングして除去する。
この場合、エッチングの進み具合は活性種の生成量に依存するから、容器内面方向でのエッチング速度の分布は、上述したプラズマ密度分布に相応したものとなる。即ち、磁力線５１の腹の部分には活性種が多く供給されてエッチングがよく進行するが、節の部分では活性種の供給が少なくエッチングは充分に進行しない。このため、高効率のエッチングが必要な節の部分において逆にエッチング速度が小さくなってしまい、所定時間エッチングを行っても節の部分において薄膜が残留してしまう問題があった。また、完全に薄膜を除去しようとすると、非常に長い時間エッチングを行わなければならず、その間は真空処理を停止する必要があるので、生産性を著しく低下させてしまう。
【００１０】
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、真空容器の内面に対する薄膜堆積が均一になるようにして薄膜剥離による塵埃の発生を抑制するとともに、薄膜をエッチングして除去する場合には薄膜が残留することなく短時間に除去を終了させることを可能にすることを目的にしている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の請求項１記載の発明は、真空容器の内部にプラズマを形成し、形成されたプラズマによって対象物を処理する真空処理装置において、真空容器の内面にプラズマが到達するのを防止するために当該内面に沿って磁場を形成するプラズマ到達防止用磁石と、このプラズマ到達防止用磁石による磁場の当該内面方向のベクトル不均一性を補償して一回の真空処理の際の容器内面への不均一な膜堆積が許容処理回数まで処理が繰り返される過程で均一化されるようにプラズマ到達防止用磁石又は真空容器を相対的に移動させる移動機構を備えており、
前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の高さ方向に沿って磁力線を設定するものであり、前記移動機構は、前記プラズマ到達防止用磁石を高さ方向に移動させるものであるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記移動機構が一回に前記プラズマ到達防止用磁石を移動させる高さΔｈは、前記真空容器の内面のプラズマ到達防止動作を行うべき部分の高さｈの２倍を許容処理回数ｎで割った高さであるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の真空処理装置において、真空容器の内面に堆積した薄膜をエッチングによって除去するに際し、前記プラズマ到達防止用磁石による磁場の真空容器の内面方向のベクトル不均一性を補償して当該内面に対するエッチングが均一になるように前記移動機構によってプラズマ到達防止用磁石又は真空容器を相対的に移動させる方法であるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項４記載の発明は、真空容器の内部にプラズマを形成し、形成されたプラズマによって対象物を処理する真空処理装置において、真空容器の内面にプラズマが到達するのを防止するために当該内面に沿って磁場を形成するプラズマ到達防止用磁石を移動させて、磁石による磁場の当該内面方向のベクトル不均一性を補償することで、一回の真空処理の際の容器内面への不均一な膜堆積を、許容処理回数まで処理が繰り返される過程で均一化するという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項５記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記プラズマ到達防止用磁石の移動は、対象物に対する処理の合間に行われるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項６記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の周囲に等間隔で複数配置されており、前記プラズマ到達防止用磁石を、前記プラズマ到達防止用磁石の幅ｄ１と配置間隔ｄ２の和の距離の範囲内で移動させるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項７記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の周囲に等間隔で複数配置されており、前記プラズマ到達防止用磁石の一回の移動距離Δｄは、前記プラズマ到達防止用磁石の幅ｄ１と配置間隔ｄの和を許容処理回数Ｎで割った距離であるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項８記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の高さ方向に沿って磁力線を設定するものであり、前記プラズマ到達防止用磁石を高さ方向に移動させることで薄膜堆積を均一化させるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項９記載の発明は、上記請求項１の構成において、一回に前記プラズマ到達防止用磁石を移動させる高さΔｈは、前記真空容器の内面のプラズマ到達防止動作を行うべき部分の高さｈの２倍を許容処理回数ｎで割った高さであるという構成を有する。
【００１２】
【実施例】
以下、本願発明の実施例を説明する。
図１は、本願発明の実施例の真空処理装置の概略説明図である。図１に示す真空処理装置は、排気系１１を備えた真空容器１と、真空容器１内に所定のガスを導入するガス導入機構２と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを形成するための電力供給機構３と、プラズマによって処理される位置に対象物としての基板４０を載置するための基板ホルダー４を有している。そして、この真空処理装置は、真空容器１の内面にプラズマが到達するのを防止するプラズマ到達防止用磁石５と、プラズマ到達防止用磁石５又は真空容器１を相対的に移動させる移動機構６とを具備している。
【００１３】
まず、真空容器１は、成膜室１０１と、成膜室１０１の下側に位置した少し大きな空間の真空排気室１０２を構成している。成膜室１０１の部分の真空容器１の器壁には不図示のゲートバルブが設けられ、真空排気室１０２の部分の器壁には、排気系１１がつながる排気管が設けられている。排気系１１は、粗引きポンプ１１１と、粗引きポンプ１１１の前段に配置された主ポンプ１１２と、これらのポンプ１１１，１１２によって排気する排気経路上に配置された主バルブ１１３及び可変コンダクタンスバルブ１１４とから主に構成されている。
【００１４】
尚、成膜室１０１及び真空排気室１０２は、一つの真空容器１によって構成される場合もあるが、気密に接続された二つの真空容器１によって構成し、メンテナンス等の際にその二つの真空容器１を分離するよう構成する場合もある。
上記真空容器１は、上側にベルジャー１２を有している。真空容器１の上部器壁には中央に円形の開口が設けられ、ベルジャー１２はこの開口に気密に接続されている。ベルジャー１２は、先端が半球状で下端が開口になっている直径１００ｍｍ程度の円筒状の形状を有するものであり、石英ガラス等の誘電体で形成されている。真空容器１は、上部の壁の中央に円形の開口を有し、この開口に気密に接続することでベルジャー１２が配置されている。
【００１５】
ガス導入機構２は、図６に示す例では、二つのガス導入系２１，２２から構成されており、二種の異なるガスを同時に導入できるようになっている。各々のガス導入系２１，２２は、不図示のタンクに接続された配管２１１，２２１と、配管２１１，２２１の終端に接続されたガス導入体２１２，２２２とから主に構成されている。
【００１６】
図２は、上記ガス導入体の構成を説明する図である。図２に示すように、ガス導入体２１２，２２２は、断面円形の円環状のパイプから構成されている。このガス導入体２１２，２２２は、真空容器１に設けられた支持棒２３によって支持され、真空容器１の内面に沿う形で水平に配置されている。尚、真空容器１は、円筒形である。
また、真空容器１の壁を気密に貫通する状態で輸送管２４が設けられており、この輸送管２４の一端はガス導入体２１２，２２２に接続されている。ガス導入体２１２，２２２の他端は図６の配管２１１，２２１に接続されている。
そして、ガス導入体２１２，２２２は、図２に示すように、その内側面にガス吹き出し口２５を有している。このガス吹き出し口２５は、直径０．５ｍｍ程度の開口であり、２５ｍｍ程度の間隔をおいて周上に設けられている。
【００１７】
一方、図６に戻り、電力供給機構３は、ベルジャー１２の周囲を取り囲んで配置された高周波コイル３１と、この高周波コイル３１に整合器３２を介して高周波電力を供給する高周波電源３３とから主に構成されている。高周波電源３３には、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を発生させるものが採用され、高周波コイル３１からベルジャー１２内にこの高周波電力が供給される。
また、真空容器１内のベルジャー１２の下方位置には、基板ホルダー４が設けられている。この基板ホルダー４は、処理を施す基板４０を上面に載置させるものであり、必要に応じて基板４０を加熱又は冷却する温度調節機構４１を内蔵している。また、生成されるプラズマと高周波との相互作用によって基板４０に所定のバイアス電圧を印加するための基板バイアス電圧印加機構４２が設けられている。基板バイアス電圧印加機構４２は、整合器４２１と、整合器４２１を介して所定の高周波電力を基板ホルダー４に供給する高周波電源４２２とから構成されている。基板ホルダー４に供給された高周波は、プラズマとの相互作用によって基板４０に対して所定のバイアス電圧を印加し、イオン衝撃による処理の効率化等に寄与する。
【００１８】
次に、本実施例の装置の大きな特徴点であるプラズマ到達防止用磁石５及び移動機構６の構成を説明する。図３は、図１の装置におけるプラズマ到達防止用磁石５及び移動機構６の構成を説明する斜視概略図である。
図１及び図３に示すように、プラズマ到達防止用磁石５は、図６の装置と同様、真空容器１の外面に沿って上下に延びるようして配置された板状の永久磁石であり、真空容器１の外面に沿って周状に等間隔で複数並べて配置されている。このプラズマ到達防止用磁石５は、磁石保持体５３に保持されている。
【００１９】
磁石保持体５３は、内側の円筒状部材の下端と外側の円筒部材の下端とをリング状の底板部分でつないだ二重管構造を有するものである。この磁石保持体５３の内部には、プラズマ到達防止用磁石５の幅及びプラズマ到達防止用磁石５の配置間隔に応じて内部を区画する隔壁５４が設けられている。そして、プラズマ到達防止用磁石５は各隔壁５４の間に嵌め込むようにして配置されている。尚、各々のプラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１は８ｍｍ程度、配置間隔ｄ２は５２ｍｍ程度である。また、磁石保持体５３は、真空容器１の外面から少し離間した位置に配置されており、両者は接触していない。
【００２０】
一方、本実施例の移動機構６は、真空容器１でなくプラズマ到達防止用磁石５の方を移動（本実施例では回転）させるよう構成されている。
まず、上記磁石保持体５３は、回転ガイド体５５により回転可能な状態で支持されている。回転ガイド体５５は、円周状の溝を形成するリング状の部材であり、その円周状の溝の部分に下端を嵌め込むことにより、磁石保持体５３が回転ガイド体５５に支持されている。回転ガイド体５５は、磁石保持体５３との接触部分に不図示のベアリングを有している。
【００２１】
そして、移動機構６は、上記磁石保持体５３に連結されたクランク６１と、このクランク６１を駆動して磁石保持体５３を所定角度回転させる駆動源６２とから主に構成されている。
図３に示す駆動源６２が駆動されると、クランク６１を介して磁石保持体５３の中心軸を中心にして磁石保持体５３が所定角度回転し、これによってプラズマ到達防止用磁石５が一体に回転するよう構成されている。尚、この際の許容回転角度としては、プラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１と配置間隔ｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）の分だけ回転可能になっていれば良い。
【００２２】
次に、上記真空処理装置の動作について説明する。
まず、真空容器１に設けられた不図示のゲートバルブを通して基板４０を真空容器１内に搬入し、基板ホルダー４上に載置する。ゲートバルブを閉じて排気系１１を作動させ、真空容器１内を例えば５ｍＴｏｒｒ程度まで排気する。
次に、ガス導入機構２を動作させ、所定のガスを所定の流量で真空容器１内に導入する。この際、ガスは、配管２１１，２２１から輸送管２４を経由してガス導入体２１２，２２２に供給され、ガス導入体２１２，２２２のガス吹き出し口２５から内側に吹き出すようにして真空容器１内に導入される。導入されたガスは真空容器１内を拡散してベルジャー１２内に達する。
【００２３】
この状態で電力供給機構３を作動させ、高周波電源３３から整合器３２を介して高周波コイル３１に高周波電力を印加する。この高周波電力は、高周波コイル３１によってベルジャー１２内に供給され、ベルジャー１２内に存在するガスにエネルギーを与えてプラズマが生成される。生成されたプラズマは、ベルジャー１２から下方の基板４０に向けて拡散する。プラズマ中では、所定の生成物が生じ、この生成物が基板４０に到達することにより所定の処理が施される。
例えば酸化硅素薄膜をプラズマＣＶＤ法によって作成する処理を行う場合、第一のガス導入系２１によってモノシランガスを導入し、第二のガス導入系２２によって酸素ガスを導入する。モノシラン／酸素のプラズマによってモノシランが分解し、酸素と反応することによって酸化硅素薄膜が形成される。
【００２４】
このようにして所定時間真空処理を行うと、ガス導入機構２及び電力供給機構３の動作を停止させて処理を終了させる。再び排気系１１を動作させて内部の残留ガスを除去した後、ゲートバルブを開けて基板４０を搬出する。
その後、次の基板４０を同様に搬入して上記真空処理を繰り返すが、本実施例の装置の動作では、前の処理と次の処理との合間に移動機構６を動作させるようにする。即ち、駆動源６２を動作させてプラズマ到達防止用磁石５を一体に所定角度回転させ、その後、次の基板４０を搬入して処理を繰り返す。
【００２５】
また、上記真空処理を所定回数繰り返すと、真空容器１の内面への薄膜堆積がある厚さに達したと判断して、プラズマエッチングによる薄膜除去を行う。即ち、ガス導入機構２によって例えば四フッ化炭素等のフッ素系のガスと水素ガスとを真空容器１内に導入し、電力供給機構３を動作させてこれらのガスのプラズマを形成する。プラズマ中でフッ素系の励起活性種が生成され、この励起活性種が真空容器１の内面に達して薄膜をエッチングする。エッチング中は、排気系１１が真空容器１内を排気しており、エッチングされた材料は排気系１１によって排出される。
【００２６】
上述した本実施例の真空処理装置の動作において、移動機構６が駆動される際の一回のプラズマ到達防止用磁石５の移動距離は、真空処理装置の許容処理回数に関連して設定される。この点を図３を用いてさらに詳しく説明する。
本実施例の移動機構６が一回の駆動でプラズマ到達防止用磁石５を移動させる距離をΔｄ、プラズマ到達防止用磁石５が設定する弧状の磁力線の節の部分の距離をＤ、許容処理回数をＮとすると、Δｄ＝Ｄ／Ｎとされる。
【００２７】
弧状の磁力線の節の部分の距離Ｄは、隣合うプラズマ到達防止用磁石５の前面（真空容器１内部側に向いた面）の中心点間の距離に相当するから、図８に示すプラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１と配置間隔ｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）に等しい。
一方、許容処理回数とは、容器内面に堆積した薄膜が剥離するまでの何回の真空処理が行えるかという意味である。例えば、上記真空処理を１００回を繰り返すと、真空容器１の内面への薄膜堆積が相当程度の厚さに達し、あと数回繰り返すと薄膜が剥離する恐れがある場合、次の真空処理の前に前述したプラズマエッチングによる薄膜除去を行う。この場合、１００回が許容処理回数ということになる。
【００２８】
より具体的な数値を挙げて説明すると、上述した酸化硅素薄膜の作成をプラズマＣＶＤにより行う処理をする場合、真空容器１としては直径３６０ｍｍ程度のものが使用される。この場合、プラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１は例えば８ｍｍとされ、配置間隔ｄ２は例えば５２ｍｍとされる。従って、距離Ｄは６０ｍｍとなる。一方、上記許容処理回数が１００回であると仮定すると、一回の移動距離は０．６ｍｍとなる。この距離は、回転角度でいうと約０．１度となる。
【００２９】
このようにして真空処理を１００回繰り返した後、１００回めの移動を完了すると、プラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１＋配置間隔ｄ２の分だけ移動したことになるから、磁力線の配置は、１回めの処理を行う際の状態と同じになる。つまり、図６に示す弧状の磁力線が、移動機構６の１回の駆動のたびごとに少しずつずれていき、１００回めの処理を終了した後の移動によって、１回目の処理の際に隣りにあった弧状磁力線に丁度重なる状態となる。
【００３０】
このように弧状の磁力線が少しずつ移動するようにすると、一回の真空処理の際の容器内面への薄膜堆積が前述の通り不均一なものであっても、許容処理回数まで処理を繰り返す過程で膜厚が均一化される。つまり、図７に示したような従来の装置における局部的な厚い薄膜を、真空容器１の内面の全面に亘って分配したような状態となるのである。
このため、薄膜が剥離してしまう限度の膜厚に達するまでの処理回数が、従来の装置に比べ格段に多く設定できるのである。図５に示す従来の装置では５０回ぐらいが限度であったが、上述した実施例の装置では１０００回ぐらいまで可能である。
尚、前述の例で、１００回処理を繰り返した後の次の１００回の処理の際には、それまでとは逆の向きに所定角度ずつ回転させてもよいし、当初の位置に戻してから同じ向きに回転させてもよい。また、３６０度回転できる機構であれば、常に同じ向きに回転させることも可能である。
【００３１】
次に、本願発明の真空処理装置の他の実施例について説明する。図４は、他の実施例の真空処理装置の概略構成図である。この実施例の真空処理装置は、プラズマ到達防止用磁石５及び移動機構６の構成が図１の実施例と異なるのみで、他の構成は基本的に同じである。
図４の真空処理装置におけるプラズマ到達防止用磁石５は、真空容器１の周囲を取り囲むようにして真空容器１と同心上に配置した筒状の電磁石から構成されている。電磁石は、真空容器１内で軸方向（上下方向）に延びる磁力線を設定する。この磁力線は、中央部から周辺部へのプラズマの拡散方向に対して垂直に交差する状態となるので、図１に示す装置と同様、真空容器１の内面へプラズマが到達するのを防止する効果がある。
【００３２】
そして、この図４の実施例における移動機構６は、プラズマ到達防止用磁石５を一体に軸方向に直線移動させるよう構成されている。
図４から分かるように、このプラズマ到達防止用磁石５では、真空容器１の真ん中の高さの付近ではプラズマの拡散方向に対して磁力線がほぼ垂直であるが、真空容器１の上端付近及び下端付近ではプラズマの拡散方向に対する磁力線の交差角度が小さくなってくる。即ち、磁場のベクトルの不均一性がある。このため、前述したのと同様なプラズマ密度分布の不均一性が生じ、真空容器１の内面への薄膜堆積の不均一性が生じる。
【００３３】
そこで、移動機構６は、プラズマ到達防止用磁石５を軸方向に移動させ、上記磁場の不均一性を補償するようにする。
具体的には、例えばプラズマ到達防止用磁石５を所定の下限位置と上限位置との間を移動可能に構成する。そして、１回目の処理ではプラズマ到達防止用磁石５を真ん中の高さにして処理を行い、２回目の処理までの合間にプラズマ到達防止用磁石５を所定距離Δｈだけ下方に移動させ、２回目の処理を行う。これを繰り返してプラズマ到達防止用磁石５が下限位置に達すると、今度はΔｈだけプラズマ到達防止磁石を上昇させ、次の真空処理を行う。処理の合間にΔｈだけ上昇させる動作を行いながら処理を繰り返し、プラズマ到達防止用磁石５が上限位置に達すると、今後はプラズマ到達防止用磁石５を下降させるようにする。そして、前述した許容処理回数に達した後の移動を行うと、プラズマ到達防止用磁石５が元の真ん中の高さの位置に丁度達するように構成する（１サイクルの上下動）のである。従って、Δｈは、真空容器１の内面のプラズマ到達防止動作を行うべき部分の高さｈと許容処理回数ｎとから設定され、Δｈ＝２ｈ／ｎとなる。
【００３４】
具体的な移動機構６の構成例としては、電磁石からなるプラズマ到達防止用磁石５を、スライドベアリング等からなる不図示の直線ガイド部材によって保持するようにし、ラックアンドピニオン等の運動変換機構を介してモータの回転運動を直線運動に変換してプラズマ到達防止用磁石５に伝えることで、プラズマ到達防止用磁石５を軸方向に直線移動可能に構成する。
【００３５】
上記各実施例の装置において、移動機構６の動作を真空処理の合間ではなく、真空処理の最中に行うようにすることも可能である。例えば図１の実施例の装置では、一回の真空処理の最中に、移動機構６によって前述の移動距離Δｄ（＝Ｄ／Ｎ）だけプラズマ到達防止用磁石５が移動するように構成する。そして、処理の合間には移動を行わないようにする。また、図４の実施例では、処理の最中にΔｈ（＝２ｈ／ｎ）だけ移動するようにすればよい。
また、許容処理回数に達するまでの全体の移動距離を長くするように構成することも可能である。即ち、例えば、図１の装置では、許容処理回数に達するまでにＤの２倍，３倍，……又はＭ倍（Ｄの整数倍）の距離を移動するように構成してもよい。図４の装置では、上下動をさらにもう１サイクル，２サイクル，……又はｍサイクル増やし（２ｈの整数倍）、全体の移動距離を長くするようにすることが可能である。但し、移動距離が小さい方が、移動速度が遅くて済むので、移動機構６の構成が簡単になるという長所がある。
【００３６】
次に、請求項３及び４に対応した実施例について説明する。請求項４の発明は、上記移動機構６による移動を、真空容器１の内面堆積膜の除去のためのエッチングの際に行うというものである。
上述した通り、上記各実施例の真空処理装置では、真空容器１の内面への薄膜堆積が均一化されるので、プラズマ到達防止用磁石５の移動を行わない従来のエッチングを行ってもそれほど問題がない。しかし、エッチングの際にもプラズマ到達防止用磁石５を移動させると、プラズマ密度分布の不均一性が補償されて励起活性種の容器内面の供給量が均一化されるので、エッチング除去が均一に行われ、さらに好適となる。
【００３７】
この発明を実施するには、エッチング除去を行っている最中に、図１の装置であればＤ（＝ｄ１＋ｄ２）の距離、図４の装置であれば２ｈ（１サイクルの上下動）の距離の移動を行うようにする。従って、移動速度は、上記請求項１又は２発明の実施例の場合よりも速くなる。このような移動を行うことによって、エッチングが均一に進行し、従来見られたような薄膜の残留やエッチング時間の長期化の問題の解消がさらに図れる。
【００３８】
上記各実施例の説明において、移動機構６はプラズマ到達防止用磁石５を移動させるものとして説明したが、真空容器１の方を移動させるようにしても等価である。即ち、移動は相対的で良い。
また、真空処理の例として酸化硅素薄膜のプラズマＣＶＤによる作成を取り上げたが、エッチングやスパッタリング等の他の真空処理を行う装置についても、本願発明は同様に適用可能である。
【００３９】
さらに、プラズマを形成する機構としては、ヘリコン波プラズマを形成する機構を採用することも可能である。ヘリコン波プラズマは、強い磁場を加えるとプラズマ振動数より低い周波数の電磁波が減衰せずにプラズマ中を伝搬することを利用するものであり、高密度プラズマを低圧で生成できる技術として最近注目されているものである。プラズマ中の電磁波の伝搬方向と磁場の方向とが平行のとき、電磁波はある定まった方向の円偏光となり螺旋状に進行する。このことからヘリコン波プラズマと呼ばれている。
ヘリコン波プラズマを形成する場合には、一本の棒状の部材を曲げて上下二段の丸いループ状に形成したループ状アンテナを、図１又は図４の高周波コイル３１に代えてベルジャー１１の外側を取り囲むようにして配置し、その外側にヘリコン波用磁場設定手段としての直流の電磁石をベルジャー１２と同心上に配置する。整合器２２を介して高周波電源２３から１３．５６ＭＨｚの高周波をベルジャー１２内に供給すると、磁場の作用によって上記ヘリコン波プラズマが形成される。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は４記載の発明によれば、真空容器の内面に対する薄膜堆積が均一になるため薄膜剥離による塵埃の発生を抑制され、薄膜をエッチングして除去する際にも薄膜は残留することなく短時間に除去される。
また、請求項５記載の発明によれば、上記請求項４の効果に加え、対象物に対する処理の合間に移動が行われるので、処理の最中には移動を行う必要がなく、処理条件の固定化という観点で好適となるという効果が得られる。
また、請求項２、７又は９記載の発明によれば、上記請求項１又は４の効果に加え、移動距離が小さいので、移動速度が遅くて済み、移動機構の構成が簡単になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施例の真空処理装置の概略説明図である。
【図２】図１のガス導入体２１２，２２２の構成を説明する図である。
【図３】図１の装置におけるプラズマ到達防止用磁石及び移動機構の構成を説明する斜視概略図である。
【図４】他の実施例の真空処理装置の概略構成図である。
【図５】従来の真空処理装置の一例を示した概略図である。
【図６】図１の装置に採用されたプラズマ到達防止用磁石の構成を説明するための平面断面概略図である。
【図７】容器内面への薄膜堆積の不均一化の説明図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
１１ 排気系
２ ガス導入機構
３ 電力供給機構
４ 基板ホルダー
４０ 対象物としての基板
５ プラズマ到達防止用磁石
６ 移動機構
【産業上の利用分野】
本願の発明は、プラズマによって処理を行う真空処理装置に関し、特に真空容器の内面に対するプラズマの到達を防止した構造を有する真空処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマによって処理を行う真空処理装置には各種のものが存在するが、半導体デバイスや液晶ディスプレイ等を製作するための装置としては、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ（気相成長）等を行う装置が従来より知られている。
図５は、この種の従来の真空処理装置の一例を示した概略図である。図５に示す装置は、排気系１１を備えた真空容器１と、真空容器１内に所定のガスを導入するガス導入機構２と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを形成するための電力供給機構３と、プラズマによって処理される位置に対象物としての基板４０を載置するための基板ホルダー４などから主に構成されている。
【０００３】
図５の装置では、不図示のゲートバルブを通して基板４０を真空容器１内に搬入して基板ホルダー４上に載置する。排気系１１によって真空容器１内を排気した後、ガス導入機構２によって所定のガスを導入する。次に、電力供給機構３によって高周波電力等のエネルギーを真空容器１内のガスに印加し、プラズマを形成する。そして、プラズマ中で生成された材料等によって基板４０上に所定の処理が行われる。
上記真空処理装置において、プラズマが拡散して真空容器１の内面に到達すると、その部分でプラズマが損失してしまう。そこで、従来より、真空容器１の内面に沿って磁場を設定して内面へのプラズマの到達を防止する構成が採用されている。
【０００４】
図６は、この目的で採用されたプラズマ到達防止用磁石の構成を説明するための平面断面概略図である。図５及び図６から分かるように、プラズマ到達防止用磁石５は、真空容器１の外面に接触して上下に延びるよう配置された複数の板状の永久磁石である。各々のプラズマ到達防止用磁石５は、真空容器１の内部側の表面の磁極が交互に異なるよう構成されており、図６に示すようなカスプ磁場が真空容器１の内面に沿って形成されるようになっている。
プラズマを構成する荷電粒子は、磁力線を横切る方向には移動が困難であるため、真空容器１の中央部で形成されたプラズマが周辺部に拡散しても、真空容器１の内面に到達するのが防止される。このため、真空容器１の内面におけるプラズマの損失が防止され、真空容器１内のプラズマが高密度で維持され、対象物への処理効率を高める効果がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の真空処理装置において、処理を続けていくと、真空容器の内面に薄膜が堆積することが多い。この容器内面への薄膜堆積は、例えばＣＶＤ等の薄膜作成処理を行う薄膜作成装置の場合や基板上の薄膜をエッチング処理するエッチング装置の場合に頻繁に見られる。
このように容器内面に堆積した薄膜は、膜厚が厚くなると剥離し、真空容器内を漂う塵埃となる。この塵埃が対象物に付着すると、真空処理の質を著しく損なう場合がある。例えば、集積回路の製作のための処理を行っている場合、塵埃の付着によって重大な回路不良を生ずる場合がある。
上述したタイプの従来の真空処理装置では、プラズマ到達防止用磁石によって容器内面へのプラズマの到達が防止されているため、容器内面への薄膜の堆積は比較的少ない。しかしながら、プラズマ到達防止用磁石が設定する磁場の分布が不均一なため、堆積する薄膜の膜厚も不均一となり、その結果、以下のような問題が生ずることがあった。
【０００６】
図７は、容器内面への薄膜堆積の不均一化の説明図である。図７では、説明のため、図７に示す真空容器の内面を平面に変換している。図７の縦軸は膜厚又はプラズマ密度を示し、横軸は真空容器の内面上での位置を示している。
図６及び図７（ａ）に示すように、プラズマ到達防止用磁石５によって、交互に異なる向きの小さな弧状の磁力線５１が内面に沿って並んだ状態となる。一方、前述の通り、プラズマ到達防止用磁石５は磁力線５１を横切るようにしてプラズマが拡散することが困難であることを利用している。
【０００７】
この場合、弧状の磁力線５１の腹の部分は、真空容器１の内面へのプラズマの拡散方向５２に対してほぼ垂直であるので、プラズマ到達防止効果を充分有している。しかし、弧状の節の部分即ち容器内面への磁力線５１の入射点又は出射点の付近では、プラズマの拡散方向５２に対して磁力線５１の向きが小さな角度で交差するため、プラズマ到達防止効果が弱くなってしまう。つまり、磁場のベクトルの不均一性に起因して、プラズマ到達防止効果が不均一になる。この結果、磁力線５１の入射又は出射点の付近の容器内面でのプラズマの損失が大きくなり、容器内面に沿った方向の（容器内面から等距離の位置での）プラズマ密度は、図７（ｂ）に示すように弧状の磁力線の腹の部分で強く節の部分で弱い不均一な分布となる。
【０００８】
ここで、プラズマ到達防止効果の少ない弧状の磁力線５１の節の部分では、真空容器１の内面に荷電粒子が盛んに照射される。薄膜作成プロセスにおいて基板にバイアス電圧を印加してイオンを照射して薄膜作成を促進するイオンアシスト法というものがあるように、このような荷電粒子の照射があると容器内面への薄膜堆積が促進され、磁力線５１の腹の部分に比して短時間で厚い薄膜が堆積してしまう。この結果、真空処理を相当時間行った後の容器内面の膜厚分布は、図７（ｃ）に示すように、磁力線５１の節の部分で極端に厚く腹の部分で薄い（殆どゼロ）分布となってしまう。そして、厚く堆積した節の部分の薄膜は容易に剥離し、前述のように有害な塵埃を発生させる。
【０００９】
一方、堆積した薄膜を除去するため、プラズマエッチングの方法が応用されている。即ち、例えば四フッ化炭素等のフッ素系ガスと酸素ガスをガス導入機構２によって真空容器１内に導入し、電力供給機構３によってプラズマを形成する。プラズマ中ではフッ素系活性種が形成され、フッ素系活性種の旺盛な化学作用によって薄膜をエッチングして除去する。
この場合、エッチングの進み具合は活性種の生成量に依存するから、容器内面方向でのエッチング速度の分布は、上述したプラズマ密度分布に相応したものとなる。即ち、磁力線５１の腹の部分には活性種が多く供給されてエッチングがよく進行するが、節の部分では活性種の供給が少なくエッチングは充分に進行しない。このため、高効率のエッチングが必要な節の部分において逆にエッチング速度が小さくなってしまい、所定時間エッチングを行っても節の部分において薄膜が残留してしまう問題があった。また、完全に薄膜を除去しようとすると、非常に長い時間エッチングを行わなければならず、その間は真空処理を停止する必要があるので、生産性を著しく低下させてしまう。
【００１０】
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、真空容器の内面に対する薄膜堆積が均一になるようにして薄膜剥離による塵埃の発生を抑制するとともに、薄膜をエッチングして除去する場合には薄膜が残留することなく短時間に除去を終了させることを可能にすることを目的にしている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の請求項１記載の発明は、真空容器の内部にプラズマを形成し、形成されたプラズマによって対象物を処理する真空処理装置において、真空容器の内面にプラズマが到達するのを防止するために当該内面に沿って磁場を形成するプラズマ到達防止用磁石と、このプラズマ到達防止用磁石による磁場の当該内面方向のベクトル不均一性を補償して一回の真空処理の際の容器内面への不均一な膜堆積が許容処理回数まで処理が繰り返される過程で均一化されるようにプラズマ到達防止用磁石又は真空容器を相対的に移動させる移動機構を備えており、
前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の高さ方向に沿って磁力線を設定するものであり、前記移動機構は、前記プラズマ到達防止用磁石を高さ方向に移動させるものであるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記移動機構が一回に前記プラズマ到達防止用磁石を移動させる高さΔｈは、前記真空容器の内面のプラズマ到達防止動作を行うべき部分の高さｈの２倍を許容処理回数ｎで割った高さであるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の真空処理装置において、真空容器の内面に堆積した薄膜をエッチングによって除去するに際し、前記プラズマ到達防止用磁石による磁場の真空容器の内面方向のベクトル不均一性を補償して当該内面に対するエッチングが均一になるように前記移動機構によってプラズマ到達防止用磁石又は真空容器を相対的に移動させる方法であるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項４記載の発明は、真空容器の内部にプラズマを形成し、形成されたプラズマによって対象物を処理する真空処理装置において、真空容器の内面にプラズマが到達するのを防止するために当該内面に沿って磁場を形成するプラズマ到達防止用磁石を移動させて、磁石による磁場の当該内面方向のベクトル不均一性を補償することで、一回の真空処理の際の容器内面への不均一な膜堆積を、許容処理回数まで処理が繰り返される過程で均一化するという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項５記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記プラズマ到達防止用磁石の移動は、対象物に対する処理の合間に行われるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項６記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の周囲に等間隔で複数配置されており、前記プラズマ到達防止用磁石を、前記プラズマ到達防止用磁石の幅ｄ１と配置間隔ｄ２の和の距離の範囲内で移動させるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項７記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の周囲に等間隔で複数配置されており、前記プラズマ到達防止用磁石の一回の移動距離Δｄは、前記プラズマ到達防止用磁石の幅ｄ１と配置間隔ｄの和を許容処理回数Ｎで割った距離であるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項８記載の発明は、上記請求項４の構成において、前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の高さ方向に沿って磁力線を設定するものであり、前記プラズマ到達防止用磁石を高さ方向に移動させることで薄膜堆積を均一化させるという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項９記載の発明は、上記請求項１の構成において、一回に前記プラズマ到達防止用磁石を移動させる高さΔｈは、前記真空容器の内面のプラズマ到達防止動作を行うべき部分の高さｈの２倍を許容処理回数ｎで割った高さであるという構成を有する。
【００１２】
【実施例】
以下、本願発明の実施例を説明する。
図１は、本願発明の実施例の真空処理装置の概略説明図である。図１に示す真空処理装置は、排気系１１を備えた真空容器１と、真空容器１内に所定のガスを導入するガス導入機構２と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを形成するための電力供給機構３と、プラズマによって処理される位置に対象物としての基板４０を載置するための基板ホルダー４を有している。そして、この真空処理装置は、真空容器１の内面にプラズマが到達するのを防止するプラズマ到達防止用磁石５と、プラズマ到達防止用磁石５又は真空容器１を相対的に移動させる移動機構６とを具備している。
【００１３】
まず、真空容器１は、成膜室１０１と、成膜室１０１の下側に位置した少し大きな空間の真空排気室１０２を構成している。成膜室１０１の部分の真空容器１の器壁には不図示のゲートバルブが設けられ、真空排気室１０２の部分の器壁には、排気系１１がつながる排気管が設けられている。排気系１１は、粗引きポンプ１１１と、粗引きポンプ１１１の前段に配置された主ポンプ１１２と、これらのポンプ１１１，１１２によって排気する排気経路上に配置された主バルブ１１３及び可変コンダクタンスバルブ１１４とから主に構成されている。
【００１４】
尚、成膜室１０１及び真空排気室１０２は、一つの真空容器１によって構成される場合もあるが、気密に接続された二つの真空容器１によって構成し、メンテナンス等の際にその二つの真空容器１を分離するよう構成する場合もある。
上記真空容器１は、上側にベルジャー１２を有している。真空容器１の上部器壁には中央に円形の開口が設けられ、ベルジャー１２はこの開口に気密に接続されている。ベルジャー１２は、先端が半球状で下端が開口になっている直径１００ｍｍ程度の円筒状の形状を有するものであり、石英ガラス等の誘電体で形成されている。真空容器１は、上部の壁の中央に円形の開口を有し、この開口に気密に接続することでベルジャー１２が配置されている。
【００１５】
ガス導入機構２は、図６に示す例では、二つのガス導入系２１，２２から構成されており、二種の異なるガスを同時に導入できるようになっている。各々のガス導入系２１，２２は、不図示のタンクに接続された配管２１１，２２１と、配管２１１，２２１の終端に接続されたガス導入体２１２，２２２とから主に構成されている。
【００１６】
図２は、上記ガス導入体の構成を説明する図である。図２に示すように、ガス導入体２１２，２２２は、断面円形の円環状のパイプから構成されている。このガス導入体２１２，２２２は、真空容器１に設けられた支持棒２３によって支持され、真空容器１の内面に沿う形で水平に配置されている。尚、真空容器１は、円筒形である。
また、真空容器１の壁を気密に貫通する状態で輸送管２４が設けられており、この輸送管２４の一端はガス導入体２１２，２２２に接続されている。ガス導入体２１２，２２２の他端は図６の配管２１１，２２１に接続されている。
そして、ガス導入体２１２，２２２は、図２に示すように、その内側面にガス吹き出し口２５を有している。このガス吹き出し口２５は、直径０．５ｍｍ程度の開口であり、２５ｍｍ程度の間隔をおいて周上に設けられている。
【００１７】
一方、図６に戻り、電力供給機構３は、ベルジャー１２の周囲を取り囲んで配置された高周波コイル３１と、この高周波コイル３１に整合器３２を介して高周波電力を供給する高周波電源３３とから主に構成されている。高周波電源３３には、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を発生させるものが採用され、高周波コイル３１からベルジャー１２内にこの高周波電力が供給される。
また、真空容器１内のベルジャー１２の下方位置には、基板ホルダー４が設けられている。この基板ホルダー４は、処理を施す基板４０を上面に載置させるものであり、必要に応じて基板４０を加熱又は冷却する温度調節機構４１を内蔵している。また、生成されるプラズマと高周波との相互作用によって基板４０に所定のバイアス電圧を印加するための基板バイアス電圧印加機構４２が設けられている。基板バイアス電圧印加機構４２は、整合器４２１と、整合器４２１を介して所定の高周波電力を基板ホルダー４に供給する高周波電源４２２とから構成されている。基板ホルダー４に供給された高周波は、プラズマとの相互作用によって基板４０に対して所定のバイアス電圧を印加し、イオン衝撃による処理の効率化等に寄与する。
【００１８】
次に、本実施例の装置の大きな特徴点であるプラズマ到達防止用磁石５及び移動機構６の構成を説明する。図３は、図１の装置におけるプラズマ到達防止用磁石５及び移動機構６の構成を説明する斜視概略図である。
図１及び図３に示すように、プラズマ到達防止用磁石５は、図６の装置と同様、真空容器１の外面に沿って上下に延びるようして配置された板状の永久磁石であり、真空容器１の外面に沿って周状に等間隔で複数並べて配置されている。このプラズマ到達防止用磁石５は、磁石保持体５３に保持されている。
【００１９】
磁石保持体５３は、内側の円筒状部材の下端と外側の円筒部材の下端とをリング状の底板部分でつないだ二重管構造を有するものである。この磁石保持体５３の内部には、プラズマ到達防止用磁石５の幅及びプラズマ到達防止用磁石５の配置間隔に応じて内部を区画する隔壁５４が設けられている。そして、プラズマ到達防止用磁石５は各隔壁５４の間に嵌め込むようにして配置されている。尚、各々のプラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１は８ｍｍ程度、配置間隔ｄ２は５２ｍｍ程度である。また、磁石保持体５３は、真空容器１の外面から少し離間した位置に配置されており、両者は接触していない。
【００２０】
一方、本実施例の移動機構６は、真空容器１でなくプラズマ到達防止用磁石５の方を移動（本実施例では回転）させるよう構成されている。
まず、上記磁石保持体５３は、回転ガイド体５５により回転可能な状態で支持されている。回転ガイド体５５は、円周状の溝を形成するリング状の部材であり、その円周状の溝の部分に下端を嵌め込むことにより、磁石保持体５３が回転ガイド体５５に支持されている。回転ガイド体５５は、磁石保持体５３との接触部分に不図示のベアリングを有している。
【００２１】
そして、移動機構６は、上記磁石保持体５３に連結されたクランク６１と、このクランク６１を駆動して磁石保持体５３を所定角度回転させる駆動源６２とから主に構成されている。
図３に示す駆動源６２が駆動されると、クランク６１を介して磁石保持体５３の中心軸を中心にして磁石保持体５３が所定角度回転し、これによってプラズマ到達防止用磁石５が一体に回転するよう構成されている。尚、この際の許容回転角度としては、プラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１と配置間隔ｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）の分だけ回転可能になっていれば良い。
【００２２】
次に、上記真空処理装置の動作について説明する。
まず、真空容器１に設けられた不図示のゲートバルブを通して基板４０を真空容器１内に搬入し、基板ホルダー４上に載置する。ゲートバルブを閉じて排気系１１を作動させ、真空容器１内を例えば５ｍＴｏｒｒ程度まで排気する。
次に、ガス導入機構２を動作させ、所定のガスを所定の流量で真空容器１内に導入する。この際、ガスは、配管２１１，２２１から輸送管２４を経由してガス導入体２１２，２２２に供給され、ガス導入体２１２，２２２のガス吹き出し口２５から内側に吹き出すようにして真空容器１内に導入される。導入されたガスは真空容器１内を拡散してベルジャー１２内に達する。
【００２３】
この状態で電力供給機構３を作動させ、高周波電源３３から整合器３２を介して高周波コイル３１に高周波電力を印加する。この高周波電力は、高周波コイル３１によってベルジャー１２内に供給され、ベルジャー１２内に存在するガスにエネルギーを与えてプラズマが生成される。生成されたプラズマは、ベルジャー１２から下方の基板４０に向けて拡散する。プラズマ中では、所定の生成物が生じ、この生成物が基板４０に到達することにより所定の処理が施される。
例えば酸化硅素薄膜をプラズマＣＶＤ法によって作成する処理を行う場合、第一のガス導入系２１によってモノシランガスを導入し、第二のガス導入系２２によって酸素ガスを導入する。モノシラン／酸素のプラズマによってモノシランが分解し、酸素と反応することによって酸化硅素薄膜が形成される。
【００２４】
このようにして所定時間真空処理を行うと、ガス導入機構２及び電力供給機構３の動作を停止させて処理を終了させる。再び排気系１１を動作させて内部の残留ガスを除去した後、ゲートバルブを開けて基板４０を搬出する。
その後、次の基板４０を同様に搬入して上記真空処理を繰り返すが、本実施例の装置の動作では、前の処理と次の処理との合間に移動機構６を動作させるようにする。即ち、駆動源６２を動作させてプラズマ到達防止用磁石５を一体に所定角度回転させ、その後、次の基板４０を搬入して処理を繰り返す。
【００２５】
また、上記真空処理を所定回数繰り返すと、真空容器１の内面への薄膜堆積がある厚さに達したと判断して、プラズマエッチングによる薄膜除去を行う。即ち、ガス導入機構２によって例えば四フッ化炭素等のフッ素系のガスと水素ガスとを真空容器１内に導入し、電力供給機構３を動作させてこれらのガスのプラズマを形成する。プラズマ中でフッ素系の励起活性種が生成され、この励起活性種が真空容器１の内面に達して薄膜をエッチングする。エッチング中は、排気系１１が真空容器１内を排気しており、エッチングされた材料は排気系１１によって排出される。
【００２６】
上述した本実施例の真空処理装置の動作において、移動機構６が駆動される際の一回のプラズマ到達防止用磁石５の移動距離は、真空処理装置の許容処理回数に関連して設定される。この点を図３を用いてさらに詳しく説明する。
本実施例の移動機構６が一回の駆動でプラズマ到達防止用磁石５を移動させる距離をΔｄ、プラズマ到達防止用磁石５が設定する弧状の磁力線の節の部分の距離をＤ、許容処理回数をＮとすると、Δｄ＝Ｄ／Ｎとされる。
【００２７】
弧状の磁力線の節の部分の距離Ｄは、隣合うプラズマ到達防止用磁石５の前面（真空容器１内部側に向いた面）の中心点間の距離に相当するから、図８に示すプラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１と配置間隔ｄ２との和（ｄ１＋ｄ２）に等しい。
一方、許容処理回数とは、容器内面に堆積した薄膜が剥離するまでの何回の真空処理が行えるかという意味である。例えば、上記真空処理を１００回を繰り返すと、真空容器１の内面への薄膜堆積が相当程度の厚さに達し、あと数回繰り返すと薄膜が剥離する恐れがある場合、次の真空処理の前に前述したプラズマエッチングによる薄膜除去を行う。この場合、１００回が許容処理回数ということになる。
【００２８】
より具体的な数値を挙げて説明すると、上述した酸化硅素薄膜の作成をプラズマＣＶＤにより行う処理をする場合、真空容器１としては直径３６０ｍｍ程度のものが使用される。この場合、プラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１は例えば８ｍｍとされ、配置間隔ｄ２は例えば５２ｍｍとされる。従って、距離Ｄは６０ｍｍとなる。一方、上記許容処理回数が１００回であると仮定すると、一回の移動距離は０．６ｍｍとなる。この距離は、回転角度でいうと約０．１度となる。
【００２９】
このようにして真空処理を１００回繰り返した後、１００回めの移動を完了すると、プラズマ到達防止用磁石５の幅ｄ１＋配置間隔ｄ２の分だけ移動したことになるから、磁力線の配置は、１回めの処理を行う際の状態と同じになる。つまり、図６に示す弧状の磁力線が、移動機構６の１回の駆動のたびごとに少しずつずれていき、１００回めの処理を終了した後の移動によって、１回目の処理の際に隣りにあった弧状磁力線に丁度重なる状態となる。
【００３０】
このように弧状の磁力線が少しずつ移動するようにすると、一回の真空処理の際の容器内面への薄膜堆積が前述の通り不均一なものであっても、許容処理回数まで処理を繰り返す過程で膜厚が均一化される。つまり、図７に示したような従来の装置における局部的な厚い薄膜を、真空容器１の内面の全面に亘って分配したような状態となるのである。
このため、薄膜が剥離してしまう限度の膜厚に達するまでの処理回数が、従来の装置に比べ格段に多く設定できるのである。図５に示す従来の装置では５０回ぐらいが限度であったが、上述した実施例の装置では１０００回ぐらいまで可能である。
尚、前述の例で、１００回処理を繰り返した後の次の１００回の処理の際には、それまでとは逆の向きに所定角度ずつ回転させてもよいし、当初の位置に戻してから同じ向きに回転させてもよい。また、３６０度回転できる機構であれば、常に同じ向きに回転させることも可能である。
【００３１】
次に、本願発明の真空処理装置の他の実施例について説明する。図４は、他の実施例の真空処理装置の概略構成図である。この実施例の真空処理装置は、プラズマ到達防止用磁石５及び移動機構６の構成が図１の実施例と異なるのみで、他の構成は基本的に同じである。
図４の真空処理装置におけるプラズマ到達防止用磁石５は、真空容器１の周囲を取り囲むようにして真空容器１と同心上に配置した筒状の電磁石から構成されている。電磁石は、真空容器１内で軸方向（上下方向）に延びる磁力線を設定する。この磁力線は、中央部から周辺部へのプラズマの拡散方向に対して垂直に交差する状態となるので、図１に示す装置と同様、真空容器１の内面へプラズマが到達するのを防止する効果がある。
【００３２】
そして、この図４の実施例における移動機構６は、プラズマ到達防止用磁石５を一体に軸方向に直線移動させるよう構成されている。
図４から分かるように、このプラズマ到達防止用磁石５では、真空容器１の真ん中の高さの付近ではプラズマの拡散方向に対して磁力線がほぼ垂直であるが、真空容器１の上端付近及び下端付近ではプラズマの拡散方向に対する磁力線の交差角度が小さくなってくる。即ち、磁場のベクトルの不均一性がある。このため、前述したのと同様なプラズマ密度分布の不均一性が生じ、真空容器１の内面への薄膜堆積の不均一性が生じる。
【００３３】
そこで、移動機構６は、プラズマ到達防止用磁石５を軸方向に移動させ、上記磁場の不均一性を補償するようにする。
具体的には、例えばプラズマ到達防止用磁石５を所定の下限位置と上限位置との間を移動可能に構成する。そして、１回目の処理ではプラズマ到達防止用磁石５を真ん中の高さにして処理を行い、２回目の処理までの合間にプラズマ到達防止用磁石５を所定距離Δｈだけ下方に移動させ、２回目の処理を行う。これを繰り返してプラズマ到達防止用磁石５が下限位置に達すると、今度はΔｈだけプラズマ到達防止磁石を上昇させ、次の真空処理を行う。処理の合間にΔｈだけ上昇させる動作を行いながら処理を繰り返し、プラズマ到達防止用磁石５が上限位置に達すると、今後はプラズマ到達防止用磁石５を下降させるようにする。そして、前述した許容処理回数に達した後の移動を行うと、プラズマ到達防止用磁石５が元の真ん中の高さの位置に丁度達するように構成する（１サイクルの上下動）のである。従って、Δｈは、真空容器１の内面のプラズマ到達防止動作を行うべき部分の高さｈと許容処理回数ｎとから設定され、Δｈ＝２ｈ／ｎとなる。
【００３４】
具体的な移動機構６の構成例としては、電磁石からなるプラズマ到達防止用磁石５を、スライドベアリング等からなる不図示の直線ガイド部材によって保持するようにし、ラックアンドピニオン等の運動変換機構を介してモータの回転運動を直線運動に変換してプラズマ到達防止用磁石５に伝えることで、プラズマ到達防止用磁石５を軸方向に直線移動可能に構成する。
【００３５】
上記各実施例の装置において、移動機構６の動作を真空処理の合間ではなく、真空処理の最中に行うようにすることも可能である。例えば図１の実施例の装置では、一回の真空処理の最中に、移動機構６によって前述の移動距離Δｄ（＝Ｄ／Ｎ）だけプラズマ到達防止用磁石５が移動するように構成する。そして、処理の合間には移動を行わないようにする。また、図４の実施例では、処理の最中にΔｈ（＝２ｈ／ｎ）だけ移動するようにすればよい。
また、許容処理回数に達するまでの全体の移動距離を長くするように構成することも可能である。即ち、例えば、図１の装置では、許容処理回数に達するまでにＤの２倍，３倍，……又はＭ倍（Ｄの整数倍）の距離を移動するように構成してもよい。図４の装置では、上下動をさらにもう１サイクル，２サイクル，……又はｍサイクル増やし（２ｈの整数倍）、全体の移動距離を長くするようにすることが可能である。但し、移動距離が小さい方が、移動速度が遅くて済むので、移動機構６の構成が簡単になるという長所がある。
【００３６】
次に、請求項３及び４に対応した実施例について説明する。請求項４の発明は、上記移動機構６による移動を、真空容器１の内面堆積膜の除去のためのエッチングの際に行うというものである。
上述した通り、上記各実施例の真空処理装置では、真空容器１の内面への薄膜堆積が均一化されるので、プラズマ到達防止用磁石５の移動を行わない従来のエッチングを行ってもそれほど問題がない。しかし、エッチングの際にもプラズマ到達防止用磁石５を移動させると、プラズマ密度分布の不均一性が補償されて励起活性種の容器内面の供給量が均一化されるので、エッチング除去が均一に行われ、さらに好適となる。
【００３７】
この発明を実施するには、エッチング除去を行っている最中に、図１の装置であればＤ（＝ｄ１＋ｄ２）の距離、図４の装置であれば２ｈ（１サイクルの上下動）の距離の移動を行うようにする。従って、移動速度は、上記請求項１又は２発明の実施例の場合よりも速くなる。このような移動を行うことによって、エッチングが均一に進行し、従来見られたような薄膜の残留やエッチング時間の長期化の問題の解消がさらに図れる。
【００３８】
上記各実施例の説明において、移動機構６はプラズマ到達防止用磁石５を移動させるものとして説明したが、真空容器１の方を移動させるようにしても等価である。即ち、移動は相対的で良い。
また、真空処理の例として酸化硅素薄膜のプラズマＣＶＤによる作成を取り上げたが、エッチングやスパッタリング等の他の真空処理を行う装置についても、本願発明は同様に適用可能である。
【００３９】
さらに、プラズマを形成する機構としては、ヘリコン波プラズマを形成する機構を採用することも可能である。ヘリコン波プラズマは、強い磁場を加えるとプラズマ振動数より低い周波数の電磁波が減衰せずにプラズマ中を伝搬することを利用するものであり、高密度プラズマを低圧で生成できる技術として最近注目されているものである。プラズマ中の電磁波の伝搬方向と磁場の方向とが平行のとき、電磁波はある定まった方向の円偏光となり螺旋状に進行する。このことからヘリコン波プラズマと呼ばれている。
ヘリコン波プラズマを形成する場合には、一本の棒状の部材を曲げて上下二段の丸いループ状に形成したループ状アンテナを、図１又は図４の高周波コイル３１に代えてベルジャー１１の外側を取り囲むようにして配置し、その外側にヘリコン波用磁場設定手段としての直流の電磁石をベルジャー１２と同心上に配置する。整合器２２を介して高周波電源２３から１３．５６ＭＨｚの高周波をベルジャー１２内に供給すると、磁場の作用によって上記ヘリコン波プラズマが形成される。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は４記載の発明によれば、真空容器の内面に対する薄膜堆積が均一になるため薄膜剥離による塵埃の発生を抑制され、薄膜をエッチングして除去する際にも薄膜は残留することなく短時間に除去される。
また、請求項５記載の発明によれば、上記請求項４の効果に加え、対象物に対する処理の合間に移動が行われるので、処理の最中には移動を行う必要がなく、処理条件の固定化という観点で好適となるという効果が得られる。
また、請求項２、７又は９記載の発明によれば、上記請求項１又は４の効果に加え、移動距離が小さいので、移動速度が遅くて済み、移動機構の構成が簡単になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施例の真空処理装置の概略説明図である。
【図２】図１のガス導入体２１２，２２２の構成を説明する図である。
【図３】図１の装置におけるプラズマ到達防止用磁石及び移動機構の構成を説明する斜視概略図である。
【図４】他の実施例の真空処理装置の概略構成図である。
【図５】従来の真空処理装置の一例を示した概略図である。
【図６】図１の装置に採用されたプラズマ到達防止用磁石の構成を説明するための平面断面概略図である。
【図７】容器内面への薄膜堆積の不均一化の説明図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
１１ 排気系
２ ガス導入機構
３ 電力供給機構
４ 基板ホルダー
４０ 対象物としての基板
５ プラズマ到達防止用磁石
６ 移動機構
Claims (9)
- 真空容器の内部にプラズマを形成し、形成されたプラズマによって対象物を処理する真空処理装置において、真空容器の内面にプラズマが到達するのを防止するために当該内面に沿って磁場を形成するプラズマ到達防止用磁石と、このプラズマ到達防止用磁石による磁場の当該内面方向のベクトル不均一性を補償して一回の真空処理の際の容器内面への不均一な膜堆積が許容処理回数まで処理が繰り返される過程で均一化されるようにプラズマ到達防止用磁石又は真空容器を相対的に移動させる移動機構を備えており、
前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の高さ方向に沿って磁力線を設定するものであり、前記移動機構は、前記プラズマ到達防止用磁石を高さ方向に移動させるものであることを特徴とする真空処理装置。 - 前記移動機構が一回に前記プラズマ到達防止用磁石を移動させる高さΔｈは、前記真空容器の内面のプラズマ到達防止動作を行うべき部分の高さｈの２倍を許容処理回数ｎで割った高さであることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
- 請求項１記載の真空処理装置において、真空容器の内面に堆積した薄膜をエッチングによって除去するに際し、前記プラズマ到達防止用磁石による磁場の真空容器の内面方向のベクトル不均一性を補償して当該内面に対するエッチングが均一になるように前記移動機構によってプラズマ到達防止用磁石又は真空容器を相対的に移動させることを特徴とする真空処理装置における真空容器内面堆積膜の除去方法。
- 真空容器の内部にプラズマを形成し、形成されたプラズマによって対象物を処理する真空処理装置において、真空容器の内面にプラズマが到達するのを防止するために当該内面に沿って磁場を形成するプラズマ到達防止用磁石を移動させて、磁石による磁場の当該内面方向のベクトル不均一性を補償することで、一回の真空処理の際の容器内面への不均一な膜堆積を、許容処理回数まで処理が繰り返される過程で均一化することを特徴とする真空処理装置における真空容器内面膜堆積均一化方法。
- 前記プラズマ到達防止用磁石の移動は、対象物に対する処理の合間に行われることを特徴とする請求項４記載の真空処理装置における真空容器内面膜堆積均一化方法。
- 前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の周囲に等間隔で複数配置されており、前記プラズマ到達防止用磁石を、前記プラズマ到達防止用磁石の幅ｄ１と配置間隔ｄ２の和の距離の範囲内で移動させることを特徴とする請求項４記載の真空処理装置における真空容器内面膜堆積均一化方法。
- 前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の周囲に等間隔で複数配置されており、前記プラズマ到達防止用磁石の一回の移動距離Δｄは、前記プラズマ到達防止用磁石の幅ｄ１と配置間隔ｄの和を許容処理回数Ｎで割った距離であることを特徴とする請求項４記載の真空処理装置における真空容器内面膜堆積均一化方法。
- 前記プラズマ到達防止用磁石は、前記真空容器の高さ方向に沿って磁力線を設定するものであり、前記プラズマ到達防止用磁石を高さ方向に移動させることで薄膜堆積を均一化させることを特徴とする請求項４記載の真空処理装置における真空容器内面膜堆積均一化方法。
- 一回に前記プラズマ到達防止用磁石を移動させる高さΔｈは、前記真空容器の内面のプラズマ到達防止動作を行うべき部分の高さｈの２倍を許容処理回数ｎで割った高さであることを特徴とする請求項４記載の真空処理装置における真空容器内面膜堆積均一化方法。
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