JP3599834B2

JP3599834B2 - Plasma processing equipment

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Publication number: JP3599834B2
Application number: JP15697595A
Authority: JP
Inventors: 好宏田村
Original assignee: アネルバ株式会社
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JPH08330294A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願の発明は、プラズマによって基板を処理する装置、より具体的には、プラズマ気相成長（ＣＶＤ）装置やプラズマエッチング装置等のプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路や液晶ディスプレイ等の製作の際には、プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施すことが行われる。図７は、このような処理のために使用される従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
図７のプラズマ処理装置は、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、形成されたプラズマによって処理される位置に基板を配置する基板ホルダー４などから主に構成されている。
【０００３】
図７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、形成されたプラズマによって、基板４０の表面に所定の処理を施す。例えば、ガス導入機構２によってモノシランガスと酸素ガスを導入すれば、プラズマによって分解反応等を生じ、酸化硅素薄膜を基板４０の表面に作成するプラズマＣＶＤ処理を行うことができる。
【０００４】
前記従来のプラズマ処理装置において、基板４０に対する処理を相当回数繰り返すと、真空容器１の内面や基板ホルダー４の表面に薄膜が堆積するという現象が見られる。この堆積膜は、プラズマＣＶＤ装置のような成膜装置の場合、基板４０に作成していた薄膜と同じものが堆積している場合が多い。また、プラズマエッチング装置の場合には、エッチングされた材料が付着して薄膜に成長している場合もある。
このような堆積膜は、相当程度の膜厚に達すると、薄膜の内部応力により剥離する。剥離した薄膜は、真空容器１内を漂う微粉末の発生原因となる。そして、この微粉末が基板４０に付着すると表面欠陥を生じさせ、基板４０に作成する薄膜の商品価値を低下させたり、重大な回路不良を発生させたりするという問題を生じる。
【０００５】
このような堆積膜の剥がれを抑制するために、剥離する前に堆積膜をエッチングして除去してしまうプラズマクリーニングの手法が一般的に用いられている。この方法は、基板の処理の合間に行われるものであり、真空容器１内に例えばフロン１４ガス（ＣＦ_４）：酸素ガス＝８０：２０程度の混合ガスをガス導入機構２によって導入し、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し、プラズマ中で生成される遊離ＣＦｘ（ｘ＝１，２，３）、ＣＦｘイオン（ｘ＝１，２，３）、遊離弗素又は弗素イオンによって堆積膜をエッチングするものである。即ち、これらの弗素系活性種又はイオンは、堆積した薄膜と反応して揮発物を生成し、この揮発物が排気系１１によって排出されることで薄膜が除去される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなプラズマクリーニングによって、堆積していた薄膜の除去が原理的には可能になるのであるが、クリーニングのために導入したガスから生成された材料によって別の薄膜が新たに堆積し、その結果、エッチング反応が阻害されたりする問題があった。
即ち、例えば前述のようにガス導入機構によてフロン１４ガスと酸素ガスとを導入してプラズマを形成した場合、フロン１４ガスは酸素プラズマ中で過度に分解して炭素を遊離し、ベルジャーや真空容器の内面に炭素薄膜を堆積させる。このような炭素薄膜が、除去すべき堆積膜の上に堆積すると、その部分では弗素系活性種やイオンが堆積膜と反応できずにエッチングが停止してしまい、結果として全体のエッチング速度が著しく低下する。また、炭素薄膜のような導電性薄膜が誘電体よりなるベルジャーの内面に堆積すると、整合条件が変化したりして高周波の導入が上手くいかなくなってしまう場合がある。
【０００７】
本願発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、プラズマクリーニングのためのガスによる薄膜堆積を抑制し、高いエッチング速度で効率良くプラズマクリーニングを行えるようにすることを目的としている。
【０００８】
【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、排気系を備えた真空容器と、
真空容器内に所定のプラズマ形成用ガスを導入する第一のガス導入系と、導入されたプラズマ形成用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と、形成されたプラズマによって処理される位置に基板を配置する基板ホルダーとを具備したプラズマ処理装置において、
前記真空容器の内面及び前記真空容器内の部材の表面に堆積した薄膜をプラズマエッチングして除去するプラズマクリーニングのためのガスを、前記第一のガス導入系がプラズマ形成用ガスを導入している状態で導入する別のガス導入系が設けられており、この別のガス導入系は、前記プラズマが形成される場所から基板ホルダーの基板配置面よりも遠い位置で前記プラズマクリーニングのためのガスを導入するガス導入口を有しており、
前記第一のガス導入系は、この別のガス導入系のガス導入口に比べて、前記プラズマが形成される場所に近い位置に位置してい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、前記別のガス導入系のガス導入口は、前記プラズマが形成される場所から基板ホルダーの基板配置面よりも遠く、前記排気系を構成する排気管が接続された前記真空チャンバーの開口のうち最もプラズマ形成場所から遠い縁よりも基板ホルダーの基板配置面に近い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又は２の構成において、前記第一のガス導入系及び前記別のガス導入系に加え、基板を処理するためのガスを導入する第二のガス導入系が設けられており、この第二のガス導入系は、前記プラズマクリーニングためのガスが導入される別のガス導入系のガス導入口よりプラズマが形成される場所に近い位置にガス導入口を有してい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、上記請求項１、２又は３の構成において、電力供給機構は、１００ｍＴｏｒｒ以下の圧力にて少なくとも１０^１０ｃｍ^−３以上の密度を有する高密度プラズマを形成することが可能な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５記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれかの構成において、真空容器の一部は、誘電体で形成されたベルジャーとなっており、電力供給機構は、このベルジャー内に高周波電力を供給して誘導電界によって前記プラズマを形成するものであるという構成を有する。
【０００９】
【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プラズマ処理装置を示す概略構成図である。
図１に示すプラズマ処理装置は、図７の装置と同様、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、形成されたプラズマによって処理される位置に基板４０を配置するための基板ホルダー４とを有している。
【００１０】
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。そして、成膜室１０１を構成する部分と真空排気室１０２を構成する部分とが分離可能に構成されている。これは、真空容器１内のメンテナンス等のためである。
また、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１３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。
【００１１】
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、直径２００ｍｍ程度の半球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。
【００１２】
ガス導入機構２は、本実施例では、三つのガス導入系２１，２２，２３から構成されており、三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２１，２２，２３は、不図示のタンクに接続された配管２１１，２２１，２３１と、配管２１１，２２１，２３１の終端に接続されたガス導入体２１２，２２２，２３２とから主に構成されている。
【００１３】
図２は、上記ガス導入体２１２，２２２，２３２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２１２，２２２，２３２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２１２，２２２，２３２は、真空容器１に設けられた支持棒２６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。図２では、１本のパイプのみが示されているが、ここに示すのと同様な取り付け構造により、ガス導入体２１２，２２２，２３２が図１に示す位置に取り付けられている。尚、真空容器１は、円筒形の場合もあるし、角筒形の場合もある。
【００１４】
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２１２，２２２，２３２に接続されている。ガス導入体２１２，２２２，２３２の他端は図１の配管２１１，２２１，２３１に接続されている。
そして、ガス導入体２１２，２２２，２３２は、図２に示すように、その内側面にガス導入口２５を有している。このガス導入口２５は、直径０．５ｍｍ程度の開口であり、１０ｍｍ程度の間隔をおいて周上に設けられている。
【００１５】
一方、図１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。
【００１６】
また、真空容器１内のベルジャー１２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、薄膜作成を行う基板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。
この基板ホルダー４には、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に所定の基板バイアス電圧を印加するための基板用高周波電源４２が接続されている。尚、「プラズマと高周波との相互作用によるバイアス電圧」には、高周波電源４２とプラズマとの間に相当のキャパシタンスが存在していることが必要である。従って、基板ホルダー４や基板４０がすべて金属で形成されている場合には、基板ホルダー４０への給電ライン上に所定のコンデンサを配置するようにする。
【００１７】
次に、上記構成に係る本実施例のプラズマ処理装置の動作を説明する。
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、プラズマ形成用のガスを第一のガス導入系２１によって導入し、基板４０の処理のためのガスを第二のガス導入系２２によって導入する。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。導入されたプラズマ形成用のガスは真空容器１内を拡散してベルジャー１２内に達する。
【００１８】
この状態で電力供給機構３を作動させて、高周波電源３３から整合器３２を介して高周波コイル３１に１３．５６ＭＨｚ２０００Ｗ程度の高周波電力を印加する。同時に、基板用高周波電源４２も動作し、基板４０に所定の高周波電圧を印加する。
電力供給機構３が供給した高周波電力は、高周波コイル３１を介してベルジャー１２内に導入され、ベルジャー１２内に存在するプラズマ形成用のガスにエネルギーを与えてプラズマを生成する。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。拡散するプラズマには、基板４０の処理のためのガスに接触してこのガスに所定の気相反応等を生じさせ、これを利用して基板４０の表面に所定の処理が施される。この際、基板用高周波電源４２が与える高周波とプラズマとの相互作用により生じたバイアス電圧による電界は、プラズマ中のイオンを加速して基板４に衝突させる。この衝突のエネルギーによって基板４０の表面での処理が効果的に行われる。
【００１９】
例えば酸化硅素薄膜を作成する場合、プラズマ形成用のガスとして第一のガス導入系２１から酸素ガスを導入し、基板４０の処理のためのガスとして第二のガス導入系２２からモノシランガスを導入する。酸素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り基板４０上に酸化硅素薄膜が作成される。尚、図１の装置では、成膜室１０１の圧力が１００ｍＴｏｒｒ以下の領域にて、１０^１０ｃｍ^−３以上の高密度プラズマが生成できるようになっており、この高密度プラズマによって高い成膜速度で薄膜作成できるようになっている。
【００２０】
さて、上記ような処理を繰り返していくと、真空容器１の内面や基板ホルダー４の基板配置面４００の露出した部分に薄膜が堆積してくる。相当程度の回数繰り返したら、薄膜の除去が必要だと判断して、次のようなプラズマクリーニングを行う。
まず、処理が終了した基板を搬出して不図示のゲートバルブを閉め、排気系１１を動作させて一旦真空容器１内を排気した後、ゲートバルブを通してダミーの基板を真空容器１内に搬入して同様に基板ホルダー４に配置する。ダミーの基板を配置するのは、基板４０が配置されていた部分の基板ホルダー４の表面には薄膜が堆積していないため、エッチング作用のあるガスに直接晒すと、エッチングされて侵食されてしまうからである。
【００２１】
次に、排気系１１を再び動作させ、０．１Ｔｏｒｒ程度まで真空容器１内を排気する。次に、ガス導入機構２を動作させ、第一のガス導入系２１によって酸素ガスを１００ＳＣＣＭ、第三のガス導入系２３によってフロン１４ガスを４００ＳＣＣＭの流量で真空容器１内に導入する。
そして、排気系１１に設けられた可変コンダクタンスバルブ１１４を制御して真空容器１内の圧力を２Ｔｏｒｒ程度に保つ。この状態で電力供給機構３及び基板用高周波電源４２を動作させ、１３．５６ＭＨｚ１０００Ｗ程度の高周波電力をベルジャー１２を介して真空容器１内に導入する。これによって、真空容器１内にプラズマが形成され、プラズマ中で生成された前述の弗素系活性種や弗素系イオンによって堆積膜がエッチングされる。
【００２２】
さて、本実施例のプラズマ処理装置の大きな特徴点は、上記プラズマクリーニングのためのガス（以下、クリーニング用ガス）を導入する第三のガス導入系２３のガス導入口２５が、プラズマが形成される場所（以下、プラズマ形成場所）から基板ホルダー４の基板配置面４００よりも遠い位置に位置していることである。
即ち、本実施例の装置では、ベルジャー１２内でプラズマが形成される。従って、ベルジャー１２内がプラズマ形成場所である。そして、前述したように、基板ホルダー４はベルジャー１２の下方に配設され、その上面に基板４０を配置する。従って、この上面が基板配置面４００である。そして、図１に示すように、第三のガス導入系２３のガス導入体２３２は、基板ホルダー４の基板配置面４００よりも下方に位置する。従って、ガス導入体２３２の図２に示すガス導入口２５は、プラズマ形成場所から基板ホルダー４の基板配置面４００よりも遠い位置になっている。
このように、クリーニング用ガスのガス導入口２５をプラズマ形成場所に対して基板ホルダー４の基板配置面４００から遠い位置にすると、プラズマ密度が低くなった部分にクリーニング用ガスが導入されるので、従来見られたようなクリーニング用ガスの過度の分解を抑制することができる。
【００２３】
上記の点を図３を用いてさらに詳しく説明する。図３は、図１の装置で形成されるプラズマのプラズマ密度分布を説明するための図である。図３中の線Ａで示すように、ベルジャー１２内に形成されたプラズマは、真空容器１内に拡散する過程で徐々に減衰する。そして、プラズマの拡散経路上の最も大きな構造物である基板ホルダー４の部分に達すると大きく損失して急激に減衰し、基板ホルダー４の基板配置面４００より下流側では、図３に示すようにプラズマ密度は急落すると考えられる。また、ベルジャー１２内に供給された高周波エネルギーも同様であり、真空容器１内を伝搬する過程で徐々に減衰し、基板ホルダー４の部分で急激に減衰する分布になっているものと考えられる。
本願の発明者の研究によると、このプラズマ密度及び高周波エネルギーが急落すると考えられる基板配置面４００よりプラズマ形成場所から遠い位置にクリーニング用ガスのガス導入口２５を配置した場合、従来見られたクリーニング用ガスによる薄膜堆積が生じず、高いエッチング速度でプラズマクリーニングが行えることが分かった。
【００２４】
図４は、本実施例のプラズマ処理装置の効果を確認した実験の結果を示す図であり、上記第三のガス導入系２３のガス導入体２３２の位置に対するエッチング速度の変化を示したものである。図４の縦軸は、真空容器１の内面に堆積した酸化硅素薄膜のエッチング速度、横軸はガス導入体２３２の位置を示している。ガス導入体２３２の位置は、基板配置面４００を±０ｍｍとし、プラズマ形成場所（ベルジャー１２内）に近づく鉛直上方を−側、プラズマ形成場所から遠ざかる鉛直下方を＋側としている。
具体的なエッチング速度の測定方法について説明すると、真空容器１の内面のうちの基板配置面４００の高さから１００ｍｍほど高い位置に熱酸化硅素膜試料を配置し、プラズマクリーニングを所定の時間行った後に取り出して、熱酸化硅素膜の膜厚差を計測して求めた。
【００２５】
具体的なガスの種類と流量は、次の通りとした。まずクリーニング用ガスとしてはフロン１４ガスを使用し、４００ＳＣＣＭの流量で第三のガス導入系２３から導入した。また、プラズマ形成のため、酸素ガスを１００ＳＣＣＭの流量で第二のガス導入系２２から導入した。また、プラズマクリーニング時の成膜室１０１内の圧力は２Ｔｏｒｒであった。尚、ガス導入体２３２は真空容器１内の真空を破ることなく上下方向に変位可能になっているが、ガス導入体２３２を変位させた際にもこの２Ｔｏｒｒの圧力は殆ど変化しなかった。
【００２６】
図４に示す通り、真空容器１の内面におけるエッチング速度は、ガス導入体２３２の位置が−８０ｍｍから±０ｍｍまでの領域ではほぼ５０ｎｍ／分と一定の値であるが、±０ｍｍを越えると増加の傾向を示した。また、＋３０ｍｍの位置のあたりから約２００ｎｍ／分の値となり、＋１００ｍｍの位置までほぼ一定の値となった。
また、ガス導入体２３２を−８０ｍｍの位置に配置してプラズマクリーニングを行った後、ベルジャー１２の内面を観察したところ、ベルジャー１２の上部を中心とした広い領域にて灰白色の薄膜堆積が観察された。当該灰白色の薄膜の成分を電子線散乱Ｘ線分光法ならびにオージェ電子分光法により分析したところ、当該灰白色の薄膜が炭素であることが確認された。これは、クリーニング用ガスとして導入されたフロン１４ガスがベルジャー１２内に拡散し、高周波電力と直接的に相互作用を起こすことで過度の分解が進み、その結果として炭素膜が付着したものと考えられる。
【００２７】
次に、ガス導入体２３２を±０ｍｍの位置に配置してプラズマクリーニングを行った後、ベルジャー１２の内面を同様に観察すると、ベルジャー１２の上部内面に僅かながら炭素膜の付着が確認された。
さらに、ガス導入体２３２を＋３０ｍｍの位置に配置してプラズマクリーニングを行った後、ベルジャー１２の内面を観察すると、炭素膜の付着は確認されなかった。
【００２８】
図５は、ガス導入体２３２の位置とベルジャー１２への炭素膜のおおよその付着面積との関係を調べた結果を示す図である。
図５によれば、ベルジャー１２の内面における炭素膜の付着面積は、ガス導入体２３２の配置位置が−８０ｍｍの場合が一番大きくて、約１００ｃｍ^２であった。ガス導入体２３２の配置位置が基板配置面４００に近づくにつれて、炭素膜の付着面積は徐々に減少する傾向にあり、配置位置が±０ｍｍでは、炭素膜の付着面積はほぼゼロとなった。配置位置がプラスの領域においても、炭素膜の付着面積はゼロであった。
【００２９】
このように、クリーニング用ガスを導入するガス導入体２３２をプラズマ形成場所から基板ホルダー４の基板配置面４００よりも遠い位置に配置することで、適度に減衰した状態のプラズマ又は高周波にクリーニング用ガスが供給されるので、クリーニング用ガスの過度の反応が防止され、真空容器１やベルジャー１２への薄膜堆積を抑制することができる。この結果、エッチング動作が阻害されることがなくなり、高いエッチング速度で効率良くプラズマクリーニングを行うことができる。
【００３０】
尚、上記効果を得る上で必要なのは、厳密にはガス導入体２３２のガス導入口２５の位置を基板配置面４００よりもプラズマ形成場所から遠い位置とすることである。従って、例えばガス導入体から細いパイプを中心に向けて延びるようにして周上に配置したような構成では、その細いパイプの先端開口がガス導入口となり、この位置を基板配置面４００より遠い位置とすることが必要である。
また、クリーニング用ガスのガス導入口２５をプラズマ形成場所からどれだけ遠くすることができるかについてであるが、基本的には排気系１１による排気位置よりも遠くしないようにすることが好ましい。図１のような装置でいうと、排気管１３を接続した開口のうち、最もプラズマ形成場所から遠い縁の位置が限度の位置となる。
尚、プラズマ形成用のガスを導入する第一のガス導入系２１のガス導入口は、図１から明らかなように、第三のガス導入系２３のガス導入口に比べて、プラズマ形成場所に近い位置に位置している。このため、プラズマ形成用のガスは、プラズマクリーニングのためのガスに比べて、高周波エネルギーの減衰の少ない場所で導入される。
【００３１】
本実施例のプラズマ処理装置は、上記位置のガス導入体２３２を有する第三のガス導入系２３の他に、プラズマ形成用のガスを導入する第一のガス導入系２１と、基板４０の処理のためのガスを導入する第二のガス導入系２２とを備えている。そして、これらのガス導入系２１，２２のガス導入体２１２，２２２は、図１に示すように、クリーニング用ガスのガス導入体２３２よりもプラズマ形成場所（即ち、高周波の供給箇所）に近い位置に配置されている。従って、基板４０の処理の際には、第一ガス導入系２１によってプラズマ形成用のガスを高周波の供給箇所に近い位置から導入して高密度プラズマを形成し、第二のガス導入機構２２によってそのプラズマ形成場所に近い位置に基板４０の処理のためのガスを導入することができる。このため、高密度プラズマがそれほど減衰していないところで基板４０の処理のためのガスに所定の気相反応等を生じさせることができ、この結果、基板４０に対する処理を高効率で行うことができる。
本実施例の装置は、１００ｍＴｏｒｒ以下の圧力にて少なくとも１０^１０ｃｍ^−３以上の密度を有する高密度プラズマを形成できるようになっているが、上記のガス導入機構２の構成もこれに貢献している。
【００３２】
図６は本願発明のプラズマ処理装置の他の実施例を示す概略構成図である。
図６に示す装置は、ヘリコン波プラズマを利用する装置である。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。
【００３３】
ヘリコン波プラズマを形成する図６の装置では、図１の高周波コイル３１に代え、ループ状のアンテナ３４が配置されている。アンテナ３４は、一本の丸棒状又は帯板状の部材を曲げて上下二段の丸いループ状の形状にしたものである。
また、ベルジャー１２は、図１の装置のものと異なり、先端が半球状に構成された直径１００ｍｍ程度の円筒状のものになっている。材質としては、同様に石英ガラス等の誘電体である。
【００３４】
また、ベルジャー１２の周囲に磁場形成機構３５を設置している。磁場形成機構３５は、内側コイル３５ａと外側コイル３５ｂからなる二重コイルであり、各コイル３５ａ，３５ｂはベルジャー１２と同軸上の位置に配置される。内側コイル３５ａと外側コイル３５ｂ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。磁場形成機構３５を二重コイルの構造とすることで、所望の磁場を作り易いという利点を有する。磁場形成機構３５を単一コイルで構成することもできる。
尚、磁場形成機構３５が発生させる磁場は、ベルジャー１２内部で生成されたプラズマを効率よく成膜室１０１内部に輸送するので、成膜室１０１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。その結果、基板１の処理をさらに効率良く行える。
【００３５】
また、上記各実施例の説明では、基板４０の処理の例として基板４０上に酸化硅素膜を形成するプラズマ気相成長について説明を行ってきたが、基板４０上にアモルファス硅素膜を形成するプラズマ気相成長や、基板４０に対してドライエッチングを施す処理についても、同様に効果があるのは明かである。
また、プラズマクリニーニング用のガスとして、フロン１４ガスを用いた例について説明を行ってきたが、フロン１１６ガス（Ｃ_２Ｆ_６）、六弗化硫黄ガス（ＳＦ_６）あるいは、三弗化窒素（ＮＦ_３）を用いたり、酸素ガスにアルゴンガスを混合した場合についても同様の効果が得られることは明かである。なお、アルゴンガスを使用すると、プラズマ中で生成されるアルゴンイオンはスパッタ率が高いので、高効率のスパッタを行いながらプラズマクリーニングを行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本願の請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、プラズマクリーニングを行う際、プラズマ形成用のガスはプラズマ形成場所に近い位置から導入され、プラズマクリーニングのためはプラズマ形成場所から遠い位置から導入される。このため、プラズマクリーニングのためのガスの過度の反応が抑制されるので、高いエッチング速度で効率よくプラズマクリーニングを行うことができる。
また、請求項３又は４記載のプラズマ処理装置によれば、上記請求項１の効果を得つつ、高密度プラズマを利用して基板の処理が行え、生産性の高いプラズマ処理装置となる。
また、請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、上記請求項１乃至４いずれかの効果に加え、ベルジャーの内面への薄膜堆積が未然に防止されるので、高周波電力の整合条件等が変化せず、効率の良い高周波電力の供給によって効率よく基板処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施例のプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の装置におけるガス導入体２１２，２２２，２３２の構成を説明する図である。
【図３】図１の装置で形成されるプラズマのプラズマ密度分布を説明するための図である。
【図４】本実施例のプラズマ処理装置の効果を確認した実験の結果を示す図である。
【図５】ガス導入体２３２の位置とベルジャー１２への炭素膜のおおよその堆積面積との関係を調べた結果を示す図である。
【図６】本願発明のプラズマ処理装置の他の実施例を示す概略構成図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１真空容器
１１排気系
１２ベルジャー
２ガス導入機構
２１第一のガス導入系
２１２ガス導入体
２２第二のガス導入系
２２２ガス導入体
２３第三のガス導入系
２３２ガス導入体
２５ガス導入口[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an apparatus for processing a substrate with plasma, and more specifically, to a plasma processing apparatus such as a plasma vapor deposition (CVD) apparatus and a plasma etching apparatus.
[0002]
[Prior art]
When manufacturing a semiconductor integrated circuit, a liquid crystal display, or the like, a predetermined process is performed on the surface of the substrate using plasma. FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma processing apparatus used for such processing.
The plasma processing apparatus in FIG. 7 includes a vacuum vessel 1 having an exhaust system 11, a gas introduction mechanism 2 for introducing a predetermined gas into the vacuum vessel 1, and a plasma for applying energy to the introduced gas to form plasma. And a substrate holder 4 for arranging the substrate at a position to be processed by the formed plasma.
[0003]
In the apparatus shown in FIG. 7, the substrate 40 is carried into the vacuum vessel 1 through a gate valve (not shown) and placed on the substrate holder 4. After the inside of the vacuum vessel 1 is evacuated by the exhaust system 11,Gas introduction mechanism 2To introduce a predetermined gas. Next, energy such as high frequency power is applied to the gas in the vacuum vessel 1 by the power supply mechanism 3 to form plasma. Then, a predetermined process is performed on the surface of the substrate 40 by the formed plasma. For example,Gas introduction mechanism 2When a monosilane gas and an oxygen gas are introduced, a decomposition reaction or the like is caused by the plasma, and a plasma CVD process for forming a silicon oxide thin film on the surface of the substrate 40 can be performed.
[0004]
In the above-described conventional plasma processing apparatus, when the processing for the substrate 40 is repeated a considerable number of times, a phenomenon is observed in which a thin film is deposited on the inner surface of the vacuum vessel 1 and the surface of the substrate holder 4. In the case of a film forming apparatus such as a plasma CVD apparatus, the same deposited film as the thin film formed on the substrate 40 is often deposited. In the case of a plasma etching apparatus, the etched material may be attached to grow into a thin film.
When such a deposited film reaches a considerable thickness, it peels off due to internal stress of the thin film. The peeled thin film causes fine powder floating in the vacuum vessel 1. Then, when the fine powder adheres to the substrate 40, surface defects are generated, which causes a problem that a commercial value of a thin film formed on the substrate 40 is reduced or a serious circuit defect is generated.
[0005]
In order to suppress such peeling of the deposited film, a plasma cleaning method of etching and removing the deposited film before peeling is generally used. This method is performed during the processing of the substrate, and for example, CFC 14 gas (CF₄  ): Oxygen gas = 80: 20 mixed gas is introduced by the gas introduction mechanism 2, the power supply mechanism 3 is operated to form plasma of these gases, and free CFx (x = 1) generated in the plasma is generated. , 2, 3), CFx ions (x = 1, 2, 3), free fluorine or fluorine ions to etch the deposited film. That is, these fluorine-based active species or ions react with the deposited thin film to generate volatiles, and the volatiles are exhausted by the exhaust system 11 to remove the thin film.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above plasma cleaning makes it possible in principle to remove the deposited thin film, but another thin film is newly deposited by the material generated from the gas introduced for cleaning, and the As a result, there is a problem that the etching reaction is inhibited.
That is, for example, when the plasma is formed by introducing the CFC 14 gas and the oxygen gas by the gas introduction mechanism as described above, the CFC 14 gas is excessively decomposed in the oxygen plasma to release carbon, and the bell jar or the like is generated. A carbon thin film is deposited on the inner surface of the vacuum vessel. When such a carbon thin film is deposited on the deposited film to be removed, the fluorine-based active species or ions cannot react with the deposited film at that portion, and the etching stops, resulting in a remarkable overall etching rate. descend. In addition, when a conductive thin film such as a carbon thin film is deposited on the inner surface of a bell jar made of a dielectric, the introduction of high frequency may not be performed properly due to a change in matching conditions.
[0007]
The present invention has been made to solve such a problem, and it is an object of the present invention to suppress the deposition of a thin film by a gas for plasma cleaning and to efficiently perform plasma cleaning at a high etching rate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application provides a vacuum vessel having an exhaust system,
Prescribed in a vacuum vesselFor plasma formationIntroduce gasFirst gas introduction systemAnd introducedFor plasma formationIn a plasma processing apparatus including a power supply mechanism for applying energy to a gas to form a plasma, and a substrate holder for arranging a substrate at a position to be processed by the formed plasma,
A gas for plasma cleaning that removes a thin film deposited on the inner surface of the vacuum vessel and the surface of a member in the vacuum vessel by plasma etching., The first gas introduction system introduces a plasma forming gas.Another gas introduction systemThis separate gas introduction systemHas a gas inlet for introducing the gas for plasma cleaning at a position farther than the substrate placement surface of the substrate holder from the place where the plasma is formed.And
The first gas introduction system is located at a position closer to a place where the plasma is formed, as compared to the gas introduction port of the another gas introduction system.It has the structure of.
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is the same as that of claim 1,The gas introduction port of the another gas introduction system,Farther than the substrate placement surface of the substrate holder from the place where the plasma is formedIn addition, the opening of the vacuum chamber to which the exhaust pipe forming the exhaust system is connected is closer to the substrate placement surface of the substrate holder than the edge farthest from the plasma formation location.It has the structure of.
Similarly, to achieve the above object,3The invention described in the above claim1 or 2In the configuration ofIn addition to the first gas introduction system and the another gas introduction system, a second gas introduction system for introducing a gas for treating the substrate is provided, and the second gas introduction system isAt a position closer to a place where plasma is formed than a gas introduction port of another gas introduction system into which the gas for plasma cleaning is introduced.Has a gas inletIt has the structure of.
Similarly, to achieve the above object,4The invention described in the above claim1, 2, or 3Configuration, the power supply mechanism has at least 10 mTorr at a pressure of 100 mTorr or less.¹⁰cm^-3The high density plasma having the above density can be formed.
Similarly, to achieve the above object,5According to the invention described in any one of claims 1 to 4, a part of the vacuum vessel is a bell jar formed of a dielectric, and the power supply mechanism supplies high-frequency power to the inside of the bell jar. And the plasma is formed by an induced electric field.
[0009]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
The plasma processing apparatus shown in FIG. 1 has a vacuum vessel 1 provided with an exhaust system 11, a gas introduction mechanism 2 for introducing a predetermined gas into the vacuum vessel 1, and an energy And a substrate holder 4 for disposing a substrate 40 at a position to be processed by the formed plasma.
[0010]
First, the vacuum vessel 1 forms a film forming chamber 101 and a vacuum evacuation chamber 102 of a slightly larger space located below the film forming chamber 101. In addition, a part configuring the film forming chamber 101 and a part configuring the vacuum exhaust chamber 102 are configured to be separable. This is for maintenance or the like in the vacuum vessel 1.
A gate valve (not shown) is provided on the wall of the vacuum chamber 1 in the film forming chamber 101, and an exhaust pipe 13 to which the exhaust system 11 is connected is provided in the wall of the vacuum exhaust chamber 102. I have. The exhaust system 11 includes a roughing pump 111, a main pump 112 disposed in a stage preceding the roughing pump 111, a main valve 113 and a variable conductance valve 114 disposed on an exhaust path for exhausting the pumps 111 and 112. It is mainly composed of
[0011]
The vacuum vessel 1 has a bell jar 12 on the upper side. A circular opening is provided at the center of the upper vessel wall of the vacuum vessel 1, and the bell jar 12 is connected to the opening in an airtight manner. The bell jar 12 has a hemispherical shape with a diameter of about 200 mm, and is formed of a dielectric such as quartz glass. The vacuum vessel 1 has a circular opening at the center of the upper wall, and the bell jar 12 is arranged by being air-tightly connected to the opening.
[0012]
In this embodiment, the gas introduction mechanism 2 includes three gas introduction systems 21, 22, and 23, and can simultaneously introduce three different gases. Each of the gas introduction systems 21, 22, 23 includes pipes 211, 221, 231 connected to a tank (not shown), and gas introduction bodies 212, 222, 232 connected to the ends of the pipes 211, 221, 231. It is mainly composed.
[0013]
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the gas introduction bodies 212, 222, and 232. As shown in FIG. 2, the gas introduction bodies 212, 222, and 232 are each formed of an annular pipe having a circular cross section. The gas introduction bodies 212, 222, and 232 are supported by support rods 26 provided on the vacuum vessel 1, and are horizontally arranged along the inner surface of the vacuum vessel 1. Although only one pipe is shown in FIG. 2, the gas introducing bodies 212, 222, and 232 are mounted at the positions shown in FIG. 1 by a mounting structure similar to that shown here. In addition, the vacuum container 1 may be a cylindrical shape or a rectangular tube shape.
[0014]
A transport pipe 24 is provided so as to penetrate the wall of the vacuum vessel 1 in an airtight manner, and one end of the transport pipe 24 is connected to the gas introducing bodies 212, 222, and 232. The other ends of the gas introduction bodies 212, 222, and 232 are connected to the pipes 211, 221, and 231 of FIG.
Further, the gas introduction bodies 212, 222, and 232 have a gas introduction port 25 on the inner surface thereof as shown in FIG. The gas inlet 25 is an opening having a diameter of about 0.5 mm, and is provided on the periphery at an interval of about 10 mm.
[0015]
On the other hand, returning to FIG. 1, the power supply mechanism 3 mainly includes a high-frequency coil 31 disposed around the bell jar 12 and a high-frequency power supply 33 that supplies high-frequency power to the high-frequency coil 31 via a matching unit 32. Is configured. The high-frequency power supply 33 is configured to generate, for example, 13.56 MHz high-frequency power, and the high-frequency coil 31 supplies the high-frequency power into the bell jar 12.
[0016]
A substrate holder 4 is provided below the bell jar 12 in the vacuum vessel 1. The substrate holder 4 mounts a substrate 40 on which a thin film is to be formed on an upper surface, and incorporates a temperature control mechanism 41 for heating or cooling the substrate 40 as necessary.
The substrate holder 4 is connected to a substrate high frequency power supply 42 for applying a predetermined substrate bias voltage to the substrate 40 by the interaction between the generated plasma and the high frequency. The "bias voltage due to the interaction between plasma and high frequency" includesHigh frequency power supply 42It is necessary that a considerable capacitance exists between the plasma and the plasma. Therefore, when the substrate holder 4 and the substrate 40 are all formed of metal, a predetermined capacitor is arranged on a power supply line to the substrate holder 40.
[0017]
Next, the operation of the plasma processing apparatus according to the present embodiment having the above configuration will be described.
First, the substrate 40 is carried into the vacuum container 1 through a gate valve (not shown) provided in the vacuum container 1 and placed on the substrate holder 4. The gate valve is closed and the exhaust system 11 is operated to evacuate the vacuum vessel 1 to, for example, about 5 mTorr.
Next, the gas introduction mechanism 2 is operated, and a gas for plasma formation is introduced by the first gas introduction system 21, and a gas for processing the substrate 40 is introduced by the second gas introduction system 22. At this time, the gas is supplied from the pipes 211 and 221 to the gas introducing bodies 212 and 222 via the transport pipe 24, and is blown inward from the gas blowing ports 25 of the gas introducing bodies 212 and 222 so as to enter the vacuum vessel 1. be introduced. The introduced gas for plasma formation diffuses in the vacuum vessel 1 and reaches the bell jar 12.
[0018]
In this state, the power supply mechanism 3 is operated to apply high-frequency power of about 13.56 MHz and 2000 W to the high-frequency coil 31 from the high-frequency power supply 33 via the matching unit 32. At the same time, the substrate high-frequency power supply 42 also operates, and applies a predetermined high-frequency voltage to the substrate 40.
The high-frequency power supplied by the power supply mechanism 3 is introduced into the bell jar 12 through the high-frequency coil 31 and gives energy to a gas for forming plasma existing in the bell jar 12 to generate plasma. The generated plasma diffuses from the bell jar 12 toward the substrate 40 below. The diffused plasma comes into contact with a gas for processing the substrate 40 to cause a predetermined gas-phase reaction or the like in the gas, and a predetermined process is performed on the surface of the substrate 40 using the gas. At this time, an electric field due to a bias voltage generated by the interaction between the high frequency power supplied from the substrate high frequency power supply 42 and the plasma accelerates ions in the plasma to collide with the substrate 4. The processing on the surface of the substrate 40 is effectively performed by the energy of the collision.
[0019]
For example, when forming a silicon oxide thin film, an oxygen gas is introduced from the first gas introduction system 21 as a gas for plasma formation, and a monosilane gas is introduced from the second gas introduction system 22 as a gas for processing the substrate 40. . Monosilane is decomposed by the oxygen plasma and reacts with oxygen to form a silicon oxide thin film on the substrate 40. In the apparatus shown in FIG. 1, the pressure in the film forming chamber 101 is 10 mTorr or less.¹⁰cm^-3The high-density plasma described above can be generated, and a thin film can be formed at a high film-forming speed by the high-density plasma.
[0020]
By repeating the above processing, the inner surface of the vacuum vessel 1 and theExposed portion of substrate placement surface 400A thin film is deposited on the surface. After a considerable number of repetitions, it is determined that the thin film needs to be removed, and the following plasma cleaning is performed.
First, the processed substrate is unloaded, the gate valve (not shown) is closed, and the evacuation system 11 is operated to evacuate the vacuum vessel 1 once. Then, the dummy substrate is loaded into the vacuum vessel 1 through the gate valve. And placed on the substrate holder 4 in the same manner. The reason why the dummy substrate is disposed is that no thin film is deposited on the surface of the substrate holder 4 in the portion where the substrate 40 is disposed. Because.
[0021]
Next, the exhaust system 11 is operated again, and the inside of the vacuum vessel 1 is exhausted to about 0.1 Torr. Next, the gas introduction mechanism 2 is operated, and oxygen gas is introduced into the vacuum chamber 1 at a flow rate of 100 SCCM by the first gas introduction system 21 and 400 SCCM by the third gas introduction system 23.
Then, the variable conductance valve 114 provided in the exhaust system 11 is controlled to maintain the pressure in the vacuum vessel 1 at about 2 Torr. In this state, the power supply mechanism 3 and the substrate high-frequency power supply 42 are operated, and high-frequency power of about 13.56 MHz and 1000 W is introduced into the vacuum vessel 1 through the bell jar 12. As a result, plasma is formed in the vacuum chamber 1, and the deposited film is etched by the above-described fluorine-based active species and fluorine-based ions generated in the plasma.
[0022]
A major feature of the plasma processing apparatus according to the present embodiment is that the plasma is formed in the gas inlet 25 of the third gas introduction system 23 for introducing the gas for plasma cleaning (hereinafter, a cleaning gas). Is located farther than the substrate placement surface 400 of the substrate holder 4 from a location (hereinafter, a plasma formation location).
That is, in the apparatus of the present embodiment, plasma is formed in the bell jar 12. Therefore, the inside of the bell jar 12 is a plasma forming place. Then, as described above, the substrate holder 4 is disposed below the bell jar 12, and the substrate 40 is disposed on the upper surface thereof. Therefore, this upper surface is the substrate arrangement surface 400. Then, as shown in FIG. 1, the gas introduction body 232 of the third gas introduction system 23 is located below the substrate placement surface 400 of the substrate holder 4. Therefore,Of the gas inlet 232The gas inlet 25 shown in FIG. 2 is located farther from the plasma formation location than the substrate placement surface 400 of the substrate holder 4.
As described above, when the gas introduction port 25 for the cleaning gas is located far from the substrate placement surface 400 of the substrate holder 4 with respect to the plasma forming location, the cleaning gas is introduced into the portion where the plasma density is low. Excessive decomposition of the cleaning gas as seen in the related art can be suppressed.
[0023]
The above point will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the plasma density distribution of the plasma formed by the apparatus of FIG. As shown by a line A in FIG. 3, the plasma formed in the bell jar 12 gradually attenuates in the process of diffusing into the vacuum vessel 1. When it reaches the portion of the substrate holder 4 which is the largest structure on the plasma diffusion path, it is greatly lost and rapidly attenuated. On the downstream side of the substrate placement surface 400 of the substrate holder 4, as shown in FIG. The plasma density is expected to drop sharply. The same applies to the high-frequency energy supplied to the bell jar 12, which is considered to have a distribution in which the energy gradually attenuates in the process of propagating in the vacuum vessel 1 and abruptly attenuates in the portion of the substrate holder 4.
According to the study of the inventor of the present application, when the gas inlet 25 of the cleaning gas is arranged at a position farther from the plasma forming place than the substrate arrangement surface 400 where the plasma density and the high-frequency energy are considered to drop sharply, the cleaning which has been conventionally seen It was found that plasma cleaning could be performed at a high etching rate without thin film deposition due to the use gas.
[0024]
FIG. 4 is a diagram showing the results of an experiment confirming the effect of the plasma processing apparatus of the present embodiment, and shows the change in the etching rate with respect to the position of the gas introduction body 232 of the third gas introduction system 23. is there. 4, the vertical axis indicates the etching rate of the silicon oxide thin film deposited on the inner surface of the vacuum vessel 1 and the horizontal axis indicates the position of the gas introducing body 232. As for the position of the gas introducing body 232, the substrate arrangement surface 400 is set to ± 0 mm, the vertical upper side approaching the plasma forming location (inside the bell jar 12) is defined as − side, and the vertical lower side away from the plasma forming location is defined as + side.
Explaining a specific method of measuring the etching rate, the thermal silicon oxide film sample was placed at a position about 100 mm higher than the height of the substrate placement surface 400 on the inner surface of the vacuum vessel 1, and plasma cleaning was performed for a predetermined time. It was taken out later, and the thickness difference of the thermal silicon oxide film was measured and obtained.
[0025]
Specific gas types and flow rates were as follows. First, Freon 14 gas was used as a cleaning gas, and was introduced from the third gas introduction system 23 at a flow rate of 400 SCCM. Further, oxygen gas was introduced from the second gas introduction system 22 at a flow rate of 100 SCCM for plasma formation. The pressure in the film forming chamber 101 during the plasma cleaning was 2 Torr. The gas introducing body 232 can be displaced in the vertical direction without breaking the vacuum in the vacuum vessel 1. However, even when the gas introducing body 232 was displaced, the pressure of 2 Torr hardly changed.
[0026]
As shown in FIG. 4, the etching rate on the inner surface of the vacuum vessel 1 is a constant value of approximately 50 nm / min in a region where the position of the gas introduction body 232 is from −80 mm to ± 0 mm, but increases when the position exceeds ± 0 mm. Showed a tendency. Further, the value was about 200 nm / min from around the position of +30 mm, and was almost constant up to the position of +100 mm.
After the plasma cleaning was performed with the gas introducing body 232 placed at a position of −80 mm, the inner surface of the bell jar 12 was observed. Was. When the components of the off-white film were analyzed by electron beam scattering X-ray spectroscopy and Auger electron spectroscopy, it was confirmed that the off-white film was carbon. This is thought to be because the Freon 14 gas introduced as the cleaning gas diffuses into the bell jar 12 and directly interacts with the high-frequency power to cause excessive decomposition, and as a result, the carbon film adheres. Can be
[0027]
Next, after plasma cleaning was performed by disposing the gas introducing body 232 at a position of ± 0 mm, when the inner surface of the bell jar 12 was similarly observed, the carbon film was slightly adhered to the upper inner surface of the bell jar 12.
Further, after plasma cleaning was performed with the gas introducing body 232 arranged at a position of +30 mm, when the inner surface of the bell jar 12 was observed, adhesion of the carbon film was not confirmed.
[0028]
FIG. 5 is a diagram showing the result of examining the relationship between the position of the gas introducing body 232 and the approximate area of the carbon film adhered to the bell jar 12.
According to FIG. 5, the attachment area of the carbon film on the inner surface of the bell jar 12 is the largest when the arrangement position of the gas introduction body 232 is -80 mm, and is about 100 cm.²  Met. As the arrangement position of the gas introduction body 232 approaches the substrate arrangement surface 400, the attached area of the carbon film tends to gradually decrease. When the arrangement position is ± 0 mm, the attached area of the carbon film becomes almost zero. Even in the region where the arrangement position was positive, the attached area of the carbon film was zero.
[0029]
In this manner, by disposing the gas introducing body 232 for introducing the cleaning gas at a position farther from the plasma forming position than the substrate placement surface 400 of the substrate holder 4, the cleaning gas is reduced to a suitably attenuated plasma or high frequency. Is supplied, an excessive reaction of the cleaning gas is prevented, and thin film deposition on the vacuum vessel 1 and the bell jar 12 can be suppressed. As a result, the etching operation is not hindered, and the plasma cleaning can be efficiently performed at a high etching rate.
[0030]
In order to obtain the above effect, it is strictly necessary that the position of the gas introduction port 25 of the gas introduction body 232 is farther from the plasma formation place than the substrate arrangement surface 400. Therefore, for example, in a configuration in which a thin pipe extends from the gas introducing body toward the center and is arranged on the periphery, the opening at the tip of the thin pipe serves as a gas inlet, and this position is located at a position farther from the substrate placement surface 400. It is necessary to
Further, as to how far the gas inlet 25 for the cleaning gas can be from the plasma forming place, it is basically preferable not to be farther than the exhaust position by the exhaust system 11. In the apparatus as shown in FIG. 1, the position of the edge of the opening to which the exhaust pipe 13 is connected farthest from the plasma formation location is the limit position.
The gas inlet of the first gas introduction system 21 for introducing a gas for plasma formation is, as is clear from FIG. 1, closer to the plasma formation site than the gas inlet of the third gas introduction system 23. It is located close. For this reason, the gas for plasma formation is introduced at a place where the attenuation of high-frequency energy is smaller than that of the gas for plasma cleaning.
[0031]
The plasma processing apparatus of the present embodiment includes a third gas introduction system 23 having a gas introduction body 232 at the above position, a first gas introduction system 21 for introducing a gas for forming plasma, and a processing of the substrate 40. And a second gas introduction system 22 that introduces a gas for the second step. As shown in FIG. 1, the gas introduction bodies 212 and 222 of these gas introduction systems 21 and 22 are located closer to the plasma formation location (that is, the high-frequency supply location) than the cleaning gas gas introduction body 232. Are located in Therefore, during the processing of the substrate 40, a gas for plasma formation is introduced by the first gas introduction system 21 from a position near the high frequency supply point to form high-density plasma, and the second gas introduction mechanism 22 A gas for processing the substrate 40 can be introduced to a position near the plasma formation location. For this reason, a gas phase reaction or the like can be caused in the gas for processing the substrate 40 where the high-density plasma is not so attenuated, and as a result, the processing on the substrate 40 can be performed with high efficiency. .
The apparatus of the present embodiment has a pressure of 100 mTorr or less at least 10 mTorr.¹⁰cm^-3Although the high-density plasma having the above density can be formed, the configuration of the gas introduction mechanism 2 also contributes to this.
[0032]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
The apparatus shown in FIG. 6 is an apparatus utilizing helicon wave plasma. Helicon wave plasma utilizes the fact that electromagnetic waves of a frequency lower than the plasma frequency propagate through the plasma without attenuation when a strong magnetic field is applied, and has recently been attracting attention as a technology that can generate high-density plasma at low pressure. Is what it is. When the direction of propagation of the electromagnetic wave in the plasma is parallel to the direction of the magnetic field, the electromagnetic wave becomes circularly polarized light in a certain direction and travels in a spiral. For this reason, it is called helicon wave plasma.
[0033]
In the apparatus of FIG. 6 for forming a helicon wave plasma, a loop-shaped antenna 34 is arranged instead of the high-frequency coil 31 of FIG. The antenna 34 is formed by bending a single round bar-shaped or band-shaped member into a two-stage upper and lower round loop shape.
Further, the bell jar 12 is different from that of the apparatus of FIG. 1 and has a cylindrical shape having a hemispherical tip and a diameter of about 100 mm. The material is also a dielectric such as quartz glass.
[0034]
Further, a magnetic field forming mechanism 35 is provided around the bell jar 12. The magnetic field forming mechanism 35 is a double coil including an inner coil 35a and an outer coil 35b, and the coils 35a and 35b are arranged at a position coaxial with the bell jar 12. The winding direction and energization direction of the inner coil 35a and the outer coil 35b are adjusted such that magnetic fields in opposite directions are formed. When the magnetic field forming mechanism 35 has a double coil structure, there is an advantage that a desired magnetic field can be easily generated. The magnetic field forming mechanism 35 may be constituted by a single coil.
The magnetic field generated by the magnetic field forming mechanism 35 efficiently transports the plasma generated inside the bell jar 12 to the inside of the film formation chamber 101, so that the density of the plasma in the film formation chamber 101 can be increased. . As a result, the processing of the substrate 1 can be performed more efficiently.
[0035]
In the description of each of the above embodiments, the plasma vapor deposition for forming a silicon oxide film on the substrate 40 has been described as an example of the processing of the substrate 40. It is apparent that the same effects can be obtained for the vapor phase growth and the process of performing dry etching on the substrate 40.
Also, an example in which Freon 14 gas is used as the plasma cleaning gas has been described, but Freon 116 gas (C₂F₆), Sulfur hexafluoride gas (SF₆  ) Or nitrogen trifluoride (NF₃  It is apparent that the same effect can be obtained also in the case of using argon gas or oxygen gas. When an argon gas is used, the argon ions generated in the plasma have a high sputtering rate, so that plasma cleaning can be performed while performing highly efficient sputtering.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the plasma processing apparatus described in claim 1 of the present application,When performing plasma cleaning, a gas for plasma formation is introduced from a position near the plasma formation place, and for plasma cleaning, a gas is introduced from a position far from the plasma formation place. Therefore, excessive reaction of gas for plasma cleaning is suppressed.Therefore, plasma cleaning can be efficiently performed at a high etching rate.
Claims3 or 4According to the plasma processing apparatus described above, a substrate can be processed using high-density plasma while obtaining the effect of the first aspect, and a plasma processing apparatus with high productivity can be obtained.
Claims5According to the plasma processing apparatus described in the claimAny of 1 to 4In addition to the effect, the deposition of the thin film on the inner surface of the bell jar is prevented beforehand, so that the high-frequency power matching conditions and the like do not change, and the substrate processing can be performed efficiently by supplying the high-frequency power with high efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of gas introduction bodies 212, 222, and 232 in the apparatus of FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining a plasma density distribution of plasma formed by the apparatus of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing the results of an experiment for confirming the effects of the plasma processing apparatus of the present embodiment.
FIG. 5 is a view showing a result of examining a relationship between a position of a gas introduction body 232 and an approximate deposition area of a carbon film on a bell jar 12;
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 vacuum container
11 Exhaust system
12 bell jar
2 Gas introduction mechanism
21 First gas introduction system
212 gas inlet
22 Second gas introduction system
222 gas inlet
23 Third gas introduction system
232 gas inlet
25 Gas inlet

Claims

A vacuum vessel provided with an exhaust system, a first gas introduction system for introducing a predetermined plasma forming gas into the vacuum vessel, and a power supply for applying energy to the introduced plasma forming gas to form plasma In a plasma processing apparatus comprising a mechanism and a substrate holder for arranging a substrate at a position to be processed by the formed plasma,
The first gas introduction system introduces a plasma forming gas into a gas for plasma cleaning that removes a thin film deposited on the inner surface of the vacuum container and the surface of a member in the vacuum container by plasma etching . Another gas introduction system for introducing in a state is provided, and this another gas introduction system supplies the gas for plasma cleaning at a position farther than the substrate placement surface of the substrate holder from the place where the plasma is formed. and have a introduction to the gas inlet,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the first gas introduction system is located at a position closer to a place where the plasma is formed than a gas introduction port of the another gas introduction system .

Gas inlet of the further gas introduction system, the plasma is rather far than the substrate arrangement surface of the substrate holder from where it is formed, of the vacuum chamber openings the exhaust pipe is connected which constitutes the exhaust system 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the edge of the substrate is closer to the substrate placement surface than to the edge farthest from the plasma formation place .

In addition to the first gas introduction system and the another gas introduction system, there is provided a second gas introduction system for introducing a gas for processing the substrate, the second gas introduction system , the plasma 3. The plasma processing according to claim 1 , further comprising a gas inlet located closer to a place where plasma is formed than a gas inlet of another gas introduction system into which a gas for cleaning is introduced. apparatus.

Wherein the power supply mechanism, at least ¹⁰ 10 ^{cm -3} to form a high-density plasma having a density greater than, characterized in that those capable of Claim 1, wherein at a pressure of not greater than 100mTorr Plasma processing equipment.

A part of the vacuum vessel is a bell jar made of a dielectric material, and the power supply mechanism supplies high-frequency power into the bell jar to form the plasma by an induced electric field. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein