JP3737786B2 - エッチングあるいはコーティング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空容器と容器内でＡＣプラズマ放電を容量的に発生させる互いに離れた１対の電極とを有する純粋に物理的なプロセスとプラズマ支援の化学的プロセスＰＥＣＶＤのためのエッチングあるいはコーティング装置、プラズマ放電の点火を行う方法、及び同装置を間欠的に駆動する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記種類及び類似の種類のスパッタリング装置は次の文献から公知である。ＤＥ−ＯＳ１７９０１７８、ＤＥ−ＯＳ２０２２９５７、３７０６６９８、ＥＰ−Ａ−０２７１３４１、ＵＳ−Ａ−４５７２７５９、４２７８５２８、４６３２７１９、４６５７６１９、４１３２６１３、４５５７８１９、４４６６８７２、４５５２６３９、４５８１１１８、４１６６０１８、ＧＢ−Ａ−１５８７５６６、１５６９１１７、１３５８４１１、１１１１９１０、１２５８３０１、２１５７７１５。この場合に一般には、例えばＥＰ−Ａ０２７１３４１から明らかなように、容量的にプラズマを発生させる２つの電極を容器壁を通る絶縁された通過部を通して駆動するか、あるいは単に一方の電極のみを駆動し、その場合には容器壁全体を第２の電極として使用し、例えば特に「アノード」としてアースに接続する。
【０００３】
いわゆるＡＣあるいは特にＨＦスプレイ技術の物理に関しては、次の文献に記載されている。Ｈ．Ｒ．ＫｏｅｎｉｇとＬ．Ｉ．ＭａｉｓｓｅｌのＩＢＭ Ｊ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．１４、１９７０年３月、第１６８頁以降、Ｂａｌｚｅｒｓ社のＦａｃｈｂｅｒｉｃｈｔ ＢＢ８０００１５ＤＤ（８４０４）、Ｋ．ＨｏｅｆｌｅｒとＫ．Ｗｅｌｌｅｒｄｉｅｃｋ、及びＫ．Ｗｅｌｌｅｒｄｉｅｃｋの学位論文「スプレイ技術の高周波放電における電位の分布」１９８８、カールスルーエ大学。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これまで知られている方法、すなわち両方の電極を駆動するか、あるいは容器壁の一方のみを電気的に絶縁して通過部を介して駆動するという方法は、次のような欠点を有する。容器壁を貫通して、絶縁されかつ気密を維持するように構成された少なくとも１つの通過部を設ける必要がある事、さらに容器壁と反対側の少なくとも１つの電極がプロセス室のかなりの部分を占めてしまい、そのために容器が大型になってしまうことである。
【０００５】
一方の電極に容器壁を通して真空を維持しかつ絶縁状態で給電を行い、この壁を全体として第２の電極として例えばアース電位に接続して使用する場合には、容器内部側の電極面の面積比の構成が著しく限定されててしまう。その場合には一般に、容器壁全体によって形成される電極の面積を通過部を有する電極の面積よりも著しく大きくする。
【０００６】
エッチングすべき工作物は面積の小さい方の電極に配置しなければならず（Ｋｏｅｎｉｇの面／電圧の規則）、従ってこの場合には通過部を有する電極の方へ配置しなければならず、通常ＡＣ電位に接続されるのはこの電極であって、容器ハウジングないし容器壁ではないので、この場合にはエッチングすべき工作物が電位に接続される。その場合には電位は必ずしもＡＣ電位だけではない。というのはこの小さい方の電極は放電によってＤＣ電位（自己バイアス電位）も発生するからである。電位に接続される工作物（通過部を有する小さい方の電極上で基準電位に接続される）は、どんな形式の自動処理にとっても著しく煩雑なものになってしまう。
【０００７】
従って、要約すると、容器内部に、容器壁から局地的に分離され、かつそれから電気的に絶縁して駆動される電極が占める空間を容器の設計の際に考慮しなければならず、さらに容器壁を通して気密の通過部を形成することが必要であり、さらにこの種の電極によって大／小の電極面（Ｋｏｅｎｉｇ）基準電位／ＤＣ浮遊電位に関して柔軟性が限定されてしまう。
本発明の課題は、できるだけ構造がコンパクトで、上述の欠点を除去した上述の種類の装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は基本的には以下の様な技術構成を採用するものである。即ち、真空容器（１、２０）と、真空容器内で容量的にプラズマ放電を発生させる互いに離れた１対の電極（５、９；１７、１９；１７ａ、１９ａ、１７ｂ、１９ｂ）とを備えたエッチングあるいはコーティング装置において、容器を包囲する壁（３）が互いに絶縁された（７）２つの部分（５、９）に分割され、両者が電極面（ＦA 、ＦB ）として用いられる内側の面に電気的に信号を伝達するのに用いられ、どちらの電極（５、９）がエッチングされるか、ないしはどちらの電極がコーティングされるか、が容器の壁（３）の分割と共に制御されるエッチングあるいはコーティング装置である。
【０００９】
【作用】
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１には、真空容器１が概略図示されている。真空容器の壁３は容器内部空間Ｉを包囲しており、かつ壁３には当然のことながら真空ポンプ（不図示）と、アルゴンなどの作業ガスの入口及び／あるいは反応ガスの出口などが接続されている。この壁３には金属からなる第１の部分５と第２の金属部分９が設けられており、部分９は中間絶縁体７を介して第１の部分から分離されている。金属部分５と９は、容量的にプラズマを発生させる２つの電極のそれぞれ一方を形成する。
【００１４】
例えば上方の部分５は減結合コンデンサＣを介して高周波発電機（一般にＡＣ発電機と称する）に接続され、図示の例で電極として作用する第２の部分９は基準電圧φｏ（例えばアース電位）に接続される。部分５の内壁は電極面ＦA を形成し、部分９の内壁は第２の電極面ＦB を形成し、容器１のプロセス室ないし内部空間Ｉに向いている。
【００１５】
図から明らかなように、このような容器１の実施例は、２つの面ＦA 、ＦB の割合をどのように選択するかについて最大の柔軟性を有する。工作物をエッチングするために、工作物は符号１２で点線で示すように、電極部分９すなわち小さい方の電極面ＦB を形成する部分９上に載置され、工作物をコーティングする場合には符号１３で示すように、大きい方の電極面ＦA を形成する電極部分５上に載置される。その場合には好ましくは大きい方の電極、従ってここでは部分５も基準電位φｏで駆動される。
【００１６】
図２には本発明による第２の装置ないし容器装置が示されている。
本図では一部のみ示す容器１の例えば金属の壁部分１５には、容量的にプラズマを発生する第１の電極（不図示）が設けられる。この電極は図１の理念によれば容器の壁の一部とすることもできるが、従来のように容器壁を通して絶縁状態で気密で案内されることにより駆動される電極とすることもできる。図２には本発明により形成された電極が示されている。電極の基本構造には導電性の金属層１７が容器の内部空間Ｉに関して外側に設けられ、かつ内部空間に対して誘電性の材料からなる層１９によって覆われている。
【００１７】
容器内部空間Ｉ内を支配する真空によってもたらされる容器壁３の圧力を吸収するために、導電性の層１７は比較的厚い寸法で形成されており、それによりこの層によって圧力を吸収することができる。誘電性の層１９は任意の薄さで形成することができる。真空容器１に設けられた、基本的に外側にある導電性の層１７と誘電層１９から形成される電極は、後述するようにＤＣ減結合コンデンサを形成する。
【００１８】
プラズマを維持するるプロセス室内には、自由な電荷担体が存在する。従って、誘電層１９の内側に接しているプロセス室は、層１７に対して逆容量プレートを形成する。導電性の層１７と、誘電層１９とそれに接するプロセス室の配置は、図２に示すように、プロセスインピーダンス（バー）ＺP と、誘電層１９及び導電性の層１７を有し前記プロセスインピーダンスに直列に接続された電極容量によって簡単に示すことができる。
【００１９】
図２に示すように、容器内で容量的にプラズマを発生するこの電極は基準電位φｏに接続され、あるいはまたＡＣ発電機、特にＤＣ減結合コンデンサＣと接続される。図１に示す実施例の場合に設けられ、従って電極部分５が自己バイアス電位をとることができるＤＣ減結合コンデンサＣは、層１７とプロセス室Ｉ間の上述の容量によって形成することができる。
【００２０】
誘電層１９は好ましくは、工作物の処理プロセスと互換性を有する材料から形成され、それは特にこの層材料の搬出がプロセスの結果に悪い影響を与えないためである。従ってＳｉＯ２ 表面を有する工作物を処理する場合には、層１９は好ましくはＳｉＯ２ から形成される。
【００２１】
図２を用いて示す電極は、容器３の任意の大きさの領域にわたって設けることができ、それによって大きい電極面と小さい電極面との比をどのように設定するかに関してここでも大きな柔軟性が得られる。
【００２２】
図３には本発明の容器１が例示されており、容量的にプラズマを発生する２つの電極は図１と２に示すのと同様に構成される。従って図から明らかなように、容器内部全体を最大の純度の要請を満たすためにプロセス互換性を有する誘電工作物から形成することもできる。図４には容器２０が概略図示されており、その部分２２と２８は公知のように基準電位φｏ、例えばアース電位と接続される。この部分２２は容量的にプラズマを発生する電極の１つとして作用する。その第２の電極２４は、公知のように容器２０の金属壁２８を通る絶縁体２６を介して駆動される。容器壁の中間部分３０には容器を巻回してコイル３３が設けられている。コイルはＡＣ発電機と接続され、それによってコイル電流を供給される。コイル３３によって容器内部Ｉないしプロセス室の電極２４と２２／２８間にもたらされる誘導磁場の作用によってプラズマ密度が増大し、イオンエネルギが減少するので、容量的にだけ発生されるプラズマと比較して、工作物をより均一にかつ「やさしく」コーティングないしエッチングすることができる。
【００２３】
図４から明らかなように、本発明によればコイル３０の内面は容器内部Ｉに対して露出している。コイル電流を供給するＡＣ発電機は気密を維持するように封入されたコイル３３と直列に接続され、次に一方の電極として作用する容器部分２２と接続され、この部分２２には基準電位φｏが印加される。従ってコイル３３はＤＣで基準電位φｏに接続され、それによって内側が露出されたコイル面は容器部分２２の電極面の一部となる。それによって、コイル３３を設けているけれども、電極面ＦA 、ＦB の比が一定である場合にコイル３３を設けない場合とほぼ同じように容器をコンパクトに形成することができる。
【００２４】
コイル３３を基準電位に接続された部分２２ないし基準電位に接続された電極と導電接続しないで駆動する場合には、図４に点線で示すように、コイル３３は例えば分離変圧器Ｔｒを介してＡＣ発電機３５と接続され、電極２４と導電接続されない。それによってコイル３３は自己バイアス電位をとることができると共に、発電機１１によって駆動され、変圧結合されて発電機３５によって駆動される。
【００２５】
その場合にはコイル３３は容量的にプラズマを発生するための電極２４の面積に貢献する。図５においては、図４に示す誘導的にプラズマを発生するために設けられたコイルの面を充分に利用する技術が、図２に示す容量的にプラズマを発生する少なくとも一方の電極と共に使用されている。図示の例においては、容量的にプラズマを発生する電極の一方は容器１の金属部分３９によって形成される。この部分は、例えば基準電位φｏに接続される。容量的にプラズマを発生する第２の電極は図２に示す実施例と同様に、容器内部Ｉ側に誘電層１９ｂを有する導電性の層１７ｂ（金属部分）によって形成される。この金属層１７ｂは、図２による電極の回路構成の実施例に示すように、他のＤＣ減結合なしにＡＣ発電機１１と接続されている。
【００２６】
コイル装置４１は容器の領域４３に設けられ、容器内部Ｉ側は誘電層の他の実施例と同様の誘電材料で覆われている。図示の実施例においては、コイル装置４１の容器内部Ｉ側の面は部分１７ｂによって形成される層の延長面として作用させるので、コイル４１は分離変圧器Ｔｒを介してＡＣ発電機３５と接続され、さらに部分１７と導電接続されている。
【００２７】
その場合に領域４３においては好ましくはコイル４１の本体は真空に基づく機械的な圧力を吸収し、容器内部に向いてできるだけ大きな有効面を形成するために、図示のようにフラットな巻き線として形成されている。
図２に示す電極の本発明実施例に戻って、内部側に金属の層を設けた方が好ましい場合には、この装置に容器内部に向いた金属の第３の層を設けることができるのは言うまでもないことである。その場合に図から明らかなように、符号４５を付して点線で示すこの種の金属層あるいは適当な金属体はそれぞれそれぞれ所望の材料に従って容易に交換することができ、それぞれのプロセスに適合させることができる。
【００２８】
真空容器、容量的にプラズマを発生する１対の電極及びさらに誘導的にプラズマを発生するコイル装置を有する装置（基本的には図４に示されているが、図４を用いて示すコイル面の特殊な利用とは無関係）は、本発明によれば、まずプラズマを容量的に形成し、次に誘導的に強化することによって点火される。すなわち、例えば図４に示す実施例の場合には、点火するためにまずＡＣ１１発電機が駆動され、その後コイル電流を供給するＡＣ発電機が駆動される。
【００２９】
容器内部で実施するエッチングあるいはコーティングプロセスを間欠的に駆動し、従って間欠的に停止させるためには、容量的なプラズマ発生すなわち図４の例で見ればＡＣ発電機１１が停止され、コイル電流を供給する発電機３５は電気的に能動化されたままになる。プロセスを再開するためには、誘導性の成分が能動化されたままになっている場合には、単に発電機１１をオンにすることによって容量的なプロセスが実施される。
【００３０】
すでに説明したように、本発明の容器において、エッチングの場合には処理すべき工作物は容器内部側に向いた小さい面を有する電極の領域に配置され、その場合にはさらにこの小さい電極の領域にエッチングすべき工作物を保持する保持装置が設けられる。この種の保持装置は図１において符号１２ａで概略的に図示されている。
同様に、コーティングすべき工作物については図１に符号１３ａで概略的に示すよう大きい面を有する方の電極に工作物保持装置が設けられる。
【００３１】
この場合にも公知のように、プラズマ密度を部分的に所望に高め、ないしはプラズマ分布を制御するために、放電室内で磁場を作用させることができることはもちろんである。この種の磁場は好ましくは室の外部に配置された永久磁石及び／あるいは電磁磁石によって発生され、静的に配置され、あるいは移動される。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、容器ハウジングないしその壁が２つの電極を形成することによって、一方の電極を自由状態で設けるために必要な容器内部空間を省くことができ、絶縁された電気的な通過部も同様であって、そのために電極面積の比を所定の大きさに設定する上述の壁面の分配が可能であり、それによって容器の大きさが著しく変化することはなく、従って出来るだけ 造がコンパクトで、上述した従来の欠点を除去したエッチングあるいはコーティング装置が得られるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエッチングあるいはコーティング装置の概略を示すものであって、容器が容量的にプラズマを発生する２つの電極を形成している。
【図２】容器の一部を概略的に示すものであって、本発明の第２の方法によってプラズマを容量的に発生させる電極の一方の実施例が示されている。
【図３】装置の容器の概略を示すものであって、容量的にプラズマを発生させる２つの電極は図２の実施例に従って形成されており、さらに図１に示す実施例による容器はほぼ電極面によって形成されている。
【図４】容量的にプラズマを発生させる電極を有する公知の装置の容器に基づいて、プラズマ内に誘導的にエネルギを結合するコイル装置の実施例が示されており、本発明によれば、コイルの面が容量的にプラズマを発生させる一方の電極の面の一部として利用されている。
【図５】請求項２に従って形成された容量的にプラズマを発生する電極の１つと、コイル装置とを有する本発明装置の容器が示されており、コイル装置の面は図２に示す電極の一部を形成している。
【符号の説明】
１…真空容器
３…壁
５、９…電極
ＦA 、ＦB …電極面

Claims (6)

1. 排気される中空の内部空間であって、実質的に平坦な上面と該上面に実質的に平行な平坦底面とによって画定されかつ前記底面と上面は側面によって結合される内部空間を有する真空容器を備えたエッチングまたはコーティング装置において、
   その電極面が前記底面の一部である、導電性材料の第１の電極と、
   第１および第２の表面を有し、前記第１の表面は前記上面および側面を形成する、誘電材料と、
   前記誘電材料の前記第２の表面の前記上面および前記上面に連続する前記側面の一部上に、前記第１の電極とは間隔を置いて形成された導電材料の第２の電極と、
   前記第１および第２の電極と離れ、前記内部空間の側面の一部において前記誘電材料の前記第１の表面上に露出しない位置で前記側面を取り囲むコイル表面を有するコイル装置、を設け、
   前記第１および第２の電極はプラズマ生成Ｒｆ電源に接続されている、エッチングまたはコーティング装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記第１の電極の電極面に隣接して、エッチングすべき少なくとも１個の工作物のための工作物支持体を備える、エッチング装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、前記コイル装置はＡＣ電源に接続されている、エッチングまたはコーティング装置。
4. 請求項１に記載の装置において、前記第１の電極は、基準電位（Φ _０ ）に接続された前記プラズマ生成Ｒｆ電源の出力に接続されている、エッチングまたはコーティング装置。
5. 請求項１に記載の装置において、さらに、排気口と同様に前記内部空間へのガス流入口を備える、エッチングまたはコーティング装置。
6. 前記プラズマ生成Ｒｆ電源は、ＤＣ減結合コンデンサを介して前記第１の電極に接続されている、エッチングまたはコーティング装置。

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