JPH0598432A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大面積基板や複数個の基板等に対して、均一
な成膜を行える、効率の良いプラズマ処理装置を提供す
ることにある。 【構成】 本発明に係るプラズマ処理装置は、ＥＣＲス
パッタリング装置であり、マイクロ波及びスパッタリン
グガスが導入される反応室５と、反応室内部に磁場を形
成する電磁コイル４ａ，４ｂと、反応室５内部に配置さ
れたターゲット７とを備えている。反応室５は環状に形
成され、内壁に基板６を配置することが可能である。

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ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance :電子
サイクロトロン共鳴）スパッタリング法を使用するプラ
ズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に薄膜を形成する装置として、従
来よりスパッタリング装置が用いられている。このスパ
ッタリング装置では、一般に、反応室内にたとえばアル
ゴンガス等の所定のガスを導入し、基板とターゲットと
の間に電圧を印加してグロー放電を起こさせる。そし
て、ターゲットにガスイオンを衝突させることによりス
パッタされたスパッタリング粒子（ターゲット原子）を
基板表面に付着させ、基板上に薄膜を形成している。

【０００３】一方、最近、スパッタリング法の一種とし
て、低温で高品質の膜形成が可能なＥＣＲスパッタリン
グ装置が開発され、既に実用に供されている。このＥＣ
Ｒスパッタリング装置は、マイクロ波及びスパッタリン
グガスが導入される反応室と、反応室の周囲に配置され
反応室内部に磁場を形成する磁気回路と、反応室内壁に
設置されたターゲットとから主に構成されている。そし
て、基板はターゲットと対向する位置に配置される。反
応室内部において、マイクロ波と磁場によりプラズマ領
域が形成され、そのプラズマイオンがターゲットに衝突
してターゲットをスパッタして基板に成膜を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のＥＣＲスパ
ッタリング装置では、ターゲットが反応室の内壁に設置
されているため、広い基板や複数の基板に均一な膜形成
をすることが困難であり、量産に適していない。すなわ
ち、成膜の高効率化のために複数個の基板に対して同時
に成膜を行いたい場合があるが、前記従来の装置では非
常に困難である。

【０００５】本発明の目的は、大面積基板や複数個の基
板等に対して、均一な成膜を行える効率の良いプラズマ
処理装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、マイクロ波，スパッタリングガス及び磁場に
よりプラズマ領域を形成して基板を処理するプラズマ処
理装置である。この装置は、マイクロ波及びスパッタリ
ングガスが導入される反応室と、反応室内部に磁場を形
成する磁気回路と、反応室内部に配置されたターゲット
とを備えている。前記反応室は環状に形成され、内壁に
基板を配置することが可能である。

【０００７】

【作用】本発明に係るプラズマ処理装置においては、ま
ず、反応室の環状に形成された内壁に、基板を配置す
る。続いて、反応室内にマイクロ波及びスパッタリング
ガスを導入する。マイクロ波，スパッタリングガス及び
磁気回路により形成された磁場により、反応室内にプラ
ズマ領域が形成され、ターゲットがスパッタされる。こ
の結果、反応室の内壁に配置された基板が成膜される。

【０００８】このようにして、反応室の内壁には、たと
えば複数個の基板を配置したり、また大面積の基板を配
置することが可能であり、効率の良い成膜が可能とな
る。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例によるＥＣＲスパッタリン
グ装置について説明する。図１の上部は、ＥＣＲスパッ
タリング装置の断面構成図である。図において、プラズ
マ室１は、導入されるマイクロ波（周波数２．４５ＧＨ
ｚ）に対して空洞共振器となるように構成されており、
円筒形状である。プラズマ室１には、石英等で構成され
たマイクロ波導入窓２を介してマイクロ波を導入するた
めの矩形状断面の導波管３が接続されている。プラズマ
室１の周囲には、プラズマ発生用の磁気回路としての電
磁コイル４ａ，４ｂが配設されている。電磁コイル４
ａ，４ｂによる磁界の強度は、マイクロ波による電子サ
イクロトロン共鳴の条件がプラズマ室１の内部で成立す
るように決定される。この電磁コイル４ａ，４ｂによっ
て、下方に向けて発散する発散磁界が形成される。ここ
で、前記周波数に２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対して
電子サイクロトロン共鳴を起こすための磁束密度は８７
５Ｇであるが、この８７５Ｇの強度が図１の下部のグラ
フに示すようにターゲット７の位置に発生するように設
定されている。

【００１０】プラズマ室１に隣接して、反応室５が設け
られている。反応室５は、環状に形成され、その一部断
面を図２に示す。また、反応室５の内壁には、成膜すべ
き基板としてのシリコンウェハ６が複数個配列されてお
り、これらの各シリコンウェハ６は反応室１の内壁に装
着された基板ホルダ９に装着されている。反応室５とプ
ラズマ室１との間には、中心に孔が開いた引き出し窓５
ａを有しており、この引き出し窓５ａがプラズマ室１か
らのプラズマ流の反応室５への流れを調整する。また、
反応室５の上部側面にはスパッタリングガス導入口５ｂ
が形成されている。反応室５の下部には排気口５ｃが形
成されており、この排気口５ｃは図示しない排気系に接
続されている。

【００１１】反応室５の中心には、円筒状のターゲット
７がターゲット載置台８に載置されている。つまり、タ
ーゲット７は複数のシリコンウェハ６に囲まれるように
配置されていることになる。

【００１２】次に、動作について説明する。最初に、成
膜すべき複数のシリコンウェハ６を基板ホルダ９に装着
する。次に、図示しない排気系によりプラズマ室１及び
反応室５を真空状態にする。そして、スパッタリングガ
ス導入口５ｂから反応室１内にアルゴンガスを導入す
る。そして、プラズマ室１の周囲に設けられた電磁コイ
ル４ａ，４ｂに通電して、反応室５内のターゲット７の
位置に８７５Ｇの磁束密度が発生するようにする。この
状態で、導波管３を介して周波数２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波をプラズマ室１に導入し、プラズマ室１内にプラ
ズマを発生させる。

【００１３】すると、プラズマは発散磁界によって引き
出され、図１の上部の図の点線で示すように広がる。そ
して、ターゲットがスパッタされ、その周りに配置され
たシリコンウェハ６上に成膜が行われる。このとき、タ
ーゲット７の位置、つまり磁場が８７５Ｇの位置は、プ
ラズマ密度が高く活性な領域であり、効率良くターゲッ
ト７がスパッタされる。そのため、複数のシリコンウェ
ハ６に対して、一度に、かつ容易に均一な成膜が行え
る。

【００１４】なお、プラズマ室１から引き出されるプラ
ズマは引き出し窓５ａにより規制され反応室５の中央部
に集中するように広がるため、シリコンウェハ６がスパ
ッタリングされることはない。

【００１５】この実施例では、ターゲットが棒状である
ため、従来例のように内壁に配設されたものと異なり、
交換が容易である。また本実施例のＥＣＲスパッタリン
グ装置は、高周波電力を使用するマグネトロンスパッタ
リング装置のようにターゲットまたは基板自体が電極に
なっているものとは異なり、無電極放電であるので、タ
ーゲットの種類を変更した場合でもマッチングを取り直
す必要がほとんどない。そのため、再現性がよくなり、
従来のＥＣＲスパッタリング装置に比べて効率良くスパ
ッタリングを行える。

【００１６】実験例 前記図１の装置を用いて、成膜圧力１×１０^-1Ｔｏｒ
ｒ、マイクロ波パワー１ｋｗ、アルゴンガスを使用して
直径３０ｍｍのアルミニウムをスパッタした。その結
果、直径４インチのシリコンウェハ６枚に、約３０００
オングストローム／分の成膜速度で成膜が行われた。

【００１７】〔他の実施例〕 （ａ） 前記実施例においては、ターゲット７は棒状の
部材であるが、図３及び図４に示すようにターゲット水
冷装置を設けることも可能である。ターゲット７には、
外部からの冷却水が注入または排出されるための水冷パ
イプ１０が接続されており、ターゲット７の内部に形成
された水路１１を冷却水が循環してターゲット７を冷却
する。この結果、スパッタリング中にもターゲット７の
高温化を防止して、良好な成膜が行える。

【００１８】（ｂ） 前記実施例では、ターゲット７に
はバイアスが印加されていないが、より効率良くスパッ
タするために、ターゲットにＤＣまたは高周波電圧等の
バイアスを印加してイオンの衝撃を増加することも可能
である。

【００１９】（ｃ） 前記実施例では、反応室５は静止
状態でスパッタするが、反応室５を回転させることでシ
リコンウェハ６をターゲット７の周囲に回転させ、成膜
の均一性を向上させることも可能である。また、ターゲ
ットを回転させてもよい。

【００２０】（ｄ） 前記実施例では、ＥＣＲ条件の位
置がターゲット７の中心になるように電磁コイル４ａ，
４ｂの位置が設定されているが、電磁コイル４ａ，４ｂ
に流す電流を変化させてＥＣＲ条件の位置を移動させ
て、膜の均一性を向上させることもできる。また、この
ようにすれば、ターゲットの消耗も均一になる。ターゲ
ットの消耗を均一化するために、ターゲットを移動させ
てもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明に係るプラズマ処理装置は、環状
に形成され、内壁に基板を配置することが可能な反応室
を有している。したがって、本発明では、広い面積にわ
たって、あるいは多数の基板に対して、均一に成膜がで
きる、効率の良いプラズマ処理装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるプラズマ処理装置の断面
構成図及びそのプラズマ処理装置に印加する磁場特性を
示す図。

【図２】反応室の一部断面構成図。

【図３】別の実施例におけるターゲットの外観図。

【図４】図３の断面図。

【符号の説明】

５ 反応室 ４ａ，４ｂ 電磁コイル ６ シリコンウェハ ７ ターゲット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波，スパッタリングガス及び磁場
   によりプラズマ領域を形成して基板を処理するプラズマ
   処理装置であって、 環状に形成され、内壁に前記基板を配置することが可能
   で、前記マイクロ波及びスパッタリングガスが導入され
   る反応室と、 前記反応室内部に前記磁場を形成する磁気回路と、 前記反応室内部に配置されたターゲットと、を備えたプ
   ラズマ処理装置。