JPS5891167A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、真空容器内にグロー放電を発生させ。

該グロー放電によるプラズマを利用して前記真空容器内
におかれた被処理物の処理を行なうプラズマ処理装置に
関するものである。

この種のプラズマ処理装置には、低圧ガス中のグロー放
電により発生するプラズマを利用して。

薄膜の作製や基板等の表面処理やその他の処理を行なう
、スノやツタリング装置、プラズマＣ’ＶＤ装置。

ドライエツチング装置などが含まれる。

このようなプラズマ処理装置においては、真空容器のリ
ークや、真空容器の器壁からの放出などに基因する不純
物ガスに対する排気速度音大きくとり、使用ガスの純度
低下を押えることが望まれる。

例えば、スパッタリング装置ではｙｌＯＴｏｒｒないし
１０Ｔｏｒｒのガス零囲気の中で高電圧を印加してグロ
ー放電を発生させ、被膜形成を行う。

この際、真空容器内を一度高真空まで充分排気した後、
アルゴンガス等の不活性ガス全真空容器内に導入して真
空容器内をグロー放電に適した所定圧とし、この後でグ
ロー放電を発生させる。従来のス・母ツタリング装置で
は、グロー放電の発生及び持続に必要な所定のガス圧力
を維持するために。

真空容器と主排気ポンプの間に設けた可変コンダクタン
ス音用い圧力調整が行なわれている。これは、従来のス
・母ツタリング装置では通常、主排気ポンプとして、油
拡散ポンプが使われることによる。すなわち、油拡散ポ
ンプの場合、動作圧力の範囲は比較的低圧領域に限られ
、その動作圧力の上限付近における圧力と排気速度との
積で定まる最大ガス流量Ｑｍａｘ　の値はあまり大きく
ない。従って、ガス流量をこの最大ガス流量Ｑｍａｘの
値以下に保ち、しかも真空容器内をスパッタリングのた
めに必要なガス圧に維持するためには、可変コンダクタ
ンスによる流量調整が不可欠となるのである。

上述の方法では、不活性ガスの流量を減少させることで
スパッタリングのためのガス圧を維持できる反面、スパ
ッタリング前には可変コンダクタンス全全開して充分低
い到達圧力を得ていたとしてもスｉ＜’ツタリング中に
は可変コンダクタンスを絞らざるを得ない。この結果、
到達真空度の悪い排気系を使っているのと同じになって
いる。すなわち。

スフ４’ツタリング最中に発生する不純物ガスに対して
も見かけ上の排気速度速度は低下してしまう。従って、
スパッタリング中の不純物ガスの濃度は増大する傾向を
示し、スパッタリングにより形成される被膜中への不純
物ガス分子の入射量を増大させ。

その膜質に重大な悪影響を及ばずことも起りつる。

更に一般には前記可変コンダクタンス“の存在はその全
開時においても真空容器と主排気ポンプとの間のコンダ
クタンスを減少させる。従って、主排気ポンプの能力は
大幅に低下し到達真空度も悪くなるという欠点もある。

若し、全開時のコンダクタンスを低下させないようにす
るには、非常に大型の可変コンダクタンスを使用するこ
とになり。

費用の点で不利になるばかりでなく不要なデッドスペー
スの増大を招くなどの問題を生ずる。

Ｑｍａｘとポンプの排気速度Ｓとの比Ｑｍａｘ／８の値
が大きくならない限り、上記の欠点は解消できないので
ある。

次に、上記の説明を具体的な例全挙げて更に詳しく説明
する。

第１図を参照すると、従来のスフ４ツタリング装置が示
されている。このスフ４ツタリング装置は。

真空容器１０と、排気系２０と、ガス導入系３０と、真
空容器１０内に配置された一対の電極１１゜１２と、該
電極間に電力を供給してグロー放電を誘起させる電源４
０とを備えている。電極１１はカソードであり、ターゲ
ットを有している。電極１２はアノードであり、その上
には基板１３が載置される。

この実施例においては、真空容器１０内にグロー放電に
よるプラズマ全発生させるための装置は。

１１．１２．４０を含む部分であり、また真空容器１０
内にてスパッタリングを行なわせるための装置も、１１
，１２．４０を含む部分である。即ち、この実施例にお
いては、真空容器１０内にグロニ放電によるプラズマを
発生させるための装置と、真空容器１０内にてスパッタ
リングを行なわせるための装置とが、兼用されている。

このスフ９ツタリング装置の排気系２０の動作を説明す
ると、まず、真空容器１０内は、荒引きパルプ２１全通
して、補助排気ポンプである油回転ポンプ２２により荒
引きされる。ついで、メインバルブ２３．可変コンダク
タンス２４．主排気ポンプである油拡散ポンプ２５．及
び補助バルブ２６によって構成される主排気経路でｙ　
１０　　Ｔｏｒｒ程度の圧力まで排気される。この際、
可変コンダクタンス２４は全開のままである。

ス・ｅ、タリング全行なう場合、ガス導入系３０から、
バリアプルリークバルブあるいはオートフローコントロ
ーラ３１全経て、アルゴンガスを導入し、この導入ガス
は前述した主排気経路によって排気される。この場合の
圧力設定はバリアプルリークバルブあるいはオートフロ
ーコントローラ３１及び可変コンダクタンス２４を調節
することにより行なわれる。この際、導入ガスの最大流
量は、前述のように、油拡散ポンプ２５の最大排気流社
によって決定される。

一例として、大気成分ガスに対する排気速度が２４００
　ｌ　／　ｓｅｅの油拡散ボン７’２５を使用した場合
を考える。この主排気ポンプ２５と、最大開口時のコン
ダクタンスが１０００１７ｓｅｃの可変コンダクタンス
２４と、コンダクタンス６５００１　／ｓｅｅのメイン
バルブ２３を組み合わせた場合、真空容器排気口での排
気速度は、大気成分及びアルゴンに対し各々６４０１／
　ｓｅｅ　、　６００１／　ｓｅｅとなる。一方。

このポンプ２５の最大アルゴン流量３　Ｔａｒｒ−ｌ／
５ｅｅ１変ｒ７ｆ、１ｌｙｘゆ。。。空□語シ３“′圧
力は５．ＯＸ　１０−　Ｔｏｒｒとなる。アルゴン圧力
を更に高くしたい場合には、可変コンダクタンス２４を
絞り、アルゴンに対する排気速度を低下させる必要があ
る。この時には大気成分ガスに対する排気速度も同時に
低下し、ス・り、ツタリング最中の残留不純物ガス分圧
も増加することになる。実際には最大アルゴン流量３Ｔ
Ｏｒｒ−ｌ／ＳｅＣの値を有するポンプ２５でも、長時
間にわたって安定に使用するためには１．５　Ｔｏｒｒ
−１／ｓｅｅ程度で使われることが普通であり、従って
、残留不純物ガス濃度は更に大きくなる。

特にスノやツタリングによるアルミニウム薄膜形成に対
しては、リークガスの成分である窒素、酸素、あるいは
真空容器壁より放出される水等の不純物ガスの影響は大
きく２時には白濁した金属膜を生ずることさえある。可
変コンダクタンス２４の存在はこのような不良製品の発
生と密接な関係がある。アルミニウムのスパッタリング
は、不純物の影響が最も強く現われる代表的な例である
がソノ他の金属のスパッタリングにおいても不純物をで
きるだけ少なくしたい例は多い。

全く同様なことが、ガスの使用法が類似しているドライ
エツチング装置、プラズマＣＶＤ装置など。

低圧ガス中のグロー放電により生成するプラズマを応用
する装置ではそのまま成立することが多い。

本発明の目的は、グロー放電中の真空容器内から排気系
へのガス流量を大き≦とり、グロー放電により発生する
プラズマ中の不純物濃度を下げることによって、良質な
薄、膜の生成や基板等の表面の加工などのプラズマ処理
を行なうことのできる本発明の別の目的は、従来のスパ
ッタリング装置と比較して、大きなガス流量が得られ、
従ってスパッタリング中のプラズマの成分ガスの純度が
高く保たれ、良質な薄膜を作製することのできる処理装
置は次のように構成される。すなわち、真空容器内全主
排気するための主排気ポンプは、該主排気ポンプによる
排気の開閉動作を行なうメインバルブに、直接連絡され
、該主排気ポンプと上記メインバルブとめ間には、従来
のスパッタリング装置では欠くことのできなかった可変
コンダクタンスなどを持たない構造をとっている。更に
。

本発明のプラズマ処理装置のメインバルブは、プラズマ
を発生させて、被処理物の処理を行っている時にはメイ
ンバルブは開放されている。

このような構造にすると、従来のプラズマ処理装置で使
われていた油拡散ポンプでは、特別に低いガス圧の場合
釜除けば、動作不良になってしまうが９本発明では、主
排気ポンプとしてクライオポンプを用いることで安定な
動作領域全撞木している。

クライオポンプは、冷却面（ｍちクライオ面）を極低温
の２０Ｋ（中−２５３℃）前後に冷却し。

この冷却面上に気体を固化してとじこめるものである。

これに対して、ソープションポンプでは。

冷却面（即ち吸着面）を低湿の７７Ｋ（キー１９６℃）
程度までしか冷却できない。その他の構造上の相違点に
もよって、クライオポンプの排気速度はソープションポ
ンプの排気速度に比べてはるかに大きい値をもつ。例え
ば、ソープションポンプの排気速度が数１／ｓｅｃ程度
であるのに対して、クライオポンプの排気速度は１５０
０Ａ’／ｓ＋ｅｃ程度にもなる。

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第２図を参照すると２本発明の一実施例であるスノクツ
タリング装置が示されている。本実施例のスパッタリン
グ装置における従来の装置との最も大きい相違は、第１
図において、メインバルブ２３と主排気ポンプ２５との
中間にあ、った可変コンダクタンス（パリアブルオリイ
フィス）２４に相当するものがないこと、および主排気
ポンプとして、油拡散ポンプの代９に、最大アルゴン排
気量の大きいクライオポン７°２７を用いていることで
ある。

このス、４１ツタリング装置では、真空容器１０内の荒
引きは、第１図と同様に、荒引きバルブ２１全通して、
補助排気ポンプである油回転ポンプ２２によって行なわ
れる。真空容器１０内の主排気は、メインバルブ２３及
び主排気ポンプで、あるクライオポンプ２７によって構
成される経路で行なわれる。上記荒σ［きの際も、上記
主排気の際も。

バルブ２６は閉じている。

ス／’Ｐ　、／タリングを行なう為のアルゴン圧力設定
は、メインバルブ２３を全開のまま、バリアプル・リー
クバルブあるいはオート・フロー−コントローラ３１の
みを調節することにより行なわれる。

この実施例では、大気成分ガスに対する排気速度が１５
００１／ｓｅｅのクライオポン７’２７が使われている
０メインバルブ２３のコンダクタンスが６５００１／ｓ
ｅｃの場合には、真空容器排気口における排気速度は、
大気成分及びアルゴンに対しそれぞれ１２２ＯＡ’／ｓ
ｅｅ　、１０１０Ｊ／ｓｅｅ　となった。これらの値か
ら明らかなように、第１図に示した従来のスノやツタリ
ング装置の油拡散ポンプ２５よりも、小排気速度のクラ
イオポンプ２７を使用したにも拘らず、大気成分ガスに
対する排気速度が大きくなっている。又、クライオポン
ｆ２７ｆｔ使ったため最大アルゴン流量の値は著しく大
きくなる。

この実施例のクライオポンプ２７の場合、アルゴンガス
流量が８．９　Ｔｏｒｒ−１／　ｓｅｅで使用できる。

このため、長時間連続使用時においても真空容器１０内
のアルゴン圧力は８．８　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒで第１
図の場合よりも高くなる。この程度のアルゴン圧力があ
ればマグネトロン型の高速スパッタリングを行うには十
分である。

なお、第２図のバルブ２６は、クライオポンプ２７の再
生時に開かれる。クライオポンプ２７の再生は、冷却を
停止し、クライオ面にためこまれた気体を油回転ポンプ
２２で排気する−ことにより行なわれる。

以上のように２本発明によるス・り、タリング装置は、
従来のスパッタリング装置よりも簡単な構造をとり、し
かも従来のスノぐ、タリング装置よりも排気速度の小さ
いポンプを使った場合でも、従来の゛スパッタリング装
置よりも大きなガス流量を得ることができ、この結果残
留不純物ガスに対する排気速度を大きく保つことができ
る。実際に本発明によるスノＪ？ツタリング装置によっ
て鏡面反射率が高く、バラツキの少い高品質のアルミニ
ウムス・ぐツタ膜が特別の困難なしに容易に得られる。

、既に１述へたようにアルミニウムのスパッタリングは
、従来の装置では不純物ガスの影響が大きく。

時には白濁など、外観にまで明らかに現われる不良も生
ずることがあった。このため、予め高真空で長時間排気
し、更にアルゴン等の導入時にも細心の注意を払う必要
があった。しかし９本発明のスノクツタリング装置では
、スノやツタリング時でもガス流量を大きくとっている
ので不純物ガス濃度は自動的に低く保たれるため、簡単
な操作で良好な膜が得られる。このため操作時間も短縮
できる。

本発明は、上記アルミニウム以外のスパッタリング装置
においてもガスの純度が問題になるスノやツタリング装
置にはすべて応用できる。また２本発明では、ガス導入
系から活性ガスを導入するようにすれば活性スパッタリ
ングも行なうことができる。また１本発明は、ドライエ
ツチング装置。

プラズマＣＶＤ装置などに対しても、全く同様に適用で
き、簡単な構成でかつ容易な操作によって。

プラズマ中の不純物濃度を下げることができるなどの効
果を発揮できる。なお２本発明をドライエツチング装置
に適用する場合、ガス導入系から工、チングガス全導入
するようにする。

なお２本発明に使用する主排気ポンプは１本質的には前
にも説明したようにＱ　ｒｒ＋ａｘ　／　Ｓが大きけれ
ば、どのような型のポンプでもよいが、各種ポンプを調
査の結果からは実用的にはクライオポンプに勝るものは
なかった。

又９以上の説明では単数の真空容器を例にとったが、複
数の真空容器を有する装置への応用、あるいは異種のプ
ラズマ処理全組合せたシステムへの応用も可能であり、
これらも本発明の範囲に入ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のスパッタリング装置を示すブロック図
、第２図は２本発明の一実施例であるスパッタリング装
置を示すプロ、り図である。 １０・・・真空容器、１１・・・ターダットを有するカ
ソード、１２・・・アノード、１３・・・基板（被処理
物）。 ２０・・・排気系、２１・・・荒引きバルブ（第１のバ
ルブ）、２２・・・油回転ポンプ（補助排気ボンｆ）。 ２３・・・メイン／Ｊルブ（第２のバルブ）、２４・・
・可変コンダクタンス、２５・・・油拡散ポンプ（主排
気ポンプ）、２６・・・バルブ、２７・・・クライオポ
ン！（主排気ポンプ）、３０・・・ガス導入系、３１・
・・バリアプルリークバルブ又はオート７０−コントロ
ーラ、４０・・・電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　真空容器内にグロー放電を発生させ、該グロー放
   電によるプラズマを利用して前記真空容器内におかれた
   被処理物の処理を行なうプラズマ処理装置において、前
   記真空容器内を荒引き排気するための補助排気ポンプと
   、前記真空容器内を主排気するための主排気ポンプと、
   前記真空容器と前記補助排気ポンプとの間の連絡路中に
   挿入接続された第１のバルブと、前記真空容器と前記主
   排気ポンプとの間の連絡路中に挿入接続された第２のバ
   ルブと、前記真空容器内を前記グロー放電に適した圧力
   に保つために必要なガスを導入するためのガス導入系と
   、前記真空容器内に前記グロー放電によるプラズマを発
   生させるための装置と全路中に可変フンダクタンスが接
   続されていないことを特徴とするプラズマ処理装置。 ２、真空容器内にグロー放電を発生させ、該グロー放電
   によるプラズマを利用して前記真空容器内におかれた被
   処理物の処理を行なうプラズマ処理装置において、前記
   真空容器内を荒σ［き排気するための補助排気ポンプと
   、前記真空容器内を主排気するための主排気ポンプと、
   前記真空容器と前記補助排気ポンプとの間の連絡路中に
   挿入接続された第１のバルブと、前記真空容器と前記主
   排気ポンプとの間の連絡路中に挿入接続された第２のバ
   ルブと、前記真空容器内を前記グロー放電に適した圧力
   に保つために必要ながスを導入するためのガス導入系と
   、前記真空容器内に前記グロー放電によるプラズマを発
   生させるための装置と。 前記真空容器内にてス・ぐ、タリングを行なわせること
   のできる装置とを有し、前記主排気ポンプはスが接続さ
   れていないことを特徴とするプラズマ処理装置。