JPS61163639A - プラズマ処理方法及び装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理方法及び装置に係り、特に真空
下のガスを電界と磁界との作用によりプラズマ化し該プ
ラズマにより試料を処理するのに好適なプラズマ処理方
法及び装置に関するものである。

〔発明の背景〕

半導体集積回路の集積度の向上に伴ない、従来にも増し
て加工精度、生産性、信顆性において優れたプラズマ処
理技術が必要になってきている。

特に試料である半導体基板（以下、ウェハと略）の外径
が大径化するにつれてウェハの処理方式がバッチ式から
枚葉式へと移行しつつあるため、生産性の向上が更に大
きな課題となっている。

このような課題を解決するためには、試料の処理に寄与
するプラズマの密度を上げることが必要である。最近、
低いパワーで高密度プラズマを発生させて高い加工速度
で低損傷の処理を行うプラズマ処理技術として、例えば
、特開昭５６−１６１６４４号公報や特開昭５９−９８
６７８号公報に記載のような、マグネトロンスパブタの
原理を直 応用した！交電磁界利用のプラズマ処理技術が提案され
ている。

直交電磁に下においては、プラズマ中の電子が電界ベク
トルと磁界ベクトルとの積の方向にサイクロイド軌跡を
描きながら運動するため、プラズマ密度が高くなる。

しかしながら、このような直交電磁界利用のプラズマ処
理技術では、プラズマを有効に閉じ込める必要上、磁界
発生手段が複雑化するといった問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、自己バイアス電圧をＯにしてプラズマ
を有効に閉じこめることで、磁界発生手段を簡単化でき
るプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、処理室と、該処理室に連結された真空排気手
段と、処理室に連結されたガス供給手段と、処理室に試
料を搬入出する試料搬送手段と。

処理室で電界を生じさせる交流電圧源回路と、処理室で
磁界を生じさせる磁界発生手段と、電界な生じさせる交
流電圧源回路からの電圧の時間平均値を０とする回路と
で構成したプラズマ処理装置を用い、真空下のガスを磁
界との作用によりプラズマ化する電界な生ぜしめる電圧
の時間平均値を０とすることで、自己バイアス電圧な０
にしてプラズマを有効に閉じ込めるようにしたものであ
る。

〔発明の実施例〕

従来の直交電磁界利用のプラズマ技術で磁界発生手段が
複雑になっていた原因は、その起源がマグネトロンスパ
ッタにあるためである。即ち、マグネトロンスパッタに
おいては、電極間に直流電圧あるいは自己バイアス電圧
が重畳した交流電圧を印加するために、磁界の方向を単
一方向にするとプラズマが一方向に流れてプラズマの閉
じ込めが不完全となる。従って、プラズマを有効に閉じ
込めるためには、プラズマが一方向に流れないように磁
界の方向を制御する必要があり、このため、磁界発生手
段が複雑になる。

ところが、自己バイアス電圧な０にすることにより単一
方向に磁界を印加してもプラズマを有効に閉じ込めるこ
とができる。即ち、電界な生ぜしめる電圧の時間平均値
が０で、その瞬時値が正の最大値から負の最小値まで変
化する時、プラズマ中の電子は、個々にサイクロイド運
動しながら、集合体としては、例えば、一対の平板電極
ではさまれる空間において往復運動することになる。従
って、この場合は、単一方向に磁界を印加してもプラズ
マを有効に閉じ込めることができるようになる。

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明す
る。

第１図で、プラズマ処理＊ｌＩは、例えば、対向電極１
０と試料電極１１とが所定の放電空間臆を有して上下方
向に対向して平行に設けられた処理室１３と、処理室１
３に連結された真空排気手段四と、処理室１３に連結さ
れたガス供給手段Ｉと、試料（図示省略）を処理室１３
に搬入出する試料搬送手段（図示省略）と、処理室１３
で、この場合、対向電極１０と試料電極１１どの間で電
界を生しさせる交流電圧源回路荀と、処理室１３で、こ
の場合、電界と直交する磁界を発生させる磁界発生手段
間と、電界を生じさせる交流電圧源回路荀からの電圧の
時間平均値を０とする回路（以下、自己バイアス電圧相
殺回路と略）６０とで構成されている。

第１図で、この場合、処理室１３の底壁の一部を構成し
て試料型ｆ！１１が、試料設置面を上面として略水平に
設けられている。試料側１１の試料設置面の大きさは、
この場合、試料であるウェハ（図示省略）を１枚設置可
能な大きさである。一方、処理室１３の頂壁には、下端
部を処理室１３内に突出させて電極軸１４が電気的に絶
縁されて気密に設けられている。電極軸１４の下端には
、対向電極１０が試料型！＃１１の試料設置面に対応し
て略水千〇二設けられている、電極軸１４はアースされ
ている。この場合、対向電極１０には、放電空間しに開
口して複数のガス放出孔（図示省略）が形成されると共
に、ガス放出孔に連通してガス分散室（図示省略）が形
成されている。また、電極軸１４には、ガス分散室と連
通してガス供給路（図示省略）が軸方向に形成されてい
る。また、処理室１３の底壁には、排気孔１５が形成さ
れている。

第１図で、真空開閉手段田は、この場合、真空排気ＩＩ
ＩＷＩ１２１と可変コンダクタンス弁ｎと排気管りとで
構成されている。排気管区の一端は処理室１３の排気孔
１５に連結され、その他端は真空排気！ＪｔＷｌｎに連
結されている。排気管区の途中には、可変コンダクタン
ス弁ｎが設けられている。

第１図で、ガス供給手段美は、この場合、ガス源五とガ
ス流量制御装置（以下、ＭＦＣと略）３２とガス供給管
おとで構成されている。ガス供給管（の一端は、電極軸
１４にガス供給路と連通して連結され、その他端は、ガ
ス源３１に連結されている。

ガス供給管（の途中には、ＭＦＣ３２が設けられている
。

第１図で、処理室１３には、真空開閉手段、例えば、ゲ
ート弁司を介し真空予備室（資）が共役されている。試
料搬送手段は、例えば、メカニカルチャックを有する公
知のアーム搬送装置であり、処理室１３と真空予備室（
資）との間でゲート弁７０を介しウェハを搬送可能に設
けられている。

第１図で、交流電圧源回路句は、二の場合、交流電源４
１と容量性の整合器４２とで構成されている。

交流電源４１は、整合器４２を介し試料型！１１に接続
されている。交流電源４１は、アースされている。

第１図で、磁界発生手段鵠は、この場合、第２図に示す
ように、永久磁石５１と非磁性体５２とて゛構成されて
いる。永久磁石５１は、この場合、単一方向に磁化され
ており、非磁性体５２に接着されている。磁界発生手段
薗の形状は、この場合、矩形平板である。磁界発生手段
団は、永久磁石５１を試料側１１の試料設置面と反対面
に対応させ処理室口外に設けられている。

第１図で、自己バイアス電圧相殺回路印は、二の場合、
直流電圧源６１を有する回路であり、この回＃ｆ６０は
、交流電圧源回路切に並列に接続されている。

第１図で、ゲート弁πが閉止され、真空排気装Ｗ１２１
を作動させることで、処理室１３内は、所定圧力に減圧
排気される。一方、真空予備室（資）には外部よりウェ
ハが所定枚数搬入され、その後、真空予備室（資）は、
気密封止されると共に、処理室口内圧力と同程度の圧力
まで減圧排気される。その後、ゲート弁７０が開放され
、真空予備室（資）内のウェハはゲート弁７０を介して
試料搬送手段により一枚処理室１３内に搬入され試料電
極１１の試料設置面に被処理面上向き姿勢にて設Ｗされ
る。その後、試料搬送手段は処理室１３から退出させら
れ、ゲート弁７０は閉止される。その後、ガスがガス源
３１からガス供給管あを経て電極軸１４のガス供給路に
供給される。この供給されるガスの流量は、ＭＦＣ３２
で所定流量に調節されている。電極軸１４のガス供給路
に供給されたガスは、ガス供給路を流通して対向１［１
樹１０のガス分散室に入り、ここで、分散された後にガ
ス放出孔から放電空間鴛にウェハに向って放出される。

これと共に、真空排気装置Ｐｉ２１　、可変コンダクタ
ンス弁ｎの作動によりガスの一部は、処理室１３外へ排
気され、これにより、処理室口内は、所定の処理圧力に
調節されて維持される。この状態で、交流側１１より、
例えば、周波数１３゜して試料電極１１に印加され対向
側１０と試料電極Ｕとの間には電界が生じる。また、こ
れと共に電界には、磁界発生手段団からの磁界が直交し
て付与され、直流電圧源６１が投入される。これにより
、プラズマ中の電子は、個々にサイクロイド運動しなが
ら、集合体としては、放電空間セにおいて往復運動する
ことになり、プラズマは有効に閉じ込められる。試料電
極１１に設置されたウェハの被処理面は、このプラズマ
により高い加工速度で低損傷で処理される。

本実施例では、次のような効果を得ることができる。

（１）　　単一方向に磁界を印加してもプラズマを有効
に閉じ込めることができるため、磁界発生手段を簡単化
できる。

（２）磁界発生手段の価格を安価にできる。

（３）永久磁石を非磁性体で保持するよう畳こしたこと
により、磁界発生手段の強度を向上させることができる
。

処理室内に新たなガスや塵埃が発生するのを防止できる
。

第３図は１本発明の第２の実施例を示すもので、本発明
の一実施例を示す！Ｊ２図と異なる点は、永久磁石５１
’を磁化の方向を揃えて非磁性体５２の上に並べて設け
た点にある。

本実施例では、個々の永久磁石の磁化の強さが合成され
単独の永久磁石よりも強い磁界を得ることができる。ま
た、それぞれ異なる磁化の強さを有する永久磁石を組み
合せたり、永久磁石の上下位置を互いにずらせたりすれ
ば、磁束密度の分布のパターンを種々設定することがで
きる。

東４図は１本発明の第３の実施例を示すもので、本発明
の一実施例を示す第２図と異なる点は、永久磁石５１’
を間隔をあけて非磁性体５２の上ｌこ並べて設けた点で
ある。

本実施例では、全体に亘って発生する磁力線の湾曲が抑
制され、磁界が平板電極に平行に存在する空間が広くな
るため、広い範囲に亘って高密度プラズマを得ることが
できる。また、永久磁石の個数を少な（できるため、磁
界発生手段の価格を更に安価にできる。

なお、磁界発生手段は、この他に、対向電極の上部位置
に設けても良いし、対向電極と試料電極とに磁化の方向
揃え近接させて設けても良い。このように設けた場合は
、それぞれの磁力線が互いに反撥するため広い範囲に亘
って平板電極に平行になる。また、磁界発生手段の平面
形状は、矩形に特に限定されず円形でも多角形でも良い
。また。

磁界発生手段を電界と直角する面内で回転させるように
しても良い。このようにした場合は、磁界発生手段を平
板電極に対応する空間に収納できるため、プラズマ処理
装置の大形化を抑制でき装置の設置占有床面積の増大を
抑制できる。また、電界を生じさせる交流電圧源回路か
らの電圧の時間平均値をＯとする回路としては、この他
に、インダクタンスコイルで試料電極を直流的に接地し
た回路でありても良い。また、試料電極を接地し対向電
極に交流電圧源回路並び１こ該交流電圧源回路からの電
圧の時間平均値をＯとする回路を接続しても良い。この
ようにした場合と上記実施例との間には、物理的差異は
全（ない。また、プラズマ処理では、周波数として１３
．５６　ＭＨｚが一般に使用されているが、１３．５６
　ＭＨｚ未満の周波数１例えば、４００ＫＨｚ、　　８
００ＫＨｚ、　　２ＭＨｚを用いても良い。これらの帯
域の交流電界を用いて直交電磁界を印加することにより
、低いパワーで高密度プラズマを得ることができる。従
って、従来のプラズマ処理装置でのように加工速度を高
くすれば被加工物に与える損傷が大き鳴なるという問題
が解決され、高能率、高信頼性プラズマ処理を実現でき
るという効果が得られる。特に、８ｉ０２のように１ノ
一ド結合型エツチング方式で加工できる材料の高生産性
プラズマエツチング処理ができる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、単一方向に磁界を印加
してもプラズマを有効に閉じ込めることができるので、
磁界発生手段を簡単化できるという効果がある。

第１図は、本発明によるプラズマ処理装置の一実施例を
示す構成図、第２図は、第１図の磁界発生手段の斜視図
、第３図、第４図は、本発明の第２、第３の実施例をそ
れぞれ示すもので、磁界発生手段の斜視図である。

１３・・・・・・処理室、２０・・・・・・真空排気手
段、刃・・・・・・ガス供給手段、荀・・・・・・交流
電圧源回路、５０・・・・・・磁界発生手段、６０・・
・・・・自己バイアス電圧相殺回路才２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空下のガスを電界と磁界との作用によりプラズマ
   化し該プラズマにより試料を処理する方法において、前
   記電界を生ぜしめる電圧の時間平均値を０とすることを
   特徴とするプラズマ処理方法。 ２、処理室と、該処理室に連結された真空排気手段と、
   前記処理室に連結されたガス供給手段と、前記処理室に
   試料を搬入出する試料搬送手段と、前記処理室で電界を
   生じさせる交流電圧源回路と、前記処理室で磁界を生じ
   させる磁界発生手段と、前配電界を生じさせる前記交流
   電圧回路からの電圧の時間平均値を０とする回路とで構
   成したことを特徴とするプラズマ処理装置。