JPS61168923A - 均一ガス流発生装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は２つの主表面を有する基板をプラズマ処理する
装置に於て、均一なガス流を生じさせる装置に関する。

Ｂ、開示の概要 プラズマ反応室内でガスの均一な流れを発生するため１
本発明では少くとも一方の表面に複数の開孔を有する２
つの主表面を持った第１の空洞電極を、反応室内に配置
する。この空洞電極には電界を発生するための高周波源
が接続される。第２の空洞電極は両表面に複数の開孔を
有する２つの主表面を持つ。第２の高周波源を第２の空
洞電極に接続する。基板は第１及び第２の空洞電極間に
はさんで反応室内に置かれる。高周波電界によって反応
種（スペイシス）に変換されるべきガスを、基板全体に
均一に行きわたるように導入するための手段を備える。

Ｃ０従来技術 より均一なプラズマエツチングの結果を達成する従来の
１つの方法は、エツチング（蝕刻）速度を低くしたい場
合、フッ素置換を発生するように高い濃度のＣＦ４を必
要とする。

プラズマ反応を起すために、通常、反対極性の電荷が与
えられた電極が真空室内に置かれる。そのような装置は
例えば１本出願人の先願特願昭５９−２４３５４３号（
米国特許第４５０８６１２号）明細書に示されている。

米国特許第３７５７７３３号はプラズマ沈積用の同情状
反応器を開示している。基板を内側領域に支持するため
の支持体の外側領域から、反応ガスを放射状に流通させ
る設備が設けられている。

支持体の内側領域からガスを排出するための設備も設け
られている。しかし、そのような装置は１度に基板の１
つの主表面のバッチ（一括）処理に使用できるに過ぎな
い。

米国特許第４２６４３９３号はプラズマ・エツチング又
は沈積用の反応器を開示している。その反応器の中には
２つの平行板があり、その一方は両板間の高周波電界中
ヘオリブイスの方形配列を介して分配される反応ガスの
ためのマニホールドとして機能する。平行板構造体は、
装置容量を増すために接地板及び高周波板の交番配列状
に積重ねられてもよい６反応ガスは一方向のみから導入
され（即ち平行板の一方の側のみにオリフィスを有し）
、その結果として基板又はそのスルーホールは片側しか
エツチングされない。

多岐にわたる電子素子、例えば集積回路のような電子素
子を製造する際に、基板上に金属の薄膜を沈積（ｄｅｐ
ｏｓｉｔ）する必要がある。例えば銅の如き材料がセラ
ミック又はガラス基板上に沈積され、そしてエッチされ
、若しくは電気回路又は電子素子に作られる。

プラズマデポジション、即ちプラズマ沈積の領域で、原
子はスパッタリング又はスパッタ沈積と称されるプロセ
スによって、陰極へ接続されたターゲットの表面から変
位される。このプロセスにおいて、ターゲットはしばし
ば鋼などのような電気の良導電材料で構成される。ター
ゲットが取り付けられる陰極は、アルゴンのような不活
性ガスの環境の下で、直流か又は高周波の相対的に高い
電圧に差し向けられる。不活性ガスはイオン化し励起気
体状態（プラズマ）を形成する。このプラズマ状態から
正のイオンが脱出してターゲットの露出面に衝突する。

ターゲットの材料の原子又はクラスタ、即ち原子団は運
動のモーメントによって、追い出される。スパッタリン
グとして知られているのが、ターゲット原子のこの追い
出しである。このプロセスを繰返すことによって１元来
、中性である多数のこれ等の原子が相対的に高い真空中
で、ターゲットの前の空間に移動する。これ等の原子は
結局、全体としてターゲットに近接して置かれた基板、
即ちサンプルと言われる受容体。

即ちレシーバの表面を叩きそして凝結する。かくして、
原子の被覆即ちターゲット材料の分子層が基板上に設立
される。全体が１μｍよりも薄いコーティングが薄膜（
ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ）と称される。一般に、集積回路の
金属化にはこの厚さで充分である。

一般にバイア（ｖｉａ　）と言われている短絡孔又はス
ルーホールは、第ルベルの導電パターンと第２、即ち高
次レベルの導電パターンとの間の相互電気接続路である
。異なった基体レベル上の回路を相互に電気的に接続す
るために、貴金属（例えばパラジウム）の種入れ及び無
電解金属沈積がバイアの壁面を被覆するのに使われて来
た。（上述の被覆は、後で電気メッキされるのが通常で
ある。）然しなから、極く最近は、プラズマ技術がこの
問題に適用されて来ている。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 プリント回路板及びカードとして使用される基板のプラ
ズマ処理の分野において、不均一なプラズマ領域は不均
一なエツチング、不均一な沈積を生じ、そしてスルーホ
ール、又はバイア孔の不単−な清浄をもたらす。このス
ルーホールに関する清浄処理はデスミアリング（ｄｅｓ
ｍｅａｒｉｎｇ）と称する。例えば、エツチングプロセ
スにおいて、基板の中心部分のより高濃度のプラズマ領
域は基板の中心部位でより高いエツチング速度をもたら
すのに反して、基板の周辺部分における相対的に希薄な
プラズマ濃度はこれ等の部分で比例的且つ予想通りの低
いエッチ速度を生ずる。電気的に浮遊状態にあるプリン
ト回路板に近接した不均一な電界は回路板に不均一なプ
ラズマ処理を起すことが見出されている。

前記の従来技術は、大きな基板の主平面をエッチするた
めにも、また大きな面積にわたって均一なプラズマ領域
を発生するためにも適当でない。

本発明の課題は次の通りである。

均一なプラズマ領域を発生するプラズマ反応装置を提供
すること。

大きな基板の主平面やバイア及びスルーホールを均一に
処理するプラズマ反応装置を提供すること。

消耗した反応ガスを補充しつつ、均一なプラズマ及び電
界中で連続的に又は半連続的に基板をプラズマ処理する
こと。

Ｅ６問題点を解決するための手段 本発明に従う問題解決手段はプラズマ反応室内に、均一
なガス流を発生するための装置を設けることである。表
面に複数の開孔を有する２つの主表面を持った空洞電極
を、反応室内に配置する。

この空洞電極には、電界を発生するための高周波電源が
接続される。表面に複数の開孔を有する２つの主表面を
持った第２の空洞電極を、第１の空洞電極と対向配置す
る。その第２の空洞電極には第２の高周波電源が接続さ
れる。基板は第１及び第２の電極間に配置して反応室内
に納められる。

高周波電界によって反応種に変換されるべきガスを、基
板全体に均一に行きわたるように導入するための手段を
備える。

Ｅ、実施例 第３図を参照すると、従来の技術で知られているような
通常の上部パネル電極１０と下部パネル電極１２との断
面図が示されている。電極１０及び１２は相互に平行な
主軸を持つ、この構造は平行板パネル電極と言われる。

電源は示されていないが夫々の電極１０及び１２に接続
される。第３図に示されたように、成る時間において、
正の電荷が上部電極１０に印加され、そして負の電極が
下部電極１２に印加される。

平行電極１０及び１２の間で、参照番号１４で識別され
る電界は中心領域で実質的に均一である。

然しなから、夫々参照番号１６及び１８により示されて
いるように、電極１０及び１２の両端での電界は、より
高密度である。従って、電界１４も結果のプラズマ（図
示せず）も電極１“０及び１２に近接したすべての場所
で均一ではない。

更に第４図を参照すると１間に挟まれた基板２０を有す
る。同じ平行板パネル電極１０及び１２の断面図が示さ
れている。基板２０は電極１０及び１２の主軸と実質的
に平行な主軸を持つ。任意の成る時間での電界は電極１
０及び１２に近接する中心部２２では相対的に低い強度
を有し、そして電極１０及び１２に近接した外縁部で相
対的に高い強度を有している。中間部に基板２０を有す
る通常の平行板パネル電極１０及び１２は均一でない電
界を生ずることが分る。

第５図は本発明の基礎となるプラズマ領域発生装置の模
式図であって、上部電極２８とそれと平行な下部電極３
０を有するプラズマ反応システムが示されている。それ
等２枚の電極２８及び３０の中間に、その２枚の電極と
実質的に平行に基板３２があり、基板は接地されるか、
又はゼロ電位に保たれる。

例えばブランソン（Ｂｒａｎｓｏｎ）　Ｉ　Ｐ　Ｃ社で
製造されたモデル番号ＰＭ１４５のような高周波電源。

即ち高周波発生器３４が上部電極２８へ電気的に接続さ
れている。第２の高周波電源３６が下部電極３０に電気
的に接続される。インピーダンスを整合するために、イ
ンピーダンス整合回路３８が上部電極２８と直列に上部
高周波電源３４へ接続される６インピ一ダンス整合回路
は固定容量と可変容量とを含む。第２のインピーダンス
整合回路４０は下部電極３０と直列に第２高周波電源３
６へ接続される。

交番電流位相波形４２及び４３は高周波電源３４及び３
６の間の位相差を表わしている。高周波電源３４及び３
６は常時、相互に１８０ｍ位相がずれていることが分る
。また、上部及び下部電極夫々の間に発生された電界は
、部分４６及び４８を含んで基板の長さに沿って実質的
に均一であることが理解出来る。

第６図を参照すると、プラズマ処理に使用される高真空
度に維持するのに適する反応室５０が示される。例えば
、そのような室５０はブランソン社のモデル番号７４１
５により入手しうる０反応室５０は排気され、次にアル
ゴン及び酸素またはＣＦ４及び酸素が導入される。ハウ
ジング５２が反応室５０の中に置かれる。ハウジング５
２には、電気回路を表面にプリントさせるのに適した複
数枚のカード、即ち基板５４を装着する。基板５４は母
線５６によって互いに電気的に接続される。

母線５６は接地５７される。

電極５８及び６０は基板５４の両側に交互に設置される
。電極５８は母線部６２によって互に電気的に接続され
ている。母線部６２は、良好な実施例では１３．５メガ
ヘルツで動作するのに適する高周波電源へ電気的に接続
される。スルーホールの高い縦横比（即ち、スルーホー
ルの深さ対直径の比率が６＝１よりも大きい場合）のた
めに極めて低い周波数（例えば５０キロヘルツ）で動作
する高周波電源は供給ガスからポリマ種の生成を阻止す
ることが見出されている０例えば、米国特許第４４２５
２１０号は相対的に低い周波数の高周波の意義を開示し
ている。イオン化プラズマ種の蝕刻物（ｉｏｎｉｃ　ｐ
ｌａｓｍａ　５ｐｅｃｉｅｓ　ｅｔｃｈａｎｔｓ）は高
周波に応答して、スルーホールの内面に到達し、スルー
ホールの内面に均一なエッチを与える。位相図６５は成
る任意の時間における高周波発生器６４の位相を表わす
。

同様に、残りの電極６０は他の母線部６６によって互に
接続されている。母線部６６は絶縁部材６６ａ及び６６
ｂによって、物理的に保持されているが、その絶縁部材
によって母線部５６から絶縁されている。この第２の母
線部６６は第２高周波電源６８へ電気的に接続されてお
り、これもまた１３．５メガヘルツで動作するのに適し
ている。

位相図６９は第２高周波電源６８の位相を表わす。

良好な実施例においては、第１高周波電源６４からの電
気信号は、第２高周波電源６８により発生される電気信
号の位相に比べ１８０＠ずれている。

交番電流位相図６５及び６９の比較はこの位相差関係を
表わす。

高周波電源６４及び６８の間の位相差によって得られる
電界は、単独の高周波電源によって得られる電界、或は
すべてが同位相にある複数個の高周波電源によって得ら
れる電界の何れよりもよりよい均一性を有することが見
出されている。

位相差は必ずしも１８０″である必要はない。

従って、高周波電源６４及び６８の間の任意の位相差は
本発明の範囲内にあることは理解されねばならない。他
の実施例として、ただ１個の高周波電源を反応室５０と
関連して使用しうろことは注意を要する。ただし、この
場合、１個の高周波電源は互に位相がずれている２個又
はそれ以上の出力信号を発生することが条件となる。

図示されていないが、ガス導入パイプ及びガス排出パイ
プが、必要に応じて、ガスを導入し又は排出するよう反
応室５０へ接続されている。動作時において、連続的に
ガスを導入しそして排出することが反応室５０に接続さ
れた１本又はそれ以上のパイプによって達成しうる。

本呈里 第１図は本発明の空洞電極プラズマ装置を示す。

この空洞電極プラズマ装置はプラズマ室（図示せず）に
よって囲まれており、その内部はテフロン（イー・アイ
・デュポン社の登録商標）の如き非導電性材料で被覆さ
れ保護される。

第１の空洞電極７０はその１つの主表面にドリル又はパ
ンチで穿たれた複数個の開孔７２を持つ。

その開孔は第１図で破線で示す。良好な実施例において
、開孔７２は直接的で均一なマトリックスパターンとし
て示される。然しながら、均一なガス分布を妨げない任
意のパターンを使ってもよい。

この第１空洞電極７０と離隔関係で基板７４が配置され
、基板の主軸は電極７０の主軸と平行である。電極７０
には高周波電源７６が接続され。

基板７４は接地される。

基板７４に近接し且つ実質的に平行に第２空洞電極７８
があり、それは電極の両主表面を通る、ドリル又はパン
チで穿たれた開孔（図示せず）を持つ。第２高周波電源
８０はこの空洞電極７８に電気的に接続される。同様に
、他の基板８２が空洞電極７８と実質的に平行に配置さ
れ、且つ接地される。

第３空洞電源８４は基板８２と実質的に平行に配置され
る。この電極８４もまたドリル又はパンチで穿たれ、且
つ電極の両主表面を貫通する複数個の開孔（図示せず）
を持つ。他の高周波電源８６がこの空洞電極８４に接続
される。他の基板８８が第３空洞電極８４と実質的に平
行に配置され、且つ接地されている。

最後に、１つの主表面だけにドリル又はパンチで穿たれ
た開孔（図示せず）を有する第４空洞電極９０は基板８
８と実質的に平行に配置され、そして最後の高周波電源
９２へ電気的に接続される。

ガス導入パイプ９４．９６．９８及び１００が空洞電極
７０．７８．８４及び９０へ夫々接続される。操作バル
ブ９４ａ、９６ａ、９８ａ及び１００ａが独立してガス
の流れを閉じるため、対応する導入パイプ９４．９６．
９８及び１００に設置される。導入多岐管即ち導入マニ
ホールド１０１が空洞電極７０．７８．８４及び９０へ
平均してガスを分配するために、導入パイプ９４．９６
゜９８及び１００に接続されている。

電極を挟んでガス導入マニホールド１０１と反対側にガ
ス排出パイプがあり、その１個は１０２で示されており
、各パイプに対応して、独立的に操作しうるバルブ１０
２Ａを持つ。空洞電極７８．８４及び９０に関連するガ
ス排出パイプは第１図には示されていない、すべてのガ
ス排出パイプはそれ等に関連する空洞電極と排出マニホ
ールド１０４に接続されており、空洞電極からガスを均
一に排気させる。

ガス供給主パイプ１０６が導入マニホールド１０１へ接
続される。同様に、ガス排気主パイプ１０８が排出マニ
ホールド１０４へ接続される。

若し望むならば、ガス導入パイプ１０６．９４．９６．
９８．１００及びマニホールド１０１の機能と、ガス排
出パイプ１０８．１０２及びマニホールド１０４の機能
とは反転することが出来ることは理解されるべきである
。つまり、必要に応じて、ガスは主ガス排出パイプ１０
８によって導入し、主ガス供給パイプ１０６によって排
出することが出来る。

空洞電極と直接に結合した導入及び排出パイプの使用は
基板の間のガスの配分及びガスの流れを最大にするので
、ガスの流れの均−化及び電界の均一化を確実にする。

これ等の均一化の組み合せの利益は、プラズマ処理中で
より正確でより均一なエツチング又は沈積が生ずること
である。

本発明の空洞電極プラズマ装置を良く理解するために操
作バルブ９４Ａ、９６Ａ、９８Ａ、１００Ａ、１０２Ａ
及び図示されていない操作バルブについて説明する。圧
力を加えられたガスが導入マニホールド１０１を経てガ
ス供給主パイプ１０６から導入された時、バルブ９４Ａ
、９６Ａ、９８Ａ及び１００Ａはガスを空洞電極７０．
７８．８４及び９０へ到達させ導入させる。排出パイプ
の弁１０２Ａ及び示されていない他のバルブが閉位置に
されていると、ガスは空洞電極の開孔７２を通るよう強
制される。このようにして、対応するガス導入口９４．
９６．９８及び１００により圧力を加えられて空洞電極
７０．７８．８４及び９０中に導入されたガスは実質的
に均一な態様で基板７４．８２及び８８をエツチングす
るため電極の開孔７２を経て配分される。

導入バルブ９４Ａ、９６Ａ、９８Ａ及び１００Ａと、排
出バルブ１０２Ａ及び図示されていない他の排出バルブ
とを適当に設定することにより、空洞電極７０．７８．
８４．９０を通るガス流を幾つかのガス流のパターンの
うちの１つにすることが出来る０個々の基板又は基板の
群は導入及び排出バルブを適当に設定することにより、
そしてガス供給主パイプ１０６及びガス排気主パイプ１
０８を選択することによって処理することが出来る０本
発明に従って、空洞電極及び基板の数は任意に選択しう
ろことは理解されるべきである。

ガス導入パイプ９４．９６．９８及び１００はプラズマ
反応が維持されるガスを導入するのに使われる。そのよ
うなガスは通常、ＣＦい酸素。

アンモニア、フレオンなどである。上述のガスの任意の
混合気体を含むガス組成もまた使用出来る。

更にまた、既に述べたように、アルゴン及び酸素の混合
気体は高い縦横比を持つスルーホールを清浄するために
、相対的に低い周波数の高周波電源で使用することが出
来る。

良好な実施例において、高周波電源間の位相の相違は以
下の通りである。高周波電源７６及び８６は互に同位相
である。高周波電源８０及び９２は互に同位相であるけ
れども、上述の高周波電源７６及び８６に対しては１８
０＠、位相がずれている１代表的な周波数は５０キロヘ
ルツ乃至１３゜５メガヘルツ範囲にある。

第２図を参照すると、空洞電極７ｏ及び７８と、その間
に挟まれた基板７４とが第１図の線６−６に沿って切断
された断面図が示されている。空洞電極７０は２つの壁
を有し、左の壁１０９は開孔がなく、右の壁１１０は多
数の開孔７２がある。

このため第１図では開孔７２を破線で示す。電極７０の
右壁１１０の開孔７２は、反応室５０（第６図）の左部
分から右部分へガスを分散させるようにテーパが付され
ている。従って、電極７０の開孔７２は壁１１０の左側
で小さな直径を有し、電極７０の壁１１０の右側では大
きな直径を有する。

テーパの付された孔７２の方向は基板７４の右側の主表
面へ均一にガスを配分させるように、空洞電極７８の左
側壁１１２では逆向きにされる。

図示のような開孔７２のテープは、２個の空洞電極７０
及び７８の中間に１個の基体７４が置かれた図示の例に
有用であることは注意を要する。他の配列及び電極の開
孔７２の方向は、ガス流の方向や同時に処理される基板
の数によって、容易にデザインしうる。

基板の表面全体にわたるガス流分布を均一化するため、
空洞電極主表面の周辺部の開孔の直径を中央部の開孔の
直径よりも小さくしてもよい。又は開孔の直径を同じに
して、空洞電極主表面の周辺部に於ける個数を中央部よ
りも少くしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように１本発明の空洞電極にはガス導入パ
イプ及び排出パイプが直結されるので。

基板全体のガス配分及び電界を均一化する。これにより
プラズマ処理（エツチング又は沈積）の結果が正確でよ
り均一化されるなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空洞電極プラズマ装置の模式図、第２
図は第１図の線６−６に沿って切断して示す空洞電極の
断面図、第３図はプラズマ領域を発生する従来装置の模
式図、第４図は基板を取り囲んでプラズマ領域を発生す
る従来装置の図、第５図はプラズマ領域発生装置の図、
第６図は反応室の模式断面図である。 １０．１２．２８．３０．５８，６０・・・・電極。 ３４．３６．６４．６８．７６．８０，８６．９２・・
・・高周波電源、３２．５４．７４．８２・・・・基板
、７０．７８．８４．９０・・・・空洞電極。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 復代理人　　弁理士　　篠　　１）　文　　雄？洞電＠
ＫＯ断面図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少くとも２つの主表面を有する基板に対してプラズマ処
   理するためのプラズマ反応室内に均一なガス流を発生す
   る装置であつて、下記（ａ）乃至（ｅ）を含むことを特
   徴とする均一ガス流発生装置。 （ａ）第１の空洞電極（７０）。該空洞電極の２つの主
   表面のうち少くとも一方に複数個の開孔（７２）を有し
   、上記プラズマ反応室内に配置される。 （ｂ）第２の空洞電極（７８）。該空洞電極の２つの主
   表面に複数個の開孔（７２）を有し、プラズマ処理され
   るべき基板を間に介在させて上記第１の空洞電極と対向
   配置される。 （ｃ）高周波電界を発生するため上記第１の空洞電極に
   電気的に接続された第１の高周波電源（７６）。 （ｄ）高周波電界を発生するため上記第２の空洞電極に
   電気的に接続された第２の高周波電源（８０）。 （ｅ）上記高周波電界により反応種に変換されるべきガ
   スを、上記第１及び第２の空洞電極間に介在させた基板
   の主表面全体に均一に行きわたらせるようにするため、
   上記複数個の開孔を有する空洞電極の空洞内へ導入する
   手段。