JPS6174339A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に真空下のガス
を電界と磁界の作用のもとでプラズマ化させ、該プラズ
マ中のイオン或は活性種によって被処理物質、特に半導
体ウェハを処理するのに好適なプラズマ処理装置に関す
るものである。

〔発明の背景〕

真空下のガスをグロー放電によってプラズマ化して、プ
ラズマ中のイオン或は活性種によって被処理物質を処理
するプラズマ処理装置は材料表面の改質及び加工、さら
に材料表面への物質の堆積と種々の分野で使用されてい
る。

電界によるグロー放電に、磁界を作用させると電気的な
り−ロン力と電磁気によるローレンツ力が作用し、特に
電界と磁界が直交するように構成すると荷電粒子がサイ
クロイド運動をなすことｊこよって粒子ないし分子間の
衝突頻度が増し、イオン或は活性種の密度が増加するこ
とが知られており、処理速度の向上を目的にこの技術を
応用したプラズマ処理装置も実用に供されている。

電界、磁界の併用のプラズマの処理装置はシリコン半導
体及び化合物半導体のウェハを処理するスパッタリング
装置、ドライエツチング装置、気相成長装置へ利用が特
に効果的であり、例えばスパッタリング装置では特公昭
５４−３２６３８号公報、ドライエツチング装置では特
開昭５８−１６０７８号公報等がある。例えば、特開昭
５８−１６０７８号公報に記載されたプラズマ処理装置
は第９図、第１０図Ｉこ示すごとく、ウェハ１１１を載
置せる下部電極１１２の下に、Ｎ極１１３とＳ極１１４
で構成される磁石要素１１５を配置した。この電磁界に
よるプラズマはＮ極−Ｓ極間で増強され、このプラズマ
にさらされたウェハの該当領域のエツチング速度が特に
速くなる。この場合、ウェハ１１１に均一エツチングを
施こすため＋１５ 磁石要素を駆動系１１６によって直進的に走査し、＾ 強いプラズマ領域をウェハ１１１１ζ対して相対的に移
動させている。このようにエツチングの均一化を図るた
めには磁石要Ｘ：１１５を第１図のウェハ１１１の一端
の位１１１ｔＡから他端の位ＩＢまで移動させる必要が
あり、電極下部の空間は磁石要素１１５の移動距離に応
じた大きさとなすことが不可欠で、このためプラズマ処
理装置が必然的に大型化し装置の設置占有床面積が増大
するといった不都合を生じる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、磁石要素の移動１こ要する空間の増大
を抑制することで、装置を小型化でき装置の設置占有床
面積の増大を抑制できると共ｉζ、被処理物質の処理の
均一化を図ることができるプラズマ処理装置を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

本発明は、電界と直交する磁界を作る磁石要素を磁石固
定板と磁石とで構成し、磁石固定板の中心を回りつつ周
縁部―こ向って広がるように磁石固定板に磁石を配設し
、該磁石要素を電界と直角な面内で回転可能１ζ設けた
ことを特徴とするもので、磁石要素を回転させることで
磁石要素の移動に要する空間の増大を抑制すると共に、
被処理物質の被処理面の中心を回り周縁部に広がるプラ
ズマ領域を形成し該プラズマ領域を被処理物質の被処理
面に対して回転させることで被処理物質の被処理’Ｗｅ
＝４−１瞭量面が全面１こ亘り均一なプラズマにさらさ
れるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

プラズマ処理装置として、平行平板型ドライエツチング
装置を例６ことり、本発明の一実施例を第１図〜第３図
により説明する。

第１図で、処理室１０の側壁化は、被処理物買上 であるウェハ２０の搬へ馬〆１１と排気孔１２とが形成
されている。搬入出孔１１１こは、例えば、副真空室（
図示省略）が、例えば、ゲートバルブ■示省略）を介し
て兵役されている。ゲートバルブを介して副真空室と処
理室１０との間でウェハ２０・　を搬送する公知の搬送
手段（図示省略）が設けられている。排気孔１２は、排
気管（図示省略）を介し真空排気手段（図示省略）に連
結されている。

処理室ｌＯの頂壁には、ガス供給孔１３が形成されてい
る。ガス供給孔１３は、ガス流量制御手段（図示省略）
が設けられた供給管（図示省略）を介しガス源（図示省
略）に連結されている。処理室１０の底部には、ウェハ
設置面を上面として電極３０が絶縁材１４を介し処理室
１０の一部を構成して略水平に設けられている。電極３
０は、処理室１０外に設けられた電源、例えば高周波電
源（図示省略）に接続されている。処理室１０内で電極
３０のウェハ設置面の上方位置には放電空間４０を有し
対向電極５０が処理室１０と絶縁材１５で絶縁されて略
水平に設けられている。対向電極５０は接地されている
。ウェハ２０に対応した位置、この場合は、電極３０の
ウェハ設置面と反対面に対応した位置には、磁石要素６
０が電界と直角な面内で回転可能番と設けられている。

磁石要素６０は、電極３０のウェハ投置面の中心を例え
ば、中心として回転軸７０の上端１こ設けられている。

回転軸７０は、磁石要素６０の中心を細心とするもので
、その下端には歯車７１が設けられている。歯車７１に
は、歯車７２が噛合されており、歯車７２は、モータ７
３に連結されている。

第２図、第３図で、磁石要素６０ａは、磁石固定板であ
るヨーク６１と磁石であるＮ極６２ａ。

Ｓ極６３ａとで構成されている。ヨーク６１の中心付近
から中心を回りつつ周縁部へ向って広がるよう１ζ、こ
の場合は、連続螺旋形状にヨーク６１上に対をなしてＮ
極６２ａ、Ｓ極６３ａは配役されている。このような磁
石要素６０ａは、Ｎ極６２ａ。

Ｓ極６３ａを上面として第１図に示すようにウェハ２０
に対応した位置に電界と直角な面内で回転可能ｌζ設け
られている。

第１図〜第３図で、例えば、真空下の状態で副真空室か
らはウェハ２０がゲートバルブ、搬入出孔１１を介し搬
送手段により処理室１ｏに、例えば、１枚搬入され電極
３０のウェハ設置面番ζ彼処理面上向き姿勢で設置され
る。その後、搬送手段は処理室１０外へ退出させられ、
ゲートバルブが閉止される。その後、ウェハ２０のエツ
チングに必要なガスがガス源からガス流量制御手段で流
量を所定流ｉｔ　１ｍ制御され供給管、ガス供給孔１３
を経て処理室１０に供給され、かつ排気孔１２から真空
排気手段の作動により排気される。それと共に、高周波
電源から電極３０に電力が印加されると放電空間４０で
グロー放電が生じプラズマが得られる。このとき、磁石
要素６０ａのＮ極６２ａとＳ極６３ａとは、その磁界方
向が電極３ｏと対向電極５０とが作る電界と直交するよ
うｌζ配設されティるため、Ｎ極６２ａ−３極６３ａｒ
ＪＪ＋ｃ該当するウェハ２０の被処理面の上方の位置で
強いプラズマが得られる。この強いプラズマは、Ｎ極６
２ａとＳ極６３ａとの配置に従うので、ウェハ２０の被
処理面の中心付近からその中心を回り周縁部に広がるよ
うに形成される。更に、磁石要素６０ａは、回転される
ので、強いプラズマ領域はウェハ２０の被処理面に対し
て回転させられる。これにより、ウェハ２０の被処理面
は全面に亘って均一で強いプラズマＩζざらされ、その
結果、ウェハ２０の被処理面は、高速で、かつ、均一に
エツチングされる。尚、エツチングが完了したウェハ２
０は、電極３０から搬送手段に渡された後１こ、搬送手
段により処理室１０から搬入出孔１１．ゲートバルブを
介して副真空室に搬送される。その後、上記した操作が
再び実施されて別のウェハの被処理面が高速で、かつ、
均一化エツチングされる。

本実施例では、次のような効果を得ることができる。

（１１磁石要素をウェハの被処理面に対応する位置で回
転させているので、磁石要素の移動１ζ要する空間の増
大を抑制できドライエツチング装置を小形化できる。従
って、装置の占有床面積の増大を抑制できる。これと共
に、強いプラズマをウェハの被処理面の中心付近からそ
の中心を回り周縁部に広がるよう゛に形成し、該強いプ
ラズマ領域をウェハの被処理面に対して回転させている
ので、ウェハの被処理面が全面に亘り均一なプラズマＩ
ζさらされウェハの被処理面のエツチングの均一・化を
図ることができる。

（２）磁石要素の大きさは、強いプラズマ領域が最大限
ウェハの被処理面の全面を覆う大きさで良いので、磁石
要素の設置に要する空間を小さくでき、この分、ドライ
エツチング装置を更に小形化できる。

第４図、第５図は、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第２図、第３て広がるように
、多角形状、この場合は、四角形１ζヨーク６１上に対
をなしてＮ極６２ｂ並び番ζＳ極６３ｂが配設されミい
る点である。

本実施例では、上記した本発明の一実施例で得られた効
果の他に次のような効果を更１こ得ることができる。

＋ｌ）　　棒若しくは板状の磁石を使用できるので、磁
石要素の構成が更に簡単になる。

第６図は、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３図と異なる点は、磁石要素６０Ｇ
において、ヨーク６１上に強磁性材料６４を設け、着磁
法によって強磁性材料６４をＮ極６２Ｃ，Ｓ極６３Ｃ及
び着磁しない領域６５となし、平板状の磁石要素６０Ｇ
が得られるよう１こした点である。

本実施例では、上記した本発明の一実施例で得られた効
果の他−ζ次のような効果を更に得ることができる。

（１）　　磁石要素が平板状であるので、必要により施
こされる磁石要素の外表面保護材、保護膜の施行が容易
１こなる。

第７図は、本発明の第４の実施例を示すもので、本発明
の一実施例を示す第１図と異なる点は、磁石要素６０ｄ
において、Ｓ極６３ｄの一端が穀層縁部でＮ極６２ｄの
穀層縁端を所定の距離を有して囲むようにＳ極６３ｄの
途中に結合されている点である。

本実施例では、上記した本発明の一実施例で得られた効
果の他に次のような効果を更に得ることができる。

（１）磁石要素は全体として閉磁場となり、ローレンツ
力による荷電粒子の磁場内での捕捉効果が太き（なり、
プラズマ中のイオン密度あるいは活性種の密度がより増
加するので、エツチングレートを更に増大させることが
できる。

第８図は、本発明の第５の実施例を示すもので、本発明
の一実施例を示す第３図と異なる点は、磁石要素６（ｌ
を非磁性材料で形成された磁石固定板６６とＮＳ極を有
する磁石６７とで構成し、磁石固定板６６の一面側に、
磁石固定板６６の中心付近から中心を回り周縁部に向っ
て広がるように、例えば、連続螺旋形状に凹を、例えば
、２条対をなして形成し、該凹に磁石６７を隣り合う磁
石６７のＮＳ極をそれぞれ対応させて埋設した点である
。

本実施例では、上記した本発明の一実施例で得られた効
果と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明の第５の実施例を示す第８図では、ＮＳ極を
有する磁石を非磁性材料で形成された磁石固定板に２条
理設しているが、この条数は１条でも、その他の複数条
であっても良い。又、磁石固定板の中心付近から中心を
回り周縁部に向って広がるように多角形状ζこ、ＮＳ極
を育する磁石を磁石固定板に埋設しても良い。

以上、本発明の実施例をドライエツチング装置の場合を
対象に説明したが、ここで次の変化があっても本発明の
効果に本質的な相異は無く、したがって当然、本発明の
範囲内に包含されるものである。

電 （１）放電／極に印加する電力が低周波の場合、直流の
場合。

（２）上記電力が対向電極Ｉζ印加される場合。

（３）被処理物が設置される電極が処理室の内部に独立
した電極として構成された場合。

（４）　　処理室に供給されるガスが不活性ガスの場合
、活性ガスの場合、両者の混合ガスの場合。

（３）プラズマによる処理目的がスパッタリングの場合
、気相成長の場合。

（６）ガスが対向電極の下面から供給される場合、被処
理物質が設置される電極の上面かつ被処理物質の下方の
周縁部から供給される場合。

（７）被処理物質が設置される電極、対向電極が温度制
御される場合、制御されない場合。

（？）被処理物質が処理中に温度制御される場合、され
ない場合。

又、磁石要素の電界と直角な面内での回転には、交互回
動も勿論含まれる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したよう１こ、電界と直交する磁界
を作る磁石要素を磁石固定板と磁石とで構成し、磁石固
定板の中心を回りつつ周縁部１こ向って広がるように磁
石固定板に磁石を配設し、該磁石要素と電界と直角な面
内で回動可能に設けたことで、磁石要素の移動に要する
空間を抑制すると共に、被処理物質の被処理面が全面に
亘り均一なプラズマ番こさらされるので、装置を小形化
でき装置の設置占有床面積の増大を抑制できると共に、
被処理物質の処理の均一化を図ることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるプラズマ処理装置の一実施例を
示す平行平板型ドライエツチング装置の処理室部の縦断
面図、第２図は、第１図の磁石要素の平面図、第３図は
、第２図のＡ−ＡｔＪ！断面図、第４図は、本発明によ
るプラズマ処理装置の第２の実施例を示す磁石要素の平
面図、第５図は、第４図のＢ−Ｂ挽断面図、第６図は、
本発明によるプラズマ処理装置の第３の実施例を示す磁
石要素の第３図と同一部分での断面図、第７図は、本発
明１ζよるプラズマ処理装置の第４の実施例を示す磁石
要素の第２図と同様の平面図、第８図は、本発明による
プラズマ処理装置の第５の実施例を示す磁石要素の第３
図と同一部分での断面図、第９は、従来のプラズマ処理
装置例を示す処理室部の縦断面図、第１０図は、第９図
の磁石要素の平面図である。 ６０．６０ａないし６０ｅ・・・・・・磁石要素、６１
・・・・・・ヨーク、６２ａないし６２ｄ・・・・・・
Ｎ極、６３ａないし６３ｄ・・・・・・Ｓ極、６６・・
・・・・磁石固定板、６７・・・・・・磁石 す１回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空下のガスを電界と該電界に直交する磁界との作
   用のもとでプラズマ化し、該プラズマ中のイオン或は活
   性種によって被処理物質を処理する装置において、前記
   磁界を作る磁石要素を磁石固定板と磁石とで構成し、磁
   石固定板の中心を回りつつ周縁部へ向って広がるように
   磁石を磁石固定板に配設し、該磁石要素を前記電界と直
   角な面内で回転可能に設けたことを特徴とするプラズマ
   処理装置。