JPS63248130A - プラズマ反応器 - 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、付勢されたガスの均一な場を発生するための
装置に関し、特にプラズマ処理に使用するためのセグメ
ント化（断片化）された電極をもつ装置に関するもので
ある。

Ｂ、従来技術 集積回路や半導体デバイスなどの多くの電子部品の製造
においては、基板に材料を付着したり、基板から材料を
エツチングしたりする必要がある。

特に、銅などの金属がしばしば付着され、エポキシ・ガ
ラスなどの材料がしばしば除去される。

プラズマ付着の分野では、スパッタリングまたはスパッ
タ付着と呼ばれる処理によって、カソードに接続された
ターゲットの表面から原子が除去される。この処理にお
いては、ターゲットは銅または他の材料から構成するこ
とができる。ターゲットが接続されたカソードには、ア
ルゴンなどの不活性ガス中で高電圧が印加される。この
不活性ガスはイオン化され、プラズマを形成し、そこか
ら正イオンが脱出してターゲットの露出表面を衝撃し、
運動量の付与によってターゲット材料の原子または原子
の塊りを追出す。スパッタリングとして知られているの
はターゲット原子のこの追出しである。そして、この処
理を繰返すことにより、これらの主として中性の多数の
原子がターゲット前方の、比較的高真空の空間を、ター
ゲットに近接して配置されたサンプル、基板または加工
部材として知られる受容体の表面に衝突し凝結するまで
飛行する。こうして、基板上にはターゲット材料の原子
または分子層の被覆が形成される。一般的には１０μｍ
以下であるこの被覆は、集精回路のメタライゼーション
に概ね十分である。

最も広く使用されているプラズマ反応器は単数または複
数のターゲットの表面を、原子を付着すべきサンプルの
表面と平行になるように配向されている。そして、ター
ゲットから放出される原子は、不均一な分布状態で放出
される傾向がある。

特に、ターゲットの端部の周囲の原子は、ターゲットの
中心の原子と同一の速度では放出されない。

従って、ターゲットに近接する基板上への材料の付着は
均一ではない。最大の原子付着を与えるのは、ターゲッ
トの面から垂直に放出されサンプルの面に垂直に受容さ
れる原子である。すなわち、基板には端部よりもはるか
に多くの材料が中心に付着されることになる６ 同様に、エツチング処理においても、基板の内部部分は
基板の周囲よりも相当に大きい程度エツチングされるこ
とが分かっている。プリント回路ボードやカードを製作
するために使用される基板は、大型であるため、とくに
このプラズマ場の不均一性の影響を被りやすく、よって
不均一エツチング、不均一付着、あるいはスルー・ホー
ルないしバイア・ホールの不均一クリーニングの原因と
なる。尚、バイアとは、第ルベルの導電パターンと、第
２ないしはさらに高位の導電パターンの間の電気的相互
接続のための通路である。スルー・ホールのクリーニン
グは、汚れ除去（ｄｅｓｍｅａｒｉｎｇ）と呼ばれる。

例えば、エツチング処理においては、工作物の周囲に沿
ってのより強いプラズマ場により、工作物の一部に対す
るより高いエツチング速度がもたらされる一方、工作物
の中心付近の比較的まばらなプラズマ密度により、予想
されるようにその区域のエツチング速度がもたらされる
。尚、プリント回路ボードの付近の不均一な電界によっ
て不均一なプラズマ処理が引き起こされることが分かっ
ている。

電極の表面の面積を減少させると電界と、その周囲の対
応するプラズマ場がより均一になる。しかし、不都合に
も、プリント回路ボードや比較的大型の半導体デバイス
などの大型の工作物に対しては、小型の電極は、経済的
に利用不可能である。

米国特許第４３６１４４１号及び第４３９４１６２号は
、少くとも一つが環状であるような、離隔された静止電
極構造をもつプラズマ反応器を開示する。これにおいて
は、電源によって、電極の間にアークが発生される。こ
のアークは、脈動され、電極間に円錐形のプラズマ・ゾ
ーンを形成するべく環状の電極構造のまわりの軌道に従
いあるいは巡回するようになされ、このプラズマ・ゾー
ンに固体微粒子が導入される。そのような装置は、綱、
鉄合金及びセメントの製造などの産業上の処理に利用し
得るものであるかもしれない。しかし円錐状のプラズマ
・ゾーンはほぼ平担なプリント回路ボードや半導体デバ
イスなどの電子部品のプラズマ処理に特に有用という訳
ではない。

米国特許第４２８２０７７号は、はぼ平坦な電極のプラ
ズマ反応チェンバを開示し、複数のＭｌｔＭの各々は、
個別に高周波（ｒｆ）ｆｉｔ力発生器に接続されている
。これらのｆ４極は、個別且つ独立に各セルを調節する
ための手段をもつ個別の部分セルを規定するように配列
されている。

１９８６年８月４日に出願された本出願人に係る米国特
許出願第８９４２４０号は、連続プラズマ・エツチング
装置において複数の平坦な電極を使用することを教示す
る。これにおいては、プラズマ反応器のチェンバが、ガ
スを連続的に導入し基板中の１つまたはそれ以上のスル
ー・ホールから材料を除去するためにそのガスをスルー
・ホールに指向するための手段をもつ。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、均一なプラズマ場を発生するためのプ
ラズマ反応装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、均一なプラズマ場を形成するため
に、２つまたはそれ以上の独立に制御される電極をもつ
装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、２つまたはそれ以上の電極
が基板に相対的に可動であり、以て電極によって形成さ
れるプラズマ場を仕様に応じて調節及び制御できるよう
にしたプラズマ装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、半導体デバイスを均一に汚
れ除去またはエツチングするためのプラズマ装置を提供
することにある。

本発明のさらに別の目的は、比較的大型の基板から均一
に材料をエツチングすることにある。

本発明のさらに別の目的は、基板上に均一に材料を付着
するための装置を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明により提供されるのは、プラズマ処理のために付
勢されたガスの均一な場を発生するための反応器である
。そして、工作物を、付勢されたガスにさらすことがで
きるように反応器チェンバ内に工作物を取付けるための
機構が配置される。

チェンバ内の第１の電極が、工作物取付機構に対して作
動位置に配置され１反応器内の第２の電極が第１の電極
を少くともその一部をとり囲むように配置される。

Ｅ、実施例 第１図を参照すると、真空を保持し得るプラズマ反応器
チェンバ１０が図示されている。そのようなチェンバは
、モデル番号Ｚ−６００としてＬｅｙｂｏｌｄ−Ｈｅｒ
ａｅｕｓから購入することができる。

チェンバ１０内には、図示しない適当な手段によって電
極構造体１２が取付けられている。電極構造体１２には
高周波電源１４が接続されている。

そのような電源はモデル番号ＩＳ２．５／１３５６ｏと
してＨｕｔｔｉｎｇｅｒ＋　Ｉｎｃ、がら購入すること
ができる。

電極構造体１２は複数の電極サブユニットまたはセグメ
ントを取付けられてなる。電極セグメントは参照番号１
６−２０で示され、後で詳細に説明される。

電極構造体１２の下方にはプラットフォームまたはサン
プル・ホルダ２４が配置されている。通常プラズマ反応
を保持するためには２つの電極が必要である。その電極
の一方はプラットフォーム２４または真空チェンバの壁
１０のどちらかである。プラットフォーム２４は、その
上に工作物が取付けられる慣用的なサンプル・ホルダま
たは取付機構である。工作物２６はプリント回路ボード
でもよく、半導体デバイスでもよく、エツチングされま
たは材料が付着されるべき任意の構造体でよい、工作物
２６は好適な実施例では電気的にアースされるが、一定
または浮遊電位が要望されるときはアースは必要ではな
い。

第２図を参照すると、第１図の電極の平面図が図示され
ている。第２図でもセグメント化された電極構造体が参
照番号１２で示されている。これにおいて、長方形状の
外部電極１６は、第１の電源（図示しない）に接続され
ている。第１゛の電極１６の内部には第２の電極１８が
配置され、これは第１の電極と同一形状であるが寸法が
やや小さい。第１の電極１６と第２の電極１８の間の隙
間１６Ａはそれら２つの電極の間の望ましくない電気的
接続またはショートを防止し、各々の電極を個別に付勢
することを可能ならしめる。このとき、任意の誘電性ま
たは絶縁性の材料（図示しない）が空隙１６Ａの役目を
果たし得る。そのような材料は電極構造体の安定性を高
めその製造を容易ならしめる。

第２の電極１８には第２のｆａ源（図示しない）が接続
される。その第２の電源は、第１の電極１６とは独立に
第２の電極１８を付勢するために、第１の電源（図示し
ない）とは独立に作動させることができる。

同様に、第３の電極２０が第２の電極１８内に入れ子に
なっており、第３の電極１８は隙間１８Ａによって、第
２の電極１８から絶縁されるように離隔されている。第
３の電極２０には第３の電源（図示しない）が接続され
ている。

第３図を参照すると、電極構造体１２の同心円形状の他
の実施例の平面図が示されている。これにおいては、外
部電極セグメント２２が円形であリ、その中に隙間また
は空間２２Ａによって隔てられた、より小型の円形セグ
メント２４が配置されている。第２のセグメント２４内
には、隙間または空間２４Ａによって隔てられた第３の
セグメント２６が配置されている。外部セグメント２２
には第１の電源２８が接続されている。同様に、第２の
電極セグメント２４には第２の電源３ｏが接続され、中
心の電極セグメント２６には第３の電極３２が接続され
ている。こうして、各セグメント２２〜２６は互いに独
立に付勢され得る。

同心円的な電極セグメントを使用することの利点は、円
形の半導体ウェーハを均−且つ好便に処理できることで
ある。尚、第３図に同心円形状が示され、第１及び２図
に４角形状が示されているけれども、他の多角形状も使
用し得ることを理解されたい。例えば、３角形、６角形
、７角形、８角形なども考慮され、本発明の範囲内であ
ると考慮すべきである。

第４図を参照すると、中心のセグメントを部分的に取り
巻く外部セグメントをもつ電極の他の実施例が示されて
いる。特に、この実施例の外部電極３４は３つの辺をも
つ。外部電極３４内には。

やはり３つの辺をもつけれども寸法がやや小さい第２の
電極セグメント３６が配置されている。最後に、第２の
電極セグメント３６内には中心電極セグメント３８が配
置されている。そして、隙間３４Ａが外部電極３４と第
２の電極３６を分離し。

同様に、隙間３６Ａが中心セグメント３８から第２の電
極セグメント３６を分離する。

予めパターン化されたサンプルまたは工作物をプラズマ
処理する際には、多くの場合、第４図に示すような方法
で電極を調節することが必要、または有利である。この
ことは、特に工作物１回路ライン、バイア及びスルー・
ホール、または穿孔がＸ及びＹ軸に対して対称的でない
場合にあてはまる。

ここで第５図を参照すると、第１図及び第２図に示した
セグメント化電極構造の分解断面図が示されている。こ
の図において、電極１６〜２０は、互いに共平面でない
ように互いに離隔されている。

尚、この図において、説明の簡便上、工作物２６は支持
体を併せて図示することなく示されている。

通常、適当且つ慣用的な取付機構が使用される。

電極セグメント１６．１８及び２０は工作物の上方に配
置される。また、もう一方の組の電極１７．１９及び２
１が工作物の下方に配置され、上方電極と、これに対応
する下方電極とで鏡映像を形成する。好適な実施例では
、セグメント１６．１８．２０の組がアースされ、セグ
メント１７．１９゜２１の組に電圧が印加される。この
構成においては、工作物２６の２つの主平面を同時に処
理することができる。

エツチングまたは付着の均一性を達成するため、個別に
制御されるセグメント１７．１９及び２１を異なる時点
で付勢することができる。こうして。

より長い処理時間を要する中心部分の処理を最初に開始
して、外側部分を順次付勢するようにするか、またはは
じめに全体を付勢して、外側部分から順次消勢して行く
ようにする。尚、工作物のパターン及び必要条件に応じ
て他の付勢スキームまたは方策を採用してもよい、好適
な実施例においては、工作物２６の中心をその端部と同
程度にエツチングするために、電極２０を工作物２Ｇに
対して最も近接して配置する。電極２０をとり囲む電極
１８は工作物２６から少しより遠方に離隔させる。同様
に、電極１６も中心電極１８をとり囲み、電極１８より
も工作物２６から少しより遠方に離隔されている。

第６図を参照すると、本発明の他の実施例が示されてい
る。これにおいては、電極１３０が工作物１３８に近接
配置され、電極１３２がそれよりもわずかに工作物１３
８に近接して配置されている。電極１３４及び１３６は
電極１３０からさらに隔てられているが、工作物１３８
からその全離隔されているという訳ではない。工作物１
３８の下方には、付勢された４つの電極１３１．１３３
．１３５及び１３７が配置されている。

これらの付勢された下方の４つのｍ％上セグメント３１
〜１３７は、この実施例では、工作物１３８に関連して
、上方のアースされた電極セグメント１３０〜１３６と
ほぼ対称的に配置されている。しかし、この対称性は動
作のためには必須でないことを理解されたい。実際上、
本発明によれば、反応器チェンバを使用する目的に応じ
て互いに任意の位置関係にあるような電極セグメントの
構成を考案することができる。

Ｆ０発明の詳細 な説明したように、この発明によれば、比較的大型の工
作物の表面を均一にプラズマ・エツチングまたはプラズ
マ付着処理し得る電極構造をもつプラズマ反応器が与え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のプラズマ反応器の概要図、第２図は
、電極構造体の平面図、 第３図は、他の実施例の電極構造体の平面図、第４図は
、さらに他の実施例の電極構造体の平面図、 第５図及び第６図は、工作物に対する電極の位置関係を
示す図である。 １・・・・チェンバ、１２・・・・電極構造体、２４・
・・・サンプル・ホルダ。 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 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名） ＦＩＧ、　　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）真空を保持し得る反応器チェンバと、 （ｂ）上記チェンバ内に、付勢されたガスにさらすべき
   工作物を取付るための取付手段と、 （ｃ）上記チェバ内に、上記取付手段に対して動作位置
   にあるように配置された第１の電極と、 （ｄ）上記チェンバ内に、上記第１の電極の少くとも一
   部を取り囲むように配置された第２の電極とを具備する
   、 プラズマ処理のために付勢されたガスの均一な場を発生
   するためのプラズマ反応器。