JPH03107481A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ドライエツチング装置、プラズマＣＶＤ装置
、アッシング装置等として使用されるプラズマ処理装置
に関する。

（従来の技術） 従来、第１図及び第２図示のように、エツチング室ａに
、アニス電位の平板状の対向電極すとＲＦ電源Ｃに接続
された平板状の基板電極ｄとを互に平行に設け、該基板
電極ｄの前面に設けたエツチング処理される基板ｅに向
けてエツチングガスを噴出する多数の噴出口を対向電極
ｆに形成した枚葉式のエツチング装置が知られている。

これの基板電極ｄはエツチング室ａにスペーサーシール
ドｇを介して取付けられ、基板ｅは仕切バルブｈを介し
て外部から該エツチング室ａに搬入される。この装置に
於て、排気口ｉから該エツチング室ａ内を真空排気した
のちガス導入用バルブｊを開いて対向電極すからエツチ
ングガスを噴出させ乍らＲＦ電電源上り基板電極ｄに高
周波電力を印加すると、エツチングガスは高周波電力に
より画電極す、ｄ間でプラズマ状態となり、活性化され
たイオン、ラジカルにより基板ｅがエツチングされ、こ
れに伴ない発生するエツチング生成物等゛は、排気ガス
として排気口ｉから排出される。ｋは環状の防着板、Ｉ
は発光スペクトルモニター、真空計等が設けられるセン
サーポートである。

また、該基板電極の背後に磁石を設けて基板電極の前面
に磁場を発生させるようにしたマグネトロンエツチング
装置も知られており（特開昭５７−ＩＬ４９３５号公報
）、この形式のものでは磁場により基板電極の前面に高
密度プラズマが発生するのでエツチング速度が向上する
。

更に基板電極の背後でなく、対向電極の背後に磁石を設
け、対向電極の前面に高密度プラズマを発生させ、基板
の均一なエツチングを目指すようにしたものも知られて
いる（特開昭８ｌ−４３４２７）。

更にスパッタリング装置に於て、ターゲットの背後に、
内外２重の環状の電磁石を設けて成膜を制御することも
行なわれている（特開昭６１−１６２８６６　）。

（発明が解決しようとする課題） 近時、高集積半導体デバイス製造のための微細加工にお
いて、プロセスのドライ化が進み、エツチング、ＣＶＤ
、アッシング等にプラズマを使用するプロセスが多用さ
れるようになってきており、パターンの制御精度、再現
性、均−性等のエツチング特性を向上させるために基板
を１枚ずつ処理する枚葉処理が行なわれるようになって
きている。この枚葉処理の能率を向上させるためには、
プラズマ処理の高速化が必須でづ ある。

プラズマ処理を高速化するには、磁場を使用すればよい
が、磁場のみを制御してプラズマ分布を均一化すること
は非常に困難であった。その原因は、第１図及び第２図
に見られるように、プラズマ処理装置のエツチング室ａ
のような真空処理室には、真空計、エツチング終点検出
器、膜厚計等を取付けるためのセンサーポートＩが設け
られ、該真空処理室内に設けられる防着板ｋに、各ポー
トに対応する開孔部ｍを形成する必要があり、更には防
着板の排気口ｉや基板の搬送口ｊに対応する個所にも開
孔部ｍを形成しなければならず、これらの開孔部ｍのた
めに、高周波電力を基板電極ｄに印加したときに電位分
布が不均一化し、或はガスの流れが片寄り、その結果プ
ラズマが部分的に集中することが原因と考えられ、例え
ばエツチングの場合、基板の面内均一性が非常に悪くな
ってしまう不都合を生ずる。

本発明は、プラズマ分布を均一化し、基板に対するプラ
ズマ処理を高速且つ均一に行なえるプラズマ処理装置を
提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明では、真空処理室内に、アース電位又はフロート
電位の円板状の対向電極とＲＦ電源に接続された円板状
の基板電極とを互に平行に設け、該基板電極面に設けた
基板へ向けてガスを噴出する多数の噴出口を該対向電極
面に形成したものに於て、該対向電極の背、後に、内外
２重の環状の軸対称の電磁石を設け、対向電極と基板電
極とで挾まれた空間の側方をプラズマの拡散を防ぐ環状
の防着板で囲み、該対向電極面に形成される噴出口を軸
対称に配置し、該基板電極と該防着板との間に環状の排
気通路を形成することにより、前記目的を達成するよう
にした。

本発明の好ましい構成では、該防着板の一部に、基板搬
送用の開閉口、及び、或は、蜂の巣状の小孔が形成され
、基板電極が対向電極に対して接近離反自在に設けられ
る。

（作　用） 真空処理室内の基板電極上に基板を載せ、対向電極の噴
出口からガスをシャワー状に噴出させ、対向電極の背後
の電磁石に通電して該対向電極の前面に磁界を発生させ
た状態で基板電極にｌ？Ｆ電力を印加する。これにより
該ガスは真空処理室内が１０””ｔｏｒｒ台の圧力であ
っても対向電極と基板電極との間で高密度プラズマ状態
となり、そのプラズマ中で発生したイオン、ラジカル等
が基板に突入してその表面をエツチング或はアッシング
し、或はプラズマ中で活性化されたガスが基板の表面に
付着してＣＶＤによる薄膜が形成される。エツチング或
はアッシングに伴ない発生する生成物や余分のガスは排
気口から外部へ排除される。

該対向電極の背後には、内外２重の環状の軸対称の電磁
石が設けられているので、該対向電極の表面の磁場分布
は中心軸対称性を持つようになり、対向電極と基板電極
の間の空間の側方を防着板で囲むことにより異常放電を
起さずに安定した放電が得られ、対向電極に軸対称に配
置した噴出口から均一にガスが吹き出すと共に該基板電
極と防着板の間の環状の排気通路から排気ロヘガスが排
出されるので、ガスの流れの片寄りがなくなり、均一に
分布したプラズマを両電極間に発生させ得、基板の面内
均−性の良いプラズマ処理が行なえる。

（実施例） 本発明の実施例を図面第３図及び第４図に示すエツチン
グ装置に適用した場合を説明すると、これらの図面に於
て符号（１）は真空ポンプに接続される排気口（２）と
開閉自在の仕切バルブ（３）を備えた基板搬送口（４）
とが設けられた円形の真空処理室、（５）　（６）は該
真空処理室（１）の上下に互に間隔を存して平行に設け
られた円板状の対向電極と基板電極を示す。

該対向電極（５）はアース電位又はフロートされ、その
表面を石英、アルミナ、陽極酸化アルミニウムなどの絶
縁材表面電極材（７）で覆い、スペーサーシールド（８
）を介して真空処理室（１）に取付けられ、該対向電極
（５）の表面側に、該真空処理室（１）の外部のガス導
入用バルブ（９）を備えたガス管（ＩＱに接続される凹
部ａｖを設けるようにした。該表面電極材（７）には該
凹部Ｇ１）に連通ずる多数の噴出口■を軸対称になるよ
うに形成し、ガス管ａ■を介して導入されるエツチング
ガスは凹部（１１）内に設けた多孔のガス導入口用バッ
ファ（１３１を通り、噴出口（＋２１から均一に吹き出
すようにした。

また基板電極（６）は、真空処理室（１）の底部を室内
へ凹入させて形成した台部ａΦにスペーサーシールド（
＋５）を介して取付けられ、該基板電極（６）の表面に
石英等の絶縁材の表面電極材ｑｅを施し、真空処理室（
１）の外部のＩ？Ｐ電源ａ７）に接続した。

（１８Ｇ９）は該対向電極（５）の背後に設けた内外２
重の環状の軸対称の電磁石で、その内側の電磁石（１８
１の環状内と、内外の電磁石ａｅ　（１９１間及び外側
の電磁石（＋９１の外周とにヨーク［相］を設け、各電
磁石ａａ　ａｇｌへの電流を夫々別個に制御出来るよう
にした。

該対向電極（５）と基板電極（６）とで挾まれた空間■
の側方を石英、アルミナ、陽極酸化アルミニウム等の絶
縁材防着板■で環状に囲み、画電極（５）（ωと防着板
■とで真空処理室（１）内に区画された略円形の空間■
を形成し、基板電極（６）と防着板■との間に環状の排
気通路■を形成させ、空間■内のガスは該排気通路■を
介して排気口（２）から外部へ排出されるようにした。

■は基板電極（６）の外周シールドで、適当な手段で真
空処理室（１）に取付けられる。空間σ内からのガスは
、排気通路■を通り、真空処理室（１）の台部ａΦの外
周に形成される環状室■へ流入し、排気口（２）から排
出されるが、該環状室■内に第５図及び第６図に見られ
るようなねじ■を緩めて上下動出来る複数の衝立て■を
設け、該衝立て■の先端と真空処理室（１）の壁面との
すきま■を調節することにより排気口（２）に近い個所
も遠い個所も略同量の排気が行なわれるようにした。

該防着板■の基板搬送口（４）と対応する個所を真空処
理室（１）の外部から導入した昇降装置ωに取付けられ
た開閉板Ｑで構成し、プラズマ処理される基板■を仕切
バルブ（３）を開いて基板搬入口（４）から基板電極（
６）上に、搬入し或は搬出する際に、該開閉板■を昇降
装置ωで下降させると搬送用の開閉口■が防着板■に形
成され、そこを通って基板■が出し入れされ、プラズマ
処理中は該開閉口■を閉じ、基板電極（６）と防着板と
の距離を一様化して電位分布の均一化を図るようにした
。

該空間■内のプラズマ処理中の状況を、真空処理室（１
）のセンサーポート■に設けた例えば真空計やエツチン
グの終点を検出する終点検出器、或は膜厚計で測定する
必要があるが、防着板■を通してこうした測定を可能と
するために、防着板■の該センサーポート■に対応する
個所に透孔■を形成して、そこに孔径３　ｍｍ以下の蜂
の巣状にプラズマ等が透過しない程度の多数の小孔■を
形成した防着板■と同材質のセンサーポート用蓋■を嵌
め、センサーポート■がら該小孔■を通して空間０内の
状況を測定出来るようにし、防着板■の軸対称性を維持
し、空間０内で異常放電のない安定した放電を行なえる
ようにした。

その動作を説明すると、仕切バルブ（３）及び開閉口■
を開いて外部から基板■を基板電極（６）上に運び込み
、仕切バルブ（３）及び開閉口■を閉じたのち、排気口
（２）から真空処理室（１）内を排気し、ガス導入用バ
ルブ（９）を開いてエツチングガスを対向電極（５）の
噴出口ａＤからシャワー状に空間■へ噴出させ、真空処
理室（１）内を１０−’ｔｏｒｒ台に調整する。次いで
内側の電磁石ａεへ４Ａ、外側の電磁石（＋９）へ７Ａ
の電流を流すと、基板電極（６）の前面に第７図示の曲
線Ａで示すような基板電極（６）の中心軸を中心に軸対
称の磁場が形成され、ＲＦ電源（１７１から高周波電力
を基板電極（６）に印加すると、該空間Ｑ内にエツチン
グガスの高密度プラズマが形成される。エツチングガス
はプラズマ中に於てイオン、ラジカルに電離され、これ
らが基板■へ突入し、該基板■が高速でエツチングされ
る。エツチングにより生じた生成物やエツチングに寄与
しなかったエツチングガスは、基板　１ 電極ａｅの周囲の環状の排気通路■を通り、環状室■衝
立でのとのすきま■を介して排気口（２）から外部へ排
除される。

該空間■は防着板■により軸対称に囲まれており、プラ
ズマに影響を与えるような開口部や基板電極（６）の電
位分布を乱すような開口部がないので、該空間σ内で、
安定した放電が発生し、エツチングガスの流れも対向電
極（５）の軸対称の噴出口（１２１から均一に噴出し、
環状の排気通路■に流れ込み、プラズマ分布を乱すこと
がなく、第８図の曲線Ｂで示すように、基板■を均一性
良くしかも高速でエツチングを行なえる。第８図の曲線
Ｃは第１図示の従来の装置によりエツチングを行なった
ときの基板の面内エツチング分布である。

ガス管００にアッシング用ガスを流せば、基板■の均一
なアッシングを行なえ、またＣＶＤ用ガスを流せば基板
■に均一なプラズマＣＶＤによる成膜を行なえる。

第９図は真空処理室（１）内に基板電極（６）を適当　
２ な昇降手段により昇降させ、対向電極（５）に対して接
近離反自在としたもので、この場合、基板電極（６）の
下降位置に対応した個所に基板搬送口（４）が設けられ
るので、防着板■に第３図示のような基板■の搬出入用
の開閉口のが不要になる。

ＧＤはアースシールドである。

（発明の効果） 以上のように本発明のプラズマ処理装置は、対向電極の
背後に内外２重の環状の軸対称の電磁石を設は対向電極
と平行する基板電極との間の空間の側方を軸対称性の防
着板で囲み、対向電極に形成した軸対称の噴出口からガ
スを噴出させるようにし、基板電極の周囲に環状の排気
通路を設けるようにしたので、ガス流が均一化されると
共に放電が安定してプラズマ分布が均一化され、基板に
均一性の良いプラズマ処理を高速で施せる等の効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラズマ処理装置の裁断側図面、第２図
は第１図の■−■線断面図、第３図は本発明のプラズマ
処理装置の実施例の截断側面図、第４図及び第５図は第
３図のＩＶ−ＩＶ線及びｖ−ｖ線断面図、第６図は第５
図のＶｌ−Ｖｌ線部分の側面図、第７図は基板電極上の
水平磁場分布図、第８図は基板の面内エツチング分布図
、第９図は本発明の他の実施例の截断側面図である。 （１）・・・真空処理室 （６）・・・基板電極 （１７１・・・ＲＦ電源 ■・・・空　間 の・・・排気通路 （至）・・・小　孔 （５）・・・対向電極 ■・・・噴出口 ａε（Ｉｇ）・・・電磁石 の・・・防着板 ■・・・開閉口 特　　許　　出　　願　　人 代　　　　　理　　　　　人 日本真空技術株式会社 北　　　村　　　欣　　　− 外３名 娘

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．真空処理室内に、アース電位又はフロート電位の円
   板状の対向電極とＲＦ電源に接続された円板状の基板電
   極とを互に平行に設け、該基板電極面に設けた基板へ向
   けてガスを噴出する多数の噴出口を該対向電極面に形成
   したものに於て、該対向電極の背後に、内外２重の環状
   の軸対称の電磁石を設け、対向電極と基板電極とで挾ま
   れた空間の側方をプラズマの拡散を防ぐ環状の防着板で
   囲み、該対向電極面に形成される噴出口を軸対称に配置
   し、該基板電極と該防着板との間に環状の排気通路を形
   成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. ２．前記防着板の一部に基板の搬送用の開閉口を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. ３．前記防着板の一部に、対向電極と基板電極とで挾ま
   れた空間内の状態を該防着板の外側から測定するために
   、プラズマを拡散させない程度の蜂の巣状の小孔を形成
   したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装
   置。
4. ４．前記基板電極は対向電極に対して接近離反自在に設
   けられることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処
   理装置。