JPS615521A - 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、グロー放電プラズマ発生可能な、プラズマ処
理装置と、該装置を用いた基板処理方法に関する。

〔発明の背景〕

従来のプラズマ処理装置及び基板処理方法においては、
基板装着時等に真空容器内壁に不純物ガス等が吸着また
は付着するために、真空排気後に該不純物ガス等が真空
容器内壁から脱離し、基板処理のために真空容器に導入
された不活性気体。

または反応性気体（以下まとめて基板処理気体と呼ぶ。

）の純度を低下させることが知られている。

このように基板処理雰囲気中に混入した不純物は、例え
ば、物質の°堆積を行う場合には、堆積した物質の不純
物含有量を増加させ、膜質を劣化させる。

エツチングに際しては、エツチング速度の再現性、制御
性を低下させる′。また、基板表面清浄化に際しては、
清浄化効果を減殺する。このような基板処理雰囲気中に
混入する不純物量を低減させるためには、基板処理雰囲
気を導入する前に、真空容器内到達真空度を向上させる
ことが重要である。

一般的には、あらかじめ基板処理気体の圧力よりも２〜
４桁低圧に真空排気し、しかる後に基板処理気体を導入
する必要があるといわれている。

従来のプラズマ処理装置では、高価で大型の真空ポンプ
を装置に具備したうえで、長時間排気を行いこの真空度
を得るか、別な方法例として、−部の装置は、ロードロ
ック機構を具えていた。しかし、どちらの場合には、装
置は大型化、複雑化し、価格も高価であった。いずれに
せよ、従来のプラズマ処理装置は、基板処理前の真空排
気時１こおける必要な真空容器内到達真空度の確保が極
めて困難であるという欠点を有していた。また、所望の
基板処理終了後に、基板取出しのため真空容器内壁は大
気にさらされるが、この際、内壁に吸着または付着した
反応性ガスと空気中の水分等との反応によって、真空容
器内壁が汚染されるという欠点等もあった。

〔発明の目的〕

これに対して、本発明の目的は、所望の基板処理に先立
つ真空排気時に、より簡便かつ安価な方法で、十分な到
達真空度を実現し、また、基板取出し時の装置汚染の防
止等も可能とするプラズマ処理装置を提供すること及び
、該装置を用いた良質の膜の堆積、高精度のエツチング
、有効な基板表面浄化等を可能とする基板処理方法を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は真空容器内壁に対するプラズマによるイオン衝
撃が、衝撃を受ける内壁表面に存在する不純物を除去し
、その後の真空排気時の真空度を向上させるために極め
て効果的であるという知見にもとづいてなされたもので
ある。ここで、従来のプラズマ処理装置では、プラズマ
発生時に、高周波電力を印加する２電極の一方の上に装
着された基板も同時にプラズマにさらされるために、基
板は、前述のように不純物の混入した基板処理気体によ
る処理または損傷を受ける結果となり、したがって、上
記のプラズマによる清浄化効果を真空容器内壁の清浄化
に利用することはこれまでなされていなかった。本発明
は、かかるプラズマによる真空容器内壁の清浄化効果を
利用することを可能にするプラズマ処理装置と、その装
置による基板処理方法を提供するものである。

第１図は、真空容器（金属製、接地電位）１１内に上部
電極１２、下部電極１３、真空排気系１５、高周波電源
１６及びその切換スイッチ１７Ａ１および１７Ｂ、ガス
導入口１０を有する、本発明の典型的な一例を示す。同
図（ａ）の如く、下部電極１３上には基板１４が装着さ
れている。本装置においては、真空排気系１５によって
真空容器１１内を排気した後、上部電極１２または下部
電極１３の少なくともいずれか一方を移動させて。

同図（ｂ）に示すように、両電極を接触させることが可
能となる。また、上部電極１２、下部電極１３は共に真
空容器１１とは絶縁可能である。次に、真空容器内壁清
浄化のため、真空容器１１に不活性気体または反応性気
体（以下まとめて清浄化処理気体と呼ぶ。）を導入し、
所定の圧力に保った後に、上・下部電極１２．１３と、
真空容器１１との間にプラズマを発生させる。プラズマ
は、上・下部電極１２．１３及び真空容器１１の内壁を
衝撃し、付着した不純物をたたき出し、真空排気系１５
によって排出させる。この際、基板１４は、上・下部電
極１２．１３にはさまれ、がっ。

該両電極１２．１３が同電位のため、プラズマの影響を
受けることはない。すなわち、本発明の装置においては
、基板１４をプラズマにさらすことなく真空容器１１及
び上・下部電極１．２．１３の表面のみに対してプラズ
マ処理を行うことが可能となった。かかるプラズマ処理
の後、所望の基板処理を行うことにより、良質の膜の堆
積、高精度のエツチング、有効な基板表面清浄化等が実
現される。また、所望の基板処理の後、上記の真空容器
内壁清浄化処理を行えば、基板取出し時の装置汚染が防
止される。なお、上記方法例において°、真空排気、上
・下部電極１２，１３の接触、清浄化処理気体の導入等
の工程の順序は任意である。

また相対する電極は必ずしも１対１の対をなす必要はな
く、例えば共通する一電極に対し他の複数個の電極が相
対した構造で、相互に電気的機械的に接続・切離しを行
なう構造であってもよい。

〔発明の実施例〕　□ 以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ 第１図を用いて説明する。実施例１は、導電性の真空容
器１１を用いた本発明のプラズマ処理装置の一例である
。第１図（ａ）の装置においては、下部電極１３上にＳ
−ｉ基板１４が装着されている。

真空容器１１内を、約５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒにまで排気
した後に、突起部１８のついた上部電極１２を下降させ
て、上・下部電極１２．１３を一体化させた。これら二
つの電極１２．１３に対して電気的に遮断された真空容
器１１は接地されている。

次に、ガス導入口１０よりＡｒガスを導入し、ガス圧を
約５Ｘ１０−３Ｔｏｒｒに保ち、謹上・下部電極に１３
．５６ＭＨｚ、ＩＷ／ｃＪの高周波電力を印加してプラ
ズマを発生させ、約１０分間保持の後、プラズマを停止
し、Ａｒ排気を行ったところ、約５分間で２×１０−’
　Ｔｏｒｒにまで排気され、た。最初の真空排気開始よ
り、約２０分後である。これに対し、本発明の装置と方
法を用いない場合、同一性能の真空排気系を備えた装置
において、同等の到達真空度に達するには、約１８０分
を要する。本発明のプラズマ処理装置を用いて、本発明
の基板処理方法を実施することにより、真空容器内排気
に要する時間は、大幅に短縮された。

実施例２ 第２図により実施例２を説明する。実施例２は、非導電
性の真空容器２１を用いた本発明のプラズマ処理装置の
一例である。第２図の装置においては、下部電極２３上
にＳｉ基板２４が装着されている。真空容器２１内を約
５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒに排気した後に、実施例１と同様
に上部電極２２を下降させて上下二つの電極２２．２３
を一体化させた。次にガス導入口２０よりＡｒガスを導
入し、ガス圧を約５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒに保ち、第３の
電極２９（接地電位）との間に１３．５６ＭＨｚ。

ＩＷ／ｃｎの高周波電力を印加してプラズマを発生させ
た。約１５分間保持した後、プラズマを停止したＡｒを
排気すると、１０分間で約ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒにまで
排気された。最初の排気開始より約３０分間で得られた
この到達真空度を、本発明の装置を用いずに達成するた
めには、同一性能の排気系を備えた装置において約１５
０分間を要した。

本装置によっても、実施例１の場合と同様に、真　　　
　　　　、・空容器内の清浄化に要する時間は大幅に短
縮された。

実施例３ 第１図を用いて説明する。実施例３は、本発明のプラズ
マ処理装置と基板処理方法をプラズマ気相成長法による
Ｓｔ基板上への非晶質Ｓｔの堆積に適用した実施例であ
る。実施例１で述べた如き方法によって真空容器１１内
を２Ｘ１０−’Ｔｏｒｒにまで排気し、しかる抜上・下
部電極１２．１３を上部電極１２の移動によって切離し
た。Ｓｉ基板１４を約２００℃に昇温した後、ガス導入
口１０よりＳｉＨ＋ガスを１００ｃｃ／分の流量で導入
し、上・下部電極１２．１３間に１３．５６ＭＨｚの高
周波電力をＩＷ／ｃｔ印加してプラズマを発生させた。

約１０分間保持の後、電力印加とＳｉＨ４ガスの導入を
停止した。次に、５×１０−　’　Ｔｏｒｒまでの真空
排気を行い、その後Ｎ２リークによって真空容器１１内
を大気圧にしてＳｉ基板１４を取出した。ＳＬ基板上に
堆積された非晶質Ｓｉ膜のオージェ電子分光による観測
によると、膜内部におけるＯのピーク強度は、実施例１
の真空容器内清浄化の方法を用いない場合、すなわち、
実用的な到達真空度である５Ｘ１０−’Ｔ　ｏｒｒ程度
までの真空排気後直ちに上記非晶質Ｓｔ膜堆積を行った
場合と比較すると、約２０％に減少した。本発明のプラ
ズマ処理装置と基板処理方法は、かかるプラズマ気相成
長法による物質膜の堆積において、膜中の不純物含有量
を著しく低減させ、膜質を向上させる効果を有する。

実施例４ 第２図を用いて説明する。実施例４は、本発明のプラズ
マ処理装置を用いて、減圧気相成長法によるＷの堆積を
行った実施例である。実施例２で述べた如き方法によっ
て、真空容器２１内を１×１０””Ｔｏｒｒにまで排気
後、２電極１２．１３を切離し、その後、ＷＦ、ガスを
ガス導入口２０から導入することにより、約４５０℃に
保ったＳｉ基板１４上にＷを堆積させた。オージェ電子
分光の結果から、Ｗ膜内部における０のピーク強度は、
実施例２の真空容器内清浄化の方法を用いない場合の約
１／２に減少した。本発明のプラズマ処理装置と基板処
理方法には、実施例３のプラズマ気相成長法の場合と同
様に、減圧気相成長法においても、堆積膜中の不純物量
を低減させ、良質の膜の堆積を可能とする効果がある。

上記実施例の他、本発明の装置と方法を反応性スパッタ
エツチング法、反応性イオンビームエツチング法、また
はプラズマエツチング等によるエツチング工程に適用す
ると、同一装置で異種ガスを用いた複数の処理工程を行
う場合にも、異種ガス間の相互作用によるエツチングの
制御性や再現性の低下等を抑制し、高精度のエツチング
を可能とする等の効果も得られる。また、真空容器内清
浄化をより簡便に行うため、高周波電力を印加する代り
に５０〜４００Ｈｚの交流電力または直流電力を印加し
てプラズマを発生させた場合にも、上記実施例と同様の
効果が得られる。また上記実施例においては基板処理気
体として、Ａｒ等の稀ガスを用いる場合についてのみ述
べたが、基板処理気体としては他にＨＱ、ＮＱ、ＯＱ等
の単体の反応性ガスの他、ＣＦ　４を始めとする炭素と
水素やハロゲンとの化合物さらには炭化水素化合物など
、所望とする処理に対応させて適宜のガスが選択される
ことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明のプラズマ処理装置は、真空容器内に納められて
いる相対している電極の全てもしくは少なくとも１個の
電極を動かすことができるので、該複数個の電極を一体
化することができるので、一体化された該電極と導電性
真空容器または真空容器内の他の電極との間に電力を印
加してプラズマを発生させることが可能で尻る。この際
、一体化された電極のいずれかに装着された基板はプラ
ズマにさらされないので、プラズマによる損傷を受ける
ことはなく、基板に影響を与えずにイオン衝撃によって
真空容器内壁を清浄化することができる。この結果、同
一の排気系を備えた従来の装置と比較して、所望の真空
容器内到達真空度を得るたψに要する時間は大幅に短縮
され、大型真空排気ポンプやロードロック機構によらな
くても、十分な到達真空度を簡便かつ安価に得られる。

さらに、所望の基板処理に先立って、上記の真空容器・
内情浄化を実行することにより、基板処理気体に含まれ
る不純物量を低減させ、良質の膜の堆積、高精度のエツ
チング、有効な基板表面清浄化等を実現することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明のプラズマ処理装置の一実施
例の概略断面図である。 １０１．・ガス導入口、１１・・・導電性真空容器、１
２・・・移動可能な上部電極、１３・・・１２の電極と
相対する下部電極、１４・・・基板、１５・・・真空排
気系、１６・・・高周波電源、１７Ａ、Ｂ・・・電極印
加電力明方１図 Ｕυ （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空容器に、少なくとも相対している２個以上の電
   極が納められており、該複数電極のうちには、真空容器
   と絶縁可能な電極が１個以上含まれ、相対している電極
   の全てもしくは少なくとも１個の電極を動かすことによ
   り該複数個の電極を相互に電気的もしくは機械的に接続
   することが可能であり、該複数個の電極の少なくとも一
   つに電力印加が可能であることを特徴とするプラズマ処
   理装置。