JP2000353693A

JP2000353693A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2000353693A
Application number: JP11165938A
Authority: JP
Inventors: Keiko Kagaya; 恵子加賀谷; Unryu Ri; 雲龍李
Original assignee: Kokusai Electric Co Ltd
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】反応室内のプラズマ密度の均一化を図り、基
板上に形成する膜厚の均一化を実現する。【解決手段】反応室２の上部に配された上部電極１１
と、上部電極１１に高周波電力を印加する手段２５と、
上部電極１１の下面側に配され反応室２内に処理ガスを
供給するシャワー板１０と、反応室２内のプラズマ生成
領域を囲うように配された円筒電極３と、円筒電極３に
高周波電力を印加する手段２３と、円筒電極３の周囲に
配されて円筒電極３の内周面に沿った磁力線Ｇ１を発生
させるリング磁石６、７とを備え、前記シャワー板１０
の上側に同心状に複数の補助リング磁石３０を配した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板やガ
ラス基板に対して薄膜を形成したり、薄膜のエッチング
を行ったりするプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板に処理をするプラズマ処理装置のな
かで、磁石の磁場を利用したマグネトロン放電型プラズ
マ処理装置がある。マグネトロン放電型プラズマ処理装
置は、陰極から放出された電子がドリフトしながらサイ
クロイド運動を続けて周回することにより長寿命となっ
て電離生成率を高めるので、多く使用されている容量結
合型プラズマ処理装置よりも高密度のプラズマが得られ
る。

【０００３】この種のマグネトロン型プラズマ処理装置
として、特開平７−２０１８３１号公報に記載のものが
知られており、図１２はそれと類似の従来のマグネトロ
ン型プラズマ処理装置の概略構成を示す。

【０００４】１は反応室２を構成するチャンバ本体であ
り、チャンバ本体１の上に絶縁材５を介して円筒電極３
が配設され、円筒電極３の上に絶縁材４を介してチャン
バ蓋８が配設され、チャンバ蓋８の中央に絶縁材９を介
して上部電極１１が配設されている。上部電極１１の下
面側には、ガス導入口（ガス導入手段）１２から導入さ
れた処理ガスを反応室２内にシャワー状に供給する多数
の孔１０ａを有したシャワー板１０が設けられている。

【０００５】円筒電極３及びその上下両端の絶縁材４、
５は反応室２の周壁の一部を構成しており、反応室２の
中央のプラズマ生成領域としての空間を囲んでいる。円
筒電極３の上下両端の絶縁材４、５の外周には、上下に
離間してリング磁石６、７が配設されている。リング磁
石６、７は、半径方向両端（内周端と外周端）に磁極を
持ち、上下のリング磁石６、７の磁極の向きが逆向きに
設定されている。従って、内周部の磁極同士と外周部の
磁極同士が異極となっており、これにより、図１３に示
すように、円筒電極３の内周面に沿って円筒軸方向に磁
力線Ｇ１を形成している。

【０００６】また、チャンバ本体１、円筒電極３、絶縁
材４、５、チャンバ蓋８等で構成された反応室２の内部
中央下部には、シリコンウェーハなどの基板Ｗを設置す
るサセプタ２０が配設されている。また、第１の高周波
電源２３が位相整合器２４を介して円筒電極３に、第２
の高周波電源２５が位相整合器２６を介して上部電極１
１につながれており、各電極３、１１に高周波電力が印
加されるようになっている。さらに、反応室２の周壁底
部には、反応室２内の雰囲気ガスを排気する排気口（排
気手段）１３が設けられている。なお、１５は、上部電
極１１を覆うカバーである。

【０００７】次に基板処理の流れについて図１３を用い
て説明する。まず、図示略の基板搬送手段によって、反
応室２内のサセプタ２０上に基板Ｗを搬送し、図示略の
排気ポンプを用いて反応室２内を真空にする。次にその
基板Ｗをその処理に適した温度に加熱する。基板Ｗの加
熱には、例えば抵抗加熱ヒータを埋め込んだサセプタを
使用したり、赤外線ランプを使用したりする。あるい
は、不活性ガスを使用してプラズマを生成し、そのエネ
ルギを利用して基板を加熱する方法をとることもでき
る。

【０００８】基板Ｗを所定温度に加熱したら、ガス導入
口１２から処理ガスを供給し、シャワー板１０の孔１０
ａから反応室２内にシャワー状に吹き出させる。同時
に、第１の高周波電源２３と第２の高周波電源２５から
高周波電力をそれぞれ円筒電極３並びに上部電極１１に
印加し、反応室２内にプラズマを発生させる。その際、
円筒電極３の内周面に沿って軸方向に磁力線Ｇ１が形成
されるので、円筒電極３の内周表面近傍に高密度のリン
グ状のプラズマが生成され、それが反応室２の内部に拡
散することで、基板Ｗ上で均一なプラズマ密度になっ
て、基板Ｗに均一な薄膜が形成される。図中網掛け状模
様を施してある領域がプラズマ領域である。なお、ガス
の供給から停止、高周波の供給から停止までの一連の処
理の間、排気ポンプやガス導入手段によって、反応室２
内は一定の圧力に保たれている。そして、処理が終わっ
た基板Ｗは、搬送手段を用いて反応室２外へ搬送され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のマグネトロン放電型プラズマ処理装置を運転した場
合、反応室２の外周側に配したリング磁石６、７の働き
によって、反応室２の周辺部では高密度なプラズマが生
成されるが、反応室２の中心部ではプラズマ密度が低い
ことが分かった。そこで、上部電極１１に高周波電力を
印加することで、反応室２の中央部でもプラズマＰＬを
発生させるようにしているが、それでも依然として、基
板Ｗの中心部の上方でのプラズマ密度が低いことが分か
った。従って、上記従来の装置によれば、反応室２の周
辺部と中心部のプラズマ密度が不均一になり、基板Ｗ上
に堆積する膜の厚さの不均一を生じる可能性があった。

【００１０】本発明は、上記事情を考慮し、反応室内の
プラズマ密度の均一化を図ることにより、基板上に形成
する膜厚の均一化を実現することのできるプラズマ処理
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、基板
処理のための反応室を構成するチャンバと、反応室の上
部に配された上部電極と、該上部電極に高周波電力を印
加する手段と、反応室内の雰囲気ガスを排気する排気手
段と、前記上部電極の下面側に配され反応室内に処理ガ
スを供給するシャワー板と、反応室内の底部に配された
サセプタと、反応室内のプラズマ生成領域を囲うように
配された円筒電極と、該円筒電極に高周波電力を印加す
る手段と、前記円筒電極の周囲に配されて円筒電極の内
周面に沿った磁力線を発生させるリング磁石とを備えた
プラズマ処理装置において、前記シャワー板の上側に、
該シャワー板の下面に沿って磁力線を発生するよう同心
状に複数の補助リング磁石を配したことを特徴とする。

【００１２】この発明の装置では、反応室の上部に配し
た補助リング磁石の磁力線の働きにより、上部電極に高
周波電力を印加したとき、反応室の中心部に高密度なプ
ラズマを形成することができる。このような高密度なプ
ラズマが生成されるのは、電極表面に平行な磁場が印加
されている場合、電子が磁力線を横切って拡散し難くな
り、それによりプラズマの拡散損失が減少して、高エネ
ルギー電子が磁力線によって電極表面に閉じこめられる
ためである。

【００１３】この場合の補助リング磁石の配置場所は、
上部電極の上側でもよい（請求項２）。また、各補助リ
ング磁石は上下方向両端に磁極を持つようにし、隣合う
補助リング磁石の磁極の向きを逆に設定（請求項３）し
たり、全ての補助リング磁石の磁極の向きを同じ方向に
設定（請求項４）したりすることで、磁場の強さを調整
するのが望ましい。また、同心状に配された補助リング
磁石の少なくとも１つを、磁力線の強度アップのために
上下方向に複数段に積み重ねてもよい（請求項５）し、
その積み重ね段数を異ならせてもよい（請求項６）。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は実施形態のマグネトロン放電
型プラズマ処理装置の断面図である。このプラズマ処理
装置が図１２に示した従来のプラズマ処理装置と異なる
点は、上部電極１１の上側に、複数のリング磁石３０
（３１、３２、３３）を同心状に配置した点である。そ
れ以外の構成は図１２の装置と同じであるので、図中同
一要素に同一符号を付して説明を省略する。

【００１５】補助リング磁石３０は上下方向（磁石の厚
み方向）の両端にＮ、Ｓの磁極を有するもので、一定の
間隔をおいて並んでおり、図２に示すように、シャワー
板１０の下面に沿って磁力線Ｇ２を発生する。なお、補
助リング磁石３０は、図３に示すように、シャワー板１
０の直上に配置してもよい。また、補助リング磁石３０
の配設個数は２個以上であればいくつでもよい。

【００１６】磁極の向きは、例えば図４、図５に示すよ
うに設定することができる。図４の例では、外側の補助
リング磁石３１、中間の補助リング磁石３２、内側の補
助リング磁石３３の磁極の向きが交互、つまり、隣合う
補助リング磁石３１、３２、３３の磁極の向きが逆に設
定されている。また、図５（ａ）、（ｂ）の例では、外
側の補助リング磁石３１、中間の補助リング磁石３２、
内側の補助リング磁石３３の磁極の向きが全部揃ってい
る。

【００１７】このように、隣合う補助リング磁石３１、
３２、３３の磁極の向きを逆に設定したタイプＡの場合
は、図６（ａ）に示すように、磁力線が横方向（水平方
向）に広がる。従って、補助リング磁石３１、３２、３
３からシャワー板１０の下面までの距離が小さい場合に
適用すると有利である。また、全部の補助リング磁石３
１、３２、３３の磁極の向きを逆に設定したタイプＢの
場合は、図６（ｂ）に示すように、磁力線が縦方向（上
下方向）に伸びる。従って、補助リング磁石３１、３
２、３３からシャワー板１０の下面までの距離が大きい
場合に適用すると有利である。

【００１８】また、１個の補助リング磁石では磁力が弱
い場合には、図７、図８に示すように、補助リング磁石
３１、３２、３３を多段に積み重ねれば、発生する磁力
線を強化することができ、磁力線を縦方向に伸ばすこと
ができる。なお、図７はタイプＡの場合、図８はタイプ
Ｂの場合の例を示す。

【００１９】また、全部の積み重ね段数を同じに設定す
る必要はなく、図９、図１０に示すように、いずれかの
位置の段数のみを増やすようにしてもよい。図９、図１
０の例では、中間の補助リング磁石３２は１段にし、そ
の外側と内側の補助リング磁石３１、３３の段数を２段
にしている。このように段数を異ならせることで、磁力
線の長さを異ならせることができる。なお、この場合
も、図９はタイプＡの場合、図１０はタイプＢの場合を
示す。

【００２０】このように補助リング磁石３０（３１、３
２、３３）をシャワー板１０の上側に配置したことによ
り、図２に示すように、上部電極１１に高周波電力を印
加したときの反応室２の中央部のプラズマＰＬの密度が
高まり、反応室２全体のプラズマ密度が均一化される。
これは、高周波電極の表面に平行な磁場が形成されてい
る場合には、電子が磁力線を横切って拡散し難くなり、
プラズマの拡散損失が減少して、高エネルギー電子が磁
力線によって電極表面に閉じこめられるためである。

【００２１】特に、図１１に示すように、高周波電極１
００のシース領域に入ってきた電子は、Ｅ（磁界強度）
×Ｂ（磁場強度）の運動をしながら何回もシース電圧の
高周波変動による加速を繰り返し受けるので、電子に対
する加熱効率が高まって、低気圧でも高密度のプラズマ
生成が可能になるからである。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シャワー板の上側に補助リング磁石を付加したので、反
応室の中心部のプラズマ生成効率を高めることが可能に
なる。従って、反応室全体のプラズマ密度の均一化を図
ることができ、基板に形成する膜厚の均一化を図ること
ができる。また、プラズマ生成効率が高くなることによ
り、反応室の高さを低くすることができ、コンパクト化
に有利になる。また、上部電極の表面に磁界を形成する
ことができるので、上部電極が反応室内雰囲気に露出す
る場合でも、電極表面にシース電圧を形成することがで
きて、上部電極からの金属汚染を抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のプラズマ処理装置の断面図
である。

【図２】同装置におけるプラズマ生成状況と磁力線の発
生状況を示す図である。

【図３】本発明の別の実施形態のプラズマ処理装置の断
面図である。

【図４】前記実施形態の装置における補助リング磁石の
磁極の向きの一例（タイプＡ）を示す図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は前記実施形態の装置における
補助リング磁石の磁極の向きの他の例（タイプＢ）を示
す図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は磁極の向きの設定の仕方によ
る磁力線の発生の仕方の違いを示す図である。

【図７】補助リング磁石を多段に積み重ねた例を示す図
である。

【図８】別のタイプの補助リング磁石の多段積み重ね例
を示す図である。

【図９】補助リング磁石の積み重ね段数を異ならせた場
合の例を示す図である。

【図１０】別のタイプの補助リング磁石の積み重ね段数
を異ならせた場合の例を示す図である。

【図１１】高周波電極に対する電子の速度の増加を説明
するための図である。

【図１２】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す断
面図である。

【図１３】同装置におけるプラズマ生成状況と磁力線の
発生状況を示す図である。

【符号の説明】

１チャンバ本体（チャンバ）２反応室３円筒電極５チャンバ蓋（チャンバ）６，７リング磁石１０シャワー板１１上部電極２０サセプタ２３第１の高周波電源２５第２の高周波電源３０，３１，３２，３３補助リング磁石

フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 EA01 EA04 EA11 FA01 KA16 KA30 5F004 AA00 AA01 BA04 BA08 BA13 BB11 BB18 BB26 BB28 BC08 5F045 AA08 AA19 AF01 AF02 AF03 AF07 BB01 BB02 DP01 DP02 DP03 EH05 EH12 EH13 EH14 EH16 EK01 EK05 EK07 EK11 EK12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板処理のための反応室を構成するチャ
ンバと、反応室の上部に配された上部電極と、該上部電
極に高周波電力を印加する手段と、前記反応室内の雰囲
気ガスを排気する排気手段と、前記上部電極の下面側に
配され反応室内に処理ガスを供給するシャワー板と、反
応室内の底部に配されたサセプタと、反応室内のプラズ
マ生成領域を囲うように配された円筒電極と、該円筒電
極に高周波電力を印加する手段と、前記円筒電極の周囲
に配されて円筒電極の内周面に沿った磁力線を発生させ
るリング磁石とを備えたプラズマ処理装置において、前記シャワー板の上側に、該シャワー板の下面に沿って
磁力線を発生するよう同心状に複数の補助リング磁石を
配したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】上部電極の上側に前記複数の補助リング
磁石を配したことを特徴とする請求項１記載のプラズマ
処理装置。
【請求項３】前記各補助リング磁石は上下方向両端に
磁極を持ち、隣合う補助リング磁石の磁極の向きが逆に
設定されていることを特徴とする請求項１または２記載
のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記各補助リング磁石は上下方向両端に
磁極を持ち、全ての補助リング磁石の磁極の向きが同じ
方向に設定されていることを特徴とする請求項１または
２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】同心状に配された前記補助リング磁石の
少なくとも１つが、磁力線の強度アップのために上下方
向に複数段に積み重ねられていることを特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記補助リング磁石の積み重ね段数を異
ならせたことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理
装置。