JPH0439223B2

JPH0439223B2 -

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Publication number: JPH0439223B2
Application number: JP60227939A
Authority: JP
Priority date: 1985-01-17
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1992-06-26
Also published as: EP0188207A3; EP0188207A2; DE3669951D1; JPS61168923A; EP0188207B1; US4601807A

Description

【発明の詳細な説明】Ａ産業上の利用分野本発明は２つの主表面を有する基板をプラズマ
処理する装置に於て、均一なガス流を生じさせる
装置に関する。

Ｂ開示の概要プラズマ反応室内でガスの均一な流れを発生す
るため、本発明では少くとも一方の表面に複数の
開孔を有する２つの主表面を持つた第１の空洞電
極を、反応室内に配置する。この空洞電極には電
界を発生するための高周波源が接続される。第２
の空洞電極は両表面に複数の開孔を有する２つの
主表面を持つ。第２の高周波源を第２の空洞電極
に接続する。基板は第１及び第２の空洞電極間に
はさんで反応室内に置かれる。高周波電界によつ
て反応種（スペイシス）に変換されるべきガス
を、基板全体に均一に行きわたるように導入する
ための手段を備える。

Ｃ従来技術より均一なプラズマエツチングの結果を達成す
る従来の１つの方法は、エツチング（蝕刻）速度
を低くしたい場合、フツ素置換を発生するように
高い濃度のCF₄を必要とする。

プラズマ反応を起すために、通常、反対極性の
電荷が与えられた電極が真空室内に置かれる。そ
のような装置は例えば、本出願人の先願特願昭59
−243543号（米国特許第4508612号）明細書に示
されている。

米国特許第3757733号はプラズマ沈積用の円筒
状反応器を開示している。基板を内側領域に支持
するための支持体の外側領域から、反応ガスを放
射状に流通させる設備が設けられている。支持体
の内側領域からガスを排出するための設備も設け
られている。しかし、そのような装置は１度に基
板の１つの主表面のバツチ（一括）処理に使用で
きるに過ぎない。

米国特許第4264393号はプラズマ・エツチング
又は沈積用の反応器を開示している。その反応器
の中には２つの平行板があり、その一方は両板間
の高周波電界中へオリフイスの方形配列を介して
分配される反応ガスのためのマニホールドとして
機能する。平行板構造体は、装置容量を増すため
に接地板及び高周波板の交番配列状に積重ねられ
てもよい。反応ガスは一方向のみから導入され
（即ち平行板の一方の一側のみにオリフイスを有
し）、その結果として基板又はそのスルーホール
は片側しかエツチングされない。

多岐にわたる電子素子、例えば集積回路のよう
な電子素子を製造する際に、基板上に金属の薄膜
を沈積（deposit）する必要がある。例えば銅の
如き材料がセラミツク又はガラス基板上に沈積さ
れ、そしてエツチされ、若しくは電気回路又は電
子素子に作られる。

プラズマデポジシヨン、即ちプラズマ沈積の領
域で、原子はスパツタリング又はスパツタ沈積と
称されるプロセスによつて、陰極へ接続されたタ
ーゲツトの表面から変位される。このプロセスに
おいて、ターゲツトはしばしば銅などのような電
気の良導電材料で構成される。ターゲツトが取り
付けられる陰極は、アルゴンのような不活性ガス
の環境の下で、直流か又は高周波の相対的に高い
電圧に差し向けられる。不活性ガスはイオン化し
励起気体状態（プラズマ）を形成する。このプラ
ズマ状態から正のイオンが脱出してターゲツトの
露出面に衝突する。ターゲツトの材料の原子又は
クラスタ、即ち原子団は運動のモーメントによつ
て、追い出される。スパツタリングとして知られ
ているのが、ターゲツト原子のこの追い出しであ
る。このプロセスを繰返すことによつて、元来、
中性である多数のこれ等の原子が相対的に高い真
空中で、ターゲツトの前の空間に移動する。これ
等の原子は結局、全体としてターゲツトに近接し
て置かれた基板、即ちサンプルと言われる受容
体、即ちレシーバの表面を叩きそして凝結する。
かくして、原子の被覆即ちターゲツト材料の分子
層が基板上に設立される。全体が1μｍよりも薄
いコーテイングが薄膜（thin film）と称される。
一般に、集積回路の金属化にはこの厚さで充分で
ある。

一般にバイア（via）と言われている短絡孔又
はスルーホールは、第１レベルの導電パターンと
第２、即ち高次レベルの導電パターンとの間の相
互電気接続路である。異なつた基体レベル上の回
路を相互に電気的に接続するために、貴金属（例
えばパラジウム）の種入れ及び無電解金属沈積が
バイアの壁面を被覆するのに使われて来た。（上
述の被覆は、後で電気メツキされるのが通常であ
る。）然しながら、極く最近は、プラズマ技術が
この問題に適用されて来ている。

Ｄ発明が解決しようとする問題点プリント回路板及びカードとして使用される基
板のプラズマ処理の分野において、不均一なプラ
ズマ領域は不均一なエツチング、不均一な沈積を
生じ、そしてスルーホール、又はバイア孔の不均
一な清浄をもたらす。このスルーホールに関する
清浄処理はデスミアリング（desmearing）と称
する。例えば、エツチングプロセスにおいて、基
板の中心部分のより高濃度のプラズマ領域は基板
の中心部位でより高いエツチング速度をもたらす
のに反して、基板の周辺部分における相対的に希
薄なプラズマ濃度はこれ等の部分で比例的且つ予
想通りの低いエツチ速度を生ずる。電気的に浮遊
状態にあるプリント回路板に近接した不均一な電
界は回路板に不均一なプラズマ処理を起すことが
見出されている。

前記の従来技術は、大きな基板の主平面をエツ
チするためにも、また大きな面積にわたつて均一
なプラズマ領域を発生するためにも適当でない。
本発明の課題は次の通りである。

均一なプラズマ領域を発生するプラズマ反応装
置を提供すること。

大きな基板の主平面やバイア及びスルーホール
を均一に処理するプラズマ反応装置を提供するこ
と。

消耗した反応ガスを補充しつつ、均一なプラズ
マ及び電界中で連続的に又は半連続的に基板をプ
ラズマ処理すること。

Ｅ問題点を解決するための手段本発明に従う問題解決手段はプラズマ反応室内
に、均一なガス流を発生するための装置を設ける
ことである。表面に複数の開孔を有する２つの主
表面を持つた空洞電極を、反応室内に配置する。
この空洞電極には、電界を発生するための高周波
電源が接続される。表面に複数の開孔を有する２
つの主表面を持つた第２の空洞電極を、第１の空
洞電極と対向配置する。その第２の空洞電極には
第２の高周波電源が接続される。基板は第１及び
第２の電極間に配置して反応室内に納められる。
高周波電界によつて反応種に変換されるべきガス
を、基板全体に均一に行きわたるように導入する
ための手段を備える。

Ｅ実施例第３図を参照すると、従来の技術で知られてい
るような通常の上部パネル電極１０と下部パネル
電極１２との断面図が示されている。電極１０及
び１２は相互に平行な主軸を持つ。この構造は平
行板パネル電極と言われる。

電源は示されていないが夫々の電極１０及び１
２に接続される。第３図に示されたように、或る
時間において、正の電荷が上部電極１０に印加さ
れ、そして負の電極が下部電極１２に印加され
る。平行電極１０及び１２の間で、参照番号14で
識別される電界は中心領域で実質的に均一であ
る。然しながら、夫々参照番号16および18により
示されているように、電極１０及び１２の両端で
の電界は、より高密度である。従つて、電界１４
も結果のプラズマ（図示せず）も電極１０及び１
２に近接したすべての場所で均一ではない。

更に第４図を参照すると、間に挟まれた基板２
０を有する、同じ平行板パネル電極１０及び１２
の断面図が示されている。基板２０は電極１０及
び１２の主軸と実質的に平行な主軸を持つ。任意
の或る時間での電界は電極１０及び１２に近接す
る中心部２２では相対的に低い強度を有し、そし
て電極１０及び１２に近接した外縁部で相対的に
高い強度を有している。中間部に基板２０を有す
る通常の平行板パネル電極１０及び１２は均一で
ない電界を生ずることが分る。

第５図は本発明の基礎となるプラズマ領域発生
装置の模式図であつて、上部電極２８とそれと平
行な下部電極３０を有するプラズマ反応システム
が示されている。それ等２枚の電極２８及び３０
の中間に、その２枚の電極と実質的に平行に基板
３２があり、基板は接地されるか、又はゼロ電位
に保たれる。

例えばブランソン（Branson）IPC社で製造さ
れたモデル番号PM145のような高周波電源、即
ち高周波発生器３４が上部電極２８へ電気的に接
続されている。第２の高周波電源３６が下部電極
３０に電気的に接続される。インピーダンスを整
合するために、インピーダンス整合回路３８が上
部電極２８と直列に上部高周波電源３４へ接続さ
れる。インピーダンス整合回路は固定容量と可変
容量とを含む。第２のインピーダンス整合回路４
０は下部電極３０と直列に第２高周波電源３６へ
接続される。

交番電流位相波形４２及び４３は高周波電源３
４及び３６の間の位相差を表わしている。高周波
電源３４及び３６は常時、相互に180°位相がずれ
ていることが分る。また、上部及び下部電極夫々
の間に発生された電界は、部分４６及び４８を含
んで基板の長さに沿つて実質的に均一であること
が理解出来る。

第６図を参照すると、プラズマ処理に使用され
る高真空度に維持するのに適する反応室５０が示
される。例えば、そのような室５０はブランソン
社のモデル番号7415により入手しうる。反応室５
０は排気され、次にアルゴン及び酸素またはCF₄
及び酸素が導入される。ハウジング５２が反応室
５０の中に置かれる。ハウジング５２には、電気
回路を表面にプリントさせるのに適した複数枚の
カード、即ち基板５４を装着する。基板５４は母
線５６によつて互いに電気的に接続される。母線
５６は接地５７される。

電極５８及び６０は基板５４の両側に交互に設
置される。電極５８は母線部６２によつて互に電
気的に接続されている。母線部６２は、良好な実
施例では13.5メガヘルツで動作するのに適する高
周波電源へ電気的に接続される。スルーホールの
高い縦横比（即ち、スルーホールの深さ対直径の
比率が６：１よりも大きい場合）のために極めて
低い周波数（例えば50キロヘルツ）で動作する高
周波電源は供給ガスからポリマ種の生成を阻止す
ることが見出されている。例えば、米国特許第
4425210号は相対的に低い周波数の高周波の意義
を開示している。イオン化プラズマ種の蝕刻物
（ionic plasma species etchants）は高周波に応
答して、スルーホールの内面に到達し、スルーホ
ールの内面に均一なエツチを与える。位相図６５
は或る任意の時間における高周波発生器６４の位
相を表わす。

同様に、残りの電極６０は他の母線部６６によ
つて互に接続されている。母線部６６は絶縁部材
６６ａ及び６６ｂによつて、物理的に保持されて
いるが、その絶縁部材によつて母線部５６から絶
縁されている。この第２の母線部６６は第２高周
波電源６８へ電気的に接続されており、これもま
た13.5メガヘルツで動作するのに適している。位
相図６９は第２高周波電源６８の位相を表わす。
良好な実施例においては、第１高周波電源６４か
らの電気信号は、第２高周波電源６８により発生
される電気信号の位相に比べ180°ずれている。交
番電流位相図６５及び６９の比較はこの位相差関
係を表わす。

高周波電源６４及び６８の間の位相差によつて
得られる電界は、単独の高周波電源によつて得ら
れる電界、或はすべてが同位相にある複数個の高
周波電源によつて得られる電界の何れよりもより
よい均一性を有することが見出されている。

位相差は必ずしも180°である必要はない。従つ
て、高周波電源６４及び６８の間の任意の位相差
は本発明の範囲内にあることは理解されねばなら
ない。他の実施例として、ただ１個の高周波電源
を反応室５０と関連して使用しうることは注意を
要する。ただし、この場合、１個の高周波電源は
互に位相がずれている２個又はそれ以上の出力信
号を発生することが条件となる。

図示されていないが、ガス導入パイプ及びガス
排出パイプが、必要に応じて、ガスを導入し又は
排出するよう反応室５０へ接続されている。動作
時において、連続的にガスを導入しそして排出す
ることが反応室５０に接続された１本又はそれ以
上のパイプによつて達成しうる。

本発明第１図は本発明の空洞電極プラズマ装置を示
す。この空洞電極プラズマ装置はプラズマ室（図
示せず）によつて囲まれており、その内部はテフ
ロン（イー・アイ・デユポン社の登録商標）の如
き非導電性材料で被覆され保護される。

第１の空洞電極７０はその１つの主表面にドリ
ル又はパンチで穿たれた複数個の開孔７２を持
つ。その開孔は第１図で破線で示す。良好な実施
例において、開孔７２は直接的で均一なマトリツ
クスパターンとして示される。然しながら、均一
なガス分布を妨げない任意のパターンを使つても
よい。

この第１空洞電源７０と離隔関係で基板７４が
配置され、基板の主軸は電極７０の主軸と平行で
ある。電極７０には高周波電源７０が接続され、
基板７４は接地される。

基板７４に近接し且つ実質的に平行に第２空洞
電極７８があり、それは電極の両主表面を通る、
ドリル又はパンチで穿たれた開孔（図示せず）を
持つ。第２高周波電源８０はこの空洞電極７８に
電気的に接続される。同様に、他の基板８２が空
洞電極７８と実質的に平行に配置され、且つ接地
される。

第３空洞電源８４は基板８２と実質的に平行に
配置される。この電極８４もまたドリル又はパン
チで穿たれ、且つ電極の両主表面を貫通する複数
個の開孔（図示せず）を持つ。他の高周波電源８
６がこの空洞電極８４に接続される。他の基板８
８が第３空洞電極８４と実質的に平行に配置さ
れ、且つ接地されている。

最後に、１つの主表面だけにドリル又はパンチ
で穿たれた開孔（図示せず）を有する第４空洞電
極９０は基板８８と実質的に平行に配置され、そ
して最後の高周波電源９２へ電気的に接続され
る。

ガス導入パイプ９４，９６，９８及び１００が
空洞電極７０，７８，８４及び９０へ夫々接続さ
れる。操作バルブ９４ａ，９６ａ，９８ａ及び１
００ａが独立してガスの流れを閉じるため、対応
する導入パイプ９４，９６，９８及び１００に設
置される。導入多岐管即ち導入マニホールド１０
１が空洞電極７０，７８，８４及び９０へ平均し
てガスを分配するために、導入パイプ９４，９
６，９８及び１００に接続されている。

電極を挟んでガス導入マニホールド１０１と反
対側にガス排出パイプであり、その１個は１０２
で示されており、各パイプに対応して、独立的に
操作しうるバルブ１０２Ａを持つ。空洞電極７
８，８４及び９０に関連するガス排出パイプは第
１図には示されていない。すべてのガス排出パイ
プはそれ等に関連する空洞電極と排出マニホール
ド１０４に接続されており、空洞電極からガスを
均一に排気させる。

ガス供給主パイプ１０６が導入マニホールド１
０１へ接続される。同様に、ガス排気主パイプ１
０８が排出マニホールド１０４へ接続される。

若し望むならば、ガス導入パイプ１０６，９
４，９６，９８，１００及びマニホールド１０１
の機能と、ガス排出パイプ１０８，１０２及びマ
ニホールド１０４の機能とは反転することが出来
ることは理解されるべきである。つまり、必要に
応じて、ガスは主ガス排出パイプ１０８によつて
導入し、主ガス供給パイプ１０６によつて排出す
ることが出来る。

空洞電極と直接に結合した導入及び排出パイプ
の使用は基板の間のガスの配分及びガスの流れを
最大にするので、ガスの流れの均一化及び電界の
均一化を確実にする。これ等の均一化の組み合せ
の利益は、プラズマ処理中でより正確でより均一
なエツチング又は沈積が生ずることである。

本発明の空洞電極プラズマ装置を良く理解する
ために操作バルブ９４Ａ，９６Ａ，９８Ａ，１０
０Ａ，１０２Ａ及び図示されていない操作バルブ
について説明する。圧力を加えられたガスが導入
マニホールド１０１を経てガス供給主パイプ１０
６から導入された時、バルブ９４Ａ，９６Ａ，９
８Ａ及び１００Ａはガスを空洞電極７０，７８，
８４及び９０へ到達させ導入させる。排出パイプ
の弁１０２Ａ及び示されていない他のバルブが閉
位置にされていると、ガスは空洞電極の開孔７２
を通るよう強制される。このようにして、対応す
るガス導入口９４，９６，９８及び１００により
圧力を加えられて空洞電極７０，７８，８４及び
９０中に導入されたガスは実質的に均一な態様で
基板７４，８２及び８８をエツチングするため電
極の開孔７２を経て配分される。

導入バルブ９４Ａ，９６Ａ，９８Ａ及び１００
Ａと、排出バルブ１０２Ａ及び図示されていない
他の排出バルブとを適当に設定することにより、
空洞電極７０，７８，８４，９０を通るガス流を
幾つかのガス流のパターンのうちの１つにするこ
とが出来る。個々の基板又は基板の群は導入及び
排出バルブを適当に設定することにより、そして
ガス供給主パイプ１０６及びガス排気主パイプ１
０８を選択することによつて処理することが出来
る。本発明に従つて、空洞電極及び基板の数は任
意に選択しうることは理解されるべきである。

ガス導入パイプ９４，９６，９８及び１００は
プラズマ反応が維持されるガスを導入するのに使
われる。そのようなガスは通常、CM₄、酸素、
アンモニア、フレオンなどである。上述のガスの
任意の混合気体を含むガス組成もまた使用出来
る。更にまた、既に述べたように、アルゴン及び
酸素の混合気体は高い縦横比を持つスルーホール
を清浄するために、相対的に低い周波数の高周波
電源で使用することが出来る。

良好な実施例において、高周波電源間の位相の
相違は以下の通りである。高周波電源７６及び８
６は互に同位相である。高周波電源８０及び９２
は互に同位相であるけれども、上述の高周波電源
７６及び８６に対しては180°、位相がずれてい
る。代表的な周波数は50キロヘルツ乃至13.5メガ
ヘルツ範囲にある。

第２図を参照すると、空洞電極７０及び７８
と、その間に挟まれた基板７４とが第１図の線６
−６に沿つて切断された断面図が示されている。
空洞電極７０は２つの壁を有し、左の壁１０９は
開孔がなく、右の壁１１０は多数の開孔７２があ
る。このため第１図では開孔７２を破線で示す。
電極７０の右壁１１０の開孔７２は、反応室５０
（第６図）の左部分から右部分へガスを分散させ
るようにテーパが付されている。従つて、電極７
０の開孔７２は壁１１０の左側で小さな直径を有
し、電極７０の壁１１０の右側では大きな直径を
有する。

テーパの付された孔７０の方向は基板７４の右
側の主表面へ均一にガスを配分させるように、空
洞電極７８の左側壁１１２では逆向きにされる。
図示のような開孔７２のテープは、２個の空洞電
極７０及び７８の中間に１個の気体７４が置かれ
た図示の例に有用であることは注意を要する。他
の配列及び電極の開孔７２の方向は、ガス流の方
向や同時に処理される基板の数によつて、容易に
デザインしうる。

基板の表面全体にわたるガス流分布を均一化す
るため、空洞電極主表面の周辺部の開孔の直径を
中央部の開孔の直径よりも小さくしてもよい。又
は開孔の直径を同じにして、空洞電極主表面の周
辺部に於ける個数を中央部よりも少くしてもよ
い。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の空洞電極にはガ
ス導入パイプ及び排出パイプが直結されるので、
基板全体のガス配分及び電界を均一化する。これ
によりプラズマ処理（エツチング又は沈積）の結
果が正確でより均一化されるなどの効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空洞電極プラズマ装置の模式
図、第２図は第１図の線６−６に沿つて切断して
示す空洞電極の断面図、第３図はプラズマ領域を
発生する従来装置の模式図、第４図は基板を取り
囲んでプラズマ領域を発生する従来装置の図、第
５図はプラズマ領域発生装置の図、第６図は反応
室の模式断面図である。１０，１２，２８，３０，５８，６０……電
極、３４，３６，６４，６８，７６，８０，８
６，９２……高周波電源、３２，５４，７４，８
２……基板、７０，７８，８４，９０……空洞電
極。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも２つの主表面を有する基板に対し
てプラズマ処理をするためのプラズマ反応室内に
均一なガス流を発生する装置であつて、下記(a)乃
至(f)を含むことを特徴とする均一ガス流発生装
置。 (a) 上記プラズマ反応室内に、相互に離隔して対
向配置され、両面に夫々複数個の開口７２を有
する複数個の空洞電極７８，８４。 (b) 上記対向配置された複数個の空洞電極をはさ
むように離隔して対向配置され、少なくとも対
向する面に夫々複数個の開口７２を有する２個
の空洞電極７０，９０。 (c) 上記対向配置された全空洞電極のうちの奇数
番目の空洞電極に電気的に接続された第１の高
周波電源７６，８６。 (d) 上記対向配置された全空洞電極のうちの偶数
番目の空洞電極に電気的に接続された、上記第
１の高周波電源が発生する高周波電界とは位相
のずれた高周波電界を発生する第２の高周波電
源８０，９２。 (e) プラズマ処理されるべき基板７４，８２，８
８を、上記対向配置された各空洞電極の間に支
持するための手段。 (f) 上記高周波電界により反応種に変換されるべ
きガスを、上記空洞電極の間に支持した基板の
主表面全体に均一に行きわたらせるようにする
ため、上記空洞電極の空洞内へ上記ガスを導入
する手段。