JPH06140362A

JPH06140362A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH06140362A
Application number: JP4288640A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Horiike; ▲靖▼浩堀池; Satoru Narai; 哲奈良井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-10-27
Filing date: 1992-10-27
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】真空容器の内部に磁場発生手段を配置した構
成であって、小型化の容易な逆マグネトロン方式を採る
プラズマ処理装置について、プラズマの電子とイオンの
移動差による電位差（自己バイアス）を有効に増大さ
せ、大面積の処理を、高速度で均一に行うことができる
ものとする。【構成】両側の容器本体(1a),(1b) の間に、絶縁リン
グ(3) を介して電気的に絶縁された円筒状の電極(2) を
配し、筒状圧力容器に構成された真空容器(1) の中央部
に、表面に凹凸を有する中空平角状の磁場発生体(5)
と、この磁場発生体(5) 内部に水冷可能に配置された磁
石(6) とを備えてなり、かつ容器本体(1b)と同電位に接
続された磁場発生装置(4) を配置した構成とする。【効果】試料を載置する電極（カソード）の面積を減
少させることなく、磁場発生装置（アノード）の面積を
増大させ、４剰則に従って、最適の自己バイアスを達成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程等で使
用されるプラズマ処理装置に関し、詳細には、磁場を用
いて電子を閉じ込めるマグネトロン放電を利用して試料
のエッチング、スパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vap
or Dpositi0n）処理等を行うプラズマ処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理において、放電中の真空容
器内の圧力をより低くすると同時に、プラズマ密度を高
めるために、磁場を用いて電子を閉じ込めるマグネトロ
ン放電を利用した装置が工業的に用いられている。これ
は、例えばエッチング処理において、プラズマ密度を上
げて処理速度を高めると共に、より低い圧力で処理する
ことで、試料に対してプラズマ中のイオン主体のエッチ
ングである垂直エッチングを行うことができるからであ
る。

【０００３】ここで、垂直エッチングについて説明する
と、プラズマ中の荷電粒子であるイオンと電子は独立し
て運動しているので、イオンと電子との質量の差から、
両者の移動速度は異なり電子の方が速い。従って、速度
の差により電子の方がプラズマバルグから速く抜け出す
ことになる。そのため、電子とイオンの数に不均衡が生
じ、プラズマが、その不均衡を自己整合的に補正しよう
として、正に帯電して電子を引き止め、電子とイオンの
総数を保とうとする。その結果、真空容器または電極と
の間に電位差（自己バイアス）が生じる。この電位差は
真空容器あるいは電極に対して垂直な方向に形成される
ため、電極上に試料を載置した場合、試料に対して垂直
な方向に電位差が形成され、荷電粒子であるイオンを試
料に対して垂直方向に加速することができる。一方、加
速されたイオンは、それ自身が反応するか、保有するエ
ネルギーにより反応を助けるので、垂直方向のみのエッ
チングが行えるのである。

【０００４】また、イオン以外のエッチング反応種であ
るラジカル反応については、等方的なエッチングを行う
ために、垂直エッチングの妨げになることが知られてい
るが、処理圧力を下げることによりラジカルとイオンの
比率を低下させてラジカル反応を抑え、イオン主体の垂
直エッチングを行うことができるので、低圧力下での処
理が有利となるのである。そして、このように低圧力下
で達成される垂直エッチングは、集積回路の微細加工性
を向上させるために必要であるので、今後の重要な課題
となっている。

【０００５】次に、低圧力下でのエッチングに有効なマ
グネトロン放電について説明すると、マグネトロン放電
では、磁場によりプラズマの電子を閉じ込め、電子の真
空容器壁等への消費を抑えることができるため、同処理
圧力下で電子密度を上昇させることができる。また、電
子密度が上昇すると、電子の中性粒子への衝突回数が増
加してイオンの生成が促進されるので、高密度イオンを
得ることができる。

【０００６】マグネトロン放電の電子閉じ込め作用につ
いて更に詳細に説明すると、マグネトロン放電では磁力
線の方向が電極表面に平行とされるので、電子ｅ^-は、
その模式説明図である〔図５〕の (a)図に示すように、
磁力線Ｂに対して垂直な平面で円運動（ラーマ運動）を
行う。そして、先に説明した電位差による電場Ｅと磁場
Ｂとのベクトル方向が直交しているため、電子ｅ^-はラ
ーマ運動を行いながら、ｖ方向のＥ×Ｂドリフトを生
じ、(b) 図に示すような軌跡を描いて螺旋状に運動する
ので、見かけ上の電子ｅ^-の移動速度が低下してプラズ
マ中に閉じ込められるのである。また、副次的な効果と
して、電子は (a)図に示したようなラーマ運動を行って
おり、この時の電子は試料表面に対して複数回衝突し、
その都度２次電子が発生するので、等比級数的に電子の
生成が起こり、試料の表面付近の電子密度を上昇させ
る。マグネトロン放電を利用するプラズマ処理では、こ
の２次電子によるプラズマ密度向上の効果が大きい。

【０００７】一方、磁場による電子の閉じ込めを行わな
い通常のプラズマ処理では、処理圧力を低くした場合、
プラズマの全粒子の数が少なくなり、電子と中性粒子と
の衝突回数が低下するため、イオンの生成が低下すると
同時に電子の生成も低下してしまい、その結果、電子の
生成よりも消費が上回ってプラズマを維持でなくなり、
プラズマが消えてしまう。それに対してマグネトロン放
電では、磁場による電子の閉じ込め効果により、電子の
真空容器壁等への消費が抑えられるため、処理圧力を低
くした場合でも電子の消費が抑えられ、比較的低圧力下
でもプラズマを安定して維持でき、低圧力下で達成でき
る垂直エッチングに対して有利となる。

【０００８】しかしながら、磁場の方向を固定した場合
のマグネトロン放電では、先に説明したＥ×Ｂドリフト
のためにドリフト方向に電子が移動するので、ドリフト
方向の下流に電子が溜まってしまい、それによりプラズ
マの不均一を生じるという問題がある。そこで工業的に
用いられているマグネトロンプラズマ処理装置では、こ
の不均一を防止するため、磁場の方向を時間に対して変
化させることでプラズマの均一化を図っている。磁場を
変化させる方法は多種あるが代表的なものを、その概念
説明図である〔図７〕の (a)〜 (d)図によって説明す
る。

【０００９】〔図７〕の (a)図に示す例では、円盤状の
ヨーク(21)の中心と外周とに配した永久磁石(22),(23)
により中心にＮ極その周辺にリング状のＳ極ができるよ
うな磁気回路を形成して、その中心から周辺に向かう磁
力線Ｂを得、更にＮ極を形成する中心の永久磁石(22)に
対して偏心した軸線Ａでヨーク(21)を回転させることで
磁場を変化させ、プラズマの均一化を図っている。

【００１０】(b)図に示す例では、永久磁石をリング状
に組合せて、中心部では方向の揃った磁力線Ｂを得られ
る磁石リング(31)に構成し、その磁石リング(31)を真空
容器の外周に配置して回転させることで磁場を変化さ
せ、プラズマの均一化を図っている。

【００１１】(c)図に示す例では、棒状の永久磁石(42)
をＮ極とＳ極とを交互に違えて並べ、これら永久磁石(4
2)にて無限軌道(41)を構成し、その無限軌道(41)を真空
容器の周辺で回転させることで磁場を変化させ、プラズ
マの均一化を図っている。

【００１２】(d)図に示す例では、真空容器の外側に、
直交する２軸を中心に対の空心コイル(51),(52) を配置
すると共に、これら空心コイル(51),(52) に対して90度
位相がずれた正弦波電流Ｉ_y, Ｉ_xを流すことにより、
真空容器内部で回転する合成磁界Ｂを形成してプラズマ
の均一化を図っている。なお、通常 (d)図に示すよう
に、空心コイル(51),(52) は真空容器を挟んで２対配置
されている。

【００１３】一方、磁場の方向を変化させないでプラズ
マの均一化を図るものとして、その概要説明図である
〔図８〕に示すバンドマグネトロンプラズマ処理装置が
ある。この装置では (a)図に示すように、真空容器(61)
の両側に対の磁石(62)を互いに相異なる磁極を対向させ
て配置する一方、その真空容器(61)の中心部に、試料を
載置可能な偏平円筒状の電極(63)を配置している。そし
て、この装置では、電極(63)に高周波電圧を印加した場
合、電位差が電極とプラズマの間に生じるため、先に説
明したＥ×Ｂドリフトにより電子がドリフト運動を起こ
す。しかしながら、その電極(63)の反対面では電位差の
形成される方向が表面側に対して逆になるため、 (b)図
に示すように、ドリフトした電子の運動の軌跡はｖ方向
の無限軌道を形成し、電子の密度差がなくなりプラズマ
の均一化が達成される。

【００１４】最後に、マグネトロンプラズマによるスパ
ッタリング処理について説明すると、まず、ターゲット
に磁場を印加することによりターゲット付近にアルゴカ
ンガスの高密度プラズマを生成する。次に、外部から直
流の電位をターゲットに印加して、プラズマ中のアルゴ
ンイオンをターゲットに衝突させ、その衝突時の運動エ
ネルギーによりターゲットの組成分を反跳させて試料に
堆積させている。また、この処理の場合には、通常 5×
10^-3Toor程度の圧力が用いられている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】磁場の方向を時間に対
して変化させてプラズマの均一化を図ろうとする前記従
来のマグネトロンプラズマ装置では、ある程度長い時間
で積分した場合では、プラズマ密度の均一化が行われる
が、プラズマの応答時間が磁場の変化する時間より長い
ため、そのプラズマは短い時間で観察すれば不均一であ
る。そのため、集積回路のような微細な構造の回路を処
理しようとした場合では、プラズマの密度の異なる２領
域に導電線が接触し、電荷が移動して集積回路内に電荷
が蓄積され、その結果、回路を破壊することが報告（M.
Sekine，K.Horioka,T.Matsushita, K.Hisioka, Y.Matsu
naga, Y.Yoshida, H.Okano：Proceedings of13th Sympo
sium on、Dry Proces(1991,Tokyo)99.)されており問題
となっている。

【００１６】また、磁場の方向が変化しない構造のバン
ドマグネトロン方式を採る前記従来のプラズマ装置で
も、永久磁石が真空容器外部に配置されるので装置が大
がかりとなり、今後の大面積化する試料への対応が困難
になっている。そこで、このバンドマグネトロン方式の
変形例として、その概要説明図である〔図９〕に示すよ
うに、高周波電源に接続された真空容器(71)の中央部に
永久磁石(72)を配置すると共に、この永久磁石(72)を接
地電極（アノード）とした構成のプラズマ処理装置が提
案（第52回応用物理学会学術講演会、29a-NC-2(1991)）
されている。しかし、真空容器内に永久磁石を配置した
構成（以下、この構成を逆バンドマグネトロンと呼ぶ）
では、磁石(72)の近傍に試料(73)を載置できて装置が小
型となり試料の大面積化への対応が容易となるものの、
通常、アノードとしての磁石(72)の面積が、試料(73)が
載置されるカソードとしての真空容器(71)に比べて遙か
に小さくなるため、先に説明した電子とイオンとの移動
速度の差による電位差が小さくなり、通常４剰則として
知られている関係に従いイオンを有効に加速できず、そ
の処理速度の面で問題が生じる。更にまた、バンドマグ
ネトロンプラズマをスパッタリングに応用した場合で
は、積材利用が試料を取り囲む形となり、試料に対して
大きなターゲットが必要になるという問題点もある。

【００１７】また、従来のマグネトロンスパッタ装置で
は、高磁場部分に発生する密度の高いプラズマのために
ターゲットが部分的に消費され、堆積速度が不均一にな
るという問題があり、これを防ごうとした場合は、磁場
を時間的に平均化させる磁場回転機構を必要とするので
ある。これを更に詳細に説明すると、スパッタリングに
おいては、密度の高いプラズマから多くのアルゴンイオ
ンをターゲットに入射させ、高速な処理を行うことが求
められているが、プラズマ密度に分布がある場合、高密
度プラズマ領域でのターゲットの消費が先行し、ターゲ
ット表面の平坦性を崩し、その結果、堆積速度に不均一
が生じてしまう。一般的に、スパッタ堆積の場合、外部
電源によりターゲット表面に対して垂直方向に電位差を
生じさせているので、アルゴンイオンの多くはターゲッ
ト表面に垂直に入射する。それに対してターゲットの組
成分はアルゴンイオンの入射方向からある分布をもった
角度で反跳する。この時の反跳する角度は、ある分布に
従い、垂直方向で最大となる。従って、ターゲットと試
料が平行に向かい合う場合で堆積速度が最大となり、平
行でない場合は堆積速度が減少してしまうという結果に
なる。これは、ターゲットの組成分が反跳する課程で
は、入射するアルゴンイオンにより与えられた運動エネ
ルギーが、ターゲット表面の金属結晶格子に伝わり、複
数回格子を伝わる内に、その力の方向を変化させて行
き、統計的に角度分布をもち、その分布をもった力が最
表面原子の結合を切り、ターゲットに向けて反跳させる
からである。従って、処理中にターゲット表面の平坦性
を崩すと、ターゲットと試料との間の角度が変化して、
部分的に堆積速度を低下させ、結果的に堆積膜厚に不均
一を生じることになるのである。

【００１８】一方、上記逆バンドマグネトロンによる装
置においては、試料部分では、ほぼ均一な磁力線密度が
達成されているが、磁石の一方の端部の高磁場部分が真
空容器内にあるため、その高磁場部分に電子の閉じ込め
効率の高い部分ができて高密度プラズマを生成し、処理
の均一性を崩してしまうという問題がある。また、処理
に関与しない高密度プラズマは、イオンおよびラジカル
密度の均一性を低下させるという問題を引き起こし、こ
のためエッチング処理では、エッチング副生成物の分解
が起こり、エッチングに有害な堆積反応を誘起するとい
う問題が生じる。

【００１９】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的とするところは、１つに、例
えばエッチング処理において、プラズマの電子とイオン
の移動差による電位差（自己バイアス）を有効に増大さ
せ、大面積の処理を、高速度で均一に行うことができ、
しかも装置の小型が図れるプラズマ処理装置の提供にあ
り、また１つに、スパッタリング処理において、磁場回
転機構に依存することなく、ターゲットの局所的な消費
・減少が防止できて、均一な堆積膜が高速で得られ、し
かも小さなターゲットでもって対応可能で、装置の小型
化が図れるプラズマ処理装置の提供にある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器と、
この真空容器内にガスを導入するガス供給手段と、高周
波電源に接続され、真空容器内にプラズマを発生させる
電極と、真空容器の中央部に配置された磁場発生手段と
を備え、マグネトロン放電を利用して試料のプラズマ処
理を行うプラズマ処理装置において、上記目的を達成す
るために、以下の技術的手段を講じたことを特徴とす
る。

【００２１】すなわち、請求項１の発明は、磁場形成手
段が真空容器に同電位に接続され、かつ、その表面に凹
凸部を有してなることを特徴とする。

【００２２】請求項２の発明は、磁場発生手段が真空容
器と絶縁される一方、この磁場発生手段の表面に、直流
電圧印加手段に接続されたターゲットが配置されている
ことを特徴とする。

【００２３】請求項３の発明は、上記真空容器内の磁場
発生手段の高磁場部分と試料を処理する部分との間に、
真空容器と同電位に接続された多孔質の導電板が配置さ
れていることを特徴とする。

【００２４】

【作用】先に説明したように、例えばエッチング処理に
おいては、４剰則で説明される電位差（自己バイアス）
を利用し、イオンを加速して処理を行うので、自己バイ
アス値が小さいと処理速度の低下を招く、その反面、近
年の集積回路のように微細化が進められている試料で
は、できるたけ小さなイオンの加速で処理を行うことが
要求されており、これら相反する要求を満足するために
は、必要なイオンの加速を制御性良く行うことが必要で
ある。従って、４剰則に従って面積比を制御して、最適
なイオン加速エネルギーを得ることが重要になる。ここ
で、４剰則、つまりアノードとカソードの面積比と、そ
れぞれの電極に発生するプラズマとの電位差について説
明する。通常処理が行われる 1×10^-3Toor程度の圧力で
は、４剰則として以下の関係が知られている。すなわ
ち、その説明図である〔図６〕に示すように、アノード
ＡとプラズマＰとの接触接触面積をＡa 、カソードＣと
プラズマＰとの接触接触面積をＡc 、アノードＡとプラ
ズマＰとの電位差をＶa 、カソードＣとプラズマＰとの
電位差をＶc とすると、（Ｖa ／Ｖc ）＝（Ａc ／Ａa
）⁴となることが知られており、この関係から、真空
容器内に磁場発生手段を配置した逆バンドマグネトロン
では、著しく電位差が低下するのが説明できる。しか
し、この場合、カソードつまり高周波電源に接続された
電極の面積を小さくすることは、試料を載置する面積を
小さくすることになり、構造上許容され難いだけでな
く、大面積の試料の処理を行わんとする本来目的にも反
するものとなるため、アノードつまり真空容器内に配置
した磁場発生手段の面積を実質的に増すことが有効とな
る。４剰則は、磁場形成手段に形成されるシース内を無
衝突で飛行できるという仮定のもとに、プラズマと真空
容器、電極との間に形成されるシース容量の比により説
明されている。従って、４剰則により自己バイアスを上
昇させるには、磁場形成手段とプラズマとの間に形成さ
れるシースを消滅させることなく、大きな電極面積を維
持する必要がある。

【００２５】請求項１の発明では、磁場形成手段が真空
容器に同電位に接続され、アノードとしての役割を果た
す磁場形成手段が、その表面に凹凸部を有しているの
で、プラズマと接触する電極（アノード）面積を増大さ
せ、上記４剰則に従って、最適な自己バイアスが達成で
き、これにより高速度で均一なプラズマ処理、例えばエ
ッチング処理を行うことができる。また、磁場形成手段
を真空容器内に配置するので、つまり逆バンドマグネト
ロン方式を採用するので、その磁場形成手段の近傍に試
料を載置できて装置の小型化が容易に達成できると共
に、試料の大面積化への対応も容易となる。

【００２６】ここで、本発明における磁場形成手段表面
の凹凸は、上記４剰則の仮定を崩さないように留意して
形成される。つまり当該磁場形成手段に形成されるシー
スを消滅させるような形状の凹凸では、有効に自己バイ
アスを制御できず、例えば、シース厚さと同程度の高さ
の凹凸では、その凹凸をシースが覆い尽くすことにな
り、有効に自己バイアスを制御できない。シース厚さ
は、処理圧力や磁力線密度等により変化するが、通常厚
くても１cm程度であるので、磁場形成手段表面の凹凸
は、シース厚さの３倍程度、例えば３cm程度の高さとピ
ッチに設けられる。

【００２７】なお、本発明装置をＣＶＤ処理等に応用し
た場合では、処理圧力が上がるため、上記４剰則で、自
己バイアスを説明できない場合も生じるが、基本的な電
圧分配の非対称性は変わらず、実質的な磁場形成手段
（アノード）の面積の増大が、自己バイアス電圧増加に
有効であることに変わりはない。

【００２８】一方、スパッタ堆積の場合では、ターゲツ
トは一般的に試料に対面して配置される。従って、逆バ
ンドマグネトロン方式を採用するプラズマ処理装置で
は、その磁場発生手段の外周にターゲットを配置するに
より、容易にマグネトロン放電を利用するスパッタリン
グ装置を構成することができる。

【００２９】請求項２の発明では、真空容器の中央部に
配置された磁場発生手段を、真空容器と絶縁する一方、
その磁場発生手段の表面に、直流電圧印加手段に接続さ
れたターゲットを配置するので、マグネトロン放電を利
用してターゲットの組成分を放射状に反跳させ、外周側
の電極に載置された試料表面にスパッタ堆積させること
ができる。また、ターゲットには直流電圧印加手段によ
り電位が印加されるため、自己バイアス電位の低下を抑
えて高速なスパッタ堆積を達成できる。また、この時の
ターゲットは、試料が載置されている電極より小さくで
き、かつその組成分を放射状に反跳させてスパッタ堆積
できるため、無駄な部分への堆積を極力抑えた効率の良
い堆積が可能となる。更に、磁場形成手段を真空容器内
に配置した構成、つまり逆バンドマグネトロンでは、タ
ーゲット部分が高磁場に位置することになるため、高密
度プラズマによる高速な堆積速度を得ることができる。
また同時に、先に説明したＥ×Ｂドリフトによるプラズ
マの均一化作用があるため、ドリフト方向（磁力線の方
向）の堆積速度が均一になり、その堆積速度が均一であ
るためにターゲットの消費も均一になり、その結果、タ
ーゲット表面の平坦性が維持され、堆積処理の速度再現
性も向上させることができる。

【００３０】ここで、逆バンドマグネトロンによるプラ
ズマの均一化作用について更に詳細に説明すると、磁力
線と垂直な方向では、ターゲットに作用する電位差の方
向が周方向に回転しているため、電子がＥ×Ｂドリフト
により無限軌道を描くので、常にプラズマ密度が均一化
される。一方、磁力線と平行な方向の分布については、
試料付近の磁力線密度の変化が小さく、プラズマ密度を
不均一にすることが少ない。また発散する磁場では、電
子はラーマ運動を行いながら、磁気モーメント（ｍｅＶ
_v ²／２Ｂ：ここでｍｅは電子の質量、Ｖ_vは磁力線と
垂直な方向の電子の速度、Ｂは磁力線密度）を保存して
いることが知られており、磁力線密度が減少すると、磁
力線に垂直な方向の運動エネルギーが低下して、磁力線
に平行な方向の運動エネルギーに転化され、弱磁場方向
に方向に拡散する。逆バンドマグネトロンでは、試料付
近で磁力線が最小になることから、電子が磁力線に拘束
されながらも、両極の高磁場部分から中央の弱磁場部分
に集まろうとして往復運動するために、電子の密度が平
均化され、プラズマの均一化を促進して堆積速度を均一
化し、同時にターゲットの消費を均一にして繰り返し再
現性を向上させる。

【００３１】磁場形成手段を真空容器内に配置した構
成、つまり逆バンドマグネトロンでは、先に説明したよ
うに磁場形成手段の一方の端部の高磁場部分が真空容器
内にあるため、その高磁場部分に高密度プラズマを生成
し、処理の均一性を崩し易いので、処理の均一性をより
向上させるには、高磁場部分での高密度プラズマを生成
を抑制することが必要となる。また、そのためには高磁
場部分への高周波電力の供給を絶って高密度プラズマを
発生させなくする必要がある。

【００３２】請求項３の発明では、真空容器内の磁場発
生手段の高磁場部分と試料を処理する部分との間に、真
空容器と同電位に接続された多孔質の導電板を配置する
ので、真空容器内の真空排気を阻害することなく、磁場
発生手段の高磁場部分への高周波電力供給を絶ち、高磁
場部分での高密度プラズマの生成を抑制して、処理の均
一性をより向上させることができる。

【００３３】ここで、本発明における導電板としては、
網状ないしは多数の貫通孔を設けた多孔質板が用いられ
るが、その網目ないしは貫通孔の大きさは、アノードシ
ース厚と同程度の大きさとされる。これは、導電板の網
目ないしは貫通孔の大きさがアノードシース厚と同程度
であれば、この導電板にイオンおよび電子が多く消費さ
れて、プラズマが安定して存在しないので、プラズマが
導電板を通過せずに高磁場部分で高密度のプラズマ溜を
形成することを防止できるからである。

【００３４】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。〔図１〕は、本発明の１実施例のプラズマ処理
装置の概要構成を示す図面であって、 (a)図は正断面
図、 (b)図は (a)図のＡ−Ａ断面図である。なお、本実
施例のプラズマ処理装置はエッチング処理およびＣＶＤ
処理を行うものである。

【００３５】〔図１〕において、(1) は真空容器であっ
て、この真空容器(1) は、鏡板状に形成された両側の容
器本体(1a),(1b) の間に、内径 200mm、長さ 130mmの円
筒状の電極(2) を配することで、全体として円筒状圧力
容器に構成したものである。また、この真空容器(1)
は、その一側方の容器本体(1a)に、図外の真空排気装置
に接続される排気口(1c)を設けると共に、他側方の容器
本体(1b)に、図外の処理ガス供給装置に接続されるガス
導入口(1d)を設けてなり、その内部を処理ガス雰囲気に
すると共に、所定の真空度に減圧できるものとされてい
る。

【００３６】一方、電極(2) は、厚さ10mmのテフロン製
の絶縁リング(3) を介して両側の容器本体(1a),(1b) に
連結され、これら容器本体(1a),(1b) とは電気的に絶縁
されている。また、この電極(2) はコンデンサ(8) を通
して高周波電源(7) に連結され、一方、容器本体(1a),
(1b) は個別にアースされている。なお、本実施例で
は、ここでは図示を省略した石英ガラスによって絶縁リ
ング(3) の内周面を覆い、この絶縁リング(3) が直接プ
ラスマに曝されることを防いだ。

【００３７】(4) は磁場発生装置であって、この磁場発
生装置(4) は、逆バンドマグネトロンの形態を採るもの
で、中空平角状の磁場発生体(5) と、この磁場発生体
(5) の内部に配された平角状のＳｍ−Ｃｏ磁石(6) （幅
90mm、厚さ30mm、長さ 100mmで、最大エネルギー積が１
８Ｍ・Ｇ・Ｏｅのもの）とを備えてなり、真空容器(1)
の容器本体(1b)側壁の中心部を貫通し、その主体部を真
空容器(1) の中心部に位置づける一方、基端部を容器本
体(1b)に連結されて、容器本体(1b)と同電位に接続され
あり、その容器本体(1b)側の高磁場部分を真空室外に出
している。

【００３８】また、この磁場発生装置(4) の磁場発生体
(5) は、内部に配置された磁石(6)の熱による特性変化
を避けるため、その内部に冷却水を導入して磁石(6) を
水冷できるものとされている。更に、この磁場発生体
(5) の真空容器(1) 内に位置する主体部の表面には、断
面３角形状の凹凸が設けられている。ここで、この磁場
発生装置(4) の磁場発生体(5) 表面の凹凸は、当該磁場
発生装置(4) に形成されるシースを消滅させないよう
に、シース厚さの３倍程度の高さの凹凸とされ、本実施
例では、シース厚さが約１cmであることから、３cmの高
さのものを約３cmの間隔で設けた。

【００３９】(9) は試料台であって、この試料台(9)
は、磁場発生装置(4) の表裏の平面それぞれに対向する
電極(2) の上下の壁部に着脱可能に設けられ、電極(2)
と同電位とされている。試料(S) は、これら試料台(9)
に載置され、電極(2) 内面と略同一面に位置させられて
処理される。

【００４０】(10)は導電板であって、この導電板(10)
は、網目の大きさが約２mmの網状板を中心穴を有する皿
状に成形したもので、大径側端部を容器本体(1a)の側壁
内面の外周寄りに接続させると共に、中心穴側を磁場発
生装置(4) の内端部に接触させることで、磁場発生装置
(4) の内端側の高磁場部分と試料を処理する部分とを画
成して配されている。この導電板(10)は、上記構成配置
のもとで、真空容器(1)内の真空排気を阻害せずに、高
周波電界が高磁場部分で発生することを防ぐ。

【００４１】上記構成の本実施例のプラズマ処理装置に
ついて、本実施例のものと同様構成規模であって、その
磁場発生装置の表面に凹凸を有さない従来のプラズマ処
理装置との対比において、自己バイアス（Ｖdc）を測定
した。その結果を〔図３〕のグラフに示す。なお、〔図
３〕のグラフ中の曲線Ａは本実施例、曲線Ｂは対比例で
の測定値をそれぞれ示す。

【００４２】〔図３〕のグラフに示すように、本実施例
のプラズマ処理装置では、従来技術のものに比べて、約
２倍の自己バイアスが観測された。

【００４３】また、処理ガスとしてＣＦ₄を用いたエッ
チング処理では、その処理におけるＳｉのエッチング速
度と高周波電力との関係を表す〔図４〕のグラフに示す
ように、高速度の処理を行うことができ、しかも等方性
の高い垂直エッチングが達成でき、これらのことより、
大きな電極（カソード）面積を維持する一方で、磁場発
生手段（アノード）表面に凹凸を設けてその面積を増大
させ、４剰則に従って、最適の自己バイアスを達成する
本発明の優れた効果を確認することができた。

【００４４】また、導電板による処理の均一性の向上効
果を確認するために、本実施例の装置から導電板を取り
外して、本実施例の装置と同条件にて、２inウエハのエ
ッチング処理を行ったところ、導電板を取り外した場合
では、エッチングばらつきが±５％であったに対して、
本実施例の装置では、エッチングばらつきが±３％であ
り、導電板にて処理の均一性がより向上することが確認
できた。

【００４５】なお、以上ではエッチング処理について述
べたが、本実施例のプラズマ処理装置は、ＣＶＤ処理等
に応用した場合でも、基本的な電圧分配の非対称性は変
わらず、実質的な磁場形成装置（アノード）の面積の増
大が、自己バイアス電圧増加に有効であり、エッチング
処理の場合と同様な効果を得ることができる。

【００４６】〔図２〕は、本発明の別の実施例のプラズ
マ処理装置の概要構成を示す図面であって、 (a)図は正
断面図、 (b)図は (a)図のＡ−Ａ断面図である。なお、
本実施例のプラズマ処理装置は専らスパッタ処理を行う
ものであるが、磁場形成装置の一部構成に差異があるこ
とと、ターゲットを配置する点とを除く、各部構成は
〔図１〕に示したプラズマ処理装置と同様であるので、
ここでは等価な各部に同符号を付して説明を省略し、そ
の差異点のみを要約して説明する。

【００４７】〔図２〕に示す本実施例のプラズマ処理装
置では、磁場発生装置(4')は、中空平角状の磁場発生体
(5')と、この磁場発生体(5')の内に水冷可能に配された
磁石(6) とを備えてなることは〔図１〕に示したプラズ
マ処理装置と同様であるが、その磁場発生体(5')の表面
には凹凸が設けられてなく、その真空容器(1) 内に位置
する主体部の表面には隙間なくターゲット(T) が取着さ
れる。また、この磁場発生装置(4')は、その基端部を厚
さ10mmのテフロン製の絶縁パッキン(11)介して容器本体
(1b)に連結されて、容器本体(1b)とは電気的に絶縁され
る一方、直流電源(12)に接続されてあり、この構成のも
とで、その表面に取着されたターゲット(T) にバイアス
電圧を印加できるものとされている。

【００４８】一方、導電板(10') は、〔図１〕に示した
プラズマ処理装置と同様の構成のものであるが、本実施
例の装置では、磁場発生装置(4')を介してターゲット
(T) にバイアス電圧を印加するので、その中心穴側の端
部と磁場発生装置(4')に取着されたターゲット(T) 端部
との間に放電が生じない間隔（本実施例で２cmの間隔）
を設けて配置されている。

【００４９】上記構成の本実施例のプラズマ処理装置を
用いて、処理圧力： 5×10^-3Toor、処理ガス：Ａｒ、タ
ーゲット材：Ａｌ(99.99％）、直流電圧：− 600Ｖ、高
周波電力： 400Ｗの条件で、２inウエハのスパッタリン
グ処理を行った。その結果、堆積速度が 0.2μm/分で、
堆積の均一性が±５％の高速かつ均一なスパッタ堆積が
達成でき、これにより本発明の優れた効果を確認でき
た。

【００５０】なお、以上に述べた２実施例では、真空容
器を円筒状圧力容器に構成したが、これは１例であっ
て、例えば、電極を含む真空容器を、内部に配置される
磁場発生装置の横断面形状に相似的な平角円筒状圧力容
器に構成されても良く、この構成では試料の大面積化へ
の対応が容易となる。また、試料の載置部を除く電極の
内周面に、試料の突出高さと略等厚とされた２次電子放
出板を貼着することも、回転する電子の密度差を低く抑
制できて有効である。

【００５１】更に、スパッタ処理用のプラズマ処理装置
では、熱による磁石の特性変化の問題がない場合、表面
に凹凸を有する磁場発生体の内部に水冷可能に磁石を配
置した構成の磁場発生装置に代わり、Ｓ極とＮ極との間
を、中央弱磁場部分に向けて表裏両面を階段状に減肉さ
せ、磁場を均一にすると同時に表面積を増大させた磁石
をもって磁場発生装置とすることもできる。

【００５２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係るプラ
ズマ処理装置では、例えばエッチング処理において、プ
ラズマの電子とイオンの移動差による電位差（自己バイ
アス）を有効に増大させて、大面積の処理を高速度で均
一に行うことができ、また、磁場回転機構に依存するこ
となく、ターゲットの局所的な消費・減少が防止できて
均一な堆積膜が高速で得られ、しかも、その装置の小型
化が図れるという大きな効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例のプラズマ処理装置の概要構
成を示す図面であって、 (a)図は正断面図、 (b)図は
(a)図のＡ−Ａ断面図である。

【図２】本発明の別の実施例のプラズマ処理装置の概要
構成を示す図面であって、 (a)図は正断面図、 (b)図は
(a)図のＡ−Ａ断面図である。

【図３】本発明の実施例のプラズマ処理装置に関わる自
己バイアス（Ｖdc）の測定値を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例のプラズマ処理装置に関わるＣ
Ｆ₄を用いたエッチング処理におけるＳｉのエッチング
速度と高周波電力との関係を示すグラフである。

【図５】本発明に関わる電子のラーマ運動とＥ×Ｂドリ
フトの模式説明図である。

【図６】本発明に関わる４剰則の説明図である。

【図７】従来のマグネトロンプラズマ処理装置での磁場
変化方法の概念説明図である。

【図８】従来のバンドマグネトロンプラズマ処理装置の
概要説明図である。

【図９】従来の逆バンドマグネトロン方式のプラズマ処
理装置の概要説明図である。

【符号の説明】

(1) --真空容器 (1a)--容器本体 (1b)--容器本体 (1c)--排気口 (1d)--ガス導入口 (2) --電極 (3) --絶縁リング (4) --磁場発生
装置 (4')--磁場発生装置 (5) --磁場発生
体 (5') -- 磁場発生体 (6) --磁石 (7) --高周波電源 (8) --コンデン
サ (9) --試料台 (10)--導電板 (10')-- 導電板 (11)--絶縁パッ
キン (12)--直流電源 (S) --試料 (T) --ターゲット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、この真空容器内にガスを導
入するガス供給手段と、高周波電源に接続され、真空容
器内にプラズマを発生させる電極と、真空容器の中央部
に配置された磁場発生手段とを備え、マグネトロン放電
を利用して試料のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置
において、磁場形成手段が真空容器に同電位に接続さ
れ、かつ、その表面に凹凸部を有してなることを特徴と
するプラズマ処理装置。
【請求項２】真空容器と、この真空容器内にガスを導
入するガス供給手段と、高周波電源に接続され、真空容
器内にプラズマを発生させる電極と、真空容器の中央部
に配置された磁場発生手段とを備え、マグネトロン放電
を利用して試料のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置
において、磁場発生手段が真空容器と絶縁される一方、
この磁場発生手段の表面に、直流電圧印加手段に接続さ
れたターゲットが配置されていることを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
【請求項３】真空容器内の磁場発生手段の高磁場部分
と試料を処理する部分との間に、真空容器と同電位に接
続された多孔質の導電板が配置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。