JPH07201831A - 表面処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面処理装置において、簡単な構造を有し、
低圧力でプラズマを生成し、かつ被処理基板に対するイ
オンの照射エネルギを小さくする。 【構成】 真空容器１と、排気機構７と、ガス導入機構
と、筒形の放電用電極２と、この放電用電極に電力を供
給する電極供給機構10,11,12と、磁気回路４と、真空容
器内に設置される少なくとも１つの基板保持機構５を備
え、磁気回路は放電用電極に対し同軸位置であって間隔
をおいて並べられた複数のリング状永久磁石401,402 か
らなり、各々のリング状永久磁石は隣合う磁極の極性が
互いに逆になるように径方向に着磁され、少なくとも隣
合う２個のリング状永久磁石が放電用電極２の周囲に配
置され、かつその他の永久磁石が基板支持機構の前面空
間の周囲に配置され、基板保持機構の基板設置面が、磁
気回路の端部の近傍にて放電用電極の中心軸に対し垂直
に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面処理装置に関し、特
に、直流、高周波、マイクロ波等による放電で発生した
プラズマを利用して基板の表面処理を行うもので、半導
体デバイス製作工程で例えばドライエッチング装置やプ
ラズマＣＶＤ装置として利用される表面処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の表面処理装置の一例として、半導
体デバイス製作工程の１つであるドライエッチング工程
に利用される高周波放電反応装置について説明する。半
導体デバイス製作に不可欠である配線パターン形成行程
では、ドライエッチング技術が用いられる。ドライエッ
チング技術では、ハロゲンを含むガスを主成分とした混
合ガスを放電によってプラズマ化し、これによって発生
した各種活性種（例えば原子状塩素、原子状フッ素、フ
ッ素炭素化合物等）を基板表面の薄膜と反応させ、配線
として不要な薄膜部分を除去する。混合ガスをプラズマ
化させる最も一般的な方法は、内部が減圧された真空容
器中に２枚の平板状電極を対向して設け、一方の電極に
高周波電力を供給しかつ他方の電極を接地電位に保持す
ることによって、高周波電力のエネルギで放電を起こ
し、２つの電極間にプラズマを発生させる方法である。
この方法を利用した装置は平行平板型放電反応装置と呼
ばれ、広い分野で利用されている。

【０００３】この平行平板型放電反応装置の改良型とし
て、真空容器内で磁界を作る磁界発生手段を付加するこ
とによって、プラズマの生成効率を高めたマグネトロン
型放電反応装置が知られている。

【０００４】図７にドライエッチング装置に使用される
平行平板型放電反応装置の従来の代表的構成例を示し、
これを概説する。７１は真空容器、７２は基板保持機構
を兼ねた放電を発生させるための電極、７３は電極７２
に対向する電極、７４は処理される基板である。電極７
３は接地電位に保持される。７５は真空容器７１の内部
を所要の減圧状態にする排気機構、７６は真空容器７１
の内部に反応ガスを供給するためのガス導入管である。
電極７２には高周波電力が供給され、そのための機構と
してＲＦ電源７７、整合回路７８が付設される。電極７
２には真空封止を兼ねた絶縁物７９が付設される。

【０００５】図８にはドライエッチング装置として使用
される従来のマグネトロン型放電反応装置の構成を示
す。磁界を併用したドライエッチング装置は、多くの種
類のものが開発されているが、ここではいわゆる回転磁
界型装置の例を示した。図８において、図７で示した要
素と同一のものは同一の符号を付している。すなわち、
７１は真空容器、７２は基板保持機構を兼ねた電極、７
３は対向電極、７４は基板、７５は排気機構、７６はガ
ス導入管、７７はＲＦ電源、７８は整合回路、７９は絶
縁物である。さらに、真空容器７１の外側周囲にリング
状の形態を有し、内部に特別な磁極配置構造を有する電
磁石装置８０が設置される。この特別な磁極配置構造を
有する電磁石装置８０によれば、被処理基板７４の被処
理面に対して平行な方向に磁界ベクトル（磁束密度Ｂ）
８１を発生させることができる（文献：Journal of Nuc
lear Materials 200 (1993) pp291-295 ）。また磁界ベ
クトル８１の方向を基板７４の処理面上で回転させるこ
とも一般に行われている。

【０００６】上記２つのタイプの放電反応装置のそれぞ
れは、従来から、被処理基板の表面をエッチング処理す
るドライエッチング装置として広く使用され、線幅１μ
ｍ程度の微細加工を行うエッチングに関しては十分な性
能を有し、多くの半導体工場において使用実績がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来のドライエ
ッチング装置は、次のような問題を有する。

【０００８】半導体デバイス製作工程の微細加工におい
てドライエッチングを利用する最も大きな理由は、異方
性エッチング、すなわち垂直断面を有するエッチングが
可能な点にある。しかしながら、１μｍ以下の微細な構
造に関してドライエッチングにより垂直断面を得るに
は、プラズマ中のイオンを被処理基板に対して垂直に入
射させなければならない。当該イオンの直進性を良くす
るための最も簡単な手法は、放電圧力を低くすることで
ある。

【０００９】しかしながら、図７の平行平板型放電反応
装置では、放電圧力を低くしすぎるとプラズマ密度が低
下し、十分な処理速度が得られない。また放電圧力を低
くすれば、放電そのものを維持できなくなる。従って、
放電圧力を下げるには限界がある。さらに、放電圧力を
下げることにより、陰極（電極７４）上の自己バイアス
電圧が大きくなり、これによって被処理基板７４に対す
るイオンの入射エネルギが大きくなりすぎ、被処理基板
の表面に損傷を与える危険性が高まる。

【００１０】プラズマイオンの入射エネルギを小さくし
基板表面の損傷を防止するという観点で、図８に示した
マグネトロン型放電反応装置の応用も広く試みられてい
る。マグネトロン形放電反応装置では、プラズマの生成
を外部磁界を併用して行うこので、陰極上の自己バイア
ス電圧を大きくすることなく放電電圧を小さくすること
（１〜１０mTorr ）ができ、その結果として、基板に対
するイオンの照射エネルギを小さくすることできる。そ
の上に、平行平板型放電反応装置と比較して低い放電圧
力においても放電が可能であるという利点を有する。

【００１０】しかしマグネトロン放電反応装置では、生
成されるプラズマが、作られる磁界の分布状態に依存し
て偏在するので、プラズマの均一性が悪いという問題を
有していた。

【００１１】本発明の目的は、上記の問題に鑑み、簡単
な構造を有し、低圧力でプラズマを発生することがで
き、被処理基板に対するイオンの照射エネルギを小さく
することができる表面処理装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る表面処理装
置は、真空容器と、この真空容器内を減圧状態にする排
気機構と、真空容器内に放電用ガスを導入するガス導入
機構と、ガスを放電させプラズマを発生させるため筒形
の放電用電極と、この放電用電極にプラズマ発生用電力
を供給する電極供給機構と、放電用電極の周囲に設置さ
れる磁気回路と、真空容器内に設置される少なくとも１
つの基板保持機構を備え、磁気回路は放電用電極に対し
同軸位置であって間隔をおいて並べられた複数のリング
状永久磁石からなり、各々のリング状永久磁石は隣合う
磁極の極性が互いに逆になるように径方向に着磁され、
複数のリング状永久磁石のうち少なくとも隣合う２個の
永久磁石が放電用電極の周囲に配置され、かつその他の
永久磁石が基板支持機構の前面空間の周囲に配置され、
基板保持機構の被処理基板を設置する面が、磁気回路の
端部の近傍にて放電用電極の中心軸に対し垂直に配置さ
れる。

【００１３】前記の構成において、好ましくは、放電用
電極が、真空容器の他の部分との間で絶縁物を介設する
ことによって真空封止を維持しつつ真空容器の周面部の
一部として設けられる。

【００１４】前記の各構成において、好ましくは、放電
用電極は、真空容器の内部に、真空容器の周面部との間
で隙間をあけて真空容器に対して同軸的に配置され、か
つ両端が開放された筒形の形状を有する。

【００１５】前記の構成において、好ましくは、真空容
器と放電用電極との間に放電用電極を取り囲む筒形電極
が同軸的に配置され、筒形電極の軸方向の長さは放電用
電極の軸方向の長さよりも長く、筒形電極は浮遊電位に
保持され、また磁気回路の各リング状永久磁石は筒形電
極の周囲に配置される。なお筒形電極には、必要に応じ
て、浮遊電位に保持する代りに、バイアス電圧を印加で
きる構造を設けるようにすることもできる。

【００１６】前記の構成において、好ましくは、放電用
電極の周囲に相当する箇所に配置されるリング状永久磁
石を、放電用電極と筒形電極の間の空間に配置した。

【００１７】前記の構成において、好ましくは、放電用
電極を軸方向の長さが等しくかつ径の異なる２つの部分
からなる筒形部材で形成し、リング状永久磁石を２つ以
上用いて構成する他の磁気回路を放電用電極の径の小さ
い部分の周囲に配置したことを特徴とする。

【００１８】前記の構成において、好ましくは、放電用
電極は、径の異なる前記部分を交互に並べて蛇腹形状に
形成されている。

【００１９】前記の構成において、放電用電極を内部電
極と外部電極からなる内外二重構造とし、内部電極と外
部電極との間にリング状永久磁石を配置した。

【００２０】前記の構成において、外部電極と筒形電極
との間には放電が発生する十分な隙間が形成される。

【００２１】前記の構成において、放電用電極に配置さ
れたリング状永久磁石と、筒形電極における放電用電極
に対応する箇所に配置されたリング状永久磁石との対向
部分の磁極が同極性である。

【００２２】

【作用】本発明では、低圧力において均一性の良好な高
密度プラズマを発生できる表面処理装置を提案するもの
で、従来からプラズマ閉じ込めに利用されていた磁界を
同時にプラズマ生成にも利用することによって、均一性
の良好な高密度プラズマを容易に発生させ得る。また磁
力線をプラズマの生成および閉じ込めに同時に利用する
ための構成として、高周波放電機構の応用が望ましい。

【００２３】表面処理装置においては、プラズマ生成の
ための放電を発生させるための高周波電力を供給する電
極の構造を従来の平板状から筒状へ変更し、この放電用
電極の外周囲にリング状永久磁石が配置される。これに
よってプラズマは筒状放電用電極の内部に発生し、真空
容器の内部に拡散する。またこのプラズマは、リング状
永久磁石による磁界によって従来よりも高密度化され
る。さらに、この高密度のプラズマは真空容器内に拡散
し、かつ放電空間以外に配置されたリング状永久磁石に
よる磁力線によって真空容器内の空間に均一性よく閉じ
込められる。

【００２４】上記ごとくプラズマの閉じ込めに利用され
ていた磁力線をプラズマの発生にも利用し、低圧力で高
密度のプラズマを効率よく発生させ、かつプラズマの均
一性を高める。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００２６】図１は本発明に係る表面処理装置の第１実
施例の構成を示す縦断面図である。図１において、１は
全体としての真空容器であり、真空容器１の中央部には
筒形（例えば円筒形）の放電用電極２が設けられる。放
電用電極２は、その両側に配置された２つのリング状絶
縁物３によって真空容器１の両側部分（金属製）１Ａ，
１Ｂから絶縁されている。真空容器１は、上記筒形の放
電用電極２と両側部分１Ａ，１Ｂとによって気密な密封
容器として形成されており、端面部１ａ，１ｂを除く部
分は、例えば円筒のごとき筒形形状を有する。この筒形
形状を有する部分を、ここでは「周面部」という。また
リング状の絶縁物３は、真空容器１の両側部分１Ａ，１
Ｂのそれぞれと放電用電極２との間を真空封止する構造
を有する。真空容器１の内部空間は、表面処理を行うと
きに所要の真空状態（減圧状態）に保持され、導入され
た放電用ガスを放電させて必要なプラズマが生成され
る。また真空容器１の両側部分１Ａ，１Ｂは接地電位に
保持される。

【００２７】真空容器１内には、例えば２つの基板保持
機構５が、その基板保持面を対向して設置される。基板
保持機構５は真空容器１の両側の端面部１ａ，１ｂに取
り付けられる。２つの基板保持機構５のそれぞれの上に
搭載された被処理基板６に対して表面処理が行われる。

【００２８】真空容器１における放電用電極２を含む円
筒形の周面部の外側周囲にはリング状永久磁石からなる
磁気回路４が設置される。磁気回路４は、適当な間隔で
並べて設置された複数のリング状永久磁石４０１，４０
２で構成される。リング状永久磁石４０１，４０２は、
放電用電極２を含む周面部に対し同軸的な位置に配置さ
れる。少なくとも２つの永久磁石４０１は真空容器１の
両側部分１Ａ，１Ｂの周囲に配置され、少なくとも２つ
の永久磁石４０２は放電用電極２の周囲に配置される。
真空容器１の両側部分１Ａ，１Ｂはそれぞれ内部に各基
板保持機構５の基板６の前面空間を有し、リング状永久
磁石４０１は、その前面空間を囲むように設置される。
複数の永久磁石４０１，４０２による磁気回路４の構成
では、図１に示すように、リング状永久磁石は、径方向
の着磁され、かつ磁極の配置が隣合う永久磁石で互いに
逆になるように着磁されている。

【００２９】上記基板保持機構５の被処理基板６を設置
する面は、磁気回路４の端部の近傍にて放電用電極２の
中心軸に対し垂直に配置される。

【００３０】真空容器１の端面部１ａには排気機構７が
設けられ、その内部空間に存在するガスを排気する。ま
た真空容器１にはガス導入管８とガス導入機構（図示せ
ず）によって所定流量の所定ガスが導入される。排気機
構７の排気速度とガス導入機構によるガス導入流量を調
整することによって、真空容器１内の圧力を所定の値に
設定することができる。

【００３１】放電用電極２には電力供給機構が付設さ
れ、必要な電力が供給される。電力供給機構は、高周波
（ＲＦ）電源１０と整合回路１１を含んで構成され、高
周波電源１０により発生した高周波電力を整合回路１１
で調整して給電線１２で電極２に供給する。

【００３２】なお電力供給機構は広義に理解し、直流、
高周波およびマイクロ波による電力供給機構を含むもの
とする。ただし本実施例では、高周波、特に工業用周波
数に指定されている１３．５６ＭＨｚの応用例に関して
説明する。

【００３３】図１および図２を参照して、上記構成に基
づく表面処理装置の基本的な動作について説明する。図
２は、磁気回路４による磁界の形状およびその影響によ
るプラズマの生成状態を示す図であり、この図では真空
容器１を簡略化して示し、絶縁物３や基板保持機構５を
省略している。

【００３４】最初に排気機構７によって真空容器１の内
部を排気して所要の減圧状態にし、その後にガス導入管
６およびガス導入機構によって所定ガスを所定圧力にな
るように真空容器１内に導入する。この所定の圧力は、
ガス種、磁界強度等によってそれぞれの最適値になるよ
うに設定される。

【００３５】次に高周波電源１０によって発生された高
周波電力を整合回路１１を通して放電用電極２に供給す
る。その結果、円筒形の放電用電極２の内側空間に高周
波による放電が発生し、プラズマが生成される。このと
きのプラズマの発生状態は、磁気回路４の構成に依存し
て決まる。

【００３６】図１および図２に示すように、本実施例で
は、磁気回路４を構成するリング状永久磁石を、その作
用の特性によって２つの群（永久磁石４０１と永久磁石
４０２）に分けて設けている。永久磁石４０１による作
用は、永久磁石４０１により作られる磁力線５０１が真
空容器１の両側部分１Ａ，１Ｂの容器壁のみを横切るこ
とである。永久磁石４０２による作用は、永久磁石４０
２によって作られる磁力線５０２が放電用電極２を横切
り、その内部空間に広がることである。永久磁石４０１
および永久磁石４０２の境界部に発生する磁力線５０３
は、真空容器１の両側部分１Ａ，１Ｂの容器壁と放電用
電極２の双方を横切る。

【００３７】上記作用を生じる磁気回路４を備えた表面
処理用真空容器１において、放電用電極２を用いてその
内部空間に生成されたプラズマは、次のような特徴を有
する。プラズマを発生させるために放電用電極２に高周
波電力を供給した場合、電極２の表面には高周波電圧に
よる電界（平均値としての電界）が存在し、これによっ
て加速された電子が真空容器１内に導入された気体分子
（原子）に衝突し、これをイオン化することにより特に
高密度のプラズマが局所的に生成され、真空容器１内に
拡散されながら維持される。プラズマが発生したとき、
プラズマ中の電子の運動は磁気回路４で作られる磁界に
よって決定される。本実施例では、磁界５０２との相互
作用に基づき図２に示される箇所に特に高密度のプラズ
マ５０５が生成される。本実施例におけるプラズマの生
成・維持機構は従来のマグネトロン形放電反応装置と基
本的に同一である。しかし、さらに詳しく述べると、本
実施例のプラズマの生成・維持機構では、プラズマ発生
用の放電用電極２およびその外周囲に設置されたリング
状永久磁石４０２の構成によって次のような特徴を有す
る。

【００３８】円筒形をした放電用電極２の内側表面とそ
の内部空間に生成されるプラズマとの間には電圧降下部
（電位差）があり、そこには直流電界（静電界）が存在
する。プラズマ中の電子の運動方向は、この電界と、永
久磁石４０２により発生した磁界５０２のうち当該電界
と直交する成分とによって決定される。具体的には、電
子は電界のベクトルと磁界のベクトルの外積の方向（径
方向内方）に移動し、電界と磁界の作用に基づいて放電
用電極２の内壁に沿って周方向に運動し、その移動経路
は閉じている。このようにプラズマ発生領域における電
子の移動経路が閉じていることにより、プラズマ発生領
域における電子の散逸が抑制され、局所的に高密度のプ
ラズマを容易に発生させかつ維持することができる。本
実施例の構成によって発生した高密度プラズマの特徴
は、図２の５０５に示されるように、放電用電極２の内
側表面に近接してリング状の領域を形成し、かつ高密度
のプラズマが生成されることにある。リング状領域でプ
ラズマを発生させるには、前述のごとく、円筒形状の放
電用電極２の周囲に複数のリング状永久磁石４０２が磁
極の配置を交互に異ならせて配置され、それらによって
作られる磁力線５０２が放電用電極２の内側表面に交差
し当該表面を横切ることが必要である。

【００３９】上記のようにして放電用電極２の内側空間
に発生したプラズマにおいて、その中に存在するイオン
および活性化されたガス分子または原子は、真空容器１
の内部全体に拡散し、被処理基板６の表面に形成された
薄膜と反応してこれを除去する。このとき、永久磁石４
０１により発生する磁界５０１は、プラズマ中の荷電粒
子の真空容器１の両側部分１Ａ，１Ｂの内壁面との衝突
による損失を減少させ、プラズマの密度を高く保ち、か
つ被処理基板６の表面近傍におけるプラズマ密度の均一
性を良好にする作用を有する。

【００４０】上記実施例においては真空容器両側部分１
Ａ，１Ｂと放電用電極２とを一体化して真空容器１を構
成しているため、真空容器１内に放電用電極を配置する
ことが不要となる。また磁気回路４を大気中に設置でき
るため、磁気回路４を冷却するための構造を設けること
が容易であり、保守管理が簡単である等の構造上の利点
を有する。

【００４１】上記実施例で明らかなように、本発明の特
徴は、磁界５０２を用いてリング状形態の領域に存在す
る高密度プラズマ５０５を発生させ、この高密度プラズ
マ５０５で発生するイオンおよび活性化されたガス分子
または原子を、さらに別の磁界５０１によって効率よく
かつ均一に拡散させ、これによって被処理基板６の表面
処理を可能にした点にある。

【００４２】次に、図３を参照して本発明の第２の実施
例を説明する。図２において、図１で説明した要素と実
質的に同一の要素には同一の符号を付している。本実施
例の特徴は、放電用電極を真空容器とは別に用意し、こ
の円筒形の放電用電極を、真空容器１の内部であって、
同軸的位置にかつ軸方向の中央位置に設置した点にあ
る。２は円筒形の放電用電極であり、真空容器１の径よ
りも小さい径で作られている。電極２を支持する部材の
図示は省略される。放電用電極２は、真空封止部材を兼
ねた小型のパイプ状絶縁物１３を通して配線される給電
線１２によって高周波電力を供給され、この高周波電力
でプラズマを生成する。真空容器１と放電用電極２との
間の隙間１４は、その間に放電が入り込まない程度に小
さい間隔にする必要がある。この間隔の寸法は、放電を
行うガスの種類および圧力によって異なるが、一般に数
ミリ（mm）程度が望ましい。また真空容器１は接地電位
に保持される。

【００４３】本実施例においては、第１の実施例におい
て必要とされたリング状絶縁物３、および電極２と真空
容器両側部分１Ａ，１Ｂとの接続部の構造が不要とな
り、この点で装置構成が簡略化されるという利点を有す
る。また放電用電極２と真空容器１とが別部材として作
られるため、周面部の径が大きい真空容器１を容易に作
ることができる。その他の装置構成および永久磁石４０
１，４０２の着磁方向については、第１の実施例と全く
同じである。また本実施例においても、プラズマの生成
・維持のための機構は、第１の実施例において説明した
ものと全く同じである。

【００４４】前述の第１および第２の実施例では、真空
容器１の内表面が、プラズマ中のイオンによりスパッタ
され易いという特性を有する。特に、基板保持機構５に
直流あるいは交流のバイアスを与えて被処理基板６の表
面を処理する場合、真空容器１の内壁がスパッタされた
り、放電が不安定になる等の不具合が生じる。この原因
は、上記の各実施例においては、接地電位にある真空容
器を電極として利用しているためである。すなわち、プ
ラズマ電位が基板保持機構５のバイアスに従って変化
し、プラズマ電位と接地電位との間の電位差、すなわち
真空容器１の内壁面にできるシース内の直流電界が大き
くなり、これによるイオンの加速に起因するスパッタリ
ングが起きやすいためである。さらに、前記した電位差
が非常に大きくなると、局所的なアーク放電が発生し、
プラズマの状態が不安定になる場合もある。かかる不具
合を解消するために、以下の実施例が提案される。

【００４５】図４を参照して本発明の第３の実施例を説
明する。この実施例の特徴は、前述の第２の実施例の構
成において、放電用電極２と真空容器１の間に第２の円
筒状電極９（以下、円筒状電極９と記す）を設置した点
にある。円筒状電極９は、陽極であり、その軸方向の長
さが放電用電極２よりも長くなるように形成される。ま
た好ましくは、円筒状電極９は絶縁物（図示せず）を介
して真空容器１に固定され、電気的に浮遊させる。また
必要に応じて、円筒状電極９にバイアス電源１９を含む
バイアス印加用構造を設け、バイアス電源１９によって
任意のバイアス（接地電位も含む）を与えてもよい。電
圧円筒状電極９と真空容器１の間には磁気回路４を設置
する。磁気回路４の構造は、第１および第２の実施例の
場合と同じである。

【００４６】放電用電極２には、第２の実施例と同様な
絶縁物１３と、円筒状電極９に設けられた真空封止部材
を兼ねた小型の同様な絶縁体１６を通して配線される給
電線１２で高周波電力を供給され、この高周波電力でプ
ラズマを発生させる。絶縁体１６は、絶縁体１３を延長
して同一物として設けることもできる。本実施例におけ
るプラズマの生成・維持のための機構は、前述の各実施
例で説明した機構と同じである。放電用電極２と円筒状
電極９との間の隙間１５は、その間に放電が入り込まな
い程度に小さくし、寸法的には前記隙間１４とほぼ同じ
である。また円筒状電極９と真空容器１の間には、磁気
回路４が設置するのに十分な隙間が形成される。なお真
空容器１と円筒状電極９との間に磁気回路４を設置する
のに十分な隙間を設ける余裕のない場合は、磁気回路４
を真空容器１の外側に設置することもできる。

【００４７】第３の実施例によれば、円筒状電極９を電
気的に浮遊させることによって、基板保持機構５に対し
直流あるいは交流のバイアスを与えた場合にも、円筒状
電極９の電位がプラズマ電位に従って変化するため、プ
ラズマ電位との電位差が小さく保たれることになり、第
２の実施例での不具合が解消される。また基板保持機構
５が、その構造上バイアス電圧をかけにくい場合には、
円筒状電極９にバイアスを与えることによって被処理基
板６に入射するイオンのエネルギを制御することができ
る。さらに高周波による放電では、被処理基板６近傍の
プラズマの空間電位が高周波により振動し、被処理基板
６に入射するイオンのエネルギ幅が広がり、微細加工プ
ロセスに悪影響を及ぼすことがある。このときは、第３
図におけるバイアス電源の代わりに真空容器１と円筒状
電極９とをコンデンサを介して接続し、これにより円筒
状電極９の電位に関する高周波による振動を消し、プラ
ズマの空間電位の振動を抑制することができる。コンデ
ンサの容量は放電に用いる周波数の高周波に対し充分に
低いインピーダンスを持つものであればよい。

【００４８】次に、図５を参照して本発明の第４の実施
例を説明する。本実施例では、前述の第３の実施例の構
成において、放電用電極２において、径の大きい部分
（大径部）２０１と径の小さい部分（小径部）２０２を
複数交互に連続して設けた構造を有する。放電用電極２
は、小径部と大径部が軸方向に繰返して形成される蛇腹
形状に類似した形状を有する。また磁気回路４のうちプ
ラズマ生成を行うための永久磁石４０２は、放電用電極
２の径の小さい部分２０２と円筒状電極９の間の空間に
設置される。放電用電極２の径の大きい部分２０１と円
筒状電極９との間の隙間１７は、その間に放電が入り込
まない程度に小さくする必要があり、その寸法は隙間１
４とほぼ同じである。また永久磁石４０２と円筒状電極
９との間も同程度の隙間を設けることが望ましいが、永
久磁石４０２の材質が、例えばフェライト等の絶縁物で
ある場合には必ずしも隙間を必要としない。その他の装
置構成および永久磁石の着磁方向は、第３の実施例の場
合と全く同じである。

【００４９】プラズマは、放電用電極２の径の大きい部
分２０１の内側空間に発生する。本実施例によるプラズ
マの生成では、第１の実施例で説明したマグネトロン放
電による高密度プラズマの発生およびその維持と、いわ
ゆるホローカソード効果（近接して設置された陰極の間
を電子が往復運動することによって高密度プラズマを発
生させる作用）によるプラズマ生成・維持機構を併用す
ることによって、さらにプラズマの高密度化を実現して
いる。

【００５０】図６を参照して本発明の第５の実施例を説
明する。本実施例の特徴は、放電用電極２およびプラズ
マ発生用の磁気回路を構成する円筒状永久磁石４０２の
構造にある。本実施例では、放電用電極２は、軸方向の
長さが等しくかつ径が小さい部分（以下内部電極とい
う）２０３と大きい部分（以下外部電極という）２０４
とを内外に重ねて配置し、かつ電気的に接続して構成さ
れている。外部電極２０４と放電用電極２との間の隙間
１８は、前述の各実施例においてはその間に放電が入り
込まない程度に小さくする必要があったが、本実施例に
おいてはこの隙間１８をプラズマ発生用空間として利用
するため、ある程度大きな隙間として形成する。この隙
間１８の寸法は、放電するガスの圧力によって異なる
が、一般的に数センチ（cm）程度が望ましい。

【００５１】またプラズマを発生させるためのリング状
永久磁石４０３を、放電用電極２の内部電極２０３と外
部電極２０４との間の空間に２個以上配置する。リング
状の永久磁石４０３の着磁方向は、永久磁石４０１の場
合と同様に行われる。また永久磁石４０３の位置は、そ
の外側磁極がリング状永久磁石４０２の内側磁極と向い
合うように配置し、さらに磁極の向きは、リング状永久
磁石４０２とリング状永久磁石４０３の向い合う磁極が
同じ極になるように設置する。その他の装置構成および
その他の永久磁石４０１，４０２の着磁方向は、第１の
実施例と全く同じである。

【００５２】また円筒状電極９は本実施例においても浮
遊電位とし、電極９に関する基本的な動作原理は第４の
実施例の場合と同じである。

【００５３】本実施例においては、プラズマは、放電用
電極２の内部電極２０３の内側空間と、放電用電極２の
外部電極２０４と円筒状電極９との間の隙間１８の２箇
所において発生する。内部電極２０３の内側空間に発生
するプラズマの生成・維持のための機構は、第１の実施
例において説明した機構と全く同じである。また隙間１
８におけるプラズマの生成については、第２の実施例で
説明したマグネトロン放電とホローカソード効果の併用
によるプラズマ生成・維持の機構によって、さらなるプ
ラズマの高密度化の実現を可能とした構造を有する。

【００５４】前記の各実施例では、真空容器内において
対称的な位置関係で２つの基板保持機構を備えるように
したが、１つの基板保持機構を設けるだけでもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、高周波等を利用したマグネトロン放電による表面
処理装置において、従来プラズマの損失防止用に用いら
れていた磁力線の一部をマグネトロン放電によるプラズ
マ生成にも利用できるように放電用電極の形状に工夫を
したため、効率よく高密度プラズマを発生させ、かつ被
処理基板に表面処理の均一性を良好に保つことができ
る。本発明は、各種の高速かつ均一な大面積処理を要求
されるプラズマ処理装置であるドライエッチング装置、
ＣＶＤ装置等に適用すると、その効果が顕著になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面処理装置の第１の実施例の構
成を示す縦断面図である。

【図２】図１中の要部を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す縦断面図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示す縦断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例を示す縦断面図である。

【図７】従来の平行平板型表面処理装置の例を示す断面
図である。

【図８】従来のマグネトロン型表面処理装置の例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 １Ａ，１Ｂ 真空容器両側部分 ２ 放電用電極 ３ 絶縁物 ４ 磁気回路 ５ 基板保持機構 ６ 被処理基板 ７ 排気機構 ８ ガス導入機構 ４０１，４０２ リング状永久磁石 ５０１，５０２，５０２ 磁界（磁力線）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ 9014−2Ｇ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、この真空容器内を減圧状態
   にする排気機構と、前記真空容器内に放電用ガスを導入
   するガス導入機構と、前記ガスを放電させプラズマを発
   生させるため筒形の放電用電極と、この放電用電極にプ
   ラズマ発生用電力を供給する電極供給機構と、前記放電
   用電極の周囲に設置される磁気回路と、前記真空容器内
   に設置される少なくとも１つの基板保持機構を備える表
   面処理装置において、 前記磁気回路は前記放電用電極に対し同軸位置であって
   間隔をおいて並べられた複数のリング状永久磁石からな
   り、各々の前記リング状永久磁石は隣合う磁極の極性が
   互いに逆になるように径方向に着磁され、 前記複数のリング状永久磁石のうち少なくとも隣合う２
   個の前記永久磁石が前記放電用電極の周囲に配置され、
   かつその他の前記永久磁石が前記基板支持機構の前面空
   間の周囲に配置され、 前記基板保持機構の被処理基板を設置する面が、前記磁
   気回路の端部の近傍にて前記放電用電極の中心軸に対し
   垂直に配置される、 ことを特徴とする表面処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表面処理装置において、
   前記放電用電極が、前記真空容器の他の部分との間で絶
   縁物を介設することによって真空封止を維持しつつ前記
   真空容器の周面部の一部として設けられることを特徴と
   する表面処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の表面処理装置において、
   前記放電用電極は、前記真空容器の内部に、前記真空容
   器の周面部との間で隙間をあけて前記真空容器に対して
   同軸的に配置され、かつ両端が開放された筒形の形状を
   有することを特徴とする表面処理装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の表面処理装置において、
   前記真空容器と前記放電用電極との間に前記放電用電極
   を取り囲む筒形電極が同軸的に配置され、前記筒形電極
   の軸方向の長さは前記放電用電極の軸方向の長さよりも
   長く、前記筒形電極は浮遊電位に保持され、また前記磁
   気回路の各リング状永久磁石は前記筒形電極の周囲に配
   置されることを特徴とする表面処理装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の表面処理装置において、
   前記放電用電極の周囲に相当する箇所に配置される前記
   リング状永久磁石を、前記放電用電極と前記筒形電極の
   間の空間に配置したことを特徴とする表面処理装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載の表面処理装置に
   おいて、前記放電用電極を軸方向の長さが等しくかつ径
   の異なる２つの部分からなる筒形部材で形成し、リング
   状永久磁石を２つ以上用いて構成する他の磁気回路を前
   記放電用電極の径の小さい部分の周囲に配置したことを
   特徴とする表面処理装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の表面処理装置において、
   前記放電用電極は、径の異なる前記部分を交互に並べて
   蛇腹形状に形成されていることを特徴とする表面処理装
   置。
8. 【請求項８】 請求項４または５記載の表面処理装置に
   おいて、前記放電用電極を内部電極と外部電極からなる
   内外二重構造とし、前記内部電極と前記外部電極との間
   にリング状永久磁石を配置したことを特徴とする表面処
   理装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の表面処理装置において、
   前記外部電極と前記筒形電極との間には放電が発生する
   十分な隙間が形成されることを特徴とする表面処理装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項８または９記載の表面処理装置
    において、前記放電用電極に配置された前記リング状永
    久磁石と、前記筒形電極における前記放電用電極に対応
    する箇所に配置された前記リング状永久磁石との対向部
    分の磁極が同極であることを特徴とする表面処理装置。