JPH0799098A

JPH0799098A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0799098A
Application number: JP6176981A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Nakamura; 誠一中村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-08-02
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1995-04-11

Abstract

(57)【要約】【構成】誘電体で構成された真空容器１１の外側に対
向電極１２ａ、１２ｂが配設され、真空容器１１の内側
中央部に試料台１３が配設されたプラズマ処理装置にお
いて、恒温流体を循環させるための空洞部１１ａが真空
容器１１に形成されているプラズマ処理装置１０。【効果】真空容器１１内壁の温度が付着膜の昇華温度
より低い温度範囲になるように水の温度を設定すること
により、プラズマの発生・消滅に伴って生じる真空容器
１１内壁の温度変動幅を小さくすることができ、真空容
器１１内壁に付着した付着膜が剥離してパーティクルに
なる防止することができる。また真空容器１１内壁の温
度が付着膜の昇華温度より高い温度範囲になるように水
の温度を設定することにより、付着膜自体が真空容器１
１内壁に付着するのを防止することができ、パーティク
ルの発生を減少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関
し、より詳細には半導体集積回路等の電子デバイスを製
造する際、基板上に形成された薄膜にエッチング処理も
しくはアッシング（灰化）処理を施し、あるいは基板に
ＣＶＤ処理（以下、このような処理をプラズマ処理とも
いう）を施すためのプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理装置には、対向する電極に
高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマに
より基板上に形成された薄膜をエッチングする装置が広
く知られている。

【０００３】図９はこの種のプラズマ処理装置を模式的
に示した断面図であり、図中３１は真空容器を示してい
る。真空容器３１は石英等の誘電体を用いて略有蓋円筒
形形状に形成されており、真空容器３１下部には試料台
３３が真空容器３１下部に密着して配設されている。試
料台３３上には複数枚のウエハ３２が載置されるように
なっており、ウエハ３２は水平状態に置かれ、かつ１枚
ずつ所定間隔を維持して載置されている。真空容器３１
内にはガス導入管３４と排気管３５とが対向して配設さ
れており、ガス導入管３４はバルブ３４ａを介してガス
ボンベ３４ｂに接続されている。また排気管３５は真空
ポンプ３５ａに接続されており、ガス導入管３４より真
空容器３１内に導入された反応ガスが載置された個々の
ウエハ３２面に沿って流れ、その後排気管３５から排出
されるようになっている。真空容器３１の外側には円弧
状に形成された電極３６ａ、３６ｂが対向して配設され
ており、電極３６ａは整合回路３８ａを介して高周波電
源３８ｂに接続され、電極３６ｂは接地されている。一
方、システムコントローラ３７には高周波電源３８ｂ、
真空ポンプ３５ａ、バルブ３４ａ、３６ｃ、真空度計３
７ａ、ガスセンサ３７ｂ等が接続されており、真空計３
７ａ、ガスセンサ３７ｂで検知された圧力、ガス組成値
により、バルブ３４ａ、３６ｃの開度、真空ポンプ３５
ａの排気量、高周波電源３８ｂのオンオフ等が調整・制
御されるようになっている（特開昭６３−２１８３２号
公報）。

【０００４】このように構成された装置を用い、ウエハ
３２上に形成されたフォトレジスト膜をエッチング（ア
ッシング（灰化））する場合、まず真空ポンプ３５ａを
用いて真空容器３１内を所定の真空度に設定し、次に反
応ガスとしての酸素をガスボンベ３４ｂよりガス導入管
３４を通して真空容器３１内に供給し、真空容器３１内
の圧力を約１Ｔｏｒｒに設定・保持する。次に高周波電
源３８ｂ、整合回路３８ａを用いて電極３６ａ、３６ｂ
間に高周波を印加し、真空容器３１内に高周波放電を起
こさせ、前記酸素をプラズマ化する。すると、該プラズ
マがウエハ３２表面に拡散し、前記プラズマとウエハ３
２上に形成された前記フォトレジスト膜とが反応し、該
フォトレジスト膜が気体状の反応生成物になって放散・
除去される。

【０００５】また、前記反応ガスとしてフッ化物ガス
（ＣＦ₄ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 等）を供給してプラズマ処理を施し
た場合、ウエハ３２上に形成されたシリコン酸化膜はガ
ス状のフッ化物となるため同様にエッチング処理を行う
ことができる。さらに、前記反応ガスとして塩素ガスま
たは塩化物ガス（ＢＣｌ₃ 等）を供給してプラズマ処理
を施した場合、ウエハ３２上に形成されたポリシリコン
膜やアルミニウム膜が揮発し易い塩化物となるためエッ
チング処理を行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したプラズマ処理
装置においては、プラズマ処理によって生じる反応生成
物やプラズマ照射によって生じる反応ガスの分解生成物
の一部が真空容器３１内壁に付着して膜を形成する（以
下、これらの膜を単に付着膜と記す）。この際、真空容
器３１内ではプラズマの発生・消滅が繰り返し行なわ
れ、これにともない真空容器３１内壁は加熱・冷却作用
を受けることとなる。このため前記付着膜に熱応力が発
生し、前記付着膜又はその一部が真空容器３１内壁から
剥離し、パーティクルとなってウエハ３２上に堆積し、
プラズマ処理に悪影響を及ぼす他、その後に行われる種
々の処理においても悪影響を及ぼすという課題があっ
た。

【０００７】また、上記プラズマ処理装置においては、
発生するプラズマは有限の大きさを有しており、電極３
６ａ、３６ｂが存在する端部から、例えば濃度勾配によ
る拡散、温度勾配による拡散、両極性拡散等により拡散
していくため、真空容器３１の中心部分ではプラズマの
密度が大きく、電極３６ａ、３６ｂ付近に近づくに従い
プラズマ密度が低下し、真空容器３１内全体に均一なプ
ラズマ密度を有するプラズマが形成されないという課題
があった。このような不均一なプラズマ密度を有するプ
ラズマにより大型試料に均一なプラズマ処理を施すのは
困難である。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、パーティクルの発生を防止することができる
プラズマ処理装置を提供することを目的としている。

【０００９】また、本発明は前記パーティクルの発生を
防止することができると同時に、試料に均一にエッチン
グ等の処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供
することをも目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマ処理装置は、誘電体で構成され
た真空容器の外側に対向電極が配設され、前記真空容器
の内側中央部に試料台が配設されたプラズマ処理装置に
おいて、恒温流体を循環させるための空洞部が前記真空
容器に形成されていることを特徴としている（１）。

【００１１】また、本発明に係るプラズマ処理装置は、
誘電体で構成された真空容器の外側に対向電極が配設さ
れ、前記真空容器の内側中央部に試料台が配設されたプ
ラズマ処理装置において、前記真空容器の上方に磁場発
生装置が配設されていることを特徴としている（２）。

【００１２】また、本発明に係るプラズマ処理装置は、
上記（１）記載の装置において、真空容器の上方に磁場
発生装置が配設されていることを特徴としている
（３）。

【００１３】

【作用】上記構成のプラズマ処理装置（１）によれば、
恒温流体を循環させるための空洞部が真空容器に形成さ
れているので、前記真空容器内壁の温度が付着膜の昇華
温度より低い所定温度範囲になるように前記恒温流体の
温度を設定することにより、プラズマの発生・消滅に伴
って生じる前記真空容器内壁の温度変動幅が小さくな
り、前記真空容器内壁に付着した付着膜に発生する熱応
力が減少し、前記付着膜が前記真空容器内壁から剥離し
てパーティクルになるのが防止される。また前記真空容
器内壁の温度が前記付着膜の昇華温度より高い所定温度
範囲になるように前記恒温流体の温度を設定することに
より、パーティクルの発生源である前記付着膜自体が前
記真空容器内壁に形成されるのが防止され、パーティク
ルの発生が少なくなる。従って半導体基板等にプラズマ
処理を施す際に、パーティクルによる悪影響が防止され
る他、前記半導体基板等の後工程における種々の処理に
おいてもパーティクルによる悪影響が防止される。

【００１４】また、上記構成のプラズマ処理装置（２）
によれば、前記真空容器の上方に磁場発生装置が配設さ
れているので、前記磁場発生装置から発生した磁界は前
記真空容器上方から下方に向かって弱まり、この発散磁
界によりプラズマが下方に向かって導かれ、前記プラズ
マが前記真空容器上方及び横方向に拡散するのが抑制さ
れ、該真空容器の上部内壁に付着膜が付着する確率が減
少し、パーティクルの発生がより少なくなる。また前記
磁場発生装置により、真空容器内部の周辺部分において
より大きな磁束密度を有する磁界が形成される。一般
に、プラズマ中の電子は磁場の存在によりサイクロトロ
ン運動するようになるが、磁束密度の大きな領域では電
子のサイクロトロン周波数が大きくなるため、ガス分子
との衝突確率が高まり、ガス分子の電離や励起が促進さ
れる。従って、真空容器内の周辺部分でプラズマの密度
が大きくなり、結果的に試料近傍では均一なプラズマ密
度を有するプラズマが形成され、半導体基板等に均一に
プラズマ処理が施される。

【００１５】また上記構成のプラズマ処理装置（３）に
よれば、上記（１）記載のプラズマ処理装置において、
前記真空容器の上方に磁場発生装置が配設されているの
で、前記磁場発生装置から発生した発散磁界により半導
体基板等へのパーティクルの付着がより一層効果的に減
少するとともに、試料近傍で均一なプラズマ密度を有す
るプラズマが形成され、半導体基板等に均一にプラズマ
処理が施される。

【００１６】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマ処理
装置の実施例を図面に基づいて説明する。まず、第１の
実施例に係るプラズマ処理装置について説明する。

【００１７】図１は第１の実施例に係るプラズマ処理装
置を模式的に示した断面図であり、図中１１は真空容器
を示している。真空容器１１は誘電体である石英を用
い、内径Ｄが略１７０ｍｍである略中空半球体形状に形
成されており、真空容器１１の略全体にわたり空隙距離
ｄが略１８ｍｍである空洞部１１ａが形成され、真空容
器１１内壁面と空洞部１１ａ面との間の肉厚ｔは略５ｍ
ｍに設定されている。真空容器１１下部近傍における一
方の外側には空洞部１１ａに連通する流体導入孔１１ｂ
が形成され、これと対向する外側には空洞部１１ａに連
通する流体排出孔１１ｃが形成されており、流体導入孔
１１ｂと流体排出孔１１ｃとには循環系（図示せず）が
接続されている。そして該循環系を作動させることによ
り、恒温流体が流体導入孔１１ｂより矢印Ａ方向に供給
され、空胴部１１ａを循環した後、流体排出孔１１ｃか
ら矢印Ｂ方向に排出され、真空容器１１の温度が所定温
度範囲に設定されるようになっている。

【００１８】真空容器１１の外側には平面視円弧状に形
成された電極１２ａ、１２ｂが真空容器１１の外周に沿
う態様で対向して配設されており、電極１２ａは高周波
電源１２ｃに接続され、電極１２ｂは接地されている。
真空容器１１下部中央には試料台１３が配設され、試料
台１３上にはウエハ１４が載置されており、また試料台
１３近傍には真空容器１１上方に向けて開口したガス導
入管１６ａが配設されている。さらに真空容器１１下部
には金属製容器１５が密着・結合され、金属製容器１５
下部には真空ポンプ（図示せず）に接続される排気口１
６ｂが形成されており、これら真空容器１１、空胴部１
１ａ、電極１２ａ、１２ｂ、試料台１３等でプラズマ処
理装置１０が構成されている。

【００１９】このように構成されたプラズマ処理装置１
０を用い、ウエハ１４上に形成された薄膜をエッチング
する場合、まず前記循環系を作動させ、所定温度に設定
された恒温流体を真空容器１１の空洞部１１ａ内に循環
させる。次に前記真空ポンプを用いて真空容器１１内を
所定の真空度に設定し、所定成分、所要流量の反応ガス
をガス導入管１６ａより真空容器１１内に供給し、真空
容器１１内の圧力を所定圧力に設定・維持する。次に高
周波電源１２ｃを用いて電極１２ａ、１２ｂ間に所定周
波数、所定パワーの高周波を所要時間印加し、真空容器
１１内に高周波放電を起こさせ、前記反応ガスをプラズ
マ化させる。すると電極１２ａ、１２ｂ間のプラズマ生
成領域１７内に発生した前記プラズマがウエハ１４表面
に拡散し、前記プラズマとウエハ１４上に形成された薄
膜とが反応し、該薄膜が気体状の反応生成物になって放
散・除去される。

【００２０】以下に、第１の実施例に係るプラズマ処理
装置１０を用い、空胴部１１ａに所定温度に設定された
水を流通させ、６インチのウエハ１４上に形成されたポ
リシリコン薄膜をエッチングした結果について説明す
る。プラズマ処理条件は、Ｃｌ₂ ガスの流量が３０ｓｃ
ｃｍ、ＢＣｌ₃ ガスの流量が１０ｓｃｃｍ、系内の圧力
が１ｍＴｏｒｒであり、高周波の周波数が２ＭＨｚ、そ
のパワーが１８００Ｗ、高周波を印加した時間が１分間
であった。また比較例として、空胴部１１ａに恒温水を
流通させない場合についても実験を行った。

【００２１】図２はプラズマの発生・消滅に伴う真空容
器１１内壁の温度変化を模式的に示した曲線図であり、
実線Ａは第１の実施例に係るプラズマ処理装置の場合、
点線Ｂは比較例に係るプラズマ処理装置の場合、一点鎖
線Ｃは空胴部１１ａ内に流通させる恒温流体としての水
の設定温度をそれぞれ示している。図２から明らかなよ
うに、比較例のものの場合、真空容器１１内壁における
最大の温度変動幅△Ｔ_B は１００℃であったが、空胴部
１１ａに略２５℃に設定された水を２リットル／ｍｉｎ
の流量で供給した第１の実施例のものの場合、最大の温
度変動幅△Ｔ_Aは３℃であった。また、この際のウエハ
１４上における０．３μｍ以上のパーティクル数は、比
較例のものの場合は略４００個であり、第１の実施例の
ものの場合は略２０個であった。

【００２２】また、前記恒温流体としての水の温度を８
０℃に設定した場合、真空容器１１内壁の温度が反応生
成物のＳｉＣｌ₂ や分解生成物のＢＣｌの昇華温度より
上昇し、この際のウエハ１４上における０．３μｍ以上
のパーティクル数が略１０個に減少した。

【００２３】これらの結果から明らかなように、第１の
実施例に係るプラズマ処理装置１０では、水を循環させ
るための空洞部１１ａが真空容器１１に形成されている
ので、真空容器１１内壁の温度が付着膜の昇華温度より
低い所定温度範囲になるように前記水の温度を設定（２
５℃）することにより、プラズマの発生・消滅に伴って
生じる真空容器１１内壁の温度変動幅△Ｔ_A を小さくす
ることができ、真空容器１１内壁に付着した付着膜に作
用する熱応力を減少させることができ、前記付着膜が真
空容器１１内壁から剥離してパーティクルになるのを防
止することができる。また真空容器１１内壁の温度が前
記付着膜の昇華温度より高い所定温度範囲になるように
前記水の温度を設定（８０℃）することにより、パーテ
ィクルの発生源である前記付着膜自体が真空容器１１内
壁に付着するのを防止することができ、パーティクルの
発生を減少させることができる。

【００２４】次に、第２の実施例に係るプラズマ処理装
置について説明する。図３は第２の実施例に係るプラズ
マ処理装置を模式的に示した断面図であり、真空容器１
１の上方約３ｃｍの場所には磁場発生装置としての電磁
石２１（内径２５０ｃｍ）が配設されている。その他の
構成は第１の実施例の装置と同様であるので、ここでは
その詳細な説明を省略する。

【００２５】この装置を用いてウエハ１４上に形成され
た薄膜をエッチングする場合、第１の実施例に係るプラ
ズマ処理装置の場合と同様、まず所定温度に設定された
恒温流体を真空容器１１の空洞部１１ａ内に循環させ
る。次に真空容器１１内を所定の真空度に設定し、所定
成分、所要流量の反応ガスを真空容器１１内に供給し、
真空容器１１内の圧力を所定圧力に設定・維持する。次
に、電磁石２１に通電し、試料台１３表面に所定の磁場
強度が設定されるような発散磁界２２を形成する。また
同時に高周波電源１２ｃを用い、電極１２ａ、１２ｂ間
に所定周波数、所定パワーの高周波を所要時間印加し、
真空容器１１内に高周波放電を起こさせ、前記反応ガス
をプラズマ化させる。すると電極１２ａ、１２ｂ間のプ
ラズマ生成領域１７内に発生した前記プラズマが、発散
磁界２２に導かれてウエハ１４表面に拡散し、前記プラ
ズマとウエハ１４上に形成された薄膜とが反応し、該薄
膜が気体状の反応生成物になって放散・除去される。

【００２６】以下に、第２の実施例に係るプラズマ処理
装置２０を用い、空胴部１１ａに所定温度に設定された
水を流通させ、試料台１３上に約１０Ｇａｕｓｓの磁場
を形成し、６インチのウエハ１４上に形成されたポリシ
リコン薄膜をエッチングした結果について説明する。プ
ラズマ処理は上記した第１の実施例の場合と同様の条件
で行なった。また比較例として、磁場を形成せず、かつ
空胴部１１ａに恒温水を流通させない場合について実験
を行った。

【００２７】プラズマの発生・消滅に伴う真空容器１１
内壁における最大の温度変動幅は、比較例のものの場
合、△Ｔ_B ＝１００℃であり、空胴部１１ａに略２５℃
に設定された水を２リットル／ｍｉｎの流量で供給した
第２の実施例のものの場合、第１の実施例のものの場合
と同様に△Ｔ_A ＝３℃であった。また、この際のウエハ
１４上における０．３μｍ以上のパーティクル数は、比
較例のものの場合は略４００個であり、第２の実施例の
ものの場合には略１５個に減少した。

【００２８】また、前記恒温流体としての水の温度を８
０℃に設定した場合、真空容器１１内壁の温度が第１の
実施例のものの場合と同様の温度に上昇し、この際のウ
エハ１４上における０．３μｍ以上のパーティクル数が
略５個に減少した。また、発散磁界により下方に向かっ
て導かれたプラズマによりエッチング反応が効率的に行
われ、プラズマ処理速度が向上した。

【００２９】これらの結果から明らかなように、第２の
実施例に係るプラズマ処理装置２０では、真空容器１１
の上方に電磁石２１が配設されているので、電磁石２１
から発生した磁界は真空容器１１上方から下方に向かっ
て弱まり、この発散磁界によりプラズマを下方に向かっ
て導くことができ、プラズマが真空容器１１内部上方及
び横方向に拡散するのを抑制することができ、真空容器
１１上部内壁に付着膜が付着する確率を減少させること
ができ、上記（１）記載の装置の場合の効果に加え、パ
ーティクルの発生をより一層少なくすることができる。

【００３０】次に、第３の実施例に係るプラズマ処理装
置について説明する。図４は第３の実施例に係るプラズ
マ処理装置を模式的に示した断面図である。このプラズ
マ処理装置１００において、真空容器１１は第１の実施
例又は第２の実施例の場合のものと異なり、その内壁面
を一定温度に保持するための空胴部１１ａが形成されて
おらず、図９に示したものと同様の石英製真空容器１８
が用いられている。真空容器１８の大きさは第１の実施
例に係るプラズマ処理装置１０の真空容器１１の内壁面
を構成する部材の大きさと略同一であり、この真空容器
１８の上方には磁場発生装置としての円環状の永久磁石
２４が配設されている。その他の構成は第１の実施例に
係るプラズマ処理装置１０と同様であるので、ここでは
その詳細な説明を省略する。

【００３１】このプラズマ処理装置１００を用いてウエ
ハ１４上に形成された薄膜をエッチングする場合、まず
真空容器１８内を所定の真空度に設定し、所定成分、所
要流量の反応ガスを真空容器１８内に供給し、真空容器
１８内の圧力を所定圧力に設定・維持する。このとき、
真空容器１８の上方には所定の内径及び磁器特性を有す
る円環状の永久磁石２４が配設されているので、この永
久磁石２４により真空容器１８内に所定の磁束密度分布
を有する磁界が形成される。次に、高周波電源１２ｃを
用い、電極１２ａ、１２ｂ間に所定周波数、所定パワー
の高周波を所要時間印加し、真空容器１８内に高周波放
電を起こさせ、前記反応ガスをプラズマ化させる。する
と電極１２ａ、１２ｂ間のプラズマ生成領域１７内に発
生した前記プラズマは、永久磁石２４により形成された
磁界に影響されて、より均一なプラズマ密度を有するプ
ラズマに変化し、このプラズマがウエハ１４表面に拡散
し、前記プラズマとウエハ１４上に形成された薄膜とが
反応し、該薄膜が気体状の反応生成物になって放散・除
去される。なお、このプラズマ処理装置１００を用いる
ことにより、第２の実施例に係るプラズマ処理装置と同
様に、半導体基板等に付着するパーティクルの数を減少
させることができる。永久磁石２４により形成される具
体的な磁束密度分布、及びプラズマ密度の分布について
は、以下の具体例で説明する。

【００３２】まず、真空容器１８の上方約３ｃｍの場所
に配設された内径が１４ｃｍの永久磁石２４により形成
される磁界について説明する。図５は、永久磁石２４に
より形成される磁界を、真空容器１８の中心軸Ｘに対す
る半径方向ｒの磁束密度分布として示したグラフであ
り、電極１２ａ、１２ｂ間のプラズマ発生領域では真空
容器１８の内部壁１８ａに近い周辺部において磁束密度
が大きくなるように設定されており、試料台１３上のウ
エハ１４が載置されている直上部分ではほぼ均一となっ
ている。なお、ウエハ１４上にはポリシリコン薄膜が形
成されている。

【００３３】次に、この真空容器１８内を図示しないポ
ンプにより排気し、Ａｒガスを５０ｓｃｃｍの流量でガ
ス導入管１６ａより導入して、真空容器１８内の圧力を
１ｍＴｏｒｒに設定し、電極１２ａ、１２ｂ間に周波数
が２ＭＨｚの高周波を１８００Ｗのパワーで印加し、１
分間プラズマを発生させた。図６は、このときに発生し
たプラズマの規格化されたプラズマ密度分布を示したも
の（実線Ｄ）であるが、前記プラズマ発生領域でのプラ
ズマ密度も図６に示すように、永久磁石２４により発生
する磁界のために真空容器１８の内部壁１８ａに近い周
辺部が大きくなっており、試料台１３直上ではプラズマ
密度分布は均一化されている。さらに図６には、比較例
として永久磁石２４が配設されていない他は同様の構成
からなるプラズマ処理装置におけるプラズマ密度分布も
示している（点線Ｅ）が、このプラズマ密度分布は、プ
ラズマ発生領域においても、試料台１３の直上において
も、真空容器１８の中心軸Ｘに近づくに従って大きくな
る凸型の不均一な分布となっている。

【００３４】以上のように実施例に係るプラズマ処理装
置では、永久磁石２４によるプラズマ密度分布の改善効
果が明らかに認められ、これによりウエハ１４上に形成
されたポリシリコン薄膜の均一なエッチング処理が可能
になる。

【００３５】次に、第４の実施例に係るプラズマ処理装
置について説明する。

【００３６】図７は第４の実施例に係るプラズマ処理装
置を模式的に示した断面図である。このプラズマ処理装
置２００は、第３の実施例の場合に用いられた円環状の
永久磁石２４に同じ径の鉄製ヨーク２５が接合されてい
る点が第３の実施例に係るプラズマ処理装置と異なる。
この鉄製ヨーク２５は炭素含有率が０．１５％程度と小
さく、永久磁石２４と組み合わせることにより、特に真
空容器１８の内部壁１８ａに近い周辺部でより大きな磁
束密度を有する磁界を発生させることができる。その他
の構成は第３の実施例に係るプラズマ処理装置と同様で
あり、またプラズマを発生させて、ウエハ上の薄膜をエ
ッチングする方法も同様であるので、ここではその詳細
な説明を省略する。

【００３７】次に、プラズマを発生させたときの真空容
器１８内のプラズマ密度分布について具体的に説明す
る。プラズマを発生させるための条件は、第３の実施例
の場合と全く同様であり、図８はこのときに発生したプ
ラズマのプラズマ密度分布を示したもの（実線Ｆ）であ
り、プラズマ発生領域でのプラズマ密度は図６に示した
場合よりもさらに周辺部で大きくなっており、試料台１
３直上においてはプラズマ密度分布がさらに均一化され
ている。図８にも、比較例として永久磁石２４及び鉄製
ヨーク２５が配設されていない他は同様の構成からなる
プラズマ処理装置におけるプラズマ密度分布を示してい
る（点線Ｅ）。

【００３８】このように第４の実施例に係るプラズマ処
理装置の場合、永久磁石２４によるプラズマ密度分布の
改善効果が一層はっきりと認められる。

【００３９】なお、第１の実施例〜第４の実施例ではポ
リシリコン膜をエッチング処理した場合について説明し
たが、別の実施例ではアルミニウム膜等のエッチング処
理にも適用可能である。

【００４０】また、第１の実施例〜第４の実施例では、
プラズマガスに塩素系のガスやＡｒを用いてポリシリコ
ン膜をエッチング処理した場合について説明したが、別
の実施例ではプラズマガスにフッ化炭素（ＣＦ₄ 、Ｃ₂
Ｆ₆ 等）を用い、シリコン酸化膜をエッチング処理する
場合にも適用可能である。この場合、低温における蒸気
圧が低いＣＦやＣＦ₂ 等の分解生成物が形成され易いた
め、第１の実施例及び第２の実施例の真空容器１１内壁
の温度は２００℃以上に設定するとよく、恒温流体とし
ては水に代えてオイル（例えば、フォンブリンオイル
（商品名））や加熱ガス（Ｈｅ、Ｎ₂ 等）を用いるとよ
い。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ処理装置（１）にあっては、恒温流体を循環させるた
めの空洞部が真空容器に形成されているので、前記真空
容器内壁の温度が付着膜の昇華温度より低い所定温度範
囲になるように前記恒温流体の温度を設定することによ
り、プラズマの発生・消滅に伴って生じる前記真空容器
内壁の温度変動幅を小さくすることができ、前記真空容
器内壁に付着した付着膜に作用する熱応力を減少させる
ことができ、前記付着膜が前記真空容器内壁から剥離し
てパーティクルになるのを防止することができる。また
前記真空容器内壁の温度が前記付着膜の昇華温度より高
い所定温度範囲になるように前記恒温流体の温度を設定
することにより、パーティクルの発生源である前記付着
膜自体が前記真空容器内壁に付着するのを防止すること
ができ、パーティクルの発生を少なくすることができ
る。従って半導体基板等をプラズマ処理する際のパーテ
ィクルの悪影響を防止することができるとともに、前記
半導体基板等の後工程における種々の処理においてもパ
ーティクルによる悪影響を防止することができる。

【００４２】また、本発明に係るプラズマ処理装置
（２）にあっては、前記真空容器の上方に磁場発生装置
が配設されているので、前記磁場発生装置から発生した
磁界は前記真空容器上方から下方に向かって弱まり、こ
の発散磁界によりプラズマが下方に向かって導かれ、反
応生成物や分解生成物の前記真空容器上方への拡散を抑
制でき、該真空容器の上部内壁に付着膜が付着する確率
を減少させることができ、パーティクルの発生を少なく
することができる。また前記磁場発生装置により、真空
容器内部の周辺部分においてより大きな磁束密度を有す
る磁場を形成することができ、このために真空容器内部
の周辺部分でプラズマ密度を増加させて、試料近傍で均
一なプラズマ密度を有するプラズマを形成させることが
でき、半導体基板等に均一にプラズマ処理を施すことが
できる。

【００４３】また本発明に係るプラズマ処理装置（３）
にあっては、上記（１）記載のプラズマ処理装置におい
て、前記真空容器の上方に磁場発生装置が配設されてい
るので、前記磁場発生装置から発生させた磁界により、
前記の場合と同様に半導体基板等へのパーティクルの付
着を防止することができるとともに、真空容器内部の周
辺部分においてより大きな磁束密度を有する磁場を形成
することができ、その結果試料近傍で均一なプラズマ密
度を有するプラズマを形成させることができ、半導体基
板等に均一にプラズマ処理を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の第１の実施例
を模式的に示した断面図である。

【図２】プラズマの発生・消滅に伴う真空容器内壁の周
期的温度変化を模式的に示した曲線図であり、実線Ａは
第１の実施例あるいは第２の実施例のものの場合、点線
Ｂは比較例のものの場合、一点鎖線Ｃは空胴部内に流通
させる水の設定温度を示している。

【図３】第２の実施例に係るプラズマ処理装置を模式的
に示した断面図である。

【図４】第３の実施例に係るプラズマ処理装置を模式的
に示した断面図である。

【図５】円環状の永久磁石により形成される磁界を、真
空容器の中心軸Ｘに対する半径方法の磁束密度分布とし
て示したグラフである。

【図６】第３の実施例に係るプラズマ処理装置を用いて
プラズマを発生させたときの規格化されたプラズマ密度
の分布を示したもの（実線Ｄ）であり、比較例として、
永久磁石が配設されていない他は同様の構成からなるプ
ラズマ処理装置を用いて、同様の条件でプラズマを発生
させた場合のプラズマ密度の分布（点線Ｅ）を示してい
る。

【図７】第４の実施例に係るプラズマ処理装置を模式的
に示した断面図である。

【図８】第４の実施例に係るプラズマ処理装置を用いて
プラズマを発生させたときの規格化されたプラズマ密度
の分布を示したもの（実線Ｆ）であり、比較例として、
永久磁石が配設されていない他は同様の構成からなるプ
ラズマ処理装置を用いて、同様の条件でプラズマを発生
させた場合のプラズマ密度の分布（点線Ｅ）を示してい
る。

【図９】従来のプラズマ処理装置を模式的に示した断面
図である。

【符号の説明】

１０、２０、１００、２００プラズマ処理装置１１、１８真空容器１１ａ空胴部１２ａ、１２ｂ電極１３試料台２１電磁石２４永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｇ 8417−4ＫＨ０１Ｌ 21/205 21/027 21/3065 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｈ 21/31 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体で構成された真空容器の外側に対
向電極が配設され、前記真空容器の内側中央部に試料台
が配設されたプラズマ処理装置において、恒温流体を循
環させるための空洞部が前記真空容器に形成されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】誘電体で構成された真空容器の外側に対
向電極が配設され、前記真空容器の内側中央部に試料台
が配設されたプラズマ処理装置において、前記真空容器
の上方に磁場発生装置が配設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】真空容器の上方に磁場発生装置が配設さ
れていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理
装置。