JPH08330294A

JPH08330294A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH08330294A
Application number: JP15697595A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tamura; 好宏田村
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-13
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JP3599834B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマクリーニングのためのガスによる薄
膜堆積を抑制し、高いエッチング速度で効率良くプラズ
マクリーニングを行う。【構成】フロン１４ガス等のクリーニング用ガスを第
三のガス導入系２３によって真空容器１内に導入し、電
力供給機構３がベルジャー１２内に供給する高周波電力
によってプラズマを形成し、クリーニング用ガスをエッ
チング作用を利用して、真空容器１やベルジャー１２の
内面に堆積した薄膜を除去する。第三のガス導入系２３
のガス導入体２３２は、基板ホルダー４の基板配置面よ
りプラズマ形成場所から遠い位置にあり、適度に減衰し
たプラズマに対してクリーニング用ガスを供給するた
め、過度な反応が防止されてプラズマクリーニング中の
薄膜堆積が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、プラズマによって
基板を処理する装置、より具体的には、プラズマ気相成
長（ＣＶＤ）装置やプラズマエッチング装置等のプラズ
マ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や液晶ディスプレイ等の
製作の際には、プラズマを利用して基板の表面に所定の
処理を施すことが行われる。図７は、このような処理の
ために使用される従来のプラズマ処理装置の概略構成を
示す図である。図７のプラズマ処理装置は、排気系１１
を備えた真空容器１と、真空容器１内に所定のガスを導
入するガス導入機構２と、導入されたガスにエネルギー
を与えてプラズマを形成するための電力供給機構３と、
形成されたプラズマによって処理される位置に基板を配
置する基板ホルダー４などから主に構成されている。

【０００３】図７の装置では、不図示のゲートバルブを
通して基板４０を真空容器１内に搬入して基板ホルダー
４上に載置する。排気系１１によって真空容器１内を排
気した後、ガス導入機構によって所定のガスを導入す
る。次に、電力供給機構３によって高周波電力等のエネ
ルギーを真空容器１内のガスに印加し、プラズマを形成
する。そして、形成されたプラズマによって、基板４０
の表面に所定の処理を施す。例えば、ガス導入機構３に
よってモノシランガスと酸素ガスを導入すれば、プラズ
マによって分解反応等を生じ、酸化硅素薄膜を基板４０
の表面に作成するプラズマＣＶＤ処理を行うことができ
る。

【０００４】前記従来のプラズマ処理装置において、基
板４０に対する処理を相当回数繰り返すと、真空容器１
の内面や基板ホルダー４の表面に薄膜が堆積するという
現象が見られる。この堆積膜は、プラズマＣＶＤ装置の
ような成膜装置の場合、基板４０に作成していた薄膜と
同じものが堆積している場合が多い。また、プラズマエ
ッチング装置の場合には、エッチングされた材料が付着
して薄膜に成長している場合もある。このような堆積膜
は、相当程度の膜厚に達すると、薄膜の内部応力により
剥離する。剥離した薄膜は、真空容器１内を漂う微粉末
の発生原因となる。そして、この微粉末が基板４０に付
着すると表面欠陥を生じさせ、基板４０に作成する薄膜
の商品価値を低下させたり、重大な回路不良を発生させ
たりするという問題を生じる。

【０００５】このような堆積膜の剥がれを抑制するため
に、剥離する前に堆積膜をエッチングして除去してしま
うプラズマクリーニングの手法が一般的に用いられてい
る。この方法は、基板の処理の合間に行われるものであ
り、真空容器１内に例えばフロン１４ガス（ＣＦ₄ ）：
酸素ガス＝８０：２０程度の混合ガスをガス導入機構２
によって導入し、電力供給機構３を動作させてこれらの
ガスのプラズマを形成し、プラズマ中で生成される遊離
ＣＦｘ（ｘ＝１，２，３）、ＣＦｘイオン（ｘ＝１，
２，３）、遊離弗素又は弗素イオンによって堆積膜をエ
ッチングするものである。即ち、これらの弗素系活性種
又はイオンは、堆積した薄膜と反応して揮発物を生成
し、この揮発物が排気系１１によって排出されることで
薄膜が除去される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなプラズマ
クリーニングによって、堆積していた薄膜の除去が原理
的には可能になるのであるが、クリーニングのために導
入したガスから生成された材料によって別の薄膜が新た
に堆積し、その結果、エッチング反応が阻害されたりす
る問題があった。即ち、例えば前述のようにガス導入機
構によてフロン１４ガスと酸素ガスとを導入してプラズ
マを形成した場合、フロン１４ガスは酸素プラズマ中で
過度に分解して炭素を遊離し、ベルジャーや真空容器の
内面に炭素薄膜を堆積させる。このような炭素薄膜が、
除去すべき堆積膜の上に堆積すると、その部分では弗素
系活性種やイオンが堆積膜と反応できずにエッチングが
停止してしまい、結果として全体のエッチング速度が著
しく低下する。また、炭素薄膜のような導電性薄膜が誘
電体よりなるベルジャーの内面に堆積すると、整合条件
が変化したりして高周波の導入が上手くいかなくなって
しまう場合がある。

【０００７】本願発明は、かかる課題を解決するために
なされたものであり、プラズマクリーニングのためのガ
スによる薄膜堆積を抑制し、高いエッチング速度で効率
良くプラズマクリーニングを行えるようにすることを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えた真空
容器と、真空容器内に所定のガスを導入するガス導入機
構と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを
形成するための電力供給機構と、形成されたプラズマに
よって処理される位置に基板を配置する基板ホルダーと
を具備したプラズマ処理装置において、前記ガス導入機
構は、前記真空容器の内面及び前記真空容器内の部材の
表面に堆積した薄膜をプラズマエッチングして除去する
プラズマクリーニングのためのガスを導入できるよう構
成されており、当該ガス導入機構は、前記プラズマが形
成される場所から基板ホルダーの基板配置面よりも遠い
位置で前記プラズマクリーニングのための可能なガスを
導入するガス導入口を有しているという構成を有する。
同様に上記目的を達成するため、請求項２記載の発明
は、上記請求項１の構成において、ガス導入機構は、基
板を処理するためのガスを導入するガス導入口を有し、
このガス導入口は、プラズマクリーニングためのガスを
導入するガス導入口よりプラズマが形成される場所に近
い位置に設けられているという構成を有する。同様に上
記目的を達成するため、請求項３記載の発明は、上記請
求項１又は２の構成において、電力供給機構は、１００
ｍＴｏｒｒ以下の圧力にて少なくとも１０¹⁰ｃｍ^-3以上
の密度を有する高密度プラズマを形成することが可能な
ものであるという構成を有する。同様に上記目的を達成
するため、請求項４記載の発明は、上記請求項１，２又
は３の構成において、真空容器の一部は、誘電体で形成
されたベルジャーとなっており、電力供給機構は、この
ベルジャー内に高周波電力を供給して誘導電界によって
前記プラズマを形成するものであるという構成を有す
る。

【０００９】

【実施例】以下、本願発明の実施例を説明する。図１
は、本願発明の実施例のプラズマ処理装置を示す概略構
成図である。図１に示すプラズマ処理装置は、図７の装
置と同様、排気系１１を備えた真空容器１と、真空容器
１内に所定のガスを導入するガス導入機構２と、導入さ
れたガスにエネルギーを与えてプラズマを形成するため
の電力供給機構３と、形成されたプラズマによって処理
される位置に基板４０を配置するための基板ホルダー４
とを有している。

【００１０】まず、真空容器１は、成膜室１０１と、成
膜室１０１の下側に位置した少し大きな空間の真空排気
室１０２を構成している。そして、成膜室１０１を構成
する部分と真空排気室１０２を構成する部分とが分離可
能に構成されている。これは、真空容器１内のメンテナ
ンス等のためである。また、成膜室１０１の部分の真空
容器１の器壁には不図示のゲートバルブが設けられ、真
空排気室１０２の部分の器壁には、排気系１１がつなが
る排気管１３が設けられている。排気系１１は、粗引き
ポンプ１１１と、粗引きポンプ１１１の前段に配置され
た主ポンプ１１２と、これらのポンプ１１１，１１２に
よって排気する排気経路上に配置された主バルブ１１３
及び可変コンダクタンスバルブ１１４とから主に構成さ
れている。

【００１１】上記真空容器１は、上側にベルジャー１２
を有している。真空容器１の上部器壁には中央に円形の
開口が設けられ、ベルジャー１２はこの開口に気密に接
続されている。ベルジャー１２は、直径２００ｍｍ程度
の半球状の形状を有するものであり、石英ガラス等の誘
電体で形成されている。真空容器１は、上部の壁の中央
に円形の開口を有し、この開口に気密に接続することで
ベルジャー１２が配置されている。

【００１２】ガス導入機構２は、本実施例では、三つの
ガス導入系２１，２２，２３から構成されており、三種
の異なるガスを同時に導入できるようになっている。各
々のガス導入系２１，２２，２３は、不図示のタンクに
接続された配管２１１，２２１，２３１と、配管２１
１，２２１，２３１の終端に接続されたガス導入体２１
２，２２２，２３２とから主に構成されている。

【００１３】図２は、上記ガス導入体２１２，２２２，
２３２の構成を説明する図である。図２に示すように、
ガス導入体２１２，２２２，２３２は、断面円形の円環
状のパイプから構成されている。このガス導入体２１
２，２２２，２３２は、真空容器１に設けられた支持棒
２６によって支持され、真空容器１の内面に沿う形で水
平に配置されている。図２では、１本のパイプのみが示
されているが、ここに示すのと同様な取り付け構造によ
り、ガス導入体２１２，２２２，２３２が図１に示す位
置に取り付けられている。尚、真空容器１は、円筒形の
場合もあるし、角筒形の場合もある。

【００１４】また、真空容器１の壁を気密に貫通する状
態で輸送管２４が設けられており、この輸送管２４の一
端はガス導入体２１２，２２２，２３２に接続されてい
る。ガス導入体２１２，２２２，２３２の他端は図１の
配管２１１，２２１，２３１に接続されている。そし
て、ガス導入体２１２，２２２，２３２は、図２に示す
ように、その内側面にガス導入口２５を有している。こ
のガス導入口２５は、直径０．５ｍｍ程度の開口であ
り、１０ｍｍ程度の間隔をおいて周上に設けられてい
る。

【００１５】一方、図１に戻り、電力供給機構３は、ベ
ルジャー１２の周囲を取り囲んで配置された高周波コイ
ル３１と、この高周波コイル３１に整合器３２を介して
高周波電力を供給する高周波電源３３とから主に構成さ
れている。高周波電源３３には、例えば１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力を発生させるものが採用され、高周波コ
イル３１からベルジャー１２内にこの高周波電力が供給
される。

【００１６】また、真空容器１内のベルジャー１２下方
位置には、基板ホルダー４が設けられている。この基板
ホルダー４は、薄膜作成を行う基板４０を上面に載置さ
せるものであり、必要に応じて基板４０を加熱又は冷却
する温度調節機構４１を内蔵している。この基板ホルダ
ー４には、生成されるプラズマと高周波との相互作用に
よって基板４０に所定の基板バイアス電圧を印加するた
めの基板用高周波電源４２が接続されている。尚、「プ
ラズマと高周波との相互作用によるバイアス電圧」に
は、高周波電源３３，４２とプラズマとの間に相当のキ
ャパシタンスが存在していることが必要である。従っ
て、基板ホルダー４や基板４０がすべて金属で形成され
ている場合には、基板ホルダー４０への給電ライン上に
所定のコンデンサを配置するようにする。

【００１７】次に、上記構成に係る本実施例のプラズマ
処理装置の動作を説明する。まず、真空容器１に設けら
れた不図示のゲートバルブを通して基板４０を真空容器
１内に搬入し、基板ホルダー４上に載置する。ゲートバ
ルブを閉じて排気系１１を作動させ、真空容器１内を例
えば５ｍＴｏｒｒ程度まで排気する。次に、ガス導入機
構２を動作させ、プラズマ形成用のガスを第一のガス導
入系２１によって導入し、基板４０の処理のためのガス
を第二のガス導入系２２によって導入する。この際、ガ
スは配管２１１，２２１から輸送管２４を経由してガス
導入体２１２，２２２に供給され、ガス導入体２１２，
２２２のガス吹き出し口２５から内側に吹き出すように
して真空容器１内に導入される。導入されたプラズマ形
成用のガスは真空容器１内を拡散してベルジャー１２内
に達する。

【００１８】この状態で電力供給機構３を作動させて、
高周波電源３３から整合器３２を介して高周波コイル３
１に１３．５６ＭＨｚ２０００Ｗ程度の高周波電力を印
加する。同時に、基板用高周波電源４２も動作し、基板
４０に所定の高周波電圧を印加する。電力供給機構３が
供給した高周波電力は、高周波コイル３１を介してベル
ジャー１２内に導入され、ベルジャー１２内に存在する
プラズマ形成用のガスにエネルギーを与えてプラズマを
生成する。生成されたプラズマは、ベルジャー１２から
下方の基板４０に向けて拡散する。拡散するプラズマに
は、基板４０の処理のためのガスに接触してこのガスに
所定の気相反応等を生じさせ、これを利用して基板４０
の表面に所定の処理が施される。この際、基板用高周波
電源４２が与える高周波とプラズマとの相互作用により
生じたバイアス電圧による電界は、プラズマ中のイオン
を加速して基板４に衝突させる。この衝突のエネルギー
によって基板４０の表面での処理が効果的に行われる。

【００１９】例えば酸化硅素薄膜を作成する場合、プラ
ズマ形成用のガスとして第一のガス導入系２１から酸素
ガスを導入し、基板４０の処理のためのガスとして第二
のガス導入系２２からモノシランガスを導入する。酸素
プラズマによってモノシランが分解し、酸素と反応する
ことにより基板４０上に酸化硅素薄膜が作成される。
尚、図１の装置では、成膜室１０１の圧力が１００ｍＴ
ｏｒｒ以下の領域にて、１０¹⁰ｃｍ^-3以上の高密度プラ
ズマが生成できるようになっており、この高密度プラズ
マによって高い成膜速度で薄膜作成できるようになって
いる。

【００２０】さて、上記ような処理を繰り返していく
と、真空容器１の内面や基板ホルダー４の露出面４００
に薄膜が堆積してくる。相当程度の回数繰り返したら、
薄膜の除去が必要だと判断して、次のようなプラズマク
リーニングを行う。まず、処理が終了した基板を搬出し
て不図示のゲートバルブを閉め、排気系１１を動作させ
て一旦真空容器１内を排気した後、ゲートバルブを通し
てダミーの基板を真空容器１内に搬入して同様に基板ホ
ルダー４に配置する。ダミーの基板を配置するのは、基
板４０が配置されていた部分の基板ホルダー４の表面に
は薄膜が堆積していないため、エッチング作用のあるガ
スに直接晒すと、エッチングされて侵食されてしまうか
らである。

【００２１】次に、排気系１１を再び動作させ、０．１
Ｔｏｒｒ程度まで真空容器１内を排気する。次に、ガス
導入機構２を動作させ、第一のガス導入系２１によって
酸素ガスを１００ＳＣＣＭ、第三のガス導入系２３によ
ってフロン１４ガスを４００ＳＣＣＭの流量で真空容器
１内に導入する。そして、排気系１１に設けられた可変
コンダクタンスバルブ１１４を制御して真空容器１内の
圧力を２Ｔｏｒｒ程度に保つ。この状態で電力供給機構
３及び基板用高周波電源４２を動作させ、１３．５６Ｍ
Ｈｚ１０００Ｗ程度の高周波電力をベルジャー１２を介
して真空容器１内に導入する。これによって、真空容器
１内にプラズマが形成され、プラズマ中で生成された前
述の弗素系活性種や弗素系イオンによって堆積膜がエッ
チングされる。

【００２２】さて、本実施例のプラズマ処理装置の大き
な特徴点は、上記プラズマクリーニングのためのガス
（以下、クリーニング用ガス）を導入する第三のガス導
入系２３のガス導入口２５が、プラズマが形成される場
所（以下、プラズマ形成場所）から基板ホルダー４の基
板配置面４００よりも遠い位置に位置していることであ
る。即ち、本実施例の装置では、ベルジャー１２内でプ
ラズマが形成される。従って、ベルジャー１２内がプラ
ズマ形成場所である。そして、前述したように、基板ホ
ルダー４はベルジャー１２の下方に配設され、その上面
に基板４０を配置する。従って、この上面が基板配置面
４００である。そして、図１に示すように、第三のガス
導入系２３のガス導入体２３２は、基板ホルダー４の基
板配置面４００よりも下方に位置する。従って、図２に
示すガス導入口２５は、プラズマ形成場所から基板ホル
ダー４の基板配置面４００よりも遠い位置になってい
る。このように、クリーニング用ガスのガス導入口２５
をプラズマ形成場所に対して基板ホルダー４の基板配置
面４００から遠い位置にすると、プラズマ密度が低くな
った部分にクリーニング用ガスが導入されるので、従来
見られたようなクリーニング用ガスの過度の分解を抑制
することができる。

【００２３】上記の点を図３を用いてさらに詳しく説明
する。図３は、図１の装置で形成されるプラズマのプラ
ズマ密度分布を説明するための図である。図３中の線Ａ
で示すように、ベルジャー１２内に形成されたプラズマ
は、真空容器１内に拡散する過程で徐々に減衰する。そ
して、プラズマの拡散経路上の最も大きな構造物である
基板ホルダー４の部分に達すると大きく損失して急激に
減衰し、基板ホルダー４の基板配置面４００より下流側
では、図３に示すようにプラズマ密度は急落すると考え
られる。また、ベルジャー１２内に供給された高周波エ
ネルギーも同様であり、真空容器１内を伝搬する過程で
徐々に減衰し、基板ホルダー４の部分で急激に減衰する
分布になっているものと考えられる。本願の発明者の研
究によると、このプラズマ密度及び高周波エネルギーが
急落すると考えられる基板配置面４００よりプラズマ形
成場所から遠い位置にクリーニング用ガスのガス導入口
２５を配置した場合、従来見られたクリーニング用ガス
による薄膜堆積が生じず、高いエッチング速度でプラズ
マクリーニングが行えることが分かった。

【００２４】図４は、本実施例のプラズマ処理装置の効
果を確認した実験の結果を示す図であり、上記第三のガ
ス導入系２３のガス導入体２３２の位置に対するエッチ
ング速度の変化を示したものである。図４の縦軸は、真
空容器１の内面に堆積した酸化硅素薄膜のエッチング速
度、横軸はガス導入体２３２の位置を示している。ガス
導入体２３２の位置は、基板配置面４００を±０ｍｍと
し、プラズマ形成場所（ベルジャー１２内）に近づく鉛
直上方を−側、プラズマ形成場所から遠ざかる鉛直下方
を＋側としている。具体的なエッチング速度の測定方法
について説明すると、真空容器１の内面のうちの基板配
置面４００の高さから１００ｍｍほど高い位置に熱酸化
硅素膜試料を配置し、プラズマクリーニングを所定の時
間行った後に取り出して、熱酸化硅素膜の膜厚差を計測
して求めた。

【００２５】具体的なガスの種類と流量は、次の通りと
した。まずクリーニング用ガスとしてはフロン１４ガス
を使用し、４００ＳＣＣＭの流量で第三のガス導入系２
３から導入した。また、プラズマ形成のため、酸素ガス
を１００ＳＣＣＭの流量で第二のガス導入系２２から導
入した。また、プラズマクリーニング時の成膜室１０１
内の圧力は２Ｔｏｒｒであった。尚、ガス導入体２３２
は真空容器１内の真空を破ることなく上下方向に変位可
能になっているが、ガス導入体２３２を変位させた際に
もこの２Ｔｏｒｒの圧力は殆ど変化しなかった。

【００２６】図４に示す通り、真空容器１の内面におけ
るエッチング速度は、ガス導入体２３２の位置が−８０
ｍｍから±０ｍｍまでの領域ではほぼ５０ｎｍ／分と一
定の値であるが、±０ｍｍを越えると増加の傾向を示し
た。また、＋３０ｍｍの位置のあたりから約２００ｎｍ
／分の値となり、＋１００ｍｍの位置までほぼ一定の値
となった。また、ガス導入体２３２を−８０ｍｍの位置
に配置してプラズマクリーニングを行った後、ベルジャ
ー１２の内面を観察したところ、ベルジャー１２の上部
を中心とした広い領域にて灰白色の薄膜堆積が観察され
た。当該灰白色の薄膜の成分を電子線散乱Ｘ線分光法な
らびにオージェ電子分光法により分析したところ、当該
灰白色の薄膜が炭素であることが確認された。これは、
クリーニング用ガスとして導入されたフロン１４ガスが
ベルジャー１２内に拡散し、高周波電力と直接的に相互
作用を起こすことで過度の分解が進み、その結果として
炭素膜が付着したものと考えられる。

【００２７】次に、ガス導入体２３２を±０ｍｍの位置
に配置してプラズマクリーニングを行った後、ベルジャ
ー１２の内面を同様に観察すると、ベルジャー１２の上
部内面に僅かながら炭素膜の付着が確認された。さら
に、ガス導入体２３２を＋３０ｍｍの位置に配置してプ
ラズマクリーニングを行った後、ベルジャー１２の内面
を観察すると、炭素膜の付着は確認されなかった。

【００２８】図５は、ガス導入体２３２の位置とベルジ
ャー１２への炭素膜のおおよその付着面積との関係を調
べた結果を示す図である。図５によれば、ベルジャー１
２の内面における炭素膜の付着面積は、ガス導入体２３
２の配置位置が−８０ｍｍの場合が一番大きくて、約１
００ｃｍ² であった。ガス導入体２３２の配置位置が基
板配置面４００に近づくにつれて、炭素膜の付着面積は
徐々に減少する傾向にあり、配置位置が±０ｍｍでは、
炭素膜の付着面積はほぼゼロとなった。配置位置がプラ
スの領域においても、炭素膜の付着面積はゼロであっ
た。

【００２９】このように、クリーニング用ガスを導入す
るガス導入体２３２をプラズマ形成場所から基板ホルダ
ー４の基板配置面４００よりも遠い位置に配置すること
で、適度に減衰した状態のプラズマ又は高周波にクリー
ニング用ガスが供給されるので、クリーニング用ガスの
過度の反応が防止され、真空容器１やベルジャー１２へ
の薄膜堆積を抑制することができる。この結果、エッチ
ング動作が阻害されることがなくなり、高いエッチング
速度で効率良くプラズマクリーニングを行うことができ
る。

【００３０】尚、上記効果を得る上で必要なのは、厳密
にはガス導入体２３２のガス導入口２５の位置を基板配
置面４００よりもプラズマ形成場所から遠い位置とする
ことである。従って、例えばガス導入体から細いパイプ
を中心に向けて延びるようにして周上に配置したような
構成では、その細いパイプの先端開口がガス導入口とな
り、この位置を基板配置面４００より遠い位置とするこ
とが必要である。また、クリーニング用ガスのガス導入
口２５をプラズマ形成場所からどれだけ遠くすることが
できるかについてであるが、基本的には排気系１１によ
る排気位置よりも遠くしないようにすることが好まし
い。図１のような装置でいうと、排気管１３を接続した
開口のうち、最もプラズマ形成場所から遠い縁の位置が
限度の位置となる。

【００３１】本実施例のプラズマ処理装置は、上記位置
のガス導入体２３２を有する第三のガス導入系２３の他
に、プラズマ形成用のガスを導入する第一のガス導入系
２１と、基板４０の処理のためのガスを導入する第二の
ガス導入系２２とを備えている。そして、これらのガス
導入系２１，２２のガス導入体２１２，２２２は、図１
に示すように、クリーニング用ガスのガス導入体２３２
よりもプラズマ形成場所（即ち、高周波の供給箇所）に
近い位置に配置されている。従って、基板４０の処理の
際には、第一ガス導入系２１によってプラズマ形成用の
ガスを高周波の供給箇所に近い位置から導入して高密度
プラズマを形成し、第二のガス導入機構２２によってそ
のプラズマ形成場所に近い位置に基板４０の処理のため
のガスを導入することができる。このため、高密度プラ
ズマがそれほど減衰していないところで基板４０の処理
のためのガスに所定の気相反応等を生じさせることがで
き、この結果、基板４０に対する処理を高効率で行うこ
とができる。本実施例の装置は、１００ｍＴｏｒｒ以下
の圧力にて少なくとも１０¹⁰ｃｍ^-3以上の密度を有する
高密度プラズマを形成できるようになっているが、上記
のガス導入機構２の構成もこれに貢献している。

【００３２】図６は本願発明のプラズマ処理装置の他の
実施例を示す概略構成図である。図６に示す装置は、ヘ
リコン波プラズマを利用する装置である。ヘリコン波プ
ラズマは、強い磁場を加えるとプラズマ振動数より低い
周波数の電磁波が減衰せずにプラズマ中を伝搬すること
を利用するものであり、高密度プラズマを低圧で生成で
きる技術として最近注目されているものである。プラズ
マ中の電磁波の伝搬方向と磁場の方向とが平行のとき、
電磁波はある定まった方向の円偏光となり螺旋状に進行
する。このことからヘリコン波プラズマと呼ばれてい
る。

【００３３】ヘリコン波プラズマを形成する図６の装置
では、図１の高周波コイル３１に代え、ループ状のアン
テナ３４が配置されている。アンテナ３４は、一本の丸
棒状又は帯板状の部材を曲げて上下二段の丸いループ状
の形状にしたものである。また、ベルジャー１２は、図
１の装置のものと異なり、先端が半球状に構成された直
径１００ｍｍ程度の円筒状のものになっている。材質と
しては、同様に石英ガラス等の誘電体である。

【００３４】また、ベルジャー１２の周囲に磁場形成機
構３５を設置している。磁場形成機構３５は、内側コイ
ル３５ａと外側コイル３５ｂからなる二重コイルであ
り、各コイル３５ａ，３５ｂはベルジャー１２と同軸上
の位置に配置される。内側コイル３５ａと外側コイル３
５ｂは、互いに逆向きの磁場が形成されるように、コイ
ルの巻き方向と通電方向が調整される。磁場形成機構３
５を二重コイルの構造とすることで、所望の磁場を作り
易いという利点を有する。磁場形成機構３５を単一コイ
ルで構成することもできる。尚、磁場形成機構３５が発
生させる磁場は、ベルジャー１２内部で生成されたプラ
ズマを効率よく成膜室１０１内部に輸送するので、成膜
室１０１内におけるプラズマの高密度化を促進すること
ができる。その結果、基板１の処理をさらに効率良く行
える。

【００３５】また、上記各実施例の説明では、基板４０
の処理の例として基板４０上に酸化硅素膜を形成するプ
ラズマ気相成長について説明を行ってきたが、基板４０
上にアモルファス硅素膜を形成するプラズマ気相成長
や、基板４０に対してドライエッチングを施す処理につ
いても、同様に効果があるのは明かである。また、プラ
ズマクリニーニング用のガスとして、フロン１４ガスを
用いた例について説明を行ってきたが、フロン１１６ガ
ス（Ｃ₂Ｆ₆）、六弗化硫黄ガス（ＳＦ₆ ）あるいは、三
弗化窒素（ＮＦ₃ ）を用いたり、酸素ガスにアルゴンガ
スを混合した場合についても同様の効果が得られること
は明かである。なお、アルゴンガスを使用すると、プラ
ズマ中で生成されるアルゴンイオンはスパッタ率が高い
ので、高効率のスパッタを行いながらプラズマクリーニ
ングを行うことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項１記
載のプラズマ処理装置によれば、プラズマクリーニング
のためのガスによる薄膜堆積が抑制されるので、高いエ
ッチング速度で効率よくプラズマクリーニングを行うこ
とができる。また、請求項２又は３記載のプラズマ処理
装置によれば、上記請求項１の効果を得つつ、高密度プ
ラズマを利用して基板の処理が行え、生産性の高いプラ
ズマ処理装置となる。また、請求項４記載のプラズマ処
理装置によれば、上記請求項１，２又は３の効果に加
え、ベルジャーの内面への薄膜堆積が未然に防止される
ので、高周波電力の整合条件等が変化せず、効率の良い
高周波電力の供給によって効率よく基板処理を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例のプラズマ処理装置を示す概
略構成図である。

【図２】図１の装置におけるガス導入体２１２，２２
２，２３２の構成を説明する図である。

【図３】図１の装置で形成されるプラズマのプラズマ密
度分布を説明するための図である。

【図４】本実施例のプラズマ処理装置の効果を確認した
実験の結果を示す図である。

【図５】ガス導入体２３２の位置とベルジャー１２への
炭素膜のおおよその堆積面積との関係を調べた結果を示
す図である。

【図６】本願発明のプラズマ処理装置の他の実施例を示
す概略構成図である。

【図７】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１真空容器１１排気系１２ベルジャー２ガス導入機構２１第一のガス導入系２１２ガス導入体２２第二のガス導入系２２２ガス導入体２３第三のガス導入系２３２ガス導入体２５ガス導入口

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【手続補正書】

【提出日】平成７年９月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】図７の装置では、不図示のゲートバルブを
通して基板４０を真空容器１内に搬入して基板ホルダー
４上に載置する。排気系１１によって真空容器１内を排
気した後、ガス導入機構２によって所定のガスを導入す
る。次に、電力供給機構３によって高周波電力等のエネ
ルギーを真空容器１内のガスに印加し、プラズマを形成
する。そして、形成されたプラズマによって、基板４０
の表面に所定の処理を施す。例えば、ガス導入機構２に
よってモノシランガスと酸素ガスを導入すれば、プラズ
マによって分解反応等を生じ、酸化硅素薄膜を基板４０
の表面に作成するプラズマＣＶＤ処理を行うことができ
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】また、真空容器１内のベルジャー１２下方
位置には、基板ホルダー４が設けられている。この基板
ホルダー４は、薄膜作成を行う基板４０を上面に載置さ
せるものであり、必要に応じて基板４０を加熱又は冷却
する温度調節機構４１を内蔵している。この基板ホルダ
ー４には、生成されるプラズマと高周波との相互作用に
よって基板４０に所定の基板バイアス電圧を印加するた
めの基板用高周波電源４２が接続されている。尚、「プ
ラズマと高周波との相互作用によるバイアス電圧」に
は、高周波電源４２とプラズマとの間に相当のキャパシ
タンスが存在していることが必要である。従って、基板
ホルダー４や基板４０がすべて金属で形成されている場
合には、基板ホルダー４０への給電ライン上に所定のコ
ンデンサを配置するようにする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】さて、上記ような処理を繰り返していく
と、真空容器１の内面や基板ホルダー４の基板配置面４
００の露出した部分に薄膜が堆積してくる。相当程度の
回数繰り返したら、薄膜の除去が必要だと判断して、次
のようなプラズマクリーニングを行う。まず、処理が終
了した基板を搬出して不図示のゲートバルブを閉め、排
気系１１を動作させて一旦真空容器１内を排気した後、
ゲートバルブを通してダミーの基板を真空容器１内に搬
入して同様に基板ホルダー４に配置する。ダミーの基板
を配置するのは、基板４０が配置されていた部分の基板
ホルダー４の表面には薄膜が堆積していないため、エッ
チング作用のあるガスに直接晒すと、エッチングされて
侵食されてしまうからである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】さて、本実施例のプラズマ処理装置の大き
な特徴点は、上記プラズマクリーニングのためのガス
（以下、クリーニング用ガス）を導入する第三のガス導
入系２３のガス導入口２５が、プラズマが形成される場
所（以下、プラズマ形成場所）から基板ホルダー４の基
板配置面４００よりも遠い位置に位置していることであ
る。即ち、本実施例の装置では、ベルジャー１２内でプ
ラズマが形成される。従って、ベルジャー１２内がプラ
ズマ形成場所である。そして、前述したように、基板ホ
ルダー４はベルジャー１２の下方に配設され、その上面
に基板４０を配置する。従って、この上面が基板配置面
４００である。そして、図１に示すように、第三のガス
導入系２３のガス導入体２３２は、基板ホルダー４の基
板配置面４００よりも下方に位置する。従って、ガス導
入体２３２の図２に示すガス導入口２５は、プラズマ形
成場所から基板ホルダー４の基板配置面４００よりも遠
い位置になっている。このように、クリーニング用ガス
のガス導入口２５をプラズマ形成場所に対して基板ホル
ダー４の基板配置面４００から遠い位置にすると、プラ
ズマ密度が低くなった部分にクリーニング用ガスが導入
されるので、従来見られたようなクリーニング用ガスの
過度の分解を抑制することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系を備えた真空容器と、真空容器内
に所定のガスを導入するガス導入機構と、導入されたガ
スにエネルギーを与えてプラズマを形成するための電力
供給機構と、形成されたプラズマによって処理される位
置に基板を配置する基板ホルダーとを具備したプラズマ
処理装置において、前記ガス導入機構は、前記真空容器の内面及び前記真空
容器内の部材の表面に堆積した薄膜をプラズマエッチン
グして除去するプラズマクリーニングのためのガスを導
入できるよう構成されており、当該ガス導入機構は、前
記プラズマが形成される場所から基板ホルダーの基板配
置面よりも遠い位置で前記プラズマクリーニングのため
のガスを導入するガス導入口を有していることを特徴と
するプラズマ処理装置。
【請求項２】前記ガス導入機構は、基板を処理するた
めのガスを導入するガス導入口を有し、このガス導入口
は、前記プラズマクリーニングためのガスを導入するガ
ス導入口よりプラズマが形成される場所に近い位置に設
けら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。
【請求項３】前記電力供給機構は、１００ｍＴｏｒｒ
以下の圧力にて少なくとも１０¹⁰ｃｍ^-3以上の密度を有
する高密度プラズマを形成することが可能なものである
ことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記真空容器の一部は、誘電体で形成さ
れたベルジャーとなっており、前記電力供給機構は、こ
のベルジャー内に高周波電力を供給して誘導電界によっ
て前記プラズマを形成するものであることを特徴とする
請求項１，２又は３記載のプラズマ処理装置。