JPH1041280A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ発生部の内壁がイオンによりスパッ
タされないプラズマ処理装置を提供する。 【構成】 本発明によれば、プラズマ処理装置、特にダ
ウンフローアッシング装置において、プラズマ発生部の
外壁周縁部に設けられた少なくとも一対の電極間に生じ
る電界方向に対して、略垂直方向に磁界方向を生じるよ
うに少なくとも一対の磁石を設けた。このため、プラズ
マ発生部内でプラズマとともに発生した電子は、Ｅ×Ｂ
ドリフトを起こして、電極間で生じる電界の方向と磁石
間で生じる磁界の方向の略垂直方向に流れるようにな
り、電子と略同一方向に流れるイオンが、プラズマ発生
部の内壁に衝突してスパッタすることがなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
にかかり、特にダウンフローアッシング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プラズマ処理装置、例えばア
ッシング装置１０においては、気密な処理室内に被処理
体を載置可能な載置台が設けられており、さらに処理室
には真空排気系が接続され、所定の減圧雰囲気が維持さ
れるように構成されている。そして、処理室上部には、
図６に示したように誘電性素材、例えば石英あるいはセ
ラミックなどから成るプラズマ発生室１２が連通してい
る。このプラズマ発生室１２は、略逆椀状のプラズマ拡
散部１４と、その頂部に接続されている略管状のプラズ
マ発生部１６とから構成され、いわゆるベルジャ型のプ
ラズマ発生室１２を構成している。

【０００３】プラズマ発生部１６の外壁周縁部には電
極、例えば一対の第１電極１８ａ及び第２電極１８ｂが
略平行方向に設けられている。また、プラズマ発生部１
６の上端には、ガス供給手段が接続されており、所定の
処理ガスがプラズマ発生部１６内に供給されるように構
成されている。

【０００４】プラズマ処理時には、プラズマ発生部１６
に所定の処理ガスが供給されるとともに、第１電極１８
ａ及び第２電極１８ｂに整合器２０を介して、高周波電
源２２から所定の高周波電力が印加されると、処理ガス
がプラズマ化する。そして、プラズマ発生部１６内で発
生したプラズマが、プラズマ拡散部１４内で効率よく均
一に拡散し、所定の減圧雰囲気が保たれている処理室内
に導かれ、被処理体に対して所望のアッシング処理が施
されるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマ装置では、アッシング処理中において、第一電
極１８ａ及び第２電極１８ｂが備えられている位置のプ
ラズマ発生部１６の内壁が、プラズマとともに発生した
イオンの衝突によりスパッタされてしまい、その部分に
例えばピンホールが生じることがあり、短時間でプラズ
マ発生部１６を交換する必要がある。

【０００６】また、プラズマ発生部１６の内壁がスパッ
タされることで凹凸が生じ、プラズマが乱れてプラズマ
密度が減少あるいは不均一となり、均一なプラズマ処理
が困難になるばかりか、プラズマ発生部１６を構成して
いる素材が被処理体に付着し、生産歩留りを低下させる
要因ともなっている。

【０００７】本発明は、従来のプラズマ処理装置が有す
る上記のような問題点に鑑みて成されたものであり、そ
の目的は、プラズマ発生部の内壁がプラズマとともに発
生したイオンによってスパッタされることを防止し、さ
らにプラズマ密度を向上させることが可能な、新規かつ
改良されたプラズマ処理装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１によれば、処理室内に被処理体を載置する
載置台を備えるとともに、処理室の上部にプラズマを発
生するプラズマ発生室を備え、そのプラズマ発生室の少
なくともプラズマ発生部は略管状の誘電体から構成さ
れ、上記プラズマ発生部を囲むように設置された電極に
所定の高周波電力を印加して、上記プラズマ発生室内に
導入された所定の処理ガスをプラズマ化し、そのプラズ
マを上記処理室内に導入することによって、上記載置台
上の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置において、上記電極に所定の高周波電力を印
加した際に発生する電界の方向に対して、略垂直方向に
磁界の方向が形成されるように、上記プラズマ発生部を
囲むように磁石を配置したことを特徴としている。

【０００９】本発明にかかるプラズマ処理装置は、上記
のように構成されているため、プラズマ発生部内でプラ
ズマとともに発生した電子は、Ｅ×Ｂドリフトを起こし
て、電極間で生じる電界の方向と磁石間で生じる磁界の
方向の略垂直に流れるようになる。同様に、プラズマと
ともに発生したイオンは、電子の衝突により加速される
ため、イオンも電子と略同一方向に流れるようになる。
従って、プラズマ発生部の内壁がイオンによりスパッタ
されなくなるため、プラズマ発生部の交換が不要になる
ばかりか、凹凸が生じないため、均一なプラズマを処理
室内に供給することが可能となり、生産歩留りを向上さ
せることができる。さらに、イオンの流れを整えること
ができるため、プラズマ密度を高めることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら、
本発明にかかるプラズマ処理装置をダウンフローアッシ
ング装置に適用した、実施の一形態について詳細に説明
する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構
成を有する構成要素については、同一番号を付すること
により、重複説明を省略することにする。

【００１１】図１に示したアッシング装置１００におい
ては、導電性素材、例えば表面が酸化アルマイト処理さ
れたアルミニウムから成る、気密な略円筒形状の処理容
器１０２内に、処理室１０４が形成されている。処理室
１０４内には、被処理体、例えば半導体ウェハ（以下、
「ウェハ」と称す。）Ｗを載置可能な略円筒形状のステ
ージ１０６が、絶縁性素材、例えばアルミナセラミック
から成る絶縁支持台１０８を介して設けられている。

【００１２】ステージ１０６内には、交流電源１１０に
接続されたヒータ１１２が内設されている。従って、交
流電源１１０から所定の交流電力が、不図示の電力調整
手段を介してヒータ１１２に供給されると、ステージ１
０６が加熱されるとともに、ステージ１０６上に載置さ
れているウェハＷも加熱されるように構成されている。
かかる温度は、不図示の温度調整手段により、ヒータ１
１２に供給する交流電力を調整して、所定の温度が維持
されるように構成されている。

【００１３】また、ウェハＷの昇降手段であるリフタ１
１４は、ステージ１０６の略中央部とウェハＷの周縁部
との中間部に、ステージ１０６の裏面から表面に向かっ
て、例えば３本の略棒状の軸が貫通するよう構成されて
いる。さらに、リフタ１１４は、ステージ１０６の下方
において、上記略棒状の軸が例えば１本の略棒状の軸と
なるように接続され、その略棒状の軸がリフタ１１４の
駆動手段であるモータＭ１１６に接続されている。

【００１４】従って、プラズマ処理を行う際には、ウェ
ハＷが不図示の搬送手段により、ゲートバルブ１１８を
介してステージ１０６上部の所定の位置に搬入される
と、モータＭ１１６が駆動し、リフタ１１４を降下させ
てウェハＷをステージ上に載置するように構成されてい
る。また、プラズマ処理後には、モータＭ１１６が駆動
し、リフタ１１４を上昇させて、ステージ１０６上に載
置されているウェハＷを不図示の搬送手段により、ゲー
トバルブ１１８を介して搬出するように構成されてい
る。

【００１５】処理容器１０２の下部には、排気管１２０
が穿設されており、さらに排気管１２０にはバルブ１２
２を介して真空引き手段Ｐ１２４、例えばターボ分子ポ
ンプが接続されている。従って、真空引き手段Ｐ１２４
の作動により、バルブ１２２及び排気管１２０を介し
て、処理室１０４内が所定の減圧雰囲気となるように真
空引きされる構成となっている。

【００１６】処理室１０４の上部には、誘電性素材、例
えば石英あるいはセラミックなどから成る、プラズマ発
生室１２６が設けられている。このプラズマ発生室１２
６は、略管状のプラズマ発生部１２７と、上部が略管状
で略中央部から下部が略逆椀状の形状を有するプラズマ
拡散部１２８とから構成された、いわゆるベルジャ型の
チャンバとして構成されている。プラズマ発生部１２７
とプラズマ拡散部１２８の上部は、略同型であり、それ
らの内部が貫通するように不図示の管継手により接続さ
れている。従って、プラズマ発生部１２７とプラズマ拡
散部１２８は、それぞれ分離可能であるため、それらに
反応生成物が付着した際やプラズマによりエッチングさ
れた際などに、それぞれ別々にメンテナンスを行えるよ
うに構成されている。

【００１７】次に、プラズマ発生室１２６の下部を形成
するプラズマ拡散部１２８と、処理室１０４との接続に
ついて説明する。処理室１０４の上壁部には、略逆椀状
の形状を有するプラズマ拡散部１２８の下部開口面と略
同型であり、ウェハＷと略同型の開口部が設けられてい
る。従って、処理室１０４内とプラズマ拡散部１２８
内、さらにプラズマ発生部１２７内まで貫通するよう
に、ステージ１０６の上面に対して略垂直方向に、プラ
ズマ発生室１２６が不図示の管継手により接続されてい
る。そして、上記構成により、プラズマ発生部１２７内
で発生したプラズマを、処理室１０４内に効率よく導入
し、均一に拡散させることができる。

【００１８】さらに、プラズマ発生部１２７の上部に
は、ガス供給管１３０が不図示の管継手により接続され
ており、少なくともプラズマ発生部１２７と直接接続さ
れる部分はプラズマ発生部１２７と略同型で、処理ガス
を均一にプラズマ発生部１２７内に導入することができ
るように構成されている。そしてまた、ガス供給管１３
０にはバルブ１３２、ガスの流量を調整するマスフロー
コントローラＭＦＣ１３４を介して、ガス供給源１３６
が接続されている。従って、ガス供給源１３６から所定
の処理ガス、例えばＯ₂ガスがマスフローコントローラ
ＭＦＣ１３４、バルブ１３２及びガス供給管１３０を介
してプラズマ発生部１２７内に均一に供給されるように
構成されている。

【００１９】プラズマ発生部１２７の外壁周縁部には、
図１〜３に示したように、第１電極１３８ａ及び第２電
極１３８ｂが、それぞれ略平行方向に設けられており、
プラズマ発生部１２７に対向する面は、少なくともプラ
ズマ発生部１２７の内壁面と略同一の形状であることが
好ましい。第１電極１３８ａには、整合器１４０を介し
て高周波電源１４２が接続され、第２電極１３８ｂは接
地されている。従って、高周波電源１４２から所定の高
周波電力、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が整合
器１４０を介して第１電極１３８ａに印加されると、第
２電極１３８ｂとの間のプラズマ発生部１２７内で電界
が生じ、ガス供給源１３６から供給される処理ガスから
プラズマを生成するように構成されている。

【００２０】さらに、プラズマ発生部１２７の外壁周縁
部には、図１〜３に示したように、本実施の形態にかか
る第１永久磁石１４４ａ及び第２永久磁石１４４ｂが、
第１電極１３８ａと第２電極１３８ｂとの間で生じる電
界方向に対して、略垂直方向に設けられている。すなわ
ち、第１永久磁石１４４ａ及び第２永久磁石１４４ｂ
は、それぞれ略平行方向で、第１電極１３８ａ及び第２
電極１３８ｂに対して略垂直方向に設けられている。な
お、第１永久磁石１４４ａ及び第２永久磁石１４４ｂの
プラズマ発生部１２７に対向する面は、少なくともプラ
ズマ発生部１２７の内壁面と略同一の形状であることが
好ましい。

【００２１】ここで、プラズマ処理中における、プラズ
マ発生部１２７内での電子の流れについて、図３を用い
て説明する。上記の如く第１電極１３８ａと第２電極１
３８ｂとの間には、所定の高周波電力が印加されると電
界が生じ、プラズマ発生部１２７内において、ガス供給
源１３６から供給される処理ガスよりプラズマ、イオン
及び電子を生じる。その中で電子は、本実施の形態にか
かる第１永久磁石１４４ａ及び第２永久磁石１４４ｂが
設けられていない場合には、上記電界方向に流れる。一
方のイオンは、電子の衝突により加速され、その電子と
略同一方向に流れるため、プラズマ発生部１２６の内壁
が、イオンによりスパッタされてしまう。

【００２２】本実施の形態にかかるアッシング装置１０
０においては、上記電界方向に対して略垂直方向に設け
られた、第１永久磁石１４４ａと第２永久磁石１４４ｂ
との間に生じる磁界により、上記電子がＥ×Ｂドリフト
を起こして、電界方向及び磁界方向に対して略垂直方向
に流れるようになる。従って、上記イオンも電子と略同
一方向に流れるようになり、プラズマ発生部１２７の内
壁がイオンによりスパッタされなくなるため、プラズマ
発生部１２７の交換が不要になるばかりか、凹凸が生じ
ないため、均一なプラズマを処理室１０４内に供給する
ことが可能となる。さらに、イオンの流れを整えること
ができるため、プラズマ密度を高めることができる。

【００２３】また、図４に示したアッシング装置２００
のように、プラズマ発生部１２７の外壁部に設けた第１
永久磁石１４４ａ及び第２永久磁石１４４ｂに変えて、
電磁石２０２を設けた構成としてもよい。この場合、直
流電源２０４からコイル２０６に対して印加する直流電
力を調節することにより、プラズマ発生部１２７内で生
じる磁界を調整することができ、上記電子の流れを所望
の状態に維持することが可能である。

【００２４】さらに、図５に示したアッシング装置３０
０のように、永久磁石３０２をプラズマ発生部１２７か
ら離れた位置に備えて、永久磁石３０２から発生する磁
界のみを、例えば鉄から成る磁界伝搬手段３０４によっ
て、プラズマ発生部１２７内に伝搬する構成としてもよ
い。

【００２５】以上、本発明の好適な実施の一形態につい
て、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。

【００２６】上記実施の形態において、一対の磁石をプ
ラズマ発生部の外壁周縁部に設けて、プラズマ発生部内
に磁界を生じさせる例を挙げて説明したが、本発明はか
かる構成に限定されず、電極間で生じる電界方向に対し
て、略垂直方向に磁界方向が形成されれば、いかなる場
所に磁石を備えてもよく、また複数の磁石によって磁界
を生じさせる構成としてもよい。

【００２７】上記実施の形態において、磁石をプラズマ
発生部の外壁周縁部に設けた構成を例に挙げて説明した
が、本発明はかかる構成に限定されず、プラズマ発生部
の内部あるいは内壁部に設けた構成としてもよい。

【００２８】上記実施の形態において、１つの電磁石に
よってプラズマ発生部内に磁界を生じさせる構成を例に
挙げて説明したが、本発明はかかる構成に限定されず、
複数の電磁石によって磁界を生じさせる構成としてもよ
い。

【００２９】上記実施の形態において、略逆椀状のプラ
ズマ拡散部を有するアッシング装置を例に挙げて説明し
たが、本発明はかかる構成に限定されず、例えば略フラ
スコ状あるいは略管状などの形状のプラズマ拡散部を有
する構成としても適用可能である。

【００３０】上記実施の形態において、被処理体に半導
体ウェハを用いた例を挙げて説明したが、本発明はかか
る構成に限定されず、ＬＣＤ用基板に対しても適用する
ことが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるプ
ラズマ処理装置は、上記のように構成されているため、
プラズマ発生部内でプラズマとともに発生した電子は、
Ｅ×Ｂドリフトを起こして、電極間で生じる電界の方向
と磁石間で生じる磁界の方向の略垂直方向に流れるよう
になる。従って、プラズマとともに発生したイオンは、
電子と略同一方向に流れるようになり、プラズマ発生部
の内壁に衝突してスパッタしなくなるため、プラズマ発
生部の交換が不要になるばかりか、凹凸が生じないた
め、均一なプラズマを処理室内に供給することが可能と
なり、生産歩留りを向上させることができる。そして、
イオンの流れを整えることができるため、プラズマ密度
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なプラズマ処理装置の実施の
一形態を示す概略的な断面図である。

【図２】図１のプラズマ処理装置のプラズマ発生容器を
概略的に示す斜視図である。

【図３】図１のプラズマ処理装置のプラズマ発生室内の
磁界方向と電界方向を示す概略的な断面図である。

【図４】本実施の形態にかかるプラズマ処理装置のプラ
ズマ発生室内の磁界方向と電界方向を示す概略的な断面
図である。

【図５】本実施の形態にかかるプラズマ処理装置のプラ
ズマ発生室内の磁界方向と電界方向を示す概略的な断面
図である。

【図６】従来のプラズマ処理装置のプラズマ発生容器を
概略的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１０２ 処理容器 １０４ 処理室 １０６ ステージ １１２ ヒータ １１４ リフタ １１８ ゲートバルブ １２０ 排気管 １２４ 真空引き手段 １２６ プラズマ発生室 １２７ プラズマ発生部 １２８ プラズマ拡散部 １３０ ガス供給管 １３４ マスフローコントローラ １３６ ガス供給源 １３８ａ 第１電極 １３８ｂ 第２電極 １４０ 整合器 １４２ 高周波電源 １４４ａ 第１永久磁石 １４４ｂ 第２永久磁石 ２０２ 電磁石 ３０４ 磁界伝搬手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に被処理体を載置する載置台を
   備えるとともに、処理室の上部にプラズマを発生するプ
   ラズマ発生室を備え、そのプラズマ発生室の少なくとも
   プラズマ発生部は略管状の誘電体から構成され、前記プ
   ラズマ発生部を囲むように設置された電極に所定の高周
   波電力を印加して、前記プラズマ発生室内に導入された
   所定の処理ガスをプラズマ化し、そのプラズマを前記処
   理室内に導入することによって、前記載置台上の被処理
   体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置
   において、 前記電極に所定の高周波電力を印加した際に発生する電
   界の方向に対して、略垂直方向に磁界の方向が形成され
   るように、前記プラズマ発生部を囲むように磁石を配置
   したことを特徴とする、プラズマ処理装置。