JPH1083894A - 基板表面を改質するためのプラズマの処理装置および方法 - Google Patents
基板表面を改質するためのプラズマの処理装置および方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマにより基板表面をエッチングまたは
被着することで改質するための装置、およびその使用方
法を提供する。 【解決手段】 この装置は室２０、磁石３０、アンテナ
２２とされたプラズマ発生装置を備えた容器１２を含
む。磁石およびプラズマ発生装置は容器の外部に配置さ
れる。磁石は基板２６の改変すべき表面２８に実質的に
平行な磁場３２を確立し、プラズマを表面から絶縁す
る。アンテナ２２は無線周波数のエネルギーを室内に向
けて指向し、プラズマを発生させる。基板と壁との間に
イオン化帯域が形成され、イオン化帯域の間に領域が形
成されて、この領域にプラズマが発生される。電極４０
がプラズマ内のイオンを基板表面へ向けて加速させるた
めに備えられる。
被着することで改質するための装置、およびその使用方
法を提供する。 【解決手段】 この装置は室２０、磁石３０、アンテナ
２２とされたプラズマ発生装置を備えた容器１２を含
む。磁石およびプラズマ発生装置は容器の外部に配置さ
れる。磁石は基板２６の改変すべき表面２８に実質的に
平行な磁場３２を確立し、プラズマを表面から絶縁す
る。アンテナ２２は無線周波数のエネルギーを室内に向
けて指向し、プラズマを発生させる。基板と壁との間に
イオン化帯域が形成され、イオン化帯域の間に領域が形
成されて、この領域にプラズマが発生される。電極４０
がプラズマ内のイオンを基板表面へ向けて加速させるた
めに備えられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広義の概念で言え
ば、エッチングまたは被着（デポジション）のいずれか
によって基板表面を改質する装置に係り、具体的に言え
ば、エッチングおよび被着を行うためのプラズマを使用
した装置と方法に関するものである。本発明は、特に、
しかし限定するわけではないが、集積回路の製造におけ
る基板表面のエッチングおよび被着に有用である。
ば、エッチングまたは被着（デポジション）のいずれか
によって基板表面を改質する装置に係り、具体的に言え
ば、エッチングおよび被着を行うためのプラズマを使用
した装置と方法に関するものである。本発明は、特に、
しかし限定するわけではないが、集積回路の製造におけ
る基板表面のエッチングおよび被着に有用である。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、プラズマは自由電子と、
帯電イオンと、単にニュートラルと称されることが多い
ニュートラル種（中性物質群）(neutral species）とを
含むイオン化ガス放電である。同様に、プラズマの特定
成分によって、基板表面をエッチングするか、または基
板表面に物質を被着させるかのいずれかのためにプラズ
マを使用できることは周知である。しかしながら、プラ
ズマエッチングおよびプラズマ被着を行う現在の方法
は、幾つかの欠点を有している。
帯電イオンと、単にニュートラルと称されることが多い
ニュートラル種（中性物質群）(neutral species）とを
含むイオン化ガス放電である。同様に、プラズマの特定
成分によって、基板表面をエッチングするか、または基
板表面に物質を被着させるかのいずれかのためにプラズ
マを使用できることは周知である。しかしながら、プラ
ズマエッチングおよびプラズマ被着を行う現在の方法
は、幾つかの欠点を有している。
【０００３】プラズマエッチングおよびプラズマ被着に
関する限りにおいて、プラズマの或る種の物理的性質が
特に重要である。第一に、プラズマ内の自由電子の速度
は、帯電イオンの速度を遥かに上回る。プラズマ内の負
帯電種から粒子が形成されることも周知である。さら
に、磁場がプラズマ内の自由電子の移動にかなり影響を
与えることも周知である。特に、磁場に対して直角方向
のプラズマ束は十分に抑制される。上述の内容に留意し
て、或る現象を考えなければならない。
関する限りにおいて、プラズマの或る種の物理的性質が
特に重要である。第一に、プラズマ内の自由電子の速度
は、帯電イオンの速度を遥かに上回る。プラズマ内の負
帯電種から粒子が形成されることも周知である。さら
に、磁場がプラズマ内の自由電子の移動にかなり影響を
与えることも周知である。特に、磁場に対して直角方向
のプラズマ束は十分に抑制される。上述の内容に留意し
て、或る現象を考えなければならない。
【０００４】プラズマ内を高速で動く自由電子束に対し
て何の制御も行わなければ、自由電子はプラズマを離脱
する。したがって、プラズマは正に帯電するようにな
る。この状態は、プラズマ内での負帯電粒子の形成と保
持を促進する。しかしながらこれらの粒子は、基板表面
に対する被着またはエッチングの品質を不本意に劣化さ
せる。他の問題点は、プラズマが基板表面から何も絶縁
されていないと、基板が過熱されて損傷を受ける可能性
があるという事実から生じる。この問題は、高密度のプ
ラズマが達成されたときに、さらに厄介なことになる。
て何の制御も行わなければ、自由電子はプラズマを離脱
する。したがって、プラズマは正に帯電するようにな
る。この状態は、プラズマ内での負帯電粒子の形成と保
持を促進する。しかしながらこれらの粒子は、基板表面
に対する被着またはエッチングの品質を不本意に劣化さ
せる。他の問題点は、プラズマが基板表面から何も絶縁
されていないと、基板が過熱されて損傷を受ける可能性
があるという事実から生じる。この問題は、高密度のプ
ラズマが達成されたときに、さらに厄介なことになる。
【０００５】プラズマの単なる発生に加えて、効率的な
プラズマエッチングまたはプラズマ被着装置は、その装
置の機能に係わる制御装置を有する必要がある。別の表
現をすれば、装置のオペレータが、陽イオンおよびニュ
ートラルを改質すべき基板表面へ向けて個別に制御でき
ることが望ましい。さらに、表面の改質が予測できるこ
とが明らかに望ましい。このことで暗示される論理の帰
結は、プラズマは改質されるべき基板表面において均一
な密度を有する必要があるということである。最後に、
この装置は短時間で応答して機能できることが望まし
い。
プラズマエッチングまたはプラズマ被着装置は、その装
置の機能に係わる制御装置を有する必要がある。別の表
現をすれば、装置のオペレータが、陽イオンおよびニュ
ートラルを改質すべき基板表面へ向けて個別に制御でき
ることが望ましい。さらに、表面の改質が予測できるこ
とが明らかに望ましい。このことで暗示される論理の帰
結は、プラズマは改質されるべき基板表面において均一
な密度を有する必要があるということである。最後に、
この装置は短時間で応答して機能できることが望まし
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述に照らして、本発
明の目的は、大きな面積を有する基板の表面を改質する
ためプラズマを処理する装置を提供することである。本
発明の他の目的は、比較的高速で基板表面をエッチング
するか基板表面に物質を被着することができるような、
基板表面を改質するための、プラズマを処理する装置を
提供することである。本発明のさらに他の目的は、プラ
ズマから基板表面へ向かうイオン束またはニュートラル
束を制御することができるような、基板表面を改質する
ためにプラズマを処理する装置を提供することである。
本発明の他の目的は、基板に向うビーム状のイオン束を
形成して深い溝が基板に刻まれることを可能にした、基
板表面を改質するためにプラズマを処理する装置を提供
することである。さらに本発明の他の目的は、プラズマ
内の望ましくない粒子の形成を抑制するような、基板表
面を改質するためにプラズマを処理する装置を提供する
ことである。本発明の他の目的は、均一密度を有するプ
ラズマの発生を可能にした、基板表面を改質するために
プラズマを処理する装置を提供することである。本発明
のさらに他の目的は、基板を高い電場から遮蔽するよう
な基板表面を改質するためにプラズマを処理する装置を
提供することである。比較的簡単に製造でき、簡単に使
用でき、比較的価格効果の良好な基板表面を改質するた
めにプラズマを処理する装置を提供することである。
明の目的は、大きな面積を有する基板の表面を改質する
ためプラズマを処理する装置を提供することである。本
発明の他の目的は、比較的高速で基板表面をエッチング
するか基板表面に物質を被着することができるような、
基板表面を改質するための、プラズマを処理する装置を
提供することである。本発明のさらに他の目的は、プラ
ズマから基板表面へ向かうイオン束またはニュートラル
束を制御することができるような、基板表面を改質する
ためにプラズマを処理する装置を提供することである。
本発明の他の目的は、基板に向うビーム状のイオン束を
形成して深い溝が基板に刻まれることを可能にした、基
板表面を改質するためにプラズマを処理する装置を提供
することである。さらに本発明の他の目的は、プラズマ
内の望ましくない粒子の形成を抑制するような、基板表
面を改質するためにプラズマを処理する装置を提供する
ことである。本発明の他の目的は、均一密度を有するプ
ラズマの発生を可能にした、基板表面を改質するために
プラズマを処理する装置を提供することである。本発明
のさらに他の目的は、基板を高い電場から遮蔽するよう
な基板表面を改質するためにプラズマを処理する装置を
提供することである。比較的簡単に製造でき、簡単に使
用でき、比較的価格効果の良好な基板表面を改質するた
めにプラズマを処理する装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板表
面を改質するための装置は、ガス環境中に基板を保持す
る容器と、プラズマを形成するように容器中のガスをイ
オン化させるためのアンテナと、プラズマから基板を絶
縁する磁場を発生させるための磁石とを含む。本発明で
意図されたように、この装置は、ニュートラル物質をプ
ラズマから表面に被着させ、またはプラズマからのイオ
ンおよびニュートラルで表面をエッチングすることのい
ずれかによって、基板表面を改質するために使用でき
る。
面を改質するための装置は、ガス環境中に基板を保持す
る容器と、プラズマを形成するように容器中のガスをイ
オン化させるためのアンテナと、プラズマから基板を絶
縁する磁場を発生させるための磁石とを含む。本発明で
意図されたように、この装置は、ニュートラル物質をプ
ラズマから表面に被着させ、またはプラズマからのイオ
ンおよびニュートラルで表面をエッチングすることのい
ずれかによって、基板表面を改質するために使用でき
る。
【０００８】本発明の装置に使用される容器は、円筒形
であるのが好ましく、この円筒形は、容器の室を形成す
るために円筒形である。この室の壁は、絶縁材料（例え
ば、ガラス）で作るのが好ましい。容器の代替例では、
容器壁を強力材料（例えば、金属）で作ることができ
る。しかしながら、この代替例に関しては、金属壁を絶
縁材で内張りすることが好ましい。本発明では、この絶
縁材ライナーで全壁面を覆うか、単に壁面を部分的に覆
うかのいずれかにすることができる。
であるのが好ましく、この円筒形は、容器の室を形成す
るために円筒形である。この室の壁は、絶縁材料（例え
ば、ガラス）で作るのが好ましい。容器の代替例では、
容器壁を強力材料（例えば、金属）で作ることができ
る。しかしながら、この代替例に関しては、金属壁を絶
縁材で内張りすることが好ましい。本発明では、この絶
縁材ライナーで全壁面を覆うか、単に壁面を部分的に覆
うかのいずれかにすることができる。
【０００９】本発明装置のアンテナは、容器の外部に配
置され、また室内にＲＦエネルギーを指向させるように
位置決めされる。特に、アンテナからの電子磁気音波(E
lectron Magneto-Sonic Wave）と呼ばれる形式であるの
が好ましいＲＦエネルギーは、室内の予め定められたイ
オン化帯域へ向けられる。したがって、これらのイオン
化帯域に室内のプラズマが発生する。
置され、また室内にＲＦエネルギーを指向させるように
位置決めされる。特に、アンテナからの電子磁気音波(E
lectron Magneto-Sonic Wave）と呼ばれる形式であるの
が好ましいＲＦエネルギーは、室内の予め定められたイ
オン化帯域へ向けられる。したがって、これらのイオン
化帯域に室内のプラズマが発生する。
【００１０】前記アンテナと同様に、容器外部に磁石が
配置される。重要なことは、磁石で発生した磁場の力線
が、室内で整合して基材表面に対して実質的に平行にな
ることである。本発明の目的のためには、永久磁石また
は電磁石が使用できる。さらに、室内の磁場は、回転に
よって磁場の均一性を向上させることができる。しかし
ながらこの回転は、力線が基板表面に実質的に平行に維
持される限りにおいて、行えることである。
配置される。重要なことは、磁石で発生した磁場の力線
が、室内で整合して基材表面に対して実質的に平行にな
ることである。本発明の目的のためには、永久磁石また
は電磁石が使用できる。さらに、室内の磁場は、回転に
よって磁場の均一性を向上させることができる。しかし
ながらこの回転は、力線が基板表面に実質的に平行に維
持される限りにおいて、行えることである。
【００１１】本発明装置を設定するために、基板が容器
室内の軸線に芯出しされる。また上述したように、この
基板は改質されるべきその表面が磁場の力線に対して実
質的に平行になるように室内に配置される。次いで、ア
ンテナがＲＦエネルギーをイオン化帯域へ指向させるよ
うに調整され、この領域は基板表面と室壁との間に位置
する。
室内の軸線に芯出しされる。また上述したように、この
基板は改質されるべきその表面が磁場の力線に対して実
質的に平行になるように室内に配置される。次いで、ア
ンテナがＲＦエネルギーをイオン化帯域へ指向させるよ
うに調整され、この領域は基板表面と室壁との間に位置
する。
【００１２】本発明装置の作動において、基板が室内に
適当に置かれ、適当なガスが室内に充填されると、予め
定められたイオン化帯域内のガスの一部分をイオン化さ
せるようにアンテナが付勢される。周知のように、イオ
ン化はプラズマを形成し、プラズマは自由電子、イオン
および非イオン化分子または非イオン化原子（すなわち
ニュートラル）を含んでいる。磁場が存在しないと、高
速移動する自由電子は最終的にはプラズマを離脱して、
プラズマを基板に対して正に帯電させるようにする。し
かしながら、本発明では、室壁が絶縁され、また室内に
磁場が配向されているので、プラズマに幾つかの異なる
結果が生じる。
適当に置かれ、適当なガスが室内に充填されると、予め
定められたイオン化帯域内のガスの一部分をイオン化さ
せるようにアンテナが付勢される。周知のように、イオ
ン化はプラズマを形成し、プラズマは自由電子、イオン
および非イオン化分子または非イオン化原子（すなわち
ニュートラル）を含んでいる。磁場が存在しないと、高
速移動する自由電子は最終的にはプラズマを離脱して、
プラズマを基板に対して正に帯電させるようにする。し
かしながら、本発明では、室壁が絶縁され、また室内に
磁場が配向されているので、プラズマに幾つかの異なる
結果が生じる。
【００１３】第一の結果は、容器内で形成されるプラズ
マが基板表面から磁気的に絶縁されることである。これ
は、帯電粒子に対する影響の程度において、磁場は自由
電子に対して非常に大きな影響を及ぼすが、それらはイ
オンに対して非常に小さな影響しか及ぼさず、ニュート
ラルに対しては全く影響しないために、生じる。したが
って、本発明装置では、磁場に直角方向（すなわち基板
表面へ向う方向）における自由電子の移動は、ゆっくり
動く陽イオンの移動よりも一層抑制される。この結果、
自由電子がプラズマで保持され、陽イオンを吸引する傾
向になる。したがって、これらのイオンがプラズマによ
って保持される傾向になる。何故なら、壁が電気的に絶
縁されているからである。この一つの結果は、基板に対
するプラズマ束が、ニュートラル種束（ｆｌｕｘ）に影
響を与えることなく著しく減少されることである。
マが基板表面から磁気的に絶縁されることである。これ
は、帯電粒子に対する影響の程度において、磁場は自由
電子に対して非常に大きな影響を及ぼすが、それらはイ
オンに対して非常に小さな影響しか及ぼさず、ニュート
ラルに対しては全く影響しないために、生じる。したが
って、本発明装置では、磁場に直角方向（すなわち基板
表面へ向う方向）における自由電子の移動は、ゆっくり
動く陽イオンの移動よりも一層抑制される。この結果、
自由電子がプラズマで保持され、陽イオンを吸引する傾
向になる。したがって、これらのイオンがプラズマによ
って保持される傾向になる。何故なら、壁が電気的に絶
縁されているからである。この一つの結果は、基板に対
するプラズマ束が、ニュートラル種束（ｆｌｕｘ）に影
響を与えることなく著しく減少されることである。
【００１４】第二に、磁場は基板に対する電子の移動を
イオンの移動に比較して格段に低速化するので、プラズ
マは基板に対して負に帯電する。したがって、プラズマ
は基板表面を容易に汚染してしまうような負帯電粒子を
保持せず、その成長を促進しない。
イオンの移動に比較して格段に低速化するので、プラズ
マは基板に対して負に帯電する。したがって、プラズマ
は基板表面を容易に汚染してしまうような負帯電粒子を
保持せず、その成長を促進しない。
【００１５】上述したように、容器内のプラズマは予め
定められたイオン化帯域で発生する。さらに、同様に上
述したように、これらのイオン化帯域は容器壁と基板表
面の間に位置する。さらに、イオン化帯域は室内で互い
に直径方向反対側に位置する。この結果、基板表面の直
ぐ上方に位置するイオン化帯域の間に領域が形成され
る。実際に、基板の全面積はこの領域の下側に位置され
る。重要なことは、プラズマが磁場に沿って容易に流動
し、逆にプラズマの磁場を横断しての移動は非常にゆっ
くりであるので、この領域内のプラズマの密度は均一に
なる。
定められたイオン化帯域で発生する。さらに、同様に上
述したように、これらのイオン化帯域は容器壁と基板表
面の間に位置する。さらに、イオン化帯域は室内で互い
に直径方向反対側に位置する。この結果、基板表面の直
ぐ上方に位置するイオン化帯域の間に領域が形成され
る。実際に、基板の全面積はこの領域の下側に位置され
る。重要なことは、プラズマが磁場に沿って容易に流動
し、逆にプラズマの磁場を横断しての移動は非常にゆっ
くりであるので、この領域内のプラズマの密度は均一に
なる。
【００１６】基板表面に対する金属の被着が望まれる装
置の作動に関しては、プラズマが上述のように基板表面
の上側領域に発生される。プラズマ内のニュートラルに
対する磁場の影響は無視できるので、これらのニュート
ラルの基板表面に向う移動が有効に抑制されることはな
い。したがって、またその領域のプラズマ密度は均一で
あるので、ニュートラルは基板表面上に均一に被着され
ることができる。基板に対するプラズマ束は磁場によっ
て減少されるので、基板に対して衝突するイオンによる
熱負荷および損傷も減少される。したがって、基板の不
当な加熱を発生せずに高い被着速度を達成できる。
置の作動に関しては、プラズマが上述のように基板表面
の上側領域に発生される。プラズマ内のニュートラルに
対する磁場の影響は無視できるので、これらのニュート
ラルの基板表面に向う移動が有効に抑制されることはな
い。したがって、またその領域のプラズマ密度は均一で
あるので、ニュートラルは基板表面上に均一に被着され
ることができる。基板に対するプラズマ束は磁場によっ
て減少されるので、基板に対して衝突するイオンによる
熱負荷および損傷も減少される。したがって、基板の不
当な加熱を発生せずに高い被着速度を達成できる。
【００１７】基板表面をエッチングすることが望まれる
場合の装置の作動に関しては、被着の場合と同様にプラ
ズマが発生する。さらに、エッチングのために、基板
は、プラズマからイオンを基板表面に向けて吸引するた
めに周期的に帯電される。これらのイオンおよびニュー
トラルはその後、この分野で周知のように表面をエッチ
ングする。本発明の目的のために、基板を容量的に帯電
する（capacitively charged）ことが好ましい。しかし
ながら代替例では、電極が容器壁に配置されてプラズマ
に接触するようになされる。この電極はその後、基板に
電気的に連結されることができる。このことは、今負に
帯電された基板がプラズマからエッチング用の陽イオン
を吸引するようにさせる。磁気的絶縁が行われているの
で、電子の移動性が著しく低下され、このことはイオン
の吸引および加速のために高電圧が付与できるようにす
る。このようにして形成されたビーム状のイオンの流れ
は、狭い幅をエッチングするのに適している。
場合の装置の作動に関しては、被着の場合と同様にプラ
ズマが発生する。さらに、エッチングのために、基板
は、プラズマからイオンを基板表面に向けて吸引するた
めに周期的に帯電される。これらのイオンおよびニュー
トラルはその後、この分野で周知のように表面をエッチ
ングする。本発明の目的のために、基板を容量的に帯電
する（capacitively charged）ことが好ましい。しかし
ながら代替例では、電極が容器壁に配置されてプラズマ
に接触するようになされる。この電極はその後、基板に
電気的に連結されることができる。このことは、今負に
帯電された基板がプラズマからエッチング用の陽イオン
を吸引するようにさせる。磁気的絶縁が行われているの
で、電子の移動性が著しく低下され、このことはイオン
の吸引および加速のために高電圧が付与できるようにす
る。このようにして形成されたビーム状のイオンの流れ
は、狭い幅をエッチングするのに適している。
【００１８】本発明の新規な特徴ならびに本発明自体
は、いずれもその構造および作動に関して以下の説明に
関連する添付図面から最も良く理解されるであろう。図
面において、同じ符号は同じ部品を示している。
は、いずれもその構造および作動に関して以下の説明に
関連する添付図面から最も良く理解されるであろう。図
面において、同じ符号は同じ部品を示している。
【００１９】
【発明の実施の形態】図面を参照すれば、基板表面を改
質するためにプラズマを処理する装置が全体を符号１０
で示されている。図面に見られるように、装置１０は容
器１２を含み、容器１２は壁１４および頂部１６を有し
ている。容器１２は全体的に円筒形とされて、ガラスの
ような絶縁材料で作られるのが好ましい。本発明の目的
のために、容器１２は底部１８上に置かれて、容器１２
の壁１４、頂部１６と、底部１８との間に室２０を形成
するようになされる。ガラス以外の材料が容器１２の製
造に使用できることを理解すべきである。その場合、容
器１２の壁１４は誘電材料で内張りされて室２０を絶縁
するようにしなければならない。
質するためにプラズマを処理する装置が全体を符号１０
で示されている。図面に見られるように、装置１０は容
器１２を含み、容器１２は壁１４および頂部１６を有し
ている。容器１２は全体的に円筒形とされて、ガラスの
ような絶縁材料で作られるのが好ましい。本発明の目的
のために、容器１２は底部１８上に置かれて、容器１２
の壁１４、頂部１６と、底部１８との間に室２０を形成
するようになされる。ガラス以外の材料が容器１２の製
造に使用できることを理解すべきである。その場合、容
器１２の壁１４は誘電材料で内張りされて室２０を絶縁
するようにしなければならない。
【００２０】装置１０はまたアンテナ２２を含む。図示
したように、アンテナ２２は容器１２の外部に取付けら
れ、容器１２の頂部１６をほぼ横断して位置決めされ
る。この位置から、アンテナ２２は無線周波数（ＲＦ）
エネルギーを室２０内へ伝播させる。アンテナ２２は関
連分野で周知のいずれの形式のものとすることもでき
る。しかしながら、アンテナ２２は螺旋アンテナであ
り、アンテナ２２により伝えられる無線周波数（ＲＦ）
エネルギーの伝播パターンを制御できることが好まし
い。以下の説明から明白となるように、この伝播パター
ンが無線周波数のエネルギーを室２０内の予め定められ
たイオン化帯域へ指向させるように調整されることが重
要である。
したように、アンテナ２２は容器１２の外部に取付けら
れ、容器１２の頂部１６をほぼ横断して位置決めされ
る。この位置から、アンテナ２２は無線周波数（ＲＦ）
エネルギーを室２０内へ伝播させる。アンテナ２２は関
連分野で周知のいずれの形式のものとすることもでき
る。しかしながら、アンテナ２２は螺旋アンテナであ
り、アンテナ２２により伝えられる無線周波数（ＲＦ）
エネルギーの伝播パターンを制御できることが好まし
い。以下の説明から明白となるように、この伝播パター
ンが無線周波数のエネルギーを室２０内の予め定められ
たイオン化帯域へ指向させるように調整されることが重
要である。
【００２１】図面はまた装置１０が台座２４を含んでい
ることも示している。特に台座２４は、底部１８上に取
付けられ、容器１２で取囲まれている。この形状は、２
０内に多少突出するように台座２４を配置する。基板２
６は台座２４上に置かれて、その表面２８を室２０に露
出させる。本発明で意図するように、基板２６は装置１
０のオペレータがプラズマエッチングまたはプラズマ被
着によって改質することを望む表面２８を有するいずれ
かの材料で作ることができる。
ることも示している。特に台座２４は、底部１８上に取
付けられ、容器１２で取囲まれている。この形状は、２
０内に多少突出するように台座２４を配置する。基板２
６は台座２４上に置かれて、その表面２８を室２０に露
出させる。本発明で意図するように、基板２６は装置１
０のオペレータがプラズマエッチングまたはプラズマ被
着によって改質することを望む表面２８を有するいずれ
かの材料で作ることができる。
【００２２】磁石３０が図示されるように容器１２の外
部に実際に配置される。重要なことは、磁石３０の磁場
が、図示され線３２で表されるように基板２６の表面２
８に実質的に平行に配向されることである。本発明で想
像されるように、磁石３０はこの分野で周知のいずれか
の形式のもの、例えば永久磁石または電磁装置にするこ
とができる。使用される磁石の形式に関係なく上述した
ように、重要なことは磁場３２が改質すべき表面２８に
実質的に平行に配向されることである。また、磁場３２
を容器１２の対称中心であって表面２８に直角な軸線の
まわりに回転させることも有利とされる。そのばあい、
また再び述べるが上述したように、重要なことは磁場３
２が表面２８に実質的に平行に、それ故に容器１２の中
心軸線に直角に配向して保持されることである。本発明
の目的のために、磁場３２は関連分野で周知のいずれか
の手段で回転されることができる。
部に実際に配置される。重要なことは、磁石３０の磁場
が、図示され線３２で表されるように基板２６の表面２
８に実質的に平行に配向されることである。本発明で想
像されるように、磁石３０はこの分野で周知のいずれか
の形式のもの、例えば永久磁石または電磁装置にするこ
とができる。使用される磁石の形式に関係なく上述した
ように、重要なことは磁場３２が改質すべき表面２８に
実質的に平行に配向されることである。また、磁場３２
を容器１２の対称中心であって表面２８に直角な軸線の
まわりに回転させることも有利とされる。そのばあい、
また再び述べるが上述したように、重要なことは磁場３
２が表面２８に実質的に平行に、それ故に容器１２の中
心軸線に直角に配向して保持されることである。本発明
の目的のために、磁場３２は関連分野で周知のいずれか
の手段で回転されることができる。
【００２３】望まれるならば、電源３４はコネクタ３６
を経て帯電プレート３８に電気的に連結されて備えるこ
とができるということである。図示されるように、帯電
プレート３８は台座２４に取付けられ、基板２６に容量
結合（静電結合）を行われる。当業者に周知の方法で電
源３４が作動され、基板２６の電位を選択的に変化させ
る。基板２６の電位を変化させるという同じ目的のため
に確立可能な他の構造では、電極４０は容器１２の壁１
４上にて室２０内に取付けられる。この構造では、電極
４０はコネクタ４２およびスイッチ４４を経て電源３４
に連結される。スイッチ４４の作動は電源３４をライン
４５を経て直接に基板２６に連結する回路を閉結する。
を経て帯電プレート３８に電気的に連結されて備えるこ
とができるということである。図示されるように、帯電
プレート３８は台座２４に取付けられ、基板２６に容量
結合（静電結合）を行われる。当業者に周知の方法で電
源３４が作動され、基板２６の電位を選択的に変化させ
る。基板２６の電位を変化させるという同じ目的のため
に確立可能な他の構造では、電極４０は容器１２の壁１
４上にて室２０内に取付けられる。この構造では、電極
４０はコネクタ４２およびスイッチ４４を経て電源３４
に連結される。スイッチ４４の作動は電源３４をライン
４５を経て直接に基板２６に連結する回路を閉結する。
【００２４】
【作動】本発明の装置１０の作動において、基板２６は
表面２８を露出させて台座２４上に置かれる。台座２４
および基板２６はその後容器１２の室２０内に配置され
る。このとき、室２０は密封される。次に、イオン化さ
れてプラズマになされるガス材料が室２０内に導入され
る。本発明の装置１０に使用する特定ガスは一般に選択
の問題であり、カーボンテトラフルオライドガスがエッ
チング作業に好適であり、シランが被着作業に好適であ
ると知られている。
表面２８を露出させて台座２４上に置かれる。台座２４
および基板２６はその後容器１２の室２０内に配置され
る。このとき、室２０は密封される。次に、イオン化さ
れてプラズマになされるガス材料が室２０内に導入され
る。本発明の装置１０に使用する特定ガスは一般に選択
の問題であり、カーボンテトラフルオライドガスがエッ
チング作業に好適であり、シランが被着作業に好適であ
ると知られている。
【００２５】基板２６が室２０内に一旦位置決めされた
ならば、全ての調整は磁石３０に対して行われ、この磁
石は基板２６の表面２８に対して実質的に平行に磁場３
２を配向させることが必要である。本発明の目的のため
に、５０〜１０００ガウスの範囲の強さの磁場が使用さ
れる。次に、アンテナ２２が作動されて無線周波数のエ
ネルギーを室２０内へ指向させる。本発明では、広い周
波数範囲が使用できる。アンテナ２２の無線周波数エネ
ルギーの周波数は、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲にするこ
とが好ましい。
ならば、全ての調整は磁石３０に対して行われ、この磁
石は基板２６の表面２８に対して実質的に平行に磁場３
２を配向させることが必要である。本発明の目的のため
に、５０〜１０００ガウスの範囲の強さの磁場が使用さ
れる。次に、アンテナ２２が作動されて無線周波数のエ
ネルギーを室２０内へ指向させる。本発明では、広い周
波数範囲が使用できる。アンテナ２２の無線周波数エネ
ルギーの周波数は、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの範囲にするこ
とが好ましい。
【００２６】本発明の目的のために、アンテナ２２は室
２０内に位置されたイオン化帯域４６に無線周波数のエ
ネルギーを指向させるように構成された発生器である。
特に、これらのイオン化帯域４６は基板２６と容器１２
の壁１４との間に位置される。無線周波数のエネルギー
は電子磁気音波（ＥＭＳ）の形式であるのが好ましい。
電子磁気音波が好ましいとするこのことは、装置１０に
よって確立された磁気絶縁がトランスフォーマー結合プ
ラズマ（ＴＣＰ）に使用される同様なアンテナによって
通常発生されるような方位誘導（inducement of an azi
muthal）を防止するという事実による。したがって、磁
気絶縁と両立できる装置１０用の無線周波数による加熱
方法を使用することが重要である。磁場を横断して伝播
するので、電子磁気音波はこの目的のために好適であ
る。その結果、アンテナ２２の設計、および使用すべき
特定の無線周波数は、電子磁気音波を発生させるものと
して選択されねばならない。
２０内に位置されたイオン化帯域４６に無線周波数のエ
ネルギーを指向させるように構成された発生器である。
特に、これらのイオン化帯域４６は基板２６と容器１２
の壁１４との間に位置される。無線周波数のエネルギー
は電子磁気音波（ＥＭＳ）の形式であるのが好ましい。
電子磁気音波が好ましいとするこのことは、装置１０に
よって確立された磁気絶縁がトランスフォーマー結合プ
ラズマ（ＴＣＰ）に使用される同様なアンテナによって
通常発生されるような方位誘導（inducement of an azi
muthal）を防止するという事実による。したがって、磁
気絶縁と両立できる装置１０用の無線周波数による加熱
方法を使用することが重要である。磁場を横断して伝播
するので、電子磁気音波はこの目的のために好適であ
る。その結果、アンテナ２２の設計、および使用すべき
特定の無線周波数は、電子磁気音波を発生させるものと
して選択されねばならない。
【００２７】図面に示されたイオン化帯域４６ａおよび
４６ｂは、イオン化帯域４６を代表している。室２０の
内部において基板２６の表面２８の上方に、またイオン
化帯域４６ａおよび４６ｂの間に領域４８が形成され
る。装置１０の作動時におけるこの領域４８の重要性
は、プラズマが室２０内に発生されたときに効果を発揮
する。
４６ｂは、イオン化帯域４６を代表している。室２０の
内部において基板２６の表面２８の上方に、またイオン
化帯域４６ａおよび４６ｂの間に領域４８が形成され
る。装置１０の作動時におけるこの領域４８の重要性
は、プラズマが室２０内に発生されたときに効果を発揮
する。
【００２８】上述で暗示されたように、無線周波数のエ
ネルギーが室２０内に伝播されると、イオン化帯域４６
にプラズマが発生される。容器１２の壁１４は絶縁材料
（例えばガラス）で作られているので、また室２０内で
の磁場３２の配向（すなわち表面２８に平行である）の
ために、発生されたプラズマはイオン化帯域４６および
そのイオン化帯域４６間の領域４８に概ね閉じ込められ
る。これは、幾つかの相互に関係する理由によって生じ
る。第一に、壁の絶縁性が、プラズマ内の自由電子を壁
１４を通しての伝導によってプラズマから離脱しないよ
うに保持することで、壁に対する電子およびイオン束を
等しくする。第二に、磁場３２がそれに対して直角方向
のプラズマの移動を抑制する。したがって、表面２８へ
向う自由電子束は大幅に減少される。第三に、磁場３２
はそれに平行な方向へのプラズマ移動に対してたとえあ
ったとしても比較的小さい影響しか及ぼさないので、プ
ラズマ密度は自由且つ均一に領域４８内で増大する。こ
れらの全ての結果として、プラズマは基板２６に対して
負に帯電されて保持される。また、非常に重要なことで
あるが、磁場３２は基板２６をプラズマで発生される熱
から効果的に断熱し、したがって基板２６は受入れ難い
ような熱損傷を受けることはない。
ネルギーが室２０内に伝播されると、イオン化帯域４６
にプラズマが発生される。容器１２の壁１４は絶縁材料
（例えばガラス）で作られているので、また室２０内で
の磁場３２の配向（すなわち表面２８に平行である）の
ために、発生されたプラズマはイオン化帯域４６および
そのイオン化帯域４６間の領域４８に概ね閉じ込められ
る。これは、幾つかの相互に関係する理由によって生じ
る。第一に、壁の絶縁性が、プラズマ内の自由電子を壁
１４を通しての伝導によってプラズマから離脱しないよ
うに保持することで、壁に対する電子およびイオン束を
等しくする。第二に、磁場３２がそれに対して直角方向
のプラズマの移動を抑制する。したがって、表面２８へ
向う自由電子束は大幅に減少される。第三に、磁場３２
はそれに平行な方向へのプラズマ移動に対してたとえあ
ったとしても比較的小さい影響しか及ぼさないので、プ
ラズマ密度は自由且つ均一に領域４８内で増大する。こ
れらの全ての結果として、プラズマは基板２６に対して
負に帯電されて保持される。また、非常に重要なことで
あるが、磁場３２は基板２６をプラズマで発生される熱
から効果的に断熱し、したがって基板２６は受入れ難い
ような熱損傷を受けることはない。
【００２９】被着作動に関しては、プラズマが領域４８
で発生され、このプラズマの発生で生じたニュートラル
が基板２６の表面２８に被着するようになされる。当業
者には認識されるように、表面２８を覆うためにマスク
を使用して、被着が表面２８の選択部分にだけ生じるよ
うにすることができる。さらに、装置１０で発生し得る
領域４８におけるプラズマ密度の増大およびプラズマ密
度の均一化のために、表面２８上での被着は迅速かつ十
分な生産量で行うことができる。
で発生され、このプラズマの発生で生じたニュートラル
が基板２６の表面２８に被着するようになされる。当業
者には認識されるように、表面２８を覆うためにマスク
を使用して、被着が表面２８の選択部分にだけ生じるよ
うにすることができる。さらに、装置１０で発生し得る
領域４８におけるプラズマ密度の増大およびプラズマ密
度の均一化のために、表面２８上での被着は迅速かつ十
分な生産量で行うことができる。
【００３０】エッチング作動に関しては、陽イオンが基
板２６の表面２８に吸引されることが必要である。した
がって、プラズマに対して基板２６に負電位を確立する
ことが望まれる。この電位で、プラズマから陽イオンが
表面２８に吸引されて該面をエッチングする。基板２６
の負電位の確立は幾つもの方法で達成できる。
板２６の表面２８に吸引されることが必要である。した
がって、プラズマに対して基板２６に負電位を確立する
ことが望まれる。この電位で、プラズマから陽イオンが
表面２８に吸引されて該面をエッチングする。基板２６
の負電位の確立は幾つもの方法で達成できる。
【００３１】図面によれば、電源３４が帯電プレート３
８に負電荷を与えるために、また表面２８に容量的に電
荷を与えるために選択的に作動できる。したがって、こ
れはイオンビームとして表面２８へ向けて陽イオンを吸
引する。このイオンビームは表面２８にエッチング溝を
形成するのに非常に有用である。代替例では、プラズマ
内の自由電子は電極４０によって制御できる。したがっ
て、スイッチ４４の作動によって、電源３４に調整連結
された表面２８は負に帯電されてプラズマ内のイオンを
その表面２８へ向かって向けて吸引し、エッチングを行
うようにする。
８に負電荷を与えるために、また表面２８に容量的に電
荷を与えるために選択的に作動できる。したがって、こ
れはイオンビームとして表面２８へ向けて陽イオンを吸
引する。このイオンビームは表面２８にエッチング溝を
形成するのに非常に有用である。代替例では、プラズマ
内の自由電子は電極４０によって制御できる。したがっ
て、スイッチ４４の作動によって、電源３４に調整連結
された表面２８は負に帯電されてプラズマ内のイオンを
その表面２８へ向かって向けて吸引し、エッチングを行
うようにする。
【００３２】帯電プレート３８と２６との間の容量結合
に関しては、正味の電荷が容量的に伝達できないことは
周知である。時間平均はゼロ（vanish）でなければなら
ない。これに留意して、帯電プレート３８はプラズマイ
オンを基板２６へ向けて加速するために負にパルス付勢
される。これらの負パルスの間に、負パルスの持続時間
よりも格段に長い持続時間を有する小さな正電圧が帯電
プレートに与えられる。帯電プレートが僅かに正である
時間にわたり、プラズマ電子は磁気絶縁を横断して基板
にゆっくりと接近する。換言すれば、基板はイオンバー
ストを受入れ、それに続いて電子がゆっくりと到達す
る。時間で積分した正味の電荷はゼロである。
に関しては、正味の電荷が容量的に伝達できないことは
周知である。時間平均はゼロ（vanish）でなければなら
ない。これに留意して、帯電プレート３８はプラズマイ
オンを基板２６へ向けて加速するために負にパルス付勢
される。これらの負パルスの間に、負パルスの持続時間
よりも格段に長い持続時間を有する小さな正電圧が帯電
プレートに与えられる。帯電プレートが僅かに正である
時間にわたり、プラズマ電子は磁気絶縁を横断して基板
にゆっくりと接近する。換言すれば、基板はイオンバー
ストを受入れ、それに続いて電子がゆっくりと到達す
る。時間で積分した正味の電荷はゼロである。
【００３３】本明細書で詳細に示し説明した基板表面を
改質するためにプラズマを処理する特定の装置は前述し
た目的を完全に達成して利点を与えるが、これは本発明
の現在好ましいとされる実施例を単に説明するものであ
り、また請求の範囲の欄に記載した以外に本明細書で示
した設計に限定する意図のないことを理解しなければな
らない。
改質するためにプラズマを処理する特定の装置は前述し
た目的を完全に達成して利点を与えるが、これは本発明
の現在好ましいとされる実施例を単に説明するものであ
り、また請求の範囲の欄に記載した以外に本明細書で示
した設計に限定する意図のないことを理解しなければな
らない。
【図１】本発明の装置を構成する副組立体を概略的に示
す横断面図。
す横断面図。
１０ プラズマを処理する装置 １２ 容器 １４ 壁 １６ 頂部 １８ 底部 ２０ 室 ２２ アンテナ ２４ 台座 ２６ 基板 ２８ 表面 ３０ 磁石 ３２ 磁場 ３４ 電源 ３８ 帯電プレート ４０ 電極 ４６ａ，４６ｂ イオン化帯域 ４８ 領域
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ
Claims (23)
- 【請求項１】 基板表面を改質するためのプラズマの処
理装置であって、 力線が前記表面に実質的に平行となるように配向された
磁場を確立する磁石と、 前記磁場の領域を絶縁するための、前記表面に隣接配置
された絶縁体と、 前記表面を改質するために前記領域内にプラズマを発生
させる発生装置であって、前記プラズマは予め定めたイ
オン化帯域内に発生され、前記領域は前記表面と前記絶
縁体との間に位置し、前記領域は前記領域の間に位置す
るようになされた前記プラズマ発生装置とを含むプラズ
マの処理装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載された装置であって、前
記プラズマがニュートラルを含み、前記ニュートラルが
前記表面に接触して該表面をエッチングするようになす
装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載された装置であって、前
記プラズマがニュートラルを含み、前記ニュートラルが
前記表面に接触して該表面に前記ニュートラルを被着さ
せるようになす装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載された装置であって、プ
ラズマが陽イオンを含んでおり、また装置はプラズマか
ら陽イオンを基板に吸着して表面をエッチングさせるた
めに、プラズマに対して基板を負に帯電させる帯電プレ
ートをさらに含んでいる装置。 - 【請求項５】 請求項１に記載された装置であって、磁
場を回転させる手段をさらに含んでいる装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載された装置であって、磁
場を確立するための前記磁石が永久磁石である装置。 - 【請求項７】 請求項１に記載された装置であって、前
記領域を絶縁するための前記絶縁体がプラズマおよびそ
の中の基板を保持する室を有して形成された容器である
装置。 - 【請求項８】 請求項１に記載された装置であって、プ
ラズマを発生させる前記発生装置が無線周波数のエネル
ギーを前記イオン化帯域へ伝えて前記プラズマを発生さ
せるようになすアンテナである装置。 - 【請求項９】 請求項１に記載された装置であって、前
記絶縁体が前記基板と磁場を確立するための前記磁石と
の間に位置された装置。 - 【請求項１０】 請求項１に記載された装置であって、
前記絶縁体が前記基板とプラズマを発生させるための前
記発生装置との間に位置された装置。 - 【請求項１１】 基板表面を改質するためのプラズマの
処理装置であって、 軸線を定め、内部の前記プラズマを絶縁する室を有して
形成された容器であって、前記基板は前記室内に配置さ
れ、前記基板の前記表面が前記軸線に対して実質的に直
角に配向されるようになされる前記容器と、 前記室内に磁場を確立するために前記容器の外部に配置
された磁石であって、前記磁場は前記軸線に対して実質
的に直角に与えられるようになされる前記磁石と、 無線周波数のエネルギーを前記室を通して前記軸線に沿
って伝播させ、前記プラズマを前記室内に発生させて前
記基板の前記表面を改質するようになすための前記容器
の外部に配置されたアンテナとを含んでいるプラズマの
処理装置。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載された装置であっ
て、プラズマが前記室内の二つのイオン化帯域で発生さ
れ、前記イオン化帯域の各々は前記基板と前記容器との
間に位置されている装置。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載された装置であっ
て、プラズマが前記室内の領域で発生され、前記領域は
前記イオン化帯域間に位置されて、均一密度のプラズマ
を前記領域に形成するようになされた装置。 - 【請求項１４】 請求項１０に記載された装置であっ
て、前記容器がガラスで作られている装置。 - 【請求項１５】 請求項１１に記載された装置であっ
て、前記プラズマ内のイオンを前記基板の前記表面へ向
けて加速させ、前記表面を改質するようにさせるための
前記容器の外部に配置された電極手段をさらに含む装
置。 - 【請求項１６】 請求項１１に記載された装置であっ
て、前記磁場を前記軸線のまわりに回転させるための手
段をさらに含む装置。 - 【請求項１７】 請求項１１に記載された装置であっ
て、前記磁場が約１００〜１０００ガウスの範囲の磁場
強度を有する装置。 - 【請求項１８】 請求項１１に記載された装置であっ
て、前記磁石手段が少なくとも３極を有する積層型変圧
器である装置。 - 【請求項１９】 請求項１１に記載された装置であっ
て、前記無線周波数のエネルギーが約１ＭＨｚ〜約１Ｇ
Ｈｚの範囲の周波数を有する装置。 - 【請求項２０】 自由電子、陽イオンおよびニュートラ
ルを含むプラズマを処理して基板表面を改質するように
する方法であって、 表面を有する基板を容器の絶縁された室内に位置決めす
る段階であって、前記容器は軸線を定めており、前記基
板の前記面が前記軸線に対して直角に配向されて前記室
内に配置される前記段階と、 前記プラズマを前記室内に発生させて前記基板の前記面
を改質するようになすために、無線周波数のエネルギー
を前記室内に伝播する段階と、 前記室内に磁場を確立する段階であって、前記磁場は前
記軸線に対して実質的に直角に与えられて前記プラズマ
を前記基板から絶縁するようになされた前記段階とを含
む方法。 - 【請求項２１】 請求項１９に記載された方法であっ
て、前記磁場を前記軸線のまわりに回転させる段階をさ
らに含む方法。 - 【請求項２２】 請求項１９に記載された方法であっ
て、前記プラズマ内の陽イオンを前記基板の前記表面へ
向かって加速させて前記表面を改質するようにするため
に、前記基板に負の電荷を付与する段階をさらに含む方
法。 - 【請求項２３】 請求項１９に記載された方法であっ
て、前記伝播段階が無線周波数のエネルギーをイオン化
帯域へ向けて方向決めすることで達成され、前記イオン
化帯域が前記基板と前記容器との間に位置されている方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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