(57)【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プラズマ形成用ガスを導入する第一のガス導入系と、導入されたプラズマ形成用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、前記第一のガス導入系がプラズマ形成用ガスを導入している状態で導入する別のガス導入系が設けられており、この別のガス導入系は、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おり、
前記第一のガス導入系は、この別のガス導入系のガス導入口に比べて、前記プラズマが形成される場所に近い位置に位置していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記別のガス導入系のガス導入口は、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く、前記排気系を構成する排気管が接続された前記真空チャンバーの開口のうち最もプラズマ形成場所から遠い縁よりも基板ホルダーの基板配置面に近い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】
前記第一のガス導入系及び前記別のガス導入系に加え、基板を処理するためのガスを導入する第二のガス導入系が設けられており、この第二のガス導入系は、前記プラズマクリーニングためのガスが導入される別のガス導入系の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ガス導入口を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
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１、２又は３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
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乃至４いずれかに記載のプラズマ処理装置。
【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。
【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プラズマ形成用ガスを導入する第一のガス導入系と、導入されたプラズマ形成用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、前記第一のガス導入系がプラズマ形成用ガスを導入している状態で導入する別のガス導入系が設けられており、この別のガス導入系は、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おり、
前記第一のガス導入系は、この別のガス導入系のガス導入口に比べて、前記プラズマが形成される場所に近い位置に位置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、前記別のガス導入系のガス導入口は、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く、前記排気系を構成する排気管が接続された前記真空チャンバーの開口のうち最もプラズマ形成場所から遠い縁よりも基板ホルダーの基板配置面に近い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、前記第一のガス導入系及び前記別のガス導入系に加え、基板を処理するためのガスを導入する第二のガス導入系が設けられており、この第二のガス導入系は、前記プラズマクリーニングためのガスが導入される別のガス導入系の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４記載の発明は、上記請求項１、２又は３の構成において、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５記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれかの構成において、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２１１，２２１，２３１の終端に接続されたガス導入体２１２，２２２，２３２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２１２，２２２，２３２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１３．５６ＭＨｚ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３１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１００ｍＴｏｒｒ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の基板配置面４００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。
【００２１】
次に、排気系１１を再び動作させ、０．１Ｔｏｒｒ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、１３．５６ＭＨｚ１０００Ｗ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、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。
【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２３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−８０ｍｍ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１２の内面における炭素膜の付着面積は、ガス導入体２３２の配置位置が−８０ｍｍの場合が一番大きくて、約１００ｃｍ２  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。
尚、プラズマ形成用のガスを導入する第一のガス導入系２１のガス導入口は、図１から明らかなように、第三のガス導入系２３のガス導入口に比べて、プラズマ形成場所に近い位置に位置している。このため、プラズマ形成用のガスは、プラズマクリーニングのためのガスに比べて、高周波エネルギーの減衰の少ない場所で導入される。
【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３５ｂ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３５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を行う際、プラズマ形成用のガスはプラズマ形成場所に近い位置から導入され、プラズマクリーニングのためはプラズマ形成場所から遠い位置から導入される。このため、プラズマクリーニングのためのガスの過度の反応が抑制されるので、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３又は４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５記載のプラズマ処理装置によれば、上記請求項１乃至４いずれかの効果に加え、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２１２，２２２，２３２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
【図１】
0003599834.tif 000002
【図２】
0003599834.tif 000003
【図３】
0003599834.tif 000004
【図４】
0003599834.tif 000005
【図５】
0003599834.tif 000006
【図６】
0003599834.tif 000007
【図７】
0003599834.tif 000008