(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置におけるプラズマ密度の均一化を可能にする。【解決手段】板面を有する被処理体が内部に配置される処理室と、処理室内にプラズマガスを供給するガス供給部と、処理室内に配置された被処理体の板面の前面側にプラズマを生成するプラズマ生成部と、処理室内に配置された被処理体の外周縁の一部または全部の前面側に磁力を作用させる磁力付与部が備えられており、外周縁においてプラズマを活性化してプラズマの均一化を可能にする。【選択図】図１
2018081805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板面を有する被処理体が内部に配置される処理室と、
前記処理室内にプラズマガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内に配置された前記被処理体の板面の前面側にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記処理室内に配置された被処理体の外周縁の一部または全部の前面側に磁力を作用させる磁力付与部と、が備えられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記磁力付与部が、永久磁石または／および電磁石を有す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】
前記外周縁の前面側に、プラズマ生成時に前記プラズマ生成部によって生成されたプラズマのプラズマ密度の減衰域が位置することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
プラズマ生成部は、プラズマ生成時に、プラズマ密度が、前記板面方向において所定の範囲内の平坦域と、プラズマ密度が変動範囲を超えて減衰する減衰域とを有するプラズマを生成するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記磁力付与部は、所望の減衰域の領域で、０．０３〜０．０８テスラの磁場を付与し、平坦域に与える磁場が０．０１テスラ以下であることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記被処理体が設置される処理室内の箇所の外周側に磁力付与部が設置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記磁力付与部は、前記被処理体が設置される処理室内の箇所の外周側に巻き回された電磁コイルを有することを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記磁力付与部と前記被処理体の外周端が位置する箇所との間に、断熱材が配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記磁力付与部は、前記処理室内に配置された被処理体の外周縁の一部または全部の前面側において、被処理体から遠い側から被処理体に近い側に向かう磁力線を発生するものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記処理室は、前記処理室内に配置された被処理体の外周縁の前面側の側方に、絶縁壁が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
処理室内に板面を有する被処理体を配置し、処理室内にプラズマを生成して被処理体の処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ生成では、前記被処理体の板面の前面側に、プラズマ密度を所定の範囲内にする平坦域を生成し、
前記平坦域の外周側でプラズマ密度が減少する減衰域に磁力を作用させて減衰域におけるプラズマ密度を増加させて平坦域を拡大することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記平坦域は、プラズマ密度が所定の基準値に対し±２．５％の範囲内にあることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理体にプラズマの作用を与えて被処理体の処理を行うプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体やガラス基板の加工に用いられる誘導結合プラズマ成膜装置は、基体表面に薄膜を形成したり、基体表面に対するエッチング処理を行ったりする。例えば、薄膜を行う場合、減圧した処理室内において高周波電圧により原料ガスとキャリアガスをプラズマ化して分解させ、電極上に置いた被成膜試料に析出させる方法である。一般的にアンテナ電極を処理室の外部に有し、処理室とアンテナ電極を分ける誘電体製の窓を介して電磁波を導入する方式では、処理室側に不均一なプラズマを生成する特徴がある。特に大型ガラス基板等の試料で均一な成膜を行うためには、誘電体製の窓から試料を十分に離すことで拡散によりプラズマを均一化する方法が用いられてきている。
【０００３】
また、従来のプラズマ処理装置においてはプラズマ形状を制御するため、特許文献１、２に示すように、チャンバー外部に永久磁石や、電磁コイルを取り付けることで均一磁場、磁気ミラー又はカスプ、或いは磁気中性領域などの磁場配位を印加するように構成されているものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１９６５８号公報
【特許文献２】特開２００５−１４９９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、プラズマ発生時のプラズマ密度は、チャンバー内で空間的に必ずしも均一ではなく、処理室壁面の周辺領域では密度分布が低下する。そのため、従来は、大面積で均一な高密度プラズマを制御することは困難である。つまり、処理室壁面付近で発生するプラズマ密度分布の低下により、成膜装置では基板端部の膜厚、膜質が低下してしまい、エッチングなどでは作用が不均一になる。
【０００６】
この発明は、上記のような従来の課題を解決するため、磁石の作用を利用して、プラズマ密度の均一化を可能にするプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明のプラズマ処理装置のうち、第１の形態は、
板面を有する被処理体が内部に配置される処理室と、前記処理室内にプラズマガスを供給するガス供給部と、前記処理室内に配置された前記被処理体の板面の前面側にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記処理室内に配置された被処理体の外周縁の一部または全部の前面側に磁力を作用させる磁力付与部と、が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、前記磁力付与部が、永久磁石または／および電磁石を有することを特徴とする。
【０００９】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、前記外周縁の前面側に、プラズマ生成時に前記プラズマ生成部によって生成されたプラズマのプラズマ密度の減衰域が位置することを特徴とする。
【００１０】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、プラズマ生成部は、プラズマ生成時に、プラズマ密度が、前記板面方向において所定の範囲内の平坦域と、プラズマ密度が変動範囲を超えて減衰する減衰域とを有するプラズマを生成するものであることを特徴とする。
【００１１】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、前記磁力付与部は、所望の減衰域の領域で、０．０３〜０．０８テスラの磁場を付与し、平坦域に与える磁場が０．０１テスラ以下であることを特徴とする。
【００１２】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、前記被処理体が設置される処理室内の箇所の外周側に磁力付与部が設置されていることを特徴とする。
【００１３】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、前記磁力付与部は、前記被処理体が設置される処理室内の箇所の外周側に巻き回された電磁コイルを有することを特徴とする。
【００１４】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、前記磁力付与部と前記被処理体の外周端が位置する箇所との間に、断熱材が配置されていることを特徴とする。
【００１５】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、前記磁力付与部は、前記処理室内に配置された被処理体の外周縁の一部または全部の前面側において、被処理体から遠い側から被処理体に近い側に向かう磁力線を発生するものであることを特徴とする。
【００１６】
他の形態のプラズマ処理装置の発明は、前記形態のプラズマ処理装置の発明において、前記処理室は、前記処理室内に配置された被処理体の外周縁の前面側の側方に、絶縁壁が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のプラズマ処理方法の発明のうち、第１の形態は、処理室内に板面を有する被処理体を配置し、処理室内にプラズマを生成して被処理体の処理を行うプラズマ処理方法であって、前記プラズマ生成では、前記被処理体の板面の前面側に、プラズマ密度を所定の範囲内にする平坦域を生成し、前記平坦域の外周側でプラズマ密度が減少する減衰域に磁力を作用させて減衰域におけるプラズマ密度を増加させて平坦域を拡大することを特徴とする。
【００１８】
他の形態のプラズマ処理方法の発明は、前記形態のプラズマ処理方法の発明において、前記平坦域は、プラズマ密度が所定の基準値に対し±２．５％の範囲内にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、磁力付与部によって、被処理体の外周縁の一部または全部の前面側に磁力を作用させてエネルギー密度を調整することを可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置の概略を示す図である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】プラズマ発生時のプラズマ密度の状態を説明する図である。
【図４】本発明の他の実施形態のプラズマ処理装置の概略を示す図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態のプラズマ処理装置における基板と磁力付与部の位置関係を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態のプラズマ処理装置を図面に基づいて説明する。
ただし、本発明の範囲は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
なお、実施形態の装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置であり、成膜装置として使用される。ただし、本発明としてはプラズマ発生方法が誘導結合型に限定されるものではなく、適宜の方法によりプラズマを発生させるものに適用することができる。また、プラズマ処理装置における処理内容も成膜に限定されるものではなく、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤなど、適宜の処理に使用することができる。
【００２２】
（実施形態１）
プラズマ処理装置１は、本発明の処理室に相当し、断面矩形状の真空容器２を有しており、該真空容器２には、真空容器２内部を真空状態にするための真空排気系３が接続されている。
真空容器２内には、被処理体である基板１００を保持するための矩形状のステージ４と、プラズマを発生させるＲＦアンテナ５と、を備えている。ＲＦアンテナ５は、図示しない高周波電源に接続されている。ステージ４は、処理に際し設置される被処理体よりも大きいサイズとされている。
ステージ４にはバイアス電圧を印加するための電源を接続するようにしてもよい。また、真空容器２は電気的に接地されている。
【００２３】
プラズマ発生部は、ＲＦアンテナ５と、図示しない高周波電源とを有している。ＲＦアンテナ５は、真空容器２の天板２ａ直下の中心に設置されており、高周波電源は、真空器２の外部に接地され、ＲＦアンテナ５に電気的に接続されている。
なお、この実施形態ではプラズマを発生させるアンテナを処理室内に設置するものとして説明したが、アンテナを処理室外部に設置し、その作用が処理室内に及ぶようにしてもよい。また、アンテナの形状は特に限定されるものではなく、適宜の形状のアンテナを用いることができる。アンテナの形状においては、基板１００の前面で密度が均等なプラズマが得られることを考慮して既知のものを選択してもよい。
【００２４】
また、真空容器２の天板２ａには、下向きにプラズマガスを放出するプラズマガス供給部６が多数設けられており、さらに真空容器２の側壁２ｂ上部側には、成膜ガスを真空容器２内に導入するガス導入部７が設けられている。
さらに側壁２ｂには、基板１００を真空容器２に対し出し入れすることができるゲートバルブ１０が設けられており、処理時にはゲートバルブ１０は閉じられる。
【００２５】
さらに、本実施形態では、ステージ４の外周側に断熱材９が所定の幅で設置されている。断熱材としては、石英チューブ、炭化珪素チューブで被覆されたアルミナ繊維などを用いることができる。この断熱材９の外周側に電磁コイル８が巻き回されている。電磁コイル８には、真空容器２外に設置した磁力用電源が電気的に接続されており、ステージ４上に設置された基板１００の外周縁上方に磁力を作用させることができる。この際に電磁コイル８で発生する磁力線は、基板１００から離れた位置から基板１００に近づく方向に向いており、電磁コイル８の上方側をＮ極、下方側をＳ極とするように磁化させる。電磁コイル８と磁力用電源は、この実施形態では本発明の磁力付与部に相当する。なお、この実施形態では、磁石として電磁石を示したが、本発明では永久磁石を用いるものでもよく、また永久磁石と電磁石とを組み合わせたものとしてもよい。
【００２６】
図２は、図１のII-II線断面図を示すものである。この図に示されるように、基板１００がステージに設置された際の前面側の側部では、絶縁壁２０、２１が設置されている。
真空容器２内にプラズマを発生させた場合、周囲にチャンバー壁のような導体が存在すると、プラズマ中のイオンがこの導体に吸収され、この結果、導体面の近傍ではプラズマ密度が低下する現象が生じ、処理室壁面付近で発生するプラズマ密度分布が一層低下する。これを回避するために、真空容器２の側壁に絶縁壁を設ける。絶縁壁としては、石英、アルミナなどを用いることができる。また、図示していないが、図１で示す左右の側壁にも絶縁壁を設けることができる。
なお、絶縁壁の高さ範囲は、少なくとも基板に作用するプラズマの高さ範囲に対応して設けられていればよい。図では、絶縁壁の下端側は、ステージ４の上端を超えてステージ４の下端またはその近くにまで伸び、上端側はＲＦアンテナの下端にまで伸張している。これによりプラズマの作用を得たい領域の側方で絶縁壁を配置することができる。
【００２７】
次に、この実施形態のプラズマ処理装置の動作について説明する。
真空容器２のゲートバルブ１０を開け、基板１００を外部から真空容器２内に導入し、ステージ４上に、基板１００を載置する。この実施形態では、基板１００は本発明の被処理体に相当する。なお、本発明では、被処理体の大きさは特に限定されるものではないが、大型の被処理体において、処理室側壁との距離が小さくなり、外周縁でのプラズマ密度低下が顕著になる。この実施形態では、基板１００の大きさは、６８ｃｍ〜２２０ｃｍ×８８ｃｍ〜２４０ｃｍの範囲である。基板１００の設置後、真空容器２内を真空排気系３によって所定の圧力に減圧する。
【００２８】
次いで、プラズマガス供給部６を通してＲＦアンテナ５の内側にプラズマガスを供給するとともに、ガス導入部７から成膜ガスを真空容器２内に供給する。
一方、高周波電源では，所定の周波数（例えば８００ｋ〜１００ＭＨｚ）を発生させ、ＲＦアンテナ５に対し高周波電力（例えば〜２０ｋＶ）を印加する。
高周波電力は、ＲＦアンテナ５に高周波電流として流れ、ＲＦアンテナ５の下方に発生するプラズマ表面に誘導電界が形成される。
【００２９】
この際に、基板１００の前面側で、プラズマ密度が均等になるように高周波電力を付与する。しかし、ＲＦアンテナ５の作用だけでは、図３の上段の図に示すように、基板１００の外周縁の前面側を除いた領域では、プラズマ密度がほぼ平坦な平坦領域Ａが得られているが、外周縁前面側の領域では、プラズマ密度が次第に減少する減衰領域Ｂとなっている。なお、プラズマ密度は、基板１００の表面から０．１〜０．５ｃｍの距離のものを示すものである。
例えば、平坦領域Ａでは、プラズマ密度の基準値に対し、プラズマ密度が±２．５％の変動範囲になっている。この変動範囲は適宜設定することができる。基準値は、プラズマ発生部における目標値として設定することができる。一方、減衰領域Ｂでは、基準値を下回ってプラズマ密度が減少し、基準値に戻ることなく−２．５％未満のプラズマ強度に低下する領域をいう。なお、減衰領域は、装置の構造にもよるが、例えば、基板１００の端面から内側端が５ｃｍ以下の範囲に位置するものを示すことができる。ただし、本発明としては減衰領域の範囲がこれに限定されるものではない。
【００３０】
これに対し、本実施形態では、磁力付与部として電磁コイル８を配置しているので、減衰領域Ｂに磁力が作用し、プラズマの活性度を上げる。この際に磁力を付与する外周縁の内端が、前記被処理体の外周端から３〜７ｃｍの距離を有する範囲にすることができる。磁力付与により平坦域が拡大し、減衰域Ｂ１が狭くなって、より広い範囲でプラズマ処理を均等に行うことができる。なお、減衰域がなくなるように処理するものであってもよい。プラズマ密度がより平坦になった真空容器２内では、導入された成膜ガスに均等にプラズマが作用し、成膜厚さの均一化、膜質の均一化を図ることができる。なお、磁力が平坦域に大きく作用すると、平坦性が損なわれるので、平坦域の平坦性に影響がないように磁力を付与する。例えば、プラズマの活性化を行いたい減衰域の領域に０．０３〜０．０８テスラの磁場を付与する。一方、平坦域に対する磁場は、０．０１テスラ以下に抑制する。これらの磁場に規定することで、減衰域において平坦域を拡大することができるとともに、平坦域の平坦性を損なわないようにすることができる。なお、磁力は、電磁コイル８に加える電流値、電圧値を変更することによって調整することができる。
【００３１】
（実施形態２）
なお、上記実施形態では、電磁石によって磁力を付与するものとしたが、永久磁石を用いて磁力を付与するようにしてもよい。
図４は、電磁コイルに代えて、基板１００が設置される箇所の外周側にリング状の永久磁石１５を配置したプラズマ処理装置１ａを示すものである。なお、その他の構成は、前記実施形態におけるプラズマ処理装置１と同様である。
この実施形態では、永久磁石１５の磁力によって、前記実施形態と同様に基板１００の前面側の領域の外周縁においてプラズマを活性化させ、プラズマの均一化を図ることができる。なお、永久磁石１５を径方向に沿って複数のセグメントに分割し、これらのセグメントを基板１００に対する距離を変更可能とすることで上記外周縁に対する磁力の強さを調整できるようにしてもよい。
【００３２】
（実施形態３）
また、上記各実施形態では、基板の外周の全周において、磁力を作用させるものとして説明したが、上記外周縁における一部において磁力を作用させるものとしてもよい。
図５は、基板１００の角隅部の外周縁に磁力を作用させるように、基板１００の４つの角部の外側に、それぞれ永久磁石１６を配置したものである。この永久磁石１６によって、外周縁の角隅部の前面側のプラズマが活性化され、平坦域の拡大を行うことができる。角隅部は、隣接する外周縁の片が合流する地点のため、プラズマ密度の低下がより大きくなる。永久磁石１６は、基板を基準として距離を変更することで外周縁前面における磁力の大きさを調整することができる。なお、磁力を付与する外周縁の領域は適宜位置に設定することができ、磁力を付与する領域を静的または動的に変更できるようにしてもよい。
【００３３】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は、上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは前記実施形態に対する適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１    プラズマ処理装置
１ａ  プラズマ処理装置
２    真空容器
４    ステージ
５    ＲＦアンテナ
６    プラズマガス供給部
７    ガス導入部
８    電磁コイル
９    断熱材
１５    永久磁石
１６    永久磁石
２０    絶縁壁
２１    絶縁壁
１００    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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