(57)【要約】【課題】プラズマ生成容器の壁面の削れを防止して、試料表面の汚染、異物の付着を低減したプラズマ処理装置を得る。また本プラズマ処理装置を用いて、エッチング、薄膜形成、あるいは表面処理を行うプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】内部の試料５をプラズマ処理するプラズマ生成容器３、該プラズマ生成容器３内に対向して設けられたプラズマ生成用の上部電極１と下部電極２、および上記プラズマ生成容器３の壁面に沿う磁場を形成するように多層に構成された磁場発生機器１０、１２を備えることにより、複数の磁場発生機器の磁場を重ねて改善型磁場を上記壁面に生成するようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の試料をプラズマ処理するプラズマ生成容器、該プラズマ生成容器内に対向して設けられたプラズマ生成用の上部電極と下部電極、および上記プラズマ生成容器の壁面に沿う磁場を形成するように多層に構成された磁場発生機器を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
上記多層の磁場発生機器は、少なくともいずれかの一層が、対向している上記プラズマ生成容器の壁面に対して平行に移動できるようになされていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
上記多層の磁場発生機器は、少なくともいずれかの一層が生成する磁場の磁束密度を制御できるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
上記プラズマ生成容器の壁面に加熱機器を取り付けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
上記プラズマ生成容器内にアフターグロー放電プラズマを導入するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
上記請求項１〜５項に記載のプラズマ処理装置を用いてエッチング、薄膜形成および表面処理のいずれかを行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜加工等に利用される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、プラズマ生成容器壁面に２層構造以上の多極磁場等の磁場発生機器を配置したものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に高周波プラズマ処理装置が示されている。これはプラズマ密度分布の調整を可能にし、壁面削れを抑えて、プラズマ生成室内の高速クリーニングを可能にするもので、金属壁と絶縁体壁で構成され内部に放電ガスが導入されるプラズマ生成室と、該プラズマ生成室外側の絶縁体壁付近に配置され該プラズマ生成室内に高周波電界を誘起してプラズマを発生させるプラズマ生成手段と、前記プラズマ生成室内に設置されプラズマ処理する基板を載せるための基板ホルダとを備える高周波プラズマ装置において、前記プラズマ生成室内の周囲壁面近傍空間にだけ前記基板の面に対して垂直方向に主成分をもつ局所磁場を形成する局所磁場生成手段を設けている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３１１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のプラズマ処理装置は以上のように構成されているが、壁面に平行な局所磁場は、壁面において隣接する磁場成分は相殺し、無磁場領域が存在する。このため、従来の多極磁場等の磁場発生機器を備えるプラズマ処理装置においては、壁面に平行な局所磁場により、大部分の壁面がスパッタリングされることを防止できるが、前記の無磁場領域に電子が流れ込み、局所的に壁面がスパッタリングされ、この壁面の局所的削れにより、基板への表面汚染、および異物発生等を惹き起こすという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、プラズマ生成容器の壁面におけるプラズマ密度分布を制御し、自己バイアス電圧の形成に伴うプラズマ生成容器の壁面、および対向電極である上部電極の表面の局所的なスパッタリングによる削れを抑え、試料（ウエハ）表面における壁面の削れによる表面汚染、および異物の付着を防止することができると共に、上記該プラズマ生成容器の壁面におけるプラズマ密度分布の制御により、クリーニングガスによるプラズマクリーニング処理を効率的に処理できるプラズマ処理装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るプラズマ処理装置は、内部の試料をプラズマ処理するプラズマ生成容器、該プラズマ生成容器内に対向して設けられたプラズマ生成用の上部電極と下部電極、上記プラズマ生成容器の壁面に沿う磁場を形成するように多層に構成された磁場発生機器を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ生成容器の壁面におけるプラズマ密度分布を制御し、自己バイアス電圧の形成に伴う該プラズマ生成容器の壁面、および対向電極である上部電極の表面の局所的なスパッタリングによる削れを抑え、試料表面における壁面の削れによる表面汚染、および異物の付着を防止することができる。また、上記プラズマ生成容器の壁面におけるプラズマ密度分布の制御により、クリーニングガスによるプラズマクリーニング処理を効率的に処理できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
この発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ生成容器の中に試料例えばウエハを導入し、活性なイオン種、およびラジカル種を用いてプラズマ処理するもので、プラズマ生成容器内に高周波電力を印加する下部電極と、これに対向する上部電極とを備える。更に上記の上下部電極の裏面、および上記プラズマ生成容器の壁面に対して平行な磁場配位を構成するように、上記プラズマ生成容器の壁面、上下部電極の裏面に多極磁場を発生する電磁石または永久磁石の磁場発生機器が、２層構造以上の多層構造に配置されているプラズマ処理装置である。
【０００９】
この発明に係るプラズマ処理装置は、上述のように、電磁石または永久磁石の多極磁場発生機器によりプラズマ生成容器の壁面、および上下部電極の裏面の壁面の近傍付近のみに磁場配位を有する局所磁場を形成する。この局所磁場の形成により、壁面近傍のプラズマ密度分布を制御し、プラズマ生成容器の壁面表面上におけるスパッタリングを制御することができる。
【００１０】
以下図について説明する。図１は、この発明の一実施の形態であるプラズマ処理装置の断面図である。本プラズマ処理装置のプラズマ生成容器３内に高周波電力を印加する高周波電極２（以下、下部電極２という）と該下部電極２と対向する対向電極１（以下、上部電極１という）が配置されている。下部電極２には試料（ウエハ）５が載せられている。また下部電極２にはブロッキングコンデンサ（容量）７を介して高周波電源６が接続されている。一方、対向して配置されている上部電極１は接地されている。プラズマ生成容器３には、プラズマ処理を行うためのガスを導入するガス導入口４が設けられ、更にプラズマ生成したガスを排気するガス排気口８が設けられている。
【００１１】
プラズマ生成容器３の側壁面、および上下部電極１、２の裏面に位置する壁面に対して平行な磁場配位を構成するように、プラズマ生成容器３の壁面に局所磁場（Ａ）１１ａを生成する電磁石または永久磁石からなる第１の磁場発生機器１０を備えている。この磁場発生機器１０はプラズマ生成容器３の壁面に沿って、互いに極性を違えて配置された永久磁石または電磁石からなる。更にこの第１の磁場発生機器１０の外周辺部に可動機構付きの第２の磁場発生機器１２が装備され、第１と第２の磁場発生機器１０と１２により２層構造の磁場発生機器構成している。第２の磁場発生機器１２は図１中の太い矢印方向、すなわち対向するプラズマ生成容器３の壁面に平行に移動できるようになされている。この第２の磁場発生機器１２は第１の磁場発生機器１０よりも大きな磁束密度を発生する。第２の磁場発生機器１２の磁極配列はＮＮＳＳのように２対以上の配列とし、磁極配列の間隔は、第１の磁場発生機器１０の磁極配列間隔より大きくする。第１と第２の磁場発生機器１０と１２の間隔はプラズマ生成容器３の表面における磁力線が、２層構造の磁場発生機器の磁力線の重畳により、プラズマ発生容器３の壁面にて磁束密度がゼロに終端しないように構成されている。
【００１２】
次に、第１と第２の磁場発生機器１０と１２が電磁石の場合を例として、図1のプラズマ処理装置の動作を説明する。ガス導入口４より、プラズマ生成容器３内に反応性ガスを導入する。一方、ガス排気口８からプラズマ生成容器３内のガス圧力が所定の圧力に保たれるように排気を行う。次に、高周波電源６により上部電極１と下部電極２間に高周波電力を印加することにより、プラズマ９を生成し、上記反応性ガスの活性なイオン種及びラジカル種を発生させる。このとき、プラズマ９と高周波電源６間のインピーダンス整合回路において、プラズマの電子とイオンの移動度の差により、ブロッキングコンデンサ（容量）７が負に帯電し、下部電極２の表面上に負の自己バイアス（Vdc）が形成される。そこでプラズマ生成容器３内の壁面、および上部電極１、下部電極２の表面にもＤＣ電位が形成される。
【００１３】
図２は図1に丸枠ａで囲んで示す部分、特にＡ−Ａ’部の拡大図（イメージ）である。図２に示すように、プラズマ生成容器３内の壁面に取り付けられた第１の磁場発生機器１０にて形成される壁面に平行な局所磁場（Ａ）１１ａが、その外周辺部に取り付けられた可動機構付きの第２の磁場発生機器１２による局所磁場（Ｂ）１１ｂとの重畳効果により、壁面に取り付けられた磁場発生機器１０の、壁面に平行な磁束の存在しない無磁場領域１４を緩和した改善型局所磁場１３が形成される。この改善型局所磁場１３は、第２の磁場発生機器１２を移動させることにより、また、第２の磁場発生機器１２が電磁石の場合には、その励磁電流を制御することにより、プラズマ生成容器３の壁面に形成される磁力線が終端する磁束密度をゼロにしないように最適なものに調整される。この改善局所磁場１３により、無磁場領域１４への電子の壁面への流れ込みが低減され、プラズマの拡散を防止し、壁面のスパッタリング率を低下することができる。
【００１４】
以上説明したとおり、この発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置は、第１の磁場発生機器１０および第２の磁場発生機器１２により、プラズマ生成容器３の壁面および上下部電極１、２の裏面の壁面の近傍付近のみに磁場配位を有し、壁面近傍の無磁場領域１４を緩和した改善型局所磁場１３を所望の磁束密度にて形成できる。したがって、この壁面に平行な改善型局所磁場１３の形成により、プラズマ生成容器３の壁面近傍のプラズマ密度分布を制御し、プラズマ生成容器３の壁面表面上におけるスパッタリング率を制御することができる。その結果、プラズマ生成容器３の壁面表面のスパッタリングによる削れを抑え、試料５の表面における壁面材料からの金属汚染、及び、異物の付着を防止することができる。
【００１５】
更にプラズマ生成容器３の壁面に堆積（デポジション）した堆積膜を除去するため、所望のクリーニングガスをガス導入口４から導入し、プラズマクリーニング処理する場合には、プラズマ生成容器３の壁面における局所磁場（Ａ）（Ｂ）の磁束密度を制御して壁面近傍の磁束密度をゼロに制御することにより、プラズマ生成容器３の壁面をクリーニングプラズマによって効率的にスパッタリングを行えるため、クリーニング処理を短時間に行うことができる。
【００１６】
以上のようにこの実施の形態１に係るプラズマ処理装置では、プラズマ処理における壁面の削れによる金属汚染、異物の発生を防止でき、更にプラズマクリーニング処理も効率的に行うことができる。
なお、この実施の形態に示されたプラズマ処理装置を用いて、エッチング、薄膜成形あるいは表面処理等を行うことができることはいうまでもない。
【００１７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、プラズマ処理装置のプラズマ生成容器の壁面に取り付けた第１の磁場発生機器１０を固定した場合を示したが、実施の形態２では、図３、図４に示すように、第１の磁場発生機器１０にも可動機構１５を用いた例を示す。図４は、図３のプラズマ処理装置の丸枠ｂにおけるＣ−Ｃ’間の拡大図である。可動機構１５は第１の磁場発生機器１０の各磁極をプラズマ生成容器３の壁面に沿って高速度で一方向または往復に移動させる構成になされている。
【００１８】
図４に示すように、第１の磁場発生機器１０に可動機構１５を取り付け、これにより磁場発生機器１０を高速度で移動させ、プラズマ生成容器３の壁面上の磁力線の終端部を揺動させることにより、壁面の同一箇所が少しでも磁束密度がゼロになる時間を短縮し、これにより局所的なスパッタリングを時間平均的にする。これにより局所磁場１１ａの磁力線の終端部における磁束密度がゼロになることを更に改善でき、プラズマ９から電子が磁力線の終端部に流れ込み、プラズマ生成容器３の壁面が局所的にスパッタリングされる問題点も更に低減できる効果がある。
【００１９】
さらに、上記実施の形態の磁場発生機器を有するプラズマ処理装置のプラズマ生成容器３の壁面に、加熱機器（図示せず）を付設した場合、プラズマ生成容器３の壁面に堆積（デポジション）する堆積膜の量を低減化でき、プラズマクリーニング処理における効率化が図れ、プラズマクリーニング時間が短縮でき、壁面がプラズマに晒されスパッタリングされる時間の短縮化、異物の発塵を防止できる。
なお、この実施の形態に示されたプラズマ処理装置を用いて、エッチング、薄膜成形あるいは表面処理等を行うことができることはいうまでもない。
【００２０】
実施の形態３．
また図５に示すように、上記各実施の形態の磁場発生機器を有するプラズマ処理装置のプラズマ生成容器３の壁面に、アフターグロー放電プラズマ源１６を取り付けた場合には、プラズマ生成容器３の壁面に堆積（デポジション）した堆積膜のプラズマクリーニング処理において、アフターグロー放電プラズマ源１６からクリーニングに有効である活性なラジカル種１７をプラズマ生成容器３内に所望の量だけ供給できるため、堆積膜のプラズマクリーニング処理のさらなる効率化（高速クリーニング）を図ることができる。このため、上述した、壁面に加熱機構を付設したプラズマ処理装置と同様または更に効率的にプラズマ生成容器３内のプラズマクリーニング処理におけるプラズマ曝露時間を短縮化し、これによりプラズマ生成容器３の壁面のスパッタリングを削減できるため、壁面材料の金属汚染、および壁面からの異物発塵の撲滅を図ることができる。
なお、この実施の形態に示されたプラズマ処理装置を用いて、エッチング、薄膜成形あるいは表面処理等を行うことができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマを用いてウエハの加工等に利用する装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ処理装置を示す略線断面図である。
【図２】図１の丸枠内のＡ−Ａ’部分の拡大図（イメージ）である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るプラズマ処理装置を示す略線断面図である。
【図４】図３の丸枠内のＣ−Ｃ’部分を拡大して示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るプラズマ処理装置を示す略線断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  上部電極（対向電極）、            ２  下部電極（高周波電極）、
３  プラズマ生成容器、              ４  ガス導入口、
５  試料（ウエハ）、                  ６  高周波電源、
７  ブロッキングコンデンサ（容量）、  ８  ガス排気口、
９  プラズマ、                    １０  第１の磁場発生機器、
１１ａ  局所磁場、                  １１ｂ  局所磁場、
１２  第２の磁場発生機器、          １３  改善型局所磁場、
１４  無磁場領域、                  １５  可動機構、
１６  アフターグロー放電プラズマ源、
１７  ラジカル種。
【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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