(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英、あるいはアルミナ等の誘電体から構成され、内部にプラズマ処理領域が形成される真空容器と、
前記真空容器に対してガスを給・排気する手段と、
前記真空容器の外側周囲に配置され、該真空容器内に給気されるガスを放電させる筒状の第１電極と、
前記真空容器の外側周囲に配置される磁石と、
前記筒状の第１電極に高周波電力を印加する高周波電力印加手段とを備え、
前記第１電極に高周波電力を印加して前記真空容器内でプラズマを発生させるプラズマ処理装置であって、
前記筒状の第１電極の外周に磁気回路を形成するヨークを配し、筒状の第１電極とヨークとで前記磁石を挟持するようにしたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変形マグネトロン高周波放電型のプラズマ処理装置に係り、特にプラズマを利用して各種処理を行う装置、例えば被処理基板の表面に形成された膜をプラズマによってドライエッチングするプラズマエッチング装置や、プラズマによる気相反応を利用して被処理基板の表面に薄膜を作成するプラズマＣＶＤ(化学蒸着)装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種半導体デバイスや液晶ディスプレイ、太陽電池等の製造工程においてプラズマを利用した処理が盛んに行われている。例えば、シリコン半導体上に形成した酸化シリコン膜のエッチングでは、ドライエッチングの手法の一つとして、プラズマ中で生成される活性種やイオンの作用を利用してエッチングをすることが行われている。また、半導体デバイスの高集積化に伴って配線も多層配線になり、配線と配線の間に絶縁膜(層間絶縁膜)を設けなければならない。プロセスを行う反応室の中に反応性ガスを導入し、熱を加えてガスを反応させ、基板表面に成膜する方法もあるが、この方法は、比較的に高い温度を必要とするのでデバイスに不具合も多く、最近は反応の活性化に必要なエネルギーはグロー放電を通じて生ずるプラズマによって与えられるプラズマＣＶＤ法が広く使われている。さらに、太陽電池などの成膜にもプラズマＣＶＤ法が使われている。
【０００３】
代表的なプラズマプロセスであるドライエッチングにおいて、被処理基板の大面積化及び装置のスループットの向上に対応できる均一高密度プラズマの生成、電子テバイス構造の微細化及び多層化に対応するための加工精度及び選択性の向上等が求められている。また、プラズマの均一性の向上は、チャージアップダメージの低減の面からも要求されている。このような要求に対処すべく、各種のプラズマ源の開発が進められている。
【０００４】
しかしながら、ＥＣＲ（Electron-Cyclotron-Resonance）プラズマ源、誘導結合プラズマ源（ＩＣＰ:Inductively-Coupled Plasma）、マイクロ表面波、ヘリコン波等の高密度プラズマ源はプラズマの密度は十分であるが、φ３００ｍｍ内の均一性の確保が十分とは言えない状況である。また、上記した高密度プラズマ源においては、プロセス用ガスの過度の解離を抑制するためにプラズマの電子温度を低く抑えることが必要とされている。特に、シリコン酸化膜のエッチングにおいては、上記の要請に応える高密度プラズマ源は開発途中にあり、特にガスの過度の解離によるエッチング選択性の低下と基板表面での電荷蓄積が大きな課題になっている。
【０００５】
現状の高密度プラズマ源を用いるエッチングプロセスにおいて、微細なシリコン酸化膜コンタクトホールエッチング時の下地シリコンに対する選択性の低下やゲートポリシリコン電極エッチング時の電荷蓄積による異常なサイドエッチング、ゲート酸化膜の絶縁破壊などが現実に問題になっている。これらの現象は低圧高密度プラズマにおいて電子温度が高い(高エネルギー電子が存在する)ことによると考えられている。にもかかわらず、プラズマＣＶＤプロセスの場合でも、低気圧、かつ高密度プラズマが必要とされている。
【０００６】
そこで、これらの問題や要請に応えるものとして変形マグネトロン型高周波放電プラズマ処理装置が提案されている（例えば、特開平１１−１２１１９８号公報）。これを図１０に示す。プラズマ処理装置は、上下が開いた円筒状の金属製真空容器本体２と、真空容器本体２の上部からガスを真空容器１内に給気するガス給気口３と、真空容器本体２の上部開口部にはめ込まれて、ガス給気口３より給気されるガスを分散するガス分散室４と、真空容器本体２の下部開口を塞ぐ金属製の底板５と、真空容器１の下部からガスを排気する排気口６とを備える。真空容器１の上部では、ガス分散室４をシール部材１７を介して真空容器本体２に押え付けるリング状の押え部材７及びこれを覆うカバー８が必要になる。また、真空容器本体２を上下に分割してその間に２つのリング状の絶縁リング９を介して挟まれ、真空容器１内に給気されるガスを放電させる金属製のＲＦ電極１１を備える。
【０００７】
さらに真空容器１の外で２つの絶縁リング９と対応して配置され、筒状のＲＦ電極１１の軸方向にほぼ平行な磁力線を形成する２つのリング状磁石１０と、筒状のＲＦ電極１１に整合回路１３を介して高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加する高周波電源１４とを備える。真空容器１内には接地されたサセプタ１５が配置され、この上に被処理基板Ｗが載置される。ＲＦ電極１１と接地されたサセプタ１５との間に高周波電力を印加して高周波電界を形成し、真空容器１内でプラズマを発生させる。これによりプラズマ中の電子が直交電磁界にとじ込められ効率よくガスを電離してプラズマを作るようになっている。
【０００８】
上記したような構成の変形マグネトロン高周波放電型のプラズマ処理装置により、真空容器１内を真空状態にして所定のガスをガス給気口３から導入し、ＲＦ電極１１に高周波電源１４から高周波電力を印加することで、ＲＦ電極１１の表面近傍に強いリング状のプラズマができる。このプラズマの密度は十分あり、しかもＲＦ電極１１の表面に生成されたプラズマは拡散され、サセプタ１５上に載置された被処理基板Ｗ上においてほぼ均一なプラズマ密度となり、φ３００ｍｍ内の均一性の確保も十分である。また、プラズマの電子温度を低く抑えることができ、エッチング選択性の低下と基板表面での電荷蓄積も低減できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１０に示す従来のプラズマ処理装置では、次のような問題点があった。
【００１０】
（１）筒状のＲＦ電極１１が真空容器１の側壁を形成するため、真空容器壁と絶縁リング９間、絶縁リング９と筒状のＲＦ電極１１間、その他、多数箇所のシール部材が必要となるため、組み立てが難しい。また、シール箇所が多いので、高真空にするには不適である。
【００１１】
（２）金属製のＲＦ電極表面が直接プラズマと接する構造をしている。半導体製造プロセスにおいて、層間絶縁膜のような金属汚染などを気にしないプロセスであれば、アルミなどの金属表面がプラズマと接する構造でもよいが、ゲート近辺のプロセス例えば、スペーサ膜、ゲート誘電体膜などは、金属汚染を避けなければならないので、金属汚染に巌しいＬＳＩのゲート近傍のプロセスに応用するのは難しい。
【００１２】
（３）真空容器１が金属で形成され、ＲＦ電極近傍にアルミ製チャンバのような導電材料が配置されることになるため、高周波電界が狭い領域に集中する。そのためプラズマが生成される領域が小さくプラズマ処理効率が低下する。
【００１３】
本発明の課題は、変形マグネトロン高周波放電型のプラズマ処理装置において、上述した従来技術の問題点を解消して、組み立てが容易で、高真空に適し、金属汚染に巌しいプロセスに対応でき、電力損失が小さくプラズマ処理効率が向上するプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の課題は、径方向の大きさが大きくならず、円周方向の磁場均一性が得られるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、石英、あるいはアルミナ等の誘電体から構成され、内部にプラズマ処理領域が形成される真空容器と、前記真空容器に対してガスを給・排気する手段と、前記真空容器の外側周囲に配置され、該真空容器内に給気されるガスを放電させる筒状の第１電極と、前記真空容器の外側周囲に配置される磁石と、前記筒状の第１電極に高周波電力を印加する高周波電力印加手段とを備え、前記第１電極に高周波電力を印加して前記真空容器内でプラズマを発生させるプラズマ処理装置である。筒状として、例えば円筒、楕円筒、角筒などがある。筒状の第１電極の軸方向にほぼ平行な磁力線を形成する磁石は、永久磁石でも電磁石でもよい。
【００１６】
真空容器の内部にガス給気手段からガスが給気され、ガス排気手段により真空容器の内部の雰囲気が排気される。筒状第１電極表面に、筒状第１電極の軸方向にほぼ平行な成分の磁界を有するような磁力線が、磁石によって形成される。高周波電力印加手段から第１電極に対し高周波電力が供給されると、第１電極表面で放電が起こって真空容器内に導入されたガスが電離する。これにより真空容器内でプラズマが発生し、真空容器内に入れられた被処理基板がプラズマ処理される。
【００１７】
本発明によれば、真空容器の外に筒状の第１電極を配置したことにより、筒状の第１電極は真空容器壁を形成しない。このため、真空容器の間に絶縁リングを介して筒状の電極を挟むものと異なり、真空容器壁と絶縁リング間、絶縁リングと筒状の電極間のシール部材が不要となる。その結果、装置の組み立てが容易となる。またシール箇所を低減できるので、真空容器内を高真空にするのに適している。
【００１８】
本発明において、真空容器を、石英、あるいはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の誘電体から構成すると、金属で構成した場合のように真空容器壁にプラズマダメージが起きることがなくなり、プラズマダメージに起因して真空容器内の被処理基板が汚染されることが有効に防止できる。したがって、スペーサ膜、ゲート誘電体膜などのゲート近辺のプロセスにおいても、金属汚染を有効に避けることができる。
【００１９】
また、前記真空容器を、上容器と下容器とから構成し、前記上容器を、下部が開口している他は継ぎ目の無いドーム型をした一体構造物とすることが好ましい。上容器を継ぎ目の無い一体構造物にすれば真空容器の組立てが一層容易である。また誘電体で真空容器が形成されているので、筒状電極近傍にアルミ製チャンバのような導電材料を配する必要がなくなる。このため電力損失を大幅に低減でき、プラズマ処理効率が向上する。
【００２０】
また、真空容器に前記ガスを均一に供給するシャワー孔を有し、このシャワー孔と対面する位置に被処理基板を載置するサセプタを設けることが好ましい。このようにすれば、ガス流れが均一になり、被処理基板へのプラズマ処理均一性が向上する。
【００２１】
また、前記真空容器の外側であって、前記シャワー孔の外周部分に第２の電極を配置することが好ましい。第１の電極と第２の電極とで協働して高周波電力を供給すれば、第１の電極で被処理基板の周囲のプラズマ処理効率を、第２の電極で被処理基板の中央のプラズマ処理効率をそれぞれ制御できるので、被処理基板へのプラズマ処理均一性が一層向上する。また、シャワー孔近辺のガスクリーニングは、第２の電極によりエッチング速度を向上させることができ、クリーニング効率が上がる。
【００２２】
また、第２の電極は、シャワー孔を有する真空容器部分の外周外側に配置するのではなく、真空容器のプラズマ処理領域側とは反対側のシャワー孔の入口側に第２の電極を配置してもよい。プラズマ処理がプラズマＣＶＤ処理の場合、真空容器内も成膜されるので、定期的にガスクリーニングが必要であり、真空容器内の成膜においてはシャワー孔近辺に最も多量に成膜される。このシャワー孔近辺のガスクリーニングは、プラズマ処理領域側とは反対側のシャワー孔の入口側に配置した第２の電極によりエッチング速度を向上させることができ、クリーニング効率がさらに上がる。
【００２３】
また、第２の電極をシャワー孔の入口側に配置する場合、第２の電極は、シャワー孔を有する真空容器壁と接触または近接させ、前記シャワー孔と対応する位置にガス流通孔を設けることが好ましい。このようにすれば、第２の電極をシャワー孔を有する真空容器壁に接触または近接させても、第２の電極に阻害されることなく、シャワー孔からガスを供給することができる。また第２の電極を真空容器壁と接触または近接させるので、一層クリーニング効率が上がる。
【００２４】
また、第２電極のガス流通孔はシャワー孔よりも大きく形成することが好ましい。このようにすれば、組立て時にシャワー孔と第２電極のガス流通孔の位置がずれても、シャワー孔から供給されるガスの流れが阻害されない。更には、プラズマ処理領域側であるシャワー孔の径を大きくしていないので、プラズマの異常放電が起きることもない。
【００２５】
また本発明において、筒状の第１電極の外周に磁気回路を形成するヨークを配し、筒状の第１電極とヨークとで前記磁石を挟持することが好ましい。筒状の第１電極とヨークとで磁石を挟持するという簡単な構成で、真空容器の外に第１電極と磁石を配置することができるので、装置の小型化が図れる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の変形マグネトロン高周波放電型のプラズマ処理装置の実施の形態を説明する。
【００２７】
図１はプラズマ処理装置の概略断面図を示す。真空容器２１は上容器２２と下容器２３とから構成される。上容器２２はその下部が開口している他は継ぎ目のない一体構造をしたドーム型をしている。下容器２３もその上部が開口している他は継ぎ目のない一体構造をしている。上容器２２の下部開口部２４は下容器２３によりＯリングなどのシール部材（図示せず）を介して密閉されて真空を保持され、真空容器１の内部にプラズマ処理領域２０が形成される。真空容器２１は、例えば石英、アルミナ、セラミックなどの誘電体から構成される。真空容器２１を誘電体で構成すると、真空容器壁の温度を必要に応じて比較的高く温調することができる。これによりプロセス中に真空容器壁に発生するパーティクルを低減することができる。
【００２８】
真空容器２１の上部は給気されるガスを均一化する多数のシャワー孔２５が形成されて、真空容器内へ給気されるガス流れを均一にし、被処理基板Ｗへのプラズマ処理均一性を向上するようになっている。ガスシャワー孔２５が形成されている真空容器２１は誘電体で構成されているから、ガスシャワー孔２５からの金属汚染を極端に抑えることができる。多数のシャワー孔２５が形成された真空容器２１の上部は、ガス給気手段としてのガス給気口２６を中央に有するカバー２７で覆って、内部にガス分散室２８を形成し、ガス給気口２６から給気されたガスが多数のシャワー孔２５に行き渡るようにしてある。また、ガス分散室２８は、２種類以上のガスを使用する場合はガスを混合する役目も兼ねている。
【００２９】
真空容器２１の外側壁には、マグネトロン放電用の高周波電界を形成して、真空容器２１内に給気されるガスを放電させる、例えば円筒状の放電用電極２９が設けられる。放電用電極２９は例えばアルミ製あるいはアルミの表面処理を行った材料で構成される。この放電用電極２９が筒状の第１電極を構成する。同じく真空容器２１の外側壁にはリング状に形成された上下一対の永久磁石３０が設けられる。この永久磁石３０は、円筒状放電用電極２９を囲むようにリング状に配設される。一対の永久磁石３０は、その径方向に着磁され、互いに逆向きに着磁されている。これにより、円筒状の放電用電極２９の軸方向にほぼ平行な成分の磁界を有するような磁力線を、円筒状放電用電極２９内面に沿って円筒軸方向に形成するようになっている。
【００３０】
またシャワー孔２５を有する真空容器２１の上部の外周であって真空容器２１の外側に、第２電極としてリング状の補助電極３１を配置してある。補助電極３１は例えばアルミ製あるいはアルミの表面処理を行った材料で構成される。これにより放電用電極２９で被処理基板Ｗの周囲を、補助電極３１で被処理基板Ｗの中央のプラズマ処理効率をそれぞれ制御できるようにしてある。上記補助電極３１は、図２に示すように、例えば中央に真空容器２１に設けたガス分散室２８を挿通する開口部３２を設け、傘のように径方向外方に傾斜をもたせて、真空容器２１上部の傾斜に合せて真空容器２１の外周外側上に密着できるようになっている。
【００３１】
真空容器２１の下部にシリコンウェハなどの被処理基板Ｗを載置するサセプタ３３が設けられる。サセプタ３３は最下位電位とするために接地してあり、このサセプタ３３と円筒状放電用電極２９との間に高周波電力が印加される。このサセプタ３３は前記多数のシャワー孔２５と対面する位置に設ける。被処理基板Ｗを加熱するには、例えば抵抗加熱ヒータを埋め込んだサセプタを使用したり、ランプを使用して赤外線で被処理基板Ｗを加熱したり、不活性ガスを使用してプラズマを立て、そのエネルギーを利用して被処理基板Ｗを加熱する方法などがある。ここでは、サセプタＷに、窒化アルミなど耐高温、耐フッ素系プラズマ材質でできたセラミックヒータ（図示せず）を設けて、高温加熱を可能とし、低水素窒化膜など成膜時に高い基板温度を必要とするプロセスに対応することができるようにしてある。真空容器２１の下部開口部２４を密閉する下容器２３には、真空容器２１内のガスを矢印方向に排気する排気手段としての排気口３４が設けられる。
【００３２】
前記円筒状の放電用電極２９には、第一の高周波電源３５が接続されており、放電用電極２９に整合回路３６を介して高周波電力が供給されるようになっている。また、前記リング状の補助電極３１には、第二の高周波電源３７が接続されており、補助電極３１に整合回路３８を介して高周波電力が供給されるようになっている。
【００３３】
なお、図３に示すように、補助電極３１と円筒状放電用電極２９とに共通の高周波電源３５を接続して、高周波電力を供給するようにしてもよい。このように高周波電源３５を共通に使用すると、高周波電源の数を削減することができ、装置のコストダウンに有効である。この場合、補助電極３１に供給する高周波電流を制御する制御機構３９を補助電極側の高周波電力供給回路４０に設けることが好ましい。補助電極３１と円筒状放電用電極２９を単純に共通接続させると、両電極２９、３１の面積比も違うし、電極表面におけるプラズマも違うため、流れる高周波電流が極端に偏る可能性が生じる。この現象を防ぐためには、補助電極３１の高周波電力供給回路４０に高周波電流を制御する機構３９を設けて、補助電極３１に流れる高周波電流と円筒状放電用電極２９に流れる高周波電流との比を制御するのが有効である。
【００３４】
次に図１を用いて基板処理の流れについて説明する。図示しない基板搬送手段によって、真空容器２１内のサセプタ３３上に被処理基板Ｗを搬送し、図示しない排気源を用いて真空容器２１内を真空にする。次にヒータで被処理基板Ｗをその処理に適した温度に加熱する。このときプラズマに強い材質でできたセラミックヒータで加熱するので、被処理基板Ｗを３００℃〜５００℃という広い温度範囲で加熱することができる。このため、従来は、高い温度を必要とするために熱ＣＶＤ装置に頼ってきた低水素窒化膜などの成膜も可能となる。被処理基板Ｗを所定の温度に加熱後、ガス給気手段を構成する処理ガス供給ライン（図示せず）からガス給気口２６を介してシャワー孔２５を設けた誘電体製の真空容器２１内に処理ガスを供給する。
【００３５】
同時に、第一の高周波電源３５から円筒状の放電用電極２９に高周波電力を印加して放電用電極２９とサセプタ３３間に高周波電界を形成し、真空容器２１内に高密度のプラズマを発生させ、被処理基板Ｗの処理を行う。ガスの供給から停止、および高周波の供給から停止までの一連の処理の間、排気口３４を含む排気手段によって真空容器内は所定の圧力に保たれている。処理が終わった被処理基板Ｗは搬送手段を用いて真空容器外へ搬送される。
【００３６】
上述した実施の形態によれば、真空容器２１の外に円筒状の放電用電極２９を配置したことにより、筒状の放電用電極２９は真空容器壁を形成しない。このため、真空容器２１の間に絶縁リングを介して円筒状の放電用電極を挟むものと異なり、真空容器壁と絶縁リング間、絶縁リングと筒状の放電用電極間のシール部材が不要となる。その結果、部品点数が低減でき、装置の組み立てが容易となり、装置の製作コストが低減できる。またシール箇所は、上容器２２と下容器２３との間の１ヵ所となり、シール箇所を大幅に低減できるので、真空容器２１内を高真空にすることができる。その結果、真空容器２１内の圧力保持は０．１Ｐａ〜１０Ｐａと非常に広い圧力範囲を確保できるようになる。したがって例えば低圧力で高密度のプラズマを生成することができるため、高品質の高速成膜が可能であり、埋込み成膜などが可能になる。
【００３７】
また、半導体製造プロセスにおいて、金属製の真空容器を使うと金属汚染濃度は５×Ｅ１０となり、顧客が要求する金属汚染濃度の５×Ｅ９を満足できない。この点で本実施の形態では、真空容器２１に石英、あるいはアルミナ等の誘電体を使っており、プラズマと接する真空容器壁が誘電体になっているから、金属製真空容器に比べて、プラズマの真空容器壁に対するプラズマダメージが少なく、真空容器壁から発生する金属汚染を大幅に抑制することができる。その結果、プラズマダメージに起因して真空容器内の被処理基板表面に発生する金属汚染を極端に低くでき、顧客が要求する上記金属汚染濃度を充分満足できる。
【００３８】
また、真空容器２１を、上容器２２と下容器２３とから構成し、真空容器２１の本体となるべき上容器２２を、ドーム型をした下部が開口している他は継ぎ目の無い一体構造物としたので、装置の部品点数を大幅に低減することが可能となり、真空容器２１の組立てが一層容易になり、装置の製造コストを安価にできる。さらに誘電体で真空容器２１が形成されているので、真空容器の一部をアルミ製チャンバのような導電材料とする必要がなくなるため、プラズマ生成領域の狭隘化を防止でき、プラズマ処理効率が向上する。
【００３９】
また、真空容器２１にガスを均一に供給する多数のシャワー孔２５を設け、そのシャワー孔２５と対面する位置に、被処理基板Ｗを載置するサセプタ３３を設けたので、ガス流れが均一になり、被処理基板Ｗへのプラズマ処理均一性がさらに向上する。特に、プロセスガスを供給するガスシャワー孔２５から被処理基板Ｗまでの距離を例えば１０ｃｍ以上にすると、ガスシャワー孔２５から被処理基板Ｗまでの距離が十分大きくとれるため、プロセスガスが充分に活性化され、高速のプロセスが可能である。
【００４０】
また、図１の構成において、特に円筒状の放電用電極２９及びリング状永久磁石３０の上下の位置を一定の範囲で変更できるようにすると、プラズマ分布を制御することができるようになるので、被処理基板表面に最適なプラズマ分布を形成することができる。その結果、被処理基板Ｗのプラズマ処理の均一性を向上し、プラズマダメージを抑制することができる。
【００４１】
また、実施の形態では、シャワー孔２５を有する真空容器２１部分の外周外側に補助電極３１を配置している。放電用電極２９と補助電極３１と協働して高周波電力を供給すれば、放電用電極２９で被処理基板Ｗの周囲のプラズマ処理効率を、補助電極３１で被処理基板Ｗの中央のプラズマ処理効率をそれぞれ制御できるので、被処理基板Ｗへのプラズマ処理均一性が向上する。
【００４２】
また補助電極３１は、ガスシャワー孔２５の周辺部の真空容器壁の内側壁に堆積された膜をプラズマを用いて有効にクリーニングすることができる。基板表面のプラズマ処理を行う場合、真空容器壁に反応生成物が堆積され、定期的にその堆積膜を除去する必要がある。堆積された膜種によって、除去する方法が違うが、ほとんどの膜の場合プラズマを用いて除去するのが有効である。プラズマで真空容器２１をクリーニングする場合、プラズマが主に生成される放電用電極２９近傍はクリーニングレートは速いが、放電用電極２９から遠い領域はレートが低い。したがって、放電用電極２９から遠いガスシャワー孔近傍のクリーニングレート向上させるためにガスシャワー孔周辺に補助電極３１を設ける方法は有効である。
【００４３】
なお、上述した実施形態のドーム型の真空容器を使用した変形マグネトロン高周波放電型のプラズマ処理装置と似ているものに、同じくドーム型の真空容器を使い、プラズマ源をＩＣＰ方式とするプラズマ処理装置（従来のものはシャワーヘッドを備えていない）がある。これと本発明のプラズマ処理装置とを比べると、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ生成手段が異なるため同じパワーではプラズマ密度が若干低いものの、次の点で優れている。
【００４４】
（１）電子温度が低いため被処理基板のプラズマダメージが少ない。なお、電界が反応管壁にかかるが、サセプタにはかからないので、平行平板電極方式と比べても、基板表面のチャージアップが起こりにくく、プラズマダメージが少ない。
（２）プラズマが拡散され、被処理基板上においてほぼ均一なプラズマ密度となるので、プラズマＣＶＤにおいて膜厚の均一性が良い。
（３）さらにプラズマパワーは１００Ｗ〜３ｋＷの範囲、圧力もＯ．１Ｐａ〜１０Ｐａの広い圧力範囲と広い範囲でそれぞれカバーできるため、プロセスのウインドウが広い。
【００４５】
ところで、図１に示した真空容器２１では、上容器２２の上部をカバー２７で覆うようにして、ガス分散室２８を真空容器２１の外部に形成するようにした。しかし、ガス分散室２８を真空容器２１の内部に形成することも可能である。図４は、そのような実施の形態を示すもので、ガス給気口４６をドーム状の上容器４２に一体的に取り付ける。他方、多数のシャワー孔４５を形成した円板状のガスシャワー板４３を用意して、これで真空容器４１の天井を構成して、天井裏にガス分散室４８を設ける。これによりガス分散室４８を真空容器４１の内部に設けることができる。
【００４６】
また、図１に示した実施の形態では、補助電極３１をシャワー孔２５の外周外側に設けて、ガス分散室２８の外側に来るように配置している。しかし、補助電極をガス分散室の内側に来るように配置することも可能である。図５はそのような実施の形態を示すもので、アルミ製あるいは表面処理を行った補助電極６１を真空容器５１の上部に設けたガス分散室５８の内部に設けている。すなわち、真空容器５１のプラズマ処理領域５０側とは反対側のシャワー孔５５の入口側に、シャワー孔５５を形成したガスシャワー板５４に対応する円板状の補助電極６１を配置してある。ガスシャワー板５４からプロセスガスが真空容器５１内に噴出するため、ガスシャワー板５４の表面に反応生成物が大量に堆積され易い。したがってシャワー孔５５の入口側に補助電極６１を配置すると、ガスシャワー板５４の表面に大量に堆積された反応生成物のエッチング速度を向上させることができ、クリーニング効率が一層向上する。
【００４７】
図示例の補助電極６１は、ガス分散室５８の底部を構成するガスシャワー板５４の裏面に密接して設けてある。このため、ドーム型の上容器５２の上部、すなわちガスシャワー板５４は平坦にしてある。補助電極６１は近接して設けるようにしてもよい。補助電極６１には、シャワー孔５５と対応する位置にガス流通孔６２を設ける。このようにすれば、補助電極６１をシャワー孔５５を有するシャワー板５４に接触または近接させても、補助電極６１に邪魔されることなく、シャワー孔５５からガスを供給することができる。
【００４８】
また、補助電極６１をシャワー板５４に接触または近接させたので、シャワー孔５５におけるクリーニング効率を一層向上できる。特に、図示例のように、ガスシャワー板５４の裏面に補助電極６１を密接して設けると、反応生成物が大量に堆積したガスシャワー板表面のクリーニング速度を大幅に促進させることができる。
【００４９】
ガス流通孔６２は、ガスシャワー板５４に開けてあるシャワー孔５５と同心軸上でやや大き目のガス流通孔６２を開けるとよい。このようにすれば、組立て時にシャワー孔５５と補助電極６１のガス流通孔６２との位置がずれても、シャワー孔５５から供給されるガスの流れが阻害されない。更には、プラズマ処理領域５０側であるシャワー孔５５の径を大きくしていないので、プラズマの異常放電が起きることもない。
【００５０】
また、ガス分散室５８の高さ、すなわちガス給気口５６の出口とガスシャワー孔５５との間の隙間は、異常放電を防ぐために十分小さくしたほうが良い。補助電極６１を設置した残りの隙間が３ｍｍ程度が好ましい。
【００５１】
ところで、図１や図５のプラズマ処理装置を実際に製作する場合、真空容器の外に配置する一対の永久磁石の取付け方法が、装置の組み立ての容易さ、及び均一磁場の形成を左右する要素になる。これを図６及び図７を用いて説明する。
【００５２】
図６はプラズマ処理装置の断面図を示す。真空容器７１は、真空を保持する絶縁材であるセラミック製のドーム型の上容器７２と、下容器７３とを密着させて構成する。上容器７２と下容器７３との間はＯリングで真空機密を保っている。上容器７２は上部に反応ガスをシャワー状に供給するガス給気口７６を備えている。真空容器７１内に被処理基板Ｗを設置するサセプタ７４が配置される。そして、上容器７２の外周側壁に、円筒状の放電用電極７９を取り付ける。高周波電源７５が円筒状の電極７９に接続され、電極７９に高周波電力が供給されるようになっている。円筒状放電用電極７９の上下に、磁場を発生させるための上側の永久磁石８０及び下側の永久磁石８０をリング状に取り付ける。ここでは上下の永久磁石８０を取付けるために、磁石ホルダ８１を用いている。
【００５３】
図７は上述した真空容器７１の平面図を示す。これから分るように、ここでは多数の円柱状磁石８０を使用している。上の磁石８０及び下の磁石８０をリング状に一体で作ることも考えられるが、リング形状で細くなるため取り扱いも難しくなり、さらにリング内側と外側とで極性を違えて着磁するのが困難であり、非常に高価なものになってしまうからである。
【００５４】
円筒状の放電用電極７９の外周に、肉厚の円筒状の磁石ホルダ８１を嵌める。磁石ホルダ８１には、周方向に等間隔に多数の嵌め込み孔を設け、その嵌め込み孔の方向を径方向内方に向けている。この嵌め込み孔に円柱状磁石８０をその軸を孔の開いている方向に向けて嵌め込む。
【００５５】
このとき上側の複数個の磁石８０と下側の複数個の磁石８０とのいずれか一方の磁石は、Ｎ極が真空容器７１の中心方向を向くように配置され、他方の磁石はＳ極が真空容器７１の中心方向を向くように配置する。また、磁石８０は円筒状の電極７９の上下方向の中心に対して対称に配置されることが望ましい。これにより、円筒状の電極７９の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線が形成される。
【００５６】
嵌め込んだ円柱状の磁石８０の頭を、磁石保持金具８３で真空容器７１の外側から内側に向かって押さえつけ、磁石ホルダ８１にネジ８４で止めて保持している。このようにして上下一対の永久磁石８０をリング状配列に近い形に配置している。
【００５７】
図６及び図７に示すプラズマ処理装置では、一対の円柱状の磁石８０を各ホルダ８１に埋め込み、磁石保持金具で保持している。このため組み立てが面倒である。また、磁石ホルダ８１と円柱状の磁石８０の構造では、円柱状の磁石８０を１個１個保持するため個々の磁石８０の間には隙間ができてしまい、円周方向の磁場を均一にすることはできなかった。また均一な磁場を得ようとすると、円柱状の磁石を大きくする必要があるが、そうすると真空容器の半径方向の大きさが大きくなってしまう。さらに円柱状の磁石８０を磁石保持金具８３で後ろから押さえつける構造なので半径方向寸法はさらに大きくなってしまう。また、さらに微少なところを見れば磁石が円柱状であり、磁石間が密着し得ないため、これも円周方向の磁場の均一性を悪くする一つの要因となっていた。
【００５８】
このように図６及び図７に示すものでは、装置の組み立てが煩雑で、均一磁場の形成が困難であるという問題がある。そこで、次に示す実施の形態では、（１）筒状の電極の外周に磁気回路を形成するヨークを配し、筒状の電極とヨークとで磁石を挟持するようにし、（２）磁石を立方体または直方体形状として、筒状の電極周囲に隙間無く配置するようにすることによって、上記問題を解決している。
【００５９】
図８及び図９はそのような実施の形態を示したものである。真空容器７１の外周に配置した円筒状の電極９１は異型断面を持つように形成する。すなわち、幅方向の上下端部を薄く中央部を厚くして、同一断面で異なる板厚部を持たせる。この円筒状電極９１の外側に、この電極９１に重なるように、例えば鉄のような磁性材料からなる磁気回路を形成する磁石ヨーク９２をネジ９３で固定する。磁石９４は立方体または直方体をしたセグメント状にする。電極９１にヨーク９２を固定することにより、円筒状の電極９１と磁石ヨーク９２との間に形成される上下の隙間に、円筒軸方向からセグメント状の磁石９４を挿入し、接着剤で保持する。このように筒状の電極９１と磁石ヨーク９２との間に磁石９４を挾持することにより、ヨーク９２でつないだ一対の磁石９４を円筒状の電極９１と一体構造としている。
【００６０】
したがって、筒状の電極９１とヨーク９２とで磁石を挟持するという磁石一体型構造という簡単な構成で、真空容器の外に放電用電極と永久磁石とを配置することができる。その結果、装置の組み立てが容易になる。また、磁石一体型電極を採用すると、半径方向については磁気回路を形成する磁石ヨーク９２があることで厚みの薄い板状の磁石で所定の磁場が得られ、さらに図６及び図７のようにネジと磁石固定金具で保持することもなくなるため、装置の半径方向寸法は小さくなり真空容器の大きさも小さくなる。より薄い磁石を用いれば、真空容器をさらに小さくすることができる。また、セグメント状の立方体または直方体の磁石を隙間なく円周方向にならべることで、円周方向の磁場をより均一にすることができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、筒状の第１電極を真空容器外に配置することができるので、装置の組立てが容易になる。また、第１電極は真空容器の外に配置されているため真空容器のシール性を高めることができ、真空容器を高真空に減圧にできる。
【００６２】
また、プラズマと接する真空容器壁を石英など誘電体にすることにより、真空容器壁から発生する金属汚染を大幅に抑制することができる。
【００６３】
また、筒状の第１電極とヨークとで磁石を挟持して一体化したので、組み立てが容易で、装置の大きさも小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態によるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図２】実施の形態による補助電極の概略図である。
【図３】高周波電源を減らした実施の形態によるプラズマ処理装置の概略説明図である。
【図４】ガス分散室を真空容器の内部に形成した実施の形態によるプラズマ処理装置の概略図である。
【図５】補助電極をガス分散室の内部の設けた実施の形態によるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図６】磁石を保持金具によってホルダに取り付けた実施の形態によるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図７】図６の平面図である。
【図８】磁石をヨークによって電極に一体的に取り付けた実施の形態によるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】従来例によるプラズマ処理装置の概略断面図である。
【符号の説明】
２１  真空容器
２０  プラズマ処理領域
２２  上容器
２３  下容器
２４  下部開口部
２６  給気口
３４  排気口
２９  円筒状電極
３０  リング状磁石
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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