JP2001077094A

JP2001077094A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2001077094A
Application number: JP25287799A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiko Takagi; 清彦高木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】外部の加熱機構を使用せず、又は加熱機構へ
の供給電力を削減しながら、真空容器壁面を高温に加熱
し、真空容器内への反応生成物の付着を防止したプラズ
マ処理装置を提供する。【解訣手段】プラズマから発生する電磁波を吸収する
ような禁制帯幅を有する誘電体材料から真空容器の内側
表面を形成することにより、プラズマから照射される電
磁波の光エネルギを熱エネルギに変換し、内側表面近傍
の真空容器を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関し、特に、エッチング反応生成物の真空容器内壁へ
の付着を防止したドライエッチング装置、ＣＶＤ膜の真
空容器内壁への付着を防止したプラズマＣＶＤ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ドライエッチング装置のような
プラズマ処理装置では、プラズマソースや真空容器内の
電極に高周波電力を供給することにより、真空容器内に
導入されたエッチングガスを放電させてプラズマを発生
させ、かかるプラズマを利用して基板のエッチングを行
う。このようなエッチング工程において、プラズマ状態
のエッチングガスと基板との反応によって生成した反応
生成物の一部は、真空容器の内壁等に付着するが、反応
生成物が多く堆積すると、内壁等から剥離して基板上に
落下し、基板の汚染等やエッチング不良の原因となる。
このような問題は、プラズマＣＶＤ装置においても同時
に発生していた。これに対し、従来は、真空容器の壁面
をヒータ等で加熱して、反応生成物等の付着を防止して
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エッチング処
理される基板が大型化し、これに伴ってドライエッチン
グ装置も大型化したため、装置の壁面に設けたヒータ等
を加熱するために必要な電力が非常に大きくなり、生産
コストを増加させる原因となっていた。また、エッチン
グ装置の壁面にヒータ線を設けることは、高周波電力の
供給の妨げとなり、プラズマの発生効率を低下させる原
因ともなっていた。そこで、本発明は、上記問題点に鑑
みなされたもので、ヒータ等の外部加熱機構を使用せず
に、又は、外部加熱機構により供給されていた熱の一部
を削減しながら真空容器壁面を高温に加熱し、真空容器
内への反応生成物の付着を防止したドライエッチング装
置等のプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解訣するための手段】そこで、発明者は、鋭意
研究の結果、プラズマ放電により発生する電磁波に着目
し、かかる電磁波を吸収するような禁制帯幅を有する誘
電体材料から真空容器の内側表面を形成することによ
り、プラズマから照射される電磁波の光エネルギを熱エ
ネルギに変換し、内側表面近傍の真空容器を加熱できる
ことを見出し、本発明を完成した。

【０００５】即ち、本発明は、エッチングする基板を入
れる真空容器と、該真空容器内に導入されたガスを放電
させてプラズマ状態にする放電手段とを有するドライエ
ッチング装置であって、該真空容器の少なくとも一部の
内側表面が、該プラズマ放電により発生する電磁波を吸
収する誘電体材料からなることを特徴とするドライエッ
チング装置である。かかる誘電体材料からなる内側表面
を設けることにより、誘電体材料が有する禁制帯のエネ
ルギギャップよりもエネルギの小さい（波長の長い）電
磁波を透過させ、エネルギの大きい（波長の短い）電磁
波を吸収することができる。吸収された光エネルギは、
熱エネルギに変換され、内側表面の近傍の真空容器内壁
を高温に加熱する。このように、本発明によれば、真空
容器にヒータ線等の加熱機構を設けることなく、又は、
加熱機構を併用する場合であってもより少ない消費電力
で、真空容器を加熱することができ、エッチング反応生
成物の付着を防止することが可能となる。特に、ヒータ
等の加熱電力が不要となり、又は低減できるため、消費
電力を抑え、製造コストを低減することができる。な
お、加熱温度は、誘電体材料の吸収係数、比熱、幅射損
失熱量などにも影響を受ける。

【０００６】上記誘電体材料は、近紫外領域、可視領
域、又は赤外領域の電磁波を吸収することが好ましい。
プラズマ中には、かかる領域の電磁波の割合が高いた
め、それらを有効に吸収することにより、真空容器の加
熱が効率良くできるからである。

【０００７】上記電磁波の波長領域は、２３０〜５３９
０ｎｍであることが好ましい。

【０００８】上記誘電体材料は、可視領域の電磁波を吸
収することが好ましい。黒い誘電体材料を用いた場合に
は、主に、可視領域の電磁波が吸収されることとなる。

【０００９】上記電磁波の波長領域は、３６０〜８３０
ｎｍであることが好ましい。

【００１０】上記誘電体材料が吸収する電磁波の長波長
側の吸収端は、近赤外領域又は遠赤外領域にあることが
好ましい。これによって、比較的広い領域にわたる波長
の分布を有する電磁波であっても、近赤外領域又は遠赤
外領域の波長より短い波長の電磁波を有効に吸収でき、
誘電体材料からなる内側表面の近傍の真空容器内壁を加
熱することができる。なお、吸収された電磁波は、誘電
体材料の格子原子の総合的な振動を励起し、この振動は
入射する電磁波からのエネルギを吸収し、真空容器を高
温に加熱するという作用を有する。

【００１１】上記波長領域は、７５００〜８００００ｎ
ｍであることが好ましい。

【００１２】上記内側表面は、上記真空容器の内壁に上
記誘電体材料をコーティングして形成したことが好まし
い。即ち、膜状の誘電体材料を真空容器の内壁上に設け
ることにより、内側表面を形成することも可能である。
かかる誘電体材料は、いわゆる薄膜でも、厚膜でもよ
い。また、かかる誘電体材料からなる内側表面は、真空
容器の内壁の全体に設けても良いし、一部にのみ設けて
も良い。特に、一部に設けることにより、真空容器の内
壁の局所的な加熱が可能となる。例えば、エッチング反
応生成物の付着しやすい部分のみに設け、真空容器を局
所的に加熱し、反応性生物の付着を防止することもでき
る。

【００１３】上記内側表面は、上記真空容器内に、上記
基板に対向するように設けられたことが好ましい。基板
に対向する位置に反応性生物が堆積した場合、これが剥
離することにより基板の汚染等が発生するため、基板に
対向する内側表面を加熱して反応性生物の付着を防止す
ることにより、製造歩留まりの向上が可能となるからで
ある。

【００１４】上記内側表面は、該内側表面で吸収される
電磁波を透過する材料からなる保護膜で覆われたもので
あっても良い。誘電体材料が直接プラズマにさらされた
場合、真空容器内部の汚染原因になる場合もあるため、
誘電体材料の表面を誘電体材料で吸収される電磁波を透
過する材料で保護することにより、かかる汚染を防止す
ることができる。

【００１５】上記保護膜は、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、又はＡ
ｌ₂Ｏ₃からなることが好ましい。これらの材料は、プラ
ズマにさらされても安定だからである。

【００１６】また、本発明は、薄膜を堆積させる基板を
入れる真空容器と、該真空容器内に導入されたガスを放
電させてプラズマ状態にする放電手段とを有するプラズ
マＣＶＤ装置であって、該真空容器の少なくとも一部の
内側表面が、該プラズマ放電により発生する電磁波を吸
収する誘電体材料からなることを特徴とするプラズマＣ
ＶＤ装置でもある。このように、本発明をプラズマＣＶ
Ｄ装置に適用することにより、ヒータ線等の加熱機構を
設けることなく、又は、加熱機構に流す電力を削減しな
がら真空容器の加熱ができ、装置内壁への不要なＣＶＤ
膜の付着を防止できる。

【００１７】上記誘電体材料は、近紫外領域、可視領
域、又は赤外領域の電磁波を吸収すること吸収すること
が好ましい。プラズマ中には、かかる領域の電磁波の割
合が高いため、それらを有効に吸収することにより、真
空容器の加熱が効率良くできるからである。

【００１８】上記誘電体材料は、可視領域の電磁波を吸
収することが好ましい。黒い誘電体材料層を用いた場合
には、主に、可視領域の電磁波が吸収されることとな
る。

【００１９】上記誘電体材料が吸収する電磁波の長波長
側の吸収端は、近赤外領域又は遠赤外領域にあることが
好ましい。これによって、比較的広い領域にわたる波長
の分布を有する電磁波であっても、近赤外領域又は遠赤
外領域の波長より短い波長の電磁波を有効に吸収でき、
誘電体材料からなる内側表面の近傍の真空容器内壁を加
熱することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態にか
かるエッチング装置の概略図である。エッチング装置
は、上面が誘電体板９で、他の側面等が例えばステンレ
ス鋼である真空容器１からなる。真空容器１には、導管
１０を介して、ガス供給装置２、真空ポンプ３がそれぞ
れ接続されている。真空容器１の底面には、誘電体板１
１を介して下部電極５が設けられ、下部電極５上にエッ
チングされる基板６が載置されている。下部電極５には
高周波電源４が接続されている。誘電体板９上にはコイ
ル７が設けられ、コイル７の一端には高周波電源８が接
続され、一方、他端は接地されている。コイル７の代わ
りにアンテナを用いることもできる。真空容器１の内側
壁面には、誘電体材料膜１６が設けられている。

【００２１】真空容器１の内部は、真空ポンプ３により
排気され、所定の真空度に保たれる。一方、真空容器１
内には、ガス供給装置２からエッチングガスが供給され
る。かかる状態で、高周波電源４、８から、下部電極５
とコイル７の一方又は双方に、所定の周波数の高周波を
供給することにより、下部電極５と誘電体板９との間の
エッチングガスが放電し、プラズマ状態となる。プラズ
マ状態のエッチングガスは反応性が高いため、かかるエ
ッチングガスを基板６と接触させることにより、基板６
のエッチングを行うことができる。

【００２２】真空容器１の内側表面には、誘電体材料膜
１６が設けられている。かかる誘電体材料膜１６は、プ
ラズマ放電により発生する光エネルギ（電磁波）を吸収
して熱エネルギに変換し、誘電体材料膜１６の近傍の真
空容器１の内部表面を加熱する。図１では、誘電体材料
膜１６が、真空容器１の上面および両側面に設けられて
いるが、例えば上面のみのように一部に設けても良い。
また、局所的に加熱したい部分あれば、その部分にのみ
設けても良い。

【００２３】表１は、近紫外領域、可視領域又は赤外領
域の電磁波を吸収するために用いられる誘電体材料膜１
６の例であり、誘電体材料とその基礎吸収端波長を示し
たものである。例えば、ＩｎＳｂを誘電体材料に用いた
場合は、波長が、５３９０ｎｍより短い電磁波を吸収で
きる。プラズマ放電中には近紫外領域、可視領域又は赤
外領域の電磁波が多いため、かかる誘電体材料を用いる
ことにより、プラズマ放電により発生した電磁波を有効
に吸収することができる。ここで、表１の誘電体材料
は、近紫外領域、可視領域又は赤外領域の電磁波を吸収
し、エッチングガスをプラズマ放電させるために導入し
た電磁波（例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚ）は吸収
しない。

【００２４】

【表１】

【００２５】また、表２は、近赤外領域又は遠赤外領域
に長波長側の吸収端を有する誘電体材料の例であり、誘
電体材料と、その吸収端の長波長側の限界を示したもの
である。かかる誘電体材料は、表２に示す長波長側の波
長を限界として、これより短波長側の光エネルギを吸収
することになる。これにより、プラズマ放電により発生
した電磁波の波長が、比較的広い分布を持つ場合でも、
近赤外領域又は遠赤外領域より波長の短い電磁波を有効
に吸収できる。また、近赤外領域又は遠赤外領域に長波
長側の吸収端を有する誘電体材料を用いることにより、
エッチングガスをプラズマ放電させるために導入される
電磁波（例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚ）は、誘電
体材料膜１６には吸収されない。なお、これらの波長の
光エネルギは、誘電体材料の格子原子の総合的な振動を
励起し、この振動は入射光からエネルギを吸収する。こ
の結果、誘電帯材料膜が加熱され、真空容器の壁面を高
温にすることができる。

【００２６】

【表２】

【００２７】また、黒色の誘電体材料、即ち、可視領域
の電磁波を吸収する誘電体材料としては、例えば、Ｃｕ
Ｏ、ＦｅＯ、ＩｎＯ等がある。かかる誘電体材料の基礎
吸収端波長は、約３６０〜８３０ｎｍであるため、可視
領域の電磁波を吸収できる。

【００２８】次に、表３に、真空容器１に設けられた誘
電体材料膜１６として、ＡｌｘＯｙ、ＳｉＯ₂、及びＳ
ｉを用いてドライエッチングした場合の誘電体材料膜１
６の温度を示す。真空容器１の材質はＳＵＳである。誘
電体材料膜１６は、小片に加工し、それぞれ真空容器１
の内壁に貼りつけた。誘電体材料膜１６の温度測定は、
誘電体材料膜１６の表面に貼った温度測定用のラベルを
用いて行った。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３の結果から明らかなように、誘電体材
料膜１６を設けない真空容器１の内壁は、６０℃程度ま
でしか加熱されないのに対し、誘電体材料膜１６を貼っ
た部分はそれ以上に加熱され、特に、Ｓｉを誘電体材料
に用いた場合には、約１１０℃まで加熱できることが分
かった。

【００３１】このように、誘電体材料膜１６を用いて、
プラズマの光エネルギを熱エネルギに変換し、真空容器
１の壁面を加熱することにより、従来構造のようにヒー
タ等を用いて加熱することなく、エッチング反応性生物
の真空容器１内壁への付着を防止することが可能とな
る。従って、ヒータ等の外部加熱機構に必要とされた電
力が不要となり、製造コストの低減が可能となる。

【００３２】また、真空容器１の周囲にヒータ線を設け
ないため、ヒータ線が高周波電力供給の妨げとなること
もなく、プラズマの発生効率を向上させることも可能と
なる。

【００３３】また、従来は、真空容器１の内壁に付着し
た付着物を１週間に１度の割合で除去するメンテナンス
作業が必要があり、しかもかかるメンテナンス作業を行
うためには、１日間、真空装置を停止することが必要で
あった。これに対して、本実施の形態にかかる真空装置
では、従来のヒータ線等では加熱し難かった場所も、誘
電体材料膜１６を設けることにより加熱できるようにな
り、メンテナンスの回数を低減することも可能となり、
製造コストの低減を図ることができる。特に、半導体メ
モリ等の製造工程では、装置を夜間も連続運転しながら
製造を行うため、このようにメンテナンス回数を減らし
て連続操業時間を長くできることは、生産性の向上に大
きく寄与することとなる。

【００３４】なお、吸収領域の異なる誘電体材料膜１６
を積層形成することにより、電磁波の吸収効率が向上
し、加熱温度をより高くできる。

【００３５】また、真空容器１内で発生するプラズマに
誘電体材料膜１６が直接さらされと、誘電体材料による
真空容器１の汚染が問題となる場合には、誘電体材料膜
１６の上にＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃等からなる保護
膜を形成することにより、汚染を防止できる。かかる保
護膜は、いずれも禁制帯幅が比較的広いため、プラズマ
中の電磁波は保護膜には吸収されず、透過して誘電体材
料膜１６に到達する。

【００３６】なお、本実施の形態では、プラズマを用い
たドライエッチング装置について説明したが、本発明
は、プラズマを使用するプラズマＣＶＤ装置等の他のプ
ラズマ処理装置にも適用することができる。特に、プラ
ズマＣＶＤ装置では、不要なＣＶＤ膜が真空装置の内壁
に付着し、剥離等による基板汚染の原因となるため、本
発明を用いることにより、かかる問題点を解決すること
ができる。

【００３７】また、本実施の形態では、真空容器１の内
側壁面上に、薄膜状の誘電体材料膜１６を設ける場合に
ついて述べたが、真空容器１の母材に誘電体材料を用い
ることにより、壁面自体を誘電体材料から形成すること
も可能である。

【００３８】また、本実施の形態では、ヒータ等の外部
加熱機構の代わりに誘電体材料膜１６を設ける場合につ
いて説明したが、外部加熱機構との併用も可能である。
かかる場合には、外部加熱機構への供給電力を削減で
き、製造コストの低減が可能となる。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、プラズマ中の光エネルギを誘電体材料を用い
て熱エネルギに変換して、真空容器の壁面を加熱するこ
とにより、反応性生物の付着を防止できる。これによ
り、真空容器に、別途、加熱機構を設ける必要がなくな
り、又は、加熱機構への供給電力を削減することがで
き、製造コストの低減が可能となる。

【００４０】また、加熱機構を設けない場合には、真空
容器の周囲にヒータ線を設けないため、ヒータ線が高周
波電力供給の妨げとなることもなく、プラズマの発生効
率を向上させることができる。

【００４１】また、本発明を用いることにより、装置の
連続運転時間を長くすることでき、生産性の向上、製造
コストの低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるドライエッチン
グ装置の概略図である。

【符号の説明】

１真空容器、２ガス供給装置、３真空ポンプ、４
高周波電源、５下部電極、６基板、７コイル、
８高周波電源、９誘電体板、１０導管、１１誘
電体板、１６誘電体材料膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチングする基板を入れる真空容器
と、該真空容器内に導入されたガスを放電させてプラズ
マ状態にする放電手段とを有するドライエッチング装置
であって、該真空容器の少なくとも一部の内側表面が、該プラズマ
放電により発生する電磁波を吸収する誘電体材料からな
ることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】上記誘電体材料が、近紫外領域、可視領
域、又は赤外領域の電磁波を吸収することを特徴とする
請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】上記電磁波の波長領域が、２３０〜５３
９０ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載のドラ
イエッチング装置。
【請求項４】上記誘電体材料が、可視領域の電磁波を
吸収することを特徴とする請求項１に記載のドライエッ
チング装置。
【請求項５】上記電磁波の波長領域が、３６０〜８３
０ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載のドライ
エッチング装置。
【請求項６】上記誘電体材料が吸収する電磁波の長波
長側の吸収端が、近赤外領域又は遠赤外領域にあること
を特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項７】上記波長領域が、７５００〜８００００
ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載のドライエ
ッチング装置。
【請求項８】上記内側表面が、上記真空容器の内壁に
上記誘電体材料をコーティングして形成したことを特徴
とする請求項１〜７のいずれかに記載のドライエッチン
グ装置。
【請求項９】上記内側表面が、上記真空容器内に、上
記基板に対向するように設けられたことを特徴とする請
求項１〜７のいずれかに記載のドライエッチング装置。
【請求項１０】上記内側表面が、該内側表面で吸収さ
れる電磁波を透過する材料からなる保護膜で覆われたこ
とを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のドライ
エッチング装置。
【請求項１１】上記保護膜が、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、又
はＡｌ₂Ｏ₃からなることを特徴とする請求項１０に記載
のドライエッチング装置。
【請求項１２】薄膜を堆積させる基板を入れる真空容
器と、該真空容器内に導入されたガスを放電させてプラ
ズマ状態にする放電手段とを有するプラズマＣＶＤ装置
であって、該真空容器の少なくとも一部の内側表面が、該プラズマ
放電により発生する電磁波を吸収する誘電体材料からな
ることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１３】上記誘電体材料が、近紫外領域、可視
領域、又は赤外領域の電磁波を吸収することを特徴とす
る請求項１２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１４】上記誘電体材料が、可視領域の電磁波
を吸収することを特徴とする請求項１２に記載のプラズ
マＣＶＤ装置。
【請求項１５】上記誘電体材料が吸収する電磁波の長
波長側の吸収端が、近赤外領域又は遠赤外領域にあるこ
とを特徴とする請求項１２に記載のプラズマＣＶＤ装
置。
【請求項１６】エッチングする基板を入れた真空容器
内にガスを導入してプラズマ放電させるドライエッチン
グ方法であって、該真空容器の少なくとも一部の内側表面が、該プラズマ
放電により発生する電磁波を吸収する誘電体材料からな
り、該内側表面で該電磁波の光エネルギを熱エネルギに変換
し、該内側表面の近傍を加熱することを特徴とするドラ
イエッチング方法。
【請求項１７】薄膜を堆積させる基板を入れた真空容
器内にガスを導入してプラズマ放電させるプラズマＣＶ
Ｄ方法であって、該真空容器の少なくとも一部の内側表面が、該プラズマ
放電により発生する電磁波を吸収する誘電体材料からな
り、該内側表面で該電磁波の光エネルギを熱エネルギに変換
し、該内側表面の近傍を加熱することを特徴とするプラ
ズマＣＶＤ方法。