JP2001093881A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ発生空間とプラズマ処理空間とを分
離しつつ連通させた従来のプラズマ処理装置では，同心
円状に設けられたアノードの各吹き出し口に反応性ガス
を供給するためにプラズマ発生空間を横切るリブ状のガ
ス供給経路が必要であり，プラズマ発生空間からプラズ
マ処理空間に吹き出されるイオンＦｌｕｘが遮られてし
まう，熱膨張と収縮との繰り返しによってパーティクル
発生源となってしまう，機械的な耐久性が劣る，といっ
た種々の問題点があった。 【解決手段】 プラズマ処理空間２に導入される反応性
ガスを，プラズマ発生空間の上方に設けられたガス溜ま
り溝５からプラズマ発生チャンバ３内に設けられた供給
管を介して各アノード４に設けられた供給口１４に供給
するように構成する。これにより，上記従来のプラズマ
処理装置のようにプラズマ発生空間を横切って各アノー
ドを接続するリブ状のガス供給経路を設ける必要がな
く，上記のような問題点を解消できる。

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
に係り，詳しくは，環状に形成されたプラズマ発生空間
と，上記プラズマ発生空間近傍の壁面内に環状に埋設さ
れ，上記プラズマ発生空間に高周波電磁界を印加するア
ンテナと，上記プラズマ発生空間に隣接して連通可能に
形成され，一対の電極で挟まれた平行平板型のプラズマ
処理空間とを具備してなるプラズマ処理装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】エッチング等のプラズマ処理に用いられ
るプラズマ処理装置としては，例えば特開平１０−２９
４３０７号公報に記載されているものが知られている。
上記公報に記載されているプラズマ処理装置Ｚ０では，
図８に示すように，不活性ガス（Ａｒなど）のイオンを
供給するプラズマ発生空間１２２と，反応性ガス（Ｃ₄
Ｆ₈ などの反応ラジカルを形成するガス）を解離するプ
ラズマ処理空間１１３とが，互いに隣接して連通可能に
形成されており，上記不活性ガスや反応性ガスは分離さ
れた状態でそれぞれの空間に供給される。上記プラズマ
発生空間１２２は，絶縁物製のプラズマ発生チャンバ１
２１に同心に彫り込まれた複数の（図８では４個の）環
状溝として形成されている。また，上記プラズマ発生空
間１２２を囲むようにコイル１２４及び永久磁石片１２
５が環状に配されている。更に，上記プラズマ発生空間
１２２の奥（図８では上部）には不活性ガス供給路１２
３が環状に形成され，上記不活性ガス供給路１２３と上
記プラズマ発生空間１２２とは多数の小穴で連通されて
いる。また，上記プラズマ処理空間１１３は，上記プラ
ズマ発生空間１２２の開口側に，一対の平行平板型のア
ノード部１１１及びカソード部１１２とで挟まれて形成
されており，上記プラズマ発生空間１２２とは連通口１
１４によって連通している。上記アノード部１１１は上
記プラズマ発生チャンバ１２１の下端部に取り付けられ
ており，また，上記カソード部１１２上には非処理物で
あるウェハが載置される。更に，上記アノード部１１１
には，上記プラズマ処理空間１１３に向けて開口した反
応性ガス供給口１１５が形成されている。以上のような
プラズマ処理装置Ｚ０の動作を簡単に説明する。ＲＦ電
源３２を作動させると，プラズマ発生空間１２２内にコ
イル２４を介してＲＦ交番磁界が印加され，上記不活性
ガス供給路１２３から供給された不活性ガス（Ａｒな
ど）の電子が上記ＲＦ交番電磁界を打ち消すように誘導
磁界結合する交番電流を形成しつつ加減速運動を繰り返
す。この時，電子は永久磁石片１２５による静磁界の拘
束磁界によりプラズマ発生空間１２２内に長く留まり，
環状空間内の不活性ガスの励起効率に寄与する。こうし
て発生した高密度プラズマ１２０は，上記連通口１１４
を介してプラズマ処理空間１１３内に拡散し，反応性ガ
ス供給口１１５からプラズマ処理空間１１３に供給され
た反応性ガス（Ｃ₄ Ｆ ₈ など）を励起・解離させ，反応
性ラジカルを形成し，プラズマ処理空間１１３内に載置
されたウェハは高密度プラズマ１２０より供給される不
活性ガスのイオンと上記反応性ラジカルとのバランスに
よる反応性イオンアシスト反応に基づきエッチング処理
される。以上のように，上記プラズマ処理装置Ｚ０で
は，プラズマ発生空間１２２とプラズマ処理空間１１３
とを分離しつつ連通させて上記各空間にそれぞれ不活性
ガスと反応性ガスとを分離供給するように構成されてい
るため，プラズマ発生空間１２２内におけるイオンＦｌ
ｕｘ量と，プラズマ処理空間１１３内における反応性ガ
スの活性度とをそれぞれ独立に制御することで，反応性
ガスの解離度制御が可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上記プラズ
マ処理装置Ｚ０では，アノード接地電位を確保すると共
に反応性ガスを各アノードに形成された反応性ガス供給
口１１５に分離供給するため，図９に示すように，同心
円状に分割された各アノード部１１１を接続すべくプラ
ズマ発生空間１２２を横切るリブ状のガス供給経路１４
０を設ける必要があった。しかしながら，このようなリ
ブ状のガス供給経路１４０を設けることにより，プラズ
マ発生空間１２２からプラズマ処理空間１１３に吹き出
されるイオンＦｌｕｘが遮られてしまう，高密度プラズ
マ被爆による熱膨張と収縮との繰り返しによってパーテ
ィクル発生源となってしまう，機械的な耐久性が劣る，
といった種々の問題点が生じていた。また，上記のよう
な構成では，各アノード部に供給する反応性ガスの量
は，ガス吹き出し穴数等で調整する必要があるため，オ
ペレーション条件によって異なるアノードを使い分けな
ければならないといった問題点もあった。更に，上記ガ
ス供給経路１４０はプラズマ発生空間１２２から拡散吹
き出しされるイオンＦｌｕｘの流れを妨げないようにな
るべく細く形成する必要があるため，各アノード部の熱
伝導に係る断面積は極めて小さく，全アノードを適切に
温度制御することができないといった問題点もあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目
的とするところは，反応性ガスをプラズマ処理空間に供
給するためのガス供給経路がプラズマ発生空間とプラズ
マ処理空間の連通穴を遮らないように構成し，機械的耐
久性を確保すると共に，プラズマ発生空間からプラズマ
処理空間に吹き出されるイオンＦｌｕｘを遮ったり，パ
ーティクル発生源となることを防止し，更に反応性ガス
の供給量制御やアノード部の温度制御を容易且つ適切に
行うことが可能なプラズマ処理装置を提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明は，環状に形成されたプラズマ発生空間と，
上記プラズマ発生空間近傍の壁面内に環状に埋設され，
上記プラズマ発生空間に高周波電磁界を印加するアンテ
ナと，上記プラズマ発生空間に隣接して連通可能に形成
され，一対の電極で挟まれた平行平板型のプラズマ処理
空間とを具備してなるプラズマ処理装置において，上記
プラズマ処理空間に導入される反応性ガスが，上記プラ
ズマ発生空間の上方から上記プラズマ発生空間の側壁内
に設けられた供給管を介して上記プラズマ発生空間側壁
の上記プラズマ処理空間側端部から上記プラズマ処理空
間に供給されるように構成されてなることを特徴とする
プラズマ処理装置として構成されている。これにより，
上記従来のプラズマ処理装置Ｚ０のようにプラズマ発生
空間を横切って各アノードを接続するリブ状のガス供給
経路を設ける必要がなく，プラズマ発生空間から拡散吹
き出しされるイオンＦｌｕｘが遮られてしまう，高密度
プラズマ被爆による熱膨張と収縮との繰り返しによって
パーティクル発生源となってしまう，機械的な耐久性が
劣る，といった種々の問題点が解決できる。

【０００５】また，並列に設けられた複数のガス溜まり
室を具備し，上記各供給管がいずれかのガス溜まり室に
接続されるように構成すれば，各吹き出し口に異なるガ
ス溜まり室から反応性ガスを供給できるため，反応性ガ
スの供給量を自在に制御することが可能である。また，
上記一対の電極を構成するアノード電極を上記プラズマ
発生空間側壁の上記プラズマ処理空間側端部に環状に設
置し，上記アンテナによって上記プラズマ発生空間に印
加される高周波電磁界を上記プラズマ発生空間内にシー
ルドするように構成すれば，アンテナの発生電磁界の電
気的なシールド効果により，ＩＣＰ型放電のプラズマ結
合領域がプラズマ発生空間内に限定されて不活性ガスプ
ラズマのローカライズが可能となり，これによって上記
プラズマ発生空間内の不活性ガスプラズマとプラズマ処
理空間内の反応性ガスプラズマは独立性が増し，反応性
ガスの解離度制御がより行い易くなる。

【０００６】また，上記プラズマ発生空間側壁（即ちプ
ラズマ発生キャビティの一部）の上記プラズマ処理空間
側の端部と上記アノード電極とを熱的に連結すると共
に，上記プラズマ発生空間を形成する構造物を直接的若
しくは間接的に冷却する冷却手段を具備すれば，プラズ
マ発生空間を構成する構造物やアノード電極をムラなく
冷却してプラズマに接する部位の温度上昇を抑制するこ
とができ，プロセス条件及び構造物の安定化を図ること
ができる。またこの時，上記プラズマ発生空間を形成す
る構造物と上記アノード電極とを略等しい線膨張率の材
料，又は同質の材料にて構成するのが望ましい。これに
より，接着施工時及びプラズマ負荷時の熱流入に対して
内部応力の発生による割れなどを誘発せず，機械構造的
な安定性を向上させることが可能である。更に，上記プ
ラズマ発生空間を形成する構造物，若しくは該構造物と
熱的に連結されている伝熱部材にヒータと温度センサと
を挿入し，上記温度センサによる検出温度に基づいて上
記ヒータによって温度制御を行うように構成すれば，プ
ラズマ発生の強弱やプラズマ発生の有無（装置停止時を
含む）といった熱負荷の変化に対する，より安定した温
度制御が可能となる。

【０００７】また，上記プラズマ発生空間を形成する絶
縁性の構造物を，熱的に結合される伝熱部材にて支持
し，該伝熱部材を絶縁性材料よりなるベース構造物に埋
設すると共に，上記アンテナを上記ベース構造物内に埋
設すれば，誘導磁界との誘導結合ロス（即ち，上記アン
テナ近傍に導体がある場合に，該導体と誘導結合して，
その分余分な電力が消費されてしまうというロス）を低
減できると共に，上記プラズマ発生空間を形成する構造
物の交換作業が格段に容易になる。また，上記プラズマ
発生空間を形成する構造物にアンテナ等の挿入用の溝等
を形成する必要がないため，ガス供給用の細穴を形成す
る際の自由度が増し，また強度的にも有利である。

【０００８】また，上記プラズマ発生空間側壁の上記プ
ラズマ処理空間側の端部に設置されたアノード電極に高
周波電力を供給する高周波電力供給手段を具備し，上記
高周波電力供給手段によって上記アノード電極及びその
周辺部にバイアス電界を印加するように構成すれば，ア
ノード周辺へ付着するデポ膜形成を抑制することがで
き，エッチング処理の安定性を向上させることが可能と
なる。この時，更に上記プラズマ発生空間の側壁内に上
記アノード電極と電気的に接続された導電性部材を埋設
すれば，プラズマ発生空間の側壁部に，よりアノードバ
イアスが掛かりやすくなり，デポ膜の除去性能を向上さ
せることができる。更にこの時，上記導電性部材を，上
記プラズマ発生空間を形成する構造物と略等しい線膨張
率の材料にて構成し，上記アノード電極と熱的に連結す
るのが望ましい。これにより，熱負荷に対して内部応力
の発生による割れなどを誘発せず，機械構造的な安定性
を向上させることが可能である。

【０００９】また，上記アノード電極の少なくとも一部
分を，プラズマ処理の固体ソースとなる材料（例えばガ
スソースとして得にくい材料）で構成すれば，ガスソー
ス単体では難しいプロセス性能を実現できる。また，上
記アンテナを，上記プラズマ発生空間を形成する構造物
を固定しつつ該構造物を直接的若しくは間接的に冷却す
る構造物に対して，絶縁性と伝熱性とを有する部材を介
して取り付ければ，アンテナに発生するジュール熱を効
率的に廃熱でき，アンテナの抵抗変化を抑えて効率低下
を回避することができると共に，アンテナの位置出し精
度を確保できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して，本発明
の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に
供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を
具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定す
る性格のものではない。ここに，図１は本発明の実施の
形態に係るプラズマ処理装置Ｚ１の概略構成を示す縦断
面図（図２におけるＢ″−Ｂ−Ｂ′断面），図２は図１
におけるＡ−Ａ断面図，図３は本発明の実施例に係るプ
ラズマ処理装置Ｚ２の概略構成を示す縦断面図，図４は
図３におけるＣ−Ｃ断面図，図５は上記プラズマ処理装
置Ｚ２の変形例を示す要部縦断面図，図６は図５におけ
るＤ−Ｄ断面図である。尚，図７は上記プラズマ処理装
置Ｚ１又はＺ２のアノードの概略構成を示す図であり，
その（ａ）と（ｂ）とは互いに異なる形状のものであ
る。

【００１１】本実施の形態に係るプラズマ処理装置Ｚ１
は，図１（図２におけるＢ″−Ｂ−Ｂ′断面），及び図
２（図１におけるＡ−Ａ断面）に示すような概略構成を
有する。このプラズマ処理装置Ｚ１は，上記従来のプラ
ズマ処理装置Ｚ０と同様，不活性ガス（Ａｒなど）のイ
オンを供給するプラズマ発生空間１と，反応性ガス（Ｃ
₄ Ｆ₈ などの反応ラジカルを形成するガス）を解離する
プラズマ処理空間２とが，互いに隣接して連通可能に形
成されている。

【００１２】上記プラズマ発生空間１は，ドープされて
いない非導電性Ｓｉで構成されたプラズマ発生キャビテ
ィ３（プラズマ発生空間を形成する構造物に相当）に同
心に彫り込まれた複数の（図１及び図２では２個の）環
状溝として形成されている。また，上記プラズマ発生キ
ャビティ３の下端部には，高ドープの導電性Ｓｉで構成
され，上記プラズマ発生空間１を挟むように環状に形成
されたアノード４が接着されている。上記プラズマ発生
キャビティ３と上記アノード４とは同一の材料Ｓｉで形
成されているため，線膨張率が同一であり，接着施工時
及びプラズマ負荷時の熱流入に対して内部応力の発生に
よる割れなどを誘発せず，機械構造的な安定性を実現し
ている。更に，上記プラズマ発生キャビティ３内には，
ＲＦ電源１０に接続されたアンテナ９が，上記プラズマ
発生空間１を囲むように同心円状に埋設されている。

【００１３】また，上記プラズマ発生キャビティ３及び
アノード４は，同心円状の複数のガス溜まり溝５（ガス
溜まり室に相当）が形成されたアルミ製のガス溜まり構
造物（以下，ガスチャネル）６に対して，内側からボル
ト７によって結合されている。尚，上記アノード４は，
上記ボルト７を介して接地電位が付与されている。ここ
で，不活性ガスが供給されるガス溜まり溝５ａは上記プ
ラズマ発生空間１の上方に形成された供給口１３と，反
応性ガスが供給されるガス溜まり溝５ｂは上記アノード
４に形成された供給口１４と，上記プラズマ発生キャビ
ティ３内を通してそれぞれ連通されており，適切なピッ
チで形成された上記供給口１３，１４から各空間内に均
一に噴射される。このように，上記アノード４を介して
上記プラズマ処理空間２に供給される上記反応性ガス
は，上記ガスチャネル６に形成されたガス溜まり溝５ｂ
から上記プラズマ発生キャビティ３内を通して供給され
るため，上記従来のプラズマ処理装置Ｚ０のようにプラ
ズマ発生空間を横切って各アノードを接続するリブ状の
ガス供給経路を設ける必要がなく，プラズマ発生空間か
ら拡散吹き出しされるイオンＦｌｕｘが遮られてしま
う，高密度プラズマ被爆による熱膨張と収縮との繰り返
しによってパーティクル発生源となってしまう，機械的
な耐久性が劣る，といった種々の問題点が解決できる。
また，各アノード４毎に異なるガス溜まり溝５ｂから反
応性ガスを供給できるため，１種類のアノードを用いて
反応性ガスの供給量を自在に制御することが可能であ
る。但し，格別の，反応性ガスの供給量の制御を必要と
しない場合，ガス溜まり溝（ひいては供給口１４）は単
一の同心円状に形成されたものであってもかまわない。

【００１４】また，上記ガスチャネル６の上面側には，
内部にフロロカーボン系の絶縁性冷媒が循環されるアル
ミ製の冷却板８（冷却手段の一例）が，大気圧側（外
側）からボルトにて結合されている。これにより，上記
ガスチャネル６，上記プラズマ発生キャビティ３，及び
アノード４に対する伝熱冷却を実現している。更に，ロ
ッドヒータ１１と熱電対１２（温度センサの一例）と
が，上記冷却板８及びガスチャネル６を介して且つ該冷
却板８及び該ガスチャネル６に接せずにプラズマ発生キ
ャビティ３内に挿入されており，プラズマ発生の強弱や
プラズマ発生の有無（装置停止時を含む）といった熱負
荷の変化に対する，より安定した温度制御を可能として
いる。このように，上記アノード４については，上記プ
ラズマ発生キャビティ３を介して面外方向への熱伝達に
よってその全面にわたる温度制御を容易且つ適切に行う
ことが可能である。

【００１５】尚，上記プラズマ発生キャビティ３と上記
ガスチャネル６との間には，シリコーンラバー１７を配
して異材料の接触における線膨張率の差異による熱膨張
の差を吸収し，且つ十分な熱的接触を実現している。ま
た，上記ボルト７は，アノード４−ガスチャネル６間の
温度分布による鉛直方向への伸びを抑えるためにタング
ステン製のものを用いており，更に，プラズマ処理空間
２に露出されるボルト７の頭部は，反応影響とプラズマ
への特異点影響を低減するためにＳｉのカバー１５で覆
われている。更に，上記アンテナ９は，アルミナ製ブロ
ックとシリコーンゴムなどの絶縁性と伝熱性を有するア
ンテナ固定部材１６を介して上記ガスチャネル６に固定
されている。これにより，アンテナに発生するジュール
熱を効率的に廃熱でき，アンテナの抵抗変化を抑えて効
率低下を回避することができると共に，アンテナの位置
出し精度を確保できる。

【００１６】以上のように，冷却板８，ガスチャネル
６，プラズマ発生キャビティ３，及びアノード４は，ボ
ルト等によって互いに結合されてルーフ２０を形成して
いる。上記ルーフ２０は，チャンバ２１の上方に形成さ
れた開口部を塞ぐように，上記チャンバ２１の上縁部に
形成されたルーフベース２２上に載置され，更にルーフ
押さえ２３によって固定されている。

【００１７】また，上記プラズマ処理空間２は，上記ア
ノード４と，ウェハなどの非処理物Ｗが載置され，ＲＦ
電源２５に接続されるカソード２４とで挟まれた領域と
して形成されている。

【００１８】プラズマ発生空間１内に不活性ガスが供給
され，ＲＦ電源１０が作動されて上記アンテナ９からＲ
Ｆ交番磁界が印加されると，同心円状の溝形状に構成さ
れた上記プラズマ発生空間１内において，電子が誘導結
合し，高密度プラズマが形成される（ＩＣＰ）。その一
方，高速電子は曲率ある壁面に吸収消滅され，比較的低
温で高密度の不活性ガスプラズマ（ＨＤＰ）が形成され
る。このプラズマ発生空間１内で発生したプラズマは，
上記プラズマ処理空間２に拡散する。更に，ＲＦ電源２
３を作動させると，プラズマ処理空間２にもカソード２
４及びアノード４を介してＲＦ電界が印加され，容量結
合（ＣＣＰ）によるプラズマ発生が行われ，供給口１４
から供給された反応性ガスが励起・解離される。ここ
で，同心円状の溝形状に構成された上記プラズマ発生空
間１の物理的な横方向拡散防止効果により，プラズマの
ローカライズが可能となる。更に，同心円状のリング構
造アノード４を用いると，アンテナ９の発生電磁界の電
気的なシールド効果が付加され，ＩＣＰ型放電のプラズ
マ結合領域がよりプラズマ発生空間１内に限定できる。
これによって上記プラズマ発生空間１内の不活性ガスプ
ラズマとプラズマ処理空間２内の反応性ガスプラズマは
独立性が増し，反応性ガスの解離度制御がより行い易く
なっている。尚，上記の例ではボルト７にタングステン
製のものを用い，上記ボルト７を介して接地電位を全て
のリング状のアノード４に付与する構成のものを示した
が，シールド効果はそのアノード４の電位自体とは直接
関係せず，シールド効果の面から上記のような構成とす
る必要性はない。例えば，絶縁性の部材でアノード４を
保持するなどして，上記アノード４を電気的ないわゆる
フローティング状態としても，同様の電気的なシールド
効果を奏することができ，ひいては不活性ガスプラズマ
のローカライズをもなし得るのである。

【００１９】以上説明したように，本実施の形態に係る
プラズマ処理装置Ｚ１は，上記アノード４を介して上記
プラズマ処理空間２に供給される上記反応性ガスは，上
記ガスチャネル６に形成されたガス溜まり溝５ｂから上
記プラズマ発生キャビティ３内を通して供給されるた
め，上記従来のプラズマ処理装置Ｚ０のようにプラズマ
発生空間を横切って各アノードを接続するリブ状のガス
供給経路を設ける必要がなく，プラズマ発生空間から拡
散吹き出しされるイオンＦｌｕｘが遮られてしまう，高
密度プラズマ被爆による熱膨張と収縮との繰り返しによ
ってパーティクル発生源となってしまう，機械的な耐久
性が劣る，といった種々の問題点が解決できる。また，
各アノード４毎に独立にガス供給の可能な異なるガス溜
まり溝５ｂから反応性ガスを供給できるため，このプラ
ズマ処理装置Ｚ１の外部の反応性ガスの供給源から，上
記ガス溜まり溝５ｂに通じるガス流路に，独立したガス
流量制御手段（弁）を介設する等をすることにより，１
種類のアノードを用いて反応性ガスの供給量を自在に制
御することが可能である。また，アノード４が，上記プ
ラズマ発生キャビティ３の下端部に上記プラズマ発生空
間１を挟むように同心円状に形成されているため，アン
テナ９の発生電磁界の電気的なシールド効果により，Ｉ
ＣＰ型放電のプラズマ結合領域がプラズマ発生空間１内
に限定されて不活性ガスプラズマのローカライズが可能
となり，これによって上記プラズマ発生空間１内の不活
性ガスプラズマとプラズマ処理空間２内の反応性ガスプ
ラズマは独立性が増し，反応性ガスの解離度制御がより
行い易くなっている。また，上記プラズマ発生キャビテ
ィ３と上記アノード４とが接着により熱的に連結され，
更に上記プラズマ発生キャビティ３はガスチャネル６を
介して冷却板８に熱的に連結されているため，プラズマ
発生キャビティ３やアノード４をムラなく冷却して異常
な温度上昇を抑制することができ，プロセス条件及び構
造物の安定化を図ることができる。更に，上記プラズマ
発生キャビティ３内にロッドヒータ１１と熱電対１２と
が挿入され，上記熱電対１２による検出温度に基づいて
上記ロッドヒータ１１によって温度制御が行われるた
め，プラズマ発生の強弱やプラズマ発生の有無（装置停
止時を含む）といった熱負荷の変化に対する，より安定
した温度制御が可能となる。更に，上記アンテナ９は，
上記ガスチャネル６に対して，アルミナ製ブロックとシ
リコーンゴムなどの絶縁性と伝熱性を有する部材１６を
介して上記ガスチャネル６に固定されているため，アン
テナに発生するジュール熱を効率的に廃熱でき，アンテ
ナの抵抗変化を抑えて効率低下を回避することができる
と共に，アンテナの位置出し精度を確保できる。

【００２０】

【実施例】続いて，本発明の他の実施形態について説明
する。図３及び図４に示すプラズマ処理装置Ｚ２は，上
記プラズマ処理装置Ｚ１を一部改良したものであり，図
１及び図２と略同一の構成については同符号を付し，そ
の説明は省略する。以下，上記プラズマ処理装置Ｚ１と
の相違部分を中心に説明する。上記プラズマ処理装置Ｚ
２では，ガスチャネル６とプラズマ発生キャビティ３と
の間にアルミナ製のベース構造物３１が挟み込まれてお
り，アンテナ９は上記プラズマ発生空間１の上方の上記
ベース構造物３１内に埋設されている。また，上記ベー
ス構造物３１には，伝熱性のロッド状構造物（以下，伝
熱ロッド）３２（導電性部材の一例）が上下方向に貫通
する形で埋め込まれている。上記プラズマ発生キャビテ
ィ３及びアノード４は，ボルト７によって上記ベース構
造物３１の上記伝熱ロッド３２に対して固定されてお
り，冷却板８及びガスチャネル６との熱的な連結が実現
されている。即ち，上記プラズマ発生キャビティ３及び
アノード４は，上記伝熱ロッド３２を介して上記冷却板
８からの伝熱冷却が実現されている。また，上記アノー
ド４は，上記ボルト７，上記伝熱ロッド３２を介して上
記冷却板８及びガスチャネル６と同様の接地電位が付与
される。更に，ロッドヒータ１１と熱電対１２について
も上記伝熱ロッド３２内に挿入されている。尚，上記ア
ルミナ製のベース構造物３１自体は，構造的な真空支持
部材であり，冷却には直接寄与しない。冷却板８及びガ
スチャネル６については，基本的に上記プラズマ処理装
置Ｚ１と同様の構造となっている。尚，上記ガスチャネ
ル６に形成されたガス溜まり溝５ａ，５ｂと，プラズマ
発生キャビティ３及びアノード４に形成された供給口１
３，１４は，上記ベース構造物３１を介して上記プラズ
マ処理装置Ｚ１と同様に連通されている。以上のよう
に，上記プラズマ処理装置Ｚ２では，アンテナ９，伝熱
ロッド３２，ロッドヒータ１１，熱電対１２などが上記
ベース構造物３１内に設置されており，それらとプラズ
マ発生キャビティ３′との干渉がないため，上記プラズ
マ処理装置Ｚ１と比べて上記プラズマ発生キャビティ
３′の交換作業が格段に容易である。また，上記プラズ
マ発生キャビティ３′にアンテナ９やロッドヒータ１１
の挿入用の溝等を形成する必要がないため，ガス供給用
の細穴を形成する際の自由度が増す。また，耐真空保持
の応力負荷のプラズマ発生キャビティ３′への負担が軽
減されることから，強度的にも有利である。

【００２１】また，上記プラズマ処理装置Ｚ２（若しく
はＺ１）を改良し，冷却板８，ガスチャネル６，伝熱ロ
ッド３２，ボルト７，及びアノード４を絶縁させ，上記
冷却板８等を介してアノードバイアス用の高周波（４０
０ｋＨｚか１３．５６ＭＨｚ）を導入し（高周波電力供
給手段），上記アノード４及びその周辺部にバイアス電
界を発生させるようにすることもできる。この場合，冷
却板８内を循環する冷媒として例えば絶縁性の高いフロ
ロカーボン系のブラインを使用し，ガス導入部には例え
ばテフロン製のフィルタを挿入することで，アノードバ
イアスと配管との絶縁を実現できる。上記のような構成
とすることにより，アノード周辺へのバイアス印加によ
るスパッタ効果により付着するデポ膜形成を抑制するこ
とができ，エッチング処理の安定性を向上させることが
可能となる。ここで，更に，図５，図６に示すように，
プラズマ発生キャビティ３′内にＳｉ，カーボンなどの
導電性の埋め込み部材４１を設けてアノード４と電気的
に接続すれば，プラズマ発生キャビティ３′の側壁部に
よりアノードバイアスが掛かりやすくなり，デポ膜の除
去性能を向上させることができる。尚，上記埋め込み部
材は，上記プラズマ発生キャビティ３′やアノード４と
略同一の線膨張率を有する材料で構成し，両者と熱的に
接続させることが望ましい。

【００２２】また，アノード４を，プラズマのガスソー
スとして得にくい組成により構成すれば，アノード４に
より固体ソースが形成でき，ガスソース単体では難しい
プロセス性能が実現できる。例えばアノード４をグラッ
シーカーボンで形成すれば，カーボンがスパッタにより
入口部に付着しやすく，例えばエッチングにおいてはパ
ターンの口部のダレを抑制する保護膜として作用し，よ
り垂直なエッチングを実現し易くなる。尚，アノード４
については，図７（ａ）に示すように，同心円状に分割
されてなる円又は円環にて構成されたものに限るもので
はなく，図７（ｂ）に示すように，更に径方向のスリッ
トにて再分割されてなるものでもよい（尚，図７は，ア
ノードの外形を概略的に示すため，ガスの供給口，ボル
トについてはその図示を省略している）。この図７
（ｂ）のように，同心円状の円又は円環のアノードをス
リットにて再分割した構成でも，上記したような，プラ
ズマ発生空間でのプラズマのローカライズは可能であ
り，ひいては上記プラズマ発生空間の深さとのバランス
に基づき，プラズマ処理空間への上記プラズマ発生空間
のプラズマの寄与度を調整することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように，本発明は，環状に
形成されたプラズマ発生空間と，上記プラズマ発生空間
近傍の壁面内に環状に埋設され，上記プラズマ発生空間
に高周波電磁界を印加するアンテナと，上記プラズマ発
生空間に隣接して連通可能に形成され，一対の電極で挟
まれた平行平板型のプラズマ処理空間とを具備してなる
プラズマ処理装置において，上記プラズマ処理空間に導
入される反応性ガスが，上記プラズマ発生空間の上方か
ら上記プラズマ発生空間の側壁内に設けられた供給管を
介して上記プラズマ発生空間側壁の上記プラズマ処理空
間側端部から上記プラズマ処理空間に供給されるように
構成されてなることを特徴とするプラズマ処理装置とし
て構成されているため，上記従来のプラズマ処理装置Ｚ
０のようにプラズマ発生空間を横切って各アノードを接
続するリブ状のガス供給経路を設ける必要がなく，プラ
ズマ発生空間から拡散吹き出しされるイオンＦｌｕｘが
遮られてしまう，高密度プラズマ被爆による熱膨張と収
縮との繰り返しによってパーティクル発生源となってし
まう，機械的な耐久性が劣る，といった種々の問題点が
解決できる。

【００２４】また，並列に設けられた複数のガス溜まり
室を具備し，上記各供給管がいずれかのガス溜まり室に
接続されるように構成すれば，各吹き出し口に異なるガ
ス溜まり室から反応性ガスを供給できるため，１種類の
アノードを用いて反応性ガスの供給量を自在に制御する
ことが可能である。また，上記一対の電極を構成するア
ノード電極を上記プラズマ発生空間側壁の上記プラズマ
処理空間側端部に環状に設置し，上記アンテナによって
上記プラズマ発生空間に印加される高周波電磁界を上記
プラズマ発生空間内にシールドするように構成すれば，
アンテナから発生する交番磁界をシールドすることによ
り，ＩＣＰ型放電のプラズマ結合領域がプラズマ発生空
間内に限定されて不活性ガスプラズマのローカライズが
可能となり，これによって上記プラズマ発生空間内の不
活性ガスプラズマとプラズマ処理空間内の反応性ガスプ
ラズマは独立性が増し，反応性ガスの解離度制御がより
行い易くなる。

【００２５】また，上記プラズマ発生空間側壁の上記プ
ラズマ処理空間側の端部と上記アノード電極とを熱的に
連結すると共に，上記プラズマ発生空間を形成する構造
物を直接的若しくは間接的に冷却する冷却手段を具備す
れば，プラズマ発生空間を構成する構造物やアノード電
極をムラなく冷却して異常な温度上昇を抑制することが
でき，プロセス条件及び構造物の安定化を図ることがで
きる。またこの時，上記プラズマ発生空間を形成する構
造物と上記アノード電極とを略等しい線膨張率の材料又
は同質の材料にて構成するのが望ましい。これにより，
接着施工時及びプラズマ負荷時の熱流入に対して内部応
力の発生による割れなどを誘発せず，機械構造的な安定
性を向上させることが可能である。更に，上記プラズマ
発生空間を形成する構造物，若しくは該構造物と熱的に
連結されている伝熱部材にヒータと温度センサとを挿入
し，上記温度センサによる検出温度に基づいて上記ヒー
タによって温度制御を行うように構成すれば，プラズマ
発生の強弱やプラズマ発生の有無（装置停止時を含む）
といった熱負荷の変化に対する，より安定した温度制御
が可能となる。

【００２６】また，上記プラズマ発生空間を形成する絶
縁性の構造物を熱的に結合される伝熱部材にて支持し，
該伝熱部材を絶縁性材料よりなるベース構造物に埋設す
ると共に，上記アンテナを上記ベース構造物内に埋設す
れば，アンテナとプラズマ発生空間を形成する構造物と
の干渉がなくなるため，上記プラズマ発生空間を形成す
る構造物の交換作業が格段に容易である。また，上記プ
ラズマ発生空間を形成する構造物にアンテナ等の挿入用
の溝等を形成する必要がないため，ガス供給用の細穴を
形成する際の自由度が増し，また強度的にも有利であ
る。

【００２７】また，上記プラズマ発生空間側壁の上記プ
ラズマ処理空間側の端部に設置されたアノード電極に高
周波電力を供給する高周波電力供給手段を具備し，上記
高周波電力供給手段によって上記アノード電極及びその
周辺部にバイアス電界を印加するように構成すれば，ア
ノード周辺へ付着するデポ膜形成を抑制することがで
き，エッチング処理の安定性を向上させることが可能と
なる。この時，更に上記プラズマ発生空間の側壁内に上
記アノード電極と電気的に接続された導電性部材を埋設
すれば，プラズマ発生空間の側壁部に，よりアノードバ
イアスが掛かりやすくなり，デポ膜の除去性能を向上さ
せることができる。更にこの時，上記導電性部材を，上
記プラズマ発生空間を形成する構造物と略等しい線膨張
率の材料又は同質の材料にて構成するのが望ましい。こ
れにより，上記アノード電極と熱的に連結しても，熱負
荷に対して内部応力の発生による割れなどを誘発せず，
機械構造的な安定性を向上させることが可能である。

【００２８】また，上記アノード電極の少なくとも一部
分を，プラズマ処理の固体ソースとなる材料（例えばガ
スソースとして得にくい材料）で構成すれば，ガスソー
ス単体では難しいプロセス性能を実現できる。また，上
記アンテナを，上記プラズマ発生空間を形成する構造物
を固定しつつ該構造物を直接的若しくは間接的に冷却す
る構造物に対して，絶縁性と伝熱性とを有する部材を介
して取り付ければ，アンテナに発生するジュール熱を効
率的に廃熱でき，アンテナの抵抗変化を抑えて効率低下
を回避することができると共に，アンテナの位置出し精
度を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置
Ｚ１の概略構成を示す縦断面図（図２におけるＢ″−Ｂ
−Ｂ′断面）。

【図２】 図１におけるＡ−Ａ断面図。

【図３】 本発明の実施例に係るプラズマ処理装置Ｚ２
の概略構成を示す縦断面図。

【図４】 図３におけるＣ−Ｃ断面図。

【図５】 上記プラズマ処理装置Ｚ２の変形例を示す要
部縦断面図。

【図６】 図５におけるＤ−Ｄ断面図。

【図７】 本発明の実施例に係るプラズマ処理装置Ｚ１
又はＺ２のアノードの概略構成を示す図（図１における
Ｙ矢視図，図３におけるＹ′矢視図，図５におけるＹ″
矢視図）。尚，（ｂ）は（ａ）と別の形態を示す図であ
る。

【図８】 従来技術に係るプラズマ処理装置Ｚ０の概略
構成を示す縦断面図。

【図９】 上記プラズマ処理装置Ｚ０のアノード電極近
傍の拡大図。尚，（ｂ）は（ａ）のＸ矢視図である。

【符号の説明】

１…プラズマ発生空間 ２…プラズマ処理空間 ３…プラズマ発生キャビティ（プラズマ発生空間を形成
する構造物） ４…アノード ５（５ａ，５ｂ）…ガス溜まり溝（室） ６…ガスチャネル ７…ボルト ８…冷却板 ９…アンテナ １０…ＲＦ電源 １１…ロッドヒータ １２…熱電対（温度センサの一例） １３，１４…供給口 １５…カバー １６…アンテナ固定部材 １７…シリコーンラバー ２０…ルーフ部 ２１…チャンバ ２２…ルーフベース ２３…ルーフ押さえ ２４…カソード ２５…ＲＦ電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野沢 俊久 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 猿丸 正悟 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 Ｆターム(参考） 4K057 DD01 DM02 DM07 DM37 DM39 5F004 AA16 BA06 BA20 BB11 BC03 CA09

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状に形成されたプラズマ発生空間と，
   上記プラズマ発生空間近傍の壁面内に環状に埋設され，
   上記プラズマ発生空間に高周波電磁界を印加するアンテ
   ナと，上記プラズマ発生空間に隣接して連通可能に形成
   され，一対の電極で挟まれた平行平板型のプラズマ処理
   空間とを具備してなるプラズマ処理装置において，上記
   プラズマ処理空間に導入される反応性ガスが，上記プラ
   ズマ発生空間の上方から上記プラズマ発生空間の側壁内
   に設けられた供給管を介して上記プラズマ発生空間側壁
   の上記プラズマ処理空間側端部から上記プラズマ処理空
   間に供給されるように構成されてなることを特徴とする
   プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 並列に設けられた複数のガス溜まり室を
   具備し，上記各供給管がいずれかのガス溜まり室に接続
   されてなる請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 上記一対の電極を構成するアノード電極
   が上記プラズマ発生空間側壁の上記プラズマ処理空間側
   端部に環状に設置され，上記アンテナによって上記プラ
   ズマ発生空間に印加される高周波電磁界を上記プラズマ
   発生空間内にシールドするように構成されてなる請求項
   １又は２記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 上記プラズマ発生空間側壁の上記プラズ
   マ処理空間側の端部と上記アノード電極とが熱的に連結
   されると共に，上記プラズマ発生空間を形成する構造物
   を直接的若しくは間接的に冷却する冷却手段を具備して
   なる請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 上記プラズマ発生空間を形成する構造
   物，若しくは該構造物と熱的に連結されている伝熱部材
   にヒータと温度センサとが挿入され，上記温度センサに
   よる検出温度に基づいて上記ヒータによって温度制御を
   行うように構成されてなる請求項１〜４のいずれかに記
   載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 上記プラズマ発生空間を形成する絶縁性
   の構造物が，熱的に結合された伝熱部材で支持され，該
   伝熱部材が絶縁性材料よりなるベース構造物に埋設され
   ると共に，上記アンテナが上記ベース構造物内に埋設さ
   れてなる請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理
   装置。
7. 【請求項７】 上記プラズマ発生空間側壁の上記プラズ
   マ処理空間側の端部に設置されたアノード電極に高周波
   電力を供給する高周波電力供給手段を具備し，上記高周
   波電力供給手段によって上記アノード電極及びその周辺
   部にバイアス電界を印加するように構成されてなる請求
   項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 上記プラズマ発生空間の側壁内に，上記
   アノード電極と電気的に接続された導電性部材が埋設さ
   れてなる請求項７記載のプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】 上記アノード電極の少なくとも一部分
   が，プラズマ処理の固体ソースとなる材料で構成されて
   なる請求項７又は８記載のプラズマ処理装置。
10. 【請求項１０】 上記アンテナが，上記プラズマ発生空
    間を形成する構造物を固定しつつ該構造物を直接的若し
    くは間接的に冷却する構造物に対して，絶縁性と伝熱性
    とを有する部材を介して取り付けられてなる請求項１〜
    ９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。