JP2004235545A

JP2004235545A - プラズマ処理装置及び処理方法

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Publication number: JP2004235545A
Application number: JP2003024231A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Nishio; 良司西尾; Takeshi Yoshioka; 健吉岡; Saburo Kanai; 三郎金井; Takamitsu Kanekiyo; 任光金清; Hideki Kihara; 秀樹木原; Koji Okuda; 浩司奥田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: TWI302075B; TW200417293A; JP3935850B2

Abstract

【課題】真空真空容器内壁に堆積する堆積膜を制御することにより量産安定性に優れたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】真空処理室２の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、前記ガスリングの上部を被覆して真空処理室を形成するベルジャ１２と、前記ベルジャ１２上部に配置し、前記真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナ１ａ，１ｂと、前記真空処理室内に試料１３を載置する載置台５と、前記アンテナ１ａ，１ｂとベルジャ１２間に配置するとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールド８と、前記処理ガスの吹き出し口を除く前記ガスリング内面に着脱自在に取り付けた防着板からなり、前記試料面から見込むことのできる防着板を含むガスリング内面の面積を前記試料の面積の略１／２以上に設定した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に係り、特に反応生成物による異物発生を抑制することのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス製造分野において用いられる被エッチング材料としては、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）あるいは論理回路ＩＣ等にはＳｉ、Ａｌ、ＳｉＯ２等の揮発性材料が用いられる。また、ＦＲＡＭ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）あるいはＭＲＡＭ（ＭａｇｎｅｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などにはＦｅ等の不揮発性材料が用いられつつある。
【０００３】
不揮発性材料は、エッチング時に生成される反応生成物の融点が高いためエッチングが困難である。また、エッチング後の反応生成物の蒸気圧が低く、真空容器（真空処理室）内壁への付着係数が高いため、少数（数枚〜数百枚）の試料を処理するだけで真空容器内壁が反応生成物の堆積物によって覆われることになる。また、この堆積物は剥がれ落ちると異物を発生することになる。
【０００４】
前記反応生成物が堆積すると、誘導アンテナと反応容器内プラズマとの結合状態が変化し、エッチング速度やその均一性、エッチング垂直性、エッチング側壁に対する反応生成物の付着状況等が経時変化する。
【０００５】
なお、前記不揮発性材料の具体的な例としては、ＭＲＡＭあるいは磁気ヘッド等に用い強磁性あるいは反強磁性材料としてのＦｅ、ＮｉＦｅ、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＤＲＡＭのキャパシタ部やゲート部、ＦＲＡＭのキャパシタ部、ＭＲＡＭのＴＭＲ（ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子部に用いられる貴金属材料のＰｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｒｕが挙げられる。このほか、高誘電体材料のＡｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_３、強誘電体材料のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）、ＳＢＴ（タンタル酸ストロンチウムビスマス）等が挙げることができる。
また、同じく半導体デバイス製造分野において、半導体デバイスの製造工程としてＳｉやＳｉＯ_２あるいはＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法によって成膜する技術が多用される。この技術においては、モノシラン等の重合性ガスをプラズマ中に入射して、ウエハ上に成膜する。このときに大量の重合膜がウエハ以外の反応容器の内壁に付着し、量産安定性を阻害する。すなわち、反応容器内壁に重合膜が厚く堆積しすぎると、内壁表面から重合膜が剥がれ落ち、前述の場合と同様にウエハに異物となって付着する。このため、ＮＦ_３等の激性特殊ガスを用いたプラズマクリーニング、あるいは、反応容器を開放して行う手作業の清掃を実施する必要がある。
【０００６】
また、半導体デバイス製造分野において、ＳｉＯ_２のプラズマドライエッチング工程が多用される。このエッチングでは、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＣＯ、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３等の弗化炭素がエッチングガスとして用いられる。プラズマ中でこれらのガスが反応して生成した反応生成物には、Ｃ、ＣＦ、Ｃ_２Ｆ_２等の遊離基が多く含まれ、これら遊離基が反応容器の内壁に堆積すると、前述の場合と同様に異物発生の原因となる。また、遊離基が堆積膜からプラズマ中に再蒸発するとプラズマ中の化学組成が変化し、ウエハのエッチング速度が経時的に変化することになる。従来のプラズマ処理装置としては、真空容器外周にコイル状のアンテナを設けた誘導型のプラズマ処理装置、あるいは真空容器内にマイクロ波を導入するプラズマ処理装置等が知られている。これらいずれの処理装置においても、不揮発性材料をエッチングする場合における真空容器内壁への堆積物の対策が十分でないため、前記大気開放を伴う手作業による洗浄を繰り返し行っている。前記手作業による洗浄は、洗浄を開始すると次の試料の処理開始までに６〜１２時間も要すことから装置の稼動効率が低下することになる。
例えば、特許文献１、２，３には、誘導方式で処理容器内にプラズマを生成すると共に、真空容器外周に設けた誘導アンテナとプラズマとの間にファラデーシールドを設け、このファラデーシールドに高周波電源を接続し電力を供給することにより、真空容器内壁への反応生成物の付着の低減し、あるいは真空容器内壁をクリーニング可能としたプラズマ処理装置が示されている。
【０００７】
この装置は、真空容器のうち、非導電性物質すなわちセラミックスか石英等で形成している部分で、かつファラデーシールドによる電界が十分に到達している部分については有効である。しかし、その他の非導電性物質で形成した部分あるいは導電性物質で形成した部分については有効ではない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２７５６９４号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−６１８５７号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２０００−３２３２９８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、真空容器内壁に反応生成物が堆積しすぎると、内壁表面から堆積膜が剥がれ落ち、ウエハに異物となって付着する。また、誘導アンテナを用いたプラズマ処理装置では、誘導アンテナと反応容器内プラズマとの結合状態が変化し、エッチング速度やその均一性、エッチング垂直性、エッチング側壁に対する反応生成物の付着状況等が経時変化する。また、真空容器内壁を洗浄する場合には次の試料の処理開始までに時間も要すことから装置の稼動効率が低下することになる。また、空容器外周に設けた誘導アンテナとプラズマとの間にファラデーシールドを設け、このファラデーシールドに高周波電源を接続し電力を供給することで、真空容器内壁への反応生成物の付着の低減し、あるいは真空容器内壁をクリーニング可能としたプラズマ処理装置では、その有効範囲が限定される。
【００１２】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、真空真空容器内壁に堆積する堆積膜を制御し、量産安定性に優れたプラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１４】
真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、前記ガスリングの上部を被覆して真空処理室を形成するベルジャと、前記ベルジャ上部に配置し、前記真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、前記真空処理室内に試料を載置する載置台と、前記アンテナとベルジャ間に配置するとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドと、前記処理ガスの吹き出し口を除く前記ガスリング内面に着脱自在に取り付けた防着板からなり、前記試料面から見込むことのできる防着板を含むガスリング内面の面積を前記試料の面積の略１／２以上に設定した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例について図面を用いて説明する。第１の実施例では、プラズマ処理する試料が不揮発性材料である場合におけるエッチング処理を例にして、処理中における反応生成物の真空容器内壁への堆積を抑制する方法について説明する。
【００１６】
図１は、本実施例にかかるプラズマ処理装置の断面図を示す。真空容器２はその上部を閉塞する絶縁材料（例えば、石英、セラミック等の非導電性材料）製のベルジャ１２を備え真空処理室を形成する。真空容器の内部には、被処理物である試料１３を載置するための載置台５を備え、該処理室内にはプラズマ６を生成して試料を処理する。また、前記載置台５は載置台を含む資料保持部９上に形成される。
【００１７】
ベルジャ１２の外周にはコイル状の上アンテナ１ａ及び下アンテナ１ｂを配置する。また、ベルジャ１２の外側には、プラズマ６と静電容量的に結合する円盤状のファラデーシールド８を設ける。前記アンテナ１ａ及び１ｂ及びファラデーシールド８は、後述するように整合器（マッチングボックス）３を介して高周波電源（第１の高周波電源）１０に直列に接続する。また、ファラデーシールド８とアース間に並列にインピーダンスの大きさが可変可能な直列共振回路（可変コンデンサＶＣ３及びリアクトルＬ２）を接続してある。
【００１８】
真空容器２内にはガス供給管４ａを介して処理ガスを供給する。また、真空容器２内のガスは排気装置７によって所定の圧力に減圧排気される。ガス供給管４ａより真空容器２内に処理ガスを供給し、この状態で前記処理ガスを前記アンテナ１ａ及び１ｂにより発生する電界の作用によってプラズマ化する。載置電極５には基板バイアス電源（第２の高周波電源）１１を接続する。これにより、プラズマ６中に存在するイオンを試料１３上に引き込むことができる。
【００１９】
なお、高周波電源１０としては例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨＺ等のＨＦ帯の高周波電力、あるいは更に周波数が高いＶＨＦ帯等の高周波電源を用い、高周波電力を誘導結合アンテナ１ａ、１ｂ及びファラデーシールド８に供給することにより、真空容器２内にプラズマ生成用の電界を得ることができる。このとき、整合器（マッチングボックス）３を用いて、誘導結合アンテナ１ａ，１ｂのインピーダンスを高周波電源１０の出力インピーダンスに一致させることにより電力の反射を抑えることができる。整合器（マッチングボックス）３としては、例えば図に示すように可変容量コンデンサＶｃ１、Ｖｃ２を逆Ｌ字型に接続したものを使用する。
【００２０】
ファラデーシールドは、図２に示すように、たて縞状のスリット１４を有する導体製であり、セラミック製の真空真空容器（ベルジャ１２）に重なる形で配置されている。ファラデーシールド８に印加する電圧は前記可変コンデンサ（図１に示すＶＣ３）により調節可能である。ファラデーシールド８に印加する電圧（シールド電圧）ウエハ毎の処理レシピに対応して、あるいはクリーニング処理のレシピに対応して任意の値に設定できるようにしておくとよい。
【００２１】
なお、ファラデーシールドによる真空容器内壁クリーニングの原理は、ファラーデーシールドに印加した高周波電圧により、真空容器内部（ベルジャ内壁）にバイアス電圧を発生させ、これによりプラズマ中のイオンを真空容器壁に引き込み、引き込まれたイオンにより真空容器壁を衝撃し、物理的・化学的スパッタを生じさせて、真空容器壁への反応生成物の付着を防ぐものである。ファラデーシールドによる壁内壁クリーニングには最適なファラデーシールド電圧（ＦａｒａｄａｙＳｈｉｅｌｄＶｏｌｔａｇｅ；ＦＳＶ）がある。この最適なＦＳＶには、高周波電源周波数、真空容器壁材料、プラズマの密度、プラズマの組成、真空容器全体の構成および被処理物の材料、処理速度、処理面積が影響する。したがって、このＦＳＶの最適値は、プロセスごとに変える必要がある。
【００２２】
図３はＦＳＶを最適化する方法を説明する図であり、ＦＳＶと真空容器壁材料（例えば壁材料がアルミナである場合はアルミナを構成するアルミニウムあるいは酸素）の発光強度（光量）の関係を示したものである。図に示すように、あるＦＳＶ（図３ではｂ点）を境に、ＦＳＶが高くなると壁材料の発光が強くなる。これはｂ点以下のＦＳＶでは壁に堆積物（デポ）が堆積している状態を示し、ｂ点以上のＦＳＶではデポがスパッタされて堆積しないだけでなく、壁材料自体もスパッタされていることを示している。
【００２３】
ＦＳＶ最適値はｂ点の電圧であるが、プロセスによってはａ点を最適値とする場合もある。例えば、真空壁材料のスパッタによって壁材料が気相中に放出されることにより被処理物の処理反応や気相中の反応が想定したものとずれて、所望のプロセスが実行できない場合などが該当する。すなわち、ＦＳＶをａ点に設定することにより、真空容器内壁にはわずかであるがデポの堆積を認め、これにより壁材料をまったくスパッタしないようにする。これにより壁材料の放出によるプロセス障害を防ぐことが可能になる。しかしながら、真空容器内壁にデポが十分堆積しないうちに、真空容器内壁をクリーニング専用のプロセス（ここではＦＳＶはｂ点より高く設定する）を用いてクリーニングすることが必要となる。
上記とは逆にｃ点を最適値とするプロセスもある。例えば、真空容器内壁に少しでも反応生成物が堆積すると、異物を発生したり、プラズマを生成するための高周波電力が堆積物に吸収されてプラズマの特性が変化して目的のプロセスを安定して実行できない場合がある。この場合には、ＦＳＶを前述のようにｃ点に設定しする。すなわち内壁は多少削れても良いが、反応生成物は全く堆積しない条件に設定することもできる。この場合は、真空容器の消耗が大きくなるという欠点が発生するが、内壁のクリーニング回数は削減できる。
【００２４】
なお、内壁の削れも、反応生成物の堆積も望ましくない場合はＦＳＶをｂ点に設定することになる。このとき、ＦＳＶの設定電圧の再現性をよくすることが重要である。これは、異なる装置で同じプロセスを行うときや、同じ装置でも連続して同一プロセスを行うときの経時変化を抑える必要があるからである。このためには、ＦＳＶのフィードバック制御が重要になる。
【００２５】
図４は、ＦＳＶのフィードバック制御を説明する図である。図に示すように、プラズマ生成用の高周波電源１０の出力がインピーダンス整合器（ＶＣ１，ＶＣ２）及びアンテナ１ａ，１ｂを介してファラデーシールド８に印加されるようになっている。ＦＳＶをコンデンサＣ２、Ｃ３で分割して小信号とし、フィルタ１５を通して高調波や他の周波数成分を除いた上で検波器１６で検波してＤＣ電圧に変換し増幅器１７で増幅する。このようにしてＦＳＶに比例したＤＣ電圧信号を得る。この信号を比較器１８により本体装置制御部２０のレシピ出力で設定されたプリセット値や設定値との比較し、モータ制御機１９を介してモータを制御してＦＳＶを電圧を決めるための可変コンデンサＶＣ３を回転させる。これにより、ＦＳＶを本体装置制御部２０で設定した値に制御することができ、例えば異なる装置や同一装置で連続して同じプロセスを処理する場合においてもＦＳＶの値を一定に制御することができる。また、装置間格差や経時変化を抑えることができる。
【００２６】
ファラデーシールドは、誘電体真空容器の壁（ベルジャ）を通してプラズマと容量結合する。この結果、ＦＳＶは、ファラデーシールドとプラズマの間の静電容量と壁にできるイオンシースによる静電容量によって分割され、分割された後の電圧がイオンシースにかかる。これによりイオンを加速し、真空容器内壁をイオンスパッタさせることになる。例えば、アルミナ製の真空容器の壁の厚さが１０ｍｍの場合、ＦＳＶが５００Ｖであると、イオンシースに印加される電圧は約６０Ｖになる。
【００２７】
低いＦＳＶでイオンシースに印加される電圧を高くすることは有用である。高いＦＳＶを発生させることは、異常放電が生じやすくなるなどの理由で取扱いがより困難となるからである。低いＦＳＶでイオンシースに印加される電圧を高くするには、イオンシースの静電容量は用いるプロセスのプラズマ特性で一意的に決まってしまうため、ファラデーシールドとプラズマの間の静電容量をできるだけ小さくすることが有効である。これを実現するためには、誘電体真空容器の材料の誘電率が高いこと、誘電体真空容器の壁の厚さをできるだけ薄くすることである。これに適する材料としては、強度が強くかつ誘電率が高い材料として代表的なアルミナを採用することができる。
【００２８】
アルミナのように誘電率が高い材料で壁厚さの薄い真空容器を作製した場合、問題になるのがファラデーシールドと真空容器の壁（ベルジャ）間の隙間である。アルミナの誘電率は約８であるので、１０ｍｍの壁厚さの場合、厚さを大気の場合に換算すると、１０／８＝１．２５ｍｍになる。ここで仮に、ファラデーシールドと真空容器の隙間が０ないし１ｍｍある場合を考えると、ファラデーシールドとプラズマの間隔は、大気換算で、１．２５ないし２．２５ｍｍと倍半分近く変化することになる。このことは、先ほどの条件の場合、イオンシースにかかる電圧が約３３Ｖから６０Ｖにまで変化することを意味する。
【００２９】
このように、イオンシースにかかる電圧が大きく変化すると、真空容器の内壁のある部分には堆積物（デポ）が付着し、他の部分には堆積物が付着しないということになり、ＦＳＶを印加することによるデポ付着抑制効果は減少することになる。これを防ぐには、ファラデーシールドと真空容器との隙間を一定にするか、望ましくはファラデーシールドを薄膜で製作し、真空容器に密着させることが必要となる。
【００３０】
金属板を加工してファラデーシールドを製作することは簡単であるが、真空容器の壁（ベルジャ）との隙間を０．５ｍｍ以下になるように製作することは現実的ではない。しかしながら、ファラデーシールドの下に導電性の弾性体、例えば導電性スポンジを貼付して、このスポンジによってファラデーシールドと真空容器の壁との隙間を埋めることができる。
【００３１】
図５はベルジャに対するファラデーシールドの取り付け例を示す図である。図５（ａ）は、ファラデーシールド１４とベルジャ１２との間に隙間がある例であり、隙間のある部分の真空容器内面には堆積物が堆積し易くなる。一方、隙間の無い裾付近は堆積物が堆積しない状態になる。図５（ｂ）は、前記隙間を弾性導電体１２ａ、例えば導電性スポンジで埋めた例を示す図である。これにより、ファラデーシールド１４はベルジャ１２に密着したのと同様の効果を得ることができる。なお、導電性スポンジは伸縮性が大きいため大小の隙間を柔軟に埋めることができる。
図６は、防着板の取り付け構造を説明する図であり、図６（ａ）はベルジャ１２の裾とその下にあるガスリングに形成したガス吹き出し口２３を示している。この構成においてプラズマ処理を継続すると図のＡ、及びＢで示す部分に堆積物が堆積する。ベルジャの内側で図のＢよりも上の部分には、ＦＳＶによるイオンスパッタの効果により、堆積物を堆積させないことができる。ここで問題になるのは、前記Ａ及びＢで示す部分である。Ａの部分は、ガス噴出し口２３の周辺であり、ここに堆積物が付着すると、この堆積物はガス流れの効果により剥れやすくなり、剥がれた堆積物は被処理物であるウエハの上に異物となって乗り、プロセスの障害となる。また、Ｂの部分は、ベルジャ１２の内壁であるが、ファラデーシールド１４がベルジャ内壁から遠くなる。このためＦＳＶによるイオンシース電圧が低下してイオンスパッタによる堆積物付着抑制効果が十分働かない部分である。
【００３２】
図６（ｂ）は、防着板２２によりガス吹き出し口２３を覆う構造を説明する図である。前記Ａの部分はガス吹き出し口付近であり、この部分への堆積物付着は極力低減する必要がある。ガス吹き出し口２３への堆積物付着を減らすには、ガス吹き出し口２３から防着板２２の穴を通して見えるプラズマ６領域を減らすこと、すなわちプラズマに対する見込み角を小さくすること、及びガス吹き出し口２３がウエハを直接見ないこと、すなわち、ガスの吹き出し口２３の中心軸は、前記見込み角外に前記試料が含まれるように前記試料上方のプラズマ生成空間方向に設定することが必要である。
【００３３】
図６（ｃ）は、防着板とガス噴出し口との関係の詳細例を示す図である。この例では、見込み角を略３０度まで小さくし、また、ガス噴出し口から直接ウエハが見えないようにしたものである。
【００３４】
このとき、防着板２２とガス噴出し口２３の間には、隙間を空けておくことが有効である。隙間の大きさは、０．５ｍｍ以上であることが望ましい。この隙間により幾つかの利点が発生する。まず、防着板に形成したガスを通す穴が同じ大きさでも、隙間を開けることによりプラズマへの見込み角を小さくでき、ガス噴出し口２３に付着する堆積物の量を減らすことができる。また、ガス噴出し口２３からガスを真空容器内に吹き出すとき、大きな圧力低下が発生し、粘性流から中間流へと移行し最終的に分子流になる。ここで、ガス吹き出し口２３周辺ではガスの圧力はまだ比較的高く中間流の状態であり、ここに堆積物が付着するとガスの流れから力を受けて堆積物が剥れやすくなる。隙間を空けることにより、防着板２２付近でのガス流れは分子流となり、ガス流れは防着板に付着した堆積物を剥がす力が少なくなり、堆積物の剥れを減少させることができる。さらに、後述するように、防着板２２の温度を効率的に上げて、防着板２２に付着する堆積物の量を減らすことができる。
【００３５】
図７は、防着板の熱計算の例を示す図である。プロセス処理の結果からＦｅやＰｔなどの材料は、２５０℃以上の部材に対しては付着しにくいという知見が得られている。そこで、前記防着板の温度が２５０℃以上になるように防着板を設計をした。熱設計では、プラズマからの入熱、防着板支持部からの熱逃げ、防着板全体からの輻射熱逃げの３者のヒートバランスを計算した。この熱計算の結果を図７に示す。
【００３６】
防着板がＳＵＳ（ステンレス）の場合、プラズマへの高周波（ＲＦ）入力が５００Ｗ程度において平衡温度が２５０℃を超えていることがわかる。防着板がＡｌ（表面アルマイト加工）の場合、ＲＦ入力が１０００Ｗ以上において、防着板平衡温度が２５０℃以上となる。以下、計算に当たっての各部の構造上の特徴について記す。
【００３７】
プラズマ入熱は、プラズマがリアクタ内で等方拡散するので、プラズマへのＲＦ入力×防着板面積／プラズマ接触全面積で計算される。今回設計した防着板仕様では、プラズマへのＲＦ入力＝１２００Ｗとすると、防着板への入熱は２６０Ｗとなる。
【００３８】
防着板からの熱輻射逃げは、材料にＳＵＳを用い、表面を鏡面仕上げにしておくことで、表面輻射率を０．２程度にすることができるので、低く抑えることができる。防着板にＡｌ（表面アルマイト処理）を用いる場合は、アルマイト表面輻射率が０．６程度となるので熱輻射逃げは多めになる。
【００３９】
図８は、防着板の支持構造を説明する図である。防着板は、その支持部からの伝熱が少なくなるよう全周を３点で支持し、ガスリング本体との接触部面積を図８のようにほぼ点接触とすることで伝熱面積を抑えた。具体例としては、接触部径方向長さを３ミリ、接触部周方向長さ１ミリとする。接触熱抵抗を３０００［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］程度の過大な値に見積もっても、接触面積×接触熱伝達率×（防着板内面温度−ガスリング温度）で計算される防着板支持部からの伝熱は、１０Ｗ程度にしかならない。
【００４０】
実際に防着板を試作し、表面温度を実測した。用いた防着板の材質はＡｌ（表面アルマイト）である。ＲＦ入力１２００Ｗにおいて、表面温度は約２５０℃であり、ほぼ設計値どおりの値となっていることを確認した。
【００４１】
前述のように、防着板は、高温に維持しても堆積物の付着を完全に無くすことはできない。このため、防着板に付着した堆積物を安定に付着させておくことが重要となる。このため、防着板の表面には機械的に堆積物の付着性をよくするため、多少の凹凸を持つことが望ましい。発明者らの実験に寄れば、表面粗さとして、１０μｍ以上であることが望ましいことがわかっている。
【００４２】
しかし、堆積物の付着が始まるとき、付着した堆積物は薄膜の状態から徐々にその膜厚が厚くなる。例えば、防着板に設けた１０μｍの凹凸は、同じ程度の膜厚の堆積物に対するアンカー効果を有する。しかし付着した堆積物の膜厚が厚くなるとアンカー効果は薄れてゆく。従って、堆積物の付着量が少ない初期状態から、堆積物量がある程度増えた状態までアンカー効果を有効に働かせるには、２種類の凹凸、例えば、１０μｍの凹凸と１００μｍの凹凸を同時に表面につけることが望ましい。このような凹凸を形成する加工法としては、例えば１００μｍの凹凸形成にローレット加工を、１０μｍの凹凸形成にブラスト加工を用いることができる。
【００４３】
以上述べたように、防着板の温度を上げるには防着板表面を鏡面加工し、また、堆積物を安定して付着させるためには表面に凹凸形成をすることが望ましい。従って、現実的には、防着板の堆積物の付着する面（プラズマに向かっている面）に凹凸を形成し、堆積物の付着しない面（例えば、防着板とガス噴出し口との隙間に向かっている面）を鏡面加工することができる。また、防着板から放射される熱を反射するために、ガスリングのガス噴出し口のある面で堆積物が付着しない部分の面は、鏡面加工することが望ましい。
【００４４】
防着板の大きさは、ガス吹き出し口を覆うための最小の大きさとすることが望ましい。これは、防着板には堆積物が多少なりとも堆積することが避けられないためであり、堆積物の付着量を少なくするため温度を高くする関係上、防着板には熱履歴が発生し、堆積物と防着板材質の熱による膨張・収縮量の差異によって、堆積物が剥れやすいからである。
【００４５】
また、防着板は電気伝導性のある材料で製作し、接地することが望ましい。これは、プラズマを生成するための高周波に対する接地面積を多くしたほうが放電が安定するためである。また、堆積物が帯電した場合、クーロン力による堆積物同士の反発力で、堆積物が剥れやすくなるため、堆積物の帯電をできるだけ防ぐ目的ももっている。
【００４６】
以上のような構造設計及び熱設計を行い、表面粗さを１０μｍ及び１００μｍとした防着板を製作して、プラチナＰｔを５００枚連続してエッチングして性能を調べた。その結果、ガス吹き出し口への堆積物の付着量は、ほとんど見られなかった。また、防着板に付着した堆積物は安定しており、堆積物の剥れは発生しなかった。
【００４７】
図９は、図６のＢの部分（ベルジャ１２の内壁のファラデーシールドがベルジャ内壁から遠くなる部分。従ってＦＳＶによるイオンシース電圧が低下してイオンスパッタによる堆積物付着抑制効果が十分働かない部分）に付着する堆積物対策について説明する図である。
【００４８】
図６のＢの部分は、ベルジャ１２内壁とファラデーシールド１４との距離が長いため、ＦＳＶによるイオンスパッタが効き難い領域である。そこで、防着板２２を延長し、この部分を覆うことにより堆積物付着量を低減させるとともに、堆積物の安定化を図ることができる。この構造を示したのが、図９（ａ）である。これを用いて、堆積物付着に試験をしたところ、図９（ａ）のＣ点を中心にベルジャ内壁の幅１５ｍｍほどの領域に堆積物が付着することがわかった。
【００４９】
図９（ｂ）は図９（ａ）の変形例である。図に示すように、ベルジャ１２は、その内面をガスリング４内面にほぼ連続するように形成し、このベルジャ１２をガスリング４上に配置して真空処理室を形成する。
【００５０】
この構成によれば、防着板をベルジャ内面及びガスリング内面に連続して形成することがでる。これにより前記ＦＳＶによるイオンスパッタが効き難い領域を防着板で有効に保護することができる。
【００５１】
図１０は、防着板近傍における堆積物の付着を説明する図である。まず、点線で示したのが、プラズマの等密度線である。Ｃ点に着目すると、Ｃ点は防着板とベルジャからなるコーナー部に相当し、この部分はプラズマの密度は周辺と比べてわずかに低くなる。
【００５２】
これは、防着板の厚みのために、プラズマがＣ点に回り込みにくくなっていることが原因である。このため、Ｃ点では、ベルジャ内壁単位面積あたりのイオンのスパッタ数が少ないため、堆積物が取れにくいことが考えられる。さらにもうひとつの原因が考えられる。つまり、防着板は電気伝導性があるためで防着板に生成されるイオンシースにはＦＳＶは効かず、イオンシースにはプラズマ特性によって決まる１５ないし２０Ｖ程度のＤＣ電圧がかかる。これに対してＦＳＶが効く領域では、ベルジャ内壁に形成されるイオンシースには、プラズマ特性で決まるＤＣ電圧にさらに例えば６０Ｖ程度の高周波電圧がかかり、これが効果的にイオンを加速してベルジャ内壁をスパッタする。つまり、Ｃ点付近は、防着板に生成される低電圧のイオンシースから、ベルジャ内壁に形成される高電圧のイオンシースへの遷移領域に相当し、Ｃ点付近では防着板付近より離れるに従って、イオンシースの電圧が高くなり徐々にイオンスパッタが効いていく領域になる。
【００５３】
以上述べた二つの原因により、図１０に示したようにＣ点付近にはＦＳＶによる弱スパッタ領域が形成されると考えられる。この領域では、ＦＳＶによるスパッタより堆積物の付着のほうが優勢であるため、堆積物が付着すると考えられる。
【００５４】
図１１，１２，１３は、それぞれ防着板の構造例を示す図である。図１１に示すように、弱スパッタ領域が形成される原因のひとつであるプラズマ密度低下の原因を取り除くため、ナイフエッジ状の防着板を製作し、試験を行った。その結果、図１１に示すように、弱スパッタ領域が縮小し、堆積物付着領域が縮小することが確かめられた。そこで、さらにもうひとつの原因を取り除くために、図１２に示すように、防着板の上部２２ａを絶縁体（この場合はアルミナ）に変更したところ、図１２に示すように、強スパッタ領域と堆積物領域を一致させることができ、堆積物の付着がほとんど無くなった。アルミナの表面はローレット加工が不可能なため、ブラスト処理により、表面に凹凸を加工した。また絶縁体の材料としては、石英や窒化アルミも用いることができる。
【００５５】
さらに徹底して堆積物付着を防ぐには、図１３に示すように、強スパッタ領域が堆積物付着領域よりわずかでも広ければよいことになる。そこで、防着板とベルジャの間にプラズマが侵入できるように、防着板とベルジャ間に隙間を設けた。プラズマが進入できるには、隙間の間隔がイオンシースより十分大きい必要があり、隙間の間隔は５ｍｍ以上必要である。またあまり大きすぎると、堆積物が拡散により回りこむため、効果が薄れる。堆積物が拡散で回り込まないための隙間の最大値は、堆積物の材質・ガス種とその圧力によって決まるため、処理プロセスにより異なるが、試験の結果おおよその目安は１５ｍｍである。図１３に示す構造の防着板を製作して試験を行った結果、ベルジャへの堆積物付着は完全に抑制することができた。この構造の場合、防着板上部は、絶縁性材料である必要は無く、電気伝導体で構成しても性能は変わらない。
【００５６】
載置台５のカバーであるサセプタ上部も、堆積物が付着するとウエハ上に発生する異物の原因となる。そこで、サセプタにも高周波バイアスを印加し、物理的・化学的イオンスパッタを起こして、堆積物を付着させないように検討した。
【００５７】
図１４は、載置台を含む試料保持部９の構造を示す図である。図に示すように、接地ベース３６及び絶縁ベース３５のうえに、基板バイアス電源１１を接続した載置台を搭載している。載置台の材質は、アルミニウムもしくはチタン合金が一般的に用いられる。載置台の上部で被処理物（試料１３）を搭載する部分には、誘電体膜が形成されて、被処理物を静電吸着できるようになっている。誘電体膜は、図中では溶射膜としているが、エポキシ、ポリイミド、シリコーンゴムなどの高分子系材料で形成する場合もある。また、溶射などで形成されるセラミックス系材料としては、アルミナ・窒化アルミニウム・ＰＢＮ（ＰｙｒｏｌｙｔｉｃＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ：熱分解窒化珪素）がある。また、図１４では、高周波電力が載置台５の側面方向からプラズマに抜けるのを防ぐために、接地ベース３６と絶縁カバー３７を用いてシールドする構造を示している。また、サセプタは、石英やアルミナを材料とするのが一般的であり、載置台の試料が搭載される面以外の電極部を覆いプラズマによって損傷するのを防ぐ。
【００５８】
図１５は、サセプタ表面を含む基板バイアス回路（等価回路）示す図である。基板バイアス電源１１は、インピーダンス整合器（ＭＢ）３２内で、静電吸着電源から供給された静電吸着用の直流電圧と混合した後、載置台に供給する。ここで、基板バイアス電源１１の高周波は、載置台５からサセプタ３４を通り抜けて、サセプタ上部表面にも供給される。このときサセプタ３４は、サセプタ材料を誘電体としたコンデンサを形成している。図１５では、このようにして形成されるコンデンサをコンデンサＣ（３３）として表している。
【００５９】
発明者らは、まず、図１４に示すようにサセプタ厚さを５ｍｍとしたときの、堆積物の付着を試験的に調べた。その結果、サセプタ上面には、多量の堆積物が付着することがわかった。
【００６０】
そこで、サセプタ３４の厚みとサセプタ表面に発生するバイアス電圧の関係を理論的に検討した。その結果を図１６に示す。ベルジャ内壁に発生する電圧が約６０Ｖ以上になると、堆積物付着が抑制できることがわかっている。また、発明者らの試験では、試験時のバイアス電圧（ピークトゥピーク）Ｖｐｐを約４００ないし５００Ｖの範囲に設定することが多かったことから、このバイアス電圧Ｖｐｐの範囲でサセプタ表面に６０Ｖ以上の電圧を発生させることができるようにサセプタ厚さとして、４ｍｍを選択した。
【００６１】
図１７，１８は、薄肉（例えば４ｍｍ厚）のサセプタに対する堆積物の付着状況を説明する図である。図１７に示すように、サセプタ上面全体を厚さ４ｍｍにして、堆積物の付着状況を実験した。その結果、図の矢印で示している範囲（デポ付着制限領域）で堆積物の付着が無いことを確認した。これにより、載置台と直接接触している部分では、堆積物付着を抑制できることがわかった。しかし、図１７の構成では、サセプタ上面の外周部に堆積物が付着するため、これが被処理物への異物となって処理を妨害することが懸念される。そこで、載置台の側面に形成されている絶縁カバー３７を除き、サセプタ上面及びサセプタ側面の上部全体に渡って、載置台とサセプタが接触するようにした。この構成を図１８に示す。図１８に示す構造を用いて前記と同様に堆積物の付着状況を実験的に調べた。この結果、載置台と接触しているサセプタ上面及びサセプタ側面上部で堆積物の付着が無くなった。しかしながら、サセプタの着脱を繰り返すと、同一条件においても、堆積物を十分取りきれない場合があることがわかった。また、この堆積物が十分取りきれないときは、堆積物が偏りを持った分布で堆積し、特にサセプタの側面に堆積物が残りやすいことが判った。
【００６２】
堆積物が偏りを持った分布で堆積し、この堆積物を十分取りきれない理由を以下のように推定した。すなわち、サセプタの材料はアルミナであり、その厚さは４ｍｍ、誘電率は約８であるから、空気層に換算すると約０．５ｍｍに相当する。ここで、サセプタと載置台の間に隙間が、例えば０．１ｍｍあるとすると、図１５のコンデンサＣを形成する誘電体の厚さは、サセプタ分０．５ｍｍと隙間分０ないし０．１ｍｍの合計あり、０．５ないし０．６ｍｍ（２０％）変動する。この変動がサセプタ表面に発生する高周波電圧に偏りを発生させ、これにより堆積物の取れ方に偏りが発生する。しかしながら、サセプタと載置台を、その隙間０．１ｍｍ以下の精度で密着するように製作することは困難であり、現実的ではない。
【００６３】
これを解決するために、図１９に示すように、サセプタ３４下面に金属膜を溶射し金属溶射膜３９を形成した。溶射金属としては、タングステンを用いたが、これはアルミナに対して接着性が良いことが知られているからである。金属膜は、電気伝導性がありサセプタへの接着性がよければタングステンである必要は無く、金・銀・アルミニウム・銅なども可能である。また、金属膜の製造法も、溶射である必要は無く、めっき・スパッタ・蒸着・印刷・塗布・薄膜接着など薄膜を形成できる方法ならばいずれでも良い。この構造を採用することにより、金属膜と載置台５が１箇所接触していれば、金属膜全体に載置台と同じ電圧が発生するので、サセプタと載置台の隙間の問題は回避できる。
【００６４】
図１９の装置構成を用いて、堆積物の付着状況を実験で調べた結果、矢印で示す堆積物付着制限領域内で堆積物の付着を再現性よくなくすることができた。この方法の利点は、金属膜と載置台が一点でも接触していれば、載置台５と同じ電圧が金属膜全体に発生し、サセプタ３４の表面に均一な高周波電圧を発生できることである。従って、図２０に示すように、絶縁カバー３７など他の構造物がある状態であっても、金属溶射膜の溶射範囲を広げることにより、任意の範囲のサセプタ表面に均一な高周波電圧を発生できる。なお、図２０の構成において、矢印で示す堆積物付着制限領域において、再現性よく堆積物付着をなくすることができることを実験的に確認した。
【００６５】
以上の結果より、金属溶射などの金属膜を用いることにより、サセプタ表面に、均一に高周波電圧を発生させ、堆積物付着の抑制を均一にできることがわかった。この技術を用いると、構造上サセプタの厚さを厚くしなければならない場合でも、金属膜をサセプタの中に埋め込むことによって、同様の効果を得ることができる。この構造を示したのが、図２１、２２である。
【００６６】
これらの図に示すように、サセプタ３４表面より所定の深さの位置（図の場合略４ｍｍ）に、金属溶射膜３９を埋め込み、金属溶射膜３９より載置台５にコンタクトを出して電気的な導通を確保し、金属溶射膜３９に載置台５と同じ高周波電圧を発生させる。
【００６７】
試料１３を載置する載置台には、これまで図示してきたような、金属の載置台の上に溶射などによって静電吸着膜を形成する種類のほかに、窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミックス誘電体製の載置台の中に、金属電極を埋め込み、この金属電極より静電吸着をしたり高周波バイアスをかけたりする種類のものがある。このような種類の載置台の場合でも、サセプタへの金属膜形成によって、全く同じ機能を持ったサセプタを製作することが可能である。
【００６８】
この例を、図２３、２４に示す。図２３は、サセプタ３４の裏面に金属膜を形成した場合である。載置台５は窒化アルミからできており、この中にタングステンでできた静電吸着・高周波バイアス印加用電極４０が埋め込まれている。この電極より、金属溶射膜３９に向かって、導通パターン（鍔部導電パターン４１，４２，４３）を埋め込み、これにより電極４０と金属溶射膜３９との導通をとる。これにより、サセプタ裏面の金属溶射膜３９にタングステン電極と同じ高周波電圧を発生させることができる。当然のことながら、この構造によるサセプタ表面への堆積物付着制御能力は、これまで述べてきた場合と全く同じにできる。
【００６９】
図２４は、サセプタ３４内部に金属溶射膜３９を埋め込んだ例であり、図２３で述べた導通パターン（鍔部導電用パターン４１，４２，４３）を延長して、コンタクトにより載置台５埋め込んだ電極４０とサセプタ３４に埋んだ金属溶射膜３９接続すれば機能的には図２３の場合と全く同じことができるようになる。
【００７０】
図２３、２４に示した載置電極５の場合、電極５内に埋め込まれた静電吸着・高周波バイアス印加用電極４０より高周波を金属溶射膜３９に供給するパターンを載置電極５内部に作る必要がなるが、その一例を示したのが図２５である。
【００７１】
図２５では、タングステン製の静電吸着・高周波バイアス印加用電極４０と平行な関係にある鍔部導電用パターン４１は、タングステン電極と同じくタングステン薄膜を載置電極の中に埋め込む。これらの埋め込まれたタングステン薄膜同士は、載置電極を成型後、必要な部分に穴をあけ、貫通端子をロウ付けする方法で接続できる。
【００７２】
これまで述べてきたサセプタに対するバイアス印加法では、載置台の高周波電圧がある値のとき（ここでは４００Ｖ）、サセプタ上面の堆積物付着がちょうど抑制される。しかし、載置台の電圧が高くなると、サセプタ上面の高周波電圧が高くなりすぎ、サセプタが削れて部品寿命が短くなるという欠点がある。この欠点は、図２６に示すように、外部からサセプタ表面に印加される高周波バイアス電圧を調節する手段を導入することで解決できる。図２６では、サセプタの金属膜の電圧を、外部に取り付けた可変コンデンサＶＣで調整する回路を示している。これを実際の構造として示したのが、図２７である。
【００７３】
サセプタに接する部分の載置台表面には、溶射などにより、セラミックス被覆５０を形成してサセプタ金属溶射膜５１と載置台５が直接接触しないようにする。このセラミックス被覆５０は、図２６に示すコンデンサＣ’を形成し、載置台５に印加される高周波電圧の一部をサセプタ金属溶射膜５１に伝送する働きを持たせる。その上で、外付けの別の可変コンデンサＶＣにより、載置台５に印加される高周波電圧をサセプタ金属溶射膜５１に伝送する。この二つのコンデンサによって伝送された高周波電圧は位相が同じなので、単純に加算され、その電圧によりサセプタ表面に発生する高周波電圧が決まる。例えば、サセプタ厚みが４ｍｍ、サセプタ金属溶射膜の表面積を４００ｃｍ^２、セラミックス皮膜がアルミナで３００μｍ、可変コンデンサＶＣの最大容量が８０００ｐＦであったとすると、載置台のバイアス高周波電圧が４００Ｖのときには、可変コンデンサＶＣの容量を可変させるとサセプタ表面電圧を約３０ないし１００Ｖの範囲で可変できる。このように、サセプタ厚み、セラミックス被覆、金属溶射膜表面積と可変コンデンサＶＣを適当に選ぶことにより、サセプタ表面に発生する高周波電圧を制御できる。また、このときのサセプタ金属溶射膜は、図示していないが、可変コンデンサＶＣと接続できるなら、サセプタ内部に組み込むことも可能である。
【００７４】
サセプタに印加するバイアスを可変するには、載置台に高周波を供給する高周波電源１１とは別の高周波電源を用いることでも可能である。これを図２８に示す。ここでは、載置台にバイアスを供給する基板バイアス電源１１とは別に、サセプタ金属膜に高周波を供給するサセプタバイアス電源１１ａを用いる。この場合の電極構造を図２９に示す。ここで重要なのは、サセプタ金属溶射膜５１に印加する高周波電圧が載置台５の高周波電圧により影響されないように、載置台５とサセプタ金属溶射膜５１の間に、絶縁及び接地シールド（接地ベース３６）を組み込む必要があることである。これにより、サセプタバイアス電源１１ａが必要という欠点があるものの、サセプタに印加するバイアスは、試料１３に印加する高周波電圧とは全く独立に制御することが可能になる。また、このときのサセプタ金属溶射膜５１は、図示していないが、サセプタバイアス電源１１ａと接続できるなら、サセプタ内部に組み込むことも可能である。
【００７５】
図３０は、サセプタバイアス電圧を最適化する方法を説明する図である。前述のＦＳＶと同様、サセプタバイアス電圧にも最適値がある。この電圧には、バイアス電源の周波数、サセプタ材料や厚さ、プラズマの密度、プラズマの組成、真空容器全体の構成および試料の材料、処理速度、処理面積が影響を与える。したがって、サセプタバイアス電圧の最適値は、プロセスごとに変える必要がある。図３の場合と同様、サセプタバイアス電圧がある値（図３０のｂ点）を境に、サセプタバイアス電圧が高くなるとサセプタ材料の発光が強くなる。ｂ点以下のサセプタバイアス電圧ではサセプタに堆積物が堆積している状態であり、ｂ点以上のサセプタバイアス電圧では堆積物がスパッタされて堆積しないだけでなく、サセプタ材料自体もスパッタされていることを示してる。
【００７６】
サセプタバイアス電圧最適電圧は、ｂ点の電圧であるが、プロセスによっては、ａ点にする場合もある。これは、サセプタ材料のスパッタにより、サセプタ材料が気相中に放出され、試料の処理反応や気相中の反応が想定したものとずれることにより、望ましいプロセスが実行できない場合などに相当する。すなわち、サセプタバイアス電圧をａ点に設定することにより、サセプタにはわずかであるが堆積物の堆積を認め、サセプタ材料をまったくスパッタしないようにする。これにより、サセプタ材料の放出によるプロセス障害を防ぐことである。その代わり、サセプタの堆積物が十分堆積しないうちに、サセプタをクリーニング専用のプロセス（ここではサセプタバイアス電圧はｂ点より高く設定する）で、クリーニングする必要がある。
【００７７】
逆に、サセプタに少しでも堆積物が付着すると、異物が発生したり等の理由で、目的のプロセスを安定して実行できない場合がある。この場合には、サセプタバイアス電圧最適点をｃ点に設定し、サセプタは多少削れても良いが、堆積物をまったく付着しない条件に設定することもできる。この場合は、サセプタの消耗が大きくなるという欠点が発生するが、サセプタのクリーニングが少なくてよいという利点が発生する。
【００７８】
サセプタの削れも、堆積物付着も望ましく内場合、サセプタバイアス電圧はｂ点に設定することになる。このとき、サセプタバイアス電圧の設定電圧の再現性をよくすることが重要である。これは、異なる装置で同じプロセスを行うときや、同じ装置でも連続して同一プロセスを行うときの経時変化を抑える必要があるからである。このためには、サセプタバイアス電圧のフィードバック制御が重要になる。
図３１、３２は、それぞれ図２６・２８に対応したフィードバック制御回路付のサセプタバイアス印加回路である。両回路とも、サセプタ金属溶射膜の電圧を、減衰器及びフィルタ５２を介して検波し、直流電圧に変換する。これにより、この直流電圧信号は、サセプタバイアス電圧に比例した信号となる。この信号を本体装置制御部５７のレシピなどで設定されたプリセット値や設定値との比較により、図３１の場合はサセプタバイアス電圧を決める可変コンデンサＶＣを回転させるモータを制御する。また、図３２の場合は、サセプタバイアス電源１１ａの出力を制御する。この方法を用いることにより、本体装置で設定した値にサセプタバイアス電圧を制御することができ、異なる装置や、同一装置で連続して同じプロセスを処理する場合に、サセプタバイアス電圧の値を一定に制御でき、装置間格差や経時変化を抑えることができる。
【００７９】
以上は、堆積物を堆積あるいは付着させないように制御する領域、すなわちベルジャ１２、ガス吹き出し口２３、サセプタ３４についてその方法と構造について説明した。試料１３から出てくる反応性生物や気相で合成される物質が、蒸気圧の高い揮発性の成分である限り、これらの物質は排気装置によって放電部や被処理物周辺より排気され、電極下部や排気ダクトなどに多少は堆積するものの、その多くは排気されてしまう。
【００８０】
しかし、堆積性の強い、つまり、蒸気圧が低く、固体への付着係数が１に近い（固体に接触した場合、ほとんど捕捉される）物質が、試料の反応生成物として、あるいは気相中で合成されるなら、これらの物質は試料周辺のベルジャ、サセプタあるいはガス吹き出し口などを含めた真空容器壁に堆積し、ほとんど排気されることは無い。
【００８１】
このような状況において、真空容器内のどの部位にも堆積物を付着させないように制御すると、これらの堆積性の強い物質は堆積場所を失う。このため、堆積性の強い物質の気相中の密度が高くなり、堆積しようとする原動力が増すことになり、結果としてベルジャやサセプタ上に強制的に堆積してしまう。
【００８２】
すなわち、ベルジャやサセプタなどに堆積物を付着させないように制御するということは、堆積物をどこか多量に堆積させる場所を用意しておくことにより、その効果を発する。そして、堆積できる堆積物の量を増やすこと、あるいは気相から速やかに堆積させることにより、ベルジャやサセプタにおける堆積物の堆積量制御能力は増加させることができる。
【００８３】
つまり、堆積性の強い反応生成物が発生する被処理物の周辺、あるいはプラズマ領域の周辺に、気相から速やかに、かつ大量に堆積物を堆積させる領域（堆積物トラップ領域）を設けることが必要になる。前記防着板は、ガス吹き出し口への堆積物付着を抑制するカバーとして働いているが、これ自体には堆積物が堆積することを前提とするので、これもトラップの一種である。
【００８４】
図３３は、真空容器の内部で、堆積物トラップを含めた領域に分割してを示している。まず、ベルジャ領域とウエハ（試料）／サセプタ領域は、堆積物を付着させないように制御する領域である。その他のプラズマに接する領域は全て堆積物トラップ領域であり、堆積物トラップ領域▲１▼は、防着板とガスリング下部を含めた領域で、ウエハから直接覗くことができる（見込むことができる）領域である。これらのベルジャ領域、ウエハ／サセプタ領域と堆積物トラップ領域▲１▼は、ウエハから直接覗くことができる（見込むことができる）領域の全てであり、プラズマを発生させる領域であるとともに、ウエハから、あるいはプラズマ気相中で形成される堆積性の強い物質が最も付着しやすい領域である。これらの領域内に制御されていない状態で堆積物が堆積すると、ウエハへの異物の原因となったり、プラズマの経時変化が生じる。従って、これらのウエハから直接覗くことができる領域では、堆積物付着はできるだけ完全に制御されなければならない。
【００８５】
本発明では、防着板に図１２、図１３に示す構造を用いた場合、これらのウエハから覗くことのできる領域の１００％が、堆積物を制御した状態になる。また、図６、図９、図１１の構造を用いたとしても、これらのウエハから覗くことのできる領域の表面積の９０％以上を堆積物を制御した状態にする必要がある。
【００８６】
また、前述したように堆積物トラップ領域が十分機能を果たすことで、ベルジャ領域やウエハ／サセプタ領域の堆積物抑制機能を高めることができることから、ベルジャ領域やサセプタ領域の表面積はできるだけ小さく、また、堆積物トラップ領域▲１▼の表面積はできるだけ大きくすることが望ましい。堆積性の強い反応性生物がウエハから発生する場合、ウエハの表面積をＳＷとすると、堆積物トラップ領域▲１▼の表面積Ｓ１がＳ１＜０．５ＳＷとなると、ベルジャ領域やウエハ／サセプタ領域での堆積物抑制機能が低下することが発明者らによる実験でわかった。従って、反応性生物を速やかに堆積物トラップに堆積させるには、Ｓ１＞＝０．５Ｓ１の関係が必要であり、望むらくはＳ１＞＝Ｓ１であると良い。
【００８７】
堆積物トラップ領域▲２▼は、リングカバーと呼んでおり、堆積物トラップ領域▲１▼の下部にある。この領域はウエハから直接望むことはできないが、その上部には拡散により堆積性の強い物質が輸送されて大量の堆積物が付着する。堆積物トラップ領域▲３▼は電極の側面のカバーであり、ここもウエハから直接望むことはできないが、堆積物トラップ領域▲２▼と同様、その上部には多量の堆積物が付着する。これらの堆積物トラップ領域▲２▼▲３▼は、ウエハから直接望めない領域なので、これらに付着した堆積物がウエハの異物になったり、プラズマの経時変化の原因になる可能性は小さいが、装置を大気開放したときの清掃作業を効率よく行う上で、これらの堆積物トラップは重要である。つまり、反応性生物は堆積性が強いため、その９０％以上を堆積物トラップ領域▲１▼▲２▼▲３▼付着させて回収することができる。したがって、これらの堆積物トラップ領域▲１▼▲２▼▲３▼をスワップキット化（交換可能化）し、大気解放後洗浄済の部品と全交換することで、効率よく真空容器内部を清掃することが可能になる。このためには、堆積物トラップは軽量であること及び取り外し／取り付けが容易であることの二つの条件が必要になる。軽量であるためには、堆積物トラップの素材が、例えば、アルミニウムなどの軽量な部材であることが重要である。
【００８８】
真空容器は大気解放後、堆積物トラップ▲１▼から▲２▼、▲３▼を順番に外し、最低限必要な洗浄作業を行う。最低限必要な洗浄場所は、例えば、ウエハ搬送用の開口部周辺などである。その後、逆順に洗浄済の堆積物トラップのスワップキットを取り付け、直ちに真空引きに入ることができる。これにより、洗浄作業を最低限の時間で行うことができる。このような手順で洗浄作業をすることは、洗浄時間を短縮するだけでなく、真空引きに要する時間も短縮できる。なぜならば、最低限必要な時間だけ大気開放することで、真空ない部品に吸着される大気中の水分を最低限にできる上に、最低限必要なだけの洗浄用溶媒（純水やアルコールなど）を使用することで、真空容器内に残留する溶媒量を最低限にできるからである。取り外した堆積物トラップ▲１▼▲２▼▲３▼は、洗浄した後に次回の大気開放／洗浄作業用のスワップキットとして再利用する。堆積物トラップとしてスワップキット化するべき領域は図３３に示す領域に限る必要は無い。プロセスや扱う材料によって異なるが、堆積物が付着する全領域を堆積物トラップにすると効率的である。例えば、電極カバーの上半分以上の領域にしか堆積物が付着し内場合は、電極カバーの上半分をスワップキット化する。逆に、排気ダクトにまで堆積物が付着する条件では、排気ダクト内壁も堆積物トラップ領域とし、スワップキット化すると効率的になる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、真空容器内壁に堆積する堆積膜を制御するので量産安定性に優れたプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置を示す図である。
【図２】ファラデーシールドを示す図である。
【図３】ＦＳＶを最適化する方法を説明する図である。
【図４】ＦＳＶのフィードバック制御を説明する図である。
【図５】ベルジャに対するファラデーシールドの取り付け例を示す図である。
【図６】防着板の取り付け構造を説明する図である。
【図７】防着板の熱計算の例を示す図である。
【図８】防着板の支持構造を説明する図である。
【図９】ベルジャ内壁に付着する堆積物対策を説明する図である。
【図１０】防着板近傍における堆積物の付着を説明する図である。
【図１１】防着板の構造例を示す図である。
【図１２】防着板の他の構造例を示す図である。
【図１３】防着板の更に他の構造例を示す図である。
【図１４】載置台を含む試料保持部の構造を示す図である。
【図１５】サセプタ表面を含む基板バイアス回路を示す図である。
【図１６】サセプタの厚みとサセプタ表面に発生するバイアス電圧との関係を説明する図である。
【図１７】薄肉のサセプタに対する堆積物の付着状況を説明する図である。
【図１８】薄肉のサセプタに対する堆積物の付着状況を説明する図である。
【図１９】サセプタ下面に金属膜を溶射した例を示す図である。
【図２０】サセプタ下面に金属膜を溶射した例を示す図である。
【図２１】サセプタ内に金属膜を埋め込んだ例を示す図である。
【図２２】サセプタ内に金属膜を埋め込んだ例を示す図である。
【図２３】セラミックス誘電体製の載置台に金属膜を備えたサセプタを適用した例を示す図である。
【図２４】セラミックス誘電体製の載置台に金属膜を備えたサセプタを適用した例を示す図である。
【図２５】バイアス印加用電極の接続構造を示す図である。
【図２６】サセプタ表面に印加される高周波バイアス電圧を調整する手段を説明する図である。
【図２７】サセプタ表面に印加される高周波バイアス電圧を調整する手段の構造例を説明する図である。
【図２８】別電源を用いてサセプタに高周波バイアスを供給する例を説明する図である。
【図２９】別電源を用いてサセプタに高周波バイアスを供給する場合の電極構造例を説明する図である。
【図３０】サセプタバイアス電圧を最適化する方法を説明する図である。
【図３１】フィードバック回路付きのサセプタバイアス印加回路を説明する図である。
【図３２】フィードバック回路付きのサセプタバイアス印加回路を説明する図である。
【図３３】真空処理室内部の各領域を説明する図である。
【符号の説明】
１ａ上アンテナ
１ｂ下アンテナ
２真空処理室
３、３２、３２ａマッチングボックス（整合器）
４ガスリング
４ａガス供給管
５載置台
６プラズマ
７排気装置
８ファラデーシールド
９試料保持部
１０高周波電源（第１の高周波電源）
１１基板バイアス電源（第２の高周波電源）
１１ａサセプタバイアス電源
１２ベルジャ
１２ａ弾性導電体
１３試料
１４スリット
１５フィルタ
１６検波器
１７増幅器
１８比較器
１９モータ制御器
２０本体装置制御部
２１ベルジャ抑え
２２防着板
２３ガス吹き出し口
２４フランジ
３１静電吸着用電源
３３コンデンサ
３４サセプタ
３５絶縁ベース
３６接地ベース
３７絶縁カバー
３８溶射膜
３９金属溶射膜
４０静電吸着・高周波バイアス印加用電極
４１，４２，４３鍔部導電用パターン
５０セラミック被覆
５１サセプタ金属溶射膜
５２減衰器及びフィルタ
５３検波器
５４増幅器
５５比較器
５７本体装置制御部
ＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３可変コンデンサ

Claims

真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、
前記ガスリングの上部を被覆して真空処理室を形成するベルジャと、
前記ベルジャ上部に配置し、前記真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、
前記真空処理室内に試料を載置する載置台と、
前記アンテナとベルジャ間に配置するとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドと、
前記処理ガスの吹き出し口を除く前記ガスリング内面に着脱自在に取り付けた防着板からなり、
前記試料面から見込むことのできる防着板を含むガスリング内面の面積を前記試料の面積の略１／２以上に設定したことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１の記載において、
前記防着板は前記処理ガスの吹き出し口から導入する処理ガスを通流するための開口部を備え、該開口部は前記処理ガスの吹き出し口に見込み角略３０度で開口することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項２の記載において、
前記処理ガスの吹き出し口の中心軸は、前記見込み角外に前記試料が含まれるように前記試料上方のプラズマ生成空間方向に設定することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１の記載において、
前記防着板は、前記ベルジャ外表面のファラデーシールド非配置面に略対応するベルジャ内面に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１の記載において、
前記防着板は、絶縁物製であり、かつ前記ベルジャ外表面のファラデーシールド非配置面に略対応するベルジャ内面に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１の記載において、
前記防着板はベルジャ内表面に空隙を介して着脱自在に取り付けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、
前記ガスリング内面にほぼ連続する内面を備え前記ガスリングの上部を被覆して真空処理室を形成するベルジャと、
前記ベルジャ上部に配置し、前記真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、
前記真空処理室内に試料を載置する載置台と、
前記アンテナとベルジャ間に配置するとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドと、
少なくとも前記処理ガスの吹き出し口を除く前記ガスリング内面に着脱自在に取り付けた防着板からなり、
前記試料面から見込むことのできる防着板を含むガスリング内面の面積を前記試料の面積の略１／２以上に設定したことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項７の記載において、
前記防着板は、前記ベルジャ外表面のファラデーシールド非配置面に略対応するベルジャ内面に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１または請求項７の何れか１の記載において、
前記ファラデーシールドは導電性の弾性体を介してベルジャ外表面に接触することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項９の記載において、
前記ファラデーシールドに高周波電圧を供給する高周波電源は前記高周波電圧を所定値に制御するフィードバック制御回路を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、
前記ガスリングの上部を被覆して真空処理室を形成するベルジャと、
前記ベルジャ上部に配置し、前記真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、
前記真空処理室内に試料を載置する載置台と、
前記アンテナとベルジャ間に配置するとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドと、
少なくとも前記処理ガスの吹き出し口を除く前記ガスリング内面に着脱自在に取り付けた防着板を備え、前記試料面から見込むことのできる防着板を含むガスリング内面の面積を前記試料の面積の略１／２以上に設定したプラズマ処理装置であって、
前記載置台の外表面及び外側面を被覆する誘電体製のサセプタと該サセプタ内表面側に配置した金属膜を備え、該金属膜に高周波電圧を印加して前記サセプタ表面にバイアス電圧を付与することを特徴とするプラズマ処理装置。
真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、
前記ガスリングの上部を被覆して真空処理室を形成するベルジャと、
前記ベルジャ上部に配置し、前記真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、
前記真空処理室内に試料を載置する載置台と、
前記アンテナとベルジャ間に配置するとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドと、
少なくとも前記処理ガスの吹き出し口を除く前記ガスリング内面に着脱自在に取り付けた防着板を備え、前記試料面から見込むことのできる防着板を含むガスリング内面の面積を前記試料の面積の略１／２以上に設定したプラズマ処理装置であって、
前記載置台の外表面及び外側面を被覆する誘電体製のサセプタと該サセプタ内部に配置した金属膜を備え、該金属膜に高周波電圧を印加して前記サセプタ表面にバイアス電圧を付与することを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１１ないし請求項１２の何れか１の記載において、前記金属膜は、載置台の導電部分と接続したことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１１ないし請求項１２の何れか１の記載において、前記サセプタにサセプタバイアス電圧を供給するサセプタバイアス印加回路を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１１ないし請求項１２の何れか１の記載において、前記サセプタにサセプタバイアス電圧を供給するサセプタバイアス印加回路を備え、該印加回路は載置台に基板バイアス電圧を供給する基板バイアス電源とは独立したサセプタバイアス電源を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１１ないし請求項１２の何れか１の記載において、前記サセプタにサセプタバイアス電圧を供給するサセプタバイアス印加回路を備え、該印加回路は前記サセプタが備える金属膜とサセプタバイアス印加回路間を可変容量コンデンサを介して接続したことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１１ないし請求項１２の何れか１の記載において、前記載置台は絶縁物製であり、内部に前記サセプタに形成した金属膜に接続するサセプタバイアス印加用の電極を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、
前記ガスリングの上部を被覆して真空処理室を形成するベルジャと、
前記ベルジャ上部に配置し、前記真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、
前記真空処理室内に試料を載置する載置台と、
前記アンテナとベルジャ間に配置するとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドと、
前記アンテナ及びファラデーシールドに高周波電圧を供給する高周波電源回路を備え、
前記高周波電源回路は、高周波電源、該電源に接続したアンテナ、該アンテナに直列接続するとともにその共振電圧を高周波バイアス電圧として前記ファラデーシールドに供給する共振回路、該共振回路の共振電圧を検出する検出回路、該検出回路により検出した共振電圧を予め設定した設定値と比較する比較回路を備え該比較回路の比較結果をもとに前記共振回路の定数を変更することを特徴とするプラズマ処理方法。
請求項１８の記載において、
前記設定値は、ファラデーシールドに供給する電圧変化に対するプラズマ発光スペクトル中における前記ベルジャを構成する物質の発光スペクトル量の急増点をもとに設定することを特徴とするプラズマ処理方法。
真空処理室の一部を構成するとともに処理ガスの吹き出し口を備えたガスリングと、
前記ガスリングの上部を被覆して真空処理室を形成するベルジャと、
前記ベルジャ上部に配置し、前記真空処理室内に高周波電界を供給してプラズマを生成するアンテナと、
前記真空処理室内に試料を載置する載置台と、
前記アンテナとベルジャ間に配置するとともに高周波バイアス電圧が付与されるファラデーシールドと、
少なくとも前記処理ガスの吹き出し口を除く前記ガスリング内面に着脱自在に取り付けた少なくとも前記試料面積の１／２以上の面積を備えた防着板と、
前記載置台の外表面及び外側面を被覆する誘電体製のサセプタと該サセプタ内面または内表面側に配置した電極及び該電極に高周波電圧を印加して前記サセプタ表面にバイアス電圧を付与する高周波バイアス電源回路を備え、
該高周波バイアス電源回路は、該高周波バイアス電源を可変コンデンサを介して前記電極に供給する回路、前記電極電圧を検出する検出回路、該検出回路により検出した電圧を予め設定した設定値と比較する比較回路を備え、該比較回路の比較結果をもとに前記可変コンデンサの定数を変更することを特徴とするプラズマ処理方法。
請求項２０の記載において、
前記設定値は、電極に供給する電圧変化に対するプラズマ発光スペクトル中における前記サセプタを構成する物質の発光スペクトル量の急増点をもとに設定することを特徴とするプラズマ処理方法。