JP2009021492A - プラズマ反応容器 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導コイルと誘電体との間にファラデーシールドを配置したプラズマ処理装置用の処理容器では、冷却用の風がファラデーシールドによって遮られてしまい、そのために誘電体を効率よく冷却することができないという問題があった。
【解決手段】誘導コイルと誘電体との間にファラデーシールドが設けられたプラズマ処理用のプラズマ反応容器において、ファラデーシールドを誘電体と一体的に形成する。これによってファラデーシールドと誘電体との間に隙間が無くなり、冷却用の風を送ることによってファラデーシールドを介して誘電体の冷却を行うことができるようになるため、誘電体の過熱による誘電体等の損傷を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に対してエッチングやアッシングなどの各種プラズマ処理を行うためのプラズマ反応容器に関する。

通常、誘導結合プラズマ処理装置は、処理容器の一部が誘電体で構成されている。プラズマ処理を行う際には処理容器の外部に設けられた誘導コイルに高周波電力を印加し、誘電体を介して容器内のガスを励起する。この結果、容器内のガスはプラズマ状態となり、このプラズマが処理対象物（基板）に触れることによりエッチング等のプロセスが行われる。

このようなプラズマ処理装置において、誘導コイルと誘電体との間にファラデーシールドを配置する構成が知られている。ファラデーシールドを配置しない場合は、コイル近傍の誘電体内壁が集中的にスパッタされる傾向があるが、ファラデーシールドを配置することによりスパッタが低減かつ分散され、誘電体内壁の損傷が低減されるという効果が得られる。

一例として、特許文献１には、誘導コイルと装置壁との間にファラデーシールドを備えるプラズマ反応装置が記載されている。ファラデーシールドは誘導コイルと装置壁との間において反応装置を取り囲むようにほぼ接触配置され、誘導コイルとプラズマ反応装置との間における変位電流の発生を取り除く役割を果たす。結果として、反応装置壁のイオン衝撃エネルギーが低下し、装置壁に対して生じるエッチング、スパッタリングの影響を小さくすることができる。

また、他の例として、特許文献２には、ファラデーシールドの形状を短冊状とし、交互に上端部および下端部が連続した形状を有するプラズマ処理装置が記載されている。ファラデーシールドがこのような特徴的な形状を備えることにより、プラズマ発生の効率低下およびジュール熱の発生を防止することが可能となっている。

特表平０５−５０２９７１ 特開平１１−１８５９９５（図２）

ところで、プラズマ処理装置の誘電体はプラズマ処理の条件によっては熱を持つことがあり、場合によっては自身の熱により破損してしまうおそれがある。そのため、通常は誘電体の外部に設けたファンによって送風冷却を行うが、上記特許文献１や特許文献２に開示されているような、誘電体の周囲にファラデーシールドを配置している構成では、ファンからの風がファラデーシールドによって遮られてしまい、誘電体の表面に到達しない。このため、誘電体を効率よく冷却することができないという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、誘電体の周囲や近傍にファラデーシールドを配置したプラズマ反応容器において、誘電体の冷却を効率的に行えるようにすることにある。

以上のようにして成された本発明に係るプラズマ反応容器は、
誘導コイルと誘電体との間にファラデーシールドが設けられたプラズマ処理用のプラズマ反応容器であって、該ファラデーシールドが該誘電体と一体的に形成されていることを特徴としている。

ここで「一体的に形成されている」とは、物理的に一体化しているという意味であっても良いし、実質的に接していて、両者が密接不可分の状態にあるという意味であっても良い。

本発明のプラズマ反応容器は、ファラデーシールドが誘電体に一体的に配置されているため、冷却のための風がファラデーシールドにあたることによって、誘電体の冷却を行うことが可能となる。よって、誘電体の過熱を防止することができる。

ボッシュプロセスのように、誘導コイルに例えば1000W以上の高周波電力を印加してエッチングを行うプロセスの場合などには誘電体の過熱が問題となることがある。しかし、本発明に係るプラズマ反応容器を利用することにより、誘電体内壁における集中的なスパッタを防ぎ、且つ、誘電体の過熱を防ぐことができる。

以下、本発明に係るプラズマ反応容器の実施形態について説明する。

本発明のプラズマ反応容器は、誘電体、誘導コイル、及びファラデーシールドを含んでいる。

誘電体の形状は円筒形や半球状、円錐台形状、板状などであって、特に限定されることはない。即ち、本発明のプラズマ反応容器は、誘電体を含んで成る各種のプラズマ処理装置用のプラズマ反応容器とすることができる。なお、本発明においていうプラズマ反応容器は通常、プラズマ処理装置の一部を成している。

誘電体の素材としては、セラミック、石英、アルミナなどが好適に利用されるが、これも特に限定されるものではない。

ファラデーシールドは、誘電体の外側表面つまり反応容器の外側面の一部もしくは全体に、誘電体と一体的に形成される。
ファラデーシールドはメッキによって誘電体表面に形成することもできるが、メッキに比べて厚みを上げることができるという点からすると、溶射によって形成することが好ましい。

ファラデーシールドの形状は、従来知られているファラデーシールドの各種形状とすればよく、例えば誘電体が円筒形状の場合にはその誘電体の外周面に設ければよい。また、誘電体が板状の場合には図３に示すように、放射形状とすることもできる。

ファラデーシールドの素材は、アルミニウム、銀、銅といった、電気抵抗の小さい金属が望ましく、これらのうち、加工が容易という点で、特にアルミニウムが好ましい。
ファラデーシールドの厚みは、5〜200μmとすることができ、好ましくは25〜100μmの範囲とするのがよい。厚みが25μm以下になると、電気抵抗が大きくなる傾向がある。

ファラデーシールドは接地しなくてもよく、接地してもよく、また、コンデンサを介して接地してもよい。接地の有無や方法によって、スパッタの量をコントロールすることができる。

以下、本発明に係るプラズマ反応容器の構成例について図面を参照しつつ説明する。

［構成例１］
図１は、本発明の一実施例に係るプラズマ反応容器１０の（A)概略図、（B）概略断面図である。図１に示すプラズマ反応容器１０は、誘電体１２によって内部が中空である円筒形状を有しており、誘電体１２の外表面にはファラデーシールド１３が一体的に形成されている。ファラデーシールド１３の外周には誘導コイル１４が巻回（本実施例では一周回）されている。

ファラデーシールド１３には複数のスリット１３１が設けられており、このスリット１３１を介して誘導コイル１４から発生した誘導電力が反応容器１０の内部に到達し、ガス入力部１６から導入される反応ガスがプラズマ化される。図１には示していないが、プラズマ反応容器１０の下部には基板が配置されており、このプラズマによってスパッタリング等の各種プラズマ処理が基板に対して実行される。
なお、ファラデーシールド１３には、ファラデーシールドが誘電体１２の外周を一周回することがないように、切れ目１３２が設けられている。これによって誘導コイル１４に流れる電流とは逆向きの電流がファラデーシールド１３に流れることがない。

プラズマ反応容器１０の外部からは図示せぬ送風装置によって冷却風が導入される。冷却風は誘電体１２と一体的に形成されているファラデーシールド１３に向けられており、プロセス中のファラデーシールド１３及び誘電体１２の過熱を防止する。

［構成例２］
図２は本発明の他の実施例に係るプラズマ反応容器２０の概略断面図である。
反応壁２９によって形成される反応室の内部に下部電極２８が設けられおり、その下部電極２８上に基板２７が載置されている。基板２７の上部には平板状の誘電体２２が基板２７と平行に配置されている。そして、誘電体２２の上部表面にはファラデーシールド２３が一体的に形成されている。このファラデーシールド２３は、平面図である図３に示すように、放射形状を有している。誘電体２２及びファラデーシールド２３の上部には誘導コイル２４が配置されており、この誘導コイル２４に高周波電力が印加されることによって反応室内にプラズマ５が形成され、基板２７の処理が行われる。

プラズマ反応容器２０の外部には図示せぬ送風装置が設けられており、ファラデーシールド２３及び誘電体２２の表面に冷却風が導入される。これらファラデーシールド２３及び誘電体２２は一体的に形成されているから、この冷却風によって、誘電体２２の過熱が防止される。

以上、本発明に係るプラズマ反応容器について説明したが、上記説明は例に過ぎない。従って、誘電体の表面にファラデーシールドを一体的に形成するという本発明の精神内において、適宜に変形や修正を行ってももちろん構わない。

例えば、誘電体表面がエッチングによって削られることを防止する効果をより高めることを目的として、本発明に係るプラズマ反応容器が、側壁保護膜を形成するガスおよび基板をエッチングするガスを交互に導入する保護ガス導入手段を更に備えるようにすることもできる。

本発明の一実施例に係るプラズマ反応容器の（A）概略図、（B）概略断面図。 本発明の他の実施例に係るプラズマ反応容器の概略断面図。 図２のプラズマ反応容器におけるファラデーシールド及び誘電体の平面図。

符号の説明

１０、２０…プラズマ反応容器
１２、２２…誘電体
１３、２３…ファラデーシールド
１３１…スリット
１３２…切れ目
１４、２４…誘導コイル
１６…ガス入力部
２７…基板
２８…下部電極
２９…反応壁
５…プラズマ

Claims (3)

1. 誘導コイルと誘電体との間にファラデーシールドが設けられたプラズマ処理用のプラズマ反応容器であって、該ファラデーシールドが該誘電体と一体的に形成されていることを特徴とするプラズマ反応容器。
2. 前記誘電体が円筒形状、半球状、円錐台形状、板状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応容器。
3. 請求項１又は２に記載のプラズマ反応容器を備えたプラズマ処理装置。

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