JP2010161403A - プラズマ処理装置及び処理方法 - Google Patents

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を提供する。
【解決手段】真空処理室内の下部に配置されその上面に試料が載置される載置台と、真空処理室の上部を形成して前記載置台上方のプラズマ生成空間を覆うベルジャ１２と、前記ベルジャ外周に配置され前記真空処理室内の前記プラズマ生成空間にプラズマを生成するための高周波電界を供給するコイル状のアンテナ１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８と、前記ベルジャ及びファラデーシールドの下端部下方で前記真空処理室を構成して配置された導体製のリング状部材４と、前記リング状部材及び前記ベルジャの内周側壁面をすき間を開けて覆って配置され所定の電位にされた導体製の板状部材２２とを備えた。
【選択図】図１

Description

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。

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(Dyn
amic Random Access Memory)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(Ferroelectric Random Access Memory)あるいはＭ
ＲＡＭ(Magnetic Random Access Memory)などにはＦｅ等の不揮発性材料が用いられつつ
ある。

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。

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。

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(Tunneling Magne
to Resistive)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Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ３、Ｔａ２Ｏ３、強誘電体材料のＰ
ＺＴ（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ＳｉＯ２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、ＮＦ３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。

また、半導体デバイス製造分野において、ＳｉＯ２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、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、ＣＯ、ＣＦ４、ＣＨＦ３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、Ｃ２Ｆ２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。

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。

特開平１０−２７５６９４号公報 特開平１１−６１８５７号公報 特開２０００−３２３２９８号公報

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
。

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。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

真空処理室内の下部に配置されその上面に試料が載置される載置台と、真空処理室の上部を形成して前記載置台上方のプラズマ生成空間を覆うベルジャと、前記ベルジャ外周に配置され前記真空処理室内の前記プラズマ生成空間にプラズマを生成するための高周波電界を供給するコイル状のアンテナと、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、前記ベルジャ及びファラデーシールドの下端部下方で前記真空処理室を構成して配置された導体製のリング状部材と、
前記リング状部材及び前記ベルジャの内周側壁面をすき間を開けて覆って配置され所定の電位にされた導体製の板状部材とを備えた。

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。

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。 ファラデーシールドを示す図である。 ＦＳＶを最適化する方法を説明する図である。 ＦＳＶのフィードバック制御を説明する図である。 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。 防着板の取り付け構造を説明する図である。 防着板の熱計算の例を示す図である。 防着板の支持構造を説明する図である。 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。 防着板近傍における堆積物の付着を説明する図である。 防着板の構造例を示す図である。 防着板の他の構造例を示す図である。 防着板の更に他の構造例を示す図である。 載置台を含む試料保持部の構造を示す図である。 サセプタ表面を含む基板バイアス回路を示す図である。 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。 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。 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。 サセプタ下面に金属膜を溶射した例を示す図である。 サセプタ下面に金属膜を溶射した例を示す図である。 サセプタ内に金属膜を埋め込んだ例を示す図である。 サセプタ内に金属膜を埋め込んだ例を示す図である。 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。 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。 バイアス印加用電極の接続構造を示す図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 真空処理室内部の各領域を説明する図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(Far
aday Shield Voltage；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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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／（ｍ２・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。

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。

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。

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１０
０μｍ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(P
yrolytic Boron Nitride：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３
７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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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３
９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。

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。

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。

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。

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。

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４００ｃｍ２、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。

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１
１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。

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。

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。

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。

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。

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１
２、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 (5)

1. 真空処理室内の下部に配置されその上面に試料が載置される載置台と、
   真空処理室の上部を形成して前記載置台上方のプラズマ生成空間を覆うベルジャと、
   前記ベルジャ外周に配置され前記真空処理室内の前記プラズマ生成空間にプラズマを生成するための高周波電界を供給するコイル状のアンテナと、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、
   前記ベルジャ及びファラデーシールドの下端部下方で前記真空処理室を構成して配置された導体製のリング状部材と、
   前記リング状部材及び前記ベルジャの内周側壁面をすき間を開けて覆って配置され所定の電位にされた導体製の板状部材とを備えたプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置おいて、前記板状部材が前記ベルジャの内壁面と前記ファラデーシールドとの間の広い領域を覆うプラズマ処理装置。
3. 請求項１または２に記載のプラズマ処理装置において、前記すき間が５ｍｍから１６ｍｍの間の値にされたプラズマ処理装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置において、前記板状部材が隣り合った前記ベルジャの下端部と前記リング状部材の上端部とを覆うプラズマ処理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、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を備えたプラズマ処理装置。

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