JP2745895B2 - プラズマ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ装置、より詳細
には電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用し、高集
積半導体装置の製造等に使用されるプラズマ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子サイクロトロン共鳴励起によりプラ
ズマを発生させる方法は、低ガス圧力領域で活性度の高
いプラズマを生成することができ、イオンエネルギーの
広範囲な選択が可能であり、また大きなイオン電流がと
れ、イオン流の指向性及び均一性に優れる等の利点があ
り、高集積半導体素子等の製造に欠かせないものとして
その研究、開発が進められている。

【０００３】図５は従来におけるマイクロ波を用いた電
子サイクロトロン共鳴プラズマ装置を模式的に示した断
面図である。図中８０はプラズマ装置であり、このプラ
ズマ装置８０は、略円柱形状に形成されたプラズマ生成
室１１と、略円柱形状でプラズマ生成室１１の図中右側
方に接続された反応室１２と、プラズマ生成室１１の図
中左側方にあってマイクロ波をプラズマ生成室１１に導
入するマイクロ波導波管１３と、プラズマ生成室１１の
周囲にあってプラズマ生成室１１と同心状に配設された
励磁コイル１４と、反応室１２に内装される試料保持装
置２３等とから構成されている。

【０００４】プラズマ生成室１１の左側壁にはマイクロ
波を導入するためのマイクロ波導入口１６が形成されて
おり、マイクロ波導波管１３は断面形状矩形に形成され
て石英製のマイクロ波導入窓２０を介してプラズマ生成
室１１に接続されている。また、プラズマ生成室１１の
左側壁にはガス導入管１５がマイクロ波導波管１３と並
んで接続されており、さらにプラズマ生成室１１と励磁
コイル１４とを冷却するための冷却管２１が接続されて
いる。

【０００５】反応室１２はプラズマ生成室１１よりも大
口径を有すると共に、その室壁１２ａには第２のガス導
入管１７が接続されている。またプラズマ生成室１１と
は仕切板１９によって仕切られ、この仕切板１９にはプ
ラズマ引出窓１８が形成されている。さらに、反応室１
２の室壁１２ａには、第２のガス導入管１７が接続され
た側と反対側に排気口２２が形成されて図示省略の排気
系に接続されている。また、反応室１２の右方中央部に
は試料保持装置２３が配設されており、試料保持装置２
３には電極２８が埋設され、電極２８は高周波電源（図
示せず）と接続されて試料保持装置２３に載置された試
料２４に高周波を印加するように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記プラズマ装置８０
においては、プラズマ照射による試料２４周囲に加え、
プラズマに直接さらされない反応室１２の内壁面や試料
保持装置２３の側面にもプロセスガスの分解生成物や反
応生成物が付着して試料２４の汚染を引き起こすことと
なる。そこで、反応室１２にＮＦ₃、ＳＦ₆ 、ＣＦ₄ 等
のフッ素系あるいはＣｌ₂ 等の塩素系のエッチングガス
を導入し、プラズマを発生させることにより試料２４の
汚染の原因となる付着物の除去を行っていた。しかし、
フッ素系あるいは塩素系のエッチングガスを導入してプ
ラズマを発生させることにより反応室１２の内壁面や試
料保持装置２３の側面に付着した汚染物質のエッチング
を試みても、反応室１２の内壁面や試料保持装置２３の
側面はもともとプラズマに直接さらされない箇所である
ので、付着物を完全に除去することはできないという課
題があった。

【０００７】また、汚染の原因となるプロセスガスの分
解生成物や反応生成物の反応室１２内壁面への付着を防
止するために、反応室１２の内壁面及び試料保持装置２
３側面を交換可能な防着部材（図示せず）で覆い、定期
的に該防着部材を交換することにより試料２４の汚染を
防止することも行なわれているが、反応室１２を定期的
に解放して防着部材を人手によって交換する等、防着部
材交換自体に多大な時間と費用を要するとともに、反応
室１２を大気中に解放することによって反応室１２内に
大気中の水分が流入し、反応室１２の内壁面の腐食や異
物の増大を引き起こすという課題があった。

【０００８】さらに、反応室１２を大気中に解放するこ
とによって真空排気時間の延長を引き起こし、プラズマ
装置８０の安定稼働、稼働率向上、及び製品歩留の向上
にとって不都合が生じるという課題があった。

【０００９】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、プラズマ生成室の汚染を防止することが
できるプラズマ装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマ装置は、プラズマ生成室と、試
料保持装置が配設されるとともに不純物防着部材が内装
された反応室と、前記プラズマ生成室と前記反応室との
間に配設されたプラズマ引き出し窓と、前記試料保持装
置に接続された高周波電源とを有するプラズマ装置にお
いて、前記不純物防着部材は、一端が前記プラズマ引き
出し窓の外周部分に接続され、前記試料保持装置の方向
に断面がテーパ状に拡大するように該試料保持装置の近
傍まで延設されたホーン形状を有しており、前記試料保
持装置と前記高周波電源との間に切り換えスイッチが介
装され、該切り換えスイッチを介して前記不純物防着部
材にも前記高周波電源が接続されていることを特徴と
し、また、上記記載のプラズマ装置において、少なくと
も不純物防着部材と切り換えスイッチとの間に整合回路
が介装されていることを特徴としている。

【００１１】

【作用】上記した構成によれば、前記試料保持装置と前
記高周波電源との間に切り換えスイッチが介装され、該
切り換えスイッチを介して前記不純物防着部材にも前記
高周波電源が接続されているので、前記不純物防着部材
に堆積した付着物を除去する際には、前記試料保持装置
に埋設された電極を接地し、前記不純物防着部材に高周
波を印加してエッチングガスを導入し、前記不純物防着
部材全面にプラズマを発生させることによって前記不純
物防着部材に付着した付着物が効率的にエッチングさ
れ、プロセスガスの分解生成物や反応生成物による付着
物が十分に除去される。さらに、前記不純物防着部材が
ホーン形状に形成されているので、プラズマがそのホー
ン形防着部材の内面全面に効率的に照射され、エッチン
グにより前記不純物防着部材に付着した付着物を除去す
る際、より短時間で、効率よく除去することができる。
一方、前記試料に成膜を行う場合、前記不純物防着部材
を切り換えスイッチを介して接地し、前記試料保持装置
に埋設された電極を前記切り換えスイッチを介して前記
高周波電源に接続し、高周波を印加させることによっ
て、プラズマは前記不純物防着部材内を通って効率よく
前記試料に到達することとなり、前記不純物防着部材は
プロセスガスの分解生成物や反応生成物が前記反応室内
壁面に付着するのを防止する遮蔽板の役割を果す。

【００１２】また、上記記載のプラズマ装置において、
少なくとも不純物防着部材と切り換えスイッチとの間に
整合回路が介装されている場合には、前記試料保持装置
に埋設された電極及び前記不純物防着部材に高周波を印
加した際に前記反応室内にプラズマが効率よく発生する
こととなる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係るプラズマ装置の実施例を
図面に基づいて説明する。なお、反応室１２、試料保持
装置２３周辺及び試料保持装置２３に高周波を印加する
ための接続回路を除いたプラズマ装置の構成は従来と略
同一であるため、その説明を省略する。

【００１４】図１においては１０はプラズマ装置を示し
ており、プラズマ装置１０の反応室室壁１２ａ及び試料
保持装置２３の試料２４載置面と反対側の側面２３ａは
図６に示した防着部材２６ａによって覆われている。反
応室室壁１２ａ及び側面２３ａと防着部材２６ａとの間
には反応室室壁１２ａ及び側面２３ａと防着部材２６ａ
との間でプラズマが発生するのを防止するためにテフロ
ン、アルミナ等の絶縁部材２７がスペーサーとして挿入
され、防着部材２６ａは反応室１２全体と電気的に絶縁
されている。また、防着部材２６ａは切り換えスイッチ
３０ａを介して接地されるか、あるいは、切り換えスイ
ッチ３０ａ、３０ｃを介して高周波電源２９に接続され
るように構成されている。さらに、試料保持装置２３に
埋設された電極２８は切り換えスイッチ３０ｂを介して
接地されるか、あるいは、切り換えスイッチ３０ｂ、３
０ｃを介して高周波電源２９に接続されるように構成さ
れている。

【００１５】このように構成されたプラズマ装置１０を
用いて試料２４に成膜を行う場合、防着部材２６ａを切
り換えスイッチ３０ａを介して接地し、試料保持装置２
３に埋設された電極２８を切り換えスイッチ３０ｂ、３
０ｃを介して高周波電源２９に接続し、電極２８に高周
波が印加して通常の成膜を行う。

【００１６】一方、反応室室壁１２ａ及び試料保持装置
２３の側面に配設された防着部材２６ａに堆積した付着
物を除去する場合、防着部材２６ａを切り換えスイッチ
３０ａ、３０ｃを介して高周波電源２９に接続し、試料
保持装置２３に埋設された電極２８を切り換えスイッチ
３０ｂを介して接地する。そしてＮＦ₃ 、ＳＦ₆ 、ＣＦ
₄ 等のフッ素系あるいはＣｌ₂ 等の塩素系のエッチング
ガスを導入した後、防着部材２６ａに高周波を印加して
試料保持装置２３を対向電極としてプラズマを発生させ
て付着物のエッチングを行う。この際、反応室室壁１２
ａ及び側面２３ａと防着部材２６ａとの間に挿入された
絶縁部材２７により放電インピーダンスが大きくなり、
反応室室壁１２ａ及び側面２３ａと防着部材２６ａとの
間でプラズマが発生することが防止される。

【００１７】このように、防着部材２６ａに高周波を印
加することにより防着部材２６ａ表面にプラズマを発生
させることができ、エッチングガスの導入によって防着
部材２６ａ表面が効率的にエッチングされることとな
り、防着部材２６ａに付着した付着物を完全に除去する
ことができる。

【００１８】次に、プラズマ装置の別の実施例を図２に
示す。この図２に示したプラズマ装置４０が図１に示し
たプラズマ装置１０と相違している点は、切り換えスイ
ッチ３０ａと切り換えスイッチ３０ｃとの間、及び切り
換えスイッチ３０ｂと切り換えスイッチ３０ｃとの間に
それぞれ整合回路３１が介装されている点である。

【００１９】このように、防着部材２６ａ及び試料保持
装置２３に埋設された電極２８が整合回路３１を介して
高周波電源２９に接続されていることにより、防着部材
２６ａあるいは試料保持装置２３に埋設された電極２８
に高周波を印加する際、反応室１２内に効率よくプラズ
マを発生させることができるようになる。

【００２０】図３にプラズマ装置のさらに別の実施例を
示す。この図３に示したプラズマ装置５０が図２に示し
たプラズマ装置４０と相違している点は、プラズマ反応
室１２に内装された防着部材２６ｂ、２６ｃの位置と形
状及びガス導入管５７の形状にある。防着部材２６ｂ、
２６ｃは図７に示した構成となっており、試料保持装置
２３の外径より小さく、試料２４の外径よりも大きい孔
２６ｅを有し、反応室１２の内径に一致するドーナツ形
状に形成されており、一方の防着部材２６ｂは試料保持
装置２３に当接して配置され、他方の防着部材２６ｃは
ガス導入管５７よりもプラズマ生成室１１側に、防着部
材２６ｂと対向して配置されている。防着部材２６ｂと
防着部材２６ｃとの間で、かつ防着部材２６ｃの試料保
持装置２３と対向する両側に近接してリング形状に形成
されたノズル５７ｂを有するガス導入管５７が配設され
ている。ガス導入管５７のノズル５７ｂにはガス導入管
５７から導入されたガスが試料２４に効率よく吹きつけ
られるように試料２４側に開口した孔（図示せず）が形
成されている。

【００２１】このように構成されたプラズマ装置５０を
用いて試料２４に成膜を行う場合、防着部材２６ｂ、２
６ｃを切り換えスイッチ３０ａを介して接地し、試料保
持装置２３に埋設された電極２８を切り換えスイッチ３
０ｂ、３０ｃ及び整合回路３１を介して高周波電源２９
に接続し、高周波を印加することにより通常の成膜を行
う。この際、プラズマは防着部材２６ｃの中央に形成さ
れた孔２６ｅを通って効率よく試料２４に到達し、防着
部材２６ｂは試料保持装置２３の右方へプロセスガスの
分解生成物や反応生成物が付着するのを防止する遮蔽板
の役割を果す。また、防着部材２６ｃもプロセスガスの
分解生成物や反応生成物が防着部材２６ｃより左右の反
応室１２内壁に付着するのを防止する遮蔽板の役割を果
す。

【００２２】一方、防着部材２６ｂ、２６ｃに堆積した
付着物を除去する場合、防着部材２６ｂ、２６ｃを切り
換えスイッチ３０ａ、３０ｃ及び整合回路３１を介して
高周波電源２９に接続し、試料保持装置２３に埋設され
た電極２８を切り換えスイッチ３０ｂを介して接地す
る。そしてＮＦ₃ 、ＳＦ₆、ＣＦ₄ 等のフッ素系あるい
はＣｌ₂ 等の塩素系のエッチングガスを導入した後、防
着部材２６ｂ、２６ｃに高周波を印加して試料保持装置
２３を対向電極としてプラズマを発生させる。

【００２３】このように、防着部材２６ｂ、２６ｃに高
周波を印加することにより、防着部材２６ｂ、２６ｃ表
面にプラズマを発生させることができ、エッチングガス
の導入によって防着部材２６ｂ、２６ｃ表面が効率的に
エッチングされることとなり、防着部材２６ｂ、２６ｃ
表面に付着した付着物を完全に除去することができる。
また、防着部材２６ｂ、２６ｃ及び試料保持装置２３に
埋設された電極２８が整合回路３１を介して高周波電源
２９に接続されていることにより、防着部材２６ｂ、２
６ｃあるいは試料保持装置２３に埋設された電極２８に
高周波を印加する際、反応室１２内に効率よくプラズマ
を発生させることができるようになる。

【００２４】図４にプラズマ装置のさらに別の実施例を
示す。この図４に示したプラズマ装置６０が図２に示し
たプラズマ装置４０と相違する点は、プラズマ反応室１
２に内装された防着部材２６ｂ、２６ｄの位置と形状及
びガス導入管６７の形状にある。試料保持装置２３の外
径より小さく、試料２４の外径よりも大きい孔２６ｅを
有し、反応室１２の内径に一致するドーナツ形状に形成
された防着部材２６ｂが試料保持装置２３に当接して配
置され、さらに図８に示したホーン形状の防着部材２６
ｄがプラズマ引き出し窓１８から試料保持装置２３近傍
まで延設されている。この防着部材２６ｄの一端はプラ
ズマ引き出し窓１８よりやや大きめの外径を有し、プラ
ズマ引き出し窓１８の外周部分に接続され、他端は試料
保持装置２３よりもやや大きめの外径を有し、試料保持
装置２３に近接して配置された防着部材２６ｂに接続さ
れている。また、反応室１２内全体を真空吸引すること
ができるようにホーン形状の防着部材２６ｄには孔２６
ｆが形成されている。また、ホーン形状の防着部材２６
ｄの内部であって試料保持装置２３と対向する位置にリ
ング形状に形成されたノズル６７ｂを有するガス導入管
６７が配設されており、ガス導入管６７のノズル６７ｂ
にはガス導入管６７から導入されたガスが試料２４に効
率よく吹きつけられるように孔（図示せず）が形成され
ている。

【００２５】このように構成されたプラズマ装置６０を
用いて試料２４に成膜を行う場合、防着部材２６ｂ、２
６ｄを切り換えスイッチ３０ａを介して接地し、試料保
持装置２３に埋設された電極２８を切り換えスイッチ３
０ｂ、３０ｃ及び整合回路３１を介して高周波電源２９
に接続し、高周波を印加して通常の成膜を行う。この
際、プラズマは防着部材２６ｄ内を通って効率よく試料
２４に到達することとなり、防着部材２６ｄはプロセス
ガスの分解生成物や反応生成物が反応室１２内壁面に付
着するのを防止する遮蔽板の役割を果す。また、防着部
材２６ｂは試料保持装置２３の右方へプロセスガスの分
解生成物や反応生成物が付着するのを防止する遮蔽板の
役割を果す。

【００２６】一方、防着部材２６ｂ、２６ｄに堆積した
付着物を除去する場合、防着部材２６ｂ、２６ｄを切り
換えスイッチ３０ａ、３０ｃ及び整合回路３１を介して
高周波電源２９に接続し、試料保持装置２３に埋設され
た電極２８を切り換えスイッチ３０ｂを介し接地する。
そしてＮＦ₃ 、ＳＦ₆ 、ＣＦ₄ 等のフッ素系あるいはＣ
ｌ₂ 等の塩素系のエッチングガスを導入した後、防着部
材２６ｂ、２６ｄに高周波を印加して試料保持装置２３
を対向電極としてプラズマを発生させる。

【００２７】このように、防着部材２６ｂ、２６ｄに高
周波を印加することにより、防着部材２６ｂ、２６ｄ表
面にプラズマを発生させることができ、エッチングガス
の導入によって防着部材２６ｂ、２６ｄ表面が効率的に
エッチングされることとなり、防着部材２６ｂ、２６ｄ
表面に付着した付着物を完全に除去することができる。
また、防着部材２６ｂ、２６ｄ及び試料保持装置２３に
埋設された電極２８が整合回路３１を介して高周波電源
２９に接続されていることにより、防着部材２６ｂ、２
６ｄあるいは試料保持装置２３に埋設された電極２８に
高周波を印加する際、反応室１２内に効率よくプラズマ
を発生させることができるようになる。

【００２８】なお、上記したプラズマ装置１０、４０、
５０、６０の反応室１２内に内装された防着部材２６
ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄはエッチングガスによる腐
食を防止するためにアルミ母材あるいはチタン母材にSi
O₂コーティングを施したものを用いている。また、上記
したプラズマ装置５０、６０において、試料保持装置２
３に埋設された電極２８及び防着部材２６ｂ、２６ｃ、
２６ｄは整合回路３１を介して高周波電源２９に接続さ
れているが、整合回路３１が介装されていなくても差し
支えない。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ装置にあっては、プラズマ生成室と、試料俣持装置が
配設されるとともに不純物防着部材が内装された反応室
と、前記プラズマ生成室と前記反応室との間に配設され
たプラズマ引き出し窓と、前記試料保持装置に接続され
た高周波電源とを有するプラズマ装置において、前記不
純物防着部材は、一端が前記プラズマ引き出し窓の外周
部分に接続され、前記試料保持装置の方向に断面がテー
パ状に拡大するように該試料保持装置の近傍まで延設さ
れたホーン形状を有しており、前記試料保持装置と前記
高周波電源との間に切り換えスイッチが介装され、該切
り換えスイッチを介して前記不純物防着部材にも前記高
周波電源が接続されているので、前記不純物防着部材に
堆積した付着物を除去する際には、前記試料保持装置に
埋設された電極を接地し、前記不純物防着部材に高周波
を印加することにより、前記不純物防着部材全面にプラ
ズマを発生させることができ、エッチングガスの導入に
より前記不純物防着部材表面を効率的にエッチングし、
前記不純物防着部材表面に付着したプロセスガスの分解
生成物や反応生成物による付着物を十分に除去すること
ができる。従って、前記プラズマ装置の稼働率の向上及
び安定稼働による製品歩留の向上を図ることができる。
さらに、前記不純物防着部材がホーン形状に形成されて
いるので、プラズマがそのホーン形防着部材の内面全面
に効率的に照射され、エッチングにより前記不純物防着
部材に付着した付着物を除去する際、より短時間で、効
率よく除去することができる。

【００３０】また、上記記載のプラズマ装置において、
少なくとも不純物防着部材と切り換えスイッチとの間に
整合回路が介装されている場合には、前記試料保持装置
に埋設された電極及び前記不純物防着部材に高周波を印
加する際に前記反応室にプラズマを効率よく発生させる
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ装置の一実施例を示す概
略断面図である。

【図２】プラズマ装置の別の実施例を示す概略断面図で
ある。

【図３】プラズマ装置のさらに別の実施例を示す概略断
面図である。

【図４】プラズマ装置のさらに別の実施例を示す概略断
面図である。

【図５】従来のプラズマ装置を示す概略断面図である。

【図６】防着部材を示す斜視図である。

【図７】別の防着部材を示す斜視図である。

【図８】さらに別の防着部材を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０、４０、５０、６０ プラズマ装置 １２ 反応室 ２３ 試料保持装置 ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 防着部材 ２９ 高周波電源 ３０ａ、３０ｂ、３０ｄ 切り換えスイッチ ３１ 整合回路

フロントページの続き (72)発明者 森岡 善隆 東京都千代田区大手町一丁目１番３号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 田野 眞志 東京都千代田区大手町一丁目１番３号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−115123（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−140724（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−100925（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−231322（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−249318（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−174223（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ生成室と、試料保持装置が配設
   されるとともに不純物防着部材が内装された反応室と、
   前記プラズマ生成室と前記反応室との間に配設されたプ
   ラズマ引き出し窓と、前記試料保持装置に接続された高
   周波電源とを有するプラズマ装置において、前記不純物防着部材は、 一端が前記プラズマ引き出し窓の外周部分に接続され、
   前記試料保持装置の方向に断面がテーパ状に拡大するよ
   うに該試料保持装置の近傍まで延設されたホーン形状を
   有しており、 前記試料保持装置と前記高周波電源との間に切り換えス
   イッチが介装され、該切り換えスイッチを介して前記不
   純物防着部材にも前記高周波電源が接続されていること
   を特徴とするプラズマ装置。
2. 【請求項２】 少なくとも不純物防着部材と切り換えス
   イッチとの間に整合回路が介装されている請求項１記載
   のプラズマ装置。