JP3257328B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

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    • H01J2237/022—Avoiding or removing foreign or contaminating particles, debris or deposits on sample or tube

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置及び
プラズマ処理方法に係り、特に、高密度のプラズマを用
い、試料にエッチング等の処理を施すのに好適な、プラ
ズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ処理装置としては、例え
ば、半導体プラズマプロセス技術（菅野卓雄 編著、産
業図書発行、（１９８０）、Ｐ１３９）に記載のよう
に、マイクロ波プラズマ処理装置を用い、マイクロ波を
伝播する導波管内に石英製の放電室を有し、放電室外部
に配置したコイルより生じられる外部磁場とマイクロ波
電界の作用により、放電室内でプラズマを生成させるよ
うになっていた。そして、該プラズマを利用して半導体
ウェハの表面にエッチング等の処理を施すことが可能と
なる。
【０００３】このようなマイクロ波エッチング処理装置
では、マイクロ波を導くと共に、外部磁場を処理室内に
導入するために、処理室として、導波管となる非磁性で
かつ導電性の材料が必要である。そのため、一般には処
理室の壁材料として、アルミニウム（Ａｌ）やステンレ
ス鋼（ＳＵＳ）の金属が用いられる。
【０００４】ところで、処理室の壁面を構成するステン
レス鋼その他の金属は、プラズマにより削られ飛散し
て、その中に含まれている重金属と共に汚染源となる。
【０００５】一方、特開平４−２２９６１９号公報に
は、処理室で使用される反応ガスによる化学的腐食から
金属面を保護することのできる導電製のコーティングを
内側金属面上に形成するものが示されている。これは、
処理ガスに、塩素などのハロゲンガスなどを用いてプラ
ズマエッチングを行うと、処理室の金属壁が腐食すると
いう恐れがあるため、処理室の金属内壁面上に、コーテ
ィングにより保護膜を形成するものである。処理室の金
属はアルミニウムであり、コーティング材料には、Ｔｉ
Ｎ，ＩｎＳｎ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ等があげられて
いる。コーティング層の厚みは、０．２μｍから１μｍ
にわたるものとされている。
【０００６】また、特開昭６３−１３８７３７号公報に
は、チャンバ内に対向電極を備えたドライエッチング装
置において、汚染されたチャンバの内面を清浄可能にす
るために、チャンバに対して着脱自在な絶縁材でチャン
バ内面を覆ったものが示されている。絶縁材としては、
アルマイト、アルミナ溶射、テフロン、セラミック等が
挙げられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−２２９
６１９号公報に記載された従来技術では、処理室で使用
される反応ガスによる化学的腐食の観点からは金属面を
保護することはできる。ただし、典型的なプラズマエッ
チングプロセスの条件として上記公報のカラム５に記載
されていることからも明らかなとおり、プラズマ処理時
の温度は、約１０℃〜約７０℃という比較的低温の範囲
に限定されている。これはもし、プラズマ処理に伴い処
理室を構成するアルミニウムの温度が、例えば１００℃
以上に上昇すると、アルミニウムの熱膨張のために、ア
ルミニウム表面のコーティング膜に割れが発生する恐れ
があるためと考えられる。割れの発生を避けるためには
コーティング膜を薄くせざるを得ない。しかし、膜厚を
薄くすると、プラズマエッチングに伴う反応ガスにより
コーティング膜が短時間に腐食されてしまい、コーティ
ング膜の役目を果たさない。例えば、発明者等の実験に
よれば、ＳｉＣの場合、エッチングにより毎分約０．０
５μｍ削られるというデータがある。そのため、０．２
μｍから１μｍ程度の厚みでは、数時間で、換言すると
試料を数百枚処理した時点でコーティング層が破壊さ
れ、無くなってしまう。その結果、処理室の内壁の金属
表面がプラズマに露出し、プラズマにより削られあるい
は化学的に反応して変質し、これらが重金属汚染源とな
ったり、あるいは処理室の特性を劣化させてしまう。
【０００８】一方、前記特開昭６３−１３８７３７号公
報記載の発明は、汚染された絶縁材をチャンバから外し
て清浄した後、再度チャンバ内に装着して使用するもの
であるが、しかしながら絶縁材等をチャンバ内面に装着
した場合には、プラズマ処理中に装着した絶縁材等の温
度が変動して、プラズマ処理特性が大幅に変動する問題
がある。
【０００９】本発明の目的は、処理室内面がプラズマに
より変質したり重金属汚染源となることを防止すると共
に、処理室内面の温度を所望温度に保持することによ
り、プラズマ処理特性を経時的に安定させるプラズマ処
理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ発生
装置と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する
処理ガス供給装置と、試料を保持する試料台と、真空排
気装置より成るプラズマ処理装置において、前記処理室
が、減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙間を介して
配置された内筒と、該内筒の温度を所定の範囲に保持す
る温度制御手段とを備えており、該温度制御手段は、前
記外筒に設けられ該外筒の温度を常温〜３５０℃に調節
する第１の温度制御部と、前記隙間に導入された伝熱ガ
スを含み前記内筒の温度を調整する第２の温度制御部と
を有し、 前記第２の温度制御部は、前記外筒と前記内筒
間の隙間に、伝熱ガスを導入する伝熱ガス供給系を備え
ており、前記伝熱ガス供給系は、前記隙間の圧力を所定
値に保持する圧力制御手段を備えていることを特徴とす
る。
【００１１】本発明の他の特徴は、プラズマ発生装置
と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する処理
ガス供給装置と、試料を保持する試料台と、真空排気装
置より成るプラズマ処理装置において、前記処理室が、
減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙間を介して配置
された内筒と、該内筒の温度を所定の範囲に保持する温
度制御手段とを備えており、該温度制御手段は、前記外
筒に設けられ該外筒の温度を常温〜３５０℃に調節する
第１の温度制御部と、前記隙間に導入された伝熱ガスを
含み前記内筒の温度を調整する第２の温度制御部とを有
し、前記外筒と前記内筒間の前記隙間に、前記熱伝達手
段としての金属製可撓体を配し、該金属製可撓体のバネ
力によって該金属製可撓体を前記外筒と前記内筒に接触
させたことにある。
【００１２】本発明の他の特徴は、前記内筒が非磁性材
料からなることにある。
【００１３】本発明の他の特徴は、プラズマ発生装置
と、減圧可能な処理室と、処理室にガスを供給する処理
ガス供給装置と、試料を保持する試料台と、真空排気装
置より成るプラズマ処理装置において、前記処理室が、
減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙間を介して配置
された内筒と、該内筒の温度を所定の範囲に保持する温
度制御手段とを備えており、該温度制御手段は、前記外
筒に設けられ該外筒の温度を常温〜３５０℃に調節する
第１の温度制御部と、前記隙間に導入された伝熱ガスを
含み前記内筒の温度を調整する第２の温度制御部とを有
し、前記内筒の材質がセラミックスであり、厚さを２〜
１０ｍｍにしたことにある。
【００１４】
【作用】処理室の内壁としてセラミック等、重金属を含
まない材料からなる内筒を用いているため、ウェハの処
理時に外筒を構成するアルミニウムなどの金属面が露出
せず、従ってプラズマによって金属が削られたり変質し
たりして、ウェハに対する重金属汚染源となることがな
い。一方、内筒は外筒に比べて熱伝導性が低いので、も
しなんら制御しなければ、エッチング処理時に内筒の温
度、換言すると処理室の表面温度が２００℃〜３５０℃
あるいはそれ以上に達する。本発明では、内筒の温度を
所望値、例えば１００℃〜３５０℃、の間の所望値に制
御するので、処理室の表面温度も所望値に維持されるた
めに、エッチング特性は安定したものとなる。
【００１５】また、内筒表面温度を所望のパターンに制
御することによりプロセスを安定化することも可能とな
る。
【００１６】また、内筒を構成する材料の内側表面が、
プラズマによってわずかづつ削られる材料を使用した場
合には、内筒の内側表面が絶えず新しい表面に更新され
るので、内側表面の変質による汚染の心配はなく、処理
室としての特性の経時変化もほとんどない。また、内筒
は重金属を含んでいないので、削られても汚染源となる
心配はない。
【００１７】
【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【００１８】まず図１は、本発明の一実施例になるマイ
クロ波プラズマ処理装置の一部を縦断面した正面図であ
り、図２にその要部拡大図を示す。１はマイクロ波の発
振源としてのマグネトロン、２はマイクロ波の導波管で
ある。３は、処理室４を真空封止しマイクロ波を処理室
４に供給するための石英板である。処理室４は、例えば
純度の高いアルミニウム（Ａｌ）で作られた、減圧に耐
える外筒５と、その内側に配置された炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）等のセラミックで作られた内筒６によって構成され
ている。処理室４の内面は絶縁物、外部は導電物である
ため、処理室４は導波管の役目もしている。７は磁場を
供給する第一のソレノイドコイル、８（８Ａ，８Ｂ）
は、磁場を供給する第二のソレノイドコイルである。処
理室４は、真空室９に接続された真空ポンプにより真空
排気される。１０は、エッチング等の処理を行なうウェ
ハ１１を載置する試料台であり、高周波電源１２が接続
されている。１３は処理ガス供給系であり、処理室４内
にエッチング、成膜等の処理を行なう処理ガスを供給す
る。
【００１９】外筒５と内筒６の間は、０．１〜２ｍｍ程
度の隙間Ｇ１４が有り、その間にガス供給系１５を介し
て温度制御用の伝熱ガスが導入される。ガス供給系１５
は、ガス源１６，圧力制御弁１７、圧力検出器１８、圧
力指令指示手段１９、制御回路２０を備えており、圧力
検出器１８で隙間１４の圧力Ｐを検出し、この圧力Ｐを
所望値に維持するように圧力制御弁１７の開度を制御す
る。
【００２０】内筒６はサポート３２に支持されている。
一定量消耗したとき新しいものに交換するために、外筒
５に対して着脱自在に支持されている。
【００２１】外筒５の外周には、処理室４を加熱するた
めのヒータ２１が配置されており、温度検出器２３によ
り内筒６の温度Ｔを検出し、温度コントローラ２２によ
り外筒５の温度Ｔ0が制御される。このヒータ２１は、
外筒５の温度Ｔ0及び隙間１４の圧力を所定値に維持す
ることにより、内筒６の温度Ｔを所定値に維持するため
のものである。
【００２２】プラズマエッチング処理に際しては、ガス
供給系１３から処理室４に処理ガスを所定の流量で導入
しながら、他方真空ポンプにより真空排気することによ
り、処理室４の圧力を所定の処理圧力に調節する。ま
た、ヒータ２１やガス供給系１５、温度コントローラ２
２によって、外筒５の温度Ｔ0、内筒６の温度Ｔ、隙間
１４の圧力Ｐを所定値に制御する。
【００２３】他方、処理を行なうべきウェハ１１を試料
台１０に載置、保持し、マグネトロン１及び第一、第二
のソレノイドコイル７、８をオンとし、マイクロ波を処
理室４に導びいて、処理室４内にプラズマ１００を生成
させ、ウェハ１１にエッチング等の処理を行う。
【００２４】本発明によれば、ウェハ１１の処理時に、
処理室４内壁として、アルミニウムなどの金属面が露出
していないために、プラズマ１００によって金属が削ら
れたり変質したりして、ウェハ１１に対する重金属汚染
源となることがない。
【００２５】一方、内筒６を構成するＳｉＣの内側表面
は、プラズマ１００によってわずかづつ削られる。しか
し、重金属を含んでいないので、削られても汚染源とな
る心配はない。むしろ、削られることにより、内筒６の
内側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表
面の変質による汚染の心配はなく、処理室４としての特
性の経時変化もほとんどない。削られたＳｉＣ成分は、
真空ポンプで処理室４から真空排気される。
【００２６】ところで、エッチング処理時、処理室で発
生する熱により内筒の温度が上昇する。もしなんら制御
しなければ、内筒の温度Ｔは２００℃〜３５０℃あるい
はそれ以上になる。一方、プラズマエッチング処理にお
ける、エッチング特性は内筒６の内側表面の温度に大き
く影響される。すなわち、内筒６の表面温度の変化によ
って、内筒６とエッチングガスの反応が変化し、エッチ
ングガスの雰囲気が変動するため、エッチング特性が安
定しない。例えば、円筒６の温度が変化することによ
り、壁への堆積物質の組成や堆積量が変動したり、壁と
の反応速度が変動することにより、プラズマ中の組成が
変動するため、エッチング特性が安定しない。
【００２７】本発明では、ヒータ２１により外筒５の温
度Ｔ0の制御及び隙間１４の圧力Ｐの制御を行うことに
より、内筒の表面温度Ｔを１００℃〜３５０℃、望まし
くは１５０℃〜３００℃の間の所望値に制御する。本発
明によれば、内筒６表面の温度Ｔが所定値に維持される
ために、エッチング特性は安定したものとなる。また、
内筒６の温度が所定値に維持され、内筒６の内側表面の
プラズマによる反応速度が安定するため、エッチングに
よって内筒６の表面が削られる量も一定になる。これに
よって、処理室４としての特性も安定したものとなる。
【００２８】図３は、温度コントローラ２２によ．内筒
６の温度制御機能を示すものである。一例として、外筒
５の温度をＴ0に維持することにより、内筒６の温度Ｔ
をＴ0に近つけることを示している。
【００２９】この場合、図４に示すように、隙間１４の
圧力Ｐを上げることにより、温度ＴとＴ0の差を小さく
できる。具体的には、隙間１４が１ｍｍ、隙間１４にＨ
ｅガスを供給し、ガス圧力を１０Ｔｏｒｒに制御した場
合、内筒６への入熱量が０〜３００Ｗ相当の時、外筒５
の温度１５０℃にたいして、内筒６の温度を１５０℃±
２０℃に保持することが可能である。
【００３０】内筒の所望温度は円筒の材質、被処理膜
質、処理ガスの種類、放電条件等の組合せにより最適値
が異なってくる。
【００３１】例えば、処理ガスとしてＣＦ系ガスを用
い、円筒に石英を用いて図１２に示すレジスト付酸化膜
試料を処理する場合、内筒の温度を制御しない時は、図
１３に示すように試料処理枚数が増加するに従い、内筒
はプラズマからの熱を受け徐々に上昇してゆき、飽和温
度となる。この時、酸化膜のエッチング速度の変動は少
ないが、内筒の温度上昇に従いレジストのエッチング速
度は除々に低下し、内筒温度が飽和するとレジストのエ
ッチング速度も安定する。
【００３２】一方、内筒の温度をあらかじめ図１３の飽
和温度に保持すれば、試料処理枚数の始めから安定した
レジストのエッチング速度を得ることができる。
【００３３】内筒の温度を図１３の飽和温度でなく、初
期温度に保持すれば、試料処理枚数初期のエッチング速
度を得ることができる。
【００３４】なお隙間１４としては狭い方がガスによる
熱伝達性が良いが、２ｍｍ程度の間隙迄その効果が生じ
る。
【００３５】実施例における内筒６の材料は、磁場を用
いたマイクロ波放電のために非磁性の材料であり、プラ
ズマによって変質せず、かつ、重金属を含まないことが
必要である。この条件を満たすものとして、炭素Ｃ、シ
リコン（Ｓｉ）、石英（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ
3）等の材料が挙げられるが、プラズマ処理内容によっ
ては、アルミニウム材料でも良い。
【００３６】また、内筒６は、所定値以上の機械的な強
度と耐久性が要求される。つまり、内筒６を構成する実
施例でのＳｉＣの厚さは、プラズマ処理時に作用する外
力に耐えられる機械的な強度を有すると共に、プラズマ
１００によって削られながらも、多量のウェハ処理に耐
えうる耐久性を有するものでなければならない。エッチ
ングにより毎分約０．０５μｍ削られるとして、実用
上、数万枚のウェハ処理に耐えうるために、ＳｉＣの厚
さは２〜１０ｍｍあれば足りる。
【００３７】図１の一実施例において、石英板３の表面
温度についても、内筒６の温度制御と同様な方法で、１
００℃〜３５０℃の温度に制御するのが良い。
【００３８】図５は、本発明の他の実施例のマイクロ波
プラズマ処理装置の縦断面図である。処理室４は、例え
ば純度の高いアルミニウムで作られた外筒５と、その内
側に配置されたセラミック製の内筒６によって構成され
ている。処理室４の内面は逆テーパ状となっており、内
筒６は円錐台型となっている。外筒５と内筒６の間には
隙間１４がある。隙間１４内には、図６に示すように、
アルミニウム製の波板３０が配置されており、バネ力に
よって波板３０が外筒５と内筒６に接触している。外筒
５の外周には加熱用のヒータ２１が配置されている。内
筒６の下端部はバネ３１を介して支持部３２に保持され
ている。内筒６の上端部にもバネ３３があり、これらの
バネ３１，３３によって、波板３０と外筒５及び内筒６
の接触力を高めている。バネ３１，３３はまた、外筒５
と内筒６間の熱膨張の差を吸収する機能も備えている。
【００３９】この実施例でも、ＳｉＣで構成される内筒
６の機能は、前に述べた実施例と同じである。この実施
例では、外筒５と内筒６の間の熱の伝達を、波板３０に
よる接触熱伝導方式と、隙間１４内のガスによるガス伝
導方式の組み合わせとしている点に特徴がある。この実
施例によれば、処理室表面すなわち内筒６の表面温度Ｔ
が外筒５の温度Ｔ0に対して差の少ない値に維持される
ために、エッチング特性は安定したものとなる。
【００４０】上記図１〜５の実施例に於いて、内筒６の
温度は（間接的に検出されれば）直接検出しなくてもよ
い。ただし、内筒６に温度検出器２３を付加することに
より、下記に示す効果がある。
【００４１】（１）内筒６の温度Ｔを更に正確に制御す
るために、隙間１４の圧力を可変にする、又は外筒５の
温度を細かく調整することが可能となり内筒の温度制御
性が向上する。
【００４２】（２）内筒６の温度を監視し、内筒６の温
度が所定範囲外の時はプラズマ処理をしない等の警報出
力を出したり、プラズマ処理を停止することができる。
【００４３】また上記実施例１〜５では、外筒の温度制
御機能としてヒータ加熱機を記載したが、外筒に温度コ
ントロールされた循環液を流すことにより室温以下の冷
却から加熱まで、温度制御範囲を広くすることができ、
内筒の温度制御性が一層向上する。
【００４４】図７は、本発明の他の実施例として、平行
平板プラズマエッチング装置への適用例を示す。この装
置は、真空容器としての処理室４は、外室４０と、上板
４１と、側壁４２と、底板４３とから成る実質的に閉じ
た金属反応で構成されている。真空容器中に一対の対向
する平行平板電極（外室４０の内壁に接地されたアノー
ド、外室４０に絶縁体４６を介して装着されたカソード
４７）を備え、カソード４７に高周波エネルギーを供給
する高周波電源４８がある。さらに、処理室４を部分的
に真空排気する真空ポンプへの接続部４４と、弁制御さ
れる導管４５を通して反応ガスを処理室４へ供給する反
応ガス供給源とがある。エッチングするウエーハ１１
は、カソード４７の上に載置される。
【００４５】ＳｉＣで構成される内筒４９が外室４０の
内側面に、すなわち、上板４１、側壁４２、及び底板４
３の内面に形成されている。外室４０と内筒４９の間に
は隙間５０が有り、その間にガス供給系を介して温度制
御用の伝熱ガスが導入される。ガス供給系は、図１の実
施例で述べたと同様に、ガス源，圧力制御弁、圧力検出
器、圧力指令指示手段、制御回路を備えており、隙間５
０の圧力Ｐを所定値に維持するように動作する。また、
外室４０の外周には、処理室４を加熱するためのヒータ
５１が配置されており、図１の実施例で述べたと同様
に、温度コントローラによりヒータ５１の温度Ｔ0が制
御され、内筒４９の温度Ｔをコントローラで所定値に維
持することができる。内筒６に温度検出器２３を付加し
てもよい。
【００４６】このような構成により、ウエーハ１１のプ
ラズマエッチング時に、内筒４９の温度を所定値に維持
することにより、前に述べた実施例と同様な作用によ
り、プラズマによって金属が削られたり変質したりする
ことがないという効果が得られる。また、内筒４９の内
側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面
の変質による汚染の心配はない。また、内筒４９の温度
が所定値に維持されるため、安定したプラズマ処理が可
能となる。尚、平行平板型エッチング装置では内筒材質
は非磁性材料に限定する必要はない。
【００４７】本発明は、プラズマ発生機構が異なる他の
装置への適用が可能であり、その適用例を図８〜図１１
に示す。
【００４８】図８は本発明を、マグネット８０を備えた
マグネトロンＲＩＥ装置に適用した例である。真空容器
としての処理室４は側壁４２と、ウェハ１１を載置する
試料台１０とを備えており、試料台１０の電極に高周波
エネルギーを供給する高周波電源４８がある。さらに、
処理室４を部分的に真空排気する真空ポンプへの接続部
と、弁制御される導管１３を通して反応ガスを処理室４
へ供給する反応ガス供給源とがある。
【００４９】ＳｉＣで構成される内筒４９が側壁４２の
内側面に形成されている。側壁４２と内筒４９の間には
隙間が有り、その間にガス供給系１５を介して温度制御
用の伝熱ガスが導入される。ガス供給系は、図１の実施
例で述べたと同様に、ガス源，圧力制御弁、圧力検出
器、圧力指令指示手段、制御回路を備えており、隙間の
圧力Ｐを所定値に維持するように動作する。また、側壁
４２の外周には、処理室４を加熱するためのヒータ５１
が配置されており、図１の実施例で述べたと同様に、温
度コントローラ２２によりヒータ５１を介して側壁４２
の温度Ｔ0が制御され、内筒４９の温度Ｔを所定値に維
持することができる。
【００５０】このような構成により、ウエーハ１１のプ
ラズマエッチング時に、内筒４９の温度を所定値に維持
することにより、前に述べた実施例と同様な作用によ
り、安定したプラズマ処理が可能となる。さらに、プラ
ズマによって金属が削られたり変質したりすることがな
いという効果が得られる。また、内筒４９の内側表面が
絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変質に
よる汚染の心配はない。
【００５１】図９は本発明を、外部エネルギー供給放電
方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプ
の装置に適用した例であり、処理室４はシリコンプレー
ト９０と石英チャンバ９２とで囲まれている。９１は加
熱されたアンテナ部材、９５は上部ヒータである。この
実施例においても、ウエーハ１１のプラズマエッチング
時に、石英チャンバ９２の温度を所定値Ｔに維持するこ
とにより、前に述べた実施例と同様な作用により、安定
したプラズマ処理が可能となる。さらに、プラズマによ
って石英チャンバ９２の内側表面が絶えず新しい表面に
更新されるので、内側表面の変質による汚染の心配はな
い。
【００５２】図１０は本発明を、外部エネルギー供給放
電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、有磁場タイ
プの装置へ適用した例である。１０５はベルヂャー、１
１０はアンテナである。真空容器としての処理室４は、
内筒１１２、外筒１１４、ウェハ１１を載置する試料台
１０とを備えており、試料台１０の電極に高周波エネル
ギーを供給する高周波電源４８がある。さらに、処理室
４を部分的に真空排気する真空ポンプへの接続部と、弁
制御される導管を通して反応ガスを処理室４へ供給する
反応ガス供給源とがある。また、外筒１１４を加熱、冷
却して温度制御を行なうヒータ１１６及び冷却水通路１
２０を備えている。
【００５３】ＳｉＣで構成される内筒１１２と外筒１１
４の間には隙間が有り、その間にガス供給系１５を介し
て温度制御用の伝熱ガスが導入される。ガス供給系は、
前の実施例で述べたと同様に、ガス源，圧力制御弁、圧
力検出器、圧力指令指示手段、制御回路を備えており、
隙間の圧力Ｐを所定値に維持するように動作する。ま
た、温度コントローラによりヒータ１１６を介して外筒
１１４の温度Ｔ0が制御され、内筒１１２の温度Ｔを所
定値に維持することができる。
【００５４】このような構成により、内筒１１２の温度
を所定値に維持することにより、前に述べた実施例と同
様な作用により、安定したプラズマ処理が可能となる。
さらに、プラズマによって金属が削られたり変質したり
することがないという効果が得られる。また、内筒の内
側表面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面
の変質による汚染の心配はない。
【００５５】図１１は本発明を、外部エネルギー供給放
電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、有磁場タイ
プの装置へ適用した例である。１２０は電極、４８は高
周波電源である。真空容器としての処理室４は、セラミ
ックプレート１２４、内筒１２２、ウェハ１１を載置す
る試料台１０を備えている。さらに、セラミックプレー
ト１２４を加熱、冷却して温度制御を行なうヒータ１６
６及び隙間ヘガスヲ供給するガス通路１３０を備えてい
る。ガス供給系は、前の実施例で述べたと同様に、ガス
源，圧力制御弁、圧力検出器、圧力指令指示手段、制御
回路を備えており、隙間の圧力Ｐを所定値に維持するよ
うに動作する。また、温度コントローラによりヒータ１
２６を介してセラミックプレート１２４の温度Ｔ0が制
御され、内筒１２２の温度Ｔを所定値に維持することが
できる。
【００５６】このような構成で内筒１２２の温度を所定
値に維持することにより、前に述べた実施例と同様な作
用により、安定したプラズマ処理が可能となる。さら
に、プラズマによって金属が削られたり変質したりする
ことがないという効果が得られる。また、内筒の内側表
面が絶えず新しい表面に更新されるので、内側表面の変
質による汚染の心配はない。
【００５７】以上、図８〜図１１で述べたいずれの実施
例も、磁場や電界への影響を少なくするために、内筒の
材質は非磁性非金属材料とするのが好ましい。
【００５８】本発明は以上述べたプラズマエッチング処
理に限らずＣＶＤ装置やスパッタ装置にも適用できる。
【００５９】また、内筒の温度を所定値に維持すること
でプロセスを安定化させる場合に限らず、例えば、ロッ
トの初期に故意に内筒温度を変化させて、ロット初期の
プロセスの変化を補正する場合にも同様に適用できる。
すなわち、内筒の温度制御性を改善することにより、プ
ロセスの安定化が可能になる。
【００６０】尚、図１〜図１１で述べた装置は、次のよ
うにして使用される。例えば、装置起動開始前に、内筒
の温度を所望温度に制御し得るか否かがチェックされ
る。まず、処理室４内は、真空ポンプの作動により所定
の圧力に減圧排気される。その後、ヒータが作動させら
れる。このヒータの発熱により内筒が加熱される。ま
た、これと前後して隙間には、伝熱ガスが供給され、隙
間のガス圧力は、所定の圧力に調節される。つまり、内
筒の加熱は、隙間に供給された伝熱ガスの熱伝導を利用
して実施される。加熱される内筒の温度は、直接又は間
接に検出され所望温度に制御される。これにより、内筒
の温度を所望温度に制御し得ることが確認される。尚、
内筒の温度を所望温度に制御し得ない場合は、ヒータの
作動及び隙間への伝熱ガスの供給が停止され、不都合部
分のチェック、復旧がなされる。
【００６１】一方、図示を省略した搬送装置により、処
理室内にはウェハが、この場合、１個搬入される。該搬
入されたウェハは、搬送装置から試料台に受け渡され、
その被処理面と反対面を試料台の試料載置面に対応して
該載置面に載置される。
【００６２】図１〜図１１で述べた装置では、試料台に
は冷却機能を有する温度制御手段が付設され、また、Ｃ
ＶＤ装置、スパッタ装置等の処理時にウェハを加熱する
必要が有る装置では、加熱機能を有する温度制御手段が
付設される。また、試料台の試料載置面に載置されたウ
ェハは、バネ力や荷重を利用した機械的クランプ手段や
静電吸着手段や真空吸着手段等により試料台に保持され
る。
【００６３】その後、処理室内には、処理ガスが所定流
量で供給される。処理室内に供給された処理ガスの一部
は、作動している真空ポンプにより処理室外へ排気さ
れ、これにより処理室内の圧力は、ウェハの処理圧力に
調節される。
【００６４】このような状態で、処理室内の処理ガスは
放電によりプラズマ化される。試料台の試料載置面に載
置されたウェハの被処理面は、該プラズマにより処理さ
れる。該処理時にウェハの温度は、所定温度に制御され
る。
【００６５】ウェハの処理時に、内筒の温度は連続、ま
たは、随時モニターされる。該モニター温度は、予め設
定された所望温度と比較され、該比較結果に基づき内筒
の温度は所望温度に制御される。内筒の温度制御は、外
筒と内筒との隙間の伝熱ガスの圧力を調節するか、ヒー
タ発熱を調節して外筒の温度を調節することで実施され
る。尚、外筒と内筒との隙間の伝熱ガスの圧力調節は、
該隙間に供給される伝熱ガスの供給量または圧力を調節
することで実施される。
【００６６】一般に、複数個のウェハが１個毎連続して
処理される。この場合、内筒の温度は、複数個のウェハ
の処理が完了するまでウェハ１個の処理時にモーターさ
れ、そして、所望温度に制御される。例えば、内筒の温
度モニターに不都合が生じた場合や内筒の温度を所望温
度に制御し得なくなった場合、ウェハの処理特性を安定
に維持出来なくなったと判断され、ウェハの処理は中断
される。そして、該中断時に問題の解決対策が実施され
る。その後、引続き複数個のウェハの処理が再開され
る。
【００６７】内筒の温度モニターの不都合や内筒の温度
を所望温度に制御し得なくなるといったことは、制御装
置を介し何等かの警報を発することでオペレータに伝え
られる。これによりオペレータは、復旧対策を講じウェ
ハの処理を再開させる。尚、内筒の温度制御に係る要因
をモニターしておくことで、ウェハ処理の中断に至まで
の来歴をチェックすることができ、その原因の究明、復
旧対策を的確・早期に実施することができる。
【００６８】また、処理室内は、クリーニング処理され
る。該処理は、内筒表面等の処理室内面や試料台等の処
理室内に配置されている内部品面を拭き取るか、クリー
ニング用ガスのプラズマを利用して実施される。また、
該処理は、ウェハの処理前や、複数のウェハの処理途中
や、ウェハの処理完了後に実施される。
【００６９】拭き取ってクリーニング処理する場合、該
処理終了後であってウェハの処理開始前に内筒の温度を
所望温度に制御し得るか否かがチェックされる。また、
プラズマを利用してクリーニング処理する場合、該処理
中または該処理終了後であってウェハの処理開始前に内
筒の温度を所望温度に制御し得るか否かがチェックされ
る。
【００７０】更に、処理室内では、慣らし放電（シーズ
ニング）処理が実施される。該処理は、その日のウェハ
処理開始前や、クリーニング処理終了後であってウェハ
の処理開始前に実施される。この場合、慣らし放電処理
中に内筒の温度を所望温度に制御し得るか否かをチェッ
クするようにしても良い。
【００７１】プラズマ処理特性を経時的に安定させるた
めには、ウェハの処理条件に応じた温度に内筒の温度を
制御する必要が有る。ここで、ウェハの処理条件とし
て、被処理膜質、処理ガス種、放電条件、放電タイプ等
が挙げられる。
【００７２】そこで、ウェハの処理条件が上位制御装置
またはオペレータにより処理装置の制御装置に入力され
る。該制御装置には、ウェハ処理条件に応じた内筒の温
度が予め入力されている。制御装置では、入力されたウ
ェハ処理条件に応じた内筒の温度が制御温度として選択
・設定される。一方、検出・モニターされた内筒の温度
は、制御装置に入力される。該検出・モニター温度は、
制御温度と比較演算され、該結果に基づき内筒の温度は
制御温度に制御される。
【００７３】更に、例えば、ウェハが多層膜構造である
場合、それぞれの膜の膜質、処理ガス種、放電条件等に
応じた温度に内筒の温度を制御するようにすれば、プラ
ズマ処理特性を木目細かく経時的に安定させることがで
きる。
【００７４】慣らし放電（シーズニング）処理後の１ロ
ッド処理中にウェハの処理性能が変化する場合には、処
理性能を一定化するために、内筒の温度を所望の温度パ
ターンに沿って変化させると良い。
【００７５】これまでは、チャンバの内筒の温調を対象
に述べて来たが、試料台の周辺に設置される試料台カバ
ーの温調に対しても同様に適用できる。
【００７６】図１４に本発明を適用した試料台部分の実
施例の断面図を示す。試料台１０中は温調用液体が循環
し、所望の温度に保持されている試料台の表面には絶縁
物が塗布されており、処理室に放電が生じている状態で
静電チャック用直流電源５４により、試料１１を静電力
により試料台１０に引きつける。試料１１と試料台１０
間には熱伝導を良くするために伝熱用ガス（例えばＨｅ
ガス等）を導入する。試料台１０の上部周囲には試料台
カバー（アルミナ等の絶縁物やＳｉＣ等の抵抗体）が設
置され、金属製の試料台１０をプラズマにさらした時問
題となる金属類の放出を阻止している。ところで試料台
カバー表面５０には、プラズマ中のイオン・ラジカル等
が衝突するため温度が上昇する。試料周辺の試料台カバ
ー５０の温度が変動すると、試料周辺における科学・物
理反応が変化し、試料の処理特性を変化させる欠点があ
った。そこで試料台１０と試料台カバー５１との間にガ
ス封止手段５１（例えば０リング等）を設け、その間に
伝熱ガスを導入する。圧力制御等については内筒の場合
と同様である。図１４では、試料冷却用伝熱ガスと試料
台カバー冷却用伝熱ガスとを併用しているが、別々に供
給しても良いことはもちろんである。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマに直接接触す
る内筒の温度を制御することが可能となり、プラズマ処
理の経時的な特性変化の制御が可能となる。また、処理
室を構成する非磁性でかつ導電性の金属材料がプラズマ
により削られたり変質したりして重金属汚染源となるこ
とを防止すると共に、処理室の壁面が処理室内で使用さ
れる反応ガスにより化学的腐食するおそれの無い状態
で、安定したプラズマ処理特性を有するプラズマ処理装
置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例になるマイクロ波プラズマ処
理装置の一部を縦断面した正面図である。
【図２】図１の内筒の温度制御部を示す要部拡大図であ
る。
【図３】図１の温度コントローラの機能を示す図であ
る。
【図４】温度制御における隙間の圧力Ｐと温度差の関係
を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例のマイクロ波プラズマ処
理装置の縦断面図である。
【図６】図５のプラズマ処理装置の要部横断面図であ
る。
【図７】本発明の第３の実施例になる、平行板プラズマ
エッチング装置の縦断面図である。
【図８】本発明を、マグネトロンＲＩＥ装置に適用した
例の縦断面図である。
【図９】本発明を、外部エネルギー供給放電方式のう
ち、誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプの装置に
適用した例の縦断面図である。
【図１０】本発明を、外部エネルギー供給放電方式のう
ち、誘導結合型放電方式でかつ、有磁場タイプの装置へ
適用した例の縦断面図である。
【図１１】本発明を、外部エネルギー供給放電方式のう
ち、誘導結合型放電方式でかつ、有磁場タイプの装置へ
適用した例の縦断面図である。
【図１２】本発明の装置で処理される試料の一例として
の、レジスト付酸化膜試料の縦断面図である。
【図１３】ウェハ処理枚数と内筒の温度との関係を示す
図である。
【図１４】本発明を適用する処理装置の試料台カバー部
の実施例の断面図である。
【符号の説明】
１…マグネトロン、２…導波管、３…石英板、４…処理
室、５…外筒、６…内筒、７…第一のソレノイドコイ
ル、８…第二のソレノイドコイル、９…真空室、１０…
試料台、１１…ウェハ、１３…処理ガス供給系、１４…
隙間、１５…ガス供給系、１７…圧力制御弁、１８…圧
力検出器、２０…制御回路、２１…ヒータ、２２…温度
コントローラ２２
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱崎 良二 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 伊東 哲 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (56)参考文献 特開 昭62−95828（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−22404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−153332（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−184924（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−211125（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−214873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−5526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−23228（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−75034（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C30B 25/10 C30B 25/16

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室
    と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料
    を保持する試料台と、真空排気装置より成るプラズマ処
    理装置において、 前記処理室が、減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙
    間を介して配置された内筒と、該内筒の温度を所定の範
    囲に保持する温度制御手段とを備えており、 該温度制御手段は、前記外筒に設けられ該外筒の温度を
    常温〜３５０℃に調節する第１の温度制御部と、前記隙
    間に導入された伝熱ガスを含み前記内筒の温度を調整す
    る第２の温度制御部とを有し、 前記第２の温度制御部は、前記外筒と前記内筒間の隙間
    に、伝熱ガスを導入する伝熱ガス供給系を備えており、 前記伝熱ガス供給系は、前記隙間の圧力を所定値に保持
    する圧力制御手段を備えていることを特徴とするプラズ
    マ処理装置。
  2. 【請求項２】 プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室
    と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料
    を保持する試料台と、真空排気装置より成るプラズマ処
    理装置において、 前記処理室が、減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙
    間を介して配置された内筒と、該内筒の温度を所定の範
    囲に保持する温度制御手段とを備えており、 該温度制御手段は、前記外筒に設けられ該外筒の温度を
    常温〜３５０℃に調節する第１の温度制御部と、前記隙
    間に導入された伝熱ガスを含み前記内筒の温度を調整す
    る第２の温度制御部とを有し、 前記外筒と前記内筒間の前記隙間に、前記熱伝達手段と
    しての金属製可撓体を配し、該金属製可撓体のバネ力に
    よって該金属製可撓体を前記外筒と前記内筒に接触させ
    たことを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置において、 前記内筒の温度を所定の範囲に保持する温度制御手段
    が、前記内筒の温度を±２０℃以内に保持することを特
    徴とするプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 請求項１または２のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置において、 前記内筒が、非磁性材料からなることを特徴とするプラ
    ズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記第１の温度制御部は、前記外筒に付設
    されたヒータを備え、該ヒータにより前記外筒の温度を
    常温〜３５０℃に調整するよう構成されていることを特
    徴とする請求項１ないし２項のいずれかに記載のプラズ
    マ処理装置。
  6. 【請求項６】 前記第１の温度制御部は、前記外筒に設け
    られた循環液流路を有し、温度制御された流体を前記流
    路へ循環させることにより、前記外筒の温度を０℃〜１
    ５０℃に調整するよう構成されていることを特徴とする
    請求項１ないし２のいずれかに記載のプラズマ処理装
    置。
  7. 【請求項７】 前記金属製可撓体は、波板であることを特
    徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
  8. 【請求項８】 プラズマ発生装置と、減圧可能な処理室
    と、処理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料
    を保持する試料台と、真空排気装置より成るプラズマ処
    理装置において、 前記処理室が、減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙
    間を介して配置された内筒と、該内筒の温度を所定の範
    囲に保持する温度制御手段とを備えており、 該温度制御手段は、前記外筒に設けられ該外筒の温度を
    常温〜３５０℃に調節する第１の温度制御部と、前記隙
    間に導入された伝熱ガスを含み前記内筒の温度を調整す
    る第２の温度制御部とを有し、 前記内筒の材質がセラミックスであり、厚さを２〜１０
    ｍｍにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  9. 【請求項９】 前記内筒の材質が、Ａｌ2Ｏ3またはＳｉＣ
    からなるセラミックスであることを特徴とする請求項８
    記載のプラズマ処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記内筒の材質がアルミニウムであるこ
    とを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
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