JP3363405B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
およびプラズマ処理装置システムに係り、特に半導体製
造工程における微細なパターンを形成するのに好適なプ
ラズマ処理装置およびプラズマ処理装置システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程では、たとえば成膜，エ
ッチング，アッシングなどの微細加工プロセスで、プラ
ズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理によ
るプロセスは、真空容器（リアクタ）内部に導入された
プロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ化し、
半導体ウエハ表面で反応させて微細加工を行うととも
に、揮発性の反応生成物を排気することにより、所定の
処理を行うものである。

【０００３】このプラズマ処理装置及びプラズマ処理プ
ロセスにおいては、試料を処理加工する際に、試料を載
置する下部電極周辺の表面に反応生成物が付着し、やが
て剥離して異物としてウエハ表面に付着して歩留まりを
低下させる問題がある。このため、定期的にプラズマ処
理装置を大気開放して、付着物を除去するウエットクリ
ーニングと呼ばれる清掃作業を行う必要がある。また、
真空容器内でプラズマにさらされる部品は、プロセスを
重ねるとともに消耗していくので、定期的に消耗部品を
交換する必要がある。

【０００４】このような真空容器内部のメンテナンスの
際に作業性を確保するための一つの方法として、真空容
器の上部壁をヒンジなどの機構により開閉可能として、
真空容器上部を概略９０度に開けて、ほぼ直立した状態
にして部品交換などのメンテナンスを行う方法がとられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように真空容器上部壁が概略直立した状態では、交換部
品の取り付けネジをはずすと部品は自立的に保持され
ず、はずれてきてしまう可能性がある。このため、作業
者は、交換部品の取り付け・取り外しの際に、同時に部
品を手で支えている必要があり、部品取り付け用のジグ
を用いるなどしても作業がしにくいという難点があっ
た。また、取り付け時に部品の位置決めがずれたり、取
り付けネジを締付ける際に部品に無理な力が加わって欠
けがはいったり、部品に均等に力がかからずに稼働中に
熱応力サイクルにより破損したり、といった様々な不都
合が生じる可能性があった。

【０００６】特に、たとえばシリコン酸化膜エッチング
装置では、真空容器上部にあたるアンテナや上部電極な
どの部分に、高価で割れやすいシリコン製シャワプレー
トや石英製リングなどの非金属脆性部品を用いている。

【０００７】また、マグネトロン型プラズマ処理装置や
平行平板型プラズマ処理装置でも、上部電極及びガス供
給手段の一部にシリコンや石英のような非金属脆性部品
を用いている。そして、これらの部品を交換する際に、
真空容器上部が９０度程度までしか開かないと、部品を
滑って落としたり、無理な力がかかったりして、部品を
破損することがあった。

【０００８】とりわけ、ウエハ径の大口径化にともな
い、真空容器内部の構成部品も大型化し、あるいは重量
が増加する方向にあるので、作業者にとっては部品のハ
ンドリングがしにくくなって、ますます負担が増加する
傾向にある。

【０００９】こうした事態をさけるために、一人作業で
はなく二人で作業するのも一つの方法ではあるが、この
場合、メンテナンスのために余計な人員が必要となり、
人件費の増大につながってしまう。

【００１０】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、真空容器内部の消耗部品の交換やウ
エットクリーニングなどの際のメンテナンス性や使い勝
手をよくすることで、生産性の向上に寄与できるプラズ
マ処理装置およびプラズマ処理装置システムを提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、内部に
プラズマ処理室が形成された真空容器と、前記プラズマ
処理室にプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、前
記処理室内で処理される試料を保持する電極とを有する
プラズマ処理装置において、前記真空容器が、側壁と該
側壁内に交換可能に設けられた側壁インナーユニットと
上部電極とを備え、該上部電極は石英製の外周リングを
備え、該上部電極の開放時に開き角が１５０度〜１８０
度の概略水平位置まで回転できるようにして前記側壁に
設けられ、該上部電極が開放されたときに、前記側壁イ
ンナーユニットを上方に取り出し、かつ前記外周リング
を上方に取り外し可能に構成したことにある。

【００１２】本発明の他の特徴によれば、前記上部電極
は、概略１８０度開閉可能なヒンジによって前記側壁に
取り付けられ、該ヒンジの内部に、前記上部電極に供給
される熱媒体の流路が形成される。

【００１３】本発明の他の特徴は、内部にプラズマ処理
室が形成された真空容器と、前記プラズマ処理室にプラ
ズマを発生させるプラズマ発生装置と、前記処理室内で
処理される試料を保持する電極とを有するプラズマ処理
装置を備えたプラズマ処理装置システムにおいて、該プ
ラズマ処理装置を載置するベースフレームを備え、前記
真空容器は、側壁と該側壁内に交換可能に設けられた側
壁インナーユニットと上部電極とを備え、該上部電極は
石英製の外周リングを備え、該上部電極の開放時に開き
角が１５０度〜１８０度の概略水平位置まで回転しうる
ようにして前記側壁に設けられ、かつ該上部電極は前記
ベースフレームの外側方向に対して突き出た形で開放可
能であり、該上部電極が開放されたときに、前記側壁イ
ンナーユニットを上方に取り出し、かつ前記外周リング
を上方に取り外し可能に構成されていることにある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。

【００１５】まず、本実施例における装置の構成を図１
により詳しく説明した上で、部品交換やメンテナンス作
業の方法について具体的に説明する。

【００１６】図１は本発明を、有磁場ＵＨＦ帯電磁波放
射放電方式のプラズマエッチング装置へ適用した実施例
を示すものであり、処理室１００は、１０^−６Torr程度
の真空度を達成可能な真空容器であり、その上部に電磁
波を放射するアンテナ１１０を備え、下部にはウエハな
どの試料Ｗを載置する下部電極１３０を備えている。ア
ンテナ１１０と下部電極１３０は、平行して対向する形
で設置される。処理室１００の周囲には、たとえば電磁
コイルとヨークよりなる磁場形成手段１０１が設置され
ている。そして、アンテナ１１０から放射される電磁波
と磁場形成手段１０１で形成される磁場との相互作用に
より、処理室内部に導入された処理ガスをプラズマ化し
て、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。

【００１７】処理室１００は、真空室１０５に接続され
た真空排気系１０６により真空排気され、圧力制御手段
１０７により圧力が制御される。真空室１０５はアース
電位となっている処理室１００の側壁１０２には、側壁
インナーユニット１０３が交換可能に設置され、熱媒体
供給手段１０４から熱媒体が循環供給されて、内表面の
温度が０℃〜１００℃、望ましくは２０℃〜８０℃の範
囲で、±１０℃以内の精度をもって制御される。あるい
はヒータ加熱機構と温度検知手段によって制御してもよ
い。側壁１０２，側壁インナーユニット１０３はたとえ
ばアルミニウムとして、表面に耐プラズマ性のアルマイ
トなどの表面処理を施すのが望ましい。

【００１８】アンテナ１１０は、円板状導電体１１１，
誘電体プレート１１２，誘電体リング１１３からなり、
真空容器の一部としてのハウジング１１４に保持され
る。また、円板状導電体１１１のプラズマに接する側の
面にはプレート１１５が設置され、さらにその外側に外
周リング１１６が設置される。円板状導電体１１１は図
示しない温度制御手段により温度が調整され、円板状導
電体１１１に接するプレート１１５の表面温度が制御さ
れる。試料のエッチング処理を行う処理ガスは、ガス供
給手段１１７から所定の流量と混合比をもって供給さ
れ、円板状導電体１１１とプレート１１５に設けられた
多数の孔を通して、処理室１００に供給される。

【００１９】プレート１１５にはたとえばシリコンやカ
ーボンを、外周リング１１６にはたとえば石英やアルミ
ナを用いるのが好適である。本実施例では、プレート１
１５にはシリコンを、外周リング１１６には石英を用い
ている。

【００２０】アンテナ１１０は、ヒンジ１１８により側
壁１０２に取り付けられており、矢印Ａの部分において
側壁１０２と分離されて上方に持ち上げることで、ヒン
ジ１１８の概略水平に設置された回転軸を支点にして矢
印（１）のように回転させることで概略１８０度（図中
に破線で示す位置）にまで開くことができる。この状態
でプレート１１５や外周リング１１６の取付けネジをは
ずしても、摩擦により、あるいはたとえば数mmから１０
mm程度の高さの段差などの係止部分により、物理的に安
定した状態で保持される。アンテナ１１０を開く際に
は、磁場形成手段１０１をあらかじめ矢印のように上方
に移動させて、アンテナと位置的に干渉せずメンテナン
スの支障にならない位置に退避させておく。

【００２１】アンテナ１１０には、アンテナ電源系１２
０として、アンテナ電源１２１，アンテナバイアス電源
１２２が、それぞれマッチング回路・フィルタ系１２
３，１２４を介して、導入端子１２６により接続され、
またフィルタ１２５を通してアースに接続される。アン
テナ電源１２１は、３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯
周波数の電力を供給する。本実施例では、アンテナ電源
１２１の周波数を450ＭＨｚとしている。一方、アンテ
ナバイアス電源１２２は、アンテナ１１０に、周波数が
数１０ｋＨｚから数１０ＭＨｚの範囲のバイアス電力を
印加する。本実施例では、周波数は１３.５６ＭＨｚ と
している。プレート１１５の下面とウエハＷの距離（以
下、ギャップと呼ぶ）は、３０mm以上１５０mm以下、望
ましくは５０mm以上１２０mm以下とする。

【００２２】処理室１００の下部には、アンテナ１１０
に対向して下部電極１３０が設けられている。下部電極
１３０には、例えば４００ｋＨｚから１３.５６ＭＨｚ
の範囲のバイアス電力を供給するバイアス電源１４１が
マッチング回路・フィルタ系１４２を介して接続されて
試料Ｗに印加するバイアスを制御するとともに、フィル
タ１４３を介してアースに接続される。本実施例では、
バイアス電源１４１の周波数を８００ｋＨｚとしてい
る。

【００２３】下部電極１３０は、静電吸着装置１３１に
より、その上面、すなわち試料載置面にウエハなどの試
料Ｗを載置保持する。静電吸着装置１３１の表面には静
電吸着膜が形成されており、静電吸着用の直流電源１４
４とフィルタ１４５から数１００Ｖの直流電圧を印加す
ることで、静電吸着力により、試料Ｗを下部電極１３０
上に吸着・保持する。静電吸着装置１３１の上面でかつ
試料Ｗの外側部には、たとえばシリコン製のフォーカス
リング１３２が設けられており、絶縁体１３３により下
部電極１３０と絶縁される。電極の外側には電極外周カ
バー１３４を設けてある。絶縁体１３３，電極外周カバ
ー１３４にはアルミナや石英を用いるのが好適である。
さらに、処理室下部の内面には下部カバー１３５が設け
てある。

【００２４】本実施例によるプラズマエッチング装置は
以上のように構成されており、このプラズマエッチング
装置を用いて、たとえばシリコン酸化膜のエッチングを
行う場合の具体的なプロセスを、図１を用いて説明す
る。

【００２５】まず、処理の対象物であるウエハＷは、図
示していない試料搬入機構から処理室１００に搬入され
た後、下部電極１３０の上に載置・吸着され、必要に応
じて下部電極の高さが調整されて所定のギャップに設置
される。ついで、処理室100内に試料Ｗのエッチング処
理に必要なガス、たとえばＣ4Ｆ8とＡｒとＯ2 が、ガス
供給手段１１７からプレート１１５を通して処理室１０
０に供給される。同時に、処理室１００は真空排気系１
０６により所定の処理圧力になるように調整される。

【００２６】次に、アンテナ電源１２１から４５０ＭＨ
ｚの電力供給により電磁波が放射される。そして、磁場
形成手段１０１により処理室１００の内部に形成される
160ガウス（４５０ＭＨｚに対する電子サイクロトロン
共鳴磁場強度）の概略水平な磁場との相互作用により処
理室１００内にプラズマＰが生成され、処理ガスが解離
されてイオン・ラジカルが発生する。さらに、アンテナ
バイアス電源１２２からのアンテナバイアス電力や下部
電極からのバイアス電源１４１からのバイアス電力によ
りイオンやラジカルを制御して、ウエハＷにエッチング
処理を行う。そして、エッチング処理の終了にともな
い、電力・磁場及び処理ガスの供給を停止してエッチン
グを終了する。

【００２７】本実施例におけるプラズマ処理装置による
ウエハのエッチング処理は上記のようにして行われる。
そして、処理プロセスを繰り返すうちに処理室内部には
反応生成物が徐々に堆積していき、堆積膜が剥離するな
どして異物が発生するようになる。そして異物数がある
管理基準（たとえばφ０.２μｍ 異物で２０個／ウエハ
以下）を越えた時点で、処理室を大気開放してウエット
クリーニングを行う。

【００２８】次に、本実施例の装置におけるウエットク
リーニング時の装置の分解・組立の概略の手順や部品類
の取り外し方法を、図２〜図５を用いて説明する。

【００２９】図２は、本発明によるメンテナンスの状況
を示すために、図１で示したプラズマエッチング装置の
要部を斜視図により模式的に示したものであり、一部を
断面で示している。真空室１０５に載置された側壁１０
２の上にアンテナ１１０が取り付けられ、その周囲に磁
場形成手段１０１が設置されるとともに、アンテナ１１
０に導入端子１２６を介してアンテナ電源系１２０が接
続されている。

【００３０】ウエットクリーニングにおける装置分解時
には、処理室１００及び真空室105を大気開放し、アン
テナ１１０とアンテナ電源系１２０を接続する導入端子
126の接続を解除する。

【００３１】次のステップは図３に示されている。まず
図３の矢印（１）に示すように、磁場形成手段１０１及
びアンテナ電源系１２０（図示しない）を上昇させて、
メンテナンス作業に支障がない位置に固定する。そし
て、矢印（２）に示すように、アンテナ１１０をヒンジ
１１８の軸の回りに回転させて開いて概略水平位置に保
持し、プレート１１５，リング１１６を矢印（３)，
(４）示すように上方に取り外す。

【００３２】さらに次のステップは図４に示されてお
り、矢印（５)，(６）で示すように、側壁インナーユニ
ット１０３と下部カバー１３５を上方に引上げて取り外
す。

【００３３】また、下部電極についても、フォーカスリ
ング１３２や電極外周カバー１３４などを取り外す。取
り外した部品は、堆積膜の除去や超音波洗浄と乾燥など
の処理を行う。そして、上記と逆の手順により部品類を
とりつけて、装置をもとの状態に復旧させ、真空引きを
行う。

【００３４】その後、処理室１００が真空度が所定の値
に達したことを確認し、必要に応じて異物チェックやレ
ートチェックを行って、装置の動作を確認して装置は稼
働状態に復旧して、ウエットクリーニング作業を終了す
る。あらかじめ交換部品を１式用意しておけば、装置の
復旧・真空引きがすみやかに行えるので、装置のダウン
タイムを短縮できる。

【００３５】さらに、真空フランジ部の封止部分などに
ボルト類を使わないなどの工夫により、ウエットクリー
ニングの作業性を向上させることで、装置のダウンタイ
ム（Good Wafer to Good Wafer）をおよそ３〜４時間程
度に抑えて、装置の稼働率を確保している。

【００３６】本実施例においては、図３に示したよう
に、アンテナ１１０をヒンジ１１８の軸の回りに回転さ
せて開く構造としているため、アンテナ１１０全体を処
理室から持ち上げて取り外したりする必要がなく、作業
者には重量物の持ち上げといった負担がかからない。す
でに述べたように、シリコン製シャワプレートであるプ
レート１１５や石英製のリング１１６を取り外す際に
も、図４の矢印(３)，(４)のように上方に持ち上げれば
よく、作業性がよいので、作業の効率をあげることがで
き、部品を破損する可能性も小さくなる。

【００３７】また、本実施例においては、処理室の上側
にあるアンテナ電源系１２０を、導入端子１２６におい
てアンテナ１１０から容易に分離可能な構造としてお
り、このためアンテナ１１０を概略水平位置にまで開く
ことが可能となっている。導入端子１２６は、電力を供
給する内側のホット側端子と外側のアースが絶縁された
構造となっている。導入端子１２６の接続を解除した際
には、アンテナ１１０及びアンテナ電源系１２０の内側
のホット側端子を、たとえばバネなどの簡便な機構を用
いて、外側のアース部分に接触させる構造としており、
アンテナをアースに接続することでアンテナが帯電して
いる場合でも電荷を逃がすようにするとともに、作業者
が誤ってホット側端子に触れないようにして、作業者の
安全を確保している。

【００３８】本実施例におけるプラズマエッチング装置
の構成および部品交換やメンテナンス作業の方法は上記
のとおりである。上述のように、フルフラットオープン
構造とすることで部品交換やメンテナンスの作業性が向
上している。このことは、メンテナンス時の作業者の姿
勢や作業状況を模式的に示した図５，図６を用いて説明
することで、より明らかに理解される。

【００３９】図５は、図１で示した実施例のプラズマエ
ッチング装置におけるフルフラットオープン状態でのメ
ンテナンスの状況を模式的に示したものである。図５に
おいて、電磁波を放射するアンテナ１１０は、概略１８
０度に開閉可能なヒンジ118により側壁１０２に取り付
けられている。図５は、アンテナ１１０をおよそ180度
に開け、アンテナの内側を上面に向けて概略水平とした
フルフラットオープン状態において、アンテナ１１０の
外周リング１１６とその内周のプレート１１５を取り外
そうとしているところである。

【００４０】本実施例においては、外周リング１１６は
石英製リング、プレート１１５は多数のガス孔が開けら
れシリコン製シャワプレートであり、いずれも割れたり
破損したりしやすく、かつ高価な部品である。しかしな
がら、これらが取り付けられるアンテナ１１０を概略水
平とすることにより、作業者Ｍは上方から楽な姿勢でこ
れらの部品の取り付けやハンドリングを行うことができ
る。また、部品の取り付けネジをすべて外した状態で
も、部品は摩擦によりあるいは係止部分により、概略水
平位置にすなわち物理的に安定した状態に保持されてお
り、部品を支える必要がない。

【００４１】このため、図５に示されているように、作
業者Ｍは部品を両手で扱えるので、部品類を滑って落し
たりする心配がない。また、部品取り付けの際にネジ部
などに無理な力がかかったりして、部品を破損すること
も生じにくい。また、アンテナ１１０を開く方向を、メ
ンテナンスエリアにいる作業者に向かう方向としている
ために、アンテナ１１０は作業者にアクセスしやすい位
置に保持されるので、作業者は安定した姿勢で作業を行
える。さらに部品交換が一人で行えるため、共同作業者
を必要としないことは言うまでもなかろう。

【００４２】比較のために、本実施例において、従来技
術のように概略９０度の開閉角として処理室を概略直立
させた状態でメンテナンスを行う場合を図６に示す。石
英製の外周リング１１６やシリコン製のプレート１１５
を取り外すさいには、取り付けネジを外すと部品がはず
れてくる。このため、作業者Ｍは、一方の手で部品を押
さえながら、取り付けネジを外さざるをえず、作業性が
良いとは言えない。そればかりか、部品を滑って落す可
能性さえある。あるいは、部品取り付けの際にネジ穴部
に無理な力がかかって、部品を破損することも生じやす
い。高価で割れやすい石英・シリコン部品を破損する可
能性が作業者に与える心理的圧迫感もあろう。また、ア
ンテナ１１０の内面が作業者に相対する位置にないの
で、作業者は身を乗り出すようにして作業することにな
り、この点でも作業者にかかる負担は大きい。

【００４３】こうした点を比較すれば、図５に示したよ
うにフルフラットオープン構造がメンテナンス作業性に
優れていることが明らかである。このことは、実際に装
置のメンテナンス作業を行えば等しく実感するところで
あり、この構造が作業者の負担を大きく軽減し、作業効
率をあげることで生産性の向上に寄与することは容易に
推察されるものである。

【００４４】処理室の一部をフルフラットオープン構造
とすることは、内部にプラズマ処理室が構成される真空
容器（リアクタ）を搭載したプラズマ処理装置システム
においても、全体の配置やメンテナンスがバランスよく
行える。

【００４５】図７は、フルフラットオープン構造の真空
容器をプラズマ処理装置システムに搭載した本発明の他
の実施例であり、上方から見た平面図である。本装置
は、２つのプラズマ処理室Ｅ１，Ｅ２を備えており、試
料ウエハはローダ機構１５１からロードロック室１５２
を通してバッファ室１５３に搬送され、試料搬送機構１
５４によりプラズマ処理室Ｅ１，Ｅ２に搬送される。

【００４６】プラズマ処理室Ｅ１は、装置が組み立てら
れた状態であり、真空室１０５の上に磁場形成手段１０
１，アンテナ電源系１２０が搭載されている。プラズマ
処理室Ｅ２は、ウエットクリーニング作業中の状態であ
り、処理室１００内部が大気開放されており、アンテナ
１１０がヒンジ１１８によりフルフラットな状態に開か
れている。磁場形成手段１０１，アンテナ電源系１２０
は、作業に支障のない位置に退避されている。アンテナ
１１０はメンテナンスエリアにいる作業者Ｍの方向（図
に示したように、プラズマ処理装置を載置するベースフ
レーム１５０の外側方向）に開かれており、システムの
ベースフレーム１５０に対して半分ほどが突き出た形に
なっているので、作業者Ｍはメンテナンス作業が容易に
行える。メンテナンスエリアに過度に出っ張って、クリ
ーンルーム内のスペースを余分に占有することもない。
このようにフルフラットオープン構造のプラズマ処理室
（リアクタ）を搭載することで、全体の配置のコンパク
トさとメンテナンス性を兼ね備えたバランスのよいプラ
ズマ処理装置システムを実現することができる。

【００４７】ところで、図１の実施例のプラズマ処理装
置においては、図示はされていないが、円板状導電体１
１１の温度を制御するための熱媒体がアンテナ１１０に
供給されている。ここで、アンテナ１１０を１８０度開
いたフルフラットオープン状態とするときに、熱媒体の
供給路（たとえばホース）をコネクタなどの接続部分で
脱着するようにすると、コネクタのシール部から冷媒が
もれる可能性があり、また余分な作業時間がかかってし
まう。

【００４８】そこで、アンテナを開閉するヒンジ１１８
内に熱媒体の導入路を設けることで、アンテナ部を開閉
する際にも接続部を脱着する必要がなくなり、接続シー
ル部からの冷媒のもれに対する信頼性の向上と作業時間
の短縮をはかることができる。

【００４９】図８は、このようなヒンジ機構の一実施例
を示している。図８は、図１の実施例のプラズマ処理装
置において、熱媒体流路を内部に設けた概略１８０度を
開閉可能なヒンジ１１８の構造の断面図であり、ヒンジ
１１８を１８０度に開いた状態で上方から見たものであ
る。アンテナ１００のハウジング１１４には支持部１６
２が取り付けられ、シャフト１６３に対してたとえば止
めネジなどの係止部品１６４により固定される。シャフ
ト１６３は、側壁１０２の側面に取り付けられたヒンジ
取付部１６１に対して回転可能に取り付けられ、たとえ
ば止め輪などの係止部品１６５により軸方向の動きが拘
束されることでお互いの位置関係が決定される。

【００５０】熱媒体はシャフト１６３の軸回りに回転可
能な自在継手１６６Ａから、シャフト内に設けた流路１
６７Ａを通して、アンテナハウジング１１４の内部の流
路１６８Ａ内を流れ、流路１６８Ｂ，１６７Ｂを通っ
て、１６６Ｂより排出される。

【００５１】熱媒体の通路は、Ｏリングなどのシール部
材１６９により熱媒体のもれがないように封止される。
熱媒体としては、たとえばフロリナートなどの冷媒を用
いて、温度は３０℃から８０℃程度に設定するのが好適
である。

【００５２】本実施例によれば、アンテナ部を開閉する
際に熱媒体を接続するコネクタを脱着する必要がなくな
るので、コネクタのシール部からの冷媒のもれが防止で
きて作業の信頼性を向上させることができるとともに、
作業時間の短縮をはかることができる。

【００５３】なお、前記の各実施例は、いずれも有磁場
ＵＨＦ帯電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合
であったが、放射される電磁波はＵＨＦ帯以外にも、た
とえば、２.４５ＧＨｚ のマイクロ波や、あるいは数１
０ＭＨｚから３００ＭＨｚ程度までのＶＨＦ帯でもよ
い。また、磁場強度は、４５０ＭＨｚに対する電子サイ
クロトロン共鳴磁場強度である１６０ガウスの場合につ
いて説明したが、必ずしも共鳴磁場を用いる必要はな
く、これよりも強い磁場やあるいは逆に数１０ガウス以
下の弱い磁場を用いてもよい。さらには、磁場を用いな
い例えば無磁場マイクロ波放電でもよい。さらに、上記
以外にも、たとえば磁場を用いたマグネトロン型のプラ
ズマ処理装置や平行平板型の容量結合方式プラズマ処理
装置、あるいは誘導結合型のプラズマ処理装置などに、
前記の各実施例を適用できる。

【００５４】図９は、本発明を、磁場を用いたＲＩＥ装
置（たとえばマグネトロンＲＩＥ装置）に適用した実施
例である。本実施例では、真空容器としての処理室１０
０は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置する下
部電極１３０と、これに対向して接地される上部電極２
００を備え、また真空容器内に所定のガスを導入するガ
ス供給手段１１７と、真空容器内を減圧排気する真空排
気系１０６と、下部電極に電力を供給する下部電源２０
５と、真空容器内に磁場を発生させる磁場発生手段２０
４を備えている。磁場発生手段２０４は、複数の永久磁
石またはコイルが処理室１００の外周または上側にリン
グ状に配置され、処理室内部に電極に対してほぼ平行な
磁場を形成する。磁場は勾配を与えて回転可能としてい
る。そして、下部電源２０５から供給される電力で電極
間に発生する電界により処理ガスをプラズマ化して、プ
ラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。磁場を用いた
ＲＩＥ装置では、磁界発生手段２０４により電界とほぼ
直交する方向に磁場が形成されるので、電子とプラズマ
中の分子・原子との衝突頻度が磁場やマグネトロンの効
果により高まって、プラズマ密度が増加し、高いエッチ
ング特性が得られる。下部電源２０５の周波数は数１０
０ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚ程度の低周波帯から高周波帯が
好適である。

【００５５】上部電極２００は、アースに接地された電
極板２０１に多数のガス孔が開けられたプレート２０２
が取り付けられ、外周リング２０３によりカバーされ
る。プレート２０２はシリコンやカーボンが好適であ
り、あるいはアルマイト処理されたアルミを用いてもよ
い。上部電極２００はヒンジ１１８により側壁１０２に
取り付けられている。そして、矢印Ａの部分において側
壁１０２と分離されて上方に持ち上げ、ヒンジ１１８の
概略水平な支持軸を支点にして回転させることで、概略
１８０度（図中に破線で示す位置）にまで開くことがで
きる。

【００５６】このような構成とすることで、プレート２
０２や外周リング２０３を取り外したり交換したりする
際に、上記電極２００をフルフラットオープンとした状
態で上方から作業できるので作業性がよく、作業の効率
を向上させるとともに信頼性・安全性を確保することが
できる。また、部品を落としたり無理な力をかけたりし
て破損する可能性も小さくなる。さらに、上部電極２０
０全体を持上げて取り外したりする必要がなく、重量物
の持ち上げといった負担が作業者にかからない。なお、
本実施例の場合は上部電極２００に電源が接続されてい
ないので、図１の実施例のように、電源を端子部分で分
離する必要がなく、さらに作業性が向上する利点があ
る。

【００５７】図１０は、本発明を、平行平板型プラズマ
処理装置に適用した例である。本実施例では、真空容器
としての処理室１００は、側壁１０２と、ウエハなどの
試料Ｗを載置する下部電極１３０と、これに対向する上
部電極２１０から構成され、さらに、真空容器内に所定
のガスを導入するガス供給手段１１７と、真空容器内を
減圧排気する真空排気系１０６を備えている。そして、
上部電源２２１から上部電極２１０に供給する電力によ
り電極間に電界を発生させ、処理ガスをプラズマ化し、
プラズマＰを発生させて試料Ｗを処理する。

【００５８】上部電極２１０は、電極板２１１が絶縁体
２１２，２１３で絶縁されてハウジング２１４に保持さ
れる。また、電極板２１１のプラズマに接する側の面に
はプレート２１５が、その外周にはシールドリング２１
６が設置される。シールドリング２１６は、絶縁体２１
２，２１３をプラズマから保護すると同時に、フォーカ
スリング１３２と対をなして、プラズマＰを処理室１０
０に封じ込めることでプラズマ密度を向上させて、高い
エッチング特性を得る。プレート２１５にはたとえばシ
リコンやカーボンを、シールドリング２１６にはたとえ
ば石英やアルミナなどを用いるのが好適である。

【００５９】また、上部電源２２１の周波数は概略１０
ＭＨｚの高周波帯から１００ＭＨｚを越えるＶＨＦ帯が
好適である。このような、高周波帯あるいはＶＨＦ帯で
は、表皮効果や接触部でのパワー損失の観点から、電極
板２１１とマッチング回路・フィルタ系２２３およびフ
ィルタ２２５をできるだけ短い距離で接続し、かつ銅板
や銅パイプなどを用いて確実に結合することが望まし
い。そこで、本実施例の場合は、ダイオードによるスイ
ッチング回路を用いた小型・軽量のマッチング回路・フ
ィルタ系２２３とフィルタ２２５を一体化したマッチン
グボックス２２０を上部電極２１０の上部に直接搭載し
て、接続端子２２６により上部電源２２１に接続する構
成としている。

【００６０】本実施例においては、上部電極２１０がヒ
ンジ１１８により側壁１０２に取り付けられており、矢
印Ａの部分において側壁１０２と分離されて上方に持ち
上げ、ヒンジ１１８の概略水平な支持軸を支点にして回
転させて開くことができるように構成されている。そし
て、上部電極２１０に搭載させてマッチング回路・フィ
ルタ系２２３とフィルタ２２５を小型・軽量化すること
で、これらを上部電極２１０から取り外すことなく上部
電極２１０を１６５度ないし１８０度の開き角、すなわ
ち水平面から１５度以内にまで開くことを可能としてい
る。

【００６１】このような構成とすることで、たとえばシ
リコン製のプレート２１５や石英製の絶縁体２１６を交
換する際に取り付けネジをはずしても、部品は摩擦や係
止部分により物理的に安定した状態に保持されるので、
部品に無理な力がかかったり落としたりして破損する可
能性が小さい利点がある。また、作業者は上方から作業
できるので、作業性もよく、上部電極２１０を上に持ち
上げて外す必要もないので、作業者に負担がかからない
利点がある。

【００６２】なお本実施例では、上部電源２２１を接続
端子２２６により分離可能な構造としているが、高効率
で小型・軽量な上部電源２２１を上部電極２１０の上部
に直接搭載してもよい。この場合、開き角をおよそ１５
０度ないし１８０度、すなわち水平面から３０度以内に
まで開くことが十分に可能であり、プレート２１５や絶
縁体２１６の交換作業を効率よく安全に行うことができ
る。

【００６３】また、上部電源２２１を接続端子部分で分
離する必要がないので、さらに作業性が向上する利点が
ある。

【００６４】また、前記の各実施例は、いずれも処理対
象が半導体ウエハであり、これに対するエッチング処理
の場合であったが、本発明はこれに限らず、例えば処理
対象が液晶基板の場合にも適用でき、また処理自体もエ
ッチングに限らず、たとえばスパッタリングやＣＶＤ処
理に対しても適用可能である。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、処理室を構成する真空
容器の一部を開閉可能な開閉可能部分として構成し、こ
の開閉可能部分が処理室側を上方に向けて部品類が水平
に近い状態で摩擦によりあるいは係止部分により物理的
な安定な状態に保持される。そのため、処理室上部がメ
ンテナンス作業用エリアに開くので、作業者の処理室へ
のアクセスが容易になり、メンテナンス作業を上方から
楽な姿勢で行うことができる。この結果、作業者にとっ
てはメンテナンス時の部品類のハンドリングが容易にな
り、作業性が向上するので、メンテナンス性や使い勝手
にすぐれたプラズマ処理装置を実現することができ、生
産性の向上に寄与するプラズマ処理装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を、有磁場ＵＨＦ帯電磁波放射放電方式
のプラズマエッチング装置へ適用した実施例の模式図で
ある。

【図２】本実施例によるプラズマエッチング装置におけ
るメンテナンス作業時の状況を模式的に示す模式図であ
る。

【図３】本実施例によるプラズマエッチング装置におけ
るメンテナンス作業時の状況を模式的に示す模式図であ
る。

【図４】本実施例によるプラズマエッチング装置におけ
るメンテナンス作業時の状況を模式的に示す模式図であ
る。

【図５】本実施例によるプラズマエッチング装置におけ
るメンテナンス作業時の状況を模式的に示す模式図であ
る。

【図６】従来のプラズマエッチング装置におけるメンテ
ナンス作業時の状況を模式的に示す模式図である。

【図７】本発明のフルフラットオープン構造の真空容器
をプラズマ処理装置システムに搭載した実施例を示す模
式図である。

【図８】図１の実施例のプラズマ処理装置のヒンジ機構
の一実施例を示す図である。

【図９】本発明を、磁場を用いたＲＩＥ装置（たとえば
マグネトロンＲＩＥ装置）に適用した実施例を示す図で
ある。

【図１０】本発明を、平行平板型プラズマ処理装置に適
用した例を示す図である。

【符号の説明】

１００…処理室、１０１…磁場形成手段、１０２…側
壁、１０３…側壁インナーユニット、１０４…熱媒体供
給手段、１０５…真空室、１０６…真空排気系、１０７
…圧力制御手段、１１０…アンテナ、１１１…円板状導
電体、１１２…誘電体プレート、１１３…誘電体リン
グ、１１５…プレート、１１６…誘電体外周リング、１
１７…ガス供給手段、１１８…ヒンジ、１２０…アンテ
ナ電源系、１２１…アンテナ電源、１２２…アンテナバ
イアス電源、１３０…下部電源、１３１…静電吸着装
置、１３２…フォーカスリング、１３３…絶縁体、１４
１…バイアス電源、１４４…静電吸着用直流電源。

フロントページの続き (72)発明者 末広 満 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 亦野 勝次 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 高橋 主人 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 平７−73997（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−147241（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−41096（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−161695（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−335263（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−260352（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−140648（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/31

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部にプラズマ処理室が形成された真空容
   器と、前記プラズマ処理室にプラズマを発生させるプラ
   ズマ発生装置と、前記処理室内で処理される試料を保持
   する電極とを有するプラズマ処理装置において、 前記真空容器は、側壁と該側壁内に交換可能に設けられ
   た側壁インナーユニットと、上部電極とを備え、 該上部電極は石英製の外周リングを備え、該上部電極の
   開放時に開き角が１５０度〜１８０度の概略水平位置ま
   で回転しうるようにして前記側壁に設けられ、 該上部電極が開放されたときに、前記側壁インナーユニ
   ットを上方に取り出し、かつ前記外周リングを上方に取
   り外し可能に構成したことを特徴とするプラズマ処理装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、概略１８０度開閉可能
   なヒンジによって前記アンテナは前記側壁に取り付けら
   れ、該ヒンジの内部に、前記上部電極に供給される熱媒
   体の流路が形成されていることを特徴とするプラズマ処
   理装置。
3. 【請求項３】内部にプラズマ処理室が形成された真空容
   器と、前記プラズマ処理室にプラズマを発生させるプラ
   ズマ発生装置と、前記処理室内で処理される試料を保持
   する電極とを有するプラズマ処理装置を備えたプラズマ
   処理装置システムにおいて、 該プラズマ処理装置を載置するベースフレームを備え、 前記真空容器は、側壁と該側壁内に交換可能に設けられ
   た側壁インナーユニットと上部電極とを備え、 該上部電極は石英製の外周リングを備え、該上部電極の
   開放時に開き角が１５０度〜１８０度の概略水平位置ま
   で回転しうるようにして前記側壁に設けられ、かつ該上
   部電極は前記ベースフレームの外側方向に対して突き出
   た形で開放可能であり、 該上部電極が開放されたときに、前記側壁インナーユニ
   ットを上方に取り出し、かつ前記外周リングを上方に取
   り外し可能に構成したことを特徴とするプラズマ処理装
   置システム。