JP3367077B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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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
に係り，特に高周波アンテナに高周波電力を印加するこ
とにより誘電体壁を介して処理室内に誘導結合プラズマ
を励起する高周波誘導結合型のプラズマ処理装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年，低圧雰囲気で高密度プラズマを生
成することができるプラズマ源として，高周波誘導結合
型のプラズマ処理装置が注目を集めている。典型的な高
周波誘導結合型のプラズマ処理装置の構成について簡単
に説明すると，該プラズマ処理装置は，例えば半導体ウ
ェハやＬＣＤ基板などの被処理体が載置される処理室を
備え，その処理室の一壁，例えば天井壁が石英などの誘
電体壁として構成されている。そして，かかる誘電体壁
を介して処理室の外部に，例えばスパイラル状に巻回さ
れた高周波アンテナが配され，その高周波アンテナに対
して高周波電力を印加することにより，誘導体壁を介し
て処理室内に誘導結合プラズマを励起することが可能で
ある。
【０００３】ところで，誘電体壁の処理室側面は，常に
処理室内雰囲気に曝されているため，処理中に，プラズ
マ中のラジカルに起因する付着物が付着しやすい。かか
る付着物が誘電体壁面に付着すると，プラズマの励起が
抑制されて，エネルギー効率が落ちるとともに，処理室
内に存在するラジカル量が，誘電体壁面に付着する付着
物の量によって毎回変わるため，安定した処理ができな
い。結果的に，スループットの低下及びプラズマ処理の
面内均一性の劣化を生じることになり問題であった。し
たがって，高周波誘導結合型のプラズマ処理装置におい
ては，その誘電体壁の処理室面に付着する付着物を最小
限に抑えることが好ましい。
【０００４】かかる技術的要求項目に答えるべく，例え
ば特開平８−１４４０７２号公報には，誘電体壁に抵抗
加熱体を埋設した高周波誘導結合型のプラズマ処理装置
が開示されている。一般に，プラズマに曝される面を高
温に保てば，その面に対する付着物の付着係数が低下す
ることが知られているので，上記プラズマ処理装置で
は，抵抗加熱体により誘電体壁を高温状態に保つことに
より，誘電体壁面に対する付着物の付着を抑制する構成
が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし，上記構成にか
かる従来の誘導結合型のプラズマ処理装置では，誘電体
壁面に抵抗加熱体を埋設せねばならず，誘電体壁面の構
成が複雑となり，その結果，誘電体壁面の製造工程数も
増加し，装置のイニシャルコストを引き上げるという問
題があった。
【０００６】また，上記構成にかかる従来の誘導結合型
のプラズマ処理装置では，抵抗加熱体を熱膨張率の異な
る誘電体壁面に埋設するため，長期にわたる使用の間に
は，膨張収縮の反復により誘電体壁面にクラック等を生
じさせ，誘電体壁の寿命を短縮させるおそれがあった。
【０００７】さらにまた，上記構成にかかる従来の誘導
結合型のプラズマ処理装置では，抵抗加熱体を発熱する
ための電源供給系が別途必要であり，その電源供給系を
誘電体壁面に取り付ける構造も複雑であり，またそのオ
ンオフ制御系も別途必要となり，さらに加熱体を発熱さ
せるための電力消費も増加するという問題があった。
【０００８】本発明は，従来の誘導結合型のプラズマ処
理装置が有する上記問題点に鑑みて成されたものであ
り，別途電源を設けずとも，プラズマ励起用の高周波電
力を高周波アンテナに印加するとともに誘電体壁を加熱
させることが可能であり，さらにまた，長期の使用によ
っても誘電体壁に損傷を与えることがない，新規かつ改
良されたプラズマ処理装置を提供することを目的として
いる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明によれば，高周波アンテナに高周波電力を印
加することにより誘電体壁を介して処理室内に誘導結合
プラズマを励起して，処理室内の被処理体に対して処理
を施す如く構成されたプラズマ処理装置において，誘電
体壁内には，高周波アンテナに対する高周波の印加によ
り発熱する自己発熱手段が設けられている。
【００１０】このように，本発明によれば，自己発熱手
段により処理室内雰囲気に曝される誘電体壁自体を加熱
することができるため，誘電体壁に対するプラズマ中の
ラジカルによる付着物の付着係数を低下させることがで
きる。その結果，高周波アンテナに印加されるエネルギ
の利用効率を高めることができるとともに，プロセスを
安定させ，更に，誘電体壁の寿命も延ばすことができ
る。また，自己発熱手段は，高周波アンテナに対する高
周波電力の印加のみで発熱させることができるため，自
己発熱手段を加熱させるための別途の手段，例えば電源
や電力供給機構などを設ける必要がなく，装置構成を容
易にすることができると共に，既存の処理装置にも大き
な設計変更を加えずに，単に本発明にかかる誘電体壁を
採用するだけで容易に適用することができる。
【００１１】また，誘電体壁を，自己発熱手段である遷
移金属酸塩又は導電性材料をドーピングした導電性セラ
ミックスから形成すれば，自己発熱型の誘電体壁を容易
に製造することが可能であるとともに，それら自己発熱
手段である導電性材料のドープ量を適宜調整することに
より，誘電体壁の発熱量を所望の状態に調整することが
できる。
【００１２】さらに，誘電体壁の代わりに，例えば予め
導電体を混入したシリコンを焼結することにより製造し
た半導体壁，予め導電体を混入したシリコンを焼結する
ことにより製造した半導体壁を用いても，自己発熱によ
り処理室内雰囲気に曝される半導体壁自体を加熱するこ
とができるため，半導体壁に対するプラズマ中のラジカ
ルによる付着物の付着係数を低下させることができる。
このため，半導体壁を加熱させるための別途の手段，例
えば自己加熱手段を設ける必要がなく，装置構成の複雑
化を回避できるとともに，既存の処理装置に対しても，
単に本発明にかかる半導体壁を採用するという簡単な設
計変更を加えるだけで，容易に適用することができる。
【００１３】さらにまた，自己発熱手段が設けられた誘
電体壁又は半導体壁は，例えば高周波アンテナが処理室
外部に配置されたプラズマ処理装置に適用することがで
き，また例えば高周波アンテナが処理室内に配置された
プラズマ処理装置にも適用できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明にかかるプラズマ処理装置をエッチング装置
に適用した実施の形態について詳細に説明する。なお，
以下の説明において，略同一の機能及び構成を有する構
成要素については，同一符号を付することにより，重複
説明を省略する。
【００１５】（１）第１の実施の形態 第１の実施の形態にかかるエッチング装置１００につい
て，図１を参照しながら説明する。エッチング装置１０
０の処理室１０２は，ステンレスなどの導電性材料から
成る処理容器１０４と，その処理容器１０４の天井部を
成す，本実施の形態にかかる誘電体壁１０６とから画定
される。なお，誘電体壁１０６の詳細については後述す
る。
【００１６】さらに，誘電体壁１０６の処理室１０２外
側面には高周波アンテナ１０８が配置されている。かか
る高周波アンテナ１０８には，整合器１１０を介して高
周波電源１１２に接続されており，かかる構成によっ
て，プラズマ処理時には，高周波アンテナ１０８にプラ
ズマ生成用高周波電力，例えば１３．５６ＭＨzの高周
波電力を印加することにより，誘電体壁１０６を介して
処理室１０２内に誘導結合プラズマが励起される。
【００１７】また，処理室１０２の下方には，導電性材
料製の載置台１１４が配置されている。プラズマ処理時
には，不図示のチャック機構により被処理体，例えば半
導体ウェハＷなどが，載置台１１４上に載置固定され
る。また，載置台１１４の底面部には，昇降軸１１６を
介して不図示の昇降機構が接続されている。すなわち，
載置台１１４は，その昇降機構の作動により，上下方向
（同図中の往復矢印Ａ方向）に移動可能なように構成さ
れている。さらにまた，載置台１１４と処理室１０２の
底面部には，気密部材からなるベローズ１１８が取り付
けられており，載置台１１４の上下動によっても処理室
１０２の気密性が損なわれないように構成されている。
また，載置台１１４には，整合器１２０を介してバイア
ス用高周波電力を出力可能な高周波電源１２２が接続さ
れている。
【００１８】また，処理室１０２の上方には，ガス供給
管１２４が連通するように接続されている。さらに，こ
のガス供給管１２４を介して不図示のガス源が接続され
ており，所定の処理ガス，例えばＣＦ4，Ｃ4Ｆ8などを
処理室１０２内に供給できるように構成されている。ま
た，処理室１０２の下方には，排気管１２６が接続され
ている。さらに，この排気管１２６を介して不図示のガ
ス排気機構が接続されており，処理室１０２内のガスを
排気できるように構成されている。かかる構造により，
処理室１０２内を所定の減圧雰囲気に制御することがで
きる。
【００１９】次いで，本実施の形態にかかるエッチング
装置に適用可能な誘電体壁１０６の構成について，図２
を参照しながら説明する。誘電体壁１０６は，図２に示
すように，自己発熱手段として，例えば遷移金属酸塩
（遷移金属酸化物とアルカリ土属金属酸化物との複酸化
物）１０６ａをドーピングした導電性セラミックス１０
６ｂで形成されている。
【００２０】ここで，本実施の形態にかかる誘電体壁１
０６の製造工程において，導電性セラミックス１０６ｂ
に遷移金属酸塩１０６ａをドーピングする方法につい
て，導電性セラミックス１０６ｂとしてアルミナセラミ
ックスを用い，また遷移金属酸塩１０６ａとしてはＣａ
ＴｉＯ3と，ＭｇＴｉＯ3と，ＳｒＴｉＯ3と，ＢａＴｉ
Ｏ3の中から選択されたいずれか一の物質を用いた場合
を例に挙げて説明する。まず，アルミナセラミックス粉
末に，１．０重量％〜６．０重量％のＣａと，Ｍｇと，
Ｓｒと，Ｂａの中から選択されたいずれか一のアルカリ
土類金属と，０．５重量％〜６．０重量％程度のＴｉ酸
化物から成る遷移金属を添加する。次いで，これらアル
カリ土類金属と遷移金属が添加されたアルミナセラミッ
クス粉末を，還元雰囲気の下で，１５００℃〜１６５０
℃で１時間〜７時間，好ましくは２時間加熱して焼結さ
せることにより，導電性セラミックス１０６ｂに遷移金
属酸塩２１０ａがドーピングされる。なお，上記焼結時
には，さらにＳｉＯ2等の焼結助剤等を添加することが
好ましい。本実施の形態にかかる誘電体壁１０６を構成
する導電性セラミックス１０６ｂは，上述の如く構成さ
れているため，遷移金属酸塩１０６ａにより，誘電体壁
１０６の電気的な抵抗率を低下させることができる。
【００２１】プラズマ処理時には，高周波アンテナ１０
８に対して高周波電力を印加すると，高周波アンテナ１
０８に生じた誘導作用により，本実施の形態にかかる誘
電体壁１０６に誘導電流が流れる。その結果，誘電体壁
１０６にジュール熱が生じ，さらにそのジュール熱によ
り誘電体壁１０６の全体が加熱されるため，ラジカルに
起因する付着物が誘電体壁１０６の処理室１０２側面に
付着することを抑制することができる。なお，誘電体壁
１０６の発熱量は，遷移金属酸塩１０６ａのドープ量を
調節することで調整できる。
【００２２】以上，図２を参照しながら誘電体壁１０６
に対して遷移金属酸塩１０６ａをドーピングすることに
より構成された誘電体壁１０６の構造について説明した
が，本発明はかかる例に限定されず，高周波電力の印加
により自己発熱する各種構造を採用することが可能であ
る。すなわち，高周波アンテナ１０８への高周波電力の
印加により，内部の抵抗率が下がり，誘導電流が流れる
構造であればよく，例えば，誘電体壁１０６の代わり
に，各種製造方法により金属粉末などの導電性材料，例
えばチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）等がドーピン
グされた誘電体壁を採用することができる。
【００２３】また，誘電体壁１０６の代わりにシリコン
やゲルマニウム等のいわゆる真性半導体若しくは，それ
らのＰ型又はＮ型等の不純物半導体から形成される半導
体壁を用いても，高周波アンテナ１０８の誘導作用によ
り，かかる半導体壁の内部を誘導電流が流れ，自己発熱
体をドーピングした誘電体壁と同様にジュール熱が生
じ，ラジカルに起因する付着物の付着を抑制できる。
【００２４】さらにまた，誘電体壁１０６の代わりに，
図３に示すように，予め導電性材料１２８ａを混入した
シリコン１２８ｂを焼結することにより製造した，自己
発熱型の半導体壁１２８を採用してもよい。なお，半導
体壁１２８内に混入される自己発熱体に関しては，各種
寸法の自己発熱体や粉体，あるいはより大きな形状の自
己発熱体を混入することが可能でり，混入される自己発
熱体の寸法及び量についても，発熱量，耐久性，製造の
容易さなどの各種ファクタを考慮に入れて決定すること
ができる。
【００２５】以上説明したように，本実施の形態にかか
るエッチング装置１００では，プラズマ処理時に高周波
アンテナ１０８にプラズマ励起用の高周波電力を印加す
るだけで，高周波アンテナ１０８と処理室１０２との間
に介在する誘電体壁１０６等を自己発熱させることが可
能なので，誘電体壁１０６等の処理室１０２側面に粒子
が付着し難くなる。その結果，誘電体壁１０６等に付着
した粒子により，高周波電力エネルギの利用効率が低
下，あるいは粒子剥がれによる歩留りの低下などを効果
的に防止することが可能である。
【００２６】（２）第２の実施の形態 次に，本発明の第２の実施の形態について，図４および
図５を参照しながら説明する。この第２の実施の形態に
かかるエッチング装置２００の基本構成は，上記第１の
実施の形態にかかるエッチング装置１００と実質的に同
一なので，略同一の構成要素については同一の符号を付
することにより，その詳細な説明は省略する。
【００２７】ただし，図４で示すように，第２の実施の
形態にかかるエッチング装置２００では，第１の実施の
形態にかかるエッチング装置１００と異なり，処理室２
０２全体は導電性材料製の処理容器２０４で囲まれた空
間内に形成されており，誘電体壁２０６は処理容器２０
４の一部を成すのではなく，処理容器２０４の天井部面
に貼設されている。
【００２８】次に，誘電体壁２０６の構成について，図
５を参照しながら詳細に説明する。かかる誘電体壁２０
６は，処理容器２０４天井側に配置されたアンテナ層２
０８と，処理室２０２側に配置された発熱層２１０とか
ら構成されている。アンテナ層２０８はマイカなどの誘
電体２０８ａから成り，その下方に銅箔などの導電性材
料から成る帯状高周波アンテナ２０８ｂが埋設されてい
る。そして，高周波アンテナ２０８ｂは，整合器１１０
を介して高周波電源１１２に接続されている。また，発
熱層２１０は，自己発熱手段として，例えば遷移金属酸
塩２１０ａをドーピングした導電性セラミックス２１０
ｂにより形成されている。したがって，発熱層２１０
は，高周波アンテナ２０８ｂに印加された高周波電力に
よる電界を処理室２０２内に誘導する誘電体層として機
能する。なお，その基本的構成及び製造方法について
は，第１の実施形態にかかるエッチング装置１００に適
用される誘電体壁１０６に関して説明した通りなのでそ
の詳細説明は省略することにする。
【００２９】上記構成によれば，プラズマ処理時に，高
周波アンテナ２０８ｂに高周波電力を印加するだけで，
誘電体層である発熱層２１０を介して処理室２０２内に
プラズマが励起されるとともに，発熱層２１０内の遷移
金属酸塩２１０ａが自己発熱して，発熱層２１０全体を
加熱し，誘電体壁２０６の処理室２０２側面に対する付
着物の付着を抑制できる。また，第１の実施の形態にか
かるエッチング装置１００と同様に，発熱層２１０の温
度は，発熱層２１０への遷移金属酸塩２１０ａのドープ
量を調節することにより調整できる。
【００３０】また，本実施の形態にかかるエッチング装
置２００でも，誘電体壁２０６の代わりに，様々な構造
を採用することができる。例えば，誘電体壁２０６の代
わりに，先の実施の形態と同様に誘電体層の発熱層内に
遷移金属酸塩２１０ａ以外の導電性材料を混入した誘電
体壁も採用することができる。
【００３１】また，誘電体壁２０６の代わりに，導電性
材料２１４ａが混入されたシリコン２１４ｂを焼結させ
た半導体発熱層２１４を備えることを特徴とする，図６
に示すようなプラズマ励起壁２１２を採用することも可
能であることは言うまでもない。さらに，誘電体壁２０
６の代わりに，シリコン又はゲルマニウム等の真性半導
体若しくは，それらのＰ型材料又はＮ型材料をドープン
グした不純物半導体から形成される半導体発熱層を備え
た，プラズマ励起壁を用いても良い。
【００３２】さらに，本実施の形態にかかるエッチング
装置２００に特徴的な点について図４を参照しながら説
明すると，第１の実施形態にかかるエッチング装置１０
０では，誘電体壁１０６を介して高周波アンテナ１０８
を処理室１０６外部に配置していたのに対して，エッチ
ング装置２００では，誘電体壁２０６内に埋設された高
周波アンテナ２０８ｂを，気密な処理容器２０４に囲ま
れた処理室２０２内に配置している。従って，エッチン
グ装置２００では，高周波アンテナ２０８ｂに印加した
高周波電力のエネルギを，処理室２０２内から外部に逃
がさないようにできるので，エネルギの利用効率が増
し，より高密度のプラズマを処理室２０２内に励起する
ことができる。また，誘電体壁２０６は処理室２０２内
外の圧力差から保護されるので，誘電体壁２０６のう
ち，処理室２０２側の発熱層２１０の肉厚を薄くするこ
とが可能となる。その結果，より強い電界を処理室２０
２内に形成することができるので，エネルギの利用効率
が増し，より高密度のプラズマを処理室２０２内に励起
することが可能である。
【００３３】以上，説明したように，本実施の形態にか
かるエッチング装置２００では，高周波アンテナ２０８
ｂが埋設される誘電体壁２０６を処理室２０２内に配す
るとともに，高周波アンテナ２０８ｂの処理室２０２側
誘電体壁を自己発熱可能な発熱層２１０として構成して
いるので，第１の実施の形態と同様に，高周波アンテナ
２０８ｂに高周波電力を印加するだけで発熱層２１０を
加熱して，その処理室２０２側面に付着物が付着するの
を防止することができるだけでなく，その発熱層２１０
自体の肉厚を薄くできるのでより一層エネルギ効率が増
加し，より高密度のプラズマを処理室２０２内に励起す
ることができるという効果を奏する。
【００３４】以上，本発明の好適な実施の形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。
【００３５】例えば，上記実施の形態においては，エッ
チング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構
成に限定されない。本発明は，他の様々なプラズマ処理
装置，例えばプラズマを利用して被処理体表面に薄膜を
形成するプラズマＣＶＤ装置に対しても適用することが
できる。
【００３６】また，上記実施の形態においては，処理室
内にガスを供給するためにガス供給管を用いるエッチン
グ装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に
限定されない。本発明は，例えばシャワーヘッドを用い
て処理ガスを供給する構成のプラズマ処理装置に対して
も適用することができる。
【００３７】さらに，上記実施の形態においては，被処
理体として半導体ウェハを用いたエッチング装置を例に
挙げて説明したが，本発明はかかる構造に限定されな
い。例えば，ＬＣＤ用ガラス基板を処理するプラズマ処
理装置に対しても適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば，誘電体壁面に加熱手段
を埋設する必要もなく，かかる加熱手段を加熱するため
の電力供給手段や発熱量の調節機構を設置する必要がな
い。したがって，比較的単純な構成であり比較的安価な
プラズマ処理装置を提供することができる。また，誘電
体壁と埋設物との熱膨張の差に起因するクラックなどに
よる装置の破損を避けられるため，安全かつメンテナン
スの容易な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】本発明を適用できるエッチング装置を示した概
略的な断面図である。
【図２】図１に示したエッチング装置の誘導体壁を説明
するための概略的な説明図である。
【図３】図１に示したエッチング装置に適用可能な半導
体壁を説明するための概略的な説明図である。
【図４】本発明を適用できる他のエッチング装置を示し
た概略的な断面図である。
【図５】図４に示したエッチング装置の誘電体壁を説明
するための概略的な説明図である。
【図６】図４に示したエッチング装置に適用可能な半導
体壁を説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
１００ エッチング装置 １０２ 処理室 １０６ 誘電体壁 １０６ａ 導電性材料 １０６ｂ 導電性セラミックス １０８ 高周波アンテナ １２８ 誘電体壁 １２８ａ 導電性材料 １２８ｂ シリコン Ｗ 半導体ウェハ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高周波アンテナに高周波電力を印加する
    ことにより誘電体壁を介して処理室内に誘導結合プラズ
    マを励起して，前記処理室内の被処理体に対して処理を
    施す如く構成されたプラズマ処理装置において， 前記誘電体壁内には，前記高周波アンテナに対する高周
    波電力の印加により発熱する自己発熱手段が設けられ， 前記誘電体壁は，前記自己発熱手段である遷移金属酸塩
    をドーピングした導電性セラミックスから形成されるこ
    とを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 高周波アンテナに高周波電力を印加する
    ことにより誘電体壁を介して処理室内に誘導結合プラズ
    マを励起して，前記処理室内の被処理体に対して処理を
    施す如く構成されたプラズマ処理装置において， 前記誘電体壁内には，前記高周波アンテナに対する高周
    波電力の印加により発熱する自己発熱手段が設けられ， 前記誘電体壁は，前記自己発熱手段である導電性材料を
    ドーピングした導電性セラミックスから形成されること
    を特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 高周波アンテナに高周波電力を印加する
    ことにより，Ｐ型又はＮ型の不純物半導体から形成され
    る半導体壁を介して処理室内に誘導結合プラズマを励起
    して，前記処理室内の被処理体に対して処理を施す如く
    構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 高周波アンテナに高周波電力を印加する
    ことにより，予め導電体を混入したシリコンを焼結する
    ことにより製造した半導体壁を介して処理室内に誘導結
    合プラズマを励起して，前記処理室内の被処理体に対し
    て処理を施す如く構成されたことを特徴とするプラズマ
    処理装置。
  5. 【請求項５】 前記高周波アンテナは，前記処理室外部
    に配置されていることを特徴とする，請求項１，２，３
    又は４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  6. 【請求項６】 前記高周波アンテナは，前記処理室内に
    配置されていることを特徴とする，請求項１，２，３又
    は４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
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