JP3812861B2 - エッチングまたは析出のためのプラズマ利用装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理すべき基板を収納するための反応室と、該反応室へガスを供給するための石英ガラスのガス注入ノズルと、該ガス注入ノズル内でプラズマを発生させるためのプラズマ発生装置とを備えたプラズマを利用するエッチング装置あるいは析出装置に関する。特に、本発明は、上記の装置に適用する保護部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路を製造するための半導体ウエハの処理に使用する一般的な装置がある。これらの装置に適用される所謂分離型エッチング方法が、シュプリンゲル（Springer）出版から１９９１年に発行されたジー・シュミッキ（G・Schumicki）及びピー・ジーゲブレッヒト（P・Seegebrecht）共著の「処理技術；ＭＯＳ型集積回路の製造方法」に記載されている。分離型エッチング方法において、ガスは、エッチングすべき半導体ウエハが置かれている反応室に接続した供給管へ送り込まれる。適当なプラズマ発生装置により、マイクロ波あるいは高周波プラズマが供給管内で発生し、そこで長寿の反応性粒子が発生し、供給管を通りエッチングすべき半導体ウエハへと導かれる。供給管壁の材料は、可能な限り多くのイオンが移送途中で再結合するように選ばれる。これが、適切な材料の選択が限定される理由である。一般に、反応室と供給管とは、石英ガラスから成る。既知のプラズマエッチング装置の概要を図１に示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマを利用する装置の一例としての既知のプラズマエッチング装置において、供給管は、反応性イオンと遊離基の衝突による連続的な機械的及び化学的攻撃にさらされる。これにより、壁材料が侵食するので、供給管の交換が所定時間経過後に必要となる。このため、時間を消費しかつ費用のかかる石英ガラスブロー作業が必要となるという問題があった。また、たびたび、反応室全体を供給管と一緒に交換することもある。これも、時間を消費し、費用がかさむという問題があった。なぜなら、交換後に、反応室における高純度の雰囲気において高真空を調節し、維持する必要があるからである。
【０００４】
プラズマを利用する装置の別の例として、反応室内に置かれた基板上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を含む材料を析出させるような一般的な装置に適用する場合には、ケイ素（Ｓｉ）を含有するガス、例えばシランガスあるいは四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄)ガス等を供給管の中へ供給する。この工程の間、ガス供給管２の内壁に堆積が生じ、時間と費用を沢山費やさない限り取り除くことができないという問題もあった。
【０００５】
従って、本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、プラズマを利用してエッチングや析出を行う、簡単かつ低コストで、寿命の長い装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明は、発明の詳細な説明の冒頭に記載したプラズマ利用装置において、ガス注入ノズルの内壁と発生するプラズマとの間に保護部材を設けている。
【０００７】
この保護部材により、ガス注入ノズルの内壁は、プラズマの反応性イオンや遊離基による機械的及び化学的攻撃から保護され、ガス注入ノズルの内壁の侵食を回避する。
【０００８】
保護部材は、プラズマ発生装置によるプラズマ励起を妨げる非伝導性材料から成り、加えて、プラズマの空間的膨張を出来る限り小さく抑える。
【０００９】
また、本発明に係るプラズマ利用装置において、最適イオン収量以外の基準に従って、保護部材を選択することもできる。例えば、耐化学性や機械的スパッタリング強さに関し、保護部材を最適化することができる。従って、プラズマを利用した装置および／または供給管の使用寿命をより長くすることができる。
【００１０】
本質的には、保護部材は、ガス注入ノズルの内壁を少なくとも一部のプラズマから、少なくともプラズマ発生装置の領域内で保護する。保護部材は、反応室の方へ伸ばしても良い。
【００１１】
特に有利なのは、ガス注入ノズル内の保護部材を着脱自在に取り付けた本発明の実施態様である。かかる実施態様において、消耗した保護部材は、簡単に交換することができる。保護部材は、ガス注入ノズル内に機械的に保持されているだけである。保護部材の単なる機械的な取付装置のおかげで、交換の時に、石英ガラスブロー作業が必要なくなり、従って、ほんの少しの時間と出費しか消費しない。本実施態様の交換容易性により、保護部材を高い耐化学性及び機械抵抗特性を備えるように設計する必要がない。このため、保護部材を所望のプラズマ特性に関して、最適化することができる。
【００１２】
また、保護部材の交換容易性により、全体として装置の応用幅を大きくできる。ガス注入ノズル内で観察されたプラズマや流れの状態に応じて、違った保護部材を取り付けることができる。従って、幾何学的形状、配列、あるいは材料に関し、保護部材を違えて設計することができる。これが、本発明に従う装置が実験目的に特に適している理由である。
【００１３】
シースの形状の保護部材は、容易に交換できることを保証する。簡単な幾何学的形状のため、かかる保護部材は、安い費用で製造することもできる。
【００１４】
石英ガラスの保護部材を使用するのが好ましい。ガス注入ノズルにおいてプラズマ内で発生した粒子を移送する間に、陰電気が荷電された石英ガラス壁表面への衝突のため、可能な限り多くのイオンが再結合されるが、ほんの少しの遊離基しか再結合されない。このようになるのは、特に細長の保護部材の場合、例えば管状の場合である。石英ガラスの保護部材は、プラズマ汚染を可能な限り低くするのに、特に適していることが証明されている。これは、プロセスの収量に対する積極的な効果である。
【００１５】
保護部材とガス注入ノズルとの間に隙間を設けた装置は、好結果をもたらすことが証明されている。プラズマガスとは異なるガス、例えばガス注入ノズルの内壁を保護するガスを、隙間の中へ供給することができる。
【００１６】
保護部材を反応室の中へ突出させるのも有益である。このように配置かつ設計された保護部材は、プラズマを反応室のより中央へ導くので、ガス注入ノズル近傍の反応室の内壁が、プラズマの侵食から十分保護される。この配置も、エッチング装置の使用寿命に明かな効果をもたらす。
【００１７】
反応室から離れた側のガス注入ノズルの前面側に、保護部材を固定する封止部材を配置することは、特に適していることが証明されている。本発明のこの実施態様は、保護部材の交換を特に簡単にする。例えば、差込みソケットにより保護部材を封止部材に固定することができる。
【００１８】
保護部材に関して上述した課題は、内側表面を溶融処理中に滑らかにした合成石英ガラスから保護部材を作るような本発明に従って解決される。
【００１９】
合成石英ガラスの保護部材は、溶融処理によりプラズマに面する内側表面を滑らかにしてあれば、発生したプラズマによる損傷が特に少ないことが明らかにされている。プラズマに面する保護部材の表面の一部だけを、溶融処理において滑らかにするだけでも十分である。溶融処理において滑らかにすることは、例えば、保護部材の製造中、溶融体からあるいはプリフォームから引抜きするような普通の溶融方法によりなされ、あるいはまた、例えば火炎研磨（flame polishing)等の熱研磨（hot polishing）を後で施すことにより達成することもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面と実施態様により、本発明の詳細を説明する。
図１に示した既知のプラズマドライエッチング装置は、石英ガラスの反応室１から成り、この反応室へ石英ガラスのガス注入ノズル２がつながっている。反応室１とガス注入ノズル２とは、一緒に空密に溶融される。フッ素含有カセイガスは、高周波コイル３で囲まれたガス注入ノズル２の中へ供給される。図１において、流れ方向は、矢印４で示してある。高周波コイル３により、プラズマ５がガス注入ノズル内部で点火する。プラズマ５内で発生した粒子は、ガス注入ノズル２を通り反応室へ導かれ、そこで半導体ウエハをエッチングする役割を果たす。半導体ウエハ、並びにガス注入ノズル２から離れた反応室の部分は、基本的に本発明の理解に役立たないので、図１では省略する。
【００２１】
図２に、本発明に従うプラズマドライエッチング装置の実施態様を示したが、同一あるいは均等のプラズマドライエッチング装置の構成要素については、図１と同一の参照符号を使用して示す。
【００２２】
本発明に従うプラズマドライエッチング装置において、保護管６（保護部材）が、ガス注入ノズル２の内部にかつ同軸に、着脱自在に配置される。
【００２３】
保護管６は、合成的に製造された石英ガラスから成る。普通の管引抜き方法により溶融体から引き出され、従ってその表面は、特別に滑らかである。保護管６は、長さ約２００ミリ、内径約２０ミリ、そして壁厚約６ミリである。ガス注入ノズル２の壁厚は、約３ミリである。約１ミリの隙間幅を有する隙間８が、保護管６とガス注入ノズル２の内壁との間にある。本発明の本質的特徴を容易に理解できるようにするため、図１及び２の図面は、実寸ではない。
【００２４】
この実施態様において、保護管６は、ガス注入ノズル２の全長に亙って伸びており、さらにその短い端部７は反応室１内へ伸びている。反応室１から離れた側のガス注入ノズル２の前側は、蓋で封止されている。保護管６は、差込みソケット又は以下に述べる構造でこの蓋に結合している。
【００２５】
図３に、着脱自在の保護管と上述した蓋、すなわち封止部材との関係を示す。ガス注入ノズル２の前側は、石英ガラスの封止部材９により覆われている。この封止部材９は、二つの部分から成る。第一部分は、円盤状部材１０であり、反応室１から離れた側の保護管６の開放端部１１を閉じるものである。円盤状部材１０は、図３のハッチングで明瞭に示したように、保護管６としっかり溶着されている。この円盤状部材１０には、その外側円筒状表面にねじ部１２が設けられ、また、その中央部にはガス注入用の中央穴が設けられている。
封止部材９の第二部分は、円盤状部材１０のねじ部１２に嵌め合わされるねじ付リング１３である。このねじ付リング１３を締め付けることにより、０リング１５がガス注入ノズル２の外壁と円盤状部材１０とにより圧縮される。
ガス注入ノズル２の自由端部は、円盤状部材１０の溝１４に取り付けられる。溝１４の他の機能としては、ガス注入ノズル２と保護管６との隙間８を一定に保つことである。
ねじ付リング１３を取り外すことにより、円盤状部材１０並びに保護管６も取り外される。従って、保護管６が本装置において、着脱自在に取り付けられていることが明瞭になるであろう。
【００２６】
保護管６は、高周波コイル３により発生されたプラズマ５がガス注入ノズル２の内壁へ接触するのを妨げる。従って、プラズマ５のイオンとカセイガスとによるガス注入ノズルの侵食は、回避される。その代わりに、保護管６の侵食が、特にプラズマが直接衝突する領域で起こる。保護管６の高純度のため、この侵食は、反応室１の汚染には本質的に寄与しない。
【００２７】
さらに、保護管６は、反応室１とガス注入ノズル２との接続領域をプラズマ５から保護する。
【００２８】
保護管６が消耗したら、すぐに交換される。本実施態様において、交換は、ガス注入ノズル２から蓋を簡単に取り外し、保護管６を引き抜き、そして新しい保護管を取り付けることにより行われる。
【００２９】
ガス注入ノズル２の内壁への反応性ガスあるいはイオンの化学的攻撃を妨げる保護ガス（アルゴン）を隙間８へ勢いよく流すことは、本発明に従うドライエッチング装置の使用寿命をより延ばすことにさらに寄与する。
【００３０】
図２に示したプラズマ利用装置の適用例として、反応室に配置された基板上への二酸化ケイ素含有材料の析出のために、例えばシランあるいは四塩化ケイ素等のケイ素含有ガスを、フッ素含有ガスの代わりに、あるいはフッ素含有ガスに加えてガス注入ノズル２の中へ供給する。本発明に従うプラズマ利用装置の適用例において、保護管６は、プラズマ５で発生する粒子の化学的攻撃からガス注入ノズル２を保護する。また、保護管６は、ガス注入ノズル２の内壁への堆積を妨げる。ガス注入ノズル２の代わりに、保護管６の内部上に堆積が生じ得る。保護管６を交換した後、その保護管はきれいにされ、堆積物が取り除かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のプラズマドライエッチング装置の部分概念図である。
【図２】 本発明に従うプラズマドライエッチング装置としてのプラズマ利用装置の概念図である。
【図３】 着脱自在の保護管と封止部材との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…反応室、２…ガス注入ノズル（ガス供給ノズル）、３…高周波コイル、４…流れ方向（矢印）、５…プラズマ、６…保護管（保護部材）、７…端部、８…隙間、９…封止部材（蓋）、１０…円盤状部材、１１…開放端部、１２…ねじ部、１３…ねじ付リング、１４…溝、１５…０リング。

Claims (7)

1. 処理すべき基板を収納するための反応室（１）と、該反応室（１）へガスを供給するための石英ガラスのガス注入ノズル（２）と、該ガス注入ノズル（２）内でプラズマ（５）を発生させるためのプラズマ発生装置とを備えたプラズマ利用装置において、前記ガス注入ノズル（２）の内壁と発生すべき前記プラズマ（５）との間に保護部材（６）を設け、該保護部材（６）は、前記反応室（１）内へ突出しており、前記保護部材（６）と前記ガス注入ノズル（２）の前記内壁との間に隙間（８）があることを特徴とするプラズマ利用装置。
2. 前記ガス注入ノズル（２）内の前記保護部材（６）は、着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ利用装置。
3. 前記保護部材（６）は、シースの形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ利用装置。
4. 前記保護部材（６）は、石英ガラスから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ利用装置。
5. 前記保護部材（６）は、合成石英ガラスから成ることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ利用装置。
6. 前記反応室（１）から離れた側の前記ガス注入ノズル（２）の前側に、前記保護部材（６）を固定する封止部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ利用装置。
7. 管状の保護部材であって、内側表面が溶融処理中に滑らかにした合成石英ガラスから成り、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ利用装置に適用される保護部材。

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