JP3983557B2 - 誘導結合型プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導結合型プラズマ処理装置に関するものである。
半導体デバイスの製造では、まず半導体ウェハ上に機能性薄膜が堆積される。
次に、ドライエッチング装置のようなエッチング装置を用いて、その薄膜から不要部分を除去することにより、所望のパターンが形成される。この製膜装置、エッチング装置において、処理室内壁には処理中に発生する反応生成物が付着する。この反応生成物は、各処理装置又は各装置において処理する半導体デバイスに悪影響を及ぼし、その除去は各装置の稼働時間の低下を招く。このため、安定して処理を行いえる誘導結合型のプラズマ処理装置が要求されている。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の機能性薄膜が堆積された半導体ウェハは、各層毎に別々の処理室にてエッチング処理が行われる。この処理には、誘導結合型のプラズマ装置として誘導結合型のエッチング装置が用いられる。エッチング装置は真空容器外周に設けた電極から高周波電力を供給し、真空容器内部に発生したプラズマを用いて薄膜をエッチングするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このエッチング装置において、製品処理時に発生する反応生成物は、誘電体からなる真空容器の内壁に付着する。反応生成物はエッチング工程毎に壁に堆積する。真空容器内部の温度はエッチング処理中と待機中とで大きく異なる。堆積した反応生成物は頻繁な温度差（熱ストレス）を受けることで壁から剥がれる。剥がれた反応生成物の片は半導体ウェハ上に落下する。比較的大きな落下片は、所望のパターンの半導体デバイスの形成を妨げる。また、真空容器に付着した反応生成物は、プラズマの点火不良やマッチングポイントの変動によるエッチングレートの低下を招く。
【０００４】
反応生成物の除去は、日常的な製品処理前の真空容器の洗浄、処理後に組み込まれたドライクリーニングによるクリーニングシーケンス、などにより行われる。このような洗浄は製造装置の稼動コスト、ひいては半導体装置の製造コストを上昇させ、また、エッチング装置の稼働時間を低下させる。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は連続処理を安定して行いえる誘導結合型のプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、誘電体よりなり円筒部分を有する形状に形成された反応管と、前記反応管の周囲に配置され、前記反応管の内部にプラズマを発生させる高周波アンテナと、前記反応管内部に該反応管の周方向に沿って少なくとも１つ設けられ、該反応管内面に付着する反応生成物を分断するシールド板と、前記高周波アンテナと前記反応管の少なくとも一方を他方に対して反応管の外周に沿って相対移動させる駆動手段と、を備え、前記高周波アンテナは前記反応管の外周に沿って設けられた巻線と、該巻線よりも前記反応管外周に近接させるとともに該反応管との距離を上端から下端まで等しく形成された斜線部と、を有し、前記反応管内の試料台に載置された試料を前記プラズマにより処理するものである。反応生成物を分断することで高周波窓を形成し、高周波アンテナから反応管内部に高周波電源を供給する。更に、反応管外周に近接された斜線部における結合容量成分は、巻線における結合容量成分よりも大きくなる。さらに、反応管外周との距離が上端から下端まで等しくなるように形成することで、結合容量成分量が斜線部の上端から下端まで均一となる。斜線部の近傍には容量性結合によりイオンシースが形成され、プラズマ中のイオンの極一部が斜線部に向い反応管内壁に付着しようとしている反応生成物と衝突し、反応生成物が拡散される。そして、駆動手段により高周波アンテナと反応管とを相対移動させることで、斜線部が反応管の外周に沿って移動するため、反応管の内面全周に渡って上下方向に幅広く反応生成物の付着が少なくなる。
【０００７】
請求項２に記載の発明のように、前記シールド板は、前記反応生成物を前記高周波アンテナに対し垂直に分断する。
請求項３に記載の発明のように、前記シールド板は、前記高周波アンテナの給電部付近の前記反応生成物を分断するように設けられている。
【０００８】
請求項４に記載の発明のように、前記高周波アンテナは互いに平行に配置された複数の巻線と、前記複数の巻線間を接続する傾斜線とを含み、前記シールド板は少なくとも給電側の前記巻線付近の前記反応生成物を分断するように設けられている。
【０００９】
請求項５に記載の発明のように、前記シールド板は、前記反応管の内面周方向に沿って延びるように形成されている。
請求項６に記載の発明のように、前記シールド板は、前記反応管の半径方向と垂直な面に沿って延びる平板状に形成されている。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、誘電体よりなり円筒部分を有する形状に形成された反応管と、前記反応管の周囲に配置され、均一の板厚を持つアンテナ用板材を給電側端子から接地側端子に向かって幅を徐々に太くし、それを前記反応管の外周に沿ってその外周から等距離に２ターン巻くように形成され、前記反応管の内部にプラズマを発生させる高周波アンテナと、前記反応管内部に該反応管の周方向に沿って少なくとも１つ設けられ、該反応管内面に付着する反応生成物を分断するシールド板と、前記高周波アンテナと前記反応管の少なくとも一方を他方に対して相対移動させる駆動手段と、を備え、前記反応管内の試料台に載置された試料を前記プラズマにより処理するものである。アンテナ用板材の幅を給電側端子から接地側端子に向かって徐々に太くすると結合容量成分量の分布が均一となり、反応管内壁の反応生成物の堆積分布も均一となり、堆積物が剥がれにくくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１２】
図１は、ＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置（inductively coupled plasma etching system ）の概略図である。
エッチング装置１０はエッチング室１１を備え、そのエッチング室１１は、上部処理室１２と下部処理室１３とから構成される。
【００１３】
上部処理室１２は、反応管１４と、それの上端を覆う蓋１５とから構成される。反応管１４は、石英ガラスの誘電体よりなり、円筒形に形成されている。
下部処理室１３は、反応管１４より幅広く形成された処理容器１６と、それの上端を覆う環状蓋１７とから構成されている。環状蓋１７は反応管１４の内径と略同一の内径を持つ環状に形成され、その環状蓋１７の上面に反応管１４が固定されている。
【００１４】
環状蓋１７にはエッチングガスをエッチング室１１内に導入するガス導入ポート１８が形成されている。処理容器１６には真空ポンプ１９に連なる排気ポート２０が形成されている。真空ポンプ１９により、プラズマ中の分子、エッチング生成物等が排気される。
【００１５】
下部処理室１３には試料台２１が設けられている。試料台２１は静電チャックよりなり、その上面には例えばウェハ等の被エッチング対象である試料２２が載置固定される。
【００１６】
反応管１４の外側には、該反応管１４を囲むようにコイルアンテナ２３が設けられている。反応管１４の内側にはシールド板２４が設けられている。尚、本実施形態では、反応管１４の内周面に沿って４枚のシールド板２４が設けられている。
【００１７】
コイルアンテナ２３は、プラズマ生成と維持のためにエッチング室１１に電力を供給するために設けられている。コイルアンテナ２３は、反応管１４の外周に沿って略２周するように形成されている。コイルアンテナ２３の第１端子（入力側端子）２３ａは高周波インピーダンス整合器（マッチングユニット）２５を介して高周波電源２６に接続され、第２端子２３ｂは接地されている。
【００１８】
各シールド板２４は、石英ガラスよりなる。尚、シールド板２４を導電性を有する材料にて形成しても良い。
各シールド板２４は、反応管１４の軸線方向（図１の上下方向）に沿って延びるように形成されている。各シールド板２４は、下端に反応管１４の半径方向外側に向かって固定部２４ａが延出形成され、該固定部２４ａにより反応管１４の内周面から所定距離離間して環状蓋１７に固定されている。そして、各シールド板２４は、少なくとも給電側の第１巻線３１の内側に介在するように、その上端が第１巻線３１よりも上方へ突出するように形成されている。
【００１９】
エッチング装置１０には、プラズマ中のエッチャントであるイオンを試料に向かって加速させるために電力供給源であるバイアス用高周波電源２７が備えられ、その高周波電源２７は高周波インピーダンス整合器２８を介して試料台２１に接続されている。
【００２０】
更に、エッチング装置１０には、コイルアンテナ２３を移動させるための駆動器２９と、それを制御するためのコントローラ３０が備えられている。駆動器２９は、コイルアンテナ２３と反応管１４とを相対移動させるように構成され、本実施形態では、コイルアンテナ２３を反応管１４の外周に沿って水平回動させえるように構成されている。
【００２１】
駆動器２９は、コントローラ３０からの指令に基づいて動作し、コイルアンテナ２３を水平回動させる。コントローラ３０は、試料２２のエッチングが開始されると駆動器２９に指令を出力し、駆動器２９はその指令に応答してコイルアンテナ２３を水平回動させる。
【００２２】
図２はコイルアンテナ２３及びシールド板２４の説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
先ず、コイルアンテナ２３について詳述する。
【００２３】
コイルアンテナ２３は、上下方向に所定の間隔にて配置された第１及び第２巻線３１，３２と、それらを接続する傾斜線３３とを備える。第１巻線３１は給電側端子２３ａと接続され、第２巻線３２は接地側端子２３ｂと接続されている。
【００２４】
第１及び第２巻線３１，３２は、反応管１４外周との間隔が第１の距離にてその外周に沿って水平に略３／４周するように形成されている。傾斜線３３は、反応管１４外周との間隔が第２の距離にてその外周に沿って略１／４周するように形成されている。そして、第２の距離は、第１の距離に比べて極めて小さく設定されている。
【００２５】
これは、コイルアンテナ２３において、傾斜線３３における容量結合成分を大きくする。誘導結合型と言えどもコイルアンテナ２３が有限であるために若干の結合容量成分が存在する。そして、この結合容量成分は、コイルアンテナ２３と反応管１４との間隔が等しい場合、給電側端子２３ａから接地側端子２３ｂに向かって減少する。このため、傾斜線３３を反応管１４外周に近接させることで、この部分における結合容量成分を、第１及び第２巻線３１，３２のそれよりも大きくする。更に、第２の距離を第１の距離に比べて遙かに小さくし、傾斜線３３と反応管１４との距離をその上端（第１巻線３１の終端）から下端（第２巻線３２の先端）までほぼ等しくすることで、その傾斜線３３における結合容量成分を上端から下端までほぼ均一にしている。
【００２６】
次に、シールド板２４について詳述する。
図２（ａ）に示すように、各シールド板２４は、平面形状が反応管１４内面に沿って湾曲している。
【００２７】
各シールド板２４の配置位置は、反応管１４内面及び各シールド板２４に付着する反応生成物を周方向に途切れさせるように形状・配置位置が設定されている。詳しくは、シールド板２４の周方向両端と反応管１４内面との距離Ｌ１は、シールド板２４に付着する反応生成物と反応管１４に付着する反応生成物が堆積量増加に伴い互いに接触しないように設定される。シールド板２４の周方向の幅Ｌ２は、シールド板２４の両側から該シールド板２４と反応管１４の間に回り込む反応生成物が接触しない（繋がらない）ように設定される。そして、シールド板２４と反応管１４とが離間する距離Ｌ３は、エッチング処理に寄与するプラズマのパワーを減少させないように設定される。
【００２８】
次に、上記のように構成されたエッチング装置１０の作用を説明する。
まず、コイルアンテナ２３の作用を説明する。
ガス導入ポート１８より導入されたガスと真空ポンプ１９と排気ポート２０のコンダクタンスにより、エッチング室１１は、所望の雰囲気を形成する。エッチング室１１内のガス雰囲気が安定したところでソース用の第１高周波電源２６よりコイルアンテナ２３に電力が供給され、コイルアンテナ２３より発振された電磁波は反応管１４を透過してガス分子、原子を電離しエッチング室１１内はプラズマ状態となる。
【００２９】
コントローラ３０は第１高周波電源２６の発振とともに駆動器２９を起動し、コイルアンテナ２３を水平回動させる。
プラズマが安定して十分なイオンが生成されたところで、試料台２１にバイアス用の第２高周波電源２７より電力を供給し、試料２２はイオンアシスト反応やイオン衝撃によりエッチングされる。なお、エッチングが開始されるのは、バイアス電力が供給されてからであるため、コントローラ３０は駆動器２９を第２高周波電源２７の発振時に起動するようにしてもよい。
【００３０】
ＦｅＲＡＭ等のデバイスに代表されるＰｔ，Ｉｒ，ＰＺＴ，ＳＢＴ等の材料をエッチングした場合、それらの材料はあらゆるエッチャントと反応性が非常に低い。このため、ほとんどがイオン衝撃によるスパッタエッチでの加工となり、揮発性の分子を作らない。従って、エッチング生成物の多くはそれぞれの原子のままで試料２２より削り取られたものであり、エッチング室１１内壁つまり反応管１４の内壁に付着する。
【００３１】
このとき、コイルアンテナ２３の傾斜線３３近傍の反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部はエッチング室１１からコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。アンテナ近傍でのイオンシースの形成は、反応管１４に限らず、使用する電波を透過する誘電体で起こる。
【００３２】
コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、コイルアンテナ２３近傍には、エッチング生成物の付着量が少ない。
【００３３】
更に、傾斜線３３において、その上端から下端までの結合容量成分がほぼ均一である。従って、エッチング生成物の拡散は、コイルアンテナ２３の上端から下端までほぼ均一におこり、それに対応する反応管１４へのエッチング生成物の付着量はほぼ均一になる。
【００３４】
イオンシースを大きくすることによりコイルアンテナ２３により生成されたエッチャントであるイオンの反応管１４方向へ向かう量が多くなるのであるが、ＩＣＰ方式により生成されたイオン密度は非常に高く、エッチングレートに影響するほどウェハに向かうイオンは減少しない。
【００３５】
次に、シールド板２４の作用を説明する。
基板上に積層した金属膜をエッチング処理した場合、導電性の反応生成物が反応管１４内面及び各シールド板２４内側面に付着する。その付着した反応生成物は、連続した処理によって反応室内部全体に均一化する。シールド板２４は、このように付着する反応生成物をその設定位置によりコイルアンテナ２３に対して垂直に分断する。
【００３６】
詳述すると、シールド板２４の周方向両端と反応管１４内面との距離Ｌ１が小さいと、シールド板２４に付着する反応生成物と反応管１４に付着する反応生成物２２ａ（図３（ａ）参照）が堆積量増加に伴い互いに接触してしまうため、反応生成物の分断ができない。距離Ｌ１が大きいと反応生成物２２ａがシールド板２４と反応管１４の間に回り込み、反応管１４に付着する。そして、シールド板２４の周方向の幅Ｌ２が小さいと、回り込み反応管１４に付着した反応生成物２２ａが繋がってしまい、同様に分断ができない。これらの場合、図３（ｂ）に示す従来例と同様に反応生成物２２ａが連続する。
【００３７】
また、シールド板２４と反応管１４の間の間隔も重要である。即ち、シールド板２４と反応管１４とが離間する距離Ｌ３が大きすぎると、反応管１４とシールド板２４の間でプラズマが発生し、エッチング処理に寄与するプラズマのパワーが減少するからである。
【００３８】
反応生成物２２ａは、シールド板２４によりコイルアンテナ２３の垂直方向に分断され、スリットが形成される。このスリットはコイルアンテナ２３から反応管１４内部にプラズマを発生させる高周波電力を供給する高周波窓として機能する。即ち、本実施形態のエッチング装置１０は、シールド板２４によって反応管１４内面に付着する反応生成物２２ａに高周波窓を形成することで、エッチング処理に寄与するプラズマのパワー減少を抑えることができる。
【００３９】
また、上記のように付着し分断された反応生成物２２ａは、導電性を有しているため、ファラデーシールドと同等に機能する。プラズマ処理装置に備えられるファラデーシールドは、処理室内に発生するプラズマの電位を変化させる容量結合成分をカットする効果がある。従って、本実施形態のエッチング装置１０は、反応管１４に付着する反応生成物２２ａをシールド板２４によってコイルアンテナ２３と垂直方向に分断させることで、ファラデーシールドを処理室内に備えた構成と等価となる。このため、本実施形態のエッチング装置１０は、エッチング処理により発生する反応生成物２２ａをファラデーシールドとして利用してプラズマの電位を安定させ、処理を安定に行う。
【００４０】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）反応管１４の内側にシールド板２４を設け、反応管１４内面に付着する導電性を有した反応生成物２２ａを、コイルアンテナ２３の垂直方向に沿って分断するようにした。反応生成物２２ａを分断して高周波窓が形成され、該高周波窓を介してコイルアンテナ２３から反応管１４内に効率よく高周波電力を供給することができる。また、分断された反応生成物２２ａは、ファラデーシールド効果を奏し、プラズマ電位を安定化する。その結果、安定したプラズマを発生させ、プラズマの点火不良やエッチングレートの低下を防ぐことができる。
【００４１】
（２）コイルアンテナ２３の傾斜線３３を反応管１４外周に近づけて容量性結合を持たせ、該コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにした。反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンのほとんどは試料２２に向かい、それをエッチングする。そして、イオンの極一部はコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、エッチング処理を行うと同時に、反応管１４の全周においてエッチング生成物の付着量を少なくし、反応管１４の洗浄周期を長くすることができる。
【００４２】
（３）コイルアンテナ２３の傾斜線３３を第１及び第２巻線３１，３２よりも反応管１４外周に近づけたため、結合容量の強い部分を容易に形成することができる。そして、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにしたため、その反応管１４全周に渡り上下方向に幅広くエッチング生成物の付着量を略均一に少なくすることができる。
【００４３】
（第二実施形態）
以下、本発明を具体化した第二実施形態を図４に従って説明する。
尚、説明の便宜上、図１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【００４４】
図４は、ＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置の概略図である。
エッチング装置４０は、駆動器４１がエッチング室１１の蓋１５に固定されている。駆動器４１はモータ４２及びそれにより回動駆動されるロータリコネクタ４３を備える。
【００４５】
ロータリコネクタ４３は、中空の軸４４と、それに対してベアリング４５により回動可能に支持されたリング状の出力部４６とから構成され、中空軸４４が蓋１５上面に固定されている。
【００４６】
ロータリコネクタ４３は、中空軸４４と出力部４６との間が高周波電源の導通可能に構成され、中空軸４４が整合器２５を介して第１高周波電源２６に接続され、出力部４６がコイルアンテナ２３の給電側端子２３ａに接続されている。これにより、第１高周波電源２６から整合器２５及びロータリコネクタ４３を介してコイルアンテナ２３に電力供給がなされる。
【００４７】
蓋１５には、エッチング室１１内部と中空軸４４内部とを連通する連通孔１５ａが設けられ、その連通孔１５ａにはガス導入ポート４７が連なるように設けられ、そのガス導入ポート４７及び連通孔１５ａを介してエッチング室１１内にエッチングガスが導入される。また、ガス導入ポート４７は、蓋１５の温度調整を行うための温調ケーブルが挿入可能に形成されている。
【００４８】
ロータリコネクタ４３の出力部４６にはプーリー４８が同軸状に固定され、そのプーリー４８にはモータ４２の出力軸に固定されたプーリー４９との間にタイミングベルト５０が掛け渡されている。
【００４９】
下部処理室１３内には、試料としてのウェハ２２を固定する試料台としての静電チャック５１が設けられ、その静電チャック５１は整合器２８を介してバイアス用電源を供給する第２高周波電源２７に接続されている。
【００５０】
静電チャック５１は、略円盤状に形成され、中央にウェハ２２の径より小さな径の載置部が形成されており、段差となる外周部にはそれを覆う略円環状の石英プレート５２が固定されている。
【００５１】
次に、上記のように構成されたエッチング装置４０の作用を説明する。
ガス導入ポート１８，４７より導入されたガスは、エッチング室１１中で所望の圧力雰囲気にコントロールされる。エッチング室１１内のガス雰囲気が安定したところで第１高周波電源２６よりコイルアンテナ２３に電力が供給され、コイルアンテナ２３より発振された電磁波は反応管１４を透過してガス分子、原子を電離しエッチング室１１内はプラズマ状態となる。
【００５２】
図示しないコントローラは、第１高周波電源２６の発振とともにモータ４２を起動し、タイミングベルト５０を経由してプーリー４８に回転動作が伝達される。プーリー４８にはロータリコネクタ４３が固定されており、その先に固定されているコイルアンテナ２３が同時に回転する。
【００５３】
プラズマが安定して十分なイオンが生成されたところで、第２高周波電源２７より電力を供給し、ウェハ２２はイオンアシスト反応やイオン衝撃によりエッチングされる。
【００５４】
ＦｅＲＡＭ等のデバイスに代表されるＰｔ，Ｉｒ，ＰＺＴ，ＳＢＴ等の材料をエッチングした場合、それらの材料はあらゆるエッチャントと反応性が非常に低い。このため、ほとんどがイオン衝撃によるスパッタエッチでの加工となり、揮発性の分子を作らない。従って、エッチング生成物の多くはそれぞれの原子のままで試料２２より削り取られたものであり、エッチング室１１内壁つまり反応管１４の内壁に付着する。
【００５５】
このとき、コイルアンテナ２３の傾斜線３３近傍の反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部はエッチング室１１からコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。アンテナ近傍でのイオンシースの形成は、石英反応管１４に限らず、使用する電波を透過する誘電体で起こる。
【００５６】
コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、コイルアンテナ２３近傍には、エッチング生成物の付着量が少ない。
【００５７】
以上記述したように、本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１）蓋１５上面に固定したロータリコネクタ４３にコイルアンテナ２３を接続し、モータ４２にてロータリコネクタ４３に同軸状に固定したプーリー４８を回動させ、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにした。その結果、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って精度良く回動させ、反応管１４内壁に付着するエッチング生成物の堆積レートのバラツキを抑えることができる。
【００５８】
（２）中空軸４４を有するロータリコネクタ４３を用いることで、蓋１５の温度調節と、エッチング室１１の上部からのガス導入とを行うことが可能となる。
尚、前記各実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
【００５９】
・上記各実施形態のコイルアンテナ２３の形状を、適宜変更して実施しても良い。
例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、コイルアンテナ６１を形成する。該コイルアンテナ６１は、反応管１４外周面に近接する傾斜線６２と、その傾斜線６２に連続する第１及び第２巻線６３，６４を有する。傾斜線６２は反応管１４外周と第２の距離を離してその反応管１４に沿って略１／４周するように形成されている。第１及び第２巻線６３，６４は、反応管１４外周面から第１の距離だけ離間し、傾斜線６２との接続点において反応管１４から第２の距離だけ離間する。このようにしても、上記各実施形態と同様に、傾斜線６２の接合容量成分を、第１及び第２巻線６３，６４のそれよりも大きくし、反応管１４内壁へのエッチング生成物の付着量を低減することができる。
【００６０】
また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、コイルアンテナ７１は、電力供給側から徐々に太くした傾斜線７２と、それに接続された第１及び第２巻線６３，６４を備える。このようにすれば反応管１４に対して容量性結合量の分布が均一となる。これにより、エッチング生成物の堆積レートを低くし、反応管１４内壁の堆積分布も均一となり、堆積物は剥がれ難くなる。
【００６１】
更に、コイルアンテナを、それが反応管１４外周に投影される面積を給電側端子から接地側端子に向かって徐々に大きくするように形成しても良い。
例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、均一の板厚を持つアンテナ用板材８１を給電側端子８１ａから接地側端子８１ｂに向かって幅を徐々に太くし、それを反応管１４の外周に沿ってその外周から等距離に略２ターン巻くように形成する。また、図８（ａ），（ｂ）に示すように、均一の板厚及び幅を持つアンテナ用板材８２を９０°ひねり、それを反応管１４の外周に沿ってその外周から等距離に略２ターン巻くように形成する。
【００６２】
板材８１，８２を反応管１４外周と等距離に略２ターン巻くと、それの容量性結合量は、反応管１４の投影面積を給電側端子８１ａ，８２ａから接地側端子８１ｂ，８２ｂに向かって徐々に大きくすることで、容量性結合量の分布が均一となる。これにより、エッチング生成物の堆積レートを低くし、反応管１４内壁の堆積分布も均一となり、堆積物は剥がれ難くなる。
【００６３】
このように、コイルアンテナ２３を反応管１４に近づけたり、アンテナ２３の反応管１４に投影される面積を大きくすることにより、イオンシースの大きさが変更される。このため、エッチング材料やエッチャントの違いによる生成物の付着量の違いに対応して生成物の付着をコントロール可能となり、付着レートを減少させ反応管１４の洗浄周期を長期化することが可能となる。
【００６４】
・上記各実施形態のシールド板２４の形状を、適宜変更して実施してもよい。例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、シールド板９１を、反応管１４の半径方向に対して垂直な面に沿って延びる平板状に形成する。また、シールド板は少なくとも給電側の第１巻線３１に対応して設ければよく、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、給電側の第１巻線３１の内側にのみを覆う形状に形成したシールド板９２に具体化する。尚、このシールド板９２を図９（ａ）（ｂ）のシールド板９１と同様に、反応管１４の半径方向に対して垂直な面に沿って延びる平板状に形成してもよい。
【００６５】
・上記各実施形態のコイルアンテナ２３，６１，７１，８１，８２を、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置（inductively coupled plasma enhanced CVD system）等の生成したプラズマにより試料に所定の処理を施す装置に応用して実施してもよい。もちろん、試料としてウェハ以外に、液晶表示装置（ＬＣＤ）や薄膜磁気ヘッド（ＴＦＨ）などの製造工程に用いられるエッチング装置および化学的気相堆積（ＣＶＤ）装置に具体化してもよい。
【００６６】
・上記各実施形態では、エッチング室１１を固定し、反応管１４の外周に沿ってコイルアンテナ２３を回動させるようにしたが、コイルアンテナ２３を固定し反応管１４を回動させるようにしてもよい。また、コイルアンテナ２３及び反応管１４を、ともに水平回動させるようにしても良い。このようにしても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
・上記各実施形態におけるコイルアンテナ２３と反応管１４との相対移動は水平回動のみならず、上下移動、水平回動及び上下移動を行うようにしてもよい。
・上記実施形態において、コントローラ３０でコイルアンテナ２３の移動速度を可変するようにしてもよく、これにより、性質の異なるエッチング生成物の堆積速度を減少させることが可能となる。
【００６８】
・上記各実施形態では、コイルアンテナ２３を略２ターン状に形成したが、略１ターン状又は略３ターン以上の形状に形成しても良い。
・上記各実施形態において、コイルアンテナ２３の第１及び第２巻線３１，３２と反応管１４外周との間隔を相違させても良い。例えば、第１巻線３１の間隔を第２巻線３２の間隔より長くする。これにより、第１巻線３１の容量性結合量と第２巻線３２のそれとを略同一にすることができ、エッチング生成物の堆積レートをほぼ均一にすることができる。
【００６９】
・上記第一実施形態において、上部処理室１２を釣り鐘形状の石英ベルジャにより構成したプラズマ装置に具体化してもよい。
・上記各実施形態において、容量性結合を調整していないコイルアンテナを用いて実施してもよい。
【００７０】
・上記各実施形態のシールド板２４，９１，９２を、ＣＶＤ装置(Chemical Vapor Deposition System)やＰＶＤ装置(Physical Vapor Deposition System)等の薄膜形成装置に適用しても良い。また、上記各実施形態のコイルアンテナ２３を各種薄膜形成装置に適用しても良い。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、安定して連続処理を行うことが可能な誘導結合型プラズマ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一実施形態のプラズマエッチング装置の概要図である。
【図２】 高周波アンテナ及びシールドの説明図である。
【図３】 シールド及び反応生成物の説明図である。
【図４】 第二実施形態のプラズマエッチング装置の概要図である。
【図５】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図６】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図７】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図８】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図９】 別のシールドの説明図である。
【図１０】 別のシールドの説明図である。
【符号の説明】
１４ 反応管
２３ コイルアンテナ
２４ シールド板
２９ 駆動手段
３１ 巻線としての第１巻線
３２ 巻線としての第２巻線
３３ 傾斜線
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導結合型プラズマ処理装置に関するものである。
半導体デバイスの製造では、まず半導体ウェハ上に機能性薄膜が堆積される。
次に、ドライエッチング装置のようなエッチング装置を用いて、その薄膜から不要部分を除去することにより、所望のパターンが形成される。この製膜装置、エッチング装置において、処理室内壁には処理中に発生する反応生成物が付着する。この反応生成物は、各処理装置又は各装置において処理する半導体デバイスに悪影響を及ぼし、その除去は各装置の稼働時間の低下を招く。このため、安定して処理を行いえる誘導結合型のプラズマ処理装置が要求されている。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の機能性薄膜が堆積された半導体ウェハは、各層毎に別々の処理室にてエッチング処理が行われる。この処理には、誘導結合型のプラズマ装置として誘導結合型のエッチング装置が用いられる。エッチング装置は真空容器外周に設けた電極から高周波電力を供給し、真空容器内部に発生したプラズマを用いて薄膜をエッチングするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このエッチング装置において、製品処理時に発生する反応生成物は、誘電体からなる真空容器の内壁に付着する。反応生成物はエッチング工程毎に壁に堆積する。真空容器内部の温度はエッチング処理中と待機中とで大きく異なる。堆積した反応生成物は頻繁な温度差（熱ストレス）を受けることで壁から剥がれる。剥がれた反応生成物の片は半導体ウェハ上に落下する。比較的大きな落下片は、所望のパターンの半導体デバイスの形成を妨げる。また、真空容器に付着した反応生成物は、プラズマの点火不良やマッチングポイントの変動によるエッチングレートの低下を招く。
【０００４】
反応生成物の除去は、日常的な製品処理前の真空容器の洗浄、処理後に組み込まれたドライクリーニングによるクリーニングシーケンス、などにより行われる。このような洗浄は製造装置の稼動コスト、ひいては半導体装置の製造コストを上昇させ、また、エッチング装置の稼働時間を低下させる。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は連続処理を安定して行いえる誘導結合型のプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、誘電体よりなり円筒部分を有する形状に形成された反応管と、前記反応管の周囲に配置され、前記反応管の内部にプラズマを発生させる高周波アンテナと、前記反応管内部に該反応管の周方向に沿って少なくとも１つ設けられ、該反応管内面に付着する反応生成物を分断するシールド板と、前記高周波アンテナと前記反応管の少なくとも一方を他方に対して反応管の外周に沿って相対移動させる駆動手段と、を備え、前記高周波アンテナは前記反応管の外周に沿って設けられた巻線と、該巻線よりも前記反応管外周に近接させるとともに該反応管との距離を上端から下端まで等しく形成された斜線部と、を有し、前記反応管内の試料台に載置された試料を前記プラズマにより処理するものである。反応生成物を分断することで高周波窓を形成し、高周波アンテナから反応管内部に高周波電源を供給する。更に、反応管外周に近接された斜線部における結合容量成分は、巻線における結合容量成分よりも大きくなる。さらに、反応管外周との距離が上端から下端まで等しくなるように形成することで、結合容量成分量が斜線部の上端から下端まで均一となる。斜線部の近傍には容量性結合によりイオンシースが形成され、プラズマ中のイオンの極一部が斜線部に向い反応管内壁に付着しようとしている反応生成物と衝突し、反応生成物が拡散される。そして、駆動手段により高周波アンテナと反応管とを相対移動させることで、斜線部が反応管の外周に沿って移動するため、反応管の内面全周に渡って上下方向に幅広く反応生成物の付着が少なくなる。
【０００７】
請求項２に記載の発明のように、前記シールド板は、前記反応生成物を前記高周波アンテナに対し垂直に分断する。
請求項３に記載の発明のように、前記シールド板は、前記高周波アンテナの給電部付近の前記反応生成物を分断するように設けられている。
【０００８】
請求項４に記載の発明のように、前記高周波アンテナは互いに平行に配置された複数の巻線と、前記複数の巻線間を接続する傾斜線とを含み、前記シールド板は少なくとも給電側の前記巻線付近の前記反応生成物を分断するように設けられている。
【０００９】
請求項５に記載の発明のように、前記シールド板は、前記反応管の内面周方向に沿って延びるように形成されている。
請求項６に記載の発明のように、前記シールド板は、前記反応管の半径方向と垂直な面に沿って延びる平板状に形成されている。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、誘電体よりなり円筒部分を有する形状に形成された反応管と、前記反応管の周囲に配置され、均一の板厚を持つアンテナ用板材を給電側端子から接地側端子に向かって幅を徐々に太くし、それを前記反応管の外周に沿ってその外周から等距離に２ターン巻くように形成され、前記反応管の内部にプラズマを発生させる高周波アンテナと、前記反応管内部に該反応管の周方向に沿って少なくとも１つ設けられ、該反応管内面に付着する反応生成物を分断するシールド板と、前記高周波アンテナと前記反応管の少なくとも一方を他方に対して相対移動させる駆動手段と、を備え、前記反応管内の試料台に載置された試料を前記プラズマにより処理するものである。アンテナ用板材の幅を給電側端子から接地側端子に向かって徐々に太くすると結合容量成分量の分布が均一となり、反応管内壁の反応生成物の堆積分布も均一となり、堆積物が剥がれにくくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
以下、本発明を具体化した第一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１２】
図１は、ＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置（inductively coupled plasma etching system ）の概略図である。
エッチング装置１０はエッチング室１１を備え、そのエッチング室１１は、上部処理室１２と下部処理室１３とから構成される。
【００１３】
上部処理室１２は、反応管１４と、それの上端を覆う蓋１５とから構成される。反応管１４は、石英ガラスの誘電体よりなり、円筒形に形成されている。
下部処理室１３は、反応管１４より幅広く形成された処理容器１６と、それの上端を覆う環状蓋１７とから構成されている。環状蓋１７は反応管１４の内径と略同一の内径を持つ環状に形成され、その環状蓋１７の上面に反応管１４が固定されている。
【００１４】
環状蓋１７にはエッチングガスをエッチング室１１内に導入するガス導入ポート１８が形成されている。処理容器１６には真空ポンプ１９に連なる排気ポート２０が形成されている。真空ポンプ１９により、プラズマ中の分子、エッチング生成物等が排気される。
【００１５】
下部処理室１３には試料台２１が設けられている。試料台２１は静電チャックよりなり、その上面には例えばウェハ等の被エッチング対象である試料２２が載置固定される。
【００１６】
反応管１４の外側には、該反応管１４を囲むようにコイルアンテナ２３が設けられている。反応管１４の内側にはシールド板２４が設けられている。尚、本実施形態では、反応管１４の内周面に沿って４枚のシールド板２４が設けられている。
【００１７】
コイルアンテナ２３は、プラズマ生成と維持のためにエッチング室１１に電力を供給するために設けられている。コイルアンテナ２３は、反応管１４の外周に沿って略２周するように形成されている。コイルアンテナ２３の第１端子（入力側端子）２３ａは高周波インピーダンス整合器（マッチングユニット）２５を介して高周波電源２６に接続され、第２端子２３ｂは接地されている。
【００１８】
各シールド板２４は、石英ガラスよりなる。尚、シールド板２４を導電性を有する材料にて形成しても良い。
各シールド板２４は、反応管１４の軸線方向（図１の上下方向）に沿って延びるように形成されている。各シールド板２４は、下端に反応管１４の半径方向外側に向かって固定部２４ａが延出形成され、該固定部２４ａにより反応管１４の内周面から所定距離離間して環状蓋１７に固定されている。そして、各シールド板２４は、少なくとも給電側の第１巻線３１の内側に介在するように、その上端が第１巻線３１よりも上方へ突出するように形成されている。
【００１９】
エッチング装置１０には、プラズマ中のエッチャントであるイオンを試料に向かって加速させるために電力供給源であるバイアス用高周波電源２７が備えられ、その高周波電源２７は高周波インピーダンス整合器２８を介して試料台２１に接続されている。
【００２０】
更に、エッチング装置１０には、コイルアンテナ２３を移動させるための駆動器２９と、それを制御するためのコントローラ３０が備えられている。駆動器２９は、コイルアンテナ２３と反応管１４とを相対移動させるように構成され、本実施形態では、コイルアンテナ２３を反応管１４の外周に沿って水平回動させえるように構成されている。
【００２１】
駆動器２９は、コントローラ３０からの指令に基づいて動作し、コイルアンテナ２３を水平回動させる。コントローラ３０は、試料２２のエッチングが開始されると駆動器２９に指令を出力し、駆動器２９はその指令に応答してコイルアンテナ２３を水平回動させる。
【００２２】
図２はコイルアンテナ２３及びシールド板２４の説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
先ず、コイルアンテナ２３について詳述する。
【００２３】
コイルアンテナ２３は、上下方向に所定の間隔にて配置された第１及び第２巻線３１，３２と、それらを接続する傾斜線３３とを備える。第１巻線３１は給電側端子２３ａと接続され、第２巻線３２は接地側端子２３ｂと接続されている。
【００２４】
第１及び第２巻線３１，３２は、反応管１４外周との間隔が第１の距離にてその外周に沿って水平に略３／４周するように形成されている。傾斜線３３は、反応管１４外周との間隔が第２の距離にてその外周に沿って略１／４周するように形成されている。そして、第２の距離は、第１の距離に比べて極めて小さく設定されている。
【００２５】
これは、コイルアンテナ２３において、傾斜線３３における容量結合成分を大きくする。誘導結合型と言えどもコイルアンテナ２３が有限であるために若干の結合容量成分が存在する。そして、この結合容量成分は、コイルアンテナ２３と反応管１４との間隔が等しい場合、給電側端子２３ａから接地側端子２３ｂに向かって減少する。このため、傾斜線３３を反応管１４外周に近接させることで、この部分における結合容量成分を、第１及び第２巻線３１，３２のそれよりも大きくする。更に、第２の距離を第１の距離に比べて遙かに小さくし、傾斜線３３と反応管１４との距離をその上端（第１巻線３１の終端）から下端（第２巻線３２の先端）までほぼ等しくすることで、その傾斜線３３における結合容量成分を上端から下端までほぼ均一にしている。
【００２６】
次に、シールド板２４について詳述する。
図２（ａ）に示すように、各シールド板２４は、平面形状が反応管１４内面に沿って湾曲している。
【００２７】
各シールド板２４の配置位置は、反応管１４内面及び各シールド板２４に付着する反応生成物を周方向に途切れさせるように形状・配置位置が設定されている。詳しくは、シールド板２４の周方向両端と反応管１４内面との距離Ｌ１は、シールド板２４に付着する反応生成物と反応管１４に付着する反応生成物が堆積量増加に伴い互いに接触しないように設定される。シールド板２４の周方向の幅Ｌ２は、シールド板２４の両側から該シールド板２４と反応管１４の間に回り込む反応生成物が接触しない（繋がらない）ように設定される。そして、シールド板２４と反応管１４とが離間する距離Ｌ３は、エッチング処理に寄与するプラズマのパワーを減少させないように設定される。
【００２８】
次に、上記のように構成されたエッチング装置１０の作用を説明する。
まず、コイルアンテナ２３の作用を説明する。
ガス導入ポート１８より導入されたガスと真空ポンプ１９と排気ポート２０のコンダクタンスにより、エッチング室１１は、所望の雰囲気を形成する。エッチング室１１内のガス雰囲気が安定したところでソース用の第１高周波電源２６よりコイルアンテナ２３に電力が供給され、コイルアンテナ２３より発振された電磁波は反応管１４を透過してガス分子、原子を電離しエッチング室１１内はプラズマ状態となる。
【００２９】
コントローラ３０は第１高周波電源２６の発振とともに駆動器２９を起動し、コイルアンテナ２３を水平回動させる。
プラズマが安定して十分なイオンが生成されたところで、試料台２１にバイアス用の第２高周波電源２７より電力を供給し、試料２２はイオンアシスト反応やイオン衝撃によりエッチングされる。なお、エッチングが開始されるのは、バイアス電力が供給されてからであるため、コントローラ３０は駆動器２９を第２高周波電源２７の発振時に起動するようにしてもよい。
【００３０】
ＦｅＲＡＭ等のデバイスに代表されるＰｔ，Ｉｒ，ＰＺＴ，ＳＢＴ等の材料をエッチングした場合、それらの材料はあらゆるエッチャントと反応性が非常に低い。このため、ほとんどがイオン衝撃によるスパッタエッチでの加工となり、揮発性の分子を作らない。従って、エッチング生成物の多くはそれぞれの原子のままで試料２２より削り取られたものであり、エッチング室１１内壁つまり反応管１４の内壁に付着する。
【００３１】
このとき、コイルアンテナ２３の傾斜線３３近傍の反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部はエッチング室１１からコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。アンテナ近傍でのイオンシースの形成は、反応管１４に限らず、使用する電波を透過する誘電体で起こる。
【００３２】
コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、コイルアンテナ２３近傍には、エッチング生成物の付着量が少ない。
【００３３】
更に、傾斜線３３において、その上端から下端までの結合容量成分がほぼ均一である。従って、エッチング生成物の拡散は、コイルアンテナ２３の上端から下端までほぼ均一におこり、それに対応する反応管１４へのエッチング生成物の付着量はほぼ均一になる。
【００３４】
イオンシースを大きくすることによりコイルアンテナ２３により生成されたエッチャントであるイオンの反応管１４方向へ向かう量が多くなるのであるが、ＩＣＰ方式により生成されたイオン密度は非常に高く、エッチングレートに影響するほどウェハに向かうイオンは減少しない。
【００３５】
次に、シールド板２４の作用を説明する。
基板上に積層した金属膜をエッチング処理した場合、導電性の反応生成物が反応管１４内面及び各シールド板２４内側面に付着する。その付着した反応生成物は、連続した処理によって反応室内部全体に均一化する。シールド板２４は、このように付着する反応生成物をその設定位置によりコイルアンテナ２３に対して垂直に分断する。
【００３６】
詳述すると、シールド板２４の周方向両端と反応管１４内面との距離Ｌ１が小さいと、シールド板２４に付着する反応生成物と反応管１４に付着する反応生成物２２ａ（図３（ａ）参照）が堆積量増加に伴い互いに接触してしまうため、反応生成物の分断ができない。距離Ｌ１が大きいと反応生成物２２ａがシールド板２４と反応管１４の間に回り込み、反応管１４に付着する。そして、シールド板２４の周方向の幅Ｌ２が小さいと、回り込み反応管１４に付着した反応生成物２２ａが繋がってしまい、同様に分断ができない。これらの場合、図３（ｂ）に示す従来例と同様に反応生成物２２ａが連続する。
【００３７】
また、シールド板２４と反応管１４の間の間隔も重要である。即ち、シールド板２４と反応管１４とが離間する距離Ｌ３が大きすぎると、反応管１４とシールド板２４の間でプラズマが発生し、エッチング処理に寄与するプラズマのパワーが減少するからである。
【００３８】
反応生成物２２ａは、シールド板２４によりコイルアンテナ２３の垂直方向に分断され、スリットが形成される。このスリットはコイルアンテナ２３から反応管１４内部にプラズマを発生させる高周波電力を供給する高周波窓として機能する。即ち、本実施形態のエッチング装置１０は、シールド板２４によって反応管１４内面に付着する反応生成物２２ａに高周波窓を形成することで、エッチング処理に寄与するプラズマのパワー減少を抑えることができる。
【００３９】
また、上記のように付着し分断された反応生成物２２ａは、導電性を有しているため、ファラデーシールドと同等に機能する。プラズマ処理装置に備えられるファラデーシールドは、処理室内に発生するプラズマの電位を変化させる容量結合成分をカットする効果がある。従って、本実施形態のエッチング装置１０は、反応管１４に付着する反応生成物２２ａをシールド板２４によってコイルアンテナ２３と垂直方向に分断させることで、ファラデーシールドを処理室内に備えた構成と等価となる。このため、本実施形態のエッチング装置１０は、エッチング処理により発生する反応生成物２２ａをファラデーシールドとして利用してプラズマの電位を安定させ、処理を安定に行う。
【００４０】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）反応管１４の内側にシールド板２４を設け、反応管１４内面に付着する導電性を有した反応生成物２２ａを、コイルアンテナ２３の垂直方向に沿って分断するようにした。反応生成物２２ａを分断して高周波窓が形成され、該高周波窓を介してコイルアンテナ２３から反応管１４内に効率よく高周波電力を供給することができる。また、分断された反応生成物２２ａは、ファラデーシールド効果を奏し、プラズマ電位を安定化する。その結果、安定したプラズマを発生させ、プラズマの点火不良やエッチングレートの低下を防ぐことができる。
【００４１】
（２）コイルアンテナ２３の傾斜線３３を反応管１４外周に近づけて容量性結合を持たせ、該コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにした。反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンのほとんどは試料２２に向かい、それをエッチングする。そして、イオンの極一部はコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、エッチング処理を行うと同時に、反応管１４の全周においてエッチング生成物の付着量を少なくし、反応管１４の洗浄周期を長くすることができる。
【００４２】
（３）コイルアンテナ２３の傾斜線３３を第１及び第２巻線３１，３２よりも反応管１４外周に近づけたため、結合容量の強い部分を容易に形成することができる。そして、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにしたため、その反応管１４全周に渡り上下方向に幅広くエッチング生成物の付着量を略均一に少なくすることができる。
【００４３】
（第二実施形態）
以下、本発明を具体化した第二実施形態を図４に従って説明する。
尚、説明の便宜上、図１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を一部省略する。
【００４４】
図４は、ＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置の概略図である。
エッチング装置４０は、駆動器４１がエッチング室１１の蓋１５に固定されている。駆動器４１はモータ４２及びそれにより回動駆動されるロータリコネクタ４３を備える。
【００４５】
ロータリコネクタ４３は、中空の軸４４と、それに対してベアリング４５により回動可能に支持されたリング状の出力部４６とから構成され、中空軸４４が蓋１５上面に固定されている。
【００４６】
ロータリコネクタ４３は、中空軸４４と出力部４６との間が高周波電源の導通可能に構成され、中空軸４４が整合器２５を介して第１高周波電源２６に接続され、出力部４６がコイルアンテナ２３の給電側端子２３ａに接続されている。これにより、第１高周波電源２６から整合器２５及びロータリコネクタ４３を介してコイルアンテナ２３に電力供給がなされる。
【００４７】
蓋１５には、エッチング室１１内部と中空軸４４内部とを連通する連通孔１５ａが設けられ、その連通孔１５ａにはガス導入ポート４７が連なるように設けられ、そのガス導入ポート４７及び連通孔１５ａを介してエッチング室１１内にエッチングガスが導入される。また、ガス導入ポート４７は、蓋１５の温度調整を行うための温調ケーブルが挿入可能に形成されている。
【００４８】
ロータリコネクタ４３の出力部４６にはプーリー４８が同軸状に固定され、そのプーリー４８にはモータ４２の出力軸に固定されたプーリー４９との間にタイミングベルト５０が掛け渡されている。
【００４９】
下部処理室１３内には、試料としてのウェハ２２を固定する試料台としての静電チャック５１が設けられ、その静電チャック５１は整合器２８を介してバイアス用電源を供給する第２高周波電源２７に接続されている。
【００５０】
静電チャック５１は、略円盤状に形成され、中央にウェハ２２の径より小さな径の載置部が形成されており、段差となる外周部にはそれを覆う略円環状の石英プレート５２が固定されている。
【００５１】
次に、上記のように構成されたエッチング装置４０の作用を説明する。
ガス導入ポート１８，４７より導入されたガスは、エッチング室１１中で所望の圧力雰囲気にコントロールされる。エッチング室１１内のガス雰囲気が安定したところで第１高周波電源２６よりコイルアンテナ２３に電力が供給され、コイルアンテナ２３より発振された電磁波は反応管１４を透過してガス分子、原子を電離しエッチング室１１内はプラズマ状態となる。
【００５２】
図示しないコントローラは、第１高周波電源２６の発振とともにモータ４２を起動し、タイミングベルト５０を経由してプーリー４８に回転動作が伝達される。プーリー４８にはロータリコネクタ４３が固定されており、その先に固定されているコイルアンテナ２３が同時に回転する。
【００５３】
プラズマが安定して十分なイオンが生成されたところで、第２高周波電源２７より電力を供給し、ウェハ２２はイオンアシスト反応やイオン衝撃によりエッチングされる。
【００５４】
ＦｅＲＡＭ等のデバイスに代表されるＰｔ，Ｉｒ，ＰＺＴ，ＳＢＴ等の材料をエッチングした場合、それらの材料はあらゆるエッチャントと反応性が非常に低い。このため、ほとんどがイオン衝撃によるスパッタエッチでの加工となり、揮発性の分子を作らない。従って、エッチング生成物の多くはそれぞれの原子のままで試料２２より削り取られたものであり、エッチング室１１内壁つまり反応管１４の内壁に付着する。
【００５５】
このとき、コイルアンテナ２３の傾斜線３３近傍の反応管１４内壁には、容量結合によりイオンシース（ion sheath）が形成され、プラズマ中のイオンの極一部はエッチング室１１からコイルアンテナ２３の方向に向かい反応管１４内壁に衝突する。アンテナ近傍でのイオンシースの形成は、石英反応管１４に限らず、使用する電波を透過する誘電体で起こる。
【００５６】
コイルアンテナ２３の容量結合によるイオンシースで加速されたイオンと反応管１４内壁に付着しようとしているエッチング生成物は衝突し、エッチング生成物は拡散される。その結果、コイルアンテナ２３近傍には、エッチング生成物の付着量が少ない。
【００５７】
以上記述したように、本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（１）蓋１５上面に固定したロータリコネクタ４３にコイルアンテナ２３を接続し、モータ４２にてロータリコネクタ４３に同軸状に固定したプーリー４８を回動させ、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って回動させるようにした。その結果、コイルアンテナ２３を反応管１４外周に沿って精度良く回動させ、反応管１４内壁に付着するエッチング生成物の堆積レートのバラツキを抑えることができる。
【００５８】
（２）中空軸４４を有するロータリコネクタ４３を用いることで、蓋１５の温度調節と、エッチング室１１の上部からのガス導入とを行うことが可能となる。
尚、前記各実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
【００５９】
・上記各実施形態のコイルアンテナ２３の形状を、適宜変更して実施しても良い。
例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、コイルアンテナ６１を形成する。該コイルアンテナ６１は、反応管１４外周面に近接する傾斜線６２と、その傾斜線６２に連続する第１及び第２巻線６３，６４を有する。傾斜線６２は反応管１４外周と第２の距離を離してその反応管１４に沿って略１／４周するように形成されている。第１及び第２巻線６３，６４は、反応管１４外周面から第１の距離だけ離間し、傾斜線６２との接続点において反応管１４から第２の距離だけ離間する。このようにしても、上記各実施形態と同様に、傾斜線６２の接合容量成分を、第１及び第２巻線６３，６４のそれよりも大きくし、反応管１４内壁へのエッチング生成物の付着量を低減することができる。
【００６０】
また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、コイルアンテナ７１は、電力供給側から徐々に太くした傾斜線７２と、それに接続された第１及び第２巻線６３，６４を備える。このようにすれば反応管１４に対して容量性結合量の分布が均一となる。これにより、エッチング生成物の堆積レートを低くし、反応管１４内壁の堆積分布も均一となり、堆積物は剥がれ難くなる。
【００６１】
更に、コイルアンテナを、それが反応管１４外周に投影される面積を給電側端子から接地側端子に向かって徐々に大きくするように形成しても良い。
例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、均一の板厚を持つアンテナ用板材８１を給電側端子８１ａから接地側端子８１ｂに向かって幅を徐々に太くし、それを反応管１４の外周に沿ってその外周から等距離に略２ターン巻くように形成する。また、図８（ａ），（ｂ）に示すように、均一の板厚及び幅を持つアンテナ用板材８２を９０°ひねり、それを反応管１４の外周に沿ってその外周から等距離に略２ターン巻くように形成する。
【００６２】
板材８１，８２を反応管１４外周と等距離に略２ターン巻くと、それの容量性結合量は、反応管１４の投影面積を給電側端子８１ａ，８２ａから接地側端子８１ｂ，８２ｂに向かって徐々に大きくすることで、容量性結合量の分布が均一となる。これにより、エッチング生成物の堆積レートを低くし、反応管１４内壁の堆積分布も均一となり、堆積物は剥がれ難くなる。
【００６３】
このように、コイルアンテナ２３を反応管１４に近づけたり、アンテナ２３の反応管１４に投影される面積を大きくすることにより、イオンシースの大きさが変更される。このため、エッチング材料やエッチャントの違いによる生成物の付着量の違いに対応して生成物の付着をコントロール可能となり、付着レートを減少させ反応管１４の洗浄周期を長期化することが可能となる。
【００６４】
・上記各実施形態のシールド板２４の形状を、適宜変更して実施してもよい。例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、シールド板９１を、反応管１４の半径方向に対して垂直な面に沿って延びる平板状に形成する。また、シールド板は少なくとも給電側の第１巻線３１に対応して設ければよく、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、給電側の第１巻線３１の内側にのみを覆う形状に形成したシールド板９２に具体化する。尚、このシールド板９２を図９（ａ）（ｂ）のシールド板９１と同様に、反応管１４の半径方向に対して垂直な面に沿って延びる平板状に形成してもよい。
【００６５】
・上記各実施形態のコイルアンテナ２３，６１，７１，８１，８２を、誘導結合型プラズマＣＶＤ装置（inductively coupled plasma enhanced CVD system）等の生成したプラズマにより試料に所定の処理を施す装置に応用して実施してもよい。もちろん、試料としてウェハ以外に、液晶表示装置（ＬＣＤ）や薄膜磁気ヘッド（ＴＦＨ）などの製造工程に用いられるエッチング装置および化学的気相堆積（ＣＶＤ）装置に具体化してもよい。
【００６６】
・上記各実施形態では、エッチング室１１を固定し、反応管１４の外周に沿ってコイルアンテナ２３を回動させるようにしたが、コイルアンテナ２３を固定し反応管１４を回動させるようにしてもよい。また、コイルアンテナ２３及び反応管１４を、ともに水平回動させるようにしても良い。このようにしても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
・上記各実施形態におけるコイルアンテナ２３と反応管１４との相対移動は水平回動のみならず、上下移動、水平回動及び上下移動を行うようにしてもよい。
・上記実施形態において、コントローラ３０でコイルアンテナ２３の移動速度を可変するようにしてもよく、これにより、性質の異なるエッチング生成物の堆積速度を減少させることが可能となる。
【００６８】
・上記各実施形態では、コイルアンテナ２３を略２ターン状に形成したが、略１ターン状又は略３ターン以上の形状に形成しても良い。
・上記各実施形態において、コイルアンテナ２３の第１及び第２巻線３１，３２と反応管１４外周との間隔を相違させても良い。例えば、第１巻線３１の間隔を第２巻線３２の間隔より長くする。これにより、第１巻線３１の容量性結合量と第２巻線３２のそれとを略同一にすることができ、エッチング生成物の堆積レートをほぼ均一にすることができる。
【００６９】
・上記第一実施形態において、上部処理室１２を釣り鐘形状の石英ベルジャにより構成したプラズマ装置に具体化してもよい。
・上記各実施形態において、容量性結合を調整していないコイルアンテナを用いて実施してもよい。
【００７０】
・上記各実施形態のシールド板２４，９１，９２を、ＣＶＤ装置(Chemical Vapor Deposition System)やＰＶＤ装置(Physical Vapor Deposition System)等の薄膜形成装置に適用しても良い。また、上記各実施形態のコイルアンテナ２３を各種薄膜形成装置に適用しても良い。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、安定して連続処理を行うことが可能な誘導結合型プラズマ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一実施形態のプラズマエッチング装置の概要図である。
【図２】 高周波アンテナ及びシールドの説明図である。
【図３】 シールド及び反応生成物の説明図である。
【図４】 第二実施形態のプラズマエッチング装置の概要図である。
【図５】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図６】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図７】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図８】 別の高周波アンテナの説明図である。
【図９】 別のシールドの説明図である。
【図１０】 別のシールドの説明図である。
【符号の説明】
１４ 反応管
２３ コイルアンテナ
２４ シールド板
２９ 駆動手段
３１ 巻線としての第１巻線
３２ 巻線としての第２巻線
３３ 傾斜線
Claims (7)
- 誘電体よりなり円筒部分を有する形状に形成された反応管と、
前記反応管の周囲に配置され、前記反応管の内部にプラズマを発生させる高周波アンテナと、
前記反応管内部に該反応管の周方向に沿って少なくとも１つ設けられ、該反応管内面に付着する反応生成物を分断するシールド板と、
前記高周波アンテナと前記反応管の少なくとも一方を他方に対して該反応管の外周に沿って相対移動させる駆動手段と、
を備え、
前記高周波アンテナは前記反応管の外周に沿って設けられた巻線と、該巻線よりも前記反応管外周に近接させるとともに該反応管との距離を上端から下端まで等しく形成された斜線部と、を有し、
前記反応管内の試料台に載置された試料を前記プラズマにより処理することを特徴とする誘導結合型プラズマ処理装置。 - 前記シールド板は、前記反応生成物を前記高周波アンテナに対し垂直に分断することを特徴とする請求項１記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
- 前記シールド板は、前記高周波アンテナの給電部付近の前記反応生成物を分断するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
- 前記高周波アンテナは互いに平行に配置された複数の巻線と、前記複数の巻線間を接続する傾斜線とを含み、
前記シールド板は少なくとも給電側の前記巻線付近の前記反応生成物を分断するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちの何れか一項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。 - 前記シールド板は、前記反応管の内面周方向に沿って延びるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちの何れか一項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
- 前記シールド板は、前記反応管の半径方向と垂直な面に沿って延びる平板状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のうちの何れか一項記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
- 誘電体よりなり円筒部分を有する形状に形成された反応管と、
前記反応管の周囲に配置され、均一の板厚を持つアンテナ用板材を給電側端子から接地側端子に向かって幅を徐々に太くし、それを前記反応管の外周に沿ってその外周から等距離に２ターン巻くように形成され、前記反応管の内部にプラズマを発生させる高周波アンテナと、
前記反応管内部に該反応管の周方向に沿って少なくとも１つ設けられ、該反応管内面に付着する反応生成物を分断するシールド板と、
前記高周波アンテナと前記反応管の少なくとも一方を他方に対して該反応管の外周に沿って相対移動させる駆動手段と、を備え、
前記反応管内の試料台に載置された試料を前記プラズマにより処理することを特徴とする誘導結合型プラズマ処理装置。
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