JP4901412B2

JP4901412B2 - プラズマ閉込め装置及びプラズマの閉込め方法

Info

Publication number: JP4901412B2
Application number: JP2006279999A
Authority: JP
Inventors: 圖強倪; 金元陳; 青錢; 越虹付; 朝陽徐; 旭升周; 曄王
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Asia
Current assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Asia
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP2007110135A; US20070085483A1; US8608851B2; KR100875796B1; US10187965B2; KR20070041379A; US20140103805A1

Description

本発明は、半導体工程で使用するプラズマ閉込め装置及び関連のプラズマ閉込め方法に関し、詳細には、プラズマ処理装置内の処理区域に電場シールドを提供する処理に関する。

半導体基板の製造または様々なタイプのフラットパネルディスプレイに関連するプラズマ処理装置及び類似装置の使用は周知の通りである。この点において、そのような装置は１組の原則的に平面の電極を収容する容器を含み、それら電極は二極間に反応空間を定義するため実質的に平行な関係で配置される。一方の電極上に処理される半導体ウエハが設置される。そのような処理を行なうため、適切な気体媒体が容器内に導入され、且つ、１つまたはそれ以上の適切な高周波電圧がその１組の電極に印加されて放電が生成され、それら電極間にプラズマが形成される。このプラズマがエッチングまたはその他適切な方法で半導体ウエハを適切に処理する。

上述のような容器は、当然、それ以前に半導体ウエハ上に被覆された材料をエッチングするために用いたり、或いは同じ半導体ウエハ上に材料を被覆するために用いたりすることができる。これら先行技術の装置において、特に容量性プラズマ処理装置においては、高周波電力が電極のいずれかまたは両方に供給され、それら平行な電極間に容量放電が発生する。効率と均一性の観点から、原則的に２個の電極間の相互作用空間に形成されたプラズマを閉じ込めることが重要であることは良く知られている。しかしながら、プラズマの一部が処理容器全体を通り抜けたり、移動したりすることがあることも理解されている。これが発生すると、これら離れた区域で侵食や蒸着が起こり、反応容器内でパーティクル汚染を引き起こし、その同じ反応容器の性能と歩留まりを低下させることがある。さらに、この蒸着や侵食が処理装置またはその構成部品の寿命を短縮してしまうことにもつながることがある。前述に加え、プラズマを処理区域内に閉じ込めることができない場合、プラズマによって作られた帯電粒子が反応容器の保護されていない区域に衝突し、更なる不純物や粒子状物質、汚染が引き起こされ、その容器内で処理される半導体基板の表面の汚染につながる場合がある。

先行技術には装置のさまざまな例及びプラズマの閉込めに関連する問題の解決に取り組んだ方法が示されている。例えば、米国特許第６,５６２,１８９号は、参照することにより本文に含まれるその内容において、プラズマ閉込め磁気組み立て部材を用い、プラズマの拡散を阻止するプラズマ容器が開示されている。この処理は、一定程度の成功を収めることができるが、磁石の磁場が強すぎる場合、処理される半導体基板上に配置された電気的感度が高い部材に損傷を与える可能性があることがその主な欠点となっている。当然、そのような組み立て部材に使用される磁石が弱すぎれば、プラズマ拡散を効果的に閉じ込めることができず、上述のような汚染を招く結果となる。前述に加え、米国特許第５,５３４,７５１号のプラズマエッチング装置は、相互間にスロットを形成するため間隔をおいて配置された石英リングの積み重ねを含み、装置の２個の電極間の相互作用または反応空間を取り囲むようにそれらが配置される。開示された処理においては、イオンや電子などの帯電粒子が前述の石英リングに設けられた狭い隙間を通過するとき、たくさんの帯電粒子が石英リングの表面に衝突し、プラズマ拡散を実質的に閉じ込める。しかしながら、この処理は帯電粒子の処理区域外へのリーク、或いは電磁波のリークを完全に防ぐことはできず、また処理区域外部でリークした帯電粒子の二次的高周波放電を防止することもできないことがこの装置の主な欠点である。この結果、汚染が形成されてしまう。

前述に加え、米国特許第５,９９８,９３２号はプラズマ処理容器内で放散されたプラズマを除去するためのフォーカスリングに関するもので、接地された導電延伸部を利用して処理区域外部の等電位線の密度を実質的に減少するというものである。この装置は主に、リークした帯電粒子が処理区域外部の反応容器壁面に衝突するのを減少し、不要なプラズマの生成を防止するものである。この不要なプラズマは処理区域外部の電場により引き起こされるものである。しかしながら、実際は、この方法では処理区域外部の電場形成を完全に防ぐことができないことが示されている。

さらに、米国特許第６,１７８,９１９号においては、穿孔を備えたプラズマ閉込めリング及びプラズマ反応器が開示されており、これは反応ガスを処理区域から逃がすための開口または孔を含む導電材料から成る封止リングを含む。この導電封止リングは接地されており、排出反応ガスの電子を吸収して電荷を中和し、これによりプラズマ中の電子の数を減少し、さらに処理区域内のイオン密度を増加するものである。この装置は一定程度の成功を収めることはできるものの、導電封止リング表面上へのプラズマのイオンの衝突が容器内での汚染形成とその他放電を引き起こすことがある。

上述のように、先行技術の詳細な検討から分かるように、プラズマの閉込めには主に２つの既存方法が業界で用いられている。１つ目の方法は絶縁封止リングでプラズマ排気ガスを物理的に阻止し、プラズマを閉じ込める方法である。そして２つ目の方法は結果的電場を調整しプラズマを閉じ込める方法である。

先行技術による装置及び実施、及び前述で用いられる方法に付随する欠点を回避するプラズマ閉込め装置及びプラズマの閉込め方法が、本発明の主題とするものである。

本発明の第一の目的は、相互間が所定の間隙関係に配置され、プラズマ処理装置の処理区域を囲む複数の電気絶縁部材と、前記処理区域に対し電場シールドを形成する少なくとも１つの導電・接地部材を含み、そのうち、前記電気絶縁部材が複数の通路を有し、前記絶縁部材が前記導電・接地部材と少なくとも部分的に一体を成す、プラズマ閉込め装置を提供することにある。

本発明の第二の目的は、内部空洞を定義する容器と、処理区域の方向に面した第一表面と、処理区域の逆に面した反対側の第二表面を備え、且つプラズマ処理装置の処理区域に隣接して配置された電気絶縁部材と、前記電気絶縁部材の第二表面とそれぞれが一体を成し、相互間が電気的に接続かつ接地され、処理区域に対し電場シールドを形成する複数の導電・接地部材とを含むプラズマ閉込め装置であって、そのうち、電気絶縁部材内に前記第一及び第二表面間に伸びる複数の通路が形成され、前記プラズマ閉込め装置が処理区域の周辺端部周囲に位置する、プラズマ閉込め装置を提供することにある。

本発明の第三の目的は、電気接地部材と、前記電気接地部材上に配置され、且つそれに対し電気的に絶縁された導電・接地部材とを含み、そのうち、前記導電・接地部材が処理区域と排気区域間でプラズマが通過する複数の通路を定義し、且つ、前記プラズマが荷電種と中性種を有し、前記複数の通路が荷電種をクエンチし、中性種を通過させる大きさである、プラズマ閉込め装置を提供することにある。

本発明の第四の目的は、自身を通る少なくとも１つの通路を定義する電気接地部材と、前記電気接地部材に対し少なくとも一部を被覆するよう配置された絶縁層と、前記絶縁層上に位置し、前記電気接地部材に対し間隙を設けて配置され、且つ相互間が間隔をあけて実質上同軸に配置された複数の第一導電リングと、相互間が間隔をあけて実質上同心に配置され、前記複数の第一導電リングと嵌合されて相互に組み込まれる複数の第二導電リングとを含み、そのうち、前記複数の第一及び第二導電リングが複数の通路を定義し、前記複数の通路がプラズマ内で形成され、そこを通過する帯電粒子の平均自由行路長さより大きい長さ寸法を有する、プラズマ閉込め装置を提供することにある。

本発明のプラズマ閉込め装置及びプラズマの閉込め方法は、本発明の一実施例において、相互間に所定の間隔をあけて配置され、プラズマ処理装置の処理区域を囲む複数の電気絶縁部材を含み、複数の通路が前記絶縁部材間に形成され、少なくとも１つの導電・接地部材が処理区域に対する電場シールドを形成する。

本発明の上述及びその他特徴について、以下、詳細に説明する。

以下、本発明の最良の実施例について、図面に基づき説明する。

本発明のこの開示は、米国特許法「科学及び有用な技術の促進」(第８節第１項)という憲法上の目的の増進のために提出されるものである。

図１に本発明のプラズマ閉込め装置１０の実施例１を示す。本発明はプラズマ処理装置１１と一体を成すものである。図１から図８に示すように、プラズマ処理装置１１は垂直方向に円筒状に形成された側壁１３を備えた処理容器１２を含む。本発明の一実施例において、この処理容器は導電性を持つ。側壁１３は外側表面１４と反対側の内側表面１５を備えている。さらに、プラズマ処理容器１２は内側表面２１により一部が形成される上部２０と、内側表面２３を有する底部２２を備えている。前記上部２０は前記側壁１３に接続される。前記底部２２は周辺端部２４を備えている。図１と、図１から図８の本発明のいくつかの実施例に示すように、間隙または空間２５が周辺端部２４と側壁１３の内側表面１５間に設けられる。前記処理容器１２の内側表面１５、２１、２３は、内部空洞３０を形成し、その内部で半導体ウエハやその他組み立て部材が処理される。

図１から図８に示すように、第一または上部電極３１が上部２０の内側表面２１上に取り付けられ、第二または下部電極３２が底部２２の内側表面２３上に取り付けられる。ここで理解すべきは、プラズマ処理装置１１が前記第一または上部電極３１と第二または下部電極３２の間を処理区域３３として定義する点である。先に述べたように、第一または第二の電極のいずれか、或いは両方に供給される電位(RF)は、処理区域３３におけるプラズマの形成及び維持を発生、励起または促進することができる。このプラズマは中性種と荷電種の両方を含むことができる。図面に示すような構成において、半導体ウエハ(図示しない)などの処理されるワークピースは第二または下部電極３２の上方に配置される。このワークピースはエッチングを施す半導体基板やフラットパネルディスプレイのガラスパネルとすることができる。反応ガス（図示しない）がその後気体導入ポート（図示しない）により内部空洞３０に導入される。上述のように、１つまたはそれ以上のリモート高周波電源が高周波電力を下部電極３２、上部電極３１または両方の電極に供給し、内部空洞３０、より特定的には処理区域３３内に電場が生成される。ここで理解されるべきは、第一または上部電極３１と第二または下部電極３２間に形成される電場は処理容器１２内で電子を加速させる効果があり、これら電子を内部空洞３０内に導入された反応ガスの粒子に衝突させ、中性種と荷電種を形成させることができる。この衝突が反応ガスをイオン化し、結果的にプラズマが刺激される。反応ガスの中性粒子は第一及び第二電極３１、３２間に形成された強い電場で電子が失われ、正電荷が残存することがよく知られている。そしてこれら正電荷イオンが下部電極３２に向かって加速され、ワークピースに蒸着法で一体化された材料と化学的に結合させたり、またはエッチングなどその他工程を行なうことができる。

特に図１-３の本発明のプラズマ閉込め装置１０の一実施例に示すように、本発明のプラズマ閉込め装置１０は、第一または上部電極３１と下部電極３２の間に位置する処理区域３３内でプラズマ放電を形成し、処理区域３３外部における不要な二次プラズマ放電を最小にするために用いられる。これらの図に示すように、本発明のプラズマ閉込め装置１０は処理区域３３の周囲または周辺に位置しており、且つ、処理区域３３と下で述べる排気区域の間に配置されている。これらの図に示す配置において、本発明のプラズマ処理装置１１はさらに底部２２の周辺端部２４と、処理容器１２の内側表面１５間に形成される間隙２５に対して流体が流れる関係に配置された第一吸気端３５を有する排気路３４を含む。さらに、排気路３４は他端に第二排気端３６を有する。この排気路３４は内部空洞３０内で用いられた使用済み反応ガスを吸引し排出することができる排気装置または気体移動アッセンブリ３７に接続される。この排気路と排気装置がプラズマ処理装置の排気区域をおおむね定義する。図１から図８の本発明のいくつかの実施例に示すように、プラズマ閉込め装置１０は底部２２の周辺端部２４と側壁１３の内側表面１５の間に形成される間隙または空間２５内に、且つ少なくとも一部間隙または空間２５を塞いで位置する。これらの図から分かるように、この位置における本発明の方向は、プラズマ処理装置１１を内側表面１５と第二または下部電極３２の周辺端部２４の間に配置させる。

図１から図８に示す本発明のプラズマ閉込め装置１０は、相互間が所定の間隙関係に配置され、プラズマ処理装置１１の処理区域３３の周辺端部を囲み、処理区域３３と排気路３４及び排気装置３７により形成される排気区域の間に配置された複数の電気絶縁部材を含む。この点について、これら複数の絶縁部材４０は、少なくとも一部が、SiC、Si3N4、Al2O3ｍAlN、Si3N4を含むグループから選択された材料から製造される。各絶縁部材は、おおむね処理区域３３の方向に面した第一または上表面４２と、前記処理区域３３の逆に面した反対側の第二表面４３を有する本体４１を備えている。さらに各絶縁部材は、おおむね平面であり、且つ第一表面４２に対して実質的な垂線である相反する側壁４４を備えている。ここで理解されるべきは、以下で述べるにつれてよりはっきりと示されるように、これら側壁４４は他の形状とすることもできる。さらに図１から図８に示すように、本発明のいくつかの実施例においては、本体４１の内部に空洞４５が設けられ、そこに以下の段落で詳しく説明される導電・接地部材が収容される。加えて、少なくとも１つの電気絶縁部材４０が前記処理区域３３で生成されるプラズマの少なくとも一部に接触して配置されることをここで述べておく。

図面及び本発明の一実施例に示すように、複数の狭い通路５０が各絶縁部材４０間に設けられる。さらに、本発明の別の一実施例に示すように、例えば図５において、少なくとも１つの電気絶縁部材４０はその内部に複数の通路５４を設けることができる。図に示すように、各狭い通路５０は処理区域３３、内部空洞３０に対し流体が流れる関係に配置された第一端５１と、排気路３４に対し流体が流れる関係に配置された第二端５２を備えている。これら通路は、本発明の一実施例において、大体真っ直ぐで均一の寸法の通路とする。但し、側壁４４の形状により、通路は湾曲状や角ばった形状などその他の形状をとることができる。ここで理解されるべきは、気体移動アッセンブリまたは排気装置３７が処理区域３３から各狭い通路５０と排気路３４を通って反応副産ガスを吸引する点である。図に示す配置のように、複数の絶縁部材４０は、本発明の実施例の１つにおいて、個別の同心絶縁リングとすることができ、本発明のこの実施例の通路５０は、図３に示すように連続的な同心の通路５３であるものとする。本発明の別の実施例において、電気絶縁部材４０は単一の部材とすることができ、複数の狭い通路５０は図５に示すように、個別の大体円形の通路５４とすることができる。且つ/または、図７に示すような線状の狭い通路５５とすることもできる。先に述べたように、プラズマ処理装置１１は反応ガスをソースとして、帯電粒子または種を持つ気体プラズマを処理区域３３内で生成する。これら帯電粒子は処理区域内で形成されたプラズマ中で移動し、それぞれが平均自由行路長さを持つ。間隔をあけて設けられた各絶縁部材４０間に形成された狭い通路５０は、プラズマ中の帯電粒子の平均自由行路長さより長い寸法を備え、これにより内部空洞３０またはプラズマ処理装置１１の処理区域３３の外部でプラズマが生成されるのを防ぐ。例えば、図１から図４、図６及び図８に示すように、処理区域３３は周辺端部５６によりおおよそ形成され、複数の電気絶縁部材４０は処理区域３３の周辺端部５６周辺に位置し、且つ、プラズマ処理装置１１の方向に面した第一表面４２を備えている。

本発明のプラズマ閉込め装置１０はさらに、少なくとも１つの導電・接地部材６０を含み、処理区域３３に対し電場シールドを形成することができる。図に示す配置のように、絶縁部材４０は導電・接地部材６０と少なくとも一部が一体を成す。図においては、少なくとも１つの前記導電・接地部材が複数の導電・接地部材から構成されることもある点に留意する。さらに、各絶縁部材４０は、各導電・接地部材６０と少なくとも一部が一体を成すものとする。本発明のいくつかの実施例においては、複数の導電・接地部材６０は個別の導電リングから構成されることもある。図１から図８に示す配置においては、本発明の実施例の１つとして、複数の導電部材６０は通常相互間が電気的に接続され、さらに接地された処理容器１２に電気的に接続される。また、図１から図８に示すように、本発明の別の実施例においては、複数の導電部材６０は相互間が電気的に接続され、さらに接地された下部電極３２の殻体(図示しない)に電気的に接続される。さらに、本発明のまた別の実施例においては、導電・接地部材６０は相互間が電気的に接続され、且つ処理区域３３に対する電場シールドの形成を促進するグリッド構造を形成することができるよう接地される。図２に示すように、本発明の一実施例においては、各導電・接地部材６０は上表面６２を備えた本体６１を含む。図２に示すように、本発明の一実施例においては、前記上表面６２は空洞４５に嵌入される突出部６３を備えている。さらに、本体６１は底面６４と側壁６５を含み、これら側壁は図１から図８に示す本発明のいくつかの実施例において、少なくとも一部が前述の複数の狭い通路５０の一部分を形成する。上述のように、本発明のいくつかの実施例において、複数の導電部材は各電気絶縁部材４０の第二表面４３と一体を成し、さらに、それらは相互間が電気的に接続され、且つ接地されて接地された処理区域３０の電場シールドを形成する。

図１に最もよく示されるように、本発明の一実施例においては、少なくとも１つの導電・接地部材６０が少なくとも１つの電気絶縁部材４０に形成された空洞４５内に大体が挿入される。図２に示すように、本発明の別の実施例においては、少なくとも１つの導電部材６０が表面エリアを備え、この表面エリアは少なくとも１つの絶縁部材４０により少なくとも一部が被覆される。個別の各導電部材６０は、本発明のいくつかの実施例においては、個別の導電リングから構成される。図２に示す配置においては、導電部材６０の表面エリアの一部、より特定すると側壁６５の部分が、複数の導電部材間に形成された少なくとも１つの狭い通路５０に露出される。図１及び図４に最もよく示される本発明の別の実施例においては、少なくとも１つの導電部材６０が電気絶縁部材内に大体完全に挿入される。本発明の別の実施例においては、図６に示すように、少なくとも１つの導電部材６０が少なくとも１つの絶縁部材４０により少なくとも一部が被覆された表面エリアを備え、さらに、複数の電気絶縁部材間に形成された少なくとも１つの狭い通路５０に露出された表面エリアを備えている。本発明のさらに別の実施例において、導電部材６０は通路に露出された部分を含み、且つ、導電部材のその他部分は絶縁部材４０に形成された空洞４５内に完全にまたは大体において挿入される。本発明の一実施例において、少なくとも１つの導電・接地部材６０の一部表面エリアが、絶縁部材４０により少なくとも一部が被覆された区域の通路５０の一つに露出される。

図１から図８に示すように、本発明のプラズマ閉込め装置１０は、プラズマ処理容器１２からの反応ガスの迅速な吸引と、プラズマ放電の処理区域３３への効果的な閉込めを同時に促進することができる。前述のように、各絶縁部材４０は第一または上表面４２と、一部が複数の絶縁部材４０間に位置する狭い通路５０を形成する側壁４４を備えている。ここで理解されるべきは、プラズマ中に形成された帯電粒子または種が、空洞３０から排気装置３７により送りこまれ放出されたとき、通常各絶縁部材４０の第一または上表面４２に衝突する。上表面４２に衝突しない帯電粒子は、各狭い通路５０へと移動する。粒子、分子、または種の平均自由行路長さと、狭い通路５０の寸法及び数から見ると、処理区域３３から逃げたプラズマの帯電粒子は、各狭い通路５０を通過するとき少なくとも一回、通常は数回衝突する。ここで理解されるべきは、これら衝突が処理区域３３から逃げた帯電粒子上の電荷を中和する点である。その結果、処理区域外部へリークする帯電粒子または種の数が大幅に減少または完全に排除される。従って、プラズマ放電が処理区域３３のみに閉込められる。このため、処理区域３３外部及び排気区域内のあらゆるプラズマ放電は完全に排除される。前述の内容において特記すべきは、前記複数の導電・接地部材は、前述のように、接地された処理容器１２、または接地された第二または下部電極３２の殻体に接続される点である。これら接地された導電部材６０はその側壁６５に衝突する逃げた帯電粒子を吸収することができ、これにより電荷が中和され、処理区域３０外の二次プラズマを防止する。前述に加え、複数の電気的に接続され接地された導電部材６０は、グリッド構造とその結果として生じるRFが駆動する電場、即ち、処理区域３３外部及び下部電極３２の半径に沿って漂遊または別の形態で位置する漂遊電場を遮断するRF電場シールドを形成するよう接続される。処理区域３３外部の漂遊電場密度の減少は、二次プラズマの生成を大幅に減少できることが発見されている。このため、本発明のプラズマ閉込め装置１０は、処理区域３０内で形成されたプラズマから逃げた帯電粒子または種を吸収・中和するだけでなく、漂遊電場を遮断することもでき、それにより処理区域外部における電場強度を減少し、二次プラズマの生成を除去または減少することができる。このため、本発明はいくつかの閉込めメカニズムを提供する。第一の閉込めメカニズムは、上述の狭い通路５０に関するものであり、第二の閉込めメカニズムは処理区域３３外部の不要なプラズマを効果的に減少する導電・接地部材６０に関するものである。

図１から図８に示すように、本発明のプラズマ閉込め装置１０は複数の実施例があり、且つ、それらにおいて各導電・接地部材６０は、図１、図４、図６、図８に示すようにほぼ完全に各絶縁部材４０内に収容される。またはさらに、例えば図２に示すように、導電部材の本体６１の一部が各狭い通路５０に露出される。さらに、図６に示す本発明の別の実施例においては、複数の絶縁部材４０は一部が側壁１３に沿って配置される。図８に示す本発明のさらに別の実施例においては、本発明のプラズマ閉込め装置１０が処理容器１２の側壁１３に取り付けられるか、或いは側壁１３と一体を成す。図１から図８に示すように、本発明のすべての実施例において、狭い通路５０の寸法は、処理区域３３で生成されたプラズマからの帯電粒子または種が狭い通路５０を通過するとき、帯電粒子によって覆われている距離がそれらの平均自由行路長さより大きいように設計されている。これにより、実質的に帯電粒子が処理区域から逃げないようにし、二次プラズマが形成されないようにする。上述の複数の導電部材６０は、矩形、三角形、逆T字形、指先形など、さまざまな形態とすることができる。前述のように、本発明の狭い通路５０は円孔、溝、または同心リングとすることができる。さらに、複数の絶縁部材４０間に形成された狭い通路５０は、線形、湾曲状、角ばった形状とすることができる。本発明はさまざまな設計のプラズマ処理蒸着装置やプラズマエッチング装置に用いることができる。

このため、本発明の広範な態様の一つは、プラズマ処理装置の処理区域３３と排気区域３４、３７間に配置されたプラズマ閉込め装置１０に関するものであり、このプラズマ閉込め装置１０は、複数の通路５０を備えた少なくとも１つの電気絶縁部材４０と、前記処理区域３３に対し電場シールドを形成する少なくとも１つの導電・接地部材６０を含み、そのうち、前記電気絶縁部材４０は、少なくとも一部が、前記導電・接地部材６０と一体を成して設けられる。

本発明のプラズマ閉込め装置７０の別の実施例を図９及び図１０に示す。これらの図に示すように、図９及び図１０に示すプラズマ閉込め装置７０は、本発明の前述の実施例に関し説明されたプラズマ処理装置と同様のプラズマ処理装置に用いられる。図９及び図１０に示すプラズマ閉込め装置７０は、プラズマ処理装置の処理区域と排気区域間に配置される。これらは本発明の理解を促すため図面には示さない。図９及び図１０に示すプラズマ閉込め装置７０は、一つには、電気接地部材７１を含む。電気接地部材７１は先行技術でよく知られる方法で地面に接地される。加えて、電気接地部材７１は外側周辺端部７２と、通常プラズマ処理装置内の下部電極を囲む（図示しない）反対側の内側周辺端部７３を備えている。さらに、電気接地部材７１は上表面７４と、反対側の底面７５を備えている。図に示すように、複数の通路７６は所定のパターンで電気接地部材７１内に形成され、上表面７４と底面７５の間に延伸される。ここで理解されるべきは、電気接地部材７１図示されていないプラズマ処理装置の処理区域と排気区域間に配置される点である。ここで理解されるべきは、プラズマを励起するためプラズマ処理装置の処理区域に高周波放出が供給される点である。電気接地部材７１は、本出願で前述された有害な作用を回避するため、高周波放出がプラズマ処理装置の排気区域に到達するのを実質的に妨げる。

図１０に最もよく示されるように、本発明のプラズマ閉込め装置７０は、電気接地部材７１の上表面７４に配置される、または上表面７４を一部被覆する、絶縁層８０を含む。図１０に示すように、絶縁層８０は周辺端部７２外側に対して内側に、ほぼ放射状に延伸される。絶縁層８０は図に示すように一層とするか、多層とすることができる。絶縁層８０上には導電性サポートリング９０が配置または設置される。この導電性サポートリング９０は、電気接地部材の周辺端部７２外側に対して実質的に同一平面上にある外側周辺端部９１と、間隔をおいて配置された内側周辺端部９２を備えている。複数の導電部材１００と一体を成す導電性サポートリング９０は、各導電部材１００を電気接地部材７１に対し所定の間隔をおいて、且つ電気接地部材７１から電気的に絶縁して位置させ、複数の導電部材１００が処理中接地から電気的に浮遊するようにする。複数の導電部材はここでは間隔をあけて設けられた実質的に同心の複数のリング１０１とし、これら同心リング１０１は複数の通路１０２を相互間に形成し、且つ、電気接地部材７１に形成された複数の通路７６に対して流体が流れる関係に接続される。このため、通路７６と１０２は、プラズマ処理装置の処理区域でプラズマを形成するために用いられる処理気体を処理区域から移動させ、プラズマ処理装置の排気区域へと向かわせる流体通路をそれぞれ形成する。前記導電部材１００は、本発明の一実施例として、ドープされた半導体材料から作ることができる。この構成において、半導体材料のドープ処理は半導体材料の導電性を向上する。

ここで理解されるべきは、図１０に示すように、且つ、本発明の前述の内容と一貫して、複数の同心リング１０１により形成される各通路１０２は、プラズマ処理装置の処理区域内で形成されるプラズマ中に存在し得るあらゆる荷電種の平均自由行路長さより大きい長さ寸法を有する。このため、プラズマが処理区域から排気区域へと通過するに従って通路１０２を通過するあらゆる荷電種は、複数の導電性同心リング１０１に衝突しやすく、これにより、荷電種がプラズマ処理装置の排気区域に到達する前に荷電種をクエンチする。図９及び図１０に示すように、本発明において、ここでは複数の導電性同心リング１０１として示される導電部材１００の表面は、プラズマ処理装置の処理区域内で生成されるプラズマによるエッチングに耐性を持つ材料で被覆するか、或いはその中に封入することができる。これについては以下でより詳細に説明する。本発明の一実施例において、複数の導電部材１００の表面を被覆する材料はY２O３から成るものとできる。この表面の被覆により、導電部材１００がプラズマによりエッチングされ、粒子を作ることがないようにすることができる。本発明のさらに別の一実施例において、導電部材１００は穿孔または孔が形成された板体とすることができ、これは本出願で説明された本発明の前述の実施例と同様である。

本発明はいくつかの代替的実施例が可能であり、例えば、プラズマに接触する電気接地部材７１と複数の導電リング１０１の表面は、陽極酸化してエッチングに耐性を形成し、且つ表面上に絶縁層を形成することができる。陽極酸化は金属上に保護性の酸化被膜を形成する一種の電気分解である。陽極酸化は、金属表面上に丈夫な被膜を形成したり、金属に対し電気的絶縁及び腐蝕を与えたりすることを含む、いくつかの作用を果たす。本発明の一実施例において、複数の導電部材１００、導電サポートリング９０、電気接地部材７１はアルミニウムから成り、絶縁層８０は、電気接地部材７１に面した導電サポートリング９０を陽極酸化するか、或いは導電サポートリング９０に面した電気接地部材７１表面を陽極酸化するかで形成したアルミニウム陽極酸化層とする。本発明の別の一実施例においては、これら構成のすべての表面エリアを陽極酸化することができる。これにより、導電部材１００が処理中接地から電気的に浮遊するようにする。また、本発明のさらに別の一実施例において、プラズマの方向を向いた、またはあらゆるプラズマに接触する複数の導電リングの表面エリアをまず陽極酸化し、それからエッチングに耐性を持つY２O３で被覆することができる。前述に加え、電気絶縁スペーサリング(図示しない)を導電サポートリング９０と下の電気接地部材７１間に設置することができる。これにより、導電部材１００が接地から電気的に浮遊するようにする。本発明のこの実施例において、絶縁層８０は前記電気絶縁スペーサで代替することができる。この電気絶縁スペーサは、同様に導電部材１００を接地から電気的に浮遊させる。

このため、プラズマ処理装置で用いられ、プラズマ処理装置の処理区域と排気区域の間に配置されたプラズマ閉込め装置７０は、電気接地部材７１と、電気接地部材上に配置され且つ電気的に絶縁された導電部材１００を含み、前記導電部材１００はさらに、プラズマ処理装置の処理区域と排気区域間を通る、荷電種と中性種を持つプラズマが通過する複数の通路１０２を形成し、且つ、前記複数の通路は荷電種をクエンチし、中性種を通過させる大きさとする。プラズマ閉込め装置７０は、図９及び図１０に示すように、上表面７４を備えた電気接地部材または板体７１がプラズマ処理装置の処理区域と排気区域の間に配置され、さらに接地された板体の上表面７４を一部被覆するよう配置された絶縁層８０を含む。本発明はさらに、隙間をあけて相互間が電気的に接続され、且つ処理区域と排気区域間に配置された複数の導電部材１０１を含み、少なくとも１つの導電部材が少なくとも一部、前記絶縁層８０上に設置される。

図１１及び図１２に本発明の別の実施例１１０を示す。これらの図に示すように、本発明のこの実施例１１０は、電気接地部材１１１を含む。電気接地部材１１１は連続しない外側周辺端部１１２と、実質的に連続した反対側の内側周辺端部１１３を備えている。さらに、電気接地部材１１１は上表面１１４と、反対側の底面１１５を備えている。加えて、複数の通路１１６が電気接地部材１１１に形成され、上表面１１４と底面１１５間に延伸される。前述されたものと同様に、電気接地部材１１１は、図１２に一部示されるプラズマ処理装置１１７の処理区域と排気区域間に配置される。

図９及び図１０に示される本発明の実施例７０同様に、本発明は図１１に一部示されるように、電気接地部材１１１の上表面１１４を少なくとも一部被覆して配置された絶縁層１２０を含む。絶縁層１２０上には、第一部分または複数の間隔を備えた同心の導電部材１３０が配置または支持される。先に述べたように、前記導電部材は、本発明の一実施例において、ドープされた半導体材料から作ることができる。図１１及び図１２において、第一部分または複数の間隔を備えた同心の導電部材１３０は、相互間に所定の間隔をおいて配置された同心リングとして示される。前記間隔を備えた同心の各導電部材１３０は上端１３１と反対側の下端１３２を備えている。さらに、前記の間隔を備えた同心の導電部材１３０間に複数の通路１３３が形成され、以下の段落で詳細に説明される第二部分を収容することができる。加えて、図１１に示すように、間隔を備えた同心の導電部材１３０の上端１３１には複数の間隔をあけて設けられた切欠区域１３４が形成される。さらに、複数の間隔を備えた同心の導電部材１３０は、前記接地部材１１１に対して所定の間隔をあけ、複数の支持部材１３５により保持される。図面に示すように、複数の支持部材１３５は絶縁層１２０により下の接地部材１１１から電気的に絶縁される。このため、第一部分または複数の複数の間隔を備えた同心の導電部材は、電気接地部材１１１に対し所定の間隔をあけて配置され、且つ、プラズマ処理装置１１７に対し電気的に浮遊する関係で配置される。

図１１に示すように、本発明のこの実施例１１０は、第一部分または複数の導電部材１３０と嵌合されて相互に組み込まれる第二部分または複数の間隔をあけ同心に配置された導電部材またはリング１４０を含む。下で説明されるように、第一及び第二部分の複数の同心の導電部材またはリングは、相互間に複数の通路を形成し、これら通路は、プラズマ中で形成されてこれら通路を通る帯電粒子または種の平均自由行路長さより大きい長さ寸法を有するものとする。この点に関して、第二部分の複数の間隔をあけ同心に配置された導電部材またはリング１４０は、上端１４１と反対側の下端１４２を備えている。各リングの下端１４２の一部は、各第一部分の複数の間隔をあけ同心に配置された導電リング１３０の下端１３２に取り付けられるか或いはそれらと一体を成す複数の各支持部材１３５に対して配置される。図１２に最もよく示されるように、第二部分の複数の同心に配置されたリングは、各間隔をあけ同心に配置されたリングを相互間が固定され、間隔を備えた関係で保持または固定する、間隔をあけて放射状に延伸された支持部材１４３を含む。図１２に最もよく示されるように、各支持部材は、上端１３１に形成された各間隔を備えた切欠区域１３４に嵌合される。さらに、図１１に最もよく示されるように、複数の通路１４４が各間隔をあけ同心に配置されたリング１４０の間に形成される。これら通路１４４は、各間隔をあけ同心に配置されたリング１４０が、前記間隔をあけ同心に配置されたリング１３０間と、それらの間に形成された各通路１３３内に嵌合され、収容されるような寸法に形成され、配置される。図１２に示すように嵌合後、通路１４５が各第一及び第二部分の複数の間隔をあけ同心に配置された導電リング１３０と１４０の間に形成される。これら通路１４５は、前述されたように、それぞれがプラズマ中で形成されそこを通過するあらゆる帯電粒子の平均自由行路長さより大きい長さ寸法を有する。上述の説明から分かるように、第一及び第二のリングは電気的に浮遊しており、且つ、アルミニウムで形成し後で陽極酸化するか、まず陽極酸化し、その後Y２O３などプラズマによるエッチングに耐性を持つ材料で被覆することができる。

前記導電部材１００は半導体処理中に地面に対して電気的に絶縁されるため、この導電部材の電位は生成されるプラズマと実質的に同じとなる。前記導電部材１００のこの電気的状態から見ると、生成されるプラズマと劣化ガスまたは副産ガス中の帯電粒子または種は、導電部材１００上に加速して衝突またはスパッタすることが促進されない。これは、当然、半導体のスループットを下げる汚染粒子の生成を大幅に減少することができる。

以上から分かるように、本発明はプラズマ処理装置１１の処理区域から帯電粒子がリークするのを実質的に防止し、さらに処理区域外部での二次プラズマの生成を阻止する装置を提供するものである。

法律に準拠し、本発明の構造及び方法の特徴について具体的に言語で説明してきたが、ここで開示された内容は本発明を有効に作用させる最良の実施例に基づくものであり、本発明はここで示されたまたは説明された特徴に制限されることはないものとする。このため本発明は、添付の請求項の適切な範囲内におけるあらゆる実施例や修正はすべて同等物とみなす。

本発明の実施例１のプラズマ閉込め装置の簡略化された横断垂直断面図である。本発明の実施例２のプラズマ閉込め装置の簡略化された横断垂直断面図である。図１の３-３線に沿った位置からの横断垂直断面図である。本発明の実施例３のプラズマ閉込め装置の簡略化された横断垂直断面図である。図４の５-５線に沿った位置からの横断垂直断面図である。本発明の実施例４のプラズマ閉込め装置の簡略化された横断垂直断面図である。図６の７-７線に沿った位置からの横断垂直断面図である。本発明の実施例５のプラズマ閉込め装置の簡略化された横断垂直断面図である。本発明の実施例６のプラズマ閉込め装置の簡略化された横断垂直断面図である。図９の実施例のプラズマ閉込め装置の部分拡大垂直断面図である。本発明の実施例７のプラズマ閉込め装置の立体分解図である。図１１の実施例のプラズマ閉込め装置をプラズマ処理装置に設置した状態を示す部分横断垂直断面図である。

符号の説明

１０プラズマ閉込め装置
１１プラズマ処理装置
１３側壁
１２処理容器
１４外側表面
１５内側表面
２１内側表面
２０上部
２３内側表面
２２底部
２４周辺端部
２５間隙または空間
３０内部空洞
３１上部電極
３２下部電極
３３処理区域
３５第一吸気端
３４排気路
３６第二排気端
３７排気装置または気体移動アッセンブリ
４０複数の絶縁部材
４２第一表面
４３第二表面
４１本体
４４側壁
４５空洞
５０複数の狭い通路
５１第一端
５２第二端
５４円形の通路
５５線状の通路
５６周辺端部
６０導電・接地部材
６２上表面
６１本体
６３突出部
６４底面
６５側壁
７０プラズマ閉込め装置
７１電気接地部材
７２外側周辺端部
７３内側周辺端部
７４上表面
７５底面
７６複数の通路
８０絶縁層
９０導電性サポートリング
９１外側周辺端部
９２内側周辺端部
１００複数の導電部材
１０１複数のリング
１０２複数の通路
１１０プラズマ閉込め装置
１１１電気接地部材
１１２外側周辺端部
１１３内側周辺端部
１１４上表面
１１５底面
１１６複数の通路
１１７プラズマ処理装置
１２０絶縁層
１３０複数の導電部材
１３１上端
１３２下端
１３３複数の通路
１３４切欠区域
１３５複数の支持部材
１４０第二部分の複数の導電部材
１４１上端
１４２下端
１４３支持部材
１４４複数の通路
１４５通路

Claims

プラズマ処理装置で用いるプラズマ閉込め装置であって、プラズマ処理装置の処理区域と排気区域間に配置され、
電気接地部材と、前記電気接地部材上に配置され、電気的に絶縁された導電部材と、
前記電気接地部材と前記導電部材間に配置された電気絶縁層と、
を含み、前記導電部材がさらに複数の通路を形成し、前記複数の通路を介してプラズマが処理区域と排気区域間を移動し、前記プラズマが荷電種と中性種を持ち、前記複数の通路が前記荷電種をクエンチし、中性種を通過させる寸法に形成され、
前記プラズマを励起するために高周波放出が前記プラズマ処理装置の処理区域に供給され、前記高周波放出が前記プラズマ処理装置の排気区域に到達しないよう前記電気接地部材が阻止することを特徴とする、プラズマ閉込め装置。
前記電気接地部材と前記導電部材間に配置された電気絶縁スペーサを含む、請求項１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記電気接地部材または前記導電部材が、少なくとも部分的に陽極酸化された、請求項１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記導電部材がプラズマ処理装置の処理区域で生成されるプラズマによるエッチングに耐性を有する材料で被覆された、請求項１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記導電部材または前記電気接地部材が、エッチングに耐性を有する材料で導電部材上を被覆する前に、少なくとも一部が陽極酸化された、請求項４に記載のプラズマ閉込め装置。
前記電気絶縁層が、電気接地部材または前記導電部材の表面の陽極酸化または被覆のいずれかにより形成される、請求項１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記導電部材が複数の同心リングから成る、請求項１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記導電部材が、長い穿孔または孔を備えた板体から成る、請求項１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記導電部材が接地から電気的に浮遊する、請求項１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記導電部材が相互に嵌合されて前記複数の通路を形成する第一部分及び第二部分を備え、前記複数の通路がプラズマの荷電種を消滅させ、中性種を通過させる寸法に形成された、請求項１に記載のプラズマ閉込め装置。
プラズマ処理装置で用いるプラズマ閉込め装置であって、プラズマ処理装置の処理区域と排気区域間に配置され、
上表面を有する接地された板体と、
前記接地された板体の上表面を少なくとも一部被覆する電気絶縁層と、
複数の間隔をあけた導電部材と、
を含み、これら導電部材が電気的に接続され、且つ処理区域と排気区域間に配置されると共に、少なくとも１つの導電部材が前記電気絶縁層に少なくとも一部接触し、
前記接地された板体が、それを通過して延伸された少なくとも１つの通路を形成し、且つ、前記接地された板体が周辺端部部分を備え、前記電気絶縁層が前記周辺端部部分の上表面上に配置され、
前記導電部材が同心に配置された複数のリングから成り、相互間に個別の通路を形成し、前記複数の通路が前記荷電種をクエンチし、中性種を通過させる寸法に形成され、
前記プラズマを励起するために高周波放出が前記プラズマ処理装置の処理区域に供給され、前記高周波放出が前記プラズマ処理装置の排気区域に到達しないよう前記接地された板体が阻止するプラズマ閉込め装置。
前記導電部材が金属から製造され、さらにその後陽極酸化されるか、処理区域内で形成されたプラズマによるエッチングに耐性を有する材料で被覆した金属から製造される、請求項１１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記導電部材が半導電性材料から製造される、請求項１１に記載のプラズマ閉込め装置。
前記プラズマ処理装置が、処理区域を形成する導電性容器本体を備え、前記容器本体上に陽極と陰極が取り付けられ、前記陰極が導電殻体内に収容され、前記接地された板体が前記陰極の導電殻体または導電性容器本体に電気的に接続される、請求項１１に記載のプラズマ閉込め装置。
プラズマ閉込め装置であって、
自身を通り延伸された少なくとも１つの通路を形成する電気接地部材と、
前記電気接地部材を少なくとも一部被覆して配置された電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上に配置され、電気接地部材から間隔をあけ配置された第一の複数の間隔をあけ同心に配置された導電リングと、
前記第一の複数の導電リングと嵌合されて相互に組み込まれる第二の複数の間隔をあけ同心に配置された導電リングと、
を含み、前記第一及び第二の複数の導電リングの相互間に荷電種をクエンチし、中性種を通過させる寸法に複数の通路が形成され、
前記第一及び第二の複数の導電リングが接地から電気的に浮遊し、
前記プラズマを励起するために高周波放出が前記プラズマ処理装置の処理区域に供給され、前記高周波放出が前記プラズマ処理装置の排気区域に到達しないよう前記電気接地部材が阻止するプラズマ閉込め装置。
前記第一及び第二の複数の導電リングがさらに陽極酸化された金属またはY２O３で被覆された金属から成る、請求項１５に記載のプラズマ閉込め装置。