JPH04103770A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 り策よ凹五ユニ■ 本発明は、プラズマプロセス装置に関し、より詳しくは
プラズマを利用する工業技術全般、例えば、ＣＶＤ、エ
ツチング、スパッタリングを行なうためのプラズマプロ
セス装置に関する。

灸米公肢ｌ プラズマを発生させる方法には、直流放電、低周波放電
、高周波放電によるもの等があるが、これらの方法にお
いてはプラズマ中の荷電粒子（電子、イオン）のエネル
ギあるいは密度が低（、プラズマによる効果が小さいと
いう問題があった。

これに対し、マイクロ波を用いてプラズマを発生させる
マイクロ波プラズマ装置、またこのプラズマに磁界を印
加して電子をサイクロトロン運動させる有磁場マイクロ
波プラズマ装置、あるいは電子サイクロトロン共鳴を用
いる電子サイクロトロン共鳴励起（以下ＥＣＲと記す）
プラズマ装置の開発が盛んに行なわれており、これらの
装置においては、高いエネルギあるいは密度を有するイ
オンとこの衝撃により輸送される粒子とが得られるとい
う特徴がある。

特にＥＣＲプラズマ装置においては、低ガス圧で活性度
の高いプラズマを生成でき、イオンエネルギの広範囲な
選択が可能であり、また大きなイオン電流がとれ、イオ
ン流の指向性、均一性に優れるなどの利点があり、高集
積半導体素子等の製造に欠かせないものとしてその研究
、開発が進められている。

第１図はエツチング装置として構成したマイクロ波を用
いＥＣＲを利用するＥＣＲプラズマプロセス装置の縦断
面図であり、１０はプラズマ生成室を示している。プラ
ズマ生成室１０は上部壁中央に石英ガラス板１１にて封
止されたマイクロ波導入口１２を、更に下部壁中央には
マイクロ波導入口１２と対向する位置にプラズマ引出窓
１３をそれぞれ備えている。マイクロ波導入口１２には
他端が高周波発振器（図示せず）に接続された導波管１
４の一端が接続され、またプラズマ生成室１０の下方に
は反応室１５が連設され、プラズマ生成室１０およびこ
れに接続された導波管１４の一端部にわたってその周囲
にはこれらを囲繞する態様でこれらと同心状に励磁コイ
ル１６が配設されている。反応室１５内にはプラズマ引
出窓１３と対向する位置に試料台１７が配設され、その
上には円板形状をしたウェーハ等の試料１８がそのまま
、または静電吸着等の手段により着脱可能に載置され、
また反応室１５の下部壁には排気装置（図示せず）に連
なる排気口１９が形成されている。プラズマ生成室１０
ｊ−５よび反応室１５にはガス供給系２０．２１が接続
されている。

このようなエツチング装置においては、プラズマ生成室
１０内にガス供給系２０を通してＡｒ、０゜、Ｎ２、Ｎ
２、Ｈｅ、Ｃ９ｚ、　Ｂｃｇｓ等のガスを、またガス供
給系２１を通じて反応室１５にも同様のエツチングガス
を供給し、プラズマ生成室１０、反応室１５内を１０−
２〜１０°ｍＴｏｒｒの圧力に設定する。この後、励磁
コイル１６に通電して磁界を形成しつつプラズマ生成室
１０を空洞共振器としてガスを共鳴励起させてプラズマ
を生成させる。

生成したプラズマを、反応室１５に向かうに従い磁束芭
度が低下するように形成された発散磁界により、反応室
１５内の試料１８周辺に投射せしめてエツチング処理を
行なう。

エツチングの終点の検知はビューイングポート２２より
モノクロメータ−２３を用いてプラズマの発光強度を観
察することによって行なう。ビューイングポート２２の
材料としては透明石英等が使用される。被エツチング材
料としてはＡｊ金合金多結晶シリコン、ＳｉＯ□等、種
々のものがある。

例えば、八で合金のエツチングに関して述べると、エツ
チングガスとしてＣｊ、　、　ＢＣＱ、等塩素系ガスが
主として用いられる。この場合、エツチングの進行に従
いＡｌＣｌ等の反応生成物が発生し、反応室１５の内壁
およびビューイングポート２２の内面が量るためプラズ
マ等が見えにくくなり、観測されるプラズマの発光強度
も低下する。発光強度の低下によりエツチング終点の検
知も困難となる。通常はビューイングポート２２の定期
的な洗浄や部品交換によってビューイングポート２２か
ら観測されるプラズマの発光強度の低下を回避している
。

ＥＣＲプラズマを用いたエツチング装置では通常エツチ
ング処理を１０−２〜１０°ｍＴｏｒｒの低圧力で行な
うため、反応生成物の付着量はほかの反応性イオンエツ
チング（ＲＩ　Ｅ）等による場合と比べて少なく、洗浄
、部品交換の回数は比較的少なくてすむが皆無ではない
。また、エツチングに限らすＣＶＤ、スパッタリングに
よってもビューイングポート２２の内面に反応生成物が
付着する。

明が解゛しようとする課題 上記したようなプラズマプロセス装置を用いてＣＶＤ、
エツチング等の処理を行なう場合、反応室１５の側壁に
配設されたビューイングポート２２の内面にプラズマが
直接接触するしないに関わらすＣＶＤやエツチングによ
って生成した反応生成物がビューイングポート２２の内
面に付着する。

ビューイングポート２２からはプラズマの目視観察やプ
ラズマ発光の観察を行なうが、反応生成物の付着により
表面が量り観察が困難となってしまう。このため、反応
生成物の付着の進行にともない、定期的な部品交換を行
なっているが、プラズマの発生条件によっては大量の反
応生成物の付着が起こり、部品交換を頻繁に行なう必要
があり、コスト高となっていた。また部品交換のために
はプラズマプロセス装置全体の大気開放が必要となり、
再び元のプラズマ発生条件を確保するためには多大の時
間を費やすことになる。更に交換部品をクリーニングし
て再使用するにしても、りＪ−ニングに多大の時間と費
用がかかるといった課題があった。

本発明は上記した課題に鑑み発明されたものであって、
プラズマプロセス装置に設けられたビューイングポート
内面への反応生成物の付着を防止する機構を備えたプラ
ズマプロセス装置を提供することを目的としている。

課題を１決するための　ｊｒＬ 上記目的を達成するために本発明に係るプラズマプロセ
ス装置は、プラズマを発生させるプラズマ生成室および
発生したプラズマにより試料を処理する反応室を備えた
プラズマプロセス装置において、前記反応室の側壁に配
設されたビューイングポート近傍に、該ビューイングポ
ートを加熱及び／又は冷却する温度調節機構が添設され
ていることを特徴としている。

作■ ＣＶＤやエツチングによって生成する反応生成物は蒸気
圧特性に従い、ある一定態上の温度に達すれば気化し易
くなるため、反応生成物としてビューイングポートの内
面に付着せずに廃棄される。またある種の反応生成物で
はある一定以下の温度になればビューイングポートの内
面に付着しなくなったりする性質がある。このため上記
した構成のプラズマプロセス装置によれば、ビューイン
グポートを加熱及び／又は冷却する温度調節機構が添設
されているので、ビューイングポート２２を加熱あるい
は冷却することで、ビューイングポートへの反応生成物
の付着を防止することが可能となる。

また、ビューイングポートがＯリング等によって真空シ
ールされている場合、Ｏリングの耐熱性の問題が発生す
るが、Ｏリング部の冷却を行ないながらビューイングポ
ートを加熱することによって、０リングの耐熱性の問題
及びビューイングポートへの反応生成物の付着を回避す
ることが可能となる。

夫施胴 以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

実施例１ 本実施例においては第１図に示したＥＣＲプラズマプロ
セス装置に、ビューイングポート２２を加熱する手段と
して第２図に示したように、ビューイングポート２２の
周囲にテープヒーター２４が巻着されている。このテー
プヒーター２４を１００Ｖの電源に接続することにより
テープヒーター２４部分は１００℃前後に加熱されるよ
うになっている。それによって間接的にビューイングポ
ート２２の中心部分も７０〜８０’Ｃまで加熱されるよ
うになっている。

第１図及び第２図に示したＥＣＲプラズマプロセス装置
を用いてＡ２合金のエツチングを行ない、反応室１５の
右側壁に配設されたビューイングポート２２よりモノク
ロメータ−２３を通してプラズマの発光強度変化を観察
した。

エツチング条件は、 エツチングガス：　Ｃ９２＋ＢＣｊ、　　２００ＳＣＣ
Ｍ（ＢＣＩ３４０％） ガス圧カニ　４ｍＴｏｒｒ マイクロ波パワー：　ｌｋｗ ＲＦパワー：　２００ｗ オーバーエツチング＝４０％ とし、エツチングに用いたＡＩ合金サンプルの構造は第
３図に示した。サンプルは６インチ３１基板３０の上面
に５ｔＯｚ３１（厚さ５０００人）及びＡ４合金層３２
（厚さ１００（１０人）が順次積層され、Ａｊ合金層３
２の上面にはレジストパターン３３（厚さ１６０００人
）がバターニングされて構成されている。

エツチングガスとしてＣ１系ガスを使用すると、Ａｊ金
合金エツチングの進行にともない主としてＡＱＣＱ系の
生成物がビューイングポート２２等に付着する。そこで
ビューイングポート２２０部品交換直後と、１０００時
間エツチング後のＡＱＣＱの発光２６１ｎｍの波長の経
時的変化をモノクロメータ−２３を通して観察した。こ
の結果を第４図（ａ）及び（ｂ）に示した。

図からも明らかなように、長時間のエッチングを行なっ
た後もわずかに発光強度は低下するものの実用上はとん
ど問題のない結果が得られた。

実施例２ ビューインタポート２２の温度調節機構の別の実施例と
しては第５図及び第６図に示したように、ビューインタ
ポート２２に対してシリコンゴム２５を介して冷却用ジ
ャケット２６を取り付けた構成でもよい。ビューインタ
ポート２２への冷却用ジャケット２６の取り付けはボル
ト２８により行なわれ、冷却用ジャケット２６内には水
路２７が設けられており、この水路２７は接続管２９を
介して冷却器（図示せず）に接続されている。この冷却
器を用いて冷却された冷却水あるいはフロン系溶剤を水
路２７に流すことにより、ビューインタポート２２が冷
却される構造となっている。

第５図に示したように冷却用ジャケット２６の中心部は
空洞形状をしているためその孔部２６ａにモノクロメー
タ−２３を挿入することによりプラズマの観察も可能と
なっている。また冷却器の代わりに加熱器を用いて温水
、高温シリコンオイル等を水路２７内に流すことにより
ビューインタポート２２を加熱することも可能である。

エツチング条件を実施例１の場合と同様にして、ビュー
インタポート２２の部品交換直後と、１０００時間エツ
チング後のＡｊＣｊの発光２６１ｎｍの波長の経時的変
化をモノクロメータ−２３を通して観察したところ図示
は省略するが、実施例１の場合と略同様の結果が得られ
た。

±較立 比較例として第２図に示したテープヒータ２４や、第５
図に示した冷却用ジャケット２６が装備されていない第
１図に示したＥＣＲプラズマプロセス装置を採用した。

この装置を用いてＡ９合金のエツチングを行ない、反応
室１５の右側壁に配設されたビューインタポート２２よ
りモノクロメータ−２３を通してプラズマの発光強度変
化を観察した。　エツチング条件は実施例１の場合と同
様にして行なった。

エツチングガスとしてＣ９２、ＢＣｉ！３等の塩素系ガ
スを使用した場合、Ａ１合金のエツチングの進行にとも
ない、第７図に示したように主としてｉｃｇ系の反応生
成物が反応室１５の内壁、やビューインタポート２２に
付着した。

ビューインタポート２２の部品交換直後と、エツチング
後４００時間と１０００時間のＡＱＣ９の発光２６１ｎ
ｍの波長の経時的変化をモノクロメータ−２３を通して
観察した結果を第８図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示し
た。

図かられかるように、プラズマ発光強度は除々に低下し
ており、反応生成物のビューインタポート２２への付着
が確認された。

及肌五盈】 以上の説明により明らかなように、本発明に係るプラズ
マプロセス装置にあっては、ビューインタポート近傍に
ビューインタポートを加熱及び／又は冷却する温度調節
機構が添設されているので、ビューイングポート内面へ
の反応生成物の付着を軽減し、ビューインクボート部品
の洗浄や交換の頻度を減少させることができ、時間と費
用の無駄を省くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なＥＣＲプラズマプロセス装置の縦断面
図、第２図はビューインタポート近傍における温度調節
機構の１例を示す概略正面図、第３図は実施例および比
較例においてエツチングに用いたＡｆｆｉ合金の構造を
示す断面図、第４図（ａ）（ｂ）は本発明に係るプラズ
マプロセス装置を用いてエツチングを行なった場合のビ
ューインタポートから観察した波長２６１ｎｍの発光強
度の経時的変化を示すグラフ、第５図はビューインタポ
ートにおける温度調節機構の別の実施例を示す断面図、
第６図は正面図、第７図は従来のプラズマプロセス装置
におけるビューイングポート部分の概略正面図、第８図
（ａ　ｌ　（ｂ　）　（Ｃ）は従来のプラズマプロセス
装置を用いた場合の発光強度の経時的変化を示すグラフ
である。 １０・・・プラズマ生成室 １５・・・反応室 ２２・・・ビューインタポート 鵬

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマを発生させるプラズマ生成室および発生
   したプラズマにより試料を処理する反応室を備えたプラ
   ズマプロセス装置において、前記反応室の側壁に配設さ
   れたビューインタポート近傍に、該ビューインタポート
   を加熱及び又は冷却する温度調節機構が添設されている
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。