JPH04363021A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマプロセス装置、
より詳細には電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズ
マを発生させるプラズマ生成室と、生成したプラズマを
用いて試料にエッチングを施す試料室とを備えたプラズ
マプロセス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子サイクロトロン共鳴励起によりプラ
ズマを発生させる方法は、低ガス圧力領域で活性度の高
いプラズマを生成することができ、イオンエネルギーの
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、イオン流の指向性及び均一性に優れる等の利点があ
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。

【０００３】図１１は従来におけるマイクロ波を用いた
電子サイクロトロン共鳴（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏ
ｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ＥＣＲ）プラズマプロ
セス装置を模式的に示した断面図である。図中６０はプ
ラズマプロセス装置であり、このプラズマプロセス装置
６０は、プラズマ生成室１１と、このプラズマ生成室１
１の下部に接続された試料室１２と、プラズマ生成室１
１の上方にあってマイクロ波をプラズマ生成室１１に導
入するマイクロ波導波管１３と、プラズマ生成室１１の
周囲にあって、このプラズマ生成室１１と同心状に配設
された励磁コイル１４と、試料室１２に内装される試料
保持装置２３等とから構成されている。

【０００４】プラズマ生成室１１は略円柱形状に形成さ
れ、その上部壁にはマイクロ波を導入するための導入口
１６が形成されており、マイクロ波導波管１３は断面形
状矩形に形成されて石英製のマイクロ波導入窓２０を介
してプラズマ生成室１１に接続されている。また、プラ
ズマ生成室１１の上部外周部にはガス導入管１５がマイ
クロ波導波管１３と並んで接続されている。さらに、プ
ラズマ生成室１１には、プラズマ生成室１１内壁面への
直接的なプラズマ照射を防止するために同心状に石英製
のインナベルジャ６１が配設されている。

【０００５】試料室１２はプラズマ生成室１１よりも大
口径を有すると共に、その側壁には第２のガス導入管１
７が接続されている。またプラズマ生成室１１とは仕切
板１９によって仕切られ、この仕切板１９にはプラズマ
引出窓１８が形成されている。さらに、試料室１２の側
壁であって、第２のガス導入管１７が接続された側と反
対側に排気口２２が形成されて図示省略の排気系に接続
されている。また、試料室１２の下方中央部には試料保
持装置２３が配設されており、試料保持装置２３に載置
された試料２４には高周波電力が印加されるように構成
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記プラズマプロセス
装置６０においては、プラズマ照射による試料２４の汚
染及びパーティクルの発生を防止するため、プラズマ生
成室１１の内壁面に近接して石英製のインナベルジャ６
１が配設されているが、石英は例えば塩素系あるいはフ
ロン系のプラズマに対して耐プラズマ摩耗性が小さい。 従って、塩素系あるいはフロン系ガスを放電用ガスとし
て用いる場合、石英製のインナベルジャ６１がエッチン
グされる可能性があり、一部の活性種が石英と反応して
四塩化珪素あるいはフッ化珪素等を生成するため、試料
２４への活性種によるエッチング作用が減退するという
課題があった。

【０００７】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、プラズマ生成室の内壁面に近接して配設
されたインナベルジャとエッチングガスの活性種との反
応を防止し、試料への活性種によるエッチング作用を増
大させるような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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】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、電子サイクロ
トロン共鳴励起によりプラズマを発生させるプラズマ生
成室と、生成したプラズマを用いて試料にエッチングを
施す試料室とを備えたプラズマプロセス装置において、
前記プラズマ生成室の内壁面、または前記プラズマ生成
室及び前記試料室の内壁面に近接して耐塩素系ガス性ま
たは耐フロン系ガス性のセラミックス製インナベルジャ
が配設されていることを特徴とし、また、上記したプラ
ズマプロセス装置において、セラミックス製インナベル
ジャに、該インナベルジャの加熱手段が添設されている
ことを特徴とし、さらには、上記したプラズマプロセス
装置において、前記セラミックス製インナベルジャが多
分割されていることを特徴としている。

【０００９】

【作用】プラズマプロセス装置のプラズマ生成室に内設
されている石英製のインナベルジャは、塩素系あるいは
フロン系のプラズマに対して耐プラズマ摩耗性が小さい
。これに対して一部のセラミックスは、塩素系あるいは
フロン系のプラズマに対して耐プラズマ摩耗性が大きく
、塩素系あるいはフロン系の活性種とは殆ど反応しない
。

【００１０】そこで、上記した構成によれば、電子サイ
クロトロン共鳴励起によりプラズマを発生させるプラズ
マ生成室と、生成したプラズマを用いて試料にエッチン
グを施す試料室とを備えたプラズマプロセス装置におい
て、前記プラズマ生成室の内壁面、または前記プラズマ
生成室及び前記試料室の内壁面に近接して耐塩素系ガス
性または耐フロン系ガス性のセラミックス製インナベル
ジャが配設されているので、塩素系ガスあるいはフロン
系ガスを放電用ガスとして用いた場合でも、一部の活性
種がインナベルジャと反応するために起こる試料への活
性種によるエッチング作用の減退が防止される。

【００１１】また、一般にセラミックスは耐高熱性を有
しているが、熱衝撃に対する抵抗性が小さい。しかし、
上記プラズマプロセス装置において、セラミックス製イ
ンナベルジャに、該インナベルジャの加熱手段が添設さ
れている場合には、あらかじめ前記セラミックス製イン
ナベルジャを加熱しておくことにより、該インナベルジ
ャが一定温度に保たれる。従って、プラズマによる急速
加熱（室温から数百℃）によって生じる熱衝撃、すなわ
ち短時間での前記インナベルジャ内側と外側との大きな
温度差によって生じる熱衝撃が軽減される。

【００１２】さらに、上記したプラズマプロセス装置に
おいて、セラミックス製インナベルジャが多分割されて
いる場合には、プラズマ加熱によって生じるインナベル
ジャの熱膨張による応力破壊が防止される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。なお、インナベルジャを除いたプラズマプロ
セス装置の構成は従来と略同一であるため、その説明を
省略する。

【００１４】図１は本発明に係るプラズマプロセス装置
であり、プラズマプロセス装置１０のプラズマ生成室１
１及びプラズマ生成室１１の下部に接続された試料室１
２の内壁面に近接して耐塩素系ガス性または耐フロン系
ガス性のセラミックス製インナベルジャ２５、２６が配
設されている。プラズマ生成室１１側のセラミック製イ
ンナベルジャ２５の上部にはガス導入管１５が接続され
、下部中央部にはプラズマ引出窓１８に対応して透孔２
５ａが形成されている。試料室１２側のインナベルジャ
２６の側面には第２のガス導入管１７、排気口２２が接
続され、上部にはプラズマ引出窓１８に対向して透孔２
６ａが形成されている。

【００１５】上記したセラミックス製インナベルジャ２
５、２６の材料としてはアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）、
窒化ボロン（ＢＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ジルコニア
（ＺｒＯ２　）、カーボン（Ｃ）のいずれかのセラミッ
クあるいはこれらを組み合わせたものを用いる。また、
熱衝撃を緩和するにはインナベルジャ２５、２６の内側
と外側とでの熱伝導を良好にする必要があり、厚さとし
ては薄いほうが望ましいが、硬度及び加工精度を考慮す
ると、２〜５ｍｍが好ましい。

【００１６】このようなセラミック製インナベルジャ２
５、２６を用いれば、塩素系ガスあるいはフロン系ガス
をエッチングガスとして用いた場合でも、試料２４への
活性種によるエッチング作用の減退を防止することがで
きる。

【００１７】次に、プラズマプロセス装置の別の実施例
を図２に示す。図２において３０はプラズマプロセス装
置であり、このプラズマプロセス装置３０のプラズマ生
成室１１及び試料室１２の内壁面に近接して、耐塩素系
ガス性または耐フロン系ガス性のセラミックス製インナ
ベルジャ２５、２６が配設されている。さらに、セラミ
ックス製インナベルジャ２５、２６の外周面と、プラズ
マ生成室１１及び試料室１２の内壁面との間に、ヒータ
３１、３２が介装されている。セラミックス製インナベ
ルジャ２５外周面と、プラズマ生成室１１の内壁面との
間に配設されたヒータ３１は、プラズマ生成室１１の天
井部について図７及び図８に示したように、インナベル
ジャ２５のマイクロ波の導入される部分を避けて配置さ
れている。また側面部については、図９に示したように
、等間隔に配置するのが望ましい。ヒータ３１の予熱温
度については得に限定されるものではないが、プラズマ
生成室１１については好ましくは５０〜１５０℃、昇温
速度は５〜１０℃／ｍｉｎ程度の緩やかな加熱とするの
が良い。試料室１２についてはプラズマ生成室１１に比
べて温度上昇が小さいため、ヒータ３２による予熱温度
は高くても５０℃程度で良い。試料室１２のインナベル
ジャ２５を予熱したい場合にはヒータ３２は削除しても
良い。またヒータ３２についてもヒータ３１と同様に等
間隔的に配設することが望ましい。この実施例に係わる
プラズマプロセス装置３０にあっては、ヒータ３１、３
２に通電してセラミック製インナベルジャ２５、２６を
あらかじめ加熱しておくことにより、セラミック製イン
ナベルジャ２５、２６に対するプラズマによる熱衝撃を
軽減することができる。図３にプラズマプロセス装置の
さらに別の実施例を示す。この図３に示したプラズマプ
ロセス装置４０が図１に示したプラズマプロセス装置１
０と相違する点は、プラズマ生成室１１及び試料室１２
の内壁面に近接して配設されたセラミックス製インナベ
ルジャ４１、４２が複数個に分割されている点である。 インナベルジャ４１の分割方法としては、分割してもプ
ラズマが石英によって形成されたマイクロ波導入窓２０
やプラズマ生成室１１を形成する金属容器に当たらない
ようにすることが望ましく、図５（ａ）、（ｂ）に示し
たように、平板部材４１ａ、４１ｂ及び円筒部材４１ｃ
に分割する方法あるいは全体を縦に分割して半円筒状部
材４１ｄを形成する方法がある。また、マイクロ波が導
入される部分は温度上昇が激しいため、図６（ａ）、（
ｂ）に示したように、平板４１ｅ、４１ｈのマイクロ波
が導入される部分４１ｆ、４１ｊを分割しておき、周辺
部材４１ｇ、４１ｋとの間に１ｍｍくらいの遊びをもた
せておく構成が望ましい。なお、これらの分割数等の分
割方法は図５及び図６に図示したものに限られない。

【００１８】上記したようにセラミックス製インナベル
ジャ４１、４２を分割形成することにより、セラミック
ス製インナベルジャ４１、４２の熱膨張による破損を防
止することができると共に、製作も容易となりコストダ
ウンを図ることができる。

【００１９】さらに、図４にプラズマプロセス装置の別
の実施例を示す。この図４に示したプラズマプロセス装
置５０が図２に示したプラズマプロセス装置３０と相違
する点は、プラズマ生成室１１及び試料室１２の内壁面
に近接して配設されたセラミックス製インナベルジャ４
１が複数個に分割されている点である。

【００２０】試料室１２については、プラズマ生成室１
１に比べて内壁面にプラズマが当たることが少なく、そ
のために温度上昇も小さい。従って、上記した実施例に
ついては、セラミックス製インナベルジャ２５、２６、
４１、４２及びヒータ３１、３２をプラズマ反応室１１
と試料室１２の両方に配設した場合について説明したが
、プラズマ反応室１１のみにこれら部材を配設する構成
としてもよい。

【００２１】セラミックス製インナベルジャ２５、２６
、４１、４２はプラズマ生成室１１、試料室１２と内壁
面に近接して設けられる。すなわち、インナベルジャ２
５、２６、４１、４２と内壁面との間には多少のクリア
ランスを設けるのが良い。例えば、プラズマ生成室１１
及び試料室１２の内径は、それぞれ通常２００ｍｍ、５
００ｍｍ程度であるが、これらの径に対して１〜２ｍｍ
程度のクリアランスとするのが良い。

【００２２】上記したプラズマプロセス装置５０を用い
て、以下のように試料２４のエッチングを行なった。試
料２４として酸化膜（ＳｉＯ２　）付きウェハを使用し
、真空容器はＳＵＳ３０４、インナベルジャ４１、４２
はアルミナを用いて形成した。インナベルジャ４１、４
２は、図４に示したように４分割し、外側からヒータ３
１、３２によりプラズマ非発生状態においてあらかじめ
１００〜２００℃に加熱、保温しておいた。また、エッ
チング条件としてはＣＦ４　ガスをエッチングガスとし
て用い、試料室１２内の圧力を３ｍＴｏｒｒに保ち、プ
ラズマを発生させた。この場合の高周波印加電力に対す
るＳｉＯ２　のエッチング速度を、従来のインナベルジ
ャ６１の材質を石英とした場合の高周波印加電力に対す
るＳｉＯ２　のエッチング速度とともに図１０に示した
。

【００２３】図１０において、白丸はアルミナ製インナ
ベルジャ４１、４２、白三角は石英製インナベルジャ６
１を使用した際のエッチング速度を示すプロットである
。

【００２４】図１０から明らかなように、石英製インナ
ベルジャ６１を使用した場合に比べて、アルミナ製イン
ナベルジャ４１、４２を使用することにより、プラズマ
中の活性種のエッチング作用を低下することなく、効率
よくエッチングすることができることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マプロセス装置にあっては、電子サイクロトロン共鳴励
起によりプラズマを発生させるプラズマ生成室と、生成
したプラズマを用いて試料にエッチングを施す試料室と
を備えたプラズマプロセス装置において、前記プラズマ
生成室の内壁面、または前記プラズマ生成室及び前記試
料室の内壁面に近接して耐塩素系ガス性または耐フロン
系ガス性のセラミックス製インナベルジャが配設されて
いるので、塩素系ガスあるいはフロン系ガスを放電用ガ
スとして用いた場合でも、一部の活性種がインナベルジ
ャと反応するために起こる、試料への活性種によるエッ
チング作用の減退を防止することができる。

【００２６】また、上記プラズマプロセス装置において
、セラミックス製インナベルジャに、該インナベルジャ
の加熱手段が添設されている場合には、あらかじめ前記
セラミックス性インナベルジャを加熱しておくことによ
り、該インナベルジャを一定温度に保つことができ、プ
ラズマによる急速加熱（室温から数百℃）によって生じ
る熱衝撃、すなわち短時間での前記インナベルジャ内側
と外側との大きな温度差によって生じる熱衝撃を軽減す
ることができる。

【００２７】さらに、上記したプラズマプロセス装置に
おいて、セラミックス製インナベルジャが多分割されて
いる場合には、プラズマ加熱によって生じる該インナベ
ルジャの熱膨張による応力破壊を防止することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマプロセス装置の実施例を
示す概略断面図である。

【図２】プラズマプロセス装置の別の実施例を示す断面
図である。

【図３】プラズマプロセス装置のさらに別の実施例を示
す断面図である。

【図４】プラズマプロセス装置のさらに別の実施例を示
す断面図である。

【図５】（ａ）はインナベルジャを水平方向に分割した
場合の分解斜視図、（ｂ）はインナベルジャを垂直方向
に分割した場合の分解斜視図である。

【図６】（ａ）（ｂ）はインナベルジャ上部の断面図で
ある。

【図７】インナベルジャ上面のヒーターの配置例を示す
斜視図である。

【図８】インナベルジャ上面のヒーターの別の配置例を
示す斜視図である。

【図９】インナベルジャ側面のヒーターの配置例を示す
斜視図である。

【図１０】実施例に係わる装置を用いた場合及び従来の
装置を用いた場合における高周波印加電力に対するＳｉ
Ｏ２　のエッチング速度を示す図である。

【図１１】従来のプラズマプロセス装置を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０、３０、４０、５０　　プラズマプロセス装置１１
　　プラズマ生成室 １２　　試料室 ２４　　試料 ２５、２６、４１、４２　　インナベルジャ３１、３２
　　ヒータ（加熱手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電子サイクロトロン共鳴励起によりプ
   ラズマを発生させるプラズマ生成室と、生成したプラズ
   マを用いて試料にエッチングを施す試料室とを備えたプ
   ラズマプロセス装置において、前記プラズマ生成室の内
   壁面、または前記プラズマ生成室及び前記試料室の内壁
   面に近接して耐塩素系ガス性または耐フロン系ガス性の
   セラミックス製インナベルジャが配設されていることを
   特徴とするプラズマプロセス装置。
2. 【請求項２】　　セラミックス製インナベルジャに、該
   インナベルジャの加熱手段が添設されている請求項１記
   載のプラズマプロセス装置。
3. 【請求項３】　　セラミックス製インナベルジャが多分
   割されている請求項１または請求項２記載のプラズマプ
   ロセス装置。