JPH07192895A - プラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 その内部において試料Ｓを処理するためのプ
ラズマ生成室１１と、プラズマ生成室１１の周囲壁１１
ｗの少なくとも一部に内設された恒温媒体室１１ａと、
恒温媒体室１１ａに連通した液化室１１ｅと、恒温媒体
室１１ａ内に封入される媒体を加熱するためのヒータ１
１ｆと、恒温媒体室１１ａ内で気化した媒体を液化する
ための冷却パイプ１１ｈとを備えているプラズマ処理装
置１０。 【効果】 所望処理温度近傍の沸点を有する媒体を用い
てプラズマ処理を行うことにより、プラズマ生成室１１
の周囲壁１１ｗがプラズマ処理中にプラズマ照射を受け
て加熱されても、媒体の温度が沸点近傍で恒温維持され
る。その結果、周囲壁１１ｗを短時間で処理に適した所
望温度に設定できると共に処理回数を重ねても所望温度
で安定的に維持することができ、プラズマ処理速度を一
定に維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置及び該
装置を用いたプラズマ処理方法に関し、より詳細には試
料に対してエッチング、薄膜形成等のプラズマ処理を施
すためのプラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ
処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、減圧下にある真空容器内に高周波
等を供給してガス放電を起こさせてプラズマを発生さ
せ、該プラズマを試料表面に照射することによりエッチ
ングや薄膜形成等の処理を行う方法およびその装置は、
高集積半導体素子等の製造に欠かせないものとして、盛
んに研究開発が進められている。

【０００３】このような装置として、高周波を用いた平
行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive I
on Etching）装置、平行平板型スパッタ装置や、高周波
及び磁場を用いたマグネトロンＲＩＥ装置などが挙げら
れる。また、マイクロ波及び磁場を用いることにより低
ガス圧力領域で活性度の高いプラズマを発生させること
のできる装置として、有磁場マイクロ波プラズマ処理装
置や電子サイクロトロン共鳴励起（ＥＣＲ：Electron C
yclotron Resonance）プラズマ処理装置は特に将来的に
も有望視されている。

【０００４】上記した各種装置を用い、試料表面にプラ
ズマ処理を施す場合、特に反応容器、防着板、ターゲッ
ト、電力導入用電極等のプラズマに曝される部材がプラ
ズマ照射を受けることにより蓄熱し、前記試料の処理枚
数の増加に伴って前記部材の温度が次第に上昇する。こ
れに起因してプラズマ処理速度やエッチング選択比が変
化するという問題があった。例えば酸化膜のエッチング
装置においては、ＣＦ₄ 等のガスをエッチングガスとし
て用いるが、この分解物であるＣが通常プラズマ生成室
内に付着する。このＣの付着量は温度に依存し、前記部
材の温度が上がると付着量は減少する。このため連続処
理条件下では、プラズマ生成室部材へのＣの付着量が減
少し、代わって試料へのＣの付着量が増加し、前記試料
のエッチング速度が低下する。

【０００５】上記問題を解決するために、プラズマに曝
される部材の温度を熱媒体により一定に調節するプラズ
マエッチング方法（特開平４−２５６３１６号公報）
や、反応容器の内壁がペルチェ効果を生ずる部材で覆わ
れたプラズマ処理装置（特開平４ー２０９５２８号公
報）が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した特開平４−２
５６３１６号公報記載の方法においては、例えばプラズ
マ生成室を二重構造とし、その間に８０℃程度の熱媒体
を流通させ、前記プラズマ生成室を設定温度に保ち、エ
ッチング速度及び選択比を一定に保持しようとしてい
る。

【０００７】しかしながら、このような熱媒体の循環に
よる温度制御では、前記プラズマ生成室内で発生する熱
量に比較し、前記熱媒体の熱輸送量が少ないため、前記
プラズマ生成室内壁の温度が飽和するときプラズマ処理
に好ましい温度条件とすべく熱媒体の温度を低く設定し
た場合、前記内壁の温度が飽和するまでに時間がかか
り、この間はプラズマ処理速度に変化が現れる。他方、
早めに前記内壁の温度がプラズマ処理に好ましい温度条
件となるように、熱媒体の温度をやや高く設定した場
合、前記内壁の温度がプラズマ処理に好ましい温度条件
となった後も徐々に上昇を続け、飽和温度が予想以上に
高くなり、好ましいプラズマ処理条件を得られないとい
う課題があった。

【０００８】また、反応容器内の構成部材、例えばスパ
ッタ装置のターゲット等においても同様の課題があっ
た。

【０００９】また、特開平４ー２０９５２８号公報記載
のプラズマ処理装置においては、前記反応容器の内壁が
前記ペルチェ効果を生ずる部材で覆われており、この部
材の吸熱反応によりプラズマ処理中の前記反応容器が冷
却されるものの、該反応容器内壁の温度を所望の設定温
度に正確に制御することができるようなものではなく、
やはり前記反応容器の温度を所望の温度に維持すること
は難しいという問題があった。

【００１０】また、平行平板型ＲＩＥ装置におけるアー
ス電極においても、該アース電極下面の温度が２０℃以
上変動することがあり、この場合、プロセスの再現性が
得られないという課題があった。

【００１１】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あって、プラズマに曝される部分の温度を処理に適した
所望温度に迅速に設定して維持し、プラズマ処理速度を
一定にすることができ、またエッチングプロセスの再現
性を良好にすることができるプラズマ処理装置及び該装
置を用いたプラズマ処理方法を提供することを目的とし
ている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は各種の方式・冷媒
（熱媒体）による熱伝達係数を示したグラフである。図
１から明らかなように熱伝達係数は、気相よりも液相の
方が大きく、さらに液相の自然対流・強制対流よりも沸
騰伝熱の方が大きいことがわかる。このように、直接蒸
発冷却（沸とう伝熱）方式では極めて効率的に熱を伝達
することができる。

【００１３】また、一つの物質の液相と気相とが熱平衡
にあって共存するときにおいては、前記両相の温度を沸
点近傍で恒温に維持することができる。

【００１４】本発明者は、直接蒸発冷却方式では熱伝達
量を大きくすることができる点と、沸点近傍で正確に恒
温維持することができる点とに着目した。

【００１５】すなわち、上記課題を解決するために本発
明に係るプラズマ処理装置（１）は、その内部において
試料を処理するための反応容器と、該反応容器の周囲壁
の少なくとも一部に内設された恒温媒体室と、該恒温媒
体室に連通した液化室と、前記恒温媒体室内に封入され
る媒体を加熱するための加熱手段と、前記恒温媒体室内
で気化した媒体を液化するための冷却手段とを備えてい
ることを特徴としている。

【００１６】前記反応容器の周囲壁の材料としては、熱
伝導性のよい耐プラズマ性の材料を用いる必要がある。

【００１７】また、前記恒温媒体室は大気圧以上に耐え
得る密閉室形式であっても、または図２に示したように
反応容器１６の周囲壁内に形成された液化室１１ｅに膨
張室１１ｉが連設され、恒温媒体室１１ａの圧力が制御
可能に構成されていてもよい。

【００１８】前記媒体としては、前記反応容器の周囲壁
の材料と反応しにくく、かつ目的とするプラズマ処理の
最適温度近傍の沸点を有する媒体を選ぶ必要があり、例
えばフッ素系不活性液体や水等が挙げられる。

【００１９】また前記加熱手段の一例としてヒータが挙
げられる。このヒータは前記恒温媒体室内の恒温媒体に
浸かる位置に配設されるのが好ましい。

【００２０】さらに前記冷却手段の一例として冷却パイ
プが挙げられる。

【００２１】また本発明に係るプラズマ処理装置（２）
は、その内部において試料を処理するための反応容器
と、該反応容器内に配設された構成部材と、該構成部材
の少なくとも一部に内設された恒温媒体室と、該恒温媒
体室に連通した液化室と、前記恒温媒体室内に封入され
る媒体を加熱するための加熱手段と、前記恒温媒体室内
で気化した媒体を液化するための冷却手段とを備えてい
ることを特徴としている。

【００２２】前記構成部材としては、前記反応容器内に
おいてプラズマに曝される試料以外の部材、すなわち金
属製もしくは絶縁物質製の防着板、プラズマスパッタ装
置等で用いられるターゲット（金属製もしくは絶縁物質
製を問わず）、あるいは平行平板型のプラズマ処理装置
における電極等が挙げられる。

【００２３】前記構成部材の材料としては、やはり熱伝
導性のよい耐プラズマ性の材料を用いる必要がある。

【００２４】また本発明に係るプラズマ処理方法は、上
記プラズマ処理装置（１）または（２）を用い、前記恒
温媒体室内に封入された媒体を前記加熱手段を用いて媒
体の沸点近傍の温度まで加熱するとともに、前記恒温媒
体室内で気化した媒体を前記冷却手段を用いて冷却して
液化しつつ、前記反応容器内においてプラズマを生成し
て前記試料を処理することを特徴としている。

【００２５】

【作用】上記構成のプラズマ処理装置（１）によれば、
所望処理温度近傍の沸点を有する媒体を前記恒温媒体室
内に封入し、予め前記加熱手段により媒体を媒体の沸点
近傍まで加熱しておくことにより、前記周囲壁がプラズ
マ処理中にプラズマ照射を受けて加熱されると、直接蒸
発方式の蒸発潜熱により前記周囲壁からは大量の熱が奪
われる。一方媒体は沸騰・気化すると共に、気化した媒
体は前記冷却手段を用いて液化され、媒体の温度が沸点
近傍で恒温維持される。その結果、前記周囲壁が短時間
で処理に適した所望温度になると共に処理回数を重ねて
も所望温度で安定することとなり、プラズマ処理速度が
一定に維持される。

【００２６】また上記構成のプラズマ処理装置（２）に
よれば、前記構成部材が上記したプラズマ処理装置
（１）における前記反応容器の周囲壁と略同様の作用を
受けて恒温に維持される。

【００２７】さらに上記構成のプラズマ処理方法によれ
ば、前記媒体として所望処理温度近傍の沸点を有する媒
体を用いることにより、前記周囲壁又は前記構成部材が
プラズマ処理中にプラズマ照射を受けて加熱されても、
直接蒸発方式の蒸発潜熱により前記周囲壁又は前記構成
部材からは大量の熱が奪われる。そして媒体は沸騰・気
化すると共に前記冷却手段により冷却されて液化され、
媒体の温度が沸点近傍で恒温維持される。その結果、前
記周囲壁又は前記構成部材が短時間で処理に適した所望
温度に設定されると共に処理回数を重ねても所望温度で
安定することとなり、プラズマ処理速度が一定に維持さ
れる。

【００２８】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマ処理
装置及び該装置を用いたプラズマ処理方法の実施例及び
比較例を図面に基づいて説明する。

【００２９】［実施例１］図３は、実施例１に係るＥＣ
Ｒを利用したプラズマ処理装置の模式的断面図であり、
図中１０はプラズマ処理装置を、１６は反応容器をそれ
ぞれ示している。反応容器１６はプラズマ生成室１１及
び試料室１３を構成しており、プラズマ生成室１１の周
囲壁１１ｗは二重構造となっており、その内部には液体
状態の媒体が気体層を残すように封入され、媒体の液体
層収容部分が恒温媒体室１１ａとなっており、媒体の気
体層収容部分が液化室１１ｅとなっている。恒温媒体室
１１ａの下部には媒体に浸かるようにヒーター１１ｆが
配設され、ヒーター１１ｆにより媒体が加熱されるよう
になっている。また、液化室１１ｅには例えば２０℃の
所定温度に設定された冷却水が流通する冷却パイプ１１
ｈが配設され、冷却パイプ１１ｈにより気化した媒体が
液化されるようになっている。また、液化室１１ｅには
ベローズタイプの膨張室１１ｉが配管１１ｊを介して接
続されており、この膨張室１１ｉにより媒体の蒸発・気
化に伴う圧力上昇が緩和され、恒温媒体室１１ａ及び液
化室１１ｅの圧力が調節されるようになっている。

【００３０】また、プラズマ生成室１１の上部壁中央に
は石英ガラス板１１ｂにより封止されたマイクロ波導入
口１１ｃが形成され、さらに下部壁中央のマイクロ波導
入口１１ｃと対向する位置にはプラズマ引き出し窓１１
ｄが形成されている。マイクロ波導入口１１ｃには他端
がマイクロ波発振器（図示せず）に接続された導波管１
２の一端が接続され、またプラズマ引き出し窓１１ｄに
臨ませて試料室１３が配設されている。さらにプラズマ
生成室１１及びこれに接続された導波管１２の一端部に
わたってこれらを囲繞する態様でこれらと同心状に励磁
コイル１４が配設されている。

【００３１】一方、試料室１３内にはプラズマ引き出し
窓１１ｄと対向する位置に試料Ｓを載置するための試料
台１５が配設され、試料室１３の下部壁には図示しない
排気装置に接続される排気口１３ａが形成されている。
また図中１１ｇはプラズマ生成室１１に連なるガス供給
系を示しており、１３ｇは試料室１３に連なるガス供給
系を示している。

【００３２】媒体としては、プラズマ処理に適する温度
近傍の沸点を有する媒体を用いる必要があり、ここで
は、不活性で金属とも反応せず、かつ電気伝導性もな
く、しかも不燃性で変質しないという優れた特性を有す
るフッ素系不活性液体フロリナート（米国スリーエム社
商標名、Ｃ−Ｆ構造のみの有機化合物）であって、表１
に示した沸点が２１５℃のＦＣ−７０を用いた。

【００３３】

【表１】

【００３４】このように構成されたプラズマ処理装置１
０を用い、試料Ｓ表面にプラズマ処理を施す場合、まず
ヒータ１１ｆを用いて恒温媒体室１１ａ内の媒体を媒体
の沸点よりやや低い温度、例えば約２１０℃まで加熱
し、プラズマ生成室１１の周囲壁１１ｗの温度をプラズ
マ処理に適した温度近傍にしておく。また、冷却パイプ
１１ｈに約２０℃の水を流通させる。この後、プラズマ
生成室１１及び試料室１３内を所定の真空度に設定し、
プラズマ生成室１１又は試料室１３内にガス供給系１１
ｇ又はガス供給系１３ｇを通じて所要のガス圧力が得ら
れるようにガスを供給し、励磁コイル１４により電子サ
イクロトロン共鳴励起に必要な磁界を形成しつつマイク
ロ波導入口１１ｃを通じてプラズマ生成室１１内にマイ
クロ波を導入し、プラズマ生成室１１を空洞共振器とし
てガスを共鳴励起させ、プラズマを生成させる。生成し
たプラズマは励磁コイル１４により形成される試料室１
３側に向かうに従い磁束密度が低下する発散磁界によっ
て試料室１３内の試料Ｓ及び試料Ｓ周辺に投射せしめら
れ、試料Ｓ表面にプラズマ処理を施す。

【００３５】図４は実施例１に係るプラズマ処理装置１
０を用いた上記方法により、試料Ｓ表面に形成された酸
化シリコン膜にエッチング処理を施し、前記酸化シリコ
ン膜のエッチング速度の経時変化を調べた結果を示した
グラフである。また図４には合わせて、比較例として従
来の約８０℃の流通水でプラズマ生成室の温度制御を行
う特開平４−２５６３１６号公報記載のプラズマ処理方
法を実施し、同様に試料Ｓ表面に形成された酸化シリコ
ン膜にエッチング処理を施し、エッチング速度の経時変
化を調べた結果を示した。

【００３６】エッチング処理条件はマイクロ波電力を
１．５ｋＷに、試料室１３の圧力を５ｍＴｏｒｒに、エ
ッチングガス（ＣＦ₄ 及びＣＨＦ₃ の混合ガス）の流量
を５０ｓｃｃｍにそれぞれ設定した。またグラフにおけ
る縦軸は、試料Ｓの処理枚数１枚目における酸化シリコ
ン膜のエッチング速度を１．０とした場合の相対エッチ
ング速度を示している。

【００３７】図４から明らかなように実施例に係るプラ
ズマ処理装置１０を用いたエッチング処理方法による場
合は、前記酸化シリコン膜の相対エッチング速度は処理
枚数が４０枚目まで約１．０とほとんど変化しておら
ず、エッチング処理速度の経時変化はほとんどなかっ
た。これに対して比較例に係るエッチング処理方法によ
る場合は、処理枚数が１０枚目までは次第に下がってい
き、１０枚目以降は約０．８程度と低くなり、この後も
徐々にエッチング処理速度の経時変化が発生している。
このように、恒温媒体室１１ａ内に封入された媒体を予
め加熱すると共に恒温媒体室１１ａ内で気化した媒体を
液化することにより、プラズマ生成室１１の周囲壁１１
ｗの温度をプラズマ処理に適した温度近傍で一定に調節
し、試料ＳへのＣの付着量を減らしてプラズマ処理速度
を一定に維持することができた。

【００３８】次に、試料Ｓ表面に形成されたレジストパ
ターンを有する酸化シリコン膜に、図４の場合と同様の
エッチング処理条件にてエッチングを行い、この処理を
４０枚の試料Ｓに行った場合における対レジスト選択比
（酸化シリコン膜エッチング速度／レジスト膜エッチン
グ速度）の経時変化を調べ、その結果を図５に示す。こ
こでは、試料Ｓの処理枚数１枚目における対レジスト選
択比を１．０とした場合の相対選択比を縦軸にとってい
る。

【００３９】図５から明らかなように実施例では、相対
選択比は処理枚数が４０枚まで約１．０とほとんど変化
しておらず、対レジスト選択比の経時変化はほとんどな
かったのに対し、従来例では、相対選択比は処理枚数が
増加するにつれて次第に増加して１０枚目で約１．８と
大きな値となり、この後も徐々に増加しており、相対選
択比の経時変化が発生している。このように、恒温媒体
室１１ａ内に封入された媒体を予め加熱すると共に恒温
媒体室１１ａ内で気化した媒体を液化することにより、
試料ＳへのＣの付着量を減らして試料Ｓにおける対レジ
スト選択比をほぼ一定に維持することができた。

【００４０】図６は図４の場合と同様のエッチング処理
を８０枚の試料Ｓに施し、パーティクル数の経時変化を
調べた結果を示したグラフである。

【００４１】図６から明らかなように実施例では、パー
ティクル数は少ない値で維持されており、パーティクル
数の経時変化はほとんどなかった。これに対して従来例
では、パーティクル数は処理枚数が２０枚目まで次第に
増加し、２５枚目では約１００個と急増しており、その
後はほぼ一定して約４０個程度と多く、さらに６５枚目
で約１８０個と突発的に増加した後もかなり多い値とな
っており、パーティクル数の経時変化が発生している。
このような変化は、プラズマのｏｎ−ｏｆｆと共に起こ
る周囲壁１１ｗの温度変化によるストレスで周囲壁１１
ｗに付着した反応生成物が剥離しやすく、また該反応生
成物の膜厚がある程度以上になると自重により多量の前
記反応生成物が剥離して突発的にパーティクル数が増加
するために起こると考えられる。このように、恒温媒体
室１１ａ内に封入された媒体を予め加熱すると共に恒温
媒体室１１ａ内で気化した媒体を液化することにより、
周囲壁１１ｗの温度をプラズマのｏｎ−ｏｆｆに関係な
く一定に調節し、周囲壁１１ｗの温度変化による前記反
応生成物の剥離を阻止し、処理枚数の増加に伴うパーテ
ィクル数の増加を防止することができた。

【００４２】以上説明したように実施例１に係るプラズ
マ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法においては、
プラズマ処理に適した温度近傍の沸点を有する媒体を用
いることにより、周囲壁１１ｗがプラズマ処理中にプラ
ズマ照射を受けて加熱されても、直接蒸発方式の蒸発潜
熱により周囲壁１１ｗから大量の熱が奪われる。そして
媒体は沸騰・気化すると共に、冷却パイプ１１ｈを流れ
る冷却水により冷却されて液化され、媒体の温度が沸点
近傍で恒温維持される。その結果、周囲壁１１ｗの温度
を短時間でプラズマ処理に適した温度に設定できると共
に処理回数を重ねても周囲壁１１ｗの温度を所望温度に
安定的に維持することができ、試料Ｓ表面へのエッチン
グガス分解生成物の付着量を減らして、エッチング処理
速度及び選択比を一定に維持することができる。

【００４３】また、プラズマのｏｎ−ｏｆｆに関係なく
プラズマ生成室１１の周囲壁１１ｗの温度が一定に保た
れるため、周囲壁１１ｗの温度変化による前記反応生成
物の剥離を阻止してパーティクルの発生を防止すること
ができる。

【００４４】なお本実施例では、反応容器１６の周囲壁
の一部すなわちプラズマ生成室１１の周囲壁１１ｗが二
重構造である場合を例に挙げて説明したが、別の実施例
では、反応容器１６の周囲壁の全部が二重構造であって
もよい。

【００４５】また本実施例では、恒温媒体室１１ａ及び
液化室１１ｅが一体的に形成されている場合を例に挙げ
て説明したが、別の実施例では、恒温媒体室１１ａ及び
液化室１１ｅが別個に形成されて連通していてもよい。

【００４６】さらに本実施例では、媒体として、フッ素
系不活性液体であるフロリナートＦＣ−７０（米国スリ
ーエム社商標名）を用いた場合を例に挙げて説明した
が、別の実施例では、媒体としてその他、表１に示した
各種フロリナート（米国スリーエム社商標名）ＦＣ−７
２（Ｃ₆ Ｆ₁₄）、ＦＣ−８４（Ｃ₇ Ｆ₁₆）、ＦＣ−７
７、ＦＣ−７５（Ｃ₈ Ｈ₁₈）、ＦＣ−４０、ＦＣ−４
３、ＦＣ−７１、水、パークロロエチレン（ＣＣｌ₂ ＝
ＣＣｌ₂ ）、トリクロロエチレン（ＣＨＣｌ＝ＣＣｌ
₂ ）、1.1.1 −トリクロロエタン（ＣＣｌ₃ ＣＨ₃ ）等
のプラズマ生成室１１の周囲壁１１ｗの構成材料と反応
しにくい各種媒体を用いることができ、各種プラズマ処
理に適した温度近傍の沸点を有する媒体を選択して用い
ればよい。

【００４７】また本実施例では、媒体の加熱手段として
ヒータ１１ｆが配設された場合を例に挙げて説明した
が、別の実施例では、加熱手段として、その他赤外線ラ
ンプ等が配設されていてもよい。

【００４８】さらに本実施例では、気化した媒体の冷却
手段として冷却パイプ１１ｈが配設された場合を例に挙
げて説明したが、別の実施例では、冷却手段として、そ
の他冷却シュラウド等が配設されていてもよい。

【００４９】また本実施例では、プラズマ処理装置１０
がＥＣＲを利用したプラズマ処理装置である場合につい
て説明したが、別の実施例ではＥＣＲを利用しない有磁
場マイクロ波を利用したプラズマ処理装置であってもよ
い。

【００５０】［実施例２］図７は実施例２に係る平行平
板型バイアススパッタ装置を模式的に示した断面図であ
り、図中２０は平行平板型バイアススパッタ装置を、２
６は反応容器をそれぞれ示している。反応容器２６の上
部にはターゲット電極２１が配設されており、このター
ゲット電極２１は二重構造となっており、その内部には
液体状態の媒体が気体層を残すように封入され、液体層
収容部分が恒温媒体室２１ａとなっており、媒体の気体
層収容部分が液化室２１ｅとなっている。恒温媒体室２
１ａの下部には媒体に浸かるようにヒーター２１ｆが配
設され、ヒーター２１ｆにより媒体が加熱されるように
なっている。また、液化室２１ｅには例えば所定温度に
設定された冷却水が流通する冷却パイプ２１ｈが配設さ
れ、冷却パイプ２１ｈにより気化した媒体が液化される
ようになっている。また、液化室２１ｅにはベローズタ
イプの膨張室２１ｉが配管２１ｊを介して接続されてお
り、この膨張室２１ｉにより媒体の蒸発気化に伴う圧力
の上昇が緩和され、恒温媒体室２１ａ及び液化室２１ｅ
の圧力が調節されるようになっている。そしてターゲッ
ト電極２１の下面にはターゲット２５が保持されるよう
になっている。

【００５１】また、反応容器２６の下部にはヒータ２４
ａが内設された試料台電極２４が配設されており、試料
台電極２４上には試料Ｓが載置されるようになってい
る。また反応容器２６の側壁にはガス供給系２３ｇが、
ターゲット電極２１及び試料台電極２４には高周波電源
２２ｂ、２４ｂがそれぞれ接続されている。

【００５２】このような構成の平行平板型バイアススパ
ッタ装置２０を用い、ターゲット２５としてＡｌを用い
て試料Ｓ表面にＡｌ膜を形成する場合、まず媒体として
沸点が１７４℃のＦＣ−４３を恒温媒体室２１ａ内に封
入した後、反応容器２６内の試料台電極２４上に試料Ｓ
を載置する。次に、ヒータ２１ｆを用いて恒温媒体室２
１ａ内の媒体を媒体の沸点よりやや低い温度、例えば約
１７０℃まで加熱し、ターゲット電極２１下部をプラズ
マ処理に適した温度近傍にしておく。また、冷却パイプ
２１ｈに約２０℃の水を流通させる。この後、反応容器
２６内を所定の真空度に設定し、ガス供給系２３ｇを通
じて所要のガス圧が得られるようにＡｒガスを供給す
る。次に、ターゲット電極２１及び試料台電極２４に高
周波電源２２ｂ、２４ｂから高周波電界を付加すること
によりＡｒガスがプラズマ化され、主にＡｒイオンによ
りＡｌからなるターゲット２５がスパッタされ、試料Ｓ
表面にＡｌ膜が形成される。

【００５３】実施例２に係る平行平板型バイアススパッ
タ装置２０を用いた処理方法においては、プラズマ処理
に適する温度近傍の沸点を有する媒体を用いることによ
り、図３に示した実施例１に係るプラズマ処理装置１０
におけるプラズマ生成室１１の周囲壁１１ｗと略同様の
効果によりターゲット電極２１を恒温に維持することが
でき、ターゲット２５の局所エロージョン（侵食）を防
止してスパッタ速度を一定に保つことができる。

【００５４】［実施例３］図８は実施例３に係る平行平
板型ＲＩＥ装置３０を模式的に示した断面図であり、図
７に示した実施例２に係る平行平板型バイアススパッタ
装置２０と同様の構成を有する部分については、その説
明を省略し、相違する点についてのみその構成を説明す
る。なお実施例２のものと同一の構成部品には同一の符
号を付すこととする。

【００５５】図中３０は平行平板型ＲＩＥ装置を、２６
は反応容器をそれぞれ示している。反応容器２６の上部
にはアース電極２７が配設されており、このアース電極
２７は二重構造となっており、その内部には液体状態の
媒体が気体層を残すように封入され、液体層収容部分が
恒温媒体室２７ａとなっており、媒体の気体層収容部分
が液化室２７ｅとなっている。恒温媒体室２７ａの下部
には媒体に浸かるようにヒーター２７ｆが配設され、ヒ
ーター２７ｆにより媒体が加熱されるようになってい
る。また、液化室２７ｅには例えば所定温度に設定され
た冷却水が流通する冷却パイプ２７ｈが配設され、冷却
パイプ２７ｈにより気化した媒体が液化されるようにな
っている。また、液化室２７ｅにはベローズタイプの膨
張室２７ｉが配管２７ｊを介して接続されており、この
膨張室２７ｉにより媒体の蒸発気化に伴う圧力の上昇が
緩和され、恒温媒体室２７ａ及び液化室２７ｅの圧力が
調節されるようになっている。

【００５６】また、反応容器２６の下方には試料台電極
３４が配設されており、試料台電極３４上には試料Ｓが
載置されるようになっている。また試料台電極３４には
高周波電源３４ｂが接続されている。

【００５７】実施例３に係る平行平板型ＲＩＥ装置３０
においては、プラズマ処理に適する温度近傍の沸点を有
する媒体を用いることにより、試料Ｓ表面のエッチング
を行う際に、実施例２に係る平行平板型バイアススパッ
タ装置２０におけるターゲット電極２１と略同様の効果
によりアース電極２７を恒温に維持することができる。
従って、試料Ｓ表面へのエッチングガス分解生成物の付
着量を減らして、エッチング処理速度を一定に維持する
ことができる。

【００５８】また、アース電極２７の温度の変化範囲を
２０℃未満にすることにより、プロセスの再現性を向上
させることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ処理装置（１）にあっては、その内部において試料を
処理するための反応容器と、該反応容器の周囲壁の少な
くとも一部に内設された恒温媒体室と、該恒温媒体室に
連通した液化室と、前記恒温媒体室内に封入される媒体
を加熱するための加熱手段と、前記恒温媒体室内で気化
した媒体を液化するための冷却手段とを備えているの
で、所望処理温度近傍の沸点を有する媒体を前記恒温媒
体室内に封入し、予め前記加熱手段により媒体を媒体の
沸点近傍まで加熱しておくことにより、前記周囲壁がプ
ラズマ処理中にプラズマ照射を受けて加熱されても、媒
体の温度が沸点近傍で恒温維持される。その結果、前記
周囲壁を短時間で処理に適した所望温度に設定できると
共に処理回数を重ねても所望温度で安定的に維持するこ
とができ、プラズマ処理速度を一定に維持することがで
きる。

【００６０】また本発明に係るプラズマ処理装置（２）
にあっては、その内部において試料を処理するための反
応容器と、該反応容器内に配設された構成部材と、該構
成部材の少なくとも一部に内設された恒温媒体室と、該
恒温媒体室に連通した液化室と、前記恒温媒体室内に封
入される媒体を加熱するための加熱手段と、前記恒温媒
体室内で気化した媒体を液化するための冷却手段とを備
えているので、上記したプラズマ処理装置（１）におけ
る前記反応容器の周囲壁と略同様の効果により、前記構
成部材を恒温に維持することができる。

【００６１】従って、該構成部材が平行平板型ＲＩＥ装
置のアース電極である場合は、エッチング速度を一定に
維持することができ、また該アース電極下面の温度変化
範囲が２０℃未満となり、プロセスの再現性を良好にす
ることができる。

【００６２】さらに本発明に係るプラズマ処理装置
（１）または（２）を用いたプラズマ処理方法において
は、前記恒温媒体室内に封入された媒体を前記加熱手段
を用いて媒体の沸点近傍の温度まで加熱するとともに、
前記恒温媒体室内で気化した媒体を前記冷却手段を用い
て冷却して液化しつつ、前記反応容器内においてプラズ
マを生成して前記試料を処理するので、媒体の温度が沸
点近傍で恒温維持され、前記周囲壁又は前記構成部材を
短時間で処理に適した所望温度に設定できると共に処理
回数を重ねても所望温度で安定的に維持することがで
き、プラズマ処理速度を一定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】各種の冷媒（熱媒体）における熱伝達係数を示
したグラフである。

【図２】膨張室の配設位置を説明するための概略断面図
である。

【図３】本発明に係るプラズマ処理装置の実施例１を模
式的に示した断面図である。

【図４】実施例１に係る装置及び従来例に係る装置を用
いた場合のエッチング速度の経時変化を示したグラフで
ある。

【図５】実施例１に係る装置及び従来例に係る装置を用
いた場合の相対選択比（対レジスト）の経時変化を示し
たグラフである。

【図６】実施例１に係る装置及び従来例に係る装置を用
いた場合のパーティクル数の経時変化を示したグラフで
ある。

【図７】実施例２に係る平行平板型バイアススパッタ装
置を模式的に示した断面図である。

【図８】実施例３に係る平行平板型ＲＩＥ装置を模式的
に示した断面図である。

【符号の説明】

１０ プラズマ処理装置 １１ プラズマ生成室 １１ａ、２１ａ、２７ａ 恒温媒体室 １１ｅ、２１ｅ、２７ｅ 液化室 １１ｆ、２１ｆ、２７ｆ ヒータ １１ｈ、２１ｈ、２７ｈ 冷却パイプ １１ｗ 周囲壁 ２０ 平行平板型バイアススパッタ装置 ２１ ターゲット電極 ２７ アース電極 ３０ 平行平板型ＲＩＥ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その内部において試料を処理するための
   反応容器と、該反応容器の周囲壁の少なくとも一部に内
   設された恒温媒体室と、該恒温媒体室に連通した液化室
   と、前記恒温媒体室内に封入される媒体を加熱するため
   の加熱手段と、前記恒温媒体室内で気化した媒体を液化
   するための冷却手段とを備えていることを特徴とするプ
   ラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 その内部において試料を処理するための
   反応容器と、該反応容器内に配設された構成部材と、該
   構成部材の少なくとも一部に内設された恒温媒体室と、
   該恒温媒体室に連通した液化室と、前記恒温媒体室内に
   封入される媒体を加熱するための加熱手段と、前記恒温
   媒体室内で気化した媒体を液化するための冷却手段とを
   備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記恒温媒体室内に封入された媒体を前
   記加熱手段を用いて媒体の沸点近傍の温度まで加熱する
   とともに、前記恒温媒体室内で気化した媒体を前記冷却
   手段を用いて冷却して液化しつつ、前記反応容器内にお
   いてプラズマを生成して前記試料を処理することを特徴
   とする請求項１または請求項２記載のプラズマ処理装置
   を用いたプラズマ処理方法。