JPH08335569A

JPH08335569A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH08335569A
Application number: JP7166883A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Toyoda; 一行豊田
Original assignee: Kokusai Electric Corp
Current assignee: Kokusai Electric Corp
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】活性化イオン等の反応管内壁面への衝突を防
止して、所定の処理を支障なく実施する。【構成】反応室４を形成する反応管２と、反応管２の
外側に隣接して設けられたコイル１１、コイル１１に高
周波電力を供給する高周波電源１３と、を備え、コイル
１１が発生する誘導電磁界によって反応室４内に発生さ
せたプラズマ１５を利用して、反応室４内に納めた基板
１０に所定の処理を施すプラズマ処理装置において、導
電性材料で形成された保護板２４を接地して反応室４内
に設け、保護板２４で反応管２の内壁を覆い、活性化イ
オン等の反応管２の内壁面への衝突を防止する。また、
保護板２４を複数個のパーツから構成して各パーツを互
いに隙間２５をもたせて反応管の内壁に沿って配設し、
保護板２４に誘導電流が発生することを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板やガラス基
板等といった処理対象の試料に所定の処理を施す半導体
製造装置に関し、特に、プラズマを利用して試料にエッ
チング等の処理を施すプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを利用して半導体基板等の試料
に所定の処理を施す半導体製造装置を本明細書ではプラ
ズマ処理装置を称している。このようなプラズマ処理装
置は、従来より、エッチング装置、アッシング装置、Ｃ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等として利用
されており、反応室内に導入した反応ガスに電気的エネ
ルギーを加えてプラズマ状態とし、活性化された分子、
原子、イオン、ラジカル等によって、試料のエッチング
やアッシング処理、試料への成膜処理等を行っている。

【０００３】電気的エネルギーを加えてプラズマを生成
させる方式としては、装置の形式によって、平行平板方
式、ＥＣＲ（Electro Cycrotron Resonance）方式、ヘ
リコン方式、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）方
式等が知られているが、例えば、ヘリコン方式やＩＣＰ
方式は、反応室の外部にアンテナ（電極）を設け、この
アンテナからの誘導電磁界によって反応室内にプラズマ
を生成するものである。

【０００４】従来のプラズマ処理装置の一例として、Ｉ
ＣＰ方式の装置を図５及び図６を参照して説明する。図
５にはプラズマ処理装置の外観を、図６には同装置の断
面構造を示してある。このプラズマ処理装置では、導電
体材料で形成された気密な真空容器１の上部に、当該真
空容器１と同心に石英、セラミック等の絶縁体材料で形
成された円筒状の反応管２を気密に連設し、当該反応管
２の上端を導電体材料又は絶縁体材料から形成した蓋３
で気密に閉塞して、真空容器１、反応管２、蓋３で囲ま
れる空間を気密な反応室４としている。

【０００５】蓋３にはガス導入管５が連通されており、
図外の反応ガス供給源からガス導入管５を通して反応室
４内に反応ガスが供給される。また、真空容器１の底面
には排気管６が連通されており、排気管６に接続された
真空ポンプ７によって反応室４内の排気がなされる。真
空容器１内の底部には絶縁材８を介して平板状の試料台
９が設けられており、この試料台９上に処理対象試料と
しての基板１０が載置される。なお、試料台９は図外の
加熱手段や冷却手段によって温度調節可能であり、これ
によって、試料台９上に載置した基板１０を所定の温度
に加熱又は冷却できるようになっている。

【０００６】反応管２の外側周囲にはプラズマ発生用ア
ンテナとしてのコイル１１が巻設されており、このプラ
ズマ発生用コイル１１には整合器１２を介して高周波電
源１３が接続されている。したがって、高周波電源１３
から高周波電力が整合器１２を介してコイル１１へ印加
されると、このコイル１１によって、反応管２内（すな
わち反応室４）に誘導電磁界が発生する。

【０００７】上記のプラズマ処理装置によって、試料台
９上に載置された基板１０に処理を施す場合には、次の
ような操作を行う。まず、真空ポンプ７を稼働させて反
応室４内を排気した後、反応室４内にガス導入管５を通
して反応ガスを導入し、図外の圧力制御手段で反応室４
の内圧を所定の圧力に維持する。

【０００８】そして、高周波電源１３からプラズマ発生
用コイル１１に高周波電力を印可し、プラズマ発生用コ
イル１１が発生する誘導電磁界によって、反応室４内で
反応ガスを電離させてプラズマ１５を生成し、イオンや
活性化された中性分子等によって試料台９上の基板１０
にエッチング、アッシング、成膜等の所定の処理を施
す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなプラズマ処理装置にあっては、生成されたプラズ
マ１５とコイル１１との容量結合によって生ずる直流電
界の作用で、プラズマ１５とコイル１１との間に位置す
る反応管２の内壁面は、イオンの衝突により大きなダメ
ージを受ける。このため、反応管２を形成している材料
物質がその内壁面からガスとなって反応室４内に放出さ
れ、不純物の混入等によって、基板１０に対する処理に
支障をきたすという問題があった。半導体製造装置では
反応管２が石英等の比較的脆い絶縁材料から形成される
場合が多く、上記の問題は顕著に生ずるものであった。

【００１０】本発明は上記従来の事情に鑑みなされたも
ので、イオン等の反応管内壁面への衝突を防止して、所
定の処理を支障なく実施することができるプラズマ処理
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【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に記載したプラズマ処理装置は、反応室を
形成する反応管と、反応管の外側に隣接して設けられた
アンテナと、アンテナに高周波電力を供給する高周波電
源と、を備え、アンテナが発生する誘導電磁界によって
反応室内に発生させたプラズマを利用して、当該反応室
内に納めた試料に所定の処理を施すプラズマ処理装置に
おいて、導電性材料で形成された保護板を接地して反応
室内に設け、当該保護板で反応管の内壁を覆ったことを
特徴とする。

【００１２】また、請求項２に記載したプラズマ処理装
置は、請求項１に記載したプラズマ処理装置において、
保護板は複数個のパーツから構成されて、各パーツを互
いに隙間をもたせて反応管の内壁に沿って配設したこと
を特徴とする。

【００１３】また、請求項３に記載したプラズマ処理装
置は、請求項１又は請求項２に記載したプラズマ処理装
置において、保護板は耐プラズマ性を強化する表面処理
が施されていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１のプラズマ処理装置によると、従来と
同様に、反応室内で生成したプラズマ中のイオンや活性
化された中性分子等によって半導体基板等の試料にエッ
チング、アッシング、成膜等の所定の処理を施す。この
際、プラズマにより発生した活性化イオン等は、保護板
によって反応管の内壁面への衝突が遮られ、反応管を形
成している材料物質が反応室内に放出されるという事態
が防止される。

【００１５】そして、請求項２のプラズマ処理装置で
は、保護板を複数個のパーツを互いに隙間をもたせて反
応管の内壁に沿って配設して構成し、当該保護板が連続
したリング状とならないようにしてある。これによっ
て、アンテナへの高周波電力の印加によって保護板に２
次的に誘導電流が流れ、プラズマ生成条件を不安定なも
のとしてしまうことを防止している。

【００１６】また、保護板は接地されていることから、
保護板とプラズマとの間に生じる直流電界が小さいため
反応管の受けるダメージは小さくなっているが、請求項
３のプラズマ処理装置では、保護板にアルマイト処理や
セラミックコーティング処理等の耐プラズマ性を強化す
る表面処理を施し、これによって、保護板からのガス放
出をより効果的に防止している。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例に係るプラズマ処理を図面
を参照して説明する。図１には本実施例に係るプラズマ
処理装置の断面構造を、図２には同プラズマ処理装置の
斜視した断面構造を、図３には反応管２部分の断面構造
を、図４には保護板ユニットの外観を示してある。な
お、本実施例のプラズマ処理装置は、石英やセラミック
ス等の絶縁材料から形成された反応管２の周囲にアンテ
ナとしてのプラズマ発生用コイル１１が巻設されている
等、従来例で示したＩＣＰ方式の装置であり、以下の説
明において、従来例と同一部分には同一符号を付して重
複する説明は省略する。

【００１８】反応室４を形成している反応管２の内部に
は保護板ユニット２１が設けられており、この保護板ユ
ニット２１は蓋３にボルト（図示せず）によって取り付
けられている。保護板ユニット２１は、図４に詳示する
ように、円板状のベース２２に支え２３によって円弧状
の保護板２４を取り付けた構造となっており、本実施例
では、４つの保護板２４が設けられている。なお、同図
中の２０は、保護板ユニット２１を蓋３に取り付けるた
めのボルト孔である。

【００１９】これら保護板２４は円筒状の反応管内壁に
沿って配設されており、本実施例では、保護板２４の間
には微少な隙間２５が形成されている。このように、こ
れら保護板２４は隙間２５をもちつつも全体として反応
室４内のプラズマ発生領域１５を囲っており、プラズマ
１５に対して反応間２の内壁を覆っている。なお、この
ように保護板２４の間に隙間２５を設け、保護板２４が
全体として連続したリング状とならないようにしている
のは、プラズマ発生用コイル１１への高周波電力の印加
によって保護板２４に２次的に誘導電流が流れないよう
にするためであり、これによって、プラズマ発生用コイ
ル１１によるプラズマ生成条件を安定化している。

【００２０】保護板ユニット２１を構成するベース２
２、支え２３、及び、保護板２４は導電性材料から形成
されており、本実施例ではベース２２を接地することに
よって、ベース２２、支え２３、及び、保護板２４を接
地状態としている。これらベース２２、支え２３、及
び、保護板２４を構成する導電性材料としてはアルミニ
ュウムやカーボン等が用いられるが、これ以外の導電性
材料を用いることも可能である。なお、蓋３を導電性材
料から構成する場合には、ベース２２を蓋３に電気的に
接続させ、蓋３を接地することによってベース２２、支
え２３、及び、保護板２４を接地状態としてもよい。

【００２１】また、本実施例では、ベース２２、支え２
３、及び、保護板２４には耐プラズマ性を強化する表面
処理が施されており、プラズマ１５によって発生した活
性化イオン等が衝突しても、これらベース２２、支え２
３、及び、保護板２４からのガス放出が極力少なくなる
ようにしている。この表面処理としては、アルマイト処
理やセラミックコーティング処理が用いられるが、これ
以外の表面処理を用いることも可能である。

【００２２】次に、上記のプラズマ処理装置によって、
試料台９上に載置された基板１０に処理を施す場合の操
作を説明する。まず、真空ポンプ７を稼働させて反応室
４内を排気した後、反応室４内にガス導入管５を通して
反応ガスを導入し、図外の圧力制御手段で反応室４の内
圧を所定の圧力に維持する。

【００２３】そして、高周波電源１３からプラズマ発生
用コイル１１に高周波電力を印加し、プラズマ発生用コ
イル１１が発生する誘導電磁界によって、反応室４内で
反応ガスを電離させてプラズマ１５を生成し、活性化さ
れたイオンや分子等によって試料台９上の基板１０にエ
ッチング、アッシング、成膜等の所定の処理を施す。こ
こで、本来プラズマ１５とコイル１１との容量結合によ
って生ずる電界は、保護板２４で遮蔽（シールド）され
るため、イオンが保護板２４に衝突するエネルギーは非
常に小さいものとなる。したがって、イオンの衝突によ
る反応管形成物質の反応室４内への放出が防止され、基
板１０に対する処理が支障なく行われる。

【００２４】ここで、実際上の問題として、反応室４内
のプラズマ放電はコイル１１からの誘導電磁界によって
開始することから、保護板２４を設けることによって電
界が遮蔽されるため、特に低圧力状態でのプラズマ放電
が開始し難くなる。しかしながら、プラズマ放電は一旦
開始すると安定化するため、瞬間的に反応室４内の圧力
を高くし、プラズマ放電が開始した後は、圧力を所定値
に低下させるようにすれば、実用上の問題はない。な
お、保護板２４の厚みを薄くしたり、或いは、隙間２５
の幅を大きくすれば、プラズマ放電を開始し易くするこ
とができる。

【００２５】なお、上記したプラズマ処理装置をエッチ
ング装置やアッシング装置として用いる場合には、図１
に示すように、試料台９に整合器３２を介して高周波電
源３３を接続し、プラズマ処理中に、試料台９に載置さ
れた基板１０にバイアス電圧を印加すれば、基板１０を
異方性エッチングや異方性アッシングすることができ
る。また、プラズマ処理装置による処理条件によって
は、試料台９を加熱手段や冷却手段によって温度調節可
能とし、これによって、試料台９上に載置した基板１０
を所定の温度に加熱又は冷却できるようにしてもよい。
また、保護板ユニット２１についても同様であり、処理
条件に応じて、保護板ユニット２１を加熱手段によって
加熱できるようにしてもよい。石英管等の加熱は比較的
困難であるが、保護板ユニット２１を加熱することによ
り、従来加熱できなかった反応室側壁面を加熱すること
ができる。

【００２６】なお、上記の実施例では、保護板２４を４
つのパーツから構成したが、保護板２４を構成するパー
ツの数には特に限定はない。また、保護板のパーツ間に
隙間２５を設けて保護板２４に誘導電流が流れないよう
にしたが、プラズマ生成条件等に特に影響がなければ、
保護板２４は一体的なリング状に形成することも可能で
ある。また、上記の実施例では、保護板２４に耐プラズ
マ性を強化する表面処理を施しているが、保護板２４の
材質やプラズマ１５の大きさ等によっては、このような
表面処理を省略することも可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプラ
ズマ処理装置によると、反応管の内壁面を導電性材料で
形成され且つ接地された保護板によって覆ったため、活
性化されたイオンや分子等の反応管内壁面への衝突を防
止することができ、反応室内に不純物ガスが放出される
事態を防止して、試料に対する処理を支障なく実施させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置の断
面図である。

【図２】本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置の斜
視断面である。

【図３】本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置の反
応管部分の断面図である。

【図４】本発明の一実施例に係る保護板ユニットの斜視
図である。

【図５】従来のプラズマ処理装置の斜視図である。

【図６】従来のプラズマ処理装置の断面図である。

【符号の説明】

２反応管、４反応室、１０基板（試料）、１３高周波電源、１５プラズマ、２４保護板、２５隙間、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応室を形成する反応管と、反応管の外
側に隣接して設けられたアンテナと、アンテナに高周波
電力を供給する高周波電源と、を備え、アンテナが発生
する誘導電磁界によって反応室内に発生させたプラズマ
を利用して、当該反応室内に納めた試料に所定の処理を
施すプラズマ処理装置において、導電性材料で形成された保護板を接地して反応室内に設
け、当該保護板で反応管の内壁を覆ったことを特徴とす
るプラズマ処理装置。
【請求項２】請求項１に記載したプラズマ処理装置に
おいて、保護板は複数個のパーツから構成されて、各パーツを互
いに隙間をもたせて反応管の内壁に沿って配設したこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載したプラズ
マ処理装置において、保護板は耐プラズマ性を強化する表面処理が施されてい
ることを特徴とするプラズマ処理装置。