JPH1126192A

JPH1126192A - プラズマ発生電極装置およびプラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH1126192A
Application number: JP10135328A
Authority: JP
Inventors: Ryusuke Ushigoe; 隆介牛越; Kouichi Umemoto; 鍠一梅本
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-01-29
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: JP3676569B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発生したプラズマに対して十分な耐蝕性を備
え、プラズマシースを安定に生成させ、エッチング、Ｃ
ＶＤ、ＰＶＤ等の各処理を、サセプターの全面にわたっ
て安定に実施できるようなプラズマ発生電極装置を提供
する。【解決手段】緻密質セラミックスからなる基体１と、基
体１中に埋設された電極９とを備えており、電極９と基
体１のプラズマ発生側の表面１ａとの間に存在する電磁
波透過層４の厚さの最小値が０．１ｍｍ以上である。好
ましくは、電磁波透過層４の厚さの平均値が０．５ｍｍ
以上であり、電磁波透過層４の厚さの平均値が５．０ｍ
ｍ以下であり、電極９が金属バルク体からなる面状の電
極であり、電極を包囲する基体１が、接合面のない一体
焼結品である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
の中でプラズマを発生させるための装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】スーパークリーン状態を必要とする半導
体製造用装置では、デポジション用ガス、エッチング用
ガス、クリーニング用ガスとして、塩素系ガス、弗素系
ガス等のハロゲン系腐食性ガスが使用されている。この
ため、ウエハーをこれらの腐食性ガスに接触させた状態
で加熱するための加熱装置として、抵抗発熱体の表面を
ステンレススチール、インコネル等の金属により被覆し
た従来のヒーターを使用すると、これらのガスの曝露に
よって、塩化物、酸化物、弗化物等の粒径数μm の、好
ましくないパーティクルが発生する。

【０００３】このため、例えば低温で使用されるエッチ
ャーやＣＶＤ装置では、図１５に模式的に示すように、
デポジション用ガス等に曝露されるチャンバー１２の外
側に石英窓３４を介して赤外線ランプ３５を設置し、チ
ャンバー１２内にアーム１１を介して、例えばアルミニ
ウムからなるサセプター３３を設置し、赤外線ランプ３
５によってサセプター３３を加熱し、さらにサセプター
３３上に載置したウエハーＷを間接的に加熱する構造を
とっていた。これと同時に、金属製のサセプター３３を
プラズマ発生用の電極として使用し、サセプター３３に
直接高周波電力を供給してチャンバー１２内でプラズマ
を発生させ、ウエハーＷに半導体膜を形成したり、クリ
ーニングを行ったりしていた。この際、アルミニウム製
のサセプター３３では、サセプター３３の表面にアルマ
イト処理によって厚さ１０μｍ程度のアルミナ製絶縁膜
を設け、絶縁膜の上にウエハーＷを載置することによ
り、ウエハーＷに対して直接高周波電力が加わることを
防止していた。なお、高周波放電においては、電流放電
とは異なり、一方の電極への電荷の流れはないため、こ
の絶縁膜は、一定の電荷によってチャージされた状態
を、プラズマ中で保持している。

【０００４】また、いわゆる誘導結合型のプラズマ発生
装置が知られている。これは、例えば円筒形状の絶縁体
の外側周面に、低抵抗材料製の線材からなるコイルを巻
き付け、このコイルに高周波電力を供給し、絶縁体の内
部にプラズマを発生させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例では、サセプター３３が金属製であるため、高
温プロセスにおいて金属よりの汚染が生ずる問題があっ
た。特に、アルミニウム製のサセプター３３の場合に
は、Ｍｇのコンタミネーションが問題となっていた。ま
た、物理的気相成長（ＰＶＤ法）、化学的気相成長（Ｃ
ＶＤ法）、エッチング装置等において、プラズマを発生
させる際に、前記した絶縁膜は、一定の電荷によってチ
ャージされた状態を保持しているが、電離したイオン及
び電子がこのチャージされた絶縁膜に衝突するので、絶
縁膜がダメージを受ける。特にアルマイト製の絶縁膜
は、緻密ではないし、高々１０μｍ程度の厚さしか有し
ていないので、寿命が短かった。特に、ハロゲン系腐食
性ガスを使用するＣＶＤ装置、エッチング装置等におい
ては、寿命が短いので、交換を頻繁に行う必要があっ
た。特に、アルミニウム等の金属材料は、こうしたハロ
ゲン系腐食性ガスのプラズマによってひどく腐食され、
サセプターとして使用できないほど変形している状況で
あった。

【０００６】しかも、本発明者が検討を進めるうちに、
更に次の問題があることを発見した。即ち、上記のよう
にプラズマを使用しているプロセスにおいては、第一に
ガス分子を解離させ、反応性の高いイオンと電子とに分
離させてプラズマ領域を生成させる。このときに電離し
た電子は、質量が小さいので、イオンに比べると高速度
で移動し、高周波電極の近くに、電子の密度が少ない領
域が生成する。この電子密度が少ない領域をプラズマシ
ースと呼んでいる。プラズマ中のイオンを、プラズマシ
ースの電位によって加速し、加速されたイオンをウエハ
ーの表面に衝突させる。このイオンの種類を変更するこ
とによって、エッチング、ＣＶＤ、ＰＶＤの各処理を行
っている。

【０００７】しかし、前記したようにアルマイト処理し
たアルミニウム製サセプター等を使用した場合には、プ
ラズマシースが安定に生成せず、この結果プラズマ放電
が安定に行われないことがあった。この結果、エッチン
グ、ＣＶＤ、ＰＶＤの各処理を、サセプターの全面にわ
たって安定に実施できないことがあった。

【０００８】本発明の課題は、発生したプラズマに対し
て十分な耐蝕性を備えたプラズマ発生電極装置を提供す
ることである。また、本発明の課題は、プラズマシース
を安定に生成させ、これによってプラズマ放電を安定さ
せ、エッチング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の各処理を、サセプ
ターの全面にわたって安定に実施できるようにすること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ発
生電極装置は、緻密質セラミックスからなる基体と、こ
の基体中に埋設された電極とを備えており、この電極と
基体のプラズマ発生側の表面との間に存在する電磁波透
過層の厚さの最小値が０．１ｍｍ以上であることを特徴
とする。

【００１０】また、本発明は、このプラズマ発生電極装
置に加えて、このプラズマ発生電極装置の電極と対向す
る位置に設けられた対向電極、およびプラズマ発生電極
装置の電極と対向電極とに対して電力を供給するための
高周波電源を備えていることを特徴とする、プラズマ発
生装置に係るものである。

【００１１】更に、前記のプラズマ発生電極装置は、誘
導結合型のプラズマ発生装置用の電極装置として使用す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者は、前記したように、ア
ルマイト電極の表面上でプラズマシースが安定して生成
しない原因について検討した。通常の常識に従えば、電
極の表面を絶縁物で被覆すると、絶縁物の表面はマイナ
ス電位になるので、プラズマシースの領域が大きくな
り、安定するはずである。しかし、前記のようなアルマ
イト等からなる薄膜の場合には、高温に加熱したときな
どに、表面電位を、十分な大きさの均一なマイナス電位
に保持することができず、均一で十分に安定したプラズ
マシースを生成させることができないことが判明した。

【００１３】この一方、従来は、絶縁膜の厚さを大きく
すると、プラズマ領域と電極との距離がその分大きくな
り、プラズマ中のイオンの加速が不十分になって、プラ
ズマの放電安定性が損なわれるとも考えられていた。

【００１４】しかし、本発明者が、電極を緻密質セラミ
ックスの基体中に埋設するのと共に、電磁波透過層の厚
さの最小値を０．１ｍｍ以上と厚くすると、プラズマシ
ース領域が拡大し、均一で安定なプラズマを生成させる
ことができた。しかも、このように電磁波透過層を厚く
しても、この電磁波透過層がセラミックスからなってお
り、電磁波透過層の誘電率εは、真空の誘電率に比べて
数倍以上大きい。この結果、電極間の電界強度の低下も
なく、プラズマ中のイオンをプラズマシースにおいて十
分に加速することができ、プラズマ放電が安定すること
を確認した。

【００１５】しかも、本発明によれば、電極が緻密質セ
ラミックス中に埋設されており、電極と基体のプラズマ
発生側の表面との間に存在する電磁波透過層の厚さの最
小値が０．１ｍｍ以上であるので、プラズマのイオンボ
ンバードメントに対して安定である。

【００１６】なお、緻密質のセラミックスからなる基体
中に電極を埋設するためには、後述するようなセラミッ
クス製造工程を実施する必要がある。こうした製造工程
を通過した後には、電極の形状に不可避的に若干のうね
りが発生し、この結果、電極と基体の表面との間の電磁
波透過層の厚さが、電極の平面的埋設位置によって変化
する。この変化量は、製造上の精度の問題であるが、通
常の製造方法によれば、材料等によって変動するが、最
大０．７ｍｍ程度に及ぶ。このように電磁波透過層の厚
さが平面的位置によって変動するので、電磁波透過層の
厚さの最小値を少なくとも０．１ｍｍ以上とする必要が
ある。なお、本発明の装置における基体内の電極とほぼ
平行に、対向電極を設置し、この間に高周波電力を供給
することができる。この際、基体内の電極に対して高周
波電力を供給し、対向電極をアースすることもできる
し、対向電極に対して高周波電力を供給し、基体内の電
極をアースすることもできる。

【００１７】

【実施例】以上の理由から、更に、電磁波透過層の厚さ
のバラツキを考慮すると、その平均値を０．５ｍｍ以上
とすることが好ましい。

【００１８】また、電磁波透過層の誘電率は一般に大き
いが、電磁波透過層の厚さの平均値が大きくなりすぎる
と、電磁波透過層の誘電体損失による自己発熱量が大き
くなり、プラズマパワーの効率が低下してくる傾向があ
った。この観点から、電磁波透過層の厚さの平均値は、
特に５．０ｍｍ以下とすることが好ましい。

【００１９】ハロゲン系腐食性ガスを使用する半導体製
造装置内に設置し、このハロゲン系腐食性ガスに高周波
電力を印加してプラズマを発生させるために、本発明の
装置を使用する場合には、ハロゲン系腐食性ガスのイオ
ンのアタックによって電磁波透過層の表面に反応生成物
が生ずるが、この反応生成物層の厚さは数〜数十μｍに
達するので、十分な絶縁性を維持するためにも、電磁波
透過層の厚さの最小値を０．１ｍｍ以上にすることが必
要であり、またその平均値を０．５ｍｍ以上にすること
が好ましい。

【００２０】特に相対密度９９％以上の窒化アルミニウ
ムによって電磁波透過層を形成した場合には、反応生成
物層としてＡｌＦ₃からなるパッシベーション層が生成
し、この層が耐蝕作用を有しているので、この層の内部
へと腐食が進行するのを防止することができる。特に９
９％以上の相対密度を有した常圧焼結、ホットプレス焼
成又は熱ＣＶＤにより製造した緻密な窒化アルミニウム
が好ましい。

【００２１】特に半導体製造装置用途においては、半導
体の重金属による汚染を防止する必要があり、特に高密
度化の進展によって重金属の排除に対する要求が極めて
高度になってきている。この観点からは、窒化アルミニ
ウムにおけるアルミニウム以外の金属の含有量を１％以
下に抑制することが好ましい。

【００２２】本発明のプラズマ発生電極装置において
は、更に、電極がバルク状の電極であり、この電極を包
囲する基体が、接合面のない一体焼結品であることが好
ましい。バルク体は、面状であることが好ましく、この
面状の電極とは、例えば、線体あるいは板体をらせん
状、蛇行状に配置することなく、一体の面状として形成
したものをいう。この点に関して更に説明する。

【００２３】プラズマ発生電極装置を製造する際に、セ
ラミックスのグリーンシート上に印刷電極を形成した
後、別のグリーンシートを積層し、この積層体のプレス
成形、焼成を行う方法では、プレス成形段階や焼成段階
で、印刷電極の位置が変動している。従って、一体焼結
後に誘電体層の表面をいくら精密に平面加工しても、電
磁波透過層の厚さのバラツキが大きくなりやすい。ま
た、こうした常圧焼結方法では、特にプラズマ発生電極
装置が大型になってくると、誘電体層の緻密性を１００
％確保することが困難であり、絶縁破壊を防止するとい
う観点から見た信頼性が低下してくる。この一方、半導
体ウエハーの大型化が進行している。更に、充分に高周
波を伝えるためには装置のリアクタンス成分を低減する
必要があり、好ましくは電極の抵抗値を１Ω以下とする
必要があり、このためには、電極の厚さを十分に大きく
することが必要である。更に好ましくは、１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波中で電極の抵抗値を２００ｍΩ以下とする
ことが必要である。しかし、印刷電極においては、これ
は困難である。

【００２４】このように、埋設された面状の電極を導電
性材料のバルク体によって構成することにより、電極の
抵抗値を小さくすることが容易である。例えば、スクリ
ーン印刷電極は、厚さが高々数十μｍ程度なので、抵抗
値が必然的に大きくなる。例えば電極がタングステンで
あり、周波数が１３．５６ＭＨｚの場合、電極の厚さは
２０μｍ以上が望ましい。しかし、この厚さの電極を、
スクリーン印刷法で形成することは困難である。

【００２５】更に説明すると、印刷前の導電性粉末のペ
ーストは、一般に０．５μｍから１０μｍの粒径を有す
る微粉末を使用しているので、焼成段階で微粉末が焼結
し、この粒径が大きくなってくる。この際、焼結後の粒
界には、ペースト中やセラミックス原料中に含有されて
いた炭素、酸素等の不純物が進入し、酸化物層、炭化物
層が生成するので、抵抗値が上昇する。

【００２６】これに対して前記バルク体を基材中に埋設
する場合には、埋設の前の段階で既に十分に緻密な微構
造を有しているので、セラミックス粉末を焼成した後に
もバルク体の粒界中に高抵抗率の不純物層が生成しな
い。このため、印刷電極と比較して、基材中に埋設され
た電極の抵抗値が顕著に低いし、またこの抵抗値を正確
に制御し、そのバラツキないし変動を防止することがで
きる。こうしたバルク体としては、埋設前の密度が９９
％以上であって、粉末冶金法によって製造されたバルク
体、または鍛造法、圧延引き抜き法によって製造された
バルク体が好ましい。

【００２７】しかも、電極を包囲する基体が、接合面の
ない一体焼結品であるので、高真空等の放電し易い条件
下においても、接合面からの放電、絶縁破壊は生じ得な
い。従って、プラズマ発生電極装置の信頼性が飛躍的に
向上する。

【００２８】プラズマ発生電極装置を、ハロゲン系腐食
性ガスを使用する半導体製造装置内に設置する場合に
は、ハロゲン系腐食性ガスによって、高周波電極が腐食
するおそれがある。更に、膜状電極は、金属を含んでい
るので、半導体に金属汚染が生じるおそれも考えられ
る。しかし、この場合において、電極を包囲する基体
を、接合面のない一体焼結品とすることによって、電極
の腐食及び半導体製造装置内の汚染を、防止することが
できる。

【００２９】基体を構成するセラミックスとしては、窒
化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、サイアロン等
の窒化物系セラミックス、アルミナ−炭化珪素複合材料
が好ましい。本発明者の研究によれば、耐熱衝撃性の観
点からは、窒化珪素が特に好ましく、ハロゲン系腐食性
ガス等に対する耐蝕性の点では、窒化アルミニウムが好
ましい。

【００３０】本発明のプラズマ発生電極装置は、例えば
次の方法によって製造することができる。方法（１）予備成形体を製造し、この予備成形体の上
に電極を設置する。次いで、この予備成形体及び電極の
上にセラミックス粉末を充填し、一軸プレス成形する。
この成形体を、電極の厚さ方向に向かって加圧しながら
ホットプレス焼結させる。

【００３１】ここで、ホットプレスを行う場合には、面
状電極に対して交差する方向に圧力を加える必要がある
が、好ましくは面状電極に対して実質的に垂直な方向に
圧力を加える。これによって、電極上のセラミックスの
厚さや性質のバラツキを抑制することができる。更に、
後述するように、バルク体からなる面状の電極から見て
基材の表面側と背面側との間に連通している空間が電極
に設けられている場合には、この空間に対して垂直方向
にホットプレスの圧力を加えることが好ましい。これに
よって、セラミックスとバルク体の電極とをホットプレ
ス法によって一体焼結する際に、空間の中にセラミック
ス粉末が進入し、この空間中でセラミックス粉末が焼結
して構造体を形成する。この結果、前記空間中に進入し
たセラミックスが、電極の表面側と背面側とのセラミッ
クスと連続して構造体を形成することになるので、電極
の表面側と背面側との間での接合強度ないし構造強度が
向上し、電極の両側が剥離しにくくなる。

【００３２】このホットプレスの圧力は、５０ｋｇ／ｃ
ｍ²以上とする必要があり、１００ｋｇ／ｃｍ²以上と
することが好ましい。また、実際上の装置の性能等を考
慮すると、通常は２トン／ｃｍ²以下とすることができ
る。

【００３３】方法（２）コールドアイソスタティック
プレス法によって、平板状の成形体を２つ製造し、２つ
の平板状成形体の間に電極を挟む。この状態で２つの成
形体及び電極を、電極の厚さ方向に向かって加圧しなが
らホットプレス焼結させる。

【００３４】高周波電極は、特に６００°Ｃ以上の高温
にまで温度が上昇する用途においては、高融点金属で形
成することが好ましい。こうした高融点金属としては、
タンタル，タングステン，モリブデン，白金，レニウ
ム、ハフニウム及びこれらの合金を例示できる。半導体
製造装置内に設置する用途においては、半導体汚染防止
の観点から、更に、タンタル、タングステン、モリブデ
ン、白金及びこれらの合金が好ましい。また、一般的に
は、高周波電極を構成する、金属以外の導電性材料とし
ては、カーボン、ＴｉＮ、ＴｉＣを例示することができ
る。

【００３５】電極の形態は、貫通孔のない薄板からなる
面状の電極の他、基材の表面側と背面側との間に連通し
ている空間が設けられている電極を含んでいる。このよ
うな空間の形状は特に限定しないし、このような電極と
しては、（１）多数の小孔が設けられた板状体からなる
面状の電極や、（２）導電性材料の繊維または小片が互
いに分離しないように一体化された結合体からなる電極
がある。電極の一方の側と他方の側とに連通している空
間が設けられている電極を使用すると、一体焼結の際
に、セラミックス粉末がこの空間内に回り込み、進入
し、この空間内で緻密に焼結する。従って、電極から見
て表面側（プラズマ発生側）と背面側との間でセラミッ
クスの接合力が大きくなり、基体の強度が向上し、剥離
が生じにくくなる。

【００３６】（１）多数の小孔が設けられた板状体から
なる面状の電極としては、いわゆるパンチングメタルが
好ましい。ただし、電極が高融点金属からなる場合に
は、電極の硬度が高く、高融点金属からなる板に多数の
小孔をパンチによって開けることは困難であり、加工コ
ストも非常に高くなる。

【００３７】（２）導電性材料の繊維（線材を含む）ま
たは小片が互いに分離しないように一体化された結合体
からなる電極としては、導電性繊維を編んで製造した網
状物、導電性繊維の不織布、フェルトの他に、多数の導
電性小片を接合剤によって接合し、一体化したものを使
用することができる。こうした繊維や小片の材質として
は、前述した高融点金属の他に、カーボンが好ましい。

【００３８】そして、パンチングメタルの場合とは異な
り、高融点金属からなる繊維、線材は容易に入手できる
ので、この線材を編組すれば網状電極を製造できるし、
こうした材質からなるフェルトも容易に入手できる。

【００３９】また、電極の形態が、前記した空間のない
薄板である場合には、電極と基体との熱膨張係数の差に
よって、電極の周縁部分に特に大きな応力が加わり、こ
の応力のために基体が破損することがあった。しかし、
電極が、前述したようなセラミックスの進入のための空
間を有している場合には、前記応力が、空間内に進入し
たセラミックスによって分散される。更に、網状電極の
場合のように繊維ないし線材の編組体や不織布を使用し
た場合に、繊維ないし線材の断面を円形にすると、この
応力分散の効果が特に大きい。

【００４０】前記した網状電極のメッシュ形状、線径等
は特に限定しない。しかし、この網ないしメッシュを構
成する金属線は、純金属からなっている方が、抵抗値を
低くすることができるので好ましい。更に好ましくは、
圧延引き抜き加工によって線材として成形された、純度
９９％以上の純金属からなる金属線が好ましい。また、
金属線を構成する金属の抵抗値は、１００×１０^-8Ω・
ｍ以下とすることが好ましく、４０×１０^-8Ω・ｍ以下
とすることが更に好ましい。

【００４１】また、網状電極を構成する金属線の線幅が
０．８ｍｍ以下であり、１インチ当たり８本以上の線交
差を有していることが好ましい。即ち、線幅が０．８ｍ
ｍを越えると、対向電極で構成したプラズマ発生用空間
における電界強度分布が乱れるため、プラズマの分布が
悪化し易い。また、プラズマ発生電極装置を長時間使用
したときに，セラミックス中に異物として存在する線体
による応力場がセラミックスの強度を越えることによ
り、セラミックスの破損が生じやすい傾向があった。ま
た，１インチ当たりの線交差が８本未満であると、網状
電極全体に均一な電流が流れにくくなった。

【００４２】実際の製造上の観点から見ると、１インチ
当たりの線交差の数は１００本以下とすることが好まし
い。

【００４３】網状電極を構成する線材の幅方向断面形状
は、円形の他、楕円形、長方形等、種々の圧延形状であ
ってよい。

【００４４】網状電極を構成する線材の直径は０．０１
３ｍｍ以上のものが好ましく、０．０２ｍｍ以上が更に
好ましい。

【００４５】本発明のプラズマ発生電極装置において
は、基体の中に、高融点金属からなる抵抗発熱体を埋設
し、この抵抗発熱体に電力を供給することによって、基
体のプラズマ発生側の表面を発熱させうるように構成す
ることができる。これによって、ウエハーをプラズマ発
生電極装置上に直接載置し、保持した状態で、直接にウ
エハーを加熱できるので、均熱性および加熱時のレスポ
ンスを向上させることができる。

【００４６】また、本発明のプラズマ発生電極装置にお
いて、電極を高周波電源に対して接続するのと同時に、
直流電源または交流パルス電源に対して接続することが
でき、この電極に対して静電力を生じさせてウエハーを
電極に対して吸着させることができる。これによって、
プラズマ発生電極装置を静電チャックとして機能させる
ことができる。

【００４７】本発明のプラズマ発生電極装置において
は、基体のうち少なくとも電磁波透過層を、誘電体損失
ｔａｎδが１０^-2以下であり、かつ耐熱衝撃性ΔＴｃが
２５０°Ｃ以上である窒化アルミニウムによって形成す
ることができる。

【００４８】プラズマ生成反応は、非常に激しい反応な
ので、種々の外部パラメーターによってプラズマの特性
を制御することは、大変に困難である。そして、前記し
たように、プラズマの電磁波透過層へのイオンボンバー
ドメントにより、電磁波透過層の表面が高温に発熱す
る。このため，電磁波透過層の材質によっては、局部的
に溶融するものと考えられる。また、この一方で、電磁
波透過層がマイクロ波に曝されるため、誘電体損失によ
って熱を発生する。

【００４９】このように、電磁波透過層には、プラズマ
による入熱と、電磁波による自己発熱という、二種類の
熱応力が加わる。こうした現象は、アルゴン、窒素、酸
素、オゾン、ＳｉＨ₄、ＴＥＯＳ等の非腐食性の気体を
使用した場合にも見られる。更に、ＣｌＦ₃、ＮＦ₃、
ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、Ｃ₂Ｆ₆等のハロ
ゲン系腐食性ガスを使用した場合には、上記した二種類
の熱応力に加えて、電磁波透過層の表面がハロゲンと反
応し、エッチングされることがある。例えば、窒化珪
素、炭化珪素等の耐蝕性の高い緻密質セラミックスによ
って電磁波透過層を形成した場合でも、こうした問題が
生じた。

【００５０】本発明者は、前記の性状を有する窒化アル
ミニウムによって、電磁波透過層を形成してみた。この
結果、電磁波透過層が、上記した発熱による溶融又は破
損をほとんど受けず、しかも、ハロゲン系腐食性ガスに
よってもほとんどエッチングを受けないことを発見し
た。

【００５１】そのうえ、前記の性状を有する窒化アルミ
ニウムは、耐熱衝撃性が大きいので、高周波が透過して
電磁波透過層の温度が局所的に上昇しても、破損しない
ことを確認した。

【００５２】特に、ＤＲＡＭの生産に使用されるウエハ
ーの直径は、大型化が進行しているため、プラズマ発生
電極装置の寸法、及び電磁波透過層の寸法を、大型化さ
せる必要がある。このとき、電磁波透過層の材質として
前記の窒化アルミニウムを採用することにより、電磁波
透過層の寸法を大きくしても、破損、溶融、腐食の可能
性を防止できるようになった。

【００５３】熱衝撃抵抗ΔＴｃは、下記の定義によるも
のである。試験に際しては、３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ
の寸法のＪＩＳ試験片を使用する。この試験片を電気炉
内に入れ、任意の温度で１０分間保持し、次いで試験片
を、容量１０ｌ、温度２６°Ｃの水中へ投入し、急冷す
る。この後、試験片の４点曲げ強度を、室温で測定す
る。この結果、ある温度差を境として、４点曲げ強度が
低下する。この境界となる温度差（強度が低下しない範
囲での最高の温度差）を、ΔＴｃとする。

【００５４】窒化アルミニウムは、耐蝕性セラミックス
としては公知である。しかし、通常の耐蝕性セラミック
スというのは、酸、アルカリ溶液に対するイオン反応性
を指している。一方、本発明では、イオン反応性ではな
く、プラズマのイオンボンバードメントによる局部的発
熱を問題としており、更には、ハロゲン系腐食性ガスの
プラズマとの反応性を問題としている。

【００５５】電磁波透過層を透過する電磁波の周波数領
域は、３００ＧＨｚ以下である。このうち、前記した電
磁波透過層が特に有用であるのは、マイクロ波領域であ
る。マイクロ波の周波数領域は、３００ＭＨｚ〜３００
ＧＨｚである。しかし、窒化アルミニウムの特性は、１
ＭＨｚの領域でも、１０ＧＨｚの特性と比べてほとんど
変化しないため、１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの周波数領域
でも、上記の効果を奏することができる。ただし、周波
数が高くなればなるほど、誘電体損失ｔａｎδの小さな
材料が好ましい。

【００５６】本発明のプラズマ発生電極装置における電
極の平面的寸法は、半導体ウエハー等の被処理物の寸法
と同じか、それ以上とすることが好ましい。これによっ
て、被処理物の表面上におけるプラズマを均一にするこ
とができる。

【００５７】以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例
を説明する。図１は、プラズマ発生電極装置１０をチャ
ンバー１２内に設置した状態を模式的に示す部分断面図
である。図２は、図１のプラズマ発生電極装置のうち一
部を切り欠いて示す斜視図である。図３は、網状電極３
を示す斜視図である。図４（ａ）は、一軸プレス型にお
ける成形工程を説明するための模式的断面図であり、図
４（ｂ）は、成形体２１を示す断面図であり、図４
（ｃ）は、プラズマ発生電極装置１０の本体部分を概略
的に示す断面図である。図５は、コールドアイソスタテ
ィックプレス法による成形体を示す断面図である。

【００５８】本実施例のプラズマ発生電極装置１０を製
造するには、まず図４（ａ）に示すようなプレス成形機
を準備する。プレス成形機の下型２０に、型枠１７が嵌
め合わされている。セラミックス粉末１８を型枠１７の
内部空間１６に充填し、下型２０及び図示しない上型に
よって一軸プレス成形し、予備成形体１９Ａを製造す
る。予備成形体１９Ａの上に網状電極３を設置する。網
状電極３は、図３に示すように、全体として円形をなし
ており、線体３ａを編組したものである。図３におい
て、３ｂは編み目である。

【００５９】次いで、網状電極３の上にセラミックス粉
末１８を充填し、網状電極３を埋設する。図示しない上
型によって粉末１８を一軸加圧成形し、図４（ｂ）に示
す成形体２１を作成する。成形体２１においては、予備
成形体２２Ａと予備成形体２２Ｂとの間に網状電極３が
埋設された状態となっている。次いで、この成形体２１
をホットプレス焼結し、所定の研削加工を施し、図４
（ｃ）に示すプラズマ発生電極装置本体を得る。

【００６０】図４（ｃ）においては、略円盤形状の基体
１の側周面１ｄにリング状のフランジ１ｃが設けられて
おり、基体１の内部に、網状電極３からなる高周波電極
９が埋設されている。半導体ウエハー等の被固定物の設
置面１ａ側には、電磁波透過層４が形成されている。支
持部分８側には端子２が埋設されており、端子２が高周
波電極９に接続されている。端子２の端面が、基体１の
裏面１ｂに露出している。

【００６１】また、他の方法では、セラミックス粉末１
８をコールドアイソスタティックプレスによって成形
し、図５に示すような平板形状の成形体２３Ａと２３Ｂ
とを製造する。次いで、成形体２３Ａと２３Ｂとの間に
網状電極３を挟み、この状態で、成形体２３Ａ、２３Ｂ
をホットプレス焼結させる。

【００６２】チャンバー１２内に、アーム１１を介して
プラズマ発生電極装置１０が設置されている。この際、
電極９が上面側となるようにプラズマ発生電極装置を設
置し、設置面１ａにウエハーＷを載置する。電力供給用
のケーブル５Ａの一端を端子２に接続し、ケーブル５Ａ
の他端をチャンバー１２外へと出し、高周波電源６に接
続する。電極９と対向する位置に、所定間隔を置いて平
行に対向電極１３を設置する。電力供給用のケーブル５
Ｂの一端を対向電極１３に接続し、ケーブル５Ｂの他端
をチャンバー１２外へと出し、高周波電源６及びアース
７へと接続する。図１においてｔは電磁波透過層４の厚
さである。

【００６３】この状態で、一対のケーブル５Ａ、５Ｂを
介して高周波電力を供給することにより、ウエハーＷの
上のプラズマ発生領域１５に、プラズマを発生させるこ
とができる。この際、プラズマ発生領域１５と設置面１
ａとの間に、プラズマシース１４が発生する。

【００６４】図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ網状電極
の各種の形態を例示する断面図である。図６（ａ）に示
す網状電極３８Ａにおいては、縦線３７Ａと横線３６Ａ
とが三次元的に交差するように編まれており、縦線３７
Ａも横線３６Ａも、それぞれ波うっている。図６（ｂ）
の網状電極３８Ｂにおいては、横線３６Ｂは真っ直ぐで
あり、縦線３７Ｂが折れ曲がっている。図６（ｃ）の網
状電極３８Ｃにおいては、縦線３７Ｃと横線３６Ｃとが
三次元的に交差するように編まれており、縦線３７Ｃも
横線３６Ｃも、それぞれ波うっている。そして、網状電
極３８Ｃは圧延加工されており、このため縦線および横
線の外形が一点鎖線ＡとＢとに沿った形状となってい
る。図６（ａ）に示す網状電極３８Ａでは、ＡｌＮ中に
Ｍｏワイヤーからなるメッシュを入れて１８００℃での
一体焼成後において断面を観察すると、横線３６Ａと縦
線３７Ａは交差接触している部分で横線３６Ａと縦線３
７Ａの界面が無く一体になっていることが判った。これ
により電極３８Ａは全体として一体となっており、低抵
抗を実現することができた。

【００６５】これらの各網状電極は、プラズマ発生装置
としていずれも好適に使用できる。しかし、特に、図６
（ｃ）のように圧延された形状のものが、平坦度が最も
良好であり、かつ縦線と横線との接触が最も確実である
ので好ましい。

【００６６】図７（ａ）は、高周波電極として使用でき
るパンチングメタル２４を示す斜視図である。パンチン
グメタル２４は円形をしており、円形の平板２４ａ内に
多数の円形孔２４ｂが、碁盤目形状に多数形成されてい
る。

【００６７】図７（ｂ）は、電極として使用できる円形
の薄板２５を示す斜視図である。図７（ｃ）は、電極と
して使用できる薄板２６を示す平面図である。薄板２６
内には、細長い直線状の切り込み２６ｂ、２６ｃが、互
いに平行に合計６列形成されている。このうち、３列の
切り込み２６ｂは、図７（ｃ）において下側に開口して
おり、残り３列の切り込み２６ｃは、図７（ｃ）におい
て上側に開口している。切り込み２６ｂと２６ｃとは、
交互に配置されている。こうした形状を採用した結果、
薄板によって細長い導電路が形成されている。従って、
この導電路の両端部分２６ａにそれぞれ端子を接続す
る。

【００６８】こうした板状のバルク体からなる電極の形
態は、更に種々変更することができる。例えば、図７
（ｂ）に示すような円形の薄板を、平面的に見てらせん
形状または渦巻き形状となるように切り込みを形成する
ことができる。こうした形状の電極は、後述する誘導結
合型プラズマを発生させるための電極としても使用でき
る。

【００６９】図８は、他の実施例に係るプラズマ発生電
極装置４０を、図１の実施例と同様にしてチャンバー１
２内に設置した状態を模式的に示す部分断面図である。
図１に示した各構成要素と同じ構成要素には、同じ符号
を付け、その説明は省略することがある。

【００７０】プラズマ発生電極装置４０においては、基
体１の支持部分８内に、即ち、高周波電極９と背面１ｂ
との間に、高融点金属からなる抵抗発熱体３０が埋設さ
れている。抵抗発熱体３０の両端部分は、それぞれ端子
３２に接続されており、各端子３２は、それぞれ基体１
の背面１ｂ側に露出するように、基体１内に埋設されて
いる。各端子３２にそれぞれ電力供給用のケーブル３１
の一端が接続されており、各ケーブル３１の他端がチャ
ンバー１２外へと引きだされており、図示しない電源に
接続されている。

【００７１】抵抗発熱体３０は、好ましくは、線体又は
板体をらせん状に巻回した巻回体によって構成されてお
り、この巻回体が、背面１ｂ側又は設置面１ａ側から平
面的に見て、ほぼらせん形状又は渦巻き形状となるよう
に、埋設されている。ウエハーＷを所定位置に設置した
後、プラズマを発生させながら、同時に抵抗発熱体３０
に電力を供給してウエハーを加熱することができる。

【００７２】次に，本発明を誘導結合型のプラズマ発生
電極装置に対して適用した実施形態について述べる。従
来のプラズマ発生装置においては、例えば図９に概略断
面図として示すように、装置４１の絶縁体からなる基体
６５が円筒形状をなしており、円筒形状の本体６５ｂの
両側の開口端部に、真空状態を維持するためのシール用
のフランジ部６５ａ、６５ｃが形成されている。基体６
５は、石英ガラス等の絶縁体からなる。基体６５の外側
面４４に、銅等の低抵抗性材料からなるコイル４５が巻
き付けられており、基体６５の内側空間４３にプラズマ
を発生させることができる。

【００７３】しかし、こうした種類の装置においては、
基体の外側面に巻き付けられたコイル４５と内側空間４
３との間に基体６５が介在しており、この基体６５の厚
さｄは、内側空間４３を安定して真空状態に維持するた
めに、１０ｍｍ以上とする必要がある。このため、プラ
ズマの発生の効率を高くすることができなかった。ま
た、基体６５の周囲に低抵抗金属線を巻き付け、所定位
置に保持し、固定する必要がある。しかし、プラズマ発
生時には基体の温度が上昇するし、このときに低抵抗金
属線を所定位置で動かないように保持することはきわめ
て困難である。

【００７４】これに対して、本発明のプラズマ発生電極
装置を誘導結合型のプラズマ発生装置に適用した場合に
は、基体の内部に高周波誘導コイルを埋設しているの
で、基体のプラズマ発生側の表面とコイルとの間隔を小
さくすることができ、これによってプラズマの発生効率
を顕著に向上させることが可能である。しかも、基体の
厚さを従来よりも大きくすることも可能であり、これは
プラズマ発生空間の真空度を保持するために、また基体
の機械的強度を一層向上させるために好適である。

【００７５】しかも、基体の内部に、誘導コイルとなる
低抵抗線ないし電極が一体に焼成され、埋設されている
ことから、プラズマ発生時などにこれらが移動するおそ
れはない。なお、こうしたプラズマ発生電極装置の形態
は、いわゆるヘリコン型やＴＣＰ型などを例示できる。

【００７６】基体のプラズマ発生側の表面と電極との間
の間隔ｅは、１０ｍｍ以下とすることが好ましく、５ｍ
ｍ以下とすることが更に好ましい。また、これは製造上
の観点からは０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。

【００７７】図１０（ａ）は、こうした誘導結合型のプ
ラズマ発生電極装置の一例を示す断面図である。基体４
２の両端の開口を囲むようにフランジ部４２ａ、４２ｃ
が形成されており、本体４２ｂの内部に、細長い網状体
からなる電極４６が埋設されている。この網状体は、図
１０（ｂ）に示すように、細長い一対の枠線４６ａと、
枠線４６ａの間に張りめぐらされた網４６ｂとからな
り、網４６ｂの間に編み目４８が形成されている。網状
体の全体は細長いテープ状となっている。

【００７８】本体４２ｂのフランジ部４２ｃ側の末端に
は端子４７Ｂが埋設されており、本体４２ｂのフランジ
部４２ａ側の末端には端子４７Ａが埋設されている。端
子４７Ａと端子４７Ｂとの間が、網状体からなる電極４
６によって接続されているが、この電極４６の埋設形状
はらせん状となっている。電極４６と本体４２ｂの内側
面との間隔ｅは種々変更することができ、本実施例では
１０ｍｍ以下、更には５ｍｍ以下とすることができる。

【００７９】図１１（ａ）は、誘導結合型のプラズマ発
生電極装置の別の実施形態を示す平面図であり、図１１
（ｂ）はその概略断面図である。装置４９においては、
例えば円盤形状の基体５０の内部に電極５２が４本埋設
されている。また、基体５０の中央部には、背面５０ｂ
側に露出する端子５１Ａが埋設されており、基体５０の
周縁部側の４箇所には、それぞれ背面５０ｂ側に露出す
る端子５１Ｂが埋設されている。中央の端子５１Ａと各
端子５１Ｂとは、それぞれ電極５２によって接続されて
いる。各電極５２は、図１０（ｂ）に示したような形態
の網状体からなっており、かつそれぞれ一定方向に向か
って弧状に湾曲した形状をなしている。中央部の端子５
１Ａは電線５４Ａを介して高周波電極５３に接続されて
おり、周縁部の端子５１Ｂは電線５４Ｂを介してアース
されている。これによって各電極に高周波電力を供給
し、表面５０ａ上にプラズマを発生させる。

【００８０】図１２（ａ）は、誘導結合型のプラズマ発
生電極装置の別の実施形態を示す平面図であり、図１２
（ｂ）はそのＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線断面図である。装置
５５においては、例えば円盤形状の基体５０の内部に電
極５６が埋設されている。基体５０の中央部には、背面
５０ｂ側に露出する端子５１Ａが埋設されており、基体
５０の周縁部にも、背面５０ｂ側に露出する端子５１Ｂ
が埋設されている。中央の端子５１Ａと各端子５１Ｂと
が電極５６によって接続されている。

【００８１】電極５６は、図１０（ｂ）に示したような
形態の網状体からなっており、端子５１Ａと５１Ｂとの
間で渦巻き形状をなしている。中央部の端子５１Ａは電
線５４Ａを介して高周波電極５３に接続されており、周
縁部の端子５１Ｂは電線５４Ｂを介してアースされてい
る。これによって渦巻き形状の電極５６に高周波電力を
供給し、表面５０ａ上にプラズマを発生させる。

【００８２】図１３は、ドーム形状のプラズマ発生電極
装置５７の外観を概略的に示す正面図であり、図１４
は、このプラズマ発生電極装置５７の断面図である。こ
の装置５７の基体５８の本体５８ｂは、いわゆるドーム
形状をしており、本体５８ｂの下側の端部には、真空状
態を維持するためのフランジ部５８ａが形成されてい
る。このフランジ部５８ａは、平面的に見ると略円形を
している。本体５８ｂの上側部には開口６２が設けられ
ている。

【００８３】本体５８ｂの内部に電極５９が埋設されて
いる。本体５８のフランジ部５８ａ側の端部には端子５
１Ａが埋設されており、開口６２側の端部には端子５１
Ｂが埋設されている。各端子５１Ａ、５１Ｂは、それぞ
れ本体５８ｂの外側面６０に露出している。端子５１Ａ
と５１Ｂとが電極５９によって電気的に接続されてい
る。端子５１Ａは電線５４Ａを介して高周波電極５３に
接続されており、端子５１Ｂは電線５４Ｂを介してアー
スされている。

【００８４】電極５９は、図１０（ｂ）に示したような
形態の網状体からなっている。そして、電極５９は、フ
ランジ部５８ａ側から本体５８の内部を開口６２の方へ
と向かって順次に上昇していくように、らせん状に巻回
されている。図１３、図１４において、５９ａ、５９
ｂ、５９ｃ、５９ｄ、５９ｅ、５９ｆ、５９ｇおよび５
９ｈは、いずれも電極５９のうち本体５８ｂを平面的に
見て一周している一周分の巻回体を示している。この電
極５９に対して高周波電力を供給すると、これが誘導コ
イルとして働き、内側空間６３にプラズマが発生する。
なお、６１は基体５８の内側面である。

【００８５】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。（実験１）図１〜図３に示すプラズマ発生電極装置を製
造した。まず、セラミックス粉末１８として、アルミニ
ウム以外の金属不純物の含有量が０．１％である窒化ア
ルミニウム粉末を準備した。この粉末を、コールドアイ
ソスタティックプレスによって７トン／ｃｍ²の圧力を
加えて成形し、図５に示すように、２枚の成形体２３
Ａ、２３Ｂを製造した。各成形体の嵩密度は２．２ｇ／
ｃｍ³であった。

【００８６】金属モリブデンからなる網状電極３を準備
した。網状電極３を構成する線体の線径は、０．３５ｍ
ｍであり、♯２４（１インチ当たり２４本の交差本数）
であり、外形はφ２００ｍｍであった。この網状電極３
を、成形体２３Ａと２３Ｂとの間に挟み、１９００°
Ｃ、２００ｋｇ／ｃｍ²でホットプレス焼結した。これ
によって、相対密度９９．４％の窒化アルミニウム焼結
体が得られた。

【００８７】なお、同様の実施例において、イットリア
を５％含有する窒化アルミニウム粉末を使用した場合に
は、一軸プレス法及びホットプレス法によって、相対密
度９９％以上の窒化アルミニウム焼結体が得られた。

【００８８】この後、機械加工によって基体の表面（設
置面１ａ）側を加工した。このとき、各平面的位置にお
いて、網状電極３から表面までの厚さないし距離を、渦
電流検出方式の膜厚計によって測定しながら加工するこ
とにより、網状電極３の傾斜に対して電磁波透過層の表
面の傾斜を合わせ、網状電極３の中心線が電磁波透過層
の表面に対して傾斜しないようにした。この後、背面１
ｂ側より超音波加工によって基体に孔をあけ、端子２を
接合した。プラズマ発生電極装置の寸法は、厚さ１２ｍ
ｍ、直径２０５ｍｍである。電磁波透過層の平均厚さ、
厚さのバラツキ、最大厚さ、最小厚さを、表１に示すよ
うに変更した。

【００８９】そして、各プラズマ発生電極装置の表面に
８インチウエハーを設置した。チャンバー１２内にＣＦ
₄ガスを導入し、４００ｍｍＴｏｒｒで圧力をコントロ
ールできるように、ガス供給系及びガス排気系を制御し
た。高周波電源として、周波数１３．５６ＭＨｚ、２ｋ
Ｗのものを使用した。放電状態を安定にするため、電源
と高周波電極との間のケーブルにはマッチングボックス
を挿入した。放電状態を３段階で評価した。これらの結
果を表１に示す。

【００９０】

【表１】

【００９１】試験番号１においては、平均厚さが０．３
ｍｍであるものの、網状電極３のうねりのために、最小
厚さが０．０１ｍｍとなり、プラズマ発生実験におい
て、厚さが最小の部分の周辺でプラズマシースの安定性
が悪くなった。これは、窒化アルミニウムの表面にチャ
ージされた電荷が、厚みの小さい部分で何らかの原因に
よって絶縁破壊を生じ、表面電位が一定に保たれなくな
り、シース領域が変動する結果になったものと考えられ
る。試験番号２においては、こうしたプラズマシースの
安定性には問題がなかった。

【００９２】しかし、平均厚さｔを１０ｍｍとした試験
番号５においては、プラズマの輝度が低下し、かつプラ
ズマ発生電極装置の温度の上昇が激しく、３００℃を越
えた。これは、窒化アルミニウムの誘電体損失によっ
て、表面の電界強度が低下し、更に窒化アルミニウム層
の自己発熱が生じてきたものと考えられる。この条件下
では、いかにプラズマが安定しても、プラズマパワーの
効率が低下すると共に、十分な温度コントロールを行う
ことができず、半導体ウエハーに熱によるダメージを与
える可能性もある。

【００９３】（実験２）実験１と同様にしてプラズマ発
生電極装置を作成した。ただし、網状電極３の線径と１
インチ当たりの本数（番号）を、表２に示すように変更
した。

【００９４】

【表２】

【００９５】なお、こうしたメッシュは、一般に線径が
太くなるほど１インチ当たりの本数が少なくなり、線径
が細くなるほど１インチ当たりの本数が多くなる。従っ
て、線径０．０５ｍｍで１インチ当たり５本のメッシュ
等は、製造できない。表２には、商業ベースで容易に製
造できるメッシュをほぼ網羅してある。これらの各プラ
ズマ発生電極装置について、実験１と同様にしてプラズ
マを発生させ、その安定性を試験したところ、試験番号
２、６〜１３の各プラズマ発生電極装置によれば、いず
れも安定したプラズマを発生させることができたので、
表２の「プラズマの安定性」の項目に「○」と表示し
た。また、４８時間保持した後も基体の破損は見られな
かったので、表２の「耐久性」の項目に「○」と表示し
た。

【００９６】試験番号１４においては、線径１．０ｍｍ
で１インチ当たり５本のメッシュを使用したが、プラズ
マの分布に偏りが見られたし、かつ３．５時間経過した
後に基体に破損が生じた。

【００９７】また、試験番号１５〜１９においては、や
はりプラズマの安定性が良好であり、かつ耐久性も優れ
ていた。試験番号２０においては、網状電極を構成する
金属線の線径を０．０１３ｍｍとしたが、プラズマの安
定性が若干低下した。試験番号２１においては、金属線
の線径を０．０１ｍｍとしたが、これによってプラズマ
が不安定になることがわかった。

【００９８】（実験３）実験１で使用したＣＦ₄は、フ
ッ素ラジカルを発生し、このフッ素ラジカルにより、種
々の材質をエッチング又はクリーニングするハロゲン系
腐食性ガスである。実験１において電磁波透過層を構成
する窒化アルミニウムの各性質を測定した。この結果、
誘電体損失ｔａｎδが０．６×１０^-3（１ＭＨｚ）であ
り、耐熱衝撃性ΔＴｃが２５０°Ｃであった。そして、
実験１の試験番号２の試料について、電磁波透過層の表
面をＥＤＡＸチャート及び走査型電子顕微鏡写真によっ
て観測して見た。この結果、ＥＤＡＸチャートにおい
て、実験の前後で変化は見られなかった。走査型電子顕
微鏡写真によると、実験後には、電磁波透過層の表面
に、アルミニウムのフッ化物が生成しているようであっ
た。従って、フッ素ラジカルによる腐食が、ＡｌＦ₃の
パッシベーション膜により抑制されているため、電磁波
透過層の表面の腐食が防止されているものである。ま
た、このＡｌＦ₃のパッシベーション膜は、パーティク
ル等を生じないことも確認した。

【００９９】（実験４）上記の実験１の試験番号２にお
いて、更に、半導体製造装置内に導入するガスを、Ｃｌ
Ｆ₃、ＮＦ₃、Ｃｌ₂、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＣＦ₃ガスに
それぞれ変更し、実験３と同様の観察を行ったが、いず
れの場合も、実験３と同様の結果が得られた。従って、
本発明のプラズマ発生電極装置は、各種のハロゲン系腐
食性ガスに対して、汎用性があることを確認した。

【０１００】（実験５）図１３および図１４に示すプラ
ズマ発生電極装置５７を製造した。この際、基体５８を
構成する材質としては、実験１と同様の窒化アルミニウ
ムを使用した。電極５９を構成する網状体としては、線
径０．１２、１インチ当たりの交差本数が５０本のモリ
ブデン製メッシュを使用し、このメッシュを窒化アルミ
ニウム成形体中に埋設する前に圧延加工した。このメッ
シュおよび各端子を窒化アルミニウム成形体中に埋設
し、これらを一体焼結させた。ここで、電極５９と基体
の内側面６１との間の間隔ｅを１ｍｍとした。

【０１０１】高周波電源として、周波数１３．５６ＭＨ
ｚ、２ｋＷのものを使用した。放電状態を安定にするた
め、電源と高周波電極との間のケーブルにはマッチング
ボックスを挿入した。この状態で内側空間６３内に安定
してプラズマが生成することを確認した。

【０１０２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のプラズマ発
生電極装置は、発生したプラズマに対して十分な耐蝕性
を備えており、プラズマシースを安定に生成させること
ができ、この結果、プラズマ放電を安定させることがで
き、エッチング、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の各処理を、その全
面にわたって安定に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るプラズマ発生電極装置１
０を半導体製造装置内に設置した状態を模式的に示す部
分断面図である。

【図２】図１のプラズマ発生電極装置のうち一部を切り
欠いて示す斜視図である。

【図３】メッシュからなる網状電極３を示す斜視図であ
る。

【図４】（ａ）は、一軸プレス型における成形工程を説
明するための模式的断面図であり、（ｂ）は、成形体２
１を示す断面図であり、（ｃ）は、プラズマ発生電極装
置の本体を概略的に示す断面図である。

【図５】コールドアイソスタティックプレス法による成
形体を示す断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ高周
波電極として好適な網状電極の各形態を例示するための
断面図である。

【図７】（ａ）は高周波電極として好適なパンチングメ
タル２４を示す斜視図であり、（ｂ）は、高周波電極と
して使用できる円形の薄板２５を示す斜視図であり、
（ｃ）は、高周波電極として使用できる薄板２６を示す
平面図である。

【図８】本発明の他の実施例に係るプラズマ発生電極装
置４０を半導体製造装置内に設置した状態を模式的に示
す部分断面図である。

【図９】従来の誘導結合型のプラズマ発生電極装置の一
例を概略的に示す断面図である。

【図１０】（ａ）は、本発明の実施例に係る誘導結合型
のプラズマ発生電極装置４６を概略的に示す断面図であ
り、（ｂ）はこの基体４２中に埋設されている網状電極
４６を示す平面図である。

【図１１】（ａ）は、本発明の他の実施例に係る誘導結
合型のプラズマ発生電極装置４９を概略的に示す平面図
であり、（ｂ）は、（ａ）の装置のＸＩｂ−ＸＩｂ線断
面図である。

【図１２】（ａ）は、本発明の更に他の実施例に係る誘
導結合型のプラズマ発生電極装置５５を概略的に示す平
面図であり、（ｂ）は、（ａ）の装置のＸＩＩｂ−ＸＩ
Ｉｂ線断面図である。

【図１３】本発明をドーム形状を有する誘導結合型のプ
ラズマ発生電極装置に対して適用した装置５７を概略的
に示す正面図である。

【図１４】図１３のプラズマ発生電極装置を概略的に示
す断面図である。

【図１５】従来の赤外線加熱方式のサセプターを模式的
に示す模式図である。

【符号の説明】

１基体１ａ設置面２端子３網状電極（メ
ッシュ）４電磁波透過層６高周波電源１０、４０プラ
ズマ発生電極装置１１アーム１２チャンバー
１３対向電極１４プラズマシース１５プラズマ
発生領域２１網状電極３が埋設された成形体２２
Ａ、２２Ｂ一軸プレスによる成形体２３Ａ、２３Ｂ
コールドアイソスタティックプレス法による成形体２
４パンチングメタル２５薄板状の電極２６切
り込みが形成された薄板３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ横
線３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ縦線３８Ａ、３８Ｂ、３
８Ｃ網状電極４２、５０、５８基体４３、６３
誘導結合型のプラズマが発生する内側空間４６、５
２、５６、５９誘導結合型のプラズマ発生電極装置の
電極４７Ａ、４７Ｂ、５１Ａ、５１Ｂ誘導結合型の
プラズマ発生電極装置の端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】緻密質セラミックスからなる基体と、この
基体中に埋設された電極とを備えているプラズマ発生電
極装置であって、この電極と前記基体のプラズマ発生側
の表面との間に存在する電磁波透過層の厚さの最小値が
０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、プラズマ発生
電極装置。
【請求項２】前記電磁波透過層の厚さの平均値が０．５
ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１記載のプラ
ズマ発生電極装置。
【請求項３】前記電磁波透過層の厚さの平均値が５．０
ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２記載
のプラズマ発生電極装置。
【請求項４】前記電極が導電性材料のバルク体からなる
電極であり、この電極を包囲する前記基体が、接合面の
ない一体焼結品であることを特徴とする、請求項１〜３
のいずれか一つの項に記載のプラズマ発生電極装置。
【請求項５】前記電極が導電性材料のバルク体からなる
電極であり、この電極から見て前記基材の前記表面側と
背面側との間に連通している空間が前記電極に設けられ
ており、この空間に前記緻密質セラミックスが充填され
ていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つ
の項に記載のプラズマ発生電極装置。
【請求項６】前記電極が誘導結合型のプラズマ発生用電
極であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一
つの請求項に記載のプラズマ発生電極装置。
【請求項７】前記基体の中に、高融点金属からなる抵抗
発熱体が埋設されており、この抵抗発熱体に電力を供給
することによって、前記基体のプラズマ発生側の表面を
発熱させうるように構成されていることを特徴とする、
請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載のプラズマ
発生電極装置。
【請求項８】前記プラズマ発生電極装置が、ハロゲン系
腐食性ガスを使用する半導体製造装置内に設置し、この
ハロゲン系腐食性ガスに高周波電力を印加して前記腐食
性ハロゲンガスのプラズマを発生させるために使用され
るプラズマ発生電極装置である、請求項１〜７記載のい
ずれか一つの請求項に記載のプラズマ発生電極装置。
【請求項９】前記基体が窒化物系セラミックスによって
形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいず
れか一つの項に記載のプラズマ発生電極装置。
【請求項１０】前記基体のうち少なくとも前記電磁波透
過層が窒化アルミニウムからなり、この窒化アルミニウ
ムの誘電体損失ｔａｎδが１０^-2以下であり、かつ耐熱
衝撃性ΔＴｃが２５０°Ｃ以上であることを特徴とす
る、請求項９記載のプラズマ発生電極装置。
【請求項１１】前記窒化アルミニウムにおけるアルミニ
ウム以外の金属元素の含有量が１％以下であり、相対密
度が９９％以上であることを特徴とする、請求項１０記
載のプラズマ発生電極装置。
【請求項１２】請求項１記載のプラズマ発生電極装置、
このプラズマ発生電極装置の前記電極と対向する位置に
設けられた対向電極、および前記プラズマ発生電極装置
の電極と前記対向電極とに対して電力を供給するための
高周波電源を備えていることを特徴とする、プラズマ発
生装置。
【請求項１３】請求項６記載のプラズマ発生電極装置お
よびこのプラズマ発生電極装置の前記電極に対して電力
を供給するための高周波電源とを備えていることを特徴
とする、プラズマ発生装置。