JPS6244971B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には真空処理チエンバーに係
り、特に平行板プラズマ処理チエンバーに関す
る。

イオン、電子、および中性粒子からなる高度に
イオン化された、電気的に中性な気体はプラズマ
として知られている。プラズマはイオンを含んで
いるので、その粒子の内の幾らかはエネルギ状態
が上昇しており、それらが保有している過剰なエ
ネルギは、プラズマ内の他の物質および（あるい
は）それと接触している固体物質へ移送されるこ
とがある。プラズマの原子構成および（あるい
は）分子構成、そのエネルギ、その密度、プラズ
マが接触している物質の組成、およびその他の要
因によつて、このようなエネルギ移送は、粒子間
あるいは粒子中での化学的反応によつて、エネル
ギ粒子の機械的衝突を介するか、あるいは機械的
衝突と化学的反応との組合わせによつて発生す
る。プラズマの正確な性質や、それが形成されて
いるチエンバーの形状によつて、これらのプロセ
スではプラズマと接触している固体物質の表面に
物質を沈積させたり、あるいは物質を除去したり
することがある。この理由から、材料片の表面を
機械的および（あるいは）化学的に変化させるた
めに、ある種の場合にはプラズマを製造プロセス
の中で用いることが認識されている。

もしプラズマが、アルゴンガス中で確立される
ような化学的に不活性なプラズマの中で生じるよ
うな、常に機械的衝突を介して固体物質と相互作
用する場合には、このプロセスは一般的にスパツ
タリングと呼ばれている。スパツタリングにおい
ては、原子は固体表面から加速された気体イオン
によつて除去された、これは表面を打撃し、そこ
から物質を放出させてしまうことによつて生じ、
ビリヤードの球の動きとよく似ている。衝突の後
は、入射粒子と放射粒子とは両方とも、それらが
それぞれ受けた力に対して独立的に応答する。こ
の理由によつて、スパツタリングプラズマが確立
されている場合には、プラズマ内の不活性気体の
純度を維持したり、気体状の噴出物を掃気する必
要があることを例外として、気体を補給したり、
新しくしたりする必要性はない。

もし、これとは別に、プラズマが気体を含有し
ている化学的に活性な材料片の中で形成され、プ
ラズマの相互作用が主として粒子間の化学反応に
よつて生じる場合には、このプロセスは一般的
に、材料片の表面において生成される正味の効果
によつて、プラズマ食刻あるいはプラズマ沈積と
称される。一般的に、プラズマ食刻プロセスは、
プラズマ気体と材料片の表面との間の生成物が気
体状態に維持されるように設計される。逆に、プ
ラズマ沈積プロセスは、化学反応の生成物が材料
片の表面上で固体状態となつて凝縮するように設
計される。従つて、プラズマの化学組成が反応進
行につれて変化するので、プラズマ状態になるよ
うに励磁された気体は、通常は、プラズマの形成
されているチエンバーの反応領域の中を連続的に
流れる。この気体の流れは、未反応の原子および
（あるいは）分子を一定的に補充供給し、かつ反
応による廃棄生成物を取り去る、という役割を果
たす。プラズマプロセスはその中で発生する化学
反応を最適化するように設計されているが、結局
は、プラズマが固体材料の表面と接触している場
合には、機械的なスパツタリングプロセスを全体
的になくすることは不可能である。この比較的低
い横方向の食刻率は、典型的な等湿性食刻プロセ
スにおける感光性耐食膜を減少させる。さらに、
プラズマ食刻は主としてプラズマが形成されてい
る気体の化学性および材料片の表面との反応に基
いているので、非等方性食刻と等方性食刻との間
に連続的な転移をさせるためにプラズマパラメー
タを変化させることが可能である。さらに、プラ
ズマのイオンエネルギおよびイオン密度を制御す
ることによつて、大部分のプラズマ食刻システム
は、材料片の表面から物質を除去するために、プ
ラズマ食刻とスパツタリングの両方を採用するこ
とができる。材料を除去するために、化学的なプ
ロセスと物理的なプロセスとを組合わせたそのよ
うなプロセスは、一般的には活性イオン食刻と呼
ばれ、湿式食刻によつて得られるよりも、線の巾
やエツヂの輪郭に関してより十分に調節すること
ができる。従つて、プラズマプロセスのパラメー
タを適正に制御することにより、非等方性食刻か
ら等方性食刻の壁部へ傾斜度を調節することが可
能となる。

半導体の食刻については、２つのプラズマ処理
チエンバー、即ち、バレル形、あるいは平行板形
チエンバーが一般的に用いられる。バレル形プラ
ズマ処理チエンバーにおいては、円板状の半導体
ウエーハは、その平坦な表面がバレル形反応チエ
ンバーの中心円筒軸線に対して直角に整列される
か、あるいはそれに沿つて配置されるように、位
置される。チエンバーの円筒状外面の周囲に位置
しかつ丁度その中に位置した複数個の電極によつ
て、処理チエンバー内の気体の中へ無線周波電流
が連結される。この電流によつて確立されたプラ
ズマ内に生成された化学的に活性な物質は、最初
は処理チエンバーの外周の周りに位置している
が、次第に平行なウエーハを取囲んでいる多孔性
の食刻トンネル壁を通して拡散し、その表面上の
反応領域へ到達する。しかしながら、バレル形プ
ラズマ食刻装置は一発般的に等方性食刻反応を生
ぜしめ、高密度の、小さな輪郭の集積回路製作に
は適していない。それとは別に、ウエーハの平坦
な表面が平行な電極に対して平行に、かつそれら
の間に位置している平行板食刻チエンバーは、非
等方性食刻を生じるように操作される。平行電極
の間を流れる無線周波電流に関する電気場が、プ
ラズマ内で生成される反応物に対して方向性を伝
達するので、平行板チエンバーからは非等方性食
刻を得ることができる。

一般的に、平行板プラズマ処理チエンバーは、
大きな真空チエンバーの壁内において電気的に絶
縁された対向的な平行な板を固定することによつ
て構成される。これら板は次に、チエンバーの外
部に配置された無線周波発生器に対して電気的に
連結される。このチエンバーにはさらに、一般的
に真空ポンプによつて除去される反応廃棄生成物
に対して反応気体を調節しながら加えるための装
置が設けられている。そのようなチエンバーは組
立てられ後には、先ず最初に適当な操作のために
機械的に調節しなければならない。特に、ウエー
ハの表面を横切る均一な食刻をつくり出すために
板の平行性を調節しなければならず、プラズマ反
応の効率的な操作を得るために、間隔を調節しな
ければならない。これらの板の調節は一般的に困
難であり、厄介なものである。一般的に、板の間
隔調節にはチエンバーの排気操作と、チエンバー
内にプラズマを確立すること、間隔が不適正であ
ることを郭定することと、プラズマを消滅させる
ことと、チエンバーの真空を破壊することと、さ
らに板の間隔を変更することとを含むが、このこ
とは、もちろん、板の平行性の調節対して逆の影
響を与える危険性がある。各々の調節を行なつた
後で、この手順の最初の部分を繰返して、調節が
正確に行なわれているかどうかを郭定しなければ
ならない。もし調節が満足に行なわれていなかつ
たら、前記手順の残りの部分を繰返して板の間隔
をさらに変更しなければならない。板の平行性を
調節するための手順は、板の間隔を調節するため
の手順と類似している。

前述した方法で構成されたプラズマ処理チエン
バーは、調節することが困難であることに加え
て、他の望ましくない特性を示す。そのようなチ
エンバーにおいては、プラズマが形成されている
領域は、平行板の間における領域を含むだけでな
く、反対側、即ち、板の裏側をも含む。そのよう
な広がりを有するプラズマは“裏側スパツタリン
グ”として知られる雰囲気を示すことがあり、そ
の場合は、平行板の裏側から物質が除去されてし
まう。このようにして板の裏側から除去された物
質はプラズマ反応に対して有害な影響を与え、ま
た（あるいは）材料片の表面に沈積されることが
ある。さらに、平行板の間の領域を越えて広がる
プラズマが存在すると、たとえそれが有害な裏側
スパツタリングという結果にならなくとも、処理
チエンバーに供給される無線周波エネルギが浪費
され、従つて食刻プロセスの効率を減少させるこ
とになる。

本発明の目的は、電極の分離間隔をチエンバー
の外部から調節することのできる、シール可能な
平行板プラズマ処理チエンバーを提供することに
ある。

他の目的は、容易にプラズマ処理を変更するこ
とのできるプラズマ処理チエンバーを提供するこ
とにある。

他の目的は、電極の分離間隔を変化させながら
も、電極の平行性が維持される調節可能な電極を
有する平行板プラズマ処理チエンバーを提供する
ことにある。

他の目的は、裏側スパツタリングを示すことの
ない、調節可能な電極を有する平行板プラズマ処
理チエンバーを提供することにある。

他の目的は、供給されるエネルギの大部分が処
理プラズマの生成のため加えられる、平行板プラ
ズマ処理チエンバーを提供することにある。

他の目的は、材料片と接触している電極の温度
調節装置を有した、調節可能な電極を有した平行
板プラズマ処理チエンバーを提供することにあ
る。

他の目的は、処理プラズマの層流を可能にす
る、調節可能な電極を有する平行板プラズマ処理
チエンバーを提供することにある。

本発明によれば、反応チエンバー本体と、該反
応チエンバー本体に適合された電極ハウジング
と、該電極ハウジングに装架された第１の電極
と、前記反応チエンバー本体に装架された第２の
電極とを有し、前記第１及び第２の電極がそれら
の間にプラズマ反応領域を画定する対向する平行
な表面を備えているプラズマ処理チエンバーにお
いて、前記電極ハウジング及び前記反応チエンバ
ー本体は前記第１及び第２の電極の前記平行な表
面に対して垂直な方向に一方が他方に対して摺動
可能に移動するようになつていて前記電極ハウジ
ングと前記反応チエンバー本体の間の相対的移動
によつて前記第１及び第２の電極間の間隔が調整
されるようにされており、また、前記電極ハウジ
ングと前記反応チエンバー本体の間の相対的移動
を調節して前記第１及び第２の電極の間に所望の
プラズマ反応領域が画定されるようにする電極位
置決め装置を備え、この電極位置決め装置は前記
プラズマ処理チエンバーの外部から操作可能にな
つていることを特徴とするプラズマ処理チエンバ
ーが提供される。

簡単にいうと、好ましい実施例においては、本
発明の単一ウエーハのための、平行板プラズマ処
理チエンバーは正方形状の反応チエンバー本体と
円筒形状の電極ハウジングとからなるシール可能
な組立体を含む。この円筒状ハウジングの一端部
は、ハウジングの円筒軸線に対して直角に形成さ
れた、シールされた、平坦な、円状表面によつて
閉鎖されている。この表面はそれ自身、電気的に
絶縁されたセラミツクリングによつて取囲まれて
いる中心部の、デイスク状の、導電性領域からな
つている。この導電性中心領域は、チエンバーの
壁部としても、また平行板電極の１つとしても作
用し、これには複数個の小さな孔が貫通してい
る。前記電極ハウジングの平坦な端部表面の裏側
におけるこのデイスク状の中心領域には、前記中
心デイスク状領域の裏側に形成された凹所によつ
てプレナムが形成されている。この凹所はそれに
対して固定されたデイスク状のプレナムカバー板
によつて周囲雰囲気からシールされている。この
カバー板を貫通して形成された処理気体入口は、
このプレナム内にプラズマ処理気体を注入し、従
つてプラズマ処理チエンバー内へ注入することが
できる。このプレナムと、多孔性の電極表面との
組合わせによつて、電極ハウジングの閉鎖された
平坦な端部はプラズマ処理チエンバーの中へ層流
状の処理気体を供給することができる。

電極ハウジングの多孔性端部は、正方形状の反
応チエンバー本体の頂壁に形成された、円筒形状
の電極ハウジング孔によつて受留められる。この
孔は電極ハウジングの直径よりもわずかに大きな
直径を有するように形成されており、従つて受留
められた前記ハウジングはチエンバー本体に関し
て、円筒軸線に対して縦方向に平行に容易に移動
することができる。この孔の表面は反応チエンバ
ー本体の上面の直近において形成されたＬ字形溝
を有し、受留められた電極ハウジングの周りで外
側リング状溝を形成している。この溝の中には外
部リング状シールが固定されており、受留められ
た電極ハウジングの表面と電極ハウジング孔とを
接触させ、それらの間をシールしている。電極ハ
ウジングの表面にはさらに内側のリング状溝が形
成され、前記外側溝と平行に、かつそれと隣接し
て整列されている。この内側溝はＵ字形断面を有
するように形成され、受留められた電極ハウジン
グに平行な前記溝の巾は、そこに固定された内部
リング状シールの高さよりも大きい。前記外部シ
ールと同様に、この内部シールも受留められた電
極ハウジングの表面と電極ハウジング孔とを接触
させ、それらの間をシールしている。この大きな
寸法の内側溝の巾の中において、前記内部シール
は外部シールから最も離れたところに位置してお
り、従つて外部シールと内部シールとの間には開
放的なリング状チエンバーが確立される。このリ
ング状チエンバーは、受留められた電極ハウジン
グの表面を取囲んでいて、内側溝から反応チエン
バー本体の壁部を貫通して形成された孔を通して
加えられる真空によつて排気することができる。

反応チエンバー本体の壁部の内面から電極ハウ
ジング孔に対して、直ぐ反対方向に、平坦な円状
の端部面を有した円筒状のペデスタルが突出して
いる。この端面は受留められた電極ハウジングの
平坦な端部に対して平行に形成されており、電極
ハウジングの多孔性電極領域の直径と同じ直径を
有し、その中で整列されている。このように、こ
の表面は処理チエンバーの第２平行板電極を構成
し、その直ぐ近くに多孔性の電極を位置させて、
これらの表面間の空間にプラズマ反応領域を確立
している。特に半導体ウエーハのような円板状の
材料片を処理するようになつた本発明の好ましい
実施例においては、前記ペデスタルの表面はその
表面内に形成された網目状になつたＵ字形の溝を
有し、前記溝はペデスタルの表面に材料片を剛的
に固定するために真空状態にされる。前記材料片
の凹所の直ぐ近くにおける、反応チエンバー本体
の壁部内には馬蹄形状のチエンバーが形成され、
そのチエンバーを通つて温度制御された液体が流
れる。そのような流れが確立されると、電極の温
度の制御が可能であり、従つてそれと接触してい
る材料片の温度の制御も可能になる。

材料片は、正方形状本体の側壁をそれぞれ貫通
して形成された４つの長方形の材料片移送孔の内
のいずれか１つを通つて、処理チエンバー上に受
留められたり、あるいはそこから取出されたりす
る。本発明の好ましい実施例においては、材料片
を移送させるために実際に使用される孔は、本体
の適当な側面に固定されたロードロツクによつて
閉鎖されるようになつている。これらのロードロ
ツクは“モジユラーロードロツク”と題する、本
出願と同一の譲渡人に譲渡された同時特許出願に
記載されたタイプのものであつてもよい。この他
に、そのような目的のために使用しない材料片移
送孔は、本体の適当な側面に対して同様に固定さ
れた平坦な板によつて閉鎖されるようになつてい
る。このようになつているので、本発明のプラズ
マ処理チエンバーは、２つの隣接した電極表面に
よつて確立されたプラズマ反応領域の中へ材料片
を収納した状態で、閉鎖されかつシールされる。

ペデスタルの端部における電極表面と、ペデス
タルが突出している反応チエンバー本体の壁部と
の中間において、平坦な、環状の流量均等化板が
ペデスタルを取囲んでいる。この板の平坦表面は
ペデスタルの電極表面に対して平行に整列され、
また、その円状側面はペデスタルの側面と、反応
チエンバー本体の側壁の内面とをそれぞれシーー
ルしている。ペデスタルが突出している前記本体
には、プラズマ反応領域から処理気体を抜くため
の、２つの直径方向に対向した反応チエンバー排
気孔が貫通して形成されている。プラズマ反応領
域から前記排気孔に処理気体を流すことができる
ように、前記流量均等化板にはペデスタルの電極
表面と同軸的な円の外周の周りに、一定間隔をお
いた複数個の孔があけられている。このようにし
て、この流量均等化板は、プラズマ反応領域から
排気孔への処理気体の流れを、ペデスタルの電極
表面の外周において、確実に均等に配分する。

本発明の処理チエンバーはさらに、電極ハウジ
ングの円筒軸線に対して平行に整列された４つの
ジヤツキねじを含む。これらのジヤツキねじは電
極ハウジング孔を取囲んでいる反応チエンバー
と、ハウジング表面の端部から反応チエンバー本
体とは離れる方向へ、半径方向外側へ突出した正
方形状フランジとの間に挿入されている。ジヤツ
キねじは電極ハウジング孔の周囲で正方形状に配
置され、反応チエンバー本体の角部と電極ハウジ
ングのフランジとの間に位置されている。ジヤツ
キねじのねじは、反応チエンバーの本体内に入り
込んだナツトのねじと係合している。反応チエン
バー本体とは離れた方におけるジヤツキねじの端
部は、電極ハウジングのフランジに形成された孔
の中をそれぞれ貫通している。ジヤツキねじとフ
ランジとの間の摩擦係合を減少させるために、ジ
ヤツキねじの周りにはベアリングが固定されてい
て、ハウジングフランジの孔と合致している。従
つて、これらのジヤツキねじは同期的に回転し、
ハウジングを重力と大気圧との組合わせた力に抗
して、反応チエンバー本体から引離す方向に移動
させたり、あるいは、それをこれらの組合せ力に
応じて内側へ移動させることができる。電極ハウ
ジングがそのように移動すると、ハウジングの電
極表面と反応チエンバー本体との間の長さを、そ
れらの間の平行性を維持しながら、変化させるこ
とになる。同期的な回転を容易にするために、
各々のジヤツキねじには、反応チエンバー本体に
おけるナツトと、電極ハウジングのフランジにお
けるベアリングとの中間において、スプロケツト
がそれぞれ固定されている。これらの４つのスプ
ロケツトの周囲には連続的な、閉じた鎖が通過し
ていて、それらの歯と噛合し、それによつてジヤ
ツキねじを強制的に一緒に回転させる。電極ハウ
ジングのフランジより上へ突出したジヤツキねじ
の各々の端部には、両方向へ回転する電動モータ
がそれぞれ固定されている。これらの４つのモー
タ全てを同時に励磁することによつて、４つのジ
ヤツキねじは同期的に回転される。反応チエンバ
ー本体の１つの角部の下には、回転ポテンシオメ
ータが取付けられ、かつ１つのジヤツキねじに連
結されており、これが電極間隔を電気的を検知す
る。

前述してきたような方法で構成された平行板プ
ラズマ処理チエンバーは、その全ての材料片移送
孔の周りでロードロツクあるいはシール板を固定
することによつて操作準備ができる。少なくとも
１つのこれらの孔は、プラズマ処理領域へ材料片
を出し入れすることができるように、ロードロツ
クでシールしなければならない。電極ハウジング
のカバー板に貫通して形成された気体入口孔に対
して、処理気体が絶縁管によつて供給される。ま
たカバー板と本体との間には、インピーダンス整
合回路を組込んだ無線周波電源が供給される。電
極ハウジングの構造のゆえに、無線周波電源のイ
ンピーダンス整合回路はカバー板、即ち、絶縁さ
れた電極の裏側に直ぐ隣接して位置していてもよ
い。このように整合回路とプラズマ反応領域との
間が物理的に密接していることによつて、処理チ
エンバーの電気的特性を密接に整合する整合回路
を構成することができる。そのように電気的に密
接整合させることができるので、無線周波エネル
ギを処理プラズマ生成に関して効果的に投入する
ことができる。最後に、外部シールと内部シール
との間のリング状チエンバー、および反応チエン
バー本体の反応チエンバー排気孔の両者が真空状
態にされる。好ましくは、リング状チエンバーお
よび反応チエンバー排気孔に対してはそれぞれ別
別の真空装置が連結され、従つて、リング状チエ
ンバーから排気された大気圧気体は、使用済の処
理気体と混合されることがない。

処理チエンバーをこのようにして準備すると、
処理チエンバー内のプラズマ処理領域の中へ材料
片が装荷され、その中でシールされる。次に処理
気体が気体入口孔からプラズマ反応領域を介して
流され、次に排気孔を通つてプラズマ処理チエン
バーから外へ流される。同時に、プラズマ反応領
域には無線周波電流が供給され、反応チエンバー
本体と、電極ハウジングの導電性中心領域との間
に無線周波電位が加えられる。次に電極間のプラ
ズマ反応領域において望みのプラズマ処理状態を
確立するために、気体流量、無線周波エネルギの
量、および電極間隔が調節される。電極ハウジン
グの導電性中心領域の構造、およびその中へ処理
気体を導入するために用いられる電気的に絶縁さ
れた管とのおかげで、この電極の裏側にはプラズ
マは生成されない。従つて、この電極に加えられ
る無線周波エネルギは、平行板間のプラズマ反応
領域においてのみ消費される。処理が完了する
と、無線周波エネルギ，供給は停止され、ロード
ロツクを介して材料片がチエンバーから取出され
る。

本発明の平行板プラズマ処理チエンバーの利点
は、それが電極間の分離間隔をチエンバーの外部
から調節することのできる電極を組込んでいる点
にある。

平行板プラズマ処理チエンバーの他の利点は、
それが容易にプラズマ処理を変更させることがで
きるようになつている点にある。

プラズマ処理チエンバーの他の利点は、電極の
分離間隔を変化させながら電極の平行性が維持さ
れる点にある。

他の利点は、平行板プラズマ処理チエンバーの
電極が裏側スパツタリングを示さない点にある。

平行板プラズマ処理チエンバーの他の利点は、
供給されたエネルギの大部分が処理プラズマの中
へ連結される点にある。

この平行板プラズマ処理チエンバーの他の利点
は、材料片電極の温度が制御できるという点にあ
る。

この平行板プラズマ処理チエンバーの他の利点
は、プラズマが層流状の半径方向外側への流れを
有するように調節できる点にある。

本発明のこれらおよびその他の目的および利点
は、当業界にとつては、各種添付図面を参照しな
がら、好ましい実施例の詳細な説明を以下読むこ
とによつて疑いなく明らかになるであろう。

第１図から第３図は本発明によるシール可能
な、単一ウエーハの平行板プラズマ処理チエンバ
ーを示しており、これは全体的に番号１０で示し
ている。前記プラズマ処理チエンバー１０は正円
状の円筒形状電極ハウジング１４を受留めるため
の反応チエンバー本体１２を有する。電極ハウジ
ング１４の受留められた端部はデイスク状の導電
性電極２２を取囲んだ、環状の、セラミツク製絶
縁リング２０によつてシールされる。前記リング
２０と電極２２との平坦面は電極ハウジング１４
の円筒状軸線に対して直角に整列されている。電
極２２の平坦面には、気体を通過させることので
きるように形成された複数個の、小さな、規則的
に配列された孔２４が貫通している。本発明の好
ましい実施例においては、前記孔２４は円状にな
つており、直径が約0.03125インチ（0.7938mm）
であり、規則的な六角格子の頂点に位置し、前記
格子上の最も近い隣接孔間の間隔は約0.250イン
チ（6.35mm）である。前記孔２４が貫通している
平坦面に対向したデイスク状電極２２の側面には
円状の凹所２６が形成されている。前記凹所２６
はデイスク状の導電性プレナムカバー板２８によ
つて閉鎖されていて、それによつてそれらの間に
プレナム３０が確立される。前記プレナムカバー
板２８には、プラズマ処理気体をプレナム３０へ
通すためのプラズマ処理気体の入口３２が貫通し
ている。前記導電性電極２２とプレナムカバー板
２８とは複数個の締具３４によつて互いに他と剛
的に固定され、プレナム３０をシールするために
Ｏリング３６と接触している。前記プレナムカバ
ー板２８はその外周部において導電性電極２２と
接触するように正確に形成されており、従つてカ
バー板２８から電極２２へ至る抵抗の小さい、導
電路を提供する。このように、カバー板２８に加
えられた電位は全て電極２２にも同時にかかるこ
とになる。電極２２はクランプリング３８によつ
て絶縁リング２０の下面に固定され、前記クラン
プリングは前記絶縁リングの上面および複数個の
締具４０と接触している。電極２２は絶縁リング
２０に対して、それぞれの上面と下面との間に位
置したＯリング４２によつてシールされている。
前記絶縁リング２０は電極ハウジング１４に対し
てそれらの間にあるＯリング４４によつてシール
され、かつ複数個の締具４８によつて絶縁リング
の上部エツヂ面に沿つて接触した、環状のクラン
プシート４６によつて機械的に固定されている。

前記反応チエンバー本体１２は正方形状の本体
６０を有し、その下面は基板６２とそれらの間に
位置したＯリング６３とによつて閉鎖され、シー
ルされている。本体６０の上面は円筒状になつた
電極ハウジング孔６４を有し、電極ハウジング１
４をゆるやかに受留めるようになつていて、従つ
て前記ハウジング本体６０に関して容易にその円
筒軸線に対して平行に移動させることができる。

第４図を参照すると、本体６０と電極ハウジン
グ１４との間には内部のリング状シール６６が固
定され、第１クランプ板７０によつてＬ字形溝６
８の中で締付けられている。前記クランプ板７０
の円状内面にはＵ字形溝７２が形成されており、
その巾“Ｗ”は前記シール６６の高さ“Ｈ”より
大きく、従つて電極ハウジング１４の周りには、
占有物のない空間において、リング状のチエンバ
ー７４が確立される。前記チエンバー７４は、第
１クランプ板７０の壁部を貫通して形成された真
空配管７６によつて真空状態にされる。前記内部
リング状シール６６と同様な外部リング状シール
７８が、第１クランプ板７０の上面に形成された
Ｌ字形溝８２内の第２クランプ板８０によつて締
付けられている。反応チエンバー本体１２と電極
ハウジング１４との間をシールしている前記同様
な内部シール６６と外部シール７８とは、カリフ
オルニア州のパサデナのバルーシール社製のもの
であつてもよい。

第２図を参照すると、前記基板６２には、本体
６０の中で上方へ突出したリング状のペデスタル
９０が形成されている。前記ペデスタル９０の上
面にはスペーサリング９４が接触し、それらはＯ
リング９２によつてシールされている。前記スペ
ーサリング９４は、第３図に示したような締具９
６によつて加えられる締め力によつてペデスタル
９０に対してシールするように押付けられる。前
記締具９６は下部クランプリング９８を第２の平
坦なデイスク状の電極１００に対して結合してい
る。デイスク状性電極１００とスペーサリング９
４との間にはＯリング１０２によつてシールが確
立されている。前記導電性電極２２と第２のデイ
スク状電極１００とは同一直径を有し、組立てら
れたプラズマ処理チエンバー１０内において、そ
の隣接面が平行でかつそれらの中心が共軸となる
ように整列されている。従つて、第３図に示した
ように、電極２２と１００とがこのように成形さ
れ、配置されると、それらの隣接した平坦面は長
さ“Ｓ”だけ離され、従つてそれらの間にはプラ
ズマ反応領域１０４が確立される。

再び第２図を参照すると、第２電極１００は複
合構造になつていて、これはデイスク状真空チヤ
ツク１１４を取囲んだリング状の板１１２を含
む。前記真空チヤツク１１４は温度制御リング１
１６によつて前記リング状の板１１２に締付けら
れる。前記温度制御リング１１６はチヤツク１１
４の下でリング状の板１１２の中へ上方に向かつ
て突出し、締具１１７によつて板１１２に固定さ
れている。真空チエツク１１４はＯリング１１８
によつてリング状の板１１２に対してシールさ
れ、温度制御リング１１６は、第３図に示したよ
うな１対のＯリング１２０，１２１によつて真空
チヤツク１１４に対してシールされている。温度
制御リング１１６の表面には、真空チヤツク１１
４に直ぐ隣接したところで、円状の馬蹄形溝１２
２が形成されている。温度制御リング１１６の壁
部には、前記馬蹄形溝１２２の各端部において、
それぞれ温度制御流体孔１２４が貫通して形成さ
れている。再び第２図を参照すると、前記チヤツ
ク１１４の露出面にはＵ字形溝１２６が形成され
ている。デイスク状の半導体ウエーハのような材
料片の本質的に平坦な表面を前記溝１２６の上に
置くと、前記溝は処理チエンバー１０の残りの部
分から隔離されてしまう。従つて、前記溝１２６
には処理チエンバー１０の外部からチヤツク１１
４を貫通して形成された孔１２８を介して真空状
態にされ、そのような材料片を溝に固定させるこ
とになる。

処理チエンバー１０から材料片を出し入れする
ことができるように、正方形状本体６０の各平坦
側面には、長方形の材料片移送孔１３０が貫通し
て形成されている。本体６０の前記側面には、各
材料片移送孔１３０の周囲にＵ字形の溝１３２が
形成され、その中に保持されたＯリング１３４が
平坦な板あるいはロードロツクのいずれかと共に
前記孔１３０をシールする。前記ロードロツクは
“モジユラーロードロツク”と題する同時特許出
願の中で記述されており、これは本出願と同一の
譲渡人に譲渡されている。前記出願における事柄
は、本発明のプラズマ処理チエンバー１０の使用
法を完全に説明するために、ここでは参考人とし
て組込んでいる。前記電極１００は３本アームの
三角形状エレベータ１４０によつて送り込まれた
半導体ウエーハのような円板状の材料片を受留め
るようになつており、前記エレベータは真空チヤ
ツク１１４表面の中心部に位置し、かつその表面
の中で引込んで位置している。前記エレベータ１
４０は真空チヤツク１１４の中心部における孔
（図示せず）を通つて下方へ突出したシヤフト
（これも図示せず）を含む。エレベータ１４０の
シヤフトは、真空チヤツク１１４の下でペデスタ
ル９０の中空中心部分の中に位置した空気圧シリ
ンダー１４２に連結されている。前記空気圧シリ
ンダー１４２とエレベータ１４０のシヤフトとは
真空チヤツク１１４に対してシールされており、
プラズマ処理チエンバー１０の中へ大気気体が侵
入してくるのを防いでいる。空気圧シリンダー１
４２は加圧気体の入口孔１４４，１４６を有して
おり、これらによつて前記シリンダーは付勢され
る。従つて、加圧気体の流れを入口孔１４４ある
いは１４６へ供給することによつて、エレベータ
１４０は電極１００の表面の上へ持上げられた
り、あるいは真空チヤツク１１４内の凹所の中へ
引込められる。

本体６０の内面とペデスタル９０の外面との間
には、平坦で環状の流量均等化板１５０が固定さ
れ、それには一定の間隔をおいた孔１５２が円形
リング状に並んで形成されている。この板の平坦
面は電極１００の平坦面に対して平行に整列され
ており、またその円形の側面はそれぞれペデスタ
ル９０と本体６０とに対してシールしている。従
つて、本体６０と基板６２との間にチエンバー１
５４が確立され、このチエンバーは前記流量均等
化板１５０によつてプラズマ反応領域１０４から
分離されている。基板６２には、処理気体をチエ
ンバー１５４から、従つてプラズマ反応領域１０
４から抜くための、直径方向に対向した逃がし孔
１５６が貫通して形成されている。前記流量均等
化板１５０に形成された孔１５２は電極１００と
同軸的な円の外周において一定の間隔をおいて分
離されており、プラズマ反応領域１０４からの処
理気体の流れは、その外周において均等に分配さ
れる。

プラズマ処理チエンバー１０は電極２２と１０
０との間の間隔“Ｓ”を、ジヤツキねじ１６０に
よつて調節することができるようになつている。
ジヤツキねじ１６０は、正方形状本体６０の角部
と、電極ハウジング１４の上端部から外側へ突出
している正方形状のフランジ１６２の角部との間
にそれぞれ挿入されている。ジヤツキねじ１６０
のねじは本体６０の中に入り込んだナツト１６４
と係合する。ジヤツキねじ１６０の本体６０から
最も離れた方の端部は、フランジ１６２に形成さ
れた孔１６６の中を通過する。ジヤツキねじ１６
０とフランジ１６２との間の摩擦係合は、それら
の間に挿入されたベアリング１６８によつて減少
される。各々のジヤツキねじ１６０には、ベアリ
ング１６８とナツト１６４との中間において、歯
の付いたスプロケツト１７０が固定されている。
前記歯付スプロケツト１７０はジヤツキねじ１６
０に対して共平面的になるように固定され、また
連続的な、リンク鎖１７２と係合してその周囲を
通過させている。従つて、前記鎖１７２を直線状
に動かすと、ジヤツキねじ１６０が同時に回転さ
せられる。電極２２と１００との間の平行性は、
プラズマ処理チエンバー１０がなくとも、ジヤツ
キねじ１６０間の角度関係を調節することによつ
て調節することができる。一旦、平行性が確立さ
れると、その平行性は、ジヤツキねじ１６０をス
プロケツト１７０と鎖１７２との同期的な回転を
させることによつて、間隔“Ｓ”を調節しながら
維持される。ジヤツキねじ１６０を同期回転させ
ることによつて、電極ハウジング１４は重力と大
気圧力との組合わせ力に抗して反応チエンバー本
体１１２から離されるように移動されるか、ある
いはこれらの組合わせ力に応答して内側へ移動さ
れる。

第１図を参照すると、フランジ１６２の各角部
にそれぞれ固定された電動モータ１８０によつ
て、各ジヤツキねじ１６０に回転運転が惹起され
る。このジヤツキねじ１６０、スプロケツト１７
０、鎖１７２及び電動モータ１８０は電極位置決
め装置を構成する。従つて、各ジヤツキねじ１６
０はそれに連結されたモータ１８０によつて駆動
され、スプロケツト１７０と鎖１７２とが４個全
てのジヤツキねじ１６０の同期的な回転を確かな
ものにする。ジヤツキねじ１６０の角度位置と、
従つてプラズマ反応領域１０４での電極２２と１
００との間の分離間隔“Ｓ”とは、基板６２の下
に固定された回転ポテンシオメータ１８２によつ
て検知される。前記ポテンシオメータ１８２は好
ましくは反応チエンバー本体１２の下に位置さ
れ、電極２２，１００に対して無線周波交流を加
えた時の電気的なノイズを減少させるようにす
る。前記回転ポテンシオメータ１８２はこの位置
に固定するが、それが回転する時にポテンシオメ
ータ１８２とジヤツキねじ１６０との間に相対的
な直線運動が生じるので、前記ポテンシオメータ
は伸張可能な回転性カツプリング（図示せず）に
よつてジヤツキねじ１６０に連結しなければなら
ない。

処理チエンバー１０を組立てた後に、電極２２
と１００との平行性を確立しなければならない。
さらに、ポテンシオメータ１８２の電気抵抗と、
電極２２，１００間の分離間隔“Ｓ”との間に相
互関係を確立しなければならない。これら２つの
調節は、先ず最初に電極２２と１００とを平行に
なるように完全に接触させることによつて行なわ
れる。次に、電極２２と１００とを分離させても
それらの面が確実に平行に維持されるように、ジ
ヤツキねじ１６０の間の角度関係を調節する。従
つて、電極２２と１００との平行性を維持する際
の精度は、単にジヤツキねじ１６０の機械的な精
度によつてのみ制限される。ジヤツキねじ１６０
を調節した後に、ポテンシオメータ１８２の抵抗
がある特定の値に設定される。電極２２と１００
とが一旦分離されてからの分離間隔“Ｓ”の連続
的な測定は、ポテンシオメータ１８２の電気抵抗
を測定することによつて行なわれる。従つて、分
離間隔“Ｓ”を測定する際の精度は、プラズマ処
理チエンバー１０の機械的要素、例えばジヤツキ
ねじ１６０の組合わせ精度と、ポテンシオメータ
１８２の電気的な精度とによつて限定される。

プラズマ処理チエンバー１０は、半導体ウエー
ハのような円板状の材料片を真空チヤツク１１４
上に置くことによつて操作準備ができる。そのよ
うな材料片はチヤツク１１４を真空状態にするこ
とによつて電極１００に固定される。次に材料片
移送孔１３０を閉鎖シールし、排気孔１５６を介
してチエンバー１０を真空状態にし、また真空入
口７６を介してチエンバー７４を真空状態にす
る。真空状態にすると同時に、処理気体入口３２
に連結された、ある長さの電気絶縁的なテフロン
管１９０を介して、プレナム３０の中へプラズマ
処理気体の流れを流入させる。この気体はプレナ
ム３０から、電極２２に形成された複数個の孔２
４を介して、プラズマ反応領域１０４の中へ流れ
る。この目的のために多数の、小さな、規則的に
隔置配列された孔２４が用いられ、電極１００の
表面を横切る処理気体の流れを均一な半径方向外
側への流れにし、この流れは適当な流れ条件の下
では層流状態となる。処理チエンバー１０はこの
ようにしてシールされ、材料片を収納し、処理気
体をプラズマ反応領域１０４に通過させるが、次
に前記チエンバーに対して電極２２と反応チエン
バー本体１２との間に無線周波交流電位が印加さ
れる。処理チエンバー１０の全ての構造物は、絶
縁リング２０を除いて、導電性があるので、この
無線周波交流電位を印加すると、電極２２と１０
０との表面間に電流が流れることになる。この電
流はプラズマ反応領域１０４内の気体内にプラズ
マを発生させる。電極２２とプレナムカバー板２
８との間には電位差がないので、前記電極の裏側
にはそれに対応するプラズマは生じない。またプ
レナムカバー板２８が大気圧にさらされていて、
また管１９０の中にはその長さの故、およびそれ
が電気的に絶縁されているが故に何物も入つてい
ないので、前記プレナムが一板の外面にもプラズ
マは生じない。従つて、プラズマ処理チエンバー
１０がパツクスパツタリングを示すことはあり得
ない。

プラズマ反応領域１０４内にプラズマが確立さ
れると、電極２２とそれに隣接した電極１００と
の間の間隔“Ｓ”は、モータ１８０に電流を加え
ることによつて変化させてもよい。モータ１８０
へ加える電流を適当に制御することにより、領域
１０４内でのプラズマ処理条件を、操作中のチエ
ンバー１０からではなくて、調節することができ
る。真空チヤツク１１４の温度、従つてそれと密
着している材料片の温度は、馬蹄形状の溝１２２
内を温度制御された液体を流すことによつて調節
される。

前記プラズマ処理チエンバー１０は、広範な各
種材料を対応的な各種処理気体で食刻するために
も用いることができる。食刻しようとする材料の
タイプおよび望みの結果的な食刻特性とに応じ
て、各種処理パラメータ、例えば、処理気体の組
成、圧力、流量、電極２２，１００間の分離間隔
“Ｓ”、およびプラズマ内の無線周波出力密度が実
験的に郭定される。食刻しようとする材料の正確
な化学的特性や、処理気体の正確な化学的特性が
これらのパラメータに関して郭定された値に影響
を与えるので、あるプロセスによつて食刻するた
めに準備された材料に関する値が、同じ材料を別
のプロセスによつて食刻するための値と異なるこ
とがある。従つて、実際に使用する材料片と処理
気体とを用いて実験をしなければ、プラズマ処理
チエンバー１０の最良の操作方法を正確に確立す
ることは不可能である。しかしながら、多結晶性
SiO₂を食刻するための、処理チエンバー１０を
用いる典型的な操作条件の例は以下の通りとな
る。処理気体は90％の四弗化炭素、CF₄、と10％
の酸素、O₂、との混合気体であり、圧力１トル
（0.0013Kg／cm²）、流量毎分100cm³（標準状態）で
処理チエンバー１０へ送られ、直径100mmのウエ
ーハの表面を食刻する。この処理混合気体におい
ては、電極２２と１００との表面間の電極表面積
１cm²当たりで約１ワツトの無線周波出力密度を供
給し、電極間の長さ“Ｓ”を0.5cmにすることに
よつてプラズマが形成される。

本発明に関して、好ましい実施例について記述
してきたが、そのような開示が限定するためのも
のではないことは理解されるはずである。上述の
開示を読めば、当業界にとつて各種の変更と修正
が可能であるが明らかになるであろう。従つて、
添付した特許請求の範囲が本発明の真の精神と範
囲との中に入る全ての変更、修正を含むものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプラズマ処理チエンバー
の透視図、第２図は第１図のプラズマ処理チエン
バーの部分断面的な透視図、第３図は電極ハウジ
ングを反応チエンバー本体に合致させたところを
を示す、第１図の線３―３に沿つてみたプラズマ
処理チエンバーの断面図、第４図は第３図の線４
―４に沿つてみた、反応チエンバー本体と電極ハ
ウジングとの間のシールの断面図である。 図において、１２……反応チエンバー本体、１
４……電極ハウジング、２２……第１電極、３０
……プレナム、３２……処理気体入口孔、１００
……第２電極、１０４……プラズマ反応領域、１
１４……真空チヤツク、１３０……材料片移送
孔、１６０……ジヤツキねじ、１７０……スプロ
ケツト、１７２……鎖、１８２……ポテンシオメ
ータ、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反応チエンバー本体と、該反応チエンバー本
   体に適合された電極ハウジングと、該電極ハウジ
   ングに装架された第１の電極と、前記反応チエン
   バー本体に装架された第２の電極とを有し、前記
   第１及び第２の電極がそれらの間にプラズマ反応
   領域を画定する対向する平行な表面を備えている
   プラズマ処理チエンバーにおいて、前記電極ハウ
   ジング１４及び前記反応チエンバー本体１２は前
   記第１及び第２の電極２２，１００の前記平行な
   表面に対して垂直な方向に一方が他方に対して摺
   動可能に移動するようになつていて前記電極ハウ
   ジング１４と前記反応チエンバー本体１２の間の
   相対的移動によつて前記第１及び第２の電極２
   ２，１００間の間隔が調整されるようにされてお
   り、また、前記電極ハウジング１４と前記反応チ
   エンバー本体１２の間の相対的移動を調節して前
   記第１及び第２の電極２２，１００の間に所望の
   プラズマ反応領域１０４が画定されるようにする
   電極位置決め装置１６０，１７０，１７２，１８
   ０を備え、この電極位置決め装置１６０，１７
   ０，１７２，１８０は前記プラズマ処理チエンバ
   ー１０の外部から操作可能になつていることを特
   徴とするプラズマ処理チエンバー。 ２ 前記電極位置決め装置１６０，１７０，１７
   ２，１８０は前記反応チエンバー本体１２と前記
   電極ハウジング１４とを相互連結していて前記間
   隔が調整される際前記第１及び第２の電極２２，
   １００の平行な表面を平行に維持するようになつ
   ている特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理
   チエンバー。 ３ 前記反応チエンバー本体１２は前記電極ハウ
   ジング１４を摺動可能に受け入れる孔６４を有し
   ている特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理
   チエンバー。 ４ 前記反応チエンバー本体１２と前記電極ハウ
   ジング１４の間に位置する少なくとも１つのシー
   ル６６，７８を備え、このシール６６，７８は前
   記電極ハウジング１４のまわりにゆるく適合して
   いるが、適用された真空に応答して緊密に適合す
   るようになつている特許請求の範囲第３項記載の
   プラズマ処理チエンバー。 ５ 前記電極位置決め装置１６０，１７０，１７
   ２，１８０は、前記電極ハウジング１４のまわり
   に位置していて該電極ハウジング１４と前記反応
   チエンバー本体１２の間における摺動可能な移動
   方向に細長く延びている複数個のジヤツキねじ１
   ６０と、それぞれが該ジヤツキねじ１６０に固定
   されている複数個のスプロケツト１７０と、これ
   らスプロケツト１７０のまわりを通つて前記複数
   個のジヤツキねじ１６０を一緒に回転させる無端
   鎖１７２と、この鎖１７２を長手方向に移動させ
   る装置１８０とを含む特許請求の範囲第１項記載
   のプラズマ処理チエンバー。 ６ 前記複数個のジヤツキねじ１６０に同期して
   駆動され前記第１及び第２の電極２２，１００の
   平行な表面間の間隔を検知するポテンシオメータ
   １８２を備えている特許請求の範囲第５項記載の
   プラズマ処理チエンバー。