WO2007029777A1 - イオン源およびプラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2007029777A1
WO2007029777A1 PCT/JP2006/317758 JP2006317758W WO2007029777A1 WO 2007029777 A1 WO2007029777 A1 WO 2007029777A1 JP 2006317758 W JP2006317758 W JP 2006317758W WO 2007029777 A1 WO2007029777 A1 WO 2007029777A1
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plasma
frequency antenna
generation chamber
plasma generation
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PCT/JP2006/317758
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Naruyasu Sasaki
Saburou Shimizu
Toshiju Kunibe
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Ulvac, Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to an inductively coupled ion source and a plasma processing apparatus including the same, and more specifically, stable generation of plasma by suppressing adhesion of a film to an inner surface of a partition partitioning a plasma generation chamber.
  • the present invention relates to an ion source and a plasma processing apparatus that can be maintained.
  • a plasma treatment process has been used in the manufacture of semiconductors, electronic components, etc., or in the surface modification of structural materials.
  • ion beam etching in which ions in the plasma are extracted in a beam state to etch a metal film or the like on the surface of the substrate to be processed, or an ion beam extracted from the plasma is irradiated onto the sputter target.
  • ion beam sputtering that deposits and deposits sputtered particles on the substrate to be processed.
  • the inductively coupled ion source includes a plasma generation chamber 1, a partition wall 2 having a dielectric force that partitions the plasma generation chamber 1, and a plasma generation chamber installed outside the partition wall 2. 1 is provided with a high-frequency antenna 3 for generating plasma.
  • the partition wall 2 is generally formed of a dielectric material such as quartz. Further, for example, as shown in FIG. 16, the high-frequency antenna 3 is wound around the side wall of the partition wall 2 in a coil shape, and is inductively coupled with plasma via the partition wall 2. The generated plasma is accelerated only by the ions 7 by the extraction electrode 4 and extracted to the processing chamber 5. The extracted ions 7 are irradiated to an object to be processed 6 such as a sputtering target or the like, which is installed in the processing chamber 5, and a predetermined etching process or film forming process is performed on the substrate to be processed.
  • an object to be processed 6 such as a sputtering target or the like
  • the irradiated object 6 is sputtered by the ion 7 extracted from the plasma, and a part 8 of the sputtered object defines the plasma generation chamber 1. It adheres to the inner surface of the partition wall 2 to be drawn.
  • the sputtered material 8 is a conductive substance
  • the sputtered material 8 is continuously deposited on the inner surface of the partition wall 2 in the winding direction of the high-frequency antenna, the induced electromagnetic field generated in the plasma generation chamber 1 is reduced. Since the current in the direction of cancellation is generated on the inner peripheral surface of the partition wall 2, the induction loss increases.
  • conductive spatter 9 from the extraction electrode 4 generated when the ions 7 collide with the extraction electrode 4 may adhere to the inner surface of the partition wall 2 through the plasma generation chamber 1.
  • Patent Documents 1 and 2 below disclose a configuration in which a shield body is installed inside the plasma generation chamber to regulate the deposition of deposits on the inner surface of the partition wall. Yes. This shield body is installed facing the inner surface of the partition wall to prevent spatter from the irradiated object from adhering to the inner surface of the partition wall to ensure stable plasma generation. .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228181
  • Patent Document 2 JP-A-11 251303
  • the metal structure is interposed between the high-frequency antenna and the plasma formation space, the high-frequency power necessary for inductive coupling with the plasma is increased as compared with the case where the shield body does not exist. .
  • the high-frequency antenna and the plasma it is necessary to form a plurality of openings or a large area for transmitting the induction electromagnetic field in the metal shield body. For this reason, the original function as a shield is diminished, and there is a problem that the amount of film attached to the inner surface of the partition wall increases.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ion source and a plasma processing apparatus capable of forming a long-life and stable plasma.
  • the ion source of the present invention includes a plasma generation chamber, a partition wall made of a dielectric partitioning the plasma generation chamber, and the plasma generation chamber installed outside the partition wall.
  • a structure made of a dielectric material that restricts the adhesion of the film to the inner surface of the partition wall facing the high frequency antenna is provided on the inner surface side of the partition wall. Is provided.
  • the plasma processing apparatus of the present invention is disposed outside the partition, which includes a processing chamber that accommodates the substrate to be processed, a plasma generation chamber, a partition wall that has a dielectric force that partitions the plasma generation chamber, and the partition wall.
  • the inner surface of the partition wall is made of a dielectric material that regulates film adhesion to the inner surface of the partition wall facing the high-frequency antenna.
  • the structure according to the present invention can be configured by a shield body disposed so as to shield the inner surface side of the partition wall, or can be configured by a protrusion or a recess formed directly on the inner surface of the partition wall.
  • the shield body and the protrusions may have a combination of recesses.
  • the high-frequency antenna is configured by winding in a coil shape along the outer peripheral portion of the partition wall, or winding in a loop shape at a position outside the top of the partition wall.
  • the “inner wall surface facing the high-frequency antenna” corresponds to the inner peripheral surface of the partition wall in the former case, and corresponds to the inner surface of the top of the partition wall in the latter case.
  • the structure according to the present invention can be configured according to the configuration of the high-frequency antenna.
  • the high-frequency antenna when the high-frequency antenna is constituted by a coil antenna wound along the outer peripheral portion of the partition wall, the above structure shields the inner peripheral surface of the partition wall and winds the high-frequency antenna. It consists of a cylindrical shield body with slots formed in the direction that crosses the direction, or a protrusion or recess that extends across the winding direction of the high-frequency antenna in at least a part of the inner peripheral surface of the partition wall. be able to.
  • the high-frequency antenna when configured by a loop antenna wound spirally at a position outside the top of the partition wall, the above structure shields the inner surface of the top of the partition wall and winds the high-frequency antenna.
  • Protrusions or recesses that consist of a flat or curved shield body with slots formed across the direction, or that extend in a direction across the winding direction of the high-frequency antenna at least at a part of the inner surface of the top of the partition wall Can be configured.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus 11 including an ion source according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the ion source according to the first embodiment of the present invention, wherein A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining another configuration example of the ion source according to the first embodiment of the present invention, in which A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining still another configuration example of the ion source according to the first embodiment of the present invention, in which A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a configuration of an ion source according to a second embodiment of the present invention.
  • a schematic perspective view, B is a front view thereof.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining another configuration of the ion source according to the second embodiment of the present invention, in which A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration of an ion source according to a third embodiment of the present invention, wherein A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining another configuration of the ion source according to the third embodiment of the present invention, wherein A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus 31 including an ion source according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of an ion source according to a fourth embodiment of the present invention, in which A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a configuration of an ion source according to a fifth embodiment of the present invention, in which A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining another configuration of the ion source according to the fifth embodiment of the present invention, in which A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a configuration of an ion source according to a sixth embodiment of the present invention, in which A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining another configuration of the ion source according to the sixth embodiment of the present invention, in which A is a schematic perspective view, and B is a front view thereof.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the main part showing a modification of the configuration of the ion source according to the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the configuration and operation of a plasma processing apparatus including a conventional inductively coupled ion source.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus 11 including an ion source according to the first embodiment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus 11 includes a vacuum chamber 13 in which a processing chamber 12 containing a substrate to be processed (hereinafter simply referred to as “substrate”) W such as a semiconductor wafer liquid crystal panel substrate is formed. It has.
  • the vacuum chamber 13 is formed with an exhaust pipe 13a communicating with a vacuum exhaust means such as a vacuum pump (not shown), and the inside of the processing chamber 12 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum.
  • a partition wall 15 is provided above the vacuum chamber 13 to communicate with the processing chamber 12 and partition the plasma generation chamber.
  • the partition wall 15 is made of a dielectric material such as quartz Perja. It is formed with a material.
  • a high-frequency antenna 16 wound in a coil shape is installed outside the side periphery of the partition wall 15.
  • a high-frequency power source 18 is connected to one end of the high-frequency antenna 16 via a matching circuit 17, and the other end of the high-frequency antenna 16 is electrically grounded via a capacitor 19.
  • the power supply frequency of the high frequency power supply 18 is, for example, 10 kHz to 100 MHz.
  • the high frequency antenna 16 is applied with high frequency power from a high frequency power source 18 to generate an induction electromagnetic field in the plasma generation chamber 14, and excites the reactive gas introduced into the plasma generation chamber 14 to generate plasma.
  • the plasma generation chamber 14 is stably maintained by inductively coupling with the generated plasma.
  • the plasma generation chamber 14 is provided with a shield body 26 according to the present invention, the details of which will be described later.
  • the reactive gas is introduced from the upper part of the partition wall 15 into the plasma generation chamber 14 via a gas introduction pipe or the like.
  • Ar argon
  • O oxygen
  • N nitrogen
  • Xe xenon
  • PH phosphine
  • the pressure is, for example, 0. OlPa ⁇ : LOPa.
  • a grid electrode 22 is installed between the processing chamber 12 and the plasma generation chamber 14.
  • the darlid electrode 22 corresponds to an “extraction electrode” according to the present invention for extracting ions in the plasma formed in the plasma generation chamber 14 in a beam shape toward the processing chamber 12.
  • a three-layer structure of a beam electrode 22A, an acceleration electrode 22B, and a ground electrode 22C is sequentially formed from the plasma generation chamber 14 side, and each is composed of molybdenum, graphite, or the like.
  • DC variable power sources 23A and 23B are connected to beam electrode 22A and speed electrode 22B, respectively, a predetermined positive potential is applied to beam electrode 22A, and a predetermined negative potential is applied to acceleration electrode 22B. A potential is applied. By adjusting the magnitude of these power supply potentials, the acceleration energy of ions is controlled.
  • the current value of the ion beam can be obtained by detecting the current flowing through the DC variable power source 23A.
  • the DC variable power supply 23A has a current detection function and monitors the ion beam current value in real time.
  • the plasma density in the plasma generation chamber 14 is kept constant by feeding back to the high-frequency power source 18 so that the monitor current value becomes constant and adjusting the power supplied to the high-frequency antenna 16.
  • the “ion source” according to the present invention is configured by the plasma generation chamber 14, the partition wall 15, the high-frequency antenna 16, the matching circuit 17, the high-frequency power source 18, the grid electrode 22, and the like.
  • the substrate W accommodated in the processing chamber 12 is supported by the stage 20.
  • the ion beam extracted by the grid electrode 22 is irradiated onto the substrate W.
  • the surface of the substrate W is coated with a conductive material such as a metal film (may be partially coated), and the metal film is etched by ion beam irradiation.
  • a high frequency power supply 21 for bias is connected to the stage 20 so that ions can be periodically irradiated onto the substrate W from plasma generated by charge conversion between the ion beam and the residual gas. It has become.
  • the etching process of the metal film is not particularly limited.
  • a resist mask pattern with a predetermined shape is formed on a metal film, and is applied to a process for forming a wiring pattern by etching a metal film corresponding to a resist opening by irradiation with an ion beam.
  • the It can also be applied to full-scale etching of metal films in damascene processes.
  • the metal film scattered by the sputtering action of the ion beam and the sputtered material of the grid electrode 22 are formed on the inner surface of the partition wall 15. Adhesion 'deposition. If these deposits are continuously deposited in the winding direction of the high-frequency antenna 16, a current is generated in a direction that cancels the induction electromagnetic field necessary for plasma formation, leading to increased induction loss, making it difficult to stably form plasma. become.
  • a shield body 26 is installed in the plasma generation chamber 14 to regulate the adhesion of sputtered material to the inner surface of the partition wall 15 facing the high frequency antenna 16.
  • This shield body 26 is a specific example of the “structure” according to the present invention. The details of the shield body 26 will be described below with reference to FIGS.
  • the shield body 26 has a cylindrical shape made of a dielectric material, and is installed in the plasma generation chamber 14 so as to shield the inner peripheral wall surface of the partition wall 15.
  • the shield body 26 is made of the same quartz as that of the partition wall 15.
  • any dielectric material such as alumina or aluminum nitride can be selected depending on the use or specification. .
  • the shield body 26 is formed in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 16 (Fig. 1). Slot 26a is formed.
  • the slot 26 a is formed in parallel to the axial direction of the cylindrical shield body 26, so that it is substantially orthogonal to the winding direction of the high-frequency antenna 16.
  • the shield body 26 and the partition wall 15 In order to prevent deposits from accumulating on the inner surface of the partition wall 15 through a gap between the outer peripheral surface of the shield body 26 and the inner peripheral surface of the partition wall 15, the shield body 26 and the partition wall 15 It is preferable that the gap is narrow.
  • the shield body 26 and the partition wall 15 are arranged close to each other so that the size of the gap is about 1 mm.
  • the slot 26a of the shield body 26 is preferably formed to a length that divides the shield body 26 as shown in FIG. 2A.
  • the slot 26a has a length that does not divide the shield body 26 as shown in FIGS.
  • the slots 26a are alternately formed from both ends of the shield body 26, thereby eliminating a portion continuous in the circumferential direction of the shield body 26.
  • the generation of induced current due to the deposition of deposits can be greatly reduced.
  • the formation width of the slot 26a is not particularly limited. However, from the viewpoint of reducing the amount of adhesion to the inner surface of the partition wall 15, the slot 26a has a slot within a range in which the closed loop loop in the circumferential direction of the shield body 26 can be prevented. It is preferable to form a narrow width.
  • the slot 26a may be formed only at the winding position of the high-frequency antenna 16.
  • the shield body 26 is fixed to the plasma generation chamber 14 by attaching the shield body 26 to the partition wall 15 via a mounting jig (not shown).
  • the material of the mounting jig is not particularly limited, but is preferably made of a dielectric material from the viewpoint of avoiding metal contamination.
  • the configuration of the shield body 26 is not limited to a cylindrical shape, and for example, a plurality of strip-shaped shields may be arranged to face the inner surface of the partition wall 15 with a predetermined minute gap (for example, about 1 mm). .
  • the lower end of the shield body 26 faces a position near the grid electrode 22 (beam electrode 22 A).
  • the reason is that the plasma is disturbed when the plasma is attached to the grounded part of the vacuum chamber 13 or the like, or ions sputter the vacuum chamber 13 and cause metal contamination.
  • the lower end of the shield 26 By bringing the electrode 22 close to or in contact with the electrode 22, it is possible to avoid the above-described adverse effects caused by plasma leakage.
  • the effect has been confirmed at 1 mm or less. In the present embodiment, it is set to about 0.5 mm.
  • the ion beam of the substrate W in the processing chamber 12 is provided by installing the shield body 26 that shields the inner peripheral surface of the partition wall 15 in the plasma generation chamber 14. It is possible to prevent the sputtered material that also scatters the substrate surface force during etching from adhering to and depositing on the entire inner surface of the partition wall 15. Further, since the force slot 26a to which the sputtered material adheres is formed on the inner surface of the shield body 26, the adhered film may not continue in the circumferential direction of the shield body 26! /.
  • the present embodiment it is possible to prevent the adhesion film from being continuous in the winding direction of the high-frequency antenna 16, so that even when the adhesion film is conductive, the high-frequency antenna 16 and the plasma generation chamber 14 Can be effectively suppressed.
  • the sputtered material is not limited to a highly conductive material, and the same effect can be obtained when the sputtered material is more conductive than the induction current from the high frequency antenna 16 can be generated.
  • the shield body 26 is made of a dielectric material, it is possible to suppress an increase in high-frequency power necessary for inductive coupling with plasma, and to stably form and maintain a plasma over a long period of time. It becomes possible to plan. Further, since the shield body 26 is made of a dielectric material, there is no problem of metal contamination due to the fact that the shield body is made of metal.
  • FIG. 5 and 6 show another embodiment of the “structure” according to the present invention.
  • portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a protrusion extending in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 16 (FIG. 1) is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical partition wall 15 that partitions the plasma generation chamber 14. Part 15a is provided.
  • the inner wall side force of the partition wall 15 also includes a current toward the tip end of the protrusion 15a and a current force toward the inner surface side of the protrusion 15a.
  • the forces that are opposite to each other make it possible to cancel and reduce the induced current in the relevant part.
  • the protrusion 15a is an example in which the protrusion 15a is disposed at two force points with an interval of 180 degrees with respect to the inner peripheral surface of the partition wall 15. It may be formed only at least in part, or may be formed in a radiating manner at equiangular intervals or unequal angular intervals at a plurality of locations of three or more power points.
  • the formation height of the protrusion 15a is preferably equal to or greater than the formation width (an aspect ratio of 1 or more).
  • the formation height of the protrusion 15a is 1 mm or more.
  • the protrusion 15a may be a dielectric material force, and may be integrally formed on the inner peripheral surface of the partition wall 15, or may be attached as a separate member.
  • the concave portion 15b is an example in which the concave portion 15b is disposed at two force points at an interval of 180 degrees with respect to the inner peripheral surface of the partition wall 15.
  • the concave portion 15b is at least on the inner peripheral surface of the partition wall 15. It may be formed only in part, or it may be formed in a radiating form at equiangular intervals or unequal angular intervals at multiple locations of three or more power points.
  • the formation depth of the recess 15b be equal to or greater than the formation width U (the aspect ratio is 1 or more).
  • the formation width of the recess 15b is 1 mm
  • the formation depth of the recess 15b is 1 mm or more.
  • the protrusion 15 a is recessed in the inner peripheral surface of the partition wall 15.
  • the protrusion 15a or the recess 15b is configured as the "structure" according to the present invention.
  • the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
  • FIG. 7 and 8 show a third embodiment of the present invention.
  • portions corresponding to those in the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the inner circumferential surface of the cylindrical partition wall 15 that divides the plasma generation chamber 14 is recessed in the direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 16 (FIG. 1).
  • a part 15b is formed, and a shield body 26 made of a dielectric material having a slot 26a formed in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 16 is installed inside the partition wall 15.
  • the adhered film continuously extends in the winding direction of the high-frequency antenna 16. It can be difficult to hesitate, so the maintenance cycle can be extended. Further, the effect can be further enhanced by directing the recess 15b of the partition wall 15 and the slot 26a of the shield body 26 to mutually different angular positions.
  • the inner circumferential surface of the cylindrical partition wall 15 partitioning the plasma generation chamber 14 protrudes in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 16 (FIG. 1).
  • a shield body 26 made of a dielectric material having a slot 26a formed in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 16 is installed inside the partition wall 15. .
  • the shield body 26 is formed to be relatively thick, and a groove portion 26b that accommodates the protrusion 15a is formed in a portion facing the protrusion 15a.
  • the labyrinth structure of the gap between the inner surface of the partition wall 15 and the shield body 26 is achieved, and the effect of preventing deposition of sputtered material continuous on the inner peripheral surface of the partition wall 15 as described above. Can be increased.
  • FIG. 9 and 10 show a fourth embodiment of the present invention.
  • parts corresponding to those of the first embodiment described above are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • the plasma processing apparatus 31 of the present embodiment includes a high-frequency antenna 34 wound in a loop (spiral shape) in a plane outside the top of the quartz partition wall 35 that partitions the plasma generation chamber 14. It differs from the first embodiment described above in that it has a configuration provided.
  • a shield body 36 for restricting the adhesion of spatter is provided on the inner surface (top inner surface) of the partition wall 35 facing the high-frequency antenna 34.
  • the shield body 36 is made of a dielectric material (for example, quartz) like the partition wall 35 and has a disk shape that shields the top inner surface of the partition wall 35 as shown in FIGS. 10A and 10B.
  • a slot 36 a is formed in the surface of the shield body 36 in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 34.
  • the number of slots 36a formed is not particularly limited. In the figure, it is sufficient that there are at least one force formed radially at a plurality of (four) equiangular intervals.
  • the shield body 36 and the top inner surface of the partition wall 35 are arranged close to each other so that the size of the gap is about lmm. Prevents spatter from entering through the gap and depositing.
  • the shield body 36 that shields the top inner surface of the partition wall 35 in the plasma generation chamber 14, by installing the shield body 36 that shields the top inner surface of the partition wall 35 in the plasma generation chamber 14, During the ion beam etching of the substrate W, deposition on the inner surface of the top of the partition wall 35 by the sputtered material that also scatters the substrate surface force is regulated. Further, since the force slot 36a to which the sputtered material adheres is also formed on the shield body 36, the adhered film may not continue along the circumferential direction of the shield body 36.
  • the present embodiment it is possible to prevent the adhesion film from being continuous in the winding direction of the high-frequency antenna 34. Therefore, even if the adhesion film is conductive, the high-frequency antenna 34 and the plasma can be used. The induction loss between the generation chamber 14 can be effectively suppressed.
  • shield 36 is made of a dielectric material, it is possible to suppress an increase in high-frequency power necessary for inductive coupling with plasma, and to achieve stable formation and maintenance of plasma over a long period of time. It becomes possible.
  • the shield 36 is a dielectric material. Because it is composed of force, the problem of metal contamination due to the fact that the shield body is made of metal will not occur.
  • FIG. 11 and 12 show another embodiment of the “structure” according to the present invention! /
  • portions corresponding to those of the fourth embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a protrusion extending in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 34 (FIG. 9) is formed on the inner surface of the top of the cylindrical partition wall 35 defining the plasma generation chamber 14.
  • 35a is provided.
  • the inner surface force of the partition wall 35 is also a current directed toward the tip end of the protrusion 35a, and the current of the protrusion 35a tip force is directed toward the inner surface side of the partition wall 35.
  • the force protrusion 35a is an example in which the protrusion 35a is disposed at four power points at intervals of 90 degrees with respect to the inner surface of the top of the partition wall 35. It may be formed only partially, or may be formed radially at equiangular intervals or unequal angular intervals at a plurality of locations.
  • the formation height of the protrusion 35a is preferably equal to or greater than the formation width (an aspect ratio of 1 or more).
  • the formation height of the protrusion 35a is 1 mm or more.
  • the protrusion 35a is made of a dielectric material, and may be integrally formed on the inner surface of the top of the partition wall 35, or may be attached as a separate member.
  • the inner surface of the cylindrical partition wall 35 defining the plasma generation chamber 14 extends in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 34 (FIG. 9).
  • a recess 35b is provided.
  • the bottom of the recess 35b is formed from the inner surface of the partition wall 35.
  • the force flowing in the opposite direction from the current directed to the portion and the directional force current from the bottom of the recess 35b toward the inner surface of the partition wall 35 can cancel and reduce the induced current in the portion.
  • the recess 35b is an example in which four recesses are arranged at 90-degree intervals with respect to the inner peripheral surface of the partition wall 25.
  • the recess 35b is at least a part of the top inner surface of the partition wall 35. It may be formed only at a plurality of points, or may be formed radially at equiangular intervals or unequal angular intervals at a plurality of locations.
  • the formation depth of the recess 35b is preferably equal to or greater than the formation width (an aspect ratio of 1 or more).
  • the formation width of the recess 35b is 1 mm
  • the formation depth of the recess 35b is 1 mm or more.
  • FIG. 13 and 14 show a sixth embodiment of the present invention.
  • parts corresponding to those in the fourth and fifth embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a recess is formed in the top inner surface of the cylindrical partition wall 35 that divides the plasma generation chamber 14 in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 34 (FIG. 9).
  • 35b is formed, and a shield body 36 made of a dielectric material having a slot 36a formed in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 34 is installed inside the partition wall 35.
  • the shield body 36 and the top inner surface of the partition wall 35 are arranged close to each other so that the size of the gap is about 1 mm. This prevents the spatter from entering and depositing.
  • the sputtered material adheres to the inner surface of the top of the partition wall 35 through the gap between the partition wall 35 and the shield body 36, the attached film continuously extends in the winding direction of the high-frequency antenna 34. Therefore, the maintenance cycle can be prolonged. Also, The effect can be further enhanced by directing the recess 35b of the partition wall 35 and the slot 36a of the shield body 36 to different angular positions.
  • the top surface of the cylindrical partition wall 35 that partitions the plasma generation chamber 14 protrudes in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 34 (FIG. 9).
  • a part 35a is formed, and a shield body 36 made of a dielectric material having a slot 36a formed in a direction crossing the winding direction of the high-frequency antenna 34 is installed inside the partition wall 35.
  • the shield body 36 and the top inner surface of the partition wall 35 are arranged close to each other so that the size of the gap is about 1 mm, thereby forming a gap between the two. Through which the sputtered material enters and deposits.
  • an ion beam etching apparatus has been described as an example of the plasma processing apparatus.
  • a sputter target is installed in the processing chamber, and sputtered particles are formed on the substrate to be processed. It can also be configured as an ion beam sputtering apparatus that deposits a film to form a film.
  • the present invention can be applied to other plasma processing apparatuses such as a plasma doping apparatus and a plasma etching apparatus.
  • the partition walls (Perja) 15 and 35 that partition the plasma generation chamber 14 are configured as the outer wall portion of the apparatus that isolates the atmosphere from the vacuum, but instead of this, for example, FIG.
  • the ion source according to the present invention may be arranged inside the vacuum chamber 13.
  • the partition wall 15 defines a plasma generation chamber 14 inside the vacuum chamber 13.
  • the high frequency antenna 16 is disposed inside the vacuum chamber 13 and on the outer peripheral side of the partition wall 15, and the shield body according to the present invention is shielded from the inner peripheral surface of the partition wall 15 facing the high frequency antenna 16. 26 is installed!
  • the shield bodies 16, 36 according to the present invention are formed in a cylindrical shape or a plate shape, but can be appropriately changed according to the inner surface shape of the partition wall. It may be formed.

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Description

イオン源およびプラズマ処理装置
技術分野
[0001] 本発明は、誘導結合型のイオン源およびこれを備えたプラズマ処理装置に関し、更 に詳しくは、プラズマ生成室を区画する隔壁内面への膜の付着を抑えてプラズマの 安定した生成 ·維持を可能とするイオン源およびプラズマ処理装置に関する。
背景技術
[0002] 従来より、半導体や電子部品等の製造あるいは構造材料等の表面改質において プラズマ処理工程が用いられている。この種のプラズマ処理工程には、プラズマ中の イオンをビーム状態で引き出して被処理基板表面の金属膜等をエッチングするィォ ンビームエッチングや、プラズマから引き出したイオンビームをスパッタターゲットに照 射し、スパッタ粒子を被処理基板上に付着、堆積させるイオンビームスパッタ等があ る。
[0003] 上述したプラズマ処理装置には、容量結合型、誘導結合型 (ICP型）、電子サイクロ トロン共鳴型 (ECR型)等のイオン源が知られている。特に、誘導結合型のイオン源 は、図 16に示すように、プラズマ生成室 1と、このプラズマ生成室 1を区画する誘電体 力 なる隔壁 2と、この隔壁 2の外部に設置されプラズマ生成室 1内にプラズマを生成 するための高周波アンテナ 3とを備えている。
[0004] 上記隔壁 2は、石英等の誘電体材料で形成されるのが一般的である。また、高周波 アンテナ 3は、例えば図 16に示したように、隔壁 2の側周部にコイル状に卷回されて おり、隔壁 2を介してプラズマと誘導結合させるようになつている。生成されたプラズマ は、引出し電極 4によってイオン 7のみ加速され、処理室 5へ引き出される。引き出さ れたイオン 7は、処理室 5内部に設置された被処理基板ゃスパッタターゲット等の被 照射物 6に照射され、被処理基板に対して所定のエッチング処理あるいは成膜処理 が行われる。
[0005] さて、上述した従来の ICP型のイオン源においては、プラズマから引き出されたィォ ン 7により被照射物 6がスパッタされ、そのスパッタ物の一部 8がプラズマ生成室 1を区 画する隔壁 2の内面に付着する。特に、スパッタ物 8が導電性物質である場合、隔壁 2内面に対して高周波アンテナの卷回方向に連続してスパッタ物 8が着膜すると、プ ラズマ生成室 1に生起される誘導電磁界を打ち消す方向の電流が隔壁 2の内周面に 発現するため誘導損失が増大する。また同様に、引出し電極 4へのイオン 7の衝突の 際に発生する引出し電極 4からの導電性のスパッタ物 9が、プラズマ生成室 1を介し て隔壁 2の内面に付着することもある。
[0006] このように、導電性の付着物が隔壁 2の内周面の全周にわたって堆積、着膜するこ とで誘導損失が増大すると、所望のプラズマ密度を得るための高周波電力も増大す るのみならず、最終的にはプラズマの生成 ·維持が困難になるという問題がある。
[0007] これを防止するため、例えば下記特許文献 1, 2には、プラズマ生成室の内部に、 隔壁内面への付着物の堆積を規制するためのシールド体を設置する構成が開示さ れている。このシールド体は、隔壁の内面に対向して設置され、被照射物等から飛来 するスパッタ物が隔壁の内面に付着するのを抑制し、プラズマの安定した維持 '生成 を確保するようにしている。
[0008] 特許文献 1 :特開 2004— 228181号公報
特許文献 2 :特開平 11 251303号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] し力しながら、上記特許文献 1, 2に記載されているシールド体はいずれも金属製で あるため、プラズマに曝されることでスパッタされ、金属汚染を嫌うプロセスでは弊害 を伴うという問題がある。
[0010] また、高周波アンテナとプラズマ形成空間との間に金属構造体が介在することにな るので、プラズマとの誘導結合に必要な高周波電力は当該シールド体が存在しない 場合に比べて増大する。高周波アンテナとプラズマとの間の誘導結合を効率良く行う ためには、金属製のシールド体に誘導電磁場を透過させるための開口を複数あるい は大面積で形成する必要性が生じる。このためシールドとしての本来の機能が減殺 され、隔壁内面への膜の付着量が増大するという問題がある。
[0011] 更に、隔壁内面への防着効果を高めるためには、隔壁内壁面とシールド体とのギヤ ップを小さく保つ必要がある。このギャップはコンデンサを形成する力 シールド体が 金属製である場合、着膜物質がシールド材に比べて著しく導電性が低!、 (誘電体な ど）と、使用の経過に伴う容量の経時変化を招くため、安定したプラズマの形成と維 持が困難になるとともに、それに対応するためのマッチング回路の設計が複雑ィ匕する という問題がある。
[0012] 本発明は上述の問題に鑑みてなされ、長寿命で安定したプラズマの形成が可能な イオン源およびプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0013] 以上の課題を解決するに当たり、本発明のイオン源は、プラズマ生成室と、このブラ ズマ生成室を区画する誘電体からなる隔壁と、この隔壁の外部に設置され前記ブラ ズマ生成室内にプラズマを生成するための高周波アンテナとを備えたイオン源にお いて、前記隔壁の内面側には、前記高周波アンテナと対向する隔壁内面への膜の 付着を規制する誘電体からなる構造体が設けられている。
[0014] また、本発明のプラズマ処理装置は、被処理基板を収容する処理室と、プラズマ生 成室と、このプラズマ生成室を区画する誘電体力 なる隔壁と、前記隔壁の外部に設 置され前記プラズマ生成室内にプラズマを生成するための高周波アンテナとを備え たプラズマ処理装置において、前記隔壁の内面側には、前記高周波アンテナと対向 する隔壁内面への膜の付着を規制する誘電体からなる構造体が設けられている。
[0015] 本発明に係る構造体は、隔壁の内面側を遮蔽するように配置されたシールド体で 構成したり、隔壁の内面に直接形成された突部または凹部で構成することができる。 また、上記シールド体と突部ある ヽは凹部を組み合わせた構成のものでもよ 、。
[0016] 高周波アンテナは、隔壁の外周部に沿ってコイル状に卷回したり、隔壁の頂部外 方位置でループ状に卷回することで構成される。「高周波アンテナと対向する隔壁内 面」とは、前者の場合は隔壁の内周面に相当し、後者の場合は隔壁の頂部内面に相 当する。この高周波アンテナの構成に応じて、本発明に係る構造体を構成することが できる。
[0017] 例えば、高周波アンテナが隔壁の外周部に沿って卷回されたコイルアンテナで構 成される場合には、上記構造体は、隔壁の内周面を遮蔽し高周波アンテナの卷回方 向を横切る方向にスロットが形成された筒状のシールド体で構成したり、隔壁の内周 面の少なくとも一部において高周波アンテナの卷回方向を横切るように延在する突 部または凹部で構成することができる。
[0018] 一方、高周波アンテナが隔壁の頂部外方位置で渦巻き状に卷回されたループアン テナで構成される場合には、上記構造体は、隔壁の頂部内面を遮蔽し高周波アンテ ナの卷回方向を横切る方向にスロットが形成された平板状あるいは曲面状のシール ド体で構成したり、隔壁の頂部内面の少なくとも一部において高周波アンテナの卷回 方向を横切る方向に延在する突部または凹部で構成することができる。
[0019] これにより、隔壁の内面に対して高周波アンテナの卷回方向に付着膜が連続ィ匕す ることを防止できるので、付着膜が導電性物質の場合にぉ ヽても高周波アンテナとプ ラズマ生成室との間の誘導損失を効果的に抑えることができる。また、当該構造体が 誘電体で構成されているので、プラズマとの誘導結合に必要な高周波電力の増大を 抑制することができるとともに、長期にわたって安定したプラズマの形成および維持を 図ることが可能となる。
発明の効果
[0020] 以上述べたように、本発明によれば、高周波アンテナとプラズマ生成室との間の誘 導損失を低減できるとともに、長期にわたって安定したプラズマの形成および維持を 図ることが可能となる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明の第 1の実施の形態によるイオン源を備えたプラズマ処理装置 11の概 略構成図である。
[図 2]本発明の第 1の実施の形態によるイオン源の構成を説明する図であり、 Aは概 略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 3]本発明の第 1の実施の形態によるイオン源の他の構成例を説明する図であり、 Aは概略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 4]本発明の第 1の実施の形態によるイオン源の更に他の構成例を説明する図で あり、 Aは概略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 5]本発明の第 2の実施の形態によるイオン源の構成を説明する図であり、 Aは概 略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 6]本発明の第 2の実施の形態によるイオン源の他の構成を説明する図であり、 A は概略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 7]本発明の第 3の実施の形態によるイオン源の構成を説明する図であり、 Aは概 略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 8]本発明の第 3の実施の形態によるイオン源の他の構成を説明する図であり、 A は概略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 9]本発明の第 4の実施の形態によるイオン源を備えたプラズマ処理装置 31の概 略構成図である。
[図 10]本発明の第 4の実施の形態によるイオン源の構成を説明する図であり、 Aは概 略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 11]本発明の第 5の実施の形態によるイオン源の構成を説明する図であり、 Aは概 略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 12]本発明の第 5の実施の形態によるイオン源の他の構成を説明する図であり、 A は概略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 13]本発明の第 6の実施の形態によるイオン源の構成を説明する図であり、 Aは概 略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 14]本発明の第 6の実施の形態によるイオン源の他の構成を説明する図であり、 A は概略斜視図、 Bはその正面図である。
[図 15]本発明に係るイオン源の構成の変形例を示す要部の概略断面図である。
[図 16]従来の誘導結合型イオン源を備えたプラズマ処理装置の構成および作用を 説明する図である。
符号の説明
11 プラズマ処理装置
12 処理室
13 真空チャンバ
14 プラズマ生成室
15 隔壁 15a 突部
15b 凹部
16 高周波アンテナ
18 高周波電源
20 ステージ
21 バイアス用電源
22 グリッド電極（引出し電極）
26 シールド体
26a スロット
31 プラズマ処理装置
34 高周波アンテナ
35 隔壁
35a 突部
35b 凹部
36 シールド体
36a スロット
W 基板
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[0024] (第 1の実施の形態）
図 1は本発明の第 1の実施の形態によるイオン源を備えたプラズマ処理装置 11の 概略構成図である。本実施の形態のプラズマ処理装置 11は、半導体ゥエーハゃ液 晶パネル用基板等の被処理基板 (以下単に「基板」と 、う） Wを収容する処理室 12が 内部に形成された真空チャンバ 13を備えている。この真空チャンバ 13には、図示し ない真空ポンプ等の真空排気手段に連絡する排気管 13aが形成されており、処理室 12の内部を所定の真空度に減圧可能とされて 、る。
[0025] 真空チャンバ 13の上部には、処理室 12に連通してプラズマ生成室を区画するため の隔壁 15が設置されている。この隔壁 15は、例えば石英製ペルジャ等の誘電体材 料で形成されている。隔壁 15の側周部外方には、コイル状に卷回された高周波アン テナ 16が設置されている。高周波アンテナ 16の一端にはマッチング回路 17を介し て高周波電源 18が接続され、高周波アンテナ 16の他端はコンデンサ 19を介して電 気的に接地されている。高周波電源 18の電源周波数は例えば 10kHz〜100MHz である。
[0026] 高周波アンテナ 16は高周波電源 18から高周波電力を印加されることで、プラズマ 生成室 14内に誘導電磁界を発現させ、プラズマ生成室 14内に導入された反応性ガ スを励起しプラズマ化するとともに、生成されたプラズマと誘導結合してプラズマ生成 室 14内においてプラズマの形成を安定に維持する。プラズマ生成室 14には、本発 明に係るシールド体 26が設置されており、その詳細については後述する。
[0027] なお本実施の形態において、上記反応性ガスは、隔壁 15の上部からプラズマ生成 室 14内にガス導入管等を介して導入されるようになっている。ガスの種類は、 Ar (ァ ルゴン）、 O (酸素）、 N (窒素）、 Xe (キセノン）、 PH (ホスフィン)等が用いられ、ガス
2 2 3
圧力は例えば 0. OlPa〜： LOPaである。
[0028] 処理室 12とプラズマ生成室 14との間には、グリッド電極 22が設置されている。ダリ ッド電極 22は、プラズマ生成室 14に形成されたプラズマ中のイオンを処理室 12側へ ビーム状に引き出すための本発明に係る「引出し電極」に相当する。本実施の形態 ではプラズマ生成室 14側から順に、ビーム電極 22A、加速電極 22Bおよび接地電 極 22Cの 3層構造となっており、各々モリブデンやグラフアイト等で構成されている。
[0029] ビーム電極 22Aおよびカ卩速電極 22Bにはそれぞれ直流可変電源 23A, 23Bが接 続されており、ビーム電極 22Aには所定の正電位が印加され、加速電極 22Bには所 定の負電位が印加されている。これらの電源電位の大きさを調節することで、イオン の加速エネルギーが制御される。
[0030] イオンビームの電流値は、直流可変電源 23Aを流れる電流を検出することで得るこ とができる。直流可変電源 23Aには電流検出機能が付与されており、イオンビーム 電流値をリアルタイムでモニタリングしている。このモニタ電流値が一定になるように 高周波電源 18へフィードバックし、高周波アンテナ 16に供給する電力を調節するこ とで、プラズマ生成室 14内のプラズマ密度が一定に維持される。 [0031] 以上、プラズマ生成室 14、隔壁 15、高周波アンテナ 16、マッチング回路 17、高周 波電源 18、グリッド電極 22等により、本発明に係る「イオン源」が構成される。
[0032] 次に、処理室 12に収容される基板 Wは、ステージ 20に支持されている。グリッド電 極 22によって引き出されたイオンビームは、基板 W上へ照射される。基板 Wの表面 は金属膜等の導電材料で被覆されており（部分的被覆の場合もある）、イオンビーム の照射によって、金属膜のエッチングが行われる。なお、本実施形態では、ステージ 20にバイアス用の高周波電源 21が接続され、イオンビームと残留ガスとの荷電変換 によって生成されたプラズマからイオンを周期的に基板 Wに照射することもできるよう になっている。
[0033] 金属膜のエッチングプロセスは特に限定されな 、。例えば、金属膜の上に所定形 状のレジストマスクパターンが形成されており、イオンビームの照射により、レジスト開 口部に対応する金属膜をエッチングすることで配線パターンを形成するプロセスに適 用される。また、ダマシンプロセス等における金属膜の全面エツチノ ックにも適用可 能である。
[0034] さて、イオンビームを用いて基板表面の金属膜をエッチング処理する工程にお!、て は、イオンビームのスパッタ作用で飛散した金属膜やグリッド電極 22のスパッタ物が 隔壁 15の内面に付着 '堆積する。この付着物が高周波アンテナ 16の卷回方向に連 続して着膜すると、プラズマの形成に必要な誘導電磁場を打ち消す方向の電流が発 生するため誘導損失が増大し、プラズマの安定形成が困難になる。
[0035] そこで本実施の形態では、プラズマ生成室 14の内部に、高周波アンテナ 16と対向 する隔壁 15内面へのスパッタ物の付着を規制するためのシールド体 26を設置して いる。このシールド体 26は本発明に係る「構造体」の一具体例である。以下、このシ 一ルド体 26の詳細について図 2〜図 4を参照して説明する。
[0036] シールド体 26は、誘電体材料からなる筒状を有しており、隔壁 15の内周壁面を遮 蔽するようにしてプラズマ生成室 14内に設置されている。本実施の形態において、シ 一ルド体 26は、隔壁 15と同じ石英製とされる力 これ以外にも、アルミナゃ窒化アル ミニゥム等、用途あるいは仕様によって任意の誘電体材料を選択することができる。
[0037] シールド体 26には、高周波アンテナ 16 (図 1)の卷回方向を横切る方向に形成され たスロット 26aが形成されている。本実施の形態では、スロット 26aは、円筒状のシー ルド体 26の軸方向に平行に形成されることで、高周波アンテナ 16の卷回方向にほ ぼ直交している。これにより、高周波アンテナ 16の卷回方向（シールド体 26の周方向 )に連続した付着物の着膜を防止できるので、シールド体 26の内周面に沿って誘導 電流が発生することが回避される。
[0038] シールド体 26の外周面と隔壁 15の内周面との間の隙間を介して隔壁 15の内面に 付着物が堆積することを抑制するために、これらシールド体 26と隔壁 15との間の間 隙は狭い方が好ましい。好適には、隙間の大きさが lmm程度となるように、シールド 体 26と隔壁 15とが近接配置される。
[0039] シールド体 26のスロット 26aは、図 2Aに示すようにシールド体 26を分断する長さに 形成されるのが好ましい。一方、スロット 26aを複数本形成する場合、スロット 26aは、 図 3および図 4に示すようにシールド体 26を分断しない程度の長さとされる。特に図 4 に示したように、スロット 26aを複数本形成する場合、シールド体 26の両端部からスロ ット 26aを交互に形成することによって、シールド体 26の周方向に連続する部位をな くし、付着物の着膜による誘導電流の発生を大幅に低減することができる。
[0040] また、スロット 26aの形成幅は、特に限定されないが、隔壁 15の内面への付着量の 低減を図る観点力 では、シールド体 26の周方向の閉ループィ匕を阻止できる範囲 内においてスロット幅を狭く形成するのが好ましい。なお、スロット 26aは、高周波アン テナ 16の卷回位置にのみ形成されていてもよい。
[0041] プラズマ生成室 14に対するシールド体 26の固定は、図示しない取付治具を介して シールド体 26を隔壁 15に取り付ける。取付治具の材質は特に限定されないが、金属 汚染回避の観点からは誘電体材料で形成されるのが好ましい。なお、シールド体 26 の構成は筒状のものに限らず、例えば複数枚の短冊状の遮蔽物を隔壁 15の内面に 所定の微小な隙間（例えば lmm程度)を介して対向配置させてもよい。
[0042] 一方、図 1に示したように、シールド体 26の下端は、グリッド電極 22 (ビーム電極 22 A)の近傍位置に臨ませている。その理由は、真空チャンバ 13等の接地部位にブラ ズマが弓 Iき付けられることでプラズマ分布に乱れが生じたり、真空チャンバ 13をィォ ンがスパッタし金属汚染の原因となるからである。シールド体 26の下端部をグリッド電 極 22に近接させておくか接触させることで、上述のようなプラズマの漏れによる弊害 を回避することができる。シールド体 26の下端とグリッド電極 22との間の距離は小さ いほどよく、 1mm以下でその効果が確認されている。本実施の形態では、 0. 5mm 程度に設定されている。
[0043] 以上のように構成される本実施の形態においては、プラズマ生成室 14内に隔壁 15 の内周面を遮蔽するシールド体 26を設置することにより、処理室 12における基板 W のイオンビームエッチングの際に基板表面力も飛散するスパッタ物が隔壁 15の内面 全周にわたって付着'堆積することを防止することができる。また、シールド体 26の内 面にスパッタ物が付着する力 スロット 26aが形成されているので、シールド体 26の 周方向にわたって付着膜が連続することもな!/、。
[0044] 従って、本実施の形態によれば、高周波アンテナ 16の卷回方向に付着膜が連続 化することを防止できるので、付着膜が導電性の場合においても高周波アンテナ 16 とプラズマ生成室 14との間の誘導損失を効果的に抑えることができる。スパッタ物は 導電性の高い材料である場合に限らず、高周波アンテナ 16からの誘導電流が発生 し得る程度以上に導電性を有する場合にも同様な効果を得ることができる。
[0045] また、シールド体 26が誘電材料で構成されているので、プラズマとの誘導結合に必 要な高周波電力の増大を抑制することができるとともに、長期にわたって安定したプ ラズマの形成および維持を図ることが可能となる。また、シールド体 26が誘電体材料 で構成されて 、るので、シールド体が金属製であることに起因する金属汚染の問題も 発生することはない。
[0046] (第 2の実施の形態）
続いて、図 5および図 6は本発明に係る「構造体」の他の実施形態を示している。な お図において上述の第 1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付 し、その詳細な説明は省略するものとする。
[0047] 図 5A, Bに示す構成例では、プラズマ生成室 14を区画する円筒形状の隔壁 15の 内周面に、高周波アンテナ 16 (図 1)の卷回方向を横切る方向に延在する突部 15a を備えている。この構成により、隔壁 15の内周面に対しその周方向に連続してスパッ タ物が着膜するのを当該突部 15aによって回避することが可能となるので、高周波ァ ンテナ 16の誘導損失の低減を図ることができる。
[0048] また、突部 15aの両側面に膜が付着した場合には、隔壁 15内面側力も突部 15a先 端へ向かう電流と、突部 15a先端力 隔壁 15内面側へ向力う電流とが互いに逆方向 となること力 、当該部位における誘導電流の相殺、軽減を図ることが可能となる。
[0049] 突部 15aは、図 5の例では、隔壁 15の内周面に対して 180度間隔で 2力所に配置 した例を示して 、る力 突部 15aは隔壁 15の内周面の少なくとも一部にのみ形成さ れていてもよいし、 3力所以上の複数箇所に等角度間隔あるいは不等角度間隔で放 射状に形成されて ヽてもよ ヽ。
[0050] 突部 15aの形成高さはその形成幅以上とするのが好ましい（アスペクト比 1以上)。
具体的に、突部 15aの形成幅を lmmとしたとき、突部 15aの形成高さは lmm以上と する。突部 15aは誘電体材料力 なり、隔壁 15の内周面に一体形成されてもよいし、 別部材として取り付けられて 、てもよ 、。
[0051] 一方、図 6A, Bに示す構成例では、プラズマ生成室 14を区画する円筒形状の隔 壁 15の内周面に、高周波アンテナ 16 (図 1)の卷回方向を横切る方向に延在する凹 部 15bを備えている。この構成により、隔壁 15の内周面に対しその周方向に連続し てスパッタ物が着膜するのを当該凹部 15bによって回避することが可能となるので、 高周波アンテナ 16の誘導損失の低減を図ることができる。
[0052] また、凹部 15bの両側面に膜が付着した場合には、隔壁 15内面側から凹部 15b底 部へ向かう電流と、凹部 15b底部から隔壁 15内面側へ向力う電流とが互いに逆方向 となること力 、当該部位における誘導電流の相殺、軽減を図ることが可能となる。
[0053] 凹部 15bは、図 6の例では、隔壁 15の内周面に対して 180度間隔で 2力所に配置 した例を示して 、る力 凹部 15bは隔壁 15の内周面の少なくとも一部にのみ形成さ れていてもよいし、 3力所以上の複数箇所に等角度間隔あるいは不等角度間隔で放 射状に形成されて ヽてもよ ヽ。
[0054] 凹部 15bの形成深さはその形成幅以上とするのが好ま Uヽ（アスペクト比 1以上)。
具体的に、凹部 15bの形成幅を lmmとしたとき、凹部 15bの形成深さは lmm以上と する。突部 15aは、隔壁 15の内周面に凹設されている。
[0055] 以上のように、突部 15aあるいは凹部 15bを本発明に係る「構造体」として構成する ことにより、上述の第 1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
[0056] (第 3の実施の形態）
図 7および図 8は本発明の第 3の実施の形態を示している。なお、図において上述 の第 1,第 2の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細 な説明は省略するものとする。
[0057] 本実施の形態では、上述の第 1の実施の形態において説明したシールド体 26と、 上述の第 2の実施の形態において説明した隔壁 15の内面構造とを組み合わせた構 成例を有している。
[0058] すなわち、図 7A, Bに示す構成例においては、プラズマ生成室 14を区画する円筒 形状の隔壁 15の内周面に、高周波アンテナ 16 (図 1)の卷回方向を横切る方向に凹 部 15bが形成されているとともに、この隔壁 15の内部に、高周波アンテナ 16の卷回 方向を横切る方向にスロット 26aが形成された誘電体材料カゝらなるシールド体 26が 設置されている。
[0059] 以上の構成により、隔壁 15とシールド体 26の間の隙間を介してスパッタ物が隔壁 1 5の内周面に付着した際、その付着膜が高周波アンテナ 16の卷回方向に連続ィ匕し 難くすることができるので、メンテナンスサイクルの長期化を図ることができる。また、 隔壁 15の凹部 15bとシールド体 26のスロット 26aとを互 ヽに異なる角度位置に向け ることで、さらにその効果を高めることができる。
[0060] 一方、図 8A, Bに示す構成例においては、プラズマ生成室 14を区画する円筒形状 の隔壁 15の内周面に、高周波アンテナ 16 (図 1)の卷回方向を横切る方向に突部 1 5aが形成されているとともに、この隔壁 15の内部に、高周波アンテナ 16の卷回方向 を横切る方向にスロット 26aが形成された誘電体材料カゝらなるシールド体 26が設置さ れている。シールド体 26は比較的厚肉に形成され、突部 15aと対向する部位には当 該突部 15aを収容する溝部 26bが各々形成されている。
[0061] このような構成により、隔壁 15の内面とシールド体 26との間の隙間のラビリンス構造 化が図られ、上述と同様に隔壁 15の内周面に連続するスパッタ物の着膜防止効果 を高めることができる。
[0062] (第 4の実施の形態） 図 9および図 10は本発明の第 4の実施の形態を示している。なお、図において上 述の第 1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説 明は省略するものとする。
[0063] 本実施の形態のプラズマ処理装置 31は、プラズマ生成室 14を区画する石英製の 隔壁 35の頂部外方に、平面内でループ状 (渦巻き状）に卷回された高周波アンテナ 34を備えた構成となっている点で、上述の第 1の実施の形態と異なっている。そして 、この高周波アンテナ 34と対向する隔壁 35の内面 (頂部内面）に、スパッタ物の付着 を規制するためのシールド体 36が設置されている。
[0064] シールド体 36は、隔壁 35と同様に誘電体材料 (例えば石英）からなり、図 10A, B に示すように隔壁 35の頂部内面を遮蔽する円板形状を有している。そして、このシー ルド体 36の面内には、高周波アンテナ 34の卷回方向を横切る方向にスロット 36aが 形成されている。スロット 36aの形成本数は特に限定されず、図では複数 (4本)等角 度間隔で放射状に形成されている力 少なくとも 1つあればよい。
[0065] シールド体 36と隔壁 35の頂部内面とは、上述の第 1の実施の形態と同様に、間隙 の大きさが約 lmm程度となるように互いに近接配置されることで、両者間の隙間を介 してスパッタ物が侵入し着膜することを抑制する。
[0066] 以上のように構成される本実施の形態のプラズマ処理装置 31においては、プラズ マ生成室 14内に隔壁 35の頂部内面を遮蔽するシールド体 36を設置することにより、 処理室 12における基板 Wのイオンビームエッチングの際に、基板表面力も飛散する スパッタ物による隔壁 35の頂部内面への着膜が規制される。また、シールド体 36に もスパッタ物が付着する力 スロット 36aが形成されているので、シールド体 36の周方 向にわたつて付着膜が連続することもな 、。
[0067] 従って、本実施の形態によれば、高周波アンテナ 34の卷回方向に付着膜が連続 化することを防止できるので、付着膜が導電性の場合にぉ 、ても高周波アンテナ 34 とプラズマ生成室 14との間の誘導損失を効果的に抑えることができる。
[0068] また、シールド体 36が誘電体材料で構成されているので、プラズマとの誘導結合に 必要な高周波電力の増大を抑制することができるとともに、長期にわたって安定した プラズマの形成および維持を図ることが可能となる。また、シールド体 36が誘電材料 力 構成されているので、シールド体が金属製であることに起因する金属汚染の問題 も発生することはない。
[0069] (第 5の実施の形態）
図 11および図 12は本発明に係る「構造体」の他の実施形態を示して！/、る。なお、 図において上述の第 4の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、 その詳細な説明は省略するものとする。
[0070] 図 11A, Bに示す構成例では、プラズマ生成室 14を区画する円筒形状の隔壁 35 の頂部内面に、高周波アンテナ 34 (図 9)の卷回方向を横切る方向に延在する突部 35aを備えている。この構成により、隔壁 35の頂部内面に対しその面内周方向に連 続してスパッタ物が着膜するのを当該突部 35aによって回避することが可能となるの で、高周波アンテナ 34の誘導損失の低減を図ることができる。
[0071] また、突部 35aの両側面に膜が付着した場合には、隔壁 35内面側力も突部 35a先 端へ向かう電流と、突部 35a先端力 隔壁 35内面側へ向力う電流とが互いに逆方向 となること力 、当該部位における誘導電流の相殺、軽減を図ることが可能となる。
[0072] 突部 35aは、図 11の例では、隔壁 35の頂部内面に対して 90度間隔で 4力所に配 置した例を示している力 突部 35aは隔壁 35の頂部内面の少なくとも一部にのみ形 成されていてもよいし、更に複数箇所に等角度間隔あるいは不等角度間隔で放射状 に形成されていてもよい。
[0073] 突部 35aの形成高さはその形成幅以上とするのが好ましい（アスペクト比 1以上)。
具体的に、突部 35aの形成幅を lmmとしたとき、突部 35aの形成高さは lmm以上と する。突部 35aは誘電体材料からなり、隔壁 35の頂部内面に一体形成されてもよい し、別部材として取り付けられていてもよい。
[0074] 一方、図 12A, Bに示す構成例では、プラズマ生成室 14を区画する円筒形状の隔 壁 35の内面に、高周波アンテナ 34 (図 9)の卷回方向を横切る方向に延在する凹部 35bを備えている。この構成により、隔壁 35の頂部内面に対しその面内周方向に連 続してスパッタ物が着膜するのを当該凹部 35bによって回避することが可能となるの で、高周波アンテナ 34の誘導損失の低減を図ることができる。
[0075] また、凹部 35bの両側面に膜が付着した場合には、隔壁 35内面側から凹部 35b底 部へ向かう電流と、凹部 35b底部から隔壁 35内面側へ向力 電流とが互いに逆方向 となること力 、当該部位における誘導電流の相殺、軽減を図ることが可能となる。
[0076] 凹部 35bは、図 12の例では、隔壁 25の内周面に対して 90度間隔で 4力所に配置 した例を示している力 凹部 35bは隔壁 35の頂部内面の少なくとも一部にのみ形成 されていてもよいし、更に複数箇所に等角度間隔あるいは不等角度間隔で放射状に 形成されていてもよい。
[0077] 凹部 35bの形成深さはその形成幅以上とするのが好ましい（アスペクト比 1以上)。
具体的に、凹部 35bの形成幅を lmmとしたとき、凹部 35bの形成深さは lmm以上と する。
[0078] 以上のように、突部 35aあるいは凹部 35bを本発明に係る「構造体」として構成する ことにより、上述の第 4の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
[0079] (第 6の実施の形態）
図 13および図 14は本発明の第 6の実施の形態を示している。なお、図において上 述の第 4,第 5の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳 細な説明は省略するものとする。
[0080] 本実施の形態では、上述の第 4の実施の形態において説明したシールド体 36と、 上述の第 5の実施の形態において説明した隔壁 35の内面構造とを組み合わせた構 成例を有している。
[0081] すなわち、図 13A, Bに示す構成例においては、プラズマ生成室 14を区画する円 筒形状の隔壁 35の頂部内面に、高周波アンテナ 34 (図 9)の卷回方向を横切る方向 に凹部 35bが形成されているとともに、この隔壁 35の内部に、高周波アンテナ 34の 卷回方向を横切る方向にスロット 36aが形成された誘電体材料カゝらなるシールド体 3 6が設置されている。シールド体 36と隔壁 35の頂部内面とは、上述の第 4の実施の 形態と同様に、間隙の大きさが約 lmm程度となるように互いに近接配置されることで 、両者間の隙間を介してスパッタ物が侵入し着膜することを抑制する。
[0082] 以上の構成により、隔壁 35とシールド体 36の間の隙間を介してスパッタ物が隔壁 3 5の頂部内面に付着した際、その付着膜が高周波アンテナ 34の卷回方向に連続ィ匕 し難くすることができるので、メンテナンスサイクルの長期化を図ることができる。また、 隔壁 35の凹部 35bとシールド体 36のスロット 36aとを互いに異なる角度位置に向け ることで、さらにその効果を高めることができる。
[0083] 一方、図 14A, Bに示す構成例においては、プラズマ生成室 14を区画する円筒形 状の隔壁 35の頂部内面に、高周波アンテナ 34 (図 9)の卷回方向を横切る方向に突 部 35aが形成されているとともに、この隔壁 35の内部に、高周波アンテナ 34の卷回 方向を横切る方向にスロット 36aが形成された誘電体材料カゝらなるシールド体 36が 設置されている。シールド体 36と隔壁 35の頂部内面とは、上述の第 4の実施の形態 と同様に、間隙の大きさが約 lmm程度となるように互いに近接配置されることで、両 者間の隙間を介してスパッタ物が侵入し着膜することを抑制する。
[0084] このような構成により、隔壁 35の内面とシールド体 36との間の隙間のラビリンス構造 化が図られ、上述と同様に隔壁 35の頂部内面に連続するスパッタ物の着膜防止効 果を高めることができる。
[0085] 以上、本発明の各実施の形態について説明した力 勿論、本発明はこれらに限定 されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
[0086] 例えば以上の各実施の形態では、プラズマ処理装置としてイオンビームエッチング 装置を例に挙げて説明したが、これに代えて、処理室内にスパッタターゲットを設置 し、被処理基板上にスパッタ粒子を付着させて成膜するイオンビームスパッタ装置と して構成することも可能である。また、これ以外にも、プラズマドーピング装置やプラズ マエッチング装置等の他のプラズマ処理装置にも、本発明は適用可能である。
[0087] また、以上の各実施の形態では、プラズマ生成室 14を区画する隔壁 (ペルジャ） 15 , 35を大気と真空とを隔絶する装置外壁部として構成したが、これに代えて、例えば 図 15に示すように、真空チャンバ 13の内部に本発明に係るイオン源を配置してもよ い。隔壁 15は真空チャンバ 13の内部にプラズマ生成室 14を区画している。高周波 アンテナ 16は、真空チャンバ 13の内部であって隔壁 15の外周側に配置されており、 この高周波アンテナ 16と対向する隔壁 15内周面を遮蔽するように、本発明に係るシ 一ルド体 26が設置されて!、る。
[0088] さらに、本発明に係るシールド体 16, 36を円筒状あるいは板状に形成したが、隔 壁の内面形状に合わせて適宜変更可能であり、例えば角筒状ある ヽはドーム状等に 形成してもよい。

Claims

請求の範囲
[1] プラズマ生成室と、このプラズマ生成室を区画する誘電体力 なる隔壁と、この隔壁 の外部に設置され前記プラズマ生成室内にプラズマを生成するための高周波アンテ ナとを備えたイオン源において、
前記隔壁の内面側には、前記高周波アンテナと対向する隔壁内面への膜の付着 を規制する誘電体からなる構造体が設けられていることを特徴とするイオン源。
[2] 前記構造体は、前記隔壁の内面を遮蔽し、前記高周波アンテナの卷回方向を横 切る方向に形成された少なくとも 1つのスロットを有する誘電体材料力 なるシールド 体であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のイオン源。
[3] 前記シールド体は、前記隔壁の内面に近接配置されていることを特徴とする請求の 範囲第 2項に記載のイオン源。
[4] 前記構造体は、前記隔壁の内面の少なくとも一部において前記高周波アンテナの 卷回方向を横切る方向に延在する突部または凹部であることを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載のイオン源。
[5] 前記構造体は、
前記隔壁の内面の少なくとも一部において前記高周波アンテナの卷回方向を横切 る方向に延在する突部または凹部と、
前記隔壁の内面を遮蔽し、前記高周波アンテナの卷回方向を横切る方向に形成さ れた少なくとも 1つのスロットを有する誘電体材料力 なるシールド体と力 なることを 特徴とする請求の範囲第 1項に記載のイオン源。
[6] 前記プラズマ生成室力もプラズマ中のイオンを引き出す引出し電極を更に具備す ることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のイオン源。
[7] 前記構造体は、前記隔壁の内面を遮蔽し、前記高周波アンテナの卷回方向を横 切る方向に形成された少なくとも 1つのスロットを有する誘電体材料力 なるシールド 体であり、このシールド体の近傍には前記プラズマ生成室力 プラズマ中のイオンを 引き出す引出し電極が設置され、前記シールド体と前記引出し電極との間の距離が lmm以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のイオン源。
[8] 被処理基板を収容する処理室と、プラズマ生成室と、このプラズマ生成室を区画す る誘電体力 なる隔壁と、前記隔壁の外部に設置され前記プラズマ生成室内にブラ ズマを生成するための高周波アンテナとを備えたプラズマ処理装置において、 前記隔壁の内面側には、前記高周波アンテナと対向する隔壁内面への膜の付着 を規制する誘電体からなる構造体が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装 置。
[9] 前記プラズマ生成室と前記処理室との間には、前記プラズマ生成室から前記処理 室へ向けてプラズマ中のイオンを引き出す引出し電極が設置されて！、ることを特徴と する請求の範囲第 8項に記載のプラズマ処理装置。
[10] 前記構造体は、前記隔壁の内面を遮蔽し、前記高周波アンテナの卷回方向を横 切る方向に形成された少なくとも 1つのスロットを有する誘電体材料力 なるシールド 体であり、このシールド体の近傍には前記プラズマ生成室力 プラズマ中のイオンを 引き出す引出し電極が設置され、前記シールド体と前記引出し電極との間の距離が lmm以下であることを特徴とする請求の範囲第 8項に記載のプラズマ処理装置。
[11] 前記処理室には、前記プラズマ生成室から引き出したイオンが照射され前記被処 理基板上にスパッタ粒子を付着させるスパッタターゲットが設置されていることを特徴 とする請求の範囲第 8項に記載のプラズマ処理装置。
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