JP2000235972A

JP2000235972A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2000235972A
Application number: JP11037934A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nogami; 裕野上
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2000-08-29
Anticipated expiration: 2019-02-16
Also published as: JP4194164B2

Abstract

(57)【要約】【課題】チャンバーの誘電体部分に光吸収層を密着形
成して、この光吸収層に加熱ランプの光エネルギーを吸
収させることによって、チャンバーを加熱する。【解決手段】石英ガラス製のソースチャンバー２４の
周囲に１対の環状アンテナ３４があり、これらを石英ガ
ラス製のカバー３６が取り囲んでいる。ソースチャンバ
ー２４の大気側の表面には光吸収層５０が密着形成さ
れ、赤外線ランプ４４からの赤外線が光吸収層６０に吸
収されてソースチャンバー２４が２００℃に加熱され
る。磁場発生コイル４６で磁場を発生させるとともに、
アンテナ３４にヘリコン波励起電場を印加すると、ソー
スチャンバー２４の内部にヘリコン波プラズマが発生す
る。フロロカーボンガスを使用してシリコン酸化膜をエ
ッチングする場合に、加熱されたソースチャンバー２４
の内壁面への堆積がなくなり、この堆積膜の剥離に起因
するプラズマ中の微小パーティクルが少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを利用し
て半導体素子等のエッチングや成膜を行なうプラズマ処
理装置に関し、特に、外部アンテナを用いて誘電体のチ
ャンバーの内部にプラズマを発生させるとともに加熱ラ
ンプでチャンバーを加熱するようにしたプラズマ処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来のプラズマ処理装置の一例を
示す正面断面図である。このプラズマ処理装置はヘリコ
ン波プラズマ源を備えている。石英製のソースチャンバ
ー１０の周囲に１対の環状アンテナ１２が配置され、こ
れらを取り囲むように１対の磁場発生コイル１４が配置
されている。コイル１４に電流を流して外部磁場を発生
させ、アンテナ１２にヘリコン波励起電場を印加する
と、ソースチャンバー１０の内部にヘリコン波プラズマ
が発生する。このプラズマが拡散チャンバー１６の内部
に拡散して、基板ホルダー１８上の被処理ウェーハ２０
をエッチングする。バイアス用高周波電源２２を用いて
基板ホルダー１８にバイアス電圧を印加すれば、ウェー
ハ２０に入射するイオンのエネルギーを抑制できる。

【０００３】上述のヘリコン波プラズマ源は、低い圧力
で高密度のプラズマを生成できることに特徴がある。低
圧力下で高密度のプラズマを生成すると、中性解離ラジ
カルの密度も増大する。また、電子温度が上昇するた
め、ラジカル種も、より解離度の進んだものとなる。例
えばフロロカーボンガスのプラズマを用いてシリコン酸
化膜をエッチングする場合を説明すると、低圧・高密度
プラズマでは、高解離度ラジカルであるＣＦの密度が、
低解離度ラジカルであるＣＦ₃に対して相対的に増大す
る。フロロカーボンガスにおいては、一般に解離度が進
むに従って大きな付着率を持つようになる。例えば、Ｃ
Ｆラジカル及びＣＦ₃ラジカルのＳｉに対する付着確率
は、各々０．１４及び０．０である。ちなみに、最終解
離ラジカルであるＣ原子のＳｉに対する付着確率は１．
０と非常に大きい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、少なく
ともフロロカーボンガスによるシリコン酸化膜のエッチ
ングにおいては、プラズマの低圧・高密度化に伴い、解
離ラジカルの入射量が増大し、かつ生成ラジカル種の付
着確率が増大するが、それゆえに、チャンバーの内壁面
でも堆積膜の成長が進むという問題も生じる。チャンバ
ーの内壁面で堆積膜の成長速度が大きくなると、この堆
積膜が壁面から剥離しやすくなるために、プラズマ中に
浮遊する微小パーティクルの数が増大する。そして、こ
の微小パーティクルが基板上に落下すると、これがマス
クとなって基板のエッチングが阻害され、エッチング形
状の異常やショート等の不良を生じる。その結果、半導
体素子等の歩留まりが低下するという問題が生ずる。

【０００５】ヘリコン波プラズマ源を備えた従来のエッ
チング装置では、特にソースチャンバー（プラズマを生
成するチャンバー）の壁面への堆積が顕著となるが、こ
のソースチャンバーに対して堆積防止対策がなんら施さ
れていなかった。そのため、多量のパーティクルが発生
し、半導体素子の生産現場に適用する際の大きな問題と
なっていた。また、被エッチング膜の下地Ｓｉに対する
選択比を増大させるのに重要な影響を持つ堆積ラジカル
の多くがチャンバー壁に付着してしまうために、下地Ｓ
ｉへのラジカル堆積量が減少し、その結果、十分な対下
地選択比が得られないという問題があった。

【０００６】この発明は上述の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は、チャンバーを効率的
に加熱できるようにしてチャンバー壁面への膜の堆積を
抑制し、浮遊パーティクル量の少ないプラズマ処理装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、チャンバー
の誘電体部分の外部にアンテナを配置してプラズマを発
生させる形式のプラズマ処理装置において、チャンバー
の誘電体部分に光吸収層を密着形成して、この光吸収層
に加熱ランプの光エネルギーを吸収させることでチャン
バーを加熱するようにしている。これにより、チャンバ
ーを構成する誘電体部分の材質として光吸収性の劣って
いるものを利用しても、この誘電体部分を効率良く加熱
できる。したがって、光吸収性は劣っていてもその他の
点で優れている材質（例えば石英ガラス）をチャンバー
の誘電体部分の材料として利用できる。

【０００８】この光吸収層は、上記誘電体部分の材質よ
りも熱伝導率が大きい方が好ましい。これにより、チャ
ンバーの誘電体部分を加熱する際の誘電体の温度分布が
均一になる。

【０００９】上記誘電体部分に石英を用いた場合、光吸
収層の材質としては、例えば、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃を用いることができる。さら
に、この光吸収層に、より光吸収性の良好な物質、例え
ば、ＣｒＯ₂、ＳｉＣ、カーボンブラックなどの微粒子
を混入させてもよい。また、光吸収層を多孔質にするこ
とによって光吸収性を向上させることもできる。

【００１０】さらに、加熱ランプの光エネルギーが外部
に洩れないように、上記誘電体部分とアンテナとを光反
射性のカバーで取り囲むのが好ましい。

【００１１】本発明のプラズマ処理装置は、チャンバー
の内壁面を加熱することで何らかの効果が期待できるよ
うな任意のプラズマ処理に適用できる。例えば、シリコ
ン酸化膜をフロロカーボンガスを用いてエッチングする
場合に、チャンバーの内壁面を２００℃程度に加熱する
ことで、チャンバーの内壁面に堆積膜が形成されにくく
なり、この堆積膜の剥離に起因する微小パーティクルの
発生を防ぐことができる。このような処理例以外に、Ａ
ｌのエッチングや、塩素系ガスによるポリシリコンのエ
ッチングのように、反応生成物の揮発性が低い場合にも
有効である。また、エッチング処理以外に、プラズマに
よる表面処理やプラズマＣＶＤによる成膜などにも有効
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態の
正面断面図である。このプラズマ処理装置は、ヘリコン
波プラズマ源を備えたエッチング装置である。真空排気
可能なチャンバーは、ソースチャンバー２４と拡散チャ
ンバー２６からなる。拡散チャンバー２６には排気系２
８とガス導入機構３０が接続されている。拡散チャンバ
ー２６の内部には被処理ウェーハ３１を載せるための基
板ホルダー３２がある。基板ホルダー３２には高周波バ
イアス電源３３が接続されていて、ウェーハ３１にバイ
アス電圧を発生させることで、ウェーハ３１に入射する
イオンのエネルギーを抑制できる。

【００１３】なお、拡散チャンバー２６の周囲に、磁極
の向きを交互に変えた複数の永久磁石（磁極面が拡散チ
ャンバーに対向していて、鉛直方向に延びた棒状の永久
磁石）を等間隔に配置して、拡散チャンバー２６の内壁
面の近傍にカスプ磁場を形成してもよい。こうすると、
プラズマが拡散チャンバーの内壁面に触れにくくなり、
プラズマの損失を抑制できる。

【００１４】誘電体製のソースチャンバー２４の周囲に
は１対の環状アンテナ３４が配置されている。そして、
ソースチャンバー２４とアンテナ３４を取り囲むように
カバー３６が配置されている。カバー３６は、石英（透
明ガラス）製の円筒体３８と石英（透明ガラス）製の円
形のプレート４０で構成されている。円筒体３８の上端
とプレート４０の間には黒色の電気絶縁性の環状体４２
が配置されている。カバー３６の内部において、ソース
チャンバー２４の上方には加熱ランプとしての赤外線ラ
ンプ（ハロゲンランプ）４４が配置されている。円筒体
３８の周囲には１対の磁場発生コイル４６が配置されて
いる。この磁場発生コイル４６に電流を流して外部磁場
を発生させるとともに、アンテナ３４にヘリコン波励起
電場を印加すると、ソースチャンバー２４の内部にヘリ
コン波プラズマが発生する。

【００１５】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。中
央のソースチャンバー２４を取り囲んで、内側から順番
に、アンテナ３４、円筒体３８、１対の磁場発生コイル
４６が同心状に配置されている。アンテナ３４の一端
は、マッチングボックス５２を介してプラズマ発生用高
周波電源５４に接続されている。アンテナ３４の他端は
接地されている。

【００１６】誘電体製のソースチャンバー２４の主材料
としては、熱ひずみ・熱衝撃等の観点で優れた特性を有
している石英を採用した。しかし、石英をチャンバーの
主材料として採用した場合の難点は、光エネルギーの吸
収率が高くないので効率良く加熱できない点と、熱伝導
率が低い（０．００３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）ため
に、チャンバー全体を均一に加熱できない点である。前
者の点を説明すると、ハロゲンランプは波長１μｍ前後
に発光強度のピークをもっているのに対して、石英は波
長２μｍ以下の光線については透過率が９０％以上であ
る。したがって、ハロゲンランプの光エネルギーはソー
スチャンバーにほとんど吸収されない。そこで、この発
明においては、図５に拡大して示すように、ソースチャ
ンバーを構成する石英ガラス４８の大気側の表面に光吸
収層５０を密着形成している。この光吸収層５０の材質
としては、石英よりも光吸収率が高くて、かつ、石英よ
りも熱伝導率の大きな電気絶縁性の物質、例えばＡｌ
Ｎ、ＢＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃を用いている。
アンテナを用いて誘導結合方式でプラズマを発生させる
ためには、この光吸収層の材質は、ソースチャンバーと
同様に、電気絶縁性の物質でなければならない。これら
の物質の熱伝導率と色（赤外線の吸収率に関係してい
る）を、石英と共に、次の表１に示す。

【００１７】

【表１】物質熱伝導率 [cal/cm・sec・℃] 色ＡｌＮ０．３６白色ＢＮ０．２白色Ｓｉ₃Ｎ₄ ０．０７黒灰色ＳｉＣ０．２０黒色Ａｌ₂Ｏ₃ ０．０５白色石英０．００３透明

【００１８】また、この光吸収層５０には、より光吸収
性の良好なＣｒＯ₂、ＳｉＣ、カーボンブラック等の微
粒子を混入して、赤外線の吸収率を高めることができ
る。さらに、この光吸収層５０は、多孔質にすること
で、さらに赤外線の吸収効率を上げることができる。多
孔質にすることで、光吸収層５０に入射した赤外線は、
多孔質の孔内で反射を繰り返し、その結果、光吸収効率
が高まる。

【００１９】次に、カバーの光反射膜を説明する。図３
と図４において、カバーを構成している円筒体３８とプ
レート４０には光反射膜が形成されている。図３（Ａ）
はプレート４０の正面図であり、その上面と下面におけ
る光反射膜の形成位置を示している。また、図３（Ｂ）
は円筒体３８の平面図であり、その内周面と外周面にお
ける光反射膜の形成位置を示している。図４は円筒体３
８とプレート４０の斜視図であり、同様に、光反射膜の
形成位置を示している。

【００２０】まず、円筒体３８の光反射膜を説明する。
図３（Ｂ）において、円筒体３８の内周面に五つの反射
膜５６が、周方向に互いに間隔をおいて等間隔に形成さ
れている。この反射膜５６は図４に示すように円筒体３
８の軸方向に延びている。一方、円筒体３８の外周面に
も五つの反射膜５８が周方向に互いに間隔をおいて等間
隔に形成されている。内側の反射膜５６と外側の反射膜
５８は、その周方向の配置位置が部分的に重なり合うよ
うになっている。すなわち、図３（Ｂ）の周方向の領域
６０のところでは、内側の反射膜５６と外側の反射膜５
８とが存在している。このような重なり領域が存在する
ことにより、ソースチャンバー２４の任意の位置からや
ってきた赤外線は、円筒体３８の内側反射膜５６と外側
反射膜５８のいずれかで必ず反射する。これを幾何学的
に説明すると、ソースチャンバー２４の任意の位置と円
筒体３８の任意の位置とを通る直線６２を想定した場合
に、この直線６２が内側反射膜５６と外側反射膜５８の
少なくともいずれかを通過するようになっている。

【００２１】結局、この反射膜５６、５８は、ソースチ
ャンバー２４からやってくる赤外線を反射して、これを
円筒体３８の外部に逃がさないようにし、これによっ
て、加熱ランプで発生する光エネルギーのほとんどが最
終的にソースチャンバー２４の光反射膜で吸収されるよ
うにしている。また、円筒体３８から外部に赤外線が逃
げないので、外部に配置された電子機器等を加熱する恐
れもない。

【００２２】ところで、赤外線を反射しやすい物質は導
電性であることが多いが、もし導電性の反射膜を周方向
に連続して形成してしまうと、環状の閉じた電気回路が
できる。すると、次のような不都合が生じる。図１にお
いて、アンテナ３４に高周波電場を印加すると、ソース
チャンバー２４の軸方向に時間的に変動する磁場が発生
する。もし、円筒体３８の表面において周方向に閉じた
電気回路が存在すると、この電気回路に、上述の軸方向
変動磁場によって環状の誘導電場が形成されて、この電
気回路（反射膜）に大きな電流が流れることになる。こ
の電流は、プラズマの生成に寄与することはなく、エネ
ルギーの損失になる。また、反射膜に電流が流れること
によってジュール熱が発生し、これが反射膜の剥離を誘
発して反射膜の寿命が短くなる恐れもある。このような
理由により、反射膜５６、５８が周方向に閉じないよう
に、かつ、赤外線が外部に洩れないように、図３（Ｂ）
に示したような特殊な配置になっている。

【００２３】また、反射膜が導電性である場合に、図３
（Ｂ）に示したように内側反射膜５６と外側反射膜５８
によって、全体として、アンテナが導電性の膜で囲まれ
ることになり、アンテナから発生する電磁パワーが円筒
体３８の外部に漏洩するのを防ぐ効果もある。

【００２４】次に、プレート４０の光反射膜を説明す
る。図３（Ａ）と図４において、プレート４０の上面に
は四つの反射膜６４が互いに平行となるように間隔をお
いて等間隔に形成されている。一方、プレート４０の下
面には三つの反射膜６６が互いに平行となるように間隔
をおいて等間隔に形成されている。上面の反射膜６４と
下面の反射膜６６の相対的位置関係は、円筒体３８にお
ける反射膜５６、５８の相対的位置関係と同様である。
すなわち、上面の反射膜６４と下面の反射膜６６が部分
的に重なり合うようになっており、かつ、ソースチャン
バーからやってくる赤外線が反射膜６４、６６のいずれ
かで必ず反射するようになっている。

【００２５】図４に示すように、円筒体３８の上端とプ
レート４０の下面との間には、黒色を呈する電気絶縁性
の環状体４２を挟んでいる。環状体４２を黒色としたこ
とにより、環状体４２を通して赤外線が外部に洩れるの
を防いでいる。また、環状体４２を電気絶縁性としたこ
とにより、円筒体３８の反射膜５６、５８のいずれかと
プレート４０の反射膜６４、６６のいずれかとが導通し
て周方向に閉じた電気回路が不用意に形成されてしまう
のを防いでいる。

【００２６】次に、図１のプラズマ処理装置を用いて、
シリコン酸化膜をエッチングする方法を説明する。ま
ず、図１において、基板ホルダー３２上に被処理ウェー
ハ３１を載せる。この被処理ウェーハ３１は、シリコン
酸化膜上にフォトレジストを塗布して、このフォトレジ
ストに所望のパターニングを施したものである。次に、
ヘリコン波プラズマ源を次の手順で動作させる。最初
に、ソースチャンバー２４と拡散チャンバー２６を排気
系２８で排気する。次に、赤外線ランプ４４を点灯し
て、ソースチャンバー２４の表面が２００℃以上に加熱
されていることを、図示しない熱電対等の温度測定手段
で確認する。そして、ソースチャンバー２４の表面温度
が２００℃に達した以降は、２０５℃以上になったら赤
外線ランプ４４を消灯し、２００℃以下になったら赤外
線ランプ４４を点灯して、ソースチャンバー２４の表面
温度を２００〜２０５℃の範囲に保つ。ソースチャンバ
ー２４のこのような温度制御は制御装置で自動的に行
う。次に、ガス導入機構３０によりＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、
Ｃ₄Ｆ₈等のフロロカーボンガスをマスフローコントロー
ラ２９で流量制御して拡散チャンバー２６に供給する。
そして、排気系２８のバリアブルオリフィス２７を制御
してチャンバー２４、２６の圧力を１〜１００Ｔｏｒｒ
の範囲に制御する。次に、磁場発生コイル４６で磁場を
発生させるとともに、図２に示すプラズマ発生用高周波
電源５４からマッチングボックス５２を介して１対のア
ンテナ３４にソースパワーを供給する。同時に、図１の
基板ホルダー３２には、イオンの入射エネルギーを制御
するために、高周波バイアス電源３３から所要のバイア
スパワーを供給する。このような手順でソースチャンバ
ー２４にプラズマを発生させると、このプラズマで発生
した活性種が拡散チャンバー２６の内部に拡散して、被
処理ウェーハ３１上のシリコン酸化膜がエッチングされ
る。

【００２７】このようなエッチング処理において、この
プラズマ処理装置は、ソースチャンバーの加熱に関し
て、次のような働きがある。第１に、石英製のソースチ
ャンバー２４の大気側表面に、光吸収率が高くて、か
つ、高い熱伝導率を有する光吸収層５０があるために、
赤外線ランプ４４の光が効率的に吸収されるとともに、
その光エネルギーがソースチャンバーの表面に均一に拡
がる。これにより、プラズマに接するソースチャンバー
の内面を効率良く、かつ、均一に加熱できる。第２に、
円筒体３８とプレート４０からなるカバー３６をソース
チャンバー２４を取り囲むように配置して、このカバー
に反射膜を形成したので、ソースチャンバーで反射また
は放射される光エネルギーはカバーの反射膜で反射して
カバーの外側に逃げていかない。この光エネルギーは、
最終的にソースチャンバーの光吸収層で吸収されるため
に、ソースチャンバーを効率的に加熱できる。

【００２８】ソースチャンバーの加熱温度を約２００℃
以上にすると、フロロカーボンガスを使用してシリコン
酸化膜をエッチングする場合に、ソースチャンバーの内
壁面への堆積が皆無になる。その結果、ウェーハ上のパ
ーティクル数が格段に減少し、また、ウェーハ上にラジ
カルが付着するようになるために対下地Ｓｉ選択比が向
上する。

【００２９】図６は本発明の第２の実施形態の正面断面
図である。この実施形態では、チャンバー６８の上面板
７０が誘電体部分である。この上面板７０の上方にスポ
ーク状のアンテナアッセンブリー７２が配置されてい
る。そして、このアンテナアッセンブリー７２にＵＨＦ
電源７４から交番電力を供給することでチャンバー６８
内にプラズマを発生させている。このようなスポーク状
のアンテナアッセンブリー７２とＵＨＦ電源７４との組
み合わせからなるプラズマ発生システムは、Japanese J
ournal of Applied Physics, Vol.34 (1995) pp.6805-6
808 に記載されている。

【００３０】図７は、図６のＢ−Ｂ線断面図である。ア
ンテナアッセンブリー７２は、スポーク状（放射状）に
配置された複数の外側アンテナ７６と、スポーク状に配
置された複数の内側アンテナ７８とからなる。外側アン
テナ７６の一端はカバー９０に固定されている。カバー
９０は接地されている。内側アンテナ７８の一端は支柱
７９に固定されている。支柱７９も接地されている。そ
して、対向する２本の外側アンテナ７６ａ、７６ｂにＵ
ＨＦ電源（ＶＨＦ電源にしてもよい。）からＵＨＦ帯
（またはＶＨＦ帯）の短波長の交番電力が供給される。
アンテナアッセンブリー７２の上方には円環状の赤外線
ランプ８０（図６も参照）が配置されている。図６に戻
って、アンテナアッセンブリー７２はＵＨＦ電源７４か
らの電力をプラズマに結合するためのものであり、スタ
ブ８２はプラズマとアンテナとの結合度を調整するもの
である。

【００３１】円形の上面板７０は上部石英ガラス板８４
と下部石英ガラス板８６からなる。下部石英ガラス板８
６の厚さは２〜３ｍｍと薄くなっている。そして、上面
板７０の合計厚さは大気圧と真空の圧力差に耐えるだけ
の強度が確保できるようにする。例えば、被処理基板と
して１２インチのウェーハを想定した場合は、上面板７
０の直径は４００ｍｍ程度になり、上面板７０の厚さは
２５ｍｍ程度が必要である。したがって、この場合の上
部石英ガラス板８４の厚さは２２〜２３ｍｍになる。下
部石英ガラス板８６の上面には光吸収層８８が密着形成
されている。この光吸収層８８の材質は図５の光吸収層
５０と同様である。すなわち、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃などの物質であり、これらに、
ＣｒＯ₂、ＳｉＣ、カーボンブラックなどの微粒子を混
入してもよい。

【００３２】上面板７０の上方空間は円筒状のカバー９
０で覆われており、このカバー９０の内側にアンテナア
ッセンブリー７２と加熱ランプ８０が配置されている。
このカバー９０はアルミニウム等の金属（導電体）でで
きていて、その内面は高い光反射率となるように仕上げ
られている。この実施形態のプラズマ発生システムは、
図１の実施形態とは異なって、アンテナが軸方向磁場を
発生させないので、周方向の環状電場が発生しない。そ
のため、カバー９０において周方向に閉じた電流回路が
生じても何ら問題がない。したがって、カバー９０の全
体を導電体で作っても問題はない。

【００３３】この第２実施形態においても、赤外線ラン
プ８０からの赤外線が光吸収層８８に吸収されて下部石
英ガラス板８６が効率良く加熱される。そして、カバー
９０の内面の反射面で赤外線が反射するので、光エネル
ギーがカバー９０の外部に洩れることがなく、これによ
っても下部石英ガラス板８６が効率良く加熱される。

【００３４】なお、上面板７０を１枚の石英ガラス板で
構成すると次のような問題がある。大口径のウェーハに
対応するためには、上面板の直径が大きくなり、大気圧
と真空との圧力差に耐えるためには、石英ガラス板を厚
くする必要がある。例えば、直径１２インチのウェーハ
に対応するためには、上述のように石英ガラス板の厚さ
を２５ｍｍ以上にする必要がある。この石英ガラス板の
上面に光吸収層を密着形成すると、光吸収層から石英ガ
ラス板の下面までの距離（石英ガラス板の厚さに等し
い）が大きくなる。そのため、光吸収層が加熱されて
も、石英ガラス板の厚さ方向の温度勾配のために、石英
ガラス板の下面（プラズマに接する面）では温度が低下
する。そこで、図６に示すように、薄い下部石英ガラス
板８６の上面に光吸収層８８を設けることにより、下部
石英ガラス板８６の下面の温度低下を防ぐとともに、下
面の温度分布が均一になるようにしている。

【００３５】この第２実施形態のプラズマ処理装置を用
いてシリコン酸化膜をエッチングする手順は、図１の実
施形態を用いる場合とほぼ同様である。違いは、ＵＨＦ
またはＶＨＦ帯の短波長のパワーをアンテナで供給する
ために、マッチング整合は、マッチングボックスではな
くてスタブチューナを用いることである。

【００３６】図８は本発明の第３の実施形態の正面断面
図である。この実施形態は、図６の実施形態とほとんど
同じであるが、チャンバーの上面板の構造だけが異なっ
ている。この上面板９２は、チャンバーの天板を構成す
る第１の石英ガラス板９４と、この第１の石英ガラス板
９４の下方に間隔を置いて配置した第２の石英ガラス板
９６からなる。第２の石英ガラス板９６はフック等の支
持部材１００で支持されていて、第１の石英ガラス板９
４には接触していない。第１の石英ガラス板９４は真空
を保持するためのもので比較的厚いものである。これに
対して、第２の石英ガラス板９６は大気圧に耐える必要
がないので薄くでき、その上面には光吸収層９８が密着
形成されている。この光吸収層９８の材質は図５の光吸
収層５０と同様である。第２の石英ガラス板９６はチャ
ンバーの内部に配置されており、その上面の光吸収層９
８はプラズマに接する面（下面）とは反対側にある。赤
外線ランプ８０からの赤外線は第１の石英ガラス板９４
を透過して、第２の石英ガラス板９６の光吸収層９８で
吸収され、この第２の石英ガラス板９６を加熱する。石
英ガラス板９４は薄いので熱容量が小さく、かつ、第１
の石英ガラス板９４に接触していないので、急速に昇温
する。

【００３７】光吸収層９８を形成した第２の石英ガラス
板９６を用いる代わりに、光吸収層９８と同じ材質の誘
電板を用いてもよい。すなわち、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ₃
Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃などでできた誘電板とする。こ
の場合、誘電板自体の光吸収率が良好なので、その表面
に別個の光吸収層を形成する必要はない。もし、この誘
電板だけでは光吸収率が不十分であれば、この誘電板に
ＣｒＯ₂、ＳｉＣ、カーボンブラック等の光吸収物質を
混入するとよい。

【００３８】ところで、上述の第１〜第３の実施形態で
は、いずれも、光吸収層を、石英ガラス板のプラズマに
接しない側に形成しているが、プラズマに接する側に光
吸収層を形成しても、石英ガラス板の加熱という点では
効果はさほど変わらない。ただし、プラズマに接する側
に形成すると、光吸収層がプラズマによってスパッタさ
れて、これがプラズマ中に混入し、その結果、被処理ウ
ェーハ中に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、
光吸収層はプラズマに接しない側に形成するのが好まし
い。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、チャンバーの誘電体部分に光
吸収層を密着形成して、この光吸収層に加熱ランプの光
エネルギーを吸収させることによって、チャンバーを加
熱するようにしたので、誘電体部分を効率良く加熱でき
る。これにより、光吸収性は劣っていてもその他の点で
優れている材質（例えば石英ガラス）をチャンバーの誘
電体部分の材料として利用できる。また、光吸収層の材
質として熱伝導率の良好なものを選択すれば、チャンバ
ーの誘電体部分の温度分布が均一になる。このように、
チャンバーの誘電体部分を効率的に加熱できることによ
り、チャンバーの内壁面への堆積が少なくなり、この堆
積膜の剥離に起因する微小パーティクルの発生を防ぐこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の正面断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】（Ａ）はプレートの正面図、（Ｂ）は円筒体の
平面図である。

【図４】円筒体とプレートの斜視図である。

【図５】ソースチャンバーの壁面の拡大断面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態の正面断面図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。

【図８】本発明の第３の実施形態の正面断面図である。

【図９】従来のプラズマ処理装置の一例を示す正面断面
図である。

【符号の説明】

２４ソースチャンバー２６拡散チャンバー３１被処理ウェーハ３２基板ホルダー３３高周波バイアス電源３４アンテナ３６カバー３８円筒体４０プレート４２環状体４４赤外線ランプ４６磁場発生コイル４８石英ガラス５０光吸収層５４プラズマ発生用高周波電源５６内側の反射膜５８外側の反射膜６４上面の反射膜６６下面の反射膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K057 DD03 DD10 DE06 DE07 DE08 DG20 DM22 DN01 5F004 AA00 BA20 BB02 BB11 BB18 BB29 BB30 CA09 DA00 DB03 5F045 AA00 AA08 AC02 AF01 AF03 BB14 BB15 DP01 DP02 DP03 DQ10 EC01 EC05 EH11 EH16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の構成を有するプラズマ処理装置。（イ）少なくとも一部が誘電体で作られた真空排気可能
なチャンバー。（ロ）前記チャンバーの誘電体部分の大気側に配置され
たアンテナ。（ハ）前記チャンバー内にプラズマを発生させるために
前記アンテナに交番電力を供給する電源。（ニ）前記誘電体部分の大気側に配置された加熱ラン
プ。（ホ）前記誘電体部分に密着形成された光吸収層であっ
て、前記誘電体部分を構成する材料よりも光吸収率が大
きくて、かつ、電気絶縁物質からなる光吸収層。（ヘ）プラズマ処理される被処理体を前記チャンバーの
内部で保持する被処理体ホルダー。
【請求項２】前記光吸収層が前記チャンバーの真空側
に露出していないことを特徴とする請求項１記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項３】前記光吸収層が前記誘電体部分の大気側
の表面に密着形成されていることを特徴とする請求項２
記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記誘電体部分は大気側と真空側の二つ
の誘電体層から成り、前記光吸収層はこれらの二つの誘
電体層の中間に形成されていることを特徴とする請求項
２記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記光吸収層は、前記誘電体部分を構成
する材料よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする請求
項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記誘電体部分の材質は石英であり、前
記光吸収層は、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ａｌ
₂Ｏ₃のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の
プラズマ処理装置。
【請求項７】前記光吸収層にＣｒＯ₂、ＳｉＣ、カー
ボンブラックのいずれかの微粒子が混入されていること
を特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】前記光吸収層が多孔質であることを特徴
とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】前記加熱ランプと前記誘電体部分と前記
アンテナとが光反射面で取り囲まれていることを特徴と
する請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】次の特徴をさらに有する請求項１記載
のプラズマ処理装置。（ト）前記誘電体部分が円筒形状である。（チ）前記誘電体部分の周囲に螺旋状または環状のアン
テナが配置されている。（リ）前記加熱ランプと前記誘電体部分と前記アンテナ
とが、電気絶縁性の円筒体とこの円筒体の軸方向端部を
閉じる電気絶縁性の円形のプレートとからなるカバーで
取り囲まれている。（ヌ）前記カバーの内面に、周方向に閉じた導電回路を
形成しないように導電性の光反射膜が形成されている。（ル）前記カバーの外面に、周方向に閉じた導電回路を
形成しないように導電性の光反射膜が形成されている。（ヲ）前記誘電体部分の任意の位置と前記カバーの任意
の位置とを通る直線を想定した場合に、この直線が前記
内面の光反射膜と前記外面の光反射膜の少なくともいず
れかを通過するように、前記内面の光反射膜と前記外面
の光反射膜とが部分的に互いに重なり合っている。
【請求項１１】前記円筒体と前記プレートの間に電気
絶縁性の黒色の環状体が配置されていることを特徴とす
る請求項１０記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】前記誘電体部分が平板状であり、この
誘電体部分は大気側と真空側の二つの誘電体層から成
り、前記光吸収層はこれらの二つの誘電体層の中間に形
成されていることを特徴とする請求項２記載のプラズマ
処理装置。
【請求項１３】次の構成を有するプラズマ処理装置。（イ）少なくとも一部が平板状の外部誘電板で作られた
真空排気可能なチャンバー。（ロ）前記外部誘電板の大気側に配置されたアンテナ。（ハ）前記チャンバー内にプラズマを発生させるために
前記アンテナに交番電力を供給する電源。（ニ）前記外部誘電板の大気側に配置された加熱ラン
プ。（ホ）前記外部誘電板の真空側に外部誘電板に接触しな
いように配置された内部誘電板。（ヘ）前記内部誘電板に密着形成された光吸収層であっ
て、外部誘電板および内部誘電板を構成する材料よりも
光吸収率が大きくて、かつ、電気絶縁物質からなる光吸
収層。（ト）プラズマ処理される被処理体を前記チャンバーの
内部で保持する被処理体ホルダー。
【請求項１４】次の構成を有するプラズマ処理装置。（イ）少なくとも一部が平板状の外部誘電板で作られた
真空排気可能なチャンバー。（ロ）前記外部誘電板の大気側に配置されたアンテナ。（ハ）前記チャンバー内にプラズマを発生させるために
前記アンテナに交番電力を供給する電源。（ニ）前記外部誘電板の大気側に配置された加熱ラン
プ。（ホ）前記外部誘電板の真空側に外部誘電板に接触しな
いように配置された内部誘電板であって、前記外部誘電
板を構成する材料よりも光吸収率が大きい材質からなる
内部誘電板。（ヘ）プラズマ処理される被処理体を前記チャンバーの
内部で保持する被処理体ホルダー。
【請求項１５】前記外部誘電板の材質は石英であり、
前記内部誘電板の材質はＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ
Ｃ、Ａｌ₂Ｏ₃のいずれかであることを特徴とする請求項
１４記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】前記内部誘電板にＣｒＯ₂、ＳｉＣ、
カーボンブラックのいずれかの微粒子が混入されている
ことを特徴とする請求項１５記載のプラズマ処理装置。