JPH03219541A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、例えばイオン源、ＣＶＤ装置、エツチング装
置、Ｘ線源等のプラズマ処理装置に関する。

（従来の技術） 一般に、所定のガスを電気的にプラズマ化し、このプラ
ズマを利用して被処理物に所定の処理を施すプラズマ処
理装置、例えばイオン源、ＣＶＤ装置、エツチング装置
、Ｘ線源等では、導電性の金属からなる電極間に電圧を
印加し、これらの電極間に、導入した所定のガスをプラ
ズマ化する。

例えば半導体ウェハ等に不純物としてのイオンを注入す
るイオン注入装置等に設けられるイオン源、例えば電子
ビーム励起イオン源では、所定の放電ガス雰囲気とした
フィラメントの部位で放電によりプラズマを生しさせる
。そして、例えばモリブデン等の導電性高融点金属から
構成されたチャンバ（イオン生成室）内に、所定の原料
ガス例えばＢＦ３ガスを導入しておき、この原料ガスに
、上記プラズマ中の電子を引き出して照射し、該原料ガ
スからイオンを生成する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来のプラズマ処理装置例えば
イオン源では、プラズマによるスパッタリング、エツチ
ング等の作用により、例えばモリブデン等の導電性高融
点金属から構成されたチャンバ（イオン生成室）壁等が
削られて損傷を受けるとともに、この削られて飛翔した
粒子が不所望部位、例えばイオンを引き出すためのイオ
ン弓き出し電極等に付着して汚染するという問題があっ
た。

このような問題は、処理ガスとして腐蝕性の高いガス、
例えばＢＦ３ガス等を用いた場合特に顕著となる。また
、例えばチャンバがモリブデン製であって、ＢＦ３ガス
を用いた場合、イオン引き出し電極の表面等にフッ化モ
リブデン等の絶縁性物質が付着し、絶縁性の膜が形成さ
れてしまう。

このため、このような絶縁性の付着物を除去するための
メンテナンスを頻繁に行わなければならず、装置の稼働
率が低下して生産性か悪化するという問題かあった。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べてメンテナンス頻度を低減することかてき
、装置の稼働率を向上させて、生産性の向上を図ること
のできるプラズマ処理装置を提供しようとするものであ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、所定の処理ガ
スを電気的にプラズマ化し、このプラズマを利用して被
処理物に所定の処理を施すプラズマ処理装置において、
前記処理ガスと接触する電極の少なくとも一部を、導電
性セラミックスで構成したことを特徴とする。

また、請求項２記載のイオン源は、電子をチャンバ内に
導入した所定の処理ガスに照射し、該処理ガスをイオン
化するイオン源において、前記チャンバを、導電性セラ
ミックスで構成したことを特徴とする。

また、請求項３記載のイオン源は、チャンバ内に導入し
た所定の処理ガスを電気的にイオン化するイオン源にお
いて、前記処理ガスと接触する電極の少なくとも一部を
、導電性セラミックスで構成したことを特徴とする。

（作　用） 上記構成の本発明のプラズマ処理装置では、処理ガスと
接触する電極の少なくとも一部が、導電性セラミックス
で構成されている。

すなわち、例えば請求項２記載のイオン源では、チャン
バが導電性セラミックスで構成されており、例えば請求
項３記載のイオン源では、チャンバ内に設けられた電極
の少なくとも一部が、導電性セラミックスで構成されて
いる。

なお、導電性セラミックスとしては、例えばｒＢＮコン
ポジットＥＣＪ　　（商品名、電気化学工業社製）ある
いは、ＳｉＣ，ＴｉＣ５ＴｉＢ２、Ｚ　ｒ　Ｂ　２　、
Ｔ　ＩＮを主成分とした導電性セラミックス等が好適で
ある。

したかって、処理ガスとして例えばＢＦ３ガス等の腐蝕
性の高いガスを用いた場合でも、従来に較べて電極およ
びチャンバ壁の損傷を低減することができ、したかって
、飛翔した粒子によるイオン引き出し電極等の汚染も低
減することができる。

このため、従来に較べてメンテナンス頻度を低減するこ
とができ、装置の稼働率を向上させて、生産性の向上を
図ることかできる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず、本発明を電子ビーム励起イオン源に適用した実施
例について説明する。

第１図に示すように、イオン源１の上部には、各辺の長
さが例えば数センチ程度の矩形容器状に形成された電子
発生室２が設けられている。この電子発生室２は、導電
性の高融点側材、例えば導電性セラミックスから構成さ
れており、その−側面に設けられた開口を閉塞する如く
、絶縁板３が設けられている。そして、この絶縁板３に
、例えばタングステンからなるＵ字状のフィラメント４
かその両端を支持されて、電子発生室２内に突出する如
く設けられている。

また、この電子発生室２の天井部には、放電用ガス、例
えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入するための放電用ガス
導入口５が設けられている。一方、電子発生室２の底部
には、電子発生室２内で発生させたプラズマ中から電子
を引き出すための円孔６が設けられている。

さらに、上記電子発生室２の下部には、円孔６に連続し
て隘路７を形成する如く板状の絶縁性部材８が設けられ
ており、この絶縁性部材８の下部には、導電性の高融点
材料、例えば導電性セラミックスからなるプラズマカソ
ード室９が設けられている。また、このプラズマカソー
ド室９底部には、複数の透孔１０を有する多孔電極１１
が設けられている。

上記多孔電極１１の下部には、絶縁性部材１２を介して
イオン生成室１３が接続されている。このイオン生成室
１３は、導電性の高融点制料として、導電性セラミック
スから容器状に形成されており、その内部は、直径およ
び高さか共に数センチ程度の円筒形状とされている。そ
して、イオン生成室１３の底部には、絶縁性部材１４を
介して底板１５か固定されている。

さらに、このイオン生成室１３の側面には、所望のイオ
ンを生成するための処理ガス、例えばＢＦ３’Ｊをこの
イオン生成室１３内に導入するだめの処理ガス導入口１
６が設けられており、この処理ガス導入口１６に対向す
る位置にイオン引き出し用スリット開口１７が設けられ
ている。

なお、上記イオン生成室１３（電子発生室２およびプラ
ズマカソード室９も同じ）を構成する導電性セラミック
スとしては、前述した如く例えばｒＢＮコンポジッｈＥ
ｃＪ　　（商品名、電気化学工業社製）あるいは、５ｉ
Ｃｓ　ＴｉＣ，ＴｉＢ２、ＺｒＢ２を主成分とした導電
性セラミックス等が好適である。

また、フィラメント４には、フィラメント電源Ｖｆが接
続されており、フィラメント４を通電加熱可能に構成さ
れている。さらに、電子発生室２には抵抗Ｒを介して放
電電源Ｖｄが、多孔電極１１には直接放電電源Ｖｄが接
続されており、多孔電極１１とイオン生成室１３との間
には、放電電源Ｖｄと直列に配列される如く加速電源Ｖ
ａが接続されている。

上記構成のイオン源では次のようにして所望のイオンを
生成する。

すなわち、図示しない磁場生成手段により、図示矢印Ｂ
ｚの如く電子引出し方向に対して電子をガイドするため
の磁場を印加するとともに、フィラメント電源■ｒ１放
電電源Ｖｄ、加速電源Ｖａによって各部に所定の電圧を
印加する。

そして、放電用ガス導入口５から電子発生室２内に、放
電用ガス例えばアルゴンガスを所定流量例えば０．４Ｓ
ＣＣＭで導入し、放電を生じさせ、プラズマを発生させ
る。すると、このプラズマ中の電子は、電場により加速
され、円孔６、隘路７を通ってプラズマカソード室９内
に引き出され、このプラズマカソード室９内にもプラズ
マを形成する。

そして、このプラズマカソード室９内のプラズマ中の電
子が、電子加速電圧Ｖａによって加速され、この多孔電
極１１の透孔１０を通ってイオン生成室１３内に引き出
される。

一方、イオン生成室１３内には、原料ガス導入口１６か
ら予め所定の原料ガス例えばＢＦ３ガスを所定流量例え
ば０．９３ＣＣＭで導入し、所定の原料ガス雰囲気とし
ておく。したがって、イオン生成室１３内に流入した電
子は、原料ガス分子と衝突し、濃いプラズマを発生させ
る。

そして、図示しないイオン引き出し電極によってこのイ
オンをイオン生成室１３内から引き出し、例えば半導体
ウェハへのイオン注入等の処理に利用する。

この時、イオン生成室１３内では、腐蝕性の高い原料ガ
ス例えばＢＦ３ガスが、電子の照射を受けて励起され、
さらに反応性の高いプラズマとなる。しかしながら、こ
の実施例のイオン源では、イオン生成室］３が前述した
如く導電性セラミックスで構成されている。このため、
従来に較べて０ イオン生成室１３壁の損傷を低減することができ、これ
により、飛翔した粒子によるイオン引き出し電極等の汚
染も低減することができる。したがって、従来に較べて
メンテナンス頻度を低減することができ、装置の稼働率
を向上させて、生産性の向上を図ることができる。

なお、上記実施例では、イオン生成室１３の他に電子発
生室２およびプラズマカソード室９も導電性セラミック
スで構成した例について説明したが、電子発生室２およ
びプラズマカソード室９は、必ずしも導電性セラミック
スで構成する必要はなく、例えばモリブデン等の導電性
の高融点金属により構成してもよい。

また、例えば第２図に示すように、イオン生成室１３等
を、例えばモリブデン等の金属と導電性セラミックスの
２層構造等としても良い。つまり、第２図に示す例では
、イオン生成室］３が、外側に設けた金属等からなる外
筒１３ａおよび底板１５ａと、内側に設けた導電性セラ
ミックスからなる内筒１３ｂ（ライナー）および底板１
５ｂから１ 構成されている。

次に、第３図を参照して、本発明をフリーマン型のイオ
ン源に適用した実施例について説明する。

第３図に示すように、フリーマン型のイオン源２０には
、円筒状に形成されたチャンバ２１か設けられており、
このチャンバ２１内には、その両端部を絶縁性の支持部
祠２２によって支持された棒状のフィラメント２３かチ
ャンバ２１内を貫通する如く設けられている。

また、上記チャンバ２１の前部にはイオン引き出し用開
口２４か設けられており、このイオン弓き比し用開口２
４に対向する如（イオン引き出し電極２５が設けられて
いる。一方、チャンバ２１の後部には、原料ガス導入用
開口２６が設けられている。さらに、チャンバ２１内に
は、チャンバ２１の内壁を覆う如く導電性セラミックス
製のライナ２７か設けられている。なお、このライナ２
７は前述した如く例えば「ＢＮコンポジットＥＣｊ（商
品名、電気化学工業社製）あるいは、ＳｉＣ。

Ｔｉｃ、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２を主成分とした導電２ 性セラミックス等から構成されている。

上記構成のフリーマン型のイオン源２０では、図示しな
いフィラメント電源により、フィラメント２３に所定の
電圧を印加し例えば５０〜２００Ａの電流を流すととも
に、放電電源２８によってフィラメント２３とチャンバ
２１との間に例えば８０〜１００Ｖ程度の放電電圧を印
加する。そして、原料ガス導入用開口２６からチャンバ
２１内に、所定の原料ガス例えばＢＦ３ガスを導入し、
チャンバ２１内に放電を生じさせてこの原料ガスをイオ
ン化する。このイオンをイオン引き出し用開口２４およ
びイオン引き出し電極２５によって引き出し、例えば半
導体ウェハ等に対するイオン注入等に用いる。

上記説明のこの実施例では、放電電源２８によって、フ
ィラメント２３に対してチャンバ２１がプラスとなるよ
う放電電圧が印加されるため、チャンバ２１にイオンが
引き寄せられるが、前述したようにチャンバ２１の内壁
を覆う如く導電性セラミックス製のライナ２７が設けら
れているため、３ チャンバ２１が腐蝕性ガス（ＢＦ３ガス）により損傷さ
れることを防止することができ、前述の実施例と同様な
効果を得ることかできる。

なお、この実施例では導電性セラミックス製のライナ２
７を設けた例について説明したが、チャンバ２１全体を
導電性セラミックスによって構成しても良い。

次に、本発明をプラズマエツチング装置に適用した実施
例を第４図を参照して説明する。

第４図に示すように、プラズマエツチング装置３０には
、材質例えば石英等からなり、内部を気密に閉塞可能に
構成されたチャンバ３１が設けられている。このチャン
バ３１内には、円板状に形成された上部電極３２と下部
電極３３か、互いに平行に対向する如く設けられており
、下部電極３３上には、被処理物としての半導体ウェハ
３４か載置できるように構成されている。これらの上部
電極３２と下部電極３３は、前述した実施例と同様な導
電性セラミックスによって構成されており、高周波電源
３５に接続されている。

４ また、チャンバ３］には、ガス導入配管３６と、排気配
管３７が接続されており、チャンバ３１内を所定圧力の
ガス雰囲気とすることができるよう構成されている。

上記構成のこの実施例では、チャンバ３１の図示しない
開閉機構を開として、下部電極３３上に半導体ウェハ３
４を載置し、この後開閉機構を閉じてチャンバ３１内を
気密に閉塞する。

この後、排気配管３７から排気を行うとともに、ガス導
入配管３６から所定の処理ガス（エツチングガス）を導
入し、チャンバ３１内を所定圧力の所定の処理ガス雰囲
気とする。

そして、高周波電源３５により上部電極３２と下部電極
３３との間に例えば２．４５Ｇ　Ｈｚ　、　１３．７５
ＭＨｚ、４３５　ＫＨｚ等の所定周波数の電力を印加し
、処理ガスをプラズマ化して半導体ウエノ＼３４に作用
させ、半導体ウェハ３４のエツチングガスを行う。

上記説明のこの実施例では、上部電極３２と下部電極３
３が、前述した実施例と同様な導電性セ　５ ラミックスによって構成されているので、これらの上部
電極３２と下部電極３３かイオンおよび腐蝕性ガスによ
り損傷されることを防止することができ、前述の実施例
と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明をプラズマＣＶＤ装置に適用した実施例を
第５図を参照して説明する。

第５図に示すように、プラズマＣＶＤ装置４０には、材
質例えば石英等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成
された円筒状のチャンバ４１が設けられている。このチ
ャンバ４１内には、円板状の電極板４２が棚状に配列さ
れており、これらの電極板４２は、一つおきに高周波電
源４３の反対極性側に接続されている。これらの電極板
４２は、前述した実施例と同様な導電性セラミックスに
よって構成されている。

また、チャンバ４１内には、上記電極板４２列を挟んで
対向する如く、処理ガス導入部４４と排気部４５が設け
られており、図示矢印の如く各電極板４２間に所定の処
理ガス（ＣＶＤガス）を流６ 通させることができるよう構成されている。

上記構成のこの実施例では、最上部の電極板４２を除い
て、各電極板４２上に被処理物例えば半導体ウェハ４６
を載置する。

そして、排気部４５から排気を行うとともに、処理ガス
導入部４４から所定の処理ガスを導入し、各電極板４２
間に所定の処理ガスを流通させつつ高周波電源４３によ
り各電極板４２間に高周波電力を印加する。すると、こ
の高周波電力により処理ガスがプラズマ化され、各半導
体ウェハ４６上にＣＶＤ膜か形成される。

上記構成のこの実施例でも、各電極板４２が前述した実
施例と同様な導電性セラミックスによって構成されてい
るので、これらの電極板４２がイオンにより損傷される
ことを防止することができ、前述の実施例と同様な効果
を得ることができる。

なお、上記実施例では、本発明を電子ビーム励起イオン
源に適用した実施例、フリーマン型のイオン源に適用し
た実施例、プラズマエツチング装置に適用した実施例、
およびプラズマＣＶＤ装置７ に適用した実施例について説明したが、本発明はかかる
実施例に限定されるものではなく、プラズマを用いる装
置であれば例えばＸ線源等どのような物にでも適用する
ことができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のプラズマ処理装置によれ
ば、従来に較べてイオンによる損傷を低減できるため、
メンテナンス頻度を低減することができ、装置の稼働率
を向上させて、生産性の直上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電子ビーム励起イオン源の
構成を示す図、第２図は第１図の電子ビーム励起イオン
源の変形例の構成を示す図、第３図は本発明の一実施例
のフリーマン型のイオン源の構成を示す図、第４図は本
発明の一実施例のプラズマエツチング装置の構成を示す
図、第５図は本発明の一実施例のプラズマＣＶＤ装置の
構成を示す図である。 １・・・・・・イオン源、２・・・・電子発生室、３・
・・・・・絶８ 縁板、４・・・・・・フィラメント、５・・・・・・放
電用ガス導入口、６・・・・・・円孔、７・・・・・・
隘路、８・・・・・絶縁性部材、９・・・・・・プラズ
マカソード室、１０・・・・・・透孔、１１・・・・・
・多孔電極、１２・・・・・・絶縁性部材、１３・・・
・・イオン生成室（導電性セラミックス製）、１４・・
・・・絶縁性部材、１５・・・・・・底板、１６・・・
・・・原料ガス導入口、１７・・・・・イオン引き出し
用スリット開口。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の処理ガスを電気的にプラズマ化し、このプ
   ラズマを利用して被処理物に所定の処理を施すプラズマ
   処理装置において、 前記処理ガスと接触する電極の少なくとも一部を、導電
   性セラミックスで構成したことを特徴とするプラズマ処
   理装置。
2. （２）電子をチャンバ内に導入した所定の処理ガスに照
   射し、該処理ガスをイオン化するイオン源において、 前記チャンバを、導電性セラミックスで構成したことを
   特徴とするイオン源。
3. （３）チャンバ内に導入した所定の処理ガスを電気的に
   イオン化するイオン源において、 前記処理ガスと接触する電極の少なくとも一部を、導電
   性セラミックスで構成したことを特徴とするイオン源。