JPH08274067A

JPH08274067A - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH08274067A
Application number: JP7072754A
Authority: JP
Inventors: Katanobu Yokogawa; 賢悦横川; Tatsumi Mizutani; 巽水谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマ発生部を持つ装置において、プラズマ
発生用電磁波を真空容器に導入する電磁波導入部の真空
側での堆積物を低減し、電磁波の透過特性の安定化と気
相中成分の安定化を実現する。【構成】電磁波導入部１の石英にセラミックスをコーテ
イングし、セラミックスに赤外領域の光を石英棒７、反
射板９による集光で照射し、加熱する機構を設けた。更
に、電磁波導入部１に冷却ガスを吹き付ける部１５、温
度計測１５、温度計測１４による計測値を参照し、赤外
領域の光量を調節する機構１２を設け、赤外領域の光に
よる加熱と冷却ガスによる冷却を組合せ幅広い範囲で電
磁波導入部の温度制御を行なう。【効果】電磁波に影響を除き、電磁波導入部の温度制御
が可能となり、プラズマによる電磁波導入部の堆積を低
減でき、堆積物による電磁波導入部の電磁波透過特性と
気相中成分の不安定化が低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ発生装置、更に
詳しくいえば、電磁波又は電磁波と磁場を用いて気体を
プラズマ状態にし、そのプラズマで生成されるイオン、
ラジカル等により半導体材料等の被加工試料のエッチン
グ、膜堆積等を行なう半導体製造装置等のプラズマ発生
部をもつ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマで生成されるイオン、ラジカル
等により半導体材料等の被加工試料のエッチング、膜堆
積等を行なう半導体製造装置は、図２にその概略構成を
示すように、発振器３からのマイクロ波を導波管２で導
き、導波管の結合部２−１で、真空容器６の壁面の電磁
波導入部１を介してマイクロ波を真空容器６内に導入す
る。容器６内は被加工試料５を載せる試料台７が設けら
れ、高真空の状態にしてプラズマを発生する気体が封入
されている。上記気体は導入された電磁波と空心コイル
４によって形成された磁場によって電子サイクロトロン
共鳴の原理でプラズマ状態なる。プラズマで生成される
イオン、ラジカル等により半導体材料等の被加工試料の
エッチング、膜堆積等を行なう。電磁波導入部１は電磁
波の導入が容易な石英板又は酸化アルミニュウ等の絶縁
体を用いている。上記装置を記載した文献として１９９
２年、ドライ・プロセス・シンポジュウム（ＤＲＹＰＲ
ＯＳＥＳＳＳＹＭＰＯＳＩＭ）第４９〜５４頁、ハイ
・ガス・フロー・レイトマイクロウエーブプラスマ
エッチング（ＨＩＧＨ−ＧＡＳ−ＦＬＯＷ−ＲＡＴＥ
ＭＩＣＲＯＷＡＶＥＰＬＡＳＭＡＥＣＨＩＮＧ）
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のプラズマ発
生部をもつ半導体製造装置では、発生したプラズマによ
り電磁波導入部の容器側に堆積物が付着し、マイクロ波
の透過特性が変動したり、その堆積物が再脱離すること
で気相中のガス成分が変動するという問題がある。この
問題はプラズマにより被加工試料上に膜堆積を行なう場
合やフロン系ガスを用いたエッチングを行なう場合に特
に深刻な問題となる。電磁波導入部以外の金属で形成さ
れた真空容器の内面は真空容器をヒーター等で加熱し、
適当な温度にすることで容易に堆積を低減できるが、電
磁波導入部は電磁波に影響を与えるヒータ等が設置でき
ず、また、石英板又は酸化アルミニュウ等の絶縁体で構
成されるため熱伝導率も低いので、膜堆物を除去するた
めの良好な温度制御が困難で、上記堆積物によって発生
する問題が解決できない。

【０００４】従って、本発明の目的は電磁波導入部の堆
積物を電磁波に影響を与えること無く除去できるプラズ
マ発生部を持つ装置を実現することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のプラズマ発生装置では、プラズマ発生部を
持つ真空容器の電磁波導入部を赤外領域の光を照射して
加熱する加熱手段を設けた。加熱手段の好ましい構成と
して、赤外領域の光源とその光源の光量調節手段と上記
赤外領域の光を電磁波導入部に照射するための光導入手
段とを設ける。上記光量調節手段としては電磁波導入部
の温度を計測する温度計測手段を設け、温度計測の結果
に基づいて上記光源の光量を可変する制御回路を設け
る。電磁波導入部の材質は赤外領域の光を吸収するセラ
ミックス又は石英基板に上記赤外領域の光を吸収するセ
ラミックスをコーテイングした材質のいずれかである。
さらに、電磁波導入部の上記温度制御を迅速に行うた
め、電磁波導入部に冷却ガスを吹き付けるける手段を設
ける。本発明のプラズマ発生装置はプラズマ発生部を持
つもつ装置でプラズマを利用した装置例えば半導体製造
装置等を意味する。また、真空容器とは内部にプラズマ
を発生する材質を含むことは当然である。

【０００６】

【作用】本発明では電磁波導入部の温度が赤外領域の光
を照射によって比較的高温に保持することができ堆積物
の付着を防止できる。また赤外領域の光は電磁波に影響
を与えることは無ないので、半導体製造装置の製造効
率、製品の特性の劣化を防止することができる。また、
赤外領域の光が電磁波導入部に均一に照射されるように
することができるので温度の均一性も高くできる。さら
に、温度計測手段での測定値を参照し、冷却ガスによる
冷却と組合せて温度制御することにより幅広い範囲で任
意な温度に設定でき、電磁波導入部を堆積低減に最適な
状態に設定することができる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明によるプラズマ発生装置の一実
施例の構成を示す。本実施例は、半導体製造装置で、被
加工半導体試料５を内側に設けた真空容器６内のガスを
プラズマ化し、被加工試料５のエッチング、膜堆積を行
なう装置である。真空容器６の上部外周には真空容器６
内の上部に磁場を発生するための空心コイル４が設けら
れている。また、真空容器６にはプラズマを発生するガ
スの導入、排気部８、被加工試料５が載置される試料台
７が設けられている。発振器３からのマイクロ波領域の
電磁波は導波管２、結合部２−１、電磁波導入部１を介
して真空容器６内に導かれ、上記磁場とともに真空容器
６内のガスをプラズマ化する。電磁波導入部１は石英基
板１−１にセラミックス１−２（酸化アルミニュウム）
をコーテイングしたものを用いている。

【０００８】以上の構成は従来のプラズマ発生装置と同
様であるが、本実施例は更に結合部２−１には石英棒で
形成された光導入部７が設けられ、反射版９を持つ赤外
ランプ８の光１０が光導入部７によって電磁波導入部１
を照射する構造となっている。また、結合部２−１を構
成する導波管の壁面には蛍光温度計用の光ファイバー１
１が設けられ、その一端は蛍光温度計１４に接続され、
電磁波導入部１の温度をモニターする構成となってい
る。さらに、結合部２−１には、電磁波導入部１を冷却
するため冷却ガス導入部１５と冷却ガス排気部１６が設
けられている。制御機構１２は蛍光温度計１４での測定
値を参照し、赤外ランプ電源１３の点灯制御を行うこと
により赤外ランプ８への供給電力を制御する。これによ
り電磁波導入部１の温度が一定に保たれる。電磁波導入
部１の温度制御は赤外ランプ８の加熱と冷却ガスによる
冷却を組み合わせることで幅広い温度範囲で行なうこと
ができる。

【０００９】図３は図１の結合部２−１及び電磁波導入
部の拡大図である。電磁波導入部は石英基板１−１に赤
外領域の光を吸収するセラミックス１−２（酸化アルミ
ニュウム）がコーテイングしてある。石英基板１−１は
不純物が少なく、半導体材料のプラズマ処理を行なう装
置の壁材としては好適で、しかも電磁波を効率良く透過
するため電磁波導入部によく用いられる。しかし、石英
は赤外領域の光をあまり吸収しないため赤外ランプによ
る加熱が困難である。そのため、セラミックス１−２が
赤外ランプの光により加熱されることで石英基板１−１
も加熱される。温度計測手段である蛍光温度計の一部を
構成する蛍光体１７はコーテイングされたセラミックス
１−２上に塗布されており、蛍光温度計１４の励起光導
入及び蛍光検出は光ファイバ１１で行なわれる。蛍光温
度計とは蛍光体の発光波長の温度によるシフトから温度
を検出する温度計である。

【００１０】図１の実施例では、温度計測手段として蛍
光温度計１４を用いているが、他に放射温度計又は熱電
温度計を用いても同様の効果がある。しかし、熱電温度
計を用いる場合は電磁波に影響を与える可能性があるの
で、設置場所を電磁波の影響が少ない場所に設置する。
また、図１の実施例では、マイクロ波領域の電磁波と磁
場を用いてプラズマを形成する装置に適用した場合を示
したが、磁場を用いず、マイクロ波領域の電磁波のみで
プラズマを発生させる構成としてもよい。

【００１１】赤外ランプの光ファイバ７、蛍光体１７、
コーテイングしたセラミックス１−２はいずれも電磁波
に与える影響は小さく、電磁波を効率良く真空容器６内
に導入できる。

【００１２】図１の実施例ではコーテイングしたセラミ
ックスに酸化アルミニュウムを用いたが、他に窒化アル
ミニュウム、窒化ボロン、ジルコニア、シリコンカーバ
イト等を用いても同様の効果があることは言うまでもな
い。また、石英基板１−１にこれらセラミックスをコー
テイングするのではなく、セラミックス単体で電磁波導
入部を形成しても同様の効果があることは言うまでもな
い。しかし、セラミックス単体を用いる場合は石英基板
１−１に比べ被加工試料の汚染源となりやすいので被加
工試料５により適切な材質を選択する必要がある。

【００１３】図４は本発明によるプラズマ発生装置の他
の実施例の構成を示す図である。本実施例は、図１での
赤外領域の光を導入する石英棒の光導入部７の代わりに
赤外ランプ８の反射板１９のみを用い、結合部２−１の
を構成する導波管の壁面の一部を赤外光を通し、電波の
漏洩を阻止する導体メッシュ２０で構成し、赤外領域の
光を電磁波導入部１へ集光する。同時に電磁波による赤
外ランプ９の損傷を防止している。

【００１４】図５は本発明によるプラズマ発生装置の更
に他の実施例の構成を示す図である。本実施例はラジオ
波領域の電磁波で誘導結合により石英放電管２２内にプ
ラズマを形成する装置に適用した場合の実施例を示す。
石英放電管２２は前述の真空容器の一部を構成する。石
英放電管２２へのラジオ波導入を、ラジオ波を給電した
コイル状アンテナ２１により行なう。本実施例の場合は
石英放電管２１が電磁波導入部となる。図１の実施例同
様に石英放電管２２にセラミックス２３（酸化アルミニ
ュウム）をコーテイングし赤外領域の光により加熱でき
る構成となっている。また、赤外光を均一に石英放電管
２１へ照射するため石英放電管全体が反射板２４で覆わ
れている。反射板２４は電磁波のシールドも兼ねてい
る。

【００１５】図５の実施例でも図１の実施例同様冷却ガ
ス導入部１５、蛍光温度計１４による温度計測及び温度
計測値を参照する赤外ランプへの供給電力制御機構１２
が装備されており、石英放電管内面での堆積が最小限に
なる温度に制御されている。図５ではラジオ波のみを用
いてプラズマを形成する場合の実施例を示したが、ラジ
オ波領域の電磁波と磁場を用いてプラズマを形成する装
置へも同様に適用できることは言うまでもない。また図
５の実施例では石英にセラミックスをコーテイングした
放電管を用いたが、セラミックス単体で放電管を形成し
ても同様の効果があることは言うまでもない。しかし、
セラミックス単体で放電管を形成する場合は図３の説明
でも記したように汚染源となる可能性があるの被加工試
料により適切な材質を選択する必要がある。

【００１６】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
は上記実施例に限定されるものではない、例えば上記実
施例には赤外ランプによる加熱と冷却ガスによる冷却と
を組合わせて温度制御を行なう場合の実施例を示した。
しかし冷却ガスを用いず電磁波導入部の熱伝導のみによ
る自然冷却と赤外ランプによる加熱の組合せで温度制御
を行なう場合も同様の効果があることは言うまでもな
い。

【００１７】

【発明の効果】本発明により従来では困難であったプラ
ズマ発生装置の電磁波導入部での温度制御が可能とな
る。この温度制御で電磁波導入部のプラズマ側での堆積
物を低減でき、プラズマへの電磁波導入特性の安定化と
気相中成分の安定化がはかれる。これにより信頼性の高
い半導体材料のプラズマ加工装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマ発生装置の一実施例の構
成を示す図

【図２】従来のプラズマ発生装置の構成を示す図

【図３】図１における実施例の電磁波導入部１の拡大図

【図４】本発明によるプラズマ発生装置の他の実施例の
構成を示す図

【図５】本発明によるプラズマ発生装置の更に他の実施
例の構成を示す図

【符号の説明】

１…電磁波導入部、１−１…石英基板、１−２…セラミ
ックス、２…導波管、３…電磁波発振器、４…空心コイ
ル、５…被加工試料、６…真空容器、７…光導入部、８
…赤外ランプ、９…反射板、１０…赤外光、１１…蛍光
温度計用光ファイバー、１２…制御機構、１３…赤外ラ
ンプ電源、１４…蛍光温度計、１５…冷却ガス導入部、
１６…冷却ガス排気部、１７…蛍光体、１８…赤外光、
１９…反射板、２０…導体メッシュ、２１…コイル状ア
ンテナ、２２…石英放電管、２３…セラミックス、２４
…反射板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波を真空容器の電磁波導入部を介し真
空容器内に導入し、該電磁波によりプラズマを形成する
プラズマ発生装置において、該電磁波導入部に赤外領域
の光を照射して該電磁波導入部を加熱する加熱手段を設
けたことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】請求項１記載のプラズマ発生装置におい
て、該加熱手段が赤外領域の光源と該光源の光量調節手
段と該赤外領域の光を該電磁波導入部に照射するための
光導入手段とをもつことを特徴とするプラズマ発生装
置。
【請求項３】請求項１記載のプラズマ発生装置におい
て、該加熱手段が更に該電磁波導入部の温度を計測する
温度計測手段をもち、該光量調節手段が該温度計測手段
の結果に基づいて該光源の光量を可変する手段をもつこ
とを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項４】請求項３記載のプラズマ発生装置におい
て、該温度計測手段が蛍光温度計、放射温度計、熱電温
度計のいずれかであることを特徴とするプラズマ発生装
置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか一に記載のプ
ラズマ発生装置において、該電磁波導入部の材質が赤外
領域の光を吸収するセラミックス又は石英基板に該赤外
領域の光を吸収するセラミックスをコーテイングした材
質のいずれかであることを特徴とするプラズマ発生装
置。
【請求項６】請求項５記載のプラズマ発生装置におい
て、セラミックスが酸化アルミニュウム、窒化アルミニ
ュウム、窒化ボロン、ジルコニア、シリコンカーバイト
のいずれかを主成分とする材質であることを特徴とする
プラズマ発生装置。
【請求項７】請求項２又は３のいずれか一に記載のプラ
ズマ発生装置において、該光導入手段が石英で形成され
た光導入棒であることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項８】請求項１記載のプラズマ発生装置におい
て、該加熱手段が赤外領域の光を発生するランプと該ラ
ンプからの赤外領域の光を集光し該該電磁波導入部に照
射するるための反射板により構成されたことを特徴とす
るプラズマ発生装置。
【請求項９】請求項２記載のプラズマ発生装置におい
て、該光量調節手段が光源用ランプへの供給電力の制御
を行う手段であることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項１０】請求項２ないし９のいずれか一に記載の
プラズマ発生装置において、さらに電磁波導入部に冷却
用ガス導入手段を付加し、該冷却ガスによる冷却と赤外
領域の光による加熱の組合せで該電磁波導入部の温度制
御を行なう温度制御部を持つことを特徴とするプラズマ
発生装置。
【請求項１１】請求項１ないし９のいずれか一に記載の
プラズマ発生装置において、該電磁波がマイクロ波領域
の電磁波であることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項１２】請求項１ないし９のいずれか一に記載の
プラズマ発生装置において、該電磁波ががラジオ波領域
の電磁波であることを特徴とするプラズマ発生装置。