JPH11162694A

JPH11162694A - 放電用部品及びプラズマ装置

Info

Publication number: JPH11162694A
Application number: JP9300577A
Authority: JP
Inventors: Haruo Okano; 晴雄岡野; Keiji Horioka; 啓治堀岡
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】安定したプラズマを形成し、小型化を図るこ
とが可能な放電用部品及びそれを用いたプラズマ装置を
提供すること。【解決手段】本発明による放電用部品１６は、誘電体
材料からなる円筒状若しくは管状又は板状の誘電体部材
２８と、この誘電体部材２８の外面に所定のパターンで
形成された導電性の薄膜３０とを備えることを特徴とし
ている。この構成では、誘電体部材とアンテナないしは
電極等を一体的に取り扱うことが可能となる。薄膜のパ
ターンとしては、コイルアンテナ状のパターン３０ｃと
することができる。かかる場合、薄膜に高周波電力を印
加すると、誘電体部材を介して放電用部品の内側の減圧
空間１２に電磁界が誘起され、プラズマが形成される。
薄膜と誘電体部材との間に空気が存在しないため、周囲
環境の温度等の影響を受けず、安定したプラズマを形成
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路素
子や液晶表示素子のようなマクロエレクトロニクスデバ
イスの製造工程等で用いられるプラズマ装置及びその主
要部品である放電用部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路素子や液晶表示素子等の
マクロエレクトロニクスデバイスの性能を向上し低コス
ト化を実現するため、大集積化に耐える高精度かつ高速
の微細加工（ドライエッチング等）を大面積の被処理基
体の上で実現する要求が高まっている。このような微細
加工には高密度プラズマを利用した処理が適しており、
かかる高密度プラズマを形成する技術としては、誘導結
合方式（Inductively Coupled System）、容量結合方式
（Capacitive Coupled System）、ヘリコン方式（Helic
on System）、ＥＣＲ方式（Electron Cyclotron Resona
nce System：電子サイクロトロン共鳴方式）等がある。

【０００３】これらのプラズマ形成方式はいずれも、減
圧容器の外側に一定の間隔をおいて取り付けられた金属
製のコイルアンテナ若しくは電極に高周波電力を印加
し、減圧容器の壁面を構成する誘電体の窓を介して容器
内に高周波電界や電磁界を誘起してプラズマを形成する
という共通の特徴を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、プラズマ処理の
対象物であるシリコンウェハや液晶基板は、大型化の傾
向が著しい。それに伴い、処理に用いる減圧容器や誘電
体窓、コイルアンテナ等の部品も大型化せざるをえな
い。その結果、各部品やそれらの調整機構、搬送機構等
を含めたシステムも大型化せざるを得ず、設置するクリ
ーンルームのコストまで増大する問題があった。

【０００５】また、コイルアンテナないしは電極は誘電
体窓から離隔して保持されるため、そのための保持手段
が必要であり、これも装置や設備の大型化の一因となっ
ていた。

【０００６】更に、コイルアンテナと誘電体窓の間に存
在する空気の状態、例えば温度や湿度等により減圧容器
内に発生するプラズマの状態が変化し、プラズマを安定
的に維持することが困難であった。

【０００７】また、部品を交換するごとに、コイルアン
テナと誘電体窓の間隔を細かく調整しないと、プラズマ
の再現性を維持できないという問題もあった。

【０００８】本発明は、上記従来における種々の問題点
を解決することのできる放電用部品及びそれを用いたプ
ラズマ装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、誘電体材料からなる円筒状若しくは管状
又は板状の誘電体部材と、この誘電体部材の外面に所定
のパターンで形成された導電性の薄膜とを備える放電用
部品を特徴としている。この構成では、誘電体部材とア
ンテナないしは電極等を一体的に取り扱うことが可能と
なる。

【００１０】薄膜のパターンは、コイルアンテナ状のパ
ターンとすることができる。かかる場合、薄膜に高周波
電力を印加すると、誘電体部材を介して放電用部品の内
側の減圧空間に電磁界が誘起され、プラズマが形成され
る。また、少なくとも１対の電極を構成すべく電気的に
分割されたパターンに薄膜を形成した場合、電極部分に
高周波電力を印加すると、放電用部品の内側の減圧空間
に高周波電界が誘起され、これによりプラズマが形成さ
れる。コイルアンテナ又は電極としての薄膜と誘電体部
材との間に空気が存在しないため、周囲環境の温度等の
影響を受けず、安定したプラズマを形成することができ
る。

【００１１】また、周囲に磁場印加用の磁石を配置する
ことで、磁場と電界又は電磁界の相互作用によって、よ
り高密度のプラズマが形成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明による第１実施形態のプラ
ズマ装置である誘導結合プラズマ型エッチング装置を示
している。このエッチング装置１０は、内部が減圧され
る反応容器（減圧容器）１２を備えている。反応容器１
２は、ステンレス鋼のような金属材料からなる円筒形の
容器側壁１４と、その上部に取り付けられた本発明によ
る半球板状の放電用部品たる蓋体１６とから構成されて
いる。

【００１４】反応容器１２の内部には、処理対象物であ
るシリコンウェハＷを載置するサセプタ１８が配置され
ている。このサセプタ１８の上面には、シリコンウェハ
Ｗを固定するための静電チャック２０が設けられてい
る。サセプタ１８は電極としても機能し、高周波バイア
ス電源２２を介して接地されている。従って、接地され
た容器側壁１４に対して例えば１３．５６ＭＨｚの高周
波バイアス電圧が印加されると、サセプタ１８がカソー
ドとして機能し容器側壁１４がアノードとして機能する
ようになっている。

【００１５】また、反応容器１２には、ガス供給源（図
示せず）から供給されるエッチングガスを内部に導入す
るためのガス供給口２４が設けられており、更に、内部
の排気を行うための真空ポンプ（図示せず）に接続され
る排気口２６が設けられている。

【００１６】反応容器１２の一部である蓋体１６は、半
球板状の本体（誘電体部材）２８と、その外面に所定の
パターンで形成された導電性の薄膜３０とから構成され
ている。

【００１７】本体２８は、アルミナ、石英、シリコンカ
ーバイド、シリコンナイトライド等の誘電体材料からな
る中実体である。反応容器１２の内部は１０ｍＴｏｒｒ
程度まで減圧されるので、強度の面から、本体２８は約
２０ｍｍ程度の肉厚を有することが好適である。

【００１８】本体２８の外面の薄膜３０は、銅やアルミ
ニウム等の導電性材料である。図２に明示するように、
この薄膜３０は、本体２８の下部外周面に環状に形成さ
れた下部部分３０ａと、本体２８の頂部に皿状に形成さ
れた上部部分３０ｂとを有している。また、薄膜３０
は、下部部分３０ａと上部部分３０ｂとの間で螺旋状に
延びる複数条の螺旋状部分３０ｃを有している。この薄
膜３０の下部部分３０ａと上部部分３０ｂとの間には整
合器３２を介して高周波電源３４が接続されている。

【００１９】薄膜３０は、適当な接着剤により本体２８
の外面に直接接着してもよいが、製造精度を高めるため
には、スパッタリング、マスキング及びエッチング等の
一連のプロセスからなる周知の薄膜形成技術により堆積
形成することが好ましい。この場合、誘電体材料からな
る本体２８上に銅やアルミニウム等の金属を直接堆積さ
せると、金属薄膜は剥離しやすいので、下層膜としてチ
タンナイトライド等を形成しておくことが有効である。

【００２０】このような構成において、内部を例えば１
０ｍＴｏｒｒ程度に減圧した後、エッチングガスを導入
し、上部薄膜部分３０ｂと下部薄膜部分３０ａとの間に
例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を印加すると、螺旋状
薄膜部分３０ｃがコイルアンテナとして機能し、誘電体
の本体２８を介して反応容器１２の内部に電磁界が誘起
されてプラズマが発生し、更にこのプラズマ中の電子に
エネルギが供給されて、プラズマは高密度で維持され
る。本発明の構成では、コイルアンテナとしての螺旋状
薄膜部分３０ｃと本体２８との間には空隙がなく、空気
の温度や湿度等による影響を全く受けず、一定の再現性
をもってプラズマを形成、維持することが可能となる。
かかる安定したプラズマの下、容器側壁１４とサセプタ
１８との間に高周波バイアス電圧を印加すると、サセプ
タ１８上のシリコンウェハＷのエッチング反応が安定的
に行われることとなる。

【００２１】なお、蓋体１６は、本体２８とコイルアン
テナ３０とが別体となっていないため、全体の冷却も容
易である。従って、図示しないが、蓋体１６全体を冷却
装置により冷却した場合、より安定したプラズマを形成
することが可能となる。冷却装置としては、絶縁性を有
する適当なシール材で蓋体１６の表面を覆い、その上を
ウォータジャケットで囲んでウォータジャケット内に冷
却水を循環させる構造のものが考えられる。

【００２２】また、コイルアンテナとしての薄膜３０は
本体２８により直接支持されるので、特別なアンテナ保
持機構は必要がなく、装置全体のコンパクト化を図るこ
とができる。

【００２３】図３は、本発明の第２実施形態を示してい
る。第２実施形態におけるプラズマ装置は誘電結合プラ
ズマ型のスパッタリング装置４０である。このスパッタ
リング装置４０は、減圧容器４２を構成する容器側壁４
４と、容器側壁４４の上部開口に取り付けられたターゲ
ット４６と、容器４２内部に配置されたウェハ支持用の
ペディスタル４８とを備えている。ターゲット４６には
直流電源５０の負端子が接続され、ペディスタル４８に
は高周波電源５２が接続されている。また、反応容器４
２には、処理ガスを供給するためのガス供給源（図示せ
ず）と、内部を減圧するための真空ポンプ（図示せず）
とが接続されている。

【００２４】反応容器４２を構成する容器側壁４４は本
発明による放電用部品であり、図４に示すように、誘電
体材料からなる円筒形の本体（誘電体部材）５４と、そ
の外面に形成された導電性の薄膜５６とから構成されて
いる。薄膜５６は、本体５４の上部外周面及び下部外周
面のそれぞれに環状に形成された上部部分５６ａ及び下
部部分５６ｂと、これらの部分５６ａ，５６ｂ間で螺旋
状に延びる１条の螺旋状部分５６ｃとを備えている。本
体５４及び薄膜５６の材料及び形成方法については第１
実施形態と同様である。

【００２５】上記構成のスパッタリング装置４０におい
て、シリコンウェハＷの表面にチタン等を堆積する場
合、まず、例えば１Ｔｏｒｒ程度に減圧した後、処理ガ
スを導入し、薄膜５６の上部部分５６ａと下部部分５６
ｂとの間に、整合器５８を介して高周波電源６０により
例えば２．０ＭＨｚの高周波を印加すると第１実施形態
と同様に、薄膜５６の螺旋状部分５６ｃがコイルアンテ
ナとして機能し、反応容器４２の内部に安定したプラズ
マが形成、維持される。そして、高周波電源５２及び直
流電源５０を投入してターゲット４６とペディスタル４
８との間に高周波バイアス電力を印加すると、プラズマ
中の正イオンがターゲット４６に衝突し、ターゲット４
６から原子が弾き出され、ペディスタル４８上のシリコ
ンウェハ表面に堆積される。

【００２６】第１及び第２の実施形態は共に誘導結合方
式のプラズマ装置に関し、且つまた、反応容器の一部が
放電用部品として機能するものであるが、本発明はこれ
らの実施形態に限定されるものではない。

【００２７】例えば、図５は、反応容器に接続されたプ
ラズマ流発生装置からプラズマ流を容器内部に送り込む
型式のエッチング装置６０を示しているが、プラズマ流
発生装置６２に本発明に従って構成された容量結合方式
の放電用部品を適用することができる。図６に明示する
ように、本発明による容量結合方式の放電用部品６４
は、ガスの流路となる管体（誘電体部材）６６と、この
管体６６の表面に形成された導電性の薄膜６８とから構
成されている。管体６６は、アルミナ等の誘電体材料か
ら作られており、また、薄膜６８は銅又はアルミニウム
等の導電性材料を接着又は堆積したものである。薄膜６
８は、管体６６の上部外周面及び下部外周面のそれぞれ
に環状に形成された上部部分６８ａ及び下部部分６８ｂ
を備えている。この薄膜６８は、先に示した誘電結合方
式のものとは異なり、高周波を容量的に管体の内部に導
入してプラズマを発生すべく、上部部分６８ａに接続さ
れた第１対の電極６８ｃと、下部部分６８ｂに接続され
た第２対の電極６８ｄと含んでいる。図７から理解され
るように、各対の電極６８ｃ，６８ｃ；６８ｄ，６８ｄ
は互いに対向配置されており、また、第１対の電極６８
ｃと第２対の電極６８ｄとは電気的に分割されている。

【００２８】このような構成において、反応容器７０内
部を減圧すると、管体６６内も減圧される。そして、薄
膜６８の上部電極６８ａと下部電極６８ｂとの間に、整
合器７２を介して高周波電源７４により例えば１３．５
６ＭＨｚの高周波電力を印加すると、管体６６内に高周
波電界が誘起され、そこを流通するガスに高周波エネル
ギが供給されてプラズマ流となり、サセプタ７６上のシ
リコンウェハＷに送られる。

【００２９】上記プラズマ流発生装置６２に用いる放電
用部品６４としては、容量結合方式の他、誘導結合方
式、ヘリコン波方式、ＥＣＲ方式のものを本発明に従っ
て構成することができる。

【００３０】図８は、誘導結合方式の放電用部品８０で
あるが、これは、図３及び図４に示した構成のうち容器
側壁を管体８２に置換したものである。従って、その作
用についての説明は省略する。

【００３１】また、図９に示す構成はヘリコン波方式の
放電用部品９０であり、誘電体材料の管体９２の外面に
形成された導電性薄膜９４は、誘導結合方式と同様に、
コイルアンテナを構成するものである。但し、図示実施
形態のものは、薄膜９４の上部部分９４ａと下部部分９
４ｂとの間で延びる部分９４ｃは、展開図である図１０
から明らかなように、方形波形状とされている。また、
このヘリコン波方式の放電用部品９０は、上下１対の円
筒形磁石９６を備えた磁石アセンブリ９８が管体９２を
囲むようにして配置されている。

【００３２】この構成では、薄膜９４の上部部分９４ａ
と下部部分９４ｂとの間に高周波電力を印加すると、ア
ンテナとしての方形波状の薄膜部分９４ｃから誘導され
る電磁波が、磁石９６により管体９２内に形成された磁
場を伝搬し、ヘリコン波と電子の相互作用により高密度
のプラズマが形成されている。

【００３３】従来においては、アンテナが管体の外側に
一定の間隔をおいて配置されていたため、磁石アセンブ
リ及びアンテナの支持構造が複雑となり、大型化する傾
向があり、製造及び製造後の調整にも手間がかかってい
たが、本発明の構成ではアンテナ部分は管体と一体化さ
れているので、従来における前記問題は回避されてい
る。

【００３４】図１１は、ＥＣＲ方式の放電用部品１００
を示している。この放電用部品１００は、管体１０２及
び薄膜１０４について構成は、図６に示す容量結合方式
のものと実質的に同様である。図６と異なる点は、管体
１０２の外側に磁石アセンブリ１０６が設けられている
点である。この磁石アセンブリ１０６により管体１０２
内に形成される磁場によって、薄膜１０２の電極部分か
ら供給される高周波は電子サイクロン共鳴を生じ、より
高密度のプラズマが形成されることとなる。この構成に
おいても、従来であれば別体に設けられた電極が管体と
一体化されるので、小型化や製造等の容易化を図ること
ができる。

【００３５】以上からも理解される通り、本発明は種々
の態様で具現化することができる。例えば、図６〜１１
に示した構成を、図１又は図３の装置やその他のＣＶＤ
装置にも適用することが可能である。

【００３６】また、導電性薄膜は誘電体部材の壁面上に
堆積技術で形成することができるので、寸法等もフレキ
シブルに変更することができる。例えば、導線からなる
コイルアンテナを用いていた従来構成においては、放電
用部品の小型化には一定の限界があったが、本発明の構
成では極めて小型の装置を製造することが可能となる。
図６〜図１１に示す構成では、管体の肉厚を３〜１０ｍ
ｍとし、長さを７〜８ｃｍとした小型放電用部品とする
ことができる。このように小型化したものは、通常のプ
ラズマクリーニング処理ではクリーニングし難い反応容
器内の凹部にも容易に設置できる等、種々の用途に使用
することが可能となる。この設置容易性は、アンテナと
壁体とを一体化した構成にもよる。

【００３７】なお、肉厚が薄い場合、誘電体のもつ容量
が小さくなるので、印加する高周波の周波数は１３．５
６ＭＨｚ以上とすることが有効である。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、放
電用部品におけるアンテナ部分ないしは電極部分として
機能する部材に導電性薄膜を使用し、誘電体部材に付着
形成したため、放電用部品自体、更にはそれが用いられ
るプラズマ装置の小型化を図ることができる。また、一
体化により、製造、組込み、調整等の手間が大幅に低減
されるという効果もある。

【００３９】更に、導電性薄膜と誘電体部分との間に空
隙がないので、空気の温度や湿度から影響を受けず、安
定したプラズマを形成することが可能となる。従って、
プラズマの制御が容易となり、常に安定したプロセスを
実行することができ、製造されるマクロエレクトロニク
スデバイスの性能向上にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるエッチング装置を
示す概略図である。

【図２】図１のエッチング装置で用いられる放電用部品
として蓋体を示す斜視図である。

【図３】本発明の第２実施形態によるスパッタリング装
置を示す概略図である。

【図４】図３のスパッタリング装置で用いられる放電用
部品として容器側壁を示す斜視図である。

【図５】本発明の第３実施形態によるエッチング装置を
示す概略図である。

【図６】図５のエッチング装置で用いられる容量結合方
式の放電用部品を示す斜視図である。

【図７】図５のVII-VII線に沿っての断面図である。

【図８】図５のエッチング装置に適用可能に誘電結合方
式の放電用部品を示す斜視図である。

【図９】図５のエッチング装置に適用可能にヘリコン波
方式の放電用部品を示す斜視図である。

【図１０】図９の放電用部品の薄膜パターンを示すため
の展開図である。

【図１１】図５のエッチング装置に適用可能にＥＣＲ方
式の放電用部品を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…エッチング装置（プラズマ装置）、１２…反応容
器（減圧容器）、１４…容器側壁、１６…蓋体（放電用
部品）、１８…サセプタ、２４…ガス供給口、２６…排
気口、２８…本体（誘導体部材）、３０…導電性薄膜、
３２…整合器、３４…高周波電源、４０…スパッタリン
グ装置（プラズマ装置）、４２…反応容器（減圧容
器）、４４…容器側壁（放電用部品）、４６…ターゲッ
ト、５４…本体（誘電体部材）、５６…導電性薄膜、６
０…エッチング装置（プラズマ装置）、６２…プラズマ
流発生装置、６４，８０，９０，１００…放電用部品、
６６，８２，９２，１０２…管体（誘電体部材）、６
８，９４，１０４…導電性薄膜、９６…磁石、９８，１
０６…磁石アセンブリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀岡啓治千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体材料からなる誘電体部材と、前記
誘電体部材の外面に所定のパターンで形成された導電性
の薄膜とを備えることを特徴とする放電用部品。
【請求項２】前記パターンはコイルアンテナ状のパタ
ーンであることを特徴とする請求項１に記載の放電用部
品。
【請求項３】前記パターンは、少なくとも１対の電極
を構成すべく電気的に分割されたパターンであることを
特徴とする請求項１に記載の放電用部品。
【請求項４】前記薄膜は接着により前記誘電体部材上
に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項に記載の放電用部品。
【請求項５】前記薄膜は堆積技術により前記誘電体部
材上に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項に記載の放電用部品。
【請求項６】前記誘電体部材の外側に磁石を備えるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放
電用部品。
【請求項７】処理対象物を収容する減圧容器と、前記減圧容器に処理ガスを導入する手段と、前記減圧容器内を減圧する排気手段と、前記減圧容器内にプラズマを形成する放電用部品と、を
備えるプラズマ装置であって、前記放電用部品が、前記減圧容器の少なくとも一部を構
成する誘電体材料からなる誘電体部材と、前記誘電体部
材の外面に所定のパターンで形成され高周波電力が印加
される導電性の薄膜とを有していることを特徴とするプ
ラズマ装置。
【請求項８】処理対象物を収容する減圧容器と、前記減圧容器に処理ガスを導入する手段と、前記減圧容器内を減圧する排気手段と、前記減圧容器内にプラズマを形成する放電用部品と、を
備えるプラズマ装置であって、前記放電用部品が、前記減圧容器に接続された誘電体材
料からなる誘電体部材と、前記誘電体部材の外面に所定
のパターンで形成され高周波電力が印加される導電性の
薄膜とを有していることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項９】前記パターンはコイルアンテナ状のパタ
ーンであることを特徴とする請求項７又は８に記載のプ
ラズマ装置。
【請求項１０】前記パターンは、少なくとも１対の電
極を構成すべく電気的に分割されたパターンであること
を特徴とする請求項７又は８に記載のプラズマ装置。
【請求項１１】前記薄膜は接着により前記誘電体部材
上に形成されていることを特徴とする請求項７〜１０の
いずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項１２】前記薄膜は堆積技術により前記誘電体
部材上に形成されていることを特徴とする請求項７〜１
０のいずれか１項に記載のプラズマ装置。
【請求項１３】前記誘電体部材の外側に磁石を備える
ことを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載
のプラズマ装置。
【請求項１４】前記放電用部品を冷却する手段を備え
ることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１項に記
載のプラズマ装置。