JPH1167494A

JPH1167494A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH1167494A
Application number: JP9227766A
Authority: JP
Inventors: Manabu Edamura; 学枝村; Akira Doi; 昭土居; Kenji Maeda; 賢治前田; Masatsugu Arai; 雅嗣荒井; Takeshi Yoshioka; 健吉岡; Tsunehiko Tsubone; 恒彦坪根
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1999-03-09
Anticipated expiration: 2017-08-25
Also published as: JP3736060B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高周波アンテナは、処理チャンバ中のプラズマ
に対して、石英などの絶縁材を介して、大気側に配置さ
れるが、チャンバ内部でのプラズマによるイオンの衝撃
や化学的な反応等の加熱を抑え、絶縁材の真空シール部
に用いられるフッ素ゴム等のＯリング破損、リーク、フ
ッ素系の異物の原因を除去する。【解決手段】円筒状の絶縁管８の周囲に高周波アンテナ
１２を配したプラズマ装置において、高周波アンテナの
さらに外側にアンテナを横切るように切ったスリットを
持つ円管状の金属部材１５を設置し、ファン１９等によ
って、この円管状部材と絶縁管に囲まれたアンテナの部
分の空気を上部に送り、加熱あるいは冷却されるラジエ
ータによってこの空気の温度を調節した後、スリット付
きの円筒状部材の外側に送り、スリットから、アンテナ
および絶縁管に吹出すようにして、放電部の空気を循環
させる。

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、液晶ディ
スプレー用基板等の製造において、エッチングや成膜等
の処理に好適なプラズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の高集積化、半導体ウエハの
大口径化や液晶ディスプレーの大面積化に伴い、これら
の処理装置に求められる要求は、ますます厳しくなって
いる。プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、
プラズマアッシング装置といったプラズマ処理装置にお
いても、その状況は同じであり、スループット向上のた
めの高プラズマ密度化、被処理物の大面積化への対応、
クリーン化等が、重要課題となっている。現在、これらの装置に用いられるプラズマ源としては、
高周波容量結合型プラズマ源、マイクロ波ＥＣＲプラズ
マ源、高周波誘導結合型プラズマ源等のプラズマ源が、
その特徴を生かして、様々な処理プロセスごとに使い分
けられている。以上述べた３つのプラズマ源を備えるプ
ラズマ処理装置のうち、近年、急速に使われはじめたの
が、高周波誘導結合型プラズマ処理装置である。誘導結
合型プラズマ処理装置は、例えば、特開平２−235332に
示されるような装置であり、チャンバの一部である石英
などの絶縁材を介して処理チャンバの外に配置された、
一般的には、ループ、コイル、あるいは、らせんといっ
た形状をした高周波アンテナに、数100kHzから、数100M
Hzの高周波電力を給電し、アンテナによって形成される
誘導磁場によって、処理チャンバ内に導入されたプロセ
スガスにエネルギを供給し、プラズマを発生、維持する
方式のプラズマ装置である。このような装置は、プラズ
マ中に誘導電流が生じ、電気回路的には、プラズマと高
周波アンテナが誘導結合している（電気回路的には、ア
ンテナを一次コイル、プラズマ中の電流を２次コイルと
みなしたトランス回路と考えられる）ため、誘導結合型
プラズマ処理装置と呼ばれる。誘導結合型プラズマ処理
装置の利点は、単純なアンテナと高周波電源という簡単
で安価な構成で、1E11〜1E12(cm-3)という比較的高密度
のプラズマを発生できること、大面積のプラズマを容易
に発生させることができること、モードを持たないため
プラズマが安定であること、処理チャンバ内部がシンプ
ルで、メンテナンスがしやすく処理中に被処理物上に飛
来する異物を少なくできること等が挙げられる。

【０００３】特開平２−235332に示される誘導結合型プ
ラズマ処理装置においては、高周波アンテナが、処理チ
ャンバ中のプラズマに対して、石英などの絶縁材を介し
て、大気側に配置されるが、この絶縁材は、チャンバ内
部でのプラズマによるイオンの衝撃や化学的な反応等で
加熱され、何も手段を講じずに放電を続けると温度が上
昇する。このような温度上昇は、絶縁材の真空シール部
に用いられるフッ素ゴム等のＯリングを破損し、リーク
や、このＯリングに起因するフッ素系の異物の原因とな
る。また、エッチング処理においては、チャンバの温度
が処理中のガスの化学組成に強い影響を与えるために、
この絶縁材を含めて、チャンバの温度を常に一定に保つ
必要がある。したがって、運転を開始する時には、チャ
ンバを暖めておき、処理物を連続的にプラズマ処理する
際には、処理中の発熱があるので、逆に温度上昇を抑え
るために冷却する必要が生じることもある。いずれにし
ても、連続的に処理をおこなう場合でも、各回の処理に
おいて、チャンバを一定の温度に保つことが必須であ
る。また、プラズマ処理装置は、通常、クリーンルーム
内に設置されるので、クリーンルームの流れを乱すと、
微小なゴミを巻き上げる。したがって、プラズマ放電部
を冷却する際にも、ファン等によって起こされる空気の
流れが、外部に空気の乱れを起こさないようにしなけれ
ばならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述したよ
うに、処理チャンバ、特に加熱が著しいアンテナ近傍の
絶縁部材の温度を処理前から処理終了にかけて一定に
し、Ｏリングシール部等を保護するとともに、連続処理
する際にも、チャンバ中のガス組成を一定にすることに
より、安定したプラズマ処理を行うことが可能なプラズ
マ処理装置を提供することを目的とする。また、信頼性
が高く、処理中の発塵の少ないプラズマ処理装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、適
切な構造によって誘導アンテナ部の空気を循環させるこ
とによって達成される。具体的には、円筒状の絶縁管の
周囲に高周波アンテナを配した誘導プラズマ装置では、
高周波アンテナのさらに外側にアンテナを横切るように
切ったスリットを持つ円管状の部材を設置し、ファン等
によって、この円管状部材と絶縁管に囲まれたアンテナ
の部分の空気を上部に送り、加熱あるいは冷却されるラ
ジエータによってこの空気の温度を調節した後、前記ス
リット付きの円筒状部材の外側に送り、スリットから、
アンテナおよび絶縁管に吹出すようにする。また、平板
の絶縁板を用い、その上部にループあるいはらせんの高
周波アンテナを配置した誘導プラズマ処理装置において
は、絶縁板とアンテナの上部に放射状のスリットを持っ
た板を設置し、やはり、ファンによって外側からアンテ
ナ周りの空間の空気を吸い取り、温度調節した後、スリ
ットより、吹出すようにすればよい。あるいは、このよ
うなタイプの装置では、自然対流で熱が上部に行きやす
いことを考慮すると、逆方向に、スリットから空気を吸
い出すようにした方がよい場合もある。このような構造
によって、上記課題は解決されるし、内部で空気を循環
させるので、クリーンルームの空気の流れを乱して装置
外部で塵を巻き上げる恐れも無い。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、半導体デバイスの製造
の分野に限定されるものではなく、液晶ディスプレイの
製造や、各種材料の成膜、表面処理に適用が可能であ
る。ここでは、主に、半導体デバイス製造用のプラズマ
アッシング処理装置を例にとって、実施例を示すことに
する。

【０００７】図１に、本発明の一実施例を示す。図中の
処理チャンバ１は、アルミニウムやステンレス製の真空
容器である。処理チャンバ１は、排気手段２、および、
被処理物である半導体ウエハ３を搬入出するための搬送
システム４を備える。処理チャンバ１中には、半導体ウ
エハを載置するためのステージ５が設置される。搬送シ
ステム４より、処理チャンバ中に搬入されたウエハは、
プッシュロッド６によって、ステージ上に運ばれる。ま
た、ステージには、プラズマ処理中のウエハの温度を約
２００℃程度に加熱するためにヒータ７が設置されてい
る。

【０００８】一方、処理チャンバの上部には、絶縁管
８、ガス導入フランジ９等からなる放電部が真空シール
１０、１１を介して設置され、その周囲には、導電性の
よい金属である銅等で作られた１ループあるいは、数ル
ープのアンテナ１２が設置される。アンテナ１２には、
一般的には２台の可変コンデンサを内蔵したインピーダ
ンス整合器１３を介して高周波電源１４が接続される。
高周波電源の周波数は、特に限定されないが、一般的に
は、数100kHzから、数100MHzであり、商用周波数である1
3.56MHzがもっとも一般的である。アンテナ１２の外側
には、アンテナを横切る方向、すなわち、図１において
は縦方向のスリットをもつ円筒形の金属部材１５が設置
される。図２に、この部材の斜視分解図を示す。スリッ
ト１６は、温度調節した空気を吹出すためと、この部材
での誘導損失を防ぐために設けられている。すなわち、
アンテナに加わる高周波電力によって、プラズマは誘導
加熱されるが、このスリットがないとこの円筒形金属部
材にも誘導電流が流れる。その結果、円筒形部材が加熱
されるとともに、プラズマに投入される電力は減少する
ので、プラズマの密度が減少する。図２に示されるよう
なスリットを設けることによって、アンテナに沿ってこ
の部材に流れる電流を防止できるので、この部材の加熱
とプラズマ密度の低下の問題が解消される。また、１
３．５６ＭＨｚの高周波の波長は、約２２ｍなので、ス
リットの長さは、波長よりも十分短いと考えられるの
で、この円筒形金属部材によって、外側に漏れる電磁波
を防ぐことができる。また、スリットは、アンテナを横
切るようになっていればよく、必ずしも縦方向でなくて
もよい。図３に示したように斜めであったり、あるい
は、くの字であってもよい。あるいは、図４のように誘
導電流防止用のスリット少なくとも１本と、別に空気用
の小穴１７の組み合わせでもよい。放電部全体は、カバ
ー１８によって覆われる。アンテナ周りの空間は、絶縁
管、チャンバ、円筒形部材によって、上部以外は、ほぼ
閉じられた空間となっている。上部には、この部分の空
気を吸い出すためのファン１９が設置される。ファンに
よって吹きだされた空気２０は、温度調節用のラジエー
タ２１に送られ所定の温度にされる。アッシング処理に
おいては、絶縁管の加熱が著しく、また、アッシング処
理に対してチャンバの温度がさほど重要でないので、ほ
ぼ冷却だけを考えてよい。したがって、この部分で空気
は冷却され、カバーと円筒形部材の間の空間２２に送ら
れる。エッチング装置の場合は、チャンバ内表面の物理
化学的な表面反応が、内部のガス組成に影響を与えるの
で、逆に加熱が必要な場合もある。空間２２から、空気
は、スリットを通って吹出し、アンテナ及び絶縁管を効
果的に冷却する。

【０００９】上部に空気の温度調節機構を設けるかわり
に、円筒形の部材に温度調節機構を取り付けても同様の
効果がある。具体的には、図５に示すように、円筒形部
材の表面に冷却パイプ３１、およびヒータ３２をはわせ
ることによって実現される。又、同部材の表面に凸凹を
持たせることにより、循環させる空気に対する伝熱面が
大きくなり、空気の加熱冷却効率が高くなる。また、さ
らに、図６に示すように、絶縁筒の表面にも凸凹をつけ
ることによって、同じように、伝熱面を大きくすること
ができる。絶縁筒は、一般的には、石英で作られること
が多いが、熱伝導のよいアルミナセラミックで作ること
によって、絶縁筒内の温度分布を低減し、信頼性を増す
ことができる。また、アルミナ部品は型で作るので、表
面に凸凹を作ることによって製造コストもさほど上がる
ことはない。アルミナセラミックは、不透明であるの
で、石英を用いるのに比べて、放電中のプラズマの様子
を見られない、終点判定用の光を検出できない、といっ
た問題が生じるが、別に石英などの透明な材料によって
作られる窓３３を上部に設けることによって、その問題
は、解決される。

【００１０】図７に別の実施例を示す。この実施例で
は、ファンが円筒形部材の外側に設置される。絶縁管の
冷却を主目的とする場合、ファンからの空気を直接絶縁
管に吹き付けることにより、絶縁管に当たる空気の流速
が大きく効果的に冷却される。図６に示したような表面
に凸凹をつけた絶縁筒と併用すると特に効果的に冷却を
行える。しかし、ファンを横に設置することにより、放
電部全体の占有面積が大きくなってしまうという欠点も
ある。

【００１１】図８は、平面的に誘導アンテナを配したプ
ラズマ処理装置に本発明を適用した例である。この場
合、図９の様に放射状スリット４１を切った平板状の金
属部材４２が絶縁板４３とループまたはらせん状のアン
テナ４４の上部に設置され、さらにその上部にファンが
設置される。プラズマによって加熱された絶縁板ならび
にアンテナによって暖まった空気は、自然対流によって
上部に行きやすいので、図３に示した実施例の場合と反
対に、ファンは、アンテナ周りの空気を排気するように
した方が冷却効率が高い場合もある。排気された空気
は、冷却された後、外周からまた戻ってくる。

【００１２】以上、本発明の実施の形態を、主に半導体
デバイス製造用のプラズマアッシング装置を例にとって
示したが、本発明は、プラズマアッシング装置に限定さ
れることなく、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ
装置などに適用が可能であり、半導体デバイスの処理の
みならず、液晶ディスプレイ基板の処理や、その他、表
面処理全般に適用が可能である。

【００１３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、チャンバ内部でのプラズマによるイオンの衝撃や化
学的な反応等で加熱される絶縁材の温度上昇を抑え、絶
縁材の真空シール部を保護し、装置の信頼性が向上す
る。また、このＯリングの破損に起因するフッ素系の異
物を低減し、装置の稼働率を向上する。また、チャンバ
の温度を一定に保つことにより、連続処理を行う際に
も、一定したプラズマ処理を実現する。その結果、全体
としてのプラズマ処理性能が向上し、ハイスループット
のアッシング処理、微細なエッチング処理、高品質な成
膜加工、表面処理等が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図。

【図２】円筒形金属部材の斜視分解図。

【図３】円筒形金属部材のスリットのパターンを示す
図。

【図４】円筒形金属部材のスリット及び穴のパターンを
示す図。

【図５】本発明の一実施例を示す図。

【図６】本発明の一実施例を示す図。

【図７】本発明の一実施例を示す図。

【図８】本発明の一実施例を示す図。

【図９】平板状の金属部材のスリットのパターンを示す
図。

【符号の説明】

１…処理チャンバ、２…真空排気手段、３…半導体ウエ
ハ、４…搬送システム、５…ステージ、６…プッシュロ
ッド、７…ヒータ、８…絶縁管、９…ガス導入フラン
ジ、１０…真空シール、１１…真空シール、１２…アン
テナ。１３…インピーダンス整合器、１４…高周波電
源、１５…円筒形の金属部材、１６…スリット、１７…
空気用の小穴、１８…カバー、１９…ファン、２０…空
気、２１…ラジエータ、２２…カバーと円筒形部材の間
の空間、３１…冷却パイプ、３２…ヒータ、３３…窓、
４１…放射状スリット、４２…平板状の金属部材、４３
…絶縁板、４４…ループまたはらせん状のアンテナ、４
５…ガス導入部。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者荒井雅嗣茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者吉岡健山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者坪根恒彦山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理チャンバとガス導入手段と排気手段と
高周波電源に接続されるプラズマ生成用の誘導アンテナ
を備えたプラズマ処理装置において、絶縁材料で形成さ
れた放電管あるいは、平板あるいはドームの近傍に誘導
アンテナを配置し、前記アンテナの外側または上部を覆
う囲い部材と、前記部材を覆うカバーと、前記放電管と
前記部材によって囲まれる部分の空気を前記部材に設け
られたスリットあるいは穴を通して循環させることによ
って放電管の温度調節を行うことを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項２】処理チャンバとガス導入手段と排気手段と
高周波電源に接続されるプラズマ生成用の誘導アンテナ
と、アルミナセラミックで形成された放電管を備え、放
電管の一端が、ガス導入口と透明材料で作られた窓を備
えたフランジによって閉じられたことを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
【請求項３】処理チャンバとガス導入手段と排気手段と
高周波電源に接続されるプラズマ生成用の誘導アンテナ
を備えたプラズマ処理装置において、絶縁材料で形成さ
れた板あるいはドームあるいは管の表面に凸凹を形成し
たことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、空気の循環部に空気の温度調節手段を設けたことを
特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、前記囲い部材に温度調節手段を設けたことを特徴と
するプラズマ処理装置。
【請求項６】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
て、前記囲い部材の表面に凸凹を設けたことを特徴とす
るプラズマ処理装置。