JPH08339895A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理容器内に生ずるプラズマを所定の場
所に閉じ込め、高密度なプラズマを生起させるため処理
容器内に設けられた石英部材をプラズマによる侵食から
保護して、石英部材の耐用期間の向上を図ると共に、安
定したプラズマ処理を行うことを可能にする。 【構成】 上部電極２の外周部には石英製の環状の
シールドリング２５がはめ込まれ、下部電極３上のウエ
ハＷの周辺部には石英製の環状のフォーカスリング１９
が設けられている。これらの石英製リングのプラズマに
対する面に、石英よりもプラズマに対して高い耐食性を
有する部材であるアルミナ系セラミックス層２０、２６
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に処理容器内にプラズマを発生さ
せ、このプラズマを用いて被処理体に所定の処理を施す
処理装置がある。このような処理装置の一例として特開
昭６３ー１３３３３号公報に開示されている。この技術
は、処理容器内に上部電極と下部電極とを対向配設し、
その電極間に処理ガスを導入し、上部及び下部電極に高
周波電力を印加してプラズマを生起し、被処理体を処理
するように構成されており、そして、被処理体へのエッ
チング処理のエッチングレート等を高めることによりそ
の処理のスループットを向上するために、上部電極と下
部電極の周辺に絶縁部材を配置し、被処理体の上方にプ
ラズマを閉じ込めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
絶縁部材は通常石英で形成されており、その石英部材が
プラズマにさらされると、プラズマにより石英部材が侵
食されることになる。従って、侵食され発生した石英
は、処理容器内においてミストとなり、このミストが被
処理体の表面等に付着し、被処理体の歩留りを低下させ
てしまうという問題がある。更に、石英部材の侵食が進
むと石英部材の表面が凸凹となり水平度の精度が悪くな
るためにプラズマ状態、つまり被処理体に対するプラズ
マの平行度が変化する。このため、安定したプラズマ処
理を行うことができないという問題が生ずることとな
る。また、石英部材がプラズマにより侵食されると、石
英部材の寿命が短くなり、交換時間及び回数が増大する
ので装置の稼働時間が低下してしまうという問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、上記問題点を解決するた
めになされたもので、プラズマに侵食される絶縁部材の
侵食性を改善することより、安定した処理を行うことが
できるプラズマ処理装置を提供することにある。

【０００５】

【発明を解決するための手段】請求項１の発明は、被処
理体を処理容器内に配置し、この処理容器内にプラズマ
を生起して前記被処理体を処理するプラズマ処理装置に
おいて、前記処理容器内に石英で形成された部材が設け
られ、この部材の表面に石英よりもプラズマに対して高
い耐食性を有する絶縁膜が施されたことを特徴とする。
請求項２の発明は、前記絶縁膜がアルミナ系セラミック
スからなることを特徴とする。請求項３の発明は、前記
絶縁膜が爆発溶射によって前記石英の表面に施されたこ
とを特徴とする。

【０００６】

【作用】請求項１、２の発明によれば、処理容器内の所
定の空間にプラズマを閉じ込め、高密度なプラズマを生
起させるよう処理容器内に配された石英部材がプラズマ
による侵食から保護される。請求項３の発明によれば、
石英部材に絶縁膜は爆発溶射により石英の表面に施され
るため、石英部材とアルミナ系セラミックス層とが強固
に接合され、プラズマに対する耐食性が向上する。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の一実施例であるプラズマエッ
チング装置について図面を用いて説明する。図１は第１
実施例のプラズマエッチング装置の断面図である。この
プラズマエッチング装置は、アルミニウム等で円筒状に
成形されたチャンバー（処理容器）１と、このチャンバ
ー１内に対向配設された上部電極（第一の電極）２と下
部電極（第二の電極）３とから構成されている。

【０００８】前記チャンバー１の側壁部には、図１に示
すように被処理体、例えば半導体ウエハ（以下「ウエ
ハ」という）Ｗを搬入・搬出するための開口部４、５が
形成されており、これら各開口部４、５の各外側には、
これら各開口部４、５を開閉し、前記チャンバー１の気
密を可能とするゲートバルブ６、７が設けられている。

【０００９】前記チャンバー１内の下部には、下部電極
３が配設されており、この下部電極３は、この下部電極
３を昇降させる昇降装置８上に取り付けられている。こ
の昇降装置８は、例えば油圧シリンダーまたはボールネ
ジとナットの螺合結合機構とこの機構を回転駆動するサ
ーボモータとの組み合わせ機構などから構成されてい
る。この昇降装置８の周囲と前記チャンバー１の内壁と
の間には、この昇降装置８の外周を覆うべローズ９が設
けられ、前記チャンバー１内に発生したプラズマが前記
下部電極３の下に入り込まないようにしている。

【００１０】前記下部電極３は、上部電極２に印加され
る高周波成分の侵入を阻止するハイパスフィルター１０
に接続されている。このハイパスフィルター１０は、例
えば８００ＫＨｚの周波数を有する電圧を供給する高周
波電源１１に接続されている。また、この下部電極３の
上面には、ウエハＷを仮固定する静電チャックが設けら
れている。この静電チャック１２は、導電性のシート状
の電極板１２ａとこの電極板１２ａの表面を挟持するポ
リイミド層１２ｂとを有する。この電極板１２ａは、ウ
エハＷを仮保持するためのクーロン力を発生させる直流
電源１３に電気的に接続されている。

【００１１】前記下部電極３の周囲とチャンバー１の内
壁面との間には、環状のバッフル板１４が配設されてい
る。このバッフル板１４には、前記下部電極３の周囲か
ら均一に排気を行う排気口１５が多数穿設されている。
この排気口の下方には、前記チャンバー１内の処理ガス
を排気する排気管１６が設けられ、この排気管１６は真
空ポンプ１７に接続されている。

【００１２】前記下部電極３上のウエハＷの周囲には、
ウエハＷ上のプラズマをウエハＷの外方向に広げること
により、ウエハＷの周縁部まで均一なプラズマを形成す
る環状の炭化ケイ素（ＳｉＣ）製フォーカスリング１８
が配されている。この炭化ケイ素製フォーカスリング１
８の外周には、プラズマをウエハＷの上方に閉じ込める
ことにより、プラズマ密度を高める環状の石英製のフォ
ーカスリング１９が段違いに組み込まれている。このフ
ォーカスリング１９の上面には、プラズマによる侵食か
ら保護するために、石英より耐プラズマ性の高い部材で
あるアルミナ系セラミックス層２０が設けられている。

【００１３】一方、前記チャンバー１内の上部には、前
記下部電極３に対向する中空構造の上部電極２が配設さ
れている。この上部電極２には、前記チャンバー１内に
所定の処理ガスを供給するガス供給管２１が接続されて
いる。また、この上部電極２の下側部分にはガス拡散孔
２２が多数穿設されている。また、前記上部電極２は、
下部電極３に印加される高周波成分の侵入を阻止するロ
ーパスフィルター２３に接続されている。このローパス
フィルター２３は、高周波電源２４に接続されている。
この高周波電源２４は、前記下部電極３に接続された高
周波電源１１よりも高い周波数、例えば２７．１２ＭＨ
ｚの周波数を有する。

【００１４】前記上部電極２の周囲には、プラズマをウ
エハＷの上方に閉じ込める環状の石英製シールドリング
２５が設けられている。このシールドリング２５は、前
記上部電極２の外周部にはめ込まれている。このシール
ドリング２５のプラズマと接する側には、プラズマに対
して石英より耐食性を有するアルミナ系セラミックス層
２６が設けられている。上述の石英性シールドリング２
５とフォーカスリング１９に設けられたアルミナ系セラ
ミックス層２０、２６は、石英部材に対して強固に結合
させるために爆発溶射により形成されている。

【００１５】ここで爆発溶射について説明する。この爆
発溶射は、図２Ａに示すように中空構造の銃身２７を用
いる。この銃身２７に燃焼性の高いガス、例えばアセチ
レンガスと酸素ガスを供給するとともに、絶縁膜の材
料、例えばアルミナ系セラミックスの粉末材料を供給す
る。この銃身２７内で、アセチレンガスと酸素ガスから
なる混合ガスをスパークプラグ２８により火ばなをおこ
し爆発させ、この爆発によって生ずる高速燃焼エネルギ
ーを利用し、前記アルミナ系セラミックス粉末材料を前
記の石英製シールドリング２５とフォーカスリング１９
に対して衝突させる。この衝突により、前記のアルミナ
系セラミックス粉末材料が前記の石英製シールドリング
２５とフォーカスリング１９の各々の表面に食い込み、
図２Ｂに示すように石英とアルミナ系セラミックスとの
混合層２９が形成され、この混合層２９の表面上にアル
ミナ系セラミックス層２０、２６が形成される。このよ
うに、前記の石英とアルミナ系セラミックスとの混合層
２９上にアルミナ系セラミックス層２０、２６が形成さ
れているので、このアルミナ系セラミックス層２０、２
６と前記の石英製シールドリング２５ならびにフォーカ
スリング１９との接合力が強固となり、前記アルミナ系
セラミックス層２０、２６のプラズマに対する耐食性が
向上する。

【００１６】前記のアセチレンガスと酸素ガスからなる
混合ガスの爆発の際、この混合ガスの温度は、２５００
℃以上、例えば約３３００℃に上昇し、この混合ガスが
燃焼し、この燃焼ガスは音速の約１０倍の速度で銃口に
向う。この燃焼ガスによって、前記アルミナ系セラミッ
クスの粉末材料は半融状態となり、音速の約２倍の速さ
で前記の石英製シールドリング２５とフォーカスリング
１９の表面に激突し、これら石英製シールドリング２５
とフォーカスリング１９の各々の表面に厚さ、例えば数
１０ミクロンから数１００ミクロンの頑強なアルミナ系
セラミックス層２０、２６が形成される。

【００１７】このアルミナ系セラミックス層２０、２６
は、層形成後、層の表面を研磨による平滑処理を施すの
が好ましい。前記アルミナ系セラミックス層２０、２６
の厚みは、最終的にプラズマに対する耐食性を考慮して
１０〜４００μｍにし、気孔率はパーティクルを極力抑
制するために２％以下に形成するのが好ましい。また、
前記アルミナ系セラミックス層２０、２６中のアルミナ
の純度は、９９．５％以上が好ましく、そのときのビッ
カース硬さは、プラズマに対する耐食性を考慮して９０
０以上とするのが好ましい。前記アルミナ系セラミック
ス層２０、２６を研磨処理する場合には、副生成物の付
着の困難性や付着物の除去の容易性を考慮すると、研磨
面の表面粗さが２μｍ以下に形成するのが好ましい。ま
た、上記アルミナ系セラミックス層を石英部材の一部に
形成する場合は、この石英部材表面にマスクを配し、こ
のマスクの外側から溶射する。

【００１８】次に上記実施例のプラズマエッチング装置
の動作を図１に基づいて説明する。あらかじめ、ゲート
バルブ６または７を開放し、このゲートバルブ６または
７にロードロックチャンバー（図示せず）からウエハＷ
を通し、このウエハＷを下部電極上３上に載置する。そ
の後、ゲートバルブ６または７を閉じる。次いで、ガス
供給管２１を介して処理ガスを供給し、この処理ガスは
中空構造の上部電極２内に流れ、この上部電極２の下側
部に設けられたガス拡散孔２２から均一に拡散される。

【００１９】このとき、上部電極２に高周波電源２４か
ら周波数２７．１２ＭＨｚの高周波電圧を印加し、つい
でこれより所定の時間後に、例えば１秒以下のタイミン
グをもって下部電極３に高周波電源１１より８００ｋＨ
ｚの周波数の電圧を印加し、上部電極２と下部電極３の
間にプラズマを発生させる。このプラズマの発生により
静電チャック１２上にウエハＷは強固に吸着保持され
る。

【００２０】上記プラズマは、上部電極２の周囲の環状
の石英製のシールドリング２５と下部電極３の周囲の環
状の石英製のフォーカスリング１９との間に閉じ込めら
れ高密度となる。この高密度プラズマでウエハＷのエッ
チング処理を行う。このとき、上述の石英製のシールド
リング２５とフォーカスリング１９は、上述の高密度プ
ラズマによる侵食からアルミナ系セラミックス層２０、
２６によって保護される。また、処理ガスは、ウエハＷ
の周囲からバッフル板１４の排気口１５を通って排気管
１６へ流れる。

【００２１】このようなプラズマエッチング装置によれ
ば、環状の石英製のシールドリング２５とフォーカスリ
ング１９によりプラズマが上部電極２と下部電極３との
間に閉じ込められ高密度なプラズマを発生させることが
でき、高エッチレートでウエハをエッチングすることが
できる。そして、上述のシールドリング２５とフォーカ
スリング１９にアルミナ系セラミックス層２０、２６を
それぞれ設けることにより、これらシールドリング２５
とフォーカスリング１９はプラズマによる侵食から保護
される。これにより、上述のシールドリング２５とフォ
ーカスリング１９の耐用期間を長くすることができる。
更に、プラズマによる侵食から保護されることより、チ
ャンバー１内に発生するパーティクルが減少し、並びに
チャンバー１内に発生するプラズマが安定化するので、
エッチング処理されるウエハの歩留りが向上する。

【００２２】次に本発明の第２実施例を図３を用いて説
明する。尚、図１と同一の部分には同一符合を付した。
本実施例は、図３に示すように第１実施例のチャンバー
１に石英製の着脱可能な円筒３０を設けた点が異なる。
この円筒３０の内周面には、アルミナ系セラミックス層
３１が設けられている。このように、上部電極２と下部
電極３との周囲に石英筒３０を設けることにより、前記
第１の実施例と比べ、よりいっそうこれら上部電極２と
下部電極３との間にプラズマが閉じ込められ、このため
前記第１の実施例と比べ、よりいっそう高密度なプラズ
マが得られる。この際、石英製の円筒３０はアルミナ系
セラミックス層３１によってプラズマによる侵食から保
護される。また、石英製の円筒３０は、チャンバー１内
の壁面に、プラズマ生成時に発生しパーティクルの原因
となる反応生成物が付着するのを抑制し、さらに、この
石英製の円筒３０に反応生成物が付着しても、この石英
製の円筒３０は着脱可能に構成されているので、この石
英製の円筒３０を取りかえることによってメンテナンス
を容易としている。

【００２３】尚、上述の二つの実施例では、プラズマ処
理装置としてプラズマエッチング装置を用いたが、これ
に限らず本発明は、プラズマによって被処理体を処理す
る装置、例えばスパッタ装置、ＣＶＤ装置等に用いるこ
ともできる。また、上述の二つの実施例では、アルミナ
系セラミックス層をフォーカスリング１９とシールドリ
ング２５の双方に設けているが、どちらか一方に設けて
もよい。また、上述の二つの実施例では、フォーカスリ
ング１９とシールドリング２５においてプラズマにさら
される部分のみにアルミナ系セラミックス層が設けられ
ているが、プラズマのまわり込み等に対応するためこれ
以外の部分にもアルミナ系セラミックス層を設けてもよ
い。更に、上述の二つの実施例ではプラズマエッチング
装置で上部電極２と下部電極３の双方に高周波電源が接
続されているが、これに限らず本発明はいずれか一方の
電極のみに高周波電源が接続された装置にも適用して同
様な効果を得ることができる。また、本発明はプラズマ
の発生に電界を利用しないマイクロ波によるものや、Ｔ
ＣＰなどの誘導方式によるものなど、プラズマ雰囲気に
石英部材が存在する場合であればいずれの装置にも適用
して同様な効果を得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、処理容器内の所定の場
所にプラズマを閉じ込めるように配された石英部材がプ
ラズマにより直接侵食されるのをアルミナ系セラミック
ス層により減少することができる。このため、石英部材
の寿命が延び、交換時間及び回数の減少するので、装置
の稼働時間の向上を図ることができる。さらに、石英部
材のプラズマによる侵食を減少させることができるの
で、処理容器内にパーティクルの原因となる石英のミス
トの発生を抑制し、並びにプラズマ状態を安定化させる
ことができ、プラズマ処理される被処理体の歩留りを向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一実施例であるプラズマエッチン
グ装置の概略断面図である。第２Ａ図は、爆発溶射によ
りアルミナ系セラミックス層を石英部材に形成する様子
を示す図であり、第２Ｂ図は爆発溶射によって石英部材
上に形成されたアルミナ系セラミックス層の断面図であ
る。第３図は、図１の他の実施例を示す概略断面図であ
る。

【符合の説明】

１：チャンバー（処理容器） ２：上部電極（第一の電極） ３：下部電極（第二の電極） Ｗ：ウエハ（被処理体） １９：フォーカスリング（石英部材） ２５：シールドリング（石英部材） ２９：石英筒（石英部財） ２０、２６、３０：アルミナ系セラミックス層（耐食性
層）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を処理容器内に配置し、この処
   理容器内にプラズマを生起して前記被処理体を処理する
   プラズマ処理装置において、前記処理容器内に石英で形
   成された部材が設けられ、この部材の表面に石英よりも
   プラズマに対して高い耐食性を有する絶縁膜が施された
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁膜はアルミナ系セラミックスか
   らなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
   置。
3. 【請求項３】 前記絶縁膜は爆発溶射によって前記石英
   の表面に施されたことを特徴とする請求項１記載のプラ
   ズマ処理装置。