JPH1180975A - プラズマエッチング装置の耐食システム及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 局部エッチングに用いられるプラズマエッチ
ング装置の放電管やチャンバー内機器の侵食現象を減少
させることができるプラズマエッチング装置の耐食シス
テム及びその方法を提供することを目的とするものであ
る。 【解決手段】 マイクロ波Ｍをマイクロ発振器２０から
石英放電管１１０内のＣＦ4とＯ2との混合ガスに発振し
てプラズマ放電させる。この際、パルス発生器２１によ
りマイクロ発振器２０をオン，オフ制御して、パルス状
のマイクロ波Ｍをマイクロ発振器２０から発振する。こ
れにより、プラズマ放電で生成される活性種ガスＧによ
る石英放電管１１０の侵食を低減化させることができ
る。好ましくは、チャンバ１００内に耐食性オイルＡを
充填して、チャンバ１００内に拡散した活性種ガスＧに
よるＸ−Ｙ駆動機構１３０等の侵食を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被エッチング物
の表面に存在する相対厚部を局部的にエッチングするプ
ラズマエッチング装置の耐食システム及びその方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来のプラズマエッチング装置
の一例を示す断面図であり、図６はマイクロ波の発振状
態を示す線図である。このプラズマエッチング装置は、
マイクロ波を用いてプラズマ放電を行う装置であり、チ
ャンバ１００上面に取り付けられた石英放電管１１０
に、ＣＦ4 （四フッ化炭素）等のハロゲン系ガスを含む
混合ガスを供給し、図６に示すように、約５００Ｗのマ
イクロ波Ｍをマイクロ波発振器１２０から導波管１２１
に連続的に発振して、石英放電管１１０内の混合ガスを
プラズマ化することにより、シリコンウエハＷのエッチ
ングに寄与するＦ（フッ素）ラジカルなどの活性種を生
成するようになっている。

【０００３】一方、シリコンウエハＷは、ステージ１０
１上に固定され、Ｘ−Ｙ駆動機構１３０によってＸ−Ｙ
方向（図５の左右方向及び表裏方向）に動かされるよう
になっている。具体的には、駆動モータ１３１によりス
テージ１０１が載った可動台１３２をＸ方向に移動さ
せ、可動台１３２上に取り付けられた駆動モータ１３３
によりステージ１０１をＹ方向に移動させる。

【０００４】かかる構成により、プラズマ放電で生成さ
れたＦラジカルなどの活性種を石英放電管１１０の噴射
口１１０ａからシリコンウエハＷ上に噴射すると共に、
Ｘ−Ｙ駆動機構１３０によって、シリコンウエハＷの相
対厚部（シリコンウエハＷの表面を形成する部分であっ
て規定厚さよりも相対的に厚い部分）を噴射口１１０ａ
の真下に移動させることにより、当該相対厚部を局部的
にエッチングすることができる。

【０００５】ところで、かかる局部エッチング時に、噴
射口１１０ａから噴射されている活性種ガスＧの一部が
拡散して、チャンバ１００の内壁やＸ−Ｙ駆動機構１３
０をエッチングするおそれがある。そこで、プラズマエ
ッチング装置では、装置耐食技術を採用している。すな
わち、チャンバ１００の内壁やＸ−Ｙ駆動機構１３０を
耐食コーティングして、活性種ガスＧによるチャンバ１
００等のエッチングを防止している。また、Ｘ−Ｙ駆動
機構１３０のネジ部分，レール，ベアリング，駆動モー
タ１３１，１３３の回転軸等、他部材と接触して摺動す
る部分は、耐食コーティングしても、長期間の使用によ
り剥がれてしまうので、このような接触部分について
は、摺動作用によって剥離しない耐食性オイルを塗布し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のプラズマエッチング装置及び装置耐食技術では、次の
ような問題があった。第１の問題は、プラズマエッチン
グ装置が、図６に示したように、マイクロ波Ｍを連続的
に発振してプラズマ放電させる構成であるので、石英放
電管１１０の寿命が短く且つシリコンウエハＷに対する
エッチングレートが低く、しかも、シリコンウエハＷが
汚染され易いことである。図７は、石英放電管１１０の
侵食状態を示す断面図である。例えば，ＣＦ4（四フッ
化炭素）を含む混合ガスをプラズマ放電すると、ＣＦ3
ラジカル，ＦラジカルやＣＦ3正イオン，Ｆ負イオン等
を含む活性種ガスＧが生成され、これらがシリコンウエ
ハＷの局部エッチングに寄与することとなる。しかしな
がら、プラズマ放電を連続的に行うと、石英放電管１１
０がマイクロ波を連続的に吸収して、石英放電管１１０
の加熱温度が急激に上昇する。このため、図７に示すよ
うに、活性種ガスＧと石英放電管１１０のＳiＯ2（二酸
化珪素）との反応が促進され、この反応によって、石英
放電管１１０内壁が侵食され、短期間で、石英放電管１
１０に孔があいてしまう。また、上記のような石英放電
管１１０の侵食が行われると、活性種ガスＧが石英放電
管１１０と反応してＳiＦ4（四フッ化珪素）ガスに変わ
ることから、シリコンウエハＷに噴射される活性種ガス
Ｇの密度が減少し、シリコンウエハＷのエッチングレー
トが低下してしまう。さらに、石英放電管１１０のエッ
チング時に、石英放電管１１０自体に含まれる不純物の
パーティクルが発生し、これらのパーティクルがシリコ
ンウエハＷ表面に噴射して、シリコンウエハＷを汚染す
るおそれもある。

【０００７】第２の問題は、従来の装置耐食技術では耐
食効果が十分でないことである。すなわち、チャンバ１
００やＸ−Ｙ駆動機構１３０の全ての露出部分を完全に
耐食コーティングすることは不可能である。特に、Ｘ−
Ｙ駆動機構１３０は各種の部材を複雑に組み付けた構成
になっており、全ての構成部材をコーティングすること
はできない。また、摺動部分に塗られた耐食性オイルも
徐々に蒸発し、長期間の使用により下地部分が露出して
しまう。これを回避するためには、チャンバ１００やＸ
−Ｙ駆動機構１３０を定期的に分解して、耐食性オイル
を再塗布する必要があるが、これは、メインテナンスの
コストアップを招くだけでなく、分解時に、外部のパー
ティクルがチャンバ１００内に入り込み、シリコンウエ
ハＷ等に付着して、エッチングプロセスを阻害するおそ
れがある。

【０００８】この発明は上述した課題を解決するために
なされたもので、局部エッチングに用いられるプラズマ
エッチング装置の放電管やチャンバー内機器の侵食現象
を減少させることができるプラズマエッチング装置の耐
食システム及びその方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明は、マイクロ波又は高周波を用いて放電
管内の反応性ガスをプラズマ放電させ、生成した活性種
ガスにより、被エッチング物の相対厚部を局部エッチン
グするプラズマエッチング装置の耐食システムであっ
て、駆動時にマイクロ波又は高周波を連続的に発振可能
な発振部と、発振部の駆動をオン，オフ制御して、パル
ス状のマイクロ波又は高周波を発振部から発振させる発
振制御部とを具備する構成とした。かかる構成により、
発振制御部の制御によって、発振部からマイクロ波また
は高周波がパルス状に発振されるので、連続発振に比べ
て、放電管の温度上昇が低減し、その分プラズマ中の活
性種と放電管との反応が抑制される。また、上記プラズ
マエッチング装置の耐食システムにおいて、パルス状の
マイクロ波又は高周波のデューティ比を７５％以下のデ
ューティ比に設定し、パルス状のマイクロ波又は高周波
のパルス周波数を１０ｋＨｚ以上に設定した構成として
ある。かかる構成により、デューティ比が７５％以下の
パルス状マイクロ波または高周波がパルス周波数１０ｋ
Ｈｚ以上で発振される。また、上記プラズマエッチング
装置の耐食システムにおいて、反応性ガスはハロゲン系
ガスを含む構成とした。かかる構成により、放電管とハ
ロゲン系ガスの活性種との反応を抑制しつつ、活性種に
よって、被エッチング物の相対厚部を効果的に局部エッ
チングする。また、上記プラズマエッチング装置の耐食
システムにおいて、ハロゲン系ガスは、四フッ化炭素ガ
ス，六フッ化硫黄ガス，三フッ化窒素ガス，その他のフ
ルオロカーボン系物質によるガスのいずれかである構成
とした。かかる構成により、放電管と四フッ化炭素ガ
ス，六フッ化硫黄ガス，三フッ化窒素ガス，その他のフ
ルオロカーボン系物質によるガスとの反応を抑制しつ
つ、活性種によって、被エッチング物の相対厚部を効果
的に局部エッチングする。さらに、上記プラズマエッチ
ング装置の耐食システムにおいて、放電管は、石英放電
管，サファイヤ放電管，及びアルミナ放電管のいずれか
である構成とした。

【００１０】第２の発明のプラズマエッチング装置の耐
食方法は、反応性ガスをプラズマ放電させて生成した活
性種ガスで被エッチング物の相対厚部を局部エッチング
するプラズマエッチング装置の放電管に、パルス状のマ
イクロ波又は高周波を発振することにより、活性種ガス
を生成する構成とした。また、上記プラズマエッチング
装置の耐食方法において、パルス状のマイクロ波又は高
周波のデューティ比を７５％以下のデューティ比に設定
し、パルス状のマイクロ波又は高周波のパルス周波数を
１０ｋＨｚ以上に設定した構成とした。また、上記プラ
ズマエッチング装置の耐食方法において、反応性ガスは
ハロゲン系ガスを含む構成とした。また、上記プラズマ
エッチング装置の耐食方法において、ハロゲン系ガス
は、四フッ化炭素ガス，六フッ化硫黄ガス，三フッ化窒
素ガス，その他のフルオロカーボン系物質によるガスの
いずれかである構成とした。さらに、上記プラズマエッ
チング装置の耐食方法において、放電管は、石英放電
管，サファイヤ放電管，及びアルミナ放電管のいずれか
である構成とした。

【００１１】第３の発明は、チャンバ内に設けられた被
エッチング物位置制御用駆動機構により所定位置に位置
決めされる被エッチング物を、ハロゲン系ガスをプラズ
マ放電させて生成した活性種ガスでエッチングするプラ
ズマエッチング装置の耐食システムであって、活性種ガ
スと反応しない耐食性オイルをチャンバ内に貯溜し、こ
の耐食性オイルで被エッチング物位置制御用駆動機構を
浸漬した構成としてある。かかる構成により、拡散した
活性種ガスが被エッチング物位置制御用駆動機構側に向
かっても、被エッチング物位置制御用駆動機構が活性種
ガスと反応しない耐食性オイルに浸漬されているので、
被エッチング物位置制御用駆動機構が活性種ガスによっ
て侵食されることはない。また、上記プラズマエッチン
グ装置の耐食システムにおいて、ハロゲン系ガスは、四
フッ化炭素ガス，六フッ化硫黄ガス，三フッ化窒素ガ
ス，その他のフルオロカーボン系物質によるガスのいず
れかであり、耐食性オイルは、耐フッ素オイルであるパ
ープルオロポリエーテル油である構成とした。かかる構
成により、四フッ化炭素ガス，六フッ化硫黄ガス，三フ
ッ化窒素ガス，その他のフルオロカーボン系物質による
ガスのいずれかガスによるフッ素含有の活性種ガスが拡
散しても、耐フッ素オイルであるパープルオロポリエー
テル油によって阻止されるので、被エッチング物位置制
御用駆動機構がフッ素含有の活性種ガスによって侵食さ
れることはない。また、上記プラズマエッチング装置の
耐食システムにおいて、チャンバの外側に取り付けられ
且つチャンバ内の耐食性オイルを循環させるオイル流通
路と、流通路に着脱自在に取り付けられ、耐食性オイル
内に混入した異物を濾過する濾過器とを設けた構成とし
てある。かかる構成により、循環する耐食性オイルに混
入した異物を濾過器によって除去することができるの
で、耐食性オイルの清浄性を長期間維持することができ
る。また、上記プラズマエッチング装置の耐食システム
において、耐食性オイルをチャンバに供給するオイル供
給器と、耐食性オイルをチャンバから排出するオイル排
出器と、チャンバ内の耐食性オイルの油面位置を検出し
て、その検出信号を出力する油面レベルセンサと、油面
レベルセンサからの検出信号に基づいて、耐食性オイル
の油面位置が所定基準位置に維持されるように、オイル
供給器とオイル排出器とを制御する第１の制御器とを設
けた構成としてある。かかる構成により、耐食性オイル
の油面を常に一定に維持することができ、この結果、被
エッチング物位置制御用駆動機構が耐食性オイルから露
出するという事態を防止することができる。また、上記
プラズマエッチング装置の耐食システムにおいて、耐食
性オイルのＰＨを検出して、その検出信号を出力するＰ
Ｈセンサと、ＰＨセンサからの検出信号に基づいて、耐
食性オイルのＰＨが所定基準ＰＨ値以下になったときに
オイル排出器を作動させる第２の制御器とを設けた構成
とした。かかる構成により、耐食性オイルのＰＨが所定
基準ＰＨ値以下になると、オイル排出器によって、耐食
性オイルがチャンバから排出される。さらに、上記プラ
ズマエッチング装置の耐食システムにおいて、耐食性オ
イルを所定温度に冷却する冷却器を設けた構成としてあ
る。かかる構成により、耐食性オイルが冷却器によって
常に所定温度に維持される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実
施形態に係るプラズマエッチング装置の耐食システムを
示す概略断面図である。なお、図５に示した部材と同一
部材については、同一符号を付して説明する。図１にお
いて、符号１がプラズマエッチング装置であり、符号２
が第１の発明の実施形態に係る耐食システムであり、符
号３が第３の発明の実施形態に係る耐食システムであ
る。

【００１３】プラズマエッチング装置１は、図５に示し
たプラズマエッチング装置と略同構造であり、チャンバ
１００の上部に取り付けられた石英放電管１１０と、石
英放電管１１０の外側に取り付けられた導波管１２１
と、導波管１２１に所定のマイクロ波Ｍを発振する後述
のマイクロ波発振器２０と、チャンバ１００内に配設さ
れたＸ−Ｙ駆動機構１３０とを具備している。石英放電
管１１０は、ＳiＯ2を材料とした長状の細管であり、そ
の噴射口１１０ａはチャンバ１００内部に位置されてい
る。このような石英放電管１１０には、供給管１４０を
介して、ボンベ１４１，１４２が接続されている。ボン
ベ１４１，１４２には、ＣＦ4ガス，Ｏ2ガスが各々収納
されており、バルブを開いて、ボンベ１４１，１４２内
のＣＦ4 ガス，Ｏ2ガスをマスフローコントローラ１４
１ａ，１４２ａで流量を制御した後混合し、これらの反
応性ガスを石英放電管１１０に供給することができる。
導波管１２１は、マイクロ波発振器２０からのマイクロ
波Ｍを伝播させる管体であり、その左側端内部には、マ
イクロ波Ｍを反射して定在波を形成する反射板（ショー
トプランジャ）１２２が取り付けられている。また、導
波管１２１の中途には、マイクロ波Ｍの位相合わせを行
う３スタブチューナ１２３と、マイクロ波発振器２０に
向かう反射マイクロ波Ｍを９０゜方向（図１の表面方
向）に曲げるアイソレータ１２４が取り付けられてい
る。一方、Ｘ−Ｙ駆動機構１３０は、チャンバ１００の
底部１００ａ上のレール１３２ａに摺動自在に取り付け
られた可動台１３２と、この可動台１３２をレール１３
２ａに沿ってＸ方向（図１の表裏方向）に移動させる駆
動モータ１３１と、可動台１３２上に取り付けられ、ス
テージ１０１を支持した状態でＹ方向（図１の左右方
向）に移動させる駆動モータ１３３とで構成されてお
り、駆動モータ１３１，１３３をコンピュータ１３５で
駆動制御するようになっている。

【００１４】耐食システム２は、導波管１２１内にパル
ス状のマイクロ波Ｍを発振するためのシステムであり、
発振部としてのマイクロ波発振器２０と発振制御部とし
てのパルス発生器２１とを具備してなる。マイクロ波発
振器２０は、パルス発生器２１からのＨレベルの駆動信
号Ｓの入力時にオン状態となって、連続マイクロ波Ｍを
発振する周知の機器であり、連続的なマイクロ波Ｍを１
００Ｗ〜１ｋＷのパワー範囲で出力することができる。
パルス発生器２１は、マイクロ波発振器２０を駆動させ
るためのパルス状駆動信号Ｓを発生する機器であり、駆
動信号Ｓのパルス幅及びパルス周波数を任意に調整する
ことができる。これにより、図２の（ａ）に示すよう
に、パルス状の駆動信号Ｓがマイクロ波発振器２０に入
力されると、図２の（ｂ）に示すようにマイクロ波発振
器２０が駆動信号Ｓの矩形波の立ち上がり時にオン状態
になり、駆動信号ＳがＬレベルに下がると、オフ状態と
なり、駆動信号Ｓの矩形波の時間幅だけ、１００Ｗ〜１
ｋＷのパワーのマイクロ波Ｍを連続的に発振する。した
がって、マイクロ波発振器２０からは、パルス発生器２
１からの駆動信号Ｓに同期したパルス状のマイクロ波Ｍ
が発振され、駆動信号Ｓのパルス幅及び周波数を変える
ことで、マイクロ波Ｍのデューティ比及びパルス周波数
を調整することができる。

【００１５】一方、耐食システム３は、被エッチング物
位置制御用駆動機構としてのＸ−Ｙ駆動機構１３０やチ
ャンバ１００の侵食を防止するためのシステムであり、
チャンバ１００内のＸ−Ｙ駆動機構１３０を浸漬した耐
食性オイルＡと、この耐食性オイルＡを循環させるオイ
ル流通路としての循環パイプ３０と、濾過器３１と、油
面レベルセンサ３３，ＰＨセンサ３４，及び圧力センサ
３５が接続された第１及び第２の制御器としてのバルブ
コントローラ３２と、冷却器３６とを具備している。

【００１６】チャンバ１００の内壁とステージ１０１の
表面は、テフロンコートにより耐食コーティングされて
おり、耐食性オイルＡはこのようなチャンバ１００内に
貯留されている。耐食性オイルＡは、パープルオロポリ
エーテル油であり、例えばモンテフルオス社製のフォン
ブリンやアルバック社製のＲ−９５である。この耐食性
オイルＡは、ハロゲン系ガスに基づくＦラジカル等の活
性種とほとんど反応しない性質を有しており、その蒸気
圧は、１０のマイナス１３乗Ｔorr程度であり、エッチ
ングプロセスに及ぼす影響は無視できるレベルである。

【００１７】循環パイプ３０には、ポンプ４が取り付け
られており、このポンプ４の駆動によって耐食性オイル
Ａを矢印で示すように循環パイプ３０内で循環させるこ
とができる。また、ポンプ４には、供給パイプ４０が接
続されており、ポンプ４と共にオイル供給器を構成する
バルブ５０の開時に、タンク４１内の耐食性オイルＡを
この供給パイプ４０を通じてチャンバ１００内に供給す
ることができるようになっている。

【００１８】濾過器３１は、耐食性オイルＡ中に生じた
異物としてのパーティクルを濾過するための機器であ
り、２本のフィルタ３１ａ，３１ｂを有している。具体
的には、循環パイプ３０の上流側が２つのパイプ３０
ａ，３０ｂに分岐されると共に、下流側も２つのパイプ
３０ａ′，３０ｂ′に分岐されており、フィルタ３１ａ
がパイプ３０ａ，３０ａ′間に取り外し自在に取り付け
られると共に、フィルタ３１ｂがパイプ３０ｂ，３０
ｂ′間に取り外し自在に取り付けられている。これによ
り、バルブ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂの開時に耐
食性オイルＡがフィルタ３１ａ，３１ｂに流入して、通
過時にパーティクルが濾過されるようになっている。な
お、使用時には、バルブ５１ａ，５１ｂ又はバルブ５２
ａ，５２ｂの一方のみを開状態にしておく。このような
濾過器３１の上流側には、排出パイプ４２が取り付けら
れており、オイル排出器としてのバルブ５３の開時に、
耐食性オイルＡがこの排出パイプ４２を介してタンク４
３に排出されるようになっている。

【００１９】バルブコントローラ３２は、油面レベルセ
ンサ３３，ＰＨセンサ３４，圧力センサ３５からの検出
信号に基づいてバルブ５０〜５３の開閉を制御するため
の器機である。具体的には、油面レベルセンサ３３がチ
ャンバ１００の側壁に取り付けられ、耐食性オイルＡの
油面位置を示す検出信号Ｓ１がこの油面レベルセンサ３
３からバルブコントローラ３２に出力される。バルブコ
ントローラ３２は、この検出信号Ｓ１を受信すると、検
出信号Ｓ１が示す油面位置が基準位置Ｌであるかを判断
する。そして、バルブコントローラ３２は、検出信号Ｓ
１の油面位置が基準位置Ｌより低いと判断した場合に
は、バルブ５３を閉じてバルブ５０を開き、基準位置Ｌ
と略一致していると判断した場合には、バルブ５０を閉
じ、基準位置Ｌより高いと判断した場合には、バルブ５
３を開けるようになっている。

【００２０】また、エッチング時に、微量の水分と活性
種ガスＧとが反応して、フッ酸等の酸を生成し、この酸
が耐食性オイルＡに溶けて、耐食性オイルＡのＰＨが下
降することがある。酸が耐食性オイルＡに多量に溶け込
むと、Ｘ−Ｙ駆動機構１３０の各部材を酸化させるおそ
れがあり、好ましくない。そこで、ＰＨセンサ３４を濾
過器３１の上流側に取り付け、循環パイプ３０内を流れ
る耐食性オイルＡのＰＨをこのＰＨセンサ３４で検出す
る。そして、そのＰＨが規定値以下（例えば３以下）で
あるときに検出信号Ｓ２をＰＨセンサ３４からバルブコ
ントローラ３２に出力するようになっている。バルブコ
ントローラ３２は、ＰＨセンサ３４からの検出信号Ｓ２
を受信すると、バルブ５１ａ，５１ｂ及びバルブ５２
ａ，５２ｂの双方を閉じた状態で、バルブ５３を開き、
耐食性オイルＡの完全排出が予想される所定時間経過後
に、バルブ５３を閉じると共にバルブ５０及びバルブ５
１ａ，５１ｂ（又はバルブ５０及びバルブ５２ａ，５２
ｂ）を開く機能を有している。

【００２１】さらに、フィルタ３１ａ，３１ｂのうち使
用しているフィルタが耐食性オイルＡ内に混入したパー
ティクルによって目詰まりを起こした場合には、上流側
の耐食性オイルＡの圧力が上昇する。圧力センサ３５が
この圧力上昇を監視し、所定圧力値以上になったとき
に、検出信号Ｓ３をバルブコントローラ３２に出力す
る。バルブコントローラ３２は、圧力センサ３５からの
検出信号Ｓ３を受信すると、バルブ５１ａ，５１ｂ及び
バルブ５２ａ，５２ｂのうち、開いているバルブを閉じ
ると共に閉じているバルブを開く機能を有している。

【００２２】冷却器３６は、耐食性オイルＡを冷却する
ための機器であり、ポンプ４の上流側のパイプ部分に装
着されている。具体的には、循環パイプ３０に取り付け
られた温度センサ３６ａによって耐食性オイルＡの温度
を監視し、耐食性オイルＡの温度上昇に伴う蒸気圧の上
昇を防止している。

【００２３】次に、この実施形態の耐食システム２と耐
食システム３とが示す動作について説明する。なお、こ
の動作は第２の発明に係るプラズマエッチング装置の耐
食方法を具体的に実行するものでもある。

【００２４】まず耐食システム２の動作について説明す
る。ボンベ１４１，１４２からＣＦ4，Ｏ2の混合ガスを
マスフローコントローラー１４１ａ，１４２ａで流量制
御し、石英放電管１１０に供給した後、マイクロ発振器
２０を駆動して、マイクロ波Ｍを発振すると、ＣＦ4，
Ｏ2の混合ガスがマイクロ波Ｍによってプラズマ放電さ
れる。これにより、ＣＦ3ラジカル，Ｆラジカル等の活
性種ガスＧが生成され、石英放電管１１０の噴射口１１
０ａからシリコンウエハＷ側に噴射される。コンピュー
タ１３５によってＸ−Ｙ駆動機構１３０を制御し、シリ
コンウエハＷの表面の相対厚部が噴射口１１０ａの真下
に来るようにシリコンウエハＷを移動すると、当該相対
厚部が活性種ガスＧによってエッチングされる。

【００２５】この際、図２の（ａ）に示した駆動信号Ｓ
をパルス発生器２１からマイクロ発振器２０に入力し、
図２の（ｂ）に示したパルス状のマイクロ波Ｍにより、
石英放電管１１０内の混合ガスをプラズマ放電させる。
このとき、パルス発生器２１の駆動信号Ｓを調整してマ
イクロ波Ｍのデューティ比とパルス周波数とを所望の値
に設定すると共に、マイクロ波Ｍの最大パワーが石英放
電管１１０内に集中するように３スタブチューナ１２３
によって位相調整しておく。図３は、パルス状マイクロ
波Ｍによるプラズマ発生状態を示す断面図であり、図３
の（ａ）はマイクロ波Ｍの発振オン時における高密度プ
ラズマ発生状態を示し、図３の（ｂ）はマイクロ波Ｍの
発振オフ時におけるプラズマ残存状態を示す。上記設定
下において、パルス状のマイクロ波Ｍが発振され、マイ
クロ波Ｍの発振オン時、即ち図２の（ｂ）に示すパルス
Ｍ１が石英放電管１１０に印加されると、図３の（ａ）
に示すように、石英放電管１１０内にプラズマＰが生成
される。このプラズマＰはパルスＭ１の幅時間Ｔ１だけ
励起状態を維持し、その間、生成されたＣＦ3ラジカ
ル，Ｆラジカル等の活性種ガスＧが石英放電管１１０の
噴射口１１０ａからシリコンウエハＷに向かって噴射さ
れることとなる。そして、マイクロ波Ｍの発振がオフ状
態になると、マイクロ波Ｍによるプラズマ励起作用が解
除され、電子温度，プラズマ密度が急激に低下するが、
活性種ガスＧの密度は時間Ｔ２の間ほぼ一定に保たれ
る。そして、次のパルスＭ２が石英放電管１１０内に印
加されることで、図３の（ａ）に示したプラズマＰが再
び生成される。このようにして、プラズマ放電が脈動的
に行われる。図４は、石英放電管１１０の温度上昇を示
す線図である。常時連続的にマイクロ波Ｍを発振する従
来のプラズマエッチング装置では、図４の曲線Ｃに示す
ように、石英放電管１１０の加熱温度が急激に上昇す
る。これに対して、この実施形態では、時間Ｔ２の冷却
時間が生じるので、石英放電管１１０の加熱温度が図４
の曲線Ｂに示すように、上昇と下降とを繰り返し、長時
間使用しても加熱温度がさ程上昇しない。このため、プ
ラズマＰ内の活性種ガスＧと石英放電管１１０との反応
頻度が従来に比べて著しく少なくなり、その結果、活性
種ガスＧによる石英放電管１１０の侵食度も減少し、石
英放電管１１０の寿命が長くなる。これに付随して、石
英放電管１１０の侵食時に生じるパーティクルの発生も
激減し、パーティクルによるシリコンウエハＷの汚染が
ほとんど生じないこととなる。また、石英放電管１１０
と反応する活性種が少なくなることから所望密度の活性
種ガスＧをシリコンウエハＷに噴射することができ、こ
の結果、所望のエッチングレートを確保することができ
る。さらに、マイクロ発振器２０を断続的にオン状態に
することから、マイクロ波Ｍの発振時における消費電力
を低減化することができる。

【００２６】かかる点を実証すべく、発明者等は、デュ
ーティ比７５％でパルス周波数１０ｋＨｚのパルス状マ
イクロ波Ｍを出力約５００Ｗで発振し、粒径１μｍ以下
のパーティクルの付着数が初期状態で１００個以下であ
るシリコンウエハＷに対して、生成した活性種ガスＧを
噴射し、石英放電管１１０の耐食時間とシリコンウエハ
Ｗへのパーティクル付着数とを調べた。すると、始動後
約７０時間後に、石英放電管１１０が破壊され、約１０
０時間後の付着パーティクル数が１０００個以下であっ
た。これに対して、従来のプラズマエッチング装置のよ
うに、出力約５００Ｗのマイクロ波を連続発振したとこ
ろ、石英放電管１１０が約４０時間で破壊され、約１０
０時間後の付着パーティクル数も測定限界値以上になっ
た。このように、この実施形態の耐食システム２によれ
ば、石英放電管１１０の耐食時間を長くすることができ
ると共にシリコンウエハＷの汚染も激減することができ
る。

【００２７】ところで、石英放電管１１０の耐食を効果
たらしめるには、図２の（ｂ）に示すマイクロ波Ｍのパ
ルス幅時間Ｔ１が短い方が良いが、余り短いと所望密度
の活性種ガスＧを得ることができない。また、マイクロ
波Ｍの発振オン時即ち図２の（ｂ）に示すマイクロ波Ｍ
の幅時間Ｔ１時間の間は、図３の（ａ）に示すように、
高密度のプラズマＰが石英放電管１１０内に生成され
る。そして、マイクロ波Ｍの発振オフ時即ち図２の
（ｂ）に示す時間Ｔ２の間は、プラズマＰが消えること
となる。しかし、プラズマＰは、マイクロ波Ｍがオフに
なると直ちに消滅するものではなく、暫くの間、プラズ
マＰを構成するイオンや電子等の荷電粒子が残存する。
したがって、これらの荷電粒子が消滅する前にマイクロ
波Ｍの発振をオンにすることで、プラズマ点火を容易に
行うことができると考えられる。かかる考察によれば、
パルス状のマイクロ波Ｍを石英放電管１１０内に印加し
て、プラズマ放電をスムーズに行うには、図２の（ｂ）
に示す時間Ｔ２即ちパルス間隔を短くすることが好まし
いといえる。しかしながら、時間Ｔ２が余り短いと、電
力の消費が大きくなるだけでなく、石英放電管１１０の
冷却時間が短くなることから、石英放電管１１０の加熱
温度の上昇を抑制することが難しくなる。以上の点から
発明者等は、石英放電管１１０の耐食を効果たらしめつ
つ、所望の活性種ガス密度を得ることが可能なマイクロ
波Ｍのデューティ比及びパルス周波数と、小消費電力で
石英放電管１１０の加熱上昇を抑制しつつ、スムーズな
プラズマ放電が可能なマイクロ波Ｍのデューティ比及び
パルス周波数とを考察した結果、デューティ比が７５％
以下の値であり、パルス周波数は、１０ｋＨｚ以上の値
であるマイクロ波Ｍを採用することが好ましいという結
論に達した。

【００２８】次に、耐食システム３の動作について説明
する。石英放電管１１０の噴射口１１０ａから噴射され
た所定密度の活性種ガスＧのうち、シリコンウエハＷの
エッチングに寄与せずに拡散した活性種ガスＧは、チャ
ンバ１００の内壁やステージ１０１をエッチングしよう
とするが、チャンバ１００の内壁やステージ１０１の表
面が耐食コーティングされているので、活性種ガスＧが
耐食コーティングによって阻止され、チャンバ１００内
壁やステージ１０１がエッチングされることはない。ま
た、Ｘ−Ｙ駆動機構１３０側に向かった活性種ガスＧ
は、その活性によってＸ−Ｙ駆動機構１３０をエッチン
グしようとするが、Ｘ−Ｙ駆動機構１３０が耐食性オイ
ルＡに浸漬されているので、活性種ガスＧは、この耐食
性オイルＡによってＸ−Ｙ駆動機構１３０側への進行を
阻止され、Ｘ−Ｙ駆動機構１３０を構成する部材がエッ
チングされることはない。

【００２９】ところで、上記の如く活性種ガスＧによる
Ｘ−Ｙ駆動機構１３０のエッチングを防止する耐食性オ
イルＡ中に、パーティクルが混入している場合には、パ
ーティクルによってＸ−Ｙ駆動機構１３０の駆動モータ
１３１や駆動モータ１３３が動作不良を起こし、シリコ
ンウエハＷを正確に移動させることができない事態が発
生する。かかる事態を防止するには、バルブ５０，５２
ａ，５２ｂ，５３を閉じると共に、バルブ５１ａ，５１
ｂを開いた状態で、ポンプ４を駆動させ、耐食性オイル
Ａを循環パイプ３０内で循環させる。これにより、耐食
性オイルＡ中に混入しているパーティクルが濾過器３１
のフィルタ３１ａによって除去される。そして、多量の
パーティクルが蓄積され、フィルタ３１ａが目詰まりを
起こすと、フィルタ３１ａの上流側の圧力即ち圧力セン
サ３５付近の耐食性オイルＡの圧力が上昇し、所定圧力
値に達する。すると、検出信号Ｓ３が圧力センサ３５か
らバルブコントローラ３２に出力され、バルブコントロ
ーラ３２によって、バルブ５１ａ，５１ｂが閉じられる
と共にバルブ５２ａ，５２ｂが開かれる。これにより、
循環パイプ３０内を循環している耐食性オイルＡがパイ
プ３０ｂを介してフィルタ３１ｂ内を通過するようにな
る。この状態で、目詰まりを起こしたフィルタ３１ａを
パイプ３０ａ，３０ａ′間から取り外し、新しいフィル
タ３１ａをパイプ３０ａ，３０ａ′間に取り付けること
で、常に清浄な耐食性オイルＡを循環させることができ
る。

【００３０】また、耐食性オイルＡ中に酸が生じ、耐食
性オイルＡのＰＨが３以下になると、検出信号Ｓ２がＰ
Ｈセンサ３４からバルブコントローラ３２に入力され、
バルブ５１ａ，５１ｂ及びバルブ５２ａ，５２ｂが閉じ
られると共に、バルブ５３が開かれ、耐食性オイルＡが
排出パイプ４２からタンク４３に排出される。このと
き、油面レベルセンサ３３をオフ状態にしておくこと
で、チャンバ１００及び循環パイプ３０内の耐食性オイ
ルＡが完全に排出された後、バルブ５３が閉じられると
共にバルブ５２ａ，５２ｂが開かれる。この状態で、油
面レベルセンサ３３をオンにすることで、検出信号Ｓ１
が油面レベルセンサ３３からバルブコントローラ３２に
出力され、バルブ５０が開かれて、タンク４１内の新し
い耐食性オイルＡが供給パイプ４０を通じてチャンバ１
００内に供給される。そして、耐食性オイルＡの油面位
置がＸ−Ｙ駆動機構１３０を完全に浸漬する基準位置Ｌ
に一致すると、バルブ５０が閉じられる。

【００３１】また、長期使用により、耐食性オイルＡが
減少した場合には、油面レベルセンサ３３からの検出信
号Ｓ１に基づいて、バルブコントローラ３２がバルブ５
０を開き、タンク４１内の耐食性オイルＡをチャンバ１
００内に供給するので、チャンバ１００内の耐食性オイ
ルＡの油圧位置は常に基準位置Ｌに維持される。

【００３２】また、チャンバ１００から噴射される高温
の活性種ガスＧによって耐食性オイルＡの温度が上昇し
た場合には、温度センサ３６ａによって直ちに検知さ
れ、耐食性オイルＡが冷却器３６によって冷却されて、
その温度が常温に戻される。

【００３３】このように、耐食システム３によれば、Ｘ
−Ｙ駆動機構１３０の耐食を行うと共に耐食性オイルＡ
の清浄性とＰＨ値の維持を図ることができる。この点を
実証すべく、発明者等は次のような実験を行った。ま
ず、耐食性オイルＡを循環させずに、プラズマエッチン
グ装置１を２３時間運転した後、チャンバ１００を開け
て１時間の大気解放を行うという過酷な運転を連続１０
日間行った。そして、Ｘ−Ｙ駆動機構１３０を分解し
て、侵食の程度を調べたところ、耐食性オイルＡに若干
の変色が見られた以外は、Ｘ−Ｙ駆動機構１３０の侵食
はなく、十分な耐食効果を奏していた。次いで、耐食性
オイルＡを循環させながら同様の運転を行ったところ、
Ｘ−Ｙ駆動機構１３０に対する十分な耐食効果を得ただ
けでなく、耐食性オイルＡの変色も生じなかった。ま
た、耐食性オイルＡ中のパーティクル量も耐食性オイル
Ａを循環させない場合と比べて、２０分の１に減少して
いた。さらに、水分を１％の割合で耐食性オイルＡ中に
混入させて、同様の運転を行うと共に、ＰＨセンサ３４
とバルブコントローラ３２との制御によって、耐食性オ
イルＡのＰＨが３以下になった時点で新しい耐食性オイ
ルＡに交換するようにしたところ、酸化現象は全く生じ
なかった。

【００３４】なお、この発明は、上記実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の
変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、
反応性ガスを構成するハロゲン系ガスとしてＣＦ4ガス
を用いたが、ＳＦ6（六フッ化硫黄）ガス，ＮＦ3（三フ
ッ化窒素）ガス，その他のフルオロカーボン系物質によ
るガスのいずれかを用いた場合においても、そのガスか
ら生成される活性種ガスに対して上記と同様の耐食効果
を奏することは勿論である。また、上記実施形態では、
マイクロ波を発振するプラズマエッチング装置について
述べたが、高周波を発振してプラズマ放電させる各種の
プラズマエッチング装置についても本発明を適用するこ
とができる。また、上記実施形態では、石英放電管１１
０を耐食の対象としたが、サファイア放電管，アルミナ
放電管等、活性種ガスでエッチングされるおそれがある
全ての放電管を耐食の対象とすることができることは勿
論である。また、上記実施形態では、耐食性オイルＡに
浸漬されないチャンバ１００内壁やステージ１０１のみ
に耐食コーティングを施したが、耐食性オイルＡに侵さ
れるＸ−Ｙ駆動機構１３０やバルブ５０〜５３等をも耐
食コーティングすることにより、耐食効果をさらに高め
ることができる。さらに、上記実施形態では、耐食性オ
イルとして、パープルオロポリエーテル油を用いたが、
蒸気圧が１０のマイナス６乗Ｔorr以下の耐食性オイル
であればよく、パープルオロポリエーテル油に限定され
るものではない。

【００３５】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、第１及び第
２の発明のプラズマエッチング装置の耐食システム及び
その方法によれば、放電管がマイクロ波または高周波の
パルス幅時間だけしかプラズマに曝されないので、放電
管の加熱温度が急激に上昇せず、この結果、活性種ガス
による放電管の侵食が減少し、その分放電管の長寿命化
を図ることができるという優れた効果がある。また、活
性種ガスによる放電管の侵食、すなわち活性種ガスと放
電管との反応が減少するので、その分活性種ガスの密度
低下を防止することができ、この結果、被エッチング物
を所望のエッチングレートでエッチングすることができ
る。また、放電管の侵食が減少することから、不純物な
どのパーティクルの発生をも抑制することができ、この
結果、被エッチング物の汚染を減少させることができ
る。さらに、マイクロ波または高周波がパルス状に発振
されるので、消費電力を削減することもできる。

【００３６】また、第３の発明のプラズマエッチング装
置の耐食システムによれば、チャンバと被エッチング物
位置制御用駆動機構とが耐食コーティングと耐食性オイ
ルとによってほぼ完全に覆われ、その耐食が確保される
ので、プラズマエッチング装置の長寿命化とメインテナ
ンス頻度の低減化とを図ることができる。また、濾過器
を設けた構成とすることで、耐食性オイル内の異物を除
去して、耐食性オイルの清浄性を維持することができる
ので、耐食性オイルの長寿命化を図ることができる。ま
た、油面レベルセンサと第１の制御器とを設けた構成と
することにより、耐食性オイルの油面を常に一定に維持
して、被エッチング物位置制御用駆動機構の露出を防止
することができるので、活性種ガスによる被エッチング
物位置制御用駆動機構の侵食防止を確実にすることがで
きる。また、耐食性オイルのＰＨが所定基準ＰＨ値以下
になると、オイル排出器によって、耐食性オイルをチャ
ンバから排出する構成とすることで、耐食性オイル内の
酸によって被エッチング物位置制御用駆動機構が酸化さ
れるという事態を未然に防止することができる。さら
に、耐食性オイルを冷却器によって常に所定温度に維持
する構成とすることで、耐食性オイルの温度上昇による
蒸気圧の増加、及びこれによるプロセスの汚染を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るプラズマエッチン
グ装置の耐食システムを示す概略断面図である。

【図２】パルス発生器及びマイクロ波発振器から発振さ
れる信号の波形図であり、図２の（ａ）はパルス発生器
から発振される駆動信号を示し、図２の（ｂ）はマイク
ロ波発振器から発振されるマイクロ波を示す。

【図３】パルス状マイクロ波によるプラズマ発生状態を
示す断面図であり、図３の（ａ）はマイクロ波の発振オ
ン時における高密度プラズマ発生状態を示し、図３の
（ｂ）はマイクロ波の発振オフ時におけるプラズマ残存
状態を示す。

【図４】石英放電管の温度上昇を示す線図である。

【図５】従来のプラズマエッチング装置の一例を示す断
面図である。

【図６】図５のプラズマエッチング装置によるマイクロ
波の発振状態を示す線図である。

【図７】石英放電管の侵食状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１…プラズマエッチング装置、 ２，３…耐食システ
ム、 ２０…マイクロ発振器、 ２１…パルス発生器、
３０…循環パイプ、 ３１…濾過器、 ３２…バルブ
コントローラ、 ３３…油面レベルセンサ、 ３４…Ｐ
Ｈセンサ、 ３５…圧力センサ、 ３６…冷却器、 １
００…チャンバ、 １１０…石英放電管、１３０…Ｘ−
Ｙ駆動機構、 Ａ…耐食性オイル、 Ｇ…活性種ガス、
Ｍ…マイクロ波。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀池 靖浩 東京都保谷市東伏見３丁目２番12号

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波又は高周波を用いて放電管内
   の反応性ガスをプラズマ放電させ、生成した活性種ガス
   により、被エッチング物の相対厚部を局部エッチングす
   るプラズマエッチング装置の耐食システムであって、 駆動時に上記マイクロ波又は高周波を連続的に発振可能
   な発振部と、 上記発振部の駆動をオン，オフ制御して、パルス状のマ
   イクロ波又は高周波を上記発振部から発振させる発振制
   御部とを具備することを特徴とするプラズマエッチング
   装置の耐食システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプラズマエッチング装
   置の耐食システムにおいて、 上記パルス状のマイクロ波又は高周波のデューティ比を
   ７５％以下のデューティ比に設定し、 上記パルス状のマイクロ波又は高周波のパルス周波数を
   １０ｋＨｚ以上に設定した、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載のプラズマ
   エッチング装置の耐食システムにおいて、 上記反応性ガスはハロゲン系ガスを含む、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食システ
   ム。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のプラズマエッチング装
   置の耐食システムにおいて、 上記ハロゲン系ガスは、四フッ化炭素ガス，六フッ化硫
   黄ガス，三フッ化窒素ガス，その他のフルオロカーボン
   系物質によるガスのいずれかである、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食システ
   ム。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載のプラズマエッチング装置の耐食システムにおいて、 上記放電管は、石英放電管，サファイヤ放電管，及びア
   ルミナ放電管のいずれかである、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食システ
   ム。
6. 【請求項６】 反応性ガスをプラズマ放電させて生成し
   た活性種ガスで被エッチング物の相対厚部を局部エッチ
   ングするプラズマエッチング装置の放電管に、パルス状
   のマイクロ波又は高周波を発振することにより、上記活
   性種ガスを生成する、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のプラズマエッチング装
   置の耐食方法において、 上記パルス状のマイクロ波又は高周波のデューティ比を
   ７５％以下のデューティ比に設定し、 上記パルス状のマイクロ波又は高周波のパルス周波数を
   １０ｋＨｚ以上に設定した、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食方法。
8. 【請求項８】 請求項６又は請求項７に記載のプラズマ
   エッチング装置の耐食方法において、 上記反応性ガスはハロゲン系ガスを含む、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のプラズマエッチング装
   置の耐食方法において、 上記ハロゲン系ガスは、四フッ化炭素ガス，六フッ化硫
   黄ガス，三フッ化窒素ガス，その他のフルオロカーボン
   系物質によるガスのいずれかである、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食方法。
10. 【請求項１０】 請求項６ないし請求項９のいずれかに
    記載のプラズマエッチング装置の耐食方法において、 上記放電管は、石英放電管，サファイヤ放電管，及びア
    ルミナ放電管のいずれかである、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食方法。
11. 【請求項１１】 チャンバ内に設けられた被エッチング
    物位置制御用駆動機構により所定位置に位置決めされる
    被エッチング物を、ハロゲン系ガスをプラズマ放電させ
    て生成した活性種ガスでエッチングするプラズマエッチ
    ング装置の耐食システムであって、 上記活性種ガスと反応しない耐食性オイルを上記チャン
    バ内に貯溜し、この耐食性オイルで上記被エッチング物
    位置制御用駆動機構を浸漬した、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食システ
    ム。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のプラズマエッチン
    グ装置の耐食システムにおいて、 上記ハロゲン系ガスは、四フッ化炭素ガス，六フッ化硫
    黄ガス，三フッ化窒素ガス，その他のフルオロカーボン
    系物質によるガスのいずれかであり、 上記耐食性オイルは、耐フッ素オイルであるパープルオ
    ロポリエーテル油である、
13. 【請求項１３】 請求項１１または請求項１２に記載の
    プラズマエッチング装置の耐食システムにおいて、 上記チャンバの外側に取り付けられ且つチャンバ内の耐
    食性オイルを循環させるオイル流通路と、 上記流通路に着脱自在に取り付けられ、上記耐食性オイ
    ル内に混入した異物を濾過する濾過器とを設けたことを
    特徴とするプラズマエッチング装置の耐食システム。
14. 【請求項１４】 請求項１１ないし請求項１３のいずれ
    かに記載のプラズマエッチング装置の耐食システムにお
    いて、 上記耐食性オイルをチャンバに供給するオイル供給器
    と、 上記耐食性オイルをチャンバから排出するオイル排出器
    と、 上記チャンバ内の耐食性オイルの油面位置を検出して、
    その検出信号を出力する油面レベルセンサと、 上記油面レベルセンサからの検出信号に基づいて、上記
    耐食性オイルの油面位置が所定基準位置に維持されるよ
    うに、上記オイル供給器とオイル排出器とを制御する第
    １の制御器とを設けたことを特徴とするプラズマエッチ
    ング装置の耐食システム。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載のプラズマエッチン
    グ装置の耐食システムにおいて、 上記耐食性オイルのＰＨを検出して、その検出信号を出
    力するＰＨセンサと、 上記ＰＨセンサからの検出信号に基づいて、上記耐食性
    オイルのＰＨが所定基準ＰＨ値以下になったときに上記
    オイル排出器を作動させる第２の制御器とを設けたこと
    を特徴とするプラズマエッチング装置の耐食システム。
16. 【請求項１６】 請求項１ないし請求項１５のいずれか
    に記載のプラズマエッチング装置の耐食システムにおい
    て、 上記耐食性オイルを所定温度に冷却する冷却器を設け
    た、 ことを特徴とするプラズマエッチング装置の耐食システ
    ム。