JPH11340149A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法Info
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- JPH11340149A JPH11340149A JP10147672A JP14767298A JPH11340149A JP H11340149 A JPH11340149 A JP H11340149A JP 10147672 A JP10147672 A JP 10147672A JP 14767298 A JP14767298 A JP 14767298A JP H11340149 A JPH11340149 A JP H11340149A
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】リアクタ内部の温度と壁面への反応性生物の堆
積状態を制御して、エッチング特性に経時的な変化を生
じさせることなく、プロセスの再現性・信頼性を、長期
間にわたって低コストで維持できるプラズマ処理装置を
提供する。 【解決手段】処理室１００内に設けられたUHF帯アンテ
ナ１１０から放射される電磁波と、処理室１００の周囲
に設置された磁場形成手段１０１で形成される磁場との
相互作用により、処理室内部にプラズマを発生してウエ
ハＷを処理するプラズマ処理装置において、処理室１０
０の側壁１０２にジャケット１０３が交換可能に保持さ
れ、側壁内面の温度をウエハよりも十分低い温度で一定
に制御する。また、リアクタ内部でバイアス印加が可能
な構成部品であるリング１１６、試料台リング１３２に
ついては、その少なくとも一部分にバイアスが印加され
る構造を設け、かつ部品全体の熱容量を十分に小さくす
る。
積状態を制御して、エッチング特性に経時的な変化を生
じさせることなく、プロセスの再現性・信頼性を、長期
間にわたって低コストで維持できるプラズマ処理装置を
提供する。 【解決手段】処理室１００内に設けられたUHF帯アンテ
ナ１１０から放射される電磁波と、処理室１００の周囲
に設置された磁場形成手段１０１で形成される磁場との
相互作用により、処理室内部にプラズマを発生してウエ
ハＷを処理するプラズマ処理装置において、処理室１０
０の側壁１０２にジャケット１０３が交換可能に保持さ
れ、側壁内面の温度をウエハよりも十分低い温度で一定
に制御する。また、リアクタ内部でバイアス印加が可能
な構成部品であるリング１１６、試料台リング１３２に
ついては、その少なくとも一部分にバイアスが印加され
る構造を設け、かつ部品全体の熱容量を十分に小さくす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
および処理方法に係り、特に半導体製造工程における微
細なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置お
よびプラズマ処理方法に関する。
および処理方法に係り、特に半導体製造工程における微
細なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置お
よびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程では、たとえば成膜、エ
ッチング、アッシングなどの微細加工プロセスで、プラ
ズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理によ
るプロセスは、真空チャンバー（リアクタ）内部に導入
されたプロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ
化し、半導体ウエハ表面で反応させて微細加工を行うと
ともに、揮発性の反応生成物を排気することにより、所
定の処理を行うものである。
ッチング、アッシングなどの微細加工プロセスで、プラ
ズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理によ
るプロセスは、真空チャンバー（リアクタ）内部に導入
されたプロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ
化し、半導体ウエハ表面で反応させて微細加工を行うと
ともに、揮発性の反応生成物を排気することにより、所
定の処理を行うものである。
【０００３】このプラズマ処理プロセスでは、リアクタ
内壁やウエハの温度、あるいは内壁への反応生成物の堆
積状態がプロセスに大きな影響を及ぼす。また、リアク
タ内部に堆積した反応生成物が剥離すると、発塵の原因
となって、素子特性の劣化や歩留まりの低下につなが
る。
内壁やウエハの温度、あるいは内壁への反応生成物の堆
積状態がプロセスに大きな影響を及ぼす。また、リアク
タ内部に堆積した反応生成物が剥離すると、発塵の原因
となって、素子特性の劣化や歩留まりの低下につなが
る。
【０００４】このため、プラズマ処理装置においては、
プロセスを安定に保ちかつ異物の発生を抑制するため
に、リアクタ内部の温度や表面への反応生成物の堆積を
制御することが重要である。
プロセスを安定に保ちかつ異物の発生を抑制するため
に、リアクタ内部の温度や表面への反応生成物の堆積を
制御することが重要である。
【０００５】たとえば、特開平８―１４４０７２号公報
には、シリコン酸化膜のドライエッチング工程における
選択比を向上させる目的で、リアクタ内部の各部の温度
を、エッチングステージの温度よりも１５０℃以上高い
１５０℃以上３００℃以下（望ましくは２００℃以上２
５０℃以下）の高温度値に±５℃以内の精度で制御保持
するドライエッチング装置が記載されている。このよう
にリアクタ内面各部の温度を高温に加熱制御すること
で、リアクタ内面へのプラズマ重合物の付着量が減少
し、半導体ウエハ上へのプラズマ重合物の付着量が増加
して、選択比が向上する。
には、シリコン酸化膜のドライエッチング工程における
選択比を向上させる目的で、リアクタ内部の各部の温度
を、エッチングステージの温度よりも１５０℃以上高い
１５０℃以上３００℃以下（望ましくは２００℃以上２
５０℃以下）の高温度値に±５℃以内の精度で制御保持
するドライエッチング装置が記載されている。このよう
にリアクタ内面各部の温度を高温に加熱制御すること
で、リアクタ内面へのプラズマ重合物の付着量が減少
し、半導体ウエハ上へのプラズマ重合物の付着量が増加
して、選択比が向上する。
【０００６】また、特開平５―２７５３８５号公報に
は、平行平板型のプラズマ処理装置において、クランプ
リング（被処理体保持手段）、フォーカスリング（プラ
ズマ集中手段）の少なくとも一方に、プラズマ処理によ
り生じる反応生成物が付着しない温度に昇温・維持させ
る加熱手段を設けた装置が記載されている。加熱手段と
しては抵抗発熱体を用いている。加熱により反応生成物
の付着が防止できるので、反応生成物の剥離や、被処理
体表面へのパーティクルの付着が低減される。
は、平行平板型のプラズマ処理装置において、クランプ
リング（被処理体保持手段）、フォーカスリング（プラ
ズマ集中手段）の少なくとも一方に、プラズマ処理によ
り生じる反応生成物が付着しない温度に昇温・維持させ
る加熱手段を設けた装置が記載されている。加熱手段と
しては抵抗発熱体を用いている。加熱により反応生成物
の付着が防止できるので、反応生成物の剥離や、被処理
体表面へのパーティクルの付着が低減される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、プラズ
マ処理装置では、チャンバー内壁面の温度や内壁表面へ
の反応生成物の堆積の制御が重要である。
マ処理装置では、チャンバー内壁面の温度や内壁表面へ
の反応生成物の堆積の制御が重要である。
【０００８】しかしながら、チャンバー内壁面、特に広
い面積をもつ側壁面の温度を２００℃〜２５０℃程度以
上の高温に設定すると、エッチング特性が内壁表面の温
度に非常に敏感となり、プロセスの再現性・信頼性が低
下しやすいという問題がある。
い面積をもつ側壁面の温度を２００℃〜２５０℃程度以
上の高温に設定すると、エッチング特性が内壁表面の温
度に非常に敏感となり、プロセスの再現性・信頼性が低
下しやすいという問題がある。
【０００９】たとえば、S.C. McNevin, et al., J. Va
c. Sci. Technol. B 15(2) Mar/Apr1997, p.21, 'Chemi
cal challenge of submicron oxide etching' には、誘
導結合型のプラズマにおいて、側壁温度が２００℃から
１７０℃に変化すると酸化膜エッチレートが５%以上増
加することが示されている。この理由としては、側壁温
度の低下により、より多くの炭素が壁に吸着するように
なり、ウエハー上への炭素の堆積が減少して、酸化膜エ
ッチレートが増加したものと推測されている。このよう
に、特に高密度プラズマでは、高温領域でプラズマがリ
アクタ内壁と強く相互作用するために、リアクタ内部の
温度バランスの変化により、内壁表面への反応生成物の
堆積や表面の組成変化が急速に進んで、エッチング特性
の変化としてあらわれることになる。
c. Sci. Technol. B 15(2) Mar/Apr1997, p.21, 'Chemi
cal challenge of submicron oxide etching' には、誘
導結合型のプラズマにおいて、側壁温度が２００℃から
１７０℃に変化すると酸化膜エッチレートが５%以上増
加することが示されている。この理由としては、側壁温
度の低下により、より多くの炭素が壁に吸着するように
なり、ウエハー上への炭素の堆積が減少して、酸化膜エ
ッチレートが増加したものと推測されている。このよう
に、特に高密度プラズマでは、高温領域でプラズマがリ
アクタ内壁と強く相互作用するために、リアクタ内部の
温度バランスの変化により、内壁表面への反応生成物の
堆積や表面の組成変化が急速に進んで、エッチング特性
の変化としてあらわれることになる。
【００１０】さらに、高温領域では、上記のプラズマと
内壁との相互作用が、温度変化に対して非常に敏感とな
る。たとえば、内壁面材料としてSiO2を用いた場合、 S
iO2のF原子によるエッチレートと壁温の間の熱力学的関
係式が報告されており、（D. L.Flamm, et al., J. App
l. Phys., 50, p.6211 (1979)）、この関係式を150℃以
上の温度領域に適用すると、壁温度が200℃から250℃以
上では、エッチレートが指数関数的に急激に増加してい
く。
内壁との相互作用が、温度変化に対して非常に敏感とな
る。たとえば、内壁面材料としてSiO2を用いた場合、 S
iO2のF原子によるエッチレートと壁温の間の熱力学的関
係式が報告されており、（D. L.Flamm, et al., J. App
l. Phys., 50, p.6211 (1979)）、この関係式を150℃以
上の温度領域に適用すると、壁温度が200℃から250℃以
上では、エッチレートが指数関数的に急激に増加してい
く。
【００１１】従って、このような高温領域では、温度制
御は、たとえば±５℃以内と高い精度が要求される。し
かしながら、内壁面は高密度なプラズマにさらされるわ
けであるから、壁面の温度をこのような高温領域で高精
度に制御するのは容易ではない。また、これを実現する
には、温度制御に、温度検出手段とヒータやランプなど
の加熱手段を用いることになるが、温度制御の機構・手
段がおおがかりになってしまう。さらに、このような高
温領域では内壁面には反応生成物は堆積しないので、壁
面はプラズマによりエッチングされて消耗する。したが
って、内壁面の部品を定期的に交換する必要があり、消
耗品のコスト上昇につながる。また、加熱に大きなエネ
ルギーを要するので、エネルギー消費の観点からも好ま
しくない。
御は、たとえば±５℃以内と高い精度が要求される。し
かしながら、内壁面は高密度なプラズマにさらされるわ
けであるから、壁面の温度をこのような高温領域で高精
度に制御するのは容易ではない。また、これを実現する
には、温度制御に、温度検出手段とヒータやランプなど
の加熱手段を用いることになるが、温度制御の機構・手
段がおおがかりになってしまう。さらに、このような高
温領域では内壁面には反応生成物は堆積しないので、壁
面はプラズマによりエッチングされて消耗する。したが
って、内壁面の部品を定期的に交換する必要があり、消
耗品のコスト上昇につながる。また、加熱に大きなエネ
ルギーを要するので、エネルギー消費の観点からも好ま
しくない。
【００１２】同様な問題は、ウエハや電極周囲のリング
の加熱についてもあてはまる。リングを加熱して昇温す
ることで反応生成物の付着は防止できるものの、抵抗発
熱体などの加熱機構は装置構成を複雑にさせる。また、
反応生成物の付着は防止できても、リングや内壁表面が
プラズマでエッチングされて消耗すると、構成材料その
ものが新たな発塵源となるおそれがある。さらにリング
や内壁面の部品が消耗するとこれらを定期的に交換する
必要があり、装置のランニングコスト上昇につながる。
の加熱についてもあてはまる。リングを加熱して昇温す
ることで反応生成物の付着は防止できるものの、抵抗発
熱体などの加熱機構は装置構成を複雑にさせる。また、
反応生成物の付着は防止できても、リングや内壁表面が
プラズマでエッチングされて消耗すると、構成材料その
ものが新たな発塵源となるおそれがある。さらにリング
や内壁面の部品が消耗するとこれらを定期的に交換する
必要があり、装置のランニングコスト上昇につながる。
【００１３】こうした課題を解決するひとつの方法が、
チャンバー内壁面をポリマーによる表面コーティング層
で保護することである。たとえば、特開平７―３１２３
６３には、ワークピース（被加工物）の支持台の温度を
チャンバーの壁面よりも高い状態で維持して、チャンバ
ー内壁面に表面コーティング層を形成させるプラズマエ
ッチング装置が記載されている。そして、コンタミナン
ト粒子をポリマーフィルム内に捕獲して蓄積すること
で、反応生成物によるコンタミナントのチャンバ内への
残留蓄積を低減するとされている。
チャンバー内壁面をポリマーによる表面コーティング層
で保護することである。たとえば、特開平７―３１２３
６３には、ワークピース（被加工物）の支持台の温度を
チャンバーの壁面よりも高い状態で維持して、チャンバ
ー内壁面に表面コーティング層を形成させるプラズマエ
ッチング装置が記載されている。そして、コンタミナン
ト粒子をポリマーフィルム内に捕獲して蓄積すること
で、反応生成物によるコンタミナントのチャンバ内への
残留蓄積を低減するとされている。
【００１４】しかしながら、この場合には壁面の保護を
目的とするものではなく、コンタミナント粒子の捕獲が
目的である。また、チャンバー内壁面に表面コーティン
グ層を形成させる際の温度は、ワークピース（被加工
物）よりも５℃以上低い値と記述されているのみであ
り、温度の範囲と制御の精度については考慮がなされて
いない。また、圧力範囲も数百mtorr（数１０Pa）の高
圧力のレンジである。しかしながら、膜の堆積温度は、
膜の組成や質を変化させ、膜の剥離強度や異物発生に影
響すると推測される。また、堆積膜の温度変動は、熱膨
張と収縮の繰り返しによりクラックの発生や剥離につな
がって、異物の原因となると予測され、温度制御の精度
は重要な因子である。また、数十mtorr以下（数Pa以
下）の圧力範囲では、高イオンエネルギー化や分子の平
均自由行程が長くなることで、膜堆積状況が異なると考
えられる。さらに、上記の公知例ではコンタミナントを
とりこんだコーティング層をプラズマ処理チャンバー壁
面から除去する必要があり、これが装置のスループット
や消耗品コストに直接影響するが、この点については考
慮がなされていない。
目的とするものではなく、コンタミナント粒子の捕獲が
目的である。また、チャンバー内壁面に表面コーティン
グ層を形成させる際の温度は、ワークピース（被加工
物）よりも５℃以上低い値と記述されているのみであ
り、温度の範囲と制御の精度については考慮がなされて
いない。また、圧力範囲も数百mtorr（数１０Pa）の高
圧力のレンジである。しかしながら、膜の堆積温度は、
膜の組成や質を変化させ、膜の剥離強度や異物発生に影
響すると推測される。また、堆積膜の温度変動は、熱膨
張と収縮の繰り返しによりクラックの発生や剥離につな
がって、異物の原因となると予測され、温度制御の精度
は重要な因子である。また、数十mtorr以下（数Pa以
下）の圧力範囲では、高イオンエネルギー化や分子の平
均自由行程が長くなることで、膜堆積状況が異なると考
えられる。さらに、上記の公知例ではコンタミナントを
とりこんだコーティング層をプラズマ処理チャンバー壁
面から除去する必要があり、これが装置のスループット
や消耗品コストに直接影響するが、この点については考
慮がなされていない。
【００１５】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、リアクタ内部の温度と反応生成物の
堆積を制御することにより、エッチング特性に経時的な
変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・信頼性
を、長期間にわたってかつ低コストで維持できるプラズ
マ処理装置を提供することを目的とする。
されたものであり、リアクタ内部の温度と反応生成物の
堆積を制御することにより、エッチング特性に経時的な
変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・信頼性
を、長期間にわたってかつ低コストで維持できるプラズ
マ処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題について鋭意研究を重ねた結果、リアクタ内の圧力が
数Pa以下の領域で、リアクタ内壁面の温度をウエハより
も十分低い温度で、しかも一定温度に制御したときに、
内壁面に強固なコーティング膜が形成されることを見出
した。さらに詳細な分析の結果、このコーティング膜
は、膜形成時の温度が低いほどポリマー重合が進んでい
ること、および膜形成時の温度を一定に制御することで
しっかりした層状の構造が形成されること、したがって
膜表面の剥離や損傷がみられず発塵の原因とはならない
ことを知見した。
題について鋭意研究を重ねた結果、リアクタ内の圧力が
数Pa以下の領域で、リアクタ内壁面の温度をウエハより
も十分低い温度で、しかも一定温度に制御したときに、
内壁面に強固なコーティング膜が形成されることを見出
した。さらに詳細な分析の結果、このコーティング膜
は、膜形成時の温度が低いほどポリマー重合が進んでい
ること、および膜形成時の温度を一定に制御することで
しっかりした層状の構造が形成されること、したがって
膜表面の剥離や損傷がみられず発塵の原因とはならない
ことを知見した。
【００１７】なお、上記においてリアクタ内壁面の温度
が「ウエハよりも十分低く一定」とは、ウエハよりも５
℃以上低い範囲で、望ましくは２０℃以上低い範囲で、
±１０℃以内の精度で制御することを意味している。ま
た、ウエハの処理中の温度がおよそ１００℃から１１０
℃程度である場合には、温度範囲は１００℃以下、望ま
しくは８０℃以下を意味している。
が「ウエハよりも十分低く一定」とは、ウエハよりも５
℃以上低い範囲で、望ましくは２０℃以上低い範囲で、
±１０℃以内の精度で制御することを意味している。ま
た、ウエハの処理中の温度がおよそ１００℃から１１０
℃程度である場合には、温度範囲は１００℃以下、望ま
しくは８０℃以下を意味している。
【００１８】ところで一方、リアクタ内部においては、
上記のような低温領域での制御が困難な部分あるいは構
成部品も存在する。本発明者らは、このような個所につ
いても検討を重ねた結果、発熱抵抗体のような複雑な加
熱機構を有することなく、その温度や表面への反応生成
物の堆積を制御する方法を見出すに至った。
上記のような低温領域での制御が困難な部分あるいは構
成部品も存在する。本発明者らは、このような個所につ
いても検討を重ねた結果、発熱抵抗体のような複雑な加
熱機構を有することなく、その温度や表面への反応生成
物の堆積を制御する方法を見出すに至った。
【００１９】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
ものであり、真空処理室と、プラズマ発生装置と、処理
室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該真空処理室
内で処理される試料を保持する電極と、該真空処理室を
減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置におい
て、前記処理ガスにプラズマ放電により重合膜が形成さ
れるような組成のガスを少なくとも1種類以上含み、前
記処理室内でプラズマ放電により前記処理ガスをプラズ
マ化し、前記処理室の内部でプラズマに接する内壁面
（あるいは内部構成部品の表面）の少なくとも一部分
を、試料よりも十分に低い温度で一定に制御して、処理
室内壁面に強固な重合膜を形成させることを特徴とす
る。
ものであり、真空処理室と、プラズマ発生装置と、処理
室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該真空処理室
内で処理される試料を保持する電極と、該真空処理室を
減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置におい
て、前記処理ガスにプラズマ放電により重合膜が形成さ
れるような組成のガスを少なくとも1種類以上含み、前
記処理室内でプラズマ放電により前記処理ガスをプラズ
マ化し、前記処理室の内部でプラズマに接する内壁面
（あるいは内部構成部品の表面）の少なくとも一部分
を、試料よりも十分に低い温度で一定に制御して、処理
室内壁面に強固な重合膜を形成させることを特徴とす
る。
【００２０】本発明の他の特徴は、前記の重合膜を形成
させる内壁面の温度を、試料よりも５℃以上、望ましく
は２０℃以上低い範囲で、±１０℃以内の精度で、制御
することにある。
させる内壁面の温度を、試料よりも５℃以上、望ましく
は２０℃以上低い範囲で、±１０℃以内の精度で、制御
することにある。
【００２１】本発明の他の特徴は、前記の重合膜を形成
させる処理室内壁面の温度を、０℃以上１００℃以下、
望ましくは２０℃以上８０℃以下の範囲で、±１０℃以
内の精度で、制御することにある。
させる処理室内壁面の温度を、０℃以上１００℃以下、
望ましくは２０℃以上８０℃以下の範囲で、±１０℃以
内の精度で、制御することにある。
【００２２】本発明の他の特徴は、前記の処理室内の処
理圧力を０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下、望ましくは０．
５Ｐａ以上４Ｐａ以下とすることにある。
理圧力を０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下、望ましくは０．
５Ｐａ以上４Ｐａ以下とすることにある。
【００２３】本発明の他の特徴は、前記の重合膜を形成
させる処理室内壁面を構成する部材を、容易に交換可能
な構造とすることにある。
させる処理室内壁面を構成する部材を、容易に交換可能
な構造とすることにある。
【００２４】本発明の他の特徴は、前記の処理室内壁面
に形成された重合膜の成長を抑制する処理プロセスを含
むことにある。
に形成された重合膜の成長を抑制する処理プロセスを含
むことにある。
【００２５】本発明のさらに他の特徴は、真空処理室
と、プラズマ発生装置と、処理室にガスを供給する処理
ガス供給手段と、該真空処理室内で処理される試料を保
持する電極と、該真空処理室を減圧する真空排気系とを
有するプラズマ処理装置において、上記処理室の内部で
プラズマに接する構成部品（あるいは内壁面）を、その
少なくとも一部分にバイアスが印加され、かつその熱容
量を十分に小さくし、かつその表面積を小さくするよう
に構成することにある。
と、プラズマ発生装置と、処理室にガスを供給する処理
ガス供給手段と、該真空処理室内で処理される試料を保
持する電極と、該真空処理室を減圧する真空排気系とを
有するプラズマ処理装置において、上記処理室の内部で
プラズマに接する構成部品（あるいは内壁面）を、その
少なくとも一部分にバイアスが印加され、かつその熱容
量を十分に小さくし、かつその表面積を小さくするよう
に構成することにある。
【００２６】本発明の他の特徴は、上記の処理室の内部
でプラズマに接する構成部品の温度を、１００℃以上２
５０℃以下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範
囲で調整することにあり、さらに処理室の処理圧力を
０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下、望ましくは０．５Ｐａ以
上４Ｐａ以下とすることにある。
でプラズマに接する構成部品の温度を、１００℃以上２
５０℃以下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範
囲で調整することにあり、さらに処理室の処理圧力を
０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下、望ましくは０．５Ｐａ以
上４Ｐａ以下とすることにある。
【００２７】本発明の他の特徴は、前記内壁構成部品の
形状がリング状であり、当該部品のプラズマに接する表
面積が処理室内壁の全面積の２０％以下であることにあ
る。
形状がリング状であり、当該部品のプラズマに接する表
面積が処理室内壁の全面積の２０％以下であることにあ
る。
【００２８】本発明の他の特徴は、上記の処理室の内部
でプラズマに接してその少なくとも一部分にバイアスが
印加される構成部品の形状がリング状であり、その厚み
が６ｍｍ以下、内径が試料径以上であることにある。
でプラズマに接してその少なくとも一部分にバイアスが
印加される構成部品の形状がリング状であり、その厚み
が６ｍｍ以下、内径が試料径以上であることにある。
【００２９】本発明のさらに他の特徴は、前記のプラズ
マ処理装置において、前記内壁構成部品のプラズマに接
する側の近傍に赤外光吸収体を形成するように構成し
て、当該部品の温度を赤外線照射手段により遠隔的に制
御することにある。
マ処理装置において、前記内壁構成部品のプラズマに接
する側の近傍に赤外光吸収体を形成するように構成し
て、当該部品の温度を赤外線照射手段により遠隔的に制
御することにある。
【００３０】本発明の他の特徴は、上記の赤外線照射で
温度制御される部品の温度を、１００℃以上２５０℃以
下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲で、±
１０℃以内の精度で、制御することにある。
温度制御される部品の温度を、１００℃以上２５０℃以
下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲で、±
１０℃以内の精度で、制御することにある。
【００３１】本発明のさらに他の特徴は、上記のプラズ
マ処理装置において、プラズマ発生装置が有磁場UHF帯
電磁波放射方式であることにある。
マ処理装置において、プラズマ発生装置が有磁場UHF帯
電磁波放射方式であることにある。
【００３２】本発明によれば、プラズマ放電により処理
ガスの一部が重合して、処理室内壁面のプラズマに接す
る部分あるいは部品の表面に、ポリマーによる表面コー
ティング層が形成される。そして、リアクタ内壁面の温
度をウエハよりも十分低い温度で一定温度に制御するこ
とで、このコーティング層のポリマー重合が進んでしっ
かりした層状の構造を形成することが可能となる。した
がって内壁面がプラズマによりエッチングされて消耗す
ることがないので、内壁面の部品交換の頻度が低減で
き、ランニングコスト低下が可能となる。また、このコ
ーティング層は、膜の組成が緊密であるので、プラズマ
にさらされても、表面に剥離や損傷が生じないので、発
塵の原因とはならない。
ガスの一部が重合して、処理室内壁面のプラズマに接す
る部分あるいは部品の表面に、ポリマーによる表面コー
ティング層が形成される。そして、リアクタ内壁面の温
度をウエハよりも十分低い温度で一定温度に制御するこ
とで、このコーティング層のポリマー重合が進んでしっ
かりした層状の構造を形成することが可能となる。した
がって内壁面がプラズマによりエッチングされて消耗す
ることがないので、内壁面の部品交換の頻度が低減で
き、ランニングコスト低下が可能となる。また、このコ
ーティング層は、膜の組成が緊密であるので、プラズマ
にさらされても、表面に剥離や損傷が生じないので、発
塵の原因とはならない。
【００３３】また、チャンバー内壁面の温度をウエハよ
りも低い温度領域に設定しているので、内壁面を２００
℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、プラズマと
内壁面との相互作用が弱く、しかも温度変化に対して敏
感とならない。このため、プロセスの再現性・信頼性が
長期間にわたって低下しにくく、また温度制御の精度も
たとえば±１０℃以内でよく、温度制御に複雑な機構を
用いることなく比較的容易に実現することが可能とな
る。
りも低い温度領域に設定しているので、内壁面を２００
℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、プラズマと
内壁面との相互作用が弱く、しかも温度変化に対して敏
感とならない。このため、プロセスの再現性・信頼性が
長期間にわたって低下しにくく、また温度制御の精度も
たとえば±１０℃以内でよく、温度制御に複雑な機構を
用いることなく比較的容易に実現することが可能とな
る。
【００３４】また、内壁面に所定の値を超える重合膜が
形成された場合にはこの膜を除去する必要がある。この
膜除去プロセスをクリーニングではなく、装置を大気開
放して重合膜が形成された処理室内壁面の構成部品を交
換して装置は再び稼動させ、膜の除去はチャンバから取
り出した後にウエットクリーニングなどでex-situに行
って内壁面を再生することで、装置の不稼動時間を低減
してスループットを低下させないとともに、部品の再生
と繰り返し使用により消耗品コストを低減できる効果が
ある。また、処理中に重合膜の成長を抑制するプロセス
を加えることで、装置の開放と清掃までの時間を延ばす
ことができる。
形成された場合にはこの膜を除去する必要がある。この
膜除去プロセスをクリーニングではなく、装置を大気開
放して重合膜が形成された処理室内壁面の構成部品を交
換して装置は再び稼動させ、膜の除去はチャンバから取
り出した後にウエットクリーニングなどでex-situに行
って内壁面を再生することで、装置の不稼動時間を低減
してスループットを低下させないとともに、部品の再生
と繰り返し使用により消耗品コストを低減できる効果が
ある。また、処理中に重合膜の成長を抑制するプロセス
を加えることで、装置の開放と清掃までの時間を延ばす
ことができる。
【００３５】一方、本発明のさらに他の特徴によれば、
リアクタ内部において、ウエハよりも十分に低い領域で
の温度制御が困難な部分あるいは構成部品については、
その少なくとも一部分にバイアスが印加される構造を設
け、かつ部品全体の熱容量を十分に小さくすることによ
り、ヒータやランプなどの複雑な機構を用いることなく
部品全体が高温領域に制御できるので、反応生成物の過
剰な堆積を抑制して反応生成物の剥離にともなう異物発
生を低減できる。また、部品の表面積を小さくすること
で、温度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑
制できる。さらに、上記の構成部品に印加されるバイア
スの程度を調整して、温度を１００℃以上２５０℃以
下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲に設定
することにより、およそ２５０℃以上の高温領域に設定
した場合に比べて温度変化に対して敏感ではないので、
構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的に影響し
ないレベルに小さくできる利点がある。
リアクタ内部において、ウエハよりも十分に低い領域で
の温度制御が困難な部分あるいは構成部品については、
その少なくとも一部分にバイアスが印加される構造を設
け、かつ部品全体の熱容量を十分に小さくすることによ
り、ヒータやランプなどの複雑な機構を用いることなく
部品全体が高温領域に制御できるので、反応生成物の過
剰な堆積を抑制して反応生成物の剥離にともなう異物発
生を低減できる。また、部品の表面積を小さくすること
で、温度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑
制できる。さらに、上記の構成部品に印加されるバイア
スの程度を調整して、温度を１００℃以上２５０℃以
下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲に設定
することにより、およそ２５０℃以上の高温領域に設定
した場合に比べて温度変化に対して敏感ではないので、
構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的に影響し
ないレベルに小さくできる利点がある。
【００３６】本発明のさらに他の特徴によれば、処理室
内部でプラズマに接する構成部品の温度を、赤外線照射
とガス熱伝達を用いて、より能動的に高温領域で高精度
に制御できるので、反応生成物の過剰な堆積を抑制して
反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できるとと
もに温度や表面状態の変動を抑制してプロセスに対する
影響を抑制できる。さらに、温度を１００℃以上２５０
℃以下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲で
±１０℃以内の精度で、制御することにより、およそ２
５０℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、温度変
化に対して敏感ではないので、構成部品の温度変動がさ
らに微細なプロセスに対しても実質的に影響しないレベ
ルに小さくできる利点がある。
内部でプラズマに接する構成部品の温度を、赤外線照射
とガス熱伝達を用いて、より能動的に高温領域で高精度
に制御できるので、反応生成物の過剰な堆積を抑制して
反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できるとと
もに温度や表面状態の変動を抑制してプロセスに対する
影響を抑制できる。さらに、温度を１００℃以上２５０
℃以下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲で
±１０℃以内の精度で、制御することにより、およそ２
５０℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、温度変
化に対して敏感ではないので、構成部品の温度変動がさ
らに微細なプロセスに対しても実質的に影響しないレベ
ルに小さくできる利点がある。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。図１は、本発明を、有磁場Ｕ
ＨＦ帯電磁波放射放電方式のプラズマエッチング装置へ
適用した実施例を示すもので、当該プラズマエッチング
装置の断面模式図である。
図面に基づいて説明する。図１は、本発明を、有磁場Ｕ
ＨＦ帯電磁波放射放電方式のプラズマエッチング装置へ
適用した実施例を示すもので、当該プラズマエッチング
装置の断面模式図である。
【００３８】図１において、処理室１００は、１０ー6Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度を達成可能な真空容器であり、その
上部にプラズマ発生手段としての電磁波を放射するアン
テナ１１０を、下部にはウエハなどの試料Ｗを載置する
下部電極１３０を、それぞれ備えている。アンテナ１１
０と下部電極１３０は、平行して対向する形で設置され
る。また、処理室１００の周囲には、電磁コイル１０１
Ａ、１０１Ｂ、ヨーク１０１Ｃからなる磁場形成手段１
０１が設置されており、所定の分布と強度をもつ磁場が
形成される。そして、アンテナ１１０から放射される電
磁波と磁場形成手段１０１で形成される磁場との相互作
用により、処理室内部に導入された処理ガスをプラズマ
化して、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。
ｏｒｒ程度の真空度を達成可能な真空容器であり、その
上部にプラズマ発生手段としての電磁波を放射するアン
テナ１１０を、下部にはウエハなどの試料Ｗを載置する
下部電極１３０を、それぞれ備えている。アンテナ１１
０と下部電極１３０は、平行して対向する形で設置され
る。また、処理室１００の周囲には、電磁コイル１０１
Ａ、１０１Ｂ、ヨーク１０１Ｃからなる磁場形成手段１
０１が設置されており、所定の分布と強度をもつ磁場が
形成される。そして、アンテナ１１０から放射される電
磁波と磁場形成手段１０１で形成される磁場との相互作
用により、処理室内部に導入された処理ガスをプラズマ
化して、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。
【００３９】処理室１００の側壁１０２には、側壁内面
の温度を制御するジャケット１０３が交換可能に保持さ
れる。そして、ジャケット１０３の内部には熱媒体供給
手段１０４から熱媒体が循環供給されて温度が制御され
る。ジャケットの温度は、０℃〜１００℃、望ましくは
２０℃〜８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度で制御さ
れる。一方、処理室１００は、真空室１０５に接続され
た真空排気系１０６により真空排気されて、処理室１０
０の内部が0.1Pa以上１０Pa以下、望ましくは0.5Ｐａ以
上４Ｐａ以下の所定の処理圧力に調整される。処理室１
００および真空室１０５はアース電位となっている。処
理室１００の側壁１０２、ジャケット１０３は重金属を
含まず熱伝導性のよいたとえばアルミニウムなどの非磁
性金属材料として、表面に耐プラズマ性のアルマイトな
どの表面処理を施してもよい。
の温度を制御するジャケット１０３が交換可能に保持さ
れる。そして、ジャケット１０３の内部には熱媒体供給
手段１０４から熱媒体が循環供給されて温度が制御され
る。ジャケットの温度は、０℃〜１００℃、望ましくは
２０℃〜８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度で制御さ
れる。一方、処理室１００は、真空室１０５に接続され
た真空排気系１０６により真空排気されて、処理室１０
０の内部が0.1Pa以上１０Pa以下、望ましくは0.5Ｐａ以
上４Ｐａ以下の所定の処理圧力に調整される。処理室１
００および真空室１０５はアース電位となっている。処
理室１００の側壁１０２、ジャケット１０３は重金属を
含まず熱伝導性のよいたとえばアルミニウムなどの非磁
性金属材料として、表面に耐プラズマ性のアルマイトな
どの表面処理を施してもよい。
【００４０】電磁波を放射するアンテナ1１０は、円板
状導電体1１１、誘電体1１２、誘電体リング1１３から
なり、真空容器の一部としてのハウジング1１４に保持
される。また、円板状導電体1１１のプラズマに接する
側の面にはプレート1１５が設置され、さらにその外周
にリング１１６が設置される。試料のエッチング、成膜
等の処理を行なう処理ガスは、ガス供給手段1１７から
所定の流量と混合比をもって供給され、円板状導電体1
１１とプレート1１５に設けられた多数の孔を通して、
所定の分布に制御されて、処理室１００に供給される。
状導電体1１１、誘電体1１２、誘電体リング1１３から
なり、真空容器の一部としてのハウジング1１４に保持
される。また、円板状導電体1１１のプラズマに接する
側の面にはプレート1１５が設置され、さらにその外周
にリング１１６が設置される。試料のエッチング、成膜
等の処理を行なう処理ガスは、ガス供給手段1１７から
所定の流量と混合比をもって供給され、円板状導電体1
１１とプレート1１５に設けられた多数の孔を通して、
所定の分布に制御されて、処理室１００に供給される。
【００４１】円板状導電体1１１には、アンテナ電源１
２１、アンテナ高周波電源１２２が、それぞれマッチン
グ回路・フィルタ系１２３、１２４を介して接続され、
またフィルタ１２５を通してアースに接続される。アン
テナ電源１２１は、望ましくは300 MHzから900 MHzのUH
F帯周波数の電力を供給し、アンテナ1１０からUHF帯の
電磁波が放射される。一方、アンテナ高周波電源１２２
は、円板状導電体1１１に、たとえば100kHz程度の低周
波、あるいは数MHzから10MHz程度の高周波のバイアスを
印加することで、円板状導電体1１１に接するプレート
１１５の表面での反応を制御する。プレート１１５はウ
エハと対向しているので、処理プロセスにもっとも大き
く影響するが、この面にバイアスを印加して反応生成物
を堆積させないことで、装置プロセスが安定化する。ま
た、たとえば、CF系のガスを用いた酸化膜エッチングに
おいて、プレート１１５の材質を、高純度のシリコンや
カーボンなどとすることで、プレート１１５の表面での
ＦラジカルやCFxラジカルの反応を制御して、ラジカル
の組成比を調整する。プレート１１５の下面とウエハＷ
の距離（以下、ギャップと呼ぶ）は、３０ｍｍ以上１５
０ｍｍ以下、望ましくは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下と
する。
２１、アンテナ高周波電源１２２が、それぞれマッチン
グ回路・フィルタ系１２３、１２４を介して接続され、
またフィルタ１２５を通してアースに接続される。アン
テナ電源１２１は、望ましくは300 MHzから900 MHzのUH
F帯周波数の電力を供給し、アンテナ1１０からUHF帯の
電磁波が放射される。一方、アンテナ高周波電源１２２
は、円板状導電体1１１に、たとえば100kHz程度の低周
波、あるいは数MHzから10MHz程度の高周波のバイアスを
印加することで、円板状導電体1１１に接するプレート
１１５の表面での反応を制御する。プレート１１５はウ
エハと対向しているので、処理プロセスにもっとも大き
く影響するが、この面にバイアスを印加して反応生成物
を堆積させないことで、装置プロセスが安定化する。ま
た、たとえば、CF系のガスを用いた酸化膜エッチングに
おいて、プレート１１５の材質を、高純度のシリコンや
カーボンなどとすることで、プレート１１５の表面での
ＦラジカルやCFxラジカルの反応を制御して、ラジカル
の組成比を調整する。プレート１１５の下面とウエハＷ
の距離（以下、ギャップと呼ぶ）は、３０ｍｍ以上１５
０ｍｍ以下、望ましくは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下と
する。
【００４２】円板状導電体1１１は、図示しない温度制
御手段、すなわちその内部を循環する熱媒体により温度
が所定の値に維持され、円板状導電体1１１に接するプ
レート１１５の表面温度が制御される。リング１１６
は、アンテナ高周波電源１２２によるバイアスで加熱さ
れて温度制御されるが、これについては後に詳しく述べ
る。
御手段、すなわちその内部を循環する熱媒体により温度
が所定の値に維持され、円板状導電体1１１に接するプ
レート１１５の表面温度が制御される。リング１１６
は、アンテナ高周波電源１２２によるバイアスで加熱さ
れて温度制御されるが、これについては後に詳しく述べ
る。
【００４３】処理室１００の下部には、アンテナ１１０
に対向して下部電極１３０が設けられている。下部電極
１３０には、400kHzから13.56MHzの範囲のバイアス電力
を供給するバイアス電源１４１がマッチング回路・フィ
ルタ系１４２を介して接続されて試料Ｗに印加するバイ
アスを制御するとともに、フィルタ１４３を介してアー
スに接続される。
に対向して下部電極１３０が設けられている。下部電極
１３０には、400kHzから13.56MHzの範囲のバイアス電力
を供給するバイアス電源１４１がマッチング回路・フィ
ルタ系１４２を介して接続されて試料Ｗに印加するバイ
アスを制御するとともに、フィルタ１４３を介してアー
スに接続される。
【００４４】下部電極１３０は、静電吸着装置１３１に
より、その上面、すなわち試料載置面にウエハなどの試
料Ｗを載置保持する。静電吸着装置１３１は、その上面
に静電吸着用誘電体層（以下、静電吸着膜と略称する）
が形成されている。そして、静電吸着用の直流電源１４
４とフィルタ１４５により数１００Ｖ〜数ｋＶの直流電
圧を印加して、静電吸着膜を介して試料Ｗと静電吸着装
置１１１との間に作用するクーロン力を発生させて、試
料Ｗを下部電極１３０上に吸着・保持する。静電吸着膜
としては、たとえば酸化アルミニウムや酸化アルミニウ
ムにチタン酸化物を混合した誘電体を用いる。
より、その上面、すなわち試料載置面にウエハなどの試
料Ｗを載置保持する。静電吸着装置１３１は、その上面
に静電吸着用誘電体層（以下、静電吸着膜と略称する）
が形成されている。そして、静電吸着用の直流電源１４
４とフィルタ１４５により数１００Ｖ〜数ｋＶの直流電
圧を印加して、静電吸着膜を介して試料Ｗと静電吸着装
置１１１との間に作用するクーロン力を発生させて、試
料Ｗを下部電極１３０上に吸着・保持する。静電吸着膜
としては、たとえば酸化アルミニウムや酸化アルミニウ
ムにチタン酸化物を混合した誘電体を用いる。
【００４５】さらに、試料Ｗは、その表面反応を制御す
るために、図示しない温度制御手段によりその表面温度
が所定の温度に制御される。このために、下部電極１３
０には、静電吸着装置１３１と試料Ｗの間の熱伝達性を
高めるために、不活性ガス、たとえばＨｅガスが所定の
流量と圧力に設定されて供給されている。これにより、
ウエハの温度は、最高でおよそ100℃〜110℃以下の範囲
に制御される。
るために、図示しない温度制御手段によりその表面温度
が所定の温度に制御される。このために、下部電極１３
０には、静電吸着装置１３１と試料Ｗの間の熱伝達性を
高めるために、不活性ガス、たとえばＨｅガスが所定の
流量と圧力に設定されて供給されている。これにより、
ウエハの温度は、最高でおよそ100℃〜110℃以下の範囲
に制御される。
【００４６】また、静電吸着装置１３１の上面の試料Ｗ
の外側部には、試料台リング１３２が設けられている。
試料台リング１３２には、ＳｉＣなどのセラミクスやカ
ーボン、シリコン、石英材料を用いる。試料台リング１
３２は、アルミナなどの絶縁体１３３で、静電吸着装置
１３１と絶縁される。さらに、試料台リング１３２に絶
縁体１３３を介してバイアス電源１４１からのバイアス
電力を一部漏洩させて加えることで、試料台リング１３
２へのバイアス印加を調整して、その表面での反応を制
御することも可能である。たとえば、CF系のガスを用い
た酸化膜エッチングにおいて、試料台リング１３２の材
質を高純度のシリコンとすれば、シリコンのスカベンジ
作用により試料台リング１３２の表面でのＦラジカルや
CFxラジカルの反応を調整して、特にウエハ外周部での
エッチング均一性を向上することができる。試料台リン
グ１３２は、バイアスにより加熱されるともに、伝熱ガ
スにより冷却されて、温度制御されるが、これについて
は後に詳しく述べる。
の外側部には、試料台リング１３２が設けられている。
試料台リング１３２には、ＳｉＣなどのセラミクスやカ
ーボン、シリコン、石英材料を用いる。試料台リング１
３２は、アルミナなどの絶縁体１３３で、静電吸着装置
１３１と絶縁される。さらに、試料台リング１３２に絶
縁体１３３を介してバイアス電源１４１からのバイアス
電力を一部漏洩させて加えることで、試料台リング１３
２へのバイアス印加を調整して、その表面での反応を制
御することも可能である。たとえば、CF系のガスを用い
た酸化膜エッチングにおいて、試料台リング１３２の材
質を高純度のシリコンとすれば、シリコンのスカベンジ
作用により試料台リング１３２の表面でのＦラジカルや
CFxラジカルの反応を調整して、特にウエハ外周部での
エッチング均一性を向上することができる。試料台リン
グ１３２は、バイアスにより加熱されるともに、伝熱ガ
スにより冷却されて、温度制御されるが、これについて
は後に詳しく述べる。
【００４７】本実施例によるプラズマエッチング装置は
以上のように構成されており、このプラズマエッチング
装置を用いて、たとえばシリコン酸化膜のエッチングを
行う場合の具体的なプロセスを、図１を用いて説明す
る。
以上のように構成されており、このプラズマエッチング
装置を用いて、たとえばシリコン酸化膜のエッチングを
行う場合の具体的なプロセスを、図１を用いて説明す
る。
【００４８】まず、処理の対象物であるウエハＷは、図
示していない試料搬入機構から処理室１００に搬入され
た後、下部電極１３０の上に載置・吸着される。そし
て、必要に応じて下部電極の高さが調整されて所定のギ
ャップに設定される。ついで、処理室１００内は真空排
気系１０６により真空排気されていく。一方、試料Ｗの
エッチング処理に必要なガス、たとえばＣ４Ｆ８とＡｒ
が、ガス供給手段１１７から、所定の流量と混合比、た
とえばＡｒ流量３００ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８流量９ｓｃｃ
ｍをもって、アンテナ１１０のプレート１１５から処理
室１００に供給される。同時に、処理室１００は真空排
気系１０６により排気され、処理室１００の内部が所定
の処理圧力、例えば１Ｐａになるように調整される。他
方、磁場形成手段１０１により、所定の分布と強度の磁
場が形成される。そして、アンテナ電源１２１によりア
ンテナ１１０からUHF帯の電磁波が放射され、磁場との
相互作用により処理室１００内にプラズマＰが生成され
る。このプラズマＰにより、処理ガスを解離させてイオ
ン・ラジカルを発生させ、さらにアンテナ高周波電源１
２２、バイアス電源１４１を制御して、ウェハＷにエッ
チング等の処理を行う。そして、エッチング処理の終了
にともない、電力および処理ガスの供給を停止してエッ
チングを終了する。
示していない試料搬入機構から処理室１００に搬入され
た後、下部電極１３０の上に載置・吸着される。そし
て、必要に応じて下部電極の高さが調整されて所定のギ
ャップに設定される。ついで、処理室１００内は真空排
気系１０６により真空排気されていく。一方、試料Ｗの
エッチング処理に必要なガス、たとえばＣ４Ｆ８とＡｒ
が、ガス供給手段１１７から、所定の流量と混合比、た
とえばＡｒ流量３００ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８流量９ｓｃｃ
ｍをもって、アンテナ１１０のプレート１１５から処理
室１００に供給される。同時に、処理室１００は真空排
気系１０６により排気され、処理室１００の内部が所定
の処理圧力、例えば１Ｐａになるように調整される。他
方、磁場形成手段１０１により、所定の分布と強度の磁
場が形成される。そして、アンテナ電源１２１によりア
ンテナ１１０からUHF帯の電磁波が放射され、磁場との
相互作用により処理室１００内にプラズマＰが生成され
る。このプラズマＰにより、処理ガスを解離させてイオ
ン・ラジカルを発生させ、さらにアンテナ高周波電源１
２２、バイアス電源１４１を制御して、ウェハＷにエッ
チング等の処理を行う。そして、エッチング処理の終了
にともない、電力および処理ガスの供給を停止してエッ
チングを終了する。
【００４９】さて、本実施例におけるプラズマ処理装置
は上記のように構成されているが、リアクタ内各部、特
に側壁１０３の内面およびリング１１６、試料台リング
１３２の温度制御および反応生成物の堆積制御につい
て、具体的に説明していく。
は上記のように構成されているが、リアクタ内各部、特
に側壁１０３の内面およびリング１１６、試料台リング
１３２の温度制御および反応生成物の堆積制御につい
て、具体的に説明していく。
【００５０】まず側壁１０３について、図１により説明
する。すでに説明したように、処理室１００の側壁１０
２の内側にはジャケット１０３が保持され、熱媒体によ
り温度制御が可能となっている。
する。すでに説明したように、処理室１００の側壁１０
２の内側にはジャケット１０３が保持され、熱媒体によ
り温度制御が可能となっている。
【００５１】本発明者らは、酸化膜エッチングを対象
に、処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＡｒの混合ガス系を用い
て圧力２Ｐａで実験した結果、リアクタ内壁面の温度を
ウエハ温度（およそ１００℃程度）よりも十分低い温度
である２５℃から８０℃の範囲で±１０℃以内の精度で
一定温度に制御したときに、内壁面に強固なコーティン
グ膜が形成されることを見出した。このような数十mtor
r以下（数Pa以下）の圧力範囲ではエネルギーの高いイ
オンが増加するので、膜堆積におけるイオンアシストの
効果が高まって、緊密な膜が形成されると考えられる。
堆積膜の状況は、側壁温度が低いと緻密で強固な膜が形
成され、側壁温度が高いとやや粗い構造であった。この
膜質変化を定量的に明らかにするために、側壁温度25
℃、50℃、80℃で堆積した膜の組成（元素濃度比）をＸ
ＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分析したところ、次のよう
な結果であった。
に、処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＡｒの混合ガス系を用い
て圧力２Ｐａで実験した結果、リアクタ内壁面の温度を
ウエハ温度（およそ１００℃程度）よりも十分低い温度
である２５℃から８０℃の範囲で±１０℃以内の精度で
一定温度に制御したときに、内壁面に強固なコーティン
グ膜が形成されることを見出した。このような数十mtor
r以下（数Pa以下）の圧力範囲ではエネルギーの高いイ
オンが増加するので、膜堆積におけるイオンアシストの
効果が高まって、緊密な膜が形成されると考えられる。
堆積膜の状況は、側壁温度が低いと緻密で強固な膜が形
成され、側壁温度が高いとやや粗い構造であった。この
膜質変化を定量的に明らかにするために、側壁温度25
℃、50℃、80℃で堆積した膜の組成（元素濃度比）をＸ
ＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分析したところ、次のよう
な結果であった。
【００５２】 側壁温度 Ｃ（％） Ｆ（％） Ｃ／Ｆ比 ２５℃ ４５．６ ５１．１ ０．８９ ５０℃ ４３．９ ５３．８ ０．８２ ８０℃ ４０．６ ５８．２ ０．７０ この結果からも明らかなように、側壁温度が低いほどカ
ーボンリッチな膜質となっている。また、ここでは示し
ていないが、Ｃ１ｓピークの分析から、側壁温度が低い
ほどカーボン同士の結合が進んでおり、ポリマー重合が
進んでいることもわかっている。これが、マクロには緻
密で強固な膜として観察されたと推測できる。
ーボンリッチな膜質となっている。また、ここでは示し
ていないが、Ｃ１ｓピークの分析から、側壁温度が低い
ほどカーボン同士の結合が進んでおり、ポリマー重合が
進んでいることもわかっている。これが、マクロには緻
密で強固な膜として観察されたと推測できる。
【００５３】またこの実験時には、側壁面の温度は±１
０℃以内の精度で制御されているので、膜の堆積中に温
度変動にともなう内部応力が発生せず、膜構造が緻密に
なると予測される。電子顕微鏡による観察の結果、しっ
かりした層状の構造が形成されていることを確認した。
この膜はきわめて緊密で強固であり、デポ堆積加速試験
で試験的におよそ２００ミクロンの膜厚にまで堆積させ
ても、テープ剥離や摩擦試験による膜のはがれは観察さ
れなかった。さらに、この膜はプラズマに対しても高い
耐性を示しており、プラズマ処理によっても膜表面の剥
離や損傷がみられず、発塵の原因とはならないことを知
見した。
０℃以内の精度で制御されているので、膜の堆積中に温
度変動にともなう内部応力が発生せず、膜構造が緻密に
なると予測される。電子顕微鏡による観察の結果、しっ
かりした層状の構造が形成されていることを確認した。
この膜はきわめて緊密で強固であり、デポ堆積加速試験
で試験的におよそ２００ミクロンの膜厚にまで堆積させ
ても、テープ剥離や摩擦試験による膜のはがれは観察さ
れなかった。さらに、この膜はプラズマに対しても高い
耐性を示しており、プラズマ処理によっても膜表面の剥
離や損傷がみられず、発塵の原因とはならないことを知
見した。
【００５４】このように、リアクタ内壁面の温度をウエ
ハ温度よりも十分低い温度で一定に制御することで、内
部に熱応力の発生しない強固な堆積膜をリアクタ側壁内
面に形成することができる。この膜は十分な耐プラズマ
性を有しており、反応生成物の剥離や試料表面へのパー
ティクルの付着が低減するので、リアクタ内壁の保護膜
として作用する。したがって、側壁は消耗したり損傷し
たりしないので、側壁の部品交換の頻度が低減でき、ラ
ンニングコストの低下につながる。また、側壁が堆積膜
で保護されるので、耐プラズマ性の高いＳｉＣなどのセ
ラミクスを使う必要がなく、部品コストの低減が可能と
なる。また、特に側壁温度を常温〜約５０℃程度の範囲
で制御すれば、側壁の加熱のためのエネルギーが少なく
てすむので、省エネルギーにもつながる効果がある。側
壁材料としては、重金属を含まずかつ熱伝導性のよい金
属、たとえばアルミを用いればよい。
ハ温度よりも十分低い温度で一定に制御することで、内
部に熱応力の発生しない強固な堆積膜をリアクタ側壁内
面に形成することができる。この膜は十分な耐プラズマ
性を有しており、反応生成物の剥離や試料表面へのパー
ティクルの付着が低減するので、リアクタ内壁の保護膜
として作用する。したがって、側壁は消耗したり損傷し
たりしないので、側壁の部品交換の頻度が低減でき、ラ
ンニングコストの低下につながる。また、側壁が堆積膜
で保護されるので、耐プラズマ性の高いＳｉＣなどのセ
ラミクスを使う必要がなく、部品コストの低減が可能と
なる。また、特に側壁温度を常温〜約５０℃程度の範囲
で制御すれば、側壁の加熱のためのエネルギーが少なく
てすむので、省エネルギーにもつながる効果がある。側
壁材料としては、重金属を含まずかつ熱伝導性のよい金
属、たとえばアルミを用いればよい。
【００５５】なお、堆積膜が存在しない初期状態では、
アルミが露出しているために、プラズマからダメージを
受けて表面が変質する可能性がある。そこでこれを防止
するために、表面に高分子材料をコーティングしてもよ
い。あるいは、アルミ表面をたとえばアルマイト処理し
て、さらに、アルマイト処理で生じた微細な孔を高分子
材料で封孔処理をしてもよい。もちろん、この封孔処理
はアルミのアルマイト処理に限らずに適用できる。この
ように、高分子による膜をアルミ表面と堆積膜との界面
に介在させることで、アルミ表面と堆積膜との密着性を
まして、堆積膜を剥離させにくくする効果もある。ま
た、プロセスによっては、膜が過剰に堆積する場合もあ
りうるが、この場合は、ウエハ処理後に短時間のプラズ
マクリーニングを併用して膜の堆積を制御することで、
膜の厚みを一定に保ってもよい。
アルミが露出しているために、プラズマからダメージを
受けて表面が変質する可能性がある。そこでこれを防止
するために、表面に高分子材料をコーティングしてもよ
い。あるいは、アルミ表面をたとえばアルマイト処理し
て、さらに、アルマイト処理で生じた微細な孔を高分子
材料で封孔処理をしてもよい。もちろん、この封孔処理
はアルミのアルマイト処理に限らずに適用できる。この
ように、高分子による膜をアルミ表面と堆積膜との界面
に介在させることで、アルミ表面と堆積膜との密着性を
まして、堆積膜を剥離させにくくする効果もある。ま
た、プロセスによっては、膜が過剰に堆積する場合もあ
りうるが、この場合は、ウエハ処理後に短時間のプラズ
マクリーニングを併用して膜の堆積を制御することで、
膜の厚みを一定に保ってもよい。
【００５６】次に、試料台リングについて説明する。す
でに図1の実施例で説明したように、試料台リング１３
２は、バイアス印加によりその表面での反応を制御する
ことで、特にウエハ外周部でのエッチング特性を均一に
できる。このとき、試料台リング１３２はバイアスによ
り加熱されるが、その表面における反応と膜の堆積を制
御するために、印加バイアスと温度を制御する必要があ
る。しかも、静電吸着装置１３１を組込んだ下部電極に
複雑な機構を組み込むことなく、印加バイアスならびに
温度の制御が可能であることが望ましい。これは、漏洩
バイアスの制御とバイアスによる加熱およびガス伝熱に
よる冷却のバランスにより具現化できる。この実施例
を、図２に示す下部電極１３０の断面図（右側半分）に
より説明する。
でに図1の実施例で説明したように、試料台リング１３
２は、バイアス印加によりその表面での反応を制御する
ことで、特にウエハ外周部でのエッチング特性を均一に
できる。このとき、試料台リング１３２はバイアスによ
り加熱されるが、その表面における反応と膜の堆積を制
御するために、印加バイアスと温度を制御する必要があ
る。しかも、静電吸着装置１３１を組込んだ下部電極に
複雑な機構を組み込むことなく、印加バイアスならびに
温度の制御が可能であることが望ましい。これは、漏洩
バイアスの制御とバイアスによる加熱およびガス伝熱に
よる冷却のバランスにより具現化できる。この実施例
を、図２に示す下部電極１３０の断面図（右側半分）に
より説明する。
【００５７】下部電極１３０は、試料Ｗを静電吸着装置
１３１により保持する。静電吸着装置１３１は、絶縁体
１３４によりアース１３５と絶縁される。本実施例で
は、試料台リング１３２を、静電吸着装置１３１に対し
て絶縁体１３３を介して設置することにより、バイアス
電源１４１から供給されるバイアス電力の一部を漏洩さ
せて加える構造としている。印加されるバイアスは、絶
縁体１３３の厚みや材質により調整できる。このような
バイアス印加構造とすることにより、下部電極１３０の
内部で試料台リング１３２への配線構造を設けたり、試
料台リング１３２に別のバイアス電源を接続したりする
必要がない。
１３１により保持する。静電吸着装置１３１は、絶縁体
１３４によりアース１３５と絶縁される。本実施例で
は、試料台リング１３２を、静電吸着装置１３１に対し
て絶縁体１３３を介して設置することにより、バイアス
電源１４１から供給されるバイアス電力の一部を漏洩さ
せて加える構造としている。印加されるバイアスは、絶
縁体１３３の厚みや材質により調整できる。このような
バイアス印加構造とすることにより、下部電極１３０の
内部で試料台リング１３２への配線構造を設けたり、試
料台リング１３２に別のバイアス電源を接続したりする
必要がない。
【００５８】また、静電吸着装置１３１は、温調用熱媒
体の循環（図示していない）により、所定の温度に維持
されている。そして、試料Ｗと静電吸着装置１３１の表
面の間には、伝熱用ガス（例えばＨｅガス等）の流路１
３６が形成され、伝熱用ガスが導入されることで熱伝導
が良好に保たれる。ここで、本実施例では、試料台リン
グ１３２、絶縁体１３３、静電吸着装置１３１の間にも
伝熱用ガスの流路１３６Ａ、１３６Ｂが形成される。そ
して、ウエハ冷却用伝熱ガスの一部が導入されて、接触
部での熱伝導が良好に保たれる。このため、試料台リン
グ１３２は、所定の温度に維持された静電吸着装置１３
１との間の熱伝達が良好に保たれて、温度が安定に保た
れる。この結果、試料台リング１３２へのバイアス印加
による温度変動が抑制され、試料台リング１３２におけ
る表面反応や試料の処理特性が安定化できる。また同時
に、バイアスによる加熱とイオンアシストにより反応生
成物の堆積が防止できるので、反応生成物の剥離や、試
料表面へのパーティクルの付着が低減される。
体の循環（図示していない）により、所定の温度に維持
されている。そして、試料Ｗと静電吸着装置１３１の表
面の間には、伝熱用ガス（例えばＨｅガス等）の流路１
３６が形成され、伝熱用ガスが導入されることで熱伝導
が良好に保たれる。ここで、本実施例では、試料台リン
グ１３２、絶縁体１３３、静電吸着装置１３１の間にも
伝熱用ガスの流路１３６Ａ、１３６Ｂが形成される。そ
して、ウエハ冷却用伝熱ガスの一部が導入されて、接触
部での熱伝導が良好に保たれる。このため、試料台リン
グ１３２は、所定の温度に維持された静電吸着装置１３
１との間の熱伝達が良好に保たれて、温度が安定に保た
れる。この結果、試料台リング１３２へのバイアス印加
による温度変動が抑制され、試料台リング１３２におけ
る表面反応や試料の処理特性が安定化できる。また同時
に、バイアスによる加熱とイオンアシストにより反応生
成物の堆積が防止できるので、反応生成物の剥離や、試
料表面へのパーティクルの付着が低減される。
【００５９】このように、試料台リングは、漏洩バイア
スの印加とバイアスによる加熱とガス伝熱による冷却の
バランスにより、簡単な構造で表面反応や温度と膜堆積
の制御が可能となり、処理の長期安定化と異物の低減を
図ることができる。
スの印加とバイアスによる加熱とガス伝熱による冷却の
バランスにより、簡単な構造で表面反応や温度と膜堆積
の制御が可能となり、処理の長期安定化と異物の低減を
図ることができる。
【００６０】なお、本実施例では、伝熱用ガスにより熱
伝達を確保したが、たとえば熱導電性シートなど、他の
熱伝達手段を用いてもよい。
伝達を確保したが、たとえば熱導電性シートなど、他の
熱伝達手段を用いてもよい。
【００６１】次に、アンテナ１１０について説明する。
すでに図1の実施例で述べたように、円板状導電体1１１
にはアンテナ高周波電源１２２が接続されて100kHz程度
または数MHzから10MHz程度のバイアスが印加される。ま
た、円板状導電体1１１の温度は熱媒体により所定の値
に維持される。したがって、円板状導電体1１１に接す
るプレート１１５は、バイアスが印加されるとともにそ
の表面温度も制御される。プレート１１５はウエハと対
向しているので、処理プロセスにもっとも大きく影響す
るが、この面にバイアスを印加して反応生成物を堆積さ
せず、さらにプレートの材質に高純度のシリコンを用い
てスカベンジ作用による表面反応を用いることで、プロ
セスを安定化することができる。
すでに図1の実施例で述べたように、円板状導電体1１１
にはアンテナ高周波電源１２２が接続されて100kHz程度
または数MHzから10MHz程度のバイアスが印加される。ま
た、円板状導電体1１１の温度は熱媒体により所定の値
に維持される。したがって、円板状導電体1１１に接す
るプレート１１５は、バイアスが印加されるとともにそ
の表面温度も制御される。プレート１１５はウエハと対
向しているので、処理プロセスにもっとも大きく影響す
るが、この面にバイアスを印加して反応生成物を堆積さ
せず、さらにプレートの材質に高純度のシリコンを用い
てスカベンジ作用による表面反応を用いることで、プロ
セスを安定化することができる。
【００６２】一方、プレート１１５の外周部のリング１
１６は、プレート１１５と同様にアンテナ高周波電源１
２２によるバイアスで加熱し、さらにリング１１６の熱
容量を小さくすることで温度変化の応答性を高めてい
る。これを図３を用いて説明する。
１６は、プレート１１５と同様にアンテナ高周波電源１
２２によるバイアスで加熱し、さらにリング１１６の熱
容量を小さくすることで温度変化の応答性を高めてい
る。これを図３を用いて説明する。
【００６３】図３は、リング１１６の温度制御方法を示
した実施例である。本実施例では、リング１１６の形状
を薄くして、かつプレート１１５にその一部分がかか
り、かつ誘電リング１１３やプレート１１５との熱的な
接触が少なくなるように構成されている。この場合、プ
レート１１５にアンテナ高周波電力を印加すると、プレ
ート１１５へのバイアスにより、イオンが図中の矢印の
ようにリング１１６の表面に引き込まれる。本実施例で
は、ヒータやランプなどの加熱機構を用いていないの
で、機構が複雑にならない利点がある。
した実施例である。本実施例では、リング１１６の形状
を薄くして、かつプレート１１５にその一部分がかか
り、かつ誘電リング１１３やプレート１１５との熱的な
接触が少なくなるように構成されている。この場合、プ
レート１１５にアンテナ高周波電力を印加すると、プレ
ート１１５へのバイアスにより、イオンが図中の矢印の
ようにリング１１６の表面に引き込まれる。本実施例で
は、ヒータやランプなどの加熱機構を用いていないの
で、機構が複雑にならない利点がある。
【００６４】リング１１６のバイアス印加部分の幅ｗ
は、バイアスによる加熱が効率よく行えるように、たと
えば１０ｍｍ以上とする。リング１１６の厚みは、バイ
アスで有効に加熱されるためにはたとえば６ｍｍ以下、
望ましくは４ｍｍ以下とする。このように薄い形状とす
ることで、リング１１６の熱容量が小さくなる。この結
果、リング全体をおよそ１００℃以上２５０℃以下、望
ましくは１５０℃以上２００℃以下に加熱することが可
能となる。この結果、反応生成物の堆積が抑制されて、
反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できる。ま
た、この温度範囲では、およそ２５０℃以上の高温領域
に比べて表面反応の変化が温度変化に対して敏感ではな
いので、構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的
に影響しないレベルに小さくできる利点がある。
は、バイアスによる加熱が効率よく行えるように、たと
えば１０ｍｍ以上とする。リング１１６の厚みは、バイ
アスで有効に加熱されるためにはたとえば６ｍｍ以下、
望ましくは４ｍｍ以下とする。このように薄い形状とす
ることで、リング１１６の熱容量が小さくなる。この結
果、リング全体をおよそ１００℃以上２５０℃以下、望
ましくは１５０℃以上２００℃以下に加熱することが可
能となる。この結果、反応生成物の堆積が抑制されて、
反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できる。ま
た、この温度範囲では、およそ２５０℃以上の高温領域
に比べて表面反応の変化が温度変化に対して敏感ではな
いので、構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的
に影響しないレベルに小さくできる利点がある。
【００６５】リング１１６の厚みは、デポ膜の堆積を抑
制でき、しかもリング表面がイオンでスパッタされて消
耗しないように、アンテナバイアスのパワー・周波数、
リング１１６の材質、リング１１６への反応生成物の堆
積速度などとのバランスで決定される。また、図中に示
したように、バイアスが印加される部分以外は厚みを薄
くして、リング全体の熱容量をさらに小さくしてもよ
い。このように、リング１１６の熱容量を小さくするこ
とで、処理の初期段階の短い時間で応答性よく温度が上
昇するので、処理特性への影響が小さい。また、リング
１１６の内径ｄは、試料の直径よりも大きいことが望ま
しい。リアクタの内径は試料の１．５倍程度になるか
ら、試料径３００ｍｍの場合は、リングの幅ｓはおよそ
５０ｍｍから７０ｍｍとなり、その表面積はリアクタ内
壁面全体に対してたとえば２０％以下と十分に小さくな
る。このように、部品の表面積を小さくすることで、温
度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑制でき
る。しかもリング１１６はウエハよりも外周部に位置し
ているので、そのプロセスへの影響はさらに小さくな
る。
制でき、しかもリング表面がイオンでスパッタされて消
耗しないように、アンテナバイアスのパワー・周波数、
リング１１６の材質、リング１１６への反応生成物の堆
積速度などとのバランスで決定される。また、図中に示
したように、バイアスが印加される部分以外は厚みを薄
くして、リング全体の熱容量をさらに小さくしてもよ
い。このように、リング１１６の熱容量を小さくするこ
とで、処理の初期段階の短い時間で応答性よく温度が上
昇するので、処理特性への影響が小さい。また、リング
１１６の内径ｄは、試料の直径よりも大きいことが望ま
しい。リアクタの内径は試料の１．５倍程度になるか
ら、試料径３００ｍｍの場合は、リングの幅ｓはおよそ
５０ｍｍから７０ｍｍとなり、その表面積はリアクタ内
壁面全体に対してたとえば２０％以下と十分に小さくな
る。このように、部品の表面積を小さくすることで、温
度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑制でき
る。しかもリング１１６はウエハよりも外周部に位置し
ているので、そのプロセスへの影響はさらに小さくな
る。
【００６６】ところで、上記の実施例は、プラズマによ
る受動的な加熱であるため、ある程度の温度変動はさけ
られない。この変動は現状のプロセスでは影響が顕在化
しなくても、処理プロセスの微細化により、エッチング
特性に影響を及ぼす可能性があり、この場合にはランプ
やヒータなどによる積極的な温度制御機構が必要とな
る。図４には、ランプ加熱による温度制御機構の実施例
を示す。
る受動的な加熱であるため、ある程度の温度変動はさけ
られない。この変動は現状のプロセスでは影響が顕在化
しなくても、処理プロセスの微細化により、エッチング
特性に影響を及ぼす可能性があり、この場合にはランプ
やヒータなどによる積極的な温度制御機構が必要とな
る。図４には、ランプ加熱による温度制御機構の実施例
を示す。
【００６７】本実施例においては、誘電体リング１１３
Ａの一部が、上記リング１１６と同様の構造１１６Ａで
バイアスが印加できるように構成されており、さらに誘
電体リング１１３Ａのプラズマに近い側に、赤外光・遠
赤外光を吸収するたとえばアルミナ薄膜などの赤外吸収
体１５１が形成されている。そして、赤外線放射手段１
５２から赤外光・遠赤外光が放射され、赤外透過窓１５
３、誘電体リング１１３Ａを通過して、赤外吸収体１５
１で吸収され、リング１１６を加熱する。赤外吸収体１
５１は赤外線により遠隔的に加熱できるので、赤外線吸
収体１５１を誘電体リング１１３Ａのプラズマに近い側
に設置することで、誘電体リング１２３のプラズマにさ
らされる表面の温度をより高精度に制御することが可能
となる。また、加熱機構に赤外線の吸収を用いているた
め、発熱抵抗体による加熱に比べて応答性がよい利点が
ある。さらに、バイアス印加部１１６Ａにより、誘電体
リング１１３Ａはバイアスによっても加熱されるので、
温度の応答性が向上する。
Ａの一部が、上記リング１１６と同様の構造１１６Ａで
バイアスが印加できるように構成されており、さらに誘
電体リング１１３Ａのプラズマに近い側に、赤外光・遠
赤外光を吸収するたとえばアルミナ薄膜などの赤外吸収
体１５１が形成されている。そして、赤外線放射手段１
５２から赤外光・遠赤外光が放射され、赤外透過窓１５
３、誘電体リング１１３Ａを通過して、赤外吸収体１５
１で吸収され、リング１１６を加熱する。赤外吸収体１
５１は赤外線により遠隔的に加熱できるので、赤外線吸
収体１５１を誘電体リング１１３Ａのプラズマに近い側
に設置することで、誘電体リング１２３のプラズマにさ
らされる表面の温度をより高精度に制御することが可能
となる。また、加熱機構に赤外線の吸収を用いているた
め、発熱抵抗体による加熱に比べて応答性がよい利点が
ある。さらに、バイアス印加部１１６Ａにより、誘電体
リング１１３Ａはバイアスによっても加熱されるので、
温度の応答性が向上する。
【００６８】一方、赤外線放射手段１５２はホルダ１５
４に設置されるが、ホルダ１５４と誘電体リング１１３
Ａの間には隙間が設けられ、その隙間にガス供給手段１
５５を通して、温度制御用の伝熱ガスが供給される。伝
熱ガスは、真空封止手段１５６Ａ、１５６Ｂで封止され
る。このガス伝熱により、誘電体リング１１３Ａはホル
ダ１５４を通して放熱される。したがって、たとえば処
理開始時にはバイアスとランプにより加熱し、処理中に
はガス伝熱により放熱させることで、温度制御の精度が
向上する。この結果、誘電体リング１２３の温度をおよ
そ１００℃から２５０℃、望ましくは１５０℃から２０
０℃の範囲で±５〜１０℃程度の精度で制御できる。こ
の温度では、膜の堆積が減少するため、膜の剥離による
異物発生が抑制される。また、誘電体リング１１３Ａの
表面状態が温度に対して依存性が大きくない領域である
ので、表面状態が変化せず、長期的に安定したプラズマ
処理が可能となる。
４に設置されるが、ホルダ１５４と誘電体リング１１３
Ａの間には隙間が設けられ、その隙間にガス供給手段１
５５を通して、温度制御用の伝熱ガスが供給される。伝
熱ガスは、真空封止手段１５６Ａ、１５６Ｂで封止され
る。このガス伝熱により、誘電体リング１１３Ａはホル
ダ１５４を通して放熱される。したがって、たとえば処
理開始時にはバイアスとランプにより加熱し、処理中に
はガス伝熱により放熱させることで、温度制御の精度が
向上する。この結果、誘電体リング１２３の温度をおよ
そ１００℃から２５０℃、望ましくは１５０℃から２０
０℃の範囲で±５〜１０℃程度の精度で制御できる。こ
の温度では、膜の堆積が減少するため、膜の剥離による
異物発生が抑制される。また、誘電体リング１１３Ａの
表面状態が温度に対して依存性が大きくない領域である
ので、表面状態が変化せず、長期的に安定したプラズマ
処理が可能となる。
【００６９】上記の図３、図４の実施例はいずれも、プ
ラズマに接するリング１１６、誘電体リング１１３Ａを
加熱して膜の堆積を減少させるものであったが、プラズ
マに接するリングを、図１で説明した側壁内面と同様
に、ウエハ温度よりも低い温度に一定に制御して安定な
堆積膜を形成することも可能である。図５は、この実施
例を示し、誘電体リング１１３Ｂを、冷媒による温度制
御で２０℃〜１００℃程度の範囲で制御するものであ
る。
ラズマに接するリング１１６、誘電体リング１１３Ａを
加熱して膜の堆積を減少させるものであったが、プラズ
マに接するリングを、図１で説明した側壁内面と同様
に、ウエハ温度よりも低い温度に一定に制御して安定な
堆積膜を形成することも可能である。図５は、この実施
例を示し、誘電体リング１１３Ｂを、冷媒による温度制
御で２０℃〜１００℃程度の範囲で制御するものであ
る。
【００７０】この実施例では、誘電体リング１１３Ｂに
設けられた冷媒流路１６１に、熱媒体供給手段１６２か
ら温度制御用の冷媒が供給される。冷媒は、封止手段１
６３で封止される。誘電体リング１１３Ｂの温度は、図
示していない温度コントローラや温度検出器により、所
定の値に維持する。このような構成により、プラズマ処
理時に、誘電体リング１１３Ｂの温度を２０℃〜１００
℃程度の範囲に維持することができる。このため、誘電
体リング１２３の表面に安定した強固な反応生成物の膜
が堆積するので、誘電体リング１２３の表面が削られて
消耗することはない。また、プロセスによって膜が過剰
に堆積する場合は、プラズマクリーニングを併用して、
膜を一定の厚みに保ってもよい。
設けられた冷媒流路１６１に、熱媒体供給手段１６２か
ら温度制御用の冷媒が供給される。冷媒は、封止手段１
６３で封止される。誘電体リング１１３Ｂの温度は、図
示していない温度コントローラや温度検出器により、所
定の値に維持する。このような構成により、プラズマ処
理時に、誘電体リング１１３Ｂの温度を２０℃〜１００
℃程度の範囲に維持することができる。このため、誘電
体リング１２３の表面に安定した強固な反応生成物の膜
が堆積するので、誘電体リング１２３の表面が削られて
消耗することはない。また、プロセスによって膜が過剰
に堆積する場合は、プラズマクリーニングを併用して、
膜を一定の厚みに保ってもよい。
【００７１】なお、前記の各実施例は、いずれも有磁場
UHF帯電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合で
あったが、放射される電磁波はUHF帯以外にも、たとえ
ば2.45GHzのマイクロ波や、あるいは数10MHzから300MHz
程度までのVHF帯でもよい。また、磁場はかならずしも
必須ではなく、たとえば無磁場マイクロ波放電でもよ
い。さらに、上記以外にも、たとえば磁場を用いたマグ
ネトロン型のプラズマ処理装置や平行平板型の容量結合
方式プラズマ処理装置、あるいは誘導結合型のプラズマ
処理装置などに、前記の各実施例を適用できる。
UHF帯電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合で
あったが、放射される電磁波はUHF帯以外にも、たとえ
ば2.45GHzのマイクロ波や、あるいは数10MHzから300MHz
程度までのVHF帯でもよい。また、磁場はかならずしも
必須ではなく、たとえば無磁場マイクロ波放電でもよ
い。さらに、上記以外にも、たとえば磁場を用いたマグ
ネトロン型のプラズマ処理装置や平行平板型の容量結合
方式プラズマ処理装置、あるいは誘導結合型のプラズマ
処理装置などに、前記の各実施例を適用できる。
【００７２】図６は、本発明を、磁場を用いたＲＩＥ装
置（マグネトロンＲＩＥ装置やMagnetically Enhanced
RIE装置）に適用した例である。真空容器としての処理
室１００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置
する下部電極１３０と、これに対向して接地される上部
電極２０１を備え、また真空容器内に所定のガスを導入
するガス供給手段１１７と、真空容器内を減圧排気する
真空排気系１０６と、前記下部電極と上部電極の間に電
界を発生させる電界発生手段２０３と、真空容器内に磁
界を発生させる磁界発生手段２０２を備えている。磁界
発生手段２０２は、複数の永久磁石またはコイルが処理
室１００の外周にリング状に配置され、処理室内部に電
極に対してほぼ平行な磁場を形成する。そして、電極間
に発生する電界により処理ガスをプラズマ化して、プラ
ズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。さらに、マグネ
トロンＲＩＥでは、磁界発生手段２０２により電界とほ
ぼ直交する方向に磁場が形成されるので、電子とプラズ
マ中の分子・原子との衝突頻度が高まって、プラズマ密
度が増加し、高いエッチング特性が得られる。
置（マグネトロンＲＩＥ装置やMagnetically Enhanced
RIE装置）に適用した例である。真空容器としての処理
室１００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置
する下部電極１３０と、これに対向して接地される上部
電極２０１を備え、また真空容器内に所定のガスを導入
するガス供給手段１１７と、真空容器内を減圧排気する
真空排気系１０６と、前記下部電極と上部電極の間に電
界を発生させる電界発生手段２０３と、真空容器内に磁
界を発生させる磁界発生手段２０２を備えている。磁界
発生手段２０２は、複数の永久磁石またはコイルが処理
室１００の外周にリング状に配置され、処理室内部に電
極に対してほぼ平行な磁場を形成する。そして、電極間
に発生する電界により処理ガスをプラズマ化して、プラ
ズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。さらに、マグネ
トロンＲＩＥでは、磁界発生手段２０２により電界とほ
ぼ直交する方向に磁場が形成されるので、電子とプラズ
マ中の分子・原子との衝突頻度が高まって、プラズマ密
度が増加し、高いエッチング特性が得られる。
【００７３】本実施例では、図１で述べた実施例と同様
に、側壁１０２に側壁内面の温度を制御するジャケット
１０３が交換可能に保持され、ジャケット１０３の内部
に熱媒体供給手段１０４から熱媒体が循環供給されて、
ジャケットの温度が０℃〜約１００℃、望ましくは２０
℃〜約８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度で制御され
る。ジャケット１０３は、たとえばアルマイト処理を施
したアルミニウムで構成する。
に、側壁１０２に側壁内面の温度を制御するジャケット
１０３が交換可能に保持され、ジャケット１０３の内部
に熱媒体供給手段１０４から熱媒体が循環供給されて、
ジャケットの温度が０℃〜約１００℃、望ましくは２０
℃〜約８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度で制御され
る。ジャケット１０３は、たとえばアルマイト処理を施
したアルミニウムで構成する。
【００７４】このような構成により、リアクタ内壁面を
ウエハ温度よりも十分低い温度で一定に制御できるの
で、リアクタ側壁内面に強固な堆積膜を形成できる。こ
の膜は十分な耐プラズマ性を有しており、リアクタ内壁
の保護膜として作用し、反応生成物の剥離や試料表面へ
のパーティクルの付着が低減する。したがって、側壁は
消耗したり損傷したりしないので、側壁の部品交換の頻
度が低減でき、ランニングコストの低下につながるとと
もに、耐プラズマ性の高いＳｉＣなどのセラミクスを使
う必要がなく、部品コストの低減が可能となる。
ウエハ温度よりも十分低い温度で一定に制御できるの
で、リアクタ側壁内面に強固な堆積膜を形成できる。こ
の膜は十分な耐プラズマ性を有しており、リアクタ内壁
の保護膜として作用し、反応生成物の剥離や試料表面へ
のパーティクルの付着が低減する。したがって、側壁は
消耗したり損傷したりしないので、側壁の部品交換の頻
度が低減でき、ランニングコストの低下につながるとと
もに、耐プラズマ性の高いＳｉＣなどのセラミクスを使
う必要がなく、部品コストの低減が可能となる。
【００７５】また、本実施例では、図１、図２で述べた
実施例と同様に、試料台リング１３２に、電界発生手段
２０３から供給されるバイアス電力の一部を漏洩させる
構造とし、さらにガス伝熱により冷却することで、試料
台リング１３２における表面反応や試料の処理特性が安
定化できる。また同時に、バイアスによる加熱とイオン
アシストにより反応生成物の堆積が防止できるので、反
応生成物の剥離や試料表面へのパーティクルの付着が低
減される。
実施例と同様に、試料台リング１３２に、電界発生手段
２０３から供給されるバイアス電力の一部を漏洩させる
構造とし、さらにガス伝熱により冷却することで、試料
台リング１３２における表面反応や試料の処理特性が安
定化できる。また同時に、バイアスによる加熱とイオン
アシストにより反応生成物の堆積が防止できるので、反
応生成物の剥離や試料表面へのパーティクルの付着が低
減される。
【００７６】図７は、本発明を、平行平板型プラズマ処
理装置に適用した例である。真空容器としての処理室１
００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置する
下部電極１３０と、これに対向する上部電極２１０、お
よび上部電極２１０に電力を供給して電極間に電界を発
生させる電界発生手段２２１とを備えている。所定の処
理ガスが処理室１００内にガス供給手段１１７より供給
され、真空排気系１０６で真空容器内が減圧排気され
る。そして、電極間に発生する電界により処理ガスをプ
ラズマ化して、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理す
る。上部電極２１０は、電極板２１１が絶縁体２１２、
２１３で絶縁されてハウジング２１４に保持される。ま
た、電極板２１１のプラズマに接する側の面にはプレー
ト２１５が、その外周にはシールドリング２１６が設置
される。シールドリング２１６は、絶縁体２１２、２１
３をプラズマから保護すると同時に、試料台リング１３
２と対をなして、プラズマＰを処理室１００に封じ込め
ることでプラズマ密度を向上させて、高いエッチング特
性を得る。
理装置に適用した例である。真空容器としての処理室１
００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置する
下部電極１３０と、これに対向する上部電極２１０、お
よび上部電極２１０に電力を供給して電極間に電界を発
生させる電界発生手段２２１とを備えている。所定の処
理ガスが処理室１００内にガス供給手段１１７より供給
され、真空排気系１０６で真空容器内が減圧排気され
る。そして、電極間に発生する電界により処理ガスをプ
ラズマ化して、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理す
る。上部電極２１０は、電極板２１１が絶縁体２１２、
２１３で絶縁されてハウジング２１４に保持される。ま
た、電極板２１１のプラズマに接する側の面にはプレー
ト２１５が、その外周にはシールドリング２１６が設置
される。シールドリング２１６は、絶縁体２１２、２１
３をプラズマから保護すると同時に、試料台リング１３
２と対をなして、プラズマＰを処理室１００に封じ込め
ることでプラズマ密度を向上させて、高いエッチング特
性を得る。
【００７７】本実施例では、図１で述べた実施例と同様
に、側壁１０２の内面の温度がジャケット１０３により
０℃〜約１００℃、望ましくは２０℃〜約８０℃の範囲
で、±１０℃以内の精度で制御されるため、耐プラズマ
性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保護膜と
して作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交換の頻
度の低減が可能となる。また、試料台リング１３２につ
いても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、表面反
応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の堆積を
防止してパーティクル発生が低減される。さらにシール
ドリング２１６は、図３の実施例と同様に、その形状が
薄く、かつプレート１１５に対してシールドリング２１
６の一部分がかかり、かつ他部品との熱的な接触が少な
くなるように構成されている。このため、プレート１１
５に電力を印加すると、シールドリング２１６がセルフ
バイアスによるイオンにより加熱され、反応生成物の堆
積が抑制されて、異物発生を低減できる。
に、側壁１０２の内面の温度がジャケット１０３により
０℃〜約１００℃、望ましくは２０℃〜約８０℃の範囲
で、±１０℃以内の精度で制御されるため、耐プラズマ
性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保護膜と
して作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交換の頻
度の低減が可能となる。また、試料台リング１３２につ
いても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、表面反
応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の堆積を
防止してパーティクル発生が低減される。さらにシール
ドリング２１６は、図３の実施例と同様に、その形状が
薄く、かつプレート１１５に対してシールドリング２１
６の一部分がかかり、かつ他部品との熱的な接触が少な
くなるように構成されている。このため、プレート１１
５に電力を印加すると、シールドリング２１６がセルフ
バイアスによるイオンにより加熱され、反応生成物の堆
積が抑制されて、異物発生を低減できる。
【００７８】図８は、本発明を、誘導結合型のプラズマ
処理装置に適用した例である。真空容器としての処理室
１００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置す
る下部電極１３０と、天板２３０とを備えており、真空
排気系１０６で減圧排気される。天板２３０の上部に
は、誘導放電用コイル２３１が配置され、高周波電源２
３２から高周波電力を供給する。処理ガスはガス供給手
段１１７より供給され、誘導放電用コイル２３１による
誘導放電でプラズマ化されて、プラズマＰが発生し、試
料Ｗを処理する。誘導結合型のプラズマ処理装置では、
天板にシリコンを用いてプロセスを安定化させたり、た
とえばファラデーシールドや磁場などの手段でプラズマ
と壁との相互作用を抑制することで、側壁をウエハより
も低温としても高いエッチング特性が安定して得られ
る。
処理装置に適用した例である。真空容器としての処理室
１００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置す
る下部電極１３０と、天板２３０とを備えており、真空
排気系１０６で減圧排気される。天板２３０の上部に
は、誘導放電用コイル２３１が配置され、高周波電源２
３２から高周波電力を供給する。処理ガスはガス供給手
段１１７より供給され、誘導放電用コイル２３１による
誘導放電でプラズマ化されて、プラズマＰが発生し、試
料Ｗを処理する。誘導結合型のプラズマ処理装置では、
天板にシリコンを用いてプロセスを安定化させたり、た
とえばファラデーシールドや磁場などの手段でプラズマ
と壁との相互作用を抑制することで、側壁をウエハより
も低温としても高いエッチング特性が安定して得られ
る。
【００７９】本実施例では、図１で述べた実施例と同様
に、側壁１０２の内面の温度がジャケット１０３により
０℃〜約１００℃、望ましくは２０℃〜約８０℃の範囲
で、±１０℃以内の精度で制御される。このため、耐プ
ラズマ性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保
護膜として作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交
換の頻度の低減が可能となる。また、試料台リング１３
２についても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、
表面反応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の
堆積を防止してパーティクル発生が低減される。
に、側壁１０２の内面の温度がジャケット１０３により
０℃〜約１００℃、望ましくは２０℃〜約８０℃の範囲
で、±１０℃以内の精度で制御される。このため、耐プ
ラズマ性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保
護膜として作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交
換の頻度の低減が可能となる。また、試料台リング１３
２についても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、
表面反応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の
堆積を防止してパーティクル発生が低減される。
【００８０】なお、前記の各実施例は、いずれも処理対
象が半導体ウエハであり、これに対するエッチング処理
の場合であったが、本発明はこれに限らず、例えば処理
対象が液晶基板の場合にも適用でき、また処理自体もエ
ッチングに限らず、たとえばスパッタリングややＣＶＤ
処理に対しても適用可能である。
象が半導体ウエハであり、これに対するエッチング処理
の場合であったが、本発明はこれに限らず、例えば処理
対象が液晶基板の場合にも適用でき、また処理自体もエ
ッチングに限らず、たとえばスパッタリングややＣＶＤ
処理に対しても適用可能である。
【００８１】
【発明の効果】本発明によれば、リアクタ内部の温度と
壁面の状態を制御することにより、エッチング特性に経
時的な変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・
信頼性を、長期間にわたって低コストで維持できるプラ
ズマ処理装置を提供することができる。
壁面の状態を制御することにより、エッチング特性に経
時的な変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・
信頼性を、長期間にわたって低コストで維持できるプラ
ズマ処理装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例になる、プラズマエッチング
装置の断面模式図である。
装置の断面模式図である。
【図２】本発明の一実施例である、試料台リングの温度
制御方法を示す図である。
制御方法を示す図である。
【図３】本発明の一実施例である、リングの温度制御方
法を示す図である。
法を示す図である。
【図４】本発明の一実施例である、赤外ランプによるリ
ングの温度の制御方法を示す図である。
ングの温度の制御方法を示す図である。
【図５】本発明の一実施例である、冷媒によるリングの
温度制御方法を示す図である。
温度制御方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施例になる、有磁場ＲＩＥプラズ
マエッチング装置の断面模式図である。
マエッチング装置の断面模式図である。
【図７】本発明の一実施例になる、平行平板型プラズマ
エッチング装置の断面模式図である。
エッチング装置の断面模式図である。
【図８】本発明の一実施例になる、誘導結合型プラズマ
エッチング装置の断面模式図である。
エッチング装置の断面模式図である。
１００…処理室、１０１…磁場形成手段、１０２…処理
室側壁、１０３…ジャケット、１０４…ガス供給手段、
１０５…真空室、１０６…真空排気系、１１０…アンテ
ナ、１１０…円板状導電体、１１２…誘電体、１１３…
誘電体リング、１１５…プレート、１１６…温度制御手
段、１１７…ガス供給手段、１２１…アンテナ電源、１
２２…アンテナ高周波電源、１３０…下部電極、１３１
…静電吸着装置、１３２…試料台リング、１３３…絶縁
体、１４１…バイアス電源、１５１…赤外吸収体、１５
２…赤外線放射手段、１５３…赤外透過窓、１５５…ガ
ス供給手段、１４２…静電吸着装置、１４３…絶縁体、
１４７…冷媒流路、
室側壁、１０３…ジャケット、１０４…ガス供給手段、
１０５…真空室、１０６…真空排気系、１１０…アンテ
ナ、１１０…円板状導電体、１１２…誘電体、１１３…
誘電体リング、１１５…プレート、１１６…温度制御手
段、１１７…ガス供給手段、１２１…アンテナ電源、１
２２…アンテナ高周波電源、１３０…下部電極、１３１
…静電吸着装置、１３２…試料台リング、１３３…絶縁
体、１４１…バイアス電源、１５１…赤外吸収体、１５
２…赤外線放射手段、１５３…赤外透過窓、１５５…ガ
ス供給手段、１４２…静電吸着装置、１４３…絶縁体、
１４７…冷媒流路、
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年８月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方
法
法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
および処理方法に係り、特に半導体製造工程における微
細なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置お
よびプラズマ処理方法に関する。
および処理方法に係り、特に半導体製造工程における微
細なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置お
よびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程では、たとえば成膜、エ
ッチング、アッシングなどの微細加工プロセスで、プラ
ズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理によ
るプロセスは、真空チャンバー（リアクタ）内部に導入
されたプロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ
化し、半導体ウエハ表面で反応させて微細加工を行うと
ともに、揮発性の反応生成物を排気することにより、所
定の処理を行うものである。
ッチング、アッシングなどの微細加工プロセスで、プラ
ズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理によ
るプロセスは、真空チャンバー（リアクタ）内部に導入
されたプロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ
化し、半導体ウエハ表面で反応させて微細加工を行うと
ともに、揮発性の反応生成物を排気することにより、所
定の処理を行うものである。
【０００３】このプラズマ処理プロセスでは、リアクタ
内壁やウエハの温度、あるいは内壁への反応生成物の堆
積状態がプロセスに大きな影響を及ぼす。また、リアク
タ内部に堆積した反応生成物が剥離すると、発塵の原因
となって、素子特性の劣化や歩留まりの低下につなが
る。
内壁やウエハの温度、あるいは内壁への反応生成物の堆
積状態がプロセスに大きな影響を及ぼす。また、リアク
タ内部に堆積した反応生成物が剥離すると、発塵の原因
となって、素子特性の劣化や歩留まりの低下につなが
る。
【０００４】このため、プラズマ処理装置においては、
プロセスを安定に保ちかつ異物の発生を抑制するため
に、リアクタ内部の温度や表面への反応生成物の堆積を
制御することが重要である。
プロセスを安定に保ちかつ異物の発生を抑制するため
に、リアクタ内部の温度や表面への反応生成物の堆積を
制御することが重要である。
【０００５】たとえば、特開平８―１４４０７２号公報
には、シリコン酸化膜のドライエッチング工程における
選択比を向上させる目的で、リアクタ内部の各部の温度
を、エッチングステージの温度よりも１５０℃以上高い
１５０℃以上３００℃以下（望ましくは２００℃以上２
５０℃以下）の高温度値に±５℃以内の精度で制御保持
するドライエッチング装置が記載されている。このよう
にリアクタ内面各部の温度を高温に加熱制御すること
で、リアクタ内面へのプラズマ重合物の付着量が減少
し、半導体ウエハ上へのプラズマ重合物の付着量が増加
して、選択比が向上する。
には、シリコン酸化膜のドライエッチング工程における
選択比を向上させる目的で、リアクタ内部の各部の温度
を、エッチングステージの温度よりも１５０℃以上高い
１５０℃以上３００℃以下（望ましくは２００℃以上２
５０℃以下）の高温度値に±５℃以内の精度で制御保持
するドライエッチング装置が記載されている。このよう
にリアクタ内面各部の温度を高温に加熱制御すること
で、リアクタ内面へのプラズマ重合物の付着量が減少
し、半導体ウエハ上へのプラズマ重合物の付着量が増加
して、選択比が向上する。
【０００６】また、特開平５―２７５３８５号公報に
は、平行平板型のプラズマ処理装置において、クランプ
リング（被処理体保持手段）、フォーカスリング（プラ
ズマ集中手段）の少なくとも一方に、プラズマ処理によ
り生じる反応生成物が付着しない温度に昇温・維持させ
る加熱手段を設けた装置が記載されている。加熱手段と
しては抵抗発熱体を用いている。加熱により反応生成物
の付着が防止できるので、反応生成物の剥離や、被処理
体表面へのパーティクルの付着が低減される。
は、平行平板型のプラズマ処理装置において、クランプ
リング（被処理体保持手段）、フォーカスリング（プラ
ズマ集中手段）の少なくとも一方に、プラズマ処理によ
り生じる反応生成物が付着しない温度に昇温・維持させ
る加熱手段を設けた装置が記載されている。加熱手段と
しては抵抗発熱体を用いている。加熱により反応生成物
の付着が防止できるので、反応生成物の剥離や、被処理
体表面へのパーティクルの付着が低減される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、プラズ
マ処理装置では、チャンバー内壁面の温度や内壁表面へ
の反応生成物の堆積の制御が重要である。
マ処理装置では、チャンバー内壁面の温度や内壁表面へ
の反応生成物の堆積の制御が重要である。
【０００８】しかしながら、チャンバー内壁面、特に広
い面積をもつ側壁面の温度を２００℃〜２５０℃程度以
上の高温に設定すると、エッチング特性が内壁表面の温
度に非常に敏感となり、プロセスの再現性・信頼性が低
下しやすいという問題がある。
い面積をもつ側壁面の温度を２００℃〜２５０℃程度以
上の高温に設定すると、エッチング特性が内壁表面の温
度に非常に敏感となり、プロセスの再現性・信頼性が低
下しやすいという問題がある。
【０００９】たとえば、S.C. McNevin, et al., J. Va
c. Sci. Technol. B 15(2) Mar/Apr1997, p.21, 'Chemi
cal challenge of submicron oxide etching' には、誘
導結合型のプラズマにおいて、側壁温度が２００℃から
１７０℃に変化すると酸化膜エッチレートが５%以上増
加することが示されている。この理由としては、側壁温
度の低下により、より多くの炭素が壁に吸着するように
なり、ウエハー上への炭素の堆積が減少して、酸化膜エ
ッチレートが増加したものと推測されている。このよう
に、特に高密度プラズマでは、高温領域でプラズマがリ
アクタ内壁と強く相互作用するために、リアクタ内部の
温度バランスの変化により、内壁表面への反応生成物の
堆積や表面の組成変化が急速に進んで、エッチング特性
の変化としてあらわれることになる。
c. Sci. Technol. B 15(2) Mar/Apr1997, p.21, 'Chemi
cal challenge of submicron oxide etching' には、誘
導結合型のプラズマにおいて、側壁温度が２００℃から
１７０℃に変化すると酸化膜エッチレートが５%以上増
加することが示されている。この理由としては、側壁温
度の低下により、より多くの炭素が壁に吸着するように
なり、ウエハー上への炭素の堆積が減少して、酸化膜エ
ッチレートが増加したものと推測されている。このよう
に、特に高密度プラズマでは、高温領域でプラズマがリ
アクタ内壁と強く相互作用するために、リアクタ内部の
温度バランスの変化により、内壁表面への反応生成物の
堆積や表面の組成変化が急速に進んで、エッチング特性
の変化としてあらわれることになる。
【００１０】さらに、高温領域では、上記のプラズマと
内壁との相互作用が、温度変化に対して非常に敏感とな
る。たとえば、内壁面材料としてSiO2を用いた場合、 S
iO2のF原子によるエッチレートと壁温の間の熱力学的関
係式が報告されており、（D. L.Flamm, et al., J. App
l. Phys., 50, p.6211 (1979)）、この関係式を150℃以
上の温度領域に適用すると、壁温度が200℃から250℃以
上では、エッチレートが指数関数的に急激に増加してい
く。
内壁との相互作用が、温度変化に対して非常に敏感とな
る。たとえば、内壁面材料としてSiO2を用いた場合、 S
iO2のF原子によるエッチレートと壁温の間の熱力学的関
係式が報告されており、（D. L.Flamm, et al., J. App
l. Phys., 50, p.6211 (1979)）、この関係式を150℃以
上の温度領域に適用すると、壁温度が200℃から250℃以
上では、エッチレートが指数関数的に急激に増加してい
く。
【００１１】従って、このような高温領域では、温度制
御は、たとえば±５℃以内と高い精度が要求される。し
かしながら、内壁面は高密度なプラズマにさらされるわ
けであるから、壁面の温度をこのような高温領域で高精
度に制御するのは容易ではない。また、これを実現する
には、温度制御に、温度検出手段とヒータやランプなど
の加熱手段を用いることになるが、温度制御の機構・手
段がおおがかりになってしまう。さらに、このような高
温領域では内壁面には反応生成物は堆積しないので、壁
面はプラズマによりエッチングされて消耗する。したが
って、内壁面の部品を定期的に交換する必要があり、消
耗品のコスト上昇につながる。また、加熱に大きなエネ
ルギーを要するので、エネルギー消費の観点からも好ま
しくない。
御は、たとえば±５℃以内と高い精度が要求される。し
かしながら、内壁面は高密度なプラズマにさらされるわ
けであるから、壁面の温度をこのような高温領域で高精
度に制御するのは容易ではない。また、これを実現する
には、温度制御に、温度検出手段とヒータやランプなど
の加熱手段を用いることになるが、温度制御の機構・手
段がおおがかりになってしまう。さらに、このような高
温領域では内壁面には反応生成物は堆積しないので、壁
面はプラズマによりエッチングされて消耗する。したが
って、内壁面の部品を定期的に交換する必要があり、消
耗品のコスト上昇につながる。また、加熱に大きなエネ
ルギーを要するので、エネルギー消費の観点からも好ま
しくない。
【００１２】同様な問題は、ウエハや電極周囲のリング
の加熱についてもあてはまる。リングを加熱して昇温す
ることで反応生成物の付着は防止できるものの、抵抗発
熱体などの加熱機構は装置構成を複雑にさせる。また、
反応生成物の付着は防止できても、リングや内壁表面が
プラズマでエッチングされて消耗すると、構成材料その
ものが新たな発塵源となるおそれがある。さらにリング
や内壁面の部品が消耗するとこれらを定期的に交換する
必要があり、装置のランニングコスト上昇につながる。
の加熱についてもあてはまる。リングを加熱して昇温す
ることで反応生成物の付着は防止できるものの、抵抗発
熱体などの加熱機構は装置構成を複雑にさせる。また、
反応生成物の付着は防止できても、リングや内壁表面が
プラズマでエッチングされて消耗すると、構成材料その
ものが新たな発塵源となるおそれがある。さらにリング
や内壁面の部品が消耗するとこれらを定期的に交換する
必要があり、装置のランニングコスト上昇につながる。
【００１３】こうした課題を解決するひとつの方法が、
チャンバー内壁面をポリマーによる表面コーティング層
で保護することである。たとえば、特開平７―３１２３
６３には、ワークピース（被加工物）の支持台の温度を
チャンバーの壁面よりも高い状態で維持して、チャンバ
ー内壁面に表面コーティング層を形成させるプラズマエ
ッチング装置が記載されている。そして、コンタミナン
ト粒子をポリマーフィルム内に捕獲して蓄積すること
で、反応生成物によるコンタミナントのチャンバ内への
残留蓄積を低減するとされている。
チャンバー内壁面をポリマーによる表面コーティング層
で保護することである。たとえば、特開平７―３１２３
６３には、ワークピース（被加工物）の支持台の温度を
チャンバーの壁面よりも高い状態で維持して、チャンバ
ー内壁面に表面コーティング層を形成させるプラズマエ
ッチング装置が記載されている。そして、コンタミナン
ト粒子をポリマーフィルム内に捕獲して蓄積すること
で、反応生成物によるコンタミナントのチャンバ内への
残留蓄積を低減するとされている。
【００１４】しかしながら、この場合には壁面の保護を
目的とするものではなく、コンタミナント粒子の捕獲が
目的である。また、チャンバー内壁面に表面コーティン
グ層を形成させる際の温度は、ワークピース（被加工
物）よりも５℃以上低い値と記述されているのみであ
り、温度の範囲と制御の精度については考慮がなされて
いない。また、圧力範囲も数百mtorr（数１０Pa）の高
圧力のレンジである。しかしながら、膜の堆積温度は、
膜の組成や質を変化させ、膜の剥離強度や異物発生に影
響すると推測される。また、堆積膜の温度変動は、熱膨
張と収縮の繰り返しによりクラックの発生や剥離につな
がって、異物の原因となると予測され、温度制御の精度
は重要な因子である。また、数十mtorr以下（数Pa以
下）の圧力範囲では、高イオンエネルギー化や分子の平
均自由行程が長くなることで、膜堆積状況が異なると考
えられる。さらに、上記の公知例ではコンタミナントを
とりこんだコーティング層をプラズマ処理チャンバー壁
面から除去する必要があり、これが装置のスループット
や消耗品コストに直接影響するが、この点については考
慮がなされていない。
目的とするものではなく、コンタミナント粒子の捕獲が
目的である。また、チャンバー内壁面に表面コーティン
グ層を形成させる際の温度は、ワークピース（被加工
物）よりも５℃以上低い値と記述されているのみであ
り、温度の範囲と制御の精度については考慮がなされて
いない。また、圧力範囲も数百mtorr（数１０Pa）の高
圧力のレンジである。しかしながら、膜の堆積温度は、
膜の組成や質を変化させ、膜の剥離強度や異物発生に影
響すると推測される。また、堆積膜の温度変動は、熱膨
張と収縮の繰り返しによりクラックの発生や剥離につな
がって、異物の原因となると予測され、温度制御の精度
は重要な因子である。また、数十mtorr以下（数Pa以
下）の圧力範囲では、高イオンエネルギー化や分子の平
均自由行程が長くなることで、膜堆積状況が異なると考
えられる。さらに、上記の公知例ではコンタミナントを
とりこんだコーティング層をプラズマ処理チャンバー壁
面から除去する必要があり、これが装置のスループット
や消耗品コストに直接影響するが、この点については考
慮がなされていない。
【００１５】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであり、リアクタ内部の温度と反応生成物の
堆積を制御することにより、エッチング特性に経時的な
変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・信頼性
を、長期間にわたってかつ低コストで維持できるプラズ
マ処理装置を提供することを目的とする。
されたものであり、リアクタ内部の温度と反応生成物の
堆積を制御することにより、エッチング特性に経時的な
変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・信頼性
を、長期間にわたってかつ低コストで維持できるプラズ
マ処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題について鋭意研究を重ねた結果、リアクタ内の圧力が
数Pa以下の領域で、リアクタ内壁面の温度をウエハより
も十分低い温度で、しかも一定温度に制御したときに、
内壁面に強固な堆積膜であるコーティング膜が形成され
ることを見出した。さらに詳細な分析の結果、このコー
ティング膜は、膜形成時の温度が低いほどポリマー重合
が進んでいること、および膜形成時の温度を一定に制御
することでしっかりした層状の構造が形成されること、
したがって膜表面の剥離や損傷がみられず発塵の原因と
はならないことを知見した。
題について鋭意研究を重ねた結果、リアクタ内の圧力が
数Pa以下の領域で、リアクタ内壁面の温度をウエハより
も十分低い温度で、しかも一定温度に制御したときに、
内壁面に強固な堆積膜であるコーティング膜が形成され
ることを見出した。さらに詳細な分析の結果、このコー
ティング膜は、膜形成時の温度が低いほどポリマー重合
が進んでいること、および膜形成時の温度を一定に制御
することでしっかりした層状の構造が形成されること、
したがって膜表面の剥離や損傷がみられず発塵の原因と
はならないことを知見した。
【００１７】本発明は、次に掲げる装置を提供する。
【００１８】本発明は、真空処理室と、プラズマ発生装
置と、処理室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該
真空処理室内で処理される試料を保持する電極と、該真
空処理室を減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理
装置において、前記処理ガスにプラズマ放電により重合
膜が形成される組成のガスを含み、前記処理室内でプラ
ズマ放電により前記処理ガスをプラズマ化し、前記処理
室内壁面に重合膜を形成させることを特徴とするプラズ
マ処理装置を提供する。
置と、処理室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該
真空処理室内で処理される試料を保持する電極と、該真
空処理室を減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理
装置において、前記処理ガスにプラズマ放電により重合
膜が形成される組成のガスを含み、前記処理室内でプラ
ズマ放電により前記処理ガスをプラズマ化し、前記処理
室内壁面に重合膜を形成させることを特徴とするプラズ
マ処理装置を提供する。
【００１９】本発明は、更に前記処理室内壁面に形成さ
れた重合膜の成長を抑制する処理プロセスを含むことを
特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
れた重合膜の成長を抑制する処理プロセスを含むことを
特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００２０】本発明によれば、プラズマ放電により処理
ガスの一部が重合して、処理室内壁面のプラズマに接す
る部分あるいは部品の表面に、ポリマーによる堆積層が
形成される。そして、リアクタ内壁面の温度をウエハよ
りも十分低い温度で一定温度に制御することで、この堆
積層のポリマー重合が進んでしっかりした層状の構造を
形成することが可能となる。したがって内壁面がプラズ
マによりエッチングされて消耗することがないので、内
壁面の部品交換の頻度が低減でき、ランニングコスト低
下が可能となる。また、この堆積層は、膜の組成が緊密
であるので、プラズマにさらされても、表面に剥離や損
傷が生じないので、発塵の原因とはならない。
ガスの一部が重合して、処理室内壁面のプラズマに接す
る部分あるいは部品の表面に、ポリマーによる堆積層が
形成される。そして、リアクタ内壁面の温度をウエハよ
りも十分低い温度で一定温度に制御することで、この堆
積層のポリマー重合が進んでしっかりした層状の構造を
形成することが可能となる。したがって内壁面がプラズ
マによりエッチングされて消耗することがないので、内
壁面の部品交換の頻度が低減でき、ランニングコスト低
下が可能となる。また、この堆積層は、膜の組成が緊密
であるので、プラズマにさらされても、表面に剥離や損
傷が生じないので、発塵の原因とはならない。
【００２１】また、チャンバー内壁面の温度をウエハよ
りも低い温度領域に設定しているので、内壁面を２００
℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、プラズマと
内壁面との相互作用が弱く、しかも温度変化に対して敏
感とならない。このため、プロセスの再現性・信頼性が
長期間にわたって低下しにくく、また温度制御の精度も
たとえば±１０℃以内でよく、温度制御に複雑な機構を
用いることなく比較的容易に実現することが可能とな
る。
りも低い温度領域に設定しているので、内壁面を２００
℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、プラズマと
内壁面との相互作用が弱く、しかも温度変化に対して敏
感とならない。このため、プロセスの再現性・信頼性が
長期間にわたって低下しにくく、また温度制御の精度も
たとえば±１０℃以内でよく、温度制御に複雑な機構を
用いることなく比較的容易に実現することが可能とな
る。
【００２２】また、内壁面に所定の値を超える重合膜が
形成された場合にはこの膜を除去する必要がある。この
膜除去プロセスをクリーニングではなく、装置を大気開
放して重合膜が形成された処理室内壁面の構成部品を交
換して装置は再び稼動させ、膜の除去はチャンバから取
り出した後にウエットクリーニングなどでex-situに行
って内壁面を再生することで、装置の不稼動時間を低減
してスループットを低下させないとともに、部品の再生
と繰り返し使用により消耗品コストを低減できる効果が
ある。また、処理中に重合膜の成長を抑制するプロセス
を加えることで、装置の開放と清掃までの時間を延ばす
ことができる。
形成された場合にはこの膜を除去する必要がある。この
膜除去プロセスをクリーニングではなく、装置を大気開
放して重合膜が形成された処理室内壁面の構成部品を交
換して装置は再び稼動させ、膜の除去はチャンバから取
り出した後にウエットクリーニングなどでex-situに行
って内壁面を再生することで、装置の不稼動時間を低減
してスループットを低下させないとともに、部品の再生
と繰り返し使用により消耗品コストを低減できる効果が
ある。また、処理中に重合膜の成長を抑制するプロセス
を加えることで、装置の開放と清掃までの時間を延ばす
ことができる。
【００２３】一方、本発明のさらに他の特徴によれば、
リアクタ内部において、ウエハよりも十分に低い領域で
の温度制御が困難な部分あるいは構成部品については、
その少なくとも一部分にバイアスが印加される構造を設
け、かつ部品全体の熱容量を十分に小さくすることによ
り、ヒータやランプなどの複雑な機構を用いることなく
部品全体が高温領域に制御できるので、反応生成物の過
剰な堆積を抑制して反応生成物の剥離にともなう異物発
生を低減できる。また、部品の表面積を小さくすること
で、温度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑
制できる。さらに、上記の構成部品に印加されるバイア
スの程度を調整して、温度を１００℃以上２５０℃以
下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲に設定
することにより、およそ２５０℃以上の高温領域に設定
した場合に比べて温度変化に対して敏感ではないので、
構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的に影響し
ないレベルに小さくできる利点がある。
リアクタ内部において、ウエハよりも十分に低い領域で
の温度制御が困難な部分あるいは構成部品については、
その少なくとも一部分にバイアスが印加される構造を設
け、かつ部品全体の熱容量を十分に小さくすることによ
り、ヒータやランプなどの複雑な機構を用いることなく
部品全体が高温領域に制御できるので、反応生成物の過
剰な堆積を抑制して反応生成物の剥離にともなう異物発
生を低減できる。また、部品の表面積を小さくすること
で、温度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑
制できる。さらに、上記の構成部品に印加されるバイア
スの程度を調整して、温度を１００℃以上２５０℃以
下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲に設定
することにより、およそ２５０℃以上の高温領域に設定
した場合に比べて温度変化に対して敏感ではないので、
構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的に影響し
ないレベルに小さくできる利点がある。
【００２４】本発明のさらに他の特徴によれば、処理室
内部でプラズマに接する構成部品の温度を、赤外線照射
とガス熱伝達を用いて、より能動的に高温領域で高精度
に制御できるので、反応生成物の過剰な堆積を抑制して
反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できるとと
もに温度や表面状態の変動を抑制してプロセスに対する
影響を抑制できる。さらに、温度を１００℃以上２５０
℃以下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲で
±１０℃以内の精度で、制御することにより、およそ２
５０℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、温度変
化に対して敏感ではないので、構成部品の温度変動がさ
らに微細なプロセスに対しても実質的に影響しないレベ
ルに小さくできる利点がある。
内部でプラズマに接する構成部品の温度を、赤外線照射
とガス熱伝達を用いて、より能動的に高温領域で高精度
に制御できるので、反応生成物の過剰な堆積を抑制して
反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できるとと
もに温度や表面状態の変動を抑制してプロセスに対する
影響を抑制できる。さらに、温度を１００℃以上２５０
℃以下、望ましくは１５０℃以上２００℃以下の範囲で
±１０℃以内の精度で、制御することにより、およそ２
５０℃以上の高温領域に設定した場合に比べて、温度変
化に対して敏感ではないので、構成部品の温度変動がさ
らに微細なプロセスに対しても実質的に影響しないレベ
ルに小さくできる利点がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。図１は、本発明を、有磁場Ｕ
ＨＦ帯電磁波放射放電方式のプラズマエッチング装置へ
適用した実施例を示すもので、当該プラズマエッチング
装置の断面模式図である。
図面に基づいて説明する。図１は、本発明を、有磁場Ｕ
ＨＦ帯電磁波放射放電方式のプラズマエッチング装置へ
適用した実施例を示すもので、当該プラズマエッチング
装置の断面模式図である。
【００２６】図１において、処理室１００は、１０ー6Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度を達成可能な真空容器であり、その
上部にプラズマ発生手段としての電磁波を放射するアン
テナ１１０を、下部にはウエハなどの試料Ｗを載置する
下部電極１３０を、それぞれ備えている。アンテナ１１
０と下部電極１３０は、平行して対向する形で設置され
る。また、処理室１００の周囲には、電磁コイル１０１
Ａ、１０１Ｂ、ヨーク１０１Ｃからなる磁場形成手段１
０１が設置されており、所定の分布と強度をもつ磁場が
形成される。そして、アンテナ１１０から放射される電
磁波と磁場形成手段１０１で形成される磁場との相互作
用により、処理室内部に導入された処理ガスをプラズマ
化して、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。
ｏｒｒ程度の真空度を達成可能な真空容器であり、その
上部にプラズマ発生手段としての電磁波を放射するアン
テナ１１０を、下部にはウエハなどの試料Ｗを載置する
下部電極１３０を、それぞれ備えている。アンテナ１１
０と下部電極１３０は、平行して対向する形で設置され
る。また、処理室１００の周囲には、電磁コイル１０１
Ａ、１０１Ｂ、ヨーク１０１Ｃからなる磁場形成手段１
０１が設置されており、所定の分布と強度をもつ磁場が
形成される。そして、アンテナ１１０から放射される電
磁波と磁場形成手段１０１で形成される磁場との相互作
用により、処理室内部に導入された処理ガスをプラズマ
化して、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。
【００２７】処理室１００の側壁１０２には、側壁内面
の温度を制御するジャケット１０３が交換可能に保持さ
れる。そして、ジャケット１０３の内部には熱媒体供給
手段１０４から熱媒体が循環供給されて温度が制御され
る。ジャケットの温度は、０℃〜１００℃、望ましくは
２０℃〜８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度で制御さ
れる。一方、処理室１００は、真空室１０５に接続され
た真空排気系１０６により真空排気されて、処理室１０
０の内部が0.1Pa以上１０Pa以下、望ましくは0.5Ｐａ以
上４Ｐａ以下の所定の処理圧力に調整される。処理室１
００および真空室１０５はアース電位となっている。処
理室１００の側壁１０２、ジャケット１０３は重金属を
含まず熱伝導性のよいたとえばアルミニウムなどの非磁
性金属材料として、表面に耐プラズマ性のアルマイトな
どの表面処理を施してもよい。
の温度を制御するジャケット１０３が交換可能に保持さ
れる。そして、ジャケット１０３の内部には熱媒体供給
手段１０４から熱媒体が循環供給されて温度が制御され
る。ジャケットの温度は、０℃〜１００℃、望ましくは
２０℃〜８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度で制御さ
れる。一方、処理室１００は、真空室１０５に接続され
た真空排気系１０６により真空排気されて、処理室１０
０の内部が0.1Pa以上１０Pa以下、望ましくは0.5Ｐａ以
上４Ｐａ以下の所定の処理圧力に調整される。処理室１
００および真空室１０５はアース電位となっている。処
理室１００の側壁１０２、ジャケット１０３は重金属を
含まず熱伝導性のよいたとえばアルミニウムなどの非磁
性金属材料として、表面に耐プラズマ性のアルマイトな
どの表面処理を施してもよい。
【００２８】電磁波を放射するアンテナ1１０は、円板
状導電体1１１、誘電体1１２、誘電体リング1１３から
なり、真空容器の一部としてのハウジング1１４に保持
される。また、円板状導電体1１１のプラズマに接する
側の面にはプレート1１５が設置され、さらにその外周
にリング１１６が設置される。試料のエッチング、成膜
等の処理を行なう処理ガスは、ガス供給手段1１７から
所定の流量と混合比をもって供給され、円板状導電体1
１１とプレート1１５に設けられた多数の孔を通して、
所定の分布に制御されて、処理室１００に供給される。
状導電体1１１、誘電体1１２、誘電体リング1１３から
なり、真空容器の一部としてのハウジング1１４に保持
される。また、円板状導電体1１１のプラズマに接する
側の面にはプレート1１５が設置され、さらにその外周
にリング１１６が設置される。試料のエッチング、成膜
等の処理を行なう処理ガスは、ガス供給手段1１７から
所定の流量と混合比をもって供給され、円板状導電体1
１１とプレート1１５に設けられた多数の孔を通して、
所定の分布に制御されて、処理室１００に供給される。
【００２９】円板状導電体1１１には、アンテナ電源１
２１、アンテナ高周波電源１２２が、それぞれマッチン
グ回路・フィルタ系１２３、１２４を介して接続され、
またフィルタ１２５を通してアースに接続される。アン
テナ電源１２１は、望ましくは300 MHzから900 MHzのUH
F帯周波数の電力を供給し、アンテナ1１０からUHF帯の
電磁波が放射される。一方、アンテナ高周波電源１２２
は、円板状導電体1１１に、たとえば100kHz程度の低周
波、あるいは数MHzから10MHz程度の高周波のバイアスを
印加することで、円板状導電体1１１に接するプレート
１１５の表面での反応を制御する。プレート１１５はウ
エハと対向しているので、処理プロセスにもっとも大き
く影響するが、この面にバイアスを印加して反応生成物
を堆積させないことで、装置プロセスが安定化する。ま
た、たとえば、CF系のガスを用いた酸化膜エッチングに
おいて、プレート１１５の材質を、高純度のシリコンや
カーボンなどとすることで、プレート１１５の表面での
ＦラジカルやCFxラジカルの反応を制御して、ラジカル
の組成比を調整する。プレート１１５の下面とウエハＷ
の距離（以下、ギャップと呼ぶ）は、３０ｍｍ以上１５
０ｍｍ以下、望ましくは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下と
する。
２１、アンテナ高周波電源１２２が、それぞれマッチン
グ回路・フィルタ系１２３、１２４を介して接続され、
またフィルタ１２５を通してアースに接続される。アン
テナ電源１２１は、望ましくは300 MHzから900 MHzのUH
F帯周波数の電力を供給し、アンテナ1１０からUHF帯の
電磁波が放射される。一方、アンテナ高周波電源１２２
は、円板状導電体1１１に、たとえば100kHz程度の低周
波、あるいは数MHzから10MHz程度の高周波のバイアスを
印加することで、円板状導電体1１１に接するプレート
１１５の表面での反応を制御する。プレート１１５はウ
エハと対向しているので、処理プロセスにもっとも大き
く影響するが、この面にバイアスを印加して反応生成物
を堆積させないことで、装置プロセスが安定化する。ま
た、たとえば、CF系のガスを用いた酸化膜エッチングに
おいて、プレート１１５の材質を、高純度のシリコンや
カーボンなどとすることで、プレート１１５の表面での
ＦラジカルやCFxラジカルの反応を制御して、ラジカル
の組成比を調整する。プレート１１５の下面とウエハＷ
の距離（以下、ギャップと呼ぶ）は、３０ｍｍ以上１５
０ｍｍ以下、望ましくは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下と
する。
【００３０】円板状導電体1１１は、図示しない温度制
御手段、すなわちその内部を循環する熱媒体により温度
が所定の値に維持され、円板状導電体1１１に接するプ
レート１１５の表面温度が制御される。リング１１６
は、アンテナ高周波電源１２２によるバイアスで加熱さ
れて温度制御されるが、これについては後に詳しく述べ
る。
御手段、すなわちその内部を循環する熱媒体により温度
が所定の値に維持され、円板状導電体1１１に接するプ
レート１１５の表面温度が制御される。リング１１６
は、アンテナ高周波電源１２２によるバイアスで加熱さ
れて温度制御されるが、これについては後に詳しく述べ
る。
【００３１】処理室１００の下部には、アンテナ１１０
に対向して下部電極１３０が設けられている。下部電極
１３０には、400kHzから13.56MHzの範囲のバイアス電力
を供給するバイアス電源１４１がマッチング回路・フィ
ルタ系１４２を介して接続されて試料Ｗに印加するバイ
アスを制御するとともに、フィルタ１４３を介してアー
スに接続される。
に対向して下部電極１３０が設けられている。下部電極
１３０には、400kHzから13.56MHzの範囲のバイアス電力
を供給するバイアス電源１４１がマッチング回路・フィ
ルタ系１４２を介して接続されて試料Ｗに印加するバイ
アスを制御するとともに、フィルタ１４３を介してアー
スに接続される。
【００３２】下部電極１３０は、静電吸着装置１３１に
より、その上面、すなわち試料載置面にウエハなどの試
料Ｗを載置保持する。静電吸着装置１３１は、その上面
に静電吸着用誘電体層（以下、静電吸着膜と略称する）
が形成されている。そして、静電吸着用の直流電源１４
４とフィルタ１４５により数１００Ｖ〜数ｋＶの直流電
圧を印加して、静電吸着膜を介して試料Ｗと静電吸着装
置１１１との間に作用するクーロン力を発生させて、試
料Ｗを下部電極１３０上に吸着・保持する。静電吸着膜
としては、たとえば酸化アルミニウムや酸化アルミニウ
ムにチタン酸化物を混合した誘電体を用いる。
より、その上面、すなわち試料載置面にウエハなどの試
料Ｗを載置保持する。静電吸着装置１３１は、その上面
に静電吸着用誘電体層（以下、静電吸着膜と略称する）
が形成されている。そして、静電吸着用の直流電源１４
４とフィルタ１４５により数１００Ｖ〜数ｋＶの直流電
圧を印加して、静電吸着膜を介して試料Ｗと静電吸着装
置１１１との間に作用するクーロン力を発生させて、試
料Ｗを下部電極１３０上に吸着・保持する。静電吸着膜
としては、たとえば酸化アルミニウムや酸化アルミニウ
ムにチタン酸化物を混合した誘電体を用いる。
【００３３】さらに、試料Ｗは、その表面反応を制御す
るために、図示しない温度制御手段によりその表面温度
が所定の温度に制御される。このために、下部電極１３
０には、静電吸着装置１３１と試料Ｗの間の熱伝達性を
高めるために、不活性ガス、たとえばＨｅガスが所定の
流量と圧力に設定されて供給されている。これにより、
ウエハの温度は、最高でおよそ100℃〜110℃以下の範囲
に制御される。
るために、図示しない温度制御手段によりその表面温度
が所定の温度に制御される。このために、下部電極１３
０には、静電吸着装置１３１と試料Ｗの間の熱伝達性を
高めるために、不活性ガス、たとえばＨｅガスが所定の
流量と圧力に設定されて供給されている。これにより、
ウエハの温度は、最高でおよそ100℃〜110℃以下の範囲
に制御される。
【００３４】また、静電吸着装置１３１の上面の試料Ｗ
の外側部には、試料台リング１３２が設けられている。
試料台リング１３２には、ＳｉＣなどのセラミクスやカ
ーボン、シリコン、石英材料を用いる。試料台リング１
３２は、アルミナなどの絶縁体１３３で、静電吸着装置
１３１と絶縁される。さらに、試料台リング１３２に絶
縁体１３３を介してバイアス電源１４１からのバイアス
電力を一部漏洩させて加えることで、試料台リング１３
２へのバイアス印加を調整して、その表面での反応を制
御することも可能である。たとえば、CF系のガスを用い
た酸化膜エッチングにおいて、試料台リング１３２の材
質を高純度のシリコンとすれば、シリコンのスカベンジ
作用により試料台リング１３２の表面でのＦラジカルや
CFxラジカルの反応を調整して、特にウエハ外周部での
エッチング均一性を向上することができる。試料台リン
グ１３２は、バイアスにより加熱されるともに、伝熱ガ
スにより冷却されて、温度制御されるが、これについて
は後に詳しく述べる。
の外側部には、試料台リング１３２が設けられている。
試料台リング１３２には、ＳｉＣなどのセラミクスやカ
ーボン、シリコン、石英材料を用いる。試料台リング１
３２は、アルミナなどの絶縁体１３３で、静電吸着装置
１３１と絶縁される。さらに、試料台リング１３２に絶
縁体１３３を介してバイアス電源１４１からのバイアス
電力を一部漏洩させて加えることで、試料台リング１３
２へのバイアス印加を調整して、その表面での反応を制
御することも可能である。たとえば、CF系のガスを用い
た酸化膜エッチングにおいて、試料台リング１３２の材
質を高純度のシリコンとすれば、シリコンのスカベンジ
作用により試料台リング１３２の表面でのＦラジカルや
CFxラジカルの反応を調整して、特にウエハ外周部での
エッチング均一性を向上することができる。試料台リン
グ１３２は、バイアスにより加熱されるともに、伝熱ガ
スにより冷却されて、温度制御されるが、これについて
は後に詳しく述べる。
【００３５】本実施例によるプラズマエッチング装置は
以上のように構成されており、このプラズマエッチング
装置を用いて、たとえばシリコン酸化膜のエッチングを
行う場合の具体的なプロセスを、図１を用いて説明す
る。
以上のように構成されており、このプラズマエッチング
装置を用いて、たとえばシリコン酸化膜のエッチングを
行う場合の具体的なプロセスを、図１を用いて説明す
る。
【００３６】まず、処理の対象物であるウエハＷは、図
示していない試料搬入機構から処理室１００に搬入され
た後、下部電極１３０の上に載置・吸着される。そし
て、必要に応じて下部電極の高さが調整されて所定のギ
ャップに設定される。ついで、処理室１００内は真空排
気系１０６により真空排気されていく。一方、試料Ｗの
エッチング処理に必要なガス、たとえばＣ４Ｆ８とＡｒ
が、ガス供給手段１１７から、所定の流量と混合比、た
とえばＡｒ流量３００ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８流量９ｓｃｃ
ｍをもって、アンテナ１１０のプレート１１５から処理
室１００に供給される。同時に、処理室１００は真空排
気系１０６により排気され、処理室１００の内部が所定
の処理圧力、例えば１Ｐａになるように調整される。他
方、磁場形成手段１０１により、所定の分布と強度の磁
場が形成される。そして、アンテナ電源１２１によりア
ンテナ１１０からUHF帯の電磁波が放射され、磁場との
相互作用により処理室１００内にプラズマＰが生成され
る。このプラズマＰにより、処理ガスを解離させてイオ
ン・ラジカルを発生させ、さらにアンテナ高周波電源１
２２、バイアス電源１４１を制御して、ウェハＷにエッ
チング等の処理を行う。そして、エッチング処理の終了
にともない、電力および処理ガスの供給を停止してエッ
チングを終了する。
示していない試料搬入機構から処理室１００に搬入され
た後、下部電極１３０の上に載置・吸着される。そし
て、必要に応じて下部電極の高さが調整されて所定のギ
ャップに設定される。ついで、処理室１００内は真空排
気系１０６により真空排気されていく。一方、試料Ｗの
エッチング処理に必要なガス、たとえばＣ４Ｆ８とＡｒ
が、ガス供給手段１１７から、所定の流量と混合比、た
とえばＡｒ流量３００ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８流量９ｓｃｃ
ｍをもって、アンテナ１１０のプレート１１５から処理
室１００に供給される。同時に、処理室１００は真空排
気系１０６により排気され、処理室１００の内部が所定
の処理圧力、例えば１Ｐａになるように調整される。他
方、磁場形成手段１０１により、所定の分布と強度の磁
場が形成される。そして、アンテナ電源１２１によりア
ンテナ１１０からUHF帯の電磁波が放射され、磁場との
相互作用により処理室１００内にプラズマＰが生成され
る。このプラズマＰにより、処理ガスを解離させてイオ
ン・ラジカルを発生させ、さらにアンテナ高周波電源１
２２、バイアス電源１４１を制御して、ウェハＷにエッ
チング等の処理を行う。そして、エッチング処理の終了
にともない、電力および処理ガスの供給を停止してエッ
チングを終了する。
【００３７】さて、本実施例におけるプラズマ処理装置
は上記のように構成されているが、リアクタ内各部、特
に側壁１０３の内面およびリング１１６、試料台リング
１３２の温度制御および反応生成物の堆積制御につい
て、具体的に説明していく。
は上記のように構成されているが、リアクタ内各部、特
に側壁１０３の内面およびリング１１６、試料台リング
１３２の温度制御および反応生成物の堆積制御につい
て、具体的に説明していく。
【００３８】まず側壁１０３について、図１により説明
する。すでに説明したように、処理室１００の側壁１０
２の内側にはジャケット１０３が保持され、熱媒体によ
り温度制御が可能となっている。
する。すでに説明したように、処理室１００の側壁１０
２の内側にはジャケット１０３が保持され、熱媒体によ
り温度制御が可能となっている。
【００３９】本発明者らは、酸化膜エッチングを対象
に、処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＡｒの混合ガス系を用い
て圧力２Ｐａで実験した結果、リアクタ内壁面の温度を
ウエハ温度（およそ１００℃程度）よりも十分低い温度
である２５℃から８０℃の範囲で±１０℃以内の精度で
一定温度に制御したときに、内壁面に強固なコーティン
グ膜が形成されることを見出した。このような数十mtor
r以下（数Pa以下）の圧力範囲ではエネルギーの高いイ
オンが増加するので、膜堆積におけるイオンアシストの
効果が高まって、緊密な膜が形成されると考えられる。
堆積膜の状況は、側壁温度が低いと緻密で強固な膜が形
成され、側壁温度が高いとやや粗い構造であった。この
膜質変化を定量的に明らかにするために、側壁温度25
℃、50℃、80℃で堆積した膜の組成（元素濃度比）をＸ
ＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分析したところ、次のよう
な結果であった。
に、処理ガスとしてＣ４Ｆ８とＡｒの混合ガス系を用い
て圧力２Ｐａで実験した結果、リアクタ内壁面の温度を
ウエハ温度（およそ１００℃程度）よりも十分低い温度
である２５℃から８０℃の範囲で±１０℃以内の精度で
一定温度に制御したときに、内壁面に強固なコーティン
グ膜が形成されることを見出した。このような数十mtor
r以下（数Pa以下）の圧力範囲ではエネルギーの高いイ
オンが増加するので、膜堆積におけるイオンアシストの
効果が高まって、緊密な膜が形成されると考えられる。
堆積膜の状況は、側壁温度が低いと緻密で強固な膜が形
成され、側壁温度が高いとやや粗い構造であった。この
膜質変化を定量的に明らかにするために、側壁温度25
℃、50℃、80℃で堆積した膜の組成（元素濃度比）をＸ
ＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分析したところ、次のよう
な結果であった。
【００４０】 側壁温度 Ｃ（％） Ｆ（％） Ｃ／Ｆ比 ２５℃ ４５．６ ５１．１ ０．８９ ５０℃ ４３．９ ５３．８ ０．８２ ８０℃ ４０．６ ５８．２ ０．７０ この結果からも明らかなように、側壁温度が低いほどカ
ーボンリッチな膜質となっている。また、ここでは示し
ていないが、Ｃ１ｓピークの分析から、側壁温度が低い
ほどカーボン同士の結合が進んでおり、ポリマー重合が
進んでいることもわかっている。これが、マクロには緻
密で強固な膜として観察されたと推測できる。
ーボンリッチな膜質となっている。また、ここでは示し
ていないが、Ｃ１ｓピークの分析から、側壁温度が低い
ほどカーボン同士の結合が進んでおり、ポリマー重合が
進んでいることもわかっている。これが、マクロには緻
密で強固な膜として観察されたと推測できる。
【００４１】またこの実験時には、側壁面の温度は±１
０℃以内の精度で制御されているので、膜の堆積中に温
度変動にともなう内部応力が発生せず、膜構造が緻密に
なると予測される。電子顕微鏡による観察の結果、しっ
かりした層状の構造が形成されていることを確認した。
この膜はきわめて緊密で強固であり、デポ堆積加速試験
で試験的におよそ２００ミクロンの膜厚にまで堆積させ
ても、テープ剥離や摩擦試験による膜のはがれは観察さ
れなかった。さらに、この膜はプラズマに対しても高い
耐性を示しており、プラズマ処理によっても膜表面の剥
離や損傷がみられず、発塵の原因とはならないことを知
見した。
０℃以内の精度で制御されているので、膜の堆積中に温
度変動にともなう内部応力が発生せず、膜構造が緻密に
なると予測される。電子顕微鏡による観察の結果、しっ
かりした層状の構造が形成されていることを確認した。
この膜はきわめて緊密で強固であり、デポ堆積加速試験
で試験的におよそ２００ミクロンの膜厚にまで堆積させ
ても、テープ剥離や摩擦試験による膜のはがれは観察さ
れなかった。さらに、この膜はプラズマに対しても高い
耐性を示しており、プラズマ処理によっても膜表面の剥
離や損傷がみられず、発塵の原因とはならないことを知
見した。
【００４２】このように、リアクタ内壁面の温度をウエ
ハ温度よりも十分低い温度で一定に制御することで、内
部に熱応力の発生しない強固な堆積膜をリアクタ側壁内
面に形成することができる。この膜は十分な耐プラズマ
性を有しており、反応生成物の剥離や試料表面へのパー
ティクルの付着が低減するので、リアクタ内壁の保護膜
として作用する。したがって、側壁は消耗したり損傷し
たりしないので、側壁の部品交換の頻度が低減でき、ラ
ンニングコストの低下につながる。また、側壁が堆積膜
で保護されるので、耐プラズマ性の高いＳｉＣなどのセ
ラミクスを使う必要がなく、部品コストの低減が可能と
なる。また、特に側壁温度を常温〜約５０℃程度の範囲
で制御すれば、側壁の加熱のためのエネルギーが少なく
てすむので、省エネルギーにもつながる効果がある。側
壁材料としては、重金属を含まずかつ熱伝導性のよい金
属、たとえばアルミを用いればよい。
ハ温度よりも十分低い温度で一定に制御することで、内
部に熱応力の発生しない強固な堆積膜をリアクタ側壁内
面に形成することができる。この膜は十分な耐プラズマ
性を有しており、反応生成物の剥離や試料表面へのパー
ティクルの付着が低減するので、リアクタ内壁の保護膜
として作用する。したがって、側壁は消耗したり損傷し
たりしないので、側壁の部品交換の頻度が低減でき、ラ
ンニングコストの低下につながる。また、側壁が堆積膜
で保護されるので、耐プラズマ性の高いＳｉＣなどのセ
ラミクスを使う必要がなく、部品コストの低減が可能と
なる。また、特に側壁温度を常温〜約５０℃程度の範囲
で制御すれば、側壁の加熱のためのエネルギーが少なく
てすむので、省エネルギーにもつながる効果がある。側
壁材料としては、重金属を含まずかつ熱伝導性のよい金
属、たとえばアルミを用いればよい。
【００４３】なお、堆積膜が存在しない初期状態では、
アルミが露出しているために、プラズマからダメージを
受けて表面が変質する可能性がある。そこでこれを防止
するために、表面に高分子材料をコーティングしてもよ
い。あるいは、アルミ表面をたとえばアルマイト処理し
て、さらに、アルマイト処理で生じた微細な孔を高分子
材料で封孔処理をしてもよい。もちろん、この封孔処理
はアルミのアルマイト処理に限らずに適用できる。この
ように、高分子による膜をアルミ表面と堆積膜との界面
に介在させることで、アルミ表面と堆積膜との密着性を
まして、堆積膜を剥離させにくくする効果もある。ま
た、プロセスによっては、膜が過剰に堆積する場合もあ
りうるが、この場合は、ウエハ処理後に短時間のプラズ
マクリーニングを併用して膜の堆積を制御することで、
膜の厚みを一定に保ってもよい。
アルミが露出しているために、プラズマからダメージを
受けて表面が変質する可能性がある。そこでこれを防止
するために、表面に高分子材料をコーティングしてもよ
い。あるいは、アルミ表面をたとえばアルマイト処理し
て、さらに、アルマイト処理で生じた微細な孔を高分子
材料で封孔処理をしてもよい。もちろん、この封孔処理
はアルミのアルマイト処理に限らずに適用できる。この
ように、高分子による膜をアルミ表面と堆積膜との界面
に介在させることで、アルミ表面と堆積膜との密着性を
まして、堆積膜を剥離させにくくする効果もある。ま
た、プロセスによっては、膜が過剰に堆積する場合もあ
りうるが、この場合は、ウエハ処理後に短時間のプラズ
マクリーニングを併用して膜の堆積を制御することで、
膜の厚みを一定に保ってもよい。
【００４４】次に、試料台リングについて説明する。す
でに図1の実施例で説明したように、試料台リング１３
２は、バイアス印加によりその表面での反応を制御する
ことで、特にウエハ外周部でのエッチング特性を均一に
できる。このとき、試料台リング１３２はバイアスによ
り加熱されるが、その表面における反応と膜の堆積を制
御するために、印加バイアスと温度を制御する必要があ
る。しかも、静電吸着装置１３１を組込んだ下部電極に
複雑な機構を組み込むことなく、印加バイアスならびに
温度の制御が可能であることが望ましい。これは、漏洩
バイアスの制御とバイアスによる加熱およびガス伝熱に
よる冷却のバランスにより具現化できる。この実施例
を、図２に示す下部電極１３０の断面図（右側半分）に
より説明する。
でに図1の実施例で説明したように、試料台リング１３
２は、バイアス印加によりその表面での反応を制御する
ことで、特にウエハ外周部でのエッチング特性を均一に
できる。このとき、試料台リング１３２はバイアスによ
り加熱されるが、その表面における反応と膜の堆積を制
御するために、印加バイアスと温度を制御する必要があ
る。しかも、静電吸着装置１３１を組込んだ下部電極に
複雑な機構を組み込むことなく、印加バイアスならびに
温度の制御が可能であることが望ましい。これは、漏洩
バイアスの制御とバイアスによる加熱およびガス伝熱に
よる冷却のバランスにより具現化できる。この実施例
を、図２に示す下部電極１３０の断面図（右側半分）に
より説明する。
【００４５】下部電極１３０は、試料Ｗを静電吸着装置
１３１により保持する。静電吸着装置１３１は、絶縁体
１３４によりアース１３５と絶縁される。本実施例で
は、試料台リング１３２を、静電吸着装置１３１に対し
て絶縁体１３３を介して設置することにより、バイアス
電源１４１から供給されるバイアス電力の一部を漏洩さ
せて加える構造としている。印加されるバイアスは、絶
縁体１３３の厚みや材質により調整できる。このような
バイアス印加構造とすることにより、下部電極１３０の
内部で試料台リング１３２への配線構造を設けたり、試
料台リング１３２に別のバイアス電源を接続したりする
必要がない。
１３１により保持する。静電吸着装置１３１は、絶縁体
１３４によりアース１３５と絶縁される。本実施例で
は、試料台リング１３２を、静電吸着装置１３１に対し
て絶縁体１３３を介して設置することにより、バイアス
電源１４１から供給されるバイアス電力の一部を漏洩さ
せて加える構造としている。印加されるバイアスは、絶
縁体１３３の厚みや材質により調整できる。このような
バイアス印加構造とすることにより、下部電極１３０の
内部で試料台リング１３２への配線構造を設けたり、試
料台リング１３２に別のバイアス電源を接続したりする
必要がない。
【００４６】また、静電吸着装置１３１は、温調用熱媒
体の循環（図示していない）により、所定の温度に維持
されている。そして、試料Ｗと静電吸着装置１３１の表
面の間には、伝熱用ガス（例えばＨｅガス等）の流路１
３６が形成され、伝熱用ガスが導入されることで熱伝導
が良好に保たれる。ここで、本実施例では、試料台リン
グ１３２、絶縁体１３３、静電吸着装置１３１の間にも
伝熱用ガスの流路１３６Ａ、１３６Ｂが形成される。そ
して、ウエハ冷却用伝熱ガスの一部が導入されて、接触
部での熱伝導が良好に保たれる。このため、試料台リン
グ１３２は、所定の温度に維持された静電吸着装置１３
１との間の熱伝達が良好に保たれて、温度が安定に保た
れる。この結果、試料台リング１３２へのバイアス印加
による温度変動が抑制され、試料台リング１３２におけ
る表面反応や試料の処理特性が安定化できる。また同時
に、バイアスによる加熱とイオンアシストにより反応生
成物の堆積が防止できるので、反応生成物の剥離や、試
料表面へのパーティクルの付着が低減される。
体の循環（図示していない）により、所定の温度に維持
されている。そして、試料Ｗと静電吸着装置１３１の表
面の間には、伝熱用ガス（例えばＨｅガス等）の流路１
３６が形成され、伝熱用ガスが導入されることで熱伝導
が良好に保たれる。ここで、本実施例では、試料台リン
グ１３２、絶縁体１３３、静電吸着装置１３１の間にも
伝熱用ガスの流路１３６Ａ、１３６Ｂが形成される。そ
して、ウエハ冷却用伝熱ガスの一部が導入されて、接触
部での熱伝導が良好に保たれる。このため、試料台リン
グ１３２は、所定の温度に維持された静電吸着装置１３
１との間の熱伝達が良好に保たれて、温度が安定に保た
れる。この結果、試料台リング１３２へのバイアス印加
による温度変動が抑制され、試料台リング１３２におけ
る表面反応や試料の処理特性が安定化できる。また同時
に、バイアスによる加熱とイオンアシストにより反応生
成物の堆積が防止できるので、反応生成物の剥離や、試
料表面へのパーティクルの付着が低減される。
【００４７】このように、試料台リングは、漏洩バイア
スの印加とバイアスによる加熱とガス伝熱による冷却の
バランスにより、簡単な構造で表面反応や温度と膜堆積
の制御が可能となり、処理の長期安定化と異物の低減を
図ることができる。
スの印加とバイアスによる加熱とガス伝熱による冷却の
バランスにより、簡単な構造で表面反応や温度と膜堆積
の制御が可能となり、処理の長期安定化と異物の低減を
図ることができる。
【００４８】なお、本実施例では、伝熱用ガスにより熱
伝達を確保したが、たとえば熱導電性シートなど、他の
熱伝達手段を用いてもよい。
伝達を確保したが、たとえば熱導電性シートなど、他の
熱伝達手段を用いてもよい。
【００４９】次に、アンテナ１１０について説明する。
すでに図1の実施例で述べたように、円板状導電体1１１
にはアンテナ高周波電源１２２が接続されて100kHz程度
または数MHzから10MHz程度のバイアスが印加される。ま
た、円板状導電体1１１の温度は熱媒体により所定の値
に維持される。したがって、円板状導電体1１１に接す
るプレート１１５は、バイアスが印加されるとともにそ
の表面温度も制御される。プレート１１５はウエハと対
向しているので、処理プロセスにもっとも大きく影響す
るが、この面にバイアスを印加して反応生成物を堆積さ
せず、さらにプレートの材質に高純度のシリコンを用い
てスカベンジ作用による表面反応を用いることで、プロ
セスを安定化することができる。
すでに図1の実施例で述べたように、円板状導電体1１１
にはアンテナ高周波電源１２２が接続されて100kHz程度
または数MHzから10MHz程度のバイアスが印加される。ま
た、円板状導電体1１１の温度は熱媒体により所定の値
に維持される。したがって、円板状導電体1１１に接す
るプレート１１５は、バイアスが印加されるとともにそ
の表面温度も制御される。プレート１１５はウエハと対
向しているので、処理プロセスにもっとも大きく影響す
るが、この面にバイアスを印加して反応生成物を堆積さ
せず、さらにプレートの材質に高純度のシリコンを用い
てスカベンジ作用による表面反応を用いることで、プロ
セスを安定化することができる。
【００５０】一方、プレート１１５の外周部のリング１
１６は、プレート１１５と同様にアンテナ高周波電源１
２２によるバイアスで加熱し、さらにリング１１６の熱
容量を小さくすることで温度変化の応答性を高めてい
る。これを図３を用いて説明する。
１６は、プレート１１５と同様にアンテナ高周波電源１
２２によるバイアスで加熱し、さらにリング１１６の熱
容量を小さくすることで温度変化の応答性を高めてい
る。これを図３を用いて説明する。
【００５１】図３は、リング１１６の温度制御方法を示
した実施例である。本実施例では、リング１１６の形状
を薄くして、かつプレート１１５にその一部分がかか
り、かつ誘電リング１１３やプレート１１５との熱的な
接触が少なくなるように構成されている。この場合、プ
レート１１５にアンテナ高周波電力を印加すると、プレ
ート１１５へのバイアスにより、イオンが図中の矢印の
ようにリング１１６の表面に引き込まれる。本実施例で
は、ヒータやランプなどの加熱機構を用いていないの
で、機構が複雑にならない利点がある。
した実施例である。本実施例では、リング１１６の形状
を薄くして、かつプレート１１５にその一部分がかか
り、かつ誘電リング１１３やプレート１１５との熱的な
接触が少なくなるように構成されている。この場合、プ
レート１１５にアンテナ高周波電力を印加すると、プレ
ート１１５へのバイアスにより、イオンが図中の矢印の
ようにリング１１６の表面に引き込まれる。本実施例で
は、ヒータやランプなどの加熱機構を用いていないの
で、機構が複雑にならない利点がある。
【００５２】リング１１６のバイアス印加部分の幅ｗ
は、バイアスによる加熱が効率よく行えるように、たと
えば１０ｍｍ以上とする。リング１１６の厚みは、バイ
アスで有効に加熱されるためにはたとえば６ｍｍ以下、
望ましくは４ｍｍ以下とする。このように薄い形状とす
ることで、リング１１６の熱容量が小さくなる。この結
果、リング全体をおよそ１００℃以上２５０℃以下、望
ましくは１５０℃以上２００℃以下に加熱することが可
能となる。この結果、反応生成物の堆積が抑制されて、
反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できる。ま
た、この温度範囲では、およそ２５０℃以上の高温領域
に比べて表面反応の変化が温度変化に対して敏感ではな
いので、構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的
に影響しないレベルに小さくできる利点がある。
は、バイアスによる加熱が効率よく行えるように、たと
えば１０ｍｍ以上とする。リング１１６の厚みは、バイ
アスで有効に加熱されるためにはたとえば６ｍｍ以下、
望ましくは４ｍｍ以下とする。このように薄い形状とす
ることで、リング１１６の熱容量が小さくなる。この結
果、リング全体をおよそ１００℃以上２５０℃以下、望
ましくは１５０℃以上２００℃以下に加熱することが可
能となる。この結果、反応生成物の堆積が抑制されて、
反応生成物の剥離にともなう異物発生を低減できる。ま
た、この温度範囲では、およそ２５０℃以上の高温領域
に比べて表面反応の変化が温度変化に対して敏感ではな
いので、構成部品の温度変動がプロセスに対して実質的
に影響しないレベルに小さくできる利点がある。
【００５３】リング１１６の厚みは、デポ膜の堆積を抑
制でき、しかもリング表面がイオンでスパッタされて消
耗しないように、アンテナバイアスのパワー・周波数、
リング１１６の材質、リング１１６への反応生成物の堆
積速度などとのバランスで決定される。また、図中に示
したように、バイアスが印加される部分以外は厚みを薄
くして、リング全体の熱容量をさらに小さくしてもよ
い。このように、リング１１６の熱容量を小さくするこ
とで、処理の初期段階の短い時間で応答性よく温度が上
昇するので、処理特性への影響が小さい。また、リング
１１６の内径ｄは、試料の直径よりも大きいことが望ま
しい。リアクタの内径は試料の１．５倍程度になるか
ら、試料径３００ｍｍの場合は、リングの幅ｓはおよそ
５０ｍｍから７０ｍｍとなり、その表面積はリアクタ内
壁面全体に対してたとえば２０％以下と十分に小さくな
る。このように、部品の表面積を小さくすることで、温
度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑制でき
る。しかもリング１１６はウエハよりも外周部に位置し
ているので、そのプロセスへの影響はさらに小さくな
る。
制でき、しかもリング表面がイオンでスパッタされて消
耗しないように、アンテナバイアスのパワー・周波数、
リング１１６の材質、リング１１６への反応生成物の堆
積速度などとのバランスで決定される。また、図中に示
したように、バイアスが印加される部分以外は厚みを薄
くして、リング全体の熱容量をさらに小さくしてもよ
い。このように、リング１１６の熱容量を小さくするこ
とで、処理の初期段階の短い時間で応答性よく温度が上
昇するので、処理特性への影響が小さい。また、リング
１１６の内径ｄは、試料の直径よりも大きいことが望ま
しい。リアクタの内径は試料の１．５倍程度になるか
ら、試料径３００ｍｍの場合は、リングの幅ｓはおよそ
５０ｍｍから７０ｍｍとなり、その表面積はリアクタ内
壁面全体に対してたとえば２０％以下と十分に小さくな
る。このように、部品の表面積を小さくすることで、温
度や表面状態が変動してもプロセスへの影響を抑制でき
る。しかもリング１１６はウエハよりも外周部に位置し
ているので、そのプロセスへの影響はさらに小さくな
る。
【００５４】ところで、上記の実施例は、プラズマによ
る受動的な加熱であるため、ある程度の温度変動はさけ
られない。この変動は現状のプロセスでは影響が顕在化
しなくても、処理プロセスの微細化により、エッチング
特性に影響を及ぼす可能性があり、この場合にはランプ
やヒータなどによる積極的な温度制御機構が必要とな
る。図４には、ランプ加熱による温度制御機構の実施例
を示す。
る受動的な加熱であるため、ある程度の温度変動はさけ
られない。この変動は現状のプロセスでは影響が顕在化
しなくても、処理プロセスの微細化により、エッチング
特性に影響を及ぼす可能性があり、この場合にはランプ
やヒータなどによる積極的な温度制御機構が必要とな
る。図４には、ランプ加熱による温度制御機構の実施例
を示す。
【００５５】本実施例においては、誘電体リング１１３
Ａの一部が、上記リング１１６と同様の構造１１６Ａで
バイアスが印加できるように構成されており、さらに誘
電体リング１１３Ａのプラズマに近い側に、赤外光・遠
赤外光を吸収するたとえばアルミナ薄膜などの赤外吸収
体１５１が形成されている。そして、赤外線放射手段１
５２から赤外光・遠赤外光が放射され、赤外透過窓１５
３、誘電体リング１１３Ａを通過して、赤外吸収体１５
１で吸収され、リング１１６を加熱する。赤外吸収体１
５１は赤外線により遠隔的に加熱できるので、赤外線吸
収体１５１を誘電体リング１１３Ａのプラズマに近い側
に設置することで、誘電体リング１２３のプラズマにさ
らされる表面の温度をより高精度に制御することが可能
となる。また、加熱機構に赤外線の吸収を用いているた
め、発熱抵抗体による加熱に比べて応答性がよい利点が
ある。さらに、バイアス印加部１１６Ａにより、誘電体
リング１１３Ａはバイアスによっても加熱されるので、
温度の応答性が向上する。
Ａの一部が、上記リング１１６と同様の構造１１６Ａで
バイアスが印加できるように構成されており、さらに誘
電体リング１１３Ａのプラズマに近い側に、赤外光・遠
赤外光を吸収するたとえばアルミナ薄膜などの赤外吸収
体１５１が形成されている。そして、赤外線放射手段１
５２から赤外光・遠赤外光が放射され、赤外透過窓１５
３、誘電体リング１１３Ａを通過して、赤外吸収体１５
１で吸収され、リング１１６を加熱する。赤外吸収体１
５１は赤外線により遠隔的に加熱できるので、赤外線吸
収体１５１を誘電体リング１１３Ａのプラズマに近い側
に設置することで、誘電体リング１２３のプラズマにさ
らされる表面の温度をより高精度に制御することが可能
となる。また、加熱機構に赤外線の吸収を用いているた
め、発熱抵抗体による加熱に比べて応答性がよい利点が
ある。さらに、バイアス印加部１１６Ａにより、誘電体
リング１１３Ａはバイアスによっても加熱されるので、
温度の応答性が向上する。
【００５６】一方、赤外線放射手段１５２はホルダ１５
４に設置されるが、ホルダ１５４と誘電体リング１１３
Ａの間には隙間が設けられ、その隙間にガス供給手段１
５５を通して、温度制御用の伝熱ガスが供給される。伝
熱ガスは、真空封止手段１５６Ａ、１５６Ｂで封止され
る。このガス伝熱により、誘電体リング１１３Ａはホル
ダ１５４を通して放熱される。したがって、たとえば処
理開始時にはバイアスとランプにより加熱し、処理中に
はガス伝熱により放熱させることで、温度制御の精度が
向上する。この結果、誘電体リング１２３の温度をおよ
そ１００℃から２５０℃、望ましくは１５０℃から２０
０℃の範囲で±５〜１０℃程度の精度で制御できる。こ
の温度では、膜の堆積が減少するため、膜の剥離による
異物発生が抑制される。また、誘電体リング１１３Ａの
表面状態が温度に対して依存性が大きくない領域である
ので、表面状態が変化せず、長期的に安定したプラズマ
処理が可能となる。
４に設置されるが、ホルダ１５４と誘電体リング１１３
Ａの間には隙間が設けられ、その隙間にガス供給手段１
５５を通して、温度制御用の伝熱ガスが供給される。伝
熱ガスは、真空封止手段１５６Ａ、１５６Ｂで封止され
る。このガス伝熱により、誘電体リング１１３Ａはホル
ダ１５４を通して放熱される。したがって、たとえば処
理開始時にはバイアスとランプにより加熱し、処理中に
はガス伝熱により放熱させることで、温度制御の精度が
向上する。この結果、誘電体リング１２３の温度をおよ
そ１００℃から２５０℃、望ましくは１５０℃から２０
０℃の範囲で±５〜１０℃程度の精度で制御できる。こ
の温度では、膜の堆積が減少するため、膜の剥離による
異物発生が抑制される。また、誘電体リング１１３Ａの
表面状態が温度に対して依存性が大きくない領域である
ので、表面状態が変化せず、長期的に安定したプラズマ
処理が可能となる。
【００５７】上記の図３、図４の実施例はいずれも、プ
ラズマに接するリング１１６、誘電体リング１１３Ａを
加熱して膜の堆積を減少させるものであったが、プラズ
マに接するリングを、図１で説明した側壁内面と同様
に、ウエハ温度よりも低い温度に一定に制御して安定な
堆積膜を形成することも可能である。図５は、この実施
例を示し、誘電体リング１１３Ｂを、冷媒による温度制
御で２０℃〜１００℃程度の範囲で制御するものであ
る。
ラズマに接するリング１１６、誘電体リング１１３Ａを
加熱して膜の堆積を減少させるものであったが、プラズ
マに接するリングを、図１で説明した側壁内面と同様
に、ウエハ温度よりも低い温度に一定に制御して安定な
堆積膜を形成することも可能である。図５は、この実施
例を示し、誘電体リング１１３Ｂを、冷媒による温度制
御で２０℃〜１００℃程度の範囲で制御するものであ
る。
【００５８】この実施例では、誘電体リング１１３Ｂに
設けられた冷媒流路１６１に、熱媒体供給手段１６２か
ら温度制御用の冷媒が供給される。冷媒は、封止手段１
６３で封止される。誘電体リング１１３Ｂの温度は、図
示していない温度コントローラや温度検出器により、所
定の値に維持する。このような構成により、プラズマ処
理時に、誘電体リング１１３Ｂの温度を２０℃〜１００
℃程度の範囲に維持することができる。このため、誘電
体リング１２３の表面に安定した強固な反応生成物の膜
が堆積するので、誘電体リング１２３の表面が削られて
消耗することはない。また、プロセスによって膜が過剰
に堆積する場合は、プラズマクリーニングを併用して、
膜を一定の厚みに保ってもよい。
設けられた冷媒流路１６１に、熱媒体供給手段１６２か
ら温度制御用の冷媒が供給される。冷媒は、封止手段１
６３で封止される。誘電体リング１１３Ｂの温度は、図
示していない温度コントローラや温度検出器により、所
定の値に維持する。このような構成により、プラズマ処
理時に、誘電体リング１１３Ｂの温度を２０℃〜１００
℃程度の範囲に維持することができる。このため、誘電
体リング１２３の表面に安定した強固な反応生成物の膜
が堆積するので、誘電体リング１２３の表面が削られて
消耗することはない。また、プロセスによって膜が過剰
に堆積する場合は、プラズマクリーニングを併用して、
膜を一定の厚みに保ってもよい。
【００５９】なお、前記の各実施例は、いずれも有磁場
UHF帯電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合で
あったが、放射される電磁波はUHF帯以外にも、たとえ
ば2.45GHzのマイクロ波や、あるいは数10MHzから300MHz
程度までのVHF帯でもよい。また、磁場はかならずしも
必須ではなく、たとえば無磁場マイクロ波放電でもよ
い。さらに、上記以外にも、たとえば磁場を用いたマグ
ネトロン型のプラズマ処理装置や平行平板型の容量結合
方式プラズマ処理装置、あるいは誘導結合型のプラズマ
処理装置などに、前記の各実施例を適用できる。
UHF帯電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合で
あったが、放射される電磁波はUHF帯以外にも、たとえ
ば2.45GHzのマイクロ波や、あるいは数10MHzから300MHz
程度までのVHF帯でもよい。また、磁場はかならずしも
必須ではなく、たとえば無磁場マイクロ波放電でもよ
い。さらに、上記以外にも、たとえば磁場を用いたマグ
ネトロン型のプラズマ処理装置や平行平板型の容量結合
方式プラズマ処理装置、あるいは誘導結合型のプラズマ
処理装置などに、前記の各実施例を適用できる。
【００６０】図６は、本発明を、磁場を用いたＲＩＥ装
置（マグネトロンＲＩＥ装置やMagnetically Enhanced
RIE装置）に適用した例である。真空容器としての処理
室１００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置
する下部電極１３０と、これに対向して接地される上部
電極２０１を備え、また真空容器内に所定のガスを導入
するガス供給手段１１７と、真空容器内を減圧排気する
真空排気系１０６と、前記下部電極と上部電極の間に電
界を発生させる電界発生手段２０３と、真空容器内に磁
界を発生させる磁界発生手段２０２を備えている。磁界
発生手段２０２は、複数の永久磁石またはコイルが処理
室１００の外周にリング状に配置され、処理室内部に電
極に対してほぼ平行な磁場を形成する。そして、電極間
に発生する電界により処理ガスをプラズマ化して、プラ
ズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。さらに、マグネ
トロンＲＩＥでは、磁界発生手段２０２により電界とほ
ぼ直交する方向に磁場が形成されるので、電子とプラズ
マ中の分子・原子との衝突頻度が高まって、プラズマ密
度が増加し、高いエッチング特性が得られる。
置（マグネトロンＲＩＥ装置やMagnetically Enhanced
RIE装置）に適用した例である。真空容器としての処理
室１００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置
する下部電極１３０と、これに対向して接地される上部
電極２０１を備え、また真空容器内に所定のガスを導入
するガス供給手段１１７と、真空容器内を減圧排気する
真空排気系１０６と、前記下部電極と上部電極の間に電
界を発生させる電界発生手段２０３と、真空容器内に磁
界を発生させる磁界発生手段２０２を備えている。磁界
発生手段２０２は、複数の永久磁石またはコイルが処理
室１００の外周にリング状に配置され、処理室内部に電
極に対してほぼ平行な磁場を形成する。そして、電極間
に発生する電界により処理ガスをプラズマ化して、プラ
ズマＰを発生させ、試料Ｗを処理する。さらに、マグネ
トロンＲＩＥでは、磁界発生手段２０２により電界とほ
ぼ直交する方向に磁場が形成されるので、電子とプラズ
マ中の分子・原子との衝突頻度が高まって、プラズマ密
度が増加し、高いエッチング特性が得られる。
【００６１】本実施例では、図１で述べた実施例と同様
に、側壁１０２に側壁内面の温度を制御するジャケット
１０３が交換可能に保持され、ジャケット１０３の内部
に熱媒体供給手段１０４から熱媒体が循環供給されて、
ジャケットの温度が０℃〜約１００℃、望ましくは２０
℃〜約８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度で制御され
る。ジャケット１０３は、たとえばアルマイト処理を施
したアルミニウムで構成する。
に、側壁１０２に側壁内面の温度を制御するジャケット
１０３が交換可能に保持され、ジャケット１０３の内部
に熱媒体供給手段１０４から熱媒体が循環供給されて、
ジャケットの温度が０℃〜約１００℃、望ましくは２０
℃〜約８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度で制御され
る。ジャケット１０３は、たとえばアルマイト処理を施
したアルミニウムで構成する。
【００６２】このような構成により、リアクタ内壁面を
ウエハ温度よりも十分低い温度で一定に制御できるの
で、リアクタ側壁内面に強固な堆積膜を形成できる。こ
の膜は十分な耐プラズマ性を有しており、リアクタ内壁
の保護膜として作用し、反応生成物の剥離や試料表面へ
のパーティクルの付着が低減する。したがって、側壁は
消耗したり損傷したりしないので、側壁の部品交換の頻
度が低減でき、ランニングコストの低下につながるとと
もに、耐プラズマ性の高いＳｉＣなどのセラミクスを使
う必要がなく、部品コストの低減が可能となる。
ウエハ温度よりも十分低い温度で一定に制御できるの
で、リアクタ側壁内面に強固な堆積膜を形成できる。こ
の膜は十分な耐プラズマ性を有しており、リアクタ内壁
の保護膜として作用し、反応生成物の剥離や試料表面へ
のパーティクルの付着が低減する。したがって、側壁は
消耗したり損傷したりしないので、側壁の部品交換の頻
度が低減でき、ランニングコストの低下につながるとと
もに、耐プラズマ性の高いＳｉＣなどのセラミクスを使
う必要がなく、部品コストの低減が可能となる。
【００６３】また、本実施例では、図１、図２で述べた
実施例と同様に、試料台リング１３２に、電界発生手段
２０３から供給されるバイアス電力の一部を漏洩させる
構造とし、さらにガス伝熱により冷却することで、試料
台リング１３２における表面反応や試料の処理特性が安
定化できる。また同時に、バイアスによる加熱とイオン
アシストにより反応生成物の堆積が防止できるので、反
応生成物の剥離や試料表面へのパーティクルの付着が低
減される。
実施例と同様に、試料台リング１３２に、電界発生手段
２０３から供給されるバイアス電力の一部を漏洩させる
構造とし、さらにガス伝熱により冷却することで、試料
台リング１３２における表面反応や試料の処理特性が安
定化できる。また同時に、バイアスによる加熱とイオン
アシストにより反応生成物の堆積が防止できるので、反
応生成物の剥離や試料表面へのパーティクルの付着が低
減される。
【００６４】図７は、本発明を、平行平板型プラズマ処
理装置に適用した例である。真空容器としての処理室１
００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置する
下部電極１３０と、これに対向する上部電極２１０、お
よび上部電極２１０に電力を供給して電極間に電界を発
生させる電界発生手段２２１とを備えている。所定の処
理ガスが処理室１００内にガス供給手段１１７より供給
され、真空排気系１０６で真空容器内が減圧排気され
る。そして、電極間に発生する電界により処理ガスをプ
ラズマ化して、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理す
る。上部電極２１０は、電極板２１１が絶縁体２１２、
２１３で絶縁されてハウジング２１４に保持される。ま
た、電極板２１１のプラズマに接する側の面にはプレー
ト２１５が、その外周にはシールドリング２１６が設置
される。シールドリング２１６は、絶縁体２１２、２１
３をプラズマから保護すると同時に、試料台リング１３
２と対をなして、プラズマＰを処理室１００に封じ込め
ることでプラズマ密度を向上させて、高いエッチング特
性を得る。
理装置に適用した例である。真空容器としての処理室１
００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置する
下部電極１３０と、これに対向する上部電極２１０、お
よび上部電極２１０に電力を供給して電極間に電界を発
生させる電界発生手段２２１とを備えている。所定の処
理ガスが処理室１００内にガス供給手段１１７より供給
され、真空排気系１０６で真空容器内が減圧排気され
る。そして、電極間に発生する電界により処理ガスをプ
ラズマ化して、プラズマＰを発生させ、試料Ｗを処理す
る。上部電極２１０は、電極板２１１が絶縁体２１２、
２１３で絶縁されてハウジング２１４に保持される。ま
た、電極板２１１のプラズマに接する側の面にはプレー
ト２１５が、その外周にはシールドリング２１６が設置
される。シールドリング２１６は、絶縁体２１２、２１
３をプラズマから保護すると同時に、試料台リング１３
２と対をなして、プラズマＰを処理室１００に封じ込め
ることでプラズマ密度を向上させて、高いエッチング特
性を得る。
【００６５】本実施例では、図１で述べた実施例と同様
に、側壁１０２の内面の温度がジャケット１０３により
０℃〜約１００℃、望ましくは２０℃〜約８０℃の範囲
で、±１０℃以内の精度で制御されるため、耐プラズマ
性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保護膜と
して作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交換の頻
度の低減が可能となる。また、試料台リング１３２につ
いても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、表面反
応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の堆積を
防止してパーティクル発生が低減される。さらにシール
ドリング２１６は、図３の実施例と同様に、その形状が
薄く、かつプレート１１５に対してシールドリング２１
６の一部分がかかり、かつ他部品との熱的な接触が少な
くなるように構成されている。このため、プレート１１
５に電力を印加すると、シールドリング２１６がセルフ
バイアスによるイオンにより加熱され、反応生成物の堆
積が抑制されて、異物発生を低減できる。
に、側壁１０２の内面の温度がジャケット１０３により
０℃〜約１００℃、望ましくは２０℃〜約８０℃の範囲
で、±１０℃以内の精度で制御されるため、耐プラズマ
性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保護膜と
して作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交換の頻
度の低減が可能となる。また、試料台リング１３２につ
いても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、表面反
応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の堆積を
防止してパーティクル発生が低減される。さらにシール
ドリング２１６は、図３の実施例と同様に、その形状が
薄く、かつプレート１１５に対してシールドリング２１
６の一部分がかかり、かつ他部品との熱的な接触が少な
くなるように構成されている。このため、プレート１１
５に電力を印加すると、シールドリング２１６がセルフ
バイアスによるイオンにより加熱され、反応生成物の堆
積が抑制されて、異物発生を低減できる。
【００６６】図８は、本発明を、誘導結合型のプラズマ
処理装置に適用した例である。真空容器としての処理室
１００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置す
る下部電極１３０と、天板２３０とを備えており、真空
排気系１０６で減圧排気される。天板２３０の上部に
は、誘導放電用コイル２３１が配置され、高周波電源２
３２から高周波電力を供給する。処理ガスはガス供給手
段１１７より供給され、誘導放電用コイル２３１による
誘導放電でプラズマ化されて、プラズマＰが発生し、試
料Ｗを処理する。誘導結合型のプラズマ処理装置では、
天板にシリコンを用いてプロセスを安定化させたり、た
とえばファラデーシールドや磁場などの手段でプラズマ
と壁との相互作用を抑制することで、側壁をウエハより
も低温としても高いエッチング特性が安定して得られ
る。
処理装置に適用した例である。真空容器としての処理室
１００は、側壁１０２と、ウエハなどの試料Ｗを載置す
る下部電極１３０と、天板２３０とを備えており、真空
排気系１０６で減圧排気される。天板２３０の上部に
は、誘導放電用コイル２３１が配置され、高周波電源２
３２から高周波電力を供給する。処理ガスはガス供給手
段１１７より供給され、誘導放電用コイル２３１による
誘導放電でプラズマ化されて、プラズマＰが発生し、試
料Ｗを処理する。誘導結合型のプラズマ処理装置では、
天板にシリコンを用いてプロセスを安定化させたり、た
とえばファラデーシールドや磁場などの手段でプラズマ
と壁との相互作用を抑制することで、側壁をウエハより
も低温としても高いエッチング特性が安定して得られ
る。
【００６７】本実施例では、図１で述べた実施例と同様
に、側壁１０２の内面の温度がジャケット１０３により
０℃〜約１００℃、望ましくは２０℃〜約８０℃の範囲
で、±１０℃以内の精度で制御される。このため、耐プ
ラズマ性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保
護膜として作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交
換の頻度の低減が可能となる。また、試料台リング１３
２についても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、
表面反応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の
堆積を防止してパーティクル発生が低減される。
に、側壁１０２の内面の温度がジャケット１０３により
０℃〜約１００℃、望ましくは２０℃〜約８０℃の範囲
で、±１０℃以内の精度で制御される。このため、耐プ
ラズマ性を有する堆積膜が形成されてリアクタ内壁の保
護膜として作用し、パーティクルの低減や側壁の部品交
換の頻度の低減が可能となる。また、試料台リング１３
２についても漏洩バイアス印加構造とガス冷却により、
表面反応や試料の処理特性が安定化でき、反応生成物の
堆積を防止してパーティクル発生が低減される。
【００６８】なお、前記の各実施例は、いずれも処理対
象が半導体ウエハであり、これに対するエッチング処理
の場合であったが、本発明はこれに限らず、例えば処理
対象が液晶基板の場合にも適用でき、また処理自体もエ
ッチングに限らず、たとえばスパッタリングややＣＶＤ
処理に対しても適用可能である。
象が半導体ウエハであり、これに対するエッチング処理
の場合であったが、本発明はこれに限らず、例えば処理
対象が液晶基板の場合にも適用でき、また処理自体もエ
ッチングに限らず、たとえばスパッタリングややＣＶＤ
処理に対しても適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】本発明によれば、リアクタ内部の温度と
壁面の状態を制御することにより、エッチング特性に経
時的な変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・
信頼性を、長期間にわたって低コストで維持できるプラ
ズマ処理装置を提供することができる。
壁面の状態を制御することにより、エッチング特性に経
時的な変化を生じさせることなく、プロセスの再現性・
信頼性を、長期間にわたって低コストで維持できるプラ
ズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例になる、プラズマエッチング
装置の断面模式図である。
装置の断面模式図である。
【図２】本発明の一実施例である、試料台リングの温度
制御方法を示す図である。
制御方法を示す図である。
【図３】本発明の一実施例である、リングの温度制御方
法を示す図である。
法を示す図である。
【図４】本発明の一実施例である、赤外ランプによるリ
ングの温度の制御方法を示す図である。
ングの温度の制御方法を示す図である。
【図５】本発明の一実施例である、冷媒によるリングの
温度制御方法を示す図である。
温度制御方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施例になる、有磁場ＲＩＥプラズ
マエッチング装置の断面模式図である。
マエッチング装置の断面模式図である。
【図７】本発明の一実施例になる、平行平板型プラズマ
エッチング装置の断面模式図である。
エッチング装置の断面模式図である。
【図８】本発明の一実施例になる、誘導結合型プラズマ
エッチング装置の断面模式図である。
エッチング装置の断面模式図である。
【符号の説明】 １００…処理室、１０１…磁場形成手段、１０２…処理
室側壁、１０３…ジャケット、１０４…ガス供給手段、
１０５…真空室、１０６…真空排気系、１１０…アンテ
ナ、１１０…円板状導電体、１１２…誘電体、１１３…
誘電体リング、１１５…プレート、１１６…温度制御手
段、１１７…ガス供給手段、１２１…アンテナ電源、１
２２…アンテナ高周波電源、１３０…下部電極、１３１
…静電吸着装置、１３２…試料台リング、１３３…絶縁
体、１４１…バイアス電源、１５１…赤外吸収体、１５
２…赤外線放射手段、１５３…赤外透過窓、１５５…ガ
ス供給手段、１４２…静電吸着装置、１４３…絶縁体、
１４７…冷媒流路、 ─────────────────────────────────────────────────────
室側壁、１０３…ジャケット、１０４…ガス供給手段、
１０５…真空室、１０６…真空排気系、１１０…アンテ
ナ、１１０…円板状導電体、１１２…誘電体、１１３…
誘電体リング、１１５…プレート、１１６…温度制御手
段、１１７…ガス供給手段、１２１…アンテナ電源、１
２２…アンテナ高周波電源、１３０…下部電極、１３１
…静電吸着装置、１３２…試料台リング、１３３…絶縁
体、１４１…バイアス電源、１５１…赤外吸収体、１５
２…赤外線放射手段、１５３…赤外透過窓、１５５…ガ
ス供給手段、１４２…静電吸着装置、１４３…絶縁体、
１４７…冷媒流路、 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年８月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｃ２３Ｃ 14/54 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 加治 哲徳 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 金井 三郎 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 (20)
- 【請求項１】真空処理室と、プラズマ発生装置と、処理
室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該真空処理室
内で処理される試料を保持する電極と、該真空処理室を
減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置におい
て、 前記処理ガスにプラズマ放電により重合膜が形成される
ような組成のガスを少なくとも1種類以上含み、 前記処理室内でプラズマ放電により前記処理ガスをプラ
ズマ化し、 前記処理室の内部でプラズマに接する内壁面あるいは内
部構成部品の表面の少なくとも１面以上を、前記処理さ
れる試料の温度よりも低い所定温度に制御して、前記処
理室内壁面に強固な重合膜を形成させることを特徴とす
るプラズマ処理装置。 - 【請求項２】請求項１に記載のプラズマ処理装置におい
て、 前記処理室内壁面の温度を、前記試料の温度よりも５℃
以上低い所定温度とし、±１０℃以内の精度で制御する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項３】請求項１に記載のプラズマ処理装置におい
て、 前記処理室内壁面の温度を、試料の温度よりも２０℃以
上低い所定温度とし、±１０℃以内の精度で制御するこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項４】請求項１に記載のプラズマ処理装置におい
て、 前記処理室内壁面の温度を、０℃以上１００℃以下の領
域の所定温度とし、±１０℃以内の精度で制御すること
を特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項５】請求項１に記載のプラズマ処理装置におい
て、 前記処理室内壁面の温度を、２０℃以上８０℃以下の領
域の所定温度とし、±１０℃以内の精度で制御すること
を特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項６】請求項１ないし５に記載のプラズマ処理装
置において、 前記処理室の処理圧力を、０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下
とすることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項７】請求項１ないし５に記載のプラズマ処理装
置において、 前記処理室の処理圧力を、０．５Ｐａ以上４Ｐａ以下と
することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項８】請求項１ないし７に記載のプラズマ処理装
置において、 前記処理室内壁面を構成する部材を、交換可能な構造と
することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項９】請求項１ないし８に記載のプラズマ処理装
置において、 前記処理室内壁面に形成された重合膜の成長を抑制する
処理プロセスを含むことを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項１０】真空処理室と、プラズマ発生装置と、処
理室にガスを供給する処理ガス供給手段と、該真空処理
室内で処理される試料を保持する電極と、該真空処理室
を減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置にお
いて、 前記処理室の内部でプラズマに接する内壁構成部品の少
なくとも１つ以上を、当該部品面の少なくとも一部分に
バイアスが印加され、かつ当該部品の熱容量を十分に小
さくし、かつ当該部品のプラズマに接する表面積を小さ
くするように構成することを特徴とするプラズマ処理装
置。 - 【請求項１１】請求項１０に記載のプラズマ処理装置に
おいて、 前記内壁構成部品の温度を、１００℃以上２５０℃以下
の範囲とすることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項１２】請求項１０に記載のプラズマ処理装置に
おいて、 前記内壁構成部品の温度を、１５０℃以上２００℃以下
の範囲とすることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項１３】請求項１１ないし１２に記載のプラズマ
処理装置において、 前記処理室の処理圧力を０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下と
することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項１４】請求項１１ないし１２に記載のプラズマ
処理装置において、 前記処理室の処理圧力を０．５Ｐａ以上４Ｐａ以下とす
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項１５】請求項１１ないし１４に記載のプラズマ
処理装置において、 前記内壁構成部品の形状がリング状であり、当該部品の
プラズマに接する表面積が前記処理室内壁の全面積の２
０％以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項１６】請求項１１ないし１５に記載のプラズマ
処理装置において、 前記内壁構成部品の形状がリング状であり、その厚みが
６ｍｍ以下、内径が試料径以上であることを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項１７】請求項１０に記載のプラズマ処理装置に
おいて、 前記内壁構成部品のプラズマに接する側の近傍に赤外光
吸収体を形成するように構成して、当該部品の温度を赤
外線照射手段により遠隔的に制御することを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項１８】請求項１７に記載のプラズマ処理装置に
おいて、 前記内壁構成部品の温度を、１００℃以上２５０℃以下
の範囲の所定温度とし、±１０℃以内の精度で、調整す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項１９】請求項１７に記載のプラズマ処理装置に
おいて、 前記内壁構成部品の温度を、１５０℃以上２００℃以下
の範囲の所定温度とし、±１０℃以内の精度で、調整す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２０】請求項１ないし１９に記載のプラズマ処
理装置において、 プラズマ発生装置が有磁場UHF帯電磁波放射方式、マグ
ネトロン方式、平行平板方式又は誘導結合方式のいずれ
かであることを特徴とするプラズマ処理装置。
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