(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に絶縁性の部分を有する反応容器と、該反応容器の外側の側面に巻き付けられた誘導アンテナと、該誘導アンテナに接続されたインピーダンス調整機能を持つ高周波回路と、前記誘導アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、前記反応容器の周辺に密閉空間を構成したプラズマ処理装置であって、
前記密閉空間内に、前記誘導アンテナよりも下部の前記反応容器側面を加熱するように備えられた第１の光照射手段と、前記反応容器天板の周辺部を加熱するように備えられた第２の光照射手段とを備え、
更に、前記誘導アンテナに向かって送風するための吹き出し口を有する第１の送風機と、前記反応容器天板外側の中心部に吹き出し口を有する第２の送風機とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記請求項１において、
前記第１及び第２の光照射手段は、円周状に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導結合によりプラズマを生成する高周波放電装置、特にそのプラズマを利用して被処理物を処理するプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導放電型プラズマ装置の断面を図２に示す。従来の誘導放電型プラズマ装置は、プラズマを点火させる放電部と、成膜又はエッチングを行う処理室７から構成され、真空容器１には処理室７内に反応ガスを供給するための反応ガス導入口２と、処理室７内を真空排気する真空ポンプ３が設けられてある。処理室７内には、プラズマ処理中に処理対象基板５を載置するための基板ステージ４が配置されている。基板ステージ４は可動式（上下方向）になっており、処理対象基板５導入後、所定の高さにセットすることができる。基板ステージ４には、高周波電源１２からインピーダンスマッチング回路１３を介して高周波電圧が印加される。
【０００３】
絶縁性反応容器６の外側にコイル状の誘導アンテナ９を配置する。誘導アンテナ９には、高周波電源１０からインピーダンスマッチング回路１１を介して、高周波電流が供給される。処理ガス導入口２から反応ガスを導入し、高周波電流を誘導アンテナ９に流すと、高周波磁場が絶縁性反応容器６内に発生し、磁場の変動によって高周波電界が誘導される。この誘導電界により電子を加速させ、処理ガスを電離させることで絶縁性反応容器６内にプラズマ８を生成する高周波放電装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような高周波放電装置においては、誘導結合による放電のほかに、誘導アンテナに高周波電流が流れると、半径方向に静電界が誘起されるので、誘導アンテナとプラズマの間に容量結合的な放電も生成される。その結果、イオンが加速されて、誘導アンテナ近傍の絶縁性反応容器の内壁に衝突し、内壁がスパッタされる。また、絶縁性反応容器内に処理ガスを導入すると、内壁がエッチングされ、処理室内に不純物が発生しエッチングプロセスに悪影響を与える。これらの現象が生じることにより、絶縁性反応容器の寿命が低下してしまう。また処理方法によっては絶縁性反応容器の内壁に堆積物が付着するため、クリーニング回数が増加し、スループットが低下するという課題がある。
【０００５】
このような課題を解決するため、特開平９−５５２９９号公報、特開平８−３０６６３３号公報、特開平７−２５４４９８号公報、特開平８−１６２４４０号公報、特開平７−１８３２８３号公報に記載されているように、絶縁性反応容器を加熱又は冷却することで、プラズマ点火中、プロセス処理中に絶縁性反応容器内壁で起こる堆積物の付着、またはスパッタもしくはエッチングを抑制し、不純物の発生を抑え、絶縁性真空容器の寿命を伸ばすことで半導体チップの歩留まり向上及びエッチング性能の向上を図ることができるという提案がなされている。
【０００６】
ところが、特開平９−５５２９９号公報、特開平８−１６２４４０号公報、特開平７−２５４４９８号公報に記載されている流動性の加熱媒体（冷却媒体）で絶縁性反応容器を加熱（冷却）する方法等、加熱、冷却に液体を用いる場合では、装置のメンテナンス時に、絶縁性反応容器に設置されている流路から加熱媒体（冷却媒体）を取り除かなければいけないため作業に時間がかかり、装置構造も大きく複雑となる。
【０００７】
また、特開平８−３０６６３３号公報に記載されている温風で加熱する方法では、温風が絶縁性反応容器以外に当たることを防がなければいけない、絶縁性反応容器の天板と下部での温度差が大きい等の課題がある。特開平７−１８３２８３号公報では、加熱機構に電熱線、冷却機構に冷媒液を利用する方法が記載されている。電熱線で絶縁性反応容器の加熱は可能だが、冷却機構においては、前記に記載したような課題がある。
【０００８】
本発明は上記不具合点に鑑みてなされたものであり、絶縁性反応容器の温度を一定に制御する加熱機構及び冷却機構を有し、加熱効率を上げるため、絶縁性反応容器周辺に密閉空間を構成した。これにより、絶縁性反応容器内面で発生するスパッタおよびエッチングを抑制することができ、処理室内で発生する不純物の量を減少させ、絶縁性反応容器の寿命を伸ばし、精度の良いエッチングプロセスとスループットの向上を目的とした高性能な高周波放電装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、少なくとも部分的に絶縁性の部分を有する反応容器と、該反応容器の外側の側面に巻き付けられた誘導アンテナと、該誘導アンテナに接続されたインピーダンス調整機能を持つ高周波回路と、前記誘導アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、前記反応容器の周辺に密閉空間を構成したプラズマ処理装置であって、前記密閉空間内に、前記誘導アンテナよりも下部の前記反応容器側面を加熱するように備えられた第１の光照射手段と、前記反応容器天板の周辺部を加熱するように備えられた第２の光照射手段とを備え、更に、前記誘導アンテナに向かって送風するための吹き出し口を有する第１の送風機と、前記反応容器天板外側の中心部に吹き出し口を有する第２の送風機とを備えたことである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の図面を参照して説明する。
【００１１】
（実施例１）
本一実施例によるプラズマ処理装置の断面を図１に示す。このプラズマ処理装置は、プラズマを点火させる放電部と、成膜又はエッチングを行う処理室７から構成され、真空容器１には処理室７内に反応ガスを供給するための反応ガス導入口２と、処理室７内を真空排気する真空ポンプ３が設けられてある。処理室７内には、処理対象基板５を載置するための基板ステージ４が備えられている。基板ステージ４は可動式（上下方向）になっており、処理対象基板５導入後、所定の高さにセットすることができる。放電部内部には、絶縁性反応容器６、誘導アンテナ９、絶縁性反応容器６を加熱する加熱機構が備えられており、これらを覆うようにカバー２０が取付けられ、絶縁性反応容器６との間に密閉空間２１を構成している。密閉空間２１内は高温になるため、密閉空間２１を構成するカバー２０の外周に水冷管２２を通して断熱している。誘導アンテナ９は、絶縁性反応容器６の周辺に巻き付けられ、絶縁体の支持部材により固定されている。誘導アンテナ９には、高周波電源１０からインピーダンスマッチング回路１１を介して、高周波電流が供給される。これにより高周波磁場が絶縁性反応容器６内に発生し、磁場の変動によって高周波電界が誘導される。この誘導電界により絶縁性反応容器６内にプラズマ８が生成される。
【００１２】
次に、加熱機構と冷却機構について説明する。
【００１３】
加熱機構は２系統あり、光照射手段３０、３１により構成されている。光照射手段３０は、絶縁性反応容器６天板を狙って加熱するように、絶縁性反応容器６天板の上部に円周状に配置されており、光照射手段３１は、絶縁性反応容器６の下部と側面を狙って加熱するように、絶縁性反応容器６側面付近に円周方向に沿って配置されている。このように光照射手段３０、３１を円周状に配置したことにより、絶縁性反応容器６をほぼ均一に加熱できる。絶縁性反応容器６周辺にカバー２０を取付け、密閉空間２１を構成することで、光照射手段３０、３１より加熱された空気（温空気）を閉じ込めることができ、熱エネルギを外部に放出しないようにできる。これら密閉空間２１と光照射手段３０、３１を利用することで、絶縁性反応容器６天板付近は光照射手段３０、３１の輻射熱と温空気の対流により加熱でき、加熱効率を上げることができる。このような構造を組み込むことにより、絶縁性反応容器６を短時間で均一に加熱することができる。
【００１４】
冷却機構は２系統あり、装置外部に備えられた送風機４０と送風機４５により構成されている。送風機４０は、絶縁性反応容器６の天板を狙って冷却するためのものであり、送風機４５は絶縁性反応容器の側面を冷却するためのものである。絶縁性反応容器６の天板を狙って冷却する理由は、天板は熱伝導による熱の逃げがないため、温度が下がりにくいからである。また、側面を狙って冷却する理由は、プラズマ８は高周波電力を給電すると、誘導アンテナ近傍で強く生成するため、誘導アンテナ付近の側面温度が高くなるからである。
【００１５】
送風機４０から吹出される風は、送風経路４１を通りカバー２０天板に設けられた送風口４２まで導かれる。送風口４２に導かれた風は、ここから絶縁性反応容器６天板に向かって吹出し、絶縁性反応容器６天板を冷却できるようになっている。送風機４５から吹出された風は、送風経路４６を通り放電部内部のカバー２０側面の外側に設けられたエアダム４７に流入する。カバー２０側面には周方向に送風口４８が設けられており、エアダム４７に流入した風は、ここから絶縁性反応容器６側面に向かって吹出し、側面を全周から冷却できるようになっている。これにより誘導アンテナ９付近の絶縁性反応容器６側面を均一に冷却することができる。送風機４０と４５により密閉空間２１内に吹出された風は、密閉空間２１の下部に設置された排気口５０に導かれ、そこから排気ダクトにより外部に排出されるようになっている。風が排気口５０に導かれるときに絶縁性反応容器下部も冷却されるため、絶縁性反応容器６を均一に冷却することができる。
【００１６】
絶縁性反応容器６の温度を一定に制御する一連の動作について説明する。絶縁性反応容器６の温度を制御するため、絶縁性反応容器６の天板と側面に温度センサ６１、６６が取付けられている。絶縁性反応容器６の温度を設定すると、光照射手段３０、３１による天板と側面の加熱が始まる。光照射手段３０、３１は設定温度に到達するまで最大出力で運転する。この温調機構の特徴は、加熱・冷却機構ともに２系統にしたため、絶縁性反応容器６天板と側面で独立した温度制御が可能なことである。
【００１７】
つまり、絶縁性反応容器６天板が設定温度に達すると、まずカバー２０上部に取付けられた開閉式シャッター４３が開き、送風機４０からの風を送り込めるようになり、温度センサ６１の出力に応じて光照射手段３０と送風機４０による天板の温度制御が行われる。また絶縁性反応容器６側面が設定温度に達すると、温度センサ６６の出力に応じて光照射手段３１と送風機４５による側面の温度制御が行われる。このように独立した温度制御が可能なため絶縁性反応容器６の温度を均一に保つことが容易である。この温度を一定に保つ一連の動作は、PID制御されており、温度センサ６１、６６の出力を加熱・冷却機構の動作に反映させている。PIDパラメータは当業者により、容易に設定できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁性反応容器を短時間でほぼ均一に加熱することができ、さらにプラズマ点火中でも絶縁性反応容器の温度を一定に制御できるため、絶縁性反応容器内壁で起こるスパッタもしくは化学反応による壁削れと不純物の発生を抑制することができる。これにより、精度の良いエッチングプロセスとスループットの向上を図ることができ、絶縁性反応容器の寿命を伸ばし、高性能なプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】従来例によるプラズマ処理装置の断面図である。
【符号の説明】
１…真空容器、２…反応ガス導入口、３…真空ポンプ、４…基板ステージ、５…処理対象基板、６…絶縁性反応容器、７…処理室、８…プラズマ、９…誘導アンテナ、１０、１２…高周波電源、１１、１３…インピーダンスマッチング回路、２０…カバー、２１…密閉空間、２２…水冷管、３０、３１…光照射手段、４０、４５…送風機、４１、４６…送風経路、４２、４８…送風口、４３…シャッター、４７…エアダム、５０…排気口、６０、６５…温度計、６１、６６…温度センサ。
【図１】
0003716680.tif 000002
【図２】
0003716680.tif 000003