(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度プラズマを生成するプラズマ室と、
前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、
前記プラズマ処理による生成物が前記プラズマ室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、
前記プラズマ室は円筒形状をとり、
前記防着管は円筒形状であって、前記プラズマ室内に嵌挿されており、かつ、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、管軸方向に複数個に分割されており、
さらに、前記プラズマ発生時に温度勾配がより大きい部分は管長がより小さく、当該温度勾配がより小さい部分は管長がより大きくなるように分割されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
高密度プラズマを生成するプラズマ室と、
前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、
前記プラズマ処理による生成物が前記プラズマ室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、
前記防着管は、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、複数個に分割されており、その内壁面に、その管軸と平行な溝が設けられている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記防着管は、複数の溝が設けられており、
前記複数の溝は、前記防着管の管軸周りに等間隔に設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記防着管は、石英から成る
ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記プラズマを用いて、前記試料にスパッタリング処理を施す
ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
高密度プラズマを生成するプラズマ室と、
前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、
前記プラズマ処理による生成物が前記試料室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、
前記試料室は円筒形状をとり、
前記防着管は円筒形状であって、前記試料室内に嵌挿されており、かつ、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、管軸方向に複数個に分割されており、
さらに、前記プラズマ発生時に温度勾配がより大きい部分は管長がより小さく、当該温度勾配がより小さい部分は管長がより大きくなるように分割されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
高密度プラズマを生成するプラズマ室と、
前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、
前記プラズマ処理による生成物が前記試料室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、
前記防着管は、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、複数個に分割されており、その内壁面に、その管軸と平行な溝が設けられている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記防着管は、複数の溝が設けられており、
前記複数の溝は、前記防着管の管軸周りに等間隔に設けられている
ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記防着管は、石英から成る
ことを特徴とする請求項６または７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記プラズマを用いて、前記試料にエッチング処理を施す
ことを特徴とする請求項６または７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマを用いて、前記試料にＣＶＤ処理を施す
ことを特徴とする請求項６または７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記プラズマは電子サイクロトロン共鳴により生成される
ことを特徴とする請求項１ から請求項１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、プラズマを利用して薄膜形成等の処理を行うプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ処理装置の内部に酸化ケイ素等が付着するのを防ぐための防着技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路等の電子デバイスの製造に際し、電子サイクロトロン共鳴（ECR: Electron Cyclotron Resonance）によって得られる高エネルギーのプラズマを用いて、スパッタリングやエッチングが行われている。
例えば、ＥＣＲスパッタリング法においては、電子サイクロトロン共鳴により高エネルギー化したプラズマにより、１種類以上のガス（例えばアルゴンガス）を分解して生成されたイオンをターゲットに衝突させる。この衝突によって、ターゲットから飛び出してくる金属原子、或いは、ターゲットから飛び出してきた金属原子と成膜室内の気体とが反応して生成され分子が、試料上に堆積する。
【０００３】
図６は、ＥＣＲスパッタリング法に用いられるＥＣＲスパッタリング装置の構成を例示する断面図である。図６に示されるように、ＥＣＲスパッタリング装置６は成膜室６０１とプラズマ室６０７とを備えており、これらは互いに隣接している。成膜室６０１には試料台６０４が設けられており、この試料台６０４に試料６０３がセットされる。
成膜室６０１の試料６０３についてプラズマ室６０７側には、プラズマ室６０７に連通するプラズマ導入口６０６が設けられている。このプラズマ導入口６０６を囲むようにして、リング状の金属ターゲット６０５が配設されている。この金属ターゲット６０５は、珪素などを含む固体原料からなっており、試料６０３上に形成される膜の原料となる。
【０００４】
プラズマ室６０７には、導波管６０９を介して、マイクロ波６０８が導入される。プラズマ室６０７と導波管６０９の間には、マイクロ波導入窓６１０が設けられている。マイクロ波導入窓６１０は石英ガラスからなっており、導波管６０９側に設けられているプラズマ室６０７の開口部分を密封して、プラズマ室６０７の気密を保つ。
また、成膜室６０１には排気口６０２が設けられている。成膜室６０１、並びに、プラズマ室６０７の内部の気体は、真空装置（図示省略。）により、排気口６０２から排気される。このようにして、成膜室６０１、並びに、プラズマ室６０７の内部が真空状態とされると、プラズマ室６０７に設けられているガス導入口６１１から、アルゴン等のプラズマ形成用のガスが導入される。
【０００５】
プラズマ室６０７の周囲には、励磁コイル６１２が配設されている。プラズマ室６０７内にガスが導入されると、励磁コイル６１２は、プラズマ室６０７内に磁場を形成して、電子サイクロトロン共鳴による放電を発生させる。すると、高密度のプラズマが発生して、アルゴンイオンが生成される。
生成されたアルゴンイオンは、プラズマ室６０７からプラズマ導入口６０６を経て、成膜室６０１に引き出される。
【０００６】
金属ターゲット６０５には、負電位が印加されている。この負電位によって生じる電界の作用により、前記アルゴンイオンが金属ターゲット６０５に衝突する。これによって、金属ターゲット６０５から珪素原子が飛び出して試料６０３上に堆積する。また、金属ターゲット６０５から飛び出した珪素原子と成膜室６０１内の気体とが反応して生成された分子が試料６０３上に堆積する。
【０００７】
これにより試料６０３上に成膜される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１−３０６５５８号公報（第２頁から第４頁まで、及び第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、前記試料６０３上に成膜する際には、金属ターゲット６０５から飛び出した珪素原子は、試料６０３上に堆積するのみならず、プラズマ室６０７の内壁など、ＥＣＲスパッタリング装置の内壁上にも付着する。このような付着を防ぐために、プラズマ室６０７内部には、防着板６１３、６１４及び防着管６２０が配設されている。
防着管６２０は円筒状の石英管からなっている。防着板６１３は円板状の石英板に丸穴が空いた丸穴石英板から、また、防着板６１４は円板状の石英板に角穴が空いた角穴石英板からなっている。これにより、前記珪素原子は、防着管６２０等の上に付着するので、プラズマ室６０７の内壁上には付着することがない。即ち、ＥＣＲスパッタリング装置にて成膜処理を繰り返すと、防着管６２０等の上に酸化珪素等からなる膜が付着成長する。
【０００９】
一方、プラズマ発生時、プラズマ室６０７内部においては、その中央部分において温度が高く、周辺部分に近づくにつれて温度が低くなる。このため、防着管６２０も、プラズマ室６０７の中央部分に近いほど高温となり、周辺部分に近づくほど温度が低くなるので、この温度差に起因して防着管６２０の内部に熱応力が発生する。
このため、ＥＣＲスパッタリング装置にて成膜処理を繰り返すと、熱疲労によって防着管６２０が破損する。この結果、防着管５２０上に付着成長していた酸化珪素等の破片や防着管６２０そのものの破片が飛散して、アルゴンイオンの移動が妨げられるため、延いては、試料表面において必要な成膜特性が得られなくなってしまう。
【００１０】
このような問題に対する対策として、防着管６２０を交換すれば必要な成膜特性を回復することができる。しかしながら、防着管６２０を交換するためには成膜室６０１を大気開放しなければならないので、作業後に成膜室内の真空引きや水分除去といった作業が必要となる。
この真空引きや水分除去は多大の作業時間を要する。また、防着管６２０を頻繁に交換すると防着管６２０そのものの必要も増大するため、コストの観点から好ましくない。かかる問題は、ＥＣＲスパッタリング装置のみに留まらず、ＥＣＲエッチング装置その他、電子サイクロン共鳴を利用するプラズマ処理装置のみならず、さらには高密度プラズマを発生させてこれを利用するプラズマ処理装置全般に存する。
【００１１】
プラズマ室内の温度差は他の方法を用いても発生し、また発生するプラズマが高密度であるほどその温度も高くなり、温度差がさらに拡大するからである。
例えば、プラズマ密度が１０11ｉｏｎｓ／ｃｍ3程度であれば、プラズマ温度は６００℃以上になると見積もられ、そのような高温でば防着管への熱的影響も大きいものとなる。
【００１２】
本願発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであって、防着部材の交換頻度を低減することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本願発明に係るプラズマ処理装置は、高密度プラズマを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、前記プラズマ処理による生成物が前記プラズマ室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、前記防着管は、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、複数個に分割されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
このようにすることによって、プラズマ処理中における防着管の各部分間の温度差に起因して発生する熱応力を逃すことができるので、防着管の破損を防止することができる。したがって、防着部材の交換頻度を低減することができるので、プラズマ処理装置のランニング・コストを低減することができる。
また、応力の集中を防ぐことができるので、防着管を更に破損し難くすることができる。
【００１５】
また、防着管を構成する複数の部分防着管のそれぞれについて、ひとつの部分防着管内での温度差を低減して熱応力の発生を抑えることができる。したがって、部分防着管の破損を防止することができるので、延いては防着管全体の破損を防止することができる。
【００１６】
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、その内壁面に、その管軸と平行な溝が設けられていることを特徴とする。このようにすることによって、防着管の内側に付着する膜に起因する応力による歪を逃がして、応力による石英の歪をさらに効率よく逃がすことができる。したがって、防着管の破損を防止することができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、複数の溝が設けられており、前記複数の溝は、前記防着管の管軸周りに等間隔に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
このようにすれば、前記付着膜が膨張することによって生じる応力を分散することができるので、防着管の破損を防止することができる。この場合において、防着管の内壁に設けられる溝の長手方向は、前記付着膜によって防着管に係る応力の方向に直行するのが好ましい。このようにすれば、当該応力を効率よく逃すことができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、石英から成ることを特徴とする。このようにすることによって、プラズマ発生時における高温に耐えて、プラズマ室の内壁に不要物が付着するのを防止することができる。また、防着管そのものも破損し難くすることができる。
【００１８】
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマを用いて、前記試料にスパッタリング処理を施すことを特徴とする。このようにすれば、スパッタリング装置に設置されている防着管を破損し難くすることができる。したがって、スパッタリング装置による生産効率を向上させることができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、高密度プラズマを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室と連通されており、かつ、前記プラズマにより処理される試料を保持する試料室と、前記プラズマ処理による生成物が前記試料室の内壁に付着するのを防ぐ防着管とを備え、前記防着管は、前記プラズマ発生時の温度分布に応じて、複数個に分割されていることを特徴とする。
【００１９】
このようにすれば、前記試料室の内壁に付着するのを防ぐ防着管において、プラズマ処理中に生じる温度勾配に応じた熱応力を逃すことができるので、当該防着管の破損を防止することができる。したがって、プラズマ処理装置のランニング・コストを低減することができる。
また、防着管内における熱応力の集中を防止して、防着管を更に破損し難くすることができる。
【００２０】
また、防着管を構成する複数の部分防着管のそれぞれについて、ひとつの部分防着管内での温度差を低減して熱応力の発生を抑えることができる。したがって、部分防着管の破損を防止することができるので、延いては防着管全体の破損を防止することができる。
【００２１】
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、その内壁面に、その管軸と平行な溝が設けられていることを特徴とする。このようにすれば、防着管の内側に付着する膜に起因する応力による歪を逃がして、応力による石英の歪をさらに効率よく逃がすことができる。したがって、防着管の破損を防止することができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記防着管は、複数の溝が設けられており、前記複数の溝は、前記防着管の管軸周りに等間隔に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
このようにすれば、前記付着膜が膨張することによって生じる応力を分散することができるので、防着管の破損を防止することができる。この場合にも、上述と同様、防着管の内壁に設けられる溝の長手方向は、前記付着膜によって防着管に係る応力の方向に直行するのが好ましい。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、（請求項１３）を特徴とする。このようにすれば、プラズマ発生時における高温に耐えて、プラズマ室の内壁に不要物が付着するのを防止することができる。また、防着管そのものも破損し難くすることができる。
【００２３】
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマを用いて、前記試料にエッチング処理を施すことを特徴とする。このようにすることによって、エッチング処理装置に設置されている防着管を破損し難くすることができる。したがって、エッチング処理装置による生産効率を向上させることができる。
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマを用いて、前記試料にＣＶＤ処理を施すことを特徴とする。このようにすることによって、プラズマＣＶＤ装置に設置されている防着管を破損し難くすることができる。したがって、防着管を交換する周期を延長することが可能となるので、プラズマＣＶＤ装置による生産効率を向上させることができる。
【００２４】
また、本願発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマは電子サイクロトロン共鳴により生成されることを特徴とする。このようにすれば、試料に与える損傷を小さくすることができるので、より高品質の製品をプラズマ処理によって製造でき、また、歩留まりを向上させることができる等、優れたコスト・メリットを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本願発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態について、ＥＣＲスパッタリング装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］  ＥＣＲスパッタリング装置の構成
本実施の形態に係るＥＣＲスパッタリング装置は、前記従来技術に係るＥＣＲスパッタリング装置と概ね同様の構成を備えている。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係るＥＣＲスパッタリング装置の構成を示す断面図である。図１に示されるように、ＥＣＲスパッタリング装置１は、成膜室１０１、排気口１０２、試料台１０４、金属ターゲット１０５、プラズマ導入口１０６、プラズマ室１０７、導波管１０９、マイクロ波導入窓１１０、ガス導入口１１１、励磁コイル１１２、防着板１１３、１１４、および、防着管２から構成されている。
【００２７】
成膜室１０１は、成膜されるべき試料１０３を配置するための気密な容器である。成膜室１０１内部の気体は、排気口１０２から吸引され、排気される。また、成膜室１０１内には試料台１０４が設けられており、試料１０３は当該試料台１０４上に載置される。
更に、成膜室１０１のプラズマ室１０７に接する壁面には、プラズマ室１０７からプラズマを導入するための円形の開口部分である、プラズマ導入口１０６が設けられている。この壁面には、このプラズマ導入口１０６を囲むようにして、成膜室１０１の内側に、短い円筒状の金属ターゲット１０５が配設されている。
【００２８】
金属ターゲット１０５は、シールドケース（図示省略。）支持されている。なお、金属ターゲット１０５には、負電位が印加されており、プラズマ室１０７に対して低電位となっている。
プラズマ室１０７は、電子サイクロトロン共鳴によってプラズマを発生させるための円筒状の容器である。プラズマ室１０７の成膜室１０１側の底面には、プラズマ導入口１０６として円形状の開口部分が設けられている。
【００２９】
また、プラズマ室１０７のもう一方の底面には、導波管１０９を介してマイクロ波１０８を導入するための矩形状の開口部分が設けられている。当該開口部分は、成膜室１０１とプラズマ室１０７とを気密に保つために石英ガラスからなるマイクロ波導入窓１１０に覆われている。
また、プラズマ室１０７の当該底面には、更に、アルゴンガスを導入するための開口部分が設けられている。
【００３０】
プラズマ室１０７内に磁場を形成して、電子サイクロトロン共鳴による放電を発生させるために、プラズマ室１０７は励磁コイル１１２にて外囲されている。また、プラズマ室１０７の内壁面には、前記ＥＣＲスパッタリング装置５のプラズマ室５０７と同様に、酸化珪素等の付着を防ぐための防着板１１３、１１４、並びに、防着管２が配設されている。
【００３１】
防着板１１３は円盤状の石英板であって、プラズマ導入口１０６に対応する位置に円形状の開口部分が設けられている。同様に、防着板１１４は円盤状の石英板であって、マイクロは導入窓１１０に対応する位置に矩形状の開口部分が設けられている。また、防着板１１４には、更に、プラズマ室１０７内にアルゴンガスを導入するための開口部分も設けられている。
【００３２】
防着管２は、プラズマ室１０７の内側面に沿うように円筒形状となっており、プラズマ室１０７内に嵌挿されている。防着管２の構成については、後に詳述する。
［２］  ＥＣＲスパッタリング装置１の動作
ＥＣＲスパッタリング装置１においては、ＥＣＲスパッタリング装置５と同様に、以下のようにして成膜処理がなされる。
【００３３】
すなわち、先ず、成膜室１０１内部の気体が排気口１０２から吸引され、成膜室１０１及びプラズマ室１０７の内部が真空状態とされるとともに、水分が除去される。次いで、成膜室１０１、並びにプラズマ室１０７内にアルゴンガスが導入される。
そして、導波管１０９からマイクロ波導入窓１１０を経てマイクロ波１０８が導入されるとともに、励磁コイル１１２によりプラズマ室１０７に磁場が形成され、電子サイクロトロン共鳴による放電が惹き起こされる。これによって、プラズマ室１０７内に高密度のプラズマが発生して、アルゴンイオンが生成される。
【００３４】
生成されたアルゴンイオンは正電荷をもっているので、負電位を印加されている金属ターゲット１０５に引き寄せられて、衝突する。この衝突によって、金属ターゲット１０５から珪素原子が飛び出す。金属ターゲット１０５から飛び出した珪素原子は試料１０３上に堆積する。
また、金属ターゲット１０５から飛び出した珪素原子は、成膜室１０１内の気体分子と反応して新たな分子を生成することもある。試料１０３上には、このようにして生成された分子も堆積する。このようにして、試料１０３上に膜を形成する成膜処理が進行する。
【００３５】
［３］  防着管２の構成
次に、防着管２の構成について更に詳しく説明する。図２は、防着管２の構成を示す図であって、図２（ａ）は防着管２の外観斜視図、図２（ｂ）は防着管２をその中心軸を含む平面で切った断面図、そして、図２（ｃ）は防着管２を成膜室１０１側から俯瞰した俯瞰図である。
【００３６】
さて、図２（ａ）に示されるように、防着管２は、上段管２１、中段管２２、および、下段管２３の３つの部分防着管から成っている。これら３つの部分防着管のうち、下段管２３は管長が最も大きく、本実施の形態においては１４４ｍｍとなっている。
これに対して、上段管２１と中段管２２は管長が短くなっており、それぞれ１０ｍｍ、１２ｍｍである。また、図２（ａ）に示されるように、上段管２１と中段管２２とには、その内壁面に管軸と平行な８つの溝２４が等間隔に設けられている。溝２４の幅と深さはそれぞれ３ｍｍ、０．５ｍｍであって、いずれの溝２４も同寸法である。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示されるように、上段管２１の中段管２２側端付近には、管の内径が拡径されている部分（以下、「内径拡大部分」という。）が設けられている。また、中段管２２の上段管２１側端付近には、管の外径が縮径されている部分（以下、「外径縮小部分」という。）が設けられている。
上段管２１と中段管２２は、上段管２１の内径拡大部分と中段管２２の外径縮小部分とを緩く嵌合させることによって、結合されている。
【００３８】
同様に、中段管２２の下段管２３側端付近には内径拡大部分が設けられており、下段管２３の中段管２２側端付近には外径縮小部分が設けられている。中段管２２と下段管２３とは、これらを緩く嵌合させることによって、結合されている。
［４］  防着管２の特性
（１）  前述のように、成膜処理時には、プラズマ室１０７の内部で温度勾配が生じる。特に、プラズマ室１０７内と成膜室１０１内とでは温度差が大きいために、防着管２においても成膜室１０１に近い部分でより大きな温度勾配が生じる。
【００３９】
この温度勾配に起因して、防着管２の成膜室１０１から近い部分では熱膨張の度合いがより大きくなり、成膜室１０１に遠い部分では熱膨張の度合いがより小さくなる。
図２（ｂ）には、この間の事情が表されている。図２（ｂ）に示されるように、各部分防着管には成膜室１０１からの距離に応じた大きさの熱応力３１が作用する。すなわち、成膜室１０１に近いほど熱応力が大きく、成膜室１０１から遠いほど熱応力が小さくなる。
【００４０】
このような現象に対して、本実施の形態に係る防着管２は上述のような３つの部分防着管に分割されており、それらは緩く嵌合されているので、部分防着管毎に熱膨張の度合いに差が生じても、各部分防着管が自由に熱膨張することができる。すなわち、部分防着管間では熱膨張に起因する内部応力が発生しないので、このような内部応力による熱疲労も発生しない。
【００４１】
したがって、熱疲労による防着管２の破損を免れることができる。防着管２が破損しなければ、防着管２に付着した酸化珪素や、防着管２から生じる石英片が飛散しないので、ＥＣＲスパッタリング装置１は、優れた成膜特性を保つことができる。
（２）  また、個々の部分防着管に注目すると、前述のように、部分防着管の内側面には酸化珪素等が堆積して膜が形成される。この膜もまたプラズマにより熱せられることによって膨張する。この膜の膨張に起因して、部分防着管の内側面に、図２（ｃ）に示されるような応力３２が生じる。
【００４２】
このような応力３２に対して、本実施の形態においては、部分防着管の内側に前述したような溝を設けているので、膜の膨張に起因する応力３２による歪を逃すことができる。したがって、防着管２の破損を防止して、ＥＣＲスパッタリング装置１の成膜特性を保つことができる。
（３）  また、成膜室１０１とプラズマ室１０７との間の温度差が大きいため、より大きな熱応力を受ける上段管２１は、中段管２２や下段管２３よりも破損し易い。また、同様の理由によって、中段管２２は下段管２３よりも破損し易い。これに対して、本実施の形態によれば、防着管の破損が発生した場合、破損した部分防着管のみを交換すれば良い。
【００４３】
すなわち、前述した従来技術の場合とは異なって、防着管全体を交換する必要がないので、ＥＣＲスパッタリング装置における防着対策に要するコストを低減することができる。
［５］  変形例
以上、本願発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本願発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
【００４４】
（１）  上記実施の形態においては、防着管２を構成する各部分防着管の具体的な管長を例示して説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、寸法を異にする場合であっても、上述したように、防着管を複数の部分防着管から成るとすれば、本願発明の効果を得ることができる。
この場合において、各部分防着管の管長は、ＥＣＲスパッタリング装置１において成膜処理を実行する際の温度分布を勘案して決定するのが望ましい。すなわち、ひとつの部分防着管の各部分間の温度差が所定の範囲内に納まるように管長を決定するのが望ましい。
【００４５】
このように管長を決定すれば、部分防着管に作用する熱応力を小さくすることができるので、部分防着管を熱疲労により破損し難くすることができる。したがって、防着管の寿命を延長して、ＥＣＲスパッタリング装置１の成膜処理に係るコストを低減することができる。
（２）  上記実施の形態においては、防着管２を構成する部分防着管の数が３つである場合を例にとり本願発明について説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、ひとつの防着管を構成する部分防着管の数が２以上であれば、本願発明の効果を得ることができる。
【００４６】
一つの防着管を構成する部分防着管の数を決定するに当たっては、部分防着管の管長を決定する場合と同様に、ＥＣＲスパッタリング装置１において成膜処理を実行する際の温度分布を勘案するのが好適である。
すなわち、ＥＣＲスパッタリング装置１において成膜処理を実行する際の防着管の内側面の防着管軸に沿った温度勾配が緩やかである場合には、部分防着管の数を少なくしても良く、逆に、前記温度勾配が急である場合には、部分防着管の数を多くするのが好ましい。
【００４７】
このように部分防着管の数を決定すれば、個々の部分防着管に作用する熱応力を小さくすることができるので、部分防着管を熱疲労により破損し難くすることができる。したがって、防着管の寿命を延長して、ＥＣＲスパッタリング装置１の成膜処理に係るコストを低減することができる。
（３）  上記実施の形態においては、部分防着管の内側面に８つの溝を設ける場合について説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、部分防着管の内側面に設ける溝の数が８つ以外の場合であっても、少なくともひとつの溝が設けることによって、本願発明の効果を得ることができる。
【００４８】
この場合において、部分防着管の内側面に設ける溝の数は、当該部分防着管の内側面に生じる付着膜の膜厚や膜質に応じて決定するのが好ましい。なぜならば、付着膜の膜厚や膜質によって部分防着管が被る応力の大きさが変化するからであり、当該応力が小さい場合には溝の数を少なくしても良く、応力が大きい場合には溝の数を多くするのが望ましい。
【００４９】
また、上記実施の形態においては、下段管２３には溝を設けない場合について説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、すべての部分防着管に溝を設けるとしても良い。
この場合において、ひとつの防着管を構成する部分防着管の間では内側面に設ける溝の数を同一とすることが望ましいが、付着膜に起因して発生する応力が当該部分防着管の間で著しく異なる場合には、設ける溝の数を当該応力に応じて異にするとしても良い。
【００５０】
また、部分防着管の内側面に複数の溝を設ける場合には、当該部分防着管の管軸周りに等間隔となるように溝を設けるのが好適である。このようにすれば、当該部分防着管の内側面にかかる応力を平均化して、当該応力の最大値を抑えることができるので、当該部分防着管を破損し難くすることができる。
（４）  上記実施の形態においては、成膜室１０１に近い側の部分防着管に設けられた内径拡大部分に、成膜室１０１から遠い側の部分防着管に設けられた外径縮小部分を嵌め込むことによって部分防着管どうしを結合させるとしたが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでも無く、上記実施の形態とは異なる方法によって部分防着管どうしを結合させるとしても良い。
【００５１】
すなわち、上記実施の形態とは逆に、成膜室１０１に近い側の部分防着管に設けられた外径縮小部分を設け、成膜室１０１から遠い側の部分防着管に設けられた内径拡大部分を設けて、これらを嵌め合わせることによって部分防着管どうしを結合させるとしても良い。
また、このような相欠接ぎの他に、斜摺合せ接ぎにより部分防着管どうしを結合させるとしても良いし、部分防着管の側壁部分の厚みによっては核接ぎによって部分防着管どうしを結合させるとしても良い。部分防着管どうしの結合のさせ方の如何によらず本願発明を実施して、その効果を得ることができる。
【００５２】
なお、成膜処理時に、部分防着管の間で熱膨張の度合いに差が生じることを考慮すれば、部分防着管の間にある程度の余裕を与えて結合させるのが好適である。このような余裕を与えることによって、熱膨張の度合いの差を吸収して、部分防着管の熱疲労を抑えることができるので、本願発明の効果をさらに高めることができる。
（５）  上記実施の形態においては、本願発明を説明するにあたってＥＣＲスパッタリング装置を例に取ったが、本願発明の適用対象がＥＣＲスパッタリング装置に限定されないのは言うまでも無く、ＥＣＲスパッタリング装置以外の高密度プラズマ処理装置に対しても本願発明を適用して、その効果を得ることができる。
【００５３】
すなわち、誘導結合プラズマ（ICP: induction coupled plasma）を生成して処理を行うプラズマ処理装置や、ヘリコン波プラズマ（HWP: helicon-wave excited plasma）を生成して処理を行うプラズマ処理装置に本願発明を適用するとしても良い。
図３は、本変形例に係るＩＣＰスパッタリング装置の構成を示す断面図である。図３に示されるように、ＩＣＰスパッタリング装置においては、プラズマ室３０７の周囲にコイル３１２を配設し、このコイルに高周波電流を流して誘導結合プラズマを生成してスパッタリング処理を行う。
【００５４】
かかるＩＣＰスパッタリング装置においても、プラズマ室３０７の内部に配設される防着管３１５を、プラズマ発生時の温度勾配に応じて分割することによって、防着管３１５の破損を防止することができる等、本願発明の効果を得ることができる。
なお、プラズマの発生方法によらず、プラズマ密度が１０10ｉｏｎｓ／ｃｍ3以上に達する場合に本願発明は特に有効であり、プラズマ処理装置を長寿命化する等の効果を奏する。
【００５５】
（６）  上記実施の形態においては、本願発明を説明するにあたってＥＣＲスパッタリング装置を例に取ったが、本願発明の適用対象がＥＣＲスパッタリング装置に限定されないのは言うまでも無く、スパッタリング処理装置以外のプラズマ処理装置に対しても本願発明を適用して、その効果を得ることができる。
図４は、本願発明の変形例に係る防着管を備えた反応性イオンビームエッチング（RIBE: Reactive Ion Beam Etching）装置（以下、「ＲＩＢＥ装置」という。）の構成を例示する断面図である。
【００５６】
図４に示されるように、本変形例に係るＲＩＢＥ装置４は、試料（ウエハ）４０１、試料台４０２、試料室４０３、イオン引き出し電極４０４、励磁コイル４０５、マイクロ波導入窓４０６、導波管４０７、プラズマ室４１０、防着板４１１、および、防着管４１２を備えている。
ＲＩＢＥ装置４は、試料室４０３内が真空化された後、導波管４０７からマイクロ波導入窓４０６を経てマイクロ波４０８が導入されるとともに、原料ガス４０９がプラズマ室４１０内に導入される。そして、ＲＩＢＥ装置４は、励磁コイル４０５にてプラズマ室４１０内に磁場を形成して、電子サイクロトロン共鳴による放電を発生させる。すると、高密度のプラズマが発生する。
【００５７】
そして、イオン引き出し電極４０４に負電位を印加して、前記プラズマから反応性元素イオン４１３を引き出す。ここで、前記試料台４０２は平板上の電極となっており、当該試料台４０２に高周波電圧を加えると直流的な電界が生じる。これによって、前記反応性元素イオン４１３がウエハ４０１に向かって垂直方向に入射して、異方性エッチングが行われる。
【００５８】
このようにエッチングを行う際に試料室４０３の内壁に不要な物質が付着するのを防止する必要があるので、試料室４０３の内部には円形状の防着板４１１と円筒状の防着管４１２が設置されている。
ＲＩＢＥ装置においても、ＥＣＲスパッタリング装置と同様に、試料室とプラズマ室との間には大きな温度差が生じるので、防着管が熱疲労により破損する問題がある。
【００５９】
これに対して、本変形例に係るＲＩＢＥ装置４においては、前記防着管２と同様に、エッチング処理中の温度分布に応じて防着管４１２が複数の部分防着管に分割されているので、上述のような破損を免れることができる。したがって、防着部材の交換頻度を低減できるので、エッチング処理に係る諸コストを低減することができる。
本願発明は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置に適用して、上述と同様の効果を奏することができる。図５は、本変形例に係るＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成を例示する断面図である。
【００６０】
図５に示されるように、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置５は、試料室５０１、試料台５０２、ウエハ５０３、励磁コイル５０４、プラズマ室５０５、マイクロ波導入窓５０６、導波管５０７、防着板５１０、５１２、および、防着管５１１を備えている。
ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置５は、先ず、試料室５０１、および、プラズマ室の内部の不要なガスを真空ポンプにて排気する。そして、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波５０８を、マグネトロンから導波管５０７、マイクロ波導入窓５０６を介して、プラズマ室５０５に導入する。また、プラズマ室５０５には、原料ガスとして窒素ガス（Ｎ2）等が導入される。
【００６１】
この状態で、励磁コイル５０４を用いて磁界（８７５Ｇ）をプラズマ室５０５に加えると、電子サイクロトロン共鳴により高密度のプラズマが発生する。このようにして得られた活性ガス分子を試料室５０１に導き、別途、試料室５０５に導入したシランガス（ＳｉＨ4）５１３と反応させて、ウエハ５０３上にＳｉ3Ｎ4膜を堆積させる。
この場合においても、試料室５０１の内壁に不要な物質が付着して膜が形成されるのを防ぐために防着板５１０、５１２、および、防着管５１１が試料室５０１内に配設される。試料室５０１とプラズマ室５０５との間の温度差に起因して、防着管５１１が破損するのを防止するために、本変形例に係る防着管５１１はＥＣＲプラズマＣＶＤ処理時の温度分布に応じて複数の部分防着管に分割されている。
【００６２】
このようにすることによって、防着部材の交換頻度を低減できるので、ＥＣＲプラズマＣＶＤ処理に係る諸コストを低減することができる。
なお、上記したエッチング処理やＣＶＤ処理をＩＣＰやHWP等、ＥＣＲ以外の方法で発生させたプラズマを用いて行う場合にも、本願発明の効果が得られることはいうまでもない。
【００６３】
（７）  上記実施の形態並びに変形例においては、防着管や防着板がプラズマ室や試料室の内壁に接触している場合を例にとって説明したが、本願発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これらに代えて次のようにするとしても良い。
すなわち、防着管や防着板は、上述の通り、プラズマ室や試料室の内壁に不要な物質が付着するのを防止するために配設されるものであるから、かかる目的を達成することができさえすれば良く、例えば、防着管の外径寸法がプラズマ室や試料室の内径寸法よりも小さいとしても良い。また、この場合において、防着板面積が、当該防着板が取着されている内壁面の面積よりも小さいとしても良い。
【００６４】
防着管や防着板の寸法や形状は、これらが取着されるプラズマ室や試料室の寸法や形状に合わせて決定されれば良い。防着管の寸法や形状に関わらず、防着管を複数個に分割することによって、防着管の破損を抑えることができる。従って、防着管の交換頻度を低減して、プラズマ処理装置のランニング・コストを削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本願発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマを利用して薄膜形成等の処理を行う際にプラズマ処理装置の内部に酸化ケイ素等が付着するのを防ぐ防着部材を長寿命化してプラズマ処理に係るコストを削減するための技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本願発明の実施の形態に係るＥＣＲスパッタリング装置の構成を示す断面図である。
【図２】本願発明の実施の形態に係る防着管２の構成を示す図であって、図２（ａ）は防着管２の外観斜視図、図２（ｂ）は防着管２をその中心軸を含む平面で切った断面図、そして、図２（ｃ）は防着管２を成膜室１０１側から俯瞰した俯瞰図である。
【図３】本願発明の変形例に係る防着管を備えたＩＣＰスパッタリング装置の構成を例示する断面図である。
【図４】本願発明の変形例に係る防着管を備えた反応性イオンビームエッチング装置の構成を例示する断面図である。
【図５】本願発明の変形例に係るＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成を例示する断面図である。
【図６】従来技術に係るＥＣＲスパッタリング装置の構成を例示する断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、６……………………………………………ＥＣＲスパッタリング装置
２、３１５、４１２、５１１、６２０………防着管
４………………………………………………反応性イオンビームエッチング装置
５…………………………………………………ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置
２１………………………………………………上段管
２２………………………………………………中段管
２３………………………………………………下段管
２４………………………………………………溝
３１………………………………………………熱応力
３２………………………………………………応力
１０１、３０１、６０１………………………成膜室
１０２、３０２、６０２………………………排気口
１０３、３０３、４０１、５０３、６０３…試料（ウエハ）
１０４、３０４、４０２、５０２、６０４…試料台
１０５、３０５、６０５………………………金属ターゲット
１０６、３０６、６０６………………………プラズマ導入口
１０７、３０７、４１０、５０５、６０７…プラズマ室
１０８、３０８、４０８、５０８、６０８…マイクロ波
１０９、３０９、４０７、５０７、６０９…導波管
１１０、３１０、４０６、５０６、６１０…マイクロ波導入窓
１１１、３１１、６１１………………………ガス導入口
１１２、４０５、５０４、６１２……………励磁コイル
１１３、１１４、３１３、３１４、４１１…防着板
３１２……………………………………………コイル
３１６……………………………………………バイアス用高周波電源
３１７……………………………………………高周波電源
４０３、５０１…………………………………試料室
４０４……………………………………………イオン引き出し電極
４０９、５０９…………………………………原料ガス
４１３……………………………………………反応性元素イオン
５１０、５１２、６１３、６１４……………防着板
５１３……………………………………………シランガス
【図１】
0003650772.tif 000002
【図２】
0003650772.tif 000003
【図３】
0003650772.tif 000004
【図４】
0003650772.tif 000005
【図５】
0003650772.tif 000006
【図６】
0003650772.tif 000007