(57)【要約】【課題】  プラズマ処理装置において、プラズマ処理室中に生成するプラズマのアースとして、金属を含む導体材料で構成されるアース電極から発生する金属汚染を防止する。【解決手段】  プラズマ処理装置において、プラズマ処理室内でプラズマに面する部材として、非晶質材である石英もしくはゲルマニウムの基材に導電性材料を含有させて形成した材料で構成された部材を用いる。【選択図】図１
2006196804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内のプラズマの生成と試料へのイオンの入射エネルギーを独立に調節して前記プラズマを用いて前記試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記処理室内で前記プラズマに面する部材として、非晶質材である石英もしくはゲルマニウムの基材に、導電性材料を含有させて形成した材料で構成された部材を用いたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記導電性材料として、炭素、炭素化合物、シリコン、シリコン化合物のうちの少なくとも１つを用いたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記導電材料として、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、ブラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの内の、１種類もしくは２種類以上の希土類金属もしくは希土類金属化合物を使用したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記部材は、熔融された状態から冷却させて固化させた前記基材に前記導電性材料が含有された材料で構成されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、導電材料を含有させる耐食部材として、希土類金属であるスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの酸化物の内の、１種類もしくは２種類以上の材料の焼結体を用いたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、真空容器内にプラズマを安定的に生成させるに好適なプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなプラズマ処理装置は、真空容器内に配置される処理室の上方にアンテナのように電波を放射する電波源を配置し、処理室株に処理対象のウエハを載置する下部電極を配置して、アンテナのような電波源からの電波と必要に応じて配置された磁場発生手段からの磁場との相互作用により、処理室内に供給された処理用ガスをプラズマ化する。さらに、下部電極に接続したバイアス電源からのバイアス電力によりプラズマ中のイオンやラジカルの作用を調節して、ウエハ上に形成された薄膜を処理するものが知られている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置においては、処理中にプラズマによって処理室内側の壁や電極部材等の表面が削られたり、反応によって消費されることを抑制することが従来から行われている。このような従来技術としては、特許文献１に開示のものが知られている。この従来技術では、処理室内で生成される電位を有するプラズマに対する接地箇所（アース箇所）は、金属材料の表面をプラズマから相対的に削られ難いアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により被覆した構成を備えている。
【０００４】
また、特許文献２に記載の装置では、周期律表第３ａ族元素化合物を含む膜で処理室の内面を被覆している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０５７３６１号公報
【特許文献２】特開２００１−２２６７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では、アルミナや周期律表第３ａ族元素化合物を接地電極（アース電極）として使用すると、これらの材料より構成される物質が生成して拡散しウエハ上に付着してしまい、処理の結果に悪影響を及ぼすという問題点があった。
【０００７】
つまり、上記の従来技術において、処理室内に用いられる材料には処理室内に生成されるプラズマに対する接地電位を提供するアース電極として用いられた際に、信頼性と安定性とを有することが必要となる。すなわち、処理室内に生成されるプラズマに対するアース部材として用いられると、処理に使用する処理ガスのプラズマ中のイオン等がこの部材に入射して部材表面に衝突する、あるいは、衝撃で放出されたアース部材の粒子と反応して生成された塩化物やフッ化物等が生成されるという現象が生じて、これらの物質の化合物が処理室内面に堆積して適度な厚さに成長すると、剥離してウエハ上に異物となって付着して、処理に悪影響を及ぼすことになる。
【０００８】
また、アース部材がイオン等によりスパッタされる場合は、放出されたアース部材に含まれる元素そのものがウエハ上の金属汚染源となってしまう。こうしたアース部材の材料には、アース表面とプラズマとの作用により生じるウエハ上の処理への悪影響低減することで処理の安定性、信頼性を向上することが求められてきた。さらに、これらの異物源、汚染源はデバイスが微細化することに伴ってさらなる影響の低減が要求されている。
【０００９】
従来のプラズマ処理装置に使用されているアース部材の材料では、プロセス中にエッチングもしくはスパッタリング等より、壁から放出される重金属を抑制しながらアース電位を確保することは困難であった。すなわち、プラズマ電位を決めるためのアースは導体でなければならないが、導体は処理対象となるウエハ上の素子構造に欠陥をもたらす金属であることが多く、金属材料を含む物質であってウエハ上に到達したものは、汚染として検出されることになる。
【００１０】
このようなアース部材を構成する導電性部材からのウエハへの異物や汚染の影響を低減するために、アース部材の材料を影響の少ないシリコンもしくはその化合物、カーボンもしくはその化合物で構成することも考えられるが、処理対象のウエハと同様に処理室中に生成されるプラズマと反応したり削られたりし易く、寿命が短いので交換の間隔が小さくなり処理の効率が低下してしまうという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、処理室内の材料による処理対象の試料の処理への影響を低減し処理の安定性や信頼性を向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の特徴は、処理室内のプラズマの生成と試料へのイオンの入射エネルギーを独立に調節して前記プラズマを用いて前記試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記処理室内で前記プラズマに面する部材として、非晶質材である石英もしくはゲルマニウムの基材に、導電性材料を含有させて形成した材料で構成された部材を用いたプラズマ処理装置にある。
【００１３】
対プラズマ性の高い材料には、石英を用いた材料、アルミナ等のセラミクスを焼結した材料、アルミナ等のセラミクスの粉末を溶射して形成した材料等がある。これらの材料は導電性を有しておらず処理室中に生成されるプラズマの電位を決めるアース電極の基材の材料として用いるには困難がある。一方、溶射材料の場合には、材料自体は導電性を備えていなくとも、プラズマを励起する場合に、励起する高周波に対する溶謝される材料の比誘電率をｋε 、溶射材料の厚さをｔ（μｍ）とすれば、溶射材料の単位面積あたりの抵抗値は、ｔ／ｋεとなる。このｔ／ｋε＜３００以下の場合には、基材は生成したプラズマに対して接地電極としての機能を有する。
【００１４】
石英材料やアルミナ等のセラミクスの焼結体に導体であるシリコンもしくはこの化合物、カーボンもしくはこの化合物を混入して全体に行き渡らせて接地電極を構成する場合には、接地電極自体の材料強度が必要であるので、接地電極の材料の厚さを例えば３ｍｍ以上にすると、石英材料やセラミクスの焼結体の基材に接地電極の機能を備えさせるには材料自体の誘電率を増加する必要がある。
【００１５】
接地電極の誘電率は、接地電極を石英材料やアルミナ等のセラミクスの焼結体を基材とし、これに導体である金属、あるいはシリコンもしくはこの化合物、カーボンもしくはその化合物等の導体を混入して基材の全体に行き渡らせることにより増加させることができる。また、接地部材を構成する石英は、非晶質の材料で構成され、上記導電性の材料がその非晶質の部分の全体に行き渡らせて構成されている。さらに、この石英部材はガラス質であることが好ましい。
【００１６】
上記、アルミナ等のセラミクスの焼結体に替えて、希土類金属の酸化物あるいは希土類金属を含む３元素以上からなる酸化物でも同様の作用を奏することができる。また、導体である金属に希土類金属等の高融点金属を用いることで、プラズマに曝されても金属が放出されにくい材料を構成することができる。このような構成により、プラズマを用いて処理を行ってもウエハに汚染となる物質が飛散して付着することが抑制され、処理の信頼性や安定性が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プラズマ処理室内に配置した、アース電極として作用させる導電性を有する石英及びアルミナ等セラミックス焼結体からの、金属汚染を防止することを容易に行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、処理対象の半導体ウエハにプラズマを用いたエッチング等の処理を施すプラズマ処理装置の処理室内の部材の材料として、この部材を構成する材料空なる異物等の付着や汚染の発生を抑制し、プラズマに対して処理室において基準の電位を与えるアースの働きを提供することのできる材料を用いて、その部材を構成する。このために処理室において、プラズマに接触する材料が汚染源あるいは異物源になることを抑制すること、およびプラズマの接触面がアースの機能を果たす接地電極として機能することが重要である。
【００１９】
そのため、処理室中に使用する材料には、汚染や異物の発生源となりにくい材料としてエッチングの処理に使用するガスおよび被エッチング材料の元素から構成される材料であることが好都合である。また、汚染や異物となる物質を有した材料であっても、石英材料やアルミナ等のセラミクスの焼結体に希土類金属等の高融点である金属を含有するものであれば、スパッタ等で削られたりプラズマと反応したりする量も低減される。これにより、処理室中の接地箇所をウエハの近傍に配置して、ウエハを載置する下部電極と接地電極との間やプラズマと接地電極との間の電位や電流の大きさを安定させて、ひいては処理を安定させることができる。
【００２０】
本実施の形態に係るプラズマ処理装置では、処理室内のプラズマに接触する部分の材料に耐プラズマ性の高い材料である石英あるいやゲルマニウム（Ｇｅ）で構成された非晶質あるいはガラス質の材料や、アルミナ等のセラミクスの焼結体を用い、この耐プラズマ性の高い材料中にシリコン、カーボンまたはこれらの化合物の導体を含有させ全体に行き渡らせて構成させた部材とすることで、石英やアルミナ等をプラズマに対して作用させ、例えば電極として機能させることが可能となり、プラズマとの接触面からウエハを処理して得られる半導体素子の性能に影響を及ぼす重金属等の汚染物、異物の付着や金属を含む反応生成物の付着が生起して、処理の信頼性、安定性を損なうことが抑制される。
【００２１】
また、このような導電性を有する耐プラズマ性を備えた材料を処理室内の部材として配置することで、処理室内に生成されたプラズマが接地電極（アース電位）を求めて処理室外に拡散することが抑制される。その結果として、高周波の電力を安定させて処理室内に生成されるプラズマに伝達することができる。
【００２２】
さらに、耐プラズマ性を有する材料を導体を含有させた材料を溶射することにより形成する場合にアース機能を備えさせるために溶射材料を所定の厚さ以下にしなければならず、アース電極や処理室内部材の交換を必要とする時間間隔を特定の値以上にすることが困難となるということが抑止される。
【００２３】
これにより、処理するウエハ上の異物および汚染の量を低減して、処理したウエハから得られる半導体素子の不良の発生を抑えて歩留まりを向上することができる。このため処理装置の全体的な処理効率、稼働効率を向上させることができる。
【００２４】
以下、本発明の一実施例を図１により説明する。  
図１は本発明の一実施例になるプラズマエッチング装置を示すものである。プラズマエッチング装置としては、電磁波をアンテナより放射し、磁場との相互作用によってプラズマ９を生成するＥＣＲ方式のプラズマエッチング装置を示す。プラズマ処理室、この場合、エッチング処理室８は、図示を省略した温調手段によりその内壁面を２０〜１００℃の温度範囲で温度調整可能となっている。エッチング処理室８の上部にはアンテナ２１が配置され、エッチング処理室８とアンテナ２１との問には電磁波を透過可能な誘電体１７が設けられている。アンテナ２１には、導波管２およびマッチングボックス１８を介して、この場合、ＵＨＦ電磁波を発生させる高周波電源１が接続されている。エッチング処理室８の外周部には、エッチング処理室８内に磁場を形成するための磁場コイル３が巻装されている。
【００２５】
処理室内８のアンテナ２１の下方には、その上面にウエハ５を載置するための平面部を有する下部電極６が配置されている。この下部電極６には、ウエハ５へのプラズマ中のイオンに入射エネルギーを与えるための高周波バイアス電力の電源７と、ウエハ５を下部電極６の上記載置面（平面部）に静電気により吸着させるための電位を形成するための直流電源１０とが接続されている。
【００２６】
エッチング処理室８は金属製であり、その略円筒形状の側壁部分は接地されている。また、この側壁部分の内壁面には耐プラズマ性の材料である石英材料やアルミナ等のセラミクスの焼結体に、導体であるカーボン、シリコンまたはこれらの化合物を含有させた非晶質部材２２が配置されている。
【００２７】
本実施の形態では、この導体を含有した石英製の非晶質部材２２は、基材が非晶質の部材であり、ガラス質の材料、特に望ましくはシリカガラスである。そして、導電性を有する前記カーボンやシリコン、これらの化合物、あるいは金属またはその化合物の粒子が、基材の全体にわたり分散して行き渡らせて形成されている。
【００２８】
シリカガラスは、石英やクリストバライトなどの結晶型シリカに見られるSiO4四面体の秩序的な配列が無くなり、アモルファス状の連結に変化したものである。
【００２９】
シリカガラスの製法としては、加熱溶融法や乾式合成法等が知られている。加熱溶融法では、例えば、天然の石英を約2000℃の高温で加熱してSiO4の四面体の連結を切断した融体を生成し、この融体を冷却することによってSiO4の四面体をランダムに再結合させる。また、乾式合成法は、例えば、四塩化珪素（SiCl4）を高温の酸水素炎中において1000〜1200℃で加水分解して緩い結合をしたSiO4の四面体を形成し、これを1800℃以上で加熱して溶融後冷却することにより、SiO4四面体をランダムに再結合させる。
【００３０】
本実施の形態では、上記のような製法で天然の石英と導電性を有する粒子を加熱溶融して、導電性を有する非晶質部材を形成する。
【００３１】
このような構成では、非晶質部材２２は、処理室８内の内側で一部がエッチング処理室に接触することによりプラズマ９に対してアース電位となって接地電極として作用する。また、石英材料に含有させる導体として希土類金属もしくは希土類金属化合物を使用する場合、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの内の、１種類もしくは２種類以上を使用することでもかまわない。
【００３２】
本実施の形態によれば、非晶質の部材である石英、Ｇｅもしくはアルミナ等のセラミクスの焼結体にカーボンもしくはシリコンあるいはこれらの化合物を含有させて行き渡らせた部材を処理室内側のプラズマに面する箇所の部材として用いている。これによりプラズマにより処理されて形成された素子の性能に悪影響を及ぼす金属がウエハ上に供給されることが抑制される。この結果、重金属等の悪影響の及ぼす物質の材料が付着し、汚染が発生するという問題の発生が抑制される。またウエハ５の表面の汚染が抑制されるので、半導体素子の生産性が向上される。
【００３３】
さらに、石英製の非晶質部材２２の材料の替わりに、Ｇｅ等の半導体の非晶質部材を用いてもよい。
【００３４】
このような構成では、ウエハ５近傍である側壁内側あるいはその下部の内側には、処理により形成される半導体素子の構造や性能に悪影響を及ぼす金属等の物質が供給されることが抑制され、金属による汚染等の問題の生起が低減する。
【００３５】
また、本発明のプラズマエッチング装置の第２の実施例として、図１に示したプラズマエッチング装置の非晶質部材２２に代えて、導電材料をアルミナ等のセラミックス焼結体に含有させたセラミックス２３を用いる。導電材料を含有させるセラミックスに希土類金属酸化物を用いる場合、希土類金属であるスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの酸化物の内の、少なくとも１種類以上の材料の焼結体を用い、導電材料にはカーボンあるいはシリコン等を用いる。また、セラミックスに含有させる導体に希土類金属もしくは希土類金属化合物を使用する場合、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスブロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの内の、１種類もしくは２種類以上を使用することでもかまわない。
【００３６】
本実施の形態によれば、非晶質の部材である石英、Ｇｅもしくはアルミナ等のセラミクスの焼結体にカーボンもしくはシリコンあるいはこれらの化合物を含有させて行き渡らせた部材を処理室内側のプラズマに面する箇所の部材として用いている。これによりプラズマにより処理されて形成された素子の性能に悪影響を及ぼす金属がウエハ上に供給されることが抑制される。この結果、重金属等の悪影響の及ぼす物質の材料が付着し、汚染が発生するという問題の発生が抑制される。またウエハ５の表面の汚染が抑制されるので、半導体素子の生産性が向上される。
【００３７】
さらに、石英非晶質部材２もしくはアルミナ等のセラミクス焼結体に含有させる導体に、希土類金属を使用する場合、希土類金属は原子量が大きく融点も高いため、エッチング処理室内に生成するプラズマによるアース電極の削れで、プラズマ処理室内に放出される金属の量も少ない。その結果、デバイス等を生産するウエハ上に飛散する金属の量は低い値であり、金属汚染量を低減するという目的を達成することが出来る。
【００３８】
なお、上記２つの実施例では、エッチング処理室８の内壁面を、石英非晶質部材２２あるいはセラミックス２３によって被覆したものについて述べたが、石英製の非晶質部材２２やセラミックス２３を、図２の実施例に示すように、デバイス等を製作するウエハを載せる下部電極６の周囲に絶縁カバー１１を介して配置される電極カバー１２として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例であるプラズマエッチング装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例であるプラズマエッチング装置の下部電極部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…高周波電源、２…導波管、３…磁場コイル、４…ガス供給系、５…ウエハ、６…エッチング電極、７…高周波バイアス電源、８…エッチング処理室、９…プラズマ、１０…直流電源、１１…絶縁カバー、１２…電極カバー、１７…誘電体、１８…マッチングボックス、２１…アンテナ、２２…石英、２３…セラミックス。
【図１】
2006196804.tif 000003
【図２】
2006196804.tif 000004