(57)【要約】【課題】減圧雰囲気においてプラズマ等により処理を行うプラズマ処理装置内に設けられている構成部品において、絶縁化処理層およびその基材自身がプラズマ等により削られることによりそれらに含まれている不純物がプラズマ内に拡散しウエハ等の試料に影響を及ぼしたり、絶縁化処理層がプラズマによって削られることで電気的な影響でプラズマの状態が変化したりするために、アース材などは短い周期で消耗品として交換をする必要があった。【解決手段】減圧雰囲気においてプラズマ等によりウエハ等の被処理物を処理するプラズマ処理装置において、前記装置内の構成部品の材料にアルミナを主成分とした焼結体である導電性セラミックを用いる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気においてプラズマにより試料を処理するプラズマ処理装置において、前記処理装置内のプラズマに露出する少なくとも１つの構成部品の材料として、アルミナを主成分とした焼結体である導電性セラミックを用いたプラズマ処理装置。
【請求項２】
減圧雰囲気の処理室内においてプラズマにより試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記処理室内に前記プラズマに対するアース材としてのリングを有するものにおいて、
前記リングを、アルミナを主成分とした焼結体である導電性セラミックで構成したプラズマ処理装置。
【請求項３】
減圧雰囲気の処理室内においてプラズマにより試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記処理室の内壁保護用に設置された内筒を有するものにおいて、
前記内筒を、アルミナを主成分とした焼結体である導電性セラミックで構成し、該円筒を前記プラズマに対するアース材として兼用したプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導電性セラミックが、９９．０％〜９９．６％のアルミナと、０．４％〜１．０％の炭素（Ｃ）を含む請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記導電性セラミックが、不純物として含有する鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ナトリウム（Ｎａ）が、各々２０ｐｐｍ以下である請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記導電性セラミックの電気抵抗値が０．１Ω・ｃｍ〜１００Ω・ｃｍの範囲である請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
減圧雰囲気の処理室内においてプラズマにより試料を処理するプラズマ処理装置において、
前記処理室の側壁全体を、アルミナを主成分とした焼結体である導電性セラミックで構成した請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減圧雰囲気においてプラズマ等によりウエハ等の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】
減圧雰囲気において、プラズマ等によりウエハ等の試料を処理するプラズマ処理装置に関し、従来技術として日本の特開平９−７９８８号公報や特開平１１−３３００４４号公報に記載のように、処理室内のアース材などの構成部品の表面または内壁に、絶縁化処理を行うことが述べられていた。例えば、導電性のアース材をアルミ合金とした場合、アース表面にアルミアルマイト等の絶縁化処理が施されていた。すなわち、処理室内のアース材として試料台の外側に設置されたリングが導電性のアース材質であり、表面が絶縁化処理が施されている。このリングは、アルミ合金の表面に陽極酸化法によりアルミアルマイト膜が形成されている。
【０００３】
また、日本の特開平８−２５０４６９号公報に記載のように、アースとして炭化珪素（ＳｉＣ）を用いることも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記いずれの従来技術も、表面の絶縁化処理層がエッチングガスやプラズマ等により削られることに対する配慮が不充分である。すなわち、絶縁化処理層およびその基材自身がプラズマ等により削られることにより、それらに含まれている不純物がプラズマ内に拡散しウエハ等の試料に影響を及ぼすことがある。また、絶縁化処理層がプラズマによって削られることで電気的な影響を生じ、これによりプラズマの状態が変化することもある。そのために、従来のプラズマ処理装置においては、アース材などプラズマに露出する構成部品は、短い周期で消耗品として交換をする必要があった。
【０００５】
すなわち、リング表面のアルマイト膜は１０〜５０μｍ程度の厚さしかない為、プラズマに露出されると徐々にアルマイト膜は薄くなり、最終的にはリングの母材であるアルミ合金がプラズマに露出されてしまう。このアルミ合金が露出された状態で使用していくと、電気的にプラズマにも影響を及ぼすと共に、リングがアルマイト膜よりも耐食性が無いため、早い速度で削れていく。これによりリングから不純物やアルミ自体が異物となりプラズマ中に拡散され、試料にデバイス不良などの影響を及ぼす。このため、リングはアルマイト膜が削れてなくなった場合には、直ちに消耗品として新品と交換する必要がある。
【０００６】
また、プラズマに露出する構成部品として炭化珪素（ＳｉＣ）のようなセラミックを用いた場合でも、寿命が短かく消耗品としての交換頻度が高かった。これは、構成部品の材料である珪素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）が、いずれも、ウエハ処理用のプラズマで削られてしまう材料であり、プラズマに露出することで化学反応を起こし易いためである。
【０００７】
本発明の目的は、処理室をプラズマによる影響の少ない構成とし、安定した処理特性の得られるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、消耗品の交換頻度の少ないプラズマ処理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】
上記課題を解決するために、本発明では減圧雰囲気においてプラズマにより試料を処理するプラズマ処理装置において、前記処理装置内のプラズマに露出する少なくとも１つの構成部品の材料として、アルミナを主成分とした焼結体である導電性セラミックを用いる。
【００１０】
これにより、プラズマにより構成部品が削られた場合でも不純物がプラズマに拡散して試料の処理特性に悪影響を及ぼすことを抑制できる。また、構成部品が消耗していった場合でも電気的な影響が無いために、消耗品としての交換頻度を少なくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をプラズマ処理装置、例えばプラズマエッチング装置に適用した一実施例を図１〜図２により説明する。図１は、有磁場ＵＨＦ波エッチング装置のプラズマ生成部の詳細を示した図である。本実施例は、プラズマを生成する手段としてＵＨＦ波と磁界を利用した例である。ＵＨＦ波電源１０１から導波路１０２、電磁波透過窓（例えば石英平板）１０４を介して真空容器１１０内の処理室にＵＨＦ波が導入される。真空容器１１０は筒状であり、その外周は石英もしくはアルミナの円筒１１１で覆われ、さらにその外側に磁場を発生するソレノイドコイル１０５が設置されている。真空容器１１０内の処理室には、ガス配管１０３から処理用のガスが導入される。このガスと、磁場とＵＨＦ波の相乗作用を利用して、真空容器１１０の処理室内にプラズマ１０６を発生させる。試料１０７を載置する試料台１０８には、静電吸着膜１０９が設けられている。直流電源１１３により試料台１０８に直流電圧を印加して、前記試料１０７を静電吸着する。
【００１２】
また、前記試料台１０８には、連続的もしくは周期的にオン、オフできる高周波電源１１２が接続されている。さらに、試料台１０８には該試料台の温度調整のために冷媒を循環させて温度を制御する冷媒温度コントローラ１１５が接続されている。また、真空容器１１０内の試料台１０８の外側には、プラズマ１０６に対するアースとしての機能を有する導電性セラミック製リング１１７が設置されている。
【００１３】
本実施例では、従来のリングに比べてプラズマにより削られ難いあるいは反応し難く、かつ、反応しあるいは削られても試料への影響が少ない、導電性セラミック製のリング１１７を用いることにより、前記従来技術の問題を解決している。導電性セラミック製リング１１７の主成分は、酸化アルミ（Ａｌ２Ｏ３）であり、焼成法により製作されている。すなわち、リング１１７の材料である導電性セラミックの組成は、９９．０％〜９９．６％のアルミナと、０．４％〜１．０％の炭素（Ｃ）と、０．１％以下の不純物からなっている。また、導電性セラミックが、不純物として含有する鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ナトリウム（Ｎａ）が、各々２０ｐｐｍ以下である。
【００１４】
本実施例による導電性セラミックの電気抵抗値は、０．１Ω・ｃｍ〜１００Ω・ｃｍの範囲である。
【００１５】
導電性セラミック製リング１１７は、真空容器１１０を介して接地するように接触部には導電性のクッションなどを用いて電気的に導通をとることが望ましい。導電性セラミック製リング１１７はアース材の特性である導電性とアルマイト膜と同等な耐食性を併せ持つため、表面が削られてもプラズマ等に与える影響は変化しない。そのため導電性セラミック製リング１１７は、形状の保てなくなる機械強度の限界まで使用が可能である。
【００１６】
表１に、処理装置内のプラズマに露出する部分の構成部品として考えられるセラミクス材料と、それらの特性の関係を示す。
【００１７】
【表１】
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また、図２に、アルマイトの厚みを１としたときの各セラミクス材料の実用的な初期厚み、及び儒見ようすなわちプラズマによる処理時間と減肉量の関係を示す。
【００１８】
表１及び図２から、チタニアは、Ｔｉが異物となりプラズマ中に拡散されて、試料にデバイス不良などの影響を及ぼすことがわかる。また、ＳｉＣは、ウエハ処理用のプラズマで削られてしまう材料であり、プラズマに露出することで化学反応を起こし易く、耐蝕性や寿命の点で劣る。ＳｉＣの寿命は、同じ厚みの導電性セラミックと較すると、１／１０程度になる。アルマイトは、前記したように初期厚みが薄くならざるを得ないため、寿命や異物抑制の点で劣る。
【００１９】
これに対して、本実施例で採用する導電性セラミックは、導電性、耐蝕性、異物抑制、寿命のいずれの観点でも優れていることがわかる。
【００２０】
なお、アースの設置位置は、試料台１０８の外側に限定されるものではなく、真空容器１１０内のプラズマ１０６に接しかつ試料の搬送処理に支障のない位置であればどこでも良い。なお、試料台１０８の下側の空間は、プラズマ１０６が分布しにくいため、アースの設置位置としては望ましくない。
【００２１】
次に、図３により、本発明の他の実施例として、真空容器１１０の内筒（図１の円筒１１１）とリング１１７を導電性セラミックリング製１１７Ｂとして一体型で製作した場合の実施例を示す。円筒１１１は真空容器１１０の内壁を保護する目的で設置されており、リング１１７はプラズマに対するアースとして用いられている。内筒とアースのリングを用導電性セラミック製リング１１７Ｂとして一体製作することで、プラズマに対する耐食性およびアース材に必要な導電性を確保しながら、装置全体の部品点数を削減することができる。
【００２２】
本実施例では、プラズマに露出する構成部品としてアースとしての機能を有するリングについて述べたが、プラズマに露出するアース以外の他の構成部品、例えば真空容器１１０の内壁の一部を導電性セラミックで構成しても良い。
【００２３】
なお、本実施例は、有磁場ＵＨＦ波エッチング装置以外の方式の処理装置、たとえば平行平板形のＲＩＥ装置にも適用できる。有磁場ＵＨＦ波エッチング装置と異なるところは、ＵＨＦ波とソレノイドの磁場の相互作用によりプラズマを生成する代わりに、試料台２０８に対向する接地された上部電極を設けて、この電極間にバイアス印加用高周波電源により高周波を印加してプラズマを生成するようにしたところである。前述した実施例とはプラズマの生成方法が異なるだけであり、前述した実施例と同様に、プラズマに露出する構成部品として導電性セラミック製の部品を採用することができる。
【００２４】
本発明の他の実施例として、図４により、真空容器１１０‘の筒状側壁全体を導電性セラミックで製作した場合の実施例を示す。真空容器１１０‘の筒状側壁全体を導電性セラミックで製作することにより機械的な強度を保ったままプラズマに対する耐食性を確保でき、またアースとしても使用することができるため、図１の実施例と比較すると円筒１１１およびリング１１４が不要となり部品点数を削減することができる。
【００２５】
さらに、図５により、本発明の他の実施例を説明する。この実施例では、アース材としての導電性セラミック製リング１１８の内部に、コア材１１９としての導電性あるいは非電性のセラミックが一体に設けられている。コア材１１９には、石英もしくはアルミナの円筒１１１を支持するに足る機械強度を持たせる。この実施例の場合、リング１１８が殆ど削られコア材１１９が露出する前に、アース材を交換すればよい。これにより、導電性セラミック製リング１１８が削られても、プラズマ等に与える影響が無く、しかも、円筒１１１を支持する機能を維持できる。
【００２６】
なお、本発明は、プラズマエッチング装置のほか、プラズマを使用するＣＶＤ装置、スパッタ装置、アッシング装置、イオン打ち込み装置などのプラズマ処理装置にも適用することができる。
【００２７】
以上の通り、本発明の各実施例によれば、構成部品を長寿命化できるため、構成部品の交換頻度の少ない安定したプラズマ処理装置を提供することができる。すなわち、構成部品がプラズマにより削られた場合でも不純物がプラズマに拡散することを抑制でき、安定したプラズマ処理装置を提供することができる。また構成部品が消耗した場合でも、装置に対して電気的な影響が無いために、消耗品としての交換頻度を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例になる有磁場ＵＨＦ波エッチング装置の、プラズマ生成部の詳細を示した図である。
【図２】処理装置内のプラズマに露出する部分の構成部品として考えられるセラミクス材料と、それらの特性の関係を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例になる有磁場ＵＨＦ波エッチング装置のプラズマ生成部の詳細を示した図である。
【図４】本発明の他の実施例になる有磁場ＵＨＦ波エッチング装置のプラズマ生成部の詳細を示した図である。
【図５】本発明の他の実施例になるアース材の詳細を示した図である。
【符号の説明】
１０１−ＵＨＦ波電源、１０２−導波路、１０３−ガス配管、１０４−電磁波透過窓、１０５−ソレノイドコイル、１０６−プラズマ、１０７−試料、１０８−試料台、１０９−静電吸着膜、１１０−真空容器、１１１−円筒、１１２−高周波電源、１１３−直流電源、１１４−リング、１１５−冷媒温度コントローラ、１１６−アルマイト膜、１１７−導電性セラミックリング、１１８−導電性セラミック製リング、１１９−コア材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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