(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体にプラズマ処理を行うための処理室と、該処理室にガスを供給するためのガス供給手段と、該ガスを放電しプラズマ化するための高周波を供給するアンテナ電極を備えたプラズマ処理装置において、
前記ガスは腐食性ガスを含み、
前記ガス供給手段は、前記プラズマに接し、前記処理室へガスを放出するガス放出孔を有するガス放出板と、導電体から構成された前記アンテナ電極と前記ガス放出板から形成された空間部とを具備し、
前記空間部の５０Ｐａ以上の前記ガスと接する前記アンテナ電極の一部または全面は表面処理により被覆され、
前記空間部の前記ガスを前記ガス放出板を介して前記処理室にガスを供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス放出板は、誘電体からなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス放出板は、Ｓｉ、Ｃ、Ａｌ、Ｙの内で少なくとも１種類以上の元素を主成分とする物質またはセラミックからなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記表面処理は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙの内少なくとも１ 種類の元素を含むセラミック溶射からなり、該セラミック溶射形成の過程において樹脂による封孔処理をしたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記表面処理は、前記アンテナ電極表面の母材がアルミ合金の場合にアルマイト処理であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記表面処理は、樹脂の皮膜又はアルマイト皮膜を形成した上面に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙの内少なくとも１種類の元素を含むセラミック溶射からなり、該セラミック溶射形成の過程において樹脂による封孔処理をしたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記ガス供給手段への前記ガスの供給方法が前記ガス放出板の側面に設けられた空間を介することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記空間部に板状またはシート状の誘電体を設けることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記アンテナ電極の前記ガス放出板に対向する表面に凹凸を設けたことを特徴とする請求項１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】
本発明は、プラズマ処理装置に係わり、特に試料に配置した半導体デバイスに腐食性ガスを用いたプラズマ処理を施すプラズマ処理装置および処理すべき試料の表面を重金属汚染することなく安定に処理するためのプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造には、プラズマを用いたプラズマ処理装置が広く用いられている。特に、半導体回路構造を形成するプラズマエッチング工程では、回路を構成する珪素（以下、Ｓｉと表現する）化合物やアルミニウム（以下、Ａｌまたはアルミと表現することがある）合金等に対し反応性の高いハロゲン系を含むプロセスガスが用いられる。そのため、プラズマを生成する処理室を構成する部材は、プロセスガスに対する耐性の高いアルマイト処理されたアルミやステンレス等が一般に用いられてきた。
【０００３】
従来のプラズマ処理装置の代表的な構成を図９に示す。この処理装置は、真空排気可能な処理室１０１内にウエハ１０３を載置するための下部電極１０４を有し、プラズマ１０２を生成するための高周波電極１２０が絶縁体１０８によって処理室１０１に取り付けてある。プラズマ１０２を生成する場合には、ガス供給手段１０５から供給されるプロセスガスを高周波電極１２０の前面に設けたガス放出板１０６のガス放出孔１０７を介して処理室１０１内に放出する。プラズマ生成のための高周波は、一般的には１３ＭＨｚから数１００ＭＨｚの電磁波であり、高周波電源１１０から整合器１０９を介して高周波電極１２０に印加され、放電に必要な電界がプラズマに照射される。
【０００４】
例えば、Ｓｉ化合物をエッチングする半導体製造の工程においては、ガス圧が０．１Ｐａから１０Ｐａ程度で一定になるように塩素等のハロゲンガスを処理室内に供給し、数１００Ｗから数ｋＷのプラズマ生成用の高周波電力が高周波電極１２０に印加される。さらに、ウエハ１０３へのプラズマからのイオン照射エネルギーを制御するために、下部電極１０４には通常数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚの高周波が印加され、ウエハ１０３の電位は数１０Ｖから数１００Ｖになりウエハ１０３へ照射されるイオンが加速される。
【０００５】
したがって、プラズマ生成用高周波電極１２０とウエハ１０３に数１００Ｖ程度の高周波電界が生じるので、高周波電極１２０の特にガス放出板１０６表面や処理室１０１内面でプラズマ１０２と接触する表面は、プラズマからのイオン照射によるスッパタおよび反応性のラジカル吸着による腐食が生じ易い。一般には、高周波電極１２０や処理室１０１を構成する母材として、硬質アルマイト処理したＡｌやステンレス鋼（以下、ＳＵＳと表現する）を用いたり（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、プラズマと接触する表面を部分的にセラミック材で溶射して覆うことが行われてきた。
【０００６】
しかしながら、量産工場のように長期間連続した生産工程では、高周波電極１２０および処理室１０１のプラズマ１０２に接する面には、特にプラズマ１０２からの数１００Ｗから数ｋＷのプラズマ放電サイクルによる熱流入サイクルの負荷が掛かる。そのため、アルミ母材が熱収縮して、アルマイト被覆に亀裂が生じてアルマイト被覆が剥がれ、亀裂部から母材の腐食が拡大し、母材に含まれる僅かな鉄（以下、Ｆｅと表現する）、マグネシウム（以下、Ｍｇと表現する）、クロム（以下、Ｃｒと表現する）等重金属の化合物がデバイスを金属汚染したり、腐食によって生じる小径の異物が回路パターンの欠陥を引き起こす原因となる。比較的に被覆膜厚を厚く（数１００μｍ）できるセラミック材の溶射膜は、溶射材に重金属含有の少ない高純度材料を用いることで金属汚染を低減できる。しかし、高純度材を用いた溶射処理は高コストであり、高電力の高周波を印加する高周波電極１２０の表面保護膜としては、イオンスパッタによる消耗も早く部品寿命が短い等の問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１９０１３６号公報
【特許文献２】特開２００３−２４３３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年の半導体デバイスの微細化による製造装置に対する金属汚染や異物発生量の許容基準が厳しくなってきていることから、上記従来技術だけでは高周波電極や処理室からの重金属汚染や反応性ガスによる腐食で生じる異物量の許容基準を達成することが困難となる。特に、高周波電極表面は、高電力の高周波電界でプラズマからのイオンスパッタによる損傷が顕著であるので、高周波電極の損傷を防いで電極母材からの重金属や異物の放出を大幅に低減することが課題であった。このとき、高周波電極は、高周波電界をプラズマに一様に効率よく印加することで均一で高密度のプラズマを生成することが可能になるので、高周波電界の伝播およびプラズマとの相互作用に関する有効な特性を確保することが重要である。また、プロセスガスを一様にウエハに吹き出すことにより、化学反応を担う活性なラジカルの生成と流れを制御してウエハ全面を均一に処理することが可能になる。したがって、プラズマ生成およびプロセス性能を十分に満足しつつ、重金属汚染やラジカルによる腐食の起き難いプラズマ処理装置が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、半導体デバイスに腐食性ガスを用いたプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、高周波電極の損傷を防いで電極母材からの重金属や異物の放出を大幅に低減することを目的とする。そして、本発明は、半導体デバイスに腐食性ガスを用いたプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、高周波電界の伝播およびプラズマとの相互作用に関する有効な特性を確保することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、半導体デバイスに腐食性ガスを用いたプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、プラズマ生成およびプロセス性能を十分に満足しつつ、重金属汚染やラジカルによる腐食の起き難い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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点では、処理室にガスを供給するためのガス供給手段と、該ガスを放電しプラズマ化するための高周波を供給するアンテナ電極（高周波電極）を備えたプラズマ処理装置において、プラズマに接する面がガス放出孔を有するガス放出板からなり、前記ガス供給手段のアンテナ電極側で前記ガスが接する導体表面の一部または全面をセラミック溶射または樹脂または表面処理により被覆したプラズマ処理装置を提供する。これにより、ガス供給手段を有するアンテナ電極のガス接触面の反応性ガスによる腐食を防ぐことができ、アンテナ電極を構成する導電体に含有する元素がガスとともに処理室に混入されて被処理物表面を汚染したり、腐食により生じた異物が被処理物表面に付着することによって形成された回路に欠陥を発生させることを低減することができる。
【００１１】
本発明の第２の観点では、前記ガス放出板は誘電体からなるプラズマ処理装置を提供する。このことにより、高周波電極に印加された高周波は、プラズマに接するガス放出板ではなく、ガス放出板の裏面に位置する高周波電極の導体表面を伝播することとなり、誘電体のガス放出板表面の高周波電界が弱まりプラズマからのイオンおよび電子による損傷を低減できる。また、誘電体の材質として重金属を含まず化学的腐食に耐性の高い物質の選択が可能になり、ガス放出板裏面のガス接触面の腐食を低減できるので、被処理物への重金属汚染を防ぐことができる。
【００１２】
本発明の第３の観点では、前記ガス放出板は、石英からなることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。このことにより、石英は反応性ガスに対して耐性が高く重金属を不純物として含まないので、たとえば反応性の強いハロゲンガスのプラズマに対しても腐食や重金属汚染を低減できる。
【００１３】
本発明の第４の観点では、前記ガス放出板は、Ｓｉ、炭素（以下、Ｃと表現する）、Ａｌ、イットリウム（以下、Ｙと表現する）の内で少なくとも１種類以上の元素を主成分とする物質またはセラミック、例えば、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、Ａｉ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃなどからなるプラズマ処理装置を提供する。このことにより、ガス放出板に重金属をふくまないため、ガス放出板がイオンスパッタされても被処理物に重金属汚染が生じない。
【００１４】
本発明の第５の観点では、前記アンテナ電極と前記ガス放出板の前記ガスが接する面のガス圧が５０Ｐａ以上であるプラズマ処理装置を提供する。このことにより、処理室のガス圧に比較してガス圧が高い場所では反応性ガスによる腐食反応が進行し易いが、ガス圧が高い領域の表面を反応性ガスに耐性のある物質で被覆することにより腐食を低減することができる。
【００１５】
本発明の第６の観点では、前記セラミック溶射は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙの内少なくとも１種類の元素を含むセラミック、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４などからなり、該セラミック溶射膜形成後に樹脂による封孔処理をしたプラズマ処理装置を提供する。このことにより、溶射材からの重金属汚染がなくなるとともに、樹脂で封孔処理することで、プラズマ処理を長期間連続して行った場合に、高周波電極が熱サイクルで伸縮を繰り返したときにも溶射膜に亀裂が生じにくくなり、溶射膜の亀裂を通して下地の電極導体が腐食され重金属汚染を引き起こすことを防ぐことができる。
【００１６】
本発明の第７の観点では、前記表面処理は前記導体表面の母材がアルミ合金の場合にアルマイト処理であることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。このことにより、アルミ金属よりも比較的反応性ガスに耐性の高いアルマイトで被覆することにより腐食反応を低減できる。
【００１７】
本発明の第８の観点では、前記導体表面の母材表面に前記ガスが接触しないように樹脂等の皮膜又はアルマイト皮膜を形成した上面に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙの内少なくとも１種類の元素を含むセラミック、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４などからなり、該セラミック溶射形成後に樹脂による封孔処理をした前記セラミック溶射を行うプラズマ処理装置を提供する。このことにより、高圧の反応性ガスが高周波電極表面に接触することを防げるので、電極の導体材料が腐食され重金属汚染を起こす問題が無くなる。
【００１８】
本発明の第９の観点では、前記ガス供給手段への前記ガスを供給する方法が、前記ガス放出板の側面に設けた空間を介するようにしたプラズマ処理装置を提供する。このことにより、ガス供給のためのガス配管を高周波電極に設けることがなくなり、高周波電極を単純化し低コスト化できるとともに、高周波電極表面に反応性ガスに対する被覆を形成することが容易で、被覆面が平坦になることから被覆に亀裂が発生しにくくなる。また、ガス放出板の側面の空間においてガスを周方向一様に拡散させることができ、ガス放出板からプラズマに対して周方向に一様にガスを放出することが可能になる。
【００１９】
本発明の第１０の観点では、前記ガス放出孔を有する前記ガス放出板と前記高周波電極の導体表面との間に板状またはシート状の誘電体を設けて、前記ガスが前記導体表面に接することを防いだプラズマ処理装置を提供する。このことにより、該誘電体を石英やＳｉ、Ｃ、Ａｌ、Ｙのうち１種類以上を含む化合物、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４などや高分子材を用いることにより、高周波電極表面は高圧のガスと接触することがなくなるため、高周波電極導体からの重金属汚染を防げる。
【００２０】
本発明の第１１の観点では、前記ガス放出板は厚さ２０ｍｍ以下の誘電体からなるプラズマ処理装置を提供する。このことにより、高周波電極からプラズマに印加される高周波電界を弱めることなくプラズマ生成を維持することが可能になる。高周波電極とプラズマとの間は誘電体〈ガス放出板〉を介したコンデンサ構造で近似でき、誘電体の誘電率をε、厚さをｄ、面積をｓとすると誘電体部分のコンデンサ容量Ｃは、
Ｃ＝εｓ／ｄで表される。したがって、高周波周波数をｆとすると誘電体部分での容量インピーダンスＺは、
Ｚ＝１／（２πｆＣ）＝ｄ／（２πｆεｓ）となり、誘電体のインピーダンスが厚さｄに大きくなるためプラズマに印加される電圧が厚さｄに比例し低下する。つまり、誘電体の厚さはガス放出板としての機能を有する範囲で薄い方が最適であり、一般的な反応室の内径５００ｍｍφにおいては通常広く用いられる誘電体材質である石英（比重２．６）を用いた場合に板厚２０ｍｍで重量が約１０ｋｇに達する。通常、ガス放出板は定期的にクリーニングのために人手によって交換やクリーニングされることを考慮すると、誘電体〈ガス放出板〉の最大重量は１０ｋｇが限度となり、板厚は２０ｍｍ以下が最適となる。また、誘電体の板厚が増すにしたがって材料費が増加すると共にガス孔加工が困難となり加工費も合わせて増大する。
【００２１】
本発明の第１２の観点では、前記ガス放出板は厚さ３ｍｍ以上で１０ｍｍ以下の誘電体からなるプラズマ処理装置を提供する。一般的な半導体デバイス製造に用いられるプラズマ処理装置の使用条件においては、処理室内のガス圧が数１０Ｐａ程度以下の場合にはガス放出板の裏面には最高数１００Ｐａのガス圧力が発生する。したがって、ガス放出板裏面にはガス圧による応力に十分耐えるだけの板厚が必要になる。このときガス放出板に発生する応力σ（ＭＰａ）は、下記式により、近似的に評価できる。
σ＝１．２Ｗ×ａ×ａ／（ｔ×ｔ）
ここで、Ｗはガス圧力〈ＭＰａ〉、ａはガス放出板半径〈ｍｍ〉、ｔはガス放出板厚（ｍｍ）である。最大ガス圧力を１０００Ｐａ、ガス放出板半径を２５０ｍｍ、板厚３ｍｍとすると、ガス放出板に発生する応力σは、約８Ｐａとなる。石英の曲げ強度は約７０Ｐａであるのでガス放出板を３ｍｍ以上にすることで安全係数８以上を確保できる。同様に、ガス放出板が１０ｍｍの場合には、応力σは約０．８Ｐａとなり安全係数９０以上になり、必要とする安全係数によって板厚を３ｍｍから１０ｍｍの範囲で選択することが有効である。前記ガス放出板を厚さ３ｍｍ以上で１０ｍｍ以下の誘電体とすることにより、ガス圧による応力に十分耐えるガス放出板を提供可能となる。
【００２２】
本発明の第１３の観点では、前記高周波は周波数が１００ＭＨｚから５００ＭＨｚであるプラズマ処理装置を提供する。このことにより、ガス放出板が誘電体であってもプラズマとの間の容量結合が可能になで一様なプラズマ生成が可能になる。
【００２３】
本発明の第１４の観点では、前記ガス放出板の前記ガス放出孔を、少なくとも２箇所以上の複数箇所設けたプラズマ処理装置を提供する。このことにより、プラズマに対して均一にガス放出が可能になる。
【００２４】
本発明の第１５の観点では、前記高周波電極の前記ガス放出板に対向する導体表面に凹凸を設けたプラズマ処理装置を提供する。このことにより、高周波電極表面の高周波電界分布を調節でき、生成されるプラズマ分布を均一化できる。
【００２５】
本発明の第１６の観点では、前記ガス放出孔は前記ガス放出板の板厚方向に対して５度から４５度の角度を持って孔が開けられているプラズマ処理装置を提供する。このことにより、プラズマからガス放出板に向かって加速された高速イオンが、ガス孔を通って直接高周波電極表面に達することを防げる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明をプラズマ処理装置に適用することにより、高周波電極の表面がプラズマによりイオンスパッタされ損傷されたり、反応性ガスによって腐食されることに起因する被処理物への重金属汚染や異物混入のないプラズマ処理装置を提供できる。さらに、半導体デバイス工程において、重金属汚染や異物によるデバイスの性能劣化や不良品のない処理方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（実施例１）
本発明の第１の実施形態を図１に示すプラズマ処理装置の概略図を用いて説明する。半導体ウエハ基板や液晶デバイス基板等の被処理体４は、高周波を印加可能で静電吸着機能を備えた被処理体保持電極５に載置される。周波数１０ＭＨｚ以下の高周波電源８と整合回路９、静電吸着のための直流電源６とフィルター回路７が被処理体電極５に具えてある。処理室１は、図にはない排気系により排気３され、処理室１内の圧力が設定圧力になるよう制御される。プラズマ２を生成するための高周波は、周波数が１００ＭＨｚから５００ＭＨｚの高周波電源２１からの出力が自動整合器２０を介して同軸線１９により高周波電極１０に給電される。本実施例では、前記高周波電源２１の周波数は２００ＭＨｚ、前記高周波電源８には４００ｋＨｚを用いた。
【００２８】
高周波電極１０は、母材がアルミ製であり、石英製の絶縁体１５により図にはない樹脂製のＯリングを用いて真空を封じるとともに処理室１に取り付けられている。高周波電極１０のプラズマ２に面した側には処理を行うためのプロセスガスを供給する機構を備えており、前記プロセスガスのガス供給源１７から流量を制御されてガス配管１６を通して石英製のガス放出板１１にプロセスガスが供給される。一般的なφ３００ｍｍウエハを処理するプラズマ処理装置では、ガス放出板１１の径は３５０ｍｍから４５０ｍｍとなる。このとき、石英部材で構成された絶縁体１５より供給される電磁波が、石英製のガス放出板１１内部を伝播することでガス放出板１１の下方に一様にプラズマを生成することが可能になる。高周波電極１０とプラズマ２に上下の面を挟まれた誘電体の該ガス放出板１１の内部を伝播する電磁波の様子は数値解析によって計算可能で、２００ＭＨｚの場合には誘電体（ガス放出板）１１の板厚を５ｍｍから１０ｍｍにすると該ガス放出板１１内の伝播が可能になり電界分布が一様になることが判明した。
【００２９】
図２に解析結果の一例を示す。この解析例は、石英のガス放出板１１の厚さが６ｍｍの場合で、装置断面内の電界強度分布である。解析では通常の半導体処理で用いるプラズマの密度を仮定して、プラズマ密度を１×１０１１ｃｍ−３で一様として、周波数２００ＭＨｚの電磁波電力１Ｗが高周波電極に印加された場合を計算した。計算結果の電界強度分布からも分かるように、厚さ６ｍｍの石英内部全体に、２００Ｖ／ｍ以上の電界強度の電界が伝播しており、プラズマに高電界が一様に印加され有効であることが分かる。そこで、本実施例では、ガス放出板１１は石英製で直径がφ３５５ｍｍで板厚が６ｍｍと１２ｍｍの２種類試作し最適厚さを実験でも評価し有効性を確認した。
【００３０】
プラズマ生成時には、処理室１内のガス圧を約０．１Ｐａから１０Ｐａ程度に設定し、高周波電極１０に約１ｋＷ程度以下の高周波を印加し、磁場コイル２５とヨーク２４により数１０ガウスから２００ガウスの磁場をプラズマ２内に発生させて、電子サイクロトロン効果を利用して高効率でプラズマを生成する。前記高周波電源２１の周波数が２００ＭＨｚの場合には電子サイクロトロン共鳴を発生するために必要な磁場強度は約７１ガウスであるので、プラズマ生成領域である前記ガス放出板１１下部の磁場強度が７１ガウスを中心に磁場強度を調整することでプラズマ密度生成分布を制御する。
【００３１】
また、生成されたプラズマ２は、磁場による閉じ込め効果により、磁場コイル２５による磁場配位を変えることでプラズマ２の空間分布およびプラズマ２の被処理体４までの輸送が制御可能になる。
【００３２】
被処理体４には、高周波電源８により数１０Ｖから数１００Ｖの高周波電圧が発生する。生成されたプラズマ２による被処理体４への重金属汚染を低減するために、処理室１の側面には、熱伝導の良い材料であるアルミで構成された温度制御可能な内筒２２が設けてあり、内筒２２のプラズマ２と接触する面には重金属を含まない高純度Ｙ２Ｏ３セラミックを溶射し保護膜２３を形成している。処理室１内部のガス圧は通常数Ｐａ程度であるために、保護膜２３および内筒２２の損傷の主要な原因としては化学反応による内筒２２母材の腐食よりもプラズマ２によるイオンスパッタであるので、前記保護膜２３としての溶射膜に樹脂による封孔処理を行う必要性は小さい。長期間の連続処理により内筒２２の表面の保護膜２３が損傷した場合には、内筒２２を短時間で容易に交換できる構造になっている。
【００３３】
また、図には記載がないがガス放出板１１の固定ネジをプラズマ２から保護するために処理室１のコーナー部には石英製の保護カバー１４が取り付けてある。また、保護カバー１４を石英やアルミ等の導体にセラミック溶射等の保護膜を形成した構造にすることで、ガス放出板１１表面に励起される高周波電界の分布を制御しプラズマの分布が制御可能になる。
【００３４】
高周波電極１０とガス放出板１１との間には、間隔０．５ｍｍ以下の空間が設けてあり、前記プロセスガスを横方向に拡散させてガス放出板１１に設けたガス放出孔から一様にプロセスガスを放出する。高周波電極１０とガス放出板１１との隙間の間隔を広く取ると、ガス放出板１１を誘電体で構成していることから前記隙間に生じる電界で該隙間に異常放電が発生してしまう。従来のように高周波電極１０に近接して設けてあるガス放出板１１が導体または半導体の場合には、電磁波はガス放出板で遮蔽されるので、ガス放出板裏面の隙間の電界は弱まり異常放電を起こすことは無い。
【００３５】
ガス放出板１１は、石英製で板厚６ｍｍを用い、ガス放出孔は各孔径が０．５ｍｍ以下で、ガス放出板１１には１０ｍｍ間隔で約４００の孔が設けてある。アルミ合金製の高周波電極１０と石英製ガス放出板１１との接合部には、プロセスガスが処理室１内に漏れないようにＯリング１３が取り付けてある。このとき、ガス配管１６に比べて該ガス放出孔のコンダクタンスを小さくし各ガス放出孔から同量のガスを放出するようにしているので、高周波電極１０とガス放出板１１との間の空間のガス圧は処理室のガス圧に比較して十分高く５０Ｐａ以上になりプロセスガスによる高周波電極１２表面のプロセスガスによる腐食が早まる。そのため、高周波電極１０のプロセスガスと接する部分にはＹ２Ｏ３セラミックを膜厚１００μｍ溶射し、さらに溶射材の隙間から高周波電極１０の導体表面にプロセスガスが浸透し導体表面を腐食しないように溶射面を樹脂材を用いて封孔処理して保護膜１２を形成している。
【００３６】
高周波電極１０の構成は、腐食に耐える構造であれば本実施例以外の構成でも可能である。例えば、高周波電極１０を耐腐食性導体（金、プラチナ、ＳｉＣ等）で構成する。また、ステンレスやアルミ合金で構成した表面を樹脂製皮膜や、金やプラチナなどの耐腐食金属メッキで被覆することも可能である。
【００３７】
また、ガス放出板１１として、図３に示すガス放出板７０の構造を用いることにより、石英製の板にガス放出孔７１を板厚方向に対して斜めに開けることができ、プラズマからの加速されたイオンがガス放出孔７１に突入してもガス放出孔を通過し裏面の高周波電極を直接スパッタすることが無くなる。ここで、ガス放出孔７１はガス放出板７０の板厚方向に対して５度から４５度の角度を持って孔が開けられている。また、高周波電極による高電界によりプラズマ内の電子が板厚方向に加速されてもガス放出孔７１が傾斜していると、加速された電子の加速距離が短くなるので異常放電に発展することを低減できる。
【００３８】
図１の本実施例によるプラズマ密度分布の測定結果を図４に示す。図４は、ウエハ位置にプラズマ密度測定用プローブを設置して測定したウエハ面内におけるプラズマ密度分布である。図４（Ａ）はガス放出板の厚さが１２ｍｍの場合であり、図４（Ｂ）はガス放出板の厚さが６ｍｍの場合である。放電条件は、Ｓｉのエッチングに一般的に用いる条件で、放電ガスがＳＦ６とＣＨＦ３でガス圧１Ｐａ、放電電力は５００Ｗである。このとき、図１の磁場コイル２５に流す電流を３Ａ、４Ａ、５Ａと切り替えてプラズマに印加される磁場強度を調整しプラズマ分布の制御性を評価した。測定結果から、石英の厚さを１２ｍｍとした場合は、磁場の変化に対してもプラズマ分布は均一で安定していることが分かる。石英の厚さを６ｍｍとした場合には、磁場によりプラズマ分布を平坦分布から凸分布に変化させることが可能で、プラズマ分布の制御性に関しては有利である。石英厚さを１２ｍｍより厚くすることも可能であるが、厚くなるにしたがって重量が大きくなり取り扱いにくくなり、材料費やガス孔を空ける加工費が高くなる。また、６ｍｍよりも薄くすると、本実施例の構造のようにφ３５０ｍｍの径に対しては取り扱う上で割れ易いとともに、ガス放出板裏面の数１００Ｐａのガスの圧力による応力も考慮する必要がある。
【００３９】
したがって、本実施例においては石英厚さを６ｍｍから１２ｍｍの範囲で使用目的によって厚さを選択することが有効である。
【００４０】
上述の実施形態のプラズマ処理装置ではＶＨＦ帯の高周波を用いたプラズマ生成方式について説明したが、反応性ガスを用いる他の方式によるプラズマ処理装置においても同様の効果があることは言うまでもない。
【００４１】
ただし、従来の図９のような平行平板型装置ではプラズマ生成用の電磁波に１００ＭＨｚ以下の高周波が一般に用いられているので、最適な誘電体製のガス放出板の厚さが変わる。誘電体板内部を伝播する電磁波の挙動は、簡単には等価的にコンデンサ容量Ｃで表され、誘電体の誘電率をε、誘電体厚さをｄ、誘電体の面積をｓとすると、
Ｃ＝εｓ／ｄとなる。このときの高周波（周波数ｆＨｚ）に対するインピーダンスＺは
Ｚ＝１／（２πｆＣ）＝ｄ／（２πｆεｓ）となる。したがって、周波数ｆが低くなる場合には、誘電体厚さｄを小さくすることで高周波に対する等価コンデンサのインピーダンスが同等になるので、実施例１の高周波数に比べて周波数が低くなる場合には、誘電体製のガス放出板の板厚を６ｍｍよりも薄くすることが有効である。例えば高周波周波数が６０ＭＨｚ（波長５ｍ）の場合には、実施例１の最適なガス放出板厚さが６ｍｍから１２ｍｍであるのに対して、周波数の比（６０Ｍ／２００Ｍ）０．３だけ最適なガス放出板の厚さは薄くなり１．８ｍｍから３．６ｍｍとなる。ただし、目的とするプラズマ特性に応じてガス放出板の厚さはこの限りではない。
【００４２】
ガス放出板の変形例を図５に示す。図１の実施例ではガス放出板１１は石英製の一体構造であったが、図５のガス放出部は裏面ガス放出板８１と表面ガス放出板８２により構成られる。このとき裏面ガス放出板８１を耐腐食構造の導体、表面ガス放出板８２を石英等の誘電体とすることで、プラズマに面する石英厚さを６ｍｍ以下に薄くできプラズマに高電界を印加することが可能になる。裏面ガス放出板８１の構造は、反応性ガスに対し耐腐食性が比較的高い導体又は半導体、例えば、Ｙ、ＳｉＣ、ＳＵＳ等又はＡｌ等の導体に耐腐食性被覆を施した構成である。前面ガス放出板８２は、石英またはＹやＡｌ、Ｓｉ、Ｃ等を含むセラミック、例えば、Ｙ２Ｏ３、ＹＦ３、Ａｉ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ，Ｂ４Ｃなどの誘電体で板厚１ｍｍ以下の薄板でも良い。誘電体の厚さを１ｍｍ以下にする場合には、誘電体シートを裏面ガス放出板８１表面に貼る構造や、溶射によってＹ２Ｏ３等を裏面ガス放出板８１表面に形成しても良い。
【００４３】
また、図１の実施例においても、石英製のガス放出板１１を図５の裏面ガス放出８１と表面ガス放出板８２のように石英製の２重構造にすれば、長期間使用でガス放出板がプラズマにより損傷を受けた場合に表面ガス放出板８２だけを交換すれば良いので交換部品のコスト低減が可能になる。
【００４４】
（実施例２）
本発明の第２の実施形態を、図６に示すプラズマ処理装置の概略図を用いて説明する。本実施形態では、プラズマ生成に用いる高周波が同軸線４２より高周波電極３３に給電される。高周波電極３３は、石英製の絶縁体３６とＯリング３５を用いて真空を保持する構造により処理室に保持されている。処理に用いるプロセスガスは、前記高周波電極３３の前面に設けた石英製のガス放出板３１のガス放出孔３２からプラズマに放出される。プロセスガスの供給は、ガス放出板３１の側面に設けた空間にガス供給管３７により行われる。ガス放出板３１側面の空間と高周波電極３３表面の高圧力のプロセスガスが接触する領域の表面にＹ２Ｏ３セラミック溶射による被覆膜３４、被覆膜３８、被覆膜３９を形成し、さらに樹脂による封孔処理することにより、プロセスガスによる腐食を低減できる。また、プロセスガスの供給を側面から行うことで、高周波電極３３の下面が平坦になるので溶射による被覆膜３４の形成が容易になり、さらに溶射膜の亀裂が生じにくくなる。また、高周波電極３３の下面が平坦であるので多様な被覆膜形成が可能になり、ポリイミド等の樹脂を塗布したり樹脂シートを貼り付けたり、通常の成膜装置によりＳｉＣ、ＳｉＯ等の保護膜を形成してもよい。
【００４５】
また、供給されたガスが、ガス放出板３１の側面空間で周方向に拡散し一様化することにより、ガス放出孔３２から放出されるガスが周方向に均一になる。
【００４６】
プラズマからのイオンスパッタによる壁材からの重金属汚染を防ぐために、処理室内に内筒４０を設けて表面を高純度Ｙ２Ｏ３セラミック溶射で被覆膜４１を形成することにより、例え被覆膜がイオンスパッタで損傷してもＦｅ等の重金属がプラズマ中に混入することを防いでいる。
【００４７】
（実施例３）
本発明の第３の実施形態を、図７に示すプラズマ処理装置の概略図を用いて説明する。本実施形態では、プラズマ生成のための高周波が同軸線６２により高周波電極５３に供給される。高周波電極５３は、石英製の絶縁体５６とＯリング５５により真空を封じつつ処理室に保持されている。高周波電極５３および処理室導体部の表面に石英板または樹脂シートの保護板５８を貼り付ける。処理に用いるプロセスガスが前記高周波電極５３の前面に設けた石英製のガス放出板５１のガス放出孔５２からプラズマに放出される。プロセスガスの供給は、ガス放出板５１の側面に設けた空間にガス供給管５７を介して行われる。ガス放出板５１側面の空間５４の高圧力のプロセスガスが接触する領域の表面にＹ２Ｏ３セラミック溶射によって被覆膜５９を形成し、さらに樹脂による封孔処理することにより、プロセスガスによる腐食を低減できる。このように、比較的膜厚の厚い保護膜５８で保護することにより高周波電極５３の導体表面の腐食を確実に防ぐことができる。
【００４８】
（実施例４）
本発明の第４の実施形態を、図８に示すプラズマ処理装置の概略図を用いて説明する。本実施形態では、プラズマに高周波を印加する高周波電極６０の導体部分のプラズマ側表面に１箇所以上の窪み構造６２を設けて、窪み構造６２内を石英またはセラミック等の誘電体により充填している。窪み構造６２の形状は、一般的には被処理体であるウエハ形状に対応して同心円のリング状とされる。窪み構造６２として線状の溝や小径の窪みを多数配置しても良い。高周波電極６０と石英またはセラミック等の誘電体を充填した窪み構造６２の表面に、Ｙ２Ｏ３セラミック溶射によって被覆膜６１を形成し、さらに樹脂による封孔処理を行っている。高周波電極６０の導体表面と導体であるプラズマとの間には、例えば２枚の金属板の間を伝播するように高周波が伝わる。このとき窪み構造６２によって高周波伝播のインピーダンスが変化し高周波電極６０下面の電界分布が変化し、プラズマ分布を制御できる。
【００４９】
また、高周波電極６０のプラズマ側で、図には記載が無いがガス供給手段によってプロセスガスが接触する電極面にはセラミック溶射による保護膜６１を形成することで腐食を防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態における装置断面内の電界強度分布の解析結果の一例を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るガス放出板の断面図。
【図４（Ａ）】本発明の第１の実施形態によるガス放出板の厚さが１２ｍｍの場合のプラズマ密度分布の測定例。
【図４（Ｂ）】本発明の第１の実施形態によるガス放出板の厚さが６ｍｍの場合のプラズマ密度分布の測定例。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例のガス放出板の断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るプラズマ処理装置の断面図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る高周波電極の断面図。
【図９】従来技術に係るプラズマ処理装置の断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１：処理室
２：プラズマ
３：排気
４：被処理体
５：被処理体保持電極
６：直流電源
７：フィルター回路
８：高周波電源
９：整合回路
１０：高周波電極
１１：ガス放出板
１２：保護膜
１３：Ｏリング
１４：保護カバー
１５：絶縁体
１６：ガス配管
１７：ガス供給源
１９：同軸線
２０：自動整合器
２１：高周波電源
２２：内筒
２３：保護膜
２５：磁場コイル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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