(57)【要約】【課題】  プラズマを不安定にすることなく反応容器からの不純物混入を低減することができるプラズマ処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】  反応室１内壁１０１側壁の９０％以上の面積を誘電体１０２で被覆し、前記内壁１０１側壁の１０％以下の面積を有しプラズマから直流電流が流れる構造である接地された導電材２１ａを備えたプラズマ処理装置において、壁削れが比較的大きいウエハ保持電極１４に近い位置のプラズマ９の浮遊電位（またはプラズマ密度）よりもプラズマ浮遊電位（またはプラズマ密度）が高い位置に導電材２１からなるＤＣアースを設置する。【選択図】        図１
2005183833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波を印加して反応室内にプラズマを生成させ、試料を印加した試料台に第２の高周波を印加し試料へのイオンエネルギーを制御して試料をプラズマ処理する処理装置において、
前記反応室内壁で前記プラズマが直視する表面部を誘電体で被覆し、該誘電体被覆部の一部に導電部を設け、該導電部にＤＣアースを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記誘電体は、プラズマが直視する全表面積の９０％以上を被覆し、前記導電部は、前記反応室内壁の１０％未満の面積としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記誘電体は、前記反応室内壁の０．１％から１０％未満の面積と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ないし請求項３のいずれか１項記載のプラズマ処理装置において、
前記高周波または前記第２の高周波に対して、前期反応室の誘電体内壁または前記反応室内壁に設けたアース部材表面におけるプラズマ浮遊電位が同等以上である位置に前記ＤＣアースを設置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のプラズマ処理装置において、
前記誘電体の材質はＳｉＣ、ボロンカーバイト、アルマイト等の炭化物、酸化物もしくは窒化物等の絶縁性セラミックからなる保護膜であり、被覆厚さｄは、試料に印加する前記高周波の周波数ｆと前記誘電体の誘電率εとの関係が、前記高周波が前記誘電体部を容量結合で伝播する場合の単位面積あたりのインピーダンスＲ＝ｄ／（２πｆε）が１００Ω／ｍ２以下としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のプラズマ処理装置において、
反応室の外部に設けた磁場発生手段によりプラズマに磁場を印加し、前記反応室の導電体内壁または前記反応室内壁に設けたアース部材と交差する磁力線よりも前記試料台に近い磁力線と交差する位置に前記ＤＣアースを設置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載のプラズマ処理装置において、
前記ＤＣアースの母材またはプラズマと接する面の保護膜が導電性セラミック、ＳｉＣ、Ａｌ、Ａｌ化合物で構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１または請求項６記載のプラズマ処理装置において、
前記ＤＣアースの母材を金属以外の材質、例えば導電性セラミック、ＳｉＣ、Ａｌ化合物等で構成する場合、前記ＤＣアースの取付面に導電率σが１Ωｃｍ以下の導電材を蒸着、溶射、挟み込み等することにより前記ＤＣアースの接地抵抗を下げたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
高周波を印加して反応室内にプラズマを発生させ、試料を載置した試料台に第２の高周波を印加し試料へのイオンエネルギーを制御して試料をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記反応室内壁で前記プラズマが直視する表面の９０％以上の面積を誘電体で被覆し、前記反応室内壁の１０％未満の面積の接地された導電部からなるＤＣアースを備え、
前記試料から最も近い前記反応室内壁におけるプラズマ浮遊電位よりも、プラズマ浮遊電位が高くなる位置に前記ＤＣアースを備えた前記反応室内で試料をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置および処理方法にかかり、試料への高周波印加に伴う反応室内壁の損傷が少なく、長期間安定処理が可能となるプラズマ処理装置および処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品の製造に用いるプラズマ処理装置は、デバイスの微細化および高集積化ならびに構成材料の多様化に伴って、処理の高精度化だけでなく量産安定化およびクリーン化が重要視されている。例えば、プラズマエッチング装置では、反応性ガスのプラズマを用いて処理ウエハに高周波を印加することから、反応室内壁が高周波電力によるイオンスパッタで削れたり、反応性ガスにより反応室壁材が化学的に侵食される。このように壁材が削れたり侵食されると、壁材に含まれる金属が処理ウエハに混入しＬＳＩ回路性能を劣化させるとともに反応室内の化学組成や高周波伝播が徐々に変化するために、長期的に安定した処理が不可能になる。また、壁材と反応性生物が化学反応を起こし反応容器内壁に汚れとして付着する場合には、長期間にわたって次第に厚さが増した付着物が剥がれはじめると、微細異物となってウエハ上回路に混入し製品の不良率増大を引き起こす。
【０００３】
このような問題に対処するために、近年のプラズマ処理装置では、反応室内壁や試料台等の構造物表面を、化学反応に対し安定なアルマイトのような非導電（誘電体）材質で表面処理したり、石英や高分子材で覆うことが行われている。
【０００４】
しかし、プラズマを発生する領域を誘電体で覆うと、プラズマから拡散する荷電粒子の流れが不安定になってプラズマ電位が変動するために安定した処理が困難になったり、変動する電位のために処理ウエハへのダメージが発生する場合がある。図６は、反応室内壁の全面をアルマイト処理したアルミニウムで構成したプラズマエッチング装置において、電圧測定用センサをアルマイト処理したアルミニウム製反応室の内壁に取り付けてプラズマ処理中の内壁表面の電位波形をオシロスコープで測定した結果である。
【０００５】
一方、反応室内壁表面の誘電体膜部分を模式的に説明する図７に示すように、周波数ｆＨｚの高周波に対しては、誘電体であるアルミナ膜１０２は、プラズマ９と反応室内壁１０１に挟まれた厚さｄのコンデンサと等価であり、高周波は伝播可能となり、アルミナ膜があっても高周波に対してはアースとして機能する。
【０００６】
このときの処理条件は、典型的なエッチング処理の一例で、反応性ガスとしてはＣＦ４ガスを用いて圧力２Ｐａでプラズマを放電し、１２インチサイズのＳｉウエハに周波数４００ｋＨｚの高周波を１４０Ｗ印加している。この例では、図６から分かるように、内壁表面の電位は、印加する高周波に同期して４００ｋＨｚで変動するとともに、高周波電力（バイアス電力）によってもＤＣ的に電位が変動することがわかる。この内壁表面の電位変動は、処理条件によっても変化し、特にＤＣ的な電位変動は再現性も無く放電条件によっては不安定挙動を示す。すなわち反応室内壁１０１の表面の電位は、印加されるバイアス電力が低いほど負の電位に維持され、印加されるバイアス電力が大きくなるほど正の電位に維持される。図６の場合では、ＤＣ的な電位変化は最大で２０Ｖ以上になる。
【０００７】
反応室内壁近傍のプラズマの電位とイオンスオパッタによる壁削れとの関係を、図８を用いて説明する。反応室内壁前面のプラズマの電位は、プラズマと壁との間にシースが形成され、正イオンを内壁に向かって加速する。イオンの加速エネルギーは、シース端のプラズマ電位（イオン加速電位）Ｖ１に依存し、プラズマ電位Ｖ１が高くなるとイオンの加速エネルギーが高くなりイオンが内壁をスパッタして壁表面を削る程度が増大する。したがって、図６のように、プラズマ電位がＤＣ的に２０Ｖ程度変動すると、プラズマからのイオン加速電圧が２０Ｖ高まって壁材をスパッタすることとなり、壁削れ速度が高まる結果となる。
【０００８】
また、このようなプラズマの電位変動が起こると、処理ウエハ面内に電場が誘起され、ウエハ上に形成された回路に電気的ダメージを与えてしまい、製品の特性劣化や不良率の増大を招く。
【０００９】
誘導結合型プラズマエッチング装置では、誘電体真空窓の外部の誘導コイルで高周波を印加しプラズマを生成するために反応室内部に電位基準となる電極が無く、プラズマの電位が変動しやすくウエハに作成した回路にダメージが発生する問題があり、電位の基準となるアースポイントをプラズマ反応室内に設けていた（例えば、特許文献１参照）。この場合には、設置したアースポイントの構造は、導電性金属材料からなり絶縁性セラミック等の保護膜を形成しても良いとの記述から、ＤＣ的なプラズマ電位変動を考慮しておらず、アースポイント表面の絶縁性保護膜を導通可能な高周波のプラズマ電位変動のみを想定している。また、アースポイントを設ける場所に関しては、プラズマ反応室で発生するプラズマに対して影になる位置でも良いとの記載がある。この方式では、ＤＣ的な電位変動に関しては必ずしも電位安定化がなされず、アースポイント表面に絶縁体保護膜を形成した場合には、図６に示したようなＤＣ的電位変動を低減することはできない。また、アースポイントを設置する場所に関しても、プラズマ反応室の高密度プラズマ部に設けておらず、プラズマ電位をＤＣ的に安定化する効果は低い。
【００１０】
他方、マイクロ波プラズマエッチング装置の試料台を周方向から取り囲むように設けられたアルマイト処理されたアルミニウム合金母材で構成されたアース電極において、長期間の処理によってアルマイト被覆が剥がれることで処理状態が変動することを改善するために、アルマイトが剥がれてしまう個所を前もってアルマイトを付けずにアルミニウム合金母材を露出さることで処理状態の変動を低減するプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような構成では、アルマイトが剥がれる個所が決まっており、アース電極の上端部である。また、アルミニウム合金母材を露出させる面積も剥がれてしまう面積相当であり、処理ウエハの面積の２％以下である。したがって、この先行技術では、アルマイトが剥がれることによる処理状態の変化を抑えることに関しての効果のみの記載であり、プラズマの電位変動を抑えたりアース削れ低減についての考慮等がされてはいない。
【００１１】
プラズマ処理を行う場合に、形成されるＬＳＩ回路の特性劣化を防ぐためには、ウエハへの反応容器内壁からの金属不純物の混入を低減することが重要である。そのために、反応室内面を化学的にも安定な絶縁性の保護膜で覆うことが必須になってきた。しかし、反応室内面を絶縁性材の保護膜で覆ってしまうと、プラズマが不安定になりＬＳＩ回路に損傷をあたえたり、長期間の処理の安定性が悪化するという問題が明らかになってきた。
【００１２】
そこで、上記問題を解決しようとして、上記特許文献１に記載されるように、アースポイントを設けただけでは、プラズマの電位変動を安定化する効果だけしか期待できず、ウエハに印加する高周波によるイオンスパッタで反応容器が削れることに対する防止策は期待できなかった。すなわち、アースポイントを設置する場所が、プラズマ反応室のコーナー部である場合には、接触するプラズマ密度が低くなってしまうので、アース近傍のプラズマとアースポイント間の電気抵抗が大きくなり、その間での電位降下が生じてしまい接地電極としての機能が低くなる。また、アースポイント表面に絶縁材で保護膜を設けた場合には、直流または低周波の電位変動に対してはプラズマ電位を安定化させることはできない。さらに、このアースポイントを設けることによる反応室容器内壁またはウエハに印加する高周波に対するアースの削れを低減することについては考慮されていない。
【００１３】
他方、特許文献２に示される方法は、プラズマ反応室内のアースの削れ易い先端部を予めアルマイトを取り除いておくものであり、長期間の処理の変動を低減することは可能であるが、アースの削れを低減するものではない。逆に、ウエハを載置する電極の側面に位置するアルミ合金母材からなるアースの先端部の保護膜であるアルマイトをなくしアルミニウム合金の母材が直接プラズマに曝され、アルミニウムが直接イオンスパッタされてウエハ上に混入しやすくなるという問題がある。また、エッチング処理に用いる反応性ガスが母材に接触してしまい、化学反応による母材の損傷およびウエハへの金属混入が増大するおそれがある。
【００１４】
一般に、壁表面に発生する電位分布は、図８に示すように壁方向に電位が低下する分布を形成し、イオン拡散を増大させる。このとき形成されるイオンを加速する定常的な電位差は、理論的には電子温度の数倍（アルゴンプラズマの場合は４．７倍）であり数Ｖから十数Ｖ程度になる（非特許文献１参照）。
【００１５】
ただし、処理すべき試料へのイオン照射を目的としてウエハに高周波を印加する場合には、内壁表面の電位が高周波の周波数で変動し、高周波電力が高くなると内壁表面での電位変動強度も増大しイオンが内壁表面をスパッタするときのエネルギー（Ｖ１）が高まり壁削れが助長される。例えば、絶縁膜をエッチングする場合には、比較的高エネルギーのイオン照射によって表面反応を促進することが必要になり、直径３００ｍｍのウエハに対して２００Ｗ程度の高周波を印加する。このときのウエハ位置での電位の最大最小振幅は１０００Ｖ程度になり、このウエハ電位の変動によって反応容器壁の近傍のプラズマ電位（Ｖ１）が印加する高周波の周波数で最大で数１０Ｖ程度と高電位になり、この電位変動でイオンが加速されると反応容器内壁をスパッタし、壁材であるアルミニウムおよび含有する金属元素がプラズマ内に混入しやすくなる。
【特許文献１】特開２００１−２３９６７号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７２９９号公報
【非特許文献１】「プラズマ／プロセスの原理」著者Ｍ．Ａ．Ｌｉｅｂｅｒｍａｎ、訳者佐藤久明、ＥＤリサーチ社２００１年発行、Ｐ１１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを解決すべく発明されたものである。すなわち、本発明の目的は、プラズマを不安定にすることなく反応容器からの不純物混入を低減することのできるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は、反応室内壁の９０％以上の面積を誘電体で被覆し、前記内壁の１０％未満の面積を有しプラズマから直流電流が流れる構造である接地された導電体からなるＤＣアースを反応室内壁に備えた。また、壁削れが比較的大きい試料台（ウエハ保持電極）に近い位置のプラズマ浮遊電位（またはプラズマ密度）よりもプラズマ浮遊電位（またはプラズマ密度）が高い位置に、ＤＣアースを設置する。
【００１８】
本発明は、上記誘電体をＳｉＣ、ボロンカーバイド、アルマイト等の炭化物あるいは酸化物もしくは、窒化物等の絶縁性セラミックからなる保護膜であり、被覆厚さｄは試料に印加する前記高周波の周波数ｆと前記誘電体の誘電率εとの関係が、前記高周波が前記誘電体部を容量結合で伝搬する場合の単位面積当たりのインピーダンスＲ＝ｄ／（２πｆε）を、１００Ω／ｍ２以下とした。
【００１９】
さらに、本発明は、反応室の外部に磁場発生手段を設け、この磁場発生手段によりプラズマに磁場を印加し、前記試料から最も近い内壁と交差する磁力線よりも試料台に近い磁力線と交差する位置にＤＣアースを設けた。
【００２０】
本発明は、前記ＤＣアースの母材自体またはプラズマと接する面に設けた保護膜を、導電性セラミック、ＳｉＣ，Ａｌ，Ａｌ化合物から構成した。
【００２１】
本発明は、ＤＣアース母材を、金属以外の材質である例えば導電性セラミック、ＳｉＣＡｌ，Ａｌ化合物で構成する場合に、ＤＣアースの取付面に誘電率σが１Ωｍ以下の導電材を蒸着、溶射、挟み込み等により設けて、ＤＣアースの接地抵抗を下げた。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の構成によれば、プラズマ反応室の金属製内壁材からの金属不純物混入を低減するために内壁を化学的に安定な保護膜で覆っても、内壁近傍のプラズマがＤＣ的にアースされるので、プラズマが不安定になったりＬＳＩ回路に損傷をあたえることがない。また、図９に示すように、プラズマの電位φｐが高い位置にＤＣアースで接地されるため、反応室内壁部またはアース部のプラズマ電位が低減する。したがって、プラズマからのイオン加速電圧が下がりイオンスパッタによる壁削れを低減することができる。
【００２３】
すなわち、プラズマを構成する荷電粒子である電子とイオンの内、質量が小さく高速で拡散する電子を引戻す電場がプラズマ内に自然発生する。その結果、プラズマ内部には図９に示すようなプラズマ電位（またはプラズマ密度）分布が形成される。プラズマの電位は、プラズマ生成部で高く、荷電粒子が拡散する反応室内壁に向かって電位は次第に減少する。この場合のプラズマ内電位差は、装置構成やプラズマ生成方式さらに放電ガス種等によって変わるが、通常のプラズマでは電子のエネルギーは数ｅＶでありプラズマ内発生する電位差は数Ｖから数１０Ｖになる。また、一般にプラズマ生成部のプラズマ密度は高く、そこから反応室内壁等に向かって拡散していくため次第にプラズマの密度は低下する。したがって、ＤＣアースを設置すべき高プラズマ電位となる位置は、反応室内壁部近傍よりもプラズマ密度が高い位置に相当する。
【００２４】
そのため、壁削れを抑えるべき反応室容器内壁位置またはアース部位置（反応室内壁）よりもプラズマ生成領域に近い位置（プラズマ密度が高い位置）にＤＣアースを設置することで、削れが問題となる内壁部またはアース部のプラズマ電位をδＶ低減することができる。
【００２５】
反応室内壁の保護膜として化学的に安定な材質であるＳｉＣ、ボロンカーバイト、アルマイト等の炭化物、酸化物もしくは窒化物等の絶縁性セラミックからなる保護膜を用い、被覆厚さｄは、試料に印加する前記高周波の周波数ｆと前記誘電体の誘電率εとの関係が、前記高周波が前記誘電体部を容量結合で伝播する場合の単位面積あたりのインピーダンスＲ＝ｄ／（２πｆε）を１００Ω／ｍ２以下とすることで、高周波に対しては保護膜のインピーダンスＲを低くでき、高周波に対してのアースとしての機能を低下しない。その結果、反応室内壁を保護膜で覆っても、壁またはアース部に流入する高周波電流に対する保護膜のインピーダンスが増加し、プラズマ電位変動が高くなることが抑えられ、イオンスパッタによる壁削れの増加を防げる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１を用いて、第１の実施例の形態にかかるプラズマ処理装置の一例である、ＵＨＦ帯の電磁波を用いたプラズマエッチング装置について説明する。プラズマエッチング装置は、反応室１を形成する反応室容器１０と、誘電体真空窓１２と、ガス放出穴１３１が設けられたガス放出板１３と、ウエハ４が載置される試料台として働くウエハ保持電極１４と、磁場コイル１５と、反応室容器１０内を減圧状態に維持する排気口１６と、プラズマ生成用高周波電源１８から高周波が印加され反応室内にプラズマ９を生成させるプラズマ生成用高周波電極１７と、ウエハ保持電極１４にバイアス用高周波電力を供給するウエハバイアス用高周波電源１９と、ＤＣアースとして働く反応室容器１０に電気的に接続された導電材２１ａとを有して構成される。反応室容器１０の内壁１０１表面は、絶縁材質１０２によって覆われている。
【００２７】
プラズマ処理を行う反応室１は、上部にプラズマ９生成用のＵＨＦ帯電磁波を導入する誘電体真空窓１２と反応性の処理ガスを導入するガス放出穴１３１を有する誘電体製のガス放出板１３が設けられており、エッチング処理による反応生物等の排気は反応室１下方の排気口１６より真空排気される。反応室容器１０の内壁１０１の表面はアルミニウム合金母材の表面をアルマイト処理し絶縁材質（誘電体）１０２により保護膜が形成されている。エッチング処理されるウエハ４は、ウエハ保持電極（試料台）１４上部に設けた誘電体膜で形成された図示を省略した静電チャックに載置され、ウエハ４を静電力により吸着する。ウエハ４と静電吸着膜との間にはヘリウムガスを充填することで電極１４との熱伝達を確保してウエハ４の温度が制御される。また、ウエハ保持電極１４にはウエハ４にバイアス高周波を印加するためのウエハバイアス用高周波電源１９が接続されている。
【００２８】
エッチング処理に用いるには、反応室１内に反応性ガスを典型的には０．５Ｐａから１０Ｐａ程度の圧力を保持しながらガス放出板１３より放出した状態で、磁場コイル１５により反応室１内に磁場を印加し、プラズマ生成用高周波電源１８の出力を反応室１上部に置かれたプラズマ生成用高周波電極１７から反応室１内に放射し、反応室１内にプラズマ９が生成される。
【００２９】
プラズマ生成に用いるガス種は、処理の目的によって変わるが、例えばＳｉ系のエッチング処理を行う場合には、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＣＦ４、ＳＦ６等の反応性ガスとＯ２、Ａｒ等のガスとを組み合わせて用いられる。これらの反応性ガスは、反応室容器１０を構成する導電性材質、一般にはアルミニウム合金やステンレス等と化学反応し、内壁１０１に損傷を与えたり、壁材からＡｌＣｌやＡｌＦ等の化学反応生成物としてプラズマ中に入った金属化合物がウエハ上に形成された回路素子に混入すると、回路素子の電気特性に影響し性能劣化の原因となる。
【００３０】
そのような壁材からの金属汚染を防ぐために、本発明では、アルミニウム合金の表面をアルマイト処理し、プラズマと接触する部分を化学的に安定なアルマイト（誘電体膜）で保護している。アルマイトで保護膜を形成する領域は、少なくとも高密度のプラズマが直視する壁部分であることが必要である。ただし、金属汚染を低減する観点からは、反応室の一部だけではなくプラズマが拡散し接触する可能性のある排気口１６部を含めた内壁全面に保護膜を設けることが有効である。
【００３１】
反応室１に印加する磁場は、高周波電源１８から出力されるＵＨＦ帯の高周波で加速されるプラズマ内の電子を効率良く保持しプラズマ生成効率を高めるとともに、磁力線形状によって生成されたプラズマのウエハ位置への輸送を操作し、プラズマ分布を制御する働きをする。反応室１内のプラズマ９の密度分布は、生成領域である反応室１上部で最も密度が高く、その生成領域から反応室１の壁に向かって拡散、輸送するに従い密度が低下していく。このとき、磁場が印加されていると、電子およびイオンは磁力線を横切る方向へはローレンツ力が働くために輸送されにくくなるので、反応室内壁１０１近傍および電極１４近くの下流位置のプラズマ分布は、磁場配位に大きく依存する。
【００３２】
図２を用いて、反応室１内のプラズマ密度の分布状態を説明する。プラズマ９の等高線９１は、磁場がある場合のプラズマ密度分布の概略を示している。プラズマの密度は、磁場コイル１５によって生成される磁力線５０に沿った方向に密度変化が小さく、磁力線５０を横切る方向には密度変化が大きい。プラズマ中の電位分布も概略密度分布に対応し、磁力線に沿った方向には電位差は小さく、磁力線を横切る方向にはプラズマの電位差が大きい。図１および図２の例では、導電材２１ａ，２１ｄをプラズマ密度およびプラズマ電位が反応室１の内壁１０１の側壁に比較して高密度となる位置に設置されている。すなわち、図１においては、内壁１０１の側壁におけるプラズマ電位と略同電位位置に、図２においては、内壁１０１の側壁におけるプラズマ電位よりも高い電位となる位置に達するように導電材２１ｄが配置されている。導電材２１の形状および配置方法に関しては、例えば矩形状の導電材１個を試料台近くに取付けてもよい。ただし、処理の高精度な対称性が要求される場合には、試料台の周りの等距離の位置に複数個の導電材２１を配置するか、試料台を囲むリング形状の導電材２１が有効である。導電材２１は、プラズマからの直流電流が流入可能であるように、導電性材質が直接プラズマと接触し、流入した直流電流がアースに流れるべく接地された導電性金属の反応室容器１０に接続されて設置され、または結線により接地されている。
【００３３】
ＤＣアースは、試料台（ウエハ保持電極）に印加した高周波電流の多くが流れて壁削れが生じやすい試料台に近い位置の内壁１０１におけるプラズマ浮遊電位よりもプラズマ浮遊電位が高い位置に設けられる。このことにより、内壁１０１の表面近傍のプラズマ浮遊電位は、ＤＣアースによって設置電位または負電位に引き下げられ、イオンによるスパッタ現象を引き起こし難くなる。プラズマ発生方法や反応容器１０の形状および壁材料構成によっては高周波電流が流れる内壁またはアース部位置が異なるため、スパッタを低減すべき個所に対応してＤＣアースを設ける位置を最適化する必要がある。また、プラズマに磁場を印加し、磁場配位を操作しプラズマ電位分布（密度分布）を調整することによって、さらなるＤＣアースの効果を最適化できる。
【００３４】
図１に示す構造において、反応室１の内壁１０１の側壁表面の電位波形をオシロスコープで測定した結果を図６および図３に示す。電位の測定位置は、間隔１００ｍｍで配置されたウエハ４とガス放出板１３との中間位置の高さにおける内壁１０１の側壁上で測定した。この測定では、放電ガスとしてＣＦ４を用い、圧力を２Ｐａとし、放電電力を５００Ｗで放電させた場合である。直径３００ｍｍウエハ４へ印加するバイアス高周波は周波数４００ｋＨｚで電力を５０Ｗから１６０Ｗの範囲で変化させている。図６に示すように、ＤＣアースとして働く導電材２１を設けない場合には、測定された内壁表面電位はウエハへ印加したバイアス高周波の周波数で約５Ｖ程度変動するとともに、バイアス電力とともに直流電位が大きく変動していることが分かる。直流電位の変動の程度は、この場合、約−１２Ｖから１４Ｖの範囲で変化しており電位変化は約２６Ｖである。一般に、イオンスパッタの閾値エネルギーは１０数Ｖ程度であり、約２６Ｖの電位変動はイオンスパッタを増大させるに優位な値である。
【００３５】
反応室１内部に導電材２１ａを設けた場合を、図３に示す。この測定では、実験的に用いた導電材２１ａは、面積５０ｍｍ×６０ｍｍの形状を有するステンレスシート（０．１ｔ）で、取付位置は図１に示す位置であり、図１に示されない反応室１の内壁１０１の側面下端のアルマイト１０２表面に保持しケーブルを用いて接地した。このように導電材２１ａによって図１に示す位置でプラズマを接地すると、反応室１の内壁１０１表面電位は、４００ｋＨｚで５Ｖ程度変動するが、図６のようなバイアス高周波の電力による直流電位の変動は抑えられ、変化が大幅に低減するばかりでなく、電位波形全体が負電位に保持される。この結果、プラズマからのイオン加速電位差が低減することとなって、壁削れが抑えられ、壁からの金属混入を防ぐことができる。
【００３６】
反応室内壁１０１の保護膜（誘電体膜）１０２として化学的に安定な材質であるＳｉＣ、ボロンカーバイト、アルマイト等の炭化物、酸化物もしくは窒化物等の絶縁性セラミックからなる保護膜を用い、被覆厚さｄは、試料４に印加するプラズマ生成用高周波の周波数ｆと誘電体の誘電率εとの関係が、前記高周波が前記誘電体部を容量結合で伝播する場合の単位面積あたりのインピーダンスＲ＝ｄ／（２πｆε）を１００Ω／ｍ２以下とすることで、高周波に対しては保護膜のインピーダンスＲを低くでき、アースとしての機能を低下しない。その結果、反応室内壁を保護膜で覆っても、壁またはアース部に流入する高周波電流に対する保護膜のインピーダンスが増加し、プラズマの電位変動が高くなることが抑えられ、イオンスパッタによる壁削れの増加を防げる。
【００３７】
このプラズマへの金属混入を、反応室１上部の石英製ガス放出板１３に付着したデポ物に含まれるアルミニウム含有量によって評価した。すなわち、壁材であるアルミニウム合金からプラズマ中にアルミニウムが混入すると、エッチング処理で広く用いられるフッ素系ガスと反応して化学的に安定なＡｌＦ化合物を形成し、反応室１内にデポとして堆積されやすく異物発生の原因となる。そこで、デポに含まれるＡｌの低減を目的に、ＤＣアースを形成する導電材２１の面積を変えて壁削れ低減の効果を調べた結果を、図４に示す。図４に示すように、デポに含まれるＡｌ量は、導電材２１の面積に反比例して減少する。Ａｌ量の低減効果は、ＤＣアース面積が５ｃｍ２のときにアルミニウム含有量が約１／３低減し、面積が３３ｃｍ２のときに約２／３低減して飽和傾向を示すことがわかる。したがって、必要なＤＣアースの面積は、本実験の場合では約５ｃｍ２以上で約３３ｃｍ２程度以下で良いことが判明した。このときの導電材の面積は、反応室１の側壁の面積に比較して約０．３％から約２．５％に相当する。したがって、一般には、バイアス高周波の実効的なアースである、側壁面積の０．３％から２．５％程度の導電材面積を設けることが壁削れに効果がある。ただし、平行平板型プラズマ装置や誘導ＲＦプラズマ装置等のように装置構成による効果の差異を考慮すると、望むべきは高周波の実効的なアースとして機能する反応室壁面積の１０％程度未満の面積であれば確実である。また、ＤＣアース面積を広く取れない場合には反応室壁面積の０．１パーセントでも約１／１０の低減効果は期待でき有効である。
【００３８】
プラズマ処理の状況によっては、ＤＣアースの表面にエッチングの反応生成物やＣＶＤ処理の成膜物が付着しＤＣアースへの直流電流の流入が阻害されたり、付着量が多い場合には直流に対してアースとして機能しなくなる。そこでＳｉ系のエッチング処理の場合には、従来の塩素またはＨＢｒとの混合ガスで処理するが、さらにＳｉ系反応生成物を除去する効果を有するフッ素系ガス（ＳＦ６等）を混合することでＤＣアース表面へのＳｉ系反応生成物の付着を抑えＤＣアースの機能を安定維持できる。または、通常のエッチング処理をウエハ１枚または複数枚行った後にフッ素系ガスや塩素系ガスとの混合ガスを用いてプラズマを発生させ、ＤＣアース表面の付着物を除去することもＤＣアースの効果維持に有効である。
【００３９】
導電材２１の構造に関する実施例を図５に示す。導電材２１の材質は、塩素等の反応性ガスに対する耐性を考慮すると導電性セラミックやＳｉＣ等が有効である。導電材２１を取り付ける方法としては、図５（ａ）に示すように、導電材２１とアースされた反応室内壁１０１表面との電気的接触を確実にするために取付面に反応室容器１０と導電材２１との双方に接触性の良い導電材３３を蒸着等により設け、導電材からなるネジ３１を用いて取り付ける方法が有効である。
【００４０】
また、図５（ｂ）に示すように、金属製の導電材３２のプラズマと接する面にＳｉＣや導電性セラミックをＣＶＤや溶射によって形成して導電材２１とし、導電材料からなるネジ３１によって反応室内壁１０１に取りつける構造とすることで、反応性ガスに対する保護膜となり長期間安定してアースとして機能する。
【００４１】
また、図５（ｃ）に示すように、金属製の導電材ネジ３１のプラズマに接する部分に導電性の保護膜２１を形成し、導電性ネジ３１を設ける構造とすることで、導電材２１を小型で安価で簡単に反応室内壁１０１に取り付けることができる。
【００４２】
図５（ａ）の取りつけ方法では、導電材３３を設けた趣旨からして、容器内壁１０１面の導電材２１を取りつける部分は、絶縁材で覆われていないことが必要であるが、図５（ｂ）、（ｃ）の取り付け方法で示したように、導電材２１と反応室内壁１００とは導電性ネジ３１によって導通するので、反応室内壁１００の表面が絶縁材で覆われていても、問題はない。
【００４３】
このように、ＤＣアースの母材を金属以外の材質である、導電性セラミック、ＳｉＣ、Ａｌ，Ａｌ化合物で構成する場合に、ＤＣアースの取付面に誘電率σが１Ωｍ以下の導電材料を蒸着または溶射もしくは挟み込み等により介在させることによって、ＤＣアースの接地抵抗を下げることができる。さらに、本発明は、以上に説明したプラズマ処理装置やその構造に限らず、処理室の内壁がプラズマによってスパッタされて被処理体に悪影響を与えることを阻止する目的で内壁表面を絶縁材で覆った、高周波を印加して反応室内にプラズマを生成させ、試料を印加した試料台に第２の高周波を印加し試料へのイオンエネルギーを制御して試料をプラズマ処理する処理装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明にかかるプラズマ処理装置の構成の概要を説明する概念図。
【図２】導電材取付位置を説明する図。
【図３】本発明にかかる導電材を設置した場合の反応室内壁表面電位波形。
【図４】反応室内デポのアルミニウム量と導電材面積との関係図。
【図５】導電材の取り付け構造を説明する図。
【図６】導電材を設置しない場合の反応室内壁表面電位波形。
【図７】反応室内壁に設けた誘電体保護膜の働きを説明する図。
【図８】プラズマ電位とイオンスパッタとの関係を説明する図。
【図９】プラズマ電位分布を説明する図。
【符号の説明】
【００４５】
１  反応室
１０  反応室容器
１０１  反応室内壁
１０２  絶縁材質
１２  誘電体真空窓
１３  ガス放出板
１３１  ガス放出穴
１４  ウエハ保持電極
１５  磁場コイル
１６  真空排気口
１７  プラズマ生成用高周波電極
１８  プラズマ生成用高周波電源
１９  ウエハバイアス用高周波電源
２１  導電材
３１  導電材ネジ
３２  導電材
３３  導電材
４  ウエハ
５０  磁力線
９  プラズマ
９１  等プラズマ密度線
【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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