(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属原子を含むエッチング対象物を収納するための処理室、
前記処理室内に高周波電力を導入するために該処理室に設けられた誘電体窓、
前記誘電体窓の背後に配置されたコイル電極、及び
前記コイル電極に高周波電圧を印加するための高周波電源
を備える誘導結合形プラズマ処理装置において、
エッチング処理中に前記エッチング対象物から飛散した前記金属原子が前記誘電体窓の前記処理室内部に向いた面に付着して該面上に形成する金属膜の幾何形状が、前記コイル電極の発生する高周波磁界の作用により該金属膜内に誘起される電流の流れが途中で遮断されるような形状となるように、前記誘電体窓の前記面の一部を隠蔽するための誘電体から成るマスク部材
を備えることを特徴とする誘導結合形プラズマ処理装置。
【請求項２】
上記マスク部材は、上記誘電体窓の上記処理室内部に向いた面を覆う部材に前記コイル電極の巻線方向と交差するように延在するスリットを形成して成ることを特徴とする請求項１に記載の誘導結合形プラズマ処理装置。
【請求項３】
上記コイル部材は、周辺部から中心表面から離れるような渦巻き形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導結合形プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導結合形プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工対象物の表面に微細加工を施す方法としてスパッタエッチング法が従来より知られている。この方法では、加工パターンのマスクを被加工面に形成した加工対象物を気密な処理室内部に収納する。そして、処理室内を低圧に維持しつつ、処理室内に処理ガス（Ａｒ、Ｃｌ２等）を供給し、処理室内に高周波磁界を発生させることにより処理ガスをプラズマ化する。このプラズマに含まれるイオンをバイアス電圧で加速し、加工対象物の被加工面に衝突させることにより、被加工面のマスクされていない部分を削り取る（スパッタリング）。
【０００３】
上記のような処理を行うための装置の一つとして誘導結合形プラズマ（ＩＣＰ）処理装置が知られている。ＩＣＰ処理装置は、処理室内へ高周波電力を供給する電力導入口となる窓、その窓の外側に配設されたコイル電極、及び、コイル電極に高周波電圧を印加するための高周波電源を備えている。窓は一般に石英のような誘電体で構成される。このような窓を以下では誘電体窓と呼ぶことにする。
【０００４】
誘電体窓は、コイル電極から発生する高周波磁界がそれを通じて処理室内へ入る窓口となるという機能面に着目して窓と呼ばれるものであって、その形状は必ずしもいわゆる窓状である必要はない。一方、誘電体窓の形状が決まると、それに応じてコイル電極の形状もほぼ決まる。例えば、誘電体窓が円板状である場合、誘電体窓の背面（処理室内とは反対側）に渦状コイルを配置する。また、誘電体窓が円筒状又は釣鐘状である場合、その外周壁面に螺旋状コイルを装着する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＣＰ処理装置を用いた微細加工では、一般に金属（例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｎｉ）又は金属酸化物（例えば、酸化イリジウム、酸化スズ等）から成る導電体薄膜を加工対象物とすることが多い。このような金属系の対象物を多数又は長時間にわたって加工すると、プラズマイオンによりスパッタされて対象物から飛散した金属が誘電体窓の表面に徐々に付着し、そこに膜を形成する。こうして誘電体窓の表面に金属膜が形成されると、コイル電極から処理室内への高周波電力の供給が困難となる。本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、誘電体窓の表面における金属膜の形成により高周波電力の供給が阻害されることのない誘導結合形プラズマ処理装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明は、
金属原子を含むエッチング対象物を収納するための処理室、
前記処理室内に高周波電力を導入するために該処理室に設けられた誘電体窓、
前記誘電体窓の背後に配置されたコイル電極、及び
前記コイル電極に高周波電圧を印加するための高周波電源
を備える誘導結合形プラズマ処理装置において、
エッチング処理中に前記エッチング対象物から飛散した前記金属原子が前記誘電体窓の前記処理室内部に向いた面に付着して該面上に形成する金属膜の幾何形状が、前記コイル電極の発生する高周波磁界の作用により該金属膜内に誘起される電流の流れが途中で遮断されるような形状となるように、前記誘電体窓の前記面の一部を隠蔽するための誘電体から成るマスク部材
を備えることを特徴とする誘導結合形プラズマ処理装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上述したように誘電体窓の表面に金属膜が形成されると高周波電力の処理室内への供給が阻害されるのは、高周波磁界の作用により金属膜内に発生する誘導電流により高周波電力が消費されるからであると考えられる。この誘導電流は、誘導結合形プラズマ処理装置の場合、ほぼコイル電極の巻線に沿った方向に流れようとする。そこで、本発明に係るＩＣＰ処理装置では、誘電体窓の処理室内部に向いた面（以下、誘電体窓の内面とする）の一部をマスク部材で隠蔽することにより、上記金属膜が、コイル電極の発生する高周波磁界により誘起される電流の流れが途中で遮断されるような幾何形状となるようにしたものである。
【０００８】
マスク部材は、誘電体窓（及びコイル電極）の形状を考慮して構成される。例えば、誘電体窓が円板状である場合、マスク部材は、誘電体窓と同じ材料で作成された同誘電体窓とほぼ同じ大きさの円板に、その中心から放射状に延在する複数のスリットを形成した構成とすることができる。
【０００９】
上記スリットを形成したマスク部材を誘電体窓の内面に装着すると、エッチング対象物から飛散した金属原子のほとんどがマスク部材の処理室内部に向いた面（以下、マスク部材の露出面とする）に付着し、一部の金属原子のみがスリットを通過して誘電体窓の内面に付着する。この結果、誘電体窓の内面には、マスク部材のスリットに対応する複数の線状領域にのみ金属膜が形成されるが、これらの領域はコイル電極の巻線方向においては互いに分離しているため、上述のような誘導電流が流れることはない。一方、マスク部材の露出面にはスリットに対応する放射状の空白領域を有する金属膜が形成される。この金属膜にコイル電極の巻線に沿った電流を発生させるような誘導起電力が作用しても、巻線に沿った経路は上記空白領域により複数に分断されているため、誘導電流は発生しない。
【００１０】
上記マスク部材を誘電体窓に密着させた場合、例えば、スリットの内周壁面に金属膜が形成されると、それによりマスク部材の露出面の金属膜と誘電体窓の内面の金属膜とが短絡し、上述のような電流遮断作用が損なわれる恐れがある。このような事態を防止するため、上記マスク部材は誘電体窓から微小間隔だけ離して配置することが好ましい。このようにすると、マスク部材と誘電体窓との間の絶縁がより確実になる。なお、前記間隔が小さ過ぎると、誘電体窓の内面に形成される金属膜の縁部によりマスク部材と誘電体窓との間の隙間が閉塞されてしまう恐れがある一方、同間隔が大きすぎると、スリットを通過した金属原子がマスク部材の裏面に回り込み、誘電体窓の内面に広く付着する恐れがある。このような問題は、例えば、マスク部材と誘電体窓との間の間隔を０．１〜０．５ｍｍとすることにより解決することができる。
【００１１】
マスク部材の形態は上記のようなスリットを有するものに限られない。例えば、中心から外へ放射状に延在する複数の延出部を有する星状のマスク部材を用いても、上記のような電流遮断効果が得られる。
【００１２】
また、誘電体窓が円筒状又は釣鐘状である場合、その内壁面を隠蔽するような略円筒状のマスク部材を作成するとともに、そのマスク部材には円筒の母線に略平行な複数のスリットを設けることにより、コイル電極の巻線に沿った誘導電流の発生を防止することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、誘電体窓の表面における金属膜の形成により高周波電力の供給が阻害されるという問題は解消される。このため、誘電体窓の洗浄や交換を行わなくても、長時間又は多数回にわたって効率よく且つ安定的にプラズマエッチング処理を行うことができる。
【００１４】
【実施例】
図１は本発明の一実施例であるＩＣＰ処理装置の概略構成図である。本実施例のＩＣＰ処理装置１は、金属又は金属酸化物から成るサンプル１０を収納する気密な処理室２０を有する。処理室２０の上部には処理ガス通路２１が接続されており、これを通じて処理ガス供給部２２からプラズマエッチング処理用のガスが処理室２０内部へ供給される。処理室２０内部の圧力は、ロータリポンプ３１、ターボ分子ポンプ３２、弁３３及び圧力制御器３４及び含む圧力制御機構により低圧に制御される。
【００１５】
処理室２０の底部には、サンプル１０を載置するための下部電極２３が備えられている。下部電極２３は第一の整合回路３５を介して第一の高周波（ＲＦ）発生器３６に接続されている。第一のＲＦ発生器３６は、処理室２０内に発生するプラズマイオンをサンプル１０へ向けて加速するためのバイアス電圧を下部電極２３に印加する。
【００１６】
処理室２０の上壁面（天井）２０１には開口を有する円形の誘電体受け部２０２が設けられており、ここに誘電体から成る円板状の窓材２５が配置されている。窓材２５の内面は捨て板２７（図２参照）により隠蔽されており、更にその捨て板の下面にマスク部材５０が装着されている。一方、窓材２５の上面には渦巻き状のコイル電極２６が配置されている。コイル電極２６は第二の整合回路３７を介して第二のＲＦ発生器３８に接続されている。第二のＲＦ発生器３８は、高周波磁界をコイル電極２６から発生させるための高周波電圧をコイル電極２６に印加する。
【００１７】
マスク部材５０の構造を図２に示す。図２において、（Ａ）は処理室２０内で下から見たマスク部材５０を示し、（Ｂ）は（Ａ）のIIB−IIB線におけるマスク部材５０の断面を示す。先に述べたように、窓材２５の内面は捨て板２７により隠蔽されている。この捨て板２７と窓材２５とを合わせた全体が本発明にいう誘電体窓に相当する。マスク部材５０は処理室２０の誘電体受け部２０２に形成された円形の開口２０３内に配置され、ネジ５１により天井２０１に固定されたリング状のマスク支持部品５２により、捨て板２７の下に支持されている。マスク部材５０の上面には円周に沿って段部５０１が形成されており、これにより捨て板２７とマスク部材５０との間に隙間５０２が形成されている。また、マスク部材５０の段部５０１より内側には多数のスリット５０３が放射状に形成されている。
【００１８】
プラズマエッチング処理の進行に伴う誘電体窓の表面（本実施例では捨て板２７の表面）での金属膜の形成過程について図３及び図４を参照しながら説明する。なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）は従来のＩＣＰ処理装置における金属膜の形成過程を示す。また、図４（Ａ）及び（Ｂ）は本実施例のＩＣＰ処理装置１における金属膜の形成過程を示し、（Ｃ）は（Ｂ）において円Ｃで囲んだ部分の拡大図である。
【００１９】
まず、従来の装置における金属膜の形成過程について説明する。コイル電極２６から窓材２５及び捨て板２７を通じて処理室２０内に高周波電力（ＲＦ）が供給されると、処理室２０内の処理ガスがプラズマ化する。このプラズマ中に含まれるイオンは、下部電極２３に印加されたバイアス電圧による電界により加速され、サンプル１０の上面に衝突する。このイオン衝突により、サンプル１０の上面から金属原子が削り取られ、処理室２０内に飛散する（スパッタリング。図３（Ａ））。スパッタされた金属原子の一部は捨て板２７の表面に到達し、そこに徐々に堆積する。こうして、捨て板２７の表面に金属原子の膜５５が形成されると、先に説明したように膜５５内に誘導電流が発生し、高周波電力ＲＦを消費してしまうため、処理室２０内への高周波電力ＲＦの供給が困難となり、最終的には電力供給が止まってしまう（図３（Ｂ））。このようになった場合、従来は、捨て板２７を洗浄したり新たなものと交換していた。
【００２０】
次に、本実施例の装置１における金属膜の形成過程について説明する。まず、スパッタリングにおいて処理室２０内に金属原子が飛散する過程は従来の装置の場合（図３（Ａ））と同様である（図４（Ａ））。スパッタされた金属原子の一部はマスク部材５０の下面に徐々に堆積して金属膜５５１を形成するが、スリット５０３の部分には金属原子は堆積しない。この結果、金属膜５５１は、複数のスリット状の穴が放射状に開口された円形状となる。一方、スパッタされた金属原子の他の一部はマスク部材５０のスリット５０３を通過して捨て板２７へ到達し、そこにスリット５０３と略同一の形状及び寸法を有する複数の長尺状の金属膜５５２を形成する（図４（Ｂ）及び（Ｃ））。このように、本実施例の装置では、マスク部材５０及び捨て板２７の表面に別々に金属膜５５１及び５５２が形成されるため、コイル電極２６の巻線の方向に沿った誘導電流は発生せず、高周波電力ＲＦの処理室２０内への供給が困難となることはない（図４（Ｂ）及び（Ｃ））。
【００２１】
本発明の効果を確かめるため、従来のＩＣＰ処理装置及び本発明に従って構成されたＩＣＰ処理装置を用いたエッチング速度の比較実験を行った。この実験では、直径約１２５ｍｍの白金（Ｐｔ）付き石英ウェハ（白金の厚さ＝２００ｎｍ）をサンプルとして複数回の白金エッチング処理を実行し、処理回数に応じたエッチング速度の変化を調べた。なお、エッチング速度は、浜松ホトニクス製のプラズマモニタを用いて得られたエンドポイントデータに基づいて算出した。実験結果を図５に示す。図５から分かるように、従来の装置では、高いエッチング速度で処理が進んだのは１回目のみで、２回目以降は処理回数が増すに従って急激にエッチング速度が低下し、５回目以降は全くエッチングが進行しなくなった。これは、上述のように、処理室内への高周波電力の供給が急激に低下し、プラズマの生成効率が急激に低下したことを示すものである。これに対し、本発明に係る装置では２０回以上処理を行った後でも１回目と同程度の高いエッチング速度が維持された。
【００２２】
図６はマスク部材の別の形態を示す図である。図６のマスク部材６０は、中心から外へ放射状に延在する８個の延出部６０３を有する。各延出部６０３の先端部の背面には段部６０１が形成されておりこれにより、マスク部材６０と捨て板２７との間に隙間６０２が形成されている。このようなマスク部材６０を用いても、上記マスク部材５０で得られたのと同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例であるＩＣＰ処理装置の概略構成図。
【図２】  （Ａ）はマスク部材を下から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のIIB−IIB線における断面図。
【図３】  （Ａ）、（Ｂ）従来のＩＣＰ処理装置における誘電体窓の表面で金属膜の形成過程を示す図。
【図４】  （Ａ）及び（Ｂ）は従来のＩＣＰ処理装置における誘電体窓の表面で金属膜の形成過程を示す図、（Ｃ）は（Ｂ）において円Ｃで囲んだ部分の拡大図。
【図５】  従来のＩＣＰ処理装置及び本発明に従って構成されたＩＣＰ処理装置を用いて行ったエッチング速度の比較実験の結果を示すグラフ。
【図６】  別の形態のマスク部材を示す図であって、（Ａ）はマスク部材を下から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のVIB−VIB線における断面図。
【符号の説明】
１…誘導結合形プラズマ処理装置（ＩＣＰ処理装置）
１０…サンプル
２０…処理室
２３…下部電極
２５…窓材
２６…コイル電極
３６、３８…高周波（ＲＦ）発生器
５０、６０…マスク部材
５０１、６０１…段部
５０２、６０２…隙間
５０３…スリット
【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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