(57)【要約】【課題】誘導結合形プラズマ処理装置において、スパッタエッチングに伴う飛散物によって誘電体壁容器１１の側壁部１４内面へ膜が形成され、高周波電力の供給が阻害されることを防止する。【解決手段】被処理物２の最外周上のいずれの一点においても、当該一点から前記プラズマ導入口１２内を通る直線が総て誘電体壁容器１１の底面部１３の内面上に交点を有する誘導結合形プラズマ処理装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧下で被処理物を収納するための処理室を形成する真空容器、処理室内の被処理物と対向する位置に設けられたプラズマ導入口を介して前記処理室と連通するプラズマ室を形成し、プラズマ導入口と対向する底面部及びこの底面部とプラズマ導入口との間の周囲を覆う側壁部を備えた誘電体壁容器、該誘電体壁容器の側壁部の外側に配置されたコイル電極、並びに、前記コイル電極に高周波電力を印加してプラズマ室にプラズマを生成させるためのプラズマ用高周波電源を備えた誘導結合形プラズマ処理装置において、
前記処理室内に載置された前記被処理物の最外周上のいずれの一点においても、当該一点から前記プラズマ導入口内を通る直線が総て前記誘電体壁容器の底面部の内面上に交点を有す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】
前記被処理物の最外周上の一点と、当該一点から最も離れたところにある前記プラズマ導入口の最小口径部分の周縁上の一点とを通る直線が被処理物の表面となす傾斜角度をθ、前記誘電体壁容器の底面部と側壁部とが交わる内側の交線上の一点と、当該一点から最も近いところにある前記プラズマ導入口の最小口径部分の周縁上の一点とを通る直線の傾斜角度をθ0としたとき、θ＞θ0であ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】
前記誘電体壁容器の底面部内面の直径が前記プラズマ導入口の最小口径より大きく、前記誘電体壁容器の側壁部が、前記底面部から前記プラズマ導入口へ向かって徐々に直径が小さくなる円錐台形状をなす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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスパッタエッチング処理等に用いられる誘導結合形プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば高融点金属等のように、各種材料に対して選択性がとりやすい金属材料又はそれらの酸化物等の化合物をマスク材にした物理的なスパッタエッチングが、エッチング加工技術の一つとして用いられている。このスパッタエッチングは、各種電子デバイスの電極部等やＭＲＡＭ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）といった磁気素子等の微細加工に広く利用されている。
【０００３】
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（例えばＡｒ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）。
【０００４】
上記のような処理を行うための装置の一つとして、例えば特許文献１に示されるような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、減圧下で被処理物を収納するための処理室を形成する真空容器と、処理室内の被処理物と対向する位置に設けられたプラズマ導入口を介して前記処理室と連通するプラズマ室を形成する誘電体壁容器とを備えている。また、該誘電体壁容器の側壁部の外側に配置されたコイル電極、並びに、前記コイル電極に高周波電力を印加してプラズマ室にプラズマを生成させるためのプラズマ用高周波電源も備えている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１７０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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処理対象とすることが多い。
【０００７】
金属系の処理対象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飛散した金属が、プラズマ導入口を介して誘電体壁容器の側壁部内面に徐々に付着し、そこに膜を形成する。こうして誘電体壁容器の側壁部内面に金属膜が形成されると、コイル電極からプラズマ室への誘電体壁容器の高周波電力の供給が困難となる。また、金属酸化物の場合でも、誘電体壁容器の側壁部内面に付着すると静電容量が変化することから、印加する高周波電力が変動してしまうという問題があった。
【０００８】
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る。その目的とするところは、スパッタエッチングに伴う飛散物によって誘電体壁容器の側壁部内面へ膜が形成されることで高周波電力の供給が阻害されることのないＩＰＣ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】
【０００９】
本発明は、減圧下で被処理物を収納するための処理室を形成する真空容器、処理室内の被処理物と対向する位置に設けられたプラズマ導入口を介して前記処理室と連通するプラズマ室を形成し、プラズマ導入口と対向する底面部及びこの底面部とプラズマ導入口間の周囲を覆う側壁部を備えた誘電体壁容器、該誘電体壁容器の側壁部の外側に配置されたコイル電極、並びに、前記コイル電極に高周波電力を印加してプラズマ室にプラズマを生成させるためのプラズマ用高周波電源を備えたＩＣＰ処理装置において、
前記被処理物の最外周上のいずれの一点においても、当該一点から前記プラズマ導入口内を通る直線が総て前記誘電体壁容器の底面部の内面上に交点を有することを特徴とするＩＣＰ処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＩＣＰ処理装置においては、被処理物の最外周上のいずれの一点においても、当該一点から前記プラズマ導入口内を通る直線が総て前記誘電体壁容器の底面部の内面上に交点を有する。このため、スパッタエッチングに伴って生じる飛散物が直線的に飛散する場合、プラズマ導入口からプラズマ室へと飛来する飛散物は、誘電体壁容器の底面部内面に衝突して付着することになる。従って、誘電体壁容器の側壁部内面への付着量を大幅に減らすことができ、飛散物の付着によって側壁部内面に膜が形成されることによる高周波電力の供給阻害を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、図１及び図２に基づいて本発明に係るＩＰＣ処理装置の第一の例を説明する。
【００１２】
図１において符号１は被処理物として例えば、シリコン基板２を収納する処理室で、真空容器３によって形成されている。真空容器３内の処理室１には、排気系４が接続されており、減圧下でシリコン基板２を処理することができるようになっている。
【００１３】
処理室１には、シリコン基板２が載置されるホルダ５が設けられている。ホルダ５には、必要に応じてシリコン基板２の温度を調節するためのヒーターなどの温度制御手段６が設けられている。また、ホルダ５には、バイアス電力を印加するためのバイアス用高周波電源７が接続されている。
【００１４】
真空容器３の側壁部８の外側には、多数の側壁用磁石９が設けられている。側壁用磁石９は、真空容器３の側壁部８の周方向に多数並べて配置されており、側壁部８側の面の磁極が周方向に隣り合う磁石同士で互いに異なるものとなっている。この側壁用磁石９によって、カスプ磁場が真空容器３の側壁部８の内面に沿って周方向に連なって形成され、側壁部８の内面へのプラズマの拡散が防止されている。
【００１５】
真空容器３には、内部がプラズマ室１０となった誘電体壁容器１１が接続されている。誘電体壁容器１１は、真空容器３内の被処理物であるシリコン基板２と対向する位置に設けられたプラズマ導入口１２を介して前記真空容器３と連通して配置されている。つまり、処理室１とプラズマ室１０がプラズマ導入口１２を介して連通しており、プラズマ室１０で生成したプラズマを、プラズマ導入口１２から処理室１へ導き入れることができるようになっている。
【００１６】
誘電体壁容器１１は、プラズマ導入口１２と対向する底面部１３と、この底面部１３とプラズマ導入口１２間の周囲を覆う側壁部１４とを備えており、少なくとも側壁部１４が誘電体で構成されている。誘電体で構成された側壁部１４の外側にはコイル電極１５が配置されている。このコイル電極１５には、コイル電極１５に整合器（図示されていない）を介して高周波電力（ソース電力）を印加し、誘電体壁容器１１のプラズマ室１０にプラズマを生成させるためのプラズマ用高周波電源１６が接続されている。また、側壁部１４の周囲には、プラズマの生成を補助するための電磁石１７も設けられている。
【００１７】
なお、１８は、真空容器３の処理室１内に所要の処理ガス（例えばスパッタエッチングガス）を供給するためのガス導入系である。また、図１に示されるコイル電極１５は１ターンであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
本発明に係るＩＰＣ処理装置は、シリコン基板２の最外周上のいずれの一点においても、当該一点から前記プラズマ導入口１２内を通る直線が総て前記誘電体壁容器１１の底面部１３の内面上に交点を有する。つまり、Ｎｉ等が被覆されたシリコン基板がスパッタエッチングに伴い、飛散物であるＮｉが直線的に飛散する場合、シリコン基板２の最外周から生じた飛散物が最も誘電体壁容器１１の側壁部１４の内面へ到達しやすい。しかし、本発明では、このシリコン基板２の最外周から生じた飛散物でさえ側壁部１４ではなく底面部１３の内面へと飛散し、底面部１３の内面で受け止めることができるようになっている。このため、側壁部１４の内面への飛散物の付着を防止することができる。
【００１９】
更に説明すると、通常、シリコン基板２、プラズマ導入口１２及び誘電体壁容器１１の底面部１３内面の平面形状は、それぞれ同心円状をなす。図１に示される第一の例においても、シリコン基板２、プラズマ導入口１２及び誘電体壁容器１１の底面部１３内面の平面形状は、それぞれ同心円状をなしている。この場合、図２に示されるθとθ0の関係をθ＞θ0とすることで、上述した側壁部１４の内面への飛散物の付着防止を図ることができる。ここで、θは、シリコン基板２の最外周上の一点ａと、当該一点ａから最も離れたところにあるプラズマ導入口１２の最小孔径部分の周縁上の一点ｂとを通る直線がシリコン基板２の表面となす傾斜角度である。θ0は、誘電体壁容器の底面部と側壁部とが交わる内側の交線上の一点ｃと、当該一点ｃから最も近いところにあるプラズマ導入口１２の最小口径部分の周縁上の一点ｂ’（図面上はｂ点と同じ）とを通る直線の傾斜角度である。
【００２０】
図２の状態はθ＝θ0の状態である。上記θ0は、シリコン基板２の直径をＤ’、プラズマ導入口１２の最小口径（直径）をＤ、プラズマ導入口１２の最小口径部分のプラズマ室１０側周縁からシリコン基板２の表面までの垂直距離をＺとすると、下記式（１）によって求めることができる。
【００２１】
θ0＝ｔａｎ-1［２Ｚ／（Ｄ’＋Ｄ）］・・・（１）
【００２２】
次に、図１に示されるＩＣＰ処理装置を用い、Ａｒガスをスパッタエッチングガスとして使用し、Ｎｉがマスク材とされているシリコン基板２に対してエッチングを行う場合を例に、その作動状態について説明する。
【００２３】
まず、真空容器３の処理室１内を排気系４によって排気し、不図示のゲートバルブを開けて、マスク材としてＮｉが被覆されたシリコン基板２を処理室１に搬入する。シリコン基板２は、ホルダ５に保持させ、温度制御手段６で所定温度に維持する。
【００２４】
次に、ガス導入系１８を動作させ、所定の流量の処理ガスＡｒを真空容器３の処理室１内へ導入する。導入されたＡｒガスは、真空容器３の処理室１内を経由して誘電体壁容器１１のプラズマ室１０内に拡散する。ここで、プラズマ用高周波電源１６からコイル電極１５に高周波電力を印加すると共に電磁石１７を作動させて、誘電体壁容器１１のプラズマ室１０内にプラズマを形成する。これと同時に、バイアス用高周波電源７を作動させて、シリコン基板２に負の直流分の電圧であるセルフバイアス電圧を与え、プラズマから被処理物２の表面へのイオン入射エネルギーを制御する。このようにしてプラズマを誘電体壁容器１１のプラズマ室１０から真空容器３の処理室１内に拡散させ、シリコン基板２の表面付近にまで到達させて、シリコン基板２の表面をスパッタエッチングする。この時、前述のように、スパッタエッチングに伴って生じるＮｉ等の飛散物は誘電体壁容器１１の底面部１３内面に衝突して付着してしまうため、側壁部１４内面への付着が防止されるものである。
【００２５】
次に、図３及び図４に基づいて本発明に係るＩＰＣ処理装置の第二の例を説明する。なお、図３及び図４において図１及び図２と同じ符号は同様の部材、部位、寸法又は角度を示す。
【００２６】
第二の例も基本的には第一の例と同様であるので、以下に相違点のみを説明する。
【００２７】
第二の例に係るＩＰＣ処理装置は、誘電体壁容器１１の底面部１３内面の直径がプラズマ導入口１２の最小口径より大きく、誘電体壁容器１１の側壁部１８が、底面部１３からプラズマ導入口１２へ向かって徐々に直径が小さくなる円錐台形状をなしている。このようにすると、誘電体壁容器１１の側壁部１８の向きを、スパッタエッチングに伴ってシリコン基板２から飛散してくる飛散物がより付着しにくい向きとすることができる。従って、直線状に飛散しない飛散物についても側壁部１８への付着を防止しやすくなる。また、図示される第二の例の場合、側壁部の処理室１側端縁がプラズマ導入口１２の最小口径部分を構成しており、θ0は側壁部１８の傾斜角度と一致している。
【００２８】
以上、この発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において、種々の形態に変更可能である。
【実施例】
【００２９】
次に、図１示されるＩＰＣ処理装置を用い、Ｎｉマスクを施した被処理物（シリコン基板）をスパッタエッチングした。処理条件は以下の通りである。
【００３０】
・エッチングガス：Ａｒ
・エッチングガスの流量：１７８．５ｍｇ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）
・ソース電力：１０００Ｗ
・バイアス電力：３００Ｗ
・真空容器内の圧力：０．６Ｐａ
・ホルダの温度：２０℃
・エッチング時間：１分（１枚当たり）
・エッチング速度：３０ｎｍ／ｍｉｎ
【００３１】
上記のスパッタエッチングの条件を使用して、Ｄ’＝２００ｍｍのシリコン基板上に成膜されたＮｉ薄膜を処理し、エッチング速度が１０％減少する処理枚数をメンテナンス必要枚数として評価を行った。
【００３２】
ここで、メンテナンス必要枚数は、誘電体壁容器に付着したＮｉが薄膜を形成するため、高周波電力の供給を低下させる現象から決定した。
【００３３】
表１は、図２に示される傾斜角θとメンテナンス必要枚数（５枚を１単位とする）の関係を示す測定結果である。なお、本実施例に用いたＩＰＣ処理装置において、プラズマ導入口の最小口径Ｄ＝１００ｍｍ、プラズマ導入口の最小口径部分のプラズマ室側周縁から被処理物の表面までの垂直距離Ｚ＝３００ｍｍである。また、上記のようにＤ’＝２００ｍｍであることから、前記式（１）によってθ0＝６３．５°である。
【００３４】
【表１】
2009076820.tif 000003
【００３５】
表１から、θをθ0より大きくすると、誘電体壁容器の底面部にＮｉが付着しやすくなるため、メンテナンス必要枚数は減少することが確認された。
【００３６】
また、Ｚを一定にした場合、プラズマ導入口の最小口径Ｄを小さくすることにより、θの値を大きくすることができ、誘電体壁容器の側壁部にＮｉ膜が付着しにくくなるため、メンテナンス必要枚数を大きくすることができた。
【００３７】
ここで、φ２００ｍｍ基板の場合であれば、プラズマ導入口の最小口径Ｄは、４０ｍｍ≦Ｄ≦１８０ｍｍ、プラズマ導入口の最小口径部分のプラズマ室側周縁から被処理物の表面までの垂直距離Ｚは、１００ｍｍ≦Ｚ≦５００ｍｍの範囲で変更可能である。
【００３８】
また、φ３００ｍｍ基板の場合であれば、プラズマ導入口の最小口径Ｄは、６０ｍｍ≦Ｄ≦２７０ｍｍ、プラズマ導入口の最小口径部分のプラズマ室側周縁から被処理物の表面までの垂直距離Ｚは、１００ｍｍ≦Ｚ≦６００ｍｍの範囲で変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る誘導結合形プラズマ処理装置の第一の例を示す模式図である。
【図２】図１に示される誘導結合形プラズマ処理装置の主要部分の寸法及び傾斜角度の説明図である。
【図３】本発明に係る誘導結合形プラズマ処理装置の第二の例を示す模式図である。
【図４】図３に示される誘導結合形プラズマ処理装置の主要部分の寸法及び傾斜角度の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    処理室
２    シリコン基板（被処理物）
３    真空容器
４    排気系
５    ホルダ
６    温度制御手段
７    バイアス用高周波電源
８    側壁部
９    側壁用磁石
１１  誘電体壁容器
１２  プラズマ導入口
１３  底面部
１４  側壁部
１５  コイル電極
１６  プラズマ用高周波電源
１７  電磁石
１８  ガス導入系
【図１】
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【図２】
2009076820.tif 000005
【図３】
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【図４】
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