(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバと、この処理チャンバにガスを導入するガス導入手段と、前記処理チャンバ内を排気する排気手段と、前記処理チャンバの絶縁材料で構成された部分の外周において巻かれて配置され高周波電源に接続された誘導アンテナとを備え、前記処理チャンバ内にプラズマを生成して処理室内に配置された被処理材を処理するプラズマ処理装置において、
前記アンテナの外側を覆いこのアンテナを横切るように配置されたスリットを有する導電性の板部材と、前記処理チャンバの絶縁材料で構成された部分の外側であって前記アンテナ及び前記板部材を囲むカバーであって前記処理チャンバの外側で略閉じられた空間を構成するカバーと、このカバーの内側において前記スリットを介してこのカバー内の空気を前記板部材と前記処理チャンバとの間の空間及び前記板部材の外側との空間を通って循環させて前記処理チャンバの温度調節をするためのファンとを備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、前記空気が循環する経路上に配置された空気の温度調節手段を備えたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、前記温度調節手段は前記カバーの内側に配置されたプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、液晶ディスプレー用基板等の製造において、エッチングや成膜等の処理に好適なプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化、半導体ウエハの大口径化や液晶ディスプレーの大面積化に伴い、これらの処理装置に求められる要求は、ますます厳しくなっている。プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマアッシング装置といったプラズマ処理装置においても、その状況は同じであり、スループット向上のための高プラズマ密度化、被処理物の大面積化への対応、クリーン化等が、重要課題となっている。
現在、これらの装置に用いられるプラズマ源としては、高周波容量結合型プラズマ源、マイクロ波ＥＣＲプラズマ源、高周波誘導結合型プラズマ源等のプラズマ源が、その特徴を生かして、様々な処理プロセスごとに使い分けられている。以上述べた３つのプラズマ源を備えるプラズマ処理装置のうち、近年、急速に使われはじめたのが、高周波誘導結合型プラズマ処理装置である。誘導結合型プラズマ処理装置は、例えば、特開平２−235332に示されるような装置であり、チャンバの一部である石英などの絶縁材を介して処理チャンバの外に配置された、一般的には、ループ、コイル、あるいは、らせんといった形状をした高周波アンテナに、数100kHzから、数100MHzの高周波電力を給電し、アンテナによって形成される誘導磁場によって、処理チャンバ内に導入されたプロセスガスにエネルギを供給し、プラズマを発生、維持する方式のプラズマ装置である。このような装置は、プラズマ中に誘導電流が生じ、電気回路的には、プラズマと高周波アンテナが誘導結合している（電気回路的には、アンテナを一次コイル、プラズマ中の電流を２次コイルとみなしたトランス回路と考えられる）ため、誘導結合型プラズマ処理装置と呼ばれる。誘導結合型プラズマ処理装置の利点は、単純なアンテナと高周波電源という簡単で安価な構成で、1E11〜1E12(cm-3)という比較的高密度のプラズマを発生できること、大面積のプラズマを容易に発生させることができること、モードを持たないためプラズマが安定であること、処理チャンバ内部がシンプルで、メンテナンスがしやすく処理中に被処理物上に飛来する異物を少なくできること等が挙げられる。
【０００３】
特開平２−235332に示される誘導結合型プラズマ処理装置においては、高周波アンテナが、処理チャンバ中のプラズマに対して、石英などの絶縁材を介して、大気側に配置されるが、この絶縁材は、チャンバ内部でのプラズマによるイオンの衝撃や化学的な反応等で加熱され、何も手段を講じずに放電を続けると温度が上昇する。このような温度上昇は、絶縁材の真空シール部に用いられるフッ素ゴム等のＯリングを破損し、リークや、このＯリングに起因するフッ素系の異物の原因となる。また、エッチング処理においては、チャンバの温度が処理中のガスの化学組成に強い影響を与えるために、この絶縁材を含めて、チャンバの温度を常に一定に保つ必要がある。したがって、運転を開始する時には、チャンバを暖めておき、処理物を連続的にプラズマ処理する際には、処理中の発熱があるので、逆に温度上昇を抑えるために冷却する必要が生じることもある。いずれにしても、連続的に処理をおこなう場合でも、各回の処理において、チャンバを一定の温度に保つことが必須である。また、プラズマ処理装置は、通常、クリーンルーム内に設置されるので、クリーンルームの流れを乱すと、微小なゴミを巻き上げる。したがって、プラズマ放電部を冷却する際にも、ファン等によって起こされる空気の流れが、外部に空気の乱れを起こさないようにしなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、処理チャンバの加熱が著しいアンテナ近傍の温度を調節して、安定したプラズマ処理を行うことが可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。また、本発明は、信頼性が高く、処理中の発塵が少ないプラズマ処理装置を提供することを、別の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は、処理チャンバと、この処理チャンバにガスを導入するガス導入手段と、前記処理チャンバ内を排気する排気手段と、前記処理チャンバの絶縁材料で構成された部分の外周において巻かれて配置され高周波電源に接続された誘導アンテナとを備え、前記処理チャンバ内にプラズマを生成して処理室内に配置された被処理材を処理するプラズマ処理装置において、前記アンテナの外側を覆いこのアンテナを横切るように配置されたスリットを有する導電性の板部材と、前記処理チャンバの絶縁材料で構成された部分の外側であって前記アンテナ及び前記板部材を囲むカバーであって前記処理チャンバの外側で略閉じられた空間を構成するカバーと、このカバーの内側において前記スリットを介してこのカバー内の空気を前記板部材と前記処理チャンバとの間の空間及び前記板部材の外側との空間を通って循環させて前記処理チャンバの温度調節をするためのファンとを備えたプラズマ処理装置により達成される。さらにまた、前記空気が循環する経路上に配置された空気の温度調節手段を備えたことにより達成される。さらに、前記温度調節手段は前記カバーの内側に配置されたことにより達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体デバイスの製造の分野に限定されるものではなく、液晶ディスプレイの製造や、各種材料の成膜、表面処理に適用が可能である。ここでは、主に、半導体デバイス製造用のプラズマアッシング処理装置を例にとって、実施例を示すことにする。
【０００７】
図１に、本発明の一実施例を示す。図中の処理チャンバ１は、アルミニウムやステンレス製の真空容器である。処理チャンバ１は、排気手段２、および、被処理物である半導体ウエハ３を搬入出するための搬送システム４を備える。処理チャンバ１中には、半導体ウエハを載置するためのステージ５が設置される。搬送システム４より、処理チャンバ中に搬入されたウエハは、プッシュロッド６によって、ステージ上に運ばれる。また、ステージには、プラズマ処理中のウエハの温度を約２００℃程度に加熱するためにヒータ７が設置されている。
【０００８】
一方、処理チャンバの上部には、絶縁管８、ガス導入フランジ９等からなる放電部が真空シール１０、１１を介して設置され、その周囲には、導電性のよい金属である銅等で作られた１ループあるいは、数ループのアンテナ１２が設置される。アンテナ１２には、一般的には２台の可変コンデンサを内蔵したインピーダンス整合器１３を介して高周波電源１４が接続される。高周波電源の周波数は、特に限定されないが、一般的には、数100kHzから、数100MHzであり、商用周波数である13.56MHzがもっとも一般的である。アンテナ１２の外側には、アンテナを横切る方向、すなわち、図１においては縦方向のスリットをもつ円筒形の金属部材１５が設置される。図２に、この部材の斜視分解図を示す。スリット１６は、温度調節した空気を吹出すためと、この部材での誘導損失を防ぐために設けられている。すなわち、アンテナに加わる高周波電力によって、プラズマは誘導加熱されるが、このスリットがないとこの円筒形金属部材にも誘導電流が流れる。その結果、円筒形部材が加熱されるとともに、プラズマに投入される電力は減少するので、プラズマの密度が減少する。図２に示されるようなスリットを設けることによって、アンテナに沿ってこの部材に流れる電流を防止できるので、この部材の加熱とプラズマ密度の低下の問題が解消される。また、１３．５６ＭＨｚの高周波の波長は、約２２ｍなので、スリットの長さは、波長よりも十分短いと考えられるので、この円筒形金属部材によって、外側に漏れる電磁波を防ぐことができる。また、スリットは、アンテナを横切るようになっていればよく、必ずしも縦方向でなくてもよい。図３に示したように斜めであったり、あるいは、くの字であってもよい。あるいは、図４のように誘導電流防止用のスリット少なくとも１本と、別に空気用の小穴１７の組み合わせでもよい。放電部全体は、カバー１８によって覆われる。アンテナ周りの空間は、絶縁管、チャンバ、円筒形部材によって、上部以外は、ほぼ閉じられた空間となっている。上部には、この部分の空気を吸い出すためのファン１９が設置される。ファンによって吹きだされた空気２０は、温度調節用のラジエータ２１に送られ所定の温度にされる。アッシング処理においては、絶縁管の加熱が著しく、また、アッシング処理に対してチャンバの温度がさほど重要でないので、ほぼ冷却だけを考えてよい。したがって、この部分で空気は冷却され、カバーと円筒形部材の間の空間２２に送られる。エッチング装置の場合は、チャンバ内表面の物理化学的な表面反応が、内部のガス組成に影響を与えるので、逆に加熱が必要な場合もある。空間２２から、空気は、スリットを通って吹出し、アンテナ及び絶縁管を効果的に冷却する。
【０００９】
上部に空気の温度調節機構を設けるかわりに、円筒形の部材に温度調節機構を取り付けても同様の効果がある。具体的には、図５に示すように、円筒形部材の表面に冷却パイプ３１、およびヒータ３２をはわせることによって実現される。又、同部材の表面に凸凹を持たせることにより、循環させる空気に対する伝熱面が大きくなり、空気の加熱冷却効率が高くなる。また、さらに、図６に示すように、絶縁筒の表面にも凸凹をつけることによって、同じように、伝熱面を大きくすることができる。絶縁筒は、一般的には、石英で作られることが多いが、熱伝導のよいアルミナセラミックで作ることによって、絶縁筒内の温度分布を低減し、信頼性を増すことができる。また、アルミナ部品は型で作るので、表面に凸凹を作ることによって製造コストもさほど上がることはない。アルミナセラミックは、不透明であるので、石英を用いるのに比べて、放電中のプラズマの様子を見られない、終点判定用の光を検出できない、といった問題が生じるが、別に石英などの透明な材料によって作られる窓３３を上部に設けることによって、その問題は、解決される。
【００１０】
図７に別の実施例を示す。この実施例では、ファンが円筒形部材の外側に設置される。絶縁管の冷却を主目的とする場合、ファンからの空気を直接絶縁管に吹き付けることにより、絶縁管に当たる空気の流速が大きく効果的に冷却される。図６に示したような表面に凸凹をつけた絶縁筒と併用すると特に効果的に冷却を行える。しかし、ファンを横に設置することにより、放電部全体の占有面積が大きくなってしまうという欠点もある。
【００１１】
図８は、平面的に誘導アンテナを配したプラズマ処理装置に本発明を適用した例である。この場合、図９の様に放射状スリット４１を切った平板状の金属部材４２が絶縁板４３とループまたはらせん状のアンテナ４４の上部に設置され、さらにその上部にファンが設置される。プラズマによって加熱された絶縁板ならびにアンテナによって暖まった空気は、自然対流によって上部に行きやすいので、図３に示した実施例の場合と反対に、ファンは、アンテナ周りの空気を排気するようにした方が冷却効率が高い場合もある。排気された空気は、冷却された後、外周からまた戻ってくる。
【００１２】
以上、本発明の実施の形態を、主に半導体デバイス製造用のプラズマアッシング装置を例にとって示したが、本発明は、プラズマアッシンッグ装置に限定されることなく、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などに適用が可能であり、半導体デバイスの処理のみならず、液晶ディスプレイ基板の処理や、その他、表面処理全般に適用が可能である。また、上記実施の形態によれば、チャンバ内部でのプラズマによるイオンの衝撃や化学的な反応等で加熱される絶縁材の温度上昇を尾さえ、絶縁材の真空シール部を保護し、装置の信頼性が向上する。また、このＯリングの破損に起因するフッ素系の異物を低減し、装置の稼働率を向上する。また、チャンバの温度を一定に保つことにより、連続処理を行う際にも、一定したプラズマ処理を実現する。その結果、全体としてのプラズマ処理性能が向上し、ハイスループットのアッシング処理，微細なエッチング処理，高品質な成膜加工，表面処理等が可能となる。
【００１３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、処理チャンバの加熱が著しいアンテナ近傍の温度を調節して、安定したプラズマ処理を行うことが可能なプラズマ処理装置を提供できる。また、本発明によれば、信頼性が高く、処理中の発塵が少ないプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図。
【図２】円筒形金属部材の斜視分解図。
【図３】円筒形金属部材のスリットのパターンを示す図。
【図４】円筒形金属部材のスリット及び穴のパターンを示す図。
【図５】本発明の一実施例を示す図。
【図６】本発明の一実施例を示す図。
【図７】本発明の一実施例を示す図。
【図８】本発明の一実施例を示す図。
【図９】平板状の金属部材のスリットのパターンを示す図。
【符号の説明】
１…処理チャンバ、２…真空排気手段、３…半導体ウエハ、４…搬送システム、５…ステージ、６…プッシュロッド、７…ヒータ、８…絶縁管、９…ガス導入フランジ、１０…真空シール、１１…真空シール、１２…アンテナ。１３…インピーダンス整合器、１４…高周波電源、１５…円筒形の金属部材、１６…スリット、１７…空気用の小穴、１８…カバー、１９…ファン、２０…空気、２１…ラジエータ、２２…カバーと円筒形部材の間の空間、３１…冷却パイプ、３２…ヒータ、３３…窓、４１…放射状スリット、４２…平板状の金属部材、４３…絶縁板、４４…ループまたはらせん状のアンテナ、４５…ガス導入部。
【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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