JP2000100789A

JP2000100789A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2000100789A
Application number: JP10266015A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Suemasa; 智希末正; Yoshifumi Tawara; 好文田原; Yukimasa Yoshida; 幸正吉田
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-07
Anticipated expiration: 2018-09-21
Also published as: JP3476687B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波電流の通流経路の短いプラズマ処理装
置を提供すること。【解決手段】プラズマ処理装置は、内部が真空状態に
保持可能なチャンバー１と、半導体ウエハＷを支持する
支持テーブル２と、チャンバー１外に設けられ、給電棒
７を介して支持テーブル２に高周波を印加し、処理ガス
のプラズマを生成する高周波電源１０と、チャンバー１
内に設けられ、半導体ウエハＷを収容し、その中で半導
体ウエハＷに対してプラズマ処理を行う導電性容器１５
と、導電性容器１５内に処理ガスを導入する処理ガス導
入部２０とを具備する。この装置において、支持テーブ
ル２に印加された高周波の高周波電源１０へのリターン
電流が導電性容器１５の内側を通って高周波電源１０に
戻る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理体に対してエッチング処理、成膜処理等のプラズ
マ処理を行うプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、ドラ
イエッチングやプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Depos
ition）等のプラズマ処理が多用されている。

【０００３】このようなプラズマ処理を行う装置とし
て、例えば、図５に示すようなものが用いられている。
図５中、参照符号１０１は接地されたチャンバーを示
す。このチャンバー１０１内には、被処理体である半導
体ウエハＷを水平に支持するための支持テーブル１０２
が設けられており、支持テーブル１０２は絶縁部材１０
３を介して金属製の支持台１０４に載置されている。そ
して、支持テーブル１０２と支持台１０４とは昇降機構
１０５により昇降可能に設けられている。支持台４の下
方中央の大気部分は、ベローズ１０６で覆われており、
このベローズ１０６により真空部分と大気部分が分離さ
れている。ベローズ１０６の外側にはベローズカバー
（図示せず）が設けられている。

【０００４】支持テーブル１０２にはチャンバー１０１
の下方に設けられた高周波電源１１０がマッチングボッ
クス１０９を介して給電棒１０７により接続されてい
る。給電棒１０７の周囲には、支持台１０４から下方に
延びる金属製の接地パイプ１０８が設けられている。

【０００５】チャンバー１０１の天壁には、支持テーブ
ル１０２に対向するようにシャワーヘッド１１１が設け
られている。シャワーヘッド１１０は、その下面に多数
のガス吐出孔１１２が設けられており、かつその上部に
ガス導入部１１３を有している。そして、プラズマ処理
用の処理ガスがガス導入部１１３からシャワーヘッド１
１１のガス吐出孔１１２から半導体ウエハＷに向けて吐
出される。

【０００６】チャンバー１０１の側壁には半導体ウエハ
Ｗの搬入出用の搬送ポート１１４がゲートバルブ１１５
により開閉可能に設けられている。また、チャンバー１
０１の底部近傍には、排気ポート１１６が設けられてお
り、チャンバー１０１内を真空排気することが可能とな
っている。

【０００７】このような装置においては、半導体ウエハ
Ｗを搬送ポート１１３から搬送位置にある支持テーブル
１０２に搬送し、次いで、移動機構１０５により支持テ
ーブル１０２を上昇させて、半導体ウエハＷを処理位置
に配置させる。その後、排気ポート１１５から排気する
ことにより、チャンバー１０１内を所定の真空度に保持
し、シャワーヘッド１１０からチャンバー１０１内に所
定の処理ガスを導入し、さらに高周波電源１０９からマ
ッチングボックス１０８およびケーブル１０６を介して
支持テーブル１０２に高周波を印加することにより、プ
ラズマを生成させ、半導体ウエハＷに所定のプラズマ処
理を施す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高周波電流
が導体の表面近くだけに局在するという表皮効果によ
り、高周波電源１０９から支持テーブル１０２に印加さ
れた高周波電流のリターン電流は、図中の矢印に従っ
て、まずチャンバー１０１の内壁を通って底壁に至り、
さらに、ベローズ１０６の外側、支持台１０４の表面お
よび接地パイプ１０８の内側を通って高周波電源１０９
に戻るという、極めて長い経路を通る。このため、高周
波電力の損失が大きくなってしまう。また、このように
長い経路を通るため、異常放電が生じやすく、かつ高周
波ノイズが発生しやすいという問題もある。

【０００９】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、高周波電流の通流経路の短いプラズマ処理装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、内部が真空状態に保持可能なチャ
ンバーと、被処理体を支持する支持部材と、前記チャン
バー外に設けられ、給電部材を介して前記支持部材に高
周波を印加し、処理ガスのプラズマを生成する高周波電
源と、前記チャンバー内に設けられ、被処理体を収容
し、その中で被処理体に対してプラズマ処理を行う導電
性容器と、前記導電性容器内に処理ガスを導入する処理
ガス導入部とを具備し、前記支持部材に印加された高周
波の前記高周波電源へのリターン電流が前記導電性容器
の内側を通ることを特徴とするプラズマ処理装置が提供
される。

【００１１】前記処理ガス導入部としては、多数のガス
吐出孔を有するシャワーヘッドを有するものを用いるこ
とができる。この場合に、前記シャワーヘッドは、前記
導電性容器の天壁に設けられていてもよいし、前記チャ
ンバーの天壁に設けられ、前記導電性容器に処理ガス導
入用の開口部が形成されていてもよい。

【００１２】前記プラズマ処理装置において、前記チャ
ンバーが被処理体の搬送ポートを有し、前記導電性容器
および前記支持部材を被処理体の処理位置と搬送位置と
の間で移動させる移動手段をさらに具備することができ
る。

【００１３】また、前記給電部材を含む大気部をプラズ
マ処理を行う真空部と分離するために導電性容器の底部
から前記チャンバーの底部に至る部分に伸縮自在に設け
られた筒状をなすベローズをさらに具備することができ
る。

【００１４】本発明においては、被処理体を収容して、
その中でプラズマ処理を行う導電性容器をチャンバー内
に設け、前記支持部材に印加された高周波の前記高周波
電源へのリターン電流が前記導電性容器の内側を通るよ
うにしたので、従来のようにチャンバー内壁およびベロ
ーズを通る長い経路を経ることなく、リターン電流が高
周波電源に戻る。したがって、高周波電力の損失を小さ
くすることができる。また、異常放電や高周波ノイズを
発生し難くすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一
実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
図中、参照符号１は例えば表面がアルマイト処理された
アルミニウムからなる導電性のチャンバーであり、この
チャンバー１は接地されている。チャンバー１内には、
被処理体である半導体ウエハＷを水平に支持するための
支持テーブル２が設けられている。この支持テーブル２
はアルミニウム等の導電体で構成され、絶縁部材３を介
してアルミニウム等の導電体からなる支持台４に載置さ
れている。そして、支持台４の外周側には、多数のガス
通過孔を有する円板状をなすガス拡散用のバッフル板５
が設けられている。このバッフル板５はアルミニウム等
の導電体で構成され、支持台４にねじ止めされて電気的
に接続されている。

【００１６】支持台４の下方中央の大気部分は、例えば
ステンレス鋼からなるベローズ６で覆われており、この
ベローズ６により真空部分と大気部分が分離されてい
る。ベローズ６はその上端と下端とがそれぞれ支持台４
の下面およびチャンバー１の底壁上面にねじ止めされて
いる。ベローズ６の外側にはベローズカバー（図示せ
ず）が設けられている。

【００１７】支持テーブル２にはチャンバー１の下方に
設けられた高周波電源１０がマッチングボックス９を介
して給電棒７により接続されている。給電棒７の周囲に
は、支持台４から下方に延びる金属製の接地パイプ８が
設けられている。

【００１８】支持テーブル２には、半導体ウエハＷの受
け渡しをするためのリフトピン１１が設けられており、
このリフトピン１１は、チャンバー１の下方に配置され
たシリンダー１２により昇降可能となっている。また支
持テーブル２内には、冷媒流路１３が形成されており、
この中に冷媒供給管１４を介して冷媒が通流されるよう
になっている。

【００１９】チャンバー１の天壁の下側には、支持テー
ブル２上の半導体ウエハＷを取り囲むように例えばアル
ミニウムからなる導電性容器１５が設けられている。こ
の導電性容器１５の下端は、バッフル板５にねじ止めさ
れており、これらは電気的に接続されている。したがっ
て、導電性容器１５、バッフル板５、および支持台４が
電気的に接続されていることとなる。

【００２０】導電性容器１５の天壁部分は、シャワーヘ
ッド１６となっており、多数のガス吐出孔１７が形成さ
れている。シャワーヘッド１６からの処理ガスの吐出
は、チャンバー１の天壁に設けられたガス導入口２０か
ら行われる。ガス導入口２０には所定の処理ガスを供給
するための処理ガス供給源２１が接続されいる。そし
て、導電性容器１５内に処理ガスが供給され、支持テー
ブル２に高周波が印加されることにより、導電性容器１
５内にプラズマが生成され、半導体ウエハＷに所定のプ
ラズマ処理が施されるようになっている。導電性容器１
５の天壁上端のシャワーヘッド１６の周囲にはＯシール
リング１８がはめ込まれており、プラズマ処理の際に
は、図示するようにＯシールリング１８がチャンバー１
の天壁内側に密着される。なお導電性容器１５の側壁に
は半導体ウエハＷの搬入出用の開口部１９が形成されて
いる。

【００２１】チャンバー１の側壁には、半導体ウエハＷ
の搬入出用の搬送ポート２６がゲートバルブ２７により
開閉可能に設けられており、半導体ウエハＷの搬入出時
には、半導体ウエハＷが搬送ポート２６に対応する位置
に移動される。

【００２２】この際の半導体ウエハＷの移動は、昇降機
構２２によって行われる。昇降機構２２は、ボールねじ
２３ａを回転させるモーター２３を有しており、このモ
ーター２３はチャンバー１の下方に水平に設けられ、固
定部材３０ａによりチャンバー１に取り付けられた支持
フレーム３０に固定されている。一方、チャンバー１の
底壁と支持フレーム３０との間には、垂直に延びる複数
のシャフト２５が設けられており、このシャフト２５の
うちモータ２３に対応する位置のものには駆動スライダ
ー２４ａが上下方向に移動可能に取り付けられており、
他のシャフト２５には従動スライダー２４ｂが上下動可
能に取り付けられている。駆動スライダー２４ａは、ボ
ールねじ２３ａに螺合されており、モーター２３により
ボールねじ２３ａが回転されることにより上下動する。
これら駆動スライダー２４ａおよび従動スライダー２４
ｂは、支持台４の底部に固定されており、モーター２３
によりボールねじ２３ａを回転させることにより、駆動
スライダー２４ａおよび従動スライダー２４ｂがシャフ
ト２５に沿って上下動し、これにともなって、支持テー
ブル２、絶縁部材３、支持台４および導電性容器１５が
一体的に上下動する。

【００２３】そして、プラズマ処理中は、このような昇
降機構２２により、支持テーブル２、絶縁部材３、支持
台４および導電性容器１５が図１に示す位置に上昇さ
れ、半導体ウエハＷの搬入出時には、図２に示すように
半導体ウエハＷが搬送ポート２６に対応する位置になる
ように、これらが下降される。

【００２４】チャンバー１の側壁の底部近傍には、排気
ポート２８が設けられており、この排気ポート２８には
配管を介して排気装置２９が接続されている。そして、
排気装置２９を作動させることによりチャンバー１内が
所定の真空度まで真空排気することが可能となってい
る。

【００２５】このような装置においては、まず、昇降機
構２２により支持テーブル２を図２に示す搬送位置に配
置し、ゲートバルブ２７を開けて、図示しない搬送アー
ムにより、搬送ポート２６を介して半導体ウエハＷをチ
ャンバー１内に搬入する。そして、支持テーブル２から
リフトピン１１を突出させた状態で半導体ウエハＷを受
け取り、次いでリフトピン１１を降下させて半導体ウエ
ハを支持テーブル２上に載置する。

【００２６】その後、昇降機構２２により支持テーブル
２を上昇させ、図１に示すように導電性容器１５のＯシ
ールリング１８がチャンバー１の天壁に密着させ、半導
体ウエハＷを処理位置に位置させる。

【００２７】この状態で、冷媒流路１３に冷媒を通流さ
せて支持テーブル２を所定の温度に制御するとともに、
排気装置２９により排気ポート２８を介してチャンバー
１内を排気し、高真空状態とする。

【００２８】次いで、ガス処理ガス供給源２１から配管
を通って処理ガス導入口２０から所定の処理ガスをチャ
ンバー１内に導入し、導電性容器１５の天壁を構成する
シャワーヘッド１６のガス吐出孔１７から半導体ウエハ
Ｗに向けて吐出させ、チャンバー１内を数１０ｍＴｏｒ
ｒとする。それと同時に高周波電源１０からマッチング
回路９および給電棒７を通って所定の周波数および電圧
の高周波を支持テーブル２に印加する。これにより、導
電性容器１５内には処理ガスのプラズマが生成され、半
導体ウエハＷに対して所定のプラズマ処理が施される。

【００２９】この場合に、本実施形態では導電性容器１
５が設けられているため、支持テーブル２に印加された
高周波電流のリターン電流は、チャンバー１に至らず、
図３に示すように、表皮効果により、導電容器１５の内
側を通ってバッフル板５の上面に至り、さらに支持台４
の絶縁部材３との界面部分、および給電棒７の挿通孔表
面を通り、接地パイプ８の内側を通ってマッチングボッ
クス９に至り、高周波電源１０に戻る。

【００３０】したがって、リターン電流は、従来のよう
にチャンバーの内壁、底壁、ベローズの外側、支持台の
表面、接地パイプの内側を通って高周波電源に戻るとい
うような極めて長い経路を通ることなく高周波電源１０
に戻される。このため、高周波電力の損失を小さくする
ことができる。また、このように高周波のリターン電流
の経路が短くなることから、異常放電や高周波ノイズを
発生し難くすることができる。また、導電性容器１５で
処理空間を覆う状態となるので、プラズマの広がりが抑
制され、特にチャンバー１の下部に対してガスによる反
応生成物が付着しにくくなる。

【００３１】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。図４は、本発明の他の実施形態に係るプラズマ処
理装置を示す断面図である。図４中、図１と同等のもの
には同じ符号を付して説明を省略する。この実施形態に
おいては、従前の実施形態とは異なり、チャンバー１の
天壁に多数のガス吐出口３２が形成されたシャワーヘッ
ド３１が設けられている。そして、天壁部分にシャワー
ヘッド３１に対応する円形のくりぬき部１５ａを有する
導電性容器１５’が従前の実施形態と同様に、支持テー
ブル２上の半導体ウエハＷを取り囲むように設けられて
いる。

【００３２】この実施形態の場合には、印加高周波のリ
ターン電流がわずかにチャンバー１の内壁に流れるもの
の、大部分は従前の実施形態と同様、導電性容器１５’
の内側を通ってバッフル板５の上面に至り、さらに支持
台４の絶縁部材３との界面部分、および給電棒７の挿通
孔表面を通り、接地パイプ８の内側を通ってマッチング
ボックス９に至り、高周波電源１０に戻る。したがっ
て、本実施形態によっても従前の実施形態とほぼ同様の
効果を得ることができる。

【００３３】なお、本発明はこれら実施形態に限定され
ることなく種々変形可能である。例えば、導電性容器の
材料としては、アルミニウムに限らず、重金属が含まれ
ている等、処理に悪影響を与えるもの以外の導電性材料
であれば適用することができる。また、本発明が適用さ
れる装置構成は上記実施形態のものに限らず、支持テー
ブルに高周波を印加するタイプのものであれば全てに適
用することができる。さらに、本発明は高周波を印加し
てプラズマを生成し、そのプラズマで被処理体を処理す
るものであれば、その処理形態は問わず、エッチング、
ＣＶＤ成膜等種々の処理に適用することができる。さら
にまた、被処理体としては、半導体ウエハに限らず、液
晶表示装置のガラス基板等他のものであってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
処理体を収容して、その中でプラズマ処理を行う導電性
容器をチャンバー内に設け、前記支持部材に印加された
高周波の前記高周波電源へのリターン電流が前記導電性
容器の内側を通るようにしたので、従来のようにチャン
バー内壁およびベローズを通る長い経路を経ることな
く、リターン電流が高周波電源に戻る。したがって、高
周波電力の損失を小さくすることができる。また、この
ようにリターン電流の経路が短いことから異常放電や高
周波ノイズを発生し難くすることができる。さらに、導
電性容器の存在によりプラズマの広がりが抑制され、特
にチャンバーの下部に対してガスによる反応生成物が付
着しにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を
示す断面図。

【図２】図１の装置における半導体ウエハ搬送状態を示
す断面図。

【図３】図１の装置における印加した高周波のリターン
電流の経路を説明するための図。

【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置
を示す断面図。

【図５】従来のプラズマ処理装置を示す断面図。

【符号の説明】

１……チャンバー２……支持テーブル４……支持台５……バッフル板６……ベローズ７……給電棒８……接地パイプ９……マッチングボックス１０……高周波電源１５……導電性容器Ｗ……半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田原好文山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者吉田幸正神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 4K030 EA06 FA03 GA12 KA08 KA10 KA45 4K057 DA02 DA16 DA20 DD01 DM02 DM03 DM06 DM09 DM13 DM14 DM33 DM35 DM37 DM39 DN01 5F004 AA16 BA04 BA09 BB11 BB18 BB25 BC08 BD03 BD07 EA30 5F045 AA08 BB15 DP01 DP02 DP03 EB02 EB03 EF05 EH05 EH12 EH13 EH19 EJ02 EJ03 EJ09 EJ10 EM01 EM02 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が真空状態に保持可能なチャンバー
と、被処理体を支持する支持部材と、前記チャンバー外に設けられ、給電部材を介して前記支
持部材に高周波を印加し、処理ガスのプラズマを生成す
る高周波電源と、前記チャンバー内に設けられ、被処理体を収容し、その
中で被処理体に対してプラズマ処理を行う導電性容器
と、前記導電性容器内に処理ガスを導入する処理ガス導入部
とを具備し、前記支持部材に印加された高周波の前記高
周波電源へのリターン電流が前記導電性容器の内側を通
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記処理ガス導入部は、多数のガス吐出
孔を有するシャワーヘッドを有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３】前記シャワーヘッドは、前記導電性容器
の天壁に設けられていることを特徴とする請求項２に記
載のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記シャワーヘッドは、前記チャンバー
の天壁に設けられており、前記導電性容器に処理ガス導
入用の開口部が形成されていることを特徴とする請求項
２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記チャンバーは被処理体の搬送ポート
を有し、前記導電性容器および前記支持部材を被処理体
の処理位置と搬送位置との間で移動させる移動手段をさ
らに具備することを特徴とする請求項１ないし請求項４
のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記給電部材を含む大気部をプラズマ処
理を行う真空部と分離するために導電性容器の底部から
前記チャンバーの底部に至る部分に伸縮自在に設けられ
た筒状をなすベローズをさらに具備することを特徴とす
る請求項５に記載のプラズマ処理装置。