JP2000299305A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は半導体ウエハの周辺部と中央部分
とがほぼ均一になるようエッチングできるようにしたプ
ラズマ処理装置を提供することにある。 【解決手段】 プラズマ化された反応性ガスによって半
導体ウエハ３をプラズマ処理するプラズマ処理装置にお
いて、処理チャンバ１と、この処理チャンバ内に設けら
れ上記被処理物が載置される載置テーブル２と、上記半
導体ウエハの周辺部分に配設され上記半導体ウエハの上
記反応性ガスに対して反応する部分と反応度合がほぼ同
じ材料によって形成された反応部材１０とを具備したこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は反応性ガスをプラ
ズマ化して被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、超ＬＳＩの製造工程などにお
いては、微細加工が重要な役割を担っており、その微細
加工としてエッチング技術が用いられている。つまり、
フォトリソグラフィ−により転写された微細なフォトレ
ジストパタ−ンを被処理物としての半導体ウエハや液晶
用ガラス基板に転写する方法として上記エッチング技術
が用いられている。

【０００３】エッチング技術にはドライエッチングとウ
エットエッチングとがあり、最近ではエッチング条件の
選択によって異方性エッチングを実現することができる
ドライエッチングが注目されている。

【０００４】ドライエッチングに用いられる一般的な装
置の構造としては、被処理物が収容される処理チャンバ
を有し、この処理チャンバ内にエッチング用の反応性ガ
スを導入するとともに、この反応性ガスを高周波やマイ
クロ波によって励起してプラズマ化することで、ハロゲ
ンラジカルやイオン等の活性種を作り、その活性種を上
記エッチングチャンバ内の載置テーブル上に載置された
基板と反応させ、この基板をエッチング処理するように
なっている。

【０００５】ところで、載置テーブル上においては、反
応性ガスがプラズマ化されて生成された活性種が基板と
反応して消費されることで、基板上での活性種の濃度が
低下するが、その低下傾向は基板の径方向周辺部分や外
方では活性種の反応が生じる度合が低かったり、反応が
ほとんど生じない。

【０００６】そのため、基板の周辺部分の活性種の濃度
が基板中央部分に比べて高くなるということが生じる。
しかも、高濃度な活性種を含む反応性ガスが拡散によっ
て基板の径方向外方から内方へ侵入することもあるの
で、そのことによっても基板の周辺部分における活性種
の濃度が高くなるということがあった。

【０００７】その結果、基板は中央部分に比べて周辺部
分の反応速度の方が大きくなるから、基板の被処理面を
全体にわたって均一に処理することができないというこ
とがった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のプ
ラズマ処理装置は、被処理物の周辺部分の活性種の濃度
が中央部分に比べて高くなるため、上記被処理物のプラ
ズマ処理を全面にわたって均一に行うことができないと
いうことがあった。

【０００９】この発明は、被処理物のプラズマ処理をそ
の被処理面の全面にわたって均一に行うことができるよ
うにしたプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、プラ
ズマ化された反応性ガスによって被処理物をプラズマ処
理するプラズマ処理装置において、処理チャンバと、こ
の処理チャンバ内に設けられ上記被処理物が載置される
載置部と、上記被処理物の周辺部分に配設され上記被処
理物の上記反応性ガスに対して化学的反応をする部分と
ほぼ同じ程度で上記化学的反応をする材料によって形成
された反応部材とを具備したことを特徴とする。

【００１１】それによって、被処理物の周辺部分では反
応性ガスが反応部材と反応して活性種の濃度が低下する
から、被処理物の周辺部分の反応度合が中央部分に比べ
て大きくなるのを防止することができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記反応部材は、上記被処理物よりも大径なリング
状の部材であることを特徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、上記反応部材は、上記被処理物の周囲で周方向に沿
って所定間隔で配置された複数の小片であることを特徴
とする。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、上記反応部材は、一部を上記反応性ガスに露出させ
て上記被処理物の周囲に設けられているとともに、その
露出した部分は上記反応性ガスとの反応の程度を制御す
る開口部が形成された制御部材によって覆われているこ
とを特徴とする。

【００１５】それによって、反応部材の消耗が制御され
るから、その使用期間を長くすることができる。

【００１６】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３
のいずれかの発明において、上記載置部には上記被処理
物の周辺部を保持するクランパが設けられ、このクラン
パに上記反応部材が設けられていることを特徴とする。

【００１７】それによって、反応部材を設けるために、
専用のスペースを確保せずにすむ。

【００１８】請求項６の発明は、請求項２または請求項
３の発明において、上記反応部材は、上記反応性ガスと
反応する表面積が上記被処理物の上記反応性ガスと反応
する面積に応じて所定の割合となるよう設けられている
ことを特徴とする。

【００１９】それによって、被処理物の中央部分と周辺
部分との反応度合をほぼ同じにできるから、被処理物の
全面を均一に処理することが可能となる。

【００２０】請求項７の発明は、請求項４の発明におい
て、上記制御部材は、上記反応性ガスと反応する上記反
応部材の表面積が上記被処理物の上記反応性ガスと反応
する面積に応じて所定の割合となるよう上記開口部の大
きさが設定されていることを特徴とする。

【００２１】それによって、被処理物の中央部分と周辺
部分との反応度合をほぼ同じにできるから、被処理物の
全面を均一に処理することが可能となる。

【００２２】請求項８の発明は、反応性ガスをプラズマ
化して被処理物をプラズマ処理するプラズマ処理装置に
おいて、処理チャンバと、この処理チャンバ内に設けら
れ上記被処理物が載置される載置部と、上記被処理物の
周辺部に設けられプラズマ化された反応性ガスが上記被
処理物の径方向外方から内方へ侵入するのを規制する侵
入規制部材とを具備したことを特徴とする。

【００２３】それによって、活性種の濃度の高い反応性
ガスが被処理物の周辺部分に侵入しにくくなるから、周
辺部分での反応度合を抑制することができる。

【００２４】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、上記侵入規制部材は、上記載置部に載置された被処
理物の周辺部を保持するクランパであることを特徴とす
る。

【００２５】それによって、クランパを侵入規制部材と
して利用できるため、部品点数の増加を招くことなく被
処理物の周辺部分に反応性ガスが侵入するのを防止でき
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００２７】図１乃至図３はこの発明の第１の実施の形
態を示し、図３はたとえばエッチング処理を行うための
プラズマ処理装置である。このプラズマ処理装置は処理
チャンバ１を備えている。この処理チャンバ１の内部に
は載置部を形成する載置テーブル２が設けられ、この載
置テーブル２上に被処理物としての半導体ウエハ３が載
置される。この半導体ウエハ３の周縁部は上記載置テー
ブル２の上面に設けられたクランパ４によって保持され
るようになっている。

【００２８】上記クランパ４には、図１と図２に示すよ
うに反応部材としてのリング状部材１０が埋設されてい
る。このリング状部材１０は上記半導体ウエハ３と同じ
材料、たとえばＳｉＯ_２ によって形成されている。

【００２９】上記半導体ウエハ３の上面には図１に示す
ようにレジスト５が所定のパターンで設けられている。
それによって、半導体ウエハ３の上面は上記レジスト５
のパターンに応じて所定の割合で露出し、その露出した
部分が後述するようにエッチングされることになる。

【００３０】上記処理チャンバ１の周壁上部にはガス導
入管６の一端が接続されている。このガス導入管６の他
端は反応性ガスとしてのエッチングガスの供給部７に接
続されている。

【００３１】上記ガス導入管６の中途部は導波管８の一
端部によって覆われている。この導波管８の他端部はマ
イクロ波の発生源である、たとえばマグネトロン９に接
続されている。したがって、上記供給部７からガス導入
管６に供給されたエッチングガスは上記導波管８を伝播
するマイクロ波によって励起されて活性化し、このガス
導入管６を通じて処理チャンバ１の上部へ導入されるよ
うになっている。

【００３２】上記処理チャンバ１の内部は、多数のノズ
ル孔１１ａが形成されたノズル板１１によって上記ガス
導入管６から活性化されたエッチングガスが導入される
上部室１ａと、上記載置テーブル２側の下部室１ｂとに
隔別されている。上部室１ａに導入されたエッチングガ
スは上記ノズル板１１のノズル孔１１ａを通過して下部
室１ｂにほぼ均等な分布状態となるよう導入される。下
部室１ｂに導入されたエッチングガスは上記半導体ウエ
ハ３と反応し、その上面のレジスト５から露出した部分
をエッチングする。

【００３３】上記載置テーブル２の外周には通路１２が
形成されている。この通路１２の開口面には整流板１３
が設けられている。この整流板１３には周方向に等間隔
で複数の通孔１４が形成されている。

【００３４】さらに、処理チャンバ１の周壁の下部には
上記通路１２に一端を連通させた排出管１５が接続され
ている。この排出管１５の他端は排気ポンプ１６に接続
されている。

【００３５】それによって、上部室１ａから下部室１ｂ
へ流入したエッチングガスは、上記整流板１３の通孔１
４によって載置テーブル２の周方向にほぼ均等に分散し
て上記通路１２へ流入し、そこから排出管１５を通って
排出されるようになっている。

【００３６】つぎに、上記構成のプラズマ処理装置によ
って半導体ウエハ３をエッチング処理する場合の作用に
ついて説明する。

【００３７】載置テーブル２上に半導体ウエハ３を載置
し、クランパ４によって保持したならば、マグネトロン
９を作動させてマイクロ波を導波管８に伝播するととも
に、ガス導入管６にエッチングガスを供給する。ガス導
入管６に供給されたエッチングガスはその中途部で導波
管８を伝播したマイクロ波によって励起されて活性化
し、処理チャンバ１の上部室１ａへ導入される。

【００３８】上部室１ａに導入されたエッチングガスは
ノズル板１１のノズル孔１１ａを通過して下部室１ｂへ
流入し、半導体ウエハ３のレジスト５が塗付されずに露
出した部分と反応してその部分をエッチングすることに
なる。そして、半導体ウエハ３と反応したエッチングガ
スは整流板１３の通孔１４から載置テーブル２の周辺部
の通路１２を通って排出管１５へ排出されることにな
る。

【００３９】エッチングガスが半導体ウエハ３と反応す
る際、そのエッチングガスに含まれる活性種の分布状態
は半導体ウエハ３に対するエッチングの均一性に大きく
影響する。

【００４０】半導体ウエハ３の上面における活性種の分
布状態は、その上面におけるエッチングガスの反応度合
（化学的反応の程度）によって左右される。通常、半導
体ウエハ３の周辺部分では中央部分に比べて活性種の反
応が生じる度合が低いため、活性種の濃度が高くなって
エッチング量が多くなる。

【００４１】しかしながら、この実施の形態のように、
半導体ウエハ３の周辺部を保持したクランパ４に、半導
体ウエハ３のエッチングされる部分と同じ材料によって
形成されたリング状部材１０を設けたことで、このリン
グ状部材１０にもエッチングが行われることになる。

【００４２】その結果、半導体ウエハ３の周辺部分にお
ける活性種の消費量が増大し、半導体ウエハ３の上面の
中央部分と周辺部分とで活性種の分布量がほぼ均一とな
るから、その半導体ウエハ３の上面をほぼ均一にエッチ
ングすることが可能となる。

【００４３】上記リング状部材１０のクランパ４の上面
に露出する面積（幅寸法）を調整することで、半導体ウ
エハ３の周辺部分における活性種の消費量を設定するこ
とができる。

【００４４】したがって、上記リング状部材１０による
活性種の消費量が半導体ウエハ３の中央部分とほぼ同じ
になるようその幅寸法（露出面積）を設定すれば、半導
体ウエハ３の上面での活性種の分布状態が均一化するか
ら、その全面に対してエッチングを均一に行うことが可
能となる。

【００４５】クランパ４にリング状部材１０を設けたと
きの半導体ウエハ３の上面における活性種の濃度分布を
同図に等濃度曲線Ａ〜Ｃによって示す。活性種の濃度は
等濃度曲線Ａがもっとも高く、次いでＢ，Ｃの順であ
る。つまり、リング状部材１０を設けたことで、等濃度
曲線Ａで示されるように、半導体ウエハ３の上面におけ
る活性種の分布状態をほぼ均一にできることが確認され
た。

【００４６】図４（ａ），（ｂ）は反応部材の変形例を
示すこの発明の第２の実施の形態で、図４（ａ）はリン
グ状部材１０Ａを複数の分割片１０ａに分割したもの
で、このような構成によれば製作の容易化や組立作業の
容易化を計ることができる。

【００４７】図４（ｂ）は反応部材が円盤状の複数の小
片１０Ｂからなり、各小片１０Ｂがクランパ４の上面に
周方向に所定間隔で埋設されてなる。このような構成に
よれば、小片１０Ｂの数や大きさによってエッチングガ
スとの反応度合を調整することができる。

【００４８】図５（ａ）、（ｂ）はこの発明の第３の実
施の形態で、この実施の形態は、反応部材１０Ｃがその
上面をクランパ４の上面と面一にしてクランパ４に埋設
されるとともに、クランパ４の上面から露出した反応部
材１０Ｃの上面は開口部２１ａが形成された制御部材２
１によって覆われる。なお、反応部材１０Ｃはリング状
あるいは図４（ｂ）に示す小片１０Ｂであってもよい。

【００４９】それによって、エッチングガスは上記開口
部２１ａを通じて反応部材１０Ｃと反応するから、その
開口部２１ａの大きさによってエッチングガスとの反応
度合を調整することができる。つまり、開口部２１ａの
大きさによって、半導体ウエハ３の中央部分と周辺部分
とでエッチング速度が同じになるよう調整することがで
きる。

【００５０】しかも、クランパ４に十分に大きな反応部
材１０Ｃを設けるようにしても、制御部材２１の開口部
２１ａによってエッチングガスとの反応度合を制御でき
るから、上記反応部材１０Ｃがエッチングガスとの反応
によって図５（ａ）に示す状態から図５５（ｂ）に示す
ように消耗するから、使用できなくなる状態に消耗する
までの時間を長くすることができる。つまり、反応部材
１０の使用期間を長くできるから、その交換頻度を少な
くできる。

【００５１】上記第１乃至第３の実施の形態において、
反応部材であるリング状部材１０Ａ，１０Ｂ及び反応部
材１０Ｃのクランパ４の上面あるいは制御部材２１の開
口部２１ａから露出する面積を、半導体ウエハ３のエッ
チングされる面積、つまりレジスト５が設けられていな
い露出面積と同じ割合になるように設定すれば、半導体
ウエハ３の上面とクランパ４の上面とにおける活性種の
消費量を同じにできる。それによって、半導体ウエハ３
の上面を全体にわたって均一にエッチングすることが可
能となる。

【００５２】また、半導体ウエハ３がクランパ４によら
ず、載置テーブル２の上面にたとえば真空吸着によって
保持される場合、上記リング状部材１０Ａ，１０Ｂ及び
反応部材１０Ｃは載置テーブル２の上面に直接設けるよ
うにすればよい。

【００５３】図６はこの発明の第４の実施の形態で、こ
の実施の形態は被処理物が液晶用ガラス基板３Ａであ
る。そのような場合、クランパ４Ａは液晶用ガラス基板
３Ａの外形状に対応する矩形枠状に形成されている。こ
のクランパ４Ａの上面に設けられる反応部材１０Ｄは矩
形リング状あるいはそのリング形状を複数に分割しても
よく、さらに図４（ｂ）に示すように複数の円盤状の小
片であってもよい。

【００５４】上記反応部材１０Ｄは、液晶用ガラス基板
３Ａに設けられてエッチング加工される材料と同じ材
料、たとえばＳｉＮやＡｌなどが用いられることにな
る。

【００５５】なお、上記第１乃至第４の実施の形態にお
いて、クランパに反応部材を設ける代わりに、クランパ
全体を反応部材となる材料で形成するようにしてもよ
い。

【００５６】図７はこの発明の第５の実施の形態を示
し、この実施の形態は半導体ウエハ３の周辺部を保持す
るクランパ４１が所定の高さを有し、それによってクラ
ンパ４１は半導体ウエハ３の径方向外方から内方に向っ
てエッチングガスが入り込むのを阻止する侵入規制部材
となっている。

【００５７】上記クランパ４１は活性種によってエッチ
ングされることのない材料、たとえばフッ素樹脂、アル
ミニウムあるいは石英などによって形成されているとと
もに、エッチングガスの侵入を防ぐため、その高さ寸法
は５ｍｍ以上が望ましい。

【００５８】このように、クランパ４１に径方向外方か
らエッチングガスが侵入するのを防ぐ高さを持たせるこ
とで、半導体ウエハ３の上面で活性種が消費され、その
上面での活性種の濃度が低下しても、半導体ウエハ３の
径方向外方から活性種の濃度が高いエッチングガスが半
導体ウエハ３の上面へ流れ込むのが防止される。

【００５９】その結果、半導体ウエハ３の周辺部分が中
央部分に比べてエッチングされ過ぎることがなくなるか
ら、その全面を均一にエッチングすることが可能とな
る。

【００６０】図７の第５の実施の形態ではクランパ４１
に所定の高さを持たせてエッチングガスの侵入を防止し
たが、図８に示す第６の実施の形態のように半導体ウエ
ハ３が載置テーブル２の上面にクランパによらず、たと
えば真空吸着などによって保持される場合には、エッチ
ングガスの侵入を防止するために専用の侵入規制部材５
１を設ける。

【００６１】上記侵入規制部材５１はリング状に形成さ
れていて、内径寸法Ｄは半導体ウエハ３の外形寸法ｄに
対して＋２０ｍｍ以内、つまり半導体ウエハ３の外周端
と規制部材５１の内周面との間隔が１０ｍｍ以内で、高
さ寸法Ｈは５ｍｍ以上であることが望ましい。

【００６２】侵入規制部材５１をそのような寸法に設定
することで、半導体ウエハ３の周辺部分のエッチング速
度が中央部分のエッチング速度とほぼ同じにできること
が実験的に確認された。なお、侵入規制部材５１の断面
形状は図８に示すように矩形状であってもよいが、Ｌ字
状やその他の形状であってもよく、その点は限定される
ものでない。

【００６３】また、プラズマ処理として被処理物にエッ
チングを行う場合について説明したが、他のプラズマ処
理、たとえばＣＶＤやアッシングなどにもこの発明を適
用するることができる。

【００６４】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、被
処理物の周辺部に、被処理物の反応性ガスに対して反応
する部分と反応度合がほぼ同じ材料によって形成された
反応部材を配設するようにした。

【００６５】そのため、被処理物の周辺部分と中央部分
との反応度合をほぼ同じにできるから、被処理物の被処
理面をほぼ均一にプラズマ処理することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態を示すクランパに
よる半導体ウエハの保持部分を示す拡大断面図。

【図２】同じく半導体ウエハの保持状態を示す斜視図。

【図３】同じくプラズマ処理装置の概略的構成図。

【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれこの発明の第２の実
施の形態を示す半導体ウエハの保持状態を示す斜視図。

【図５】（ａ），（ｂ）はこの発明の第３の実施の形態
を示すクランパの断面図、

【図６】この発明の第４の実施の形態を示す液晶用ガラ
ス基板を保持した状態の斜視図。

【図７】この発明の第５の実施の実施の形態を示すプラ
ズマ処理装置の概略的構成図。

【図８】この発明の第６の実施の実施の形態を示すプラ
ズマ処理装置の概略的構成図。

【符号の説明】

１…処理チャンバ ２…載置テーブル（載置部） ３…半導体ウエハ（被処理物） １０…反応部材

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ化された反応性ガスによって被
   処理物をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、 処理チャンバと、 この処理チャンバ内に設けられ上記被処理物が載置され
   る載置部と、 上記被処理物の周辺部分に配設され上記被処理物の上記
   反応性ガスに対して化学的反応をする部分とほぼ同じ程
   度で上記化学的反応をする材料によって形成された反応
   部材とを具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 上記反応部材は、上記被処理物よりも大
   径なリング状の部材であることを特徴とする請求項１記
   載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 上記反応部材は、上記被処理物の周囲で
   周方向に沿って所定間隔で配置された複数の小片である
   ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 上記反応部材は、一部を上記反応性ガス
   に露出させて上記被処理物の周囲に設けられているとと
   もに、その露出した部分は上記反応性ガスとの反応の程
   度を制御する開口部が形成された制御部材によって覆わ
   れていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理
   装置。
5. 【請求項５】 上記載置部には上記被処理物の周辺部を
   保持するクランパが設けられ、このクランパに上記反応
   部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請
   求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 上記反応部材は、上記反応性ガスと反応
   する表面積が上記被処理物の上記反応性ガスと反応する
   面積に応じて所定の割合となるよう設けられていること
   を特徴とする請求項２または請求項３記載のプラズマ処
   理装置。
7. 【請求項７】 上記制御部材は、上記反応性ガスと反応
   する上記反応部材の表面積が上記被処理物の上記反応性
   ガスと反応する面積に応じて所定の割合となるよう上記
   開口部の大きさが設定されていることを特徴とする請求
   項４記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 反応性ガスをプラズマ化して被処理物を
   プラズマ処理するプラズマ処理装置において、 処理チャンバと、 この処理チャンバ内に設けられ上記被処理物が載置され
   る載置部と、 上記被処理物の周辺部に設けられプラズマ化された反応
   性ガスが上記被処理物の径方向外方から内方へ侵入する
   のを規制する侵入規制部材とを具備したことを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】 上記侵入規制部材は、上記載置部に載置
   された被処理物の周辺部を保持するクランパであること
   を特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。