JP2001085399A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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正道 坂口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ処理装置において、高周波の供給源
からエッチング等の処理を行うウエハまでの距離を、使
用する高周波の波長(λ)のλ/2の性数倍とすることで、
エッチング等の処理を行うウエハのウエハ面内のエッチ
ング速度分布を均一にすることを可能とする。 【構成】 プラズマ処理装置の、３の石英板下面から１
０のエッチング等の処理を行うウエハまでの距離を、１
のマグネトロンから供給されるマイクロ波の波長(λ)の
λ/2の整数倍の距離に設定することで、エッチング等の
処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分
布は均一とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に係
り、特にウエハにエッチング等のプラズマ処理を施す際
に、エッチング速度の均一性向上に好適な、プラズマ処
理装置のエッチング等の処理を行うエッチング処理室お
よびマイクロ波の供給部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ処理装置では、例えば、
エッチング処理室外部からエッチング処理室中にマイク
ロ波を供給するプラズマ処理装置では、半導体プラズマ
プロセス技術（菅野卓雄 編著、産業図書発行、（１９
８０）、Ｐ１３９）に記載のように、マイクロ波エッチ
ング装置の場合はマイクロ波を伝播する導波管内に石英
製の放電室を有し、放電室外部に配置したコイルより発
生した磁場とマイクロ波電界の作用により、エッチング
処理室内でプラズマを生成させるようになっていた。ま
た、マイクロ波以外のエッチング装置では、磁場をしよ
うしないでエッチング処理室内でプラズマを生成させる
ようになっていた。そして、該プラズマを利用して半導
体ウェハの表面にプラズマ処理を施し、所望の性能を得
るようにしていた。
【０００３】これらの装置においては、エッチング処理
室以外の部分では、使用するマイクロ波の波長のλ/2の
整数倍として均一性を向上するという方法が用いられて
いた。しかし、マイクロ波がプラズマ中に入ってからの
挙動に関しては考慮されておらず、拡散によってプラズ
マを広げて均一にするという方法が用いられていた。そ
の結果、生成したエッチング処理室に生成するプラズマ
は、常に処理室中央で高い密度を有する分布となり、ウ
エハにエッチング等の処理を行う際、中央と外周部を均
一に行うことは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によるプ
ラズマ処理装置では、プラズマ中でのマイクロ波の波長
とエッチング処理室形状との関係は検討されていないた
め、ウエハにエッチング等の処理を施すと、ウエハ中央
部でエッチング速度が大きくなるという傾向があった。
特に、エッチング等を行う膜の厚さが薄い場合、エッチ
ング速度の面内差が著しく大きくなる。これらの問題点
を解決するために、エッチング処理室を拡大し、生成す
るプラズマを拡散させ、ウエハ上のプラズマを均一にす
るという方法もあるが、この場合も生成するプラズマは
常に処理室中央で高い密度分布となる。その結果、ウエ
ハ中央部と外周部でエッチング速度に差が生じ、均一な
エッチングができなくなる。さらに、エッチング等の処
理を行う膜の厚さが薄くなれば、選択比を確保しながら
均一なエッチングを行うという課題を解決することは、
困難であるという問題があった。
【０００５】また、エッチング等の処理を行うウエハ口
径が拡大すると、ウエハ中央部と外周部のエッチング速
度の差は、更に拡大するという問題があった。
【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、生産性の高いエッチングプロセスを可能とした、プ
ラズマ処理装置を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ処理
装置において、マイクロ波の投入部からエッチング等の
処理を行うウエハまでの距離を、投入するマイクロ波の
波長(λ)のλ/2の整数倍とした。また、エッチング処理
室中において、入射したマイクロ波が反射する壁までの
距離をマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。
【０００８】さらに、エッチング処理室内に配置するア
ース等の、マイクロ波が反射する部材までの距離もマイ
クロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。マイクロ波の
投入部からエッチング等の処理を行うウエハまでの距離
が、マイクロ波の波長(λ)のλ/2より小さい場合、例え
ばマイクロ波を導入する石英窓の厚さと合わせてマイク
ロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。さらに、エッチ
ング処理室、マイクロ波を導入する石英窓の厚さ、空洞
部を合わせてもマイクロ波の波長(λ)のλ/2より小さい
場合、導波管も含めてマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整
数倍とした。
【０００９】本発明によれば、エッチング処理室にマイ
クロ波の定在波が生成するため、主にプラズマの生成す
るＥＣＲ領域を制御することで、エッチング処理室中に
均一なプラズマを生成することができる。従って、エッ
チング等の処理を行うウエハの処理速度を、ウエハ中央
部と外周部でほぼ同じ値にすることが可能である。特
に、エッチング等の処理を行うウエハの面積が、現在主
に使用されている8インチから12インチまで大口径化し
ても、均一な処理を行うことが可能である。その結果、
エッチング等の処理を行うウエハを全面で均一に処理す
るという当初の目的は達成される。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図４用いて
説明する。まず図１は、本発明の一実施例のプラズマ処
理装置の縦断面図である。１はマグネトロンでありマイ
クロ波の発振源である。２はマイクロ波の導波管であり
５は空気層である。４はエッチング処理室であり、例え
ばアルミ合金で作られ、内面は対プラズマ性能向上のた
めの表面処理が施されている。また、エッチング処理室
外部は導電体であるため、マイクロ波の導波管の役目も
している。６及び７はエッチング処理室４に磁場を供給
する磁場供給用コイルＡ及びＢである。８は真空ポンプ
であり、エッチング処理室４接続されて真空排気され
る。３はエッチング処理室４を真空封止しながらマイク
ロ波をエッチング処理室４に供給するための石英板であ
る。９はプラズマ処理を行なうウェハ１０を支持する試
料台であり、バイアス用電源、例えばＲＦ電源１２が接
続できるようになっている。１３はエッチング処理室４
内にエッチング、成膜等の処理を行なうガスを供給する
ガス供給系である。
【００１１】図１では、石英板３の下面からエッチング
等の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン
１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍
の距離に設定した一例である。この図1においては、空
気層５および石英板３もマイクロ波の波長(λ)のλ/2の
整数倍にすることが可能である。その結果、マイクロ波
を導入する導波管の部分がすべてが、マイクロ波の波長
(λ)のλ/2の整数倍にすることが可能となり、エッチン
グ等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング
速度分布は均一になる。
【００１２】図２は、石英板３の下面からエッチング等
の処理を行うウエハ１０までの距離が、マイクロ波の波
長(λ)のλ/2の整数倍にできない場合の例である。この
場合は、石英板３とエッチング処理室４を通過するマイ
クロ波の波長を合わせて、マイクロ波の波長(λ)のλ/2
の整数倍にすることが可能である。さらに、石英板３と
エッチング処理室４を通過する距離を合わせてもマイク
ロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍にできない場合、空気層
５と石英板３とエッチング処理室４を通過するマイクロ
波の波長を合わせて、マイクロ波の波長(λ)のλ/2の整
数倍にすることが可能である。その結果、マイクロ波を
導入する導波管の部分がすべてが、マイクロ波の波長
(λ)のλ/2の整数倍にすることが可能となり、エッチン
グ等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング
速度分布は均一になる。
【００１３】図３は、エッチング処理室４内部に、入射
したマイクロ波が反射するような、たとえばアース１４
を設置した例である。この場合も石英板３下面からアー
ス１４までの距離を、マグネトロン１から供給されるマ
イクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍の距離に設定するこ
とが可能である。その結果、マイクロ波を導入する導波
管の部分がすべてと、エッチング処理室４内のマイクロ
波の反射端までの距離を、マイクロ波の波長(λ)のλ/2
の整数倍にすることが可能となり、エッチング等の処理
を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は
均一になる。また、この反射端は、アース以外でもエッ
チング処理室４内でマイクロ波が反射する物であれば、
すべてに適用することができる。
【００１４】図４は、実際に１２インチウエハをエッチ
ングした結果であり、石英板３の下面からエッチング等
の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン１
から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍の
距離に設定した場合、エッチング等の処理を行うウエハ
１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので以下に記載されるような効果を奏する。プラ
ズマ処理装置において、石英板３の下面からエッチング
等の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン
１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍
の距離に設定すれば、エッチング等の処理を行うウエハ
１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のプラズマ処理装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施例のプラズマ処理装置の構
成図。
【図３】本発明の第２の実施例のプラズマ処理装置の構
成図。
【図４】本発明の実施例で得られたエッチング速度の分
布。
【符号の説明】
１：マグネトロン、２：導波管、３：石英板、４：エッ
チング処理室、５：空気層、６：磁場供給用コイルＡ、
７：磁場供給用コイルＢ、８：真空ポンプ、９：試料
台、１０：ウエハ、１２：ＲＦ電源、１３：ガス供給
系、１４：アース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 縄田 誠 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 数見 秀之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 坂口 正道 山口県下松市大字東豊井794番地 日立笠 戸エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 桑原 謙一 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Ｆターム(参考） 4K057 DA16 DD01 DG11 DM13 DM29 5F004 AA01 BA13 BB32 CA05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プラズマ発生装置と、減圧可能なエッチン
    グ処理室と、エッチング処理室中に磁場を供給する磁場
    供給装置と、エッチング処理室にガスを供給するガス供
    給装置と、プラズマ処理を施すウエハを保持する試料台
    と、試料台上に支持されたウエハに高周波を印加する装
    置と、真空排気装置より成るプラズマ処理装置におい
    て、マイクロ波の供給源からエッチング等の処理を行う
    ウエハまでの距離を、使用するマイクロ波の波長(λ)の
    λ/2の性数倍としたことを特徴とするプラズマ処理装
    置。
  2. 【請求項２】特許請求第１項記載のプラズマ処理装置に
    おいて、エッチング処理室内に入射したマイクロ波がウ
    エハや真空容器壁に至るまでの距離を使用するマイクロ
    波の波長(λ)のλ/2の整数倍としたことを特徴とするプ
    ラズマ処理装置。
  3. 【請求項３】特許請求第１項記載のプラズマ処理装置に
    おいて、マイクロ波の供給源からエッチング等の処理を
    行うウエハ過程で、マイクロ波が通過する媒質の厚さが
    マイクロ波の波長(λ)のλ/2の性数倍以下の場合、隣接
    した媒質も含めた厚さが、通過するマイクロ波の波長
    (λ)のλ/2の整数倍としたことを特徴とするプラズマ処
    理装置。
  4. 【請求項４】特許請求第１項記載のプラズマ処理装置に
    おいて、エッチング等の処理を行う処理室注に突起物が
    ある場合、その突起物をマイクロ波の供給源からマイク
    ロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍の位置に配置したことを
    特徴とするプラズマ処理装置。
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