JP2002134474A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2002134474A
JP2002134474A JP2000321486A JP2000321486A JP2002134474A JP 2002134474 A JP2002134474 A JP 2002134474A JP 2000321486 A JP2000321486 A JP 2000321486A JP 2000321486 A JP2000321486 A JP 2000321486A JP 2002134474 A JP2002134474 A JP 2002134474A
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plasma
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Naoki Kubota
尚樹 久保田
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    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パーティクルの発生を防止して、安定した処
理を可能にする。 【解決手段】 誘導結合型プラズマ発生装置30を有す
るプラズマ処理装置において、プラズマ発生休止時に、
誘導結合型プラズマ発生装置部分30の処理室へ面する
部分の温度を所定温度以上に維持する温度維持手段2
1,22を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置の
うち、ドライエッチングに適したプラズマ処理装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のプラズマ処理装置と
しては、例えば、誘導結合型プラズマ発生装置を用いた
ものなどが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の誘導結
合型プラズマ発生装置を用いたプラズマ処理装置は、プ
ラズマ発生装置の内壁に、反応生成物である堆積物が付
着しやすく、この堆積物がある程度以上の膜厚になると
剥離が生じてパーティクルが発生しやすい。特に、高周
波コイルでプラズマを発生する部分と、そのプラズマを
利用してプラズマ処理する部分とを隔絶する隔壁には、
反応生成物である堆積物が付着し、パーティクルが発生
しやすく、安定してプラズマ処理することが困難であっ
た。
【0004】このように、パーティクルが発生しやすい
原因は、隔壁が急激に温度変化するためであると考えら
れる。すなわち、隔壁の温度は、プラズマ発生により急
激に上昇し、プラズマエッチング処理中に連続的に変化
し、プラズマを休止すると低下する。このように、隔壁
の温度が変動すると、隔壁に反応生成物が堆積する条件
から、剥離する条件へと変わるため、パーティクルが発
生しやすいと考えられる。また、プラズマエッチングに
おいては、装置内の状態が一定でないと、エッチング速
度や均一性、また、パーティクル発生の状況が一定せ
ず、処理の再現性が保てなくなり、歩留まりに大きな影
響を及ぼす原因となり、望ましくない。
【0005】本発明の課題は、パーティクルの発生を防
止して、安定した処理を可能にするプラズマ処理装置を
提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容
易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付
して説明するが、これに限定されるものではない。前記
課題を解決するために、請求項1の発明は、誘導結合型
プラズマ発生装置(30)を有するプラズマ処理装置に
おいて、プラズマ発生休止時に、前記誘導結合型プラズ
マ発生装置部分(30)の処理室へ面する部分の温度を
所定温度以上に維持する温度維持手段(21,22,4
0)を備えることを特徴とするプラズマ処理装置であ
る。
【0007】請求項2の発明は、請求項1に記載のプラ
ズマ処理装置において、前記温度維持手段(21,2
2,40)は、温度を200℃以上に維持することを特
徴とするプラズマ処理装置である。
【0008】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
に記載のプラズマ処理装置において、前記温度維持手段
(21,22,40)は、温度を250℃以上に維持す
ることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【0009】請求項4の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載のプラズマ処理装置におい
て、前記温度維持手段(21,22)は、ガスによる伝
熱によって温度を維持することを特徴とするプラズマ処
理装置である。
【0010】請求項5の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載のプラズマ処理装置におい
て、前記温度維持手段(40)は、液体による伝熱によ
って温度を維持することを特徴とするプラズマ処理装置
である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
の実施の形態について、さらに詳しく説明する。 (第1実施形態)図1は、本発明によるプラズマ処理装
置の第1実施形態を示す図である。プラズマ処理装置1
0は、プロセスガス供給装置20と、プラズマ発生装置
30とを備える。プラズマ処理装置10は、パーティク
ルの発生しやすい隔壁32(後述)を、高温のガスで加
熱して、ある一定温度以上に保持することにより、パー
ティクル発生を抑制する。
【0012】プロセスガス供給装置20は、プラズマ発
生装置30へプロセスガスを供給する。プロセスガス供
給装置20は、途中に、ガス加熱装置21,22を備
え、このガス加熱装置21,22でプロセスガスを加熱
した後、その加熱ガスを、後述の通り、プラズマ発生装
置30の隔壁32と、ガスシャワー板34との間に供給
する。ガス加熱装置21,22は、プロセスガスに侵さ
れない材料をヒーターで加熱し、その加熱面にプロセス
ガスを接触させて、ガス温度を上昇させるものである。
このような材料としては、例えば、シリコン酸化膜エッ
チング処理するのであれば、石英やアルミナなどを挙げ
ることができる。
【0013】プラズマ発生装置30は、誘電結合型プラ
ズマ発生装置であり、容器31と、隔壁32と、高周波
コイル33と、ガスシャワー板34とを備える。隔壁3
2は、容器31の内部を、大気圧のプラズマ発生室31
aと、ほぼ真空のプラズマ処理室31bとに隔絶する。
高周波コイル33は、プラズマ発生室31aに設置され
ており、高周波電源33aで発生し、インピーダンス整
合器33bで整合された電力によって、プラズマを発生
する誘導コイルである。
【0014】ガスシャワー板34は、プラズマ処理室3
1bに設置されており、後述の通り、プロセスガス供給
装置20から供給されたプロセスガスを、プラズマ処理
室31bに噴出する。ガスシャワー板34は、多数の小
孔が形成されており、その小孔よりプロセスガスを噴出
する。プロセスガス供給装置20から供給されたプロセ
スガスは、ガスシャワー板34と、隔壁32との間に供
給され、ガスシャワー板34の小孔から、プラズマ処理
室31bに噴出される。その際、プロセスガスは、高温
に加熱されているので、ガスシャワー板34を、高温に
加熱する。
【0015】なお、ガスシャワー板34と、隔壁32と
の間の圧力は、ガスシャワー板34の小孔の開口面積
と、プロセスガスの供給流量によって変化するが、隔壁
32を十分に熱するためには、その圧力を100Pa以
上にすることが望ましい。本実施形態では、ガスシャワ
ー板34の材質は、SiCであり、直径0.25mm
で、1000個のガス噴出口が設けられている。また、
ガスシャワー板34を、隔壁32から0.5mm離して
配置してある。このとき、250℃に加熱したヘリウム
ガスを流量500sccmで流すと、前記圧力は100
Pa程度、また、ガスシャワー板34の温度は220℃
程度、隔壁32の温度は、150℃程度になる。
【0016】次に、本実施形態のプラズマ処理装置10
を、シリコン酸化膜エッチングに適用した場合を例に挙
げて説明する。加熱昇温されたヘリウムガスは、エッチ
ング処理開始前に流しはじめ、ガスシャワー板34の温
度が200℃になるまで流し続ける。ガスシャワー板3
4の温度が200℃を超えた後に、基板搬送を行い、基
板がプラズマ処理室31b内に装填されたらヘリウムガ
スのフローを停止し、プロセスガスのフローを開始す
る。このとき、プロセスガスも前記ガス昇温装置、又は
プロセスガスラインに別個に設けたガス昇温装置にて昇
温してプラズマ処理室31b内へ導入する。エッチング
処理終了時にはプロセスガスフローを停止するととも
に、高温のヘリウムガスフローを再開する。ヘリウムガ
スフロー中に基板交換を行い、新しい基板がプラズマ処
理室31b内へ装填されたら、前記工程を繰り返す。
【0017】隔壁32の温度は、エッチング処理中に上
昇し、処理前の200℃には保持できないが、200℃
以下に低下することはない。シリコン酸化膜エッチング
においては、200℃以上に加熱された固体面には堆積
物が付着しにくいので、200℃に正確に保持しておく
必要はない。また、エッチング中にガスシャワー板34
は200℃以上に上昇するが、エッチング処理後に再度
250℃に加熱されたヘリウムガスをフローするので、
ガスシャワー板34が250℃以上に昇温していれば、
逆に高温ヘリウムガスによって冷却される。この冷却時
間は、本装置の場合約30秒であったが、エッチング処
理の条件によって変化するものである。エッチング処理
を全基板終了したら、高温のヘリウムガスフローは停止
する。新しい処理基板が投入されればその時点で高温ヘ
リウムフローを再開する。ヘリウムガスを常時流してお
いてもよいが、処理基板が少ない場合にはコストの面で
不適切ある。従って、高温ヘリウムは上述のように間欠
的にフローした方がよい。
【0018】本実施形態によれば、隔壁32は、ある一
定温度(200℃)以上に保たれているので、パーティ
クルを発生を押さえ、安定した処理が可能になる。ま
た、ガスによって、隔壁32を加熱するので、容易に高
温を発生させやすく、装置の構造も比較的簡単にするこ
とができる。
【0019】(第2実施形態)図2は、本発明によるプ
ラズマ処理装置の第2実施形態を示す図である。なお、
本実施形態では、前述した第1実施形態と同様の機能を
果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を
適宜省略する。本実施形態のプラズマ処理装置10は、
プラズマ発生室31aの高周波コイル33を絶縁性流体
に浸し、その絶縁性流体の温度を制御することによりプ
ラズマ処理室との隔壁32の温度を、ある一定温度以上
に保持する。本実施形態のプラズマ処理装置10は、第
1実施形態のガスシャワー板34に相当するものは備え
ておらず、プロセスガスはプラズマ処理室31bの側壁
から供給される。なお、プラズマ発生装置の隔壁32の
端からプロセスガスを導入してもよい。
【0020】絶縁性流体としては、例えば、シリコンオ
イルが好適である。ただし、本温度制御用流体はシリコ
ンオイルに限定されるものではなく、制御する温度に耐
え、かつ、電気的絶縁性を有する液体であればよい。ま
た、絶縁性流体の温度制御には、加熱ヒーターと熱交換
器とからなる液体用サーキュレーター40を用いる。
【0021】本実施形態によれば、プラズマ発生装置の
プラズマ処理室31bとの隔壁32を液体で直接加熱す
るので、ガス加熱に比べて効率がよい。また、ヘリウム
ガスを消費することがないので運転コスト面からも有利
である。さらに、隔壁32は石英又はセラミックスのよ
うな誘電体を用いるが、真空と大気とを隔絶するために
シャワー板と比較して少なくとも3倍以上の厚さがある
ため、その熱容量が大きく、プラズマ処理中にシャワー
板ほど急激に温度変化しない。従って、プラズマ処理中
の隔壁32の温度の安定性に優れる。
【0022】
【実施例】以下、第1実施形態について、実施例によ
り、さらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。図3は、第1実施形態のプラズマ処
理装置を使用して、酸化膜エッチングを実施した場合
の、プラズマ発生装置隔壁温度と当該隔壁に堆積する反
応生成物の量(縦軸)と放電時間(横軸)との関係を示
す図である。図中、白抜は、従来技術を示し、黒塗は、
本発明を示す。エッチング処理時間は一定であり、10
分とした。エッチング処理の条件は、ガス混合比Ar:
48 :O2 =50:2:1、全ガス流量は、500
sccm、圧力は、15mTorrである。放電形式
は、誘導結合型であり、高周波コイルを平面状に2ター
ン巻いたプラズマ発生装置を用いた。ガスシャワー板材
料はSiCである。放電に用いた高周波は13.56M
Hzで出力2500W、基板ホルダには2MHzの高周
波を500W印加した。エッチングサンプルは、8イン
チシリコン上の熱酸化膜であり、フォトレジストにてマ
スクしたものを用いた。
【0023】図3から明らかなように、ガスシャワー板
温度を上昇させると、ある一定温度以上からは、反応生
成物の堆積は全く観察されなくなる。したがって、その
温度以上にガスシャワー板温度を保持することが重要で
ある。本実施例では、隔壁温度が150℃の場合は、従
来技術とほとんど同じであるが、200℃の場合は、大
幅な減少が見られ、250℃の場合は、反応生成物の堆
積は全く観察されなかった。
【0024】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、請求項1の
発明によれば、プラズマ発生休止時に、誘導結合型プラ
ズマ発生装置部分の処理室へ面する部分の温度を所定温
度以上に維持する温度維持手段を備えるので、パーティ
クルを発生を押さえ、安定した処理が可能になる。
【0025】請求項2の発明によれば、温度を200℃
以上に維持するので、反応生成物の堆積を抑制すること
ができる。
【0026】請求項3の発明によれば、温度を250℃
以上に維持するので、反応生成物を堆積させない。
【0027】請求項4の発明によれば、ガスによって温
度を維持するので、容易に高温を発生させやすく、装置
の構造も比較的簡単にすることができる。
【0028】請求項5の発明によれば、液体によって温
度を維持するので、プラズマ処理中の隔壁の温度の安定
性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプラズマ処理装置の第1実施形態
を示す図である。
【図2】本発明によるプラズマ処理装置の第2実施形態
を示す図である。
【図3】第1実施形態のプラズマ処理装置で酸化膜エッ
チングを実施した場合の、堆積膜厚と放電時間との関係
を示す図である。
【符号の説明】
10 プラズマ処理装置 20 プロセスガス供給装置 30 プラズマ発生装置 31a プラズマ発生室 31b プラズマ処理室 32 隔壁 33 高周波コイル 33a 高周波電源 33b インピーダンス整合器 34 ガスシャワー板 40 液体用サーキュレーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA30 AA63 BC06 BD14 CA02 CA25 CA61 CA62 CA65 DA02 DA18 EA06 EB01 EB42 FB01 FB04 FB06 FC15 4K057 DA01 DB06 DD01 DE14 DE20 DG06 DG14 DM05 DM18 DM33 DM39 DM40 5F004 AA15 AA16 BA20 BB11 BB18 BB28 BC08 DA00 DA23 DA26

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導結合型プラズマ発生装置を有するプ
    ラズマ処理装置において、 プラズマ発生休止時に、前記誘導結合型プラズマ発生装
    置部分の処理室へ面する部分の温度を所定温度以上に維
    持する温度維持手段を備えることを特徴とするプラズマ
    処理装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のプラズマ処理装置にお
    いて、 前記温度維持手段は、温度を200℃以上に維持するこ
    とを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載のプラズマ
    処理装置において、 前記温度維持手段は、温度を250℃以上に維持するこ
    とを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3までのいずれか1
    項に記載のプラズマ処理装置において、 前記温度維持手段は、ガスによる伝熱によって温度を維
    持することを特徴とするプラズマ処理装置。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項3までのいずれか1
    項に記載のプラズマ処理装置において、 前記温度維持手段は、液体による伝熱によって温度を維
    持することを特徴とするプラズマ処理装置。
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