JP2003158117A

JP2003158117A - ダメージのないウェハードライエッチングのプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2003158117A
Application number: JP2001353734A
Authority: JP
Inventors: Wikuramanayaka Snil; ウィクラマナヤカスニル; Tsutomu Tsukada; 勉塚田
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】プラズマ生成初期におけるプラズマ誘導ダメッ
ジのないウエハー全面積に渡ってプラズマ密度の径方向
に均一にするドライエッチング装置を提供することであ
る。【解決手段】プラズマ処理装置は主ｒｆ電極１とリン
グ状第２ｒｆ電極４を有する。主ｒｆ電極はＨＦとＶＨ
Ｆで動作するｒｆ電流が与えられる。ウェハーは主ｒｆ
電極に配置された平板誘電体部材の上に置かれる。第２
ｒｆ電極４は主ｒｆ電極の周りに配置される。第２主ｒ
ｆ電極４はリング形状であり、かつ垂直方向に移動可能
である。主ｒｆ電極１と第２ｒｆ電極４はワイヤまたは
ケーブルによって電気的に互いに接続されている。リン
グ状誘電体部材５は第２ｒｆ電極４を覆うごとく配置さ
れている。少なくとも第２ｒｆ電極４のちょうど上方の
領域におけるリング状誘電体部材の厚みは小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はダメージのないウェ
ハードライエッチングのプラズマ処理装置に関し、特
に、プラズマ発生の初期で、そしてプラズマによって支
援されたウェハー処理の間でシリコン（Ｓｉ）ウェハー
の表面上の自己バイアス電圧（Ｖ_dc）の均一性を改善で
き、それによってプラズマ支援誘電体エッチングの応用
におけるダメージのない処理が得られるプラズマ処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン（Ｓｉ）ウェハー上に堆積した
誘電体膜（例えばＳｉＯ₂）のためのプラズマ支援ドラ
イエッチング処理は半導体デバイス製造における基本的
な段階である。このドライエッチング処理は基板の全体
にわたって均一なエッチング速度で実行されなければな
らない。このことはウェハー全体にわたって均一なエッ
チングの深さを得るためであり、そしてウェハー上のデ
バイスにプラズマ誘導ダメージが起きることを防ぐため
である。最近、デバイスの特徴的サイズが縮小したた
め、特に半導体デバイスにおけるゲート電極の厚みが薄
くなるに伴ってプラズマ誘導ダメージのないウェハー処
理が難しくなりつつある。プラズマ誘導ダメージはウェ
ハーの表面上で異なる電位部分が発生するために起き
る。プラズマが生成されるとき、イオンと電子はウェハ
ーの表面に衝突し、その結果ウェハー表面上に自己バイ
アス電圧（Ｖ_dc）を生成する。Ｖ_dcの値はイオンと電子
の流れの量に依存し、そしてそれは同様にプラズマの密
度に依存する。もしプラズマ密度がウェハーの表面に渡
って不均一であるならば、ウェハー表面上のイオンと電
子の流れは同様にまた場所に依存して異なる。このこと
はウェハーの表面上で異なるＶ_dcを作り出すということ
の結果をもたらす。もし２点の間のＶ_dcの差が薄い誘電
体ゲートを通して直流電流を流すというトリガを与える
十分な大きさであるならば、デバイスを損傷させる電流
が流れる。このプロセスはプラズマ誘導ダメージと呼ば
れており、単一電力電極を備えたリアクティブイオンエ
ッチャーにおいては通常のことである。このことは図９
を参照して詳細に説明される。

【０００３】図９は単一ｒｆ電極を備えた従来のリアク
ティブイオンエッチャー（ＲＩＥ）の模式図である。こ
の装置はｒｆ電極１０１、当該ｒｆ電極１０１の上面に
取り付けられた平板誘電体部材１０２、ガス導入部１０
３、そしてガス排出部１０４を有する反応容器を備えて
いる。ｒｆ電極１０１は、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚ
の範囲の周波数で動作する、代表的には１３．５６ＭＨ
ｚで動作するｒｆ発生器１０５から整合回路１０６およ
びキャパシタ１０７を経由してｒｆ電力が与えられる。
キャパシタ１０７は、しかしながら、整合回路１０６の
一部をなしている。電極１０１と平板誘電体部材１０２
を含む部分は、その上に処理されるべきシリコン（Ｓ
ｉ）ウェハーが搭載されるウェハーホルダを作る。側壁
１０８は金属で作られており、電気的に接地されてい
る。ドライエッチングの処理のためには、プラズマ生成
チャンバ１００内において、適当なガスの組み合わせが
ガス導入部１０３を通して加えられ、適当な圧力、代表
的に１０mTorrよりも小さくなる圧力が維持されてい
る。ウェハーは平板誘電体部材１０２の上に配置され
る。ｒｆ電極１０１はウェハーを静電的な力によって固
定するため、通常は静電チャック（ＥＳＣ）と呼ばれる
ところのものであるが、直流バイアス電圧を与えられて
もよいし、与えられなくてもよい。この直流電圧供給器
は図９において示されていない。

【０００４】その内部空間に前述した構造を有する反応
容器９９はトッププレート１１０、円筒形側壁１１２、
底壁１１３を有するように形成されている。反応容器９
９はガス排出部１０４につながる排気装置２０１を有し
ている。側壁１０８は、反応容器９９の円筒形側壁１１
２に沿って所定の距離をあけて配置される内側円筒形壁
である。プラズマ生成チャンバ１００における上部領域
に前述のガス導入部１０３とガスリザーバ１１５を有す
るガスシャワーヘッド１０９が設けられる。ガスシャワ
ーヘッド１０９は側壁１０８の上縁に接続されるトップ
プレートとして用いられている。ガス導入パイプ１１１
はガスシャワーヘッド１０９につながっている。ウェハ
ーホルダは絶縁部材１１４によって支持された底壁１１
３に設けられる。ｒｆ電極１０１と平板誘電体部材１０
２の側面はリング形状の絶縁部材１１６によって覆われ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ｒｆ発生器１０５がｒ
ｆ電極１０１に対してｒｆ電力を与えるとき、プラズマ
は、プラズマ生成チャンバ１００内のガスへのｒｆ電力
の容量的結合によって発生させられる。ちょうどプラズ
マが発火する直前に高いｒｆ電圧がｒｆ電極１０１上で
生じる。この高いｒｆ電圧は、ｒｆ電極１０１から、接
地された側壁１０８と接地されたガスシャワーヘッド１
０９への電界を生成する原因となる。従ってウェハーホ
ルダの上に搭載されたウェハーは電界の中に存在する。
ウェハー表面上の電界の強さは、側壁１０８、ガスシャ
ワーヘッド１０９、そして他のハードウェアの構成部分
はウェハーに関して完全に対称的なものとはなっていな
いので、その位置に依存して著しく異なる。この電界は
プラズマ生成チャンバ１００内において、自由電子を加
速させ、そしてエネルギーを得る原因となる。電界が電
子に対してそれがガス原子をイオン化することができる
ほど十分にエネルギが与えられる程度に強いとき、プラ
ズマはチャンバ１００内に生成される。従ってプラズマ
はもっとも強い電界が存在する場所で発火する。ウェハ
ーの周りのハードウェアーの非対称な性質のためプラズ
マの発火はウェハー表面上において均一に生じない。そ
れ故に、発火時点におけるプラズマの均一性は、ウェハ
ー表面上で非常に非均一なものとなっている。

【０００６】プラズマが生成されるとき、イオンと電子
はウェハー表面に衝突し、これによりウェハー表面上に
Ｖ_dcを生成させる。ｒｆ電極の表面面積に比較して接地
された表面のより大きな表面面積のために、前述のＶ_dc
はマイナスになる。誘電体エッチングにおいて、ウェハ
ー表面上のいかなる場所における当該Ｖ_dcは、誘電体膜
は電子伝導を支えないので、関係する位置の上のプラズ
マ密度に依存する。ウェハー表面上の全面に渡るプラズ
マ密度はプラズマの生成初期において非常に非均一であ
るので、ウェハー表面上のイオンと電子の流れも同様に
また非均一である。それ故にウェハー表面上で生成され
たＶ_dcは同様にまた非均一となる。これは先に説明した
ごとくデバイスのプラズマ誘導ダメージの原因となる。

【０００７】図９に示されたドライエッチング装置にお
けるプラズマは、いつもｒｆ電極１０１からウェハーを
経由してガスへｒｆ電流が流れることによって始まる。
それ故に、上で説明したように、ウェハー表面上のデバ
イスは顕著にプラズマ誘導ダメージを受けることにな
る。

【０００８】本発明の目的は、プラズマ生成の初期にお
けるプラズマ誘導ダメージからウェハー上に形成された
膜またはデバイスを防止することができ、大面積ウェハ
ーの全表面に渡ってプラズマ密度を径方向に均一にする
ことができるダメージのないウェハードライエッチング
のプラズマ処理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るダメージの
ないウェハードライエッチングのプラズマ処理装置は、
上記目的を達成するため、次のように構成される。

【００１０】本発明のプラズマ処理装置は、主ｒｆ電
極、平板誘電体部材、第２ｒｆ電極、そしてリング形状
の誘電体部材から構成される。主ｒｆ電極はＨＦ（例え
ば０．１〜３０ＭＨｚ）またはＶＨＦ（例えば３０〜３
００ＭＨｚ）の領域で動作するｒｆ電力発生器からｒｆ
電流が与えられ、そして平板誘電体部材は主ｒｆ電極の
上面に取り付けられている。処理されるべきウェハーは
平板誘電体部材の上に配置される。第２ｒｆ電極は主ｒ
ｆ電極の周りに配置されている。第２ｒｆ電極はリング
形状であって垂直方向に移動自在である。主ｒｆ電極と
第２ｒｆ電極は単一またはいくつかの可撓性のあるワイ
ヤによって互いに電気的に接続されている。リング形状
の誘電体部材は、第２ｒｆ電極を被うように設けられて
いる。少なくともちょうど第２ｒｆ電極の上方の領域に
おけるリング形状の誘電体部材の厚みは、主ｒｆ電極の
上に配置された平板誘電体部材のそれよりも小さくなっ
ている。

【００１１】上記の構成において、前記主ｒｆ電極の周
りに配置されるリング形状の第２ｒｆ電極の代わりに、
主ｒｆ電極の側方において配置されたいかなる形状の小
さい片(piece)として作ることもできる。

【００１２】上記の構成において、第２ｒｆ電極は互い
に接続されたいくつかの金属片から構成され、等しい間
隔で主ｒｆ電極の周りに配置される。

【００１３】上記の構成において、第２ｒｆ電極は主ｒ
ｆ電極から分離されており、ＨＦまたはＶＨＦの領域で
動作する他のｒｆ電力発生器からｒｆ電流が与えられ
る。

【００１４】上記の構成において、第２ｒｆ電極はもっ
とも高い位置に配置され、プラズマを発火するための相
対的に低いｒｆ電力が与えられる。

【００１５】上記の構成において、小さいｒｆ電力を与
えることによって生成されたプラズマの後、第２ｒｆ電
極は、ｒｆ電力が次第に増加される間、次第にその位置
が低下される。

【００１６】上記の構成において、第２ｒｆ電極は、ウ
ェハー表面に渡って径方向に均一なプラズマが作られる
まで垂直方向に適当に移動させられる。

【００１７】本発明のプラズマ処理装置によれば、ウェ
ハーがほとんど浮遊状態にある間、第２ｒｆ電極を用い
ることによってウェハー表面から離れた位置に容易にプ
ラズマを発火させることができる。これは、プラズマが
発火している間に、ウェハー表面の上に非常に低い、そ
して均一な自己バイアス電圧（Ｖ_dc）を生成する。それ
からプラズマの発生は、主ｒｆ電極に与えられるｒｆ電
力が増加している間、次第に第２ｒｆ電極から主ｒｆ電
極へ移行していく。ｒｆ電力の移行およびウェハー処理
の間、ウェハー表面上に均一なＶ_dcがあるので、本発明
のプラズマ処理装置の構成はダメージのないウェハー処
理を作り出す。さらに本発明は、容易にウェハー表面上
のＶ_dcの均一性を改善することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、好ましい実施形態を添付
された図面を参照して説明する。実施形態の説明を通し
て本発明の詳細が明らかにされる。

【００１９】本実施形態は図１，２，３を参照して説明
される。図１は第１実施形態のプラズマ処理装置の断面
図を示し、図２はｒｆ電極構成の上面図を示す。第１実
施形態のプラズマ処理装置は主ｒｆ電極１の上に配置さ
れた平板誘電体部材に、主ｒｆ電極の周りに配置された
リング形状の誘電体部材３を有している。このプラズマ
処理装置の反応容器５１は円筒形側壁１０、トッププレ
ート１５、そして中央開口部を備えた底壁２８を有して
いる。さらに反応容器５１は内部空間においてガスシャ
ワーヘッド６と内側円筒形側壁７を有している。内側側
壁７の内部空間５０はプラズマ生成チャンバを作る。ガ
スシャワーヘッド６はガスリザーバ１２と複数のガス導
入口１３を備えている。ガスリザーバ１２はガス導入パ
イプ２９につながっている。プラズマ生成チャンバ５０
はガスシャワーヘッド６の下側に形成される。他の空間
は外側側壁１０と内側側壁７の間に形成される。

【００２０】プラズマ処理装置は主ｒｆ電極１、平板誘
電体部材２、そしてリング形状の誘電体部材３を有す
る。これらの構成部分はプラズマ生成チャンバ５０の下
部中央に設けられたウェハーホルダを作る。電極カバー
８はウェハーホルダの外側を覆う。ウェハーは平板誘電
体部材２の上に配置される。さらに、プラズマ処理装置
は下側にて主ｒｆ電極１の周りに配置されたリング状第
２ｒｆ電極４、リング状第２ｒｆ電極４の上方に配置さ
れたリング状誘電体部材５を備える。リング状誘電体部
材５は電極カバー８と側壁７の間に設けられている。内
側側壁７は排気口１４と排気装置１８を有している。

【００２１】前述したｒｆ電極１，４は金属、代表的に
はアルミニウムで作られている。主ｒｆ電極１の直径は
重要な事項ではなく、シリコン（Ｓｉ）ウェハーの直径
よりも少し小さくまたは大きくすることができる。例え
ば、もしウェハーの直径が３００ｍｍであるならば、主
ｒｆ電極１の直径は２９０ｍｍから４００ｍｍの範囲に
なりうる。主ｒｆ電極１は整合回路１５とキャパシタ１
６を介してｒｆ発生器１４に接続されている。しかしな
がら、キャパシタ１６を整合回路の１５の一部として取
り扱うこともできる。ｒｆ発生器１４の動作周波数は重
要な事項ではなく、およそ１ＭＨｚからおよそ３００Ｍ
Ｈの範囲に存在することができる。

【００２２】円形状の平板誘電体部材２は主ｒｆ電極１
の上面上に固定されている。誘電体部材２の直径は重要
なことではなく、代表的にはウェハーの直径よりも少し
小さくなっている。誘電体部材２の厚みは、それは図３
においてａによって示されており、これは２ｍｍから１
０ｍｍの範囲にあり得る。

【００２３】主ｒｆ電極１の側壁の表面はリング形状の
誘電体部材３によって覆われている。さらに、このリン
グ状誘電体部材３は電極カバー８によって覆われてお
り、それは金属で作られかつ電気的に接地されている。

【００２４】リング状第２ｒｆ電極４は下側にて主ｒｆ
電極１の周りに配置されている。リング状第２ｒｆ電極
４の幅は重要な事項ではなく、５ｍｍから３０ｍｍの範
囲に存する。通常、このリング状第２ｒｆ電極４は主ｒ
ｆ電極１の上面の下側数ｃｍ、例えば３ｃｍ下側に配置
されている。このことは電極カバー８と側壁７との間に
小さなキャビティ（空間）を作るためである。小さなキ
ャビティの存在は中空カソード閉込めメカニズムによっ
てプラズマ密度を強める。しかしながら、このリング状
第２ｒｆ電極４を主ｒｆ電極１の上面をなす平面に存す
るように置くこともある。リング状第２ｒｆ電極４は１
つまたは２つのロッド９の上に置かれ、それらは一部分
が誘電体部材で作られている。これらの２つ（または１
つ）のロッド９は適当なギヤ装置を介して電気モータ２
７につながれており、そのため、リング状第２ｒｆ電極
４は数ｍｍ、例えば１０ｍｍ、垂直方向に移動させるこ
とができる。

【００２５】リング状第２ｒｆ電極４は電気的に１つま
たはいくつかのケーブル１９と可撓性を有するケーブル
３０を経由して主ｒｆ電極１に接続されている。これら
のケーブルは誘電体支持部１７を通して埋設された気密
なチューブ２０を通して挿通されている。

【００２６】リング状誘電体部材５はリング状第２ｒｆ
電極４の上方に配置されている。リング状ｒｆ電極４の
ちょうど上方の誘電体リング５の厚みはできるだけ薄く
なるように作られている。このリング状誘電体部材５の
この薄い領域とその厚みはそれぞれ図３においてｘとｂ
によって示される。誘電体リング５におけるリング状誘
電体部材５に対応する領域の厚みは好ましくは誘電体部
材２のそれよりも小さくなっている。

【００２７】プラズマ生成チャンバ５０の外側の境界は
側壁７によって定められている。たとえ側壁７がウェハ
ー処理のためのプラズマ生成にとって本質的でないとし
ても、側壁７を用いることは、プラズマ処理の間、ポリ
マーの堆積を制御するため、そして反応容器の壁１０を
きれいに保持するため、重要なことである。側壁７は複
数のガス排出口１１を含んでいる。ガスシャワーヘッド
６の材質は金属、誘電体、あるいは半導体にすることが
できる。適当な材質はウェハー処理の化学的な反応を考
慮することによって選択される。プロセスガスまたはガ
スの組み合わせは第１にガスリザーバ１２に供給され、
そしてそれから複数のガス導入口１３を経由してプラズ
マ生成チャンバ５０へ導入される。

【００２８】次に、上記の構成を備えたプラズマ処理装
置における作用について説明する。ここで、ｒｆ電流の
周波数はｆ、平板誘電体部材２におけるキャパシタンス
（容量）はＣ₁、そしてリング状誘電体部材５における
ｘの領域でのキャパシタンスはＣ₂であると仮定する。
そのとき、Ｃ₁＝ε₁Ａ₁／ａ、そしてＣ₂＝ε₂Ａ₂／ｂ、
ここでε₁とε₂はそれぞれ平板誘電体部材２とリング状
誘電体部材５の誘電率であり、Ａ₁とＡ₂はそれぞれ主ｒ
ｆ電極１とリング状第２ｒｆ電極４の上面面積である。
このプラズマ処理装置においてε₁，ε₂，ａ，ｂ，ｘは
Ｃ₁≪Ｃ₂という条件を作るように選択される。Ｃ₁とＣ₂
における電流のためのインピーダンス（Ω）は、Ω_C1＝
１／（２πｆＣ₁）、Ω_C2＝１／（２πｆＣ₂）として与
えられる。Ｃ₁≪Ｃ₂であるので、インピーダンス間の関
係はΩ_C1≫Ω_C2である。

【００２９】プラズマが発火段階にあるとき、リング状
第２ｒｆ電極４はその最も高い位置に配置されている。
この位置において、最も低いｒｆ電流のためのインピー
ダンスがリング状第２ｒｆ電極４を経由する。それ故に
ｒｆ電流がｒｆ発生器１４からｒｆ電極１に与えられる
とき、ｒｆ電力はリング状ｒｆ電極４を経由して反応容
器５１内のガスに結合され、プラズマを発火する。従っ
て、最初に、プラズマは図３において３１の符号が与え
られた領域に生成される。

【００３０】プラズマ発火の直前に、リング状第２ｒｆ
電極４から側壁７へのリング形状の領域に強い電界が生
成される。たとえハードウェアの構成が対称的に設けら
れていたとしても、リング状第２ｒｆ電極４から均一な
電界を生成すること、そしてリング状第２ｒｆ電極４の
全面に渡るリング形状の領域３１で均一なプラズマを生
成することはとてもありそうなことではない。プラズマ
は可能性としてリング状第２ｒｆ電極４の上方の１つの
制限された位置（領域３１）で始まり、そしてそれから
プラズマ生成チャンバ５０を通して中央のｒｆ電極１の
上方の中央領域へと広がる。

【００３１】リング状領域３１におけるプラズマの発火
の間および発火の後、リング状誘電体部材５はイオンと
電子の衝突を受ける。これは、リング状誘電体部材５の
上にＶ_dcを発生させる原因となる。平板誘電体部材２を
介したｒｆ電流のためのより高いインピーダンスが原因
となってウェハーを経由したｒｆ電流の結合がないの
で、ウェハーは電気的に浮遊状態にあると考えられ、そ
の電位は浮遊電位Ｖｆとして与えられる。プラズマの発
火は代表的に非常に低いｒｆ電力を用いてより高い圧力
にて実行される。低いｒｆ電力の応用は非常に低いプラ
ズマ密度という結果をもたらす。より高い圧力の応用は
ウェハー表面の上を全面的に覆う領域へ電子とイオンを
拡散させることを最小化することである。この条件はウ
ェハー全体にわたってＶｐを最小化させることを支え
る。それ故に、ＶｐとＶｆの間の電位差は非常に小さい
値をもたらすことができる。従って、たとえプラズマが
発火するときにおけるプラズマの拡張の間であったとし
ても、デバイスへのプラズマ誘導ダメージが防止され
る。

【００３２】プラズマが発火した後、弱いプラズマがプ
ラズマ生成チャンバ５０の全体に渡って広がる。これは
ウェハー表面に非常に薄いシース(sheath)を作り出す。
そのとき、主電極に与えられたｒｆ電力はリング状第２
ｒｆ電極４を低下させる間に次第に増加される。すなわ
ち、プラズマに結合するｒｆ電力は次第にリング状第２
ｒｆ電極４から主ｒｆ電極１へ移される。ウェハー表面
の全面に渡る均一なシースのために、ウェハーを経由し
てプラズマに結合されているｒｆ電力はウェハー表面を
通して均一に起きる。これは、ウェハーへのプラズマ誘
導ダメージを防止する。第２ｒｆ電極４から主ｒｆ電極
１へのｒｆ電力の推移の間またはその後、圧力は適当な
レベルに低下させられる。通常、圧力の徐々の変化はい
かなるプラズマ誘導ダメージも起こさせない。

【００３３】従って、このプラズマの発火と電力の移行
の方法は２つの利点を与える。第１に、プラズマが発火
する間にウェハーは浮遊状態にあり、こうしてプラズマ
とウェハーの間の電位差は非常に小さい値である。第２
に、ｒｆ電力はｒｆ電力が増加している間にウェハーを
通して均一にプラズマに結合する。これらの２つの事実
はウェハー上のデバイスへのプラズマ誘導ダメージを防
止する。

【００３４】次に、図４を参照して第２実施形態が説明
される。この実施形態は第１実施形態の変形である。第
２実施形態のハードウェアの構成はリング状第２ｒｆ電
極を除いて第１実施形態におけるそれと同じである。こ
の装置において、リング状第２ｒｆ電極は電極の小さな
片（piece）によって置きかえられる。図４は第２実施
形態におけるｒｆ電極の配列の上面図を示す。第２ｒｆ
電極４の形状は重要なことではなく、四角形、長方形、
あるいはいかなる他の形状にもすることができる。実質
的に、第２ｒｆ電極４１は第１実施形態のリング状第２
ｒｆ電極４の一部に相当している。第２ｒｆ電極４１は
第１実施形態に類似して主ｒｆ電極１に接続されてい
る。この装置の作用の原理も同様にまた第１実施形態で
説明されたそれと同じである。すなわち第１にプラズマ
はプラズマ生成チャンバ５０に近づくように第２ｒｆ電
極４１を配置することによって発火される。このとき、
第２ｒｆ電極４１は高い位置にあるように設定される。
それから第２ｒｆ電極４１は第２ｒｆ電極を増大する間
に次第に低下させられる。

【００３５】第２実施形態の装置において、プラズマは
第２ｒｆ電極４１が配置されているところの場所で発火
される。それ故に、プラズマ生成の時間において、プラ
ズマは非常に不均一である。しかしながら、このときに
おいて、誘電体部材２の上に配置されたウェハーは浮遊
状態にあり、そしてプラズマ密度は非常に小さい。それ
故に、ウェハー表面の全面に渡るプラズマ密度はあまり
にも小さくデバイスに対してプラズマ誘導ダメージを引
き起こすことはできない。それから、ｒｆ電力結合は第
２ｒｆ電極４１から主ｒｆ電極１へと第１実施形態で説
明されたように移行される。この工程は、先に説明した
ように、プラズマ誘導ダメージを起こさせない。

【００３６】第２実施形態において、第２ｒｆ電極４１
の構成は、第１実施形態のそれよりもより簡素となって
いる。それ故に、第２実施形態を用いることはプラズマ
処理装置の全体の構成を簡易化する。

【００３７】プラズマが発火されるときにおける当該プ
ラズマは非常に不均一であるということに注意しておく
ことが必要である。プラズマ発火のときにおけるプラズ
マの均一性を増大させるため、第２ｒｆ電極４１の構成
は図５と図６に示されるように変形させることができ
る。ここで、ｒｆ第２電極４１の１つの片の代わりに、
いくつかの片、１つのリング状部材４２を作るように互
いに結合されている例えば４つの片４２が採用される。
第２ｒｆ電極４２のこの構成は、プラズマは第２ｒｆ電
極４２の各片４２ａで生成するので、初期の段階におけ
るプラズマの均一性を改善する。

【００３８】本発明の第３実施形態は図７を参照して説
明される。第３実施形態においてウェハー表面の全面に
渡るプラズマの均一性を改善するための方法が説明され
る。この目的のため、第１実施形態において説明された
プラズマ源の構成が用いられる。通常、プラズマはｒｆ
電極の全体に渡って生成され、例えば、主ｒｆ電極１の
全体に渡るとき、プラズマ密度はｒｆ電極１の最大で示
し、次第にその縁に向かって減衰する。これは図として
は図７において曲線２７によって示されている。これ
は、大面積ｒｆ電極、例えば３００ｍｍウェハーのため
のｒｆ電極では重要な問題になる。

【００３９】ウェハー表面に渡るプラズマ均一性を改善
するために、第２プラズマがリング状第２ｒｆ電極の上
方に渡って生成される。第２プラズマは、この領域はリ
ング状第２ｒｆ電極４に対応して形成されるので、リン
グ形状の領域において生成される。リング状ｒｆ電極４
が最も高い位置にあるとき、より高いｒｆ電力がプラズ
マに結合され、そしてリング状ｒｆ電極４の上方を覆う
箇所ではプラズマ密度はより高くなる。このプラズマに
ついてのプラズマ密度の分散は、図７において曲線２２
によって示されている。リング形状のｒｆ電極４が低く
させられるとき、その上のプラズマ密度は次第に減少す
る。従ってリング状ｒｆ電極４の上の第２プラズマのプ
ラズマ密度はリング状ｒｆ電極４を適当に上下に動かす
ことによって制御され得る。この第２プラズマはプラズ
マ生成チャンバ５０の中央部に向かって拡散する。この
ことが、図７で曲線２３によって示されるごとく、ウェ
ハーの縁近傍におけるプラズマ密度の増加の原因とな
る。それ故に、第２プラズマのプラズマ密度を適当に調
整することによって、ウェハー表面上の均一なプラズマ
を得ることができる。

【００４０】本発明の第４実施形態が図８を参照して説
明される。第４実施形態は第１実施形態の拡張である。
第４実施形態のハードウェアの構成は基本的に第１実施
形態のそれと同じである。唯一の相違するところはリン
グ状第２ｒｆ電極４が電気的に主ｒｆ電極１に接続され
ていないことである。その代わりに、リング状第２ｒｆ
電極４は整合回路２５を経由して他のｒｆ電力発生器２
４に接続されている。ｒｆ発生器２４の周波数は重要な
ことではなく、１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲にあり
うる。しかしながら、これらの周波数で動作するｒｆ電
流は容易に低い圧力でプラズマを発火させ、より低いＶ
ｐを生成するので、ＶＨＦ電流を用いることは有益であ
ろう。このことはプラズマの初期においてＶｐとＶｆの
間における低い電位差という結果をもたらす。このこと
はウェハー上のデバイスへのプラズマ誘導ダメージの可
能性を最小化させる。第４実施形態の作用的な工程は、
第１実施形態で説明されたものと同じである。

【００４１】加えて、第４実施形態はウェハー表面上の
プラズマ均一性を制御することに用いることができる。
これは次のように行われる。

【００４２】リング状第２ｒｆ電極４は異なるｒｆ発生
器２４に接続されているので、この電極２４に与えられ
るｒｆ電力は独立に制御され得る。それ故に、リング状
第２ｒｆ電極４上のプラズマ密度は電極４に与えられる
ｒｆ電力を変えることによって制御され得る。ｒｆ電力
が主電極１のみに与えられるとき、プラズマ密度は図７
を用いて第３実施形態で説明されたように不均一にな
る。この場合において、リング状第２ｒｆ電極４の上の
プラズマ密度はウェハー表面上に均一なプラズマを作り
出すために第２ｒｆ電極４に与えられるｒｆ電力を変え
ることによって調整される。プラズマの均一性の改善の
メカニズムは図７を用いて第３実施形態において説明さ
れている。

【００４３】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ
の発火の間と発火の後のウェハー上の表面電位の均一性
を改善することができ、それによって半導体デバイス製
造工程におけるウェハーのプラズマ誘導ダメージの生じ
ないドライエッチング処理を作り出すことができる。さ
らに本発明のプラズマ処理装置は大面積ウェハーの表面
上の径方向のプラズマ密度の均一性を改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この図は第１実施形態のプラズマ処理装置の断
面図である。

【図２】この図は第１実施形態のｒｆ電極の配列の上面
図である。

【図3】この図は主ｒｆ電極と第２ｒｆ電極によるプラ
ズマ生成領域を示すプラズマ処理装置の断面図である。

【図４】この図は第２実施形態のｒｆ電極配列の上面図
である。

【図５】この図は第２実施形態における第２ｒｆ電極の
他の構成の上面図である。

【図６】この図は図５で示した第２ｒｆ電極の斜視図で
ある。

【図７】この図は電力が別々にかつ同時に与えられると
きの主ｒｆ電極と第２ｒｆ電極上のプラズマ密度のプロ
ファイル（分布特性の外形）を示す図である。

【図８】この図は第４実施形態のプラズマ処理装置の断
面図である。

【図９】この図はドライエッチング応用のために用いら
れる従来のプラズマ処理装置の断面図である。

【参照符号の説明】

１主ｒｆ電極２平板誘電体部材３リング状誘電体部材４リング状第２ｒｆ電極５リング状誘電体部材６ガスシャワーヘッド９部分的に誘電体で作られたロッド１２ガスリザーバ１４ｒｆ発生器１８排気装置２０中央導体を供えた気密チューブ２１プラズマ密度の径方向プロファイル２２プラズマ密度の径方向プロファイル２３プラズマ密度の径方向プロファイル２４ｒｆ発生器３１第２ｒｆ電極上のプラズマ発生領域３２主ｒｆ電極上のプラズマ発生領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＨＦまたはＶＨＦの領域で動作するｒｆ
電力発生器からｒｆ電流が与えられる主ｒｆ電極と、前記主ｒｆ電極の上面に取り付けられ、前記ウェハーが
配置される平板誘電体部材と、前記主ｒｆ電極の周りに配置され、リング形状を有し、
かつ垂直方向に移動可能な第２ｒｆ電極であって、そこ
で前記主ｒｆ電極と前記第２ｒｆ電極は互いに１本また
は複数本のワイヤ接続され、そして前記第２ｒｆ電極を
覆い、少なくとも前記第２ｒｆ電極のちょうど上方の領
域においてその厚みが前記主ｒｆ電極上に配置された前
記平板誘電体部材の厚みよりも小さいリング形状の誘電
体部材と、から成るダメージのないウェハードライエッチングのプ
ラズマ処理装置。
【請求項２】前記第２ｒｆ電極は、前記主ｒｆ電極の
周りのリング形状ではなく、前記主ｒｆ電極の側方に配
置された任意形状の小さな金属片である請求項１記載の
ダメージのないウェハードライエッチングのプラズマ処
理装置。
【請求項３】前記第２ｒｆ電極は互いに接続されたい
くつかの金属片からなり、これらの金属片は等しい間隔
をあけて前記主ｒｆ電極の周りに配置される請求項１記
載のダメージのないウェハードライエッチングのプラズ
マ処理装置。
【請求項４】前記第２ｒｆ電極は前記主ｒｆ電極から
分離されており、ＨＦまたはＶＨＦの領域で動作する他
のｒｆ電力発生器からｒｆ電流が与えられる請求項１〜
３のいずれか１項に記載のダメージのないウェハードラ
イエッチングのプラズマ処理装置。
【請求項５】前記第２ｒｆ電極はもっとも高い位置に
配置され、プラズマを発火させるための相対的に低いｒ
ｆ電力が与えられる請求項１〜３のいずれか１項に記載
のダメージのないウェハードライエッチングのプラズマ
処理装置。
【請求項６】小さな電力を与えることによってプラズ
マが生成された後、前記第２ｒｆ電極はｒｆ電力が次第
に増加されるに従って次第にその位置が低下される請求
項１〜５のいずれか１項に記載のダメージのないウェハ
ードライエッチングのプラズマ処理装置。
【請求項７】前記第２ｒｆ電極はウェハーの表面の全
体にわたって半径方向に均一なプラズマが生成されるま
で垂直方向に適当に移動させられる請求項１，３，４の
いずれか１項に記載のダメージのないウェハードライエ
ッチングのプラズマ処理装置。