JP2004214560A

JP2004214560A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2004214560A
Application number: JP2003002465A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yashima; 伸二八島
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】電気力線の分布を基板処理に適した状態にして基板処理をすることができるとともに、搬送機構を簡便化し、排気系による吸引を基板の周方向に一様にし、基板処理を周方向に均一にすることができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】内部にプラズマ処理領域２６が形成された真空容器２４と、この真空容器２４の外側周囲に配置された筒状の第１電極３３と、真空容器２４内に設けられ、第１電極３３との間に電圧を発生させるためのサセプタ２７と、このサセプタ２７に接続され、第１電極３３とサセプタ２７との間に高周波電圧を印加して真空容器２４内にプラズマを発生させるための高周波電源３７と、を有し、第１電極３３は、第１電極３３とサセプタ２７との間に発生する電気力線の流れを変更するために、その軸方向に沿って往復移動可能にされたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、基板と交差する電気力線の分布を変えてプラズマ処理を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラズマ処理装置として図４に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このプラズマ処理装置１は、上容器３と下容器５とにより形成されるプラズマ処理領域６に上下動可能なサセプタ７が設けられている。このサセプタ７には、半導体ウェーハ等の基板１０が載置される。また、サセプタ７は電極としての役割を果たし、サセプタ７には可変抵抗や可変コンデンサを含む受動素子部８が接続されている。
【０００３】
上容器３の外側にはリング状の電極９が設けられ、この電極９には整合回路１１を介して高周波電源１３が接続されている。また、上容器３の外側にはリング状に形成された上下一対の永久磁石１４Ａ，１４Ｂが設けられている。この一対の永久磁石１４Ａ，１４Ｂは、その周方向に沿って着磁されており、互いに逆向きに着磁されている。これにより、電極９の中心軸方向とほぼ平行な成分の磁界を有するような磁力線が形成される。
また、上容器３の上方には、所定間隔毎に多数の貫通穴が形成されたシャワー板１５及びガス流入口１２が設けられ、処理ガスをプラズマ処理領域６へシャワー状に流入可能にされている。また、この流入した処理ガスは、ガス流出口１７から排出可能にされている。
【０００４】
このプラズマ処理装置１を使用するにあたっては、先ず、ガス流出口１７からプラズマ処理領域６内の処理ガスを吸引し真空にする。次いで、不図示のヒーターで基板１０を所定の処理温度に加熱してから、処理ガスをガス流入口１２を介してプラズマ処理領域６へ流入させる。次いで、高周波電源１３から電極９に高周波電圧を印加して電極９とサセプタ７との間に高周波電界を形成し、高密度のプラズマを発生させ、基板１０にエッチングを行う。次いで、ガス流出口１７から処理ガスを排出し、基板１０を取り出す。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２７７２９４号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−２８８７９８号公報（第６，７頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなプラズマ処理装置１では、サセプタ７の接地状態を変更するために、整合回路１１や受動素子部８等により回路定数を変更するか或いはサセプタ７を上下動させる必要があった。整合回路１１や受動素子部８等により回路定数を変更する場合は、サセプタ７と電極９との間の電圧は変更できるが、電気力線の流れを変更することはできず、サセプタ７の接地状態変更のためのパラメータが不十分であるという問題があった。
【０００７】
また、サセプタ７を上下動させる機構を設けようとすると、排気系をサセプタ７の下方に設ける空間がなくなり、排気系を基板１０の中心軸に対して軸対称に設置することができないという問題があった。そのため、下容器５の外周の１箇所にガス流出口１７を設ける等して対処していた。
また、プラズマ処理装置１を搬送する場合には、サセプタ７を下降させ、サセプタ７に形成された貫通穴にピン１９を嵌合させる必要があり、高精度な機構が必要とされていた。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮し、電気力線の分布を基板処理に適した状態にして基板処理をすることができるとともに、基板の搬送機構を簡便化し、排気系による吸引を基板の周方向に一様にし、基板処理を周方向に均一にすることができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、内部にプラズマ処理領域が形成された真空容器と、この真空容器の外側周囲に配置された筒状の第１電極と、前記真空容器内に設けられた第２電極と、この第２電極に接続され、前記第１電極と前記第２電極との間に高周波電圧を印加して前記真空容器内にプラズマを発生させるための高周波電圧印加手段と、を有し、前記第１電極は、前記第２電極との距離を変更するために移動可能にされたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、真空容器の外側周囲に配置された第１電極と真空容器内に設けられた第２電極との間に高周波電圧印加手段により電圧を印加することでプラズマが発生する。このとき、真空容器の外側周囲に配置された筒状の第１電極を移動させることにより、第１電極と第２電極との間に発生する電気力線の流れが変更されるので、真空容器内に配置された基板に対し、自由度の高い処理を行うことができ、電気力線の分布を基板処理に適した状態にしてプラズマ処理をすることが可能である。
【００１１】
また、第１電極を移動させるようにしたので、基板を移動させなくとも良く、一般に、電極兼基板載置台として利用される第２電極を固定式にすることができ、プラズマ処理装置自体を搬送する場合でも、第２電極をピン等に精度良く嵌合させる手間を省くことができ、またその機構も上下移動機構を具備する必要がないので簡単なものにすることができる。そのため、第２電極下に排気系を形成する程の空間的ゆとりを確保することができ、排気系が基板の中心軸に対して軸対称に設置することができないという問題をなくすことができる。ひいては、プラズマ処理領域内の電気力線の流れが周方向に均一にされ、基板のプラズマ処理を周方向に均一に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す説明図である。このプラズマ処理装置２１は、上容器２３と下容器２５とからなる略円柱状の真空容器２４を有している。
【００１３】
この真空容器２４の内部にはプラズマ処理領域２６が形成され、このプラズマ処理領域２６には固定式のサセプタ２７が設けられている。このサセプタ２７は、後述する第１電極３３との間に電圧を発生させるために用いられる第２電極としての役割を果たしている。また、サセプタ２７には複数のピン２９が嵌合されている。さらに、サセプタ２７には円板状の基板３０が載置されている。基板３０としては、例えば半導体ウェーハが適用される。なお、基板３０を加熱するためにサセプタ２７の内部には、窒化アルミ等の耐高温、耐弗素系プラズマ材質でできたセラミックヒーターが設けられ、高温加熱が可能にされ、低水素窒化膜等成膜時に高い基板温度を必要とするプロセスに対応することができるようにされている。
【００１４】
さらに、ピン２９の基端側には輪環板３２が設けられている。この輪環板３２は、連結棒３６を介してピン上下用シリンダ３４と連結されている。そして、ピン上下用シリンダ３４により連結棒３６を介して輪環板３２を上下動させるとピン２９も上下動する。そのため、基板３０をサセプタ２７に吸着するときに、ピン２９を徐々に下降させることで、基板３０はサセプタ２７上に的確に載置される。
また、サセプタ２７の下方には、プラズマ処理領域２６にある処理ガスを排出させるための排気系としてターボ分子ポンプ３１が設けられている。
【００１５】
真空容器２４の外側周囲にはアースに接続された筒状の第１電極３３が設けられ、この第１電極３３は、第１電極３３とサセプタ２７との間に発生する電気力線の流れを変更するために、その軸方向に沿って往復移動可能にされている。一方、サセプタ２７には整合回路３５を介して高周波電源３７が接続されている。この高周波電源３７は、第１電極３３とサセプタ２７との間に高周波電圧を印加して真空容器２４内にプラズマを発生させるための高周波電圧印加手段としての役割を果たしている。高周波電源３７の電圧は、グランドレベル以下の電圧値間で振れるように設定され、第１電極３３がアノード電極の役割を果たし、サセプタ２７がカソード電極の役割を果たしている。なお、第１電極３３は、材料としてアルミが用いられたり、アルミの表面処理が施されたりする。
【００１６】
また、上容器２３の上方には、ガス流入口３９及びシャワー部４１が設けられている。ガス流入口３９から流入した処理ガスは、平板状の空間であるガス分散室４３に流入し、所定間隔毎に多数の貫通穴が形成されたシャワー板４２からプラズマ処理領域２６へシャワー状に流入可能にされている。これにより、プラズマ処理領域２６へ流入する処理ガスの流れが均一化し、基板３０へのプラズマ処理均一性が向上する。この流入した処理ガスは、ターボ分子ポンプ３１から流出する。
【００１７】
シャワー部４１の上方には、相互に径が異なる複数の輪環状電極４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃが設けられている。この輪環状電極４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃはアースに接続されており、輪環状電極４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃの上下方向での位置をそれぞれ調節することで、第１電極３３とサセプタ２７との間に発生する電気力線の分布が補助的に調整される。輪環状電極４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃは、材料としてアルミが用いられたり、アルミの表面処理が行われたりする。
【００１８】
真空容器２４の内壁には、第１電極３３と輪環状電極４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃとがある部分以外に絶縁物２２が設けられている。そして、電気力線が効率的に第１電極３３及び輪環状電極４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃに向かうようにされている。絶縁物２２の材料としては、アルミナや石英等の誘電体が用いられる。絶縁物２２に誘電体を用いると、容器壁の温度を必要に応じて比較的高く温調することができ、またプロセス中に真空容器壁に発生するパーティクルを低減させることもできる。
【００１９】
次に、プラズマ処理装置２１を用いた基板３０の処理の流れについて説明する。先ず、不図示の基板搬送手段によって、サセプタ２７上に基板３０を搬送し、ターボ分子ポンプ３１によりプラズマ処理領域２６を真空状態にする。次いで、サセプタ２７内に設けられたセラミックヒーターを加熱することにより、基板３０をその処理に適した温度に加熱する。このとき、プラズマに強い材質でできたセラミックヒーターで加熱するので、基板３０を３００℃〜５００℃という広い温度範囲で加熱することができる。
【００２０】
次いで、不図示のガス供給ラインからガス流入口３９とシャワー板４２の多数の貫通穴とを介してプラズマ処理領域６に処理ガスが供給される。同時に、高周波電源３７から第１電極３３とサセプタ２７との間に高周波電圧を印加して第１電極３３とサセプタ２７との間に高周波電界を形成し、プラズマ処理領域２６に高密度のプラズマを発生させ、基板３０にエッチングを行う。なお、処理ガスの供給から停止、及び高周波電力の供給から停止までの一連の処理の間、ターボ分子ポンプ３１によってプラズマ処理領域２６は所定の圧力に保たれる。
最後に、処理が終わった基板３０が、真空容器２４外へ搬送される。
【００２１】
次に、図２及び図３を用いて、第１電極３３の位置の変化による電気力線の流れの変化について説明する。図２は、第１電極３３が上容器３の下端側に位置している場合の電気力線を示している。図２に示すように、電気力線はサセプタ２７と第１電極３３との間、又はサセプタ２７と輪環状電極４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃとの間を結んでいる。電気力線は、基板３０の外周側では基板３０の面方向に対して鋭角に交差するのに対して、基板３０の中央付近では垂直に交差する。
【００２２】
一方、図３は第１電極３３が上容器３の上端側に位置している場合の電気力線を示している。図３は第１電極３３が図２よりも上方に位置しているため、基板３０に対する電気力線の交差角度は基板３０の外周側において、図２より鈍角になっている。そのため、基板３０と電気力線との交差角度は基板３０の表面上で図２の場合より均一になる。
【００２３】
以上述べたように本発明の一実施形態によれば、真空容器２４の外側周囲に配置された第１電極３３と真空容器２４内に設けられたサセプタ２７との間に高周波電源３７により高電圧を印加することでプラズマが発生する。このとき、第１電極３３は、その軸方向に沿って往復移動可能にされているので、第１電極３３の位置を変更することで第１電極３３とサセプタ２７との間に発生する電気力線の流れを変更することができる。そのため、真空容器２４内に配置された基板３０に、自由度の高いプラズマエッチングを行うことができ、電気力線の分布を基板処理に適した状態にして基板処理をすることが可能である。
【００２４】
また、第１電極３３を移動させるようにしたので、基板３０を移動させなくとも良く、一般に、電極兼基板載置台として利用されるサセプタ２７を固定式にすることができ、プラズマ処理装置２１を搬送する場合でも、サセプタ２７をピン２９に嵌合させる作業を省くことができ、またその機構も従来のような上下移動機構を具備する必要がないので簡単なものにすることができる。そのため、サセプタ２７下に排気系を形成する程の空間的ゆとりを確保することができ、排気系が基板３０の中心軸に対して軸対称に設置することができないという問題をなくすことができる。ひいては、プラズマ処理領域６内の電気力線の流れが周方向に均一にされ、基板３０のエッチングを周方向に均一に行うことができる。
【００２５】
また、本発明の一実施形態によれば、真空容器２４の外側周囲に設けられた第１電極３３をアースと接続させたので、第１電極３３側に電気的絶縁をとる必要をなくすことができる。
【００２６】
なお、上述した一実施形態では、プラズマ処理装置２１により基板３０にエッチングを行う例について説明したが、プラズマ処理装置２１は、基板３０への成膜に用いても良い。
【００２７】
また、上述した一実施形態では、第１電極３３の形状として筒状に形成した例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、８角形の筒状に形成しても良い。要するに、真空容器２４の外側周囲を覆うような形状に形成すれば良い。
また、第１電極３３は複数配置しても良いし、筒状の第１電極３３の形状は例えばＣ形でも良い。４つのＣ形の第１電極をその開口側が９０度間隔で異なる向きを向くように配置しても良い。要するに、基板３０と交差する電気力線の分布が基板３０の周方向に、ある程度均整がとれるならば良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、真空容器の外側周囲に配置された筒状の第１電極を移動させることにより、第１電極と第２電極との間に発生する電気力線の流れを変更するので、電気力線の分布を基板処理に適した状態にして基板処理することが可能である。ひいては、第２電極の上下動を行わなくても基板と交差する電気力線の分布を変化させることができ、搬送機構を簡便化し、排気系による吸引を基板の周方向に一様にし、基板処理を周方向に均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置に発生する電気力線を示す説明図である。
【図３】図１のプラズマ処理装置に発生する電気力線を示す説明図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置の一実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
２１プラズマ処理装置
２４真空容器
２６プラズマ処理領域
２７サセプタ
３３第１電極
３７高周波電源

Claims

内部にプラズマ処理領域が形成された真空容器と、
この真空容器の外側周囲に配置された筒状の第１電極と、
前記真空容器内に設けられた第２電極と、
この第２電極に接続され、前記第１電極と前記第２電極との間に高周波電圧を印加して前記真空容器内にプラズマを発生させるための高周波電圧印加手段と、
を有し、
前記第１電極は、前記第２電極との距離を変更するために移動可能にされたことを特徴とするプラズマ処理装置。