JP2009163911A

JP2009163911A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2009163911A
Application number: JP2007339708A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kohama; 慎司小濱; Ryoji Nishio; 良司西尾
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-23

Abstract

【課題】プラズマ処理装置において、ウェハを載せる下部電極裏面に進入する高周波電力・電界を減少させ、対向電極間で発生するプラズマ以外で起こる不要な放電を除去する。
【解決手段】真空処理室と、前記真空処理室内に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向して設けられ被処理基板１０６を載置する下部電極１０７と、前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源１０３とを有するプラズマ処理装置において、下部電極１０７は上下動可能に構成され、外周は円筒状の下部電極上カバー１０９及び下部電極下カバー１１０で覆われており、前記上カバー１０９と前記下カバー１１０の隙間に電磁波反射部材からなるリング２０１を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハなどの被処理体の処理を行うプラズマ処理装置に関する。

近年の半導体デバイスの微細加工において、被処理基板であるウェハに対して、ドライエッチングやＣＶＤ法によりプラズマを用いた処理が行われている。プラズマ処理装置の一例として、高周波電源を複数使用し、高真空下の処理室内に高周波印加電極が、被処理基板を挟むように一対に配置され、処理ガスを導入し、高周波電力を電極に印加することで、電極間にプラズマを生成して被処理基板に対してプラズマエッチングを行う。

微細加工技術が飛躍的に進歩することに伴い、プラズマ処理装置内において、プラズマを高密度化するために、高周波印加電極に印加する高周波電力は高くなっている。この時、２００ＭＨｚの高周波電力は、真空処理室内の至る所に伝播するため、異常放電が起こり、異物等の問題を発生させる原因となる。
例えば、マイクロ波プラズマ処理装置において、ウェハを載せるステージ電極より下方に伝播したマイクロ波が局所的な強電界を発生することにより、異常放電を起こしプロセス処理条件のマージンを低下させるという問題が報告されている。これを防ぐ為に、ステージ電極下方領域の処理室壁にマイクロ波を吸収させるための、フェライト材、炭化ケイ素、誘電損失材などを配するという技術が開発された。しかしながら、下記特許文献１に記載のように、電磁波吸収材は、吸収したマイクロ波を熱エネルギーに変換するため、処理室内の温度を上昇させ、アウトガスが大量に発生する等の問題があった。

また、２００ＭＨｚの高周波は、被処理基板を載せる下部電極を取り巻く円筒状の上カバーと下カバーとの間に進入して下部電極裏面で異常放電が生じる場合がある。
例えば、被処理基板であるウェハを載せる下部電極が、上下動可能な場合、下部電極の外周は、電極の上下運動に応じた長さのカバーにより覆われている。この下部電極上カバーは、下部電極下カバーと同様に、化学的に安定なセラミックス等で溶射され、プラズマから保護されている。このとき、下部電極上カバーと下カバーの間に隙間があると高周波はこの隙間を通って電極内部に伝播しやすいという問題がある。これが顕著に生じると、下部電極裏面で異常放電を起こす。これを抑制する技術は現状報告されていない。

図１を用いて、プラズマ処理装置での真空処理時に、下部電極内に高周波電力が伝播進入する様子を説明する。図１は、プラズマ処理装置内において、一対の対向電極に高周波電力を印加して、高周波電力が下部電極下カバーと下部電極上カバーの隙間を進入し、下部電極裏で放電する様子を表している。

真空処理室１０１内に、高周波電源１０３に繋がる上部電極１０２及び、上下動可能に設けられた下部電極１０７に、絶縁性の下部電極上カバー１０９が円筒状に囲むように取り付けられ、真空処理室１０１には、下部電極下カバー１１０が設けられ、下部電極上カバー１−９が下部電極下カバー１１０の内側を上下に移動できるように構成されている。上部電極（アンテナ放電板）１０２及び、下部電極１０７に高周波電源１０３から印加される高周波電力により、対向電極間にプラズマ１０４が生成される。アンテナ放電板１０２に印加した超短波やマイクロ波の高周波電力１０５は真空処理室内を伝播し、下部電極上カバー１０９と下部電極下カバー１１０の隙間を進入して、同様に入り込んだエッチングガスを解離させて下部電極裏の空間において不安定なプラズマを生成する。
特開２００１−２１７２２９号公報

本発明は、ウェハを載せる下部電極裏面に進入する高周波電力・電界を減少させ、対向電極間で発生するプラズマ以外で起こる不要な放電を除去することを目的としたものである。プラズマ生成部を被処理基板上に限定することで、再現性の良いプラズマを生成することが可能となる。

上記課題を解決する為に、前記の隙間に、電磁波反射部材であるフェライトや炭化ケイ素などのリングを装着し、高周波電力の進入を反射させる。印加する周波数に応じた焼結製フェライトリングもしくは、電磁波反射部材を下部電極上カバーと下部電極下カバーの隙間に設け、処理室内の空間インピーダンスよりも、隙間の空間インピーダンスを大きくする。この時、空間インピーダンスとフェライトリングとの境界面において、インピーダンスの不連続が起こる場合、超短波やマイクロ波などの高周波は反射する。これにより、電極に印加した高周波電力が、下部電極上カバーと下部電極下カバーとの隙間に進入し、異常放電を起こす要因を排除することが出来る。

つまり、本発明の特徴は、真空処理室と、前記真空処理室内に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向して設けられ被処理基板を載置する下部電極と、前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源とを有するプラズマ処理装置において、前記下部電極は上下動可能に構成され、外周は円筒状の下部電極上カバー及び下部電極下カバーで覆われており、前記下部電極上カバーと前記下部電極下カバーの隙間に電磁波反射部材を備えたことにある。

本発明の他の特徴は、真空処理室と、前記真空処理室内に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向して設けられ被処理基板を載置する下部電極と、前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源とを有するプラズマ処理装置において、前記下部電極は上下動可能に構成され、外周は円筒状の下部電極上カバー及び下部電極下カバーで覆われており、前記下部電極上カバーの最下端近傍及び前記下部電極下カバー最上端近傍に電磁波反射部材を備えたことにある。

本発明の他の特徴は、真空処理室と、前記真空処理室内に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向して設けられ被処理基板を載置する下部電極と、前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源とを有するプラズマ処理装置において、前記下部電極は上下動可能に構成され、外周は円筒状の下部電極上カバー及び下部電極下カバーで覆われており、前記下部電極上カバー及び前記下部電極下カバーのそれぞれは、電磁波反射部材を具備し、前記下部電極が上昇し一番上にある時、前記電磁波反射部材同士が接触することにある。

本発明によれば、下部電極上カバーと下部電極下カバーの隙間に高インピーダンスの電磁波反射部材を設置することにより、電極に印加した超短波やマイクロ波が下部電極下カバーを伝播して、隙間からの進入を抑え、被処理基板上に再現性の良い安定したプラズマを生成することが可能となった。

本発明にかかるプラズマ処理装置の実施形態を、図２至図４を用いて説明する。これらは、プラズマ処理室内において、高周波電力の下部電極裏面への進入を防ぎ、放電の発生を未然に防ぐ為に、フェライトなどの電磁波反射部材で高周波を減衰させるために十分な積層構造のリングを下部電極上カバーや下部電極下カバーに装着した図を示している。

図２〜図４において、下部電極上カバー１０９の最下端近傍に電磁波反射部材からなるリング２０１を取り付けたプラズマ処理装置の断面図を左側に、その電磁波反射部材リング取付部の拡大図を右側に引き出して円内に示している。図２に示したように、下部電極上カバー１０９の最下端近傍またはその近傍の下部電極下カバー１１０の間に、フェライトなどの電磁波反射部材で製造されたリング２０１を取り付ける。図２では、下部電極上カバー１０９側に取り付けた場合を示すが、下部電極下カバー１１０に取り付けられていても良い。下部電極上カバー１０９と下部電極下カバー１１０の表面はセラミックス等の溶射で形成されている為に、電磁波反射部材のリング２０１を装着することで、下部電極１０７が上下に運動した時に摩擦が生じて剥がれないように、電磁波反射部材リング２０１と下部電極下カバー１１０の内壁面との間には、僅かな空間を持たせる。下部電極上カバー１０９と下部電極下カバー１１０の間に進入しようとする超短波やマイクロ波は、電磁波反射部材のリング２０１により反射され、下部電極１０７の裏面への進入が無くなり、電極裏面での放電を防ぐことが出来る。

図３を用いて、下部電極裏面への電磁波の進入を阻止する本発明の他の形態を説明する。図３は、下部電極上カバー１０９の最下端近傍に電磁波反射部材３０１を１つ具備し、そして、下部電極下カバー１１０の最上端近傍に同様のリング３０１を装着した図を示している。この形態は、下部電極上カバー１０９と下部電極下カバー１１０の裂傷を防ぐ構造となっている。下部電極下カバー１１０の最上端に設置した電磁波反射部材リング３０１によって、下部電極１１７の裏面に回りこもうとする高周波は、反射される。しかしながら、完全に電磁波もしくは電界が反射されきれていないことを考慮して、下部電極上カバー１０９の最下端に電磁波反射部材リング３０１をさらに具備した。下部電極下カバー１１０の最上端の電磁波反射部材リング３０１を通過した高周波は、減衰して下部電極上カバー１０９の電磁波反射部材リング３０１に反射される。この構造は、進入する電磁波を２重にブロックする。また、下部電極下カバー１１０上端と下部電極上カバー１０９の下端につける電磁波反射部材リング３０１の積層構造を、同一の材質で作りこむ必要は無く、電磁波・電界の減衰に応じた材質で電磁波反射部材リング３０１を製造しても良い。

図４を用いて、下部電極裏面への電磁波の進入を阻止する本発明のさらに他の形態を説明する。図４は、下部電極上カバー１０９側と、下部電極下カバー１１０に１つづつ電磁波反射部材リング４０１を取り付けた場合を示している。それぞれ、対向する下部電極上カバー１０９もしくは下部電極下カバー１１０に対して隙間を持たせることが必要で、下部電極１０７が上昇し、下部電極１０７が一番上に上がった時の下部電極上カバー１０９に最下端部近傍に設けた電磁波反射部材リング４０１は、下部電極下カバー１１０の上端部近傍に設けた電磁波反射部材リング４０１と接触または合致するような構造となっている。２つのリングを完全に合致させることで、プラズマ処理時に下部電極１０７の裏面への電磁波の進入を完全に反射させることが出来る。前記同様２つの電磁波反射部材リング４０１は、同一の電波反射材から積層される必要は無く、高周波電力の周波数に合った材質を使用すればよい。

電磁波反射部材リング２０１，３０１，４０１は、完全に閉じた円環であっても、電磁波を反射できる構造であれば、一部に欠けがある円環であっても良い。

従来のプラズマ処理装置。本発明を用いた第１の形態のプラズマ処理装置。本発明を用いた他の形態のプラズマ処理装置。本発明を用いたさらに他の形態のプラズマ処理装置。

符号の説明

１０１：真空処理室、１０２：上部電極、１０３：高周波電源、１０４：プラズマ、１０５：高周波電力、１０６：被処理基板、１０７：下部電極、１０９：下部電極上カバー、１１０：下部電極下カバー、２０１，３０１，４０１：電磁波反射部材リング

Claims

真空処理室と、前記真空処理室内に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向して設けられ被処理基板を載置する下部電極と、前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源とを有するプラズマ処理装置において、
前記下部電極は上下動可能に構成され、外周は円筒状の上カバー及び下カバーで覆われており、前記上カバーと前記下カバーの隙間に電磁波反射部材を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
真空処理室と、前記真空処理室内に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向して設けられ被処理基板を載置する下部電極と、前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源とを有するプラズマ処理装置において、
前記下部電極は上下動可能に構成され、外周は円筒状の上カバー及び下カバーで覆われており、前記上カバーの最下端近傍及び前記下カバー最上端近傍に電磁波反射部材を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
真空処理室と、前記真空処理室内に設けられた上部電極と、前記上部電極に対向して設けられ被処理基板を載置する下部電極と、前記上部電極または前記下部電極に接続された高周波電源とを有するプラズマ処理装置において、
前記下部電極は上下動可能に構成され、外周は円筒状の上カバー及び下カバーで覆われており、前記上カバー及び前記下カバーのそれぞれは、電磁波反射部材を具備し、前記下部電極が上昇し一番上にある時、前記電磁波反射部材同士が接触することを特徴とするプラズマ処理装置。