JP2020145137A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】均一性を向上できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】チャンバ内に設けられ被処理体が載置される載置部と、チャンバ内にプラズマを発生させる上部電極と、上部電極と載置部との間に設けられ、電界を遮蔽する遮蔽部と、遮蔽部に接触し、遮蔽部の導通する部分を変更することが可能である導通部品と、を含む、プラズマ処理装置導通部品が遮蔽部の導通する部分を変更するステップと、チャンバ内にプラズマを発生させるステップと、チャンバ内に反応ガスを供給するステップと、を含む、プラズマ処理方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関する。

均一なプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。

国際公開第２００８／１２９８４４号

本実施形態は、均一性を向上できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。

チャンバ内に設けられ被処理体が載置される載置部と、チャンバ内にプラズマを発生させる上部電極と、上部電極と載置部との間に設けられ、電界を遮蔽する遮蔽部と、遮蔽部に接触し、遮蔽部の導通する部分を変更することが可能である導通部品と、を含む、プラズマ処理装置導通部品が遮蔽部の導通する部分を変更するステップと、チャンバ内にプラズマを発生させるステップと、チャンバ内に反応ガスを供給するステップと、を含む、プラズマ処理方法を提供する。

本実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。 本実施形態に係る電極部の一部を示す斜視図である。 本実施形態に係る電極部の一部を示す平面図である。 本実施形態に係る電極部の一部を示す平面図の別の例である。 本実施形態に係る電極部の一部を示す平面図の別の例である。 本実施形態に係る電極部の一部を示す平面図の別の例である。 本実施形態に係るプラズマ処理の方法を示すフローチャートである。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

本願明細書において、「に設けられる」とは、直接接して設けられる場合の他に、間に別の要素が挿入され、もしくは、間に空間を介して設けられる場合も含む。

図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００を示す図である。

図１に示すように、プラズマ処理装置１００は、上部電極１と、絶縁部２と、導通部品３と、遮蔽部４と、チャンバ１１と、支持部１２と、保持部１３と、下部電極１４と、整合器１５ａ、１５ｂと、電源部１６ａ、１６ｂと、載置部１７と、供給口１８と、排気口１９と、制御部２０と、ポンプ２１と、を含む。

図２ａは、本実施形態に係る電極部１０の一部を示す斜視図である。図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、図２ｅは本実施形態に係る電極部１０の一部を示す平面図である。

図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、図２ｅに示すように、電極部１０は、上部電極１、絶縁部２、導通部品３、及び遮蔽部４を含む。

上部電極１は、例えば、ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）アンテナ及びＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）アンテナを含み、ＣＣＰアンテナに流れるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電流及びＩＣＰアンテナに流れるＲＦ電流により、支持部１２を介してチャンバ１１内に電界を発生させる。そして、チャンバ１１内に発生した電界によりプラズマが発生する。つまり、上部電極１によって容量結合によるプラズマ及び誘導結合によるプラズマがチャンバ１１内に発生する。上部電極１は、導電性を有し、材料として例えば銅などの導電性の良い金属で形成されている。

上部電極１には、開口Ｏが設けられている。例えば、開口Ｏに面する上部電極１の一端は、整合器１５ａに接続され、開口Ｏを介して上記一端と対向する上部電極１の他端は、接地している。例えば、上部電極１の形状は、一部に開口Ｏを含む円環状等の環状である。 整合器１５ａは、電源部１６ａに接続されている。例えば、整合器１５ａは、マッチングボックスであってコンデンサを有し、電源部１６ａは、例えば、１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する高周波電源である。整合器１５ａの整合によって、電源部１６ａからの電力が上部電極１に印加される。

絶縁部２は上部電極１の下に設けられている。絶縁部２は、絶縁性を有する物質で形成されていればよく、例えば、ガラスやプラスチック、セラミック等で形成されていてもよい。

導通部品３は、絶縁部２の下に設けられている。導通部品３は、導電性を有し、材料として例えば銅などの導電性の良い金属で形成されている。導通部品３は、接触している遮蔽部４のスリットＳの一部を導通させることのできる形状をしている。例えば、導通部品３は中心の軸から放射状に円弧形状の導線を複数本有し、中心の軸を中心に遮蔽部４に対して回転が可能である。導通部品３の円弧形状の各導線はスリットＳを有する遮蔽部４と接触することで、スリットＳを跨いだ両部分間の導通が可能である。また、導通部品３の各導線は円弧形状であるため、遮蔽部４に対して回転させることで、スリットＳにおいて導通させる位置の変更が可能である。

尚、遮蔽部４と導通部品３は、接触していればよく、互いにどの面で接触していてもよい。さらに導通部品３が支持部１２の上に設けられ、遮蔽部４が導通部品３の上に設けられている構造でもよい。

導通部品３は、遮蔽部４のスリットの一部を導通させることのできる形状であればよく、導通部品３は円弧形状に限らず、例えば階段形状をしていても良い。

遮蔽部４は、導通部品３の下に設けられている。遮蔽部４は導電性を有し、材料として例えば銅などの導電性の良い金属で形成されている。遮蔽部４は複数のスリットＳを有し、例えば中心の軸に対して放射状にスリットＳを有し、スリットＳの部分では導電性を示さない構造を有する。尚、遮蔽部４は導電性を示さない部分を有し、かつ導電性を有する物質であればよく、例えば、絶縁性を有する物質（絶縁体）でできた枠または容器に、導電性を有する物質をはめ込むような構造でもよい。

チャンバ１１内には、例えば、被処理体（ワークＷ）としてウェーハが載置部１７によって保持される。載置部１７は、例えば、環状である。載置部１７の中央領域の空間に、下部電極１４の少なくとも一部が設けられる。載置部１７の凹部によりウェーハの外縁が保持される。ウェーハの中央領域は、下部電極１４の上方に位置する。例えば、ウェーハの形状は、上方から見て円形である。被処理体として、フォトリソグラフィ法におけるマスクが用いられても良い。

例えば、プラズマ処理装置１００により、チャンバ１１内にプラズマを発生させることでウェーハにエッチング処理が施される。例えば、プラズマ処理装置１００には、チャンバ１１に接続される制御部２０が設けられており、例えば、制御部２０によってチャンバ１１内の圧力を調整して減圧状態にすることでプラズマが発生する。

例えば、ウェーハは基板を含み、基板上には被加工膜が形成されている。被加工膜は、例えば、絶縁膜であってシリコン酸化物を含む。プラズマの発生によって、プラズマ内の活性化原子（ラジカル）と、被加工膜内の材料との化学反応により揮発性化合物が生成される。この揮発性化合物の発生によって被加工膜がエッチングされ、被加工膜に開口が形成される。

支持部１２は、ウェーハが載置される載置部１７の上方に設けられる。載置部１７にウェーハが載置されたときに、支持部１２は、ウェーハに対向する。支持部１２は、例えば、石英またはガラスによって形成された矩形状または円形状の板である。

支持部１２によって、上部電極１、絶縁部２、導通部品３、及び遮蔽部４を含む電極部１０が支持されている。支持部１２の厚さは、電極部１０を支持できる機械的強度及び耐久性を有し、電極部１０から発生した電界や磁界の透過率が低下しないよう（プラズマ強度が減少しないよう）な厚さであることが望ましい。

ウェーハの上方であって、保持部１３及び支持部１２によって囲まれた領域内には、上部電極１に電力が印加されることでプラズマが発生する。プラズマを生成する上部電極１によって、エッチング処理速度（エッチングレート）が大きくなる。

領域内には、上部電極１からの電界や磁界が発生し、支持部１２を介して上部電極１を含む電極部１０からプラズマが発生する。

保持部１３は、ウェーハが載置される載置部１７の周囲に設けられている。保持部１３は、例えば、環状である。保持部１３の内側領域に載置部１７が設けられる。載置部１７は、保持部１３の上端部よりも下方に設けられる。保持部１３は支持部１２を保持する。保持部１３には、反応ガス（Ｇ）を供給する供給口１８が設けられている。供給口１８により、保持部１３の外側から保持部１３の内側の空間へ向けて、反応ガス（Ｇ）が供給される。反応ガス（Ｇ）は、例えば、炭素（Ｃ）、フッ素（Ｆ）、アルゴン（Ａｒ）等を含む。保持部１３の下方には、チャンバ１１内の排気ガスを排気する排気口１９が設けられている。排気口１９により、保持部１３の内側から保持部１３の外側の空間へ向けて、反応ガス（Ｇ）が排気される。排気口１９には、ポンプ２１が接続されている。ポンプ２１は制御部２０と接続されており、チャンバ１１内の圧力を調整することができる。保持部１３は、例えば、チャンバ１１の内部に設けられる。保持部１３が、チャンバ１１の一部（周壁）となっても良い。

下部電極１４は、整合器１５ｂを介して電源部１６ｂに接続されている。下部電極１４は、例えば、導電性を有し、材料として例えば銅などの導電性の良い金属で形成されている。

整合器１５ｂは、例えば、マッチングボックスであってコンデンサを有する。整合器１５ｂによってインピーダンスが整合される。電源部１６ｂは、例えば、１ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数を有する高周波電源である。整合器１５ｂの整合によって、電源部１６ｂが電力を下部電極１４に印加する。

本実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、チャンバ１１で発生するプラズマは容量結合プラズマ（ＣＣＰ）及び誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を含む。ＣＣＰは、電極に対して垂直方向に運動しやすく、ＩＣＰは電極に対して水平方向の運動で、電極を流れる電子の向きと逆向きにチャンバ１１内で発生する電流に伴って発生しやすい。

また電極に高周波電圧をかける場合、自己バイアス電圧によりイオンシースとプラズマ間の電位差が発生し、電界にダイオード性が見られ、電極下に直流電界が発生する。

ＩＣＰは、コイル状または環状の電極に高周波かつ大電流を流すことにより発生する。チャンバ１１内で相互誘電が起こり、電子がコイル状または環状の電極に流れる向きと逆方向にプラズマが生成する。電極間に金属板を挟んだ場合、金属板内で相互誘導が起こり、チャンバ１１内のプラズマ密度が減少する。

ＣＣＰによるプラズマは、保持部１３に対して垂直方向に運動しやすく、ＩＣＰは、保持部１３に対して水平方向に対して運動しやすい。保持部１３に対して垂直方向のプラズマの運動は、水平方向のプラズマの運動と比較して保持部１３を損傷しやすく装置の寿命を早めるだけでなく、不純物がチャンバ１１内に混入するおそれがある。

ＣＣＰは、電極にＲＦ電力を印加することでも発生する。また電極は必ずしも接地していなくてもよい。この際、チャンバ１１内の圧力が低いほど、すなわちチャンバ１１内の原子及び分子が少ないほど電子とイオンの密度が上がり、プラズマが生成しやすくなる。電子、原子及び分子の速度が速いほど、放出された電子が原子及び分子に衝突し電子が放出されるので、電子密度が高くなる。電極間を電子が飛ぶため、チャンバ１１内を電子が高速で移動し、被処理体（ワークＷ）のプラズマ処理が可能となる。

高速で移動する電子は、支持部１２とも衝突し、支持部１２が損傷してしまう。支持部１２の表面が損傷することによりチャンバ１１内に不純物が混入し、プラズマ処理の効率が低下してしまう。

均一なプラズマ処理を行うため、プラズマのＣＣＰ成分を少なくし、ＩＣＰ成分を多くなるよう制御し、支持部１２の損傷を抑えることが必要である。

支持部１２の表面が損傷しないよう遮蔽部４がファラデーシールドの役割をしている。遮蔽部４は、導電性を有する板であり、接地している。遮蔽部４によって２つの電極間を飛ぶ電子は遮蔽部４に吸収される。

遮蔽部４はスリットＳを有している。遮蔽部４は、導通部品３と接触しており、遮蔽部４と導通部品３の接触している面内方向の角度を変更することで、スリットの遮蔽する位置が変更可能である。

本実施形態では、２つの電極間に遮蔽部４が存在することで、ＣＣＰとＩＣＰを遮蔽し、プラズマの強度を減少させる。遮蔽部４はＣＣＰに関わる電極間の直流電位を、スリットＳのない部分で吸収し、ＣＣＰの強度を減少させることができる。ＩＣＰに関わる相互誘電は、遮蔽部４のスリットＳがあるために遮蔽部４で相互誘電が起こりづらく、ＩＣＰの強度は、ＣＣＰの強度に比べて減少しにくい。

図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、図２ｅは、本実施形態に係る電極部の一部を示す平面図の別の例である。図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、図２ｅでは、導通部品３、遮蔽部４のみを図示している。

遮蔽部４と接触している導通部品３は各導線が円弧形状をしているので、中心軸に対して導通部品３を回転させることで、図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、図２ｅに図示するようにスリットＳの遮蔽する位置を変更することができる。これにより、ＩＣＰの強度を調整することができる。導通部品３の円弧形状の各導線は遮蔽部４のスリットＳと接触し、その部分において遮蔽部４は導通が可能となり相互誘電が起こる。

図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、図２ｅの破線Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄは、遮蔽部４と導通部品３がそれぞれ面内方向の異なる角度で接触している位置、すなわち遮蔽部４の導通している位置である。

すなわち、遮蔽部４と導通部品３の面内方向の角度を変更することにより、遮蔽部４におけるスリットＳの一部分を導通させ、導通部品３の導通部分を変更することができる。さらに、導通部品３の各導線は、互いに独立して遮蔽部４の面内方向の角度を変更することができるため、図２ｅに示すような導通部分を楕円のような対称性の低い形状にすることも可能である。遮蔽部４の導通部分において相互誘電が発生し、ＩＣＰの強度を位置選択的に減少させることができる。

ＩＣＰの強度は、電圧の降下に伴い低下するため、電位の高い方から低い方に向かってプラズマ強度も低くなる。導通部品３との接触により部分的にＩＣＰの強度を下げることで、チャンバ１１内のプラズマの強度を調整し、均一的なプラズマ処理を行うことができる。

次に、電極部１０について説明する。

電極部１０は、上部電極１、絶縁部２、導通部品３、及び遮蔽部４を含む。

遮蔽部４は、支持部１２の上に設けられており、支持部１２と上部電極１の間に存在する。遮蔽部４はスリットＳを有している。遮蔽部４はファラデーシールドの役割をしており、上部電極１から発せられるＣＣＰを吸収する。

導通部品３は、遮蔽部４の上に設けられており、遮蔽部４と接している。尚、導通部品３と遮蔽部４は接していればよく、遮蔽部４が、導通部品３の上に設けられていてもよい。導通部品３と遮蔽部４は、接している面内方向の中心の軸に対する角度を変更することができ、遮蔽部４のスリットＳと導通部品３が接触する位置が変更可能である構造をしている。

絶縁部２は、導通部品３の上に設けられており、導通部品３と上部電極１の間に存在する。絶縁部２は、導通部品３と上部電極１が導通しないように間に存在していればよく、絶縁性を有するものであればよい。

次に、プラズマ処理装置１００を用いたエッチング処理の例について説明する。

図３は、プラズマエッチングの方法を示すフローチャートである。

まず、導通部品３と遮蔽部４の位置を設定する（ステップＳ１１０）。例えば、導通部品３の複数の導線が、中心の軸を中心に遮蔽部４に対して回転することである。例えば、導通部品３の複数の導線それぞれが、中心の軸を中心に遮蔽部４に対して回転することである。例えば、遮蔽部４が、中心の軸を中心に導通部品３に対して回転することである。導通部品３の円弧形状の各導線はスリットＳを有する遮蔽部４と接触することで、スリットＳを跨いだ両部分間の導通が可能である。また、導通部品３の各導線は円弧形状であるため、遮蔽部４に対して回転させることで、スリットＳにおいて導通させる位置の変更が可能である。本実施形態のプラズマ処理装置１００では、遮蔽部４の導通部分を変更することで、チャンバ１１内のプラズマ密度を位置選択的に減少させることができ、均一なプラズマ処理を行うことができる。

次に、プラズマ処理装置１００の装置条件を設定する（ステップＳ１２０）。例えば、プラズマ処理装置１００の装置条件とは、チャンバ１１内の圧力を設定することである。例えば、プラズマ処理装置１００の装置条件とは、所定の周波数を有する電源部１６ａの電力を設定することである。例えば、プラズマ処理装置１００の装置条件は、反応ガス（Ｇ）の種類を設定することである。例えば、装置条件の設定は制御部２０によって行われる。

次に、チャンバ内に反応ガス（Ｇ）を注入する（ステップＳ１３０）。

次に、プラズマを発生させる（ステップＳ１４０）。プラズマ処理装置１００において、下部電極１４に電力が印加される。プラズマ処理装置１００において、上部電極１に電力が印加される。例えば、プラズマ処理装置１００においてチャンバ１１内にプラズマが発生する。プラズマは、上部電極１によって領域内に発生する。

これにより、例えば、プラズマ密度の分布を均一にできる。本実施形態によれば、均一性を向上できるプラズマ処理装置１００を提供できる。

本実施形態では、プラズマ処理装置１００により、チャンバ１１内にプラズマを発生させることでウェーハにエッチング処理が施される。本実施形態のプラズマ処理装置１００は、プラズマを用いた種々のドライエッチング装置に適用できる。このようなプラズマ処理装置１００を用いた処理は、半導体装置に限らず種々の装置に適用される。

本実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…上部電極
２…絶縁部
３…導通部品
４…遮蔽部
１１…チャンバ
１２…支持部
１３…保持部
１４…下部電極
１５ａ、１５ｂ…整合器
１６ａ、１６ｂ…電源部
１７…載置部
１８…供給口
１９…排気口
２０…制御部
２１…ポンプ
１０…電極部
１００…プラズマ処理装置
Ｏ…開口
Ｓ…スリット
Ｗ…ワーク

Claims (5)

1. チャンバ内に設けられ被処理体が載置される載置部と、
   チャンバ内にプラズマを発生させる上部電極と、
   前記上部電極と前記載置部との間に設けられ、電界を遮蔽する遮蔽部と、
   前記遮蔽部に接触し、前記遮蔽部の導通する部分を変更することが可能である導通部品と、
   を含む、プラズマ処理装置。
2. 前記導通部品は、円弧形状の導線を複数有しており、
   前記導通部品の各導線は、前記遮蔽部の中心軸に対して回転可能である
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記導通部品は、階段形状の導線を複数有しており、
   前記導通部品の各導線は、前記遮蔽部の中心軸に対して回転可能である
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前期遮蔽部が前記導通部品の中心の軸に対して回転可能である
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 導通部品が遮蔽部の導通する部分を変更するステップと、
   チャンバ内にプラズマを発生させるステップと、
   チャンバ内に反応ガスを供給するステップと、
   を含む、プラズマ処理方法。

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