JP2502271B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2502271B2
JP2502271B2 JP6184353A JP18435394A JP2502271B2 JP 2502271 B2 JP2502271 B2 JP 2502271B2 JP 6184353 A JP6184353 A JP 6184353A JP 18435394 A JP18435394 A JP 18435394A JP 2502271 B2 JP2502271 B2 JP 2502271B2
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plasma processing
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芳文 小川
建夫 岡田
正治 西海
義直 川崎
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に係
り、特に均一なプラズマ処理に好敵なプラズマ処理装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のプラズマ処理装置は、試料を載置
する試料電極を導電性の物質(例えば、アルミニウム、
ステンレル鋼、カーボン等)で構成し、試料電極の表面
に絶縁材をコーティングもしくは設置したものがある。
【0003】例えば、特開昭58−213427号公報
に記載のように、放電領域を石英ガラスなどの活性反応
ガス中で安定な材料で作ったカバーで覆うことにより、
エッチング試料に対する反応生成物による汚染を防ぎ、
効率の良いエッチングを行うようにしたものがある。
【0004】また、例えば特公昭56−53853号公
報に記載のように、強制冷却した試料台と被加工物質と
の間に誘電体膜を介在させ、ガスプラズマの電気伝導性
を利用して構成した直流回路を設け、試料台と被加工物
質との間に電位差を付与して、被加工物質を誘導体膜を
介して試料台に強固に吸着することを特徴とし、高周波
グロー放電を利用したドライエッチングにおいて、被加
工物質と試料台との間の熱移動を促進し、さらに被加工
物質に微細パターンを転写するためのマスクとして用い
られたレジストの温度上昇を防いで前記マスクの変形や
変質などの熱劣化を防止するようにしたものがある。
【0005】さらに、例えば特公昭55−9464号公
報に記載のように、シリコン基板のシリコンのエッチン
グ速度と、シリコン基板上の酸化シリコンのエッチング
速度との速度比を改善するために、電極上に試料を載置
する試料台を設け、試料台の材質としてフッ素樹脂を用
いて、プラズマエッチングするものがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のプラズ
マ処理装置には、電極部の放電を均一化して均一なプラ
ズマ処理を行うために絶縁材を設けたものはない。
【0007】本発明の目的は、放電を均一化して均一な
エッチングまたは成膜を得ることのできるプラズマ処理
装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、処理ガスが導
入され所定の圧力に減圧排気される処理室と、前記処理
室内に設けられ試料を配置する試料電極と、前記処理室
内に設けられ前記試料電極に対向する対向電極と、前記
試料電極と前記対向電極との間にかけられる高周波電力
に3 MHZ以下の周波数の電力を用いる高周波電源と、
前記試料電極と前記試料とが直接接触しないように前記
試料電極表面上に設けた絶縁物とから成り、かつ該絶縁
物の膜厚を前記試料の該絶縁物を設けない場合に得られ
る処理速度の大きい位置で最も厚く処理速度の小さい位
置で薄くなるように変化させたことを特徴とするもので
ある。
【0009】
【作用】本発明によれば、試料電極上に絶縁物を設ける
ことにより、周波数3MHz以下の高周波電力でエッチ
ング処理した際に生じる局部放電を防ぐことができ、局
部的なレジストの変質やエッチングまたは成膜速度の上
昇をなくすことができる。さらに、絶縁物の膜厚を前記
試料の該絶縁物を設けない場合に得られる処理速度の大
きい位置で最も厚く処理速度の小さい位置で薄くなるよ
うに変化させることにより、放電を均一にでき、エッチ
ングまたは成膜速度を試料の全面に渡って均一化させる
ことができる。
【0010】低い周波数、例えば3MHz以下の周波数
を用いることによって、従来から用いられている13.
56MHzでのエッチングに比べて、エッチレートが上
がることが知られている。しかしながら、3MHz以下
の周波数では図6に示すように、集中放電が生じるとい
う問題が生じた。
【0011】そこで、図5に示すプラズマ処理装置、こ
の場合はエッチング装置によって、シリコンウエハを材
料として、3MHz以下の周波数域で高周波電力密度を
増大させて放電の状態を調べる実験を行った。1は試料
この場合はシリコンウエハ、2は処理室、3は試料電
極、4は試料オサエ、5は絶縁材、7は高周波電源、8
は整合装置、9は対向電極、10は流量制御弁、11は
アースシールド、12は排気口である。実験時の放電条
件としては、処理ガスをCHF3ガス100SCCM、
圧力を0.5Torr、電極間隔を50mm、高周波電
源の周波数を1MHzとした。高周波電力密度を2w/
cm2以上に上昇させるとシリコンウエハ1の外周部の数
ケ所に放電発光強度の大きい部分が目視で確認された。
また、表面を熱酸化させたシリコンウエハでホトレジス
ト(OFPR−800)によりパターニングしたシリコ
ンウエハ1を用いた場合も、前記同様シリコンウエハ1
の外周部の数ケ所に放電発光強度の大きい部分が目視さ
れ、スポット的にレジストが変質すると共に、該変質部
でのエッチング速度が増大しているのが確認できた。エ
ッチング速度の増大は他の部分の約1.5倍に増大し
た。
【0012】熱酸化されたシリコンウエハの表面は、主
にイオン効果によってエッチングされることから、該変
質部ではイオンの数が増大している、もしくはイオンが
シリコンウエハ1に入射する場合の加速エネルギーが、
増大しているものと考えられる。
【0013】この放電の不均一について調べた結果、該
変質部ではシリコンウエハ1のそれ自体のそりおよび試
料押え4の凹凸により試料電極3との接触があることが
判明した。このことを確認するためシリコンウエハ1の
中心の下で試料電極3上に2×2×0.5tのアルミニ
ウムの小片を置き、前記条件と同条件で放電させた。こ
の結果、放電の発光強度の大きい部分は、アルミニウム
の小片を置いたシリコンウエハの中心の表面と、電極外
周に確認された。
【0014】このことから試料電極3上のシリコンウエ
ハ1搭載面に絶縁材を設けることにより、放電の不均一
性を改善できる知見を得た。また、SiH4(モノシラ
ン)ガスを用いた放電においても、CHF3ガスを用い
た放電の場合と同様に放電の発光強度が増大する部位が
あり、前記同様に絶縁物を設けることにより、放電の不
均一性を改善できる見通しを得た。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1と図2とによ
り説明する。図1は、図5に示すプラズマ処理装置の試
料電極3部の詳細を示した図で、同一符号は同一部材を
示し、本図が図5と異なる点は試料電極3を絶縁材6a
で被った点であり、シリコンウエハ1は試料電極3の絶
縁材6a、この場合アルミナ容射(膜厚200μm)さ
れた面に配置される。
【0016】図1のプラズマ処理装置により、図5のプ
ラズマ処理装置を使用した前記実験のときと同条件で放
電状態を調べてみると、高周波電力密度の最大の5w/
cm2においても、放電集中は発生しなかった。また、高
周波電力密度を3w/cm2とし、シリコンウエハを熱酸
化しホトレジストOFPR−800(東京応化工業社製
品の製品名)によりパターニングしたシリコンウエハ1
を用いた場合にも、レジストの変質やエッチング速度の
部分的な上昇は発生しなかった。
【0017】次に、絶縁材6aのアルミナ膜の膜厚を0
〜5mmの間で変化させて、熱酸化したシリコンウエハ
1の表面のエッチング速度の変化を調べた結果を図2に
示す。処理ガスはCHF3、ガス流量は100SCC
M、高周波電力密度は3w/cm2、高周波電力周波数は
1MHz、圧力は0.5Torrで行った。絶縁材6a
はこの場合アルミナ溶射もしくはアルミナ板とし、図2
に示されているように、膜厚を2mmにした場合、エッ
チング速度は絶縁材6aを設けないときに比べて約80
%に低下する。この値以上に低下した場合には、ある一
定膜厚を処理する処理時間が増大し、単位時間当りの処
理枚数の低下(スループットの低下)が無視できなくな
る。したがって、アルミナの膜厚は2mm以下が好適で
ある。
【0018】また、図2が示すように、アルミナの膜厚
によりエッチング速度を増減できるため、シリコンウエ
ハのエッチング速度のバラツキ(不均一性)を、アルミ
ナの膜圧調整で小さくすることが可能である。例えば、
この場合はシリコンウエハ1の中心部がエッチング速度
最大となり、以下同心円状に低下する分布を示したの
で、アルミナの膜厚をシリコンウエハ1の中心に合わせ
厚くすることによって、エッチング速度の均一性を図る
ことができた。この場合、アルミナの膜は、試料電極3
の表面をフラットにしアルミナを凸形に盛り上げるか、
もしくは試料電極3の表面を凹形に加工しアルミナの表
面をフラットにしても同効果がある。
【0019】以上、本実施例によれば、試料電極3上に
膜厚2mm以下のアルミナ膜を設けることにより、周波
数3MHz以下の高周波電力でエッチング処理した際に
生じる局部放電を防ぐことができ、局部的なレジストの
変質やエッチング速度の上昇をなくすことができる。さ
らに、膜厚を変えることにより放電を均一にでき、エッ
チング速度をシリコンウエハ1の全面に渡って均一化さ
せることができる。また、シリコンウエハ1に対して安
全な放電を得ることができるので、それとともにエッチ
ング速度も均一になり、歩留りが向上、例えば、直径1
50mmのシリコンウエハに対して、歩留りが従来の6
0%から90%に向上し、生産性を上げることができ
る。また、レジストの変質をなくすことができるので、
外観不良もなくすことができる。
【0020】次に、本発明の第2の実施例を図3により
説明する。本図において、図1と同符号は同一部材を示
し、図1と異なる点は、図1の絶縁材6a中央部に穴が
あき、シリコンウエハ1の周辺部のみ接するように設け
た絶縁材6bとなっていることである。この場合は、シ
リコンウエハ1の周辺から20mmの幅で絶縁材を設け
た。この場合の放電状態を前記一実施例と同条件で放電
状態を調べてみると、高周波電力密度の最大の5w/cm
2においても、放電集中は発生しなかった。
【0021】本第2の実施例においても前記一実施例同
様、局部放電を防ぐことができ、局部的なレジストの変
質やエッチング速度の上昇をなくすことができるので、
レジストの変質による外観不良をなくすことができ、ま
た、エッチング速度も均一になり歩留りを向上させるこ
とができる。
【0022】次に、本発明の第3の実施例を図4により
説明する。本図において、図1と同符号は同一部材を示
し、図1と異なる点は、図1の絶縁材6aがシリコンウ
エハ1の裏面全面に接触する範囲にあるのに対し、絶縁
材6cはシリコンウエハ1の裏面に部分的に接触するす
るように設けてある点である。絶縁材6cはこの場合、
ドーナツ状でシリコンウエハ1の外周部と内部との2ケ
所に設けてあり、シリコンウエハ1を支持する。
【0023】本第3実施例によれば、前記第2の実施例
と同じ効果を得ることができるとともに、シリコンウエ
ハ1の中央部でのたわみを押えることができるという効
果がある。
【0024】なお、絶縁材6cは、この場合ドーナツ状
であるが、形状は任意に選べるものであり、また、取り
付けも2個とは限らず、2個以上であったり、星形にし
て1個としても良い。
【0025】以上、これらの実施例では絶縁材6aない
し6cとしてアルミナを用いて述べてきたが、アルミナ
以外にもBN、SiO、SiNおよびポリテトラフルオ
ルエチレン等を用いても、アルミナ同様に均一な放電を
得ることができる。これら絶縁材を試料電極3に被着す
る場合には、試料電極3との接着性、耐圧およびウエハ
の冷却効果を左右する熱電導度等を考慮する必要があ
る。また、ウエハの冷却に当って、ヘリウムガス等を熱
媒体として用いて、ウエハ裏面の隙間に入れる場合に
は、ヘリウムガス等が処理室へ洩れないように、絶縁材
取り付け時のシール構造を考慮する必要がある。
【0026】また、本実施例ではプラズマ処理装置とし
て、エッチング装置の場合について述べたが、成膜装置
例えばCVD装置に対しても、放電が一様になるので、
試料への成膜の膜質を均一にすることができるととも
に、従来の膜厚の違いにより生じる干渉色の違いによる
外観不良を無くすことができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、試料電極と試料との間
に絶縁材を設け、かつ該絶縁物の膜厚を試料の絶縁物を
設けない場合に得られる処理速度の大きい位置で最も厚
く処理速度の小さい位置で薄くなるように変化させるこ
とによって、試料電極と対向電極との間の放電を均一化
でき、均一なエッチングまたは成膜を得るプラズマ処理
が行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す断面図。
【図2】図1により行なった実験結果を示すグラフ。
【図3】本発明の第2の実施例であるプラズマ処理装置
を示す断面図。
【図4】本発明の第3の実施例であるプラズマ処理装置
を示す断面図。
【図5】従来例であるプラズマ処理装置を示す断面図。
【図6】図5により行なった実験結果を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1…シリコンウエハ、2…処理室、3…試料電極、6a
ないし6c…絶縁材、9…対向電極

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】処理ガスが導入され所定の圧力に減圧排気
    される処理室と、前記処理室内に設けられ試料を配置す
    る試料電極と、前記処理室内に設けられ前記試料電極に
    対向する対向電極と、前記試料電極と前記対向電極との
    間にかけられる高周波電力に3 MHZ以下の周波数の電
    力を用いる高周波電源と、前記試料電極と前記試料とが
    直接接触しないように前記試料電極表面上に設けた絶縁
    物とから成り、かつ該絶縁物の膜厚を前記試料の該絶縁
    物を設けない場合に得られる処理速度の大きい位置で最
    も厚く処理速度の小さい位置で薄くなるように変化させ
    たことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】前記絶縁物の材料をアルミナとし、該アル
    ミナの膜厚を2mm以下としたことを特徴とする請求項
    1載のプラズマ処理装置。
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JP4850762B2 (ja) * 2007-03-19 2012-01-11 株式会社アルバック 成膜方法
JP7101628B2 (ja) * 2019-02-04 2022-07-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置および電極構造体

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