JP2685610B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2685610B2
JP2685610B2 JP1318281A JP31828189A JP2685610B2 JP 2685610 B2 JP2685610 B2 JP 2685610B2 JP 1318281 A JP1318281 A JP 1318281A JP 31828189 A JP31828189 A JP 31828189A JP 2685610 B2 JP2685610 B2 JP 2685610B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はプラズマ処理装置に関し、特に半導体ウェハ
に対してプラズマを均一に発生させ、従って半導体ウェ
ハの処理を均一にさせるプラズマ処理装置に係わる。
[従来の技術及び発明が解決すべき課題] 半導体ウェハの製造工程にはプラズマを発生させて半
導体ウェハ上に薄膜を成形するCVD装置や、半導体ウェ
ハ上に積層された薄膜にパターンを成形するため、レジ
スト塗布し所望のパターンにマスクして露光、現像した
後プラズマによりエッチングを行うドライエッチング装
置等がある。
第3図に示すようにプラズマエッチング装置はチャン
バーと呼ばれる反応容器1内にそれぞれ基準電位点に接
続された円形の上部電極2と円形の下部電極3間でプラ
ズマを発生させ、下部電極3の周囲にプラズマが集中し
ないように、また半導体ウェハ6の位置決めを行うため
に設けられた石英製のフォーカスリング4と、下部電極
3上に設置された静電チャック5により固定された半導
体ウェハ6に上部電極2に印加された高周波によって、
チャンバーを真空後流入させた反応ガスのプラズマPを
発生させてエッチングを行っている。
このようなプラズマエッチング装置のチャンバー1内
においての半導体ウェハ6の固定は、装置内を真空にし
て反応ガスを装置内に流入させてプラズマを発生させる
ため、減圧による吸着手段は用いることができず、セラ
ミック材に電極7を埋設し、この電極7を直流電源であ
るDC電源に接続し電極7を+あるいは−極性に印加して
セラミック材を分極させることにより半導体ウェハ6を
静電気により固定する静電チェック5を用いている。
しかし、このようなプラズマエッチング装置において
は、半導体ウェハ6はフローティング状態であって、基
準電位点に接続されている下部電極3と、上部電極2の
対向する領域の最短距離にプラズマPが発生しやすい。
このため石英製フォーカスリング4と半導体ウェハ6及
び静電チェック5との間隙8にプラズマが異常発生して
しまう。このため、半導体ウェハ6周辺部のエッチング
が中央部に比較してより進行しエッチングが不均一にな
り半導体ウェハ全域としてエッチングレート(単位時間
に進行するエッチングの深さ)が著しく低下するばかり
でなく、さらには逆に半導体ウェハ上に堆積物等が発生
してしまう等という欠点があった。
また、静電チェック5に半導体ウェハ6を静電チャッ
クする為、電極7にDC電源を接続している。しかもこの
電源には直流出力ラインlDCにコイルLDC及びバイパスコ
ンデンサCDCの低減フィルタを介して直流電極を印加し
ている。しかし異常に大きな高周波電流が流れコイルL
DCが焼けたりした。
本発明はこの欠点に鑑みなされたものであって、半導
体ウェハに対してプラズマを均一に発生させ、従って半
導体ウェハの処理を均一にさせるプラズマ処理装置を提
供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この目的を達成するため本発明のプラズマ処理装置
は、第1および第2の電極間に被処理体を設け、第1の
電極には高周波電源を接続して被処理体を高周波により
プラズマ処理する装置において、第2の電源と被処理体
間に、直流電源に接続された静電チェック電極を有する
静電チャックを設け、静電チャックの静電チャック電極
と直流電源の間に、高周波に同調する高周波フィルタお
よび高周波が直流電源に流れるのを阻止する低周波フィ
ルタを接続したものである。
高周波フィルタは、コイルおよびコンデンサが直列に
配置されてコイルのインダクタンスおよびコンデンサの
容量は可変に構成され、静電チャックの静電チャック電
極と低周波フィルタの間から分岐して基準電位点に接続
されている。第2の電極はフローティング状態である。
高周波フィルタは、プラズマ電流に対して実質的に抵抗
0となるよう同調されている。
[作用] 本発明のプラズマ処理装置は、静電チャックの電極と
DC電源を接続するラインと基準電位点との間にプラズマ
発生用高周波に同調する高周波フィルタを設け、プラズ
マ発生用電極に印加される高周波に同調させ高周波成分
を除去させたので、プラズマは静電チャック即ち半導体
ウェハ上に集中し、フォーカスリングと半導体ウェハ及
び静電チャックの間隙にプラズマが侵入することがな
い。
[実施例] 本発明のプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置
に適用した一実施例を図面を参照して説明する。
第1図において、図示しない排気装置に接続されたプ
ラズマエッチング反応容器であるチャンバー10内にはプ
ラズマ発生用高周波電源Hに接続された第1の電極であ
る上部電極20と第2の電極である下部電極30が対向して
備えられる。上部電極20と電源Hとの間には直列に接続
されたコイルL12と、コイルL12の一端と接地(基準電位
点)との間に並列に接続されたコンデンサC12及びC11
ら成る送信用同調回路12が接続される。半導体ウェハ6
の周縁部には石英製フォーカスリング40が下部電極30の
上部切欠部に嵌着され、下部電極30上には静電チャック
50が設けられ、このチャック50上には半導体ウェハ6が
フォーカスリング40により位置決めして載置される構成
になっている。静電チャック50は例えば直径150mm、厚
さ8mmの円板状セラミック製で銅、アルミニウム製等の
電極51が埋設されている。従って、ウェハ6に対しては
絶縁性セラミック面が接触する。電極51は直流電源であ
るDC電源(DC)に電圧供給ラインであるラインlDCを介
して接続される。DC電源は基準電位点に接続されると共
にラインlDCにはプラズマによる高周波がDC電源に流入
しないようコイルLDCが直列接続され、またバイパスコ
ンデンサCDCが基準電位点間に並列に接続される。ライ
ンlDCには本発明の特徴であるプラズマを発生させる高
周波に同調し、高周波成分ラインlDCから除去する高周
波フィルタ即ち受信用同調回路13が接続される。この受
信用同調回路13は送信用同調回路12と同様に静電チャッ
ク50の電極51と基準電位点間に直列に接続されたコイル
L13と、このコイルL13の一端と基準電位点間に並列に接
続されたコンデンサC13、C14とから成る。静電チャック
50にはプラズマ処理により温度上昇した半導体ウェハ6
を冷却ガスにより冷却するための冷却ガス供給系9に接
続された溝91が備えられ、載置された半導体ウェハ6の
裏面に冷却ガスを流入させるようになっている。
以上のような構成のプラズマエッチング装置の動作を
説明する。
静電チャックするためDC電源(DC)から例えば1KVの
直流電圧を、電極51に例えば+電荷を印加すると静電チ
ャック50の表面は分極して+電荷となる。一方、図示し
ない搬送機構により半導体ウェハ6が静電チャック50上
に搬送されると、半導体ウェハ6はフォオーカスリング
40により位置決めされて静電気によって静電チャック50
に保持される。上部電極20を図示しない駆動機構により
半導体ウェハ6と所定間隔(例えば0.9cm)を保つよう
配置する。チャンバー10を排気装置(図示せず)により
予め定められた真空度に排気したのち、図示しない反応
ガス供給系よりエッチングガス例えばCHF3、CF4、Ar等
を所定の圧力になるまで流入する。次に、上部電極20に
プラズマ発生用高周波電源(H)から380KHz、13.5KHz
等適宜選択された高周波電圧を印加する。送信用同調回
路12のコイルL12及びコンデンサC12は選択周波数に同調
するよう調整する。そして静電チャック50の電極51に接
続される受信用同調回路13のコイルL13及びコンデンサC
13をプラズマ電流に対して抵抗0となるよう同調させ
る。コイルL13及びコンデンサC13インダクタンスおよび
容量は適宜調整すればよいが、コイルL13成分が多くな
ると、コンデンサC13成分を少くし、コイルL13成分が少
くなるとコンデンサC13成分を多く調整することにより
プラズマの発生が半導体ウェハ6上に集中するよう制御
できる。
このように適宜調整することにより、下部電極30はフ
ローティング状態であって、プラズマによる電流は上部
電極20から静電チャック50の電極51に放電し、高周波成
分は受信用同調回路13に流れる。また、電極51とDC電源
を接続するラインlDCにはコイルLDC(例えば160KΩ)及
びバイパスコンデンサCDC(例えば1000PF)の低周波フ
ィルタが接続されているため、高周波電流がDC電源に流
れることはない。そのため、静電チャックの電極51の電
圧供給ラインlDCにおけるコイルLDCが破壊されることな
く、上部電極20と下部電極30間に発生されるプラズマ
は、第2図に示すように静電チャック50の大きさとウェ
ハ6の大きさが同一であるため、静電チャック50即ち半
導体ウェハ6上に集中する。
さらに、プラズマによる反応熱に対処するため上部電
極20及び静電チャック50の温度制御を行う。即ち静電チ
ャック50の溝91に冷却用ガス供給系9よりHe等の冷却用
ガスを例えば溝の圧力が数Torr〜数10Torrになるよう流
入させ、プラズマ処理により加熱される半導体ウェハ6
を−10数℃〜−数℃に冷却する。このようにすることで
半導体ウェハ6のエッチングは均一なしかも迅速な処理
がなされ、例えばシリコン酸化膜ならば約7000A/M、コ
ンタクトパターンならば約5000〜6000A/M(1分間に削
成される深さ)が得られる。
以上の説明は本発明の一実施例の説明であって、本発
明は上記の実施例に限定されない。即ち上部電極側に送
信用同調回路を設けなくても静電チャックに受信用同調
回路を設けコイルとコンデンサを調整するようにしても
よいし、また、一定のプラズマ発生用高周波のみしか採
用しない場合は、コイル及びコンデンサを一定値に固定
してあっても構わない。また、本発明はプラズマエッチ
ング装置のみでなく、プラズマアッシング、プラズマCV
D装置、プラズマ洗浄装置等高周波を用いたプラズマ処
理装置であれば何れにも適用することができる。
[発明の効果] 上記の説明からも明らかなように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、プラズマ発生用の下部電極上の半導
体ウェハを固定する静電チャックの電極と基準電位点間
にプラズマ発生周波数に同調した同調回路を接続し、下
部電極をフローティング状態としたため、プラズマは半
導体ウェハ上に集中させることができる。従って半導体
ウェハの処理が均一にしかも処理能率を非常によくする
ことができ、歩留りのよい経済的な製造を行うことがで
きる。しかも、静電チャックの電極の電圧供給ラインに
おけるコイルは破壊されることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図は第1図に
示す一実施例を説明するための図、第3図は従来例を示
す図である。 6……半導体ウェハ 13……受信用同調回路(高周波フィルタ) C13、C14……コンデンサ L13……コイル 20……上部電極(第1の電極) 30……下部電極(第2の電極) 50……静電チャック 51……電極(静電チャック電極) LDC、CDC……低周波フィルタ H……プラズマ発生用高周波 DC……直流電源

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1および第2の電極間に被処理体を設
    け、前記第1の電極には高周波電源を接続して前記被処
    理体を高周波によりプラズマ処理する装置において、前
    記第2の電極と前記被処理体間に、直流電源に接続され
    た静電チャック電極を有する静電チャックを設け、前記
    静電チャックの静電チャック電極と前記直流電源の間
    に、前記高周波に同調する高周波フィルタおよび前記高
    周波が前記直流電源に流れるのを阻止する低周波フィル
    タを接続したことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】前記高周波フィルタは、コイルおよびコン
    デンサが直列に配置されて前記コイルのインダクタンス
    および前記コンデンサの容量は可変に構成され、前記静
    電チャックの静電チャック電極と前記低周波フィルタの
    間から分岐して基準電位点に接続されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】前記第2の電極はフローティング状態であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項および第2項
    何れか1項記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】前記高周波フィルタは、プラズマ電流に対
    して実質的に抵抗0となるよう同調されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項、第2項および第3項何
    れか1項記載のプラズマ処理装置。
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