JP2794183B2 - プラズマ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ装置に関する。

（従来の技術） プラズマ装置例えば平行平板型プラズマエッチング装
置では、その上部電極を複数の導電体により構成する場
合がある。

例えば、被エッチング材と対向する電極表面をアモル
ファス・カーボン電極とした場合には、通常のカーボン
材と比べて製法上厚くすることができない。一方、上部
電極，下部電極の距離を正確に測定する場合には、下部
電極上に配置した粘土を押し潰すように、上部電極の移
動により下部電極側に押し付けて測定することになる。
この際、上部電極に所定の強度がないとこれが破損する
ことがあった。

従って、上記のような場合にはアモルファス・カーボ
ン電極の裏面側に導電性の補強板を積層配置し、所定の
強度保障を行っている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の装置ではRFパワーを供給し
た後から所定のエッチングレートを確保するまでに要す
る時間、すなわちエッチングレートの立ち上がり特性が
悪化していた。

そこで、本発明の目的とするところは、プラズマ生成
用の電極として、複数の誘電体を積層して構成する場合
にあっても、正確なプラズマ生起の立ち上がり特性を良
好にすることができるプラズマ装置を提供することにあ
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、プラズマ生成用の電極の少なくとも一つ
を、複数の導電板を接触積み重ねて構成したプラズマ装
置において、上記導電板間に柔軟な導電性シートを介在
配置した構成としている。

（作 用） 一つの電極を構成する少なくとも一つの導電体間に柔
軟性で熱伝導性の導電性シートを介在配置することによ
り、プラズマ生起の立ち上がり特性に反映してこれを改
善することができる。

（実施例） 以下、本発明装置をプラズマエッチング装置に適用し
た一実施例を図面に基づき具体的に説明する。

上部電極10及び下部電極30が対向して配置されてい
る。上記下部電極30上に被処理体例えば半導体ウエハ42
を載置し、かつ、上記上部電極10及び下部電極30の間
に、RF電源40によって380KHzのRFパワーを印加するよう
にしている。そして、上記上部電極10を介してエッチン
グガスを導入し、上部電極10及び下部電極30の間にプラ
ズマを生成することで、前記ウエハ42のエッチングを行
うようにしている。上記上部電極10は、フランジ状に形
成された導電性のクーリング部材12を有し、このクーリ
ング部材12に前記RF電源40からのケーブルが接続されて
いる。

この上部電極10の構造について、第２図をも参照して
説明すると、上記クーリング部材12の中空凹部には、第
1,第２の拡散板14a,14bが、バッフルスペーサ16a,16bを
介して所定距離をおいて平行に離間配置されている。
尚、上記第1,第２の拡散板14a,14bは、トラスネジ16cを
前記バッフルスペーサ16a,16bを介して前記クーリング
部材12に螺合することで固定している。

さらに、前記クーリング部材12の開口部を密閉するよ
うに、導電板例えばアルミニウムのムク材で形成された
補強板18が取付けられ、これを皿ネジ24によってクーリ
ング部材12に例えば締付けトルク4kg−cmにて固定する
ようにしている。

さらに、上記補強板18上には、本実施例の特徴的構成
である導電性シート20が積層配置され、さらにこの上に
導電板であるアモルファス・カーボン電極22が積層配置
されている。上記導電性シート20及びアモルファス・カ
ーボン電極22は、導電性ワッシャー26及びカーボン電極
取付ネジ28によって前記クーリング部材12に取付けら
れ、上記カーボン電極取付けネジ28の締付けトルクとし
ては、例えば1kg−cmにて固定している。

ここで、上記第1,第２の拡散板14a,14b,補強板18,導
電性シート20及びアモルファス・カーボン電極22は、そ
れぞれ第２図に示すように、エッチングガスを通過させ
るための多数の穴部をそれぞれ形成している。また、前
記導電性シート20は、例えばシリコンゴムシートにて形
成され、この導電性シート20を補強板18及びアモルファ
ス・カーボン電極22の間に介在配置することによって、
両者間の電気的伝導度を向上するようにしている。

尚、前記アモルファス・カーボン電極22の表面の周辺
部を覆うように、シールドリング29が配置されており、
このシールドリング29によって、アモルファス・カーボ
ン電極22がプラズマ領域に臨む面積を規制するようにし
ている。

前記下部電極30は、円板状に突起した部分の上面に被
処理体であるウエハ42を載置可能となっていて、このウ
エハ42の周辺部を下部電極30との間で挟持して固定する
ために、前記下部電極30の周囲にはリング状のチャック
部材32が配置されている。なお、前記下部電極30は接地
されている。

上記のような上部電極10及び下部電極30をそれぞれ平
行してチャンバー内に離間配置することによって、平行
平板型プラズマエッチング装置を構成している。

次に、作用について説明する。

上記装置では、上部電極10及び下部電極30の間にRF電
源40からのFRパワーを印加し、かつ、上部電極10の第1,
第２の拡散板14a,14b,補強板18,導電性シート20及びア
モルファス・カーボン電極22などに形成されたガス通過
孔を介してエッチングガスを導入する。このことによっ
て、上記上部，下部電極10,30間にプラズマを誘起し、
このプラズマ中で生成したイオンを、上記平行平板電極
間に形成される電界によって加速して、被処理体である
ウエハ42のエッチングを行っている。そして、この種の
平行平板型エッチングにより、サイドエッチが減少した
異方性エッチングを行うことが可能となり、微細パター
ンのエッチングが実現できるようになっている。

この種のエッチング装置は、正確なエッチングが要求
されるため、エッチングレートの向上が一つの大きな指
標となっているが、本実施例装置では補強板18とアモル
ファス・カーボン電極22との間に、導電性シート20を介
在配置することによって、上記エッチングレートが安定
するまでの時間の短縮、すなわちエッチングレートの立
ち上がり特性を改善している。

第３図は、上記導電性シート20を有する本実施例装置
と、これを有しない従来装置の各々について、同図に示
す条件下でエッチングレートを測定したものである。同
図より明らかなように、7000Å/M付近の安定したエッチ
ングレートを得るために要する時間は、導電性シート20
を有する本実施例装置の場合には、2.5時間であった
が、これを有しない従来装置の場合には８時間を要する
ことが判った。

第４図は、本実施例装置を長時間連続稼働し、その間
にチャンバーオープン他各種作業を行った場合のエッチ
ングレートを測定したものであり、一方、第５図は導電
性シート20を有しない従来装置について測定したもので
ある。両図の比較から判かるように、本実施例装置の方
が従来装置の場合と比べて、チャンバーオープン後のエ
ッチングレートの立ち上り特性が向上している。

上記のような効果の理由は下記のように考えられる。

補強板18及びアモルファス・カーボン電極22の対向
面に、微少な凹凸部あるいは反り等がある場合には、両
者を接触させてもわずかに空隙部が生じてしまう。本実
施例装置では、柔軟性の導電性シート20を両者間に介在
配置するため、接触面全域に亘って密着することができ
る。従来は上記の空隙部によって補強板18及びアモルフ
ァス・カーボン電極22の間で異常放電が生じてしまうの
で、アモルファス・カーボン電極22に対して安定RFパワ
ーを供給するまでに時間がかかり、エッチングレートの
立ち上り特性が悪かったが、本実施例装置では、導電性
シート20によって両者間の電気的伝導度を従来よりも向
上することができるので、途中放電等を生じずに全域に
亘ってプラズマ生起に寄与する電極表面まで円滑な電源
供給を行うことができる。

従来のように、補強板18及びアモルファス・カーボ
ン電極22の間に空隙部が生じていると、例えばチャンバ
ーオープンした際には補強板18及びアモルファス・カー
ボン電極22の対向面に酸化膜等が形成されるおそれがあ
った。この酸化膜は、補強板18及びアモルファス・カー
ボン電極22の電気的伝導度を妨げるものとなるが、RF電
源を供給することにより、時間と共に高周波によってこ
の酸化膜が破壊されることになる。このように、従来装
置によってはこの酸化膜を破壊するためにある程度の時
間を要していたため、エッチングレートの立ち上り特性
が悪化していたが、本実施例装置では導電性シート20の
介在によって、補強板18及びアモルファス・カーボン電
極22間に酸化膜が形成されにくいので、そのエッチング
レートの立ち上がり特性が従来よりも向上するものと考
えられる。

補強板18及びアモルファス・カーボン電極22の間に
生ずる空隙部は、電極22で発生した熱を補強板18を介し
て放熱する際の熱的な抵抗となって作用することにな
る。ここで、アモルファス・カーボン電極22の温度が所
定値以上に上ると、反応が生じにくくエッチングレート
に悪影響を生ずることが判かっている。従って、このよ
うな熱的抵抗となる空隙部を導電性シート20によってな
くすことによって、アモルファス・カーボン電極22の効
果的な放熱を確保することができる。

ここで、の作用については、前記補強板18をそのバ
ッフル方向に厚くすることによって、より顕著に作用す
ることが確認できた。

すなわち、第６図に示すように、補強板18の裏面中央
部及び周辺部にテンププレート50を配置し、かつ、アモ
ルファス・カーボン電極22の中央部及び周辺部にもテン
ププレート50を配置して実験装置を構成した。そして、
前記補強板18として薄型のものを採用した場合、前記補
強板18をそのバッフル方向に3mm厚くし、かつ、導電性
シート20を配置しない場合、補強板18を厚型のものと
し、かつ、導電性シート20を有する場合の各タイプにつ
いて、上記テンププレート50によって温度を検出してみ
た。その結果を下記の表に示す。

上記表から明らかなように、補強板18として厚型のも
のを採用した場合には、導電性シート20を有する場合も
有しない場合も、薄型のものと比べて低い温度が検出で
き、より効果的な放熱が行われていることが確認するこ
とができた。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上記実施例では、複数の導電体を積み重ねて一つの電
極を構成する例として、上部電極10のうちの補強板18と
アモルファス・カーボン電極22を接触させるタイプを挙
げ、この両者間に導電性シート20を介在配置するものと
したが、これに限らず、電極を構成する複数の導電体の
接合面に、この種の導電性シート20を配置するものであ
ればよい。例えば、第１図に示すように上部電極10の他
の接合面他、下部電極30を構成する各種導電体の接合面
にも、上記の導電性シート20を介在配置してもよい。

また、上記導電性シート20としては、少なくとも２つ
の導電体に密着する柔軟性を有し、かつ、電気的伝導度
の良好なものであれば、その材質は種々のものが採用で
きる。

また、本発明が適用されるプラズマエッチング装置と
しては、上記実施例のような平行平板型エッチング装置
に限らず、トライオードエッチング装置等種々のプラズ
マエッチング装置に適用可能であり、いずれのタイプの
ものであっても、同様な作用によりエッチングレートの
立ち上がり特性を改善することができる。さらに、エッ
チングレートの立ち上りは、プラズマの密度に影響して
いるので、エッチングに限らずプラズマを生起させる手
段であれば何れでも良く、反応ガスを成長ガスにすれば
CVDなどの成膜でも良いし、イオン源などに適用できる
ことは説明するまでもないことである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、プラズマ生成用
電極を複数の導電板を接触積み重ねて構成した際に、こ
の複数の導電板の間に柔軟性の導電性シートを介在配置
することによって、両者間の電気的伝導度を向上し、反
応促進に寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した平行平板型プラズマエッチン
グ装置の概略断面図、第２図は第１図に示す上部電極の
組立分解斜視図、第３図は同上実施例装置のエッチング
レート立ち上り特性を示す特性図、第４図は同上実施例
装置を長時間連続稼働した際のエッチングレートの時間
的推移を示す特性図、第５図は従来装置のエッチングレ
ートの時間的推移を示す特性図、第６図は補強板及びア
モルファス・カーボン電極の中央，周辺部の温度データ
を測定するための実験装置の概略説明図である。 10……上部電極、18……補強板、 20……導電性シート、 22……アモルファス・カーボン電極、 30……下部電極、40……RF電源、 42……被エッチング材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23F 4/00 C23C 16/50 H05H 1/46 H01L 21/3065,21/31

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ生成用の電極の少なくとも一つ
   を、複数の導電板を接触積み重ねて構成したプラズマ装
   置において、上記導電板間に柔軟な導電性シートを介在
   配置したことを特徴とするプラズマ装置。
2. 【請求項２】被処理体と対向して離間配置される電極表
   面はアモルファス・カーボンで形成され、このアモルフ
   ァス・カーボン電極とその裏面側に配置される導電性補
   強板との間に、上記導電性シートを介在配置した請求項
   １記載のプラズマ装置。