JP2814370B2

JP2814370B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2814370B2
Application number: JP8156141A
Authority: JP
Inventors: 一也永関; 和典長畑
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1995-06-18
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: US5942075A; JPH0969400A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程にはプラズマを用いた処
理工程として、例えば成膜工程、エッチング工程、アッ
シング工程等がある。これらの工程では成膜用あるいは
成膜除去用として種々のプロセスガスが用いられてい
る。これらのプロセスガスは、プラズマ発生手段により
プラズマ化してそれぞれの目的に応じて半導体ウエハ表
面の化学組成物と反応し、揮発性の反応生成物を排気し
て所期のプロセスを完結するようにしてある。

【０００３】このようなプラズマ処理においては、従来
から例えば平行平板式電極等の種々のプラズマ発生手段
が用いられている。その中でも平行平板式電極を備えた
プラズマ処理装置は、均一性に優れ、大口径の半導体ウ
エハの処理が可能であるなどの長所を有し、また、装置
構成も比較的簡単であることから、数多く採用されてい
る。

【０００４】平行平板型のプラズマ処理装置は、一般的
に、処理室内で半導体ウエハを保持する下部電極と、こ
の下部電極と隙間を介して上方で平行に対向する上部電
極とを備え、例えば上部電極の下部電極との対向面に形
成された多数の孔から反応性ガスを供給しながら下部電
極に高周波電力を印加してこれら両電極間でプラズマを
発生させ、このプラズマにより半導体ウエハのエッチン
グ処理などを行うようにしてある。そして、例えば半導
体ウエハの表面に形成されたシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜などにエッチング処理を施す際には、従来からプ
ロセスガスとしてＣＦ₄、ＣＨＦ₃等のＣＦ系ガスなどが
用いられている。例えばＣＦ系ガスによるエッチング処
理の場合には、ＣＦ系ガスがプラズマ化してイオン、ラ
ジカル等の活性種が生成すると、これらの活性種が所定
のパターンで露呈したシリコン酸化膜等の化学組成物と
物理化学的に反応してＳｉＦ₄、ＣＯ₂などの揮発性ガス
が生成し、この揮発性ガスは処理室内から外部へ排出、
除去される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマ処理装置の場合には、エッチング等のプラズマ
処理によりプロセスガスがウエハ表面の化学組成物と完
全に化学量論的に反応すればその反応生成物は上述のよ
うに処理室外へ排出されるが、プロセスガスの一部は未
反応のまま排出され、また一部は活性種が未反応のまま
再結合するなどしてＣ_XＦ_Y、Ｃ_XＦ_YＯ_Z等のフロロカー
ボン系の重合体等が不揮発性の反応生成物として生成す
る。そして、これらは処理室内面に付着し勝ちである
が、この付着状態についてよくよく観察すると特に処理
室の天面及び底面と側壁とで形成される隅角部に多く付
着し、堆積していることが多く、この堆積物がパーティ
クルの原因になるという課題があった。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、プラズマ処理時に発生する不揮発性の反応
生成物が処理室内の固体表面で形成される隅角部等の特
定の部分に集中的に付着したり堆積することを防止し、
もってパーティクルの発生を抑制できるプラズマ処理装
置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、処理室内
の隅角部に反応生成物が付着、堆積し易い点について鋭
意研究を重ねた結果、特に処理室内でプラズマ領域を囲
む固体表面のうち、固体表面の隅角部ではプラズマ処理
時の反応生成物が滞留し易いことが判った。しかもプラ
ズマはその空間の表面積をできるだけ小さくする傾向を
示すにも拘らず、前述した処理室内の隅角部の断面形状
が略直角に形成されているため、プラズマ領域端とこの
隅角部との間に形成されるシースでは電界強度が他の部
分と比較して弱く（等電位線の間隔が広く）、この隅角
部では他の部分よりもスパッタリング作用を受け難いた
め、隅角部には他の部分よりも不揮発性の反応生成物が
集中的に堆積する傾向にあることを知見した。

【０００８】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、請求項１に記載のプラズマ処理装置は、処理室内で
プラズマ発生手段によりプラズマを発生させ、その処理
室内に配置された被処理体にプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置において、上記処理室内の隅角部は、その表
面とプラズマ間に形成されるシース厚と、上記隅角部を
形成する二面の表面とプラズマ間にそれぞれ形成される
シース厚とが略均一になる表面形状として形成されてい
ることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明の請求項２に記載のプラズマ
処理装置は、処理室内に対向配置された一対の第１、第
２電極の少なくとも一方に高周波電力を印加してプラズ
マを発生させ、上記処理室内の電極に配置された被処理
体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、上
記処理室内の隅角部は、その表面とプラズマ間に形成さ
れるシース厚と、上記隅角部を形成する二面それぞれの
表面とプラズマ間に形成されるシース厚とが略均一にな
る表面形状として形成されていることを特徴とするもの
である。

【００１０】また、本発明の請求項３に記載のプラズマ
処理装置は、請求項１または請求項２に記載の発明にお
いて、上記隅角部に上記表面形状を有するリング状部材
が設けられていることを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明の請求項４に記載のプラズマ
処理装置は、請求項２または請求項３に記載の発明にお
いて、上記被処理体が配置された電極の外周と上記処理
室内周面との間に上記被処理体側にプラズマを閉じ込め
るリング状封止手段が設けられていることを特徴とする
ものである。

【００１２】また、本発明の請求項５に記載のプラズマ
処理装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載
の発明において、上記処理室内の隅角部の表面は、その
表面とプラズマ間のシース厚が上記隅角部を形成する二
面の表面とプラズマ間にそれぞれ形成されるシース厚と
略等しくなる湾曲表面として形成されていることを特徴
とするものである。

【００１３】また、本発明の請求項６に記載のプラズマ
処理装置は、請求項５に記載の発明において、上記湾曲
表面はシース厚を一定にする曲率半径を有することを特
徴とするものである。

【００１４】また、本発明の請求項７に記載のプラズマ
処理装置は、請求項６に記載の発明において、上記曲率
半径は２ｃｍ以上であることを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明の請求項１に記載の発明によれば、処理
室内において真空放電やマイクロ波照射、あるいはこれ
らを磁場印加手段と併用するなどのプラズマ発生手段に
よりプラズマを発生させると、このプラズマにより処理
室内に配置された被処理体に所定の処理を施すことがで
きる。この際、プラズマは処理室内全体に広がってプラ
ズマ領域を形成し、このプラズマ領域端とプラズマを囲
む処理室内の固体表面との間にシースが形成され、この
時、処理室内の隅角部の表面とプラズマ間に形成される
シース厚と、上記隅角部を形成する例えば天面と側壁等
のような二面の表面とプラズマ間にそれぞれ形成される
シース厚とが略均一になってシース全領域内での電界強
度が略均一になり、処理室内の固体表面のいずれにおい
ても略均一なスパッタリング作用を受けるため、不揮発
性の反応生成物が処理室内の隅角部に集中的に堆積する
ことを防止することができる。

【００１６】また、本発明の請求項２に記載の発明によ
れば、例えば第１、第２電極の少なくとも一方に高周波
電力を印加して処理室の内壁面等の固体表面で囲まれた
処理空間でプラズマを発生させると、このプラズマは両
電極間の隙間から処理室内全体に広がってプラズマ領域
を形成し、このプラズマ領域端とプラズマを囲む処理室
内の固体表面との間にシースが形成され、この時、処理
室内の隅角部の表面とプラズマ間に形成されるシース厚
と、上記隅角部を形成する例えば天面と側壁等のような
二面の表面とプラズマ間にそれぞれ形成されるシース厚
とが略均一になって隅角部でも他の壁面等と同様に略均
一なスパッタリング作用を受けるため、従来は不揮発性
の反応生成物が集中的に堆積しがちであった隅角部にこ
のような反応生成物が集中的に堆積することを防止する
ことができる。

【００１７】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、請求項１または請求項２に記載の発明において、
上記隅角部に上記表面形状を有するリング状部材を設け
られているため、リング状部材を上記隅角部に設ける前
に処理室とは別部材としてリング状部材の表面を上記表
面形状として容易に加工することができる。

【００１８】また、本発明の請求項４に記載の発明によ
れば、請求項２または請求項３に記載の発明において、
例えば第１、第２電極のいずれかに被処理体を配置し、
リング状封止手段により被処理体側の空間をそれ以外の
空間から封止した後、第１、第２電極の少なくとも一方
に高周波電力を印加してプラズマを発生させると、この
プラズマは両電極間の隙間からリング状封止手段により
封止された被処理体側の空間全体に広がってプラズマ領
域を形成し、このプラズマ領域端とプラズマを囲む固体
表面との間にシースが形成され、この時、処理室内の隅
角部の表面とプラズマ間に形成されるシース厚と、上記
隅角部を形成する例えば天面と側壁等のような二面の表
面とプラズマ間にそれぞれ形成されるシース厚とが略均
一になって隅角部でも他の壁面部分と同様に略均一なス
パッタリング作用を受けるため、従来は不揮発性の反応
生成物が集中的に堆積しがちであった隅角部にこのよう
な反応生成物が集中的に堆積することを防止することが
できる。

【００１９】また、本発明の請求項５に記載の発明によ
れば、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明
において、上記処理室内の隅角部の表面は、その表面と
プラズマ間のシース厚が上記隅角部を形成する例えば天
面と側壁等のような二面の表面とプラズマ間にそれぞれ
形成されるシース厚と略等しくなる湾曲表面として形成
されているため、固体表面により形成される隅角部とそ
の他の部分とで略均一なシース厚を作ることができる。

【００２０】また、本発明の請求項６及び請求項７に記
載の発明によれば、請求項５に記載の発明において、上
記湾曲表面はシース厚を一定にする曲率半径例えば２ｃ
ｍ以上を有するため、上記固体表面により形成される隅
角部の表面全体で略均一なシース厚を作ることができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６に示す実施形態
に基づいて本発明を説明する。本実施形態のエッチング
処理装置は、被処理体である半導体ウエハＷの表面に形
成されたシリコン酸化膜をエッチング処理する場合に用
いられるもので、図１に示すように、所定の真空度を保
持できる気密構造の処理室１と、この処理室１内に配設
された上下一対の電極２、３とを備え、下部電極３上に
半導体ウエハＷを載置してエッチング処理を行うように
構成されている。

【００２２】そして、処理室１は、表面がアルマイト処
理されたアルミニウムにより略円筒状に形成され、しか
も接地されている。処理室１の側壁には排気用ノズル１
Ａが取り付けられている。この排気用ノズル１Ａには真
空ポンプ４が排気管５を介して接続され、真空ポンプ４
により処理室１内を真空排気して所定の真空度例えば１
０Ｐａに維持するようにしてある。また、処理室１の側
壁には処理室１内に半導体ウエハＷを搬入するための搬
入口１Ｂが形成され、この搬入口１Ｂにはゲートバルブ
６を介してロードロック室７が接続されている。そし
て、ウエハ搬送機構７Ａにより半導体ウエハＷをロード
ロック室７から処理室１内へ搬入し、処理室１内から搬
出するようにしてある。

【００２３】上部電極２は、偏平な中空円盤構造として
形成され、処理室１の天面中央に形成された孔に絶縁部
材８を介して装着されている。この上部電極２の上面２
Ａにはプロセスガスを受給する受給配管２Ｂが接続さ
れ、また、下部電極３との対向面２Ｃ全面には受給配管
２Ｂから受給されたプロセスガスを処理室１内へ分散供
給するガス供給孔２Ｄが均等に分散して形成されてい
る。更に、上部電極２には例えば高周波電源９がマッチ
ング回路１０を介して接続され、この高周波電源９から
マッチング回路１０を介して上部電極２に例えば２７.
１２ＭＨｚの高周波電力を印加するようにしてある。

【００２４】下部電極３は、アルミニウムなどにより円
柱状に形成され、セラミック等の絶縁部材１１を介して
処理室１の底面に配設され、その軸心が処理室１の軸心
と一致している。この下部電極３には低周波電源１２が
マッチング回路１３を介して接続され、この低周波電源
１２によりマッチング回路１３を介して下部電極３に例
えば８００ＫＨｚの低周波電力を印加し、２７.１２Ｍ
Ｈｚの高周波電力が印加された上部電極２との間でプロ
セスガスを介して放電しプラズマＰを発生させるように
してある。そして、このように上部電極２に高周波電力
を印加し、下部電極３に低周波電力を印加することによ
り高密度のプラズマＰが発生すると共に、下部電極３の
低周波電力によりプラズマＰ中のイオン種が半導体ウエ
ハＷに引き寄せられ、半導体ウエハＷのエッチング速度
を高めるようにしてある。

【００２５】更に、下部電極３内にはリング状の冷媒室
３Ａが形成され、この冷媒室３Ａに冷媒配管３Ｂを介し
てパーフルオロポリエーテル等の冷媒１４を循環させて
下部電極３を冷却するようにしてある。この冷媒室３Ａ
の上側にはリング状のセラミックヒータ３Ｃが埋設さ
れ、このセラミックヒータ３Ｃからの加熱と冷媒室３Ａ
からの冷却により下部電極３を所定温度に適宜調整し、
もって半導体ウエハＷの温度を調できるようにしてあ
る。また、下部電極３の上面には静電チャック１５が配
設され、この静電チャック１５により半導体ウエハＷを
静電吸着するようにしてある。そして、下部電極３上面
の外周縁部にはフォーカスリング１６が配設され、この
フォーカスリング１６により上下の両電極２、３間で発
生したプラズマＰ中の活性種を半導体ウエハＷへ集束す
る。尚、セラミックヒータ３Ｃには電源３Ｄが接続さ
れ、この電源３Ｄによりセラミックヒータ３Ｃによる加
熱温度を適宜調整するようにしてある。また、静電チャ
ック１５には直流電源１５Ａが接続され、この直流電源
１５Ａにより静電チャック１５に高電圧を印加し、その
時のクーロン力により半導体ウエハＷを吸着するように
してある。

【００２６】そして、本実施形態では、プロセスガスと
して例えばテトラフルオロカーボン（ＣＦ₄）ガス及び
トリフルオロハイドロカーボン（ＣＨＦ₃）ガスを所定
の配合比で供給するようにしてあり、ＣＦ₄ガス及びＣ
ＨＦ₃ガスは第１、第２ガス供給源１７Ａ、１７Ｂから
それぞれの配管１８Ａ、１８Ｂを介して供給され、受給
配管２Ｂにおいて合流し、上部電極２内へ流入するよう
にしてある。各配管１８Ａ、１８Ｂには上流側から下流
側へマスフローコントローラ１９Ａ、１９Ｂ及びバルブ
２０Ａ、２０Ｂが順次配設され、これら両者によってＣ
Ｆ₄ガスとＣＨＦ₃ガスの配合比を適宜調整し、所定比の
プロセスガスの流量は受給配管２Ｂのバルブ２１により
適宜調整するようにしてある。

【００２７】ところで、本実施形態では、図１、図２に
示すように処理室１の天面と側壁で作る隅角部、底面と
側壁で作る隅角部、あるいは上部電極２の周面と処理室
１の天面で作る隅角部、及び下部電極３の周面と処理室
１の底面で作る隅角部には石英等の絶縁性部材により形
成されたリング状部材２２、２３、２４、２５が取り付
けられている。これらのリング状部材２２、２３、２
４、２５はいずれもプラズマＰを囲む表面がプラズマＰ
の外端に即して湾曲形成され、これらの部分で不揮発性
のラジカル種が流れ易く、滞留しないようにしてある。
これらのリング状部材２２、２３、２４、２５はいずれ
も処理室１とは別部材であることから、処理室１の内面
を形成する湾曲面を容易に加工することができる。

【００２８】しかも、これらの湾曲表面２２Ａ、２３
Ａ、２４Ａ、２５Ａは、それらの表面とプラズマＰとの
間に形成されるシースＳの厚さが、図２で誇張して示す
ように、その他の部分、例えば処理室１の内周面、天
面、底面や、下部電極３の表面で形成されるシース厚と
略等しくなり、プラズマＰを囲む固体表面の全領域でシ
ースＳの厚さが略均一になるようにしてある。このこと
は換言すれば、これらの湾曲表面２２Ａ、２３Ａ、２４
Ａ、２５ＡにおけるシースＳの等電位線の間隔が、図２
に示すように、その他の部分と略同一で、プラズマＰを
囲む半導体ウエハＷ以外の固体表面の全領域でシースＳ
における電界強度が略均一になるようにしてある。シー
スＳが固体表面の全領域で均一であることは、プラズマ
処理中にプラズマＰの空間が明るく、シースＳが暗く観
測されるために、視覚的に確認することができる。尚、
リング状部材２２、２３、２４、２５の代わりに、それ
ぞれの隅角部を処理室１や上下の電極２、３と一体的に
湾曲形成したものであっても良い。

【００２９】ところで、上述のようにリング状部材２
２、２３、２４、２５は絶縁性部材により形成されてい
るため、これらのリング状部材は浮動電位を持つことに
なる。そのため、リング状部材２２、２３、２４、２５
は接地されている処理室１の壁面に比べて数ボルト（３
〜６ボルト）高い電位になる。しかしながら、各リング
状部材２２、２３、２４、２５の電位は本実施形態のエ
ッチング処理装置のプロセス条件の下で発生するプラズ
マ電位（４０〜５０ボルト）と比べて十分に小さいた
め、シースＳにおける電界強度は全て略均一になる。各
リング状部材２２、２３、２４、２５は、処理室１の壁
面と同じ材質例えばアルマイト処理されたアルミニウム
で作っても良いが、この場合には処理室１の壁面と上部
電極２または下部電極３との絶縁に配慮する必要があ
る。

【００３０】さて、次に処理室の隅角部の湾曲形状につ
いて考察する。それにはまず、外部から直角な隅角部を
観察できるようにした、実際の処理装置と略等しい放電
容器１（便宜上、放電容器には上述した処理室と同一符
号を付けた）を用いてその内部でプラズマを発生させ、
この放電容器１の隅角部におけるシース（暗部）Ｓの形
状を観察したところ、シースＳ、換言すればプラズマＰ
の外端は図３に示すように略円弧を描く形状であった。
この円弧の曲率半径をｒとすると、ｒは電力や圧力など
の放電条件によって異なるが、実際のプロセスで使用す
る放電条件下では、ｒは１〜２ｃｍ程度であった。放電
容器の隅角部でプラズマＰが曲率半径ｒを有するのは、
定性的には概ね次のように説明することができる。

【００３１】即ち一般的に、図４の（ａ）、（ｂ）に示
すようにある空間がプラズマＰとして維持されるために
は、プラズマＰ中のある荷電粒子ｑが作る電界が、距離
αの範囲に含まれる逆の電荷を持つ荷電粒子が作る電界
で打ち消され、その範囲外の空間が電気的に中性となっ
ていなければならない。この条件が成立するための距離
αは、デバイ長λdの５倍程度である（水野幸雄著：プ
ラズマ物理学、共立出版（株）ｐｐ９〜１２）。そこ
で、図５に示すように平面部のシースの境界線をｍ₁、
ｍ₂、隅角部のシースの境界が作る円弧の接線をｍ₀とす
る。隅角部で上述の中性条件が満たされるためには接線
ｍ₀と境界線ｍ₁、ｍ₂それぞれとの交点で作られる線分
ｍ₀の長さが２αより小さくならないと考えられる。従
って、プラズマの曲率半径ｒは次式で示すように見積る
ことができる。ｒ＝（１＋√２）α≒１２λd（但し、α≒５λd）尚、λdは、上記文献等で示されるデバイ長を求める式
にプラズマパラメータ（プラズマ密度（正イオン密
度）：ｎi、電子温度：Ｔe、プラズマ電位：Ｖp）を代
入することにより算出することができる。

【００３２】そこで、図３に示す放電容器１によりプラ
ズマＰの曲率半径ｒを具体的に測定した上記放電条件に
おいて、ラングミュアプローブを用いて放電容器１の壁
近傍のプラズマパラメータを測定したところ、次の通り
であった。１０⁷ｃｍ^-3＜ｎi＜１０⁸ｃｍ^-3、３ｅＶ＜Ｔe＜４ｅ
Ｖ、４０Ｖ＜Ｖp＜５０Ｖそして、これらの測定値を上記文献の式に代入してデバ
イ長λdを算出し、このデバイ長λdの算出値を上記式に
代入してプラズマの曲率半径ｒを算出したところ、ｒは
１〜３ｃｍであり、観察値（１〜２ｃｍ）と略一致し
た。

【００３３】一方、隅角部の影響のない平面部分でのシ
ース厚ｄは、例えば上述したプラズマパラメータをチャ
イルド−ラングミュアの法則を表す式（堤井信力著：プ
ラズマ基礎工学、内田老鶴圃ｐｐ２７〜２９）に代入す
ることにより算出することができ、この条件下ではシー
ス厚ｄは１〜３ｃｍと算出することができる。

【００３４】従って、放電容器１の隅角部に付着物が付
かないようにするためには隅角部の曲率半径Ｒは、Ｒ≧
ｒ＋ｄとして与えられる。このような曲率半径Ｒを設け
ることで、隅角部においてもシース厚ｄが隅角部の影響
のない平面部におけるシース厚と同じになり、隅角部で
あっても付着物が付かなくなる。本装置においては隅角
部の曲率半径ＲがＲ≧２〜３ｃｍに設定すれば隅角部に
付着物が付かないことが確認された。尚、隅角部に形成
される湾曲部の曲率半径は、上述のようにプラズマパラ
メータに基づいて計算により求めることができ、また、
プラズマＰを直接観察することによっても求めることが
できる。

【００３５】次に動作について説明する。ゲートバルブ
６を開放した後、ロードロック室７内のウエハ搬送機構
７Ａが駆動し、半導体ウエハＷを処理室１内の静電チャ
ック１５上へ搬入する。この時、静電チャック１５には
高電圧が印加されており、そのクーロン力で半導体ウエ
ハＷを静電チャック１５上に吸着する。ウエハ搬送機構
７Ａは半導体ウエハＷを搬入した後、ゲートバルブ６か
ら後退してロードロック室７内に納まり、ゲートバルブ
６を閉じる。

【００３６】その後、真空ポンプ４が駆動して処理室１
内を真空排気し、所定の真空度に到達したら、第１ガス
供給源１７ＡからＣＦ₄ガスを、第２ガス供給源１７Ｂ
からＣＨＦ₃ガスをプロセスガスとして供給する。プロ
セスガスの流量比（ＣＦ₄／ＣＨＦ₃）はマスフローコン
トローラ１９Ａ、１９Ｂ、バルブ２０Ａ、２０Ｂ及びバ
ルブ２１により例えば（２５ｓｃｃｍ／７５ｓｃｃｍ）
に調整する。そして、プロセスガスを供給する間も真空
引きし、処理室１内のプロセスガス圧が１０Ｐａに設定
し、維持する。

【００３７】この状態で例えば上部電極２に２０００Ｗ
の高周波電力を印加すると共に下部電極３に８００Ｗの
低周波電力を印加すると、両電極２、３間でプラズマＰ
が発生する。これによりプロセスガスが解離してフッ素
ラジカルを生成し、このフッ素ラジカルにより半導体ウ
エハＷのシリコン酸化膜をエッチングする。このプラズ
マＰは両電極２、３間からプラズマＰを囲む処理室１内
の固体表面の各隅角部、即ちリング状部材の各湾曲表面
２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａとそれ以外の部分まで
広がり、それぞれの表面との間にシースＳを形成する。

【００３８】この時、各隅角部は湾曲表面２２Ａ、２３
Ａ、２４Ａ、２５Ａとして形成されているため、これら
の隅角部において不揮発性の反応生成物が滞留すること
がない。また、これらの湾曲表面２２Ａ、２３Ａ、２４
Ａ、２５Ａの湾曲形状は、これらの隅角部とそれ以外の
部分におけるシース厚がいずれにおいても略均一になる
ように形成されているため、シースＳ全領域での電界強
度が略均一になって、これらの隅角部でも他の部分と同
様に略均一なスパッタリング作用を受けるため、不揮発
性の反応生成物が各隅角部に集中的に堆積することを防
止することができる。そのため、このようなエッチング
処理を繰り返し行って処理室１の内壁面を観察してみて
も、処理室１内の隅角部の湾曲表面２２Ａ、２３Ａ、２
４Ａ、２５Ａは処理室１の他の内壁面と同様の状態であ
り、これらの部分（隅角部の表面）に不揮発性の反応生
成物が集中的に付着し、堆積することがなかった。

【００３９】以上説明したように本実施形態によれば、
処理室１内のプラズマＰを囲む半導体ウエハＷ表面以外
の固体表面の隅角部にリング状部材２２、２３、２４、
２５を取り付けてそれぞれの隅角部にプラズマＰの外端
形状に即した湾曲表面２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａ
を設けたため、プラズマ処理時に隅角部の湾曲表面２２
Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａも他の平面部分と同様に略
均一なスパッタリング作用を受け、不揮発性反応生成物
が湾曲表面２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａに集中して
これらの部分に付着、堆積する虞がなく、ひいては堆積
物に起因するパーティクルの発生を抑制することができ
る。また、リング状部材２２、２３、２４、２５はいず
れも処理室１とは別部材であることから、処理室１の隅
角部の表面を形成する湾曲表面２２Ａ、２３Ａ、２４
Ａ、２５Ａを容易に加工することができる。

【００４０】図６は本発明の他の実施形態のエッチング
処理装置の要部を中心に示す図である。そこで、本実施
形態のエッチング処理装置の特徴を説明し、図１に示す
エッチング処理装置と同一または相当部分には同一符号
を附してその説明を省略する。本実施形態のエッチング
処理装置は、図６に示すように、主として下部電極３を
昇降可能に構成されている点を除き、図１に示すエッチ
ング処理装置に準じて構成されている（但し、高低周波
電源などは省略してある）。

【００４１】即ち、本実施形態では、下部電極３の下面
中心に昇降機構２６がロッド２６Ａを介して連結され、
この昇降機構２６により下部電極３を昇降できるように
してある。つまり、下部電極３は、図６に示すように、
昇降機構２６により二点鎖線で示す位置と実線で示す位
置との間で昇降動するように構成され、半導体ウエハＷ
を処理室１内に搬入する時には二点鎖線で示す位置まで
下降し、エッチング処理を施す時には実線で示す位置ま
で上昇して上部電極２との間で所定の隙間を作るように
構成されている。また、下部電極３の下面には円筒状の
ベローズ２７の上端が接続され、ベローズ２７の下端に
は処理室１底面の円筒状突起１Ｃが接続され、このベロ
ーズ２７により処理室１内の気密を維持すると共に下部
電極３を昇降自在に支持するようにしてある。

【００４２】また、下部電極３の周囲にはアルマイト処
理されたアルミニウムにより形成されたリング状封止部
材２８が処理室１の壁に取り付けられ、プラズマ処理時
にはリング状封止部材２８により半導体ウエハＷが存在
する空間を下部空間２９から区画し、プラズマＰを電極
２、３側に封止するようにしてある。このリング状封止
部材２８は下部電極３と処理室１の内周面間の隙間を埋
める幅に形成され、その上面の外周縁部にはリング状封
止部材２８と処理室１内周面との隅角部に湾曲表面２８
Ａを作る突起部が形成されている。また、リング状封止
部材２８の内周端上面の高さはフォーカスリング１５の
上面と一致する高さに調整されている。更に、このリン
グ状封止部材２８には周方向に複数の孔２８Ｃが形成さ
れ、これらの孔２８Ｃからプラズマ処理後のガスを下部
空間２９及び排気用ノズル１Ａを介して排気するように
してある。尚、リング状封止部材２８は石英等の絶縁性
部材により形成したものであっても良い。

【００４３】従って、本実施形態によれば、昇降機構２
６により下部電極３を二点鎖線で示す位置から上部電極
２へ近づけて実線位置まで持ち上げ、両電極２、３間に
所定の隙間を作ると共に、リング状封止部材２８により
処理室１上部でプラズマ処理空間を形成した後、上部電
極２に高周波電力を印加すると共に下部電極３に低周波
電力を印加して処理空間においてプラズマＰを発生させ
ると、このプラズマＰにより処理空間の下部電極３上に
配置された半導体ウエハＷにエッチング処理を施すこと
ができる。この時、処理空間を囲む固体表面の隅角部、
即ち処理室１天面と内周面間の隅角部、上部電極２外周
面と天面間の隅角部、リング状封止部材２８と処理室１
内周面間の隅角部、及びリング状封止部材２８とフォー
カスリング１６外周面間の隅角部にはプラズマＰの外端
形状に即した湾曲表面２２Ａ、２４Ａ、２８Ａがそれぞ
れ形成されているため、これらの隅角部において不揮発
性の反応生成物が滞留することがない。また、これらの
隅角部はその他の部分と同程度のスパッタリング作用を
受けるため、これらの隅角部に不揮発性の反応生成物が
集中的に堆積することがなく、パーティクルの発生を抑
制することができ、上記実施形態と同様の作用効果を奏
する。

【００４４】尚、本発明は上記各実施形態に何等制限さ
れるものではなく、例えばプラズマ発生手段としては、
上下いずれかの電極にのみ高周波電力を印加するもの、
マイクロ波を用いるもの、あるいは、これらと磁場印加
手段を併用したものであっても本発明を適用することが
でき、また、エッチング処理以外のＣＶＤ処理、アッシ
ング処理等のプラズマを用いた処理装置にも適用するこ
とができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の請求項１及び請求項２に記載の
発明によれば、処理室内の隅角部の表面は、その表面と
プラズマ間に形成されるシース厚（または電界強度分
布）と、上記隅角部を形成する二面の表面とプラズマ間
にそれぞれ形成されるシース厚とが略均一になる表面形
状として形成されているため、プラズマ処理時に発生す
る不揮発性の反応生成物が処理室内の隅角部に集中的に
付着したり堆積することを防止し、もってパーティクル
の発生を抑制できるプラズマ処理装置を提供することが
できる。

【００４６】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、請求項１または請求項２に記載の発明において、
上記隅角部に上記表面形状を有するリング状部材が設け
られているため、処理室内の隅角部表面を処理室とは別
に容易に加工できるプラズマ処理装置を提供することが
できる。

【００４７】また、本発明の請求項４に記載の発明によ
れば、請求項２または請求項３に記載の発明において、
上記被処理体が配置された電極の外周と上記処理室内周
面との間に上記被処理体側にプラズマを閉じ込めるリン
グ状封止手段が設けられているため、処理室内を被処理
体のプラズマ処理部と被処理体の搬出入部とを区画した
プラズマ処理装置を提供することができる。

【００４８】また、本発明の請求項５〜請求項７に記載
の発明によれば、請求項１〜請求項４のいずれか１項に
記載の発明において、上記処理室内の隅角部の表面は、
その表面とプラズマ間のシース厚が上記隅角部を形成す
る二面の表面とプラズマ間にそれぞれ形成されるシース
厚と略等しくなる湾曲表面として形成されているため、
プラズマ処理時に発生する不揮発性の反応生成物が処理
室内の隅角部に集中的に付着したり堆積することをより
確実に防止し、もってパーティクルの発生を抑制できる
プラズマ処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態のエッ
チング処理装置を示す断面図である。

【図２】図１に示すエッチング処理装置の特徴を説明す
るために、プラズマのシースを誇張して模式的に表現し
たエッチング処理装置の部分断面図である。

【図３】容器壁面の隅角部が直角に形成された放電容器
を用いてプラズマを発生させた時に隅角部近傍で観察さ
れるプラズマ端を示す説明図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）はプラズマが中性であること
を説明するための電荷分布の状態を示す説明図及び電荷
分布を示すグラフである。

【図５】図３に示す隅角部に湾曲形状を設定する時に隅
角部の曲率半径を求める説明図である。

【図６】本発明のプラズマ処理装置の他の実施形態のエ
ッチング処理装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１処理室２上部電極３下部電極９高周波電源１２低周波電源２２リング状部材２２Ａ湾曲表面（隅角部表面）２３リング状部材２３Ａ湾曲表面（隅角部表面）２４リング状部材２４Ａ湾曲表面（隅角部表面）２５リング状部材２５Ａ湾曲表面（隅角部表面）２８リング状封止部材（リング状封止手段）２８Ａ湾曲表面（隅角部表面）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内でプラズマ発生手段によりプラ
ズマを発生させ、その処理室内に配置された被処理体に
プラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、上記処
理室内の隅角部は、その表面とプラズマ間に形成される
シース厚と、上記隅角部を形成する二面の表面とプラズ
マ間にそれぞれ形成されるシース厚とが略均一になる表
面形状として形成されていることを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項２】処理室内に対向配置された一対の第１、
第２電極の少なくとも一方に高周波電力を印加してプラ
ズマを発生させ、上記処理室内の電極に配置された被処
理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
上記処理室内の隅角部は、その表面とプラズマ間に形成
されるシース厚と、上記隅角部を形成する二面それぞれ
の表面とプラズマ間に形成されるシース厚とが略均一に
なる表面形状として形成されていることを特徴とするプ
ラズマ処理装置。
【請求項３】上記隅角部に上記表面形状を有するリン
グ状部材が設けられていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】上記被処理体が配置された電極の外周と
上記処理室内周面との間に上記被処理体側にプラズマを
閉じ込めるリング状封止手段が設けられていることを特
徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマ処理
装置。
【請求項５】上記処理室内の隅角部の表面は、その表
面とプラズマ間のシース厚が上記隅角部を形成する二面
の表面とプラズマ間にそれぞれ形成されるシース厚と略
等しくなる湾曲表面として形成されていることを特徴と
する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のプラズ
マ処理装置。
【請求項６】上記湾曲表面はシース厚を一定にする曲
率半径を有することを特徴とする請求項５に記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項７】上記曲率半径は２ｃｍ以上であることを
特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。