JP3045259B2

JP3045259B2 - プラズマ装置

Info

Publication number: JP3045259B2
Application number: JP4044718A
Authority: JP
Inventors: 光祐今福
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 2000-05-29
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JPH05243190A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ装置に関し、特
にメンテナンスも頻繁に行う必要がなく、しかも簡単に
行え、稼働効率を高めることができるプラズマ装置に係
わる。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体製造工程では、反応ガ
スをプラズマ化して半導体ウェハや、ＬＣＤ基板等のプ
ラズマ処理を行うプラズマ装置が用いられている。プラ
ズマ処理は、高温を要せず低温処理できるため、ドーピ
ング装置、酸化膜形成装置、エッチング装置、洗浄装置
等広く採用されている。

【０００３】このようなプラズマ装置には、マイクロ波
によって生成したプラズマ中の電子を磁気コイルで制御
して、半導体ウェハが設置された反応室に導き、反応ガ
スを分解してプラズマを発生させ、半導体ウェハ上に薄
膜形成を行ったり、あるいはエッチングを行ったりする
ＥＣＲや、反応室内に２枚の平板電極を対向させヒータ
を内蔵した一方の電極板上に半導体ウェハを設置し、低
圧反応ガスのプラズマを発生させて半導体ウェハのプラ
ズマ処理を行う平行平板型プラズマ装置等がある。この
ようなプラズマ装置では、近年ますます微細化された半
導体素子、ＬＳＩ等が要求されるため、真空処理室内の
真空度をより高くした状態で反応ガスのプラズマ化をよ
り効果的に行うことが必要になっている。

【０００４】プラズマ装置のうち平行平板型のプラズマ
装置は、図５に示すように、上部電極１及び上部電極１
に対向して設けられる下部電極２を備えた反応容器３を
有する。上部電極１は、反応容器３の外側に設けられた
上下動機構４に接続された支持体５に空隙６を有して支
持され、多数の透孔７を備えて形成される。そして、こ
の空隙６に反応ガス供給管８を介して反応ガス供給体９
が接続され、上部電極１の透孔７を通して反応容器３内
に反応ガスが供給される。上部電極１の下方に設けら
れ、半導体ウェハ１０を載置する下部電極２には、ヒー
タや冷媒循環路が埋設されて、半導体ウェハ１０を加
熱、冷却し温度調整する。下部電極２の周縁部には、半
導体ウェハ１０の周縁部を押圧して保持する環状のクラ
ンプリング１２が配置され、複数本のシャフト１３及び
反応容器３の外部に設けられたリング１４を介してエア
ーシリンダ等の上下動機構１５に接続されて上下動し、
半導体ウェハ１０の処理時に半導体ウェハ１０を支持
し、搬入出時には支持を解除して半導体ウェハ１０の搬
入出可能にする。

【０００５】更に、下部電極２の側部から反応容器３の
内壁までの間隙には、複数の排気孔１６を備えた排気リ
ング１７が嵌合され、排気リング１７の下方に設けられ
る複数の排気口１８及び排気口１８に接続される排気管
１９を介して排気装置（図示せず）に連結される。この
排気リング１７はその下方の排気領域２０と、上部電極
１及び下部電極２間にＲＦ電源２１を印加して半導体ウ
ェハ１０をプラズマ処理するプラズマ発生領域２２とを
分離して、両領域の圧力差を維持し、それにより反応ガ
ス流をコントロールすると共に、プラズマ発生領域２２
のプラズマ濃度を均一に保持することができるようにな
っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなプラズマ装
置において、例えば半導体ウェハ上に形成されたＳｉＯ
₂膜をエッチングする場合、反応ガスとしてＨＢｒ、Ｈ
Ｃｌ、Ｃｌ₂、ＳＦ₆、等が用いられるが、このような反
応ガスを用いた場合、腐食性が高く、反応容器３、排気
管１９等反応ガスと接触する装置壁は、セラミック等の
耐腐食性のもので作成している。

【０００７】しかし、反応ガスとＳｉＯ₂膜のエッチン
グにおいて、Ｓｉとハロゲンの化合物等の反応生成物
が、耐腐食性の反応容器３や排気管１９に析出し付着す
るため、装置を取外してメンテナンスを行わなければな
らなかった。反応生成物の付着を防止するため、反応容
器３の壁面に線状のセラミックヒータを埋設し、反応容
器３を加熱したり、排気管１９にリボンヒータ等を巻回
し、排気管１９を加熱し反応生成物を排気管１９に接続
されるトラップ（図示せず）まで気体状態で導き、トラ
ップで捕集する方法も用いられていた。

【０００８】しかし、反応容器３の排気領域２０や、排
気リング１７の透孔１６に反応生成物が析出して付着し
てしまうのは防止できず、しばしばメンテナンスを行う
必要があった。メンテナンスを行うには、フレオン等を
用いて超音波洗浄を行い、析出した反応生成物を削去し
なければならず、形状の複雑な排気管１９内を洗浄する
の困難であり、十分な洗浄が行なわれにくく、またその
間の稼働効率も低下してしまった。

【０００９】本発明は、上記の改善点を解消するためな
されたものであって、メンテナンスも頻繁に行う必要が
なく、しかも簡単に、コスト的にも有利に行え、稼働効
率を高めることができるプラズマ装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のプラズマ装置は、上部電極及び下部電極を
設けた反応室を備え、上部電極及び下部電極間に印加す
ることにより発生される反応ガスのプラズマにより下部
電極上に載置された被処理体をプラズマ処理するプラズ
マ装置において、反応室内の被処理体より下方部分に反
応生成物を捕捉するトラップを設け、トラップは焼結体
からなり、焼結体の内部に冷媒流路を設けたものであ
る。

【００１１】このトラップは、反応室の被処理体より下
方部分で、かつ下部電極の側部から反応室の内壁までの
間隙に設けることができる。

【００１２】

【作用】被処理体のプラズマ処理を行う反応室内に、対
向する平行平板型の上部電極と下部電極を設け、真空に
した反応室内に所望量の反応ガスを導入して、上部電極
と下部電極間に印加して反応ガスのプラズマを発生さ
せ、下部電極上に載置した被処理体の処理を行う。余剰
の反応ガスや反応生成物は下部電極より低位置にある排
気口から排気される。この時、排気口近傍に焼結体から
なるトラップを設け、更にその内部に冷却媒体の流路を
設けることにより反応生成物はトラップに捕集される。
トラップをメンテナンスの簡単な形状にしたり、そのま
ま廃棄して新たなトラップと交換するようにすれば、メ
ンテナンスは簡単に行うことができ、装置の稼働効率も
著しく向上させることができる。

【００１３】

【実施例】本発明のプラズマ装置を半導体ウェハ製造の
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。図１に示すように、プラズマエッチング装置Ｓ
は、放電が生じないように表面がアルマイト等の絶縁体
から成り、内部を気密に保持する反応室である反応容器
２３を備え、反応容器２３内にはＲＦ電源２１により印
加される平行平板の上部電極２４及び下部電極２５が互
いに対向して配置される。アモルファスカーボン等から
成る上部電極２４は、多数の透孔２６を有し反応容器２
３の上部に設けられる上下動機構２７に接続された支持
体２８に固定される。支持体２８は反応容器２３と同様
に放電が生じないよう表面がアイマイト処理された円板
状であり、その周縁部を支持して固定する上部電極２４
との間に間隙２９を保持する。間隙２９には反応容器２
３内にＨＢｒ、ＨＣｌ、Ｃｌ₂、ＳＦ₆等の反応ガスを流
量を調整して供給する流量調整機構を備えた反応ガス供
給体３０に接続される反応ガス供給管３１の開口部が設
けられ、上部電極２４の透孔２６から反応容器２３内に
反応ガスが導入されるようになっている。この上部電極
２４に対向した位置に配置される下部電極２５は、上面
に載置する被処理体である半導体ウェハ１０の温度調整
を行うヒータや冷媒循環路（図示せず）が埋設される。
下部電極２５の周縁部には載置した半導体ウェハ１０の
周縁部を固定するクランプリング３２が配置され、クラ
ンプリング３２は反応容器２３の外部に設けられるエア
ーシリンダ等の上下動機構３３に接続されて上下動する
リング３４に固定された複数の例えば４本のシャフト３
５により支持され、半導体ウェハ１０を処理時には下降
して固定し、搬入出時には上昇して固定を解除するよう
になっている。

【００１４】このような下部電極２５と、反応容器２３
の壁面間には例えば１０°間隔で１０ｍｍφの排気孔３
６を備えた排気リング３７が設けられる。排気リング３
７は、下部電極２５の上面と、連続した一平面を構成す
るよう段差が生じないように設け、反応ガス流に乱れが
生じないようにして均一のガス流を得、半導体ウェハの
均一処理がなされるようにする。排気リング３７は、放
電が生じないようアルマイト、セラミック、テフロン、
石英、サファイア等の絶縁材料で、厚さ１０〜２０ｍｍ
に形成され、内部に、例えば２〜３ｍｍのヒータ３８が
埋設される。排気リング３７の下方には、排気装置（図
示せず）に接続された排気管３９が排気口４０に連結さ
れ、排気リング３７によりプラズマ発生領域４１と分離
される排気領域４２が構成される。排気リング３７は、
プラズマ発生領域４１で生じるプラズマがプラズマ領域
４１に停滞するよう、プラズマ領域４１の圧力を１ｍｍ
Ｔｏｒｒ、排気領域４２の圧力は１０^-1ｍｍＴｏｒｒと
圧力差を維持するように分離できる。しかも排気口４０
が設けられる部位例えば２ヵ所に排気流が偏在しないよ
うに分散させ、プラズマ発生領域４１内には均一な反応
ガス流が生じるようにして、半導体ウェハ１０の均一な
処理がなされるようになっている。

【００１５】尚、プラズマ発生領域４１部分の反応容器
２３には、電線形状に形成されたセラミックヒータ４３
が埋設され、随時必要に応じて反応容器２３を加熱でき
るようになっている。このようなプラズマエッチング装
置Ｓの排気領域４２にトラップ４４を設ける。トラップ
は反応生成物を反応容器２３から排気される際に捕捉し
て、排気口４０に接続される排気管３９まで流入させな
いために設置される。従ってトラップは反応生成物を捕
捉しやすい形状であって、しかも排気を妨げない形状を
有するものである。

【００１６】トラップ４４は、反応容器２３の半導体ウ
ェハ１０より下方部分で、かつ下部電極２５の側部から
反応容器２３の内壁までの間隙に設けることができる。
図２に示すように、トラップ４４として単に断面コの字
状の上面が開口したリング状体４６を形成し、排気領域
４２に嵌合させ排気リング３７の下に設置してもよい。
排気口４０部分に小孔４７を穿設し、排気装置の排気を
妨げず、反応容器２３内が所望の真空度に維持されるよ
うにする。リング状体４６はアルマイト等の絶縁体で形
成され、形状が単純なためメンテナンスを行いやすい。

【００１７】更に好適なトラップ４４としてアルマイ
ト、セラミック等の焼結体で成り、多孔質体なため排気
を妨げない材質であり、フィルタを構成するものであ
る。図３に示すトラップ４４は、リング状で形成され、
内部に液体窒素あるいは水等の冷媒流路４５が埋設され
る。冷媒流路４５を埋設するには、図４に示すように、
上下分割した多孔質体４４ａを形成し、冷媒流路４５を
挟持した後、上下の多孔質体４４ａを相互に熔接すれば
よい。冷媒流路４５は排気口４０の部分では流路４５を
分岐させ、排気されやすい形状となっている。

【００１８】このような構成のプラズマエッチング装置
Ｓを用いて半導体ウェハのエッチングを行うには、反応
容器２３の図示しない開閉機構を介して搬送装置にてＳ
ｉＯ₂薄膜が積層された半導体ウェハ１０を搬入する。
この時、上下動機構３３により、クランプリング３２は
上昇されており、半導体ウェハ１０が下部電極２５上に
載置されると上下動機構３３が作動してクランプリング
３２が下降し半導体ウェハ１０を固定する。その後、排
気装置により排気口４０から排気して反応容器２３内を
真空にすると共に、反応容器２３の上部に設けられた上
下動機構２７により支持体２８に支持される上部電極２
５を下降させ、上部電極２４及び下部電極２５間の間隔
を所定の間隔、例えば数ｍｍにセットする。そして、反
応ガス供給体３０で流量調整されたハロゲンガス等の反
応ガスを上部電極２４の透孔２６からプラズマ発生領域
４１に供給すると共に、排気口４０から排気を行いプラ
ズマ発生領域４１を所望の圧力（１〜２Ｔｏｒｒ）に保
持する。

【００１９】この状態で上部電極２４と下部電極２５間
にＲＦ電源２１から数１００ワットの高周波電力を印加
し、反応ガスのプラズマを発生させる。プラズマは、半
導体ウェハ１０のＳｉＯ₂膜のレジスト膜で被覆されな
い部分をエッチングし、反応生成物は余剰の反応ガスと
共に排気リング３７の排気孔３６を通って排気領域４２
に導かれる。この時、反応容器２３や排気リング３７は
それぞれ埋設されるセラミックヒータ４３、ヒータ３８
により反応生成物が析出しない温度に加熱される。その
ため、反応容器２３のプラズマ発生領域４１の内壁や排
気リング３７の排気孔３６には、反応生成物の付着は生
じない。排気領域４２に導入された反応生成物は排気装
置に接触される排気口４０に向って導かれるが、冷媒流
路４５により冷却されたトラップ４４に接触し析出され
る。そのため、反応生成物が排気管３９まで侵入して管
内壁に付着することがない。

【００２０】また、図２に示すリング状体４６のトラッ
プには、冷却手段は設けられていないが、この場合でも
反応容器２３及び排気リング３７が加熱されていれば温
度差があり、低温のトラップに反応生成物が析出して付
着する。このため、反応生成物が排気管３９まで侵入し
て管内壁に付着することがない。このような装置のメン
テナンスを行う際には、図３に示すトラップ４４の場合
は、トラップ４４から冷媒流路４５を取外し、反応生成
物が付着したトラップ４４を廃棄して新たなトラップ４
４に交換すればよい。焼結体のトラップ４４は低価格で
あり、メンテナンスに費やす費用も僅かですむ。また、
図２に示すリング状体４６を用いた場合は、排気領域４
２からリング状体４６を外し、フレオン等を用いて超音
波洗浄を行い、付着した反応生成物を除去する。リング
状体４６は単純な形状であり、洗浄も簡単に行うことが
できる。トラップ４４あるいはリング状体４６を用いた
ため排気管３９には反応生成物が析出することはほとん
どなくなるため、メンテナンスが簡単になり、短時間で
行なえるため、効率的に行なうことができる。

【００２１】上記の説明は本発明の一実施例の説明であ
って、本発明はエッチングに限らずプラズマ装置ならば
他の処理を行うものに好適に適用できる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明のプラズマ装置によれば反応室内に焼結体からなるト
ラップを設け、その内部に冷却媒体の流路を形成し、ト
ラップをプラズマ反応が行われる部分より低温にしたた
め、トラップが反応生成物を捕捉するので、トラップを
交換することにより簡単にメンテナンスを行うことがで
きる。また、トラップを洗浄が簡単に行える単純な形状
にすることにより、簡単に洗浄して反応生成物を除去す
ることができる。そのため、稼働効率を著しく向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプラズマエッチング装置の
構成図。

【図２】一実施例の要部を示す図。

【図３】他の実施例の要部を示す図。

【図４】図３に示すの実施例の要部を示す図。

【図５】従来例のプラズマ装置を示す図。

【符号の説明】

１０・・・・・・半導体ウェハ（被処理体）２３・・・・・・反応容器（反応室）２４・・・・・・上部電極２５・・・・・・下部電極４４・・・・・・トラップ４５・・・・・・冷却媒体流路４６・・・・・・リング状体（トラップ）Ｓ・・・・・・プラズマエッチング装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/205

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上部電極及び下部電極を設けた反応室を備
え、前記上部電極及び前記下部電極間に印加することに
より発生される反応ガスのプラズマにより前記下部電極
上に載置された被処理体をプラズマ処理するプラズマ装
置において、前記反応室内の前記被処理体より下方部分
に反応生成物を捕捉するトラップを設け、前記トラップ
は焼結体からなり、前記焼結体の内部に冷媒流路を設け
たことを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】前記トラップは、前記反応室の前記被処理
体より下方部分で、かつ前記下部電極の側部から前記反
応室の内壁までの間隙に設けたことを特徴とする請求項
１記記載のプラズマ装置。