JP3150058B2

JP3150058B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

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Publication number: JP3150058B2
Application number: JP34440895A
Authority: JP
Inventors: 信雄石井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: JPH08227800A

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及
びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被処理体、例えば半導体ウエ
ハ（以下、「ウエハ」という）などを処理室内において
プラズマ処理するための装置として、高周波（ＲＦ）を
用いた平行平板形のプラズマ処理装置が広く採用されて
おり、いずれか一方の電極又は両方の電極に高周波を印
加することにより、両電極間にプラズマを発生させ、こ
のプラズマと被処理体との間の自己バイアス電位差によ
り、被処理体の処理面にプラズマ流を入射させ、例えば
エッチング処理を行うように構成されている。

【０００３】しかしながら、前記の平行平板型プラズマ
処理装置の如き従来型のプラズマ処理装置では、半導体
デバイスの超高集積化に伴って要求されるサブミクロン
単位、さらにサブハーフミクロン単位の超微細加工を実
施することは困難である。すなわち、かかるプロセスを
プラズマ処理装置により実施するためには、低圧雰囲気
において、高密度のプラズマを高い精度で制御すること
が重要であり、しかもそのプラズマは大口径ウエハにも
対応できるように、大面積で高均一なものであることが
必要である。また電極を用いたプラズマ処理装置では、
プラズマ発生時に電極自体が重金属汚染の発生源となっ
てしまい、特に超微細加工が要求される場合には問題と
なっていた。

【０００４】このような技術的要求に対して、マグネト
ロンプラズマを用いたエッチングや成膜手段があるが、
ダメージ等の点で改善の余地がある。そこでダメージレ
スの新しいプラズマソースを確立するべく、これまでに
も多くのアプローチが様々な角度からなされてきてお
り、例えば欧州特許公開明細書第３７９８２８号には、
高周波アンテナを用いる高周波誘導プラズマ発生装置が
開示されている。この高周波誘導プラズマ発生装置は、
ウエハ載置台と対向する処理室の一面を石英ガラスなど
の絶縁体で構成して、その外壁面にたとえば渦巻きコイ
ルからなる高周波アンテナを取り付け、この高周波アン
テナに高周波電力を印加することにより処理室内に高周
波電磁場を形成し、この電磁場空間内を流れる電子を処
理ガスの中性粒子に衝突させてガスを電離させ、プラズ
マを生成するように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な高周波誘導方式のプラズマ処理装置を用いてプラズマ
処理を行う場合には、処理室を内部に形成する処理容器
内で誘起されるプラズマ密度が、特に半径方向に対して
不均一になりやすい。従ってサブハーフミクロンもの超
高精度のプラズマ処理を行う場合には、処理容器内に高
密度で均一、かつ再現性のあるプラズマを立てる必要が
あることから、高周波誘導方式のプラズマ処理装置にお
いて、処理容器内のプラズマ密度を高い精度で均一化す
る技術の確立が急務とされている。

【０００６】本発明は従来の高周波誘導方式のプラズマ
処理装置の有する前記のような問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、高周波誘導プラ
ズマ処理装置を用いた場合であっても、高密度、高均一
でかつ再現性の高いプラズマを高精度で制御することが
可能であり、例えばエッチング処理に用いた場合に反応
速度の均一化に寄与し、被処理体の中心部と周辺部とを
比較してみても、反応速度に差がないプラズマ処理を行
う、新規かつ改良されたプラズマ処理装置及びプラズマ
処理方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（手段）前記目的を達成するため、請求項１によれば、高周波ア
ンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘
導プラズマを励起して、前記処理室内の被処理体に対し
て処理を施す如く構成されたプラズマ処理装置であっ
て、前記処理室を形成する処理容器の天板部に絶縁材が
設けられ，前記絶縁材の中心部分に，前記高周波アンテ
ナとは絶縁して設けられた接地電極を具備してなること
を特徴とするプラズマ処理装置が提供される。なお本発
明でいうところの「絶縁」とは、積極的に絶縁材を介し
て絶縁状態を実現する場合のみならず、単に高周波アン
テナと接地電極とを距離を離して配置して絶縁状態を実
現する場合を含むものである。

【０００８】また請求項２によれば、前記接地電極を高
周波アンテナの中心部分に具備したことを特徴とするプ
ラズマ処理装置が提供される。

【０００９】さらに請求項３によれば、高周波アンテナ
に高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラ
ズマを励起して、前記処理室内に配置された被処理体に
対して処理を施す如く構成されたプラズマ処理装置であ
って、前記高周波アンテナを構成する誘導部材が、単一
の渦巻き状、コイル状、あるいはループ状のアンテナの
うちの少なくとも一つを有しており、前記高周波アンテ
ナ中心部分に、前記高周波アンテナとは絶縁された接地
電極を具備してなることを特徴とするプラズマ処理装置
が提供される。

【００１０】前記した請求項１、２、３のプラズマ処理
装置において、請求項４に記載したように、可変負荷回
路装置を介して接地電極を接地するようにしてもよい。

【００１１】請求項５によれば、高周波アンテナに高周
波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを
励起して、前記処理室内の被処理体に対して処理を施す
如く構成されたプラズマ処理装置であって、前記被処理
体と対向する前記高周波アンテナの中心部分に、この高
周波アンテナとは絶縁された接地電極を備え、さらにこ
の接地電極には、前記処理の際に処理室外から処理室内
に導入すべき処理ガスの流路及び供給口が形成され、前
記処理ガスは前記供給口を通じて処理室内に導入される
如く構成されたことを特徴とする、プラズマ処理装置が
提供される。

【００１２】また請求項６によれば、高周波アンテナに
高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズ
マを励起して、前記処理室内の被処理体に対して処理を
施す如く構成されたプラズマ処理装置であって、前記被
処理体と対向する前記高周波アンテナの中心部分に、こ
の高周波アンテナとは絶縁された接地電極を備え、さら
にこの接地電極における処理室内に面する部分は、処理
室内壁と面一となるように設定され、さらにまた前記処
理の際に処理室外から処理室内に導入すべき処理ガスの
流路及び供給口が、前記接地電極に形成され、前記処理
ガスは前記供給口を通じて処理室内に導入される如く構
成されたことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供さ
れる。

【００１３】かかるような請求項５、６のプラズマ処理
装置において、請求項７に記載したように、供給口を複
数形成するようにしてもよい。

【００１４】さらに請求項８に記載したように、請求項
５、６、７に記載したプラズマ処理装置において、前記
処理ガスの処理室外から前記流路への導入経路を、接地
電極とは独立して接地するように構成してもよい。

【００１５】また請求項９に記載したように、請求項
５、６、７、８に記載したプラズマ処理装置における接
地電極を、可変負荷回路装置を介して接地するように構
成してもよい。

【００１６】そして請求項１０によれば、請求項５、
６、７、８又は９に記載のプラズマ処理装置において、
供給口とは別に、処理室側部からも処理室内に処理ガス
を供給する第２の処理ガス供給口を備えたことを特徴と
する、プラズマ処理装置が提供される。

【００１７】一方請求項１１によれば、処理室の外部に
絶縁体を介して配置された高周波アンテナに高周波電力
を印加することにより、前記処理室内に誘導プラズマを
励起して、処理室内の被処理体に対して所定のプラズマ
処理を施すにあたり、前記絶縁体に接地電極を設けるこ
とによって反応速度を制御することを特徴とする、プラ
ズマ処理方法が提供される。

【００１８】請求項１２によれば、処理室の外部に絶縁
体を介して配置された高周波アンテナに高周波電力を印
加することにより、前記処理室内に誘導プラズマを励起
して、処理室内の被処理体に対して所定のプラズマ処理
を施すにあたり、前記高周波アンテナの中心部分の前記
絶縁体に接地電極を設けることによって、反応速度を制
御することを特徴とする、プラズマ処理方法が提供され
る。

【００１９】さらに請求項１３によれば、処理室の外部
に絶縁体を介して配置された高周波アンテナに高周波電
力を印加することにより、前記処理室内に誘導プラズマ
を励起して、処理室内の被処理体に対して所定のプラズ
マ処理を施すにあたり、前記高周波アンテナを構成する
誘導部材が、単一の渦巻き状、コイル状、あるいはルー
プ状をなしており、前記高周波アンテナ中心部分に位置
する前記絶縁体に接地電極を設けることによって、反応
速度を制御することを特徴とする、プラズマ処理方法が
提供される。

【００２０】そして請求項１４によれば、処理室の外部
に絶縁体を介して配置された高周波アンテナに高周波電
力を印加することにより前記処理室内に誘導プラズマを
励起して、処理室内の被処理体に対して所定のプラズマ
処理を施すにあたり、前記高周波アンテナの中心部分に
位置する前記絶縁体に接地電極を設け、さらにこの接地
電極には、前記処理の際に処理室外から処理室内に導入
すべき処理ガスの流路及び供給口を設け、さらに前記供
給口とは別に処理室側部からも処理室内に処理ガスを供
給する第２の供給口を設け、前記供給口及び第２の供給
口からの処理ガスの流量比を変化させることによって、
前記被処理体に対する処理の均一性を制御することを特
徴とする、プラズマ処理方法が提供される。

【００２１】（作用）本発明によれば、高周波アンテナ
と絶縁された接地電極を有しているので、被処理体に対
してバイアス電圧を印加した場合、バイアス電界の強度
分布を改善させて、これを均一にすることができる。特
に請求項２では、前記接地電極が高周波アンテナの中心
部分に設けられているので、プラズマの生成に影響を与
えることなく、中心部分のバイアス電界を強くすること
ができ、誘導プラズマ方式の処理装置において一般的に
被処理体の周辺部の反応が高くなる傾向を是正できる。
また請求項４では、可変負荷回路装置を介して接地電極
が接地されているので、バイアス電界の強度分布を任意
に変化させることができる。

【００２２】請求項５によれば、前記処理の際に処理室
外から処理室内に導入すべき処理ガスの流路及び供給口
が、高周波アンテナの中心部分に位置する接地電極に形
成され、処理ガスはこの供給口を通じて処理室内に導入
されるので、被処理体上での処理ガスの流れを、中心部
から周辺部へと方向づけることが可能になっている。従
って被処理体に対して均一な処理を実施することができ
る。また高周波アンテナの中心部分は、プラズマの生成
自体に直接影響のないエリアであるから、前記均一な処
理を妨げることはない。しかも既述したように、接地電
極の存在によってバイアス電界の強度分布を改善させ
て、これを均一にすることができるので、この点からも
処理の均一性の向上が図られている。

【００２３】請求項６によれば、接地電極における処理
室内に面する部分が、処理室内壁と面一となるように設
定されているので、プラズマの生成、分布に影響を与え
ないので、請求項５よりもさらに処理の均一性の向上を
図ることが可能である。

【００２４】請求項７に記載したように、供給口を複数
形成した場合には、より一層ガスの流れを均等にするこ
とができる。

【００２５】請求項８のように、処理室外から接地電極
の流路への処理ガスの導入経路を、接地電極とは独立し
て接地すれば、例えばアルミニウムやステンレス鋼など
の管路によって前記導入経路を構成しても、高周波アン
テナに印加する高周波の影響を受けにくくなり、生成し
たプラズマ、バイアス電界はより安定したものとなり、
一層安定した均一な処理を実施することができる。

【００２６】請求項９に記載したように、可変負荷回路
装置、例えば可変抵抗を介して接地電極を接地するよう
に構成すれば、バイアス電界分布を任意に調整すること
が可能になる。

【００２７】請求項１０に記載したように、接地電極の
供給口とは別に、処理室側部からも処理室内に処理ガス
を供給する第２の処理ガス供給口を設ければ、双方から
処理ガスを処理室内に導入することができ、例えばガス
の流れに不均一な点が発生する場合に、これを補償して
均一なものとすることができる。

【００２８】請求項１１〜１３のプラズマ処理方法によ
れば、接地電極を設けることによって反応速度を制御す
るので、均一なプラズマ処理を実施することが可能であ
る。

【００２９】そして請求項１４のプラズマ処理方法によ
れば、接地電極に設けた供給口と、処理室側部からも処
理室内に処理ガスを供給する第２の供給口からの処理ガ
スの流量比を変化させることによって、前記被処理体に
対する処理の均一性を制御するので、広範でかつ微細な
均一性の制御を実施することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら本
発明に基づいて構成されたプラズマ処理装置の好適な実
施形態について説明すると、図１に示すプラズマエッチ
ング装置１は、導電性材料、例えばアルミニウムなどか
らなる円筒あるいは矩形の角筒状に成形された処理容器
２を有しており、所定のエッチング処理は、この処理容
器２内に形成される処理室２ａ内で行われる。

【００３１】前記処理容器２は接地されており、さらに
その底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、被処
理体、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状
の載置台４が設けられている。また載置台４の前記ウエ
ハＷの載置面とほぼ対向する処理容器２の天板部には、
例えば石英ガラスやセラミックからなる絶縁材５が気密
に設けられており、この絶縁材５の外壁面には導体、例
えば銅板、アルミニウム、ステンレスなどを渦巻き状、
コイル状、あるいはループ状に形成した高周波アンテナ
６が配置されている。このアンテナ６はプラズマを発生
するためのアンテナ作用を呈する機能が有ればよく、周
波数が高くなると１ターンでも良い。

【００３２】この高周波アンテナ６の両端子、即ち端子
６ａおよび端子６ｂ間には、図２にも示すように、それ
ぞれの端子６ａ、６ｂがマッチング回路８を介してプラ
ズマ生成用の高周波電源７に接続されている。したがっ
て、マッチング回路８によって電流の値を調整すること
により、アンテナ６を流れる電流の大きさに応じた交番
電界、即ちプラズマ密度を調整することが可能となって
いる。

【００３３】前記載置台４は、アルミニウムなどにより
円柱状に成形されたサセプタ支持台４ａと、この上にボ
ルト４ｂなどにより着脱自在に設けられたアルミニウム
などよりなるサセプタ４ｃとによって主に構成されてい
る。このようにサセプタ４ｃを着脱自在に構成すること
により、メンテナンスなどを容易に実施することができ
る。

【００３４】前記サセプタ支持台４ａには、温度調節手
段、例えば冷却ジャケット１１が設けられており、この
ジャケット１１には例えば液体窒素などの冷媒が冷媒源
１２より冷媒導入管１３を介して導入される。そして冷
却ジャケット１１内を循環した際の熱交換作用により気
化した液体窒素は、冷媒排出管１４より処理容器２外へ
排出される。かかる構成により、例えば−１９６℃の液
体窒素の冷熱が冷却ジャケット１１からサセプタ４ｃを
介して半導体ウエハＷにまで伝熱され、その処理面を所
望する温度まで冷却することが可能である。

【００３５】また略円柱形状に成形された前記サセプタ
４ｃ上面のウエハ載置部には、静電チャック１５がウエ
ハ面積と略同面積で形成されている。この静電チャック
１５は、例えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間に銅
箔などの導電膜１６を絶縁状態で挟み込むことにより形
成され、この導電膜１６はリード線により可変直流高圧
電源１７に接続されている。したがってこの導電膜１６
に高電圧を印加することによって、前記静電チャック１
５の上面に、半導体ウエハＷをクーロン力によって吸着
保持することが可能なように構成されている。

【００３６】さらに前記静電チャック１５と冷却ジャケ
ット１１との間のサセプタ４ｃ下部には、温調用ヒータ
１８が設けられており、この温調用ヒータ１８へ電力源
１９から供給される電力を調整することにより、前記冷
却ジャケット１１からの冷熱の伝導を制御して、半導体
ウエハＷの被処理面の温度調節を行うことができるよう
に構成されている。

【００３７】前記サセプタ支持台４ａおよびサセプタ４
ｃには、これらを貫通してＨｅなどの熱伝達ガス（バッ
ククーリングガス）を、ガス源２０から半導体ウエハＷ
の裏面やサセプタ４ｃを構成する各部材の接合部などに
供給するための、ガス流路２１が形成されている。また
前記サセプタ４ｃの上端周縁部には、半導体ウエハＷを
囲むように環状のフォーカスリング２２が配置されてい
る。このフォーカスリング２２は反応性イオンを引き寄
せない高抵抗体、例えばセラミックや石英ガラスなどか
らなり、反応性イオンを内側の半導体ウエハＷにだけ効
果的に入射せしめるように作用する。

【００３８】さらに前記サセプタ４ｃには、マッチング
用コンデンサ２３を介して高周波電源２４が接続されて
おり、処理時には例えば２ＭＨｚの高周波電力をサセプ
タ４ｃに印加することにより、プラズマとの間にバイア
ス電位を生じさせプラズマ流を被処理体の処理面に効果
的に引き寄せることが可能である。

【００３９】一方前出処理容器２の絶縁材５には、前記
高周波アンテナ６の中心部分に、この絶縁材５を気密に
貫通する、導電体あるいは半導体よりなる接地電極３１
が設けられている。この接地電極３１の材質としては、
例えば処理容器２を構成する材質と同じアルミニウムを
用いることができるが、その他に、半導体ウエハＷと同
じ材質であるＳｉ単結晶や、さらにはＳｉＣ、あるいは
Ｃを用いれば、重金属汚染を防止することができる。

【００４０】そしてこの接地電極３１は、可変負荷回路
装置３２を直列に介して接地されている。この可変負荷
回路装置３２は、その負荷を調整することによって、接
地電極３１の電位を制御することが可能になっており、
これによって半導体ウエハＷの中央部に生じるバイアス
電界の強度を調整し、周辺部の電界強度と同等に調整す
ることができる。従って、処理容器２内に生じるプラズ
マのバイアスの電界を均一に制御することができるよう
になっている。

【００４１】なお接地電極３１の大きさは、被処理体で
ある半導体ウエハＷが８インチの場合、接地電極３１の
直径は８０mm程度に設定されている。この接地電極３１
の大きさは、処理内容等、必要に応じて適宜選択され、
例えば被処理体よりも大きい接地電極を設けてもよい。
そしてこの接地電極３１の下面３１ａは、前記絶縁材５
の表面と面一になるように成形されている。

【００４２】前記接地電極３１の内部には、処理ガスの
供給流路３３が垂直に形成されており、この供給流路３
３の出口、即ち処理室２ａ側の開口部が供給口３３ａを
構成し、一方前記供給流路３３の入口、即ち処理容器２
外方側の開口部が導入口３３ｂを構成している。そして
前記導入口３３ｂには、導電性の第１供給管３４が接続
され、さらにこの第１供給管３４には、絶縁部材３５を
介して第２供給管３６が接続されている。この第２供給
管３６は接地されている。このように絶縁部材３５を介
することによって、第１供給管３４が受ける高周波の影
響を遮断することができ、接地電極３１の作用効果を安
定したものとすることが可能である。

【００４３】そして前記第２供給管３６は、バルブ３
７、３８、マスフローコントローラ３９、４０を介し
て、処理ガス供給源４１、４２に接続されている。本実
施形態においては、処理ガス供給源４１からはＣ₄Ｆ₈ガ
スが、処理ガス供給源４２からはＨ₂ガスがそれぞれ供
給されるように構成されている。

【００４４】一方前記サセプタ４ｃの上方における処理
容器２の側面には、石英ガラスまたはセラミックスなど
からなるガス供給管４３が取り付けられている。このガ
ス供給管４３も、バルブ４４、４５、マスフローコント
ローラ４６、４７を介して、前出処理ガス供給源４１、
４２に接続されている。

【００４５】また、前記処理容器２の底部には排気管５
１が接続されて、この処理容器２内の雰囲気を、図３に
示したように、真空排気弁７３を介して、真空ポンプ５
２により排出し得るように構成されており、処理室２ａ
の雰囲気を任意の減圧度にまで真空引きすることが可能
である。

【００４６】次に、前記のように構成されたプラズマエ
ッチング装置１の制御系の構成について説明する。前記
処理容器２の一方の側壁には石英ガラスなどの透明な材
料から構成される透過窓５３が取り付けられており、処
理室２ａ内の光を光学系装置５４を介して光学センサ５
５に送り、処理室２ａ内から発生する発光スペクトルに
関する信号を制御器５６に送ることができるように構成
されている。また前記処理容器２には処理室内の圧力な
どの諸条件の変化を検出するためのセンサ５７も取り付
けられており、処理室２ａ内の圧力に関する信号を前記
制御器５６に送ることができるように構成されている。

【００４７】前記制御器５６は、これらの光学センサ５
５、センサ５７からのフィードバック信号あるいは予め
設定された設定値に基づいて、プラズマ発生用の高周波
電源７、可変負荷回路装置３２、バイアス用の高周波電
源２４、冷媒源１２、温調用の電源１９、バッククーリ
ング用のガス源２０などに送り、例えば本発明に即して
言えば接地電極３１の電位を可変制御することにより、
反応速度を可変に制御して、装置の動作環境を最適に調
整することが可能である。さらに前記制御器５６は、処
理ガス用のマスフローコントローラ３９、４０、４６、
４７も制御するように構成されており、接地電極３２の
供給口３３ａと、ガス供給管４３からの処理ガスの流量
も調節自在となっている。

【００４８】次にプラズマエッチング装置１の周辺機
器、装置を図３に基づいて説明すると、図示のように、
プラズマエッチング装置１の処理容器２の一方の側壁に
は、開閉自在に設けられたゲートバルブ６１を介して隣
接するロードロック室６２が接続されている。このロー
ドロック室６２には、例えばアルミニウム製のアームを
導電性テフロンによりコーティングして静電対策が施さ
れた搬送アームなどから構成された搬送装置６３が設け
られている。また前記ロードロック室６２には、底面に
設けられた排気口より排気管６４が接続され、真空排気
弁６５を介して前出真空ポンプ５２によって真空引きが
可能なように構成されている。

【００４９】前記ロードロック室６２の側壁には、開閉
自在に設けられたゲートバルブ６６を介して隣接するカ
セット室６７が接続されている。このカセット室６７に
は、カセット６８を載置する載置台６９が設けられてお
り、このカセット６８は、例えば被処理体である半導体
ウエハＷ２５枚を１つのロットとして収納することがで
きるように構成されている。また前記カセット室６７に
は、底面に設けられた排気口より排気管７０が接続さ
れ、真空排気弁７１を介して前出真空ポンプ５２により
室内を真空引きが可能なように構成されている。また前
記カセット室６７の他方の側壁は、開閉自在に設けられ
たゲートバルブ７２を介して大気に接するように構成さ
れている。

【００５０】次に前記のように構成されたプラズマエッ
チング装置１の動作について説明する。まず大気との間
に設けられたゲートバルブ７２を開口して、被処理体で
ある半導体ウエハＷを収納したカセット６８が図示しな
い搬送ロボットにより、カセット室６７の載置台６９の
上に載置され、前記ゲートバルブ７２が閉鎖される。そ
してカセット室６７に接続された真空排気弁７１が開口
して、真空ポンプ５２により、このカセット室６７が所
定の真空雰囲気、例えば１×１０^-1Ｔｏｒｒにまで真空
引きされる。

【００５１】ついで、ロードロック室６２とカセット室
６７の間のゲートバルブ６６が開放して、搬送装置６３
により半導体ウエハＷが前記カセット室６７に載置され
たカセット６８から取り出され、前記ロードロック室６
２へと搬送され、ゲートバルブ６６が閉鎖される。つい
でロードロック室６２に接続された真空排気弁６５が開
放して、真空ポンプ５２により前記ロードロック室６２
が所定の真空雰囲気、例えば１×１０^-3Ｔｏｒｒにまで
真空引きされる。

【００５２】ついで、ロードロック室６２と処理容器２
との間のゲートバルブ６１が開放して、前記搬送装置６
３により半導体ウエハＷがこの処理容器２の処理室２ａ
内へと搬送され、サセプタ４ｃ上の図示しないプッシャ
ーピンに受け渡され、前記搬送装置６３がロードロック
室６２に待避した後、ゲートバルブ６１が閉鎖される。
その後、静電チャック１５に高圧直流電圧を印加し、前
記プッシャーピンを下げて半導体ウエハＷをこの静電チ
ャック１５上に載置することにより、半導体ウエハＷが
サセプタ４ｃ上に載置固定される。この間前記処理容器
２内は、真空排気弁７３を開放することにより、真空ポ
ンプ４４によって所定の真空雰囲気、例えば１×１０^-5
Ｔｏｒｒに排気されている。

【００５３】さらに、半導体ウエハＷの裏面および載置
台４の各接合部に伝熱用のバッククーリング用ガスを供
給しながら、冷却ジャケット１１から冷熱を供給し、半
導体ウエハＷの処理面を所望の温度にまで冷却する。し
かる後、処理室２ａ上部の接地電極３１の供給口３３
ａ、及び処理室２ａ上方側部のガス供給管４３を介して
Ｃ₄Ｆ₈、Ｈ₂の各ガスをそれぞれ所定の流量処理室２ａ
内に導入する。そしてダミーウエハを用いて予め求めら
れた最適なエッチング速度を得るために最適な圧力雰囲
気に到達したことが、センサ５７により検出された後、
高周波電源７からマッチング回路８を介して高周波アン
テナ６に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加
することにより処理室２ａ内にプラズマを励起し、さら
に載置台４に高周波電源２４によってバイアス電位をか
けることにより、半導体ウエハＷに対してエッチング処
理が施される。なおその際に、処理室２ａの内壁を５０
℃〜１００℃、好ましくは６０℃〜８０℃に加熱するこ
とにより、処理容器２の内壁への反応生成物の付着を防
止することができる。

【００５４】そしてエッチング処理時には、処理容器２
内の環境を監視している光学センサ５５、センサ５７か
らのフィードバック信号、あるいは予め設定された値に
基づいて、制御器５６から高周波電源７、マッチング回
路８、あるいは可変負荷回路装置装置１０、バイアス電
位用の高周波電源２４に制御信号が送られて、高周波ア
ンテナ６の電位が制御され、あるいは接地電極３１の電
位が制御されて、処理容器２内のプラズマが高密度かつ
均一な状態に保持され、最適な処理条件に保持される。
なお制御器５６により所定のエッチングが終了したと判
断されると、高周波エネルギーの印加が停止されるとと
もに処理ガスの供給も停止され、プラズマ処理動作が終
了する。

【００５５】前記エッチング処理においては、高周波ア
ンテナ６の中心部分、即ち半導体ウエハＷの中央部に対
向した箇所に、接地電極３１が設けられているので、中
央部のバイアス電界が強化され、周辺部と同等の電界が
得られる。従って、まずこの点から、エッチング処理の
均一性の向上が図られている。

【００５６】しかもこの接地電極３１には、処理ガスの
供給流路３３が形成され、処理ガスは、この供給流路３
３から供給口３３ａを通じて処理室２ａ内に導入され
て、半導体ウエハＷ上に吐出されている。処理ガスは半
導体ウエハＷの中心から周辺方向へと方向づけられ、そ
の結果半導体ウエハＷ上を均一に流れる。それゆえ本実
施形態においては、ガスの流れの均一性の点からも、エ
ッチング処理の均一性の向上が図られている。

【００５７】さらにまた本実施形態においては、処理室
２ａ内の側部上方に位置するガス供給管４３からも処理
ガスを導入することが可能になっているので、より微細
なガス流の整序が可能であり、なお一層エッチング処理
の均一性の向上を実現することができる。

【００５８】従って、本実施形態にかかるエッチング装
置１によれば、以上の各点から、エッチング処理の均一
性の向上が図られており、例えば従来この種の誘導プラ
ズマ方式の装置においてみられた、半導体ウエハＷの周
辺部の方に偏ってエッチングレートが高くなっていたこ
とを大幅に改善でき、歩留まりの向上を図ることが可能
になっている。

【００５９】なお前記実施形態では、処理室２ａ内の側
部上方にもガス供給管４３を設けていたが、もちろんそ
のようなガス供給管４３から処理ガスを供給しなくと
も、接地電極３１に設けた供給流路３３の供給口３３ａ
からの処理ガスの導入のみによっても、従来より大幅に
ガス流の均一性を実現して、処理の均一性を向上させる
ことが可能である。

【００６０】前記実施形態においては、かかる供給流路
３３の供給口３３ａを単一のものとして構成したが、も
ちろんいわゆるシャワーヘッドの形態に構成してもよ
い。図４は、そのようなシャワーヘッドの形態を採用し
た接地電極を用いた他の実施形態にかかるプラズマエッ
チング装置８１の要部の断面を模式的に示しており、こ
のプラズマエッチング装置８１の処理容器８２の天板部
分にも、絶縁材８３が気密に設けられ、プラズマ励起用
の高周波アンテナ８４が、この絶縁材８３の上面に配置
されている。

【００６１】そして前記高周波アンテナ８４の中心部分
における前記絶縁材８３には、接地電極８５が気密に貫
設されている。この接地電極８５は、可変負荷回路装置
を介さず直接ＧＮＤに接続されており、またその内部に
は中空部８６が形成され、さらに当該中空部８６の下側
には、この中空部８６と通ずる複数の供給口８７が、例
えば放射状、同心円状に形成されている。また前記中空
部８６の上側には、この中空部８６に通ずる供給流路８
８が形成されており、当該供給流路８８の上面は、導入
口８８ａを構成している。

【００６２】前記導入口８８ａには、導電性の第１供給
管８９が接続され、さらにこの第１供給管８９には、絶
縁部材９０を介して、導電性を有する第２供給管９１が
接続され、この第２供給管９１は接地されている。そし
て第２供給管９１は、メインバルブ９２を介し、さらに
バルブ９３、９４、マスフローコントローラ９５、９６
を介して、処理ガス供給源９７、９８に接続されてい
る。

【００６３】このプラズマエッチング装置８１の要部は
以上のように構成されており、前出第１実施形態にかか
るプラズマエッチング装置１と同様、接地電極８５の存
在によって、バイアス電界の中央部が強化され、それに
よって被処理体である半導体ウエハＷの中央部のエッチ
ングレートも改善され、全体としてエッチングの面内均
一性の向上が図れる。

【００６４】しかも処理ガス供給源９７、９８から処理
容器８２内に導入される処理ガスは、前記接地電極８５
に形成した多数の供給口８７から、対向配置されている
半導体ウエハＷの被処理面に均一に供給されるので、半
導体ウエハＷ上のガスの流れが方向付けられ、その結果
ガスの流れが均一化される。従って、かかる点からもエ
ッチング処理は均一化は大きく向上している。なお前記
した供給口８７は、全て同一径である必要はなく、例え
ば中心部分がもっとも大きく、周縁部に近い程、その径
が小さくなるように設定してもよい。さらに供給口８７
の分布を、被処理面よりも大きく分布するように設ける
ことにより、均一なガス供給を図ることができる。

【００６５】ところで、均一なプラズマ処理を得るため
には、処理容器内に発生させるプラズマが偏りなくかつ
安定したものであることが重要である。この点に鑑み、
図５に示したプラズマエッチング装置１０１において
は、電場のプラズマへの影響を抑えるため、高周波アン
テナ６と処理容器２の上部にある絶縁材との間に静電シ
ールド材１０２を設けた構成を有している。なお図５に
おいて、前出実施形態ににかかるプラズマエッチング装
置１の各構成部材と同一の番号、符号で引用される部材
は、それぞれ同一の部材構成を示している。

【００６６】即ちこの記静電シールド材１０２は、図６
に示した形態を有しており、同形同大の１６枚のシール
ド板１０２ａ〜１０２ｐが、隙間、例えばスリット１０
３を隔てて放射状に集合して構成されている。各シール
ド板１０２ａ〜１０２ｐは、例えば処理容器２と同一材
質からなる、例えば表面が酸化処理されたアルミニウム
材からなり、処理容器２の内径と接地電極３１の径に対
応した２つの弧と、その両端を結ぶ直線（弦）によって
囲まれた形態を有している。このような形態を有するシ
ールド板１０２ａ〜１０２ｐは、例えば薄い円板の中心
に接地電極３１の径に対応した円形の孔を穿設し、直径
に対応した線でこの円板を１６分割することによって容
易に製作できる。なお前記スリット１０３の幅は、１mm
程度に設定してある。

【００６７】各シールド板１０２ａ〜１０２ｐは、いず
れも処理容器２と同電位となるように接地されており、
絶縁材５の上に載置されているが、高周波アンテナ６と
は絶縁されている。なお各シールド板１０２ａ〜１０２
ｐは絶縁材５の内部に封入した構造であってもよい。そ
の場合には、高周波アンテナ６は、そのまま絶縁材５の
上に載置できる。また各シールド板１０２ａ〜１０２ｐ
は絶縁材５の上面に凹部を形成してこの凹部内に収納し
た構造であってもよく、例えばプリント基板として絶縁
材５と一体に構成してもよい。

【００６８】以上の構成にかかる静電シールド部材１０
２を採用したプラズマエッチング装置１０１によれば、
外部からの電場の影響を静電シールド部材１０２で遮断
できる。しかも各シールド板１０２ａ〜１０２ｐの間に
は、スリット１０３が介在しているので、静電シールド
部材１０２にうず電流が発生することを防止できる。そ
の結果、処理容器２内に発生するプラズマは偏りや、ね
じれがなく、良好でかつ安定したものとなる。従って、
ウエハＷに対するエッチング特性もより均一化され、歩
留まりが向上する。

【００６９】前記静電シールド部材１０２における各シ
ールド板１０２ａ〜１０２ｐは、円板を偶数等分割した
形態ものであったが、もちろん奇数等分割したものでも
よい。また各シールド板１０２ａ〜１０２ｐの大きさ、
即ち中心角の大きさも、条件に応じて任意に設定でき
る。

【００７０】前記静電シールド部材１０２においては、
各シールド板１０２ａ〜１０２ｐの間を隔てるスリット
１０３のみが存在していたが、各シールド板１０２ａ〜
１０２ｐ自体にも、図７に示したような、サブスリット
１０４を形成した静電シールド材１０２’を用いてもよ
い。このサブスリット１０４は、各シールド板１０２ａ
〜１０２ｐの外側の弧の部分から中心方向へと形成した
ものであり、中途で途切れた形態を有している。このよ
うなサブスリット１０４を、各シールド板１０２ａ〜１
０２ｐに形成すれば、さらにプラズマを安定させて均一
なものとすることができる。

【００７１】また前記プラズマエッチング装置１０１に
おいては、静電シールド材１０２は、処理容器２の外側
であって、高周波アンテナ６と絶縁材５との間に設置し
たが、これに代えて、図８に示したプラズマエッチング
装置１１１ように、処理容器８２の内側に設けてもよ
い。即ちこのプラズマエッチング装置１１１は、図４に
示したプラズマエッチング装置８１において、絶縁材８
３の下面に、前出静電シールド材１０２を設けたもので
ある。但し、プラズマに曝されることに鑑み、各シール
ド板１０２ａ〜１０２ｐは、Ｓｉ（シリコン）で構成し
た。このように処理容器８２の内側に静電シールド材１
０２を設けても、プラズマに対する電場の影響を遮断す
ると共に、うず電流の発生を防止して、プラズマの偏
り、ねじれを防止して、安定した均一なプラズマを発生
させることが可能であり、ウエハＷに対するエッチング
特性の均一性が向上するものである。

【００７２】以上本発明の好適な実施形態について、プ
ラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが、本発明
はかかる実施形態に限定されることなく、プラズマＣＶ
Ｄ装置、プラズマアッシング装置、プラズマスパッタ装
置などの他のプラズマ処理装置にも適用することが可能
であり、被処理体についても半導体ウエハに限らずＬＣ
Ｄ基板その他の被処理体にも適用することが可能であ
る。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、誘
導プラズマ方式のプラズマ処理装置において、接地電極
を設けて電界の強度分布を変化させることができるの
で、反応速度の均一化に寄与して、均一な処理を被処理
体に施すことが可能である。例えばエッチング処理に用
いた場合に、中心部のエッチングレートの落ち込みを是
正して、被処理体の中心と周辺でエッチングレートが変
わらないエッチング処理を実施することができる。また
特に請求項２では、前記接地電極が高周波アンテナの中
心部分に設けられているので、プラズマの生成自体に影
響を与えず、中心部分のバイアス電界を強くすることが
でき、被処理体の中心部の反応速度を高めることができ
る。また請求項４では、バイアス電界を任意にかつ連続
して変化させることができるので、所望の電界強度分布
を実現することが容易である。

【００７４】請求項５によれば、被処理体上での処理ガ
スの流れを、例えば中心部から周辺部へと方向づけるこ
とが可能であり、被処理体に対して均一な処理を実施す
ることができる。しかもバイアス電界の強度分布を改善
させて、これを均一にすることができるので、この点か
らも処理の均一性の向上が図ることができる。

【００７５】請求項６によれば、プラズマの生成、分布
に影響を与えないので、請求項５よりもさらに処理の均
一性の向上を図ることが可能である。請求項７によれ
ば、複数の供給口から処理ガスが処理室内に導入される
ので、より一層ガスの流れの均一化を図って処理を均一
にすることが可能である。請求項８によれば、生成した
プラズマ、バイアス電界がより安定したものとなるの
で、一層安定した均一な処理を実施することができる。

【００７６】請求項９によれば、バイアス電界分布を任
意に調整することができるので、より精細な処理の微調
整が可能となる。請求項１０によれば、上方及び側方か
らの２つの方向から処理室内に処理ガスを導入すること
ができるので、たとえガスの流れに不均一な点が発生し
ても、これを補償して均一なものとすることができる。

【００７７】請求項１１〜１３のプラズマ処理方法によ
れば、接地電極を設けることによって反応速度を制御す
るので、均一なプラズマ処理を実施することが可能であ
り、また請求項１４によれば、広範でかつ微細な均一性
の制御を実施することが可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング
装置の断面を示した説明図である。

【図２】図１のプラズマエッチング装置の概観を示す斜
視図である。

【図３】周辺装置を含めた図１のプラズマエッチング装
置の様子を示す説明図である。

【図４】他の実施形態にかかるプラズマエッチング装置
における接地電極付近の様子を示す断面説明図である。

【図５】図１のプラズマエッチング装置の外側に静電シ
ールド材を設けたプラズマエッチング装置の断面を示し
た説明図である。

【図６】図５のプラズマエッチング装置における静電シ
ールド材の斜視図である。

【図７】シールド材にサブスリットを有する静電シール
ド材の斜視図である。

【図８】図４のプラズマエッチング装置の内側に静電シ
ールド材を設けたプラズマエッチング装置の接地電極付
近の様子を示す断面説明図である。

【符号の説明】

１プラズマエッチング装置２処理容器２ａ処理室４載置台５絶縁材６高周波アンテナ７、２４高周波電源２４高周波電源３１接地電極３２可変負荷回路装置３３供給流路３３ａ供給口３５絶縁部材４１、４２処理ガス供給源４３ガス供給管Ｗ半導体ウエハ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波アンテナに高周波電力を印加する
ことにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処
理室内の被処理体に対して処理を施す如く構成されたプ
ラズマ処理装置であって、前記処理室を形成する処理容器の天板部に絶縁材が設け
られ，前記絶縁材の中心部分に，前記高周波アンテナとは絶縁
して設けられた接地電極を具備してなることを特徴とす
るプラズマ処理装置。
【請求項２】高周波アンテナに高周波電力を印加する
ことにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処
理室内の被処理体に対して処理を施す如く構成されたプ
ラズマ処理装置であって、前記高周波アンテナの中心部分に、この高周波アンテナ
とは絶縁された接地電極を具備してなることを特徴とす
るプラズマ処理装置。
【請求項３】高周波アンテナに高周波電力を印加する
ことにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処
理室内に配置された被処理体に対して処理を施す如く構
成されたプラズマ処理装置であって、前記高周波アンテナを構成する誘導部材が、単一の渦巻
き状、コイル状、あるいはループ状のアンテナのうちの
少なくとも一つを有しており、前記高周波アンテナ中心
部分に、前記高周波アンテナとは絶縁された接地電極を
具備してなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】前記接地電極は、可変負荷回路装置を介
して接地されていることを特徴とする、請求項１、２又
は３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】高周波アンテナに高周波電力を印加する
ことにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処
理室内の被処理体に対して処理を施す如く構成されたプ
ラズマ処理装置であって、前記被処理体と対向する前記高周波アンテナの中心部分
に、この高周波アンテナとは絶縁された接地電極を備
え、さらにこの接地電極には、前記処理の際に処理室外
から処理室内に導入すべき処理ガスの流路及び供給口が
形成され、前記処理ガスは前記供給口を通じて処理室内
に導入される如く構成されたことを特徴とする、プラズ
マ処理装置。
【請求項６】高周波アンテナに高周波電力を印加する
ことにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処
理室内の被処理体に対して処理を施す如く構成されたプ
ラズマ処理装置であって、前記被処理体と対向する前記高周波アンテナの中心部分
に、この高周波アンテナとは絶縁された接地電極を備
え、さらにこの接地電極における処理室内に面する部分
は、処理室内壁と面一となるように設定され、さらにま
た前記処理の際に処理室外から処理室内に導入すべき処
理ガスの流路及び供給口が、前記接地電極に形成され、
前記処理ガスは前記供給口を通じて処理室内に導入され
る如く構成されたことを特徴とする、プラズマ処理装
置。
【請求項７】前記供給口は、複数形成されていること
を特徴とする、請求項５又は６に記載のプラズマ処理装
置。
【請求項８】前記処理ガスの処理室外から前記流路へ
の導入経路は、接地電極とは独立して接地されているこ
とを特徴とする、請求項５、６又は７に記載のプラズマ
処理装置。
【請求項９】前記接地電極は、可変負荷回路装置を介
して接地されていることを特徴とする、請求項５、６、
７又は８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】前記供給口とは別に、処理室側部から
も処理室内に処理ガスを供給する第２の処理ガス供給口
を備えたことを特徴とする、請求項５、６、７、８又は
９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】処理室の外部に絶縁体を介して配置さ
れた高周波アンテナに高周波電力を印加することによ
り、前記処理室内に誘導プラズマを励起して、処理室内
の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すにあた
り、前記絶縁体に接地電極を設けることによって、反応速度
を制御することを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項１２】処理室の外部に絶縁体を介して配置さ
れた高周波アンテナに高周波電力を印加することによ
り、前記処理室内に誘導プラズマを励起して、処理室内
の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すにあた
り、前記高周波アンテナの中心部分の前記絶縁体に接地電極
を設けることによって、反応速度を制御することを特徴
とする、プラズマ処理方法。
【請求項１３】処理室の外部に絶縁体を介して配置さ
れた高周波アンテナに高周波電力を印加することによ
り、前記処理室内に誘導プラズマを励起して、処理室内
の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すにあた
り、前記高周波アンテナを構成する誘導部材が、単一の渦巻
き状、コイル状、あるいはループ状をなしており、前記
高周波アンテナ中心部分に位置する前記絶縁体に接地電
極を設けることによって、反応速度を制御することを特
徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項１４】処理室の外部に絶縁体を介して配置さ
れた高周波アンテナに高周波電力を印加することにより
前記処理室内に誘導プラズマを励起して、処理室内の被
処理体に対して所定のプラズマ処理を施すにあたり、前記高周波アンテナの中心部分に位置する前記絶縁体に
接地電極を設け、さらにこの接地電極には、前記処理の
際に処理室外から処理室内に導入すべき処理ガスの流路
及び供給口を設け、さらに前記供給口とは別に処理室側
部からも処理室内に処理ガスを供給する第２の供給口を
設け、前記供給口及び第２の供給口からの処理ガスの流
量比を変化させることによって、前記被処理体に対する
処理の均一性を制御することを特徴とする、プラズマ処
理方法。