JP3165928B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP3165928B2
JP3165928B2 JP07293492A JP7293492A JP3165928B2 JP 3165928 B2 JP3165928 B2 JP 3165928B2 JP 07293492 A JP07293492 A JP 07293492A JP 7293492 A JP7293492 A JP 7293492A JP 3165928 B2 JP3165928 B2 JP 3165928B2
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寿 加藤
柿崎純一
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、ある種のガスを放電させ
て得られたプラズマ中には、イオン、錯イオン、ラジカ
ルなどの活性種が存在し、これら活性種の利用分野の一
つとして半導ウエハの表面処理が挙げられる。プラズマ
による処理は、高精度なプロセス制御ができることなど
の理由から、半導体ウエハの製造プロセスでは、各種の
膜のエッチングや成膜などを行うためにプラズマ処理が
行われている。
【0003】プラズマ処理には処理の方向性を持った異
方性エッチングやその他種々の処理が含まれるが、その
中でも処理の方向性を持たない等方性エッチングやレジ
スト膜のアッシングを行う装置としては、例えば、従来
図4に示すような装置が知られている。図4の装置は、
処理ガスを導入するためのインジェクタ11が貫通さ
れ、かつ排気管12が接続された例えばステンレス製の
マニホールド13をベースプレート13aに固定すると
共に、マニホールド13上に例えば石英からなる縦型の
反応管14を支持させて設置し、高周波電源Eに接続し
た電極15と接地した電極16とを、各々反応管14の
管壁に沿ってかつ反応管14の中央を介して互いに対向
するように配置し、更にマニホールド13の下端閉口部
には、ウエハボート17を反応管14内にロードしたと
きにシールするようにキャップ部18を設けて構成され
ている。
【0004】このような装置においては、反応管14内
を所定の真空度に排気した後、電極15、16間に高周
波電圧を印加すると共に、インジェクタ11から反応管
14内に処理ガスを導入すると、プラズマが発生し、こ
のプラズマによりウエハボート17上のウエハに対して
等方性エッチングなどのプラズマ処理が行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電極16や
高周波電源Eはベースプレート13aに接続されること
により接地されており、またマニホールド13もベース
プレート13aに保持されていることから、電源E→電
極15→放電空間→電極16→電源Eのループの他に、
電源E→電極15→放電空間→マニホールド13→電源
Eのループが形成されることになる。従って前者のルー
プに比べて後者のループの回路抵抗が小さい場合、例え
ば反応管14の下部側領域のガス圧が低い場合などに
は、電極15とマニホールド13との間で放電が起こっ
てしまう。しかしながらこのような放電が起こると反応
管14の下部側のプラズマが強くなるので、ウエハボー
ト17に積層されたウエハについて上部側と下部側との
ウエハ間で均一な処理ができなくなる上、マニホールド
13から重金属が蒸散してウエハを汚染してしまうこと
になる。
【0006】そこでこうした放電を避けるために、従来
では電極15、16を高い位置に設けて電極15とマニ
ホールド13との離間距離を大きくし、この間の抵抗を
大きくするようにしていたが、このような構成では、処
理領域が狭くなるのでウエハの許容処理枚数が少なくな
り、スループットが低くなるという問題点があるし、ま
た反応管14内のガスの状態によっては放電するおそれ
もあることから、確実にマニホールド13への放電を防
止できるものではなかった。
【0007】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的とするところは、マニホールドな
どの保持部材への放電を確実に防止することができるプ
ラズマ処理装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属製の保持
部材の上に保持され、下端が開口している縦型の反応管
と、多数の被処理体が積層されて前記反応管内に下方側
から搬入されるボ−トと、前記反応管の周方向に沿って
前記ボ−トにおける被処理体の積層領域の高さ位置に配
置されたプラズマ発生用電極と、を備え、 前記反応管内
に処理ガスを導入し、前記プラズマ発生用電極間に電圧
を印加してプラズマを発生させ、反応管内の被処理体を
プラズマ処理する装置において、前記プラズマ発生用電
極と前記保持部材との間に反応管の周方向に沿って設け
られ、接地された放電トラップ電極と、 前記処理ガスに
接する前記保持部材の内面を密着して又は狭い間隙を介
して覆った絶縁カバーと、を備えたことを特徴とする
【0009】
【作用】反応管内に所定の減圧状態で処理ガスを導入し
てプラズマ発生用電極間に高周波電圧を印加するとプラ
ズマ発生用電極間で放電するが、この電極間のループよ
りも保持部材例えばマニホールドを含むループの抵抗が
小さくなると、一方の電極とマニホールドとの間で放電
しようとする。ここで放電トラップ電極がマニホールド
よりもプラズマ発生用電極に対して近くに位置している
ので、放電はプラズマ発生用電極及び放電トラップ電極
間で起こり、マニホールドには放電しない。また絶縁カ
バーが分極しても絶縁カバーの裏面側の電荷がマニホー
ルドの逆の電荷と再結合するため絶縁カバーには蓄電さ
れず、従ってマニホールドへの放電 が確実に防止でき
る。
【0010】
【実施例】図1は本発明の実施例に用いられるプラズマ
処理装置の一例を示す図である。図1において、1は反
応管であり、この反応管1は、例えば石英からなる外筒
1aと、この外筒1a内に間隙を介して同心状に配列さ
れ、多数のガス流入孔Tを有する例えば石英からなる内
筒1bとから構成されている。
【0011】前記外筒1a及び内筒1bは各々その下端
にて、ステンレスなどからなる筒状の保持部材をなすマ
ニホールド2に保持されており、このマニホールド2は
ベースプレート(基台)20に保持された状態で固定さ
れると共に、マニホールド2と外筒1aの下端部との間
には、気密性を確保するためにOリング1cが介設され
ている。前記マニホールド2の下端部の開口部には、ス
テンレスなどからなる円盤状のキャップ部2aが開閉自
在に設けられると共に、このキャップ部2aの略中心部
には、図示しない回転機構により駆動される回転軸2b
が例えば磁気シールにより気密な状態で挿通されてお
り、この回転軸2bの上端にはターンテーブル3が固定
されている。
【0012】また前記マニホールド2の側面には反応管
1内の処理ガスを排出して当該反応管1内を所定の減圧
雰囲気に設定するための排気管2cが接続されている。
【0013】前記ターンテーブル3の上面には、石英か
らなる保温筒3aが設置されており、この保温筒3a上
には、例えば25または66枚の半導体ウエハWが各々
略水平な状態でかつ互いに所定の間隙例えば4. 76m
m間隔で積層して収容する石英からなるウエハボート4
が搭載されている。このウエハボート4は、各ウエハの
周縁部を周方向に沿って例えば4ヶ所保持するように構
成されており、キャップ部2aや保温筒3aなどと一体
となって図示しない搬送機構により反応管1内に搬入搬
出される。
【0014】前記外筒1aの外周面には、夫々高周波電
源Eの一端側及び他端側に接続されたプラズマ発生用電
極5、6が互いに外筒1aの中心部を介して対向して配
置されており、高周波電源Eの他端部側はベ−スプレ−
ト20に接続されることにより接地されている。前記電
極5、6は例えばアルミニウムにより構成されると共
に、各々横断面形状が外筒1aの外周面に沿った円弧状
に形成されかつ上下両端がそれぞれウエハボート4の上
下両端の高さレベルに対応して位置している。
【0015】前記内筒1bの外側には多数の孔部7aを
備えた導電性円筒である材質例えばアルミニウムよりな
る円筒状シールド体(以下「エッチトンネル」という)
7が前記内筒1bの外周面を囲むように設けられてお
り、エッチトンネル7の下端は内筒1bの下部側の筒壁
に固定されている。
【0016】前記マニホールド2の側面には、例えば石
英よりなるインジェクタ8が気密に水平に挿入されてお
り、このインジェクタ8の内端側は、L字状に屈曲さ
れ、外筒1aとエッチトンネル7との間において上方に
向けて垂直に伸びている。前記インジェクタ8における
垂立した管路部分には、多数のガス噴射孔8aが上下方
向に所定の間隔で形成されている。前記インジェクタ8
の外端側には、プラズマ用のガスであるフロン(CF
4)ガスや酸素ガスなどの図示しないガス供給源が接続
されている。
【0017】前記プラズマ発生用電極5、6の下端とマ
ニホールド2との間における外筒1aの外周面には、帯
状の放電トラップ電極9が当該外周面を囲撓するように
設けられている。この放電トラップ電極9は、ベースプ
レート20に接続されることにより接地されており、電
源E→電極5→放電空間→放電トラップ電極9→電源E
のループの抵抗は、電源E→電極5→放電空間→マニホ
ールド2→電源Eのループの抵抗よりも小さくなるよう
に設定されている。
【0018】またこの実施の形態では、キャップ部2a
及び排気管2cの開口部付近を含む マニホ−ルド2の内
面全体を、絶縁材例えば石英よりなる絶縁カバ−21に
より略密着した状態で覆うようにしている。
【0019】次に上述の装置を用いたプラズマ処理の一
例について述べる。図2(a)は、上述の装置によりプ
ラズマ処理すべき被処理体としての半導体ウエハWの表
面の模式図であり、このウエハWでは、ポリシリコン膜
91上にパタ−ンを有する酸化シリコン膜92が積層さ
れ更に当該酸化シリコン膜92の表面にレジスト膜93
が形成されると共に、エッチング時の方向性イオンの衝
撃などによる損傷部94が形成されている。
【0020】そしてこのような半導体ウエハWを例えば
25または50枚収納したウエハボ−ト4を図示しない
搬送機構により反応管1内にロ−ドする。続いて反応管
1内を排気路2cに接続した真空ポンプなどにより所定
の真空度まで排気した後、インジェクタ8内にフロンガ
ス(CF4)及び酸素ガスの混合ガスよりなる処理ガス
を導入してインジェクタ8のガス噴射孔8aから噴出さ
せると共に、反応管1内を所定の圧力になるように圧力
制御しながら排気を行い、室温の状態で電極5、6間に
例えば電力2kw、周波数13.56MHzの高周波電
圧を印加して前記混合ガスのプラズマを発生させる。
【0021】これによりインジェクタ8から噴射された
処理ガスはプラズマ化され、プラズマ中のフッ素ラジカ
ルや酸素ラジカルなどがエッチトンネル7を通り更に内
筒1bのガス流入孔Tを介して内筒1bに入り込み、半
導体ウエハWの損傷部94(図2(a)参照)に対して
等方性エッチングを施し、図2(b)に示すように損傷
部94を除去する。
【0022】ここで図3は上述実施例において、電極
5、6、9及びマニホ−ルド2を含む等価回路図であ
り、R1は電源E及びプラズマ発生用電極5、6を含む
ル−プの抵抗、R2は電源E及び放電トラップ電極9を
含むル−プの抵抗、R3は電源E及びマニホ−ルド2を
含む抵抗を夫々等価的に示したものである。従って例え
ば反応管1の下部付近のガス圧が低くなるなどの理由に
よりR3がR1より小さくなったとしても、R2はR3
よりも小さいため、放電は電極5とマニホ−ルド2との
間で起こらずに電極5と放電トラップ電極9との間で起
こる。このためプラズマは放電トラップ電極5よりも上
方位置にて発生するので、マニホ−ルド2付近における
強いプラズマ発生を避けることができ、従って広い領域
に亘って均一な処理を施すことができると共に、マニホ
−ルド2からの重金属の蒸散を抑えることができる。
【0023】更に電極5とマニホ−ルド2の電位差によ
り絶縁カバ−21が分極しても絶縁カバ−21はマニホ
−ルド2の内面に略密着しているため、絶縁カバ−21
の裏面側の電荷はマニホ−ルド2(ステンレス)の逆の
電荷と再結合して消失し、この結果電極5とマニホ−ル
ド2との間には放電は起こらない。このように絶縁カバ
−21を用いる構造においては、絶縁カバ−21を必ず
しもマニホ−ルド2の内面に密着させなくともよいが、
間隙が形成される場合には絶縁カバ−21の分極による
電荷がマニホ−ルド2内の反対の電荷と再結合できる程
度に間隙を設定することが必要である。
【0024】また本発明は反応管1をマニホ−ルド2で
保持する代わりに、金属よりなる保持部材で保持し、ガ
ス供給系と排気系とを反応管の上部など別の場所に設置
する構造に対して適用してもよい。
【0025】そして本発明では、実施例のプラズマ処理
に限らず、ウエハの裏面エッチングやレジスト膜のアッ
シング、更には反応管内の洗浄のためのエッチングなど
を行う場合に適用してもよいし、被処理体としては半導
体ウエハに限らずLCD基板などであってもよい。
【0026】
【発明の効果】本発明では、プラズマ発生用電極とマニ
ホ−ルド2などの保持部材との間に放電トラップ電極を
設けており、また絶縁カバ−により保持部材の内面を覆
っているため、既述したように例えば反応管1の下部付
近のガス圧が低くなっても保持部材に対する放電を確実
に防止することができる。従って本発明によれば、保持
部材からの汚染物の飛散を抑えることができ、また反応
管の下部側における強いプラズマの発生を避けることが
できることから広い処理領域に亘って均一なプラズマ処
理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す縦断面図である。
【図2】被処理体としての半導体ウエハの表面構造を示
す説明図である。
【図3】本発明の実施例の等価回路図である。
【図4】従来のプラズマ処理装置の一例を示す縦断面図
である。
【符号の説明】
1 反応管 2 マニホ−ルド 4 ウエハボ−ト 5、6 プラズマ発生用電極 8 インジェクタ 9 放電トラップ電極 20 ベ−スプレ−ト 21 絶縁カバ−
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 一二 神奈川県津久井郡城山町町屋1丁目2番 41号 東京エレクトロン相模株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−174225(JP,A) 特開 昭62−63420(JP,A) 特開 昭62−105996(JP,A) 実開 平4−25229(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/205

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属製の保持部材の上に保持され、下端
    が開口している縦型の反応管と、多数の被処理体が積層
    されて前記反応管内に下方側から搬入されるボ−トと、
    前記反応管の周方向に沿って前記ボ−トにおける被処理
    体の積層領域の高さ位置に配置されたプラズマ発生用電
    極と、を備え、 前記反応管内に処理ガスを導入し、前記プラズマ発生用
    電極間に電圧を印加してプラズマを発生させ、反応管内
    の被処理体をプラズマ処理する装置において、 前記プラズマ発生用電極と前記保持部材との間に反応管
    の周方向に沿って設けられ、接地された放電トラップ電
    極と、 前記処理ガスに接する前記保持部材の内面を密着して又
    は狭い間隙を介して覆った絶縁カバーと、を備えたこと
    を特徴とするプラズマ処理装置。
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