JP3192370B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板、例え
ば半導体ウエハに対してプラズマ処理を施すためのプラ
ズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばエッチング処理を例にとって説明
すると、従来から例えば半導体製造プロセスにおいて
は、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）などの表
面の絶縁膜をエッチングして、例えばコンタクトホール
を形成するための装置としてエッチング装置が使用され
ているが、その中でもとりわけ処理室内の上下に電極を
配置した所謂平行平板型のエッチング装置は、均一性に
優れ、大口径ウエハの処理が可能である等の長所を有
し、また装置構成も比較的簡易であることから数多く使
用されている。

【０００３】前記従来の一般的な平行平板型のエッチン
グ装置は、例えば特開昭６２−６９６２０号公報におい
ても公知なように、処理室内の上下に電極が対向して平
行に設けられており、被処理基板であるウエハは下側の
電極に載置され、この処理室内にエッチングガスを導入
すると共に、高周波電力を前記下部電極に供給して上下
電極間にプラズマを発生させ、エッチングガスの解離に
よって生じたエッチャントイオンによって、前記ウエハ
の絶縁膜をエッチングするように構成されている。

【０００４】ところでこの種の絶縁膜のエッチング処理
加工は、半導体デバイスの高集積化に伴ってますます微
細な加工や、処理速度の向上、処理の均一性が要求され
ておりそのため電極間に発生したプラズマの密度も、よ
り高密度化させることが求められている。

【０００５】この点前記した特開昭６２−６９６２０号
公報に開示されたプラズマ処理装置においても、発生し
たプラズマの拡散を防止して電極間に集中させるため、
相対向する電極の少なくともいずれか一方の外周部に絶
縁体を配置し、この絶縁体と他の電極あるいは他の絶縁
体との間の間隔が、相対向する電極間隔の７０％以下と
なるように配置した狭間隔構成体を設け、プラズマが発
生する領域の拡散を阻止するようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６２−６９６２０号公報に開示された技術は、２５
６ｋ〜１Ｍ程度のＤＲＡＭの製造を目的としており、今
日のような高集積度のデバイス、例えば６４ＭのＤＲＡ
Ｍの製造にはもはや適用できないものとなっている。即
ち、より高速かつ微細なエッチングを実施するために
は、例えば処理室内の圧力もより減圧する必要がある
が、前記従来技術は、０．５Ｔｏｒｒ〜３Ｔｏｒｒ程度
の減圧度を想定しており、それより高い真空度では、プ
ラズマ領域の拡散を防止することは難しく、エッチング
レートの向上が期待できない。しかも電極間から拡散し
たプラズマがそのまま処理室内側壁をスパッタして、コ
ンタミネーションが発生するおそれもある。

【０００７】また前記６４ＭのＤＲＡＭの製造に適した
ものとしてＥＣＲエッチング装置が提案されているが、
これは領域的にみて６インチウエハやせいぜい８インチ
ウエハに対するエッチングが限界とされ、今後の大口径
ウエハ、例えば１２インチウエハに対しては不向きであ
る。

【０００８】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、６４ＭのＤＲＡＭの製造にも対処可能な微細な処
理、例えばエッチング処理を高速に実施するために、処
理室内の減圧度を例えば１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏ
ｒｒにまで減圧しても、発生したプラズマを電極間に効
率よく閉じこめて、高密度プラズマによる高いエッチン
グレートを実現すると共に、処理室内壁へのスパッタを
減少させてコンタミネーションを発生させないプラズマ
処理装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【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、減圧自在
な処理室内に上部電極と下部電極を対向して有し、高周
波電力の供給によって前記上部電極と下部電極との間に
プラズマを発生させ、前記下部電極上の被処理基板に対
して処理を施す如く構成された処理装置において、前記
上部電極及び下部電極の双方に高周波電力が供給され、
前記上部電極の周囲には上側絶縁体が設けられ、前記下
部電極の周囲には下側絶縁体が設けられ、前記上側絶縁
体の外方下端部は前記下側絶縁体の外周よりも外側に位
置するように設定されると共に、この上側絶縁体の外方
下端部は、前記被処理基板の上面とほぼ同一かそれより
も下方に位置するように設定され、前記上側絶縁体と下
側絶縁体との間の最も狭い間隔が、前記上部電極と下部
電極との間の間隔よりも狭く設定され，前記上側絶縁体
の下面は，下側絶縁体の上面外周縁部と対向して，当該
下側絶縁体の上面外周縁部に対して凹に湾曲した面に成
形されていることを特徴とする，プラズマ処理装置が提
供される。この上側絶縁体と下側絶縁体との間の最も狭
い間隔は、８mm±５mm程度が好ましい。なおここでいう
下側絶縁体は、例えばエッチング処理装置において用い
られている、イオンの入射効率を高めるために使用され
るフォーカスリングであってもよい。 また上側絶縁体の
下面は，下側絶縁体の上面外周縁部よりも大きい曲率半
径で，前記上面外周縁部に対して凹に湾曲した面に成形
したり，上面外周縁部と平行になるように，前記上面外
周縁部に対して凹に湾曲した面に成形してもよい。これ
らの場合，前記上側絶縁体の外方下端部は、前記被処理
基板の上面の５mm上方の位置よりも下方に位置するよう
に設定してもよい。

【００１０】請求項５によれば、減圧自在な処理室内に
上部電極と下部電極を対向して有し、高周波電力の供給
によって前記上部電極と下部電極との間にプラズマを発
生させ、前記下部電極上の被処理基板に対して処理を施
す如く構成された処理装置において、前記上部電極及び
下部電極の双方に高周波電力が供給され、前記上部電極
の周囲には上側絶縁体が設けられ、前記下部電極の周囲
には下側絶縁体が設けられ、前記上側絶縁体の外方下端
部は前記下側絶縁体の外周よりも外側に位置するように
設定されると共に、この上側絶縁体の外方下端部は、前
記被処理基板の上面とほぼ同一かそれよりも下方に位置
するように設定され、前記上側絶縁体と下側絶縁体との
間の最も狭い間隔が、前記上部電極と下部電極との間の
間隔よりも狭く設定され，前記上側絶縁体の外方下端部
は、前記被処理基板の上面の５mm上方の位置よりも下方
に位置するように設定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。

【００１１】以上のように構成された各プラズマ処理装
置において、請求項６に記載したように、前記上側絶縁
体の一部に、プラズマ観察用の窓を形成すれば、なお好
ましい。

【００１２】また請求項７に記載したように、前記上側
絶縁体の下面に、プラズマ観察用の切欠部を形成しても
よい。

【００１３】そして前記上側絶縁体の下面、例えば下部
電極や下側絶縁体に向けられた面は、段差のない連続
面、例えば平坦面や緩やかな曲面よって形成されたもの
とすればなお好ましい。また下側絶縁体の上面について
も同時に段差のない連続面に形成してもよい。

【００１４】以上のように構成した各プラズマ処理装置
において、請求項８に記載したように下部電極の外方周
囲に接地電極を設けるようにしてもよい。この場合下側
絶縁体を有するものについては、当該下側絶縁体よりも
外方に配置すればよい。

【００１５】前記請求項１〜８に記載したプラズマ処理
装置において、好ましくは、請求項９に記載したよう
に、上部電極と下部電極との間の間隔を１０mm〜３０mm
に設定することが提案できる。

【００１６】

【００１７】（作用） 請求項１のプラズマ処理装置によれば、上部電極の周囲
に設けられた上側絶縁体の外方下端部が、下部電極の外
周よりも外側に位置するように設定されると共に、この
上側絶縁体の外方下端部は、前記被処理基板の上面とほ
ぼ同一かそれよりも下方に位置するように設定されてい
るので、上部電極と下部電極との間の空間を、上側絶縁
体が覆い被さるようになっている。そして前記上側絶縁
体と下側絶縁体との間の最も狭い間隔が、前記上部電極
と下部電極との間のギャップよりも狭く設定され，しか
も前記上側絶縁体の下面は，下側絶縁体の上面外周縁部
と対向して，当該下側絶縁体の上面外周縁部に対して凹
に湾曲した面に成形されているので，狭隘な流路が形成
され、上部電極と下部電極の間に発生したプラズマは、
真空度の高い雰囲気においても効率よくその拡散が抑え
られ、プラズマの高密度化を図ることができる。また上
側絶縁体の下面にプラズマによる反応生成物，デポが付
着することを防止できる。

【００１８】しかも前記したように、上側絶縁体の外方
下端部は、前記被処理基板の上面とほぼ同一かそれより
も下方に位置するように設定されているので、漏出する
プラズマが、そのまま側方に拡散して処理室内側壁をス
パッタすることはない。

【００１９】請求項２のプラズマ処理装置においても、
前記請求項１の場合と同様、上部電極と下部電極の間に
発生したプラズマは、上側絶縁体と下側絶縁体とによっ
てその拡散が抑制され、高いプラズマ密度を実現するこ
とができ、またプラズマがそのまま側方に拡散して処理
室内側壁をスパッタすることはない

【００２０】前記上側絶縁体の一部に、プラズマ観察用
の窓を形成すれば、当該窓を通して、前記上側絶縁体の
内方のプラズマ状態を外方から観察することができる。

【００２１】また前記上側絶縁体の下面に、プラズマ観
察用の切欠部を形成した場合にも、当該切欠部を通して
上側絶縁体の内方のプラズマ状態を外方から観察するこ
とができる。

【００２２】上側絶縁体の下面を段差のない連続面で形
成した場合には、当該上側絶縁体の下面にプラズマによ
る反応生成物、デポが付着することを防止することがで
きる。

【００２３】下部電極の外方周囲に接地電極を設けれ
ば、安定したプラズマ状態を維持することが可能であ
る。

【００２４】上部電極と下部電極との間の間隔を１０mm
〜３０mmに設定すれば、例えばエッチング処理おいて
は、減圧度が例えば１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ
という減圧雰囲気で、エッチングレートの高い微細なエ
ッチングを被処理基板に施すことがより一層容易とな
る。

【００２５】また上側絶縁体の外方下端部を、前記被処
理基板の上面の５mm上方の位置よりも下方に位置するよ
うに設定しても、漏出するプラズマが、そのまま側方に
拡散して処理室内側壁をスパッタすること抑制すること
が確認されている。

【００２６】なお本発明にかかるプラズマ処理装置にお
いて、いずれか一方の電極の方に相対的に高い周波数の
電力を供給し、他の電極の方には相対的に低い周波数の
電力を供給するように構成すれば、高い周波数の電力で
プラズマを発生、維持させ、解離したイオンの被処理基
板への入射速度等を低い周波数の電力で制御することが
可能になる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明をエッチング装置に
適用した実施の形態を添付図面に基づき説明すると、図
１は本実施の形態にかかるエッチング装置１の断面を模
式的に示しており、このエッチング装置１における処理
室２は、気密に閉塞自在に構成されており、酸化アルマ
イト処理されたアルミニウムなどからなる円筒形状に成
形された処理容器３内に形成されている。またこの処理
容器３自体は、例えば接地線４を介して接地されてい
る。前記処理室２内の底部にはセラミックなどの絶縁支
持板５が設けられており、この絶縁支持板５の上部に、
被処理基板例えば直径８インチの半導体ウエハ（以下、
「ウエハ」という）Ｗを載置するための下部電極を構成
する略円柱状のサセプタ６が、上下動自在に収容されて
いる。

【００２８】前記サセプタ６は、前記絶縁支持板５及び
処理容器３の底部を遊貫する昇降軸７によって支持され
ており、この昇降軸７は、処理容器３外部に設置されて
いる駆動モータ８によって上下駆動される構成となって
いる。従って、この駆動モータ８の作動により、前記サ
セプタ６は、図１中の往復矢印Ａに示したように、上下
動自在となっている。なお処理室２の気密性を確保する
ため、前記サセプタ６と絶縁支持板５との間には、前記
昇降軸７の外方を囲むように伸縮自在な気密部材、例え
ばベローズ９が設けられている。

【００２９】前記サセプタ６は、表面が酸化処理された
アルミニウムからなり、このサセプタ６の内部には、温
度調節手段、例えばセラミックヒータなどの加熱手段
（図示せず）や、冷媒が外部と循環する構成を有する冷
媒循環路（図示せず）が設けられており、サセプタ６上
の被処理基板を所定温度に維持することが可能なように
構成されている。またかかる温度は、温度センサ（図示
せず）、温度制御機構（図示せず）によって自動的に制
御されるようになっている。

【００３０】また前記サセプタ６の上には、ウエハＷを
吸着保持するための静電チャック１１が設けられてい
る。この静電チャック１１は、例えば導電性の薄膜をポ
リイミド系の樹脂フィルムによって上下から挟持した構
成を有し、処理容器３外部に設置されている高圧直流電
源１２からの所定の電圧が前記導電性の薄膜に印加され
ると、前記ポリイミド系の樹脂フィルム表面に電荷が発
生し、この電荷によって発生するクーロン力によってウ
エハＷは、静電チャック１１の上面に吸着保持されるよ
うになっている。もちろんそのような静電チャック１１
に限らず、機械的クランプによってウエハＷの周縁部を
サセプタ６側に押圧するようにして、サセプタ６上にウ
エハＷを保持する構成としてもよい。

【００３１】前記サセプタ６上縁には、静電チャック１
１を囲むようにして、平面が略環状の石英からなる下側
絶縁体１３が配されている。この下側絶縁体１３の上面
はウエハＷの表面とほぼ面一であり、その外周縁部１３
ａは、電位差の発生する他の部分との間での放電を防止
するため、丸みを帯びた成形処理が施されている。また
この下側絶縁体１３は、さらにフォーカスリングとして
も機能し、プラズマ中のイオンを効果的にウエハＷに入
射させる機能を併せ持っている。

【００３２】前記サセプタ６の上方には、このサセプタ
６と平行に対向して、上部電極２１が設けられている。
この上部電極は２１は図２にも拡大して示したように、
複数段の中空構造を有しており、また少なくともプラズ
マに接する部分、例えば処理室２内への露出部分は、印
加する高周波電力が十分透過する程度の厚さのシリコン
（Ｓｉ）からなっている。もちろん前記上部電極２１の
材質は、ガラス状カーボンや表面がアルマイト処理され
たアルミニウムでもよい。さらにこの上部電極２１にお
ける中空部内の隔壁平板、並びにサセプタ６との対向面
には、導入されるガスを均一に拡散するため、多数の拡
散孔２２が形成されている。この上部電極２１における
下面、即ちサセプタ６との対向面と、前記静電チャック
１１との間の距離、即ち図２に示されたギャップＧは、
高速エッチングレートを得るためには１０〜３０mmに設
定することが好適である。

【００３３】前記上部電極２１の中央には処理ガス等を
導入するためのガス導入口２３が設けられ、さらにバル
ブ２４、２５、マスフローコントローラ２６を介して、
処理ガス供給源２７からのエッチングガス、例えばＣＦ
₄ガスが、予め設定された流量に制御されて前記拡散孔
２２を通じて処理室２内のサセプタ６上に均一に供給さ
れる構成となっている。

【００３４】さらに前記上部電極２１の外周部には、平
面が略環状の上側絶縁体３１が配置されており、上部電
極２１と処理容器３との間の絶縁機能も担っている。も
ちろん別途絶縁材を介在させてもよい。

【００３５】前記上側絶縁体３１は、図２に示したよう
に、上部電極２１の外周下端縁を覆い、またその外方下
端部３１ａは前記下側絶縁体１３の外周よりも外側に位
置するように設定されている。この上側絶縁体３１の下
面は下側絶縁体１３の上面外周縁部１３ａに対向してお
り、当該上面外周縁部１３ａよりも大きい曲率半径で前
記下側絶縁体１３の上面外周縁部１３ａに対して凹に湾
曲した面に成形されている。かかる構成により、上側絶
縁体３１の下面と下側絶縁体１３の上面縁部１３ａとの
間に狭隘なガス流路が形成されることになるが、その最
も狭い部分の間隔Ｌは、前記ギャップＧよりも狭く設定
されている。なお具体的な長さについていえば、Ｌ＝８
mm±５mmが好ましい。

【００３６】また上側絶縁体３１の前記外方下端部３１
ａも下方に凸の湾曲した面に形成されており、この外方
下端部３１ａは、図２に示したように、静電チャック１
１上に保持されたウエハＷの上面よりも低い位置に位置
している。

【００３７】なお本実施の形態においては、上側絶縁体
３１の下面は、下側絶縁体１３の上面外周縁部１３ａよ
りも大きい曲率半径で、前記下側絶縁体１３の上面外周
縁部１３ａに対して凹に湾曲した面に成形されている
が、図３に示したように、上側絶縁体３１の下面と下側
絶縁体１３の上面外周縁部１３ａとが、平行となるよう
に設定してもよい。かかる場合には、上側絶縁体３１の
下面と下側絶縁体１３との間の流路のガスコンダクタン
スが増大することになるが、上部電極２１とサセプタ６
間に発生したプラズマ密度を一層高くすることが容易に
なり、エッチングレートをさらに向上させることが可能
になる。

【００３８】処理容器３の下部には、例えば真空ポンプ
などに代表される真空引き手段４１に通ずる排気管４２
が接続されており、サセプタ６の周囲に環状に配置され
たバッフル板４３を介して、処理室２内は、１０ｍＴｏ
ｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ内の任意の減圧度にまで真空引
きされることが可能となっている。なおこのバッフル板
４３は、適宜の絶縁材、例えば石英等からなる支持材
（図示せず）などで支持される。また処理室２内の圧力
を検出する圧力センサ７０からの信号に基づいて、前記
真空引き手段４１の動作は制御されるようになってお
り、かかる構成によって、例えば処理室２内を所定の圧
力値に維持することが可能である。

【００３９】次にこのエッチング装置１の高周波電力の
供給系について説明すると、まず一方の下部電極となる
サセプタ６に対しては、プラズマ中のイオンを引き寄せ
るための、周波数が１ＭＨｚを越えない範囲で、例えば
８００ｋＨｚの高周波電力を出力する高周波電源４４か
らの電力が、整合器４５を介して供給される構成となっ
ている。他方、上部電極２１に対しては、整合器４６を
介して、プラズマを生起させることができる、周波数が
前記高周波電源４４よりも高い１ＭＨｚ以上の周波数、
例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力を出力する高周波
電源４７からの電力が供給される構成となっている。

【００４０】前記処理容器３の側部には、ゲートバルブ
５１を介してロードロック室５２が隣接している。この
ロードロック室５２内には、被処理基板であるウエハＷ
を処理容器３内の処理室２との間で搬送するための、搬
送アームなどの搬送手段５３が設けられている。

【００４１】本実施の形態にかかるエッチング装置１の
主要部は以上のように構成されており、例えばシリコン
のウエハＷの酸化膜（ＳｉＯ₂）に対してエッチング処
理する場合の処理方法等について説明する。なおこれら
の工程は、予め定められたプログラムによって実行され
るようになっている。まずロードロック室５２と処理室
２の圧力が同一か、あるいはロードロック室５２内の圧
力が処理室２内の圧力よりも予め定められた程度に高く
なった後、ゲートバルブ５１が開放され、搬送手段５３
によってウエハＷが処理室２内に搬入される。このとき
駆動モータ８の作動により、サセプタ６は下降してウエ
ハＷ受け取りの待機状態にある。そして搬送手段５３に
よってウエハＷが静電チャック１１上に載置された後、
搬送手段５３は待避し、ゲートバルブ５１が閉鎖され、
また駆動モータ８の作動により、サセプタ６は所定の位
置まで上昇する。

【００４２】次いで処理室２内が、真空引き手段４１に
よって減圧されていき、圧力センサ７０が検出した所定
の圧力値になった後、処理ガス供給源２７からＣＦ₄ガ
スが供給され、処理室２の圧力が、予め定められたプロ
セスに従って例えば１０ｍＴｏｒｒに設定、維持され
る。なおこの圧力センサ７０は、後述する狭隘な流路に
面した処理室内に設けてもよい。

【００４３】その後上部電極２１に対して高周波電源４
７から周波数が２７．１２ＭＨｚの高周波電力が供給さ
れると、上部電極２１とサセプタ６との間にプラズマが
生成される。またこれより僅かに遅れて（１秒以下のタ
イミング遅れ）をもって、サセプタ６に対して高周波電
源４４から周波数が８００ｋＨｚの高周波電力が供給さ
れる。そのようにサセプタ６に対してタイミングを遅ら
せて高周波電力を供給させることにより、過大な電圧に
よってウエハＷがダメージを受けることを防止できる。

【００４４】そして発生したプラズマによって処理室２
内のＣＦ₄ガス分子が解離し、その際に生ずるフッ素ラ
ジカル原子が、サセプタ６側に供給したバイアス電圧
（８００ｋＨｚ）によって、その入射速度がコントロー
ルされ、ウエハＷ表面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を
エッチングしていく。

【００４５】このプロセスにおいて、前記したように一
方の電極を構成するサセプタ６には、ウエハＷを取り囲
むように下側絶縁体１３が配置されており、また他方の
上部電極２１の周囲にも上側絶縁体３１が設けられ、両
者間で電極のギャップＧよりも狭い狭隘な流路が形成さ
れているので、サセプタ６と上部電極２１との間に発生
したプラズマのウエハＷ上面から外方への拡散は抑えら
れ、電極間のプラズマ密度は高くなっている。もちろん
処理室２内の圧力が、１０ｍＴｏｒｒという高い減圧度
であっても、プラズマの拡散を効果的に抑制することが
できる。従って、６４ＭＤＲＡＭの高集積度の半導体デ
バイスのエッチング処理にも対処可能である。換言すれ
ば、減圧下でのエッチングレートの高速化が可能にな
る。しかも前記下側絶縁体１３はフォーカスリングの機
能を併せ持っているので、エッチャントイオンであるフ
ッ素ラジカルは効率よくウエハＷに入射し、ウエハＷ表
面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）のエッチングレート
は、より一層高くなっている。

【００４６】ところで既述したように、従来技術にかか
るエッチング装置においては、プラズマの拡散に伴う処
理容器内壁のスパッタ等が問題となっていたが、本実施
の形態にかかるエッチング装置１においては、上側絶縁
体３１の外方端部３１ａが、下側絶縁体１３の外側に位
置し、しかもウエハＷの上面よりも低い位置に位置して
いるので、上部電極２１とサセプタ６との間に発生した
プラズマは、そのまま処理容器３の内側壁に向かって拡
散することはない。従って、処理容器３の内側壁がスパ
ッタされることはないものである。

【００４７】また本実施の形態において上側絶縁体３１
の下面は、段差のない湾曲面に成形されているので、排
気の際に、各種のデポが当該下面に付着することが抑制
されており、この点からも処理室２内の汚染防止が図ら
れている。従ってウエハＷに対するエッチングプロセス
時の歩留まりが向上している。

【００４８】なお前記実施の形態において、上側絶縁体
３１の下面と下側絶縁体１３の上面外周縁部１３ａとの
間の最も狭い間隔Ｌについては、その径方向の長さ、即
ち対向する上面外周縁部１３ａと向かい合う長さが長い
ほど、上側絶縁体３１の下面と下側絶縁体１３とによっ
て形成される狭隘な流路のガスコンダクタンスが大きく
なり、プラズマの閉じこめ効果が大きくなる。従って、
上部電極２１とサセプタ６との間のプラズマ密度も高く
なって、エッチングレートも向上する。但し、過大に過
ぎると、処理室２内における当該対向電極間のエリア
と、上側絶縁体３１の外方エリアとの圧力差が大きくな
る。

【００４９】このバランスを鑑みると、上側絶縁体３１
の下面と下側絶縁体１３の上面外周縁部１３ａとの間の
最も狭い間隔Ｌの径方向の長さは、本実施の形態のよう
に８インチウエハＷを処理対象とする場合、３mm〜２０
mm程度の長さに設定することが適切である。即ち図３に
示した例に即して説明すれば、Ｍ₁を３mm〜２０mmの間
に設定することになる。

【００５０】次に前記実施の形態にかかるエッチング装
置１を用いて実際にエッチングしたときの上側絶縁体３
１の下面と下側絶縁体１３の上面外周縁部１３ａとの間
の最も狭い間隔Ｌと、エッチングレートとの関係を調べ
ると、表１に示したようになった。なおエッチングガス
は、Ｃ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ₂＝１０／３０／２５５／
６（単位はＳＣＣＭ）の割合で流し、高周波電源４７の
パワーは２ｋＷ、処理室２内の内圧は４５ｍＴｏｒｒ、
電極間ギャップＧは２５mmである。なお表中のエッチン
グレートの数値は、面内平均エッチングレートを示し、
「±６．３」は、平均値に対する最大エッチングレート
と最小エッチングレートの差のふらつき度を示す百分率
を示している。

【００５１】

【表１】

【００５２】これによれば、Ｌ＝８mmのときが、１６mm
のときよりもエッチングレートが高く、しかも均一性が
良好であることがわかる。

【００５３】次にＬ＝８mmを固定し、当該間隔Ｌの径方
向の長さＭを変化させたときのエッチングレートとガス
コンダクタンスとの関係を調べると、表２に示した結果
が得られた。

【００５４】

【表２】

【００５５】これによれば、Ｍ＝３mmのときに最もエッ
チングレートが高速であることがわかり、またガスコン
ダクタンスもＭ＝３mmのときに最も良好であることが確
認できた。さらに電極間ギャップＧを１５mmに設定する
と、エッチングレートはさらに向上し、５９６７（オン
グストローム）±５．８（％）という高い値が得られ
た。

【００５６】またさらにプラズマが処理室２内壁に接す
る面積を少なくすると、相互作用が少なくなり、処理室
内壁からのアウトガス量を減少できる。この作用はチャ
ンバクリーニング用溶剤の残液やチャンバ付着物からの
アウトガスを減少化でき、プラズマの安定化を得ること
ができるという効果をもたらす。これらの対策を得るた
めにも電極間のギャップは１０mm〜３０mmが好適であ
る。

【００５７】なおこの種のプラズマを用いたエッチング
装置においては、エッチングの終点時期を、プラズマの
明度等を外部から観察して検出することが従来から行わ
れている。これを本実施の形態にかかるエッチング装置
１に即していうと、図４に示したように、処理容器３に
例えば石英等で構成された透過窓３ａなどを形成し、外
部に設ける適宜の検出センサ（図示せず）を用いて、上
部電極２１とサセプタ６との間のプラズマＰＬを観察す
ることになる。従ってかかる従来方式の終点検出方法を
実施する場合には、図４、図５に示したように、例えば
上側絶縁体３１の一部に、透明な石英などでプラズマ観
察用の窓３１ｂを構成し、当該窓３１ｂを通して観察す
るようにすればよい。

【００５８】またそのように窓３１ｂを形成することに
代えて、図６、図７に示したように、上側絶縁体３１の
下面に、プラズマＰＬを観察するための切欠部３１ｃを
形成し、この切欠部３１ｃを通して、透過窓３ａからプ
ラズマＰＬの発光等を監視すれば、従来のエッチングの
終点判定装置をそのまま用いることができる。

【００５９】前記実施の形態において、上側絶縁体３１
の下面の形状は、既述したように下側絶縁体１３の上面
外周縁部１３ａよりも大きい曲率半径で、下側絶縁体１
３の上面外周縁部１３ａに対して凹に湾曲した面に成形
され、また上側絶縁体３１の外方下端部の位置も、ウエ
ハＷの上面よりも低い位置に設定してあったが、それに
限らず、例えば図８に示した形状、設定としてもよい。

【００６０】図８に示された例は、上部電極２１の外周
部に設ける上側絶縁体６１の下面を平坦な斜面に成形
し、さらにこの上側絶縁体６１の外方下端部６１ａの高
さを、ウエハＷの上面よりも５mm以内でそれより高い位
置に設定したものである。即ち図８におけるＮを５mm以
下に設定したものである。この例によっても、上部電極
２１とサセプタ６間に発生したプラズマの拡散を効果的
に抑制でき、しかも処理容器３内側壁をプラズマが直接
スパッタすることが抑えられる。

【００６１】なおこの場合には、上側絶縁体６１の外方
下端部６１ａが、ウエハＷの上面よりも、高い位置にあ
るので、エッチング処理の終点の検出は、前記図４等で
示したように、そのまま処理容器３の側壁に透過窓３ａ
を形成することにより、当該透過窓を通じてプラズマを
観察してこれを検出することができる。

【００６２】さらに図９に示したように、上部電極２１
の外周部に設ける上側絶縁体を、筒状の形状を有する上
側絶縁体８１としてもよい。この上側絶縁体８１の外方
端部８１ａは、同時に上側絶縁体８１の下面を構成して
いるが、当該外方端部８１ａは、ウエハＷの上面よりも
低い位置に設定されている。またこの外方端部８１ａの
径方向の長さ、即ち図９におけるＭ₂は、やはり８mm±
５mmの長さに設定することが、プラズマ密度の高さと、
処理室２内における上側絶縁体８１を境とした圧力差の
許容範囲を考慮すれば、バランスがよく好ましい。

【００６３】なおこの図９に示した例においては、サセ
プタ６の外周に適宜の絶縁材６２を介してさらに接地電
極６３を配置している。このような接地電極６３を配置
することにより、上部電極２１とサセプタ６との間で生
成されたプラズマのマッチングをとることが容易とな
り、プラズマがより安定するという効果が得られる。も
ちろんこのような接地電極は、前出実施の形態における
図２、図３、図４、図６、図８に示した構成のものにつ
いても適用可能である。

【００６４】またこの上側絶縁体８１の外方端部８１ａ
は、ウエハＷの上面よりも低い位置に設定されているの
で、プラズマ状態を観察してその発光等でエッチング終
点を判断する場合には、前記図４〜図７に示したよう
に、上側絶縁体８１の一部に石英等でプラズマ観察用の
窓を形成したり、あるいは下面にプラズマ観察用の切欠
部を形成すればよい。

【００６５】なお前記した各実施の形態は、いずれも被
処理基板が半導体ウエハの場合について説明したが、そ
れに限らず本発明は、例えばＬＣＤ基板を処理対象とす
る装置構成とすることも可能である。また前記実施の形
態は、シリコンの半導体ウエハ表面のシリコン酸化膜
（ＳｉＯ₂）をエッチングするプロセスを実施する装置
として構成されていたが、これに限らず、本発明は各種
の絶縁膜、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）、ＴＥＯＳ
酸化膜、ＢＰＳＧ膜のエッチングプロセスを実施する装
置してももちろん構成できる。さらにエッチング処理の
みならず、成膜処理のプラズマＣＶＤ装置やスパッタリ
ング装置にも適用可能である。

【００６６】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置によれば、上
部電極と下部電極の間に発生したプラズマは、真空度の
高い雰囲気においても効率よくその拡散が抑えられ、高
いプラズマ密度が得られる。従って、例えば６４ＭＤＲ
ＡＭのエッチングに対応したコンタクトホールの形成も
可能な、高微細エッチング処理を施すことが可能であ
る。しかも処理室内側壁をスパッタすることはなく、コ
ンタミネーションの発生を抑えて歩留まりの向上を図る
ことが可能である。

【００６７】特に前記上側絶縁体の一部に、プラズマ観
察用の窓を形成したり、前記上側絶縁体の下面にプラズ
マ観察用の切欠部を形成すれば、これら窓や切欠部を通
して外部からプラズマ状態を観察することができ、それ
によって例えばエッチング処理の終点を判断することが
容易になり、かつ精度も向上する。

【００６８】また上側絶縁体の下面にデポが付着するこ
とはないので、処理室内の汚染防止がさらに図られ、メ
ンテナンスの間隔についてもこれを長くとることができ
る。

【００６９】そして接地電極が設けられた場合には，安
定したプラズマ状態を維持することができるので、処理
の均一化が向上し、この点から歩留まりの向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるエッチング装置の
断面説明図である。

【図２】図１のエッチング装置における上側絶縁体と下
側絶縁体の位置関係を示す要部拡大説明図である。

【図３】図１のエッチング装置において適用できる上側
絶縁体の他の形態を示す拡大説明図である。

【図４】図１のエッチング装置における上側絶縁体の一
部にプラズマ観察用の窓を形成した様子を示す上側絶縁
体の要部拡大説明図である。

【図５】図４の上側絶縁体の斜視図である。

【図６】図１のエッチング装置における上側絶縁体の下
面にプラズマ観察用の切欠部を形成した様子を示す上側
絶縁体の要部拡大説明図である。

【図７】図６の上側絶縁体の斜視図である。

【図８】図１のエッチング装置において適用できる下面
が平坦な斜面形状の上側絶縁体の形態を示す拡大説明図
である。

【図９】図１のエッチング装置において適用できる筒状
の上側絶縁体の形態を示す拡大説明図である。

【符号の説明】

１ エッチング装置 ２ 処理室 ３ 処理容器 ３ａ 透過窓 ６ サセプタ １３ 下側絶縁体 ２１ 上部電極 ３１ 上側絶縁体 ３１ａ 外方下端部 ３１ｂ 窓 ３１ｃ 切欠部 ４４、４７ 高周波電源 Ｗ ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永関 一也 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−125626（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−23429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−10932（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−43880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−254731（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29270（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−279044（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/509 H01L 21/205 H05H 1/46

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧自在な処理室内に上部電極と下部電
   極を対向して有し、高周波電力の供給によって前記上部
   電極と下部電極との間にプラズマを発生させ、前記下部
   電極上の被処理基板に対して処理を施す如く構成された
   処理装置において、 前記上部電極及び下部電極の双方に高周波電力が供給さ
   れ、 前記上部電極の周囲には上側絶縁体が設けられ、 前記下部電極の周囲には下側絶縁体が設けられ、 前記上側絶縁体の外方下端部は前記下側絶縁体の外周よ
   りも外側に位置するように設定されると共に、この上側
   絶縁体の外方下端部は、前記被処理基板の上面とほぼ同
   一かそれよりも下方に位置するように設定され、 前記上側絶縁体と下側絶縁体との間の最も狭い間隔が、
   前記上部電極と下部電極との間の間隔よりも狭く設定さ
   れ， 前記上側絶縁体の下面は，下側絶縁体の上面外周縁部と
   対向して，当該下側絶縁体の上面外周縁部に対して凹に
   湾曲した面に成形されていることを特徴とする，プラズ
   マ処理装置。
2. 【請求項２】 上側絶縁体の下面は，下側絶縁体の上面
   外周縁部よりも大きい曲率半径で，前記上面外周縁部に
   対して凹に湾曲した面に成形されていることを特徴とす
   る，請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 上側絶縁体の下面は，下側絶縁体の上面
   外周縁部と平行になるように，前記上面外周縁部に対し
   て凹に湾曲した面に成形されていることを特徴とする，
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記上側絶縁体の外方下端部は、前記被
   処理基板の上面の５mm上方の位置よりも下方に位置する
   ように設定されたことを特徴とする、請求項１、２又は
   ３に記載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 減圧自在な処理室内に上部電極と下部電
   極を対向して有し、高周波電力の供給によって前記上部
   電極と下部電極との間にプラズマを発生させ、前記下部
   電極上の被処理基板に対して処理を施す如く構成された
   処理装置において、 前記上部電極及び下部電極の双方に高周波電力が供給さ
   れ、 前記上部電極の周囲には上側絶縁体が設けられ、前記下部電極の周囲には下側絶縁体が設けられ、 前記上側絶縁体の外方下端部は前記下側絶縁体の外周よ
   りも外側に位置するように設定されると共に、この上側
   絶縁体の外方下端部は、前記被処理基板の上面とほぼ同
   一かそれよりも下方に位置するように設定され、 前記上側絶縁体と下側絶縁体との間の最も狭い間隔が、
   前記上部電極と下部電極との間の間隔よりも狭く設定さ
   れ， 前記上側絶縁体の外方下端部は、前記被処理基板の上面
   の５mm上方の位置よりも下方に位置するように設定され
   たことを特徴とする，プラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 前記上側絶縁体の一部に、プラズマ観察
   用の窓を形成したことを特徴とする、請求項１，２，
   ３，４又は５に記載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記上側絶縁体の下面に、プラズマ観察
   用の切欠部を形成したことを特徴とする、請求項１，
   ２，３，４又は５に記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 前記下部電極の外方周囲には、接地電極
   が設けられたことを特徴とする、請求項１、２、３、
   ４，５，６又は７に記載のプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】 前記上部電極と下部電極との間の間隔は
   １０mm〜３０mmに設定されたことを特徴とする、請求項
   １、２、３、４、５，６，７又は８に記載のプラズマ処
   理装置。