JP3247491B2

JP3247491B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3247491B2
Application number: JP14002993A
Authority: JP
Inventors: 光祐今福
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JPH06333849A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製品の製造工程において
は、半導体ウエハにＣＶＤ処理、エッチング処理、スパ
ッタ処理等を施すことが行われるが、このような各種の
処理を施す装置としてプラズマ処理装置が用いられる場
合がある。この種の従来のプラズマ処理装置の一例とし
ては、例えばアルミニウム等よりなる処理容器内に２つ
の平板型の電極を平行に設置し、その内の上部電極に高
周波電源としてＲＦパワーを印加し、他方、下部電極に
ウエハを支持させてこれを接地するようになっている。
そして、両電極間にエッチングガスを導入してプラズマ
を誘起し、ウエハにプラズマ処理を施すようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマ処
理を行う場合には、上下の電極間に電気的放電を発生さ
せてプラズマを立てるのであるが、一部の放電が上部電
極と接地されている処理容器の内壁との間においても発
生してしまうことが避けられなかった。一般的に、高周
波電源によるプラズマの発生するような放電現象の開始
条件としては、高周波電源のインピーダンスと、放電が
行われる系のインピーダンスとがマッチングする必要が
あるが、上述のように上部電極と容器内壁との間に放電
現象が発生するとこの部分のインピーダンスが変動し、
放電系全体のインピーダンスが安定しないことからプラ
ズマ放電を安定させるために時間を要してしまい、従っ
て、ウエハのプラズマ処理を効率的に行うことができな
い場合があった。

【０００４】また、処理容器の内壁は、これを構成する
アルミニウムがハロゲンガスにより腐食されるのを防止
して耐食性を向上させるためにアルマイト（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）処理が施されてはいるが、上述したような放電現像
によりターゲットとなる容器内壁のアルマイトが次第に
薄くなり、そのために処理容器全体を早めに交換しなけ
ればならないという改善点を有していた。

【０００５】そこで、上記問題点を解決するために本発
明者は先の出願（特願平４−１５７４６９号）におい
て、電極の外周側にこれと逆極性となる補助電極を配置
した構造のプラズマ処理装置を提案した。これにより、
従来にあっては不要な放電現象が電極と容器内壁との間
に生じてインピーダンスが早期には安定しなかったが、
この不要な放電現象をより近い所に位置する補助電極と
の間で生ぜしめるようにしたので、早期にインピーダン
スを安定化させることがある程度可能となった。

【０００６】しかしながら、この場合にはウエハを支持
するサセプタは一応接地（グランド）されてはいるが、
その接地ラインにおいてある程度のインピーダンスを有
しているために十分な接地とは言えず、従って、不要な
放電が未だ例えば容器側壁との間で発生するという問題
点があった。この傾向は、特に、高周波電力を上部電極
及び下部電極の相方に印加する場合には顕著となり、大
きな問題となっている。本発明は、以上のような問題点
に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであ
る。本発明の目的は、接地を強化してインピーダンスの
安定を早期に図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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、真空引き可能になされた処理容器内に
相対向させて配置された２つの電極のいずれか一方に被
処理体を保持させると共に前記２つの電極間に高周波電
力を印加して前記被処理体に対してプラズマ処理を施す
プラズマ処理装置において、前記２つの電極の少なくと
もいずれか一方の電極の近傍に、接地強化用の接地電極
を形成し、前記接地電極と前記電極との間に絶縁体と絶
縁気体層とを介在させるように構成したものである。

【０００８】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、少なく
ともいずれか一方の電極の近傍には、接地強化用の接地
電極が設けられているので、接地ラインの全体としての
インピーダンスが低下してグランドが強化される。従っ
て、不要な電荷をこの接地電極に逃がすことによりプラ
ズマ放電が局部的に集中したり、或いは容器側壁に飛ん
だりすることを抑制することが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一
実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に
係るプラズマ処理装置の一実施例を示す断面図である。
本発明においては、プラズマ処理装置としてプラズマエ
ッチング装置を例にとって説明する。図示するようにこ
のプラズマエッチング装置は、例えばアルミニウム等の
導体により筒体状に成形された処理容器２を有してお
り、この処理容器２は接地されている。この処理容器２
内には、上下方向に例えば２０〜３０ｍｍ程度離間され
た一対の電極、すなわち上部電極４と下部電極６とが平
行に配置されており、これら電極間がプラズマ処理空間
Ｓとして構成される。

【００１０】この上部電極４は、例えばアモルファスカ
ーボン或いはアルミニウム等により円柱状に成形されて
おり、その側部には係合凹部８が形成されている。そし
て、この上部電極４の側部全体は、例えばセラミック或
いは石英等よりなる電気的絶縁体１０により被われてお
り、上部電極全体が処理容器２側に支持されている。こ
の上部電極４は、例えば可変コンデンサ等を含むマッチ
ングユニット１２を介して例えば４０ＭＨｚの高周波を
発生する第１の高周波電源１４が接続されており、上部
電極４に対して高周波電力を印加するように構成されて
いる。

【００１１】また、上部電極４の中央部には、エッチン
グガス源１６からエッチングガスを導入するためのガス
導入路１８が形成されると共にその先端は水平方向へ拡
大されたガス供給ヘッド２０へ連通されている。そし
て、上部電極４の下端部には、上記ガス供給ヘッド２０
と処理空間Ｓを連通させる多数、例えば６００〜７００
個のガス噴出孔２２が形成されており、処理空間Ｓへエ
ッチングガスを供給し得るように構成されている。この
上部電極４内には、その周方向に沿って冷媒を流すため
の上部冷却ジャケット２４が形成されており、処理時に
加熱される上部電極を冷却するようになっている。

【００１２】また、この上部電極４の側部には、絶縁体
１０を介して例えばアルミニウム等よりなるリング状の
接地強化用の第１の接地電極２６が処理容器８の側壁と
の間で設けられており、この接地電極２６は確実に接地
されている。従来装置においては、この部分は、石英や
テフロン樹脂等の絶縁部材により構成されていたが、本
実施例においては上述のように接地電極２６を形成する
ようにしたので、不要な放電は処理容器２の壁面ではな
く、これよりも近い接地電極２６に向けて発生するよう
になる。

【００１３】この第１の接地電極２６の下面であって処
理空間Ｓに臨む面は、例えばアルマイト処理が施されて
おり、プラズマ放電によりこの接地電極２６がダメージ
を受けることを防止するために、耐食性、絶縁性の良好
な例えばＡｌ₂ Ｏ₃ よりなる保護層２８が形成されてい
る。そして、この接地電極２６の下端部は、その内側に
位置する上部電極４の下端部と略同一平面となるように
設定されており、不要な付着物が発生することを防止し
ている。また、この第１の接地電極２６は、処理容器２
の天井部２Ａを取り外すことにより、上方向へ挿脱可能
になされており、必要時にはこの接地電極２６を容易に
交換し得るように構成されている。

【００１４】一方、サセプタとしての下部電極６は、上
記上部電極４と同様な例えばアモルファスカーボン等に
より略円柱状に成形されており、その上端平面部に被処
理体である、例えば半導体ウエハＷを載置し得るように
なされている。そして、この下部電極６の上部周辺部に
はリング状のクランパ部材３０が設けられており、ウエ
ハＷの周縁部と係合してこれを下部電極６へ固定し得る
ように構成されている。

【００１５】この下部電極６には、処理容器の下部より
貫通された、例えば絶縁性の管３２が連結されており、
この中に下部電極６に接続した配線３４を挿通させると
共にこの配線３４にマッチングユニット３６及び例えば
１３．５６ＭＨｚの第２の高周波電源３８が接続され
る。従って、本実施例にあっては、上部電極４と下部電
極６の相互に高周波電力が供給されて、いわゆるトップ
アンドボトム方式のプラズマ処理装置として構成され
る。尚、この絶縁性の管３２自体を導体で形成し、これ
に表皮効果により高周波電力を流すようにしてもよい。
この場合には、この管３２と管３２が貫通する各部材と
の間の絶縁性を確保するように構成する。そして、下部
電極６の下部は、例えば厚さが数１０ｍｍのセラミック
ス等よりなる絶縁体４０を介して本発明の特長とする接
地強化用の第２の接地電極４２が設けられ、この電極４
２は確実に接地される。この第２の接地電極４２は、例
えば厚さが数１０ｍｍの良導体のアルミニウム等よりな
り、下部電極６の略下部全体を、上記絶縁体４０を介し
て被うように容器状に成形される。

【００１６】また、絶縁体４０の下面と第２の接地電極
４２の上面との間には、僅かな間隙Ｓ１が形成され、こ
の絶縁体４０の周縁部下面と第２の接地電極４２の周縁
部上端との間にはＯリング４４が環状に介在されて間隙
Ｓ１内をシールしている。そして、間隙Ｓ１には、その
下方より絶縁用気体を導入するための気体導入通路４６
が連結されており、この間隙Ｓ１に例えば１気圧の空気
を充填することにより上記下部電極６と第２の接地電極
４２との間の絶縁性を向上させるための絶縁気体層４８
が形成される。

【００１７】この下部電極６の下部には金属ベース５０
が介設されると共にこの下部は、容器に取り付けられた
環状のチャンバボトムリング５２により支持されてい
る。金属ベース５０内には、例えば金属性のシールベロ
ーズ５４が収容されると共にこの金属ベース５０は例え
ば導電性部材であるアルミニウム部材を、相互に面接触
となるように複数個組み合わせて構成されており、全体
として接地ラインにおけるインピーダンスを可能な限り
小さくして接地を強力なものとしている。

【００１８】また、上記下部電極６内には、その周方向
に沿って冷媒を流すための下部冷却ジャケット５６が形
成されており、このジャケット５６には、下方より冷却
用の冷媒を導入及び排出するための冷媒導入通路５８及
び冷媒排出通路（図示せず）が接続されている。そし
て、処理容器２の側壁には、容器内の雰囲気を排出する
ための排気通路６０が接続される。

【００１９】また、処理容器２の側壁には、ゲート弁６
２を介して内部に搬送アーム６４を有するロードロック
室６６が連通されており、上記処理容器２内の真空を破
ることなくウエハＷの搬入及び搬出を行い得るように構
成されている。また、このロードロック室６６の反対側
壁にもゲート弁６８が設けられており、図示しないウエ
ハ搬送系との間でウエハの受け渡しを行うようになって
いる。

【００２０】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ロードロック室６６内及
び処理容器２内はともに真空状態になされており、ロー
ドロック室６６内の搬送アーム６４に保持された未処理
のウエハＷは、ゲート弁６２を介して処理容器２内に搬
入され、このウエハＷは下部電極６上にクランパ部材３
０により確実に固定される。

【００２１】そして、ガス導入通路１８へエッチングガ
スを送り込むことにより上部電極４に設けたガス噴出孔
２２より処理容器２内へ所定のエッチングガスを導入さ
せると共に排気通路６０を介して処理容器２内を真空引
きしてこの容器２内を所定の低圧雰囲気に維持しつつ上
部電極４に第１の高周波電源１４より例えば４０ＭＨｚ
の高周波を、下部電極６に第２の高周波電源３８より、
例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力をそれぞれ印加す
る。これにより、上部電極４と下部電極６との間にプラ
ズマ放電が発生し、処理空間Ｓ内にエッチングガスから
プラズマが誘起され、生成したプラズマ中のラジカルを
ウエハＷの表面に付着させて化学的反応によるエッチン
グを行うと共にプラズマ中で分解したイオンを両電極
４、６間に形成される電界によって加速してウエハＷに
衝突させ、例えばポリシリコン膜のエッチングを行う。

【００２２】ところで、上部及び下部電極４、６間に放
電を生ぜしめてプラズマを立ち上げるときには、各高周
波電源１４、３８の有するインピーダンスと放電系、例
えば上部及び下部電極間で形成される容量性のインピー
ダンス、上部電極４とこの外周側に配置した第１の接地
電極２６との間に形成される容量性のインピーダンス、
下部電極６とこの外周側に配置した第２の接地電極４２
との間に形成される容量性のインピーダンス或いは更に
遠い所に位置する容器壁との間に形成される容量性のイ
ンピーダンス等の結合インピーダンスが等しくなければ
安定して放電が生じないので、放電開始時においては各
高周波電源１４、３８に直列接続した例えば可変コンデ
ンサよりなるマッチングユニット１２、３６を適宜調整
し、インピーダンスのマッチングが行われる。この場
合、本実施例においては、メインの放電７０は従来装置
と同様に上部及び下部電極４、６間において生ずるが、
避けることのできない好ましくない不要な各放電７２、
７４は、上部電極４と容器壁よりも近くに設けられた第
１の接地電極２６との間及び下部電極６と容器壁よりも
近くに設けられた第２の接地電極４２との間でそれぞれ
生じることになる。

【００２３】このように、上部電極４及び下部電極６の
近傍に容器内壁よりも近い所にそれぞれ第１及び第２の
接地電極２６、４２を配置して接地を強化することによ
り、これらの間に不要な放電７２、７４を発生させるよ
うにしたので、放電開始時におけるマッチングのリター
ン効率が良好となり、インピーダンスが変動することな
くこれを迅速に安定化させることが可能となる。従っ
て、マッチングユニット１２、３６によるインピーダン
ス調整を従来装置の場合と比較して迅速に行うことがで
き、直ちにエッチング処理に移行することができるの
で、エッチング処理効率を大幅に向上させることができ
る。

【００２４】また、第１の接地電極２６の下面は、アル
マイト処理されて保護層２８が形成されているので不要
な放電７２が生じても、第１の接地電極２６がダメージ
を受けることは少なく、また、この保護層２８が放電に
より薄くなってきた場合には、この第１の接地電極２６
自体を簡単に交換することができ、従来装置のように処
理容器自体を交換しなければならない場合と比較して、
そのメンテナンス効率を大幅に向上させることができ
る。

【００２５】また、下部電極６に関しては、上述のよう
に絶縁体４０を介してその下部を第２の接地電極４２で
被ってグランドを強化しているので、下部電極６の不要
な電荷が所定の誘電率を有するセラミック製の絶縁体４
０を介して或いは不要な放電７４として両部材間に直接
放電が生じることにより第２の接地電極４２から逃げる
ことになる。従って、インピーダンス調整を迅速に行う
ことができるのみならず、安定したプラズマ放電を維持
することが可能となる。この場合、第２の接地電極４２
の下部を支持する金属ベース５０における各パーツの面
接触を大きく取っているので、接地ラインにおけるイン
ピーダンスが低下し、各パーツ間の電位差が小さくな
り、一層グランドを強化することが可能となる。

【００２６】また、絶縁体４０とこの下部を被う第２の
接地電極４２との間隙Ｓには、例えば１気圧の気体（空
気）を充填した絶縁気体層４８を介在させたのでこれら
の間の絶縁性を一層良好にすることが可能となる。この
ように、間隙Ｓ１に１気圧の気体を導入したので、もし
この部分に処理ガスがリークしてきても不要なプラズマ
が立つこともなく、この点よりもプラズマ処理空間Ｓに
安定したプラズマを立てることができる。

【００２７】上記実施例にあっては、上部電極４に４０
ＭＨｚの高周波を、下部電極６に１３．５６ＭＨｚの高
周波をそれぞれ印加したが、これらの周波数の組は限定
されず、例えば、上部電極の周波数と下部電極の周波数
の組をそれぞれ、例えば１ＭＨｚと３８０ＫＨｚ、１
３．５６ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚ、３８０ＫＨｚと３
８０ＫＨｚ等のように種々変更することができる。

【００２８】尚、上記実施例にあっては、上部電極４と
下部電極６の相方に高周波電源を印加する、いわゆるト
ップアンドボトム方式の場合について説明したが、これ
に限定されず、例えば図２に示すように下部電極６のみ
に高周波電源を印加して上部電極４は接地する、いわゆ
るボトムオンリー方式や、この逆に上部電極４のみに高
周波電源を印加して下部電極６は接地する、いわゆるト
ップオンリー方式にも適用し得るのは勿論である。尚、
上記実施例においては、プラズマ処理装置としてプラズ
マエッチング装置を例にとって説明したが、本発明はこ
れに限定されず、他のプラズマ処理装置、例えばプラズ
マアッシング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマスパ
ッタ装置等にも適用し得るのは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば次のような優れた作用効果を発揮させ
ることができる。接地電極を設けることにより接地の強
化を図ることができ、従って放電開始時におけるインピ
ーダンスの安定化を容易に図ることができるので、プラ
ズマ処理に要する時間を大幅に短くすることができ、プ
ラズマ処理効率を大幅に向上させることができる。ま
た、接地の強化により接地ラインのインピーダンスを抑
制することができ、従って不要な電荷乃至放電を吸収す
ることができるので、安定したプラズマを立てることが
できる。また、上部電極の下面とこの接地電極の下端部
とを略同一平面とすることにより、この表面部分に不要
な付着物が発生することを防止することができる。更
に、下部電極の接地電極の下部と容器底部との間に金属
ベースを介在させることにより、一層グランドを強化す
ることができる。また、上部電極の接地電極の下面に保
護層を設けることにより、プラズマによりこの接地電極
がダメージを受けることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示
す断面図である。

【図２】本発明に係るプラズマ処理装置の他の実施例を
示す断面図である。

【符号の説明】

２処理容器４上部電極６下部電極１０電気的絶縁体１４第１の高周波電源２６第１の接地電極３８第２の高周波電源４０絶縁体４２第２の接地電極４８絶縁気体層７０メイン放電７２，７４不要な放電Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−173723（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−60073（ＪＰ，Ａ) 特開平２−3914（ＪＰ，Ａ) 特開平５−315268（ＪＰ，Ａ) 特開平１−94615（ＪＰ，Ａ) 特開平６−291055（ＪＰ，Ａ) 実開平３−92771（ＪＰ，Ｕ) 実開平４−69465（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/3065

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空引き可能になされた処理容器内に相
対向させて配置された２つの電極のいずれか一方に被処
理体を保持させると共に前記２つの電極間に高周波電力
を印加して前記被処理体に対してプラズマ処理を施すプ
ラズマ処理装置において、前記２つの電極の少なくとも
いずれか一方の電極の近傍に、接地強化用の接地電極を
形成し、前記接地電極と前記電極との間に絶縁体と絶縁
気体層とを介在させるように構成したことを特徴とする
プラズマ処理装置。
【請求項２】前記２つの電極の内の下部電極である接
地電極と、前記処理容器の底部との間には接地を強化す
るための金属ベースが介在されていることを特徴とする
請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】真空引き可能になされた処理容器内に相
対向させて配置された２つの電極のいずれか一方に被処
理体を保持させると共に前記２つの電極の双方に高周波
電力を印加して前記被処理体に対してプラズマ処理を施
すプラズマ処理装置において、前記２つの電極のそれぞ
れの近傍に、接地強化用の接地電極を形成し、前記接地
電極と前記各電極との間にそれぞれ絶縁体を介在させ、
前記２つの電極の内の下部電極である接地電極と、前記
処理容器の底部との間には接地を強化するための金属ベ
ースが介在されるように構成したことを特徴とするプラ
ズマ処理装置。
【請求項４】前記２つの電極の内の少なくともいずれ
か一方の電極の絶縁体と前記接地電極との間に、絶縁気
体層を形成したことを特徴とする請求項３記載のプラズ
マ処理装置。
【請求項５】前記２つの電極の内の上部電極の下端部
と、前記上部電極に対応する接地電極の下端部とは略同
一平面になされていることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記上部電極に対応する接地電極の下面
には、プラズマに対する保護層が形成されていることを
特徴とする請求項２または５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】真空引き可能になされた処理容器内に相
対向させて配置された２つの電極のいずれか一方に被処
理体を保持させると共に前記２つの電極間に高周波電力
を印加して前記被処理体に対してプラズマ処理を施すプ
ラズマ処理装置において、前記２つの電極の内の下部電
極の近傍に、接地強化用の接地電極を形成し、前記接地
電極と前記下部電極との間に絶縁体を介在させ、前記下
部電極の接地電極と、前記処理容器の底部との間には接
地を強化するための金属ベースが介在されるように構成
したことを特徴とするプラズマ処理装置。