JP3364675B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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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
に係り，特に高周波誘導結合プラズマ処理装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来，処理室内に配された電極と対向す
る処理室の天井部を誘電体から構成し，その誘電体壁上
に高周波アンテナを配置した高周波誘導結合プラズマ処
理装置が提案されている。当該装置は，高周波アンテナ
にプラズマ生成用高周波電力を印加することにより誘電
体壁を介して処理室内に誘導磁界を形成し，この電界に
よって処理室内に導入された処理ガスを解離して誘導結
合プラズマを励起する。そして，電極に対してバイアス
用高周波電力を印加することにより，電極上に載置され
た被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と
称する。）に該プラズマを引き込み，プラズマ処理を施
すように構成されている。また，高周波アンテナは，ウ
ェハの形状に対応させて略環状や略スパイラル状など，
各種形状のものが採用されている。
【０００３】また，最近，上述した装置の処理室内の誘
電体壁と電極との間に，さらに中間電極を配置した，い
わゆるトライオード型の誘導結合プラズマ処理装置が提
案されている。すなわち，当該装置は，処理室内に誘導
磁界を透過可能な形状，例えば略メッシュ状の中間電極
を配置して，電極上のウェハと誘電体壁との間にグラン
ド面（接地面）を形成することにより，被処理面の全面
が等電位面となり，ウェハに対してプラズマを均一に引
き込むことができる。
【０００４】ところで，プラズマは，処理室内の圧力雰
囲気や高周波アンテナに印加される高周波電力などの影
響を受けることが知られている。すなわち，プラズマ
は，処理室内の圧力雰囲気が低くなるほど，また高周波
アンテナに印加される高周波電力が大きくなるほど処理
室内に拡散し，逆に上記圧力雰囲気が高くなるほど，ま
た上記高周波電力が小さくなるほど高周波アンテナの近
傍に滞在することが見出されている。さらに，被処理体
に対するプロセスの均一性は，処理ガスの混合比によっ
て変化することも経験上見出されている。そこで，上述
の如く処理室内に中間電極を配置することにより，被処
理面の対向面にグランド面を形成することができると共
に，さらに処理室内をプラズマ生成空間と処理空間に隔
てることができるため，諸条件の変動によりプラズマが
変動した場合でも処理に及ぶ影響を最小限に抑えること
ができる。その結果，ウェハに対して均一な処理を施す
ことができると共に，プラズマのコントロール性も向上
させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上述し
た誘導結合プラズマ処理装置では，処理室内に誘導磁界
のみならず誘導電界も形成されるため，処理室内に中間
電極を配置した場合には，その中間電極に誘導電流が流
れて誘導加熱が生じることがある。すなわち，上述の如
く略環状や略スパイラル状などに巻かれたコイルから成
る高周波アンテナを備えた装置に，略メッシュ状の中間
電極を採用した場合には，中間電極に高周波アンテナの
誘導電界方向と略同一方向に誘導電流の流れる経路が形
成される場合がある。その結果，誘導加熱の発生に伴っ
て中間電極が変形した場合には，被処理体と中間電極の
距離が変化して電位が不均一となり，被処理体に対して
均一な処理を施すことが困難となる。また，中間電極が
被処理体方向に変形した場合には，被処理体に損傷を及
ぼすことがあると共に，さらに中間電極が損傷した場合
には，処理室内が汚染され，歩留りの低下を招く原因と
もなる。
【０００６】本発明は，従来の誘導結合プラズマ処理装
置が有する上記のような問題点に鑑みて成されたもので
あり，本発明の第１の目的は，高周波アンテナと被処理
体との間に誘導加熱が生じない中間電極を配置すること
が可能な，新規かつ改良された誘導結合プラズマ処理装
置を提供することである。
【０００７】また，上記従来の装置の如く中間電極に誘
導電流が流れると，処理室内に形成される誘導磁界が弱
くなり，プラズマ中の電子の飛翔速度が低下してプラズ
マ密度が低下することがある。
【０００８】本発明は，従来の誘導結合プラズマ処理装
置が有する上記のような問題点に鑑みて成されたもので
あり，本発明の第２の目的は，処理室内に中間電極を配
置した場合でもプラズマ密度の低下を防止することが可
能な，新規かつ改良された誘導結合プラズマ処理装置を
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明は，高周波アンテナに高周波電力を印加する
ことにより誘電体壁を介して処理室内に誘導結合プラズ
マを励起し，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を提供するのである。そ
して，上記プラズマ処理装置は，請求項１に記載の発明
のように，高周波アンテナにより形成される電界方向に
対して略垂直方向に延伸する複数の線状部材から成る中
間電極を処理室内に備えている。
【００１０】かかる構成によれば，中間電極を構成する
各線状部材が，高周波アンテナにより形成される電界方
向に対して略垂直方向に配置されるため，中間電極に誘
導電流の流れる経路が形成されず，誘導加熱の発生を防
止することができる。その結果，誘導加熱に伴う中間電
極の変形を防止することができ，中間電極を処理室内の
所定の位置に配置することができる。さらに，処理室内
に形成される誘導磁界が減衰しないため，高密度プラズ
マを励起することができる。
【００１１】また，各線状部材は，例えば請求項２に記
載の発明のように，誘導磁界を透過可能な所定の間隔を
もって配置することができるため，上述の如く誘導加熱
に伴う中間電極の変形を防止することができると共に，
プラズマの励起に必要な誘導磁界を効果的に被処理体方
向に透過させることができる。
【００１２】さらに，各線状部材は，例えば請求項３に
記載の発明のように，熱応力を緩衝するたわみを有する
ように構成すれば，誘導加熱ではなく，プラズマの生成
に伴って生じた熱による中間電極の変形，特に誘電体壁
方向や被処理体方向への変形を防止することができる。
その結果，中間電極を処理室内の所定の位置で確実に固
定配置することができるため，被処理体と中間電極の距
離を常時均一に維持することができ，プラズマを被処理
体に均一に入射させることができる。さらに，中間電極
により，処理室内をプラズマ生成空間と処理空間に確実
に分離することができる。
【００１３】また，各線状部材には，例えば請求項４に
記載の発明のように，冷媒循環経路を内装することがで
きるため，プラズマ生成に伴う各線状部材の温度上昇を
抑えて，中間電極の変形を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明にかかるプラズマ処理装置を高周波誘導結合
エッチング装置に適用した実施の形態について詳細に説
明する。 （第１の実施の形態）まず，第１の実施の形態にかかる
エッチング装置１００の全体構成について説明する。図
１に示したエッチング装置１００の処理室１０２は，処
理室１０２の側壁部と底面部を形成する導電性の処理容
器１０４と，処理室１０２の天井部を形成する誘電性の
誘電体壁１０６によって囲われた空間内に形成されてい
る。処理室１０２の下方には，被処理体，例えばウェハ
Ｗの載置台を構成する導電性の下部電極１０８が配置さ
れ，この下部電極１０８は，昇降軸１１０の作動により
上下動自在に構成されている。また，下部電極１０８に
は，整合器１１２を介して，バイアス用高周波電力，例
えば３８０ｋＨｚの高周波電力を出力可能な高周波電源
１１４が接続されている。
【００１５】また，処理室１０２の上方には，処理室１
０２内に処理ガス，例えばＣＦ4を供給するガス供給管
１１６が接続されている。さらに，処理室１０２の下方
には，処理室１０２内の雰囲気を減圧する排気管１１８
が接続されている。かかる構成により，処理室１０２内
の圧力雰囲気は，１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒの
範囲内で任意の圧力雰囲気に維持することができる。
【００１６】また，誘電体壁１０６上には，ウェハＷの
形状に対応して略環状や略スパイラル状などに巻かれた
導電性のコイルから成る高周波アンテナ１２０が配置さ
れている。さらに，高周波アンテナ１２０には，整合器
１２２を介して，プラズマ生成用高周波電力，例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力可能な高周波電源１
２４が接続されている。
【００１７】次に，本実施の形態にかかる中間電極１２
６について詳細に説明する。中間電極１２６は，処理室
１０２内の誘電体壁１０６と下部電極１０８との間に配
置されている。従って，処理室１０２内は，中間電極１
２６により，誘電体壁１０６側に形成されるプラズマ生
成空間１０２ａと，下部電極１０８側に形成される処理
空間１０２ｂに隔てられている。
【００１８】また，中間電極１２６は，図２に示したよ
うに，例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムか
ら成る環状部材１２６ａと，同材料から成る複数の線状
部材１２６ｂから構成されている。環状部材１２６ａ
は，線状部材１２６ｂの支持部材であり，処理室１０２
の内部側壁面に取り付けられる。また，各線状部材１２
６ｂは，高周波アンテナ１２０により形成される電界
（誘導電界）方向に対して略垂直方向，すなわち，高周
波アンテナ１２０に対して略垂直方向に配置されてい
る。図示の例では，各線状部材１２６ｂは，環状部材１
２６ａの内部側面から環状部材１２６ａの中心点１２６
ｃに向かって反時計回り方向に湾曲しながら延伸するよ
うに構成されている。
【００１９】かかる構成により，処理室１０２内に形成
される電界方向に線状部材１２６ｂが配置されないた
め，各線状部材１２６ｂ間に誘導電流が流れる経路が形
成されず，線状部材１２６ｂに誘導加熱が生じることが
ない。その結果，線状部材１２６ｂが誘導加熱によって
ウェハＷ方向や誘電体壁１０６方向などに湾曲すること
を抑制することができる。さらに，線状部材１２６ｂに
誘導電流が流れないため，処理室１０２内に形成される
磁界が弱められることがなく，プラズマ生成空間１０２
ａ内に高密度プラズマを生成することができる。
【００２０】また，各線状部材１２６ｂは，上述の如く
湾曲，すなわち熱応力を緩衝することが可能なたわみが
設けられている。かかる構成により，線状部材１２６ｂ
に，誘導加熱ではなく，プラズマの生成に伴って生じた
熱が負荷された場合でも，熱応力を線状部材１２６ｂの
湾曲方向，すなわち反時計回り方向に作用させることが
できる。その結果，処理時に，線状部材１２６ｂが短手
方向，すなわちウェハＷ方向や誘電体壁１０６方向など
に湾曲することを防止することができる。さらに，線状
部材１２６ｂは，所定間隔ごと，例えば１本おきに，中
心点１２６ｃを介して対称に配置される線状部材１２６
ｂ同士が中心点１２６ｃで接続されている。その結果，
線状部材１２６ｂの強度を高めることができ，線状部材
１２６ｂに歪みが生じることを抑制することができる。
【００２１】また，各線状部材１２６ｂ間には，所定の
間隔が形成されているため，処理空間１０２ｂ内に誘導
磁界を透過し，さらにプラズマ生成空間１０２ａ内で励
起されたプラズマ中のイオン（ラジカル）と電子の動き
を妨げることなく処理空間１０２ｂ内に供給することが
できる。その結果，プラズマ生成空間１０２ａ内で励起
された高密度誘導結合プラズマを，中間電極１２６を介
してウェハＷの被処理面に確実に入射させることができ
る。
【００２２】本実施の形態にかかるエッチング装置１０
０は，以上のように構成されており，中間電極１２６，
特に誘電体壁１０６とウェハＷの被処理面との間に配さ
れる線状部材１２６ｂに誘導加熱が生じず，かつプラズ
マ生成熱の負荷に伴って生じた熱応力を線状部材１２６
ｂの周方向に分散することができるため，上下方向に湾
曲することがない。その結果，中間電極１２６とウェハ
Ｗの被処理面との間隔を一定に保つことができるため，
ウェハＷの被処理面と対向する位置に歪みのないグラン
ド面を確実に形成することができ，ウェハＷの被処理面
に対して誘導結合プラズマを均一に入射させることがで
きる。また，中間電極１２６に誘導電流経路が形成され
ないため，処理室１０２内に形成される磁界密度を低下
させることがない。その結果，プラズマを励起する高周
波エネルギーが低下しないため，高密度プラズマを生成
することができる。
【００２３】（第２の実施の形態）次に，第２の実施の
形態にかかるエッチング装置について説明する。なお，
本実施の形態にかかるエッチング装置と，上記第１の実
施の形態にかかるエッチング装置１００は，中間電極の
構成のみが異なるため，略同一の機能及び構成を有する
構成要素については，同一の符号を付することにより重
複説明を省略する。
【００２４】本実施の形態にかかる中間電極２００は，
図３に示したように，上記環状部材１２６ａと略同一に
構成された環状部材２００ａと，上記線状部材１２６ｂ
と同様に，高周波アンテナ１２０により形成される電界
方向に対して略垂直に配置される複数の線状部材２００
ｂから構成されている。また，線状部材２００ｂは，上
記線状部材２００ｂとは異なり，図示の例の如く環状部
材２００ａの内部側面から環状部材２００ａの中心部２
００ｂに向かって直線的に延伸する線状部材２００ｂか
ら構成されている。
【００２５】また，線状部材２００ｂは，交互に相対的
に長い部材２００ｂａと相対的に短い部材２００ｂｂが
所定間隔ごと，例えば交互に配置されると共に，それら
各部材２００ｂａ，２００ｃｂのいずれもが中心点２０
０ｃで接続されない構成となっている。さらに，各線状
部材２００ｂ間には，誘導磁界とイオンと電子を処理空
間１０２ｂ内に透過可能な所定の間隔が設けられてい
る。なお，中間電極２００は，上記中間電極１２６と同
様の位置に配置されると共に，環状部材２００ａと線状
部材２００ｂは，上記中間電極１００と同様に，表面が
陽極酸化処理されたアルミニウムから形成されている。
【００２６】本実施の形態にかかる中間電極２００は，
以上のように構成されており，上述した中間電極１２６
と同様に，ウェハＷの被処理面の全面に渡ってプラズマ
を均一に入射させることができると共に，各線状部材２
００ｂ同士が各々接続されないため，誘導電流経路が全
く形成されず，中間電極２００に誘導加熱が生じること
を確実に防止することができる。
【００２７】（第３の実施の形態）次に，第３の実施の
形態にかかるエッチング装置について説明する。なお，
本実施の形態にかかるエッチング装置も，上記第２の実
施の形態にかかるエッチング装置と同様に，中間電極の
構成のみが上記第１の実施の形態にかかるエッチング装
置１００と異なるため，略同一の機能及び構成を有する
構成要素については，同一の符号を付することにより，
重複説明を省略する。
【００２８】本実施の形態にかかる中間電極３００は，
図４に示したように上記環状部材１２６ａ，２００ａと
同様に構成された環状部材３００ａと，上記線状部材２
００ｂと略同一に配置された線状部材３００ｂから構成
される。なお，中間電極３００は，上記中間電極１２
６，２００と略同一の材料から形成されると共に，処理
室１０２内の略同一の位置に配置される。
【００２９】また，線状部材３００ｂは，相対的に長い
部材３００ｂａと相対的に短い部材３００ｂｂが所定間
隔ごと，例えば交互に配置されると共に，中心点３００
ｃを挟んで対称に配置される部材３００ｂａ同士が中心
点３００ｃで接続されている。さらに，少なくとも部材
３００ｂａは，図５に示したように，略管状の形状に構
成されており，その部材３００ｂａ内には，冷媒循環経
路３００ｄが形成されている。
【００３０】また，環状部材３００ａ内には，不図示の
冷媒循環路が形成されていると共に，環状部材３００ａ
には，図４に示した如く冷媒供給管３００ｅと排水管３
００ｆが接続されている。さらに，上記冷媒循環路と冷
媒循環経路３００ｄは，連通しているため，冷媒供給管
３００ｅから環状部材３００ａ内の冷媒循環路に導入さ
れた冷媒は，線状部材３００ｂの冷媒循環経路３００ｄ
及び再度冷媒循環路を順次介して，配水管３００ｆに排
出されるように構成されている。なお，冷媒循環経路３
００ｄが形成される線状部材３００ｂには，上述した３
００ｃａに代えて，図６に示した如く外形形状が略正方
形状の角形部材４００を採用することができる。この場
合には，冷媒循環経路３００ｄが形成されない線状部材
３００ｂ，すなわち部材３００ｂｂも角形部材４００と
略同一形状にすることが好ましい。
【００３１】本実施の形態にかかる中間電極３００は，
以上のように構成されており，部材３００ｂａ同士が中
心点３００ｃで接続されているため，線状部材３００ｂ
の強度を向上させることができる。さらに，中間電極３
００内に冷媒循環経路が形成されているため，プラズマ
の生成熱が中間電極３００に負荷された場合でも，線状
部材３００ｂに熱応力が生じることがない。その結果，
線状部材３００ｂの湾曲を防止することができると共
に，線状部材３００ｂに熱応力を吸収するためのたわみ
を形成する必要がない。
【００３２】以上，本発明の好適な実施の形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記
載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，
各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり，それ
ら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属
するものと了解される。
【００３３】例えば，上記実施の形態において，中間電
極を表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから構成し
た例を挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定さ
れるものではなく，中間電極を導電性材料，例えばシリ
コンやＳＵＳ（ステンレス）などから形成しても，本発
明は実施することができる。特に，ウェハに対して処理
を施す場合には，中間電極をシリコンから形成すること
により，ウェハの汚染を抑制することができる。
【００３４】また，上記実施の形態において，中間電極
の形状を具体例を挙げて説明したが，本発明はかかる構
成に限定されるものではなく，誘導磁界を透過可能な間
隔をもって配置される複数の線状部材を，高周波アンテ
ナにより形成される磁界方向に対して略垂直方向に配置
した形状であれば，いかなる形状の中間電極であっても
よい。
【００３５】さらに，上記実施の形態において，第３の
実施の形態にかかる中間電極のみに冷媒循環経路を形成
した構成を例を挙げて説明したが，本発明はかかる構成
に限定されるものではなく，上記第１及び第２の実施の
形態にかかる中間電極に冷媒循環経路を形成した構成と
しても，本発明は実施することができる。さらに，第３
の実施の形態にかかる中間電極では，相対的に長い線状
部材のみに冷媒循環経路を形成した構成を例に挙げて説
明したが，本発明はかかる構成に限定されず，相対的に
短い線状部材にも冷媒循環経路を形成しても良い。
【００３６】また，上記実施の形態において，ウェハＷ
に対してエッチング処理を施す構成を例に挙げて説明し
たが，本発明はかかる構成に限定されるのもではなく，
ＬＣＤ用ガラス基板などの各種被処理体に対してプラズ
マ処理を施す処理装置にも，本発明を適用することがで
きる。この際，被処理体としてＬＣＤ用ガラス基板を採
用する場合には，当該装置に設けられる高周波アンテナ
の形状が，上記実施の形態にかかる高周波アンテナの形
状と異なることがあるが，かかる場合でも上述の如く中
間電極を形成することにより，本発明を実施することが
できる。
【００３７】さらに，上記実施の形態において，エッチ
ング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成
に限定されるのもではなく，成膜装置やアッシング装置
などの各種プラズマ処理装置に対しても，本発明は適用
可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば，中間電極を構成する複
数の線状部材が，高周波アンテナにより形成される電界
方向に対して略垂直方向に配置されるため，中間電極に
誘導電流が流れず，誘導加熱が生じることがない。その
結果，被処理体と中間電極との間隔を全範囲に渡って均
一に維持することができ，被処理体に対して誘導結合プ
ラズマを均一に入射させることができる。さらに，処理
室内の誘導磁界が減衰されないため，処理室内に高密度
プラズマを励起することができる。また，各線状部材間
には，誘導磁界を透過可能な所定の間隔が形成されてい
るため，プラズマを所望の状態で被処理体方向に飛翔さ
せることができる。さらに，各線状部材に熱応力を緩衝
するたわみや冷媒循環経路を形成することにより，プラ
ズマの生成熱によって中間電極が変形することを防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示した概
略的な断面図である。
【図２】図１に示したエッチング装置の中間電極を説明
するための概略的な説明図である。
【図３】図１に示したエッチング装置に適用可能な他の
中間電極を説明するための概略的な説明図である。
【図４】図１に示したエッチング装置に適用可能な他の
中間電極を説明するための概略的な説明図である。
【図５】図４に示した中間電極の線状部材を説明するた
めの概略的な説明図である。
【図６】図４に示した中間電極に適用可能な他の線状部
材を説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
１００ エッチング装置 １０２ 処理室 １０６ 誘電体壁 １０８ 下部電極 １２０ 高周波アンテナ １２６ 中間電極 １２６ａ 環状部材 １２６ｂ 線状部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−339990（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−206072（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−14228（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−37097（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−15918（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−504025（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/205 H05H 1/46

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高周波アンテナに高周波電力を印加する
    ことにより誘電体壁を介して処理室内に誘導結合プラズ
    マを励起し，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において，前記高周
    波アンテナにより形成される電界方向に対して略垂直方
    向に延伸する複数の線状部材から成る中間電極を前記処
    理室内に備えることを特徴とする，プラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記各線状部材は，磁界を透過可能な所
    定の間隔をもって配置され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】 前記各線状部材は，熱応力を緩衝するた
    わみを有することを特徴とする，請求項１又は２に記載
    のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記各線状部材には，冷媒循環経路が内
    装されることを特徴とする，請求項１，２又は３のいず
    れかに記載のプラズマ処理装置。
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