JP3424867B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
し、特に誘導結合によりプラズマを発生し、プラズマの
エネルギを利用して基板表面をプラズマ処理するプラズ
マ処理装置に関する。
し、特に誘導結合によりプラズマを発生し、プラズマの
エネルギを利用して基板表面をプラズマ処理するプラズ
マ処理装置に関する。
【０００２】近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、
回路の配線幅はますます細くなり、単位面積当たりの配
線密度は大きくなってきている。基板表面をレジストパ
ターンで覆ってプラズマエッチングする場合、配線幅が
比較的太い場合には、配線間のスペースも広くレジスト
パターンの開口部に斜め入射したイオン等も開口部底面
に露出した基板表面に衝突する。
回路の配線幅はますます細くなり、単位面積当たりの配
線密度は大きくなってきている。基板表面をレジストパ
ターンで覆ってプラズマエッチングする場合、配線幅が
比較的太い場合には、配線間のスペースも広くレジスト
パターンの開口部に斜め入射したイオン等も開口部底面
に露出した基板表面に衝突する。
【０００３】しかし、配線幅が細くなると、配線間スペ
ースも狭くなり、斜め入射したイオン等はレジストパタ
ーンの開口部側面に衝突して基板表面まで到達しなくな
る確率が高くなる。このため、スペース幅が狭くなる
と、スペース幅が広い部分に比べてエッチングレートが
低下するマイクロローディング効果が顕著になってく
る。
ースも狭くなり、斜め入射したイオン等はレジストパタ
ーンの開口部側面に衝突して基板表面まで到達しなくな
る確率が高くなる。このため、スペース幅が狭くなる
と、スペース幅が広い部分に比べてエッチングレートが
低下するマイクロローディング効果が顕著になってく
る。
【０００４】マイクロローディング効果の影響を抑制す
るためには、斜め入射するイオン等の数を減少させれば
よい。このためには、エッチング時の雰囲気圧力を低下
することが有効である。
るためには、斜め入射するイオン等の数を減少させれば
よい。このためには、エッチング時の雰囲気圧力を低下
することが有効である。
【０００５】そこで、低圧力下でも安定してプラズマを
発生することができる誘導結合型のプラズマ処理が注目
されている。
発生することができる誘導結合型のプラズマ処理が注目
されている。
【０００６】
【従来の技術】図４を参照して、従来の誘導結合型プラ
ズマ処理装置について説明する。図４は、従来の誘導結
合型プラズマ処理装置の概略を示す断面図である。チャ
ンバ１００と真空ベルジャ１０１により真空排気可能な
処理空間が画定されている。真空ベルジャ１０１の周囲
には高周波コイル１０２が巻かれている。高周波コイル
１０２には、高周波電源１０４からマッチング回路１０
３を介して高周波電流が供給される。
ズマ処理装置について説明する。図４は、従来の誘導結
合型プラズマ処理装置の概略を示す断面図である。チャ
ンバ１００と真空ベルジャ１０１により真空排気可能な
処理空間が画定されている。真空ベルジャ１０１の周囲
には高周波コイル１０２が巻かれている。高周波コイル
１０２には、高周波電源１０４からマッチング回路１０
３を介して高周波電流が供給される。
【０００７】チャンバ１００の側壁には、処理空間内に
処理ガスを供給するための処理ガス供給孔１０６、及び
処理空間内を排気するための排気孔１０７が設けられて
いる。
処理ガスを供給するための処理ガス供給孔１０６、及び
処理空間内を排気するための排気孔１０７が設けられて
いる。
【０００８】チャンバ１００の底面には、プラズマ処理
中に上面に処理対象基板１０８を載置するための載置台
１０９が配置されている。載置台１０９には、高周波電
源１１１からマッチング回路１１０を介して高周波電圧
が印加される。
中に上面に処理対象基板１０８を載置するための載置台
１０９が配置されている。載置台１０９には、高周波電
源１１１からマッチング回路１１０を介して高周波電圧
が印加される。
【０００９】処理ガス供給孔１０６から処理ガスを供給
し、高周波コイル１０２に高周波電流を流すと、真空ベ
ルジャ内の空間に高周波磁場が励起され、誘導結合によ
りプラズマ１０５が発生する。
し、高周波コイル１０２に高周波電流を流すと、真空ベ
ルジャ内の空間に高周波磁場が励起され、誘導結合によ
りプラズマ１０５が発生する。
【００１０】このプラズマ中のイオンが、載置台１０９
に印加された高周波電圧により基板１０８の表面方向に
向かう力を受ける。基板１０８の表面近傍に輸送された
イオンあるいは輸送途中で中性になったラジカルが基板
表面に作用する。
に印加された高周波電圧により基板１０８の表面方向に
向かう力を受ける。基板１０８の表面近傍に輸送された
イオンあるいは輸送途中で中性になったラジカルが基板
表面に作用する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】図４の従来例によるプ
ラズマ処理装置では、コイル１０２の近傍で発生したプ
ラズマ中のイオンあるいはラジカルにより真空ベルジャ
１０１の内面がスパッタされる。また、真空ベルジャの
材料と化学反応する処理ガスを使用する場合には、ベル
ジャの内面がエッチングされる。
ラズマ処理装置では、コイル１０２の近傍で発生したプ
ラズマ中のイオンあるいはラジカルにより真空ベルジャ
１０１の内面がスパッタされる。また、真空ベルジャの
材料と化学反応する処理ガスを使用する場合には、ベル
ジャの内面がエッチングされる。
【００１２】真空ベルジャ１０１の内面がスパッタある
いはエッチングされると、ベルジャの材料中に含まれて
いた不純物、あるいはベルジャから発生したガスがプラ
ズマ中に混入してしまう。プラズマ中に混入した不純物
は、処理対象基板１０８に悪影響を及ぼす。
いはエッチングされると、ベルジャの材料中に含まれて
いた不純物、あるいはベルジャから発生したガスがプラ
ズマ中に混入してしまう。プラズマ中に混入した不純物
は、処理対象基板１０８に悪影響を及ぼす。
【００１３】真空ベルジャの性能を保証し、不純物の発
生を防止するためには、定期的にベルジャを交換する必
要がある。このため、ランニングコストが高くなる。本
発明の目的は、真空ベルジャの内面がプラズマによりス
パッタあるいはエッチングされることを抑制できるプラ
ズマ処理装置を提供することである。
生を防止するためには、定期的にベルジャを交換する必
要がある。このため、ランニングコストが高くなる。本
発明の目的は、真空ベルジャの内面がプラズマによりス
パッタあるいはエッチングされることを抑制できるプラ
ズマ処理装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、側壁を有し内部を真空排気可能な処理容器と、前
記処理容器の外部に配置され、前記処理容器内に高周波
磁場を励起し誘導結合によるプラズマを発生するための
磁場発生手段と、前記処理容器内に配置され、処理対象
基板を載置するための載置台とを有し、前記処理容器
は、前記プラズマが発生する空間近傍の側壁を冷却する
ための冷却手段を含み、該冷却手段は、内壁と外壁を含
んで構成され、その間に気密な間隙を画定する二重壁
と、前記間隙に冷却媒体を導入するための冷却媒体導入
手段と、前記間隙から冷却媒体を排出するための冷却媒
体排出手段とを含み、前記磁場発生手段は、高周波磁場
と伴に高周波電界を発生し、さらに、前記間隙内に配置
され、前記高周波電界を遮蔽するための遮蔽板を有す
る。
置は、側壁を有し内部を真空排気可能な処理容器と、前
記処理容器の外部に配置され、前記処理容器内に高周波
磁場を励起し誘導結合によるプラズマを発生するための
磁場発生手段と、前記処理容器内に配置され、処理対象
基板を載置するための載置台とを有し、前記処理容器
は、前記プラズマが発生する空間近傍の側壁を冷却する
ための冷却手段を含み、該冷却手段は、内壁と外壁を含
んで構成され、その間に気密な間隙を画定する二重壁
と、前記間隙に冷却媒体を導入するための冷却媒体導入
手段と、前記間隙から冷却媒体を排出するための冷却媒
体排出手段とを含み、前記磁場発生手段は、高周波磁場
と伴に高周波電界を発生し、さらに、前記間隙内に配置
され、前記高周波電界を遮蔽するための遮蔽板を有す
る。
【００１５】
【００１６】前記二重壁の内壁及び外壁を、中心軸がほ
ぼ鉛直方向に沿う円筒状形状部分を有するように構成
し、前記二重壁により画定された間隙内には、前記冷却
媒体を前記円筒状形状部分に沿ってらせん状に輸送する
ための誘導路を画定し、前記冷却媒体導入手段は、前記
誘導路の下方から冷却媒体を導入し、前記冷却媒体排出
手段は、前記誘導路の上方から冷却媒体を排出するよう
にしてもよい。
ぼ鉛直方向に沿う円筒状形状部分を有するように構成
し、前記二重壁により画定された間隙内には、前記冷却
媒体を前記円筒状形状部分に沿ってらせん状に輸送する
ための誘導路を画定し、前記冷却媒体導入手段は、前記
誘導路の下方から冷却媒体を導入し、前記冷却媒体排出
手段は、前記誘導路の上方から冷却媒体を排出するよう
にしてもよい。
【００１７】前記遮蔽板の、前記二重壁の内壁側の面
に、該内壁の外面にほぼ達する突起部分を形成し、前記
二重壁の内壁の外面と前記遮蔽板が、前記誘導路の水平
方向の位置を画定し、前記遮蔽板に形成された突起部分
が、前記誘導路の鉛直方向の位置を画定するようにして
もよい。
に、該内壁の外面にほぼ達する突起部分を形成し、前記
二重壁の内壁の外面と前記遮蔽板が、前記誘導路の水平
方向の位置を画定し、前記遮蔽板に形成された突起部分
が、前記誘導路の鉛直方向の位置を画定するようにして
もよい。
【００１８】前記遮蔽板には、前記高周波磁場の方向と
ほぼ平行に複数のスリットを設けることが好ましい。前
記載置台を、前記プラズマが発生する空間の外に配置し
てもよい。
ほぼ平行に複数のスリットを設けることが好ましい。前
記載置台を、前記プラズマが発生する空間の外に配置し
てもよい。
【００１９】本発明のプラズマ処理方法は、円筒状の冷
媒を介してエッチャントガスに高周波磁場を印加し、誘
導結合プラズマを発生させる工程と、前記プラズマから
離れた位置に処理対象物を配置しエッチングする工程と
を含み、前記プラズマを発生する工程は、前記冷媒の無
い状態で高周波磁場の印加を開始してプラズマを発生さ
せる工程と、前記冷媒を介して高周波磁場の印加を継続
し、前記プラズマを維持する工程とを含む。
媒を介してエッチャントガスに高周波磁場を印加し、誘
導結合プラズマを発生させる工程と、前記プラズマから
離れた位置に処理対象物を配置しエッチングする工程と
を含み、前記プラズマを発生する工程は、前記冷媒の無
い状態で高周波磁場の印加を開始してプラズマを発生さ
せる工程と、前記冷媒を介して高周波磁場の印加を継続
し、前記プラズマを維持する工程とを含む。
【００２０】
【００２１】
【作用】冷却手段により、プラズマが発生する空間近傍
の処理容器側壁を冷却することができる。処理容器側壁
が冷却されると、側壁内面とプラズマ中のイオン等との
化学反応が抑制される。このため、側壁の内面がエッチ
ングされにくくなる。
の処理容器側壁を冷却することができる。処理容器側壁
が冷却されると、側壁内面とプラズマ中のイオン等との
化学反応が抑制される。このため、側壁の内面がエッチ
ングされにくくなる。
【００２２】磁場発生手段から発生する高周波電界を遮
蔽板でシールドすれば、処理容器側壁の内面近傍に高周
波電界が侵入しなくなる。高周波電界の侵入を防止すれ
ば、処理容器側壁の内面近傍にプラズマ中のイオン等が
引き寄せられなくなり、処理容器側壁の内面がスパッタ
リングされにくくなる。
蔽板でシールドすれば、処理容器側壁の内面近傍に高周
波電界が侵入しなくなる。高周波電界の侵入を防止すれ
ば、処理容器側壁の内面近傍にプラズマ中のイオン等が
引き寄せられなくなり、処理容器側壁の内面がスパッタ
リングされにくくなる。
【００２３】このように、処理容器内面がエッチングあ
るいはスパッタリングされにくくなるため、エッチング
あるいはスパッタリングされた部分を交換する頻度を低
減することができる。これにより、プラズマ処理装置の
ランニングコストの低下が期待できる。また、処理容器
側壁内に含まれていた不純物等がプラズマ中に混入する
ことを抑制することができる。プラズマ中の不純物が低
減するため、不純物が原因となる半導体装置の信頼性低
下及び歩留り低下を防止することができる。
るいはスパッタリングされにくくなるため、エッチング
あるいはスパッタリングされた部分を交換する頻度を低
減することができる。これにより、プラズマ処理装置の
ランニングコストの低下が期待できる。また、処理容器
側壁内に含まれていた不純物等がプラズマ中に混入する
ことを抑制することができる。プラズマ中の不純物が低
減するため、不純物が原因となる半導体装置の信頼性低
下及び歩留り低下を防止することができる。
【００２４】遮蔽板が、二重壁により画定された冷却媒
体用間隙内に配置されているため、空間を有効に利用で
き、磁場発生手段とプラズマ発生空間との距離を短くす
ることができる。磁場発生手段とプラズマ発生空間との
距離が縮小することにより、プラズマ発生効率を高める
ことができる。
体用間隙内に配置されているため、空間を有効に利用で
き、磁場発生手段とプラズマ発生空間との距離を短くす
ることができる。磁場発生手段とプラズマ発生空間との
距離が縮小することにより、プラズマ発生効率を高める
ことができる。
【００２５】冷却媒体を流す間隙内にらせん状の誘導路
を画定し、この誘導路に沿って冷却媒体を流すことによ
り、処理容器側壁を効率的に、かつほぼ均一に冷却する
ことができる。間隙内に配置した遮蔽板に突起部分を設
けることにより、容易に誘導路を画定することができ
る。
を画定し、この誘導路に沿って冷却媒体を流すことによ
り、処理容器側壁を効率的に、かつほぼ均一に冷却する
ことができる。間隙内に配置した遮蔽板に突起部分を設
けることにより、容易に誘導路を画定することができ
る。
【００２６】プラズマ発生空間に高周波磁場を励起する
と、高周波磁場に垂直な面内に高周波磁場を取り囲む円
周方向の起電力が発生する。遮蔽板にスリットを設ける
ことにより、この起電力によって流れる電流を阻止する
ことができる。高周波磁場による誘導電流が阻止される
ため、効果的にプラズマを発生することができる。
と、高周波磁場に垂直な面内に高周波磁場を取り囲む円
周方向の起電力が発生する。遮蔽板にスリットを設ける
ことにより、この起電力によって流れる電流を阻止する
ことができる。高周波磁場による誘導電流が阻止される
ため、効果的にプラズマを発生することができる。
【００２７】処理対象基板を載置する載置台をプラズマ
発生空間の外に配置すれば、基板表面に直接プラズマが
接触しなくなる。このため、プラズマによって基板表面
が受けるダメージを抑制することができる。
発生空間の外に配置すれば、基板表面に直接プラズマが
接触しなくなる。このため、プラズマによって基板表面
が受けるダメージを抑制することができる。
【００２８】冷却媒体が無い状態でプラズマを発生し、
その後冷却媒体を流すと、より安定にプラズマを発生す
ることができる。
その後冷却媒体を流すと、より安定にプラズマを発生す
ることができる。
【００２９】
【実施例】図１を参照して本発明の実施例によるプラズ
マ処理装置について説明する。図１は、実施例によるプ
ラズマ処理装置の断面図を示す。上部に円形の開口部１
０を有するチャンバ１と、開口部１０を塞ぐように配置
された円筒状側壁を有する釣鐘型の真空ベルジャ２によ
り、気密な処理空間が画定されている。
マ処理装置について説明する。図１は、実施例によるプ
ラズマ処理装置の断面図を示す。上部に円形の開口部１
０を有するチャンバ１と、開口部１０を塞ぐように配置
された円筒状側壁を有する釣鐘型の真空ベルジャ２によ
り、気密な処理空間が画定されている。
【００３０】チャンバ１の開口部１０の周囲は、側壁と
独立に成形された上面部材３から構成されている。上面
部材３は、Ｏリング４を介して側壁と気密に接続されて
いる。上面部材３には、開口部の周囲を取り囲むガス流
路５が形成されている。ガス流路５は、開口部１０の内
周面の円周方向に沿って形成された開口を有し、また処
理ガス導入管６を介して上面部材３の外部に導出されて
いる。処理ガス導入管６及びガス流路５を通して処理空
間内に処理ガスを供給することができる。
独立に成形された上面部材３から構成されている。上面
部材３は、Ｏリング４を介して側壁と気密に接続されて
いる。上面部材３には、開口部の周囲を取り囲むガス流
路５が形成されている。ガス流路５は、開口部１０の内
周面の円周方向に沿って形成された開口を有し、また処
理ガス導入管６を介して上面部材３の外部に導出されて
いる。処理ガス導入管６及びガス流路５を通して処理空
間内に処理ガスを供給することができる。
【００３１】上面部材３と真空ベルジャ２との接続面
は、Ｏリング７により気密性が保たれている。真空ベル
ジャ２は、その下端フランジ部が円環状部材１１により
押さえつけられ、上面部材３に固定されている。真空ベ
ルジャ２の下端フランジ部の上面と円環状部材１１との
接合面はＯリング１２により気密性が保たれている。
は、Ｏリング７により気密性が保たれている。真空ベル
ジャ２は、その下端フランジ部が円環状部材１１により
押さえつけられ、上面部材３に固定されている。真空ベ
ルジャ２の下端フランジ部の上面と円環状部材１１との
接合面はＯリング１２により気密性が保たれている。
【００３２】真空ベルジャ２を覆うように、円筒状側壁
を有する外部ベルジャ２０が配置されている。真空ベル
ジャ２の外面と外部ベルジャ２０の内面との間には一定
の間隙３０が画定されている。
を有する外部ベルジャ２０が配置されている。真空ベル
ジャ２の外面と外部ベルジャ２０の内面との間には一定
の間隙３０が画定されている。
【００３３】外部ベルジャ２０は、その下端フランジ部
が円環状部材１５により押さえられ、円環状部材１１に
固定されている。外部ベルジャ２０の下端フランジ部の
下面と円環状部材１１との接合面はＯリング１３により
気密性が保たれている。
が円環状部材１５により押さえられ、円環状部材１１に
固定されている。外部ベルジャ２０の下端フランジ部の
下面と円環状部材１１との接合面はＯリング１３により
気密性が保たれている。
【００３４】円環状部材１１の内周面は外部ベルジャ２
０の内周面とほぼ同径とされ、真空ベルジャ２の外周面
との間に外部ベルジャ２０と共に間隙３０を画定してい
る。円環状部材１１には、その内周面と外周面とを連絡
する冷却媒体供給管１４が設けられている。冷却媒体供
給管１４を通して間隙３０内に冷却媒体を供給すること
ができる。
０の内周面とほぼ同径とされ、真空ベルジャ２の外周面
との間に外部ベルジャ２０と共に間隙３０を画定してい
る。円環状部材１１には、その内周面と外周面とを連絡
する冷却媒体供給管１４が設けられている。冷却媒体供
給管１４を通して間隙３０内に冷却媒体を供給すること
ができる。
【００３５】外部ベルジャ２０の上部には冷却媒体排出
管２１が接続されており、間隙３０内の冷却媒体を外部
に排出することができる。外部ベルジャ２０の円筒状の
外周面に沿って、外周面と中心軸を共有するようにコイ
ル４０が巻かれている。コイル４０は、テフロン等の絶
縁体からなる支持部材４１により所定の位置に支持され
ている。コイル４０には、高周波電源４３からマッチン
グ回路４２を介して高周波電流が供給される。例えば、
周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電流が供給される。コ
イル４０の一端は接地されている。
管２１が接続されており、間隙３０内の冷却媒体を外部
に排出することができる。外部ベルジャ２０の円筒状の
外周面に沿って、外周面と中心軸を共有するようにコイ
ル４０が巻かれている。コイル４０は、テフロン等の絶
縁体からなる支持部材４１により所定の位置に支持され
ている。コイル４０には、高周波電源４３からマッチン
グ回路４２を介して高周波電流が供給される。例えば、
周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電流が供給される。コ
イル４０の一端は接地されている。
【００３６】コイルに高周波電流を流すことにより、真
空ベルジャ２内の空間に図の縦方向の高周波磁場が励起
される。この高周波磁場により、真空ベルジャ２内の空
間に中心軸の回りに円周方向の電界が発生する。この電
界により、誘導結合型のプラズマ４４が形成される。
空ベルジャ２内の空間に図の縦方向の高周波磁場が励起
される。この高周波磁場により、真空ベルジャ２内の空
間に中心軸の回りに円周方向の電界が発生する。この電
界により、誘導結合型のプラズマ４４が形成される。
【００３７】間隙３０の内部には、少なくともコイル４
０の上端よりもやや上方から下端よりもやや下方にわた
って遮蔽板５０が配置されている。遮蔽板５０は接地さ
れている。遮蔽板５０の詳細な構成は、後に図２及び図
３を参照して説明する。
０の上端よりもやや上方から下端よりもやや下方にわた
って遮蔽板５０が配置されている。遮蔽板５０は接地さ
れている。遮蔽板５０の詳細な構成は、後に図２及び図
３を参照して説明する。
【００３８】チャンバ１内の下方には、処理対象基板７
０を載置するための載置台６０が配置されている。載置
台６０の上面には静電チャックが設けられており、処理
対象基板７０を静電吸着することができる。載置台６０
は導電性材料により形成されており、高周波電源６２か
らマッチング回路６１を介して例えば１００〜２００ｋ
Ｈｚの高周波電圧が印加される。また、載置台６０内に
はヒータ及び冷媒流路が設けられており、処理対象基板
７０を加熱もしくは冷却することができる。
０を載置するための載置台６０が配置されている。載置
台６０の上面には静電チャックが設けられており、処理
対象基板７０を静電吸着することができる。載置台６０
は導電性材料により形成されており、高周波電源６２か
らマッチング回路６１を介して例えば１００〜２００ｋ
Ｈｚの高周波電圧が印加される。また、載置台６０内に
はヒータ及び冷媒流路が設けられており、処理対象基板
７０を加熱もしくは冷却することができる。
【００３９】チャンバ底面には、処理空間を真空排気す
るための排気孔６３が設けられている。処理ガス導入管
６から処理空間内に一定流量の処理ガスを供給し、排気
孔６３からの排気流量を調整することにより、処理空間
内を一定の圧力に保つことができる。
るための排気孔６３が設けられている。処理ガス導入管
６から処理空間内に一定流量の処理ガスを供給し、排気
孔６３からの排気流量を調整することにより、処理空間
内を一定の圧力に保つことができる。
【００４０】次に、図１に示すプラズマ処理装置が８イ
ンチウエハ用である場合の各構成部分の材料及び寸法の
一例について説明する。真空ベルジャ２及び外部ベルジ
ャ２０は、例えば石英ガラスで形成される。チャンバ１
は例えばアルミニウムで形成される。遮蔽板５０はＡｌ
等の常磁性導電材料で形成される。コイル４０は、表面
をテフロンチューブで覆った内径４〜５ｍｍ、外径６ｍ
ｍの銅管で形成される。コイル４０の巻数は例えば２回
である。
ンチウエハ用である場合の各構成部分の材料及び寸法の
一例について説明する。真空ベルジャ２及び外部ベルジ
ャ２０は、例えば石英ガラスで形成される。チャンバ１
は例えばアルミニウムで形成される。遮蔽板５０はＡｌ
等の常磁性導電材料で形成される。コイル４０は、表面
をテフロンチューブで覆った内径４〜５ｍｍ、外径６ｍ
ｍの銅管で形成される。コイル４０の巻数は例えば２回
である。
【００４１】真空ベルジャ２の円筒状側壁の内径は２５
４ｍｍ、外径は２６２ｍｍ、間隙３０の厚さは３ｍｍ、
外部ベルジャ２０の肉厚は３ｍｍである。真空ベルジャ
２の高さは約２５０ｍｍである。
４ｍｍ、外径は２６２ｍｍ、間隙３０の厚さは３ｍｍ、
外部ベルジャ２０の肉厚は３ｍｍである。真空ベルジャ
２の高さは約２５０ｍｍである。
【００４２】チャンバ１の側壁の外周面は一辺の長さが
４６０ｍｍの正方形断面を有する四角柱形状であり、側
壁の内周面は内径４２０ｍｍの円筒状形状である。載置
台６０は直径２８０ｍｍの円盤状形状である。
４６０ｍｍの正方形断面を有する四角柱形状であり、側
壁の内周面は内径４２０ｍｍの円筒状形状である。載置
台６０は直径２８０ｍｍの円盤状形状である。
【００４３】次に、図２、図３を参照して、遮蔽板５０
の構成について説明する。図２は遮蔽板５０の斜視図を
示す。円筒状形状の導電材料からなる側板５２に、軸方
向に沿って複数のスリットが形成されている。側板５２
の下方はフランジ状部分５１とされている。側板５２に
より画定された内周面には、下端から上端に延びる１本
のらせんに沿って、突起部分５３が形成されている。
の構成について説明する。図２は遮蔽板５０の斜視図を
示す。円筒状形状の導電材料からなる側板５２に、軸方
向に沿って複数のスリットが形成されている。側板５２
の下方はフランジ状部分５１とされている。側板５２に
より画定された内周面には、下端から上端に延びる１本
のらせんに沿って、突起部分５３が形成されている。
【００４４】側板５２に形成されたスリットは、円周方
向に流れる電流を阻止する役割を果たす。側板５２に囲
まれた空間に図１に示すコイル４０により高周波磁場が
励起されると、円周方向に起電力が生ずる。この起電力
により電流が流れると、高周波磁場の変化が打ち消され
プラズマが発生しなくなる。側板５２にスリットを形成
することにより、効率的にプラズマを発生することがで
きる。
向に流れる電流を阻止する役割を果たす。側板５２に囲
まれた空間に図１に示すコイル４０により高周波磁場が
励起されると、円周方向に起電力が生ずる。この起電力
により電流が流れると、高周波磁場の変化が打ち消され
プラズマが発生しなくなる。側板５２にスリットを形成
することにより、効率的にプラズマを発生することがで
きる。
【００４５】図３（Ａ）は、図１に示す間隙３０の部分
を拡大した断面図を示す。遮蔽板５０の側板５２が間隙
３０内に配置され、フランジ状部分５１により真空ベル
ジャ２のフランジ部に固定されている。側板５２の外周
面は、外部ベルジャ２０の内周面にほぼ密着し、突起部
分５３の先端は、真空ベルジャ２の外周面にほぼ接触し
ている。
を拡大した断面図を示す。遮蔽板５０の側板５２が間隙
３０内に配置され、フランジ状部分５１により真空ベル
ジャ２のフランジ部に固定されている。側板５２の外周
面は、外部ベルジャ２０の内周面にほぼ密着し、突起部
分５３の先端は、真空ベルジャ２の外周面にほぼ接触し
ている。
【００４６】突起部分５３により、間隙３０内にらせん
状の流路が画定される。従って、間隙３０の下方から冷
却媒体を供給すると、冷却媒体はらせん状の流路に沿っ
て下方から上方に流れる。このように冷却媒体が円筒状
の間隙３０内をらせん状に流れることにより、真空ベル
ジャ２の側壁をほぼ均一に冷却することができる。
状の流路が画定される。従って、間隙３０の下方から冷
却媒体を供給すると、冷却媒体はらせん状の流路に沿っ
て下方から上方に流れる。このように冷却媒体が円筒状
の間隙３０内をらせん状に流れることにより、真空ベル
ジャ２の側壁をほぼ均一に冷却することができる。
【００４７】図３（Ｂ）は、遮蔽板５０の他の構成例を
示す。図２及び図３（Ａ）では、側板５２に突起部分５
３を取り付けた構成について説明したが、図３（Ｂ）に
示すように、側板５２の一部を真空ベルジャ２に向かっ
て凸になるようにＶ字状に折り曲げて突起部分５３を形
成してもよい。
示す。図２及び図３（Ａ）では、側板５２に突起部分５
３を取り付けた構成について説明したが、図３（Ｂ）に
示すように、側板５２の一部を真空ベルジャ２に向かっ
て凸になるようにＶ字状に折り曲げて突起部分５３を形
成してもよい。
【００４８】次に、図１に示すプラズマ処理装置を使用
して酸化シリコン膜をエッチングする方法について説明
する。載置台６０の上に、表面に酸化シリコン膜が形成
されたシリコン基板７０を載置し、静電チャックにより
固定する。なお、図には示さないが、シリコン基板７０
をロードロックチャンバを介してチャンバ１内に搬入す
るようにしてもよい。
して酸化シリコン膜をエッチングする方法について説明
する。載置台６０の上に、表面に酸化シリコン膜が形成
されたシリコン基板７０を載置し、静電チャックにより
固定する。なお、図には示さないが、シリコン基板７０
をロードロックチャンバを介してチャンバ１内に搬入す
るようにしてもよい。
【００４９】ターボ分子ポンプでチャンバ１内を約１０
秒間排気する。所定の圧力まで排気した後、処理ガス導
入管６から処理空間内にＣＦ4 及びＣＨＦ3 ガスを導入
し、処理空間内の圧力が約１０ｍＴｏｒｒになるように
調整する。ＣＦ4 及びＣＨＦ 3 ガスは、ガス流路５を通
って円形開口部１０の内周面からほぼ一様に供給され
る。載置台６０内の冷媒流路にフロリナート（３Ｍ製）
等の冷却媒体を流しシリコン基板７０を−６０℃まで冷
却する。
秒間排気する。所定の圧力まで排気した後、処理ガス導
入管６から処理空間内にＣＦ4 及びＣＨＦ3 ガスを導入
し、処理空間内の圧力が約１０ｍＴｏｒｒになるように
調整する。ＣＦ4 及びＣＨＦ 3 ガスは、ガス流路５を通
って円形開口部１０の内周面からほぼ一様に供給され
る。載置台６０内の冷媒流路にフロリナート（３Ｍ製）
等の冷却媒体を流しシリコン基板７０を−６０℃まで冷
却する。
【００５０】コイル４０に周波数１３．５６ＭＨｚの高
周波電流を流し、真空ベルジャ２内の空間に誘導結合型
プラズマ４４を発生する。供給電力は、例えば１ｋＷ程
度とする。また、載置台６０に周波数１００ｋＨｚの高
周波電圧を印加する。供給電力は、例えば１００〜２０
０Ｗとする。なお、載置台６０に印加する高周波は約１
００ｋＨｚ程度から約２０ＭＨｚ程度までの範囲で選択
できるであろう。
周波電流を流し、真空ベルジャ２内の空間に誘導結合型
プラズマ４４を発生する。供給電力は、例えば１ｋＷ程
度とする。また、載置台６０に周波数１００ｋＨｚの高
周波電圧を印加する。供給電力は、例えば１００〜２０
０Ｗとする。なお、載置台６０に印加する高周波は約１
００ｋＨｚ程度から約２０ＭＨｚ程度までの範囲で選択
できるであろう。
【００５１】冷却媒体供給管１４から間隙３０内に純水
を供給する。間隙３０内に供給された純水は、間隙３０
内に画定された誘導路に沿ってらせん状に流れ、上方の
冷却媒体排出管２１から外部に排出される。このよう
に、純水が真空ベルジャ２の外面に沿ってらせん状に流
れるため、真空ベルジャ２の内面をほぼ均一に冷却する
ことができる。なお、排出された純水を再度冷却して再
使用してもよい。
を供給する。間隙３０内に供給された純水は、間隙３０
内に画定された誘導路に沿ってらせん状に流れ、上方の
冷却媒体排出管２１から外部に排出される。このよう
に、純水が真空ベルジャ２の外面に沿ってらせん状に流
れるため、真空ベルジャ２の内面をほぼ均一に冷却する
ことができる。なお、排出された純水を再度冷却して再
使用してもよい。
【００５２】このように、真空ベルジャ２の内面が均一
に冷却されるため、プラズマ中のイオン等と真空ベルジ
ャ２の内面との化学反応が抑制される。このため、真空
ベルジャ２内面のエッチングを抑制することができる。
に冷却されるため、プラズマ中のイオン等と真空ベルジ
ャ２の内面との化学反応が抑制される。このため、真空
ベルジャ２内面のエッチングを抑制することができる。
【００５３】また、コイル４０と真空ベルジャ２との間
には遮蔽板５０が配置されているため、コイル４０から
発生する高周波電界は遮蔽板５０でシールドされる。こ
のため、真空ベルジャ２の内面近傍には高周波電界が侵
入しない。高周波電界が侵入しないため、静電結合によ
るプラズマの発生もなく、また誘導結合型プラズマ中の
イオン等が内面近傍に引き寄せられることもない。冷却
用純水は電気抵抗が高いのでほとんど絶縁物とみなすこ
とができる。
には遮蔽板５０が配置されているため、コイル４０から
発生する高周波電界は遮蔽板５０でシールドされる。こ
のため、真空ベルジャ２の内面近傍には高周波電界が侵
入しない。高周波電界が侵入しないため、静電結合によ
るプラズマの発生もなく、また誘導結合型プラズマ中の
イオン等が内面近傍に引き寄せられることもない。冷却
用純水は電気抵抗が高いのでほとんど絶縁物とみなすこ
とができる。
【００５４】このため、真空ベルジャ２の内面がプラズ
マ中のイオン等によりスパッタされることを防止するこ
とができる。真空ベルジャ２内の空間に発生したプラズ
マ４４中のイオンあるいはラジカルがシリコン基板７０
の表面に輸送され、シリコン基板７０の表面に形成され
た酸化シリコン膜がエッチングされる。
マ中のイオン等によりスパッタされることを防止するこ
とができる。真空ベルジャ２内の空間に発生したプラズ
マ４４中のイオンあるいはラジカルがシリコン基板７０
の表面に輸送され、シリコン基板７０の表面に形成され
た酸化シリコン膜がエッチングされる。
【００５５】他の予備実験等から上記条件での酸化シリ
コン膜のエッチング速度は約７００ｎｍ／ｍｉｎ、酸化
シリコンとシリコンとのエッチング選択比は約１５と推
測できる。また、エッチング速度の分布はパターン寸法
によらず±３％以下になるであろう。
コン膜のエッチング速度は約７００ｎｍ／ｍｉｎ、酸化
シリコンとシリコンとのエッチング選択比は約１５と推
測できる。また、エッチング速度の分布はパターン寸法
によらず±３％以下になるであろう。
【００５６】このように、低圧力にもかかわらず誘導結
合により高密度プラズマを発生することができるため、
比較的高いエッチング速度を得ることができる。例え
ば、圧力０．１Ｔｏｒｒ、入力ＲＦ電力１ｋＷの条件で
電子密度１０11ｃｍ-3のプラズマを発生することができ
た。また、低圧力下でエッチングするため、マイクロロ
ーディング効果の発生を抑制することができる。
合により高密度プラズマを発生することができるため、
比較的高いエッチング速度を得ることができる。例え
ば、圧力０．１Ｔｏｒｒ、入力ＲＦ電力１ｋＷの条件で
電子密度１０11ｃｍ-3のプラズマを発生することができ
た。また、低圧力下でエッチングするため、マイクロロ
ーディング効果の発生を抑制することができる。
【００５７】また、シリコン基板７０が、プラズマ４４
が発生する空間から離れた場所に載置されるため、プラ
ズマによって基板表面がうけるダメージを抑制すること
ができる。
が発生する空間から離れた場所に載置されるため、プラ
ズマによって基板表面がうけるダメージを抑制すること
ができる。
【００５８】また、冷却媒体を流す間隙内に遮蔽板を配
置しているため、プラズマが発生する空間とコイルとの
距離を短くすることができる。このため、効率よくプラ
ズマを発生することが可能になる。
置しているため、プラズマが発生する空間とコイルとの
距離を短くすることができる。このため、効率よくプラ
ズマを発生することが可能になる。
【００５９】なお、上記実施例では冷却媒体として純水
を使用した場合について説明したが、フロリナート等の
その他の冷却媒体を使用してもよい。ただし、高周波磁
場により発生した起電力によって円周方向の電流が流れ
ないようにするために、非導電体であることが好まし
い。
を使用した場合について説明したが、フロリナート等の
その他の冷却媒体を使用してもよい。ただし、高周波磁
場により発生した起電力によって円周方向の電流が流れ
ないようにするために、非導電体であることが好まし
い。
【００６０】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低圧で高密度プラズマを発生させ、かつ真空ベルジャ内
面のスパッタあるいはエッチングを抑制することができ
る。このため、真空ベルジャからの不純物の発生を抑制
でき、半導体装置の歩留り及び信頼性の向上を図ること
ができる。また真空ベルジャの交換周期を延ばすことが
可能になるため、ランニングコスト削減が可能になる。
低圧で高密度プラズマを発生させ、かつ真空ベルジャ内
面のスパッタあるいはエッチングを抑制することができ
る。このため、真空ベルジャからの不純物の発生を抑制
でき、半導体装置の歩留り及び信頼性の向上を図ること
ができる。また真空ベルジャの交換周期を延ばすことが
可能になるため、ランニングコスト削減が可能になる。
【図１】本発明の実施例によるプラズマ処理装置の断面
図である。
図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の遮蔽板の斜視図
である。
である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置の真空ベルジャと
外部ベルジャとの間隙部を拡大した断面図である。
外部ベルジャとの間隙部を拡大した断面図である。
【図４】従来例によるプラズマ処理装置の断面図であ
る。
る。
１ チャンバ
２ 真空ベルジャ
３ 上面部材
４、７、１２、１３ Ｏリング
５ ガス流路
６ 処理ガス導入管
１０ 開口部
１１ 円環状部材
１４、１５ 冷却媒体供給管
２０ 外部ベルジャ
２１ 冷却媒体排出管
３０ 間隙
４０ コイル
４１ 支持部材
４２ マッチング回路
４３ 高周波電源
７０ シリコン基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
C23F 4/00
Claims (9)
- 【請求項１】 側壁を有し内部を真空排気可能な処理容
器と、 前記処理容器の外部に配置され、前記処理容器内に高周
波磁場を励起し誘導結合によるプラズマを発生するため
の磁場発生手段と、 前記処理容器内に配置され、処理対象基板を載置するた
めの載置台とを有し、 前記処理容器は、前記プラズマが発生する空間近傍の側
壁を冷却するための冷却手段を含み、該冷却手段は、内
壁と外壁を含んで構成され、その間に気密な間隙を画定
する二重壁と、前記間隙に冷却媒体を導入するための冷
却媒体導入手段と、前記間隙から冷却媒体を排出するた
めの冷却媒体排出手段とを含み、 前記磁場発生手段は、高周波磁場と伴に高周波電界を発
生し、さらに、前記間隙内に配置され、前記高周波電界
を遮蔽するための遮蔽板を有する プラズマ処理装置。 - 【請求項２】 前記二重壁の内壁及び外壁は、中心軸が
ほぼ鉛直方向に沿う円筒状形状部分を有し、 前記二重壁により画定された間隙内には、前記冷却媒体
を前記円筒状形状部分に沿ってらせん状に輸送するため
の誘導路が画定され、 前記冷却媒体導入手段は、前記誘導路の下方から冷却媒
体を導入し、 前記冷却媒体排出手段は、前記誘導路の上方から冷却媒
体を排出する請求項１記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項３】 前記遮蔽板には、前記二重壁の内壁側の
面に、該内壁の外面にほぼ達する突起部分が形成され、 前記二重壁の内壁の外面と前記遮蔽板は、前記誘導路の
水平方向の位置を画定し、 前記遮蔽板に形成された突起部分は、前記誘導路の鉛直
方向の位置を画定している請求項２記載のプラズマ処理
装置。 - 【請求項４】 前記遮蔽板には、前記高周波磁場の方向
とほぼ平行に複数のスリットが設けられている請求項２
または３記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項５】 前記載置台は、前記プラズマが発生する
空間の外に配置されている請求項１〜４のいずれかに記
載のプラズマ処理装置。 - 【請求項６】 前記磁場発生手段は、前記プラズマが発
生する空間を取り囲むように、前記処理容器の外部に巻
かれたコイルと、前記コイルに高周波電流を供給するた
めの高周波電源とを含んで構成される請求項１〜５のい
ずれかに記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項７】 前記コイルの一端及び前記遮蔽板は共に
接地され、接地電位が与えられている請求項６記載のプ
ラズマ処理装置。 - 【請求項８】 前記載置台は、導体により形成されてお
り、さらに、前記接地電位を基準として前記載置台に高
周波電圧を印加するための他の高周波電源を含む請求項
７記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項９】 円筒状の冷媒を介してエッチャントガス
に高周波磁場を印加し、誘導結合プラズマを発生させる
工程と、 前記プラズマから離れた位置に処理対象物を配置しエッ
チングする工程とを含み、 前記プラズマを発生する工程は、前記冷媒の無い状態で
高周波磁場の印加を開始してプラズマを発生させる工程
と、前記冷媒を介して高周波磁場の印加を継続し、前記
プラズマを維持する工程とを含 むプラズマ処理方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30237394A JP3424867B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| US08/521,440 US5681418A (en) | 1994-12-06 | 1995-08-30 | Plasma processing with inductive coupling |
| KR1019950028754A KR0159178B1 (ko) | 1994-12-06 | 1995-09-04 | 플라즈마처리 장치와 플라즈마처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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