JP3512210B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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係
り、特に、真空容器内に平行に配置された２つの電極を
備え、２つの電極の間にプラズマを発生して一方の電極
上に配置されたウェハーを加工するドライエッチング装
置等のプラズマ処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、減圧されたチャンバ内部に配置さ
れた相対向する２つの電極のいずれか一方の上に被処理
ウェハーを配置し、このウェハーをドライエッチングす
る装置として図４に示す構造を有するものが存在する
（特開昭６２−６９６２０号）。このドライエッチング
装置では、ウェハー４１に対して高速のエッチングを行
うことを目的とする。このため、高周波電源４２から高
周波電力が供給される電極４３と、ガスが導入される電
極４４との間に、プラズマを集中しかつ導入ガスの量を
多くするための構造を有する。すなわちプラズマが電極
の外周部に漏れるのを防止するため、上部絶縁体４５に
絶縁体カバー４６を取り付け、下部絶縁体４７に絶縁体
カバー４８を取り付け、絶縁体カバー４６，４８の間隔
が電極４３，４４の間隔の７０％以下になるように狭く
している。この構造により、絶縁体カバー４６，４８の
間の放電インピーダンスが大きくなり、プラズマの電極
の外周部への漏洩を防止し、均一で安定した高速エッチ
ングを可能にする。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし前述した従来の
装置では、微細加工性を求めて、例えば、電極間圧力
（以下プロセス圧力という）を１０Ｐａとして高速エッ
チングする場合には、プラズマを発生してかつ維持する
ため一例として電極間隔を２２．５ｍｍに拡げ、エッチ
ングガスを１１０sccm程度流すと共に、プラズマを電極
間に集中させるため絶縁体カバーの間隔を２ｍｍ程度と
狭くする必要がある。この結果、絶縁体カバー４６，４
８の間のコンダクタンスが小さくなり、プロセス圧力を
低くすることが困難であった。そこで、従来のドライエ
ッチング装置では、前述の特開昭６２−６９６２６０号
公報に明記されるように「０．５ないし３ Torr 」、すな
わち、圧力単位をパスカル（Ｐａ）で表すと「６６．５
ないし３９９Ｐａ」というガス圧力範囲のプロセス圧力
でエッチング処理を行っていた。反対に、２つの絶縁体
カバー４６，４８の間隔を例えば５ｍｍ程度に拡大すれ
ば、プロセス圧力を低くすることができるが、プラズマ
が電極間に集中せず、高速エッチングを行うことができ
ないという不具合が生じた。このように、従来のドライ
エッチング装置によれば、プラズマを電極間に集中させ
ることと、プロセス圧力を、上記の圧力範囲の下限値で
ある６６．５Ｐａよりも低い圧力値の圧力範囲であって
前述の１０Ｐａを含む低圧力範囲に含まれる低圧力にす
ることとを同時に実現することは困難であった。このこ
とは、同様な構成を有するプラズマ処理装置において一
般的に生じる問題である。 【０００４】本発明の目的は、プラズマを電極間に集中
させることおよびプロセス圧力を低圧力にすることを同
時に実現できるプラズマ処理装置を提供することにあ
る。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、高周波電源が接続された第１電極と、第２電
極を有しており、第１電極と第２電極は所定間隔をあけ
て対向して配置され、第１電極と第２電極との間に処理
ガスを導入する共に高周波電力を供給し、処理ガスを高
周波電力でプラズマ化し、いずれかの電極上に配置され
たウェハーをプラズマで処理する構成を有し、さらに、
第１電極の外周囲にリング部を含む第１絶縁体を設け、
第２電極の外周囲にリング部を含む第２絶縁体を設け、
第１絶縁体と第２絶縁体は対向する箇所を有し、これら
の対向箇所のそれぞれに絶縁体カバーを備える共に、第
１絶縁体のリング部の外径と内径との差の１／２の絶対
値をＤ（ｍｍ）、供給される高周波電力をＰ（Ｗ）、前
記絶縁体カバー間の間隔をｄ（ｍｍ）とするとき、これ
らのＤ，Ｐ，ｄの各値が、プロセス圧力の値が１０Ｐａ
を含む低圧力範囲内の圧力値になるようにｄを設定し、
かつＤ＞０．０５７Ｐ＋８．６ｄ−５３という関係式を
満足するように定められることを特徴とする。特に、前
記絶縁体カバーは、同じ材質を用いて第１絶縁体及び第
２絶縁体のそれぞれと一体的に形成できるし、異なる材
質を用いて作ることにより第１絶縁体及び第２絶縁体の
それぞれに対して別部材として設けることもできる。 【０００６】 【作用】本発明のプラズマ処理装置では、従来のドライ
エッチング装置等の構成上での問題、すなわち、絶縁体
カバーの間隔を拡げて高周波電力を供給するとき、当該
間隔が狭いときに比較してプラズマを電極間の空間に集
中させることが困難になるという問題を、高周波印加側
の電極周囲に配置された絶縁体のリング状部分の径方向
の寸法、供給される高周波電力量、２つの絶縁体カバー
の間隔に関し前述の関係式を満足させるように設定する
ことにより、解決した。すなわち前記関係式を満たすよ
うに構成すると、プロセス圧力を低圧力にした状態でプ
ラズマを電極間に集中させることができることが実験的
に見出された。 【０００７】 【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は第１実施例の構成を示す断面図、図
２は第２実施例の構成を示す断面図である。本実施例に
よる装置では、一例として、プロセス圧力を１０Ｐａ、
高周波電力を７００Ｗとしたときのウェハーのドライエ
ッチング工程に適用した装置について説明する。 【０００８】図１に基づき第１実施例を説明する。１は
ドライエッチング装置を構成するチャンバである。チャ
ンバ１は気密容器であり、その内部空間は、図示しない
排気装置で排気され、所要の減圧状態にある。排気装置
としては、ターボ分子ポンプやロータリポンプなどが使
用される。チャンバ１は例えばアルミニウム材で形成さ
れ、耐腐食対策が施されている。例えば表面にアルミナ
の被膜が形成されている。チャンバ１の周囲側面部は円
筒形状であり、メンテナンスを容易にするため一般的に
チャンバ上面部が開閉可能に形成される。チャンバ１
は、符号２で示すようにアースされ、ゼロ電位に保持さ
れる。 【０００９】チャンバ１の内部空間の中において、その
下方にウェハー３を設置するための電極４が配置され
る。電極４はアルミニウム製の円盤状金属部材であり、
表面にアルマイト処理が施されている。電極４には、チ
ャンバ１の外部に配置された高周波電源５がコンデンサ
６を介して接続される。高周波電源５によって電極４に
は高周波電力が印加される。本実施例では、高周波印加
電極４がチャンバ１内に完全に収容されて配置される構
造を示している。 【００１０】下方に位置する電極４の、他の電極に対向
する面（以下対向面という）４ａを除く外周囲、すなわ
ち側面部および下面部にはこれらの面を覆う絶縁体７が
取り付けられる。絶縁体７によって、電極４とチャンバ
１は絶縁される。対向面４ａは平面である。電極４の側
面部の周囲の絶縁体部分はリング（環）形状となってい
る。絶縁体７のリング形状部分の上面部は、電極４の対
向面４ａと同一平面となっている。電極４の円形の対向
面４ａの上に、円形の被処理ウェハー３が設置される。
絶縁体７は、ウェハー３に比較して高周波に対して十分
インピーダンスが高い材質例えばテフロンや石英ガラ
ス、セラミックス等によって形成される。 【００１１】電極４におけるウェハーを設置する対向面
４ａの周囲にはリング形状の絶縁体カバー８が配置され
る。図示例で明らかなように、絶縁体カバー８の内径は
ウェハー３の径よりも大きく、絶縁体７のリング状部分
の内径よりも若干小さい。また絶縁体カバー８の外径は
絶縁体７のリング状部分の外径とほぼ等しい。絶縁体カ
バー８は、一定の厚みを有する板形状であり、電極４の
対向面４ａとの間で所定の段差が形成される。絶縁体カ
バー８の厚みとしては例えば３．５ｍｍである。絶縁体
カバー８の材質には、ウェハー３に比較して高周波に対
して十分にインピーダンスが高い例えばアーデル等の絶
縁体が使用される。絶縁体カバー８は絶縁体７が直接に
プラズマにさらされ、劣化するのを防ぐ。なお絶縁体カ
バー８を、絶縁体７と同一の材料で作り、絶縁体７と一
体的に形成することもできる。 【００１２】チャンバ１の内部空間において、電極４の
上方の対応位置に他の電極９が配置される。電極９は、
円形の対向面を形成するガス吹出し板９ａを有する。電
極９は、内部空間を有し、外部のガス供給源からガス導
入パイプ１０を通してエッチングガスを供給され、円形
の対向面を形成するガス吹出し板９ａを介して、電極
４，９の間の空間にエッチングガスを吹き出す構造を有
する。ガス吹出し板９ａは、ガラス状カーボンやグラフ
ァイトで形成され、ウェハー３の表面に均一にドライエ
ッチングガスを与える。電極９は、ガス導入パイプ１０
を介して電気的には例えばアースされ、ゼロ電位に保持
される。 【００１３】上方の電極９の外周囲（対向面は除く）に
は絶縁体１１が設けられる。絶縁体１１は、高周波に対
して十分インピーダンスが高い材質、例えばテフロンや
石英ガラス、セラミックス等によって形成される。絶縁
体１１における電極９の側面周囲の部分はリング形状と
なっている。絶縁体１１は、電極９において、電極４と
対向する面の部分のみにプラズマを発生させるため、表
面を限定して覆う目的で使用される。絶縁体１１の下面
は、電極９の下面（ガス吹出し板９ａの部分）と同一平
面となるように設定されている。また電極９の対向面の
周囲には、リング形状の絶縁体カバー１２が固定され
る。絶縁体カバー１２は一定の厚みを有する板形状であ
り、電極９の対向面との間で所定の段差が形成される。
絶縁体カバー１２の厚みとしては、例えば１４ｍｍであ
る。絶縁体カバー１２の材質は、上側の絶縁体カバー８
と同じである。なお絶縁体カバー１２を、絶縁体１１と
同一の材料で作り、絶縁体１１と一体的に形成すること
もできる。 【００１４】上記の絶縁体カバー８，１２の間の間隔
は、電極４，９の各対向面の間の間隔よりも狭くなって
いる。電極９の対向面と絶縁体カバー１２との間に段差
を設けるようにしたため、電極４，９の間にプラズマが
集中する。 【００１５】上記構成を有するドライエッチング装置に
おいて、電極４の対向面と電極９の対向面との間の空間
に、低いプロセス圧力にてプラズマを集中させるため、
装置の構造上、次のような条件を満たすように構成され
る。まず絶縁体７のリング状部分の外径と内径の差の１
／２の絶対値をＤ（ｍｍ）、電極４に供給される高周波
電力をＰ（Ｗ）、絶縁体カバー８，１２の間の間隔をｄ
（ｍｍ）とする。これらの変数Ｄ，Ｐ，ｄに関して、プ
ロセス圧力が１０Ｐａの下で電極４，９の間の空間にプ
ラズマを集中させるための条件を実験的に求めたグラフ
が図３に示される。図３に示されるグラフでは、ｄに関
して典型的な例として３ｍｍ，５ｍｍ，７ｍｍの場合の
３通りが示される。図３において実線１３，１４，１５
のそれぞれについて右側の領域が電極間に放電が集中す
る領域であり、左側の領域が放電が電極間から外部に漏
出する領域となる。従って、各実線に関し、Ｄ，Ｐ，ｄ
についてその右側領域の条件を満たす関係式を求める
と、次式のようになる。 【００１６】 【数１】Ｄ＞0.057 Ｐ＋8.6 ｄ−53 【００１７】上記の関係式を満たすように、Ｄ，Ｐ，ｄ
のそれぞれを設定すると、プロセス圧力が前述の低圧力
範囲に含まれる低圧力である場合（例えば１０Ｐａ）に
も電極間に発生した放電を電極間の空間に集中させるこ
とができる。この場合において、上部側の絶縁体１１や
絶縁体カバー１２の寸法については特別に条件は付加さ
れないが、径方向については所定の長さを有することが
望ましい。例えば、絶縁体カバー１２の径方向の寸法は
少なくとも３０ｍｍあることが望ましい。なお上記の関
係式は、前述のドライエッチング装置において成立する
ものであり、電極等の寸法が変更されれば、変更する必
要があるが、基本的な構成を有する一般的装置では成立
する関係式である。 【００１８】上記構成を有するドライエッチング装置の
エッチング処理動作について以下に概説する。排気装置
を作動させてチャンバ１内の圧力（チャンバ圧力）を所
要の減圧状態にする。このとき電極間圧力もチャンバ圧
力と等しい減圧状態となる。次にチャンバ１の側壁部に
設けた図示しないゲートバルブを開いて、被加工物であ
るウェハー３を搬送機構で搬入する。ゲートバルブの外
部空間にはロードロック室が形成され、ウェハー３を搬
入しても、チャンバ圧力は初期の減圧状態に保持され
る。搬入されたウェハー３は、図１に示される如く電極
４の上の所定位置に載置される。このとき、電極４，９
の周辺部には、電極間空間内にウェハー３が入るよう
に、例えば電極間空間を開放する構造が設けられる。そ
の後、搬送機構をチャンバ１の外に出し、ゲートバルブ
を閉じて、チャンバ１内を気密状態にする。 【００１９】次の段階では、電極９に設けたガス吹出し
機構を介して、ガス供給源からエッチングガスを電極間
の空間に導入する。エッチングガスは、ガス吹出し板９
ａの複数の孔を介してウェハー３の表面に供給される。
エッチングガスを電極間に導入すると、電極外部のチャ
ンバ圧力に比較し、電極間の圧力が高くなる。この後、
チャンバ１内のチャンバ圧力を所望の圧力するために、
排気装置に設けられたオリフィス（図示せず）を調整す
る。 【００２０】エッチングガスの導入と同時に、高周波電
源５から電極４，９の間に高周波電力が供給される。こ
れによって電極４，９の間において供給されたエッチン
グガスを放電させ、プラズマ化する。このプラズマ発生
の際に生じるラジカルとイオンにより、ウェハー３の表
面に形成されたポリシリコンや二酸化シリコンの膜等を
選択的に除去し、エッチング処理を行う。 【００２１】上記のエッチング処理において電極４，９
はプラズマにより加熱される。電極の加熱により、電極
およびその他の電気的部品が破損し、熱輻射の作用でレ
ジストにダメージを与える等の問題を生じる。また電極
の加熱により、ウェハー３が加熱され、レジストが劣化
するという問題を生じる。そこで、各電極にはそれぞれ
冷却機構（図示せず）を設けている。またエッチングガ
スは、チャンバ１の側壁部に設けられた排気管を通して
排気される。 【００２２】上記のように行われるドライエッチング処
理において、本装置では、絶縁体カバー８と絶縁体カバ
ー１２との間隔を例えば５ｍｍとして電極間のプロセス
圧力を低圧力にすると共に、前述の関係式を満足するよ
うに構成しているため、発生したプラズマを電極間に集
中させることが可能となる。 【００２３】図２は、本発明の第２実施例の構成を示
す。この実施例では、高周波電力が印加される電極４の
一部をチャンバ１の外部に露出させた構造を有し、その
他の構成は第１実施例の構成と同じである。この実施例
では、ウェハー３を設置する電極４の周囲面とチャンバ
１の壁部との間にのみ絶縁体２１を設けている。構造が
簡素となる利点を有する。 【００２４】前記実施例では、放電方式としてカソード
カップリングを採用しているが、アノードカップリング
として構成することもできる。また前記実施例では、ド
ライエッチング装置について説明したが、平行平板電極
を利用し、２つの電極間にプラズマを発生するように構
成された類似のウェハープラズマ処理装置に対して本発
明を適用できるのは勿論である。 【００２５】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、減圧されたチャンバー内に相対向して配置された
２つの電極のそれぞれに絶縁体を設け、かつこの絶縁体
に絶縁体カバーを設け、絶縁体カバー間の間隔、高周波
印加電極の絶縁体の径方向の寸法、供給される高周波電
力の間の関係を所定の関係にしたため、電極間の空間に
プラズマを集中でき、かつプロセス圧力を低圧力にでき
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明によるドライエッチング装置の第１実施
例を示す要部縦断面図である。 【図２】本発明によるドライエッチング装置の第２実施
例を示す要部縦断面図である。 【図３】プラズマを電極間に集中させるＤ，Ｐ，ｄの間
の関係を示すグラフである。 【図４】従来の装置の代表的な構成を示す要部縦断面図
である。 【符号の説明】 １ …チャンバ ３ …ウェハー ４，９ …電極 ５ …高周波電源 ７，１１，２１ …絶縁体 ８，１２ …絶縁体カバー ９ａ …ガス吹出し板 １０ …ガス導入パイプ １３，１４，１５ …関係式を決める直線

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 高周波電源が接続された第１電極と、第
   ２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極を対向して
   配置し、前記第１電極と前記第２電極の間に処理ガスを
   導入する共に高周波電力を供給し、前記処理ガスを前記
   高周波電力でプラズマ化し、前記いずれかの電極上に配
   置されたウェハーをプラズマで処理する装置において、 前記第１電極の外周囲にリング部を含む第１絶縁体を設
   け、前記第２電極の外周囲にリング部を含む第２絶縁体
   を設け、前記第１絶縁体と前記第２絶縁体は対向する箇
   所を有し、これらの箇所のそれぞれに絶縁体カバーを備
   えると共に、前記第１絶縁体の前記リング部の外径と内
   径の差の１／２の絶対値をＤ（ｍｍ）、供給される高周
   波電力をＰ（Ｗ）、前記絶縁体カバー間の間隔をｄ（ｍ
   ｍ）とするとき、プロセス圧力の値が６６．５Ｐａより
   も低い圧力値の圧力範囲であって１０Ｐａを含む低圧力
   範囲内の圧力値になるように前記ｄを設定し、かつ関係
   式Ｄ＞０．０５７Ｐ＋８．６ｄ−５３を満足するように
   前記のＤ，Ｐ，ｄの各値を定めることを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。