JP3699416B2

JP3699416B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3699416B2
Application number: JP2002112839A
Authority: JP
Inventors: 茂白米; 成一渡辺
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003309106A

Description

【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、特に半導体基板等の被処理基板を、プラズマを用いてエッチング処理を行うのに好適なプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスでは、一般にプラズマを用いたドライエッチングが行われている。ドライエッチングを行うためのプラズマ処理装置は種々の方式の装置が使用されている。
【０００３】
プラズマ処理装置は一般に真空容器と、これに接続されたガス供給系、処理室内圧力を所定の値に保持する排気系、基板を搭載する電極、真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナ、真空容器内へ処理ガスを均等に供給するためのシャワープレートなどから構成されている。前記アンテナに高周波電力が供給されることによりシャワープレートから処理室内に供給された処理ガスが解離してプラズマが発生し、さらに基板搭載電極上に設置された基板のエッチングが進行する。
【０００４】
このようなプラズマエッチング処理装置では、基板のエッチングにより発生した反応生成物の一部が、排気されずに処理室内壁などに付着するため、その反応生成物が剥れてパーティクルとなったり、内壁の状態が変化することによるプラズマ密度・組成の変動、さらにはエッチング性能の変化などを引き起こすという問題がある。
【０００５】
反応生成物の処理室側壁への付着を防止するために、ヒータを用いて処理室側壁を加熱することが知られている。このようにすることにより反応生成物の側壁への付着を抑制できるため、処理室側壁からのパーティクルの発生を抑制できる、あるいは処理室側壁の状態が変化することによるプラズマ及びエッチング性能の変動を抑えることが期待できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマエッチング装置では、例えば特開２０００−１２４１９０にあるように、上述のように処理室側壁を加熱することにより、処理室側壁への反応生成物の付着による側壁からのパーティクルの発生や、エッチング性能の変動を抑制することが期待できる。しかし、ヒータを用いて加熱している処理室側壁は最も温度が高くなるが、そのほかの部分の温度は熱伝達を考慮すると容易に理解できるように、処理室側壁の温度よりも相対的に低くなり、側壁以外の場所に反応生成物が付着しやすくなったり、あるいは反応生成物の付着量は減少に効果が小さいという問題が生じる。特にエッチングする基板の上方にあり、側壁からの熱が伝達しにくいシャワープレートは、温度が相対的に低く反応生成物が付着しやすくなり、これが新たなパーティクルの発生要因となったり、さらにはエッチング性能の経時的な変動要因となる。
【０００７】
そこで本発明は、基板上方にあるシャワープレートへの反応生成物の付着を抑制し、パーティクルの発生やエッチング性能変動を防ぐことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
シャワープレートへの反応生成物の付着量を抑制するために、シャワープレートの温度を処理室側壁と同等以上、もしくは反応生成物が付着しない温度まで上げるための方法として、処理室側壁を加熱しているヒータをより大出力のヒータにすることが考えられる。しかし、処理室側壁からシャワープレートに伝わる熱量は限られているのでシャワープレートを効果的に加熱することは期待できない。さらに、処理室側壁を加熱しても、その多くの熱は処理室を構成している部品から大気に放出されるため、非常に効率が悪い。
【０００９】
そこで本発明は、シャワープレートを効果的に加熱するために、プラズマ処理室内の処理室上部、特にシャワープレート近傍で大気中にある部品に熱源を設けシャワープレートを間接的に加熱すること、さらにシャワープレートの温度を間接的に監視して制御する制御機構を備え、シャワープレートの温度を処理室内壁と同等以上にすることにより、上記目的を達成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１のプラズマエッチング処理装置を用いて説明する。
【００１１】
図１に本発明を適用したプラズマエッチング処理装置を示す。本実施例のエッチング装置の処理室１は、処理室側壁２や石英製のシャワープレート３、基板搭載電極４などから構成されている。図には明示していないガス供給系からシャワープレート３と石英板５の間に供給された処理ガスは、シャワープレート３に設けられた多数の穴を通って処理室１に供給される。処理室内の圧力は真空計６で計測され、所定の圧力になるように圧力制御手段を有する排気系７で排気される。プラズマを発生させるための高周波電力は、高周波電源８からマッチング回路９を介してアンテナ１０に供給される。アンテナ１０の周囲には、電磁波の導波路を構成する誘電体１１及びアンテナカバー１２が設けられている。また処理室外周部には、処理室１内部に磁場を生成するためのコイル１３、１４、１５があり、磁場が外部に漏れないようにヨーク１６が設けてある。さらに基板搭載電極４上にある被処理基板１７にバイアス電圧を印加するため高周波電源１８が、マッチング回路１９を介して接続されている。処理室側壁２の大気側には処理室側壁を加熱するためのヒータ２０が設けられている。さらにアンテナカバーの大気側にはシャワープレートを加熱するためのヒータ２１が設けてある。
【００１２】
処理ガスとして、例えばＣｌ２（１００ｍｌ／ｓｅｃ）、Ｏ２（１０ｍｌ／ｓｅｃ）をシャワープレート３を通して処理室１内に導入し、真空計６が１Ｐａを示すように排気系７で圧力を制御しながら処理室１内を排気する。アンテナ１０に接続されている高周波電源８は４５０（ＭＨｚ）の高周波が発生可能な電源を使用して例えば４００（Ｗ）の高周波電力を供給し、またコイル１３−１５を用いて処理室内に０．０１６（Ｔ）の等磁場面を形成すると、この等磁場面上で電子サイクロトロン共鳴が起こり、処理室１内にプラズマが効率よく発生する。
【００１３】
被処理基板１７としてＳｉウエハを用いた場合、処理室１内に発生したプラズマによって被処理基板１７はエッチングされる。このとき基板搭載電極４に接続されている高周波電源１８は４００ｋＨｚで、１００（Ｗ）の高周波電力を被処理基板１７に印加している。
【００１４】
ヒータ２０によって処理室側壁２は１５０℃に加熱・制御されていて、さらにヒータ２１と、図示しないが温度センサーによってシャワープレート３も１５０℃に加熱・制御されている。
【００１５】
この場合、被処理基板１７からはＳｉ系の反応生成物が発生する。そのうち一部は排気系７を通して直ちに処理室外部に排気されるが、残りの反応生成物は排気されずに処理室１内を浮遊する。
【００１６】
ヒータ２０により処理室側壁２だけが１５０℃に加熱・制御されている場合、浮遊している反応生成物は温度が低いシャワープレート３に付着するため、パーティクルあるいはプラズマ変動の要因となる。特にシャワープレートが被処理基板と対抗して設けられている場合、パーティクルあるいはプラズマ変動に対する影響は顕著である。また、シャワープレートに反応生成物が付着すると、シャワープレートから吹き出すガスの流れに乗って、剥れた反応生成物がウエハに到達してパーティクルとなる。このためシャワープレートへの反応生成物の付着を抑制することが重要である。
【００１７】
しかし、処理室側壁２だけでなく、ヒータ２１によりシャワープレート３も１５０℃に加熱・制御されている場合、浮遊している反応生成物は、処理室側壁２やシャワープレート３に何回も衝突するが、両者の表面温度が１５０℃と高温のためその表面に吸着することができない。やがて反応生成物は排気系７に到達し、そのまま処理室１の外に排気される。尚、本実施例では、温度制御器としてヒータを用いたが、その他チラユニットや赤外線ランプ加熱等を用いても良い。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の実施例を図２、３を用いて説明する。図２には本発明の処理室内部の断面図を示したものであり、図には示していないが外部アンテナなどにより処理室内にプラズマ生成が可能な構造である。シャワープレート４１の中央の点Ａ、端の点Ｂ，処理室側壁４３の上部の点Ｃ，下部の点Ｄ，基板搭載電極４５の側面の点Ｅについて、図には示していない処理室外部に設けた温度制御器によりシャワープレート４１を加熱した場合の各点の温度を示したものが図３である。シャワープレート上の点Ａ，Ｂの温度は処理室内の他の場所よりも温度が高く、またその値は１００℃以上になる。
【００１９】
図４はシャワープレート１５３の温度を検知するために、熱電対１６２をアンテナカバー１５６に取り付けた実施例である。本来ならばシャワープレート１５３の温度を直接測定するのが望ましいが、汚染の問題や耐プラズマ性の問題があるため、ここではアンテナカバー１５６に熱電対１６２を接続する。ただしあらかじめアンテナカバー１５６とシャワープレート１５３の温度関係を測定しておく。熱電対１６２はヒータ１５２のリード線１５１と共に温度制御装置１５０に接続されていて、アンテナカバー１５６すなわちシャワープレート１５３の温度が一定になるように制御可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、シャワープレートを効果的に加熱することが可能になり、シャワープレートを含む処理室内壁に付着する反応成生物量は減少するため、パーティクルの発生が抑制される、あるいはプラズマ密度・組成やエッチング性能の変動も抑制される効果がある。シャワープレートを１５０℃に加熱制御しない場合、シャワープレートはプラズマからの入熱により９０℃になるが、この時のロット内ｐｏｌｙ−Ｓｉレート変動は１．６ｎｍ／ｍｉｎである。これに対しシャワープレートを１５０℃に加熱制御した場合、ロット内のレート変動は０．８ｎｍ／ｍｉｎと半減した。さらに、付着する反応成生物量が減少するために処理室を大気開放してウエットクリーニングを実施する間隔が長くなるため、稼働率が向上するという効果がある。この効果はシャワープレートの温度を他の処理室内部品の温度より高くすると、反応生成物は相対的に温度が低い箇所に付着しやすいという性質のため、シャワープレートへの反応生成物の付着が少なくなり、上述の効果が顕著となる。反応生成物の種類にもよるが、一般にシャワープレートの温度が１００℃以上となると効果的である。
【００２１】
以上の実施例では、ＵＨＦ−ＥＣＲ方式を使用したドライエッチング装置を例に説明したが、他の放電（容量結合放電、誘導結合放電、マグネトロン放電、表面波励起放電、ＴＣＰ放電等）を利用したドライエッチング装置においても同様の作用効果がある。また上記実施例では、Ｃｌ２／Ｏ２を用いたｐｏｌｙ−Ｓｉ用ドライエッチング装置について述べたが、他のガス系と被処理材の組合せでも同様の作用効果がある。さらにドライエッチング装置ばかりでなく、その他のプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置においても同様の作用効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すプラズマ処理装置の概略図。
【図２】本発明の処理室内部の温度分布を示すための処理室断面図。
【図３】本発明の処理室内部でシャワープレートの温度が１００℃以上であることを示すグラフ。
【図４】本発明の一形態で、シャワープレートの温度を検知するための温度センサーを設けたプラズマ処理装置。
【符号の説明】
１…処理室、２…処理室内壁、３…シャワープレート、４…基板搭載電極、５…石英板、６…真空計、７…排気系、８…高周波電源、９…マッチング回路、１０…アンテナ、１１…誘電体、１２…アンテナカバー、１３〜１５…コイル、１６…ヨーク、１７…被処理基板、１８…高周波電源、１９…マッチング回路、２０〜２１…ヒータ、２２〜２３…Ｏリング、４１…シャワープレート、４２…Ｏリング、４３…処理室内壁、４４…被処理基板、４５…基板搭載電極、１５０…制御装置、１５１…リード線、１５２…ヒータ、１５３…シャワープレート、１５４…アンテナ、１５５…誘電体、１５６…アンテナカバー、１５７…Ｏリング、１５８…Ｏリング、１５９…被処理基板、１６０…基板搭載電極、１６１…石英板、１６２…熱電対

Claims

処理室内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、被処理材に高周波電圧を印加する手段と、真空排気装置が接続され、内部を減圧可能な処理室と、該処理室内へのガス供給装置と、前記処理室内にガスを供給するための多数の穴を設けたシャワープレートからなるプラズマ処理装置において、
前記シャワープレートを、前記処理室外部に設けた熱源により間接的に加熱制御することにより、シャワープレートの温度が、前記処理室内の他のどの部分よりも温度が高いことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記シャワープレートの温度が１００℃以上であることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１または請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記シャワープレートが前記被処理材に対向する位置に設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のプラズマ処理装置において、前記シャワープレートの温度を検知するための温度センサーを有することを特徴とするプラズマ処理装置。