JPH01161835A - プラズマ処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発　明　の　目　的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の半導体装置を製
造する際でのエツチング、アッシングに用いられるプラ
ズマ処理方法及びその装置に関する。

（従来の技術） ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の半導体装置を製造する際で
のエツチング、アッシング等の処理のためプラズマ装置
を使用している。

こうしたプラズマ処理方法、装置には、高周波を印加す
る電極方式として、！極を反応室の内部あるいは外部に
配置するかで外部電極、内部電極のものに分けられ、ま
た、外部電極方式のものは、−船釣に、反応室の形状に
よって円筒型（バレル）プラズマエツチング装置と呼ば
れ、電極構造によって容量型と誘導型とに分けられてい
る。

円筒型プラズマエツチング装置は、最も多く用いられて
おり、その用途として、ホトレジストの除去（アッシン
グ）、エツチング等であり、その反応室（チャンバー）
へのウェハーの挿入、反応室からのウェハーの取出しに
は、複数枚のウェハー相互の保持間隔を維持しているボ
ートと呼ばれる石英製のウェハー支持具を使用している
。

ここで、第５ＦＸｉを参照して、従来の円筒型プラズマ
エツチング装置を説明すると、ウェハーＷをウェハー支
持具（ボート）１０１にのせて反応室１０２内に挿入し
た後、真空ポンプ１０３にて排気し、所定の真空度にな
ったところで処理ガス１０４を流量調整しながら反応室
１０２内に供給する。真空度が一定になった時点で、高
周波電源１０５から外部電極１０６にチューニング回路
１０７を経て高周波を印加すると、°ガスは放電を開始
してガスプラズマを発生する。活性化したガスは、ウェ
ハーＷと反応して、ガスとして反応室１０２外に排気さ
れる。処理が終了した時点で放電を停止し、残ガスを除
去した後、窒素ガス等にて反応室１０２内の圧力を大気
圧に戻し、ウェハーＷを取り出すようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上述した従来のプラズマエツチング装置は、
高周波を印加する外部電極１０６を反応室１０２外で対
にして対向状に配設し、その間での反応室１０２内に処
理すべきウェハーＷを挿入し、プラズマ処理を行なって
いる。

そうすると、ガスプラズマは直接にウェハーＷに当たり
、ウェハーＷ自体はガスプラズマに直接に晒されること
になり、その結果、例えば、アッシング処理中では、プ
ラズマイオンの衝撃によってダメージを受は易く、ウェ
ハーＷが損傷される。

これの原因としては、所定間隔で保持させであるウェハ
ーＷ間陽を広げていくと、ウェハーＷ周辺から中心に向
かって耐圧劣化を起こす領域が広がることにあるからで
ある。これを防止すべく、従来は、保持すべきウェハー
Ｗの間隔を狭く、例えば、その保持間隔を約５Ｉ１１１
以下としてこれを回避するようにしている（参照：月刊
５ｅＩｌｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ勤ｒｌｄ　１９８７．２
の４０頁以下）。

しかしながら、ウェハーＷ間隔を狭める。と、ウェハー
Ｗ夫々において、その表面で行なわれるプラズマ処理は
、ガスプラズマが当たる量が周辺部と中心部とでは異な
ることになり、均一処理が行なわれない。

すなわち、従来装置、方法にあっては、ウェハーＷ表面
でのプラズマ処理に際し、均一化のなめにはウェハーＷ
保持間隔をある程度に広げる必要があり、その牛血、ア
ッシングダメージが大きくなる二律青反的な結果となっ
ていたのである。

そこで、本発明は、蒸上のような従来存した諸事情に鑑
み、それらの欠点を解消するため創出されたもので、内
外の二重に配した電極相互間でガスプラズマ雰囲気を形
成し、内側の電極内に処理すべきウェハーを挿入セット
するものとして、ウェハーに対するアッシングダメージ
の減少を図り、ウェハー保持間隔を広げられることで、
処理の均一性を可能とするプラズマ処理方法及びその装
置を提供しようとするものである。

［発　明　の　梢　成コ （問題点を解決するための手段） 上述した目的を達成するため、本発明方法にあっては、
反応室内で所定の保持間隔で支持したウェハーに対し、
一方は高周波電源に接続され、他方は接地されている電
極相互間での高周波電圧の印加によって、プラズマ処理
を行なうプラズマ処理方法において、反応室内外で同心
円状にして二重に配した外部電極と内部電極との間で生
成したプラズマのうちラジカルなものを内部電極内に導
入し、内部ｔ　ｆｉｘ内で支持したウェハーに作用させ
ることにあり、この本発明方法の実施に直接使用される
本発明装置にあっては、反応室内で所定の保持間隔でウ
ェハーを支持し、一方は高周波電源に接続され、他方は
接地されている電極相互間での高周波電圧の印加によっ
てウェハー表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置に
おいて、反応室外周に配置したほぼ筒状の外部電極と、
反応室内で、外部電極と所定の間隔を隔てて配置され、
多数のプラズマ導入孔が穿設されているほぼ筒状の内部
電極と、所定の保持間隔でウェハーを支持した状態で、
内部電極内に挿入され、また、取出されるウェハー支持
具とを備えて成ることにある。

（作用） 本発明に係るプラズマ処理方法及びその装置において、
ウェハー支持′具内にウェハ、−が支持された状態で、
反応室での内部ｔｆ！内に挿入された後、反応室内を真
空にし、また、処理ガスを供給する。

次いで、外部ｔｌｉに高周波電圧を印加し、外部４４極
と内部′ｆ４極との間にガスプラズマを発生させると、
励起されたラジカルなプラズマが内部電極でのプラズマ
導入孔を経て内部電極内のウェハーに作用し、エツチン
グあるいはアッシングが行なわれる。

このとき、内部電極が、ウェハーでの支持区域とプラズ
マ生成区域とを分離、゛区画しており、反応室内で発生
したガスプラズマは直接にウェハーに作用せず、ラジカ
ルなプラズマイオンが内部電極内のウェハーに作用する
。

そして、発生したプラズマのうちラジカルなもののみを
内部電極でのプラズマ導入孔を経てウェハーの支持区域
内に導入し、プラズマ処理に関与させることは、プラズ
マ作用のみをウェハーに与え、その損傷、アッシングダ
メージを回避し、ウェハー保持間隔を大きく設定できる
ことで、ウェハー表面での処理の均一性をもたらす。

また、内部電極は接地されていることで発熱し、その発
熱作用によって反応室内を恒温状態に維持し、適切なプ
ラズマ環境とする。

（実施例） 以下、第１図乃至第４図を参照して本発明の一実施例を
説明する。

第１図において、本発明方法を実施するために最適なプ
ラズマ処理装置の概略が示されている。

すなわち、図において示される符号１は縦型に配置され
る反応室（チャンバー）であり、適当な容量を有する石
英製の筒状容器から成る。この反応室１外に陽極となる
ほぼ筒状の外部！＠２を、反応室１内に陰極となるほぼ
筒状の内部電極３を両者２．３間では所定の間隔を保持
させてそれらが同心円状になるようにして夫々配し、そ
の間をプラズマ生成区域とする。また、内部電極内３内
を、この内部電極３内に挿入され、また、取出されるウ
ェハー支持具１０によって所定間隔で保持された処理物
たるウェハーＷの支持区域とする。

そして、外部電＠２は高周波電源４とチューニング回路
５を介して接続されており、内部電極３は接地６されて
いて、多数のプラズマ導入孔７が開穿されている。

また、反応室１には、反応室１内を真空にするための排
気管８と、反応室１内に処理ガスを導入するガス導入管
９とが夫々接続されている。

しかして、今、高周波電源４にて外部電極２に高周波電
圧を印加すると、外部電極２と内部電極３との間にはガ
スプラズマが生成発生する。その結果、励起されたラジ
カルなプラズマがプラズマ導入孔７を経て内部電極３内
に挿入されているウェハーＷに作用し、アッシング、エ
ラチングラ行なうものである。

次に、第２図乃至第４図を参照して本発明装置の具体的
な構成例を説明する。

第２図乃至第４図においての構成例は、縦型のプラズマ
アッシング装置として構成したものであり、使用される
符号のうち第１図のそれと同一のものには共通した符号
が使用されている。

すなわち、はぼ直方体状に構枠されたフレーム１１での
上部には反応室１を、下部には反応室１内にウェハーＷ
を挿入し、また、取出すための昇降ａ梢２０を夫々配設
する。

反応室１は、フレーム１１でのほぼ中央高さ位置で固定
しであるチャンバ下部バルクヘッド１２上に立設固定さ
れており、このチャンバ下部バルクヘッド１２に開口し
である挿通口によってチャンバ下部バルクヘッド１２下
方と連通ずる。

この反応室１外周に、反応室１を密着囲繞する外部電＠
２を配置し、チャンバ押えブロック１３によってチャン
バ下部バルクヘッド１２上に固定する。この外部電極２
は、横断面においてほぼＣ字状で、その側方での開口部
分両側をスプリング１４によって連結し、反応室１自体
の膨張、収縮に対応させる。

また、反応室１内には、外部電極２と所定の間隔を隔て
た位置で内部電ｆ！３を配置し、チャンバ下部バルクヘ
ッド１２上に固定し、この内部ｔ’ｆｌ１３内に前記挿
通口を経てチャンバ下部バルクヘッド１２下方からウェ
ハー支持具１０によって支持されたウェハーＷが挿入さ
れるようにする。

ウェハーＷの反応室１への挿入、反応室１からの取出し
は、前記昇降機構２０によって行なわれる。この昇降機
構２０は、第２図に示すように、モータ２２駆動による
ネジ送り作用で、前記ウェハー支持具１０が立脚状にセ
ット固定された可動バルクヘッド２４を間欠的に上下動
させるようにしである。

すなわち、フレーム１１下部に固定した昇降機構ベース
２１上にモータ２２を固定し、そのモータ軸を昇降機構
ベース２１下方に突出させる。また、昇降機構ベース２
１と前記チャンバ下部バルクヘッド１２との間には立設
状にして適数本のスライドシャフト２３を連結し、この
スライドシャフト２３には、これ２３によって上下方向
に摺動案内される前記可動バルクヘッド２４を、リニア
ベアリング２５を介して嵌め合せ配置する。

一方、昇降機構ベース２１とチャンバ下部バルクヘッド
１２との間には上下方向に沿っての送りネジシャフト２
６を回転自在にして立設状に支承し、可動バルクヘッド
２４の下面に固定したボールネジ構造の送りナツト２７
に噛み合せる。送りネジシャフト２６自体は、その下端
が昇降Ｉｌ梢ベース２１下方に突出していて、前記モー
タ軸とはタイミングベルト・プーリー、歯車その他の伝
達手段２８を介して連繋されている。

そこで、モータ２２が駆動すると、その駆動力にて送り
ネジシャフト２６を従動回転させることで、可動バルク
ヘッド２４はスライドシャフト２３に沿って昇降される
ようになっている。

また、可動バルク゛ヘッド２４での昇降は、この可動バ
ルクヘッド２４上にセット固定されるウェハー支持具１
０でのウェハーＷの保持間隔に対応して間欠的に行なわ
れる。すなわち、図示を省略　□したウェハー搬送ｍ構
によって搬入、搬出されるウェハーＷが、ウェハー支持
具１０での支持溝に嵌め合せ支持されるとき、あるいは
これから取出されるときに対応して間欠的に昇降される
もので、その制御は、前記伝達手段２８での同期回転を
検出するウェハーピッチセンサー３１による。

更に、可動バルクヘヅド２４でのチャンバ下部バルクヘ
ッド１２上面に密着した状態での最上位位置、ウェハー
支持具１０を反応室１から引出した最下位位置での位置
を制御する位置決めセンサー３２を配する。

また、図中４０は、可動バルクヘッド２４をチャンバ下
部バルクヘッド１２上面に密着後、反応室１内部を真空
状態にした後での負圧に伴ない生ずる送りネジシャフト
２６でのねじ締め現象を防止するスラスト機構である。

すなわち、このスラスト機構４０は、チャンバ下部バル
クヘッド１２と昇降機構ベース２１夫々で送りネジシャ
フト２６の上下端を支承するに、軸可動玉軸受４１を介
してスラスト方向での遊びがある状態にしておくのであ
り、昇降ａ楕ベース２１下方位置で、送りネジシャフト
２６に固着したスプリングリング４２上面と昇降機構ベ
ース２１上面との間にコイル状のスラストスプリング４
３を送りネジシャフト２６に縮装して成る。

したがって、可動バルクヘッド２４をスラスト機構４０
によってチャンバ下部バルクヘッド１２上面に密着させ
、反応室１での挿通口を閉鎖した後、反応室１内部を真
空状態にする。そうすると可動バルクヘッド２４がチャ
ンバ下部バルクヘッド１２がわへ牽引される負圧が生じ
、これに伴なって送りネジシャフト２６も同時に牽引さ
れることで、この送りネジシャフト２６での上下の支承
部位、及び送りナツト２７部位夫々において互いに強固
に密着し、回転が困難となる、いわゆるねじ締め現象が
発生するも、前記スラストスプリング４３が縮小し、送
りネジシャフト２６が可動バルクヘッド２４とともにチ
ャンバ下部バルクヘッド１２がわへ移動することで、ね
じ締め現象の発生を回避できる。

また、図中５０はリリーフ弁であり、反応室１での上部
開口を着脱自在に閉塞している天窓５１に配置されてい
る。すなわち、プラズマ処理の終了後で、反応室１内に
窒素ガスを供給して大気圧に戻すとき、反応室１内が過
圧状態となったとき、それを大気に放出させるようにな
う、ている。

したがって、この実施例において、可動バルクヘッド２
４が下方位置にあり、搬送装置によってウェハーＷがウ
ェハー支持具１０内に逐次段状に□搬入、支持されると
ともに、昇降機構２０にょうて反応室１での内部型ｆ！
３内に次第に挿入され°、″可動バルクヘッド２４がチ
ャンバ下部バルクへ・ラド１２下面に密着すると、反応
室１内を排気管８を介して真空にし、また、ガス導入管
９によって処理ガスを供給する。

次いで、高周波電源４にて外部型ｆｉ２に高周波電圧（
１３，５６８Ｈ２）を印加し、外部電極２と内部電極３
との間にガスプラズマを発生させると、その結果、励起
されたラジカルなプラズマが内部電極３でのプラズマ導
入孔７を経て内部電極３内に挿入されているウェハーＷ
に作用し、エツチングあるいはアッシングが行なわれる
。

このとき、反応室１内で発生したガスプラズマは直接に
ウェハーＷに作用せず、ラジカルなプラズマイオンが内
部電極３内のウェハーＷに作用する。

ここで、プラズマ処理でのプラズマ作用を考察すると、
プラズマ処理に直接関与するのは、活性の強いラジカル
なものであり、そのラジカルがウェハーＷに直接に接触
する必要性があっても、高周波及びプラズマ全部が直接
にウェハーＷに接触し、これに作用する必要はないもの
である。しかも、ウェハーＷ表面で生ずる損傷、アッシ
ングダメージは、プラズマが直接に接触するからでもあ
り、それゆえ、従来では、ウェハーＷ保持間隔を大きく
できなかったものであると考えられる。したがって、プ
ラズマが生成される生成区域を、ウェハーＷが挿入され
、セットされる支持区域から内部電ｆ！３によって分離
、区画し、発生したプラズマのうちラジカルなもののみ
を内部電極３でのプラズマ導入孔７を経て支持区域内に
導入し、プラズマ処理に関与させることは、プラズマ作
用のみをウェハーＷに与え、その損傷を回避するのに極
めて有効であり、ウェハーＷ保持間隔を大きく設定でき
る。

また、内部′ｒｓｋｆ！３は接地６されていることで発
熱し、その発熱作用によって反応室１内を恒温状態に維
持し、適切なプラズマ環境とする。

［発　明　の　効　果］ 本発明は、以上のように構成されており、これがため、
高周波電圧の印加によって生成されたプラズマガスのう
ちラジカルなプラズマのみをウェハーＷに作用させるこ
とで、また、プラズマに直接にウェハーＷを晒さないこ
とで、ウェハーＷでの損傷、アッシングダメージを防止
できる。

しかも、ウェハーＷ＠持間隔を、従来が約５１１１１Ｉ
であったのを約９ｍｍに広げるられることで、反応性ガ
スがウェハーＷ表面に満遍なく作用し、ウェハーＷでの
周辺部、中心部でのプラズマ作用が不均一なものとなら
ず、処理の均一性を確保できる。

一方、高周波電圧を印加する発振器を大容量のものとで
き、大容量化することで、処理時間の短縮化、能率向上
を図り得る。

また、外部電極２内に内部電極３を配置した二重構造と
してその間をプラズマ生成区域とし、内部電極３内をウ
ェハーＷの挿入、セットされる支持区域としたから、全
体のりアクタ−構成を簡素化、小型化でき、コストダウ
ンを図ることができる。

すなわち、これは、本発明方法において、反応室１内外
で同心円状にして二重に配した外部電極２と内部電極３
との間で生成したプラズマのうちラジカルなものを内部
電極３内に導入し、内部電極３内で支持したウェハーＷ
に作用させるからであり、また、本発明装置において、
反応室１外周に配置したほぼ筒状の外部電極２と、反応
室１内で、外部電極２と所定の間隔を隔てて配置され、
多数のプラズマ導入孔７が穿設されているほぼ筒状の内
部′ｒ！！ｈ極３と、所定の保持間隔でウェハーＷを支
持した状態で、内部電極３内に挿入され、また、゛取出
されるウェハー支持具１０とを備えて成るからであり、
ウェハーＷに対するアッシングダメージの減少を図り、
ウェハーＷ保持間隔を広げられることで、処理の均一性
を可能とし、処理効率を大きく向上できる優れた効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を説明するもので、第１図は本発明方法を
実施する装置での概略説明図、第２図は本発明装置の縦
断面図、第３図は反応室の一部切欠斜視図、第４図は同
じく横断面図であり、第５図は従来方法及び装置の一例
での概略断面図である。 Ｗ・・・ウェハー、 １・・・反応室、２・・・外部電極、３・・・内部電極
、４・・・高周波電源、５・・・チューニング回路、６
・・・接地、７・・・プラズマ導入孔、８・・・排気管
、９・・・ガス導入管、 １０・・・ウェハー支持具、 １１・・・フレーム、１２・・・チャンバ下部バルクヘ
ッド、１３・・・チャンバ押えブロック、１４・・・ス
プリング、 ２０・・・昇降機構、２１・・・モータ、２３・・・ス
ライドシャフト、２４・・・可動バルクヘッド、２５・
・・リニアベアリング、２６・・・送りネジシャフト、
２７・・・送りナツト、２８・・・伝達手段、３１・・
・ウェハーピッチセンサー、３２・・・位置決めセンサ
ー、 ４０・・・スラスト機構、４１・・・軸可動玉軸受、４
２・・・スプリングリング、４３・・・スラストスプリ
ング、 ５０・・・リリーフ弁、５１・・・天窓。 １０１・・・ウェハー支持具、１０２・・・反応室、１
０３・・・真空ポンプ、１０４・・・処理ガス、１０５
・・・高周波電源、１０６・・・外部′ｒ４＠、１０７
・・・チューニング回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応室内で所定の保持間隔で支持したウェハーに対
   し、一方は高周波電源に接続され、他方は接地されてい
   る電極相互間での高周波電圧の印加によって、プラズマ
   処理を行なうプラズマ処理方法において、反応室内外で
   同心円状にして二重に配した外部電極と内部電極との間
   で生成したプラズマのうちラジカルなものを内部電極内
   に導入し、内部電極内で支持したウェハーに作用させる
   ことを特徴としたプラズマ処理方法。 ２、反応室内で所定の保持間隔でウェハーを支持し、一
   方は高周波電源に接続され、他方は接地されている電極
   相互間での高周波電圧の印加によつてウェハー表面をプ
   ラズマ処理するプラズマ処理装置において、反応室外周
   に配置したほぼ筒状の外部電極と、反応室内で、外部電
   極と所定の間隔を隔てて配置され、多数のプラズマ導入
   孔が穿設されているほぼ筒状の内部電極と、所定の保持
   間隔でウェハーを支持した状態で、内部電極内に挿入さ
   れ、また、取出されるウェハー支持具とを備えて成るこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。 ３、反応室、外部電極、内部電極夫々は縦型に配置構成
   され、ウェハー支持具は、反応室下方に配置した昇降機
   構によって、反応室内に上昇挿入され、また、下降取出
   されるようになっている特許請求の範囲第２項記載のプ
   ラズマ処理装置。