JPH0254928A - プラズマ処理装置 - 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処理
装置を使用している。

こうしたプラズマ処理装置には、高周波を印加する電極
方式として、電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＄極力式のものは、−数的に、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、を
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
。

こうした従来のプラズマ処理装置にあっては、石英製の
筒状の反応管内にウェハー処理物を収容、密閉した後、
この反応管内を真空にすると同時に処理ガスを供給し、
高周波電源からの高周波電圧の印加によって反応室内を
ガスプラズマ雰囲気にし、反応管内に収容したウェハー
処理物に対してアッシングあるいはエンチンク処理を行
なうようになっている。

（発明が解決しようとする課題〉 こうした従来のプラズマ処理装置にあっては、ガスプラ
ズマに充分耐える必要があること、高温・高真空度に耐
え得ること、金属汚染を防止できること等から、筒状の
反応管は石英にて製伴されている。

ところが、石英にて形成された反応管は、割れやすく、
破損しやすいため、その取扱いが面倒である。また、耐
蝕性に優れているとはいっても、ガスプラズマに長い間
隔されていると、これ自体がエツチングされ、永年使用
には適さないことが判明した。

そこで、本発明は、叙上のような従来存した諸事情に鑑
み改良されたもので、反応室を形成する反応管自体を形
成する素材を金属製のものとし、その内部に反応管とほ
ぼ同心円状に配置した内部電極との間でプラズマを発生
させるようにすることで、従来存したデメリットの改善
を図れるようにしたプラズマ処理装置の提供を目的とす
る。

［発　　明　　の　　楕　　成］ （課題を解決するための手段） 上述した目的を達成するなめ、本発明にあっては、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
波を源に接続され、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、反応室を区画するほ
ぼ筒状の反応管自体を導電性の金属素材にて形成し、多
数のプラズマ導入口が設けられているほぼ筒状の内部電
極を反応管内周壁と所定の間隔を隔てて反応室内に配置
して反応管と内部電極との間で高周波電圧を印加するよ
うにし、内部電極内には、所定の間隔で保持されたウェ
ハーを挿入し、また、取り出されるようにしてあること
を特徴とする。

（作用） 本発明に係るプラズマ処理装置にあっては、ウェハー支
持具内にウェハーが支持された状態で、反応室を区画形
成する反応管での内部電極内に挿入された後、反応管内
を真空にし、また、処理ガスを供給する。

次いで、反応管自体に高周波電圧を印加し、反応管と内
部電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を極でのプラズマ導入口を
経て内部ｔ　４１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。すなわち、反応管自体
は導電性の金属素材にて形成されていることで、高周波
が印加されると内部電極との間でガスプラズマを直接に
発生させる。

このとき、内部！　’［１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、反応管内で発
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口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！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管内を恒温状態に維持し、適切なプ
ラズマ環境とする。

（実施ｇＡＪ） 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

図において示される符号１は、プラズマ雰囲気が形成さ
れるよう内部が反応室となっている縦型に配置される密
閉式の反応管（チャンバー）であり、適当な容量を有す
る金属製の筒状容器から成る。この反応管１は、ガスプ
ラズマに対して浸蝕されることがない安定した導電性の
金属素材、例えばアルミニウム、ステンレス、クロム、
ニッケル、白金、金、銀等にて形成され、その上下端に
おいて、反応管１を支持する後述の支持部材であるチャ
ンバ下部バルクヘッド１２、チャンバ上部バルクヘッド
１３とは適当な絶縁手段２を介して固定支持され、また
、０リング等にて密閉状とされている。

この反応管１内には、はぼ筒状の内部電極３を両者１，
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、反応管１自体は陽極となるよう
にし、内部電極３は陰極となるようにして、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２０によって所定間隔で保持された処理物たるつ
エバーＷの支持区域とする。

そして、反応管１は高周波ｔｉ４とチューニング回路５
を介して接続されており、内部ｔＮ３は接地６されてい
て、多数のプラズマ導入ロアが設けられている。

図示の内部電極３は、上下に配したリング状の支持パイ
プ相互間に縦パイプを立役状に配列して全体が円筒篭状
となるようにし、縦パイプ相互間の空隙をプラズマ導入
ロアとしてあり、その円周上に配列された縦パイプ内部
に水その他の熱媒体を循環させることができるようにし
である。そうすると、反応管１内の温度制御を行なうこ
とができ、プロセス進行中の温度管理ができる。

もとより、内部を極３を円筒状に形成し、礼状のプラズ
マ導入ロアを多数穿設した構造としてもよい、この場合
、プラズマ導入ロアの形状は、円形に限らず、縦長の長
円形、縦長にしたスリット状その他の適宜なものとして
採用できる。

また、反応管１内には、反応室を真空にするための排気
ポンプの如き真空源８と接続された排気管９と、所定の
処理ガス源１０に接続されて反応室内に処理ガスを導入
するガス導入管１１とが夫々配置されている。これらの
排気管９、ガス導入管１１は、例えば反応管１を支持し
ている上部の支持部材から設けられている。

しかして、今、高周波電源４にて反応管１に高周波電圧
を印加すると、反応管１と内部型ｆ！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ロアを経て内部電極３内に
挿入されているウェハーＷに作用し、アヅシング、エツ
チングを行なうものである。

しかして、第２図乃至第４図に示すように、反応管１は
、装置フレーム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に絶縁手段２を介して立設固
定されている。そして、反応管１の上部は、チャンバ上
部バルクヘッド１３に支持されており、このチャンバ上
部バルクへ・ｙド１３には、前記した排気ＩＦ９、ガス
導入管１１が連結される。また、反応ｇ１内は、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。

この反応管１内に反応管１内周と所定の間隔を隔てた位
置で配置した内部を極３は、反応管１と同様にチャンバ
下部バルクヘッド１２上に固定しである。そして、この
内部を極３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２０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ｆ１への挿入、反応管１からの取出し
は、昇降機構１５によって行なわれる。

この昇降機構１５は、第２図に示すように、モータ１６
駆動によって回転する送りネジシャフト１７のネジ送り
作用で、前記ウェハー支持具２０が立脚状にセット固定
された可動バルクヘッド１８を間欠的に上下動させるよ
うにしである。

また、可動バルクヘッド１８での昇降は、この可動バル
クヘッド１８上にセット固定されるウェハー支持具２０
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。

したがって、可動バルクヘッド１８が下方位置にあると
き、図示しない搬送装置によってウェハーＷがウェハー
支持具２０内に逐次段状に搬入、支持されるとともに、
昇降機構１５によって反応管１内の内部ｔ　ｆ！３内に
次第に挿入される。そして、可動バルクヘッド１８がチ
ャンバ下部バルクヘッド１２下面に密着すると、反応管
１内を排気管９を介して真空にし、また、ガス導入管１
１によって処理ガスを供給する。

次いで、高周波な源４にて反応管１に高周波電圧（１３
，５６ＭＨ２）を印加すると、反応管１と内部電ｆ！３
との間にガスプラズマが発生する。その結果、励起され
たラジカルなプラズマが内部電極３でのプラズマ導入ロ
アを経て内部電極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、反応管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。すなわち、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ｔｆ！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
部を極３でのプラズマ導入ロア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になる。そのため、
ウェハーＷにはプラズマ作用のみを与え、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、内部電極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管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］ 本発明に係るプラズマ処理装置は以上のように、反応室
を区画するほぼ筒状の反応管１自体を導電性の金属素材
にて形成し、多数のプラズマ導入ロアが設けられている
ほぼ筒状の内部′＠極３を反応管１内周壁と所定の間隔
を隔てて反応室内に配置して反応管１と内部電極３との
間で高周波電圧を印加するようにし、内部を極３内には
、所定の間隔で保持されたウェハーＷを挿入し、また、
取り出されるようにしであるから、反応管１自体は、従
来の石英製のものに比し極めて堅牢であり、また、永年
使用に充分耐え得るものである。

また、反応管１は金属製のものであるから、例えば、適
当な熱媒体の循環を可能とさせる中空構造とすることが
でき、反応室外部からの温度管理をも可能とする。

しかも、反応管１に直接に高周波電圧を印加するから、
反応室内は、その全体に互って均一なカスプラズマ雰囲
気となり、そのため、反応室全体においてのプラズマ処
理の速度が均一化する。したがって、反応管１内でのウ
ェハーＷの位置あるいは同一のウェハーＷ面内において
のプラズマ処理速度の相違が従来であれば１０数％であ
ったのに比し、本発明装置によれば数％程度のものとな
る等、飛躍的に向上するものである。

また、従来であれば、反応室を区画形成する石英製の反
応管とは別に電極を配置構成する必要があったが、本発
明装置によれば、それが一体のものとなるから全体構成
を簡素化でき、メインテナンスを容易にする。

更に、反応管１と内部電極３との二重管構造の採用によ
って、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保持間隔を従来に比し大きく広げら
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。

以上説明したように、本発明に係るプラズマ処理装置に
よれば、反応室を区画形成する反応管の素材を金属製の
ものとし、その内部に反応管とほぼ同心円状に配置した
内部電極との間でプラズマを発生させるようにすること
で、従来存した種々のデメリットの改善を図ることがで
きる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は概略説
明図、第２図は縦断面図、第３図は要部の一部切欠斜視
図、第４図は同じく横断面図である。 Ｗ・・・ウェハー ト・・反応管、２・・・絶縁手段、３・・・内部＠　！
ｆＡ、４・・高周波ｔ′ａ、５・・・チューニング回路
、６・・・接地、７・・・プラズマ導入口、８・・・真
空源、９・・・排気管、ｌＯ・・・処理ガ２ｇ、１１・
・・ガス導入管、１２・・・チャンバ下部バルクヘッド
、１３・・・チャンバ下部バルクヘッド、１５・・・昇
降機構、１６・・・モータ、１７・・・送りネジシャフ
ト、１８・・・可動バルクヘッド、２０・・・ウェハー
支持具。 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、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、反応室を区
   画するほぼ筒状の反応管自体を導電性の金属素材にて形
   成し、多数のプラズマ導入口が設けられているほぼ筒状
   の内部電極を反応管内周壁と所定の間隔を隔てて反応室
   内に配置して反応管と内部電極との間で高周波電圧を印
   加するようにし、内部電極内には、所定の間隔で保持さ
   れたウェハーを挿入し、また、取り出されるようにして
   あることを特徴とするプラズマ処理装置。