JPH03283614A

JPH03283614A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH03283614A
Application number: JP8432190A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-13

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体装置の製造工程等に利用されるプラズ
マ処理装置に係わり、特に０℃以下の低温下でのプラズ
マ処理を行う低温プラズマ処理装置に係わる。

〔発明の概要〕

本発明は、プラズマ発生手段を具備する第１の室と、排
気手段が連結される第２の室とを連結してなるプラズマ
処理装置において、両室の中間に、上下動可能に低温ス
テージが挿入されると共に、少なくとも冷媒供給手段を
有する低温反応室を、着脱可能な手段をもって配設した
ことにより、簡潔な構成、従ってその保全とメンテナン
スの簡易化をはかる。

また他の本発明は、上述の本発明において、低温ステー
ジ内を空洞化して冷媒供給手段により空洞内に冷媒を供
給してなることにより、効率よく冷却媒体を流動させて
冷却効率の向上をはかる。

また更に他の本発明は、上述の本発明において、低温ス
テージの周囲に上下動可能なアース電極を設けてなるこ
とにより、低温ステージとアース電極との電気容量の変
化を回避して、プラズマ処理の安定化をはかり、生産性
の向上をはかる。

〔従来の技術〕

プラズマ処理装置は、例えば半導体装置のエツチング等
の製造工程において用いられているが、近年益々この半
導体装置の微細化が望まれており、その微細化を実現す
るために低温処理を伴うエツチングいわゆる低温エツチ
ング法が注目されている。

例えばＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ処理
装置を用いた異方性エツチングにおいて、エツチング精
度を向上させて微細加工性の向上をはかるためには、エ
ツチングの異方性及びエツチングレートの向上をはかる
ことが必要となる。−般にエツチングの異方性はエツチ
ング時の物理的反応によって制御されるので、例えばイ
オンエネルギーを強くする等して物理的反応を促進し、
かつ異方性に劣る化学反応をエツチングの選択性を損な
うことなく抑制することにより、エツチング精度の向上
をはかることができる。

しかしながら、物理的反応を促進するためにイオンエネ
ルギーを強くすると基板に対してダメージを与えること
となり、エツチング精度の向上とは二律背反の関係とな
る。

このような問題を解決する方法として、基板を０℃以下
に低温冷却しながらエツチングを行う低温エツチング法
が提案されており、この低温エツチング法によれば、被
エツチング物の側壁においてはここに吸着したラジカル
の熱反応を抑制してこのラジカルによるエツチングを抑
制し、−力抜エッチング物の表面においては、吸着した
ラジカルがイオンによって活性化されてエツチングを促
進する。従ってイオンエネルギーを強めることなく、す
なわち基板へのダメージを与えることなく異方性の向上
をはかることができる。このように、低温で異方性エツ
チングを行う技術は例えば電気学会誌第１０８巻１２号
１１９５〜１１９８頁に紹介されている。

従来のＥＣＲ型の低温処理用のプラズマ処理装置の一例
の路線的断面図を第３図に示す。

第３図において、（３）はプラズマ発生手段を具備する
石英ガラス等よりなる第１の室で、この第１の室（３）
に、排気口（１２）を有し、これにターボ分子ポンプ等
の排気手段（２０）が連結される例えば金属より成る第
２の室（４）が連結されてなる。（１７）は反応ガス供
給管を示す。第１及び第２の室（３）及び（４）内には
、基板（１）を載置する電極を兼ねた基板載置台（２）
が設けられ、その周囲にこれと所要の間隔を保持してリ
ング状のアース電極（１８）が配置され、これら基板載
置台（２）とアース電極（１８）との間に高周波（ＲＦ
）電源（１１）が接続される。

プラズマ発生手段（２１）は、第１の室（３）の上部外
側に設けられたマグネトロン（１３）と、第１の室（３
）の周囲に配されたソレノイドコイル（１５）を有して
成る。（１４）はそのマイクロ波の導波管を示す。

（１６）はランプ等の加熱手段である。

基板載置台（２）には、チラー（３３）が連結されてこ
れによって冷却された例えば冷却液を流す冷却用配管（
ｌＯ）が、第２の室（４）においてその外部から導入さ
れて基板載置電極（２）内に循環されてこの基板載置台
（２）の冷却、従ってこれの上に配される被処理体とし
ての基板（１）例えば被エツチング体の例えば半導体ウ
ェファを冷却するようになされる。

このようなプラズマ処理装置（３０）において低温エツ
チングを行う場合は、冷却用配管（ｌＯ）にチラー　（
３３）によって冷却された冷却媒体を導入させて基板を
冷却した後、通常のプラズマエツチングと同様に、所要
の反応ガスを反応ガス供給口（１７）から導入して、２
゜４５ＧＨｚのマイクロ波、ＲＦバイアス電圧を印加し
てプラズマ照射を行って、上述したような微細な加工を
可能とする低温エツチングを行うことができる。

このように低温下での処理例えば低温エツチングを行う
装置では、第２の室（４）に排気口（１２）が設けられ
てこれに排気手段（２０）が連結されると共に、冷却用
配管（１０）が導入されてチラー（３３）が連結される
等の複雑な構成がとられ、特にこの冷却用配管（１０）
は、これにおける結露を防止するための手段を設けるな
どの考慮を必要とすることから、これら排気と冷却の両
手段を第２の室（４）に設けることは、その構造が複雑
となり、通常一般のＥＣＲ型の処理装置を低温処理装置
に改造することは大がかりな改造となった。

また、このような低温処理装置において、その基板載置
台（２）は実際上小型であるがために、この基板載置台
（２）内に巡らされる冷却用配管（ｌＯ）は、必然的に
細管となる。一方、この低温処理装置における冷却方法
としては上述したチラーによる冷却が一般的であり、こ
のとき用いられる冷媒としては、凝固点等の特性上の問
題から、エチルアルコールやフロリナ−１−（Ｆ系高分
子材料、商品名）等が用いられるが、いずれも−５０℃
以下の例えば−１００℃の低温ではその粘性抵抗が上昇
してしまい、これを基板載置台（２）に巡らせた細い冷
却用配管（１０）内に循環させて基板載置台（２）及び
基板（１）の冷却を行う場合、この基板載置台（２）内
における細い冷却用配管（ｌＯ）における冷媒の流通抵
抗が大となって実際の冷却媒体の流量が減少化してしま
い、充分な冷却効率が得られないという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述したような問題を解決して、簡潔な構成
をとって低温処理を行うことを可能にし、装置の取扱、
保全、メンテナンスの簡易化をはかり、これによって生
産性の向上をはかる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によるプラズマ処理装置の各側の路線的断面図を
第１図〜第２図に示す。

本発明によるプラズマ処理装置は、第１図に示すように
プラズマ発生手段（２１）を具備する第１の室（３）と
、排気手段（２０）が連結される第２の室（４）とを連
結してなるプラズマ処理装置（３０）において、両室（
３）及び（４）の中間に、上下動可能に低温ステージ（
５）が挿入されると共に、少なくとも冷媒供給手段（６
）を有する低温反応室（７）を、着脱可能な手段をもっ
て配設する。

また他の本発明によるプラズマ処理装置は、第２図に示
すように上述の本発明装置において、低温ステージ（５
）内を空洞化して冷媒供給手段（６）により空洞（８）
内に冷媒を供給して構成する。

また他の本発明によるプラズマ処理装置は、第１図に示
すように上述の本発明装置において、低温ステージ（５
）の周囲に上下動可能なアース電極（９）を設けて構成
する。

〔作用〕上述したように、本発明によるプラズマ処理装置（３０
）によれば、プラズマ発生手段（２１）を有する第１の
室（３）と、排気手段（２０）が連結される第２の室（
４）との間に、言わば第３の室となる低温反応室（７）
を着脱可能な手段をもって介在させるようにし、これに
低温を得るための冷媒供給管の導入従って冷媒を冷却す
るチラーの連結を行うようにしたので、第２の室（４）
については排気口（１２）に排気手段（２０）の連結の
みを行えば良いので、その構成が簡潔化され、これに伴
ってその取扱、保全、メンテナンスが簡易化される。

また、この構成によれば、仮に従来一般のＥＣＲ型の常
温処理装置を低温処理装置に改造する場合においても、
第２の室（４）に対して、大がかりな改造が回避できる
。すなわち本発明においては、新たに第３の室としての
低温反応室（７）を設けるものであるが、このように新
たな室を設けることのほうが、設計、製造は容易となる
。

また、本発明装置によれば、第１及び第２の室（３）及
び（４）間に低温反応室（７）を設けることによって、
第２の室（４）に配置されていた低温ステージ（５）が
プラズマ源から離間してエツチング特性が変化すること
については、この低温ステージ（５）を低温反応室（７
）において上下動可能にすなわち低温反応室（７）内に
持ち上げて所要の距離分かさあげすることができるよう
にしたので、このような不都合は回避できる。

また他の本発明によるプラズマ処理袋’Ｉｔ　（３０）
によれば、低温ステージ（５）内を空洞化するため、こ
の低温ステージ（５）内における冷媒の循環抵抗を小さ
くできるので、これに冷媒を供給して低温ステージ（５
）を冷却するにあたり、エチルアルコールやフロリナー
ト（商品名）等の一５０℃以下の例えば−１００″Ｃ程
度の低温の冷媒を供給するようにした場合においても、
その粘性抵抗の上昇に伴う実際の冷媒の循環量が低下す
ることによる冷却効率の低下を回避することができる。

さらにまた他の本発明によるプラズマ処理装置（３０）
によれば、低温ステージ（５）の周囲に上下動可能なア
ース電極（９）を設けて構成するため、動作時において
常に低温ステージ（５）に対して所定の位置関係にアー
ス電極（９）を持ってくることができることから、この
低温ステージ（５）とアース電極（９）との間に生ずる
電気容量の変化を回避して、良好なＥＣＲのマツチング
特性を得ることができ、高精度の低温エツチングを行う
ことができる。

〔実施例〕

本発明によるプラズマ処理装置の一例を、第１図を参照
して、詳細に説明する。

この場合、半導体基板上に、ＥＣＲプラズマエツチング
装置によってプラズマ照射を伴う低温エツチングを行う
場合のプラズマ処理装置を示す。

第１図において、第３図と対応する部分には同一符号を
付して示す。

第１図において、（３）はプラズマ発生手段（２１）を
具備する石英ガラス等よりなる第１の室で、（４）は排
気口（１２）を有し、これにターボ分子ポンプ等の排気
手段（２０）が連結される例えば金属より成る第２の室
である。（１７）は反応ガス供給管を示す。

（１６）はランプ等の加熱手段である。

そして特に本発明においては、第１及び第２の室（３）
及び（４）の間に、着脱自在に低温反応室（７）を介在
連結する。この低温反応室（７）内には、基板（１）を
載置する電極を兼ねた低温ステージ（５）が上下動可能
に配置される。

さらに、低温ステージ（５）の周囲に同様に上下動可能
にリング状のアース電極（９）が配置され、これら低温
ステージ（５）とアース電極（９）との間に高周波（Ｒ
Ｆ）電源（１１）が接続される。

そして低温反応室（７）に、低温ステージ（５）を冷却
する冷媒供給手段（６）が設けられる。すなわち、例え
ば低温ステージ（５）には、例えば−１００°Ｃに冷却
されたエチルアルコールやフロリナート（商品名）等の
冷媒を循環させる冷媒供給管（６＾）が巡らされ、その
端部が低温反応室（７）において外部に導出されてチラ
ー（３３）に連結され、このチラー（３３）によって冷
却された冷媒が、低温ステージ（５）内に循環されてそ
の冷却を行うようにする。この冷媒供給管（６Ａ）は、
少な（とも低温ステージ（５）の上下移動に伴って、形
状変化を必要とする部分が可撓性を有する管体によって
構成される。

また、この冷媒供給管（６Ａ）の低温ステージ（５）外
の部分においては、この冷媒供給管（６Ａ）における結
露による低温反応室（７）内への影響を回避するために
、これを気密的に閉じ込める伸縮性及び可撓性を有する
例えば金属よりなるベローズ（６Ｂ）が気密的に被覆さ
れる。

低温ステージ（５）は、例えば第２の室（４）に設けら
れた上下移動案内体（３４）によって上下移動するよう
になされる。

一方、アース電極（９）を低温ステージ（５）と共に、
或いはこれと独創に上下移動し得るようにして、低温ス
テージ（５）を低温反応室（７）の所定位置に入り込ま
せるように持ち上げた状態で、このアース電極（９）を
低温ステージ（５）の周囲に所定の間隔を保持し、低温
ステージ（５）上の被エツチング体すなわち基板（１）
の配置上面に近接する所定位置にその動作時に設定でき
るようにする。図示の例では低温ステージ（５）の周囲
にこれと機械的に一体にフランジ部（３５）を設け、こ
れの上にアース電極（９）を設置すると共に、フランジ
部（３５）の下端には例えば金属よりなる伸縮自在のベ
ローズ（１９）を設けて低温ステージ（５）の上下移動
と共に、これと所定の位置関係を保持してアース電極（
９）が移動するようにした場合である。

第１図に示した例では、低温ステージ（５）内に冷媒供
給管（６Ａ）が巡るようにした場合であるが、他の本発
明においては、第２図にその低温ステージ（５）の断面
図を示すように、低温ステージ（５）内を空洞化して、
広い空洞（８）を設け、これにチラー（３３）によって
冷却された冷却媒体が供給されるよにしたものである。

またこのとき、冷媒供給手段（６）の冷媒供給管（６Ａ
）の直径を、通常は１／４インチ程度のものを用いるも
のであるが、本実施例においては例えば１インチの、直
径が大である管を用いて構成した。

このような構成において、低温反応室（７）内に低温ス
テージ（５）を持ち上げ配置し、その周囲の所定位置に
アース電極（９）を配置した状態で、所要の反応ガスを
反応ガス供給口（１７）から導入して、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を導入し、低温ステージ（５）とアース電
極（９）との間にＲＦバイアス電圧を印加してプラズマ
照射を行って、基板（１）に対する所要の低温エツチン
グを行う。

そしてこの所要のエツチングを終了して後に、プラズマ
処理装置（３０）外に基板（１）を取り出すにあたって
、基板（１）に結露が生じることを回避するために、ラ
ンプ等の加熱手段（１６）によって基板（１）を昇温し
、基板（１）を取り出す。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によるプラズマ処理袋！　（３
０）によれば、プラズマ発生手段（２１）を有する第１
の室（３）と、排気手段（２０）が連結される第２の室
（４）との間に、言わば第３の室となる低温反応室（７
）を着脱可能な手段をもって介在させるようにし、これ
に低温を得るための冷媒供給管の導入従って冷媒を冷却
するチラーの連結を行うようにしたので、第２の室（４
）については排気口（１２）に排気手段（２０）の連結
のみを行えば良いので、その構成が簡潔化され、これに
伴ってその取扱、保全、メンテナンスが部品化される。

また他の本発明によるプラズマ処理装置（３０）によれ
ば、低温ステージ（５）内を空洞化するため、この低温
ステージ（５）内における冷媒の循環抵抗を小さくでき
るので、これに冷媒を供給して低温ステージ（５）を冷
却するにあたり、エチルアルコールやフロリナート（商
品名）等の一５０°Ｃ以下の例えば１００°Ｃ程度の低
温の冷媒を供給するようにした場合においても、その粘
性抵抗の上昇に伴う実際の冷媒の循環量が低下すること
による冷却効率の低下を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプラズマ処理装置の一例の路線的
断面図、第２図は本発明によるプラズマ処理装置の他の
例の要部の路線的断面図、第３図は従来のプラズマ処理
装置の路線的断面図である。（１）は基板、（２）は基板載置台、（３）は第１の室
、（４）は第２の室、（５）は低温ステージ、（６）は
冷媒供給手段、（６Ａ）は冷媒供給管、（６Ｂ）はベロ
ーズ、（７）は低温反応室、（８）は空洞、（９）はア
ース電極、（１０）は冷却用配管、（１１）は高周波電
源、（１２）は排気口、（１３）マグネトロン、（１４
）は導波管、（１５）はソレノイドコイル、（１６）は
加熱手段、（１７）は反応ガス供給口、（ＩＢ）はアー
ス電極、（１９）はベローズ、（２０）は排気手段、（
２１）はプラズマ発生手段、（３３）はチラー、（３４
）は案内体、（３５）はフランジ部である。代理人松隈秀盛従来のアラスマ処理装置し１禾Ｔ図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１．プラズマ発生手段を具備する第１の室と、排気手段
が連結される第２の室とを連結してなるプラズマ処理装
置において、両室の中間に、上下動可能に低温ステージ
が挿入されると共に、少なくとも冷媒供給手段を有する
低温反応室を、着脱可能な手段をもって配設したことを
特徴とするプラズマ処理装置。
２．上記低温ステージ内を空洞化して上記冷媒供給手段
により上記空洞内に冷媒を供給してなることを特徴とす
る上記特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
３．上記低温ステージの周囲に上下動可能なアース電極
を設けてなることを特徴とする上記特許請求の範囲第１
項記載のプラズマ処理装置。