JPH05243185A

JPH05243185A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH05243185A
Application number: JP5587991A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 淳一佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1993-09-21
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JP3049799B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】所望の状況に適用可能で均一なプラズマ処理が
可能でプラズマを安定させられるプラズマ処理装置の提
供。【構成】プラズマ領域１と被処理材２との間の荷電粒子
４を遮蔽可能でかつ穴開き状態と穴のない平板状態とに
調整自在に構成した穴開き板３を出し入れ自在に設け
る。あるいは、プラズマの引き出し部と被処理材との間
に被処理材の周辺に該当する個所ほど穴が大きく形成さ
れた穴開き板を設ける。あるいは、プラズマの引き出し
部と被処理材との間に開閉自在に構成したシャッターを
設ける。穴開き板３は必要に応じて設置して用いること
ができ、かつその穴開き板３も穴開き状態の有無を選択
して用いることができ、平板状の状態にすることも可能
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本出願に係る発明は、プラズマを
用いて処理を行うプラズマ処理装置に関する。この発明
は、プラズマエッチング、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸
化等、プラズマを用いて各種処理を行う装置に汎用で
き、特にプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置
として好適に利用できる。

【０００２】

【従来の技術及び解決すべき問題点】プラズマ処理装
置、例えばプラズマエッチング装置は、半導体装置等の
電子材料などの加工形成において、パタ−ン形成等のた
めに利用されており、また、例えばプラズマＣＶＤ装置
は、同様な分野において、各種材料の堆積手段として利
用されている。

【０００３】プラズマエッチング装置は、次のような背
景で注目されている。即ち、各種電子材料等、とりわけ
半導体集積回路の微細化・高集積化に伴ない、その加工
技術としては、ドライエッチングが主流になるに至って
いる。これは、ドライエッチングのように異方性加工の
できるプロセスでないと、微細加工に対応できなくなっ
たことによる。更に、最近の潮流として、半導体ウェハ
の大口径化に伴なうウェハ内やウェハ間の均一性の低下
の問題に対応すべく、枚葉式のドライエッチング装置が
多用されるに至っているが、枚葉式のドライエッチング
装置の場合は、バッチ式のエッチング装置のエッチング
速度に見合うようにするために、高密度プラズマが必要
になって来ている。そのひとつの手法として、プラズマ
エッチング装置、例えばマイクロ波によるプラズマを利
用したプラズマエッチング装置が注目されているのであ
る。

【０００４】プラズマエッチング装置は、上記したよう
にすぐれた加工技術として注目されているが、しかし、
未だ解決しなければならない問題点を残している。即
ち、従来のマイクロ被プラズマエッチング装置は、例え
ば、エッチング後の後処理に使うものなどのようにラジ
カルだけを有効に使いたい場合でも、（１）発散型磁界を利用したエッチング装置では、被エ
ッチング材である半導体ウェハ等まで発散磁界が拡がっ
ているので、プラズマ領域から電子とともにイオンが引
き出されて来てしまう。（２）一方、いわゆるインプラズマ型の装置（後記説明
する図４の装置のように、プラズマを閉じ込めるような
形で使用するもの）では、圧力を高くすることによって
理想に近い状態を形成しうるが、圧力が高くなると、Ｅ
ＣＲ放電が良好になされない。また圧力を高くして放電
したとしても、結局はイオンの影響を脱し得ない。

【０００５】上記の欠点を補うため、特開平１−２３８
０２０などでは、メッシュ板付きのマイクロ波プラズマ
エッチング装置が提案されている。このようなメッシュ
は、荷電粒子をシールドするものである。しかしこの従
来技術も、上記問題点を十分に解決するものではない。

【０００６】一方、プラズマＣＶＤ装置については、例
えばバイアスＥＣＲ−ＣＶＤ装置は、低圧で高密度プラ
ズマを形成でき、低温での高速デポジションが可能であ
り、かつバイアスを印加することによって、平坦化絶縁
膜を、同時的に膜形成と平坦化を行いつつ成長させるこ
とができる。従ってこの技術は、今後の超ＬＳＩ製造に
は欠かせない技術として検討されている。しかし、これ
は一般に発散磁界の中にウェハ等の被処理材を置いてＣ
ＶＤを行うので、図８に示すように、プラズマ流１ａ
が、被処理材２の中心付近で高密度になり、周辺では低
密度になるというように不均一になって、被処理材２内
での堆積成長速度の均一性を悪くするという問題がある
（なお図８中の他の符号は、後に説明する実施例の装置
の符号に対応する）。

【０００７】上記荷電粒子を抑制あるいは調整したいと
いう要請や、プラズマの均一性を高めたいという要請
は、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置に限
らず、どのプラズマ処理装置においても望まれることで
ある。更に、従来のプラズマ処理装置は、プラズマを発
生させて直ちに処理を行う構成であり、プラズマが必ず
しも安定した状態で処理を行えるものではなかった。従
ってこの点の解決も望まれている。

【０００８】

【発明の目的】本発明は前述の問題点を解決して、更に
効果的で有効なプラズマ処理装置を提供せんとするもの
である。

【０００９】

【問題点を解決するための手段及びその作用】本出願の
請求項１の発明は、プラズマを用いて処理を行うプラズ
マ処理装置において、プラズマ領域と被処理材との間に
荷電粒子を遮蔽可能な穴開き板を出し入れ自在に設ける
とともに、この穴開き板は穴開き状態と穴のない平板状
態とに調整自在に構成したものであるプラズマ処理装置
であって、これにより上記目的を達成するものである。

【００１０】この発明によれば、穴開き板を出し入れ自
在にしたので、穴開き板がある状態と無い状態のいずれ
の状態をも任意に選択して、処理を行うことができる。
穴開き板がある状態では、荷電粒子を遮蔽した処理を行
うことができ、例えばイオン等の荷電粒子の無いラジカ
ルのみでのエッチングを行うようにすることができる。
更に請求項１の発明によれば、穴開き板はこれが穴開き
状態と穴の無い平板状態にも調整自在なので、穴を閉じ
た状態にして、平板状態で閉鎖してしまうことができ、
例えばこの状態でチェンバーのみのクリーニングを行う
ようにすることができる。

【００１１】本出願の請求項２の発明は、プラズマを用
いて処理を行うプラズマ処理装置において、プラズマの
引き出し部と被処理材との間に穴開き板を設けるととも
に、この穴開き板は、被処理材の周辺に該当する個所ほ
ど穴が大きく形成されたものであるプラズマ処理装置で
あって、これにより上記目的を達成するものである。

【００１２】この発明においては、プラズマの引き出し
部と被処理材との間の穴開き板の穴が、被処理材の周辺
に該当する個所ほど大きくなっているので、均一なプラ
ズマ処理を実現できる。プラズマ流は拡散するので、中
央より周辺の方がプラズマ密度が低くなるため、周辺の
穴を中央の穴より大きくしてプラズマ流を通しやすく
し、これにより全体として均一なプラズマが与えられる
ようにして、均一処理を達成できるようにしたのであ
る。

【００１３】本出願の請求項３の発明は、プラズマを用
いて処理を行うプラズマ処理装置において、プラズマの
引き出し部と被処理材との間にシャッターを設けるとと
もに、このシャッターは開閉自在に構成したものである
プラズマ処理装置であって、これにより上記目的を達成
するものである。

【００１４】この発明によれば、プラズマの引き出し部
と被処理材との間に開閉自在に構成したシャッターを設
けたので、この開閉により、被処理材にプラズマを与え
る状態と与えない状態とを所望に応じ任意かつ容易に切
り換えることができる。よって、プラズマが安定するま
ではシャッターによりプラズマを遮断し、プラズマが安
定してからシャッターを開けて、プラズマ処理を開始す
るようにでき、よって安定なプラズマ処理を実現でき
る。

【００１５】

【実施例】以下本出願の各発明の実施例について、図面
を参照して説明する。但し当然のことではあるが、各発
明は以下述べる実施例により限定されるものではない。

【００１６】実施例−１この実施例は、請求項１の発明を具体化したものであ
り、特に半導体装置等の電子技術をエッチングするプラ
ズマエッチング装置として構成したものである。

【００１７】この実施例は、図１に示すように、プラズ
マ領域１と被処理材２（ここではシリコン半導体基す
る）との間に荷電粒子４（模式的に図示した）を遮蔽可
能な穴開き板３を出し入れ自在に設けるとともに、この
穴開き板３は穴開き状態と穴のない平板状態とに調整自
在に構成したものである。

【００１８】更に具体的には、本実施例では、プラズマ
領域１と被処理材２であるウェハとの間に、金属メッシ
ュ板である穴開き板３を自動的に出し入れ可能に配設す
るとともに、更にこのメッシュ板を図２に示すように、
２重に井桁様に組んでおくことで、メッシュ有（図２
（Ａ））、メッシュ無（図２（Ｂ））の状態にできるよ
うにしたものである。

【００１９】本実施例によれば、従来技術ではどうして
も被処理材２であるウェハがイオンに晒されるのに対
し、イオンを遮蔽する金属メッシュ（穴開き板３）によ
り、この問題を避けることができる。かつ、穴開き板３
は出入自在なので必要なときのみ出して使用でき、更
に、メッシュ有、メッシュ無の状態を任意に切換えるこ
とができる。即ち、被処理材２であるウェハとプラズマ
領域１の間の穴開き板３（金属メッシュ板）が、装置を
操作することによって自動的に出し入れ可能であり、こ
のメッシュ板がある時は荷電粒子はシールドされるた
め、ラジカルのみでエッチングがなされる。

【００２０】本実施例では、一例として、次の条件でエ
ッチングを行った。（１）はじめに穴開き板３をメッシュ板無しの状態にし
て、次の条件で被処理材２（シリコン半導体ウェハ）を
エッチングする。つまりここでは、メッシュ無し（シー
ルド無し）でイオン（荷電粒子４）によるエッチング及
びラジカルによるプラズマエッチを行う。使用ガス系：ＣＨＦ₃＝３０ｓｃｃｍ圧力：５×１０^-3ＴｏｒｒＲＦバイアス：３００Ｗマイクロ液：８００Ｗ磁界：８７５Ｇａｕｓｓ（２）次に穴開き板３をメッシュ板をいれた状態、即ち
イオンをシールドした状態にして、下記条件でダメージ
層の後処理を行う。使用ガス系：ＮＦ₃＝３０ｓｃｃｍ圧力：５×１０^-3ＴｏｒｒＲＦバイアス：３００Ｗマイクロ波：８００Ｗ磁界：８７５Ｇａｕｓｓこのようにして、第（２）段階ではラジカルのみの条件
にして、等方性かつ低ダメージのプラズマエッチングに
より、ＳｉＯ₂ドライエッチング後の好適な後処理を行
うことができた。（３）また穴開き板３を、メッシュ板を全面的開にした
状態で使用することにより、図３に示すように、プラズ
マ領域１を形成するプラズマ生成室のみをクリーニング
することができる。図３中、３’をもってこのときの穴
開き板を示す。例えば、使用ガス系：Ｏ₂＝３０ｓｃｃｍ圧力：１×１０^-3Ｔｏｒｒマイクロ波：５００Ｗ磁界：８７５Ｇａｕｓｓの条件でチェンバーのみのクリーニングを行いつつ、エ
ッチングを行うことによって、パーティクルの低減が実
現できる。

【００２１】上記クリーニングにより、マイクロ波透過
窓やチェンバーのクリーニングを行えるわけであるが、
このときは穴開き板３とチェンバー壁の間は、排気され
るが、プラズマは立たない位のギャップとする。

【００２２】本実施例によれば、マイクロ波のプラズマ
を用いるドライエッチング装置において、プラズマ領域
１と被処理材２であるウェハとの間の荷電粒子４（イオ
ン）を遮蔽可能な穴開き板３（メッシュ板）を自動的に
出入れできるようにし、しかもこの穴開き板３は、メッ
シュ有の状態と全面を平板状の状態とに可変に構成した
ので、従来の装置では、ラジカルのみの条件ではエッチ
ングできなかったのに対し、ここではラジカルのみを用
いた低ダメージのエッチングもできるようになった。

【００２３】更にこの穴開き板３は、メッシュ構造でな
く、全面平板形状にすることもでき、これにより、プラ
ズマ生成チェンバーのみのクリーニングが可能になる。
このことにより、汚染を有効に防止できるばかりでな
く、例えば、プラズマクリーニングの際のサセプターの
エッチングによる消耗を抑制することができるなどの利
点ももたらされる。

【００２４】なお図１〜図３中、１１は磁界を与える磁
石（ソレノイド）、１２はマイクロ波、１４はガス、１
４’は排気系、１５は冷却水、１６はＲＦ電源を示し、
これらが反応チェンバー１０の各構成部分となる。

【００２５】実施例−２次に図４を参照して、実施例−２を説明する。この例も
請求項１の発明を適用したもので、本例では、つり鐘型
の石英ベルジャ１７の下部に穴開き板３を設け、これに
よりプラズマ発生領域１と被処理材２（ウェハ）との間
の、荷電粒子４の必要に応じたシールドを可能ならしめ
たものである。

【００２６】本例では穴開き板３は、使用しない収納時
には図の３０の位置に置いて矢印３１で出入れする。符
号２２は、被処理材２の載置台２１を図の上下方向に移
動する動きを示す。１３はマグネトロンである。

【００２７】実施例−３本実施例は、請求項２の発明を具体化したものである。
ここではプラズマＣＶＤ装置にこの発明を適用した。図
５を参照する。

【００２８】本実施例は図５に示すようなバイアスＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置で、被処理材２であるウェハの周辺方向
程、大きい穴を穿ったメッシュ板を穴開き板３とし、こ
れをプラズマ引き出し窓とウェハの間に設けたものであ
る。メッシュ板をなすこの穴開き板３により、被処理材
２であるウェハの中心の反応種の入射量が抑えられる。
例えば次の条件でＣＶＤを行った。使用ガス：ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ＝２０／３５ｓｃｃｍ圧力：７×１０^-4ＴｏｒｒＲＦバイアス：５００Ｗマイクロ波：８００Ｗ上記の条件でＣＶＤをした時、均一性は±１０％から±
５％に向上した。

【００２９】更に本実施例では、穴開き板３により、斜
め入射成分が抑えられるため、埋め込み形状も向上し
た。

【００３０】また、この穴開き３をアースし、ウェハー
サセプターにＲＦ電力をかけ、ガス導入口１４ａよりＮ
Ｆ₃ガスを流してプラズマクリーニングをしてやること
により、穴開き板３を常にクリーンな状態に保つことが
できる。このときの条件は例えば、使用ガス：ＮＦ₃＝５０ｓｃｃｍ圧力：５×１０^-3ＴｏｒｒＲＦ：５００Ｗとすればよい。

【００３１】本実施例は、穴開き板３として外側ほど大
きい穴を有するメッシュ板を配置したＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ装置であるので、均一なプラズマ流により均一なプ
ラズマ処理（ＣＶＤ）を達成できる。更に、この穴開き
板３をアースしてプラズマクリーニングを施すことがで
きる。よって本実施例では、ＣＶＤで得られる膜の膜質
・膜厚の均一性が良くなる。また、被処理材２近くに穴
開き板３（メッシュ板）を置くことにより、斜め入射成
分がカットされ、埋め込み形状の改善ができる。

【００３２】実施例−４次に、図６及び図７を参照して、実施例−４を説明す
る。これは請求項３の発明を具体化したものであり、該
発明をプラズマＥＣＲ装置に適用して、ＣＶＤやエッチ
ングを行う装置としたものである。

【００３３】本実施例では、図６に示すように、柄杓
（ひしゃく）型のシャッター５を用いた。図６（Ａ）に
シャッター閉の状態を示し、図６（Ｂ）にシャッター開
の状態を示す。２はターゲットである被処理材である。
５１は開閉を切り換える継手である。５２は切り換えの
動きを示す。５０は閉状態の位置を示す。

【００３４】また、適用するＥＣＲプラズマ装置のチェ
ンバーが小さくて、バッチ式のスパッタ装置に用いるよ
うなこのような柄杓型のシャッターが入らない場合、図
７に示すものを好ましく用いることができる。即ち、プ
ラズマ処理装置において、プラズマ引き出し窓を出たプ
ラズマ流は、図７（Ａ）に示す如く円形をしている。符
号１ａで模式的にプラズマを示す。そこでプラズマ引き
出し窓の下流側に、図７（Ｂ）に示すような、カメラの
シャッターと同じような開閉をするシャッターを設け
る。図７（Ｃ）に、この例のシャッターの場合の開の状
態を示すが、この状態ではプラズマ流をすっぽり通す。

【００３５】上記のように、このようなシャッターを用
いれば、プラズマが安定してからプロセスが行えるとい
うメリットがある。特に、スパッタの空打ちの時などに
効力を発揮する。

【００３６】ＥＣＲプラズマ装置では、プラズマ流を重
力場に対し垂直にできるので、このようにプラズマ流を
流せば、ダストが重力場に従って被処理材であるウェハ
に落下するおそれを回避できる。よってシャッターの開
閉に伴うダストの発生のおそれも避けられる。

【００３７】本実施例によれば、ＥＣＲプラズマ装置の
利点を十分に発揮させることができる。即ち、ＥＣＲプ
ラズマは、一般に、マイクロ波による電場と、ソレノイ
ドコイルによる磁場を直交させて、電子（ｅ）をサイク
ロトロン運動させ、電子の行路を増加させることを利用
し、低圧で高密度プラズマを得るものであり、従って、
次世代プラズマプロセス技術として有望視され、とりわ
け高密度プラズマを形成できるメリットを生かして、枚
葉式のプラズマ装置に利用できるものであるが、従来の
装置ではいきなりプラズマを発生させて、ＣＶＤやエッ
チングやスパッタを行わせていたため、プラズマが安定
化するまでの時間も、エッチングなり、デポジションに
寄与するという問題があったのが、本実施例を用いれば
これを解決できるのである。特に枚葉式の場合は、エッ
チレートなりデポジションレートも大きいため、この不
安定なプラズマ状態が占める割合が大きく、問題も大き
かったのであるが、これを解決することができる。上述
のように本実施例は、ＥＣＲプラズマ装置において、プ
ラズマ領域と被処理材との間、例えばプラズマ引き出し
窓とウェハとの間にシャッターを設け、このシャッター
は例えば、カメラのシャッターと同じような開閉構造の
如き適切の有利な構成とするようにできるので、かかる
シャッターを用いて、プラズマが安定してからシャッタ
ーを開くようにし、もってプロセスを安定させて、操作
を行うことができる。シャッターの場所をとらないよう
に構成することも可能である。

【００３８】

【発明の効果】上述の如く本出願に係る発明は、穴開き
板を必要に応じて設置して用いることができ、かつその
穴開き板も穴開き状態の有無を選択して用いることがで
き、平板状の状態にすることも可能であって、所望の状
況に応じて適用することができる有利なものであり、あ
るいは均一なプラズマ処理を達成できるものであり、あ
るいはプラズマを安定させてから処理を行うようにする
ことが可能なものであって、いずれも、従来のプラズマ
処理技術の問題点を解決するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例−１の構成図である。

【図２】実施例−１の作用説明図である。

【図３】実施例−１のプラズマクリーニングの状態を
示す図である。

【図４】実施例−２の構成図である。

【図５】実施例−３の構成図である。

【図６】実施例−４の構成図である。

【図７】実施例−４の変形例の説明図である。

【図８】従来技術を示す図である。

【符号の説明】

１プラズマ領域２被処理材（ウェハ）３穴開き板（金属メッシュ）４荷電粒子（イオン）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマを用いて処理を行うプラズマ処理
装置において、プラズマ領域と被処理材との間に荷電粒子を遮蔽可能な
穴開き板を出し入れ自在に設けるとともに、この穴開き板は穴開き状態と穴のない平板状態とに調整
自在に構成したものであるプラズマ処理装置。
【請求項２】プラズマを用いて処理を行うプラズマ処理
装置において、プラズマの引き出し部と被処理材との間に穴開き板を設
けるとともに、この穴開き板は、被処理材の周辺に該当する個所ほど穴
が大きく形成されたものであるプラズマ処理装置。
【請求項３】プラズマを用いて処理を行うプラズマ処理
装置において、プラズマの引き出し部と被処理材との間にシャッターを
設けるとともに、このシャッターは開閉自在に構成したものであるプラズ
マ処理装置。