JPH0528893B2 - - Google Patents

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JPH0528893B2
JPH0528893B2 JP61068893A JP6889386A JPH0528893B2 JP H0528893 B2 JPH0528893 B2 JP H0528893B2 JP 61068893 A JP61068893 A JP 61068893A JP 6889386 A JP6889386 A JP 6889386A JP H0528893 B2 JPH0528893 B2 JP H0528893B2
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JP
Japan
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plasma
cathode
anode
plate
reactor
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JP61068893A
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Henrii Dejiretsuto Buraian
Ansonii Gyunsaa Toomasu
Josefu Hendoritsukusu Chaaruzu
Hawaado Keraa Jon
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International Business Machines Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
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    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32633—Baffles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明はプラズマ・エツチング反応器、具体的
には集積回路の製造に使用するバツチ・ウエハ処
理のための改良されたプラズマ反応器に関連す
る。
Ｂ 従来技術 プラズマ・エツチングもしくは反応性イオン・
エツチング（RIE）は種々の薄膜材料をエツチす
るのに広く使用されていて、通常に使用されてい
るホトレジスト装置と両立出来る事がわかつてい
る。RIEの利点の一つはRIEには高い方向性があ
つて、イオン・ミリング及びスパツタ・エツチン
グの様な従来の方法の多くの欠点がない事であ
る。
最近の傾向は反応器を大きくして、半導体ウエ
ハのより大きなバツチを処理して、より経済的な
集積回路を与える様になつている。RIE装置を大
きくする際の問題の一つはバツチ中のすべてのウ
エハについて均一なエツチ率を保持する事であ
る。この問題は米国特許第4297162号及び米国特
許第4307283号に開示されている従来のエツチ装
置によつて種々の成功率で解決されている。この
様な他のエツチ装置は米国特許第4340361号に説
明されている。
この特許のプラズマ室は陽極に固定した導電性
の有孔そらせ板を含み、ターゲツト上のエツチヤ
ント気体濃度を調節して、すべてのウエハに均一
な濃度を与えている。この均一な濃度はそらせ板
中に種々の寸法、形成及び位置の開孔を与える事
によつて達成されている。
米国特許第4349409号はプラズマ室の陽極及び
陰極間に絶縁性の、開孔を有する中間電極を有す
るプラズマ反応器を開示している。中間電極と陰
極間の距離及び電極のバイアス電圧をエツチ処理
中に変化させて、エツチ中のウエハから前に損傷
を受けた表面層を除去し、望ましくない付着物を
除去している。
バツチ処理のためRFプラズマ反応室は米国特
許第4384938号に開示されている。この反応室で
は、陰極と室の側壁間の間隔は装置のプラズマ・
シースの厚さよりも狭くなつていて、エツチ率の
均一性を改良すると共に単一のバツチで処理出来
るウエハの数を最大にしている。
プラズマ反応器の寸法をより大きなバツチに合
う様に大きくする際の他の問題点はプラズマ電位
が増大する点である。この様な問題は、特に反応
器の全体的な直径を大きくしないでバツチの寸法
を大きくする様に陰極の寸法を最大化する時に生
ずる。プラズマ電位の増加はプラズマ室の面積比
が減少する結果必要になる。ここで面積比とはプ
ラズマにさらされる、アース電位にあるプラズマ
室の全表面積を高電位にある電極の表面積で割つ
たものとして定義される。例えば、上記米国特許
第4384938号に開示されている陰極の寸法を最大
化した反応器では、160乃至170ボルト程度の高い
プラズマ電位が観測される。
プラズマ電位、即ちプラズマと接地した表面間
の電位差はこれ等の表面が受けるイオン衝突の量
の目安になる。もしプラズマ電位が反応器の壁の
材料のスパツタリング閾値よりも高いと、処理中
のウエハが反応器の表面からスパツタされる材料
の汚染を受ける。プラズマ電位を増大すると反応
器の表面の化学的活性度が増し、小規模の反応器
と大規模の反応器のエツチ速度が異なり、処理パ
ラメータの変更を必要とする。
Ｃ 発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は改良されたバツチ型のRIEプラ
ズマ反応器を与えることにある。
本発明の他の目的は多数の半導体ウエハを均一
にエツチする改良プラズマ反応器を与えることに
ある。
本発明の他の目的は、プラズマ反応器の外部寸
法を増加する事なくプラズマ室の面積比を実質的
に増大する事により低いプラズマ電位で多数の半
導体ウエハを均一にエツチングできるプラズマ反
応器を提供することにある。
Ｄ 問題を解決するための手段 本発明のプラズマ反応器においては、円筒型プ
ラズマ室のプラズマ・シースの厚さよりも大きい
距離だけ、プラズマ室の陽極上板及び側壁から離
れた位置に、陰極表面と実質的に同じ大きさの導
電性接地板を上記陽極上板の下面に固着し、陽極
を接地する一方、陰極を高周波電源に接続してプ
ラズマ室の面積比を実質的に増大している。ここ
では、プラズマ室の面積比とは、前述のように、
接地電位にあるプラズマ室のうちのプラズマに露
出した全表面積を高電位にある他方の電極の表面
積で除算したものを指称する。
プラズマ室の面積比の増大に従つて、より低い
プラズマ電位の使用が可能になり、反応器内壁の
スパツタリングによるウエハ汚染の可能性が激減
する。
本発明によるプラズマ反応器の構成は、次の通
りである。
被処理物体を載置すべき平坦な表面を有し高周
波電源に接続された陰極手段と、該陰極表面に対
向して平行に配置された陽極上板及び該陽極上板
の周縁部を支持する陽極側壁を含み接地電位に接
続された陽極手段と、を有する円筒型プラズマ室
を設け、該プラズマ室に導入されている反応性プ
ラズマ・エツチング雰囲気の下に陰極手段及び陽
極手段の間にプラズマを発生する円筒型のプラズ
マ反応器において、 上記陽極手段の上板及び側壁の各々から、プラ
ズマ・シースの厚さよりも大きいが上記陰極表面
近傍の電界を乱す程大きくない距離だけ離れた位
置において、上記陰極表面と実質的に同じ大きさ
の導電性接地板を上記陽極上板の下面に固着して
プラズマ室の面積比を実質的に増大した事を特徴
とする。
上記接地板には、エツチング気体の流れを促進
するために開孔を設けてもよいが、本発明の本質
をなすものではない。更に、第２の接地板を追加
して第１接地板と陰極の間に設けてもよい。
次に、第１図及び第２図を参照して本発明の実
施例を説明する。
Ｅ 実施例 第１図には本発明の原理に従う、プラズマ反応
室１０が示されている。本発明の原理を適用する
代表的なバツチ型プラズマ反応器については米国
特許第4384938号を参照されたい。一つの実施例
では、本発明の反応器は陽極として働く円筒状の
対称プラズマ室を含む。反応器１０は導電性（例
えばアルミニウム）の上板１２、下板１４及び側
壁１６より形成されている。側壁１６の下の部分
は環１８で形成されている。環１８は室の寸法を
調節するだけでなく、室にアクセスしてクリーニ
ング、保守等を調節する手段を与える。側壁の環
１８からギヤツプにより分離した反応器の陰極２
０は反応室の下板１４からも絶縁体２２によつて
分離している。上述の米国特許第4384938号に説
明された様に、陰極２０及び環１８間のギヤツプ
は、1.25cm程度の暗部間隔または反応器のプラズ
マのシース（鞘）を想定すると、その中にプラズ
マが保持されない事を保証するために約3.0mm以
下である事が好ましい。陰極２０は複数の冷却溝
２６、冷却液入口２８及び冷却液出口３０を含
み、陰極の温度、従つてその上に置かれたウエハ
の温度を調節する様になつている。RF電力は接
続体３４を介して陰極２０に印加される。
反応器１０は導電性板４０によつて下方の作業
プラズマ室３６及び上方の気体マニホルド３８に
分割されている。導電性板４０はプラズマを室３
６に閉込める働きをする。板４０はプラズマ室３
６の上板をなし、側壁環１８及び下板１４と関連
して反応器の接地した陽極として働く。プラズマ
室３６内に、板４０から離れて、固体（孔のな
い）の導電性板４２が存在する。板４２は導電性
のスペーサ４４によつて板４０に結合されてい
る。板４２の周辺と室の側壁環１８間のキヤツプ
はシステムのプラズマ・シースの厚さよりも大き
く、板４２の直径は陰極２０上にウエハ３２のパ
ターンによつて形成される直径よりも大きくなく
てはならない。板４２と室の上板４０間の距離Ｌ
はその間にプラズマが確立される程十分大きい
が、ウエハ３２の近傍の電界を乱す程大きくては
ならない。実際には、Ｌはシステム・プラズマ・
シースの厚さの数倍なくてはならない。同様に、
板４２は陰極２０の上方（エツチヤント気体中に
使用される反応性イオン種の）平均自由行程の少
なくとも数倍の距離にある必要がある。
エツチヤント気体は導電性板４０の下側に固定
したノズル４８に接続した気体導入管４６を介し
てプラズマ室３６に供給される。エツチヤント気
体及び任意の反応気体は板４０の排出開孔５０を
介して室３６から（ポンプの力により）排出され
る。開孔５０は直径が約1.5mm以下であつて、上
述の如く活性プラズマが維持されない。気体はマ
ニホルド３８から排出口５２を通つて除去され
る。或る処理では接地板４２中に開孔５４（一つ
だけ示されている）を与えて、陰極２０上のウエ
ハ３２の各々に均一なエツチヤント気体の分布を
与える事が望ましい。開孔５０の場合と同様に、
各開孔５４の直径は約1.5mm以下でなければなら
ない。開孔５４のパターンは特定のプロセスの要
件を満足する様に調節出来る。
通常の反応性イオン・エツチングを遂行するた
めに、本発明のプラズマ反応器中には種々の一般
に知られたエツチヤント気体混合物が使用出来
る。この目的に使用する一つの通常の気体はCF4
及びO2である。他の代表的気体はCHF3，SF4及
びCClF3である。
プラズマ室３６中に接地板４２を設けると、室
の面積比がかなり増大し、陰極２０近くのプラズ
マの密度に等しいか、大きいプラズマの密度を接
地板４２の領域に発生して、プラズマ電位を効果
的に減少出来る事がわかつた。
第２図を参照すると、多くの接地板を使用して
さらにプラズマ電位を減少する本発明の他の実施
例が示されている。第２の接地板５６は導電性の
スペーサ５８によつて距離Ｌ２だけ接地板４２か
ら離れている。距離Ｌ２はＬ１以下か、これに等
しいか、以上である。しかしながらＬ２はシステ
ム・プラズマ・シースの厚さに少なくとも等しく
なければならない。接地板５６は陰極２０の近傍
のプラズマ・シースの上方にプラズマ・シースの
厚さの数倍のところに位置付けられる。板５６の
直径は板４２の直径以下であるか、これに等しい
が、板５６は陰極２０上のウエハ３２のパターン
よりも大きくなくてはならない。さらに追加の接
地板も上述の規準に従つて使用出来る。
例えば、プラズマ電位を第１図に示した、ただ
し、接地板４２のないプラズマ反応器で測定し
た。プラズマ室３６の直径は略59.1cm、高さは略
13.7cmである。54μHgの圧力、40SCCMの流量の
CF4気体及び775ワツトのRF電力を使用した場合
の測定プラズマ電位は200ボルトであつた。直径
が略58.42cmの固体（孔のない）アルミニウム板
４２を室３６中に約1.27cmの間隔Ｌで取付けた場
合の同一処理条件での測定プラズマ電位は58ボル
トであつた。複数のウエハ全体にわたるエツチの
均一率（uniformity）は板４２を使用する場合は
約10％であり、板を使用しない場合は約７％であ
る。約53.34cmの直径のを有する第２の有孔固体
板５６を1.27cmの間隔Ｌ２でさらに追加した場合
には、約59ボルトのプラズマ電位で十分であり、
エツチの均一率は約７％であつた。２もしくはそ
れ以上の固体板を使用すると、プラズマ電位はよ
り低くなり、エツチの均一率は減少する。
Ｆ 発明の効果 以上の如く、本発明によれば、従来のプラズマ
反応器と比較して使用プラズマ電位が低く、室壁
の材料のスパツタリングによるウエハの汚染が実
質的に減少し、ウエハの均一性が改良される、ウ
エハの大きなバツチをRIE処理するための改良プ
ラズマ反応器が与えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に従うプラズマ反応
器の立断面図である。第２図は多くの接地板を含
んだ、第１図のプラズマ反応器の断面図である。 １０……プラズマ反応器、１２……上板、１４
……下板、１６……側板、１８……環、２０……
陰極、２２……絶縁体、２４……ギヤツプ、２６
……冷却溝、２８……冷却液入口、３０……冷却
液出口、３２……ウエハ、３４……RF接続体、
３６……作業プラズマ室、３８……マニホルド、
４０……導電板、４２……接地板、４４……スペ
ーサ、４６……気体導入管、４８……ノズル、５
０……開孔、５２……排出口、５４……開孔、５
６……第２の接地板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 被処理物体を載置すべき平坦な表面を有し高
    周波電源に接続された陰極手段と、該陰極表面に
    対向して平行に配置された陽極上板及び該陽極上
    板の周縁部を支持する陽極側壁を含み接地電位に
    接続された陽極手段と、を有する円筒型プラズマ
    室を設け、該プラズマ室に導入されている反応性
    プラズマ・エツチング雰囲気の下に陰極手段及び
    陽極手段の間にプラズマを発生する円筒型のプラ
    ズマ反応器において、 上記陽極手段の上板及び側壁の各々から、プラ
    ズマ・シースの厚さよりも大きいが上記陰極表面
    近傍の電界を乱す程大きくない距離だけ離れた位
    置において、上記陰極表面と実質的に同じ大きさ
    の導電性接地板を上記陽極上板の下面に固着して
    プラズマ室の面積比を実質的に増大した事を特徴
    とする上記プラズマ反応器。
JP61068893A 1985-05-01 1986-03-28 プラズマ反応器 Granted JPS61253823A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/729,445 US4600464A (en) 1985-05-01 1985-05-01 Plasma etching reactor with reduced plasma potential
US729445 1996-10-11

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JPS61253823A JPS61253823A (ja) 1986-11-11
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