JPH05326410A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極と容器内壁との間に生ずる放電現象を抑
制する。 【構成】 処理容器２内に相対向させて２つの電極４、
６を平行に配置し、一方の電極４に高周波電力を印加し
てプラズマを発生させる。そして、上記電極４の外周側
の近傍に、この電極４に対して逆極性となる補助電極２
０を形成し、電極４と容器内壁との間で従来発生してい
た不要な放電をこの電極４と補助電極２０との間で発生
させるようにし、プラズマ立ち上げ時の放電系のインピ
ーダンスを迅速に安定化させ、処理効率を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製品の製造工程において
は、半導体ウエハにＣＶＤ処理、エッチング処理、スパ
ッタ処理等を施すことが行われるが、このような各種の
処理を施す装置としてプラズマ処理装置が用いられる場
合がある。この種の従来のプラズマ処理装置の一例とし
ては、例えばアルミニウム等よりなる処理容器内に２つ
の平板型の電極を平行に設置し、その内の上部電極に高
周波電源としてＲＦパワーを印加し、他方、下部電極に
ウエハを支持させてこれを接地するようになっている。
そして、両電極間にエッチングガスを導入してプラズマ
を誘起し、ウエハにプラズマ処理を施すようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマ処
理を行う場合には、上下の電極間に電気的放電を発生さ
せてプラズマを立てるのであるが、一部の放電が上部電
極と接地されている処理容器の内壁との間においても発
生してしまうことが避けられなかった。一般的に、高周
波電源によるプラズマの発生するような放電現象の開始
条件としては、高周波電源のインピーダンスと、放電が
行われる系のインピーダンスとがマッチングする必要が
あるが、上述のように上部電極と容器内壁との間に放電
現象が発生するとこの部分のインピーダンスが変動し、
放電系全体のインピーダンスが安定しないことからプラ
ズマ放電を安定させるために時間を要してしまい、従っ
て、ウエハのプラズマ処理を効率的に行うことができな
い場合があった。

【０００４】また、処理容器の内壁は、これを構成する
アルミニウムがハロゲンガスにより腐食されるのを防止
して耐食性を向上させるためにアルマイト（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）処理が施されてはいるが、上述したような放電現像
によりターゲットとなる容器内壁のアルマイトが次第に
薄くなり、そのために処理容器全体を早めに交換しなけ
ればならないという改善点を有していた。本発明は、以
上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創
案されたものである。本発明の目的は、電極と容器内壁
との間に生ずる放電現象を抑制することができるプラズ
マ処理装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、相対向させて配置された２つの電極の
いずれか一方に被処理体を保持させると共に前記２つの
電極間に高周波電力を印加して前記被処理体に対してプ
ラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記２つ
の電極のいずれか一方の電極の外周側の近傍に、内側に
位置する電極に対して逆極性となる補助電極を形成した
ものである。

【０００６】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、両電極
間に高周波電力を印加することによりこの間にはプラズ
マが発生し、一方の電極側に保持された被処理体に対し
てプラズマ処理がなされる。この場合、一部の電気的放
電は、高周波電源の接続された電極とこの電極の外周側
の近傍に設けた補助電極との間で発生することになり、
上記電極とこの補助電極よりも遠い所に位置する容器内
壁との間における放電は抑制されることになる。従っ
て、放電系のインピーダンスは比較的早く安定すること
になり、処理効率を向上させることが可能となる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一
実施例について詳述する。図１は本発明に係るプラズマ
処理装置の一実施例を示す断面図、図２は図１に示す処
理装置の補助電極を示す斜視図である。本発明において
は、プラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置を
例にとって説明する。図示するようにこのプラズマエッ
チング装置は、例えばアルミニウム等の導体により筒体
状に成形された処理容器２を有しており、この処理容器
２は接地されている。この処理容器２内には、上下方向
に例えば２０〜３０ｍｍ程度離間された一対の電極、す
なわち上部電極４と下部電極６とが平行に配置されてお
り、これら電極間がプラズマ処理空間Ｓとして構成され
る。

【０００８】この上部電極４は、例えばアモルファスカ
ーボン或いはアルミニウム等により円柱状に成形されて
おり、その側部には係合凹部７が形成されている。そし
て、この上部電極４の側部全体は、例えばセラミック或
いは石英等よりなる電気的絶縁体８により被われてお
り、上部電極全体が処理容器２側に支持されている。こ
の上部電極４は、例えばアモルファスカーボン或いはア
ルミニウム等により円柱状に成形されており、その側部
には係合凹部７が形成されている。そして、この上部電
極４の側部全体は、例えばセラミック或いは石英等より
なる電気的絶縁体８により被われており、上部電極全体
が処理容器２側に支持されている。この上部電極４は、
例えば可変コンデンサ等を含むマッチングユニット１０
を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を発生する高
周波電源１２が接続されており、上部電極４に対して高
周波電力を印加するように構成されている。また、上部
電極４の中央部には、エッチングガス源１３からエッチ
ングガスを導入するためのガス導入路１４が形成される
と共にその先端は水平方向へ拡大されたガス供給ヘッド
１６へ連通されている。そして、上部電極４の下端部に
は、上記ガス供給ヘッド１６と処理空間Ｓを連通させる
多数、例えば６００〜７００個のガス噴出孔１８が形成
されており、処理空間Ｓへエッチングガスを供給し得る
ように構成されている。

【０００９】また、この上部電極４の側部には、絶縁体
８を介して例えばアルミニウム等よりなるリング状の本
発明の特長とする補助電極２０が処理容器８の側壁との
間で設けられており、この補助電極２０はこの内側に位
置する上部電極４に対して逆特性となるように例えば接
地されている。従来装置においては、この部分は、石英
やテフロン樹脂等の絶縁部材により構成されていたが、
本実施例においては上述のように上部電極４の極性に対
して逆極性となる補助電極２０を形成するようにしたの
で、不要な放電は処理容器２の壁面ではなく、これより
も近い補助電極２０に向けて発生するようになる。又、
本実施例においては、マッチングユニット１０の接地
を、上部電極４の近傍に設けた補助電極２０を通して行
っている。

【００１０】この補助電極２０の下面であって処理空間
Ｓに臨む面は、例えばアルマイト処理が放されており、
プラズマ放電により補助電極２０がダメージを受けるこ
とを防止するために、耐食性、絶縁性の良好な例えばＡ
ｌ₂ Ｏ₃ よりなる保護層２２が形成されている。そし
て、この補助電極２０の下端部は、その内側に位置する
上部電極４の下端部と略同一平面となるように設定され
ており、不要な付着物が発生することを防止している。
また、この補助電極２０は、処理容器２の天井部２Ａを
取り外すことにより、上方向へ挿脱可能になされてお
り、必要時にはこの補助電極２０を容易に交換し得るよ
うに構成されている。

【００１１】一方、下部電極６は、上記上部電極４と同
様な例えばアモルファスカーボン等により円柱状に成形
されて接地されており、その上端平面部に被処理体であ
る、例えば半導体ウエハＷを載置し得るようになされて
いる。そして、この下部電極６の周辺部にはリング状の
クランパ部材２４が設けられており、ウエハＷの周縁部
と係合してこれを下部電極６へ固定し得るように構成さ
れている。また、下部電極６の上部周辺部には処理空間
Ｓを区画するために例えば石英等の絶縁材より仕切板２
６が設けられると共にこの仕切板２６には適当数の排気
孔２８が形成されており、この排気孔２８を介して処理
空間Ｓ内の雰囲気を処理容器２の底部に設けた排気通路
２８へ向けて排出し得るように構成されている。尚、こ
の排気通路２８には真空ポンプ２９等が接続されてい
る。また、処理容器２の側壁には、ゲートベン３０を介
して内部に搬送アーム３２を有するロードロック室３４
が連通されており、上記処理容器２内の真空を破ること
なくウエハＷの搬入及び搬出を行い得るように構成され
ている。また、このロードロック室３６の反対側壁にも
ゲートベン３６が設けられており、図示しないウエハ搬
送系との間でウエハの受け渡しを行うようになってい
る。

【００１２】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ロードロック室３４内及
び処理容器２内はともに真空状態になされており、ロー
ドロック室３４内の搬送アーム３２に保持された未処理
のウエハＷは、ゲートベン３０を介して処理容器２内に
搬入され、このウエハＷは下部電極６上にクランパ部材
２４により確実に固定される。そして、ガス導入路１４
へエッチングガスを送り込むことにより上部電極４に設
けたガス噴出孔１８より処理容器２内へ所定のエッチン
グガスを導入させると共に排気通路２８を介して処理容
器２内を真空引きしてこの容器２内を所定の低圧雰囲気
に維持しつつ上部電極４と下部電極６との間に、例えば
１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。これによ
り、上部電極４と下部電極６との間にプラズマ放電が発
生し、処理空間Ｓ内にエッチングガスからプラズマが誘
起され、生成したプラズマ中のラジカルをウエハＷの表
面に付着させて化学的反応によるエッチングを行うと共
にプラズマ中で分解したイオンを両電極４、６間に形成
される電界によって加速してウエハＷに衝突させ、例え
ばポリシリコン膜のエッチングを行う。

【００１３】ところで、上部及び下部電極４、６間に放
電を生ぜしめてプラズマを立ち上げるときには、高周波
電源１２の有するインピーダンスと放電系、例えば上部
及び下部電極間で形成される容量性のインピーダンス、
上部電極４とこの外周側に配置した補助電極２０或いは
更に遠い所に位置する容器壁との間に形成される容量性
のインピーダンス等の結合インピーダンスが等しくなけ
れば安定して放電が生じないので、放電開始時において
は高周波電源１２に直列接続した例えば可変コンデンサ
よりなるマッチングユニット１０を適宜調整し、インピ
ーダンスのマッチングが行われる。この場合、本実施例
においては、メインの放電４０は従来装置と同様に上部
及び下部電極４、６間において生ずるが、避けることの
できない好ましくない不要な放電４２は、上部電極４と
容器壁よりも近くに設けられた補助電極２０との間で生
じることになる。

【００１４】このように、上部電極４と、これに対して
より近いところに配置した補助電極２０との間で不要な
放電４２を発生させるようにしたので、放電開始時にお
けるマッチングのリターン効率が良好となり、インピー
ダンスが変動することなくこれを迅速に安定化させるこ
とが可能となる。従って、マッチングユニット１０によ
るインピーダンス調整を従来装置の場合と比較して迅速
に行うことができ、直ちにエッチング処理に移行するこ
とができるので、エッチング処理効率を大幅に向上させ
ることができる。また、補助電極２０の下面は、アルマ
イト処理されて保護層２２が形成されているので不要な
放電４２が生じても、補助電極２０がダメージを受ける
ことは少なく、また、この保護層２２が放電により薄く
なってきた場合には、この補助電極２０自体を簡単に交
換することができ、従来装置のように処理容器自体を交
換しなければならない場合と比較して、そのメンテナン
ス効率を大幅に向上させることができる。

【００１５】また、プラズマエッチング処理時に発生す
る反応生成物は、処理容器２内の凹凸部に比較的付着し
易い性質を有しているが、本実施例においては、上部電
極４の下端部と補助電極２０の下端部は略同一水平レベ
ルに位置されてフラットに形成されているので、反応ガ
スの流れが円滑になりこの部分に生成物が付着すること
を大幅に抑制することが可能となる。このように、本実
施例においては、上部電極４に対して、容器壁よりも近
い位置に補助電極２０を設置し、この補助電極２０との
間で避けることのできない不要な放電４２を発生させる
ようにしたので、放電系のインピーダンスを容易に安定
化させることができ、従って、インピーダンスマッチン
グ操作が迅速化され、プラズマ処理全体の効率を大幅に
向上させることができる。

【００１６】尚、上記実施例にあっては、補助電極２０
をリング状に形成したが、形状は問わず、例えばその周
方向に沿って複数に分割してもよい。また、上記実施例
にあっては、上部電極４に対して高周波電源１２を印加
するようにしたが、これに限定されず、例えば図３に示
すように下部電極６に高周波電源１２を印加するように
構成してもよい。この場合には、ウエハＷを固定するク
ランパ部材２４の外周に、下部電極６に対して絶縁され
たリング状の補助電極２０を設定し、この補助電極２
０、処理容器２及び上部電極４を接地する。また、下部
電極６の下方には、これと処理容器２とを電気的に絶縁
するために絶縁材４４を形成する。また、図１に示す実
施例において補助電極２０を形成した部分にはこれに代
えて絶縁材４６を形成する。

【００１７】この場合には、下部電極６とこの外周側の
近傍に設けた補助電極２０との間で不要な放電４２が発
生し、従来装置において下部電極と容器側壁との間で不
要な放電が発生していた場合と比較して容易にインピー
ダンスマッチングを行うことができ、前記実施例と同様
にプラズマ処理を迅速に行うことが可能となる。尚、上
記実施例においては、プラズマ処理装置としてプラズマ
エッチング装置を例にとって説明したが、本発明はこれ
に限定されず、他のプラズマ処理装置、例えばプラズマ
アッシング装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマスパッ
タ装置等にも適用し得るのは勿論である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば次のような優れた作用効果を発揮させ
ることができる。補助電極を設けることにより放電開始
時におけるインピーダンスの安定化を容易に図ることが
できるので、プラズマ処理に要する時間を大幅に短くす
ることができ、プラズマ処理効率を大幅に向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示
す断面図である。

【図２】図１に示す処理装置の補助電極を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明に係るプラズマ処理装置の他の実施例を
示す断面図である。

【符号の説明】

２ 処理容器 ４ 上部電極（電極） ６ 下部電極（電極） ８ 絶縁体 １０ マッチングユニット １２ 高周波電源 ２０ 補助電極 ４０ メインの放電 ４２ 不要な放電 Ｓ プラズマ処理空間 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対向させて配置された２つの電極のい
   ずれか一方に被処理体を保持させると共に前記２つの電
   極間に高周波電力を印加して前記被処理体に対してプラ
   ズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記２つの
   電極のいずれか一方の電極の外周側の近傍に、内側に位
   置する電極に対して逆極性となる補助電極を形成したこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。