JPH06283472A

JPH06283472A - プラズマ装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JPH06283472A
Application number: JP9375893A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tanaka; 進田中
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】装置全体を大型化、複雑化することなく、処
理室内に発生させるプラズマのパワー、及び陰極側にバ
イアスされる負電位を夫々個別に調整する。【構成】高周波電源１７からの高周波電力が印加され
て処理室２内にプラズマを発生させる渦巻コイル１８を
設け、さらに処理室２内の下部に設けられたサセプタ７
に対して高周波電源１７からの高周波電力の一部を印加
させるためのトランス１３を設ける。トランス１３には
供給電圧を調整できる切替スイッチＳＷを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ装置及びプラ
ズマ処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば気密に構成された処理室内でプラ
ズマを発生させ、このプラズマ雰囲気中で被処理体、例
えば半導体ウエハにエッチング処理をする場合、イオン
のエネルギーに大きく影響してエッチングの１つのパラ
メータとなるシースの電圧は、基本的にはプラズマの電
位Ｖ_Pと、陰極側にバイアスされる負電位Ｖ_DCとによっ
て定まる。従って、処理室内で発生させるプラズマにつ
いては、上記Ｖ_PとＶ_DCとを夫々調整して、プラズマを
調整することが望まれる。

【０００３】この点、従来はプラズマを発生させるため
に、例えば上部または下部の電極側に適宜の高周波電力
を印加し、対向する下部又は上部の電極側を接地する
か、あるいは２つの高周波電源を夫々個別に上部電極と
下部電極とに接続している装置もみられた。

【０００４】いずれにしろ従来は処理室を１つの回路素
子としてみた場合、当該処理室内に対向して配置されて
いる上部電極と下部電極、さらには処理室外部の高周波
電源とが、いわば１つの直列のシリーズ回路として構成
されていたのである。そのため、上記従来の装置におい
てプラズマ調整する場合には、電極の一方側のみに高周
波電源を接続している装置では、Ｖ_DCのみを個別にかつ
自在に調整することが難しい。

【０００５】また電極毎に高周波電源を接続している場
合も、上記の如く１つの直列のシリーズ回路中における
調整となるため、使用する高周波電源は夫々同じパワー
を有する大きさの高周波電源を用意しなければならず、
装置全体として大型化するという問題があった。

【０００６】一方で、既述の処理室内でプラズマを発生
させ、このプラズマ雰囲気中で被処理体、例えば半導体
ウエハにエッチング処理をする場合に、パターンのエッ
チングを行う異方性エッチング工程、残渣やダメージ層
やレジスト膜の除去を行う等方性エッチング工程、さら
に静電チャックの除電を行う除電工程の３つの主な工程
があるが、従来はそのような処理工程を、全て１つの処
理室内で実施する装置はなかった。

【０００７】例えば特開昭５６−８４４７６号公報に開
示された「プラズマ食刻法」には、平行平板形プラズマ
ガス食刻法において周波数１０ＭＨｚ以下の高周波電力
を用いて、高圧側の高周波電極に近接して被加工物をお
く方法、並びにその作用効果を説明する過程で、電源電
極と接地電極を夫々上下に切り替える陰極結合法と陽極
結合法が記載され、また特開平１−２５３２３８号公報
に開示された「プラズマ処理装置」にも、適宜の接続切
り替え器を用い、１つの高周波電源によって上部電極と
下部電極に対し、個別に又は同時に高周波電圧を印加す
る装置が記載されている。

【０００８】ところが上記の各従来技術には、例えば異
方性エッチングを行った後に等方性エッチングを有効に
行い得る技術開示の記載はなく、そのため例えば既述の
エッチング処理における３つの主要な処理工程を、全て
同一処理室内で行うための技術開示は十分になされてい
なかった。通常従来は、例えば既述のエッチング処理を
行うにあたり、パターンのエッチングを行う異方性エッ
チング工程、残渣やダメージ層の除去を行う等方性エッ
チング工程を、夫々専用の装置で個別に行っている。又
静電チャックを用いて吸着させたウエハが、静電チャッ
ク電源を切り離した後も静電分極により生じた電荷によ
り吸着されるという問題を、処理室内に弱プラズマを発
生させてこれを除電する際、ウエハに余分なダメージや
エッチングすることなく行うことが望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】まず最初の問題点であ
る、Ｖ_DCのみを個別に調整するという点については、例
えば上記したように２つの高周波電源を使用すれば解決
されるが、その場合、従来の技術では、装置が大型化す
るという問題がある。

【００１０】一方後者の問題については、例えば２つの
処理工程を個別の装置で行うことは、２つの異なった処
理装置を必要とし、その分設備費、設置スペースが嵩
む。被処理物が大きくなると各処理装置自体も全て大き
くなり、全体として極めて大がかりなシステムとなって
しまう。さらに次の処理工程に移るには、それに対応し
て処理装置から次の処理装置へと被処理物を移送するた
めの時間がかかり、しかも当該移送の間に塵埃や異物が
付着する可能性も大きくなり、好ましくない。

【００１１】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、まずＶ_DCのみを個別に調整するにあたっては、極
力装置の小型化、簡素化が図れる装置を提供して問題の
解決を図ることを目的とする。また本発明の別な目的
は、叙上のような複数の異なった処理を１つの処理室内
で行うとともに、静電チャックの除電を余分なエッチン
グやダメージを伴わずに行う方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、まず請求項１として、気密に構成さ
れる処理室内に高周波電力によってプラズマを発生させ
る装置であって、処理室外部からの高周波電力が印加さ
れて前記処理室内の上部空間にプラズマを発生させるプ
ラズマ発生手段と、このプラズマ発生手段に高周波電力
を供給する高周波電力供給手段と、前記処理室内の下部
に設けられて高周波電力の印加によって負電圧を発生す
るバイアス発生手段と、前記バイアス発生手段に前記高
周波電力供給手段からの電力の一部を供給する変圧手段
とを具備してなることを特徴とするプラズマ装置を提供
する。

【００１３】また上記の場合、プラズマ発生手段を、処
理室の上部外方に設けられるコイルとして構成してもよ
い。

【００１４】さらにまた処理室内の上部空間に、これと
連続してさらにその上部にプラズマ発生スペースが形成
され、当該プラズマ発生スペースの外方にプラズマ発生
手段、例えば対向電極やアンテナなどが対向して設けら
れている構成のプラズマ装置としてもよい。

【００１５】また請求項４によれば、以下の３つの工程
からなるプラズマ処理方法を提供する。まず第１の工程
は、処理室内に処理ガスを供給するとともに、静電チャ
ックを介して被処理体が載置された下部電極に高周波電
力を印加してプラズマを発生させ、これによって処理室
内の上記被処理体に対して異方性エッチングを行う工程
である。次に第２の工程は、処理ガスを切り換えて処理
室内の上部電極に高周波電力を印加してプラズマを発生
させてエッチング残渣、ダメージ層若しくはレジストの
少なくともいずれかを除去する等方性エッチングを行う
工程である。また次の第３の工程は、静電チャック電圧
を切り離して不活性ガスに切り換え、上部電極に高周波
電力を前工程より小さく印加して弱プラズマを発生させ
る工程である。

【００１６】

【作用】請求項１乃至３に記載のプラズマ装置によれ
ば、高周波電力を印加して処理室内の上部空間内にプラ
ズマを発生させるプラズマ発生手段と、このプラズマ発
生手段とは別に処理室内の下部に設けられて、高周波電
力の印加によって負電圧を発生するバイアス発生手段
と、前記バイアス発生手段に前記高周波電力供給手段か
らの電力の一部を供給する変圧手段を有しているから、
プラズマ発生手段と負電圧を発生するバイアス発生手段
とは、シリーズ回路構成とはなっていない。そのため、
プラズマ発生手段とは別に、上記バイアス発生手段のみ
を個別に調整してＶ_DCの調整を行うことが可能になって
いる。

【００１７】しかも上記バイアス発生手段に供給される
電力は、変圧手段によって高周波電力供給手段からの電
力の一部が供給される構成であるから、必要となる高周
波電源は１つで済む。

【００１８】この場合、上記プラズマ発生手段は、請求
項２に記載したように、処理室外方上部に設けたコイル
としてもよい。

【００１９】さらに請求項３に記載したように、処理室
内の上部空間にこれと連続してさらにその上部にプラズ
マ発生スペースを形成し、このプラズマ発生スペースの
外方で対向するプラズマ発生手段を設けるようにしても
よい。

【００２０】一方請求項４によれば、第１の工程では異
方性エッチングが行われるので、例えば被処理体が半導
体ウエハの場合、その表面にレジストパターンに基づい
たパターンがエッチング形成される。次に第２の工程で
は、等方性エッチングが行われるので、エッチング残
渣、ダメージ層若しくはレジストの除去が実施される。
また第３の工程では、静電チャック電圧が切り離される
とともに、供給されるガスも不活性ガスに切り換えら
れ、前工程よりも小さい高周波電力が上部電極に印加さ
れるから、このプラズマインピーダンスを介して静電チ
ャック表面の帯電が放電されて、当該静電チャックは除
電される。従って、１つの処理室内において、上記異な
った３つの工程を実施することが可能となっている。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
すると、図１は第１実施例にかかるプラズマ装置１の側
面断面の様子を模式的に示しており、同図から明らかな
ようにこのプラズマ装置１は、気密に構成された処理室
２を内部に有している。この処理室２はその側壁並びに
底部はアルミ等の材質で構成され、一方この処理室２の
上部２ａは石英からなる材質で構成されている。

【００２２】上記処理室２内の底部には、処理室２内の
ガスを排気するための排気口２ｂが設けられており、さ
らにこの排気口２ｂには例えば真空ポンプなどの排気手
段へと通ずる排気管３が接続され、この排気手段の作動
によって、上記処理室２内は所定の減圧雰囲気にまで真
空引きが可能である。

【００２３】上記処理室２の側壁上部にはガス導入口２
ｃが設けられており、さらにこのガス導入口２ｃには処
理ガス導入管４が接続され、エッチングガスなどの処理
ガスはこのガス導入管４、ガス導入口２ｃを通じて処理
室２内に導入されるように構成されている。

【００２４】上記処理室２内の底部中央には、セラミッ
ク等の絶縁板５を介してサセプタ支持台６が設けられ、
さらにこのサセプタ支持台６の上面には、アルミ等の材
質からなり下部電極を構成するサセプタ７が着脱自在に
設けられている。

【００２５】上記サセプタ支持台６の内部には例えば冷
却ジャケットなどの冷却手段（図示せず）が形成され、
さらにこの冷却手段内には適宜の冷却冷媒が循環するよ
うに構成され、別設の温度制御装置（図示せず）による
制御によって、上記サセプタ７は所定の温度、例えば−
１００゜Ｃから＋８０゜Ｃまでの間の任意の温度に設定
維持することが可能になっている。

【００２６】上記サセプタ７の上面には被処理体である
半導体ウエハＷが直接載置される静電チャック８が設け
られている。この静電チャック８は、例えば電界箔銅か
らなる導電層９を上下両側からポリイミド・フィルム等
の絶縁体で挟んで接着した構成を有しており、処理室２
の外部に設置されている高圧直流電源１０によって直流
電圧が上記導電層９に印加されると、クーロン力によっ
て上記半導体ウエハＷは上記静電チャック８の上面に吸
引保持されるように構成されている。

【００２７】上記サセプタ７には、ブロッキングコンデ
ンサ１１を有するリード線１２の一端部が接続されてお
り、このリード線１２の他端部はトランス１３の二次側
に設けられている切替スイッチＳＷの端子に１４接続さ
れている。この切替スイッチＳＷの切替側には複数の切
替端子Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・が設けられており（図
１においては説明の都合上４つの切替端子Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ
₂、Ｔ₃のみ記載されている）、スイッチＳＷの切替によ
って、上記サセプタ７に印加するトランス１３の二次側
からの電力を変化させることができるように構成されて
いる。本第１実施例は切替端子Ｔ₀は接地端子であり、
その他の切替端子Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・は当該番号順
に、供給する電圧値が低くなるように構成されている。
もちろん無段階に連続して供給電圧を切り換えられるよ
うに構成してもよい。いずれにしろ本第１実施例で使用
したトランス１３は、一次側電力の約１０％〜３０％の
間の電力を二次側に供給できる構成となっている。

【００２８】一方上記トランス１３の一次側には電力供
給線１４及び接地線１５が接続されており、これら電力
供給線１４及び接地線１５には、夫々インピーダンス整
合を行う整合器１６を介して、各々高周波電源１７の出
力側と接地側が接続されている。この高周波電源１７
は、周波数が例えば１３．５６ＭＨｚで、パワーが例え
ば５０ｗ〜１５００ｗの高周波電力を供給することが可
能なように構成されている。

【００２９】また上記処理室２における既述の石英から
なる上部２ａの上面には、渦巻コイル１８が設けられて
おり、この渦巻コイル１８の一端は上記電力供給線１４
と接続され、この渦巻コイル１８の他端は上記接地線１
５と接続されている。

【００３０】第１実施例は以上のように構成されてお
り、例えば被処理体たる半導体ウエハに対してエッチン
グ処理を行う場合の動作について説明すると、処理室２
の側面に設けられたゲートバルブ（図示せず）が開か
れ、既にレジストパターンが形成されたダミーウエハＷ
ｄが、搬送アームなどの搬送装置（図示せず）によって
処理室２内に搬入されて静電チャック８上の所定の位置
に載置されると、高圧直流電源１０によって直流電圧が
上記静電チャック８の導電層９に印加され、当該ダミー
ウエハＷが上記静電チャック８の所定位置に保持され
る。

【００３１】そして上記ゲートバルブが閉じられた後、
ガス導入口２ｃからエッチング反応ガス、例えばＣＦ₄
が処理室２内に供給されるとともに、この処理室２内は
排気手段によって排気口２ｂから真空引きされていき、
処理室２内は所定の減圧雰囲気、例えば０．５ｍＴｏｒ
ｒまで減圧される。

【００３２】その後上記高周波電源１７からの高周波電
力、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚでパワーが１００
０ｗの高周波電力が電力供給線１４を介して、処理室２
の上部に位置している渦巻コイル１８に印加される。そ
うするとこの渦巻コイル１８は高周波誘導によって処理
室２内にプラズマを誘起させる。

【００３３】このとき例えば切替スイッチＳＷが切替端
子Ｔ₁と接続されている場合、それに応じた電圧がトラ
ンス１３の二次側から供給され、リード線１２を通じて
既述のサセプタ７に印加され、このサセプタ７に負電位
がバイアスされる。従って、上記処理室２内の静電チャ
ック８上に載置されたダミーウエハＷｄに対して異方性
のエッチングが実施されるのである。

【００３４】このようにしてダミーウエハＷｄに対して
異方性エッチングを行った後、当該ダミーウエハＷｄを
検証してプラズマ状態の不良に基づく不良箇所が発見さ
れれば、それに基づいて切替スイッチＳＷに接続する切
替端子を他の端子に切り換えて、上記サセプタ７に印加
する電圧を適宜調整することによって、このサセプタに
バイアスされる負電位Ｖ_DCを調整することが可能であ
る。なお、上記渦巻コイル１８に印加するパワーの調整
は、上記高周波電源１７によって直接調整すればよい。
そしてかかる如くしてプラズマ発生条件を調整した後、
製品化する半導体ウエハＷを１枚づつ順次処理していけ
ばよい。

【００３５】このように、処理室２内に発生させるプラ
ズマのパワー自体は上記高周波電源１７によって行え、
一方陰極側にバイアスされる負電位Ｖ_DCはトランス１３
の二次側に設けられている切替スイッチＳＷによって、
夫々個別に調整することが可能となっている。

【００３６】またその場合、高周波電力の供給は１つの
上記高周波電源１７によって行われており、しかも上記
トランス１３は、この高周波電源１７の１０％〜３０％
程度の出力が確保されればよいので、上記トランス１３
自体もコンパクトなもので済む。

【００３７】なお、上記切替スイッチＳＷと接続される
切替端子を、接地端子Ｔ₀に接続しておけば、上記サセ
プタ７には上記トランス１３から電圧が印加供給されな
いので等方性エッチングを行うことが可能である。従っ
て１つの処理室２内において、異なったエッチング処理
を実施することが可能である。

【００３８】またそのようにして等方性エッチングが終
了した後に、例えば処理室２内に負活性ガスを導入する
とともに、弱プラズマを発生させるようにすれば、上記
の異方性エッチング、等方性エッチングの各処理が完了
した被処理体の残留電荷を除去することが可能である。
従って異方性エッチング、等方性エッチングの他に除電
をも１つの処理室内にて実施することが可能である。

【００３９】上記第１実施例では、渦巻コイル１８への
高周波印加による高周波誘導方式によって処理室２内に
プラズマを誘起させ、被処理体をエッチングするように
構成されていたが、例えば図２に示した第２実施例のよ
うな構成を有するプラズマ装置３１として構成してもよ
い。なお図２中、上記第１実施例における引用番号と同
一の番号で示される部材は、夫々上記第１実施例と同一
の部材を示している。

【００４０】図２からも明らかなように、この第２実施
例は、下部電極を構成するサセプタ７、高周波電力を供
給する高周波電源１７、当該高周波電源１７からの電力
を一部取り出して上記サセプタ７へと供給するトランス
１３、このトランス１３の二次側の電圧を適宜調整する
切替スイッチＳＷ等は全て上記第１実施例と同一に構成
されているが、プラズマを発生させる手段が上記第１実
施例と異なっている。

【００４１】即ち、この第２実施例では処理室３２の上
部空間にこれと連続してさらにプラズマ発生のための上
部空間３３を形成するため、上記処理室３２の上部に上
部空間形成部３４が設けられ、さらにこの上部空間形成
部３４は、下面のみ処理室３２側へと開口し、側壁並び
に上面が上記の如く石英から構成されている。そしてこ
のうちの対向する側壁外方に夫々位置して、一対の平行
平板を構成する平板電極３５、３６が設けられている。
そしてこれら各平板電極３５、３６は夫々対応する電力
供給線１４及び接地線１５に接続されている。

【００４２】またこの第２実施例のプラズマ装置３１の
処理ガスの導入は、上記第１実施例と同様、処理室３２
の側壁上部に設けられたガス導入口３２ｃに接続された
ガス導入管４によって行われ、処理室３２内の排気も、
上記第１実施例と同様、処理室３２の底部に設けられた
排気口３２ｂに接続された排気管３を通じて適宜の排気
手段、例えば真空ポンプによって行われるように構成さ
れている。

【００４３】第２実施例は以上のように構成されてお
り、被処理体である半導体ウエハＷに対してエッチング
を行う場合には、基本的には上記第１実施例と同様であ
り、処理室３２の側面に設けられたゲートバルブ（図示
せず）が開かれ、既にレジストパターンが形成されたダ
ミーウエハＷｄが、搬送アームなどの搬送装置（図示せ
ず）によって処理室２内に搬入されて静電チャック８上
の所定の位置に載置されると、高圧直流電源１０によっ
て直流電圧が上記静電チャック８の導電層９に印加さ
れ、当該ダミーウエハＷが上記静電チャック８の所定位
置に保持される。

【００４４】そしてガス導入口３２ｃから例えばＣＦ₄
が処理室３２内に供給され、例えば処理室３２内は０．
１Ｔｏｒｒまで減圧される。その後上記高周波電源１７
からの高周波電力、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚで
パワーが１０００ｗの高周波電力が電力供給線１４を介
して、上部空間形成部３４外方の平板電極３５に対して
印加されると、この平板電極３５と対向する平板電極３
６との間に位置する、上部空間３３内でプラズマが発生
する。

【００４５】このとき切替スイッチＳＷがＴ₀以外の切
替端子Ｔ₁〜に接続されている場合には、サセプタ７に
負電圧がバイアスされ、上記静電チャック８上に保持さ
れているダミーウエハＷｄに対して異方性エッチングが
なされる。この場合も上記第１実施例と同様、そのよう
にして行ったエッチング済みのダミーウエハＷｄの状態
をみて適宜切替スイッチＳＷを切り換えれば、上記サセ
プタ７にバイアスされる電圧を調整することができ、意
図したエッチングを実現するのに適したプラズマ状態を
実現することが可能である。なおプラズマのパワーを変
化させる場合には、高周波電源１７を直接調整すればよ
い。

【００４６】この第２実施例の場合も、高周波電力の供
給は１つの上記高周波電源１７によって行われており、
しかも上記トランス１３は、この高周波電源１７の１０
％〜３０％程度の出力が確保されればよいので、装置全
体もコンパクトにすることが可能である。

【００４７】なお、上記切替スイッチＳＷと接続される
切替端子を切替端子Ｔ₀に接続しておけば、処理室３２
内の被処理体に対して等方性エッチングを行うことが可
能であり、さらに処理室３２内に弱プラズマを発生させ
るようにすれば、上記の異方性エッチング、等方性エッ
チングの各処理が完了した被処理体の残留電荷を除去す
ることが可能である。この第２実施例によっても１つの
処理室３２内で異方性エッチング、等方性エッチング、
さらに除電の３つの異なった処理が可能となっている。

【００４８】なお、上記第２実施例におるプラズマ発生
手段は、上記の如く、１対の平行な平板電極３５、３６
に拠っていたが、これら平板電極に代えて例えば１ター
ンコイルのアンテナを対向させるようにすれば、アンテ
ナによる高周波誘導方式のヘリコン波プラズマ発生手段
とすることができる。

【００４９】次に第３実施例を図３に基づき説明する
と、この第３実施例にかかるプラズマ装置４１も、下部
電極を構成するサセプタ７、高周波電力を供給する高周
波電源１７、当該高周波電源１７からの電力を一部取り
出して上記サセプタ７へと供給するトランス１３、この
トランス１３の二次側の電圧を適宜調整する切替スイッ
チＳＷ等は全て上記第１、第２実施例と同一に構成され
ているが、プラズマを発生させる手段、並びに処理室、
処理ガス導入系が上記第１、２実施例と異なっている
（なおその他の部材で図３において、上記第１実施例に
おける引用番号と同一の番号で示される部材は、夫々上
記第１実施例と同一の部材を示している）。

【００５０】即ち、この第３実施例における処理室４２
の下部は前出第１実施例と同様、側壁並びに底面がアル
ミ等の材質で構成されているが、この処理室４２の上部
空間にこれと連続してさらにプラズマ発生のための上部
空間４３を形成するため、上記処理室４２の上部に、上
方に凸の略ドーム型の上部空間形成部４４が設けられて
いる。この上部空間形成部４４は全て石英からなってお
り、その下面端部は上記処理室４２の側壁と固着され、
上部空間形成部４４の下面は処理室４２側へと開口して
いる。そしてこの上部空間形成部４４は上方に行くにし
たがって曲面状にすぼまり、さらにその後は略円筒形を
形成する円筒部４４ａを形成し、この円筒部４４ａの頂
上部にガス導入口４４ｂが形成されている。そしてこの
ガス導入口４４ｂにガス導入管４５が接続されている。
なおこの処理室４２内の排気は、上記第１、第２実施例
と同様、処理室４２の底部に設けられた排気口４２ｂに
接続された排気管３を通じて適宜の排気手段、例えば真
空ポンプによって行われるように構成されている。

【００５１】そしてこの第３実施例におけるプラズマ発
生手段は、上記円筒部４４ａの外周において上下に適当
な間隔をおいて配置されているリング状の電極４６、４
７によって構成されている。これら各電極４６、４７は
夫々対応する電力供給線１４及び接地線１５に接続され
ている。

【００５２】第３実施例は以上のように構成されてお
り、その被処理体である半導体ウエハに対してエッチン
グを行う場合には、基本的には上記第１、第２実施例と
同様であり、処理室４２の側面に設けられたゲートバル
ブ（図示せず）から、ダミーウエハＷｄが処理室４２内
に搬入されて静電チャック８上の所定の位置に載置され
ると、高圧直流電源１０によって直流電圧が上記静電チ
ャック８の導電層９に印加され、当該ダミーウエハＷｄ
が上記静電チャック８の所定位置に保持される。そして
ガス導入口４４ｂから例えばＣＦ₄が処理室４２内に供
給され、例えば処理室４２内は０．１Ｔｏｒｒまで減圧
される。

【００５３】その後上記高周波電源１７からの高周波電
力、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚでパワーが１００
０ｗの高周波電力が電力供給線１４を介して、上部空間
形成部４４における円筒部４４ａ外方の電極４６に対し
て印加されると、電極４６、４７間に位置する、上記円
筒部４４ａ内でプラズマが発生する。

【００５４】このとき切替スイッチＳＷがＴ₀以外の切
替端子Ｔ₁〜に接続されている場合には、サセプタ７に
負電圧がバイアスされ、上記ダミーウエハＷｄに対して
異方性エッチングがなされる。そしてそのようにして行
ったエッチング済みのダミーウエハＷｄの状態をみて適
宜切替スイッチＳＷを切り換えれば、上記サセプタ７に
バイアスされる電圧を調整して、意図したエッチングを
実現するのに適したプラズマ状態を実現することが可能
である。なおプラズマのパワーを変化させる場合には、
高周波電源１７を直接調整すればよい。

【００５５】この第３実施例の場合も、高周波電力の供
給は１つの上記高周波電源１７によって行われており、
しかも上記トランス１３は、この高周波電源１７の１０
％〜３０％程度の出力が確保されればよいので、装置全
体もコンパクトにすることが可能である。

【００５６】なお、既述の第１、第２の各実施例と同
様、この第３実施例においても、切替スイッチＳＷと接
続される切替端子を切替端子Ｔ₀に接続しておけば、処
理室４２内の被処理体に対して等方性エッチングを行う
ことが可能であり、また弱プラズマを発生させるように
すれば、被処理体の残留電荷を除去することが可能であ
る。従ってこの第３実施例によっても１つの処理室４２
内で異方性エッチング、等方性エッチング、さらに除電
という３つの異なった処理が可能となっている。

【００５７】次に第４実施例を図４以下に基づいて説明
すると、図４はこの第４実施例の側面の断面を模式的に
示しており、アルミ等の材質で構成され接地された気密
容器である処理室５１内の底部には、セラミック等の絶
縁板５２を介してサセプタ支持台５３が設けられてい
る。

【００５８】このサセプタ支持体５３の内部には例えば
冷却ジャケットなどの冷却手段５４が形成されており、
この冷却手段５４内には、冷媒導入管５５から導入さ
れ、冷媒排出管５６から冷媒の蒸発した気体を排出する
ように構成されている。

【００５９】上記サセプタ支持台５３の上面には、アル
ミ等の材質からなり下部電極を構成するサセプタ５７が
着脱自在に設けられ、さらにこのサセプタ５７の上面に
は被処理体である半導体ウエハＷが直接載置される静電
チャック５８が設けられている。

【００６０】上記サセプタ５７の内部にはガス導入管５
９と通ずるガス流路６０が形成されており、別設のガス
供給装置（図示せず）によって例えばＨｅガスをガス導
入管５９からこのガス流路６０内に供給すると、このＨ
ｅガスは上記冷却冷媒によって所定温度にされた上記サ
セプタ支持台３の冷熱が熱伝導され、それによって上記
静電チャック５８上に載置された半導体ウエハＷが所定
の温度に冷却されるようになっている。

【００６１】上記静電チャック５８は、例えば電界箔銅
からなる導電層６１を上下両側からポリイミド・フィル
ム等の絶縁体で挟んで接着した構成を有しており、供給
リード線６２を介して処理室５１外部の高圧直流電源６
３によって直流電圧が導電層６１に印加されると、クー
ロン力によって上記半導体ウエハＷは吸引保持されよう
に構成されている。そしてこの高圧直流電源６３による
印加は、処理室１外部に設けられたスイッチＳＷ₁のＯ
Ｎ−ＯＦＦによって行われる。

【００６２】上記サセプタ５７の上端周縁部には、上記
半導体ウエハＷを囲むようにして絶縁性を有する環状の
フォーカスリング６４が配設されており、このフォーカ
スリング６４の存在によって、プラズマ発生した際に反
応性イオンが上記半導体ウエハＷに効果的に入射され
る。そして上記の構成において下部電極となるサセプタ
５７には、接続線６５の一端が接続され、この接続線６
５の他端は上記処理室１外部に設けられた電極切替スイ
ッチＳＷ₂の下部電極側端子６６に接続されている。

【００６３】一方上記処理室５１内の上部において、こ
の処理室５１とは電気的に絶縁されて配設されている上
部電極７１の少なくとも上記サセプタ５７と対向する面
７１ａは、例えばアモルファス・カーボンやシリコンな
どの材質で構成され、上記上部電極７１全体は中空に構
成されている。この上部電極７１における既述の半導体
ウエハＷとの対向面には多数の吐出口７２が穿設され、
上部電極７１の上部に設けられているガス導入口７３か
ら供給される処理ガスはこれら吐出口７２から半導体ウ
エハＷに向けて吐出されるようになっている。かかる構
成の上部電極７１には処理室５１とは絶縁されている接
続線７４の一端が接続されており、この接続線７４の他
端は処理室５１外部の上記電極切替スイッチＳＷ₂の上
部電極側端子７５に接続されている。

【００６４】上記ガス導入口７３は、バルブ７６を介し
てガス供給管７７と接続されており、さらにこのガス供
給管７７はさらに分岐管７８、７９、８０に分岐され、
これら各分岐管７８、７９、８０には、夫々バルブ８
１、ガス供給量の調整を担うマスフロー・コントローラ
８２を介して、各々異なった処理ガスが充填されている
ガスボンベが接続されている。本実施例では、分岐管７
８にＣＦ₄ガスボンベ８３が、分岐管７９にはＯ₂ガスボ
ンベ８４が、そして分岐管８０にはＡｒガスボンベ８５
が夫々接続されている。

【００６５】一方上記処理室５１内の底部には、処理室
内のガスを排気するための排気口９１が設けられてお
り、この排気口９１にはバルブ９２を介して真空ポンプ
９３へと通ずる排気管９４が接続され、真空ポンプ９３
とバルブ９２との作動によって、処理室５１内は真空引
きが可能である。

【００６６】次に本実施例における電極切替系について
説明すると、本実施例においては電極の極性の切替は既
述の電極切替スイッチＳＷ₂が担っており、この電極切
替スイッチＳＷ₂には既述の上部電極側端子７５、下部
電極側端子６６の他に、これら電極側端子と切替接続さ
れる接地側、並びに電源側の各端子が設けられている。
即ち、上部電極側端子７５に対しては接地端子１０１と
電源端子１０２が、下部電極側端子６６に対しては電源
端子１０３と接地端子１０４が夫々切替接続の対象端子
として設けられており、各電源端子１０２、１０３は夫
々対応する個別のマッチング装置１０５、１０６、さら
にブロッキングコンデンサ１０７を介して、出力が可変
な高周波電源１０８の出力側に接続されている。

【００６７】次に本実施例の制御系についていうと、叙
上の構成中、処理ガス供給系のガス導入口７３のバルブ
７６並びに各分岐管７８、７９、８０の各バルブ８１と
各マスフロー・コントローラ８２、さらに排気系のバル
ブ９２と真空ポンプ９３、また電極切替系の電極切替ス
イッチＳＷ₂、さらに供給電源系の高周波電源１０７、
静電チャック系における高圧直流電源６３のスイッチＳ
Ｗ₁は、夫々処理室１外部に設けられたコントロール装
置１１１によって制御されるように構成され、本実施例
においてこのコントロール装置１１１は、半導体ウエハ
Ｗが載置されたサセプタ５にＲＦ電力を印加するＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）モード、上部電極７１にＲ
Ｆ電力を印加するＰＥ（プラズマエッチング）モード、
ＰＥモードで弱いプラズマを発生させ、このプラズマに
よるインピーダンスを介して静電チャック５８の表面の
帯電を放電させる除電モードの３つの動作モードを有
し、各モードの切り替えによって、上記各制御対象は後
述の動作において説明するように、当該設定モードに応
じた制御がなされる。

【００６８】本実施例は以上のように構成されており、
例えば被処理物たる半導体ウエハＷに対してエッチング
処理を行う場合の動作について説明すると、まずコント
ロール装置１１１は図２のＡの異方性エッチングである
ＲＩＥモードに設定され、処理室５１の側面に設けられ
たゲートバルブ（図示せず）が開かれ、搬送装置（図示
せず）によって、レジストパターンが形成された半導体
ウエハＷが処理室５１内に搬入されて静電チャック５８
上の所定の位置に載置され、スイッチＳＷ₁によって静
電チャック５８が作動して上記半導体ウエハＷは吸着保
持される。

【００６９】上記搬送装置は真空排気可能な予備真空室
内に設けられ、ゲートバルブの開閉はこの予備真空室内
を処理室内と同一の真空度状態にしてから行われるが、
この場合上記予備真空室内の真空度も上記コントロール
装置１１１によって同時に制御される構成としてもよ
い。

【００７０】次にバルブ７６、分岐管７８のバルブ３１
が開かれ、エッチング処理ガスたるＣＦ₄ガスがＣＦ₄ガ
スボンベ８３からマスフロー・コントローラ８２によっ
てその供給量が調整されつつ処理室５１内に供給され、
上部電極７１の各吐出口７２から上記半導体ウエハＷに
向かって均等に吐出される。そして処理室５１内の圧力
は例えば０．５Ｔｏｒｒに維持される。

【００７１】一方電極切替スイッチＳＷ₂は、上記コン
トロール装置１１１によって図４に示した状態、即ち上
部電極側端子７５と接地端子１０１が、下部電極側端子
６６と電源端子１０３が接続された状態になっており、
高周波電源１０８が作動すると、上記コントロール装置
１１１によって例えば周波数が１３．５６ＭＨｚ、電力
が１ｋｗに夫々設定された高周波電力が下部電極側に印
加され、上記半導体ウエハＷに対してＲＩＥモードで異
方性エッチング処理がなされ、その表面にレジストパタ
ーンに基づいたパターンがエッチング形成される。

【００７２】そして所定時間経過後、上記の異方性エッ
チングが完了すると、次に上記コントロール装置１１１
が等方性エッチングであるＰＥモードに切り替わり、高
周波電源５７が停止し、その後に処理室５１内の残存Ｃ
Ｆ₄ガスが一旦排気口９１から排気され、次に上記コン
トロール装置１１１の指示によって処理室１内には、Ｏ
₂ガスボンベ８４からＯ₂ガスが供給され、また処理室５
１内の圧力は例えば１Ｔｏｒｒに保たれる。

【００７３】一方電極切替スイッチＳＷ₂は、上記コン
トロール装置１１１によって図４に示した状態とは反対
の状態、即ち上部電極側端子７５と電源端子１０２が、
下部電極側端子６６と接地端子１０４が接続された状態
になっており、高周波電源１０８が作動すると、上記コ
ントロール装置１１１によって今度は電力値が例えば４
００〜８００ｗに設定された高周波電力が上部電極７１
に印加され、上記半導体ウエハＷに対して等方性エッチ
ング処理がなされ、上記半導体ウエハＷにおけるエッチ
ング残渣やＲＩＥエッチングした際のダメージ層の除去
やレジスト膜の除去が実施される。

【００７４】そのようにして残渣やダメージ層やレジス
ト膜の除去が完了すると、次にコントロール装置１１１
が除電モードに切り替わり、高周波電源１０８が停止
し、その後に処理室５１内の残存Ｏ₂ガスが一旦排気口
９１から排気され、次に上記コントロール装置１１１の
指示によって処理室５１内には、Ａｒガスボンベ８５か
ら不活性ガスであるＡｒガスが供給され、また処理室５
１内の圧力は例えば２Ｔｏｒｒに保たれる。そして静電
チャック系のスイッチＳＷ₁がＯＦＦになって高圧直流
電源６３からの直流電圧の印加は停止される。

【００７５】一方電極切替スイッチＳＷ₂は上記ＰＥモ
ードと同一の状態に維持されており、高周波電源１０７
が作動すると、上記コントロール装置１１１によって今
度は電力が例えば８０ｗに設定された高周波電力が上部
電極７１に印加され、弱い不活性ガスプラズマが発生し
て静電チャック５８に残存していた電荷が、プラズマの
インピーダンスを介して放出され、静電チャック５８は
除電される。

【００７６】そのようにして静電チャック５８が除電さ
れると高周波電源１０８は停止し、処理室５１内の残存
Ａｒガスが排気されて、上記半導体ウエハＷは次に処理
される他の半導体ウエハと交換され、上記コントロール
装置１１１は再びＲＩＥモードに切り替わり、以後当該
他の半導体ウエハに対して同様なエッチング処理が順次
なされる。

【００７７】以上説明したように、この第４実施例にお
いては、一つの半導体ウエハに対して行うエッチング処
理に伴う、異なった３つの処理工程、即ち異方性エッチ
ング処理工程、等方性エッチング処理工程並びに静電チ
ャックの除電工程が全て同一処理室内で行われ、その間
半導体ウエハの移送は全く必要としない。従って従来各
工程を夫々異なった処理室で行っていたことと比較すれ
ば、処理室を含めたプラズマ処理装置が１つで済むの
で、装置全体として小型化され、結果的にその設置スペ
ースも従来よりも小さいものでよい。

【００７８】しかもこれら各処理工程を実施する間、被
処理物を他の処理装置に移送する必要はないので、その
分処理に要する時間が短縮され、効率よく被処理物の処
理が実施できる。

【００７９】そのうえ他の処理装置への移送がないとい
うことは、それだけ処理室外部の塵埃や異物の存在する
空間に曝される時間、移送に伴って発生する気流も少な
くなるので、それらに比例してこれら塵埃等が被処理物
に付着する可能性も極めて少なくなる。従って歩留り自
体も向上する。

【００８０】なお、コントロール装置１１１による制御
対象は、上記実施例における制御対象に限らず、搬送装
置、予備真空室など他の関連周辺装置をも、その対象に
含めてもよい。

【００８１】またコントロール装置１１１自体に設定さ
れる制御モードも上記実施例のような３つのモードに限
らず、被処理物の処理内容、処理工程数に対応したモー
ドを設定すれば、個々の異なった処理を必要とする種々
の被処理物に対しても適用できる。例えば、ＣＶＤ装置
やアッシング装置、スパッタ装置に対しても適用するこ
とができる。

【００８２】そして、例えば上記実施例のように３つの
モードしか持たないコントロール装置であっても、異方
性エッチング処理、等方性エッチング処理の後に再び異
方性エッチング処理、等方性エッチング処理を繰り返し
てから、除電処理を行うことも可能であり、処理の順序
を入れ換えて、等方性エッチング処理の後に異方性エッ
チング処理をしてから除電処理を行うことも可能であ
る。これらの場合装置自体の機械的構成、電気的構成を
そのままにしてコントロール装置１１１の実行プログラ
ムを僅かに改変するだけでこれらの処理を実施できる。
従って、極めて汎用性のある処理装置として使用でき
る。

【００８３】

【発明の効果】請求項１乃至３に記載のプラズマ装置に
よれば、プラズマを処理室内に発生するプラズマ発生手
段と、高周波電力を印加して負電圧を発生するバイアス
発生手段とは、シリーズ回路構成とはなっていない。そ
れゆえ処理室内に発生させるプラズマのパワー調整と、
陰極側にバイアスされる負電位Ｖ_DCの調整とを夫々個別
に調整できる。しかも上記バイアス発生手段に供給され
る電力は、変圧手段によって高周波電力供給手段からの
電力の一部が供給される構成であるから、必要となる高
周波電源は１つで済む。また陰極側に印加させる電力
は、プラズマ発生手段に印加する電力の１０％〜３０％
でよいから、変圧手段も定格の小さいものでよく、装置
全体をコンパクトにできる。

【００８４】さらに上記の場合、上記プラズマ発生手段
は、請求項２に記載したように、処理室外の上部に設け
たコイルに拠ってもよく、また請求項３に記載したよう
に、処理室内の上部空間に、これと連続してさらにその
上部にプラズマ発生スペースが形成され、このプラズマ
発生スペース外方で対向するプラズマ発生手段を設ける
ようにしてもよく、様々なタイプのプラズマ装置に対し
て適用可能である。

【００８５】請求項４によれば、被処理体に対する複数
の異なった処理を１つの処理室内で実施することが可能
であるから、処理室は１つで済みその分装置の設置スペ
ースが節約でき、また全体の装置も小型化できる。しか
も他の処理室への移送工程を省略できるのでこれら処理
に要する時間は短縮され、被処理体に塵埃や異物の付着
する可能性も減少し、歩留りが向上して効率よく被処理
体を処理できる。またさらに装置構成をそのままにし
て、処理順序、処理回数を必要に応じて変えることも容
易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかるプラズマ装置の側面の断面
を示す説明図である。

【図２】第２実施例にかかるプラズマ装置の側面の断面
を示す説明図である。

【図３】第３実施例にかかるプラズマ装置の側面の断面
を示す説明図である。

【図４】第４実施例を実施するためのプラズマ装置の側
面の断面を示す説明図である。

【符号の説明】

１プラズマ装置２処理室３排気管４ガス導入管７サセプタ８静電チャック１３トランス１４電力供給線１５接地線１６整合器１７高周波電源１８渦巻コイルＳＷ切替スイッチＷ半導体ウエハＷｄダミーウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密に構成される処理室内に高周波電力
によってプラズマを発生させる装置であって、処理室外
部からの高周波電力が印加されて前記処理室内の上部空
間にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、このプ
ラズマ発生手段に高周波電力を供給する高周波電力供給
手段と、前記処理室内の下部に設けられて高周波電力の
印加によって負電圧を発生するバイアス発生手段と、こ
のバイアス発生手段に前記高周波電力供給手段からの電
力の一部を供給する変圧手段とを具備してなることを特
徴とするプラズマ装置。
【請求項２】プラズマ発生手段は、処理室の上部外方
に設けられたコイルであることを特徴とする、請求項１
に記載のプラズマ装置。
【請求項３】処理室内の上部空間に連続してさらにそ
の上方にプラズマ発生スペースが形成され、当該プラズ
マ発生スペースの外方にプラズマ発生手段を対向して有
することを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ装
置。
【請求項４】処理室内に処理ガスを供給するととも
に、静電チャックを介して被処理体が載置された下部電
極に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、これに
よって処理室内の上記被処理体に対して異方性エッチン
グを行う第１の工程と、処理ガスを切り換えて処理室内の上部電極に高周波電力
を印加してプラズマを発生させてエッチング残渣、ダメ
ージ層若しくはレジストの少なくともいずれかを除去す
る等方性エッチングを行う第２の工程と、静電チャック電圧を切り離して不活性ガスに切り換え、
上部電極に高周波電力を前工程より小さく印加して弱プ
ラズマを発生させる第３の工程とからなる、プラズマ処
理方法。