JPH0637051A

JPH0637051A - プラズマ装置

Info

Publication number: JPH0637051A
Application number: JP20948992A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Deguchi; 洋一出口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】対向する電極間で発生させるプラズマ密度を
均一化する。【構成】処理室１内の上部電極１１は、絶縁材からな
る支持部材１５、１６によって複数の電極１２、１３、
１４に絶縁分割されて構成され、これら電極１２、１
３、１４は各々対応する整合器３４、３５、３６を介し
て接地されている。【効果】整合器３４、３５、３６を調整するだけで、
各電極１２、１３、１４の表面電位を個別に変化させて
プラズマ密度を均一化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】処理室内にプラズマを発生させるプラズ
マ装置は、例えば半導体製造における形成膜のエッチン
グを始めとして、ＣＶＤ、アッシング、スパッタリング
などの処理を行う種々の装置において利用されている
が、このような装置に利用されるプラズマ装置において
は放電インピーダンスが非常に低いため、電極の表面電
位にわずかな差があってもプラズマが集中的に発生した
り、逆に発生しにくい部分が現れたりする。その結果、
電極間のプラズマ密度が不均一になり、例えばエッチン
グ装置においてそのような状態が生じると、部分的にエ
ッチング速度に差が出てしまい、歩留り低下の原因とな
る。このようなプラズマ密度の不均一による悪影響は、
他のＣＶＤ装置やアッシング装置、スパッタ装置にとっ
ても同様である。

【０００３】これを防止するため、従来から処理室内の
プラズマを均一化するための技術が種々提案されてい
る。その例として例えば特開昭５８−１４５１００号公
報に開示された「プラズマ利用装置における高周波電極
への電力制御装置」や特開昭５８−４２２２６号公報に
開示された「プラズマ半導体製造装置」を挙げることが
できる。

【０００４】前者は図７に示したように、処理室１０１
内の下方に設けられた電源電極１０２に対して、夫々共
通の高周波電源１０３の出力側に接続される複数のＲＦ
供給端子１０４を設け、これら各ＲＦ供給端子１０４に
おけるバイアス電圧をプローブ１０５や計測器１０６で
検出し、この検出された結果に基づいてこれら各ＲＦ供
給端子１０４の電圧が全て等しくなるように設定するた
めの可変容量１０７を、各ＲＦ供給端子１０４と高周波
電源１０３との間に設けた構成になっている。

【０００５】また後者は図８に示したように、互いに対
向した円形の電源電極１１１と接地電極１１２を持った
プラズマ半導体製造装置であって、これら各電極の直径
方向における電界強度分布を変化させるために、電源電
極１１１として、夫々径の異なるリング状の電極１１
３、１１４、１１５を用い、これらを同心円上に絶縁物
１１６を介在させて配設し、各リング電極１１３、１１
４、１１５に夫々に対応する高周波電力の導入端子１１
７、１１８、１１９を接続し、これら各導入端子１１
７、１１８、１１９に、夫々対応する高周波電源（図示
せず）を接続する構成を採っている。さらに処理室１２
０内への処理ガスの供給は、接地電極１１２の中心に設
けられたガスノズル１２１によって行われるようになっ
ている。そして各導入端子１１７、１１８、１１９に接
続される各高周波電源を夫々個別に調整・制御して、各
リング電極１１３、１１４、１１５の電界強度分布を夫
々個別に変化させ、接地電極１１２周辺に行くにしたが
って処理ガス濃度が低下して反応速度が減少することの
補償を、そのような電界強度分布の個別変化によって行
うようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図７のよ
うに１つの電源電極１０２に対して複数のＲＦ供給端子
１０４を設けても、電源電極１０２のＲＦ供給端子１０
４部近傍しか電力供給量の調整はできない。また電源電
極１０２に多数のＲＦ供給端子１０４を接続すれば、そ
れだけ高周波電源１０３と電源電極１０２間の高周波電
力供給のための配線が複雑化し、またその合計長も長く
なるため、これら高周波電力配線からの輻射による周辺
機器への影響も生ずる。

【０００７】また後者によれば、電源電極の数に対応し
て高周波電源が夫々別個に必要となるため、装置全体と
し大型化、複雑化する。しかも処理ガス濃度の低下に伴
う反応速度の減少に対応させて、個々の高周波電源の調
整・制御をすることは、制御パラメータが多いため、実
際上その操作が難しい。また上記従来技術と同様、高周
波電力の配線が多数存在することになるため、やはり輻
射の問題が生ずる。

【０００８】この発明はかかる点に鑑みてなされたもの
であり、高周波電力の供給線の数、長さが必要最小限の
下で、プラズマ密度を簡単に調整してこれを均一化でき
るプラズマ装置を提供して、上記問題の解決を図ること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、まず請求項１として、処理室内の上下に対向して電
極を設け、高周波電源によってこれら電極間にプラズマ
を発生させる装置において、上部電極を接地電極、下部
電極を電源電極とし、さらに上部電極は複数に絶縁分割
され、分割された各電極は夫々その表面電位を調整する
調整手段を介して接地されていることを特徴とする、プ
ラズマ装置を提供する。

【００１０】ここで表面電位を調整する調整手段として
は、例えば可変容量、可変抵抗及び可変インダクタン
ス、さらにはそれらとコンデンサー等を組み合わせたイ
ンピーダンス調整のための整合器などが挙げられる。

【００１１】さらに請求項１に記載のプラズマ装置にお
いて、分割された各電極間から処理ガスが処理室内に供
給される如く構成されたことを特徴とするプラズマ装置
を、請求項２として提供する。

【００１２】

【作用】請求項１によれば、接地電極たる上部電極は絶
縁物を介して複数に分割され、しかも分割された各電極
は夫々調整手段を介して接地されているから、これら各
調整手段を適宜調整するだけで、各電極毎にその電極電
位を変化させて上部電極と下部電極間に発生させるプラ
ズマ密度を部分的に変化させることが可能である。

【００１３】そのうえ分割された上部電極に接続される
配線は接地されるものであり、一方電源電極たる下部電
極への高周波電力の供給線は短く、しかも１つで済むか
ら、不要な輻射は少なく、電源電極と高周波電源との間
の配線も単純化できる。

【００１４】また請求項２では、そのような請求項１の
作用をそのまま有しているが、さらに加えて、分割され
た各電極間を通して処理ガスが供給されるから、処理ガ
スが均等に下部電極に向かって供給され、プラズマ密度
の均一化が一層向上する。また処理ガスの均等供給によ
り、相乗的に調整手段による調整も容易となる。

【００１５】

【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、以下の実施例はいずれもプラズマエッチング装
置に適用した例を示しいる。

【００１６】図１は第１実施例の側面の断面を示してお
り、アルミ等の材質からなる接地された気密容器である
処理室１内の下方には、載置させるウエハなどの被処理
物５を適正温度に保つために、冷却流体、例えばヘリウ
ムガスなどの流路（図示せず）が内部に形成され、かつ
載置台を兼ねた円盤状の下部電極２が設けられている。
この下部電極２は上記処理室１外部でマッチング装置３
を介して高周波電源４の出力側と接続され、またこの下
部電極２自体は、処理室１外部に設けられたモータなど
の駆動機構６によって上下動自在に構成されている。

【００１７】上記処理室１の側面には開口部７が設けら
れ、この開口部７の外方には、上下動して開口部７を開
閉自在なゲートバルブ８が設けられ、さらにこのゲート
バルブ８の外方には、上記被処理物５を開口部７から上
記処理室１内に搬入、搬出するための搬送装置（図示せ
ず）が設けられている。また上記処理室１の底面には、
真空ポンプなどの排気手段に通ずる排気管９が設けられ
ている。

【００１８】また上記処理室１内の上方には、接地電極
となる上部電極１１が設けられており、この上部電極１
１は、図１、図２に示したように、下面側に円形の凹部
を有する円盤状の電極１２、１３及び円盤状の電極１４
によって構成されており、電極１２の凹部内に電極１３
が適当なギャップを保持して、例えば２mmの間隔で収納
され、さらに電極１３の凹部内に電極１４も適当なギャ
ップを保持して、例えば２mmの間隔で収納されている。
そして上記電極１３は上記電極１２の凹部と上記電極１
３の上面との間にセラミック等の絶縁物からなる環状の
支持部材１５を設けることによって、また電極１４も、
同じくセラミック等の絶縁物からなる環状の支持部材１
６を電極１３の凹部と電極１４の上面との間に設けるこ
とによって、夫々支持されている。従って各電極の上下
間、側面間のギャップは、これら支持部材１５、１６に
よって維持されている。

【００１９】また上記各電極１２、１３、１４の内部に
は、ガス流路１７が夫々放射状に形成され、その吹き出
し口１８は図３に示したように、各電極１２、１３、１
４の下面において環状に配されている。さらに各支持部
材１５、１６にも、その半径方向に導入孔１９が夫々複
数穿設されている。

【００２０】本実施例においては、処理ガス、例えばＣ
Ｆ₄、ＣＨＦ₃などのエッチング反応ガスの処理室１内へ
の供給は、処理室１の上面に貫設されたガス供給管２１
よってなされる。即ち、このガス供給管２１は処理室１
の上面を貫通し、さらに上記電極１２、１３を貫通し
て、その端面は上記電極１４の上面に達している。そし
て上記ガス供給管２１と上記各電極１２、１３、１４と
が接触する部分には、セラミックとＯリングとの組合わ
せからなり上記ガス供給管２１の外周に設けられた封止
体２２が介在し、上記ガス供給管２１と上記各電極１
２、１３、１４との間の絶縁が図られている。もちろん
上記ガス供給管２１の処理室１上面の貫通箇所にも絶縁
封止処理が施されている。

【００２１】そして上記封止体２２の外周には、上記ガ
ス供給管２１内に通ずる透孔２３が多数穿設されてお
り、これら各透孔２３は、上記ガス供給管２１と上記電
極１２、１３との貫通箇所、及び上記電極１４との当接
箇所で、夫々各電極１２、１３、１４内のガス流路１７
と接続されている。従って上記ガス供給管２１から供給
される処理ガスは、これらガス流路１７を通じて各電極
１２、１３、１４の下面にある上記吹き出し口１８から
下部電極２に向かって供給される。また上記透孔２３
は、上記各電極１２、１３、１４上下間のギャップの部
分にも位置し、この透孔２３を通じて上記各電極１２、
１３、１４上下間のギャップに供給された処理ガスも、
上記支持部材１５、１６の各導入孔１９を通じて、上記
各電極１２、１３、１４間の側面ギャップを経て処理室
１内の下部電極２に向かって供給される。

【００２２】上記各電極１２、１３、１４には、各々に
対応する端子３１、３２、３３が夫々独立して接続され
ており、さらにこれら各端子３１、３２、３３には各々
に対応する各整合器３４、３５、３６が接続されてい
る。これら各整合器３４、３５、３６は同一構成であ
り、可変誘導コイル３７と容量３８によって構成される
ものである。

【００２３】そして上記各整合器３４、３５、３６は１
本の接地用ケーブル３９に接続され、上部電極１１はこ
の接地用ケーブル３９を介して高周波電源４の接地側に
接続され、そこから共に接地されている。

【００２４】本実施例は以上のように構成されており、
被処理物５の半導体ウエハにエッチング処理を施す場
合、まずゲートバルブ８を開いて搬送装置（図示せず）
によって、被処理物５を処理室１内に搬入して下部電極
２の上の所定の位置に載置させる。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８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。

【００２５】次にガス供給管２１から処理ガスたるエッ
チング反応ガス、例えばＣＦ₄が１００ＳＣＣＭ、処理
室１内に供給される。このときエッチング反応ガスは、
ガス供給管２１から透孔２３を経て、各電極１２、１
３、１４内の各ガス流路１７を通して吹き出し口１８か
ら被処理物５に向かって供給される。またそれと同時に
透孔２３から各電極１２、１３、１４の上下間のギャッ
プに放出されたエッチング反応ガスも、支持部材１５、
１６の導入孔１９を経て、各電極１２、１３、１４間の
側面ギャップを通って被処理物５に向かって供給され
る。従って、被処理物５上にはエッチング反応ガスが均
等に供給されている。またこのときの排気は排気管９を
通じて行われる。

【００２６】そして処理室１内の内圧力を一定圧力、例
えば０．５ｔｏｒｒに保ち、高周波電源４によって、例
えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を下部電極
２に印加して、上部電極１１と下部電極２との間にプラ
ズマ４０を発生させ、被処理物５にエッチングを施す。

【００２７】このようにしてエッチングされた被処理物
５の結果を分析し、プラズマの不均一から生じたエッチ
ング速度の差異によるオーバエッチング等が検出されれ
ば、その発生箇所を特定して、それに応じて適宜整合器
３４、３５、３６を調整することにより、各電極１２、
１３、１４毎のインピーダンス特性を個別に変化させて
各電極１２、１３、１４の表面電位を調整し、上部電極
１１と下部電極２間に発生するプラズマを均一にするこ
とができる。

【００２８】この場合、そのように調整する作業が整合
器３４、３５、３６の調整で済み、特に高周波電源４を
制御する必要はないから、調整操作が簡単である。なお
下部電極２も上下動自在であるから、上部電極１１に対
する距離も必要に応じて変えることができる。

【００２９】そして上部電極１１は接地電極であり、分
割された各電極１２、１３、１４からの配線は接地ルー
トであるから、不要な輻射も少なく、また図１のように
途中で１本の接地ケーブル３９にまとめることも可能で
あって、配線がさほど複雑化しない。従ってパーツ数も
低減でき、その分装置全体もコンパクトにできる。

【００３０】さらにまた上部電極１１の構成についてみ
れば、これを構成する各電１２、１３、１４間のギャッ
プの維持は、支持部材１５、１６に拠っているが、これ
ら各支持部材１５、１６は各々電極１２、１３の各凹部
と電極１３、１４の各上面との間に位置しているので、
各電極の支持が容易である。しかもこれら各支持部材１
５、１６は被処理物５に対して直接対峠しておらず、ま
た各電極１２、１３、１４間の側面ギャップにもエッチ
ング反応ガスが流れているから、プラズマによる支持部
材１５、１６に対するスパッタのおそれはなく、エッチ
ング最中に処理室１内が汚染されることもない。

【００３１】上記実施例では、上部電極１１は３つの電
極１２、１３、１４によって構成されていたが、必要に
応じて、また処理するウエハなどの径の大きさに対応さ
せて、それ以上の数の電極に分割構成してもよい。従っ
て例えば半導体ウエハの径が大きくなっても、適切に対
処できる。

【００３２】次に第２実施例について説明すれば、本実
施例は方形のＬＣＤ等の角状基板の処理に対応させるた
めに、上部電極、下部電極の平面形態をそれに合わせて
夫々四角形としたものである。

【００３３】即ち、その要部を図４、図５に基づき説明
すれば、被処理物たるＬＣＤ基板５１を載置する下部電
極５２は、平面形態が四角形であり、この下部電極５２
はマッチング装置５３を介して高周波電源５４に接続さ
れている。

【００３４】一方上部電極は５５は、この下部電極５２
の形態に対応して、下面側に四角形の凹部を有する方形
板状の電極５６、５７、及び方形板状の電極５８によっ
て構成されており、上記第１実施例と同様にして、電極
５６の凹部内に電極５７が絶縁部材（図示せず）を介し
て収納、支持され、さらに電極５７の凹部内に電極５８
が絶縁部材（図示せず）を介して収納、支持され、各電
極５６、５７、５８の上下間、並びに側面間には、適当
なギャップが保持されている。

【００３５】これら各電極５６、５７、５８には、各々
に対応する端子５９、６０、６１が夫々独立して接続さ
れ、さらに各端子５９、６０、６１には各々に対応する
整合器６２、６３、６４が接続されている。そしてこれ
ら各整合器６２、６３、６４は１本の接地用ケーブル６
５に接続され、上部電極５５はこの接地用ケーブル６５
によって高周波電源５４の接地側に接続され、そこから
共に接地されている。

【００３６】また処理ガスの供給経路も第１実施例と同
様であり、ガス供給管６６から供給される処理ガスは、
上記各電極５６、５７、５８の内部に形成されたガス流
路（図示せず）、並びに上記各電極５６、５７、５８間
の上下間ギャップに配された絶縁部材の導入孔（図示せ
ず）から、下部電極５２に向かって供給されるようにな
っている。そして本実施例における吹き出し口６７は、
図５に示したように、上記各電極５６、５７、５８の下
面側形態に沿って、方形に配されている。

【００３７】以上のように構成した下部電極５２と上部
電極５５を有する第２実施例によっても、処理ガスは下
部電極５２の上に載置されたＬＣＤ基板５１に向かって
均等に供給され、また各整合器６２、６３、６４を夫々
別個に調整して、各電極５６、５７、５８毎のインピー
ダンス調整が個別に行える。従って、方形のＬＣＤ基板
５１を処理するにあたり、必要に応じて適宜各電極５
６、５７、５８の表面電位変化させてプラズマ密度を均
一化した状態でこれを実施できるものである。またその
他第１実施例で得られた同一の作用効果も得られる。

【００３８】次に第３実施例について説明すると、本実
施例では上部電極をさらに細分化して、より部分的、局
所的な調整を可能とした例である。

【００３９】即ち図６に示したように、処理室７１内の
上方に設ける上部電極７２は、小さい方形（周辺部に位
置するものについてはその形状に応じて適宜円弧の周縁
部分を有する形態）の電極を、その隣接する他の電極と
は絶縁部材７４で画するようにして、これらを多数配設
することによって構成されている。そして処理室７１内
への処理ガスの供給は、処理室７１の側方に設けたガス
供給管７５によってなされるようになっている。

【００４０】一方下部電極７６は前出第１実施例と同様
な構成であり、その形態は円盤形状であって、またマッ
チング装置７７を介して高周波電源７８の出力側に接続
されている。

【００４１】而して細分化された各電極の接続状況につ
いて説明すると、例えば上記上部電極７２の中央直径方
向に配設されている電極８１、８２、８３、８４につい
ていえば、これら各電極８１、８２、８３、８４からの
各接続線に、夫々調整抵抗８５、８６、８７、８８を介
在させ、これらを結合器８９でまとめ、この結合器８９
から整合器９０を経て接地用ケーブル９１で高周波電源
７８の接地側に接続するようにしてある。

【００４２】上記各調整抵抗８５、８６、８７、８８は
本実施例では高周波抵抗を使用しており、その値は、予
め分析したプラズマ密度によって設定される。なお一般
的に周辺部はプラズマ密度が薄くなるため、上部電極７
２の周辺部に位置する電極８４に接続する調整抵抗８８
については、敢えてこれを設けず、そのまま電極８４を
整合器９０に接続するようにしてもよい。また各調整抵
抗８５、８６、８７、８８はこれを可変抵抗としてもよ
い。

【００４３】本実施例は以上のように構成され、上部電
極７２を構成している各電極８１、８２、８３、８４等
は上述の第１、第２の実施例よりもさらに細分化されて
いるから、各調整抵抗８５、８６、８７、８８並びに整
合器９０の調整によって、上部電極７２に対してより部
分的、局所的なインピーダンス調整が行え、その表面電
位を変化させることができる。従ってプラズマの不均一
な部分が微小であっても、これに対処して均一化させる
ことが可能である。

【００４４】もちろんそのように細分化された各電極の
数に応じて配線が多くなるが、これらの配線は接地ルー
トであるから、不要な輻射もなく、また図６に示したよ
うに１本の接地用ケーブル９１にまとめることができ
る。

【００４５】なお上記第３実施例は、上部電極７２及び
下部電極７６の平面形態が円形のものについて適用した
例であったが、無論ＬＣＤ等の角状基板に対応させて、
上部電極、下部電極の平面形態を夫々四角形とし、その
上部電極を全て方形の電極に細分化してもよい。

【００４６】上記実施例は、いずれもプラズマエッチン
グ装置に適用した例を示したが、これに限らず、本発明
はＣＶＤ装置やアッシング装置、スパッタ装置に適用す
ることができる。

【００４７】

【発明の効果】請求項１によれば、接地電極たる上部電
極は、絶縁物を介して複数に分割され、しかも分割され
た各電極はそれぞれ調整手段を介して接地されているか
ら、各電極毎にその表面電位を調整して、プラズマを均
一化することができる。また分割された上部電極に接続
される配線は接地されるものであるから、そのように分
割しても配線回りはさほど複雑化せず、また不要な輻射
も少ないものである。

【００４８】請求項２では、請求項１によって得られる
効果はこれをそのまま具有し、さらに処理ガスが均等に
下部電極に向かって供給されるから、プラズマの均一化
が一層向上する。また請求項１の作用と相まって相乗的
に調整手段による調整も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の側面の断面を示す説明図
である。

【図２】本発明の第１実施例で用いた上部電極及び下部
電極の斜視図である。

【図３】本発明の第１実施例で用いた上部電極の底面図
である。

【図４】本発明の第２実施例で用いた上部電極及び下部
電極の配線周りを示す説明図である。

【図５】本発明の第２実施例で用いた上部電極の底面図
である。

【図６】本発明の第３実施例の構成の概略を示す説明図
である。

【図７】従来技術の縦断面の説明図である。

【図８】従来技術の縦断面の説明図である。

【符号の説明】１処理室２下部電極４高周波電源１１上部電極１２、１３、１４電極１５、１６支持部材３４、３５、３６整合器３９接地用ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内の上下に対向して電極を設け、
高周波電源によってこれら電極間にプラズマを発生させ
る装置において、上部電極を接地電極、下部電極を電源
電極とし、さらに上部電極は複数に絶縁分割され、分割
された各電極は夫々その表面電位を調整する調整手段を
介して接地されていることを特徴とする、プラズマ装
置。
【請求項２】分割された各電極間から処理ガスが処理
室内に供給される如く構成されたことを特徴とする、請
求項１に記載のプラズマ装置。