JPH0638405B2 - プラズマ反応処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体ウエハーのエッチング或いはウエハー表
面に形成した有機膜の除去等に用いるプラズマ反応処理
装置に関する。

（従来の技術） 半導体集積回路の製造工程にあっては、シリコンウエハ
ー等の基板表面を選択的にエッチングしたり、選択的に
エッチングする際のマスク材料としてウエハー表面を覆
っていた有機膜を除去する装置として、プラズマを利用
した反応処理装置が従来から使用されている。

斯るプラズマ反応処理装置としては多数のウエハーを同
時に処理するバッチ式とウエハーを１枚毎処理する枚葉
処理式とがあるが、バッチ式の反応処理装置はプラズマ
が多数のウエハーに均一に作用せず、特にウエハー表面
に一部を残して有機膜を形成し、有機膜で覆われていな
い一部にリン、ボロン等のイオンを高速で衝突させて埋
め込むイオン注入にあっては、注入後の有機膜が炭化又
は変質しているためバッチ式の反応処理装置では有機膜
の除去に時間がかかり、特にハイカレント、ハイドース
等のイオン注入にあっては完全に除去できない。

そこで最近では枚葉処理式の反応処理装置が主流になり
つつある。

斯る枚葉処理式の装置として特開昭５６−４８０９９号
公報に示すような平行平板型及び複数の半筒状の外部電
極を備え、かつ、ウエハー処理部とプラズマ発生部とを
分けた装置がある。

平行平板型の反応処理装置は第３図に示すように、底板
(100)上にベルジャー型（釣鐘状）チャンバー(101)を設
け、このチャンバー(101)内に平板状の上部電極(102)及
び下部電極(103)を配置し、これら上下の電極(102),(10
3)間をプラズマ発生室(104)とし、底板(100)には真空引
き用の排気口(105)を形成している。そして、下部電極
(103)上にウエハー(W)を載置し、排気口(105)を介して
チャンバー(101)を減圧し、上下の電極(102),(103)間で
プラズマを発生させ、ウエハー(W)を処理するようにし
ている。

また前記複数の半筒状の外部電極を備え、かつ、ウエハ
ー処理部とプラズマ発生部とを分けた装置としては、東
京応化工業社製プラズマアッシング装置TCA-2300（以下
ＴＣＡ型という）があるが、該プラズマ反応処理装置は
第４図に示すように、チャンバー(101)上部に一対の半
筒状の電極(106),(107)を配置し、一方の電極(106)を高
周波電源、他方をアースしてチャンバー(101)内の上部
プラズマを発生室(104)とし、チャンバー(101)内の下部
をプラズマ反応処理室(108)とし、チャンバー(101)内に
は下方からウエハー載置用のテーブル(109)を臨ませて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した平行平板型のプラズマ反応処理装置によると有
機膜の除去は有効に行えるのであるが、ウエハーを直接
プラズマ発生部内に晒らすため、プラズマ中に存在する
イオンや荷電粒子によってダメージを受けたり、ウエハ
ー自体の温度上昇を招いて不良品を生じることがある。

また、ＴＣＡ型のプラズマ反応処理装置によれば、ウエ
ハーをプラズマ発生室内にセットしないため、イオンや
荷電粒子によるダメージは少ないが、有機膜の除去或い
はエッチング等に時間がかかるという問題がある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決すべく本発明は、アースされた下部電
極が臨むチャンバーの上部を２つの小チャンバーとし、
これら小チャンバーの一方には高周波電源に接続する筒
状電極を設け、他方の小チャンバーには高周波電源に接
続する半筒状の分割電極とアースされた半筒状の分割電
極を設けた。

（作用） 例えば有機膜の除去を行う場合には、処理の初期におい
ては筒状電極に高周波を印加し、下部電極と筒状電極間
をプラズマの主発生領域とし、この領域内にウエハーを
晒すことで、有機膜の変質した表層部の除去速度を高
め、所定時間経過後、スイッチを切替えることで半筒状
の一対の分割電極間に高周波を印加し、小チャンバー間
をプラズマの主発生領域とし、ウエハーのセット位置が
イオンや荷電粒子によるダメージが少ない反応領域内に
位置するようにする。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るプラズマ反応処理装置の全体図で
あり、底板(1)上に石英チャンバー(2)が載置固定されて
いる。チャンバー(2)は釣鐘状をなす本体(3)とこの本体
(3)上にＶ字状をなすように一体的に形成された一対の
小チャンバー(4),(5)からなり、一方の小チャンバー(4)
周囲には筒状をなす電極(6)が巻回され、この電極(6)は
スイッチ(7)を介して高周波電源(8)に接続している。ま
た他方の小チャンバー(5)周囲には半筒状をなす一対の
分割電極(9),(10)が取り付けられ、一方の分割電極(9)
はスイッチ(7)を介して高周波電源(8)に接続し、他方の
分割電極(10)はアースされ、各小チャンバー(4),(5)の
頂部には反応ガスの導入管(11),(12)が接続されてい
る。

また底板(1)には開口(13)が形成され、この開口(13)に
はカラー(14)を嵌着し、このカラー(14)内周面に沿って
テーブル状下部電極(15)が昇降するようにしている。こ
の下部電極(15)はアースされるとともに下部には外側に
延びるフランジ部(15a)が形成され、下部電極(15)が上
昇した際にフランジ部(15a)上端が底板(1)下面に取り付
けたシール部材(16)に圧接することでチャンバー(2)内
の気密性を確保するようにしている。

一方チャンバー(2)内の底板(1)上には排気リング(17)を
設けている。この排気リング(17)は外周面がチャンバー
(2)の内周面に当接し、上面は上昇した下部電極(15)と
面一とされ、且つ内径は下部電極(15)の外径よりも大と
され、下部電極(15)外周に真空引き用の排気口(18)を形
成している。そして排気口(18)は排気リング(17)とカラ
ー(14)及び底板(1)との間に形成され排気通路(19)を介
して底板(1)に形成した排気通路(20)につながってい
る。

以上の如き構成のプラズマ反応処理装置を用いて、ウエ
ハー表面にイオンに注入する際に形成した有機膜を除去
する場合を例にとって説明する。

先ず下部電極(15)を第１図に示す位置から下降させ、下
部電極(15)上に表面に除去すべき有機膜が形成されてい
る半導体ウエハー(W)を載置し、再び下部電極(15)を上
昇せしめてチャンバー(2)内を気密とし、次いで排気口
(18)及び排気通路(19),(20)を介してチャンバー(2)内を
吸引して減圧するとともに、一方の小チャンバー(4)の
反応ガス導入管(11)からチャンバー(2)内へ反応ガス、
例えばヘキサフルオロエタン５容量％、酸素を残部とし
た混合ガスを導入し、スイッチ(7)を切り換えて筒状電
極(6)に高周波を印加する。

すると筒状電極(6)と下部電極(15)との間、つまりチャ
ンバー(2)の本体(3)内において主としてプラズマが発生
し、ウエハー(W)はプラズマの主発生領域内に晒され、
ウエハー(W)の表面に形成されている有機膜の変質した
除去しにくい表層部が容易に除去される。

そして、所定時間経過して有機膜の変質した表層部が除
去されたならば、スイッチ(7)を再び切り換えて他方の
小チャンバー(5)の分割電極(9)に高周波を印加する。
尚、この場合、反応ガス導入管(12)から小チャンバー
(5)内へ前記同様の反応ガスを導入する。すると、プラ
ズマの主発生領域はチャンバー本体(3)内から小チャン
バー(5)内へと移行し、ウエハー(W)表面には小チャンバ
ー(5)内で発生したプラズマによって活性化した酸素ラ
ジカルが作用し、ウエハー(W)表面に残った有機膜が除
去される。この場合、ウエハー(W)が直接プラズマ中に
晒されないため、ウエハー(W)表面がダメージを受ける
ことがなく、また除去しにくい変質層は除去されている
ので、アッシング速度も速い。

第２図は別実施例に係るプラズマ反応処理装置を示す図
であり、前記実施例と同一の部材には同一の番号を付し
ている。

即ち、この実施例にあっては石英チャンバー(2)を釣鐘
状本体(3)と、この本体(3)上にＴ字状をなすように一体
的に形成される一対の小チャンバー(4),(5)によって構
成し、一方の小チャンバー(4)にはスイッチ(7)を介して
高周波電源(8)に接続する筒状電極(6)を、他方の小チャ
ンバー(5)にはスイッチ(7)を介して高周波電源(8)に接
続する半筒状の分割電極(9)及びこの分割電極(9)に対向
配置されるアースされた分割電極(10)を設けている。

このように構成したプラズマ反応処理装置においても前
記同様の作用をなすことができる。

尚、実施例にあっては有機膜の除去について説明したが
本発明に係る装置はこれに限らず他の処理例えばエッチ
ング等にも使用することができる。

（発明の効果） 以上に説明した如く本発明に係るプラズマ処理装置によ
れば、チャンバー本体に２つの小チャンバーを付設し、
一方の小チャンバーに高周波電源に接続する筒状電極
を、他方の小チャンバーには高周波電源に接続する分割
電極及びアースされる分割電極を設けたので、スイッチ
を切り換える等の操作により、プラズマの主発生領域を
１つのチャンバー内において変化させることができ、し
たがって例えば表層部が変質した有機膜の除去を処理時
間を短くしてウエハーにダメージを与えることなく行
え、またエッチングにあってはエッチング速度を速くし
て且つ選択性を高めることができる。

更に、本発明に係る装置によれば、各小チャンバーに反
応ガスの導入管を接続しているため、１つのチャンバー
によって異なる条件で連続的な処理も行える等の効果も
発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係るプラズマ処理装置の全
体図、第３図及び第４図は従来のプラズマ処理装置を示
す図である。 尚、図面中(1)は底板、(2)はチャンバー、(3)はチャン
バー本体、(4),(5)は小チャンバー、(6)は筒状電極、
(7)はスイッチ、(8)は高周波電源、(9),(10)は分割電
極、(11),(12)は反応ガス導入管、(15)は下部電極、(W)
は半導体ウエハーである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−154038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−4571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−191033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−142637（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アースされた下部電極が臨むチャンバーの
   上部に２つの小チャンバーを形成し、これら小チャンバ
   ーの一方には高周波電源に接続する筒状電極を設け、他
   方の小チャンバーには半筒状をなす一対の分割電極を設
   け、一方の分割電極は高周波電源に接続し、他方の分割
   電極はアースしたことを特徴とするプラズマ反応処理装
   置。