JPH07147275A - 限定されたプラズマ補助化学エッチング用電極装置 - Google Patents

限定されたプラズマ補助化学エッチング用電極装置

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JPH07147275A
JPH07147275A JP6164384A JP16438494A JPH07147275A JP H07147275 A JPH07147275 A JP H07147275A JP 6164384 A JP6164384 A JP 6164384A JP 16438494 A JP16438494 A JP 16438494A JP H07147275 A JPH07147275 A JP H07147275A
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voltage
plasma
electrodes
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George N Steinberg
ジョージ・エヌ・スタインバーグ
Charles B Zarowin
チャールズ・ビー・ザロウイン
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、装置の部品の腐食を防止して動作
寿命を増大させ、また加工物の汚染を減少させるプラズ
マ補助化学エッチング用電極装置を提供することを目的
とする。 【構成】 本発明のプラズマ補助化学エッチング用電極
装置は、電極16を受ける手段を有する電極保持装置12
と、電極16に設定されるプラズマ放電の側面を限定する
ように電極16の前面の空洞32を限定している手段18と、
電極16上に直流バイアス電圧を設定する手段20とを具備
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は限定されたプラズマ補助
化学エッチング用の電極装置、特に電極に直流バイアス
電圧を与えるための手段を有する電極装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ここで使われている用語“限定されたプ
ラズマ”はプラズマの空間的フットプリントが制御され
ることができるようにプラズマ側面の境界を限定された
プラズマ放電を意味している。
【０００３】プラズマ補助化学エッチング処理に含まれ
る物理的要素の一般的な原理は文献（“A Theory of Pl
asma-Assisted Chemical Vapor Transport Processe
s”、Journal of Applied Physics、57(3) 、1985年２
月１日）で与えられている。そこではプラズマの流れに
含まれている要素を示す数式が開発されている。そこで
説明されている他の要素の中に直流バイアスの外部印加
または自己誘起効果があり、直流バイアスが移送速度に
代数的に重畳されているので両者とも温度差の影響と類
似した影響を有するものとして説明されている。
【０００４】最近、プラズマ補助化学エッチングの使用
は半導体ウェハの薄化および平坦化の両者に適用されて
いる。このような応用では限定されたプラズマは比較的
小さい面積の電極またはパックと大きい電極との間に設
けられる。半導体ウェハはパックと大きい電極との間に
配置され、予め定められた停留時間マップに応じて半導
体ウェハとパックとの間の相対的な動作を生成すること
により薄くされるか平坦化される。正確性の高い処理を
達成するため、動作中のプラズマエッチングフットプリ
ントがエッチングされる最小の表面変化よりも小さくな
るようにプラズマ放電は限定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体ウェハ処理技術
でよく知られているように、半導体ウェハ処理の各段階
で半導体ウェハ表面の汚染を防ぐことは非常に重要であ
る。典型的な半導体産業の表面洗浄の規格ではウェハの
全表面にわたって直径が0.1 マイクロメートルより大き
い粒子は２より少ない。したがってかなりの時間と費用
は半導体ウェハ表面ができる限り微粒子がないことを確
実にするために使用される。
【０００６】現在、電極装置は多孔性導電性材料から形
成され、電極保持装置の一端に配置されている電極を含
む。電気絶縁性の筒状部分が配置され、電極が筒状部分
の開口を通って部分的に延在する。多孔性導電性材料は
電極を通ってエッチング剤ガスの流れがプラズマを維持
することを可能にする。周囲の筒状部分はプラズマ放電
の望ましい側面限定を確実にすることを助長する。動作
においてパック電極と筒状部分の両者は比較的高い腐食
率を被ることが認められた。腐食は主に電極および筒状
部分に衝突する高エネルギのイオンにより生じる。さら
に筒状部分の開口が間隙を有する開口であるために電極
と筒状部分開口の壁との間にギャップが存在する。この
ギャップは電極のスパッタリングを生じ、従って汚染源
が生じる。
【０００７】さらにパック電極およびその周囲の筒状部
分の腐食はこれらの部品の動作寿命を大きく縮めるだけ
でなく半導体ウェハ表面の汚染源となる。
【０００８】したがって、比較的寿命が長く半導体ウェ
ハ表面の処理中の汚染を減少する電極構造を与えること
は非常に好ましい。
【０００９】本発明の１つの目的は、通常の電極構造の
前述の欠点を実質上完全に克服する電極構造を提供する
ことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的は、電極を受け
る手段を有する電極保持装置と、前記電極に設定される
プラズマ放電の側面を限定する手段と、前記電極上に直
流バイアス電圧を設定する手段とを具備することを特徴
とする限定されたプラズマ補助化学エッチング用電極装
置により少なくとも部分的に達成される。本発明のその
他の目的と利点は請求の範囲と添付図面を伴って後述の
詳細な説明から当業者に明白になるであろう。
【００１１】
【実施例】プラズマの蒸気移送処理に影響を与えるため
に直流バイアス電圧を供給する理論と効果が、例えば文
献（“A Theory of Plasma-Assisted Chemical Vapor T
ransport Processes”、Journal of Applied Physics、
57(3) 、1985年２月１日）で説明されているが、特に限
定されたプラズマのような特殊でない構造がここで説明
されている。しかし、後述する本発明の構造は前述の理
論に関連している。図面では全体が10で示されており、
本発明の原理を使用している電極装置は電極16を受ける
ための手段14を有する電極保持装置12と、電極16で形成
されるプラズマの側面を限定するための手段18と、直流
バイアス電圧を電極16に与えるための手段20を含む。電
極装置10はさらに電極16にプラズマ限定手段18を押付け
る手段22と、ＲＦ電圧を電極16に与える手段24を含むこ
とが好ましい。
【００１２】好ましい実施例では、電極保持装置12は延
在する台部材28を有する設置用フランジを含む。設置用
フランジ26と反対の端部30で台部材28は電極16を受ける
手段14を含む。電極16を受ける手段14は台部材28の端部
30に延在する空洞であることが好ましい。
【００１３】プラズマの側面を限定する手段18はこの実
施例では開口32を有する電気絶縁部材である。示されて
いるように図１の好ましい実施例では開口32は電極16に
近接する比較的大きい直径部分34と電極16から離れた比
較的小さい直径部分36を含み、電極着座部38は部分34,3
6 のインタ−フェイスで形成される。代りに、プラズマ
の側面を限定する手段18は均一な直径を有する開口32を
有し、均一な直径は電極16の直径よりも小さいことが好
ましい。
【００１４】好ましい実施例では台部材28は円筒型であ
り空洞は円形断面である。このような実施例では電極16
は第１、第２のぞれぞれ対向する表面40,42 と側壁44を
具備した導電性材料の多孔性円筒型部材である。さらに
空洞の内部直径と電極16の外部直径は電極16が摩擦によ
り空洞に固定するように共に寸法が与えられている。空
洞の深さは電極16のほぼ半分が延在するように選択され
ることが好ましい。
【００１５】この特定の実施例では開口32の比較的大き
な直径部分34は電極16よりも大きい直径と、電極16の側
壁44の長さよりも僅かに少ない深さを有し、電極は台部
材28の１端部30を越えて延在する。開口32の比較的小さ
い直径部分36は電極16の直径よりも小さい直径を有す
る。プラズマの側面を限定する手段18が電極16に押付け
られるとき、電極着座部38は例えば電極16の表面42等の
１表面に接触し、電極16の表面42に設けられるプラズマ
に達し得る側面ギャップは存在しない。
【００１６】図１で示されているように直流バイアス電
圧を電極16に与える手段20は電極保持装置12の設置フラ
ンジ26に固定されたコネクタ48により電極16に電気的に
接続される直流電圧源46を含む。直流電圧源46は可変の
直流電圧源であることが好ましく、従って電極16に供給
される直流バイアス電圧はプラズマ動作状態に調節され
調整される。示されているように手段20はまた直流電圧
源46とコネクタ48との間に直列に配置されたＲＦ隔離コ
イル50を含む。
【００１７】電極装置10はプラズマの側面を限定する手
段18を電極16に押付ける手段22を備えている。示されて
いる実施例では押付ける手段22はプラズマを限定する手
段18と静止構造54との間に配置されている複数のスプリ
ング54を含んでいる。図２で示された実施例では電極16
は真空チャンバ56中に突出し、静止構造54は複数の棚58
により構成されることができ、各棚58は真空チャンバ56
に延在し、それぞれ棚58とプラズマ限定手段18との間に
延在する関連するスプリング52を有し、その結果手段18
は電極16の方向に押付けられる。代りに静止構造54は真
空チャンバ56の内周に延在する単一の連続棚58として形
成されることができる。
【００１８】示されている実施例ではＲＦ電圧を電極16
に供給する手段24は、ＲＦインピーダンス整合回路62を
介して電気コネクタ48に接続されるＲＦ源60を含む。好
ましい１実施例では反射ＲＦエネルギを減少するために
ＲＦ整合回路62はＲＦ源60の出力インピーダンスを電極
16のＲＦインピーダンスに整合する。ＲＦインピーダン
ス整合回路62は直流電圧源46から隔離され、インピーダ
ンス整合回路62の出力と電極保持装置12の設置用フラン
ジ26上の電気コネクタ48との間に配置されている直流阻
止キャパシタ64によりコネクタ48に接続している。
【００１９】特定の１実施例では、電極16は外部直径約
１インチで、厚さ約半インチを有する多孔性炭化シリコ
ンの円筒型ディスクである。好ましくはプラズマの側面
を限定する手段18は溶融シリカから形成される。この実
施例では開口32の大きな直径の部分34は直径約1.01イン
チであり、開口32の小さい直径の部分36は直径約0.75イ
ンチである。典型的に電極保持装置12の台部材28は約1.
25インチの外部直径を有する。
【００２０】図２に全体を66で示されており、本発明の
原理を使用した１実施例の構造では、設置用フランジ26
により真空チャンバ56の壁68に電極保持装置12が設けら
れ、従って台部材28は壁68を通って真空チャンバ56中に
突出し、プラズマ処理が生じる。電極保持装置12は通常
の設置技術により真空チャンバ56の壁68に固定されるこ
とができる。設置フランジ26は溶融シリカ、ガラスセラ
ミック、セラミック等の電気絶縁性の材料のブッシング
または環状プレート70によりチャンバ56の壁68から電気
的に絶縁にされる。さらに、好ましい実施例では電極保
持装置12には設置フランジ26の外部表面74から台保持装
置28の空洞に延在するプラズマガス通路72が設けられて
いる。図示の実施例ではプラズマガス通路72は空洞と電
極16に同軸である。このような装置は多孔性電極16を通
る反応ガスの実質上均一な分布を確実にする役目をす
る。示されている実施例では動作中、半導体ウェハ76は
電極16と半導体ウェハ76表面との間の相対的運動を与え
るプラテン78上に配置されており、半導体ウェハの全表
面は選択的にプラズマに露出されることができる。典型
的にプラテン78は導電性材料から形成され、限定された
プラズマの設定用の第２の電極の役目をする。図２は電
極構造10の詳細が明白に示されることを可能にするため
に実際のスケールで示されていないことが理解できよ
う。
【００２１】電極装置は１以上の実施例に関して記載さ
れ説明されたが、他の装置および構造も本発明の技術的
範囲を逸脱せずに実行されることができることが当業者
に理解できよう。本発明は請求の範囲と合理的な解釈に
のみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を使用した電極装置の断面図。
【図２】本発明の電極装置を使用したシステムの概略
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ・ビー・ザロウイン アメリカ合衆国、コネチカット州 06853、 ローウエイトン、トップセイル・ロード ７

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極を受ける手段を有する電極保持装置
    と、前記電極に設定されるプラズマ放電の側面を限定す
    る手段と、前記電極上に直流バイアス電圧を設定する手
    段とを具備することを特徴とする限定されたプラズマ補
    助化学エッチング用電極装置。
  2. 【請求項２】 前記プラズマ放電の側面を限定する手段
    を前記電極に押し付ける手段をさらに具備する請求項１
    記載の装置。
  3. 【請求項３】 ＲＦ電圧を前記電極に与える手段をさら
    に具備する請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記電極保持装置が前記端部と反対側に
    配置されたフランジを含む請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記直流バイアス電圧を設定する手段が
    前記電極に電気的に接続された可変の直流電圧源を含む
    請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記装置がさらにＲＦ電圧を前記電極に
    与える手段を含む請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記直流バイアス電圧を設定する手段が
    さらに前記可変の直流電圧源を前記電極にＲＦ電圧を与
    える前記手段から電気的に隔離する手段を含む請求項６
    記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ＲＦ電圧を与える手段のインピーダ
    ンスを前記電極のインピーダンスに整合する手段をさら
    に備えている請求項３記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記ＲＦ電圧を前記電極に与える手段が
    前記インピーダンス整合手段を前記直流電圧源から電気
    的に隔離する手段を備えている請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記電極を受ける手段が前記電極の保
    持装置の端部まで延在する空洞であり、電極はこの空洞
    中に配置されている請求項１記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記電極が前記空洞から延在している
    請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記プラズマを限定する手段が開口を
    含み、この開口は前記電極に近接する大きい直径の部分
    と、前記電極から離れた小さい直径の部分を有し、電極
    着座部は開口部分の境界を設定している請求項１１記載
    の装置。
  13. 【請求項１３】 前記電極が円筒型ディスクであり、前
    記開口の小さい直径の部分は前記電極の直径よりも小さ
    い直径を有する請求項１２記載の装置。
JP6164384A 1993-07-15 1994-07-15 限定されたプラズマ補助化学エッチング用電極装置 Pending JPH07147275A (ja)

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US08/093,120 US5298103A (en) 1993-07-15 1993-07-15 Electrode assembly useful in confined plasma assisted chemical etching
US093120 1993-07-15

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EP (1) EP0634777A1 (ja)
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