JPH07307334A

JPH07307334A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH07307334A
Application number: JP12294994A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Miura; 豊三浦; Shigeki Tozawa; 茂樹戸澤; Shunichi Iimuro; 俊一飯室; Eiichi Nishimura; 栄一西村
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Yamanashi Ltd
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-11-21
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JP3247249B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エッチング速度およびエッチング形状の面内
均一性に優れた処理装置を提供する。【構成】被処理体を載置可能な下部電極（４）と、そ
の被処理体に対する対向面に複数の処理ガス噴出口（２
３）を備えた上部電極（１８）とを設けた処理室内に
て、その処理ガス噴出口から供給される処理ガスをプラ
ズマ化して被処理体に対して処理を施すプラズマ処理装
置において、被処理体の処理面積に対する上部電極の処
理ガス噴出有効面積の割合が８０〜１００％、好ましく
は８５〜９５％、特に好ましくは９０％前後となるよう
に構成されている。かかる範囲で処理ガス噴出有効面積
を選択することにより、処理ガスおよび副生成ガスの濃
度分布を均一にすることが可能となる。

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に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体製造工程においては、被
処理体、たとえば半導体ウェハやＬＣＤ基板などの処理
面に所望の微細パターン形状を施すために、処理室内に
導入された反応性ガスの高周波グロー放電を利用したプ
ラズマエッチング装置が広く使用されている。

【０００３】図１０には、かかるグロー放電を利用した
プラズマエッチング装置、いわゆる平行平板型のプラズ
マエッチング装置の典型例が示されている。図示のよう
に、従来の平行平板型プラズマエッチング装置１００
は、処理容器１０１内に被処理体を静電チャック１０２
により吸着保持可能な載置台１０３と、その載置台１０
３の載置面に対向して設けられた上部電極１０４とを備
えている。載置台１０３は、加熱装置１０５や冷媒ジャ
ケット１０６などの被処理体の温度を調整するための温
調手段を備えるとともに、高周波電源１０７からたとえ
ば１３．５６ＭＨｚの高周波を印加することにより下部
電極として作用するように構成されている。また上部電
極は中空に形成され、その下面、すなわち被処理体の処
理面に対向する面には複数の処理ガス噴出口１０８が穿
設され、図示しない処理ガス供給源よりＨＦガスなどの
処理ガスを処理容器１０１内に導入することが可能なよ
うに構成されている。そして、従来のプラズマエッチン
グ装置１００においては、処理ガス噴出口１０８は、載
置台１０３に載置される半導体ウェハＷの径よりも大き
い径の範囲にわたって上記上部電極１０４の下面に設け
られ、処理ガスが半導体ウェハＷの前面にわたって供給
されるように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な平行平板型プラズマ装置において、被処理体の処理面
に対して高いスループットで均一なプラズマ処理を施す
ためには、被処理体の処理面に全体にわたり均一な濃度
で反応性ガスを分布させるとともに、プラズマ処理によ
り生成した副生成ガスを被処理体の処理面から迅速かつ
均一な濃度で排気する必要がある。しかしながら、従来
のプラズマ装置のように、処理ガス噴出口を単に半導体
ウェハＷの径よりも大きい径の範囲にわたって配置する
のみでは、図６に示すように、原料ガスの濃度分布は被
処理体の処理面上において必ずしも均一で濃い分布を得
ることができず、また図７に示すように、副生成ガスが
濃い濃度分布で被処理体の処理面全体を覆い、好ましい
処理条件を達成することができなかった。

【０００５】この点、本願出願人は、同一出願人に係る
特願平４−３１０２７９号において、上部電極の処理ガ
ス噴出有効径を被処理体の径よりも小さくすることによ
り、処理ガスの噴出速度を上げて、エッチング形状を向
上させる構成を開示している。しかしながら、上記出願
時点では、処理ガス噴出有効径と被処理体の径との最適
な関係は未だ不明であり、最適な処理条件を達成するに
十分な構成を示すには至らなかった。そこで、かかる技
術的立脚点に立ち、本発明者らは鋭意努力の結果、本願
発明に想到したものであり、したがって、本発明の目的
とするところは、枚葉式装置でプラズマ処理を行う場合
に、高いエッチング速度での面内均一性を得ることが可
能であり、良好なコンタクトホール形状を得ることが可
能であり、かつ処理ガスの消費を最適に制御することが
可能な新規かつ改良された反応室の構造を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によれば、被処理体を載置可能な下部電極
と、その被処理体に対する対向面に複数の処理ガス噴出
口を備えた上部電極とを設けた処理室内にて、前記処理
ガス噴出口から供給される処理ガスをプラズマ化して被
処理体に対して処理を施すプラズマ処理装置において、
被処理体の処理面側の表面積に対する上部電極の処理ガ
ス噴出有効面積の割合が８０〜１００％、好ましくは８
５〜９５％、特に好ましくは９０％前後となるように構
成されていることを特徴とする、プラズマ処理装置が提
供される。そして、本発明によれば、上記構成を、被処
理体の径に対する上部電極の処理ガス噴出有効径の割合
でいえば、特に、９０％、すなわち、たとえば被処理体
の有効径がφ２００ｍｍに対してφ１８０ｍｍであるよ
うな構成が提供される。

【０００７】さらに本発明によれば、上記上部電極の処
理ガス噴出有効面積と圧力条件との関係についても明ら
かにされ、それによれば、被処理体の処理面側の表面積
に対する上部電極の処理ガス噴出有効面積の割合が、処
理室の圧力が常圧から減少するに応じて、８０〜１００
％、好ましくは８５〜９５％の間で少なくとも増加しな
いように選択される構成が提供される。

【０００８】

【作用】上記のように本発明は、被処理体の処理面側の
表面積に対する上部電極の処理ガス噴出有効面積の割合
が８０〜１００％、好ましくは８５〜９５％、特に好ま
しくは９０％前後となるように構成されているので、被
処理体の処理面に分布する処理ガス濃度および副生成ガ
ス濃度を最適に制御することが可能なので、最適なエッ
チング形状で、面内均一性に優れたプラズマ処理を高い
エッチング速度で実施することが可能である。

【０００９】すなわち、被処理体の処理面側の表面積に
対する上部電極の処理ガス噴出有効面積の割合が８０％
未満の場合には、図５に示すように、処理面上のガス速
度が高くなるため、図６に示すように、ウェハ中心部に
おいては十分な原料ガスが供給され原料ガスの濃度が高
くなり十分なエッチング速度を確保することができる
が、ウェハ周辺部において拡散によるガス供給が主体と
なるため十分な原料ガスが供給されず十分なエッチング
速度を確保できず、面内均一性に優れたエッチングを行
うことができなくなる。またエッチング形状に影響を与
える副生成ガスについては、図７に示すように、拡散に
よりウェハ周辺部に集まりその濃度を高めるため、面内
均一に優れたエッチング形状を得ることができない。

【００１０】これに対して、被処理体の処理面側の表面
積に対する上部電極の処理ガス噴出有効面積の割合が１
００％を超える場合には、図５に示すように、処理面上
のガス速度が低くなるため、ウェハ面上では拡散による
原料ガスの供給が主体となるため、図６に示すように、
ガス流によるガスと拡散によるガスが集中するウェハ周
辺部において原料ガスの濃度が高くなるため面内均一に
優れたエッチング速度でプラズマ処理を行うことができ
なくなる。また図７に示すように、副生成ガスについて
は、ウェハ周辺部において濃度が低くなるため、エッチ
ング形状についても良好な面内均一性を得ることができ
ない。

【００１１】この点、本発明に示すように、被処理体の
処理面側の表面積に対する上部電極の処理ガス噴出有効
面積の割合を８０〜１００％、好ましくは８５〜９５
％、特に好ましくは９０％前後に設定した場合には、図
６および図７に示すように、原料ガスおよび副生成ガス
の双方について、そのガス濃度が面内に均一に分布する
ため、エッチング速度およびエッチング形状の双方につ
いて良好な面内均一性を確保することが可能である。

【００１２】さらに、本発明によれば、処理室の圧力に
応じて、被処理体の処理面側の表面積に対する上部電極
の処理ガス噴出有効面積の割合を、８０〜１００％、好
ましくは８５〜９５％の間で最適に選択することが可能
である。すなわち、処理圧力が高ければ高いほど拡散の
影響が少なくなると考えられるので、上部電極の処理ガ
ス噴出有効面積の割合を大きくとることが好ましく、処
理圧力が低ければ低いほど拡散の影響が大きくなるの
で、上部電極の処理ガス噴出有効面積の割合を小さくす
ることが可能である。

【００１３】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら、本発明に基
づいて構成されたプラズマ処理装置を枚葉式のエッチン
グ装置に適用した一実施例について詳細に説明する。

【００１４】図１に示すエッチング装置１は、導電性材
料、たとえばアルミニウムなどから成る円筒あるいは矩
形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の底部にはセラミックなどの絶縁材３を介して、被
処理体、たとえば半導体ウェハＷを載置するための略円
筒状の載置台４が収容される。この載置台４は、アルミ
ニウムなどより形成された複数の部材をボルトなどによ
り組み付けることにより構成することが可能であり、そ
の内部には、冷却手段５や加熱手段６などの温調手段が
内設され、被処理体の処理面を所望の温度に調整するこ
とができるように構成されている。

【００１５】この冷却手段５は、たとえば冷却ジャケッ
トなどから構成され、この冷却ジャケット５には、たと
えば液体窒素などの冷媒を冷媒導入管７を介して導入可
能であり、導入された液体窒素は同冷却ジャケット５内
を循環し、その間に核沸騰により冷熱を生じる。かかる
構成により、たとえば−１９６℃の液体窒素の冷熱が冷
却ジャケット５から載置台４を介して半導体ウェハＷに
対して伝熱し、半導体ウェハＷの処理面を所望する温度
まで冷却することが可能である。なお、液体窒素の核沸
騰により生じた窒素ガスは冷媒排出管８より容器外へ排
出される。

【００１６】さらに載置台４には温調用ヒータなどの加
熱手段６が配置されており、この温調用ヒータ６は、た
とえば窒化アルミニウムなどの絶縁性焼結体にタングス
テンなどの導電性抵抗発熱体をインサートした構成で、
この抵抗発熱体が電力供給リード９によりフィルタ１０
を介して電力源１１から所望の電力を受けて発熱し、半
導体ウェハＷの処理面の温度を所望する温度まで加熱
し、温度制御を行うことが可能なように構成されてい
る。

【００１７】上記載置台４は、上面中央部が凸状にされ
た円板状で、この中央上面には、被処理体を保持するた
めのチャック部として、たとえば静電チャック１２が被
処理体である半導体ウェハＷと略同径大、好ましくはウ
ェハＷの径よりも若干小さい径で設けられている。この
静電チャック１２は、ウェハＷを載置保持する面として
ポリイミド樹脂などの高分子絶縁材料からなる２枚のフ
ィルム１２ａ、１２ｂ間に銅箔などの導電膜１２ｃを挟
持した静電チャックシートより構成されており、その導
電膜１２ｃは、電圧供給リード１３により、途中高周波
をカットするフィルタ１４、たとえばコイルを介して可
変直流電圧源１５に接続されている。したがって、その
導電膜１２ｃに高電圧を印加することにより、静電チャ
ック１２の上側フィルム１２ａの上面にウェハＷをクー
ロン力により吸着保持し得るように構成されている。

【００１８】また図１に示すように、上記載置台４の周
囲には、静電チャック１２上のウェハＷの外周を囲むよ
うに環状のフォーカスリング１６が配置されている。こ
のフォーカスリング１６は反応性イオンを引き寄せない
絶縁性の材料からなり、反応性イオンを内側の半導体ウ
ェハＷにだけ効果的に入射せしめるように作用するもの
である。

【００１９】そして上記載置台４には、中空に成形され
た導体よりなる給電棒１７が接続しており、さらに、こ
の給電棒１７にはブロッキングコンデンサ１８を介して
高周波電源１９が接続されており、プロセス時には、た
とえば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を上記給電棒１７
を介して上記載置台４に印加することが可能である。か
かる構成により上記載置台４は下部電極として作用し、
被処理体に対向するように設けられた上部電極１８との
間にグロー放電を生じ、処理容器内に導入された処理ガ
スをプラズマ化し、そのプラズマ流にて被処理体にエッ
チング処理を施すことが可能である。

【００２０】上部電極１８は、上記載置台４の載置面上
方に、これより約１０〜２０ｍｍ程度離間させて配置さ
れている。この上部電極は中空に形成され、その中空部
に処理ガス供給管１９が接続され、処理ガス源２０より
流量制御器（ＭＦＣ）２１を介して所定の処理ガス、た
とえばＣＦ₄などのエッチングガスを導入することが可
能である。さらに中空部の中程には、処理ガスの均一拡
散を促進するための多数の小孔が穿設されたバッフル板
２２が配置され、このバッフル板２１の下方には処理ガ
ス噴出口として多数の小孔２３が穿設された板部材から
なる処理ガス導入部２４が設置されている。

【００２１】図２には、この処理ガス導入部２４を下方
から見た概略が示されているが、図示のように、シャワ
ープレートとも称される、この処理ガス導入部２４は円
板状に成形され、その中央部に多数の小孔２３からなる
ガス噴出口が円状に配置されている。さらに、この処理
ガス導入部２４の周囲には、複数のボルト孔２５が円環
状に配置され、このボルトを介して上部電極１８に対し
て着脱可能なように構成されている。かかる構成によ
り、本発明に基づいて、処理するウェハＷの寸法に応じ
て、最適な処理ガス噴出有効径または処理ガス噴出有効
面積を有するシャワープレートを選択し、取り付けるこ
とにより最適なプロセスを実施することができる。

【００２２】なお本明細書において、処理ガス噴出有効
径とは、図２および図３に示すように、複数の処理ガス
噴出口が円状領域に配列される場合に、その円状領域の
外径Ｄ_Eをいうものとし、請求項１に記載の発明によれ
ば、この処理ガス噴出有効径Ｄ_Eが半導体ウェハ径Ｄ_Wに
対して９０％になるように構成されている。これに対し
て、処理ガス噴出有効面積とは、複数の処理ガス噴出口
が任意の面積範囲に配列される場合に、その面積範囲の
面積をいうものとする。たとえば、図４に示すように、
略矩形に形成されたＬＣＤ基板を処理する場合には、そ
のＬＣＤ基板の処理面側の表面積の８０〜１００％、好
ましくは８５〜９５％、特に好ましくは９０％前後の略
相似形の面積範囲に処理ガス噴出口を配列形成すること
により、本発明による優れた効果を享受することが可能
である。

【００２３】さらに上記処理容器２の下方には真空ポン
プなどからなる排気系に連通する排気口２６が設けられ
ており、処理室内を所定の圧力に、たとえば０．５Ｔｏ
ｒｒに真空排気することが可能である。また上記載置台
４と上記処理容器２の内壁との間には複数のバッフル孔
が穿設されたバッフル板２７が、上記載置台４を囲むよ
うに配置されている。このバッフル板２７は、プロテク
トリングあるいは排気リングとも称されるもので、排気
流の流れを整え、処理容器２内から処理ガスなどを均一
に排気するためのものである。

【００２４】また上記処理容器２の側部には被処理体搬
入出口２８が設けられ、この搬入出出口２８が図示しな
い駆動機構により自動開閉するゲートバルブ２９を介し
てロードロック室３０に連通している。そしてこのロー
ドロック室３０内には被処理体である半導体ウェハＷを
一枚ずつ処理容器２内に挿脱することが可能なハンドリ
ングアーム３１を備えた搬送機構３２が設置されてい
る。以上のように本実施例にかかるプラズマエッチング
装置は構成されている。

【００２５】次に本実施例にかかるプラズマエッチング
装置の優れた作用効果について、コンピュータシミュレ
ーションによる計算結果と実験データとを比較しながら
説明する。なお、半導体製造装置の最適設計について
は、一般に実験を通じて検証されるが、機器の製作期間
や費用などに制限を受けることがあり、必ずしも充分に
行えるとは限らない。このような場合コンピュータシミ
ュレーションが有効な検証手段となる。

【００２６】流体解析を目的としたシミュレーションで
は、流れが連続流ならば、ナビエ−ストークス（Navier
-Stokes）方程式を、自由分子流ならばボルツマン（Bol
tzmann）方程式を解くが、たとえばナビエ−ストークス
方程式で自由分子流領域の問題を計算すると、解の精度
が著しく低下する。したがってシミュレーションを行う
ときは対象問題における流れの状態に応じて方程式系を
選択する必要がある。この選択基準として、平均自由行
程とガス流路の代表的長さとの比で定義されるクヌーセ
ン（Knudsen）数があり、これが一定値より小さい場合
は連続流、大きい場合は自由分子流と判断する。汎用の
流体シミュレータはいずれかひとつの方程式系に基づい
ているので、実用上クヌーセン数は、対象問題であるシ
ミュレータで計算することの妥当性を判断したり、シミ
ュレータを使い分ける指標となる。

【００２７】エッチング反応を含むガス流動シミュレー
ションでは、速度や温度分布に加えて原料ガスおよび反
応による副生成ガスの濃度分布を計算する。このため、
ガス入口における初速度や反応室壁面の温度などの境界
条件の他に、原料ガス種の反応次数や活性化エネルギー
を実験データから求め、反応速度式を推定する。

【００２８】なお本実施例においては、ナビエ−ストー
クス方程式に基づいて汎用の流体シミュレータ、ＦＬＵ
ＥＮＴ［１］を用いた。ただし、実際のシミュレーショ
ンにあたっては、連続流とすべり流ではナビエ−ストー
クス方程式を用いればよいが、遷移流と自由分子流では
ボルツマン方程式を解かなければならず、この選択が不
適切である場合には、大きな誤差を含んだ結果となるお
それがある。そこでシミュレーションにあたっては、ク
ヌーセン数Ｋｎにより、対象問題がシミュレータで解析
可能かどうかを判断する必要がある。

【００２９】なおクヌーセン数Ｋｎは分子の平均自由行
程λと流路の高さなど代表的距離ｈの比で定義される無
次元数で、剛体球モデルの場合Ｋｎ＝λ／ｈで表され
る。そしてクヌーセン数が大きいほど希薄度が高く、そ
の大小により流れは次のように分類される。Ｋｎ＜０．０１連続流０．０１＜Ｋｎ＜０．１すべり流０．１＜Ｋｎ＜１０中間流１０＜Ｋｎ自由分子流

【００３０】したがって、Ｋｎ＝０．０１のオーダーま
での問題に対してはナビエ−ストークス方程式に基づい
て汎用の流体シミュレータ、ＦＲＵＥＮＴが使用できる
が、それ以上のＫｎに対しては、いわゆるＭＣＤＳ（Mo
nte Carlo direct simulation）法を用いなければなら
ないことがわかる。

【００３１】さて図１に示すような枚葉式装置では、シ
ャワープレート２４のガス吹き出し領域の直径（以下
「シャワー直径」という）がエッチング速度のウェハ面
内均一性やコンタクトホール形状などのエッチング特性
に影響を与えることが知られている。これはシャワー直
径によって反応室内部のガス流動状態や原料ガスと反応
副生成ガスの濃度バランスが変化するためと推測され
る。以下では、主反応がＳｉＯ₂ ＋ＣＦ₄ → ＳｉＦ₄ ＋ＣＯ₂ で表されるシリコン酸化膜のエッチング反応について、
２００ｍｍ（８インチ）ウェハに対してシャワー直径の
み変更した場合の特性変化を解析し、シミュレーション
結果を実験結果と対照してホール形状に影響する因子を
検討する。実際のエッチング反応は平行平板のＲＦプラ
ズマ中で進行するが、ここでは励起活性種の濃度が原料
および副生成物の濃度に比例するものと仮定してシミュ
レーションを行った。なおポリマー種の堆積反応は考慮
していない。

【００３２】シミュレーション条件を以下に示す。シャワー直径：１６０、１８０、２１０ｍｍ圧力：０．４５Ｔｏｒｒ温度：ウェハ３３３゜Ｋシャワープレート５２３゜Ｋガス組成：ＣＦ₄／ＣＨＦ₃／Ａｒ＝３０／３０／６
００ｓｃｃｍガス物性：混合系の平均物性値を温度の３次式で近
似

【００３３】上記条件より、Ｔ＝５２３゜Ｋで、Ｋｎ＝
０．００３となり、したがって反応室の流れは連続流で
あり、汎用シミュレータのＦＬＵＥＮＴの使用は問題な
いことがわかる。反応速度式については、実験データか
ら次式を仮定した。Ｒ＝ｋ［ＣＦ₄］^0.5 … （１）反応速度定数ｋはｋ＝１．３８０Ｅ−５

【００３４】図５は、ウェハ面上のガス速度分布を示す
グラフである。図示のように、ガス速度はウェハ中心か
らエッジに向かって一様に増加し、シャワー領域の外周
端付近でシャワープレートからの吹き出し速度に比例し
た最大値をとる。シャワー領域の外側でガスは一様に減
速するので、シャワー直径がウェハサイズに対して過
小、すなわち８０％未満であると、エッジ付近で原料ガ
スの供給と副生成ガスの排出に影響を与える可能性があ
る。

【００３５】図６は、ウェハ面上の原料ガスＣＦ₄の濃
度分布を示すグラフである。図示のように、ウェハ面上
の濃度はφ１６０が最大、φ２１０が最低であるが、そ
の差は約１％とわずかである。またウェハ面内の濃度差
はいずれも１％未満と小さい。したがって、シャワー直
径がウェハ面上の原料ガス濃度分布に与える影響は比較
的小さいとは云えるものの、シャワー直径がウェハサイ
ズに対して８０〜１００％の範囲、好ましくは８５〜９
５％、特に好ましくは９０％である場合に最適な原料ガ
ス濃度分布を示すことがわかる。

【００３６】図７は、ウェハ面上の副生成ガスＳｉＦ₄
の濃度分布を示す。ウェハ面上の濃度はφ１６０が最
低、φ２１０が最高で、中心付近でその差は約３０％で
ある。ウェハ面内の濃度差はφ１６０で最も大きく約２
０％である。これらはウェハ面上のガス速度分布に対応
しており、シャワー直径を小さくするとウェハ面上の副
生成ガス濃度が低くなるが、面内濃度差が大きくなる傾
向がある。そして、この図からも、シャワー直径がウェ
ハサイズに対して８０〜１００％の範囲、好ましくは８
５〜９５％、特に好ましくは９０％である場合に、最適
な副生成ガス濃度分布を示すことがわかる。

【００３７】図８に、シミュレーションと実験値とを比
較した結果を示す。ガス濃度はウェハ最近傍の値であ
る。図示の通り、シャワー直径が大きくなるとエッチン
グ速度が約５％低下するが、ＣＦ₄の濃度低下は１％以
下で、一方ＳｉＦ₄の濃度増加は約２６％である。式
（１）が成り立つとすると、ＣＦ₄の濃度変化がエッチ
ング速度に与える影響は０．５％未満である。このこと
からエッチング速度に影響を与えるのは主としてＳｉＦ
₄濃度であり、ＳｉＦ₄がエッチング反応を阻害する種に
密接に関係している考えられる。

【００３８】コンタクトホール形状の変化もエッチング
速度と同様に、主にＳｉＦ₄濃度の影響を受け、濃度が
高くなるほどテーパ角度が小さくなると考えられる。こ
の様子を図９に示す。図よりＳｉＦ₄濃度とテーパ角度
はほぼ直線的に変化する負の相関関係にあるといえる。
この理由は、ＣＨＦ₃の堆積反応によるコンタクトホー
ルの側壁保護効果と同様、ＳｉＦ₄にエッチング抑止効
果があり、濃度が高くなると、この効果が過剰に作用し
て側壁の成長を促進し、結果的にテーパ角度が小さくな
ると考えられる。

【００３９】以上のコンピュータシミュレーションおよ
び実験データより、本発明に示すように、被処理体の処
理面側の表面積に対する上部電極の反応ガス噴出有効面
積の割合を８０〜１００％、好ましくは８５〜９５％、
特に好ましくは９０％前後に構成することにより、原料
ガスであるＣＦ₄、およびエッチング速度に強い影響を
与える副生成ガスであるＳｉＦ₄の濃度分布を均一にす
ることが可能であり、高いエッチングレートでエッチン
グ形状に優れたエッチングを処理面全体にわたり均一に
実施することが可能である。

【００４０】なお上記実施例においては、原料ガスとし
てＣＦ₄ガスを使用した例を示したが本発明はこれに限
定されない。本発明は、気相材料であれば、あらゆる種
類の処理ガス、キャリアガス、パージガスなどに適用す
ることが可能である。また以上では本発明の好適な実施
例についてプラズマエッチング装置を例に挙げて説明を
したが、本発明はかかる構成に限定されない。本発明は
この他にも、処理室内に処理ガスを導入して処理を行う
各種装置、たとえばＣＶＤ装置、スパッタ装置、アッシ
ング装置などにも適用することが可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づい
て、被処理体の処理面側の表面積に対する上部電極の反
応ガス噴出有効面積の割合を８０〜１００％、好ましく
は８５〜９５％、特に好ましくは９０％前後に構成する
ことにより、原料ガスおよび副生成ガス、双方の面内濃
度分布を均一にすることが可能であり、したがって、上
記範囲で反応ガス噴出有効面積を選択することにより、
高いエッチングレートでエッチング形状に優れたエッチ
ングを処理面全体にわたり均一に実施することが可能で
ある。

【００４２】さらに、本発明によれば、処理室の圧力に
応じて、被処理体の処理面側の表面積に対する上部電極
の処理ガス噴出有効面積の割合を、８０〜１００％、好
ましくは８５〜９５％の間で最適に選択することが可能
である。すなわち、処理圧力が高ければ高いほど拡散の
影響が少なくなると考えられるので、上部電極の処理ガ
ス噴出有効面積の割合を大きくとることが好ましく、処
理圧力が低ければ低いほど拡散の影響が大きくなるの
で、上部電極の処理ガス噴出有効面積の割合を小さくす
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成されたプラズマ処理装置
をエッチング装置に適用した一実施例の概略的な断面図
である。

【図２】図１に示すエッチング装置のシャワープレート
の概略的な底面図である。

【図３】図１に示すエッチング装置のシャワープレート
と被処理体との関係を示す説明図である。

【図４】ＬＣＤ基板のような矩形の被処理体を処理する
場合のシャワープレートと被処理体との関係を示す説明
図である。

【図５】半導体ウェハ面上のガス速度分布を示す図表で
ある。

【図６】半導体ウェハ面上の原料ガスＣＦ₄の濃度分布
を示す図表である。

【図７】半導体ウェハ面上の副生成ガスＳｉＦ₄の濃度
分布を示す図表である。

【図８】ガス濃度とエッチング特性の関係を示す図表で
ある。

【図９】副生成ガス濃度とテーパ角度の関係を示す図表
である。

【図１０】従来のエッチング装置の概略を示す図表であ
る。

【符号の説明】

１処理装置２処理容器４載置台（下部電極）１８上部電極２０処理ガス源２２バッフル板２３処理ガス噴出口２４シャワープレート２６排気管

フロントページの続き (72)発明者飯室俊一山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者西村栄一山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体を載置可能な下部電極と、その
被処理体に対する対向面に複数の処理ガス噴出口を備え
た上部電極とを設けた処理室内にて、前記処理ガス噴出
口から供給される処理ガスをプラズマ化して被処理体に
対して処理を施すプラズマ処理装置において、前記被処
理体の径に対する前記上部電極の前記処理ガス噴出有効
径の割合が９０％となるように構成されていることを特
徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】被処理体を載置可能な下部電極と、その
被処理体に対する対向面に複数の処理ガス噴出口を備え
た上部電極とを設けた処理室内にて、前記処理ガス噴出
口から供給される処理ガスをプラズマ化して被処理体に
対して処理を施すプラズマ処理装置において、前記被処
理体の処理面側の表面積に対する前記上部電極の前記処
理ガス噴出有効面積の割合が８０〜１００％となるよう
に構成されていることを特徴とする、プラズマ処理装
置。
【請求項３】前記被処理体の処理面側の表面積に対す
る前記上部電極の前記処理ガス噴出有効面積の割合が、
前記処理室の圧力が常圧から減少するに応じて、８０〜
１００％の間で少なくとも増加しないように選択される
ことを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ処理装
置。
【請求項４】被処理体を載置可能な下部電極と、その
被処理体に対する対向面に複数の処理ガス噴出口を備え
た上部電極とを設けた処理室内にて、前記処理ガス噴出
口から供給される処理ガスをプラズマ化して被処理体に
対して処理を施すプラズマ処理装置において、前記被処
理体の処理面側の表面積に対する前記上部電極の前記処
理ガス噴出有効面積の割合が８５〜９５％となるように
構成されていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項５】前記被処理体の処理面側の表面積に対す
る前記上部電極の前記処理ガス噴出有効面積の割合が、
前記処理室の圧力が常圧から減少するに応じて、８５〜
９５％の間で少なくとも増加しないように選択されるこ
とを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ処理装置。