JPH08311666A

JPH08311666A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JPH08311666A
Application number: JP12110495A
Authority: JP
Inventors: Tetsunori Kaji; 哲徳加治; Tatsumi Mizutani; 巽水谷; Saburo Kanai; 三郎金井; Koichi Okamura; 浩一岡村; Satoru Ito; 哲伊東; Ryoji Hamazaki; 良二濱崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-11-26
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3218917B2

Abstract

(57)【要約】【構成】高周波発生源１と減圧可能な処理室４と、処理
室にガスを供給する処理ガス供給装置１３と、ウェハ１
１を保持する試料台１０と、真空排気装置９より成るプ
ラズマ処理装置において、処理室４が金属製の外筒５
と、その内側に介して配置された内筒６とを備え、内筒
６とサポート３２との間の熱伝導が、内筒６自身の熱伝
導のより小さくなる様に構成する。【効果】プラズマから内筒への入熱量の内、サポート側
に逃げる量が少ないため、内筒の温度を容易に２００℃
以上にすることができるため、内筒への付着物が減少
し、発塵量が低下すると共に、壁へのエッチャントの消
費が少なくなり、プラズマ処理時の処理性能が向上しか
つ特性が安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置及び
プラズマ処理方法に係り、特に試料にエッチングやＣＶ
Ｄ等のプラズマ処理を施すのに好適なプラズマ処理装置
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】従来のプラズマ処理装置としては、例え
ば、文献半導体プラズマプロセス技術（菅野卓雄編
著、産業図書発行、（１９８０）、Ｐ１３９）に記載の
様に、マイクロ波プラズマ処理装置を用い、マイクロ波
を伝播する導波管内に石英製の放電室を有し、放電室外
部に配置したコイルより生じられる外部磁場とマイクロ
波電界の作用により、放電室内でプラズマを生成させる
様になっていた。そして、該プラズマを利用して半導体
ウェハの表面にエッチング等の処理を施すことが可能と
なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のような
マイクロ波エッチング処理装置では、マイクロ波を導く
と共に、外部磁場を処理室内に導入するために、処理室
として、導波管となる非磁性でかつ導電性の材料が必要
である。そのため、一般には処理室の壁材料として、ア
ルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）の金属が
用いられる。

【０００４】但し、典型的なプラズマエッチングプロセ
スの条件として、上記文献に記載されていることからも
明らかな通り、プラズマ処理時の温度は、約１０℃〜約
７０℃という比較的低温の範囲に限定されている。

【０００５】一方、ＣｎＦｍないしはＣｘＦｇＨｚ系ガ
スを用いて、酸化膜や窒化物等の絶縁物のプラズマ処理
を行う場合には、チャンバ壁の温度を上昇させることに
より、チャンバ表面上のエッチャントの付着や堆積物を
減少させ、下地との選択性や処理速度が向上することが
報告されている。通常チャンバ壁を１５０℃程度に加熱
することは、比較的容易であるが、２００℃を過えて制
御しようとすると、真空封止用Ｏリングの耐熱性等によ
り困難となる。

【０００６】本発明の目的は、比較的簡単な構造にてチ
ャンバ壁の温度を２００℃以上に制御できる様にする事
により、プラズマ処理特性を向上させるプラズマ処理装
置及びプラズマ処理方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、前記処理室の一部を構成する減圧に耐える外筒と、
該外筒の内側に隙間を介して配置された内筒と、該内筒
と外筒間の熱伝導を少なくする手段とを備えたものであ
る。

【０００８】また、前記プラズマ処理装置により、試料
をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、前記内
筒の温度を２００℃以上の高温に保持しながら、前記試
料をプラズマ処理するものである。

【０００９】

【作用】外筒と内筒との間の熱伝導を少なくする手段に
より、プラズマから入射される熱で内筒の温度を２００
℃以上に容易に上昇させることができる。このため、内
筒壁に付着するエッチャントや、堆積物を少なくでき、
プラズマ処理速度の上昇と、下地との選択比の向上、並
びに塵埃の減少をもたらすことができる。

【００１０】また、外筒と内筒間にガスを封入し、その
圧力を制御することにより、内筒の温度を２００℃以上
の所望のパターンに制御することも可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図５を用
いて説明する。まず、図１は、本発明の一実施例になる
マイクロ波プラズマ処理装置の一部を縦断面した正面図
であり、図２にその要部拡大図を示す。図１において、
１はマイクロ波の発振源としてのマグネトロン、２はマ
イクロ波の導波管である。３は、処理室４を真空封止し
マイクロ波を処理室４に供給するための石英板である。
処理室４は、例えば純度の高いアルミニウム（Ａｌ）で
作られた外筒５と、その内側に配置されたアルミニウム
（Ａｌ）等で作られた内筒６によって構成されている。
処理室４の内面は絶縁物、外部は導電物であるため、処
理室４は導波管の役目もしている。７は磁場を供給する
第一のソレノイドコイル、８（８Ａ，８Ｂ）は、磁場を
供給する第二のソレノイドコイルである。処理室４は、
真空室９に接続された真空ポンプにより真空排気され
る。１０は、エッチング等の処理を行うウェハ１１を載
置する試料台であり、高周波電源１２が接続されてい
る。１３は処理ガス供給系であり、処理室４内にエッチ
ング、成膜等の処理を行う処理ガスを供給し、排気装置
１４により排気される。

【００１２】内筒６はサポート３２に支持されている。
新しいものに交換するために、外筒５に対して着脱自在
に支持されている。

【００１３】なお、図１では、試料台１０の表面に絶縁
体もしくは半導体の膜を形成に、その上にウェハ１１を
載置し、静電チャック電源１５からの電圧により、ウェ
ハ１１を試料台１０に静電的に吸着させた例を示す。

【００１４】処理室４は、通常０.１ミリトールから１
００ミリトール程度の比較的低い圧力に設定するため、
外筒５と内筒６間に隙間（例えば０.１ミリ〜２ミリ）
を設けておけば、この間の熱の伝達はほとんどない。従
って、プラズマ等から内筒６に加えられた熱のほとんど
は、サポート３２を経由して外筒に逃げる。内筒６の温
度を２００℃以上、好ましくは２５０℃以上に上げるた
め、内筒６とサポート３２との間の接触面積を、内筒６
の断面積の1/10以下、好ましくは1/100以下にする。図
２、ａ），ｂ）に内筒６とサポート３２の構成例を示
す。内筒６とサポート３２との接触面積を減じるため、
内筒６もしくはサポート３２に突起を設けている。円筒
６とサポート３２の両方に穴起を設けると、接触面積を
更に減少することもできる。なお、図３に示す様に、内
筒６の材質の熱伝導率の1/10以下好ましくは1/100以下
のセラミックスや石英ガラス等の低熱伝導材料１６を介
してサポート３２に設置しても図２と同じ効果が得られ
る。

【００１５】図２、ａ）の内筒６を用い、プラズマ処理
した時の内筒の温度変化例を図４に示す。図４におい
て、まず円筒６内面のクリーニングと温度上昇のため１
０分間のクリーニング処理を行う。この時は酸素主体の
ガスを用い、マイクロ波電力として１ｋＷ〜３ｋＷを用
い、チャンバ内の昇温と、壁への付着物の除去を行う。
マイクロ波電力を大きくする程、クリーニング時間を短
くできる。このため、ウェハ処理時よりマイクロ波電力
を大きくする方が好ましい。次に、エッチング処理時と
同じガスで、同じマイクロ波パワーのプラズマを発生さ
せ、エッチング処理１枚目から特性が一定となる様、５
分〜２０分間程度のシーズニング処理を行う。シーズニ
ング処理時には、処理ウェハに近い特性のダミーウェハ
（例えばホトレジスト付ウェハ）を用いた方が好まし
い。クリーニング時やシーズニング時に内筒６の温度が
所望温度になった事を確認するために、内筒６に温度セ
ンサを設置することが好ましい。温度センサにて内筒６
の温度を検出し、クリーニング時間やシーズニング時間
を変更することにより、１枚目の処理ウェハより常に所
定温度に精度よく制御することが可能となる。

【００１６】なお、図５に示す様に内筒６とサポート３
２間にガスの流出を減少させるガス封止材（例えばＯリ
ング）１７を設置し、伝熱ガス源１８からの伝熱ガス
（例えばヘリウム等の希ガス）を外筒５と内筒６との間
に封入できる様にし、この伝熱ガスの圧力を制御するこ
とにより、内筒６を所定の温度に制御することもでき
る。内筒６に温度センサを設置し、外筒５に加熱もしく
は冷却機構をもたせると、さらに精度の良い制御が可能
となる。

【００１７】上述の内容は、実施例としてマイクロ波と
磁場とを用いた装置について述べてきたが、本発明は、
何らこれらに限定されるものでなく、外部の誘導コイル
からの数十ＫＨｚ〜数百ＭＨｚの電磁波電力でプラズマ
を発生させる装置や、これに磁場を加えた装置、プラズ
マ中に２つの電極を設置した装置等、プラズマにてウェ
ハを処理する装置には共通して適用可能なことはもちろ
んである。

【００１８】内筒の材質としては、温度の均一性を良く
し、重金属汚染をさけるためアルミニウムやアルミニウ
ム合金などの金属やＳｉＣ等の高熱伝導性を有するセラ
ミックが好ましい。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、内筒の温度を２００℃
以上に容易に上昇させることができると共に、内筒に温
度センサを設置すれば内筒の温度を精度よく制御するこ
とも可能となる。このため、プラズマ処理時の塵埃の減
少や処理性能の向上、処理性能の安定化が可能なプラズ
マ処理装置及び方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるマイクロ波プラズマ処
理装置の一部を縦断面した正面図である。

【図２】本発明に用いる内筒とサポートとの例を示す説
明図である。

【図３】本発明に用いる内筒の他の例を示す説明図であ
る。

【図４】内筒の温度変化例を示す説明図である。

【図５】本発明の他の実施例によるマイクロ波プラズマ
処理装置の一部を縦断面した他の正面図である。

【符号の説明】

１…マグネトロン、２…導波管、３…石英板、４…処理
室、５…外筒、６…内筒、７…第一のソレノイドコイ
ル、８…第二のソレノイドコイル、１０…試料台、１１
…ウェハ、１２…バイアス電源、１３…処理ガス供給
系、１４…排気装置、１５…静電チャック電源、１６…
低伝熱材料、１７…ガス封止材、１８…伝熱ガス源、３
２…サポート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡村浩一山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者伊東哲山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者濱崎良二山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波発生源と、減圧可能な処理室と、処
理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料を保持
する試料台と、真空排気装置より成るプラズマ処理装置
において、前記処理室の一部を構成する減圧に耐える外筒と、該外
筒の内側に隙間を介して配置された内筒と、該内筒のサ
ポートとを具備し、前記内筒とサポート間の熱伝導を、
内筒自身の熱伝導に比べ小さく構成したことを特徴とす
るプラズマ処理装置。
【請求項２】前記内筒とサポートとの間の接触面積が、
内筒の断面積の1/10以下であることを特徴とする請求項
１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記内筒とサポート間に、内筒の材質の熱
伝導率の1/10の材質を設置することを特徴とする請求項
１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】高周波発生源と、減圧可能な処理室と、処
理室にガスを供給する処理ガス供給装置と、試料を保持
する試料台と、真空排気装置を備え、前記処理室の一部
を構成する減圧に耐える外筒と、該外筒の内側に隙間を
介して配置された内筒と、内筒のサポートとを有し、内
筒とサポート間の熱伝導を内筒自身の熱伝導に比べ小さ
くする手段を設けたプラズマ処理装置により、試料をプ
ラズマ処理する方法であって、前記内筒温度を200℃以上の所定の範囲に保持しなが
ら、前記試料をプラズマ処理することを特徴とするプラ
ズマ処理方法。
【請求項５】前記内筒の温度を検知する工程を設け、試
料をプラズマ処理する前にプラズマを発生させる期間を
設け、該内筒温度がこの期間に所定の範囲になる様、高
周波電源の出力値もしくは、高周波電源の出力期間を制
御することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理
方法。
【請求項６】前記内筒の温度を検知する工程と、内筒と
外筒との間のガスの流出を減じる工程とを設け、試料を
プラズマ処理する前にプラズマを発生する期間を設け、
該内筒の温度がこの期間に所定の範囲になる様、内筒と
外筒間のガス圧を制御することを特徴とする請求項４に
記載のプラズマ処理方法。