JPH08321492A

JPH08321492A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH08321492A
Application number: JP8064097A
Authority: JP
Inventors: Hitoaki Sato; 仁昭佐藤; Takamitsu Kanekiyo; 任光金清; Katsuyoshi Kudo; 勝義工藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、プラズマ処理時の反応生成物
または、ガスの反応生成物の付着箇所を温度制御し、異
物発生が少なく高歩留りが可能な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。【解決手段】プラズマ処理ガスが処理室１０に供給され
ると共に、所定圧力が保持されるプラズマ発生室と、該
プラズマ発生室に被処理物を載置する試料台１１と、前
記プラズマ発生室を減圧排気する排気機構１６を有する
プラズマ発生室内面壁部に、温度制御装置３４，３５を
有する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理方法
及び装置に係わり、特に半導体素子基板等の試料をプラ
ズマ処理するのに好適なプラズマ処理方法及び装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子基板等の試料をプラズマ処理
する技術として、従来、例えば、特開平０３ー１６７８
２５号公報に記載のような技術が知られている。該公報
には、プラズマの発生する処理室の温度制御を側壁部の
みに限定し、且つ、エッチング後の反応生成物について
のみについて記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、処理
室内側壁部のみに付着する反応生成物についてのみ有効
であり、電極、つまり、試料台の下部、処理室内底面
部、排気配管等にプラズマ処理時付着する反応生成物ま
たは、ガスの反応生成物については、何等考慮されてい
ない。

【０００４】つまり、反応生成物は、試料台下部、処理
室内底面部、排気配管等にも付着し、プラズマ処理時そ
れらへの堆積とともに剥がれが生じ異物の原因となり試
料の歩留りにも大きく影響する。

【０００５】本発明の目的は、プラズマ処理時の反応生
成物またはガスの反応生成物（以下、反応生成物と略）
の付着箇所を温度制御し、異物発生が少なく高歩留りが
可能なプラズマ処理方法及び装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、反応生成物が、試料より上部箇所には固体化しない
温度に温度制御し、さらに試料より下部の箇所（試料台
下部、処理室内底面部、排気配管など）には固体化する
温度に温度制御することにより、達成される。

【０００７】本発明は、例えば、プラズマの発生する処
理室内側面（プラズマ発生部）の試料上部箇所には、一
定温度、すなわち、反応生成物が昇華する温度に設定
し、試料台下部、処理室内底面部、排気配管等は反応生
成物が、固体化する温度に設定する。これにより試料よ
り上部箇所への反応生成物の付着は無くなり、試料の被
処理面上への異物落下が抑制される。また、反応生成物
及び処理室内で浮遊している異物（以下、浮遊異物と
略）は、試料台下部、処理室内底面部、排気配管等に吸
着・補足され、真空を保持している間は、常時、反応生
成物が、固体化する温度に設定しているため、異物の剥
離、剥離した異物の巻き上げを抑制できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図を用
いて説明する。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概略構成を示すその主要部の縦
断面図である。

【０００９】図１で、処理室１０は、その上部構成要素
として石英製の放電管１４を備えている。処理室１０に
は、処理室１０内にエッチング用ガスを供給するガス供
給源（図示省略）につながるガス供給口１５が設けてあ
り、また真空排気装置（図示省略）につながる排気口１
６が設けてある。また、処理室１０には試料、例えば、
半導体素子基板（ウェハ）１３を配置する試料台１１が
設けてある。試料台１１には、高周波電源１２が接続し
てあり、試料台１１には高周波電力を印加できる。放電
管１４の外側には、放電管１４を囲んで導波管１７が設
けてあり、その外側には放電管１４内に磁界を発生させ
るソレノイドコイル１９が設けてある。ここで、処理室
１０の放電管１４には温度制御装置Ｉ３４が設けられて
いる。導波管１７の端部にはマイクロ波を発振するマグ
ネトロン１８が設けてある。また処理室１０内の試料台
下部、処理室内底面部、排気配管等にも温度制御装置II
３５が備えられている。

【００１０】温度制御装置Ｉ，II３４，３５は、処理室
内側面または、壁内に取り付けられた温度センサ−３
６，３７により、処理室内側面の温度を所望の温度に管
理、コントロ−ルすることができるとともに、且つ温度
のコントロ−ル箇所を複数設け、加熱、冷却領域を任意
に設定できる。

【００１１】このような構成によるプラズマ処理装置で
は、ガス供給口１５から処理室１０内にエッチング用処
理ガスを供給するとともに、処理室１０内を所定の圧力
に減圧、排気する。そして、導波管１７によってマグネ
トロン１８からのマイクロ波を放電管１４内に導入する
とともに、ソレノイドコイル１９によって磁界を形成
し、マイクロ波の電界とソレノイドコイル１９による磁
界との相互作用によって放電管１４内の処理ガスをプラ
ズマ化する。さらに、高周波電源１２によって試料台１
１に高周波電力を印加しバイアス電圧を生じさせ、プラ
ズマ中のイオンをウェハ１３側に引き込みウェハ１３を
異方性加工する。この時エッチングにより生じた反応生
成物は、試料台側面，下部、処理室内底面部、排気配管
の経路で排気される。

【００１２】次に、温度制御装置Ｉ，II３４，３５の温
度制御域を表１に示す。表１において、処理室１０のプ
ラズマ発生部に対応する側壁部は、１００〜４００℃に
昇温され、それ以外の試料台側面、試料台下部、処理室
内底面部、排気配管部等は−２００〜１００℃に冷却さ
れて所望の温度領域に温度制御される。

【００１３】

【表１】

【００１４】以下、この温度制御を図２により説明す
る。図２はエッチングガスと反応生成物の蒸気圧曲線
で、Ａｌ配線材料での一実施例を示す。

【００１５】図２において、Ａｌ配線をガスＢＣｌ３と
Ｃｌ２で処理した場合、反応生成物はＡｌＣｌ３として
揮発、排気される。

【００１６】例えば、反応生成物ＡｌＣｌ３は、エッチ
ング圧力が１Ｔｏｒｒの時１００℃以下で固体となる。
つまり、図１のプラズマ処理装置で処理室内側面が１０
０℃以下の時反応生成物が堆積することが分かる。

【００１７】従って、この条件で連続してプラズマ処理
を行った場合、堆積物が剥がれ処理室内の異物となる。
しかしながら、本実施例では、処理室内側面を１００℃
以上に設定、かつ試料台下部、処理室内底面部、排気配
管等を−１００℃以下に設定することにより、処理室内
側面への反応生成物の付着がなく、反応生成物を試料台
下部、処理室内底面部、排気配管等に選択的に付着させ
ることができ、ウェハの被エッチング面上への異物落
下、処理室底面からの異物巻き上げを抑制できる。

【００１８】また、その他の配線材料に対しても、処理
室、試料台側面，下部、処理室内底面部、排気配管等を
適正な温度条件に設定することにより、同様の効果が得
られる。

【００１９】図３に図１に示すプラズマ処理装置の制御
シ−ケンスを示す。図３で、ウェハ搬入前から、温度制
御装置Ｉ３４は、処理室内側壁部を温度制御し、また、
温度制御装置II３５は、試料台側面，下部、処理室内底
面部、排気配管等を温度制御する。そして、ウェハ搬入
後通常のエッチングシ−ケンスを実施する。プラズマ処
理後に装置を大気開放し、クリ−ニングを行う際は、温
度制御装置Ｉ，II３４，３５をそれぞれｏｆｆすること
により、通常の清掃が可能となる。

【００２０】つまり、温度制御装置Ｉ３４の作動が開始
され、処理室１０は加温される。該加温で処理室１０の
温度は上昇し、そして上記所定温度に制御される。一
方、温度制御装置II３５の作動が開始され、試料台１１
下部、処理室１０内底面部、排気配管等は冷却される。
該冷却で試料台１１下部、処理室１０内底面部、排気配
管等の温度は下降し、そして上記所定温度に制御され
る。

【００２１】次に、図示を省略したウェハ搬送装置によ
り、ウェハ１３が、この場合、１個処理室１０内に搬入
される。搬入されたウェハ１３は、試料台１１の試料載
置面に被エッチング面を上向き姿勢として該試料載置面
にウェハ搬送装置から渡されて載置される。試料載置面
に載置されたウェハ１３は、該状態で試料台１１に保持
される。

【００２２】尚、上記操作後、または、それ以前に処理
室１０内の減圧排気が実施される。真空排気装置を作動
させることで、処理室１０内は、排気弁、可変低抗弁
（図示省略）が設けられた排気配管を介して真空排気さ
れる。真空排気される処理室１０内の圧力は、可変低抗
弁を調節することで所定の圧力に減圧される。

【００２３】次に、所定のエッチング用ガスが、ガス供
給源からガス供給口１５を経て処理室１０内に供給され
る。処理室１０内へのエッチング用ガスの供給量は、例
えば、ガス流量制御装置（図示省略）により所定流量に
制御される。

【００２４】次に、処理室１０内に供給されたエッチン
グ用ガスの一部は、真空排気装置により処理室１０外に
排気され、これにより、処理室１０内の圧力は、所定の
エッチング処理圧力に制御される。

【００２５】次に、マグネトロン１８，ソレノイドコイ
ル１９が作動開始される。これらより、処理室１０内の
エッチング用ガスはプラズマ化される。そして、試料台
１１に保持されているウェハ１３の被エッチング面は、
該プラズマによりエッチング処理される。一方、高周波
電源１２が作動させられ、試料台１１には高周波電力が
印加される。これによりウェハ１３には、バイアスが印
加される。該バイアス印加状態で、ウェハ１３の被エッ
チング面はエッチング処理される。

【００２６】このようにしてウェハ１３のエッチング処
理が完了した時点で、処理室１０内へのエッチング用ガ
スの供給、高周波電源１２，マグネトロン１８，ソレノ
イドコイル１９の作動がそれぞれ停止される。該状態
で、処理済みのウェハ１３は、試料台１１の試料載置面
からウェハ搬送装置に渡され、そして、ウェハ搬送装置
により処理室１０外へ搬出される。その後、新たなウェ
ハ１３がウェハ搬送装置により処理室１０内に１個搬入
され、引続き上記の操作が実施される。一方、温度制御
装置Ｉ，II３４，３５の作動は、引続き継続され、これ
により各部位の温度は、上記の所定温度に継続制御され
る。しかし、場合によっては、ウェハーウェハの処理間
に温度制御装置Ｉ，II３４，３５の作動を、一旦、停止
するようにしても良い。例えば、ウェハ処理の中断時間
が、装置の故障等何等かの理由で長時間及ぶ場合、その
日の作業が終了した場合等に、該停止は実施される。ま
た、処理室１０内を大気に開放し処理室１０内部をクリ
ーニング作業する場合にも、温度制御装置Ｉ，II３４，
３５の作動が停止される。特に温度制御装置II３５の作
動を停止することで、処理室１０内大気開放時の空気中
の水分等の不純物の冷却部位への吸着を防止することが
でき、処理室１０内の再排気時の不都合（排気時間の長
時間化，圧力不到達等）を排除できる。

【００２７】尚、温度制御装置Ｉ，II３４，３５での各
部位の制御温度は、ウェハ１３の膜質、つまり、配線材
料，エッチング用ガス種に支配される。

【００２８】そこで、エッチング処理されるウェハ１３
の情報である配線材料、及び該材料に応じたエッチング
用ガス種が、例えば、オペレータにより上位制御装置
（図示省略）に入力される。該入力により上位制御装置
から温度制御装置Ｉ，II３４，３５にそれぞれ制御信号
が出力され、これにより温度制御装置Ｉ，II３４，３５
での各部位の温度制御が実施される。

【００２９】このような温度制御は、オペレータが、ウ
ェハ１３の情報を、例えば、タッチ・パネル入力するこ
とで実施され、また、ウェハ１３の情報を何等かの手段
で読み込み上位制御装置または直接に温度制御装置Ｉ，
II３４，３５に入力することで実施される。

【００３０】このようにすることで、各部位の温度は、
所定温度に確実に制御され、結果としてウェハ歩留まり
を安定・確実に向上させることができる。

【００３１】尚、特に温度制御装置II３５で冷却された
部位（冷却部位）のメンテナンスは、次のようにして実
施される。

【００３２】すなわち、冷却部位への反応性生物の選択
的付着により、該部位には、付着物が堆積する。該堆積
物の、例えば、厚さが、排気抵抗の増大、剥離による異
物発生を生じる厚さに達した時点、または、それ以前に
メンテナンスが実施される。この場合、温度制御装置II
３５での冷却部位の冷却は停止される。そして、該冷却
部は、加温され付着した堆積物の昇華温度に昇温させら
れる。該昇温で、付着した堆積物は昇華し真空排気装置
を作動させることで処理室１０外へ排気される。該昇華
作業が終了した時点で冷却部位の加温は停止され、温度
制御装置II３５での冷却そして温度制御が実施される。
冷却部位の加温は、加温装置（図示省略）を追加・付設
して実施しても良いし、温度制御装置II３５を冷却と加
温の両機能を有するものとし該機能を切り替えて実施す
るようにしても良い。

【００３３】該冷却部位のメンテナンスは、処理室１０
内を大気に開放してクリーニングする場合、処理室１０
内の大気開放前に実施され、また、処理室１０内を大気
に開放せずにプラズマ等によりクリーニングする場合、
クリーニング前またはクリーニング処理中に実施され
る。該クリーニング処理中にメンテナンスを実施する場
合であって、かつ、付着した堆積物をクリーニングで冷
却部位から除去できる場合、冷却部位の上記加温を実施
する必要はない。

【００３４】このような実施例においては、次のような
効果を得ることができる。つまり、処理室内側壁部を加
熱する技術にあっては、エッチング処理で生じる反応生
成物の該側壁部への付着・堆積は、前記したように防止
できる。更に該技術を適用し、試料台下部、処理室内底
面部、排気管等を加熱するようにした場合、該部位への
反応生成物の付着・堆積を防止できる。

【００３５】しかしながら、このような技術では、処理
室内に浮遊する異物を取り除くことができないため、浮
遊異物によるウェハ歩留まりの低下を防止することがで
きない。この欠点は、半導体素子の容量が、６５Ｍ，２
５６Ｍと大容量化するにつれ大きくクローズ・アップさ
れる。また、反応生成物の大部分を処理室外へ真空排気
するため、該反応生成物により真空排気装置，真空排気
弁，可変抵抗弁等の真空排気系が損傷を受けるといった
問題が有る。該問題は、反応生成物が腐食性物の場合、
より深刻なものとなる。

【００３６】一方、例えば、試料台下部、処理室内底面
部、排気管等を冷却し、該冷却部位に反応生成物を吸着
させる技術の採用も考えられる。

【００３７】しかしながら、該技術にあっては、処理室
内底面部等の冷却により処理室内側壁部の温度が、反応
生成物の気化温度以下の温度に低下し、そのため、処理
室内側壁部に反応生成物，浮遊異物が付着・堆積するよ
うになる。処理室内側壁部は、エッチング処理されるウ
ェハの被エッチング面より比較上部に位置する関係か
ら、該側壁部での反応生成物の付着・堆積はウェハ歩留
まり観点で極めて不都合なものとなる。つまり、該付着
・堆積物は、処理室内側壁部から剥離し、異物となりウ
ェハ歩留まり低下を招く主要因となる。

【００３８】これらに対し、本実施例では、処理室内側
壁部を反応生成物が付着しない温度に加温し、これと共
に、試料台下部、処理室内底面部、排気管等を反応生成
物が吸着・付着する温度に冷却するようにしているの
で、結果として異物の発生を防止でき、ウェハ歩留まり
向上させることができる。

【００３９】つまり、本実施例は、エッチング処理され
るウェハの被エッチング面より比較上部に位置する処理
室内側壁部での反応生成物の付着を抑制し、処理室内側
壁部での付着を抑制された反応生成物を含む反応生成
物，浮遊異物を、ウェハの被エッチング面より比較下部
に位置する試料台下部、処理室内底面部、排気管等に積
極的に吸着・補足するといった概念を有するものであ
り、異物の発生の防止、それによるウェハ歩留まり向上
に極めて有効である。

【００４０】また、試料台下部、処理室内底面部、排気
管等の特定の部位に反応生成物を積極的に吸着・補足す
るようにしているので、クリーニング，取替え，ベーク
・アウト等で付着・堆積物を定期的に、そして、容易に
取り除くことができ、処理装置のメンテナンス性を向上
させることができる。

【００４１】更に、反応生成物，浮遊異物を真空排気系
に影響を及ぼさない範囲で吸着・補足するので、反応生
成物，浮遊異物により真空排気系が損傷を受けるといっ
た問題もなくなる。

【００４２】さらに、本発明を適用出来る装置は、上記
一実施例以外に図４〜図７に示す装置構成においても同
様に適用出来る。

【００４３】図４は本発明を、平行平板型プラズマエッ
チング装置へ適用した他の実施例をを示す説明図であ
る。図４の装置において、温度制御装置３４を３分割
（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）して真空容器３８のプラズ
マ発生領域をそれぞれの所望温度に昇温し、さらに試料
台側面，下部、処理室内底面部、排気配管等を温度制御
装置３５で所望温度に冷却することにより、図１の実施
例と同様に処理室内側面への反応生成物の付着がなく、
反応生成物を試料台下部、処理室内底面部、排気配管等
に選択的に付着させることができ、被処理物上への異物
落下、処理室底面からの異物巻き上げを抑制出来る効果
がある。

【００４４】図５は本発明を、外部エネルギ−供給放電
方式のうち、誘導結合型放電方式の装置へ適用した他の
実施例を示す説明図である。図５の装置において、真空
容器３８のプラズマ発生領域部に温度制御装置３４を設
けて処理室内側面を所望温度に昇温し、さらに試料台側
面，下部、処理室内底面部、排気配管等を温度制御装置
３５で所望温度に冷却することにより、図１の実施例と
同様の効果がある。

【００４５】図６は本発明を、平行平板型プラズマエッ
チング装置へ適用した他の実施例をを示す説明図であ
る。図６の装置において、内部エネルギ−供給放電用の
電極以外は図４の装置と同一である。つまり、図６の装
置においても、温度制御装置３４を３分割（３４Ａ，３
４Ｂ，３４Ｃ）して真空容器３８のプラズマ発生領域を
それぞれの所望温度に昇温し、さらに試料台側面，下
部、処理室内底面部、排気配管等を温度制御装置３５で
所望温度に冷却することにより、図１の実施例と同様の
効果がある。

【００４６】図７は本発明を、外部エネルギ−供給放電
方式のうち、マイクロ波放電方式の装置へ適用した他の
実施例を示す説明図である。図７の装置において、真空
容器３８のプラズマ発生領域部に温度制御装置３４を設
けて処理室内側面を所望温度に昇温し、さらに試料台側
面，下部、処理室内底面部、排気配管等を温度制御装置
３５で所望温度に冷却することにより、図１の実施例と
同様の効果がある。

【００４７】また、上記各実施例には、異物の電荷につ
いて述べていないが、浮遊塵埃が電荷を帯びていること
は十分考えられ、その対応策として、試料台側面，下
部、処理室内底面部、排気配管等に所望温度での温度制
御機能を有し、且つ、負電位又は正電位に電位を制御す
ることが可能な板状の部品を取り付けた構成が考えられ
る。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、同一処理室内で被処理
物の載置されている箇所より上部（処理室内側面、上部
電極）の部位に反応生成物が付着すること無く、反応生
成物が固体化する温度に制御された箇所のみに付着する
ことにより、異物発生の少ない高歩留りのプラズマ処理
装置及びプラズマ処理方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処
理装置を示す縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例であるエッチングガスと反応
生成物の蒸気圧曲線図である。

【図３】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置の制
御シ−ケンスの説明図である。

【図４】本発明の他の実施例である平行平板型プラズマ
エッチング装置を示す縦断面図である。

【図５】本発明の他の実施例である誘導結合型放電方式
の装置を示す縦断面図である。

【図６】本発明の他の実施例である平行平板型プラズマ
エッチング装置を示す縦断面図である。

【図７】本発明の他の実施例であるマイクロ波放電方式
の装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０…真空処理室、１１…電極、１２…高周波電源、１
３…ウェハ、１４…石英板、１５…ガス導入口、１６…
排気口、１７…導波管、１８…マグネトロン、１９…ソ
レノイドコイル、３４…温度制御装置３４、３５…温度
センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者工藤勝義山口県下松市大字東豊井794番地日立笠戸エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を処理する処理ガスが供給されると共
に、所定圧力が保持されるプラズマ発生室と、該プラズ
マ発生室に被処理物を載置する試料台と、前記プラズマ
発生室を減圧排気する排気手段とを有したプラズマ処理
装置により、前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理
方法であって、前記プラズマ発生室内でプラズマが発生
している箇所とそれ以外の箇所とのそれぞれの温度を個
別に制御し、プラズマ処理される前記試料のプラズマ処
理特性の経時的変動を抑制することを特徴とするプラズ
マ処理方法。
【請求項２】試料を処理する処理ガスが供給されると共
に、所定圧力が保持されるプラズマ発生室と、該プラズ
マ発生室に被処理物を載置する試料台と、前記プラズマ
発生室を減圧排気する排気手段とを有したプラズマ処理
装置により、前記試料をプラズマ処理するプラズマ処理
方法であって、前記プラズマ発生室内でプラズマが発生
している箇所の側壁温度を昇温させ、それ以外の箇所の
内壁部を冷却し、プラズマ処理される前記試料のプラズ
マ処理特性の経時的変動を抑制することを特徴とするプ
ラズマ処理方法。
【請求項３】前記それぞれの箇所の温度制御は、前記処
理ガスの流路に温度制御機能を有し、且つ、負電位又は
正電位に電位を制御することを特徴とする請求項１記載
のプラズマ処理方法。
【請求項４】試料を処理する処理ガスが供給されると共
に、所定圧力が保持されるプラズマ発生室と、該プラズ
マ発生室に被処理物を載置する試料台と、前記プラズマ
発生室を減圧排気する排気手段と、前記プラズマ発生室
内でプラズマが発生している箇所とそれ以外の箇所との
それぞれの温度を個別に制御できる温度制御機能を具備
したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】前記温度制御機能は、プラズマが発生して
いる箇所と、それ以外の箇所とのそれぞれの温度をいず
れか一方の温度にリンクさせて制御できる構成としたこ
とを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】前記温度制御機能は、プラズマ発生室内の
側壁温度を昇温させ、それ以外の内壁部を冷却する構成
としたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装
置。
【請求項７】前記温度制御機能は、前記プラズマ発生室
内の側壁以外の箇所の側壁部を取り外すことができる構
成としたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理
装置。
【請求項８】前記温度制御機能は、前記処理ガスの流路
に温度制御可能なメッシュ状の部品を取り付けたことを
特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】前記温度制御機能は、前記処理ガスの流路
に温度制御機能を有し、且つ、負電位又は正電位に電位
を制御することが可能な板状の部品を取り付けたことを
特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。