JPH08339984A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ処理装置において、ヒータを設ける
ことなく、電極周囲の絶縁体に反応生成物が付着するこ
とを防止する。 【構成】 上部電極４１の周辺に位置する絶縁体である
シールドリング４３の内部に、熱伝導率が良好な伝導部
材４４を気密に封入する。プラズマを発生させた際にイ
オン入射によって発生した熱は、伝導部材４４によって
シールドリング４３の下面全面及び外側表面に伝達され
るので、これら表面は高温となって、反応生成物の付着
は防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被処理体に対して、エ
ッチング処理を始めとする各種のプラズマ処理を施す際
に用いるプラズマ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から例えば半導体製造プロセスにお
いては、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）など
の表面の絶縁膜をエッチングして、コンタクトホールを
形成するための装置としてエッチング装置が使用されて
いるが、その中でもとりわけ処理室内にプラズマを発生
させてウエハ表面をエッチングするようにした装置は、
数多く使用されている。

【０００３】かかる装置においては、一般的に、上部電
極と下部電極とを処理室内の上下に対向させて配置し、
これら各電極の少なくともいずれか一方に高周波電力を
供給して、処理室内に導入した処理ガスを解離させ、そ
れによって生じたイオンによってウエハの表面をエッチ
ングするようになっている。

【０００４】この場合、例えば上部電極については、そ
れを処理室内壁に支持させたり、また支持の際に用いた
ボルト等を被うため、その周辺部に絶縁体が配置される
ことがある。また下部電極についても、イオンの入射効
率を高めるために、その周辺部には、絶縁体からなるフ
ォーカスリングが設けられることがある。

【０００５】しかしながらこれら絶縁体の表面には、処
理の際によって発生する反応生成物が付着するおそれが
ある（いわゆる「デポ」の付着）。これをそのまま放置
すると、処理室内を汚染して歩留まりが低下したり、ク
リーニングサイクルが短くなって、装置の稼働時間が短
縮し、生産効率が低下するおそれもある。そのため何ら
かの手段によって前記反応生成物の付着の防止、除去を
図る必要がある。

【０００６】この種の一般的な反応生成物は、温度が高
くなると付着しづらくなったり、また付着しても除去さ
れる傾向があるため、従来は通電によって発熱するヒー
タを、デポが付着しやい箇所の表面や裏面に取り付け
て、付着防止を図っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うに絶縁体に通電方式によるヒータを別途取り付ける
と、ヒータの通電経路に高周波ノイズが誘起されたり、
ヒータの通電路に流れる電流によって磁界が発生し、処
理室内のプラズマが乱れ、所定のエッチング処理に支障
をきたすおそれがある。またヒータを別途取り付けると
なると、その通電経路が複雑化し、コストもかなり高く
なってしまって好ましくない。

【０００８】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、そのようにヒータを設けることなく、電極周囲の
絶縁体に反応生成物が付着することを防止することがで
きるプラズマ処理装置を提供して、前記問題の解決を図
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、処理室内に上部電極と下部電極を上下に
対向して有し、少なくともこれら上部電極と下部電極の
いずれか一方に高周波電力を供給して処理室内にプラズ
マを発生させ、処理室内の被処理体に対して処理を施す
如く構成された装置において、上部電極又は下部電極の
少なくともいずれか一方の周辺部に位置する絶縁体の内
部に、熱伝導率が良好な伝導部材が気密に封入されたこ
とを特徴とするものである。この場合、絶縁体内部にお
ける伝導部材の裏面側に、真空層を形成すればなお好ま
しい作用効果が得られる。

【００１０】

【作用】処理室内にプラズマを発生させた際、絶縁体に
おける電極とかぶった部分（電極と上下方向に重合した
部分）の表面は、プラズマ中のイオンが入射し、それに
よって高温となる。このとき該絶縁体の内部には、熱伝
導率が良好な伝導部材が封入されているので、前記高温
の熱は、この伝導部材に伝達され、当該伝導部材がカバ
ーしているエリアの表面も高温となる。従って、当該エ
リアの表面には反応生成物が付着しづらくなり、また付
着していた反応生成物も除去されるのである。かかる作
用に鑑みれば、伝導部材は、なるべく絶縁体の表面近く
に封入する方が、絶縁体表面の温度を高くすることがで
きる。

【００１１】また伝導部材は、絶縁体の内部に気密に封
入されているので、伝導部材として、熱伝導率が良好な
金属材料、例えばアルミニウムやその他、多結晶シリコ
ン、ＢＮ（ボロンナイトライド）などを用いても、直接
プラズマに曝されることはなく、処理室内を汚染するこ
とはない。さらにこの場合、石英に近い熱膨張率をを有
している金属、例えばコバール合金を用いれば、ヒート
ショックを防止することができる。また液体であって
も、アルミニウムより熱伝導率が良好であれば、伝導部
材として用いることができる。

【００１２】そして絶縁体内部における伝導部材の裏面
側、即ち電極相互の対向面とは逆の面に、真空層が形成
されていれば、伝導部材に伝達された熱が裏面側に放熱
することが抑えられ、表面側、即ち絶縁体の表面側（処
理室内雰囲気に曝される側）の温度を効率よく上げるこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明をエッチング装置に適用した実
施例を添付図面に基づき説明すると、図１は本実施例に
かかるエッチング装置１の断面を模式的に示しており、
このエッチング装置１における処理室２は、気密に閉塞
自在な酸化アルマイト処理されたアルミニウムなどから
なる円筒形状の処理容器３内に形成され、当該処理容器
３自体は接地線４を介して接地されている。前記処理室
２内の底部にはセラミックなどの絶縁支持板５が設けら
れており、この絶縁支持板５の上部に、被処理基板例え
ば直径８インチの半導体ウエハ（以下、「ウエハ」とい
う）Ｗを載置するための下部電極を構成する略円柱状の
サセプタ６が、上下動自在に収容されている。

【００１４】前記サセプタ６は、前記絶縁支持板５及び
処理容器３の底部を遊貫する昇降軸７によって支持され
ており、この昇降軸７は、処理容器３外部に設置されて
いる駆動モータ８によって上下動自在となっている。従
って、この駆動モータ８の作動により、前記サセプタ６
は、図１中の往復矢印に示したように、上下動自在とな
っている。なお処理室２の気密性を確保するため、前記
サセプタ６と絶縁支持板５との間には、前記昇降軸７の
外方を囲むように伸縮自在な気密部材、例えばベローズ
９が設けられている。

【００１５】前記サセプタ６は、表面が酸化処理された
アルミニウムからなり、その内部には、温度調節手段、
例えばセラミックヒータなどの加熱手段（図示せず）
や、外部の冷媒源（図示せず）との間で冷媒を循環させ
るための冷媒循環路（図示せず）が設けられており、サ
セプタ６上のウエハＷを所定温度に維持することが可能
なように構成されている。またかかる温度は、温度セン
サ（図示せず）、温度制御機構（図示せず）によって自
動的に制御される構成となっている。

【００１６】また前記サセプタ６上には、ウエハＷを吸
着保持するための静電チャック１１が設けられている。
この静電チャック１１は、図２にその詳細を示したよう
に、例えば導電性の薄膜１２をポリイミド系の樹脂１３
によって上下から挟持した構成を有し、処理容器３の外
部に設置されている高圧直流電源１４からの電圧が前記
薄膜１２に印加されると、そのクーロン力によってウエ
ハＷは、静電チャック１１の上面に吸着保持されるよう
になっている。もちろんそのような静電チャックに拠ら
ず、機械的クランプによってウエハＷの周縁部を押圧す
るようにして、サセプタ６上にウエハＷを保持する構成
としてもよい。

【００１７】前記サセプタ６上の周辺には、静電チャッ
ク１１を囲むようにして、平面が略環状の内側フォーカ
スリング２１が設けられている。この内側フォーカスリ
ング２１は導電性を有する単結晶シリコンからなってお
り、その内周側と外周側の上面に、夫々一段下がった段
部２１ａ、２１ｂが形成されており、内周側の段部２１
ａの上面は、前記静電チャック１１の上面と面一となる
ように設定され、この段部２１ａの上面は、静電チャッ
ク１１に保持されたウエハＷの周縁部下面が載置され
る。この内側フォーカスリング２１は、ウエハＷ周辺
（端に近い部分）のエッチングレートの均一性を向上さ
せる機能を有している。

【００１８】前記内側フォーカスリング２１の外周に
は、平面が略環状の外側フォーカスリング２２が設けら
れている。この外側フォーカスリング２２は絶縁性を有
する石英からなり、その内周部２２ａは、前記内側フォ
ーカスリング２１の段部２１ｂの上に載置されるように
して設けられている。従って、内側フォーカスリング２
１の外周辺と外側フォーカスリング２２の内周辺とは、
前記各段部２１ｂと内周部２２ａとの部分で重合してい
る。なお外側フォーカスリング２２の外周上縁部２２ｂ
は、外側に凸の湾曲形状に成形され、ガスが澱まず円滑
に排出されるようになっている。この外側フォーカスリ
ング２２は、後述のシールドリング４３と共に、プラズ
マの拡散防止機能を有している。

【００１９】前出サセプタ６の周囲には、図２に示した
ように、石英の絶縁リング２３、フッ素系樹脂の絶縁リ
ング２４を介して導電性を有する材質（例えばアルミア
ルマイト）のバッフル板２５が配され、さらにこのバッ
フル板２５の内周部は、石英の支持体２６に対してボル
ト等の手段によって固定されている。従って、サセプタ
６の上下動に伴ってこのバッフル板２５も上下動する構
成となっている。このバッフル板２５には多数の透孔２
５ａが形成されており、ガスを均一に排出する機能を有
している。

【００２０】前出処理室２の上部には、アルミナからな
る絶縁支持材３１、アルミニウムからなる環状の冷却プ
レート３２を介して、エッチングガスやその他のガスを
処理室２内に導入するための拡散部材３３が設けられて
いる。この冷却プレート３２の上部には冷媒循環路３２
ａが形成されており、外部から供給されるチラー（冷
媒）が循環することによって、後述の上部電極４１を所
定温度にまで冷却する機能を有している。

【００２１】前記拡散部材３３は、図２にも示したよう
に、バッフル板３４を所定間隔で上下複数段に有した中
空構造を有しており、さらにバッフル板３４には、多数
の拡散孔３４ａが形成されている。この拡散部材３３の
中央にはガス導入管３５が設けられ、さらにバルブ３
６、３７、流量調節のためのマスフローコントローラ３
８を介して、処理ガス供給源３９からのエッチングガ
ス、例えばＣＦ₄ガスが、前記導入口管３５、拡散部材
３３におけるバッフル板３４の拡散孔３４ａを通じて処
理室２内に導入されるようになっている。

【００２２】前記拡散部材３３の下方には、さらにアル
ミニウムからなる冷却プレート４０が設けられ、この冷
却プレート４０の下面側において前出サセプタ６と対向
するように、上部電極４１が、冷却プレート３２によっ
て支持されている。この上部電極４１は導電性を有する
単結晶シリコンからなり、ボルト４２によって前記冷却
プレート４０、３２に固着されて導通している。またこ
の上部電極４１及び冷却プレート４０は、前記拡散部材
３３によって導入されたガスを、サセプタ６上のウエハ
Ｗに対して均一に吐出させるため、各々多数の吐出口４
０ａ、４１ａを有している。

【００２３】そして前記上部電極４１の下端周辺部に
は、前記ボルト４２を被うようにして、石英からなるシ
ールドリング４３が配置されている。このシールドリン
グ４３は、環状の水平部４３ａ、及び該水平部４３ａと
直角な垂直部４３ｂからなり、この垂直部４３ｂが、前
出絶縁支持部材３１に、例えばボルト等によって固着さ
れることによって取り付けられている。

【００２４】そしてこのシールドリング４３の内部に
は、シールドリング４３と略々相似形をなし、アルミニ
ウム製の薄板によって構成された水平部４４ａと、垂直
部４４ｂからなる伝導部材４４が気密に封入されてい
る。なおシールドリング４３の上端部と処理容器３の天
井壁との間には、フッ素系の合成樹脂からなる絶縁リン
グ４５が設けられている。

【００２５】処理容器３の下部には、真空ポンプなどの
真空引き手段５１に通ずる排気管５２が接続されてお
り、サセプタ６の周囲に配置された前出バッフル板２５
を介して、処理室２内は、１０ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴ
ｏｒｒ内の任意の減圧度にまで真空引きすることが可能
となっている。

【００２６】次にこのエッチング装置１の高周波電力の
供給系について説明すると、まず下部電極となるサセプ
タ６に対しては、周波数が数百ｋＨｚ程度、例えば８０
０ｋＨｚの高周波電力を出力する高周波電源５３からの
電力が、整合器５４を介して供給される構成となってい
る。一方上部電極４１に対しては、整合器５５を介し
て、周波数が前記高周波電源５３よりも高い１ＭＨｚ以
上の周波数、例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力を出
力する高周波電源５６からの電力が、冷却プレート３２
を通じて供給される構成となっている。

【００２７】前記処理容器３の側部には、ゲートバルブ
６１を介してロードロック室６２が隣接している。この
ロードロック室６２内には、被処理基板であるウエハＷ
を処理容器３内の処理室２との間で搬送するための、搬
送アームなどの搬送手段６３が設けられている。

【００２８】本実施例にかかるエッチング装置１の主要
部は以上のように構成されており、例えばシリコンのウ
エハＷの酸化膜（ＳｉＯ₂）に対してエッチング処理す
る場合の作用等について説明すると、まずゲートバルブ
６１が開放された後、搬送手段６３によってウエハＷが
処理室２内に搬入される。このとき駆動モータ８の作動
により、サセプタ６は下降してウエハＷ受け取りの待機
状態にある。そして搬送手段６３によってウエハＷが静
電チャック１１上に載置された後、搬送手段６３は待避
してゲートバルブ６１は閉鎖され、また駆動モータ８の
作動によってサセプタ６は所定の処理位置まで上昇す
る。

【００２９】次いで処理室２内が、真空引き手段５１に
よって減圧されていき、所定の減圧度になった後、処理
ガス供給源３９からＣＦ₄ガスが供給され、処理室２の
圧力が、例えば１０ｍＴｏｒｒに設定、維持される。

【００３０】そして上部電極４１に対して高周波電源５
６から周波数が２７．１２ＭＨｚの高周波電力が供給さ
れると、上部電極４１とサセプタ６との間にプラズマが
生起される。またこれより僅かに遅れて（１秒以下のタ
イミング遅れ）をもって、サセプタ６に対して高周波電
源５４から周波数が８００ｋＨｚの高周波電力が供給さ
れる。そのようにサセプタ６に対してタイミングを遅ら
せて高周波電力を供給させることにより、過大な電圧に
よってウエハＷがダメージを受けることを防止できる。
そして発生したプラズマによって処理室２内のＣＦ₄ガ
スが解離し、その際に生ずるフッ素ラジカルが、サセプ
タ６側に印加されたバイアス電圧によってその入射速度
がコントロールされつつ、ウエハＷ表面のシリコン酸化
膜（ＳｉＯ₂）をエッチングしていく。

【００３１】この場合サセプタ６には、ウエハＷを取り
囲むように配置された内側フォーカスリング２１の外周
に外側フォーカスリング２２が設けられ、該外側フォー
カスリング２２の上方には、上部電極４１の周辺に配置
されたシールドリング４３が位置して、両者で静電チャ
ック１１の上面と上部電極４１の下面との間よりも短い
ギャップを構成しているので、サセプタ６と上部電極４
１との間に発生したプラズマの拡散は抑えられ、該プラ
ズマの密度は高くなっている。もちろん処理室２内の圧
力が、１０ｍＴｏｒｒという高い真空度であっても、プ
ラズマの拡散を効果的に抑制することができる。

【００３２】しかもウエハＷの周囲には、内側フォーカ
スリング２１が配置されているので、前記フッ素ラジカ
ルは効率よくウエハＷに入射し、ウエハＷ表面のシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ₂）のエッチングレートは、一層高く
なっている。

【００３３】ところでこのようなエッチング処理の際、
処理室２内には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を、ＣＦ
系のガス、例えばＣＦ₄、ＣＨＦ₃などを用いてエッチン
グした際の反応生成物として、例えばカーボン系の物質
が発生し、当該カーボン系の物質は、とりわけプラズマ
拡散を抑制しているシールドリング４３の外側寄り部分
の表面に、いわゆるデポとなって付着しやすくなってい
る。しかしながら、本実施例では既述したように、当該
シールドリング４３の内部に伝導部材４４が設けられて
いるので、そのようなデポの付着は防止される。

【００３４】より詳述すれば、上部電極４１とかぶって
いる部分（重合している部分）に対応したシールドリン
グ４３の下面側表面（図２中のＬで示された部分）は、
イオンの入射によって高温となっており、その結果、こ
の図２中のＬで示された部分はデポが付着しづらくなっ
ている。そしてその時の熱は、シールドリング４３内に
設けられている伝導部材４４に伝達される。伝導部材４
４自体は熱伝導率が良好であるから、前記シールドリン
グ４３におけるＬで示した部分に対応する部分のみなら
ず、全体が直ちに高温となる。その結果、シールドリン
グ４３における伝導部材４４と近接した部分もその熱に
よって加熱される。即ち、前記図２中のＬで示した部分
のみならず、水平部４３ａの下面側全面及び垂直部４３
ｂの外側表面も高温となるのである。それゆえシールド
リング４３のデポが付着しやすいエリアは高温となり、
デポの付着が抑えられるのである。

【００３５】またかかる作用効果を担っている伝導部材
４４は、シールドリング４３内に気密に封入されている
ので、伝導部材４４自体はプラズマに直接曝されること
はなく、処理室２内を汚染することはない。

【００３６】ところで前記した伝導部材４４の機能を鑑
みれば、伝導部材４４が拾う熱は、できるだけシールド
リング４３の下面側表面と外側表面に伝達する必要があ
り、そのため伝導部材４４は、シールドリング４３の下
面側表面と外側表面に近接して封入されている。その点
に関し、さらにシールドリング４３の下面側表面と外側
表面に熱を効率よく伝達するには、例えば図３に示した
構成が提案できる。なお同図中、図１、２と同一番号で
示される部材は、前記実施例と同一の部材構成を示して
いる。

【００３７】即ち図３に示した構成は、伝導部材４４の
裏面側、つまりサセプタ６との対向面となるシールドリ
ング４３下面側とは逆の側に、真空層４６を形成したも
のとなっている。かかる構成により、伝導部材４４が拾
った熱は、真空層４６によってシールドリング４３の上
面側、内側に伝達されるのが抑制され、その分効率よく
シールドリング４３の下面側表面、外側表面へと伝達さ
れるのである。なお前記真空層４６の裏面側４６ａに、
例えば鏡面処理等の反射処理等を施しておけば、伝導部
材４４が具有する熱の、上面側、内側への輻射も抑制さ
れ、その分さらにシールドリング４３の下面側表面、外
側表面への熱伝達効率は向上する。

【００３８】前記実施例では、上部電極４１の周辺部に
位置するシールドリング４３内にのみ、伝導部材４４を
封入した構成をとったが、図４に示したように、このシ
ールドリング４３と対向する、サセプタ６の周辺部に位
置する外側フォーカスリング２２の内部に、前記伝導部
材４４と同様な伝導部材４７を、外側フォーカスリング
２２の上面側、外側寄りに気密に封入してもよい。そう
すれば、イオンが入射して高温となる図４中のＭで示さ
れたエリアの熱を、前記伝導部材４７が拾い、それを外
側フォーカスリング２２の上面側表面、外側表面に伝達
するので、これら外側フォーカスリング２２の上面側表
面、外側表面は、高温となって、デポの付着が抑制され
る。もちろんかかる場合も、図３の場合と同様、伝導部
材４７の裏面側に真空層を形成したり、該真空層の裏面
側にさらに反射処理を施せば、図３の場合と同様、熱伝
達効率が向上する。

【００３９】なお前記した実施例は、シリコンの半導体
ウエハ表面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）をエッチング
する装置として構成されていたが、これに限らず、本発
明は他のエッチングプロセスを実施する装置としてもも
ちろん構成でき、さらに被処理体も、ウエハに限らず、
ＬＣＤ基板であってもよい。また装置構成についても、
前記実施例は、エッチング装置として構成したが、本発
明はこれに限らず、他のプラズマ処理装置、例えばアッ
シング装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置としても
構成できる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１、２の発明によれば、別途ヒー
タを設けることなく、絶縁体内部の伝導部材が封入され
ているエリアに対応した絶縁体表面も高温となる。従っ
て、当該エリアの表面には反応生成物が付着しづらくな
り、また付着していた反応生成物も除去される。また処
理室内を汚染することはない。しかも処理室内のプラズ
マを乱すおそれはないものである。そして特に請求項２
によれば、デポが付着しやすい絶縁体の表面側（処理室
内雰囲気に曝される側）の温度を効率よく上げることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかるエッチング装置の断面
説明図である。

【図２】図１のエッチング装置におけるシールドリング
付近の要部拡大説明図である。

【図３】図１のエッチング装置における伝導部材の裏面
側に真空層形成した様子を示す説明図である。

【図４】図１のエッチング装置における外側フォーカス
リングの内部に伝導部材を気密に封入した様子を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ エッチング装置 ２ 処理室 ３ 処理容器 ６ サセプタ ２１ 内側フォーカスリング ２２ 外側フォーカスリング ４１ 上部電極 ４３ シールドリング ４４ 伝導部材 ５２ 排気管 ５３、５５ 高周波電源 Ｗ ウエハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に上部電極と下部電極を上下に
   対向して有し、少なくともこれら上部電極と下部電極の
   いずれか一方に高周波電力を供給して処理室内にプラズ
   マを発生させ、処理室内の被処理体に対して処理を施す
   如く構成された装置において、 上部電極又は下部電極の少なくともいずれか一方の周辺
   部に位置する絶縁体の内部に、熱伝導率が良好な伝導部
   材が気密に封入されたことを特徴とする、プラズマ処理
   装置。
2. 【請求項２】 絶縁体内部における伝導部材の裏面側に
   は、真空層が形成されたことを特徴とする、請求項１に
   記載のプラズマ処理装置。