JPH10228999A

JPH10228999A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH10228999A
Application number: JP9047104A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Nanbu; 英高南部
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-08-25
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: JP2956640B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＳＩ製造に対し問題となるゴミの発生を抑制
するプラズマ処理装置の提供。【解決手段】下部電極カバーＢ１１８の形状を盆型と
し、下部電極カバーＡ１１７と盆型下部電極カバーＢ１
１８の隙間を無くすことで、プラズマの下部電極カバー
Ｂ裏面への回り込みを無くし、下部電極カバーＢ裏面に
デポジションが堆積することを抑制し、結果として、下
部電極カバーＢ裏面に堆積したデポジションを原因とす
るゴミの発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に関し、特に、電子デバイス等の製造プロセスに用いら
れる半導体素子基板等のエッチングもしくは薄膜形成等
のプラズマ処理に用いて好適とされるマイクロ波プラズ
マ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】低ガス圧力に保った真空反応容器内に、
マイクロ波を導入することにより、ガス放電を起こし、
得られたプラズマを、試料に照射することにより、エッ
チングや薄膜形成等の処理を行うプラズマ処理装置は、
高集積半導体素子や液晶の製造工程に欠くことのできな
い装置である。特に、プラズマ生成に関わるマイクロ波
と生成されたプラズマ中のイオンの加速を行うための電
力とをそれぞれ独立に制御できるプラズマ処理装置が、
ドライエッチング技術及び薄膜形成技術において望まれ
る。

【０００３】図４は、従来のプラズマ処理装置の構成の
一例を示したものであり、プラズマの生成とプラズマ中
のイオンの加速とを独立に制御することができるプラズ
マエッチング装置を模式的に示した断面図である。例え
ば文献（１）（Ｔ. Ａkimoto et al., Ｊ. Ｊ.
Ａ. Ｐ., 33 （1994））、文献（２）（Ｈ. Ｍabuc
hiet al., Ｐroc. 16th Ｓymp. Ｄry Ｐrocess,
Ｐ235 （1994））参照。

【０００４】図４において、１は中空直方体形状の反応
容器を示している。反応容器１はアルミニウム、ステン
レス等の金属により形成されている。反応容器１の上部
はマイクロ波の透過性を有しており、誘電損失が小さく
且つ耐熱性を有する、例えば石英ガラスまたはＡｌ₂Ｏ₃
等を用いて形成された誘導体板２によって気密状態に封
止されている。

【０００５】反応容器１の上方には、誘導体板２と所定
の間隔を置いて対向し、誘導体板２を覆い得る大きさの
誘導体線路３が設置されている。この誘導体線路３は、
誘電損失の小さいフッ素樹脂等の誘導体材料で形成され
た誘導体層３と、誘導体層３の上面に設置されたアルミ
ニウム（Ａｌ）等の金属板４と、で構成されている。誘
導体線路３には、マイクロ波発振機５より導波管６を介
してマイクロ波が導入されるようになっており、誘導体
線路３の終端は金属板４で封止されている。

【０００６】反応容器１の内部には、処理対象物である
試料２０を保持するための試料保持部７を有する試料台
８が設けられており、試料保持部７には、試料２０表面
にバイアス電圧を発生させるための高周波電源９が接続
されている。また、試料台８の周囲には、試料台８の側
面をプラズマから絶縁するための例えばアルミナや石英
等の誘電体をリンク状に成形した下部電極カバーＡ１７
が設置されている。

【０００７】下部電極カバーＡ１７の上方には、プラズ
マが直接下部電極カバーＡ１７の上部に触れることを抑
制するため、厚さ２ｍｍの誘導体からなる板状の下部電
極カバーＢ１８が、下部電極カバーＡ１７との隙間１ｍ
ｍとなるように設けられている。

【０００８】試料２０に対向する誘導体板２の下面に
は、反応容器１を介してアース１０に接続され、アルミ
製のマイクロ波分散板１１が密接して設置されており、
マイクロ波分散板１１には、マイクロ波が反応容器１に
進入できるように、マイクロ波導入窓１４が形成されて
いる。このアルミ製のマイクロ波分散板１１は、この分
散板１１上に設けたマイクロ波導入窓１４の大きさ及び
位置により、反応容器１内のマイクロ波の電界強度を均
一化することにより、プラズマの均一性を達成するため
に必要不可欠な部品である。

【０００９】また、反応容器１の下部壁には、反応容器
１を真空に排気するための排気装置（不図示）に接続さ
れた排気管１２が連結されており、反応容器１の側壁に
は、反応容器１内に必要な反応ガスを供給するためガス
供給管１３が接続されている。

【００１０】また、反応容器１及び上部電極には、それ
ぞれヒーター１５及び１６を設置し、反応容器１及び上
部電極を予め加熱し、デポジションの付着を防止してい
る。また、それぞれのヒーター１５、１６に対し、電力
を供給するためのヒーター電源１９が設置されている。

【００１１】上記のように構成されたプラズマ処理装置
にあっては、以下のようにして、試料２０表面にプラズ
マ処理が施される。

【００１２】まず、排気管１２から排気を行って反応容
器１内を所定の圧力に設定し、その後、ガス供給管１３
から反応ガスを供給する。次に、マイクロ波発振器５に
おいてマイクロ波を発振させ、導波管６を介して誘導体
線路３に導入する。すると、誘導体線路３下方に電界が
形成され、マイクロ波導入窓１４を通り抜けて反応容器
１内においてガスが励起されプラズマを発生する。同時
に、プラズマ中のイオンのエネルギーを制御するため、
高周波電源９により試料２０が載置されている試料保持
部７に高周波電源を印加し、試料２０表面にバイアス電
圧を発生させる。このバイアス電圧により、イオンを試
料２０に対して垂直に入射させるとともに、試料２０に
入射するイオンのエネルギーを制御する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、図４
に示した従来のプラズマ処理装置においては、下部電極
カバーＡ１７の上方には、プラズマが、直接下部電極カ
バーＡ１７の上部に触れることを抑制するために、厚さ
２ｍｍ、外径３０ｃｍの誘導体製の下部電極カバーＢ１
８が下部電極カバーＡ１７との隙間が１ｍｍとなるよう
に設けられている。この下部電極カバーＡ１７は、誘導
体製であり非常に熱容量が大きいため、プラズマ照射に
よる下部電極カバーＡ上部の温度上昇速度が遅い。

【００１４】表１に、貼り付け型温度測定プレートを用
いて、下部電極カバーＢ１８をはずした状態における、
下部電極カバーＡ上部温度のプラズマ照射時間の依存性
を示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】プラズマにより生成するデポジションは、
被堆積部の温度が低いほど堆積し易く、例えば１６０℃
以下ではプラズマ照射時間５分程でフィルム状で褐色を
したデポジションが厚く堆積する。一方、被堆積部の温
度が高いほど、デポジションは堆積し難く、例えば１８
０℃以上では、被堆積部へのデポジションは観察されな
い。

【００１７】従って、プラズマ照射開始直後（例えば照
射時間５分）は、下部電極カバーＡ１７の上部が４５℃
程度と低温であるため、デポジションが堆積する。しか
しながら、さらにプラズマ照射時間が延長され、下部電
極カバーＡ１７上の温度が高くなると、低温時に堆積し
たデポジションの再解離、及び、下部電極カバーＡ１７
とデポジションの熱膨張率の相違により、下部電極カバ
ーＡ上に堆積したデポジションがはがれ落ち、ゴミ発生
の原因となる。

【００１８】そこで、図４に示した従来のプラズマ処理
装置においては、下部電極カバーＡ１７の上方に、下部
電極カバーＡ１７との距離が１ｍｍになるように、厚さ
２ｍｍの板状下部電極カバーＢ１８を設け、下部電極カ
バーＡ１７の上部が直接プラズマに触れない構造として
いる。

【００１９】この下部電極カバーＢ１８は、厚さが２ｍ
ｍと薄く、また熱容量の大きい下部電極カバーＡ１７か
ら１ｍｍの距離をおいて設置しているため、熱容量が小
さくなる。

【００２０】表２に貼り付け型温度測定プレートを用
い、下部電極カバーＢ１８を下部電極カバーＡ１７の上
方に設置した状態で、下部電極カバーＢ１８上部温度プ
ラズマ照射時間依存性を測定した結果を示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】下部電極カバーＢの上部温度は、プラズマ
照射後短時間、例えば５分後にはデポジションがほとん
ど堆積しない１７０℃に達する。すなわち、下部電極カ
バーＢ１８上には、プラズマ処理中のいかなる状態にお
いても、デポジションが殆ど堆積しないことから、デポ
ジションを発塵源としたゴミが抑制できる構造となって
いる。

【００２３】しかしながら、この従来のプラズマ処理装
置では、下部電極カバーＢ１８と下部電極カバーＡ１７
の間の隙間が１ｍｍほどあるため、その隙間にプラズマ
が回り込み下部電極カバーＢ１８の裏面にデポジション
が堆積し、そのデポジションが剥離しゴミになることが
分かった。

【００２４】図３に、直径０．２μｍ以上のゴミのウェ
ハ処理枚数依存性を調査した結果を示す。図３におい
て、横軸はウェハ処理枚数、縦軸がゴミの個数を示し、
白抜き三角形で測定結果を示す。図３に示すように、１
００枚のウェハランニングでは、許容範囲である５０個
をしばしば超え最大で１２０個程度であった。さらにこ
のゴミをＸ線光電子分光分析装置（ＥＳＣＡ）を用いて
分析した結果、主成分はデポジションの構成分子である
フルオロカーボンであることが分かった。また、反応容
器１内には、下部電極カバーＢ１８の裏面以外には、フ
ルオロカーボン系のデポジションは観察されなかった。

【００２５】下部電極カバーＢ１８を、下部電極カバー
Ａ１７の上方に設置した状態における下部電極カバーＢ
１８の裏面温度は、貼り付け型温度測定プレートによ
り、プラズマ照射時間４０分でも、１４０℃であること
が分かっており、上述のゴミは、下部電極カバーＢ１８
の裏面に堆積したデポジションが原因であることが裏づ
けられた。

【００２６】したがって、本発明は、このような問題点
に鑑みて創案されたものであって、その目的は、上記し
た従来のプラズマ処理装置で用いていた板状の下部電極
カバーＢの形状を変更し、下部電極カバーＢと下部電極
カバーＡ間へのプラズマの回り込みを無くし、結果とし
てゴミ抑制を可能としたプラズマ処理装置を提供するこ
とにある。

【００２７】

【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、マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送
する導波管と、導波管に接続された誘導体線路に対向配
置されるマイクロ波導入窓を有する反応容器と、反応容
器内に処理すべき試料基板を載置するために設けられた
試料保持部と、試料保持部に高周波電界または直流電界
を印加する手段と、試料と対向に配置されたマイクロ波
が通過できる窓が設けられ、プラズマの均一性制御に有
効なマイクロ波分散板を備えたプラズマ処理装置におい
て、誘導体で形成された２分割の下部電極カバー、即ち
第１下部電極カバーと第２下部電極カバーがそれぞれ外
周部で重なり合って、第１および第２下部電極カバーの
間にプラズマが回り込まないような構造を特徴としたこ
とを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、マイクロ波発振器（図１の１０５）と、マイクロ波
を伝送する導波管（図１の１０６）と、導波管に接続さ
れた誘導体線路に対向配置されるマイクロ波導入窓を有
する反応容器（図１の１０１）と、反応容器内に処理す
べき試料基板（図１の１２０）を載置するために設けら
れた試料保持部（図１の１０７）と、試料保持部に高周
波電界または直流電界を印加する手段（図１の１０９
等）と、試料と対向して配置されたマイクロ波が通過で
きる窓（図１の１１４）が設けられ、プラズマの均一性
制御に有効なマイクロ波分散板（図１の１１１）を備
え、誘導体で形成された２分割の下部電極カバー、即ち
第１下部電極カバーＡと第２下部電極カバーＢについ
て、第２下部電極カバーＢの外周端に側壁部を備え、第
１下部電極カバーＡの一部が、第２下部電極カバーＢに
覆われる、構成とされる。

【００２９】本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、第１下部電極カバーＡは、第２下部電極カバーＢの
側壁部の開放端と対向する肩部をその外周に備え、第１
下部電極カバーＡの肩部よりも上側の部分が第２下部電
極カバーＢの側壁部内に収容される構成とされる。

【００３０】また、本発明は、その好ましい実施の形態
において、第２下部電極カバーＢが、外周端に側壁部を
備え、この側壁部の開放端側は第１下部電極カバーＡの
外周を囲繞するまで延在されており、第１下部電極カバ
ーＡの全体が第２下部電極カバーＢに覆われる、構成と
される。

【００３１】このように、本発明の実施の形態において
は、プラズマが下部電極カバーＡと下部電極カバーＢの
隙間に入り込まない構造となるため、下部電極カバーＢ
裏面に、プラズマ照射によって生成するデポジションが
堆積しなくなり、結果として下部電極カバーＢ裏面に堆
積したデポジションを原因としたゴミを抑制することが
できる。

【００３２】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して以下
に説明する。以下では、フッ素ガスを用いたエッチング
装置を例に説明をする。

【００３３】［実施例１］図１は、本発明の一実施例の
構成を示す図である。図１において、１０１は中空直方
体形状の反応容器を示している。反応容器１０１は、ア
ルミニウム、ステンレス等の金属により形成されてい
る。反応容器１０１の上部はマイクロ波の透過性を有し
ており、誘電損失が小さくかつ耐熱性を有する、例えば
石英ガラスまたはＡｌ₂Ｏ₃等を用いて形成された誘導体
板１０２によって気密状態に封止されている。

【００３４】反応容器１０１の上方には、誘導体板１０
２と所定の間隔をおいて対向し、誘導体板１０２を覆い
得る大きさの誘導体線路１０３が載置されている。この
誘導体線路１０３は、誘電損失の小さいフッ素樹脂等の
誘導体材料で形成された誘導体層１０３と誘導体層１０
３の上面に載置されたＡｌ等の金属板１０４とで構成さ
れている。

【００３５】誘導体線路１０３にはマイクロ波発振機１
０５より導波管１０６を介してマイクロ波が導入される
ようになっており、誘導体線路１０３の終端は金属板１
０４で封止されている。

【００３６】反応容器１０１の内部には、処理対象物で
ある試料１２０を保持するための試料保持部１０７を有
する試料台１０８が設けられており、試料保持部１０７
には試料１２０表面にバイアス電圧を発生させるための
高周波電源１０９が接続されている。

【００３７】また、試料台１０８の周囲には、試料台１
０８の側面をプラズマから絶縁するための、例えばアル
ミナや石英等の誘導体をリング状に成形した下部電極カ
バーＡ１１７が設置されている。

【００３８】さらに下部電極カバーＡ１１７の上方に
は、誘導体で形成された盆型下部電極カバーＢ１１８が
設置され、それぞれの端部が重ね合わさるようにするこ
とで、下部電極カバーＡ１１７と下部電極カバーＢ１１
８の隙間にプラズマが入り込むことを抑制した構造とな
っている。

【００３９】このように構成されてなる本実施例のプラ
ズマ処理装置の処理例を以下に説明する。

【００４０】まず、排気管１１２から排気を行って反応
容器１０１内を所定の圧力に設定し、その後、ガス供給
管１１３から反応ガスを供給する。

【００４１】次に、マイクロ波発振機１０５においてマ
イクロ波を発振させ、導波管１０６を介して誘導体線路
１０３に導入する。すると誘導体線路１０３下方に電界
が形成され、形成された電界がアースされたマイクロ波
分散板１１１のマイクロ波導入窓をとおり抜け、さらに
誘導体板１０２を透過し反応容器１０１内においてプラ
ズマを発生する。同時に、プラズマ中のイオンエネルギ
ーを制御するため、高周波電源１０９により試料１２０
が載置されている試料保持部１０７に高周波電源を印加
し、試料１２０表面にバイアス電圧を発生させる。この
バイアス電圧により、イオンを試料１２０に対して垂直
に入射させるとともに、試料１２０に入射するイオンの
エネルギーを制御しつつ被エッチングウェハに対する処
理を行う。

【００４２】図３に、本実施例のプラズマ処理装置にお
いて、直径０．２μｍ以上のゴミのウェハ処理枚数依存
性を調査した結果を丸印にて示す。図３からも判るよう
に、本実施例のプラズマ処理装置では、１００枚のウェ
ハ処理中にゴミは１０個以下で推移し、図４に示した従
来のプラズマ処理装置に比較して大幅な改善が見られ
た。

【００４３】［実施例２］図２は、本発明の第２の実施
例の構成を示す図である。図２を参照すると、本実施例
のプラズマ処理装置の下部電極カバーＢ部分を除いた装
置の構成、及びウェハ処理方法は、前記実施例１と同様
である。

【００４４】本実施例では、下部電極カバーＢ２１８
は、下部電極全体を覆う構造になっており、下部電極カ
バーＢ裏２１８面へのプラズマの回り込みを抑制してい
る。

【００４５】表３に、本実施例のプラズマ処理装置にお
いて、下部電極カバーＢ２１８を下部電極上に設置した
状態で、下部電極カバーＢ２１８の上部及び側壁部を貼
り付け型温度測定プレートを用いて測定した結果を示
す。

【００４６】

【表３】

【００４７】表３より、デポジションは殆ど下部電極カ
バーＢ２１８上に堆積しないことが分かる。

【００４８】次に、本実施例のプラズマ処理装置で実際
にゴミ測定を行った結果を示す。

【００４９】ＣＦ₄／ＣＨ₂Ｆ₂＝４０／４０ｓｃｃｍ、
μ／ＲＦ＝１３００／６００Ｗ、プラズマ照射時間２分
の条件でダミーウェハ１００枚を処理し、直後にダミー
ウェハをＣＦ₄／ＣＨ₂Ｆ₂＝４０／４０ｓｃｃｍの条件
でガスを噴き出させながらプラズマを生成させずにチャ
ンバ内を搬送させた。

【００５０】その結果、観測された直径０．２μｍ以上
のゴミが、６インチウェハ上で８個程度であった。さら
に、このゴミをＸ線光電子分光分析装置（ＥＳＣＡ）を
用いて分析した結果、主成分はデポジションの構成分子
であるフルオロカーボンであることが分かった。

【００５１】以上の結果より、本実施例は、ゴミの低減
に大きな効果を発揮することが分かった。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゴミを大幅に減少することができ、この結果、デバイス
製造の信頼性及び生産性を特段に向上するという効果を
奏する。その理由は以下の通りである。

【００５３】すなわち、ゴミの発生はデバイス製造に関
し歩留まりを低下させる原因となる。図４に示した従来
のプラズマ処理装置では、下部電極カバーＢ１８と下部
電極カバーＡ１７の間には１ｍｍの隙間が有り、その隙
間にプラズマが回り込み下部電極カバーＢ１８の裏面に
デポジションが堆積しそのデポジションが剥離すること
によってゴミが発生するという問題点があったが、本発
明によれば、下部電極カバーＢの形状を変更し、これを
盆型とすることにより、下部電極カバーＡと下部電極カ
バーＢの間へのプラズマの回り込みを無くし、下部電極
カバーＢ裏面にデポジションが堆積することを抑制し、
これにより、下部電極カバーＢ裏面に堆積したデポジシ
ョンを原因とするゴミを抑制することを可能としたもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプラズマ処理装置の断面を
模式的に示す図である。

【図２】本発明の別の実施例のプラズマ処理装置の断面
を模式的に示す図である。

【図３】本発明の一実施例と、従来のプラズマ処理装置
におけるゴミの処理枚数依存性を比較して示す図であ
る。

【図４】従来のプラズマ処理装置の断面を模式的に示す
図である。

【符号の説明】

１反応容器２誘導体板３誘導体線路４金属板５マイクロ波電源６ μ波導波管７試料保持部８試料台９高周波電源１０アース１１マイクロ波分散板１２排気管１３ガス供給管１４マイクロ波導入窓１５ヒーター１６ヒーター１７下部電極カバーＡ１８下部電極カバーＢ１９ヒーター電源２０試料１０１反応容器１０２誘導体板１０３誘導体線路１０４金属板１０５マイクロ波電源１０６マイクロ波導波管１０７試料保持部１０８試料台１０９高周波電源１１０アース１１１マイクロ波分散板１１２排気管１１３ガス供給管１１４マイクロ波導入窓１１５ヒーター１１６ヒーター１１７下部電極カバーＡ１１８盆型下部電極カバーＢ１１９ヒーター電源１２０試料２０１反応容器２０２誘導体板２０３誘導体線路２０４金属板２０５マイクロ波電源２０６マイクロ波導波管２０７試料保持部２０８試料台２０９高周波電源２１０アース２１１マイクロ波分散板２１２排気管２１３ガス供給管２１４マイクロ波導入窓２１５ヒーター２１６ヒーター２１７下部電極カバーＡ２１８盆型下部電極カバーＢ２１９ヒーター電源２２０試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送する導波管と、導波管に接続された誘導体線路に対向配置されるマイク
ロ波導入窓を有する反応容器と、反応容器内に処理すべき試料基板を載置するために設け
られた試料保持部と、試料保持部に高周波電界または直流電界を印加する手段
と、試料と対向に配置されたマイクロ波が通過できる窓が設
けられ、プラズマの均一性制御に有効なマイクロ波分散
板を備えたプラズマ処理装置において、誘導体で形成された２分割型の下部電極カバー、すなわ
ち第１下部電極カバーと第２下部電極カバーがそれぞれ
外周部で重なり合って、前記第１および第２下部電極カ
バーの間に、プラズマが回り込まないような構造を有す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記第１下部電極カバーの上方に配置され
る前記第２下部電極カバーが、その外周端に側壁部を備
え、前記第１下部電極カバーの一部又は全体が前記第２
下部電極カバーに覆われている、ことを特徴とする請求
項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記第１下部電極カバーの上方に配置され
る第２下部電極カバーが外周端に沿って設けられた側壁
部を備え、前記第１下部電極カバーが、前記第２下部電
極カバーの前記側壁部の開放端と対向する肩部を外周に
備え、前記第１下部電極カバーの前記肩部よりも上側の
部分が前記第２下部電極カバーの側壁部内に収容され
る、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
置。
【請求項４】前記第１下部電極カバーの上方に配置され
る前記第２下部電極カバーが、その外周端に側壁部を備
え、前記側壁部の開放端側は前記第１下部電極カバーの
外周を囲繞するまで延在されており、前記第１下部電極
カバーの全体が前記第２下部電極カバーに覆われてい
る、ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
置。