JPH1167729A

JPH1167729A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH1167729A
Application number: JP22476797A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takaoka; 裕二高岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマの励起条件等の各種処理条件は何ら
変更することなく、機械的な操作のみで処理特性の制御
を行うことが出来るプラズマ処理装置を提供すること。【解決手段】処理室１１内の載置台１２上に半導体ウ
エハＷを載置し、処理室１１内でプラズマを発生させる
高周波アンテナ１８を用いてプラズマ処理を行う際に、
載置台１２と高周波アンテナ１８との距離を相対的に可
変させて、プラズマの励起条件等の各種処理条件は何ら
変更することなく、最適な処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハやＬＣＤ基板等の被処理体に対して、プラズマを用い
てエッチングや成膜のような種々の処理を施すプラズマ
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、サ
ブミクロン、サブハーフミクロンといった単位の超微細
加工が要求されている。このような加工をプラズマ処理
装置により実施するためには、低圧雰囲気において高密
度のプラズマを、高い精度で制御することが重要であ
る。

【０００３】このような技術要求に対して、ＩＣＰ（In
ductively ・Coupled ・Plasma）方式のプラズマ源を用
いたプラズマ処理装置が知られている。

【０００４】このＩＣＰ方式のプラズマ処理装置は、処
理室の上部に渦巻状の高周波アンテナを配設し、この高
周波アンテナにより処理室内に高密度プラズマを励起し
て、所定の処理、例えばエッチングや成膜といった処理
を施すものである。

【０００５】ところで、上述のようなプラズマ装置にお
いては、処理室内壁、特に高周波アンテナ近傍の内壁に
対して、スパッタリングによるエロージョンや反応生成
物の付着等が生じ易く、パーティクル発生原因の一つに
なっていた。

【０００６】上述のエロージョンや付着を抑制するに
は、反応生成物による付着とスパッタリングとのバラン
スを取ることで解決可能である。その一つの手段とし
て、入射イオンエネルギーの制御、具体的にはＩＣＰ印
加電力を制御する手法がある。特に、ＩＣＰ方式の様に
高い電子温度を有するプラズマにおいては効果的な手法
である。また、別の手段として、ガス系や圧力といった
処理条件を調節するという手法が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩＣＰ
印加電力を制御する際、印加電力が高すぎるとスパッタ
リングが、低すぎると付着が促進されてしまい、バラン
スを保つのが非常に困難であった。さらに、ＩＣＰ印加
電力はプラズマ密度に影響を及ぼすため、処理時間、す
なわちスループットにまで影響を及ぼす可能性もあっ
た。

【０００８】また、ガス系や圧力等の処理条件を調節す
る場合において、近年のプロセス条件の多様化を鑑みる
と非常に多くのパラメーターが有るため、現実的では無
い。

【０００９】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あって、プラズマ処理を施す際に、プラズマの励起条件
等の各種処理条件（ＩＣＰ印加電力、ガス系、圧力）は
何ら変更することなく、機械的な操作のみで処理特性の
制御を行うことが出来るプラズマ処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下の手段を講じた。すなわち、本発明
は、プラズマ中で被処理体に処理を施すプラズマ処理装
置であって、処理室内に被処理体を載置可能に設けられ
た載置台と、前記処理室内でプラズマを発生させるプラ
ズマ発生手段と、前記載置台と前記プラズマ発生手段と
の距離を相対的に可変にする可動機構と、を具備するこ
とを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

【００１１】本発明においては、載置台とプラズマ発生
手段との距離を相対的に可変に構成したので、プラズマ
の励起条件等の各種処理条件（ＩＣＰ印加電力、ガス
系、圧力）は何ら変更することなく、機械的な操作のみ
で処理特性の制御を行うことが出来る。

【００１２】本発明においては、可動機構が、予め定め
られた条件に基づいて算出された最適距離に基づいて制
御されることが好ましく、プラズマ発生手段がＩＣＰ方
式であることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明
にかかるプラズマ処理装置を実施可能なプラズマエッチ
ング装置を示す概略断面図である。

【００１４】図１に示すように、このプラズマエッチン
グ装置１は、導電性材料、例えばアルミニウム等で構成
された処理室１１を有し、この処理室１１内に被処理
体、例えば半導体ウエハＷを載置するための載置台１２
が収容されている。

【００１５】この載置台１２には第１の温調手段１３が
設けられており、載置台１２中を温調用の媒体、例えば
液体窒素等の冷媒が循環可能な構成となっている。これ
により、載置台１２を介して半導体ウエハＷを所望の温
度に調節することが出来る。

【００１６】また、載置台１２上には静電チャック機構
１４が設けられており、図示しない高電圧印加手段から
の高電圧により生じるクーロン力により、半導体ウエハ
Ｗを吸着保持可能な構成となっている。

【００１７】さらに、載置台１２には、第１のマッチン
グ・ネットワーク１５を介して高周波電源１６が接続さ
れており、プラズマ処理時には例えば（３８０Ｋ〜数
Ｍ）Ｈｚの周波数を印加可能な構成となっている。これ
によりプラズマとの間にバイアス電圧を生じさせ、プラ
ズマ流を半導体ウエハＷの表面に効果的に照射させるこ
とが可能となっている。

【００１８】そして、載置台１２と略対向する処理室１
１の頂部には、絶縁材料、例えば石英ガラスやセラミッ
クで構成された、上蓋１７が設けられている。さらに、
この上蓋１７の上部には、導体、例えば銅、アルミニウ
ム、ステンレス等からなる、渦巻コイル状に形成された
高周波アンテナ１８が配置されている。

【００１９】この高周波アンテナ１８の両端子間にはプ
ラズマ生成用の高周波電源１９より、第２のマッチング
・ネットワーク２０を介して、所定の周波数例えば（１
３．５６Ｍ）Ｈｚを印加可能な構成となっている。これ
により、処理室１１内に高密度の誘導結合プラズマを発
生させることが可能となっている。

【００２０】上述の上蓋１７および高周波アンテナ１８
には、第２の温調手段２１、第３の温調手段２２がそれ
ぞれ設けられており、所望の温度に調節可能な構成とな
っている。このことにより、上蓋１７への反応性生物の
付着抑制、および高周波アンテナ１８の冷却が可能とな
っている。

【００２１】さらに、高周波アンテナ１８は、可動機構
２３、例えばサーボモータやステップモータ等のモータ
類、またはエアシリンダー等のシリンダ類が設けら
れ、、高周波アンテナ１８を所望の高さ位置に設定可能
な構成となっている。このことにより、ガス系や圧力と
いったプラズマ励起条件を変更することなく、所望のエ
ッチング特性を得ることが可能となっている。

【００２２】また、上述の上蓋１７を介して、ガス供給
手段であるシャワーヘッド２４が処理室１１内に設けら
れている。このシャワーヘッド２４は、ガス源２５よ
り、マスフローコントロラーユニット２６を介して供給
される所望のガスを、所望の流量で、半導体ウエハＷに
対して均一に吹き出せるよう構成されている。

【００２３】また、上記処理室１１の底部壁には排気口
２７が設けられ、図示しない排気手段により室内を所望
の圧力に調整可能な構成となっている。

【００２４】次に、上記のように構成されたプラズマエ
ッチング装置１の制御系の構成について説明する。制御
器２８は、処理が施される前に予め設定された各種処理
条件、例えば、ＩＣＰ印加電力やガス系、圧力等の設定
値に基づいて、高周波アンテナ１８の最適位置を算出可
能に構成されている。

【００２５】この処理においては、図２に示すように、
ＩＣＰ印加電力によってデポ（付着）とスパッタリング
との境界が生じる。ここで示された境界位置が上記に示
す最適位置となる。本実施形態の構成によれば、ＩＣＰ
印加電力やガス系、圧力といったプラズマ処理条件を変
更することなく、高周波アンテナ１８の位置制御のみで
図２における最適位置（境界位置）にすることができ、
これにより最適な処理を施すことが可能となる。

【００２６】また、処理室１１には、処理室内の圧力や
処理の終点を検知する図示しないセンサが取り付けられ
ており、これらセンサからのフィードバック信号を、可
動機構２３、プラズマ生成用高周波電源１９、マスフロ
ーコントローラユニット２６、第１〜３の温調手段１
３、２１、２２、高周波電源１６等に送り、プラズマエ
ッチング装置１の動作環境を最適に制御可能な構成とな
っている。

【００２７】次に、上記のように構成されたプラズマエ
ッチング装置１の動作について説明する。

【００２８】まず、図示しない搬送装置により、半導体
ウエハＷが静電チャック機構１４上に載置される。その
後、所定の処理条件、例えばＩＣＰ印加電力、ガス系、
圧力等の情報に基づいて、制御器２８が高周波アンテナ
１８を最適位置にまで移動させるように可動機構２３へ
指示する。

【００２９】そして、ガス源２５から所定のエッチング
ガス、例えば（ＣＨＦ₃ ）を処理室１１内に導入し、所
望の圧力とする。次いで、プラズマ生成用高周波電源１
９からマッチング・ネットワーク２０を介して高周波ア
ンテナ１８に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が
印加され、プラズマが励起される。さらに、載置台１２
には、高周波電源１６から、例えば２ＭＨｚの周波数が
印加され、所定のバイアス電位が発生し、半導体ウエハ
Ｗに対するプラズマエッチング処理が施される。

【００３０】その後、上述の図示しない終点検出センサ
からの信号により、所定のプラズマエッチング処理が終
了したと判定されると、高周波エネルギーの印加が停止
されるとともに処理ガスの供給も停止され、再び図示し
ない搬送装置により半導体ウエハＷは処理装置外へ搬送
される。

【００３１】次に、処理室１１内に付着した不要な膜の
クリーニング処理を施す場合について説明する。

【００３２】まず、静電チャック機構１４上にダミーウ
エハＷを吸着保持させた状態で、クリーニングガス、例
えば（ＮＦ₃ 、ＣｌＦ₃ 、Ｏ₂ ）を所定量供給し、処理
室１１内をクリーニングに最適な圧力に維持する。この
後、プラズマ生成用高周波電源１９に所定の電力を供給
してクリーニングを行う。

【００３３】ここで、高周波アンテナ１８は可動機構２
３により、所定の間隔で上下動させる。この場合、クリ
ーニング中は、高周波アンテナ１８を常に上下動させて
おくのが好ましい。これにより、電界が処理室１１の全
内壁にかかることにより、処理室１１内壁や載置台１２
表面上に付着している不要な膜を除去することが可能と
なる。

【００３４】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく種々変形が可能である。例えば、上記実施の
形態においては、可動機構２３として、高周波アンテナ
１８を可動させる構成としたが、これに限るものではな
く、高周波暗転１８を固定とし、処理室１１や載置台１
２を可動する構成としても同様の効果を得ることが出来
る。

【００３５】また、上記実施形態においては、プラズマ
処理装置がＩＣＰ方式のプラズマエッチング装置である
場合について説明しているが、本発明は、エッチング装
置に限るものではなく、ＣＶＤ装置やスパッタリング装
置等、プラズマを用いて処理を施す装置に同様に適用す
ることができる。このため、被処理体も半導体ウエハに
限らず、ＬＣＤ基板、ガラス基板、フォトマスク等種々
のものに適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置は、載置台とプラズマ発生手段との距離を相対
的に可変させるので、各種処理条件は何ら変更すること
なく、機械的な操作のみでプラズマ処理特性の制御を行
うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置で
あるプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。

【図２】本発明の実施形態を説明する説明図である。

【符号の説明】

１…プラズマエッチング装置、１１…処理室、１２…載
置台、１３…第１の温調手段、１４…静電チャック機
構、１５…第１のマッチング・ネットワーク、１６…高
周波電源、１７…上蓋、１８…高周波アンテナ、１９…
プラズマ生成用高周波電源、２０…第２のマッチング・
ネットワーク、２１…第２の温調手段、２２…第２の温
調手段、２３…可動機構、２４…シャワーヘッド、２５
…ガス源、２６…マスフローコントローラユニット、２
７…排気口、２８…制御器、Ｗ…半導体ウエハ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ中で被処理体に処理を施すプラ
ズマ処理装置であって、処理室内に被処理体を載置可能に設けられた載置台と、前記処理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生手段
と、前記載置台と前記プラズマ発生手段との距離を相対的に
可変にする可動機構と、を具備することを特徴とするプ
ラズマ処理装置。
【請求項２】前記可動機構は、予め定められた条件に
基づいて算出された最適距離に基づいて制御されること
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】前記プラズマ発生手段は、ＩＣＰ方式で
あることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
プラズマ処理装置。