JPS58170536A - プラズマ処理方法及びその装置 - Google Patents

プラズマ処理方法及びその装置

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JPS58170536A
JPS58170536A JP5299282A JP5299282A JPS58170536A JP S58170536 A JPS58170536 A JP S58170536A JP 5299282 A JP5299282 A JP 5299282A JP 5299282 A JP5299282 A JP 5299282A JP S58170536 A JPS58170536 A JP S58170536A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （Ｊｌ）　　発明の技術分野 本発明はプラズマ処理方法及びその装置、特にプラズマ
発生室と処理室が分離されたプラズマ処理方法及びその
装置の改良に関する。
わ）技術の背景 半導体装置の製造工程には気体処理を行なう工程が数多
く存在する。特にドライエ、チング、気相成長等の気体
処理工程に於ては処理の均一さけ最も重要なファクター
である。そしてこれらの処理が均一に行われるか否かは
、処理領域に形成される処理気体の流れの状態に大きく
影響される。
（Ｃ）　　従来技術と問題点 半導体層、絶縁膜、配線材料層等の選択エツチングには
、例えば第１図に示す模式図のようなプラズマ発生室と
処理室が分離された構造のプラズマエツチング装置が用
すられる。同区に於て、ｌはμ波発生装置、２はプラズ
マ発生室、３Ｖ′ｉ工。
チング・ガス供給管、４はガス通路、５はガス導入口、
６は処理室、７は真空排気口、８は被加工物、９はガス
の流れ方向矢印し％Ｐはプラズマ、そしてこのような構
造の装置に於ては、工、チング・ガスはプラズマ発生室
２で活性粒子となり、ガス導入口５から直かに処理室６
内へ放出され、被加工物８と反応し九後排気される。こ
の際、被加工物の工、チング速度は被加工物８表面への
活性粒子の到達率と反応生成物質の離脱の割合によって
決まるので、ガス導入口５の位置や排気ロアの位置等が
エツチング分布に大きく影響する。
そのため上記従来装置に於ては、エツチング・ガスに例
えば通常組成の四ふつ化炭素（ＣＦ４　）　＋酸素（Ｏ
ｚ）を用い、ガス圧０．３（７ｏｒｒ）程度で５〔吋〕
径被加工基板上に形成された４　０００（Ａ）程度の厚
さの多結晶シリコン層をエツチングした際、面内で１０
〜２０（チ〕程度の大きな工、チング速度の分布を示し
、該エツチングで形成したパターンの幅も０．１５（μ
ｍ３以上ばらつくという問題があった。
処理室内のガス圧を更に低くすることにより上記エツチ
ング速度の分布は改善されるが、この場合活性粒子の量
がガス圧低下とともに急激に減少してエツチング速度が
著しく低下するという間趙を生じる。
又従来無２図に示す模式図のよりに、プラズマ発生室２
と処理室６が、パンチング会ボードで形成されたプラズ
マ遮蔽板１１で仕切られ九構造の装置も用いられる。該
構造に於ては、プラズマ発生室２に流入されたエツチン
グ・ガスに導波管１２、μ波透過窓１３等を介してμ波
発生装置Ｉから声涙を照射し、プラズマＰを発生させて
エツチング・ガスを活性粒子とする。そしてこの活性粒
子を真空排気ロアを介して減圧状態に排気されている処
理室６内へ、プラズマ遮蔽板】】の複数のガス流入孔１
４から圧力差によって流入し、被加工物８のエツチング
がなされる。（３はエツチング・ガス供給管） 然し、このような装置に於て、ガス流入孔の靴大きさ、
形状９等を変化させた際にも、エツチング速度の分布は
小さくならず、遮蔽板１１の孔形状に対応した分布が出
たり、孔を細くすると排気方向に依存する分布が出九り
する。
例えばＣＦ４＋Ｏ２をエツチング・ガスとし１．０〜２
、０　［：　’ｌ’ｏｒｒ）程度のガス圧で５吋基板上
の厚さ４０００［＾〕程度の多結晶シリコン層をエツチ
ングして形成したパターン幅のばらつきは０．３〔μＩ
ｎ）以下になし得なかった。しかも処理ガスの種類や排
気速度等の条件の変更に対して最良の均一性が得られる
ように遮蔽板形状を随時変えることは困難であった。
（ｄ）　　発明の目的 本発明の目的は、加工速度分布の小さいプラズマ処理方
法及び該方法に使用するプラズマ処理装置を提供するこ
とにある。更に他の目的は、処理条件変更に対しても簡
単な対処で加工速度分布の均一なプラズマ処理を行なえ
る方法及び装置１に提供することにある。
（ｅ）　　発明の構成 即ち本発明のプラズマ処理方法は、プラズマ発生室を処
理室と区別してプラズマ処理を行うに際して、プラズマ
発生室で励起した活性ガスを、望ましくけコンダクタン
ス制御手段を介して処理室内に流入させ、更に該活性ガ
スを、処理室内への活性ガス流入用開孔の前面に設けた
開孔との距凱開孔軸との角度、及び遮蔽面積を変化し得
る板状のガス拡散手段を介して処理室内戚るいは遮蔽板
によって処理室内に画定形成した処理領域内に分配し、
被加工面に接する活性ガスの分布を均一化することを特
命とする。このプラズマ処理方法を実施するため、本発
明は、プラズマ発生室で励起した活性ガスを、プラズマ
発生室と分離された処理室に導いてプラズマ処理を行う
装置に於て、プラズマ発生室と処理室を接続するガス通
路に、該通路の断面積を変化せしめるコンダクタンス制
御板を設け、更に処理室に於ける前記ガス通路の開孔部
前面に、開孔面との距離、開孔軸との角度。
及び面積を変化せしめ得るガス拡散板を設けて彦ること
を特徴とするプラズマ処理装置、と更に前記ガス拡散板
の周囲に処理領域を画定する隔壁を設は九プラズマ処理
装置を提供するものである。
（ｆ）　　発明の実施例 以下本発明を実施例について、図を用いて詳細に説明す
る。
第３図はコンダクタンス制御手段及びガス拡散手段から
なるガス分布制御手段に於ける一実施例の断面模式図（
イ）及び上面模式図（ロ）、第４図は本発明のプラズマ
処理装置に於ける一実施例の断面模式図、第５図は本発
明のプラズマ処理装置に於ける他の一実施例に於ける断
面模式図である。
本発明に用いるコンダクタンス制御手段は、例えば第３
図（イ）及び（ロ）に示すように、開孔２１を有する円
板状のコンダクタンス制御板２２と、処理室内へのガス
導入孔２３の周囲に設けられた前記コンダクタンス制御
板２２の支持機構２４によって形成される。そして例え
ば開孔２１の直径ａが異なるコンダクタンス制御板２２
を用意し、これを交換することによシコンダクタンスの
制御がなされる。なおコンダクタンス制御板２２はシャ
ッタ機構にして開孔径を変えても勿論さしつかえない。
このコンダクタンス制御板２２を設ける主目的はガスの
種類やガス通路形状の変更に対し、処理室内へのガス流
入速度を適当な範囲に調節するためのもので、このより
な条件変更が要求されないのであれば必須のものではな
い。
本発明の最大の特徴であるガス拡散手段は、例えば同じ
く第３図（イ）及び（ロ）に示すように、種々な直径す
を有するガス拡散板２５をガス導入孔２３の前面に、例
えばねじ２６等により三点を支持して固定することによ
り形成される。そして拡散状態の制御は、拡散板２５を
直径（３１！蔽面積）の異なるものに交換すること、及
びねじ２６に具備せしめたナツト２７により拡散板２５
とガス導入孔２３開口面の距離りを変化させることによ
ってなされる。この拡散板２５は、処理室内へのガス流
入口の前面にあって、流入ガスを一担そこへ当てて拡散
させることが必須の機能であるが、最適の寸法、形状、
配置位置は処理室内形状に大きく依存する。
上記コンダクタンス制御手段及びガス拡散手段を具備せ
しめた本発明のプラズマ・工、チング装置を模式的に示
したのが第４図及び第５図である。
これらの図に於て、２１はコンダクタンス制御板の開孔
、２２はコンダクタンス制御板、２３は処理室上部に設
けられているガス導入孔、２５はガス拡散板、２６はμ
波発生装置、２７はブラダ１発生室、２８はエツチング
・ガス供給ｔ、２９はガス通路、３０は処理室、３１は
真空排気口、３２は障壁、３３は被加工物、３４はガス
の流れ方向矢印し、Ｐはプラズマ、ａはコンダクタンス
制御板の開孔径、ｂはガス拡散板の直径、ｈはガス拡散
板２５とガス導入孔２３開口面との距離を示している。
これらの装着に於ては被加工物３３ｔ−覆う様に傘形の
障壁３２ｆｔ設けて、処理領域３５を狭い範囲に画定し
ている。このように処理領域３５を画定することは、処
理室３０の平面積が被加工面に対して著しく広い場合に
有効であフ、処理室３０の平面積が被加工面に対して４
〜５〔倍〕程度の広さの場合には該障壁を設ける必要は
ない。
なお前述したコンダクタンス制御手段、ガス拡散手段、
障壁等はエツチング・ガス等の反応ガスに対して耐性の
大きい材料例えばテフロン等によって形成される。
次に上記実施例の装置を用いて行ったエツチング結果に
ついて述べる。
実施に当って、障壁３２の上部径１３０　（ｕ＋戸〕下
部径］　６０　（ｎ＋戸：］ｌ処理処理昇天らの＾さ８
０〔■〕とし、処理室天井から被加工物３３表面までの
距離７ｏ［ｍ）とした。又コンダクタンス制御手段 充分に確保でき、且つ活性種が不足しないよう調査の結
果１２．５（１ｍ＋２１）に固定した。エツチングガス
として四ふつ化炭素（ｅＦ４）　４００　Ｃ”／分Ａ酸
素（Ｏｘ）　１２０　（ｃｃ／分〕の混合ガスを供給し
、２．４　ｓ　（ＧＨｚ）　−１（ｋｗ）ノμ波を照射
り、”ｌ！、チング・ガスの活性種を形成した。そして
処理室内のガス圧は０．５〜１　（Ｔｏｒｒ　）に調節
した。
このような条件で、ガス拡散板２５の直径す及びガス拡
散板２５とガス導入孔２３開口面とを平行にし、その距
ｓｈを変化させ、５〔吋〕径の被加物（基板）３３上に
形成されている多結晶シリコン層のエツチングを行って
エツチング速度の面内分布を求めた。
上記エツチング例に於て、ガス拡散板の直径すを９０〜
】ＯＯ（ｍ５ＺＩ）とし、拡散板とガス導入孔開口面と
の距離ｈｌ変化せしめた際のエツチング速度の面内分布
を示したのが第１表で、ｈをｔｓ（ｍ〕に固定しｂｔ変
化せしめた際の結果を示したのが第２表である。
第１表 第２表 この結果から上記エツチングに於ては、ガス拡散板２５
の径ｂ＝９０〜１００（ｗｉｌｏｏ（、ガス拡散板２５
とガス導入孔２３開口面と距離ｂ　：　１．５〔酊〕に
選ぶことが最も望ましいことがわかる。
そしてこの際のエツチング速度の面内分布は４〔チ〕程
度におさまり、従来の１０〜２０〔チ〕に対して大幅に
改善される。しかし、いずれの場合でもガス拡散板２５
の存在によってエツチング速度の面内分布は従来より改
善される効果を奏していることは明らかである。
丹お上記エツチング例に於ては処理室内のガス圧は従来
の２〜３倍程度の０．５〜Ｉ　Ｃ’ｒｏｒｒ：＋程度と
した。従ってエツチング速度も３０００〜３５００（Ａ
／分分根程度値が得られ、従来に比べ１．５〔倍〕程度
に向上する。
上記実施例に於ては障壁により処理領域を画定したが、
１６０〜１８０（１ｍｐ）程度の内径の処理室を有する
プラズマ処理装置に於ては、該障壁を用−ないでも同様
の結果が得られる。
なお、被加工面内に加工分布を故意に形成せしめる際に
は、ガス導入口の開口軸とガス拡散板の角度を変えて、
ガス拡散板を平行面からずらして行うようにすればよい
。
（ｇ）発明の詳細 な説明したように本発明によれば５〔吋〕基板に於ける
エツチング速度の面内分布を４〔チ〕程度に抑えること
ができる。従ってエツチング形成するパターン幅の面内
分布ｔ−０，１（μｍ〕以下にすることが可能になり、
微細パターンを有するＬＳＩ等の半導体装置の歩留向上
が図れる。
なお本発明は多結晶シリコン層以外の物質をエツチング
する際にも勿論有効であり、更にプラズマ化学気相成長
に際しても効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は従来のプラズマ・エツチング装置の
断面模式図、第３図は本発明の一実施例に於けるコンダ
クタンス制御手段とガス拡散手段からなるガス分布制御
手段の断面模式図（イ）及び上面模式図（ロ）、第４図
及び第５図は本発明の一実施例及び他の一実施例の断面
模式図である。 図に於て、２１はコンダクタンス制御板の開孔、２２は
コンダクタンス制御板、２３はガス導入Ｌ２４は支持機
構、２５はガス拡散板、２６はμ波発生装置、２７Ｆｉ
プラズマ発生室、２８はエツチング・ガス供給管、２９
はガス通路、３０は処理室、３１は真空排気口、３２は
障壁、３３は被加工物、３４はガスの流れ方向矢印し、
ＰＦ′ｉプラズマ、ａはコンダクタンス制御板の開孔径
、ｂはガス拡散板の直径、ｈはガス拡散板２５とガス導
入孔３３開口面との距離を示す。 筆　ｌ　図 Ｐ　ヲ　ｍ 茅　４２ Ｐ　５　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、　プラズマ発生室を処理室と分離してプラズマ処理
    を行うに際して、゛プラズマ発生室で励起した活性ガス
    を、処理室内への活性ガス流入用の開孔の前面に設けた
    ガス拡散手段を介して処理室内に分配し、該ガス拡散手
    段の後方に配置された被加工物にプラズマ処理を施すこ
    とを特徴とするプラズマ処理方法。 ２、　プラズマ処理室を処理室と分離してプラズマ処理
    を行うに際して、プラズマ発生室で励起された活性ガス
    を、コンダクタンス制御手段を介して処理室内に流入し
    、更に該活性ガスを、処理室内への活性ガス流入用の開
    孔の前面に設けた板状のガス拡散手段を介して、前記開
    孔を囲んで設けられた障壁によって画定された処理領域
    内に分配し、該処理領域内の前記ガス拡散手段後方に配
    置した被加工物にプラズマ処理を施すことを特徴とする
    　　３プラズマ処理方法。 ３、　プラズマ発生室で励起した活性ガスを、プラズマ
    発生室と分離された処理室に導いてプラズマ処理を村う
    装置に於て、プラズマ発生室と処理室を接続するガス通
    路を設け、更に処理室に於ける前記ガス通路の開孔部前
    面に、開孔面との距離。 翻孔軸との角度、及び面積を変化せしめ得るガス拡散板
    を設けてなることを特徴とするプラズマ処理装置。 ４、　プラズマ発生室で励起し念活性ガスを、プラズマ
    発生室と分離された処理室に導いてプラズマ処理を行う
    装置に於て、プラズマ発生室と処理室を接続するガス通
    路に、該通路の断面積を変化せしめるコンダクタンス板
    を設け、更に処理室に於ける前記ガス通路の開孔部前面
    に、開孔面との距配領域を画定する障壁を設けてなるこ
    とを特徴とするプラズマ処理装置。
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