JPS61245529A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に対向電極と試
料電極との両電極で高周波電圧の印加を切替えるものに
好適なプラズマ処理装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来の装置は、例えば特開昭５９−９６２７７号公報に
記載のように、平行平板電極型ドライエツチング装置に
おいて、アノードカップリング方式による電源供給系と
カソードカップリング方式による電源供給系とを備え、
上記２種のカップリング方式を任意に切り換え可能な機
構を有することを特徴とし、半導体基板上に形成された
膜をエツチングする場合に問題となるホトレジストや下
地物質との選択性、あるいはプラズマ照射によっておこ
る素子特性への影響を改善するものがあった。

しかし、プラズマ利用による半導体基板の処理期間中に
半導体基板の被処理面内の処理不均一部における処理ガ
スの活性化を図ることで、プラズマ処理の均一性を向上
させることについては記載されていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、アノードカップリング方式とカソード
カップリング方式とによる電源供給系を任意に切り換え
可能な平行平板電極型のプラズマ処理装置において、プ
ラズマ利用による試料の処理期間中に試料の被処理面内
の処理不均一部における処理ガスの活性化を図ることで
、プラズマ処理の均一性を向上できるプラズマ処理装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、対向電極と試料電極とが対向して内設された
処理室と、該処理室内を減圧排気する排気系と、前記対
向電極を介し前記試料電極に向って放出される処理ガス
を供給するガス供給系と、前記対向電極と前記試料電極
との間で放電を生じさせる電源と、前記対向電極と前記
試料電極とを相対的に上下動させ前記対向電極と前記試
料電極との電極間隔を変える移動手段とを具備し、前記
対向電極を電極板と電極カバーとで構成して前記電極板
と前記電極カバーとを相対的に回転可能、かつ、該回転
により前記処理ガスの放出位置若しくは放出位置と放出
量とを変化可能に構設した装置により、プラズマ利用に
よる試料の処理期間中に処理ガスの放出位置若しくは放
出位置と放出量を試料の被処理面に対して変化させるこ
とで、プラズマ利用による試料の処理期間中に試料の被
処理面内の処理不均一部における処理ガスの活性化を図
り、これによりプラズマ処理の均一性を向上させようと
するものである。

〔発明の実施例〕

例えば、Ｍ膜、多結゛晶Ｓｉ膜等を有する試料をプラズ
マを利用して、例えば、エツチング処理した場合、電界
の集中現象等により試料の被処理面内の中心から半径方
向のエツチング速度分布は、第１図に実線で示すように
試料の被処理面周辺部でのエツチング速度が大きく中心
部番こ近づくにつれて小さくなる分布傾向を示す。

本発明者は、この状態で、処理ガスの放出位置を試料の
被処理面、特に処理不均一部、この場合は、被処理面周
辺部を除く他の部分に対して変化、　３　。

させて実験を実施した。その結果、例えば、処理ガスの
放出位置を最もエツチング速度が小さい被処理面中心部
にセットした場合、第１図に破線で示すように被処理面
周辺部を除く他の部分でのエツチング速度が増大し、こ
の分布の均一性が大幅に改善できることがわかった。こ
れは、被処理面に対応する処理ガスと反応生成物とのガ
ス分率が改善されて処理ガスの活性化が図られたためで
ある。また、アノードカップリング方式では、カソード
カップリング方式に比べて、電極間隔を狭くして行うの
が普通であり、電極間隔が極端に狭くなった場合とかは
、処理ガスの放出口が固定されたままだと、処理ガスが
分散する間がな（て、局部的に処理ガスが当って被処理
面に不均一が生じるが、処理ガスの放出位置を変化させ
ることで、被処理面に対応する処理ガスと反応生成物と
のガス分率が改善されて処理ガスの活性化が図れる。

この結果は、試料の処理期間中に処理ガスの放出状況、
つまり、処理ガスの放出位置若しくは放出位置と放出量
とを試料の被処理面に対して変化さ・　４　・ せることで、プラズマ処理の均一性を向上できることを
意味する。本発明は、このような観点のもとになされた
ものである。

以下、本発明の一実施例を第２図から第４図により説明
する。

第２図において、１０は排気系加により排気ノズル１１
から内部を所定の圧力に真空排気される処理室で、排気
系（９）は可変抵抗弁ガと真空ポンプ器と排気管ｎとか
ら成り排気ノズル１１に継ながる。（９）は試料部を配
置する電極板３１と電極軸３２とから成る試料電極で、
電極軸ｎは上端部を処理室１０内に突き出し処理室１０
の底壁に気密に保持し設けられている。４０は電極板４
１と電極軸４２と電極カバー詔とから成る対向電極で、
電極軸４２は下端部を処理室１０内に突き出し処理室１
０頂壁に気密を保持し回転可能に設けられている。関は
電極軸４２に取り付けられた歯車５１と、歯車５１に噛
合する歯車５２と、歯車５２につなげて取り付けられた
モータ簡とから成る回転手段で、処理室１０外に設けら
れている。

ωは電極軸４２と回転可能に取り付けられたガイド６１
と、ガイド６１を上下に案内するガイド軸６２と、ガイ
ド軸６２瘉こ取り付けられた歯車６３と、歯車６３に噛
合する歯車例と、歯車θにつなげて取り付けられたモー
タ６５と、処理室１０に取付けられガイド軸６２を支持
する支持台６とから成る移動手段で、処理室１０外に設
けられている。６７は処理室１ｏと電極カバー４３との
間に設けられ対向電極４ｏの移動によって伸縮し処理室
１０内を外部と仕切る伸縮継手例えばベローズである。

７０は処理ガス源７１とガス流量制御装置７２とガス供
給管７３と回転継手７４とから成るガス供給系で、処理
ガス＃７１は流量制御装置７２を介してガス供給管７３
で継ながれ、ガス供給管７３の端部は回転継手７４を介
して電極軸４２のガス供給路材に接続されている。助は
対向電極４ｏの電極軸４２の端部に取り付けたブラシ８
１と、ブラシ８１に継ながる切替えスイッチ８２と、切
替えスイッチ８２の一方に継ながる高周波電源８３と、
試料電極間の電極軸３２に継ながる切替えスイッチ洞と
、切替えスイッチ洞の一方に継ながる高周波電源部とか
ら成る電源供給手段で、対向型ｆ！伯に高周波電源８３
を継ないたときは試料電極（９）側がアースに継ながり
、反対に試料電極（資）に高周波電源δを継ないだとき
は対向電極間側かアースに継ながる。処理室１０と試料
電極間の電極軸３２および処理室１０と対向電極伯の電
極軸４２とは、電気的に絶縁されている。

電極軸３２の軸心は、電極軸４２の軸心と一致させられ
ている。電極板３１は、試料設置面を上面として電極軸
３２の上端に設けられている。電極板３１の大きさは、
同一円周上で試料器を、この場合、８個同時に設置可能
な大きさである。

電極板４１の試料電極句の電極板３１と対向する面には
、第３図番こ示すように放射状方向に、この場合、８個
のガス分散用溝６が等間隔で形成されている。ガス分散
用溝４５は、電極板３１に向って開放されている。なお
、ガス分散用溝部の個数並びに間隔は、電極板３１の試
料設置個所並びに間隔暑こもとづいて設定される。ガス
分散用溝部は、ガス供給路材に連通させられている。電
極カバー〇は、電極板４１のガス分散用溝５が形成され
た面に対応し、かつ、電極板４１の回転を阻害しないよ
うに設・　７　・ けられている。即ち、電極カバー招の縦断面形状は、電
極板４１を収容可能な寸法、形状となっている。電極カ
バー４３の端部は、ガイド６１の下面に設けられている
。電極カバー４の底壁部には、第４図に示すように、こ
の場合、ガス放出孔部が多数穿設されている。即ち、電
極板４１のガス分散用溝部と所定角度θを有する線上で
、かつ、電極板３１の試料設置位置に対応可能にガス放
出孔柘は穿設されている。なお、ガス放出孔部が穿設さ
れる範囲は、試料部の被処理面の、例えば、処理不均一
部（試料がＡ１１．　　Ｐｏ１ｙ　　Ｓ＋の場合は、周
縁端から１／４の周辺部を除（部分）に対応させられて
いる。

上記構成署こより、試料型′Ｆｉ８３０に高周波電圧を
印加するカソードカップリング方式においては、切替え
スイッチあを高周波電源δ側に継なぎ、切替えスイッチ
８２をアース側へ継ないで行う。処理室１０丙には、外
部より試料（資）が８個搬入され電極板３１の試料設置
に被処理面上向姿勢にて設置される。

対向電極伯は移動手段ωによって、試料電極間との間を
最適の処理条件となる間隔にセットされる。

・　８　・ この場合はモータ６５が回ることにより、歯車例および
６３を介してねじの切られたガイド棒６２が回転してガ
イド６１を上下に案内する。一方、処理室１０内は、真
空ポンプ乙の作動で所定圧力に減圧排気される。その後
、ガス流量制御装置７２で流量制御された処理ガスが対
向電極伯を介し試料電極頷に向って放出される。これと
共に、この放出された処理ガスの一部は、真空ポンプ器
により排気され処理室１０内は、可変抵抗弁２１の作用
により所定の処理圧力に調整される。その後、電極板３
１には、高周波電源８５より電極軸３２を介して高周波
電圧が印加される。これにより、電極板４１と電極板３
１との間には、グロー放電が生じて処理ガスはプラズマ
化される。このプラズマを利用して試料部の被処理面は
所定処理、この場合、エツチング処理される。このよう
な処理期間中にモータ郭を作動させることで電極板４１
は、矢印１００方向に回転させられる。この回転により
、ガス供給路材を流通しガス分散用溝４５に分散させら
れた処理ガスはＡからＢの方向（第４図）に順次放出位
置が変化するガス放出孔部から放出されるよう番こなる
。これにより上記した現象が生じ、この結果、エツチン
グ処理の均一性が向上する。

次に、対向電極伯に高周波電圧を印加するアノードカッ
プリング方式においては、切替えスイッチ８２を高周波
電源８３側に継なぎ、切替スイッチ泪な をアース側へ継尽）で行う。前記同様、処理室１０内に
試料おが搬入され試料電極（資）上に配置される。

対向電極槌は移動手段６０によって、試料電極（９）と
の間を最適の処理条件となる間隔暑こセットされるが、
カソードカップリング方式の場合に比べて電極は狭々す
る。その後、電極板４１には、高周波電源８より電極軸
４２を介して高周波電圧が印加される。これにより、前
記同様電極板４１と電極板３１との間にグロー放電が生
じて処理ガスがプラズマ化され、このプラズマを利用し
てエツチング処理される。このエツチング処理中に回転
手段５０のモータ５３を作動させて、電極板４１を回転
させ処理ガスの放出位置を順次変化させて、処理ガスが
局部的に継続して当たり不均一な処理が生じないように
している。なお、エツチング処理が完了した時点で、電
極板２１の回転、処理ガスの供給および高周波電圧の印
加が停止上され、その後、処理済みの試料間は、電極板
２１から除去されて処理室１０外へ搬出される。

本実施例では、次のような効果を得ることができる。

（１）試料のエツチング処理期間中に試料の被処理面内
の処理不均一部における処理ガスの活性化を図ることが
できるため、試料の被処理面内の各位置でのエツチング
速度の均一性を向上できるエツチング処理の均一性が向
上する。

（２）試料の被処理面内でのエツチング速度の平均値が
、例えば、第１図に破線で示すように向上しスループッ
トが向上する。

（３）対向電極と試料電極が極めて狭い場合に、処理ガ
スの放出位置が順次変化するので処理ガスが局部的に継
続して放出されず、局部的にエツチングが進むことなく
一様にエツチング処理ができる。

・　１１　・ 次に本発明の第２の実施例を第５図により説明する。同
図において、前記一実施例と同符号は同一部材を示す。

前記一実施例と異なる点は、電極カバー招が処理室１０
に回転可能に支持されて、電極カバー４３に歯車図が取
り付けられ、電極軸４２に取り付けた歯車５１と噛合し
モータ５３に継ながれた歯車５２と歯車図とが噛合され
ており、電極板４１と電極カバー４３とが共に異なる速
度で回転するようにしである。また、電極カバー招の回
転に伴い、電極カバー４３と電極板４１とを上下に移動
案内するガイド６７と、歯車８との間に軸受筒を設け、
電極カバー４３を移動案内可能にしたことにある。

上記構成により、回転手段（資）′のモータ５３を回転
させることによって、歯車５２および歯車５１を介して
電極板４１が回転すると共に、歯車５２および歯車図を
介して電極カバー鞄が回転して、試料電極間に配置した
試料簡に対して、処理ガスをさらに任意の位置から吹き
出させることができる。

以上、他の実施例では、前記一実施例での効果と同様の
効果を得ることができ、更に、試料の被・　１２・ 処理面からみて処理ガスの放出位置が円周方向暑こも変
化するため、更にエツチング処理の均一性能が向上する
。

なお、本実施例では電極板４１と電極カックー招とが逆
方向に回転する構造となっているが、アイドルギヤを噛
ませて同方向に回転させても良い。

第６図は、本発明の第３の実施例を示すもので、本発明
の上記一実施例を示す第４図と異なる点は、電極カバー
４に穿設されたガス放出孔柘のＡ、　　Ｂ両端部の孔径
に比べ中央部の孔径が大きくなっている点である。

本実施例では、上記一実施例での効果と同様の、効果を
得ることができ、更に、ガス放出位置だけでな曵ガス放
出量も変化できるため、試料の被処理面中心部でのエツ
チング速度が更に小さい場合會こは、より有効である。

第７図は、本発明の第４の実施例を示すもので、本発明
の上記一実施例を示す第４図と異なる点は、電極カバー
４にガス放出孔ではな鳴ガス放出溝襲が形成されている
点である。また、この場合、ガス放出溝招の溝幅は、Ａ
、Ｂ両端部で狭く中央部で広くなっている。

本実施例では、上記第３の実施例での効果と同様の効果
を得ることができる。

第８図は、本発明の第５の実施例を示すもので、本発明
の上記一実施例を示す第４図と異なる点は、電極カバー
４３に穿設されたガス放出孔部のＡ、　Ｂ間の中央部に
他のガス放出孔部′がガス放出孔部の周りで穿設されて
いる点である。

本実施例では、上記第３の実施例での効果と同様の効果
を得ることができる。

第９図は、本発明の第６の実施例を示すもので、本発明
の上記一実施例を示す第３図と異なる点は、対向電極旬
の電極板４１の試料電極（資）の電極板３１と対向する
面にガス分散用溝６′が螺旋状に形成されている点であ
る。ガス分散用溝部′の一端部、この場合は、電極板４
１の中心部側端は、ガス供給路冴に連通させられている
。

本実施例では、上記一実施例での効果と同様の効果を得
ることができる。

なお、上記第３から第５の実施例では、対向電極におい
て電極カバーを固定して電極板を回転させるようにして
いるが、この他に、前記第２の実施例に示すように電極
板と電極カバーとを共に、異なる速度で回転させるよう
にしても良い。また電極板を固定して電極カバーを回転
させる構造としても良い。

また、本実施例では対向電極を上下させて、試料電極と
対向電極との間隔を調整する構造としているが、試料電
極を上下させて調整するようにしても良い。また、シリ
ンダ等の駆動手段を用いても良い。

〔発明の効果〕

本発明は、アノードカップリング方式とカソードカップ
リング方式とによる電源供給系を任意に切り替え可能な
平行平板電極型のプラズマ処理装置において、プラズマ
利用による試料の処理期間中に試料の被処理面内の処理
不均一部における処理ガスの活性化を図ることができる
ので、プラズマ処理の均一性を向上できるという効果が
ある。

・１５　・

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガス放出位置とエツチング速度との関係模式
図、第２図は、本発明を実施したプラズマ処理装置の一
例を示す要部縦断面図、第３図は、第２図の対向電極の
電極板の平面図、第４図は、同じく電極カバーの平面図
、第５図は、本発明を実施したプラズマ処理装置の第２
の例を示す要部縦断面図、第６図〜第８図は、本発明を
実施したプラズマ処理装置の第３〜第５の例を示すもの
で、対向電極の電極カバーの平面図、第９図は、本発明
を実施したプラズマ処理装置の第６の例を示すもので、
対向電極の電極板の平面図である。 １０・・・・・・処理室、加・・・・・・排気系、（９
）・・・・・・試料電極、伯・・・・・・対向電極、４
１・・・・・・電極板、砺・・・・・・電極カバー、４
５．４５’・・・・・・ガス分散用溝、柘・・・・・・
ガス放出孔、４６′・・・・・・他のガス放出孔、招・
・・・・・ガス放出溝、５０゜関′・・・・・・回転手
段、ω、６０′・・・・・・移動手段、７０・・・・・
・ガス供給系、梱・・・・・・電源供給手段・１６　・ νｑ叫の有し尽理面’ｊｆｒｖｐ□らの韓ζ　り 〉　聾 １″″′１　　リ 聾聾 オろ図 オフ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、対向電極と試料電極とが対向して内設された処理室
   と、該処理室内を減圧排気する排気系と、前記対向電極
   を介し前記試料電極に向って放出される処理ガスを供給
   するガス供給系と、前記対向電極と前記試料電極との間
   で放電を生じさせる電源と、前記対向電極と前記試料電
   極とを相対的に上下動させ前記対向電極と前記試料電極
   との電極間隔を変える移動手段とを具備し、前記対向電
   極を電極板と電極カバーとで構成して前記電極板と前記
   電極カバーとを相対的に回転可能、かつ、該回転により
   前記処理ガスの放出位置若しくは放出位置と放出量とを
   変化可能に構設したことを特徴とするプラズマ処理装置
   。