WO2003088338A1

WO2003088338A1 - Dispositif et procede de traitement au plasma

Info

Publication number: WO2003088338A1
Application number: PCT/JP2003/003277
Authority: WO
Inventors: Ryu Nonaka; Masatoshi Kitano
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2003-10-23
Also published as: AU2003213427A1; JP2003309110A; TW200306612A

Description

明細書プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法技術分野

本発明はプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法にかかり、特にプラズマ処理装置に備えられた電極の帯電および異常放電を防止することのできるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。背景技術

半導体や液晶表示装置の製造工程などでブラズマ処理で行われている。このプラズマ処理においては、例えば電極が備えられた気密な処理容器内に処理ガスを導入し、電極に高周波電力を印加して、処理ガスをプラズマ化する。このプラズマを利用して、被処理体の表面にェッチングゃ成膜等の処理を行う。

図 5は、従来のプラズマ処理装置の一例であるプラズマエッチング装置 1 0の概略断面図である。図 5に示すプラズマエッチング装置 1 0は、略円筒形の接地された気密な処理容器 1 2を備えている。この処理容器 1 2内に、半導体ウェハ Wの載置台を兼ねた下部電極 1 4が、上下動可能に設けられている。下部電極 1 4上面の周縁上には、シリコン等からなるフォ一カスリング 2 0が設置されてい

Ό o

処理容器 1 2の天井部分に、下部電極 1 4と対向する上部電極 1 8が設けられている。この上部電極 1 8も、処理容器 1 2を介して接地されている。上部電極 1 8には、複数のガス吐出口 1 9が形成されている。処理容器 1 2上部には、ガス供給系（図示せず）に接続されたガス導入口 1 6が設けられている。ガス供給系から供給される処理ガスは、ガス導入口 1 6およびガス吐出口 1 9を通じて処理容器 1 2内に導入される。処理ガスとしては、例えば C ₄ F ₈ガス、 A rガスおよび 0 ₂ガスの混合ガスが用いられる。処理容器 1 2下部には、排気機構（図示せず）に接続された排気口 3 0が設けられている。処理容器 1 2内は、排気口 3 0を通じて排気されることで、所定の圧力に保たれる。下部電極 1 4内部には、循環路 6 8が形成されている。循環路 6 8には、外部から熱交換媒体（冷媒）を供給して循環路 6 8内を循環させるための配管 6 6が接続されている。このように循環路 6 8内に熱交換媒体を循環させることで、下部電極 1 4を介してウェハ Wの温度を制御可能に構成されている。さらに、下部電極 1 4内部には、ウェハ Wと電極 1 4との間の狭小空間 2 4に伝熱ガス、例えば H eガスを供給するためのガス通路 2 2が形成されている。このガス通路 2 2 から供給される H eガスによっても、ウェハ Wの温度が制御される。

下部電極 1 4には、高周波電源 3 6から整合器 3 4を介して 1 3 . 5 6 MH z の高周波電力が供給される。処理容器 1 2内に導入された処理ガスは、下部電極 1 4に供給される高周波電力によってプラズマ状態となり、ウェハ W表面にエツチング処理が施される。

ところで、上記のようなプラズマ処理装置 1 0においては、循環路 6 8における熱交換媒体の流れの摩擦や、高周波電力によって生ずる自己パイァス電圧などにより、下部電極 1 4が帯電しやすい状態になっている。下部電極 1 4が帯電していると、メインテナンス時に作業員が触れた場合、静電気放電を生ずることがある。このため、下部電極 1 4は、その帯電を防止するために、比較的高い抵抗値を持つ抵抗 3 2を介して接地されている。

一方、下部電極 1 4が接地されているため、プラズマ処理の条件によっては、下部電極 1 4において D C放電が発生することがある。例えばウェハ W近傍に生ずる自己バイアス電圧が高い場合に、ガス通路 2 2の開口部などを介して、ゥェハ Wと下部電極 1 4間で D C (直流）放電が発生することがある。この D C放電は、ウェハ Wに直接ダメージを与えたり、処理や装置に悪影響を及ぼす異常放電の原因となったりするという問題がある。発明の閧示

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電極の帯電と異常放電とを防止することの可能なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明によれば、処理ガスのプラズマを利用する処理装置であって、処理ガスの導入口と、排気口とを有する処理容器と、この処理容器内に設けられ、被処理体を載置する電極と、この電極に対して、処理ガスのプラズマを形成するための高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極を、互いに直列に接続された抵抗と開閉器とを介して接地させる接地回路と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

かかる装置によれば、プラズマ処理中は開閉器を開くことで電極を D C的にフローテイング（非接地）状態にすることができる。これにより、被処理体と電極との間の D C放電が持続的に生じないようにして、異常放電を防止することができる。また、処理を行わないときには、開閉器を閉じて電極を接地させることで、電極の帯電を防止することができる。

また、本発明によれば、処理ガスのプラズマを利用する処理装置であって、処理ガスの導入口と、排気口とを有する処理容器と、この処理容器内に設けられ、被処理体を載置する電極と、この電極に対して、処理ガスのプラズマを形成するための高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極上に、被処理体を囲むように設けられた導電性部材と、この導電性部材と前記電極との間を電気的に接続する第 1抵抗体と、前記電極を、前記第 1抵抗体よりも大きな抵抗値を有する第 2 抵抗体を介して接地させる接地回路と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

かかる装置によれば、被処理体と電極とを D C的に略同電位とすることができる。このため、プラズマ処理中の電極と被処理体との間の D C放電を抑制して、異常放電を防止することができる。

また、本発明によれば、処理ガスのプラズマを利用する処理装置であって、処理ガスの導入口と、排気口とを有する処理容器と、この処理容器内に設けられ、被処理体を載置する電極と、この電極に対して、処理ガスのプラズマを形成するための高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極を、開閉器を介して接地させる接地回路と、前記処理容器に設けられ、開放時に前記電極へのアクセスを可能とするメンテナンス扉と、このメンテナンス扉の開放および閉鎖に連動して前記接地回路の開閉器を閉鎖および開放させる連動システムと、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。かかる装置によれば、メインテナンス扉の開放時には常に電極が接地され、電極の帯電が防止される。このため、メインテナンス時に作業者が電極に触れたとしても静電気放電を感じることはない。また、メインテナンス扉の開閉と連動して開閉器を開閉するようにしたことで、開閉器の制御手段を独立して設ける必要がなく、コストダウンの効果がある。

上記の目的を達成するため、本発明の他の局面によれば、処理ガスのプラズマを利用する処理方法であって、処理容器内の電極上に被処理体を載置する工程と、前記処理容器内を排気しつつ、前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、前記電極に対して高周波電力を印加して、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマを利用して被処理体を処理する工程と、を備え、前記電極に高周波電力が印加されていないときには、前記電極を抵抗を介した接地状態にし、前記電極に高周波電力が印加されているときには、前記電極を非接地状態にする、ことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。

また、本発明によれば、処理ガスのプラズマを利用する処理方法であって、処理容器内の電極上に被処理体を載置する工程と、前記処理容器内を排気しつつ、前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、前記電極を非接地状態にする工程と、非接地状態の前記電極に対して高周波電力を印加して、前記処理容器内に処理ガスのブラズマを形成し、このプラズマを利用して被処理体を処理する工程と、前記電極への高周波電力の印加を停止する工程と、電力の印加を停止された前記電極を、抵抗を介した接地状態にする工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法が提供される。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施形態にかかるプラズマエッチング装置の概略断面図；

図 2は、図 1に示した装置における高周波電源およびリレーのオンオフ状態を示す図；

図 3は、本発明の第 2の実施形態にかかるブラズマエッチング装置における下部電極周辺の概略断面図；図 4は、本発明の第 3の実施形態にかかるブラズマエツチング装置の要部を示す図；

図 5は、従来のプラズマエッチング装置の概略断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下に添付図面を参照しながら、本発明にかかるブラズマ処理装置およぴプラズマ処理方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を一部省略する。

[第 1の実施形態]

図 1は、本実施形態にかかるプラズマエッチング装置 1 0 0の構成を示す概略断面図である。

図 1に示すプラズマエッチング装置 1 0 0は、略円筒形の接地された気密な処理容器 1 2を備えている。この処理容器 1 2内に、半導体ウェハ Wの載置台を兼ねた下部電極 1 0 4が、上下動可能に設けられている。下部電極 1 0 4上面の周縁上には、ウェハ Wに対する処理の均一性を向上させるように、導電性材料、例えば導電性のシリコンからなるフォーカスリング 1 2 0が設置されている。

処理容器 1 2の天井部分に、下部電極 1 0 4と対向する上部電極 1 8が設けられている。この上部電極 1 8も、処理容器 1 2を介して接地されている。上部電極 1 8には、複数のガス吐出口 1 9が形成されている。処理容器 1 2上部には、ガス供給系（図示せず）に接続されたガス導入口 1 6が設けられている。ガス供給系から供給される処理ガスは、ガス導入口 1 6およびガス吐出口 1 9を通じて' 処理容器 1 2内に導入される。処理ガスとしては、例えば C ₄ F ₈ガス、 A rガスおよび 0₂ガスの混合ガスが用いられる。処理容器 1 2下部には、排気機構（図示せず）に接続された排気口 3 0が設けられている。処理容器 1 2内は、排気口 3 0を通じて排気されることで、所定の圧力に保たれる。

下部電極 1 0 4内部には、循環路 6 8が形成されている。循環路 6 8には、外部から熱交換媒体（冷媒）を供給して循環路 6 8内を循環させるための配管 6 6 が接続されている。このように循璟路 6 8内に熱交換媒体を循環させることで、下部電極 1 0 4を介してウェハ Wの温度を制御可能に構成されている。さらに、下部電極 1 0 4内部には、ウェハ Wと電極 1 0 4との間の狭小空間 2 4に伝熱ガス、例えば H eガスを供給するためのガス通路 2 2が形成されている。このガス通路 2 2から供給される H eガスによっても、ウェハ Wの温度が制御される。下部電極 1 0 4には、高周波電源 1 1 4から整合器 3 4を介して、例えば 1 3 . 5 6 M H zの高周波電力が供給される。処理容器 1 2内に導入された処理ガスは、下部電極 1 0 4に供給される高周波電力によってプラズマ状態となり、ウェハ W 表面にエッチング処理が施される。

本実施形態の装置 1 0 0においては、下部電極 1 0 4が、接地回路 1 3 0を介して接地されている。接地回路 1 3 0は、互いに直列に接続された抵抗 1 3 2とリレー（開閉器） 1 3 4とを有している。抵抗 1 3 2の抵抗値は、例えば 1キロオーム以上 1 0 0メガオーム以下である。

図 2は、高周波電源 1 1 4およびリレ一 1 3 4のオンオフ状態を示す図である。図 2に示すように、時刻 t 1で高周波電源 1 1 4がオンされると、リレー 1 3 4 がオフ（開閉器が開放）され、下部電極 1 0 4が非接地状態となる。これにより、プラズマ処理中は、下部電極 1 0 4が D C的にフローティング状態となる。このため、ガス通路 2 2の開口部などを介してウェハ Wと下部電極 1 0 4との間の D C放電が継続的に生じないようにして、プラズマの異常放電を防止することができる。これにより、ウェハ Wにダメージを与えることなく、適切なプラズマ処理を安定して行うことが可能となる。

また、時刻 t 2で高周波電源 1 1 4がオフされると、リレー 1 3 4がオン（開閉器が閉鎖）され、下部電極 1 0 4が抵抗 1 3 2を介した接地状態となる。これにより、処理を行っていないときには常に下部電極 1 0 4は接地されることになる。このため、循環路 6 8内における熱交換媒体の流れの摩擦などによる下部電極 1 0 4の帯電を防止することができる。従って、メインテナンス時に作業者が電極 1 0 4にアクセスしょうとする際に静電気放電を感ずることはなく、不快感が少ない状態で作業を行える。

なお、上記のような観点からは、リレー 1 3 4をオンにするタイミングは、高周波電源 114のオフと同時である必要はなく、メインテナンス時に作業者が電極 104にアクセスしょうとする前であれば、高周波電源 114をオフにした後であってもよい。

[第 2の実施形態]

図 3は、第 2の実施形態にかかるプラズマェヅチング装置における下部電極 1 04周辺の概略断面図である。図 3に示すように、本実施形態においては、下部電極 104とフォーカスリング 120との間が、第 1抵抗体 148を介して電気的に接続されている。

また、本実施形態の接地回路 140は、互いに直列に接続された第 2抵抗体 1 42および第 3抵抗体 144と、両抵抗体 142, 144の中間部分の電位を測定するための電圧計 146とを備えている。第 2抵抗体 142と第 3抵抗体 14 4の抵抗値をそれそれ R 2、 R3とし、電圧計 146で測定される電位を V 1とすると、下部電極 104の電位 V 2は、 V2 = ( (R 2 +R 3) /R 3) XV 1 で求められる。

ここで、第 1抵抗体 148の抵抗値を R 1とすると、 R2>>R1 (例えば R 2が数メガオームで、 R 1が数キロオーム）の場合には、下部電極 104とフォ —カスリング 120の電位は、 DC的に略同電位となる。また、フォーカスリング 120は、プラズマにより生ずる自己バイアス電圧により、 DC的にウェハ W と略同電位となる。よって、下部電極 104とウェハ Wが略同電位となるため、両者間での D C放電が防止される。このため、被処理体に安定して適切なプラズマ処理を行うことができる。

また、電圧計 146で測定される電位 VIに基づいて、上記計算式より下部電極 104の電位 V 2を求めることで、プラズマ処理時のウェハ Wに生ずる自己バィァス電圧の近似値をモニタすることができる。従って、モニタしている自己バィァス電圧の近似値をフィードバックして、高周波電源 114により印加する電力を調整するなどして、プラズマの制御を行うことが可能となる。

なお、抵抗体 148の抵抗値 R 1は、 R2>>R1に加えて、（ΐΖωΟ < く R 1を満たすことが好ましい（ωは高周波の角周波数、 Cはエッチング装置 1 0 0におけるフォーカスリング 1 2 0と下部電極 1 0 4との間のキャパシ夕ンス）。その場合、下部電極 1 0 4に印加された高周波電力を、第 1抵抗体 1 4 8 にほとんど高周波電流を流すことなく、フォーカスリング 1 2 0に伝導させることができる。よって、フォーカスリング 1 2 0とウェハ Wとの間で D C放電が生じさせたり、プラズマ状態に影響を及ぼしたりして、ウェハ Wにダメージを与えることもなくなる。

[第 3の実施形態]

図 4は、本発明の第 3の実施形態にかかるプラズマエッチング装置 1 0 0の要部を示す概略図である。処理容器 1 2内部の構成、およびプラズマ処理方法について、第 1、第 2の実施形態と同様な部分については同一符号を付して説明を省略する。

図 4に示すように、本実施形態においては、処理容器 1 2の上部に、メインテナンス扉 1 7 2が設けられている。この扉 1 7 2は、装置のメインテナンス時に容器 1 0 2内部の調整、部品交換、清浄などを行うことができるよう、開放時に容器 1 0 2内部の上記下部電極 1 0 4等へのアクセスを可能とするためのものである。

また、本実施形態においては、処理容器 1 2内の上記下部電極 1 0 4を接地させるための接地回路として、リレ一（開閉器） 1 6 2を内蔵したリレーボックス 1 6 0が備えられている。また、メインテナンス扉 1 7 2の開放および閉鎖に連動して接地回路 1 6 0のリレー 1 6 2を閉鎖および開放させるための連動システムを構成する切換スィッチ 1 7 4が、処理容器 1 2の上部に付設されている。本実施形態においても、処理容器 1 2内の下部電極 1 0 4には、配管 6 6を通じて温度調節用の熱交換媒体が循環している。このため、高周波電源 1 1 4により高周波電力が印加されていないときにも、電極 1 0 4に静電気が蓄積しやすい状態となっている。しかし、メインテナンス扉 1 7 2の開放時には、切換スィヅチ 1 7 4からの信号に従ってリレー 1 6 2が閉鎖される。これにより、接地状態にされた下部電極 1 0 4から静電気が逃がされる。従って、メインテナンス時に作業者が電極 1 0 4に触れたとしても静電気放電を感じることはない。また、メィンテナンス扉 1 7 2の開放および閉鎖と連動してリレー 1 6 2を閉鎖および開放するようにしたことで、リレー 1 6 2の制御手段を独立して設ける必要がなく、コストダウンの効果がある。以上、添付図面を参照しながら本発明にかかるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態においては、プラズマエッチング装置で半導体ウェハを処理する場合を例にして説明したが、それ以外のプラズマ処理を行う場合にも本発明は適用が可能である。例えば、液晶表示装置の製造工程でプラズマ処理が行われる場合や、プラズマ処理として成膜処理を行う場合等にも本発明は適用が可能である。また、例えばメインテナンス扉 1 7 2の配置および構成や、接地回路 1 3 0、 1 4 0および 1 6 0の構成などは、上記の例に限定されず、同様の作用を有するものであれば本発明に適用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 処理ガスのプラズマを利用する処理装置であって、

処理ガスの導入口と、排気口とを有する処理容器と、

この処理容器内に設けられ、被処理体を載置する電極と、

この電極に対して、処理ガスのプラズマを形成するための高周波電力を印加する高周波電源と、

前記電極を、互いに直列に接続された抵抗と開閉器とを介して接地させる接地回路と、

を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

2 . 前記電極には、その上面と被処理体との間に伝熱ガスを流すためのガス通路が設けられている、ことを特徴とする請求項 1に記載のブラズマ処理装置。

3 . 前記電極の内部には、当該電極を温度制御するための熱交換媒体の循環路が設けられている、ことを特徴とする請求項 1または 2に記載のブラズマ処理

4 . 前記接地回路における抵抗の抵抗値は、 1キロオーム以上 1 0 0メガオーム以下である、ことを特徴とする請求項 1に記載のブラズマ処理装置。

5 . 処理ガスのプラズマを利用する処理装置であって、

処理ガスの導入口と、排気口とを有する処理容器と、

この処理容器内に設けられ、被処理体を載置する電極と、

前記電極上に、被処理体を囲むように設けられた導電性部材と、

この導電性部材と前記電極との間を電気的に接続する第 1抵抗体と、前記電極を、前記第 1抵抗体よりも大きな抵抗値を有する第 2抵抗体を介して接地させる接地回路と、

を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

6 . 前記第 1抵抗体の抵抗値は、 1オーム以上 5 0 0キロオーム以下である、ことを特徴とする請求項 5に記載のブラズマ処理装置。

7 . 処理ガスのプラズマを利用する処理装置であって、

処理ガスの導入口と、排気口とを有する処理容器と、

この処理容器内に設けられ、被処理体を載置する電極と、

前記電極を、開閉器を介して接地させる接地回路と、

前記処理容器に設けられ、開放時に前記電極へのアクセスを可能とするメンテナンス扉と、

このメンテナンス扉の開放および閉鎖に連動して前記接地回路の開閉器を閉鎖および閧放させる連動システムと、

を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

8 . 処理ガスのプラズマを利用する処理方法であって、

処理容器内の電極上に被処理体を載置する工程と、

前記処理容器内を排気しつつ、前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、前記電極に対して高周波電力を印加して、前記処理容器内に処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマを利用して被処理体を処理する工程と、

を備え、

前記電極に高周波電力が印加されていないときには、前記電極を抵抗を介した接地状態にし、前記電極に高周波電力が印加されているときには、前記電極を非接地状態にする、ことを特徴とするプラズマ処理方法。

9 . 処理ガスのプラズマを利用する処理方法であって、処理容器内の電極上に被処理体を載置する工程と、

前記処理容器内を排気しつつ、前記処理容器内へ処理ガスを供給する工程と、前記電極を非接地状態にする工程と、

非接地状態の前記電極に対して高周波電力を印加して、前記処理容器内に処理ガスのブラズマを形成し、このブラズマを利用して被処理体を処理する工程と、前記電極への高周波電力の印加を停止する工程と、

電力の印加を停止された前記電極を、抵抗を介した接地状態にする工程と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理方法。

1 0 . 前記電極の接地状態および非接地状態の切り換えは、前記電極に対して前記抵抗と直列に接続された開閉器の閉鎖および開放によって行われる、ことを特徴とする請求項 8または 9に記載のブラズマ処理方法。