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JP3184682B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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JP3184682B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP3184682B2
JP3184682B2 JP26820193A JP26820193A JP3184682B2 JP 3184682 B2 JP3184682 B2 JP 3184682B2 JP 26820193 A JP26820193 A JP 26820193A JP 26820193 A JP26820193 A JP 26820193A JP 3184682 B2 JP3184682 B2 JP 3184682B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体製造工程において、ガスを
プラズマ化し、被処理体を処理するプラズマ処理装置、
例えばプラズマエッチング装置では、被処理体、例えば
半導体ウエハ上に形成された集積回路のエッチングの均
一性を向上させる手段として例えば反応ガスのガス流動
を最適化する技術が実開昭59−189238号公報,
実開昭60−118236号公報,特開昭60−460
29号公報等に開示されている。これらの技術は、半導
体ウエハを載置する載置側の電極と対向する電極に反応
ガスを半導体ウエハ方向に噴出させる複数のガス吹出孔
を設け、このガス吹出孔の位置や大きさを変えることに
よってエッチングの均一性が最適になるよう設定するも
のであった。
【0003】また、エッチングの均一性を向上させる他
の手段として半導体ウエハの周囲にフォーカスリング、
例えば絶縁性のリングを配置するものがあり、このよう
な技術としては、例えば特開昭63−13333号公報
等に開示されている。この技術は半導体ウエハ上に生起
するプラズマの密度を局所的に調整することによりエッ
チングの均一性を向上させるものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体産業
においては益々被処理体、例えば半導体ウエハの大口径
化及び半導体ウエハ上に形成される集積回路等の微細化
が図られている。しかしながら、前述のガス吹出孔の位
置や大きさを変えることによってエッチングの均一性を
図る技術においては、半導体ウエハの周縁方向より排気
が行なわれるので、ガス吹出孔から噴出した反応ガスの
流動速度は、半導体ウエハの中心部に比べ半導体ウエハ
の周縁部に進むにつれ早くなり、その反応ガスの流動速
度を半導体ウエハ面上で均一化することは困難であっ
た。この反応ガスの流動速度の不均一により、半導体面
の上方に生起するプラズマ密度も不均一になり、エッチ
ングの均一性が困難であった。そして、このプラズマ密
度の不均一は、半導体ウエハが大口径、例えば12イン
チ以上の大きさである場合、6インチ等の大きさに比べ
ると更に半導体ウエハの中央部と周縁部でのエッチング
速度のムラが益々多大なものとなり、集積回路の不留ま
りが低下してしまうという問題がある。
【0005】また、前述のプラズマの密度を局所的に調
整することによりエッチングの均一性を向上させる技術
においては、半導体ウエハの周囲にフォーカスリングを
配置しているが、本来この種のフォーカスリングは、プ
ラズマをフォーカスリング内側に閉じ込めることが目的
であり、このフォーカスリング近傍、つまり半導体ウエ
ハの周縁部に中央部に比べて密度の濃いプラズマが生起
することになり、前述同様半導体ウエハの大口化が進む
につれ半導体ウエハの中央部と周縁部でのエッチング速
度のムラが益々多大なものとなり、集積回路の不留まり
が低下してしまうという問題がある。
【0006】本発明の目的は、局所プラズマを生成し,
その局所プラズマを適宜移動することにより,被処理体
の処理範囲の全面に渡って同一状態のプラズマを作用さ
せ、被処理体のプラズマ処理の均一性を向上することが
できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【0007】上記課題を解決するために、本発明の第1
の観点によれば、請求項1に記載のように、気密に構成
された処理室内に被処理体を載置台に載置し、プラズマ
を発生させ前記被処理体を処理するプラズマ処理装置に
おいて、前記載置台と対向して配置され、前記被処理体
に部分的にプラズマを作用するための局所プラズマ発生
手段と、この局所プラズマ発生手段を移動させる移動手
段とを備え、さらに前記載置台に高周波電力を印加する
高周波電源と電力制御手段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。かかる構成によれば、局
所プラズマ発生手段により、載置台と対向して配置され
た被処理体に部分的にプラズマを作用させ、さらに局所
プラズマ発生手段を移動手段により適宜移動させること
により、被処理体の処理範囲の全面に渡って、同一状態
の局所プラズマを作用させて、均一な処理を行うことが
できる。上記プラズマ処理装置には、さらに前記載置台
に高周波電力を印加する高周波電源と電力制御手段を備
ているので、局所プラズマ発生手段の移動時には、前
記局所プラズマは発生させたまま、電力制御手段により
高周波電力の電力量を下げることにより被処理体に対す
るプラズマの作用のみを抑えることができる。また、前
記局所プラズマ発生手段により生起したプラズマを前記
被処理体に作用する部分は、請求項に記載のように、
少なくとも前記被処理体に形成される1つの集積回路の
範囲以上であることが好ましい。さらに、請求項に記
載のように、前記局所プラズマ発生手段にプラズマ化ガ
スを供給するガス供給管は前記プラズマ発生手段の移動
に追随して伸縮自在であるように構成することが好まし
い。
【0008】上記課題を解決するために本発明の第2の
観点によれば、気密に構成された処理室内に被処理体を
載置台を載置し、プラズマを発生させ前記被処理体を処
理するプラズマ処理方法が提供される。このプラズマ処
理方法は、請求項に記載のように、所プラズマを発
生させる局所プラズマ発生手段を、前記被処理体の未処
理の集積回路上に移動して位置決めする第1工程と、前
記局所プラズマ発生手段により所プラズマを生成する
第2工程と、前記載置台に載置された前記被処理体に対
して、前記局所プラズマを引き込む電力量の高周波電力
を前記載置台に印加して、前記未処理の集積回路に対し
て前記局所プラズマを作用させて所定の処理を行う第3
工程と、前記未処理集積回路に対する処理の終了後に前
記載置台に印加される高周波電力を前記局所プラズマが
引き込まない電力量に下げる第4工程と、前記第1〜第
4工程を前記被処理体上に未処理集積回路がなくなるま
で反復する第5工程と、前記被処理体のすべての処理が
終了した後に前記所プラズマを停止する第6工程とか
ら成ることを特徴とする。かかる構成によれば、局所プ
ラズマ発生手段により、載置台と対向して配置された被
処理体に部分的にプラズマを作用させ、さらに局所プラ
ズマ発生手段を移動手段により適宜移動させることによ
り、被処理体の処理範囲の全面に渡って、同一状態の局
所プラズマを作用させて、均一な処理を行うことができ
る。また、局所プラズマ発生手段を移動させる際に、い
ちいち局所プラズマを切る必要がないので高スループッ
トの処理が可能である。
【0009】
【実施例】以下に、本発明に基づくプラズマ処理装置を
プラズマエッチング装置に適用した一実施例を、添付図
面を参照しながら説明する。
【0010】まず図1に示すように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製の略円筒
形状の気密に構成された処理室2を有している。この処
理室2内の底部3には、この底部3から電気的に絶縁さ
れて被処理体、例えば半導体ウエハWを載置するための
載置台4が配置されている。この載置台4は、導電部
材、例えばアルミニウム等により形成されたサセプタ支
持台5と、この上にボルト6により着脱自在に設けられ
た下部電極としてのサセプタ7とにより構成されてい
る。
【0011】前記サセプタ支持台5には、冷媒、例えば
液体窒素を流通循環させるための冷媒収容部、例えば冷
却ジャケット8が設けられ、この冷却ジャケット8に
は、液体窒素9を供給及び排出するための冷媒供給/排
出路10が接続されている。
【0012】前記サセプタ7は、中央部に凸部を有する
円板形状をしており、その中央凸部の載置面には、半導
体ウェハWを載置固定するための固定手段、例えば静電
チャック11が設けられている。この静電チャック11
は、例えば2枚のポリイミドフィルム間に銅箔等の導電
膜12が挟持されて構成され、そして、この導電膜12
は、電圧供給リード線13を介して直流高電圧源14に
接続されている。従って、この直流高電圧源14から導
電膜12に高電圧を印加することにより、チャック面に
クーロン力を発生させ、半導体ウェハWを載置面に吸着
保持することが可能である。さらに前記サセプタ7には
半導体ウェハWの裏面に伝熱媒体、例えばヘリウムガス
などを供給するための伝熱ガス供給路15が設けられて
いる。
【0013】また、前記サセプタ7には、中空に形成さ
れた導電体よりなる給電棒16が前記底部3,前記サセ
プタ支持台5を貫通して接続され、この給電棒16は、
配線17によりブロッキングコンデンサ18を介して高
周波、例えば380KHz,1MHz等の第一の高周波
電源19(RF)に接続されている。
【0014】また、前記サセプタ7と前記サセプタ支持
台5との間には、温調用ヒータ20が設けられて、この
温調用ヒータ20には、温調用ヒータ20に電力を供給
するための電力供給リード線21が接続され、この電力
供給リード線21は前記給電棒16内を貫入して配線さ
れ、電力源22に接続されている。
【0015】さらに前記サセプタ7の前記静電チャック
11との接合部近傍には半導体ウエハWの温度を検出す
るための温度検出手段23、例えばラクストロンや熱電
対などが設けられており、この温度検出手段23は、温
度検出手段23により検出された温度信号を伝達する温
度検出リード線24により高周波ノイズを除去するフィ
ルタ25を介して装置全体を制御する制御器26に接続
されている。また、この制御器26は、所定のプログラ
ムにより前記高周波電源19,電力源22,直流高電圧
源14を制御するよう構成されている。
【0016】また、前記処理室2の下部側部付近には排
気管27を介して排気手段、例えば真空ポンプ28が接
続されており、前記処理室2内を所望の減圧雰囲気に真
空引き可能なように構成され、また、前記処理室2の側
壁には供給管29を介してガスユニット30が接続され
ており、このガスユニット30から不活性ガス、例えば
窒素ガスを前記処理室2内に所定流量供給するよう構成
されている。
【0017】そして、前記半導体ウエハWを挟んでサセ
プタ7と対向する位置には、前記半導体ウエハWに対し
て局所的或いは部分的にプラズマを生起するための局所
プラズマ発生手段31が設けられており、この局所プラ
ズマ発生手段31は、図2に示すように互いに対向する
一対の電極板32a,32bと、これらの電極板32
a,32bを固定するとともに上部及び側部を覆うブロ
ック33とにより構成されている。このブロック33の
材質は、導電材料例えばアルミニウムで形成され、その
表面には被覆処理、例えばアルマイト処理が施されると
ともに電気的に接地されている。尚、ブロック33の下
部かつ前記一対の電極板32a,32b間には、開口部
40を有している。
【0018】そして、ブロック33には、前記電極板3
2a,32bに穿設されたガス噴出孔34よりプラズマ
化するガスを噴出するために、前記ガスユニット30か
ら供給されるプラズマ化ガス、例えばCF4 等のガス
を輸送するためのガス供給管35が接続されている。
尚、このガス供給管35は、前記処理室2内では図1に
示すようにスパイラル状に形成され伸縮自在に構成され
ている。さらに、ブロック33には、加熱/冷却機構3
6、例えばペルチェ素子等の加熱又は冷却自在な機構が
設けられ、この加熱/冷却機構36は、温度制御器37
に接続され、この温度制御器37により前記制御器26
の指示信号基づいて前記電極板32a,32bの温度及
びブロック33自体の温度を所定温度に設定可能に構成
されている。
【0019】そして、前記一対の電極板32a,32b
には、一方は接地され、他方は、ブロッキングコンデン
サ38を介して高周波、例えば13.56MHz,40
MHz等の第二の高周波電源39(RF)に接続されて
いる。
【0020】また、前記ブロック33は、図1に示すよ
うに図中のX,Y,Z方向に移動可能な移動手段41に
絶縁材料、例えばセラミックスより形成された固定具4
2を介して接続され、前記ブロック33が図中のX,
Y,Z方向に移動可能に構成されている。
【0021】次に、以上のように構成されたプラズマエ
ッチング装置1の作用について説明する。
【0022】まず、図1に示すように真空ポンプ28に
て所定圧力、例えば10 −3 Torr以下の減圧雰囲気
とされ処理室2内の静電チャック11上に半導体ウエハ
Wを載置し、直流高電圧源14にて導電膜12に高電圧
を印加し、静電チャック11に生起するクーロン力によ
り半導体ウエハWを保持する。
【0023】次に、制御部26は、予め記憶されたプロ
グラムに従って熱電対23による温度情報を監視しなが
らヒータ20へ電力を供給している電力源22の電力量
と、冷却ジャケット8に冷媒供給/排出路10を介し液
体窒素9を供給する冷媒供給量を制御しながら半導体ウ
エハWの温度を所定温度、例えば−20℃以下に設定す
る。
【0024】この後、移動手段41により局所プラズマ
発生手段31を図中のX,Y,Z方向に移動し所定位置
に設定する。この所定位置は、例えば図3に示す半導体
ウエハW上に形成された集積回路素子43の1チップ位
置44である。
【0025】次に、制御器26は、ガスユニット30に
ガス供給量を指示し、このガスユニット30からプラズ
マ化ガスをガス供給管35を介してブロック33に輸送
し、ガス噴出孔34より所定流量噴出する。そして、制
御器26は第二の高周波電源39をONし、電極板32
a,32bに高周波電力を印加し、図4−aに示すよう
に電極板32a,32b間にプラズマ45を生起させ
る。この後、図4−bに示すように制御器26によって
第一の高周波電源19に指示し、サセプタ7に所定電力
量の高周波電力を印加する。この印加により、電極板3
2a,32b間に生起したプラズマ45は、集積回路素
子43上まで引き出され、プラズマ45中の活性種によ
りエッチング処理を行なう。尚、電極板32a,32b
間に生起したプラズマの引き出し量はサセプタ7に印加
する高周波電力の電力量の大きさによって変化する。
【0026】これらの処理の手順は、例えば図5に示す
ように、処理を施す集積回路素子に位置決めしてスタ
ートする,第二の高周波電源をonし、電極板32
a,32b間にプラズマ45を生起する,第一の高周
波電源をonまたは電極板32a,32b間に生起した
プラズマ45を引き込む電力量まで電力値を上げる,
半導体ウエハW上の所定の集積回路を処理する,第一
の高周波電源をoffまたは電極板32a,32b間に
生起したプラズマ45を引き込まない電力量まで電力値
を下げる,半導体ウエハ上に形成された全ての集積回
路の処理が終了したか否かを判断し、終了していれば
の処理を行なう,移動手段41により局所プラズマ発
生手段31を次の未処理の集積回路に移動しの処理よ
り順に繰り返す,第二の高周波電源をoffし、電極
板32a,32b間に生起するプラズマ45を停止す
る,処理を終了し次の半導体ウエハと入れ替えの処
理からスタートする。
【0027】前述の、の処理において移動手段41に
より局所プラズマ発生手段31を次の未処理の集積回路
に移動する際、図3に示すようにチップ位置44から処
理をスタートする場合集積回路のチップ配列の一列置き
に移動手段41により右移動47と左移動48を繰り返
し隣合うチップの順に処理を施せばより処理のスループ
ットが向上する。
【0028】以上のように構成された本実施例の効果に
ついて説明する。
【0029】半導体ウエハWの局所又は部分にプラズマ
を作用する局所プラズマ発生手段31を移動手段41に
より、半導体ウエハWの処理範囲の全面に渡って各局所
又は部分ごとに同一状態の均一のプラズマを移動手段に
より作用させることができるので、半導体ウエハを被処
理体の処理範囲内における処理の誤差を抑制でき、被処
理体のプラズマ処理の均一性を向上するとともに、被処
理体の歩留りを向上することができる。また、局所プラ
ズマ発生手段31で生起させるプラズマを同一状態かつ
均一にしておけば、半導体ウエハWが8インチ以上の大
口系が進んでもプラズマ源を変更することなく対応が可
能である。さらに、局所プラズマ発生手段31で生起し
たプラズマの引き出し量を引き出し用電極としてのサセ
プタ7に高周波電力を印加する第一の高周波電源19の
電力量によって調整できるので、半導体ウエハの処理を
重複して行なう場合、例えば、最初にエッチングレート
2000Åでエッチング処理を行ない、その後500Å
で処理したい場合、容易に重複処理が可能となる。
【0030】次に、第2の実施例について説明を行なう
が、第1の実施例同一部分については同一符合を付けて
説明を省略する。図6に示すように、局所プラズマ発生
手段31のブロック33を複数個連設し、移動手段41
により半導体ウエハWを一方向、例えば図中X方向に移
動させるよう構成したものである。このように構成した
ことにより、半導体ウエハW上に形成される複数の集積
回路を同時にプラズマ処理可能となり、処理のスループ
ットを向上することができる。
【0031】次に、第3の実施例について説明を行なう
が、第1の実施例同一部分については同一符合を付けて
説明を省略する。図7に示すように、局所プラズマ発生
手段31は、平行平板型ではなく第二の高周波電源39
からの印加側としての棒状の電極32aと、この棒状の
電極32aの周囲に接地側としての円筒状の電極32b
を配置し、この電極32bにプラズマ化ガスを導入する
ガス噴出孔34が穿設され構成されている。このように
構成したことにより、半導体ウエハW上に形成される集
積回路又はプラズマの作用域が円状であっても処理を行
なうことができる。
【0032】次に、第4の実施例について説明を行なう
が、第1の実施例同一部分については同一符合を付けて
説明を省略する。図8に示すように、局所プラズマ発生
手段31は、筒状の絶縁材料、例えば石英ガラス又はセ
ラミックスで形成された部材70の上部に渦巻き状のア
ンテナ71を配置し、このアンテナ71の両端に高周波
電力を第二の高周波電源39より供給するよう構成さ
れ、そのアンテナ71の周囲かつ部材70の上部にプラ
ズマ化ガスを導入するガス噴出孔34が穿設されてい
る。このように構成したことにより、局所プラズマ発生
手段31を並設して設ける場合、部材70の側方からプ
ラズマ化ガスを導入しないので隙間なく密に局所プラズ
マ発生手段31を並設することができ、半導体ウエハに
対して処理ムラを生ぜす均一に処理できる。
【0033】次に、第5の実施例について説明を行なう
が、第1の実施例同一部分については同一符合を付けて
説明を省略する。図9に示すように、局所プラズマ発生
手段31は、釣り鐘状の絶縁材料、例えば石英ガラス又
はセラミックスで形成された部材70の側部に渦巻き状
のアンテナ71を巻き付けて配置し、このアンテナ71
の両端に高周波電力を第二の高周波電源39より供給す
るよう構成され、その釣り鐘状の絶縁材料の上部に設け
られた一ヵ所のプラズマ化ガスを導入するガス噴出孔3
4が穿設されている。このように構成したことにより、
プラズマ化ガスを導入するガス噴出孔34を複数設ける
必要がなく装置のスペースの簡略化を行なうことができ
る。
【0034】なお、実施例では、被処理体として半導体
ウエハを用いた場合を説明したが、これに限定されず、
例えばLCD基板でもよく、また加熱/冷却機構として
ペルチェ素子を用いたが冷却機構として液体ヘリウム等
を用いても良いし、また、加熱機構としてヒータを使用
しても良い。さらに、被処理体を載置する載置台は固定
し、局所プラズマ発生手段を移動手段により移動し処理
したが、局所プラズマ発生手段を固定し、被処理体を載
置する載置台を移動手段により移動しても良い。また、
局所プラズマ発生手段のガス噴出孔を一対の電極板の両
方に設けたが他方の電極板だけでも良く、どちらの電極
板にも設けず電極板間にプラズマ化ガスを供給すればど
のような手段でも良い。また、局所プラズマ発生手段の
電極板の片方は高周波電源(RF)の接地側を接続した
が、位相の異なる、例えば180度高周波電力を印加し
ても良い。さらに、移動手段により局所プラズマ発生手
段を移動したが、被処理体上部かつ全面に渡って複数の
局所プラズマ発生手段を固定配置しそれぞれ高周波電力
を独立又は連通させても良い。
【0035】さらに、実施例では、一例として本発明に
基づくプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置に適
用した例を示したが、かかる装置に限定されることな
く、CVD装置、アッシング装置、LCD装置等のプラ
ズマを生起させ被処理体を処理する装置にも適用するこ
とできる。
【0036】
【発明の効果】本発明は、被処理体の処理範囲の全面に
渡って部分的に生起した同一状態の均一のプラズマを順
次作用させるので、被処理体の処理範囲内における処理
の誤差を抑制でき、被処理体のプラズマ処理の均一性を
向上するとともに、被処理体の歩留りを向上することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施例が適用されるプラズ
マエッチング装置の概略的な断面図である。
【図2】図1の局所プラズマ発生手段の部分斜視図であ
る。
【図3】図1の局所プラズマ発生手段の移動手段による
移動及び処理の作用を説明する被処理体の概略図であ
る。
【図4】図1の局所プラズマ発生手段の作用を説明する
部分断面図である。
【図5】図1の局所プラズマ発生手段の作用を説明する
流れ図である。
【図6】第2の実施例を説明する局所プラズマ発生手段
の部分斜視図である。
【図7】第3の実施例を説明する局所プラズマ発生手段
の部分斜視図である。
【図8】第4の実施例を説明する局所プラズマ発生手段
の部分斜視図である。
【図9】第5の実施例を説明する局所プラズマ発生手段
の部分斜視図である。
【符号の説明】
1 プラズマエッチング装置(プラズマ処理装置) 2 処理室 4 載置台 19 第一の高周波電源 26 制御器 31 局所プラズマ発生手段 33 ブロック 34 ガス噴出孔 39 第二の高周波電源 W 被処理体(半導体ウエハ)
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気密に構成された処理室内に被処理体を
    載置台に載置し、プラズマを発生させ前記被処理体を処
    理するプラズマ処理装置において、前記載置台と対向し
    て配置され、前記被処理体に部分的にプラズマを作用す
    るための局所プラズマ発生手段と、この局所プラズマ発
    生手段を移動させる移動手段とを備え、さらに前記載置
    台に高周波電力を印加する高周波電源と電力制御手段を
    備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 前記局所プラズマ発生手段により生起し
    たプラズマを前記被処理体に作用する部分は少なくとも
    前記被処理体に形成される1つの集積回路の範囲以上で
    あることを特徴とする請求項1のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 前記局所プラズマ発生手段にプラズマ化
    ガスを供給するガス供給管は前記プラズマ発生手段の移
    動に追随して伸縮自在であることを特徴とする請求項1
    または2に記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】 気密に構成された処理室内に被処理体を
    載置台に載置し、プラズマを発生させ前記被処理体を処
    理するプラズマ処理方であって、 所プラズマを発生させる局所プラズマ発生手段を、前
    記被処理体の未処理集積回路上に移動して位置決めする
    第1工程と、 前記局所プラズマ発生手段により所プラズマを生成す
    る第2工程と、 前記載置台に載置された前記被処理体に対して、前記局
    所プラズマを引き込む電力量の高周波電力を前記載置台
    に印加して、前記未処理集積回路に対して所定の処理を
    行う第3工程と、 前記未処理集積回路に対する処理の終了後に前記載置台
    に印加される高周波電力を前記局所プラズマが引き込ま
    ない電力量に下げる第4工程と、 前記第1〜第4工程を前記被処理体上に未処理集積回路
    がなくなるまで反復する第5工程と、 前記被処理体のすべての処理が終了した後に前記所プ
    ラズマを停止する第6工程と、から成ることを特徴とす
    るプラズマ処理方法。
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