JP3062393B2

JP3062393B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3062393B2
Application number: JP6113587A
Authority: JP
Inventors: 光祐今福; 昇佐遠藤; 一弘田原; 幸男内藤; 一也永関; 圭三広瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 2000-07-10
Anticipated expiration: 2015-07-10
Also published as: JPH07302786A

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
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から例えば半導体製造プロセスにお
いては、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という）など
の表面処理を行うために、処理室内に処理ガスを導入し
てこれをプラズマ化させ、処理室内のウエハに対して、
前記プラズマ雰囲気の下で所定の処理、例えばエッチン
グやスパッタリングなどを施すプラズマ処理が行われて
いるが、かかるプラズマ処理を実施するためのプラズマ
処理装置は、これまで多種多様なものが既に提案されて
いる。

【０００３】その中でも処理室内に第１の電極と第２の
電極とを対向して設けた、いわゆる平行平板型プラズマ
処理装置は、均一性に優れ、大口径の被処理体の処理が
可能であり、従来から多く使用されている。そして一般
的に上下に対向して配置されている第１の電極と第２の
電極の間にプラズマを発生させるため、これら２つの電
極に、位相が１８０゜異なった高周波電力を各々印加す
る方式は、対向電極間エリアに放電が集中する長所があ
り、またその場合、処理室を形成する処理容器から高周
波電源を物理的に切り離し、トランスを介して高周波電
源を電極に印加させるいわゆるパワースプリット形式の
処理装置も提案されている。

【発明が解決しようとする課題】

【０００４】ところで今日では、半導体デバイスの高集
積化がさらに進み、その製造プロセスにおけるプラズマ
処理についても、より微細な加工が要求されているが、
そのような微細加工を実現するためには、より低圧の処
理室内で、かつより高いプラズマ密度を確保してより選
択性の高い処理を行うことが必要である。

【０００５】ところが前記従来のパワースプリット形式
を有するプラズマ処理装置において採用されている高周
波は、一般的に３８０ｋＨｚであるため、そのまま出力
を上げると、高周波電圧も同時に高くなりイオンエネル
ギーが必要以上に強くなって被処理体のダメージの原因
となる。また前記従来のパワースプリット形式の装置に
おいては、処理室内が２５０ｍＴｏｒｒ程度であり、こ
れより真空度を上げると（より減圧雰囲気にすると）、
プラズマが安定せずその密度も高くできないという問題
があった。

【０００６】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、パワースプリット形式を有するプラズマ処理装置
において、より減圧雰囲気の下で高密度のプラズマ処理
を可能にすると共に、イオンエネルギーの制御も可能と
したプラズマ処理装置を提供して、前記した問題の解決
を図ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１によれば、第１の電極と第２の電極とを処
理室内において対向して有し、高周波電源からの高周波
電力がトランスを介して前記第１の電極と第２の電極と
に夫々印加される如く構成されたプラズマ処理装置にお
いて、前記第１の電極をブロッキングコンデンサを介し
て接地させると共に、前記第２の電極に対し、前記高周
波電力の周波数ｆ_０よりも高い周波数ｆ_１の高周波電力
を印加する如く構成し、さらに前記トランスと第１の電
極と第２の電極との間の各印加経路に、前記高周波ｆ_１
を遮断する遮断装置、例えばローパス・フィルタ、ブロ
ッキングコンデンサなどを用いた適宜の遮断回路を夫々
介在させたことを特徴とする、プラズマ処理装置が提供
される。なおここでいうところの周波数ｆ_０と周波数ｆ
_１は、周波数ｆ_０がプラズマ中イオン、ラジカルなどの
活性種が追随できる程度の周波数、例えば２ＭＨｚ以下
の周波数をいい、周波数ｆ_１は、活性種が追随できない
程度の高い周波数、例えば３ＭＨｚ以上の周波数、例え
ば１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８Ｍ
Ｈｚが好ましい。

【０００８】

【０００９】

【作用】請求項１によれば、例えば３８０ｋＨｚの高周
波を第１の電極、第２の電極の双方に位相を１８０゜ず
らせて印加させ、また第１の電極（例えば下部電極）を
接地して、第２の電極（例えば上部電極）に対して、１
３．５６ＭＨｚなど、イオンが追従できない程度の高周
波を印加すると、この１３．５６ＭＨの高周波によって
対向電極間に高密度の安定したプラズマが発生する。ま
た同時に対向電極夫々には、３８０ｋＨｚの高周波が印
加されているので、プラズマ中のイオン、ラジカルなど
の活性種を制御してこれを各電極側に引き寄せることが
可能であり、選択性の高いプラズマ処理を実現すること
ができる。即ち、高いプラズマ密度を実現させる前記１
３．５６ＭＨの高周波電源のパワーを上げても、イオン
が追従しないので、被処理体がダメージを受けることは
なく、他方これとは別にイオンが追従できる程度、例え
ば前記３８０ｋＨｚの高周波によって、イオンエネルギ
ーを制御して選択性の高いプラズマ処理を実現すること
ができる。

【００１０】なおトランスと、第１の電極と第２の電極
との間の低い方の周波数、例えば前記３８０ｋＨｚ各印
加経路には、前記高い方の高周波である例えば１３．５
６ＭＨｚの高周波を遮断する遮断装置が介在しているの
で、当該１３．５６ＭＨｚの高周波が電極を経由して、
例えば前記３８０ｋＨｚの高周波電源に流入ことはな
く、当該３８０ｋＨｚの高周波に干渉して悪影響を与え
ることはない。

【００１１】

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づき説
明すると、図１は第１の実施例にかかるエッチング処理
装置１の断面を模式的に示しており、このエッチング処
理装置１は、電極板が上下平行に対向した所謂平行平板
型エッチング装置として構成されている。

【００１３】このエッチング処理装置１は、例えば表面
が酸化アルマイト処理されたアルミニウムなどからなる
円筒形状に成形された処理容器２を有しており、この処
理容器２は接地されている。前記処理容器２内に形成さ
れる処理室内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介
して、被処理体、例えば半導体ウエハ（以下、「ウエ
ハ」という）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支
持台４が収容され、さらにこのサセプタ支持台４の上部
には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられてお
り、このサセプタ５は、ブロッキングコンデンサ６を介
して接地されている。

【００１４】前記サセプタ支持台４の内部には、冷媒室
７が設けられており、この冷媒室７には例えば液体窒素
などの温度調節用の冷媒が冷媒導入管８を介して導入可
能であり、導入された冷媒はこの冷媒室７内を循環し、
その間生ずる冷熱は冷媒室７から前記サセプタ５を介し
て前記ウエハＷに対して伝熱され、このウエハＷの処理
面を所望する温度まで冷却することが可能である。なお
冷媒として、例えば前記したような液体窒素を用いた場
合、その核沸騰により生じた窒素ガスは冷媒排出管９よ
り処理室２外へと排出されるようになっている。

【００１５】前記サセプタ５は、その上面中央部が凸状
の円板状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電
チャック１１が設けられている。この静電チャック１１
は、２枚の高分子ポリイミド・フィルムによって導電層
１２が挟持された構成を有しており、この導電層１２に
対して、処理容器２外部に設置されている直流高圧電源
１３から、例えば１．５ｋＶの直流高電圧を印加するこ
とによって、この静電チャック１１上面に載置されたウ
エハＷは、クーロン力よってその位置で吸着保持される
ようになっている。そして前記絶縁板３、サセプタ支持
台４、サセプタ５、さらには前記静電チャック１１に
は、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例え
ばＨｅガスなどを供給するためのガス通路１４が形成さ
れており、このウエハＷは所定の温度に維持されるよう
になっている。

【００１６】前記サセプタ５の上端周縁部には、静電チ
ャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状
のフォーカスリング１５が配置されている。このフォー
カスリング１５は反応性イオンを引き寄せない絶縁性の
材質からなり、プラズマよって発生した反応性イオン、
ラジカルなどの活性種を、その内側に位置するウエハＷ
にだけ効果的に入射せしめるように構成されている。

【００１７】前記サセプタ５の上方には、このサセプタ
５と平行に対向して、これより約１５〜２０ｍｍ程度離
間させた位置に、上部電極２１が、絶縁材２２を介し
て、処理容器２の上部に支持されている。この上部電極
２１は、前記サセプタ５との対向面に、多数の吐出孔２
３を有する、例えばＳｉＣ又はアモルファスカーボンか
らなる電極板２４と、この電極板２４を支持する導電性
材質、例えば表面が酸化アルマイト処理されたアルミニ
ウムからなる、電極支持体２５とによって構成されてい
る。

【００１８】前記上部電極２１における電極支持体２５
の中央にはガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス
導入口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さ
らにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマス
フローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０
が接続されている。本実施例では、処理ガス供給源３０
から、エッチングガスとしてＣＦ₄ガスが供給されるよ
うに設定されている。

【００１９】前記処理容器２の下部には排気管３１が接
続されており、この処理容器２とゲートバルブ３２を介
して隣接しているロードロック室３３の排気管３４共
々、ターボ分子ポンプなどの真空引き手段３５に通じて
おり、所定の減圧雰囲気、例えば１０ｍＴｏｒｒにまで
真空引きできるように構成されている。そして前記ロー
ドロック室３３内に設けられた搬送アームなどの搬送手
段３６によって、被処理体であるウエハＷは、前記処理
容器２とこのロードロック室３３との間で搬送されるよ
うに構成されている。

【００２０】また前記エッチング処理装置１の処理容器
２内にプラズマを発生させるための高周波電力の印加構
成は次のようになっている。即ち、低い方の周波数の高
周波、例えば３８０ｋＨｚの高周波を発振させる高周波
電源４１は、トランス４２の一次側に設置されており、
さらにこのトランス４２の二次側には、一端が接地され
るコントローラ４３の他端部が設けられている。そして
このトランス４２の二次側は、夫々ローパスフィルタ４
４、４５を介してサセプタ５と上部電極２１に夫々接続
されている。従って、前記コントローラ４３の作用によ
って、高周波電源４１のパワーは、例えば１０００ｗの
出力のうちサセプタ５へは４００ｗ、上部電極２１には
６００ｗというように、任意の比率で分配させることが
可能になっている。またサセプタ５と上部電極２１に
は、相互に位相が１８０゜異なった高周波電力が印加さ
れるように構成されている。

【００２１】他方高い方の周波数、例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を発生させる高周波電源５１からの高
周波電力は、整合器としてのコンデンサ５２を介して、
上部電極２１へと印加されるように構成されている。

【００２２】第１の実施例にかかるエッチング処理装置
１は以上のように構成されており、例えば、このエッチ
ング処理装置１を用いて、シリコン基板を有するウエハ
Ｗ上のシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）のエッチングを実施
する場合について説明すると、まず被処理体であるウエ
ハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、搬送手段３
６によってロードロック室３３から処理容器２内へと搬
入され、静電チャック１１上に載置される。そして高圧
直流電源１３の印加によって前記ウエハＷは、この静電
チャック１１上に吸着保持される。一方搬送手段３６
は、ロードロック室３３内へ後退したのち、処理容器２
内は前出真空引き手段３５によって、所定の真空度にま
で真空引きされていく。

【００２３】他方バルブ２８が開放されて、マスフロー
コントローラ２９によってその流量が調整されつつ、処
理ガス供給源３０からＣＦ₄ガスが処理ガス供給管２
７、ガスガス導入口２６を通じて上部電極２１の中空部
へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通じ
て、図１中の矢印に示される如く、前記ウエハＷに対し
て均一に吐出される。

【００２４】そして処理容器２内の圧力が、例えば１０
ｍＴｏｒｒに設定、維持された後、高周波電源５１か
ら、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、上部電極２１に
印加され、サセプタ５との間で前記ＣＦ₄ガスをプラズ
マ化させ、ガス分子を解離させる。他方高周波電源４１
からは、３８０ｋＨｚの高周波電力が、トランス４２を
介してサセプタ４と上部電極２１とに、夫々位相が１８
０゜異なった高周波電力が印加され、前記プラズマ化し
たガス分子中の、イオンやラジカル、例えばフッ素ラジ
カルなどを、サセプタ５側へと積極的に引き寄せ、これ
によってウエハＷに対して所定のエッチング処理が施さ
れる。

【００２５】この場合、プラズマ自体の発生、維持は、
より高周波の高周波電源５１からの高周波電力によって
行われるので、安定したかつ高密度のプラズマが生成さ
れており、しかも前記したように、このプラズマ中の活
性種は、それとは別にサセプタ５、上部電極２１に印加
されている３８０ｋＨｚの高周波電力によってコントロ
ールされるので、選択性の高いエッチングを施すことが
できる。しかもプラズマを発生させるための１３．５６
ＭＨｚの高周波では、イオンが追従しないので、高密度
のプラズマを得るために高周波電源５１の出力を大きく
しても、イオン衝撃によってウエハＷに対しダメージを
与えるおそれはないものである。

【００２６】また高周波電源４１のトランス４２の二次
側と、サセプタ５、上部電極２１との間印加経路には、
夫々ローパスフィルタ４４、４５が介在しているので、
高周波電源５１からの１３．５６ＭＨｚの高周波が印加
経路に侵入して、３８０ｋＨｚの高周波に干渉するおそ
れはなく、安定したプロセスが実現されるものである。
なおかかる機能を鑑みれば、ローパスフィルタに代え
て、適宜のブロッキングコンデンサを使用してもよい。

【００２７】次に他の提案例について説明すると、図２
に示したように、この例にかかるエッチング処理装置７
１は、処理容器７２の基本的な構成は前記第１の実施例
における処理容器２と同一であり、図２中、図１と同一
の引用番号で付される部材、構成は、前出第１の実施例
にかかるエッチング処理装置１と同一の部材、構成であ
る。なお図２においては、図１に見られたロードロック
室や真空引き手段はその図示が省略されている。

【００２８】そしてこのエッチング処理装置７１のサセ
プタ７３は、前記第１実施例と異なり接地されておら
ず、またこのエッチング処理装置７１においては、高周
波電力の印加構成等が前記第１実施例と異なっている。
即ち、まず低い方の周波数、例えば３８０ｋＨｚの高周
波電力を発生させる高周波電源７４は、トランス７５の
一次側と接続され、またこのトランス７５の二次側は、
夫々サセプタ７３と上部電極７６と接続されている。な
おこのトランス７５の二次側はパワーの分配を制御する
コントローラ７７が設けられている。

【００２９】他方高い周波数、例えば３ＭＨｚの高周波
電力を発生させる高周波電源８１は、トランス８２の一
次側に接続され、またこのトランス８２の二次側は、夫
々サセプタ７３と上部電極７６と接続されている。なお
このトランス８２の二次側にも、パワーの分配を制御す
るコントローラ８３が設けられている。

【００３０】本提案例にかかるエッチング処理装置７１
の特徴ある構成は以上の通りであり、エッチング処理の
際に、サセプタ７３と上部電極７６には、高周波電源８
１から夫々位相が１８０゜異なった３ＭＨｚの高周波電
力が印加されて、これらサセプタ７３と上部電極７６と
の間のエリアにプラズマを発生させ、同時に高周波電源
７４からは同様に位相が１８０゜異なった３８０ｋＨｚ
の高周波電力が印加され、当該プラズマ中の活性種が加
速されてウエハＷに入射する。従って高周波電源８１を
調整することによってプラズマ密度自体を制御できると
共に、高周波電源７４の調整によってプラズマ中のイオ
ン、ラジカルのエネルギーが制御でき、ウエハＷにダメ
ージを与えることなく、選択性の高いエッチングを実施
することが可能になっている。

【００３１】またこの例では、そのように相対的高低を
有する２つの高周波電源８４、７４は夫々独立したパワ
ースプリット構成であるから、電源自体に対する相互干
渉は発生せず、安定した処理を実施することができる。
しかも前記２つの高周波電源８４、７４からの高周波電
力は、各々サセプタ７３と上部電極７６とに印加される
構成であるから、電流の流れを狭いエリア、即ちサセプ
タ７３と上部電極７６との間の空間領域に集中させるこ
とができ、この点からも高密度のプラズマが確保され、
しかもプラズマ中のイオンのコントロール効率が向上し
ているものである。

【００３２】なお前記した各実施例は、いずれも被処理
体が半導体ウエハであって、対象とする処理がエッチン
グの場合であったが、本発明はこれに限らず、例えばＬ
ＣＤ基板を処理対象とする処理装置にも適用でき、また
処理自体もエッチングに限らず、スパッタリング、ＣＶ
Ｄ処理であってもよい。

【００３３】

【発明の効果】請求項１によれば、パワースプリット形
式を採用するプラズマ処理装置において、従来より低圧
の下で高いプラズマ密度を実現することができ、被処理
体にダメージを与えることなく、選択性の高いプラズマ
密度を実現することが可能である。またより周波数の高
い高周波ｆ₁が、より低い高周波ｆ₀のトランス部に流
入、干渉することはなく、安定したプロセスを実現する
ことができる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例にかかるエッチング処理装置の断
面説明図である。

【図２】他の提案例にかかるエッチング処理装置の断面
説明図である。

【符号の説明】

１エッチング処理装置２処理容器５サセプタ６ブロッキングコンデンサ２１上部電極４１高周波電源（３８０ｋＨｚ）４２トランス４４、４５ローパス・フィルタ５１高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）５２コンデンサＷウエハ

フロントページの続き (72)発明者内藤幸男山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者永関一也山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者広瀬圭三山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン山梨株式会社内 (56)参考文献特開平２−129377（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−17237（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−288021（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/52 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/31

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極と第２の電極とを処理室内に
おいて対向して有し、高周波電源からの高周波電力がト
ランスを介して前記第１の電極と第２の電極とに夫々印
加される如く構成されたプラズマ処理装置において、前記第１の電極をブロッキングコンデンサを介して接地
させると共に、前記第２の電極に対し、前記高周波電力の周波数ｆ_０よ
りも高い周波数ｆ_１の高周波電力を印加する如く構成
し、さらに前記トランスと第１の電極と第２の電極との間の
各印加経路に、前記高周波ｆ_１を遮断する遮断装置を夫
々介在させたことをことを特徴とする、プラズマ処理装
置。