JPH10284291A - プラズマ処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大口径ウエハに対してアッシング等のプラズマ
処理を行う場合にも、処理速度の十分な均一化を図る。 【解決手段】アッシング装置１は、反応容器である処理
チャンバ２と、ガス導入手段であるガス導入口３Ｕ，３
Ｌと、ガス制御手段であるガスコントローラ４及びマス
フローコントローラ５Ｕ，５Ｌと、プラズマ発生用のコ
イル状アンテナ６Ｕ，６Ｌと、電力供給手段である高周
波電源部７Ｌ，７Ｕと、載置手段であるステージ８と、
ガス排気手段である排気口９とを有し、周方向に延びて
略円環状をなすプラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌを処理
チャンバ２内の半径方向２箇所に形成している。そして
アッシング装置１は、プラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌ
にそれぞれ略円環状のプラズマ（図示参照）を生成さ
せ、そのプラズマを用いてステージ８上に載置された被
処理物である半導体ウェハ１１のアッシングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、液晶ディ
スプレー用ウェハ等の製造において用いられるプラズマ
処理装置に係わり、例えば、エッチング時に用いたレジ
ストを除去するアッシング等の処理に好適なプラズマ処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体素子の製造には、反応性
プラズマを用いたプラズマ処理が広く用いられている。
プラズマは電離した気体の総称であるが、半導体製造等
に用いられる放電プラズマは、核融合プラズマとはその
性格を異にし、電離度が比較的低くかつガス温度に比べ
電子温度が著しく高い等の特徴を備えている。そのた
め、常温ではなしえない反応を起こすことができ、処理
用ガス分子と電子との間の衝突により発生する励起状態
分子や、処理用ガス分子が解離することにより発生する
各解離種など、化学的に活性な種を生成することができ
る。そして、これら活性種とウェハとの反応や、処理用
ガスが電離することにより発生したイオンがウェハに入
射することを利用して、プラズマ処理が行われる。

【０００３】プラズマ処理を行うプラズマ処理装置は、
そのプラズマ源の差異によって、容量結合型プラズマ処
理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、有磁場型マイク
ロ波プラズマ処理装置等に区別される。これらのうち、
誘導結合型プラズマ処理装置は、プラズマの生成効率が
高いこと、また無電極放電であるために金属表面に荷電
粒子が逃げることが少なく高密度のプラズマを生成でき
ること、さらに装置構成が単純であること、等の特徴を
有するため、近年注目されている。この誘導結合型のプ
ラズマ処理装置に関する公知技術例としては、例えば、
特開平７−３７６９７号公報、特開平２−２３５３３２
号公報、特開平７−３０２６９４号公報、及び特開平８
−７８１９１号公報がある。

【０００４】すなわち、特開平７−３７６９７号公報で
は、円筒形の反応室の側面にコイル状にアンテナを巻き
付けた構造のエッチング装置が開示されており、特開平
２−２３５３３２号公報では、ウェハに対向する面に渦
巻状のアンテナを配置した構造のエッチング・デポジシ
ョン装置が開示されており、特開平７−３０２６９４号
公報では、ドーム型のチャンバの外面にアンテナを巻き
付けた構造のアッシング装置が開示されている。以上３
つの構造はいずれもアンテナに高周波電流を流すことに
よりプラズマの生成と維持を行っている。また、特開平
８−７８１９１号公報では、ウェハの対向部に、２系統
のコイル（外周コイル、内周コイル）を取り付け、各々
のコイルに投入される電力を変化させることにより、外
周コイル直下に生成する外周側プラズマと内周コイル直
下に生成する内周側プラズマの密度を適宜制御可能なエ
ッチング装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】

（１）ウェハの大口径化への対応 ところで、近年、生産性向上のために、シリコンウェハ
は６．８インチから１２インチ、さらには１６インチへ
と大きくなりつつある。したがって、このような大口径
ウェハを均一に処理できるプラズマ処理装置が求められ
ている。そのためには、上記４つの従来のプラズマ処理
装置の反応容器の径を大きくすることが考えられる。そ
れぞれの反応容器を大径化した場合について、以下順
次、論じる。

【０００６】（１−Ａ）特開平７−３７６９７号公報 特開平７−３７６９７号公報のプラズマ処理装置とほぼ
同様の構造のエッチング装置において、反応容器を大径
化した場合の構造を図５に示す。図５において、エッチ
ング装置１００は、反応室１０１側面に巻き付けたアン
テナ１０２に高周波電源１０３からの高周波電流を流す
ことにより、反応室１０１内にプラズマ１０４を生成す
る。このとき、誘導結合型固有の特徴として、アンテナ
１０２近傍に強いプラズマが発生する。そのため、単純
に反応容器１０１の径を大きくしただけでは、ウェハ１
０５の処理速度（エッチングレート）が、図５下部に示
すようにウェハ上１０５でダブルピークを持つような分
布となり、処理速度の半径方向均一化が困難となる。ま
た、このようなエッチングレート分布を解消するために
高周波電力量を大きくすることが考えられる。しかしな
がらこの場合、プラズマ密度の上昇に伴うプラズマの導
電率増加のため、表皮効果がより顕著に現れるようにな
り、アンテナ近傍のプラズマ密度がさらに上昇してウェ
ハ外周部のエッチングレートのみがさらに上昇する可能
性がある。

【０００７】（１−Ｂ）特開平８−７８１９１号公報 この公知技術のエッチング装置では、外周コイル及び内
周コイルに投入される電力を独立して変化させ外周側プ
ラズマと内周側プラズマの密度を制御可能としており、
反応容器を大径化した場合であっても、外周側・内周側
のバランスを適宜調整することで処理速度の半径方向均
一化を図れるようになっている。しかしながら、この構
成においては、実際には、外周コイル直下と内周コイル
直下との間にもプラズマが生成し、その結果外周側プラ
ズマと内周側プラズマが合体してしまう場合がある。そ
のため、上記の制御が十分機能せず、処理速度の半径方
向均一化が不十分となる可能性がある。

【０００８】（１−Ｃ）特開平２−２３５３３２号公報
及び特開平７−３０２６９４号公報 これら特開平２−２３５３３２号公報のエッチング・デ
ポジション装置及び特開平７−３０２６９４号公報のア
ッシング装置においては、反応容器の大径化を図る場合
にも、上記（１−Ａ）（１−Ｂ）のような不都合は特に
生じない。

【０００９】（２）高圧・大流量ガスへの対応 ところで、アッシング、エッチング、デポジション等の
プラズマ処理は、いずれも、反応室内のプラズマにより
生成された活性種がウェハ上に輸送され、ウェハとの表
面反応により行われる。この活性種の輸送は、拡散によ
る輸送とガス流れによる輸送とが並存し、行おうとする
プラズマ処理の種類によってどちらが主たる輸送となる
かが異なってくる。すなわち、例えばエッチングでは、
ウェハへの入射イオンの方向性が求められるため比較的
低圧の処理用ガスが用いられるが、このようなプラズマ
処理においては、拡散による輸送が完全に支配的とな
る。したがって、反応容器内に生成するプラズマ密度の
半径方向均一化を図れば、そのまま処理速度の半径方向
均一化を図れることになる。上記（１）は、この観点に
基づき、反応容器内に生成するプラズマ密度の半径方向
均一化について論じたものである。

【００１０】これに対し、例えばアッシングでは、ウェ
ハへの入射イオンの方向性があまり要求されないため、
比較的高圧（例えば数百ミリＴｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒ）・
大流量（例えば数百〜数千ｓｃｃｍ）の処理用ガスが用
いられる。このようなプラズマ処理においては、活性種
の輸送は、拡散だけでなくガス流れの影響も受ける。例
えば、３０℃、１ＴｏｒｒにおけるＯ2中のＯの拡散係
数は約２００ｃｍ²／ｓであるのに対し、同じ３０℃、
１ＴｏｒｒのＯ2ガスを直径２０ｃｍの円筒形容器に２
０００ｓｃｃｍ流す場合、平均ガス流速は約９０ｃｍ／
ｓになる。このような条件下では、活性種の輸送は、完
全な拡散支配型にはならず、ガス流れの影響をうけたも
のとなる。したがって、処理速度の半径方向均一化を図
るためには、生成するプラズマ側の因子（生成位置、生
成量等）のみならず、処理用ガス側の因子（ガス流れの
半径方向流速分布等）にも考慮する必要がある。しかし
ながら、上記したすべての公知技術（特開平７−３７６
９７号公報、特開平８−７８１９１号公報、特開平２−
２３５３３２号公報、及び特開平７−３０２６９４号公
報）においては、いずれも処理用ガス側の因子に全く配
慮されていない。そのため、大口径ウエハにアッシング
等を行う場合には、処理速度の十分な均一化を図るのが
困難である。

【００１１】本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、大口径ウエハに対して
アッシング等のプラズマ処理を行う場合にも、処理速度
の十分な均一化を図ることができるプラズマ処理装置及
びプラズマ処理方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するために、本発明は、反応容器
内で周方向に延びて略円環状をなすプラズマ生成領域
を、半径方向複数箇所に形成し、前記反応容器壁面のう
ち前記プラズマ生成領域の略直上に位置する半径方向複
数箇所に、処理用ガスを該プラズマ生成領域に導入する
ガス導入手段をそれぞれ形成し、これら複数のガス導入
手段から導入するガス流量をそれぞれ別個独立に制御す
るガス制御手段を設け、前記プラズマ生成領域の前記半
径方向に隣接し該プラズマ生成領域に電界を印加する少
なくとも１つのアンテナを設け、このアンテナに電力を
供給する電力供給手段を設け、前記反応容器内の前記複
数のプラズマ生成領域より下方に被処理物を載置する載
置手段を設け、前記反応容器壁面のうち前記載置手段よ
りも下方にガス排気手段を形成し、前記プラズマ生成領
域に生成させたプラズマを用いて前記被処理物の処理を
行う。反応容器内の半径方向複数箇所に形成されたプラ
ズマ生成領域に、ガス導入手段から処理用ガスを導入す
ると共にアンテナで電界を印加し、各プラズマ生成領域
にプラズマを生成させる。そしてこのプラズマにより生
じた活性種は、ガス排気手段へと向かうガス流れにより
下方へ輸送され、載置手段に載置された被処理物の表面
と反応し所定の処理を行う。このとき、半径方向複数箇
所のプラズマ生成領域に生成した各プラズマの密度に応
じ、直上のガス導入手段からのガス流量をガス制御手段
で制御する。これにより、例えば処理用ガス圧力０.１
〜１０Ｔｏｒｒ、トータルのガス流量５００ｓｃｃｍ以
上で行うアッシングのように、ガス流れの影響をうける
プラズマ処理を行う際に、プラズマ側の因子のみならず
処理用ガス側の因子に対する配慮が可能となる。例え
ば、プラズマ密度が半径方向において比較的均一であっ
た場合は、それを維持するように各ガス導入手段からの
ガス流量をほぼ等しくし、また例えばプラズマ密度が半
径方向外側が高く内側が低かった場合には、これを是正
するように外側ガス導入手段のガス流量を小さくかつ内
側ガス導入手段のガス流量を大きくすることができる。
したがって、ウェハが大口径化した場合にも、ある程度
の高い処理速度を確保しつつ処理速度の半径方向分布を
十分に均一化できる。

【００１３】（２）上記（１）において、前記反応容器
は、下方ほど大径となるように高さ方向に連続配置され
た互いに異径の複数の有蓋円筒部を備えており、これら
複数の有蓋円筒部は内周面近傍に前記プラズマ生成領域
をそれぞれ形成しており、前記アンテナは、前記複数の
有蓋円筒部の外周面にそれぞれ沿うように複数配置され
ており、前記電力供給手段は電力供給制御手段の制御に
応じて前記複数のアンテナに供給する電力をそれぞれ別
個独立に調整して供給し、前記複数のガス導入手段は前
記複数の有蓋円筒部の蓋部にそれぞれ設けられている。

【００１４】（３）上記（１）において、前記反応容器
は、１つの有蓋円筒部とこの有蓋円筒部の内周側に配置
された内側円筒部を備えており、この内側円筒部は外周
面近傍及び内周面近傍に前記プラズマ生成領域をそれぞ
れ形成しており、前記アンテナは該内側円筒部に配置さ
れており、前記複数のガス導入手段は、前記有蓋円筒部
の蓋部に設けられるとともに、前記有蓋円筒部内のうち
前記内側円筒部外に前記処理用ガスを導入するものと前
記有蓋円筒部内のうち前記内側円筒部内に前記処理用ガ
スを導入するものとを含んでいる。これにより、アンテ
ナが配置された内側円筒部の外周側と内周側との双方で
プラズマを生成できるので、投入する電力に対するプラ
ズマの発生効率を上げることができる。

【００１５】（４）上記（１）において、前記反応容器
は、１つの有蓋円筒部を備えており、前記アンテナは、
前記有蓋円筒部の側壁を兼ねる外側円筒電極と、この円
筒状電極の内周側に配置された内側円筒電極と、半径方
向中心に配置された中心軸電極とを備えており、前記複
数のガス導入手段は、前記有蓋円筒部の蓋部に設けられ
るとともに、前記外側円筒電極と前記内側円筒電極との
間に前記処理用ガスを導入するものと前記内側円筒電極
内に前記処理用ガスを導入するものとを含んでいる。

【００１６】（５）上記目的を達成するために、本発明
は、反応容器内に処理用ガスを導入するとともに電界を
印加して該反応容器内の所定領域にプラズマを生成し、
このプラズマを用いて被処理物の処理を行うプラズマ処
理方法において、前記処理用ガスを前記反応容器半径方
向の複数箇所に導入して、前記所定領域を前記反応容器
半径方向の複数箇所に形成し、前記複数箇所に導入され
る処理用ガスの流量を、それぞれ別個独立に制御する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１に
より説明する。本実施形態は、プラズマ処理装置の一例
として誘導結合型アッシング装置を例にとった場合の実
施形態である。図１は、本実施形態によるアッシング装
置の全体構造を表す側断面図である。この図１におい
て、アッシング装置１は、反応容器である処理チャンバ
２と、ガス導入手段であるガス導入口３Ｕ，３Ｌと、ガ
ス制御手段であるガスコントローラ４及びマスフローコ
ントローラ５Ｕ，５Ｌと、プラズマ発生用のコイル状ア
ンテナ６Ｕ，６Ｌと、電力供給手段である高周波電源部
７Ｌ，７Ｕと、載置手段であるステージ８と、ガス排気
手段である排気口９とを有し、周方向に延びて略円環状
をなすプラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌを処理チャンバ
２内の半径方向２箇所に形成している。そしてアッシン
グ装置１は、プラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌにそれぞ
れ略円環状のプラズマ（図示参照）を生成させ、そのプ
ラズマを用いてステージ８上に載置された被処理物であ
る半導体ウェハ１１のアッシングを行うようになってい
る。

【００１８】チャンバ２は、下方ほど大径となるように
高さ方向に連続配置された互いに同軸異径の２つの有蓋
円筒部２Ｕ，２Ｌと、下段の有蓋円筒部２Ｌのさらに下
部に配置されたベースチャンバ部２Ａとを備えており、
プラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌは有蓋円筒部２Ｕ，２
Ｌの内周面近傍にそれぞれ形成されている。また有蓋円
筒部２Ｕ，２Ｌは誘電体で構成されており、ベースチャ
ンバ部２Ａは例えばアルミニウム製である。

【００１９】ガス導入口３Ｕ，３Ｌは、チャンバ２壁面
のうちプラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌの略直上に位置
する半径方向２箇所（１箇所は領域１０Ｕの位置、もう
１箇所は領域１０Ｌの位置）、詳細には、有蓋円筒部２
Ｕ，２Ｌの蓋部２Ｕａ，２Ｌａにそれぞれ設けられてお
り、処理用ガスをプラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌにそ
れぞれ導入するようになっている。なおこのとき、蓋部
２Ｕａは略円盤状の面、蓋部２Ｌａは略円環状の面とな
っており、ガス導入口３Ｕは蓋部２Ｕａの周方向多数箇
所（図中では２箇所のみを表示）に形成されてそれら全
体で１つのガス導入手段を構成し、ガス導入口３Ｌは蓋
部２Ｌａの周方向多数箇所（図中では２箇所のみを表
示）に形成され、それら全体でもう１つのガス導入手段
を構成している。また、蓋部２Ｕａの上部には多数のガ
ス導入口３Ｕにガスを分配するためのヘッダ１２Ｕが設
けられ、蓋部２Ｌａの上部には多数のガス導入口３Ｌに
ガスを分配するためのヘッダ１２Ｌが設けられている。

【００２０】マスフローコントローラ５Ｕ，５Ｌは、ガ
スコントローラ４からの制御信号に応じて開度が制御さ
れる電磁バルブ（図示せず）をそれぞれ備えている。す
なわち、ガスコントローラ４を操作（手動若しくはコン
ピュータによる自動制御等）することにより、マスフロ
ーコントローラ５Ｕ，５Ｌの開度を調整し、ガス源（図
示せず）から供給されヘッダ１２Ｕ，１２Ｌ及びガス導
入口３Ｕ，３Ｌを介し有蓋円筒部２Ｕ，２Ｌ内にそれぞ
れ導入するガス流量をそれぞれ別個独立に制御可能とな
っている。

【００２１】アンテナ６Ｕ，６Ｌは、２つの有蓋円筒部
２Ｕ，２Ｌの外周面２Ｕｂ，２Ｌｂにそれぞれ沿うよう
に配置されており、それぞれプラズマ生成領域１０Ｕ，
１０Ｌに半径方向に隣接している。これらのアンテナ６
Ｕ，６Ｌには、高周波電源部７Ｕ，７Ｌからの電力が供
給され、プラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌにそれぞれ電
界を印加しプラズマを発生させるようになっている。こ
のとき、高周波電源部７Ｕ，７Ｌは、電力供給制御手段
である電力コントローラ１３の制御信号に応じて動作す
るようになっている。すなわち、電力コントローラ１３
を手動操作することにより、高周波電源部７Ｕ，７Ｌの
動作を調整し、アンテナ６Ｕ，６Ｌに供給する電力を別
個独立に調整して電力の分配比率を可変可能となってい
る。なお、高周波電源部７Ｕ，７Ｌとアンテナ６Ｕ，６
Ｌとの間には、インピーダンスマッチング用の整合装置
１４Ｌ，１４Ｕがそれぞれ設けられている。

【００２２】ステージ８は、チャンバ２内のプラズマ生
成領域１０Ｕ，１０Ｌより下方に配置され、ウェハ１１
を載置するようになっている。ステージ８には、処理後
のウェハ１１を搬送システム（後述）のアームで把持し
やすいようにするためのプッシュロッド１５と、基板温
度調節用のヒータ１６と、ウェハ１１のずれ防止のため
のサセプタ１８とを備えている。なお、ヒータ１６は、
外部直流電源１７とステージコントローラ２０とによっ
てウェハ１１の調温が可能となっている。またベースチ
ャンバ部２Ａ壁面のうちウェハ１１側方に相当する位置
には、外部よりウェハ１１を搬出入するための開閉弁１
９が設けられており、この開閉弁１９が開いた状態にお
いて、図示しない搬送システムのアームが開閉弁１９を
介し入室・退室し、ウェハ１１の搬送を行う。

【００２３】排気口９は、チャンバ２壁面のうちステー
ジ８よりも下方に形成されており、図示しない真空排気
手段に接続されている。

【００２４】以上のように構成した本実施形態のアッシ
ング装置１においては、チャンバ２内の半径方向２箇所
に形成されたプラズマ生成領域１０Ｕ，１０Ｌに、ガス
導入口３Ｕ，３Ｌから処理用ガスをそれぞれ導入すると
共にアンテナ６Ｕ，６Ｌで電界を印加し、各プラズマ生
成領域１０Ｕ，１０Ｌにプラズマを生成させる。そして
このプラズマにより生じた活性種は、ガス排気口９へと
向かうガス流れにより下方へ輸送され、ステージ８に載
置されたウェハ１１の表面と反応しアッシング処理を行
う。このとき、半径方向２箇所のプラズマ生成領域１０
Ｕ，１０Ｌに生成した各プラズマの密度に応じ、直上の
ガス導入口３Ｕ，３Ｌからのガス流量をマスフローコン
トローラ５を介しガスコントローラ４で制御する。これ
により、例えば処理用ガス圧力０.１〜１０Ｔｏｒｒ、
トータルのガス流量５００ｓｃｃｍ以上でアッシングを
行う場合に、例えば、プラズマ密度が半径方向において
比較的均一であった場合は、それを維持するように各ガ
ス導入口３Ｕ，３Ｌからのガス流量をほぼ等しくし、ま
た例えばプラズマ密度が半径方向外側が高く内側が低か
った場合には、これを是正するように外側のガス導入口
３Ｌのガス流量を小さくかつ内側のガス導入口３Ｕのガ
ス流量を大きくすることができる。したがって、ある程
度の高い処理速度を確保しつつ処理速度の半径方向分布
を十分に均一化できる。

【００２５】また、ガス導入口３Ｕ，３Ｌを上部にガス
排気口９を下部に配置することにより、処理用ガスがプ
ラズマ発生領域１０Ｕ，１０Ｌを全て通過するので、活
性種の高い発生効率を確保でき、更に、処理手順に有害
である反応副生成物も効率良く排気できる。さらに、ア
ンテナ６Ｕ，６Ｌからプラズマに投入されるパワーは、
高周波電源部７Ｌ，７Ｕを介し電力コントローラ１３で
独立に制御できるので、これによってウェハ１１表面上
における活性種の径方向分布を制御し、処理速度の半径
方向分布を十分に均一化することができる。例えば、プ
ラズマ密度が半径方向外側が高く内側が低かった場合に
は、これを是正するように外側のアンテナ６Ｌの電力を
小さくかつ内側のアンテナ６Ｕの電力を大きくすること
ができる。なおこのとき、２つの有蓋円筒部２Ｕ，２Ｌ
の径と高さが互いに異なっているため、特開平８−７８
１９１のように外周側アンテナと内周側アンテナの間に
プラズマが着き活性種の分布を制御しにくくなる可能性
はない。

【００２６】なお、上記第１の実施形態においては、２
系統のアンテナ６Ｕ，６Ｌに対して２つの高周波電源部
７Ｕ，７Ｌを設け、それらへの電力分配を可変とした
が、これに限られない。すなわち、ガスコントローラ４
によるガス流れの調整のみで十分な処理速度分布の均一
化が得られる場合には、２系統のアンテナ６Ｕ，６Ｌを
１つの高周波電源に対し直列（又は並列）に接続し、ア
ンテナ６Ｕ，６Ｌの電力分配比は固定としてもよい。ま
た、上記第１の実施形態においては、有蓋円筒部２Ｕ，
２Ｌを２つ設け、これに対応してプラズマ生成領域１０
Ｕ，１０Ｌ、ガス導入口３Ｕ，３Ｌ、アンテナ６Ｕ，６
Ｌ等を２つずつ設けたが、これに限られず、３つ以上設
けてもよい。この場合も、同様の効果を得る。さらに、
上記第１の実施形態の変形例として、図２のように有蓋
円筒部２Ｕの外周面２Ｕｂを下方に延長し、プラズマ生
成領域１０Ｕと１０Ｌとを明確に区分するようにしても
よい。この場合も、同様の効果を得る。

【００２７】本発明の第２の実施形態を図３により説明
する。本実施形態も、第１の実施形態同様、誘導結合型
アッシング装置の実施形態である。第１の実施形態と同
等の部材には同一の符号を付し、また第１の実施形態と
機能的に対応する部材には２００を付加した番号を付
し、適宜説明を省略している。図３は、本実施形態によ
るアッシング装置の全体構造を表す側断面図である。こ
の図３において、アッシング装置２０１は、第１の実施
形態のアッシング装置１と同様、反応容器である処理チ
ャンバ２０２と、ガス導入手段であるガス導入口２０３
Ｕ，２０３Ｌと、ガス制御手段であるガスコントローラ
２０４及びマスフローコントローラ２０５Ｕ，２０５Ｌ
と、コイル状アンテナ２０６と、電力供給手段である高
周波電源２０７と、載置手段であるステージ８と、ガス
排気手段である排気口９とを有し、周方向に延びて略円
環状をなすプラズマ生成領域２１０Ｕ，２１０Ｌを処理
チャンバ２０２内の半径方向２箇所に形成している。そ
してアッシング装置２０１は、これらプラズマ生成領域
２１０Ｕ，２１０Ｌにそれぞれ略円環状のプラズマ（図
示参照）を生成させ、そのプラズマを用いてステージ８
上に載置された被処理物である半導体ウェハ１１のアッ
シングを行うようになっている。

【００２８】チャンバ２０２は、１つの有蓋円筒部２０
２Ｂと、この有蓋円筒部２０２Ｂの内周側に配置された
内側円筒部２０２Ｃと、有蓋円筒部２０２Ｂのさらに下
部に配置されたベースチャンバ部２０２Ａとを備えてお
り、プラズマ生成領域２１０Ｕ，２１０Ｌは、内側円筒
部２０２Ｃの外周面近傍及び内周面近傍にそれぞれ形成
されている。なお、この内側円筒部２０２Ｃは誘電体で
構成されている。

【００２９】ガス導入口２０３Ｕ，２０３Ｌは、有蓋円
筒部２０２Ｂの蓋部２０２Ｂａに設けられており、一方
のガス導入口２０３Ｕは有蓋円筒部２０２Ｂ内のうち内
側円筒部２０２Ｃ内側に処理用ガスを導入し、他方のガ
ス導入口２０３Ｌは有蓋円筒部２０２Ｂ内のうち内側円
筒部２０２Ｃ外側に処理用ガスを導入するようになって
いる。なおこのとき、蓋部２０２Ｂａは略円盤状の面と
なっており、ガス導入口２０３Ｕ（又は２０３Ｌ）は蓋
部２０２Ｂａの周方向多数箇所（図中では２箇所のみを
表示）に形成されてそれら全体で１つのガス導入手段を
構成している。また、蓋部２０２Ｂａの上部には多数の
ガス導入口２０３Ｕ，２０３Ｌにガスを分配するための
ヘッダ１２が設けられている。

【００３０】アンテナ２０６は、内側円筒部２０２Ｃに
埋め込まれる形で配置されており、プラズマ生成領域２
１０Ｕ，２１０Ｌに半径方向に隣接している。このアン
テナ２０６には、高周波電源２０７からの電力が供給さ
れ、プラズマ生成領域２１０Ｕ，２１０Ｌにそれぞれ電
界を印加してプラズマを発生するようになっている。な
お、高周波電源２０７とアンテナ２０６との間には、イ
ンピーダンスマッチング用の整合装置２１４が設けられ
ている。

【００３１】以上のように構成した本実施形態のアッシ
ング装置２０１においても、第１の実施形態のアッシン
グ装置１と同様、プラズマ生成領域２１０Ｕ，２１０Ｌ
に生成した各プラズマの密度に応じ、ガス導入口２０３
Ｕ，２０３Ｌからのガス流量をガスコントローラ２０４
で制御することにより、ある程度の高い処理速度を確保
しつつ処理速度の半径方向分布を十分に均一化できる。
またこれに加え、アンテナ２０６の埋め込まれた内側円
筒部２０２ｃの内周側と外周側との双方でプラズマを生
成できるので、投入する電力に対するプラズマの発生効
率を上げることができる効果もある。

【００３２】本発明の第３の実施形態を図４により説明
する。本実施形態は、容量結合型アッシング装置の実施
形態である。第１及び第２の実施形態と同等の部材には
同一の符号を付し、また第１及び第２の実施形態と機能
的に対応する部材には３００を付加した番号を付し、適
宜説明を省略している。図４は、本実施形態によるアッ
シング装置の全体構造を表す側断面図である。この図４
において、アッシング装置３０１は、第１及び第２の実
施形態のアッシング装置１，２０１と同様、反応容器で
ある処理チャンバ３０２と、ガス導入手段であるガス導
入口３０３Ｕ，３０３Ｌと、ガス制御手段であるガスコ
ントローラ３０４及びマスフローコントローラ３０５
Ｕ，３０５Ｌと、アンテナである外側円筒電極３０６
Ａ、内側円筒電極３０６Ｂ、及び中心軸電極３０６Ｃ
と、電力供給手段である高周波電源３０７と、載置手段
であるステージ８と、ガス排気手段である排気口９とを
有し、周方向に延びて略円筒状をなすプラズマ生成領域
３１０Ｕ，３１０Ｌを処理チャンバ３０２内の半径方向
２箇所に形成している。そしてアッシング装置３０１
は、これらプラズマ生成領域３１０Ｕ，３１０Ｌにそれ
ぞれ略円筒状のプラズマ（図示参照）を生成させ、その
プラズマを用いてステージ８上に載置された被処理物で
ある半導体ウェハ１１のアッシングを行うようになって
いる。

【００３３】チャンバ３０２は、金属製の１つの有蓋円
筒部３０２Ｂと、この有蓋円筒部３０２Ｂのさらに下部
に配置された金属製のベースチャンバ部３０２Ａとを備
えている。

【００３４】有蓋円筒部３０２Ｂの側壁は外側円筒電極
３０６Ａを兼ねている。そして内側円筒電極３０６Ｂは
外側円筒電極３０６Ａの内周側に配置されており、中心
軸電極３０６Ｃは内側円筒電極３０６Ｂのさらに内側の
半径方向中心に配置されており、プラズマ生成領域３１
０Ｕ，３１０Ｌに半径方向に隣接している。すなわち内
側円筒電極３０６Ｂは整合装置３１４を介し高周波電源
３０７に接続される一方、外側円筒電極３０６Ａ及び中
心軸電極３０６Ｃは接地されており、これによって内側
円筒電極３０６Ｂと外側円筒電極３０６Ａ又は中心軸電
極３０６Ｃとの間のプラズマ生成領域３１０Ｕ，３１０
Ｌにそれぞれ電界を印加し略円筒状のプラズマを発生す
るようになっている。

【００３５】ガス導入口３０３Ｕ，３０３Ｌは、絶縁材
で構成された有蓋円筒部３０２Ｂの蓋部３０２Ｂａに設
けられている。一方のガス導入口３０３Ｕは内側円筒電
極３０６Ｂと中心軸円筒電極３０６Ｃとの間に処理用ガ
スを導入し、他方のガス導入口３０３Ｌは内側円筒電極
３０６Ｂと外側円筒電極３０６Ａとの間に処理用ガスを
導入するようになっている。なおこのとき、蓋部３０２
Ｂａは略円盤状の面となっており、ガス導入口３０３Ｕ
（又は３０３Ｌ）は蓋部３０２Ｂａの周方向多数箇所
（図中では２箇所のみを表示）に形成されてそれら全体
で１つのガス導入手段を構成している。また、蓋部３０
２Ｕａの上部には多数のガス導入口３０３Ｕ，３０３Ｌ
にガスを分配するためのヘッダ３１２が設けられてい
る。

【００３６】以上のように構成した本実施形態のアッシ
ング装置３０１においても、第１及び第２の実施形態の
アッシング装置１，２０１と同様、プラズマ生成領域３
１０Ｕ，３１０Ｌに生成した各プラズマの密度に応じ、
ガス導入口３０３Ｕ，３０３Ｌからのガス流量をガスコ
ントローラ３０４で制御することにより、ある程度の高
い処理速度を確保しつつ処理速度の半径方向分布を十分
に均一化できる。

【００３７】なお、上記第１〜第３の実施形態において
は、プラズマ処理装置の例として本発明を誘導結合型・
容量結合型アッシング装置に適用した場合について説明
したが、これに限られるものではなく、他のタイプのプ
ラズマ源によるアッシング装置や、さらに例えばエッチ
ング装置やデポジション装置等、他のプラズマ処理装置
に適用してもよい。この場合、活性種の輸送が拡散だけ
でなくガス流れの影響も受ける場合に特に有効である。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、アッシングのように、
ガス流れの影響をうけるプラズマ処理を行う際に、プラ
ズマ側の因子のみならず処理用ガス側の因子に対する配
慮が可能となる。したがって、ウェハが大口径化した場
合にも、ある程度の高い処理速度を確保しつつ処理速度
の半径方向分布を十分に均一化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるアッシング装置
の全体構造を表す側断面図である。

【図２】図１の変形例によるアッシング装置の全体構造
を表す側断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態によるアッシング装置
の全体構造を表す側断面図である。

【図４】本発明の第３の実施形態によるアッシング装置
の全体構造を表す側断面図である。

【図５】従来構造のエッチング装置において、反応容器
を大径化した場合の構造を表す側断面図である。

【符号の説明】

１ アッシング装置 ２ 処理チャンバ（反応容器） ２Ｕ，Ｌ 有蓋円筒部 ３Ｕ，Ｌ ガス導入口（ガス導入手段） ４ ガスコントローラ（ガス制御手段） ５Ｌ，Ｕ マスフローコントローラ（ガス制御手段） ６Ｌ，Ｕ， アンテナ ７Ｌ，Ｕ 高周波電源部（電力供給手段） ８ ステージ（載置手段） ９ 排気口（ガス排気手段） １０Ｌ，Ｕ プラズマ生成領域 １１ 半導体ウェハ（被処理物） １３ 電力コントローラ（電力供給制御手段） ２０１ アッシング装置 ２０２ 処理チャンバ（反応容器） ２０２Ｂ 有蓋円筒部 ２０２Ｃ 内側円筒部 ２０３Ｕ，Ｌ ガス導入口（ガス導入手段） ２０４ ガスコントローラ（ガス制御手段） ２０５Ｌ，Ｕ マスフローコントローラ（ガス制御手
段） ２０６ アンテナ ２０７ 高周波電源（電力供給手段） ２１０Ｌ，Ｕ プラズマ生成領域 ３０１ アッシング装置 ３０２ 処理チャンバ（反応容器） ３０２Ｂ 有蓋円筒部 ３０３Ｕ，Ｌ ガス導入口（ガス導入手段） ３０４ ガスコントローラ（ガス制御手段） ３０５Ｌ，Ｕ マスフローコントローラ（ガス制御手
段） ３０６Ａ 外側円筒電極（アンテナ） ３０６Ｂ 内側円筒電極（アンテナ） ３０６Ｃ 中心軸電極（アンテナ） ３０７ 高周波電源（電力供給手段） ３１０Ｌ，Ｕ プラズマ生成領域

フロントページの続き (72)発明者 吉岡 健 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 金井 三郎 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応容器内で周方向に延びて略円環状をな
   すプラズマ生成領域を、半径方向複数箇所に形成し、 前記反応容器壁面のうち前記プラズマ生成領域の略直上
   に位置する半径方向複数箇所に、処理用ガスを該プラズ
   マ生成領域に導入するガス導入手段をそれぞれ形成し、 これら複数のガス導入手段から導入するガス流量をそれ
   ぞれ別個独立に制御するガス制御手段を設け、 前記プラズマ生成領域の前記半径方向に隣接し該プラズ
   マ生成領域に電界を印加する少なくとも１つのアンテナ
   を設け、 このアンテナに電力を供給する電力供給手段を設け、 前記反応容器内の前記複数のプラズマ生成領域より下方
   に被処理物を載置する載置手段を設け、 前記反応容器壁面のうち前記載置手段よりも下方にガス
   排気手段を形成し、 前記プラズマ生成領域に生成させたプラズマを用いて前
   記被処理物の処理を行うプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記反応容器は、下方ほど大径となるように高さ方
   向に連続配置された互いに異径の複数の有蓋円筒部を備
   えており、これら複数の有蓋円筒部は内周面近傍に前記
   プラズマ生成領域をそれぞれ形成しており、前記アンテ
   ナは、前記複数の有蓋円筒部の外周面にそれぞれ沿うよ
   うに複数配置されており、前記電力供給手段は電力供給
   制御手段の制御に応じて前記複数のアンテナに供給する
   電力をそれぞれ別個独立に調整して供給し、前記複数の
   ガス導入手段は前記複数の有蓋円筒部の蓋部にそれぞれ
   設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記反応容器は、１つの有蓋円筒部とこの有蓋円筒
   部の内周側に配置された内側円筒部を備えており、この
   内側円筒部は外周面近傍及び内周面近傍に前記プラズマ
   生成領域をそれぞれ形成しており、前記アンテナは該内
   側円筒部に配置されており、前記複数のガス導入手段
   は、前記有蓋円筒部の蓋部に設けられるとともに、前記
   有蓋円筒部内のうち前記内側円筒部外に前記処理用ガス
   を導入するものと前記有蓋円筒部内のうち前記内側円筒
   部内に前記処理用ガスを導入するものとを含んでいるこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のプラズマ処理装置におい
   て、前記反応容器は、１つの有蓋円筒部を備えており、
   前記アンテナは、前記有蓋円筒部の側壁を兼ねる外側円
   筒電極と、この円筒状電極の内周側に配置された内側円
   筒電極と、半径方向中心に配置された中心軸電極とを備
   えており、前記複数のガス導入手段は、前記有蓋円筒部
   の蓋部に設けられるとともに、前記外側円筒電極と前記
   内側円筒電極との間に前記処理用ガスを導入するものと
   前記内側円筒電極内に前記処理用ガスを導入するものと
   を含んでいることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】反応容器内に処理用ガスを導入するととも
   に電界を印加して該反応容器内の所定領域にプラズマを
   生成し、このプラズマを用いて被処理物の処理を行うプ
   ラズマ処理方法において、 前記処理用ガスを前記反応容器半径方向の複数箇所に導
   入して、前記所定領域を前記反応容器半径方向の複数箇
   所に形成し、 前記複数箇所に導入される処理用ガスの流量を、それぞ
   れ別個独立に制御することを特徴とするプラズマ処理方
   法。