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発明の名称 プラズマ処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−163462
公開日 平成6年(1994)6月10日
出願番号 特願平4−311624
出願日 平成4年(1992)11月20日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】高田 幸彦
発明者 小川 芳文
要約 目的
プラズマ処理装置において、均一なμ波プラズマを形成し高周波バイアスを被処理物である基板上で均一にすることにより、生産性の向上を図る。

構成
被加工物である基板7に対向して、基板の加工面より大きな面積を真空中へ露呈して成る対向電極4を設け、μ波を対向電極4の下部外周に設けた石英リング5を介して真空中に導く。基板7及び対向電極7はそれぞれアース電位や高周波電源による高周波を印加することにより、最適なプロセス条件を得る。
特許請求の範囲
【請求項1】マイクロ波を用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置において、被処理物である基板より大きな表面積を有する対向電極を、前記基板と対向して設け、前記対向電極をアース電位とし、前記対向電極の下面に配した絶縁物を介してマイクロ波を全周方向から導入することを特徴としたプラズマ処理装置。
【請求項2】マイクロ波を用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置において、被処理物である基板より大きな表面積を有する対向電極を、前記基板と対向して設け、前記対向電極には前記基板を搭載する電極に印加する高周波電源とは異なる高周波電源から得た高周波を印加し、前記対向電極の下面に配した絶縁物を介してマイクロ波を全周方向から導入することを特徴としたプラズマ処理装置。
【請求項3】マイクロ波を用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置において、被処理物である基板より大きな表面積を有する対向電極を、前記基板と対向して設け、前記対向電極に前記高周波を印加し、前記基板を搭載した電極をアース電位とし、前記対向電極の下面に配した絶縁物を介してマイクロ波を全周方向から導入することを特徴としたプラズマ処理装置。
【請求項4】マイクロ波を用いてプラズマを生成するマイクロ波プラズマ処理装置において、被処理物である基板より大きな表面積を有する対向電極を、前記基板と対向して設け、前記対向電極には前記基板を搭載する電極と位相を合せた高周波を印加し、前記対向電極の下面に配した絶縁物を介してマイクロ波を全周方向から導入することを特徴としたプラズマ処理装置。
【請求項5】前記基板と前記対向電極との表面間距離を5〜50mmの範囲内にしてプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項1,2,3及び4項のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項6】前記μ波を基板の中心の法線上に小口径で導入し大空間内に導入することを特徴とした請求項1,2,3及び4項のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項7】プラズマ処理される基板を載置する載置用電極と、上記基板よりも広い面積をもち、下方にガス放出する放出孔を有し、上記載置用電極の上方に配置された対向電極と、この対向電極に対してガスを供給するガス供給手段と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、上記マイクロ波を上記載置用電極の周辺に導き、周辺から上記載置用電極に向かって上記マイクロ波を放出するマイクロ波導出手段とからなることを特徴とするプラズマ処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを用いて半導体薄膜基板や電子部品等に薄膜を形成したり、除去(エッチング)するプラズマ処理装置に関し、特に均一に大面積の被処理物を加工するのに好適な装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来本発明に最も近い公知例としては、技術誌「住友金属」第43巻第4号50頁〜57頁、及び149頁〜151頁記載の表面波プラズマを用いた例がある。この場合は2.45GHzのマイクロ波を導波管を用いて、テフロン板でできた誘電体線路に導入し、さらに厚さ20mmの石英窓を介して真空中にマイクロ波を導入している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記公知例に示された装置では、マイクロ波の導入が被処理物の上方からなされる。このため、セルフバイアス用のアース電極は被処理物の周縁部付近に設けることになり、この場合アース電極に対する距離が被処理物の中心部と周縁部とで異なるので、被処理物全体にわたり、均一電界を与えることができない。
【0004】本発明の目的は、マイクロ波の供給が被処理物の上部からなされる場合であっても、被処理物に対して均一電界を与えることができるプラズマ処理装置を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】これを達成するため、本発明においては基板に対向して、基板より大面積を有する対向電極が設けられる。この場合にはマイクロ波を導入するための絶縁物の窓が必要となるが、この窓は対向電極の下部周囲にリング状に形成される。またこのマイクロ波の導入が円周方向で均一にするため、導波管の導入口が基板中心の法線上の上部に配置されるように、導波管が取付けられる。
【0006】
【作用】本発明においてはマイクロ波は対向電極裏面の大きな空間の中心上方から導入される。マイクロ波はその形成した導波路の形状やサイズに従い、様々なモードの波に変換されるが、最も良く用られる2.45GHzのマイクロ波の場合φ300mmを超すとより高次のモードを発生させ易くなり、総じて導波管周辺に強い電界を発生させる。この電界を対向電極下に設けた絶縁物のリングを介して大気中から基板上の真空の空間へマイクロ波を導入するので、円周方向で均一なマイクロ波に基づいてプラズマが発生する。従来のように高周波のみを用いたRIE方式やプラズマ方式の場合には、条件にもよるが、磁場の存在なしに1Pa以下の圧力下で放電を開始させるのは難しかった。しかし、本発明によれば、0.02Paの圧力下でもマイクロ波の導入により容易に放電が開始できる。
【0007】また、本発明では、対向電極の面積が基板の面積に比べて大きくされるので、イオン引き込み電圧を大きくすることができる。
【0008】対向する電極にアース電位印加、高周波印加(この場合には基板搭載側の電極をアース電位)基板搭載電極を同期した高周波印加、さらには基板搭載電極とは異なる高周波電源による独立高周波印加としても良い。それぞれの被処理物の加工特性や使用する反応ガスに応じて最適な電位印加が用いられることは言うまでもない。
【0009】また対向する電極(通常金属)がダメージを受け汚染物や異物を発生するのを抑えるため表面を純度の高い絶縁物で覆うとともに対向電極とこの絶縁物との間にガスを導き、絶縁物に設けたガス穴からシャワー状に反応ガスを供給し、処理の均一化に努めた。またこの対向電極に用いる絶縁物の厚さは印加する高周波の周波数に応じて最適化する必要がある。またさらに対向電極表面に何らかのプラズマに耐する表面処理を施し、対向電極の中でガスを分散させ、対向電極にシャワー状にガスを供給するためのガス供給口を多数設けても良いことは言うまでもない。
【0010】さらにはプラズマを着火するときやプラズマを切るときにのみマイクロ波を印加するような使い方をしても良い。
【0011】基板から見た壁の相対的な面積を減少させれば総じて壁面で形成された不純物の影響(不純ガスや異物)を減じることができる。この観点からも基板と対向電極の距離を小さく取る方が良いが、φ150mmを越える基板を処理する場合には基板直径の1/3以下に対向電極と基板間の距離をセットした場合に、イオン密度や基板上の電界分布、電子密度を一定に保つのに効果があった。したがって、基板と対向電極との距離を5〜50mmの範囲にするのが望しい。
【0012】
【実施例】本発明の一実施例を図1を用いて設明する。図1はプラズマ処理装置の断面略図である。基板の真空中での搬送機構、ボルト、ナット類、真空シール材及び排気の為の手段を省略した。1はマイクロ波発生源、2は第1の導波管である。3はマイクロ波を拡大するための第2の導波管で、対向電極4が収まる口径を有する。第2の導波管3の導入口3′の中心が基板7の中心と一致するように第2の導波管3が設けられる。5が石英リングである。6は電極カバーで、4の対向電極を覆うように設けられ、基板7に対して反応ガスを供給するガス流出口6′を多数個貫通させて設けている。8は基板7を搭載する下部電極であり、高周波電源12で発生した高周波(本実施例では13.56MHz)をマッチングネットワーク11を介して供給される。10は下部電極8のアースシールドであり、下部電極8と、下部電極8を覆う絶縁材9で隔絶されている。13はベースフランジでアース電位となっており、石英リング5の中を貫通させて設けたアース柱16を介して対向電極4と電気的に接続してある。石英リング5の中間高さ位置での断面図が図2であり、図に示すようにアース柱16は石英リング5を貫通して6本設けたが、さらに数を増大させたり、減じたりしても良い。また、17は絶縁カバーである。
【0013】図1に戻ると14は処理室を形成するためのチャンバ、15は排気ポートである。本実施例において基板をセットした後反応ガスを供給し規定の圧力に制御した後、マイクロ波源1を起動すると伴に高周波電源12を起動しプラズマを発生させ基板の表面処理を施す。
【0014】本実施例では基板7と対向電極4との距離を30mmにセットした。Cl2ガスを用いて熱酸化シリコン膜をエッチングした。マイクロ波パワー300W、高周波パワー80W印加した時に熱酸化シリコン膜のエッチング速度は5nm/min、これに対し、シリコンのエッチング速度が250nm/minを得た。従来の対向電極のない石英ベルジャータイプの装置では熱酸化シリコン膜を被着したウエハ(φ200)の中央部のエッチング速度が小さく均一性は±15%程度であったが、本発明では熱酸化膜のエッチング速度の均一性は±5%内に低減できた。これとともにウエハ中央部でパターン付のPoly-Siのエッチングにおいてテーパ型の形状と成り易かったものが改善され、直角な形状が得られ、イオン入射の均一性が向上できた。また電界分布や電子密度の測定においても従来のベルジャータイプのものより径方向に均一化されていることを確認した。
【0015】また第2の導波管3の外周に設けた磁場発生用のコイル17a,17b及び17cを用いることにより、ECR(エレクトロン・サイクロトロン・レゾナンス)放電を導入しても良いし、さらにECRを発生させない875G以下の磁場でも径方向の処理を制御するのに有効であった。しかしながら全く磁場を用いなくとも基板7と対向電極4との距離、ガス流量、ガス流出口6′の配置の仕方、圧力等でも処理の均一性を制御できる利点がある。また、コイル17a,17b,17cが不要になる場合、装置全体を小形化できることは言うまでもない。
【0016】次に他の実施例を図3〜図5を用いて説明する。これらの図では同一部材には同一記号を付したので共通部分の説明は省略する。
【0017】図3は対向電極23に高周波電源12′による高周波を印加した例である。本実施例ではベースフランジ13′の中を貫通させた導入端子22を介して対向電極23へ高周波を導びいた。
【0018】図4は図3の下部電極8′をアース電位とした場合である。
【0019】図5は1つの高周波電源12″から分岐型マッチングネットワーク11″を介して、対向電極24と下部電極8″に分けて高周波を印加した場合である。これら本実施例における同一パワー、同一条件(マイクロ波パワー300W,高周波80W,Cl2,0.7Pa,対向電極距離30mm)の場合で比較すると、熱酸化膜のエッチング速度は、図3,図1,図5,図4の順に小さくなった。熱酸化シリコン膜のエッチング速度はイオンの入射強度と見なすことができる。それぞれのプラズマ処理(エッチング材料,ガス,デポジション材料,バイアススパッタ効果)に合致した高周波バイアス印加方式を選択すれば、様々な処理に対応できることは言うまでもない。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマを均一に制御できるので、半導体装置の歩留りを向上できる。またウエハに対向して設けた電極を加温することにより、プラズマ発生部の温度制御も可能となり、反応生成物の壁面付着により経時変化の影響も低減でき、生産性向上を図ることができる。さらに、磁場形成不要の場合は装置全体を小形化できる。




 

 


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