JP4286576B2

JP4286576B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP4286576B2
Application number: JP2003121214A
Authority: JP
Inventors: 大輔林; 一也永関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP2004327767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板、例えば半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等に、プラズマを作用させてエッチング処理や成膜処理等の所定のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の製造分野においては、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、このプラズマを被処理基板、例えば半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等に作用させて、所定の処理、例えば、エッチング処理、成膜処理等を行うプラズマ処理装置が用いられている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置、例えば、所謂平行平板型のプラズマ処理装置では、真空チャンバ内に、半導体ウエハ等を載置するための載置台が設けられるとともに、この載置台に対向して真空チャンバの天井部にはシャワーヘッドが設けられ、これらの載置台とシャワーヘッドによって一対の平行平板電極が構成されるようになっている。
【０００４】
そして、シャワーヘッドから真空チャンバ内に所定の処理ガスを導入するとともに、真空チャンバの底部から真空排気することによって、真空チャンバ内を所定の真空度の処理ガス雰囲気とし、この状態で載置台とシャワーヘッドとの間に所定周波数の高周波電力を供給することによって、処理ガスのプラズマを発生させ、このプラズマを半導体ウエハに作用させることによって、半導体ウエハのエッチング等の処理を行うよう構成されている。
【０００５】
上記のようなプラズマ処理装置においては、載置台の周囲から均等に排気を行い半導体ウエハの周囲に均一な処理ガスの流れを形成するとともに、プラズマの処理空間からのリークを防止するため、載置台の周囲に、環状の板状に形成され、多数の透孔やスリット状の排気路が形成された排気リングを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
上記のように排気リングは、真空チャンバ内の処理空間からのプラズマのリークを防止する作用を有するものであるが、このようなプラズマのリークを防止する機能を向上させるためには、排気リング中の排気路の開口面積を少なくしたり、排気路の長さを長くして、排気路中を電子が通過し難くする必要がある。なお、プラズマリークが生じると、プラズマが不安定になり、半導体ウエハ等に所定のプラズマ処理を行うことが困難になる。このため、プラズマリークの発生する可能性は、できる限り低減する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記のようにして排気リングのプラズマのリークを防止する機能を向上させると、ガスに対する充分なコンダクタンスを得ることができなくなる。このため、真空排気性能が低下することから、実行することのできるプロセスが制限されるという問題がある。一方、このような問題を回避するために高い真空排気能力を確保しようとすると、大型で高性能な真空ポンプが必要となり、装置の製造コストが上昇するという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
実開平５−８９３７号公報（第１−３図）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来のプラズマ処理装置では、排気リングのプラズマのリークを防止する機能を向上させると、ガスに対するコンダクタンスが低下してしまい、これらを両立させることが困難であった。このため、プラズマリークの発生により所望のプラズマ処理を行うことができなくなったり、ガスに対するコンダクタンスの低下により、実行することのできるプロセスが制限される等の問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、高いガスコンダクタンス能力を備え、製造コストの上昇を招くことなく、広範なプロセスに対応することができるとともに、プラズマのリークを防止する機能が高く、安定したプラズマにより良好なプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載のプラズマ処理装置は、被処理基板を収容する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、前記真空チャンバ内に、前記被処理基板に所定の処理を施すためのプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、前記載置台の周囲を囲むように配置され、排気路が形成された排気リングと、前記排気路を介して前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気機構とを具備したプラズマ処理装置であって、前記排気リングは、前記載置台の載置面に対して垂直に形成された側壁部と、この側壁部の下端から内側に向かって延在する底部とを有し、少なくとも前記側壁部に、前記排気路が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記排気リングの前記側壁部は、同心状に所定間隔を設けて配置された内側円筒状部材と外側円筒状部材とから構成され、前記内側円筒状部材に設けられた開口と、前記外側円筒状部材に設けられた開口とが、ずらして配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項２記載のプラズマ処理装置であって、前記内側円筒状部材に設けられた前記開口と、前記外側円筒状部材に設けられた前記開口は、縦長の矩形状に形成され、円周方向に沿って所定間隔で複数設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項３記載のプラズマ処理装置であって、前記内側円筒状部材に設けられた前記開口と、前記内側円筒状部材と前記外側円筒状部材との間に形成された間隙と、前記外側円筒状部材に設けられた前記開口と、から前記排気路が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、さらに前記排気リングの前記底部に前記排気路が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、被処理基板を収容する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、前記真空チャンバ内に、前記被処理基板に所定の処理を施すためのプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、前記載置台の周囲を囲むように配置され、排気路が形成された排気リングと、前記排気リングの下方から、前記排気路を介して前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気機構とを具備したプラズマ処理装置であって、前記排気リングは、前記載置台の載置面に対して垂直に形成された側壁部と、この側壁部の下端から内側に向かって延在する底部とを有し、前記側壁部は、第１の開口を有する内側円筒状部材と、前記内側円筒状部材と間隙を設けて配置され前記第１の開口とはずれた位置に第２の開口を有する外側円筒状部材とを具備し、前記第１の開口から前記間隙内に入り、前記間隙内を通って前記第２の開口から導出されるよう前記排気路が形成され、前記間隙内で前記プラズマがトラップされるよう構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明を、半導体ウエハのエッチングを行う平行平板型のプラズマエッチング装置に適用した実施の形態の構成の概略を模式的に示すものであり、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成された円筒状の真空チャンバを示している。
【００１９】
この真空チャンバ１内には、半導体ウエハＷを載置するための載置台２が設けられており、この載置台２は下部電極を兼ねている。また、真空チャンバ１内の天井部には、上部電極を構成するシャワーヘッド３が設けられており、これらの載置台２とシャワーヘッド３によって、一対の平行平板電極が構成されるようになっている。
【００２０】
上記シャワーヘッド３には、ガス拡散用の空隙４が設けられるとともに、このガス拡散用の空隙４の下側に位置するように多数の細孔５が設けられている。そして、処理ガス供給系６から供給された所定の処理ガスを、ガス拡散用の空隙４内で拡散させ、細孔５から半導体ウエハＷに向けてシャワー状に供給するよう構成されている。本実施形態では、このシャワーヘッド３は、接地電位とされているが、シャワーヘッド３に高周波電源が接続され、載置台２とシャワーヘッド３の双方に高周波電力が印加される構成としても良い。
【００２１】
一方、載置台２には、２つの整合器７，８を介して２つの高周波電源９，１０が接続されており、載置台２に、２種類の所定周波数（例えば、１００ＭＨｚと３．２ＭＨｚ）の高周波電力を重畳して供給可能とされている。なお、載置台２に高周波電力を供給する高周波電源を１台のみとして、１種類の周波数の高周波電力のみを供給する構成としても良い。
【００２２】
また、載置台２の半導体ウエハＷの載置面には、半導体ウエハＷを吸着保持するための静電チャック１１が設けられている。この静電チャック１１は、絶縁層１１ａ内に静電チャック用電極１１ｂを配設した構成とされており、静電チャック用電極１１ｂには、直流電源１２が接続されている。さらに、載置台２の上面には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、フォーカスリング１３が設けられている。
【００２３】
真空チャンバ１の底部には、排気ポート１４が設けられ、この排気ポート１４には、真空ポンプ等から構成された排気系１５が接続されている。
【００２４】
また、載置台２の周囲には、環状に形成された排気リング１６が設けられている。この排気リング１６は、図２にも示すように、下方に向かって略垂直に形成された側壁部１７と、この側壁部１７の下端から内側に向かって垂直方向に延在する底部１８とを具備している。
【００２５】
上記側壁部１７は、図３に示すように、同心状に、所定間隔を設けて配置された内側円筒状部材１９と、外側円筒状部材２０とから構成されている。内側円筒状部材１９には、円周方向に沿って所定間隔を設けて、排気路を構成する縦長の矩形状の複数の開口１９ａが設けられている。また、図３，４に示すように、外側円筒状部材２０にも、同様に排気路を構成する縦長の矩形状の複数の開口２０ａが設けられており、開口１９ａと開口２０ａとは、円周方向に所定間隔（図４に示す距離Ｃ）ずらして配置されている。
【００２６】
そして、図４に矢印で示すように、内側円筒状部材１９の開口１９ａを通り、この後、内側円筒状部材１９と外側円筒状部材２０との間に形成された間隙２１内を通り、しかる後、外側円筒状部材２０の開口２０ａを通ってガスが排気されるように排気路が形成されている。
【００２７】
図４に示す、寸法Ａ〜Ｄ、すなわち間隙２１の幅Ａ、開口１９ａの幅Ｂ、開口１９ａと開口２０ａとのずれ幅Ｃ、内側円筒状部材１９の厚さＤについては、以下の条件、
Ｃ／Ａ＞１
Ｂ＞２Ａ
Ｂ／Ｄ＞１
を満たすよう構成されている。
【００２８】
すなわち、排気リング１６においては、間隙２１の部分においてプラズマをトラップする構造となっており、このため、間隙２１の幅Ａは比較的狭く設定され、開口１９ａと開口２０ａとのずれ幅Ｃはプラズマをトラップするのに充分な距離を有するよう設定されている。
【００２９】
また、開口１９ａの幅Ｂについては、ここでプラズマをトラップする構造ではないため、充分な開口面積をとり、充分なコンダクタンスを確保することができるように広く設定され、同様な理由から、内側円筒状部材１９の厚さＤについては、薄く設定されている。なお、外側円筒状部材２０の厚さ及び開口２０ａについても、同様な設定とされている。
【００３０】
なお、図４は、排気リング１６の構成を模式的に示すものであり、実際の寸法を示すものではない。実際の寸法については、例えば、間隙２１の幅Ａを１ｍｍとした場合、開口１９ａの幅Ｂは２ｍｍより大きくなり、例えば数ミリ程度とされる。また、開口１９ａと開口２０ａとのずれ幅Ｃ、内側円筒状部材１９の厚さＤについても、上記した条件から逆算される大きさで、かつ、加工のし易さ等を考慮して設定される。
【００３１】
また、側壁部１７の上下方向の長さについても、上記の開口１９ａ及び開口２０ａの開口面積を充分にとれ、充分なコンダクタンスを確保することができる長さとされている。
【００３２】
上記のように、排気リング１６の側壁部１７に排気路を形成することにより、側壁部１７の上下方向の長さ長くすることによって、開口面積を充分にとれ、充分なコンダクタンスを確保することができる。また、このようにして、開口面積を広くしても、排気リング１６の直径は一定であるので、真空チャンバ１の直径は大きくする必要がなく、装置のフットプリントが増大することがない。
【００３３】
また、上記のように、側壁部１７の排気路を、開口１９ａと、間隙２１と、開口２０ａとから構成することによって、プラズマのリークを防止する機能を充分確保しつつ、開口面積を充分にとれ、充分なコンダクタンスを確保することができる。
【００３４】
すなわち、開口１９ａの開口面積を大きくすることによって、図４に示した矢印のようなガスの流れとともに、プラズマ中の電子は、この開口１９ａを通り抜けるが、電子の進行方向には、外側円筒状部材２０があるため、さらに、電子が間隙２１内を通り抜け、開口２０ａから外部に導出される可能性は極めて低くなり、プラズマが開口２０ａの外までリークする可能性は極めて低くなるので、充分なコンダクタンスを確保できるように開口面積を大きくしても、プラズマのリークを防止する機能を充分確保することができるようになっている。
【００３５】
さらに、本実施形態では、排気リング１６の底部１８にも、多数の円孔からなる開口１８ａが形成され、これらの開口１８ａによって排気路が形成されている。このように、底部１８にも排気路を形成することにより、コンダクタンスをさらに高めることができる。
【００３６】
上記のような排気リング１６の底部１８の排気路は、円孔等の開口でなく、側壁部１７に設けた上述した構成の排気路とすることもできる。しかしながら、底部１８は、プラズマが形成される領域からかなり離れているので、プラズマのリークを防止する機能については、さほど考慮する必要がなく、このため円孔等からなる開口とすることができる。また、側壁部１７に設けた排気路によって充分なコンダクタンスを確保することができる場合は、底部１８の排気路は設けなくとも良い。
【００３７】
上記の排気リング１６の材質は、導電性のものであれば、どのようなものでも良く、例えば、ステンレス、表面にアルマイト被膜や溶射膜が形成されたアルミニウム等を使用することができる。このように、導電性の材料から構成された排気リング１６は、電気的に接地電位に接続されている。
【００３８】
そして、上記のように構成された排気リング１６を介して、排気系１５により、排気ポート１４から真空排気することによって、真空チャンバ１内を所定の真空雰囲気に設定できるよう構成されている。
【００３９】
また、真空チャンバ１の周囲には、磁場形成機構２２が設けられており、真空チャンバ１内の処理空間に、所望の磁場を形成できるようになっている。この磁場形成機構２２には、回転機構２３が設けられており、真空チャンバ１の周囲で磁場形成機構２２を回転させることにより、真空チャンバ１内の磁場を回転可能に構成されている。
【００４０】
次に、このように構成されたプラズマエッチング装置におけるエッチング処理について説明する。
【００４１】
まず、図示しない搬入・搬出口に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、搬送機構等により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、載置台２上に載置する。載置台２上に載置された半導体ウエハＷは、この後、静電チャック１１の静電チャック用電極１１ｂに、直流電源１２から所定の直流電圧を印加することにより、吸着保持される。
【００４２】
次に、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じ、真空系１５の真空ポンプ等により真空チャンバ１内を排気し、真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内に、ガス拡散用の空隙４、細孔５を介して、処理ガス供給系６から所定のエッチング処理用の処理ガスを、例えば１００〜１０００ｓｃｃｍの流量で導入し、真空チャンバ１内を所定の圧力、例えば１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）程度に保持する。
【００４３】
この状態で、高周波電源９，１０から載置台２に、所定周波数（例えば、１００ＭＨｚと３．２ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。
【００４４】
上記のように、載置台２に高周波電力が印加されることにより、シャワーヘッド３と載置台２との間の処理空間には高周波電界が形成される。また、処理空間には、磁場形成機構２２よる所定の磁場が形成される。これにより処理空間に供給された処理ガスから所定のプラズマが発生し、そのプラズマにより半導体ウエハＷ上の所定の膜がエッチングされる。
【００４５】
この際、前述したとおり、排気リング１６のコンダクタンスが高いので、真空チャンバ内から効率的に真空排気を行うことができ、大型で高性能な真空ポンプ等を使用しなくとも、容易に高真空度に設定することができる。また、排気リング１６において確実にプラズマのリークを防止することができるため、安定したプラズマによって、所望のエッチング処理を高精度で実施することができる。
【００４６】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源９，１０からの高周波電力の供給を停止し、エッチング処理を停止して、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００４７】
なお、上記実施の形態においては、本発明を半導体ウエハのエッチングを行うプラズマエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではない。例えば、半導体ウエハ以外の基板を処理するものであっても良く、エッチング以外の処理、例えばＣＶＤ等の成膜処理装置にも適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明のプラズマ処理装置によれば、高いガスコンダクタンス能力を備え、製造コストの上昇を招くことなく、広範なプロセスに対応することができるとともに、プラズマのリークを防止する機能が高く、安定したプラズマにより良好なプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の要部概略構成を示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の要部概略構成を示す図。
【図４】図１のプラズマ処理装置の要部概略構成を示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……載置台、３……シャワーヘッド、９，１０……高周波電源、１４……排気ポート、１５……排気系、１６……排気リング、１７……側壁部、１８……底部、１８ａ……開口、１９……内側円筒状部材、１９ａ……開口、２０……外側円筒状部材、２０ａ……開口、２１……間隙。

Claims

被処理基板を収容する真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、
前記真空チャンバ内に、前記被処理基板に所定の処理を施すためのプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
前記載置台の周囲を囲むように配置され、排気路が形成された排気リングと、
前記排気路を介して前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気機構とを具備したプラズマ処理装置であって、
前記排気リングは、前記載置台の載置面に対して垂直に形成された側壁部と、この側壁部の下端から内側に向かって延在する底部とを有し、少なくとも前記側壁部に、前記排気路が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記排気リングの前記側壁部は、同心状に所定間隔を設けて配置された内側円筒状部材と外側円筒状部材とから構成され、前記内側円筒状部材に設けられた開口と、前記外側円筒状部材に設けられた開口とが、ずらして配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項２記載のプラズマ処理装置であって、
前記内側円筒状部材に設けられた前記開口と、前記外側円筒状部材に設けられた前記開口は、縦長の矩形状に形成され、円周方向に沿って所定間隔で複数設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項３記載のプラズマ処理装置であって、
前記内側円筒状部材に設けられた前記開口と、前記内側円筒状部材と前記外側円筒状部材との間に形成された間隙と、前記外側円筒状部材に設けられた前記開口と、から前記排気路が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
さらに前記排気リングの前記底部に前記排気路が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
被処理基板を収容する真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板が載置される載置台と、
前記真空チャンバ内に、前記被処理基板に所定の処理を施すためのプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
前記載置台の周囲を囲むように配置され、排気路が形成された排気リングと、前記排気リングの下方から、前記排気路を介して前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気機構とを具備したプラズマ処理装置であって、
前記排気リングは、前記載置台の載置面に対して垂直に形成された側壁部と、この側壁部の下端から内側に向かって延在する底部とを有し、
前記側壁部は、
第１の開口を有する内側円筒状部材と、
前記内側円筒状部材と間隙を設けて配置され前記第１の開口とはずれた位置に第２の開口を有する外側円筒状部材とを具備し、
前記第１の開口から前記間隙内に入り、前記間隙内を通って前記第２の開口から導出されるよう前記排気路が形成され、前記間隙内で前記プラズマがトラップされるよう構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。