JPH04157164A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体デバイス、画像入力用ラインセンサー、
撮像デバイス、光起電力デバイス等の製造に用いる機能
性薄膜形成およびエツチング等の各種プラズマ処理技術
における均一処理に好適なプラズマ処理装置に関する。

□〔従来の技術〕 従来、半導体デバイス、画像人力用ラインセンサー、撮
像デバイス、光起電力デバイス、その他各種エレクトロ
ニクス素子、光学素子等に用いる電子部材として、アモ
ルファス・シリコン、例えば水素原子又は／及びハロゲ
ン原子（例えばフッ素、塩素等）で補償されたアモルフ
ァス・シリコン等のアモルファス半導体等の各種堆積膜
が提案され、その中のいくつかは実用に付されている。

また、高精細かつ高速な素子分離形成手段として、プラ
ズマを用いた各種ドライエツチング法が提案され、その
中のいくつかは実用に付されている。

こうした各種ドライエツチング法の中で、とりわけリア
クティブ・イオン・エツチング法（以下ｒＲＩＥ法」と
表記）、即ち、エツチングガスを高周波を用いたグロー
放電によって分解し、生成されるイオン粒子を一方向に
イオンシース内の電位差により加速し処理対象である基
体に入射させ、基体上の半導体材料等と化学反応を起こ
させ生成された気体状反応物を排出／除去する異方性エ
ツチングが知られており、近年高精細素子形成において
きわめて有効な手段として注目され、そのための装置も
各種提示されている。

ＲＩＥ法により半導体材料などを除去するための装置と
しては、代表的には第３図の断面略図で示される構成を
有するものが知られている。第３図において、１は気密
に形成されたプラズマ発生室全体を示し、２は円形アノ
ード電極で接地されている。３は円形のカソード電極で
、プラズマ発生室と絶縁さｔ高周波電源４に接続されて
いる。

５は処理対象である基体である。６は、カソード電極３
、及び基体５を回転させる駆動機構である。７は、一端
はプラズマ発生室１内に開口し、他端はバルブ手段（図
示せず）を介してエツチングガス供給源（図示せず）に
連通しているエツチングガス供給管である。８は、一端
はプラズマ発生室１内に開口し、他端は排気装置（図示
せず）に連通している排気バルブ（図示せず）を備えた
排気管である。こうした従来のＲＩＥ法によるプラズマ
処理装置を使用してのエツチング処理は、例えば以下の
ようにして行なわれる。

即ちエツチングガス供給バルブ（図示せず）を閉じ、排
気口８からプラズマ発生室１内を脱気し、内圧を１．Ｏ
Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下にする。ついで、ガス供給バ
ルブを開きガス供給管７のガス放出孔を介して、エツチ
ングガスとして四フッ化炭素（以下ＣＦａと表記する）
を系内圧力が５×１０−２Ｔｏｒｒになるまで導入する
。そこで高周波電源４に通電して周波数１３．５６　Ｍ
Ｈｚの高周波をカソード電極３に印加し、プラズマを生
起させＣＦ３”イオンをイオンシース内で加速しカソー
ド電極３上の基体５に入射させａ−５ｉ　、　（Ｈ，ｘ
）等と化学反応し気体状の四フッ化ケイ素（以下ＳｉＦ
４と表記する）を生起し、ａ−５ｉ、　（）Ｉ、Ｘ）等
を分解、ガス化して系外に排出されエツチング処理され
る。所定時間処理の後、エツチングガスの供給、高周波
電源の印加等を中止し、該基体を系外に搬出してエツチ
ング処理を完了する。

〔発明が解決しようとしている課題〕

しかしながら、′ｓ２図に示したような構成の従来の平
行平板電極のプラズマ処理装置では、電極間において、
投入される高周波電力の分布が生じ、電極周囲部のプラ
ズマ密度が高く、中心部のプラズマ密度が低くなり易い
。従って電極の大きさや操作条件によってはイオンエネ
ルギーが不均一になって、該基体内でのエツチング分布
が大きくなるという開運がある。たとえば、電極直径５
００ｍ■で電極間距離５０ｍ■のＲＩＥ装置で系内圧力
を５　ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ、高周波電力３００Ｗ、Ｃ
Ｆ４ガス流量２５５ＣＣＭのエツチング条件で、基体上
に堆積したアモルファスシリコン（ｎ＋）膜を、エツチ
ング処理すると、エツチング速度が基体中央部で２００
人／分であり、周囲部は２５０人／分というようにエツ
チング分布が大きくなる。

本発明の目的はこのようなプラズマ処理装置における処
理ムラの発生を防止し、均一かつ高速でのプラズマ処理
が可能な構成を有するプラズマ処理装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明のプラズマ処理装置は、プラ
ズマ発生室内にプラズマ生成用の高周波電力が印加され
る一対の対向する電極を有するプラズマ処理装置におい
て、前記一対の対向する電極の接地電極（アノード）側
が複数の分割電極からなり、各分割電極ごとにインピー
ダンス補正が可能であることを特徴とする。

対向する一対の電極の接地（アノード）電極を分割して
分割電極とする際の分割態様は、電極間に生じるプラズ
マ密度の分布（バラツキ）に応じて適宜選択すれば良い
。

例えば、一対の対向する電極間にプラズマ密度の高い領
域と低い領域が形成される場合、プラズマ密度の高い領
域に対応する第１の電極部分とプラズマ密度の低い領域
に対応する第２の電極部分とに電極を分割し、第１の電
極部分及び／または第２の電極部分に係るインピーダン
スを調節してこれらの部分を介して電極間に投入される
高周波電力の整合をずらし、第１の電極部分を利用して
印加される高周波電力を低下させるのと実質的に同様の
作用を得ることにより、または第２の電極部分を利用し
て印加される高周波電力を増大させるのと実質的に同様
の作用を得ることにより、あるいはこれらの両方の作用
を同゛時に得ることによりこれら電極間に投入される高
周波電力を均一化することで、均一なプラズマ密度を得
ることが可能となる。

なお、分割電極のインピーダンス補正によってプラズマ
密度の低い領域のプラズマ密度を高めることによりプラ
ズマ密度を均一とする場合鉱、プラズマ密度の低い部分
により制限されていたプラズマ処理速度を高めることが
できる。また、これとは逆に、分割電極のインピーダン
ス補正によってプラズマ密度の高い領域のプラズマ密度
を小さくすることによってプラズマ密度の均一化を行な
う場合には、投入される高周波電力が一定とすると電極
間においてプラズマ密度がより小さい値で均一化される
が、投入する高周波電力を高めることで均一化されたプ
ラズマ密度を高めてより高速でのプラズマ処理が可能と
なる。

分割電極のインピーダンス補正は、電気的回路によって
、あるいは分割電極が構成する電極間距離を調節するこ
とにより行なうことができ、これらを併用しても良い。

インピーダンス補正のための電気回路としては、可変コ
ンデンサーを用いた容量成分の制御を行なう回路等が利
用で゛きる。なお、容量成分の制御を行なう回路には、
必要に応じてコイル等を用いたりアクタンス成分の制御
を行なうための回路や抵抗等を用いたレジスタンス成分
の制御を行なうための回路等を組み合わせても良い。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すプラズマ処理装置
の要部を示す縦断面図である。

１は気密に形成されたプラズマ発生室で、真空ポンプ（
不図示）で排気口８よりバルブ（不図示）を介して排気
される。２はカソード電極３と対向するアノード電極で
あり、第３図に示すように中央部を分割電極２ｂが、ま
た分割電極２ｂを取り囲む周辺部を分割電極２ａが構成
するように２つの部分に分割されている。分割電極２ａ
は可変コンデンサ１２を介して接地され、分割電極２ｂ
は直接接地されている。分割電極２ａ、２ｂの間にはセ
ラミックスが裏面よりはめ込まれていて、電気的にこれ
らを絶縁しており、更にプラズマ処理用のガスの流れを
変えないような構成が取られている。カソード電ｇＩ３
は円形の平面形状部を有し、そこに被エツチング材を置
くことができるようになっており、セラミックカバー９
でプラズマ発生室の壁に対して絶縁されており、更にカ
ソード電極３には、接地された高周波電源４及び整合器
１０が接続されている。また、カソード電極３はプラズ
マ発生室１の外部に設けた駆動機構により、回転するこ
とができる。高周波電力は整合器１０の調整により効率
よくカソード電極３に供給される。プラズマ処理用のガ
スは供給設備（不図示）より供給管７を通して、プラズ
マ発生室１に入り、排気口８より排出され、排気バルブ
（不図示）によりプラズマ発生室１内のガス圧力を調整
することができる。

次に、具体的なプラズマ処理の一例として、エツチング
の場合について説明する。

まず、ガス供給管７からエツチングガスを供給してプラ
ズマ発生室１を５　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒの設定圧にし
た後、１３．５６　ＭＨｚの高周波電力をカソード電極
３に印加し、整合器の調整をして、プラズマを発生させ
る。ガス供給管７から供給されるエツチングガスはＣＦ
４で供給設備より不図示のバルブを介して供給管７より
均等にプラズマ発生室に供給される。こうして供給され
たエツチングガスは、プラズマ中で励起されイオンやラ
ジカルを生成する。高周波により発生したプラズマは電
極周囲でプラズマ強度が強く中心部で弱い。そこで分割
したアノード電極２ａに最大５００ｐＦの可変コンデン
サ１２で適正な値にコントロールした容量成分を持たせ
、電極周囲のプラズマ強度の補正をした。そうすること
により、基板に入射するイオンエネルギーの効果を均一
にすることができ、基板全体を均一にエツチングするこ
とが可能である。

上述のように、分割電極２ａに可変コンデンサ１２を介
して接地すると、容量成分により高周波電力の整合がず
れて実質的に分割電極２を介して投入される高周波電力
が小さくなったことと同じ状態になり、分割電極２に対
応する領域のプラズマ密度を小さくして、電極２．３間
での生成プラズマ密度を均一化することができる。

次に、第１図に示す構成の装置を用いたエツチング処理
の具体例について以下に示す。

被エツチング材として円板状支持体（Ｓｉウェハ（６イ
ンチφ）またはコーニング７０５９ガラス（２５６ｍａ
＋Ｘ３２０ｍｍ））の上面全面に形成したアモルファス
シリコン（ｎ÷）Ｍ（厚さ３０００人）を用い、これを
カソード電極３上の所定の位置にセットし、支持体の中
心とカソード電極３の円形の面の中心とが一致するよう
に位置合せを行ない第１図に示すような配置を得た。な
お、電極２と３の間隔は５０ＩＩｌ１１１とした。次に
上述の操作に従ってプラズマ発生室内を排気し、ガス供
給管７からＣＦ４ガスを２５５（：ＣＭの流量で供給し
、プラズマ発生室内の圧力を５　Ｘ　１０−２Ｔａｒｔ
とした。ここで、高周波電源４から整合器１０を介して
３００Ｗの高周波電力を印加しプラズマを生成してアモ
ルファスシリコン（ｎｌ）膜のエツチングを行なった。

可変コンデンサの静電容量が１００ｐＦのときのエツチ
ング速度は、分割電極２ｂに対応する部分において１８
０人／分、分割電極２ａに対応する部分において２００
人／分であり、電極２．３間において均一化された。

なお、比較として、アノード電極として分割されていな
い電極を有する第２図に示す装置を用いる以外は、上記
と同様の条件でのエツチングを行なった。なお、アモル
ファスシリコン（ｎ＋）膜の電極間での配置は第２図の
とおりである。その結果、アモルファスシリコン（ｎ”
）　ｌｌｉの中央部分でのエツチング速度は２００人／
分、周辺部でのエツチング速度は２５０人／分であった
。

以上エツチングの場合について説明したが、プラズマＣ
ＶＤ法を用いて成膜を行なう場合は、ガス供給管７から
成膜用のガスを供給することにより、基板５の表面に成
膜することができる。このとき、プラズマ密度を上述の
エツチング処理の場合と同様にコントロールすることで
基板５上に堆積する膜厚を均一にすることができる。

このように、本発明の装置は、プラズマとプラズマから
入射するイオンのエネルギーを用いて行なう処理に適用
可能である。

以上の説明では、分割電極の位置を固定してプラズマ密
度を補正回路によって均一に制御してし）るが第２図の
ように分割電極ごとに可動機構を設けて電極間距離をプ
ラズマ密度の高い部分はひろく、逆に密度の低い部分は
せまくし、インピーダンス補正回路に代えて、あるいは
該補正回路と併用しても良い。なお、インピーダンス補
正回路を接続した分割電極は分割電極２ａとしたが必要
に応じて電極２ｂのみに、あるいは電極２ａ及び２ｂの
両方に補正回路を接続することができる。

また、インピーダンス補正回路は、コンデンサーのほか
に、コイルや抵抗を電極の形状や大きさに応じていずれ
か１つあるいは複数を組合せて構成しても良く、コンデ
ンサー、コイル及び抵抗は固定型でも、可変型でも良い
。インピーダンス補正回路の一例を第４図（ａ）〜（ｄ
）に示す。

なお、プラズマ発生室の構造、高周波電源の周波数も上
記実施例に限定されるものではない。

電極の形状は、矩形または円形などプラズマ発生条件が
成り立つものであれば、任意に選択することができる。

また高周波電源の周波数も１００ｋＨｚから数十ＭＨｚ
まで任意に選ぶことができる。

また、分割電極間の絶縁物として上述の実施例ではアル
ミナを用いたが、成膜の場合には石英でもよい。

〔発明の効果〕

本発明のプラズマ処理装置においては、プラズマ生成用
の高周波電力が印加される一対の対向する電極の接地電
極（アノード）が分割されており、各分割電極ごとにイ
ンピーダンス補正が可能である。

本発明によれば、必要に応じた分割電極のインピーダン
スを調節することにより、対向する電極間のインピーダ
ンスを部分的に調節することができ、その結果、これら
電極間に投入される高周波電力の分布を均一化でき、均
一な生成プラズマ密度を得ることができる。従って、被
処理材に入射するイオンやラジカルの作用を均一に与え
ることができる。また、発生したイオンやラジカルの被
処理材等への影響を均一にすることができる。この結果
、最適なイオンエネルギーによるプラズマ処理ができる
。例えば、エツチング処理の場合、エツチング速度を基
板内で均一にすることができ、イオンのダメージも均一
にすることができる。さらに成膜の場合は均質な膜を形
成することができる。

また、ｉ層等の下地層を有する被処理層の本発明の装置
によるエツチング処理においては、下地層をその膜厚を
均一に残すことができるので、本発明の装置によるエツ
チング処理を施した光センサー等の光電流、暗電流のバ
ラツキを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のプラズマ処理装置の一例の
要部を示す縦断面図、第３図は従来のプラズマ処理装置
の一例の要部を示す縦断面図、第４図（ａ）〜（ｄ）は
インピーダンス補正回路の例を示す図である。 １：プラズマ発生室　　　２ニアノード電極２ａ：分割
電極（周囲部） ２ｂ二分割電極（中心部） ３：カソード電極　　　　４：高周波電源５：基板　　
　　　　　　６：駆動機構７：ガス供給管　　　　　８
：排気口 ９：セラミックカバー　１０＝整合器 １１：セラミック　　　　１２：可変コンデンサ１３．
１４：電極可動機構

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プラズマ発生室内にプラズマ生成用の高周波電力が
   印加される一対の対向する電極を有するプラズマ処理装
   置において、前記一対の対向する電極の接地電極（アノ
   ード）側が複数の分割電極からなり、各分割電極ごとに
   インピーダンス補正が可能であることを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。 ２）前記インピーダンス補正のため回路を有する請求項
   １に記載のプラズマ処理装置。 ３）各分割電極ごとに対向する電極間距離を可変として
   調節することにより前記インピーダンス補正を行なう請
   求項１または２に記載のプラズマ処理装置。 ４）各分割電極間が絶縁物により絶縁されている請求項
   １〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 ５）前記一対の対向する電極の２以上を有し、その１以
   上が前記分割電極を有する請求項１〜４のいずれかに記
   載のプラズマ処理装置。