JPH065553A

JPH065553A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH065553A
Application number: JP18321792A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Shimada; 豊島田; Hisashi Kato; 寿加藤; Junichi Kakizaki; 純一柿崎; Kazuji Aoki; 一二青木; Haruki Mori; 治樹森; Tatsuo Shiotsuki; 竜夫塩月
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd; Tokyo Electron Tohoku Ltd
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】ガス噴射管（インジェクタ）をプラズマ発生
領域に配置するにあたって局部的な電界集中を抑えるこ
と。【構成】外筒１ａとガス流入孔Ｔを備えた内筒１ｂと
よりなる二重構造の反応管１を用い、外筒１ａの外周面
に、当該外筒１ａの中心を介して一対のプラズマ発生用
の電極５、６を配置する。この電極５、６は各々横断面
形状が円弧状に形成され、いずれの電極５、６について
も外筒１ａの周方向に沿って中央から間隙Ｓを介して２
つの電極５ａ、５ｂ（６ａ、６ｂ）に分割されている。
そして外筒１ａと内筒１ｂとの間において、前記間隙Ｓ
と対向する位置にて反応管１の長さ方向に多数のガス噴
射孔８ａが配列されたインジェクタ８を設ける。

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。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ある種のガスを放電させ
て得られたプラズマ中には、イオン、錯イオン、ラジカ
ルなどの活性種が存在し、これら活性種の利用分野の一
つとして半導体ウエハの表面処理が挙げられる。プラズ
マによる処理は、高精度なプロセス制御ができることな
どの理由から、半導体ウエハの製造プロセスでは、各種
の膜のエッチングや成膜などを行うためにプラズマ処理
が用いられている。

【０００３】プラズマ処理には処理の方向性を持った異
方性エッチングやその他種々の処理が含まれるが、その
中でも処理の方向性を持たない等方性エッチングやレジ
スト膜のアッシングを行う装置としては、例えば反応管
の上部のガス導入口に電極を対向させ、この電極間に高
周波電圧を印加して発生したプラズマを処理領域に導入
する装置が知られている。

【０００４】また等方性エッチングは半導体ウエハのみ
ならず、例えばＣＶＤ処理後の反応管の内壁に付着した
ポリシリコンなどの付着膜を除去するためにも利用さ
れ、この場合例えば特開昭６２−１９６８２０号公報に
記載されているように、反応管の外側に、当該反応管の
周方向に沿って横断面形状が円弧状に形成された一対の
電極を反応管の中心部を介して対向させ、反応管に処理
ガスを導入してその中でプラズマを発生させ、このプラ
ズマによって反応管を洗浄するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで本発明者等
は、多数枚のウエハに対して等方性エッチングやアッシ
ングを均一に行うために、反応管を二重構造とし、多数
のガス噴射孔が反応管の長さ方向に沿って配列されたイ
ンジェクタを、内筒と外筒との間に設置する構成を検討
している。

【０００６】そしてこの種のプラズマ処理の中にはラジ
カルのみによって、処理を行う場合があり、こうした処
理に対してインジェクタを用いるにあたって、例えば上
記公報の電極構造を利用したとすれば、図６に示すよう
に一対の電極１３ａ、１３ｂに対向する位置にて内筒１
１と外筒１２との間にインジェクタ１０を配置すると共
に、内筒１１における電極１３ａ、１３ｂの両端間に夫
々ガス流入孔１４を形成することが得策である。何故な
らばインジェクタ１０とガス流入孔１４との距離を延ば
すことでインジェクタ１０から噴射されたガスは長時間
電界にさらされ、ガスは効果的にプラズマとなり、また
同時に多量にラジカルが生成されるからである。

【０００７】しかしながらインジェクタ１０は反応管の
長さ方向に沿って多数のガス噴射孔を備えているため、
上述の構成を採用すると、ガス噴射孔に電界が集中して
当該部分が加熱され、このため例えばインジェクタ１０
を石英で構成したとしても局部的に高温になって、石英
から汚染物質が飛散するおそれがある。また、インジェ
クタの長さ方向のプラズマの状態が変わるのでウエハの
処理の面間均一性が悪くなるという問題点がある。

【０００８】本発明はこのような背景のもとになされた
ものであり、その目的は、ガス噴射管などをプラズマ発
生領域に配置するにあたって、局部的な電界集中を抑え
ることのできるプラズマ処理装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被処
理体をプラズマにより処理するための反応管と、各々反
応管の管壁に沿って配置されたプラズマ発生用の電極対
とを備えたプラズマ処理装置において、前記電極対の一
方及び／または他方の電極を反応管の周方向に間隙を介
して分割したことを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、反応管の長手方向に沿って複数のガス噴射孔が配列
されたガス噴射管を、電極を分割して形成された間隙と
対向する領域に設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】例えば請求項２の如くガス噴射管を設けた場
合、電極間に所定の高周波電圧を印加すると、ガス噴射
管のガス噴射孔から噴射された処理ガスは電界により放
電してプラズマとなり、被処理体を例えばエッチングす
る。ここで一方の電極及び／または他方の電極は反応管
の周方向に分割されているので、分割により形成された
間隙と対向する領域においては電界が弱く、従ってガス
噴射孔における電界集中の程度が小さいのでガス噴射管
の局部加熱が抑えられ、その長さ方向のプラズマの状態
が均一になる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例に用いられるプラズマ
処理装置の一例を示す図である。図１において、１は反
応管であり、この反応管１は、例えば石英からなる外筒
１ａとこの外筒１ａ内に間隙を介して同心状に配列され
た例えば石英からなる内筒１ｂとから構成されている。

【００１３】前記外筒１ａ及び内筒１ｂは各々その下端
にて、ステンレスなどからなる筒状のマニホ−ルド２に
保持されており、このマニホ−ルド２は図示しないベ−
スプレ−ト（基台）に保持された状態で固定されると共
に、マニホ−ルド２と外筒１ａの下端部との間には、気
密性を確保するためにＯリング１ｃが介設されている。
前記マニホ−ルド２の下端部の開口部には、ステンレス
などからなる円盤状のキャップ部２ａが開閉自在に設け
られると共に、このキャップ部２ａの略中心部には、図
示しない回転機構により駆動される回転軸２ｂが例えば
磁気シ−ルにより気密な状態で挿通されており、この回
転軸２ｂの上端にはタ−ンテ−ブル３が固定されてい
る。

【００１４】前記タ−ンテ−ブル３の上面には、石英か
らなる保温筒３ａが設置されておりこの保温筒３ａ上に
は、例えば２５または５０枚の半導体ウエハＷが各々略
水平な状態でかつ互いに所定の間隙例えば４．７６ｍｍ
間隔で積層して収容する石英からなるウエハボ−ト４が
搭載されている。このウエハボ−ト４は、各ウエハの周
縁部を周方向に沿って例えば４カ所保持するように構成
されており、キャップ部２ａの保温筒３ａなどと一体と
なって図示しない搬送機構により反応管１内に搬入搬出
される。

【００１５】また前記マニホ−ルド２の側面には、反応
管１内の処理ガスを排出して当該反応管１内を所定の減
圧雰囲気に設定するための排気路２ｃが接続されてい
る。

【００１６】前記外筒１ａの外周面には、図１〜図３に
示すように高周波電源Ｅに接続された電極５と接地され
た電極６とが互いに外筒１ａの中心部を介して対向して
配置されており、これら一対の電極５、６によってプラ
ズマ発生用電極対が構成されている。そして前記電極
５、６は例えばアルミニウムにより構成されると共に、
各々横断面形状が外筒１ａの外周面に沿った円弧状に形
成されかつ上下両端が夫々ウエハボ−ト４の上下両端の
高さレベルに対応して位置している。そしてこれら電極
５、６は、図４に示すように電極５、６の両端同士を結
ぶ対角線の交差角θが例えば１３５度となるように位置
設定されており、更に電極５、６のいずれについても外
筒１ａの周方向に沿って中央から間隙Ｓを介して２つの
電極５ａ、５ｂ（６ａ、６ｂ）に分割されている。

【００１７】前記内筒１ｂには、例えば電極５、６の中
間位置にて多数のガス流入孔Ｔが上下方向に多数形成さ
れており、更に当該ガス流入孔Ｔの配列領域に対向した
位置にて多数の活性種導入制御用の導入孔７ａが形成さ
れた導電性円筒である材質例えばアルミニウムよりなる
カバ−体（以下「エッチトンネル」という）７が前記内
筒１ｂの外周面を覆うように設けられている。但し前記
ガス流入孔Ｔ及び導入孔７ａの位置は、上述の領域に限
定されるものではない。

【００１８】前記外筒１ａと内筒１ｂとの間には、前記
電極５の分割領域である間隙Ｓと電極６の分割領域であ
る間隙Ｓとに対向した位置にて、夫々ガス噴射管（以下
「インジェクタ」という）８が垂立して即ち反応管１の
長さ方向に沿って配設されている。このインジェクタ８
には、ウエハボ−ト４の上下両端間に対応する領域にて
内筒１ｂ側に向けて処理ガスを噴射するためのガス噴射
孔８ａが上下方向に所定の間隙を置いて形成されてお
り、前記インジェクタ８の下端側はＬ字状に屈曲してマ
ニホ−ルド２の側壁を気密に貫通し、処理ガスであるフ
ロン（ＣＦ４）ガスや酸素ガスなどの図示しないガス
供給源に接続されている。なお図１では、便宜上インジ
ェクタ８、内筒１ｂのガス流入孔Ｔ及びエッチトンネル
７の導入孔７ａは一列に記載してある。

【００１９】次に上述の装置を用いたプラズマ処理の一
例について述べる。図５（ａ）は、上述の装置によりプ
ラズマ処理すべき被処理体としての半導体ウエハＷの表
面の模式図であり、このウエハＷでは、ポロシリコン膜
９１上にパタ−ンを有する酸化シリコン膜９２が積層さ
れ更に当該酸化シリコン膜９２の表面にレジスト膜９３
が形成されると共に、エッチング時の方向性イオンの衝
撃などによる損傷部９４が形成されている。

【００２０】そしてこのような半導体ウエハＷを例えば
２５または５０枚収納したウエハボート４を図示しない
搬送機構により反応管１内にロ−ドする。続いて反応管
１内を排気路２ｃに接続した真空ポンプなどにより所定
の真空度まで排気した後、インジェクタ８内にフロンガ
ス（ＣＦ４）及び酸素ガスの混合ガスよりなる処理ガ
スを導入してインジェクタ８のガス流出孔８ａから噴出
させると共に、反応管１内を所定の圧力になるように圧
力制御しながら排気を行い、室温の状態で電極５、６間
に例えば電力２ｋｗ、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波
電圧を印加して前記混合ガスのプラズマを発生させる。

【００２１】そしてプラズマ中のフッソラジカル及び酸
素ラジカルがエッチトンネル７を通り、更にガス流入孔
Ｔを介して内筒１ｂ内に入り込んで半導体ウエハＷの損
傷部９４（図５（ａ）参照）に対し等方性エッチングを
施し、図５（ｂ）に示すように損傷部９４を除去する。

【００２２】このような実施例によれば電極５、６間に
高周波電圧を印加することにより処理ガスが放電して図
２の点線に示すようにプラズマが立つが、インジェクタ
８は電極５、６の夫々の分割領域である間隙Ｓに対向し
た領域に位置しており、当該領域は電界が弱いため、イ
ンジェクタ８のガス噴射孔８ａにおける電界集中の程度
は弱く、従って局部的な加熱が抑えられて汚染物質の飛
散が抑制されると共に、インジェクタ８の長さ方向のプ
ラズマ状態が均一になる。なお、上述の装置を用いてウ
エハの裏面エッチングやレジスト膜のアッシングなどを
行ってもよい。

【００２３】以上においてインジェクタ８は１本でもよ
く、この場合電極２、３の一方の電極２（３）について
のみ分割すればよい。また電極２（３）を分割するにあ
たっては、実施例のように２つに分割する代わりに３つ
以上に分割し、各間隙と対向する位置にインジェクタ８
を配置してもよい。

【００２４】そしてまた本発明はインジェクタ８を用い
ずに例えば反応管１の上部から処理ガスを供給し、エッ
チトンネル７の導入孔７ａ及び内筒１ｂのガス流入孔Ｔ
を、電極２、３における間隙と対向する位置にのみ形成
するようにしてもよく、この場合には前記導入孔７ａや
ガス流入孔Ｔにおいて電界集中が抑えられる。更に被処
理体としては半導体ウエハに限られずＬＣＤ基板などで
あってもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明によればプラズマ発生用の電極対
の一方の電極及び／または他方の電極を反応管の周方向
に分割しているため、その間隙と対向する領域は電界が
弱く、従ってガス噴射孔を有するガス噴射管などをこの
領域に配置すれば電界集中が抑えられるので局部的加熱
が抑制され、汚染物質の飛散防止やプラズマの均一化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断側面図である。

【図２】本発明の実施例の要部を示す横断平面図であ
る。

【図３】本発明の実施例の要部を示す斜視図である。

【図４】プラズマ発生用電極対の構造の一例を示す平面
図である。

【図５】半導体ウエハの一例を示す説明図である。

【図６】プラズマ処理装置の従来例を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１反応管２マニホ−ルド４ウエハボート５、５ａ、５ｂ、６、６ａ、６ｂ電極７カバ−体（エッチトンネル）７ａ導入孔８ガス噴射管（インジェクタ）８ａガス噴射孔Ｓ間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤寿東京都新宿区西新宿２丁目３番１号東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者柿崎純一神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン相模株式会社内 (72)発明者青木一二神奈川県津久井郡城山町町屋１丁目２番41 号東京エレクトロン相模株式会社内 (72)発明者森治樹神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者塩月竜夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体をプラズマにより処理するため
の反応管と、各々反応管の管壁に沿って配置されたプラ
ズマ発生用の電極対とを備えたプラズマ処理装置におい
て、前記電極対の一方及び／または他方の電極を反応管の周
方向に間隙を介して分割したことを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項２】反応管の長手方向に沿って複数のガス噴
射孔が配列されたガス噴射管を、電極を分割して形成さ
れた間隙と対向する領域に設けた請求項１記載のプラズ
マ処理装置。