JP2000077393A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JP2000077393A JP2000077393A JP10249289A JP24928998A JP2000077393A JP 2000077393 A JP2000077393 A JP 2000077393A JP 10249289 A JP10249289 A JP 10249289A JP 24928998 A JP24928998 A JP 24928998A JP 2000077393 A JP2000077393 A JP 2000077393A
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- ring
- plasma
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プラズマ処理装置において、基板上のエッチン
グ膜のエッチング速度分布，エッチング形状，下地膜エ
ッチング速度のすべてを均一にする要求があった。 【解決手段】プラズマ処理装置に対して、基板外側にウ
エハより背の高いリングを装着し、このリングにバイア
ス電力を印加するようにしたので、リング内に反応生成
物が溜まって基板に入射する反応生成物の量が均一にな
り、生産性を向上させることができる。
グ膜のエッチング速度分布，エッチング形状，下地膜エ
ッチング速度のすべてを均一にする要求があった。 【解決手段】プラズマ処理装置に対して、基板外側にウ
エハより背の高いリングを装着し、このリングにバイア
ス電力を印加するようにしたので、リング内に反応生成
物が溜まって基板に入射する反応生成物の量が均一にな
り、生産性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを利用し
たエッチング装置またはＣＶＤ装置に係わり、半導体素
子基板等の試料に対し、プラズマにより解離したガスを
利用して基板を処理するに際し、基板内の処理速度分布
の均一化を図るのに好適なプラズマ処理装置及びこの装
置を利用して基板表面を処理する方法に関するものであ
る。
たエッチング装置またはＣＶＤ装置に係わり、半導体素
子基板等の試料に対し、プラズマにより解離したガスを
利用して基板を処理するに際し、基板内の処理速度分布
の均一化を図るのに好適なプラズマ処理装置及びこの装
置を利用して基板表面を処理する方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ生成装置においては、例
えば、特開平2−11781号公報に記載のように、基板の外
側にフォーカスリングを設置して、基板表面上のガスの
速度を均一にすることにより、基板処理速度の均一化を
図ることが行われていた。
えば、特開平2−11781号公報に記載のように、基板の外
側にフォーカスリングを設置して、基板表面上のガスの
速度を均一にすることにより、基板処理速度の均一化を
図ることが行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】半導体素子のエッチン
グにおいては、基板内で被エッチング膜，下地膜やレジ
ストのエッチング速度分布の均一性、エッチング形状の
異方性及び下地膜やレジストとの高い選択比が要求され
る。プラズマ中でガスが解離し、イオンと数種類のラジ
カル（化学的活性な中性分子）が生成される。エッチン
グはこれらのイオンとラジカル及び再入射する反応生成
物の表面反応により生じる。それぞれの膜はイオン，ラ
ジカル，再入射する反応生成物等による異なった反応に
よって処理される。従って、基板内での各膜のエッチン
グ速度の分布が均一であるためには、基板へのイオンと
各種ラジカルの入射量が基板内で均一な分布をもつこと
が要求される。
グにおいては、基板内で被エッチング膜，下地膜やレジ
ストのエッチング速度分布の均一性、エッチング形状の
異方性及び下地膜やレジストとの高い選択比が要求され
る。プラズマ中でガスが解離し、イオンと数種類のラジ
カル（化学的活性な中性分子）が生成される。エッチン
グはこれらのイオンとラジカル及び再入射する反応生成
物の表面反応により生じる。それぞれの膜はイオン，ラ
ジカル，再入射する反応生成物等による異なった反応に
よって処理される。従って、基板内での各膜のエッチン
グ速度の分布が均一であるためには、基板へのイオンと
各種ラジカルの入射量が基板内で均一な分布をもつこと
が要求される。
【０００４】プラズマ中のイオンは基板表面近傍に生成
されたシース電界により加速され、基板に垂直に入射す
る。従って、プラズマ密度及びシース電圧が基板上で均
一であれば、イオンの入射は基板上で均一になる。
されたシース電界により加速され、基板に垂直に入射す
る。従って、プラズマ密度及びシース電圧が基板上で均
一であれば、イオンの入射は基板上で均一になる。
【０００５】一方、ラジカルはプラズマ中で生成する
が、中性であるためシース電界の影響を受けず空間的に
等方的に拡散し、ガス流れによって運ばれ、基板やチャ
ンバの壁でそれぞれ異なった反応確率で消滅したり、付
着したりする。
が、中性であるためシース電界の影響を受けず空間的に
等方的に拡散し、ガス流れによって運ばれ、基板やチャ
ンバの壁でそれぞれ異なった反応確率で消滅したり、付
着したりする。
【０００６】このため、ラジカルは、種類によってチャ
ンバ内で異なった密度分布を呈する。排気口を基板の外
周側に有する装置においては、エッチングした後、噴出
した反応生成物の基板上の密度分布は、ウエハ中心で高
く外周で低くなるような不均一な分布を生じる。このよ
うにイオンの入射が基板上で均一であっても、各種ラジ
カル、反応生成物の基板への入射はそれぞれ異なった不
均一分布を呈するため、これらの分布制御が必要にな
る。
ンバ内で異なった密度分布を呈する。排気口を基板の外
周側に有する装置においては、エッチングした後、噴出
した反応生成物の基板上の密度分布は、ウエハ中心で高
く外周で低くなるような不均一な分布を生じる。このよ
うにイオンの入射が基板上で均一であっても、各種ラジ
カル、反応生成物の基板への入射はそれぞれ異なった不
均一分布を呈するため、これらの分布制御が必要にな
る。
【０００７】前記従来技術では、反応生成物をフォーカ
スリング内に溜め、均一にする効果は十分であったが、
プラズマ中に発生し、基板外周上部で形成された高濃度
のラジカルの濃度を下げる効果はなかった。そのため、
基板外周への高い濃度のラジカルの進入を防ぐには十分
ではなく、被エッチング膜，下地，レジストの各エッチ
ング速度分布の均一性を同時に達成することは難しかっ
た。
スリング内に溜め、均一にする効果は十分であったが、
プラズマ中に発生し、基板外周上部で形成された高濃度
のラジカルの濃度を下げる効果はなかった。そのため、
基板外周への高い濃度のラジカルの進入を防ぐには十分
ではなく、被エッチング膜，下地，レジストの各エッチ
ング速度分布の均一性を同時に達成することは難しかっ
た。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、基板外周に基板より背が高いリングを配置して、こ
れにバイアス電力を負荷し、基板外周付近に生成された
ラジカルの濃度を下げるようにした。
め、基板外周に基板より背が高いリングを配置して、こ
れにバイアス電力を負荷し、基板外周付近に生成された
ラジカルの濃度を下げるようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１，
図２，図３，図４で説明する。図１は、エッチング装置
の断面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。チ
ャンバ１と結合した第１電極２と対抗させて配置した第
２電極３の上に基板４が載せてある。第１電極２には電
源５ａ、第２電極３には電源５ｂが接続されている。第
１電極２と第２電極３との間の処理室６内にはプラズマ
７が生成され、基板４を処理するようになっている。
図２，図３，図４で説明する。図１は、エッチング装置
の断面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。チ
ャンバ１と結合した第１電極２と対抗させて配置した第
２電極３の上に基板４が載せてある。第１電極２には電
源５ａ、第２電極３には電源５ｂが接続されている。第
１電極２と第２電極３との間の処理室６内にはプラズマ
７が生成され、基板４を処理するようになっている。
【００１０】第１電極２の中心部は、多数のガス穴２ａ
が開いており、ガス供給手段８と接続されて、いわゆる
シャワーヘッドを形成している。また、第２電極２の外
周に排気口９が設けられている。第２電極３上，基板４
の外側には、リング１０が設置されている。リング１０
には電源５ｃが接続されている。リング１０と第２電極
３の間には絶縁板１１が挿入されている。リング１０の
材質には高純度低抵抗材料としてシリコンや、炭化珪素
が用いられる。また、第１電極の材質には、カーボンや
シリコン等が用いられる。
が開いており、ガス供給手段８と接続されて、いわゆる
シャワーヘッドを形成している。また、第２電極２の外
周に排気口９が設けられている。第２電極３上，基板４
の外側には、リング１０が設置されている。リング１０
には電源５ｃが接続されている。リング１０と第２電極
３の間には絶縁板１１が挿入されている。リング１０の
材質には高純度低抵抗材料としてシリコンや、炭化珪素
が用いられる。また、第１電極の材質には、カーボンや
シリコン等が用いられる。
【００１１】エッチング用のプラズマ生成ガスとして
は、アルゴンとＣＦ4 またはＣ4Ｆ8等のフロロカーボン
系のガスの混合ガスや、Ｃｌ2 ，ＢＣＬ3 ，ＳＦ6 ，Ｈ
Ｂｒ等のガスが、被エッチング膜によって使い分けられ
る。
は、アルゴンとＣＦ4 またはＣ4Ｆ8等のフロロカーボン
系のガスの混合ガスや、Ｃｌ2 ，ＢＣＬ3 ，ＳＦ6 ，Ｈ
Ｂｒ等のガスが、被エッチング膜によって使い分けられ
る。
【００１２】以上の装置に対して、例えばプラズマ生成
ガスとして、アルゴンと、ＣＦ4 またはＣ4Ｆ8等のフロ
ロカーボン系のガスの混合ガスをガス供給手段８から第
１電極１のガス孔２ａに供給すると、ガスは、この孔か
ら処理室６に流れ、排気口９から排出される。そこで、
電極２，３に高周波電力を印可し、プラズマ７を生成さ
せると、プラズマ中でガスが電離及び解離し、イオンと
ラジカルが生成され、これらのイオンとラジカルが基板
４に入射して、基板がエッチングされる。
ガスとして、アルゴンと、ＣＦ4 またはＣ4Ｆ8等のフロ
ロカーボン系のガスの混合ガスをガス供給手段８から第
１電極１のガス孔２ａに供給すると、ガスは、この孔か
ら処理室６に流れ、排気口９から排出される。そこで、
電極２，３に高周波電力を印可し、プラズマ７を生成さ
せると、プラズマ中でガスが電離及び解離し、イオンと
ラジカルが生成され、これらのイオンとラジカルが基板
４に入射して、基板がエッチングされる。
【００１３】エッチングに寄与するラジカルとしては、
Ｆ，ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 等がある。プラズマ中で生成
したＦラジカルは、Ｓｉとの反応速度が高いため、Ｓｉ
に対する選択比を高める必要があるときは、Ｆの量を少
なくするために、第１電極の材質をシリコンにして電極
にバイアス電圧を負荷する。するとＦが電極と反応して
消費されるため、基板上のＦの濃度が低下するが、チャ
ンバ外周側壁にはシリコンの電極がないためＦの濃度が
高い領域が形成される。
Ｆ，ＣＦ，ＣＦ2 ，ＣＦ3 等がある。プラズマ中で生成
したＦラジカルは、Ｓｉとの反応速度が高いため、Ｓｉ
に対する選択比を高める必要があるときは、Ｆの量を少
なくするために、第１電極の材質をシリコンにして電極
にバイアス電圧を負荷する。するとＦが電極と反応して
消費されるため、基板上のＦの濃度が低下するが、チャ
ンバ外周側壁にはシリコンの電極がないためＦの濃度が
高い領域が形成される。
【００１４】一方、ＣＦ系のラジカルは、シリコン電極
では消費されず、基板上のＳｉＯ2膜をエッチングす
る。レジストと反応したＦラジカルは、ＣＦ系の生成物
をチャンバ６内に放出する。このため、ＣＦ系のラジカ
ルは基板中心部で濃度が高くなりやすい。
では消費されず、基板上のＳｉＯ2膜をエッチングす
る。レジストと反応したＦラジカルは、ＣＦ系の生成物
をチャンバ６内に放出する。このため、ＣＦ系のラジカ
ルは基板中心部で濃度が高くなりやすい。
【００１５】一方、被エッチング膜から生成された反応
生成物は基板中心に溜りやすい。この生成物はエッチン
グ孔の側壁に付着して、保護膜の一部となるため、エッ
チング形状に影響を与える。
生成物は基板中心に溜りやすい。この生成物はエッチン
グ孔の側壁に付着して、保護膜の一部となるため、エッ
チング形状に影響を与える。
【００１６】そこで、基板へのＣＦ系ラジカル，Ｆラジ
カル，反応生成物の入射量は、図３のようになる。これ
に対して、基板の外側にリング１０を設置することによ
り、ＣＦ系のラジカル、反応生成物がリング１０内に溜
り、基板に入射するＣＦ系ラジカルや反応生成物の量が
基板上で一様になる。リング１０にバイアス電力を負荷
すると、基板外側に形成されたＦラジカルをリング１０
で消費するため、基板外周で高濃度になりがちなＦラジ
カルの量が一様になる。このリングの相乗効果により、
ＣＦ系ラジカル，Ｆラジカル，反応生成物の基板への入
射量が図４のように基板面内で均一となる。
カル，反応生成物の入射量は、図３のようになる。これ
に対して、基板の外側にリング１０を設置することによ
り、ＣＦ系のラジカル、反応生成物がリング１０内に溜
り、基板に入射するＣＦ系ラジカルや反応生成物の量が
基板上で一様になる。リング１０にバイアス電力を負荷
すると、基板外側に形成されたＦラジカルをリング１０
で消費するため、基板外周で高濃度になりがちなＦラジ
カルの量が一様になる。このリングの相乗効果により、
ＣＦ系ラジカル，Ｆラジカル，反応生成物の基板への入
射量が図４のように基板面内で均一となる。
【００１７】リング１０は図１のように内側が曲線形状
となっている。このようにすることにより、ガスの流れ
の剥離が生じることなく滑らかに流れが形成されるの
で、基板上のエッチング速度分布が均一になり、また、
微粒子等が滞留することなくクリーンなプロセスを達成
することができる効果がある。
となっている。このようにすることにより、ガスの流れ
の剥離が生じることなく滑らかに流れが形成されるの
で、基板上のエッチング速度分布が均一になり、また、
微粒子等が滞留することなくクリーンなプロセスを達成
することができる効果がある。
【００１８】この結果、基板上でエッチング速度及びエ
ッチング形状が均一となり、品質の高い処理ができる効
果がある。
ッチング形状が均一となり、品質の高い処理ができる効
果がある。
【００１９】また、電源５ｃの電力を変えることによ
り、リング１０に負荷されるバイアス電圧を制御するこ
とにより、いろいろな被エッチング膜に対して、均一な
処理をすることができる効果がある。
り、リング１０に負荷されるバイアス電圧を制御するこ
とにより、いろいろな被エッチング膜に対して、均一な
処理をすることができる効果がある。
【００２０】電源５ａ，５ｂ，５ｃは、別々の電源で、
互いに異なる周波数の電源を用いてもよい。また、一つ
の電源からスプリッター（図示せず）で分岐して、それ
ぞれの電極に電力を供給してもよい。このように構成す
ることにより、電源が節約出来る効果がある。また、リ
ング１０を直接、または電気抵抗を有する薄い板を介し
て間接的に第２電極の上に載せても良い。このようにす
ると電源５ｃが不要になり、部品点数が減る効果があ
る。
互いに異なる周波数の電源を用いてもよい。また、一つ
の電源からスプリッター（図示せず）で分岐して、それ
ぞれの電極に電力を供給してもよい。このように構成す
ることにより、電源が節約出来る効果がある。また、リ
ング１０を直接、または電気抵抗を有する薄い板を介し
て間接的に第２電極の上に載せても良い。このようにす
ると電源５ｃが不要になり、部品点数が減る効果があ
る。
【００２１】また、図５は本発明のもう一つの実施例
で、チャンバ１に設けた石英窓１２から、発光検出器１
３によりプラズマ中のラジカルの量をモニターし、多層
膜のエッチング、下層の膜のエッチングに変化した時
や、エッチング終了時のラジカル量の変化量を採り込
み、制御器１４で電源５ｃの電力を制御し、基板上のラ
ジカル分布が一様になるように制御する。このように構
成することにより、多層膜に対して、高いエッチング速
度均一性を確保しながら、エッチングできる効果があ
る。
で、チャンバ１に設けた石英窓１２から、発光検出器１
３によりプラズマ中のラジカルの量をモニターし、多層
膜のエッチング、下層の膜のエッチングに変化した時
や、エッチング終了時のラジカル量の変化量を採り込
み、制御器１４で電源５ｃの電力を制御し、基板上のラ
ジカル分布が一様になるように制御する。このように構
成することにより、多層膜に対して、高いエッチング速
度均一性を確保しながら、エッチングできる効果があ
る。
【００２２】図６は本発明のもう一つの実施例である。
リング１０ａには複数の溝１０ｂが形成されている。こ
のような溝は多数の孔でも良い。こような溝や孔は、リ
ングの表面積を増加させるので、小型でＦラジカルの反
応量の多いリングを提供できる効果がある。
リング１０ａには複数の溝１０ｂが形成されている。こ
のような溝は多数の孔でも良い。こような溝や孔は、リ
ングの表面積を増加させるので、小型でＦラジカルの反
応量の多いリングを提供できる効果がある。
【００２３】以上は、平行平板高周波印可型プラズマ装
置への実施例であるが、電子サイクロトロン共鳴型プラ
ズマ装置や、インダクチブリ・カップルドプラズマ装置
にも共通に実施出来る。図７は、電子サイクロトロン共
鳴型プラズマ装置の実施例である。チャンバ１の外側に
電磁コイル１５を設置し、処理室６内に電子サイクロト
ロン共鳴が生起される磁場条件を作る。例えば。電磁波
が２.４５ＧＨｚ の場合、８７５Ｇが電子サイクロトロ
ン共鳴条件である。導波管１６から導入した電磁波が石
英窓２ｂから処理室６内に伝播し、処理室内で電子サイ
クロトロン共鳴によりプラズマ７を生成する。この場合
も、リング１０を設置することにより、上記と同じ効果
がある。
置への実施例であるが、電子サイクロトロン共鳴型プラ
ズマ装置や、インダクチブリ・カップルドプラズマ装置
にも共通に実施出来る。図７は、電子サイクロトロン共
鳴型プラズマ装置の実施例である。チャンバ１の外側に
電磁コイル１５を設置し、処理室６内に電子サイクロト
ロン共鳴が生起される磁場条件を作る。例えば。電磁波
が２.４５ＧＨｚ の場合、８７５Ｇが電子サイクロトロ
ン共鳴条件である。導波管１６から導入した電磁波が石
英窓２ｂから処理室６内に伝播し、処理室内で電子サイ
クロトロン共鳴によりプラズマ７を生成する。この場合
も、リング１０を設置することにより、上記と同じ効果
がある。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、多層膜のエッチングに
対して、エッチング速度，エッチング形状，選択比が基
板内で均一な性能を得ることができ、生産性が向上する
効果がある。
対して、エッチング速度，エッチング形状，選択比が基
板内で均一な性能を得ることができ、生産性が向上する
効果がある。
【図１】本発明の一実施例のプラズマ処理装置の断面
図。
図。
【図２】図１の第１電極の平面図。
【図３】従来構造の場合の基板への入射量分布図。
【図４】本発明の場合の基板への入射量分布図。
【図５】本発明のもう一つの実施例であるプラズマ処理
装置の断面図。
装置の断面図。
【図６】本発明のもう一つの実施例であるプラズマ処理
装置の断面図。
装置の断面図。
【図７】本発明のもう一つの実施例であるプラズマ処理
装置の断面図。
装置の断面図。
１…チャンバ、２…第１電極、３…第２電極、４…基
板、５ａ，５ｂ、５ｃ…電源、６…処理室、７…プラズ
マ、８…ガス供給手段、９…排気口、１０…リング、１
１…絶縁板、１２…石英窓、１３…発光検出器、１４…
制御器、１５…電磁コイル、１６…導波管。
板、５ａ，５ｂ、５ｃ…電源、６…処理室、７…プラズ
マ、８…ガス供給手段、９…排気口、１０…リング、１
１…絶縁板、１２…石英窓、１３…発光検出器、１４…
制御器、１５…電磁コイル、１６…導波管。
フロントページの続き (72)発明者 玉井 高広 東京都青梅市藤橋三丁目３番２号 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 FA03 JA17 KA15 LA15 4K057 DA16 DA20 DB20 DD01 DD03 DE01 DE04 DE06 DE08 DE11 DE14 DG20 DJ02 DM02 DM05 DM06 DM40 DN01 5F004 AA01 BA04 BA14 BA16 BB11 BB14 BB18 BB28 BC08 BD07 CA09 CB02 DA00 DA01 DA04 DA11 DA18 DA23 DB00 DB01 DB03 5F045 AA08 AA13 AC02 AC03 AC05 AC16 AF01 BB01 BB02 DP01 DP02 DP03 DQ10 EC01 EC03 EC05 EF05 EH06 EH08 EH11 EH13 EH14 EH16 EH17 EH19 EH20 GB08
Claims (2)
- 【請求項１】プラズマ生成ガスの供給口と排気口を有す
るチャンバ内にプラズマを生成し、基板を処理する装置
において、基板の外側に基板より高い高さのリングを設
置し、このリングにバイアス電力を負荷することを特徴
とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】第１電極板と平行に配置した第２電極板に
それぞれ高周波電力を負荷させてプラズマを生成させ、
第２電極の上に設置した基板を処理する装置において、
基板の外側の第２電極上に基板より高い高さのリングを
設置し、このリングにバイアス電圧を負荷することを特
徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10249289A JP2000077393A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10249289A JP2000077393A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000077393A true JP2000077393A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17190761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10249289A Pending JP2000077393A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000077393A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100491945B1 (ko) * | 1999-08-17 | 2005-05-31 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 플라즈마 처리 장치 |
| CN106653651A (zh) * | 2015-11-04 | 2017-05-10 | 东京毅力科创株式会社 | 基板处理装置、基板处理方法以及基板保持构件 |
| JP2023103113A (ja) * | 2022-01-13 | 2023-07-26 | Ｓｐｐテクノロジーズ株式会社 | 基板処理方法 |
| JP2023103098A (ja) * | 2022-01-13 | 2023-07-26 | Ｓｐｐテクノロジーズ株式会社 | 基板処理方法 |
-
1998
- 1998-09-03 JP JP10249289A patent/JP2000077393A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100491945B1 (ko) * | 1999-08-17 | 2005-05-31 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 플라즈마 처리 장치 |
| CN106653651A (zh) * | 2015-11-04 | 2017-05-10 | 东京毅力科创株式会社 | 基板处理装置、基板处理方法以及基板保持构件 |
| KR20170052505A (ko) * | 2015-11-04 | 2017-05-12 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 기판 보유 지지 부재 |
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