JPH05267244A - プラズマ処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】エッチング性ガスとデポジョン性ガスとが供給
されるとともに内部が減圧排気される真空室１０をガス
が通過可能な仕切部材１３によってコンダクタンスを与
えて仕切り、ガスの流れの上流側に副処理室１４を形成
し、下流側に主処理室１５を形成して、主処理室１５内
に仕切部材１３のガス通過穴に対応して試料を配置する
ための試料台１１を設け、副処理室１４内のガスを活性
化する手段と主処理室内のガスをプラズマ化する手段と
を設けて、デポジション性ガスの過剰な活性化を防止
し、エッチング性ガスの充分な活性化を図る。 【効果】副処理室と主処理室との圧力条件およびエッチ
ング性ガスとデポジション性ガスとの活性化をそれぞれ
最適な状態にでき、高い処理速度で形状制御性の良いプ
ラズマ処理が行える。

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方法および
装置に係り、特に半導体集積回路基板等のプラズマを用
いた基板処理に好適なプラズマ処理方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置としては、例えば、特開平３
−１６２５９１号公報に記載のように、マイクロ波によ
って活性化室内のガスを活性化し移送管を介して処理室
内の平行平板電極間に送給し、平行平板電極間に供給さ
れる別のガス供給間からのガスとで処理室内を所定の圧
力にし、平行平板電極間に高周波電力を印加してプラズ
マ化して、該プラズマによって基板を処理するように
し、活性化室内で電離して活性種を多量に含ませたガス
を平行平板電極間に送りこむことによって比較的低い圧
力領域においても基板の加工速度の向上が図れるように
したものがある。

【０００３】また、特開平２−８３９２１号公報に記載
のように、導波管内に放電管を設けて、放電管内の処理
ガスをマイクロ波によってプラズマ化し、試料をエッチ
ング処理するものにおいて、放電管の外側に絶縁容器を
設けて、外側絶縁容器と放電管との間に処理ガスを導入
し、放電管の頂点に軸対象に設けた複数のガス放出孔か
ら試料に向けて処理ガスを均一に放出させ、試料のプラ
ズマ処理の均一性を向上させるようにしたものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在、エッチング速度
の低下などの原因となる反応生成物の処理室内の長時間
の滞留を防ぐために、ガスの流れ，排気速度の増大，ガ
ス流量の増加および処理室の低圧化など種々の検討を行
っているが、排気速度を増大させると反応生成物の処理
室滞留時間の低下と同時にエッチングガスなどの滞留時
間も低下し、活性種の生成量が低下して十分な処理速度
の向上が得られないという問題があった。また、形状制
御用の側壁保護膜を形成するためのデポジション性ガス
を用いたエッチングでは、処理室滞留時間の低下によっ
てデポジション性ガスの解離も充分に行われず、大量の
デポジション性ガスを導入しなければならず、排気系の
大型化をまねくという問題があった。

【０００５】なお、上記従来技術、特開平３−１６２５
９１号公報および特開平２−８３９２１号公報のもの
は、処理ガスとして側壁保護膜を形成するためのデポジ
ション性ガスを用いた場合のエッチング特性、特に、エ
ッチング速度および形状の点については配慮されていな
い。

【０００６】本発明の目的は、高い処理速度で形状制御
性の良いプラズマ処理方法および装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、エッチング
性ガスとデポジョン性ガスとが供給されるとともに内部
が減圧排気される真空室をこれらガスが通過可能な仕切
部材によってコンダクタンスを与えて仕切り、ガスの流
れの上流側に副処理室を形成し、下流側に主処理室を形
成して、主処理室内に仕切部材のガス通過穴に対応して
試料を配置するための試料台を設け、副処理室内のガス
を活性化する手段と主処理室内のガスをプラズマ化する
手段とを設けた装置とし、ガスが供給される副処理室と
試料の処理を行う主処理室との間でコンダクタンスを与
えて真空室内を分け、副処理室に供給されたエッチング
性ガスを励起し活性化したガスにデポジョン性ガスを加
え、デポジョン性ガスが加えられたガスを主処理室内に
送り、さらに励起してプラズマ化し、該プラズマを用い
て試料をエッチング処理する方法とすることにより、達
成される。

【０００８】

【作用】コンダクタンスを設けて処理室内に副処理室と
主処理室とを設け、副処理室側でエッチング性ガスを充
分に活性化させるとともに該活性化されたエッチングガ
スにデポジション性ガスを加えて主処理室に送り、さら
に励起してプラズマ化させる。副処理室は主処理室より
高い圧力で活性種の生成に最適な圧力に保って、エッチ
ング性ガスを充分に活性化させる。一方、デポジション
性ガスは副処理室内のガス流れの下流側で供給し、励起
時間を短くして活性化を抑える。主処理室は、反応生成
物の排気に最適な圧力に保つち基板をプラズマ処理す
る。これにより、主処理室内でのデポジション性ガスに
よる反応性生物の量が過剰に生成されるのを防止でき、
基板を高い処理速度で形状制御性良く処理できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２に
より説明する。図１は本発明のプラズマ処理装置であ
る、この場合、有磁場マイクロ波エッチング装置を示し
たものである。真空室１０は、この場合、円筒状の上部
中央部が凹状に形成してあり、真空室１０の内部にドー
ナツ状の円板の仕切板１３を設け、真空室１０の上部に
副真空室１４を形成し、下部に主真空室１５を形成して
いる。副処理室１４を形成する真空室１０の上部および
仕切板１３は石英製で成り、マイクロ波を透過可能と成
っている。真空室１０の主処理室１５内には仕切板１３
の中央開口部に対応して試料であるウエハ１２の処理面
を配置可能なように試料台１１が設けてある。副処理室
１４の上端部には、エッチング性ガスを供給するための
ガス導入口１６がつなげてあり、図示を省略したガス源
につながる。副処理室１４の下部には、デポジション性
ガスを供給するためのガス導入口１７がつなげてあり、
図示を省略した他のガス源につながる。主処理室１５の
下部には内部を真空排気するための排気口１８が設けて
あり、図示を省略した排気装置につながる。真空室１０
の外側で、少なくとも副処理室１４の外周および上方は
導波管１９によって覆われ、副処理室１４および主処理
室１５内部にマイクロ波を伝播可能となっている。真空
室１０の外側には、この場合、導波管１９を挟んでソレ
ノイドコイル２０が巻装してある。主処理室１５と副処
理室１４との間には、仕切板１３によって所定のコンダ
クタンスが設けられ、主処理室はウエハ１２の処理に最
適な圧力に設定できるようになっており、一方、副処理
室１４はエッチング性ガスの活性化に適した圧力条件に
なるように設定されている。

【００１０】上記のように構成された装置により、主処
理室１５は上部の副処理室１４にガス導入口１６，１７
を持ち下部から真空排気装置で排気することによって、
例えば、２〜３mTorr の圧力に保持される。主処理室１
５内には導波管１９によってマイクロ波電場が導入さ
れ、ソレノイドコイル２０によって磁場が形成され、こ
れらの作用による放電によってプラズマが発生し、該プ
ラズマによって試料台１１上の半導体集積回路がパター
ニングされたウエハ１２に対してエッチング処理が行わ
れる。この際、処理ガスは副処理室１４を通って主処理
室１５に導入されるが、副処理室１４は仕切板１３と凹
部底面との隙間を介して主処理室１５に結合されている
ので、副処理室１４内の圧力は隙間部分のコンダクタン
スによって主処理室１５よりも圧力が高く、例えば、数
１０mTorr に維持される。また、副処理室１４内の処理
ガスは、導波管１９によって導入されるマイクロ波電場
とソレノイドコイル２０により形成される磁場との作用
によって励起され、活性化される。副処理室１４の大き
さおよび主処理室１５とのコンダクタンスは、活性種を
適切な量発生できるようにそれぞれ調節される。副処理
室１４内に生成された活性種は仕切板１３の開口部を介
して主処理室１５内に中央部から導入される。

【００１１】本実施例では処理ガスとして、ガス導入口
１６からエッチング性ガスを導入し、ガス導入口１７か
らはエッチング形状制御用のデポジション性ガスを導入
する。例えば、シリコン酸化膜をエッチングする場合に
は、エッチング性ガスとしてＣＦ₄を用い、デポジショ
ン性ガスとしてＣＨＦ₃を用いる。ガス導入口１６から
導入されたエッチング性ガスは、副処理室１４中に長い
時間滞在するので充分に励起され活性化される。一方、
ガス導入口１７から導入されたデポジション性ガスは、
エッチング性ガスよりも短い時間の励起としてある。こ
れによって、デポジション性ガスが副処理室１４内に不
必要に滞在して活性化されるのを防止し、副処理室１４
内の汚染を防止するとともに、主処理室１５内での過剰
なデポジション性ガスのプラズマ化を防止して、デポジ
ション性ガスによる反応性生物の発生を抑え、エッチン
グ性ガスによる反応性生物の排気効率を向上させるよう
にしている。

【００１２】これにより、図２に示すように従来、形状
を確保するために処理圧力を低くしエッチング速度を犠
牲にしていたものや、エッチング速度を確保するために
圧力を高くし形状を犠牲にしていたものが、デポジショ
ン性ガスによる反応性生物の発生を抑えエッチング時の
反応性生物の効率的な排気を可能にしたこと、および副
処理室１５内でエッチング性ガスの充分な活性化を図り
主処理室１５でのプラズマによる反応を促進させたこと
により、本発明のように精度の良い形状を確保したまま
エッチング速度を向上させることができる。

【００１３】以上、本実施例によれば、デポジション性
ガスの過剰な活性化を防止し、エッチング性ガスの充分
な活性化を図ることができるので、高い処理速度で形状
制御性の良いエッチング処理を行うことができる。

【００１４】次に、本発明の第２の実施例を図３により
説明する。図２において図１と同符号は同一部材を示し
説明を省略する。本図が図１と異なる点は、副処理室１
４ａの凹部の内壁側にマイクロ波の遮蔽板２１を設け、
副処理室１４ａの外壁面に電極２２を設け、該電極に高
周波電源２３を接続してある点である。遮蔽板２１は導
波管１９に接続され、アース電位となっている。

【００１５】このように構成した装置では、遮蔽板２１
によって副処理室１４ａへのマイクロ波侵入が遮蔽さ
れ、電極２に印加された高周波電力によって副処理室１
４ａ内のエッチング性ガスおよびデポジション性ガスが
活性化される。副処理室１４ａ内で活性化されたガスは
主処理室１５内へ入り、導波管１９内からのマイクロ波
およびソレノイドコイル２０の磁場の作用によってプラ
ズマ化される。これにより、前記一実施例の効果に加
え、さにら副処理室１４ａ内では、マイクロ波電力とは
無関係に十分な高周波電力印加によってエッチング性ガ
スのさらに効率的な活性種の生成を行うことができる。

【００１６】次に、本発明の第３の実施例を図４により
説明する。図４において図１と同符号は同一部材を示し
説明を省略する。本図が図１と異なる点は、真空室１０
ａを円筒状に構成し、真空室１０ａの上面を石英窓２４
で形成し、真空室１０ａ内に石英製の円筒状の仕切円筒
２５を設置し、仕切円筒２５の外側に副処理室２６を形
成し、仕切円筒２５の内側に主処理室２７を形成して、
副処理室２６の下側にエッチング性ガスのガス導入口１
６ａをつなげ、副処理室２６の上側にデポジション性ガ
スのガス導入口１７ａをつなげ、主処理室２７の下部に
排気口１８ａを設け、石英窓２４と仕切円筒２５との間
にコンダクタンスを持たせ、仕切円筒２５の上面に主処
理室２７への活性化ガスの導入用の開口を複数設けた点
である。

【００１７】このように構成した装置によれば、副処理
室２６内の処理ガスは、導波管１９内からのマイクロ波
およびソレノイドコイル２０の磁場の作用によって励起
され、活性化される。また、主処理室２７内の活性化さ
れた処理ガスは、マイクロ波およびソレノイドコイル２
０の磁場の作用によってプラズマ化される。これによ
り、前記一実施例と同様の作用・効果が得られるととも
に、副処理室２６と主処理室２７とが同一高さとなるの
で真空室１０ａの高さを低くでき装置を小型化できると
いう効果がある。

【００１８】尚、本実施例では、プラズマ処理としてエ
ッチング処理だけについて説明したが、処理ガスの組合
せ方等により、成膜等の処理にも適用可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、真空室を仕切板によっ
て仕切り、副処理室と主処理室との圧力条件およびエッ
チング性ガスとデポジション性ガスとの活性化をそれぞ
れ最適な状態にできるので、高い処理速度で形状制御性
の良いプラズマ処理を行うことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施例である有
磁場マイクロ波エッチング装置を示す縦断面図である。

【図２】図１の装置により処理したときのエッチング性
能を示す図である。

【図３】本発明のプラズマ処理装置の第２の実施例であ
る有磁場マイクロ波エッチング装置を示す縦断面図であ
る。

【図４】本発明のプラズマ処理装置の第３の実施例であ
る有磁場マイクロ波エッチング装置を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１０，１０ａ…真空室、１１…試料台、１３…仕切板、
１４，１４ａ，２６…副処理室、１５，２７…主処理
室、１９…導波管、２３…高周波電源、２４…石英窓、
２５…仕切円筒。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスが供給される副処理室と試料の処理を
   行う主処理室との間でコンダクタンスを与えて真空室内
   を分け、副処理室に供給されたエッチング性ガスを励起
   し活性化したガスにデポジョン性ガスを加え、該デポジ
   ョン性ガスが加えられたガスを前記主処理室内に送り、
   さらに励起してプラズマ化し、該プラズマを用いて試料
   をエッチング処理することを特徴とするプラズマ処理方
   法。
2. 【請求項２】エッチング性ガスとデポジョン性ガスとが
   供給されるとともに内部が減圧排気される真空室を前記
   ガスが通過可能な仕切部材によってコンダクタンスを与
   えて仕切り、前記ガスの流れの上流側に副処理室を形成
   し、下流側に主処理室を形成して、前記主処理室内に前
   記仕切部材のガス通過穴に対応して試料を配置するため
   の試料台を設け、前記副処理室内のガスを活性化する手
   段と前記主処理室内のガスをプラズマ化する手段とを設
   けて成ることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】前記副処理室内のガスを活性化する手段お
   よび前記主処理室内のガスをプラズマ化する手段はマイ
   クロ波を用いたものであり、前記副処理室はマイクロ波
   の進行方向に対して前記主処理室より前部で前記真空室
   の外周部に設け、前記エッチング性ガスは前記副真空室
   のマイクロ波の進行方向に対して前側で供給し、前記デ
   ポジション性ガスは前記副真空室のマイクロ波の進行方
   向に対して後側で供給する請求項２記載のプラズマ処理
   装置。
4. 【請求項４】前記副処理室内のガスを活性化する手段は
   高周波電力を用い、前記主処理室内のガスをプラズマ化
   する手段はマイクロ波を用いたもので、前記副処理室は
   前記真空室の外周部に設け、前記エッチング性ガスは前
   記副真空室内のガスの流れの上流側に供給し、前記デポ
   ジション性ガスは前記副真空室内のガスの流れの下流側
   に供給する請求項２記載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】前記副処理室内のガスを活性化する手段お
   よび前記主処理室内のガスをプラズマ化する手段はマイ
   クロ波を用いたものであり、前記副処理室は前記真空室
   の外周部に設け、前記主処理室は前記副処理室の内側に
   設け、前記エッチング性ガスは前記副真空室内のガスの
   流れの上流側に供給し、前記デポジション性ガスは前記
   副真空室内のガスの流れの下流側に供給する請求項２記
   載のプラズマ処理装置。