JPH065554A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハなどの被処理体に対してラジカ
ルによりプラズマ処理を行うにあたって、効率よく処理
を行うこと。 【構成】 外筒１ａと内筒１ｂとよりなる二重構造の反
応管１を用い、外筒１ａの外周面に沿って当該外筒１ａ
の中心を介して横断面形状が円弧状の一対のプラズマ発
生用電極５、６を配置する。内筒１ｂの外周を囲むよう
にエッチトンネル７を設けると共に、エッチトンネル７
の外方側において電極５、６の夫々の中央部にインジェ
クタ８を設置し、エッチトンネル７の孔部７ａを、電極
５、６の端部間（２ヶ所）と対向する領域にて例えば２
列に反応管１の長さ方向に多数形成する。更に内筒１ｂ
のガス流入孔Ｔを前記孔部７ａの群と対向する領域に反
応管１の長さ方向に多数形成する。

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、例えば多数の
孔部が全周に亘って形成されたエッチトンネルと呼ばれ
るシールド体を反応管内に設けると共に、反応管の周壁
にプラズマ発生用の電極対を被処理領域を介して対向す
るように配置し、反応管の周壁とエッチトンネルとの間
に例えば反応管の上部から処理ガスを導入する装置が知
られている。このような装置では、電極対間に高周波電
圧を印加して電界を形成することにより、反応管内に導
入された処理ガスがプラズマ化されるが、エッチトンネ
ルの内方側は電界が弱いのでプラズマ中のラジカルのみ
がエッチトンネルの孔部を通って被処理領域に導入さ
れ、半導体ウエハはこのラジカルによってエッチングや
アッシングされるため、プラズマ処理によって受けるダ
メージが少ない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで本発明発明者
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、反応管を内筒及び外筒から
なる二重構造とし、内筒の外側にエッチトンネルを配置
すると共に、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エッチトンネルの外側に
設ける構成を検討している。

【０００５】しかしながらエッチトンネルには全周に亘
って孔部が形成されているため、処理ガス噴射管から噴
射された処理ガスの一部が当該処理ガス噴射管の対向領
域及びその近傍領域におけるエッチトンネルの孔部を通
ってエッチトンネル内に生ガスのまま流入する。そして
エッチトンネル内は電界が弱くこの中では生ガスはプラ
ズマ化されないので被処理領域における活性種の量が少
なくなり、この結果処理速度が遅くなって、効率よくプ
ラズマ処理を行うことができないという問題点がある。

【０００６】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、ラジカルによりプラズマ処
理を行うにあたって効率よく処理を行うことのできるプ
ラズマ処理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】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、被処理
領域を囲むように反応管内に配置され、多数の孔部を有
するシールド体と、このシールド体の外方側に配置さ
れ、処理ガスを放電させるための電極対とを備えたプラ
ズマ処理装置において、前記反応管の長さ方向に多数の
ガス噴射孔が配列された処理ガス噴射管を、反応管内に
おけるシールド体の外側に設けると共に、前記シールド
体の孔部を処理ガス噴射管と対向する領域から反応管の
周方向に沿って離れた位置に形成し、前記反応管とシー
ルド体の孔部との間に放電領域から形成されるように前
記電極対を配置したことを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、シールド体の内方側に、被処理領域を囲むように内
筒を設け、シールド体の孔部群と対向する領域またはそ
の近傍において、内筒の壁部に反応管の長さ方向に沿っ
て多数のガス流入孔を形成したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】電極間に高周波電圧を印加すると共に、処理ガ
ス噴射管から処理ガスを噴射すると、処理ガスはシール
ド体の外周面に沿って流れ、処理ガス噴射管から離れた
孔部内に導入される。そして処理ガス噴射管とシールド
体の孔部との間には放電領域（強い電界）が形成されて
いるため、処理ガスの全部または略全部は孔部内に導入
される前にプラズマ化され、従ってシールド体内には多
量の活性種が導入される。ここでシールド体の内方側に
内筒を設けてこの内筒に請求項２の発明のようにガス流
入孔を形成すれば、活性種がほとんど失活することなく
被処理域内に流入し、プラズマ処理を効率よく行うこと
ができる。

【００１０】

【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。

【００１１】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ールド２に
保持されており、このマニホールド２は図示しないベー
スプレート（基台）に保持された状態で固定されると共
に、マニホールド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。
前記マニホールド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
磁気シールにより気密な状態で挿通されており、この回
転軸２ｂの上端にはターンテーブル３が固定されてい
る。

【００１２】前記ターンテーブル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隔例えば４．７６ｍ
ｍ間隔で積層して収容する石英からなるウエハボート４
が搭載されている。このウエハボート４は、各ウエハの
周縁部を周方向に沿って例えば４ヶ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。

【００１３】また前記マニホールド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。前記外筒１ａの外周面には、図１及び図２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。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ート４の上下両端の高さレベルに対
応して位置しており、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。

【００１４】前記内筒１ｂの外側には、導電性円筒であ
る材質例えばアルミニウムよりなるシールド体（以下
「エッチトンネル」という）７が前記内筒１ｂの外周面
を囲むように設けられており、エッチトンネル７の下端
は内筒１ｂの下部側の筒壁に固定されている。

【００１５】前記エッチトンネル７には、図２及び図３
に示すように電極５、６の端部同士の中間領域と対向す
る領域（図２中上下２ヶ所）にて、活性種導入制御用の
孔部７ａが２列に上下方向に多数形成されている。なお
エッチトンネル７はアルミニウムに限らずグラファイ
ト、酸化シリコンあるいは炭化シリコン（ＳｉＣ）など
の材質を用いてもよい。更に前記内筒１ｂには、前記エ
ッチトンネル７の孔部７ａの群と対向する領域にて穴径
３ｍｍのガス流入孔Ｔが２列に上下方向に多数形成され
ている。

【００１６】ここで後述のインジェクタ８が配置される
エッチトンネル７の外側と内筒１ｂの内方側との間の差
圧が大きすぎる（ガス流入孔Ｔが小さすぎる）と、内筒
１ｂ内にラジカルを効果的に導入できず、エッチングレ
ートが低下してしまう。一方前記差圧が小さすぎる（ガ
ス流入孔Ｔが大きすぎる）と、内筒１ｂ内にラジカルは
多量に導入されるが、ウエハＷの中心部までラジカルが
導入されにくく、ウエハＷ外周部ではレートが高く、中
心部ではレートが低くなり、面内のエッチング均一性が
低下する。上述のように孔部７ａ及びガス流入孔Ｔを適
切な大きさで形成すれば、前記差圧を適切な大きさ例え
ば０．５Ｔｏｒｒ程度とすることができ、ウエハＷを均
一性よく高いレートでプラズマ処理することができる。

【００１７】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、即ちエッチトンネル７
の孔部７ａの位置から反応管１の周方向に９０度開いた
位置にて、夫々処理ガス噴射管（以下「インジェクタ」
という）８が反応管１の長さ方向に沿って伸びるように
配設されている。このインジェクタ８には、ウエハボー
ト４の上下両端間と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ールド２の側壁
を気密に貫通し、処理ガスであるフロン（ＣＦ_４）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の孔部７ａは一列に
記載してある。

【００１８】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４（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、ポリシリコン膜
９１上にパター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。

【００１９】そしてこのような半導体ウエハＷを例えば
６６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内にロードする。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（Ｃ
Ｆ_４）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のガス噴射孔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。

【００２０】インジェクタ８から噴射された処理ガス
は、エッチトンネル７の孔部７ａに向かってエッチトン
ネル７の外周に沿って１／４周流れるが、この間は電極
５（６）の対向領域であるため電界が強く、従って処理
ガスはエッチトンネル７の孔部７ａに到達するまでに大
部分がこの電界の強い領域（放電領域）にてプラズマ化
し、プラズマ中のラジカル例えばフッ素ラジカルや酸素
ラジカルなどが孔部７ａを通り更に内筒１ｂのガス流入
孔Ｔを介して内筒１ｂ内に入り込み、半導体ウエハＷの
損傷部９４（図４（ａ）参照）に対し等方性エッチング
を施し、図４ｂに示すように損傷部９４を除去する。

【００２１】このような実施例によれば、エッチトンネ
ル７の孔部７ａをインジェクタ８から反応管１の周方向
に沿って９０度開いた位置に配置しているため、インジ
ェクタ８から噴射された処理ガスについて、放電領域に
おける長い移動距離を確保でき、従って処理ガスを十分
プラズマ化することができる。しかもエッチトンネル７
の孔部７ａと対向する領域において内筒１ｂにガス流入
孔Ｔを形成しているため、エッチトンネル７を通った活
性種の失活の程度が小さく、この結果内筒１ｂ内には多
量のラジカルを導入できるので、レートの高いエッチン
グ処理を行うことができる。

【００２２】これに対し内筒１ｂのガス流入孔Ｔをエッ
チトンネル７の孔部７ａから反応管１の周方向に離れた
位置に形成した場合には、プラズマはエッチトンネル７
及び内筒１ｂ間の隙間を通流することになるが、この場
合孔部７ａから流入孔Ｔに至るまでの通流領域のコンダ
クタンスが小さくなるのでプラズマが通流する間にラジ
カルの一部が失活し、その分内筒１ｂ内に導入されるラ
ジカルの量が少なくなってしまう。なお上述の装置を用
いて、ＣＶＤ処理時などにウエハの裏面に付着した膜を
除去する裏面エッチングや、レジスト膜のアッシングを
行うようにしてもよい。

【００２３】以上において、電極としては、上述実施例
の構造に限定されるものではなく、円弧長さの短い電極
対を反応管１の周方向に沿って多数組配置するようにし
てもよい。またインジェクタ８についても１本あるいは
３本以上設けてもよい。更にインジェクタ８とエッチト
ンネル７の孔部７ａとの位置関係については、エッチト
ンネル７の周方向に１／４周離れていることに限られる
ことなく、インジェクタ８よりの処理ガスがエッチトン
ネル７の孔部に到達するまでに十分プラズマ化する構成
であれば、インジェクタ８の設置本数や電極構造に対応
して適宜設定すればよい。

【００２４】そして本発明では、内筒１ｂを設ければ、
プラズマ発生領域と被処理領域を分離でき、ダメージの
少ない処理ができるなどの点で好ましいが、内筒１ｂを
設けることに限定されるものではないし、また被処理体
についても半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ基板などを用
いることもできる。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、エッチトンネ
ル（シールド体）の孔部をインジェクタ（処理ガス噴射
管）から離れた位置に形成し、インジェクタからの処理
ガスを放電領域を通してエッチトンネル内に導入するよ
うにしているため、処理ガスが十分プラズマ化されて、
多量のラジカルが被処理領域に導入され、従ってプラズ
マ処理を効率よく行うことができる。

【００２６】請求項２の発明によれば、エッチトンネル
の内方側に内筒を設けるにあたって、内筒のガス流入孔
を、エッチトンネルの孔部群と対向する領域またはその
近傍において形成しているため、ラジカルの失活量を抑
えることができる。

【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】半導体ウエハの一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 反応管 ２ マニホールド ４ ウエハボート ５、５ａ、５ｂ、６、６ａ、６ｂ 電極 ７ シールド体（エッチトンネル） ７ａ 孔部 ８ ガス噴射管（インジェクタ） ８ａ ガス噴射孔

───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、被処理領域を囲むように反応管内に配置さ
   れ、多数の孔部を有するシールド体と、このシールド体
   の外方側に配置され、処理ガスを放電させるための電極
   対とを備えたプラズマ処理装置において、 前記反応管の長さ方向に多数のガス噴射孔が配列された
   処理ガス噴射管を、反応管内におけるシールド体の外側
   に設けると共に、 前記シールド体の孔部を、処理ガス噴射管と対向する領
   域から反応管の周方向に沿って離れた位置に形成し、前
   記反応管とシールド体の孔部との間に放電領域が形成さ
   れるように前記電極対を配置したことを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
2. 【請求項２】 シールド体の内方側に、被処理領域を囲
   むように内筒を設け、シールド体の孔部群と対向する領
   域またはその近傍において、内筒の壁部に反応管の長さ
   方向に沿って多数のガス流入孔を形成した請求項１記載
   のプラズマ処理装置。