JPH0719770B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0719770B2
JPH0719770B2 JP60212443A JP21244385A JPH0719770B2 JP H0719770 B2 JPH0719770 B2 JP H0719770B2 JP 60212443 A JP60212443 A JP 60212443A JP 21244385 A JP21244385 A JP 21244385A JP H0719770 B2 JPH0719770 B2 JP H0719770B2
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sample
electrode
discharge
silicon wafer
plasma processing
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芳文 小川
建夫 岡田
正治 西海
義直 川崎
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はプラズマ処理装置に係り、特に均一なプラズマ
処理に好適なプラズマ処理装置に関するものである。
〔発明の背景〕
従来のプラズマ処理装置は、試料を載置する試料電極を
導電性の物質(例えば、アルミニウム,ステンレス鋼,
カーボン等)で構成し、試料電極の表面に絶縁材をコー
ティングもしくは設置したものがある。
例えば特開昭58-213427号公報に記載のように、放電領
域を石英ガラスなどの活性反応ガス中で安定な材料で作
ったカバーで覆うことにより、エッチング試料に対する
反応生成物による汚染を防ぎ、効率の良いエッチングを
行うようにしたものがある。
また、例えば特公昭56-53853号公報に記載のように、強
制冷却した試料台と被加工物質との間に誘電体膜を介在
させ、ガスプラズマの電気伝導性を利用して構成した直
流回路を設け、試料台と被加工物質との間に電位差を付
与して、被加工物質を誘導体膜を介して試料台に強固に
吸着することを特徴とし、高周波グロー放電を利用した
ドライエッチングにおいて、被加工物質と試料台との間
の熱移動を促進し、さらに被加工物質に微細パターンを
転写するためのマスクとして用いられたレジストの温度
上昇を防いで前記マスクの変形や変質などの熱劣化を防
止するようにしたものがある。
さらに、例えば特公昭55-9464号公報に記載のように、
シリコン基板のシリコンのエッチング速度と、シリコン
基板上の酸化シリコンのエッチング速度との速度比を改
善するために、電極上に試料を載置する試料台を設け、
試料台の材質としてフッ素樹脂を用いて、プラズマエッ
チングするものがある。
しかし、電極部の放電を均一化して均一なプラズマ処理
を行なうために絶縁材を設けたものはない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、放電を均一化して均一なエッチングま
たは成膜を得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。
〔発明の概要〕
低い周波数、例えば3MHz以下の周波数を用いることによ
って、従来から用いられている13.56MHzでのエッチング
に比べて、エッチレートが上がることが知られている。
しかしながら、3MHz以下の周波数では第6図に示すよう
に、集中放電が生じるという問題が生じた。
そこで、第5図に示すプラズマ処理装置、この場合はエ
ッチング装置によって、シリコンウエハを材料として、
3MHz以下の周波数域で高周波電力密度を増大させて放電
の状態を調べる実験を行った。1は試料この場合はシリ
コンウエハ、2は処理室、3は試料電極、4は試料オサ
エ、5は絶縁材、7は高周波電源、8は整合装置、9は
対向電極、10は流量制御弁、11はアースシールド、12は
排気口である。実験時の放電条件としては、処理ガスを
CHF3ガス100SCCM,圧力を0.5Torr,電極間隔を50mm,高周
波電源の周波数を1MHzとした。
高周波電力密度を2w/cm2以上に上昇させるとシリコンウ
エハ1の外周部の数ケ所に放電発光強度の大きい部分が
目視で確認された。また、表面を熱酸化させたシリコン
ウエハでホトレジスト(OFPR-800)によりパターニング
したシリコンウエハ1を用いた場合も、前記同様シリコ
ンウエハ1の外周部の数ケ所に放電発光強度の大きい部
分が目視され、スポット的にレジストが変質すると共
に、該変質部でのエッチング速度が増大しているのが確
認できた。エッチング速度の増大は他の部分の約1.5倍
に増大した。
熱酸化されたシリコンウエハの表面は、主にイオン効果
によってエッチングされることから、該変質部ではイオ
ンの数が増大している、もしくはイオンがシリコンウエ
ハ1に入射する場合の加速エネルギーが増大しているも
のと考えられる。
この放電の不均一について調べた結果、該変質部ではシ
リコンウエハ1のそれ自体のそりおよび試料押え4の凹
凸により試料電極3との接触があることが判明した。こ
のことを確認するためシリコンウエハ1の中心の下で試
料電極3上に2×2×0.5tのアルミニウムの小片を置
き、前記条件と同条件で放電させた。この結果、放電の
発光強度の大きい部分は、アルミニウムの小片を置いた
シリコンウエハの中心の表面と、電極外周に確認され
た。
このことから試料電極3上のシリコンウエハ1の搭載面
に絶縁材を設けることにより、放電の不均一性を改善で
きる知見を得た。また、SiH4(モノシラン)ガスを用い
た放電においても、CHF3ガスを用いた放電の場合と同様
に放電の発光強度が増大する部位があり、前記同様に絶
縁物を設けることにより、放電の不均一性を改善できる
見通しを得た。
本発明は、処理ガスが導入され所定の圧力に減圧排気さ
れる処理室と、前記処理室内に設けられ試料を配置する
試料電極と、前記処理室内に設けられ前記試料電極に対
向する対向電極と、前記試料電極と前記対向電極との間
にかけられる高周波電力に2w/cm2以上の密度で3MHZ以下
の周波数の電力を用いる高周波電源と、前記試料電極と
前記試料とが直接接触しないように前記試料電極表面上
に設けた絶縁膜とから成り、該絶縁膜の膜厚を2mm以下
とし、かつ該膜厚を前記試料の中心部分に対応する位置
で最も厚く周辺部で薄くなるように変化させたものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図と第2図とにより説明
する。
第1図は、第5図に示すプラズマ処理装置の試料電極3
部の詳細を示した図で、同一符号は同一部材を示し、本
図が第5図と異なる点は試料電極3を絶縁材6aで被った
点であり、シリコンウエハ1は試料電極3の絶縁材6a、
この場合アルミナ溶射(膜厚200μm)された面に配置
される。
第1図のプラズマ処理装置により、第5図のプラズマ処
理装置を使用した前記実験のときと同条件で放電状態を
調べてみると、高周波電力密度の最大の5w/cm2において
も、放電集中は発生しなかった。また、高周波電力密度
を3w/cm2とし、シリコンウエハを熱酸化しホトレジスト
OFPR-800(東京応化工業社製品の製品名)によりパター
ニングしたシリコンウエハ1を用いた場合にも、レジス
トの変質やエッチング速度の部分的な上昇は発生しなか
った。
次に、絶縁材6aのアルミナ膜の膜厚を0〜5mmの間で変
化させて、熱酸化したシリコンウエハ1の表面のエッチ
ング速度の変化を調べた結果を第2図に示す。処理ガス
はCHF3,ガス流量は100SCCM,高周波電力密度は3w/cm2
高周波電力周波数は1MHz,圧力は0.5Torrで行った。絶縁
材6aはこの場合アルミナ溶射もしくはアルミナ板とし、
第2図に示されているように、膜厚を2mmにした場合、
エッチング速度は絶縁材6aを設けないときに比べて約80
%に低下する。この値以下に低下した場合には、ある一
定膜厚を処理する処理時間が増大し、単位時間当りの処
理枚数の低下(スループットの低下)が無視できなくな
る。したがって、アルミナの膜厚は2mm以下が好適であ
る。
また、第2図が示すように、アルミナの膜厚によりエッ
チング速度を増減できるため、シリコンウエハのエッチ
ング速度のバラツキ(不均一性)を、アルミナの膜厚調
整で小さくすることが可能である。例えば、この場合は
シリコンウエハ1の中心部がエッチング速度最大とな
り、以下同心円状に低下する分布を示したので、アルミ
ナの膜厚をシリコンウエハ1の中心に合わせ厚くするこ
とによって、エッチング速度の均一性を図ることができ
た。この場合、アルミナの膜は、試料電極3の表面をフ
ラットにしアルミナを凸形に盛り上げるか、もしくは試
料電極3の表面を凹形に加工しアルミナの表面をフラッ
トにしても同効果がある。
以上、本一実施例によれば、試料電極3上に膜厚2mm以
下のアルミナ膜を設けることにより、周波数3MHz以下の
高周波電力でエッチング処理した際に生じる局部放電を
防ぐことができ、局部的なレジストの変質やエッチング
速度の上昇をなくすことができる。さらに、膜厚を変え
ることにより放電を均一にでき、エッチング速度をシリ
コンウエハ1の全面に渡って均一化させることができ
る。また、シリコンウエハ1に対して安全な放電を得る
ことができるので、それとともにエッチング速度も均一
になり、歩留りが向上、例えば、直径150mmのシリコン
ウエハに対して、歩留りが従来の60%から90%に向上
し、生産性を上げることができる。また、レジストの変
質をなくすことができるので、外観不良もなくすことが
できる。
次に、本発明の第2の実施例を第3図により説明する。
本図において、第1図と同符号は同一部材を示し、第1
図と異なる点は、第1図の絶縁材6aの中央部に穴があ
き、シリコンウエハ1の周辺部のみ接するように設けた
絶縁材6bとなっていることである。この場合は、シリコ
ンウエハ1の周辺から20mmの幅で絶縁材を設けた。この
場合の放電状態を前記一実施例と同条件で放電状態を調
べてみると、高周波電力密度の最大の5w/cm2において
も、放電集中は発生しなかった。
本第2の実施例においても前記一実施例同様、局部放電
を防ぐことができ、局部的なレジストの変質やエッチン
グ速度の上昇をなくすことができるので、レジストの変
質による外観不良をなくすことができ、また、エッチン
グ速度も均一になり歩留りを向上させることができる。
次に、本発明の第3の実施例を第4図により説明する。
本図において、第1図と同符号は同一部材を示し、第1
図と異なる点は、第1図の絶縁材6aがシリコンウエハ1
の裏面全面に接触する範囲にあるのに対し、絶縁材6cは
シリコンウエハ1の裏面に部分的に接触するように設け
てある点である。絶縁材6cはこの場合、ドーナツ状でシ
リコンウエハ1の外周部の内部との2ケ所に設けてあ
り、シリコンウエハ1を支持する。
本第3の実施例によれば、前記第2の実施例と同じ効果
を得ることができるとともに、シリコンウエハ1の中央
部でのたわみを押えることができるという効果がある。
なお、絶縁材6cは、この場合ドーナツ状であるが、形状
は任意に選べるものであり、また、取り付けも2個とは
限らず、2個以上であったり、星型にして1個としても
良い。
以上、これらの実施例では絶縁材6aないし6cとしてアル
ミナを用いて述べてきたが、アルミナ以外にもBN,SiO,S
iNおよびポリテトラフルオルエチレン等を用いても、ア
ルミナ同様に均一な放電を得ることができる。これら絶
縁材を試料電極3に被着する場合には、試料電極3との
接着性,耐圧およびウエハの冷却効果を左右する熱電導
度等を考慮する必要がある。また、ウエハの冷却に当っ
て、ヘリウムガス等を熱媒体として用いて、ウエハ裏面
の隙間に入れる場合には、ヘリウムガス等が処理室内へ
洩れないように、絶縁材取り付け時のシール構造を考慮
する必要がある。
また、本実施例ではプラズマ処理装置として、エッチン
グ装置の場合について述べたが、成膜装置例えばCVD装
置に対しても、放電が一様になるので、試料への成膜の
膜質を均一にすることができるとともに、従来の膜厚の
違いにより生じる干渉色の違いによる外観不良を無くす
ことができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、試料電極の表面に、厚さが2mm以下で
かつこの厚みが試料の処理速度の大きい位置で最も厚く
処理速度の小さい位置で薄い絶縁膜を設けることによっ
て、試料電極と対向電極との間の放電を均一化でき、均
一なエッチングまたは成膜を得るプラズマ処理が行える
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す断面図、第2図は第1図により行なった実験結果を示
すグラフ、第3図は本発明の第2の実施例であるプラズ
マ処理装置を示す断面図、第4図は本発明の第3の実施
例であるプラズマ処理装置を示す断面図、第5図は従来
例であるプラズマ処理装置を示す断面図、第6図は第5
図により行なった実験結果を示すグラフである。 1……シリコンウエハ、2……処理室、3……試料電
極、6aないし6c……絶縁材、9……対向電極
フロントページの続き (72)発明者 川崎 義直 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (56)参考文献 特開 昭59−9173(JP,A) 特開 昭59−186325(JP,A) 特公 昭56−53853(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】処理ガスが導入され所定の圧力に減圧排気
    される処理室と、前記処理室内に設けられ試料を配置す
    る試料電極と、前記処理室内に設けられ前記試料電極に
    対向する対向電極と、前記試料電極と前記対向電極との
    間にかけられる高周波電力に2w/cm2以上の密度で3MHZ以
    下の周波数の電力を用いる高周波電源と、前記試料電極
    と前記試料とが直接接触しないように前記試料電極表面
    上に設けた絶縁膜とから成り、該絶縁膜の膜厚を2mm以
    下とし、かつ該膜厚を前記試料の中心部分に対応する位
    置で最も厚く周辺部で薄くなるように変化させたことを
    特徴とするプラズマ処理装置。
JP60212443A 1985-09-27 1985-09-27 プラズマ処理装置 Expired - Lifetime JPH0719770B2 (ja)

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