JPH0787192B2 - プラズマ反応処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体ウェハーのエッチング、ウェハー表面に
形成した有機膜の除去等に用いるプラズマ反応処理装置
に関する。

（従来の技術） 半導体集積回路の製造工程にあっては、シリコンウェハ
ー等の基板表面を選択的にエッチングしたり、選択的に
エッチングする際のマスク材料としてウェハー表面を覆
っていた有機膜を除去する装置として、プラズマを利用
した反応処理装置が従来から使用されている。

斯るプラズマ反応処理装置としては多数のウェハーを同
時に処理するバッチ式とウェハーを１枚毎処理する枚葉
処理式とがあるが、バッチ式の反応処理装置はプラズマ
が多数のウェハーに均一に作用せず、特にウェハー表面
に一部を残して有機膜を形成し、有機膜で覆われていな
い一部にリン、ボロン等のイオンを高速で衝突させて埋
め込むイオン注入にあっては、注入後の有機膜は炭化又
は変質しており、複数枚のウエハーを一度に処理するバ
ッチ式の反応処理装置では有機膜の除去に時間がかか
り、特にハイカレント、ハイドース等のイオン注入にあ
っては完全に除去できない。

そこで最近では枚葉処理式の反応処理装置が主流になり
つつある。

斯る枚葉処理式の装置としては特開昭52-113164号公報
に示すような平行平板型及び特公昭54-32740号公報に示
すような一対の半筒状の外部電極を備え、かつ、ウエハ
ー処理部とプラズマ発生部とを有する装置がある。平行
平板型の反応処理装置は第４図に示すように、底板（10
0）上にベルジャー型（鉤鐘状）チャンバー（101）を設
け、このチャンバー（101）内に平板状の上部電極（10
2）及び下部電極（103）を配置し、これら上下の電極
（102），（103）間をプラズマ発生室（104）とし、底
板（100）には真空引き用の排気口（105）を形成してい
る。そして、下部電極（103）上にウェハー（Ｗ）を載
置し、排気口（105）を介してチャンバー（101）を減圧
し、上下の電極（102），（103）間でプラズマを発生さ
せ、ウェハー（Ｗ）を処理するようにしている。

また前記一対の半筒状の外部電極を備え、かつ、ウエハ
ー処理部とプラズマ発生部とを有する装置としては、東
京応化工業社製プラズマアッシング装置TCA-2300（以下
TCA型という）があるが、該プラズマ反応処理装置は第
５図に示すように、チャンバー（101）上部に一対の半
筒状の電極（106），（107）を配置し、一方の電極（10
6）を高周波電源に、他方をアースしてチャンバー（10
1）内の上部をプラズマ発生室（104）とし、チャンバー
（101）内の下部をプラズマ反応処理室（108）とし、チ
ャンバー（101）内には下方からウェハー載置用のテー
ブル（109）を臨ませている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した平行平板型のプラズマ反応処理装置によると有
機膜の除去は有効に行えるのであるが、ウェハーを直接
プラズマ発生室内にセットするため、プラズマ中に存在
するイオンや荷電粒子によってダメージを受けたり、ウ
ェハー自体の温度上昇を招いて不良品を生じることがあ
る。

また、TCA型のプラズマ反応処理装置によれば、ウェハ
ーをプラズマ発生室内にセットしないため、イオンや荷
電粒子によるダメージは少ないが、有機膜の除去或いは
エッチング等に時間がかかるという問題がある。

更に上述した枚葉処理式の装置はいずれも底板（100）
に真空引き用の排気口（105）を形成しているが、この
排気口（105）が下部電極（103）又はテーブル（109）
から離れた位置にあるため、反応に寄与する酸素ラジカ
ル等の活性種が側方に流れ、均一処理ができない、ある
いは処理時間が長くなるという点で不充分となってい
る。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決すべく本発明に係るプラズマ反応処理
装置は、枚葉処理式のプラズマ反応処理装置を前提と
し、底板上に設けたベルジャー型チャンバーの上部外側
又は内側に高周波が印加される筒状上部電極を配設し、
底板に開口を形成してカラーを嵌着し、このカラーの内
周面に沿って昇降するアースされたテーブル状下部電極
をチャンバー内下部に臨ませ、更に下部電極の外側の底
板上に外周面がチャンバーの内周面に当接し上面が下部
電極と面一の排気リングを設け、この排気リングの内径
は下部電極の外径よりも大径とすると共に、排気リング
内周面と下部電極外周面とカラー上面との間の隙間を排
気口とし、排気口の下方の排気通路につなげた。

（作用） 従来の平行平板型と異なり、上部電極は下部電極から離
間し、上部によって囲まれる部分がプラズマの主発生領
域となるので、ウェハー表面がイオンや荷電粒子によっ
てダメージを受ける割合が少なくなり、更に下部電極上
にウェハーを載置するため従来のTCA型に比べ反応にあ
ずかる活性種の密度が高くなり、更に下部電極外周の近
傍から真空引きするため活性種が外側に流れることがな
いために、発生した活性種は有効にウエハー上で処理さ
れる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るプラズマ反応処理装置の全体図で
あり、底板（１）上にはベルジャー型の石英チャンバー
（２）が載置固定されている。底板（１）には排気通路
（３）が形成され、また石英チャンバー（２）は上部を
小径部（2a）、下部を大径部（2b）とし、小径部（2a）
の上端には反応ガスの導入管（４）を接続し、小径部
（2a）の外側には高周波電源（５）に接続する筒状上部
電極（６）を配設している。

また底板（１）には開口（７）が形成され、この開口
（７）には筒状のカラー（８）が嵌着され、このカラー
（８）内周面に沿ってテーブル状下部電極（９）が昇降
するようにしている。この下部電極（９）はアースされ
るとともに下部には外側に延びるフランジ部（9a）が形
成され、下部電極（９）が上昇した際にフランジ部（9
a）上端が底板（１）下面に取付けたシール部材（10）
に圧接することでチャンバー（２）内の気密性を確保す
るようにしている。

一方チャンバー（２）内の底板（１）上には排気リング
（11）を設けている。この排気リング（11）は外周面が
チャンバー（２）の内周面に当接し、上面は下部電極
（９）と面一とされ、且つ排気リング（11）の内径は下
部電極（９）の外径よりも大とされ、排気リング（11）
内周面と下部電極（９）外周面との間の隙間に真空引き
用の排気口（12）を形成している。そして排気口（12）
は、排気リング（11）とカラー（８）及び底板（１）と
の間に形成され排気口（12）の下方に位置する排気通路
（13）を介して底板（１）に形成した排気通路（３）に
つながっている。

尚、上記電極（６）についてはチャンバー（２）内に設
けてもよく、また下部電極（９）の外周に形成される排
気口（12）については複数の開口を下部電極（９）の周
囲に等間隔で形成してもよい。そして、処理するウエハ
ー（Ｗ）のサイズがテーブル状下部電極（９）よりも小
さすぎるような場合には、排気リング（11）と下部電極
（９）とを面一とせずに排気リング（11）をウエハー
（Ｗ）の外周まで延ばして排気リング（11）と下部電極
（９）との隙間、すなわち、排気口（12）と排気通路
（13）を介して排気するようにしてもよい。

以上において、半導体ウェハー（Ｗ）表面に形成されて
いる有機膜の除去等を行うには、先ず下部電極（９）を
第１図に示す位置から降下させ、下部電極（９）上にウ
ェハー（Ｗ）を載置し、再び下部電極（９）を上昇せし
めてチャンバー（２）内を気密とし、次いで排気口（1
2）を介して吸引することでチャンバー（２）内を減圧
するとともに反応ガス導入管（４）から例えばヘキサフ
ルオロエタン５容量％、酸素を残部とした混合ガスを導
入し、上部電極（６）に高周波を印加する。

すると、上部電極（６）によって囲まれたチャンバー
（２）内上部で主としてプラズマが発生し、このプラズ
マの発生によって活性化した酸素ラジカルが排気口（1
2）からの吸引によってプラズマとともにウェハー
（Ｗ）に到達し、ウェハー（Ｗ）表面の有機膜と反応し
て有機膜が除去される。

第２図及び第３図は別実施例に係るプラズマ反応装置の
全体図であり、第２図に示す装置にあっては上部電極
（６）をキャップ状とし、この上部電極（６）によって
チャンバー（２）の小径部（2a）全体を覆い、活性種の
発生が多くなるようにしている。

また第３図に示す装置にあっては、筒状上部電極（６）
を２つの半筒状電極（6a），（6b）に分け、一方のみの
電極（6a）を高周波電源（５）に接続し、他方の電極
（6b）をスイッチ（14）を介して高周波電源（５）に接
続するかアースするか選択し得るようにしている。

このような構成とすることで、例えば有機膜除去の初期
において電極（6a），（6b）をともに高周波電源（５）
に接続することで反応速度を高めて炭化若しくは変質し
た有機膜の上層を除去し、ある程度有機膜が除去された
ならば電極（6b）をアースし、チャンバー（２）上部の
みをプラズマ発生室とし、ウェハー（Ｗ）がイオンや荷
電粒子によってダメージを受けないようにすることがで
きる。

（発明の効果） 本発明装置による有機膜除去と従来の平行平板装置によ
る有機膜除去とを同一条件で行った結果を以下に記す。

有機膜としては10mA,80keVにてリンをイオン注入する際
に用いたものとし、その厚みは10600Åであった。また
反応ガスとしては酸素ガスを単独で100sccmの割合で供
給し、チャンバー内圧は0.3Torr、印加電力は250W、温
度は100℃とした。

この結果、本発明装置によると１分30秒にて有機膜の除
去が完了したが従来装置によると５分かかった。即ち従
来装置を用いた場合のアッシングレートは約2150Å/min
であるのに対し、本発明装置によれば約7000Å/minに達
することが確認できた。

また、アッシング後のウェハーにはダメージは殆ど発見
できず均一に除去されていた。尚、従来のTCA型の装置
による場合には全くアッシングできなかった。

以上のように本発明に係るプラズマ反応処理装置によれ
ば、ウェハーにダメージを与えることなく迅速且つ均一
に有機膜の除去或いはエッチング等の処理を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプラズマ反応処理装置の全体図、
第２図及び第３図は別実施例に係るプラズマ反応処理装
置の全体図、第４図及び第５図は従来のプラズマ反応処
理装置を示す図である。 尚、図面中（２）はチャンバー、（３），（13）は排気
通路、（５）は高周波電源、（６）は上部電極、（９）
は下部電極、（11）は排気リング、（12）は排気口であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤澤 一俊 神奈川県横浜市西区東久保町15―10 (56)参考文献 特開 昭56−51828（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底板上に設けたベルジャー型チャンバーの
   上部外側又は内側に高周波が印加される筒状上部電極を
   配設し、前記底板に開口を形成してカラーを嵌着し、こ
   のカラーの内周面に沿って昇降するアースされたテーブ
   ル状下部電極をチャンバー内下部に臨ませ、更に下部電
   極の外側の底板上に外周面が前記チャンバーの内周面に
   当接し上面が下部電極と面一の排気リングを設け、この
   排気リングの内径は下部電極の外径よりも大径とすると
   共に、排気リング内周面と下部電極外周面とカラー上面
   との間の隙間を排気口とし、排気口の下方の排気通路に
   つなげたことを特徴とするプラズマ反応処理装置。
2. 【請求項２】前記上部電極は半筒状に分割され、分割さ
   れた一方の上部電極は高周波電源に接続され、他方の上
   部電極はアース及び高周波電源に選択的に接続されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のプラズマ
   反応処理装置。