JPH0820879A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミナ溶射の絶縁層を持つ従来のプラズマ
処理装置は、チャンバと電極の間で異常放電が起こるこ
とがある。また隣接する予備室に通ずる経路の存在のた
めに、チャンバ空間の非対称性が生ずる。これがために
プラズマの空間的な分布が偏る事がある。これを解決す
るのが目的である。 【構成】 自立した絶縁板を用いてチャンバの内壁を覆
う。一部は壁面に固定した固定絶縁板である。他の一部
は経路を開閉できるように昇降変位できる可動絶縁板で
ある。可動絶縁板が経路を塞ぐ時は、チャンバの空間が
対称になりプラズマの分布が回転対称になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、２つの高周波電力を
２種類の電極に印加し、プラズマを発生させて基板をエ
ッチング処理したり、薄膜形成したりするプラズマ処理
装置に関する。特にプラズマの空間密度が均一になるよ
うにした改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ここでプラズマ処理装置というのは、真
空に引くことのできる真空チャンバと、真空チャンバの
上方に設けられる複数枚の上部電極と、真空チャンバの
下方に、設けられる下部電極と、上部電極に第１の高周
波電力を供給する第１高周波電源と、下部電極に第２の
高周波電力を与える第２の高周波電源と、このチャンバ
にプラズマになるべきガスを導入するガス導入機構と、
このチャンバに処理すべきウエハ−（基板）を運び込み
運び去る搬送装置、真空チャンバを真空に引く真空排気
装置、チャンバの開口部に設けられるゲートバルブなど
を含む。

【０００３】図１は従来例に係るプラズマ処理装置の概
略構成図である。真空チャンバ１は真空に引くことがで
きる空間である。チャンバを真空にする真空排気装置は
図示を略している。真空チャンバ１は接地されている。
チャンバは金属製であるのでプラズマと電気的に絶縁し
なければならない。このために、チャンバの内壁に溶射
によってアルミナの絶縁層２が全面に形成される。これ
は数十μｍ〜数百μｍの程度の厚さの絶縁層である。

【０００４】真空チャンバ１の上方の空間には、複数の
上部電極３が設けられる。これは金属の板を回転対称に
なるように設けたものである。真空チャンバとは絶縁さ
れている。それぞれの上部電極３は、電流導入端子を経
て、外部にあるマッチングボックス４に各々つながって
いる。これらはさらに、移相器５を経て、第１の高周波
電源６に接続されている。第１の高周波は、１０ＭＨｚ
〜１２０ＭＨｚの程度である。例えば５４．２４ＭＨｚ
を用いる。上部電極には位相のずれた高周波電力が印加
され全体として回転電界を形成する。つまり電極の数を
ｋとすると、各々の電極には、３６０／ｋ度だけ位相の
異なる電圧が加えられる。このために移相器５が設けら
れるのである。電源と電極のインピーダンスを合わせる
ためにマッチングボックス４が設けられている。

【０００５】プラズマ生成の為の真空チャンバ１は、ゲ
ートバルブ１０を有する経路１５を介して、隣の予備室
１１につながっている。ゲートバルブ１０は、ゲートバ
ルブ駆動装置１７により開閉する。予備室１１は、ウエ
ハ−を搬送するための装置である搬送ロボット１２が設
置されている。これは搬送アーム１３を備え、この上に
基板（ウエハ−）を乗せて、大気中またはさらに隣の真
空室（図示しない）から、未処理ウエハ−を予備室１１
に運び、プラズマ生成室１（真空チャンバ）に運ぶ。ま
た処理済みのウエハ−を真空チャンバ１から、予備室１
１、大気中へと搬送する。予備室１１と大気または隣室
とは、もう一つのゲートバルブ１４によって仕切られて
いる。プラズマにするべき原料ガスは、外部のガスボン
ベ（図示せず）から、バルブ３１、マスフローコントロ
ーラ１６、バルブ３０を経由して、真空チャンバ１に導
入される。

【０００６】真空チャンバ１の下部には、絶縁物９を介
して、下部電極２１が固定される。下部電極２１には、
ウエハ−２５が戴置される。第２の高周波電源８からマ
ッチングボックス７を経て第２の高周波電力が下部電極
２１に加えられる。第２の高周波は、１ＭＨｚ〜５０Ｍ
Ｈｚの程度の高周波である。例えば１３．５６ＭＨｚの
高周波を使う。チャンバが接地され、電源の他端も接地
されているので、下部電極は負に自己バイアスされる。
これがプラズマの中の正イオンを引きつける。これによ
り、下部電極２１の上に戴置されたウエハ−２５が正イ
オンによる処理を受ける。正イオンの衝突により、ウエ
ハ−の表面がエッチングされることもある。またはイオ
ンやラジカルの反応により薄膜形成する事もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、チャンバ
の内壁に設けた絶縁物を問題にする。アルミナの溶射に
よって絶縁層２を形成するが、これはいくつかの難点が
ある。真空チャンバ１の構造は、搬送装置が出入りする
経路１５があるために、完全には軸対称にならない。こ
れは予備室１１に通じる横方向に拡大した空間である。
これと軸対称の部分は壁になっている。この装置は、上
部の上部電極３が回転対称に設けられて、軸回りに対称
な回転電界を発生している。下部電極２１も回転対称の
形状でウエハ−も円形であることが多い。たとえ下部電
極２１が角型で、ウエハ−も角型であるとしても、鉛直
軸の回りに回転対称性のある装置である。

【０００８】電子は軸回りに回転するようになってい
る。ところが、予備室１１に通じる経路１５のために対
称性が破れている。経路１５のためにプラズマの分布が
偏奇する。経路に近い方の空間でのプラズマ密度が、壁
に近い方のプラズマ密度より高くなる。すると、ウエハ
−に対するエッチング作用も均一にならない。経路１５
に近い部分がより多く削られるようになる。プラズマの
分布を回転対称にする必要がある。

【０００９】もう一つの問題は、絶縁の不完全性であ
る。アルミナの溶射により絶縁層を形成したものはどう
しても薄い層になる。よほど厚く溶射しても数百μｍ程
度である。絶縁層が薄いのでこれを通してプラズマとチ
ャンバの間に放電が起こることがある。特に経路１５の
近傍で、絶縁不完全の為に放電が起こると、プラズマの
分布がさらに不均一になる。これはウエハ−面上のエッ
チングの不均一を引き起こす。チャンバとプラズマの絶
縁を完全にし、真空チャンバの対称性を高め、ウエハ−
面内で均一な処理を行えるようにしたプラズマ処理装置
を提供する事が本発明の目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、真空チャンバの内部に、溶射絶縁層の代わりに、
平滑平面の１ｍｍ以上の厚みを有する絶縁板を設けたも
のである。絶縁板は自立した板である。平滑絶縁板は、
一部はチャンバの壁に固定された固定絶縁板となり、他
の一部は昇降可能な可動絶縁板になっている。予備室に
つながる経路の部分を昇降可能な可動絶縁板によって覆
うことができるようになっている。可動絶縁板が、昇降
する事により、経路が開閉されるようにする。例えば可
動の絶縁板が上昇位置にある場合は、隣室に通じる経路
を覆うことができるようにする。

【００１１】可動の石英絶縁筒が下降位置にある時は、
経路が開き、ウエハ−を交換することができる。或いは
上下の関係を反対にすることもできる。プラズマが形成
されている時は、絶縁板が経路を閉じており、プラズマ
空間が対称になる。ためにプラズマの空間的な分布が偏
らない。可動絶縁板はチャンバ内壁に接触する筒状であ
って全体として昇降するようにしたものであっても良
い。或いは経路の部分のみを覆う板であっても良い。平
滑な絶縁板は、石英板が望ましい。１ｍｍ〜１０ｍｍの
厚みの板を用いる事ができる。或いは、封穴処理したア
ルミナの板であってもよい。

【００１２】

【作用】本発明は、薄いアルミナ溶射層の代わりに、厚
い絶縁体の板をチャンバの内壁に沿って設ける。チャン
バの天井には、天井壁に沿うような形状の絶縁板を貼り
付ける。チャンバの側壁の上半部にも筒型の絶縁板を貼
り付ける。これらが固定絶縁板である。隣室に通じる経
路の部分は筒型の絶縁板を昇降可能に設ける。可動絶縁
板である。絶縁板は、経路をのぞくチャンバ内壁と同じ
対称性を持つ。もしもチャンバが円筒形であれば、天井
の固定絶縁板は円形になる。上半部の固定絶縁板は円筒
状になる。昇降する可動絶縁板も円筒状になる。もしも
チャンバが正方形断面を持つのであれば、天井の絶縁板
は正方形である。上半部の固定絶縁板は四角筒で、下半
部の可動絶縁板も四角筒状にすべきである。しかし可動
絶縁板は、経路を開閉できれば良い。経路の開口より少
し大きい板であっても良い。こうすると固定絶縁板の部
分が増加する。

【００１３】固定絶縁板と、経路閉鎖位置にある可動絶
縁板は、固定絶縁板とともに漏れなくチャンバの内壁を
覆うことができるようになっている。この時経路はチャ
ンバから遮断される。チャンバは、筒型の絶縁板の為に
回転対称の電界分布になる。プラズマはこの状態で発生
させる。可動絶縁板が経路開放位置にある時は、経路が
開き、ウエハ−を搬送することができるようになってい
る。平滑平面の自立絶縁板をチャンバの内壁に貼り付け
るので、絶縁性がより完全になる。絶縁板の厚みは１ｍ
ｍ〜１０ｍｍとする。たとえば５ｍｍとする。絶縁物を
溶射する場合は数百ｍｍ以上の厚いものは作り難い。し
かし本発明は自立した板を用いるので、厚いものを使う
ことができる。石英や封穴処理したアルミナは絶縁性に
優れた材料であるが、１ｍｍ以上あれば、これを介して
放電が起こるようなことはない。特に５ｍｍ以上にすれ
ば、異常放電を完全に防ぐことができる。

【００１４】

【実施例】図２と図３により本発明の実施例を説明す
る。このプラズマ処理装置は真空に引くことのできる真
空チャンバ１の内部の上方に上部電極３を、下方に水平
の下部電極２１を設けている。いずれの電極も、チャン
バから絶縁されている。ここでは上部電極３は３枚の電
極板を回転対称に設けたものである。第１の高周波電源
６が第１の高周波Ｆ１を発生する。これが、移相器５に
より１２０度ずつ位相の異なる３つの高周波電圧に変換
される。これがマッチングボックス４を経て３枚の上部
電極３に与えられる。マッチングボックスは電極と電源
のインピーダンスを整合させる。

【００１５】プラズマにすべき原料ガスは、ガスボンベ
（図に現れない）から、バルブ３１、マスフローコント
ローラ１６、バルブ３０を経て真空チャンバ１の内部に
供給される。チャンバに於ける供給口が、図１では天井
部に、図２と図３では側面になっている。しかしガスの
導入口はチャンバのいずれの箇所であっても差し支えな
い。下部電極２１は、チャンバの下方に、水平に設けら
れる。これは１枚の電極である。この上にウエハ−２５
を戴置してプラズマによる処理を行う。下部電極には、
第２高周波電源８から、マッチングボックス７を経て、
第２の高周波電力Ｆ２が印加される。

【００１６】図１と同じように隣接して他の真空室（予
備室）があり、これと真空チャンバ１とは真空の経路１
５によってつながっている。経路には、ゲートバルブ１
０が開閉自在に設けられている。ゲートバルブ駆動装置
１７がゲートバルブ１０を開閉する。予備室には搬送装
置があるが、図１と同じであるから図示を省略した。下
部電極２１とほぼ同じ高さには、接地されたパンチング
メタル２６が設けられる。この下に真空排気装置の引き
出し口（図示しない）があるので、ガスが通るように穴
のある金属板をここに取り付けている。これはアース電
位であるから、プラズマは、これより上の空間に閉じ込
められる。

【００１７】本発明の特徴は、チャンバ内壁のアルミナ
溶射絶縁層の代わりに、石英や平滑表面の絶縁物の板を
絶縁物として用いることである。チャンバの形状に応じ
て、対称性の高い形状の板を絶縁に利用する。チャンバ
は円筒形、正方形筒状、正多角形筒状など任意の形状で
あってよい。ここではチャンバが円筒形であるとして説
明する。絶縁物として石英の場合を述べる。石英板は、
チャンバの天井に貼り付けた天井石英板２２、側壁の上
半部に貼り付けたシールドリング２０（Ａリング）と、
側壁の下半部に昇降自在に設けたシールドリング１９
（Ｂリング）よりなっている。いずれもチャンバの内壁
に接触し、プラズマとチャンバを電気的に絶縁するもの
である。上方の天井石英板２２と、Ａシールドリング２
０は固定されている。固定絶縁板ということができる。
チャンバが円筒形であるから、天井石英板２２は円形の
板である。Ａシールドリング２０は円筒形である。

【００１８】下方の可動のＢシールドリング１９が可動
絶縁板である。これも円筒形である。壁に固定されず、
チャンバの内壁に沿って上下に摺動する。外部に設けた
シールドリング駆動装置１８によって、Ｂシールドリン
グ１９が上に持ち上げられたり、降ろされたりする。Ｂ
シールドリングの上下の幅は、側方の経路１５の開口径
よりも大きいようにする。図２はＢシールドリングが下
降位置にあり経路１５が開いている状態を示す。この状
態でウエハ−（基板）を交換することができる。プラズ
マは発生していない。高周波電源６、８は休止してい
る。基板交換のためにゲートバルブ１０を開くこともあ
る。ゲートバルブ１０の開閉と、Ｂシールドリング１９
の開閉を、機械的に連動させて行っても良い。

【００１９】図３はＢシールドリングが上方位置にあ
り、経路１５が閉じている状態を示す。Ａシールドリン
グ２０の下端に、Ｂシールドリング１９の上端がぴった
りと接触している。経路１５が閉ざされているから、チ
ャンバの空間は完全に円対称になっている。これが重要
である。経路のような異方性のあるものがチャンバから
消えている。ためにプラズマは円筒対称になる。中心軸
の回りに同じプラズマ密度分布ができる。下部電極２１
の上に置かれたウエハ−２５はもちろん中心軸の回りに
回転対称であるから、ウエハ−が受けるプラズマ処理は
回転対称である。また石英板は始めから自立した板とし
て作るので、厚さに制限はない。５ｍｍでも１０ｍｍで
も厚いものを作り得る。ここでは１ｍｍ〜１０ｍｍの石
英板を使う。１ｍｍ以上であれば、絶縁は完全で、壁と
電極間のアーク放電を防ぐことができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、チャンバの内部に対称性の高
い板状の絶縁物を設けて、空間の幾何学的対称性を高め
る。プラズマは軸回りに回転対称に発生する。プラズマ
による処理がウエハ−面上で均一になる。エッチングの
場合は、エッチング厚みの面内ばらつきが小さくなる。
絶縁層の厚みも増えるので、絶縁がより完全になり、異
常放電が起こらない。

【００２１】従来のセラミック溶射の場合は、ウエハ−
面内でのエッチング厚さのばらつきが、約２０％〜３０
％にもなっていた。これはプラズマ分布の偏奇の他に、
異常放電が起こっていることによる。放電がウエハ−に
影響を及ぼすのを防ぐために、ウエハ−の回りに金属の
円筒を置いた場合でも、厚みのばらつきは５％から７％
であった。しかし本発明によれば、ウエハ−のエッチン
グ厚みのばらつきは１％〜２％であって極めて僅かな値
である。高品質で均一なプラズマ処理を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例に係るプラズマ処理装置の概略構成図。

【図２】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置のシー
ルドリングを開いた状態の概略構成図。

【図３】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置のシー
ルドリングを閉じた状態の概略構成図。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 溶射絶縁層 ３ 上部電極 ４ 第１マッチングボックス ５ 移相器 ６ 第１高周波電源 ７ 第２マッチングボックス ８ 第２高周波電源 ９ 絶縁物 １０ ゲートバルブ １１ 予備室 １２ 搬送ロボット １３ 搬送アーム １４ ゲートバルブ １５ 経路 １６ マスフローコントローラ １７ ゲートバルブ駆動装置 １８ シールドリング駆動装置 １９ シールドリングＢ ２０ シールドリングＡ ２１ 下部電極 ２２ 天井石英板 ２５ ウエハー ２６ パンチングメタル ３０ バルブ ３１ バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ 9216−2Ｇ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空に引く事のできる真空チャンバと、
   真空チャンバにプラズマにするべきガスを導入するガス
   導入機構と、真空チャンバの上方に真空チャンバと絶縁
   されて設けられる複数枚の上部電極と、真空チャンバの
   下方に真空チャンバと絶縁されて設けられその上に基板
   を戴置するべき下部電極と、上部電極に第１の高周波を
   印加する第１の高周波電源と、上部電極のそれぞれに位
   相の異なる高周波電力を与えるための移相器と、下部電
   極に第２の高周波を印加するための第２高周波電源と、
   隣接する予備室に通じる経路を開閉するゲートバルブ
   と、真空チャンバの内壁に固定され真空チャンバの内壁
   を覆う１ｍｍ以上の厚みを有する平滑表面の固定絶縁板
   と、厚みが１ｍｍ以上であって平滑表面を持ち前記経路
   を覆い或いは開く事ができるように上下方向に平行移動
   できる筒状の可動絶縁板と、可動絶縁板を駆動する駆動
   機構とを含み、可動絶縁板によって経路を塞いだ状態
   で、高周波電力を上部電極と、下部電極に印加し、プラ
   ズマを発生させるようにし、下部電極に置いた基板にプ
   ラズマ処理を施し、可動絶縁板を平行移動して経路を開
   いた状態で、基板を交換するようにしたことを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 ゲートバルブの開閉と、前記の可動絶縁
   板駆動機構の運動を連動させて、可動絶縁板を移動させ
   経路を開いた時にゲートバルブが開き、可動ゲートバル
   ブが閉じた時に可動絶縁板が、平行移動し経路を塞ぐよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処
   理装置。
3. 【請求項３】 固定絶縁板と可動絶縁板が石英板また
   は、封穴処理したアルミナである事を特徴とする請求項
   １に記載のプラズマ処理装置。