JPH09176860A - 基板載置台、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
基板載置台、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法Info
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- JPH09176860A JPH09176860A JP7337110A JP33711095A JPH09176860A JP H09176860 A JPH09176860 A JP H09176860A JP 7337110 A JP7337110 A JP 7337110A JP 33711095 A JP33711095 A JP 33711095A JP H09176860 A JPH09176860 A JP H09176860A
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- plasma processing
- substrate
- substrate mounting
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32137—Radio frequency generated discharge controlling of the discharge by modulation of energy
- H01J37/32155—Frequency modulation
- H01J37/32165—Plural frequencies
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- Plasma Technology (AREA)
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】プラズマにより成膜やエッチングの処理を行う
ためのプラズマ処理装置に関し、被処理基板面内の成膜
レートやエッチングレートの均一性を向上させる。 【解決手段】プラズマ処理を行う被処理基板２４を載置
し、被処理基板表面２４に直流バイアス電圧を発生させ
る交流電力を印加する電極１８，１９が埋め込まれた絶
縁物からなる基板載置台１６であって、電極１８，１９
は互いに絶縁分離された複数の部分電極１８，１９に分
割され、各部分電極１８，１９にはそれぞれ周波数の異
なる交流電力を供給する交流電源２１，２３が接続され
ている。
ためのプラズマ処理装置に関し、被処理基板面内の成膜
レートやエッチングレートの均一性を向上させる。 【解決手段】プラズマ処理を行う被処理基板２４を載置
し、被処理基板表面２４に直流バイアス電圧を発生させ
る交流電力を印加する電極１８，１９が埋め込まれた絶
縁物からなる基板載置台１６であって、電極１８，１９
は互いに絶縁分離された複数の部分電極１８，１９に分
割され、各部分電極１８，１９にはそれぞれ周波数の異
なる交流電力を供給する交流電源２１，２３が接続され
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
及びプラズマ処理方法に関し、より詳しくは、プラズマ
により成膜やエッチングの処理を行うためのプラズマ処
理装置及びプラズマ処理方法に関する。成膜やエッチン
グの処理では、成膜レートやエッチングレートの均一性
を向上させることが要望され、そのため、プラズマ中の
イオンが被処理基板に均一に入射するように制御するこ
とが重要である。
及びプラズマ処理方法に関し、より詳しくは、プラズマ
により成膜やエッチングの処理を行うためのプラズマ処
理装置及びプラズマ処理方法に関する。成膜やエッチン
グの処理では、成膜レートやエッチングレートの均一性
を向上させることが要望され、そのため、プラズマ中の
イオンが被処理基板に均一に入射するように制御するこ
とが重要である。
【０００２】
【従来の技術】図７に従来例のプラズマ処理装置を示
す。図７に示すように、プラズマ生成室１の周囲に高周
波電力印加用のコイル２が巻回されており、ＲＦ電力を
供給してプラズマを生成する。また、プラズマ生成室１
には成膜室３がつながっており、プラズマ生成室１から
プラズマを供給する。成膜室３内にはウエハ載置台４が
設置され、そのウエハ載置面に処理すべきウエハ９を載
置してプラズマ中のイオンにより成膜或いはエッチング
を行う。さらに、ウエハ載置台４の材料は樹脂やセラミ
ック等であり、このような材料はプラズマに曝される
と、エッチングを受けたりするので、ウエハ載置台４の
大きさを載置されるウエハ９の直径よりも小さくし、ウ
エハ載置台４が損傷を受けないようにしている。
す。図７に示すように、プラズマ生成室１の周囲に高周
波電力印加用のコイル２が巻回されており、ＲＦ電力を
供給してプラズマを生成する。また、プラズマ生成室１
には成膜室３がつながっており、プラズマ生成室１から
プラズマを供給する。成膜室３内にはウエハ載置台４が
設置され、そのウエハ載置面に処理すべきウエハ９を載
置してプラズマ中のイオンにより成膜或いはエッチング
を行う。さらに、ウエハ載置台４の材料は樹脂やセラミ
ック等であり、このような材料はプラズマに曝される
と、エッチングを受けたりするので、ウエハ載置台４の
大きさを載置されるウエハ９の直径よりも小さくし、ウ
エハ載置台４が損傷を受けないようにしている。
【０００３】また、ウエハ９へのイオンの入射効率を高
めるため、或いはエッチングの異方性を高めるため、ウ
エハ載置台４の絶縁体５内には円板状の電極６がその板
面をウエハ載置面に対向させて埋め込まれている。さら
に、１００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数のＲＦ電力を供
給するＲＦ電源８がマッチング回路７を介して電極６に
接続されている。
めるため、或いはエッチングの異方性を高めるため、ウ
エハ載置台４の絶縁体５内には円板状の電極６がその板
面をウエハ載置面に対向させて埋め込まれている。さら
に、１００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数のＲＦ電力を供
給するＲＦ電源８がマッチング回路７を介して電極６に
接続されている。
【０００４】上記プラズマ処理装置を用いてエッチング
を行う場合、ＲＦ電力を電極６に印加すると、その交番
電圧によってプラズマからイオンによる電流と電子によ
る電流との合成電流（ｉＳ）がウエハ９に流れる。この
とき、イオンに比べて動きやすい電子による電流の方が
イオンによる電流よりも流れやすいため、ＲＦ電力の一
周期の間にウエハ９に流れる正負の電荷の総量を等しく
するように、即ち電子による電流を減少させ、或いはイ
オンによる電流を増加させるように、ウエハ９表面には
負のセルフバイアス電圧（ＶＳＢ）が発生する。
を行う場合、ＲＦ電力を電極６に印加すると、その交番
電圧によってプラズマからイオンによる電流と電子によ
る電流との合成電流（ｉＳ）がウエハ９に流れる。この
とき、イオンに比べて動きやすい電子による電流の方が
イオンによる電流よりも流れやすいため、ＲＦ電力の一
周期の間にウエハ９に流れる正負の電荷の総量を等しく
するように、即ち電子による電流を減少させ、或いはイ
オンによる電流を増加させるように、ウエハ９表面には
負のセルフバイアス電圧（ＶＳＢ）が発生する。
【０００５】これにより、プラズマ中のイオンはウエハ
９に効率良く入射し、或いはエッチングの異方性が高め
られる。
９に効率良く入射し、或いはエッチングの異方性が高め
られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
プラズマ処理装置を用いたエッチングにおいては、ウエ
ハ載置台４の大きさがウエハの直径よりも小さく、ま
た、ＲＦ電力の周波数が高くなると、ウエハ９面内各所
に同じ電力を印加することが困難になる。このため、図
３（ｂ）に示すように、エッチングレートがウエハ９面
内の中央部と周辺部で大きくばらついてしまう場合があ
る。
プラズマ処理装置を用いたエッチングにおいては、ウエ
ハ載置台４の大きさがウエハの直径よりも小さく、ま
た、ＲＦ電力の周波数が高くなると、ウエハ９面内各所
に同じ電力を印加することが困難になる。このため、図
３（ｂ）に示すように、エッチングレートがウエハ９面
内の中央部と周辺部で大きくばらついてしまう場合があ
る。
【０００７】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、被処理基板面内の成膜レートや
エッチングレートの均一性を向上させることが可能なプ
ラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを
目的とする。
創作されたものであり、被処理基板面内の成膜レートや
エッチングレートの均一性を向上させることが可能なプ
ラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、プラズマ処理を行う被処理基板を載置し、前記
被処理基板表面に直流バイアス電圧を発生させる交流電
力を印加する電極が埋め込まれた絶縁物からなる基板載
置台であって、前記電極は互いに絶縁分離された複数の
部分電極に分割され、該各部分電極にはそれぞれ周波数
の異なる前記交流電力を供給する交流電源が接続されて
いることを特徴とする基板載置台によって達成され、第
２の発明である、前記複数の部分電極は円板状のものを
中心としてその周辺部に同心円状に配置されていること
を特徴とする第１の発明に記載の基板載置台によって達
成され、第３の発明である、前記電極には直流電源が接
続され、前記被処理基板を静電吸着する電極を兼ねてい
ることを特徴とする第１又は第２の発明のいずれかに記
載の基板載置台によって達成され、第４の発明である、
プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室とつながったプ
ラズマ処理室と、前記プラズマ処理室内に設置された第
１乃至第３の発明のいずれかに記載の基板載置台とを有
することを特徴とするプラズマ処理装置によって達成さ
れ、第５の発明である、プラズマ処理室と、前記プラズ
マ処理室内に互いに対向して設けられた第１の電極及び
第２の電極とを有する平行平板型プラズマ処理装置であ
って、前記第１の電極にはプラズマ生成用交流電力が供
給され、前記第２の電極は第１乃至第３の発明のいずれ
かに記載の基板載置台を兼ねていることを特徴とするプ
ラズマ処理装置によって達成され、第６の発明である、
第１乃至第３の発明のいずれかに記載の基板載置台に被
処理基板として半導体ウエハを載置して処理を行うこと
を特徴とする半導体装置の製造方法によって達成され
る。
である、プラズマ処理を行う被処理基板を載置し、前記
被処理基板表面に直流バイアス電圧を発生させる交流電
力を印加する電極が埋め込まれた絶縁物からなる基板載
置台であって、前記電極は互いに絶縁分離された複数の
部分電極に分割され、該各部分電極にはそれぞれ周波数
の異なる前記交流電力を供給する交流電源が接続されて
いることを特徴とする基板載置台によって達成され、第
２の発明である、前記複数の部分電極は円板状のものを
中心としてその周辺部に同心円状に配置されていること
を特徴とする第１の発明に記載の基板載置台によって達
成され、第３の発明である、前記電極には直流電源が接
続され、前記被処理基板を静電吸着する電極を兼ねてい
ることを特徴とする第１又は第２の発明のいずれかに記
載の基板載置台によって達成され、第４の発明である、
プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室とつながったプ
ラズマ処理室と、前記プラズマ処理室内に設置された第
１乃至第３の発明のいずれかに記載の基板載置台とを有
することを特徴とするプラズマ処理装置によって達成さ
れ、第５の発明である、プラズマ処理室と、前記プラズ
マ処理室内に互いに対向して設けられた第１の電極及び
第２の電極とを有する平行平板型プラズマ処理装置であ
って、前記第１の電極にはプラズマ生成用交流電力が供
給され、前記第２の電極は第１乃至第３の発明のいずれ
かに記載の基板載置台を兼ねていることを特徴とするプ
ラズマ処理装置によって達成され、第６の発明である、
第１乃至第３の発明のいずれかに記載の基板載置台に被
処理基板として半導体ウエハを載置して処理を行うこと
を特徴とする半導体装置の製造方法によって達成され
る。
【０００９】本発明の基板載置台においては、その基板
載置台に互いに絶縁分離された複数の部分電極が埋め込
まれ、各部分電極にはそれぞれ周波数の異なる交流電力
を供給する交流電源が接続されている。プラズマ及び基
板載置台を含む系全体の電気的等価回路は図６（ａ）に
示すようになり、各部分電極毎に独立に電流が流れる。
また、基板載置台に埋め込まれた各部分電極に印加する
交流電力の周波数の差異により、各部分電極でのセルフ
バイアス電圧が異なってくる。即ち、図５に示すよう
に、周波数（ｆ）が高くなるにつれて負のセルフバイア
ス電圧（ＶＳＢ）の絶対値が小さくなる。
載置台に互いに絶縁分離された複数の部分電極が埋め込
まれ、各部分電極にはそれぞれ周波数の異なる交流電力
を供給する交流電源が接続されている。プラズマ及び基
板載置台を含む系全体の電気的等価回路は図６（ａ）に
示すようになり、各部分電極毎に独立に電流が流れる。
また、基板載置台に埋め込まれた各部分電極に印加する
交流電力の周波数の差異により、各部分電極でのセルフ
バイアス電圧が異なってくる。即ち、図５に示すよう
に、周波数（ｆ）が高くなるにつれて負のセルフバイア
ス電圧（ＶＳＢ）の絶対値が小さくなる。
【００１０】従って、上記の基板載置台が備えられてい
る本発明のプラズマ処理装置に適用した場合、例えば、
電極の分割前にエッチングレートの小さかったところで
は周波数を低くして負のセルフバイアス電圧を負の方に
さらに大きくし、エッチングレートの大きかったところ
では周波数を高くして負のセルフバイアス電圧の絶対値
を小さくする。これにより、表面電位（ＶＳ，ＶＳ１，
ＶＳ２）が異なってきて、分割前にエッチングレートの
小さかったところでは表面電位が負の方に大きくなって
イオンによる電流が増え、エッチングレートの大きかっ
たところでは表面電位が負の方に小さくなってイオンに
よる電流が減る。
る本発明のプラズマ処理装置に適用した場合、例えば、
電極の分割前にエッチングレートの小さかったところで
は周波数を低くして負のセルフバイアス電圧を負の方に
さらに大きくし、エッチングレートの大きかったところ
では周波数を高くして負のセルフバイアス電圧の絶対値
を小さくする。これにより、表面電位（ＶＳ，ＶＳ１，
ＶＳ２）が異なってきて、分割前にエッチングレートの
小さかったところでは表面電位が負の方に大きくなって
イオンによる電流が増え、エッチングレートの大きかっ
たところでは表面電位が負の方に小さくなってイオンに
よる電流が減る。
【００１１】従って、この基板載置台を用いた本発明の
半導体装置の製造方法によれば、不均一の程度に応じて
周波数を適当に調整することにより、均一なエッチング
レートや成膜レートを得ることができる。また、基板載
置台の複数の部分電極のうち周辺部の１以上の部分電極
が載置される被処理基板よりも大きい直径の同心円上に
ある場合、被処理基板の存在領域とその周縁に隣接する
外側領域とでセルフバイアス電圧を単独に調整すること
ができる。
半導体装置の製造方法によれば、不均一の程度に応じて
周波数を適当に調整することにより、均一なエッチング
レートや成膜レートを得ることができる。また、基板載
置台の複数の部分電極のうち周辺部の１以上の部分電極
が載置される被処理基板よりも大きい直径の同心円上に
ある場合、被処理基板の存在領域とその周縁に隣接する
外側領域とでセルフバイアス電圧を単独に調整すること
ができる。
【００１２】これにより、被処理基板の周縁に隣接する
外側領域から被処理基板の内側の周辺部のイオンの流れ
を調整して、被処理基板の周辺部のイオンによる電流を
調整することができる。従って、不均一の程度に応じて
周波数を適当に調整することにより、均一なエッチング
レートや成膜レートを得ることができる。
外側領域から被処理基板の内側の周辺部のイオンの流れ
を調整して、被処理基板の周辺部のイオンによる電流を
調整することができる。従って、不均一の程度に応じて
周波数を適当に調整することにより、均一なエッチング
レートや成膜レートを得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図１（ｂ）は、本発
明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ処理
室に設置される基板載置台の詳細を示す平面図と側面図
である。図１（ｂ）に示すように、基板載置台１６は絶
縁体１７からなり、セルフバイアス電圧を発生する部分
電極１８，１９が絶縁体１７に埋め込まれている。上の
平面図に示すように、部分電極１８，１９のうち、中央
部の部分電極１８は円板状を有し、その周辺部の部分電
極１９は部分電極１８を中心として同心円状に設けられ
ている。各部分電極１８，１９の間には絶縁体１７が介
在して部分電極１８，１９同士は互いに絶縁分離されて
いる。
いて図面を参照しながら説明する。図１（ｂ）は、本発
明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のプラズマ処理
室に設置される基板載置台の詳細を示す平面図と側面図
である。図１（ｂ）に示すように、基板載置台１６は絶
縁体１７からなり、セルフバイアス電圧を発生する部分
電極１８，１９が絶縁体１７に埋め込まれている。上の
平面図に示すように、部分電極１８，１９のうち、中央
部の部分電極１８は円板状を有し、その周辺部の部分電
極１９は部分電極１８を中心として同心円状に設けられ
ている。各部分電極１８，１９の間には絶縁体１７が介
在して部分電極１８，１９同士は互いに絶縁分離されて
いる。
【００１４】また、部分電極１８，１９にはそれぞれマ
ッチング回路２０，２２を介して交流電源２１，２３が
接続され、交流電源２１，２３から部分電極１８，１９
にそれぞれ異なる周波数ｆ0 ，ｆ1 を有する交流電力
（電圧成分ＶA ・ｓｉｎ（２πｆ0 ・ｔ），ＶA ・ｓｉ
ｎ（２πｆ1 ・ｔ））が供給される。なお、必要な場合
には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、静電吸着によ
り基板（ウエハ）２４を基板載置台１６に固定させるた
め、部分電極１８には直流電源２６を接続してもよい。
ッチング回路２０，２２を介して交流電源２１，２３が
接続され、交流電源２１，２３から部分電極１８，１９
にそれぞれ異なる周波数ｆ0 ，ｆ1 を有する交流電力
（電圧成分ＶA ・ｓｉｎ（２πｆ0 ・ｔ），ＶA ・ｓｉ
ｎ（２πｆ1 ・ｔ））が供給される。なお、必要な場合
には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、静電吸着によ
り基板（ウエハ）２４を基板載置台１６に固定させるた
め、部分電極１８には直流電源２６を接続してもよい。
【００１５】図１（ａ）は、上記基板載置台１６が設置
されたプラズマ処理装置の側面図であり、誘導結合プラ
ズマ処理装置の例を示す。このようなプラズマ処理装置
として、代表的なものには、プラズマＣＶＤ装置やプラ
ズマエッチング装置がある。プラズマ処理装置は、図１
（ａ）に示すように、プラズマ生成室１１と、これとつ
ながり、プラズマ生成室１１で生成されたプラズマが供
給されて、被処理基板に対して成膜やエッチングが行わ
れるプラズマ処理室１５とを有する。上記基板載置台１
６はプラズマ処理室１５に設置されている。
されたプラズマ処理装置の側面図であり、誘導結合プラ
ズマ処理装置の例を示す。このようなプラズマ処理装置
として、代表的なものには、プラズマＣＶＤ装置やプラ
ズマエッチング装置がある。プラズマ処理装置は、図１
（ａ）に示すように、プラズマ生成室１１と、これとつ
ながり、プラズマ生成室１１で生成されたプラズマが供
給されて、被処理基板に対して成膜やエッチングが行わ
れるプラズマ処理室１５とを有する。上記基板載置台１
６はプラズマ処理室１５に設置されている。
【００１６】また、プラズマ生成室１１の周囲には高周
波電力をプラズマ生成室１１に放出するアンテナコイル
１２が巻回され、このアンテナコイル１２にマッチング
回路１３を介して高周波電力を供給するＲＦ電源１４が
接続されている。なお、プラズマ化される反応ガスをプ
ラズマ生成室１１に導入するガス導入口と、プラズマ生
成室１１及びプラズマ処理室１５内を排気し、減圧する
排気装置が接続される排気口等は図面には記載されず、
省略してある。また、必要な場合、図１（ａ）の基板載
置台１１の代わりに図４に示す基板載置台１１が設置さ
れてもよい。
波電力をプラズマ生成室１１に放出するアンテナコイル
１２が巻回され、このアンテナコイル１２にマッチング
回路１３を介して高周波電力を供給するＲＦ電源１４が
接続されている。なお、プラズマ化される反応ガスをプ
ラズマ生成室１１に導入するガス導入口と、プラズマ生
成室１１及びプラズマ処理室１５内を排気し、減圧する
排気装置が接続される排気口等は図面には記載されず、
省略してある。また、必要な場合、図１（ａ）の基板載
置台１１の代わりに図４に示す基板載置台１１が設置さ
れてもよい。
【００１７】次に、上記プラズマ処理装置を用いてエッ
チングを行う場合について、図２，図５及び図６を参照
しながら説明する。図２はプラズマ処理室１１内の側面
図であり、図５は基板載置台に印加されるＲＦ電力の周
波数（ｆ）と発生するセルフバイアス電圧（ＶSB）の関
係を示す特性図であり、図６（ａ）はプラズマ及び基板
載置台を含む系全体の電気的等価回路であり、図６
（ｂ）はセルフバイアス電圧（ＶSB）の発生と被処理基
板の表面電位（ＶS ）について説明する図である。
チングを行う場合について、図２，図５及び図６を参照
しながら説明する。図２はプラズマ処理室１１内の側面
図であり、図５は基板載置台に印加されるＲＦ電力の周
波数（ｆ）と発生するセルフバイアス電圧（ＶSB）の関
係を示す特性図であり、図６（ａ）はプラズマ及び基板
載置台を含む系全体の電気的等価回路であり、図６
（ｂ）はセルフバイアス電圧（ＶSB）の発生と被処理基
板の表面電位（ＶS ）について説明する図である。
【００１８】まず、被エッチング物としてのシリコン酸
化膜が表面に形成されたウエハ２４を基板載置台１６に
載置する。排気口からプラズマ生成室１１内及びプラズ
マ処理室１５内を排気する。所定の圧力に達したら、プ
ラズマ生成室１１に流量１００SCCMのＣＦ4 ガスを導入
し、プラズマ生成室１１内の圧力を１０mTorr に保持す
る。
化膜が表面に形成されたウエハ２４を基板載置台１６に
載置する。排気口からプラズマ生成室１１内及びプラズ
マ処理室１５内を排気する。所定の圧力に達したら、プ
ラズマ生成室１１に流量１００SCCMのＣＦ4 ガスを導入
し、プラズマ生成室１１内の圧力を１０mTorr に保持す
る。
【００１９】次いで、ＲＦ電源１４からＲＦパワー２ｋ
Ｗの高周波電力を放出し、プラズマ生成室１１内の反応
ガスをプラズマ化する。一方、基板載置台１６に埋め込
まれた部分電極１８に周波数（ｆ0 ）５００ｋＨｚ，電
力５００Ｗの高周波電力（電圧成分：ＶA ・Ｓｉｎ（２
πｆ0 ・ｔ））を供給するとともに、部分電極１９に周
波数（ｆ1 ）１００ｋＨｚ，電力５００Ｗの高周波電力
（電圧成分：ＶA ・Ｓｉｎ（２πｆ1 ・ｔ））を供給す
る。なお、必要な場合、図４（ｂ）に示すように、直流
電源２６をフィルタ２５を介して電極１８に接続して直
流電圧を印加し、静電吸着によりウエハ２４を基板載置
台１１に固定する。
Ｗの高周波電力を放出し、プラズマ生成室１１内の反応
ガスをプラズマ化する。一方、基板載置台１６に埋め込
まれた部分電極１８に周波数（ｆ0 ）５００ｋＨｚ，電
力５００Ｗの高周波電力（電圧成分：ＶA ・Ｓｉｎ（２
πｆ0 ・ｔ））を供給するとともに、部分電極１９に周
波数（ｆ1 ）１００ｋＨｚ，電力５００Ｗの高周波電力
（電圧成分：ＶA ・Ｓｉｎ（２πｆ1 ・ｔ））を供給す
る。なお、必要な場合、図４（ｂ）に示すように、直流
電源２６をフィルタ２５を介して電極１８に接続して直
流電圧を印加し、静電吸着によりウエハ２４を基板載置
台１１に固定する。
【００２０】この状態を保持することにより、プラズマ
が下流のプラズマ処理室１５に流れてきてウエハが負電
圧にバイアスされた状態でシリコン酸化膜がエッチング
される。即ち、部分電極１８と１９とは絶縁分離されて
いるため、図６（ａ）に示すように、２つの経路でそれ
ぞれ独立にプラズマ中の電子による電流とイオンによる
電流の合成電流ｉS が流れ、各々の部分電極１８，１９
にそれぞれ、図５の傾向にしたがって、周波数（ｆ0 ，
ｆ1 ）に対応した負のセルフバイアス電圧ＶSB0，Ｖ
SB1 が発生する。即ち、一方では、合成電流ｉS はウエ
ハ２４及び基板載置台１６及び部分電極１８を介して流
れ、部分電極１８により基板載置台１６には負のセルフ
バイアス電圧ＶSB0 が発生する。他方では、合成電流ｉ
S は基板載置台１６及び部分電極１９を介して流れ、部
分電極１９により基板載置台１６には部分電極１８によ
る負のセルフバイアス電圧よりもさらに絶対値の大きな
負のセルフバイアス電圧ＶSB1 が発生する。
が下流のプラズマ処理室１５に流れてきてウエハが負電
圧にバイアスされた状態でシリコン酸化膜がエッチング
される。即ち、部分電極１８と１９とは絶縁分離されて
いるため、図６（ａ）に示すように、２つの経路でそれ
ぞれ独立にプラズマ中の電子による電流とイオンによる
電流の合成電流ｉS が流れ、各々の部分電極１８，１９
にそれぞれ、図５の傾向にしたがって、周波数（ｆ0 ，
ｆ1 ）に対応した負のセルフバイアス電圧ＶSB0，Ｖ
SB1 が発生する。即ち、一方では、合成電流ｉS はウエ
ハ２４及び基板載置台１６及び部分電極１８を介して流
れ、部分電極１８により基板載置台１６には負のセルフ
バイアス電圧ＶSB0 が発生する。他方では、合成電流ｉ
S は基板載置台１６及び部分電極１９を介して流れ、部
分電極１９により基板載置台１６には部分電極１８によ
る負のセルフバイアス電圧よりもさらに絶対値の大きな
負のセルフバイアス電圧ＶSB1 が発生する。
【００２１】これに対応して、ウエハ２４の表面電位Ｖ
S0よりもウエハ２４の周縁の外側周囲の基板載置台１６
の表面電位ＶS1の方が負側に大きくなる。従って、イオ
ン密度の分布が中央部で大きく、周辺部で小さい場合
に、周辺部に引き寄せられるイオンが多くなり、ウエハ
２４全面でイオンによる電流が均一化される。このた
め、シリコン酸化膜のエッチングレートが均一化され
る。
S0よりもウエハ２４の周縁の外側周囲の基板載置台１６
の表面電位ＶS1の方が負側に大きくなる。従って、イオ
ン密度の分布が中央部で大きく、周辺部で小さい場合
に、周辺部に引き寄せられるイオンが多くなり、ウエハ
２４全面でイオンによる電流が均一化される。このた
め、シリコン酸化膜のエッチングレートが均一化され
る。
【００２２】なお、図５は電極に印加した交流電力５０
Ｗで取得したデータなので、上記実施の形態に対してそ
の数値を直接適用できないが、交流電力５０Ｗ以外でも
周波数（ｆ）とセルフバイアス電圧（ＶSB）との関係は
同じ傾向がある。また、図６（ａ）中、ＺP0，ＺP1はと
もにプラズマのインピーダンスであり、容量と抵抗の並
列接続で表され、ＺE はプラズマから筐体への経路に介
在するインピーダンスである。
Ｗで取得したデータなので、上記実施の形態に対してそ
の数値を直接適用できないが、交流電力５０Ｗ以外でも
周波数（ｆ）とセルフバイアス電圧（ＶSB）との関係は
同じ傾向がある。また、図６（ａ）中、ＺP0，ＺP1はと
もにプラズマのインピーダンスであり、容量と抵抗の並
列接続で表され、ＺE はプラズマから筐体への経路に介
在するインピーダンスである。
【００２３】上記エッチング結果を図３（ａ）に示す。
ウエハ２４の表面の中央部１点と周辺部４点の計５点で
のシリコン酸化膜のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）
が測定された。結果によればエッチングレートのバラツ
キは最大１６ｎｍ／ｍｉｎだった。これに対して、図８
に示す従来の構造の基板載置台４の場合の結果によれ
ば、図３（ｂ）に示すように、エッチングレートのバラ
ツキは最大６０ｎｍ／ｍｉｎだった。
ウエハ２４の表面の中央部１点と周辺部４点の計５点で
のシリコン酸化膜のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）
が測定された。結果によればエッチングレートのバラツ
キは最大１６ｎｍ／ｍｉｎだった。これに対して、図８
に示す従来の構造の基板載置台４の場合の結果によれ
ば、図３（ｂ）に示すように、エッチングレートのバラ
ツキは最大６０ｎｍ／ｍｉｎだった。
【００２４】これらの結果より、本発明のプラズマ処理
装置によればエッチングレートの均一性を向上させるこ
とができる。なお、上記は本発明をエッチング装置に適
用しているが、プラズマＣＶＤ装置を始めとしてプラズ
マを用いた処理装置に適用することができる。また、部
分電極１８，１９に印加する交流電力の周波数をそれぞ
れ５００ｋＨｚ，１００ｋＨｚとしているが、イオン密
度の分布状態により別の周波数の組み合わせでもよい。
さらに、中央部の部分電極１８の方を外側周囲の電極１
９の方より高い周波数にしているが、外側周囲の部分電
極１９の方を中央部の部分電極１８の方より高い周波数
にしてもよい。
装置によればエッチングレートの均一性を向上させるこ
とができる。なお、上記は本発明をエッチング装置に適
用しているが、プラズマＣＶＤ装置を始めとしてプラズ
マを用いた処理装置に適用することができる。また、部
分電極１８，１９に印加する交流電力の周波数をそれぞ
れ５００ｋＨｚ，１００ｋＨｚとしているが、イオン密
度の分布状態により別の周波数の組み合わせでもよい。
さらに、中央部の部分電極１８の方を外側周囲の電極１
９の方より高い周波数にしているが、外側周囲の部分電
極１９の方を中央部の部分電極１８の方より高い周波数
にしてもよい。
【００２５】更に、本発明の基板載置台は、平行平板型
のプラズマ処理装置にも適用することができる。この場
合、対向する一方の電極にはプラズマ生成用交流電力が
供給され、他方の電極は上記基板載置台を兼ねさせるよ
うにする。
のプラズマ処理装置にも適用することができる。この場
合、対向する一方の電極にはプラズマ生成用交流電力が
供給され、他方の電極は上記基板載置台を兼ねさせるよ
うにする。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明の基板載置台にお
いては、互いに絶縁分離された複数の部分電極が埋め込
まれ、各部分電極にはそれぞれ周波数の異なる交流電力
を供給する交流電源が接続されている。ところで、基板
載置台に埋め込まれた各部分電極に印加する交流電力の
周波数が高くなるにつれてセルフバイアス電圧が低下す
るという関係がある。従って、上記の基板載置台を本発
明のプラズマ処理装置に適用した場合、プラズマ中のイ
オン密度の分布にしたがって、基板載置台の場所ごとに
周波数を調整し、負のセルフバイアス電圧を場所毎に調
整することができる。
いては、互いに絶縁分離された複数の部分電極が埋め込
まれ、各部分電極にはそれぞれ周波数の異なる交流電力
を供給する交流電源が接続されている。ところで、基板
載置台に埋め込まれた各部分電極に印加する交流電力の
周波数が高くなるにつれてセルフバイアス電圧が低下す
るという関係がある。従って、上記の基板載置台を本発
明のプラズマ処理装置に適用した場合、プラズマ中のイ
オン密度の分布にしたがって、基板載置台の場所ごとに
周波数を調整し、負のセルフバイアス電圧を場所毎に調
整することができる。
【００２７】また、基板載置台の複数の部分電極のうち
周辺部の１以上の部分電極が載置される被処理基板より
も大きい直径の同心円上にある場合、被処理基板の存在
領域とその周縁に隣接する外側領域とでセルフバイアス
電圧を単独に調整することができる。従って、被処理基
板の周縁に隣接する外側領域から被処理基板の内側の周
辺部のイオンの流れを調整して、被処理基板の周辺部の
イオンによる電流を調整することができる。
周辺部の１以上の部分電極が載置される被処理基板より
も大きい直径の同心円上にある場合、被処理基板の存在
領域とその周縁に隣接する外側領域とでセルフバイアス
電圧を単独に調整することができる。従って、被処理基
板の周縁に隣接する外側領域から被処理基板の内側の周
辺部のイオンの流れを調整して、被処理基板の周辺部の
イオンによる電流を調整することができる。
【００２８】以上により、本発明の半導体装置の製造方
法に適用した場合、不均一の程度に応じて周波数を適当
に調整することにより、均一なエッチングレートや成膜
レートを得ることができる。
法に適用した場合、不均一の程度に応じて周波数を適当
に調整することにより、均一なエッチングレートや成膜
レートを得ることができる。
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るプラ
ズマ処理装置について示す側面図であり、図１（ｂ）
は、基板載置台について示す平面図である。
ズマ処理装置について示す側面図であり、図１（ｂ）
は、基板載置台について示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処
理装置を用いたエッチング方法について示す側面図であ
る。
理装置を用いたエッチング方法について示す側面図であ
る。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施の形態に係るプラ
ズマ処理装置を用いたエッチング方法により得られたウ
エハ面内のエッチングレートのバラツキについて示す平
面図であり、図３（ｂ）は、比較例に係るプラズマ処理
装置を用いたエッチング方法により得られたウエハ面内
のエッチングレートのバラツキについて示す平面図であ
る。
ズマ処理装置を用いたエッチング方法により得られたウ
エハ面内のエッチングレートのバラツキについて示す平
面図であり、図３（ｂ）は、比較例に係るプラズマ処理
装置を用いたエッチング方法により得られたウエハ面内
のエッチングレートのバラツキについて示す平面図であ
る。
【図４】図４（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る
基板載置台について示す平面図、図４（ｂ）は、この基
板載置台の側面図である。
基板載置台について示す平面図、図４（ｂ）は、この基
板載置台の側面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る基板載置台
に埋め込まれた電極に印加された交流電力の周波数に対
する基板載置台に発生するセルフバイアス電圧の関係を
示す特性図である。
に埋め込まれた電極に印加された交流電力の周波数に対
する基板載置台に発生するセルフバイアス電圧の関係を
示す特性図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係るプラ
ズマ処理における電気的等価回路図であり、図６（ｂ）
は、被処理基板を流れる電子による電流とイオンによる
電流の合成電流（ｉS0）と、発生するセルフバイアス電
圧（ＶSB1 ，ＶSB2 ）との関係について示す図である。
ズマ処理における電気的等価回路図であり、図６（ｂ）
は、被処理基板を流れる電子による電流とイオンによる
電流の合成電流（ｉS0）と、発生するセルフバイアス電
圧（ＶSB1 ，ＶSB2 ）との関係について示す図である。
【図７】図７は、従来例に係るプラズマ処理装置につい
て示す側面図である。
て示す側面図である。
【図８】図８は、従来例に係るプラズマ処理装置を用い
たエッチング方法について示す側面図である。
たエッチング方法について示す側面図である。
１１ プラズマ生成室、 １２ アンテナコイル、 １３，２０，２２ マッチング回路、 １４ ＲＦ電源、 １５ プラズマ処理室、 １６ 基板載置台、 １７ 絶縁体、 １８，１９ 部分電極、 ２１，２３ 交流電源、 ２４ 基板（ウエハ）、 ２５ フィルタ、 ２６ 直流電源。
Claims (6)
- 【請求項１】 プラズマ処理を行う被処理基板を載置
し、前記被処理基板表面に直流バイアス電圧を発生させ
る交流電力を印加する電極が埋め込まれた絶縁物からな
る基板載置台であって、 前記電極は互いに絶縁分離された複数の部分電極に分割
され、該各部分電極にはそれぞれ周波数の異なる前記交
流電力を供給する交流電源が接続されていることを特徴
とする基板載置台。 - 【請求項２】 前記複数の部分電極は円板状のものを中
心としてその周辺部に同心円状に配置されていることを
特徴とする請求項１に記載の基板載置台。 - 【請求項３】 前記電極には直流電源が接続され、前記
被処理基板を静電吸着する電極を兼ねていることを特徴
とする請求項１又は請求項２に記載の基板載置台。 - 【請求項４】 プラズマ生成室と、 前記プラズマ生成室とつながったプラズマ処理室と、 前記プラズマ処理室内に設置された請求項１乃至請求項
３のいずれかに記載の基板載置台とを有することを特徴
とするプラズマ処理装置。 - 【請求項５】 プラズマ処理室と、前記プラズマ処理室
内に互いに対向して設けられた第１の電極及び第２の電
極とを有する平行平板型プラズマ処理装置であって、 前記第１の電極にはプラズマ生成用交流電力が供給さ
れ、前記第２の電極は請求項１乃至請求項３のいずれか
に記載の基板載置台を兼ねていることを特徴とするプラ
ズマ処理装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の基板載置台に被処理基板として半導体ウエハを載置し
て処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33711095A JP3949186B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 基板載置台、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33711095A JP3949186B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 基板載置台、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09176860A true JPH09176860A (ja) | 1997-07-08 |
| JP3949186B2 JP3949186B2 (ja) | 2007-07-25 |
Family
ID=18305535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33711095A Expired - Lifetime JP3949186B2 (ja) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | 基板載置台、プラズマ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3949186B2 (ja) |
Cited By (20)
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|---|---|---|---|---|
| JP2001319920A (ja) * | 2000-03-01 | 2001-11-16 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置および処理方法 |
| JP2009239222A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Tokyo Electron Ltd | プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 |
| WO2010008711A3 (en) * | 2008-06-23 | 2010-03-11 | Applied Materials, Inc. | Cathode with inner and outer electrodes at different heights |
| JP2011035266A (ja) * | 2009-08-04 | 2011-02-17 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| JP2011119654A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-06-16 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 静電チャック用基板及び静電チャック |
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| WO2013062833A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Applied Materials, Inc. | Electrostatic chuck |
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| US8962101B2 (en) | 2007-08-31 | 2015-02-24 | Novellus Systems, Inc. | Methods and apparatus for plasma-based deposition |
| US9088085B2 (en) | 2012-09-21 | 2015-07-21 | Novellus Systems, Inc. | High temperature electrode connections |
| CN107710378A (zh) * | 2015-06-17 | 2018-02-16 | 应用材料公司 | 多电极基板支撑组件与相位控制系统 |
| WO2020116244A1 (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
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| CN114730729A (zh) * | 2019-11-21 | 2022-07-08 | 应用材料公司 | 双极静电吸盘上的边缘均匀性可调谐性 |
| US11817341B2 (en) | 2017-06-02 | 2023-11-14 | Lam Research Corporation | Electrostatic chuck for use in semiconductor processing |
| US11835868B2 (en) | 2018-03-20 | 2023-12-05 | Lam Research Corporation | Protective coating for electrostatic chucks |
| US11990360B2 (en) | 2018-01-31 | 2024-05-21 | Lam Research Corporation | Electrostatic chuck (ESC) pedestal voltage isolation |
| US12243725B2 (en) | 2017-09-05 | 2025-03-04 | Lam Research Corporation | High temperature RF connection with integral thermal choke |
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|---|---|---|---|---|
| US20070031609A1 (en) * | 2005-07-29 | 2007-02-08 | Ajay Kumar | Chemical vapor deposition chamber with dual frequency bias and method for manufacturing a photomask using the same |
-
1995
- 1995-12-25 JP JP33711095A patent/JP3949186B2/ja not_active Expired - Lifetime
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