JPH0997783A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0997783A
JPH0997783A JP7251553A JP25155395A JPH0997783A JP H0997783 A JPH0997783 A JP H0997783A JP 7251553 A JP7251553 A JP 7251553A JP 25155395 A JP25155395 A JP 25155395A JP H0997783 A JPH0997783 A JP H0997783A
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electromagnetic wave
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Kazuyoshi Yoshida
和由 吉田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマ処理装置において、誘電体２へのデポ
ジションを抑制しパーティクルの問題を軽減し、さらに
誘電体２の温度を制御しエッチングの安定性を図る。 【解決手段】誘電体２中に電磁波透過・温度昇温部材で
ある金属抵抗板３を埋め込み、金属抵抗板３に直流電流
を流す直流電源部５と、供給される電流を制御し誘電体
２の温度を制御する制御部７とを設け、金属抵抗板３は
プラズマ中の容量結合成分を低下させるとともに誘電体
２の昇温作用させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造に
使用するプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴いウェハ
に対して異方性エッチングを行うことのできるドライエ
ッチング装置の一つとしてプラズマ処理装置が広く使用
されている。このプラズマを用いたドライエッチング装
置は、反応容器内のプラズマ中で生成される中性ラジカ
ルとイオンとの相互作用によりエッチングを行ってい
る。プラズマ中のイオンは、電界の作用によりウェハに
直接入射するが中性ガス分子との衝突により散乱し運動
方向が変化してしまう。このためウェハに対し垂直に入
射できず、サイドエッチングが生じマスクとの寸法変換
差が生じる。
【０００３】そこで、反応容器の圧力を下げることによ
り中性分子数を減少させイオンと中性ガス分子との衝突
を軽減することが考えられるが、この場合生成されるプ
ラズマ自体の密度も低下するため、エッチング速度の低
下，下地との選択性が問題となる。このため、高密度プ
ラズマ源を用いて、低圧領域において十分な密度のプラ
ズマを生成できるプラズマ処理装置が提案されている。
【０００４】そのようなプラズマ処理装置の一例として
特開平６−２３２０８１号公報に開示されている。図８
は従来のプラズマ処理装置の一例における概略を示す模
式断面図である。このプラズマ処理装置は、図８に示す
ように、下部電極２６に載置される試料２７を収納し減
圧される導電性の真空容器２１と、この真空容器２１の
一部を構成し真空容器２１内に電磁波を導入する誘電体
２２と、誘電体２２の外側に配設されて高周波電流を流
すことにより誘導電界を発生させるアンテナ２３とを備
えていた。そして、アンテナ２３により発生させた誘導
電界を誘電体２２を介して真空容器２１内に導入しプラ
ズマを生成し試料２７の処理の行っていた。
【０００５】このような誘導結合型プラズマ源を用いた
プラズマ処理装置では、アンテナ２３が誘導電界発生源
としてだけでなく電極として作用し、アンテナ２３と真
空容器２１内のプラズマが直接結合しプラズマ中に容量
結合成分が存在する。この結果、誘導電界だけによって
生成されたプラズマに比べ真空容器２１内の誘電体２２
表面のプラズマ電位に対する負の電位が増加する。それ
故、プラズマ中のイオンを引きつけて誘電体２２の真空
容器２１側の面がスパッタされ誘電体２２を分解し、プ
ラズマ中に不純物を混入させる恐れがある。
【０００６】これを解消するめ、このプラズマ処理装置
では、アンテナ２３と誘電体２２の間に、電磁波（誘導
電界）の透過機能を備えた導電体２５を設け、かつ導電
体２５を真空容器２１に電気的に接続することによりア
ンテナ２３とプラズマとの直接的な結合を防止し、プラ
ズマ中の容量結合成分を減少させ誘電体２２のスパッタ
リングによるプラズマへの不純物の混入を防ぐことを特
徴としていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のプラズ
マ処理装置では、アンテナと誘電体の間に電磁波の透過
機能を備えた導電体を設け、かつ導電体を真空容器に電
気的に接続することにより誘電体のスパッタリングによ
る不純物汚染を防止しているものの、エッチングを行っ
た場合に生じる反応生成物ががデポジション膜として誘
電体の内面に付着する。そして、この付着したデポジシ
ョン膜がやがては剥離しパーティクルの発生源となる問
題がある。
【０００８】また、連続処理の行った場合、エッチング
形状が変化し安定性に問題が生じることが懸念される。
この原因はエッチング処理時間、枚数の増加とともに誘
電体の温度が上昇していき、誘電体へのデポジション膜
の付着量が減少するものの、被エッチング物であるウェ
ハ上へのデポジション膜の付着量が増加し、エッチング
形状が変化するためである。
【０００９】従って、本発明の目的は、誘電体へのデポ
ジションを抑制しパーティクルの問題を軽減し、さらに
安定したエッチングができるプラズマ処理装置を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、上部に
誘電体を有し他の部分が電気的に接地された真空反応容
器と、この真空反応容器外で前記誘電体の上面に近接し
て配置される平面状のコイルと、第１のチューニング機
構を介して前記コイルに高周波電流を流すための第１の
高周波電源と、前記真空容器内に複数のプロセスガスを
導入する手段と、該プロセスガスの圧力を制御する手段
と、前記真空反応容器内の下部に位置し試料が載置され
る下部電極と、この下部電極にチューニング機構を介し
て高周波電圧を印加する第２の高周波電源と、前記誘電
体中に埋め込まれ電磁波透過機能を有する金属板を含む
とともに該誘電体の温度を昇温する機能をもつ電磁波透
過・温度昇温部材と、この電磁波透過・温度昇温部材に
電磁波を遮断するためのフィルタを介して直流電流を流
す直流電源と、前記誘電体の温度を測定する温度測定機
構と、この温度測定機構による前記誘電体の温度によっ
て前記直流電源の電流を制御する制御部とを備えるプラ
ズマ処理装置である。
【００１１】また、前記電磁波透過・温度昇温部材が一
枚の金属抵抗板であるか、あるいは電磁波透過機能をも
つ金属板と板状のヒータ板とに分離されていることであ
る。さらに、前記金属抵抗板または前記金属板に電磁波
が透過する複数のスリットが形成されているか、または
電磁波が透過する厚さをもつことである。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
【００１３】図１は本発明の一実施の形態を示すプラズ
マ処理装置の模式断面図である。このプラズマ処理装置
は、図１に示すように、真空容器１０の一部を形成する
平板状の誘電体２に埋設される電磁波透過・温度昇温部
材である金属抵抗板３と、高周波遮断用のフィルタ４を
介して金属抵抗板３に直流電流を供給する直流電源部５
と、誘電体２の温度を測定する温度測定子６と、温度測
定子６の温度により直流電源部５の供給する電流を制御
する制御部７と、真空容器１外上部に配置されるととも
にチューニング機構９ａを介して高周波電源であるＲ・
Ｆ電源８ａから高周波電流が供給される平面状の渦巻き
コイル１とを設けている。
【００１４】また、試料２７を載置する下部電極１１お
よび下部電極１１にチューニング機構９ｂを介して高周
波電流を流すＲ・Ｆ電源８ｂと、図面には示していない
が、プロセスガスを導入するプロセスガス導入口と導入
されたプロセスガスの圧力を制御する排気装置が従来と
同様に備えられている。
【００１５】ここで、周知のように、渦巻きコイル３に
高周波電流を流すことにより誘電体２を介して真空容器
１内に誘導電場を発生させプラズマを生成する。この
際、渦巻きコイル３が電極としても作用し渦巻きコイル
１とプラズマが直列接合するため、プラズマ中に容量結
合成分が存在する。この容量結合成分の減少させるため
に誘電体２中に金属抵抗板３を配置している。この金属
抵抗板３は後述する電磁波透過機能を有している。この
電磁波透過機能がない場合、渦巻きコイル１に高周波電
流を流すことによって真空容器１０中に生成される誘導
電場が遮断されプラズマが生成されない。
【００１６】図２は図１の金属抵抗板の平面図である。
この電磁波透過機能をもつ金属抵抗板の具体的な例は、
図２に示すように、図１の渦巻きコイル１中に流れる高
周波電流と直角方向のスリット１４を金属抵抗板３に適
宜数形成することである。さらに、誘電体２中に埋設さ
れた金属抵抗板３には、直流電源部５からの直流電流の
高周波成分を遮断するためのフィルタ４が接続されてい
る。勿論、これらの接続線にはＲＦシールドが施してあ
る。
【００１７】また、この金属抵抗板３に直流電流を流す
ことにより金属抵抗板３は抵抗体として作用し誘電体２
の温度を上昇させる温度昇温部材である。さらに、誘電
体２の温度を測定する温度測定子６として、例えば、蛍
光温度計を埋設し、誘電体２の温度を測定する。そし
て、この温度から金属抵抗板３に流れる電流を制御部７
で制御し誘電体２の温度を制御する。すなわち、この誘
電体２のヒートアップおよび温度制御により誘電体２へ
のエッチングにより生じた反応生成物の付着量を減少さ
せるとともに付着確率の変化も生じないことが可能とな
る。その結果、付着量の減少によりパーティクルの問題
が軽減され、付着確率の安定化によりエッチングの安定
性が改善される。
【００１８】図３は温度昇温機構のないときにおけるウ
ェハの処理数による誘電体の温度を示すグラフである。
例えば、真空容器１０が温度６０℃で、試料２７の載置
される下部電極１１の温度２０℃で制御されている状態
で、誘電体２がヒートアップされていない場合は、エッ
チング処理前の初期の誘電体２の温度は４０℃である。
この状態でエッチング処理を行うと、エッチング反応生
成物の付着確率は試料、誘電体プレート、真空容器の順
で小さくなる。さらに、エッチング処理を連続して行っ
ていくと誘電体２の温度は上昇し、図３に示すように、
ウェハ１枚当たりのエッチング時間９０秒で３０枚エッ
チング処理後の誘電体プレート２の温度は１５０℃にま
で上昇する。
【００１９】図４は温度昇温機構がないときにおけるウ
ェハの処理数によるポリシコン層のエッチングによるテ
ーパ角の変化を示すグラフである。このように処理数に
伴なって誘電体の温度が上昇すると、反応生成物の付着
確率は試料、真空容器、誘電体プレートの順となり、初
めに誘電体２に付着していた付着物まで試料に付着する
ことになり、試料での付着量が増加する。このような状
態で連続エッチング処理を行った、エッチング形状のテ
ーパ角は、図４に示すように。テーパ角が徐々に小さく
なりエッチング安定性の問題が生じる。
【００２０】図５は温度昇温機構があるときのウェハの
処理数によるポリシコン層のエッチングによるテーパ角
の変化を示すグラフである。そこで、上述した誘電体２
の温度昇温機構により初期状態から誘電体２の温度を例
えば１５０℃と一定温度となるように制御し、ウェハの
エッチング処理を連続的に行なっても、図５に示すよう
に、エッチング形状のテーパ角は常に９０度で変化せ
ず、エッチング安定性の問題は生じない。
【００２１】試みに誘電体２をヒートアップしないで、
１０００枚程度の枚数を処理すると、大きさ０．２μｍ
以上のパーティクルが１００個以上となった。このこと
は歩留まりを低下させる要因となる。また、ポリシリコ
ン膜の３０枚程度の連続エッチング処理を行うと、０．
２５μｍのＰＲ寸法幅に対しエッチング後の寸法変化差
は±１０％以上となった。このことはデバイスの特性に
深刻な影響を及ぼすと考えられる。
【００２２】一方、誘電体２をヒートアップし温度制御
することにより、大きさ０．２μｍ以上のパーティクル
は１０００枚処理しても２０個程度であり、ウェットク
リーニングサイクルを２０００枚以上にできる。また、
連続処理を行った場合の寸法変換差についても±１０％
以内にすることができた。
【００２３】図６は図１の金属抵抗板の変形例を示す平
面図である。これまで述べてきた実施の形態では、金属
抵抗板３の電磁波透過機能は放射状のスリット１２を設
けることにより行っていたが、他の実施の形態例として
は、図６に示すように同心円状にスリット１３を設ける
ことでも対応できる。また、金属抵抗板３を薄肉化する
ことによっても電磁波透過機能を果たすことは可能であ
る。
【００２４】図７は本発明の他の実施の形態を示すプラ
ズマ処理装置の模式断面図である。前述の一実施の形態
では、図１の金属抵抗板３がプラズマ中の容量結合成分
の低下とヒータとしての２つの役割の果たしていたが、
このプラズマ処理装置は、図７に示すように、容量結合
成分の低下を図り電磁波透過機能をもつ金属板１ａと誘
電体２を昇温させる温度昇温部材であるヒータ１ｂをそ
れぞれ分離して誘電体２に埋め込んだことである。それ
以外は前述の実施の形態と同じである。
【００２５】金属板１ａは電磁波を透過させるために図
２あるいは図６に示すようなスリット１２あるいは１３
を有し、真空容器１０に電気的に接続しており電気的に
はグランドである。ヒータ１ｂは金属板１ａと同一形状
をしており、高周波をカットするフィルタ４を通し直流
電源部５に接続している。勿論、接続線およびヒータ１
ｂへの接続線はＲＦシールドしてある。また、ヒータ１
ｂに流れる電流を誘電体２の温度によりオンオフする制
御部７も有している。
【００２６】このような構成とすることでもプラズマ中
の容量結合成分を減少させ、同時に誘電体２の温度も制
御可能である。したがって、パーティクルおよびエッチ
ング安定性の問題が軽減される。なお、この実施の形態
におけるプラズマ処理装置は、誘電体の温度を制御する
板状のヒータと容量結合成分の低下を図る金属板とを分
離することによって、前述のプラズマ処理装置の一体化
した金属抵抗板に比べヒータ材料の選択度の自由度があ
り、極めて容易に実施できるという利点がある。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、平面状の
コイルに高周波電流を流し電磁誘導によって発生した誘
導電界を誘電体を介して真空容器内に導入することによ
って真空容器内にプラズマを生成するプラズマ処理装置
において、誘電体を昇温し得る温度昇温部材とプラズマ
中の容量結合成分を減少させ電磁波透過機能をもつ部材
とを誘電体に埋め込み、誘電体の温度を適宜制御すると
ともにコイルとプラズマとの直接的な結合を防ぐことに
よって、誘電体からのスパッタリングも無くなると同時
にエッチングにより生じた反応生成物等の誘電体へのス
パッタリングを減少させ不純物汚染パーティクルの問題
を解決できるという効果が得られる。
【００２８】また、誘電体を一定温度とすることによ
り、反応生成物の誘電体への付着確率は変化せず、これ
により試料におけるデポジション膜厚も変化しなくな
り、常に安定したエッチングができるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すプラズマ処理装置
の模式断面図である。
【図２】図１の金属抵抗板の平面図である。
【図３】温度昇温機構のないときにおけるウェハの処理
数による誘電体の温度を示すグラフである。
【図４】温度昇温機構がないときにおけるウェハの処理
数によるポリシコン層のエッチングによるテーパ角の変
化を示すグラフである。
【図５】温度昇温機構があるときのウェハの処理数によ
るポリシコン層のエッチングによるテーパ角の変化を示
すグラフである。
【図６】図１の金属抵抗板の変形例を示す平面図であ
る。
【図７】本発明の他の実施の形態を示すプラズマ処理装
置の模式断面図である。
【図８】従来のプラズマ処理装置の一例における概略を
示す模式断面図である。
【符号の説明】
１ 渦巻きコイル １ａ 金属板 １ｂ ヒータ ２，２２ 誘電体 ３ 金属抵抗板 ４ フィルタ ５ 直流電源 ６ 温度測定子 ７ 制御部 ８ａ，８ｂ Ｒ・Ｆ電源 ９ａ，９ｂ チューニング機構 １０，２１ 真空容器 １１，２６ 下部電極 １２，１３ スリット ２３ アンテナ ２５ 導電体 ２７ 試料

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上部に誘電体を有し他の部分が電気的に
    接地された真空反応容器と、この真空反応容器外で前記
    誘電体の上面に近接して配置される平面状のコイルと、
    第１のチューニング機構を介して前記コイルに高周波電
    流を流すための第１の高周波電源と、前記真空容器内に
    複数のプロセスガスを導入する手段と、該プロセスガス
    の圧力を制御する手段と、前記真空反応容器内の下部に
    位置し試料が載置される下部電極と、この下部電極にチ
    ューニング機構を介して高周波電圧を印加する第２の高
    周波電源と、前記誘電体中に埋め込まれ電磁波透過機能
    を有する金属板を含むとともに該誘電体の温度を昇温す
    る機能をもつ電磁波透過・温度昇温部材と、この電磁波
    透過・温度昇温部材に電磁波を遮断するためのフィルタ
    を介して直流電流を流す直流電源と、前記誘電体の温度
    を測定する温度測定機構と、この温度測定機構による前
    記誘電体の温度によって前記直流電源の電流を制御する
    制御部とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記電磁波透過・温度昇温部材が一枚の
    金属抵抗板であることを特徴とする請求項１記載のプラ
    ズマ処理装置。
  3. 【請求項３】 前記電磁波透過・温度昇温部材が電磁波
    透過機能をもつ金属板と板状のヒータ板とに分離されて
    いることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
    置。
  4. 【請求項４】 前記金属抵抗板または前記金属板に電磁
    波が透過する複数のスリットが形成されていることを特
    徴とする請求項２または請求項３のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項５】 前記金属抵抗板または前記金属板は、電
    磁波が透過する厚さをもつことを特徴とする請求項２ま
    たは請求項３記載のプラズマ処理装置。
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KR1019960040424A KR100235931B1 (ko) 1995-09-28 1996-09-17 반도체 웨이퍼의 건식 에칭용 플라즈마 처리장치
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