(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングガスを励起して被処理物を処理するプラズマ処理装置において、
上記エッチングガスが導入されるチャンバと、
このチャンバ内に配置され上記被処理物が載置される載置部が突設された載置電極と、
上記チャンバ内に配置され上記載置電極の載置部と離間対向するとともに、上記載置部と同じ外径寸法に形成された突出部が設けられた対向電極と、
上記一対の電極間にエネルギを供給し上記チャンバ内に供給されたエッチングガスを励起してプラズマを発生させる励起手段と、
開口部を有しこの開口部に上記載置部と上記突出部とを収容し上記開口部の内周面と上記載置部及び上記開口部の内周面と上記突出部の外周面の間にそれぞれ通路を形成して上記一対の電極間に設けられ、上記励起手段によって発生されたプラズマを上記開口部内に集めるとともに上記被処理物の周縁部から外れたプラズマを上記通路から逃がす電気絶縁材料からなるプラズマ制御部材と
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエッチングガスを励起して発生させたプラズマによって被処理物をエッチング加工するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハに形成された不要な薄膜をエッチングによって除去するということが行なわれている。不要な薄膜をエッチングによって除去するにはプラズマ処理装置が用いられる。
【０００３】
プラズマ処理装置は、周知のようにチャンバを有し、このチャンバ内に一対の電極が対向して配設される。一対の電極には高周波電力が印加される。それによって、上記チャンバ内に供給されたエッチングガスが励起されてプラズマが発生する。
【０００４】
被処理物は一方の電極に載置される。この一方の電極は負電位となる。そのため、チャンバ内で発生したプラズマに含まれる正イオンは、一方の電極の負電位によって加速されて被処理物に衝突するから、この被処理物に設けられた不要な薄膜を除去することができる。
【０００５】
このようなプラズマ処理装置を用いて被処理物をエッチング加工する場合、処理能力の向上が求められる。処理能力の向上を図るには、チャンバ内で発生したプラズマを分散させず、被処理物に集中させるということが行なわれる。
【０００６】
従来技術としては特公平５−７８６１号公報に示されたプラズマ処理装置が知られている。従来のプラズマ処理装置は、チャンバ内に一対の電極を対向させて配置し、被加工物が載置された一方の電極の周辺部を、誘電体からなる狭間隔構成体で囲む。この狭間隔構成体によって一対の電極の間隔に比べ、電極との間隔が狭く設定される。
【０００７】
一対の電極には高周波電源によって高周波電力が供給される。上記チャンバ内にはガスパイプ７によってエッチングガスが供給される。
【０００８】
チャンバ内を減圧し、このチャンバ内にエッチングガスを供給するとともに一対の電極に高周波電力を印加すると、上記エッチングガスが励起されてプラズマが発生する。そして、プラズマ、つまりプラズマに含まれる正イオンが電極に向かって加速されるから、この電極に載置された被加工物がエッチング加工される。
【０００９】
上記電極の周辺部を誘電体からなる狭間隔構成体で囲んだことで、この狭間隔構成体の内側の電極にプラズマが集中するから、エッチング加工の効率を高めることができるというものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
被加工物が載置される電極の周辺部を狭間隔構成体で囲むと、その内側に放電を集中させ、上記被加工物のエッチング効率を向上させることができるものの、狭間隔構成体の内側におけるプラズマの分布密度は、電極の周辺部が周辺部以外の部分よりも高くなる傾向にある。それは、狭間隔構成体によって電極の周辺部を囲むと、プラズマが電極の周辺部から外方へ逃げずらくなり、他の箇所よりも集中し易くなるためであると考えられる。
【００１１】
そのため、電極の周辺部に位置する被加工物の周縁部に衝突する正イオンの数が多くなるため、被加工物を均一にエッチング加工することができなかったり、被加工物の周縁部がダメージを受け易いなどの虞がある。
【００１２】
この発明は、プラズマを被処理物に集中させて処理効率の向上を図るとともに、被処理物の周縁部に他の箇所よりもプラズマが集中しないようにすることで、被処理物を均一に、しかも周縁部にダメージを与えずにエッチング加工できるようにしたプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明のプラズマ処理装置は、
エッチングガスを励起して被処理物を処理するプラズマ処理装置において、
上記エッチングガスが導入されるチャンバと、
このチャンバ内に配置され上記被処理物が載置される載置部が突設された載置電極と、
上記チャンバ内に配置され上記載置電極の載置部と離間対向するとともに、上記載置部と同じ外径寸法に形成された突出部が設けられた対向電極と、
上記一対の電極間にエネルギを供給し上記チャンバ内に供給されたエッチングガスを励起してプラズマを発生させる励起手段と、
開口部を有しこの開口部に上記載置部と上記突出部とを収容し上記開口部の内周面と上記載置部及び上記開口部の内周面と上記突出部の外周面の間にそれぞれ通路を形成して上記一対の電極間に設けられ、上記励起手段によって発生されたプラズマを上記開口部内に集めるとともに上記被処理物の周縁部から外れたプラズマを上記通路から逃がす電気絶縁材料からなるプラズマ制御部材と
を具備したことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、被処理物にプラズマを集中させて処理効率の向上を図ることができ、しかも被処理物の周縁部にプラズマが他の部分よりも強く作用するのを防止できるから、被処理物を均一に、しかも周縁部にダメージを与えずにエッチング加工することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１と図２はこの発明の第１の実施の形態を示す。図１に示すプラズマ処理装置はチャンバ１１を備えている。このチャンバ１の内底部には載置電極１２が配設されている。この載置電極１２の上方には対向電極１３が載置電極１２と対向して配置されている。
【００１８】
上記載置電極１２には中央部分に載置部１４が突出形成され、この載置部１４の周辺部は載置部１４に比べて薄肉な薄肉部１４ａに形成されている。上記載置部１４はたとえば円盤状である。
【００１９】
上記載置部１４の上面には半導体ウエハなどの被処理物１５が載置される。被処理物１５の平面形状は、上記載置部１４の平面形状と同等もしくはそれ以下、この実施の形態ではわずかに小さく設定されている。
【００２０】
上記載置電極１２にはコンデンサ１６を介して励起手段としての高周波電源１７が接続され、上記対向電極１３はアースされている。上記載置電極１２と対向電極１３とに高周波電力を印加することで、これら電極間の空間部、つまり放電空間部１８に放電を発生させることができるようになっている。
【００２１】
上記載置電極１２と対向電極１３との間の上記放電空間部１８にはガス供給管１９を通じてエッチングガスが供給される。上記対向電極１３は中空状に形成されている。上記ガス供給管１９からは上記対向電極１３内にエッチングガスが供給される。エッチングガスは上記対向電極１３に形成された図示しない流出部から上記放電空間部１８にほぼ均一に流出するようになっている。
【００２２】
放電空間部１８に供給されたエッチングガスは、一対の電極１２，１３間に発生する放電によって励起される。それによって、放電空間部１８にはプラズマが発生することになる。なお、チャンバ１１には減圧手段としての真空ポンプ２１が排気管２２を介して接続され、このチャンバ１１内を減圧できるようになっている。
【００２３】
上記載置電極１２と対向電極１３との間には合成樹脂や石英などの電気絶縁材料（誘電体）によって形成されたプラズマ制御部材２５が設けられている。このプラズマ制御部材２５は、上記載置電極１２の平面形状とほぼ同じ大きさの平面形状であって、中央部分に開口部２６が形成されたリング状となっている。
【００２４】
上記開口部２６の内径寸法は、上記載置電極１２の載置部１４の外形寸法よりもわずかに大径に形成されていて、この開口部２６内に上記載置部１４が収容されている。それによって、上記開口部２６の内周面と、上記載置部１４の外周面との間には第１の通路２７が形成される。
【００２５】
上記プラズマ制御部材２５は載置電極１２及び対向電極１３に対して非接触状態で配置されている。それによって、プラズマ制御部材２５の下面と載置電極１２の薄肉部１４ａの上面との間には、上記第１の通路２７の下端に連通する第２の通路２８が形成されている。
【００２６】
なお、プラズマ制御部材２５の下面を載置電極１２の薄肉部１４ａの上面と接触させてもよく、その場合、プラズマ制御部材２５の下面若しくは薄肉部１４ａの上面に放射状の溝を形成し、この溝を一端が上記第１の通路２７に連通する第２の通路としてもよい。
【００２７】
つぎに、上記構成のプラズマ処理装置によって被処理物１５をエッチング加工する場合について説明する。
【００２８】
チャンバ１１内を所定の圧力に減圧したならば、一対の電極１２，１３に高周波電力を印加するとともに、ガス供給管１９からチャンバ１１内の放電空間部１８にエッチングガスを供給する。それによって、一対の電極１２，１３間に発生する放電によってエッチングガスが励起されるから、放電空間部１８にはプラズマが発生する。
【００２９】
放電空間部１８で発生したプラズマは、載置電極１２に向かって加速されるから、そのプラズマに含まれるイオンなどによって被処理物がエッチング加工されることになる。
【００３０】
載置電極１２と対向電極１３との間にプラズマ制御部材２５を設けたことで、放電空間部１８で発生して載置電極１２に向かうプラズマは、プラズマ制御部材２５に形成された開口部２６を通過する。放電空間部１８で発生するプラズマの質量と、開口部２６を通過するプラズマの質量とが同じであるとすれば、放電空間部１８の断面積である、対向電極１３の面積に比べて開口部２６の面積は小さいから、放電空間部１８におけるプラズマの速度よりも開口部２６を通過するプラズマの速度の方が速くなる。
【００３１】
したがって、開口部２６内に位置する載置電極１２の載置部１４に載置された被処理物１５に衝突するプラズマの速度が加速されることになるから、エッチングレートが向上し、処理効率を高めることができる。
【００３２】
たとえば、プラズマ密度をρ（ｋｇ／ｍ３  ）、チャンバ１１内の絶対圧力をｐ（ｋＰａ）、ガス定数をＲ（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）、絶対温度をＴ（Ｋ）とすると、ボイルシャールの法則より、
ρ＝ＲＴ
となる。放電空間部１８におけるプラズマの流速をｖ１  、プラズマ制御部材２５の開口部２６におけるプラズマの流速をｖ２  、放電空間部１８の断面積である、対向電極１３の面積をａ１  、上記開口部２６の面積をａ２  とすると、放電空間部１８におけるプラズマの質量ｍ１  は、
ｍ１  ＝ρ・ｖ１  ・ａ１  
となり、開口部２６におけるプラズマの質量ｍ２  は、
ｍ２  ＝ρ・ｖ２  ・ａ２  
となる。したがって、プラズマの質量ｍ１  とｍ２  とが同じであると考えると、放電空間部１８におけるプラズマの流速よりも、面積の小さな開口部２６におけるプラズマの流速の方が速くなることが説明できる。
【００３３】
上記プラズマ制御部材２５の内周面と被処理物１５が載置された載置部１４の外周面との間には第１の通路２７が形成され、この第１の通路２７の下端はプラズマ制御部材２５の下面と載置電極１２の薄肉部１４ａの上面との間に形成された第２の通路２８に連通している。
【００３４】
そのため、放電空間部１８で発生したプラズマが速度を増してプラズマ制御部材２５の開口部２６を通って被処理物１５の上面に作用する際、載置部１４の上面から外れたプラズマ、つまり開口部２６の内周面の近くに沿って流れるプラズマは被処理物１５に作用することなく、図２に矢印Ｘで示すように第１の通路２７及び第２の通路２８を通って載置電極１２の径方向外方へ逃げることになる。
【００３５】
開口部２６の内周面が載置部１４の外周面に密着し、上記第１の通路２７が形成されていないと仮定すると、開口部２６の内周面の近くを流れるプラズマは、この内周面で反射するなどして載置部１４に載置された被処理物１５の周縁部に作用することになる。その結果、被処理物１５は、周縁部が他の部分よりも余計にプラズマの作用を受けることになるから、全面が均一にエッチングされなかったり、周縁部がダメージを受けるなどの虞がある。
【００３６】
しかしながら、上記開口部２６の周辺部を流れるプラズマは、矢印Ｘで示すように第１、第２の通路２７，２８を通って逃げ、被処理物１５にはほとんど作用することがないから、被処理部１５の上面は全体がほぼ均一にエッチング加工されることになるとともに、周縁部がダメージを受けるようなこともない。
【００３７】
つまり、載置電極１２と対向電極１３との間にプラズマ制御部材２５を設けても、被処理物１５に対するエッチング加工の均一性を損なうことなく、エッチングレートを高めることができる。
【００３８】
図３はこの発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置を示す。この第２の実施の形態は対向電極１３Ａの変形例であって、この対向電極１３Ａには突出部３１が一体形成されている。この突出部３１は上記載置電極１２の載置部１４とほぼ同じ外形寸法に設定されている。なお、突出部３１はたとえば円盤状である。
【００３９】
載置電極１２と対向電極１３Ａとの間に設けられるプラズマ制御部材２５Ａは第１の実施の形態に比べて厚く形成され、その開口部２６には載置部１４とともに上記対向電極１３Ａの突出部３１が互いに離間対向して収容されている。突出部３１の外周面と開口部２６の内周面との間には第３の通路３２が形成される。
【００４０】
このような構成のプラズマ処理装置によれば、載置電極１２の載置部１４と、対向電極１３の突出部３１との対向間隔を小さくすることが可能となるばかりか、載置電極１２と対向電極１３との間に発生する放電を載置部１４と突出部３１との間に集中させることができるから、これらの間に発生する放電の強度を高め、エッチングガスの励起効率を向上させることができる。
【００４１】
図４はこの発明の第３の実施の形態のプラズマ処理装置を示す。この実施の形態は第２の実施の形態と同様、対向電極１３Ｂの変形例であって、この対向電極１３Ｂの外形寸法はプラズマ制御部材２５に形成された開口部２６の内径寸法とほぼ同じ大きさに設定されている。
【００４２】
このような構成によれば、載置電極１２の載置部１４と、対向電極１３Ｂとの間に放電を集中させることができるから、エッチングガスの励起効率が向上し、エッチングレートを高めることが可能となる。
【００４３】
なお、上記第２、第３の実施の形態において、被処理物１５を均一に、しかもダメージを与えることなくエッチング加工できることは第１の実施の形態と同じである。また、第１の実施の形態と同一の部分には同一記号を付して説明を省略する。
【００４４】
この発明は上記各実施の形態に限定されず、たとえばエッチングガスを励起するためのエネルギ源としては高周波電源に代わり、マイクロ波であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、被処理物にプラズマを集中させて処理効率の向上を図ることができ、しかも被処理物の周縁部にプラズマが他の部分よりも強く作用するのを防止できるから、被処理物を均一に、しかも周縁部にダメージを与えずにエッチング加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示すプラズマ処理装置の概略的構成を示す縦断面図。
【図２】プラズマ制御部材の開口部内におけるプラズマの流れを示す説明図。
【図３】この発明の第２の実施の形態を示すプラズマ処理装置の概略的構成を示す縦断面図。
【図４】この発明の第３の実施の形態を示すプラズマ処理装置の概略的構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
１１…チャンバ
１２…載置電極
１３，１３Ａ，１３Ｂ…対向電極
１４…載置部
１５…被処理物
１７…高周波電源（励起手段）
１８…放電空間部
２１…真空ポンプ（減圧手段）
２５，２５Ａ…プラズマ制御部材
２６…開口部
２７…第１の通路
２８…第２の通路
【図１】
0003660646.tif 000002
【図２】
0003660646.tif 000003
【図３】
0003660646.tif 000004
【図４】
0003660646.tif 000005