(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生装置と、減圧可能なエッチング処理室と、プラズマ発生装置とエッチング処理室との間に順次配設されてエッチング処理室にマイクロ波を導く導波管および空気層と、エッチング処理室と空気層との間に配設されてエッチング処理室にマイクロ波を供給する石英板と、エッチング処理室中に磁場を供給する磁場供給装置と、エッチング処理室にガスを供給するガス供給装置と、プラズマ処理を施すウエハを支持する試料台と、試料台上に支持されたウエハに高周波を印加する装置と、真空排気装置により成るプラズマ処理装置において、マイクロ波を供給する石英板の下面からエッチングの処理を行うウエハまでの距離を、エッチング処理室中に供給されるマイクロ波の波長（λ）のλ／２の整数倍とし、更に空気層および石英板を合わせた長さもマイクロ波の波長（λ）のλ／２の整数倍とし、導波管に設けたプラズマ発生装置からウエハまでの長さをマイクロ波の波長（λ）のλ／２の整数倍としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、エッチング処理室の内部に供給されたマイクロ波を反射する反射物が設置されており、マイクロ波の供給源である石英板の下面から反射物までの距離を、エッチング処理室中に供給されるマイクロ波の波長（λ）のλ／２の整数倍としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
プラズマ発生装置と、減圧可能なエッチング処理室と、プラズマ発生装置とエッチング処理室との間に順次配設されてエッチング処理室にマイクロ波を導く導波管および空気層と、エッチング処理室と空気層との間に配設されてエッチング処理室にマイクロ波を供給する石英板と、エッチング処理室中に磁場を供給する磁場供給装置と、エッチング処理室にガスを供給するガス供給装置と、プラズマ処理を施すウエハを支持する試料台と、試料台上に支持されたウエハに高周波を印加する装置と、真空排気装置により成るプラズマ処理装置において、マイクロ波の供給源である石英板の下面からエッチング処理を行うウエハまでの距離を、エッチング処理室中に供給されるマイクロ波の波長（λ）のλ／２の整数倍にできない場合であって、エッチング処理室と石英板と空気層とを合わせた距離を、エッチング処理室中に供給されるマイクロ波の波長（λ）のλ／２の整数倍とし、導波管に設けたプラズマ発生装置からウエハまでの長さをマイクロ波の波長（λ）のλ／２の整数倍と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】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特にウエハにエッチング等のプラズマ処理を施す際に、エッチング速度の均一性向上に好適な、プラズマ処理装置のエッチング等の処理を行うエッチング処理室およびマイクロ波の供給部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置では、例えば、エッチング処理室外部からエッチング処理室中にマイクロ波を供給するプラズマ処理装置では、半導体プラズマプロセス技術（菅野卓雄 編著、産業図書発行、（１９８０）、Ｐ１３９）に記載のように、マイクロ波エッチング装置の場合はマイクロ波を伝播する導波管内に石英製の放電室を有し、放電室外部に配置したコイルより発生した磁場とマイクロ波電界の作用により、エッチング処理室内でプラズマを生成させるようになっていた。また、マイクロ波以外のエッチング装置では、磁場を使用しないでエッチング処理室内でプラズマを生成させるようになっていた。そして、該プラズマを利用して半導体ウエハの表面にプラズマ処理を施し、所望の性能を得るようにしていた。
【０００３】
これらの装置においては、エッチング処理室以外の部分では、使用するマイクロ波の波長のλ／２の整数倍として均一性を向上するという方法が用いられていた。しかし、マイクロ波がプラズマ中に入ってからの挙動に関しては考慮されておらず、拡散によってプラズマを広げて均一にするという方法が用いられていた。その結果、エッチング処理室に生成されるプラズマは、常に処理室中央で高い密度を有する分布となり、ウエハにエッチング等の処理を行う際、中央と外周部を均一に行うことは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によるプラズマ処理装置では、プラズマ中でのマイクロ波の波長とエッチング処理室形状との関係は検討されていないため、ウエハにエッチング等の処理を施すと、ウエハ中央部でエッチング速度が大きくなるという傾向があった。特に、エッチング等を行う膜の厚さが薄い場合、エッチング速度の面内差が著しく大きくなる。これらの問題点を解決するために、エッチング処理室を拡大し、生成するプラズマを拡散させ、ウエハ上のプラズマを均一にするという方法もあるが、この場合も生成するプラズマは常に処理室中央で高い密度分布となる。その結果、ウエハ中央部と外周部でエッチング速度に差が生じ、均一なエッチングができなくなる。さらに、エッチング等の処理を行う膜の厚さが薄くなれば、選択比を確保しながら均一なエッチングを行うという課題を解決することは、困難であるという問題があった。
【０００５】
また、エッチング等の処理を行うウエハ口径が拡大すると、ウエハ中央部と外周部のエッチング速度の差は、更に拡大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、生産性の高いエッチングプロセスを可能とした、プラズマ処理装置を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズマ処理装置において、マイクロ波の投入部からエッチング等の処理を行うウエハまでの距離を、投入するマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。また、エッチング処理室中において、入射したマイクロ波が反射する壁までの距離をマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。
【０００８】
さらに、エッチング処理室内に配置するアース等の、マイクロ波が反射する部材までの距離もマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。マイクロ波の投入部からエッチング等の処理を行うウエハまでの距離が、マイクロ波の波長(λ)のλ/2より小さい場合、例えばマイクロ波を導入する石英窓の厚さと合わせてマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。さらに、エッチング処理室、マイクロ波を導入する石英窓の厚さ、空洞部を合わせてもマイクロ波の波長(λ)のλ/2より小さい場合、導波管も含めてマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍とした。
【０００９】
本発明によれば、エッチング処理室にマイクロ波の定在波が生成されるため、主にプラズマを生成するＥＣＲ領域を制御することで、エッチング処理室中に均一なプラズマを生成することができる。従って、エッチング等の処理を行うウエハの処理速度を、ウエハ中央部と外周部でほぼ同じ値にすることが可能である。特に、エッチング等の処理を行うウエハの面積が、現在主に使用されている8インチから12インチまで大口径化しても、均一な処理を行うことが可能である。その結果、エッチング等の処理を行うウエハを全面で均一に処理するという当初の目的は達成される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１から図４用いて説明する。まず図１は、本発明の一実施例のプラズマ処理装置の縦断面図である。１はマグネトロンでありマイクロ波の発振源である。２はマイクロ波の導波管であり５は空気層である。これら導波管２および空気層５は、図１ないし図３に示すように、プラズマ発生装置とエッチング処理室との間に順次配設される。４はエッチング処理室であり、例えばアルミ合金で作られ、内面は対プラズマ性能向上のための表面処理が施されている。また、エッチング処理室外部は導電体であるため、マイクロ波の導波管の役目もしている。６及び７はエッチング処理室４に磁場を供給する磁場供給用コイルＡ及びＢである。８は真空ポンプであり、エッチング処理室４接続されて真空排気される。３はエッチング処理室４を真空封止しながらマイクロ波をエッチング処理室４に供給するための石英板である。この石英板３は、図１ないし図３に示すように、エッチング処理室と空気層との間に配設される。９はプラズマ処理を行なうウエハ１０を支持する試料台であり、バイアス用電源、例えばＲＦ電源１２が接続できるようになっている。１３はエッチング処理室４内にエッチング、成膜等の処理を行なうガスを供給するガス供給系である。
【００１１】
図１では、石英板３の下面からエッチング等の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍の距離に設定した一例である。この図1においては、空気層５および石英板３もマイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能である。その結果、マイクロ波を導入する導波管を含むすべてが、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能となり、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【００１２】
図２は、石英板３の下面からエッチング等の処理を行うウエハ１０までの距離が、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にできない場合の例である。この場合は、石英板３とエッチング処理室４を通過するマイクロ波の波長を合わせて、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能である。さらに、石英板３とエッチング処理室４を通過する距離を合わせてもマイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にできない場合、空気層５と石英板３とエッチング処理室４を通過するマイクロ波の波長を合わせて、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能である。その結果、マイクロ波を導入する導波管を含むすべてが、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能となり、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【００１３】
図３は、エッチング処理室４内部に、入射したマイクロ波が反射するような、たとえばアース１４を設置した例である。この場合も石英板３下面からアース１４までの距離を、マグネトロン１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍の距離に設定することが可能である。その結果、マイクロ波を導入する導波管を含むすべてと、エッチング処理室４内のマイクロ波の反射端までの距離を、マイクロ波の波長(λ)のλ／２の整数倍にすることが可能となり、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。また、この反射端は、アース以外でもエッチング処理室４内でマイクロ波が反射する物であれば、すべてに適用することができる。
【００１４】
図４は、実際に１２インチウエハをエッチングした結果であり、石英板３の下面からエッチング等の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍の距離に設定した場合、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので以下に記載されるような効果を奏する。プラズマ処理装置において、石英板３の下面からエッチング等の処理を行うウエハ１０までの距離を、マグネトロン１から供給されるマイクロ波の波長(λ)のλ/2の整数倍の距離に設定すれば、エッチング等の処理を行うウエハ１０のウエハ面内のエッチング速度分布は均一になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のプラズマ処理装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施例のプラズマ処理装置の構成図。
【図３】本発明の第２の実施例のプラズマ処理装置の構成図。
【図４】本発明の実施例で得られたエッチング速度の分布。
【符号の説明】
１：マグネトロン、２：導波管、３：石英板、４：エッチング処理室、５：空気層、６：磁場供給用コイルＡ、７：磁場供給用コイルＢ、８：真空ポンプ、９：試料台、１０：ウエハ、１２：ＲＦ電源、１３：ガス供給系、１４：アース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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