(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極と、これらの両電極に第１、第２の電力供給ラインを介して第１、第２の高周波電力を印加する第１、第２の高周波電源とを備え、第１、第２の高周波電力を第１、第２の電極に印加してプラズマを発生させていずれかの電極に配置された被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、第１の電力供給ラインには第２の高周波電圧を減衰する第１のフィルタ回路を設けると共に第２の電力供給ラインには第１の高周波電圧を減衰する第２のフィルタ回路を設け、第１、第２のフィルタ回路の少なくとも一方のフィルタ回路の回路定数を減衰すべき高周波との共振を劣化させる値に変更する手段を設け、上記プラズマによるスパッタレートを低減させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
上記回路定数を変更する手段として可変コンデンサを設け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。
【請求項３】
処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極と、これらの両電極に第１、第２の電力供給ラインを介して第１、第２の高周波電力を印加する第１、第２の高周波電源とを備え、第１、第２の高周波電力を第１、第２の電極に印加してプラズマを発生させていずれかの電極に配置された被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、第１の電力供給ラインには第２の高周波電圧を減衰する第１のフィルタ回路を設けると共に第２の電力供給ラインには第１の高周波電圧を減衰する第２のフィルタ回路を設け、第１、第２のフィルタ回路の少なくとも一方のフィルタ回路の回路定数を減衰すべき高周波数と共振する値から偏倚させて設定し、上記プラズマによるスパッタレートを低減させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極と、これらの両電極に第１、第２の電力供給ラインを介して第１、第２の高周波電力を印加する第１、第２の高周波電源とを備え、第１、第２の高周波電力を第１、第２の電極に印加してプラズマを発生させていずれかの電極に配置された被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、第１の電力供給ラインには第２の高周波電圧を減衰する第１のフィルタ回路を設けると共に第２の電力供給ラインには第１の高周波電圧を減衰する第２のフィルタ回路を設け、更に、第１、第２の電力供給ラインのいずれか一方に回路定数可変の第３のフィルタ回路を設け、上記第３のフィルタ回路の回路定数を減衰すべき高周波数と共振する値から偏倚させて設定し、上記プラズマによるスパッタレートを低減させる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関し、更に詳しくは、処理容器壁面のスパッタによる損傷を軽減することができるプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置には一種類の高周波電力を印加してプラズマを発生させるタイプと、二種類の異なる高周波電力を印加してプラズマを発生させるタイプがある。特に、後者のタイプのプラズマ処理装置の場合には、周波数の高い一方の高周波電力で高密度プラズマを発生させ、周波数の低い他方の高周波電力でバイアス電位を発生させるようにしている。最近では、プラズマ処理の内容に応じて周波数の異なる二種類の高周波電力を使用するプラズマ処理装置が使用されるようになっている。
【０００３】
二周波を使用するプラズマ処理装置は、例えば図７に示すように、処理室１内で互いに平行に配置された上下の両電極２Ａ、２Ｂと、これらの両電極２Ａ、２Ｂにそれぞれ周波数を異にする第１、第２の高周波電力を印加する第１、第２の高周波電源３Ａ、３Ｂとを備えている。第１、第２の高周波電源３Ａ、３Ｂとそれぞれの電極２Ａ、２Ｂを結ぶ第１、第２電力供給ライン４Ａ、４Ｂにはマッチング回路５Ａ、５Ｂがそれぞれ介装されている。更に、第１の電力供給ライン４Ａには第２の高周波成分を減衰する第１のフィルタ回路６Ａがリターン回路として接続されている。また、第２の電力供給ライン４Ｂには第１の高周波成分を減衰する第２のフィルタ回路６Ｂがリターン回路として接続されている。そして、第１、第２のフィルタ回路６Ａ、６Ｂはそれぞれの回路定数が濾過すべき高周波数と共振する値に設定されている。
【０００４】
半導体ウエハ等の被処理体にプラズマ処理を施す場合には、例えば被処理体を下部電極２Ｂに載置し、第１、第２の高周波電力電源３Ａ、３Ｂからそれぞれの高周波電力を両電極２Ａ、２Ｂに印加し、上下の両電極２Ａ、２Ｂ間でプラズマＰを発生すると共に下部電極２Ｂにバイアイス電位を発生させ、下部電極２Ｂ上の半導体ウエハに対して所定のプラズマ処理を施す。そして、第１、第２電力供給ライン４Ａ、４Ｂの異周波の高周波電圧を減衰し、第１、第２の高周波電源３Ａ、３Ｂから最適な状態でそれぞれの高周波電力を上部電極２Ａ、２Ｂに印加する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラズマ電位と処理室１の壁面の接地電位間に電位差が生じ、プラズマ中のイオン成分によるスパッタにより壁面が侵食される。しかも、二種類の高周波電力を同時に印加する場合には、単周波を印加する場合と比較して電極一つ分の実効的な接地面積が減少するため、その分だけスパッタレートが上昇し壁面の損傷が大きくなり、処理室１の寿命が短くなるという課題があった。この傾向は半導体ウエハ等の被処理体が大型化したり、スループットが向上して高周波電力が大きくなってスパッタレートの更なる上昇により益々深刻になりつつある。確かに従来も壁面の防護対策として処理室１を大きくして接地面積を広く採ってスパッタレートを低減するか、あるいは壁面に樹脂コーティングを施して壁面の消耗を防止するようにしているが、いずれの場合にも本質的な解決策にはならずコスト高になるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、スパッタレートを低減し処理室等の処理容器の寿命を延命することができるプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、第１、第２のフィルタ回路６Ａ、６Ｂのフィルタ定数を調整することによってプラズマ電位即ちスパッタレートが変化することを知見した。
【０００８】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置は、処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極と、これらの両電極に第１、第２の電力供給ラインを介して第１、第２の高周波電力を印加する第１、第２の高周波電源とを備え、第１、第２の高周波電力を第１、第２の電極に印加してプラズマを発生させていずれかの電極に配置された被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、第１の電力供給ラインには第２の高周波電圧を減衰する第１のフィルタ回路を設けると共に第２の電力供給ラインには第１の高周波電圧を減衰する第２のフィルタ回路を設け、第１、第２のフィルタ回路の少なくとも一方のフィルタ回路の回路定数を減衰すべき高周波との共振を劣化させる値に変更する手段を設け、上記プラズマによるスパッタレートを低減させることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置は、請求項１に記載の発明において、上記回路定数を変更する手段として可変コンデンサを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置は、処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極と、これらの両電極に第１、第２の電力供給ラインを介して第１、第２の高周波電力を印加する第１、第２の高周波電源とを備え、第１、第２の高周波電力を第１、第２の電極に印加してプラズマを発生させていずれかの電極に配置された被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、第１の電力供給ラインには第２の高周波電圧を減衰する第１のフィルタ回路を設けると共に第２の電力供給ラインには第１の高周波電圧を減衰する第２のフィルタ回路を設け、第１、第２のフィルタ回路の少なくとも一方のフィルタ回路の回路定数を減衰すべき高周波数と共振する値から偏倚させて設定し、上記プラズマによるスパッタレートを低減させることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載のプラズマ処理装置は、処理容器内で互いに平行に配置された第１、第２の電極と、これらの両電極に第１、第２の電力供給ラインを介して第１、第２の高周波電力を印加する第１、第２の高周波電源とを備え、第１、第２の高周波電力を第１、第２の電極に印加してプラズマを発生させていずれかの電極に配置された被処理体に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、第１の電力供給ラインには第２の高周波電圧を減衰する第１のフィルタ回路を設けると共に第２の電力供給ラインには第１の高周波電圧を減衰する第２のフィルタ回路を設け、更に、第１、第２の電力供給ラインのいずれか一方に回路定数可変の第３のフィルタ回路を設け、上記第３のフィルタ回路の回路定数を減衰すべき高周波数と共振する値から偏倚させて設定し、上記プラズマによるスパッタレートを低減させることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６に示す実施形態の基づいて本発明を説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置１０は、例えば図１に示すように、アルミニウム等の導電性材料からなる処理室１１と、この処理室１１内に互いに所定間隔を隔てて平行に配設された上部電極１２及び下部電極１３と、これらの両電極１２、１３に接続された第１、第２の高周波電源１４、１５とを備えている。下部電極１３は被処理体（例えば、半導体ウエハ）を載置する載置台を兼ねている。第１の高周波電源１４は例えば６０ＭＨｚの高周波電力を上部電極１２に印加し、上部電極１２と下部電極１３の間で処理室１１内に供給されたプロセスガスからプラズマＰを発生させる。下部電極１３には例えば２ＭＨｚの高周波電力を印加し、プラズマ電位に対するバイアス電位を発生させ、プラズマ中のイオン成分を半導体ウエハＷ面に引き込み、例えば反応性イオンエッチングを行うようにしている。
【００１３】
第１の高周波電源１４の第１の電力供給ライン１６には第１のマッチング回路１７が設けられ、第１の高周波電源１４から上部電極１２へ最大電力を供給する。第２の高周波電源１５の第２の電力供給ライン１８には第２のマッチング回路１９が設けられ、第２の高周波電源１５から下部電極１３へ最大電力を供給する。また、第１、第２の電力供給ライン１６、１８にはそれぞれ第１、第２のフィルタ回路２０、２１が設けられている。第１のフィルタ回路２０は例えばＬＣ直列共振回路からなり、第２の高周波電源１５からの高周波電流を選択、濾過し、第１の高周波電源１４に達しないようにしている。第２のフィルタ回路２１は第１のフィルタ回路２０と同様に例えばＬＣ直列共振回路からなり、第１の高周波電源からの高周波電流が第２の高周波電源１５に達しないようしている。
【００１４】
而して、本実施形態では第１のフィルタ回路２０に回路定数、具体的にはコンデンサ容量を変更する手段として可変コンデンサ２０Ａを設けてある。この可変コンデンサ２０Ａを用いてプラズマＰによるスパッタレートを低減させるコンデンサ容量に設定する。従って、本実施形態の第１のフィルタ回路２０は回路定数を変更する可変コンデンサ２０Ａを有するため、このフィルタ回路２０は単にリターン回路としての機能に留まらず、プラズマ電位に即して変化するスパッタレートに合わせてコンデンサ容量を変え、スパッタレートを低減させる機能をも有している。
【００１５】
第１のフィルタ回路２０の回路定数の設定は以下のようにして行う。第１、第２の高周波電源１４、１５から上下両電極１２、１３にそれぞれの高周波電力（第１の高周波電源＝６０ＭＨｚ、第２の高周波電源＝２ＭＨｚ）を印加し、例えば第１の電力供給ライン１６のＡ点における電圧波形を計測しながら第１のフィルタ回路２０のコンデンサ容量を設定する。第１のフィルタ回路２０のコイルのインダクタンスが例えば２．５μＨに固定されている場合には、２ＭＨｚの高周波数と共振するコンデンサ容量は２５００ｐＦ程度までである。そこで、６０ＭＨｚと２ＭＨｚの二周波を印加した時に、コンデンサ容量を３種類（例えばフィルタ回路を設けない場合、２５００ｐＦに設定した場合、２０００ｐＦに設定した場合）に分け、それぞれの場合の電圧波形を第１の電力供給ライン１６のＡ点で計測した。その結果、フィルタ回路なし、２５００ｐＦ、２０００ｐＦの波形はそれぞれ図２〜図４に示すようになった。これらの図からも明らかなように、コイルのインダクタンスが２．５μＨの場合にはコンデンサ容量が２５００ｐＦで電圧波形が正弦波に最も近く、２０００ｐＦでは２５００ｐＦよりも多少正弦波が崩れた波形を示している。従って、第１のフィルタ回路２０をリターン回路としてのみ使用する場合にはコンデンサ容量を２５００ｐＦに設定するのが最適である。
【００１６】
ところが、本実施形態では第１のフィルタ回路２０はリターン回路としての機能の他に、スパッタレートを低減する機能を付与している。そこで、スパッタレートとコンデンサ容量の関係を知るために、下記の条件でプラズマ処理装置を使用し、第１のフィルタ回路２０においてコイルのインダクタンスが２．５μＨで、コンデンサ容量が２５００ｐＦの場合と２０００ｐＦの場合のスパッタレートをそれぞれ測定した結果、図５の（ａ）、（ｂ）に示す関係が得られた。図５に示す結果によれば、２．５μＨ、２０００ｐＦのフィルタ回路が２．５μＨ、２５００ｐＦのフィルタ回路と比較してＡｒ／Ｏ２のガス系でスパッタレートが大幅に低減していることが判った。しかし、Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２のガス系では両者のスパッタレートは殆ど変わっていないことも判った。Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２のガス系は基本的には化学的スパッタで、Ａｒ／Ｏ２のガス系は物理的スパッタである。このことは回路定数によってプラズマ電位が変化することを意味している。従って、スパッタレートを低減するためには、最適共振する２．５μＨ、２５００ｐＦのフィルタ回路よりも、共振現象では多少劣るものの２．５μＨ、２０００ｐＦのフィルタ回路の方が優れていることが判った。
【００１７】
１．処理条件（Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系の場合）
ウエハ：３００ｍｍ
被エッチング膜：シリコン酸化膜
処理内容：コンタクト
上部電極：電源周波数＝６０ＭＨｚ、電源電力＝３３００Ｗ
下部電極：電源高周波数＝２ＭＨｚ、電源電力＝３８００Ｗ
電極間ギャップ：３５ｍｍ
処理圧力：２０ｍTorr
プロセスガス：Ｃ４Ｆ８＝２０sccm、Ａｒ＝４００sccm、Ｏ２＝１５sccm
２．処理条件（Ａｒ／Ｏ２系の場合）
被エッチング膜：シリコン酸化膜
処理内容：コンタクト
上部電極：電源周波数＝６０ＭＨｚ、電源電力＝３３００Ｗ
下部電極：電源高周波数＝２ＭＨｚ、電源電力＝３８００Ｗ
電極間ギャップ：３５ｍｍ
処理圧力：２０ｍTorr
プロセスガス：Ａｒ＝４００sccm、Ｏ２＝４００sccm
【００１８】
以上説明したように本実施形態によれば、第１の高周波ライン１６には第２の高周波電源１５からの高周波電流を減衰させる第１のフィルタ回路２０を設けると共に第２の高周波ライン１８には第１の高周波電源１４からの高周波電流を減衰させる第２のフィルタ回路２１を設け、第１のフィルタ回路２０に回路定数を変更する手段として可変コンデンサ２０Ａを設けたため、第１の高周波電源１４の高周波数と最適共振する第１のフィルタ回路２０の回路定数が処理室１１の壁面に対するスパッタレートを低減させる回路定数が一致しない時には、第１のフィルタ回路２０の可変コンデンサ２０Ａを用いてコンデンサ容量を最適共振するコンデンサ容量から偏倚させることにより処理室１１の壁面に対するスパッタレートを低減することができ、ひいては処理室１１の寿命を延ばすことができる。
【００１９】
図６は本発明の他の実施形態を示す構成図である。本実施形態のプラズマ処理装置３０は、図６に示すように、処理容器３１内で互いに平行に配置された上下の電極３２、３３と、これらの両電極３２、３３に第１、第２の電力供給ライン３６、３８を介して第１、第２の高周波電力を印加する第１、第２の高周波電源３４、３５とを備えている。第１の電力供給ライン３６には第２の高周波電圧３５を減衰する第１のフィルタ回路４０が設けられていると共に第２の電力供給ライン３８には第１の高周波電圧を減衰する第２のフィルタ回路４１を設けられている。そして、第１の電力供給ライン３６の第１の回路フィルタ４０と処理室３１の間には回路定数可変の第３のフィルタ回路４２が設けられている。第１、第２のフィルタ回路４０、４１はそれぞれ例えばＬＣ直列共振回路からなり、それぞれの回路定数は固定されている。第３のフィルタ回路４２は可変コンデンサ４２Ａを有し、この可変コンデンサ４２Ａを用いて例えば最適共振する２．５μＨ、２５００ｐＦの回路定数から多少偏倚し且つ共振現象では多少劣る２．５μＨ、２０００ｐＦの回路定数に設定し、スパッタレートを低減するようにしてある。つまり、第１の電力供給ライン３６では第１のフィルタ回路４０が第２の高周波電源３５からの高周波の減衰専用回路として使用され、第３のフィルタ回路４２がスパッタレート低減用の専用回路として使用されている。従って、本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。尚、図６において、３７、３９は第１、第２のマッチング回路である。
【００２０】
尚、上記実施形態では、プラズマを高密化するための電力供給ライン１６に設けた第１のフィルタ回路２０または第３のフィルタ回路４２に可変コンデンサ２０Ａまたは４２Ａを設けてそれぞれの回路定数を可変にしたプラズマ処理装置１０、３０について説明したが、バイアス電位を作るための電力供給ライン１８、３８に設けた第２のフィルタ回路２１、４１についても同様の対策を採ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、処理室内でのプラズマによるスパッタレートを低減し処理室等の処理容器の寿命を延命することができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す第１のフィルタ回路を省略した場合の電力供給ラインＡでの第２の高周波電源からの高周波電圧の波形図である。
【図３】図１に示す第１のフィルタ回路のコンデンサ容量を２５００ｐＦに設定した場合の電力供給ラインＡでの第２の高周波電源からの高周波電圧の波形図である。
【図４】図１に示す第１のフィルタ回路のコンデンサ容量を２０００ｐＦに設定した場合の電力供給ラインＡでの第２の高周波電源からの高周波電圧の波形図である。
【図５】処理室壁面のスパッタレートとフィルタ回路のコンデンサ容量との関係を示すグラフで、（ａ）はコンデンサ容量が２５００ｐＦの場合を示し、（ｂ）はコンデンサ容量が２０００ｐＦの場合を示す。
【図６】本発明のプラズマ処理装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０、３０ プラズマ処理装置
１１、３１ 処理室
１２、３２ 上部電極
１３、３３ 下部電極
１４、３４ 第１の高周波電源
１５、３５ 第２の高周波電源
１６、３６ 第１の電力供給ライン
１８、３８ 第２の電力供給ライン
１９、３９ 第１のフィルタ回路
２０、４０ 第２のフィルタ回路
４２ 第３のフィルタ回路
２０Ａ、４２Ａ 可変コンデンサ（回路定数を変更する手段）
Ｗ ウエハ（被処理体）
【図１】
0004514911.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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