JP2003109946A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
も、電力ロスが増大することを抑制することができ、ま
た、特殊な整合素子を用いることなく容易に整合をとる
ことのできるプラズマ処理装置を提供する。 【解決手段】 HF整合器14とLF整合器17とが別
体に構成され、HF整合器14は、下部電極2の下側に
設けられた空隙13内に位置するように、下部電極2の
下側中央部に配置され、HF整合器14の出力側が、非
同軸構造の給電棒19を介して(同軸構造の給電棒を介
することなく)、下部電極2に電気的に接続されてい
る。第2の高周波電源18からの高周波電力は、LF整
合器17、LPF16を介して、下部電極2の外周部か
ら供給されるようになっている。
Description
に係り、特に半導体ウエハやLCD用のガラス基板等の
被処理基板に、エッチングや成膜等のプラズマ処理を施
すプラズマ処理装置に関する。
ては、処理室内にプラズマを発生させ、このプラズマを
処理室内に配置した被処理基板、例えば半導体ウエハや
LCD用のガラス基板等に作用させて、所定の処理、例
えば、エッチング、成膜等を行うプラズマ処理装置が用
いられている。
気密に閉塞可能とされた真空チャンバ内において、被処
理基板にプラズマを作用させて所定の処理を施すように
なっているが、例えば、所謂平行平板型のプラズマ処理
装置では、この真空チャンバ内に、上部電極と下部電極
が、平行に対向するように設けられており、下部電極上
に被処理基板を載置し、上部電極と下部電極との間に高
周波電力を供給して処理ガスのプラズマを生起し、被処
理基板にこのプラズマを作用させて所定の処理を施すよ
うに構成されている。
被処理基板に作用するイオンのエネルギーを別個に制御
するため、図5に示すように、下部電極100に、第1
の高周波電源101から周波数の高い高周波電力を供給
するとともに、第2の高周波電源102からこれより周
波数の低い高周波電力を供給し、周波数の異なる2種類
の高周波電力を重畳して下部電極100に供給するよう
に構成されたプラズマ処理装置も開発されている。
は、周波数の高い高周波電力を供給することによってプ
ラズマ密度を高め、周波数の低い高周波電力を供給する
ことによって、プラズマ中のイオンを被処理基板に引き
込む際のイオンのエネルギーを低く抑えるようにしてい
る。
の周囲には、石英等からなるフォーカスリング103が
設けられており、下部電極100の下部には、真空チャ
ンバ底部104と電気的に絶縁するためのインシュレー
タ板(絶縁体板)105が設けられている。また、下部
電極100の下方には、複数(通常3又は4本)のリフ
ターピン106等によって、被処理基板であるウエハ等
を下部電極100上に持ち上げるためのウエハリフト機
構107、下部電極100に冷却のための冷却溶媒を供
給するための配管系、ウエハの裏面と下部電極100と
の間に熱伝達のためのガス、例えばHeガスを供給する
ための配管系、温度センサや静電チャックのための電気
系のケーブル等108が設けられている。
めの整合器110は、第1の高周波電源101からの周
波数の高い高周波電力に対するインピーダンスマッチン
グをとるためのHF整合部111と、第2の高周波電源
102からの周波数の低い高周波電力に対するインピー
ダンスマッチングをとるためのLF整合部112、及び
LPF(ローパスフィルタ)113等から構成されるた
め、その外形が大型となっている。
近傍に配置することが困難となるため、整合器110と
下部電極100との間は、同軸構造とされ、長さが数十
cm(例えば50cm程度)とされた給電棒120によ
って電気的に接続され、2つの周波数の高周波電力が重
畳された高周波電力を下部電極100に供給するように
している。
のプラズマ処理装置では、整合器が真空チャンバーの外
部に設けられ、整合器と下部電極との間は、長さが例え
ば50cm程度とされた給電棒によって電気的に接続さ
れている。
高周波電力として、周波数が、数十MHzから100数
十MHzと、従来に比べて高い周波数のものが使用され
るようになりつつある。
置においては、給電棒におけるL(インダクタンス)
や、C(キャパシタンス)成分によって、電力ロスが大
きくなり発熱や高電圧がかかるという問題や、整合器に
おける整合の際に市販の整合素子(真空可変コンデンサ
等)では必要とされる小さなC(キャパシタンス)を得
ることができず整合をとることが困難になるという問題
がある。
されたもので、高い周波数の高周波電力を使用した場合
でも、電力ロスが増大することを抑制することができ、
また、特殊な整合素子を用いることなく容易に整合をと
ることのできるプラズマ処理装置を提供しようとするも
のである。
の発明は、内部を気密に閉塞可能とされ、被処理基板に
プラズマを作用させて所定の処理を施すための真空チャ
ンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、前記被処理基
板を載置するよう構成された下部電極と、前記下部電極
と対向するように設けられた上部電極と、前記真空チャ
ンバ内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給機構
と、前記下部電極に所定の第1の周波数の高周波電力を
供給する第1の高周波電源と、前記下部電極に前記第1
の周波数より低い第2の周波数の高周波電力を供給する
第2の高周波電源と、前記第1の高周波電源から前記下
部電極に供給される高周波電力のインピーダンスマッチ
ングを行う第1の整合器を有し、前記下部電極の中央部
から当該下部電極に前記第1の周波数の高周波電力を給
電するよう構成された第1の給電手段と、前記第1の整
合器と別体に構成され、前記第2の高周波電源から前記
下部電極に供給される高周波電力のインピーダンスマッ
チングを行う第2の整合器を有し、前記下部電極の外周
部から当該下部電極に前記第2の周波数の高周波電力を
給電するよう構成された第2の給電手段とを具備したこ
とを特徴とする。
マ処理装置において、前記下部電極が、板状に形成され
た絶縁体板上に支持され、当該絶縁体板と接地電位とさ
れた前記真空チャンバの底部との間に空隙が形成されて
いることを特徴とする。
マ処理装置において、前記第1の整合器が、前記空隙部
分に設けられていることを特徴とする。
一項記載のプラズマ処理装置において、前記第1の整合
器が、非同軸構造の給電棒を介して、前記下部電極に電
気的に接続されていることを特徴とする。
一項記載のプラズマ処理装置において、前記第1の周波
数が、13.56〜150MHzであることを特徴とす
る。
一項記載のプラズマ処理装置において、前記第2の周波
数が、0.5〜13.56MHzであることを特徴とす
る。
一項記載のプラズマ処理装置において、前記下部電極の
キャパシタンスが50pF以下とされていることを特徴
とする。
一項記載のプラズマ処理装置において、前記被処理基板
にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特
徴とする。
態について図面を参照して説明する。
行うプラズマエッチング装置に適用した実施の形態の概
略構成を模式的に示すものであり、同図において、符号
1は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気
密に閉塞可能に構成され、円筒状のプラズマ処理室を構
成する真空チャンバを示している。
板としてのウエハ(半導体ウエハ)Wを、被処理面を上
側に向けて略水平に支持する下部電極2が設けられてお
り、この下部電極2と平行に対向するように、真空チャ
ンバ1内の天井部には、上部電極3が設けられている。
成され、所謂シャワーヘッドが構成されている。そし
て、処理ガス供給源4から供給された所定の処理ガス
を、これらの透孔3aから、下部電極2上に設けられた
ウエハWに向けて均一に送出できるように構成されてい
る。
極2の周囲に位置するように排気口5が設けられてお
り、この排気口5は、真空ポンプ等からなる排気装置6
に接続されている。
部分には、下部電極2の周縁部と真空チャンバ1の内壁
部との間に介在するように、環状の板状部材からなる排
気リング(邪魔板)7が設けられており、この排気リン
グ7には、多数の透孔7aが設けられている。
口5から排気装置6によって排気を行うことにより、下
部電極2の周囲から均一に排気が行われ、真空チャンバ
1内に均一な処理ガスの流れが形成されるように構成さ
れている。
静電的に吸着保持するための静電チャック8が設けられ
ている。この静電チャック8は、絶縁体8aの間に電極
8bを配置して構成されており、電極8bには、直流高
圧電源(HV)9が接続されている。そして、直流高圧
電源9から電極8bに直流電圧を印加することにより、
クーロン力によって、ウエハWを下部電極2上に吸着保
持するように構成されている。
めの冷媒流路10と、冷媒からの冷熱を効率よくウエハ
Wに伝達するためにウエハWの裏面にHeガスを供給す
るガス導入機構11とが設けられ、ウエハWを所望の温
度に温度制御できるようになっている。これらの冷媒流
路10及びガス導入機構11に冷媒及びHeガスを外部
から供給するための配管等は、下部電極2の外周部分に
位置するように設けられている。
えば、アルミナ等の絶縁物からなる絶縁体板12が設け
られており、この絶縁体板12を介して真空チャンバ1
の底部に支持されている。なお、真空チャンバ1は接地
電位とされている。
ンバ1の底部との間には、間隙13が形成されており、
この間隙13内に位置するように、下部電極2の中央部
分には、HF整合器14が設けられている。
側の端部が下部電極2の中央部に電気的に接続されてお
り、一方、入力側には、第1の高周波電源15が接続さ
れている。そして、第1の高周波電源15からの高周波
電力(周波数が13.56〜150MHz、例えば10
0MHz)をHF整合器14を介して、下部電極2の中
央部に供給可能なように、第1の給電手段が構成されて
いる。
は、給電回路に直列に介挿され、インピーダンスマッチ
ングをとるための可変コンデンサC2 が設けられてお
り、本実施の形態においては、このコンデンサC2 は、
真空可変コンデンサから構成されている。そして、この
コンデンサC2 が非同軸構造の給電棒19によって、下
部電極2に電気的に接続されている。ここで、非同軸構
造の給電棒とは、図1に示されるように、単一の円筒形
の給電棒、あるいは円筒形以外の形状の単一の導電体か
らなり、外側に接地導体を有さないものを言う。また、
本実施の形態において、同軸構造の給電棒を用いる必要
がないのは、給電経路が短いため、接地されているチャ
ンバ壁が、同軸構造の給電棒の外側接地導体として機能
し、十分に遮蔽効果が得られるためである。また、この
場合においても、その遮蔽効率をより高めるべく、同軸
構造の給電棒を用いてもよい。
述した第1の高周波電源15からの高周波をカットする
ためのLPF(ローパスフィルタ)16が設けられてお
り、このLPF16、LF整合器17を介して、第2の
高周波電源18が、下部電極2の外周部に電気的に接続
されている。そして、第2の高周波電源18からの高周
波電力(周波数が0.5〜13.56MHz、例えば
3.2MHz)をLF整合器17、LPF16を介し
て、下部電極2の外周部に供給可能なように第2の給電
手段が構成されている。なお、LPF16と、LF整合
器17との間の電気的な接続は、同軸管または同軸ケー
ブルによって行う。
示すように、下部電極2には、複数本(本実施の形態で
は3本)のリフターピン20が、下部電極2を貫通する
ように設けられており、図示しないウエハリフト機構に
よりこれらのリフターピン20を上下動させ、ウエハW
の搬入、搬出時に、ウエハWをこれらのリフターピン2
0によって、下部電極2の上方に支持するよう構成され
ている。
する前述した整合器14の接続部位、つまり第1の周波
数の高周波電力の給電部を示し、LFは、下部電極2に
対する前述したLPF16の接続部位、つまり第2の周
波数の高周波電力の給電部を示しており、Pは、前述し
た冷媒流路10及びガス導入機構11に冷媒及びHeガ
スを外部から供給するための配管等が設けられた部位を
示している。
HF整合器14とLF整合器17とが別体に構成されて
おり、これらを一体に構成した場合より、夫々の整合器
が小型化されている。
を下部電極2の下側中央部に配置して、同軸構造の給電
棒を介することなく、HF整合器14を下部電極2に電
気的に接続する構成とされているので、同軸構造の給電
棒を使用することによって生じるL(インダクタンス)
成分やC(キャパシタンス)成分を排除することがで
き、第1の高周波電源15から、例えば60MHz以上
の周波数の高い高周波電力を供給しても、電力ロスが発
生することを抑制することができ、また、HF整合器1
4のコンデンサC2 等に必要とされるC(キャパシタン
ス)の値が極端に小さくなることも抑制することができ
る。したがって、コンデンサC2 等に市販の真空可変コ
ンデンサ等の整合素子を用いることができる。
の高い(波長の短い)高周波電力を、下部電極2の中央
部から供給するようになっているので、定在波の影響等
によって、下部電極上のウエハWに対する処理が不均一
になることを防止することができる。
電力は、下部電極2の外周部から供給されるようになっ
ているが、第2の高周波電源18からの高周波電力は、
第1の高周波電源15からの高周波電力に比べて周波数
が低い(波長が長い)ので、かかる構成を採用しても、
定在波等の影響は無視することができる。また、第2の
高周波電源18からの高周波電力の供給部については、
図3に示すように、LFの給電部分から、例えば環状に
構成された導体(例えばアルミニウム等)21を介して
下部電極2に接続する構成とすることで、かかる高周波
電力を同心状に下部電極2に供給することができ、より
定在波の影響を抑制してより詳細なプラズマ制御を行え
るようにすることもできる。
とおり、下部電極2の下側にアルミナ等の絶縁物からな
る絶縁体板12が設けられており、絶縁体板12の下部
と、真空チャンバ1の底部との間には、間隙13が形成
されている。ここで、上記構成において、下部電極2と
真空チャンバ1の底部(接地電位)との間には、絶縁体
板12と間隙13とを挟んでC(キャパシタンス)が形
成されるが、上記のように本実施の形態においては、間
隙13が形成されているので、このC(キャパシタン
ス)の成分を小さくすることができる。
(pF)、横軸を厚さ(mm)として、上記の下部電極
2の下側の絶縁部分の厚さ(下部電極2下面と真空チャ
ンバ1の底面との間の距離)を変更した場合のトータル
キャパシタンスの変化を示している。
厚み変更」とは、下部電極2の下側にアルミナ板と石英
板を配置した場合で、これらの厚みを同じ割合で変更し
た場合を示している。また、円形の印で示す「アルミナ
を挟む」とは、上記のアルミナ板と石英板を配置した構
成の下側にアルミナ板を挟み、このアルミナ板の厚みを
変更した場合を示している。さらに、三角形の印で示す
「石英を挟む」とは、上記のアルミナを挟む代わりに石
英を挟み、この石英の厚みを変更した場合を示してお
り、黒塗りの逆三角形の印で示す「空間を挟む」とは、
上記のアルミナを挟む代わりに空間を設け、この空間の
厚みを変更した場合を示している。
「石英部も空間にして空間を挟む」とは、上記のアルミ
ナ板の下側に配置した石英板も空間として、さらにその
下側の空間の厚みを変化させた場合を示している。
配置した場合に比べて、空間を設けることによって、同
じ厚さにおけるトータルキャパシタンスを小さくするこ
とができる。
は、50pF以下程度とすることが好ましく、本実施の
形態では、上記のように間隙13を形成することによっ
て、下部電極2全体のキャパシタンスが約35pFとさ
れている。
極2全体のC(キャパシタンス)成分も減少させること
ができ、第1の高周波電源15から、例えば100MH
z以上の周波数の高い高周波電力を供給しても、電力ロ
スが発生することを抑制することができる。
チング装置におけるプラズマエッチング処理について説
明する。
このゲートバルブに隣接して配置された図示しないロー
ドロック室を介して、自動搬送機構の搬送アーム等によ
りウエハWが真空チャンバ1内に搬入され、下部電極2
上に載置されて、静電チャック8により吸着保持され
る。ウエハW載置後、搬送アームを真空チャンバ1外へ
退避させ、ゲートバルブが閉じられる。
バ1内が排気されるとともに、上部電極3の透孔3aを
介して、処理ガス供給源4から、所定の処理ガス、例え
ば、C4 F6 +Ar+O2 (流量例えば45/750/
30sccm)が、真空チャンバ1内に導入され、真空
チャンバ1内が所定の圧力、例えば5.32Pa(40
mTorr)に保持される。
5から、前述した第1の給電手段を介して、周波数が1
3.56〜150MHz程度、例えば80MHzの高周
波電力が下部電極2の中央部に供給され、これととも
に、第2の高周波電源18から、前述した第1の給電手
段を介して、周波数が0.5〜13.45MHz、例え
ば3.2MHzの高周波電力が下部電極2の外周部に供
給され、真空チャンバ1内に供給された処理ガスがプラ
ズマ化されるとともに、このプラズマ中のイオンが下部
電極2上のウエハWに引き込まれ、ウエハW上の所定の
膜がエッチングされる。
グ処理が行われると、第1の高周波電源15、第2の高
周波電源18からの高周波電力の供給及び処理ガス供給
源4からの処理ガスの供給が停止され、エッチング処理
が停止されて、上述した手順とは逆の手順で、ウエハW
が真空チャンバ1外に搬出される。
明をウエハWのエッチングを行うエッチング装置に適用
した場合について説明したが、本発明はかかる場合に限
定されるものではない。例えば、ウエハW以外の基板を
処理するものであっても良く、エッチング以外のプラズ
マ処理、例えばCVD等の成膜処理装置にも適用するこ
とができる。
高い周波数の高周波電力を使用した場合でも、電力ロス
が増大することを抑制することができ、また、特殊な整
合素子を用いることなく容易に整合をとることができ
る。
構成を模式的に示す図。
示す図。
模式的に示す図。
ータルキャパシタンスの関係を示す図。
示す図。
3……上部電極、4……処理ガス供給源、5……排気
口、6……排気装置、7……排気リング、8……静電チ
ャック、9……直流高圧電源、10……冷媒流路、11
……ガス導入機構、12……絶縁体板、13……空隙、
14……HF整合器、15……第1の高周波電源、16
……LPF(ローパスフィルタ)、17……LF整合
器、18……第2の高周波電源。
Claims (8)
- 【請求項1】 内部を気密に閉塞可能とされ、被処理基
板にプラズマを作用させて所定の処理を施すための真空
チャンバと、 前記真空チャンバ内に設けられ、前記被処理基板を載置
するよう構成された下部電極と、 前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、 前記真空チャンバ内に所定の処理ガスを供給する処理ガ
ス供給機構と、 前記下部電極に所定の第1の周波数の高周波電力を供給
する第1の高周波電源と、 前記下部電極に前記第1の周波数より低い第2の周波数
の高周波電力を供給する第2の高周波電源と、 前記第1の高周波電源から前記下部電極に供給される高
周波電力のインピーダンスマッチングを行う第1の整合
器を有し、前記下部電極の中央部から当該下部電極に前
記第1の周波数の高周波電力を給電するよう構成された
第1の給電手段と、 前記第1の整合器と別体に構成され、前記第2の高周波
電源から前記下部電極に供給される高周波電力のインピ
ーダンスマッチングを行う第2の整合器を有し、前記下
部電極の外周部から当該下部電極に前記第2の周波数の
高周波電力を給電するよう構成された第2の給電手段と
を具備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、 前記下部電極が、板状に形成された絶縁体板上に支持さ
れ、当該絶縁体板と接地電位とされた前記真空チャンバ
の底部との間に空隙が形成されていることを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項3】 請求項2記載のプラズマ処理装置におい
て、 前記第1の整合器が、前記空隙部分に設けられているこ
とを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項4】 請求項1〜3いずれか一項記載のプラズ
マ処理装置において、 前記第1の整合器が、非同軸構造の給電棒を介して、前
記下部電極に電気的に接続されていることを特徴とする
プラズマ処理装置。 - 【請求項5】 請求項1〜4いずれか一項記載のプラズ
マ処理装置において、 前記第1の周波数が、13.56〜150MHzである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項6】 請求項1〜5いずれか一項記載のプラズ
マ処理装置において、 前記第2の周波数が、0.5〜13.56MHzである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項7】 請求項1〜6いずれか一項記載のプラズ
マ処理装置において、 前記下部電極のキャパシタンスが50pF以下とされて
いることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項8】 請求項1〜7いずれか一項記載のプラズ
マ処理装置において、 前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理
を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
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