JP2005093705A - プラズマ生成装置及びプラズマ生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対マスクエッチング選択性が小さくてもマクス厚を薄くすることができ、パターンの微細化を図ることができる、また、エッチング速度の面内均一性が良好なプラズマ生成装置及びプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】チャンバ２０内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するエッチング装置（プラズマ生成装置）１０において、チャンバ２０内に配置され複数の処理領域を有する半導体ウエハＷに対向配置される部材３０と、この部材３０の半導体ウエハＷ側に形成され、複数の処理領域にそれぞれ対応する複数の電気回路要素（プラズマ生成用電極）４０が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ生成装置及びプラズマ処理方法に関し、特に半導体デバイスや液晶パネル上の薄膜素子の製造や塗装等を行うエッチング装置に組み込まれるものに関する。

従来より半導体デバイス製造用のドライエッチング装置（プラズマ生成装置）が知られている。ドライエッチング装置は、被処理体である半導体ウエハ等を収容するとともにプラズマが生成されるチャンバを備えている。チャンバには、排気装置及びチャンバ内の圧力を調整する圧力調整装置が設けられており、ガス導入口から導入された反応ガスの圧力が制御されている。

チャンバの天井部には開口部が設けられ、例えば石英やアルミナ等の誘電体またはシリコン等の半導体製の窓が取り付けられており、この窓の外面に沿ってアンテナ部が設けられている。アンテナ部には高周波電力が供給される。チャンバ内には高周波電力が供給される下部電極が設けられ、保持機構を介して半導体ウエハが載置される。

このようなドライエッチング装置では、チャンバ内に反応ガスを導入し、アンテナ部及び下部電極に高周波電力を供給することにより、チャンバ内にプラズマを生成し、このプラズマ内の粒子をマスクを介して半導体ウエハに衝突させ所望のパターンが転写されるようにしていた（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−２１７１７５号公報

上述したプラズマ生成装置を用いたエッチング装置であると次のような問題があった。すなわち、半導体ウエハに微細なパターンを形成する場合には薄いマスクを用いてエッチングを行う必要がある。しかしながら、エッチングを行うと半導体ウエハもエッチングされる一方で、マスクもエッチングによってある程度削られてしまうため、一定以上の厚さを確保しなければならない。すなわち、マスクと被エッチング膜とのエッチングに対する加工性の差が少ない場合、すなわち被エッチング膜の対マスクエッチング選択性が不足する場合には、マスクを一定以上厚くする必要があった。

また、半導体ウエハの全面にわたってプラズマを均一に発生させることは困難であることから、エッチング速度の面内均一性不足が問題となる。

そこで本発明は、対マスクエッチング選択性が小さくてもマスク厚を薄くすることができ、パターンの微細化を図ることができる、また、エッチング速度の面内均一性を良好なプラズマ生成装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ処理方法は次のように構成されている。

（１）容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、上記容器内に配置され複数の処理領域を有する被処理体に対向配置される部材と、この部材の上記被処理体側に、上記複数の処理領域にそれぞれ対応する複数のプラズマ生成用電極が形成されていることを特徴とする。

（２）上記（１）に記載されたプラズマ生成装置であって、上記プラズマ生成用電極は、上記部材に形成され上記被処理体側が開口する凹部と、この凹部の底面側に設けられた導電体とを備えていることを特徴とする。

（３）上記（１）に記載されたプラズマ生成装置であって、上記部材は少なくとも上記被処理体の被処理面より広い領域に亘って形成されていることを特徴とする。

（４）上記（１）に記載されたプラズマ生成装置であって、上記部材は上記被処理体に対しその面方向に沿って相対的に移動可能に形成されていることを特徴とする。

（５）容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成方法において、上記容器内に配置され複数の処理領域を有する被処理体に対向配置させる位置決め工程と、上記部材の上記被処理体側に形成され、上記複数の処理領域にそれぞれ対応する複数のプラズマ生成用電極により複数のプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、対マスクエッチング選択性が小さくてもマスク厚を薄くすることができ、パターンの微細化を図ることができる、また、エッチング速度の面内均一性を良好に保つことが可能となる。

チャンバ２０内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するエッチング装置（プラズマ生成装置）１０において、チャンバ２０内に配置され複数の処理領域を有する半導体ウエハＷに対向配置される誘電体板３１と、誘電体板３１の半導体ウエハＷ側に形成され、複数の処理領域にそれぞれ対応する複数の電気回路要素（プラズマ生成用電極）４０が形成されている。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るエッチング装置（プラズマ生成装置）１０を模式的に示す断面図である。エッチング装置１０は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属製の真空容器からなるチャンバ２０を備えている。

チャンバ２０には、ガス導入口２１と、被処理体である半導体ウエハＷの搬入出口２２が形成されている。また、圧力調整機構２３を介して排気機構２４が接続されており、ガス導入口２１から導入された反応ガスの圧力を０．０５Ｐａから５００Ｐａの範囲で制御可能となっている。なお、図１中２５は圧力計を示している。

チャンバ２０の上壁側には、プラズマ発生部３０が設けられている。プラズマ発生部３０は、例えば石英やアルミナ等の誘電体板３１と、この誘電体板３１の下面側にマトリクス状に設けられた複数の凹部３２と、この凹部３２内にそれぞれ設けられ誘導電界を発生させる電気回路要素（プラズマ生成用電極）４０とを備えている。凹部３２は一辺が１００μｍの正方形状に形成されている。電気回路要素４０は、銅またはアルミニウム等の導体製の導体線路４１とコンデンサ４２とが接続されて構成されている。なお、導体線路４１がエッチングされることによる半導体ウエハＷへの金属汚染を回避するため、凹部３２の表面を絶縁膜で覆うようにしてもよい。

各電器回路要素４０の導体線路４１の一端はチャンバ２０と同電位の場所に接続され、他方の一端はスイッチング回路５０、整合回路５１を介して電源５２が接続されている。電源５２は、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数の電流を供給するものであり、スイッチング回路５０を介して各電気回路要素４０に供給される。スイッチング回路５０は、電気回路要素４０への電力供給のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ独立に制御することができるように構成されている。

図中６０は下部電極を示しており、この下部電極６０は保持機構６１を介して半導体ウエハＷを保持できるようになっている。下部電極６０には整合回路６２を介して電源６３が接続されている。この電源６３により数百ｋＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数の電力が半導体ウエハＷに入射するイオンエネルギを制御する。なお、電源６３は上述した電源５２と独立に制御されている。

このように構成されたエッチング装置１０では、次のようにして半導体ウエハＷに形成された被エッチング膜のエッチング処理を行う。すなわち、マスクＭがその処理面に積層された半導体ウエハＷを搬入出口２２からチャンバ２０内に搬入し、保持部材６１上に載置する。このとき、マスクＭの上面とプラズマ発生部３０の下面との距離は数ｍｍとなる。次に、排気機構２４によりチャンバ２０内を減圧し、続いてガス導入口２１から反応ガスを導入する。なお、圧力調整機構２３によりチャンバ２０内の圧力は一定に維持される。

次に、電源５２及び電源６３を制御し、それぞれプラズマ発生部３０及び下部電極６０に電力を供給する。スイッチング回路５０により、通電される電気回路要素４０が選択され、通電された電気回路要素４０の下部にのみプラズマＰが発生する。これにより、マスクＭの開口部に対応する被エッチング膜がエッチングされ除去される。したがって、必要な部分のみエッチングを行うことができる。

また、全体を同時にエッチングする場合であっても、電気回路要素４０への電流のＯＮ／ＯＦＦや、電流量の調節等により、プラズマの強さを任意に制御することが可能となり、半導体ウエハ面内のエッチング速度均一性を調整することが可能となる。

なお、プラズマ発生部３０を、半導体ウエハＷと同一形状で、かつ、同面積とする構成の他、電気回路要素４０を列状に並べて構成してもよい。このようなプラズマ発生部３０では、半導体ウエハＷの上面側を半導体ウエハＷの面に平行に移動させることにより、順次エッチングを行うことが可能となり、様々な大きさ・形状の半導体ウエハＷに対応できるというメリットがある。

上述したように本実施の形態に係るエッチング装置１０によれば、半導体ウエハＷのうちエッチング処理を行う領域にのみプラズマを発生させることができるので、エッチング処理中にマスクＭ自体がエッチングされる量を減らすことができ、マスクＭの厚さを最小限にすることが可能となる。また、マスクＭを省略することも可能となる。

なお、プラズマを発生させた部分だけがエッチング処理が進行するので、電気回路要素４０の大きさとパターンの線幅とがほぼ同じ大きさである場合には、プラズマＰを発生させるべき電気回路要素４０を制御することで、マスク無しでもパターンを形成することが可能となる。

図４はプラズマ発生部の第１変形例に係るプラズマ発生部１００を示す図である。プラズマ発生部１００は、半球面状に形成された誘電体板１０１と、この誘電体板１０１の下面側にマトリクス状に設けられた凹部１０２と、この凹部１０２内にそれぞれ設けられた電気回路要素１０３とを備えている。電気回路要素１０３は上述した電気回路要素４０と同様に構成されている。

このように構成されたプラズマ発生部１００を用いることにより、半球面状の被処理体に対してエッチング処理等を行うことも可能となる。また、プラズマの発生を制御することで、被処理体が平板状の場合にも適用させることも可能である。

図５はプラズマ発生部の第２変形例に係るプラズマ発生部１１０を示す図である。プラズマ発生部１１０は、円筒状に形成された誘電体板１１１と、この誘電体板１１１の内壁面にマトリクス状に設けられた凹部１１２と、この凹部１１２内にそれぞれ設けられた電気回路要素１１３とを備えている。電気回路要素１１３は上述した電気回路要素４０と同様に構成されている。

このように構成されたプラズマ発生部１１０を用いることにより、棒状の被処理体に対してエッチング処理等を行うことも可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上述した実施の形態では、導体線路４１とコンデンサ４２とを連結したアンテナの例で示したが、コンデンサ４２を使用しない場合でも適用できる。また、導体線路４１の形状がコイルである必要はなく、直線や曲線、あるいは立体的に複雑な形状であっても良い。また、半導体デバイス製造用のドライエッチングを例にして示したが、これに限定されることなく、プラズマアッシング、プラズマＣＶＤ、プラズマスパッタ、プラズマクリーニング等に適用が可能であり、半導体デバイスの処理のみならず、液晶パネル上の薄膜素子の処理、あるいは平面や曲面の塗装等を目的としたプラズマ生成及びプラズマ処理にも有効である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明によれば、エッチング装置等に適用すると、対マスクエッチング選択性が小さくてもマスク厚を薄くすることができ、パターンの微細化を図ることができる、また、エッチング速度の面内均一性を良好に保つことが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るプラズマ生成装置が組み込まれたエッチング装置を模式的に示す断面図。 同プラズマ生成装置に組み込まれたプラズマ発生部を下方から示す斜視図。 同プラズマ発生部の要部を拡大して示す斜視図。 同プラズマ発生部の第１変形例を示す斜視図。 同プラズマ発生部の第２変形例を示す斜視図。

符号の説明

１０…エッチング装置（プラズマ生成装置）、２０…チャンバ、３０…プラズマ発生部、４０…電気回路要素（プラズマ生成用電極）、５０…スイッチング回路、５２…電源、６０…下部電極、６３…電源、Ｐ…プラズマ、Ｍ…マスク。

Claims (5)

1. 容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成装置において、
   上記容器内に配置され複数の処理領域を有する被処理体に対向配置される部材と、
   この部材の上記被処理体側に、上記複数の処理領域にそれぞれ対応する複数のプラズマ生成用電極が形成されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
2. 上記プラズマ生成用電極は、上記部材に形成され上記被処理体側が開口する凹部と、この凹部の底面側に設けられた導電体とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成装置。
3. 上記部材は少なくとも上記被処理体より広い領域に亘って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成装置。
4. 上記部材は上記被処理体に対しその面方向に沿って相対的に移動可能に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成装置。
5. 容器内に誘導電界を発生させることによりプラズマを生成するプラズマ生成方法において、
   上記容器内に配置され複数の処理領域を有する被処理体に対向配置させる位置決め工程と、
   上記部材の上記被処理体側に形成され、上記複数の処理領域にそれぞれ対応する複数のプラズマ生成用電極により複数のプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを備えていることを特徴とするプラズマ生成方法。

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