CN1261460A - 真空处理方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
利用真空处理装置本身激活至少包含氟原子的氟化处理气体,生成氟基团,在将被处理物(S)装入处理室(2)之前,利用氟基团氟化处理在处理室(2)的内部暴露的有机材料(32)的表面。在氟化处理后,将被处理物(S)装入处理室(2)。利用至少包含氧基团的处理气体处理被处理物(S)。通过氟化处理在处理室(2)的内部暴露的有机材料(32),可以防止有机材料(32)的蚀刻。
Description
技术领域
本发明涉及在真空容器的处理室内用氧基团处理待处理物品的真空处理方法及其装置。
背景技术
以往，作为对半导体晶片和液晶显示玻璃基片(以下均被称为‘被处理物品’)实施腐蚀处理和砂磨处理 是使用真空处理方法及其装置。该真空处理方法及其装置是将被处理物品装入真空容器的处理室内，在真空下处理该被处理物品。
作为以往的真空处理方法及其装置包括在与处理室分离的等离子体发生室中激活处理气体并生成基团，将基团导入处理室的内部并提供给被处理物品的表面，利用基团进行被处理物品表面的薄膜进行化学干式蚀刻(CDE)的方法及其装置。
此外，作为以往的真空处理方法及其装置还包括利用高频电压等使供给处理室内部的处理气体等离子体化，利用形成在处理室内部的等离子体进行蚀刻处理的反应性离子蚀刻(RIE)的方法及其装置。而且，还包括对供给处理室内部的处理气体施加微波，生成微波激励等离子体，利用该等离子体进行蚀刻的微波等离子体蚀刻方法及其装置。
但是，在以往的真空处理方法及其装置中，在利用氧基团处理被处理物品的情况下，如果真空处理装置的处理室内部的有机材料露出，即有机系列的结构材料和有机系列的粘接剂等露出，那么氧基团会蚀刻该有机材料。
例如，如图6所示，在设置于处理室内部的被处理物品放置台3的放置面3a上，为了将被处理物品固定在放置台3上，设有静电吸盘装置28，该静电吸盘装置28包括片状电极29和以两面夹置方式覆盖该电极29的电极片30。
而且，该电极片30由有机材料的耐热性高分子材料形成，例如由聚酰亚胺形成。此外，用有机系列的粘接剂32将静电吸盘装置28下侧的电极片30粘接到放置台3的放置面3a上。
这样，由于电极片30和粘接剂32都为有机材料，所以用于处理被处理物品的氧基团会蚀刻在处理室内部露出部分的电极片30和有机系列的粘接剂32。
于是，由于暴露于处理室内气氛中的由有机材料构成的部件会被氧基团蚀刻，所以存在下列问题，即构成真空处理装置的部件例如静电吸盘装置的寿命会缩短，同时还成为导致制品良品率下降的微粒产生源。本来，在使用氧基团的真空处理装置中也应该避免采用有机材料，但由于部件加工上的要求或部件共用化的要求等，所以存在不可避免地采用有机材料的现状。
因此，本发明的目的在于提供即使在利用氧基团处理被处理物品的情况下，也可以防止在处理室的内部暴露出的有机材料被蚀刻的真空处理方法及其装置。
发明内容
本发明提供一种在真空处理装置的真空容器的处理室内利用氧基团处理被处理物品的方法，其特征在于，该方法包括下列工序：在将所述被处理物装入所述处理室前，使用所述真空处理装置激活至少包含氟原子的氟化处理气体，生成氟基团，利用氟基团对在所述处理室内部露出的有机材料的表面进行氟化处理；在所述氟化处理工序后将所述被处理物装入所述处理室；和激活至少包含氧原子的处理气体，生成氧基团，利用所述氧基团处理所述被处理物。
再有，本说明书中的‘基团’是指处于化学活性度高的激励状态下的原子或分子。该‘基团’也称为‘活性素’。
此外，所述真空处理装置最好配有设置在所述处理室内部用于装载所述被处理物的装载台，和设置在所述装载台表面上用于将所述被处理物固定在所述装载台上的静电吸盘装置，所述静电吸盘装置有电极和覆盖所述电极的电极覆盖片，所述有机材料为构成所述电极覆盖片的有机材料和用于将所述静电吸盘装置粘接在所述装载台表面的有机粘接剂。
此外，所述真空处理装置最好包括设置在所述处理室内部用以装载所述被处理物的装载台，设置在所述装载台表面上用以将所述被处理物固定在所述装载台上的静电吸盘装置，和覆盖所述静电吸盘装置以保护所述静电吸盘装置且由氟树脂制作的保护片，所述有机材料为用于粘接所述保护片的有机粘接剂。
此外，所述氟化处理气体最好是至少包含氟原子的气体与O2气的混合气体。
此外，至少包含所述氟原子的气体最好是包含CF4、C2F6、C3F8、NF3、SF6中的任何一种或其几种气体的混合物。
此外，所述含O2氟化气体中的所述O2气的流量比最好在40％以下。
此外，所述处理气体为至少包含O2的气体。
此外，最好在与所述处理室分离的等离子体发生室中激活所述处理气体和所述氟化处理气体，然后将所述氟基团或所述氧基团导入所述处理室的内部。
此外，处理所述被处理物的工序最好是连续处理多个所述被处理物的工序，在处理所述被处理物的工序后再次重复实施所述氟化处理工序。
因此，按照本发明的真空处理方法，利用氟基团对在处理室内部暴露的有机材料的表面进行氟化处理，然后利用氧基团处理被处理物。有机材料的氟化过的表面具有保护膜的功能，可以防止因氧基团造成的有机材料的蚀刻。
按照本发明的真空处理装置包括可抽真空的作为处理室的真空容器；基团生成装置，具有激活至少包含氟原子的氟化气体并生成氟基团的功能和激活至少包含氧原子的处理气体并生成氧基团的功能；以及将所述氟化气体或所述处理气体供给所述基团生成装置的气体供给装置；和设置在所述处理室内部用于装载所述被处理物的装载台，其特征在于，在利用所述氟基团氟化处理在所述处理室内暴露的有机材料的表面，然后将所述被处理物装载在所述处理室的所述装载台上，利用所述氧基团处理所述被处理物。
按照本发明的真空处理装置的特征在于包括内部可抽真空的作为处理室的真空容器；激活至少包含氧原子的处理气体并生成氧基团的基团生成装置；将所述所述处理气体供给所述基团生成装置的气体供给装置；设置在所述装载台表面上用以将所述被处理物固定在所述装载台上的静电吸盘装置；和覆盖所述静电吸盘装置以保护所述静电吸盘装置且由氟树脂制作的保护片。
此外，最好使用所述基团生成装置激活至少包含氟原子的氟化气体，利用生成的氟基团氟化处理在所述处理室内暴露的所述有机材料的表面。
此外，所述氟化气体最好是至少包含氟原子的气体与O2气的混合气体。
此外，至少包含所述氟原子的气体最好是包含CF4、C2F6、C3F8、NF3、SF6中的任何一种或其几种气体的混合物。
此外，所述含O2氟化气体中的所述O2气的流量比最好在40％以下。
此外，所述处理气体最好为至少包含O2的气体。
此外，所述基团生成装置最好配有与所述处理室分离的等离子体发生室，在所述等离子体发生室中生成的所述基团被导入所述处理室的内部。
此外，最好在利用所述氟基团氟化处理在所述处理室内暴露的有机材料后，重复实施连续处理多个所述被处理物。
因此，按照本发明的真空处理装置，利用氟基团氟化处理在处理室内暴露的有机材料的表面，然后利用氧基团处理被处理物。有机材料的被氟化过的表面具有保护膜的功能，可以防止因氧基团产生的有机材料的蚀刻。
此外，按照本发明的真空处理装置，设有覆盖静电吸盘装置以保护静电吸盘装置且由氟树脂制作的保护片。所以利用该保护片，可以防止因氧基团产生的有机材料的蚀刻。
附图的简要说明
图1是表示本发明一实施例的真空处理装置的化学干式蚀刻装置(CDE装置)的示意结构的纵剖面图。
图2是放大表示图1所示的真空处理装置的装载台局部的纵剖面图。
图3是表示因氟化产生的对有机材料保护效果的比较实验结果的表。
图4是表示利用CF4与O2的混合气体蚀刻有机材料的情况下的蚀刻率与根据发光分析解析测定的O/F基团比的曲线图。
图5是表示使用图1所示的CDE装置，在利用CF4与O2的混合气体氟化处理有机材料膜的情况下，有机材料的氟化率与O2/(O2+F2)流量比的关系曲线图。
图6是表示通常的真空处理装置的装载台局部的放大纵剖面图。
实施发明的优选实施例
以下，参照附图说明实施本发明的真空处理方法及其装置。
作为实施本发明的真空处理方法的真空处理装置实例，图1表示下流型放电分离型的化学干式蚀刻装置(以下称为‘CDE’装置)。
图1中符号1表示真空容器，在该真空容器1的内部形成处理室2。在处理室2的内部设有装载台3，在该装载台3上装载被处理物S。再有，在装载台3上设有图中未示出的温度调节器，利用该温度调节器可以控制被处理物S的温度。
在真空容器1的底板4上形成排气口5，在该排气口5中，安装一端与真空泵(图中省略)连接的排气管6。在真空容器1的顶板7中形成气体导入口8，在该气体导入口8中安装由氟树脂形成的气体导入管9。
在该气体导入管9中连接石英管10的一端，而在该石英管的另一端安装密封部件11，在该密封部件11的内部形成气体流路19。密封部件11连接气体输送管18的一端，而气体输送管18的另一端分支成配管20和配管21。
在配管20和配管21上，分别连接带有第一流量调整阀22的第一气体罐23和带有第二流量调整阀24的第二气体罐25。第一气体罐23和第二气体罐25构成气体供给装置26。
其中，填充在第一气体罐23中的气体为至少包含氟原子的气体，最好是包含至少CF4、C2F6、C3F8、NF3、SF6中的任一种或多种的气体。此外，填充在第二气体罐25中的气体为至少包含氧原子的气体，最好是至少包含O2的气体。
在石英管10的中段配有微波波导管12的基团生成装置，即按包围石英管10的方式设置等离子体发生装置13，利用该等离子体发生装置13，在被围住的石英管10的内部形成等离子体发生室14。微波发生器27连接在微波波导管12上。
而且，为了通过设置在真空容器1的顶板7上的气体导入口8，将导入处理室2内部的基团均匀地提供给被处理物S的整个表面，这样设置喷射嘴16，以便在处理室2的上部形成气体储存室15。而且，在喷射嘴16中形成多个气体喷射口17。
此外，图2是表示放大图1所示的CDE装置的装载台3局部的纵剖面图。在如图2所示的装载台3的装载面3a上，设有用静电吸力固定被处理物S的静电吸盘装置28。该静电吸盘装置28包括由铜等导电性部件组成的片状电极29和以从两面夹住的方式覆盖该电极29的电极片30。其中，电极片30用有机材料的耐热性高分子材料形成，例如由聚酰亚胺形成。此外，利用有机粘接剂32将下侧的电极片30粘接到装载台3的装载面3a上。
而且，用保护片31覆盖静电吸盘装置28的表面，该保护片31最好由氟树脂形成。这样，由于用保护片31覆盖了由有机材料组成的电极片30，所以可以防止由蚀刻被处理物S所使用的氧基团造成电极片30表面的腐蚀损耗。
利用有机粘接剂32将保护片31粘接在静电吸盘装置28上侧的电极片30的表面和装载台3的装载面3a的周边部分，但该有机粘接剂32的端部33在处理室2(参照图1)的内部暴露。因此，在不采取措施的情况下，在使用氧基团处理被处理物S中，会使有机粘接剂32的露出端部33腐蚀损耗。
此外，除有机粘接剂32的端部33外，例如在真空容器1的内壁面上也有暴露的有机材料的部分。
因此，在本实施例的真空处理方法及其装置中，在将被处理物S装入处理室2中之前，首先通过排气管6和排气口5，用真空泵将真空容器1内部排气变为真空状态(减压状态)。
接着，通过配管20、气体输送管18和密封部件11的气体流路19，从石英管10的一端导入来自第一气体罐23的至少包含氟原子的气体。此时，还从第二气体罐25中提供至少包含氧原子的气体。而且，调节第一流量调整阀22和第二流量调整阀24，将至少包含氟原子的气体和至少包含氧原子的气体的流量及流量比设定为适合有机材料氟化处理的值。
而且，通过等离子体发生装置13的微波波导管12，从微波发生器27向等离子体发生室14施加微波。于是，在等离子体发生室14的内部产生辉光放电，产生等离子体P，激发氟化处理混合气体中的氟，生成氟基团。
而且，通过石英管10和气体导入管9将包含氟基团的氟化处理气体从气体导入口8输送到气体储存室15的内部。输送到气体储存室15内部的氟化处理气体利用气体储存室15与处理室2的压力差从气体喷出口17向处理室2的内部均匀地喷射。
于是，供给处理室2内部的氟基团到达在处理室2内部暴露的有机材料例如有机粘接剂32的端部33的表面，氟化处理该端部33的表面。与有机粘接剂32的端部33反应过的氟化处理气体通过排气口5和排气管6由真空泵抽出。
为了形成期望厚度的氟化膜，将上述氟化处理继续必要的时间。然后，一旦停止来自第一气体罐23和第二气体罐25的气体供给，就将被处理物S装入处理室2。接着，通过气体输送管18和密封部件11的气体流路19，从石英管10的一端导入来自第二气体罐25的至少包含氧原子的气体。此时，还从第一气体罐23供给至少包含氟原子的气体。而且，调节第一流量调整阀22和第二流量调整阀24，将至少包含氟原子的气体和至少包含氧原子的气体的流量和流量比设定为适合被处理物S蚀刻处理的值。
而且，通过等离子体发生装置13的微波波导管12，从微波发生器27向等离子体发生室14施加微波。于是，在等离子体发生室14的内部产生辉光放电，产生等离子体P，使由至少包含氧原子的气体和至少包含氟原子的气体组成的处理气体中的氧受到激发，生成氧基团。
通过石英管10和气体导入管9，将包含氧基团的处理气体从气体导入口8输送到气体储存室15的内部。输送到气体储存室15内部的含有氧基团的处理气体，因气体储存室15与处理室2的压力差，从气体喷出口17向处理室2的内部均匀地喷射。于是，供给处理室2内部的氧基团到达被处理物S的表面，与被处理物S的表面薄膜反应，蚀刻该薄膜。与被处理物S表面薄膜反应过的处理气体通过排气口5和排气管6由真空泵抽出。
另一方面，供给处理室2内部的氧基团也到达在处理室2内部暴露的有机材料例如有机粘接剂32的端部33的表面。但是，由于该有机粘接剂32的端部33等的表面已经被氟化处理，所以因氧基团造成的有机粘接剂32等的蚀刻被明显抑制，其蚀刻量极小。
因此，在对数片或数十片被处理物S实施连续地蚀刻处理之后，停止蚀刻过程，一旦被处理物S从装载台3上被取出后再次实施氟化处理工艺，以将有机部件的表面再次氟化。然后再次开始数片或数十片被处理物S的蚀刻处理，由此轮流重复实施上述有机部件的氟化处理工艺和被处理物S的蚀刻工艺。
再有，至此以实例说明了被处理物的蚀刻处理，但本实施例也可以适用于被处理物的磨光处理。
氟化处理气体最好是至少包含CF4、C2F6、C3F8、NF3、SF6中的任何一种或多种的气体。
处理气体最好是至少包含O2气的气体。
在上述实施例中，说明了用保护片31覆盖静电吸盘装置28表面的情况，但如图6所示在静电吸盘28的表面上未设置保护片31的情况下，也可以采用本实施例的真空处理方法及其装置。
就是说，在图6所示的结构中，在将被处理物S装载在装载台3上之前，按照与上述氟化处理方法相同的方法氟化处理由聚酰亚胺制成的电极片30的表面和有机粘接剂32的露出部分。
这样，便可在利用氧基团蚀刻处理被处理物S时，防止因氧基团造成的电极片30和有机粘接剂32的蚀刻。
图3表示使用图1所示的CDE装置实施氟化处理的有机材料保护效果的比较实验结果。作为试验材料，使用在表面上形成碳膜即有机膜的晶片。再有，在该实验中，以晶片表面上的有机膜作为对象，但相对于真空容器1的内壁面和在装载台3等中暴露的有机部件，例如有机粘接剂和聚酰亚胺也适用。
图3中的上段是未实施氟化处理，直接利用氧基团对于试验材料实施60分钟蚀刻处理情况下的结果。作为蚀刻气体，使用按1∶3的比率混合CF4气体和O2气体，在微波功率＝450W、压力＝40Pa、装载台温度＝5℃下，实施腐蚀处理。这样，在未实施预先氟化处理情况下试验材料的碳膜蚀刻量为3.9μm。
图3中的下段是对试验材料首先实施一分钟的氟化处理，然后在与上述相同的条件下进行蚀刻处理的结果。具体地说，作为产生氟化处理的氟基团气体，使用按3∶1的比率混合CF4气体和O2气体的混合气体，在微波功率＝700W、压力＝40Pa、装载台温度＝5℃下，对试验材料实施氟化处理。然后，按与图3上段相同的条件进行试验材料的蚀刻处理。
这样，在实施预先氟化处理情况下的碳膜蚀刻量为0.5μm，与未实施氟化处理的情况相比，显然，大幅度地抑制了因氧基团造成的蚀刻。
图4是表示使用图1所示的CDE装置，利用CF4与O2的混合气体蚀刻有机材料膜情况下的蚀刻率与根据发光光谱分析测定的O/F基团比的曲线图，横轴表示相对于混合气体总流量的O2的流量比，即O2/(CF4+O2)。
由图4可知，如果O2的流量增大，那么氧基团与氟基团的比同时增大，此时，有机材料膜的蚀刻率也增大。如果O2/(O2+CF4)比为25％(即CF4气体∶O2气体＝3∶1)左右，那么有机材料膜的蚀刻率小到几乎可以忽略，如果在这样的条件下实施氟化处理，那么不会有氟化处理时有机材料的蚀刻问题。
图5是表示使用图1所示的CDE装置，在利用CF4与O2的混合气体氟化处理有机材料膜的情况下，O2/(O2+CF4)比与有机材料的氟化率的关系图。由图5可知，如果O2的流量比增加，那么氟化率就减少，当O2/(O2+CF4)比超过40％，那么基本上不进行有机材料的氟化。
于是，作为氟化处理气体，在使用CF4和O2的混合气体的情况下，氟化处理气体中O2/(O2+CF4)的比最好在40％以下。
如上所述，按照本实施例的真空处理方法及其装置，由于利用氟基团氟化处理在处理室2内部暴露的有机材料的表面，然后再利用氧基团蚀刻被处理物S，所以可以防止因氧基团造成的有机材料的蚀刻。
此外，由于为了保护静电吸盘装置28，设置了可覆盖静电吸盘装置28的且由氟树脂制成的保护片31，所以利用该保护片31，可以防止因氧基团造成的静电吸盘装置28的电极片30的腐蚀。
而且，由于可以利用真空处理装置自身实施有机材料的氟化处理，所以不需要用于有机材料氟化处理的其它装置，此外，也不需要从真空处理装置中拆卸需氟化处理的部件。
再有，采用本发明的真空处理方法及其装置并不限于上述CDE方法及其装置，可适用于在真空下处理被处理物的各种真空处理方法及其装置。具体地说，在反应性离子蚀刻(RIE)方法及其装置、微波等离子体蚀刻方法及其装置等的各种干式蚀刻方法及其装置或磨光方法及其装置等中都可以采用本发明。
工业上的利用可能性
本发明可用于半导体晶片和液晶显示玻璃基片等的蚀刻处理和磨光处理。
Claims (18)
1.一种真空处理方法，在真空处理装置的真空容器内的处理室内部利用氧基团处理被处理物，其特征在于，该方法包括下列工序：
在将所述被处理物装入所述处理室之前，使用所述真空处理装置激活至少包含氟原子的氟化处理气体，生成氟基团，利用氟基团对在所述处理室内部暴露的有机材料的表面进行氟化处理；
在所述氟化处理工序后将所述被处理物装入所述处理室；和
激活至少包含氧原子的处理气体，生成氧基团，利用所述氧基团处理所述被处理物。
2.如权利要求1所述的真空处理方法，其特征在于，所述真空处理装置包括设置在所述处理室内部用于装载所述被处理物的装载台和设置在所述装载台表面上用于将所述被处理物固定在所述装载台上的静电吸盘装置，
所述静电吸盘装置有电极和覆盖所述电极的电极片，
所述有机材料为构成所述电极片的有机材料和将所述静电吸盘装置粘接在所述装载台表面所用的有机粘接剂。
3.如权利要求1所述的真空处理方法，其特征在于，所述真空处理装置包括设置在所述处理室内部用于装载所述被处理物的装载台、设置在所述装载台表面上用于将所述被处理物固定在所述装载台上的静电吸盘装置、和覆盖所述静电吸盘装置以保护所述静电吸盘装置的且由氟树脂制作的保护片，
所述有机材料为用于粘接所述保护片的有机粘接剂。
4.如权利要求1至3中任一项所述的真空处理方法，其特征在于，所述氟化处理气体为至少包含氟原子的气体与O2气体的混合气体。
5.如权利要求4所述的真空处理方法，其特征在于，至少包含所述氟原子的气体为包含CF4、C2F6、C3F8、NF3、SF6中的任何一种或多种的气体。
6.如权利要求4或5所述的真空处理方法，其特征在于，所述氟化处理气体中的所述O2气体的流量比在40％以下。
7.如权利要求1至6中任一项所述的真空处理方法，其特征在于，所述处理气体为至少包含O2气的气体。
8.如权利要求1至7中任一项所述的真空处理方法，其特征在于，在与所述处理室分离的等离子体发生室中分别激活所述处理气体和所述氟化处理气体，然后将所述氟基团或所述氧基团导入所述处理室的内部。
9.如权利要求1至8中任一项所述的真空处理方法，其特征在于，处理所述被处理物的工序是连续处理多个所述被处理物的工序，
在处理所述被处理物的工序后再次重复实施所述氟化处理工序。
10.一种真空处理装置，其特征在于，包括内部可真空排气的真空容器；形成在所述真空容器内部的处理室；基团生成装置，具有使至少包含氟原子的氟化处理气体激活生成氟基团的功能和使至少包含氧原子的处理气体激活生成氧基团的功能；将所述氟化处理气体或所述处理气体供给所述基团生成装置的气体供给装置；和装载所述被处理物且设置在所述处理室内部的装载台，
在利用所述氟基团氟化处理在所述处理室内部暴露的有机材料的表面后，将所述被处理物装载在所述处理室的所述装载台上，利用所述氧基团处理所述被处理物。
11.一种真空处理装置，其特征在于，该真空处理装置包括内部可真空排气的真空容器；形成在所述真空容器内部的处理室；将至少包含氧原子的处理气体激活并生成氧基团的基团生成装置；将所述处理气体供给所述基团生成装置的气体供给装置；设置在所述装载台表面上用于将所述被处理物固定在所述装载台上的静电吸盘装置；和覆盖所述静电吸盘装置以保护所述静电吸盘装置的且由氟树脂制作的保护片。
12.如权利要求10或11所述的真空处理装置，其特征在于，使用所述基团生成装置激活至少包含氟原子的氟化处理气体，利用生成的氟基团氟化处理在所述处理室内部暴露的所述有机材料的表面。
13.如权利要求12所述的真空处理装置，其特征在于，所述氟化处理气体为至少包含氟原子的气体与O2气的混合气体。
14.如权利要求13所述的真空处理装置，其特征在于，至少包含所述氟原子的气体为包含CF4、C2F6、C3F8、NF3、SF6中任何一种或多种的气体。
15.如权利要求13或14所述的真空处理装置，其特征在于，所述氟化处理气体中的所述O2气的流量比在40％以下。
16.如权利要求10至15中任一项所述的真空处理装置，其特征在于，所述处理气体为至少包含O2气的气体。
17.如权利要求10至16中任一项所述的真空处理装置，其特征在于，所述基团生成装置配有与所述处理室分离的等离子体发生室，在所述等离子体发生室中生成的所述基团被导入所述处理室的内部。
18.如权利要求10至17中任一项所述的真空处理装置，其特征在于，在利用所述氟基团氟化处理在所述处理室内部暴露的有机材料后，重复实施连续处理多个所述被处理物。
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