JP2000124197A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カバーを発生源とする異物の発生を防止す
る。 【解決手段】 処理室１１には下部電極２４を昇降させ
る昇降装置３０の昇降軸３１がチャンバ１２の底壁に下
から挿入されており、上端で下部電極２４、ヒータ２６
を下から支持している。昇降軸３１の上端部にはベロー
ズ３２を被覆したカバー３４が取り付けられ、カバー３
４はアルミニウムまたはアルマイトが使用されて円筒形
状に形成されている。カバー３４にはポリイミド樹脂シ
ート（防護シート）３５が接着されている。 【効果】 カバーがエッチングされて異物が発生するの
を防護シートで防止できるため、その異物の付着による
ウエハの歩留り低下を防止できる。カバーの交換作業、
洗浄作業、表面加工作業を省略できるため、ドライエッ
チング装置のメンテナンスを簡単化でき、ドライエッチ
ング装置の稼働率を増加できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理技
術、特に、異物による汚染防止技術に関し、例えば、半
導体装置の製造工程において、ウエハにエッチング処理
を施すのに利用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
上の薄膜にエッチング処理を施すドライエッチング装置
として、上下に配された平行平板電極の下部電極によっ
てウエハを保持し、両電極間に形成されるプラズマと、
処理室に供給されるエッチングガスとによるエッチング
反応によってエッチング処理を施すように構成されてい
るものがある。

【０００３】従来のこの種ドライエッチング装置とし
て、下部電極の下方空間に下部電極を昇降させるための
昇降装置等が設備されており、この昇降装置等がエッチ
ングガスや反応生成物によって汚染されるのを防止する
ために、昇降装置等を被覆するカバーが設備されている
ものがある。一般に、このカバーはドライエッチング処
理やウエハ汚染に対する影響が少ないことから、アルミ
ニウムやアルマイトが使用されて製作されている。

【０００４】ドライエッチング技術を述べてある例とし
ては、株式会社工業調査会１９９７年１１月２５日発行
「電子材料１９９７年１１月号別冊」Ｐ８８〜Ｐ９２、
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たドライエッチング装置においては、ドライエッチング
の処理によって変化するプラズマがカバーに集中するこ
とにより、カバーがエッチングされるため、カバーの構
成材料を主成分とした異物が発生するという問題点があ
ることが、本発明者によって明らかにされた。発生した
異物はウエハの上に付着して製品の歩留りの低下の原因
になる。また、発生した異物は処理室の壁面や内部の構
成部品に付着して堆積するため、それらの洗浄作業や交
換作業の頻度を増加させて、ドライエッチング装置の稼
働率低下の原因になる。

【０００６】本発明の目的は、カバーを発生源とする異
物の発生を防止することができるプラズマ処理技術を提
供することにある。

【０００７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【０００９】すなわち、プラズマ処理装置は電極の背面
空間を被覆するカバーの表面がエッチング防止部によっ
て被覆されていることを特徴とする。

【００１０】前記した手段によれば、カバーの表面を被
覆したエッチング防止部にプラズマが集中してもカバー
のエッチングは発生しないため、カバーからの異物によ
る汚染の発生は防止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
ドライエッチング装置を示す正面断面図である。図２は
その主要部の拡大部分断面図である。

【００１２】本実施形態において、本発明に係るプラズ
マ処理装置は、二周波平行平板形酸化膜ドライエッチン
グ装置として構成されている。ドライエッチング装置１
０は被処理物としてのウエハ１を処理するための処理室
１１を構成するチャンバ１２を備えており、チャンバ１
２はステンレス鋼等が使用されて上面が開口し下面が閉
塞した略円筒形状に形成されている。チャンバ１２の側
壁には排気口１３が形成されており、排気口１３には排
気装置１４が開閉弁１５を介して接続されている。

【００１３】チャンバ１２の上端開口部には対向電極部
１６が被せられており、対向電極部１６の下面外周部に
は、石英やセラミック等の絶縁材料から構成された上側
閉じ込めリング１７が設置されている。対向電極部１６
の上側閉じ込めリング１７の上側には上部電極１８が設
置されている。上部電極１８には複数個のガス供給口１
９が開設されており、これらガス供給口１９にはガス供
給装置２０がガス供給路２１を介して接続されている。
上部電極１８には高周波電源２２が整合器２３を介して
接続されている。例えば、高周波電源２２は数十ＭＨｚ
の高周波を印加することにより、主にプラズマ密度を制
御するように設定されている。

【００１４】チャンバ１２の処理室１１の内部には昇降
装置３０によって昇降される下部電極２４が設置されて
おり、下部電極２４の上面はウエハ１を密着した状態で
保持し得るように構成されている。下部電極２４の外周
部には石英やセラミック等の絶縁材料によって形成され
た下側閉じ込めリング２５が設置されており、下側閉じ
込めリング２５はプラズマを上側閉じ込めリング１７と
協働してウエハ１の上方空間に閉じ込めるように構成さ
れている。

【００１５】下部電極２４にはヒータ２６が装備されて
おり、ヒータ２６は下部電極２４が保持したウエハ１を
加熱するようになっている。下部電極２４には第二の高
周波電源２７が第二の整合器２８を介して接続されてい
る。例えば、第二の高周波電源２７は数ＭＨｚの高周波
を印加することにより、主にバイアスを制御するように
設定されている。

【００１６】下部電極２４を昇降させる昇降装置３０の
昇降軸３１はチャンバ１２の底壁に下から挿入されて、
上端で下部電極２４およびヒータ２６を下から支持する
ようになっている。昇降軸３１の上端部にはベローズ３
２を被覆したカバー３４が取り付けられている。カバー
３４は昇降軸３１の昇降に追従して昇降するようになっ
ており、ベローズ３２は中空部３３を膨張収縮されなが
ら昇降軸３１の昇降に追従して伸び縮みするようになっ
ている。ベローズ３２はゴムや樹脂または金属が使用さ
れて円形の蛇腹形状に形成されており、中空部３３内を
挿通した昇降軸３１の周りを防塵するようになってい
る。

【００１７】カバー３４はアルミニウムまたはアルマイ
トが使用されてベローズ３２よりも大径の円筒形状に形
成され、ベローズ３２と同心円に配されてベローズ３２
を被覆している。カバー３４の外周面にはエッチング防
止部を構成するポリイミド樹脂シート（以下、防護シー
トという。）３５が全面を被覆するように接着されてい
る。防護シート３５は処理室１１の内周面との間隔を広
くするように薄く形成され、また、交換可能とするため
に剥離することができるように、カバー３４に接着され
ている。

【００１８】処理室１１の底壁上にはガイド筒３６がカ
バー３４の内側に、その外周面がカバー３４の内周面に
近接するように設置されており、ガイド筒３６はカバー
３４の昇降を案内するようになっている。ガイド筒３６
の外周面にも防護シート３５が接着されている。

【００１９】以上の構成に係るドライエッチング装置に
おけるドライエッチング処理を説明する。

【００２０】下部電極２４が昇降装置３０によって下降
されて、ハンドリング装置によって下部電極２４の上に
移載されたウエハ１が下部電極２４によって保持される
と、下部電極２４は昇降装置３０によって上昇される。
この際、上部電極１８と下部電極２４との間隔は、２０
ｍｍ程度の狭い間隔に設定される。

【００２１】次に、処理室１１が排気装置１４によって
真空排気され、エッチングガスがガス供給装置２０によ
ってガス供給路２１を介してガス供給口１９からウエハ
１に対し全体にわたって均一に供給される。エッチング
ガスとしては、ＣＦ₄ 、ＣＨＦ ₃ 、Ｃ₄ Ｆ₈ 等のフルオ
ロカーボン系ガスが使用され、必要に応じて、縦方向の
バランスをとるためにＡｒやＨｅ等の不活性ガスが添加
され、デポジション種をスカベンジするためにＣＯ、Ｏ
₂ 、Ｎ₂ 等のガスが添加される。処理室１１の内圧は
０．５〜１００Ｐａ程度に設定される。エッチングガス
は上下の閉じ込めリング１７、２５の間の隙間を通って
排気される。

【００２２】この状態で、高周波電源２２、２７によっ
て上部電極１８および下部電極２４に高周波電力が印加
されると、上部電極１８と下部電極２４との間にはプラ
ズマが形成され、ウエハ１のＳｉＯ₂ 膜やＳｉＮ膜等が
エッチングガスの反応によりエッチングされる。

【００２３】プラズマは上部電極１８と下部電極２４と
の間に電界がかかっていることと、上下の閉じ込めリン
グ１７、２５との間隔が１２〜１３ｍｍ程度であること
により、上下の閉じ込めリング１７、２５の内側を中心
に形成された状態になる。このように、プラズマが上部
電極１８と下部電極２４との間に集中することにより、
高密度のプラズマが形成されることになる。

【００２４】ウエハ１に所望のエッチング処理が施され
ると、下部電極２４が昇降装置３０によって下降され、
ウエハ１がハンドリング装置によってピックアップされ
て処理室１１の外部に搬出されて行く。以降、前記した
作動が繰り返されることにより、ウエハ１が一枚ずつエ
ッチング処理されて行く。

【００２５】ところで、プラズマは上部電極１８と下部
電極２４との間の狭い空間に集中して形成されるが、プ
ラズマがカバーの設置空間に排気装置１４の排気条件や
エッチングガスの供給条件およびプラズマ雰囲気の変動
等によって形成され、カバーの露出したアルミニウム面
やアルマイト面がエッチングされる場合がある。アルミ
ニウムやアルマイトがフルオロカーボン系のガスによっ
てエッチングされると、弗化アルミニウム（ＡｌＦ）が
異物（パーティクル）として生成される。この異物がウ
エハに付着すると、歩留りが低下する。この異物は処理
室やカバーの表面に付着して堆積するが、剥離し易いた
め、再飛散してウエハに付着する。

【００２６】しかし、本実施形態においては、カバー３
４の表面はポリイミド系樹脂によって形成された防護シ
ート３５によって被覆されているため、カバー３４の設
置空間に発生したプラズマ下のフルオロカーボン系ガス
によってエッチングされたとしても、炭素や弗素の反応
生成物はきわめて微量だけ生成されるが、ＡｌＦの異物
が発生することはない。炭素や弗素の反応生成物が生成
されたとしても、この異物は防護シート３５の表面に付
着して堆積し易く、かつ、堆積した異物は剥離し難いた
め、再飛散することはない。つまり、防護シート３５か
らの反応生成物の異物は防護シート３５に直ちに捕捉さ
れるため、ウエハ１を汚染する異物にはならない。

【００２７】そして、防護シート３５に異物がある程度
堆積すると、防護シート３５はカバー３４から剥離され
て新規のものと交換される。したがって、カバー３４の
洗浄は廃止ないしは頻度をきわめて低く抑制することが
できる。

【００２８】前記実施形態によれば、次の効果が得られ
る。

【００２９】1) カバーの表面をポリイミド系樹脂によ
って形成された防護シートによって被覆することによ
り、カバーのアルミニウムまたはアルマイトがエッチン
グされて異物が発生するのを防止することができるた
め、その異物によるドライエッチング処理の品質および
信頼性の低下を防止することができ、また、その異物の
付着によるウエハの歩留り低下を防止することができ
る。

【００３０】2) カバーの表面がエッチングされるのを
防止することにより、カバーの交換作業や洗浄作業およ
び表面加工作業を省略することができるため、ドライエ
ッチング装置のメンテナンスを簡単化することができ、
ドライエッチング装置の稼働率を増加することができ
る。

【００３１】3) 防護シートを交換可能に構成すること
により、カバーの交換作業や洗浄作業および表面加工作
業を防護シートの交換作業に置き換えることができるた
め、ドライエッチング装置のメンテナンスを簡単化する
ことができ、ドライエッチング装置の稼働率を増加する
ことができる。

【００３２】4) エッチング防止部を防護シートによっ
て形成することにより、材料費用や加工費用および組付
費用を低減することができるため、コストの増加を抑制
することができる。

【００３３】5) 防護シートは薄いことにより、処理室
内周面との間隔が狭くなるのを回避することができるた
め、間隔が狭くなることにより、プラズマが形成され易
くなるのを防止することができる。

【００３４】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３５】例えば、ポリイミド系樹脂によって形成さ
れた防護シートをカバーに接着してカバーの表面をエッ
チング防止部によって被覆するように構成するに限ら
ず、カバー全体をポリイミド樹脂によって形成すること
により、エッチング防止部を構成してもよい。カバー全
体をポリイミド樹脂によって形成すると、防護シートを
使用する場合に比べてコストが増加するが、異物による
ウエハの汚染は防止することができる。

【００３６】エッチング防止部はポリイミド系樹脂によ
って形成するに限らず、石英によって形成してもよい。
石英によってエッチング防止部を形成した場合には、エ
ッチングによってＳｉＯ₂ の異物が生成されるが、Ａｌ
Ｆの異物の生成は防止することができる。石英によって
エッチング防止部を形成する場合には、処理室内周面と
の間隔が狭くなり、プラズマが形成され易くなるのを配
慮する必要がある。

【００３７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるドライ
エッチング技術に適用した場合について説明したが、そ
れに限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ技術やプ
ラズマアッシング技術およびスパッタリング技術等のプ
ラズマ処理技術全般に適用することができる。

【００３８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００３９】カバーの表面をエッチング防止部によって
被覆することにより、カバーがエッチングされて異物が
発生するのを防止することができるため、その異物の付
着によるプラズマ処理の品質および信頼性の低下を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるドライエッチング装
置を示す正面断面図である。

【図２】その主要部の拡大部分断面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ、１０…ドライエッチング装置、１１…処理
室、１２…チャンバ、１３…排気口、１４…排気装置、
１５…開閉弁、１６…対向電極部、１７…上側閉じ込め
リング、１８…上部電極、１９…ガス供給口、２０…ガ
ス供給装置、２１…ガス供給路、２２…高周波電源、２
３…整合器、２４…下部電極、２５…下側閉じ込めリン
グ、２６…ヒータ、２７…高周波電源、２８…整合器、
３０…昇降装置、３１…昇降軸、３２…ベローズ、３３
…中空部、３４…カバー、３５…防護シート（ポリイミ
ド樹脂系シート）、３６…ガイド筒。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 慎一 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Ｆターム(参考） 4G075 AA30 BC06 CA02 CA47 EB01 EB42 EC21 ED13 FB02 FB04 FB06 FB12 5F004 AA13 BA04 BA07 BB13 BB26 BB29 BB30 CA05 CA06 DA00 DA01 DA16 DA22 DA23 DA25 DA26 DB03 DB07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極の背面空間を被覆するカバーの表面
   がエッチング防止部によって被覆されていることを特徴
   とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記エッチング防止部がポリイミド系樹
   脂によって形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記エッチング防止部が石英によって形
   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
   マ処理装置。
4. 【請求項４】 前記エッチング防止部が前記カバーの表
   面に接着されたシートにより構成されていることを特徴
   とする請求項１、２または３に記載のプラズマ処理装
   置。
5. 【請求項５】 前記カバー全体が前記エッチング防止部
   になっていることを特徴とする請求項１、２または３に
   記載のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 前記カバーがアルミニウムまたはアルマ
   イトによって形成されていることを特徴とする請求項
   １、２、３、４または５に記載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記電極が形成したプラズマによってド
   ライエッチングが実施されることを特徴とする請求項
   １、２、３、４、５または６に記載のプラズマ処理装
   置。