JP2001210621A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極部間や、電極部と真空チャンバの間に放
電が発生するのを防止し、且つプラズマ密度を高くでき
るプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 真空チャンバ１内に第１の電極部２と第
２の電極部３を設ける。第１の電極部２にテーパ状の後
退面１４ａを有する外縁体１４を設け、また第２の電極
部３にテーパ状の後退面２２ａを有する外縁体２２を設
ける。外縁体１４、２２はセラミックスなどの耐熱性の
大きい絶縁物から成る。後退面１４ａ、２２ａを設けた
ことにより真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌは大きく
なり、また後退面１４ａと後退面２２ａの距離Ｌ’も大
きくなるので、異常な放電は発生しにくく、且つプラズ
マ密度を高くでき、安定したプラズマ処理を行うことが
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、ワークの表面のエ
ッチングやクリーニングなどを行うためのプラズマ処理
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウエハ表面のエッチングやプリント基板
表面のクリーニングなどのためにプラズマ処理を施すこ
とが知られている。プラズマ処理装置は、真空チャンバ
内にウエハやプリント基板などのワークを収納し、内部
の電極部に高周波電圧を印加することにより、真空チャ
ンバ内にプラズマを発生させ、イオンや電子等をワーク
の表面に作用させてプラズマ処理を行うものである。

【０００３】このようなプラズマ処理装置はウエハ等の
半導体基板に集積回路を加工する微細加工用の装置とし
ても広く使用されている。微細加工用のプラズマ処理装
置は、プラズマ密度が低いので、エッチングレートは例
えば０．１μｍ／ｍｉｎ程度となっている。

【０００４】一方、プラズマ処理装置の新しい応用分野
として、ウエハの全面を３〜５μｍ程度深く均一に加工
する用途が注目されており、中でも機械研削によってウ
エハの表面に生じたストレス層（クラックが発生した
層）をプラズマ処理装置で除去する試みがなされてい
る。このストレス層の除去のためには、機械加工された
ウエハの表面を約４μｍ以上深く削る必要がある。この
ため本発明者らは、プラズマ密度を高めて、効率よくエ
ッチングを行うプラズマ処理装置について実験を行っ
た。

【０００５】図６は従来のプラズマ処理装置の部分拡大
断面図であって、上記実験に使用したものを示すもので
ある。図中、１００は真空チャンバ、１０１、１０２は
真空チャンバ１００内に互いに間隔Ｔ’をおいて配設さ
れた２つの電極部、１０３は下方の電極部１０２上に載
置されたワークである。一方の電極部１０１は接地され
ており、他方の電極部１０２に高周波電圧が印加され
る。また真空チャンバ１００は接地されている。

【０００６】真空チャンバ１００内にプラズマ発生用ガ
スを供給し、電極部１０２に高周波電圧を印加すると、
電極部１０１と電極部１０２の間にプラズマが発生し、
イオンや電子などがワーク１０３の表面に衝突してエッ
チングやクリーニングなどが行われる。図６において、
ハッチングで示す領域Ａは、電極部１０１と電極部１０
２の間に発生したプラズマの発生領域である。本プラズ
マ処理装置では、プラズマ密度を高くするために間隔
Ｔ’を２０ｍｍ以下とし、真空チャンバの圧力を５００
［Ｐａ］以上の条件下でプラズマを発生させた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図６において、エッチ
ングレートをあげるために間隔Ｔ’を小さくすると、電
極部１０１と電極部１０２の端面間に放電Ｂが発生し、
プラズマの外端部Ａ’は、図示するように２つの電極部
１０１、１０２の間から真空チャンバ１００の内壁面へ
向って膨出する。このようにプラズマが膨張して真空チ
ャンバ１００の内壁面に接近すると、これが呼び水とな
って、高周波電圧が印加される電極部１０２と真空チャ
ンバ１００の内壁面の間に放電Ｃが生じて、電極部１０
２と真空チャンバ１００は短絡する。

【０００８】すなわち、従来のプラズマ処理装置では、
エッチングレートをあげるために間隔Ｔ’を小さくする
と放電Ｂが発生しやすく、この放電Ｂは放電Ｃへ移行し
やすいということが本発明者の実験により明らかになっ
た。そしてこのような異常な放電Ｃが発生すると、電極
部１０１、１０２間のプラズマ生成は不調となり、ワー
ク１０３のプラズマ処理は困難・不能になる。

【０００９】そこで本発明は、上記のような従来のプラ
ズマ処理装置の問題点を解消し、電極部間の間隔を小さ
くしても異常な放電が発生しにくいプラズマ処理装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、プラズマ発生用ガスが供給される真空チャン
バと、この真空チャンバに間隔をおいて配設された２つ
の電極部とを備え、電極部に高周波電圧を印加すること
により真空チャンバの内部にプラズマを発生させて前記
２つの電極部の間に配設されたワークをプラズマ処理す
るプラズマ処理装置であって、前記２つの電極部の少な
くとも何れか一方の電極部の外縁部の外面を後退面とす
ることにより、この後退面と前記真空チャンバの内壁面
との距離およびこの後退面と相手方電極部の外縁部の外
面との距離を大きくしたことを特徴とするプラズマ処理
装置である。

【００１１】本発明の請求項２に記載の発明は、前記電
極部の先端部を先鋭なテーパ部とすることにより、前記
後退面を形成した。

【００１２】本発明の請求項３に記載の発明は、前記電
極部の先端部を階段状とすることにより、前記後退面を
形成した。

【００１３】本発明の請求項１、２、３の発明によれ
ば、電極部の後退面と真空チャンバの内壁面との距離、
およびこの後退面と相手方電極部の外縁部の外面との距
離が大きくなるので、真空チャンバと電極部の間に異常
な放電が発生するのを防止し、安定したプラズマ処理を
行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は本発明の
実施の形態１におけるプラズマ処理装置の全体構成を示
す断面図、図２は本発明の実施の形態１におけるプラズ
マ処理装置の部分拡大断面図、図３は本発明の実施の形
態１におけるプラズマ処理装置の第２の電極部の吸引孔
を示す平面図、図４は本発明の実施の形態１におけるプ
ラズマ処理装置の第２の電極部の冷媒路を示す底面図で
ある。

【００１５】図１において、真空チャンバ１の内部には
２つの電極部（第１の電極部２と第２の電極部３）が間
隔Ｔをおいて上下に配設されている。第１の電極部（上
部電極部）２は上方にあり、アース部４に接地されてい
る。第２の電極部（下部電極部）３は下方にあり、高周
波電源５に接続されている。第１の電極部２と第２の電
極部３の間に高周波電圧を印加すると、この間にプラズ
マが発生する。第１の電極部２と第２の電極部３の平面
形状は円形である。

【００１６】第１の電極部２は、アルミニウムなどの導
電体から成るベース部６と、ベース部６の下部に装着さ
れた板状の絶縁体７から成っている。絶縁体７はガス吹
出部となるものであり、ガス吹出孔となる貫通孔８がそ
の全面に多数開孔されている。絶縁体７は、石英などの
絶縁物から成っている。

【００１７】ベース部６と絶縁体７の間にはガス導入部
としての狭い空隙部９が確保されている。図２におい
て、空隙部９の天井面（ベース部６の下面側の表面）は
絶縁部１３で覆われている。絶縁部１３は、セラミック
スを溶射したり、あるいは絶縁板を装着するなどして構
成される。この絶縁部１３は、ベース部６の下面と、こ
の下面が対向する第２の電極部３の上面の間に、貫通孔
８を通じて高電流のアーク放電Ｄが発生してプラズマ生
成が不調になるのを防止する。

【００１８】図１において、ベース部６の中央部には上
方へ突出する取付部１０が突設されており、取付部１０
は受部１１を介して真空チャンバ１の上壁に上下動自在
に装着されている。取付部１０には空隙部９に通じる孔
路１２が形成されており、孔路１２にはガス供給部３０
が接続されている。

【００１９】ガス供給部３０は、例えばＣＦ₄（４フッ
化炭素）とＯ₂（酸素）の混合ガスなどのプラズマ発生
用ガスを真空チャンバ１に供給する。ガス供給部３０内
のプラズマ発生用ガスは、孔路１２を通して空隙部９へ
送られ、複数（多数）の貫通孔８から第２の電極部３へ
向って均等に吹出される。したがって、このように電極
部がガス吹出し部を兼務する構造にしたことにより、プ
ラズマ処理に必要なプラズマ発生用ガスを、第１、第２
の電極部２、３の間に効率よく吹出すことができる。

【００２０】図１および図２において、絶縁体７の外縁
部には外縁体１４が装着されている。外縁体１４は、セ
ラミックスなどの耐熱性が大きく、またプラズマイオン
によりエッチングされにくい硬質の絶縁物から成ってい
る。外縁体１４はリング状であって、その先端部は真空
チャンバ１の内壁面へ向って突出する先鋭な鋭角のエッ
ジを有するテーパ部であり、その外面（側面）は第１の
電極部２の中央部側へテーパ状に後退する後退面１４ａ
になっている。このように第１の電極部２の外縁部の外
面に後退面１４ａを形成することにより、第１の電極部
２と真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌを実質的に大き
くし、その間に異常な放電が発生しないようにしてい
る。

【００２１】次に、第２の電極部３を説明する。第２の
電極部３は、アルミニウムなどの導電体から成るベース
部２０と、ベース部２０の上面に装着された放熱性のよ
い物質（例えば鋼材などの単体の金属ブロック）から成
る載置部２１と、載置部２１の外縁部に装着されたリン
グ状の外縁体２２から成っている。載置部２１には、プ
ラズマ処理対象物であるウエハなどのワーク１５が載置
される。ベース部２０から下方へ突出する取付部２３
は、真空チャンバ１の下壁に絶縁性の受部２４を介して
装着されている。

【００２２】図１および図２において、載置部２１は円
板体であって、その厚さ方向の中央部には細い孔路２５
が格子状に形成されており（図３）、孔路２５の交差部
には孔路２５に連通する吸着孔２６が多数マトリクス状
に開孔されている。孔路２５や吸着孔２６は孔部２７を
通して真空ポンプ３１に連通している。したがって真空
ポンプ３１が駆動することにより、ワーク１５は載置部
２１上に真空吸着して固定される。

【００２３】このように孔路２５や吸着孔２６を載置部
２１の全面に均等に形成することにより、ワーク１５を
吸着孔２６にしっかり真空吸着できる。この場合、吸着
孔２６によるワーク１５の吸着力が真空チャンバ１の真
空圧よりも相対的に小さいと、ワーク１５を吸着孔２６
にしっかり吸着できず、ワーク１５はがたついてしま
う。したがって、吸着孔２６の真空圧が真空チャンバ１
の真空圧よりも小さくなるように（すなわち吸着孔２６
の吸着力を真空チャンバ１の吸引力よりも大きくし、こ
れにより真空チャンバ１の真空圧のためにワーク１５が
浮き上るなどしてがたつかないように）、後述する制御
部３４で各真空ポンプ３１、３３を制御する。なお、従
来のプラズマ処理装置では、ワークは一般に、きわめて
高価な静電気手段により電極部に吸着して保持されてい
たものであり、そのため製造コストがきわめて高かった
ものである。

【００２４】載置部２１の下部には細い冷媒路２８が形
成されている。図４に示すように、冷媒路２８は載置部
２１の全面に極力均等に分布するように形成されてお
り、取付部２３に形成された孔部２９を通して冷却装置
３２に接続されている。冷却装置３２から送られた冷水
などの冷媒は冷媒路２８を流れ、ベース部２０、載置部
２１を冷却する。このように冷媒路２８を載置部２１の
全面に極力均等に分布するように形成することにより、
載置部２１全体や載置部２１の上面に吸着孔２６に吸着
されて密着したワーク１５全体を均一に冷却できる。ま
た、載置部２１は、放熱性のよい金属などの比熱の小さ
い物質にて単体のブロックとして形成されているので、
冷媒により効果的に冷却することができる。

【００２５】外縁体２２は第１の電極部２の外縁体１４
と同材質、同形状のものであって、その外面に中央部側
へテーパ状に後退する後退面２２ａを形成することによ
り、第２の電極部３と真空チャンバ１の内壁面との距離
Ｌを実質的に大きくしている。また外縁体１４、２２の
外面を後退面１４ａ、２２ａにすることにより、外面同
士の距離Ｌ’を実質的に大きくし、その間に放電が発生
しないようにしている。図１において、３３は真空ポン
プであり、真空チャンバ１の内部を真空吸引する。３４
は制御部であり、真空吸引手段を構成する真空ポンプ３
１、３３などの破線で接続した各要素を制御する。な
お、真空ポンプ３１、３３には、必要に応じて、その吸
引路を開閉するバルブが付設される。また図示しない
が、真空チャンバ１や吸着孔２６の真空圧を測定するた
めの圧力センサが適所に設けられており、制御部３４は
圧力センサの測定信号に基づいて真空ポンプ３１、３３
などの制御を行う。

【００２６】図１において、取付部１０はシリンダ１７
のロッド１８にアーム１９を介して連結されている。ロ
ッド１８を突没させると、第１の電極部２は上下動し、
第２の電極部３との間隔Ｔの大きさが変更される。この
ように間隔Ｔの大きさを変更自在にすることにより、ワ
ーク１５を出し入れ手段（図外）により真空チャンバ１
に出し入れするときは、間隔Ｔを大きくすることによ
り、ワーク１５を第２の電極部３上に難なく移載するこ
とができ、またこれからピックアップして取り出すこと
ができる。なお本実施の形態１では、第１の電極部２を
上下動させることにより、間隔Ｔの大きさを変更してい
るが、第２の電極部３を上下動させて間隔Ｔの大きさを
変更するようにしてもよい。またシリンダ１７はワーク
１５の出し入れの便のための間隔変更手段となるもので
あるが、間隔変更手段としてはシリンダ１７に限らず、
送りねじ機構などでもよい。またシリンダ１７などの間
隔変更手段は、望ましくは制御部３４で制御する。

【００２７】このプラズマ処理装置は上記のような構成
より成り、次にプラズマ処理動作について説明する。図
１において、載置部２１上にワーク１５を載置し、真空
ポンプ３１によりワーク１５を吸着してワーク１５がが
たつかないように固定した後、真空ポンプ３３を駆動し
て真空チャンバ１の内部を真空吸引する。この場合、上
述したように、真空ポンプ３１によるワーク１５の吸着
力を真空ポンプ３３による吸引力よりも大きくし、プラ
ズマ処理中にワーク１５が浮き上るなどしてがたつかな
いようにする。またガス供給部３０からプラズマ発生用
ガスを孔路１２を通して空隙部９へ供給して貫通孔８か
ら下方へ吹出させ、第２の電極部３のベース部２０に高
周波電圧を印加する。すると第１の電極部２と第２の電
極部３の間にプラズマが発生し、ワーク１５の表面にプ
ラズマ中のイオンや電子などが作用してプラズマ処理
（エッチングやクリーニングなど）が行われる。

【００２８】さて、図２において、第１の電極部２と第
２の電極部３の間にはプラズマが発生するが、後退面１
４ａ、２２ａと真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌは大
きく、また後退面１４ａと後退面２２ａの距離Ｌ’も大
きい。したがって第１の電極部２と第２の電極部３の間
には異常な放電は発生せず、また高周波電源５に接続さ
れた第２の電極部３と真空チャンバ１の間にも異常な放
電は発生せず、第２の電極部３と真空チャンバ１の内壁
面は短絡しない。したがってプラズマは第１の電極部２
と第２の電極部３の間に閉じ込められ、ワーク１５のプ
ラズマ処理は安定的に行われる。

【００２９】以上のように、第１の電極部２と第２の電
極部３の外縁部である外縁体１４、２２の外面を後退面
１４ａ、２２ａとしたことにより異常な放電（短絡）は
発生しにくい。したがって、第１の電極部２と第２の電
極部３の間に発生するプラズマ密度を高くしてエッチン
グレート（エッチング力）を大きくし、速やか且つ強力
にプラズマ処理することができる。特に、ウエハの薄形
化や、ウエハの表面機械研削したことによって生じたス
トレス層（クラックが発生した層）を除去するなどの用
途のために、ウエハの全面を深くまた均一にエッチング
するためのプラズマ処理装置として特に有利である。因
みに、本発明者の実験結果によれば、上記間隔Ｔを５ｍ
ｍまで狭くしても異常な放電は見られなかった。また外
縁体１４、２２を耐熱性が大きく、またイオンなどによ
りエッチングされにくいセラミックスなどの素材により
形成したことにより、外縁体１４、２２の劣化損耗を防
止できる。

【００３０】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２におけるプラズマ処理装置の部分拡大断面図であ
る。外縁体１４’、２２’の外面（側面）は電極部
２’、３’の中央部側へ段階的に後退する階段状の後退
面１４’ａ、２２’ａになっている。これ以外の構成
は、実施の形態１と同じである。したがってこの実施の
形態２も、実施の形態１と同様の作用効果が得られる。

【００３１】なお、上記した各実施の形態では、第１の
電極部と第２の電極部のいずれの外縁部の外面にも後退
面を形成しているが、何れか一方の電極部にのみ後退面
を形成してもよいものであり、要は、望ましくは、少な
くとも高周波電源に接続される第２の電極部の外縁部の
外面を後退面とすることにより、この第２の電極部が相
対する相手方電極部である第１の電極部との外面との距
離を大きくすればよい。また、上部電極部である第１の
電極部は真空チャンバが兼務してもよく、この場合、後
退面は下部電極部である第２の電極部にのみ設けること
が望ましい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極部間の間隔を小さくしても、真空チャンバと電極部の
間に異常な放電が発生するのを防止し、安定したプラズ
マ処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装
置の全体構成を示す断面図

【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装
置の部分拡大断面図

【図３】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装
置の第２の電極部の吸引孔を示す平面図

【図４】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装
置の第２の電極部の冷媒路を示す底面図

【図５】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装
置の部分拡大断面図

【図６】従来のプラズマ処理装置の部分拡大断面図

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 第１の電極部 ３ 第２の電極部 １４、１４’、２２、２２’ 外縁体（外縁部） １４ａ、１４’ａ、２２ａ、２２’ａ 後退面 １５ ワーク １７ シリンダ（間隔変更手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 哲博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G075 AA30 BC06 BC10 BD14 CA15 CA25 CA61 CA62 EB42 EC21 ED20 FA01 FB04 FB06 FC11 FC15 4K057 DA16 DM03 DN01 5F004 BA06 BA07 BB21 BB25 DB01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ発生用ガスが供給される真空チャ
   ンバと、この真空チャンバに間隔をおいて配設された２
   つの電極部とを備え、電極部に高周波電圧を印加するこ
   とにより真空チャンバの内部にプラズマを発生させて前
   記２つの電極部の間に配設されたワークをプラズマ処理
   するプラズマ処理装置であって、 前記２つの電極部の少なくとも何れか一方の電極部の外
   縁部の外面を後退面とすることにより、この後退面と前
   記真空チャンバの内壁面との距離およびこの後退面と相
   手方電極部の外縁部の外面との距離を大きくしたことを
   特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】前記電極部の先端部を先鋭なテーパ部とす
   ることにより、前記後退面を形成したことを特徴とする
   請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】前記電極部の先端部を階段状とすることに
   より、前記後退面を形成したことを特徴とする請求項１
   記載のプラズマ処理装置。