JP2002203839A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2002203839A
JP2002203839A JP2001000052A JP2001000052A JP2002203839A JP 2002203839 A JP2002203839 A JP 2002203839A JP 2001000052 A JP2001000052 A JP 2001000052A JP 2001000052 A JP2001000052 A JP 2001000052A JP 2002203839 A JP2002203839 A JP 2002203839A
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JP
Japan
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plasma
plasma processing
processing chamber
silica
vacuum vessel
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JP2001000052A
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Katsuhiko Mitani
克彦 三谷
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマ処理装置に繋がる真空容器内にもプラ
ズマが広がり、該真空容器内面の金属元素が飛散してプ
ラズマ処理したウエハ上に付着する。該付着した重金属
は半導体デバイスの特性を劣化させる。 【解決手段】プラズマ処理室105の下方の排気系に繋
がるステンレス鋼製の真空容器内の内壁をシリカ系皮膜
119でことにより、プラズマ処理室105から広がっ
てきたプラズマによる金属元素の飛散を抑制する。 【効果】被プラズマ処理ウエハ上への金属汚染レベルを
109個/cm2以下に低減でき、Siデバイスの性能
及び信頼性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
係わり、特に半導体デバイス或いは液晶デバイスの製造
工程において、腐食性ガスを用いたプラズマエッチング
処理を施すプラズマ処理装置及び該プラズマ装置に用い
る部品の製作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造プロセスで用いられる代表的
なプラズマ処理装置として、図2に示すようなマイクロ
波プラズマエッチング装置がある。本装置ではマグネト
ロン200からのマイクロ波が導波管201と該経路に
具備したオートチューナ202、アイソレータ203に
より制御され石英窓204を透過して真空排気されたプ
ラズマ処理室205に導入される。該マイクロ波と複数
のコイル206により形成された磁場との相互作用EC
R(Electron Cyclotron Resonance)により低圧雰囲気
中で低〜高密度プラズマを形成することを可能にしてい
る。エッチングに用いるガスはガス流量コントローラ2
07を具備したガス導入系208及び複数の開孔部20
9を有するガス分散板210を通してプラズマ処理室2
05に導入され、バリアブルバルブ211により所望の
圧力に調整される。ウエハ212は別系統により排気さ
れた準備室213からゲートバルブ214を介して上下
動可能な電極215上に静電吸着方式で固定され、高周
波電源216によりバイアス用電力が印加される。該高
周波バイアスを安定に制御するためにアース電極217
を設置している。プラズマ処理室205はアルミ合金等
で作製されており、その内側には石英製内筒218が具
備されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】半導体製造工程におけ
るウエハの重金属汚染量は、例えばFe、Niについて
は1010個/cm2以下であることが要求されてい
る。これは、前記金属元素が半導体デバイス中に入り込
むと素子性能の劣化を引き起こすためである。デバイス
性能向上とコスト低減を図るために、デバイスの設計ル
ールは0.3μmレベルから0.13μmレベルへと微
細化が進められている。デバイス寸法の縮小に伴い、上
述した重金属汚染に対する許容レベルは厳しくなり、1
09個/cm2以下に抑える必要が出てくる。図2に示
した従来例のマイクロ波プラズマエッチング装置ではア
ルミ合金製のプラズマ処理室205の内面には高純度の
アルマイトを被覆し、さらに石英製内筒218を載置す
ることでウエハ212の飛来する金属元素を抑制してい
る。しかしながら、プラズマ及びマイクロ波の一部はプ
ラズマ処理室205内部に留まらず、プラズマ処理室2
05と繋がる真空容器内にも拡がる。該真空容器に拡が
ったプラズマは金属製の内面をスパッタリングし、真空
容器内まで伝播したマイクロ波(高周波)はパッシェン
の法則(Paschenslaw)を満たすような金属部品の間隙
において局所放電を誘発し、該金属部品表面をスパッタ
リングする。また、ウエハ212の出し入れのためのゲ
ートバルブ214では金属部品の物理的な衝撃により僅
かではあるが表面の金属が飛散する。このように放電に
よるスパッタリング及び物理的な衝撃により飛散した金
属元素がウエハ212上に飛来、付着するため重金属汚
染量を109個/cm2以下にすることができない。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記プラズマ処理装置に
おいて、プラズマ処理室に繋がる真空容器を構成する金
属内壁及び該真空容器内の金属部品、及びゲートバルブ
の表面をシリカ系皮膜で被覆するすることにより、ウエ
ハの汚染レベルを109個/cm2以下のレベルまで安
定して低減することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施形態を図1に
示すプラズマ処理装置の一つであるマイクロ波プラズマ
エッチング装置の概略図を用いて説明する。装置の基本
構成は図2に示した従来技術によるプラズマ処理装置と
基本的に同じであり、マグネトロン100からのマイク
ロ波が導波管101と該経路に具備したオートチューナ
102、アイソレータ103により制御され石英窓10
4を透過して真空排気されたプラズマ処理室105に導
入され、コイル106による磁場とECR相互作用によ
り効率的なプラズマを形成を行う。エッチングガスはガ
ス流量コントローラ107を経由してガス導入系108
から開孔部109を有するガス分散板110を通して、
バリアブルバルブ111により所望の圧力に調整してプ
ラズマ処理室105に導入される。ウエハ112は別系
統で真空排気された準備室113よりゲートバルブ11
4を介して上下動可能なステージ電極115上に載置さ
れ、高周波電源116を用いてバイアスが印加される。
該高周波バイアスを安定に制御するためにアース電極1
17を設置している。ウエハ112が載置されたプラズ
マ処理室105のアルミ合金製の内壁にはアルマイト皮
膜が形成されており、該内側には石英製内筒118が具
備されている。本実施形態では前記プラズマ処理室10
5の下方の排気系に繋がるステンレス鋼製の真空容器内
の内壁をシリカ系皮膜119で覆っている。該シリカ系
皮膜119はシリカ系溶液の塗布或いはスプレーにより
形成することが可能であり、室温〜200℃の範囲で乾
燥させることにより安定した皮膜になる。シリカ系皮膜
119の厚さは0.05〜1mmの範囲であれば下地金
属の飛散を防止でき、且つ皮膜の形成も容易である。前
記真空容器の部位によりプラズマによるスパッタリング
効果も異なるため、状況に応じてシリカ系皮膜の膜厚を
調整することが有効である。また、スパッタリングによ
りシリカ系皮膜が所定の許容レベルを超えて消耗した場
合は、シリカ系皮膜を重ねて被覆することも可能であ
る。また、シリカ系皮膜中の金属濃度はFe、Ni、C
r及びCuは誘導結合プラズマ発光分析法(ICP−A
ES)での検出下限以下であり、多く見積もっても10
ppm以下である。
【0006】本発明の実施形態によれば、シリカ系皮膜
119がプラズマ処理室105に繋がるステンレス鋼製
真空容器の内面を覆うことにより、該真空容器まで回り
込んだプラズマによる金属の飛散、放出を抑止できる。
その結果、エッチング処理中のウエハ112上の金属汚
染レベルを3〜8×109個/cm2レベルに低減でき
る。
【0007】上述した実施形態ではプラズマ処理室10
5に繋がる真空容器はステンレス鋼製であるが、アルミ
合金製の真空容器に対してもシリカ系皮膜119で覆う
ことが可能であり、ウエハ112上の金属汚染レベルも
同様に低減できることは言うまでもない。
【0008】本発明の第2の実施形態を図3に示すプラ
ズマ処理装置の概略図を用いて説明する。プラズマ処理
装置の基本構成は上述の実施形態(図1)と同じであ
る。本実施形態では、プラズマ処理室305に繋がるス
テンレス鋼製真空容器の内面だけをシリカ系皮膜319
で被覆するだけでなく、ウエハ312の搬送口となるゲ
ートバルブ314の開閉面もシリカ系皮膜320で被覆
している。また、圧力調整用のバリアブルバルブ311
もシリカ系皮膜321で被覆している。本実施形態では
真空容器内で可動するバルブ部品をシリカ系皮膜で覆っ
ており、これらの部品に起因する金属元素のウエハ31
2への飛来を抑制できる。金属元素の飛来源としては、
プラズマ処理室305に繋がるステンレス鋼製真空容器
の内面よりもバルブ部品の開閉動作に伴う物理的な衝撃
が支配的になることがある。そのような場合にはバルブ
部品だけをシリカ系皮膜で覆っても充分な効果があるこ
とは言うまでもない。
【0009】本発明の第3の実施形態を図3に示すプラ
ズマ処理装置の概略図を用いて説明する。プラズマ処理
装置の基本構成は上述の実施形態(図1)と同じであ
る。
【0010】本実施形態では、プラズマ処理室405に
繋がるステンレス鋼製真空容器の内面、ゲートバルブ4
14、バリアブルバルブ411に加えてステージ電極4
15の下部構造部に対してもシリカ系皮膜422を被覆
している。該ステージ電極415の下部構造部には電極
上下動或いはメンテナンスのために部品が複数に分割さ
れており、アセンブリに伴う間隙が存在する。
【0011】本実施形態によるとプラズマ処理室405
を通過したマイクロ波(高周波電界)によりステージ電
極415の下部構造部の間隙がパッシェンの法則(Pasc
henslaw)を満たし局所放電を誘発した場合において
も、金属元素の飛散を抑制できる。その結果、ウエハ4
12に飛来・付着する金属元素の量を安定して低減する
ことが可能である。
【0012】上述した実施形態のプラズマ処理装置では
マイクロ波によりプラズマ生成を行っているが、ヘリコ
ン波などを用いた他のプラズマ放電方式でも同様の効果
があることは言うまでも無い。
【0013】
【発明の効果】本発明を適用したプラズマ処理装置を用
いることにより、被処理ウエハ上への金属汚染レベルを
109個/cm2以下に低減できる。従って、該プラズ
マ処理装置を用いて製作されたSiデバイスの性能及び
信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すプラズマ処理装
置の概略図。
【図2】従来技術によるプラズマ処理装置の概略図。
【図3】本発明の第2の実施形態を示すプラズマ処理装
置の概略図。
【図4】本発明の第3の実施形態を示すプラズマ処理装
置の概略図。
【符号の説明】
100…マグネトロン、101…導波管、102…オー
トチューナ、103…アイソレータ、104…石英窓、
105…プラズマ生成室、106…コイル、107…ガ
ス流量コントローラ、108…ガス導入系、109…開
孔部、110…ガス分散板、111…バリアブルバル
ブ、112…ウエハ、113…準備室、114…ゲート
バルブ、115…ステージ電極、116…高周波電源、
117…アース電極、118…石英製内筒、119…シ
リカ系皮膜、200…マグネトロン、201…導波管、
202…オートチューナ、203…アイソレータ、20
4…石英窓、205…プラズマ生成室、206…コイ
ル、207…ガス流量コントローラ、208…ガス導入
系、209…開孔部、210…ガス分散板、211…バ
リアブルバルブ、212…ウエハ、213…準備室、2
14…ゲートバルブ、215…ステージ電極、216…
高周波電源、217…アース電極、218…石英製内
筒、300…マグネトロン、301…導波管、302…
オートチューナ、303…アイソレータ、304…石英
窓、305…プラズマ生成室、306…コイル、307
…ガス流量コントローラ、308…ガス導入系、309
…開孔部、310…ガス分散板、311…バリアブルバ
ルブ、312…ウエハ、313…準備室、314…ゲー
トバルブ、315…ステージ電極、316…高周波電
源、317…アース電極、318…石英製内筒、319
…シリカ系皮膜、320…シリカ系皮膜、321…シリ
カ系皮膜、400…マグネトロン、401…導波管、4
02…オートチューナ、403…アイソレータ、404
…石英窓、405…プラズマ生成室、406…コイル、
407…ガス流量コントローラ、408…ガス導入系、
409…開孔部、410…ガス分散板、411…バリア
ブルバルブ、412…ウエハ、413…準備室、414
…ゲートバルブ、415…ステージ電極、416…高周
波電源、417…アース電極、418…石英製内筒、4
19…シリカ系皮膜、420…シリカ系皮膜、421…
シリカ系皮膜、422…シリカ系皮膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA24 AA30 AA61 AA62 BA01 BC02 BC06 CA05 CA25 CA26 CA62 CA65 DA02 DA18 EA01 EB01 EB42 EC21 ED13 EE12 EE36 FA02 FB01 FB02 FB06 FB20 FC01 5F004 AA16 BA14 BA20 BB28 BB30

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空排気及び圧力制御された処理室内に
    所望のガスを導入し高周波電力でプラズマを生成し、前
    記処理室内に載置された試料に対してプラズマ処理を施
    すことを目的とするプラズマ処理装置において、前記処
    理室に繋がる真空容器を構成する金属内壁の少なくとも
    一部がシリカ系皮膜で覆わ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】 真空排気及び圧力制御された処理室内に
    所望のガスを導入し高周波電力でプラズマを生成し、前
    記処理室内に載置された試料に対してプラズマ処理を施
    すことを目的とするプラズマ処理装置において、前記処
    理室に繋がる真空容器内に具備された金属製部品の表面
    の少なくとも一部がシリカ系皮膜で覆われていることを
    特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 上述した処理室に繋がる真空容器を構成
    する金属内壁がアルミ合金或いはステンレス鋼を主材と
    して構成されていることを特徴とする請求項1に記載し
    たプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】 上述した処理室に繋がる真空容器内に具
    備された金属製部品の表面がアルミ合金或いはステンレ
    ス鋼を主材として構成されていることを特徴とする請求
    項2に記載したプラズマ処理装置。
  5. 【請求項5】 上述した処理室に繋がる真空容器内に具
    備された金属製部品が開閉バルブ或いは開度調整バルブ
    であることを特徴とする請求項2に記載したプラズマ処
    理装置。
  6. 【請求項6】 上述した処理室に繋がる真空容器内に具
    備された金属製部品と隣接する金属部品との間隔が0.
    5mm〜100mmであることを特徴とする請求項2に
    記載したプラズマ処理装置。
  7. 【請求項7】 上述したシリカ系皮膜内のFe、Ni、
    Cr及びCu濃度が10ppm未満であることを特徴と
    する請求項1及び2に記載したプラズマ処理装置。
  8. 【請求項8】 上述したシリカ系皮膜の厚さが0.05
    〜1mmの範囲にあることを特徴とする請求項1及び2
    に記載したプラズマ処理装置。
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