JP2002359233A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP2002359233A
JP2002359233A JP2001166012A JP2001166012A JP2002359233A JP 2002359233 A JP2002359233 A JP 2002359233A JP 2001166012 A JP2001166012 A JP 2001166012A JP 2001166012 A JP2001166012 A JP 2001166012A JP 2002359233 A JP2002359233 A JP 2002359233A
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JP
Japan
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plasma processing
plasma
processing apparatus
silica
metal
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JP2001166012A
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Katsuhiko Mitani
克彦 三谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマ処理におけるウエハへの金属汚染量を
低減する。 【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及び高純度アルミナ皮膜120でコーティング
することにより、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。

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に関するものである。
【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3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104を透過して真空排気されたプラズ
マ処理室105に導入される。該マイクロ波と複数のコ
イル106により形成された磁場との相互作用ECR
(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1
07を具備したガス導入系108及び複数の開孔部10
9を有するガス分散板110を通してプラズマ処理室1
05に導入され、バリアブルバルブ111により所望の
圧力に調整される。ウエハ112は別系統により排気さ
れた準備室113からゲートバルブ114を介して上下
動可能な電極115上に静電吸着方式で固定され、高周
波電源116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117
を設置している。プラズマ処理室105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118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5×1010個/cm2 以下であることが要求されてい
る。これは、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、5×1
9個/cm2以下に抑える必要が出てくる。図3に示した
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105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118を載置することでウエ
ハ112へ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
105内部に留まらず、プラズマ処理室105と繋がる
真空容器内にも拡がる。該真空容器内に拡がったプラズ
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(Pa
schen's law)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112の出し入れのためのゲートバル
ブ114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112上に飛来、付着するため重金属汚染量を5
×109個/cm2以下にすることが困難な場合がある。
【0004】本発明の目的は、試料への金属汚染量を低
減することのできるプラズマ処理装置を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、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、Fe,N
i,Cr及びCu等の金属濃度が10ppm 未満であるシ
リカ系皮膜及びアルミナ皮膜を用いて被覆することによ
り、ウエハの金属汚染レベルを5×109個/cm2以下の
レベルまで安定して低減することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図1により説
明する。図1は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示す。本図におい
て図3と同符号は同一部材を示し、説明を省略する。本
図が図3と異なる点は、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及び高純度アルミナ皮膜120で覆っ
ている点である。
【0007】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
の範囲であり、金属濃度(Fe,Ni,Cr及びCu)
は誘導結合プラズマ発光分析法(ICP−AES)での
検出下限以下であり、多く見積もっても10ppm 以下で
ある。高純度アルミナ皮膜120は、不純物濃度<10
ppm の原料を用いてプラズマ溶射法を用い、シリカ系皮
膜119上にコーティングしている。高純度アルミナ皮
膜120中の不純物金属濃度は<10ppm であることを
蛍光X線分析により確認している。
【0008】本実施例によれば、シリカ系皮膜119及
び高純度アルミナ皮膜120を用いてプラズマ処理室1
05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、真空容器部まで回り込んだプラズマによって引
き起こされる金属の飛散,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3〜5×109個/cm2 レベルに低減できる。
【0009】上述したシリカ系皮膜119だけでステン
レス鋼製真空容器の内面を覆うこともウエハ金属汚染の
低減には有効であるが、シリカ系皮膜119だけの場合
にはプラズマに曝した時の消耗速度が比較的大きいとい
う問題がある。本実施例では、プラズマ耐性の優れた高
純度アルミナ皮膜120をシリカ系皮膜119上にコー
ティングすることにより、長期間に渡り金属汚染を低減
できる。また、シリカ皮膜119と高純度アルミナ皮膜
120により、プラズマエッチング装置のメンテナンス
清掃の純水拭き作業及び大気中からの水分とハロゲンを
含む堆積物による下地金属の侵食反応を防ぐことができ
る。
【0010】高純度アルミナ皮膜120が所定の許容レ
ベルを超えて消耗した場合は、再度プラズマ溶射するこ
とにより高純度アルミナ皮膜120を重ねて被覆するこ
とも可能である。
【0011】上述した実施例ではプラズマ処理室105
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及び高純
度アルミナ皮膜120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。
【0012】次に本発明の第2の実施例を図2により説
明する。本図において図3および図1と同符号は同一部
材を示し説明を省略する。本図が図1と異なる点は、プ
ラズマ処理室105に繋がるステンレス鋼製真空容器の
内面だけをシリカ系皮膜/高純度アルミナ皮膜219で
被覆するだけでなく、ウエハ112の搬送口となるゲー
トバルブ114の開閉面をシリカ系皮膜/高純度アルミ
ナ皮膜220で被覆し、また、圧力調整用のバリアブル
バルブ111もシリカ系皮膜/高純度アルミナ皮膜22
1で被覆している点である。本実施例では真空容器内で
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112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105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/高純度アルミナ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。
【0013】また、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,ゲートバルブ114および
バリアブルバルブ111に加えて、電極115の下部構
造部に対してもシリカ系皮膜/高純度アルミナ皮膜22
2を被覆することにより、プラズマ処理室105を通過
したマイクロ波(高周波電界)により電極115の下部
構造部の間隙がパッシェンの法則(Paschen's law)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。すなわち、電極115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し、こ
こに局所放電を誘発する場合があり、このときの部品か
らの金属の飛散を防止することができる。このような可
動部品および分割部品の金属製部品と隣接する金属製部
品との間隔が0.5mm〜100mmとなるところに、シリ
カ系皮膜/高純度アルミナ皮膜を被覆することが有効で
ある。
【0014】上述したこれら実施例によると、ウエハ1
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。
【0015】なお、これら実施例ではプラズマ処理装置
としてマイクロ波によりプラズマ生成する方式の装置に
ついて述べたが、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。
【0016】
【発明の効果】以上、本発明によれば、被処理ウエハ上
への金属汚染レベルを5×109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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す縦断面図である。
【図2】本発明の他の実施例であるプラズマ処理装置を
示す縦断面図である。
【図3】従来のプラズマ処理装置を示す縦断面である。
【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…プラズマ処理室、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、120…高純度アルミナ皮膜、219,2
20,221,222…シリカ系皮膜/高純度アルミナ
皮膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA24 AA30 AA51 BA05 BC06 BD14 CA25 CA47 DA01 EC14 EC21 FB01 4K030 DA04 KA08 KA30 KA47 LA15 LA18 5F004 AA14 AA15 BA07 BA09 BA16 BB07 BB18 BB22 BB24 BB28 BB29 BB30

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】処理室内を減圧排気するとともに所望のガ
    スを導入し、該ガスをプラズマ化して、前記処理室内に
    配置した試料を処理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
    とも一部をシリカ系皮膜及び高純度アルミナ皮膜で覆っ
    たことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記真空容器を構成する金属内壁がアルミ合金また
    はステンレス鋼を主材とした材料で構成されてなるプラ
    ズマ処理装置。
  3. 【請求項3】処理室内を減圧排気するとともに所望のガ
    スを導入し、該ガスをプラズマ化して、前記処理室内に
    配置した試料を処理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をシリカ系皮膜及び高純度アルミ
    ナ皮膜で覆ったことを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記真空容器内に具備された金属製部品の表面がア
    ルミ合金またはステンレス鋼を主材とした材料で構成さ
    れてなるプラズマ処理装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載のプラズマ処理装置におい
    て、金属製部品が開閉バルブ或いは開度調整バルブであ
    るプラズマ処理装置。
  6. 【請求項6】請求項5記載のプラズマ処理装置におい
    て、前記金属製部品と隣接する金属製部品との間隔が
    0.5mm 〜100mmであるプラズマ処理装置。
  7. 【請求項7】請求項1および3記載のプラズマ処理装置
    において、前記シリカ系皮膜及び高純度アルミナ皮膜に
    おけるFe,Ni,Cr及びCu濃度が10ppm 未満で
    あるプラズマ処理装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007515060A (ja) * 2003-11-25 2007-06-07 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 窒化ケイ素の熱化学気相堆積
JP2009049047A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Shin Etsu Handotai Co Ltd 気相成長装置及び気相成長方法
JP2017010972A (ja) * 2015-06-17 2017-01-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置

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Effective date: 20060418