JP2003129239A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダストのない清浄な雰囲気での処理を実現で
きて微細加工デバイスの歩留りを向上できるプラズマ処
理方法及び装置を提供する。 【解決手段】 真空容器１と、真空容器内を真空排気す
る排気手段と、真空容器内にガスを導入するガス導入手
段と、真空容器内にプラズマを発生する上部アンテナ５
とを備えたプラズマ処理装置において、アンテナカバー
２１などの真空容器１内の構成部材の全て又は一部を、
表面に凹凸２３、２４を有しかつ機械加工によるマイク
ロクラックがないか若しくはマイクロクラックの除去処
理を行った部材にて構成し、表面の凹凸によりデポの高
い密着力が得られかつマイクロクラックの剥離によるダ
ストを生じず、ダストのない清浄な雰囲気での処理を実
現するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
ディスプレイパネルや太陽電池等の製造における薄膜形
成工程や微細加工工程等に用いられるプラズマ処理方法
及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラズマ処理技術においては、デ
バイスの高機能化と処理コストの低減のために、高精度
化、高速化、大面積化、低ダメージ化を実現する取り組
みが盛んに行われている。

【０００３】中でも、微細加工に用いられるプラズマ処
理においては、デバイスの歩留り向上のために、ダスト
のない清浄な雰囲気での処理が要求されている。

【０００４】従来のドライエッチング装置の概略構成に
ついて、図１を参照して説明する。図１において、１は
ドライエッチング処理を行う真空容器で、真空排気手段
２が接続され、またエッチングガスを供給するガス導入
手段３に接続されたガス導入口４が形成されている。真
空容器１内の上部には、上部アンテナ５が配設され、プ
ラズマ生成用の１００ＭＨｚの高周波電源６が接続され
ている。

【０００５】真空容器１内の下部には、被処理基板７を
静電吸着する基板保持台８が配設されている。基板保持
台８には、電極９が配設され、プラズマ生成用の５００
ｋＨｚの高周波電源１０と静電吸着用の電源１１ａ、１
１ｂが接続されている。また、基板保持台８には処理終
了後に被処理基板７を突き上げる突き上げ手段１２が配
設され、その駆動機構１３が設けられている。

【０００６】真空容器１の一側には、真空容器１内に対
して被処理基板７を適宜供給・排出するための真空搬送
システム１５が連通開口１４を介して接続されている。
連通開口１４には、任意に開放と遮蔽を行うゲートバル
ブ１６が配設されている。ゲートバルブ１６には、導電
性の真空シール１７が設けられており、この真空シール
１７にて真空容器１からのガス漏れを遮断するだけでな
く、ゲートバルブ１６と真空容器１が同電位となるよう
に構成されている。１８は、プラズマスパッタによる上
部アンテナ５の短期間での摩耗及びデポジット等の汚損
によるメンテナンス時の煩雑さを低減するため設置され
たアンテナカバーであり、簡単に取り外しできるように
固定手段（図示せず）にて固定されている。

【０００７】次に、以上の構成のドライエッチング装置
の動作を説明する。まず、ゲートバルブ１６を作動する
ことにより、真空容器１と真空搬送システム１５を連通
開口１４を介して空間的に連通する。次に、真空搬送シ
ステム１５にて被処理基板７を真空容器１内に搬入し、
基板保持台８に設けられた突き上げ手段１２を用いて被
処理基板７を基板保持台８に設置し、静電吸着用の電源
１１ａ、１１ｂにて静電吸着する。その後、ゲートバル
ブ１６を作動して連通開口１４を遮蔽する。

【０００８】次に、ガス導入口４よりエッチングガスで
あるＡｒガスを２００ｃｃ／分にて導入しつつ、真空容
器１内を０．５Ｐａに調圧し、高周波電源１０から基板
保持台８に１ｋＷ、高周波電源６から上部アンテナ５に
２ｋＷの高周波電力を印加することにより、真空容器１
内にプラズマを発生させ、所望のドライエッチング処理
を行う。

【０００９】エッチングが終了した後、プラズマ生成用
の高周波電源６、１０の作動を停止し、反応ガスの導入
を停止し、真空排気手段２にて真空排気を行いながら、
突き上げ手段１２で被処理基板７を基板保持台８から剥
離させ、ゲートバルブ１６を作動させて連通開口１４を
開放し、真空搬送システム１５にて被処理基板７を排出
して所定の処理を終了する。

【００１０】ところで、このようなプラズマ処理装置に
おいて、ダストの発生は特に放電空間に接触する部材が
原因となる場合が顕著である。そこで、従来は、例えば
特開平１０−１６３１８０号公報に開示されているよう
に、放電空間に接触する部材の表面粗さを指標とし、反
応生成物（以下、デポと記す）の密着性を上げ、その結
果としてダストを低減するという手法が提起されてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなダスト低減方法では、メンテナンス後や真空容器
内の構成部材の交換後において、ダミーウエハに対して
実プロセスで処理するシーズニングと呼ばれる処理を、
５枚以上のダミーウエハに対して行わないと、ダストが
低減しないという問題があることが本発明者の調査によ
って判明した。

【００１２】しかるに、近年のデバイスパターンの微細
化によって、ダストの対象粒径はより小さくなってきて
おり、特に粒径０．１０〜０．３０μｍ程度のものを対
象とした場合には、シーズニングがさらに必要となり、
装置のダウンタイム（非稼働時間）の長大化を招いてし
まうという問題がある。

【００１３】その原因を検討した結果、真空容器１内の
構成部材、特に石英やアルミナ等から成るセラミック系
のアンテナカバー１８などの部材において、表面粗さを
指標としてデポの密着性をあげるためにその表面を機械
加工し、図３（ｂ）に示すように、凹凸形状Ｍを形成し
た場合、図３（ｃ）に示すように、幅が１μｍ以下のマ
イクロクラックと呼ばれる機械加工時に発生するひびｍ
が発生することによることが判明した。マイクロクラッ
クｍは、強度的にも非常に脆いため、僅かな振動、ガス
供給時のガス流れ、プラズマによる分子のスパッタによ
り剥がれて拡散する。よって、シーズニングを行うこと
で、マイクロクラックｍを加速度的に剥がしていること
になる。これが、メンテナンス後、部材を新品に交換し
たときの粒径０．３μｍ以下のダストの原因となってい
る。

【００１４】また、表面粗さを指標に制御する方法は、
以下の問題がある。デポの密着度を上げるために表面積
を稼ごうと考えると、成るべく凹凸を鋭利な山・谷形状
としかつ凹凸の高低差を大きくしなければならない。こ
れは、上記マイクロクラックｍによる悪影響をさらに助
長することになる。

【００１５】また、セラミック系の絶縁体バルクは、静
電気を帯びやすく、谷の隙間にダストが付着し、従来の
純水を用いたデポ除去洗浄、または同時に超音波洗浄を
実施するのみでは、完全に除去できないことが判明して
いる。

【００１６】さらに、このような凹凸形状Ｍは、一般に
サンドブラストにより加工されており、ミクロ的には、
図３（ｂ）に示すように、のこぎりのような一定間隔・
一定高低差の凹凸の繰り返しとはなっていないのが現状
である。一方、表面の凹凸をなだらかな状態に形成する
と、ミクロ的には、表面が平面的になるので、安定した
デポの密着度が得られる程の表面積とはならない。

【００１７】また、ある程度の表面積を持つように表面
粗さＲａ＝２０μｍで評価したところ、シーズニングが
２０枚以上必要であり、そのシーズニング処理後の表面
粗さはプラズマにより化学的・物理的に平坦化されてお
り、所望のデポ密着度に効果のあるＲａ＝２０μｍには
なっていないことが判明した。よって、実際の処理では
非処理基板７が１００枚前後の連続処理で、アンテナカ
バー１８に堆積したデポが剥がれ落ち、メンテナンスを
余儀なくされる状態であった。

【００１８】また、特開平１０−１６３１８０号公報、
その他に開示された従来技術は、デポを付けるプロセス
に限定されるもので、デポが付着しない部位もしくはプ
ロセスでは、有効な手法がないことも問題であった。

【００１９】本発明は、上記従来の問題に鑑み、ダスト
のない清浄な雰囲気での処理を実現できて微細加工デバ
イスの歩留りを向上できるプラズマ処理方法及び装置を
提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理方
法は、真空容器内にガスを導入しつつ真空排気して所定
の圧力に維持し、真空容器内に配置した電極に高周波電
力を印加してプラズマを発生するプラズマ処理方法にお
いて、表面に凹凸を有しかつ機械加工によるマイクロク
ラックがないか若しくはマイクロクラックの除去処理を
行った部材を真空容器内の構成部材として用いるもので
あり、表面の凹凸によりデポの高い密着力が得られてデ
ポの剥離によるダストを生じず、またマイクロクラック
の剥離によるダストを生じず、ダストのない清浄な雰囲
気での処理を実現できて微細加工デバイスの歩留りを向
上できる。

【００２１】また、真空容器内の構成部材の表面形状を
作成する際に、表面形状を作成する金型を用意し、この
金型を構成部材の表面に押し当て、高温に加熱して形状
を転写すると、マイクロクラックのない表面形状の構成
部材を得ることができ、上記効果が確実に得ることがで
き、特に石英からなる構成部材に形状を転写すると、構
成部材が石英からなる場合に適用できて、特に効果的で
ある。

【００２２】また、真空容器内の構成部材の表面形状を
作成する際に、３％以下の濃度のフッ酸を使用しながら
バフ研磨すると、マイクロクラックを確実に除去して上
記効果を奏することができる。また、真空容器内の構成
部材の表面形状を作成する際に、ブラスト処理を行った
後、１０％以上の濃度のフッ酸を使用して表面処理する
と、所要範囲内に所定の高低差を持つ凹凸形状を形成
し、かつその凹凸形状の表面にさらに細かい凹凸形状を
形成することができ、マイクロクラックがなく、かつ表
面の凹凸によりデポの高い密着力が得られ、さらに高い
効果を奏することができる。これらは、構成部材が、ア
ルミナ、石英等のセラミックからなる場合には特に効果
を発揮する。

【００２３】また、真空容器内にガスを導入しつつ真空
排気して所定の圧力に維持し、真空容器内に配置した電
極に高周波電力を印加してプラズマを発生するプラズマ
処理方法において、真空容器内の構成部材の洗浄を行う
際に、静電気除去を含む洗浄を行うと、構成部材の表面
に凹凸を有して静電気でダストが固着している場合にも
確実に除去でき、ダストのない清浄な雰囲気での処理を
実現できて微細加工デバイスの歩留りを向上できる。

【００２４】また、本発明のプラズマ処理装置は、真空
容器と、真空容器内を真空排気する排気手段と、真空容
器内にガスを導入するガス導入手段と、真空容器内にプ
ラズマを発生する電極とを備えたプラズマ処理装置にお
いて、真空容器内の構成部材の全て又は一部を、表面に
凹凸を有しかつ機械加工によるマイクロクラックがない
か若しくはマイクロクラックの除去処理を行った部材に
て構成したものであり、表面の凹凸によりデポの高い密
着力が得られてデポの剥離によるダストを生じず、また
マイクロクラックの剥離によるダストを生じず、ダスト
のない清浄な雰囲気での処理を実現できて微細加工デバ
イスの歩留りを向上できる。

【００２５】また、真空容器内の構成部材の全て又は一
部の表面形状として、所定の高低差を持つ凹凸形状を形
成し、かつその凹凸形状の表面にさらに細かい高低差を
持つ凹凸形状を形成すると、表面に高い密度で凹凸が存
在することで、安定したデポの密着度が得られ、さらに
ダストのない清浄な雰囲気での処理を実現できて微細加
工デバイスの歩留りを向上できる。

【００２６】さらに、真空容器内の構成部材の全て又は
一部の表面形状を、１０〜３０μｍの高低差を持つ凹凸
形状（１ｍｍの範囲内に１５〜３０個形成すると好適で
ある。）とし、かつその凹凸表面にさらに細かい１〜５
μｍの高低差を持つ凹凸形状（３０〜７０μｍの範囲内
に５〜３０個形成すると好適である。）を形成すると、
さらに高い効果を得ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプラズマ処理装置
をドライエッチング装置に適用した一実施形態につい
て、図１、図２を参照して説明する。なお、ドライエッ
チング装置の全体構成及びそのドライエッチング動作
は、図１を参照して説明した従来例と基本的に同一であ
り、共通の構成要素についてはその説明を援用して説明
を省略し、以下に本発明の要部の構成についてのみ説明
する。

【００２８】本実施形態においては、プラズマスパッタ
による上部アンテナ５の短期間での摩耗及びデポジット
等の汚損によるメンテナンス時の煩雑さを低減するた
め、図２に詳細を示すように、上部アンテナ５を覆う石
英やアルミナ等からなるセラミック製のアンテナカバー
２１が、簡単に取り外しできるように固定手段（図示せ
ず）にて固定されている。

【００２９】このアンテナカバー２１には、図２（ａ）
に一点鎖線で示すように、真空容器１内の放電空間に面
している面２２に、図２（ｂ）に示すように、約２０μ
ｍの高低差を持つ凹凸形状２３が１ｍｍの範囲当たり１
５〜３０個程、本実施形態では２０個ほど形成され、か
つその凹凸表面は、図２（ｃ）に示すように、さらに細
かい１〜５μｍの高低差を持つ凹凸形状２４が形成され
ている。この１〜５μｍの高低差を持つ凹凸形状は３０
〜７０μｍの範囲内に５〜３０個形成すると好適であ
る。

【００３０】このような凹凸形状２３、２４は、のこぎ
りのような一定間隔・一定高低差の凹凸の繰り返し形状
で形成されている。これにより、ドライエッチング時に
発生するデポの付着する面積が理想的に増大し、密着強
度が増すことにより、デポが堆積して剥がれるまでの時
間が増大する。この結果、メンテナンス期間が延び、装
置の非稼働時間が短縮される。

【００３１】また、本実施形態のアンテナカバー２１
は、石英やアルミナ等のセラミック製で、その表面の凹
凸形状２３、２４は、金属製の金型を構成部材の表面に
押し当て、高温に加熱して形状を転写させて形成してい
る。さらに、本実施形態では、０．５％以下の濃度のフ
ッ酸を使用しながらバフ研磨仕上げを行って凹凸の頂点
をなだらかにしている。これにより、セラミック類を機
械加工したときに発生するマイクロクラックが存在せ
ず、新品のアンテナカバー２１に交換した際にシーズニ
ング無しでもダストが発生しない。

【００３２】更に、凹凸形状２３、２４を形成する別の
手段について説明する。真空容器内の構成部材は様々な
形状を有しており、その形状に合わせた機械加工が必要
である。しかし、その機械加工の種類により仕上がりの
表面状態が異なる。すなわち、マイクロクラックの発生
度合いも大いに異なるため、その影響を受けにくい手法
が必要である。

【００３３】そこで、機械加工後、マイクロクラックの
除去が必要な範囲、及び凹凸形状２３、２４の必要な範
囲に、粒径１００μｍ以下のアルミナを用いたブラスト
処理を行い、機械加工の種類により異なる表面状態を均
一化するとともにその表面粗さをＲmax ５〜１５μｍと
した。その後、１０％以上の濃度のフッ酸を使用した表
面処理を実施することにより、所望する表面状態とする
ことが可能である。

【００３４】以上の構成のアンテナカバー２１を用いる
ことで、被処理基板７を５００枚以上メンテナンス無し
で連続処理できるようになった。

【００３５】さらに、メンテナンス時、若しくは真空容
器１内の構成部材を新品と交換する際、付着したデポや
ダスト等を除去するための洗浄において、最終仕上げの
工程前に、静電気を除去する洗浄工程を行い、静電気に
より固着しているダストを除去し、最後に純水洗浄、乾
燥した後、装置に組み付けることにより、メンテナンス
後のダストの発生が抑制され、シーズニングなしでスム
ーズに装置を通常生産状態に移行できる。

【００３６】以上のように、本実施形態によれば、粒径
０．１０μｍ以上のダストにおいても、真空容器１の内
部の構成部材より発生するダストおよびデポの剥離によ
るダストの発生を抑制することにより、ダストのない清
浄な雰囲気での処理と装置のダウンタイム（非稼働時
間）を短縮することができる。

【００３７】以上の実施形態における、以下の４つの技
術手段 （１） 真空容器内の構成部材の全て又は一部におい
て、所定幅の範囲内に所定の高低差をもつ凹凸形状が形
成され、かつその凹凸表面にさらに細かい高低差をもつ
凹凸形状が形成されている。

【００３８】（２） 真空容器内の構成部材の表面形状
を作成する際、金型を用意し、その金型を真空容器内の
構成部材表面に押し当て高温に加熱し形状を転写させ
る。

【００３９】（３） 真空容器内の構成部材の表面形状
を作成する際、凹凸の頂点がなだらかな形状を作成する
ために３％以下の濃度のフッ酸を使用しながらバフ研磨
する。

【００４０】（４） 真空容器内の構成部材の表面形状
を作成する際、所要範囲内に所定の高低差を持つ凹凸形
状を形成し、かつその凹凸形状の表面にさらに細かい凹
凸形状を形成するために、まずブラスト処理を行い、そ
の後１０％以上の濃度のフッ酸を使用して表面処理す
る。

【００４１】（５） 真空容器内の構成部材の洗浄を行
う際、静電気を除去する洗浄工程を含み、静電気により
固着しているダストを除去する。については、それぞれ
単独で実施しても十分な効果が得られることが確認され
ている。例えば、（２）の金型の転写の代わりに、従来
の機械加工により凹凸を形成後、極めて細かい粉体によ
りサンドブラストを行い、（３）のフッ酸＋バフ研磨に
てマイクロクラックを除去する方法においても、同等の
効果を生み出す表面形状となるように条件出しをするこ
ともできる。勿論、上記４つの技術手段を同時に実施す
ることがより好ましいのは言うまでもない。

【００４２】また、上記実施形態においては、ドライエ
ッチング装置を例にとって説明したが、本発明はプラズ
マＣＶＤ装置やスパッタリング装置やアッシング装置に
対しても適用することができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明のプラズマ処理方法及び装置によ
れば、以上のように真空容器内の構成部材の表面形状、
表面処理、洗浄方法を最適化することにより、構成部材
表面より発生するダスト、及びデポの剥離によるダスト
の発生を抑制することができ、デバイスパターンの微細
化によりダストの対象粒径がより小さくなっても、清浄
な雰囲気での処理を確保してデバイスの歩留りを向上で
きるとともに装置のダウンタイムを短縮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置を適用したドライエ
ッチング装置の一実施形態の概略構成を示す縦断面図で
ある。

【図２】同実施形態における真空容器内の構成部材とし
てのアンテナカバーを示し、（ａ）は配設状態を示す縦
断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大詳細図、（ｃ）は
（ｂ）のＢ部拡大詳細図である。

【図３】従来例における真空容器内の構成部材としての
アンテナカバーを示し、（ａ）は配設状態を示す縦断面
図、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大詳細図、（ｃ）は（ｂ）
のＤ部拡大詳細図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 真空廃棄手段 ３ ガス導入手段 ５ 上部アンテナ ２１ アンテナカバー（真空容器内の構成部材） ２３ 凹凸形状 ２４ 凹凸形状

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 DA09 DA10 4K030 FA03 KA12 KA46 5F004 AA15 BA00 BB29 5F045 BB15 DP03 EB02 EB03 EB06 EM05 EM10

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内にガスを導入しつつ真空排気
   して所定の圧力に維持し、真空容器内に配置した電極に
   高周波電力を印加してプラズマを発生するプラズマ処理
   方法において、表面に凹凸を有しかつ機械加工によるマ
   イクロクラックがないか若しくはマイクロクラックの除
   去処理を行った部材を真空容器内の構成部材として用い
   ることを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 【請求項２】 真空容器内の構成部材の表面形状を作成
   する際に、表面形状を作成する金型を用意し、この金型
   を構成部材の表面に押し当て、高温に加熱して形状を転
   写することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方
   法。
3. 【請求項３】 石英やアルミナ等のセラミックからなる
   構成部材に形状を転写することを特徴とする請求項２記
   載のプラズマ処理方法。
4. 【請求項４】 真空容器内の構成部材の表面形状を作成
   する際に、３％以下の濃度のフッ酸を使用しながらバフ
   研磨することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理
   方法。
5. 【請求項５】 真空容器内の構成部材の表面形状を作成
   する際に、ブラスト処理を行った後、１０％以上の濃度
   のフッ酸を使用して表面処理することを特徴とする請求
   項１記載のプラズマ処理方法。
6. 【請求項６】 構成部材が、石英やアルミナ等のセラミ
   ックからなることを特徴とする請求項４又は５記載のプ
   ラズマ処理方法。
7. 【請求項７】 真空容器内にガスを導入しつつ真空排気
   して所定の圧力に維持し、真空容器内に配置した電極に
   高周波電力を印加してプラズマを発生するプラズマ処理
   方法において、真空容器内の構成部材の洗浄を行う際
   に、静電気除去を含む洗浄を行うことを特徴とするプラ
   ズマ処理方法。
8. 【請求項８】 真空容器と、真空容器内を真空排気する
   排気手段と、真空容器内にガスを導入するガス導入手段
   と、真空容器内にプラズマを発生する電極とを備えたプ
   ラズマ処理装置において、真空容器内の構成部材の全て
   又は一部を、表面に凹凸を有しかつ機械加工によるマイ
   クロクラックがないか若しくはマイクロクラックの除去
   処理を行った部材にて構成したことを特徴とするプラズ
   マ処理装置。
9. 【請求項９】 真空容器内の構成部材の全て又は一部の
   表面形状として、所定の高低差を持つ凹凸形状を形成
   し、かつその凹凸形状の表面にさらに細かい高低差を持
   つ凹凸形状を形成したことを特徴とする請求項８記載の
   プラズマ処理装置。
10. 【請求項１０】 真空容器内の構成部材の全て又は一部
    の表面形状を、１０〜３０μｍの高低差を持つ凹凸形状
    とし、かつその凹凸表面にさらに細かい１〜５μｍの高
    低差を持つ凹凸形状を形成したことを特徴とする請求項
    ９記載のプラズマ処理装置。
11. 【請求項１１】 １０〜３０μｍの高低差を持つ凹凸形
    状を１ｍｍの範囲内に１５〜３０個形成した請求項１０
    記載のプラズマ処理装置。
12. 【請求項１２】 １〜５μｍの高低差を持つ凹凸形状は
    ３０〜７０μｍの範囲内に５〜３０個形成した請求項１
    ０又は１１記載のプラズマ処理装置。