JP2003257938A

JP2003257938A - プラズマエッチング処理装置

Info

Publication number: JP2003257938A
Application number: JP2002052259A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Tamura; 智行田村; Muneo Furuse; 宗雄古瀬; Kunihiko Koroyasu; 邦彦頃安
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】特に半導体製造工程における微細加工分野に
利用されるプラズマエッチング処理装置において、処理
室内部にデポ性の膜を形成し、確実に処理室壁面のプラ
ズマ損傷の抑制、あるいは、異物の発生を抑制する。【解決手段】エッチング処理室内に設置した炭素、水
素、あるいは、ケイ素を含む部材がエッチング処理中に
削られ、該部材からの炭素の供給、あるいは該部材から
放出される水素またはケイ素成分によるフッ素のスカベ
ンジ作用により、プラズマ中の炭素を含むデポ成分の比
率を増加させ、エッチング処理室の内壁にデポ成分を付
着させることにより、内壁のプラズマ損傷を抑制、ある
いは、異物の発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマエッチン
グ処理装置に関し、エッチング処理室内に設置した炭
素、水素またはケイ素を含む部材あるいはエッチング処
理室内の金属部品表面に施された樹脂製の膜などによ
り、エッチング処理室内にデポ性の膜を形成し、確実に
異物の発生を抑制する、特に半導体製造工程における微
細加工分野に利用されるプラズマエッチング処理装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程に使用されるプ
ラズマエッチング処理装置は、真空容器とこれに接続さ
れたガス導入部、圧力調整のための排気機構、プラズマ
発生のための高周波電力供給系、高周波電力を印加でき
るウエハ基板載置電極から構成され、ウエハ基板に高周
波を印加することによってプラズマからイオンを引き込
み、ウエハ上の薄膜をエッチングする仕組みになってい
る。

【０００３】そして、ウエハに対する重金属汚染を防止
するため、真空容器を形成する材料としては、従来から
重金属を含まないアルミニウム合金系の材料が、通常使
用されていた。

【０００４】しかしながら、プラズマエッチング処理装
置を長時間使用すると、エッチングガスや反応生成物に
より、ウエハ又は真空容器内部に汚染を生じるという問
題が生じていた。

【０００５】このため、例えば特開２０００−１２４１
９７号公報に記載されたプラズマ処理装置では、下部電
極を昇降させる昇降軸の上端部にアルミニウム合金の円
筒形状のカバーを設置し、さらに、カバーがエッチング
され異物が発生するのを防止するため、ポリイミド樹脂
シート（防護シート）が接着されたものが提案されてい
る。

【０００６】また、特開２０００−１６４５８２号公報
記載のプラズマ処理装置では、処理室の側壁を一定温度
に温度制御し、エッチングガスの組成から真空容器内壁
面に強固なコーテイング膜を形成し、プロセスの安定化
を図るプラズマ処理装置が提案されている。

【０００７】さらに、特開２００１−０５７３６１号公
報記載のプラズマ処理装置では、処理室の内壁面に樹脂
層を設け、その樹脂層によりプラズマ処理室の金属をカ
バーし、汚染を抑制するものが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、真空容
器内の側壁表面がアルミニウム合金（陽極酸化被膜処理
を行ったものも含む）であるプラズマエッチング処理装
置では、ウエハ処理条件によって、側壁表面がプラズマ
によりダメージを受け、アルミニウム成分を含む異物を
発生する場合のあることが、本発明者によって明らかに
された。

【０００９】特に微細な深穴をエッチングする場合にお
いては、ウエハに印加する電力が増大するため、真空容
器内の側壁のダメージも増大し、異物の発生しやすい傾
向があった。

【００１０】また、側壁に石英製カバーまたは樹脂製の
ライナーを設置することや、側壁にコーティングを行う
ことなども知られているが、プラズマに近いことによる
消耗の激しいことあるいは温度制御が難しいなどの問題
があった。

【００１１】本発明の目的は、プラズマエッチング処理
装置において、アルミニウム合金製の処理室の側壁か
ら、アルミニウム成分を含む異物を発生しにくくするこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願によっ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とおりである。

【００１３】すなわち、本発明のプラズマエッチング処
理装置は、エッチング処理室内に設置した炭素または水
素またはケイ素を含む部材がエッチング処理中に削られ
エッチング処理室内に供給されることにより、プラズマ
中のデポ成分の比率を増加させ、エッチング処理室の内
壁に前記デポ成分を付着させることにより、該内壁のプ
ラズマ損傷を抑制、あるいは、異物の発生を抑制したこ
とを特徴とする。

【００１４】また、エッチング処理時のウエハ基板高さ
位置にあたる前記エッチング処理室の内壁はアルミニウ
ム合金製であり、前記エッチング処理室の側壁は５０℃
以下に温度制御され、エッチング処理時のウエハ基板高
さ位置より下方にはアースに接続された金属部品を有
し、前記金属部品の表面に樹脂製の膜を有することを特
徴とする。

【００１５】この場合、ウエハに印加する電力が増大す
ると、それに応じて上記樹脂がエッチングされ、樹脂に
含まれる炭素や水素によるフッ素のスカベンジ作用によ
り、ウエハより排気側でのプラズマのデポ性をアップ
し、５０℃以下に温度制御されたエッチング処理室の内
壁に前記デポ性の被膜を生成することによって、内壁か
ら発生するアルミニウム成分を含む異物の発生を抑制す
ることができる。

【００１６】また、側壁に別部品がないため、温度制御
が高精度に行える。

【００１７】特に樹脂がポリイミドの場合には、金属汚
染源となる物質を微量しか含まないものを入手可能であ
り、さらに、プラズマ耐性が適度にあるため、本発明の
目的に適している。

【００１８】あるいは、樹脂製の膜の代わりに、導電性
カーボン製部品あるいは導電性樹脂部品を、アースに接
続して設置する。

【００１９】この場合は、部品自体がデポ成分である炭
素を供給する。

【００２０】あるいは、フルオロカーボン系ガスをエッ
チングガスとして用いる場合、導電性シリコン部品をア
ースに接続して設置する。

【００２１】この場合、Ｓｉがエッチングされ、エッチ
ングガス中のフッ素を消費することにより、エッチング
ガス中の炭素比率が増加し、デポ性は増加する。

【００２２】そして、導電性カーボンや導電性シリコン
は、樹脂製の膜に比べて厚くできるため、装置を長時間
使用することができる。

【００２３】上記の手段によれば、５０℃以下に温度制
御されたエッチング処理室の内壁にデポ性の被膜を生成
することによって、側壁から発生するアルミニウム成分
を含む異物の発生を抑制することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に例示するところに従
い、本発明に係る実施の形態を説明する。

【００２５】図１、図３および図４は、本発明のそれぞ
れ別の実施例を示すものであって、まず図１は、本発明
を適用した絶縁膜プラズマエッチング処理装置に係る第
１の実施例の断面図である。

【００２６】これを詳述すると、本実施例のエッチング
処理装置は、エッチング処理室１００の外周に、エッチ
ング処理室１００内に磁場を作るためのコイル１０１を
備えている。

【００２７】また、エッチング処理室１００の上方に、
平板状のアンテナ１２２、下方にウエハ基板載置電極１
３０があり、ウエハ基板載置電極１３０にウエハ基板１
３１を載せる構造になっている。

【００２８】また、処理室に酸素、ＣＦ系ガス（例えば
Ｃ４Ｆ８）、Ａｒガス等を導入する配管がなされ（図示
省略）、導入されたガスは、エッチング処理室１００下
方の真空室１０３に接続された圧力制御手段１０５を通
り、真空排気系１０４により排気される。

【００２９】また、プラズマを生成したり、アンテナ１
２２やウエハ基板１３１に高周波バイアスをかける為、
高周波電源系１２０、１４０から発生した高周波をマッ
チング回路・フィルタ系１２１、１４１を介し、それぞ
れアンテナ１２２およびウエハ基板載置電極１３０に各
々印加している。

【００３０】アンテナ１２２に接続している高周波電源
系１２０は、この場合４５０ＭＨｚの高周波を発生し、
コイル１０１により処理室内に作られた１６０ガウスの
等磁場面で電子サイクロトロン共鳴を起こさせ、高密度
のプラズマを生成することができる。

【００３１】一方、ウエハ載置電極１３０に接続してい
る高周波電源系１４０は、たとえば４００ｋＨｚから２
ＭＨｚの高周波電源であり、ウエハ基板１３１に入射す
るイオンエネルギーを制御することができる。

【００３２】エッチング処理室１００の側壁１０２、側
壁下部カバー１０７、電極カバー１０８は、いずれもア
ースに接地されたアルミニウム合金製であり、表面に陽
極酸化皮膜を形成している。

【００３３】側壁１０２は、内部に冷媒の流路１０９を
設けてあり、冷媒循環器２００により３０℃に温度制御
することが可能である。

【００３４】側壁下部カバー１０７および電極カバー１
０８は、その陽極酸化皮膜上に、絶縁性の樹脂膜、例え
ばポリイミドのコーテイング１１０、１１１を１００μ
ｍ〜３５０μｍ施してある。

【００３５】図２に、ウエハ基板載置電極印加電力を２
ｋＷとした時のポリイミド膜厚とポリイミド膜の削れ量
との関係を示す。

【００３６】図からも分かるように、ポリイミドが厚く
なるにつれて、膜の削れ量が減っていき、やがて、膜の
上に逆にデポしてくることが分かる。

【００３７】これは、膜が厚くなることにより、膜表面
とプラズマとの間の電位差が小さくなるため、エッチン
グ作用が弱まることが原因であることが分かった。

【００３８】つまり、あまり膜の厚みを厚くしてしまう
と、本来の目的である真空容器内へのデポ成分の供給が
できなくなる。

【００３９】一方、膜の厚みが薄すぎると、カバーの交
換頻度があがってしまうことから、１００μｍ〜３５０
μｍくらいが好適である。

【００４０】また、図３は、本発明を適用した第2の実
施例を示すものである。

【００４１】本実施例では、電極カバーは、第１の実施
例と同様にポリイミドコーティングを施しているが、第
１の実施例と異なり、側壁下部カバー１０７の表面は、
アルミニウム合金の陽極酸化皮膜が露出している。

【００４２】第１の実施例および第２の実施例に示した
プラズマエッチング処理装置を用いれば、酸化シリコン
膜に深穴を加工するためのウエハ基板に、２ｋＷの電力
を印加するエッチング条件において、４０時間の連続処
理を実施した場合、いずれの場合も側壁１０２にデポ性
の皮膜が形成され、異物の発生を防止できる。

【００４３】また、処理室の側壁１０２は、５０℃以下
の温度に制御されているため、側壁１０２からの反応生
成物の脱離量の変動を小さく保つことが可能で、エッチ
ング処理性能の安定性を確保できる。

【００４４】さらに、図４は、本発明を適用した第３の
実施例を示すものである。

【００４５】本実施例では、電極カバー１０８の上部の
材質を導電性カーボン１１３ａあるいは導電性シリコン
１１３ｂとし、これらをアース電位に接地している。

【００４６】この場合も、該部品の消耗によりＣの放出
や、ＳｉによるＦのスカベンジ作用により、プラズマの
デポ性を増加させ、側壁に皮膜を形成することで異物の
発生を防止できる。

【００４７】また、この場合、導電性カーボン１１３ａ
あるいは導電性シリコン１１３ｂは、その構造上１ｍｍ
以上の削れまで許容できるため、部品の寿命を長くする
ことができる。

【００４８】なお、実験結果によれば、上述したコーテ
ィングの施される位置または上記部品の設置される位置
は、ウエハ基板１３１の下方であって、アースに接地さ
れ、近くにプラズマが存在し、温度が７０〜１５０℃の
範囲にあって、ウエハ基板載置電極１３０に印加した高
周波電界が強く集中する箇所が適するようである。

【００４９】また、上述の各実施例では、側壁１０２を
３０℃に温度制御した場合を示したが、３０℃より低温
の場合でも、側壁１０２にデポによる皮膜を形成する効
果があることは明らかである。

【００５０】また、処理条件によっては５０℃以下であ
れば、同様の効果を期待できる。

【００５１】さらに、上述の各実施例では、コーティン
グ１１０，１１１の厚みは好適には１００〜３５０μｍ
であるが、フロロカーボン系ガスによるプラズマを用い
た酸化シリコンの深穴のエッチング条件においては、
０．５ｍｍ以下であればコーティングがエッチングさ
れ、同様の効果が期待できる。

【００５２】さらに、膜の形成方法は、スプレーを用い
る方法、浸漬する方法、刷毛で塗布する方法、あるいは
樹脂シートの張り付けなどが利用できる。

【００５３】さらに、樹脂はポリイミドに限定されるも
のではなく、炭素または水素を主成分とするものならば
良く、窒素、酸素などを含んでいても良い。

【００５４】例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリエチレンテレフタレートや各種のエンジニアリング
プラスチック材料を利用できる。

【００５５】また、導電性カーボンの代わりに導電性樹
脂を用いる場合、導電性樹脂として例えばポリイミドに
グラファイトやＳｉを含有したものが利用できる。

【００５６】また、樹脂膜としてこれらの導電性樹脂材
料を使用しても効果がある。

【００５７】特に、この場合は、導電性樹脂膜は０．５
ｍｍより厚くしても、導電性部品と同様な効果が期待で
きる。

【００５８】さらに、上記の実施例では側壁、側壁下部
カバー、電極カバーのアルミニウム合金表面は陽極酸化
皮膜を形成しているが、フッ化アルミ皮膜を形成したも
のでも同様の作用効果がある。

【００５９】さらに、上記実施例では有磁場UＨＦ放電
を用いたエッチング処理装置の例を示したが、たとえば
RIE放電、マグネトロン放電、誘導結合型放電、ＴＣＰ
放電、ＶＨＦ放電など、他のプラズマ生成方式を用いた
エッチング処理装置においても同様の作用効果がある。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、エッチング処理性能の
安定性を確保しつつ、処理室の側壁のアルミニウム成分
から、異物が発生するのを抑制することができる。

【００６１】また、一部の従来技術におけるように、処
理室の側壁へわざわざ樹脂層を形成する必要もないばか
りか、処理室に設けられた部材あるいは樹脂製の膜など
により、デポ性の膜を形成することができるので、より
確実に異物の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマエッチング処理装置の第１の
実施例を示す概略断面図

【図２】ポリイミド膜厚とポリイミド膜の削れ量との関
係を示すグラフ

【図３】本発明のプラズマエッチング処理装置の第2の
実施例を示す部分断面図

【図４】本発明のプラズマエッチング処理装置の第３の
実施例を示す部分断面図

【符号の説明】

１００…エッチング処理室、１０１…コイル、１０２…
側壁、１０３…真空室、１０４…真空排気系、１０５…
圧力制御手段、１０６…電極下部カバー、１０７…側壁
下部カバー、１０８ａ、１０８ｂ…電極カバー、１０９
…冷媒流路、１１０、１１１…ポリイミドコーティン
グ、１１２…誘電体部品、１１３ａ…導電性カーボン部
品、１１３b…導電性シリコン部品、１２０…高周波電
源系、１２１…マッチング回路・フィルタ系、１２２…
アンテナ、１３０…ウエハ基板載置電極、１３１…ウエ
ハ基板、１４０…高周波電源系、１４１…マッチング回
路・フィルタ系、１４２…絶縁体、２００…冷媒循環器

フロントページの続き (72)発明者頃安邦彦山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立ハイテクノロジーズ笠戸事業所内Ｆターム(参考） 4K057 DA02 DA20 DD01 DE06 DM01 DM14 5F004 AA15 BA08 CA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチング処理室とプラズマ発生用高周
波電源とウエハ基板載置電極とウエハ基板載置電極用高
周波電源とガス導入手段と排気手段とを有するプラズマ
エッチング処理装置において、エッチング処理室内に設
置した炭素または水素またはケイ素を含む部材がエッチ
ング処理中に削られエッチング処理室内に供給されるこ
とにより、プラズマ中のデポ成分の比率を増加させ、エ
ッチング処理室の内壁に前記デポ成分を付着させること
を特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項２】エッチング処理室とプラズマ発生用高周
波電源とウエハ基板載置電極とウエハ基板載置電極用高
周波電源とガス導入手段と排気手段とを有するプラズマ
エッチング処理装置において、エッチング処理時のウエ
ハ基板高さ位置にあたる前記エッチング処理室の内壁は
アルミニウム合金製であり、前記エッチング処理室の側
壁は５０℃以下に温度制御され、エッチング処理時のウ
エハ基板高さ位置より下方にはアースに接続された金属
部品を有し、前記金属部品の表面に樹脂製の膜を有する
ことを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項３】請求項２記載のプラズマエッチング処理
装置において、前記樹脂製の膜がポリイミドであること
を特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項４】請求項２または請求項３のいずれかに記
載のプラズマエッチング処理装置において、前記樹脂製
の膜が絶縁性であって厚みが０．５ｍｍ以下であること
を特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項５】エッチング処理室とプラズマ発生用高周
波電源とウエハ基板載置電極とウエハ基板載置電極用高
周波電源とガス導入手段と排気手段とを有するプラズマ
エッチング処理装置において、エッチング処理時のウエ
ハ基板高さ位置にあたる前記エッチング処理室の内壁は
アルミニウム合金製であり、前記エッチング処理室の側
壁は５０℃以下に温度制御され、エッチング処理時のウ
エハ基板高さ位置より下方にはアースに接続された導電
性カーボン部品あるいは導電性樹脂部品を有することを
特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項６】エッチング処理室とプラズマ発生用高周
波電源とウエハ基板載置電極とウエハ基板載置電極用高
周波電源とガス導入手段と排気手段とを有するプラズマ
エッチング処理装置において、エッチング処理時のウエ
ハ基板高さ位置にあたる前記エッチング処理室の内壁は
アルミニウム合金製であり、前記エッチング処理室の側
壁は５０℃以下に温度制御され、エッチング処理時のウ
エハ基板高さ位置より下方にはアースに接続された導電
性シリコン部品を有し、フルオロカーボン系ガスをエッ
チングガスとして用いることを特徴とするプラズマエッ
チング処理装置。