JP2004056117A

JP2004056117A - プラズマ処理装置及びウエハ

Info

Publication number: JP2004056117A
Application number: JP2003157087A
Authority: JP
Inventors: Hide Doi; 土井　秀
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】放電が集中する個所を制御することにより被処理基板に異物が付着することを抑制できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波を用いてプラズマを発生させて被処理基板にプラズマ処理を施すものである。このプラズマ処理装置は、該マイクロ波を透過させる石英板３と、該石英板３を支持するアルミニウム製のベース１３と、該石英板３の下面に内向きに形成され且つ該ベース１３と該石英板３との接点から離れた位置に形成された段差１７と、を具備するものである。従って、段差１７に放電を意図的に集中させて放電が集中する個所を制御することにより、被処理基板に異物が付着することを抑制することができる。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。特には、放電が集中する個所を制御することにより被処理基板に異物が付着することを抑制できるプラズマ処理装置又は装置部品の寿命を長くできるプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置の一例として、マイクロ波プラズマ方式のアッシング装置を挙げる。図１は、マイクロ波プラズマ方式のアッシング装置を示す断面図である。プラズマアッシング装置は、反応性ガスのプラズマを発生させ、そのプラズマを利用してレジストを除去する装置である。図中、１はマグネトロン、２はマイクロ波導波管、３は石英板、４は処理室内壁、５はガス導入管、６はマイクロ波反射板、７はウエハ、８はウエハステージ、９は排気管を示している。処理室及びウエハステージ８は円筒形を有しており、石英板３、マイクロ波反射板６は、その平面形状が円形を有している。
【０００３】
すなわち、このアッシング装置は円筒形状の真空容器１２を有し、この真空容器１２の上部にはマイクロ波導波管２が取り付けられている。マイクロ波導波管２の上部にはマイクロ波を発振させるマグネトロン１が取り付けられている。また、真空容器１２の下部には排気管９の一端が形成されており、この排気管９の他端はドライポンプ１１に接続されている。このドライポンプ１１により真空容器１２の内部の真空引きが行われる。
【０００４】
真空容器１２内の底部にはウエハ７を載置するためのウエハステージ８が配置されている。ウエハステージ８の上方にはメッシュ状のマイクロ波反射板６が配置されている。このマイクロ波反射板６はアルミニウム製である。マイクロ波反射板６の上方には石英板３が配置されている。また、真空容器１２の側部には、石英板３とマイクロ波反射板６との間に処理ガスを導入するガス導入管５の一端が設けられている。
【０００５】
このアッシング装置において、マグネトロン１から発振されたマイクロ波は、マイクロ波導波管２を通り、処理ガスたとえばＯ_２、ＣＨＦ_３又はＣＨＦ_４が導入された真空室内に到達し、石英板３とマイクロ波反射板６の間でプラズマが発生する。それによって下部のウエハ７のアッシングを行う。
【０００６】
図９は、図１に示すＡ部分を拡大した断面図である。図１と同一符号は、同一の部分を示している。上記真空容器１２はアルミニウム製のベース１３と処理室内壁４とから構成されている。円筒形状のベース１３の上部には２つの段差部１３ａ，１３ｂが設けられている。内側の段差部１３ａには石英板３の外周下部が載せられている。外側の段差部１３ｂにはＯリング１０及び処理室内壁４の下部が配置されている。Ｏリング１０は、石英板３の外側壁とベース１３の外側の段差１３ｂと処理室内壁４の下部のテーパー部４ａとに接触している。これにより、真空室内を密閉している。
【０００７】
上記従来のアッシング装置においては、ベース１３と石英板３との接点近傍に形成される角の部分に破損防止のための隙間１５が設けられていた。つまり、石英板３の外周下部には段差が設けられているため、この段差とベース１３との間に隙間１５が設けられることとなる。この隙間１５があることによって、石英板３とアルミニウム製のベース１３との熱膨張差を緩和し、石英板３に過度の熱応力が生じないようにして石英板３の破損を防止することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このアッシング装置を使用する際、石英板３に設けた段差部分に放電集中が起こり、そのためその段差部分がエッチングされてしまい、上記隙間１５が更に深く大きいものになってしまう。このように隙間が深くなると、その部分に更に強い放電集中が起こり、その結果、隙間１５に隣接しているベース１３が加熱され溶融し飛散してしまう。この飛散したアルミニウムは、異物となってウエハ７に付着する。この際、ウエハ７上に配線パターンが形成されていると、アルミニウムの異物がまるでナメクジのような形状となって配線パターンの相互間に付着する。その結果、配線パターンが短絡してしまい、ウエハ７上のパターン不良を引き起こすことがあった。
【０００９】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、放電が集中する個所を制御することにより被処理基板に異物が付着することを抑制できるプラズマ処理装置を提供することにある。また、その他の目的は、放電が集中する個所を制御することにより装置部品の寿命を長くできるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、円筒形状の容器を有するプラズマ処理装置であって、前記円筒形状の容器の内面上には、突起部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズマ処理装置において、前記円筒形状の容器の内部に配置された穴を有する電極をさらに有し、前記突起部は、前記穴に対向する位置に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズマ処理装置において、前記円筒状の容器の外側に配置された電極をさらに有し、前記突起部は、前記電極で覆われた部分の前記円筒状の容器に形成され且つ該円筒状の容器の上下方向で且つ直線状であることを特徴とする
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記プラズマ処理装置において、前記円筒状の容器の外側に配置された電極をさらに有し、前記突起部は、前記電極で覆われた部分の前記円筒状の容器に形成され且つ該円筒状の容器の内円周に沿って設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明のウエハは、前記プラズマ処理装置で処理されたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図２は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ処理装置の一例としてのマイクロ波プラズマ方式のアッシング装置の要部を示すものであり、図１に示すＡ部分を拡大した断面図である。図１と同一符号は、同一の部分を示している。なお、このＡ部分以外についての本実施の形態によるアッシング装置は、図１に示すものと同様であるので説明は省略する。
【００１６】
本実施の形態によるアッシング装置に用いる真空容器は、アルミニウム製のベース１３と処理室内壁４とから構成されている。円筒形状のベース１３の上部には２つの段差部１３ａ，１３ｂが設けられている。内側の段差部１３ａには平面形状が円形を有する石英板３の外周下部が載せられている。外側の段差部１３ｂにはＯリング１０及び処理室内壁４の下部が配置されている。Ｏリング１０は、石英板３の外側壁とベース１３の外側の段差１３ｂと処理室内壁４の下部のテーパー部４ａとに接触している。これにより、真空室内を密閉している。
【００１７】
上記石英板３の下面には段差１７が設けられている。段差１７の位置は、処理室内壁から可能な限り離れていて、ウエハ７のアッシングの面内均一性に影響しない場所が好ましい。すなわち、この段差１７は、図１に示すウエハステージ８上のウエハ７の外周鉛直上方より外側であってベース１３の内壁から可能な限り離れた位置に配置されている。アッシングの面内均一性を良くするためには、石英板３のうちウエハ７の鉛直上方に位置する部分の石英板の厚さを一定にする必要があるので、この部分の石英板に段差を設けることはできないからである。石英板の厚さを一定にする理由は、該石英板の厚さが一定でないと、上方から照射されたマイクロ波が石英板を透過してプラズマを発生させる際、マイクロ波の透過率も一定とならないので、発生するプラズマ密度も一定にはならず異なるものとなってしまうからである。具体的には例えば、６インチウエハの場合、ウエハの直径より０〜１０ｍｍ大きい直径を有する同心円状に段差１７をつける。より好ましくは、ウエハの直径より６ｍｍ大きい直径を有する同心円状に段差１７をつける。また、段差１７は内向きに設けられている。
【００１８】
なお、上記アッシング装置においては、ベース１３と石英板３との接点近傍に形成される角の部分に隙間（図９に示す隙間１５）を設けるための、従来の装置のような段差を石英板３に設けていない。
【００１９】
上記第１の実施の形態によれば、ベース１３の内壁から可能な限り離れた位置の石英板３に段差１７を設け、アッシングを行う際にこの段差１７の部分に意図的に放電を集中させるようにする。石英板３とベース１３との接点近傍における石英板に従来の装置のような段差を設けず、石英板３とベース１３の内壁との隙間をなくしている。従って、石英板３とベース１３とで形成される角に放電が集中するのを抑えることができる。即ち、放電集中による熱で溶融し飛散しやすいアルミニウム製のベース１３に、放電が集中するのを防ぐことができる。その結果、飛散した金属が異物となってウエハ７に付着するのを抑制することができる。
【００２０】
また、石英板３の段差１７に放電が集中し、その部分の石英がエッチングされても、石英の異物はアルミニウムベース１３からの異物ほど大きくなく、溶融による異物も発生しにくい。従って、ウエハ上でパターン不良を引き起こすような異物はほとんど発生しないといえる。
【００２１】
尚、段差１７の高さは、例えば２ｍｍ〜６ｍｍ程度が好ましく、更に好ましくは３ｍｍ程度である。段差の高さが高すぎると、放電集中する部分がプラズマ発生部分から離れてしまい、もとの部分（ベース１３と石英板３との接点近傍に形成される角の部分）でも放電集中が起こってしまうからである。
【００２２】
また、放電集中効果を高めるために、段差１７による角は直角又は鋭角的なものとすることが好ましい。
【００２３】
また、上記第１の実施の形態では、アッシング装置に石英板３を用いているが、材質は必ずしも石英に限られず、他の材質を用いることも可能であり、例えば、石英板３と同形状のセラミック板又は樹脂板を用いることも可能である。
【００２４】
図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態によるバレル型プラズマアッシング装置を示す断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す内部電極を示す斜視図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示すバレル型プラズマアッシング装置の断面図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示すバレル型プラズマアッシング装置の要部を拡大した断面図である。
【００２５】
図３（ａ），（ｃ）に示すように、このアッシング装置は石英製の真空容器３５を有し、この真空容器３５は両端が閉じた円筒形状を有している。真空容器３５の外側には円筒状の外部電極３１が配置されている。外部電極３１は整合器３８と接続されており、整合器３８は高周波電源３９と接続されている。また、真空容器３５にはガス導入口３６及びガス排気口３７が設けられている。真空容器３５の内部には円筒状のアルミニウム製の内部電極４１が配置されており、この内部電極４１は図３（ｂ）に示すように均一化するためにメッシュ形状とするための複数の穴を有している。内部電極４１の内側には石英ボード３４が配置されており、この石英ボード３４には複数のウエハ３３が載置されている。
【００２６】
上記真空容器３５の内面上には、図３（ｄ）に示すように突起部３５ａが設けられている。この突起部３５ａは、内部電極４１の穴に対向する位置に形成され、内部電極４１のメッシュに忠実に配置されている。この突起部３５ａにより真空容器３５における内部電極４１の近傍には段差が形成される。
【００２７】
上記第２の実施の形態によれば、真空容器３５に段差を設けることにより、この段差部分に放電集中を起こすことができる。これにより、放電集中が起きやすい内部電極４１の両端や内部電極の穴の外周に、放電集中が起こるのを抑制することができる。その結果、内部電極４１からアルミニウムの異物が発生するのを低減することができる。これにより、ウエハ３３に異物が付着することを抑制できる。
【００２８】
図４（ａ）は、図３（ｄ）に示す突起部の配置についての変形例を示す断面図である。真空容器４５には、内部電極４１のパターンに合わせて突起部４５ａが配置されている。
【００２９】
図４（ｂ）は、図３（ｄ）に示す突起部の配置についての他の変形例を示す断面図である。真空容器５５には、内部電極４１のパターンから半分ずれた位置に突起部５５ａが配置されている。
【００３０】
上記変形例においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
尚、上記突起部の配置は、図３（ｄ）、図４（ａ），（ｂ）に示すものに限定されるものではなく、適宜様々な配置に変更することも可能である。
【００３２】
図５（ａ）は、図３（ａ）に示す真空容器の変形例の要部を示す斜視図である。真空容器４７の内面には、内部電極の外側面に対向する位置に円筒形の内円周に沿った溝４７ａが所定の間隔をあけて複数設けられている。
【００３３】
図５（ｂ）は、図３（ａ）に示す真空容器の他の変形例の要部を示す斜視図である。真空容器４９の内面には、内部電極の外側面に対向する位置に直線状の溝４９ａが所定の間隔をあけて複数設けられている。
【００３４】
上記変形例においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
図６は、本発明の第３の実施の形態によるダウンフロー型プラズマエッチング装置を示す断面図である。図７（ａ）は、図６に示すエッチング装置の上部を示す横断面図であり、図７（ｂ）は、図６に示すエッチング装置の上部を示す縦断面図である。
【００３６】
図６に示すように、エッチング装置は上部が円筒状で下部が半球状の真空容器６３を有し、この真空容器６３の上端には酸素とＣＦ_４を導入する導入口６９が設けられている。真空容器６３の上部の外側には電極６４，６５が配置されており、電極６４，６５には高周波電源６６が接続されている。真空容器６３の下部にはウエハ６１を載置するウエハステージが配置されている。真空容器６３の下部には吸引通路６０が設けられており、この吸引通路６０から真空引きされるようになっている。
【００３７】
図７（ｂ）に示すように、真空容器６３の内面には上下方向に直線状の突起部６３ａが所定の間隔をあけて複数設けられており、突起部６３ａにより真空容器６３には段差が形成される。但し、図７（ａ）に示すように、電極６４と電極６５との間の隙間６７に隣接する部分の真空容器の内面には設けない。つまり、電極６４，６５で覆われた部分の真空容器内面に突起部を設けている。
【００３８】
上記エッチング装置において、導入口６９から酸素とＣＦ_４が真空容器６３内に導入され、電極６４，６５に高周波電圧が印加されると、真空容器６３の上部でプラズマが発生し、それによってウエハ６１のエッチングを行う。
【００３９】
上記第３の実施の形態によれば、エッチングを行う際に放電集中を起こしやすい部分（即ち、電極６４と電極６５との間の隙間６７に隣接する部分）の真空容器の内面には突起部を設けず、真空容器６３の他の内面に突起部６３ａを設けている。そして、この突起部６３ａによる段差部分に放電を集中させるようにする。これにより、真空容器６３の長寿命化を図ることができる。つまり、もし突起部６３ａがなければ、真空容器の上記隙間６７に隣接する部分に放電集中が起こってその部分の肉厚が減肉してしまい、真空容器の寿命が短くなるところを、突起部６３ａによる段差に意図的に放電を集中させることによって、放電集中を起こしやすい部分に放電集中が起こるのを抑制して真空容器の偏った減肉を防ぎ、その結果、真空容器６３の長寿命化を図ることができる。
【００４０】
図８は、図７（ｂ）に示す真空容器の変形例を示す断面図である。この真空容器７３の内面には、円筒形の内円周に沿い且つ電極６４，６５で覆われた部分に突起部７３ａが所定の間隔をあけて複数設けられている。そして、突起部７３ａにより真空容器７３には段差が形成される。
【００４１】
上記変形例においても第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、放電が集中する個所を制御することにより被処理基板に異物が付着することを抑制できるプラズマ処理装置を提供することができる。また、放電が集中する個所を制御することにより装置部品の寿命を長くできるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロ波プラズマ方式のアッシング装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるプラズマ処理装置の一例としてのマイクロ波プラズマ方式のアッシング装置の要部を示すものである。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態によるバレル型プラズマアッシング装置を示す断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す内部電極を示す斜視図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示すアッシング装置の断面図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示すアッシング装置の要部を拡大した断面図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、図３（ｄ）に示す突起部の配置についての変形例を示す断面図である。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は、図３（ａ）に示す真空容器の変形例の要部を示す斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態によるダウンフロー型プラズマエッチング装置を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、図６に示すエッチング装置の上部を示す横断面図であり、図７（ｂ）は、図６に示すエッチング装置の上部を示す縦断面図である。
【図８】図７（ｂ）に示す真空容器の変形例を示す断面図である。
【図９】図１に示すＡ部分を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１　マグネトロン　　　　　　２　マイクロ波導波管
３　石英板　　　　　　　　　４　処理室内壁
４ａ　テーパー部　　　　　　５　ガス導入管
６　マイクロ波反射板　　　　７　ウエハ
８　ウエハステージ　　　　　９　排気管
１０　Ｏリング　　　　　　　１１　ドライポンプ
１２　真空容器　　　　　　　１３　アルミニウム製のベース
１３ａ　内側の段差部　　　　１３ｂ　外側の段差部
１５　隙間　　　　　　　　　１７　段差
３１　外部電極　　　　　　　３３　ウエハ
３４　石英ボード　　　　　　３５　真空容器
３５ａ　突起部　　　　　　　３６　ガス導入口
３７　ガス排気口　　　　　　３８　整合器
３９　高周波電源　　　　　　４１　内部電極
４５　真空容器　　　　　　　４５ａ　突起部
４７　真空容器　　　　　　　４７ａ　溝
４９　真空容器　　　　　　　４９ａ　溝
５５　真空容器　　　　　　　５５ａ　突起部
６０　吸引通路　　　　　　　６１　ウエハ
６３　真空容器　　　　　　　６３ａ　突起部
６４，６５　電極　　　　　　６６　高周波電源
６７　隙間　　　　　　　　　６９　導入口
７３　真空容器　　　　　　　７３ａ　突起部

Claims

円筒形状の容器を有するプラズマ処理装置であって、
前記円筒形状の容器の内面上には、突起部が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１のプラズマ処理装置において、前記円筒形状の容器の内部に配置された穴を有する電極をさらに有し、
前記突起部は、前記穴に対向する位置に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１のプラズマ処理装置において、前記円筒状の容器の外側に配置された電極をさらに有し、
前記突起部は、前記電極で覆われた部分の前記円筒状の容器に形成され且つ該円筒状の容器の上下方向で且つ直線状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１のプラズマ処理装置において、前記円筒状の容器の外側に配置された電極をさらに有し、
前記突起部は、前記電極で覆われた部分の前記円筒状の容器に形成され且つ該円筒状の容器の内円周に沿って設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１〜４のプラズマ処理装置で処理されたウエハ。