JP2004134583A - プラズマ処理装置、これに用いる誘電体板及び処理容器 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体板支持部の金属製容器のダメージを最小限に抑えると共に、プラズマ処理効率の向上を図ること。
【解決手段】本発明に係るプラズマ処理装置においては、誘電体板と処理容器との対向領域に樹脂層を配置している。これにより、誘電体板と金属製の処理容器との熱膨張率の差から発生するパーティクル・ダメージが吸収されることになる。また、誘電体板のエッジ部等の電界境界部で局所放電の発生が抑制され、酸化膜の成膜等のプラズマ処理の効率を向上させることが可能となる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを用いて半導体基板を処理するプラズマ処理装置に関し、特に、当該プラズマ処理装置に使用される処理容器及び誘電体板の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマを用いた半導体基板の処理技術の発達がめざましい。プラズマ処理により、処理温度を従来に比べて大幅に低温化できる等のメリットがある。プラズマ処理装置は、一般に、半導体基板を収容した処理容器と、当該処理容器に電磁波を供給する電磁波供給部と、電磁波供給部と処理容器との間に配置された誘電体板（誘電体窓）とを備えている。かかる構成の装置において、処理容器内に処理に応じた混合ガスを導入し、マイクロ波等の電磁波によってプラズマを励起する。誘電体板と処理容器との間には、Ｏリング等のシール手段が配置され、処理容器を真空封止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置においては、誘電体板と金属製の処理容器との接触部において、両者の熱膨張率の差により、金属製容器の擦れ、削れ等のパーティクルが発生していた。最悪の場合には、誘電体板の破損等のダメージが発生していた。また、誘電体板のエッジ部等の電界境界部で局所放電が発生し、金属製容器がダメージを受けるだけでなく、酸化膜の成膜等のプラズマ処理の効率を低下させていた。
【０００４】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、誘電体板及び金属製容器のダメージを最小限に抑えると共に、プラズマ処理効率の向上が可能なプラズマ処理装置、処理容器及び誘電体板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマ処理装置においては、誘電体板と処理容器との間に樹脂層を配置している。これにより、誘電体板と金属製の処理容器との熱膨張率の差が原因で発生する擦れ・削れパーティクルを樹脂層で抑制されることが可能となる。また、誘電体板のエッジ部等の電界境界部で局所放電の発生が抑制され、酸化膜の成膜等のプラズマ処理の効率を向上させることが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に用いられるプラズマ基板処理装置１０の概略構成を示す。プラズマ処理装置１０は、被処理基板としてのシリコンウエハＷを保持する基板保持台１２が備えられた処理容器１１を有する。処理容器１１内の気体（ガス）は排気ポート１１Ａおよび１１Ｂから図示されない排気ポンプを介して排気される。なお、基板保持台１２は、シリコンウエハＷを加熱するヒータ機能を有している。
【０００７】
処理容器１１の装置上方には、基板保持台１２上のシリコンウエハＷに対応して開口部が設けられている。この開口部は、石英やＡｌ２Ｏ３からなる誘電体板１３により塞がれている。誘電体板１３の上部（外側）には、アンテナとして機能するスロット板１４が配置されている。スロット板１４の更に上部（外側）には、石英、アルミナ、窒化アルミニウム等からなる誘電体板１５が配置されている。この誘電体板１５は、遅波板又は波長短縮板と呼ばれることがある。誘電体板１５の上部（外側）には、冷却プレート１６が配置されている。冷却プレート１６の内部には、冷媒が流れる冷媒路１６ａが設けられている。また、処理容器１１の上端中央には、マイクロ波を導入する同軸導波管１８が設けられている。
【０００８】
基板保持台１２の周囲には、アルミニウムからなるガスバッフル板（仕切り板）２６が配置されている。ガスバッフル板２６の上面には石英カバー２８が設けられている。
【０００９】
処理容器１１の内壁には、プラズマ処理に使用されるガスを導入するためのガスノズル２２が設けられている。また、同様に、処理容器１１の内壁の内側には、容器全体を囲むように冷媒流路２４が形成されている。
【００１０】
このプラズマ処理装置１０を用いて処理を行う際には、まず、シリコンウエハＷをプラズマ処理装置１０の処理容器１１中にセットした後、排気ポート１１Ａ，１１Ｂを介して処理容器１１内部の空気の排気が行われ、処理容器１１の内部が所定の処理圧に設定される。その後、シリコンウエハＷがセット（ロード）された処理容器１１中に、ガスノズル２２から、所定の混合ガス（不活性ガス、酸素ガス、窒素ガス等）が導入される。
【００１１】
一方、同軸導波管１８を通って供給される数ＧＨｚの周波数のマイクロ波が、誘電体板１５，スロット板１４，誘電体板１３を介して処理容器１１中に導入される。このマイクロ波によりプラズマ生成ガスが励起され、プラズマが生成される。
【００１２】
処理容器１１内でのマイクロ波励起によって生成された高密度プラズマは、シリコンウエハＷの表面に酸化膜を成膜させる。
【００１３】
図２は、誘電体板１３と処理容器１１との対向領域近傍の様子を示す。処理容器１１の内壁側には、誘電体板１３を支持するフランジ状に突出した支持部３０が形成されている。支持部３０の上面には、Ｏ−リング３４を収容する溝３２が形成されている。そして、誘電体板１３の外縁部が支持部３０の上に支持されることになる。誘電体板１３と処理容器１１との対向領域（接触領域）には、樹脂層３６が形成されている。
【００１４】
処理容器１１の材質は金属である。これに対し、樹脂層３６の材質としては、テフロン（登録商標）、ポリイミド等のエンジニアリングプラスチックを使用することができる。樹脂層３６の材質はプラズマ処理の条件、すなわち反応ガスの種類、設定温度等に応じて選択することが好ましい。樹脂層３６の形成方法としては、塗布・焼き付け処理の他に、別部材（樹脂フィルム）を接着する方法を採用することも可能である。
【００１５】
樹脂層３６の厚みとしては、例えば、４０〜１００μｍとすることが好ましい。樹脂層３６の厚みが１００μｍ以上となると、コーティングによって樹脂層３６を形成するのが困難となる。一方、樹脂層３６の厚みが４０μｍ以下となると、絶縁性能が低下し易くなる。
【００１６】
なお、樹脂層３６は処理容器１１の表面、誘電体板１３の表面の何れに形成することも可能である。ただし、コーティングを行う場合には、高温焼成タイプの樹脂と低耐熱金属の組み合わせの場合、誘電体板１３側に形成する方が、工程としては容易である。
【００１７】
上記のように、樹脂層３６を設けることにより、誘電体板１３と金属製の処理容器１１との熱膨張率の差から発生する擦れ・削れ等のダメージが、また、誘電体板１３のエッジ部等の電界境界部で局所放電の発生が抑制される。その結果、金属製処理容器１１へのダメージを抑制することができる。更に、酸化膜の成膜等のプラズマ処理の効率を向上させることが可能となる。なお、本発明はハイパワー（例えば、３ｋＷ以上）のプラズマによって、シリコンウエハＷを処理する工程において特に有効である。
【００１８】
図３は、処理時間に対する膜厚の変化を、２つの異なるプロセスで示す。図において、実線が樹脂層を設けた本発明による結果であり、破線が樹脂層を設けない従来による結果である。図からも分かるように、本発明によると、誘電体板１３のエッジ部等の電界境界部で局所放電の発生が抑制されるため、成膜効率が平均で約２５％向上した。
【００１９】
図４は、誘電体板１３と処理容器１１との対向領域における樹脂層３６の形成位置の他の例を示す。図４の例では、樹脂層３６は、溝３２の外側のみに形成され、溝３２の内側（容器の内側）には形成されない。このような配置とすることにより、Ｏ２プラズマを用いた場合のようにプラズマの条件によって、樹脂層３６自体がダメージを受けて、パーティクルの発生要因となるのを防ぐことが可能となる。図４の例においても、図２場合と同様に、樹脂層３６は処理容器１１の表面、誘電体板１３の表面の何れに形成することも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誘電体板と処理容器との対向領域に樹脂層を設けているため、誘電体板と処理容器との熱膨張率の差から発生する擦れ・削れ等によるパーティクルが、また、誘電体板のエッジ部等の電界境界部で局所放電の発生が樹脂層３６で抑制される。その結果、金属製処理容器へのダメージを抑制することができる他、酸化膜の成膜等のプラズマ処理の効率を向上させることが可能となる。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略図（断面図）である。
【図２】図２は、実施例の要部の構造を示す断面図である。
【図３】図３は、実施例の効果を示すグラフであり、処理時間と膜厚との関係を示す。
【図４】図４は、本発明の他の実施例に係る要部の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　プラズマ処理装置
１１　プラズマ処理容器
１３　誘電体板
３０　支持部
３２　溝
３４　Ｏリング
３６　樹脂層
Ｗ　　シリコンウエハ

Claims (23)

1. 処理されるべき半導体基板を収容した処理容器と；
   前記処理容器に電磁波を供給する電磁波供給部と；
   前記電磁波供給部と前記処理容器との間に配置された誘電体板と；
   前記誘電体板と前記処理容器との間に配置された樹脂層とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記樹脂層は、前記誘電体板上の前記処理容器に対向する面に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記樹脂層は、前記処理容器上の前記誘電体板に対向する面に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記樹脂層の厚みは４０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記樹脂層は、コーティングによって形成されることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記樹脂層の材質は、前記処理容器に導入されるガスの種類に応じて選択されることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記処理容器の内壁には内側に突出するフランジ状の支持部が形成され、
   前記誘電体板の外縁部が、前記支持部上に支持され、
   前記支持部には、前記処理容器を封止するＯリングを配置する溝が形成されていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記樹脂層は、少なくとも前記溝に対してプラズマ生成領域の外側に配置されることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記樹脂層は、前記溝に対して内外両側に配置されることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記半導体基板表面に酸化膜を形成することを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９に記載のプラズマ処理装置。
11. 誘電体板を介して導入される電磁波によってプラズマを励起し、当該プラズマによって半導体基板に対して所定の処理を施すプラズマ処理装置に用いられ、前記半導体基板を収容する処理容器において、
    前記誘電体板との間に配置された樹脂層を備えたことを特徴とするプラズマ処理用の処理容器。
12. 前記樹脂層の厚みは４０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理用の処理容器。
13. 前記樹脂層は、コーティングによって形成されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理用の処理容器。
14. 前記樹脂層の材質は、前記処理容器に導入されるガスの種類に応じて選択されることを特徴とする請求項１１，１２又は１３に記載のプラズマ処理用の処理容器。
15. 前記処理容器の内壁には内側に突出するフランジ状の支持部が形成され、
    前記誘電体板の外縁部が、前記支持部上に支持され、
    前記支持部には、前記処理容器を封止するＯリングを配置する溝が形成されていることを特徴とする請求項１１，１２，１３又は１４に記載のプラズマ処理用の処理容器。
16. 前記樹脂層は前記支持部表面において、少なくとも前記溝に対してプラズマ生成領域の外側に配置されることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理用の処理容器。
17. 前記樹脂層は、前記溝に対して内外両側に配置されることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理用の処理容器。
18. 前記処理は、前記半導体基板表面に酸化膜を形成する成膜処理であることを特徴とする請求項１１，１２，１３，１４，１５，１６又は１７に記載のプラズマ処理用の処理容器。
19. 処理容器内で励起されたプラズマによって半導体基板に対して所定の処理を施すプラズマ処理装置に用いられ、前記プラズマを励起する電磁波を導入する際に当該電磁波が透過する誘電体板において、
    前記処理容器との間に樹脂層を備えたことを特徴とするプラズマ処理用の誘電体板。
20. 前記誘電体板は、アルミナからなることを特徴とする請求項１９に記載の誘電体板。
21. 前記樹脂層の厚みは４０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の誘電体板。
22. 前記樹脂層は、コーティングによって形成されることを特徴とする請求項１９，２０又は２１に記載の誘電体板。
23. 前記樹脂層の材質は、前記処理容器に導入されるガスの種類に応じて選択されることを特徴とする請求項１９，２０，２１又は２２に記載の誘電体板。

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