JP2005039119A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明の目的は、真空チャンバ内に浮遊する帯電粒子が観察窓に付着して透過性を悪化させ、真空チャンバ内の正確な情報が得られなくなることを防止する機能を備えたプラズマ処理装置を提供することである。
【解決手段】 内部を観察するための観察窓１１を備えた真空チャンバ２内に発生させたプラズマを利用して、半導体基板５にプラズマエッチング処理を施すプラズマエッチング装置１０１において、観察窓１１に帯電粒子が付着することを防止する電界発生装置１０２を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、そのプラズマを利用して半導体基板などの被処理基板にプラズマエッチング処理，プラズマアッシング処理，プラズマＣＶＤ処理，プラズマスパッタ処理などのプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関し、特に真空チャンバ内の状態を観察できる観察窓を備えたプラズマ処理装置に関する。
従来のプラズマ処理装置の一例として、半導体基板上に形成された酸化膜などの薄膜をプラズマエッチング処理する平行平板型のプラズマエッチング装置の断面図を図４に示す。
プラズマエッチング装置１は、反応性ガスを密閉する真空チャンバ２と、真空チャンバ２内部に配置された、保持電極３と、保持電極３に対向して配置された対向電極４と、保持電極３上に配置され半導体基板５を吸着保持する静電チャックステージ６と、真空チャンバ２外部に配置されたプラズマ発生用ＲＦ電源７と、静電チャック用電源８とで構成されている。
また、真空チャンバ２には、ガス導入口９とガス排気口１０とが設けられている。
また、保持電極３は一端を接地したプラズマ発生用ＲＦ電源７に接続され、保持電極３に高周波電圧を加えて、接地された対向電極４との間にプラズマ（図中破線部）を励起できるようになっている。
また、真空チャンバ２の側壁には、エッチング中のプラズマ発光強度など、真空チャンバ２内の情報を得るための観察窓１１が取付けられている。ここで、観察窓１１は、例えばリング状の窓枠１１ａに透過性と耐久性に優れた石英ガラス板１１ｂが嵌め込まれた構造をしている。
また、その観察窓１１の外側には受光部１２が配置され、受光したプラズマ発光強度を電圧信号に変換し演算処理する処理部１３を介して、プラズマ発光強度の時間変化としての発光強度曲線１４を表示するモニタ１５に接続されている。
次に、上記のプラズマエッチング装置１の使用方法について説明する。先ず、半導体基板５を静電チャックステージ６上に載置し、静電チャック用電源８をＯＮにして半導体基板５を吸着保持する。
次に、所定の真空度にした真空チャンバ２内に、ガス導入口９より反応性ガスを導入し、プラズマ発生用ＲＦ電源７をＯＮにして保持電極３と対向電極４との間にプラズマを発生させ、半導体基板５上の薄膜（図示せず）にプラズマエッチング処理を施す。
尚、このときプラズマ中には、仮に、反応性ガスをＣＦ４,薄膜をＳｉＯ２膜とした場合、励起状態のＣＦ４や、Ｆラジカルや、ＣＦ３ ＋などの正イオンや、電子ｅ−が混在している。また、プラズマエッチング処理によって、ＳｉＦ４，ＣＯＸなどの反応生成物が生じる。このため、この不所望な反応生成物を排気し真空度を一定に調整するため、ガス排気口１０より排気しながらプラズマエッチング処理を行う。
また、プラズマエッチング処理の進行状況は、モニタ１５に表示される発光強度曲線１４として観察でき、エッチング終点もこれによって検出される。
このようにして、プラズマエッチング処理が終了したら、プラズマ発生用ＲＦ電源７をＯＦＦにして、真空チャンバ２内のガスをガス排気口１０から排気した後、静電チャック用電源８をＯＦＦにして半導体基板５を静電チャックステージ６から離脱させる。
以上の動作を繰返して、順次、次の半導体基板５に対してプラズマエッチング処理を行う。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００３−１５１９５５号公報（第２頁、第３図）
しかしながら、従来のプラズマエッチング装置１では、プラズマエッチング処理により発生した反応生成物をガス排気口１０を通して吸引除去するが、すべてが吸引除去されるわけではなく、それらの一部は浮遊し真空チャンバ２内壁や観察窓１１などに付着した。特に、反応生成物がプラズマ中の電子ｅ−と衝突すると帯電粒子となり、真空チャンバ２内壁や観察窓１１との間に働くクーロン引力によって付着しやすくなった。（図４には、正の帯電粒子が観察窓１１に付着する様子を示す。）
そして、観察窓１１に帯電粒子が付着して透過性が悪化すると、その結果として、真空チャンバ２内の正確な情報を得ることができなくなった。
本発明の目的は、真空チャンバ内に浮遊する帯電粒子が観察窓に付着して透過性を悪化させ、真空チャンバ内の正確な情報が得られなくなることを防止するプラズマ処理装置を提供することである。
本発明のプラズマ処理装置は、内部を観察するための観察窓を備えた真空チャンバ内に発生させたプラズマを利用して、被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、観察窓に帯電粒子が付着することを防止する機能を備えた電界発生装置を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
本発明のプラズマ処理装置によると、観察窓に帯電粒子が付着することを防止する電界発生装置を備えたため、真空チャンバ内に浮遊する帯電粒子が観察窓に付着して透過性を悪化させ、その結果として、真空チャンバ内の正確な情報が得られなくなることを防止できる。
真空チャンバ内に浮遊する帯電粒子が観察窓に付着して透過性を悪化させ、真空チャンバ内の正確な情報が得られなくなることを防止できる機能を備えたプラズマ処理装置を提供するという目的を、電界によるクーロン斥力やクーロン引力を利用して、帯電粒子を観察窓に近づけないようにしたり、強制的に吸着捕捉したりすることで実現した。
本発明のプラズマ処理装置の一例として、半導体基板上に形成された酸化膜などの薄膜をプラズマエッチング処理する平行平板型のプラズマエッチング装置の断面図を図１に示す。尚、図４と同一部分には同一符号を付す。
プラズマエッチング装置１０１は、反応性ガスを密閉する真空チャンバ２と、真空チャンバ２の内部に配置された保持電極３と、保持電極３に対向して配置された対向電極４と、保持電極３上に配置され半導体基板５を吸着保持する静電チャックステージ６と、真空チャンバ２外部に配置されたプラズマ発生用ＲＦ電源７と、静電チャック用電源８と、本発明の特徴である電界発生装置１０２とで構成されている。
また、真空チャンバ２には、ガス導入口９とガス排気口１０とが設けられている。
また、保持電極３は一端を接地したプラズマ発生用ＲＦ電源７に接続され、保持電極３に高周波電圧を加えて、接地された対向電極４との間にプラズマ（図中破線部）を励起できるようになっている。
また、真空チャンバ２の側壁には、エッチング中のプラズマ発光強度など、真空チャンバ２内の情報を得るための観察窓１１が取付けられている。ここで、観察窓１１は、例えばリング状の窓枠１１ａに透過性と耐久性に優れた石英ガラス板１１ｂが嵌め込まれた構造をしている。
また、その観察窓１１の外側には受光部１２が配置され、受光したプラズマ発光強度を電圧信号に変換し演算処理する処理部１３を介して、プラズマ発光強度の時間変化としての発光強度曲線１４を表示するモニタ１５に接続されている。
また、観察窓１１の近傍には、本発明の特徴である電界発生装置１０２が配置されている。電界発生装置１０２は、観察窓１１の石英ガラス板１１ｂの内面（プラズマ側）にその全面を覆うように貼り付けられた透明導電性フィルム１０３と、それに接続され、透明導電性フィルム１０３に任意の符号（正または負）の電荷を付与可能な電源部１０４とで構成されている。
ここで、透明導電性フィルム１０３は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などで成る透明で絶縁性を有するフィルム基板１０３ａの片方の面に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明導電薄膜層１０３ｂが形成された構造をしており、透明導電薄膜層１０３ｂが形成されていない側の面を石英ガラス板１１ｂに貼り付けられている。
尚、フィルム基板１０３ａの代わりにガラスなどの透明基板を用いてもよい。また、上記では、透明導電性フィルム１０３を石英ガラス板１１ｂに密着させて配置することで説明したが、若干、離間させて配置してもよい。また、取付方法は、特に限定するものではなく接着でも何でもよいが交換時の脱着が容易な取付方法が望ましい。
次に、上記のプラズマエッチング装置１０１の使用方法について説明する。先ず、半導体基板５を静電チャックステージ６上に載置し、静電チャック用電源８をＯＮにして半導体基板５を吸着保持する。
次に、所定の真空度にした真空チャンバ２内に、ガス導入口９より反応性ガスを導入し、プラズマ発生用ＲＦ電源７をＯＮにして保持電極３と対向電極４との間にプラズマを発生させ、半導体基板５上の薄膜（図示せず）にプラズマエッチング処理を施す。
尚、このときプラズマ中には、仮に、反応性ガスをＣＦ４,薄膜をＳｉＯ２膜とした場合、励起状態のＣＦ４や、Ｆラジカルや、ＣＦ３ ＋などの正イオンや、電子ｅ−が混在している。また、プラズマエッチング処理によって、ＳｉＦ４，ＣＯＸなどの反応生成物が生じる。このため、この不所望な反応生成物を排気し真空度を一定に調整するため、ガス排気口１０より排気しながらプラズマエッチング処理を行う。
また、プラズマエッチング処理の進行状況は、モニタ１５に表示される発光強度曲線１４として観察でき、エッチング終点もこれによって検出される。
このようにして、プラズマエッチング処理が終了したら、プラズマ発生用ＲＦ電源７をＯＦＦにして、真空チャンバ２内のガスをガス排気口１０から排気した後、静電チャック用電源８をＯＦＦにして半導体基板５を静電チャックステージ６から離脱させる。
また、上記の一連のプラズマエッチング処理作業の間中、あるいは、少なくともプラズマが発生している間中、本発明の特徴である電界発生装置１０２を、例えば、透明導電性フィルム１０３に正の電荷を帯電させた状態で作動させておく。そうすることによって、浮遊する正の帯電粒子に対してクーロン斥力が働くため、正の帯電粒子が石英ガラス板１１ｂに付着することを防止できる。
また、これと反対に、透明導電性フィルム１０３に負の電荷を帯電させておくと、浮遊する負の帯電粒子に対してクーロン斥力が働くため、負の帯電粒子が石英ガラス板１１ｂに付着することを防止できる。
このように、透明導電性フィルム１０３に付与する電荷の符号を正にするか負にするかは、付着させたくない種類の帯電粒子の符号に応じて選択する。また、発生させる電界強度は、プラズマ密度分布に悪影響を及ぼさない程度の強さとする。
以上の動作を繰返して、順次、次の半導体基板５に対してプラズマエッチング処理を行う。
本発明のプラズマ処理装置の他の例として、半導体基板上に形成された酸化膜などの薄膜をプラズマエッチング処理する平行平板型のプラズマエッチング装置の断面図を図２に示す。尚、図４と同一部分には同一符号を付す。
プラズマエッチング装置２０１は、反応性ガスを密閉する真空チャンバ２と、真空チャンバ２内部に配置された保持電極３と、保持電極３に対向して配置された対向電極４と、保持電極３上に配置され半導体基板５を吸着保持する静電チャックステージ６と、真空チャンバ２外部に配置されたプラズマ発生用ＲＦ電源７と、静電チャック用電源８と、本発明の特徴である電界発生装置２０２とで構成されている。
また、真空チャンバ２には、ガス導入口９とガス排気口１０とが設けられている。
また、保持電極３は一端を接地したプラズマ発生用ＲＦ電源７に接続され、保持電極３に高周波電圧を加えて、接地された対向電極４との間にプラズマ（図中破線部）を励起できるようになっている。
また、真空チャンバ２の側壁には、エッチング中のプラズマ発光強度など、真空チャンバ２内の情報を得るための観察窓１１が取付けられている。ここで、観察窓１１は、例えばリング状の窓枠１１ａに透過性と耐久性に優れた石英ガラス板１１ｂが嵌め込まれた構造をしている。
また、その観察窓１１の外側には受光部１２が配置され、受光したプラズマ発光強度を電圧信号に変換し演算処理する処理部１３を介して、プラズマ発光強度の時間変化としての発光強度曲線１４を表示するモニタ１５に接続されている。
また、観察窓１１の近傍には、本発明の特徴である電界発生装置２０２が配置されている。電界発生装置２０２は、観察窓１１周辺でプラズマ発光の通過の邪魔にならない位置に対向して配置された一対の帯電粒子捕捉板２０３ａ，２０３ｂと、それに接続され、帯電粒子捕捉板２０３ａ，２０３ｂにそれぞれ異なる符号（正または負）の電荷を付与する電源部２０４ａ，２０４ｂとで構成されている。
ここで、帯電粒子捕捉板２０３ａ，２０３ｂは、金属などの導電体であれば何でもよく、透明である必要はない。但し、プラズマ領域と接近しすぎてプラズマ密度分布に悪影響を及ぼさない位置に配置する必要がある。また、取付方法は周囲と絶縁できれば、特に限定するものではなく接着でも何でもよいが交換時の脱着が容易な取付方法が望ましい。
尚、上記では、一対の帯電粒子捕捉板２０３ａ，２０３ｂを対向して配置する構成で説明したが、帯電粒子捕捉板の個数は特に、これに限るものではなく、図３に示すように、観察窓１１の周囲に沿って多数（図３では４個、２０３ａ〜２０３ｄ）配置し、かつ、隣合う帯電粒子捕捉板には、互いに異なる符号の電荷を付与するようにして、吸着捕捉効果を向上させてもよい。
次に、上記のプラズマエッチング装置２０１の使用方法について説明する。先ず、半導体基板５を静電チャックステージ６上に載置し、静電チャック用電源８をＯＮにして半導体基板５を吸着保持する。
次に、所定の真空度にした真空チャンバ２内に、ガス導入口９より反応性ガスを導入し、プラズマ発生用ＲＦ電源７をＯＮにして保持電極３と対向電極４との間にプラズマを発生させ、半導体基板５上の薄膜（図示せず）にプラズマエッチング処理を施す。
尚、このときプラズマ中には、仮に、反応性ガスをＣＦ４,薄膜をＳｉＯ２膜とした場合、励起状態のＣＦ４や、Ｆラジカルや、ＣＦ３ ＋などの正イオンや、電子ｅ−が混在している。また、プラズマエッチング処理によって、ＳｉＦ４，ＣＯＸなどの反応生成物が生じる。このため、この不所望な反応生成物を排気し真空度を一定に調整するため、ガス排気口１０より排気しながらプラズマエッチング処理を行う。
また、プラズマエッチング処理の進行状況は、モニタ１５に表示される発光強度曲線１４として観察でき、エッチング終点もこれによって検出される。
このようにして、プラズマエッチング処理が終了したら、プラズマ発生用ＲＦ電源７をＯＦＦにして、真空チャンバ２内のガスをガス排気口１０から排気した後、静電チャック用電源８をＯＦＦにして半導体基板５を静電チャックステージ６から離脱させる。
また、上記の一連のプラズマエッチング処理作業の間中、あるいは、少なくともプラズマが発生している間中、本発明の特徴である電界発生装置２０２を、例えば、一方の帯電粒子捕捉板２０３ａには正の電荷を帯電させ、他方の帯電粒子捕捉板２０３ｂには負の電荷を帯電させた状態で作動させておく。そうすることによって、一方の帯電粒子捕捉板２０３ａは、浮遊する負の帯電粒子をクーロン引力で強制的に吸着捕捉することができ、他方の帯電粒子捕捉板２０３ｂは、浮遊する正の帯電粒子をクーロン引力で強制的に吸着捕捉することができる。
以上のように、一対の帯電粒子捕捉板２０３ａ，２０３ｂを配置して、互いに異なる符号の電荷を帯電させることで、両方（正／負）の帯電粒子を吸着捕捉することができる。尚、帯電粒子捕捉板２０３ａ，２０３ｂには、帯電粒子が徐々に堆積していくため、適宜、交換を実施する。また、発生させる電界強度は、プラズマ密度分布に悪影響を及ぼさない程度の強さとする。
以上の動作を繰返して、順次、次の半導体基板５に対してプラズマエッチング処理を行う。
真空チャンバ内で被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の観察窓に帯電粒子が付着することを防止する機能を備えたプラズマ処理装置に適用できる。
本発明のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置の断面図 本発明のプラズマ処理装置の他の例としてのプラズマエッチング装置の断面図 本発明のプラズマエッチング装置の他の構成例の要部断面図 従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置の断面図
符号の説明
１ 従来のプラズマエッチング装置
２ 真空チャンバ
３ 保持電極
４ 対向電極
５ 半導体基板
６ 静電チャックステージ
７ プラズマ発生用ＲＦ電源
８ 静電チャック用電源
９ ガス導入口
１０ ガス排気口
１１ 観察窓
１１ａ 窓枠
１１ｂ 石英ガラス板
１２ 受光部
１３ 処理部
１４ 発光強度曲線
１５ モニタ
１０１ 本発明のプラズマエッチング装置
１０２ 電界発生装置
１０３ 透明導電性フィルム
１０３ａ フィルム基板
１０３ｂ 透明導電薄膜層
１０４ 電源部
２０１ 本発明のプラズマエッチング装置
２０２ 電界発生装置
２０３ａ〜２０３ｄ 帯電粒子捕捉板
２０４ａ，２０４ｂ 電源部

Claims (6)

  1. 内部を観察するための観察窓を備えた真空チャンバ内に発生させたプラズマを利用して、被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記観察窓に帯電粒子が付着することを防止する電界発生装置を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記プラズマ処理は、プラズマエッチング処理，プラズマアッシング処理，プラズマＣＶＤ処理，プラズマスパッタ処理のいずれかであ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. 前記電界発生装置は、前記観察窓を覆うように配置され、前記観察窓に付着させたくない帯電粒子の符号と同符号の電荷をその表面に帯電させクーロン斥力を利用して前記帯電粒子を前記観察窓に近づけないようにする透明導電体と、前記透明導電体に前記電荷を付与する電源部とで構成されたことを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記透明導電体は、透明で絶縁性を有するフィルム基板の片方の面に透明導電薄膜層が形成された構造であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記電界発生装置は、前記観察窓の周辺近傍に対向して配置され、それぞれ正または負の電荷をその表面に帯電させクーロン引力を利用して前記帯電粒子を吸着捕捉する一対の帯電粒子捕捉板と、前記帯電粒子捕捉板に前記電荷を付与する電源部とで構成されたことを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記帯電粒子捕捉板は、前記観察窓の周囲に沿って３個以上配置され、隣合う前記帯電粒子捕捉板は、互いに異符号の電荷を帯電することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
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JP2021017642A (ja) * 2019-07-24 2021-02-15 株式会社ソディック 積層造形装置および三次元造形物の製造方法

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