JP2006332087A

JP2006332087A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP2006332087A
Application number: JP2005149044A
Authority: JP
Inventors: Hisao Nagai; 久雄永井; Akio Mihashi; 章男三橋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】高い生産性を得るために処理基板を保持する電極に高い高周波電力を印加しても、処理基板と電極間で放電が起こらず、処理基板にダメージの入らないプラズマ処理装置および処理方法を提供すること。
【解決手段】処理基板を保持する電極において、ガスが回り込むシールリング溝の外周まで絶縁物で覆うことで、高周波電力が印加されている電極の金属部が露出しないため、処理基板と電極間での放電を抑制することで解決できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体や液晶表示素子の製造に使用されるドライエッチング装置やスパッタ装置、ＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものであり、特に、基板温度制御を行うための下部電極に関するものである。

現在、半導体や液晶表示素子を製造するために、微細加工や膜堆積にプラズマ処理装置が使用されている。

従来のプラズマ処理装置としては、例えば、基板温度制御手段として処理基板裏面と電極との間にヘリウムを充満させる方法が用いられる発明が知られている（例えば、特許文献１参照）。図５は、特許文献１に記載された従来のプラズマ処理装置を示すものである。

図５において、１は真空容器、２は真空排気ポンプ、３は界面に反応ガス吹出口を有する上部電極で、上部にガスの供給口４を有し、５にて接地されている。６は処理基板、７は基板を保持する下部電極であり、絶縁板８に設置されており、端子９を通じてコンデンサ１０、高周波電源１１に繋がっている。処理基板６は、クランプリング１７によって下部電極７に押さえ付けられている。

また、図６は、従来の下部電極の構造を示すもので、図６（ａ）は断面図を示し、図６（ｂ）は上面図を示すものである。

図６において、下部電極７の中心には穴があり、ガス配管１３で外部のヘリウム供給手段（図示しない）に繋がっている。また、下部電極７には、処理基板６と下部電極７との間の機密性を保つためのシールリング１４が設けられて、ヘリウムを充満することができる構造になっている。更に、シールリング１４の外周部は、処理基板６の裏側に回り込んだプラズマによる放電を抑制するために、絶縁物２０に覆われている。従来の技術では、絶縁物２０と下部電極７との組み立て精度が良くなかったために、シールリング１４と絶縁物２０の間には、高周波電力が印加されている金属部Ｂが露出した構造になっているのが一般的である。

以上のように構成されたプラズマ処理装置について、その具体的な動作を以下に説明する。

まず、処理基板６を下部電極７の上に載置し、クランプリング１７を下降させて下部電極７の表面に沿わせて押つける。次に、真空ポンプ２で真空容器１内の空気を排気し、反応ガスの供給口４からガスを導入し、下部電極７に接続された高周波電源１１に高周波電力を印加することで、上部電極と下部電極７の間でプラズマを発生させ、処理基板６を処理する。

プラズマ処理する間は、ガス配管１３より、０．５Ｐａ前後の圧力のヘリウムを流すと中心穴１２から吹き出し、処理基板６と下部電極７の間に充満する。ヘリウムは流動性が高いので、処理基板６から効率よく熱を奪い、冷却水により冷却された下部電極７に熱を伝えて、処理基板６がプラズマの熱で加熱されることを防止している。
特開平８−１３０２０７号公報

しかしながら、上記従来の技術において、高い生産性を得ようとすると処理基板６を保持する下部電極７に１．４Ｗ／ｃｍ²以上の高周波電力を印加することになる。上記従来の構成では、このような高周波電力を下部電極７に印加しようとすると、処理基板６の裏側のシールリング１４の外側まで反応ガスが回り込んでおり、下部電極７の金属部と処理基板６の間で放電が起こり、処理基板６にダメージを与えるという不具合を生じることになる。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、反応ガスが回り込むシールリング溝の外周まで絶縁物で覆うことで、高周波電力が印加されている下部電極７の金属部が露出しないため、処理基板６と下部電極７の間での放電を抑制した構造を有したプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本題の第１発明のプラズマ処理装置は、真空を維持することが可能な真空容器と、前記真空容器内にあり、プラズマによって処理される基板が載置される電極と、前記電極に高周波電力を印加する高周波電源と、真空容器内にガスを供給しつつ排気するガス供排気装置とからなるプラズマ処理装置であって、前記電極のうち基板を載置する面の周縁部にシールリングが配置され、かつ、前記電極の外周部に設置された絶縁物が、前記シールリングの外側の一部または全部を覆っていることを特徴とする。このような構成によって、基板の裏側での放電を抑制することができる。

このとき、絶縁物がセラミックまたは石英であると好適である。また、絶縁物は少なくとも４つのコーナー部のシールリングを覆っていても良い。

また、本題の第２発明のプラズマ処理方法は、真空容器内にガスを導入し排気しながら、前記真空容器内の電極に高周波電力を印加することで前記電極上に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、前記電極のうち基板を載置する面の周縁部にシールリングが配置され、かつ、前記電極の外周部に設置された絶縁物が、前記シールリングの外側の一部または全部を覆っていることを特徴とする。このような方法によって、処理基板の裏側での放電を抑制することができる。

以上のように、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、高い高周波電力を下部電極に印可しても、処理基板と電極間での放電が抑制でき、処理基板に余分なダメージを与えることが無くなるので、高い生産性を有した条件でも処理基板に放電痕を残すことなく、プラズマ処理が可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置を示すものであり、また、図２は本発明の実施の形態における下部電極の拡大図であり、図２（ａ）は下部電極の断面を示し、図２（ｂ）は上面を示すものである。

図１に本発明に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す。このプラズマ処理装置は、真空容器１、ガス供給装置２、ガス排気装置３、下部電極７、高周波電源１１、シールリング１４、クランプリング１７及び絶縁物２０で構成される。

以下、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置と処理基板が処理される具体的な方法について説明する。

真空容器１内の下部電極７上に処理基板６が配置され、処理基板６はクランプリング１７により下部電極７に押さえ付けられている。このとき、処理基板６と下部電極７との間には、機密性を保つためにシールリング１４が設置されている。機密性が確保された処理基板６と下部電極７との間の空間に中心穴１２からヘリウムを充満することで、下部電極７の温度を効率よく、処理基板６に伝える構造になっている。また、処理基板６と下部電極７の間の空間にプラズマが回り込まないように、下部電極７の周縁部と、下部電極７の外側に配置された絶縁物２０とでシールリング１４を設置するための溝を形成しており、この溝のシールリング１４が配置されている。

このような状態において、真空容器１内にガス供給装置２がガスを導入しつつ、ガス排気装置３で排気することで、真空容器１内を所定の圧力に保持しながら、下部電極７に高周波電力を印加することで、真空容器１内にプラズマを発生させ処理基板６を処理（詳細なプラズマ処理条件は図３（ａ）に示す）したところ、図３（ｂ）に示すように，１．４Ｗ／ｃｍ²以上の高周波電力を印加しても処理基板６と下部電極７の間で放電が起こらないという結果が得られ、従来例と比べると処理基板６へのダメージがなく処理を行うことができ、その結果として生産性を飛躍的に改善することが可能となった。

このように、本発明の実施の形態が、従来例に比べて高い生産性を確保することができるようになったのは、処理基板６の外周部での絶縁性が高くなったと考えられる。その理由は、これまで真空容器１内に発生したプラズマが処理基板６と下部電極７の間にまで回り込んでいたものを、図１及び図２に示すように、絶縁物をプラズマが回り込むシールリング溝の外周まで覆ったことで、これまで下部電極７の表面の金属部が露出しない構造となり、処理基板６と下部電極７の間での放電が抑制され、処理基板に放電痕を残すことなく基板の処理が可能となったためである。

なお、図４に示すように、処理基板６と下部電極７間での放電を抑制するため、シールリング１４を設置する溝の外側から下部電極７の外周部の少なくとも４つのコーナー部を絶縁物２０で覆われている構造でも同様の効果が得られることを確認している。

本発明は半導体や液晶表示素子の製造に使用されるドライエッチングやスパッタ、ＣＶＤなどのプラズマ処理装置および処理方法の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を示す図（ａ）本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のうち下部電極の断面を示す図（ｂ）本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のうち下部電極の上面を示す図（ａ）本発明の実施の形態に係るプラズマ処理における放電条件を示す図（ｂ）本発明の実施の形態に係るプラズマ処理の処理基板と下部電極との間の放電結果を示す図本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置のうち下部電極の上面を示す図従来のプラズマ処理装置の構成を示す断面図（ａ）従来の下部電極の上面を示す図（ｂ）従来の下部電極の断面を示す図

符号の説明

６処理基板
７下部電極
１２中心穴
１４シールリング
１７クランプリング
２０絶縁物

Claims

真空を維持することが可能な真空容器と、前記真空容器内にあり、プラズマによって処理される基板が載置される電極と、前記電極に高周波電力を印加する高周波電源と、真空容器内にガスを供給しつつ排気するガス供排気装置とからなるプラズマ処理装置であって、前記電極のうち基板を載置する面の周縁部にシールリングが配置され、かつ、前記電極の外周部に設置された絶縁物が、前記シールリングの外側の一部または全部を覆っていることを特徴とするプラズマ処理装置。
絶縁物はセラミックまたは石英であることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
絶縁物は少なくとも４つのコーナー部のシールリングを覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
真空容器内にガスを導入し排気しながら、前記真空容器内の電極に高周波電力を印加することで前記電極上に載置された基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、前記電極のうち基板を載置する面の周縁部にシールリングが配置され、かつ、前記電極の外周部に設置された絶縁物が、前記シールリングの外側の一部または全部を覆っていることを特徴とするプラズマ処理方法。
絶縁物はセラミックまたは石英であることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
絶縁物は少なくとも４つのコーナー部のシールリングを覆っていることを特徴とする請求項４または５に記載のプラズマ処理方法。