JP2009076816A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極板上で一括処理される複数の基板の面内分布を均一にエッチングできるエッチング装置を提供する。
【解決手段】板状の電極本体２１表面に縦横に伸びる絶縁部材２２を設け、絶縁部材２２間に露出する電極本体２１上に中央部分が位置し、外周の縁部分が絶縁部材２２上に位置するように基板７を配置する。電極本体２１の絶縁部材２２で取り囲まれた部分に磁石２５を埋設しておき、磁石２５の磁力線が、基板７の中央部分を貫通するようにする。基板７上にエッチングガスプラズマを形成し、各基板７をエッチング処理する際に、各基板７の外周部分と中央部分のエッチング速度の差が小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明はプラズマ処理装置に係り、特に、複数枚の基板を一括処理するプラズマ処理装置に関する。

エッチング工程の生産性を高めるために、大型のエッチング装置の内部に複数の基板を配置し、各基板を一括してエッチングし、同一品質で歩留まりよく生産する試みが成されている。

図８は、そのようなエッチング工程に用いる従来技術のプラズマ処理装置１０１を示しており、真空槽１１１の内部に大型の電極板１２０が配置されている。
電極板１２０上にはガス導入装置１１５が配置されており、電極板１２０上に複数の基板１０７を所定間隔で配置し、真空排気系１０９を動作させ、真空槽１１１内を真空排気した後、ガス導入系１１６からエッチングガスを導入し、ガス導入装置１１５と電極板１２０の間に交流電圧を印加すると、電極板１２０上にエッチングガスのプラズマが生成され、活性化されたエッチングガスの分子が基板１０７表面に入射し、基板１０７表面がエッチングされる。

このようなエッチング方法によれば、エッチングによって形成される絶縁膜や配線膜の寸法や平面形状の基板間の一致性が高いが、一枚の基板１０７の面内では基板１０７の外周部分の方が、中心部分よりもエッチングされ易く、基板１０７面内のエッチング寸法の分布が不均一である。
特開平８−１８１１１４号公報 特開２００１−３０８０７３号公報 特開２００４−７９９１８号公報

本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、複数枚の基板の面内分布を均一にエッチングできるエッチング装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置された電極板とを有し、前記電極板上に複数の基板を配置し、前記電極板に電圧を印加して前記電極板上にプラズマを形成し、前記各基板の表面を前記プラズマで処理するプラズマ処理装置であって、前記電極板の前記各基板が配置される位置には、絶縁部材が配置され、前記絶縁部材表面は露出され、前記各基板の外周部分が前記絶縁部材上に位置するようにされたプラズマ処理装置である。
また、本発明は、前記絶縁部材の前記基板の前記外周部分よりも内側に位置する部分には、磁石が配置され、前記磁石によって、前記電極板上に配置された前記各基板の表面を磁力線が貫通するように構成されたプラズマ処理装置である。
また、前記磁石は環状であり、前記各基板裏面の前記磁石は、同一の極性の磁極が前記基板が位置する方向に向けられたプラズマ処理装置である。
前記真空槽内にエッチングガスを導入するエッチングガス導入装置を有し、前記真空槽内に前記エッチングガスのプラズマを形成し、前記各基板表面をエッチングするプラズマ処理装置である。

本発明は上記のように構成されており、電極板には絶縁部材が設けられ、電極板上に配置される基板は、縁を含め、縁から一定距離内側の外周部分が絶縁部材上に位置するようにされているので、各基板の外周よりも内側部分の下に位置する電極板表面は、絶縁部材で取り囲まれている。

基板の外周部の下に配置された絶縁部材は、その表面が露出されており、基板の外周部よりも内側では、電極板表面が露出されているから、電極板に電圧を印加したときに、基板の外周部上の電界は、導電性の電極板が配置されている場合に比べて弱くなり、基板表面に形成されるプラズマ密度が低下する。従って、外周部分に電極板が配置された場合に比べて、エッチング工程の場合は外周部分のエッチング速度が遅くなり、成膜工程の場合は、成膜速度が遅くなる。

電極板の、絶縁部材で取り囲まれた部分には環状の磁石が配置されている。環状の磁石は電極表面と平行にされており、各基板裏面に位置する磁石は、Ｎ極とＳ極のうち、同じ磁極がそれぞれ基板側に向けられ、それとは反対極性の磁極が基板とは反対側に向けられている。この磁石によって形成された磁力線は、基板の外周よりも内側部分を貫き、電子をトラップし、磁石が無い場合に比べて基板の外周よりも内側部分のプラズマ密度を高めるようにされている。

基板周辺部の底面と接する位置に絶縁部材を配置した場合、基板周辺部のエッチング速度が遅くなり、エッチングの面内分布が均一になる。
基板の中央部分に磁石を配置した場合、基板の中央部分のエッチング速度が速くなり、エッチングの面内分布が均一になる。

図１を参照し、符号１は、本発明の一実施例のプラズマ処理装置を示しており、真空槽１１の内部に電極板２０が配置されている。
電極板２０の一部平面形状を図２に示す。図１の電極板２０の断面図は、図２のＡ−Ａ線で截断したときの断面図に相当する。

電極板２０は、金属が板状に成形されて成る電極本体２１を有している。電極本体２１の表面には、縦横に伸びる溝が形成されて、溝の内部には絶縁部材２２が配置されている。
縦方向に伸びる溝と横方向に伸びる溝は交差しており、従って、溝間に位置する電極板２０表面は、溝内部の絶縁部材２２によって取り囲まれている。電極板２０の絶縁部材２２で取り囲まれた領域の上にはそれぞれ基板７が配置されている。

電極板２０の、絶縁部材２２で取り囲まれた部分には環状の磁石２５が電極板２０表面と平行に埋設されており、従って、各基板７裏面の裏面には、環状の磁石２５が配置されている。
環状の磁石２５は、Ｎ極とＳ極のうち、同じ磁極が電極板２０上の基板７が位置する方向に向けられ、反対の極性の磁極が基板７とは反対側に向けられており、各基板７の絶縁部材２２よりも内側の中央部分を磁束が貫くように構成されている。

真空槽１１には真空排気系１９が接続されており、真空槽１１の内部は真空雰囲気にされている。
真空槽１１の内部には、ガス源１６に接続されたガス導入装置１５が設けられている。ここではガス源１６にはエッチングガスが配置されており、ガス導入装置１５からガス源１６に配置されたエッチングガスを真空槽内１１に導入する。

電極板２０は電源装置２８に接続されており、真空槽１１とガス導入装置１５は接地電位に接続されている。真空槽１１内が所定圧力のエッチングガス雰囲気で安定した後、電源装置２８によって電極板２０に交流電圧を印加すると、電極板２０上にプラズマが形成される。

絶縁部材２２の表面は露出されており、絶縁部材２２で囲まれた部分は、電極本体２１の表面が露出されている。
基板７の縁は絶縁部材２２上に位置しており、従って、基板７の外周部分は、絶縁部材２２に面し、絶縁部材２２に面する外周部分の内側は、電極本体２１に面している。

絶縁部材２２は露出されているため、基板７の外周部分の電界強度は、裏面に絶縁部材２２が配置されていた方が、裏面に電極本体２１が配置された場合よりも低くなり、その結果、基板７の絶縁部材２２上に位置する外周部分上のプラズマ密度は、絶縁部材２２が無い場合よりも低くなる。

更に、絶縁部材２２で囲まれた電極本体２１にはリング状の磁石が埋設されている。基板７の外周部分よりも内側の中央部分は電極本体２１表面に面しており、磁石２５が形成する磁力線は、電極板２０の表面部分と基板７の中央部分を貫通するようにされている。

その結果、基板７の中央部分では電子が磁束に巻き付いて運動する結果、中央部分のプラズマ密度は、磁石２５が無かった場合よりも高くなる。
その結果、基板７表面のプラズマ密度が均一になり、基板７表面が均一にエッチングされる。
環状の磁石２５を用い、電極板２０表面と平行に埋設しておくと、磁束が環状に基板７表面を貫通し、プラズマ密度が一層均一化する。

なお、本発明のプラズマ処理装置１によれば、エッチングガスに替え、薄膜の原料ガスを真空槽１１内に導入し、電極板２０上に配置された基板７表面に薄膜を形成する場合も、基板７表面のプラズマが均一になり、面内膜厚分布の均一な薄膜を形成することができる。
なお、上記各実施例では、電極板２０は、基板７の載置面を上方に向けて水平に配置されていたが、載置面が鉛直になるように電極板２０を立設させてもよい。

また、本発明の処理対象物である基板７はガラス基板等の四角形の基板に限定されず、図３に示すような半導体ウェハ等の円形基板８であって、円形基板８の縁が絶縁部材２２上に配置されていればよい。

また、上記実施例では、絶縁部材２２を電極本体２１の表面に形成した溝内に配置し、電極本体２１が分断されないようにしていたが、図４に示すように、電極本体２１が絶縁部材２２によって複数の小電極に分断されていても、各小電極が電源装置２８に接続されていればよい。この場合、分断された各小電極にリング形状などの磁石２５を埋設させ、上記実施例と同様の磁力線を形成させてもよい。

なお、上記実施例では電極板２０に交流電圧を印加したが、直流電圧を印加する場合も含まれる。また、電極板２０と真空槽１１に接地電位を印加し、ガス導入装置に交流電圧を印加する場合も含まれる。

本発明のプラズマ処理装置１によりエッチングされるエッチング対象物は特に限定されず、例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ｓｉ等を含有する処理膜が表面に形成され基板７を用い、該処理膜をエッチングすることができる。

電極板２０の構成材料も特に限定されず、例えば、電極本体２１は銅等の金属を、絶縁部材２２は例えばアルミナ等のセラミックを用いることができる。
電極板２０の大きさや形状も特に限定されず、一例を述べると、基板７が一辺１５０ｍｍの正方形の場合、絶縁部材２２の間隔が１６０ｍｍ、絶縁部材２２が幅２５ｍｍ、膜厚４ｍｍ、磁石２５が一辺６０ｍｍの四角リング形状である。

図１に示したプラズマ処理装置１と同様で、一辺１５０ｍｍの正方形基板の縁が乗るような絶縁部材２２が配置された電極板２０上に、その基板を合計４９枚行列状配置し、所定時間エッチング処理を行った（第一例）。

それとは別に、絶縁部材が無く磁石だけがある電極板を用い、基板の裏面全部が電極板に面することと（第二例）、磁石が無く、絶縁部材だけがある電極板を用い、磁力線が基板を貫通しないことと（第三例）、絶縁部材と磁石の両方が無い電極板を用い、基板の裏面全部が電極板に面し、磁力線が基板を貫通しないこと（第四例）が異なる以外は、第一例と同じ条件（基板の大きさ、ガス種、圧力、処理時間等）でエッチング処理を行った。

エッチング処理後の各基板について異なる箇所で（ここでは９箇所）それぞれ膜厚減少量（エッチング量、単位ｎｍ）を測定した。測定箇所を図７に「○」で示す。図７の数値は、基板の４つの頂点のうち、１の頂点の座標をゼロとしたときの、当該頂点からの距離を示す。

図５（ａ）、（ｂ）は第四、第一例の各測定箇所の測定値の平均をそれぞれ示し、図６（ａ）、（ｂ）は第三、第二例の各測定箇所の測定値の平均をそれぞれ示す。図５（ａ）と、図５（ｂ）、図６（ａ）を比較すると明らかなように、絶縁部材も磁石も配置しない第四例は中央部分のエッチング量が縁部分より小さいのに対し、絶縁部材を配置した第三、第四例は中央部分と縁部分でエッチング量の差が小さくなっている。

次に、測定結果から、第一〜第四例毎にエッチング量の平均を求め（平均レート）、更に、第一〜第四例毎に基板面内のエッチング量の分布（基板内分布）と、電極板上の位置が異なる基板同士のエッチング量の相違（基板間分布）を求めた。その結果を下記表１に記載する。

尚、平均レートは、「第四例」の平均レートを１とした。上記表１から分かるように、磁石のような高価な部材を用いなくても、絶縁部材を配置するだけで、基板内分布と基板間分布が大幅に向上している。
特に、絶縁部材と磁石の両方を併用すれば、基板内分布と基板間分布がより向上し、平均レートも高くなることがわかった。

本願のプラズマ処理装置の一例を説明する断面図 電極板の一部平面形状を示す平面図 基板と絶縁部材との位置関係の他の例を説明する断面図 電極板の他の例を説明する断面図 （ａ）：「補正無し」の測定結果と、（ｂ）：「絶縁物磁石補正」の測定結果を示す平面図 （ａ）：「絶縁物補正」の測定結果と、（ｂ）：「磁石補正」の測定結果を示す平面図 測定箇所を詳細に説明する平面図 従来技術のプラズマ処理装置を説明する断面図

符号の説明

１……プラズマ処理装置 １１……真空槽 １５……エッチングガス導入装置 ２０……電極板 ２１……電極本体 ２２……絶縁部材 ２５……磁石

Claims (4)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に配置された電極板とを有し、
   前記電極板上に複数の基板を配置し、前記電極板に電圧を印加して前記電極板上にプラズマを形成し、前記各基板の表面を前記プラズマで処理するプラズマ処理装置であって、
   前記電極板の前記各基板が配置される位置には、絶縁部材が配置され、
   前記絶縁部材表面は露出され、前記各基板の外周部分が前記絶縁部材上に位置するようにされたプラズマ処理装置。
2. 前記絶縁部材の前記基板の前記外周部分よりも内側に位置する部分には、磁石が配置され、
   前記磁石によって、前記電極板上に配置された前記各基板の表面を磁力線が貫通するように構成された請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記磁石は環状であり、前記各基板裏面の前記磁石は、同一の極性の磁極が前記基板が位置する方向に向けられた請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記真空槽内にエッチングガスを導入するエッチングガス導入装置を有し、
   前記真空槽内に前記エッチングガスのプラズマを形成し、前記各基板表面をエッチングする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。

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