JP2010123812A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物の外側に位置する保護部の交換頻度を少なくするため、保護部の長寿命化を図るプラズマ処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】内部を真空とすることが可能な処理室１に、被処理物Ｓを載置する載置部３と、ガスを供給するためのガス供給部２とを備えたプラズマ処理装置において、載置部３は、被処理物Ｓの外周側に配置されたマスクリング３３を有し、ガス供給部２は、被処理物Ｓの上部に位置し、プラズマ処理用のガスを供給する中心側開口部２２ａ、中間開口部２２ｂと、マスクリング３３の上部若しくは外側に位置し、マスクリング３３に堆積物を生じさせるガスを供給する外周側開口部２２ｃとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、処理室内に反応ガスを導入し、電極間の放電により発生したプラズマによって、被処理物のエッチングやアッシングを行うためのプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

被処理物に対するエッチングやアッシングを行う装置として、プラズマ処理装置が広く用いられている。例えば、高周波プラズマ処理装置は、真空とすることが可能な処理室内に設けられたテーブルを一方の電極とし、これに対向して他方の電極を設け、処理室内に反応ガスを導入して、高周波電源からの電圧を電極に印加することによりプラズマを発生させ、テーブルに載置した被処理物に対して、所望の処理を行う装置である。

かかる高周波プラズマ処理装置の一例として、特許文献１には、基板側に直接プラズマを生成せずに、処理室に連通したプラズマ発生室においてプラズマを生成し、そこで生じたイオンやラジカルを処理室内に導入して、エッチングやアッシングを行うプラズマ処理装置が開示されている。
特開２００３−１４２４６２号公報

ところで、上記のようなプラズマ処理装置においては、被処理物が載置されるテーブルの載置面は、被処理物よりも大きいので、被処理物の外側の部分をエッチングやアッシングから保護する必要がある。このため、被処理物の外周側には、テーブルの載置面を覆うマスクリングが配置されているのが一般的である。

しかし、エッチングやアッシングを行い続けると、マスクリング自体も劣化していく。例えば、絶縁膜系エッチング装置において、ＣＦ系やＣＨＦ系を含んだガス系で、半導体ウェーハをエッチング処理した場合、半導体ウェーハの外側に設置されたマスクリングも同様にエッチングされる。

このため、処理を継続して行うに従って、マスクリングの厚さが徐々に減少し、例えば、エッチングレートの増減や、半導体ウェーハ面内でのレートの均一性が悪化するといった、エッチング特性の変化を引き起こす可能性がある。

このエッチング特性の変化を回避するため、従来は、定期的にマスクリングの交換を行っていた。しかし、ハイレートな処理を行った場合、マスクリングの交換頻度が増えるため、メンテナンス増加、消耗品交換のためのコスト（ＣＯＣ：Cost Of Consumable)の増加などの問題が生じる。

特許文献１では、パーティクルによる汚染を防止するため、その発生源となるマスクリングを、耐熱性樹脂で形成したり、耐熱性樹脂で覆うことが提案されている。しかし、かかる場合でも、エッチングやアッシングによって耐熱性樹脂が削れていくため、マスクリングの交換が必要となることに変わりはない。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、被処理物の外側に位置する保護部の交換頻度を少なくするため、保護部の長寿命化を図る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にある。

上記のような目的を達成するため、請求項１の発明は、内部を真空とすることが可能な処理室に、被処理物を載置する載置部と、ガスを供給するためのガス供給部とを備えたプラズマ処理装置において、前記載置部は、被処理物の外周側に配置された保護部を有し、前記ガス供給部は、前記被処理物の上部に位置し、プラズマ処理用のガスを供給する内側開口部と、前記マスク部の上部若しくは外側に位置し、前記保護部に堆積物を生じさせるガスを供給する外側開口部と、を有することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、内部を真空とすることが可能な処理室内に、ガス供給部からガスを供給し、発生するプラズマによって、載置部に載置された被処理物に対する処理を行うプラズマ処理方法において、前記ガス供給部は、前記被処理物にプラズマ処理用のガスを供給し、前記被処理物の外周側に配置された保護部に堆積物を生じさせるガスを供給することを特徴とする。

以上のような請求項１及び４の発明では、被処理物に対するプラズマ処理中に、被処理物の外周側の保護部に堆積物を堆積させることができるので、保護部のプラズマ処理による劣化が抑制され、保護部の長寿命化が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１のプラズマ処理装置において、前記ガス供給部は、前記外側開口部に、低Ｆ／Ｃ比ガスを供給するガス供給手段を有することを特徴とする。

以上のような請求項２の発明では、Ｆ／Ｃ比の低いガスは、ポリマーが堆積しやすいので、このポリマーによって保護部のプラズマ処理による劣化が抑制される。

請求項３の発明は、前記ガス供給部は、前記外側開口部に、Ｈ_２ガスを供給するガス供給手段を有することを特徴とする。

以上のような請求項３の発明では、Ｈ_２ガスは、保護部の材質がＳｉの場合に、酸素による酸化がなく、ポリマーにより保護部の処理が抑制される。

本発明によれば、被処理物の外側に位置する保護部の交換頻度を少なくするため、保護部品の長寿命化を図る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ができる。

次に、本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具体的に説明する。
［実施形態の構成］
本発明の第１の実施形態の構成を、図１〜図３を参照して説明する。本実施形態は、図１に示すように、処理室１、ガス供給部２、載置部３、電源部４等を有している。

処理室１は、図示しない真空源に接続され、内部を真空とすることが可能なチャンバである。処理室１の側面には、排気ポート１１（排気部）が設けられ、図示しないポンプに接続されることにより、ガスを排気可能に設けられている。また、処理室１には、載置部３の周囲に、排気ポート１１への排気の制御用の整流板１２及びシャッタ１３が設けられている。

ガス供給部２は、図２に示すように、上部電極２１、ガスノズル２２、マスフローコントローラ２３，２４、ニードルバルブ２５，２６，２７を有している。上部電極２１は、処理室１の上部に取り付けられ、被処理物Ｓの上部に対応する中心側ガス流路２１ａ及び中間ガス流路２１ｂと、後述するマスクリング３３に対応する外周側ガス流路２１ｃが設けられている。

中心側ガス流路２１ａ及び中間ガス流路２１ｂは、図示しない第１のガス供給源に、マスフローコントローラ２３を介して、配管により接続されている。配管は、マスフローコントローラ２３から中心側ガス流路２１ａ及び中間ガス流路２１ｂへと分岐しており、それぞれの配管にはニードルバルブ２５，２６が設けられている。第１のガス供給源から供給されるガスとしては、例えば、被処理物Ｓとして絶縁膜ウェーハをエッチングする場合には、メインエッチングガスとして、ＣＦ_４やＣ_４Ｆ_８等のフルオロカーボンガスと、Ａｒ等の希釈ガスとすることが考えられるが、これには限定されない。

外周側ガス流路２１ｃは、図示しない第２のガス供給源に、マスフローコントローラ２４を介して、配管により接続されている。配管には、ニードルバルブ２７が設けられている。第２のガス供給源から供給されるガスとしては、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８等のＦ／Ｃ比（フッ素原子数と炭素原子数の比）の低いガス、若しくはＨ_２ガス等とすることが考えられるが、これには限定されない。なお、これらの外周側ガス流路２１ｃ、第２のガス供給源、マスフローコントローラ２４、ニードルバルブ２７、配管等によって、請求項のガス供給手段が構成されている。

ガスノズル２２は、上部電極２１の下部に取り付けられ、載置部３に対向する平板状の部材である。このガスノズル２２には、内側開口部として、上部電極２１の中心側ガス流路２１ａに対応する中心側開口部２２ａ、中間ガス流路２１ｂに対応する中間開口部２２ｂが設けられている。また、ガスノズル２２には、外周側ガス流路２１ｃに対応する外側開口部２２ｃが設けられている。これらの開口部は、リング状に連続していてもよいし、断続的に形成されていてもよい。

載置部３は、図３に示すように、下部電極３１、静電チャック３２、マスクリング３３、マスクベース３４、絶縁リング３５を有している。下部電極３１は、後述する電源部４に接続された電極であり、被処理物Ｓを支持するテーブル（台）を構成している。図示しない上部電極は接地されており、電力が印加された下部電極３１との間に電界を作り、プロセスガスをプラズマ化する。静電チャック３２は、被処理物Ｓを下部電極３１に保持する手段である。

マスクリング３３は、下部電極３１に載置された被処理物Ｓの外周側に配置され、静電チャック３２、下部電極３１等を覆って、プラズマ処理から保護し、処理プロセスを最適化するための保護部である。マスクリング３３の材質としては、例えば、ＳｉやＳｉＯ_２が挙げられるが、これには限定されない。マスクベース３４は、マスクリング３３を静電チャック３２側に取り付けるための取り付け部材である。さらに、絶縁リング３５は、下部電極３１、静電チャック３２及びマスクリング３３の周囲に設けられ、他部材との絶縁を確保する部材である。

電源部４は、図１に示すように、高周波電源４１、マッチング回路４２及びブロッキングコンデンサ４３を有している。高周波電源４１は、下部電極３１に接続され、接地されている上部電極との間にプラズマ発生用の電圧を印加するための電源である。マッチング回路４２はインピーダンス整合用に、ブロッキングコンデンサ４３はバイアス電圧等の不要な直流成分等のブロック用に挿入されている。

上記のポンプ、第１及び第２のガス供給源、マスフローコントローラ２３，２４、ニードルバルブ２５，２６，２７、静電チャック３２、電源部４等は、図示しない制御装置によって制御される。この制御装置は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって実現できる。従って、以下に説明する手順で本装置の動作を制御するためのコンピュータプログラム及びこれを記録した記録媒体も、本発明の一態様である。

［実施形態の作用］
以上のような本実施形態の作用は、次の通りである。なお、以下の説明は、本実施形態を、エッチング装置として構成した場合の一例である。まず、上部電極２１の中心側ガス流路２１ａ、中間ガス流路２１ｂ及び外周側ガス流路２１ｃと、これに対応するガスノズル２２の中心側開口部２２ａ、中間ガスノズル２２ｂ及び外周側ガスノズル２２ｃによって、ガス供給経路は、３つの領域（図２中、点線で囲まれたＡ、Ｂ及びＣの領域）に区切られている。

Ａ領域とＢ領域は、同一のマスフローコントローラ２３でガス流量を制御し、Ａ，Ｂの２つの領域に流すガスの流量比は、ニードルバルブ２５，２６で制御する。Ｃの領域は、上記のＡ，Ｂの領域とは独立した、マスフローコントローラ２４、ニードルバルブ２７によって、ガス流量を制御する。また、外側開口部２２ｃは、被処理物Ｓよりも外側で、マスクリング３３の上部付近に位置している。なお、外側開口部２２ｃを、マスクリング３３より外側に対向配置し、マスクリング３３に向けて堆積物を生成するガスを供給するようにしてもよい。

ここで、被処理物Ｓとして、絶縁膜ウェーハをエッチングする場合、上記のメインエッチングガスを、Ａ領域及びＢ領域から供給する。そして、高周波電源４１より電力を供給し、プラズマを生成、被処理物Ｓをエッチング処理する。

例えば、被処理物Ｓが酸化膜であった場合、プラズマ中のＣＦ_ｘラジカルとＦラジカルが、被処理物Ｓ上に堆積し、Ａｒイオンのイオン衝撃によるイオンエネルギーと化学反応によりエッチングが進行する。この時、もし、Ｃ領域からガスを供給しない場合、マスクリング３３上にも、Ａ領域ほどではないが、ＣＦ_ｘ、Ｆラジカルが堆積し、エッチングされてしまう。

そこで、本実施形態では、Ａ，Ｂ領域からのメインエッチングガスの供給とともに、Ｃ領域から、上記のＦ／Ｃ比の低いガスを供給する。Ｆ／Ｃ比の低いフルオロカーボンガスは、（ＣＦ_ｘ）_ｎポリマーデポが堆積しやすい。このため、被処理物Ｓのエッチングが進行するとともに、マスクリング３３上に（ＣＨ_ｘＦ_ｙ）_ｎのポリマーデポが堆積する。

なお、Ｆ／Ｃ比の低いガスの供給タイミングに関してであるが、通常のエッチングに先立ってＦ／Ｃ比の低いガスをＣ領域より供給させることで、ポリマーデポをマスクリング３３に堆積させ、エッチング中はそのガスの供給を止めておくようにしても良い。ただし、この場合、エッチング速度の速い条件で処理を行うと、エッチング処理前にマスクリング３３に堆積させておいたポリマーデポがエッチング処理中に損失してしまうことも考えられる。従って、エッチング処理中にわたってＦ／Ｃ比の低いガスを供給し続け、ポリマーデポをマスクリング３３に堆積させるようにした方が好ましい。

また、マスクリング３３の材質がＳｉの場合、Ｃ領域から、Ｈ_２ガスを供給してもよい。Ｈ_２ガスは還元性があるため、プラズマ中のＣＦ_ｘと反応し、マスクリング３３上に（ＣＨ_ｘＦ_ｙ）_ｎのポリマーデポが堆積する。マスクリング３３の材質がＳｉであるならば、酸素による酸化がなく、マスクリング３３のエッチングを抑制することができる。

さらに、排気ポート１１からガスを排気すると、被処理物Ｓの中心側から外周側へと向かう気流が生じるので、Ｃ領域から供給されるＦ／Ｃ比の低いガスやＨ_２は、被処理物Ｓ側へ流れて、エッチングが阻害されることが防止される。

また、Ｆ／Ｃ比の低いガスやＨ_２ガスは、シャッタ１３によって処理室１の内壁から遮断されるため、ポリマーデポが内壁に付着することもない。それと同時に、処理室１の内壁は、絶縁体で覆ったシャッタ１３によってプラズマによるダメージから保護される。

［実施形態の効果］
以上のような本実施形態によれば、メインエッチングガスの供給とは別に、マスクリング３３上部付近のＣ領域の外周側開口部２２ｃより、Ｆ／Ｃ比の低いガスや、Ｈ_２ガスなどを供給することによって、マスクリング３３上にポリマーデポを意図的に堆積させ、マスクリング３３のエッチング等を抑制し、長寿命化を図ることができる。これにより、メンテナンスの容易化、コスト低減を実現できる。

［他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、上部電極やガスノズルに形成する穴の大きさ、数、形状及び位置は、上記の実施形態で例示したものには限定されない。例えば、上記の実施形態では、Ａ領域とＢ領域の配管経路を別にして、それぞれの領域に供給されるガスの供給量を変えられるようにしたが、供給経路を共通化してもよい。なお、前者のようにすると、被処理物の中心側と外周側とでガスの供給量を変えて、処理の均一性を図ることが可能となる。ただし、本発明の効果を得るためには、少なくとも、保護部と被処理物とで、異なるガスを供給できるように構成されていればよい。ガスの種類や流量を制御する手段や配管構成も、上記の実施形態で例示したものには限定されない。保護部の形状、材質も、上記のマスクリングには限定されない。

また、本発明は、エッチング装置、アッシング装置等を含むプラズマ処理装置として広く適用可能であり、処理対象となる被処理物も自由である。したがって、供給するガスも、上記の実施形態で例示したものには限定されない。

本発明の第１の実施形態の概略を示す縦断面図である。 図１のガス供給部周辺の概略を示す拡大断面図である。 図１の載置部周辺の概略を示す拡大断面図である。

符号の説明

１…処理室
２…ガス供給部
３…載置部
４…電源部
１１…排気ポート
１２…整流板
２１…上部電極
２１ａ…中心側ガス流路
２１ｂ…中間ガス流路
２１ｃ…外周側ガス流路
２２…ガスノズル
２２ａ…中心側開口部
２２ｂ…中間開口部
２２ｃ…外周側開口部
２３，２４…マスフローコントローラ
２５，２６，２７…ニードルバルブ
３１…下部電極
３２…静電チャック
３３…マスクリング
３４…マスクベース
３５…絶縁リング
４１…高周波電源
４２…マッチング回路
４３…ブロッキングコンデンサ

Claims (4)

1. 内部を真空とすることが可能な処理室に、被処理物を載置する載置部と、ガスを供給するためのガス供給部とを備えたプラズマ処理装置において、
   前記載置部は、載置される被処理物の外周側に配置された保護部を有し、
   前記ガス供給部は、
   前記被処理物の上部に位置し、プラズマ処理用のガスを供給する内側開口部と、
   前記保護部の上部若しくは外側に位置し、前記保護部に堆積物を生じさせるガスを前記保護部に向けて供給する外側開口部と、
   を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記ガス供給部は、前記外側開口部に、低Ｆ／Ｃ比ガスを供給するガス供給手段を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ガス供給部は、前記外側開口部に、Ｈ_２ガスを供給するガス供給手段を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 内部を真空とすることが可能な処理室内に、ガス供給部からガスを供給し、発生するプラズマによって、載置部に載置された被処理物に対する処理を行うプラズマ処理方法において、
   前記ガス供給部は、前記被処理物に向けてプラズマ処理用のガスを供給し、前記被処理物の外周側に配置された保護部に堆積物を生じさせるガスを供給することを特徴とするプラズマ処理方法。

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