JP2011049365A - プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔構造の透過窓と透過窓に付着するプラズマエッチング処理にともなう窓への付着物間に生じる熱応力を低減し被処理基板上に発生する微細粒径異物の発生を低減する。
【解決手段】被処理基板１０２に対するプラズマ処理方法を最適化し被処理基板１０２の表面近傍部に付着する微小粒径異物の発生を大幅に低減するために、マイクロ波によるプラズマ処理に際し、多孔構造の石英製透過窓１０５、熱媒体流路を付設したマイクロ波導入窓１０８、および熱媒体循環装置により構成する。また、多孔構造の透過窓１０８にイットリアを主成分とする部材を用いることにより、装置構成部材の温度上昇を招いたとしても、前記多孔構造の透過窓と前記透過窓に付着したエッチング反応生成物の線膨張係数をほぼ一致させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置を用いたプラズマ処理方法に係り、特に、減圧下でマイクロ波電力により発生したプラズマを用いて処理する際の被処理基板上の表面異物を低減するプラズマ処理方法に関する。

半導体デバイスの製造においては、サブミクロンレベルの異物が各々の製造工程に影響を及ぼす。例えば、半導体デバイスの製造工程においては半導体デバイスを形成するウエハ上に付着した異物がマスクとなって正確な電気回路が形成されないため、製造歩留まりの悪化をもたらす場合がある。

異物は種々の要因で発生するが、異物の発生について、鋭意検討を重ねた結果、石英製の多孔構造の透過窓の温度変動が、異物発生要因のひとつであることを見出した。なお、プラズマを用いた処理装置の構成部材の温度を制御する技術としては、例えば、特許文献１には、装置のアンテナの温度を抑制することにより、エッチングプロセスのプロセス・ドリフトおよび基板の品質低下を抑制する技術が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、ＲＦ印加電極に対して、加熱手段あるいは冷却手段を用いて、シャワーヘッド電極の温度をコントロールすることにより、プラズマエッチングの均一化改善やフォトレジスト選択性の改善を達成する技術が開示されている。

特表２０００−５１１７０１号公報 特表２００７−５３５８１７号公報

前述したように、半導体素子の微細化に伴って半導体製造装置から発塵する微細粒径異物の低減がさらに求められている。従来の技術では、半導体製造装置の構成部材であるアンテナやシャワーヘッド電極の温度をコントロールする技術は開示されている。

しかし、従来技術の目的とするものは、エッチングの均一性やレジスト選択性を改善することにある。このため、装置構成部材の温度変化と微細粒径異物の発現との関係については開示がなされていない。

本発明の目的は、装置内構成部材の温度変化と微細粒径異物の発現との関連を明らかにし、装置構成部材である石英製のマイクロ波導入窓および多孔構造の透過窓の温度変動を抑制する。透過窓温度を抑制することで、多孔構造の透過窓と透過窓に付着するプラズマエッチング処理にともなう窓への付着物間に生じる熱応力を低減し、被処理基板上に発生する微細粒径異物の発性を低減することにある。

また、本発明の目的は、装置構成部材の材質を変更することにより、多孔構造の透過窓と透過窓に付着するプラズマエッチング処理にともなう窓への付着物間に生じる線膨張係数差を低減し、線膨張差による応力を低減し、多孔構造の透過窓と透過窓に付着するプラズマエッチング処理にともなう窓への付着物間に生じる応力を低減し、被処理基板上に発生する微細粒径異物の発生を低減することにある。

上記目的は、前記被処理基板に対するプラズマ処理方法を最適化し、前記被処理基板の表面近傍部に付着する微小粒径異物の発生を大幅に低減するためにマイクロ波によるプラズマ処理に際し、多孔構造の石英製透過窓、熱媒体流路を付設したマイクロ波導入窓、および熱媒体循環装置により構成する。

本願発明では、上記手段により、装置構成部材の温度変動を抑制することで、多孔構造の透過窓と透過窓に付着するプラズマエッチング処理にともなう窓への付着物間に生じる熱応力を低減し、前記被処理基板に落下、付着する微小粒子状異物を大幅に低減できる。

また、多孔構造の透過窓にイットリアを主成分とする部材と平板の石英製マイクロ波導入窓により構成する。

また、本願発明では、多孔構造の透過窓にイットリアを主成分とする部材を用いることにより、装置構成部材の温度上昇を招いたとしても、前記多孔構造の透過窓と前記透過窓に付着したエッチング反応生成物の線膨張係数がほぼ一致する。このため、両者間に生ずる温度変化分にともなう線膨張係数差に起因する応力が抑制され、前記多孔構造の透過窓と前記透過窓に付着したエッチング反応生成物間に生ずる応力に起因する微小粒径異物の発生を大幅に低減する。

以上、本発明によれば、プラズマ処理後に被処理基板上に残留する微小付着異物を大幅に低減できるので、前述した半導体デバイスの製造上の問題点（処理基板表面への粒子の落下等による歩留まり低下等）が改善できる。以って、信頼性の高く、生産効率の良い半導体デバイスの製造が可能となる。

図１は本発明の実施例１の半導体製造装置の概略構成図である。 図２は本発明の実施例１の多孔構造透過窓の冷却温度と異物発生量との関係を示す図である。 図３は本発明の実施例１の石英製透過窓の熱媒通路の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面及び表を用いて説明する。

図１は本発明にかかる真空搬送容器を内設する半導体製造装置の概略構成を示す図である。図１に示す半導体製造装置は、本発明の実施例１のプラズマを形成する手段にマイクロ波と磁界を利用した、マイクロ波プラズマエッチング装置を示している。

この装置ではエッチング処理室１０１にガス導入手段１０４から多孔構造の、例えば、石英からなる透過窓１０５を介してエッチングガスが供給される。

また、マイクロ波発生器１１５で発信されたマイクロ波を整合器１０６及び導波管１０７を通しマイクロ波導入窓１０８よりエッチング処理室１０１に輸送して前記エッチングガスをプラズマ化する。

高効率放電のため磁場発生用のソレノイドコイル１０９をエッチング処理室１０１の周辺に配置し、０．０８７５テスラの磁場をつくり電子サイクロトロン共鳴を用いて高密度プラズマを発生させる。

エッチング処理室１０１には試料台１０３があり、この上に被処理基板１０２を設置して、マイクロ波により生成されたガスプラズマによりエッチングする。被処理基板１０２を設置する試料台１０３には高周波電源１１３が接続され、４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの高周波バイアスを印加できる構造となっている。

試料台１０３の表面には、静電吸着電源１１０より直流電圧を印加することにより静電吸着力が発生し、被処理基板１０２が静電チャックにより、試料台１０３に吸着される。

また、試料台１０３の表面には溝が形成され、固定された被処理基板１０２の裏面間で形成される流路（図示しない）に、冷却ガス供給口１１２からＨｅ、Ａｒ、Ｏ_２等の冷却ガスを供給し、流路内を所定圧力に維持できる構造となっている。

被処理基板１０２表面の温度上昇は、流路におけるガス伝熱と接触面からの熱伝導にて、試料台１０３表面へ熱伝達され、一定温度に維持される。被処理基板１０２の温度を調節するため、試料台１０３内部に埋設された冷媒循環流路には、熱媒循環器１１１により指定の温度に温度制御された熱媒体が循環される。

被処理基板１０２の周囲には、セラミックスや石英製の絶縁カバー１１４が配置されている。なお、エッチング処理室１０１に導入されたエッチングガスは、エッチング完了後、図示しない排気ポンプ及び排気配管によりエッチング処理室１０１の外に排気される。

また、発光検出器１１６は、マイクロ波発生器により前記エッチングガスをプラズマ化する際にプラズマ生成を確認するために使用し、発光検出情報を、装置制御装置（図示せず）を介して、マイクロ波発生器及び高周波バイアス電源の出力制御に利用する。

本願発明は前記半導体製造装置内での被処理基板１０２のプラズマ処理時の発塵異物量をなすべくなされたものである。

図１に示すマイクロ波エッチング装置によりプラズマ処理を実施する際、エッチング処理室１０１内に所定のガスを所定の流量供給し、真空排気系の排気速度を制御して所定の圧力に調整した後、マイクロ波電源１１５をオンし、所定の電力を投入する。その後、発光検出器１１６にてガスがプラズマ化したことを確認した後にマイクロ波電力を所定の値にする。

これにより、エッチング処理室１０１内にはプラズマが生成され、試料台１０３上の被処理基板１０２はプラズマ処理される。プラズマ処理時には、試料台１０３上の被処理基板１０２には高周波電源１１３により高周波バイアスが印加され、被処理基板１０２には化学的作用や物理的作用によるプラズマ処理が施される。

被処理基板１０２のプラズマ処理時には、化学反応や物理力による衝撃作用によりエッチング処理室１０１内に堆積物が付着する。この堆積物は被処理基板のプラズマ処理を重ねるにつれ増大する。

前述したように、プラズマ処理時にはマイクロ波電力や高周波電力の投入によりエッチングガスがプラズマ化される。エッチング処理室の内壁の一部を構成する多孔構造の透過窓１０５はプラズマＯＮ時には、プラズマからの熱エネルギーを受けて昇温する。

一方、プラズマＯＦＦ時には、ほぼプラズマ生成分に相当する分、熱エネルギーは減少し、前記透過窓１０５の温度は降温する。このため、被処理基板１０２のプラズマ処理時には、石英製の多孔構造の透過窓１０５には、プラズマＯＮ，ＯＦＦ時に温度差が生じることになる。

図２は、石英製多孔構造の透過窓１０５の冷却温度と被処理基板上の異物数との関係を示した表である。透過窓１０５の温度はプラズマ処理時を基準（冷却温度０℃）とし、透過窓１０５の温度を２０度及び４０度冷却した場合の透過窓１０５温度と被処理基板上の異物数の関係を示している。

被処理基板１０２上の異物数はプラズマ処理時（冷却温度０℃）の１００個（任意単位）から、透過窓１０５の温度をそれぞれ２０℃、４０℃冷却することにより、５２個、１４個へと大幅に低減することができる。

なお、本願発明は、図１、図３に示すように石英製のマイクロ波導入窓１０８に熱媒通路１２１を設け、熱媒循環装置１２０によりマイクロ波導入窓１０８内の熱媒通路１２１内の熱媒体が循環するようにして、石英製のマイクロ波導入窓１０８を温度制御可能とした。

また、石英製のマイクロ波導入窓１０８を温度制御可能とするとともに、石英製のマイクロ波導入窓１０８と石英製多孔構造透過窓１０５との間にエッチングガスを供給し、ガス伝熱により石英製多孔構造透過窓１０５の冷却を達成した。

前述したように、プラズマ処理時にはマイクロ波電力や高周波電力の投入によりエッチングガスがプラズマ化される。処理室内壁の一部を構成する多孔構造の透過窓はプラズマＯＮ時には、プラズマからの熱エネルギーを受けて昇温する。

一方、プラズマＯＦＦ時には、ほぼプラズマ生成分に相当するエネルギー発生しない分熱エネルギーは減少し前記透過窓１０５の温度は降温する。このため、被処理基板１０２のプラズマ処理時には、石英製の多孔構造の透過窓１０５には、プラズマＯＮ，ＯＦＦ時に温度差が生じることになる。

図２にも示すように石英製の多孔構造の透過窓１０５の温度が高くなるにしたがって、被処理基板１０２上の異物数は増加する傾向を示している。異物数増加の要因のひとつには石英製の多孔構造の透過窓１０５と透過窓１０５に付着するイットリアを含む付着物成分との線膨張係数（石英（０℃〜２００℃））：０．５８Ｘ１０−６／℃）、イットリア（０℃〜４００℃））：７．Ｘ１０−６／℃））の違いによる応力によるものがあると考えられる。

本願発明では石英製の多孔構造の透過窓１０５の材質を、イットリアを主成分とする部材に変更することにより、透過窓１０５と透過窓１０５に付着するイットリアを含む付着物成分との線膨張係数差を小さくすることにより、透過窓１０５と付着物間に発生する応力を大幅に抑制するものである。

このため、透過窓１０５と付着物間に発生する応力により、被処理基板１０２上に発生する剥離異物を抑制できる。

１０１ エッチング処理室
１０２ 被処理基板
１０３ 試料台
１０４ ガス導入手段
１０５ 透過窓
１０６ 整合器
１０７ 導波菅
１０８ マイクロ波導入窓
１０９ ソレノイドコイル
１１０ 静電吸着電源
１１１ 熱媒循環器
１１２ 冷却ガス供給口
１１３ 高周波電源
１１４ 絶縁カバー
１１５ マイクロ波電源
１１６ 発光検出器
１２０ 熱媒循環器
１２１ 熱媒通路

Claims (3)

1. 被処理基板をプラズマ処理する半導体処理装置におけるプラズマ処理方法において、前記半導体処理装置の一部を構成する石英製のマイクロ波導入窓と石英製の多孔構造の透過窓とを冷却しながら前記被処理基板をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理方法において、前記石英製のマイクロ波導入窓に熱媒通路を設け、熱媒体を循環することを特徴とするプラズマ処理方法。
3. 被処理基板をプラズマ処理する半導体処理装置におけるプラズマ処理方法において、前記半導体処理装置の一部を構成する多孔構造の透過窓にイットリアを主成分とする部材を用いて、前記被処理基板をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。

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