JP3514201B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワーク表面のエッ
チングやクリーニングなどを行うためのプラズマ処理装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウェハ表面のエッチングやプリント基板
表面のクリーニングなどのためにプラズマ処理を施すこ
とが知られている。プラズマ処理装置の真空チャンバに
は上部電極部と下部電極部が備えられており、下部電極
部上にウェハやプリント基板などのワークを載置し、上
部電極部と下部電極部の間に高周波電圧を印加すること
によりプラズマを発生させ、イオン等をワークの表面に
衝突させるなどして作用させてプラズマ処理を行うもの
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種プラズマ処理装
置において、プラズマ処理の対象物であるウェハやプリ
ント基板などのワークのサイズは大小様々である。した
がってワークの品種変更によりワークのサイズが変わる
場合には、最適のプラズマ処理を行うためにワークを載
置する下部電極部のサイズもワークのサイズに合わせた
ものに変更することが望ましい。またこの場合、プラズ
マ処理中には下部電極部は高温に加熱されることから、
下部電極部を効果的に冷却することが望ましい。

【０００４】ところが、従来のプラズマ処理装置は単一
サイズのワークの処理しか想定していなかったため、ワ
ークのサイズが変更されるときには、プラズマ処理装置
そのものをそのワークに適したものと入れ換えるように
なっていたものであり、このため設備コストがかかり、
またワーク変更にともなう段取り替えに多大な手間と時
間を要するものであった。

【０００５】そこで本発明は、ワークの品種変更に応じ
て、下部電極部の変換を容易に行うことができ、且つ下
部電極部を効果的に冷却することができるプラズマ処理
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
真空チャンバと、この真空チャンバに設けられた上部電
極部および下部電極部とを備え、減圧手段により前記真
空チャンバ内を減圧するとともに前記真空チャンバ内に
プラズマ発生用ガスを送り、且つ前記上部電極部と前記
下部電極部の間に高周波電圧を印加してワークのプラズ
マ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記下部電極
部に、その上に載置されるワークを真空吸着するための
吸着孔およびその内部に冷媒を流す冷媒路が形成され、
且つ前記下部電極部の下部に前記吸着孔のジョイント部
と前記冷媒路のジョイント部を設け、また前記下部電極
部が着脱自在に装着される受けユニットを設け、この受
けユニットに、前記吸着孔の前記ジョイント部が連結さ
れる第１の被ジョイント部および前記冷媒路のジョイン
ト部が連結される第２の被ジョイント部を設け、更に、
前記第１の被ジョイント部が接続されて前記吸着孔内を
真空吸引する真空吸引手段と、前記第２の被ジョイント
部が接続されて前記冷媒路に冷媒を送る冷却装置を備
え、前記下部電極部を前記受けユニットに交換自在に装
着するようにし、且つ前記下部電極部と前記受けユニッ
トは、機械的結合手段により着脱自在に結合され、また
前記吸着孔内の真空圧を測定する第１の圧力測定器と、
前記真空チャンバ内の真空圧を測定する第２の圧力測定
器と、前記吸着孔内の真空圧が前記真空チャンバ内の真
空圧よりも小さくなるように前記減圧手段と前記真空吸
引手段を制御する制御部を備えた。

【０００８】請求項２の発明は、前記下部電極部のサイ
ズに応じて、前記高周波電圧の大きさを制御する制御部
を備えた。

【０００９】

【００１０】上記構成の各発明によれば、ワークの品種
変更に応じて下部電極部を交換することにより、それぞ
れのワークについて最適のプラズマ処理を行うことがで
きる。また冷媒路に冷媒を流すことにより、下部電極部
を効果的に冷却することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態にお
けるプラズマ処理装置の全体構成図、図２は本発明の一
実施の形態におけるプラズマ処理装置のジョイント部の
分離状態の断面図、図３は本発明の一実施の形態におけ
るプラズマ処理装置のジョイント部の接合状態の断面
図、図４は本発明の一実施の形態における真空圧の変化
図である。

【００１２】まず、図１を参照してプラズマ処理装置の
全体構成を説明する。真空チャンバ１の内部には、上部
電極部２と下部電極部３が上下に間隔Ｔをおいて互いに
対向して配設されている。上部電極部２はアース部４に
接地されており、また真空チャンバ１も接地されてい
る。真空チャンバ１は、上体１ａと下体１ｂに上下に２
分割可能な構造になっており、下部電極部２の交換時や
真空チャンバ１内のメンテナンス時に、ボルト等の結合
具１９による結合を解除して上下に分離できるようにな
っている。

【００１３】上部電極部２は、真空チャンバ１の上壁を
上下動自在に貫通する垂直なシャフト５の下端部に連結
されている。シャフト５の上端部は、アーム６を介して
シリンダ７のロッド８に連結されている。したがってシ
リンダ７のロッド８が突没すると、シャフト５と上部電
極部２は上下動し、上部電極部２と下部電極部３の間隔
Ｔの大きさが変更される。すなわち、シリンダ７は上部
電極部２の下部電極部３に対する相対的な高さを調整す
ることにより、上記間隔Ｔの大きさを変更する間隔変更
手段となっている。勿論、上部電極部２を上下動させる
手段としては、シリンダ７以外にも、送りねじ機構など
も適用できる。また本実施の形態では、下部電極部３に
対して上部電極部２を上下動させることにより、間隔Ｔ
を変更しているが、上部電極部２に対して下部電極部３
を上下動させるようにしてもよい。なお真空チャンバに
上部電極部を兼務させてもよいものであるが、この場合
には下部電極部を上下動させて間隔Ｔを変更する。

【００１４】図１において、シャフト５はガス供給部１
０にバルブ１１を介して接続されている。シャフト５は
中空のパイプであり、バルブ１１を開くと、ガス供給部
１０からシャフト５の孔路５ａを通して上部電極部２に
プラズマ発生用のガスが供給され、このガスは上部電極
部２の下面に複数個形成されたガス吹出孔９から下部電
極部３へ向って吹出される。

【００１５】図１において、下部電極部３は、受けユニ
ット１２に支持されている。受けユニット１２は真空チ
ャンバ１の下壁に装着されている。受けユニット１２は
絶縁体から成っている。１３は冷却装置であり、パイプ
１４，１５を通して下部電極部３の内部に形成された冷
媒路（後述）に冷水などの冷媒を循環させ、プラズマ処
理時に加熱される下部電極部３およびこれに載せられた
ワーク２０を冷却する。１６は上部電極部２と下部電極
部３の間に高周波高圧を印加する高周波電源であり、下
部電極部３に接続されている。

【００１６】ワーク２０は下部電極部３上に載置され
る。下部電極部３の上面には吸着孔１７（図２）が複数
個形成されており、吸引路２３を介して第１の真空ポン
プ２１に接続されている。真空吸引手段としての第１の
真空ポンプ２１にて吸着孔１７内を吸引することによ
り、ワーク２０を下部電極部３上に真空吸着して固定す
る。２２は第１の真空ポンプ２１と下部電極部３の間の
吸引路２３に設けられたバルブであり、吸引路２３を開
閉する。

【００１７】２４はバルブ２５を介して吸引路２３に接
続された大気圧開放ユニットであり、バルブ２５を開く
と吸着孔１７内の真空状態は破壊されて大気圧に戻り、
吸着孔１７によるワーク２０の真空吸着状態は解除され
る。２６は真空チャンバ１内を真空吸引して減圧する減
圧手段としての第２の真空ポンプ、２７は真空チャンバ
１内を大気圧に戻すための大気圧開放ユニットであり、
それぞれバルブ２８，２９を介して真空チャンバ１の吸
引路３０に接続されている。１８は、吸引路３０が接続
される真空チャンバ１の孔部である。３１は下部電極部
３の吸着孔１７内の真空圧を測定する第１の圧力測定
器、３２は真空チャンバ１内の真空圧を測定する第２の
圧力測定器であり、それぞれ吸引路２３，３０に設けら
れている。３３は制御部であり、圧力測定器３１，３２
の測定信号が入力され、また破線で接続された高周波電
源１６、真空ポンプ２１，２６などの各要素を制御す
る。

【００１８】図１において、真空チャンバ１の側壁には
ワーク２０を出し入れするための出し入れ口４０が開口
されている。出し入れ口４０にはカバー板４１が装着さ
れている。カバー板４１にはシリンダ４２のロッド４３
が結合されており、ロッド４３が突没するとカバー板４
１は上下動し、出し入れ口４０を開閉する。すなわち、
カバー板４１とシリンダ４２は出し入れ口４０の開閉手
段となっている。

【００１９】真空チャンバ１の側方にはワーク２０を真
空チャンバ１に出し入れするワーク出し入れ手段５０が
設けられている。ワーク出し入れ手段５０は、可動ユニ
ット５１を備えている。可動ユニット５１は、Ｘテーブ
ル５２、Ｙテーブル５３、Ｚテーブル５４から成ってい
る。Ｚテーブル５４には、ロッド５５が立設されてお
り、ロッド５５の上端部に連結された水平なアーム５６
の先端部には保持ヘッド５７が装着されている。保持ヘ
ッド５７は、その下面に形成された吸着孔にワーク２０
を真空吸着するなどしてワーク２０を着脱自在に保持す
る。Ｘテーブル５２とＹテーブル５３が駆動すると、保
持ヘッド５７はＸ方向やＹ方向へ水平移動し、またＺテ
ーブル５４が駆動する上下動する。シリンダ４２や出し
入れ装置５０などの各要素も制御部３３に制御される。

【００２０】次に、図２および図３を参照して、下部電
極部３と受けユニット１２の構造を説明する。下部電極
部３の上面には吸着孔１７が複数形成されている。吸着
孔１７は、下部電極部３の内部に形成された孔部６０に
連通している。また下部電極部３の下部３ａの中央には
孔部６０に連通する吸引路６１が形成されており、吸引
路６１は下部電極部３の下面中央から下方へ突出するパ
イプから成るジョイント部６２に連通している。

【００２１】下部電極部３の内部には冷媒路６３が形成
されている。冷媒路６３は供給側の冷媒路６４と環流側
の冷媒路６５に連通している。冷媒路６４，６５は下部
３ａの吸引路６１の側方に形成されており、それぞれ下
部電極部３の下面から下方へ突出するパイプから成るジ
ョイント部６６，６７に連通している。下部電極部３の
下部３ａの外周には、管状のナット部６８が設けられて
いる。

【００２２】受けユニット１２の上部は下部電極部３の
下部３ａが上方から抜き差し自在に装着される管部１２
ａになっており、その外周面にはナット部６８が螺着さ
れるねじ部７０になっている。ナット部６８とねじ部７
０は、下部電極部３と受けユニット１２を機械的に着脱
自在に結合する結合手段となっており、真空圧で下部電
極部３ががたつかないように、これをしっかり固着す
る。また図１に示すように、ねじ部７０に螺着されるナ
ット部６８は真空チャンバ１内にあり、真空チャンバ１
を上下に２分割した状態で、ねじ部７０に着脱すること
ができる。受けユニット１２の内部には、３つの孔部７
１，７２，７３が形成されている。下部電極部３のジョ
イント部６２，６６，６７はこれらの孔部７１，７２，
７３に上方から抜き差し自在に装着される。すなわち、
孔部７１は第１の被ジョイント部になっており、孔部７
２，７３は第２の被ジョイント部になっている。

【００２３】孔部７１は、吸引路７４を通して吸引路２
３に接続されており、したがって吸着孔１７は第１の真
空ポンプ２１により真空吸引される。また孔部７２，７
３はパイプ１４，１５に接続されており、したがって冷
却装置１３が駆動することにより、水などの冷媒はパイ
プ１４から冷媒路６３を流れ、またパイプ１５から冷却
装置１３に環流される。

【００２４】このプラズマ処理装置は上記のような構成
より成り、次に図４を参照しながらプラズマ処理方法を
説明する。ワーク２０が下部電極部３上に載置されたな
らば、第１の真空ポンプ２１で吸着孔１７内の真空吸引
を開始し（図４のタイミング）、設定圧１（例えば１
００Ｐａ程度）まで圧力が低下したならば、第２の真空
ポンプ２６で真空チャンバ１内の真空吸引を開始し（タ
イミング）、設定圧２（例えば５００Ｐａ程度）にな
るまで真空吸引する（タイミング）。このように設定
圧１は設定圧２よりもやや低くしてあり、第１の真空ポ
ンプ２１による吸着孔１７内の真空圧Ｐ１が、第２の真
空ポンプＰ２による真空チャンバ１内の真空圧Ｐ２より
も小さくなるように（すなわち、第１の真空ポンプ２１
による吸着力が第２の真空ポンプ２６による吸引力より
も大きくなるように）、これらの真空ポンプ２１、２６
を制御部３３で制御する。このようにすれば、安価な真
空ポンプを用いてワーク２０の下部電極部３上への固定
を確実に行うことができる。なお、第１の真空ポンプ２
１による吸着力が第２の真空ポンプ２６による吸引力よ
りも小さければ、下部電極部３上のワーク２０は浮き上
るなどしてがたつき、安定したプラズマ処理を行うこと
はできない。

【００２５】吸着孔１７内の真空圧Ｐ１や真空チャンバ
１内の真空圧Ｐ２は、圧力測定器３１，３２によりモニ
ターされており、制御部３３は圧力測定器３１，３２の
圧力測定結果をみながら真空ポンプ２１，２６を制御す
る。また設定圧１、設定値２の設定やプログラムの実行
に必要な演算・判断なども制御部３３で行われる。最終
的には、吸着孔１７内の真空圧を１０Ｐａ以下まで低く
する。

【００２６】またこれと前後して、プラズマ発生用ガス
を上部電極部２のガス吹出孔９から下部電極部３へ吹き
出し（タイミング）、下部電極部３に高周波電圧を印
加する。すると上部電極部２と下部電極部３の間にプラ
ズマが発生し、イオン等はワーク２０の上面に衝突する
などして作用してプラズマ処理が行われる。この場合、
間隔Ｔを小さく設定することにより、上部電極部２と下
部電極部３の間のプラズマ密度を上げることができ、こ
れによりエッチングレート（エッチング力）を大きくし
て、短時間で速かに所定のプラズマ処理を完了できる。
なおタイミングからタイミングへ移行する間に、真
空圧Ｐ２が上昇するのは、プラズマ発生用ガスの供給を
開始したためである。〜はガスを供給しながら、プ
ラズマ処理が行われる間であり、この間、真空チャンバ
１の真空圧Ｐ２は処理圧力範囲を維持する。

【００２７】プラズマ処理が終了したならば、プラズマ
発生用ガスの供給を停止し（タイミング）、真空圧Ｐ
２が設定圧１となって真空チャンバ１内のプラズマ発生
用ガスの排気が確認されたならば、バルブ２８を開いて
真空チャンバ１内の真空状態を破壊して大気圧に戻し
（タイミング）、続いてバルブ２２を開いて吸着孔１
７内の真空状態を破壊して大気圧に戻す（タイミング
）。このように、まず真空チャンバ１内の真空状態を
破壊し、次いで吸着孔１７内の真空状態を破壊するよう
にすれば、下部電極部３上のワーク２０ががたつくこと
はない。なおタイミングからタイミングへ移行する
間に、真空圧Ｐ２が低下するのは、プラズマ発生用ガス
の供給を停止したことによる。

【００２８】ところで、従来のプラズマ処理装置では、
ワークは静電チャック手段により下部電極部上に固定し
ていたものであるが、静電チャック手段はきわめて高価
であり、コストアップの一因になっていた。そこで本実
施の形態のプラズマ処理装置は、上述のように装置の運
転を行うことにより、安価な真空ポンプ２１、２６を用
いてワーク２０の固定を行えるようにしている。

【００２９】プラズマ処理の対象となるワークのサイズ
は大小様々である。そこでワークの品種変更によりその
サイズが変わるときは、下部電極部３をワークのサイズ
に適したものと交換する。この交換は下部電極部３を受
けユニット１２に着脱することにより簡単に行うことが
できる。勿論、ワークのサイズが大きくなれば下部電極
部のサイズは大きくなり、またワークのサイズが小さく
なれば下部電極部のサイズも小さくなる。

【００３０】また下部電極部３のサイズが大きくなれ
ば、これに印加する高周波電圧の電力も大きくする。下
部電極部３に供給する電力の大きさは制御部３３が高周
波電源１６を制御することにより調整する。以上のよう
にワークのサイズに応じて下部電極部を交換し、また下
部電極部に供給する電力を調整することにより、最適の
プラズマ処理を行うことができる。

【００３１】ところで、ウェハの薄形化や、ウェハの機
械研削面のストレス層（薄形化等のための機械研削によ
ってクラックが発生した層）の除去等のためには、ウェ
ハの全面を深く（例えば５μｍ）エッチングして除去す
る必要がある。ところが従来のプラズマ処理装置は、プ
ラズマ密度が低く、エッチングレートが小さいため、こ
のような深いエッチングを行うには長大な時間を要する
ことから、このような用途には使用困難・不使不能であ
ったものである。しかしながら本プラズマ処理装置によ
れば、上部電極部と下部電極部の間隔を例えば５ｍｍ〜
１５ｍｍまで小さくしてプラズマ密度を上げてエッチン
グレートを大きくすることができるので、このような用
途にも使用できる。またこのようにプラズマ密度を上げ
ると下部電極部の発熱も大きくなるが、発熱が大きくな
っても、上記冷却手段により効果的に冷却することがで
きる。

【００３２】また、従来、ウェハのエッチングなどの半
導体処理時には、真空チャンバの真空圧は１Ｐａ程度の
きわめて真空度の高い低圧に設定されていたものであ
り、このため容量の大きいきわめて大型の真空ポンプを
必要としていたものであるが、本発明によれば、真空チ
ャンバの真空圧を従来よりかなり高めの１０００Ｐａ〜
３０００Ｐａに設定することにより、従来よりも比較的
小容量・小型の真空ポンプを用いて、プラズマ密度をよ
り一層高くして高速エッチングを実現することができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ワ
ークのサイズに応じて下部電極部を交換することにより
最適のプラズマ処理を行うことができ、また下部電極部
を効果的に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装
置の全体構成図

【図２】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装
置のジョイント部の分離状態の断面図

【図３】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装
置のジョイント部の接合状態の断面図

【図４】本発明の一実施の形態における真空圧の変化図

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 上部電極部 ３ 下部電極部 １２ 受けユニット １３ 冷却装置 １６ 高周波電源 １７ 吸着孔 ２０ ワーク ２１ 第１の真空ポンプ（真空吸引手段） ２６ 第２の真空ポンプ（減圧手段） ３１ 第１の圧力測定器 ３２ 第２の圧力測定器 ３３ 制御部 ６１ 吸引路 ６２、６６、６７ ジョイント部 ６４ 供給側の冷媒路 ６５ 環流側の冷媒路 ６８ ナット部（機械的結合手段） ７０ ねじ部（機械的結合手段） ７１ 孔部（第１の被ジョイント部） ７２、７３ 孔部（第２の被ジョイント部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−124844（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67588（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−98029（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−73724（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46 H01L 21/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空チャンバと、この真空チャンバに設け
   られた上部電極部および下部電極部とを備え、減圧手段
   により前記真空チャンバ内を減圧するとともに前記真空
   チャンバ内にプラズマ発生用ガスを送り、且つ前記上部
   電極部と前記下部電極部の間に高周波電圧を印加してワ
   ークのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、 前記下部電極部に、その上に載置されるワークを真空吸
   着するための吸着孔およびその内部に冷媒を流す冷媒路
   が形成され、且つ前記下部電極部の下部に前記吸着孔の
   ジョイント部と前記冷媒路のジョイント部を設け、 また前記下部電極部が着脱自在に装着される受けユニッ
   トを設け、この受けユニットに、前記吸着孔の前記ジョ
   イント部が連結される第１の被ジョイント部および前記
   冷媒路のジョイント部が連結される第２の被ジョイント
   部を設け、更に、前記第１の被ジョイント部が接続され
   て前記吸着孔内を真空吸引する真空吸引手段と、前記第
   ２の被ジョイント部が接続されて前記冷媒路に冷媒を送
   る冷却装置を備え、前記下部電極部を前記受けユニット
   に交換自在に装着するようにし、且つ前記下部電極部と
   前記受けユニットは、機械的結合手段により着脱自在に
   結合され、 また 前記吸着孔内の真空圧を測定する第１の圧力測定器
   と、前記真空チャンバ内の真空圧を測定する第２の圧力
   測定器と、前記吸着孔内の真空圧が前記真空チャンバ内
   の真空圧よりも小さくなるように前記減圧手段と前記真
   空吸引手段を制御する制御部を備えたことを特徴とする
   プラズマ処理装置。
2. 【請求項２】前記下部電極部のサイズに応じて、前記高
   周波電圧の大きさを制御する制御部を備えたことを特徴
   とする請求項１記載のプラズマ処理装置。