JP3578739B2

JP3578739B2 - プラズマ装置

Info

Publication number: JP3578739B2
Application number: JP2001295591A
Authority: JP
Inventors: 奈津子伊藤; 剛守屋; 文彦上杉
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2003100720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマを用いて基板を加工するプラズマ装置に装着し、特にプロセス中に発生するパーティクルが基板上に落下して付着することを防止する機能を備えたプラズマ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを用いて半導体等の基板を加工するプラズマ装置として、基板上に薄膜を形成する成膜装置や基板表面に対してエッチングを行うエッチング装置があり、一般的には、図８に示すように、真空処理室１０と、この処理室内に設置された上部電極２１と下部電極２２からなる一対の加工電極２０と、加工される基板Ｗを前記下部電極２２上に固定するための吸着用電源３３を有するサセプタ３０を備えており、真空処理室１０内を真空状態に排気するとともにガス供給口２３からプロセスガスを真空処理室１０内に導入し、加工電極２０間に高周波電源２５の高周波電圧を印加してプロセスガスをプラズマ化し、サセプタ３０上の基板Ｗに対して加工を行う構成がとられている。この種のプラズマ装置では、プロセスにおける反応生成物からなる異物（パーティスル）が発生し、このパーティクルが真空処理室１０の内壁に付着し、当該内壁から剥離したときにサセプタ３０上の基板Ｗの表面に落下、付着し、基板Ｗで製造する半導体装置等の製造歩留りを低下させる要因になる。
【０００３】
そこで、このようなパーティクルが基板上に付着することがないように、パーティクルを除去する技術が提案されている。例えば、特開２０００−３９０２号公報には、真空処理室内に負の電圧を印加した電極、グリッド、カバー等の導電体を設置しておき、プラズマ処理によって生じた正に帯電したパーティクルを当該導電体によってトラップ、あるいは誘導するなどして基板上に落下しないようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、公報に記載の従来のプラズマ装置では、真空処理室内に負電圧を印加した導電体の電極を設置すると、プラズマ中の正イオンを引き込み、電源に大きなリーク電流が流れて、これを破壊する可能性がある。この問題に対しては、同プラズマ装置では、加工電極間への高周波電圧の印加を停止してプラズマ処理を終了した時点に負電圧を導電体に印加することによってリーク電流を抑制しているが、そのための制御を行う回路装置が必要であり、プラズマ装置の構造が複雑化することになる。一方、公報に記載のプラズマ装置において負電圧を印加した導電体の代わりに、負に帯電した絶縁物を真空処理室内に設置することも考えられるが、プラズマ放電によって当該絶縁物の表面がチャージアップし、異常放電によって部品が破壊される可能性がある。また、このチャージアップによってパーティクルを引き寄せるために十分な電界を形成することができなくなる可能性もある。
【０００５】
本発明の目的は、プラズマ放電中に発生するパーティクルを効率よく除去するとともに、その一方でリーク電流やチャージアップを抑制してプラズマ装置の損傷を防止することを可能にしたプラズマ装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空処理室と、この真空処理室内に設置された上部電極と下部電極からなる一対の加工電極と、加工される基板を下部電極上に固定するサセプタを備えるプラズマ装置において、真空処理室内に配置されて負の電圧が印加されるパーティクル除去電極を備えており、当該パーティクル除去電極は、負の電圧が印加される導電体と、この導電体の表面を覆う薄い表面絶縁物とを備え、当該パーティクル除去電極の表面絶縁物は誘電率を高める不純物、あるいは抵抗率を下げる不純物が添加されていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記パーティクル除去電極の表面絶縁物は、例えば、表面絶縁物として、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタルを用いる。また、表面絶縁物として酸化アルミニウムを用いたときに、添加不純物に酸化チタンを用いる。さらに、表面絶縁膜は１００μｍ程度の厚さとすることが好ましい。
【０００８】
一方、パーティクル除去電極は、加工電極の周囲の真空処理室の内壁に沿って配置される。あるいは、加工電極内に形成されるプラズマ放電領域を囲む位置に配置される。さらには、パーティクル除去電極はメッシュ状に形成され、上部電極と下部電極との間に配置される。
【０００９】
本発明によれば、正に帯電したパーティクルを負電圧が印加されたパーティクル除去電極で吸着して基板上への落下を防止する一方で、パーティクル除去電極の表面絶縁物によってプラズマ中の正イオンがパーティクル除去電極の導電体に流れ込むのを防止してリーク電流を抑制する。また、表面絶縁物は薄く形成されていることで、また好ましくは誘電率を高める不純物、あるいは抵抗率を下げる不純物を表面絶縁物に添加することで、異常放電を引き起こすチャージアップを抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明によるプラズマ装置の概略構成を示す断面図である。真空処理室１０内には上部電極２１と下部電極２２からなる一対の加工電極２０が配置されており、前記下部電極２２上には加工される基板Ｗを前記下部電極２２上に固定するサセプタ３０が備えられる。前記サセプタ３０は、前記下部電極２２上の絶縁体３１とその上の静電吸着電極３２とで構成される。また、前記上部電極２１には、プロセスガスを真空処理室内に導入するための反応ガス導入口２３が開口され、当該開口位置に設けられたガス吹き出し板２４からプロセスガスを加工電極２０間に供給するようになっている。また、前記サセプタ３０に静電吸着用の電位を与えるための吸着用電源と３３、加工電極２０に高周波電力を供給するための高周波電源２５が接続されている。さらに、前記加工電極２０間の空間を囲む位置には前記真空処理室１０の内壁面を覆うようにパーティクル除去電極４０が配置され、前記上部電極２１との間に接続される除去用電源４３によって、前記上部電極２１に対して所要の電位が印加されるようになっている。
【００１１】
前記パーティクル除去電極４０は、図２に断面構造を示すように、例えばアルミニウム等の導電体４１の表面に表面絶縁物４２を皮膜状に形成したものであり、この表面絶縁物４２は酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化タンタル、窒化シリコン等、種々の絶縁材料が適用可能である。ここでは、酸化アルミニウムを１００μｍの厚さに形成する。なお、酸化アルミニウム膜の形成方法は、熱酸化でも溶射でもよい。そして、前記導電体４１に対して前記除去用電源４３を電気接続し、所要の電位を印加する構成となっている。
【００１２】
以上の構成のプラズマ装置をエッチング装置として構成した場合におけるプラズマエッチング動作について説明する。反応ガス供給口２３からプロセスガスを真空処理室１０内に導入するとともに、加工電極２０間に高周波電源２５からの高周波電圧を印加し、プロセスガスをプラズマ化する。プロセスガスとしては六弗化イオウ、酸素、窒素を用い、ＲＦ（高周波）パワー６００Ｗとする。これにより、サセプタ３０上に載置された基板、例えば半導体ウェハＷの表面に対してエッチングが行われる。エッチングに際して生じる反応物は加工電極２０間から周辺部に飛散されるが、このプラズマ処理を行っている最中に、除去用電源４３によりパーティクル除去電極４０に０〜−３００Ｖの電圧を印加する。これにより、飛散される反応物、すなわちパーティクルは正に帯電しているため、負のパーティクル除去電極４０に吸着される。したがって、パーティクルが一旦真空処理室１０の内壁に付着してその後に真空処理室１０の内壁から剥離されて半導体ウェハＷの表面に落下されること、あるいはパーティクルが直接半導体ウェハＷの表面に付着することが防止される。一方、前記パーティクル除去電極４０に対して前述のように除去用電源４３から電圧を印加した場合においても、パーティクル除去電極４０は導電体４１の表面が表面絶縁物４２によって被覆されているため、加工電極２０からパーティクル除去電極４０ないし除去用電源４３に流れ込む電流は０．１ｍＡ以下であり、十分な絶縁が確認される。
【００１３】
ここで、本発明にかかるパーティクル除去電極４０では、導電体４１の表面を覆う表面絶縁物４２の誘電率を高め、あるいは抵抗率を低くすることが好ましい。例えば、パーティクル除去電極４０の導電体４１としてのアルミニウムの表面を被覆する表面絶縁物４２として、前記実施形態の酸化アルミニウムに代えて、酸化チタンを添加した酸化アルミニウムを用いてもよい。酸化チタンは酸化アルミニウムより誘電率が高く、酸化アルミニウムに添加することで誘電率を高く調整できる。図３（ａ），（ｂ）は、表面絶縁物４２の誘電率の違いによる電場の違いを示す図である。本発明のように加工電極２０間に発生するプラズマ放電領域に対向してパーティクル除去電極４０を配置したときには、当該プラズマ放電領域Ｐとパーティクル除去電極４０との間には、電位が急激に変化するシースＳと呼ばれる空間が形成される。そして、パーティクル除去電極４０の表面絶縁物４２に酸化チタンを添加していない酸化アルミニウム（以下、純酸化アルミニウム）や酸化シリコンのような誘電率の低い物質を用いた場合には、図３（ａ）の様に、表面絶縁物４２表面の電位は導電体４１に印加した電圧に対して正の方向に高くなる。プラズマ放電領域Ｐのポテンシャルは、パーティクル除去電極４０の影響をほとんど受けないので、シースＳの電場は表面絶縁物４２表面の電位で決まる。従って、図３（ａ）に示したように、シースＳの電場の強さは、パーティクル除去電極４０が表面絶縁物４２で覆われていない時よりも弱くなり、パーティクルの除去効率が低くなる。一方、表面絶縁物４２に酸化チタンを添加した酸化アルミニウムや酸化タンタルのような誘電率の高い物質を用いた場合には、図３（ｂ）のように、表面絶縁物４２表面の電位は、導電体４１に印加した電圧とほぼ等しい値をとる。そのため、シースＳの電場の強さは、パーティクル除去電極４０の導電体４１が表面絶縁物４２で覆われていない場合とほぼ等しくなり、パーティクルの除去効率があがることになる。
【００１４】
また、本発明において、パーティクル除去電極４０の導電体４１の表面を抵抗率の低い表面絶縁物４２で被覆した場合について説明する。ここでは、パーティクル除去電極４０の表面絶縁物４２として、酸化アルミニウムよりも抵抗率が低い酸化チタンを添加した酸化アルミニウムで構成した例である。図４は、パーティクル除去電極４０に対する電圧の印加とプラズマ装置、すなわちエッチング装置の動作状態のタイミングを表した図である。ＲＦパワーの停止する約５秒前にパーティクル除去電極４０に−２００Ｖの電圧を印加した。プラズマ中の正イオンが、パーティクル除去電極４０の負電位に引き寄せられ、酸化アルミニウムより低い抵抗率の表面絶縁膜４２を通過して導電体４１にわずかに電流が流れる。電流が流れることで、表面絶縁物４２の表面がチャージアップすることが防止できる。図５は、表面絶縁物４２に酸化チタンを添加していない酸化アルミニウム（以下、純酸化アルミニウム）を使用した場合と、酸化チタンを添加した酸化アルミニウムを用いた場合とで、異常放電の発生の違いを示した表である。同一条件でエッチング中にパーティクル除去電極４０に０〜−３００Ｖの電圧を印加し、異常放電が起きない条件を○、異常放電が起きる場合を×で示した。純酸化アルミニウムの場合は、−２５０Ｖより負に大きい電圧を印加すると異常放電が発生するのに対し、酸化チタンを添加した酸化アルミニウムの場合は−３００Ｖまでの電圧では異常放電が発生しない。これはチャージアップを防止することで、異常放電の発生が予防できたためである。
【００１５】
図６は本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置の概略断面図であり、図１と等価な部分には同一符号を付してある。この実施形態では、パーティクル除去電極４０は加工電極２０間に近接した位置において、加工電極２０間に発生されるプラズマ放電領域Ｐを囲むように配置されている。このように、パーティクル除去電極４０をプラズマ放電領域Ｐに近接配置することで、パーティクルの吸着除去効果を高めることが可能になる。その一方で、パーティクル除去電極４０は図２に示したように、導電体４１が表面絶縁物４２によって被覆されており、プラズマ発生に際してのリークを防止し、かつチャージアップを抑制することができることは前記実施形態と同様である。
【００１６】
図７は本発明の第３の実施形態のプラズマ処理装置の概略断面図であり、図１と等価な部分には同一符号を付してある。この実施形態では、パーティクル除去電極４０はメッシュ状に形成されて加工電極２０の間、すなわちプラズマ放電領域Ｐ内に配置されている。このようにすることで、プロセスガスをパーティクル除去電極４０のメッシュを通して移動させることができ、真空処理室１０内でのプロセスガスの吸排気等の流動を阻害することなく、すなわちプラズマ発生に影響を与えることなく、パーティクル除去電極４０をプラズマ放電領域Ｐに接した状態としてパーティクルの吸着除去効果を高めることが可能になる。その一方で、パーティクル除去電極４０は、図２に示したように、導電体４１が表面絶縁物４２によって被覆されており、プラズマ発生に際してのリークを防止し、かつチャージアップを抑制することができることは前記各実施形態と同様である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はプラズマ装置の真空処理室内に負の電圧が印加されるパーティクル除去電極を備えており、当該パーティクル除去電極は薄い表面絶縁物を備えているので、真空処理室内で発生した正に帯電したパーティクルを負電圧が印加されたパーティクル除去電極で吸着して基板上への落下を防止することができる。その一方で、パーティクル除去電極の表面絶縁物によってプラズマ中の正イオンがパーティクル除去電極の導電体に流れ込むのを防止してリーク電流を抑制する。また、表面絶縁物は薄く形成されるとともに誘電率を高める不純物、あるいは抵抗率を下げる不純物を表面絶縁物に添加していることで、異常放電を引き起こすチャージアップを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をエッチング装置として構成したプラズマ装置の概略断面図である。
【図２】パーティクル除去電極の断面図である。
【図３】誘電率の異なる表面絶縁物を有するパーティクル除去電極における電場の強さを示す模式図である。
【図４】本発明のパーティクル除去電極に印加した電圧値と電流値の変化を示す図である。
【図５】本発明の異常放電防止効果を表す表で、パーティクル除去電極に印加した電圧値と異常放電の発生を示す表である。
【図６】本発明の第２の実施形態のプラズマ装置の概略断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態のプラズマ装置の概略断面図である。
【図８】従来のプラズマ装置の一例の概略断面図である。
【符号の説明】
１０真空処理室
２０加工電極
２１上部電極
２２下部電極
２３ガス供給口
２４ガス吹き出し板
２５ＲＦ電源
３０サセプタ
３１絶縁板
３２静電吸着電極
３３吸着用電源
４０パーティクル除去電極
４１導電体
４２表面絶縁物
４３除去用電源
Ｐプラズマ放電領域
Ｓシース領域
Ｗ基板（半導体ウェハ）

Claims

真空処理室と、この真空処理室内に設置された上部電極と下部電極からなる一対の加工電極と、加工される基板を前記下部電極上に固定するサセプタを備え、プロセスガスを前記処理室内に導入し、前記加工電極間に高周波電圧を印加して、前記プロセスガスをプラズマ化し、前記サセプタ上の基板を加工するプラズマ装置において、前記真空処理室内に配置されて負の電圧が印加されるパーティクル除去電極を備え、前記パーティクル除去電極は、前記負の電圧が印加される導電体と、前記導電体の表面を覆う薄い表面絶縁物とを備え、前記パーティクル除去電極の表面絶縁物は、誘電率を高める不純物が添加されていることを特徴とするプラズマ装置。
真空処理室と、この真空処理室内に設置された上部電極と下部電極からなる一対の加工電極と、加工される基板を前記下部電極上に固定するサセプタを備え、プロセスガスを前記処理室内に導入し、前記加工電極間に高周波電圧を印加して、前記プロセスガスをプラズマ化し、前記サセプタ上の基板を加工するプラズマ装置において、前記真空処理室内に配置されて負の電圧が印加されるパーティクル除去電極を備え、前記パーティクル除去電極は、前記負の電圧が印加される導電体と、前記導電体の表面を覆う薄い表面絶縁物とを備え、前記パーティクル除去電極の表面絶縁物は、抵抗率を下げる不純物が添加されていることを特徴とするプラズマ装置。
前記表面絶縁物として、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタルを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ装置。
前記表面絶縁物として酸化アルミニウムを用いたときに、前記添加不純物に酸化チタンを用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ装置。
前記表面絶縁物の膜厚を１００μｍとすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ装置。
前記パーティクル除去電極は、前記加工電極の周囲の前記真空処理室の内壁に沿って配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ装置。
前記パーティクル除去電極は、前記加工電極内に形成されるプラズマ放電領域を囲む位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ装置。
前記パーティクル除去電極はメッシュ状に形成され、前記上部電極と下部電極との間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ装置。