JP3948296B2 - プラズマエッチング処理方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体などの電子デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるプラズマエッチング処理方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体などの電子デバイスやマイクロマシンの製造において、近年プラズマ処理による薄膜加工技術の重要性は益々高まりつつある。
【0003】
以下、従来のプラズマ処理方法の一例として、パッチアンテナ方式プラズマ源を用いたプラズマ処理について、図3を参照して説明する。図3において、真空容器1内に、ガス供給装置2から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ3により排気を行い、真空容器1内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源4により100MHzの高周波電力を真空容器1内に突出して設けられたアンテナ5に供給することにより、真空容器1内にプラズマが発生し、基板電極6上に載置された基板7に対してプラズマ処理を行うことができる。
【0004】
また、基板電極6に高周波電力を供給するための基板電極用高周波電源8が設けられており、基板7に到達するイオンエネルギーを制御することができるようになっている。アンテナ5へ供給される高周波電力は、アンテナ用整合回路9を介して、給電棒10により、アンテナ5の中心付近へ給電される。アンテナ5と真空容器1との間に誘電板11が挟まれ、給電棒10は誘電板11に設けられた貫通穴を介してアンテナ5とアンテナ用高周波電源4とを接続している。また、アンテナ5の表面は、アンテナカバー15により覆われている。
【0005】
また、誘電板11と誘電板11の周辺部に設けられた誘電体リング12との間の溝状の空間と、アンテナ5とアンテナ5の周辺部に設けられた導体リング13との間の溝状の空間からなるスリット14が設けられている。
【0006】
ターボ分子ポンプ3及び排気口23は、基板電極6の直下に配置されており、また、真空容器1を所定の圧力に制御するための調圧弁24は、基板電極6の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ3の直上に位置する昇降弁である。基板電極6は、4本の支柱25により真空容器1に固定されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例で述べたプラズマ処理においては、基板7上に形成された高融点金属膜をエッチングする場合、導電性の堆積膜がアンテナカバー15に付着し、導電性の堆積膜の密着性の悪さやアンテナカバー15表面での異常放電の発生が原因となり、導電性の堆積膜の膜剥がれが生じやすく、基板7上にダストとなって降り落ちることがある。本発明者らの実験結果によると、厚さ200nmのイリジューム膜付きの基板7を7枚エッチングしたところ、0.23μm以上の粒径をもつダストが、基板7上に1000個以上発生する結果であった。
【0008】
また、従来例で述べたプラズマ処理において、アンテナカバー15の温度がプラズマ照射により上昇するという問題がある。アンテナカバー15とアンテナ5との間が真空断熱されているため、プラズマ処理を重ねるうちに、アンテナカバー15の温度が徐々に上昇してしまう。本発明者らの実験結果によると、5分間のプラズマ処理と1分間の真空保持を6回繰り返すと、アンテナカバー15の温度が170℃まで上昇してしまうことが判明した。このように、アンテナカバー15の温度が急変すると、ダストの発生原因となるのは勿論、アンテナカバー15の割れを引き起こすこともある。
【0009】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ダストの発生やアンテナカバーの割れが生じにくいプラズマエッチング処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願の発明のプラズマ処理方法は、真空容器内にガスを供給しつつ排気し、所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して前記真空容器内に設けられ、絶縁体性のアンテナカバーに覆われたアンテナに周波数30MHz乃至3GHzの高周波電力を供給することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記基板上に形成されたイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも1つの元素を含む膜をエッチング処理するプラズマエッチング処理方法であって、前記アンテナと前記アンテナカバーとの間に配置され、前記基板に平行する面の表面積がアンテナよりも大きい導電性シートにより、前記アンテナと前記アンテナカバーの間の熱伝導を確保しつつ、前記アンテナに冷媒を流すことにより前記アンテナの温度を制御しながら前記基板を処理するとともに、前記アンテナカバーによって前記導電性シートを全て覆った状態で、前記アンテナに周波数100kHz乃至20MHzの高周波電力を供給することにより、前記アンテナカバーの端部にまで自己バイアス電圧を発生させつつ前記基板を処理することを特徴とする。
【0015】
本願の第2発明のプラズマエッチング処理方法において、好適には、アンテナカバーが石英ガラス製であることが望ましい。或いは、アンテナカバーは絶縁性シリコンであってもよい。
【0016】
また、好適には、アンテナカバーの厚さは1mm乃至10mmであることが望ましい。
【0017】
また、好適には、導電性シートが、抵抗率が10Ω・m以下の材質で構成されていることが望ましい。
【0018】
また、好適には、導電性シートの厚さが0.03mm乃至3mmであることが望ましい。
【0019】
本願の発明のプラズマ処理装置は、真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内を排気する排気装置と、前記真空容器内を所定の圧力に制御する調圧弁と、前記真空容器内に基板を載置する基板電極と、前記基板電極と対向して設けられ、かつ、絶縁体性のアンテナカバーに覆われたアンテナと、前記アンテナに周波数30MHz乃至3GHzの高周波電力を供給する高周波電源と、前記アンテナに周波数100kHz乃至20MHzの高周波電力を供給する高周波電源と、前記アンテナに冷媒を流す冷媒供給装置とを備えたプラズマエッチング処理装置であって、基板に平行な面の大きさがアンテナよりも大きい導電性シートが前記アンテナと前記アンテナカバーとの間に設けられ、かつ、前記アンテナカバーによって前記導電性シートが全て覆われていることを特徴とする。
【0020】
本願の発明のプラズマエッチング処理装置において、好適には、アンテナカバーが石英ガラス製であることが望ましい。或いは、アンテナカバーは絶縁性シリコンであってもよい。
【0021】
また、好適には、アンテナカバーの厚さは1mm乃至10mmであることが望ましい。
【0022】
また、好適には、導電性シートが、抵抗率が10Ω・m以下の材質で構成されていることが望ましい。
【0023】
また、好適には、導電性シートの厚さが0.03mm乃至3mmであることが望ましい。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態について、図1を参照して説明する。
【0025】
図1に、本発明の第1実施形態において用いたパッチアンテナ方式プラズマ源を搭載したプラズマ処理装置の断面図を示す。図1において、真空容器1内に、ガス供給装置2から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ3により排気を行い、真空容器1内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源4により周波数100MHzの高周波電力をアンテナ5に供給することにより、真空容器1内にプラズマが発生し、基板電極6上に載置された基板7に対してプラズマ処理を行うことができる。
【0026】
また、基板電極6に400kHzの高周波電力を供給するための基板電極用高周波電源8が設けられており、基板7に到達するイオンエネルギーを制御することができるようになっている。アンテナ5へ供給される高周波電力は、アンテナ用整合回路9を介して、給電棒10により、アンテナ5の中心付近へ給電される。アンテナ5と真空容器1との間に誘電板11が挟まれ、給電棒10は、誘電板11に設けられた貫通穴を貫いている。また、誘電板11と誘電板11の周辺部に設けられた誘電体リング12との間の溝状の空間と、アンテナ5とアンテナ5の周辺部に設けられた導体リング13との間の溝状の空間からなるスリット14が設けられている。スリット14の内側面とアンテナ5が厚さ5mmの石英ガラス製アンテナカバー15により覆われている。アンテナ5とアンテナカバー15の間には、基板7に平行な面の大きさがアンテナ5よりも大きい導電性シート16が設けられている。導電性シート16の厚さは1mmである。また、アンテナ5に冷媒を流すための冷媒供給装置17が設けられており、アンテナ5の内部に、冷媒流路18が形成され、冷媒の入出路は、給電棒10内に設けられている。
【0027】
アンテナ5には、自己バイアス発生用高周波電源19より、自己バイアス用整合回路20を介して、周波数500kHzの高周波電力が供給される。プラズマ発生用の周波数100MHzの高周波電力が自己バイアス用整合回路20へ混入するのを防止するため、100MHzトラップ21が設けられ、また、500kHzの高周波電力が、プラズマ発生用のアンテナ用整合回路9へ混入するのを防止するため、ハイパスフィルタ22が設けられている。
【0028】
ターボ分子ポンプ3及び排気口23は、基板電極6の直下に配置されており、また、真空容器1を所定の圧力に制御するための調圧弁24は、基板電極6の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ3の直上に位置する昇降弁である。基板電極6は、4本の支柱25により真空容器1に固定されている。
【0029】
以上述べた構成のプラズマ処理装置において、真空容器1内にアルゴンガスを145sccm、塩素ガスを15sccm供給し、真空容器1内の圧力を0.5Paに保ちながら、アンテナ5に、プラズマ発生用100MHzの高周波電力を1500W、自己バイアス発生用500kHzの高周波電力を500W供給しつつ、基板電極6に400kHzの高周波電力を400W供給する条件で、厚さ200nmのイリジューム膜付きの基板7を100枚エッチングしたところ、0.23μm以上の粒径をもつダストは、基板7上に50個以下しか発生せず、真空容器1のウエットメンテナンスを行わずに連続処理できる基板枚数が、従来例に比べて飛躍的に向上する結果となった。
【0030】
これは、アンテナカバー15に自己バイアス電圧を発生させたことにより、導電性の堆積膜がアンテナカバー15に付着するのを効果的に防止できたためである。実際、イリジューム膜付きの基板7を100枚エッチング処理した後、アンテナカバー15の表面状態を調べたが、導電性の堆積膜は全く形成されていなかった。また、アンテナ5の基板7に平行な面の大きさは、アンテナカバー15の基板7に平行な面の大きさよりもかなり小さいため、アンテナカバー15の端部にまで自己バイアス電圧を発生させるのは困難であると思われるが、本実施形態においては、基板7に平行な面の大きさがアンテナ5よりも大きい導電性シート16が設けられているため、アンテナカバー15の端部にまで自己バイアス電圧を発生させることができた。
【0031】
また、冷媒温度を25℃に保ちつつ、5分間のプラズマ処理と1分間の真空保持を100回繰り返したところ、アンテナカバー15の温度は100℃以下に保たれた。これは、アンテナカバー15とアンテナ5との間に薄い導電性シート16を挟み込んだことと、アンテナ5を冷媒により冷却したことによるものと考えられる。本実験では、導電性シート16として、カーボンシート(日本カーボン製ニカフィルム)を使用したが、導電性シート16は柔らかく、アンテナ5とアンテナカバー15に密着し、また、薄いため、アンテナカバー15とアンテナ5との熱交換を盛んにするという効果が高い。このように、アンテナカバー15の温度を制御しながらプラズマ処理を行った結果、アンテナカバー15の割れは起きなかった。
【0032】
以上述べた本発明の実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器の形状、プラズマ源の構造及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは言うまでもない。
【0033】
また、プラズマ処理としてイリジューム膜付き基板をエッチングする場合を例示したが、本発明は、他の様々なエッチング処理、プラズマCVD処理に適用可能である。しかし、本発明は、高融点金属膜をエッチングするに際して特に効果的である。このような膜をエッチング処理する場合、アンテナカバーに導電性堆積膜が付着しやすいからである。高融点金属膜はイリジュームに限定されるものではなく、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも1つの元素を含む膜をエッチング処理する場合に、本発明はとくに効果的である。
【0034】
また、アンテナカバーが厚さ5mmの石英ガラスである場合を例示したが、他のセラミック系材料や、絶縁性シリコンであってもよいと考えられる。しかし、セラミック系材料は不純物を多く含むため、ダストや汚染の原因となる場合があるため、あまり好ましくない。一方、絶縁性シリコンを用いると、シリコン酸化膜などの絶縁膜のエッチング処理においてエッチング選択比を向上させる効果がある。また、アンテナカバーの厚さが薄すぎると機械的強度が不足し、また、厚すぎると蓄熱効果により冷却効率が低下するため、概ね1mm乃至10mmであることが好ましい。
【0035】
また、導電性シートが厚さ1mmのカーボンシートである場合を例示したが、導電性シートの厚さや材質はこれに限定されるものではない。アンテナとアンテナカバーとの熱交換を図るには、導電性シートは柔らかく密着性に優れていることが望ましいが、薄すぎるとアンテナやアンテナカバーの平面度の不十分さを吸収しきれないと考えられ、また、厚すぎると導電性シート自体の熱容量が大きくなってしまうため、概ね0.03mm乃至3mmであることが好ましい。また、導電性シートの抵抗率が大きいと、アンテナに供給している高周波電力の影響で損失が発生し、シートの発熱・溶解を引き起こす場合があるため、抵抗率は概ね10Ω・m以下であることが望ましい。
【0036】
また、アンテナに印加するプラズマ発生用高周波電力の周波数が、100MHzである場合について説明したが、本発明で用いたパッチアンテナにおいては、30MHz乃至3GHzの周波数を用いることができる。
【0037】
また、アンテナに印加する自己バイアス用高周波電力の周波数が、500kHzである場合について説明したが、他の周波数、たとえば、100kHz乃至20MHzの高周波電力を用いることができる。しかし、アンテナカバーに効果的に自己バイアス電圧を発生させるには、100kHz乃至1MHz程度の高周波電力を用いることが好ましい。
【0038】
また、基板電極に供給する高周波電力の周波数が、400kHzである場合について説明したが、基板へ到達するイオンエネルギーを制御するにあたり、他の周波数、例えば、100kHz乃至100MHzの高周波電力を用いることができることは言うまでもない。或いは、基板電極に高周波電力を供給しなくとも、プラズマ電位と基板電位との僅かな差を利用して、弱いイオンエネルギーによるプラズマ処理を行うこともできる。また、アンテナに供給する自己バイアス用高周波電力の周波数とは異なる周波数を用いる方が、高周波の干渉を避けることができるという利点がある。
【0039】
また、アンテナカバーを用いない図2のような構成のプラズマ処理装置を用いる場合も、本発明の適用範囲である。図2において、真空容器1内に、ガス供給装置2から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ3により排気を行い、真空容器1内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源4により周波数100MHzの高周波電力をアンテナ5に供給することにより、真空容器1内にプラズマが発生し、基板電極6上に載置された基板7に対してプラズマ処理を行うことができる。また、基板電極6に400kHzの高周波電力を供給するための基板電極用高周波電源8が設けられており、基板7に到達するイオンエネルギーを制御することができるようになっている。アンテナ5へ供給される高周波電力は、アンテナ用整合回路9を介して、給電棒10により、アンテナ5の中心付近へ給電される。アンテナ5と真空容器1との間に誘電板11が挟まれ、給電棒10は、誘電板11に設けられた貫通穴を貫いている。
【0040】
アンテナ5には、自己バイアス発生用高周波電源19より、自己バイアス用整合回路20を介して、周波数500kHzの高周波電力が供給される。プラズマ発生用の周波数100MHzの高周波電力が自己バイアス用整合回路20へ混入するのを防止するため、100MHzトラップ21が設けられ、また、500kHzの高周波電力が、プラズマ発生用のアンテナ用整合回路9へ混入するのを防止するため、ハイパスフィルタ22が設けられている。
【0041】
ターボ分子ポンプ3及び排気口23は、基板電極6の直下に配置されており、また、真空容器1を所定の圧力に制御するための調圧弁24は、基板電極6の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ3の直上に位置する昇降弁である。基板電極6は、4本の支柱25により、真空容器1に固定されている。
【0042】
図2に示すプラズマ処理装置を用いた場合も、高融点金属のエッチング処理を行う際に、アンテナへの導電性堆積膜の付着を効果的に防止できる。
【0043】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、真空容器内にガスを供給しつつ排気し、所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して前記真空容器内に設けられ、絶縁体性のアンテナカバーに覆われたアンテナに周波数30MHz乃至3GHzの高周波電力を供給することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記基板上に形成されたイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも1つの元素を含む膜をエッチング処理するプラズマエッチング処理方法であって、前記アンテナと前記アンテナカバーとの間に配置され、前記基板に平行する面の表面積がアンテナよりも大きい導電性シートにより、前記アンテナと前記アンテナカバーの間の熱伝導を確保しつつ、前記アンテナに冷媒を流すことにより前記アンテナの温度を制御しながら前記基板を処理するとともに、前記アンテナカバーによって前記導電性シートを全て覆った状態で、前記アンテナに周波数100kHz乃至20MHzの高周波電力を供給することにより、前記アンテナカバーの端部にまで自己バイアス電圧を発生させつつ前記基板を処理するため、ダストが発生しにくいプラズマエッチング処理方法を提供することができる。
【0045】
また、本願の発明のプラズマ処理装置によれば、真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内を排気する排気装置と、前記真空容器内を所定の圧力に制御する調圧弁と、前記真空容器内に基板を載置する基板電極と、前記基板電極と対向して設けられ、かつ、絶縁体性のアンテナカバーに覆われたアンテナと、前記アンテナに周波数30MHz乃至3GHzの高周波電力を供給する高周波電源と、前記アンテナに周波数100kHz乃至20MHzの高周波電力を供給する高周波電源と、前記アンテナに冷媒を流す冷媒供給装置とを備えたプラズマエッチング処理装置であって、基板に平行な面の大きさがアンテナよりも大きい導電性シートが前記アンテナと前記アンテナカバーとの間に設けられ、かつ、前記アンテナカバーによって前記導電性シートが全て覆われているため、ダストの発生やアンテナカバーの割れが生じにくいプラズマエッチング処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態で用いたプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図2】本発明の他の形態で用いたプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図3】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
1 真空容器
2 ガス供給装置
3 ターボ分子ポンプ
4 アンテナ用高周波電源
5 アンテナ
6 基板電極
7 基板
8 基板電極用高周波電源
9 アンテナ用整合回路
10 給電棒11 誘電板
12 誘電体リング
13 導体リング
14 スリット
15 アンテナカバー
16 導電性シート
17 冷媒供給装置
18 冷媒流路
19 自己バイアス発生用高周波電源
20 自己バイアス用整合回路
21 100MHzトラップ
22 ハイパスフィルタ
23 排気口
24 調圧弁
25 支柱
Claims (12)
- 真空容器内にガスを供給しつつ排気し、所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して前記真空容器内に設けられ、絶縁体性のアンテナカバーに覆われたアンテナに周波数30MHz乃至3GHzの高周波電力を供給することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記基板上に形成されたイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも1つの元素を含む膜をエッチング処理するプラズマエッチング処理方法であって、
前記アンテナと前記アンテナカバーとの間に配置され、前記基板に平行する面の表面積がアンテナよりも大きい導電性シートにより、前記アンテナと前記アンテナカバーの間の熱伝導を確保しつつ、前記アンテナに冷媒を流すことにより前記アンテナの温度を制御しながら前記基板を処理するとともに、前記アンテナカバーによって前記導電性シートを全て覆った状態で、前記アンテナに周波数100kHz乃至20MHzの高周波電力を供給することにより、前記アンテナカバーの端部にまで自己バイアス電圧を発生させつつ前記基板を処理すること
を特徴とするプラズマエッチング処理方法。 - 前記アンテナカバーが石英ガラス製であることを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング処理方法。
- 前記アンテナカバーが絶縁性シリコンであることを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング処理方法。
- 前記アンテナカバーの厚さが1mm乃至10mmであることを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング処理方法。
- 前記導電性シートが、抵抗率が10Ω・m以下の材質で構成されていることを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング処理方法。
- 前記導電性シートの厚さが0.03mm乃至3mmであることを特徴とする請求項1記載のプラズマエッチング処理方法。
- 真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内を排気する排気装置と、前記真空容器内を所定の圧力に制御する調圧弁と、前記真空容器内に基板を載置する基板電極と、前記基板電極と対向して設けられ、かつ、絶縁体性のアンテナカバーに覆われたアンテナと、前記アンテナに周波数30MHz乃至3GHzの高周波電力を供給する高周波電源と、前記アンテナに周波数100kHz乃至20MHzの高周波電力を供給する高周波電源と、前記アンテナに冷媒を流す冷媒供給装置とを備えたプラズマエッチング処理装置であって、基板に平行な面の大きさがアンテナよりも大きい導電性シートが前記アンテナと前記アンテナカバーとの間に設けられ、かつ、前記アンテナカバーによって前記導電性シートが全て覆われていること
を特徴とするプラズマエッチング処理装置。 - 前記アンテナカバーが石英ガラス製であることを特徴とする請求項7記載のプラズマエッチング処理装置。
- 前記アンテナカバーが絶縁性シリコンであることを特徴とする請求項7記載のプラズマエッチング処理装置。
- 前記アンテナカバーの厚さが1mm乃至10mmであることを特徴とする請求項7記載のプラズマエッチング処理装置。
- 前記導電性シートが、抵抗率が10Ω・m以下の材質で構成されていることを特徴とする請求項7記載のプラズマエッチング処理装置。
- 前記導電性シートの厚さが0.03mm乃至3mmであることを特徴とする請求項11記載のプラズマエッチング処理装置。
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