JP4107167B2

JP4107167B2 - ドライエッチング装置

Info

Publication number: JP4107167B2
Application number: JP2003155072A
Authority: JP
Inventors: 出松田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP2004356546A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子、液晶ディスプレイパネルや太陽電池などの製造における薄膜形成工程、或いは微細加工工程などに用いられるドライエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマ処理装置は、デバイスの高機能化とその処理コストの低減のために、高精度化，高速化，大面積化，低ダメージ化を実現する取り組みが盛んに行なわれている。なかでも、微細加工に必要とされるプラズマを用いた処理装置においては、デバイスの歩留まり向上のために、ダストのない清浄な雰囲気での処理が要求されている。
【０００３】
以下に、従来のプラズマ処理装置について説明する。
【０００４】
図１において、アンテナカバーが１７２である場合が、従来のプラズマ処理装置の反応室の断面図である。第１の従来例として、以下このプラズマ処理装置について説明する。
【０００５】
真空容器１は、エッチングガス導入装置３０に接続されるガス導入口と３１と真空排気装置２０を有する。真空容器１内には、被処理基板２を静電吸着する基板保持台３を備える。真空容器１に被処理基板２を適宜、供給・排出するために真空搬送システム６０が真空容器１に接続されている。真空搬送システム６０には、任意に空間的導通と遮蔽を可能とするゲートバルブ６２が真空容器６１に接続されている。真空容器６１内に構成されている真空搬送ロボット６３は、本図では省略されている。基板保持台３は、プラズマ生成用の５００ｋＨｚの交流電源７が接続されている。７１は同じくプラズマ生成用の１００ＭＨｚの交流電源７０が接続されている。
【０００６】
以上のように構成されたプラズマ処理装置について、図１及び図２を用いてその動作を説明する。
【０００７】
まず、ゲートバルブ６２が作動することにより、真空容器１とこの真空容器とは異なる真空容器６１が空間的に導通する。そこで真空ロボット６３と基板保持台３の下部に構成されている突き上げ機構５ａを用い、被処理基板２を基板保持台３に設置する。再度ゲートバルブ６２が作動し、真空容器１と６１を空間的に遮断する。
【０００８】
更に、次の動作として、ガス導入口３０より反応ガスであるＡｒを２００ｃｃ／分にて導入し０．５Ｐａに調圧し、プラズマ生成用交流電源７から、基板保持台１ｋｗ、交流電源７０から上部アンテナ７１に２ｋｗ供給することによりプラズマを発生させ、所望のドライエッチングが達成される。ここで、プラズマスパッタによる上部アンテナ７１の短期間での摩耗およびデポ等の汚損によるメンテナンスの煩雑を低減するため簡単に取り外しできるようアンテナカバー１７２が設置されている。ここでは、固定するための構成・部材は図示していない。
【０００９】
最後の動作として、エッチングが終了した後、プラズマ生成用交流電源、反応ガスを止め、排気システム２０にて真空排気を行いながら、基板２を搬送するため、突き上げ機構５ａで基板保持台３から剥離させ、所定の処理を終了する。
【００１０】
しかしながら、本装置のようなプラズマ処理装置において、ダストの発生は、特に放電空間に接触する部材が原因となる場合が顕著である。この問題に対し、従来は特許文献１に開示されるように、放電に接触する部材の表面粗さをＲａという指標を用い、反応生成物（以下「デポ」と称す）の密着性を上げ、その結果、ダストを低減するという手法を用いられている。
【００１１】
しかしながら、発明者が分析した結果では、特許文献１で開示された技術では、メンテナンス後、もしくは真空容器内構成部材交換後において、シーズニングと呼ばれる実プロセスをダミーウエハに処理する処理を５枚以上実施しないとダストが低減しないという問題があり、近年のデバイスパターンの微細化によりダストの対象粒径がより小さくなってきている中、特に粒径０．１０μｍから０．３μｍ程度のものを対象としたときでは、シーズニングがさらに必要となり、装置のダウンタイムの長大化を招いている。
【００１２】
これは、真空容器内構成部材、特にセラミック系の部材において、幅が約１μｍ以下のマイクロクラックと呼ばれる機械加工時に発生するヒビが存在するためである（図２（３））。このマイクロクラックは、強度的にも非常に脆いため、僅かな振動・ガス供給時のガス流れ・プラズマによる分子のスパッタにより剥がれ及び拡散する。すなわち、メンテナンス後、または部材を新品に交換したときの粒径０．３μｍ以下ダストの原因となっている。よって、シーズニングを行うことで、マイクロクラックを加速的に剥がしていることとなる。真空部材の絶縁皮膜としてよく使用されるアルミ酸化被膜（硬質アルマイト）にも、被膜形成の特徴としてマイクロクラックがあるため、同様の問題を有している。
【００１３】
また、デポがＰｔ（白金）等の金属を含む場合、堆積量が増えるに従い、プラズマ起因のスパークを誘発し、アルミ絶縁皮膜を破壊しダスト源となっている。
【００１４】
更に、絶縁皮膜を溶射で形成した際、組成・結晶構造がばらつくため、体積抵抗率等の特性が安定せず、それによりプラズマ密度が不均一となる。よって、デポの付着量が均一でないため、当然厚く付着した場所がダスト源となりやすい。
【００１５】
よって、実際の処理では被処理基板２が１００枚前後の連続処理で、アンテナカバー１７２に堆積したデポ、今回はＰｔを主成分としたデポが剥がれ落ち、メンテナンスを余儀なくされる状態であった。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１０−１６３１８０号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような課題を解決するためになされるもので、近年のデバイスパターンの微細化によりダストの対象粒径がより小さくなり、特に粒径０．１０μｍ以上においても、真空容器内の構成部材の表面皮膜を最適化することにより、部材より発生するダストおよびデポの剥離によるダストの発生を抑制し、清浄な雰囲気での処理と装置のダウンタイムを短縮することが可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、排気装置を有する真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内にプラズマを生成させる電極を有するプラズマ処理装置であって、前記真空容器内の構成部材の全てまたは一部において、絶縁皮膜が施され、その被膜の耐電圧Ｖ（ボルト）が
【００１９】
【数２】

【００２０】
で表されることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、粒径０．１０μｍ以上のダストにおいても、真空容器内部の構成部材より発生するダストおよびデポの剥離によるダストの発生を抑制することにより、ダストのない清浄な雰囲気での処理と装置のダウンタイムを短縮することが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置について、図１を用いて詳細に説明する。
【００２３】
以下、本発明の具体例はアンテナカバーが７２の場合であり、その他の構成もしくは処理手順・内容は従来例と何ら変わりない。よって、電極に高周波電力を印加し、プラズマによる処理を行う工程より説明する。
【００２４】
真空容器１内に、ガス導入口３０より反応ガスであるＡｒを２００ｃｃ／分にて導入し、０．５Ｐａに調圧し、プラズマ生成用交流電源７から、基板保持台１ｋｗ、交流電源７０から上部アンテナ７１に２ｋｗ供給することによりプラズマを発生させ、所望のドライエッチングが達成される。ここで、アンテナカバー７２は、放電空間に面している面、すなわち図２における〔Ａ〕の一点鎖線の範囲において、Ａｌ₂Ｏ₃被膜が３００μｍの厚みで溶射にて形成されている。
【００２５】
この被膜形成にあたり、まず、溶射原料粒径を１００ｎｍ以上１００μｍ以下としたことで、ピンホール・マイクロクラックのない溶射が可能となった。すなわち、１００μｍより大きい粒子が混入する際にできる隣接粒子との隙間が低減できる。逆に、１００ｎｍより小さい粒径が多く混入すると、溶射の吹き出しによる乱流の影響で、原料の付着率が極度に落ち、コスト的に好ましくない。これにより、耐電圧が向上し今回は２０ＫＶ／ｍｍの特性を出し、よって、
【００２６】
【数３】

【００２７】
の被膜を形成でき、Ｐｔを含むデポに対しても、スパークすることなく、安定した絶縁性を保持することができた。しかし、デポの金属性の純度により、絶縁被膜の必要とされる耐電圧は変化する。発明者は、条件の厳しい１００％のＰｔデポにより、最低５０００Ｖの耐電圧が必要という結果を出した。また、厚みについて、厚くすれば耐電圧は上昇するが、溶射の場合膜厚の比例以上にコスト的が上昇し、１ｍｍ以上は部材との密着度が著しく低下し寿命が短くなることを考慮した。
【００２８】
また、原料粒径を４０μｍ±１０μｍの範囲で全体重量の７０％となるよう調合した。これにより、溶射する際の融解温度範囲が調整しやすくなり、原料組成をある程度保持したまま膜形成することができる。すなわち、粒径が揃っていれば、粒子の表面部のみ融解させる条件設定ができるためである。これにより原料時の組成とほぼ変わることなく、電気物性も同等のものが得られる。今回は体積抵抗率を１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上とすることができた。ここで、粒径が±５０％より大きい範囲でばらつきがあると、溶射温度による溶解度合いもばらつき、同じ物性が得られないことが、発明者の評価で判明している。プラズマ領域がほぼ均質な組成による材料で形成されることにより、均質なプラズマ密度、ばらつきのないデポ付着量を実現できた。
【００２９】
発明者は、粒径範囲と粒径分布を制限する両方を用い、成膜速度を上げたい場合は、粒径７０μｍ±５０％とし、成膜速度を落とし、より膜厚均一性を上げたい場合は、２０μｍ±５０％というような、使い分けを実施している。これらにより、特に新品のアンテナカバー７２に交換した際のダストがシーズニングなしでも発生しない。
【００３０】
最後の動作として、エッチングが終了した後、プラズマ生成用交流電源、反応ガスを止め、排気システム２０にて真空排気を行いながら、基板２を搬送するため、突き上げ機構５ａで基板保持台３から剥離させ、所定の処理を終了する。この所定の処理を複数回、今回の場合、被処理基板２を５００枚以上メンテナンスなしで連続処理できるようになった。
【００３１】
以上のように、本実施例によれば、粒径０．１０μｍ以上のダストにおいても、真空容器内部の構成部材より発生するダストおよびデポの剥離によるダストの発生を抑制することにより、ダストのない清浄な雰囲気での処理と装置のダウンタイムを短縮することができる。
【００３２】
また、本実施例において、プラズマ処理装置、特にドライエッチング装置を想定して説明したが、プラズマＣＶＤ装置やスパッタリング装置、更にはアッシング装置に本発明を用いてもよい。
【００３３】
更に、今回溶射材料としてＡｌ₂Ｏ₃を使用したが、溶射できる材料を制限するものではない。発明者の評価では、他の一般的な希土酸化物体でも効果を確認している。
【００３４】
なお、本実施例において、
１）溶射前の材料粒径は１００ｎｍより大きく１００μｍより小さい。
２）溶射前の材料粒径の平均値に対して、±５０％の範囲の粒径が全体の重量５０％以上とする。
【００３５】
については、それぞれ単独で実施しても十分な効果が得られることが確認されている。同時に実施することがより好ましいのは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、近年のデバイスパターンの微細化によりダストの対象粒径がより小さくなり、特に粒径０．１０μｍ以上においても、真空容器内の構成部材の表面被膜を最適化することにより、部材より発生するダストおよびデポの剥離によるダストの発生を抑制し、清浄な雰囲気での処理と装置のダウンタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の形態におけるプラズマ処理装置の反応室の模式図
【図２】従来のアンテナカバー１７２表面の模式図とその一部の詳細図
【符号の説明】
１真空容器
２被処理基板
３基板保持台
５突き上げ機構
７プラズマ生成用交流電源
５０押さえリング
６１真空容器
６２ゲートバルブ
７０プラズマ生成用交流電源
７１上部アンテナ
７２アンテナカバー

Claims

排気装置を有する真空容器と、前記真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内に配置され、かつ少なくとも一方には基板が配置される電極と、電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記電極に対向しかつ前記真空容器内に配置されたアンテナと、前記アンテナに接続されたプラズマ生成用交流電源とを有するドライエッチング装置であって、
前記アンテナはカバーで覆われ、かつ、前記カバーのうち放電空間に面する面は溶射にて絶縁被膜が形成されおり、前記絶縁被膜の溶射原料粒径は平均値の±５０％の範囲の粒径が前記絶縁被膜全体の重量の５０％以上であること
を特徴とするドライエッチング装置。
前記絶縁被膜の溶射原料粒径は１００ｎｍより大きく１００μｍよりも小さいこと
を特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。