JP4231362B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体及び液晶製造装置のプラズマ処理装置に係わり、特に、載置台に載置保持された被処理物について、載置台と接する面側の外周部に堆積物が形成されないようにしたプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
マイクロ波によるプラズマ処理は、プラズマの励起効率が高く処理速度が速いので、半導体装置や液晶表示装置等を製造する際の、エッチング処理やアッシング処理あるいは酸化処理等を行うプラズマ処理装置に多く用いられている。
【0003】
これらの処理に用いられているマイクロ波励起のプラズマ処理装置の構造の一例は、図8に示すように、プラズマ処理装置にはチャンバ51の上部に真空封止する誘電体窓52が設けられ、この誘電体窓52の上部にこの誘電体窓52に対向してマイクロ波を導入するための断面が矩形状の導波管53の終端部が配置されている。
【0004】
チャンバ51には、上部にプラズマ生成室55が設けられ、このプラズマ生成室55の下方に被処理物Wを処理する処理室56が形成されている。この処理室56の内部には、図9に示すように、被処理物Wを吸着して保持するために、アルミ製の載置台58の上にセラミック製の吸着部61を有する静電チャック62が配置されている。静電チャック62に被処理物Wを固定した状態で、チャンバ51の内部を略真空にして所定のプロセスガスを導入し、プラズマを生成することよりプラズマ処理を施している。(例えば、特許文献1を参照)
つまり、プロセスガスについてプラズマにより活性種を生成し、これを被処理物Wの表面に供給することによって、ドライエッチングやアッシングなどのプラズマ処理を施している。そのようなプラズマを形成するためのプロセスガスとしては、例えば被処理物Wの表面の薄膜のエッチングを行う場合には、酸素ガス(O2)、あるいはCF4、NF3等のフッ素系ガスやCl2等のハロゲン系ガスを添加したガスなどを用いることができる。なお、静電チャック62はセラミック製以外の個所を石英製のマスクリング63で保護している。
【0005】
また、導波管53には誘電体窓52を通してプラズマ生成室55にマイクロ波を導入するために、導波管53の内部を進行するマイクロ波の電界方向に垂直な面に、マイクロ波を放射するための、スリット状開口部(スロットアンテナ)(不図示)、もしくは、図8に示したような同軸変換アンテナ60が設けられている。
【0006】
【特許文献1】
特開2003−59910号公報 (段落番号0009〜0010)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような、プラズマ処理装置で、被処理物に対してエッチング、アッシングあるいは成膜等の処理を施すために、チャンバの内部でプラズマを発生させると、チャンバの内部に供給されているプロセスガスが、分解あるいは被処理物と反応し、被処理物の裏面やチャンバの内部の壁等の各部にも堆積物が堆積してしまう。
【0008】
つまり、被処理物の表面にはイオンによる衝撃があるために、現象としてエッチングと堆積との双方による競争反応が起こる。そのうち、エッチングの方が優位になった際にはエッチングが進行する。しかし、イオンによる衝撃が起こりにくい、静電チャック外周からはみ出している被処理物の裏面では、堆積の方が優位となる。そのために堆積物が生じてしまう。この堆積物は、被処理物を離脱した際にパーティクルとなり、ダストや汚染の原因となる。それらは、後の工程で形成されるデバイスへの悪影響を及ぼすので発生を抑制しなければならない。
【0009】
一例を挙げれば、被処理物であるSiウエハWを塩素ガスで500W、5Paで処理した場合、図6に模式図で示したように、SiウエハWの外周部Waの裏面Wbのべべル部(bevel、斜面)に、特にSiC3lxOyの堆積物37が堆積する。大気中でSiウエハWを回収すると、堆積した堆積物37に含まれている塩素が大気中の水分と反応し、揮発性のあるSiCl4等が抜け、揮発性のないシリコン酸化物が残り、SiウエハWを収納しているウエハカセット(不図示)等と擦れた際に、剥がれてパーティクルとなり、ダストや汚染の原因となる。
【0010】
本発明は、これらの事情にもとづいてなされたもので、チャンバ内でのプラズマ処理の際に、静電チャックに載置されている被処理物の裏面への堆積物の堆積を防止したプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプラズマ処理装置は、被処理物をプラズマ処理するためのチャンバと、このチャンバの上部に形成され、チャンバ内にプロセスガスを供給する第1のガス供給手段と、プロセスガスのプラズマを生成するためのプラズマ発生手段と、絶縁性部材からなり、表面が、中心から外周に向かって伝熱ガスを流す第1の溝により島状に区画された中央部と、この第1の溝と連通したリング状の第2の溝により中央部と区画され、この第2の溝の外周に設けられたリング状の外周部から構成され、この表面で被処理物を載置、保持する静電チャックと、この静電チャックの表面と被処理物との間に伝熱ガスを供給する第2のガス供給手段と、静電チャックの表面の前記中央部下部に形成された電圧印加電極と、を具備し、静電チャックの外周部表面における静電吸着力は、静電チャックの中央部表面における静電吸着力より弱く、かつ、外周部表面における静電吸着力は、伝熱ガスがリング状の第2の溝からリング状の外周部と被処理物の裏面との間隙を通って外部に噴出可能な程度の静電吸着力であることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明によるプラズマ処理装置は、前記プラズマ発生手段は、導波管内を進行したマイクロ波を前記チャンバ内に導く手段と誘電体窓を具備することを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明によるプラズマ処理方法は、被処理物をチャンバ内に設置された静電チャック上に配置し、前記チャンバにプロセスガスを供給し、プラズマ化することによって前記被処理物をプラズマ処理する際に、静電チャックの中央部に形成された高圧印加電極に電圧を印加することにより、前記中央部において外周部より強い静電吸着力で前記静電チャックに前記被処理物を保持し、前記静電チャックの中心から外周に向かって形成された第1の溝に伝熱ガスを供給し、この第1の溝と連通したリング状の第2の溝からの前記伝熱ガスの流れによる圧力により、前記外周部において前記被処理物を押し上げて、前記外周部に前記静電チャックと前記被処理物との間隙を形成し、この間隙から前記伝熱ガスを外部に噴出させることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明によるプラズマ処理方法は、前記噴出した伝熱ガスを、さらに前記チャンバの側壁に沿って流すことを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0016】
図1は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の要部断面構造を示す模式図である。また、図2は、その載置部とその関連部位の構造をさらに詳細に示した断面図である。
【0017】
まず、プラズマ処理装置の全体構成について説明する。本発明の対象となるプラズマ処理装置の一例は、いわゆる「マイクロ波励起型」の装置であり、プラズマ処理室1とプラズマ生成室2とが設けられたチャンバ3を有している。チャンバ3は、プロセスガスを導入するためのガス供給口4を有し、図示しない真空ポンプにより矢印Eの方向に真空排気される。また、プロセスガスの流れを調節するために、所定のコンダクタンス開口を有する排気整流板5が適宜設けられている。
【0018】
プラズマ処理室1は、被処理物Wに対してエッチングやアッシングなどのプラズマ処理を施す空間であり、載置台6の上に支持台8を介して静電チャック9が設けられている。被処理物Wは、静電チャック9の上に載置されて保持される。そして、プラズマ処理に際して被処理物Wを冷却するために、フッ素系絶縁流体などの冷却媒体11が配管内を適宜循環している。
【0019】
一方、プラズマ生成室2においては、導波管12を介してマイクロ波Mが供給され、アンテナ手段であるスロット13を介して誘電体窓14からチャンバ3内に導入される。誘電体窓14は、例えば、石英、Al2O3、AlNなどの誘電体により形成され、チャンバ3の気密を維持しつつマイクロ波Mを導入する役割を有している。
【0020】
このようにして導入されたマイクロ波Mにより、ガス供給口4(ガス供給手段)から供給されたプロセスガスのプラズマを生成する。また、生成されたプラズマは、永久磁石15の磁場により所定の範囲に閉じこめられる。また一方、載置台6には高周波電源16が接続されており、高周波電源16から100kHzから100MHz程度の周波数の高周波電力を供給することにより、被処理物Wの近傍においてもプラズマを生成し、あるいはバイアス効果によってプラズマによるエッチングを促進することもできる。
【0021】
なお、プラズマ処理装置としては、上述の「マイクロ波励起型」に限らず、「誘導結合型プラズマ(Induction Coupling Plasma:ICP)装置」等を用いることもできる。
【0022】
次に、図1に例示したプラズマ処理装置に設けられている静電チャック9とその関連部位の構造について、図2を参照して説明する。静電チャック9は、載置台6の上に設けられ、「双極型」の構造を有する。そして、アルミニウム(Al)などからなる支持台8の上に、セラミックや有機材料などからなる絶縁性部材17が、固定手段18により固定されている。固定手段18としては、例えば、接着剤、インジウム(In)半田、あるいは、ろう付けなどを用いることができる。
【0023】
絶縁性部材17の内部には、一対の電極19A、19Bが埋設されている。これらの電極19A、19Bは、給電部20を介して直流の高電圧電源21に接続されている。また、給電部20は、絶縁体24によって載置台6や支持台8から絶縁されている。さらに、高電圧電源21と電極19A、19Bとの間には、高周波カットフィルタ25などが適宜設けられている。
【0024】
半導体ウエハやガラス基板などの被処理物Wは、絶縁性部材17の上に載置され、高電圧電源21から電極19A、19Bに電圧を印加することにより固定される。なお、静電チャック9は被処理物Wの温度制御も行っている。
【0025】
また、静電チャック9の外周側には、保護部材として石英製のマスクリング26が設けられ、このマスクリング26により、支持台8等のセラミック製以外の個所がエッチングされないように保護している。
【0026】
図3は、絶縁性部材17を上方から眺めた平面透視図である。すなわち、中央には絶縁体24により絶縁された給電部20が設けられている。そしてこの給電部20に接続された一対の電極19A、19Bが対向して設けられ、これを絶縁性部材17が取り囲んでいる。また、このような絶縁性部材17には、被処理物Wを持ち上げて、搬送や載置を容易にするためのリフトピン27が貫通する貫通孔28が適宜設けられている。なお、この貫通孔28は伝熱ガスの流路も兼ねている。
【0027】
なお、電極19A、19Bの平面形状は、図3に例示したものには限定されず、極性が異なる複数の電極が互い違い状、交互状などに配置された各種の形状を採用することができる。
【0028】
次に高電圧電源21からの電極19A、19Bへの電圧の印加について説明する。高電圧電源21は、高電圧発生部22と、スイッチ23A、23Bとを具備している。高電圧発生部22は、接地電位から隔絶されている。つまり、「フローティング」の状態で電圧を印加することができるように形成されている。
【0029】
一方、スイッチ23A、23Bは、電極19A、19Bを、高電圧発生部22と接地電位との間でそれぞれ切り替え可能としている。つまり、スイッチ23Aは、電極19Aの接続端T1を、接地電位S1と高電圧発生部22の一方の極(正極または負極)S2との間で切り替える。また、スイッチ23Bは、電極19Bの接続端T2を、高電圧発生部22の他方の極(負極または正極)S3と接地電位S4との間で切り替える。
【0030】
つまり、このプラズマ処理装置は、誘電体窓14から高周波電力を透過させ、プラズマを生成する手段(プラズマソース)と、戴置台6に高周波を印加してプラズマを発生させる手段(プラズマバイアス)が設けられており、それぞれプラズマソースとプラズマバイアスを独自あるいは併用が可能な装置である。
【0031】
静電チャック9の構造について、図4(a)に平面図を、図4(b)に図4(a)に示す線A−O−Bによる断面図を用いてさらに説明すると、静電チャック9の被処理物Wを静電吸着して固定する面である絶縁性部材17の面には、中心から半径方向に放射状に等角度で6本の放射状溝31が設けられ、これらの溝31の先端側はリング状溝32と連通している。したがって、これらの溝31、32により、絶縁性部材17の平面は、6つの扇状の島状部33と外周リング34に区画されている。
【0032】
しかも、電極19Aまたは19Bは静電チャック9の中央部(島状部33)のみに配置されているので、静電チャック9の周辺部(外周リング34)は中央部(島状部33)に比べて静電吸着力が低い。それにより、図5に模式図を示したように、放射状溝31を介してリング状溝32に供給された伝熱ガスは、被処理物Wの中央部から周辺部に流れた際に、静電吸着力の低い周辺部(外周リング34)において、伝熱ガスの流れによる圧力により僅かに押し上げて、被処理物Wと外周リング34の間から噴出する。噴出した伝熱ガスは、矢印Fで示したように、静電チャック9よりはみ出している被処理物Wの裏面Wbに沿って流れる。
【0033】
なお、静電チャック9は、絶縁性部材17の内側に電極19A、19Bをインサートして成形しているので、成形の際にひけが生じないようにダミー電極36も所定位置にインサートしている。また、静電チャック9には、被処理物Wを静電チャック9から取り除く際に用いるリフトピン27が出没し、かつ、伝熱ガスを供給する貫通孔28が設けられている。静電チャック9は被処理物Wを保持する役割と共に、被処理物Wの処理中の温度を所定の温度に保つ役割を果たす。そのために、被処理物Wに対して伝熱ガスを供給している。ただ、例えばプラズマに曝された際の被処理物Wへの入射熱エネルギー、目標処理温度などは処理条件毎に異なるため、静電チャック9に求められる加熱、冷却性能もその処理に対応する各種装置により異なっている。
【0034】
なお、リフトピン27用の貫通孔28と伝熱ガスを供給する孔とは、個別に設けることもできる。例えば、伝熱ガスを供給する孔は、静電チャック9の中心部に設けることもでき、各放射状溝31にそれぞれ設けることもできる。
【0035】
また、放射状溝31の本数や配置、放射状溝31およびリング状溝32の溝幅も適宜変更が可能である。
【0036】
次に、これらの構成によるプラズマ処理装置の動作について説明する。まず、プラズマ処理に先立って、被処理物Wをチャンバ3の中に導入し、静電チャック9の上に載置する。具体的には、例えば図示しない搬送手段により被処理物Wを静電チャック9の上に搬送して載置する。この際には、図2において、電極19A、19Bはそれぞれ接地電位S1、S4に接続されている。
【0037】
次に、スイッチ23A、23Bを切り替えて、図2において、電極19A、19Bをそれぞれ高電圧発生部22の両端と接続する。この状態において、電極19A、19Bにそれぞれ逆極性の高電圧が印加され、被処理物Wは絶縁性部材17の表面に吸着固定される。
【0038】
この後、プラズマを生成してエッチングやアッシングなど、所定のプラズマ処理を施す。この際に、高周波電源16から載置台6に高周波電力を印加することにより、被処理物Wの周囲においてもプラズマを生成し、あるいは高周波バイアス効果を利用してエッチングやアッシングなどのプラズマ処理を促進することができる。
【0039】
しかもその際に、図5に模式図で示したように、貫通孔28より伝熱ガスが放射状溝31を介してリング状溝32に供給され、さらに、外周リング34と被処理物Wとの間からから噴出(流路Fで表示)する。噴出した伝熱ガスは、静電チャック9よりはみ出している被処理物Wの裏面Wbに沿って流れる。つまり、被処理物Wの外周部Waの裏面Wbは、噴出した伝熱ガスの流れに晒された状態になる。その結果、もし、この伝熱ガスの噴出した流れが無ければ、エッチングやアッシングなどのプラズマ処理の際に、図6に示したように、静電チャック9に保持されている被処理物Wの外周部Waの裏面Wbにフロロカーボン等が付着して堆積物37が堆積されるが、伝熱ガスの噴出した流れのために堆積物37の堆積を未然に防止することができる。
【0040】
また、被処理物Wの外周部Waの裏面Wbから噴出した伝熱ガスは、図1で示したチャンバ3の側壁に沿って流れるので、それによって、同様にチャンバ3の側壁に堆積される恐れのある堆積物の堆積も未然に防止することができる。
【0041】
所定のプラズマ処理が終了した後、プラズマを停止し、スイッチ23A、23Bを切り替えて、電極19A、19Bをそれぞれ接地電位S1、S4に接続する。この状態において、被処理物Wを吸引する電荷は消滅し、静電チャック9による吸着作用は解消する。
【0042】
しかる後に、図3で示したリフトピン27を上昇させて被処理物Wを持ち上げ、図示しない搬送手段などによって被処理物Wを静電チャック9から取り出す。
【0043】
実際にプラズマ処理をおこなった際に、上述の実施の形態で説明した装置と、従来の装置について、それぞれのパーティクル数をパーティクルカウンタで測定した結果を図7のグラフで示す。
【0044】
上述の実施の形態で説明した装置では、処理数が増加してもパーティクル数は殆ど0であることが確認できた。一方、従来の装置では、処理数の増加と共に急激にパーティクル数が増加する。したがって、上述の実施の形態で説明した装置は、プラズマ処理による不要な堆積物が堆積されていない被処理物Wを提供することができることが確認できた。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、静電チャックで保持されている被処理物をプラズマ処理する際に、被処理物の外周面の裏面に堆積される堆積物を未然に抑制することができるので、不要な汚染物である堆積物の付着していない良好な被処理物を得ることができる。
【0046】
そして、良好な被処理物を後工程に移送することができるので、半導体装置の生産性の効率を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ処理装置の要部断面構造を示す模式図。
【図2】本発明のプラズマ処理装置の載置部とその関連部位の構造をさらに詳細に示した断面図。
【図3】静電チャックの絶縁性部材を上方から眺めた平面透視図。
【図4】(a)は、静電チャックの平面図、(b)は、そのA−O−B断面図。
【図5】伝熱ガスの流れの説明図。
【図6】ウエハ裏面の堆積の説明図。
【図7】本発明の装置と従来の装置とのパーティクル数の比較のグラフ。
【図8】従来のマイクロ波励起のプラズマ処理装置の構造の模式図。
【図9】静電チャックとその近傍の説明図。
【符号の説明】
1…プラズマ処理室、2…プラズマ生成室、3…チャンバ、6…載置台、8…支持台、9…静電チャック、12…導波管、13…スロット、14…誘電体窓、16…高周波電源、17…絶縁性部材、19A、19B…電極、31…放射状溝、32…リング状溝、33…島状部、34…外周リング、35…高電圧印加電極、37…堆積物
Claims (4)
- 被処理物をプラズマ処理するためのチャンバと、
このチャンバの上部に形成され、前記チャンバ内にプロセスガスを供給する第1のガス供給手段と、
前記プロセスガスのプラズマを生成するためのプラズマ発生手段と、
絶縁性部材からなり、表面が、中心から外周に向かって伝熱ガスを流す第1の溝により島状に区画された中央部と、この第1の溝と連通したリング状の第2の溝により前記中央部と区画され、この第2の溝の外周に設けられたリング状の外周部から構成され、この表面で前記被処理物を載置、保持する静電チャックと、
この静電チャックの表面と前記被処理物との間に前記伝熱ガスを供給する第2のガス供給手段と、
前記静電チャックの表面の前記中央部下部に形成された電圧印加電極と、
を具備し、
前記静電チャックの前記外周部表面における静電吸着力は、前記静電チャックの前記中央部表面における静電吸着力より弱く、かつ、前記外周部表面における静電吸着力は、前記伝熱ガスが前記リング状の第2の溝から前記リング状の外周部と前記被処理物の裏面との間隙を通って外部に噴出可能な程度の静電吸着力であることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記プラズマ発生手段は、導波管内を進行したマイクロ波を前記チャンバ内に導く手段と誘電体窓を具備することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 被処理物をチャンバ内に設置された静電チャック上に配置し、
前記チャンバにプロセスガスを供給し、プラズマ化することによって前記被処理物をプラズマ処理する際に、
静電チャックの中央部に形成された高圧印加電極に電圧を印加することにより、前記中央部において外周部より強い静電吸着力で前記静電チャックに前記被処理物を保持し、
前記静電チャックの中心から外周に向かって形成された第1の溝に伝熱ガスを供給し、
この第1の溝と連通したリング状の第2の溝からの前記伝熱ガスの流れによる圧力により、前記外周部において前記被処理物を押し上げて、前記外周部に前記静電チャックと前記被処理物との間隙を形成し、
この間隙から前記伝熱ガスを外部に噴出させることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記噴出した伝熱ガスを、さらに前記チャンバの側壁に沿って流すことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理方法。
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