JP4887910B2

JP4887910B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP4887910B2
Application number: JP2006149176A
Authority: JP
Inventors: 哲明廣松
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: JP2007324155A

Description

本発明は、特に半導体製造工程における微細なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置に関するものである。

半導体製造工程において、従来よりプラズマによるドライエッチングやスパッタリング法などの処理が広く用いられている。この処理は、真空容器内に導入されたプロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ化し、被処理体を反応させて微細な孔や溝などの加工あるいは成膜などの処理を行うとともに、被処理体の反応生成物を排気することにより所定の処理を行うものである。プラズマ処理装置に用いられる反応容器は、特許文献１に示されるような内面に膜厚１００μｍ〜１０００μｍのアルミナ溶射膜を被着させアルミニウム製のものが多く用いられている。アルミナ溶射膜を反応容器の内面に被着せしめることにより、反応容器から発生するＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ等の不純物による試料の汚染を防止できるとされている。
特開２００１−１４８３７２号公報

一方、プラズマを発生させるために反応容器内にＣＨＦ₃，ＣＦ₄，ＳＦ₆等のＦ系又はＣｌ₂，ＢＣｌ₃等のＣｌ系のハロゲンガスが導入される。このハロゲンガスにより、一般にＡｌ₂Ｏ₃の化学式で表示されるアルミナ溶射膜の表面はエッチングされ、Ａｌ，Ｏ，Ｈがプラズマ中に放出されてプラズマ成分が変動する。その結果、高精度なプラズマ処理を被処理体に施すことができないという問題があった。

また、Ａｌを含むパーティクルは半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼすという問題があった。さらに、反応容器表面に溶射法でアルミナ溶射膜を形成中に含まれたＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒがプラズマ中に放出され、半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼすという問題があった。また、アルミナ溶射膜がほかの部材に接触することでパーティクルが発生し、半導体デバイスの歩留まりを下げるという問題が生じている。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、プラズマ生成ガスに曝されてもＡｌ，Ｏ，Ｈ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒのような元素不純物が発生せず、高密度プラズマのエッチングに起因する内面の損傷を抑制できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明のプラズマ処理装置は、真空容器と、前記真空容器内に配置され被処理体を載置する電極と、前記真空容器内にガスを導入しながら排気するガス導排気手段と、前記電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記真空処理装置内かつ前記電極の側方に配置されるインナチャンバと、前記真空処理装置内かつ前記インナチャンバの上方に配置されるスペーサチャンバとで構成されるプラズマ処理装置であって、前記インナチャンバはアルミニウムで形成されており、前記インナチャンバと前記スペーサチャンバのうち前記真空容器の内部に面する表面は５０μｍ以上１００μｍ以下の厚みのアルミナ溶射膜が形成され、かつ、前記インナチャンバと前記スペーサチャンバそれぞれの表面のうち前記真空容器内のほかの部材と近接している角部を含む箇所には更にアルマイト処理が施され、前記角部の近傍にて前記アルマイト処理が施されている上に前記アルミナ溶射膜が形成されてなり、かつ、前記アルマイト処理又は前記アルミナ溶射膜によって前記アルミニウムのうち前記真空容器の内部に面する表面を全て覆うことを特徴とするものである。

本構成によって、アルミナ溶射膜からのパーティクル発生を防止することができる。アルミナ溶射膜が５０μｍよりも薄い場合はエッチング損傷の抑制効果が小さくなる。

このとき、インナチャンバのうちアルマイト処理が施された箇所の厚みが、０．１ｍｍ以上であると好適である。

更に、インナチャンバは被処理体の取出口を具備しており、前記取出口の寸法は、前記被処理体を移載する経路よりも小さいと更によい。

この結果、アルミナ溶射膜からＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ等の不純物の発生を防止することができる。

以上のように、本発明のプラズマ処理装置によれば、アルミナ溶射膜が他の部材に接触する箇所に陽極酸化皮膜を形成することで、接触によるパーティクル発生を防ぐことができる。また、アルミナ溶射膜に貴金属を被着することでアルミナ溶射膜中に含まれるＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ等の不純物の発生を防ぐことができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した一実施形態に係る概略断面図、図２及び図３は図１の要部を拡大して示す断面図である。

エッチング装置１００は、アルミニウム等の導電性材料からなり内部を真空保持することが可能な真空容器１０１を備えている。この真空容器１０１は、インナチャンバ１０２、スペーサチャンバ１０３と誘電体１０４とで構成され、インナチャンバ１０２、スペーサチャンバ１０３と誘電体１０４が取り外し可能である。

インナチャンバ１０２とスペーサチャンバ１０３の内側壁にはアルミナ溶射膜１０４が５０ μｍ以上の厚みで形成されている。アルミナ溶射膜１０４はプラズマ溶射により内側壁を覆うようにアルミナを被着させて形成されている。真空容器１０１内底部には支柱１０６を介して下部電極を構成する第２電極１０７が配置されている。また、真空容器１０１の天壁には誘電体１０３を介して第１電極１０８が第２電極１０７に対向するように設けられている。

第２電極１０７は、セラミック等の誘電性部材からなり、その上面に被処理体である半導体ウエハＷが載置される。第２電極１０７内には、温度調節機構（図示せず）が設けられており、これにより第２電極１０７に載置された半導体ウエハＷを所望の温度に制御可能となっている。第２電極１０７の半導体ウエハＷの載置面には静電チャック（図示せず）が配置されており、これにより半導体ウエハＷが静電吸着され、第２電極１０７上に所望の状態で保持される。インナチャンバ１０２にあるガス導入口１０９にはガス供給装置１１０が接続されており、ガス導入口を介して第２電極１０７上の半導体ウエハＷの表面に向けて均一に吐出される。

真空容器１０１の底部には調圧弁１１１が設置され、排気口１１２が接続されており、この排気口１１２は排気機構１１３に接続されている。したがって、排気機構１１３を作動されることにより、真空容器１０１が排気され、調圧弁１１１で調節することにより、その中が所定の減圧雰囲気に維持可能となっている。第１電極１０８にはマッチング回路１１４ａを介して第１電極用高周波電源１１５ａが接続されている。

一方、下部電極である第２電極１０７にはマッチング回路１１４ｂを介して第２電極用高周波電源１１５ａが接続されている。そして、所定の高周波電力が第１電極用高周波電源１１５ａからマッチング回路１１４ａを介して第１電極１０８に印加され、その結果、真空容器１０１内に導入されたプロセスガスが解離してプラズマ化する。同時に、所定の高周波電力が第２電極用高周波電源１１５ｂからマッチング回路１１４ｂを介して第２電極１０７に印加され、生成したプラズマを半導体ウエハＷに引き込み所定のエッチング処理が施される。

誘電体１０４直径は、例えば４６０ｍｍである。

第１電極１０８に印加される高周波電力の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。

第２電極１０７に印加される高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚである。

図２に示すようにインナチャンバ１０２とスペーサチャンバ１０３の表面にはアルマイト処理（陽極酸化処理）２０１とアルミナ溶射膜１０４がされている。アルマイト処理２０１はインナチャンバ１０２とスペーサチャンバ１０３がほかの部材と近接する箇所に被着しており、アルミナ溶射膜１０４はアルマイト処理２０１上の０．１ｍｍを含む内側に形成している。

アルマイト処理２０１は、厚さが例えば５０μｍ〜１０００μｍである。

図３に示すようにアルマイト処理２０１、アルミナ溶射膜１０４上に半導体ウエハＷを処理する前に貴金属膜ウエハＺをエッチング処理することで真空容器に貴金属膜３０１が被着されている。貴金属膜３０１は、例えばＰｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｉｒでありその厚さは１００ｎｍ以上である。

このように構成されるエッチング装置においては、まず、真空容器１０１内の第２電極１０７上に半導体ウエハＷを載置し、真空容器１０１内を排気機構１１３により所定の圧力まで減圧する。次いで、ガス供給装置１１０から配管を通ってガス導入口１０９から所定の処理ガスを半導体ウエハＷに向けて吐出させる。それと同時に第１電極用高周波電源１１５ａからマッチング回路１１４ａを通って所定の周波数および電圧の高周波を第１電極１０８に印加する。さらに、第２電極用高周波電源１１５ｂからマッチング回路１１４ｂを通って所定の周波数および電圧の高周波を第２電極１０７に印加する。これにより、真空容器１０１内の第２電極１０７と誘電体１０３との間の空間には処理ガスのプラズマが生成され、半導体ウエハＷに対して所定のプラズマ処理が施され、第２電極１０７に発生したプラズマを引き込み、プロセスガスのプラズマによるエッチング反応によって半導体ウエハＷを処理することが出来る。

なお、このような反応性イオンエッチング処理前に真空容器１０１内のアルミナ溶射膜１０４、アルマイト処理２０１中に含まれる重金属の汚染発生を低減するため前処理を行う。前処理は貴金属膜ウエハＺを第２電極１０７上に載置し、所定流量のＡｒガスを真空容器１０１内に導入し、上述したエッチング処理と同様の手順にてプラズマを発生せしめて行なわれる。前処理により、真空容器１０１内のアルミナ溶射膜１０４、アルマイト処理２０１上に貴金属膜３０１が被着される。この前処理により、Ｆ系又はＣｌ系のプラズマ生成ガスとアルミナ溶射膜１０４、アルマイト処理２０１との反応による不純物の発生を防止できる。

このように、半導体ウエハＷのプラズマ処理中に真空容器１０１内にＦ系又はＣｌ系のプラズマ生成ガスを導入する。上述した如く、本実施の形態のインナチャンバ１０２、スパースチャンバ１０３がほかの部材と近接している箇所にはアルマイト処理２０１を施しているので取り付け時およびプラズマ処理中でのインナチャンバ１０２、スペースチャンバ１０３の熱膨張によるほかの部材との接触で発生するパーティクルを防止できる。またアルミナ溶射膜１０４は比較的厚い５０ μｍ以上の厚みに形成されているので、真空容器１０１内面のプラズマによるエッチングが抑制され長寿命化が図られる。

以上のプラズマ処理装置の表面処理方法、前処理についてプラズマによるパーティクル発生及び不純物発生を測定した。インナチャンバ１０２、スペースチャンバ１０３の表面処理がアルマイト処理２０１のみ、アルミナ溶射膜１０４のみ、そして本発明のアルミナ溶射膜１０４とアルマイト処理２０１を用いて半導体ウエハＷにプラズマ処理を施し、そのときのパーティクル量を調べた。

また、インナチャンバ１０２、スペースチャンバ１０３の表面処理が本発明のアルミナ溶射膜１０４とアルマイト処理２０１を用いて金属膜ウエハＺで前処理して半導体ウエハＷにプラズマ処理を施した場合と前処理をせずに半導体ウエハＷにプラズマ処理を施した場合の不純物量を調べた。アルミナ溶射膜は大気中のプラズマ溶射により厚さ１００μｍを形成されており、アルミナの原料粉の純度は９９．９９％を用いた。アルマイト処理２０１は硫酸中で厚さ５０μｍを形成している。

半導体ウエハとして８インチのシリコンウエハを用い、これにプラズマエッチングを行った。エッチング条件は、プラズマ生成ガスにＡｒ，Ｃｌ₂を用い、第１電極の高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚ、その電力が１５００Ｗ、第２電極の高周波の周波数は４００ｋＨｚ、その電力が４００Ｗである。このエッチングプロセスをウエハ１枚当たりに１分間行い、ウエハ上のパーティクルの大きさ、個数及びＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉの元素による汚染量（コンタミネーション，以下「コンタミ」と称す）を調べた。

その結果を表１及び表２に示す。

表１はインナチャンバ１０２、スペースチャンバ１０３の表面処理がアルマイト処理２０１のみ、アルミナ溶射膜１０４のみ、そして本発明のアルミナ溶射膜１０４とアルマイト処理２０１を用いてプラズマ処理した場合のパーティクルの結果を示し、表２は金属膜ウエハＺで前処理して半導体ウエハＷにプラズマ処理を施した場合と前処理をせずに半導体ウエハＷにプラズマ処理を施した場合のコンタミの結果を示している。

パーティクルの大きさ、個数はパーティクルカウンタにより測定した。パーティクルカウンタはウエハ表面に偏光レーザを照射し、異物からの散乱光を検出することにより、パーティクルの大きさ、個数を調べることができる装置である。

表中、ウエハ上に０．２０以上のパーティクルが２５個以上存在するものは「×」で示し、２５個以上存在しないものは「○」で示した。また、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒの重金属による汚染量はウエハの表面をフッ酸で洗浄し、その洗浄液中に含まれるＦｅ，Ｎｉ，ＣｒをＩＣＰ（誘導結合高周波プラズマ）分光分析法によって測定した。

これらの測定の結果は１ｃｍ²当たりの元素量（Ａｔｏｍｓ）で表され、ウエハ上に元素が１×１０¹⁰Ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以上存在するものは「×」で示し、１×１０¹⁰Ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以上存在しないものは「○」で示した。

表１及び表２から明らかなように、本実施の形態の反応容器は比較例とは異なり、ウエハ上に０．２０μｎ以上のパーティクルが２５個より少なく、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒの元素による汚染量が１×１０¹⁰Ａｔｏｍｓ／ｃｍ²より少ない。これにより、本実施の形態の反応容器はパーティクルが発生せず、プラズマ生成ガスに曝されても元素不純物を発生しないため、半導体ウエハＷの歩留まりを向上できると言える。

以上述べた本説明の好適な実施の形態において説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態においては、アルミナ溶射膜１０４に限定されるものではなく、溶射方法で形成されたアルミナ以外の皮膜にも適用できる。

本発明のプラズマ処理装置は、アルミナ溶射膜を用いた場合にパーティクル、コンタミ発生を防ぐことを有し、プラズマＣＶＤに成膜処理等の他のプラズマ処理の用途にも適用できる。また、被処理体として半導体ウエハを用いた例について示したが、これに限らず液晶表示装置用ガラス基板等、他の被処理体を処理する場合であっても良い。

本発明のプラズマ処理装置をエッチング装置に適用した一実施形態に係る概略断面図図１の要部を拡大して示す断面図本発明のプラズマ処理方法を適用した一実施形態に係る断面図

符号の説明

１０１真空容器
１０４アルミナ溶射膜
１０７，１０８電極
１０９ガス導入口
１１２排気口
１１５ａ，１１５ｂ高周波電源
Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

真空容器と、前記真空容器内に配置され被処理体を載置する電極と、前記真空容器内にガスを導入しながら排気するガス導排気手段と、前記電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記真空処理装置内かつ前記電極の側方に配置されるインナチャンバと、前記真空処理装置内かつ前記インナチャンバの上方に配置されるスペーサチャンバとで構成されるプラズマ処理装置であって、
前記インナチャンバはアルミニウムで形成されており、前記インナチャンバと前記スペーサチャンバのうち前記真空容器の内部に面する表面は５０μｍ以上１００μｍ以下の厚みのアルミナ溶射膜が形成され、かつ、前記インナチャンバと前記スペーサチャンバそれぞれの表面のうち前記真空容器内のほかの部材と近接している角部を含む箇所には更にアルマイト処理が施され、前記角部の近傍にて前記アルマイト処理が施されている上に前記アルミナ溶射膜が形成されてなり、かつ、前記アルマイト処理又は前記アルミナ溶射膜によって前記アルミニウムのうち前記真空容器の内部に面する表面を全て覆うこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
前記インナチャンバのうちアルマイト処理が施された箇所の厚みは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
前記インナチャンバは被処理体の取出口を具備しており、前記取出口の寸法は、前記被処理体を移載する経路よりも小さいことを特徴とする請求項１または２にプラズマ処理装置。