JP5075854B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。

高周波又はマイクロ波にてプラズマを発生させ、この発生させたプラズマに半導体装置を晒すことによって、半導体基板に対してドライエッチング、表面改質、アッシング等を行うプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１）。

この種のプラズマ処理装置は、例えば、半導体基板上に形成したレジスト膜を反応性ガスのプラズマを用いてアッシング（灰化）するアッシング処理装置では、プラズマ生成室をチャンバの上側部に設けるとともに、半導体基板を載置したステージを下側部に設けている。そして、プラズマ生成室で発生させたプラズマは下方に設けられたステージに導出する。ステージに載置された半導体基板は、プラズマ生成室から導出されたプラズマに晒されることによってアッシングされる。

ところで、チャンバに設けたプラズマ生成室は、チャンバのトッププレートに開口部を設け、その開口部の上側にマイクロ波透過窓で塞ぎ、その開口部の下側に下蓋で塞ぎ、トッププレート、マイクロ波透過窓及び下蓋で囲まれた空間にて形成される。そして、マイクロ波透過窓に導波管を連結し、導波管を介して伝搬されたマイクロ波をプラズマ生成室に導入するとともに、トッププレートと下蓋との間で形成されたガス投入通路を介して反応ガス（例えば、酸素、窒素、四フッ化炭素）をプラズマ生成室に導入する。これによって、プラズマ生成室に導入されたマイクロ波と反応ガスによってプラズマ生成室にプラズマが発生する。

そして、プラズマ生成室で生成されたプラズマは、下蓋の中央位置に形成された導出穴から、下方に設けられたステージに導出される。ステージには半導体基板が載置され、その半導体基板の表面がプラズマ生成室から導出されたプラズマに晒されてアッシングされる。

特開２００５−１２２９３９号公報

ところで、プラズマが生成されるプラズマ生成室は、プラズマ発光熱によって高温となり温度の変動が激しい。そのため、プラズマ生成室を区画形成するトッププレートや、下蓋等の部材は、温度変動により膨張・収縮を繰り返すことになる。

この膨張・収縮の際、トッププレートと下蓋が直接接触し連結されている部分は、トッププレートと下蓋とが直接摩擦接触して摩耗し、その接触部分の劣化、及び、パーティクルが発生するといった問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、プラズマ生成室を区画形成する形成部材同士が膨張・収縮の際に直接に摩擦接触させるのを防止して摩耗による劣化及びパーティクルの発生を防止することができるプラズマ処理装置を提供するにある。

請求項１に記載の発明は、加工対象物を載置するステージを収容したチャンバに設けたプラズマ生成室に、マイクロ波及び反応ガスを導入して前記プラズマ生成室でプラズマを生成し、その生成したプラズマを前記加工対象物に晒してプラズマ処理をするようにしたプラズマ処理装置であって、前記プラズマ生成室は、チャンバのトッププレートに貫通穴を形成し、前記貫通穴の上側開口部を、前記マイクロ波を導入するマイクロ波透過窓にて閉塞するとともに、前記貫通穴の下側開口部を、導出穴を有した下蓋にて閉塞することによって形成され、前記下蓋は、前記導出穴が形成された下蓋本体と、該下蓋本体の外周面に延出形成されたフランジ部とを備え、前記フランジ部は、前記トッププレート及び前記下蓋に比べて柔軟で弾性を有する緩衝シートを介して前記トッププレートに締結固定される。

請求項１に記載の発明によれば、プラズマ生成室を形成するトッププレート及び下蓋は、プラズマ生成室で生成されるプラズマの発光熱によってそれぞれ膨張・収縮を繰り返す。この膨張・収縮の際、トッププレート及び下蓋に比べて柔軟で弾性を有する緩衝シートを介在させたことによって、直接にトッププレートと下蓋とが摩擦接触することがない。また、緩衝シートは、トッププレート及び下蓋が膨張・収縮したとき、その膨張・収縮を弾性吸収する。従って、トッププレートと下蓋とが直接摩擦接触することによって生じる接触部分の劣化、及び、パーティクルの発生が未然に防止される。

また、請求項１に記載の発明によれば、プラズマ生成室は、前記チャンバのトッププレートに形成した貫通穴の上下開口部を、マイク波透過窓と下蓋にてそれぞれ閉塞することによって形成される。そして、貫通穴（プラズマ生成室）で生成されたプラズマは、下蓋の導出穴から導出されて加工対象物の表面を案内される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ処理装置において、前記緩衝シートは、フッ素樹脂製のシートである。
請求項２に記載の発明によれば、フッ素樹脂製の緩衝用シートは、耐熱性及び低摩擦性を有し形成部材が膨張・収縮したとき、摩耗しにくく、プラズマ発光熱によって変形・変質することはない。

本発明によれば、プラズマ生成室を区画形成する形成部材同士が膨張・収縮の際に直接に摩擦接触させるのを防止して摩耗による劣化及びパーティクルの発生を防止することができる。

プラズマアッシング装置の概略断面図。 トッププレート、緩衝用シート及び閉塞板を説明するための分解斜視図。

以下、本発明のプラズマ処理装置をプラズマアッシング装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、プラズマ処理装置としてのプラズマアッシング装置１の概略断面図を示す。プラズマアッシング装置１のチャンバ２は、全体形状が直方体をなし、アルミ（Ａｌ）製で形成されている。チャンバ２の内底面２ａには、脚部３を介してステージ４が配置固定されている。ステージ４は、その上面に加工対象物としての半導体基板Ｗを載置する載置面４ａが形成されている。

チャンバ２を形成する形成部材としてのトッププレート５は、その外側上方に突出した円柱体６が延出形成され、その円柱体６の中央位置にチャンバ２の外側と内側を貫通する貫通穴７が形成されている。

貫通穴７の上側開口部は、円柱体６の上面に固設した窒化アルミ（ＡｌＮ）製の形成部材としてのマイクロ波透過窓８にて閉塞されている。また、円柱体６の上面には、導波管９が連結固定され、前記貫通穴７に対応する面に形成した開口部にマイクロ波透過窓８が配設されている。そして、導波管９の上流に設けた図示しないマイクロ波発振器からのマイクロ波が導波管９を伝搬しマイクロ波透過窓８を介して前記貫通穴７に導入されるようになっている。

貫通穴７の下側開口部は、図２に示すように、貫通穴７の内径より大きな内径に拡開形成された嵌合凹部１０が形成され、その嵌合凹部１０の奥面１０ａには、４個の雌ねじ孔１１が形成されている。また、前記嵌合凹部１０に隣接した貫通穴７の内周面７ａには、ガス導入路１２が、前記円柱体６の外周面と連通するように貫通形成されている。そして、ガス導入路１２は、上流に設けた図示しないガス供給手段から供給されるプラズマ形成用ガスを貫通穴７に導入する通路を形成する。

嵌合凹部１０が形成された貫通穴７の下側開口部は、円板状の下蓋１３にて閉塞されている。下蓋１３は、中央に導出穴１３ａを貫通形成した円板状の下蓋本体１４と、その下蓋本体１４の下側外周面に延出形成したフランジ部１５を有している。下蓋１３は、下蓋本体１４が貫通穴７に貫挿され、フランジ部１５が嵌合凹部１０に嵌合するようになっている。そして、フランジ部１５に前記嵌合凹部１０の雌ねじ孔１１に対応して形成した挿通穴１６にそれぞれ雄ねじ１７を通して、各雄ねじ１７を雌ねじ孔１１に螺着させることによって、下蓋１３（フランジ部１５の上面１５ａ）は、トッププレート５（嵌合凹部１０の奥面１０ａ）に対して締結固定される。

これにより、円柱体６に形成した貫通穴７の上下両開口部がマイクロ波透過窓８と下蓋１３にて閉塞された空間に、プラズマ生成室Ｓが区画形成される。
なお、この下蓋１３をトッププレート５に締結固定するとき、本実施形態では、下蓋１３とトッププレート５の間に、図２に示すように、緩衝用シート１８を介在させて締結固定している。緩衝用シート１８は、環状の形成されたフッ素樹脂のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：テフロン（登録商標））製のシートである。緩衝用シート１８は、フランジ部１５の上面１５ａと嵌合凹部１０の奥面１０ａが直接に接触しないようにするためのシートであって、フランジ部１５の上面１５ａと嵌合凹部１０の奥面１０ａが直接擦れて両面１５ａ，１０ａが摩耗するのを防止するようになっている。

また、ＰＴＦＥ製の緩衝用シート１８は、低摩擦性で、しかも、アルミ製のトッププレート５及び下蓋１３に比べて柔軟で弾性を有しているため、フランジ部１５の上面１５ａ及び嵌合凹部１０の奥面１０ａが膨張・収縮したとき、その膨張・収縮を弾性吸収する。従って、フランジ部１５の上面１５ａ及び嵌合凹部１０の奥面１０ａが膨張・収縮するとき、緩衝用シート１８は、フランジ部１５の上面１５ａ及び嵌合凹部１０の奥面１０ａとの間で直接擦れて摩耗することはない。しかも、緩衝用シート１８は、ＰＴＦＥ製であるため耐熱性で変形・変質しない。

下蓋本体１４の外周面には、環状の環状溝２１が形成され、同環状溝２１とその環状溝を塞ぐ貫通穴７の内周面７ａとで環状通路を形成している。環状溝２１は、前記貫通穴７の内周面に形成したガス導入路１２の開口部と対向する位置に形成され、ガス導入路１２から導入されてくるプラズマ形成用ガスが環状通路（環状溝２１）に導入されるようになっている。

下蓋本体１４の上面外周縁には、プラズマ生成室Ｓと環状溝２１（環状通路）を連通する４個の切り溝２２が、等角度（９０度）の間隔で切り欠き形成されている。そして、環状溝２１に導入されたプラズマ形成用ガスは、該切り溝２２を介してプラズマ生成室Ｓに導入される。

プラズマ生成室Ｓに導入されたプラズマ形成用ガスは、同じくマイクロ波透過窓８を介して投入されたマイクロ波によって励起されプラズマとなる。そして、プラズマ生成室Ｓで生成されたプラズマは、下蓋１３に形成された導出穴１３ａを介して下方のステージ４に載置された半導体基板Ｗに向かって導出される。

下蓋本体１４の下側であって前記導出穴１３ａの開口部と対向する位置に拡散板２３が配置されている。拡散板２３は、アルミ（Ａｌ）製よりなり、間隔保持部材２４を介してボルト２５にて下蓋本体１４に対して連結固定されている。拡散板２３は、下蓋本体１４の導出穴１３ａから導出されたプラズマを拡散させ均一に半導体基板Ｗに晒すようにしている。そして、ステージ４に載置された半導体基板Ｗは、その半導体基板Ｗ上に形成したレジスト膜がプラズマにてアッシングされる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、下蓋１３をトッププレート５に連結固定する際に、緩衝用シート１８を介在させて連結固定させた。つまり、緩衝用シート１８にて、フランジ部１５の上面１５ａと嵌合凹部１０の奥面１０ａが直接に接触しないようにした。従って、プラズマの発光熱によってトッププレート５と下蓋１３がそれぞれ膨張・収縮しても、フランジ部１５の上面１５ａと嵌合凹部１０の奥面１０ａが直接擦れて両面１５ａ，１０ａが摩耗するのが防止される。

（２）本実施形態によれば、緩衝用シート１８を、低摩擦性を有し、しかも、アルミ製のトッププレート５及び下蓋１３に比べて柔軟で弾性を有したＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）で形成した。従って、フランジ部１５の上面１５ａ及び嵌合凹部１０の奥面１０ａがそれぞれ膨張・収縮したとき、緩衝用シート１８はその膨張・収縮を弾性吸収するため、フランジ部１５の上面１５ａ及び嵌合凹部１０の奥面１０ａとの間で直接擦れて摩耗することはない。

しかも、緩衝用シート１８は、ＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）製であるため耐熱性に優れていることから、プラズマ発光熱によって変形・変質することはない。
尚、本実施形態は、以下の態様で実施してもよい。

・上記実施形態では、チャンバ２、下蓋１３をアルミ（Ａｌ）で形成したが、これ以外の金属で形成してもよい。
・上記実施形態では、マイクロ波透過窓８を窒化アルミ（ＡｌＮ）で形成したが、これ以外の誘電体材質で形成してもよい。

・上記実施形態では、下蓋１３とトッププレート５との連結部分に緩衝用シート１８を介在させて下蓋１３とトッププレート５を連結固定したが、その他に、マイクロ波透過窓８とトッププレート５の連結部分に緩衝用シート１８を介在させてマイクロ波透過窓８とトッププレート５とを連結固定してもよい。

・上記実施形態では、下蓋１３とトッププレート５との連結部分に緩衝用シート１８を介在させて下蓋１３とトッププレート５を連結固定したが、その他に、導波管９とトッププレート５との連結部分に緩衝用シート１８を介在させて導波管９とトッププレート５とを連結固定してもよい。

また、拡散板２３と下蓋１３との連結部分に緩衝用シート１８を介在させて拡散板２３と下蓋１３とを連結固定してもよい。
・上記実施形態では、緩衝用シート１８をＴＰＦＥ（テフロン：登録商標）にて形成したが、これに限定されるものではなく、耐熱性及び低摩擦性に優れた材質のものであればどんなシートでもよい。

・上記実施形態では、プラズマアッシング装置１に具体化したが、プラズマを利用して半導体基板に対してドライエッチングを行うプラズマ処理装置に応用したり、表面改質を行うプラズマ処理装置に応用してもよい。

１…プラズマアッシング装置、２…チャンバ、４…ステージ、５…トッププレート、６…円柱体、７…貫通穴、７ａ…内周面、８…マイクロ波透過窓、９…導波管、１０…嵌合凹部、１０ａ…奥面、１１…雌ねじ孔、１２…ガス導入路、１３…下蓋、１３ａ…導出穴、１４…下蓋本体、１５…フランジ部、１５ａ…上面、１６…挿通穴、１７…雄ねじ、１８…緩衝用シート、２１…環状溝、２２…切り溝、２３…拡散板、Ｓ…プラズマ生成室、Ｗ…半導体基板。

Claims (2)

1. 加工対象物を載置するステージを収容したチャンバに設けたプラズマ生成室に、マイクロ波及び反応ガスを導入して前記プラズマ生成室でプラズマを生成し、その生成したプラズマを前記加工対象物に晒してプラズマ処理をするようにしたプラズマ処理装置であって、
   前記プラズマ生成室は、チャンバのトッププレートに貫通穴を形成し、前記貫通穴の上側開口部を、前記マイクロ波を導入するマイクロ波透過窓にて閉塞するとともに、前記貫通穴の下側開口部を、導出穴を有した下蓋にて閉塞することによって形成され、
   前記下蓋は、前記導出穴が形成された下蓋本体と、該下蓋本体の外周面に延出形成されたフランジ部とを備え、
   前記フランジ部は、前記トッププレート及び前記下蓋に比べて柔軟で弾性を有する緩衝シートを介して前記トッププレートに締結固定されてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
   前記緩衝シートは、フッ素樹脂製のシートであることを特徴とするプラズマ処理装置。

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