JP5302541B2

JP5302541B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP5302541B2
Application number: JP2008002195A
Authority: JP
Inventors: 雅敏川上; 文生湟橋; 良司西尾; 慎司小濱
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: JP2009164040A

Description

本発明は、半導体ウェハなどの被処理体の処理を行うプラズマ処理装置に関する。

プラズマを用いて半導体のエッチング処理や成膜処理等を行なう技術分野において、例えば平行平板型のプラズマエッチング装置において、被処理体を載置する試料台と、その試料台に静電吸着力によって試料を試料台に保持させるための手段を備えたプラズマ処理装置が採用されている。

また、エッチング材料ごとにプラズマ空間を最適化する必要性から、試料台は可動式が用いられている。図１に可動式試料台の断面図を示す。プラズマ処理装置の真空処理室７００内に設けた可動式試料台は、プッシャピンを押し上げるプッシャ昇降装置１００と、試料台を昇降させる試料台昇降稼動装置２００と、被処理体を突き上げるプッシャピン３００と、被処理体６００を載置する試料台５００と、試料台５００の裏面に設けたアース電位の金属８０１と、試料台２００の側面下方に設けたアース電位の金属上カバー８０２と、金属上カバー８０２の外側に設けたアース電位の金属下カバー８０３とを備えて構成される。試料台２００の下方には空間４００が位置する。

可動式試料台において、被処理体６００を試料台５００から突き上げる時以外は、プッシャピン３００は試料台５００の下方のアース電位の金属８０１に吊り下げられ、プッシャ昇降装置１００から切り離す構造になっている。これはプッシャ昇降装置１００も試料台５００に追従する構造である場合、試料台昇降稼動装置２００に同期してプッシャ昇降装置１００の制御を行なわなくてはならない等、複雑な構造になる為である。可動式試料台の内部は試料台５００の可動域を確保する為の空間４００になっている。その空間４００はアース電位の金属８０１、８０２、８０３で覆われている。これは処理中に可動式試料台の内部の空間４００で放電が発生することや、その空間４００に真空処理室７００のプラズマが回り込むことを防止するためである。

上述の試料台には高周波電源が接続され、第一の電極の役割を担っている。この電極に対向して第二の電極が備えられ接地されており、処理時プラズマが生成されることにより、プラズマを介して被処理体がアースに接続される。この時、直流電源によって高電圧を印加すると、被処理体と試料台の間に正と負の電荷が生じ、クーロン力が発生する。これらの力により被処理体が吸着・保持される。またこれらの装置には、処理後、被処理体が除電されたあとに、被処理体を突き上げて試料台から離すためのプッシャピンが備えられている。従来このプッシャピンには導体または抵抗値の低い誘電体（体積固有抵抗率が数ＭΩ・ｃｍ〜０Ω・ｃｍ程度）が採用され、プッシャピンの昇降装置は接地されている。これは、例えばプラズマ除電等により除去しきれなかった被処理体の残留電荷を、プッシャピンを介してアースに逃がしている。この作用によって、被処理体突き上げ時に残留電荷によって引き起こされる被処理体の取り外し不能や位置ズレを防止していた。しかしながら、プッシャピンが接地されていることにより、プッシャピンと被処理体の電位差によって異常放電が発生していた。

被処理体または試料台とプッシャピンの間に起こる異常放電を改善する方法として、例えば、特許文献１に示される方法がある。この方法は固定式試料台においては有効であるが、可動式試料台ではプッシャ昇降装置がプッシャピンと切り離された構造であるので、プッシャ昇降装置にスイッチを取り付けても、ウェハ処理時には切り離されてしまい可動式試料台には適応できない。

また、他の方法として、例えば、特許文献２に示される方法がある。しかしこの方法においても、可動式試料台では適応できない。それはプッシャピンが試料台と同電位になることから、可動式試料台内部の空間に露出するプッシャ下部とアース電位の可動式試料台内部の壁とに電位差が生まれ、異常放電が発生する。
特開平５−２２６２９１号公報特開平６−２４４１４７号公報

本発明の目的は、静電吸着力によって被処理体を可動式試料台に保持させる静電吸着膜を備えたプラズマ処理装置において、被処理体突き上げ時にプッシャピンによる被処理体の電荷除去機能を有したまま、プッシャピンと被処理体及び試料台間に生じる異常放電を防止する方法を提供することにある。

本発明の特徴は、真空容器内部に配置された真空処理室（プラズマ処理室）と、プラズマ生成用高周波電源と、被処理体が載置される試料台と、プラズマ生成用高周波電源からの電力が供給され真空処理室の上方で試料台に対向して配置された電極と、被処理体を試料台に静電吸着するための静電吸着電源と、被処理体を昇降させるプッシャピン及びプッシャピンを押し上げる昇降部材とを有するプラズマ処理装置において、プッシャピンは、誘電体もしくは、導電体で構成されるとともに、試料台に吊り下げられた座に絶縁体を介して取り付けられて被処理体が試料台に載置された状態で試料台の内部で電気的に浮いた状態で維持され、昇降部材は真空容器を介して接地されており、プッシャピンは被処理体が真空処理室内に生成されたプラズマを用いて処理される間は試料台の内部において被処理体との間で異常放電が抑止されて保持され、この処理の後において静電吸着のための静電気が除電された後に被処理体を試料台から離脱させる際に、昇降部材がプッシャピンと接触することでプッシャピンは接地された状態で被処理体を突き上げるようにしたことにある。

本発明の他の特徴は、前記プッシャピンの最下端は前記座よりも下方にあり、前記プッシャピンの最下端が前記昇降部材と接触することで、前記プッシャピンを接地することにある。

本発明の他の特徴は、前記昇降部材は突起を有しており、前記突起が前記プッシャピンと接触することで、前記プッシャピンを接地することにある。

本発明によれば、可動式試料台において処理中の異常放電を抑制するとともに、プッシャ突き上げ時に残留電荷が残ることによって起きる被処理体ズレと被処理体剥れ不能を防止する効果がある。

本発明にかかる第１の実施形態にかかるプラズマ処理装置の断面図を図２に示す。本発明にかかるプラズマ処理装置は、真空処理容器内に設けられるプラズマ処理室１と、被処理体４を載置する第一電極２と、プラズマ生成用高周波電力が供給される第二電極３と、マッチングボックス５と、プラズマ生成用高周波電源６と、電磁コイル７と、ヨーク８と、処理ガス供給系９と、ガス分散板１０と、シャワープレート１１と、静電吸着用誘電体１２と、フォーカスリング１３と、土台１４と、絶縁板１５と、サセプタ１６と、上部カバー１７と、下部カバー１８と、第１電極昇降装置１９と、第１フィルタ２０と、直流電源２１と、高周波バイアス電源２２と、第二フィルタ２３と、孔２４と、プッシャピン２５と、ベローズ２６と、座２７と、絶縁体２８と、昇降プレート２９と、昇降プレート駆動機構３１とを有している。

真空容器内に形成されるプラズマ処理室１は、第一電極２と第二電極３からなる一対の対向する電極を備えている。第一電極２は被処理体４が載置される試料台の役割も担っている。第二電極３にはマッチングボックス５を介して高周波エネルギーを供給し、処理室１の処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成用高周波電源６が接続されている。処理室１の周囲には、処理室内に磁場を生成する磁場形成手段としての電磁コイル７とヨーク８が配置されている。
また、第二電極３の下方には処理ガス供給系９が繋がれたガス分散板１０とそのガス分散板１０から処理室内にガスを放出するシャワープレート１１が設置されている。

被処理体４を載置して保持する第一電極２の上表面には静電吸着用誘電体１２が設けられている。その誘電体の上には被処理体４がおかれ、その周りを囲む様にＳｉ製のフォーカスリング１３が設置されている。第一電極２はアース電位の土台１４の上に絶縁板１５を挟んで設置する構造になっている。また、第一電極２の外側にはＳｉＯ_２で作られたサセプタ１６と、その更に外側には金属製の上部カバー１７と上部カバー１７にオーバーラップするにように設置された下部カバー１８が設けられ、上部カバー１７および下部カバー１８ともアース電位となっており、土台１４より下方の空間はアース電位で覆われた構造になっている。また、土台１４の下方には電極昇降装置１９が設置され、処理条件に合わせて最適な位置へ第一電極２を可変することが出来る。

また、第一電極２には高周波成分カット用の第一フィルタ２０を介して数１００Ｖの直流電源２１が接続されている。これにより、静電吸着用誘電体（静電吸着膜）１２を介して被処理体４と第一電極２の間に作用するクーロン力により被処理体４が第一電極２上に吸着保持される。静電吸着膜１２としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化アルミニウムにチタン酸化物を混合したものなどの誘電体を使用することができる。第一電極２には４００ＫＨｚ−４ＭＨｚの周波数の高周波バイアス電源２２がＤＣ成分をカットする第二フィルタ２３を介して接続されている。

また、第一電極２には、厚さ方向に貫通する例えば３つの孔２４が形成され、この孔２４には、被処理体４を突き上げるためのプッシャピン２５が挿入されている。

プッシャピン２５は、数十ＭΩ・ｃｍ〜０Ω・ｃｍ程度の誘電体もしくは導電体で構成され、第二電極２にベローズ２６で吊り下げられた座２７に絶縁体２８を介して取り付けられ、昇降可能な構造になっている。プッシャピン２５は、絶縁体２８を介して座２７が取り付けられているので、電気的にアースから切り離されている。これにより、プッシャピン２５は電気的に浮いた状態にあるので、処理中のプラズマ生成時に被処理体４とプッシャピン２５との間に起こる異常放電を防止することができる。

次に、被処理体突き上げ時のプラズマ処理装置の断面図を図３に示す。座２７の下方に昇降プレート２９が設置されている。被処理体搬送時に昇降プレート駆動機構３１によって押し上げられた昇降プレート２９がプッシャピン２５を押し上げることにより、被処理体４を突き上げることが出来る。この昇降プレート２９は真空容器を介して接地されている。また、プッシャピン２５の最下端は座２７よりも下方にあり、このプッシャピン２５の最下端が昇降プレート２９に接触することで、プッシャピン２５は接地される。このため、被処理体４を突き上げの際にこのプッシャピン２５を介して、被処理体４に残る残留電荷がアースに放電される。これにより、被処理体４に残る残留電荷を除去することができ、被処理体４の位置ズレや被処理体４の剥れ不能を防止することができる。

次に、本発明にかかる第２の実施形態について述べる。図４に第２の実施形態の可動式試料台の断面図を示す。第１の実施形態ではプッシャピン２５の最下端は座２７よりも下方にあると述べたが、被処理体突き上げの際に昇降プレート２９が直接プッシャピン２５に接触すればよい。その為、例えば第２の実施形態のように、昇降プレートに導電性の突起３０がついており、処理体突き上げの際にはこの突起３０がプッシャピン２５にのみに接触し、接地する構造でも良い。

プッシャピン２５と絶縁体２８の取り付け方法の一例として、例えば、図５に示すようにプッシャピン２５と絶縁体２８の両方にネジを切った構造として、ネジによる締結により取り付ける方法がある。しかしながら、絶縁体２８を介してプッシャピン２５を取り付ける方法であるならば、どのような取り付け方法でも良い。

以上のように、本発明によれば、プッシャピン２５は、通常の状態では電気的にアースから切り離されており、電気的に浮いた状態にあるので、処理中のプラズマ生成時に被処理体４とプッシャピン２５との間に起こる異常放電を防止することができるとともに、被処理体の突き上げ時には、プッシャピンが接地されて被処理体に残る残留電荷を除去することができる。

可動式試料台の断面図。本発明を用いた第１の実施形態のプラズマ処理装置の断面図。本発明を用いた被処理体突き上げ時の第１の実施形態のプラズマ処理装置の断面図。本発明を用いた第２の実施形態のプラズマ処理装置における可動式試料台の断面図。本発明を用いたプラズマ処理装置におけるプッシャピン取り付け部の断面図。

符号の説明

１．処理室
２．第一電極
３．第二電極
４．被処理体
５．マッチングボックス
６．プラズマ生成用高周波電源
７．電磁コイル
８．ヨーク
９．処理ガス供給系
１０．ガス分散板
１１．シャワープレート
１２．静電吸着用誘電体
１３．フォーカスリング
１４．土台
１５．絶縁板
１６．サセプタ
１７．上部カバー
１８．下部カバー
１９．昇降装置
２０．第一フィルタ
２１．直流電源
２２．高周波バイアス電源
２３．第二フィルタ
２４．孔
２５．プッシャピン
２６．ベローズ
２７．座
２８．絶縁体
２９．昇降プレート
３０．突起
３１．昇降プレート駆動機構
１００．プッシャ昇降装置
２００．試料台昇降稼動装置
３００．プッシャピン
４００．空間
５００．試料台
６００．被処理体
７００．真空処理室
８０１．アース電位の金属
８０２．アース電位の金属
８０３．アース電位の金属

Claims

真空容器内部に配置された真空処理室と、プラズマ生成用高周波電源と、被処理体が載置される試料台と、前記高周波電源からの電力が供給され前記真空処理室の上方で前記試料台に対向して配置された電極と、前記被処理体を前記試料台に静電吸着するための静電吸着電源と、前記被処理体を昇降させるプッシャピン及び上下に移動可能に構成され上方に移動した際に該プッシャピンを押し上げる昇降部材とを有するプラズマ処理装置において、
前記プッシャピンは、誘電体もしくは、導電体で構成されるとともに、前記試料台に吊り下げられた座に絶縁体を介して取り付けられて前記被処理体が前記試料台に載置された状態で前記試料台の内部で電気的に浮いた状態で維持され、
前記昇降部材は前記真空容器を介して接地されており、前記プッシャピンは前記被処理体が前記真空処理室内に生成されたプラズマを用いて処理される間は前記試料台の内部において前記被処理体との間で異常放電が抑止されて保持され、前記処理の後において前記静電吸着のための静電気が除電された後に前記被処理体を前記試料台から離脱させる際に、前記昇降部材が前記プッシャピンと接触することで前記プッシャピンは接地された状態で前記被処理体を突き上げる
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記プッシャピンの最下端は前記座よりも下方にあり、前記プッシャピンの最下端が前記昇降部材と接触することで、前記プッシャピンを接地する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記昇降部材は突起を有しており、前記突起が前記プッシャピンと接触することで、前記プッシャピンを接地する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。