JP5601794B2

JP5601794B2 - プラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP5601794B2
Application number: JP2009131467A
Authority: JP
Inventors: 剛治本川; 秀史東野
Original assignee: Toshiba Corp; Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: JP2010278362A; US20100300623A1; US8834674B2

Description

本発明は、プラズマエッチング装置に関する。

プラズマエッチング装置では、エッチング中に発生したパーティクルが基板上に付着しないようにすることが重要である。特に、フォトマスクパターンを形成するためのプラズマエッチングでは、欠陥の無いパターンを形成するために、パーティクルの付着を防止することが極めて重要である。また、プラズマエッチング装置では、プラズマから電極を保護するために電極カバーを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来は、電極カバーを設けたプラズマエッチング装置において、パーティクルの付着を防止するための最適な構造が必ずしも提案されているとは言えなかった。

特開２００６−３３２３３６号公報

本発明は、基板上へのパーティクルの付着を効果的に防止することが可能なプラズマエッチング装置を提供することを目的としている。

実施形態に係るプラズマエッチング装置は、高周波電圧が印加され、その上面に沿って処理対象基板が配置されるものであって、傾斜した側面を有する電極と、前記電極の側面に沿って設けられ、前記電極をプラズマから保護し、傾斜した外周面を有し、前記傾斜した外周面と前記電極の上面とで規定される内角が９０度よりも大きく、厚みが半径方向で変化している電極カバーと、を備える。

本発明によれば、基板上へのパーティクルの付着を効果的に防止することが可能なプラズマエッチング装置を提供することができる。

プラズマエッチング装置の基本的な構成及び基本的な機能について示した図である。プラズマエッチング装置によってプラズマが生成されたときの状態を示した等価回路である。本発明の第１の実施形態に係り、プラズマエッチング装置の下部電極近傍の状態を模式的に示した断面図である。本発明の第１の実施形態に係り、下部電極及び電極カバーの構成を模式的に示した平面図である。本発明の第２の実施形態に係り、プラズマエッチング装置の下部電極近傍の状態を模式的に示した断面図である。本発明の第３の実施形態に係り、プラズマエッチング装置の主として下部電極近傍の状態を模式的に示した説明図である。本発明の第４の実施形態に係り、プラズマエッチング装置の主として下部電極近傍の状態を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
まず、プラズマエッチング装置の基本的な構成及び基本的な機能について、図１を参照して説明する。

処理対象基板となるフォトマスク基板（図示せず）は、下部電極３の上面に沿って保持される。通常は、フォトマスク基板の裏面に傷を付けないようにするため、フォトマスク基板の大部分は下部電極３に接触していない。そのため、フォトマスク基板と下部電極３との間には間隙が存在する。また、下部電極３の表面には、プラズマからのダメージを緩和するために、石英やセラミック等の誘電体（図示せず）が配置されている。

チャンバ（図示せず）内は真空ポンプによって排気され、下部電極３と上部電極７との間の空間は、プラズマ生成に最適な圧力に設定される。すなわち、両電極間にエッチング用のプロセスガスを供給した状態で、最適な圧力に調整される。圧力を調整した後、高周波電源１から電極に高周波電圧（高周波電力）を印加することで、プロセスガス中に高周波電界が発生する。発生した高周波電界によってプロセスガス中の電子が加速し、加速した電子によってプロセスガスが電離する。その結果、下部電極３と上部電極７との間にプラズマ５が生成される。プラズマが生成されると、プラズマと電極との間に空間電荷層が形成される。すなわち、下部電極３の近傍にプラズマシース４が形成され、上部電極７の近傍にプラズマシース６が形成される。

高周波電源１と下部電極３との間には直流阻止用のコンデンサ２が配置されており、このコンデンサ２により、放電の安定化や電極に対するダメージの低減をはかることができる。高周波電源１及び上部電極７は接地部８に接続されている。接地部８の電圧は０ボルトに設定されている。

図２は、上述したプラズマエッチング装置によってプラズマが生成されたときの状態を示した等価回路である。

プラズマシース４及び６は、整流作用を有する空間電荷層である。また、プラズマ５が安定して維持されている状態において、シース部分はプラズマ部分よりも電位が低くなっている。さらに、プラズマ部分では、ジュール熱による高周波電力の吸収が行われている。これらのことから、プラズマシース４及び６はいずれも、整流器、電気抵抗及びコンデンサ（キャパシタ）の並列接続で表すことができる。また、プラズマ５は電気抵抗で表すことができる。

以上のことから、プラズマエッチング装置によってプラズマが生成されたときの状態は、図２の等価回路で表すことができる。図２の等価回路から、下部電極３の表面に誘電体が存在する場合には、誘電体の電気容量が変化すると誘電体の直上に形成されるプラズマシース４も変化することがわかる。

図３は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の下部電極近傍の状態を模式的に示した断面図である。図４は、図３の下部電極及び電極カバーの構成を模式的に示した平面図である。なお、プラズマエッチング装置全体の基本的な構成は図１で示したものと同様である。

図３及び図４に示すように、下部電極１０はテーパー形状を有している。すなわち、下部電極１０は傾斜した側面１２を有している。また、図４に示すように、下部電極１０の平面形状は円状であり、下部電極１０の上面１１は円形である。この下部電極１０には、図示しない高周波電源からプラズマを生成するための高周波電圧（高周波電力）が印加される。

下部電極１０の側面には、誘電体（絶縁体）で形成された電極カバー２０が設けられている。すなわち、下部電極１０の側面に沿ってリング状の電極カバー２０が設けられており、下部電極１０の側面は電極カバー２０によって覆われている。下部電極１０の側面１２が傾斜しているため、電極カバー２０の表面も傾斜している。また、電極カバー２０の厚さ（下部電極１０の側面に垂直な方向の厚さ）は半径方向で変化している。具体的には、電極カバー２０の厚さは、下部電極１０の上面側から下面側に向かってしだいに薄くなっている。

処理対象基板であるフォトマスク基板３０は、下部電極１０の上面に沿って配置される。具体的には、フォトマスク基板３０は電極カバー２０の端部の基板載置部に載置され、フォトマスク基板３０と下部電極１０との間には間隙が存在する。なお、フォトマスク基板３０の表面には、エッチング対象となる膜（金属膜等）及びレジストパターンが形成されている。

プラズマシース４０は、電極カバー２０の表面及びフォトマスク基板３０の表面に沿って形成される。したがって、プラズマシース４０はテーパー形状を有している。電極カバー２０は誘電体で形成されているため、電極カバー２０の上方の電界は電極カバー２０の誘電率や厚さに依存する。そのため、電極カバー２０に沿って形成されるプラズマシース４０も電極カバー２０の形状、厚さ、誘電率等に依存する。

本実施形態では、下部電極１０及び電極カバー２０が上述したような構成を有しているため、フォトマスク基板３０へのパーティクルの付着を抑制することができる。以下、説明を加える。

プラズマエッチング装置内に滞在するパーティクルの質量は通常は非常に小さく、重力の影響は小さい。そのため、パーティクルは通常は電気的な力によって制御される。また、プラズマシースに到達したパーティクルは、プラズマシース表面に滞留する、或いはプラズマシース表面で反射すると考えられている。

プラズマシース表面に滞留しているパーティクルは、電気的な力が均衡していると考えられるため、重力の影響を無視することができない。また、下部電極１０に印加されている高周波の影響により、プラズマシースはプラズマシース表面に対して垂直な方向に振動している。そのため、プラズマシース表面のパーティクルもこの振動の影響を受ける。これらの要因により、パーティクルは下部電極１０の外周部（外周端部）に向かって移動していく。すなわち、下部電極１０の側面が傾斜しているため電極カバー２０の表面も傾斜しており、この傾斜にしたがってパーティクルが下方へと移動していく。すなわち、パーティクルが下部電極１０の外周部に向かって移動していく。そして、下部電極１０の外周部に到達したパーティクルは、エッチング装置外へと排気される。

以上のように、本実施形態では、下部電極１０が傾斜した側面を有し、下部電極１０の側面に沿って電極カバー２０が設けられているため、パーティクルを下部電極１０の外周部に向かって効果的に移動させることができる。その結果、フォトマスク基板３０へのパーティクルの付着を抑制することができ、欠陥の抑制されたフォトマスクパターンを形成することが可能となる。

また、本実施形態では、電極カバー２０の厚さが半径方向で変化しており、電極カバー２０の厚さが下部電極１０の外周部（電極カバー２０の外周部）に向かってしだいに減少している。一般に、電極カバーの厚さを薄くすると、エッチング対象物のエッチングレートが高くなる。したがって、本実施形態では、電極カバー２０の外周部近傍に堆積した反応生成物（エッチングによって生成された反応生成物）を効果的に除去することが可能である。その結果、欠陥がより抑制されたフォトマスクパターンを形成することが可能となる。

（実施形態２）
図５は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の下部電極近傍の状態を模式的に示した断面図である。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態で述べた事項及び第１の実施形態から容易に類推可能な事項についての説明は省略する。

第１の実施形態では、電極カバー２０の厚さが下部電極１０の外周部（電極カバー２０の外周部）に向かってしだいに減少している。この場合、電極カバー２０の外周部近傍に堆積した反応生成物を効果的に除去することができるが、反応生成物の堆積量が少ない場合には、電極カバー２０自体がエッチングされてしまい、パーティクル増加の要因となるおそれがある。

本実施形態では、図５に示すように、電極カバー２０の厚さが下部電極１０の外周部（電極カバー２０の外周部）に向かってしだいに増加している。このような構成により、電極カバー２０の外周部近傍での電極カバー２０自身のエッチングを効果的に抑制することが可能である。その結果、電極カバー２０自身のエッチングによって生じるパーティクルを抑制することができ、欠陥がより抑制されたフォトマスクパターンを形成することが可能となる。

（実施形態３）
図６は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の主として下部電極近傍の状態を模式的に示した説明図である。なお、基本的な事項は第１及び第２の実施形態と同様である。したがって、第１及び第２の実施形態で述べた事項及び第１及び第２の実施形態から容易に類推可能な事項についての説明は省略する。

本実施形態では、電極カバー２０内に、液体を保持する液体保持部２１が設けられている。すなわち、電極カバー２０の内側に空洞を設け、液体保持部２１ではこの空洞が液体で充填されている。

液体保持部２１には、配管５１ａ及び５１ｂが接続されている。配管５１ａには液体供給部６０が接続されている。この液体供給部６０では所望の液体（所望の誘電率を有する液体）を選択することができ、選択された液体は配管５１ａ介して液体保持部２１に供給される。配管５１ｂには液体回収部７０が接続されており、液体保持部２１に保持された液体を配管５１ｂ介して液体回収部７０に回収することが可能である。

上述したことからわかるように、本実施形態では、液体保持部２１に所望の誘電率を有する液体を供給することで、電極カバー２０の少なくとも一部の領域の誘電率を調整することが可能である。これにより、電極カバー２０の上方の電界及びプラズマシースを適切な状態に設定することが可能である。その結果、パーティクル除去の制御やエッチング状態の制御をより的確に行うことが可能である。

（実施形態４）
図７は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の主として下部電極近傍の状態を模式的に示した説明図である。なお、基本的な事項は第１乃至第３の実施形態と同様である。したがって、第１乃至第３の実施形態で述べた事項及び第１乃至第３の実施形態から容易に類推可能な事項についての説明は省略する。

本実施形態では、電極カバー２０内に、液体を保持する複数の液体保持部２２、２３及び２４が設けられている。すなわち、電極カバー２０の内側に複数の空洞を設け、液体保持部２２、２３及び２４では、これらの空洞が液体で充填されている。

液体保持部２２には配管５２ａ及び５２ｂが接続され、液体保持部２３には配管５３ａ及び５３ｂが接続され、液体保持部２４には配管５４ａ及び５４ｂが接続されている。配管５２ａ、５３ａ及び５４ａには液体供給部６０が接続されている。この液体供給部６０では所望の液体（所望の誘電率を有する液体）を選択することができる。すなわち、配管液体保持部２２に供給すべき液体、液体保持部２３に供給すべき液体及び液体保持部２４に供給すべき液体を、個別に選択することができる。選択された各液体はそれぞれ、配管５２ａ、５３ａ及び５４ａ介して液体保持部２２、２３及び２４に供給される。したがって、誘電率の互いに異なる液体を液体保持部２２、２３及び２４に供給することができる。配管５２ｂ、５３ｂ及び５４ｂには液体回収部７０が接続されており、液体保持部２２、２３及び２４に保持された液体を配管５２ｂ、５３ｂ及び５４ｂ介して液体回収部７０に回収することが可能である。

上述したように、本実施形態では、液体保持部２２、２３及び２４に個別に所望の誘電率を有する液体を供給することができる。したがって、電極カバー２０の半径方向で誘電率を変化させることができ、所望の誘電率分布を有する電極カバー２０を構成することができる。これにより、電極カバー２０の上方の電界及びプラズマシースを適切な状態に設定することが可能である。その結果、パーティクル除去の制御やエッチング状態の制御をより的確に行うことが可能である。

なお、上述した第１〜第４の実施形態では、下部電極と上部電極との間でプラズマを生成する平行平板型のプラズマエッチング装置について述べたが、他のプラズマエッチング装置を用いることも可能である。すなわち、上述した各実施形態で示したような下部電極及び電極カバーを有するプラズマエッチング装置であれば、上述した各実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることが可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。

１…高周波電源２…コンデンサ３…下部電極
４…プラズマシース５…プラズマ６…プラズマシース
７…上部電極８…接地部
１０…下部電極１１…上面１２…側面
２０…電極カバー２１、２２、２３、２４…液体保持部
３０…フォトマスク基板４０…プラズマシース
５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ…配管
６０…液体供給部７０…液体回収部

Claims

高周波電圧が印加され、その上面に沿って処理対象基板が配置されるものであって、傾斜した側面を有する電極と、
誘電体で形成されており、前記電極の側面に沿って設けられ、前記電極をプラズマから保護し、傾斜した外周面を有し、前記傾斜した外周面と前記電極の上面とで規定される内角が９０度よりも大きく、厚みが半径方向で変化している電極カバーと、
を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
前記電極カバーの少なくとも一部は誘電率を調整可能である
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
前記電極カバー内には液体を保持する液体保持部が設けられており、前記液体保持部には所望の誘電率を有する液体を供給可能である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマエッチング装置。