JPH0766180A

JPH0766180A - プラズマ処理装置およびそのメンテナンス方法

Info

Publication number: JPH0766180A
Application number: JP5213960A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yoshihara; 秀一吉原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-08-30
Filing date: 1993-08-30
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】荷電粒子トラップ用の中間電極を用いるプラ
ズマ処理装置の処理速度を向上させる。【構成】マイクロ波プラズマ・アッシング（またはエ
ッチング）装置の石英ベルジャーと処理チャンバとの間
にマイクロ波の遮断を兼ねて設けられる中間電極１０
を、多数の微小な中性粒子供給孔１６を有するＡｌ箔１
４とこれを支持するＡｌリング１１ａ，１１ｂを用いて
構成する。Ａｌ箔１４の洗浄は、酸洗浄ではなく、有機
溶媒を用いた超音波洗浄により行う。【効果】従来のＡｌ板を用いたメッシュ・リングに比
べ、Ａｌ箔１４からなる上記中間電極１０では表面積を
減少させることができ、また酸溶液時にみられた粗面化
も生じない。したがって、中間電極１０の表面で消費さ
れるラジカル量が減少し、アッシング速度またはエッチ
ング速度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等の微細加工
に適用されるプラズマ・アッシング装置やプラズマ・エ
ッチング装置等のプラズマ装置とそのメンテナンスにお
いて、荷電粒子によるチャージアップを防止しながら優
れたプラズマ処理速度を達成しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の高度に微細化されたＬＳＩにおい
ては、ＭＯＳ−ＦＥＴのゲート酸化膜の厚さが１０ｎｍ
以下にまで薄膜化されており、エッチング時あるいはア
ッシング時のチャージアップに起因する絶縁耐圧劣化が
大きな問題となっている。チャージアップは、基本的に
ウェット・プロセスや常圧下で行われるオゾン・アッシ
ングのようなプロセスでは発生せず、プラズマを用いる
プロセスにおいて発生する。つまり、プラズマ中の荷電
粒子がデバイスへ蓄積されたり、あるいはプラズマの疎
密に起因してウェハ面内にＶ_dc（自己バイアス電位）の
分布が生じ、これによりゲート電極に電流が流れること
により、ゲート酸化膜が破壊されるものと考えられてい
る。この問題は、今後ウェハの大口径化が進んでプラズ
マの面内均一性の確保が困難となるにつれ、ますます深
刻化する。

【０００３】チャージアップを根本的に抑えるために
は、荷電粒子をプラズマ・プロセスから完全に排除し、
ウェハ面上に均一なプラズマを生成させることが理想的
である。この理想に近い状態でプラズマ処理を行うこと
を意図した装置として、ＲＦダウンフロー型、あるいは
マイクロ波ダウンフロー型のドライエッチング装置やア
ッシング装置が知られている。これらは、ウェハの上方
で生成させたプラズマの中からラジカル等の中性粒子を
ウェハに向けて下降（ダウンフロー）させる方式であ
る。この下降は排気流に乗って行われ、電気的な要因に
左右されることがない。

【０００４】ただし、ダウンフロー方式も無条件にチャ
ージアップ防止が達成できるものではなく、放電パワー
を下げる、あるいはプラズマ−ウェハ間距離を広げると
いった条件最適化が必要である。ただし、これらの対策
は、いずれもエッチング速度またはアッシング速度を低
下させる方向に働く。そこで、プラズマとウェハとの中
間に接地された中間電極を配し、この中間電極で荷電粒
子をトラップすることにより、上記対策による速度低下
分を補償することも行われている。特にマイクロ波ダウ
ンフロー型のプラズマ装置については、この中間電極が
マイクロ波遮断の役割も兼ねている。

【０００５】上記中間電極として最も広く用いられてい
るものは、図４に示されるようなアルミニウム製のメッ
シュ・リング２０である。図４中、（ａ）はメッシュ・
リング２０の概略斜視図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ線断面図
である。このメッシュ・リング２０は、絞り加工により
高純度のアルミニウム（Ａｌ）板２１をフランジ付きの
円形の皿型に成形したものであり、皿部の底面には中性
粒子を通過させるための複数の中性粒子供給孔２３、フ
ランジ部にはネジ２４を用いてこれをプラズマ装置のチ
ャンバ壁へ固定するためのネジ孔２２がそれぞれ穿設さ
れている。

【０００６】このメッシュ・リング２０は、ＲＦダウン
フロー型またはマイクロ波ダウンフロー型のプラズマ装
置において、そのプラズマ生成部と、プラズマを用いて
基板に所定のプラズマ処理を行う処理部とを仕切るごと
く配設される。これにより、メッシュ・リング２０の図
中上方で生成したプラズマ中、イオンや電子等の荷電粒
子はＡｌ板２１にトラップされて接地側へ流れ、ラジカ
ル等の中性粒子のみが中性粒子供給孔２３を通して下方
へ引き出され、所望のプラズマ処理に利用される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
なＡｌ製のメッシュ・リング２０の製造時あるいはメン
テナンス時に、重金属汚染を防止したり堆積物を除去す
る目的で希硫酸、フッ酸、塩酸等の酸溶液を用いて酸洗
浄を行うと、プラズマ処理速度が低下する傾向のあるこ
とがわかった。この現象は、特に酸素ラジカルを用いる
アッシング時のアッシング速度低下として顕著に観察さ
れた。

【０００８】この原因は、酸洗浄によりメッシュ・リン
グ２０の表面が粗面化して表面積が増大し、これに伴っ
てプラズマ中のラジカル消費量が増加したためであると
考えられる。また、酸洗浄後のメッシュ・リング２０の
表面の元素分析を行うと、表面の酸素含有量が増大して
いることがわかり、これによりプラズマ中の酸素ラジカ
ルとの反応性が上昇している可能性も示唆された。

【０００９】そこで、本発明は、プラズマ処理速度を劣
化させずにチャージアップ・ダメージを防止することが
可能なプラズマ装置およびそのメンテナンス方法を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述のよう
にメッシュ・リング２０の酸洗浄によりアッシング速度
が低下した事実から、アッシング速度を低下させないた
めには中間電極の表面積を減ずることが有効であると考
えた。この予測は、試みにメッシュ・リング２０を紙や
すりで研磨して表面に細かい傷を付けた場合に同様にア
ッシング速度が低下した事実からも、支持されている。

【００１１】すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、
プラズマ生成部と該プラズマ生成部で生成したプラズマ
を用いて基板に所定の処理を施す処理部とが、貫通孔を
配した導電性金属箔からなる中間電極を介して隣接配置
されてなるものである。

【００１２】このプラズマ処理装置は、実用的にはアッ
シングまたはエッチングのいずれかに用いられる。前記
導電性金属箔としては、荷電粒子をトラップする必要か
ら導電性が高く、また穿孔等の加工が比較的容易で、か
つ重金属汚染を防止できるとの観点から、Ａｌ箔が特に
適している。この導電性金属箔は、繰り返し使用して
も、使い捨てとしても、いずれでも構わない。

【００１３】また、本発明のプラズマ処理装置のメンテ
ナンス時には、導電性金属箔は酸洗浄によらず、有機溶
媒を用いた超音波洗浄により洗浄する。この洗浄は、新
しい導電性金属箔を設置する前の洗浄であっても、ある
いは使用済みの導電性金属箔を再生使用する場合の洗浄
であっても良い。また、有機溶媒としては、アセトン、
メタノール、イソプロパノール等、乾燥が早く、導電性
金属箔を腐食しないものを適宜選択して使用することが
できる。

【００１４】さらに、この有機溶媒を用いた超音波洗浄
の後に純水洗浄を行っても構わない。

【００１５】

【作用】本発明のプラズマ処理装置では、従来のＡｌ板
からなるメッシュ・リングに替えて、これよりはるかに
厚さの薄いＡｌ箔を用いているので、従来に比べてまず
中間電極自身の表面積を減少させることが可能となる。
つまり、中間電極の表面におけるラジカル消費量を低減
させ、プラズマ処理速度を低下を防ぐことができる。こ
れを、図３および図５を参照しながら説明する。

【００１６】図３は本発明において中間電極として用い
られるＡｌ箔１４の中性粒子供給孔１６の近傍、図５
は、先の図４に示した従来のＡｌ板２１の中性粒子供給
孔２３の近傍をそれぞれ拡大して示す模式的断面図であ
る。いずれも中間電極の上側にプラズマＰ（ここでは、
酸素プラズマ）が生成し、この中の荷電粒子（ここで
は、酸素イオンＯ₂ ⁺，Ｏ⁺）をトラップし、中性粒子
（ここでは、酸素ラジカルＯ^*）のみを中性粒子供給孔
１６，２３を通じて下側へ引き出す仕組みとなってい
る。しかし、Ａｌ板２１では中性粒子供給孔２３の内壁
面積が大きく、Ｏ^*がここに入射して消費される確率が
高いのに対し、Ａｌ箔１４では中性粒子供給孔１６の直
径が同じでもその内壁面積が小さいので、その確率は低
い。したがって、中性粒子供給孔の直径と数とを単純に
同じとして比較した場合、Ａｌ板２１よりもＡｌ箔１４
の方が下側へより多くの中性粒子を通過させることがで
き、プラズマ処理速度を高めることができる。

【００１７】しかも、本発明ではメンテナンス時にＡｌ
箔１４の酸洗浄を行わないので、Ａｌ箔１４自身の表面
積が不必要に増大することがなく、中性粒子の消費量を
最小限に抑えることができる。酸洗浄の除去対象であっ
た重金属は、有機溶媒を用いた超音波洗浄によっても同
等に除去することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００１９】実施例１本実施例では、中間電極の構成材料としてＡｌ箔を用い
たマイクロ波プラズマ装置について説明する。上記マイ
クロ波プラズマ装置の概略的な構成を図１に示す。この
装置は、プラズマ生成部、処理部、およびこれら両者を
隔てる中間電極１０とに大別される。

【００２０】上記プラズマ生成部では、マグネトロン１
から発生したマイクロ波（μ）が導波管２を通じて石英
ベルジャー３へ導かれ、ここでガス導入管６を通じて矢
印Ａ方向から供給されるプロセス・ガスが励起され、プ
ラズマＰが生成される。上記処理部では、上記石英ベル
ジャー３へ接続されかつ排気孔５を通じて矢印Ｂ方向に
高真空排気される処理チャンバ４内にウェハ・ステージ
７が設置され、この上にプラズマＰに対面するごとくウ
ェハＷが載置され、エッチングもしくはアッシングが行
われる。

【００２１】さらに、上記プラズマ生成部と処理部との
間には、中間電極１０が介在されている。この中間電極
１０の詳細な構成を図２に示す。図２中、（ａ）は分解
斜視図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。すなわち、
上記中間電極１０は、一対の円形のＡｌリング１１ａ，
１１ｂでこれらとほぼ等しい直径を有する円形のＡｌ箔
１４を挾持したものである。Ａｌ箔１４には、プラズマ
Ｐ中の中性粒子を通過させるための中性粒子供給孔１６
が規則的に配列されている。Ａｌリング１１ａ、Ａｌ箔
１４，およびＡｌリング１１ｂの周辺部には、互いに対
応する位置にそれぞれネジ孔１２ａ，１５，１２ｂが穿
設され、これらのネジ孔に共通のネジ１３を順次貫通さ
せて前記処理チャンバ４の側壁面の適当な治具に一括的
に螺合されるようになされている。

【００２２】かかる構成を有する中間電極１０は、処理
チャンバ４の壁面を通じて接地されているため、Ａｌ箔
１４の表面でプラズマＰ中の荷電粒子をトラップし、か
つマイクロ波μを遮断することができる。一方、その中
性粒子供給孔１６からは、高真空排気流に乗せて中性粒
子を効率良く処理チャンバ４側へ引き出すことができ
る。これは、図３を参照しながら前述したように、中性
粒子供給孔１６の内壁面積が小さいために、内壁面上で
中性粒子が消費される確率が小さいからである。

【００２３】このマイクロ波プラズマ処理装置を用いて
ウェハＷ上のレジスト・パターンをアッシングしたとこ
ろ、従来のＡｌ板からなるメッシュ・リングを中間電極
として用いた場合に比べ、著しくアッシング速度を向上
させることができた。

【００２４】実施例２本実施例では、上記中間電極１０の設置前に、メタノー
ルを用いたＡｌ箔１４の超音波洗浄を行った。すなわ
ち、Ａｌ箔１４のネジ孔１５および中性粒子供給孔１６
の穿孔加工を終了した後、このＡｌ箔１４をメタノール
中および純水中で順次超音波洗浄し、乾燥後、一対のＡ
ｌリング１１ａ，１１ｂ間に装着して中間電極１０を構
成し、上記マイクロ波プラズマ装置に設置した。

【００２５】比較のために、穿孔加工後、従来どおり希
硫酸を用いて酸洗浄を行い、しかる後にイソプロパノー
ルを用いて拭き取りを行ったＡｌ箔１４を用意し、同様
にＡｌリング１１ａ，１１ｂ間に装着して中間電極を構
成し、上記マイクロ波プラズマ装置に設置した。

【００２６】これら両中間電極のＡｌ箔を比較すると、
まずメタノールによる超音波洗浄を行ったものについて
は、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡により平面な表
面が表面が観察された。また、このＡｌ箔１４を用いた
中間電極１０を上記マイクロ波プラズマ装置に設置して
エッチングまたはアッシングを行った場合には、高い処
理速度が達成された。

【００２７】なお、このＡｌ箔１４についてオージェ電
子分光法により表面付近の深さ方向分析を行ったとこ
ろ、検出された不純物は１％以下であり、これらは主と
してＡｌ箔１４に元来含まれているＦｅやＣｕであるこ
とがわかった。つまり、穿孔加工時に付着した重金属不
純物は、この超音波洗浄によりほぼ除去されていること
が確認された。

【００２８】これに対し、酸洗浄を行ったＡｌ箔を用い
た中間電極では、重金属不純物は除去されているもの
の、双方の顕微鏡観察において粗面化が認められ、マイ
クロ波プラズマ装置に設置した場合のプラズマ処理速度
も低下していた。

【００２９】以上、本発明を２例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。たとえば、上述の実施例ではＡｌ箔１４を用
いた中間電極１０をマイクロ波プラズマ装置に設置した
が、ＲＦダウンフロー型のプラズマ装置に設置しても同
等の結果を得ることができる。

【００３０】また、プラズマ装置の構成、あるいは中性
粒子供給孔の形状や数といった中間電極の構成の細部は
適宜変更可能である。たとえば、上述のＡｌリング１１
ａ，１１ｂを平板状ではなく直径方向に段差を持つ形状
とし、ウェハＷと中間電極１０との間の距離を変更して
も良い。この場合、一般に二者間の距離を狭めるほどプ
ラズマ処理速度を上昇させることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では荷電粒子のトラップに用いられる中間電極による
中性粒子の消費量を低減することができるので、プラズ
マ処理速度の低下を防止することができる。また、中間
電極の主要部分をＡｌ箔にて構成することができるた
め、仮にこれを使い捨てとしても、コスト的に極めて有
利である。したがって、低ダメージ・エッチングもしく
は低ダメージ・アッシングの実用性を著しく高めること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用して構成したマイクロ波プラズマ
装置の概略断面図である。

【図２】上記マイクロ波プラズマ装置に設置される中間
電極の構成を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、
（ｂ）はそのＣ−Ｃ線断面図である。

【図３】Ａｌ箔を用いた本発明の中間電極の中性粒子供
給孔の近傍を示す要部拡大断面図である。

【図４】Ａｌ板を用いた従来のメッシュ・リングの構成
を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ
線断面図である。

【図５】Ａｌ板を用いた従来のメッシュ・リングの中性
粒子供給孔の近傍を示す要部拡大断面図である。

【符号の説明】

３・・・石英ベルジャー４・・・処理チャンバ１０・・・中間電極１１ａ，１１ｂ・・・Ａｌリング１４・・・Ａｌ箔１６・・・中性粒子供給孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ生成部と該プラズマ生成部で生
成したプラズマを用いて基板に所定の処理を施す処理部
とが、貫通孔を配した導電性金属箔からなる中間電極を
介して隣接配置されてなるプラズマ処理装置。
【請求項２】前記導電性金属箔がアルミニウム箔であ
ることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記所定の処理がアッシングもしくはエ
ッチングのいずれかであることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項
に記載のプラズマ処理装置の前記導電性金属箔を、有機
溶媒を用いた超音波洗浄により洗浄することを特徴とす
るプラズマ処理装置のメンテナンス方法。