JP2003142463A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空容器内に発生させたプラズマを用いて基
板に処理を行うプラズマ処理装置において、メンテナン
スを容易にし、製品価格の上昇を招くおそれを少なくす
る。 【解決手段】 互いに連続したプラズマ発生室および処
理室を持つ真空容器と、基板よりも大きい基板保持面を
持ち処理室内に基板を保持する基板保持台と、基板保持
面に載せた基板の外周を囲み基板保持面を保護するマス
クリングとを備え、マスクリングの加工時に少なくとも
上面に形成される破砕層が化学処理により除去されてい
ることを特徴とする。化学処理はマスクリング表面をＨ
Ｆ水溶液で洗浄する処理とすることができる。化学処理
の結果マスクリング表面の破砕層を完全に除去してもよ
いが、一定の厚さ以下、例えば３０μｍ以下、好ましく
は２０μｍ以下の厚さで残っていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プラズマを用いて基
板などにエッチングなどの処理を施すためのプラズマ処
理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より真空容器内に発生させたプラズ
マを用いて、基板（ウェハなど）にエッチング処理や、
アッシング処理や、薄膜形成処理などを行う方法が広く
知られている。

【０００３】エッチングでは、プラズマ発生室でガスを
プラズマ化し、処理対象である基板（やウェハ）の保持
台に放電用の高周波電圧を印加することによりイオンを
基板表面に衝突させたり（スパッタ）、基板表面と化学
反応させてエッチングする（ドライエッチング）。

【０００４】アッシングでは、基板表面のレジストを反
応ガスと反応させて気体にし、排気することによってレ
ジストを除去する。薄膜形成処理では、例えば反応ガス
をプラズマ化して基板に導き、基板表面に生成物を堆積
させる（プラズマＣＶＤなど）。

【０００５】このようなエッチングやアッシングや成膜
の処理などにおいては、基板だけでなくその周囲にも処
理による影響が及ぶことになる。例えば基板を保持する
基板保持台の周囲にプラズマやガスがまわり込み、基板
周囲の基板保持台上面がプラズマによりエッチングされ
たり、反応ガスにより堆積物が付いたり、腐蝕が発生し
たりすることがある。

【０００６】そこで従来より、基板保持台の表面を保護
するために、基板の外周を囲むマスクリングをこの基板
保持台に載せておくことが行われている。すなわち基板
とこれを囲むマスクリングで基板保持台の上面を覆うも
のである。ここにマスクリングは絶縁材で作られる。例
えばプラズマ雰囲気下での使用に耐え得る材料である石
英板で作られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの石英板で作
ったマスクリングは、プラズマエッチングの際に基板と
共にエッチングされてしまい、マスクリング自身がパー
ティクル（微粒子、ダスト）発生源となっていることが
解った。このパーティクルは基板表面に付着して製品歩
留まりを低下させる原因となるものである。

【０００８】この発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、メンテナンスが容易であり、製品価格の上
昇を招くおそれが少ないプラズマ処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【発明の構成】発明者は、マスクリングがパーティクル
発生源になるのは、マスクリングの加工時に形成される
のが避けられないマスクリングの表面の微細な破砕層
が、プラズマの強い反応性によってエッチングされてし
まうことに起因することを知った。すなわち表面が荒れ
て粗面化するものである。

【００１０】ここに表面の破砕層とは、加工時の切削、
研磨などにより発生してしまう結晶の歪みや欠陥などが
多く存在する層である。この破砕層には微小な傷などが
入り易く結晶同志の結合も不安定であるから、プラズマ
の強い反応性によって容易に削られパーティクルとなる
ものである。この破砕層は厚さ５０μｍ以上になるとパ
ーティクルを多量に発生させるが、３０μｍ以下になる
と発生パーティクル数が著しく少なくなることを知っ
た。そこで発明者は、マスクリング表面の厚さ５０μｍ
以上の破砕層をＨＦ水溶液などで除去することにより平
滑化し、エッチングに対して強い層にするという着想を
得たものである。

【００１１】この発明によればこの目的は、真空容器内
に発生させたプラズマを用いて基板に処理を行うプラズ
マ処理装置において、互いに連続したプラズマ発生室お
よび処理室を持つ真空容器と、前記基板よりも大きい基
板保持面を持ち前記処理室内に前記基板を保持する基板
保持台と、基板保持面に載せた基板の外周を囲み基板保
持面を保護するマスクリングとを備え、前記マスクリン
グの加工時に少なくとも上面に形成される破砕層が化学
処理により除去されていることを特徴とするプラズマ処
理装置、により達成される。

【００１２】化学処理はマスクリング表面をＨＦ水溶液
で洗浄する処理とすることができる。化学処理の結果マ
スクリング表面の破砕層を完全に除去してもよいが、一
定の厚さ以下、例えば３０μｍ以下、好ましくは２０μ
ｍ以下の厚さで残っていてもよい。

【００１３】また発明者は、プラズマイオンは基板に印
加される高周波電圧により基板に導かれるから、マスク
リングの表面に誘起される電荷を少なくすることにより
マスクリングの損傷を減らし表面の粗面化を防止できる
という着想を得た。

【００１４】この着想に基づいて同じ目的は、真空容器
内に発生させたプラズマを用いて基板に処理を行うプラ
ズマ処理装置において、互いに連続したプラズマ発生室
および処理室を持つ真空容器と、前記基板よりも大きい
基板保持面を持ち前記処理室内に前記基板を保持する基
板保持台と、基板保持面に載せた基板の外周を囲み基板
保持面を保護するマスクリングとを備え、前記マスクリ
ングの単位面積当たりの静電容量を前記基板の単位面積
当たりの静電容量よりも小さく設定したことを特徴とす
るプラズマ処理装置、により達成される。

【００１５】例えば基板を、厚さ０．８mm、直径２００
mmのシリコンウェハとし、マスクリング外径を直径３６
０mmとした場合には、このマスクリングの静電容量は
４．５×１０^-13（Ｆ）以下にするのがよい。この時の
マスクリングの単位面積当たりの静電容量は６．４×１
０^-16（Ｆ）である。このとき、石英のマスクリングで
は厚さをほぼ８mm以上にすれば、この条件を満たすもの
となる。この発明はプラズマエッチング装置に適用する
場合に効果が顕著である。

【００１６】

【実施態様】図１は本発明の一実施態様であるプラズマ
エッチング装置の概念図、図２はマスクリングの断面図
であり、図２の（Ａ）は処理前を、同（Ｂ）は処理後を
示す。また図３はマスクリングの厚さ変化による表面の
誘起電荷量の変化を示す概念図、図４は本発明による効
果を説明する図である。

【００１７】図１に示す実施態様は、高密度プラズマ発
生源を有するプラズマエッチング装置であり、真空容器
１０の上部にプラズマ発生室１２を、下部に処理室１４
を有する。プラズマ発生室１２は、ヘリコン波プラズマ
源、誘導結合プラズマ（Inductive Coupled Plasma、Ｉ
ＣＰ）源、マイクロ波放電プラズマ源、電子サイクロト
ロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance、ＥＣＲ）プ
ラズマ源など、種々の方式のものが使用できる。

【００１８】１６はヘリコン波プラズマ源やＩＰＣプラ
ズマ源などで用いるプラズマ生成用高周波電源（ＲＦ電
源）である。なおマイクロ波放電プラズマ源やＥＣＲプ
ラズマ源では、マイクロ波が導波管によりプラズマ発生
室１２に導かれる。１８は反応ガス供給源、２０はこの
反応ガス供給源１８からプラズマ発生室１２に導入する
ガス量を制御するガス流量制御弁である。反応ガスとし
ては、エッチング装置においては、通常ＣＦ₄などのＦ
系添加ガスが用いられる。

【００１９】２２はドライポンプであり、排気弁２４を
通して真空容器１０内を排気する。すなわち処理室１４
の下方から排気する。２６は基板保持台であり、その上
面の高さは処理室１４内で上下動可能である。基板保持
台２６の上面には半導体ウェハなどの基板２８と、マス
クリング３０とが載せられ、これらが保持されている。

【００２０】基板保持台２６の上面である基板保持面２
６ａは水平な円形であり、その中央に静電チャック２６
ｂによって円形の基板２８が保持される。マスクリング
３０の外径は基板保持面２６ａとほぼ同径であり、中央
には基板２８と同径の円孔を持つ。従って基板保持面２
６ａは、基板２８とその外周を囲むマスクリング３０と
で全面が覆われている。

【００２１】基板保持台２６の上部は、電極となり、こ
の電極には放電用の高周波電源（ＲＦ電源）３２からブ
ロッキングコンデンサ３４を介して高周波電圧が供給さ
れる。

【００２２】このプラズマエッチング装置によれば、反
応ガス供給源１８から真空容器１０内に供給される反応
ガスは、プラズマ発生室１２でプラズマ化される。プラ
ズマ化され活性化したイオンは基板２８に導かれエッチ
ングを行う。すなわち基板２８の表面と反応して気体を
生成し、この生成ガスはドライポンプ２２によって排気
される。

【００２３】この時基板２８を囲むマスクリング３０の
表面もエッチングに伴い損傷を受ける。マスクリング３
０を厚さ４mmの石英板とした場合には、適宜枚数の基板
２８をエッチング処理することによりその表面に腐蝕が
発生したり微細な傷が発生し、表面が粗面化する。ＣＦ
₄などのＦ系添加ガスを用いたエッチングでは、石英や
ＳｉＯ₂などのエッチングも進み易いからである。

【００２４】図４の（ａ）は、この従来の方法でエッチ
ング処理した場合に、基板２８の上に付着する直径０．
２μｍ以上のパーティクル（汚れとなる微細粒子）の数
ｎを示す。この場合、パーティクル数ｎは１０００から
１０，０００個であった。ここに基板（ウェハ）２８の
直径は８インチ（２００mm）であり、新しいマスクリン
グ３０あるいは適宜枚数の基板をエッチング処理した後
のマスクリング３０を用いた場合に、基板２８に付着し
たパーティクル数を測定したものである。

【００２５】発明者は、この時のマスクリング３０の表
面を調べ、表面がエッチングにより粗面化していること
を知った。図２の（Ａ）は、この状態のマスクリング２
８の断面図であり、表面に約５０μｍの厚さの破砕層３
０ａができていることが解った。この破砕層３０ａが表
面の荒れ（粗面化）の原因であり、基板２８に付着する
パーティクル数ｎが増加する原因になっていると考えら
れる。

【００２６】発明者はこの破砕層３０ａを除去するた
め、このマスクリング３０をＨＦ水溶液、すなわちＨＦ
を１５％、残りを水とした液を用いて６００分間洗浄し
た。その結果図２の（Ｂ）に示すように、マスクリング
３０の表面から破砕層３０ａが除去された。

【００２７】破砕層３０ａは完全に除去してもよいし、
その一部を除去して厚さを十分に博したものが残ってい
てもよい。例えば厚さは３０μｍ以下、好ましくは２０
μｍ以下とすればよい。

【００２８】このように破砕層３０ａを除去したマスク
リング３０を用いてエッチングをしたところ、基板２８
に付着するパーティクル数ｎは、図４に（ｂ）で示すよ
うに、数１０〜１００個程度に激減した。

【００２９】一方、エッチング時に基板２８に印加する
放電用高周波電圧は、基板２８の表面に正負の電荷を交
互に誘起させる。この誘起電荷がプラズマのイオンを吸
引することによりエッチング反応が行われるものであ
る。発明者はこの表面に誘起される電荷が減ればエッチ
ングの進行が遅くなると考え、マスクリング３０の単位
面積当たりの静電容量を基板２８に比べて小さくした。

【００３０】実験の結果、厚さ０．８mm、直径２００mm
（８インチ）のシリコンウェハを基板２８とし、マスク
リング３０の外径を３６０mmとした場合には、マスクリ
ング３０の静電容量を４．５×１０^-13（Ｆ、ファラッ
ド）以下にするのがよいことが解った。マスクリング３
０の外径を３６０mmとした時にはその面積は約７．０×
１０^-2ｍ²となるから、この場合の単位面積当たりの静
電容量は６．４×１０^{- 16}（Ｆ）以下にすればよい。

【００３１】マスクリング３０を石英板とした場合に
は、その厚さを８mm以上に厚くすればこの条件を満たす
ことが解った。図３の（Ａ）はマスクリング３０を従来
の厚さ（４mm）とした場合の誘起電荷分布の概念を示
し、同図（Ｂ）は同じく厚さを２倍（８mm）とした場合
を示す。

【００３２】このようにマスクリング３０の厚さを２倍
（８mm）にした場合の効果は図４の（ｃ）に示す。すな
わち、パーティクル数ｎが１００個程度に減少すること
が解った。

【００３３】発明者はさらに、マスクリング３０の厚さ
を２倍（８mm）にし、かつその表面をＨＦ水溶液で洗浄
して、同様に基板２８に付着するパーティクル数ｎを測
定した。図４の（ｂ＋ｃ）はその結果を示し、パーティ
クル数ｎは数１０個に減ることが解った。なおＨＦ水溶
液の洗浄条件は、図４の（ｂ）の場合と同じである。

【００３４】以上の実施態様ではマスクリング３０は石
英板で作ったものであるが、本発明はこれに限られるも
のではない。例えばアルミナ、ＳｉＣなどのセラミック
スや、単結晶シリコンなどであってもよい。またこの発
明はエッチング装置だけでなく、プラズマＣＶＤなどの
薄膜生成装置などのプラズマを用いる処理装置にも適用
可能であり、これらに適用したものを包含する。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、マスクリング
の加工時に表面に形成される破砕層を化学処理によって
除去するので、マスクリングの表面から発生するパーテ
ィクル数を減らすことができる。このためメンテナンス
が簡単になり、製品歩留まりの向上が図れ、製品のコス
トダウンが可能になる。

【００３６】この場合化学処理は、ＨＦ水溶液で洗浄す
る処理とすることができる（請求項２）。化学処理の結
果マスクリングの表面に残る破砕層の厚さを３０μｍ以
下、好ましくは２０μｍ以下にすれば所期の効果が得ら
れる（請求項３）。

【００３７】請求項４の発明によれば、マスクリングの
単位面積当たりの静電容量を基板よりも小さくしたか
ら、同様な効果が得られる。

【００３８】ここに用いるマスクリングは石英板とする
ことができ（請求項３）、この場合基板を厚さ０．８mm
のシリコンウェハとして、マスクリングの単位面積当た
りの静電容量を６．４×１０^-10（Ｆ）以下とすればほ
ぼ前記のように基板よりも静電容量を小さくできる。同
様にマスクリングの厚さを８mm以上にしてもよい。この
装置をエッチング装置に適用する場合は、基板保持台を
電極としてここに放電用の高周波電圧を印加する（請求
項５）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様であるプラズマエッチング
装置の概念図

【図２】マスクリングの断面図

【図３】マスクリングの厚さ変化に対する表面の誘導電
荷分布の変化を説明する図

【図４】本発明の効果を説明する図

【符号の説明】

１０ 真空容器 １２ プラズマ発生室 １４ 処理室 １６ プラズマ生成用高周波電源 ２６ 基板保持台 ２８ 基板（ウェハ） ３０ マスクリング ３２ 放電用高周波電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に発生させたプラズマを用い
   て基板に処理を行うプラズマ処理装置において、 互いに連続したプラズマ発生室および処理室を持つ真空
   容器と、 前記基板よりも大きい基板保持面を持ち前記処理室内に
   前記基板を保持する基板保持台と、 基板保持面に載せた基板の外周を囲み基板保持面を保護
   するマスクリングとを備え、 前記マスクリングの加工時に少なくとも上面に形成され
   る破砕層が化学処理により除去されていることを特徴と
   するプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 化学処理はマスクリング表面をＨＦ水溶
   液で洗浄する処理である請求項１のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 破砕層の厚さは化学処理によって３０μ
   ｍ以下にされている請求項１または２のプラズマ処理装
   置。
4. 【請求項４】 真空容器内に発生させたプラズマを用い
   て基板に処理を行うプラズマ処理装置において、 互いに連続したプラズマ発生室および処理室を持つ真空
   容器と、 前記基板よりも大きい基板保持面を持ち前記処理室内に
   前記基板を保持する基板保持台と、 基板保持面に載せた基板の外周を囲み基板保持面を保護
   するマスクリングとを備え、 前記マスクリングの単位面積当たりの静電容量を前記基
   板の単位面積当たりの静電容量よりも小さく設定したこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 基板保持台は放電用高周波電源が接続さ
   れた電極であり、基板はプラズマエッチングされる請求
   項１または４のプラズマ処理装置。