JP2005142368A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型で腐蝕もないプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ処理装置は、環状をなす内側の電界印加電極11と、外側の接地電極21と、絶縁性のホルダ30と、金属製のフレーム40とを備えている。ホルダ30は、ワーク側被覆部31と、反対側の被覆部32と、内周側の被覆部33とを有している。フレームはワーク側の被覆部41と、反対側の被覆部42と、内周側被覆部43と、外周側被覆部44とを有している。外周側被覆部44は絶縁材料を介さずに電極21と対向し、軸方向に貫通する耐腐蝕樹脂製の排気チューブ83を有している。電極11,21のガス通路50を流れる処理ガスがプラズマ化されて、被覆部31の環状吹き出し口71から、ワークWの外縁部に向けて吹き出す。副生成物と処理ガスは被覆部41の環状の吸い込み口81から排気通路82,排気チューブ83を介して排気される。
【選択図】 図1
【解決手段】 プラズマ処理装置は、環状をなす内側の電界印加電極11と、外側の接地電極21と、絶縁性のホルダ30と、金属製のフレーム40とを備えている。ホルダ30は、ワーク側被覆部31と、反対側の被覆部32と、内周側の被覆部33とを有している。フレームはワーク側の被覆部41と、反対側の被覆部42と、内周側被覆部43と、外周側被覆部44とを有している。外周側被覆部44は絶縁材料を介さずに電極21と対向し、軸方向に貫通する耐腐蝕樹脂製の排気チューブ83を有している。電極11,21のガス通路50を流れる処理ガスがプラズマ化されて、被覆部31の環状吹き出し口71から、ワークWの外縁部に向けて吹き出す。副生成物と処理ガスは被覆部41の環状の吸い込み口81から排気通路82,排気チューブ83を介して排気される。
【選択図】 図1
Description
この発明は、ワークに対して環状に表面処理を行なうプラズマ処理装置に関する。
例えば、スピンコーターで原料塗布により円盤形状の半導体ウエハー(ワーク)に膜(例えばフォトレジスト)を形成する場合、半導体ウエハーを回転させながら中心部に原料液を滴下し、遠心力で上面の全域に行き渡らせる。これによって、ウエハーの上面の外縁部にまで膜が形成される。この膜を外縁部まで残しておくと、その後の工程で外縁部の把持の際にパーティクル発生の原因となる。そこで、上記成膜工程の後で除去する工程が実行される。
上記のようなウエハーの膜の外縁部を除去するために、例えば特許文献1のプラズマ処理装置が提案されている。このプラズマ処理装置は、環状をなす電極間に電界を印加して電極間を通る処理ガスをプラズマ化し、このプラズマ化された処理ガスをウエハーの外縁部に吹き付け、エッチングにより膜の外縁部を除去していた。
ところで、処理ガスおよびエッチングにより生じた副生成物膜は、滞留するとウエハーの他の領域に悪影響を起こすため、速やかに排除する必要がある。そこで、特許文献1の装置では、上述した処理ガス吹き付け手段とは別体をなして排気手段を装備している。この排気手段は、ウエハーの外周縁に近接して設けられた環状の吸い込み口を有し、この吸い込み口から上記処理ガスや副生成物を吸引排気している。
特開平8−279494号公報
しかし、上記特許文献1の装置は、プラズマ化された処理ガスを吹き付ける手段と、排気を行なう手段が、別々に装備されているため、装置が複雑かつ大型化する欠点があった。
そこで、本出願人は、上記2つの手段を1つのユニットに組み込んだプラズマ処理装置を開発した(特願2002−352847)。この装置は、環状の内側電極と、この内側電極の径方向外側に同心をなして配置された環状の外側電極と、これら電極を全周にわたって覆う絶縁性のホルダと、このホルダを全周にわたって覆う金属製フレームとを有している。この金属製フレームは電極およびホルダを収容,保持するとともに、漏電を防止する役割も担っている。
上記内側電極の外周面と外側電極の内周面との環状の隙間がガス通路として提供され、これら電極間に印加される電界により、上記ガス通路を流れる処理ガスがプラズマ化される。上記ホルダのワーク側の被覆部には、上記ガス通路に連なる環状の吹き出し口が形成されており、この吹き出し口からワークに向かって上記プラズマ化した処理ガスが吹き出す。上記フレームのワーク側の被覆部には、この吹き出し口に対応した位置において環状の吸い込み口が形成されている。また、上記ホルダおよびフレームには上記吸い込み口を吸引手段に連ねる排気通路が形成されている。そして、ワーク表面処理に伴って生成された副生成物と処理ガスは、吸い込み口から排気通路を経て吸引手段へと排気されるようになっている。
しかし、上記出願中の装置では、吸い込まれた処理ガスおよび副生成物がフレームの貫通孔からなる排気通路を通る際にその内周を腐蝕させる不都合があった。この不都合を防ぐために耐腐蝕性の金属を用いるとコスト高となってしまい、改良の余地があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、環状をなす内側電極と、この内側電極と同心をなして径方向外側に配置された環状の外側電極と、これら内側電極と外側電極をその全周にわたって覆う絶縁性のホルダと、このホルダをその全周にわたって覆う金属製のフレームとを備え、
上記内側電極の外周面と外側電極の内周面との環状の隙間がガス通路として提供され、これら電極間に印加される電界により、上記ガス通路を流れる処理ガスがプラズマ化されるようになっており、
上記ホルダのワーク側の被覆部には、上記ガス通路に連なる環状の吹き出し口が形成され、この吹き出し口からワークに向かって上記プラズマ化した処理ガスが吹き出すようになっており、
上記フレームのワーク側の被覆部には、この吹き出し口に対応した位置において環状の吸い込み口が形成され、少なくとも上記フレームには上記吸い込み口を吸引手段に連ねる排気通路が形成され、これにより、上記プラズマ化された処理ガスによるワーク表面処理に伴って生成された副生成物と処理ガスが吸い込み口から排気通路を経て吸引手段へと排気されるようになっており、
上記排気通路が、上記フレームを挿通する耐腐蝕樹脂製の排気チューブを有していることを特徴とする。
上記内側電極の外周面と外側電極の内周面との環状の隙間がガス通路として提供され、これら電極間に印加される電界により、上記ガス通路を流れる処理ガスがプラズマ化されるようになっており、
上記ホルダのワーク側の被覆部には、上記ガス通路に連なる環状の吹き出し口が形成され、この吹き出し口からワークに向かって上記プラズマ化した処理ガスが吹き出すようになっており、
上記フレームのワーク側の被覆部には、この吹き出し口に対応した位置において環状の吸い込み口が形成され、少なくとも上記フレームには上記吸い込み口を吸引手段に連ねる排気通路が形成され、これにより、上記プラズマ化された処理ガスによるワーク表面処理に伴って生成された副生成物と処理ガスが吸い込み口から排気通路を経て吸引手段へと排気されるようになっており、
上記排気通路が、上記フレームを挿通する耐腐蝕樹脂製の排気チューブを有していることを特徴とする。
上記構成によれば、処理ガスをプラズマ化して吹き出す手段と、副生成物および処理ガスを吸引して排気する手段を1つのユニットに組み込むことができるので、構成が簡単である。また、耐腐蝕樹脂製の排気チューブで金属製フレームにおける排気通路を形成しているので、低コストでフレームの腐蝕を回避することができる。
好ましくは、上記フレームは筒状をなす外周側の被覆部を有し、この外周側被覆部に、上記排気チューブが軸方向に貫通している。これによれば、排気をワークとは反対側に導くことができる。しかも、フレームの外周側の被覆部は金属製であるので比較的薄肉であっても排気チューブを貫通して排気通路を形成することができるので、装置の小径化を図ることができる。
好ましくは、上記内側電極が電界印加電極となり外側電極が接地電極となり、上記ホルダはさらに、ワークの反対側の被覆部と、上記内側電極を覆う筒状の被覆部とを有し、上記フレームはさらに、ワークの反対側の被覆部と、ホルダの筒状の被覆部を覆う筒状の内周側被覆部とを有し、上記フレームの外周側被覆部は、絶縁材料を介さずに上記外側電極と対向していることを特徴とする。これによれば、外側電極とプレームの間に絶縁材料を介在させないので、より一層装置の小径化を図ることができる。なお外側電極は接地電極であるので、漏電等の不都合が生じることはない。
好ましくは、上記フレームのワーク側被覆部は耐腐蝕性の金属からなり、この被覆部と上記ホルダのワーク側被覆部との間には隙間が形成され、この隙間が上記吸い込み口と上記排気チューブとを連ねる排気通路として提供される。これによれば、上記外周側の排気チューブと吸い込み口とを簡単な構成で連ねることができる。
本発明によれば、環状に表面処理するプラズマ処理装置の構成を簡略化することができ、しかも排気通路を形成した金属製フレームの腐蝕を低コストで回避することができる。
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図1および図2は、半導体ウェハーW(ワーク)を処理対象とする常圧プラズマエッチング装置M(プラズマ処理装置)を示す。はじめにウェハーWについて説明する。ウェハーWは、シリコンなどの半導体によって円盤形状に形成されている。ウェハーWの上面には、例えばスピンコーターによってフォトレジストなどの膜Waが形成されている。この膜Waは、ウェハーWの上面の全体を覆い、外縁にまで及んでいる。この膜Waの外縁部Wa’を残しておくと、その後の研磨工程で邪魔になったり外縁を把持する工程でパーティクル発生の原因になったりする。そこで、ウェハーWは、上記成膜工程の次に常圧プラズマエッチング装置へ送られ、外縁部Wa’のエッチング工程に付される。
図1および図2に示すように、常圧プラズマエッチング装置Mは、平面視環状のノズルヘッド1と、パルス電源60(電界印加手段)と、処理ガス源70と、吸引ポンプ80(吸引手段)と、冷媒源90(温調媒体源)と、を備えている。ノズルヘッド1は、内側電極構造10と、外側電極構造20と、これら電極構造10,20を覆う絶縁性のホルダ30と、このホルダ30を覆う金属製(導電性)のフレーム40とを備えている。これら構成要素10,20,30,40は全て環状をなしている。
内側電極構造10は、環状の電極11(内側電極)と、この電極11の径方向内側に同心をなして配置された環状の金属製の通路形成部材15を備えており、両者の間に媒体通路17が形成されている。外側電極構造20は、内側電極構造10より大径をなし、その径方向外側に同心をなして配置されている。外側電極構造20も環状の電極21(外側電極)と、この電極21の径方向内側に同心をなして配置された環状の金属製の通路形成部材25を備えており、両者の間に媒体通路27が形成されている。電極21の内周面と電極11の外周面との間には環状の隙間50が形成されている。この隙間50は処理ガスのためのガス通路となる。なお、電極11の外周面と電極21の内周面には、それぞれ固体誘電体が溶射にて被膜されている。
上記ホルダ30は、略水平をなす底板31(ワーク側の被覆部)と、略水平をなす天板32(ワークの反対側の被覆部)と、それらの内周部間に挟まれた筒33(筒状の被覆部)と、環状のリング部材34とを有している。これら部材は例えばポリテトラフルオロエチレン(耐腐蝕性樹脂)等の絶縁材料からなる。リング部材34は、電極11,21の上端面と通路形成部材15,25の段差により形成された空間に嵌っている。底板31と天板32とで電極構造10,20およびリング部材34を挟んでいる。筒33は内側電極構造10の通路形成部材15の内周に接してこれを支持している。底板31は外側と内側に分割されている。
上記ホルダ30を囲んで支持するフレーム40は、略水平をなす底板41(ワーク側被覆部)と、略水平をなす天板42(ワークの反対側の被覆部)と、それらの間に挟まれてボルト等で連結された内筒43(筒状をなす内周側の被覆部)および外筒44(筒状をなす外周側の被覆部)とを有している。これら部材41〜44はアルミ,ステンレス等の金属からなる。底板41はホルダ30の底板31を放射状に等間隔に配置されたスペーサ49を介して押さえている。天板42はホルダ30の天板32を押さえている。内筒43は、ホルダ30の筒33および天板32の内周を押さえている。外筒44は、電極21,通路形成部材25,天板32の外周に接し、これを押さえている。外筒44と電極21との間には、絶縁材料からなる部材が介在されていない。天板42は図示しない架台に固定されており、これによりノズルヘッド1が支持されている。なお、底板41は耐腐食性金属(例えば商品名ハステロイ)からなり、内側と外側に分割されており、その下面には絶縁材料からなる薄いプレート45がそれぞれ取り付けられている。
図2に示すように、フレーム40の天板42には、絶縁筒61を介して接続端子62が貫通して設けられており、この接続端子62の下端は通路形成部材15の上端に接続されている。接続端子62には給電線63を介してパルス電源60が接続されている。これにより、電極11がパルス電源60に接続されて電界印加電極(ホット電極)となる。また、電極21は通路形成部材25およびフレーム40を介して接地されており、これにより接地電極(アース電極)となっている。
図1に示すように、底板31の外側と内側に分割された部材間には、環状の吹き出し口71が形成されている。この吹き出し口71の上端は電極11,21間のガス通路50に連なり、その下端は底板31の下面に形成された山形の環状凸部31aで開口している。他方、フレーム40の天板42には周方向に等間隔をおいて複数の継手72が取り付けられている。継手72は天板32,42およびリング部材34に形成された孔73(供給通路)およびリング部材34に形成された環状のスリット74(供給通路)を介して電極11,21間のガス通路50の上端に連なっている。この継手72には供給管75を介して処理ガス源70が接続されている。処理ガス源70には、エッチング用ガスとして例えばCF4が貯えられている。
図3に最も良く示されているように、上記底板41の内側と外側に分割された部材間には、上記環状凸部31aの斜面に対応したテーパをなす環状の吸い込み口81が形成されている。この吸い込み口81は、前述した吹き出し口71の真下に位置してこれより幅広をなしており、底板31,41間の隙間からなる排気通路82に連なっている。また、フレーム40の外筒44には周方向に等間隔をおいて複数のポリテトラフルオロエチレン等の耐腐蝕性樹脂からなる排気チューブ83(排気通路)が貫通している。これら排気チューブ83の下端は底板31に形成された貫通孔84を介して上記排気通路82に連なっている。この排気チューブ83の上端部は天板42に設置された継手85に挿入接続されている。
また、ホルダ30の筒33および天板32には、周方向に等間隔をおいて複数のポリテトラフルオロエチレン等の耐腐蝕性樹脂からなる排気チューブ86(排気通路)が貫通している。これら排気チューブ86の下端は底板31に形成された貫通孔87を介して上記排気通路82に連なっている。この排気チューブ86の上端部は天板42に設置された継手88に挿入接続されている。上記継手85,88は、耐腐蝕製樹脂からなる吸引管89を介して吸引ポンプ80に接続されている。
上記天板42には入口側継手91と出口側継手92が取り付けられている。入口側継手91は冷媒供給管93を介して冷媒源90(温調媒体源)に接続されている。冷媒(温調媒体)としては例えば水が用いられ、冷媒源90は給水ポンプからなる。入口側継手91は天板42,32および通路形成部材15に形成された貫通孔94を介して内側電極構造10の媒体通路17に連なっている。また、出口側継手92には排水チューブ95が接続されている。出口側継手92は、天板42,32および通路形成部材25に形成された貫通孔96を介して外側電極構造20の媒体通路27に連なっている。さらに天板42には、上記継手91,92とほぼ180°離れた位置において、2つの中継継手(図示しない)が取り付けられている。これら中継継手同士は中継チューブ(図示しない)により接続されている。これら中継継手は、上記継手91,92と同様にして、内側電極構造10の媒体通路17と外側電極構造20の媒体通路27にそれぞれ連なっている。
上記のように構成された常圧プラズマエッチング装置Mの動作を説明する。ノズルヘッド1の下方に処理対象のウェハーWをセットする。このとき、ノズルヘッド1の中心軸線とウェハーWの中心が一致するようにする。これによって、環状吹き出し口71の真下に、ウェハーWの外縁部が位置されることになる。
次に、処理ガス源70からの処理ガスを、供給管75,継手72,孔73,環状スリット74を介してガス通路50(環状プラズマ化空間)の全周に均一に導入する。併行して、パルス電源60からパルス電圧を所定周波数で出力する。このパルス電圧は、給電線63,接続端子62および通路形成部材15を介して電極11に印加される。これにより、電極11,21間のガス通路50にパルス電界が形成され、この電界によってガス通路10aを通る処理ガスをプラズマ化することができる。このプラズマ化された処理ガスが、環状吹き出し口71の全周から吹出され、ウェハーWの外縁の全周に吹き付けられる。これによって、ウェハーWの膜Waの外縁部Wa’を全周にわたって一度にエッチングすることができる。
上記処理ガスの吹き出しと同時に吸引ポンプ80を駆動する。これによって上記吹き出し流を囲むようにしてその直近に上向きの吸い込み流が形成され、処理ガスやエッチングにより生じた副生成物が、ウエハーWに沿って外縁部Wa’より内側に流れるのを防止でき、処理対象外の膜Waを保護することができる。エッチング後の処理ガスや副生成物は、吸い込み口81に吸い込まれ、排気通路82,排気チューブ83,86,吸引チューブ89を経て排気される。
また、冷媒源90の冷媒を供給管93,入口側継手91,貫通孔94を経て内側電極構造10の媒体通路17に送り込む。この冷媒は2手に分かれて媒体通路17内を流れ、ほぼ180°離れた中継継手および中継チューブを経て外側電極構造20の媒体通路27に流れ込み、さらに2手に分かれて媒体通路27を流れ、最後に貫通孔96,出口側継手92を経、排水チューブ95から排出される。上記のように、媒体通路17,27内を流れる過程で、放電により発熱した電極11,21を冷却し、所定の温度範囲になるように調節する。
上記処理ガスおよび副生成物は、金属を腐蝕させる性質を有するが、排気通路82を形成する金属製の底板41は、耐腐蝕性の金属からなるので、腐蝕を免れる。また、外筒部44の排気通路は耐腐蝕樹脂製の排気チューブ83により形成されているので、外筒部44の腐蝕も回避することができる。外筒部44の排気通路は軸方向に延びる貫通孔に排気チューブ83を挿通させるだけであるから、低コストで耐腐蝕性を得ることができる。
本実施形態では、接続端子61,継手72,85,88,91,92をフレーム40の天板42に設置しており、電源80,処理ガス源70,吸引ポンプ80,冷媒源90への接続構造を簡略化することができる。
また、上記フレーム40の外筒44と外側電極構造20との間には絶縁材料からなる構成部材(ホルダ30の外筒に相当する部材)が介在されていないので、ヘッド1の外径を小さくすることができる。上記のように継手85が天板42にあるので、外周側の排気通路を外筒44に形成することを余儀なくされるが、上記のように排気チューブ83を用いることにより不都合は生じない。
また、上記フレーム40の外筒44と外側電極構造20との間には絶縁材料からなる構成部材(ホルダ30の外筒に相当する部材)が介在されていないので、ヘッド1の外径を小さくすることができる。上記のように継手85が天板42にあるので、外周側の排気通路を外筒44に形成することを余儀なくされるが、上記のように排気チューブ83を用いることにより不都合は生じない。
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の形態を採用可能である。例えば、本発明は、エッチングに限られず、洗浄や成膜などの他のプラズマ表面処理にも適用できる。また、常圧下に限らず、減圧下でのプラズマ表面処理にも適用できる。
11 内側構造(電界印加電極)
21 外側電極(接地電極)
30 ホルダ
31 底板(ワーク側被覆部)
32 天板(ワークの反対側の被覆部)
33 筒(筒状の被覆部)
40 フレーム
41 底板(ワーク側被覆部)
42 天板(ワークの反対側の被覆部)
43 内筒(筒状の内周側被覆部)
44 外筒(筒状の外周側被覆部)
50 ガス通路
71 吹き出し口
81 吸い込み口
82 排気通路
83 排気チューブ(排気通路)
80 吸引ポンプ(吸引手段)
21 外側電極(接地電極)
30 ホルダ
31 底板(ワーク側被覆部)
32 天板(ワークの反対側の被覆部)
33 筒(筒状の被覆部)
40 フレーム
41 底板(ワーク側被覆部)
42 天板(ワークの反対側の被覆部)
43 内筒(筒状の内周側被覆部)
44 外筒(筒状の外周側被覆部)
50 ガス通路
71 吹き出し口
81 吸い込み口
82 排気通路
83 排気チューブ(排気通路)
80 吸引ポンプ(吸引手段)
Claims (4)
- 環状をなす内側電極と、この内側電極と同心をなして径方向外側に配置された環状の外側電極と、これら内側電極と外側電極をその全周にわたって覆う絶縁性のホルダと、このホルダをその全周にわたって覆う金属製のフレームとを備え、
上記内側電極の外周面と外側電極の内周面との環状の隙間がガス通路として提供され、これら電極間に印加される電界により、上記ガス通路を流れる処理ガスがプラズマ化されるようになっており、
上記ホルダのワーク側の被覆部には、上記ガス通路に連なる環状の吹き出し口が形成され、この吹き出し口からワークに向かって上記プラズマ化した処理ガスが吹き出すようになっており、
上記フレームのワーク側の被覆部には、この吹き出し口に対応した位置において環状の吸い込み口が形成され、少なくとも上記フレームには上記吸い込み口を吸引手段に連ねる排気通路が形成され、これにより、上記プラズマ化された処理ガスによるワーク表面処理に伴って生成された副生成物と処理ガスが吸い込み口から排気通路を経て吸引手段へと排気されるようになっており、
上記排気通路が、上記フレームを挿通する耐腐蝕樹脂製の排気チューブを有していることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 上記フレームは筒状をなす外周側の被覆部を有し、この外周側被覆部に、上記排気チューブが軸方向に貫通していることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 上記内側電極が電界印加電極となり外側電極が接地電極となり、上記ホルダはさらに、ワークの反対側の被覆部と、上記内側電極を覆う筒状の被覆部とを有し、上記フレームはさらに、ワークの反対側の被覆部と、ホルダの筒状の被覆部を覆う筒状の内周側被覆部とを有し、上記フレームの外周側被覆部は、絶縁材料を介さずに上記外側電極と対向していることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。
- 上記フレームのワーク側被覆部は耐腐蝕性の金属からなり、この被覆部と上記ホルダのワーク側被覆部との間には隙間が形成され、この隙間が上記吸い込み口と上記排気チューブとを連ねる排気通路として提供されることを特徴とする請求項2または3に記載のプラズマ処理装置。
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