JP2006339673A

JP2006339673A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2006339673A
Application number: JP2006238705A
Authority: JP
Inventors: Izuru Matsuda; 出松田; Yukihiro Maekawa; 幸弘前川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】ダストのない清浄な雰囲気での処理を実現できて微細加工デバイスの歩留りを向上できるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】真空容器１と、真空容器内を真空排気する排気手段と、真空容器内にガスを導入するガス導入手段と、被処理物を載置する電極と、真空容器１内において前記電極に対向して設けられたアンテナ５とを備えたプラズマ処理装置において、前記アンテナ５を覆うアンテナカバー２１を設け、このアンテナカバー２１はセラミックからなり、その表面に凹凸形状を有し、前記凹凸形状は、１０〜３０μｍの高低差を有する第１の凹凸形状２３と、前記第１の凹凸形状２３の表面に形成したさらに細かい１〜５μｍの高低差を有する第２の凹凸形状２４からなり、かつ、前記第１の凹凸形状２３は、１ｍｍの範囲内に１５〜３０個形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子、液晶ディスプレイパネルや太陽電池等の製造における薄膜形成工程や微細加工工程等に用いられるプラズマ処理装置に関するものである。

近年、プラズマ処理技術においては、デバイスの高機能化と処理コストの低減のために、高精度化、高速化、大面積化、低ダメージ化を実現する取り組みが盛んに行われている。

中でも、微細加工に用いられるプラズマ処理においては、デバイスの歩留り向上のために、ダストのない清浄な雰囲気での処理が要求されている。

従来のドライエッチング装置の概略構成について、図１を参照して説明する。図１において、１はドライエッチング処理を行う真空容器で、真空排気手段２が接続され、またエッチングガスを供給するガス導入手段３に接続されたガス導入口４が形成されている。真空容器１内の上部には、上部アンテナ５が配設され、プラズマ生成用の１００ＭＨｚの高周波電源６が接続されている。

真空容器１内の下部には、被処理基板７を静電吸着する基板保持台８が配設されている。基板保持台８には、電極９が配設され、プラズマ生成用の５００ｋＨｚの高周波電源１０と静電吸着用の電源１１ａ、１１ｂが接続されている。また、基板保持台８には処理終了後に被処理基板７を突き上げる突き上げ手段１２が配設され、その駆動機構１３が設けられている。

真空容器１の一側には、真空容器１内に対して被処理基板７を適宜供給・排出するための真空搬送システム１５が連通開口１４を介して接続されている。連通開口１４には、任意に開放と遮蔽を行うゲートバルブ１６が配設されている。ゲートバルブ１６には、導電性の真空シール１７が設けられており、この真空シール１７にて真空容器１からのガス漏れを遮断するだけでなく、ゲートバルブ１６と真空容器１が同電位となるように構成されている。１８は、プラズマスパッタによる上部アンテナ５の短期間での摩耗及びデポジット等の汚損によるメンテナンス時の煩雑さを低減するため設置されたアンテナカバーであり、簡単に取り外しできるように固定手段（図示せず）にて固定されている。

次に、以上の構成のドライエッチング装置の動作を説明する。まず、ゲートバルブ１６を作動することにより、真空容器１と真空搬送システム１５を連通開口１４を介して空間的に連通する。次に、真空搬送システム１５にて被処理基板７を真空容器１内に搬入し、基板保持台８に設けられた突き上げ手段１２を用いて被処理基板７を基板保持台８に設置し、静電吸着用の電源１１ａ、１１ｂにて静電吸着する。その後、ゲートバルブ１６を作動して連通開口１４を遮蔽する。

次に、ガス導入口４よりエッチングガスであるＡｒガスを２００ｃｃ／分にて導入しつつ、真空容器１内を０．５Ｐａに調圧し、高周波電源１０から基板保持台８に１ｋＷ、高周波電源６から上部アンテナ５に２ｋＷの高周波電力を印加することにより、真空容器１内にプラズマを発生させ、所望のドライエッチング処理を行う。

エッチングが終了した後、プラズマ生成用の高周波電源６、１０の作動を停止し、反応ガスの導入を停止し、真空排気手段２にて真空排気を行いながら、突き上げ手段１２で被処理基板７を基板保持台８から剥離させ、ゲートバルブ１６を作動させて連通開口１４を開放し、真空搬送システム１５にて被処理基板７を排出して所定の処理を終了する。

ところで、このようなプラズマ処理装置において、ダストの発生は特に放電空間に接触する部材が原因となる場合が顕著である。そこで、従来、放電空間に接触する部材の表面粗さを指標とし、反応生成物（以下、デポと記す）の密着性を上げ、その結果としてダストを低減するという手法が提起されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１６３１８０号公報

しかしながら、上記のようなダスト低減方法では、メンテナンス後や真空容器内の構成部材の交換後において、ダミーウエハに対して実プロセスで処理するシーズニングと呼ばれる処理を、５枚以上のダミーウエハに対して行わないと、ダストが低減しないという問題があることが本発明者の調査によって判明した。

しかるに、近年のデバイスパターンの微細化によって、ダストの対象粒径はより小さくなってきており、特に粒径０．１０〜０．３０μｍ程度のものを対象とした場合には、シーズニングがさらに必要となり、装置のダウンタイム（非稼働時間）の長大化を招いてしまうという問題がある。

その原因を検討した結果、真空容器１内の構成部材、特に石英やアルミナ等から成るセラミック系のアンテナカバー１８などの部材において、表面粗さを指標としてデポの密着性をあげるためにその表面を機械加工し、図３（ｂ）に示すように、凹凸形状Ｍを形成した場合、図３（ｃ）に示すように、幅が１μｍ以下のマイクロクラックと呼ばれる機械加工時に発生するひびｍが発生することによることが判明した。マイクロクラックｍは、強度的にも非常に脆いため、僅かな振動、ガス供給時のガス流れ、プラズマによる分子のスパッタにより剥がれて拡散する。よって、シーズニングを行うことで、マイクロクラックｍを加速度的に剥がしていることになる。これが、メンテナンス後、部材を新品に交換したときの粒径０．３μｍ以下のダストの原因となっている。

また、表面粗さを指標に制御する方法は、以下の問題がある。デポの密着度を上げるために表面積を稼ごうと考えると、成るべく凹凸を鋭利な山・谷形状としかつ凹凸の高低差を大きくしなければならない。これは、上記マイクロクラックｍによる悪影響をさらに助長することになる。

また、セラミック系の絶縁体バルクは、静電気を帯びやすく、谷の隙間にダストが付着し、従来の純水を用いたデポ除去洗浄、または同時に超音波洗浄を実施するのみでは、完全に除去できないことが判明している。

さらに、このような凹凸形状Ｍは、一般にサンドブラストにより加工されており、ミクロ的には、図３（ｂ）に示すように、のこぎりのような一定間隔・一定高低差の凹凸の繰り返しとはなっていないのが現状である。一方、表面の凹凸をなだらかな状態に形成すると、ミクロ的には、表面が平面的になるので、安定したデポの密着度が得られる程の表面積とはならない。

また、ある程度の表面積を持つように表面粗さＲａ＝２０μｍで評価したところ、シーズニングが２０枚以上必要であり、そのシーズニング処理後の表面粗さはプラズマにより化学的・物理的に平坦化されており、所望のデポ密着度に効果のあるＲａ＝２０μｍにはなっていないことが判明した。よって、実際の処理では非処理基板７が１００枚前後の連続処理で、アンテナカバー１８に堆積したデポが剥がれ落ち、メンテナンスを余儀なくされる状態であった。

また、上記特許文献１、その他に開示された従来技術は、デポを付けるプロセスに限定されるもので、デポが付着しない部位もしくはプロセスでは、有効な手法がないことも問題であった。

本発明は、上記従来の問題に鑑み、ダストのない清浄な雰囲気での処理を実現できて微細加工デバイスの歩留りを向上できるプラズマ処理装置を提供することを目的としている。

本発明のプラズマ処理装置は、真空容器と、真空容器内を真空排気する排気手段と、真空容器内にガスを導入するガス導入手段と、被処理物を載置する電極と、真空容器内において前記電極に対向して設けられたアンテナとを備えたプラズマ処理装置において、前記アンテナを覆うアンテナカバーを設け、このアンテナカバーはセラミックからなり、その表面に凹凸形状を有し、前記凹凸形状は、１０〜３０μｍの高低差を有する第１の凹凸形状と、前記第１の凹凸形状の表面に形成されたさらに細かい１〜５μｍの高低差を有する第２の凹凸形状からなり、かつ、前記第１の凹凸形状は、１ｍｍの範囲内に１５〜３０個形成されたものである。

この構成によると、セラミックからなるアンテナカバーの表面に、１０〜３０μｍの高低差を有する第１の凹凸形状が１ｍｍの範囲内に１５〜３０個形成され、さらにこの第１の凹凸形状の表面にさらに細かい１〜５μｍの高低差を有する第２の凹凸形状が形成されていることで、表面に高い密度で凹凸が存在するため、安定したデポの密着度が得られ、表面の凹凸によりデポの高い密着力が得られてデポの剥離によるダストを生じず、またマイクロクラックの剥離によるダストを生じず、ダストのない清浄な雰囲気での処理を実現できて微細加工デバイスの歩留りを向上できる。

さらに、前記第２の凹凸形状が、３０〜７０μｍの範囲内に５〜３０個形成されていると、さらに高い効果を得ることができる。

本発明のプラズマ処理装置によれば、以上のように真空容器内のアンテナカバーの表面形状を最適化することにより、アンテナカバーの表面より発生するダスト、及びデポの剥離によるダストの発生を抑制することができ、デバイスパターンの微細化によりダストの対象粒径がより小さくなっても、清浄な雰囲気での処理を確保してデバイスの歩留りを向上できるとともに装置のダウンタイムを短縮することができる。

以下、本発明のプラズマ処理装置をドライエッチング装置に適用した一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。なお、ドライエッチング装置の全体構成及びそのドライエッチング動作は、図１を参照して説明した従来例と基本的に同一であり、共通の構成要素についてはその説明を援用して説明を省略し、以下に本発明の要部の構成についてのみ説明する。

本実施形態においては、プラズマスパッタによる上部アンテナ５の短期間での摩耗及びデポジット等の汚損によるメンテナンス時の煩雑さを低減するため、図２に詳細を示すように、上部アンテナ５を覆う石英やアルミナ等からなるセラミック製のアンテナカバー２１が、簡単に取り外しできるように固定手段（図示せず）にて固定されている。

このアンテナカバー２１には、図２（ａ）に一点鎖線で示すように、真空容器１内の放電空間に面している面２２に、図２（ｂ）に示すように、約２０μｍの高低差を持つ凹凸形状２３が１ｍｍの範囲当たり１５〜３０個程、本実施形態では２０個ほど形成され、かつその凹凸表面は、図２（ｃ）に示すように、さらに細かい１〜５μｍの高低差を持つ凹凸形状２４が形成されている。この１〜５μｍの高低差を持つ凹凸形状は３０〜７０μｍの範囲内に５〜３０個形成すると好適である。

このような凹凸形状２３、２４は、のこぎりのような一定間隔・一定高低差の凹凸の繰り返し形状で形成されている。これにより、ドライエッチング時に発生するデポの付着する面積が理想的に増大し、密着強度が増すことにより、デポが堆積して剥がれるまでの時間が増大する。この結果、メンテナンス期間が延び、装置の非稼働時間が短縮される。

また、本実施形態のアンテナカバー２１は、石英やアルミナ等のセラミック製で、その表面の凹凸形状２３、２４は、金属製の金型を構成部材の表面に押し当て、高温に加熱して形状を転写させて形成している。さらに、本実施形態では、０．５％以下の濃度のフッ酸を使用しながらバフ研磨仕上げを行って凹凸の頂点をなだらかにしている。これにより、セラミック類を機械加工したときに発生するマイクロクラックが存在せず、新品のアンテナカバー２１に交換した際にシーズニング無しでもダストが発生しない。

更に、凹凸形状２３、２４を形成する別の手段について説明する。真空容器内の構成部材は様々な形状を有しており、その形状に合わせた機械加工が必要である。しかし、その機械加工の種類により仕上がりの表面状態が異なる。すなわち、マイクロクラックの発生度合いも大いに異なるため、その影響を受けにくい手法が必要である。

そこで、機械加工後、マイクロクラックの除去が必要な範囲、及び凹凸形状２３、２４の必要な範囲に、粒径１００μｍ以下のアルミナを用いたブラスト処理を行い、機械加工の種類により異なる表面状態を均一化するとともにその表面粗さをＲmax ５〜１５μｍとした。その後、１０％以上の濃度のフッ酸を使用した表面処理を実施することにより、所望する表面状態とすることが可能である。

以上の構成のアンテナカバー２１を用いることで、被処理基板７を５００枚以上メンテナンス無しで連続処理できるようになった。

さらに、メンテナンス時、若しくは真空容器１内の構成部材を新品と交換する際、付着したデポやダスト等を除去するための洗浄において、最終仕上げの工程前に、静電気を除去する洗浄工程を行い、静電気により固着しているダストを除去し、最後に純水洗浄、乾燥した後、装置に組み付けることにより、メンテナンス後のダストの発生が抑制され、シーズニングなしでスムーズに装置を通常生産状態に移行できる。

以上のように、本実施形態によれば、粒径０．１０μｍ以上のダストにおいても、真空容器１の内部の構成部材より発生するダストおよびデポの剥離によるダストの発生を抑制することにより、ダストのない清浄な雰囲気での処理と装置のダウンタイム（非稼働時間）を短縮することができる。

以上の実施形態における、以下の５つの技術手段、すなわち
（１）真空容器内のアンテナカバーにおいて、所定幅の範囲内に所定の高低差をもつ凹凸形状が形成され、かつその凹凸表面にさらに細かい高低差をもつ凹凸形状が形成されている
（２）真空容器内のアンテナカバーの表面形状を作成する際、金型を用意し、その金型を真空容器内の構成部材表面に押し当て高温に加熱し形状を転写させる
（３）真空容器内のアンテナカバーの表面形状を作成する際、凹凸の頂点がなだらかな形状を作成するために３％以下の濃度のフッ酸を使用しながらバフ研磨する
（４）真空容器内のアンテナカバーの表面形状を作成する際、所要範囲内に所定の高低差を持つ凹凸形状を形成し、かつその凹凸形状の表面にさらに細かい凹凸形状を形成するために、まずブラスト処理を行い、その後１０％以上の濃度のフッ酸を使用して表面処理する
（５）真空容器内の構成部材の洗浄を行う際、静電気を除去する洗浄工程を含み、静電気により固着しているダストを除去する
の５つの技術手段については、それぞれ単独で実施しても十分な効果が得られることが確認されている。

例えば、（２）の金型の転写の代わりに、従来の機械加工により凹凸を形成後、極めて細かい粉体によりサンドブラストを行い、（３）のフッ酸＋バフ研磨にてマイクロクラックを除去する方法においても、同等の効果を生み出す表面形状となるように条件出しをすることもできる。勿論、上記４つの技術手段を同時に実施することがより好ましいのは言うまでもない。

また、上記実施形態においては、ドライエッチング装置を例にとって説明したが、本発明はプラズマＣＶＤ装置やスパッタリング装置やアッシング装置に対しても適用することができる。

本発明は、真空容器内のアンテナカバーの表面形状を最適化することにより、アンテナカバーの表面より発生するダスト、及びデポの剥離によるダストの発生を抑制することができ、デバイスパターンの微細化によりダストの対象粒径がより小さくなっても、清浄な雰囲気での処理を確保してデバイスの歩留りを向上できるとともに装置のダウンタイムを短縮することができるため、特に微細加工デバイスをプラズマ処理するプラズマ処理装置に有用である。

本発明のプラズマ処理装置を適用したドライエッチング装置の一実施形態の概略構成を示す縦断面図である。同実施形態における真空容器内のアンテナカバーを示し、（ａ）は配設状態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大詳細図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部拡大詳細図である。従来例における真空容器内のアンテナカバーを示し、（ａ）は配設状態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大詳細図、（ｃ）は（ｂ）のＤ部拡大詳細図である。

符号の説明

１真空容器
２真空廃棄手段
３ガス導入手段
５上部アンテナ
７被処理基板
８基板保持台
９電極
２１アンテナカバー
２３凹凸形状（第１の凹凸形状）
２４凹凸形状（第２の凹凸形状）

Claims

真空容器と、真空容器内を真空排気する排気手段と、真空容器内にガスを導入するガス導入手段と、被処理物を載置する電極と、真空容器内において前記電極に対向して設けられたアンテナとを備えたプラズマ処理装置において、
前記アンテナを覆うアンテナカバーを設け、このアンテナカバーはセラミックからなり、その表面に凹凸形状を有し、前記凹凸形状は、１０〜３０μｍの高低差を有する第１の凹凸形状と、前記第１の凹凸形状の表面に形成されたさらに細かい１〜５μｍの高低差を有する第２の凹凸形状からなり、かつ、前記第１の凹凸形状は、１ｍｍの範囲内に１５〜３０個形成された
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記第２の凹凸形状は、３０〜７０μｍの範囲内に５〜３０個形成された請求項１記載のプラズマ処理装置。