JP5253237B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
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また、本発明の他の一態様によれば、被処理物に形成された不要物の除去と、プラズマ処理とを行うプラズマ処理装置において、被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、前記処理容器内を減圧する減圧手段と、前記被処理物を収容する空間と連通しプラズマを発生させる空間を有するプラズマ発生室と、前記プラズマを発生させる空間に電磁波を作用させてプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマを発生させる空間にプロセスガスを供給するガス供給手段と、除去液蒸気を、前記被処理物を収容する空間に供給する除去液蒸気供給手段と、前記除去液蒸気の凝縮する温度以下となるように前記被処理物の温度を制御する第1の温度制御手段と、前記除去液蒸気の凝縮する温度以上となるように前記処理容器の壁面温度を制御する第2の温度制御手段と、を備え、前記除去液蒸気により、前記被処理物上に付着した前記不要物の除去と、前記プラズマにより、前記不要物を除去した後の前記被処理物に対するエッチング処理を前記処理容器内にて行うことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
図1は、第1の実施形態に係るプラズマ処理装置を例示するための模式断面図である。 図1に例示をするプラズマ処理装置1は、一般に「CDE(Chemical Dry Etching;ケミカルドライエッチング)装置」と呼ばれるマイクロ波励起型のプラズマ処理装置である。すなわち、マイクロ波により励起させたプラズマを用いてプロセスガスからプラズマ生成物を生成し、被処理物の処理を行うプラズマ処理装置の一例である。
プラズマ発生手段2には、導入導波管10、マイクロ波発生手段5などが設けられている。プラズマ発生手段2は、プラズマPを発生させる空間に電磁波(本実施の形態においてはマイクロ波)を作用させてプラズマPを発生させる。
放電管9は管状を呈し、マイクロ波Mに対する透過率が高くエッチングされにくい材料からなる。例えば、放電管9をアルミナや石英などの誘電体からなるものとすることができる。本実施の形態においては放電管9が、被処理物Wを収容する空間と連通しプラズマPを発生させる空間を有するプラズマ発生室となる。
水蒸気供給手段31は、水蒸気を発生させるとともに発生させた水蒸気を供給する。また、除去液ガス供給手段32は除去液ガスを供給する。そして、供給された水蒸気と除去液ガスとを混合することで除去液蒸気が生成される。すなわち、水蒸気中の水に除去液ガスが溶解することで除去液蒸気が生成される。この場合、除去液ガスとしては、例えば、フッ化水素(HF)を例示することができる。また、除去液ガスをフッ化水素(HF)とした場合には、生成される除去液蒸気はフッ化水素酸(hydrofluoric acid)の蒸気となる。
また、水蒸気、除去液ガス、不活性ガスの供給量や供給タイミングなどは制御手段8により制御することができる。この場合、水蒸気、除去液ガス、不活性ガスを略同時に供給することもできるし、時系列的に供給することもできる。なお、時系列的に供給する場合には、少なくとも除去液ガスより先に水蒸気を供給することが好ましい。そのようにすれば、除去液成分の濃度が急激に上昇することを抑制することができる。
また、不活性ガス、除去液蒸気を輸送管14を介して処理容器6内に供給する場合を例示したが、これらを処理容器6内に直接供給するようにすることもできる。
なお、プラズマ処理を行う際には隔離手段40により放電管9との連通がなされ中性活性種が処理容器6内に供給される。
処理容器6の壁面や整流板17などにおいて除去液蒸気が凝縮すれば、壁面などが侵食されるおそれがある。そのため、主に被処理物Wの表面において除去液蒸気を凝縮させるようにすることが好ましい。
そこで、温度制御手段51により除去液蒸気が凝縮する温度以下となるように被処理物Wの温度を制御するようにしている。また、温度制御手段52により除去液蒸気が凝縮する温度以上となるように処理容器6の壁面温度を制御するようにしている。この場合、除去液蒸気が凝縮する温度は、予め実験などで求められた蒸気圧曲線に基づいて適宜決定するようにすればよい。なお、除去液蒸気の凝縮は、大気圧下のみならず減圧下、加圧下で行うこともできる。
まず、図示しない搬送装置により被処理物W(例えば、ウェーハやガラス基板など)が、処理容器6内に搬入され、載置台15上に載置、保持される。
次に、処理容器6内の圧力、被処理物Wの温度、処理容器6の温度が所定の範囲となるように制御される。すなわち、蒸気圧曲線などに基づいて主に被処理物Wの表面において除去液蒸気が凝縮するように制御される。この際、被処理物Wの温度より処理容器6の温度を高く設定することで、処理容器6の壁面や整流板17などにおいて除去液蒸気が凝縮されるのを抑制するようにする。この場合、被処理物Wの温度は引き続き行われるプラズマ処理に適した温度とすることが好ましい。そのようにすれば、プラズマ処理における温度設定時間を短縮することができるので、生産性を向上させることができる。
供給された除去液蒸気は、整流板17で整流されて被処理物Wの表面に到達し、凝縮する。そして、被処理物Wの表面において凝縮されることで生成された除去液(例えば、フッ化水素酸)により不要物が溶解される。
ここで、不要物によっては乾燥させるだけでは除去ができない場合がある。例えば、SiO2などの場合は乾燥させることで気化、除去することができるが、SiNなどの場合には乾燥させるだけでは除去することができない。そのため、不要物にSiNなどが含まれる場合などには、昇華手段7により被処理物Wをさらに加熱することで残留する不要物を昇華させて除去するようにする。この際、温度制御手段51を用いて被処理物Wをさらに加熱することもできるし、昇華手段7と温度制御手段51とを用いて被処理物Wをさらに加熱することもできる。なお、昇華は処理容器6内の圧力を減圧させ、減圧下において行うようにすることもできる。
まず、隔離手段40により放電管9と処理容器6とが連通される。そして、処理容器6内が減圧手段3により所定圧力まで減圧される。この際、圧力制御器16により処理容器6内の圧力が調整される。また、処理容器6と連通する放電管9の内部も減圧される。
なお、プラズマ処理におけるプロセス条件(例えば、圧力、パワー、プロセスガスの成分比など)は被処理物Wの材料などにより適宜変更することができる。この場合、プロセス条件は既知の技術を適用することができるので、その詳細は省略する。
プラズマ発生手段102には、コイル102a、高周波電源102bなどが設けられている。プラズマ発生手段102は、プラズマPを発生させる空間に電磁波(本実施の形態においては高周波)を作用させてプラズマPを発生させる。
プラズマ発生室109の一端は隔離手段40を介して処理容器106の天井に気密に接続されている。プラズマ発生室109の他端には、プロセスガスGを供給するための開孔が設けられたノズルプレート109aが気密に設けられている。そして、ノズルプレート109aの開孔には、流量制御弁(Mass Flow Controller:MFC)13を介してガス供給手段4が接続されている。そのため、流量制御弁13を介して、ガス供給手段4からプラズマ発生室109内にプロセスガスGを供給することができるようになっている。また、制御手段108により流量制御弁13を制御することで、プロセスガスGの供給量が調整できるようになっている。また、プラズマ発生室109の周囲には、コイル102aが設けられ、コイル102aには高周波電源102bが接続されている。
除去液蒸気がプラズマ発生室109に流入すればプラズマ発生室109が損傷するおそれがある。そのため、隔離手段40によりプラズマ発生室109との連通を遮断して除去液蒸気がプラズマ発生室109に流入することを防止するようにしている。すなわち、隔離手段40は、除去液蒸気が被処理物Wを収容する空間に供給される場合には、プラズマ発生室109との連通を遮断する。
なお、連通の遮断は、気密となるように遮断することが好ましいが、プラズマ発生室109などが損傷しない程度に除去液蒸気の流入が遮断できる程度であってもよい。また、除去液蒸気の供給位置とプラズマ発生室109との間の距離などによっては、必ずしも隔離手段40を設ける必要はないが、設けるようにすれば装置寿命の向上や装置の小型化などを図ることができる。
なお、プラズマ処理を行う際には隔離手段40によりプラズマ発生室109との連通がなされプラズマ生成物が処理容器6内に供給される。
また、配管34との接続部分よりは下方であって載置台15の上方には、載置台15の上面を覆うように整流板17が設けられている。本実施の形態に係る整流板17は、プラズマ発生手段102から供給されるプラズマ生成物を含んだガスの流れを整流し、被処理物Wの処理面上におけるプラズマ生成物の量が略均一となるようにするためのものである。また、整流板17と載置台15の上面(載置面)との間の領域が、プラズマ処理が行われる処理空間20となる。
まず、図示しない搬送装置により被処理物W(例えば、ウェーハやガラス基板など)が、処理容器106内に搬入され、載置台15上に載置、保持される。
すなわち、まず、蒸気圧曲線などに基づいて、主に被処理物Wの表面において除去液蒸気が凝縮するように、処理容器106内の圧力、被処理物Wの温度、処理容器106の温度が所定の範囲となるように制御される。この際、被処理物Wの温度より処理容器106の温度を高く設定することで、処理容器106の壁面や整流板17などにおいて除去液蒸気が凝縮されるのを抑制するようにする。この場合、被処理物Wの温度は引き続き行われるプラズマ処理に適した温度とすることが好ましい。そのようにすれば、プラズマ処理における温度設定時間を短縮することができるので、生産性を向上させることができる。
まず、隔離手段40によりプラズマ発生室109と処理容器106とが連通される。 次に、処理容器106内、プラズマ発生室109内が所定の圧力まで減圧される。そして、ガス供給手段4から所定量のプロセスガスGがプラズマ発生室109内に供給される。また、コイル102aには高周波電源102bから電力が供給される。そのため、プラズマ発生室109内にプラズマPが発生し、プラズマ発生室109内に供給されたプロセスガスGが励起、活性化されて中性活性種(ラジカル)、イオンなどのプラズマ生成物が生成される。そして、生成されたプラズマ生成物を含むガスが処理容器106内に供給される。供給されたプラズマ生成物を含むガスは、整流板17で整流されて被処理物Wの表面に到達し、エッチング処理などのプラズマ処理が行われる。この場合、イオンにより異方性の高いプラズマ処理(例えば、異方性エッチング処理など)が行われ、中性活性種(ラジカル)により等方性の高いプラズマ処理(例えば、等方性エッチング処理など)が行われる。 処理が終了した被処理物Wは、図示しない搬送装置により処理容器106外に搬出される。この後、必要に応じて未処理の被処理物Wを搬入し、前述した手順により不要物の除去とプラズマ処理とを行うようにすることができる。
なお、プラズマ処理におけるプロセス条件(例えば、圧力、パワー、プロセスガスの成分比など)は被処理物Wの材料などにより適宜変更することができる。この場合、プロセス条件は既知の技術を適用することができるので、その詳細は省略する。
図3は、本実施の形態に係るプラズマ処理方法について例示をするためのフローチャートである。
まず、被処理物Wの表面の不要物(例えば、自然酸化膜、酸窒化膜、変質層など)を除去する。
すなわち、まず、主に被処理物Wの表面において除去液蒸気が凝縮するように、被処理物Wの温度が設定される(ステップS1a)。
例えば、除去液蒸気が凝縮する温度以下となるように被処理物Wの温度を制御する。この場合、被処理物Wの温度は、予め求められた除去液の蒸気圧曲線などに基づいて制御される。
また、除去液蒸気が凝縮しないように、処理雰囲気中に露出する部材の温度が被処理物Wの温度より高く設定される(ステップS1b)。
例えば、除去液蒸気が凝縮する温度以上となるように処理雰囲気中に露出する部材の温度を制御する。
この場合、前述したように、水蒸気と除去液ガス(例えば、フッ化水素(HF)など)とを混合することで除去液蒸気を生成するようにしてもよいし、除去液(例えば、フッ化水素酸など)から除去液蒸気を生成するようにしてもよい。ただし、水蒸気と除去液ガスとから除去液蒸気を生成するようにすれば、濃度制御を容易に行うことができる。
被処理物Wの表面において除去液蒸気が凝縮されることで除去液(例えば、フッ化水素酸)が生成され、これにより不要物(例えば、自然酸化膜など)が溶解される。なお、処理雰囲気中に露出する部材の温度が被処理物Wの温度より高く設定されているので、処理雰囲気中に露出する部材において除去液蒸気が凝縮されることが抑制される。そのため、処理装置などの損傷が抑制されるので、生産性を向上させることができる。
また、除去液蒸気が供給される場合には、被処理物Wを収容する空間とプラズマ生成物を生成する空間との連通を遮断するようにすることが好ましい。
なお本実施の形態においては、一例として、あらかじめ除去液蒸気が被処理物W上で凝縮する時間(凝縮時間)を実験などにより求めておき、被処理物W表面への除去液蒸気の供給開始時から前述した凝縮時間が経過したときに除去液蒸気の供給を停止させるようにしている。ただし、除去液蒸気の供給停止時期は時間管理に限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、あらかじめ実験などにより求められた供給量などにより供給停止の時期を決定することもできる。
乾燥は、処理雰囲気の圧力を減圧させることで行うようにすることができる。また、被処理物Wを加熱して乾燥させることもできる。また、減圧乾燥と加熱乾燥とを組み合わせて行うようにすることもできる。
不要物によっては乾燥させるだけでは除去できない場合がある。例えば、SiO2などの場合は乾燥させることで気化、除去することができるが、SiNなどの場合には乾燥させるだけでは除去することができない。そのため、不要物にSiNなどが含まれる場合には、被処理物Wをさらに加熱することで残留する不要物を昇華させて除去する。なお、昇華は処理雰囲気の圧力を減圧させ、減圧下において行うようにすることもできる。
まず、プラズマ生成物を生成する(ステップS6)。
例えば、減圧下においてプラズマを発生させ、発生させたプラズマにプロセスガスを供給し、供給されたプロセスガスを励起、活性化させて中性活性種(ラジカル)、イオンなどのプラズマ生成物を生成する。
プラズマ処理としては、例えば、エッチング処理を例示することができる。また、プラズマ生成物には中性活性種(ラジカル)、イオンなどが含まれているが、イオンを主体とすれば異方性の高いプラズマ処理(例えば、異方性エッチング処理など)を行うことができる。また、中性活性種(ラジカル)を主体とすれば、等方性の高いプラズマ処理(例えば、等方性エッチング処理など)を行うことができる。
なお、プラズマ処理におけるプロセス条件(例えば、圧力、パワー、プロセスガスの成分比など)は被処理物Wの材料やプラズマ処理法などにより適宜変更することができる。この場合、プロセス条件は既知の技術を適用することができるので、その詳細は省略する。
また、除去液蒸気が凝縮する温度以上となるように処理雰囲気中に露出する部材の温度を制御する工程(例えば、ステップS1b)を備えるようにすることもできる。
また、表面が乾燥した被処理物Wを加熱して不要物を昇華させる工程(例えば、ステップS5)をさらに備えることもできる。
また、水蒸気と除去液ガスとを混合することで除去液蒸気を生成するようにすることもできる。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、プラズマ処理装置1、プラズマ処理装置100などが備える各要素の形状、寸法、材料、配置などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (9)
- 被処理物に形成された不要物の除去と、プラズマ処理とを行うプラズマ処理装置において、
被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器内を減圧する減圧手段と、
前記被処理物を収容する空間と連通しプラズマを発生させる空間を有するプラズマ発生室と、
前記プラズマを発生させる空間に電磁波を作用させてプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマを発生させる空間にプロセスガスを供給するガス供給手段と、
除去液蒸気を、前記被処理物を収容する空間に供給する除去液蒸気供給手段と、
前記除去液蒸気を供給する際に、前記除去液蒸気の凝縮する温度以下となるように前記被処理物の温度を制御することで前記除去液蒸気を前記被処理物の表面において凝縮させる第1の温度制御手段と、
前記除去液蒸気の凝縮する温度以上となるように前記処理容器の壁面温度を制御する第2の温度制御手段と、を備え、
前記除去液蒸気を凝縮させた後、前記被処理物を乾燥させて前記不要物の気化を行うように、前記減圧手段または前記第1の温度制御手段を制御すること、を特徴とするプラズマ処理装置。 - 被処理物に形成された不要物の除去と、プラズマ処理とを行うプラズマ処理装置において、
被処理物を収容し大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能な処理容器と、
前記処理容器内を減圧する減圧手段と、
前記被処理物を収容する空間と連通しプラズマを発生させる空間を有するプラズマ発生室と、
前記プラズマを発生させる空間に電磁波を作用させてプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマを発生させる空間にプロセスガスを供給するガス供給手段と、
除去液蒸気を、前記被処理物を収容する空間に供給する除去液蒸気供給手段と、
前記除去液蒸気の凝縮する温度以下となるように前記被処理物の温度を制御する第1の温度制御手段と、
前記除去液蒸気の凝縮する温度以上となるように前記処理容器の壁面温度を制御する第2の温度制御手段と、
を備え、
前記除去液蒸気により、前記被処理物上に付着した前記不要物の除去と、
前記プラズマにより、前記不要物を除去した後の前記被処理物に対するエッチング処理を前記処理容器内にて行うことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記被処理物を収容する空間と前記プラズマを発生させる空間との連通を制御する隔離手段をさらに備えたこと、を特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記隔離手段は、前記除去液蒸気が前記被処理物を収容する空間に供給される場合には、前記連通を遮断すること、を特徴とする請求項3記載のプラズマ処理装置。
- 前記被処理物を加熱して前記不要物の昇華を行う昇華手段をさらに備えたこと、を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。
- 被処理物に形成された不要物の除去と、プラズマ処理とを行うプラズマ処理方法において、
除去液蒸気の凝縮する温度以下となるように被処理物の温度を制御する工程と、
前記除去液蒸気の凝縮する温度以上となるように処理雰囲気中に露出する部材の温度を制御する工程と、
前記被処理物の温度を制御する工程と前記部材の温度を制御する工程を行った後に、前記除去液蒸気を前記被処理物の表面に供給し、前記除去液蒸気を凝縮させる工程と、
前記被処理物の表面を乾燥させて前記不要物を気化させる工程と、
プラズマ生成物を前記被処理物の表面に供給し、プラズマ処理を行う工程と、を備えたこと、を特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記除去液蒸気が供給される場合には、前記被処理物を収容する空間と前記プラズマ生成物を生成する空間との連通が遮断されること、を特徴とする請求項6記載のプラズマ処理方法。
- 前記表面が乾燥した被処理物を加熱して前記不要物を昇華させる工程をさらに備えたこと、を特徴とする請求項6または7記載のプラズマ処理方法。
- 水蒸気と除去液ガスとを混合することで前記除去液蒸気を生成することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載のプラズマ処理方法。
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