JP5302813B2 - 堆積物対策用カバー及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、堆積物対策用カバー及びプラズマ処理装置に関する。

従来から、半導体装置の製造分野等においては、密閉可能とされた処理チャンバー内にプラズマを発生させて半導体ウエハ等の被処理基板の処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置の１つとして、プラズマエッチング装置が知られている。

上記のプラズマエッチング装置等では、プラズマエッチングに伴って処理チャンバー内に堆積物が付着する場合がある。このような堆積物は、剥離してパーティクルとなり、エッチング処理を行う半導体ウエハ等に付着する虞がある。このため、従来から定期的に処理チャンバー内をクリーニングすることが行われている。

また、処理チャンバーのプラズマ生成空間の部分の壁を覆う円筒状のライナーを設け、このライナーを定期的に交換又は取り外してクリーニングすることによって、処理チャンバー内から堆積物を除去することが行われている（例えば、特許文献１参照。）

特開２００８−２７０５９５号公報

上記したとおり、従来においては、処理チャンバーのプラズマ生成空間の部分の壁を覆う円筒状のライナー等を設け、このライナーを定期的に交換又は取り外してクリーニングすることが行われている。

しかしながら、処理チャンバーのプラズマ生成用の空間部分のみではなく、本来プラズマが入り込まないと想定されている部分、例えば、被処理基板を載置する載置台の周囲を囲むように配置され、排気を行うための透孔又はスリット等が形成されたバッフル板の下側に位置する部分等にも堆積物が付着する場合がある。そして、このような部分に堆積物が付着した場合で、かつ、パーツを取り外してクリーニングすることが難しい場合、処理チャンバー内におけるクリーニング作業によって堆積物を完全に除去することが困難で、クリーニング作業に時間がかかるという問題がある。

また、このような部分を覆う着脱自在なカバーを設けるとすると、異常放電を防止するため少なくとも表面を絶縁性としなければならず、かつ、耐プラズマ性に優れた材質を選択しなければならないため、製造コストの増大を招くという問題がある。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、本来プラズマが入り込まないと想定されている部位等における堆積物に対して、製造コストの増大を招くことなく簡易に対策を行うことのできる堆積物対策用カバー及びプラズマ処理装置を提供しようとするものである。

本発明にかかる堆積物対策用カバーは、内部でプラズマを発生させて基板を処理する処理チャンバー内に、所定部位を覆うように着脱自在に配置される堆積物対策用カバーであって、表面に陽極酸化処理を施したアルミニウム製の板材からなり、カバー本体から突出するように設けられた電極部を使用して前記陽極酸化処理を実施し、前記陽極酸化処理後に前記電極部を除去してアルミニウムの素地面の露出部面積を減少させ、かつ、前記電極部を除去した切断面が前記処理チャンバー内において前記プラズマに直接晒されない部位に設けられていることを特徴とする。

本発明にかかるプラズマ処理装置は、内部でプラズマを発生させて基板を処理する処理チャンバーを具備したプラズマ処理装置において、表面に陽極酸化処理を施したアルミニウム製の板材からなり、カバー本体から突出するように設けられた電極部を使用して前記陽極酸化処理を実施し、前記陽極酸化処理後に前記電極部を除去してアルミニウムの素地面の露出部面積を減少させ、かつ、前記電極部を除去した切断面が前記処理チャンバー内において前記プラズマに直接晒されない部位に設けられている堆積物対策用カバーが、前記処理チャンバー内の所定部位を覆うように着脱自在に配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、本来プラズマが入り込まないと想定されている部位等における堆積物に対して、製造コストの増大を招くことなく簡易に対策を行うことのできる堆積物対策用カバー及びプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る堆積物対策用カバーの構成を模式的に示す図。 本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を模式的に示す図。 図２のプラズマエッチング装置の要部構成を模式的に示す図。 図２のプラズマエッチング装置の要部構成を模式的に示す図。 図１の堆積物対策用カバーの使用状態を説明するための図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る堆積物対策用カバー１１０の構成を説明するための図である。同図に示す堆積物対策用カバー１１０は、アルミニウム製の板材から所定形状に構成されている。

図１（ａ）に示すように、製造途中の堆積物対策用カバー１１０には、陽極酸化処理を施す際に使用するための電極部１１２が、カバー本体１１１から突出するように形成されている。堆積物対策用カバー１１０のうち、カバー本体１１１の部分には、陽極酸化処理を施すことによって、陽極酸化被膜が形成される。一方、電極部１１２は、陽極酸化処理を施す際に電極として使用されるため、その表面に陽極酸化被膜が形成されず、アルミニウムの素地面の露出した状態となっている。

このため、図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、堆積物対策用カバー１１０のカバー本体１１１の部分に陽極酸化処理を施した後、電極部１１２を除去し、この電極部１１２を除去した状態で、堆積物対策用カバー１１０として使用する。

したがって、図１（ｂ）に示す状態では、アルミニウムの素地面の露出した部位は、電極部１１２を除去した際に形成された切断面１１２ａのみとなり、図１（ａ）に示す電極部１１２を除去する前の状態に比べてアルミニウムの素地面の露出部面積が減少した状態となっている。また、切断面１１２ａは、後述するように堆積物対策用カバー１１０がプラズマエッチング装置等の処理チャンバー内に配置された際に、プラズマに直接晒されない部位に形成されるようになっている。この状態で堆積物対策用カバー１１０を使用することにより、異常放電が発生する可能性を削減することができる。

また、上記のように、表面に陽極酸化処理を施したアルミニウム製の板材を使用することにより、例えば、耐プラズマ性に優れたファインセラミックスを溶射にて金属板の全体に付着させた場合等に比べて製造コストを削減することができる。

次に、上記構成の堆積物対策用カバー１１０を配置するプラズマ処理装置（本実施形態ではプラズマエッチング装置）の構成を、図２を参照して説明する。このプラズマエッチング装置は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状の処理チャンバー２を具備しており、この処理チャンバー２は接地されている。

処理チャンバー２内の底部にはセラミックスなどの絶縁板３を介して、半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。さらに、このサセプタ支持台４の上には、下部電極を兼ねたサセプタ（載置台）５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。

サセプタ支持台４の内部には、冷媒室７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導入管８を介して導入されて循環し冷媒排出管９から排出される。そして、その冷熱がサセプタ５を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。

サセプタ５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に、円形で、半導体ウエハＷと略同径の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２を配置して構成されている。そして、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷを静電吸着する。

絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、静電チャック１１には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。

サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、例えば、シリコンなどの導電性材料から構成されており、エッチングの均一性を向上させる作用を有する。

サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、処理チャンバー２の上部に支持されている。上部電極２１は、電極板２４と、この電極板２４を支持する導電性材料からなる電極支持体２５とによって構成されている。電極板２４は、例えば、ＳｉやＳｉＣ等の導電体または半導体で構成され、多数の吐出孔２３を有する。この電極板２４は、サセプタ５との対向面を形成する。

上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。処理ガス供給源３０から、プラズマエッチング処理のためのエッチングガスが供給される。

処理チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、処理チャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、処理チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開いた状態で、半導体ウエハＷを隣接するロードロックチャンバ（図示せず。）との間で搬送する。

上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、２７〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数の高周波電力を印加することにより処理チャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができる。

下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、第１の高周波電源４０より低い周波数の範囲を有しており、このような範囲の周波数の高周波電力を印加することにより、被処理基板である半導体ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は、例えば１〜２０ＭＨｚの範囲が好ましい。

また、処理チャンバー２の内壁に沿って処理チャンバー２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するためのデポシールド８０が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド８０が処理チャンバー壁を構成している。また、デポシールド８０は、サセプタ支持台４、サセプタ５の外周にも設けられている。処理チャンバー２の底部近傍の処理チャンバー壁側のデポシールド８０とサセプタ支持台４側のデポシールド８０との間にはバッフル板（排気プレート）８３が設けられている。デポシールド８０およびバッフル板８３としては、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。バッフル板８３には、排気のための透孔又はスリットが設けられており、このバッフル板８３は、サセプタ５の周囲の円環状の領域から均一に排気を行えるようにするとともに、バッフル板８３の下流側にプラズマが侵入することを抑制するためのものである。

本実施形態では、上記のバッフル板８３の下部に位置する所定部分を覆うように、堆積物対策用カバー１１０が設けられている。すなわち、環状に配置されているバッフル板８３の下側には、図３に示すように排気流路１２０が形成されている部位の他に構造的な制約によって、排気流路１２０が形成されていない排気流路非形成部位１２１,１２２，１２３がある。これらの排気流路非形成部位１２１,１２２，１２３に夫々の形状に合わせて形成された堆積物対策用カバー１１０が着脱自在に設けられている。なお、図４は、図３に示した処理チャンバー２の部位を示す一部切り欠き斜視図である。

図５（ａ）に示すように、上記の排気流路非形成部位１２１,１２２，１２３では、処理チャンバー２内で実施するプロセスによっては、バッフル板８３の透孔を介して侵入するプラズマ等の影響により堆積物が付着する場合がある。しかしながら、このようなバッフル板８３の下側の部位は、通常ではプラズマが侵入することはなく堆積物が付着する部位としては想定されていない。このため、このような部位に堆積物が付着すると、その付着部位を取り外してクリーニングすることはできず、狭い処理チャンバー２内でクリーニング作業を行わなければならないため、クリーニングに時間を要するとともに、完全に堆積物を除去することが困難な状態となる。

一方、本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、上記の排気流路非形成部位１２１,１２２，１２３が、堆積物対策用カバー１１０で覆われているため、堆積物がこの堆積物対策用カバー１１０に付着し、これを取り外して交換又はクリーニング作業を容易に行うことができる。

上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース部６２と、記憶部６３とが設けられている。

ユーザインターフェース部６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース部６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能な記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

上記構成のプラズマエッチング装置によって、半導体ウエハＷのプラズマエッチングを行う場合、まず、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、ロードロックチャンバ（図示せず。）から処理チャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、直流電源１３から直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、処理チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０から所定のエッチングガスが、マスフローコントローラ２９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通って、図２の矢印に示すように、半導体ウエハＷに対して均一に吐出される。

そして、処理チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源４０から所定の周波数の高周波電力が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。

他方、第２の高周波電源５０から、上記の第１の高周波電源４０より低い周波数の高周波電力が下部電極であるサセプタ５に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがサセプタ５側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。

そして、所定のプラズマエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー２内から搬出される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、プラズマエッチング装置は、図２に示した平行平板型の上下部２周波印加型に限らず、例えば、下部電極に２つの周波数の高周波を印加するタイプの装置や、下部電極に１つの周波数の高周波電力を印加するタイプ等、各種のプラズマエッチング装置やその他のプラズマ処理装置にも適用することができる。

２……処理チャンバー、５……サセプタ（下部電極）、２１……上部電極、３０……処理ガス供給源、４０……第１の高周波電源、５０……第２の高周波電源、８３……バッフル板、１１０……堆積物対策用カバー、Ｗ……半導体ウエハ。

Claims (4)

1. 内部でプラズマを発生させて基板を処理する処理チャンバー内に、所定部位を覆うように着脱自在に配置される堆積物対策用カバーであって、
   表面に陽極酸化処理を施したアルミニウム製の板材からなり、
   カバー本体から突出するように設けられた電極部を使用して前記陽極酸化処理を実施し、
   前記陽極酸化処理後に前記電極部を除去してアルミニウムの素地面の露出部面積を減少させ、
   かつ、前記電極部を除去した切断面が前記処理チャンバー内において前記プラズマに直接晒されない部位に設けられている
   ことを特徴とする堆積物対策用カバー。
2. 請求項１記載の堆積物対策用カバーであって、
   前記所定部位は、前記処理チャンバー内において着脱不能な部分を含む
   ことを特徴とする堆積物対策用カバー。
3. 請求項２記載の堆積物対策用カバーであって、
   前記所定部位は、前記処理チャンバー内の被処理基板を載置する載置台の周囲を囲むように配置された排気用のバッフル板の下側に位置する部位の一部である
   ことを特徴とする堆積物対策用カバー。
4. 内部でプラズマを発生させて基板を処理する処理チャンバーを具備したプラズマ処理装置において、
   表面に陽極酸化処理を施したアルミニウム製の板材からなり、カバー本体から突出するように設けられた電極部を使用して前記陽極酸化処理を実施し、前記陽極酸化処理後に前記電極部を除去してアルミニウムの素地面の露出部面積を減少させ、かつ、前記電極部を除去した切断面が前記処理チャンバー内において前記プラズマに直接晒されない部位に設けられている堆積物対策用カバーが、
   前記処理チャンバー内の所定部位を覆うように着脱自在に配置されたことを特徴とするプラズマ処理装置。

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