JP5798140B2

JP5798140B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP5798140B2
Application number: JP2013028420A
Authority: JP
Inventors: 能文青木; 齋藤　誠; 誠齋藤; 江藤　英雄; 英雄江藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: JP2014157942A; US20140231018A1

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関する。

従来、半導体製造プロセスでは、半導体製造装置であるプラズマ処理装置を用いて、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等により被処理基板のエッチングが行われている。プラズマ処理装置には、被処理基板に対向するように、シリコンにより形成された上部電極が設けられている。

特開２０１０−１５７７５４号公報

本発明が解決しようとする課題は、上部電極のエッチングを抑制するプラズマ処理装置を提供することである。

実施形態に係る被処理基板を処理するプラズマ処理装置には、被処理基板を載置する基板載置部が設けられる。前記基板載置部に対向するように配置された上部電極が設けられる。前記上部電極の前記基板載置部に対向する面のうち外縁部が鏡面である。

本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図。本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置における上部電極を示す断面図。

上部電極と被処理基板との間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置においては、プラズマ化したエッチングガスにより上部電極の表面がエッチングされてしまうことがあった。特に、表面の粗さが大きい上部電極を用いた場合には、表面が荒れている部分に電界集中が発生し、その部分が大きくエッチングされることがあった。また、プラズマ化したエッチングガスが上部電極と上部電極上の支持部との間に回り込み、上部電極の裏面をエッチングすることもあった。これらの上部電極のエッチングにより、上部電極の材料である、例えばシリコンのダストがプラズマ処理装置のチャンバ内に発生し、被処理基板に付着するという問題があった。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる膜の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。

図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、プラズマ処理装置１０として、ＲＩＥ装置を例示している。プラズマ処理装置１０は、気密に構成されたたとえばアルミニウム製のチャンバ１１を有している。このチャンバ１１は接地されている。

チャンバ１１内には、処理対象としての被処理基板Ｗを水平に支持するとともに、下部電極として機能する支持テーブル２１が設けられている。支持テーブル２１の表面上には、図示しないが被処理基板Ｗを静電吸着する静電チャック機構など保持機構が設けられている。支持テーブル２１の側面および底面の周縁部を覆うように絶縁リング２２が設けられており、絶縁リング２２で覆われた支持テーブル２１の上方の外周には、エッジリング２３が設けられている。このエッジリング２３は、被処理基板Ｗのエッチング時に、電界が被処理基板Ｗの周縁部で鉛直方向（被処理基板面に垂直な方向）に対して偏向しないように電界を調整するために設けられる部材である。

また、支持テーブル２１は、チャンバ１１内の中央付近に位置するように、チャンバ１１に支持される支持部（図示なし）により固定されている。支持テーブル２１は、の周縁部には、絶縁リング２２が設けられている。また、支持テーブル２１には、高周波電力を供給する給電線３１が接続されており、この給電線３１にブロッキングコンデンサ３２、整合器３３および高周波電源３４が接続されている。高周波電源３４からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２１に供給される。

下部電極として機能する支持テーブル２１に対向するように、支持テーブル２１の上部に上部電極４２が設けられている。上部電極４２は支持テーブル２１と平行に対向するように、支持テーブル２１から所定の距離を隔てたチャンバ１１の上部付近の部材４１に固定される。このような構造によって、上部電極４２と支持テーブル２１とは、一対の平行平板電極を構成している。また、上部電極４２の内縁部には、上部電極４２の板の厚さ方向を貫通する複数のガス供給路が設けられている。上部電極４２は、例えば円形状を有している。上部電極４２は、例えばシリコンにより形成された電極である。

チャンバ１１の上部付近には、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給されるガス供給口１２が設けられており、ガス供給口１２には配管を通じて図示しないガス供給装置が接続されている。

支持テーブル２１の下部にはガス排気口１３が設けられており、ガス排気口１３には配管を通じて図示しない真空ポンプが接続されている。

チャンバ１１内の支持テーブル２１と、上部電極４２との間の領域は、プラズマ処理室５１となり、支持テーブル２１と、チャンバ１１の底面との間の下部の領域はガス排気室５２となる。

このように構成されたプラズマ処理装置１０での処理の概要について説明する。まず、支持テーブル２１上に処理対象である被処理基板Ｗが載置され、たとえば静電チャック機構によって固定される。ついで、ガス排気口１３に接続される図示しない真空ポンプでチャンバ１１内が真空引きされる。

その後、チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からガス供給室６２に処理ガスが供給され、上部電極４２のガス供給路を介してプラズマ処理室５１に供給される。プラズマ処理室５１内の圧力が所定の圧力に達すると、上部電極４２（上部電極）を接地した状態で、支持テーブル２１（下部電極）に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室５１内にプラズマを生成させる。ここで、下部電極には高周波電圧が印加されているので、プラズマと被処理基板との間に電位勾配が生じ、プラズマガス中のイオンが支持テーブル２１へと加速されることになり、エッチング処理が行われる。

図２は、本発明の実施形態に係る上部電極４２を示す断面図である。上部電極４２の外縁部には、例えばテーパー面である側面と、被処理基板Ｗに面する側の主面を有する凸部４２ａが設けられる。この凸部４２ａの側面および主面は、鏡面となるように研磨処理されており、表面の粗さの平均は、100nm以下である。これにより、プラズマ処理装置１０のチャンバ１１内において、プラズマ処理をする際に、上部電極４２表面に電界集中することを避けることができ、上部電極４２が過度にエッチングされ、チャンバ１１内にダストとして飛散することを抑制することができる。

さらに、上部電極４２の裏面、すなわち被処理基板５２と対抗する面の反対側の面の外縁部が、鏡面となるように研磨されていてもよい。鏡面となるように研磨された上部電極４２の裏面の粗さの平均は、100nm以下である。上部電極４２上には、板の厚さ方向を貫通する複数のガス供給路が形成された部材４１が設けられる。部材４１と、上部電極４２は、例えば全面において密着する構造となっている。一般に、上部電極４２の裏面は粗く、プラズマ処理時にエッチングガスによってエッチングされていた。本実施形態のように、上部電極４２の裏面が研磨されている場合には、上部電極４２の外縁部において、部材４１と上部電極４２との密着性が向上し、プラズマ処理中に上部電極４２と部材４１との間にプラズマ化したガスが侵入されることを抑制することができる。これにより、上部電極４２がエッチングガスによるエッチングが抑制され、チャンバ１１内にダストが飛散することを抑制することができる。特に、上部電極４２の裏面のうち、外縁部４２ｂのみを研磨し、鏡面処理をしてもよい。これにより、上部電極４２と部材４１との密着性を良くし、上部電極４２の外側から上部電極４２と部材４１との間に流入するガスを抑制することができる。

以上に述べた本実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、上部電極の外縁部の表面が鏡面処理されている。これにより、表面が荒れている部分に電界集中が発生し、その部分がエッチングされ、チャンバ内に上部電極からダストが飛散することを抑制することができる。なお、上部電極４２の外縁部は、凸部４２ａが設けられなくてもよい。

さらに、本実施形態によれば、上部電極の裏面が鏡面処理されている。これにより、上部電極の裏面と、上部電極の上部にある部材とが密着性良く接合され、プラズマ処理時に、エッチングガスが上部電極と部材との間に流入されることを抑制することができる。すなわち、上部電極のエッチングを抑制し、チャンバ内にダストが飛散することを抑制することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…プラズマ処理装置
１１…チャンバ
１２…ガス供給口
１３…ガス排気口
２１…支持テーブル
２２…絶縁リング
２３…エッジリング
３１…給電線
３２…ブロッキングコンデンサ
３３…整合器
３４…高周波電源
４１…部材
４２…上部電極
５１…プラズマ処理室
５２…ガス排気室
Ｗ…被処理基板

Claims

被処理基板を載置する基板載置部と、
前記基板載置部に対向するように配置された上部電極と、
を備え、前記被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記上部電極の前記基板載置部に対向する面のうち外縁部が鏡面であり、前記上部電極
の裏面のうち外縁部のみが鏡面であることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記上部電極の前記基板載置部に対向する面の外縁部は、側面と主面を有する凸部から
形成され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。
前記鏡面は、面の粗さが100 ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載のプラズマ処理装置。