JP3736264B2

JP3736264B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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Publication number: JP3736264B2
Application number: JP2000053884A
Authority: JP
Inventors: 力則松
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001244243A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁性基材を備えた被処理体を均一に処理できるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
プラズマ処理装置、例えば半導体の製造に用いられるドライエッチング装置においては、一般的に被処理体として半導体ウエハが用いられ、半導体ウエハが下部電極上に載置され固定された状態でプラズマにさらされてドライエッチングが行われる。ドライエッチングに先立って、半導体ウエハを下部電極上に載置する際には、まず、搬送機構の被処理体保持部によって下面周縁部が支持された半導体ウエハが、下部電極の上方に搬送される。そして、下部電極に形成されたピン穴を介して下部電極から被処理体の中央部付近に向けてリフターピンが突出した状態とされ、その状態で搬送機構の被処理体保持部を下降させてリフターピンに半導体ウエハが受け渡される。その後に、搬送機構の被処理体保持部がプラズマ処理装置の外部に移動される。そして、ピン穴から突出していたリフターピンを後退させて下部電極から引っ込ませる。それによって、被処理体が下部電極上に載置された状態となり、その後プラズマ処理が行われる。
【０００３】
プラズマ処理が行われる間は、下部電極と上部電極との間に電圧が印加され、下部電極上に載置された半導体ウエハは下部電極とほぼ同電位となり、上部電極との電位差によってプラズマが半導体ウエハに集まってプラズマ処理が行われる。そのため、前述したピン穴に対応する半導体ウエハの領域は、下部電極と幾分異なる電位となり、その領域におけるエッチングが周囲の領域とは異なった速度で進む可能性がある。しかしながら、半導体製造における被処理体は一般的に電気伝導度の高い半導体ウエハであるため、被処理体においてピン穴に対応する領域においても、その周囲の領域とほぼ同電位となり、エッチングの速度もほぼ等しくなる。
【０００４】
ところが、被処理体の基材がガラスなどの不導体で形成されている場合、例えば液晶パネルに用いられるガラス基板が被処理体の基材である場合には、ピン穴に対応する領域と、その周囲の領域とで電位差が発生してしまい、エッチングの速度が大幅に異なってしまうことがある。このように、被処理体の基材が不導体である場合には、ピン穴に対応する領域と、その周囲の領域とでプラズマ処理の均一性が損なわれることがあった。
【０００５】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであって、その目的は、被処理体の基材が不導体である場合でも、リフターピン用のピン穴に対応した領域とその周囲の領域とにおいてプラズマ処理がほぼ均一となるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係るプラズマ処理装置は、
気密容器と、前記気密容器内に配置されたプラズマ発生源と、前記気密容器内に配置され、被処理体が載置される下部電極と、前記気密容器内において前記下部電極に対向する上部電極と、前記下部電極に設けられた貫通孔に挿通されて前記被処理体を前記下部電極から押し上げ可能に形成され、導電性材料からなり、前記下部電極と同電位とされたリフターピンとを備えるプラズマ処理装置であって、前記リフターピンは、その先端領域より軟質な材料からなる前記先端領域を被覆する被覆部をさらに有し、前記被覆部は導電性を有する材料で形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、被処理体の損傷を防止するために軟質性の材料でリフターピンを被覆した場合でも、リフターピンの先端領域と、先端領域を被覆する被覆部の外表面との間に殆ど電位差が生じない。したがって、被覆部を介してリフターピンを被処理体に接触させることによって、被処理体において下部電極の貫通孔に対応する領域を、下部電極と同電位となっているリフターピンの先端領域が直に被処理体に接触する場合と、同様な電位とすることができる。したがって、貫通孔に対応する領域も含めて被処理体の電位分布をほぼ均一とすることができ、被処理体を均一にプラズマ処理することができる。
【０００８】
（２）本発明に係るプラズマ処理装置は、前記リフターピンを前記被処理体に弾性をもって当接させる弾性体をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、リフターピンが弾性体の弾性によって被処理体に当接されるため、リフターピンを被処理体に確実に接触させることができる。また、リフターピンが弾性体を介して押圧されることによって被処理体に押圧されるため、適度な弾性定数の弾性体を適切な変形量で用いることによって被処理体に過度の力が加わって被処理体が破損したり傷ついたりすることを防ぐことができる。
【００１２】
（３）本発明に係るプラズマ処理装置は、（１）において、前記被覆部は厚さ１０μm〜１００μmの樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、被覆部は厚さ１０μm〜１００μmの樹脂で形成されており、リフターピンの先端領域と、先端領域を被覆する被覆部の外表面との間に殆ど電位差が生じない。したがって、被覆部を介してリフターピンを被処理体に接触させることによって、被処理体において下部電極の貫通孔に対応する領域を、下部電極と同電位となっているリフターピンの先端領域が直に被処理体に接触する場合と、同様な電位とすることができる。したがって、貫通孔に対応する領域も含めて被処理体の電位分布をほぼ均一とすることができ、被処理体を均一にプラズマ処理することができる。しかも、リフターピンがその先端領域より軟質な材料で形成された被覆部を介して被処理体に接触するため、被処理体を損傷させる可能性が低い。
【００１６】
（４）本発明に係るプラズマ処理装置は、前記被処理体を前記下部電極に対して固定する固定機構をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、固定機構によって被処理体を下部電極に確実に密着させることができ、被処理体を均一な電位分布とすることができる。また、リフターピンが弾性をもって被処理体に接触する場合でも、被処理体が下部電極から浮き上がることがない。
【００１８】
（５）本発明に係るプラズマ処理方法は、請求項１に記載のプラズマ処理装置を用いて被処理体をプラズマ処理する方法であって、前記下部電極から突出した状態の前記リフターピン上に前記被処理体を載置する載置工程と、前記リフターピンが前記被処理体に当接し、かつ、前記被処理体が前記下部電極上に固定された状態とする固定工程と、前記固定工程による固定状態において前記被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、下部電極上に被処理体が固定されてプラズマ処理されている間は、下部電極の貫通孔に位置するリフターピンが被処理体に当接している。したがって、下部電極の貫通孔が位置する部分においても下部電極と同電位となっているリフターピンが被処理体に接触するため、貫通孔に対応する領域も含めて被処理体の電位分布が均一となり、被処理体を均一にプラズマ処理することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら、さらに具体的に説明する。
【００２１】
１．＜プラズマ処理装置の構造＞
図１は、本実施形態におけるプラズマ処理装置としてのエッチング装置１０の全体構成を示す模式的な断面図である。この図に示すように、エッチング装置１０は、気密容器２０と、高周波電源３０と、上部電極４０と、下部電極５０と、リフターピン６０とを備えて形成されている。
【００２２】
気密容器２０は、形状、材質については特に限定されないが、例えば円筒形状を有し、表面がアルマイト処理されたアルミニウムで形成されており、プラズマ発生源３０、上部電極４０、および下部電極５０が内部に収容されている。気密容器２０は、図示しない開閉機構例えばゲートバルブ機構等により開閉可能で、開閉機構を閉じると気密状態となり、排気パイプ２２に接続された図示しない真空ポンプで所望の真空状態、例えば数Ｐａ〜数十Ｐａ程度とすることが可能となっている。
【００２３】
上部電極４０は、形状、材質については特に限定されないが、例えば中空の円盤形状をもち、アルミニウムで形成され表面がアルマイト処理され、気密容器２０内の上部において電極昇降機構４４例えばエアシリンダやボールネジ等と連結棒を介して昇降可能となっている。上部電極４０は、その中空部に、図示しないガス供給源からの反応ガス例えばアルゴン、ヘリウム、六フッ化硫黄、四フッ化炭素などの少なくともいずれか１つを導入する反応ガス供給パイプ２４に接続されている。また、上部電極４０下部表面には多数の図示しない小孔が設けられ、この小孔から気密容器２０内に反応ガスが流出可能となっている。また、上部電極４０は例えば電力が５００〜１５００Ｗ程度で３００kHz 〜１３MHz 程度の高周波電源３０に接続されている。上部電極４０外周および下面の周縁には、下部電極５０に保持される被処理体９０とほぼ同じ大きさの領域にプラズマが発生するように、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂製のシールドリング４２が設けられている。なお、上部電極４０は、カーボンまたはシリコンで形成されていてもよい。
【００２４】
また、上部電極４０の上面に接して、上部電極４０を冷却する上部電極冷却ブロック４８が設けられている。上部電極冷却ブロック４８内には、図示しない冷却液循環器から冷却液パイプ４９を介して冷却液が循環可能となっている。
【００２５】
下部電極５０は、円板形状を持ち、アルミニウムで形成され表面がアルマイト処理され、気密容器２０内の下方に配置されており、電気的に接地されている。下部電極５０は被処理体９０（例えばガラス基板）の載置台を兼ねており、その載置面すなわち上面は幾分凸状に形成されている。図示しない搬送機構の被処理体保持部に保持されて搬入された被処理体は、下部電極５０上に載置されるようになっている。また、下部電極５０の中央付近には、被処理体を押し上げるリフターピン６０を貫通させるための貫通孔５２が設けられている。さらに、下部電極５０の上側外周には、載置した被処理体９０周縁を下部電極５０に所望のクランプ荷重で固定するクランプリング８０が、連結棒８１を介してリング昇降機構８２たとえばエアシリンダ等で昇降可能に設置されている。クランプリング８０はアルミニウムで形成され表面がアルマイト処理されている。被処理体を固定する固定機構は、前述したクランプリング８０と、連結棒８１と、リング昇降機構８２とを含んで構成されている。
【００２６】
また、気密容器２０の下部には、下部電極５０の下面に接して下部電極冷却ブロック５６が設けられている。下部電極冷却ブロック５６には、図示しない冷却液循環器から冷却パイプ５７を介して、冷却液例えば水等が循環可能となっている。
【００２７】
本実施形態のプラズマ処理装置としてのエッチング装置１０においては、反応ガス供給パイプ２４および高周波電源３０に接続された上部電極４０と、接地された下部電極５０とによってプラズマ発生部が形成され、上部電極４０と下部電極５０との間の空間にプラズマが発生する。
【００２８】
リフターピン６０は、３本または４本備えられ、下部電極５０に設けられた貫通孔５２を貫通して被処理体９０を押し上げ可能に形成されている。具体的には、リフターピン６０は、連結部６６を介してピン昇降機構６２例えばエアシリンダ等に連結されている。また、リフターピン６０は、先端付近の部分拡大縦断面図として図２に示すように、無底の中空円筒形状を持つ被覆部６４によって本体部６３が被覆されて形成されている。リフターピン６０の本体部６３は導電性材料たとえばステンレスなどで形成され、下部電極５０と同電位とされている。リフターピン６０の被覆部６４は、本体部より軟質で、厚さ１０μｍ〜１００μｍの樹脂、さらに好ましくは厚さ２０μｍ〜７０μｍの樹脂、例えばポリイミド樹脂、フッ素樹脂、またはシリコン樹脂、もしくは、有機系、無機系顔料を分散した前記樹脂で形成されている。リフターピン６０は、図１に示したように、少なくともプラズマ発生源からプラズマが発生している間すなわちプラズマ処理が行われている間は、下部電極５０上に載置されている被処理体９０の下面に当接した状態とされる。リフターピン６０とピン昇降機構６２とを連結する前述した連結部６６には、弾性体としてのバネ６７が組み込まれている。リフターピン６０は、このバネ６７の作用によって被処理体９０に弾性をもって当接する。
【００２９】
このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置であるエッチング装置１０においては、リフターピン６０がバネ６７の弾性によって被処理体９０に当接されるため、リフターピン６０を被処理体９０に確実に接触させることができる。また、リフターピン６０がバネ６７を介してピン昇降機構６２によって押圧されることによって、リフターピン６０が被処理体９０に押圧される。したがって、適度な弾性定数のバネ６７を適切な変形量で用いることによってリフターピン６０を被処理体９０に適切な押圧力で押圧することができ、被処理体９０にリフターピン６０から過度の力が加わって被処理体９０が破損したり傷ついたりすることを防ぐことができる。
【００３０】
また、リフターピン６０は、その本体部６３より軟質な材料で形成された被覆部６４を介して被処理体９０に接触することになるため、被処理体９０を損傷させる可能性をさらに低下させることができる。
【００３１】
さらに、被覆部６４は、前述したように、樹脂で形成されているため殆ど導電性はないが、その厚さは、１０μｍ〜１００μｍ程度であり、被覆部６４の外表面と本体部６３の先端領域との間に殆ど電位差を生じない厚さとなっている。したがって、被覆部６４を介してリフターピン６０を被処理体９０に接触させることによって、被処理体９０において下部電極５０の貫通孔に対応する領域を、下部電極５０と同電位となっているリフターピン６０の先端領域が直に被処理体９０に接触する場合と、ほぼ同様な電位とすることができる。それによって、基材が導電性の低いもの、例えばガラスまたはセラミックなどで形成された被処理体を用いた場合でも、貫通孔に対応する領域とその周囲の領域とにおいて均一なプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態のエッチング装置１０においては、クランプリング８０と連結棒８１とリング昇降機構８２とを含んで構成される固定機構によって、被処理体９０が下部電極５０に対して固定されている。したがって、固定機構によって被処理体９０を下部電極５０に確実に密着させることができ、被処理体９０を均一な電位分布とすることができる。また、弾性をもって被処理体９０に接触するリフターピン６０の押圧力によって、被処理体９０が下部電極５０から浮き上がることがない。
【００３３】
２．＜プラズマ処理装置の動作＞
次に、本実施形態のプラズマ処理装置としてのエッチング装置１０の動作について説明する。
【００３４】
まず、リフターピン６０が下部電極５０から突出した状態とされる。そして、被処理体９０が、図示しない搬送機構の被処理体保持部によって下面周縁部が支持されて気密容器２０内部に搬入され、図３（Ａ）に模式的な部分断面図として示すようにリフターピン６０上に載置される。
【００３５】
その後、ピン昇降機構６２を動作させてリフターピン６０を下降させて下部電極５０から引っ込ませることによって、図３（Ｂ）に模式的な部分断面図として示すように被処理体９０が下部電極５０上に載置された状態とされる。
【００３６】
そして、搬送機構の被処理体保持部を気密容器２０の外部に移動させた後、気密容器２０を密閉する。その後、リング昇降機構８２を動作させてクランプリング８０を下降させ、被処理体９０を下部電極５０に圧着する。その後、ピン昇降機構６２によって、再びリフターピン６０をいくぶん上昇させて、図３（Ｃ）に模式的な部分断面図として示すようにリフターピン６０が適切な押圧力で被処理体９０に当接する状態とされる。
【００３７】
そして、気密容器２０内は、図示しない真空ポンプで所定の真空度、例えば数Ｐａ〜数十Ｐａ程度まで真空引きされる。さらに、電極昇降機構４４の動作により連結棒４５で連結された上部電極４０が下降し、下部電極５０との電極間隔が適切な間隔例えば数ｍｍ程度となるように設定される。
【００３８】
次に、図示しないガス供給源より反応ガス例えばアルゴン、ヘリウム、六フッ化硫黄、四フッ化炭素などの少なくともいずれか１つが反応ガス供給パイプ２４を介して上部電極４０に供給され、この反応ガスは上部電極４０下面の図示しない小孔より気密容器２０内部に流出する。同時に、高周波電源３０により上部電極４０へ高周波電圧が印加され、接地された下部電極５０との間の空間にプラズマを発生させる。このプラズマで下部電極５０上の被処理体９０がエッチング処理される。
【００３９】
エッチングが完了すると前述とは逆の工程、すなわち、クランプリング８０を上昇させて被処理体９０と下部電極５０との圧着を解き、そしてリフターピン６０を上昇させて被処理体９０が突き上げられた状態とし、その状態で搬送機構の被処理体保持部によって下方から被処理体９０が受け取り保持されて気密容器２０から取り出される。
【００４０】
３．＜変形例＞
３．１前記においては、上部電極４０に高周波電源３０が接続され下部電極５０が接地された例を示した。しかしながら、印加する電位を逆にして、上部電極４０を接地し、下部電極５０に高周波電源３０を接続するようにしてもよい。この場合においても、下部電極５０とリフターピン６０とは同電位とされる。
【００４１】
３．２前記においては、リフターピン６０が、本体部６３の先端領域が樹脂からなる被覆部６４によって被覆されて形成された例を示した。しかしながら、被処理体の下面を傷つけることなく当接させることができるのであれば、リフターピンは本体部のみで形成されていてもよい。このリフターピンを用いた場合でも、下部電極の貫通孔が位置する部分においても下部電極と同電位となっているリフターピンが被処理体に接触することになるため、貫通孔に対応する領域も含めて被処理体の電位分布が均一となり、被処理体を均一にプラズマ処理することができる。
【００４２】
３．３前記においては、本体部６３が無底の中空円筒形状を持つ被覆部６４によって被覆されて形成されたリフターピン６０の例を示した。しかしながら、図４に示すように、本体部９６の先端に樹脂フィルム９８たとえば厚さ２５μｍ程度のポリイミド樹脂、フッ素樹脂の膜を、１０〜２５μｍ程度の接着剤９９で接着した被覆部９７を備えるリフターピン９５であってもよい。また接着剤は、被処理体９０などから伝わる熱に起因する温度の上昇による変質がなければ特に指定はない。このリフターピン９５を用いた場合でも、下部電極の貫通孔が位置する部分においても下部電極とほぼ同電位となっているリフターピンが被処理体に接触することになるため、貫通孔に対応する領域も含めて被処理体の電位分布がほぼ均一となり、被処理体をほぼ均一にプラズマ処理することができる。
【００４３】
３．４前記においては、リフターピンが、本体部の先端に本体部より軟質で絶縁性を持つ樹脂たとえばポリイミド樹脂で覆って形成された例を示した。しかしながら、被覆部は、導電性を有し本体部よりも軟質な材料、例えばカーボン、またはメタルを分散した樹脂材または導電性高分子材で形成されていてもよい。
【００４４】
３．５さらに、上記においては、プラズマ処理装置の例としてプラズマエッチング装置の例を示したが、本発明は、プラズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置、イオン注入装置にも適用することが可能である。
【００４５】
３．６上記においては、プラズマを上部電極４０と下部電極５０との間で発生させる例を示した。しかしながら、プラズマを気密容器２０内ではあるが、上部電極４０と下部電極５０との間ではない領域において発生させ、下部電極５０に集まるように形成したプラズマ処理装置であってもよい。
【００４６】
３．７なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のエッチング装置を示す模式的な断面図である。
【図２】実施形態のエッチング装置に用いられたリフターピンの先端付近を示す縦断面図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ），および（Ｃ）は、実施形態のエッチング装置の動作を説明するための部分断面図である。
【図４】変形例におけるリフターピンの先端付近を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０エッチング装置
２０気密容器
４０上部電極
５０下部電極
５２貫通孔
６０リフターピン
６４被覆部
６７バネ（弾性体）
９０被処理体

Claims

気密容器と、前記気密容器内に配置されたプラズマ発生源と、前記気密容器内に配置され、被処理体が載置される下部電極と、前記気密容器内において前記下部電極に対向する上部電極と、前記下部電極に設けられた貫通孔に挿通されて前記被処理体を前記下部電極から押し上げ可能に形成され、導電性材料からなり、前記下部電極と同電位とされたリフターピンとを備えるプラズマ処理装置であって、前記リフターピンは、その先端領域より軟質な材料からなる前記先端領域を被覆する被覆部をさらに有し、前記被覆部は導電性を有する材料で形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１において、前記リフターピンを前記被処理体に弾性をもって当接させる弾性体をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１において、前記被覆部は厚さ１０μm〜１００μmの樹脂で形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、前記被処理体を前記下部電極に対して固定する固定機構をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１に記載のプラズマ処理装置を用いて被処理体をプラズマ処理する方法であって、前記下部電極から突出した状態の前記リフターピン上に前記被処理体を載置する載置工程と、前記リフターピンが前記被処理体に当接し、かつ、前記被処理体が前記下部電極上に固定された状態とする固定工程と、前記固定工程による固定状態において前記被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。