JPH08167595A

JPH08167595A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH08167595A
Application number: JP33155894A
Authority: JP
Inventors: Makoto Aoki; 誠青木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-25
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JP3231202B2

Abstract

(57)【要約】【目的】載置台近傍における異常放電を抑制することが
できるプラズマ処理装置を提供することにある。【構成】気密に構成された処理容器２内に設けられた静
電チャック機構を備えた載置台４と、この載置台４の静
電チャック機構に被処理体Ｗを載置するとともに保持
し、前記処理容器２内にプラズマを生起させ、被処理体
Ｗを処理するプラズマ処理装置であって、前記載置台４
は、前記静電チャック機構との当接面４３の周縁部に絶
縁部４１を有することを特徴とするプラズマ処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造工程には、被処理
体、例えば半導体ウェハに対して各種の処理、例えば被
処理体をエッチング処理或いはＣＶＤ処理する等の工程
が知られ、その処理を行うためのプラズマ処理装置が知
られている。そして、この種の処理装置にあっては、処
理すべき半導体ウェハが予め定められた温度に制御され
るよう載置台に密着される手段、例えば静電力を用いた
静電チャック機構が用いられている。この静電チャック
を載置するための載置台として、例えば導電性の部材、
例えばアルミニウムを母材とする下部電極又は、この下
部電極の外周部表面に絶縁層、例えばアルミアルマイト
処理が施された構成が知られている。上記技術として
は、特開昭６２−４４３３２号や実公平４−１０６８８
号等多数の公報に記載されている。

【０００３】このような載置台を用いたプラズマ処理装
置として、例えばプラズマエッチング装置がある。この
エッチング装置は、例えば気密に構成された減圧自在な
処理容器内の上下に、上部電極と下部電極とを対向して
平行に設けており、被処理体である半導体ウェハは、例
えば下部電極としての載置台の静電チャック上に載置さ
れ、例えばエッチング処理の場合には、この処理容器内
にエッチングガスを導入すると共に、高周波電力を前記
上部電極又は／及び下部電極に印加して、これら電極間
にプラズマを発生させ、エッチングガスの解離によっ
て、前記ウェハをエッチングするように構成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
載置台の外周部に絶縁層を設けた構成においては、載置
台の上部近傍では、被処理体である半導体ウェハをプラ
ズマで処理している際に、前記静電チャックと前記絶縁
層との間に、処理容器内の高周波による電荷の蓄積（チ
ャージアップ）が発生する。そしてそれらの間の部分で
は、プラズマの熱による接着剤からの気泡の発生等で、
接着部分が剥離して、導電性部材が露出したり、また、
電気的に前記導電性部材との絶縁耐性が小さいため、異
常放電を起こしてしまうという問題があった。この異常
放電が前記静電チャックを損傷してしまい、その交換等
のための煩雑なメンテナンス作業のため装置の稼動率の
低下という問題があった。さらにまた、その空隙の前記
導電性物質の露出した箇所が、プラズマ中の活性種、例
えばイオンによってエッチングされ、金属汚染や発塵を
引き起こし、歩留まりの低下という問題もあった。

【０００５】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、載置台近傍における異常放電を抑制すること
ができるプラズマ処理装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、気密
に構成された処理容器に設けられた載置台と、この載置
台に設けられ被処理体を保持する静電チャック機構とを
具備し、前記処理容器内にプラズマを生起させ、前記被
処理体を処理するプラズマ処理装置であって、前記載置
台は、前記静電チャック機構との当接面の周縁部に絶縁
層を有することを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の発明
において、前記絶縁部が前記載置台の前記当接面の外周
部から１０ｍｍ以下の範囲で形成されたことを特徴とす
る。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明において、前記当接面が略１０μｍ以下の粗さで
あることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、載置台と静電チャック機構と
の当接面の周縁部に絶縁部を形成したので、導電性部材
が露出しにくくなり、かつ、プラズマに対し前記導電性
部材の絶縁耐性が高くなったので、前記当接面近傍にお
ける異常放電を抑制することができる。

【００１０】

【実施例】以下に本発明に係るプラズマ処理装置の一実
施例をプラズマエッチング装置を適用した一実施例を、
添付図面を参照しながら説明する。

【００１１】図１に示すように、このエッチング装置１
は、導電性材料、例えば表面がアルマイト処理されたア
ルミニウム等により円筒あるいは矩形状に成形された気
密処理容器２を有しており、この容器２の底部には絶縁
体、例えばセラミックの絶縁板３を介して被処理体、例
えば半導体ウェハＷを載置するための略円柱状の下部電
極としても作用する載置台４が設けられている。この載
置台４は、表面がアルミアルマイト加工されたアルミニ
ウム等により形成された後述するごとき複数の部材を固
定手段、例えばボルト等により組み付けることにより構
成される。具体的には、この載置台４は、アルミニウム
等により円柱状に成形されたサセプタ支持台６と、この
支持台６上にボルト１１により着脱自在に設けられたア
ルミニウム等よりなるサセプタ５により主に構成されて
いる。

【００１２】前記サセプタ支持台６には、冷却手段、例
えば冷却ジャケット８が設けられており、このジャケッ
ト８には、例えば液体窒素等の冷媒が冷媒導入管１０を
介して導入されてジャケット８内を循環し、冷媒排出管
９より絶縁部液体窒素の蒸発による気体を容器２外へ排
出し、この気体を冷却手段（図示せず）により冷却し
て、再び前記冷媒導入管９に循環させる構成になってい
る。従って、この液体窒素の冷熱が冷却ジャケット８か
らサセプタ５を介してウェハＷに対して供給され、この
ウェハＷを所望する温度まで冷却し得るように構成され
ている。

【００１３】この実施例のプラズマエッチング装置にお
いては、高真空に保持して処理が実行されるため物理的
接合面においては、微少空隙が多数発生することとな
り、この空隙が高真空となり熱伝達上の熱絶縁を構成す
る。従って、この熱伝達を良好にするため、次の手段が
設けられている。即ち、サセプタ支持台６及びサセプタ
５には、これらを貫通してＨｅ等の熱伝達ガスをウェハ
Ｗの裏面、これら前記支持台６、サセプタ５の物理的接
合面、サセプタ５を構成する部材間の接合部等に供給す
るためのガス通路１５が形成されている。尚、サセプタ
５の上端中央のウェハ載置部には、静電チャック機構と
しての静電チャック７が設けられているが、この静電チ
ャック７にも熱伝達ガスを通過させる多数の通気孔（図
示せず）が設けられている。

【００１４】そして、静電チャック７と冷却ジャケット
８との間のサセプタ下部には温度調整用ヒータ１２が設
けられる。このヒータ１２は、例えば厚さ数ｍｍ程度の
板状セラミックスヒータよりなり、このヒータ１２は、
サセプタ支持台６の上面に図示しないボルト等により固
定されるヒータ固定台１３は、熱伝導性の良好な材料、
例えばアルミニウムにより構成される。このヒータ１２
の大きさは、好ましくはウェハ面積と略同一面積か、そ
れ以上になるように設定されるのが良く、この下方に位
置する冷却ジャケット８からの冷熱がウェハＷに全面均
一温度に制御するように構成されている。尚、この温度
調整用ヒータ１２やヒータ固定台１３には、前記ウェハ
Ｗを前記静電チャック表面に、搬送手段（図示せず）に
より搬入・搬出時に一次ウェハＷの受け渡しを担当する
プッシャピン等の貫通する貫通孔（図示せず）等が設け
られている。

【００１５】また、サセプタ５の下面には、前記ヒータ
固定台１３全体を収容するための収容凹部１４が設けら
れると共に、このヒータ固定台１３にはヒータ１２の上
面とサセプタ５の収容凹部１４の下面との境界部にＨｅ
等の熱伝達媒体を供給するために、前記ガス通路１５に
接続された分岐路１６が形成されている。そして、前記
ヒータ１２には電力供給リード２２が接続されると共
に、このリード２２には電力源２３が接続されて、所定
の電力をヒータ１２に供給し得るように構成されてい
る。

【００１６】また、プラズマ発生用の高周波の影響を受
け易い各種配線、例えばヒータに接続される電力供給リ
ード２２、静電チャック７に接続される電圧供給リード
７２は全て、プラズマ用の高周波電力を供給する導電性
のパイプリード２５内に収容されており、外部に対して
高周波ノイズの影響を与えないように、シールド効果を
有する構造に構成されている。前記パイプリード２５の
処理容器底部の貫通部には、絶縁体２６が介設されて、
容器２側との電気的絶縁を図っている。また、この容器
２の外方に延びるパイプリード２５の外周には、電気的
に接地されたシールド２７が設けられており、高周波が
外部に洩れないように構成されている。

【００１７】さらに前記サセプタの上方には、これより
約３〜２０ｍｍ程度離間させて、対向電極として作用す
る、例えば接地された上部電極３０が配設されており、
この上部電極３０にはガス供給管３１を介して、ガスユ
ニット３４が接続されており、このガスユニット３４か
らプロセスガス、例えばＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₄Ｆ₈、
Ｃｌ₂等のエッチングガスが供給され、上部電極３０の
底壁に複数個穿設された放射状の小孔３２より、前記半
導体ウェハＷ方向に処理ガスが放出され、前記電力源２
３をＯＮすることにより、前記上部電極３０と前記半導
体ウェハＷ間にプラズマを生成するよう構成されてお
り、また、前記上部電極は配線３３を介して電気的に接
地させている。

【００１８】そして、このサセプタ５は、中空に形成さ
れた導体によりパイプリード２５がサセプタ支持台６を
貫通して接続されており、このパイプリード２５には配
線２８を介して、直流分を制限するためのブロッキング
コンデンサ２９及び高周波、例えば３８０ｋＨｚ、１
３．５６ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ等のプラズマ発生用
の高周波電源２１に、順次接続されている。従って、前
記サセプタ５は下部電極として機能をすることになる。

【００１９】また、処理容器２の下部側壁には、排気管
１７を介して排気手段、例えば真空ポンプ１８が接続さ
れており、前記処理容器２内を所望の減圧雰囲気に真空
引き可能なように構成される。さらに、中央部側壁には
前記被処理体である半導体ウェハＷを、前記処理容器２
内に搬入又は搬出をするための開口部２０が設けられ、
この開口部２０の外側壁には、気密にシールする封止
体、例えばＯリングを介して前記処理容器２に、図示し
ないロードロック室が連設され、このロードロック室内
には図示しない搬送装置が設けられ、この搬送装置によ
り前記半導体ウェハＷが前記処理容器２内に搬入又は搬
出されるよう構成されている。

【００２０】そして、前記載置台４は、上端中央部が凸
状になされた円板状に形成され、このウェハ載置面には
静電チャック７がウェハ面積と略同じ面積或いはプラズ
マに晒されるのをさらに避けるように、ウェハＷの面積
より若干小さい面積で形成されている。この静電チャッ
ク７は、例えば２枚の高分子ポリイミドフィルム間に、
静電チャック用電極として機能する銅箔等の導電膜７１
を絶縁状態で挟み込むことにより形成され、この導電膜
７１は電圧供給リード７２により途中、高周波をカット
するフィルタ７３、例えばコイルを介して可変直流高電
圧源７４に接続されている。従って、この導電膜７１に
高電圧を印加することによって、チャック７の上面にウ
ェハＷをクーロンカにより吸引保持し得るように構成さ
れている。

【００２１】さらに前記載置台４の周縁部上には、被処
理体である半導体ウェハＷを囲むように環状のフォーカ
スリング４４が配置されている。このフォーカスリング
４４は、反応性イオンを引き寄せない絶縁材料からな
り、プラズマ反応性イオンを内側に設置された半導体ウ
ェハＷに対してのみ入射させ、エッチング処理の効率化
を図っている。

【００２２】また、前記載置台４の上面中央部の凸状に
形成された凸部４０の周縁部には、図２に示すように、
プラズマの異常放電の発生を防止するために絶縁部、例
えばアルミアルマイト層４１が形成されている。この絶
縁部４１の形成範囲は、凸部４０の外周縁部から所定の
距離Ｘ₁、例えば略１０ｍｍ以下の所定値で好ましくは
２〜５ｍｍ、さらに好ましくは２〜３ｍｍに形成されて
おり、その厚さＸ₂、例えば５０〜１００μｍの範囲の
所定値、好ましくは略６０μｍに形成されている。

【００２３】尚、前記所定の距離Ｘ₁について、例えば
略１０ｍｍ以下の所定値で、好ましくは２〜５ｍｍ、さ
らに好ましくは２〜３ｍｍに形成する理由としては、Ｘ
₁がこれ以下の距離では絶縁耐性が小さくなり、また、
前記導電性物質４２が露出しやすくなるため、異常放電
が発生しやすくなり、これ以上の距離では、前記被処理
体である半導体ウェハＷのプラズマ処理効果を低下させ
てしまうためである。さらに、前記厚さＸ₂について、
例えば略５０〜１００μｍ、好ましくは略６０μｍに形
成する理由としては、Ｘ₂がこれ以上薄いと、絶縁耐性
が小さくなるため、異常放電が発生しやすくなり、これ
以上厚いと、前記絶縁部４１に亀裂等が生じやすくなる
ためである。

【００２４】次に、載置台４の形成方法を具体的に説明
する。図３のａに示すように、導電性部材４２、例えば
母材としてアルミニウム又はアルミニウム合金の表面に
凸部４０を形成する。例えば高さＹ₁が１００〜２００
μｍの範囲、例えば略６０μｍの高さに凸部４０を研磨
等によって形成する。この工程の後、図３のｂに示すよ
うに、前記導電性部材４２の凸部上端外周部に、幅Ｙ₂
が１０ｍｍ以下の所定値、例えば略３ｍｍ、厚さＹ₃が
５０〜１００μｍの範囲の所定値、例えば略６０μｍの
絶縁部４１、例えばアルミアルマイトを形成する。その
後、図３のｃに示すように、前記導電性部材４２の凸部
４０の表面及び前記絶縁部４１の表面を、前記絶縁部４
１の所定の厚さＹ₄、例えば３０〜６０μｍの範囲の所
定値、好ましくは略４０μｍまで研磨し、前記導電性部
材４２及び前記絶縁部４１から成る表面部４４を、表面
粗さで略１０μｍ以下、例えば略５μｍ以下の鏡面仕上
げを行うことによって形成する。さらに、図３のｄに示
すように、静電チャック７を載置台４に固定、例えば接
着材により固着することによって、載置台４を形成する
ものである。

【００２５】なお、前記表面部４４の鏡面仕上げ工程に
於ける略１０μｍ以下、好ましくは略５μｍ以下の表面
粗さに仕上げる理由としては、その表面粗さであれば、
接合部としてのなじみが良く、当接面４３内へのプラズ
マの入り込みや当接面４３内でのプラズマの発生を防止
でき、さらに腐食性のガス、例えば塩素又はフッ素系等
のガスを、当接面４３内に入りこむのを抑制するためで
ある。

【００２６】よって載置台４は、図４に示すように、絶
縁部４１は、前記導電性部材４２の前記凸部４０の周縁
部に配置するよう形成される。そして、前記凸部４０の
上部中央表面には、静電チャック７が接着材によって固
着されている。

【００２７】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について述べる。まず、前記ゲートバルブ１９を開
放し、図示しないロードロック室に設けられた前記搬送
装置により、前記半導体ウェハＷを前記処理容器２に搬
入するとともに、前記プッシャピンに引き渡され、この
後図示しない搬送装置は前記ロードロック室内に移動す
るとともに、前記ゲートバルブ１９を閉じ、その後前記
プッシャピンが下降し、前記載置台４の予め定められた
位置上部にウェハＷを載置し、これを静電チャック７に
よりクーロンカにより載置台４側へ吸着保持する。そし
て、上部電極３０と下部電極（サセプタ）５との間にパ
イプリード２５を介して、高周波を印加することにより
プラズマを生起する。これと同時又は事前に、上部電極
３０側から処理ガスを処理空間に流し、エッチング処理
を行う。

【００２８】また、プラズマによる熱で、ウェハが所定
の設定温度よりも過度に加熱されるので、これを冷却す
るためにサセプタ支持台６の冷却ジャケット８に冷媒、
例えば液体窒素を流通させてこの部分を−１９６℃に維
持し、これらの冷熱をこの上部のサセプタ５を介してウ
ェハＷに供給し、これを冷却して所望の低温状態に維持
するようになっている。これにより、ウェハＷには低温
エッチングが施されることになる。また、冷却ジャケッ
ト８とウェハＷとの間に設けられた温度調整用ヒータ１
２の発熱量を調整することにより、ウェハＷを冷却する
温度を調整し、ウェハＷを予め定められた温度、例えば
−１５０℃〜１００℃程度に維持する。尚、ヒータ１２
の発熱量やジャケット８内の冷媒の流量を制御すること
により、ウェハ温度を常温以上、例えば１００℃まで上
げることができる。

【００２９】次に、本実施例の効果について述べる。プ
ラズマ処理装置における載置台４の静電チャック７との
当接面４３の周縁部に絶縁部４１を形成しているので、
下部電極である導電性部材４２が露出しにくくなり、か
つプラズマに対し導電性部材４２の絶縁性が高くなった
ので、当接面４３近傍における異常放電を抑制すること
ができる。このため、異常放電による静電チャック７の
損傷を防止できるので、パーティクルの発生を抑制し、
また、導電性部材４２への腐食による金属汚染や発塵を
引き起こすこともないので、被処理体の歩留りを抑制す
ることができる。また、静電チャック７の損傷の防止
は、静電チャック７の長寿命化につながり、さらにその
交換等のための煩雑なメンテナンス作業を少なくするこ
とができ、装置の稼動率の向上にも寄与することができ
る。

【００３０】さらに、第５図は、本発明に基づいて構成
されたプラズマエッチング装置と、従来の構成のプラズ
マエッチング装置とにおいて、被処理体としてポリシリ
コン膜が積層された半導体ウェハを用いたエッチング
で、載置台の構成の違いとエッチング速度との関係につ
いて示したものである。本図に示すごとく、凸部の上部
表面に絶縁部を形成していない載置台が最もエッチング
速度が高いが、前述の様に異常放電が発生しやすいとい
う問題点があり、さらに、ウェハの面内のエッチング速
度分布も均一ではないが、本発明による構成の載置台に
おいては、ウェハ面内のエッチング速度分布も均一で、
絶縁部を全面に形成した載置台よりもエッチング速度が
高いことは明らかである。

【００３１】次に、第２の実施例について説明を行う
が、第１の実施例同一部分については、同一符号を付け
て説明を省略する。図６に示すように、前記載置台４の
上部の周縁部は、所定の曲率Ｒを形成した凸曲面で構成
されており、この凸曲面の周縁部で、前記絶縁部４１が
形成された構成となっている。このように構成したこと
により、電界の集中を抑制できるので、プラズマの異常
放電を抑制することができ、安定したプラズマを生成す
ることができるので、被処理体の処理が円滑に行うこと
ができる。

【００３２】尚、前記した各実施例では、平行平板型の
プラズマエッチング装置に適用した場合について説明し
たが、これに限定されず、例えば処理容器の天井部外側
に永久磁石を回転可能に設置した誘導磁界型プラズマ装
置、上部電極に替えて、マイクロ波を発射するアンテナ
を設けた誘導結合型プラズマ装置等にも適用することが
できる。また、被処理体が半導体ウェハで処理がエッチ
ングの場合のみならず、例えばＬＣＤ基板を処理対象と
する処理にも適用でき、また処理自体の種類もエッチン
グに限らず、スパッタリング、ＣＶＤ、アッシング等の
処理に対しても適用することが可能であり、それらのプ
ラズマを発生させ、被処理体の処理を行う装置であれ
ば、どのような装置にも対応出来ることは言うまでもな
い。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマに対し異常放
電を抑制し、安定したプラズマの生成が可能となるの
で、被処理体を円滑かつ均一な処理で行うことができ、
また、歩留まりを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を示
す断面構成図である。

【図２】図１の載置台の要部を示す拡大断面図である。

【図３】

【ａ】図１の載置台を形成する過程を示す概略断面図で
ある。

【ｂ】図１の載置台を形成する過程を示す概略断面図で
ある。

【ｃ】図１の載置台を形成する過程を示す概略断面図で
ある。

【ｄ】図１の載置台を形成する過程を示す概略断面図で
ある。

【図４】図１中の載置台を示す概略斜視図である。

【図５】図１の処理の作用を説明する表である。

【図６】第２の実施例を説明する載置台の要部を示す拡
大断面図である。

【符号の説明】

２処理容器４載置台７静電チャック 41 絶縁部 43 当接面Ｗ被処理体（半導体ウェハ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密に構成された処理容器内に設けられ
た載置台と、この載置台に設けられ被処理体を保持する
静電チャック機構とを具備し、前記処理容器内にプラズ
マを生起させ、前記被処理体を処理するプラズマ処理装
置であって、前記載置台は、前記静電チャック機構との
当接面の周縁部に絶縁部を設けたことを特徴とする処理
装置。
【請求項２】前記絶縁部は、前記載置台の前記当接面
の外周部から１０ｍｍ以下の範囲で形成されたことを特
徴とする請求項１のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記当接面は略１０μｍ以下の粗さであ
ることを特徴とする請求項１又は請求項２のプラズマ処
理装置。