(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生用ガスが供給される真空チャンバと、この真空チャンバに間隔をおいて配設された上部の電極部及び下部の電極部とを備え、電極部に高周波電圧を印加することにより真空チャンバの内部にプラズマを発生させて前記２つの電極部の間に配設されたワークをプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
前記上部の電極部の外縁部に絶縁物であるセラミックスから成る外縁体を設け、この外縁体の外面をこの電極部の中央部上側へ向う後退面とする、及び又は前記下部の電極部の外縁部に絶縁物であるセラミックスから成る外縁体を設け、この外縁体の外面をこの電極部の中央部下側へ向う後退面とすることにより、この後退面と前記真空チャンバの内壁面との距離およびこの後退面と相手方電極部の外縁部の外面との距離を大きくしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電極部の先端部を先鋭なテーパ部とすることにより、前記後退面を形成したことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記電極部の先端部を階段状とすることにより、前記後退面を形成したことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの表面のエッチングやクリーニングなどを行うためのプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハ表面のエッチングやプリント基板表面のクリーニングなどのためにプラズマ処理を施すことが知られている。プラズマ処理装置は、真空チャンバ内にウエハやプリント基板などのワークを収納し、内部の電極部に高周波電圧を印加することにより、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、イオンや電子等をワークの表面に作用させてプラズマ処理を行うものである。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置はウエハ等の半導体基板に集積回路を加工する微細加工用の装置としても広く使用されている。微細加工用のプラズマ処理装置は、プラズマ密度が低いので、エッチングレートは例えば０．１μｍ／ｍｉｎ程度となっている。
【０００４】
一方、プラズマ処理装置の新しい応用分野として、ウエハの全面を３〜５μｍ程度深く均一に加工する用途が注目されており、中でも機械研削によってウエハの表面に生じたストレス層（クラックが発生した層）をプラズマ処理装置で除去する試みがなされている。このストレス層の除去のためには、機械加工されたウエハの表面を約４μｍ以上深く削る必要がある。このため本発明者らは、プラズマ密度を高めて、効率よくエッチングを行うプラズマ処理装置について実験を行った。
【０００５】
図６は従来のプラズマ処理装置の部分拡大断面図であって、上記実験に使用したものを示すものである。図中、１００は真空チャンバ、１０１、１０２は真空チャンバ１００内に互いに間隔Ｔ’をおいて配設された２つの電極部、１０３は下方の電極部１０２上に載置されたワークである。一方の電極部１０１は接地されており、他方の電極部１０２に高周波電圧が印加される。また真空チャンバ１００は接地されている。
【０００６】
真空チャンバ１００内にプラズマ発生用ガスを供給し、電極部１０２に高周波電圧を印加すると、電極部１０１と電極部１０２の間にプラズマが発生し、イオンや電子などがワーク１０３の表面に衝突してエッチングやクリーニングなどが行われる。図６において、ハッチングで示す領域Ａは、電極部１０１と電極部１０２の間に発生したプラズマの発生領域である。本プラズマ処理装置では、プラズマ密度を高くするために間隔Ｔ’を２０ｍｍ以下とし、真空チャンバの圧力を５００［Ｐａ］以上の条件下でプラズマを発生させた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図６において、エッチングレートをあげるために間隔Ｔ’を小さくすると、電極部１０１と電極部１０２の端面間に放電Ｂが発生し、プラズマの外端部Ａ’は、図示するように２つの電極部１０１、１０２の間から真空チャンバ１００の内壁面へ向って膨出する。このようにプラズマが膨張して真空チャンバ１００の内壁面に接近すると、これが呼び水となって、高周波電圧が印加される電極部１０２と真空チャンバ１００の内壁面の間に放電Ｃが生じて、電極部１０２と真空チャンバ１００は短絡する。
【０００８】
すなわち、従来のプラズマ処理装置では、エッチングレートをあげるために間隔Ｔ’を小さくすると放電Ｂが発生しやすく、この放電Ｂは放電Ｃへ移行しやすいということが本発明者の実験により明らかになった。そしてこのような異常な放電Ｃが発生すると、電極部１０１、１０２間のプラズマ生成は不調となり、ワーク１０３のプラズマ処理は困難・不能になる。
【０００９】
そこで本発明は、上記のような従来のプラズマ処理装置の問題点を解消し、電極部間の間隔を小さくしても異常な放電が発生しにくいプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、プラズマ発生用ガスが供給される真空チャンバと、この真空チャンバに間隔をおいて配設された上部の電極部及び下部の電極部とを備え、電極部に高周波電圧を印加することにより真空チャンバの内部にプラズマを発生させて前記２つの電極部の間に配設されたワークをプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、前記上部の電極部の外縁部に絶縁物であるセラミックスから成る外縁体を設け、この外縁体の外面をこの電極部の中央部上側へ向う後退面とする、及び又は前記下部の電極部の外縁部に絶縁物であるセラミックスから成る外縁体を設け、この外縁体の外面をこの電極部の中央部下側へ向う後退面とすることにより、この後退面と前記真空チャンバの内壁面との距離およびこの後退面と相手方電極部の外縁部の外面との距離を大きくしたことを特徴とするプラ
ズマ処理装置である。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記電極部の先端部を先鋭なテーパ部とすることにより、前記後退面を形成した。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、前記電極部の先端部を階段状とすることにより、前記後退面を形成した。
【００１３】
本発明の請求項１、２、３の発明によれば、電極部の後退面と真空チャンバの内壁面との距離、およびこの後退面と相手方電極部の外縁部の外面との距離が大きくなるので、真空チャンバと電極部の間に異常な放電が発生するのを防止し、安定したプラズマ処理を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の全体構成を示す断面図、図２は本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の部分拡大断面図、図３は本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の電極部の吸引孔を示す平面図、図４は本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の電極部の冷媒路を示す底面図である。
【００１５】
図１において、真空チャンバ１の内部には２つの電極部（第１の電極部２と第２の電極部３）が間隔Ｔをおいて上下に配設されている。第１の電極部（上部電極部）２は上方にあり、アース部４に接地されている。第２の電極部（下部電極部）３は下方にあり、高周波電源５に接続されている。第１の電極部２と第２の電極部３の間に高周波電圧を印加すると、この間にプラズマが発生する。第１の電極部２と第２の電極部３の平面形状は円形である。
【００１６】
第１の電極部２は、アルミニウムなどの導電体から成るベース部６と、ベース部６の下部に装着された板状の絶縁体７から成っている。絶縁体７はガス吹出部となるものであり、ガス吹出孔となる貫通孔８がその全面に多数開孔されている。絶縁体７は、石英などの絶縁物から成っている。
【００１７】
ベース部６と絶縁体７の間にはガス導入部としての狭い空隙部９が確保されている。図２において、空隙部９の天井面（ベース部６の下面側の表面）は絶縁部１３で覆われている。絶縁部１３は、セラミックスを溶射したり、あるいは絶縁板を装着するなどして構成される。この絶縁部１３は、ベース部６の下面と、この下面が対向する第２の電極部３の上面の間に、貫通孔８を通じて高電流のアーク放電Ｄが発生してプラズマ生成が不調になるのを防止する。
【００１８】
図１において、ベース部６の中央部には上方へ突出する取付部１０が突設されており、取付部１０は受部１１を介して真空チャンバ１の上壁に上下動自在に装着されている。取付部１０には空隙部９に通じる孔路１２が形成されており、孔路１２にはガス供給部３０が接続されている。
【００１９】
ガス供給部３０は、例えばＣＦ４（４フッ化炭素）とＯ２（酸素）の混合ガスなどのプラズマ発生用ガスを真空チャンバ１に供給する。ガス供給部３０内のプラズマ発生用ガスは、孔路１２を通して空隙部９へ送られ、複数（多数）の貫通孔８から第２の電極部３へ向って均等に吹出される。したがって、このように電極部がガス吹出し部を兼務する構造にしたことにより、プラズマ処理に必要なプラズマ発生用ガスを、第１、第２の電極部２、３の間に効率よく吹出すことができる。
【００２０】
図１および図２において、絶縁体７の外縁部には外縁体１４が装着されている。外縁体１４は、セラミックスなどの耐熱性が大きく、またプラズマイオンによりエッチングされにくい硬質の絶縁物から成っている。外縁体１４はリング状であって、その先端部は真空チャンバ１の内壁面へ向って突出する先鋭な鋭角のエッジを有するテーパ部であり、図１及び図２に示すようにその外面（側面）は電極部２の中央部上側へ向ってテーパ状に後退する後退面１４ａになっている。このように第１の電極部２の外縁部の外面に後退面１４ａを形成することにより、第１の電極部２と真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌを実質的に大きくし、その間に異常な放電が発生しないようにしている。
【００２１】
次に、第２の電極部３を説明する。第２の電極部３は、アルミニウムなどの導電体から成るベース部２０と、ベース部２０の上面に装着された放熱性のよい物質（例えば鋼材などの単体の金属ブロック）から成る載置部２１と、載置部２１の外縁部に装着されたリング状の外縁体２２から成っている。載置部２１には、プラズマ処理対象物であるウエハなどのワーク１５が載置される。ベース部２０から下方へ突出する取付部２３は、真空チャンバ１の下壁に絶縁性の受部２４を介して装着されている。
【００２２】
図１および図２において、載置部２１は円板体であって、その厚さ方向の中央部には細い孔路２５が格子状に形成されており（図３）、孔路２５の交差部には孔路２５に連通する吸着孔２６が多数マトリクス状に開孔されている。孔路２５や吸着孔２６は孔部２７を通して真空ポンプ３１に連通している。したがって真空ポンプ３１が駆動することにより、ワーク１５は載置部２１上に真空吸着して固定される。
【００２３】
このように孔路２５や吸着孔２６を載置部２１の全面に均等に形成することにより、ワーク１５を吸着孔２６にしっかり真空吸着できる。この場合、吸着孔２６によるワーク１５の吸着力が真空チャンバ１の真空圧よりも相対的に小さいと、ワーク１５を吸着孔２６にしっかり吸着できず、ワーク１５はがたついてしまう。したがって、吸着孔２６の真空圧が真空チャンバ１の真空圧よりも小さくなるように（すなわち吸着孔２６の吸着力を真空チャンバ１の吸引力よりも大きくし、これにより真空チャンバ１の真空圧のためにワーク１５が浮き上るなどしてがたつかないように）、後述する制御部３４で各真空ポンプ３１、３３を制御する。なお、従来のプラズマ処理装置では、ワークは一般に、きわめて高価な静電気手段により電極部に吸着して保持されていたものであり、そのため製造コストがきわめて高かったものである。
【００２４】
載置部２１の下部には細い冷媒路２８が形成されている。図４に示すように、冷媒路２８は載置部２１の全面に極力均等に分布するように形成されており、取付部２３に形成された孔部２９を通して冷却装置３２に接続されている。冷却装置３２から送られた冷水などの冷媒は冷媒路２８を流れ、ベース部２０、載置部２１を冷却する。このように冷媒路２８を載置部２１の全面に極力均等に分布するように形成することにより、載置部２１全体や載置部２１の上面に吸着孔２６に吸着されて密着したワーク１５全体を均一に冷却できる。また、載置部２１は、放熱性のよい金属などの比熱の小さい物質にて単体のブロックとして形成されているので、冷媒により効果的に冷却することができる。
【００２５】
外縁体２２は第１の電極部２の外縁体１４と同材質、同形状のものであって、図１及び図２に示すようにその外面に中央部下側へ向ってテーパ状に後退する後退面２２ａを形成することにより、第２の電極部３と真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌを実質的に大きくしている。また外縁体１４、２２の外面を後退面１４ａ、２２ａにすることにより、外面同士の距離Ｌ’を実質的に大きくし、その間に放電が発生しないようにしている。図１において、３３は真空ポンプであり、真空チャンバ１の内部を真空吸引する。３４は制御部であり、真空吸引手段を構成する真空ポンプ３１、３３などの破線で接続した各要素を制御する。なお、真空ポンプ３１、３３には、必要に応じて、その吸引路を開閉するバルブが付設される。また図示しないが、真空チャンバ１や吸着孔２６の真空圧を測定するための圧力センサが適所に設けられており、制御部３４は圧力センサの測定信号に基づいて真空ポンプ３１、３３などの制御を行う。
【００２６】
図１において、取付部１０はシリンダ１７のロッド１８にアーム１９を介して連結されている。ロッド１８を突没させると、第１の電極部２は上下動し、第２の電極部３との間隔Ｔの大きさが変更される。このように間隔Ｔの大きさを変更自在にすることにより、ワーク１５を出し入れ手段（図外）により真空チャンバ１に出し入れするときは、間隔Ｔを大きくすることにより、ワーク１５を第２の電極部３上に難なく移載することができ、またこれからピックアップして取り出すことができる。なお本実施の形態１では、第１の電極部２を上下動させることにより、間隔Ｔの大きさを変更しているが、第２の電極部３を上下動させて間隔Ｔの大きさを変更するようにしてもよい。またシリンダ１７はワーク１５の出し入れの便のための間隔変更手段となるものであるが、間隔変更手段としてはシリンダ１７に限らず、送りねじ機構などでもよい。またシリンダ１７などの間隔変更手段は、望ましくは制御部３４で制御する。
【００２７】
このプラズマ処理装置は上記のような構成より成り、次にプラズマ処理動作について説明する。図１において、載置部２１上にワーク１５を載置し、真空ポンプ３１によりワーク１５を吸着してワーク１５ががたつかないように固定した後、真空ポンプ３３を駆動して真空チャンバ１の内部を真空吸引する。この場合、上述したように、真空ポンプ３１によるワーク１５の吸着力を真空ポンプ３３による吸引力よりも大きくし、プラズマ処理中にワーク１５が浮き上るなどしてがたつかないようにする。またガス供給部３０からプラズマ発生用ガスを孔路１２を通して空隙部９へ供給して貫通孔８から下方へ吹出させ、第２の電極部３のベース部２０に高周波電圧を印加する。すると第１の電極部２と第２の電極部３の間にプラズマが発生し、ワーク１５の表面にプラズマ中のイオンや電子などが作用してプラズマ処理（エッチングやクリーニングなど）が行われる。
【００２８】
さて、図２において、第１の電極部２と第２の電極部３の間にはプラズマが発生するが、後退面１４ａ、２２ａと真空チャンバ１の内壁面との距離Ｌは大きく、また後退面１４ａと後退面２２ａの距離Ｌ’も大きい。したがって第１の電極部２と第２の電極部３の間には異常な放電は発生せず、また高周波電源５に接続された第２の電極部３と真空チャンバ１の間にも異常な放電は発生せず、第２の電極部３と真空チャンバ１の内壁面は短絡しない。したがってプラズマは第１の電極部２と第２の電極部３の間に閉じ込められ、ワーク１５のプラズマ処理は安定的に行われる。
【００２９】
以上のように、第１の電極部２と第２の電極部３の外縁部である外縁体１４、２２の外面を後退面１４ａ、２２ａとしたことにより異常な放電（短絡）は発生しにくい。したがって、第１の電極部２と第２の電極部３の間に発生するプラズマ密度を高くしてエッチングレート（エッチング力）を大きくし、速やか且つ強力にプラズマ処理することができる。特に、ウエハの薄形化や、ウエハの表面機械研削したことによって生じたストレス層（クラックが発生した層）を除去するなどの用途のために、ウエハの全面を深くまた均一にエッチングするためのプラズマ処理装置として特に有利である。因みに、本発明者の実験結果によれば、上記間隔Ｔを５ｍｍまで狭くしても異常な放電は見られなかった。また外縁体１４、２２を耐熱性が大きく、またイオンなどによりエッチングされにくいセラミックスなどの素材により形成したことにより、外縁体１４、２２の劣化損耗を防止できる。
【００３０】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。外縁体１４’、２２’の外面（側面）は電極部２’、３’の中央部側へ段階的に後退する階段状の後退面１４’ａ、２２’ａになっている。これ以外の構成は、実施の形態１と同じである。したがってこの実施の形態２も、実施の形態１と同様の作用効果が得られる。
【００３１】
なお、上記した各実施の形態では、第１の電極部と第２の電極部のいずれの外縁部の外面にも後退面を形成しているが、何れか一方の電極部にのみ後退面を形成してもよいものであり、要は、望ましくは、少なくとも高周波電源に接続される第２の電極部の外縁部の外面を後退面とすることにより、この第２の電極部が相対する相手方電極部である第１の電極部との外面との距離を大きくすればよい。また、上部電極部である第１の電極部は真空チャンバが兼務してもよく、この場合、後退面は下部電極部である第２の電極部にのみ設けることが望ましい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電極部間の間隔を小さくしても、真空チャンバと電極部の間に異常な放電が発生するのを防止し、安定したプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の全体構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の部分拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の電極部の吸引孔を示す平面図
【図４】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の電極部の冷媒路を示す底面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の部分拡大断面図
【図６】従来のプラズマ処理装置の部分拡大断面図
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  第１の電極部
３  第２の電極部
１４、１４’、２２、２２’  外縁体（外縁部）
１４ａ、１４’ａ、２２ａ、２２’ａ  後退面
１５  ワーク
１７  シリンダ（間隔変更手段）
【図１】
0003632542.tif 000002
【図２】
0003632542.tif 000003
【図３】
0003632542.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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