(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る第１の電極部および第２の電極部とを備え、第１の電極部と第２の電極部の間に高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させてこ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、前記第１の電極部が、導電体から成るベース部とこのベース部の下部にあって前記第２の電極部に対向する絶縁体とを有し、このベース部と絶縁体の間にプラズマ発生用ガスのガス導入部である空隙部を形成するとともに、絶縁体にガス導入部に連通するガス吹出し用の貫通孔を複数個形成し、且つこれらの貫通孔を通して前記第２の電極部に対向する前記ベース部の下面側の表面を絶縁部で覆ったことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１の電極部が前記真空チャンバの上部に設けられる上部電極部であり、また前記第２の電極部が前記第１の電極部の下方に設けられて高周波電源に接続される下部電極部であり、前記第１の電極部に上方へ突出する取付部を設けてこの取付部を前記真空チャンバの上壁に取付け、且つこの取付部に前記ガス導入部である空隙部に通じる孔路を形成し、ガス供給部のプラズマ発生用ガスをこの孔路を通して前記ガス導入部に供給して前記貫通孔から下方へ吹出すように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】
前記第１の電極部と前記第２の電極部の間隔の大きさを調整する間隔調整手段を設け、この間隔の大きさを調整することにより、この間隔に発生するプラズマ密度を調整するようにしたことを特徴とする請求項１または２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、真空チャンバに設けられた２つの電極部の間にウエハやプリント基板などのワークを配設し、２つの電極部の間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、プラズマ中のイオン等をワークの表面に衝突させてプラズマ処理を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、真空チャンバの２つの電極部のうち、一方の電極部は接地しており、他方の電極部に高周波の高電圧を印加することにより、２つの電極部の間にプラズマを発生させるようになっている。この場合、プラズマを効率よく発生させてエッチングレート（エッチング力）を上げるためには、電極部にガス吹出孔を形成し、このガス吹出孔から狭い空間である２つの電極部の間にプラズマ発生用ガスを吹出すことが望ましい。また２つの電極部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を上げるためには、電極部と電極部を極力接近させてその間隔を小さくすることが望ましい。
【０００４】
しかしながらこのように電極部を構成すると、電極部と電極部の間に高電流のアーク放電が発生しやすくなり、アーク放電が発生するとワークに対するプラズマ処理は困難・不能になる。
【０００５】
そこで本発明は、互いに接近して配設された２つの電極部の間にアーク放電が発生するのを防止でき、エッチングレートを上げて効率のよいプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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る第１の電極部および第２の電極部とを備え、第１の電極部と第２の電極部の間に高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させてこ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、前記第１の電極部が、導電体から成るベース部とこのベース部の下部にあって前記第２の電極部に対向する絶縁体とを有し、このベース部と絶縁体の間にプラズマ発生用ガスのガス導入部である空隙部を形成するとともに、絶縁体にガス導入部に連通するガス吹出し用貫通孔を複数個形成し、且つこれらの貫通孔を通して前記第２の電極部に対向する前記ベース部の下面側の表面を絶縁部で覆ったことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００７】
この構成によれば、互いに接近して配設された２つの電極部の間にアーク放電が発生するのを防止でき、エッチングレートを上げて効率のよいプラズマ処理を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態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は本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の部分拡大断面図、図３は本発明の一実施の形態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は本発明の一実施の形態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。
【０００９】
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２は真空チャンバ１の上部に設けられた上部電極部であり、アース部４に接地されている。第２の電極部３は第１の電極部２の下方に設けられた下部電極部であり、高周波電源５に接続されている。したがって、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ことにより、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。
【００１０】
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の下部にベース部６に一体的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がその全面に上下に貫通するよう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。
【００１１】
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て形成される。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絶縁手段となるものである。
【００１２】
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。
【００１３】
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から絶縁体７が対向する第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、電極部２、３の間に効率よく吹出すことができる。
【００１４】
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、またプラズマによりエッチングされにくい耐フッ素系の絶縁物から成っている。外縁体１４はリング状であって、その先端部は先鋭な鋭角のエッジを有するテーパ部であり、その外面は中央部側へ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。
【００１５】
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の下壁に受部２４を介して装着されている。
【００１６】
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。
【００１７】
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、高価な静電気手段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。
【００１８】
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や載置部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に吸着されて装着したワーク１５全体を均一に冷却できる。また載置部２１は、金属などの比熱の小さく放熱性のよ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。
【００１９】
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、その外面に中央部側へ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。
【００２０】
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の大きさが調整される。このように間隔Ｔの大きさを調整自在にすることにより、この間隔Ｔに発生するプラズマ密度を調整してエッチングレートを変更することができる。なお、間隔Ｔが小さい程プラズマ密度は高くなってエッチングレートは大きくなる。したがってワーク１５の表面を深くエッチングするような場合は、間隔Ｔを小さくしてプラズマ密度を高くする。またワーク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の大きさを調整しているが、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が間隔調整手段となるものであるが、間隔調整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。また望ましくは、シリンダ１７などの間隔調整手段は制御部３４で制御する。
【００２１】
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などが衝突してプラズマ処理（エッチングやクリーニングなど）が行われる。
【００２２】
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。またベース部６の下面は貫通孔８を通して第２の電極部３に対向しているが、この下面には絶縁部１３が施されているので、ベース部６と第２の電極部３の間にアーク放電Ｄは発生しない。
【００２３】
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）は発生しにくく、また絶縁部１３を形成したのでベース部６と第２の電極部３の間にはアーク放電Ｄは発生しにくい。したがって、シリンダ１７を作動させて第１の電極部２と第２の電極部３の間隔Ｔを極力小さくすることができ、また第２の電極部３に高い高周波電圧を印加することができるので、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をすることができる。
【００２４】
ところで、ウエハの薄形化や、薄形化等のためにウエハの表面を機械研削したことによって生じたストレス層（クラックが生じた層）の除去のためには、ウエハの全面を深くエッチングすることが望ましい。このようにウエハの全面を深くエッチングする用途のためにプラズマ処理装置を用いたいのであるが、従来のプラズマ処理装置は電極部間の間隔を小さくできないこともあってエッチングレート（エッチング力）が小さかったものである。このため、従来のプラズマ処理装置は必要な深さまでエッチングするのにきわめて長大な時間を要し、したがってこのような用途には使用困難若しくは使用不能であったものである。ところが本発明によれば電極部間の間隔Ｔを小さくでき、且つより高い高周波電圧を第２の電極部３に印加できるので、電極部間のプラズマ密度を高くしてエッチングレートを大きくできる。したがってウエハの全面を所定の深さまで速やかにエッチングすることができるので、上記した用途にも有利に使用することができる。
【００２５】
因みに、本発明者の実験結果によれば、上記間隔Ｔは、従来のものの１／４以下にすることができた（従来のものの間隔は一般に４０ｍｍ程度、本発明によれば間隔Ｔの１０ｍｍ以下にすることが可能）。また外縁体１４、２２を耐熱性が大きく、またプラズマ中のイオン等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。
【００２６】
図５は本発明の他の実施の形態におけるプラズマ処理装置の部分拡大断面図である。絶縁部１３’は絶縁板から成り、空隙部９の天井面にベース部６の表面（下面）を覆うように設けられている。したがってこのものも実施の形態１と同様の作用効果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第１の電極部にガス吹出し用の貫通孔を形成することにより、第１の電極部と第２の電極部の間にプラズマ発生用ガスを効率よく吹出す構造とし、且つエッチングレートを上げるために第１の電極部と第２の電極部の間隔を小さくしても、第１の電極部のベース部と第２の電極部の間にアーク放電は発生しないので、安定したプラズマ処理を行うことができる。また間隔調整手段により、第１の電極部と第２の電極部の間隔を調整することにより、プラズマ密度を調整してエッチングレートを変更でき、且つ第１の電極部と第２の電極部の間へのワークの出し入れも容易にできる。したがってエッチングレートの高いプラズマ処理装置を小型コンパクトに構成できるものであり、殊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の除去などのためにウエハの全面を深くエッチングするプラズマ処理装置として特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態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】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の部分拡大断面図
【図３】本発明の一実施の形態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】本発明の一実施の形態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】本発明の他の実施の形態における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（上部電極部）
３  第２の電極部（下部電極部）
６  ベース部
７  絶縁体
８  貫通孔
９  空隙部（ガス導入部）
１０  取付部
１２  孔路
１３、１３’  絶縁部
１５  ワーク
１７  シリンダ（間隔調整手段）
３０  ガス供給部
【図１】
0003610857.tif 000002
【図２】
0003610857.tif 000003
【図３】
0003610857.tif 000004
【図４】
0003610857.tif 000005
【図５】
0003610857.tif 000006