(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、この真空チャンバを真空吸引する第１の真空ポンプと、真空チャンバに設けられた上部電極部と下部電極部と真空チャンバにプラズマ発生用のガスを供給するガス供給部とを備え、この上部電極をアースに接続するとともに下部電極を高周波電源に接続し、上部電極部と下部電極部の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、下部電極部上に載置されたワークをプラズマにてエッチングするプラズマ処理装置であって、
前記下部電極部がワークを載置するブロックを備え、このブロックにワークを真空吸着するための吸着孔を複数開孔し、またこのブロックの下部に冷媒を流すための冷媒路を形成し、且つ前記吸着孔を真空吸引する第２の真空ポンプと、前記冷媒路に冷媒を流す冷却装置を備え、前記ブロックが比熱の小さい金属から成り、前記吸着孔の真空圧が前記真空チャンバの真空圧よりも小さくなるように前記第１の真空ポンプと前記第２の真空ポンプを制御する制御部を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記下部電極に孔路が格子状に形成されており、孔路の交差部に前記吸着孔が形成されている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】
前記上部電極部と前記下部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又は２に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、真空チャンバ内の下部電極部上にウエハやプリント基板などのワークを載置し、上部電極部と下部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、イオンや電子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】
上部電極部と下部電極部の間にプラズマを発生させると、下部電極部は３００℃あるいはそれ以上に加熱される。その結果、下部電極部は熱ダメージを受けて劣化し、また下部電極部上のワークも熱ダメージを受け、最悪の場合は熱破壊される。また、ウエハの薄形化や、ウエハのストレス層（薄形化等のための機械研削によってクラックが発生した層）の除去のためには、ウエハの全面を深くエッチングする必要がある。このためには、プラズマ密度を高めたり、あるいは電極部間に印加する高周波電圧を大きくしてエッチングレート（エッチング力）を大きくする必要があるが、このようにすると下部電極部は益々発熱してワークの熱ダメージも大きくなる。したがって従来のプラズマ処理装置はこのようにワーク全面を深くエッチングするような用途には使用困難若しくは使用不能であった。
【０００４】
そこで本発明は、このような従来の問題点を解消できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、この真空チャンバを真空吸引する第１の真空ポンプと、真空チャンバに設けられた上部電極部と下部電極部と真空チャンバにプラズマ発生用のガスを供給するガス供給部とを備え、この上部電極をアースに接続するとともに下部電極を高周波電源に接続し、上部電極部と下部電極部の間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、下部電極部上に載置されたワークをプラズマにてエッチングするプラズマ処理装置であって、前記下部電極部がワークを載置するブロックを備え、このブロックにワークを真空吸着するための吸着孔を複数開孔し、またこのブロックの下部に冷媒を流すための冷媒路を形成し、且つ前記吸着孔を真空吸引する第２の真空ポンプと、前記冷媒路に冷媒を流す冷却装置を備え、前記ブロックが比熱の小さい金属から成り、前記吸着孔の真空圧が前記真空チャンバの真空圧よりも小さくなるように前記第１の真空ポンプと前記第２の真空ポンプを制御する制御部を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００６】
上記構成において、プラズマ処理中には、ワークは第２の真空ポンプの吸引力により吸着孔に真空吸着されてブロックにしっかり密着する。またその状態で、冷媒路に冷媒を流すことにより、ブロックは効果的に冷却され、ブロックやワークが過度に加熱されて熱ダメージを受けるのを防止する。またブロックは比熱の小さい金属から成るので、ワークやブロックをより効果的に冷却できる。また吸着孔の真空圧が真空チャンバの真空圧よりも小さくなるように第１の真空ポンプと第２の真空ポンプを制御することにより、ワークを吸着孔にしっかり真空吸着して安定的にプラズマ処理を行うことができ、またワークをブロックの上面にしっかり密着させてワークをブロックにより効果的に冷却することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記下部電極に孔路が格子状に形成されており、孔路の交差部に前記吸着孔が形成されているものであり、これによりワークを吸着孔にしっかり真空吸着できる。
請求項３の発明は、前記上部電極部と前記下部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ものであり、この構成により、間隔の大きさを調整してエッチングレートを変更することができる。
【００１０】
【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下部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下部電極部の冷媒路を示す底面図である。
【００１１】
図１において、真空チャンバ１の内部には上部電極部２と下部電極部３が間隔Ｔをおいて上下に配設されている。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。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。上部電極部２と下部電極部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。上部電極部２と下部電極部３の平面形状は円形である。
【００１２】
上部電極部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。
【００１３】
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下部電極部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。
【００１４】
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。
【００１５】
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から下部電極部３へ向って均等に吹出される。したがって、このような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、上部電極部２と下部電極部３の間に効率よく吹出すことができる。
【００１６】
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、またプラズマ中のイオンや電子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。このように上部電極部２の外縁部の外面に後退面１４ａを形成することにより、上部電極部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。
【００１７】
次に、下部電極部３を説明する。下部電極部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ブロック２１と、ブロック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。ブロック２１はワークの載置部となるものであって、その上面には、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。ブロック２１は、鋼鉄などの比熱の小さい金属から成っている。
【００１８】
図１および図２において、ブロック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を通して真空吸引手段としての真空ポンプ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はブロック２１上に真空吸着して固定される。このように孔路２５や吸着孔２６をブロック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。
【００１９】
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）、制御部３４で各真空ポンプ３１、３３（いずれも後述）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。
【００２０】
ブロック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はブロック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、ブロック２１、ブロック２１上のワーク１５を冷却する。このように冷媒路２８をブロック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、ブロック２１全体やブロック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、ブロック２１は、比熱の小さい金属などの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。
【００２１】
外縁体２２は上部電極部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、下部電極部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にくいようにしている。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。
【００２２】
３４は制御部であって、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。ここで、制御部３４は、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が真空チャンバ１の真空圧よりも強い吸着力でワーク１５を真空吸着するように）、真空チャンバ１の真空ポンプ３３と吸着孔２６の真空ポンプ３１を制御する。このように吸着孔２６の真空圧を真空ポンプ１の真空圧よりも小さくすれば、ワーク１５はブロック２１にしっかり密着されてブロック２１から不要に浮き上るなどしてがたつくようなことはなく、したがってワーク１５をブロック２１上にしっかり固定してプラズマ処理を行うことができる。
【００２３】
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、上部電極部２は上下動し、下部電極部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を下部電極部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、上部電極部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、下部電極部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。また真空チャンバ１に上部電極部２を兼務させてもよく、この場合、下部電極部３を上下動させて間隔を調整する。
【００２４】
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、ブロック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を通して供給して貫通孔８から下方へ吹出させ、下部電極部３のベース部２０に高周波電圧を印加する。すると上部電極部２と下部電極部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等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。
【００２５】
ここで、プラズマ処理中には、冷媒路２８には冷水などの冷媒が流され、ブロック２１はその全体が冷却される。またワーク１５は吸着孔２６に真空吸着されることにより、ブロック２１の上面にぴったり密着している。したがって、プラズマ処理中にワーク１５やブロック２１が過度に加熱されることはない。
【００２６】
さて、図２において、上部電極部２と下部電極部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。したがって上部電極部２と下部電極部３の間には異常な放電は発生せず、また高周波電源５に接続された下部電極部３と真空チャンバ１の間にも異常な放電は発生せず、下部電極部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上部電極部２と下部電極部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。
【００２７】
以上のように、上部電極部２と下部電極部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、シリンダ１７を作動させて上部電極部２と下部電極部３の間隔Ｔを小さくし、あるいは下部電極部３に高電圧を印加し、上部電極部２と下部電極部３の間に発生するプラズマの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。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は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、またプラズマイオン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。なおシリンダ１７は、望ましくは制御部３４で制御する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プラズマ処理中にワークやブロックを効果的に冷却し、ワークやブロックが過剰に加熱されて熱ダメージを受けるのを解消できる。また本発明によれば、エッチングレート（エッチング力）を大きくしてもワークやブロックが受ける熱ダメージは小さいので、上部電極部と下部電極部間の間隔を小さくしたり、あるいは上部電極部と下部電極部間に印加する高周波電圧を大きくするなどしてプラズマ密度を
高くすることができるので、ウエハの薄形化や、ウエハの機械研削面に生じたストレス層を除去する等のために、ウエハの全面を深く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。また、第１の真空ポンプで真空チャンバを真空吸引しながら、第２の真空ポンプによりワークを吸着孔にしっかり真空吸着して安定的にプラズマ処理を行うことができ、またワークをブロックの上面にしっかり密着させてワークをブロックにより効果的に冷却することができる。
【００３０】
また請求項２の発明によれば、吸着孔をブロックの全面に均等に形成して、ワークを吸着孔にしっかり真空吸着することができる。
また請求項３の発明によれば、上部電極部と下部電極部の間隔を調整することにより、この間隔に生じ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、且つワークの下部電極部上への移載やこれからの取り出しを容易に行うことができる。
【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下部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下部電極部の冷媒路を示す底面図
【符号の説明】
１  真空チャンバ
２  上部電極部
３  下部電極部
１５  ワーク
１７  シリンダ（間隔調整手段）
２１  ブロック
２６  吸着孔
２８  冷媒路
３１  真空ポンプ
３２  冷却装置
３３  真空ポンプ
３４  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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