(57)【要約】【課題】  透過窓の被処理基板側の表面に成膜されるセラミックス系材料の剥離およびクラックの発生が低減され、セラミック系材料が被処理基板上にパーティクルとして付着することを低減するプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  真空処理容器１内にガスのプラズマを発生させるためにマイクロ波を透過させ、被処理基板１２側の表面にＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２等セラミックス系材料４が成膜される透過窓３と、有し、被処理基板１２にプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置において、透過窓３の最外周に被処理基板１２側に突出するリング状フランジ３ａを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2009038262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理される被処理基板が挿入載置され、内部が排気される真空処理容器と、
前記真空処理容器内にガスを供給するガス供給手段と、
前記真空処理容器内に前記ガスのプラズマを発生させるためにマイクロ波を透過させ、  前記被処理基板側の表面にセラミックス系材料が成膜される透過窓と、を有し、前記被処理基板に前記プラズマによる処理を施すプラズマ処理装置において、
前記透過窓の最外周に前記被処理基板側に突出するリング状フランジを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記透過窓における前記マイクロ波が透過する部分よりも前記リング状フランジが２ｍｍ以上厚く突出す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】
前記被処理基板側の表面に成膜される前記セラミックス系材料の厚みが、２００ミクロン以下であ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４】
前記透過窓は、前記最外周にて前記真空処理容器内に対して周方向以外の変位を拘束する拘束手段を備え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５】
前記透過窓を挟んで前記被処理基板側の表面とは反対側に、前記透過窓から熱を伝導させ前記透過窓を冷却する透過窓冷却手段を有する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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減圧ＣＶＤ、熱処理、プラズマエッチング、プラズマアッシング、プラズマクリーニング等、半導体の製作用基板を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、半導体表面に成膜した酸化膜等を選択的にエッチングし、局所的にリン、砒素、硼素等の物質をドーパントとしてイオン注入し半導体中に電子または正孔を発生して、半導体の伝導性を変化させる工程の繰り返しにて所定の回路素子を形成する。
この選択的なエッチングあるいは局所的なイオン注入のため、マスク材として感光性を持たせた樹脂から構成される感光剤が用いられる。
この感光剤は、エッチングやイオン注入の工程が終了後は不要となるため除去される。
感光剤の除去には、ガスをマイクロ波により励起したプラズマより生成される活性種（ラジカル、イオン、オゾン）を使用し除去を行うマイクロ波プラズマ処理装置が一般的に使用される。
このマイクロ波プラズマ処理装置には、通例、複数の真空処理容器が搭載される。
この真空処理容器内に収納された被処理基板は、予め定められたガス種、温度、圧力、マイクロ波出力制御の条件の下、以下のように処理される。  
被処理基板上の不要となった感光剤は、励起されたプラズマにより生成された活性種（ラジカル、イオン、オゾン）により、水蒸気、二酸化炭素又は一酸化炭素、その他生成物の低沸点のガス状の生成物となる。
さらに、真空処理容器外へ排出され、被処理基板上の感光剤は除去され、この工程は通常アッシング工程と呼ばれる。
半導体処理工程において、プラズマ処理装置は不可欠なものであり同時に生産性向上のため高い処理速度と低ダメージが要求される。
要求される高い処理速度と低ダメージを実現する手段として、金属平板に加工されたスロットより誘電体にマイクロ波を導入し、誘電体の被処理基板上側の表面に高密度プラズマを生成させる方法が有る。
【０００３】
従来のプラズマ処理装置は、典型的に、マイクロ波発生源から供給されるマイクロ波を、スロットを有する金属平板及び誘電体を介して、被処理基板を収納するプラズマ発生室に供給する。
プラズマ発生室は、減圧又は真空環境に維持され、反応ガスが供給される。反応ガスは、マイクロ波によってプラズマ化され、活性の強いラジカルとイオンになり、被処理基板と反応してプラズマ処理を施す。
誘電体は、マイクロ波をプラズマ発生室に透過すると共にプラズマ発生室の減圧又は真空環境を維持する機能を有する。
金属平板は、スロットを通じてマイクロ波を誘電体に導入し、誘電体が遊離してガスに不純物として混入することを防止し、プラズマの分布を均一化する機能を有する。
このようなプラズマ処理方法は、誘電体の被処理基板側の表面にマイクロ波励起の高密度プラズマを生成し、大面積で且つ高密度のプラズマ生成手法として注目されている。
マイクロ波をプラズマ生起用の励起源として使用するマイクロ波プラズマ処理装置としては、ＣＶＤ装置、エッチング装置、アッシング装置、表面改質装置等が知られている。
【０００４】
かかるマイクロ波プラズマ処理装置を使用した被処理基板の処理においては、典型的に、真空処理容器内に処理用ガスを導入する。
さらに、真空処理容器の外部に設けられたマイクロ波供給装置からマイクロ波を誘電体窓を介して真空処理容器に供給してプラズマを発生させ、ガスを励起、解離、反応させ、処理室内に配された被処理基体を表面処理する。
誘電体窓及びその周辺に設けられたＯリングは真空処理容器を減圧又は真空環境に維持する。
また、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置において、導電体平板に複数のスロットを有するマイクロ波アンテナより真空処理容器内にマイクロ波を導入しプラズマを発生させる。
このマイクロ波アンテナとしては、例えば、特許第２７２２０７０号特許公報あるいは特開平８−１１１２９７号公報にて提案されているものを用いることが好適である。
これらは、ＲＬＳＡ（ラジアルラインスロットアンテナ）あるいは無終端環状導波管の平面状Ｈ面に複数のスロットを平面に形成したＰＭＡ（マルチスロットアンテナ）である。
【特許文献１】特許第２７２２０７０号特許公報
【特許文献２】特開平８−１１１２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマ処理装置においてマイクロ波が透過する透過窓の材料には、マイクロ波を透過させるマイクロ波透過性、マイクロ波及びプラズマの加熱に耐える耐熱性、及びプラズマによるエッチングに耐える耐食性が要求される。このマイクロ波透過窓の材料として従来、石英が一般的に用いられていた。
但し、最近では、局所的にリン、砒素、硼素等の物質をドーパントとしてイオン注入されたレジストマスクをアッシングする工程等では、フッ素系反応性ガスが用いられている。
例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ６、ＮＦ３等のフルオロカーボン（Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）系ガスを用い剥離性を向上させてプロセスを用いる場合が多く見受けられる。
しかしながら、この石英は、フルオロカーボン系ガスを用いたプラズマに対する耐食性が極端に低い。
そのため、フルオロカーボン系ガスを用いたプラズマ処理では、マイクロ波透過石英窓がエッチングされるため、被処理基板への反応活性種の供給が減少し処理速度が低下する。
【０００６】
このため、石英から成る誘電体である透過窓の表面で生成される揮発性フッ化物（ＳｉＦ４）の蒸発により進行する腐食による微細ピットが生成される。
このため、誘電体である透過窓の内部より離脱した石英が、被処理基板上にパーティクルとして付着し、製品歩留まりを低下させる原因となる。
その対策として、フルオロカーボン系ガスのプラズマ耐性を持ち、かつ、マイクロ波透過性を損なわない材料、例えば窒化アルミ（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材が用いられている。しかし、それでも耐性が十分では無い。
このため、さらにプラズマ耐性を付加する目的で誘電体である透過窓の母材よりフルオロカーボン系ガスのプラズマ耐性を持つ材料により膜厚数ミクロン〜数百ミクロンの成膜を行う。
この材料は、例えば、酸化イットリア（Ｙ２Ｏ３）、ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）等のセラミックス系材料である。
【０００７】
プラズマ溶射、アーク溶射、ＰＶＤ（物理気相成長法）、ＣＶＤ（化学気相成長法）等により、この成膜を行い耐腐食性を向上させている。膜厚については表面膜としての強度の観点から２００ミクロン以下が好適である。
また、その真空処理容器のマイクロ波透過窓となる誘電体の母材は、平板形状が一般的あり、セラミック系材料の成膜はコスト、及び清浄度管理の理由で被処理基板側の表面のみ成膜が行われている。
この成膜により耐腐食性は格段に向上しているが、成膜内部の破壊によるクラックの発生、及び膜が母材より剥離し、表面より離脱したセラミック系材料が被処理基板上にパーティクルとして付着し製品歩留まりを低下させる。
さらに、マイクロ波透過窓表面の成膜破損により装置の安定した稼動を妨げ、装置の稼働率を低下させる。
そこで、本発明は、透過窓の被処理基板側の表面に成膜されるセラミックス系材料の剥離およびクラックの発生が低減され、セラミック系材料が被処理基板上にパーティクルとして付着することを低減するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明のプラズマ処理装置は、処理される被処理基板が挿入載置され、内部が排気される真空処理容器と、前記真空処理容器内にガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理容器内に前記ガスのプラズマを発生させるためにマイクロ波を透過させ、前記被処理基板側の表面にセラミックス系材料が成膜される透過窓と、を有し、前記被処理基板に前記プラズマによる処理を施すプラズマ処理装置において、  前記透過窓の最外周に前記被処理基板側に突出するリング状フランジを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、透過窓の最外周に被処理基板側に突出するリング状フランジを備えるため透過窓が被処理基板側とは反対方向に凸形状に変形し、透過窓の被処理基板側の表面に成膜されるセラミックス系材料の剥離および破壊によるクラックの発生が低減される。
このため、セラミック系材料が被処理基板上にパーティクルとして付着することを低減し、製品歩留まりを向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１１】
図１を参照して、本発明の実施例のプラズマ処理装置を説明する。
本実施例のプラズマ処理装置は、被処理基板１２にプラズマによる処理を施す装置である。
真空処理容器１は、処理される被処理基板１２が挿入載置され、内部が排気される容器である。被処理基板１２は、真空処理容器１内のヒータステージ７の上に載置される。
ガス供給手段であるガスインレットポート１０は、真空処理容器内１にプラズマにて活性種を生成するガスを供給する手段である。
マイクロ波導波管２は、マイクロ波を真空処理容器１に導入する手段である。
本実施例においては、導電体平板に複数のスロットを有する図示されないマイクロ波アンテナより、その真空処理容器１内にマイクロを導入しプラズマをプラズマ生成領域１１に発生させる。
このマイクロ波アンテナは、上記したＲＬＳＡ（ラジアルラインスロットアンテナ）や、無終端環状導波管の平面状Ｈ面に複数のスロットを平面に形成したＰＭＡ（マルチスロットアンテナ）を用いることが好適である。
本実施例においては、マイクロ波アンテナとしてＰＭＡ（マルチスロットアンテナ）を用いる。
透過窓３は、誘電体から成り、マイクロ波をマイクロ波導波管２内と圧力差のある真空処理容器１内に透過させ、真空処理容器１内にガスのプラズマを発生させる。  
さらに、透過窓３の被処理基板１２側の表面にＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２等のセラミックス系材料４が成膜される。
本実施例においては、セラミックス系材料４として、フルオロカーボン系ガスを用いた場合に、プラズマ耐性の目的でプラズマ溶射された酸化イットリア（Ｙ２Ｏ３）が用いられる。
また、被処理基板１２側の表面に成膜されるセラミックス系材料４の厚みが、２００ミクロン以下であることが好適である。
【００１２】
透過窓３の最外周に被処理基板１２側に突出するリング状フランジ３ａが形成される。
リング状フランジ３ａは、連続したリング形状のみでなく断続的リング形状でも良い。
また、透過窓３におけるマイクロ波が透過する部分よりもリング状フランジ３ａが２ｍｍ以上厚く突出するように形成されることが好適である。
真空処理容器１内の支持部１ａに誘電体３を真空状態にシールするための誘電体シール用Ｏリング５が接触する。この誘電体シール用Ｏリング５は、リング状フランジ３ａに沿って設けられる。
このため、透過窓３は、最外周にて真空処理容器１内に対して周方向以外の変位を拘束するように構成される。
透過窓３を挟んで被処理基板１２側の表面とは反対側に、透過窓からプラズマより受けた熱を伝導させ透過窓３を空気により冷却する透過窓冷却手段である誘電体冷却ノズル６を有する。
ゲート機構部８は、真空処理容器１に被処理基板１２を出し入れする手段である。
排気ポート９は、真空処理容器１内部を排気し、所定の圧力とするための排気手段が接続される。
【００１３】
図２を参照して、本実施例のプラズマ処理装置における処理シーケンスを説明する。
最初に被処理基板１２をヒータステージ７上へ載置する（Ｓ１）。
次に、真空処理容器１の内部を外部に接続されたドライポンプ等にて排気ポート９より排気減圧する（Ｓ２）。
真空処理容器１の内部が所定の圧力まで減圧された後は、酸素等の処理プロセスガスを導入し、所定の圧力にて制御を行う（Ｓ３）。
その後、マイクロ波の供給を行い真空処理容器１の内部にプラズマを生成させる（Ｓ４）。
所定の時間経過後にマイクロ波の供給を停止し、プラズマ処理を完了する（Ｓ５）。
最後に真空処理容器１の内部のガス置換を行い（Ｓ６）、被処理基板１２を搬出する（Ｓ７）。
以上の７ステップを半導体基材毎に繰返し処理を行う。
【００１４】
次に、本実施例のプラズマ生成条件を基にＦＥＭ（有限要素法；Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）を用い、誘電体から成る本実施例の透過窓３と従来例の透過窓１３との形状の違いによる誘電体変形と変形量の計算結果を示す。
（誘電体から成る透過窓３，１３の形状）
（１）本実施例：
図１、図３に示されるように透過窓３の最外周に被処理基板１２側に突出するリング状フランジ３ａが形成される。
透過窓３：材質は窒化アルミ（ＡｌＮ）とし、中央部の厚み１０ｍｍ、周辺部の厚み１６ｍｍ、周辺部の幅１４ｍｍの透過窓材を用いたため透過窓３の外周部段差であるリング状フランジ３ａが６ｍｍと２ｍｍよりも大きくなっている。
（２）従来例：
図４、図５に示されるように透過窓１３は平板形状である。
透過窓１３の材質は窒化アルミ（ＡｌＮ）とし、厚み１０ｍｍの透過窓材を用いた。
【００１５】
（物性値）
透過窓３，１３の母材の材質    ：窒化アルミ（ＡｌＮ）
透過窓３，１３のセラミックス系材料４の溶射膜の材質：酸化イットリア（Ｙ２Ｏ３）
溶射膜の膜厚    ：１００ミクロン
ヤング率       ：３２０Ｇｐａ
ポアソン比     ：０.２４
線膨張係数     ：５.６e-６／Ｋ（１００〜１０００℃）
比熱            ：７００Ｊ／ＫｇＫ
熱伝導率       ：９０Ｗ／ｍＫ
密度            ：３２２０ｋｇ／ｍ３
曲げ強度       ：４００ＭＰａ
（加熱冷却条件）
加熱            ：４ｋＷを投入
冷却            ：誘電体窓上を２０℃に冷却
【００１６】
（計算結果）
（１）本実施例：
図１、図３に示されるように透過窓３は、その最外周に被処理基板１２側に突出するリング状フランジ３ａを備える。
透過窓３の変形形状３ｂ：被処理基板側とは反対方向に凸形状
変形量：  透過窓３の中央部分にて上部側へ１５０ミクロン
（２）従来例：
図４、図５に示されるように透過窓１３は平板形状である。
透過窓３の変形形状１３ｂ：被処理基板側に凸形状
変形量：  透過窓３の中央部分にて下部側へ２００ミクロン
【００１７】
最外周に被処理基板１２側に突出するリング状フランジ３ａを有する本実施例の透過窓３は、被処理基板側とは反対の面側に凸形状に変形する変形形状３ｂを有する。
以上の計算結果より、この変形形状３ｂのため表面層のセラミックス系材料４である酸化イットリア（Ｙ２Ｏ３）は圧縮応力を受ける。
また、従来例の平板形状の透過窓１３は被処理基板側に凸形状に変形する変形形状１３ｂのため表面層のセラミックス系材料４である酸化イットリア（Ｙ２Ｏ３）は引張り応力を受ける。
この結果より、被処理基板側に凸形状に変形する変形形状１３ｂにより引張り応力を受ける従来例より、圧縮応力を受ける本実施例の方が、被処理基板とは反対の面側に凸形状に変形する変形形状３ｂにより許容応力を大きくとることが可能となる。
このため本実施例において、膜剥離の低減および成膜内部の破壊によるクラック発生が低減される。
本実施例は、マイクロ波を使用する減圧処理容器にてフルオロカーボン（Ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）系ガスプラズマを用いた工程、及び装置用途について適用され、特に、アッシング装置及びその工程、エッチング装置及びその工程に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例のプラズマ処理装置の構成図である。
【図２】本実施例での処理シーケンスの説明図である。
【図３】本実施例における誘電体変形と変形量の状態説明図である。
【図４】従来例のプラズマ処理装置の構成図である。
【図５】従来例における誘電体変形と変形量の構成図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  真空処理容器  
２  マイクロ波導波管  
３，１３  誘電体       
４  セラミックス系材料  
５  誘電体シール用Ｏリング  
６  誘電体冷却エアーノズル
７  ヒータステージ  
８  基材ゲート  
９  排気ポート  
１０  ガスインレットポート  
１１  プラズマ生成領域  
１２  被処理基板  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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