JP3977935B2

JP3977935B2 - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JP3977935B2
Application number: JP22177398A
Authority: JP
Inventors: 宏之鈴木; 智洋奥村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2018-08-05
Also published as: JP2000058514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＡｓ系半導体素子やＳＡＷフィルタ素子などの製造に使用されるプラズマ処理方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＧａＡｓ系半導体素子やＳＡＷフィルタ素子（圧電材）などの強度の小さい基板をプラズマ処理する装置においては、図４に示すように、反応室Ｊ内に、基板ＡとトレーＢ、ステージ電極Ｇと冷却水循環部Ｃ、スペースリングＨと電極保護リングＩ、クランプリングＭとクランプ昇降ポールＫとクランプ押さえピンＬが配設されている。ステージ電極Ｇには電源Ｅから高周波電圧を印加するように構成され、また反応室Ｊのステージ電極Ｇと対向する面に石英板Ｎが配設され、その外面にマルチスパイラルコイルＯが配設されて電源Ｐから高周波電圧を印加するように構成されている。Ｒは反応室Ｊの排気口、Ｑは処理ガス導入口、Ｄは冷却水導入口、Ｆは冷却水排出口である。
【０００３】
以上の構成において、基板Ａを大気中でトレーＢに載置し、ステージ電極Ｇ上に移送・載置して、クランプリングＭで基板Ａを押さえ付け、ステージ電極Ｇに電源Ｅにて高周波電圧を印加し、マルチスパイラルコイルＯに電源Ｐから高周波電圧を印加することで、誘導結合による高密度プラズマを生成させて基板Ａのプラズマエッチング処理が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような構成で基板Ａのエッチング処理を行うと、基板Ａの周縁部を押さえるクランプリングＭの近傍で基板Ａのエッチング速度が低下したり、基板Ａに入射するイオンの軌道がクランプリングＭによって曲げられたりして、基板Ａの周縁部の歩留りが低下するという問題があった。
【０００５】
また、プラズマ照射によって基板Ａに発生した熱は、トレーＢ及びステージ電極Ｇを介してステージ電極Ｇ内部を流れる冷却水と熱交換して反応室Ｊの外部に排出されるが、基板ＡとトレーＢの間、トレーＢとステージ電極Ｇの間はクランプリングＭによって押さえ付けられているだけであるので熱伝達が不十分であり、基板Ａの温度が上昇してレジストに熱による変質が生じ易く、反応速度を上げるために高パワーの高周波電圧を投入できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基板周縁部での歩留りを向上でき、また基板冷却性能が高く、高パワーを投入して反応速度を上げることができるプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理方法は、電極上にトレーを載置し、トレー上に基板を載置して基板を処理するプラズマ処理方法であって、電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を電気的に独立した少なくとも２つ以上の表面に分離し、電極のトレーと接する表面に有する溝の中に金属紐を固定し、電極がトレーと電気的に接して電極とトレーを互いに導通のとれた状態とし、電極側の分離された表面に正または負の互いに異なる直流電圧を印加し、トレーの基板と接する表面に設けた薄い絶縁膜を分極させることにより、基板をトレーに吸着させて基板を処理するものである。これによって基板の周縁部にクランプリング等の障害物によるレート低下及び入射イオンの軌道歪曲を防止することができて基板周縁部での歩留りを向上でき、またトレーと基板が吸着して密着するので全面で熱伝達性能が向上し、基板をより均一に冷却できるため、レジストの変質を防止しつつ高パワーを投入して反応速度を上げることができる。また、電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を電気的に独立した少なくとも２つ以上の表面に分離して正または負の互いに異なる直流電圧を印加するようにしているので、プラズマの有無に関わりなく、基板をトレーに吸着させることができる。また、電極のトレーと接する表面の溝の中に金属紐を固定して電極がトレーと電気的に接するようにしているので、トレーと電極間の導通を確実に行うことができる。
【０００８】
また、電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を耐食性金属材料でコーティングすることにより、電極とトレーの接する互いの表面がプラズマ雰囲気によって腐食されるのを防止できる。
【０００９】
また、電極に印加する高周波電圧に重畳し、高周波電圧により生じるセルフバイアス電圧と異なる直流電圧を印加すると、プラズマによって発生するセルフバイアス電圧に依存することなく、基板とトレーを確実に吸着させることができる。
【００１２】
また、トレーをメカニカルクランプで電極に押さえ付けるようにすると、トレーと電極間の導通および熱伝達を確実に行うことができる。
【００１３】
また、トレーの基板と接する表面に溝を有し、熱交換ガスをトレーと基板の間に導入するようにすると、基板に発生した熱を速やかに排出することができ、高パワーを印加して反応速度を向上できる。
【００１４】
また、基板がセラミックスまたは水晶ガラスまたはＧａＡｓの場合に、トレー上に載置することで割れを防ぐことができて効果的である。
また、薄い絶縁膜がアルマイトまたはセラミックスまたはセラメッキまたはサファイアまたは石英または水晶またはポリイミドまたはＳｉラバーゴムであると、トレーと基板の間で分極を行う作用が確実に得られる。
【００１５】
また、本発明のプラズマ処理装置は、電極上にトレーを載置し、トレー上に基板を載置して基板を処理するプラズマ処理装置であって、電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を電気的に独立した少なくとも２つ以上の表面に分離する手段と電極側の分離された表面に正または負の互いに異なる直流電圧を印加する手段を設け、電極のトレーと接する表面に溝を設け、溝の中に金属紐を固定して電極とトレーを電気的に接して互いに導通した状態にし、トレーの基板と接する表面に薄い絶縁膜を設けたものであり、上記と同様の作用・効果を奏する。
【００１６】
また電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を耐食性金属材料でコーティングし、また電極に印加する高周波電圧に重畳して高周波電圧により生じるセルフバイアス電圧と異なる直流電圧を印加する手段を設け、またトレーを電極に押さえ付けるメカニカルクランプを設け、またトレーの基板と接する表面に溝を設け、熱交換ガスをトレーと基板の間に導入する手段を設け、また基板をセラミックスまたは水晶ガラスまたはＧａＡｓにて構成し、また薄い絶縁膜をアルマイトまたはセラミックスまたはセラメッキまたはサファイアまたは石英または水晶またはポリイミドまたはＳｉラバーゴムにて構成することにより、それぞれ上記と同様の作用・効果を奏する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理方法及び装置を適用したプラズマエッチング装置の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１に第１の実施形態のプラズマエッチング装置の構成を示す。図１において、プラズマエッチングチャンバー（以下、単にチャンバーと称する）１３内に、スペーサリング１１を介してステージ電極１０が配設されるとともに、その周囲に電極保護リング１２が配設されている。そして、トレー３がステージ電極１０上に載置され、そのトレー３の上に基板１が載置されている。ここで、ステージ電極１０とトレー３の接する表面には、導通がとれやすく腐食し難い金などの耐食性金属コーティング膜１６が形成されている。また、トレー３の基板１と接する表面にはアルマイトなどの誘電膜２がコーティングされており、ステージ電極１０に直流電源１７にて直流電圧を印加することによって、トレー３の基板１と接する表面の絶縁膜２を分極させ、プラズマ生成下で基板１をトレー３に静電吸着させるように構成されている。
【００１９】
４はチャンバー１３内にエッチングガスを導入するガス導入口、５はチャンバー１３の排気口、６はステージ電極１０を水冷する冷却水循環部、７は冷却水導入口、９は冷却水排出口である。ステージ電極１０には高周波電源８から高周波電圧を印加するように構成されている。また、チャンバー１３のステージ電極１０と対向する面に石英板１４が配設されてその外面にマルチスパイラルコイルなどの誘導結合コイル１５が配設されており、この誘導結合コイル１５に高周波電源８から高周波電圧を印加するように構成されている。
【００２０】
以上の構成において、ガス導入口４からエッチングガスを導入しつつ、排気口５から排気してチャンバー１３を一定の圧力に制御しながら、誘導結合コイル１５に高周波電源８から高周波電圧を印加することにより、石英板１４下に誘導結合による高密度プラズマが励起される。これと同時にステージ電極１０に高周波電源８から高周波電圧を印加することによって基板１上にイオンシースが形成され、プラズマ中で生成したイオンが基板１に向かって引き込まれ、イオンアシストエッチング反応が促進される。
【００２１】
ここで、基板１はプラズマ照射によって温度が上昇するが、トレー３と静電吸着されていることで、基板１からトレー３へ均一に熱が伝わり、トレー３からステージ電極１０へは耐食性金属コーティング膜１６を介してステージ電極１０内部に循環する冷却水と熱交換されて外部に排出されるので、効果的に冷却されて基板１温度の上昇が抑制される。また、基板１の周辺部に障害物が存在しないので、レート低下及び入射イオンの軌道歪曲が防止される。
【００２２】
（第２の実施形態）
図２に第２の実施形態のプラズマエッチング装置の構成を示す。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一参照番号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００２３】
図２において、１８は網目状に編まれた金属紐であり、ステージ電極１０の表面の溝に埋め込まれている。また、トレー３とステージ電極１０がそれぞれ誘電体１９と２０によって電気的に分離されており、分離されたステージ電極１０にそれぞれ互いに逆極性の直流電源１７が接続されている。
【００２４】
以上の構成において、ステージ電極１０の電気的に分離独立した部分に一方は正の直流電圧、他方の部分に負の直流電圧を印加することによって、ステージ電極１０上の溝に埋め込んだ金属紐１８、トレー３を介してトレー３の基板１と接する表面の誘電膜２に正または負の電荷を誘起して、基板１をトレー３に静電吸着することができる。これによってプラズマの有無に関わらず基板１をトレー３に吸着させることができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
図３に第３の実施形態のプラズマエッチング装置の構成を示す。なお、第２の実施形態と同一の構成要素については同一参照番号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。
【００２６】
図３において、トレー３の基板１と接する表面に、熱交換を促進するＨｅなどの冷却ガスを導入するように冷却溝２１が形成されるとともに冷却溝２１に冷却ガスを供給する冷却ガス導入口２２が設けられている。またトレー３をクランプリング２３でステージ電極１０に押さえ付けるように構成されている。クランプリング２３は昇降リング２５にバネ付き止め具２４によって保持されている。
【００２７】
以上の構成において、基板１が直流電源１７によってトレー３に静電吸着され、トレー３がクランプリング２３にてステージ電極１０に確実に固定保持されている。この状態で、基板１の裏面にＨｅガスなどの冷却ガスを導入することによって基板１の熱が効率的にトレー３に伝達され、冷却水と熱交換されて外部に排出され、さらに効果的に基板１温度の上昇が抑制される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、以上のように電極とトレーを互いに導通のとれた状態とし、トレーの基板と接する表面に設けた薄い絶縁膜を分極させることによって、基板をトレーに吸着させた状態で基板を処理するので、基板の周縁部にクランプリング等の障害物が存在せず、レート低下及び入射イオンの軌道歪曲を防止することができて基板周縁部での歩留りを向上でき、また基板をより均一に冷却できるため、レジストの変質を防止しつつ高パワーを投入して反応速度を上げることができる。また、電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を電気的に独立した少なくとも２つ以上の表面に分離し、電極側の分離された表面に正または負の互いに異なる直流電圧を印加するので、プラズマの有無に関わりなく、基板をトレーに吸着させることができる。また、電極のトレーと接する表面に溝を有し、金属紐が溝の中に固定され、電極がトレーと電気的に接するようにしているので、トレーと電極間の導通を確実に行うことができる。
【００２９】
また、電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を耐食性金属材料でコーティングすることにより、電極とトレーの接する互いの表面がプラズマ雰囲気によって腐食されるのを防止できる。
【００３０】
また、電極に印加する高周波電圧に重畳し、高周波電圧により生じるセルフバイアス電圧と異なる直流電圧を印加すると、プラズマによって発生するセルフバイアス電圧に依存することなく、基板とトレーを確実に吸着させることができる。
【００３３】
また、トレーをメカニカルクランプで電極に押さえ付けるようにすると、トレーと電極間の導通および熱伝達を確実に行うことができる。
【００３４】
また、トレーの基板と接する表面に溝を有し、熱交換ガスをトレーと基板の間に導入するようにすると、基板に発生した熱を速やかに排出することができ、高パワーを印加して反応速度を向上できる。
【００３５】
また、基板がセラミックスまたは水晶ガラスまたはＧａＡｓの場合に、トレー上に載置することで割れを防ぐことができ、効果的である。
【００３６】
また、薄い絶縁膜がアルマイトまたはセラミックスまたはセラメッキまたはサファイアまたは石英または水晶またはポリイミドまたはＳｉラバーゴムであると、トレーと基板の間で分極を行う作用が確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置を適用したプラズマエッチング装置の第１の実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明のプラズマ処理装置を適用したプラズマエッチング装置の第２の実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明のプラズマ処理装置を適用したプラズマエッチング装置の第３の実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図４】従来例のプラズマエッチング装置の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１基板
２誘電膜
３トレー
８高周波電源
１０ステージ電極
１６耐食性金属コーティング膜
１７直流電源
１８金属紐
１９誘電体
２０誘電体
２１冷却溝
２３クランプリング

Claims

電極上にトレーを載置し、トレー上に基板を載置して基板を処理するプラズマ処理方法であって、電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を電気的に独立した少なくとも２つ以上の表面に分離し、電極のトレーと接する表面に有する溝の中に金属紐を固定し、電極がトレーと電気的に接して電極とトレーを互いに導通のとれた状態とし、電極側の分離された表面に正または負の互いに異なる直流電圧を印加し、トレーの基板と接する表面に設けた薄い絶縁膜を分極させることにより、基板をトレーに吸着させて基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を耐食性金属材料でコーティングしたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
電極に印加する高周波電圧に重畳し、高周波電圧により生じるセルフバイアス電圧と異なる直流電圧を印加することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
トレーをメカニカルクランプで電極に押さえ付けることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
トレーの基板と接する表面に溝を有し、熱交換ガスをトレーと基板の間に導入することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
基板がセラミックスまたは水晶ガラスまたはＧａＡｓであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
薄い絶縁膜がアルマイトまたはセラミックスまたはセラメッキまたはサファイアまたは石英または水晶またはポリイミドまたはＳｉラバーゴムであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
電極上にトレーを載置し、トレー上に基板を載置して基板を処理するプラズマ処理装置であって、電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を電気的に独立した少なくとも２つ以上の表面に分離する手段と電極側の分離された表面に正または負の互いに異なる直流電圧を印加する手段を設け、電極のトレーと接する表面に溝を設け、溝の中に金属紐を固定して電極とトレーを電気的に接して互いに導通した状態にし、トレーの基板と接する表面に薄い絶縁膜を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
電極のトレーと接する表面及びトレーの電極と接する表面を耐食性金属材料でコーティングしたことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
電極に印加する高周波電圧に重畳して高周波電圧により生じるセルフバイアス電圧と異なる直流電圧を印加する手段を設けたことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
トレーを電極に押さえ付けるメカニカルクランプを設けたことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
トレーの基板と接する表面に溝を設け、熱交換ガスをトレーと基板の間に導入する手段を設けたことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
基板をセラミックスまたは水晶ガラスまたはＧａＡｓにて構成したことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
薄い絶縁膜をアルマイトまたはセラミックスまたはセラメッキまたはサファイアまたは石英または水晶またはポリイミドまたはＳｉラバーゴムにて構成したことを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。