JP4773142B2

JP4773142B2 - ステージ及びそれを備えた半導体処理装置

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Publication number: JP4773142B2
Application number: JP2005173703A
Authority: JP
Inventors: 慶久嘉瀬
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-06-14
Also published as: JP2006351696A

Description

本発明は、プロセスガスにマイクロ波を照射して生成したプラズマを利用して被処理物の処理に用いる半導体処理装置用部材および半導体処理装置に関する。

半導体装置製造用のシリコンウェハや液晶ディスプレイ用ガラス基板といった被処理物を処理するための装置として、マイクロ波プラズマを利用して被処理物のドライエッチング処理やアッシング処理等を施す半導体処理装置がある。この半導体処理装置を用いたプラズマ技術による微細加工、薄膜形成等の表面処理は、例えば半導体装置の高集積化にとって必要不可欠な技術となっている。

このような半導体処理装置による薄膜形成は、化学気相成長（ＣＶＤ法）により行われる。特にプラズマＣＶＤ法は、低温下での成膜が可能であるため、近年多用されている。この方法では、原料物質を含むガス（反応ガス）を励起活性化（プラズマ化）させてウェハ上で化学反応を起こさせ、ウェハに薄膜を形成させるものである。

ところで、このような薄膜形成方法においては、ウェハの表面、すなわちデバイス面だけでなく、裏面にも薄膜が形成される。このような場合、ウェハ裏面に形成された薄膜除去を行う必要があり、通常は、ウェハのデバイス面側にレジストを塗布した後、保護膜としてテープ等を貼付することによって、デバイス面側がエッチングされるのを防止し、ウェットエッチングあるいはドライエッチングにより裏面側をエッチングしていた（特許文献１参照）。

特にドライエッチングでは、Ｈ₂ガス等がラジカルを失活させる作用を有することを利用して（特許文献２参照）、ウェハを反転させ、デバイス面側にＨ₂ガスを流して、ウェハ裏面側から回り込んでくるラジカルを失活させることでデバイス面側のエッチングを抑制することも行われていた。

また、上記の方法では、ウェハに成膜するに際して、反応ガスの反応によって生成した生成物は、ウェハだけでなく、半導体処理装置の反応室を構成する、例えば、内壁、断熱材、シャワーノズル、プラズマトラップ、ドーム、電極、サセプタ、ステージ、チャック、フォーカスリング、リッドおよび配管などの部材の表面にも付着し、成膜するとともに、長時間の運転後には微粒子として剥離し、反応室内に飛散してしまう。そこで、この場合も、Ｈ₂ガス等がラジカルを失活させる効果（特許文献２参照）を利用して、このようなラジカルによる半導体処理装置部材の劣化を防止していた。
特開平１０−１８９５３１号公報特開平１０−２５６１８５号公報

しかしながら、上記のようなウェハ裏面のドライエッチングにおいてデバイス面側に保護テープ等を貼付してもウェハと支持部材等の機械的接触により、テープ等が剥がれたり、テープ等とウェハとの間に隙間が生じたりすることから、このようなわずかな隙間からラジカルが浸入し、結果としてデバイス面側がエッチングされてしまうことがある。

また、ウェハをステージ等に直接載置したとしても、ウェハの自重のみでデバイス面をシールしているため、ステージやウェハ自身の歪みからなる微小な隙間からラジカルが浸入してしまう。その結果、デバイス面がエッチングされてしまうことがあった。

また、Ｈ₂等のラジカルを失活させるガスを投入する方法では、反応ガス分解生成物やラジカルの処理室内の内壁等に対する接触を完全に防ぐことはできず、長時間の運転により、結果的には、処理室内の各部材に反応ガス分解生成物が堆積したり、各部材がエッチングされてしまっていた。

本発明は、かかる課題の認識に基づいて提案されたものであり、その目的は、半導体処理装置の部材への反応ガス分解生成物の堆積やエッチングを防止することやウェハのデバイス面における不要なエッチングを防止する半導体処理装置部材およびそれを備えた半導体処理装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、真空の処理室を有し、当該処理室に導
入される反応ガスをプラズマにより励起させて被処理物の処理を行う半導体処理装置内に
設けられ、前記被処理物を載置するステージにおいて、前記ステージは、載置面とそれに隣接して設けられた非載置面とを備え、前記非載置面は前記載置面の上方に位置する傾斜面を有し、かつ前記傾斜面の少なくとも一部は、ニッケルを含む材料で覆われ、前記載置面は、ニッケルを含む材料で覆われていないことを特徴とする。

半導体装置の裏面エッチングを行うような場合に、半導体装置のデバイス面側に保護テープ等を貼付した場合や、ステージに対する半導体装置の自重のみによるシールでは、半導体装置のデバイス面側に生じる隙間からラジカルが浸入し、結果としてデバイス面側がエッチングされてしまう。しかしながら、請求項１記載の発明では、半導体装置周囲のステージをニッケルを含む材料で覆うことにより、このような過剰なラジカルが失活され、デバイス面側に隙間が生じていても、デバイス面側がエッチングされることを防ぐことができる。また、成膜においても過剰なラジカルが失活されて不要な反応ガス分解生成物の堆積を防ぐことができる。

請求項２の発明は、半導体処理装置が、請求項１のステージを備えることを特徴とする。
以上のような請求項２の発明は、半導体処理装置の処理室にニッケルを含む材料で覆ったステージを備えることによって、不要な堆積やエッチングに寄与する過剰なラジカルを失活させることができる。これにより、半導体処理装置及びウェハへの反応ガス分解生成物の不要な堆積や不要なエッチングを防止することが可能となる。

以上のような本発明では、半導体処理装置の処理室を構成する各種部材をニッケルを含む材料で覆うことによって過剰なラジカルを失活させることができる。これにより、半導体処理装置の部材やウェハのデバイス面への不要な反応ガス分解生成物の堆積やエッチングを防止することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、ケミカルドライエッチング装置（ＣＤＥ装置）を例にとって具体的に説明する。なお、過剰なラジカルを失活させるという観点では、ＣＤＥ装置もＣＶＤ装置も同等であるから、本発明は、いずれの装置にも適用することが可能である。

本実施形態の半導体処理装置（以下、単に本装置ともいう）は、図１に示すように内部に処理室２が設けられた真空容器１を備えている。処理室２の内部にはステージ３が設けられており、このステージ３の上にはウェハＷが載置されている。なお、ステージ３には図示しない温度調節機構が設けられており、この温度調節機構によってウェハＷの温度を制御できるようになっている。また、本実施形態において、ステージ上の被処理物はウェハとしているが、本発明は、例えば、液晶表示装置用のガラス基板等の処理にも用いることができる。

真空容器１の底板４には排気口５が形成されており、この排気口５には、一端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排気管６が取り付けられている。また、真空容器１の天板を構成する上蓋７の中央にはガス導入口８が形成されており、このガス導入口８にはフッ素樹脂で形成されたガス導入管９が取り付けられている。

このガス導入管９にはプラズマ発生室部材１０が接続されている。このプラズマ発生室部材１０を形成する材料としては誘電体材料が用いられ、例えば、石英（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、サファイア、窒化アルミニウム等を使用することができる。

また、このプラズマ発生室部材１０の他端には封止部材１１が取り付けられ、この封止部材１１の内部にはガス流路１９が形成されている。封止部材１１にはガス輸送管１８が接続されており、ガス輸送管１８の他端にはプラズマ発生室部材１０にアッシングガスを供給するガス制御部２０が設けられている。

プラズマ発生室部材１０の途中にはマイクロ波導波管１２を備えたラジカル生成手段、すなわちプラズマ発生装置１３がプラズマ発生室部材１０を取り囲むようにして設けられており、このプラズマ発生装置１３によって取り囲まれたプラズマ発生室部材１０の内部にプラズマ発生室１４が形成されている。このようにプラズマ発生室１４は真空容器１の外部に設置されている。マイクロ波導波管１２にはマイクロ波発生器１５が接続されている。

さらに、真空容器１の上蓋７（天板）に設けられたガス導入口８を介して処理室２の内部に導入されたラジカルを、ウェハＷの表面全体にわたって均一に供給するために、処理室２の上部にガス貯留室１６を形成するようにしてシャワーノズル１７が設けられている。そして、シャワーノズル１７には多数のガス噴出口が形成されている。

本実施形態では、上記のような処理室２内に設けられた各部材、すなわち、ガス導入口８、内壁２ａ、シャワーノズル１７、ステージ３、排気口５を、蒸着あるいは電気めっき等の方法でニッケルを含む材料で覆っている。

ここで、ステージ３をニッケルを含む材料で覆った場合を例にとって説明する。上述のように、ＣＤＥ装置でウェハＷの裏面エッチングを行う場合、デバイス面側に保護テープ等を貼付したとしても、ウェハＷとステージ３との機械的接触により、テープが剥がれたり、テープとウェハＷとの間に隙間が生じたりすることから、このようなわずかな隙間からラジカルが浸入し、結果としてデバイス面側がエッチングされてしまうこととなる。また、ウェハＷをステージ３に直接載置したとしても、ウェハＷの自重のみでデバイス面をシールしているため、ステージ３やウェハＷ自身の歪みからなる微小な隙間からラジカルが浸入してしまい、その結果デバイス面がエッチングされてしまう。

そこで、本実施形態においては、図２の拡大図に示すように、リング状のステージ３の表面をニッケルを含む材料で覆う構成とした。ニッケルを含む材料で覆う範囲は、リング状のステージ３表面の広径部３ａとテーパ部３ｂで、ウェハＷが直接的に載置される小径部３ｃにはコーティングを行わない。これは、ウェハＷの金属への接触による金属汚染を避けるためで、この部分にはテフロン（登録商標）などによるフッ素樹脂加工を施す。なお、ステージ３の材質は、特に問わないが、アルミにより構成するのが望ましい。また、ニッケルを含む材料の厚さは、特に限定するものではないが、本実施形態では、１０〜５０ミクロンとしている。

なお、上記のようなステージ３のニッケルを含む材料で覆う部位は、上記のような場合に限定されず、例えばテーパ部３ｂのみとしても良い。また、テーパ部３ｂをニッケルを含む材料で覆う場合には、ウェハＷ近傍まで行えばそれだけ効果は高い。また、図３に示すように、ステージ３上に円周等配位置に分割して設けても良い。この場合、ニッケルを含む材料で覆う面積が小さくなれば、ラジカルの失活度合いも少なくなるので、覆う部分の面積を適宜変更することによりラジカルの失活度合いを調整することもできる。

図４に、図２における形態でステージ３をニッケルで覆った場合と、フッ素樹脂で覆った場合とのウェハＷのデバイス面のエッチングレートの比較例を示す。図は、エッチング膜種をＳｉＮ（窒化ケイ素）として、ウェハＷの端面から中央に向かう距離５ｍｍの地点と３ｍｍの地点におけるデバイス面のエッチングレートの平均と最大値を示したものである。

これによると、距離５ｍｍの地点では、フッ素樹脂で覆った場合におけるデバイス面のエッチングレートは、平均で０．１９ｎｍ／ｍｉｎ、最大で０．７２ｎｍ／ｍｉｎであるのに対して、ニッケルで覆った場合には、平均で０．０４ｎｍ／ｍｉｎ、最大で０．１２ｎｍ／ｍｉｎである。

また、距離３ｍｍの地点では、フッ素樹脂で覆った場合では、平均で０．２８ｎｍ／ｍｉｎ、最大で１．３２ｎｍ／ｍｉｎであるのに対して、ニッケルで覆った場合には、平均で０．０６ｎｍ／ｍｉｎ、最大で０．１８ｎｍ／ｍｉｎである。

このように、ステージ３の表面をニッケルで覆うことによって、デバイス面側のエッチング量がかなり低減されることがわかる。

次に、図５を用いて、本装置におけるステージ３をアルミ無垢、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アルマイト及びニッケルで覆った場合のエッチングレートの相違を示す。なお、処理条件は、いずれの場合も、プロセスガスとしてＣＦ₄ を４００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル毎分）、Ｏ₂ を３２０ｓｃｃｍ、Ｎ₂ を８０ｓｃｃｍとした混合ガスを用い、圧力９０Ｐａ（パスカル）、マイクロ波パワー７００Ｗ（ワット）とした。また、ウェハの直径は３００ｍｍである。

図５に示すように、アルミ無垢、ＰＴＦＥ及びアルマイトによってステージを覆った場合、ウェハＷの中央からの距離が１４５ｍｍを超えるとエッチングレートは急激に上昇する。一方、ニッケルによってステージを覆った場合では、ウェハＷの中央からの距離が１４８ｍｍを超えるまではエッチングレートの変化は緩やかであり、１４９ｍｍの箇所においても８Ａ／ｍｉｎ程度に留まる。

このように、ステージ３の表面をニッケルによって覆うことにより、通常ラジカルを失活しやすいと考えられるアルミ無垢やアルマイトよりもさらに失活しやすく、デバイス面側におけるウェハ端部付近のエッチングレートの上昇を抑えることができ、デバイス面側のエッチングを防ぐことができる。

また、このようなニッケルのラジカルに対する失活特性を用いて、半導体処理装置の処理室を構成する各種部材、すなわち、ガス導入口８、内壁２ａ、シャワーノズル１７、ステージ３、排気口５等をニッケルで覆うことによって、ラジカルを失活させ、処理室内の各部材表面に付着し堆積するとともに微粒子として剥離し、反応室内に飛散してしまうといった不具合を防止することができるようになる。なお、シャワーノズル１７のようにラジカルが通過する部材の全面をニッケルで覆うとラジカル失活の度合いが大きくなりすぎるような時は、部分的に被覆することとしてよい。この場合、ニッケルで覆う面積を調整することによりエッチングの均一性やエッチングレートを調整することもできる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は上記実施形態には限定されず、以下に例示するような他の実施形態にも適用が可能である。上記実施形態では、いわゆるケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）型の半導体処理装置について説明したが、本発明のプラズマ処理は、これに限定されることなく、他のプラズマで処理を行う装置にも適用可能である。例えば、図６に示すようなドライエッチングのための、いわゆるダウンフロー型半導体処理装置の処理室内部や、図７に示すようなＣＶＤ装置のプラズマ発生室内部にも適用可能である。

また、上記各装置において、ニッケルで覆う部材としては、上記実施形態において示したものに限られず、例えば、ラジカルに接触し得る場所に配置された断熱材、プラズマトラップ、ドーム、電極、サセプタ、チャック、フォーカスリング、リッド又は配管等、上記各装置における公知のあらゆる部材が含まれる。

また、本実施形態のニッケルを含む材料としては、ニッケル単体のみならず、例えば、各種のニッケル合金、ニッケルとの混合物や組成物を用いることも可能である。

また、半導体処理装置を構成する各部材に対して、多孔質めっき処理等によってニッケル又はニッケル合金等を被覆すれば、被覆面の表面積が増しラジカルとの接触面積が増すので、ラジカルの失活をさらに増加させることができるようになる。また、被覆のみならず、例えばニッケル又はニッケル合金等の板状材料と半導体処理装置を構成する各部材に対して、例えば、ネジ止め、溶接、接着等の手段で固着するものとしてもよい。

本発明の実施形態を示す構成図である。本発明の実施形態における被覆例を示す拡大図である。本発明の実施形態における他の被覆例を示す拡大図である。本発明の実施形態におけるエッチングレートを示す比較表である。本発明の実施形態における各被覆材料ごとのエッチングレートを示すグラフである。本発明の他の実施形態を示す構成図である。本発明の他の実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１…真空容器
２…処理室
２ａ…内壁
３…ステージ
３ａ…広径部
３ｂ…テーパ部
３ｃ…小径部
４…底板
５…排気口
６…排気管
７…上蓋
８…ガス導入口
９…ガス導入管
１０…プラズマ発生室部材
１１…封止部材
１２…マイクロ波導波管
１３…プラズマ発生装置
１４…プラズマ発生室
１５…マイクロ波発生器
１６…ガス貯留室
１７…シャワーノズル
１８…ガス輸送管
１９…ガス流路
２０…ガス制御部
Ｗ…ウェハ

Claims

真空の処理室を有し、当該処理室に導入される反応ガスをプラズマにより励起させて被
処理物の処理を行う半導体処理装置内に設けられ、前記被処理物を載置するステージにお
いて、
前記ステージは、載置面とそれに隣接して設けられた非載置面とを備え、
前記非載置面は前記載置面の上方に位置する傾斜面を有し、かつ前記傾斜面の少なくとも一部は、ニッケルを含む材料で覆われ、
前記載置面は、ニッケルを含む材料で覆われていないことを特徴とするステージ。
請求項１に記載のステージを備えることを特徴とする半導体処理装置。