JP4886565B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、弗化水素ガスを含む処理ガスを用いて基板を処理する基板処理装置に関する。

前記基板処理装置は、処理対象となる基板を支持する支持手段と、閉塞空間を有し、内部に支持手段が配置される処理チャンバと、弗化水素ガスを含む処理ガスを処理チャンバ内に供給するガス供給手段などを備え、処理チャンバ内に供給した処理ガスによって、支持手段に支持された基板を処理する。

ところで、前記処理チャンバは、前記弗化水素ガスが腐食性を有するため、耐食性のあるものから構成する必要がある。そして、従来、前記弗化水素ガスを用いた基板処理に適用可能な処理チャンバとして、例えば、特公平５−５３８７０号公報に開示されたものがある。

この処理チャンバは、アルミニウムから構成されるとともに、その内面に陽極酸化被膜が形成されたものであり、陽極酸化被膜によって耐食性の向上が図られている。

特公平５−５３８７０号公報

しかしながら、上記従来の処理チャンバでは、弗化水素ガスに対する耐食性がまだ不十分であり、その上、処理チャンバを構成するアルミニウムが処理対象の基板に異物として付着するという問題があった。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、弗化水素ガスに対する耐食性が強く、更に、処理チャンバを構成する金属が基板に異物として付着するのを防止することができる基板処理装置の提供をその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
基板を支持する支持手段と、
閉塞空間を有し、内部に前記支持手段が配置される処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に弗化水素ガスを含む処理ガスを供給するガス供給手段とを少なくとも備え、
供給された前記処理ガスによって基板を処理する基板処理装置であって、
前記処理チャンバは、その内面にポリイミドからなる被膜が形成されてなることを特徴とする基板処理装置に係る。

この発明によれば、処理対象となる基板（例えば、シリコン基板）が処理チャンバ内の支持手段によって支持されるとともに、ガス供給手段から処理チャンバ内に弗化水素ガスを含む処理ガスが供給され、支持手段によって支持された基板が、供給された処理ガスによって処理（例えば、エッチング）される。

処理チャンバの内面にはポリイミドからなる被膜が形成されており、ポリイミドは化学的安定性に優れていることから、腐食性を有する弗化水素ガスに対しても強い耐食性を示す。

したがって、本発明に係る基板処理装置によれば、弗化水素ガスに対する処理チャンバの耐食性を強くし、更に、処理チャンバがステンレスやアルミニウムなどの金属から構成されていたとしても、処理チャンバを構成する金属が基板に異物として付着するのを防止することができる。

尚、前記ポリイミド被膜の膜厚は、２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。膜厚が２μｍよりも薄いと、十分な耐食性が得られない恐れがあり、膜厚が２０μｍよりも厚いと、例えば、処理チャンバの外面にヒータを設けてこの処理チャンバを加熱し、処理チャンバ内の処理ガスや基板の温度制御を行う場合、ポリイミド被膜が断熱材として機能してヒータの熱が処理ガスや基板に伝わり難くなり、処理ガスの温度や基板の温度を制御し難くなる。したがって、上記範囲とすれば、このような不都合が生じるのを効果的に防止することができる。

また、前記ポリイミド被膜は、前記処理チャンバの内面にポリイミド樹脂溶液の被膜を形成した後、加熱，硬化させることによって形成されていることが好ましい。このようにすれば、処理チャンバを構成する母材に密着させてポリイミド被膜を形成することができるので、例えば、処理チャンバの外面に設けたヒータによって処理ガスや基板の温度制御を行う場合に、処理ガスや基板の温度を制御し難くなるのを防止することができる、即ち、母材とポリイミド被膜との間に隙間（空気層）が形成され、この隙間が断熱作用をして処理ガスや基板にヒータの熱が伝わり難くなるのを防止することができる。

斯くして、本発明に係る基板処理装置によれば、弗化水素ガスに対する処理チャンバの耐食性を強くすることができるとともに、処理チャンバがステンレスやアルミニウムなどの金属から構成されていたとしても、処理チャンバを構成する金属が基板に異物として付着するのを防止することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部断面で示した説明図であり、図２は、図１における矢示Ａ−Ａ方向の断面図であり、図３は、図１及び図２に示したエッチング装置における基板保持状態を説明するための説明図である。

図１乃至図３に示すように、本例のエッチング装置１は、例えば、ＭＥＭＳデバイスの製造に用いられる犠牲層たるシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板Ｋの、前記シリコン酸化膜をエッチングするように構成されており、閉塞空間を有し、シリコン基板Ｋが内部に配置される処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に配設され、シリコン基板Ｋを保持する３本の支持ポスト２９と、処理チャンバ１１内にエッチングガス（処理ガス）を供給するガス供給装置３０と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置５０と、処理チャンバ１１の外面に配設され、処理チャンバ１１内のエッチングガス及びシリコン基板Ｋを加熱するための複数のヒータ５５と、ガス供給装置３０，排気装置５０及びヒータ５５の作動を制御する制御装置（図示せず）とを備えて構成される。

前記処理チャンバ１１は、内部に直方体状の空間を備えるように形成されており、上面に円形の開口部１２ａが形成された本体１２と、本体１２の上面開口部１２ａを閉塞する大蓋１３及び小蓋１４と、内部を給気室１７，排気室１８及びエッチング室１９の３つの部屋に仕切るように適宜間隔を空けて配設された２枚の拡散板１５，１６とを備える。

前記大蓋１３は、その中心部に上下に貫通する貫通穴１３ａを備えており、この貫通穴１３ａを閉塞するように前記小蓋１４が設けられている。

前記給気室１７は、前記拡散板１５によって閉じられた空間であり、その内側面には、本体１２の側面に穿設された給気孔１７ａが開口しており、この給気孔１７ａを介して前記ガス供給装置３０から給気室１７内にエッチングガスが供給される。

前記排気室１８は、前記拡散板１６によって閉じられた空間であり、その内側面には、本体１２の側面に穿設された排気孔１８ａが開口しており、この排気孔１８ａを介して排気室１８内のガスが排気される。

前記エッチング室１９は、前記２枚の拡散板１５，１６によって挟まれた空間であり、前記３本の支持ポスト２９が立設されている。また、エッチング室１９は、本体１２の側面に開口するように形成されたローディング空間２０と連通しており、このローディング空間２０の側面開口部は、シャッタ２１によって開閉される。

前記拡散板１５，１６は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔（図示せず）をその長手方向に沿ってほぼ等間隔に備えており、給気室１７内に供給されたエッチングガスは、拡散板１５の各貫通孔（図示せず）からはぼ均等な流速でエッチング室１９内に流入し、このエッチング室１９内から拡散板１６の各貫通孔（図示せず）を通じてほぼ均等な流速で排気室１８内に流出する。

尚、前記本体１２、大蓋１３、小蓋１４、拡散板１５，１６及びシャッタ２１は、例えば、ステンレスやアルミニウムなどの金属から構成され、本体１２（給気室１７，給気孔１７ａ，排気室１８，排気孔１８ａ，エッチング室１９及びローディング空間２０）の内面、大蓋１３の下面及び貫通穴１３ａの内周面、小蓋１４の下面、拡散板１５，１６の外面、シャッタ２１の内面は、ポリイミドからなる被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７によってコーティングされている。このポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７の膜厚は２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

また、このポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７は、例えば、本体１２の内面、大蓋１３の下面及び貫通穴１３ａの内周面、小蓋１４の下面、拡散板１５，１６の外面及びシャッタ２１の内面にポリイミド樹脂をスプレー塗布することにより溶ポリイミド樹脂の被膜を形成した後、加熱，硬化させることによって形成することができる。この他、適宜厚さのポリイミドテープを張ることによって形成するようにしても良い。

このように、ポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７によってコーティングしたのは、ポリイミドが化学的安定性に優れており、腐食性を有する弗化水素ガスに対しても強い耐食性を示すからである。

前記支持ポスト２９は、３枚のシリコン基板Ｋを水平且つ適宜間隔で上下に並べた状態に保持するもので、上下方向に適宜間隔で突設された３本の支持ピン２９ａを備えており、この各支持ピン２９ａ上にシリコン基板Ｋを保持する。

また、この支持ポスト２９は、例えば、ステンレスやアルミニウムなどの金属から構成され、その外面は、上記と同様の理由から、ポリイミドからなる被膜（図示せず）によってコーティングされている。尚、上記と同様に、この支持ポスト２９の外面のポリイミド被膜（図示せず）は、その膜厚が２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。また、当該ポリイミド被膜（図示せず）は、支持ポスト２９の外面にポリイミド樹脂をスプレー塗布することにより溶ポリイミド樹脂の被膜を形成した後、加熱，硬化させることによって形成したり、適宜厚さのポリイミドテープを張ることによって形成することができる。

前記ガス供給装置３０は、窒素ガス供給源３１と、無水弗化水素ガス供給源３２と、メタノール液が封入された貯蔵槽３３と、メタノールを気化する混合槽３４と、流量調整弁３５，３６と、貯蔵槽３３及び混合槽３４を収納する第１混合ボックス３７と、流量調整弁３５，３６を収納する第２混合ボックス３８と、配管３９，４０，４１，４２，４３，４４などから構成される。

前記配管３９は、窒素ガス供給源３１と貯蔵槽３３とを、前記配管４０は、貯蔵槽３３と混合槽３４とを、前記配管４１は、窒素ガス供給源３１と混合槽３４とを、前記配管４２は、本体１２の給気孔１７ａに接続した配管４３と混合槽３４とを、前記配管４４は、無水弗化水素ガス供給源３２と配管４３とをそれぞれ連結する。

前記流量調整弁３５は、配管４２に、前記流量調整弁３６は、配管４４にそれぞれ介装される。前記第１混合ボックス３７及び第２混合ボックス３８内には、図示しないヒータが設けられており、このヒータ（図示せず）によって各ボックス３７，３８内の温度が所定温度に調整されている。各ボックス３７，３８内の温度を所定温度に調整しているのは、無水弗化水素ガス及びメタノールガスを気化状態に保つためである。

そして、このガス供給装置３０によれば、窒素ガス供給源３１から貯蔵槽３３に窒素ガスが供給されてこの貯蔵槽３３内が加圧され、貯蔵槽３３内に貯蔵されたメタノール液が配管４０を介して混合槽３４に送られる。一方、混合槽３４では、同じく窒素ガス供給源３１から混合槽３４内のメタノール液中に窒素ガスが供給されており、当該混合槽３４内でメタノール液の気化ガスと窒素ガスとが混合され、配管４２を介して配管４３に流入する。また、配管４３には、無水弗化水素ガス供給源３２から無水弗化水素ガスが配管４４を介して流入し、この配管４３内において、メタノールガス及び窒素ガスの混合ガスに無水弗化水素ガスが更に混合される。斯くして、メタノールガス，窒素ガス及び無水弗化水素ガスの混合ガスがエッチングガスとして処理チャンバ１１に供給される。尚、配管４２内を流通するメタノールガスと窒素ガスの混合ガスの流量は流量調整弁３５によって、配管４４内を流通する無水弗化水素ガスの流量は流量調整弁３６によって調整されている。

前記排気装置５０は、排気ポンプ５１と、この排気ポンプ５１と本体１２の排気孔１８ａに接続した排気管５２とから構成され、排気管５２を介して排気室１８内のガスを排気し、処理チャンバ１１の内部（給気室１７、エッチング室１９及び排気室１８）を所定圧力にする。

前記ヒータ５５は、本体１２の上下面及び大蓋１３の上面に貼設され、これら本体１２及び大蓋１３を加熱することによって、処理チャンバ１１内のエッチングガス及びシリコン基板Ｋを加熱する。

前記制御装置（図示せず）は、窒素ガス供給源３１，無水弗化水素ガス供給源３２，排気ポンプ５１，第１混合ボックス３７及び第２混合ボックス３８内の図示しないヒータ並びにヒータ５５の作動を制御する。ヒータ５５については、処理チャンバ１１内のエッチングガス及びシリコン基板Ｋの温度が室温〜１００℃（好ましくは５０〜７０℃）に維持されるようにその作動を制御する。処理チャンバ１１内のエッチングガス及びシリコン基板Ｋの温度を制御しているのは、無水弗化水素ガス及びメタノールガスを気化状態に保つため、及び最適なエッチング速度を得るためである。したがって、上記温度範囲を外れると、無水弗化水素ガス及びメタノールガスを気化状態に保つことができなくなったり、エッチング速度が低下する。

以上のように構成された本例のエッチング装置１によれば、シリコン基板Ｋが処理チャンバ１１のエッチング室１９内にローディング空間２０から適宜搬入され、各支持ポスト２９によって支持される。

ついで、排気装置５０によって処理チャンバ１１内が所定圧力に減圧されるとともに、ガス供給装置３０によって、窒素ガス，メタノールガス及び無水弗化水素ガスの供給流量がそれぞれ所定流量となるように調整されたエッチングガスが処理チャンバ１１内に供給され、供給されたエッチングガスは、給気室１７，エッチング室１９及び排気室１８内を順次流通して外部に排出される。

そして、各支持ポスト２９によって支持されたシリコン基板Ｋは、無水弗化水素ガスから生成されたＨＦイオンによってエッチングされる、即ち、シリコン基板Ｋに形成されたシリコン酸化膜がＨＦイオンと反応して除去される。

この後、シリコン基板Ｋのエッチングが終了すると、エッチング処理後のシリコン基板Ｋがローディング空間２０から処理チャンバ１１外に適宜搬出される。

尚、エッチング処理中、給気室１７，エッチング室１９及び排気室１８内を流通するエッチングガス、及び各支持ポスト２９によって支持されたシリコン基板Ｋは、その温度が室温〜１００℃（好ましくは５０〜７０℃）となるようにヒータ５５によって加熱されている。

また、本体１２、大蓋１３、小蓋１４、拡散板１５，１６、シャッタ２１及び支持ポスト２９は、本体１２の内面、大蓋１３の下面及び貫通穴１３ａの内周面、小蓋１４の下面、拡散板１５，１６の外面、シャッタ２１の内面に形成されたポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７、並びに支持ポスト２９の外面に形成されたポリイミド被膜（図示せず）によって、処理チャンバ１１内に供給されるエッチングガス（無水弗化水素ガス）に対する耐食性が高められており、エッチングガス（無水弗化水素ガス）によって腐食するのが防止される。

斯くして、本例のエッチング装置１によれば、処理チャンバ１１の内面にポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７を形成するとともに、支持ポスト２９の外面にポリイミド被膜（図示せず）を形成するようにしたので、無水弗化水素ガスに対する処理チャンバ１１及び支持ポスト２９の耐食性を強くするとともに、処理チャンバ１１及び支持ポスト２９を構成する、ステンレスやアルミニウムなどの金属がシリコン基板Ｋに異物として付着するのを防止することができる。

また、処理チャンバ１１の内面に形成するポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７の膜厚、及び支持ポスト２９の外面に形成するポリイミド被膜（図示せず）の膜厚を２μｍ以上２０μｍ以下とすれば、次のような不都合が生じるのを効果的に防止することができる。即ち、膜厚が２μｍよりも薄いと、十分な耐食性が得られない恐れがあり、膜厚が２０μｍよりも厚いと、ポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７が断熱材として機能してヒータ５５の熱がエッチングガスやシリコン基板Ｋに伝わり難くなり、エッチングガスの温度やシリコン基板Ｋの温度を制御し難くなるが、上記膜厚とすることで、このような不都合が生じるのを防止することができる。

また、本体１２の内面、大蓋１３の下面及び貫通穴１３ａの内周面、小蓋１４の下面、拡散板１５，１６の外面、シャッタ２１の内面にポリイミド樹脂をスプレー塗布することにより溶ポリイミド樹脂の被膜を形成した後、加熱，硬化させることによってポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７を形成するようにしたので、これら本体１２、大蓋１３、小蓋１４、拡散板１５，１６及びシャッタ２１を構成する母材に密着させてポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７を形成することができ、エッチングガスやシリコン基板Ｋの温度を制御し難くなるのを防止することができる、即ち、母材とポリイミド被膜２２，２３，２４，２５，２６，２７との間に隙間（空気層）が形成され、この隙間が断熱作用をしてヒータ５５の熱がエッチングガスやシリコン基板Ｋに伝わり難くなるのを防止することができる。

因みに、厚さが２０μｍのポリイミドテープをマスクとして使用したガラス基板に対し、シリコン酸化膜のエッチング速度が０．１μｍ／ｍｉｎとなるときと同じ条件で、弗化水素ガスとメタノールガスを含むエッチングガスにより１時間のエッチングを行ったところ、ガラス基板の方はエッチングされたが、ポリイミドテープの方はほとんどエッチングされていなかった（図４及び図５の顕微鏡写真参照）。このことからもポリイミドは弗化水素ガスに対して耐性のあることが分かる。尚、図４及び図５において、上側がポリイミドテープ、下側がガラス基板をそれぞれ示しており、また、図４がエッチング前の状態、図５がエッチング後の状態をそれぞれ示している。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

上例では、シリコン基板Ｋに形成されたシリコン酸化膜（犠牲層）をエッチングするように構成したが、エッチング対象はこのようなものに限定されるものではない。また、無水弗化水素ガスによってシリコン酸化膜をエッチングするように構成したが、この無水弗化水素ガスを用いた基板処理はエッチング処理に何ら限定されるものではない。

また、ヒータ５５の作動を制御するに当たっては、適宜センサ（図示せず）によって処理チャンバ１１外面の温度や処理チャンバ１１内の温度を検出し、この検出した温度を基に制御装置（図示せず）がヒータ５５の出力を制御するように構成すると良い。また、制御装置（図示せず）によってヒータ５５の出力調整を行わず、一定出力のヒータ５５で処理チャンバ１１内のエッチングガス及びシリコン基板Ｋを加熱するようにしても良い。

本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部断面で示した説明図である。 図１における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。 図１及び図２に示したエッチング装置における基板保持状態を説明するための説明図である。 エッチング前のポリイミドテープ及びガラス基板の表面を示した顕微鏡写真である。 エッチング後のポリイミドテープ及びガラス基板の表面を示した顕微鏡写真である。

符号の説明

１ エッチング装置（基板処理装置）
１１ 処理チャンバ
１２ 本体
１３ 大蓋
１４ 小蓋
１５，１６ 拡散板
１７ 給気室
１８ 排気室
１９ エッチング室
２１ シャッタ
２２，２３，２４，２５，２６，２７ ポリイミド被膜
２９ 支持ポスト
３０ ガス供給装置
３１ 窒素ガス供給源
３２ 無水弗化水素ガス供給源
３３ 貯蔵槽
３４ 混合槽
３５，３６ 流量調整弁
５０ 排気装置
５５ ヒータ
Ｋ シリコン基板

Claims (3)

1. 基板を支持する支持手段と、
   閉塞空間を有し、内部に前記支持手段が配置される処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に弗化水素ガスを含む処理ガスを供給するガス供給手段とを少なくとも備え、
   供給された前記処理ガスによって基板を処理する基板処理装置であって、
   前記処理チャンバは、その内面にポリイミドからなる被膜が形成されてなることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記ポリイミド被膜の膜厚は、２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記ポリイミド被膜は、前記処理チャンバの内面にポリイミド樹脂溶液の被膜を形成した後、加熱，硬化させることによって形成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。