(57)【要約】【課題】移動自在なプラズマ電極に対し常時安定して電力供給されるようにしたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空チャンバ１と、真空チャンバの壁面１４に沿って配置されるプラズマ電極４と、プラズマ電極に電力供給する電源Ｅ２とを備える本発明のプラズマ処理装置ＥＭは、真空チャンバの壁面に対して近接離間方向にプラズマ電極を移動させる移動手段５１，５２を有し、プラズマ電極と電源との間に、対向配置される一対の電極６１，６２間で機械的に分離されたキャパシタ６１，６２を更に備え、一方の電極６１を近接離間方向に長手の固定電極、他方の電極６２をプラズマ電極の移動に同期して可動する所定面積の可動電極とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、真空チャンバの壁面に沿って配置されるプラズマ電極と、プラズマ電極に電力供給する電源とを備えるプラズマ処理装置であって、真空チャンバの壁面に対して近接離間方向にプラズマ電極を移動させる移動手段を有するものにおいて、
プラズマ電極と電源との間に、対向配置される一対の電極間で機械的に分離されたキャパシタを更に備え、一方の電極を近接離間方向に長手の固定電極、他方の電極をプラズマ電極の移動に同期して可動する所定面積の可動電極としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記可動電極は、近接離間方向に移動するに従い前記固定電極との対向面の面積が連続してまたは段階的に減少または増加するように構成され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、真空チャンバと、真空チャンバの壁面に沿って配置されるプラズマ電極と、プラズマ電極に電力供給する電源とを備えるプラズマ処理装置に関し、より詳しくは、真空チャンバの壁面に対して近接離間方向にプラズマ電極を移動させる移動手段を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記種のプラズマ処理装置は例えば特許文献１で知られている。このものでは、プラズマ電極が、真空チャンバの壁面に沿って配置されるアンテナコイルで構成されている。そして、移動手段によりアンテナコイルを壁面に対して近接または離間させることで、真空チャンバ内に発生する電場強度及び磁場強度の分布を変化させて真空チャンバ内に励起させるプラズマの密度分布を調整できるようにしている。
【０００３】
ここで、アンテナコイルを壁面に対して近接離間方向に移動自在とする場合、一般に、アンテナコイルと電源とをスライド式のブラシを設けたブスバーにより接続している。然し、アンテナコイルの移動を繰り返すことでブラシの摺動面が摩耗してくると、アンテナコイルに対する電力の供給が不安定になり、ひいては、プラズマの密度分布が調整できない虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１１／１０２０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑み、移動自在なプラズマ電極に対し常時安定して電力供給されるようにしたプラズマ処理装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、真空チャンバと、真空チャンバの壁面に沿って配置されるプラズマ電極と、プラズマ電極に電力供給する電源とを備える本発明のプラズマ処理装置は、真空チャンバの壁面に対して近接離間方向にプラズマ電極を移動させる移動手段を有し、プラズマ電極と電源との間に、対向配置される一対の電極間で機械的に分離されたキャパシタを更に備え、一方の電極を近接離間方向に長手の固定電極、他方の電極をプラズマ電極の移動に同期して可動する所定面積の可動電極としたことを特徴とする。なお、本発明において、「プラズマ電極」には、真空チャンバ内にプラズマを励起するために用いられるアンテナコイルのような電極だけでなく、プラズマ中のイオンを真空チャンバの内壁面に引き込むために用いられるスター電極も含まれる。
【０００７】
本発明によれば、一対の電極間で機械的に分離されたキャパシタを介して電源からプラズマ電極に電力供給する構成を採用したため、真空チャンバの壁面に対するプラズマ電極の移動を繰り返しても、上記従来例のようにプラズマ電極に対する電力の供給が不安定になるといった不具合は発生しない。このため、プラズマ電極が、例えば真空チャンバ内にプラズマを励起するために用いられるアンテナコイルであるような場合に、真空チャンバ壁面に対してプラズマ電極を近接または離間させてプラズマの密度分布を確実に調整することが可能になる。
【０００８】
また、本発明において、前記可動電極は、近接離間方向に移動するに従い前記固定電極との対向面の面積が連続してまたは段階的に減少または増加するように構成されることが好ましい。これによれば、プラズマ電極が、例えばプラズマ中のイオンを真空チャンバ内壁面に引き込むために用いられる電極であるような場合、真空チャンバ壁面に対して可動電極を近接させたとき、固定電極との対向面の面積が増加するように可動電極を構成しておけば、キャパシタの静電容量を増加させてプラズマとのカップリングを強くでき、有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す模式図。
【図２】図１に示すスター電極４の平面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、可動電極の変形例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、プラズマ処理装置をＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のドライエッチング装置とした場合を例に本発明の実施形態を説明する。以下において、「上」、「下」といった方向を示す用語は、ドライエッチング装置ＥＭの設置姿勢を示す図１を基準にする。
【００１１】
図１を参照して、ＥＭは、本実施形態のドライエッチング装置であり、ドライエッチング装置ＥＭは、真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１には、ターボ分子ポンプやロータリーポンプで構成される真空ポンプユニットＰからの排気管１１が接続され、真空チャンバ１内を所定圧力まで真空引きできるようにしている。真空チャンバ１の側壁には、真空チャンバ１内にエッチングガスを導入するガス導入管１２が接続され、ガス導入管１２がマスフローコントローラ１３を介して図示省略するガス源に連通している。エッチングガスとしては、被エッチング物（基板Ｓｗや基板Ｓｗ表面に成膜された薄膜）の種類に応じて適宜選択され、ここにいうエッチングガスにはエッチング形状を制御するための添加ガスも含まれる。
【００１２】
真空チャンバ１内の底部には、真空シールを兼ねる絶縁体Ｉを介して下部電極としてのステージ２が設けられている。ステージ２は、筒状の金属製の基台２１と、基台２１上に設けられて基板Ｓｗが載置されるチャックプレート２２とで構成されている。チャックプレート２２には、特に図示して説明しないが、静電チャック用の電極が埋設され、この電極にチャック電源から所定電圧を印加することで基板Ｓｗがその処理面を上側にして静電吸着されるようになっている。基台２１には、高周波電源Ｅ１からの出力が接続されており、基板Ｓｗにバイアス電位を印加できるようにしいる。尚、基台２１にヒータや冷媒流路を組み込み、エッチング中に基板Ｓｗを所定温度に加熱または冷却できるように構成してもよい。
【００１３】
真空チャンバ１の側壁上部にはフランジ１ａが設けられ、フランジ１ａ上にＯリングを介して天板１４が設けられ、本実施形態では、天板１４が真空チャンバの壁面を構成する。天板１４の上方には、プラズマ電極としての上下２段のループ状のアンテナコイル３が設けられている。アンテナコイル３は、電気配線を介して高周波電源Ｅ２が接続され、真空チャンバ１内にエッチングガスを導入した状態でアンテナコイル３に高周波電力を供給することで、真空チャンバ１内にプラズマが励起されるようになっている。この場合、アンテナコイル３には直動モータなどの移動手段５１が設けられ、天板１４に対して上下方向（近接離間方向）にアンテナコイル３を移動できるようにしている。
【００１４】
また、天板１４とアンテナコイル３との間に、基板Ｓｗのエッチング時に天板１４に付着した付着物を除去するために、他のプラズマ電極としてのスター電極４が設けられている。スター電極４は、図２に示すように、基部４１と、この基部４１を起点に点対称となるように基部４１から径方向にのびる複数本（図２では６本）の主枝部４２と、互いに隣接する主枝部４２で区画される空間を複数に分割する、主枝部４２に突設された従枝部４３とで構成される。スター電極４の基部４１は、真空リレー（真空スイッチ）等のスイッチ６３を介して高周波電源Ｅ２に接続され、真空チャンバ１内にプラズマが励起された状態でスター電極４に高周波電力を供給することで、プラズマ中のイオンを天板１４に引き込み、付着物をエッチング除去できるようにしている。また、スター電極４には、アンテナコイル３と同様、直動モータなどの移動手段５２が設けられ、天板１４に対して上下方向（近接離間方向）に移動できるようにしている。
【００１５】
ここで、上下動するアンテナコイル３と高周波電源Ｅ２との間や、同様に上下動するスター電極４と高周波電源Ｅ２と間の電気配線として、ブスバーにスライド式のブラシを設けたものを利用できるが、これでは、摩耗によりアンテナコイル３やスター電極４に対する電力の供給が不安定になる虞がある。本実施形態では、対向配置される一対の電極６１，６２間で機械的に分離された所定の静電容量（例えば、２００ｐＦ〜４００ｐＦ）を持つキャパシタ６１，６２を用いてアンテナコイル３と高周波電源Ｅ２とを、及び、スター電極４と高周波電源Ｅ２とを接続することとした。キャパシタ６１，６２の一方の電極６１は、上下方向に長手の固定電極であり、固定電極６１に高周波電源Ｅ２からの出力が接続されている。キャパシタ６１，６２の他方の電極６２は、移動手段５１，５２によりアンテナコイル３やスター電極４の移動に同期して可動する所定面積の可動電極であり、ブスバーＢｂ１，Ｂｂ２を介してアンテナコイル３及びスター電極４に接続されている。これにより、キャパシタ６１，６２を介して高周波電源Ｅ２から、上下動するアンテナコイル３及びスター電極４に常時安定して予め設定された電力を供給することができる。
【００１６】
上記実施形態では、夫々のキャパシタ６１，６２が一枚の固定電極６１と可動電極６２を設けるものを例に説明しているが、例えば、間隔を存して互いに対向するように２枚の固定電極６１を配置し、両固定電極６１の間の可動電極６２が上下動するようにして静電容量を増加させるように構成することもできる。上記ドライエッチング装置ＥＭは、特に図示しないが、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段を有し、この制御手段により、真空ポンプユニットＰの稼動、マスフローコントローラ１３の稼動、移動手段５１，５２の稼動や、高周波電源Ｅ１，Ｅ２の稼動等を統括制御している。以下、上記ドライエッチング装置ＥＭを用いたエッチング方法について説明する。
【００１７】
図外の真空搬送ロボットを用いて基板Ｓｗをステージ２上にセットし、基板Ｓｗを静電吸着した後、所定圧力まで真空引きされた真空チャンバ１内にエッチングガスとしてのＣｌ２ガスを所定流量（２０〜１００ｓｃｃｍ）で導入する（このときの真空チャンバ１内の圧力は０．１Ｐａ〜５．０Ｐａ）。次いで、高周波電源Ｅ２からアンテナコイル３に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を１００Ｗ〜１０００Ｗ投入することで、真空チャンバ１内にプラズマが励起される。これと併せて、高周波電源Ｅ１から基板Ｓｗに例えば１２．５ＭＨｚの高周波電力を５０Ｗ〜５００Ｗ投入することで、プラズマ中のイオンが基板Ｓｗに引き込まれてエッチングが行われる。また、プラズマが励起された状態で、スイッチ６３をＯＮ操作し、高周波電源Ｅ２から分岐されたスター電極４にスイッチ６３を介して高周波電力を供給することで、プラズマ中のイオンを天板１４に引き込み、付着物がエッチング除去される。
【００１８】
ここで、真空チャンバ１内に励起させるプラズマの密度分布を調整するために、移動手段５１によりアンテナコイル３を天板１４に対して上下方向（近接離間方向）に移動すると、これに同期して可動電極６２が上下方向に移動する。この移動する可動電極６２と機械的に分離された固定電極６１が対向配置されているため、可動電極６２の移動を繰り返しても、上記従来例のようにアンテナコイル３に対する電力の供給が不安定になるといった不具合は発生せず、常時安定して予め設定された電力をアンテナコイル３に供給することができる。このため、天板１４に対してアンテナコイル３を近接または離間させてプラズマの密度分布を確実に調整することができる。
【００１９】
また、天板１４の内面１４ａに引き込まれるイオンによる付着物のエッチングを調整するために、移動手段５２によりスター電極４を天板１４に対して上下方向（近接離間方向）に移動すると、これに同期して可動電極６２も上下方向に移動する。この移動する可動電極６２と機械的に分離された固定電極６１が対向配置されているため、可動電極６２の移動を繰り返しても、スター電極４に対する電力の供給が不安定になるといった不具合は発生せず、常時安定して予め設定された電力をスター電極４に供給することができる。このため、天板１４に対してスター電極４を近接または離間させて付着物のエッチングを確実に調整することができる。
【００２０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、ドライエッチング装置ＥＭを例に説明したが、プラズマ処理装置はこれに限られず、例えばスパッタリング装置、ＣＶＤ装置等の成膜装置や熱処理装置に対しても本発明を適用することができる。
【００２１】
上記実施形態では、アンテナコイル３やスター電極４を天板１４に対して上下方向に移動させる場合を例に説明したが、真空チャンバ１の壁面に対して近接離間方向に移動させるものであれば本発明を適用することができ、例えば下部電極としてのステージ２を移動させる場合にも本発明を適用することができる。
【００２２】
上記実施形態では、可動電極６２とアンテナコイル３，スター電極４とをブスバーＢｂ１，Ｂｂ２を介して接続しているが、ブスバーＢｂ１，Ｂｂ２を省略して可動電極６２をアンテナコイル３，スター電極４に接続してもよい。また、スター電極４に高周波電源Ｅ２とは別の高周波電源から給電してもよく、この場合、スイッチ６３を省略することができる。
【００２３】
上記実施形態では、移動する可動電極６２の固定電極６１に対向する対向面の面積が一定である場合を例に説明したが、図３（ａ）及び（ｂ）に示す可動電極６２ａ，６２ｂのように、固定電極６１との対向面の面積が連続してまたは段階的に減少または増加するように構成してもよい。これによれば、キャパシタ６１，６２の静電容量を減少または増加させることができる。図３に仮想線で示すように、天板１４に対して可動電極６２ａ，６２ｂを近接させたとき、固定電極６１との対向面の面積が増加するように可動電極６２ａ，６２ｂの移動量を制御して固定電極６１との対向面の面積が増加するように可動電極６２ａ，６２ｂを構成しておけば、キャパシタ６２の静電容量を増加させてプラズマとのカップリングを強くでき、有利である。
【符号の説明】
【００２４】
Ｅ２…高周波電源（電源）、ＥＭ…ドライエッチング装置（プラズマ処理装置）、１…真空チャンバ、１４…天板（真空チャンバの壁面）、３…４…スター電極（プラズマ電極）、５１，５２…移動手段、６１，６２…キャパシタ、６１…固定電極、６２，６２ａ，６２ｂ…可動電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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