(57)【要約】【課題】複数に分割された試料台保護部材を有する場合であっても、試料台外表面で発生する局所放電を抑制することのできるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】試料台１１２と、試料台１１２がウエハ１２５によって覆われない表面をプラズマから保護する試料台保護部材とを備えたプラズマ処理装置において、試料台保護部材が、試料台１１２上部を覆うサセプタ２００と、試料台側壁を覆う側壁カバー３０１と、サセプタ２００と側壁カバー３０１の隙間を覆うように配置される絶縁リング３０３とで構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内の処理室で、内部に配置されたウエハをプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
前記ウエハがその上に載せられる試料台と、
前記試料台が前記ウエハによって覆われない表面をプラズマから保護する試料台保護部材とを備え、
前記試料台保護部材が前記試料台上部を覆うサセプタと前記試料台側壁を覆う側壁カバーと前記サセプタと前記側壁カバーの隙間を覆うように配置される絶縁リングとで構成されること特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記サセプタ及び、前記絶縁リングは前記試料台の上方から見下ろして、両者が重ならないように配置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。
【請求項３】
前記サセプタ及び、前記側壁カバー及び、前記絶縁リングは、各々が接触面を持たず、３００〜５００μｍ程度の隙間を持つように配置されることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
真空容器と、真空容器内に配置された処理室と、前記処理室内に配置され、被処理物を載せる試料台と、前記処理室内においてプラズマを生成する手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記試料台は、前記被処理物で覆われない部分を前記プラズマから保護するための試料台保護部材を備え、
前記試料台保護部材は、前記試料台上部を覆うサセプタと、
前記サセプタに近接して配置され、前記試料台側壁を覆う側壁カバーと、
前記サセプタと前記側壁カバーの両者に近接して配置された絶縁リングとを有し、
前記サセプタと前記側壁カバーと前記絶縁リングとを有する場合の異常放電の高周波バイアス電圧の閾値は、前記サセプタと前記側壁カバーとを有する場合の異常放電の高周波バイアス電圧の閾値よりも高電圧側にシフトされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
真空容器と、真空容器内に配置された処理室と、前記処理室内に配置され、被処理物を載せる試料台と、前記処理室内においてプラズマを生成する手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記試料台は、前記被処理物で覆われない部分を前記プラズマから保護するための試料台保護部材を備え、
前記試料台保護部材は、前記試料台上部を覆うサセプタと、
前記サセプタに近接して配置され、前記試料台側壁を覆う側壁カバーと、
前記サセプタと前記側壁カバーの両者に近接して配置された絶縁リングとを有し、
前記サセプタと前記側壁カバーと前記絶縁リングとの隙間で構成される沿面距離は、前記サセプタと前記側壁カバーとの隙間で構成される沿面距離よりも長いことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記サセプタ、前記側壁カバー及び、前記絶縁リングは、それぞれ絶縁材料で形成されていることを特徴とする請求項５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、真空容器内にてウエハをプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ処理装置の一つであるプラズマエッチング処理装置は、真空状態に減圧した処理容器（以下、真空容器とする）内に処理ガスを供給してプラズマを形成し、ウエハ載置用試料台（以下、試料台とする）に被処理対象であるウエハを載置してウエハにプラズマ処理を施す。試料台は主として、静電気力でウエハを固定する機能、ウエハの温度を制御する機能、プラズマ中のイオンを引き込んでエッチングをアシストするための高周波バイアス電圧をウエハに印加する機能を持つ。
【０００３】
前記高周波バイアス電圧は試料台を構成する金属プレートに直接印加され、ウエハ上のシース部に生じる電位差がプラズマ中のイオンを引き込む力として作用する。このとき、試料台のウエハ載置面以外の部分がプラズマに晒されていると、その部分にもイオン引き込みが生じるため、試料台上で意図しない局所放電が生じる。このような真空容器内での異常放電を防止するため、特許文献１には異常放電を起こす部材の周囲もしくは部材上に放電防止用絶縁部材を配置する方法が示されている。
【０００４】
絶縁部材は長時間プラズマに曝されることで、プラズマの影響および試料台に印加される高周波バイアス電圧の影響を受けて消耗するため、定期的に交換が必要となる。
【０００５】
前記のような試料台の保護部材の従来技術として、特許文献２では保護部材を二分割または三分割とすることで、サセプタの消耗した部分や処理による反応生成物が付着した部分のみを交換する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９２６４２号公報
【特許文献２】特開２００１−２３０２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
試料台保護部材が特許文献２のような分割構造を持つ場合、ウエハ上に印加する高周波バイアス電圧が１．５ｋＶ〜３．０ｋＶのある閾値を取ることで、イオンの持つエネルギーが増加しイオンが保護部材間の隙間に侵入するようになる。それにより、プラズマが隙間に入り込み試料台外表面に到達することで、試料台上で局所放電が引き起こされてウエハ端部のエッチング性能が損なわれる。
【０００８】
本発明は、複数に分割された試料台保護部材を有する場合であっても、試料台外表面で発生する局所放電（異常放電）を抑制することのでき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】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、例えば、真空容器内の処理室で、内部に配置されたウエハをプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置であって、
前記ウエハがその上に載せられる試料台と、
前記試料台が前記ウエハによって覆われない表面をプラズマから保護する試料台保護部材とを備え、
前記試料台保護部材が前記試料台上部を覆うサセプタと前記試料台側壁を覆う側壁カバーと前記サセプタと前記側壁カバーの隙間を覆うように配置される絶縁リングとで構成されること特徴とするプラズマ処理装置とする。
【００１０】
また、真空容器と、真空容器内に配置された処理室と、前記処理室内に配置され、被処理物を載せる試料台と、前記処理室内においてプラズマを生成する手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記試料台は、前記被処理物で覆われない部分を前記プラズマから保護するための試料台保護部材を備え、
前記試料台保護部材は、前記試料台上部を覆うサセプタと、
前記サセプタに近接して配置され、前記試料台側壁を覆う側壁カバーと、
前記サセプタと前記側壁カバーの両者に近接して配置された絶縁リングとを有し、
前記サセプタと前記側壁カバーと前記絶縁リングとを有する場合の異常放電の高周波バイアス電圧の閾値は、前記サセプタと前記側壁カバーとを有する場合の異常放電の高周波バイアス電圧の閾値よりも高電圧側にシフトされていることを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【００１１】
また、真空容器と、真空容器内に配置された処理室と、前記処理室内に配置され、被処理物を載せる試料台と、前記処理室内においてプラズマを生成する手段とを有するプラズマ処理装置において、
前記試料台は、前記被処理物で覆われない部分を前記プラズマから保護するための試料台保護部材を備え、
前記試料台保護部材は、前記試料台上部を覆うサセプタと、
前記サセプタに近接して配置され、前記試料台側壁を覆う側壁カバーと、
前記サセプタと前記側壁カバーの両者に近接して配置された絶縁リングとを有し、
前記サセプタと前記側壁カバーと前記絶縁リングとの隙間で構成される沿面距離は、前記サセプタと前記側壁カバーとの隙間で構成される沿面距離よりも長いことを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、保護部材間の隙間を覆う絶縁リングにより、プラズマが侵入する保護部材間の隙間の沿面距離が拡大されることでプラズマが試料台外表面に到達しにくくなり、異常放電を引き起こす高周波バイアス電圧の閾値は高電圧側にシフトされるため試料台外表面で発生する局所放電を抑制することのできるプラズマ処理装置を提供することができる。さらに絶縁リングは試料台上面からみて保護部材と重ならない構造とすることにより、両者を同時、もしくは別々に交換することができ、装置のメンテナンス性を損なわない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図。
【図２】試料台保護部材の従来構成の一例を示す縦断面図。
【図３】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置における試料台保護部材の構成を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。この装置は、真空容器１００と、該真空容器の上方の外周に配置されて真空容器１００内部に電界および磁界を供給する電磁場供給手段と、真空容器１００下方に配置されて真空容器１００の内部を排気する排気手段を備えている。
【００１６】
真空容器１００は、真空容器１００の内部には処理室１０１が備えられ、真空容器１００の上部には処理室１０１内に高周波を供給する高周波電源１１０と処理室１０１内に電磁波を供給するソレノイドコイル１０９が備えられ、真空容器１００の下部にはウエハなどの被処理対象である基板状の試料がその上面に載置される試料台１１２とターボ分子ポンプ１２０などからなる排気装置が備えられている。
【００１７】
電磁場供給手段は、真空容器１００の上部に配置されているソレノイドコイル１０９および、真空容器１００上方に配置されている電磁波を供給する高周波電源１１０からなる。高周波電源１１０から供給された電磁波は図示しないアイソレータ、整合器１０８を経由して導波管１０７内を伝播し共振空間１０６を通過した後、石英プレート１０５およびシャワープレート１０２を介して、処理室１０１に導入される。
【００１８】
処理室１０１は、略円筒形状であって、処理対象の試料にプラズマ処理を施す際にプラズマが形成される空間である。
【００１９】
処理室１０１上方には、処理室１０１を密閉する円筒形状の天井部材が備えられており、この天井部材は、石英等の誘電体で構成された石英プレート１０５およびシャワープレート１０２から構成され、石英プレート１０５とシャワープレート１０２の間には微小隙間１０３が形成されている。この微小隙間１０３は円筒形状の空間であり、この空間の下方にシャワープレート１０２が配置されている。このシャワープレート１０２には多数の小孔が複数の同心円形状に配置して多数設けられている。石英プレート１０５および、シャワープレート１０２の外周側にはガスリング１０４が配置される。ガスリング１０４には、前記微小隙間１０３に処理ガスを供給するためのガス通路が設けられており、処理ガスは、処理ガス供給元１２３から、処理ガス供給配管１２４およびガスリング１０４のガス通路を介して、前記微小隙間１０３に供給され、その後、シャワープレート１０２に設けられた多数の小孔を介して処理室１０１内に均等に分散して供給される。
【００２０】
処理室１０１の側面には、処理室の側壁となる円筒形状の側壁部材１１１を備えている。側壁部材１１１は、ガスリング１０４およびシャワープレート１０２の下面に接して配置され、処理室１０１の室内に生成されるプラズマを区画する。
【００２１】
処理室１０１下方にある試料台１１２は円筒形状を有しており、試料台１１２上面上方は誘電体膜に被覆されている。試料台１１２内部には、同心円状または螺旋状に図示しない流路が配置されており、この流路に温調ユニット１１５により温度または流量（流速）を調節された冷媒が導入され、試料台１１２の温度が調節されている。ウエハ１２５は試料台１１２上面に載置された状態で、プラズマからの入熱を受けるが、試料台１１２の温度を調節することで、試料台１１２に載置されたウエハ１２５の温度を調節する。また、試料台１１２とウエハ１２５との熱伝導を向上するために、試料台１１２上面の誘電体膜とウエハ１２５裏面との間には熱伝達性ガス流路１１３が設けられており、熱伝達性ガス供給元１１６から熱伝達性ガス供給配管１２７を介して、Ｈｅ等の熱伝達性を有するガスが供給される。供給される熱伝達性ガスの圧力は圧力計１２８により検知される。
【００２２】
さらに、試料台１１２は、ウエハ１２５を試料台１１２に静電気にて吸着させるための直流電源１１４および処理中に試料台１１２に載置されたウエハ１２５表面にイオンを加速させるための高周波バイアス電源１１７を備えている。
【００２３】
試料台１１２の側面でウエハが載置される面の外周側には、プラズマによるスパッタやエッチングから試料台１１２を保護するために試料台保護部材１２６が配置される。
【００２４】
試料台１１２の下方には、真空容器１００内を真空状態にするため、またはガスやプラズマ、反応生成物を排気するための排気装置を備えている。この排気装置は、排気用開口を開閉する排気ゲートプレート１１８、排気用開口に連通する通路上のコンダクタンス可変バルブ１１９およびターボ分子ポンプ１２０からなる。さらに、ターボ分子ポンプ１２０には排気ポンプ１２２が接続されており、ターボ分子ポンプ１２０によって処理室１０１から排気された反応生成物等は排気配管１２１を通って排気ポンプ１２２に送られる。
【００２５】
このようなプラズマエッチング装置に対して、所定の処理を施される対象のウエハ１２５は、試料台１１２上面の載置面上に載置され、直流電源１１４からの直流電圧により静電気で吸着して保持する。
【００２６】
この状態で、熱伝達性ガス供給元１１６より試料台１１２上面の誘電体膜とウエハ１２５裏面との間にＨｅガスを供給してウエハ１２５を冷却する。
【００２７】
次に、処理ガスが処理ガス供給元１２３より処理ガス供給配管１２４を介して微小隙間１０３に導入され、シャワープレート１０２に形成された多数の小孔を通して処理室１０１内へ供給される。共振空間１０６を通過し石英プレート１０５およびシャワープレート１０２を介して処理室１０１に導入された電磁波と、ソレノイドコイル１０９による磁場の相互作用によって、処理ガスがプラズマ化されプラズマがウエハ１２５の上方に形成される。さらに、高周波バイアス電源１１７により、試料台１１２に高周波電力が印加され、ウエハ１２５上面上方に形成された高周波バイアスによるバイアス電位とプラズマ電位との電位差によりプラズマ中のイオンをウエハ１２５上に引き込み、エッチング反応をアシストしつつ処理が開始される。尚、処理中、排気ゲートプレート１１８は常に開いており、コンダクタンス可変バルブ１１９の開度を変えることで排気速度を変化させ、処理室１０１内の圧力を調整している。
【００２８】
エッチング処理の終了後、プラズマおよび高周波バイアスが停止され、直流電源１１４からの直流電圧の供給が停止され、静電気力が低下、除去される。
【００２９】
次に、前述したようにコンダクタンス可変バルブ１１９、ターボ分子ポンプ１２０及び排気ポンプ１２２の働きにより、処理室１０１内の反応生成物や残留した処理ガスを排気する。
【００３０】
尚、図中の高周波電源１１０、直流電源１１４、高周波バイアス電源１１７、排気ゲートプレート１１８、コンダクタンス可変バルブ１１９、ターボ分子ポンプ１２０、排気ポンプ１２２は、それぞれ図示しないコントローラーによって動作を制御されている。
【００３１】
試料台１１２と試料台保護部材１２６の詳細構造を図２、図３を参照して説明する。
【００３２】
図２に試料台保護部材の従来構成の一例を示す。試料台保護部材は、試料台１１２に形成される面に載置され、主にウエハ１２５載置面と同一方向の試料台１１２面を覆うサセプタ２００と、試料台１１２に形成される面に載置され、試料台１１２側壁を覆うように載置される側壁カバー２０１からなる。サセプタ２００及び側壁カバー２０１は石英等の絶縁材料で構成される。
【００３３】
サセプタ２００及び側壁カバー２０１は接触させず３００〜５００μｍ程度の微小な隙間を設けられる。これはサセプタ２００及び側壁カバー２０１が頻繁に交換される消耗品であり、両者を接触させて配置すると部品ロットによっては両者の寸法公差の足し合わせによる配置誤差が生じるためである。
【００３４】
サセプタ２００及び側壁カバー２０１の処理室側表面は、エッチング処理中にプラズマ中の主にイオンによるスパッタリングによって消耗する。試料台保護部材表面の単位時間当たりの消耗量は、試料台１１２側壁付近よりもウエハ１２５が載置される試料台１１２上面付近の方がプラズマ生成ポイントに近い分大きくなる。したがって試料台保護部材は、サセプタ２００及び側壁カバー２０１に分割されることで、消耗度合いに応じて、サセプタ２００のみ、もしくはサセプタ２００と側壁カバー２０１が交換される。
【００３５】
サセプタ２００と側壁カバー２０１で構成される前記微小隙間には、試料台１１２に印加される高周波バイアス電圧を増大することで周囲のプラズマ中のイオンの持つエネルギーが増大され、高周波バイアス電圧がある閾値以上をとるときイオンが侵入し、プラズマも侵入するようになる。高周波バイアス電圧の閾値は、処理室内の雰囲気及び前記微小隙間の断面積及び前記微小隙間を通る経路の内最短の経路をとる沿面距離によって一意に決まり、およそ１．５ｋＶ〜３．０ｋＶの値を取る。図２の場合の沿面距離は、点Ａ、Ｂを通る経路となる。試料台１１２外表面とプラズマが接触するようになると、試料台１１２上で局所放電が引き起こされてウエハ１２５端部のエッチング性能が損なわれる。
【００３６】
図３は、本発明の実施形態の試料台保護部材の構成を示す。試料台保護部材は、試料台１１２に形成される面に載置され、主にウエハ１２５載置面と同一方向の試料台１１２面を覆うサセプタ２００と試料台１１２外周に具備される円筒形の載置台３００と、試料台１１２側壁を覆い、載置台３００上に載置される上部側壁カバー３０１と、図示しない試料台１１２に形成される面に載置される下部側壁カバー３０２と、載置台３００上に載置され、サセプタ２００と上部側壁カバー３０１とで形成される微小隙間を覆うように配置される円筒形の絶縁リング３０３からなる。サセプタ２００及び上部側壁カバー３０１及び下部側壁カバー３０２及び絶縁リング３０３は石英等の絶縁材料で構成される。載置台３００はアルミニウムやステンレス鋼といった金属材料で構成され、試料台１１２とは電気的に絶縁されており高周波バイアス電圧は印加されない。
【００３７】
サセプタ２００及び上部側壁カバー３０１及び絶縁リング３０３は接触させず３００〜５００μｍ程度の微小な隙間を設けられる。これはサセプタ２００及び上部側壁カバー３０１及び絶縁リング３０３が頻繁に交換される消耗品であり、各々を接触させて配置すると部品ロットによっては両者の寸法公差の足し合わせによる配置誤差が生じるためである。
【００３８】
サセプタ２００と絶縁リング３０３は試料台１１２上方から見下ろしたとき、両者が重ならない形で配置される。装置メンテナンスでは、サセプタ２００のみ、もしくは絶縁リング３０３のみ、もしくはサセプタ２００及び絶縁リング３０３、もしくはサセプタ２００及び絶縁リング３０３及び上部側壁カバー３０１、もしくは試料台保護部材１２６全てのいずれかの組み合わせで、試料台保護部材１２６の消耗度合いに応じて交換されることを特徴とする。
【００３９】
図３において、プラズマの試料台１１２への侵入経路となる微小隙間は、サセプタ２００及び、上部側壁カバー３０１及び、絶縁リング３０３で形成され、微小隙間中を通る経路の内で、部材表面を通る最短の経路を沿面距離とする。図３の場合の沿面距離は、点Ａ、Ｂ、Ｃを通る経路となる。点Ａ、点Ｂで形成される沿面距離の長さは図２における沿面距離に等しくとる。すなわち図３における沿面距離は、絶縁リング３０３の配置により点Ｂ、Ｃで形成される沿面距離分だけ図２における沿面距離に比べて長くなる。それによりプラズマが試料台外表面に到達しにくくなり、異常放電を引き起こす高周波バイアス電圧の閾値は高電圧側にシフトされる。図３における試料台保護部材の構成は図２における試料台保護部材の構成に比べて、試料台１１２外表面にプラズマが侵入するときの高周波バイアス電圧の閾値を高く設定することができることを特徴とする。
【００４０】
図３に示す試料台保護部材を備え、図１に示すプラズマエッチング装置を用いてウエハのエッチングを行ったところ、試料台外表面での異常放電の発生を抑制でき、良好な加工形状を得ることができた。また、複数の試料台保護部材を互いに離間して配置することにより、多数回使用した後に消耗した保護部材を容易に交換することができた。  
以上、本実施例によれば、複数に分割された試料台保護部材を有する場合であっても、試料台外表面で発生する局所放電を抑制することのできるプラズマ処理装置を提供することができる。
【００４１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本発明は、各種プラズマ処理装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１００…真空容器、１０１…処理室、１０２…シャワープレート、１０３…微小隙間、１０４…ガスリング、１０５…石英プレート、１０６…共振空間、１０７…導波管、１０８…整合器、１０９…ソレノイドコイル、１１０…高周波電源、１１１…側壁部材、１１２…試料台、１１３…熱伝達性ガス流路、１１４…直流電源、１１５…温調ユニット、１１６…熱伝達性ガス供給元、１１７…高周波バイアス電源、１１８…排気ゲートプレート、１１９…コンダクタンス可変バルブ、１２０…ターボ分子ポンプ、１２１…排気配管、１２２…排気ポンプ、１２３…処理ガス供給元、１２４…処理ガス供給配管、１２５…ウエハ、１２６…試料台保護部材、１２７…熱伝達性ガス供給配管、１２８…処理室用圧力計、２００…サセプタ、２０１…試料台側壁カバー、３００…載置台、３０１…試料台上部側壁カバー、３０２…試料台下部側壁カバー、３０３…絶縁リング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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