(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力調整弁を有するプラズマエッチング装置において、
前記圧力調整弁の圧力調整板が取り付けられた回転軸を接地する接地手段を設けたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記接地手段は、前記回転軸に接し、前記圧力調整弁の外壁部に接した導電体を有する軸套であること特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記接地手段は、付勢手段を有して前記回転軸に接触させる接地板を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング装置に関し、さらに詳しくは、プラズマ処理時の異常放電を抑止したプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造工程における被処理物の加工装置としてプラズマエッチング装置が多用されている。この加工装置としてのプラズマエッチング装置には、等方的エッチングを行って、被処理物を均一にエッチングするプラズマエッチング装置や、異方性エッチングにより被処理物の微細加工をするプラズマエッチング装置等があり、それぞれ目的に応じて使用されている。
後者の異方性エッチングを行うプラズマエッチング装置に要求される性能としては、微細パターンの加工性、半導体ウェハ全面での加工均一性、加工処理時間が短い等の生産性、加工時における半導体ウェハへのダメージが少ないこと等がある。この様な性能の要望を満たすプラズマエッチング装置として、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置、マグネトロン型ＲＩＥ装置、ＥＣＲエッチング装置、マイクロ波エッチング装置、ヘリコン波エッチング装置等がある。
【０００３】
ここでは、従来のプラズマエッチング装置の一つである平行平板型のＲＩＥ装置の例を、図４を参照して説明する。
まず、ＲＩＥ装置１は、図４に示すように、ＲＩＥを行う反応チャンバ１１と、反応チャンバ１１内の半導体ウェハ１２を載置するウェハステージであり、また高周波電圧を印加する電極でもある下部電極１３と、エッチングガスを反応チャンバ１１内に導入するガス配管１５に接続したエッチングガス噴出部であり、また高周波電圧を印加する電極でもある上部電極１４と、下部電極１３にブロッキングコンデンサ１６を介して接続した高周波電源１７と、反応チャンバ１１内のエッチングガスを排気する排気配管１８に接続した圧力調整弁（スロットルバルブ）１９およびスロットルバルブ１９に接続する排気ポンプであるターボ分子ポンプ２０とで概略構成されている。
【０００４】
次に、スロットルバルブ１９の構造は、図５（ａ）の概略断面斜視図に示すように、排気配管１８に気密性を保持して接続する端部ａと、ターボ分子ポンプ２０に気密性を保持して接続する端部ｂとを持つ円筒状の側壁部３０と、側壁部３０に保持されている回転軸３１および回転軸３１に取り付けられた圧力調整用の２個の半円形板３３、３４とにより構成される圧力調整板３２とで概略構成されている。
圧力調整板３２の取り付けられた回転軸３１の一方の端部は、円筒状の側壁部３０の内側に設けられている、回転軸３１の回転を滑らかにするためのフッ素系樹脂製（テフロン製）の軸受け部３５で支持されており、回転軸３１の他方の端部には、側壁部３０に設けられた回転軸３１の取り付け部３６に支持されて、この取り付け部３６の外側の回転軸３１には、回転軸３１を駆動するプーリー３７が取り付けられている。
なお、このプーリー３７は、駆動ベルト３８等を介してステッピングモータ等の駆動部（図示省略）により駆動される。
【０００５】
回転軸３１の取り付け部３６の詳細構造は、図５（ｂ）に示すような構造になっている。即ち、スロットルバルブ１９の側壁部３０に、回転軸３１径より僅かに大きい径の円形貫通孔３９が設けられ、この円形貫通孔３９と同心円形で、回転軸３１と一体となった、回転軸３１を保持する円板部３１ａの径より大きな円形穴４０が設けられ、またこの円形穴４０の側壁には、止め輪（Ｅリング）４１が嵌め込まれるＥリング用溝４２が設けられている。
上述した回転軸３１を保持する円板部３１ａの一方の面と円形穴４０底部との間には、取り付け部３６における気密性を確保するためのＯリング４３が設置されており、回転軸３１を保持する円板部３１ａの他方の面とＥリング４１との間には、円形穴４０径にほぼ等しい径で、円形穴４０に挿入可能なフッ素系樹脂製（テフロン製）の円板で、この円板の中心に回転軸３１径とほぼ等しい径で、回転軸３１がすり合わされながら回転できる孔４４が開いている軸套（ブッシュ）４５が設置されている。このブッシュ４５はフッ素系樹脂製とすることで、回転軸３１や円板部３１ａが滑らかに回転するようになっている。
【０００６】
次に、上述したＲＩＥ装置１を用いたエッチング動作を説明する。
まず、ターボ分子ポンプ２０による排気で真空となっている反応チャンバ１１内の下部電極１３上に、反応チャンバ１１に接続しているロードロックチャンバ（図示省略）より、被処理膜が形成されている半導体ウェハ１２を、搬送手段（図示省略）で移動させて、載置する。その後エッチングガス供給系（図示省略）より所定の流量のエッチングガスを、ガス配管１５を通して、エッチングガスの噴出部でもある上部電極１４より反応チャンバ１１内に導入する。
次に、圧力計（図示省略）により反応チャンバ１１内圧力を監視しながら、スロットルバルブ１９内の圧力調整板３２を、回転軸３１に取り付けられたプーリー３７を駆動装置（図示省略）により回転させることで、反応チャンバ１１内圧力を所定圧力とする。
その後、高周波電源１７より高周波パワーを供給して、反応チャンバ１１内にプラズマを発生させ、半導体ウェハ１２の被処理膜のエッチングを開始する。
【０００７】
半導体ウェハ１２の被処理膜のエッチング完了後は、高周波電源１７の高周波パワーをＯＦＦしてプラズマ放電を停止させ、その後エッチングガスの供給を停止させて反応チャンバ１１内を真空にする。その後、反応チャンバ１１内の下部電極１３上に載置されていた半導体ウェハ１２をロードロックチャンバ（図示省略）に搬送手段（図示省略）で移動させ、反応チャンバ１１とロードロックチャンバとをゲートバルブ（図示省略）等で分離した後、半導体ウェハ１２をロードロックチャンバより取り出す。
【０００８】
上述したＲＩＥ装置１においては、スロットルバルブ１９内の圧力調整板３２の取り付けられた回転軸３１が、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、絶縁部材であるフッ素系樹脂の軸受け部３５、ゴム製のＯリング４３およびフッ素系樹脂製のブッシュ４５を介して、スロットルバルブ１９の導電体である側壁部３０に接しているため、電気的にはフローティング状態となっている。このため、半導体ウェハ１２の被処理膜のプラズマエッチング時に、イオン化したエッチングガス分子等が圧力調整板３２上に付着し、この付着したイオンによる帯電で、回転軸３１や圧力調整板３２が次第に高電圧となる。
【０００９】
回転軸３１や圧力調整板３２が帯電により高電圧になると、回転軸３１や圧力調整板３２と、側壁部３０、反応チャンバ１１、上部電極１４および下部電極１３のうちの何れかとの間で異常放電が起こる。
この異常放電が起こると、プラズマエッチング時の通常の放電状態が変化したり、不安定な放電状態となったりして、半導体ウェハ１２全面におけるエッチング不均一の発生という問題が起こる虞がある
また、上述した異常放電は、回転軸３１や圧力調整板３２の一部と、側壁部３０、反応チャンバ１１、上部電極１４および下部電極１３のうちの何れかの一部との間で起こる局部的な放電であり、この放電の発生した局部においては、プラズマエッチングで堆積した反応生成物や、この部分に付着していたダスト等がスパッタリングされて、半導体ウェハの付着ダストとなるという問題が発生する虞がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したプラズマエッチング装置における問題点を解決することをその目的とする。即ち本発明の課題は、圧力調整弁の圧力調整板の帯電を防止し、プラズマエッチング時の異常放電を抑制したプラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマエッチング装置は、上述の課題を解決するために提案するものであり、圧力調整弁を有するプラズマエッチング装置において、圧力調整弁の圧力調整板が取り付けられた回転軸を接地する接地手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、圧力調整弁の圧力調整板が取り付けられた回転軸を接地する接地手段を設けたことで、プラズマエッチング時の圧力調整板の帯電を防止することができるので、反応チャンバ内の異常放電を抑止することができる。従って、半導体ウェハの被処理膜の安定なエッチングが可能となり、又半導体ウェハへの付着ダストの低減が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施の形態例につき、添付図面を参照して説明する。なお従来技術の説明で参照した図５中の構成部分と同様の構成部分には、同一の参照符号を付すものとする。
【００１４】
実施の形態例１
本実施の形態例は圧力調整弁を有するＲＩＥ装置に本発明を適用した例であり、これを従来例の説明で使用した図４と、図１を参照して説明する。
まず、本実施の形態例のＲＩＥ装置の基本構造は、図４に示す従来例のＲＩＥ装置１とほぼ同様であり、同様な部分の説明は省略して、本発明の特徴部分である圧力調整弁（スロットルバルブ）５０に関して詳述する。
スロットルバルブ５０の基本構造は、図１（ａ）の概略断面斜視図に示すように、従来例と同様で、円筒状の側壁部３０、回転軸３１および回転軸３１に取り付けられた圧力調整用の２個の半円形板３３、３４とにより構成される圧力調整板３２とで概略構成されている。
【００１５】
圧力調整板３２が取り付けられた回転軸３１の一方の端部は、円筒状の側壁部３０の内側に設けられている、回転軸３１の回転を滑らかにするため、フッ素樹脂製（テフロン製）の軸受け部３５で支持されており、回転軸３１の他方の端部には、側壁部３０に設けられた回転軸３１の取り付け部５１に支持されて、この取り付け部５１の外側の回転軸３１には、回転軸３１を駆動するプーリー３７が取り付けられている。
なお、このプーリー３７は、駆動ベルト３８等を介してステッピングモータ等の駆動部（図示省略）により駆動される。
【００１６】
回転軸３１の取り付け部５１の詳細構造は、図１（ｂ）に示すような構造になっている。即ち、スロットルバルブ５０の側壁部３０に、回転軸３１径より僅かに大きい径の円形貫通孔３９が設けられ、又この円形貫通孔３９と同心円形であり、回転軸３１と一体となっている回転軸３１を保持する円板部３１ａの径より大きな円形穴４０が設けられ、更に又この円形穴４０の側壁には、止め輪（Ｅリング）４１が嵌め込まれるＥリング用溝４２が設けられている。
上述した回転軸３１を保持する円板部３１ａの一方の面と円形穴４０底部との間には、取り付け部３６における気密性を確保するためのＯリング４３が設置されており、回転軸３１を保持する円板部３１ａの他方の面とＥリング４１との間には、円形穴４０径にほぼ等しい径で、円形穴４０への挿入が可能な導電体、例えばＳＵＳ等の鉄合金製の円板で、この円板の中心に回転軸３１径とほぼ等しい径で、回転軸３１がすり合わされながら回転できる孔５３が開いている軸套（ブッシュ）５２が設置されている。このブッシュ５２は導電体とすることで、回転軸３１や円板部３１ａが導電体のブッシュ５２を介してスロットルバルブ５０の導電体の側壁部３０と接触することになる。
【００１７】
スロットルバルブ５０の側壁部３０と反応チャンバ１１の排気配管１８やターボ分子ポンプ２０とは、Ｏリングを挟み、金属製のボルトで締めつけることで、気密性を保持して接続されているもので、電気的には同一電位となっており、通常反応チャンバ１１、スロットルバルブ５０およびターボ分子ポンプ２０のいずれかの部分で接地されており、これらは接地電位となっている。
従って、スロットルバルブ５０の側壁部３０に接触しているＳＵＳ等の鉄合金製のブッシュ５２が、回転軸３１に取り付けられた圧力調整板３２の接地手段をも兼ねることになり、プラズマエッチング時にイオン化したエッチングガス等が圧力調整板３２に付着しても、圧力調整板３２が帯電することがなくなり、異常放電が抑止できる。
従って、半導体ウェハの被処理膜の安定なエッチングが可能となり、又半導体ウェハへの付着ダストの低減が可能となる。
【００１８】
実施の形態例２
本実施の形態例の圧力調整弁（スロットルバルブ）を有するＲＩＥ装置は、スロットルバルブのブッシュ部構造のみが実施の形態例１と異なるもので、実施の形態例１と同様な部分の説明は省略して、本発明の特徴部分であるブッシュ部を、図２を参照して説明する。ここで、図２は、スロットルバルブの圧力調整板の回転軸の取り付け部６０の概略断面図である。
取り付け部６０の基本構成は、図２に示すように、ブッシュ６１の構造以外は実施の形態例１とほぼ同様の構成であり、同様な部分の説明は省略して、本実施の形態例の特徴部分であるブッシュ６１部に関して詳述する。
【００１９】
ブッシュ６１は、図２に示すように、円形穴４０径にほぼ等しい径で、円形穴４０への挿入が可能な導電体、例えばＳＵＳ等の鉄合金製の円板で、この円板の中心に回転軸３１径とほぼ等しい径で、回転軸３１がすり合わされながら回転できる孔６３が形成されている第１のリング板６２と、回転軸３１の円板部３１ａの径にほぼ等しい径の、例えばフッ素系樹脂製（テフロン製）の円板で、この円板の中心には回転軸３１径より大きな径の孔６４が形成されている第２のリング板６５とが接合した構成となっている。
【００２０】
上述したブッシュ６１を用いると、回転軸３１がブッシュ６１の導電体の第１のリング板６２を介してスロットルバルブ５０の導電体の側壁部３０と接触することとなる。
スロットルバルブ５０の側壁部３０は、実施の形態例１で述べた如く、通常接地されて接地電位となっているので、上述したブッシュ６１は回転軸３１に取り付けられた圧力調整板３２の接地手段をも兼ねることになる。なお、ブッシュ６１は、回転軸３１の円板部３１ａと接するブッシュ６１面をフッ素系樹脂製の第２のリング板６５面となっていることで、実施の形態例１より回転軸３１の回転が滑らかとなる。
【００２１】
上述したＲＩＥ装置によれば、プラズマエッチング時にイオン化したエッチングガス等が圧力調整板３２に付着しても、回転軸３１に取り付けられた圧力調整板３２がブッシュ６１により接地されているので、圧力調整板３２の帯電がなく、異常放電が抑止できる。
従って、半導体ウェハの被処理膜の安定なエッチングが可能となり、又半導体ウェハへの付着ダストの低減が可能となる。
【００２２】
実施の形態例３
本実施の形態例は圧力調整弁を有するＲＩＥ装置に本発明を適用した例であり、これを従来例の説明で使用した図４および図５と、図３とを参照して説明する。
まず、本実施の形態例のＲＩＥ装置の基本構造は、図４に示す従来例のＲＩＥ装置１とほぼ同様であり、同様な部分の説明は省略して、本発明の特徴部分であるスロットルバルブ７０に関して詳述する。
【００２３】
スロットルバルブ７０の基本構成は、図３（ａ）に示すように、接地手段７１以外の部分は、図５に示す従来例とほぼ同様なので、同様な部分の説明は省略し、接地手段７１の構造に関して詳述する。
接地手段７１は、図３（ｂ）に示すように、付勢手段としての板バネ７２が接地板７３と、ネジ等によりスロットルバルブ７０の側壁部３０に取り付けられた、導電体による支持部材７４との間に設けられていて、接地板７３は板バネ７２の付勢力により、常に回転軸３１に押し付けられた状態となっている。
【００２４】
上述した接地手段７１により、スロットルバルブ７０の回転軸３１に取り付けられた圧力調整板３２は、実施の形態例１で説明したと同様な理由で、接地された状態となる。なお、この接地手段７１によるスロットルバルブ７０の回転軸３１は、取り付け部３６が従来例と同様なため、滑らかな回転が可能となる。
【００２５】
上述したＲＩＥ装置によれば、プラズマエッチング時にイオン化したエッチングガス等が圧力調整板３２に付着しても、回転軸３１に取り付けられた圧力調整板３２が接地手段７１により接地されているので、圧力調整板３２の帯電がなく、異常放電が抑止できる。
従って、半導体ウェハの被処理膜の安定なエッチングが可能となり、又半導体ウェハへの付着ダストの低減が可能となる。
【００２６】
以上、本発明を３例の実施の形態例により説明したが、本発明はこれらの実施の形態例に何ら限定されるものではない。
例えば、本発明の実施の形態例では、プラズマエッチング装置を異方性エッチングの平行平板型のＲＩＥ装置として説明したが、異方性エッチングのマグネトロン型ＲＩＥ装置、ＥＣＲエッチング装置、マイクロ波エッチング装置、ヘリコン波エッチング装置等や等方性エッチングのプラズマエッチング装置等にも適応できることは明白である。
また、本発明の実施の形態例１では、導電体のブッシュとしてＳＵＳ等の鉄合金製のブッシュとしたが、銅合金やＡｌ合金等の他の導電体のブッシュであってもよい。
【００２７】
更に、本発明の実施の形態例２では、導電体の第１のリング板と、フッ素系樹脂製の第２のリング板とでブッシュを構成するとしたが、導電体の第１のリング板と、摩擦の少ないフッ素系樹脂製以外の樹脂製による第２のリング板とでブッシュを構成してもよい。
更にまた、本発明の実施の形態例３では、接地板を回転軸に押し付ける付勢手段として板バネを用いた接地手段の例で説明したが、付勢手段にコイルバネ等を用いて接地板を回転軸に押し付ける構成の接地手段であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のプラズマエッチング装置は、圧力調整弁の圧力調整板が取り付けられた回転軸を接地する接地手段を設けたことで、イオン化したエッチングガス等が圧力調整板に付着しても、圧力調整板の回転軸が接地手段により接地されているので、圧力調整板の帯電がなく、異常放電が抑止できる。
従って、半導体ウェハの被処理膜の安定なエッチングが可能となり、又半導体ウェハへの付着ダストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態例１のＲＩＥ装置のスロットルバルブの概略図で、（ａ）はスロットルバルブの概略断面斜視図、（ｂ）は図１（ａ）の取り付け部の概略断面図である。
【図２】本発明を適用した実施の形態例２のＲＩＥ装置のスロットルバルブにおける、取り付け部の概略断面図である。
【図３】本発明を適用した実施の形態例３のＲＩＥ装置のスロットルバルブの概略図で、（ａ）はスロットルバルブの概略断面斜視図、（ｂ）は図３（ａ）の接地手段の概略側面図である。
【図４】従来例のＲＩＥ装置の概略図である。
【図５】従来例のＲＩＥ装置のスロットルバルブの概略図で、（ａ）はスロットルバルブの概略断面斜視図、（ｂ）は図５（ａ）の取り付け部の概略断面図である。
【符号の説明】
１…ＲＩＥ装置、１１…反応チャンバ、１２…半導体ウェハ、１３…下部電極、１４…上部電極、１５…ガス配管、１６…ブロッキングコンデンサ、１７…高周波電源、１８…排気配管、１９，５０，７０…スロットルバルブ、２０…ターボ分子ポンプ、３０…側壁部、３１…回転軸、３１ａ…円板部、３２…圧力調整板、３３，３４…半円形板、３５…軸受け部、３６，５１，６０…取り付け部、３７…プーリー、３８…駆動ベルト、３９…円形貫通孔、４０…円形穴、４１…Ｅリング、４２…Ｅリング用溝、４３…Ｏリング、４５，５２，６１…ブッシュ、４４，５３，６３，６４…孔、６２…第１のリング板、６５…第２のリング板、７１…接地手段、７２…板バネ、７３…接地板、７４…支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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