(57)【要約】【課題】ガス流に対するコンダクタンスを確保しつつプラズマ発生領域の容積を従来に比べて小さくすることができ、かつ、プラズマリークの発生や堆積物の発生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】処理容器１の内部の側壁部にフィン状構造物２３が設けられている。このフィン状構造物２３は、アルミニウム等からなるリング状の部材に、所定幅の切り込み２３ａを所定間隔で形成して構成されている。フィン状構造物２３は、少なくとも、側壁部１ａの上端部から、載置台２の半導体ウエハＷの載置面高さと同じ高さ位置までの領域に位置するよう設けられている。切り込み２３ａの所定幅（隣接するフィン状構造物との間隔）は、プラズマシースの幅より狭く設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井部と側壁部とを有する処理容器と、
前記処理容器内に配置され被処理体を載置するための載置台と、
前記天井部からプラズマを生起するための処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記載置台と前記側壁部との間に配置され、複数の開口部が形成されたバッフル板と、
前記載置台の下方から前記バッフル板を介して排気する排気機構と、
少なくとも前記側壁部の上端部と前記側壁部の前記載置台の被処理体載置面高さとの間の領域に、前記側壁部から突出する如く設けられ、互いに所定間隔をあけて配置された複数のフィン状の構造物と
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記バッフル板が、複数の開口部を有する板状の上側部と、この上側部の下方に間隔をあけて設けられ複数の開口部を有する板状の下側部と、前記上側部と前記下側部を連結して１つの空間を囲む囲い部をなす側面部とを具備し、前記上側部と前記下側部と前記側面部は導電性材料からなり、互いに電気的に導通し同電位と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】
前記上側部と前記下側部と前記側面部が接地電位と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】
前記上側部と前記下側部とは所定間隔ｘを設けて互いに平行に配置され、前記側面部は所定間隔ｙを設けて互いに平行に配置された２つの部位を有し、
ｘ／ｙ及びｙ／ｘが整数にならないように設定されていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
天井部と側壁部とを有する処理容器と、
前記処理容器内に配置され被処理体を載置するための載置台と、
前記天井部からプラズマを生起するための処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記載置台の下方から排気する排気機構と、
前記側壁部の上端部と前記側壁部の前記載置台の被処理体載置面高さより低い位置との間の領域に、前記側壁部から突出する如く設けられ、互いに所定間隔をあけて配置された複数のフィン状の構造物と
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記フィン状の構造物が、リング状の部材に複数の切り込みを入れて構成され、前記側壁部に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
隣接する前記フィン状の構造物の間の前記所定間隔が、前記フィン状の構造物の近傍に形成されるプラズマシースの幅より狭いことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記フィン状の構造物の温度を調整するための温度調整機構を具備したことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
プラズマ発生させる処理容器内に、プラズマ拡散防止部材が設けられたプラズマ処理装置であって、前記プラズマ拡散防止部材が、
プラズマの拡散経路の上流側に位置し複数の開口部を有する板状の上流側部と、
プラズマの拡散経路の下流側に位置し複数の開口部を有する板状の下流側部と、
前記上流側部と前記下流側部を連結して１つの空間を囲む囲い部をなす側面部とを具備し、
前記上流側部と前記下流側部と前記側面部は導電性材料からなり、互いに電気的に導通し同電位とされることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記上流側部と前記下流側部と前記側面部が接地電位とされることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記上流側部と前記下流側部とは所定間隔ｘを設けて互いに平行に配置され、前記側面部は所定間隔ｙを設けて互いに平行に配置された２つの部位を有し、
ｘ／ｙ及びｙ／ｘが整数にならないように設定されていることを特徴とする請求項１０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、プラズマを用いて被処理体のエッチング処理等を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造工程等において、処理ガスをプラズマ化し、このプラズマを被処理体に作用させて所定の処理、例えばエッチング処理を施すプラズマ処理装置が多用されている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置としては、例えば、アルミニウム等の金属から円筒形状に成形された処理容器内に、被処理体を載置するための載置台を設け、この載置台の上方からプラズマを生起するための処理ガスを供給し、載置台の下方から排気を行うように構成されたものが知られている。また、載置台の周囲には、載置台と処理容器の側壁部との間からのプラズマのリークを防止し、かつ排気可能なように、多数の透孔が形成されたバッフル板を設けたものが多い。このようなバッフル板としては、確実にプラズマのリークを防止するため、屈曲した排気経路を形成するよう構成されたバッフル板も知られている  （例えば、特許文献１参照。）。さらに、移動可能なバッフル板でプラズマ発生領域を囲むようにし、プラズマ発生領域の容積を変更可能とすることも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１０−７０１０９号公報
【特許文献２】特開平１０−３２１６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなプラズマ処理装置において、半導体ウエハ等の被処理体を載置するための載置台の大きさは、載置される半導体ウエハの径により制約され、必然的にその大きさが決まる。また、処理容器の内径は、載置台の径よりも大きくする必要があるが、処理ガスの流量が多い場合においても充分なコンダクタンスを確保するためには、処理容器の内径をさらにある程度大きくする必要がある。
【０００５】
一方、処理容器の内径を大きくすると、載置台上方のプラズマ発生領域の容積が大きくなるため、プラズマが拡散されプラズマ密度が低下するという問題や、プラズマを発生させるために必要とされる高周波電力が多くなり、ランニングコストが増大する等の問題が生じる。
【０００６】
このため、従来においては、必要とされるガス流に対するコンダクタンスと、プラズマ発生領域の容積とのバランスを考慮して、処理容器の内径が決められており、ガス流に対するコンダクタンスを確保しつつ、プラズマ発生領域の容積を小さくすることは困難であった。
【０００７】
また、移動可能なバッフル板でプラズマ発生領域を囲むようにし、プラズマ発生領域の容積を変更可能とすると、バッフル板の温度調節が困難なためバッフル板に多量の堆積物が付着するという問題や、バッフル板の電位を安定的に接地電位に維持することが困難なためプラズマリークが発生する等の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような従来の事情に対処してなされたもので、ガス流に対するコンダクタンスを確保しつつプラズマ発生領域の容積を従来に比べて小さくすることができ、かつ、プラズマリークの発生や堆積物の発生を抑制することのできるプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、天井部と側壁部とを有する処理容器と、前記処理容器内に配置され被処理体を載置するための載置台と、前記天井部からプラズマを生起するための処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記載置台と前記側壁部との間に配置され、複数の開口部が形成されたバッフル板と、前記載置台の下方から前記バッフル板を介して排気する排気機構と、少なくとも前記側壁部の上端部と前記側壁部の前記載置台の被処理体載置面高さとの間の領域に、前記側壁部から突出する如く設けられ、互いに所定間隔をあけて配置された複数のフィン状の構造物とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２記載のプラズマ処理装置は、前記バッフル板が、複数の開口部を有する板状の上側部と、この上側部の下方に間隔をあけて設けられ複数の開口部を有する板状の下側部と、前記上側部と前記下側部を連結して１つの空間を囲む囲い部をなす側面部とを具備し、前記上側部と前記下側部と前記側面部は導電性材料からなり、互いに電気的に導通し同電位とされることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３記載のプラズマ処理装置は、前記上側部と前記下側部と前記側面部が接地電位とされることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４記載のプラズマ処理装置は、前記上側部と前記下側部とは所定間隔ｘを設けて互いに平行に配置され、前記側面部は所定間隔ｙを設けて互いに平行に配置された２つの部位を有し、ｘ／ｙ及びｙ／ｘが整数にならないように設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５記載のプラズマ処理装置は、天井部と側壁部とを有する処理容器と、前記処理容器内に配置され被処理体を載置するための載置台と、前記天井部からプラズマを生起するための処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記載置台の下方から排気する排気機構と、前記側壁部の上端部と前記側壁部の前記載置台の被処理体載置面高さより低い位置との間の領域に、前記側壁部から突出する如く設けられ、互いに所定間隔をあけて配置された複数のフィン状の構造物とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６記載のプラズマ処理装置は、前記フィン状の構造物が、リング状の部材に複数の切り込みを入れて構成され、前記側壁部に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７記載のプラズマ処理装置は、隣接する前記フィン状の構造物の間の前記所定間隔が、前記フィン状の構造物の近傍に形成されるプラズマシースの幅より狭いことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８記載のプラズマ処理装置は、前記フィン状の構造物の温度を調整するための温度調整機構を具備したことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９記載のプラズマ処理装置は、プラズマ発生させる処理容器内に、プラズマ拡散防止部材が設けられたプラズマ処理装置であって、前記プラズマ拡散防止部材が、プラズマの拡散経路の上流側に位置し複数の開口部を有する板状の上流側部と、プラズマの拡散経路の下流側に位置し複数の開口部を有する板状の下流側部と、前記上流側部と前記下流側部を連結して１つの空間を囲む囲い部をなす側面部とを具備し、前記上流側部と前記下流側部と前記側面部は導電性材料からなり、互いに電気的に導通し同電位とされることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０記載のプラズマ処理装置は、前記上流側部と前記下流側部と前記側面部が接地電位とされることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１記載のプラズマ処理装置は、前記上流側部と前記下流側部とは所定間隔ｘを設けて互いに平行に配置され、前記側面部は所定間隔ｙを設けて互いに平行に配置された２つの部位を有し、ｘ／ｙ及びｙ／ｘが整数にならないように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ガス流に対するコンダクタンスを確保しつつプラズマ発生領域の容積を従来に比べて小さくすることができ、かつ、プラズマリークの発生や堆積物の発生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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置（エッチング装置）全体の概略構成を模式的に示すもので、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、円筒状に形成された処理容器（真空チャンバ）を示している。
【００２３】
上記処理容器１は、接地電位に接続されており、処理容器１の内部には、導電性材料、例えばアルミニウム等からブロック状に構成され、下部電極を兼ねた載置台２が設けられている。
【００２４】
この載置台２は、セラミックなどの絶縁板３を介して真空処理室１内に支持されており、載置台２の半導体ウエハＷ載置面には、静電チャック４が設けられている。この静電チャック４は、静電チャック用電極４ａを、絶縁性材料からなる絶縁膜４ｂ中に介在させた構成とされており、静電チャック用電極４ａには直流電源５が接続されている。
【００２５】
また、載置台２の内部には、温度制御のための熱媒体としての絶縁性流体を循環させるための熱媒体流路６と、ヘリウムガス等の温度制御用のガスを半導体ウエハＷの裏面に供給するためのガス流路７が設けられている。
【００２６】
そして、熱媒体流路６内に、チラー６ａから所定温度に制御された絶縁性流体を循環させることによって、載置台２を所定温度に制御し、かつ、この載置台２と半導体ウエハＷの裏面との間にガス流路７を介して温度制御用のガスを供給してこれらの間の熱交換を促進し、半導体ウエハＷを精度良くかつ効率的に所定温度に制御することができるようになっている。
【００２７】
また、載置台２の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング８が設けられており、さらに、載置台２のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線９が接続されている。この給電線９にはマッチングボックス１０及び高周波電源１１が接続され、高周波電源１１からは、所定の周波数、例えば、１３．５６〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数の高周波電力が、載置台２に供給されるようになっている。
【００２８】
さらに、フォーカスリング８の外側には、環状に構成され、多数の排気孔が形成されたバッフル板１２が設けられており、このバッフル板１２を介して、排気ポート１３に接続された排気系１４により、処理容器１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。なお、排気系１４は、排気を行う真空ポンプ及び圧力制御を行う圧力制御装置（ＡＰＣ）等から構成されている。
【００２９】
一方、載置台２の上方の処理容器１の天壁部分には、シャワーヘッド１５が、載置台２と平行に対向する如く設けられており、このシャワーヘッド１５は接地されている。したがって、これらの載置台２およびシャワーヘッド１５は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。
【００３０】
上記シャワーヘッド１５は、その下面に多数のガス吐出孔１６が設けられており、且つその上部にガス導入部１７を有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙１８が形成されている。ガス導入部１７にはガス供給配管１９が接続されており、このガス供給配管１９の他端には、処理ガス供給系２０が接続されている。この処理ガス供給系２０は、各種の処理ガス、例えば、エッチング用の処理ガス等を供給する処理ガス供給源２０ｃ、２０ｄ、及び、ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２０ａ，２０ｂ等から構成されている。
【００３１】
一方、処理容器１の外側周囲には、処理容器１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２１が配置されており、載置台２とシャワーヘッド１５との間の処理空間に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構２１は、回転機構２２によって、その全体が、真空チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能とされている。
【００３２】
さらに、本実施形態では、処理容器１の内部の側壁部にフィン状構造物２３が設けられている。このフィン状構造物２３は処理容器１と同様の材料、例えば、表面に陽極酸化膜が形成されたアルミニウム等から構成されており、図２，３に示すように、リング状の部材に、所定幅の切り込み２３ａを、所定間隔で形成することによって構成されている。
【００３３】
そして、処理容器１の側壁部１ａと天井部１ｂとの間に挟み込むようにして取り付けられており、処理容器１から天井部１ｂを取り外すことによって、取り外し可能に構成されている。このフィン状構造物２３の個々のフィンは、処理容器１に取り付けられた状態において、その配置方向が、載置台２に載置された半導体ウエハＷの中心を通って放射状に広がり、かつ、半導体ウエハＷの表面と垂直な面に沿う方向となるよう構成されている。フィン状構造物２３の個々のフィンの方向をこのように設定することにより、半導体ウエハＷの周囲の排気の流れを整流化することができ、コンダクタンスの向上を図ることができる。なお、処理容器１の側壁部１ａに直接切り込みを設けるなどして、側壁部１ａに直接フィン状構造物２３を設けても良い。
【００３４】
また、フィン状構造物２３は、処理容器１と電気的に接続された状態となるように取り付けられており、処理容器１と電気的に同電位、すなわち接地電位とされている。このような構造とすることにより、プラズマが生起された状態においても、フィン状構造物２３の電位が、安定して処理容器１と同じ接地電位に維持されるようになっている。このようにフィン状構造物２３の電位が安定的に接地電位に維持されることにより、プラズマの挙動を安定化することができる。
【００３５】
図１に示すように、フィン状構造物２３は、少なくとも、側壁部１ａの上端部から、載置台２の半導体ウエハＷの載置面高さと同じ高さ位置までの領域に位置するよう設けられている。また、前述した切り込み２３ａの所定幅（隣接するフィン状構造物との間隔）は、フィン状構造物２３の部分に形成されるプラズマシースの幅より狭く設定され、ここにプラズマが侵入することのないよう構成されている。これによって、載置台２の上方に形成されるプラズマの発生領域が実質的に、フィン状構造物２３の内側部分に制限されるようになっている。すなわち、図３に矢印で示すように、プラズマに対する電気的な内径が、実質的にフィン状構造物２３の内側部分となるように構成されている。
【００３６】
一方、処理ガスは、容易にフィン状構造物２３との間の切り込み２３ａの部分に侵入することができるので、ガス流に対しては、必要なコンダクタンスを確保することができる構造となっている。すなわち、図３に矢印で示すように、ガス流に対するガスコンダクタンス的な内径が、実質的に切り込み２３ａの内部にまで至るように構成されている。
【００３７】
さらに、処理容器１には、側壁部１ａとフィン状構造物２３の温度を調節するための温度調節機構２４が設けられており、側壁部１ａとフィン状構造物２３を所望温度に温度調節できるようになっている。これによって、側壁部１ａ及びフィン状構造物２３に堆積物が付着することを抑制することができる。
【００３８】
上記のように構成されたエッチング装置によるエッチング手順について説明する。まず、処理容器１に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、このゲートバルブに隣接して配置されたロードロック室（図示せず）を介して、搬送機構（図示せず）により半導体ウエハＷを処理容器１内に搬入し、載置台２上に載置する。そして、直流電源５から静電チャック４の静電チャック用電極４ａに所定の電圧を印加し、半導体ウエハＷをクーロン力等により吸着する。
【００３９】
この後、搬送機構を処理容器１外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じ、排気系１４の真空ポンプにより排気ポート１３を通じて処理容器１内を排気しつつ、排気系１４の圧力制御装置（ＡＰＣ）によって圧力制御が行われる。
【００４０】
そして、処理容器１内が所定の真空度になった後、処理容器１内には、処理ガス供給系２０から、所定のエッチングガスが、所定流量で導入され、処理容器１内が所定の圧力、例えば略１〜略１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）に保持される。
【００４１】
そして、この状態で高周波電源１１から、載置台２に、所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力を供給する。
【００４２】
この場合に、下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１５と下部電極である載置台２との間の処理空間には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構２１による磁場が形成され、この状態でプラズマによるエッチングが行われる。
【００４３】
この時、フィン状構造物２３の作用により、ガス流に対するコンダクタンスを確保しつつプラズマ発生領域の容積を小さくすることができ、充分な流量の処理ガスを流しつつ、高密度のプラズマでかつ消費電力も抑制しつつ、良好なプラズマエッチング処理を行うことができる。また、フィン状構造物２３の電位が安定的に接地電位に維持されるため、プラズマの挙動を安定化することができ、プラズマリークの発生を抑制することができる。さらに、フィン状構造物２３の温度を温度調節機構２４によって制御することにより、フィン状構造物２３に付着する堆積物の量を抑制することができる。
【００４４】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源１１からの高周波電力の供給を停止することによって、エッチング処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを処理容器１外に搬出する。
【００４５】
次に、図４を参照して他の実施形態につい説明する。図４に示す実施形態では、前記した図１に示した実施形態におけるバッフル板１２の換わりに、上下方向の長さの長いフィン状構造物２３０を設けたものである。
【００４６】
すなわち、このフィン状構造物２３０は、側壁部１ａの上端部から、載置台２の半導体ウエハＷの載置面高さより低い位置までの領域を占めるように設けられており、その内側端部は、載置台２の周囲に近接して配置されている。そして、切り込み２３０ａの所定幅（隣接するフィン状構造物との間隔）は、フィン状構造物２３０の部分に形成されるプラズマシースの幅より狭く設定され、ここにプラズマが侵入することのないよう構成されている。また、処理ガスは、容易にフィン状構造物２３０との間の切り込み２３０ａの部分に侵入することができ、ガス流に対しては、必要なコンダクタンスを確保することができる構造となっている。
【００４７】
本実施形態においても、前記した実施形態と同様な効果を得ることができ、またバッフル板を省略することができる。
【００４８】
次に、図５を参照して、さらに他の実施形態について説明する。本実施形態は、前述した図１に示した実施形態におけるバッフル板１２の換わりに、バッフル板１２ａを設けたものである。
【００４９】
上記バッフル板１２ａは、図６に示すように、複数の開口部１２１を有する板状の上側部１２２と、この上側部１２２の下方に間隔をあけて設けられ、複数の開口部１２３を有する板状の下側部１２４と、これらの上側部１２２と下側部１２４を連結して１つの空間を囲む囲い部をなす２つの側面部１２５，１２６とを具備している。上側部１２２と下側部１２４及び側面部１２５，１２６は導電性材料からなり、互いに電気的に導通し同電位（本実施形態では接地電位）とされている。
【００５０】
また、図６に示すように、上側部１２２と下側部１２４とは所定間隔ｘを設けて互いに平行に配置され、側面部１２５と側面部１２６とは所定間隔ｙを設けて互いに平行に配置されている。そして、上記の間隔（距離）ｘ，ｙについて、ｘ／ｙ及びｙ／ｘが整数にならないように設定されている。これは、内部で共振が生じないようにするためである。
【００５１】
上記構成の本実施形態では、上側部１２２、下側部１２４、側面部１２５，１２６によって囲まれた空間内は、これらの部材によって電気的にシールドされ、内部に電界がない状態となっている。このため、プラズマの拡散経路の上流側に位置する上側部１２２から、開口部１２１を通って上記空間内にプラズマがリークしたとしても、この空間内には電界が存在しないので、プラズマはエネルギーの供給を断たれ、直ちに消失する。したがって、プラズマの拡散経路の下流側に位置する下側部１２４の外側（下側）にプラズマがリークすることは確実に防止することができる。
【００５２】
さらに、上記したとおり、開口部１２１からある程度プラズマがリークしても良いので、その大きさをある程度大きくすることができる。また、開口部１２３についても、その大きさをある程度大きくすることができるので、充分なコンダクタンスを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の要部構成を示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の要部構成を示す図。
【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図。
【図６】図５のプラズマ処理装置の要部構成を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１……処理容器、２……載置台、１２……バッフル板、１３……排気ポート、１４……排気系、１５……シャワーヘッド、１６……ガス吐出孔、１７……ガス導入部、１８……ガス拡散用空隙、１９……ガス供給配管、２０……処理ガス供給系、２３……フィン状構造物、Ｗ……半導体ウエハ。
【図１】
2006060073.tif 000003
【図２】
2006060073.tif 000004
【図３】
2006060073.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006060073.tif 000007
【図６】
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