(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容してプラズマ処理を施すための処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に設けられ、前記基板を載置するための載置台を兼ねた下部電極と、
前記処理チャンバー内に設けられ、前記下部電極と対向し、前記下部電極との間に処理空間を形成するとともに前記下部電極と対向する対向面に複数設けられたガス吐出孔から前記基板に向けてガスを供給するシャワーヘッドとしての機能を備え、かつ、上下動可能とされ前記下部電極との間隔を変更可能とされた上部電極と、
前記上部電極の上側に設けられ前記処理チャンバーの上部開口を気密に閉塞する蓋体と、
前記上部電極と前記蓋体との間の空間を閉塞するように配設され、内側に外側と隔離された隔離空間を形成するとともに、内部に気体を導入・排出するための導入・排出口を有し、前記上部電極の上下動に応じて前記隔離空間の容積を変動可能とされた隔離空間形成部材と、
前記隔離空間形成部材の前記隔離空間に、前記導入・排出口から前記気体を供給、及び排出する気体供給排出機構と、
前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを発生させる高周波電源と、
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】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記蓋体に開口が形成され、前記開口の周囲と前記上部電極の上側との間が、伸縮自在なベローズによって気密に閉塞されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理装置であって、
前記上部電極と、前記蓋体と、前記処理チャンバーの側壁と、前記ベローズとの間の環状の空間に、環状に形成された前記隔離空間形成部材が配設されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記隔離空間形成部材がエラストマーから構成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】
請求項４記載のプラズマ処理装置であって、
前記隔離空間形成部材が、シリコーンゴム又はフッ素ゴムから構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記気体供給排出機構が不活性ガスを供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記隔離空間形成部材が絶縁性材料から構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１〜６いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記隔離空間形成部材が導電性材料から構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記導入・排出口が、前記隔離空間形成部材の上面に配設されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項１〜８いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
前記導入・排出口が、前記隔離空間形成部材の側面に配設されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【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、半導体装置の製造分野等においては、半導体ウエハ等の基板に向けてガスをシャワー状に供給するためのシャワーヘッドが用いられている。すなわち、例えば半導体ウエハ等の基板にプラズマエッチング処理を施すプラズマ処理装置では、処理チャンバー内に、基板を載置するための載置台が設けられており、この載置台と対向するように、シャワーヘッドが設けられている。このシャワーヘッドには、載置台と対向する対向面に、ガス吐出孔が複数設けられており、これらのガス吐出孔から基板に向けてガスをシャワー状に供給する。
【０００３】
上記したプラズマ処理装置では、処理チャンバー内のガスの流れを均一化するため、載置台の周囲から下方に排気を行う構成としたものが知られている。また、上部電極として機能するシャワーヘッドと、下部電極として機能する載置台との間隔を変更できるように構成されたプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１００７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のプラズマ処理装置において、例えば、上部電極としてのシャワーヘッドを上下動させて下部電極としての載置台との間隔を変更するようにした場合、シャワーヘッドを挟んで処理空間と反対側（裏面側）に、処理空間の大きさの変動に伴って大きさが変動する空間（裏面側空間）が必要となる。しかしながら、このような裏面側空間が、プラズマ処理に悪影響を与える場合がある。
【０００６】
すなわち、この裏面側空間において異常放電が発生する場合があり、この異常放電によって処理空間のプラズマの状態が変化してしまうという問題や、異常放電が汚染の原因となるという問題が発生する。また、裏面側空間に処理ガスが流入すると、処理空間におけるプラズマの密度やイオンの量が低減したり、デポとなり裏面側空間の壁面に付着する等の問題も発生する。このような問題は、エッチング処理の場合の他、成膜処理の場合についても、同様にして発生する。
【０００７】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、シャワーヘッドを上下動させて下部電極との間隔を変更可能とした構成において、シャワーヘッドの裏面側空間における異常放電等のプラズマ処理に悪影響を与える現象の発生を抑制することができ、良好なプラズマ処理を安定的に行う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】
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマ処理を施すための処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に設けられ、前記基板を載置するための載置台を兼ねた下部電極と、前記処理チャンバー内に設けられ、前記下部電極と対向し、前記下部電極との間に処理空間を形成するとともに前記下部電極と対向する対向面に複数設けられたガス吐出孔から前記基板に向けてガスを供給するシャワーヘッドとしての機能を備え、かつ、上下動可能とされ前記下部電極との間隔を変更可能とされた上部電極と、前記上部電極の上側に設けられ前記処理チャンバーの上部開口を気密に閉塞する蓋体と、前記上部電極と前記蓋体との間の空間を閉塞するように配設され、内側に外側と隔離された隔離空間を形成するとともに、内部に気体を導入・排出するための導入・排出口を有し、前記上部電極の上下動に応じて前記隔離空間の容積を変動可能とされた隔離空間形成部材と、前記隔離空間形成部材の前記隔離空間に、前記導入・排出口から気体を供給、及び排出する気体供給排出機構と、前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電力を供給して前記処理ガスのプラズマを発生させる高周波電源と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シャワーヘッドを上下動させて下部電極との間隔を変更可能とした構成において、シャワーヘッドの裏面側空間における異常放電等のプラズマ処理に悪影響を与える現象の発生を抑制することができ、良好なプラズマ処理を安定的に行う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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の要部構成を拡大して示す縦断面図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の上部電極を上昇させた状態を示す縦断面図。
【図４】図３の状態のプラズマ処理装置の要部構成を拡大して示す縦断面図。
【図５】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図。
【図６】図５のプラズマ処理装置の要部構成を拡大して示す縦断面図。
【図７】図５のプラズマ処理装置の上部電極を上昇させた状態を示す縦断面図。
【図８】図７の状態のプラズマ処理装置の要部構成を拡大して示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明のプラズマ処理装置の第１実施形態に係るプラズマエッチング装置１００の構成を模式的に示す断面図であり、図２は、図１のプラズマエッチング装置１００の要部構成を拡大して模式的に示す断面図である。本実施形態のプラズマエッチング装置１００は、電極板が上下に平行に対向し、プラズマ形成用電源（図示せず。）が接続された容量結合型平行平板プラズマエッチング装置としてその主要部が構成されている。
【００１３】
プラズマエッチング装置１００は、内部に基板を収容して処理するための円筒状の処理チャンバー１０を具備している。この処理チャンバー１０は、上部開口を有し、円筒容器状に形成されたチャンバー本体１１と、このチャンバー本体１１の上部開口を気密に閉塞する蓋体１２とからその主要部が構成されている。チャンバー本体１１及び蓋体１２は、例えば、表面に陽極酸化処理を施したアルミニウム等から構成されている。
【００１４】
蓋体１２は、中央部に円形の開口１２ａを有する環状の形状とされている。また、処理チャンバー１０内には、蓋体１２の下方に位置するように、上部電極としての機能を有し、全体形状が略円板状に形成されたシャワーヘッド１３が配設されている。そして、蓋体１２の開口１２ａの部分とシャワーヘッド１３の上面との間には、これらの間を気密に閉塞するための円筒状の金属ベローズ１４が配設されている。
【００１５】
上記のように、中央部に円形の開口１２ａを有する環状の蓋体１２を配設し、蓋体１２とシャワーヘッド１３の上面との間に金属ベローズ１４を配設することにより、大気中に露出されたシャワーヘッド１３の表面積を小さくすることができ、減圧雰囲気とされる処理チャンバー１０内との外部（大気圧）との気圧差が加わる部分の面積を小さくすることができ、シャワーヘッド１３を上下動させる際に必要となる駆動力をより小さくすることができる。
【００１６】
大気中雰囲気に露出したシャワーヘッド１３の上面の部分には、シャワーヘッド１３を上下動するための昇降用アクチュエータ３０の駆動軸が接続されている。昇降用アクチュエータ３０として、本実施形態では電動シリンダーを用いている。そして、複数の昇降用アクチュエータ３０を処理チャンバー１０の周方向に沿って等間隔で設けた多軸駆動方式とされている。このように、電動シリンダーを用いた多軸駆動方式とすることにより、例えば、空気圧駆動の駆動機構とした場合に比べてシャワーヘッド１３の位置を精度よく制御することができる。また、多軸駆動方式としても、その協調制御を電気的に容易に行うことができる。
【００１７】
また、シャワーヘッド１３の上面の略中央には、上部電極端子１５が配設されており、上部電極端子１５の側方には、第１ガス導入部１６と、第２ガス導入部１７の２つのガス導入部が配設されている。上部電極端子１５は、図示しない高周波電源等の高周波電力印加装置に接続されるか、接地電位に接続される。
【００１８】
シャワーヘッド１３の下面には、多数のガス吐出孔１８が配設されている。また、シャワーヘッド１３の内部には、第１ガス導入部１６と接続された第１ガス流路１９と、第２ガス導入部１７と接続された第２ガス流路２０が配設されている。第１ガス流路１９は、シャワーヘッド１３の中央部分に設けられており、シャワーヘッド１３の中央部分から処理ガスを供給するためのものである。一方、第２ガス流路２０は、シャワーヘッド１３の周縁部に設けられており、第２ガス流路２０は、シャワーヘッド１３の周縁部から処理ガスを供給するためのものである。
【００１９】
処理チャンバー１０内には、シャワーヘッド１３の下部に、シャワーヘッド１３の下面と対向するように、基板を載置するための載置台２１が配設されている。載置台２１には、その上に基板を静電吸着するための図示しない静電チャック、及び載置された基板を所定温度に温調するための図示しない温調用媒体循環流路が配設されている。
【００２０】
この載置台２１は、下部電極としての機能を有しており、上部電極としてのシャワーヘッド１３と、一対の対向電極を構成している。載置台２１には、図示しない高周波電源等の高周波電力印加装置が接続されており、載置台２１とシャワーヘッド１３との間は、基板を処理するためのプラズマが生起される処理空間２２とされている。
【００２１】
載置台２１の下方には、環状に形成された排気空間２３が形成されており、この排気空間２３の下方から、図示しない真空ポンプ等の排気装置によって処理チャンバー１０内を所定の真空度に排気するよう構成されている。また、載置台２１の周囲には、処理空間２２と排気空間２３とを仕切るための環状のバッフル板２４が配設されている。
【００２２】
処理空間２２の側方に位置する処理チャンバー１０の側壁部には、処理チャンバー１０内に基板を搬入・搬出するための開口２５が配設されている。この開口２５には、ゲートバルブ等の図示しない開閉機構が設けられている。また、処理チャンバー１０の処理空間２２の部分には、チャンバー１０の内壁を覆うようにシールドリング２６が配設されている。
【００２３】
図２にも示すように、シャワーヘッド１３の裏面側（図１，２中上側）の、シャワーヘッド１３と蓋体１２との間には、これらのシャワーヘッド１３と蓋体１２との間に形成される空間（裏面側空間）を閉塞するように、隔離空間形成部材３１が配設されている。この隔離空間形成部材３１は、シャワーヘッド１３、蓋体１２、処理チャンバー本体１１の側壁、金属ベローズ１４によって囲まれた空間の形状に合わせて環状に形成されている。
【００２４】
また、本実施形態では、隔離空間形成部材３１は、伸縮自在な材料からなり、バルーンの如き機能を有する構成となっており、隔離空間形成部材３１の内側には、外側の空間とは隔離された隔離空間３２が形成されている。
【００２５】
なお、隔離空間形成部材３１を構成する材料としては、樹脂等を用いることができ、特に弾性を有するエラストマー（例えば、シリコーンゴム又はフッ素ゴム等）を好適に用いることができる。また、隔離空間形成部材３１を構成する材料としては、絶縁性の材料、又は導電性材料のいずれを用いてもよい。
【００２６】
隔離空間形成部材３１の上面には、内部に気体を導入及び排出するための導入・排出口３３が配設されており、この導入・排出口３３は、気体供給排出機構３４が接続されている。気体供給排出機構３４は、図示しない気体供給源及び排気機構に接続されている。
【００２７】
隔離空間形成部材３１は、シャワーヘッド１３の上下動に伴って変形するとともに、その隔離空間３２に、気体供給排出機構３４から不活性ガス等の気体が導入、排出されることによって、常に膨らんだ状態となっており、シャワーヘッド１３、蓋体１２、処理チャンバー本体１１の側壁、金属ベローズ１４によって囲まれた空間の大きさが変化した場合にも、この空間の略全体を占め、この空間が隔離空間形成部材３１によって閉塞された状態を維持できるようになっている。
【００２８】
すなわち、シャワーヘッド１３が上下動した場合においても、隔離空間形成部材３１によって、シャワーヘッド１３、蓋体１２、処理チャンバー本体１１の側壁、金属ベローズ１４によって囲まれた空間が常に閉塞され、隔離空間形成部材３１の外側に、大きな空間が形成されないようになっている。なお、図３，４には、図１，２に示した状態からシャワーヘッド１３を上昇させ、処理空間２２を拡げた状態を示してある。図３，４に示す状態では、隔離空間形成部材３１は、その高さ方向の中間部分に配設された折り畳み部３１ａが内側に折り畳まれた状態となっている。このように、隔離空間形成部材３１が折り畳まれることによって、シャワーヘッド１３を上昇させることにより容積が小さくなった裏面側空間内に隙間なく配置されることが可能となっている。
【００２９】
上記のように、シャワーヘッド１３の裏面側の裏面側空間が、隔離空間形成部材３１によって閉塞されていることにより、プラズマ処理中にこの裏面側空間内で異常放電が発生することを抑制することができる。また、異常放電に起因する汚染が発生することも抑制することができる。また、裏面側空間に処理ガスが流入することを抑制することができ、このような裏面側空間への処理ガス流入に起因する処理空間２２におけるプラズマの密度の低下やイオンの量の低減、デポの付着等を抑制することができる。
【００３０】
なお、隔離空間形成部材３１が絶縁性部材によって構成されている場合は、導体からなるシャワーヘッド１３、蓋体１２、処理チャンバー本体１１の側壁、金属ベローズ１４の間に絶縁性部材が介在することによって異常放電を防止することができる。また、隔離空間形成部材３１が導電性部材によって構成されている場合は、導体からなるシャワーヘッド１３、蓋体１２、処理チャンバー本体１１の側壁、金属ベローズ１４に導電性の隔離空間形成部材３１が接触することにより、各部に大きな電位差が生じることを抑制し、これによって異常放電を防止することができる。
【００３１】
上記構成のプラズマエッチング装置１００によって、半導体ウエハ等の基板のプラズマエッチングを行う場合、処理チャンバー１０の側壁に形成された開口２５に配設された図示しない開閉機構を開け、搬送ロボットの搬送アーム等によって基板を、開口２５から処理チャンバー１０内へと搬入し、載置台２１上に載置して、図示しない静電チャックで吸着する。
【００３２】
次に、搬送ロボットの搬送アーム等を処理チャンバー１０内から退避させ、開口２５を閉じ、排気空間２３から図示しない排気機構によって排気して、処理チャンバー１０内を所定の真空度とする。そして、シャワーヘッド１３から処理チャンバー１０内に、所定流量の所定の処理ガス（エッチングガス）を供給する。
【００３３】
そして、処理チャンバー１０内の圧力が、所定の圧力に維持された後、載置台２１とシャワーヘッド１３の少なくともいずれか一方、例えば、載置台２１のみに、所定周波数，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する。これにより、上部電極としてのシャワーヘッド１３と下部電極としての載置台２１との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。そして、このプラズマによって、基板に所定のエッチング処理が行われる。
【００３４】
このエッチング処理の際、シャワーヘッド１３を上下動させることによって、シャワーヘッド１３と載置台２１との間の間隔を、エッチング処理に最適な間隔に設定することができるので、基板に均一で良好なエッチング処理を施すことができる。また、このエッチング処理中に、シャワーヘッド１３の裏面側の裏面側空間で異常放電が発生することを抑制することができ、異常放電によって処理空間２２のプラズマの状態が変化してしまうことを抑制することができる。さらに、裏面側空間にデポ物が発生することを抑制することができるので、処理中にデポ物が剥離して基板に付着し、基板が汚染されることも抑制することができる。これによって、良好なエッチング処理を安定的に行うことができる。
【００３５】
そして、所定のエッチング処理が終了すると、高周波電力の印加及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、基板が処理チャンバー１０内から搬出される。
【００３６】
次に、図５〜８を参照して、第２実施形態に係るプラズマエッチング装置２００の構成について説明する。なお、図５，６に対して、図７，８は、シャワーヘッド１３をより上昇させた場合を示している点は、図１〜４に示した前述した第１実施形態の場合と同様である。
【００３７】
この第２実施形態のプラズマエッチング装置２００では、隔離空間形成部材３１の側面に、内部に気体を導入及び排出するための導入・排出口３３が配設されており、この導入・排出口３３に、処理チャンバー１０のチャンバー本体１１側壁を介して気体供給排出機構３４が接続されている。このように、隔離空間形成部材３１の導入・排出口３３は、上面に限らず、側面に設けてもよい。なお、第２実施形態のプラズマエッチング装置２００において、他の部分の構成については、前述した第１実施形態に係るプラズマエッチング装置１００と同様に構成されているので、対応する部分には、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。例えば、上記実施形態では、載置台（下部電極）に１つの周波数の高周波電力を供給する場合について説明したが、下部電極に周波数の異なった複数の高周波電力を印加するタイプの装置等に対しても同様にして適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０……処理チャンバー、１１……処理チャンバー本体、１２……蓋体、１３……シャワーヘッド（上部電極）、１４……金属ベローズ、２１……載置台（下部電極）、２２……処理空間、３０……昇降用アクチュエータ、３１……隔離空間形成部材、３２……隔離空間、３３……導入・排出口、３４……気体供給排出機構、１００，２００……プラズマエッチング装置。
【図１】
0005700632.tif 000002
【図２】
0005700632.tif 000003
【図３】
0005700632.tif 000004
【図４】
0005700632.tif 000005
【図５】
0005700632.tif 000006
【図６】
0005700632.tif 000007
【図７】
0005700632.tif 000008
【図８】
0005700632.tif 000009