(57)【要約】【課題】本発明は、処理室の形状等にかかわらず、基板上のガス圧及びプラズマ密度を対称とし、均一な表面処理を可能とするプラズマ処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板を載置する基板載置手段及びこれに対向して配置されたガス放出手段を内部に有する処理室と、処理室内部の排気手段と、からなり、前記ガス放出手段により前記処理室内部に導入されるガスをプラズマ化し、これにより基板を処理するプラズマ処理装置において、前記基板載置手段及び前記ガス放出手段を軸対称に囲むプラズマシールドを配置し、該プラズマシールドの前記基板載置手段の載置面より下方に該プラズマシールドを貫通する孔状又はスリット状のガス通路を複数設け、前記シールド板と前記処理室の壁との間に形成される排気路を介してガスを排気する構成としたことを特徴とする。【選択図】  図１
2004186404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する基板載置手段及び該基板載置手段に対向して配置されたガス放出手段を内部に有する処理室と、該処理室内部を排気する排気手段と、からなり、前記ガス放出手段により前記処理室内部に導入されるガスをプラズマ化し、これにより前記基板を処理するプラズマ処理装置において、
前記基板載置手段及び前記ガス放出手段を軸対称に囲むプラズマシールドを配置し、該プラズマシールドの前記基板載置手段の載置面より下方に該プラズマシールドを貫通する孔状又はスリット状のガス通路を複数設け、前記シールド板と前記処理室の壁との間に形成される排気路を介してガスを排気する構成としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記排気路の圧力差が基板周辺部での圧力の３０％以下となるように、前記排気路のコンダクタンスを設定することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガス通路は、前記載置面の高さより１０ｍｍ以上下方に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマシールドの内径又は／及び外径を、前記載置面の高さより下方で変化させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記プラズマシールドが前記載置面と平行となる部分を設け、該平行となる部分に前記ガス通路を形成したことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記孔の孔径又は前記スリットの短辺は、０．７ｍｍ〜４ｍｍとしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記孔の孔径に対する長さの比、又は前記スリットの短辺に対する奥行きの比を４以下としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記排気路の底壁に、排気口を全周に形成するか、若しくは軸対称に複数の排気口を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、半導体素子の製造に用いられるエッチング装置、アッシング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高性能化及び高集積化は益々進み、これに伴い、より一層面内均一性優れ、信頼性の高い微細加工技術や高品質で膜厚均一性に優れた薄膜形成技術等が要求されている。プラズマ処理装置の場合、処理の面内均一性を高めるためには、基板面上でのガス圧及びプラズマ密度の均一化を図る必要があり、このため、プラズマシールドやガス流制御板を配置したプラズマ処理装置等が種々の装置構成が提案されている。また高品質薄膜の形成、高精度のエッチング処理を行うためには、イオンエネルギーを制御でき、またガス流量やガス圧等の種々の処理条件で、面内均一性を達成できる装置が必要となる。
【０００３】
このような事情を、エッチング装置を例に挙げて具体的に説明する。
例えば、Ｃ４Ｆ８等の処理ガスを用いてエッチングを行う場合、ガス圧が高くなると処理ガスがプラズマにより分解等して生じる活性種や基板との反応生成物が重合し易くなり、生じたポリマーが基板上に付着してエッチング不良を生じる場合がある。また、処理ガス流量が小さい場合には、Ｆラジカル等のレジストと反応性の高い活性種が増加し、レジストパターンの細りが生じて所望のパターンが得られない場合がある。このため、サブミクロン領域のエッチングにおいては、例えば、２００ｍｍ基板の場合、数Ｐａ程度の低圧で、６００ｓｃｃｍ程度の流量が必要とされ、より大流量、低圧条件で、基板上でのガス圧及びプラズマ密度の均一化を図る必要がある。また、生産性を向上させるために、これら均一性を長期にわたり維持できる装置が必要となる。
【０００４】
図４は、プラズマシールドを備えたエッチング装置（特開２０００−３０８９６号公報）の一例であり、処理室１００内には、上部電極１０１と基板１０４を載置する下部電極１０２とが配置され、それぞれ整合回路を１０７，１０８を介して高周波電源１０５，１０６に接続されている。集中リング（プラズマシールド）１０３は上部電極１０１と下部電極１０２との間のプラズマが発生する領域を取り囲むように設けられている。ガス導入口１０９から処理ガスを導入し、高周波電源１０５から上部電極１０１に高周波電力を供給してプラズマを発生させ、下部電極に異なる周波数の高周波電力を供給して、基板１０４に加わるＤＣバイアスを制御しつつ、基板のエッチング処理を行うことができる。
ここで、集中リング１０３は、複数のドーナツ状薄板を積層し、薄板の間隔を適正化することにより、集中リング内部でのガス圧を例えば数Ｐａの低圧とし、より微細パターンエッチングを可能とするとともに、プラズマを集中リング内部に閉じこめて、プラズマ密度の均一化を図っている。
【０００５】
また、図５に示したエッチング装置（特開平８−２７９３９９号公報）は、プラズマシールドを用いることにより、基板に生じるＤＣバイアスを低減させた装置である。
処理室１の下側に基板１０４を載置する下部電極１０２が設けられ、高周波電源１０５に接続されている。また、下部電極１０２の上方には複数のガス放出口１０８が設けられ、処理室内部に導入されたガスは処理室１００の下方の下部電極の周辺に設けられた領域１０９を通って、排気ポート１１０から排出される。下部電極の周りには多数のスリット１０３ａを有するプラズマスクリーン１０３が処理室を水平に仕切るように配置されている。ここで、スリット１０３ａの幅はプラズマが領域１０９側に漏れない大きさとされている。
下部電極１０２に高周波電力を供給してプラズマを発生させると、基板１０４のＤＣバイアス電位は、下部電極１０２の面積とプラズマの接する接地電位の面積との比で決まるため、プラズマスクリーン１０３を設けてプラズマが接する接地電位の面積を減少させることにより、下部電極上に載置された基板１０４上ののシース電位（基板のＤＣバイアス電位）を減少させることができる。即ち、基板に入射するイオンのエネルギーを減少させて、基板のイオンによる損傷を低減することにより高性能デバイスの製造を可能としたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、上記エッチング装置を詳細に検討したところ、以下に示す問題があることが分かった。
図４に示した装置では、集中リング１０３内部のガス圧を低くするためには、薄板間の間隔をある程度以上大きくする必要があるため、集中リングの内部のガス流が処理室内部構造の非対称性（例えば、排気口位置に起因する非対称性）の影響を受け、基板面上でのガス圧は非対称となって、エッチング均一性が低下するという問題があった。
また、集中リングが基板上部に置かれるため、集中リングに付着した膜が応力により剥離して飛散すると基板に付着するため、パターンがさらに微細化するとエッチング不良はより顕著になる。また、集中リングの内部と外部とでガス圧力差が小さくなると、処理室の内壁等に膜が付着するという問題が生じるとともに、一度外部に出たガスが処理室の璧で反応後、集中リング内部に戻る割合が増加するため、プラズマを構成するガスの成分が経時変化を起こしたり、基板面内の処理均一性が低下するという問題があった。
【０００７】
一方、図５に示した装置構成では、プラズマスクリーン１０３にあけられたスリットの孔径はシース厚さ０．５ｍｍ以下であるが、流量を上げるために、スリット径を大きくするとコンダクタンスが増し、処理室１００内部形状に非対称性がある場合は、その非対称性によるコンダクタンスの差がガス圧の差を生じ、基板付近でのガス圧が不均一となり、エッチング均一性が低下するという問題があった。
また、プラズマスクリーンは基板近傍に置かれるため、図４の場合と同様にプラズマスクリーンに付着した膜が剥がれ、エッチング不良を生じやすいという問題がある。さらに、プラズマに接するスリットの膜が付着しやすいため、エッチング再現性を維持するためには、頻繁にクリーニングを行う必要があった。また、図５の装置構成では、排気手段は処理室の真下に配置されることになるが、下部電極と冷却機構や整合回路との距離が大きくなるため、冷却の応答性が下がりエッチング性能が低下する等の問題がある。
【０００８】
以上のように、従来のエッチング装置には一長一短があり、上記した要求に応えていないのが現状である。この事情は、エッチング装置に限らず、プラズマＣＶＤ装置やアッシング装置等、他のプラズマ処理装置でも同様である。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決するために、ガス排気経路やプラズマシールドの構造及びその配置位置を詳細に検討することにより完成したものである。即ち、本発明は、処理室の内部形状等にかかわらず、基板上のガス圧及びプラズマ密度を対称とし、均一な表面処理を可能とするプラズマ処理装置を提供することを目的とする。また、プラズマシールド自身の孔等への膜付着を抑制し、コンダクタンスを長期にわたり一定に維持することにより、安定した表面処理を行えるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。さらに、プラズマシールドや処理室内壁等への膜付着を抑え、クリーニング周期を大幅に延ばした生産性に優れたプラズマ処理装置さらには、付着膜が剥離しても基板に付着しない構成とし処理歩留まりの高いプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、基板を載置する基板載置手段及び該基板載置手段に対向して配置されたガス放出手段を内部に有する処理室と、該処理室内部を排気する排気手段と、からなり、前記ガス放出手段により前記処理室内部に導入されるガスをプラズマ化し、これにより前記基板を処理するプラズマ処理装置において、前記基板載置手段及び前記ガス放出手段を軸対称に囲むプラズマシールドを配置し、該プラズマシールドの前記基板載置手段の載置面より下方に該プラズマシールドを貫通する孔状又はスリット状のガス通路を複数設け、前記シールド板と前記処理室の壁との間に形成される排気路を介してガスを排気する構成としたことを特徴とする。
【００１１】
このように、処理室内部を基板中心軸のまわりに対称なプラズマシールドで仕切って分割し、ガスをプラズマシールドの下方に設けられた小孔又はスリットを通して外側の排気路に排出する構成としたため、ガスの流れは基板中心軸の周りに対称化し、基板上でのガス圧及びプラズマ密度を均一化することができる。
即ち、プラズマシールドの外側に形成される排気路のコンダクタンスは、多数のガス通気路のコンダクタンスに比べて大きくなるため、プラズマシールド内の圧力は排気路に比べて高くなって、基板上でのガス圧均一性は向上する。ここで、前記排気路の圧力差を基板周辺部での圧力の３０％以下とするのが好ましく、１０％とするのがより好ましい。この範囲で、ガス圧均一性は更に向上し、処理の面内均一性は一層向上する。
【００１２】
また、ガス通路は、基板載置面よりも下方に設けられているため、ガス通路でのプラズマ密度は減少し、ガス通路内への膜付着量を大幅に減少させることができる。従って、長期にわたり、ガス通路のコンダクタンスを適正に保つことが可能となり、クリーニング周期を延ばすことができる。この観点から、ガス通路の位置は、基板載置面より１０ｍｍ以上下方に形成するのが好ましく、３０ｍｍ以上、下方に形成するのがより好ましい。
また、プラズマシールドは、基板面上から離れた位置に取り付けることができるため、付着膜が剥離した場合でも基板上に付着することはなく、パーティクルに起因する欠陥を回避することができる。
【００１３】
前記プラズマシールドは円筒状に限ることはなく、その内径又は／及び外径を基板載置面よりも下方で変化させても良い。さらに、前記プラズマシールドが前記載置面と平行となる部分を設け、該平行となる部分に前記ガス通路を形成しても良い。これらは、処理室の内部形状及び要求される排気路のコンダクタンスに応じて適時選択すればよい。
【００１４】
なお、本発明において、前記孔の孔径又は前記スリットの短辺は、０．７ｍｍ〜４ｍｍとするのが好ましく、１．５〜２．５ｍｍとするのがより好ましい。この範囲とすることにより、プラズマの排気通路側へのしみ出しを防止して、処理室内壁への膜付着を防止するとともに、長期にわたり所望のコンダクタンスを維持することができる。さらには、前記孔の孔径に対する長さの比、又は前記スリットの短辺に対する奥行きの比を４以下とするのが好ましい。
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記排気通路の底壁に軸対称に複数の排気口、又は排気路全体に排気口を設けることもできる。
【００１５】
【発明実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明のエッチング装置の一構成例を示す模式的縦断面図であり、図２は横断面図である。
図１に示すように、処理室１内には、多数のガス放出孔９ａを有する上部電極９と、基板７を載置する下部電極５とが対向して配置され、それぞれ絶縁体２０，２１を介して処理室に固定されている。上部電極９は、プラズマ発生用の第１の高周波電源１０に連結されるとともに、バルブ１３，マスフローコントローラ１２等からなるガス供給系８に連結され、基板に向かって所定の流量のガスを供給できる構成となっている。一方、下部電極５は、その上部に基板を静電吸着する静電チャック５ａが取り付けられ、内部には基板冷却用の冷媒通路１４が形成されている。また、周囲は絶縁カバー５ｂで覆われている。この下部電極５は、基板のバイアス制御用の第２の高周波電源１１及び基板静電吸着用の直流電源２２に接続されている。なお、冷媒は導入管１４ａを通して供給され、排出管１４ｂを介して排出される。また、第２の高周波電源１１及び直流電源２２と下部電極５の間には、ブロッキングコンデンサ２３及び高周波カットフィルタ２４が取り付けられ、相互の干渉を防止している。
処理室内の一端部に排気口が設けられ、ターボポンプ２が連結されている。
【００１６】
また、上部電極９と下部電極５とを囲み、基板のまわりに軸対称に円筒状のプラズマシールド３が取り付けられ、処理室内部は、プラズマシールド３により分割されている。プラズマシールド３の下方部分には、孔状又はスリット状の多数のガス通路４が形成され、このガス通路４の形状、数は、所定の流量のガスを流すことができ、かつプラズマを内部に閉じこめるとともに外側に対しガス圧が高くなるように定められる。
従って、上部電極の多数のガス放出孔９ａから放出されるガスは、基板７に向かって流れ、下部電極５とプラズマシールド３との間の空間（内側排気路）３ａ、ガス通路４、プラズマシールド３と処理室内壁との間の空間（外側排気路）３ｂ、ポンプ付近排気路３ｃを通って、ターボポンプ２により外部に排気される。上述したように、プラズマシールドのガス通路４は、プラズマを通さずかつコンダクタンスが小さい孔が開いているため、流量制限状態となり内部の圧力が高くなりプラズマシールド内部のガス圧が軸対称となるため、外側排気路（あるいは処理室）の形状にプラズマシールド内の圧力分布が影響されることはない。即ち、処理室内部形状の非対称性は打ち消されるため、ガス圧およびプラズマの諸特性の基板中心軸の周り対称性を高めることができ、面内均一性に優れたエッチングを行うことができる。
【００１７】
なお、外側排気路３ｂは、処理室１の内部形状によりターボポンプにいたるコンダクタンスに差が生じるが、プラズマシールドのコンダクタンスがこれら外側排気路のコンダクタンスに比較して十分小さく設計されているためプラズマシールド内での圧力を軸対称とすることができる。ここで、排気路のコンダクタンスについては、外側排気路の圧力差が基板周辺圧力に対し、好ましくは３０％以下、より好ましくは１０％以下となるように定めればよい。このようにすることで、エッチング均一性はより向上し、またこのエッチング均一性を長期にわたり維持することができる。
【００１８】
次に、図１のエッチング装置を用いたエッチング方法を説明する。ゲートバルブ６を介して基板を把持したロボットハンドを挿入し、基板を下部電極の突き上げピン（不図示）上に載置する。続いて、突き上げピンを下降させ、基板７を静電チャック５ａの上に載置し、これを直流電源２２を用いて静電吸着する。次いで、バックポンプ（不図示）とターボポンプ２を用いて処理室１を所定の圧力まで減圧した後、ガス供給機構８を経由して上部電極９の下面からプロセスガスを処理室１内に供給して所定の圧力にする。その後、上部電極９に第１の高周波電源１０からＶＨＦ帯（例えば６０ＭＨｚ）の高周波電力を、下部電極５には第２の高周波電源からＨＦ帯（例えば１．６ＭＨｚ）の高周波電力をそれぞれ印加する。ＶＨＦ帯の高周波電力によって比較的高密度のプラズマが発生し、エッチャントが生成される。一方、ＨＦ帯の高周波電力を下部電極に印加することによりイオンエネルギをプラズマ密度とは独立に制御することができ、目的とするエッチング処理が行なわれる。
【００１９】
この時、プラズマシールド３によりプラズマは拡散を阻止されて外側排気路３ｂにまで漏れ出さない。また、プラズマシールドに付着した膜が、膜の応力により剥離し飛散しても、基板との距離が離れているため、基板に付着することはなく、エッチング不良等を回避できる。さらにプラズマからプラズマシールドのガス通路を遠ざけることができるため、プラズマシールドの孔につく膜の量を減少させることができ、孔の塞がりによるエッチング処理条件の変化を抑えることができる。
【００２０】
以上のような装置構成とすることにより、処理装置内部のクリーニング周期は大幅に延び、例えば、図４に示した装置では、２０時間程度のランニングごとにプラズマクリーニングを行う必要があったが、２００時間以上の連続ランニングが可能になる。
【００２１】
なお、ガス通路の位置は、基板面より１０ｍｍ以下とするのが好ましく、３０ｍｍ下とするのがより好ましい。１０ｍｍ以下でプラズマ密度が低下し、孔へｂの付着量は減少し、より長期にわたり安定してガス圧、プラズマ密度の均一性を維持することができる。
【００２２】
また、孔の孔径は０．７〜４ｍｍとするのが好ましく、その長さはアスペクト比が４以下とするのが好ましい。孔の直径が４ｍｍ以下とすることによりプラズマのプラズマシールドを越えて拡散するのをより効果的に防止することができる。また、０．７ｍｍ以上とすることにより、孔への膜の付着や剥離によるコンダクタンスを変化を抑え、長期にわたり適正なコンダクタンスを維持することができる。孔の径が１．５ｍｍから２．５ｍｍでは、２００時間以上装置の動作が可能である。
ここで、プラズマシールド３が厚くなりすぎると、コンダクタンスを確保するため孔の直径を大きくする必要があり、プラズマが漏れ出す場合がある。これを防ぐには孔の長さを孔の直径で割ったアスペクト比が４以下が望ましい。また、プラズマシールドが厚くなると、排気経路のボリュームを制約することになり、処理室内部形状によっては、排気路のコンダクタンスを低下させる場合もある。
【００２３】
次に、図１の装置構成を２００ｍｍ基板のエッチング装置に適用する場合の、各部材の形状、配置及び構造を具体例を説明する。ここで、ガス流量を６００ｓｃｃｍ（Ａｒ：Ｃ４Ｆ８：Ｏ２＝６００：２０：１）とし、基板上の圧力を３Ｐａとする。
下部電極５を覆うカバー５ｂの外径は３１０ｍｍ、プラズマシールド３の内径は４４０ｍｍ、外径は４４４ｍｍ、外側排気路のターボポンプ２と反対側の処理室内壁の基板中心からの距離は３２２ｍｍとする。従って、外側排気路３ｂの幅は１００ｍｍとなり、高さは１００ｍｍである。また、ガス通路形成部の高さは５４ｍｍである。
【００２４】
以上の構造としたときの外側排気路における圧力差は、矩形状排気管のコンダクタンスと形状との関係式を適用して、次のようにして求められる。
即ち、ターボポンプ２の反対側のプラズマシールド外側排気路３ｂから１／４周するコンダクタンスは約０．５ｍ３／ｓｅｃである。
排気管のコンダクタンスＣは
Ｃ＝３０９・ｋ・（ａ・ｂ）２／（（ａ＋ｂ）・Ｌ）  （１）
で表され、ここで、ａとｂは排気管断面の縦、横の長さで、Ｌは長さである。外側排気路のポンプ反対側から１／４周の長さをＬとして、コンダクタンスＣを計算すると、ｋ＝１．１１５より、約０．５ｍ３／ｓｅｃとなる。ガス流量Ｑ（＝６００ｓｃｃｍ＝１Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）のうち、１／４周の部分にガス通路を通して排出されるガス量は１／４であり、ガスは均一に各ガス通路を拡散するためこの外周部分を流れる有効ガス流量は平均してその１／２と仮定できる。この結果、この１／４周を流れる流量Ｑ’は、全流量Ｑの１／８となる。
これから、外側排気路の圧力差ΔＰは、
１／８＝Ｃ・ΔＰ＝０．５・ΔＰ
より、ΔＰ＝０．２５Ｐａとなる。
従って、上記構造のプラズマシールドを配置することにより、外側排気路の圧力差を基板付近の圧力の１／１０以下にすることができる。即ち、プラズマシールドのガス通路によるコンダクタンス制限と合わせて、基板上で高いガス圧均一性を得ることが可能となり、面内均一性に優れたエッチングが可能となる。
【００２５】
次に、プラズマシールドに孔径１．５ｍｍのガス通路を形成する場合のガス通路の数を試算する。
分子流領域での短い円筒のコンダクタンスＣは次式で与えられ、
Ｃ＝ｋ・１２１・Ｄ３／Ｌ      （ｍ３／ｓｅｃ）
ここで、Ｄは孔の直径（＝１．５ｍｍ）、Ｌは長さ（＝２ｍｍ）であり、ｋは、Ｌ、Ｄで決まる常数で、この場合０．４３程度になる。
上式より、ガス通路一つのコンダクタンスＣは、８．７８ｘ１０−５ｍ３／ｓｅｃとなる。流量６００ｓｃｃｍ（＝１Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）であるので、３Ｐａ以下、余裕を見て２Ｐａを得るには、５７００個のガス通路をプラズマシールド３に開ければよいことになる。この時のプラズマシールド３での圧力差（約３Ｐａ）は、外側排気路３ｂでの圧力差０．２５Ｐａよりはるかに大きくなり、基板４上で均一なガス圧が実現できる。このプラズマシールドで得られる２Ｐａをもとにして、ターボポンプ２のメインバルブ２ａ又はバリアブルオリフィス（不図示）の開度を調整して基板上でのガス圧３Ｐａを得ることができる。
以上、具体例を挙げて説明してきたように、どのような内部形状を有する処理室であっても、プラズマシールドを取り付け、プラズマシールドの形状及び配置、並びにガス通路の形状及び個数を適宜選択することにより、所望の流量及びガス圧に対して、基板上でのガス圧及びプラズマ密度の均一化することができる。
【００２６】
次に、図１の装置において、ガス通路の位置及び形状とメンテナンス周期（膜が付いてランニングが不可能になるまでの時間）との関係について行った実験の一部を以下に示す。
ガス通路の上端の位置は下部電極の基板載置面から３５ｍｍの場合である。プラズマシールド板の形状は図３（ａ）のように円筒形で、円形の孔を形成した場合においては、孔の直径が４ｍｍを越えるとプラズマがプラズマシールドを越えて拡散してしまい、また、０．７ｍｍ程度だと１００時間で膜が孔につき、これが剥がれてコンダクタンスが変化した。孔の径が１．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲では、２００時間以上の安定した処理が可能であった。
また、ガス通路の上端位置を基板載置面より３０ｍｍ以下とすることで、ガス通路部のプラズマ密度が低下し、付着量が少なくなる。一方、基板載置面より１０ｍｍ以内に近づけると付着量が増加し、２．５ｍｍの孔径でも１００時間程度でコンダクタンスが低下することが分かった。
【００２７】
なお、図１の装置では円筒状のプラズマシールドを用いたが、軸対称な形状であればこれに限定されるものではなく、内径、外径を変化させたもの等、種々の形状のものを用いることができる。また、ガス通路も同様に種々の形態、形状のものを用いることができる。これらの例を図３を用いて説明する。
図３（ａ）は、図１に示した円筒状のプラズマシールドの一部を拡大した模式的断面図であり、プラズマシールドの厚さ方向に孔３１を形成した例である。（ｂ）は円筒状のシールドに孔が斜め形成したものであり、孔の長手方向に傾斜をつけることにより孔の中に付着した膜が剥がれても外部に排出され、コンダクタンスの低下を抑えることができる。（ｃ）及び（ｄ）は、円筒状プラズマシールドのガス通路形成部を、下方に向かって半径を増加又は減少させたものである。図では、半径を直線状に変化させているが、曲率を持たせ例えば茶碗のような形状としても良い。（ｅ）、（ｆ）は、プラズマシールド板を、異なる半径の円筒を２つ連結した形状であり、底壁に水平な部分に、ガス通路を形成したものである。これらの場合は、剥離した膜が孔を塞ぎコンダクタンスを小さくするという問題は緩和される。また、（ｇ）はガス通路部のプラズマシールド外径を大きくした例である。
【００２８】
また、ガス通路は、孔状、スリット状等どのような形状であってもよ。孔状とは、例えば、断面が円、楕円の他、正方形、長方形、平行四辺形、台形等の矩形状のものも含まれる。またスリット状とは、断面が矩形状でその一辺が他辺に比べて大きいものをいう。このスリット状のガス通路は、例えば、板を所定の間隔を開けて横又は縦に積み重ねて形成される。また、ドーナツ状の円板を所定の間隔を開けて積み重ねる構成としても良い。
【００２９】
例えば、図３（ｇ）に示したように、外径の異なるドーナツ型円板を重ねてスリット状のガス通路を形成した場合の具体的スリットの数は、孔の場合と同様にして、次のようにして求めることができる。
即ち、スリットのコンダクタンスＣは
Ｃ＝ｋ・３０９・ａ２・ｂ／Ｌ
で与えられ、ａは円板の間隔、ｂは内周、Ｌは円板の幅（即ち、ガス通路部のプラズマシールドの厚さ）である。ここで、ａ＝２ｍｍ、ｂ＝４４０・πｍｍ、Ｌ＝６ｍｍとすると、ｋ＝０．５２となる。従って、流量６００ｓｃｃｍ、ガス圧２Ｐａを得るには、ギャップの個数は３個となる。なお、アスペクト比（＝Ｌ／ａ）は、孔の場合と同じ理由で４以下が望ましい。
【００３０】
また、図１の装置では、内側排気路３ａから排気されるガスは、外側排気路３ｂを通して排気される構成としたが、外側排気路の底壁に排気口を設け、ターボポンプを処理室の下部に配置する構造としても良い。この場合、排気口を軸対称に配置したり、プラズマシールドの外周全面に排気口を設けることもできる。
【００３１】
以上は、プラズマシールドの外側が非対称な処理室について説明してきたが、本発明はプラズマシールドの外側が対称の場合にも適用できることは言うまでもなく、本発明のプラズマシールドによりプラズマの拡散を防ぎ、シールド外側のガス圧が下がるため、外側排気路等への膜の付着を減らせ、膜剥がれによるダストの発生を抑制できる。
また、プラズマが消え去る部分でプラズマシールドを一部カットしたり、プラズマシールドと底壁との間に隙間を設けても良く、これにより、一層大流量のガスを流すことが可能となる。但し、隙間等の大きさによっては、基板上のガス圧均一性が低下する場合があり、これに対してはプラズマシールドと下部電極間距離を小さくすればよい。即ち、内部排気路のコンダクタンスを小さくするように、プラズマシールドの形状、配置を適正化すればよい。
なお、本発明のプラズマシールドの材質には、石英、弗化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等の絶縁物又は他の材質にこれらをコーティングしてプラズマ耐性を増したものや、珪素や炭素およびそれら化合物からなるスカベンジャー材等が好適に用いられる。なお、プラズマシールドの表面をブラスト処理や溶射等の処理を施しても良く、表面が荒れて付着膜が剥離しにくくなる。
【００３２】
以上の実施の形態では、エッチング装置を例に挙げて説明したが、プラズマＣＶＤ装置やアッシング装置等、他ののプラズマ処理装置の場合も、同様にプラズマシールド板を設けることによりガス圧及びプラズマ密度の均一性を向上させることが可能となり、より膜厚均一性に優れた薄膜の形成が可能となる。また、容量結合型に限らず誘導結合型のプラズマ装置に適用できるものである。さらには、マイクロ波等をプラズマ発生エネルギー源として用いても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明を用いると、処理室の内部形状に関係なく、プラズマとガスを基板中心に対し軸対称的に出来る。特に、ガス圧やガス種が基板中心に対して軸対称的でないとプラズマは軸対称にはならない点から見て、この効果は重要である。また、プラズマシールドや処理室に膜が付きにくいためダストの発生を抑制出来るだけでなく、膜の付着によるコンダクタンスの経時変化を抑える事ができ、装置を長期間稼動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一構成例を示す正面断面模式図である。
【図２】図１の横断面模式図である。
【図３】プラズマシールドの構造を示す断面模式図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置を示す断面模式図である。
【図５】従来のプラズマ処理装置を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１、１００  処理室、
２  ターボポンプ、
３、１０３  プラズマシールド、
４  ガス通路、
５、１０２  下部電極、
５ａ  静電チャック、
６  ゲートバルブ、
７、１０４  基板、
８  ガス供給系、
９ａ  ガス放出孔、
９、１０１  上部電極、
１０，１１、１０５，１０６  高周波電極、
１４  冷媒通路、
２０，２１  絶縁体、
２２  直流電源。
【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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