(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いて処理を行うプラズマ処理装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置された、被処理基板を保持する保持手段と、
前記チャンバー内にプラズマ処理用ガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバー内の上部に配置され、前記ガス供給機構によって前記チャンバー内に前記プラズマ処理用ガスを噴出する噴出口と、
前記チャンバーの下部に設けられた排気口と、
前記排気口に繋げられ、前記チャンバー内を真空排気する排気機構と、
前記保持手段によって保持された前記被処理基板の外周を囲むように配置された、前記チャンバーの側壁を構成する第１のアース部材と、
前記チャンバー内に設けられ、前記第１のアース部材の内側に配置された第２のアース部材と、
前記第１のアース部材と前記第２のアース部材との間に設けられ、前記保持手段によって保持された前記被処理基板の外周を囲む形状の幅５ｍｍ以下の第１の隙間と、
を具備し、
前記第１の隙間は、前記保持手段によって保持された前記被処理基板の外周を囲む形状の幅５ｍｍ以下の第１の開口を有し、
前記排気機構は、前記噴出口から噴出された前記プラズマ処理用ガスを、前記幅５ｍｍ以下の第１の開口を通し、前記幅５ｍｍ以下の第１の隙間を通して前記排気口から排気するものであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記排気口は、前記チャンバーの下部の中央に配置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１または２において、
前記チャンバー内に設けられ、前記第２のアース部材の内側に配置された第３のアース部材と、
前記第２のアース部材と前記第３のアース部材との間に設けられ、前記保持手段によって保持された前記被処理基板の外周を囲む形状の幅５ｍｍ以下の第２の隙間と、
を具備し、
前記第２の隙間は、前記保持手段によって保持された前記被処理基板の外周を囲む形状の幅５ｍｍ以下の第２の開口を有し、
前記排気機構は、前記噴出口から噴出された前記プラズマ処理用ガスを、前記幅５ｍｍ以下の第２の開口を通し、前記幅５ｍｍ以下の第２の隙間を通して前記排気口から排気するものであ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乃至３のいずれか一項において、
前記第１のアース部材及び前記第２のアース部材のいずれか一方の前記第１の隙間の幅方向の厚さは１０ｍｍ以上であ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、排気口付近での異常放電の発生を抑制できるプラズマ処理装置、及び、プラズマ処理用ガスを基板に均一性良く供給できるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置を概略的に示す構成図である。
プラズマエッチング装置は真空容器１０１を有しており、この真空容器１０１の上部には蓋１０２が配置されている。真空容器１０１に蓋１０２をすることにより、真空容器１０１内にはエッチング室１０３が形成される。
【０００３】
このエッチング室１０３内の下方にはウエハなどの被エッチング基板（図示せず）を載置固定するステージ電極１０４が配置されており、このステージ電極１０４はＲＦ印加電極（カソード電極）としても作用する。このステージ電極１０４は例えば静電チャック方式により被エッチング基板を固定するようになっている。なお、静電チャック方式は、クーロン力によって被エッチング基板を吸引して固定する方式である。
【０００４】
ステージ電極１０４の周囲及び下部はアースシールド１０５によってシールドされている。また、ステージ電極１０４は高周波電源１０６に電気的に接続されている。
【０００５】
エッチング室１０３内の上方には、ステージ電極１０４に対向して平行の位置にガスシャワー電極１０７が配置されており、このガスシャワー電極１０７はアノード側に位置している。これらは一対の平行平板型電極である。ガスシャワー電極１０７の周囲及び上部はアースシールド１０８によってシールドされている。また、ガスシャワー電極１０７は接地電位に接続されている。
【０００６】
ガスシャワー電極１０７の下方（ステージ電極上面側）には、被エッチング基板の表面側にシャワー状のエッチングガスを導入する複数の導入口（図示せず）が形成されている。ガスシャワー電極１０７の内部にはガス導入経路（図示せず）が設けられている。このガス導入経路の一方側は上記導入口に繋げられており、ガス導入経路の他方側はエッチングガスの供給機構（図示せず）に接続されている。また、真空容器１０１には、エッチング室１０３の内部を真空排気する排気口１１０が設けられている。この排気口１１０は排気ポンプ（図示せず）に接続されている。
【０００７】
次に、上記プラズマエッチング装置を用いたエッチング方法について説明する。
被エッチング基板をプラズマエッチング装置のエッチング室１０３内に挿入し、このエッチング室内のステージ電極１０４上に被エッチング基板を載置する。
【０００８】
次いで、この被エッチング基板をステージ電極１０４上に静電チャックにより固定し、真空容器１０１を蓋１０２で閉じ、排気ポンプで真空排気する。次いで、ガスシャワー電極１０７の導入口からシャワー状のエッチングガスをエッチング室１０３の被エッチング基板の表面側に導入する。これにより、所定の圧力、エッチングガス流量などのエッチング室内が所望の雰囲気となり、高周波電源１０６により高周波（ＲＦ）を印加し、プラズマを発生させることにより被エッチング基板のエッチングを行う（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２８２３６４号公報（第２段落〜第８段落、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記従来のプラズマ処理装置では、ガスシャワー電極１０７からシャワー状のエッチングガスを噴出すると、矢印１１１のように、真空容器１０１の側壁に設けられた排気口１１０へエッチングガスが流れていき、排気口１１０の付近で異常放電が発生することがある。また、矢印１１１のようなエッチングガスの流れができると、被エッチング基板の表面に均一にエッチングガスが供給されなくなり、その結果、エッチング分布が悪くなり、均一性良くエッチングされないという問題が生じることがある。
【００１１】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、排気口付近での異常放電の発生を抑制できるプラズマ処理装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、プラズマ処理用ガスを基板に均一性良く供給できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマを用いて処理を行うプラズマ処理装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内にプラズマ処理用ガスを供給するガス供給機構と、
前記チャンバーに設けられた排気口と、
前記排気口に繋げられ、前記チャンバー内を真空排気する排気機構と、
前記チャンバー内に設けられ、第１のアース部材と第２のアース部材によって設けられた幅５ｍｍ以下の隙間と、
を具備し、
前記排気機構は、前記チャンバー内の前記プラズマ処理用ガスを、前記隙間を通して前記排気口から排気するものであることを特徴とする。
【００１３】
上記プラズマ処理装置によれば、第１のアース部材と第２のアース部材との間の幅５ｍｍ以下の隙間を通して排気口からプラズマ処理用ガスを排気している。このように幅５ｍｍ以下の隙間を通すことにより、排気口付近での異常放電の発生を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記第１のアース部材は、前記チャンバーを構成する部材の少なくとも一部であることも可能である。
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記第１のアース部材は、前記チャンバーの側壁を構成する側壁チャンバー部材であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記第１のアース部材及び前記第２のアース部材のいずれか一方の前記隙間の幅方向の厚さは１０ｍｍ以上であることが好ましい。前記厚さが１０ｍｍ未満であるのに比べて異常放電を十分に抑制することができる。
【００１６】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、被処理基板を保持する保持手段をさらに具備し、前記隙間は、前記保持手段によって保持された前記被処理基板の外周を囲むように配置されていることが好ましい。このような隙間からプラズマ処理用ガスを排気することにより、被処理基板の表面に均一性良くプラズマ処理用ガスを供給することができる。
【００１７】
また、本発明に係るプラズマ処理装置において、前記ガス供給機構によって前記チャンバー内に前記プラズマ処理用ガスを噴出する噴出口は、前記チャンバー内の上部に配置されており、前記排気口は前記チャンバーの下部に配置されていることも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、排気口付近での異常放電の発生を抑制できるプラズマ処理装置を提供することができる。また、他の本発明によれば、プラズマ処理用ガスを基板に均一性良く供給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】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１によるプラズマ処理装置の全体構成を示す模式図である。図２は、図１に示す２ａ−２ａ線に沿った断面図である。尚、プラズマ処理装置は、プラズマを用いた処理を行う装置を全て含むものであり、例えば、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置、プラズマＣＶＤ(chemical vapor deposition)装置、ミリング処理装置などである。
【００２０】
図１及び図２に示すように、プラズマ処理装置１は処理チャンバー３を有しており、この処理チャンバー３はチャンバー構成部材によって形成されている。このチャンバー構成部材は、上部チャンバー部材３ａ、側壁チャンバー部材３ｂ、下部チャンバー部材３ｃを有している。処理チャンバー３の内部にはプラズマ処理を行う処理室４が設けられており、この処理室４は上部チャンバー部材３ａ、側壁チャンバー部材３ｂ、下部チャンバー部材３ｃによって囲まれた内側に形成されている。上部チャンバー部材３ａと側壁チャンバー部材３ｂはＯリング５によって繋げられており、側壁チャンバー部材３ｂと下部チャンバー部材３ｃは一体的に形成されている。上部チャンバー部材３ａ、側壁チャンバー部材３ｂ、下部チャンバー部材３ｃそれぞれは接地電位に接続されている。尚、本実施の形態では、側壁チャンバー部材３ｂと下部チャンバー部材３ｃを一体的に形成しているが、側壁チャンバー部材３ｂと下部チャンバー部材３ｃを分離して形成することも可能である。
【００２１】
処理室４内の下方には平面形状が長方形のステージ電極７が配置されており、このステージ電極７は被処理基板８を静電チャックにより載置固定（保持）する機能及び電極としての機能を有している。ステージ電極７の外周及び下にはアースシールド部材９が配置されており、このアースシールド部材９とステージ電極７の内側面との間には２ｍｍ以下の隙間１０が形成されている。ステージ電極７の下面とアースシールド部材９の内底面との間には絶縁部材６が配置されている。アースシールド部材９の外周には側壁チャンバー部材３ｂが配置されており、この側壁チャンバー部材３ｂとアースシールド部材９との間には幅５ｍｍ以下（好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下）の隙間１１が設けられている。この隙間１１はプラズマ処理用ガスを排気するための排気経路となるものである。
また、アースシールド部材９の隙間１１の幅方向の厚さは１０ｍｍ以上であることが好ましい。その理由は、この厚さが１０ｍｍ未満であると異常放電を十分に抑制することができないからである。
【００２２】
アースシールド部材９の外側面下部の周囲には第１乃至第４の排気口１２ａ〜１２ｄが設けられている。第１乃至第４の排気口１２ａ〜１２ｄそれぞれは、アースシールド部材９の下面の４辺それぞれの中央部に位置している（図２参照）。アースシールド部材９の下方には下部チャンバー部材３ｃが配置されており、アースシールド部材９の下面と下部チャンバー部材３ｃとの間には隙間１３が設けられている。この隙間１３はプラズマ処理用ガスを排気するための排気経路となるものである。
【００２３】
下部チャンバー部材３ｃの中央には第５の排気口１２ｅが設けられている。第５の排気口１２ｅは、配管及びバルブ１４を介してロータリーポンプ（ＲＰ）１５に繋げられている。
【００２４】
処理室４の上方には、接地電位に接続されたガスシャワー電極１６が配置されている。このガスシャワー電極１６はステージ電極７上の被処理基板８と対向するように配置されている。ガスシャワー電極１６は、プラズマ処理用ガスを供給するガス供給機構に繋げられている。即ち、ガスシャワー電極１６は、配管、バルブ１７，１８及びマスフローコントローラ１９を介してプラズマ処理用ガスボンベ２０に繋げられている。これにより、プラズマ処理用ガスボンベ２０から流量制御されたプラズマ処理用ガスがガスシャワー電極１６に供給され、このガスシャワー電極１６の噴出口からプラズマ処理用ガスが被処理基板８の表面にシャワー状に供給される。尚、プラズマ処理用ガスボンベ２０は、プラズマ処理に合わせて種々のガスボンベが接続されれば良いが、例えば酸素ガスボンベ、窒素ガスボンベ又はＣ７Ｈ８ガスボンベなどが挙げられる。また、ガスシャワー電極１６に繋げられるガス供給機構は単数でも複数でも良く、ガスシャワー電極１６に供給されるプラズマ処理用ガスが複数の場合は、複数のガス供給機構がガスシャワー電極１６に繋げられることとなる。
【００２５】
詳細なプラズマ処理用ガスの流れは、矢印のように、ガスシャワー電極１６からシャワー状のプラズマ処理用ガスが被処理基板８の表面に流され、この被処理基板８の表面にプラズマ処理用ガスが均一性良く供給される。そして、プラズマ処理用ガスは、被処理基板８の外周より外側に位置する隙間（側壁チャンバー部材３ｂとアースシールド部材９との隙間）１１を通り、第１乃至第４の排気口１２ａ〜１２ｄを通り、アースシールド部材９と下部チャンバー部材３ｃと隙間１３を通って、第５の排気口１２ｅからロータリーポンプ１５によって排気される。
【００２６】
このようにプラズマ処理用ガスが排気される際に通過する隙間１１を、共に接地電位に接続された側壁チャンバー部材３ｂとアースシールド部材９によって設け、且つ前記隙間１１の幅を５ｍｍ以下（好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下）としている。このような隙間１１は、プラズマ処理用ガスが通過した際に異常放電の発生を抑制する効果を有している。
【００２７】
また、前記隙間１１を、被処理基板８が載置されたステージ電極７の外側であって被処理基板８を囲むように配置しているため、被処理基板８の表面に均一性良くプラズマ処理用ガスを供給することが可能となる。
【００２８】
また、図２に示すように、第１乃至第４の排気口１２ａ〜１２ｄそれぞれを、アースシールド部材９の下面の４辺それぞれの中央部に配置し、第５の排気口１２ｅを下部チャンバー部材３ｃの中央に配置している。このため、前記隙間１１から排気されるプラズマ処理用ガスの流れの均一性を良くすることができる。
【００２９】
ステージ電極７はＲＦ印加電極（カソード電極）として作用する。つまり、ステージ電極７にはマッチングボックス２１を介して高周波電源（ＲＦ）２２が接続されており、この高周波電源２２によって高周波電力がマッチングボックスを介してステージ電極７に印加され、それによりプラズマを発生させることができるようになっている。
【００３０】
次に、上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法について説明する。
被処理基板８をプラズマ処理装置の処理室４内に挿入し、この処理室４内のステージ電極７上に被処理基板８を載置する。
【００３１】
次いで、この被処理基板８をステージ電極７上に静電チャックにより固定し、処理チャンバー３内の処理室４をロータリーポンプ１５で真空排気する。次いで、ガス供給機構によってガスシャワー電極１６にプラズマ処理用ガスを供給し、ガスシャワー電極１６からシャワー状のプラズマ処理用ガスを処理室４内の被処理基板８の表面に供給する。そして、プラズマ処理用ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、プラズマ処理用ガスの所定流量などの所望の条件となり、高周波電源２２により高周波（ＲＦ）をステージ電極７に印加し、被処理基板８の表面にプラズマを発生させることにより被処理基板８にプラズマ処理を行う。
【００３２】
上記実施の形態１によれば、共に接地電位に接続された側壁チャンバー部材３ｂとアースシールド部材９との間の幅５ｍｍ以下の隙間１１を通して第１乃至第５の排気口１２ａ〜１２ｅからプラズマ処理用ガスを排気している。このように幅５ｍｍ以下の隙間１１を通すことにより、排気口付近での異常放電の発生を抑制することができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、被処理基板８が載置されたステージ電極７の外側であって被処理基板８を囲むように配置した隙間１１からプラズマ処理用ガスを排気しているため、被処理基板８の表面に均一性良くプラズマ処理用ガスを供給することができる。その結果、被処理基板８に均一性良くプラズマ処理を行うことができる。このプラズマ処理が例えばエッチング処理の場合は、エッチング分布を良くすることができ、均一性良くエッチングすることが可能となる。
【００３４】
例えば、図１に示すプラズマ処理装置が下記のような大きさを有している場合を考えると、図１のようなプラズマ処理装置でも隙間１１が排気の抵抗にならないことが確認できる。
【００３５】
処理室４内の大きさ  ：  Ｗ（幅）２７０ｍｍ×Ｄ（深さ）２３０ｍｍ×Ｈ（高さ）５０ｍｍ
処理室内容積  ：  ３．２リットル
隙間１１の幅  ：  ２ｍｍ
隙間の開口面積  ：  （２７０ｍｍ＋２３０ｍｍ）×２×２ｍｍ＝２０００ｍｍ２
ロータリーポンプの排気性能  ：  ３３０リットル／ｍｉｎ
【００３６】
上記排気性能を持つロータリーポンプの一般的な排気口のサイズ：半径１２．７ｍｍの円形
上記排気口の面積：５０６ｍｍ２
【００３７】
上述したように一般的な排気口の面積の４倍程度の隙間の開口面積を持たせることができるため、隙間が排気の抵抗にはならないという効果もある。
【００３８】
以下に、プラズマ処理がＮ２プラズマによるＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜のミリング処理（表面改質）の場合の具体例（ミリング条件及び結果）について説明する。
【００３９】
（１）ミリング条件
プラズマ処理用ガス  ：  Ｎ２ガス
ガス流量  ：  ３０ｃｃ／ｍｉｎ
ＲＦ周波数  ：  １３．５６ＭＨｚ
ＲＦ出力  ：  ５０Ｗ
【００４０】
（２）結果
ミリングレート  ：  ６．５２ｎｍ／ｍｉｎ
ステージ電極内（２１０ｍｍ×１７０ｍｍ）のミリング分布  ：  ４．４％
【００４１】
基板上に成膜されたＤＬＣ膜を上記ミリング条件によりミリング処理を行い、上記のような結果（均一性の良いミリング分布など）が得られた。このミリング処理の際、排気口付近に異常放電が発生することがなく、排気口付近にプラズマが発生することがなかった。
【００４２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置を示すものであって図２に相当する断面図であり、図１及び図２と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４３】
図３に示すように、処理室４の下方には第１及び第２の隙間１１ａ，１１ｂが設けられており、第１及び第２の隙間１１ａ，１１ｂそれぞれは幅５ｍｍ以下（好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下）の隙間である。
【００４４】
詳細には、処理室４内の下方には平面形状が長方形のステージ電極７が配置されており、このステージ電極７の外周には第１のアースシールド部材９ａが配置されており、第１のアースシールド部材９ａとステージ電極７との間には隙間１０が形成されている。第１のアースシールド部材９ａの外周には第２のアースシールド部材９ｂが配置されており、第２のアースシールド部材９ｂと第１のアースシールド部材９ａとの間には幅５ｍｍ以下（好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下）の第１の隙間１１ａが設けられている。第２のアースシールド部材９ｂの外周には側壁チャンバー部材３ｂが配置されており、この側壁チャンバー部材３ｂと第２のアースシールド部材９ｂとの間には幅５ｍｍ以下（好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下）の第２の隙間１１ｂが設けられている。第１及び第２の隙間１１ａ，１１ｂはプラズマ処理用ガスを排気するための排気経路となるものである。
【００４５】
第１及び第２のアースシールド部材９ａ，９ｂそれぞれの第１の隙間１１ａの幅方向の厚さ９ｃ，９ｄは１０ｍｍ以上であることが好ましい。その理由は、この厚さが１０ｍｍ未満であると異常放電を十分に抑制することができないからである。
【００４６】
上記実施の形態２においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
尚、本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、高周波電源２２を他のプラズマ電源に変更することも可能であり、他のプラズマ電源の例としては、マイクロ波用電源、ＤＣ放電用電源、及びそれぞれパルス変調された高周波電源、マイクロ波用電源、ＤＣ放電用電源などが挙げられる。
【００４８】
また、上記実施の形態１，２では、ステージ電極７に高周波電力を印加し、ステージ電極７に対向する対向電極としてのガスシャワー電極１６を接地電位に接続しているが、ガスシャワー電極に高周波電力を印加し、ステージ電極を接地電位に接続することも可能であり、また、ステージ電極及びガスシャワー電極の両方に高周波電力を印加することも可能である。
【００４９】
また、上記実施の形態１，２では、第１の下部チャンバー部材３ｃの周囲に第１乃至第４の排気口１２ａ〜１２ｄを設けているが、必ずしも４つの排気口を設ける必要はなく、第１の下部チャンバー部材３ｃの周囲には少なくとも２つの排気口を設ければ良い。この場合でも、排気口はプラズマ処理用ガスを均一性良く排気できるような配置とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る実施の形態１によるプラズマ処理装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す２ａ−２ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置を示すものであって図２に相当する断面図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…プラズマ処理装置、３…処理チャンバー、３ａ…上部チャンバー部材、３ｂ…側壁チャンバー部材、３ｃ…下部チャンバー部材、４…処理室、５…Ｏリング、６…絶縁部材、７…ステージ電極、８…被処理基板、９…アースシールド部材、９ａ…第１のアースシールド部材、９ｂ…第２のアースシールド部材、９ｃ…第１のアースシールド部材の第１の隙間の幅方向の厚さ、９ｄ…第２のアースシールド部材の第１の隙間の幅方向の厚さ、１０…隙間、１１…隙間、１１ａ…第１の隙間、１１ｂ…第２の隙間、１２ａ〜１２ｅ…第１〜第５の排気口、１３…隙間、１４…バルブ、１５…ロータリーポンプ（ＲＰ）、１６…ガスシャワー電極、１７，１８…バルブ、１９…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、２０…プラズマ処理用ガスボンベ、２１…マッチングボックス、２２…高周波電源（ＲＦ）、１０１…真空容器、１０２…蓋、１０３…エッチング室、１０４…ステージ電極、１０５…アースシールド、１０６…高周波電源、１０７…ガスシャワー電極、１０８…アースシールド、１１０…排気口、１１１…矢印
【図１】
0005194226.tif 000002
【図２】
0005194226.tif 000003
【図３】
0005194226.tif 000004
【図４】
0005194226.tif 000005