(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地された真空容器と、前記真空容器の底部に配置されると共に前記真空容器と電気的に接続されるハウジングとを有し、基板を上面に保持する基板保持台と、前記基板と前記基板保持台との間にガス流路を介してガスを供給するガス供給手段とを備えたプラズマ処理装置において、
前記ハウジングの上面には前記ガス流路に対応した位置にガス溜まりが形成されると共に前記ガス供給手段のガス流路は、前記基板保持台に挿入された筒状体からなり、かつ、前記基板保持台の前記ガス流路の先端には空間部が形成され、前記筒状体と前記基板保持台との隙間にシリコン接着剤が充填されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記筒状体は、体積抵抗率が１×１０１４Ω・ｃｍ以上１×１０１７Ω・ｃｍ未満である絶縁材料からな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】
前記絶縁材料は、セラミックであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記筒状体は、内径が１ｍｍ以下の貫通孔を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記筒状体の貫通孔の上端は、面取寸法０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の面取りが施されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記筒状体と前記基板保持台との隙間は、５０μｍ以上８００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか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、半導体素子、液晶ディスプレイパネル、太陽電池等の製造における薄膜形成工程、微細加工等に使用されるプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラズマ処理装置では、デバイスの高機能化と処理コストの低減のために、高精度化、高速化、大面積化、低ダメージ化及び高信頼性を実現するための種々に試みがなされている。特に、薄膜形成工程における基板内の膜質均一性や、微細加工として使用されるドライエッチング工程にける寸法精度を向上するためには、基板面内の温度を均一かつ精密に制御することが必要である。そのため、基板を基板保持台に押さえ付け、基板裏面に不活性ガスを充填して基板保持台から基板裏面までの温度伝達を向上することにより、基板温度の均一化を図ったプラズマ処理装置が提案されている。
【０００３】
図４はかかる従来のプラズマ処理装置（反応イオンエッチング装置）を示している。
真空容器１０１内には、基板保持台１０２と、この基板保持台１０２と対向する上部電極１０３が収容されている。
【０００４】
基板保持台１０２は、内部に冷却水路（図示せず）を備え、表面を絶縁被覆されたアルミニウム製のベース部１０２ａと、その上面に一体に設けられたセラミックからなる保持部１０２ｂとからなる。この保持部１０２ｂは、その内部に上面から５００μｍの位置に一対の内部電極１０４ａ，ｂを有する。これら内部電極１０４ａ，ｂは、プラズマ発生用の高周波電源１０５に接続されている。基板保持台１０２は、前記内部電極１０４ａ，ｂのそれぞれに正、負電圧を印加することにより、保持部１０２ｂ上面に設置された基板１０６を静電吸着するようになっている。
【０００５】
また、基板保持台１０２には、基板１０６の裏面に不活性ガスを充填して基板１０６の温度均一化を図るための不活性ガス供給手段１０７が設けられている。この不活性ガス供給手段１０７からの不活性ガスは、図５に示すように、ベース部１０２ａと保持部１０２ｂの直径３ｍｍの貫通穴１０８ａに設けたセラミックフィルタ１０８を通過するようになっている。このセラミックフィルタ１０８は、気孔率７０％（気孔率は、体積に占めるガス流路の割合を表わす。）を有する。また、貫通穴１０８ａのうちベース部１０２ａの位置には、絶縁性を高めるために例えばポリイミド樹脂などの樹脂材料からなるスリーブ１０９が設けられている。
【０００６】
前述したようなプラズマ処理装置において、基板１０６を加工する際、まず内部電極１０４ａ，ｂのそれぞれに正、負電圧を印加すると、基板１０６が基板保持台１０２上面に静電吸着される。次に、この状態で不活性ガス供給手段１０７により基板１０６裏面と基板保持台１０２上面との間に不活性ガスを充填して基板１０６の温度均一化をが図る。そして、高周波電源１０５により内部電極１０４ａ，ｂに電力を供給して真空容器１０１内の基板１０６と上部電極１０３との間にプラズマを発生させて基板１０６を所定形状に加工する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のプラズマ処理装置では、気孔率７０％のセラミックフィルタ１０８を介して基板１０６裏面に不活性ガスを供給するので、不活性ガスが所定圧力に達するまでの時間が長くスループットが低下するという問題があった。
【０００８】
また、基板１０６裏面と基板保持台１０２の保持部１０２ｂとの隙間１１０および基板保持台１０２のベース部１０２ａと基板保持台１０２の保持部１０２ｂとを固定している接着剤１１１における隙間１１２において不活性ガスがよどみ、この状態で前述したように高周波電源１０５により基板１０６に電力を供給してプラズマを生じさせると、隙間１１０および隙間１１２の空間において異常放電が生じる。その結果、プラズマ効率の低下や基板１０６の破損（基板割れ）、基板保持台１０２の絶縁破壊による吸着不良などが生じ所望の加工処理が行なえないという問題もあった。
【０００９】
さらに、前述したように基板１０６の破損により導電性異物が飛散する。この導電性異物が、セラミックフィルタ１０８を介して隙間１１２まで達して樹脂材料からなるスリーブ１０９に付着すると、スリーブ１０９が、異物をいわゆるトリガーとして一瞬放電し、炭化して導電性物質に変性する。その結果、連続放電を起こしてしまうという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、ガス供給手段を有するプラズマ処理装置において、所定圧力に達するまでのガス供給時間の低減によるスループット向上、及びガスのよどみを起因とした放電を防止することを課題としている。また、本発明は、プラズマ処理装置において、ガスのよどみを起因とした放電による基板の破損を防止できるようにすることを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
接地された真空容器と、前記真空容器の底部に配置されると共に前記真空容器と電気的に接続されるハウジングとを有し、基板を上面に保持する基板保持台と、前記基板と前記基板保持台との間にガス流路を介してガスを供給するガス供給手段とを備えたプラズマ処理装置において、
前記ハウジングの上面には前記ガス流路に対応した位置にガス溜まりが形成されると共に前記ガス供給手段のガス流路は、前記基板保持台に挿入された筒状体からなり、かつ、前記基板保持台の前記ガス流路の先端には空間部が形成され、前記筒状体と前記基板保持台との隙間にシリコン接着剤が充填されているものである。
【００１２】
前記発明では、ガス供給手段は、基板保持台に挿入された筒状体からなるガス流路を介してガスを供給するので、ガスが基板下面と基板保持台上面との間に即時に供給される。これにより、ガスが基板下面と基板保持台上面との間において所定圧力に達するのに必要な時間を短縮でき、スループットが向上する。
また、筒状体と基板保持台との隙間にシリコン接着剤が充填されていることにより、筒状体の破損を防止するとともにガスが隙間に侵入することを防止できる。
【００１３】
さらに、前記筒状体は、体積抵抗率が１×１０１４Ω・ｃｍ以上１×１０１７Ω・ｃｍ未満である絶縁材料からなることが好ましい。これにより、ガス流路内で絶縁性が確実に確保される。例えば、基板割れなどにより生じた導電性異物がガス流路内に混入してガス流路に付着した場合でも、導電性異物による放電を防止できる。
【００１４】
前記絶縁材料は、セラミックであることが好ましい。
【００１５】
前記筒状体は、内径が１ｍｍ以下の貫通孔を有することが好ましい。
【００１６】
また、前記筒状体の貫通孔の上端は、面取寸法０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の面取りが施されていることが好ましい。これにより、基板下面と基板保持台上面との間において、ガスのよどみを防止することができる。
【００１７】
特に、前記筒状体と前記基板保持台との隙間は、５０μｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置である反応イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を示している。
このＲＩＥ装置の接地されている真空容器１には、反応ガス供給源２と、真空排気手段３とが接続されている。また、真空容器１には基板４の搬入出口４１が設けられており、扉体４２の開放時にこの搬入出口４１から搬送アーム４３によって真空容器１内に基板４が搬入又は搬出される。
【００１９】
また、真空容器１内には、基板保持台５が収容され、この基板保持台５と対向して接地された上部電極６が収容されている。基板保持台５は、上面に基板４が設置される厚さ５ｍｍのセラミックからなる保持部５１と該保持部５１の下側に接着剤５２ａ（図２に図示）により一体に取り付けられ、内部に冷却用の図示しない冷却水路を備えたアルミニウム製のベース部５２とからなる。また、保持部５１には、上面から５００μｍの位置にタングステンからなる一対の下部電極５３ａ，ｂが内蔵されている。下部電極５３ａ，ｂには、それぞれ正、負の電圧を印加するための直流電源５４ａ，ｂと、５００ｋＨｚのプラズマ発生用の高周波電源５５とが接続されている。
【００２０】
さらに、基板保持台５には、円周方向に配設された４つのガス流路７（２つのみ図示）が設けられており、このガス流路７は、伝熱ガスである例えばＨｅなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給源８に接続されている。この不活性ガス供給源８により不活性ガスが、基板保持台５の保持部５１上面と基板４下面（裏面）との間に充填されるようになっている。
【００２１】
前記ガス流路７は、図２に示すように、筒形状のスリーブ７１（筒状体）からなる。スリーブ７１は、体積抵抗率が１×１０１６Ω・ｃｍのアルミナセラミックスなどの絶縁材料からなり、基板保持台５の保持部５１、ベース部５２および真空容器１の対応する位置に設けられた挿入孔７２に挿入されている。スリーブ７１は、挿入孔７２とスリーブ７１の外周面との隙間７３に過不足なく充填された耐熱性、絶縁性および弾性を有するシリコン接着剤７４により固定されている。この隙間７３は、半径方向に０．１ｍｍの間隔を有する。また、スリーブ７１には、直径０．８ｍｍの貫通穴が形成されており、その上端は保持部５１上面と基板４下面との間に設けられた空間部７５に開口し、一方、下端は真空容器１下面と後述するハウジング９７上面との間に形成されたガス溜まり９８に開口している。
【００２２】
前記不活性ガス供給源８は、図示しないバルブ、流量コントローラ、圧力計および圧力制御機構などを備えたものである。
【００２３】
再び図１を参照すると、ＲＩＥ装置は、プラズマ処理終了後に基板保持台５から基板４を剥離させるための基板突き上げ機構９を備えている。この基板突き上げ機構９は、突き上げ板９１を備えている。突き上げ板９１には、複数本の突き上げピン９２（２本のみ図示）が固定されている。各突き上げピン９２は、基板保持台５の保持部５１およびベース部５２を貫通する挿通孔９２ａに挿通されている。また、突き上げ板９１下側には、突き上げ板９１を昇降させるためのギヤ、カムなど（不図示）を備えている機構が収容されているボックス９３が設けられている。このボックス９３内部の機構は、ロッド９４に連結されている。また、ロッド９４他端にはマグネット９５ａが取り付けられており、このマグネット９５ａの半径方向外側にはマグネット９５ｂが所定距離だけ離して設けられている。ロッド９４は、マグネット９５ｂが駆動用モータ９６により半径方向に回転するのに連動して、マグネット９５ａを介して磁力により回転駆動されるようになっている。
【００２４】
また、基板突き上げ機構９の突き上げ板９１、突き上げピン９２、挿通孔９２ａ、ボックス９３、ロッド９４およびマグネット９５ａのそれぞれは、表面を酸化膜で被覆された絶縁性を有するアルミニウム製のハウジング９７に収容されている。このハウジング９７は、真空容器１と電気的に接続されているとともに、その上面には前記ガス流路７に対応した位置に環状溝形状のガス溜まり９８が形成されている。さらに、ハウジング９７は、マグネットカップリング９９からなるシール機構によりハウジング９７内部と大気とが遮断されている。
【００２５】
次に、このＲＩＥ装置の動作について説明する。
【００２６】
まず、搬送アーム４３により基板４が、基板保持台５の保持部５１上面の所定位置に載置される。次に、下部電極５３ａ，ｂのそれぞれに正、負の電圧が印加され、基板４が保持部５１上面に静電吸着される。続いて、不活性ガスが、不活性ガス供給源８からガス溜まり９８に毎分１０ｃｃの割合で供給される。そして、圧力制御機構により、基板４が保持部５１上面から離脱しない程度の例えば圧力１４００Ｐａまで不活性ガスが供給される。
【００２７】
このとき、不活性ガス供給源８から供給された不活性ガスは、前述したような従来のプラズマ処理装置のベース部１０２ａと保持部１０２ｂとの隙間１１２に不活性ガスがよどむことなく、ほぼ同時に４つのスリーブ７１を通過して基板４下面と保持部５１上面との間に供給される。これにより、基板４をエッチングするのに適当な温度まで効率良く冷却できる。
【００２８】
その後、真空容器１内が、真空排気手段３により所定の真空度まで減圧され、反応ガス供給源２から反応ガスであるＡｒが、圧力０．５Ｐａに達するまで毎分２００ｃｃの割合で供給される。
【００２９】
続いて、高周波電源５５から下部電極５３ａ，ｂに５００ｋＨｚの高周波電圧が印加されると、真空容器１内にプラズマが発生し、予め基板４上に形成しておいたレジストのパターンに応じて基板４がエッチングされる。
【００３０】
このプラズマ発生時に、例えば基板割れなどにより生じた導電性異物がスリーブ７１内側に付着した場合でも、スリーブ７１は体積抵抗率が１×１０１６Ω・ｃｍの絶縁材料からなるので、導電性異物が付着した場所で放電が起こることはない。また、スリーブ７１の貫通穴は直径０．８ｍｍで形成されているが、実験結果に基づいてこのスリーブ７１のガス流路内側ではプラズマ発生時に放電が生じないことが確認されている。
【００３１】
また、スリーブ７１は、半径方向に０．１ｍｍの厚みを有するシリコン接着剤７４により基板保持台５の保持部５１、ベース部５２および真空容器１の対応する位置に設けられた挿入孔７２に固定されているので、隙間７３に不活性ガスが侵入することを防止できる。さらに、ベース部５２が熱膨張した場合でも、シリコン接着剤７４が弾性変形することにより、スリーブ７１の破損を防止できる。また、シリコン接着剤７４の半径方向の厚みは、本実施形態では０．１ｍｍとしたが５０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であればよい。
【００３２】
そしてエッチング完了後に、反応ガスおよび不活性ガスの供給が停止され、真空排気手段３により真空容器１内を真空排気する。続いて、直流電源５４ａ，ｂの電力供給を停止し、基板突き上げ機構９により基板４が基板保持台５から剥離させられる。剥離された基板４は、搬送アーム４３により真空容器１外部に搬送される。
【００３３】
また、前記実施形態の変形例として、図３に示すように、スリーブ７１上端の内周縁に、寸法０．８ｍｍの面取加工を施してもよい。これにより、保持部５１上面と基板４下面との間に設けられた空間部７５において、局所的な不活性ガスのよどみが軽減され不活性ガスが基板４下面にスムーズに拡散され、不活性ガスのよどみを起因とした放電を防止できる。
【００３４】
また、本実施形態では、５００ｋＨｚのプラズマ発生用の高周波電源５５を用いたが、３００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲内の高周波電源５５を用いればよい。さらに、圧力制御機構は、不活性ガスを圧力５０Ｐａ以上３０００Ｐａ以下の範囲内の圧力で基板４下面に供給すればよい。
【００３５】
また、本実施形態では、スリーブ７１には直径０．８ｍｍの貫通穴を形成したが、直径１ｍｍ以下であればよい。また、スリーブ７１上端の内周縁に、寸法０．８ｍｍの面取加工を施したが、寸法０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内の面取寸法であってもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、不活性ガスとしてＨｅガスを用いたが他の不活性ガスや不活性ガスとは異なるガスを用いてもよい。また、本実施形態においてドライエッチング装置は、反応性イオンエッチング型を用いたがこれに限定されず、誘導結合型またはＥＣＲ型、ヘリコン波型、表面波型などの装置を用いてもよい。さらに、ドライエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置およびアッシング装置を含む他のプラズマ処理装置に本発明を適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のプラズマ処理装置では、ガスを供給するガス供給手段を備えたプラズマ処理装置において、ガス供給手段のガス流路を、基板保持台に挿入された筒状体から構成したので、ガスが基板下面に供給されるのに必要な時間を短縮でき、スループットが向上するという効果を奏する。また、プラズマ処理装置において、プラズマ発生用電力の高出力化、低周波化およびプラズマ処理時の真空容器内の高真空化に対して所望するプラズマ発生領域以外でのプラズマ発生を防止でき、これにより基板破壊および基板保持台の絶縁皮膜の絶縁破壊を防止するとともに高周波電力印加の効率化を図れるという効果をも奏する。さらに、筒状体と基板保持台との隙間にシリコン接着剤が充填されているので、筒状体の破損を防止するとともにガスが隙間に侵入することを防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態のプラズマ処理装置を示す概略断面図。
【図２】  図１のガス流路の拡大図。
【図３】  図２のガス流路の変形例を示した拡大図。
【図４】  従来のプラズマ処理装置を示す概略断面図。
【図５】  図４のガス流路の拡大図。
【符号の説明】
４  基板
５  基板保持台
７  ガス流路
８  不活性ガス供給源（ガス供給手段）
７１  スリーブ（筒状体）
【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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