(57)【要約】【課題】エッチング時に生成する反応副生成物を除去するプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、プラズマ処理装置は、チャンバと、基板保持部と、上部電極構成部と、プラズマ生成領域のガスをプラズマ化するプラズマ生成部と、上部電極構成部の下面からチャンバの上部に引き出される配管５１ａ，５１ｂに接続されるマノメータと、を備える。配管は、上部電極構成部内でほぼ鉛直方向に配置され、鉛直方向で互いに重ならない下側の第１配管５１ａと上側の第２配管５１ｂに分割される。また、第１配管５１ａと第２配管５１ｂは、水平面内での配置位置が異なる。上部電極構成部は、第１配管５１ａの上端と第２配管５１ｂの下端を結ぶガス流路７１を備える。そして、ガス流路７１は、第１配管５１ａの上端と第２配管５１ｂの下端を結ぶ微細溝７２を複数備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、基板を保持し、下部電極として機能する基板保持部と、
前記基板保持部に対向して、前記チャンバ内の上部に配置される上部電極構成部と、
前記上部電極構成部を介して前記基板保持部と前記上部電極構成部との間のプラズマ生成領域に導入されるガスを、前記基板保持部と前記上部電極構成部との間に高周波電圧を印加してプラズマ化するプラズマ生成部と、
前記上部電極構成部内に配置され、前記チャンバの上部に引き出される配管に接続される圧力測定部と、
を備えるプラズマ処理装置であって、
前記配管は、前記上部電極構成部内でほぼ鉛直方向に配置され、鉛直方向で互いに重ならない下側の第１配管と上側の第２配管に分割され、
前記第１配管と前記第２配管は、水平面内での配置位置が異なっており、
前記上部電極構成部は、前記第１配管の上端と前記第２配管の下端を結ぶガス流路を備え、
前記ガス流路は、前記第１配管の上端と前記第２配管の下端を結ぶ、前記配管の径よりも小さい幅の溝を複数備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記上部電極構成部は、
前記チャンバの上面に固定され、前記上部電極構成部の温度を調整する熱制御プレートと、
前記熱制御プレートの下面に固定され、前記熱制御プレートからの熱を上部電極に伝達するバッキングプレートと、
前記バッキングプレートの下面に固定される前記上部電極と、
を有し、
前記ガス流路は、前記熱制御プレートの下面、前記バッキングプレートの上面もしくは下面、または前記上部電極の上面に設けられ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】
前記ガス流路は、前記第１配管の上端と前記第２配管の下端とを結ぶ複数の直線状の前記溝が複数並行して配置される構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記ガス流路は、前記第１配管の上端と前記第２配管の下端との間で、１以上の角部を有する前記溝が複数並行して配置される構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ガス流路は、前記第１配管の上端と前記第２配管の下端との間で、１以上の湾曲部を有する前記溝が複数並行して配置される構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ガス流路は、前記上部電極構成部材の外周部付近に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１配管と前記第２配管は、ハニカム状の流路を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置としてのＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）装置は、チャンバ内に、基板を保持し、下部電極として機能する基板保持手段と、基板保持手段の基板保持面にほぼ平行して設けられる上部電極と、を備える。このチャンバ内に処理ガスを導入し、上部電極を接地するとともに基板保持手段に高周波電力を供給して、処理ガスをプラズマ化し、基板保持手段に載置された処理対象をエッチングする。このようなＲＩＥ装置でのチャンバ内の圧力は、上部電極からチャンバ外部の上部までほぼ鉛直方向に設けられる配管に接続されるマノメータなどの圧力計によって測定される。
【０００３】
エッチング時の圧力測定では、エッチングによって生じた反応副生成物を含むガスが配管を介して圧力計まで到達し、圧力計に反応生成物が付着してしまい、チャンバ内の圧力を精確に測定することができなくなる虞がある。そのため、従来では、圧力計の直前にデポジショントラップを設け、そこに反応副生成物を付着させて、圧力計への反応副生成物の付着を防いでいる。
【０００４】
しかし、このような構造のプラズマ処理装置では、圧力計を取り外さないとデポジショントラップを交換することができない上に、圧力計がチャンバの上部に設けられているため、メンテナンス性が悪いという問題点があった。また、上部電極からチャンバの上部までほぼ鉛直方向に配管が設けられているので、配管内に付着した反応副生成物がチャンバ内部に落下しやすいという問題点もあった。さらに、反応副生成物を捕らえるために、デポジショントラップを設けなければならず、プラズマ処理装置のコストが高くなる要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６３２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一つの実施形態は、エッチング時に生成する反応副生成物を除去することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの実施形態によれば、チャンバと、基板保持部と、上部電極構成部と、プラズマ生成部と、圧力測定部と、を備えるプラズマ処理装置が提供される。基板保持部は、前記チャンバ内に配置され、基板を保持し、下部電極として機能する。上部電極構成部は、前記基板保持部に対向して、前記チャンバ内の上部に配置される。プラズマ生成部は、前記上部電極構成部を介して前記基板保持部と前記上部電極構成部との間のプラズマ生成領域に導入されるガスを、前記基板保持部と前記上部電極構成部との間に高周波電圧を印加してプラズマ化する。圧力測定部は、前記上部電極構成部の下面から前記チャンバの上部に引き出される配管に接続される。前記配管は、前記上部電極構成部内でほぼ鉛直方向に配置され、鉛直方向で互いに重ならない下側の第１配管と上側の第２配管に分割される。また、前記第１配管と前記第２配管は、水平面内での配置位置が異なっている。前記上部電極構成部は、前記第１配管の上端と前記第２配管の下端を結ぶガス流路を備える。また、前記ガス流路は、前記第１配管の上端と前記第２配管の下端を結ぶ、前記配管の径よりも小さい幅の溝を複数備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、実施形態によるバッキングプレートの構成の一例を模式的に示す図である。
【図３】図３は、ガス流路に形成される微細溝の形状の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるプラズマ処理装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、実施の形態によるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、プラズマ処理装置１０として、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）装置を例示している。
【００１１】
このプラズマ処理装置１０は、機密に構成されたチャンバ１１を有している。チャンバ１１内には、処理対象としての基板を水平に支持するとともに、下部電極として機能する基板保持部２１が設けられている。基板保持部２１の上面上には、図示しないが基板を静電吸着する静電チャック機構などの保持機構が設けられている。また、基板保持部２１は、チャンバ１１の底部に支持部材２３を介して支持されている。基板保持部２１は、チャンバ１１との間で電気的に絶縁されるように、その下部に絶縁部材２２が設けられており、この絶縁部材２２が支持部材２３と接している。
【００１２】
さらに、基板保持部２１には、高周波電力を供給する給電線２５が接続されており、この給電線２５にブロッキングコンデンサ２６、整合器２７および高周波電源２８が接続されている。プラズマ処理時に高周波電源２８からは所定の周波数の高周波電力が基板保持部２１に供給される。これらの給電線２５、ブロッキングコンデンサ２６、整合器２７および高周波電源２８は、プラズマ生成部を構成する。
【００１３】
下部電極として機能する基板保持部２１に対向するように、基板保持部２１の上部に上部電極構成部３０が、基板保持部２１から所定の距離をおいて設けられている。上部電極構成部３０は、上部電極３１と、熱制御プレート３３からの熱を上部電極３１へと伝達するバッキングプレート３２と、上部電極構成部３０における温度を制御する熱制御プレート３３と、が順に下から取り付けられた構造を有している。そして、熱制御プレート３３がチャンバ１１の上面１２に固定されている。熱制御プレート３３には、図示しないガス供給口からのガスを面内で分散させてバッキングプレート３２側に供給するように、図示しない貫通孔が面内に所定の間隔で設けられている。また、バッキングプレート３２には、熱制御プレート３３からの処理ガスを面内でさらにほぼ均一に上部電極３１側に供給するように、図示しない貫通孔が面内に設けられている。さらに、上部電極３１には、バッキングプレート３２からの処理ガスをシャワー状にチャンバ１１内部に供給するように、さらに微細な径の図示しない貫通孔が設けられている。なお、熱制御プレート３３、バッキングプレート３２、上部電極３１の順に、設けられる貫通孔の径が小さくなっていき、また隣接する貫通孔の間隔も短くなっていく。これらの上部電極３１、バッキングプレート３２および熱制御プレート３３は、固定部材によってチャンバ１１の上面１２に固定される。
【００１４】
上部電極３１の側面には、上部電極３１と基板保持部２１との間の空間（プラズマ生成領域）の上部電極３１付近を囲むリング部材３４が設けられる。このリング部材３４は、エッチング時にプラズマ生成領域にプラズマを閉じ込めるとともに、プラズマ生成領域の圧力を制御する機能を有する。
【００１５】
また、上部電極構成部３０には、チャンバ１１の上面１２の外部とチャンバ１１の内部とを接続する配管５１が設けられている。そして、チャンバ１１の上面１２で上部に突出した配管５１の一端が、チャンバ１１の上面１２の上部（外部）に設けられた圧力計としてのマノメータ５５に接続される。この例では、チャンバ１１の上面１２の上部で、配管５１は、チャンバ１１の上面１２に垂直な方向から、チャンバ１１の上面１２に平行な方向に９０度進路を曲げられている。なお、図示していないが、チャンバ１１の上面１２には、ガス供給装置から供給される処理ガスなどのガスをチャンバ１１内に供給するガス供給口が設けられている。
【００１６】
チャンバ１１の下方には、排気口１３が設けられており、排気口１３には配管を通じて図示しない排気手段である真空ポンプが接続されている。また、図示していないが、チャンバ１１の内外に基板を搬送する基板搬送口も設けられている。
【００１７】
このように構成されたプラズマ処理装置１０での処理の概要について説明する。まず、基板保持部２１上に処理対象である基板が載置され、たとえば静電チャック機構によって固定される。ついで、排気口１３に接続される図示しない真空ポンプでチャンバ１１内が真空引きされる。
【００１８】
その後、チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置から図示しないガス供給口へと処理ガスが供給され、さらに上部電極構成部３０を介してチャンバ１１内に供給される。上部電極構成部３０には、微細な貫通孔が設けられているので、上部電極３１と基板保持部２１との間の空間（プラズマ生成領域）に、シャワー状に処理ガスが吐出される。
【００１９】
チャンバ１１内の圧力が所定の圧力に達すると、上部電極３１を接地した状態で、基板保持部２１（下部電極）に高周波電源２８から高周波電圧を印加して、上部電極３１と基板保持部２１との間の空間にプラズマを生成させる。ここで、下部電極側には高周波電圧による自己バイアスによって、プラズマと基板との間に電位勾配が生じ、プラズマガス中のイオンが基板保持部２１へと加速されることになり、異方性エッチング処理が行われる。
【００２０】
このとき、マノメータ５５に接続される配管５１は、チャンバ１１内部と繋がっているので、マノメータ５５では、チャンバ１１内の圧力を測定することができる。そして、マノメータ５５で測定される圧力に基づいて、チャンバ１１内の圧力が所望の圧力範囲から外れないように、ガス供給部からの処理ガスの供給量やチャンバ１１の排気口１３からのガスの排気速度などの調整を行って圧力の制御が行われる。
【００２１】
エッチング時においては、エッチングによってガス状の反応副生成物が生じ、チャンバ１１の内壁などに付着し、堆積する。これは、マノメータ５５に繋がる配管５１も同じである。配管５１に特別な工夫をしなければ、すなわち配管５１がチャンバ１１の上面１２から上部電極３１の下部まで一直線状に設けられている場合には、配管５１内を反応副生成物が飛来し、マノメータ５５まで到達し、そこに付着してしまう。そこで、以下では、本実施形態によるガス状の反応副生成物のマノメータ５５への飛来と付着を防止する方法について説明する。
【００２２】
本実施形態では、配管５１は、上部電極構成部３０の下部から所定の高さまで配置される配管５１ａと、その所定の高さから配管５１ａとは異なる水平面上の位置でチャンバ１１の上面１２まで配置される配管５１ｂと、によって構成され、配管５１ａと配管５１ｂが分断される所定の高さでは、配管５１ａの端部５２ａと配管５１ｂの端部５２ｂの間を結ぶ複数の微細溝７２からなるガス流路７１が設けられる。
【００２３】
図２は、実施形態によるバッキングプレートの構成の一例を模式的に示す図であり、（ａ）はバッキングプレートと熱制御プレートの分解斜視図であり、（ｂ）はバッキングプレートの斜視図であり、（ｃ）は（ａ）のバッキングプレートにおけるＡ−Ａ断面図である。この図に示されるように、上部電極構成部３０には、上部電極３１の下面からバッキングプレート３２の上面までほぼ鉛直方向に延在して配置される配管５１ａと、バッキングプレート３２の上面からチャンバ１１上部の外部までほぼ鉛直方向に延在して配置される配管５１ｂと、が設けられる。そして、これらの配管５１ａ，５１ｂは、バッキングプレート３２の上面内で異なる位置に配置されている。すなわち、チャンバ１１の上部からチャンバ１１内に至る配管は一直線状ではない。そして、これらの異なる位置に配置される配管５１ａ，５１ｂを結ぶように、バッキングプレート３２の上面にガス流路７１が形成される。このガス流路７１には、さらに配管５１ａと配管５１ｂとの間を結ぶ微細溝７２が形成されている。微細溝７２は、ガス流路７１と同様に配管５１ａの端部５２ａと配管５１ｂの端部５２ｂとの間を接続するように設けられている。隣接する微細溝７２間は、流路構成壁部材７３によって仕切られている。ここでは、ガス流路７１と、そこに形成される微細溝７２は、配管５１ａ，５１ｂ間を直線的に結ぶ形状を有している。
【００２４】
反応副生成物を含むガスは、細い流路を通ることによって冷却され、その結果、ガス状の副生成物を除去（トラップ）することができる。そのため、ガスが周囲の流路構成壁部材７３と接触する面積をできるだけ大きくするために、微細溝７２の幅を細くすると効果的である。
【００２５】
ガス流路７１の幅は、配管５１ａ，５１ｂの径（直径）とほぼ同じサイズである。ガス流路７１の長さは、配管５１ａから配管５１ｂまでガスが通過する間に、反応副生成物を付着させ、堆積させることができる長さであることが望ましい。このガス流路７１の長さは、トラップする反応副生成物の種類によって最適値が異なるので、予め実験によってどの程度の長さであると有効に反応副生成物を除去できるかを反応副生成物ごとに求め、それに基づいて決定することが望ましい。ガス流路７１の深さは、ガス流路７１の延在方向に垂直な断面での流路となる面積が、配管５１ａ，５１ｂの延在方向に垂直な断面における面積とほぼ同じとなるように決定される。より具体的には、配管５１ａ，５１ｂの径と、ガス流路７１内の微細溝７２の形成に設けられる流路構成壁部材７３の断面積とその数とを用いて、ガス流路７１の深さを求めることができる。なお、このガス流路７１は、バッキングプレート３２内の処理ガスをシャワー状に吐出する貫通孔が形成されていない周縁部に形成される。
【００２６】
ガス流路７１内の微細溝７２の形状は、２つの配管５１ａ，５１ｂの端部５２ａ，５２ｂを結ぶ直線状のものに限定されるものではない。図３は、ガス流路に形成される微細溝の形状の一例を示す図である。図３（ａ）のように２つの配管５１ａ，５１ｂの端部５２ａ，５２ｂを直線状に結ぶもののほか、図３（ｂ）〜（ｅ）のように途中で１以上の屈曲点を有するもの、図３（ｆ）や（ｇ）のように途中で１以上の湾曲部を有するものなど、種々のタイプの微細溝７２を用いることができる。直線状のものに比して、屈曲点や湾曲部を有するものの方が、ガスの流れ上に流路構成壁部材７３が存在するようになるので反応副生成物のトラップ効率を上げることができる。また、図３（ｂ）〜（ｇ）に示されるように、微細溝７２が屈曲点や湾曲部を有するものは、ガス流路７１の形状も同様に屈曲点や湾曲部を有するものとなる。
【００２７】
このような構成のプラズマ処理装置での圧力測定時の動作について説明する。圧力測定時においては、反応副生成物を含むガスの一部が配管５１ａ中を進む。そして、途中でガス流路７１に到達すると、上記したように、配管５１ａに比して細い流路である微細溝７２中をガスは進行することになり、このときにガスが冷却され、たとえば微細溝７２内の流路構成壁部材７３に反応副生成物が付着し、堆積する。このガス流路７１を通り抜けるときには、ガス中の反応副生成物はほとんど除去され、反応副生成物がほとんどないガスが、再び垂直な配管５１ｂ中を進み、マノメータ５５まで到達し、圧力が測定されることになる。
【００２８】
また、このような構成のプラズマ処理装置では、上部電極構成部３０を分解し、バッキングプレート３２を洗浄することで、ガス流路７１内に付着した反応生成物が除去され、その後バッキングプレート３２を上部電極構成部３０として再利用することができる。このとき、マノメータ５５を取り外したりすることがないので、洗浄後のバッキングプレート３２を上部電極構成部３０として組み立てた後、マノメータ５５の調整をすることなく、プラズマ処理（エッチング処理）を行うことが可能になる。
【００２９】
さらに、たとえばガス流路７１で反応副生成物を十分に取り除くことができず、配管５１ｂの壁面に反応副生成物が付着し、その付着した膜が何かの拍子に剥離することがあっても、配管５１ａ，５１ｂは一直線でチャンバ１１内に通じていないので、剥離したものが、チャンバ１１内に落下することを防ぐことができる。
【００３０】
なお、上記した説明では、ガス流路７１をバッキングプレート３２の上面に設ける場合を説明したが、これに限定されるものではない。バッキングプレート３２の上面のほかに、たとえば上部電極３１の上面、バッキングプレート３２の下面、熱制御プレート３３の下面にも設けることができる。また、上部電極３１の上面とバッキングプレート３２の下面の水平面上の同じ位置に同時に設けたり、バッキングプレート３２の上面と熱制御プレート３３の下面の水平面上の同じ位置に同時に設けたりすることも可能である。また、図の例では、配管５１ａ，５１ｂは、中空状柱状の配管を用いる場合を示しているが、ハニカム状の配管を用いるようにしてもよい。ハニカム状の配管を用いることで、配管５１ａ，５１ｂ内で副生成物が剥離した場合でも、剥離する量を中空柱状の場合に比して少なくすることができるので、チャンバ１１内の汚染を低減することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態では、上部電極構成部３０を構成する上部電極３１の上面、バッキングプレート３２の下面もしくは上面、または熱制御プレート３３の下面で、水平面内で異なる位置に形成される配管５１ａ，５１ｂ間を結ぶ微細溝７２を有するガス流路７１を設けた。これによって、反応副生成物を含むガスが微細溝７２を通過する際に、冷却され微細溝７２の壁面に反応副生成物が付着し、トラップすることができる。その結果、マノメータ５５の直前の配管５１ｂにデポジショントラップを設けることなく、チャンバ１１上部にマノメータ５５を設置することができるという効果を有する。
【００３２】
また、ガス流路７１にトラップされた反応副生成物は、定期的な上部電極構成部３０のメンテナンスで洗浄によって除去され、再利用することができる。また、上部電極構成部３０を組み立てた後は、マノメータ５５を取り外すなどの処理が不要なため、マノメータ５５の調整を行うことなく、そのままプラズマ処理を行なうことができる。このように、本実施形態によれば、反応副生成物を除去することができるとともに、反応副生成物の上部電極構成部３０のガス流路７１からの除去作業も効率よく実行することができるという効果を有する。
【００３３】
さらに、チャンバ１１の上部から上部電極構成部３０の下端まで、ほぼ鉛直方向に１本の配管で接続されているのではなく、軸のずれた２つの配管５１ａ，５１ｂで構成されているので、配管５１ｂ内に付着した反応副生成物が剥離した場合に、上部電極構成部３０の上側の配管５１ｂの下側の端部でトラップされるので、チャンバ１１内に落下してチャンバ１１内を汚染することがない。また、下側の配管５１ａ内に付着した反応副生成物が剥離した場合でも、１本の直線状の配管で構成される場合に比して、配管５１ａ内に付着する反応生成物の量が少ないので、チャンバ１１内の汚染量を低減させることができるという効果も有する。
【００３４】
なお、上記した説明では、プラズマ処理装置１０としてＲＩＥ装置を例に挙げて説明したが、アッシング装置、ＣＤＥ（Chemical  Dry  Etching）装置などの処理装置全般や半導体製造装置全般に、上記した実施形態を適用することができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…プラズマ処理装置、１１…チャンバ、１２…チャンバの上面、１３…排気口、２１…基板保持部、２２…絶縁部材、２３…支持部材、２５…給電線、２６…ブロッキングコンデンサ、２７…整合器、２８…高周波電源、３０…上部電極構成部、３１…上部電極、３２…バッキングプレート、３３…熱制御プレート、３４…リング部材、５１，５１ａ，５１ｂ…配管、５５…マノメータ、７１…ガス流路、７２…微細溝、７３…流路構成壁部材。
【図１】
2013201207.tif 000003
【図２】
2013201207.tif 000004
【図３】
2013201207.tif 000005