(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内にガスを供給するためのガス供給手段と、真空処理室内を排気するための排気手段と、真空処理室の誘電体からなる天板上に配設されたコイルとを備え、コイルから真空処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させ、真空処理室内の基板ステージ上に載置された基板を処理するように構成されたプラズマ処理装置において、天板内の１点を通過点として形成された１又は複数の空洞から成るガス主通路と天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布する手段を設けたプラズマ処理装置であって、天板を第１の天板と第２の天板からなる２枚構成とし、第１の天板にガス主通路とガス吹き出し穴を形成し、第２の天板にガス吹き出し穴と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴を形成し、かつ第２の天板に形成した貫通穴の口径を、第１の天板に形成したガス吹き出し穴の口径よりも大きくしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空処理室内にガスを供給しながら排気して所定の圧力に制御し、真空処理室の誘電体からなる天板上に配設されたコイルにより電磁波を放射することによって真空処理室内にプラズマを発生させ、真空処理室内の基板ステージ上に載置された基板を処理するプラズマ処理方法において、天板内の１点を通過点として形成された１又は複数の空洞から成るガス主通路及び天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布しながら処理するプラズマ処理方法であって、天板を第１の天板と第２の天板からなる２枚構成とし、第１の天板に形成されたガス主通路とガス吹き出し穴を通り、第２の天板にガス吹き出し穴と同じ位置に形成されたガス吹き出し用の貫通穴から基板にガスを分布させ、かつ第１の天板のガス主通路からガス吹き出し穴を通ったガスを、第２の天板の口径の大きい貫通穴から基板上に分布させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の電子デバイスの製造に利用されるドライエッチング等のプラズマ処理装置及び方法に関し、特に真空処理室内のガスを電磁波を用いて励起して発生させたプラズマを利用するプラズマ処理装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空処理室内のガスを電磁波を用いて励起し、発生したプラズマを利用して基板を処理するプラズマ処理装置においては、その誘電体からなる天板から基板面に向けてシャワー状に均一にガスを吹き出すように構成されている。
【０００３】
この種の従来のプラズマ処理装置の概略構成を図３に示す。図３において、真空処理室２１の上壁が誘電体から成る上側と下側の天板２２、２３にて構成され、かつ上側の天板２２上にコイル２４が配設されて高周波電源２５に接続されている。また、上側の天板２２に設けたガス導入経路２６を通してガスを導入し、上下の天板２２、２３の間に設けた溝からなるガス経路２７、及び下側の天板２３に設けたガス吹き出し穴２８を通して真空処理室２１内に均等な状態でガスが吹き出すように構成されている。
【０００４】
真空処理室２１内のガスは、コイル２４に高周波電源２５から高周波電力を印加することによって発せられた電磁波により励起され、生じたプラズマによって真空処理室２１内の基板ステージ２９上に載置された基板３０が処理される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、プラズマ処理を行う場合、真空処理室２１内の目的の場所に均一にプラズマを生じさせることで基板上の薄膜を均一に加工することができるが、そのように均一にプラズマを生成させる手段としてプロセスガスを基板面に均一になるように供給することが有効であるとされている。
【０００６】
しかし、従来のガスの吹き出し方法では、上側と下側の天板２２、２３が完全に密着していなければ両者の間に隙間が生じ、上下の天板２２、２３間に設けた溝からなるガス経路２７以外の部分にもプロセスガスが流入し、そのためにプロセスガスを基板面に対して均一に供給することが難しいという問題を引き起こしていた。
【０００７】
また、上下の天板２２、２３間に導入したガスにより、下側の天板２３は常にガス圧を受けることになり、従って下側の天板２３にはそのガス圧に耐えることのできる素材を選定することが要求される。天板２３の選定に際しては、真空処理室２１内に発生させるプラズマに対して耐プラズマ性のある素材を選定しなければならず、そのために素材によってはガス圧に耐え得るための強度を持たせるために天板２３の板厚を大きくしなければならない。しかしながら、天板２３の板厚を大とした場合、コイル２４から発せられる電磁波が板厚に比例して弱められ、真空処理室２１内に発生するプラズマ密度が下がるという問題があった。
【０００８】
さらに、プラズマ処理を行う場合、処理中に生じる副生成物等が天板に付着し、その付着物が成長とともに天板２３より落下して基板３０表面を汚染するのを防止する目的で、処理中に天板２３を加熱し、副生成物の付着を防止することが有効とされている。
【０００９】
しかし、下側の天板２３に真空処理室２１内に発生させるプラズマに対して耐プラズマ性のある素材を用いても、上下の天板２２、２３間にガスを分布させる構造のため、下側の天板２３はプラズマに励起される前のプロセスガスにも直接曝されることになり、そのために下側の天板２３の素材がプロセスガスに対する耐蝕性に劣っていれば、下側の天板２３はプロセスガスによって浸食され、天板２３を加熱することで浸食はさらに加速されるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基板面へのガスの吹き出しを均一化できるとともに天板にかかる負荷を抑制できて、均一に高密度なプラズマを生成させることができ、またプラズマに励起される前のプロセスガスに天板が曝されるのを抑制できるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【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、真空処理室内にガスを供給するためのガス供給手段と、真空処理室内を排気するための排気手段と、真空処理室の誘電体からなる天板上に配設されたコイルとを備え、コイルから真空処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させ、真空処理室内の基板ステージ上に載置された基板を処理するように構成されたプラズマ処理装置において、天板内の１点を通過点として形成された１又は複数の空洞から成るガス主通路と天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布する手段を設けたプラズマ処理装置であって、天板を第１の天板と第２の天板からなる２枚構成とし、第１の天板にガス主通路とガス吹き出し穴を形成し、第２の天板にガス吹き出し穴と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴を形成し、かつ第２の天板に形成した貫通穴の口径を、第１の天板に形成したガス吹き出し穴の口径よりも大きくしたことを特徴とする。本発明によればガス圧にて天板の板面間に隙間を生じてガス分布が不均一になるというようなことがなく、またガス圧による負荷が天板に加わることもなく、負荷に耐えるように板厚を大きくする必要もないので、基板上へのガス分布を均等にして真空処理室内の目的の場所に均一にかつ高密度のプラズマを生じさせることができる。
【００１２】
また、天板を第１の天板と第２の天板からなる２枚構成とし、第１の天板にガス主通路とガス吹き出し穴を形成し、第２の天板にガス吹き出し穴と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴を形成しているので、天板を２枚構成としても第２の天板にガス圧が作用するのを防止でき、第２の天板の板厚を薄くできてプラズマ密度を高くできるとともに、両天板間がプラズマに励起される前のプロセスガスに曝されるのを抑制でき、第２の天板は耐プラズマ性のある素材の選定を重要視すればよく、最適な素材を選定することができる。
【００１３】
さらに、第２の天板に形成した貫通穴の口径を、第１の天板に形成したガス吹き出し穴の口径よりも大きくしているので、第２の天板にガス圧が作用するのをさらに確実に防止できる。
【００１４】
また、本発明のプラズマ処理方法は、真空処理室内にガスを供給しながら排気して所定の圧力に制御し、真空処理室の誘電体からなる天板上に配設されたコイルにより電磁波を放射することによって真空処理室内にプラズマを発生させ、真空処理室内の基板ステージ上に載置された基板を処理するプラズマ処理方法において、天板内の１点を通過点として形成された１又は複数の空洞から成るガス主通路及び天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布しながら処理するプラズマ処理方法であって、天板を第１の天板と第２の天板からなる２枚構成とし、第１の天板に形成されたガス主通路とガス吹き出し穴を通り、第２の天板にガス吹き出し穴と同じ位置に形成されたガス吹き出し用の貫通穴から基板にガスを分布させ、かつ第１の天板のガス主通路からガス吹き出し穴を通ったガスを、第２の天板の口径の大きい貫通穴から基板上に分布させることを特徴とする。本発明によれば上記プラズマ処理装置の上記作用効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理装置及び方法の一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００１７】
図１において、真空処理室１の上壁が誘電体から成る上側と下側の第１と第２の天板２、３にて構成され、かつ第１の天板２上に多重のコイル４が配設されて高周波電源５に接続されている。また、ガス導入経路６から第１の天板２に向けてプロセスガスを供給するように構成されている。第１の天板２には、ガス導入経路６に連通するように、内部の１点を通過点とする１又は複数の空洞から成るガス主通路７が形成され、かつこのガス主通路７に天板２の底面から到達するようにガス吹き出し穴８が形成されている。第２の天板３にはガス吹き出し穴８と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴９が形成されている。
【００１８】
ガス主通路７を構成する空洞の断面形状は円形であっても、多角形であってもよく、その断面積は３〜２０ｍｍ2 程度とすればよく、ガス吹き出し穴８は例えば直径０．５〜２ｍｍ程度とすればよい。また、貫通穴９はガス吹き出し穴８より大口径とされている。
【００１９】
真空処理室１は排気経路１０にて排気可能に構成され、真空処理室１内の下部には基板ステージ１１が配設され、その上に被処理物である基板１２を保持するように構成されている。
【００２０】
以上の構成において、基板１２の処理時には、基板ステージ１１上に基板１２を載置し、排気経路１０から真空排気する。真空排気後は、ガス導入経路６からプラズマ処理に必要なプロセスガスを導入する。プロセスガスは、第１の天板２に設けたガス主経路７を通って第１の天板２内で均等に拡がり、ガス吹き出し穴８を通って第１及び第２の天板２、３間の境界面に一様に到達し、第２の天板３に設けたガス吹き出し用の貫通穴９を通って基板１２上に均一に分布される。
【００２１】
ここで、第２の天板３の貫通穴９は、第１の天板２のガス吹き出し穴８と同じ位置に配置され、かつガス吹き出し穴８より大口径であることにより、プロセスガスの導入あるいはＮ2 ガス等の不活性ガスによる大気開放の際に、ガス吹き出し穴８から吹き出したガスが貫通穴９から容易に通過するため、第１及び第２の天板２、３間にガスが拡散することがない。これにより、第２の天板３にはガス圧による負荷が発生することはなく、負荷に耐えるように第２の天板３の板厚を厚くする必要はなく、コイル４から真空処理室１内に伝播される電磁波が弱められる程度を抑制できる。
【００２２】
こうして、真空処理室１内へのプロセスガスを導入した後、コイル４に高周波電源５から高周波電力を印加することにより、真空処理室１内のガスがコイル４から真空処理室１内に発せられた電磁波により励起され、天板２、３の下部で生じたプラズマによって真空処理室１内の基板ステージ１１上に載置された基板１２が処理される。
【００２３】
また、本実施形態によれば、第１及び第２の天板２、３間にガスが拡散することがない構造のため、第２の天板３はプラズマに励起される前のプロセスガスに曝されることが抑制される。これにより、第２の天板３がプロセスガスに浸食されることが相当量抑制できるため、第２の天板３の素材として、耐プラズマ性のある最適な素材の選定を重要視すれば良くなる。
【００２４】
また、第２の天板３に設けられる貫通穴９の口径は、真空処理室１内でプラズマ処理中に第２の天板３が温度上昇する場合には、第２の天板３の最高到達温度に応じて、第１の天板２の素材と第２の天板３の素材の線膨張係数の差を考慮して算出されている。これにより、常温であっても、最高到達温度であっても、常に第１の天板２のガス吹き出し穴８から吹き出したプロセスガスは第２の天板３の貫通穴９を容易に通過できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置及び方法によれば、以上のように天板内の１点を通過点として天板内に形成された１又は複数の空洞から成るガス主通路と天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布するように構成したので、ガス圧にて天板の板面間に隙間が生じてガス分布が不均一になるというようなことがなく、またガス圧による負荷が天板に加わることもなく、負荷に耐えるように板厚を大きくする必要もないので、基板上へのガス分布を均等にして真空処理室内の目的の場所に均一にかつ高密度のプラズマを生じさせることができる。
【００２７】
また、天板を第１の天板と第２の天板からなる２枚構成とし、第１の天板にガス主通路とガス吹き出し穴を形成し、第２の天板にガス吹き出し穴と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴を形成したので、天板を２枚構成としても第２の天板にガス圧が作用するのを防止でき、第２の天板の板厚を薄くできてプラズマ密度を高くできるとともに、両天板間がプラズマに励起される前のプロセスガスに曝されるのを抑制でき、第２の天板は耐プラズマ性のある素材の選定を重要視すればよく、最適な素材を選定することができる。
【００２８】
さらに、第２の天板に形成した貫通穴の口径を、第１の天板に形成したガス吹き出し穴の口径よりも大きくしたので、第２の天板にガス圧が作用するのをさらに確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】同実施形態の天板におけるガス主通路、ガス吹き出し穴及び貫通穴の配設状態の模式平面図である。
【図３】従来例のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  真空処理室
２  第１の天板
３  第２の天板
４  コイル
６  ガス導入経路
７  ガス主通路
８  ガス吹き出し穴
９  貫通穴
１０  排気経路
１１  基板ステージ
１２  基板
【図１】
0003935642.tif 000002
【図２】
0003935642.tif 000003
【図３】
0003935642.tif 000004