(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を気密に閉塞可能とされ、被処理基板にプラズマを作用させて所定の処理を施すための真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に設けられ、前記被処理基板を載置するよう構成された下部電極と、前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、
前記真空チャンバ内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記下部電極に所定の第１の周波数の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、
前記下部電極に前記第１の周波数より低い第２の周波数の高周波電力を供給する第２の高周波電源と、
前記第１の高周波電源から前記下部電極に供給される高周波電力のインピーダンスマッチングを行う第１の整合器を有し、前記下部電極の中央部から当該下部電極に前記第１の周波数の高周波電力を給電するよう構成された第１の給電手段と、
前記第１の整合器と別体に構成され、前記第２の高周波電源から前記下部電極に供給される高周波電力のインピーダンスマッチングを行う第２の整合器を有し、前記下部電極の外周部から当該下部電極に前記第２の周波数の高周波電力を給電するよう構成された第２の給電手段とを具備し、
前記下部電極は、板状に形成された絶縁体板上に支持され、当該絶縁体板と接地電位とされた前記真空チャンバの底部との間に空隙が形成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】
請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記第１の整合器が、前記空隙部分に設けら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又は２項記載のプラズマ処理装置において、
前記第１の整合器が、単一の円筒形の給電棒、あるいは単一の導体であって外側に接地導体を有さない給電棒を介して、前記下部電極に電気的に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、
前記第１の周波数が、１３．５６〜１５０ＭＨｚであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、
前記第２の周波数が、０．５〜１３．５６ＭＨｚであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、
前記下部電極と前記真空チャンバの底部との間のキャパシタンスが５０ｐＦ以下とされていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ処理装置において、
前記キャパシタンスは、前記絶縁体板と前記空隙のキャパシタンスであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、
前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とするプラズマ処理装置。
【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、特に半導体ウエハやＬＣＤ用のガラス基板等の被処理基板に、エッチングや成膜等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の製造分野においては、処理室内にプラズマを発生させ、このプラズマを処理室内に配置した被処理基板、例えば半導体ウエハやＬＣＤ用のガラス基板等に作用させて、所定の処理、例えば、エッチング、成膜等を行うプラズマ処理装置が用いられている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置では、内部を気密に閉塞可能とされた真空チャンバ内において、被処理基板にプラズマを作用させて所定の処理を施すようになっているが、例えば、所謂平行平板型のプラズマ処理装置では、この真空チャンバ内に、上部電極と下部電極が、平行に対向するように設けられており、下部電極上に被処理基板を載置し、上部電極と下部電極との間に高周波電力を供給して処理ガスのプラズマを生起し、被処理基板にこのプラズマを作用させて所定の処理を施すように構成されている。
【０００４】
また、近年においては、プラズマ密度と、被処理基板に作用するイオンのエネルギーを別個に制御するため、図５に示すように、下部電極１００に、第１の高周波電源１０１から周波数の高い高周波電力を供給するとともに、第２の高周波電源１０２からこれより周波数の低い高周波電力を供給し、周波数の異なる２種類の高周波電力を重畳して下部電極１００に供給するように構成されたプラズマ処理装置も開発されている。
【０００５】
すなわち、このようなプラズマ処理装置では、周波数の高い高周波電力を供給することによってプラズマ密度を高め、周波数の低い高周波電力を供給することによって、プラズマ中のイオンを被処理基板に引き込む際のイオンのエネルギーを低く抑えるようにしている。
【０００６】
なお、図５に示すように、下部電極１００の周囲には、石英等からなるフォーカスリング１０３が設けられており、下部電極１００の下部には、真空チャンバ底部１０４と電気的に絶縁するためのインシュレータ板（絶縁体板）１０５が設けられている。また、下部電極１００の下方には、複数（通常３又は４本）のリフターピン１０６等によって、被処理基板であるウエハ等を下部電極１００上に持ち上げるためのウエハリフト機構１０７、下部電極１００に冷却のための冷却溶媒を供給するための配管系、ウエハの裏面と下部電極１００との間に熱伝達のためのガス、例えばＨｅガスを供給するための配管系、温度センサや静電チャックのための電気系のケーブル等１０８が設けられている。
【０００７】
一方、インピーダンスマッチングをとるための整合器１１０は、第１の高周波電源１０１からの周波数の高い高周波電力に対するインピーダンスマッチングをとるためのＨＦ整合部１１１と、第２の高周波電源１０２からの周波数の低い高周波電力に対するインピーダンスマッチングをとるためのＬＦ整合部１１２、及びＬＰＦ（ローパスフィルタ）１１３等から構成されるため、その外形が大型となっている。
【０００８】
その結果、整合器１１０を下部電極１００近傍に配置することが困難となるため、整合器１１０と下部電極１００との間は、同軸構造とされ、長さが数十ｃｍ（例えば５０ｃｍ程度）とされた給電棒１２０によって電気的に接続され、２つの周波数の高周波電力が重畳された高周波電力を下部電極１００に供給するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来のプラズマ処理装置では、整合器が真空チャンバーの外部に設けられ、整合器と下部電極との間は、長さが例えば５０ｃｍ程度とされた給電棒によって電気的に接続されている。
【００１０】
しかしながら、近年においては、前述した高周波電力として、周波数が、数十ＭＨｚから１００数十ＭＨｚと、従来に比べて高い周波数のものが使用されるようになりつつある。
【００１１】
このため、前述した従来のプラズマ処理装置においては、給電棒におけるＬ  （インダクタンス）や、Ｃ（キャパシタンス）成分によって、電力ロスが大きくなり発熱や高電圧がかかるという問題や、整合器における整合の際に市販の整合素子（真空可変コンデンサ等）では必要とされる小さなＣ（キャパシタンス）を得ることができず整合をとることが困難になるという問題がある。
【００１２】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、高い周波数の高周波電力を使用した場合でも、電力ロスが増大することを抑制することができ、また、特殊な整合素子を用いることなく容易に整合をとることのできるプラズマ処理装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載の発明は、内部を気密に閉塞可能とされ、被処理基板にプラズマを作用させて所定の処理を施すための真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、前記被処理基板を載置するよう構成された下部電極と、前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、前記真空チャンバ内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記下部電極に所定の第１の周波数の高周波電力を供給する第１の高周波電源と、前記下部電極に前記第１の周波数より低い第２の周波数の高周波電力を供給する第２の高周波電源と、前記第１の高周波電源から前記下部電極に供給される高周波電力のインピーダンスマッチングを行う第１の整合器を有し、前記下部電極の中央部から当該下部電極に前記第１の周波数の高周波電力を給電するよう構成された第１の給電手段と、前記第１の整合器と別体に構成され、前記第２の高周波電源から前記下部電極に供給される高周波電力のインピーダンスマッチングを行う第２の整合器を有し、前記下部電極の外周部から当該下部電極に前記第２の周波数の高周波電力を給電するよう構成された第２の給電手段とを具備し、前記下部電極は、板状に形成された絶縁体板上に支持され、当該絶縁体板と接地電位とされた前記真空チャンバの底部との間に空隙が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記第１の整合器が、前記空隙部分に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２項記載のプラズマ処理装置において、前記第１の整合器が、単一の円筒形の給電棒、あるいは単一の導体であって外側に接地導体を有さない給電棒を介して、前記下部電極に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１〜３いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記第１の周波数が、１３．５６〜１５０ＭＨｚであることを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１〜４いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記第２の周波数が、０．５〜１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記下部電極と前記真空チャンバの底部との間のキャパシタンスが５０ｐＦ以下とされていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記キャパシタンスは、前記絶縁体板と前記空隙のキャパシタンスであることを特徴とする。
請求項８の発明は、 請求項１〜７いずれか一項記載のプラズマ処理装置において、前記被処理基板にプラズマを作用させてエッチング処理を施すことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明を、ウエハのエッチングを行うプラズマエッチング装置に適用した実施の形態の概略構成を模式的に示すものであり、同図において、符号１は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、円筒状のプラズマ処理室を構成する真空チャンバを示している。
【００２３】
上記真空チャンバ１の内部には、被処理基板としてのウエハ（半導体ウエハ）Ｗを、被処理面を上側に向けて略水平に支持する下部電極２が設けられており、この下部電極２と平行に対向するように、真空チャンバ１内の天井部には、上部電極３が設けられている。
【００２４】
この上部電極３には、多数の透孔３ａが形成され、所謂シャワーヘッドが構成されている。そして、処理ガス供給源４から供給された所定の処理ガスを、これらの透孔３ａから、下部電極２上に設けられたウエハＷに向けて均一に送出できるように構成されている。
【００２５】
一方、真空チャンバ１の底部には、下部電極２の周囲に位置するように排気口５が設けられており、この排気口５は、真空ポンプ等からなる排気装置６に接続されている。
【００２６】
また、下部電極２周囲の載置面より下側の部分には、下部電極２の周縁部と真空チャンバ１の内壁部との間に介在するように、環状の板状部材からなる排気リング（邪魔板）７が設けられており、この排気リング７には、多数の透孔７ａが設けられている。
【００２７】
そして、この排気リング７を介して、排気口５から排気装置６によって排気を行うことにより、下部電極２の周囲から均一に排気が行われ、真空チャンバ１内に均一な処理ガスの流れが形成されるように構成されている。
【００２８】
また、下部電極２の上面には、ウエハＷを静電的に吸着保持するための静電チャック８が設けられている。この静電チャック８は、絶縁体８ａの間に電極８ｂを配置して構成されており、電極８ｂには、直流高圧電源（ＨＶ）９が接続されている。そして、直流高圧電源９から電極８ｂに直流電圧を印加することにより、クーロン力によって、ウエハＷを下部電極２上に吸着保持するように構成されている。
【００２９】
また、下部電極２には、冷媒を循環するための冷媒流路１０と、冷媒からの冷熱を効率よくウエハＷに伝達するためにウエハＷの裏面にＨｅガスを供給するガス導入機構１１とが設けられ、ウエハＷを所望の温度に温度制御できるようになっている。これらの冷媒流路１０及びガス導入機構１１に冷媒及びＨｅガスを外部から供給するための配管等は、下部電極２の外周部分に位置するように設けられている。
【００３０】
さらに、下部電極２の下側には、材質が例えば、アルミナ等の絶縁物からなる絶縁体板１２が設けられており、この絶縁体板１２を介して真空チャンバ１の底部に支持されている。なお、真空チャンバ１は接地電位とされている。
【００３１】
そして、絶縁体板１２の下部と、真空チャンバ１の底部との間には、間隙１３が形成されており、この間隙１３内に位置するように、下部電極２の中央部分には、ＨＦ整合器１４が設けられている。
【００３２】
このＨＦ整合器１４は、その電気的な出力側の端部が下部電極２の中央部に電気的に接続されており、一方、入力側には、第１の高周波電源１５が接続されている。そして、第１の高周波電源１５からの高周波電力（周波数が１３．５６〜１５０ＭＨｚ、例えば１００ＭＨｚ）をＨＦ整合器１４を介して、下部電極２の中央部に供給可能なように、第１の給電手段が構成されている。
【００３３】
なお、ＨＦ整合器１４の出力側の端部には、給電回路に直列に介挿され、インピーダンスマッチングをとるための可変コンデンサＣ2 が設けられており、本実施の形態においては、このコンデンサＣ2 は、真空可変コンデンサから構成されている。そして、このコンデンサＣ2 が非同軸構造の給電棒１９によって、下部電極２に電気的に接続されている。ここで、非同軸構造の給電棒とは、図１に示されるように、単一の円筒形の給電棒、あるいは円筒形以外の形状の単一の導電体からなり、外側に接地導体を有さないものを言う。また、本実施の形態において、同軸構造の給電棒を用いる必要がないのは、給電経路が短いため、接地されているチャンバ壁が、同軸構造の給電棒の外側接地導体として機能し、十分に遮蔽効果が得られるためである。また、この場合においても、その遮蔽効率をより高めるべく、同軸構造の給電棒を用いてもよい。
【００３４】
また、下部電極２の外周部の下側には、前述した第１の高周波電源１５からの高周波をカットするためのＬＰＦ（ローパスフィルタ）１６が設けられており、このＬＰＦ１６、ＬＦ整合器１７を介して、第２の高周波電源１８が、下部電極２の外周部に電気的に接続されている。そして、第２の高周波電源１８からの高周波電力（周波数が０．５〜１３．５６ＭＨｚ、例えば３．２ＭＨｚ）をＬＦ整合器１７、ＬＰＦ１６を介して、下部電極２の外周部に供給可能なように第２の給電手段が構成されている。なお、ＬＰＦ１６と、ＬＦ整合器１７との間の電気的な接続は、同軸管または同軸ケーブルによって行う。
【００３５】
なお、図１には図示を省略したが、図２に示すように、下部電極２には、複数本（本実施の形態では３本）のリフターピン２０が、下部電極２を貫通するように設けられており、図示しないウエハリフト機構によりこれらのリフターピン２０を上下動させ、ウエハＷの搬入、搬出時に、ウエハＷをこれらのリフターピン２０によって、下部電極２の上方に支持するよう構成されている。
【００３６】
また、図２に示すＨＦは、下部電極２に対する前述した整合器１４の接続部位、つまり第１の周波数の高周波電力の給電部を示し、ＬＦは、下部電極２に対する前述したＬＰＦ１６の接続部位、つまり第２の周波数の高周波電力の給電部を示しており、Ｐは、前述した冷媒流路１０及びガス導入機構１１に冷媒及びＨｅガスを外部から供給するための配管等が設けられた部位を示している。
【００３７】
以上のように、本実施の形態においては、ＨＦ整合器１４とＬＦ整合器１７とが別体に構成されており、これらを一体に構成した場合より、夫々の整合器が小型化されている。
【００３８】
そして、この小型化されたＨＦ整合器１４を下部電極２の下側中央部に配置して、同軸構造の給電棒を介することなく、ＨＦ整合器１４を下部電極２に電気的に接続する構成とされているので、同軸構造の給電棒を使用することによって生じるＬ（インダクタンス）成分やＣ（キャパシタンス）成分を排除することができ、第１の高周波電源１５から、例えば６０ＭＨｚ以上の周波数の高い高周波電力を供給しても、電力ロスが発生することを抑制することができ、また、ＨＦ整合器１４のコンデンサＣ2 等に必要とされるＣ（キャパシタンス）の値が極端に小さくなることも抑制することができる。したがって、コンデンサＣ2 等に市販の真空可変コンデンサ等の整合素子を用いることができる。
【００３９】
また、第１の高周波電源１５からの周波数の高い（波長の短い）高周波電力を、下部電極２の中央部から供給するようになっているので、定在波の影響等によって、下部電極上のウエハＷに対する処理が不均一になることを防止することができる。
【００４０】
なお、第２の高周波電源１８からの高周波電力は、下部電極２の外周部から供給されるようになっているが、第２の高周波電源１８からの高周波電力は、第１の高周波電源１５からの高周波電力に比べて周波数が低い（波長が長い）ので、かかる構成を採用しても、定在波等の影響は無視することができる。また、第２の高周波電源１８からの高周波電力の供給部については、図３に示すように、ＬＦの給電部分から、例えば環状に構成された導体（例えばアルミニウム等）２１を介して下部電極２に接続する構成とすることで、かかる高周波電力を同心状に下部電極２に供給することができ、より定在波の影響を抑制してより詳細なプラズマ制御を行えるようにすることもできる。
【００４１】
また、本実施の形態においては、前述したとおり、下部電極２の下側にアルミナ等の絶縁物からなる絶縁体板１２が設けられており、絶縁体板１２の下部と、真空チャンバ１の底部との間には、間隙１３が形成されている。ここで、上記構成において、下部電極２と真空チャンバ１の底部（接地電位）との間には、絶縁体板１２と間隙１３とを挟んでＣ（キャパシタンス）が形成されるが、上記のように本実施の形態においては、間隙１３が形成されているので、このＣ（キャパシタンス）の成分を小さくすることができる。
【００４２】
図４は、縦軸をトータルキャパシタンス（ｐＦ）、横軸を厚さ（ｍｍ）として、上記の下部電極２の下側の絶縁部分の厚さ（下部電極２下面と真空チャンバ１の底面との間の距離）を変更した場合のトータルキャパシタンスの変化を示している。
【００４３】
同図において、四角形の印で示す「全体の厚み変更」とは、下部電極２の下側にアルミナ板と石英板を配置した場合で、これらの厚みを同じ割合で変更した場合を示している。また、円形の印で示す「アルミナを挟む」とは、上記のアルミナ板と石英板を配置した構成の下側にアルミナ板を挟み、このアルミナ板の厚みを変更した場合を示している。さらに、三角形の印で示す「石英を挟む」とは、上記のアルミナを挟む代わりに石英を挟み、この石英の厚みを変更した場合を示しており、黒塗りの逆三角形の印で示す「空間を挟む」とは、上記のアルミナを挟む代わりに空間を設け、この空間の厚みを変更した場合を示している。
【００４４】
さらにまた、白抜きの逆三角形の印で示す「石英部も空間にして空間を挟む」とは、上記のアルミナ板の下側に配置した石英板も空間として、さらにその下側の空間の厚みを変化させた場合を示している。
【００４５】
同図に示すように、アルミナ板や石英板を配置した場合に比べて、空間を設けることによって、同じ厚さにおけるトータルキャパシタンスを小さくすることができる。
【００４６】
なお、下部電極２全体のキャパシタンスは、５０ｐＦ以下程度とすることが好ましく、本実施の形態では、上記のように間隙１３を形成することによって、下部電極２全体のキャパシタンスが約３５ｐＦとされている。
【００４７】
以上のとおり、本実施の形態では、下部電極２全体のＣ（キャパシタンス）成分も減少させることができ、第１の高周波電源１５から、例えば１００ＭＨｚ以上の周波数の高い高周波電力を供給しても、電力ロスが発生することを抑制することができる。
【００４８】
次に、このように構成されたプラズマエッチング装置におけるプラズマエッチング処理について説明する。
【００４９】
まず、図示しないゲートバルブを開放し、このゲートバルブに隣接して配置された図示しないロードロック室を介して、自動搬送機構の搬送アーム等によりウエハＷが真空チャンバ１内に搬入され、下部電極２上に載置されて、静電チャック８により吸着保持される。ウエハＷ載置後、搬送アームを真空チャンバ１外へ退避させ、ゲートバルブが閉じられる。
【００５０】
しかる後、排気機構６により、真空チャンバ１内が排気されるとともに、上部電極３の透孔３ａを介して、処理ガス供給源４から、所定の処理ガス、例えば、Ｃ4 Ｆ6 ＋Ａｒ＋Ｏ2 （流量例えば４５／７５０／３０ｓｃｃｍ）が、真空チャンバ１内に導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば５．３２Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）に保持される。
【００５１】
そして、この状態で、第１の高周波電源１５から、前述した第１の給電手段を介して、周波数が１３．５６〜１５０ＭＨｚ程度、例えば８０ＭＨｚの高周波電力が下部電極２の中央部に供給され、これとともに、第２の高周波電源１８から、前述した第１の給電手段を介して、周波数が０．５〜１３．４５ＭＨｚ、例えば３．２ＭＨｚの高周波電力が下部電極２の外周部に供給され、真空チャンバ１内に供給された処理ガスがプラズマ化されるとともに、このプラズマ中のイオンが下部電極２上のウエハＷに引き込まれ、ウエハＷ上の所定の膜がエッチングされる。
【００５２】
上記のようにして、所望の膜厚のエッチング処理が行われると、第１の高周波電源１５、第２の高周波電源１８からの高周波電力の供給及び処理ガス供給源４からの処理ガスの供給が停止され、エッチング処理が停止されて、上述した手順とは逆の手順で、ウエハＷが真空チャンバ１外に搬出される。
【００５３】
なお、上記の実施の形態においては、本発明をウエハＷのエッチングを行うエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明はかかる場合に限定されるものではない。例えば、ウエハＷ以外の基板を処理するものであっても良く、エッチング以外のプラズマ処理、例えばＣＶＤ等の成膜処理装置にも適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、高い周波数の高周波電力を使用した場合でも、電力ロスが増大することを抑制することができ、また、特殊な整合素子を用いることなく容易に整合をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態の概略構成を模式的に示す図。
【図２】図１のプラズマ処理装置の要部構成を模式的に示す図。
【図３】図１のプラズマ処理装置の要部構成の変形例を模式的に示す図。
【図４】下部電極の下側の絶縁部分の材質及び厚さとトータルキャパシタンスの関係を示す図。
【図５】従来のプラズマ処理装置の概略構成を模式的に示す図。
【符号の説明】
Ｗ……ウエハ、１……真空チャンバ、２……下部電極、３……上部電極、４……処理ガス供給源、５……排気口、６……排気装置、７……排気リング、８……静電チャック、９……直流高圧電源、１０……冷媒流路、１１……ガス導入機構、１２……絶縁体板、１３……空隙、１４……ＨＦ整合器、１５……第１の高周波電源、１６……ＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１７……ＬＦ整合器、１８……第２の高周波電源。
【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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