(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内にガスを供給しながら排気し、所定の圧力に制御しながら、真空処理室の誘電体から成る天板上にコイル状に形成された電極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装置において、天板を２枚構成として第一の天板と第二の天板の間にガス経路を設け、このガス経路は、第一の天板に形成した天板の一点を通過点とする１又は複数本の直線状の溝及びこれに交叉するように形成した前記通過点を中心点としかつ第一の天板の外周に向かうほど周方向の長さが長い同心円状の複数本の円弧状の溝にて構成し、基板ステージ側に配置された第二の天板の前記円弧状の溝に対向する位置にガス吹き出し穴を形成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空処理室の排気時に、同時に天板のガス経路も排気できる排気通路を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
真空処理室の大気開放時に、天板のガス経路からのガス導入と同時に真空処理室に設けたガス導入経路からのガス導入を行えるガス導入経路を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
第二の天板に係合して位置決めするとともに前記第二の天板に真空処理室内側から係合するフランジ部を有する位置決めピンを設け、さらに前記位置決めピンにボルトを介して取手の両端を固定したことを特徴とする請求項１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、半導体デバイス等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を行うプラズマ処理装置に関し、特に電磁波を用いて処理室内のガスを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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、その誘電体から成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】
この種のプラズマ処理装置の従来構成を図５に示す。図５において、上側の天板１０の内部に設けたガス導入口４を通してガスを導入し、上下の天板１０、１２の間に設けた空間１４にガスを一旦ため込む。この空間１４にたまったガスが下側の天板１２に設けたガス吹き出し穴１１を通って処理室１３内に均等な分布状態で吹き出すように構成されている。処理室１３のガスは、天板１０上に配設されたコイル１から発せられた電磁波によって励起され、生じたプラズマによって処理室１３内の基板ステージ８上に載置された基板９が処理される。
【０００４】
【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、処理室内の目的の場所のみ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。しかし、上記従来のガスの吹き出し方式では、天板に設けた空間１４内にたまっているガスが電磁波により励起されて、意図しない場所である空間１４にプラズマが発生する恐れがあるという問題があった。
【０００５】
また、天板に設けた空間１４にたまっているガスにより、下側の天板１２は常にそのガス圧を受けることになり、従って下側の天板１２にはそのガス圧に耐えることのできる素材あるいは板厚を選定することが要求されるという問題があった。
【０００６】
そこで、上記問題を解決するために上下の天板の空間をできるだけ小さくする目的で、その空間をガス経路となる溝のみとすることが考えられるが、上側の天板に設けた溝及び下側の天板に設けたガス吹き出し穴の位置合わせのために両天板には相当の加工精度が要求され、加工及び組み付けコストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基板面上へのガスの吹き出し分布を均一化できるとともに天板内での異常放電を抑制できかつ天板にかかる負荷を抑制でき、しかも天板の加工が容易となるプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【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しながら排気し、所定の圧力に制御しながら、真空処理室の誘電体から成る天板上にコイル状に形成された電極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装置において、天板を２枚構成として第一の天板と第二の天板の間にガス経路を設け、このガス経路は、第一の天板に形成した天板の一点を通過点とする１又は複数本の直線状の溝及びこれに交叉するように形成した前記通過点を中心点としかつ第一の天板の外周に向かうほど周方向の長さが長い同心円状の複数本の円弧状の溝にて構成し、基板ステージ側に配置された第二の天板の前記円弧状の溝に対向する位置にガス吹き出し穴を形成したものであり、ガス吹き出し穴から基板面上に均一分布でガスを供給しつつ基板を処理することができ、かつ第一および第二の天板の間にガスをため込むための空間を設けた構造でないのでその空間に意図しない放電が生じる恐れがなく、処理室内の目的の場所のみに均一にプラズマを生じさせることができるとともに第二の天板にかかるガス圧も抑制でき、かつガス経路の円弧状の溝とガス吹き出し穴の位置合わせには角度方向に対してマージンが見込めることによって寸法公差を大きくできて天板の加工が容易にできる。
【０００９】
また、真空処理室の排気時に、同時に天板のガス経路も排気できる排気通路を設けると、排気途中で第一および第二の天板間に残留するガスによって発生する真空処理室内部との一時的な差圧の増大による第二の天板への負荷を発生させずに排気することができる。
【００１０】
また、真空処理室の大気開放時に、天板のガス経路からのガス導入と同時に真空処理室に設けたガス導入経路からのガス導入を行えるガス導入経路を設けると、大気開放途中で第一および第二の天板間に導入するガスによって生じる真空処理室との一時的な差圧の増大による第二の天板への負荷を発生させずに大気開放することができる。
【００１３】
また、第二の天板に係合して位置決めするとともに前記第二の天板に真空処理室内側から係合するフランジ部を有する位置決めピンを設け、さらに前記位置決めピンにボルトを介して取手の両端を固定すると、フランジ部が第二の天板のメンテナンス等の際に治具の役割を果たし、作業性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１５】
図１において、真空処理室１３内の基板ステージ８上に基板９を載置し、排気経路５から真空処理室１３を真空排気する。排気の際、誘電体からなる上下１対の天板、すなわち第一の天板１０および第二の天板１２のうち下側の天板１２に相当の剛性、例えば大気圧に耐えうる剛性があれば、真空排気は真空処理室１３の排気経路５からのみで良い。剛性不足であれば、真空処理室１３の排気経路５及び天板からの排気経路７を併用して真空排気を行う。これにより、排気途中で、上下の天板１０、１２間に残留するガスによって発生する真空処理室１３内部との一時的な差圧の増大による下側の天板１２への負荷を発生させずに排気することができ、下側の天板１２を破損することはない。
【００１６】
なお、下側の天板１２の相当の剛性として、例えば大気圧に耐えうる剛性と記したが、真空処理室１３の排気経路５からのみの排気によって下側の天板１２に生じる負荷に十分に耐えうるほどの剛性があれば、下側の天板１２に大気圧に耐えうる剛性がなくても、天板からの排気経路７を併用する必要はない。さらに、天板からの排気経路７を併用する場合でも、上下の天板１０、１２間に残留するガスが十分に排気され、残留ガスの圧力が下側の天板１２を破損させるほどの圧力でなくなった時点で、真空処理室１３の排気経路５からのみの排気とすればよい。
【００１７】
真空排気後は、天板へのガス導入経路４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、上側の天板１０に設けたガス経路２としての溝を通って上下の天板１０、１２間に広がり、下側の天板１２に設けられたガス吹き出し穴１１を通って真空処理室１３内の基板９上に均一に分布される。
【００１８】
なお、図２に示すように、上側の天板１０に設けたガス経路２を構成する溝は、天板上の一点を通過点とする１本又は複数本の直線状の溝２ａ、及びこれと交叉するように配設された上記通過点を中心とする同心状の円弧状の溝２ｂにて構成されている。これらの溝２ａ、２ｂの幅は、例えば１ｍｍ〜５ｍｍ程度とすればよく、深さは例えば０．２ｍｍ〜３ｍｍとすればよい。また、下側の天板１２に設けたガス吹き出し穴１１は例えば直径０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度とすればよい。
【００１９】
また、一般に上下の天板１０、１２間のガス経路２及びガス吹き出し穴１１の位置合わせに要求される精度のうち、角度方向の加工に対しては中心からの距離が大きくなるほど位置ずれが大きくなり易く、溝からなるガス経路２と穴１１が一致しないという可能性がある。例えば、ガス経路２と穴１１の角度ずれが０．１°あるとすれば円弧半径が５０ｍｍの場合の位置ずれは０．０９ｍｍであるのに対し、円弧半径が２００ｍｍの場合は０．３５ｍｍとなり、ガス吹き出し穴１１の直径を０．５ｍｍとした場合、ガス経路２と穴１１がほとんど一致しない場合が生じることになる。これに対して、本実施形態ではガス経路２の溝２ｂを円弧状の溝にて構成しているので、角度方向に対してマージンが見込めるようになるため、寸法公差が大きくなり、天板１０を容易に加工することができる。
【００２０】
真空処理室１３にプロセスガスを導入した後、多重のコイル１に電源１１６から高周波電力を印加すると、誘電体からなる天板１０、１２の下部でプラズマが発生し、基板９が処理される。なお、下側の天板１２はこの際に発生するプラズマに応じて、耐プラズマ性のある最適な素材を選定すればよい。
【００２１】
下側の天板１２は真空処理室１３に嵌合配置され、その外周部の２箇所に、図１及び図３、図４に示すように、フランジ部１５ａを有する位置決めピン１５が係合されている。真空処理室１３に設置した下側の天板１２の嵌合凹部にはこの位置決めピン１５のフランジ部１５ａを嵌入係合可能な係合凹部１８が形成されている。そして、下側の天板１２はプラズマ処理中に常にプラズマに晒されるため、天板の劣化あるいは天板への堆積物の付着により、定期的なメンテナンスが必要となるが、このメンテナンスの際には、図３、図４に示すように、位置決めピン１５に取手１６の両端を固定ボルト１７にて固定してこの取手１６を引き出すことにより下側の天板１２を真空処理室１３の天井壁から容易に取り外すことができ、フランジ部１５ａが治具の役割を果して作業性が向上する。
【００２２】
真空処理室１３を大気開放する際は、誘電体からなる天板のうち下側の天板１２に相当の剛性、例えば大気圧に耐えうる剛性があれば、ガス導入は天板へのガス導入経路４からのみでよい。剛性不足であれば、ガス導入は天板へのガス導入経路４及び真空処理室１３へのガス導入経路６を併用して大気開放を行えば、大気開放の途中で上下の天板１０、１２間に導入されたガスによって発生する真空処理室１３内部との一時的な差圧の増大による下側の天板１２への負荷を発生させずに大気開放することができ、下側の天板１２を破損することはない。
【００２３】
なお、下側の天板１２の相当の剛性として、例えば大気圧に耐えうる剛性と記したが、天板へのガス導入経路４からのみのガス導入によって下側の天板１２に生じる負荷に十分に耐えうる程の剛性があれば、下側の天板１２に大気圧に耐えうる剛性がなくても、真空処理室１３へのガス導入経路６を併用する必要はない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置によれば、以上のように誘電体からなる天板を２枚構成として、第一の天板に天板上の１点を通過点とする１又は複数の直線状の溝及びこれと交叉する上記通過点を中心としかつ第一の天板の外周に向かうほど周方向の長さが長い同心円状の複数本の円弧状の溝にて構成し、基板ステージ側に配置された第二の天板の前記円弧状の溝に対向する位置にガス吹き出し穴を形成したので、基板面上へのガス分布を均一にして処理室内の目的の場所のみに均一にプラズマを生じさせることができ、かつ上下の天板の間にガスをため込む空間が無くなって異常放電の恐れを無くすことができるとともに第二の天板にかかるガス圧を抑制することができ、またガス経路の円弧状の溝に対してガス吹き出し穴を位置合わせするようにしているため、加工時の寸法公差を大きくできて天板の加工が容易となるという効果を発揮する。
【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図である。
【図２】同実施形態における誘電体天板の平面図である。
【図３】同実施形態における第二の天板の着脱時の状態を示す構成図である。
【図４】同実施形態における第二の天板の着脱時の状態を示す分解斜視図である。
【図５】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】
２  ガス経路
４  天板へのガス導入経路
５  真空処理室からの排気経路
６  真空処理室へのガス導入経路
７  天板からの排気経路
８  基板ステージ
９  基板
１０  上側の天板（第一の天板）
１１  ガス吹き出し穴
１２  下側の天板（第二の天板）
１３  真空処理室
１５  位置決めピン
１５ａ  フランジ部
【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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