(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の容器内に、被処理物が保持されるカソード電極と、前記カソード電極と対向するアノード電極とが設けられたプラズマ処理装置において、
前記容器に固定された保持部材と、
前記保持部材の前記アノード電極との対向面側に取り付けられ、絶縁層に覆われ、高電圧電源から電位を供給することによって得られる静電気力によって前記アノード電極を吸着保持する静電チャック電極と、
前記アノード電極と前記静電チャック電極間に形成された略一様な間隙に伝熱用ガスを供給する伝熱用ガス供給手段と、
前記保持部材に取り付けられ、前記アノード電極の周辺部を補助的に保持するリング状のクランプと、
前記クランプと前記保持部材との間、及び前記クランプと前記アノード電極との間に設けられたシール手段と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記保持部材に設置され、前記アノード電極を直接的若しくは間接的に加熱する加熱手段を備え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】
前記保持部材に設置され、前記アノード電極の温度を直接的若しくは間接的に測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段による測定温度に基づいて前記加熱手段を制御する温度制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記保持部材の内部若しくは上方に誘導結合プラズマ励起用のアンテナが設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記保持部材若しくは前記アノード電極の所定位置に、前記アンテナから供給されるＲＦ電界を部分的にシールドするＲＦシールド手段が設置されていることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記保持部材に、高周波ＲＦ電源に接続され、絶縁層に覆われたＲＦカップリング電極が取り付けられ、前記ＲＦカップリング電極から前記アノード電極に対して間接的にＲＦ電力が供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記静電チャック電極が、前記ＲＦカップリング電極として兼用されていることを特徴とする請求項６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，所定の容器内に，少なくとも被処理物が保持されるカソード電極と，該カソード電極に対向するアノード電極とが設けられたプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エッチング等のプラズマ処理に用いられるプラズマ処理装置としては，従来から，いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置が広く使用されている。この平行平板型のプラズマ処理装置では，例えば特開平７−３０７３３４号公報に記載されているように，処理容器内に，カソード電極とアノード電極とが所定の空間（プラズマ処理空間）を隔てて対向して設置される。上記カソード電極は，処理容器下部に設置され，その上面には被処理物が載置される。また，上記アノード電極は，上記処理容器の天板部分の内面側に固定される。
ここで，上記アノード電極の上記処理容器への固定方法としては，例えば上記公報にも記載されているように，上記アノード電極の周辺部分を複数のボルトにて固定する方法が一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記のようにアノード電極をボルトにて処理容器に固定すると，アノード電極に流入するプラズマの熱はその大部分が上記アノード電極の周辺部分から外部に放出されることになるため，アノード電極の中央部と周辺部で温度差が生じ，プラズマ処理性能が不均一となったり，或いは熱応力によってアノードが破損してしまうといった問題点があった。また，ボルト毎の締め付け力が均等でなければ，アノード電極の温度分布に一層の不均一性をもたらし，上記問題点は更に大きくなる。また，近年では，例えば半導体デバイス製造産業において処理されるＳｉウェハのように被処理物の大型化が進んでおり，それに伴うアノード電極の大型化によって上記問題点はより深刻化している。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，アノード電極の温度分布を均一化することにより，プラズマ処理室内におけるプラズマ処理性能を均一化すると共に，アノード電極内部における熱応力の発生を抑制することが可能なプラズマ処理装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明は，所定の容器内に，被処理物が保持されるカソード電極と，該カソード電極に対向するアノード電極とが設けられたプラズマ処理装置において，上記容器に固定される保持部材に，電源に接続され，絶縁層に覆われた静電チャック電極が取り付けられ，上記アノード電極が，上記静電チャック電極に電位を供給することによって得られる静電気力によって上記保持部材に吸着保持されてなることを特徴とするプラズマ処理装置として構成されている。
これにより，アノード電極に締め付け力や伝熱量の不均一による温度差が生じることがなく，アノード電極の温度差によるプラズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損などを防止できる。
また，更に上記保持部材と上記アノード電極との対向面間に略一様な間隙を形成し，該間隙に伝熱用ガスを供給するようにすれば，アノード電極全面の伝熱効率の均一性が更に高まり，それによってアノード電極の温度の均一性も更に高まり，ひいてはプラズマ処理の均一性の更なる向上が期待できる。
尚，この時，上記間隙の周辺部をシールするシール手段を設ければ，伝熱ガスがプラズマ処理空間に漏れ出してプラズマ処理に悪影響を及ぼす不具合を防止できる。
また，上記保持部材に，上記アノード電極の周辺部を補助的に保持するクランプを取り付ければ，上記アノード電極の保持は更に確実なものとなる。
上記クランプを設置する場合には，上記間隙をシールするシール部材は，例えば上記クランプと上記保持部材との間，及び上記クランプと上記アノード電極との間に設けることが考えられる。
【０００５】
また，上記保持部材に，上記アノード電極を直接的若しくは間接的に加熱する加熱手段を設置すれば，アノード電極の温度分布を能動的に制御することが可能となり，より確実にアノード電極の温度分布の均一化を図ることができる。
このとき，上記保持部材に，上記アノード電極の温度を直接的若しくは間接的に測定する温度測定手段を設置し，温度制御手段により，上記温度測定手段による測定温度に基づいて上記加熱手段を制御するようにすれば，アノード電極へのプラズマ流入熱の時間的変動に追従させ，アノード電極の温度分布を常に均一に保つことが可能である。
【０００６】
更に，上記保持部材の内部若しくは上方に，誘導結合プラズマ励起用のアンテナを設置し，有アノード型ＩＣＰ装置とすることも可能である。
このとき，上記保持部材若しくは上記アノード電極の所定位置に，上記アンテナから供給されるＲＦ電界を部分的にシールドするＲＦシールド手段を設置すれば，各アンテナのＲＦ電界の及ぶ範囲をそれぞれ制限することができ，プラズマ密度の空間的分布の制御性を向上させることが可能である。
また，アノード電極にＲＦ電力を供給する場合には，上記保持部材に，高周波ＲＦ電源に接続され，絶縁層に覆われたＲＦカップリング電極を取付け，上記ＲＦカップリング電極から上記アノード電極に対して間接的にＲＦ電力を供給するように構成することもできる。これにより，アノード電極に接点を設ける必要がないため，接点部分における局部加熱を防止でき，プラズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損といった不具合を防止できる。
また，その場合，上記静電チャック電極を上記ＲＦカップリング電極として兼用すれば，装置構成及び製作工程を簡略化することができ，コスト低減や信頼性向上が期待できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して，本発明の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置Ｚ１の概略構成を示す縦断面模式図，図２は図１におけるアノード電極１の周辺部の拡大図，図３は静電チャック電極を単極構造とした場合の模式図，図４は静電チャック電極を双極構造とした場合の模式図，図５，図６は伝熱ガス充填用間隙８をシールするシール材１７の取付け例，図７はヒータ１８及び測温素子１９の配置例，図８は本発明を有アノード型ＩＣＰに応用したプラズマ処理装置Ｚ２の概略構成を示す縦断面模式図，図９はＲＦカップリング電極２２の配置例，図１０は静電チャック電極６を上記ＲＦカップリング電極２２として兼用した場合の構成例，図１１は上記プラズマ処理装置Ｚ２における静電チャック電極６或いはＲＦカップリング電極２２の構成例，図１２は上記プラズマ処理装置Ｚ２におけるヒータ１８′の構成例，図１３，図１４はＲＦシールドリング２４の配置例である。
【０００８】
本実施の形態に係るプラズマ処理装置Ｚ１は，図１（全体概略図）及び図２（アノード電極近傍の拡大図）に示すような概略構成を有する。
上記プラズマ処理装置Ｚ１の導電性のチャンバ５（所定の容器に相当）内には，カソード電極２とアノード電極１とが対向するように配置されている。上記カソード電極２の上面には，被処理物Ｗが載置される。
また，上記チャンバ５の上部には，天板としてのチャック保持ブロック３（保持部材の一例）が固定されており，上記アノード電極１は，上記チャック保持ブロック３に固定されたリング状のクランプ４によりその周辺部において保持されている。
上記チャック保持ブロック３の内部には，冷媒が流される冷媒溝９，プロセスガスが流されるプロセスガスチャネル１０，伝熱用ガスが流される伝熱用ガスチャネル１１が，例えば同心円状にそれぞれ１又は複数形成されている。上記プロセスガスチャネル１０は，連通路１３を介して上記アノード電極１に形成された複数のプロセスガス供給口１２と接続されており，上記プロセスガス供給口１２から，区分毎にガス種，流量等が調節されたプロセスガスがプラズマ処理空間１５に供給される。
【０００９】
また，図２に示すように，上記チャック保持ブロック３の下面側（上記アノード電極１との対向面側）には，絶縁層７で覆われた静電チャック電極６が埋設されており，高電圧供給線１６を介して高電圧電源に接続されている。上記静電チャック電極６に高電圧を印加することにより，上記アノード電極１と上記静電チャック電極６とは静電気力によって互いに引き合い，これによって上記アノード電極１は上記チャック保持ブロック３の下面に吸着保持される。このように，本プラズマ処理装置Ｚ１では，上記アノード電極１をその全面に略均等に作用する静電気力によって上記チャック保持ブロック３に固定するため，アノード電極に締め付け力や伝熱量の不均一による温度差が生じることがなく，アノード電極の温度差によるプラズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損などを防止できる。
ここで，上記静電チャック電極６の配置方法としては，図３に示すようにアノード電極１に対して１つの静電チャック電極６を対応させる単極構造と，図４に示すようにアノード電極１に対して２つの静電チャック電極６ａ，６ｂを対応させ，双方に正負の高電圧を与えるようにした双極構造とが考えられる。図３に示す単極構造の場合には，アノード電極１の吸着にはプラズマ着火（カソード電極２への高電圧供給）が必要となるが，図４に示す双極構造の場合にはアノード電極１の吸着にプラズマ着火は不要である。
【００１０】
また，図２に示すように，上記チャック保持ブロック３の下面と上記アノード電極１との対向面間には，略一様な伝熱ガス充填用間隙８が形成されており，上記チャック保持ブロック３の伝熱用ガスチャネル１１から連通路１４を介して伝熱用ガスが供給されるようになっている。上記伝熱ガス充填用間隙８に伝熱ガスを供給することにより，アノード電極１全面の伝熱効率の均一性が更に高まり，それによってアノード電極の温度の均一性が更に高まり，ひいてはプラズマ処理の均一性の更なる向上が期待できる。
ここで，上記伝熱ガス充填用間隙８内の伝熱ガスがプラズマ処理空間１５に漏れ出すと，プラズマ処理に悪影響を及ぼす場合があるため，上記伝熱ガス充填用間隙８と上記プラズマ処理空間１５との間にシール手段を施すことが望ましい。例えば，図５に示すように，クランプ４とチャック保持ブロック３との間，及びクランプ４とアノード電極１との間にシール１７を施せば，アノード電極１の周辺部からの伝熱ガスの漏洩を防止できる。更に，図６に示すように，プロセスガス供給用の連通路１３の周りにもシール１７を施すことで，上記連通路１３からの伝熱ガスの漏洩も防止できる。尚，伝熱ガスがプロセスガスの少なくとも１種と同種の場合には，上記シールは必ずしも必要ない。
【００１１】
以上説明したように，本実施の形態に係るプラズマ処理装置Ｚ１では，チャンバ５の天板としてのチャック保持ブロック３の下面側に絶縁層７で覆われた静電チャック電極６が埋設されており，これに高電圧を印加することにより，静電気力によりアノード電極１を上記チャック保持ブロック３の下面に吸着保持するように構成されているため，アノード電極に締め付け力や伝熱量の不均一による温度差が生じることがなく，アノード電極の温度差によるプラズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損などを防止できる。
更に，上記チャック保持ブロック３の下面と上記アノード電極１との対向面間に略一様な伝熱ガス充填用間隙８が形成され，ここに伝熱用ガスが供給されるように構成されているため，アノード電極１全面の伝熱効率の均一性が更に高まり，それによってアノード電極の温度の均一性も更に高まり，ひいてはプラズマ処理の均一性の更なる向上が期待できる。
また，上記アノード電極１は，クランプ４によってその周辺部が補助的に保持されているため，チャック保持ブロック３からの脱落を確実に防止できる。
【００１２】
【実施例】
上記実施の形態に係るプラズマ処理装置Ｚ１において，例えば図７に示すように，チャック保持ブロック３に１又は複数のヒータ１８（加熱手段の一例）を埋設し，温度制御を行うように構成すれば，アノード電極１の温度分布を能動的に制御することが可能となり，より確実にアノード電極１の温度分布の均一化を図ることができる。尚，アノード電極の制御応答速度をなるべく速くするため，上記ヒータ１８はアノード電極１に近い位置（例えば静電チャック電極６の絶縁層７内）に設置することが望ましい。更には，チャック保持ブロック３に光透過ロッドを埋め込み，上記光透過ロッドを介して赤外線等をアノード電極１に照射するように構成し，これを上記ヒータとして用いれば，アノード電極１を直接加熱することができるため，アノード電極の温度制御の応答性が更に向上する。
また，上記チャック保持ブロック３内（例えば静電チャック電極６の絶縁層７内）に測温素子１９（温度測定手段の一例）を挿入し，該測温素子１９による測定温度に基づいて，図示しない温度コントローラにて上記ヒータ１８を制御することで，アノード電極１へのプラズマ流入熱の時間的変動に追従させ，アノード電極１の温度分布を常に均一に保つことが可能である。
尚，上記測温素子１９としては，アノード電極１の温度を直接測定できるような素子を用いることが望ましい。例えば，アノード電極１の裏面に光ファイバーの一端を配置し，他の一端を放射温度計に接続すればよい。これにより，より精度よくアノード電極の温度を制御できる。
更に，上記伝熱ガス充填用間隙８内のガス圧を制御する図示しない伝熱ガス圧コントローラを設置し，上記温度コントローラによるヒータ１９の制御と連動させて伝熱ガスの圧力を変化させるようにすることで，アノード電極１の温度制御を更に効率よく行うことが可能となる。例えば，プラズマ発生時間帯では伝熱ガス充填用間隙８内のガス圧を伝熱に必要となる所定の値に設定してプラズマからアノード電極１への流熱を極力チャック保持ブロック３に逃がすようにし，プラズマ消滅時間帯（ウェハＷを交換している時間帯）は上記ガス圧を極力低くしてアノード電極１の熱量がなるべくチャック保持ブロック３に伝熱しないように制御することが考えられる。
【００１３】
また，図８のプラズマ処理装置Ｚ２に示すように，チャック保持ブロック３内に複数の誘導結合プラズマ励起用アンテナ２１を設置することで，有アノード型ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)とすることも可能である。
またこのとき，アノード電極１にＲＦ電力を供給する場合には，アノード電極１に直接ＲＦ電力を接続すると，その接点部分での抵抗が大きくなって局部加熱が生じ，プラズマ処理性能が不均一となったり，或いは熱応力によってアノードが破損してしまうといった問題が新たに発生してしまう。そこで，図９に示すように，例えばチャック保持ブロック３の絶縁層７内にＲＦカップリング電極２２を埋設し，静電容量性カップリングによりアノード電極１とＲＦカップリング電極２２とを高周波回路的に連通させるように構成すれば，上記のような問題は生じない。
更に，図１０に示すように，静電チャック電極６を上記ＲＦカップリング電極２２として兼用すれば，装置構成及び製作工程を簡略化することができ，コスト低減や信頼性向上が期待できる。
【００１４】
また，周知の如く，ＩＣＰ装置においては，アンテナとプラズマとの間に導電性部材を配置する場合には，該導電性部材の形状は渦電流発生を阻止しうるものとする必要がある。有アノード型ＩＣＰである上記プラズマ処理装置Ｚ２では，静電チャック電極６やＲＦカップリング電極２２に例えば図１１に示すようなスリット２３を設けることで，渦電流発生を阻止しうる構成とすることが可能である。
更に，上記プラズマ処理装置Ｚ２にヒータを設置する場合には，当然ながらヒータ線とアンテナとの相互インダクタンスを極力小さくすることが望ましい。具体的には，例えば図１２に示すように，ヒータ１８′のＩＮ側線とＯＵＴ側線とをペアにして絶縁層７内に平面的に埋め込み，上記ＩＮ側線とＯＵＴ側線との間隔は所定の絶縁性を確保できる程度で極力狭くすればよい。
【００１５】
また，上記プラズマ処理装置Ｚ２のようにＩＣＰ装置で複数のアンテナを用いる場合には，プラズマ処理室内において各アンテナから供給されるＲＦ電界の及ぶ範囲をそれぞれ制限すれば，プラズマ密度の空間的分布の制御性を向上させることが可能である。
各アンテナから供給されるＲＦ電界の及ぶ範囲を制限する具体的な方法としては，例えば図１３，図１４に示すように，ＲＦシールドリング２４（ＲＦシールド手段の一例）を絶縁層７，或いはアノード電極１に配置することが考えられる。ＲＦシールドリング２４を図のように配置することにより，各アンテナ２１によるプラズマ発生領域は，各アンテナの直下近傍に制限される。これにより，被処理物であるウェハ直上のどこかにプラズマ密度の高い領域が局所的に発生したとすれば，その近傍のアンテナのみ，ＲＦ電力を調整すればよい。一方，上記ＲＦシールドリング２４を配置しなければ，プラズマ密度の高い領域が局所的に発生したとしても，比較的遠いアンテナからの寄与分を考慮して全てのアンテナに流れる電流を調整せざるを得ず，制御が複雑となってしまう。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明は，所定の容器内に，被処理物が保持されるカソード電極と，該カソード電極に対向するアノード電極とが設けられたプラズマ処理装置において，上記容器に固定される保持部材に，電源に接続され，絶縁層に覆われた静電チャック電極が取り付けられ，上記アノード電極が，上記静電チャック電極に電位を供給することによって得られる静電気力によって上記保持部材に吸着保持されてなることを特徴とするプラズマ処理装置として構成されているため，アノード電極に締め付け力や伝熱量の不均一による温度差が生じることがなく，アノード電極の温度差によるプラズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損などを防止できる。
また，更に上記保持部材と上記アノード電極との対向面間に略一様な間隙を形成し，該間隙に伝熱用ガスを供給するようにすれば，アノード電極全面の伝熱効率の均一性が更に高まり，それによってアノード電極の温度の均一性も更に高まり，ひいてはプラズマ処理の均一性の更なる向上が期待できる。
尚，この時，上記間隙の周辺部をシールするシール手段を設ければ，伝熱ガスがプラズマ処理空間に漏れ出してプラズマ処理に悪影響を及ぼす不具合を防止できる。
また，上記保持部材に，上記アノード電極の周辺部を補助的に保持するクランプを取り付ければ，上記アノード電極の保持は更に確実なものとなる。
【００１７】
また，上記保持部材に，上記アノード電極を直接的若しくは間接的に加熱する加熱手段を設置すれば，アノード電極の温度分布を能動的に制御することが可能となり，より確実にアノード電極の温度分布の均一化を図ることができる。
このとき，上記保持部材に，上記アノード電極の温度を直接的若しくは間接的に測定する温度測定手段を設置し，温度制御手段により，上記温度測定手段による測定温度に基づいて上記加熱手段を制御するようにすれば，アノード電極へのプラズマ流入熱の時間的変動に追従させ，アノード電極の温度分布を常に均一に保つことが可能である。
【００１８】
更に，上記保持部材の内部若しくは上方に，誘導結合プラズマ励起用のアンテナを設置し，有アノード型ＩＣＰ装置とすることも可能である。
このとき，上記保持部材若しくは上記アノード電極の所定位置に，上記アンテナから供給されるＲＦ電界を部分的にシールドするＲＦシールド手段を設置すれば，各アンテナのＲＦ電界の及ぶ範囲をそれぞれ制限することができ，プラズマ密度の空間的分布の制御性を向上させることが可能である。
また，アノード電極にＲＦ電力を供給する場合には，上記保持部材に，高周波ＲＦ電源に接続され，絶縁層に覆われたＲＦカップリング電極を取付け，上記ＲＦカップリング電極から上記アノード電極に対して間接的にＲＦ電力を供給するように構成することもできる。これにより，アノード電極に接点を設ける必要がないため，接点部分における局部加熱を防止でき，プラズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損といった不具合を防止できる。
また，その場合，上記静電チャック電極を上記ＲＦカップリング電極として兼用すれば，装置構成及び製作工程を簡略化することができ，コスト低減や信頼性向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置Ｚ１の概略構成を示す縦断面模式図。
【図２】  図１におけるアノード電極１の周辺部の拡大図。
【図３】  静電チャック電極を単極構造とした場合の模式図。
【図４】  静電チャック電極を双極構造とした場合の模式図。
【図５】  伝熱ガス充填用間隙８をシールするシール材１７の取付け例。
【図６】  上記シール材１７の他の取付け例。
【図７】  ヒータ１８及び測温素子１９の配置例。
【図８】  本発明を有アノード型ＩＣＰに応用したプラズマ処理装置Ｚ２の概略構成を示す縦断面模式図。
【図９】  ＲＦカップリング電極２２の配置例。
【図１０】  静電チャック電極６を上記ＲＦカップリング電極２２として兼用した場合の構成例。
【図１１】  上記プラズマ処理装置Ｚ２における静電チャック電極６或いはＲＦカップリング電極２２の構成例。
【図１２】  上記プラズマ処理装置Ｚ２におけるヒータ１８′の構成例。
【図１３】  ＲＦシールドリング２４の配置例。
【図１４】  ＲＦシールドリング２４のその他の配置例。
【符号の説明】
１…アノード電極
２…カソード電極
３…チャック保持ブロック（保持部材の一例）
４…クランプ
５…チャンバ（所定の容器に相当）
６…静電チャック電極
７…絶縁層
８…伝熱ガス充填用間隙
９…冷媒溝
１０…プロセスガスチャネル
１１…伝熱用ガスチャネル
１２…プロセスガス供給口
１３，１４…連通路
１５…プラズマ処理空間
１６…高電圧供給線
１７…シール
１８…ヒータ（加熱手段の一例）
１９…測温素子（温度測定手段の一例）
２１…アンテナ
２２…ＲＦカップリング電極
２３…スリット
２４…ＲＦシールドリング（ＲＦシールド手段の一例）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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