JP2004356531A

JP2004356531A - Plasma processing device

Info

Publication number: JP2004356531A
Application number: JP2003154844A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Hayashi; 大輔林; Kazuya Nagaseki; 一也永関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP4280555B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To completely prevent electric charge particles of plasma generated in a processing chamber from entering into a gas introduction part. <P>SOLUTION: In a plasma processing device, a processing gas introduced from a gas introduction port of an upper electrode (shower head) 138 arranged in a processing chamber 110 is made plasmatic and a semiconductor wafer W arranged in the processing chamber is subjected to a plasma processing. An embedded member 200 is mounted to a gas vent 156a of a gas introduction part in an exchangeable manner so as to prevent the electric charge particles in the plasma generated in the processing chamber from penetrating into the gas introduction part. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，プラズマ処理装置にかかり，さらに詳しくは，処理室内で発生したプラズマの荷電粒子がガス導入部内に入り込むことを防止できるプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置としては，例えば処理室内にガス導入部から処理ガスを導入し，この処理ガスをプラズマ化することにより，処理室内の被処理体例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」と称する）の被処理面にプラズマ処理例えばエッチングを施すものが知られている。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置では，ガス導入部は，処理室内に処理ガスを供給するガス導入孔を多数備えるシャワーヘッドとして構成される。プラズマ処理装置として例えば平行平板型プラズマ処理装置では，処理室内に下部電極が配設され，この下部電極上に被処理体が載置される。ガス導入部は処理室の天井部に下部電極に対向して上部電極を兼ねるシャワーヘッドとして配設される。
【０００４】
上記ガス導入部は，多数のガス導入孔を有する下面の電極板と，この電極板を支持する電極支持体とを備える。電極支持体の内部には，電極板の上方にガス導入配管に連通する空間としてバッファ室が設けられ，バッファ室は電極板のガス導入孔に連通している。ガス導入管から導入されたガスは，一旦バッファ室に供給され，バッファ室から電極板のガス導入孔を介して処理室内へ導入される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２７５０９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，このようなプラズマ処理装置においては，処理室内で発生した処理ガスのプラズマ中の電子やイオンなどの荷電粒子がガス導入部のガス導入孔を通ってバッファ室へ侵入することがある。このようにガス導入部（シャワーヘッド）へプラズマ中の荷電粒子が侵入すると，ガス導入部内のバッファ室でグロー放電が発生し，反応生成物がガス導入部内で付着したり，ガス導入部内が侵食されたりするという問題があった。
【０００７】
このような問題に対して，例えば特許文献１に示すようにガス導入手段のガス吹出孔に中心軸から偏心した孔を有するネジを取付け，ガス吹出孔の開口端から他方の開口端を見通せない構造にして，プラズマ中の電子やイオンがガス導入手段へ侵入することを防止するものもある。このような技術は，ガス導入手段へプラズマ中の荷電粒子が侵入するのは，電極板の厚み（ガス導入孔の高さ）がプラズマ中の荷電粒子の平均自由工程と同程度であるからであるとの考えに基づき，荷電粒子の平均自由工程による侵入を抑えるようにしたものである。
【０００８】
ところが，実際には，ガス導入手段へプラズマ中の荷電粒子が侵入するのは，プラズマ中の荷電粒子の平均自由工程による場合だけではなく，他にも要因がある。例えばガス導入部のバッファ室の上壁を構成する電極支持体の電位（グランドの電位）がバッファ室の下壁を構成する電極板の電位（グランドの電位）よりも低くなってしまう場合もある。このような場合には，プラズマ中の荷電粒子は，電極板のガス導入孔から電極支持体へ向けてバッファ室内へ侵入し易くなる。
また，ガス導入部内は通常は無電界であるが，ガス導入孔が空いていると，ガス導入孔の端部で等電位線が歪んでガス導入孔へ入り込むため，その部分へ電子などのエネルギーが集中し，ガス導入孔へ侵入し易くなる。
【０００９】
従って，特許文献１に示すようにガス導入手段のガス吹出孔に中心軸から偏心した孔を有するネジを取付けるだけでは，プラズマ中の荷電粒子がガス導入手段へ侵入することを防止するには不十分である。例えば，電子などの荷電粒子が高周波電力により振動する場合には，等電位線に垂直に振動するので，等電位線がガス導入孔の端部に入り込んでゆがむと，荷電粒子の振動方向も傾斜するため，中心軸から偏心した孔を有するネジを取付けるだけでは，荷電粒子を完全には防止できない。
【００１０】
さらに，上述したようなプラズマ中の荷電粒子のガス導入部内への侵入は，ガス導入孔の径，ガス種，プラズマ密度など様々な条件が重なったときに発生する可能性が高くなる。このため，所定の条件に応じてガス導入孔のガス通路を変えることができれば，プラズマ中の荷電粒子がガス導入部へ侵入することをより効果的に防止することができるものと考えられる。
【００１１】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，処理室内で発生したプラズマの荷電粒子がガス導入部内に入り込むことを完全に防止することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の観点によれば，処理室内に配設されたガス導入部のガス導入孔から導入した処理ガスをプラズマ化して，前記処理室内に配設された被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって，前記ガス導入部のガス導入孔に，前記処理室内で発生したプラズマ中の荷電粒子がガス導入部内へ侵入することを防止する埋込部材を交換可能に装着したことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１３】
また，前記埋込部材は，ガス導入孔の入口側と出口側とを連通するガス通路を有し，このガス通路は，前記ガス導入孔の中心軸方向を規制し，前記中心軸方向に対して垂直又は傾斜する方向の通路を有するものであってもよい。
【００１４】
また，前記埋込部材は，前記ガス導入孔の中心軸方向を常に規制しながら，ガス導入孔の入口側と出口側とを連通するガス通路，例えば螺旋状のガス通路が形成されるものであってもよい。このガス通路の断面は，ガス導入孔の中心軸方向の厚みがこの中心軸方向に対して垂直方向の幅（溝の深さ）よりも小さい形状をなすものでもよい。
【００１５】
また，前記プラズマ処理に使用するガス種に応じて異なる材質の前記埋込部材を使用するようにしてもよい。また，前記処理室内に発生させるプラズマの密度に応じて前記ガス通路の形状が異なる前記埋込部材を使用するようにしてもよい。
【００１６】
このような本発明にかかるプラズマ処理装置によれば，たとえプラズマ中の電子などの荷電粒子がガス導入孔から入り込んだとしても，荷電粒子はガス導入孔の中心軸方向が規制されるので，埋込部材の上端に至るまでに埋込部材の内壁等に衝突してエネルギーが消失する。特に，ガス導入孔の端部で等電位線が歪んで電子などの荷電粒子の振動方向が傾斜してガス導入孔から入り込んだとしても，荷電粒子のガス通路によって中心軸方向の動きが規制される。これにより，プラズマ中の荷電粒子がガス導入部内に侵入することを確実に防止できる。従って，ガス導入部内にエネルギーが投入されることはなくなり，ガス導入部内でグロー放電が発生することを確実に防止できる。
【００１７】
また，本発明にかかる埋込部材は交換可能であるため，ガス種やプラズマ密度など様々な条件に応じて最適な埋込部材をガス導入部に装着することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
先ず，本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成を図１を参照しながら説明する。図１は，本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。プラズマ処理装置１００は，ＲＩＥ型のプラズマエッチング装置として構成されており，例えばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属で構成された円筒型の処理室（チャンバ）１１０を備える。処理室１１０は保安設置されている。
【００２０】
処理室１１０内には，被処理体例えば半導体ウエハ（以下，単にウエハと称する。）を載置する円板状の下部電極（サセプタ）１１２が配設されている。この下部電極１１２は，例えばアルミニウムからなり，絶縁性の筒状保持部１１４を介して処理室１１０の底部から垂直な上方向に延出する筒状支持部１１６に支持されている。筒状保持部１１４の上面には，下部電極１１２の上面を環状に囲む例えば石英からなるフォーカスリング１１８が配設されている。
【００２１】
処理室１１０の側壁と筒状支持部１１６との間には，排気路１２０が形成されている。この排気路１２０の入口又は途中には，環状のバッフル板１２２が取付けられており，底部には排気口１２４が設けられている。この排気口１２４には排気管１２６を介して排気装置１２８が接続されている。排気装置１２８は，図示しない真空ポンプを備え，処理室１１０内の処理空間を所定の真空度まで減圧することができる。処理室１１０の側壁には，ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１３０が取付けられている。
【００２２】
下部電極１１２には，プラズマ生成及びＲＩＥ用の高周波電源１３２が整合器１３４及び給電棒１３６を介して電気的に接続されている。この高周波電源１３２は，所定の高周波数例えば６０ＭＨｚの高周波電力を下部電極１１２に印加する。また，処理室１１０の天井部には，下部電極１１２と対向する位置に，処理ガスを供給し，上部電極を兼ねる後述のシャワーヘッド（以下，「上部電極」と称する。）１３８が設けられている。上部電極１３８はグランドの電位になっている。従って，高周波電源１３２からの高周波電圧は下部電極１１２と上部電極１３８との間に容量的に印加される。
【００２３】
下部電極１１２の上面には，ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック１４０が設けられている。この静電チャック１４０は，導電膜からなる電極１４０ａを一対の絶縁膜１４０ｂ，１４０ｃの間に挟み込んで構成される。電極１４０ａには直流電源１４２がスイッチ１４３を介して電気的に接続されている。直流電源１４２からの直流電圧により，クーロン力でウエハＷを静電チャック１４０上に吸着保持することができる。
【００２４】
下部電極１１２の内部には，例えば円周方向に延在する冷媒室１４４が設けられている。この冷媒室１４４には，チラーユニット１４６より配管１４８，１５０を介して所定温度の冷媒例えば冷却水が循環供給される。この冷媒の温度によって下部電極１１２上のウエハＷの温度を制御できる。さらに，伝熱ガス供給部１５２から伝熱ガス例えばＨｅガスが，ガス供給ライン１５４を介して静電チャック１４０の上面とウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２５】
上部電極（シャワーヘッド）１３８は，図２にも示すように，多数のガス通気孔１５６ａを有する下面の電極板１５６と，この電極板１５６を着脱可能に支持する電極支持体１５８と，電極板１５６上に設けられこの電極板１５６のガス通気孔１５６ａに連通するガス連通孔１５７ａを有する中間部材１５７とを有する。本発明におけるガス導入部のガス導入孔は，例えば上記ガス通気孔１５６ａとガス連通孔１５７ａとにより構成される。電極支持体１５８の内部には，バッファ室１６０が設けられ，このバッファ室１６０のガス導入口１６０ａには，処理ガス供給部１６２からのガス導入配管１６４が接続されている。
【００２６】
処理室１１０は，ダイポールリング磁石１６６によって包囲されている。本実施形態におけるダイポールリング磁石１６６は，上下に間隔を開けて配設された一対の環状又は同心状の磁石から構成される。ダイポールリング磁石１６６はそれぞれ複数の異方性セグメント柱状磁石がリング状の磁性体からなるケーシング内に収納されて配置され，処理室１１０内で全体として一方向に向かう一様な水平磁界を形成する。処理室１１０内に処理ガスが導入されると，処理室１１０内の上部電極１３８と下部電極１１２との間の空間には，高周波電源１３２による鉛直方向のＲＦ電界とダイポールリング磁石１６６による水平磁界とでマグネトロン放電が生成され，下部電極１１２の表面近傍には，高密度のプラズマが生成される。
【００２７】
プラズマ処理装置には，装置内の各部を制御する制御部１６８が設けられている。この制御部１６８は，例えば排気装置１２８，高周波電源１３２，静電チャック用のスイッチ１４３，チラーユニット１４６，伝熱ガス供給部１５２，処理ガス供給部１６２などの動作を制御する。制御部１６８は，例えば図示しない工場内のホストコンピュータに接続し，ホストコンピュータから制御できるようにしてもよい。
【００２８】
このようなプラズマ処理装置１００により例えばエッチング処理を行う場合には，先ずゲートバルブ１３０を開状態にして被処理体としてのウエハＷを処理室１１０内に搬入して，下部電極１１２上に載置する。このとき，直流電源１４２により直流電圧を静電チャック１４０の電極１４０ａに印加して，ウエハＷを下部電極１１２上に静電吸着させる。そして，処理ガス供給部１６２よりＮＨ_３などの所定の処理ガスを所定の流量及び流量比で処理室１１０内に導入し，排気装置１２８により処理室１１０内の圧力を所定の設定値にする。さらに，高周波電源１３２により所定の周波数の高周波電力を所定のパワーで下部電極１１２に印加する。こうして，処理室１１０内に上部電極１３８から供給された処理ガスは，両電極間１１２，１３８で高周波放電によってプラズマ化し，このプラズマで生成されるラジカルやイオンによってウエハＷの処理面がエッチングされる。
【００２９】
下部電極１１２には，従来よりも高い周波数例えば周波数領域が５０ＭＨｚ以上の高周波を印加することにより，プラズマをより好ましい解離状態で高密度化し，より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
【００３０】
次に，本実施形態におけるガス導入部の１例としての上部電極（シャワーヘッド）１３８について図面を参照しながらさらに説明する。図２は，本実施形態における上部電極の構成を示す断面図であり，図３は，本実施形態における上部電極と比較する別の例である。
【００３１】
本実施形態における上部電極１３８には，図２に示すようにガス導入孔のうちの電極板１５６側におけるガス通気孔１５６ａに埋込部材２００が挿入されている。この埋込部材２００は電極板１５６から脱着自在に構成されており，ガス種，プラズマ密度など様々な条件に応じて，ガス通路の形状や材質の異なる様々な構成の埋込部材２００と交換可能である。この埋込部材２００は，処理室１１０内に発生するプラズマ中の電子やイオンなどの荷電粒子がガス通気孔１５６ａから上部電極内に侵入することを防止ためのものである。埋込部材２００には処理ガスを通すガス通路２１２が形成されている。このガス通路２１２は，処理ガスは通しても，プラズマ中の荷電粒子は侵入しないように形成されている。なお，埋込部材２００の構成の詳細は後述する。
【００３２】
ここで，上部電極１３８のガス通気孔１５６ａに埋込部材２００が挿入されていない場合には，図３に示すように，プラズマ中の荷電粒子が電極板１５６のガス通気孔１５６ａを通って，上部電極１３８内に侵入するおそれがある。荷電粒子の中でも特に高速の電子はガス導入部へ侵入し易い。このように上部電極１３８へプラズマ中の荷電粒子が侵入すると，上部電極１３８内のバッファ室１６０でグロー放電が発生し，反応生成物が上部電極１３８内で付着したり，上部電極内が侵食されたりする。
【００３３】
また，上部電極１３８へプラズマ中の荷電粒子が侵入するのは，プラズマ中の荷電粒子の平均自由工程が電極板１５６の厚み（ガス導入孔の高さ）と同程度又はそれ以上である場合の他，以下の原因も考えられる。例えば上部電極１３８のバッファ室１６０の上壁を構成する電極支持体１５８の電位（グランドの電位）がバッファ室１６０の下壁を構成する中間部材１５７と電気的に接触している電極板１５６の電位（グランドの電位）よりも低くなってしまう場合もある。このような場合には，プラズマ中の荷電粒子は，電極板１５６のガス通気孔１５６ａから電極支持体１５８へ向けてバッファ室１６０内へ侵入し易くなる。
【００３４】
また，上部電極１３８内は通常は無電界であるが，ガス導入孔（ガス通気孔１５６ａとガス連通孔１５７ａ）が空いていると，ガス導入孔の端部で等電位線が歪んでガス導入孔へ入り込むため，その部分へ電子などの荷電粒子のエネルギーが集中する。すなわち，電子などの荷電粒子が高周波電力により振動する場合には，等電位線に垂直に振動するので，等電位線がガス導入孔の端部に入り込んでゆがむと，荷電粒子の振動方向も傾斜するため，上記ガス導入孔の端部へ電子などの荷電粒子のエネルギーが集中し易くなる。これにより，電子などの荷電粒子は，ガス導入孔へ侵入し易くなる。このため，荷電粒子は，高いエネルギーを保持してバッファ室１６０へ侵入するおそれが高くなる。
【００３５】
このようなプラズマ中の荷電粒子の侵入を防止するには，前記ガス導入孔の中心軸方向を規制し，前記中心軸方向に対して垂直又は傾斜する方向の通路が形成される必要がある。しかも，垂直又は傾斜する方向の通路は長くとればとるほど，プラズマ中の荷電粒子の侵入を防止する効果が大きい。これは，垂直又は傾斜する方向の通路が長いほど垂直方向のプラズマ中の荷電粒子がガス通路を形成する壁などに衝突し易くなるので，プラズマ中の荷電粒子のエネルギーも抑えられるからである。これにより，プラズマ中の荷電粒子は，上部電極１３８のバッファ室１６０まで侵入することはなくなる。
【００３６】
さらに，上述したようなプラズマ中の荷電粒子の上部電極１３８内への侵入は，ガス導入孔の径，ガス種，プラズマ密度など様々な条件が重なったときに発生する可能性が高くなる。このため，所定の条件に応じてガス導入孔のガス通路を変えることができれば，プラズマ中の荷電粒子が上部電極１３８内へ侵入することをより効果的に防止することができるものと考えられる。
【００３７】
そこで，本発明では，上部電極１３８のガス導入孔に埋込部材２００を挿入し，この埋込部材２００に形成するガス通路のうち垂直又は傾斜する方向の通路が長くなるように構成する。さらに，埋込部材２００をガス種，プラズマ密度など様々な条件に応じて交換できるようにし，所定の条件に応じてガス導入孔の通路を変えることができるようにしている。
【００３８】
次に，上述したような上部電極１３８のガス導入孔の一部を構成するガス通気孔１５６ａに挿入する埋込部材２００の構成例について図面を参照しながら説明する。図４は，上部電極のガス導入孔に取付ける埋込部材の構成例を示す図である。図４（ａ）は埋込部材の外観を示す図であり，図４（ｂ）は埋込部材がガス通気孔１５６ａに装着されている場合の埋込部材の断面を示す図である。
【００３９】
図２，図４（ｂ）に示すように，上部電極１３８の電極板１５６に形成されるガス通気孔１５６ａは，中間部材１５７側を構成する孔１５６ｂとこの孔１５６ｂに連通し，孔１５６ｂよりも径の小さい孔１５６ｃとから構成される。埋込部材２００は，ガス通気孔１５６ａのうち中間部材１５７側の孔１５６ｂに挿入される。
【００４０】
本発明にかかる埋込部材には，ガス導入孔の中心軸方向を規制し，この中心軸方向に対して垂直又は傾斜する方向のガス通路が形成される。例えば図４に示す埋込部材２００におけるガス通路２０２は，ガス通気孔１５６ａの中心軸方向を常に規制しながら埋込部材２００の上端と下端とを連通するように，例えば螺旋状に形成する。具体的には例えば，図４（ａ）に示すように，埋込部材２００の外周面に螺旋状の溝を設ければよい。これにより，埋込部材２００がガス通気孔１５６ａに挿入された状態で上記螺旋状の溝とガス通気孔１５６ａの内壁とによりガス通路２０２が形成される。なお，埋込部材のガス通路は，図示はしないがジグザグ形状に形成してもよい。
【００４１】
また，図４（ｂ）に示すように，ガス通路２０２の断面は，ガス通気孔１５６ａの中心軸方向の厚みがこの中心軸方向に対して垂直方向の幅（溝の深さ）よりも小さい形状をなすようにしてもよい。また，ガス通路２０２は，ガス通路２０２の螺旋状の巻数を多くするほど，荷電粒子の侵入防止の効果がある。但し，ガス通路２０２の螺旋状の巻数を多くするほど，ガス通路が狭くなるため，処理ガスの流量が少なくなる。そこで，ガス通路２０２の螺旋状の巻数は，荷電粒子の侵入防止と処理ガスの流量とに応じて決定することが好ましい。例えば埋込部材２００の外側面を１．５周以上の螺旋状に形成することが好ましい。
【００４２】
このような埋込部材２００を各ガス通気孔１５６ａに挿入することにより，たとえプラズマ中の荷電粒子がガス通気孔１５６ａから入り込んだとしても，埋込部材２００のガス通路２０２によってガス通気孔１５６ａの中心軸方向が常に規制されるので，埋込部材２００の上端に至るまでに埋込部材２００の内壁等に衝突してエネルギーが消失する。
【００４３】
また，たとえガス通気孔１５６ａの端部で等電位線が歪んで電子などの荷電粒子の振動方向が傾斜してガス通気孔１５６ａから入り込んだとしても，ガス通路２０２によってガス通気孔１５６ａの中心軸方向が常に規制されるので，埋込部材２００の内壁等に衝突して埋込部材２００の上端に至るまでにはエネルギーが消失する。
【００４４】
これにより，プラズマ中の荷電粒子が上部電極１３８内のバッファ室１６０に侵入することを確実に防止できる。従って，バッファ室１６０内にエネルギーが投入されることはなくなり，バッファ室１６０内でグロー放電が発生することを確実に防止できる。
【００４５】
また，埋込部材２００のガス通路２０２は，図４（ｂ）に示すように，ガス通気孔１５６ａの中心軸方向の厚みがこの中心軸方向に対して垂直方向の幅（溝の深さ）よりも小さい形状をなすようにすることにより，ガス通気孔１５６ａの軸方向の空間を狭くすることができるため，電子などの荷電粒子は埋込部材２００の壁等に衝突し易くなってエネルギーが消失し易くなる。しかも，処理ガスの流量を増やすことができるので，上部電極（シャワーヘッド）１３８のガス吐出特性を大幅に変えることなく，上部電極１３８内でのグロー放電を防止することができる。
【００４６】
なお，本発明にかかる埋込部材は，図５に示す埋込部材２１０のように，電極板１５６のガス通気孔１５６ａ全体に脱着自在に装着するようにしてもよい。図５（ａ）は埋込部材２１０の外観を示す図であり，図５（ｂ）は埋込部材２１０がガス通気孔１５６ａに装着されている場合の断面図である。この場合には，埋込部材２１０のガス通路２１２は，例えば図５（ａ）に示すように埋込部材２１０全体に形成するようにしてもよい。
【００４７】
また，本発明にかかる埋込部材の他の具体例として，ガス導入孔の中心軸方向を規制し，この中心軸方向に対して垂直又は傾斜する方向のガス通路は，埋込部材の直径方向と円周方向とを組合わせたものであってもよい。具体的には例えば図６，図７に示すような埋込部材２２０であってもよい。図６は，埋込部材２２０の構成を示す斜視図であり，図７（ａ）は，図６に示すＡ−Ａ断面図であり，図７（ｂ）は，図６に示すＢ−Ｂ断面図である。
【００４８】
埋込部材２２０は，図４に示す埋込部材２００と同様に，電極板１５６のガス通気孔１５６ａのうち孔１５６ｂに脱着自在に挿入される。埋込部材２２０は，図６，図７に示すように，全体が略円柱形状に形成され，その外側面の略中央に円周方向溝２２４が形成されている。
【００４９】
埋込部材２２０の円周方向溝２２４よりも下方部分には，図７（ａ）に示すように，ガス通気孔１５６ａの軸方向に軸方向孔２２６が形成され，さらに軸方向孔２２６の上端部に連通し，ガス通気孔１５６ａの直径方向に直径方向孔２２８が形成されている。この直径方向孔２２８は，上記円周方向溝２２４に連通している。これら直径方向孔２２８と円周方向溝２２４とは，ガス導入孔の中心軸方向に対して垂直又は傾斜する方向の通路を形成する。
【００５０】
埋込部材２２０の円周方向溝２２４よりも上方部分には，図７（ｂ）に示すように，直径方向孔２２８の方向と垂直の位置に，埋込部材２２０の上端部へ突抜ける軸方向溝２２９が形成されている。軸方向溝２２９の下端部は円周方向溝２２４と連通している。
【００５１】
埋込部材２２０がガス通気孔１５６ａに挿入されたときに上記各溝とガス通気孔１５６ａの内壁とにより通路が形成される。このような構成の埋込部材２２０のガス通路２２２は，その下端部から軸方向孔２２６を通って軸方向に上昇し，軸方向孔２２６の上端部で直径方向孔２２８により直径方向へ進んだ後，円周方向溝２２４により９０度回転してから軸方向溝２２９より上昇して埋込部材２２０のガス通路２２２の上端部へ抜けるような経路となる。
【００５２】
このような埋込部材２２０を各ガス通気孔１５６ａに挿入することにより，たとえプラズマ中の荷電粒子がガス通気孔１５６ａから入り込んだとしても，埋込部材２２０のガス通路２２２によって，直径方向孔２２８により直径方向へ進んだ後，円周方向溝２２４により９０度回転してからでなければ，軸方向溝２２９へ入り込むことができない。このように，ガス通気孔１５６ａの中心軸方向が直径方向と円周方向への通路で規制されるので，埋込部材２２０の上端に至るまでに埋込部材２２０の内壁等に衝突してエネルギーが消失する。
【００５３】
また，たとえガス通気孔１５６ａの端部で等電位線が歪んで電子などの荷電粒子の振動方向が傾斜してガス通気孔１５６ａから入り込んだとしても，ガス通路２２２によってガス通気孔１５６ａの中心軸方向が常に規制されるので，埋込部材２２０の内壁等に衝突して埋込部材２２０の上端に至るまでにはエネルギーが消失する。
【００５４】
この埋込部材２２０によっても，プラズマ中の荷電粒子が上部電極１３８内のバッファ室１６０に侵入することを確実に防止できる。従って，バッファ室１６０内にエネルギーが投入されることはなくなり，バッファ室１６０内でグロー放電が発生することを確実に防止できる。
【００５５】
なお，埋込部材２２０のガス通路２２２の断面も，荷電粒子の侵入防止と処理ガスの流量とに応じて決定することが好ましい。具体的には例えば，ガス通気孔１５６ａの直径が４ｍｍ〜５ｍｍ程度の場合には，ガス通路２２２の直径方向孔２２８と円周方向溝２２４におけるガス通気孔１５６ａの軸方向の高さは，０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度が好ましい。
【００５６】
次に，本発明にかかる埋込部材の材質について説明する。上記埋込部材２００，２１０，２２０の材質は，例えば石英の他，テフロン（登録商標），四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ），三フッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ），四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ），四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＰＦＥＰ），フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）などのフッ素樹脂であってもよい。これらは，誘電率が低く，交流電圧に対して高い耐電圧性を有し，しかも加工が容易であるため製造コストを抑えることができる点で好ましい。また，樹脂の代りに多孔性セラミックで構成してもよい。さらに，本実施形態における埋込部材２００は，無電界の上部電極１３８に適用するので，必ずしもこれらの樹脂に限られることはなく，例えばアルミニウムなどの金属で構成してもよい。
【００５７】
本実施の形態において，上部電極１３８のガス導入孔に装着される埋込部材は，交換可能である。従って，ガス種，プラズマ密度など様々な条件に応じて最適な埋込部材を選択して上部電極１３８のガス導入孔に装着することができる。これにより，処理室１１０内で発生したプラズマの荷電粒子がガス導入部としての上部電極１３８内に入り込むことを完全に防止する。
【００５８】
具体的には処理ガスのガス種に応じて材質の異なる埋込部材を用いてもよい。例えばＣＦ系ガスでは，ポリイミドで構成された埋込部材を用い，ＮＨ_３系ガス，ＨＢｒ系ガス，Ｃｌ_２系ガスなどの腐食系ガスでは，侵食され難いＰＴＦＥで構成された埋込部材を用いることもできる。
【００５９】
また，処理室１１０内に発生するプラズマ密度に応じて異なる形状の埋込部材を用いてもよい。例えば，プラズマ密度が高密度であるほど，よりプラズマ中の荷電粒子が侵入し難くする必要があるため，図４，図５に示すような螺旋状のガス通路２０２，２１２が形成された埋込部材２００，２１０を用い，プラズマ密度が低密度であれば，図６，図７に示すような構成のガス通路２２２が形成された埋込部材２２０を用いれば足りる。
【００６０】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６１】
例えば，本実施形態におけるプラズマ処理装置１００は，下部電極１１２のみに高周波電力を印加し，上部電極１３８をグランドとする場合について説明したが，下部電極１１２のみならず，上部電極１３８にも高周波電力を印加するものに適用してもよい。これによっても，本実施形態と同様に上部電極１３８内でのグロー放電を防止することができる。
【００６２】
また，エッチングプラズマ処理装置としては，平行平板型プラズマエッチングプラズマ処理装置に限られず，ヘリコン波プラズマエッチングプラズマ処理装置，誘導結合型プラズマエッチングプラズマ処理装置等に適用してもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば，処理室内で発生したプラズマの荷電粒子がガス導入部内に入り込むことを完全に防止することができるプラズマ処理装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態における上部電極（シャワーヘッド）の概略構成を示す断面図である。
【図３】本実施形態にかかる埋込部材がなかった場合の上部電極の概略構成を示す断面図である。
【図４】本実施形態にかかる埋込部材の構成例を示す図であって，同図（ａ）は埋込部材の外観を示す図であり，同図（ｂ）は埋込部材の断面図である。
【図５】本実施形態にかかる埋込部材の他の構成例を示す図であって，同図（ａ）は埋込部材の外観を示す図であり，同図（ｂ）は埋込部材の断面図である。
【図６】本実施形態にかかる埋込部材の他の構成例を示す斜視図である。
【図７】図６に示す埋込部材の断面図であって，同図（ａ）は図６に示す埋込部材のＡ−Ａ断面図であり，同図（ｂ）は図６に示す埋込部材のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１００プラズマ処理装置
１１０処理室
１１２下部電極
１１４筒状保持部
１１６筒状支持部
１１８フォーカスリング
１２０排気路
１２２バッフル板
１２４排気口
１２６排気管
１２８排気装置
１３０ゲートバルブ
１３２高周波電源
１３４整合器
１３６給電棒
１３８上部電極
１４０静電チャック
１４０ａ電極
１４０ｂ絶縁膜
１４２直流電源
１４３スイッチ
１４４冷媒室
１４６チラーユニット
１４８配管
１５２伝熱ガス供給部
１５４ガス供給ライン
１５６電極板
１５６ａガス通気孔
１５６ｂ孔
１５６ｃ孔
１５７中間部材
１５７ａガス連通孔
１５８電極支持体
１６０バッファ室
１６０ａガス導入口
１６２処理ガス供給部
１６４ガス導入配管
１６６ダイポールリング磁石
１６８制御部
２００埋込部材
２０２ガス通路
２１０埋込部材
２１２ガス通路
２２０埋込部材
２２２ガス通路
２２４円周方向溝
２２６軸方向孔
２２８直径方向孔
２２９軸方向溝
Ｗウエハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus that can prevent charged particles of plasma generated in a processing chamber from entering a gas inlet.
[0002]
[Prior art]
As a plasma processing apparatus, for example, a processing gas is introduced from a gas introduction unit into a processing chamber, and the processing gas is turned into a plasma, so that an object to be processed, for example, a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a “wafer”) in the processing chamber. 2. Description of the Related Art There is known an apparatus which performs plasma processing, for example, etching on a surface to be processed.
[0003]
In such a plasma processing apparatus, the gas introduction unit is configured as a shower head having many gas introduction holes for supplying a processing gas into the processing chamber. For example, in a parallel plate type plasma processing apparatus as a plasma processing apparatus, a lower electrode is provided in a processing chamber, and a workpiece is mounted on the lower electrode. The gas introduction unit is provided on the ceiling of the processing chamber as a shower head that also serves as an upper electrode, facing the lower electrode.
[0004]
The gas introduction unit includes a lower electrode plate having a large number of gas introduction holes, and an electrode support for supporting the electrode plate. A buffer chamber is provided inside the electrode support above the electrode plate as a space communicating with a gas introduction pipe, and the buffer chamber communicates with a gas introduction hole of the electrode plate. The gas introduced from the gas introduction pipe is once supplied to the buffer chamber, and is introduced from the buffer chamber into the processing chamber via the gas introduction hole of the electrode plate.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-275093
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a plasma processing apparatus, charged particles such as electrons and ions in the plasma of the processing gas generated in the processing chamber may enter the buffer chamber through the gas inlet of the gas inlet. When charged particles in the plasma enter the gas inlet (shower head) in this way, glow discharge occurs in the buffer chamber in the gas inlet, and reaction products adhere to the gas inlet or erode the gas inlet. There was a problem that it was done.
[0007]
To solve such a problem, for example, as shown in Patent Document 1, a screw having a hole eccentric from the central axis is attached to the gas outlet of the gas introducing means, and the other open end cannot be seen from the open end of the gas outlet. Some have a structure that prevents electrons and ions in the plasma from entering the gas introduction means. In such a technique, the charged particles in the plasma enter the gas introduction means because the thickness of the electrode plate (height of the gas introduction hole) is almost equal to the mean free path of the charged particles in the plasma. Based on the belief that there is, the intrusion of charged particles through the mean free path is suppressed.
[0008]
However, actually, the charged particles in the plasma enter the gas introducing means not only by the mean free path of the charged particles in the plasma but also by other factors. For example, the potential (ground potential) of the electrode support forming the upper wall of the buffer chamber of the gas inlet may be lower than the potential (ground potential) of the electrode plate forming the lower wall of the buffer chamber. . In such a case, the charged particles in the plasma easily enter the buffer chamber from the gas introduction holes of the electrode plate toward the electrode support.
Although there is usually no electric field inside the gas introduction part, if the gas introduction hole is open, the equipotential lines are distorted at the end of the gas introduction hole and enter the gas introduction hole. Is concentrated, and the gas easily enters the gas inlet.
[0009]
Therefore, merely attaching a screw having a hole eccentric from the central axis to the gas outlet of the gas introducing means as shown in Patent Document 1 is not enough to prevent charged particles in the plasma from entering the gas introducing means. It is enough. For example, when charged particles such as electrons oscillate with high-frequency power, they oscillate perpendicularly to the equipotential lines. Therefore, when the equipotential lines enter the end of the gas introduction hole and distort, the vibration direction of the charged particles also tilts. Therefore, charged particles cannot be completely prevented only by mounting screws having holes eccentric from the central axis.
[0010]
Furthermore, it is highly likely that charged particles in the plasma enter the gas introduction section as described above when various conditions such as the diameter of the gas introduction hole, the gas type, and the plasma density are overlapped. Therefore, it is considered that if the gas passage of the gas introduction hole can be changed according to the predetermined condition, it is possible to more effectively prevent charged particles in the plasma from entering the gas introduction portion.
[0011]
Therefore, the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to completely prevent a charged particle of plasma generated in a processing chamber from entering a gas inlet. An object of the present invention is to provide a processing device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a processing gas introduced from a gas introduction hole of a gas introduction unit disposed in a processing chamber is turned into plasma, and a processing target disposed in the processing chamber is turned into plasma. What is claimed is: 1. A plasma processing apparatus for performing plasma processing on a body, comprising: an embedding member for preventing charged particles in plasma generated in the processing chamber from entering a gas introduction hole into a gas introduction hole of the gas introduction section. And a plasma processing apparatus characterized in that the plasma processing apparatus is replaceably mounted.
[0013]
Further, the embedding member has a gas passage communicating between the inlet side and the outlet side of the gas introduction hole, and the gas passage regulates a central axis direction of the gas introduction hole, and is opposed to the central axis direction. May have a vertical or inclined passage.
[0014]
In the embedding member, a gas passage communicating the inlet side and the outlet side of the gas introduction hole, for example, a spiral gas passage is formed while always regulating the central axis direction of the gas introduction hole. There may be. The cross section of the gas passage may have a shape in which the thickness of the gas introduction hole in the central axis direction is smaller than the width (depth of the groove) in the direction perpendicular to the central axis direction.
[0015]
Further, the embedding member made of a different material may be used depending on the type of gas used for the plasma processing. Further, the embedding member having a different shape of the gas passage depending on the density of plasma generated in the processing chamber may be used.
[0016]
According to such a plasma processing apparatus of the present invention, even if charged particles such as electrons in the plasma enter from the gas introduction hole, the charged particles are restricted in the direction of the central axis of the gas introduction hole. The energy is lost by colliding with the inner wall or the like of the embedding member before reaching the upper end of the embedding member. In particular, even if the equipotential line is distorted at the end of the gas introduction hole and the vibration direction of charged particles such as electrons is inclined and enters the gas introduction hole, the movement of the charged particles in the direction of the central axis is restricted by the gas passage. You. Thus, it is possible to reliably prevent charged particles in the plasma from entering the gas inlet. Therefore, energy is not injected into the gas introduction part, and generation of glow discharge in the gas introduction part can be reliably prevented.
[0017]
Further, since the embedding member according to the present invention is replaceable, the most suitable embedding member can be mounted on the gas introduction part according to various conditions such as a gas type and a plasma density.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this specification and the drawings, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0019]
First, the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to the present embodiment. The plasma processing apparatus 100 is configured as an RIE type plasma etching apparatus, and includes a cylindrical processing chamber (chamber) 110 made of metal such as aluminum or stainless steel. The processing chamber 110 is provided for security.
[0020]
In the processing chamber 110, a disk-shaped lower electrode (susceptor) 112 on which an object to be processed, for example, a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer) is placed. The lower electrode 112 is made of, for example, aluminum, and is supported by a tubular support 116 extending vertically upward from the bottom of the processing chamber 110 via an insulating tubular holder 114. A focus ring 118 made of, for example, quartz, which annularly surrounds the upper surface of the lower electrode 112, is provided on the upper surface of the cylindrical holding portion 114.
[0021]
An exhaust path 120 is formed between the side wall of the processing chamber 110 and the cylindrical support 116. An annular baffle plate 122 is attached to the entrance or midway of the exhaust path 120, and an exhaust port 124 is provided at the bottom. An exhaust device 128 is connected to the exhaust port 124 via an exhaust pipe 126. The exhaust device 128 includes a vacuum pump (not shown), and can reduce the processing space in the processing chamber 110 to a predetermined degree of vacuum. A gate valve 130 that opens and closes a loading / unloading port for the wafer W is attached to a side wall of the processing chamber 110.
[0022]
A high frequency power supply 132 for plasma generation and RIE is electrically connected to the lower electrode 112 via a matching unit 134 and a power supply rod 136. The high frequency power supply 132 applies high frequency power of a predetermined high frequency, for example, 60 MHz, to the lower electrode 112. A shower head (hereinafter, referred to as an “upper electrode”) 138, which supplies a processing gas and also serves as an upper electrode, is provided on a ceiling portion of the processing chamber 110 at a position facing the lower electrode 112. I have. The upper electrode 138 is at the ground potential. Accordingly, the high frequency voltage from the high frequency power supply 132 is capacitively applied between the lower electrode 112 and the upper electrode 138.
[0023]
On the upper surface of the lower electrode 112, an electrostatic chuck 140 for holding the wafer W with an electrostatic attraction force is provided. The electrostatic chuck 140 is configured by sandwiching an electrode 140a made of a conductive film between a pair of insulating films 140b and 140c. A DC power supply 142 is electrically connected to the electrode 140a via a switch 143. The wafer W can be attracted and held on the electrostatic chuck 140 by Coulomb force by the DC voltage from the DC power supply 142.
[0024]
Inside the lower electrode 112, for example, a refrigerant chamber 144 extending in a circumferential direction is provided. A coolant at a predetermined temperature, for example, cooling water is circulated and supplied from the chiller unit 146 to the coolant chamber 144 via the pipes 148 and 150. The temperature of the wafer W on the lower electrode 112 can be controlled by the temperature of the coolant. Further, a heat transfer gas, for example, He gas, is supplied from the heat transfer gas supply unit 152 between the upper surface of the electrostatic chuck 140 and the back surface of the wafer W via a gas supply line 154.
[0025]
As shown in FIG. 2, the upper electrode (shower head) 138 includes an electrode plate 156 on the lower surface having a large number of gas vents 156a, an electrode support 158 for detachably supporting the electrode plate 156, and an electrode plate. And an intermediate member 157 provided on the electrode plate 156 and having a gas communication hole 157a communicating with the gas ventilation hole 156a of the electrode plate 156. The gas introduction hole of the gas introduction part in the present invention is constituted by, for example, the gas ventilation hole 156a and the gas communication hole 157a. A buffer chamber 160 is provided inside the electrode support 158, and a gas introduction pipe 164 from the processing gas supply unit 162 is connected to a gas introduction port 160 a of the buffer chamber 160.
[0026]
The processing chamber 110 is surrounded by a dipole ring magnet 166. The dipole ring magnet 166 in the present embodiment is composed of a pair of annular or concentric magnets that are disposed at intervals above and below. Each of the dipole ring magnets 166 has a plurality of anisotropic segment columnar magnets housed and arranged in a casing made of a ring-shaped magnetic material, and forms a uniform horizontal magnetic field in one direction in the processing chamber 110 as a whole. . When the processing gas is introduced into the processing chamber 110, the space between the upper electrode 138 and the lower electrode 112 in the processing chamber 110 has a vertical RF electric field generated by the high-frequency power supply 132 and a horizontal magnetic field generated by the dipole ring magnet 166. As a result, a magnetron discharge is generated, and high-density plasma is generated near the surface of the lower electrode 112.
[0027]
The plasma processing apparatus is provided with a control unit 168 that controls each unit in the apparatus. The control unit 168 controls operations of, for example, the exhaust device 128, the high-frequency power supply 132, the switch 143 for the electrostatic chuck, the chiller unit 146, the heat transfer gas supply unit 152, and the processing gas supply unit 162. The control unit 168 may be connected to, for example, a host computer in a factory (not shown) so that the control can be performed from the host computer.
[0028]
When, for example, etching is performed by such a plasma processing apparatus 100, first, the gate valve 130 is opened, and a wafer W as a processing target is loaded into the processing chamber 110 and placed on the lower electrode 112. I do. At this time, a DC voltage is applied to the electrode 140a of the electrostatic chuck 140 by the DC power supply 142 to electrostatically attract the wafer W onto the lower electrode 112. Then, NH is supplied from the processing gas supply unit 162. ₃ A predetermined processing gas such as a gas is introduced into the processing chamber 110 at a predetermined flow rate and flow rate ratio, and the pressure in the processing chamber 110 is set to a predetermined set value by the exhaust device 128. Further, a high frequency power of a predetermined frequency is applied to the lower electrode 112 at a predetermined power by a high frequency power supply 132. Thus, the processing gas supplied from the upper electrode 138 into the processing chamber 110 is turned into plasma by high-frequency discharge between the two electrodes 112 and 138, and the processing surface of the wafer W is etched by radicals and ions generated by the plasma. .
[0029]
By applying a higher frequency than the conventional one, for example, a high frequency having a frequency range of 50 MHz or more to the lower electrode 112, the density of the plasma can be increased in a more preferable dissociated state, and a high-density plasma can be formed even under a lower pressure condition. it can.
[0030]
Next, the upper electrode (shower head) 138 as an example of the gas introduction unit in the present embodiment will be further described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the upper electrode according to the present embodiment, and FIG. 3 is another example in comparison with the upper electrode according to the present embodiment.
[0031]
In the upper electrode 138 in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the embedding member 200 is inserted into the gas vent hole 156a on the electrode plate 156 side of the gas introduction hole. The embedding member 200 is configured to be detachable from the electrode plate 156, and can be exchanged with the embedding member 200 having various configurations having different gas passage shapes and materials according to various conditions such as a gas type and a plasma density. It is. The embedding member 200 is for preventing charged particles such as electrons and ions in plasma generated in the processing chamber 110 from entering the upper electrode from the gas vent 156a. A gas passage 212 through which the processing gas passes is formed in the embedding member 200. The gas passage 212 is formed such that charged particles in the plasma do not enter even though the processing gas passes. The details of the configuration of the embedding member 200 will be described later.
[0032]
Here, when the embedding member 200 is not inserted into the gas vent 156a of the upper electrode 138, as shown in FIG. 3, charged particles in the plasma pass through the gas vent 156a of the electrode plate 156, There is a risk of intrusion into the upper electrode 138. Among charged particles, particularly high-speed electrons tend to easily enter the gas inlet. When the charged particles in the plasma enter the upper electrode 138 in this manner, a glow discharge is generated in the buffer chamber 160 in the upper electrode 138, and reaction products adhere to the inside of the upper electrode 138 or the inside of the upper electrode erodes. Or
[0033]
The charged particles in the plasma enter the upper electrode 138 when the mean free path of the charged particles in the plasma is equal to or greater than the thickness of the electrode plate 156 (the height of the gas introduction hole). In addition, the following causes are also considered. For example, the potential (ground potential) of the electrode support 158 that forms the upper wall of the buffer chamber 160 of the upper electrode 138 is the potential of the electrode plate 156 that is in electrical contact with the intermediate member 157 that forms the lower wall of the buffer chamber 160. In some cases, the potential may be lower than the potential (ground potential). In such a case, the charged particles in the plasma easily enter the buffer chamber 160 from the gas vent 156a of the electrode plate 156 toward the electrode support 158.
[0034]
The upper electrode 138 is normally free of an electric field, but if the gas introduction holes (the gas ventilation holes 156a and the gas communication holes 157a) are open, the equipotential lines are distorted at the ends of the gas introduction holes, and the gas introduction is stopped. The energy of charged particles, such as electrons, concentrates at that part because it enters the hole. In other words, when charged particles such as electrons vibrate by high-frequency power, they vibrate perpendicular to the equipotential lines. If the equipotential lines enter the end of the gas introduction hole and are distorted, the vibration direction of the charged particles also tilts Therefore, the energy of charged particles such as electrons is easily concentrated on the end of the gas introduction hole. This makes it easier for charged particles such as electrons to enter the gas inlet. Therefore, there is a high possibility that charged particles enter the buffer chamber 160 while retaining high energy.
[0035]
In order to prevent such charged particles from entering the plasma, it is necessary to restrict the direction of the central axis of the gas introduction hole and to form a passage perpendicular or inclined to the central axis direction. Moreover, the longer the length of the passage in the vertical or inclined direction, the greater the effect of preventing the penetration of charged particles in the plasma. This is because the longer the passage in the vertical or inclined direction, the more easily the charged particles in the plasma in the vertical direction collide with a wall or the like forming the gas passage, so that the energy of the charged particles in the plasma is also suppressed. Thus, the charged particles in the plasma do not enter the buffer chamber 160 of the upper electrode 138.
[0036]
Further, the penetration of the charged particles in the plasma into the upper electrode 138 as described above is more likely to occur when various conditions such as the diameter of the gas introduction hole, the gas type, and the plasma density overlap. Therefore, it is considered that if the gas passage of the gas introduction hole can be changed according to the predetermined condition, it is possible to more effectively prevent the charged particles in the plasma from entering the upper electrode 138.
[0037]
Therefore, in the present invention, the embedding member 200 is inserted into the gas introduction hole of the upper electrode 138, and the vertical or inclined passage of the gas passage formed in the embedding member 200 is configured to be long. Further, the embedding member 200 can be replaced according to various conditions such as a gas type and a plasma density, and the path of the gas introduction hole can be changed according to predetermined conditions.
[0038]
Next, an example of the configuration of the embedding member 200 inserted into the gas vent hole 156a constituting a part of the gas introduction hole of the upper electrode 138 as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an embedding member attached to a gas introduction hole of an upper electrode. FIG. 4A is a diagram showing an appearance of the embedding member, and FIG. 4B is a diagram showing a cross section of the embedding member when the embedding member is mounted in the gas vent 156a.
[0039]
As shown in FIGS. 2 and 4 (b), the gas vent hole 156a formed in the electrode plate 156 of the upper electrode 138 communicates with the hole 156b forming the intermediate member 157 side and the hole 156b. And a hole 156c having a small diameter. The embedding member 200 is inserted into the hole 156b of the gas vent hole 156a on the intermediate member 157 side.
[0040]
In the embedding member according to the present invention, a gas passage is formed which regulates the central axis direction of the gas introduction hole and extends in a direction perpendicular or inclined to the central axis direction. For example, the gas passage 202 in the embedding member 200 shown in FIG. 4 is formed, for example, in a spiral shape so that the upper end and the lower end of the embedding member 200 communicate with each other while always regulating the central axis direction of the gas vent hole 156a. Specifically, for example, as shown in FIG. 4A, a spiral groove may be provided on the outer peripheral surface of the embedding member 200. Thus, the gas passage 202 is formed by the spiral groove and the inner wall of the gas ventilation hole 156a in a state where the embedding member 200 is inserted into the gas ventilation hole 156a. Although not shown, the gas passage of the embedding member may be formed in a zigzag shape.
[0041]
As shown in FIG. 4B, in the cross section of the gas passage 202, the thickness of the gas vent hole 156a in the central axis direction is smaller than the width (groove depth) perpendicular to the central axis direction. You may make it form. The gas passage 202 has an effect of preventing charged particles from entering as the number of spiral turns of the gas passage 202 is increased. However, as the number of spiral turns of the gas passage 202 increases, the gas passage becomes narrower, and thus the flow rate of the processing gas decreases. Therefore, it is preferable that the number of spiral turns of the gas passage 202 be determined in accordance with the prevention of intrusion of charged particles and the flow rate of the processing gas. For example, it is preferable that the outer side surface of the embedding member 200 is formed in a spiral shape having 1.5 or more turns.
[0042]
By inserting such an embedding member 200 into each gas vent hole 156a, even if charged particles in the plasma enter through the gas vent hole 156a, the gas passage 202 of the embedding member 200 allows the gas passage hole 156a. Since the direction of the central axis is always restricted, the energy is lost by colliding with the inner wall or the like of the embedded member 200 before reaching the upper end of the embedded member 200.
[0043]
Even if the equipotential line is distorted at the end of the gas vent 156a and the vibration direction of charged particles such as electrons is inclined and enters the gas vent 156a, the central axis of the gas vent 156a is formed by the gas passage 202. Since the direction is always restricted, the energy is lost by colliding with the inner wall or the like of the embedded member 200 and reaching the upper end of the embedded member 200.
[0044]
Thereby, charged particles in the plasma can be reliably prevented from entering the buffer chamber 160 in the upper electrode 138. Therefore, energy is not injected into the buffer chamber 160, and the occurrence of glow discharge in the buffer chamber 160 can be reliably prevented.
[0045]
As shown in FIG. 4B, the gas passage 202 of the embedding member 200 has a thickness in a direction perpendicular to the central axis direction of the gas vent hole 156a (a depth of the groove). By making the shape smaller than that, the space in the axial direction of the gas vent hole 156a can be narrowed, so that charged particles such as electrons easily collide with the wall of the embedding member 200, and energy is reduced. It is easy to disappear. In addition, since the flow rate of the processing gas can be increased, glow discharge in the upper electrode (138) can be prevented without significantly changing the gas discharge characteristics of the upper electrode (shower head) 138.
[0046]
The embedding member according to the present invention may be detachably mounted on the entire gas ventilation hole 156a of the electrode plate 156 like the embedding member 210 shown in FIG. FIG. 5A is a view showing the appearance of the embedding member 210, and FIG. 5B is a cross-sectional view when the embedding member 210 is mounted on the gas vent 156a. In this case, the gas passage 212 of the embedding member 210 may be formed in the entire embedding member 210, for example, as shown in FIG.
[0047]
Further, as another specific example of the embedding member according to the present invention, the central axis direction of the gas introduction hole is regulated, and the gas passage in a direction perpendicular or inclined to the central axis direction is formed in the diameter direction of the embedding member. And the circumferential direction may be combined. Specifically, for example, the embedded member 220 as shown in FIGS. 6 and 7 may be used. 6 is a perspective view showing the configuration of the embedding member 220, FIG. 7A is a sectional view taken along the line AA shown in FIG. 6, and FIG. 7B is a sectional view taken along the line BB shown in FIG. It is sectional drawing.
[0048]
The embedding member 220 is detachably inserted into the hole 156b of the gas vent hole 156a of the electrode plate 156, similarly to the embedding member 200 shown in FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, the embedding member 220 is entirely formed in a substantially columnar shape, and a circumferential groove 224 is formed substantially in the center of the outer surface thereof.
[0049]
As shown in FIG. 7A, an axial hole 226 is formed in the portion below the circumferential groove 224 of the embedding member 220 in the axial direction of the gas ventilation hole 156a, and the upper end of the axial hole 226 is further formed. A diametrical hole 228 is formed in the diametrical direction of the gas vent hole 156a. The diametric hole 228 communicates with the circumferential groove 224. The diametric hole 228 and the circumferential groove 224 form a passage in a direction perpendicular or inclined to the central axis of the gas introduction hole.
[0050]
As shown in FIG. 7 (b), in the portion above the circumferential groove 224 of the embedding member 220, an axis which penetrates to the upper end of the embedding member 220 at a position perpendicular to the direction of the diametric hole 228. A direction groove 229 is formed. The lower end of the axial groove 229 communicates with the circumferential groove 224.
[0051]
When the embedding member 220 is inserted into the gas ventilation hole 156a, a passage is formed by each of the grooves and the inner wall of the gas ventilation hole 156a. The gas passage 222 of the embedding member 220 having such a configuration ascends in the axial direction from the lower end through the axial hole 226, and proceeds diametrically by the diametric hole 228 at the upper end of the axial hole 226. Thereafter, the path is rotated by 90 degrees by the circumferential groove 224, and then rises from the axial groove 229 and passes through the upper end of the gas passage 222 of the embedding member 220.
[0052]
By inserting such an embedding member 220 into each gas vent 156a, even if charged particles in the plasma enter through the gas vent 156a, the diametric hole 228 is formed by the gas passage 222 of the embedding member 220. After the diametrical advance, the shaft cannot be inserted into the axial groove 229 until it is rotated by 90 degrees by the circumferential groove 224. As described above, since the central axis direction of the gas vent hole 156a is regulated by the passage in the diameter direction and the circumferential direction, the gas vent hole 156a collides with the inner wall or the like of the embedding member 220 before reaching the upper end of the embedding member 220, and energy Disappears.
[0053]
Even if the equipotential line is distorted at the end of the gas vent hole 156a and the vibration direction of charged particles such as electrons is inclined and enters the gas vent hole 156a, the central axis of the gas vent hole 156a is formed by the gas passage 222. Since the direction is always regulated, the energy is lost by colliding with the inner wall of the embedded member 220 and reaching the upper end of the embedded member 220.
[0054]
The embedded member 220 can also reliably prevent charged particles in the plasma from entering the buffer chamber 160 in the upper electrode 138. Therefore, energy is not injected into the buffer chamber 160, and the occurrence of glow discharge in the buffer chamber 160 can be reliably prevented.
[0055]
It is preferable that the cross section of the gas passage 222 of the embedding member 220 is also determined according to the prevention of charged particles from entering and the flow rate of the processing gas. Specifically, for example, when the diameter of the gas vent hole 156a is about 4 mm to 5 mm, the axial height of the gas vent hole 156a in the diametric hole 228 of the gas passage 222 and the circumferential groove 224 is 0 mm. It is preferably about 0.5 mm to 1.5 mm.
[0056]
Next, the material of the embedding member according to the present invention will be described. The material of the embedding members 200, 210, 220 is, for example, quartz, Teflon (registered trademark), ethylene tetrafluoride resin (PTFE), ethylene trifluoride chloride resin (PCTFE), and ethylene tetrafluoroalkyl. Fluororesins such as vinyl ether copolymer resin (PFA), ethylene tetrafluoride-propylene hexafluoride copolymer resin (PFEP), and vinylidene fluoride resin (PVDF) may be used. These are preferable in that they have a low dielectric constant, have a high withstand voltage against an AC voltage, and are easy to process, so that manufacturing costs can be reduced. Further, a porous ceramic may be used instead of the resin. Furthermore, since the embedding member 200 in this embodiment is applied to the upper electrode 138 in the absence of an electric field, the embedding member 200 is not necessarily limited to these resins, and may be made of a metal such as aluminum.
[0057]
In the present embodiment, the embedding member attached to the gas introduction hole of the upper electrode 138 is replaceable. Therefore, an optimum embedding member can be selected according to various conditions such as a gas type and a plasma density, and can be mounted on the gas introduction hole of the upper electrode 138. As a result, charged particles of plasma generated in the processing chamber 110 are completely prevented from entering the upper electrode 138 as a gas introduction unit.
[0058]
Specifically, an embedding member having a different material may be used depending on the type of the processing gas. For example, in the case of CF-based gas, an embedding member made of polyimide is used, and NH is used. ₃ System gas, HBr system gas, Cl ₂ In the case of corrosive gas such as system gas, an embedded member made of PTFE which is hardly eroded can be used.
[0059]
Further, an embedding member having a different shape may be used depending on the density of plasma generated in the processing chamber 110. For example, the higher the plasma density, the more difficult it is for charged particles in the plasma to penetrate. Therefore, the embedded gas passages having spiral gas passages 202 and 212 as shown in FIGS. If the members 200 and 210 are used and the plasma density is low, it is sufficient to use the embedded member 220 in which the gas passage 222 having the configuration shown in FIGS. 6 and 7 is formed.
[0060]
As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but it is needless to say that the present invention is not limited to the examples. It is clear that a person skilled in the art can conceive various changes or modifications within the scope of the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. I understand.
[0061]
For example, in the plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment, a case has been described in which high-frequency power is applied only to the lower electrode 112 and the upper electrode 138 is grounded. May be applied. This can also prevent glow discharge in the upper electrode 138 as in the present embodiment.
[0062]
Further, the etching plasma processing apparatus is not limited to the parallel plate type plasma etching plasma processing apparatus, but may be applied to a helicon wave plasma etching plasma processing apparatus, an inductively coupled plasma etching plasma processing apparatus, or the like.
[0063]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a plasma processing apparatus capable of completely preventing charged particles of plasma generated in a processing chamber from entering a gas introduction unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an upper electrode (shower head) in the same embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an upper electrode in a case where there is no embedded member according to the present embodiment.
4A and 4B are diagrams illustrating a configuration example of an embedding member according to the present embodiment, in which FIG. 4A is a diagram illustrating an appearance of the embedding member, and FIG. FIG.
5A and 5B are diagrams showing another example of the configuration of the embedding member according to the present embodiment, wherein FIG. 5A is a diagram showing the appearance of the embedding member, and FIG. FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing another configuration example of the embedding member according to the present embodiment.
7A and 7B are cross-sectional views of the embedding member shown in FIG. 6, wherein FIG. 7A is a cross-sectional view of the embedding member taken along line AA of FIG. 6, and FIG. It is BB sectional drawing of an embedding member.
[Explanation of symbols]
100 Plasma processing equipment
110 processing room
112 Lower electrode
114 cylindrical holder
116 cylindrical support
118 Focus Ring
120 exhaust path
122 baffle plate
124 exhaust port
126 exhaust pipe
128 exhaust system
130 Gate valve
132 High frequency power supply
134 Matcher
136 Power supply rod
138 Upper electrode
140 Electrostatic chuck
140a electrode
140b insulating film
142 DC power supply
143 switch
144 refrigerant chamber
146 chiller unit
148 piping
152 Heat transfer gas supply unit
154 gas supply line
156 electrode plate
156a Gas vent
156b hole
156c hole
157 Intermediate member
157a Gas communication hole
158 Electrode support
160 buffer room
160a Gas inlet
162 Processing gas supply unit
164 gas introduction piping
166 dipole ring magnet
168 control unit
200 embedded member
202 gas passage
210 embedded member
212 gas passage
220 embedded member
222 gas passage
224 circumferential groove
226 axial hole
228 Diameter hole
229 axial groove
W wafer

Claims

処理室内に配設されたガス導入部のガス導入孔から導入した処理ガスをプラズマ化して，前記処理室内に配設された被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって，
前記ガス導入部のガス導入孔に，前記処理室内で発生したプラズマ中の荷電粒子がガス導入部内へ侵入することを防止する埋込部材を交換可能に装着したことを特徴とするプラズマ処理装置。A plasma processing apparatus that converts a processing gas introduced from a gas introduction hole of a gas introduction unit disposed in a processing chamber into plasma, and performs plasma processing on an object to be processed disposed in the processing chamber,
A plasma processing apparatus, wherein an embedded member that prevents charged particles in plasma generated in the processing chamber from entering the gas introduction unit is exchangeably mounted in a gas introduction hole of the gas introduction unit.

前記埋込部材は，ガス導入孔の入口側と出口側とを連通するガス通路を有し，
このガス通路は，前記ガス導入孔の中心軸方向を規制し，前記中心軸方向に対して垂直又は傾斜する方向の通路を有す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。The embedding member has a gas passage communicating the inlet side and the outlet side of the gas introduction hole,
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the gas passage restricts a central axis direction of the gas introduction hole, and has a passage in a direction perpendicular or inclined to the central axis direction. 3.

前記埋込部材は，前記ガス導入孔の中心軸方向を常に規制しながら，ガス導入孔の入口側と出口側とを連通するガス通路が形成さ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。2. The gas embedding member according to claim 1, wherein the embedding member is formed with a gas passage communicating between an inlet side and an outlet side of the gas introduction hole while always regulating a central axis direction of the gas introduction hole. 3. Plasma processing equipment.

前記ガス通路は，螺旋状であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein the gas passage has a spiral shape.

前記ガス通路の断面は，前記ガス導入孔の中心軸方向の厚みが幅よりも小さい形状をなすことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein a cross section of the gas passage has a shape in which a thickness of the gas introduction hole in a central axis direction is smaller than a width.

前記プラズマ処理に使用するガス種に応じて異なる材質の前記埋込部材を使用す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。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the embedding member of a different material is used according to a gas type used in the plasma processing. 3.

前記処理室内に発生させるプラズマの密度に応じて前記ガス通路の形状が異なる前記埋込部材を使用す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。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the embedded member having a different shape of the gas passage according to a density of plasma generated in the processing chamber is used. 3.