JP2007250860A - Plasma processor and electrode assembly therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode assembly for a plasma processor and the plasma processor, wherein a plasma density can be intended to make uniform without causing a generation of an abnormal discharge or a complication of an assembly and maintenance, and a plasma processing can be carried out with an excellent in-plane uniformity. <P>SOLUTION: The electrode assembly for the plasma processor is constituted of an electrode surface member 32, a spacer 37, a cleaning plate 34, and an electrode support 33. At least one of these electrode surface member 32, spacer 37, and cleaning plate 34 is made of a metal composite material; and is formed as a plate-shaped member having such a distribution of an electric resistance value that its center part has a higher electric resistance value than its periphery. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、プラズマエッチング等のプラズマ処理を行うためのプラズマ処理装置用電極アッセンブリ及びプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to an electrode assembly for a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus for performing plasma processing such as plasma etching.

半導体装置や液晶表示装置等の製造工程においては、プラズマを用いて各種の処理を行うプラズマ処理が多用されている。このようなプラズマ処理を行うプラズマ処理装置としては、例えば、処理チャンバー内に、対向配置された一対の対向電極の間に高周波電界を形成してプラズマを発生させる所謂平行平板型のプラズマ処理装置が知られている。   In a manufacturing process of a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, plasma processing that performs various types of processing using plasma is frequently used. As a plasma processing apparatus that performs such plasma processing, for example, a so-called parallel plate type plasma processing apparatus that generates a plasma by forming a high-frequency electric field between a pair of opposing electrodes arranged in a processing chamber. Are known.

近年の半導体装置の製造工程等においては、生産性の向上等を図るため、被処理基板である半導体ウエハが次第に大径化されている。このため、上記のような平行平板型のプラズマ処理装置では、広い面積範囲において、プラズマ密度の均一なプラズマを発生させてプラズマ処理の面内均一性を高める必要が生じている。   In recent semiconductor device manufacturing processes and the like, the diameter of a semiconductor wafer as a substrate to be processed is gradually increased in order to improve productivity and the like. For this reason, in the parallel plate type plasma processing apparatus as described above, it is necessary to generate plasma having a uniform plasma density in a wide area range to improve the in-plane uniformity of the plasma processing.

上記のようなプラズマ密度は、電極の中央部で高くなり、周辺部で低くなる傾向がある。このため、プラズマ処理装置用電極アッセンブリにおいては、処理チャンバー内に露出する露出面を構成する電極表面部材（例えば、シリコン等から構成される）と、その裏面側に配置される部材であるスペーサ等との間に、電極の中央部付近のみ間隙が形成されるようにして、プラズマ密度の均一化を図ることが行われている。また、電極表面部材等を、中央部と周辺部と電気抵抗の異なる別部材で構成してプラズマ密度の均一化を図る技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３２３４５６号公報 The plasma density as described above tends to increase at the center of the electrode and decrease at the periphery. For this reason, in the electrode assembly for a plasma processing apparatus, an electrode surface member (for example, composed of silicon or the like) that constitutes an exposed surface exposed in the processing chamber, a spacer that is a member disposed on the back surface side, or the like In order to make the plasma density uniform, a gap is formed only near the center of the electrode. There is also known a technique in which the electrode surface member and the like are formed of different members having different electrical resistances from the central portion and the peripheral portion to achieve uniform plasma density (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-323456 A

上記の従来技術のうち、電極表面部材とその裏面側に配置されるスペーサ等の間に間隙を設ける技術では、この間隙内で異常放電が発生する場合があるという課題がある。また、電極表面部材等を、中央部と周辺部と電気抵抗の異なる別部材で構成する技術では、構成部材の数が多くなるため、プラズマ処理装置用電極アッセンブリの組み立てやメンテナンスが煩雑になるという課題がある。   Among the above-described conventional techniques, the technique of providing a gap between the electrode surface member and the spacer disposed on the back side of the electrode has a problem that abnormal discharge may occur in the gap. In addition, in the technology in which the electrode surface member and the like are configured by separate members having different electrical resistances from the central portion and the peripheral portion, the number of constituent members is increased, and assembly and maintenance of the electrode assembly for the plasma processing apparatus is complicated. There are challenges.

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、異常放電の発生や、組み立て及びメンテナンスの煩雑さを招くことなく、プラズマ密度の均一化を図ることができ、面内均一性の良好なプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置用電極アッセンブリ及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and it is possible to achieve uniform plasma density without incurring abnormal discharge and intricate assembly and maintenance. It is an object of the present invention to provide an electrode assembly for a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus that can perform favorable plasma processing.

請求項１のプラズマ処理装置用電極アッセンブリは、被処理基板が収容される処理チャンバー内に高周波電界を形成してプラズマを発生させるためのプラズマ処理装置用電極アッセンブリであって、金属基複合材からなり、中央部が周辺部より高い電気抵抗値を有する電気抵抗値の分布を有する板状部材を具備したことを特徴とする。   The electrode assembly for a plasma processing apparatus according to claim 1 is an electrode assembly for a plasma processing apparatus for generating a plasma by generating a high-frequency electric field in a processing chamber in which a substrate to be processed is accommodated. Thus, a plate-like member having a distribution of electrical resistance values in which the central portion has a higher electrical resistance value than the peripheral portion is provided.

請求項２のプラズマ処理装置用電極アッセンブリは、請求項１記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリであって、前記板状部材が、前記処理チャンバー内に露出する露出面を構成する電極表面部材であることを特徴とする。   The electrode assembly for a plasma processing apparatus according to claim 2 is the electrode assembly for a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plate-like member is an electrode surface member constituting an exposed surface exposed in the processing chamber. It is characterized by that.

請求項３のプラズマ処理装置用電極アッセンブリは、請求項１記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリであって、前記板状部材が、前記処理チャンバー内に露出する露出面を構成する電極表面部材の裏面側に配置される部材であることを特徴とする。   The electrode assembly for a plasma processing apparatus according to claim 3 is the electrode assembly for a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plate-shaped member is a back surface of an electrode surface member that constitutes an exposed surface exposed in the processing chamber. It is a member arrange | positioned at the side, It is characterized by the above-mentioned.

請求項４のプラズマ処理装置用電極アッセンブリは、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリであって、前記板状部材が、前記中央部と前記周辺部との間に位置し、前記中央部の電気抵抗値と前記周辺部の電気抵抗値との中間の電気抵抗値を有する中間部を有することを特徴とする。   The electrode assembly for a plasma processing apparatus according to claim 4 is the electrode assembly for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the plate-shaped member is interposed between the central portion and the peripheral portion. And an intermediate portion having an intermediate electrical resistance value between the electrical resistance value of the central portion and the electrical resistance value of the peripheral portion.

請求項５のプラズマ処理装置は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリを具備し、当該プラズマ処理装置用電極アッセンブリに高周波電力を供給するよう構成されたことを特徴とする。   A plasma processing apparatus according to a fifth aspect comprises the electrode assembly for a plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, and is configured to supply high-frequency power to the electrode assembly for the plasma processing apparatus. And

請求項６のプラズマ処理装置は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリを具備し、当該プラズマ処理装置用電極アッセンブリが接地電位とされるよう構成されたことを特徴とする。   A plasma processing apparatus according to a sixth aspect includes the electrode assembly for a plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, and is configured such that the electrode assembly for the plasma processing apparatus is set to a ground potential. And

本発明によれば、異常放電の発生や、組み立て及びメンテナンスの煩雑さを招くことなく、プラズマ密度の均一化を図ることができ、面内均一性の良好なプラズマ処理を行うことのできるプラズマ処理装置用電極アッセンブリ及びプラズマ処理装置を提供することができる。   According to the present invention, plasma processing that can achieve uniform plasma density and can perform plasma processing with good in-plane uniformity without causing abnormal discharge or complicated assembly and maintenance. An electrode assembly for a device and a plasma processing apparatus can be provided.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置の全体の断面構成を示すものであり、図２は、その要部断面構成示すものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall cross-sectional configuration of a plasma etching apparatus as a plasma processing apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of the main part thereof.

プラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、プラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。   The plasma etching apparatus 1 is configured as a capacitively coupled parallel plate etching apparatus in which electrode plates are opposed in parallel in the vertical direction and a power source for plasma formation is connected.

プラズマエッチング装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり円筒形状に成形された処理チャンバー（処理容器）１０を有しており、この処理チャンバー１０は接地されている。処理チャンバー１０内の底部にはセラミックなどの絶縁板１１を介して、被処理物、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台１２が設けられている。さらに、このサセプタ支持台１２の上には、下部電極を構成するサセプタ１３が設けられている。このサセプタ１３には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６２が接続されている。   The plasma etching apparatus 1 has a processing chamber (processing container) 10 formed of, for example, aluminum whose surface is anodized and formed into a cylindrical shape, and the processing chamber 10 is grounded. A substantially cylindrical susceptor support 12 for placing an object to be processed, for example, a semiconductor wafer W, is provided on the bottom of the processing chamber 10 via an insulating plate 11 such as ceramic. Further, a susceptor 13 constituting a lower electrode is provided on the susceptor support 12. A high pass filter (HPF) 62 is connected to the susceptor 13.

サセプタ支持台１２の内部には、冷媒室１９が設けられており、この冷媒室１９には、冷媒が冷媒配管２０ａ，２０ｂを介して導入されて循環し、その冷熱がサセプタ１３を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。   A refrigerant chamber 19 is provided inside the susceptor support 12. In this refrigerant chamber 19, refrigerant is introduced and circulated through the refrigerant pipes 20 a and 20 b, and the cold heat is transmitted to the semiconductor through the susceptor 13. Heat is transferred to the wafer W, whereby the semiconductor wafer W is controlled to a desired temperature.

サセプタ１３の上には、半導体ウエハＷと略同形の静電チャック１４が設けられている。静電チャック１４は、導電膜からなる電極板１５と、この電極板１５を挟持する一対の絶縁層又は絶縁シートからなり、電極板１５には直流電源１６が後述する接続端子５８及び可動給電棒６７を介して電気的に接続されている。この静電チャック１４は、直流電源１６によって印加された直流電圧に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によって半導体ウエハＷを吸着保持する。   On the susceptor 13, an electrostatic chuck 14 having substantially the same shape as the semiconductor wafer W is provided. The electrostatic chuck 14 includes an electrode plate 15 made of a conductive film and a pair of insulating layers or insulating sheets sandwiching the electrode plate 15, and a DC power supply 16 includes a connection terminal 58 and a movable power supply rod, which will be described later, on the electrode plate 15. 67 is electrically connected. The electrostatic chuck 14 sucks and holds the semiconductor wafer W by a Coulomb force or a Johnson-Rahbek force caused by a DC voltage applied by the DC power supply 16.

サセプタ１３の内部には、静電チャック１４の上面から突出自在に複数のプッシャーピン５６が設けられている。これらのプッシャーピン５６は、例えば、モータとボールねじ等からなる駆動機構によって駆動され、半導体ウエハＷを搬送ロボット等との間で受け渡しする際に、半導体ウエハＷを静電チャック上に持ち上げた状態で支持する。   A plurality of pusher pins 56 are provided inside the susceptor 13 so as to protrude from the upper surface of the electrostatic chuck 14. The pusher pins 56 are driven by a drive mechanism including, for example, a motor and a ball screw, and the semiconductor wafer W is lifted onto the electrostatic chuck when the semiconductor wafer W is transferred to and from a transfer robot or the like. Support with.

サセプタ１３の上には、静電チャック１４の周囲を囲むように、環状のフォーカスリング１７が配置されている。このフォーカスリング１７は、シリコン等から構成され、エッチングの均一性を向上させる作用を有する。フォーカスリング１７の周囲には、フォーカスリング１７の側部を保護するカバーリング５４が配置されている。また、サセプタ１３及びサセプタ支持台１２の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材１８が設けられている。   An annular focus ring 17 is disposed on the susceptor 13 so as to surround the periphery of the electrostatic chuck 14. The focus ring 17 is made of silicon or the like and has an effect of improving etching uniformity. A cover ring 54 that protects the side of the focus ring 17 is disposed around the focus ring 17. A cylindrical inner wall member 18 made of, for example, quartz is provided on the side surfaces of the susceptor 13 and the susceptor support 12.

絶縁板１１、サセプタ支持台１２、サセプタ１３、静電チャック１４には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路２１が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ１３の冷熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。   The insulating plate 11, the susceptor support 12, the susceptor 13, and the electrostatic chuck 14 are provided with a gas passage 21 for supplying a heat transfer medium (for example, He gas) on the back surface of the semiconductor wafer W. The cold heat of the susceptor 13 is transmitted to the semiconductor wafer W via the heat transfer medium so that the semiconductor wafer W is maintained at a predetermined temperature.

サセプタ１３の上方には、このサセプタ１３と平行に対向して上部電極２２が設けられている。サセプタ１３と上部電極２２との間は、プラズマ生成空間Ｓとして機能する。上部電極２２は、環状の外側上部電極２３と、この外側上部電極２３の内側に配置された円板形状の内側上部電極２４とで構成されている。内側上部電極２４と、外側上部電極２３との間には、例えば石英等からなる誘電体２５が配置され、これらは絶縁されている。内側上部電極２４と、外側上部電極２３との間に誘電体２５を挿むことによってコンデンサが形成される。このコンデンサのキャパシタンスは、内側上部電極２４と、外側上部電極２３との間のギャップの大きさと誘電体２５の誘電率とに応じて所望の値にされる。外側上部電極２３と処理チャンバー１０の側壁との間には、例えば、アルミナ又はイットリア等からなる環状の絶縁性遮蔽部材２６が気密に配置されている。   An upper electrode 22 is provided above the susceptor 13 so as to face the susceptor 13 in parallel. A space between the susceptor 13 and the upper electrode 22 functions as a plasma generation space S. The upper electrode 22 includes an annular outer upper electrode 23 and a disk-shaped inner upper electrode 24 disposed inside the outer upper electrode 23. A dielectric 25 made of, for example, quartz is disposed between the inner upper electrode 24 and the outer upper electrode 23, and these are insulated. A capacitor is formed by inserting a dielectric 25 between the inner upper electrode 24 and the outer upper electrode 23. The capacitance of the capacitor is set to a desired value according to the size of the gap between the inner upper electrode 24 and the outer upper electrode 23 and the dielectric constant of the dielectric 25. Between the outer upper electrode 23 and the side wall of the processing chamber 10, for example, an annular insulating shielding member 26 made of alumina or yttria is disposed in an airtight manner.

外側上部電極２３は、例えば、シリコン等から構成される。この外側上部電極２３には、図２に示すように、整合器２７、給電棒２８、コネクタ２９及び給電筒３０を介して第１の高周波電源３１が電気的に接続されている。第１の高周波電源３１は、１３．５ＭＨｚ以上の高周波、例えば６０ＭＨｚの高周波電圧を出力する。給電筒３０は、略円筒状又は円錐状の導電板、例えば、アルミニウム板又は銅板からなり、下端が周方向で連続的に外側上部電極２３に接続され、上端がコネクタ２９を介して給電棒２８に電気的に接続されている。給電筒３０の外側では、処理チャンバー１０の側壁が上部電極２２の高さ位置よりも上方に延出して円筒状接地導体１０ａを構成している。この円筒状接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材６３によって給電棒２８から電気的に絶縁されている。本構成においては、コネクタ２９からみた負荷回路において、給電筒３０、外側上部電極２３及び円筒状接地導体１０ａによって、給電筒３０及び外側上部電極２３を導波路とする同軸線路が形成される。   The outer upper electrode 23 is made of, for example, silicon. As shown in FIG. 2, a first high-frequency power source 31 is electrically connected to the outer upper electrode 23 via a matching unit 27, a power feeding rod 28, a connector 29, and a power feeding cylinder 30. The first high frequency power supply 31 outputs a high frequency of 13.5 MHz or higher, for example, a high frequency voltage of 60 MHz. The power supply cylinder 30 is made of a substantially cylindrical or conical conductive plate, for example, an aluminum plate or a copper plate, and the lower end is continuously connected to the outer upper electrode 23 in the circumferential direction, and the upper end is connected to the power supply rod 28 via the connector 29. Is electrically connected. Outside the power supply cylinder 30, the side wall of the processing chamber 10 extends upward from the height position of the upper electrode 22 to constitute a cylindrical ground conductor 10 a. The upper end portion of the cylindrical ground conductor 10 a is electrically insulated from the power feeding rod 28 by a cylindrical insulating member 63. In this configuration, in the load circuit viewed from the connector 29, a coaxial line having the power supply tube 30 and the outer upper electrode 23 as a waveguide is formed by the power supply tube 30, the outer upper electrode 23, and the cylindrical ground conductor 10a.

内側上部電極２４は、多数のガス孔３２ａを有し、処理チャンバー内に露出する露出面を構成する電極表面部材３２を有する。電極表面部材３２の裏面側には、同じく多数のガス孔３４ａを有するクーリングプレート３４が設けられ、このクーリングプレート３４と電極表面部材３２との間には、同じく多数のガス孔３７ａを有するスペーサ３７が設けられている。クーリングプレート３４には、図示しない冷媒循環機構が設けられ、所望温度に設定可能とされている。   The inner upper electrode 24 has a large number of gas holes 32a and an electrode surface member 32 constituting an exposed surface exposed in the processing chamber. A cooling plate 34 having a large number of gas holes 34 a is provided on the back surface side of the electrode surface member 32, and a spacer 37 having a number of gas holes 37 a between the cooling plate 34 and the electrode surface member 32. Is provided. The cooling plate 34 is provided with a refrigerant circulation mechanism (not shown) and can be set to a desired temperature.

上記の電極表面部材３２、スペーサ３７、クーリングプレート３４は、電極支持体３３によって一体的に支持されている。電極表面部材３２は、図示しないボルトによって電極支持体３３に締結されており、このボルトの頭部は、電極表面部材３４の下部に配置された環状のシールドリング５３によって保護されている。   The electrode surface member 32, the spacer 37, and the cooling plate 34 are integrally supported by an electrode support 33. The electrode surface member 32 is fastened to the electrode support 33 by a bolt (not shown), and the head portion of the bolt is protected by an annular shield ring 53 disposed under the electrode surface member 34.

電極支持体３３の内部には、後述する処理ガスが導入されるバッファ室が形成され、このバッファ室は、Ｏリング等からなる環状隔壁部材４３で分離された中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６からなる。   Inside the electrode support 33, a buffer chamber into which a processing gas to be described later is introduced is formed. The buffer chamber is divided into a central buffer chamber 35 and a peripheral buffer chamber 36 separated by an annular partition member 43 made of an O-ring or the like. Consists of.

本実施形態では、電極表面部材３２、スペーサ３７、クーリングプレート３４及び電極支持体３３によって、プラズマ処理装置用電極アッセンブリが構成されており、プラズマエッチング装置１のメンテナンス等において、これらを一体的に交換可能となっている。そして、上記の電極表面部材３２、スペーサ３７、クーリングプレート３４のうちの少なくとも１つが、金属基複合材からなり、中央部が周辺部より高い電気抵抗値を有する電気抵抗値の分布を有する板状部材とされている。このような金属基複合材（ＭＭＣ（Metal Matrix Composites））としては、例えば、株式会社日本セラテック社製の金属基複合材を使用することができる。   In the present embodiment, the electrode surface member 32, the spacer 37, the cooling plate 34, and the electrode support 33 constitute an electrode assembly for a plasma processing apparatus, and these are integrally replaced during maintenance of the plasma etching apparatus 1 or the like. It is possible. Then, at least one of the electrode surface member 32, the spacer 37, and the cooling plate 34 is made of a metal matrix composite material, and has a plate-like shape having a distribution of electric resistance values in which the central portion has a higher electric resistance value than the peripheral portion. It is a member. As such a metal matrix composite (MMC (Metal Matrix Composites)), for example, a metal matrix composite manufactured by Nippon Ceratech Co., Ltd. can be used.

このような金属基複合材では、金属に対してセラミックの含有割合を調整することによって、電気抵抗値の異なる領域を有する一体の部材を構成することが可能であり、これによって、電極表面部材３２、スペーサ３７、クーリングプレート３４を、中央部が周辺部より高い抵抗値を有する一体の板状部材として製作することができる。なお、電極表面部材３２を金属基複合材から構成する場合は、シリコンを基材とするものから構成することが好ましい。また、スペーサ３７、クーリングプレート３４を金属基複合材から構成する場合は、アルミニウム合金等を基材とするものから構成することができる。   In such a metal matrix composite, it is possible to constitute an integral member having regions having different electric resistance values by adjusting the content ratio of the ceramic with respect to the metal. The spacer 37 and the cooling plate 34 can be manufactured as an integral plate-like member having a higher resistance value in the central part than in the peripheral part. In addition, when comprising the electrode surface member 32 from a metal matrix composite material, it is preferable to comprise from the thing which uses silicon | silicone as a base material. When the spacer 37 and the cooling plate 34 are made of a metal matrix composite material, the spacer 37 and the cooling plate 34 can be made of an aluminum alloy or the like as a base material.

上記のように、プラズマ処理装置用電極アッセンブリを構成する電極表面部材３２、スペーサ３７、クーリングプレート３４の少なくとも１つを、金属基複合材からなり、中央部が周辺部より高い電気抵抗値を有する電気抵抗値の分布を有する板状部材とすることにより、例えば、電極表面部材３２とスペーサ３７との間に、中央部のみ間隙を設けた場合と同様な効果、つまり、中央部分のプラズマ密度が高くなることを抑制することができ、面内均一性の良好なプラズマ処理を行うことができる。又、間隙を形成することがないので、間隙部分で異常放電が生じることを防止することができる。さらに、一体の板状部材から構成することによって、複数の部材から構成した場合のように、構造が複雑になったり、組み立てやメンテナンス等が煩雑化することを防止することができる。なお、電気抵抗値の分布は、図３に模式的に示すように中央部１００ａと周辺部１００ｂの２つの領域に分けても良く、図４に模式的に示すように、中央部１００ａと周辺部１００ｂの間に、これらの中間の抵抗値を有する中間領域１００ｃを設け３つの領域に分けても良い。また、さらに多数の領域に分けても良い。   As described above, at least one of the electrode surface member 32, the spacer 37, and the cooling plate 34 constituting the electrode assembly for the plasma processing apparatus is made of a metal matrix composite material, and the central portion has a higher electrical resistance value than the peripheral portion. By using a plate-like member having a distribution of electrical resistance values, for example, the same effect as when a gap is provided only at the center between the electrode surface member 32 and the spacer 37, that is, the plasma density at the center is reduced. It is possible to suppress the increase, and plasma processing with good in-plane uniformity can be performed. Further, since no gap is formed, abnormal discharge can be prevented from occurring in the gap portion. Furthermore, by constituting from an integral plate-like member, it is possible to prevent the structure from becoming complicated and the assembly and maintenance from becoming complicated as in the case of being constituted from a plurality of members. The electrical resistance value distribution may be divided into two regions, a central portion 100a and a peripheral portion 100b as schematically shown in FIG. 3, and as schematically shown in FIG. An intermediate region 100c having an intermediate resistance value may be provided between the portions 100b and divided into three regions. Further, it may be divided into a larger number of regions.

なお、上記のような金属基複合材は、プラズマエッチング装置１の他の構成部材にも使用することができる。例えば、処理チャンバー１０を金属基複合材から構成し、内部にヒータ層とこのヒータ層の周囲を囲む絶縁層を設け、表面層を導体層とすることによって、ヒータが内蔵された一体型のチャンバーを構成することもできる。このような構成とすれば、処理チャンバー１０の壁面の温度を制御できるとともに、別途にヒータやペルチエ素子を取り付けた場合に比べて洗浄時等の取り扱いを容易に行うことが可能となる。   The metal matrix composite as described above can also be used for other components of the plasma etching apparatus 1. For example, the processing chamber 10 is made of a metal matrix composite material, and a heater layer and an insulating layer surrounding the heater layer are provided inside, and the surface layer is a conductor layer, so that an integrated chamber with a built-in heater is provided. Can also be configured. With such a configuration, the temperature of the wall surface of the processing chamber 10 can be controlled, and handling at the time of cleaning or the like can be easily performed as compared with a case where a heater or a Peltier element is separately attached.

内側上部電極２４の電極支持体３３には、整合器２７、給電棒２８、コネクタ２９及び上部給電筒４４を介して第１の高周波電源３１が電気的に接続されている。上部給電筒４４の途中には、キャパシタンスを可変調節できる可変コンンデンサ４５が配置されている。   The first high frequency power supply 31 is electrically connected to the electrode support 33 of the inner upper electrode 24 via the matching unit 27, the power feeding rod 28, the connector 29, and the upper power feeding cylinder 44. A variable capacitor 45 capable of variably adjusting the capacitance is disposed in the middle of the upper feeding cylinder 44.

図１に示すように、処理チャンバー１０の外部には、処理ガス供給源３８が配置されている。この処理ガス供給源３８からは、中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に所望の流量比で処理ガスを供給できるようになっている。すなわち、処理ガス供給源３８からのガス供給管３９が途中で分岐管３９ａ，３９ｂに分岐し、流量制御弁４０ａ，４０ｂを介して中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６に接続されている。さらに、ガス供給管３９には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４１及び開閉弁４２が介挿されている。   As shown in FIG. 1, a processing gas supply source 38 is disposed outside the processing chamber 10. A processing gas can be supplied from the processing gas supply source 38 to the central buffer chamber 35 and the peripheral buffer chamber 36 at a desired flow rate ratio. That is, the gas supply pipe 39 from the processing gas supply source 38 branches into the branch pipes 39a and 39b on the way, and is connected to the central buffer chamber 35 and the peripheral buffer chamber 36 via the flow rate control valves 40a and 40b. Further, a mass flow controller (MFC) 41 and an opening / closing valve 42 are inserted in the gas supply pipe 39.

処理チャンバー１０の底部には排気口４６が設けられ、この排気口４６に排気マニフォールド４７を介して自動圧力制御弁（ＡＰＣバルブ）４８及びターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）４９が接続されている。これらの自動圧力制御弁４８及びターボ分子ポンプ４９が協働して、処理チャンバー１０内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、排気口４６とプラズマ生成空間Ｓとの間には、複数の通気孔を有する環状のバッフル板５０が、サセプタ支持台１２を取り巻くように配置されている。このバッフル板５０は、プラズマ生成空間Ｓから排気口４６へのプラズマの漏洩を防止する。   An exhaust port 46 is provided at the bottom of the processing chamber 10, and an automatic pressure control valve (APC valve) 48 and a turbo molecular pump (TMP) 49 are connected to the exhaust port 46 via an exhaust manifold 47. The automatic pressure control valve 48 and the turbo molecular pump 49 cooperate with each other so that the inside of the processing chamber 10 can be evacuated to a predetermined reduced pressure atmosphere, for example, a predetermined pressure of 1 Pa or less. An annular baffle plate 50 having a plurality of air holes is disposed between the exhaust port 46 and the plasma generation space S so as to surround the susceptor support 12. The baffle plate 50 prevents plasma leakage from the plasma generation space S to the exhaust port 46.

また、処理チャンバー１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口５１が設けられ、ここには、ゲートバルブ５２が設けられている。そして、このゲートバルブ５２を開にした状態で、搬入出口５１を通じて、半導体ウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。また、搬入出口５１及びプラズマ生成空間Ｓの間には、空気圧によって上下動するスライドバルブとしてのシャッタ５５が配置されている。このシャッタ５５は、半導体ウエハＷのプラズマ生成空間Ｓへの搬入出においてゲートバルブ５２が開いた時に、搬入出口５１をプラズマ生成空間Ｓから遮断し、プラズマが搬入出口５１を介して漏洩するのを防止する。   Further, a loading / unloading port 51 for the semiconductor wafer W is provided on the side wall of the processing chamber 10, and a gate valve 52 is provided here. Then, with the gate valve 52 opened, the semiconductor wafer W is transferred to and from an adjacent load lock chamber (not shown) through the loading / unloading port 51. A shutter 55 is disposed between the loading / unloading port 51 and the plasma generation space S as a slide valve that moves up and down by air pressure. The shutter 55 shuts off the loading / unloading port 51 from the plasma generation space S when the gate valve 52 is opened during loading / unloading of the semiconductor wafer W into / from the plasma generation space S, so that the plasma leaks through the loading / unloading port 51. To prevent.

下部電極としてのサセプタ１３には、下部給電筒５７及び整合器５８を介して第２の高周波電源５９が接続されている。この第２の高周波電源５９の周波数は２〜２７ＭＨｚの範囲が好ましい。下部給電筒５７の内側空間には、静電チャック１４の電極板１５に接続され、かつ、サセプタ１３を貫通する接続端子５８の端部が露出し、内部空間において上下動する可動給電棒６７が配置されている。直流電源１６が電極板１５に直流電圧を印加する場合、可動給電棒６７が上昇して接続端子５８に接触し、直流電源１６が電極板１５に直流電圧を印加しない場合、可動給電棒６７が下降して接続端子５８から離れる。   A second high-frequency power source 59 is connected to the susceptor 13 serving as the lower electrode via a lower feeding cylinder 57 and a matching unit 58. The frequency of the second high frequency power supply 59 is preferably in the range of 2 to 27 MHz. A movable feeding rod 67 that is connected to the electrode plate 15 of the electrostatic chuck 14 and has an end portion of the connection terminal 58 that passes through the susceptor 13 is exposed in the inner space of the lower feeding cylinder 57 and moves up and down in the inner space. Has been placed. When the DC power supply 16 applies a DC voltage to the electrode plate 15, the movable power supply rod 67 rises and contacts the connection terminal 58. When the DC power supply 16 does not apply a DC voltage to the electrode plate 15, the movable power supply rod 67 It descends and leaves the connection terminal 58.

可動給電棒６７は底部にフランジを有し、また、下部給電筒５７も内側空間に向けて突出するフランジを有する。可動給電棒６７のフランジ及び下部給電筒５７のフランジの間には可動給電棒６７の上下動を規制する、絶縁体である窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなるバネ６０が配置されている。このようにバネ６０を絶縁体から構成することにより、高周波電力に起因する電磁誘導が発生せず、バネ６０が高温になることがないのでその劣化を防止することができる。   The movable power supply rod 67 has a flange at the bottom, and the lower power supply cylinder 57 also has a flange protruding toward the inner space. Between the flange of the movable power supply rod 67 and the flange of the lower power supply cylinder 57, a spring 60 made of silicon nitride (SiN) as an insulator for restricting the vertical movement of the movable power supply rod 67 is disposed. By configuring the spring 60 from an insulator in this way, electromagnetic induction due to high frequency power does not occur, and the spring 60 does not reach a high temperature, so that deterioration can be prevented.

内側上部電極２４には、第１の高周波電源３１からの高周波電力をグランドに通さず、第２の高周波電源５９からの高周波電力をグランドへ通すローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１が接続されている。一方、サセプタ１３には、第１の高周波電源３１からの高周波電力をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２が接続されている。   The inner upper electrode 24 is connected to a low pass filter (LPF) 61 that does not pass high-frequency power from the first high-frequency power supply 31 to the ground but passes high-frequency power from the second high-frequency power supply 59 to the ground. On the other hand, the susceptor 13 is connected to a high-pass filter (HPF) 62 for passing high-frequency power from the first high-frequency power supply 31 to the ground.

上記構成のプラズマエッチング装置１によって、半導体ウエハＷのプラズマエッチングを行う場合、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ５２が開放された後、図示しないロードロック室から処理チャンバー１０内へと搬入され、静電チャック１４上に載置される。そして、直流電源１６から静電チャック１４の電極板１５に直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１４上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ５２が閉じられ、ＡＰＣバルブ４８及びＴＭＰ４９によって、処理チャンバー１０内が所定の真空度まで真空引きされる。   When plasma etching of the semiconductor wafer W is performed by the plasma etching apparatus 1 having the above-described configuration, the semiconductor wafer W is transferred from the load lock chamber (not shown) into the processing chamber 10 after the gate valve 52 is opened, and electrostatically charged. It is placed on the chuck 14. Then, a DC voltage is applied from the DC power supply 16 to the electrode plate 15 of the electrostatic chuck 14, whereby the semiconductor wafer W is electrostatically attracted onto the electrostatic chuck 14. Next, the gate valve 52 is closed, and the inside of the processing chamber 10 is evacuated to a predetermined vacuum level by the APC valve 48 and the TMP 49.

その後、開閉弁４２が開放されて、処理ガス供給源３８から所定の処理ガス（エッチングガス）が、マスフローコントローラ４１によってその流量を調整されつつ、中心バッファ室３５及び周辺バッファ室３６を通じて処理チャンバー１０内のプラズマ生成空間Ｓ内に導入される。   Thereafter, the on-off valve 42 is opened, and a predetermined processing gas (etching gas) from the processing gas supply source 38 is adjusted in flow rate by the mass flow controller 41, and the processing chamber 10 is passed through the central buffer chamber 35 and the peripheral buffer chamber 36. It is introduced into the plasma generation space S.

そして、処理チャンバー１０内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源３１から所定の周波数の高周波電力が上部電極２２に印加される。これにより、上部電極２２と下部電極としてのサセプタ１３との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化する。   Then, the pressure in the processing chamber 10 is maintained at a predetermined pressure. Thereafter, high frequency power having a predetermined frequency is applied to the upper electrode 22 from the first high frequency power supply 31. As a result, a high-frequency electric field is generated between the upper electrode 22 and the susceptor 13 as the lower electrode, and the processing gas is dissociated into plasma.

他方、第２の高周波電源５９から、上記の第１の高周波電源３１より低い周波数の高周波電力が下部電極であるサセプタ１３に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがサセプタ１３側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。   On the other hand, high frequency power having a frequency lower than that of the first high frequency power supply 31 is applied from the second high frequency power supply 59 to the susceptor 13 serving as the lower electrode. Thereby, ions in the plasma are attracted to the susceptor 13 side, and the anisotropy of etching is enhanced by ion assist.

この時、内側上部電極２４において、サセプタ１３上の半導体ウエハＷに対向する中心シャワーヘッド及び周辺シャワーヘッドで処理ガス噴出流量の比率を任意に調整できるので、ガス分子又はラジカル密度の空間分布を半導体ウエハＷの径方向で制御し、ラジカルベースによるエッチング特性の空間的な分布を任意に制御することができる。   At this time, in the inner upper electrode 24, since the ratio of the processing gas ejection flow rate can be arbitrarily adjusted by the central shower head and the peripheral shower head facing the semiconductor wafer W on the susceptor 13, the spatial distribution of the gas molecule or radical density can be adjusted. It is possible to arbitrarily control the spatial distribution of etching characteristics based on radicals by controlling in the radial direction of the wafer W.

また、上部電極２２においては、プラズマ生成のための高周波電極として外側上部電極２３を主、内側上部電極２４を副とし、第１の高周波電源３１、第２の高周波電源５９によって上部電極２２の直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしている。したがって、イオン密度の空間分布を径方向で制御し、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意かつ精細に制御することができる。   Further, in the upper electrode 22, the outer upper electrode 23 is mainly used as a high-frequency electrode for plasma generation, the inner upper electrode 24 is used as a subordinate, and the first high-frequency power supply 31 and the second high-frequency power supply 59 are directly below the upper electrode 22. The ratio of the electric field strength given to the electrons can be adjusted. Therefore, the spatial distribution of ion density can be controlled in the radial direction, and the spatial characteristics of reactive ion etching can be controlled arbitrarily and finely.

さらに、内側上部電極２４においては、電極表面部材３２、スペーサ３７、クーリングプレート３４のうちの少なくとも１つが、金属基複合材からなり、中央部が周辺部より高い電気抵抗値を有する電気抵抗値の分布を有する板状部材とされている。これによって、中央部分の高周波電界が強くなり、この部分のプラズマ密度が高くなることを抑制することができ、面内均一性の良好なプラズマ処理を行うことができる。   Furthermore, in the inner upper electrode 24, at least one of the electrode surface member 32, the spacer 37, and the cooling plate 34 is made of a metal matrix composite material, and the central portion has an electric resistance value that is higher than the peripheral portion. A plate-like member having a distribution is used. As a result, the high-frequency electric field in the central portion becomes strong, and the plasma density in this portion can be prevented from increasing, and plasma processing with good in-plane uniformity can be performed.

そして、プラズマエッチングが終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１０内から搬出される。   When the plasma etching is completed, the supply of the high frequency power and the supply of the processing gas are stopped, and the semiconductor wafer W is unloaded from the processing chamber 10 by a procedure reverse to the procedure described above.

以上説明したとおり、本実施形態によれば、異常放電の発生や、組み立て及びメンテナンスの煩雑さを招くことなく、プラズマ密度の均一化を図ることができ、面内均一性の良好なプラズマ処理を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, the plasma density can be made uniform without causing the occurrence of abnormal discharge and the complexity of assembly and maintenance, and the plasma treatment with good in-plane uniformity can be performed. It can be carried out.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、プラズマエッチング装置は、図１，２に示した平行平板型の上下部高周波印加型に限らず、例えば、図５に示すように、下部電極（サセプタ１３）に、第１の高周波電源３１と、第２の高周波電源５９が接続された、下部２周波印加型のプラズマエッチング装置１ａ等にも同様にして適用することができる。   In addition, this invention is not limited to said embodiment, Various deformation | transformation are possible. For example, the plasma etching apparatus is not limited to the parallel plate type upper and lower high-frequency application type shown in FIGS. 1 and 2, and for example, as shown in FIG. 5, the first high-frequency power supply 31 is connected to the lower electrode (susceptor 13). In addition, the present invention can be similarly applied to the lower two-frequency application type plasma etching apparatus 1a to which the second high-frequency power source 59 is connected.

なお、図５のプラズマエッチング装置１ａについては、図１，２に示したプラズマエッチング装置１と対応する部分に対応する符号を付して重複した説明は省略するが、この場合、上部電極２２は、グランドに電気的に接続され、接地電位とされている。この上部電極を構成する電極表面部材３２等を、金属基複合材からなり、中央部が周辺部より高い電気抵抗値を有する電気抵抗値の分布を有する板状部材とすることによって上記の実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、図５のプラズマエッチング装置１ａでは、処理チャンバー１０の外側に、回転可能な磁石７０が設けられており、処理チャンバー１０内に磁場を形成してプラズマの制御を行えるようになっている。   In addition, about the plasma etching apparatus 1a of FIG. 5, the code | symbol corresponding to the part corresponding to the plasma etching apparatus 1 shown in FIG. Are electrically connected to the ground and are set to the ground potential. The electrode surface member 32 or the like constituting the upper electrode is a plate-shaped member made of a metal matrix composite material and having a distribution of electrical resistance values with a central portion having a higher electrical resistance value than a peripheral portion. The same effect can be obtained. In the plasma etching apparatus 1a of FIG. 5, a rotatable magnet 70 is provided outside the processing chamber 10, and a plasma can be controlled by forming a magnetic field in the processing chamber 10.

本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体の構成を示す図。1 is a diagram showing an overall configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. 図１のプラズマエッチング装置の要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the plasma etching apparatus of FIG. 抵抗値の分布の状態を説明するための図。The figure for demonstrating the state of distribution of resistance value. 抵抗値の他の分布の状態を説明するための図。The figure for demonstrating the state of other distribution of resistance value. 他の実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体の構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the plasma etching apparatus which concerns on other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１……プラズマエッチング装置、１０……処理チャンバー、２２……上部電極、３２……電極表面部材、３３……電極支持体、３４……クーリングプレート、３７……スペーサ、Ｗ……半導体ウエハ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma etching apparatus, 10 ... Processing chamber, 22 ... Upper electrode, 32 ... Electrode surface member, 33 ... Electrode support, 34 ... Cooling plate, 37 ... Spacer, W ... Semiconductor wafer.

Claims (6)

被処理基板が収容される処理チャンバー内に高周波電界を形成してプラズマを発生させるためのプラズマ処理装置用電極アッセンブリであって、
金属基複合材からなり、中央部が周辺部より高い電気抵抗値を有する電気抵抗値の分布を有する板状部材を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置用電極アッセンブリ。 An electrode assembly for a plasma processing apparatus for generating a plasma by forming a high-frequency electric field in a processing chamber in which a substrate to be processed is accommodated,
An electrode assembly for a plasma processing apparatus, comprising a plate-like member made of a metal matrix composite and having a distribution of electric resistance values with a central portion having a higher electric resistance value than a peripheral portion. 請求項１記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリであって、
前記板状部材が、前記処理チャンバー内に露出する露出面を構成する電極表面部材であることを特徴とするプラズマ処理装置用電極アッセンブリ。 An electrode assembly for a plasma processing apparatus according to claim 1,
The electrode assembly for a plasma processing apparatus, wherein the plate member is an electrode surface member constituting an exposed surface exposed in the processing chamber. 請求項１記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリであって、
前記板状部材が、前記処理チャンバー内に露出する露出面を構成する電極表面部材の裏面側に配置される部材であることを特徴とするプラズマ処理装置用電極アッセンブリ。 An electrode assembly for a plasma processing apparatus according to claim 1,
The electrode assembly for a plasma processing apparatus, wherein the plate-shaped member is a member disposed on the back side of an electrode surface member that constitutes an exposed surface exposed in the processing chamber. 請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリであって、
前記板状部材が、前記中央部と前記周辺部との間に位置し、前記中央部の電気抵抗値と前記周辺部の電気抵抗値との中間の電気抵抗値を有する中間部を有することを特徴とするプラズマ処理装置用電極アッセンブリ。 An electrode assembly for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The plate-like member has an intermediate portion that is located between the central portion and the peripheral portion and has an intermediate electric resistance value between the electric resistance value of the central portion and the electric resistance value of the peripheral portion. An electrode assembly for a plasma processing apparatus. 請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリを具備し、
当該プラズマ処理装置用電極アッセンブリに高周波電力を供給するよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 An electrode assembly for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, comprising:
A plasma processing apparatus configured to supply high-frequency power to the electrode assembly for the plasma processing apparatus. 請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマ処理装置用電極アッセンブリを具備し、
当該プラズマ処理装置用電極アッセンブリが接地電位とされるよう構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。 An electrode assembly for a plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, comprising:
A plasma processing apparatus characterized in that the electrode assembly for the plasma processing apparatus is configured to have a ground potential.
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