JP4392852B2

JP4392852B2 - プラズマ処理装置に用いられる排気リング機構及びプラズマ処理装置

Info

Publication number: JP4392852B2
Application number: JP2001373858A
Authority: JP
Inventors: 俊樹高橋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: AU2002354107A1; WO2003049171A1; JP2003174020A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、更に詳しくは、プラズマ領域内にプラズマを封じ込めることができるプラズマ処理装置に用いられる排気リング機構及びプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置は、処理容器内で発生させたプラズマを用いてウエハ等の被処理体に対してエッチング処理や成膜処理等の処理を施す装置である。プラズマ処理装置としては、例えば容量結合タイプと誘導結合タイプ等種々のタイプのものがある。
【０００３】
例えば、容量結合タイプのプラズマ処理装置としては平行平板型のものが広く用いられている。平行平板型プラズマ処理装置は、例えば、処理容器内に配設され且つウエハ等の被処理体を載置する下部電極を兼ねる保持体と、この保持体の上方に隙間を介して配設された上部電極と、保持体の外周縁部に配設されフォーカスリングとを備え、高真空下で上下いずれかの電極または両電極に高周波電力を印加し、処理容器内のプロセスガスからプラズマ発生させ、被処理体に対してエッチング等のプラズマ処理を施す。また、保持体と処理容器の内周壁間には複数の排気孔を有するリング状の排気リングが設けられ、この排気リングの排気孔を介して副生成物等のガスをプラズマ領域全体から均等に排気している。
【０００４】
このように処理容器内は排気リングを介してプラズマ領域と非プラズマ領域に分かれている。プラズマ領域では処理容器内壁がプラズマイオンによるスパッタリング攻撃を受け消耗したり、副生成物が付着、堆積して汚染されるため、内壁面にセラミック溶射等が施されている。一方、非プラズマ領域ではプラズマイオンによる攻撃が殆どなく、また、副生成物による汚染も少ないため、処理容器内壁にはこのような対策は施されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気リングには排気用の孔が全周に渡って形成されているため、プラズマの高密度化に伴って排気リングの排気孔から非プラズマ領域へのプラズマ漏洩があり、被処理体の外周縁部におけるプラズマ密度が低下し、ひいてはエッチングレート等のプラズマ処理の均一性が損なわれるという課題があった。この対策として排気孔の総面積を小さくしてプラズマ漏洩を防止する方法もあるが、この場合にはプラズマ領域からのガス排気量が制限され、副生成物の滞留等による弊害があり、好ましくない。また、排気孔からのプラズマ漏洩により非プラズマ領域で処理容器内壁を傷めたり、汚染したりする虞もある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、十分なガス排気性を確保しつつ処理容器内のプラズマ領域内にプラズマを閉じ込めることができるプラズマ処理装置に用いられる排気リング機構及びプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の排気リング機構は、処理容器内で被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ領域と接触し且つ上記プラズマ領域での生成ガスの排気流路を上記被処理体の径方向外側に形成する排気リング機構であって、上記排気リング機構は、複数の排気孔が形成された非磁性体からなる排気リングと、この排気リングを面方向に沿って通り上記複数の排気孔を横切る磁場を形成する磁場形成手段と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の排気リング機構は、請求項１に記載の発明において、上記磁場形成手段は、少なくとも磁場の一部を上記排気リング内に形成することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項３に記載の排気リング機構は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記磁場形成手段は、上記排気リングの内周面及び外周面それぞれに沿って配設された磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項４に記載の排気リング機構は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記磁場形成手段は、上記排気リング下面の内周縁部及び外周縁部に沿ってそれぞれ配設された磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項５に記載の排気リング機構は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記排気リング機構は、磁場封止手段を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項６に記載の排気リング機構は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記磁場形成手段は、上記排気リング下面側にその周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石または複数の電磁石によって構成されてなることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項７に記載の排気リング機構は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記排気リング機構は、磁場封止手段を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項８に記載の排気リング機構は、請求項７に記載の発明において、上記磁場封止手段は、磁性体からなることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置は、処理容器内に配設され且つ被処理体を保持する保持体と、この保持体と上記処理容器間に配設され且つ複数の排気孔を有する排気リング機構とを備え、上記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、上記排気リング機構は、複数の排気孔が形成された非磁性体からなる排気リングと、この排気リングを面方向に沿って通り上記複数の排気孔を横切る磁場を形成する磁場形成手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項１０に記載のプラズマ処理装置は、請求項９に記載の発明において、上記磁場形成手段は、少なくとも磁場の一部を上記排気リング内に形成することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項１１に記載のプラズマ処理装置は、請求項９または請求項１０に記載の発明において、上記磁場形成手段は、上記排気リングの内周面及び外周面それぞれに沿って配設された磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項１２に記載のプラズマ処理装置は、請求項９または請求項１０に記載の発明において、上記磁場形成手段は、上記排気リング下面の内周縁部及び外周縁部に沿ってそれぞれ配設された磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項１３に記載のプラズマ処理装置は、請求項９または請求項１０に記載の発明において、上記磁場形成手段は、上記排気リング内にその周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項１４に記載のプラズマ処理装置は、請求項９または請求項１０に記載の発明において、上記磁場形成手段は、上記排気リング下面側にその周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石または複数の電磁石によって構成されてなることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項１５に記載のプラズマ処理装置は、請求項９〜請求項１４のいずれか１項に記載の発明において、上記排気リング機構は、磁場封止手段を有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項１６に記載のプラズマ処理装置は、請求項１５に記載の発明において、上記磁場封止手段は、磁性体からなることを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置は、例えば図１に示すように、アルミニウム等の導電性材料からなり且つ所定の高真空を保持する気密構造の処理容器１と、この処理容器１内に配設され且つ被処理体（例えば、ウエハ）Ｗを保持する下部電極を兼ねる保持体（以下、「下部電極」と称す。）２と、この下部電極２の上方に所定間隔を空けて下部電極２と平行に配設され且つエッチングガスの供給部を兼ねる中空状の上部電極３と、下部電極２に整合器４を介して接続された例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源５とを備え、高周波電源５から整合器４を介して下部電極２に所定の高周波電力を印加し、下部電極２と上部電極３の間で処理容器１内に供給されたプロセスガスからプラズマを発生させる。また、下部電極２上面の外周縁部にはシリコン等からなるフォーカスリング６が配設され、このフォーカスリング６を介して下部電極２と上部電極３間で発生したプラズマをウエハＷ上に集束させる。
【００２４】
上記下部電極２の外周面上端部にはリング状に形成された本実施形態の排気リング機構７が取り付けられ、この排気リング機構７を介して処理容器１内を上下に分割している。排気リング機構７の上部がプラズマ領域になり、下部が非プラズマ領域になる。この排気リング機構７は、例えば図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、排気リング７１と、この排気リング７１において面方向の磁場を形成する磁場形成手段７２とを備えている。従って、この排気リング機構７は、処理容器１内でウエハＷにプラズマ処理を施すプラズマ領域と接触し且つプラズマ領域での生成ガスの排気流路を形成している。図２の（ａ）は排気リング機構７の一部を示す平面図、同図の（ｂ）はその径方向の沿う断面図、同図（ｃ）はその周方向に沿う断面図である。尚、図１において、８はプロセスガスの供給管、９は排気ガスの排気管である。
【００２５】
而して、上記排気リング７１には図２の（ａ）、（ｂ）に示すように全周に渡って複数の円形状の排気孔７１Ａが均等に分散して形成され、これらの排気孔７１Ａを介してプラズマ領域のガスを非プラズマ領域を経由させて処理容器１外へ排気する。また、上記磁場形成手段７２は、排気リング７１において下部電極２から処理容器１内壁に向かう面方向の磁場を形成し、この磁場形成手段７２を介してプラズマをプラズマ領域に閉じ込め、非プラズマ領域へのプラズマの漏洩を防止する。
【００２６】
即ち、本実施形態の磁場形成手段７２は、図２の（ａ）に示すように、排気リング７１の内周面を被覆する第１リング磁石７２Ａと、排気リング７１の外周面を被覆する第２リング磁石７２Ｂとから構成され、第１リング磁石７２Ａと第２リング磁石７２Ｂの間で同図（ａ）の矢印Ｘで示すように第１リング磁石７２Ａから第２リング磁石７２Ｂに向かう面方向の磁場が形成される。この磁場の磁力線Ｂはプラズマイオン及び電子の漏れる方向と略直交してるため、プラズマ領域のプラズマイオン及び電子（図２の（ｂ）、（ｃ）ではマイナスイオンのみを図示してある。図３、図４においても同様である。）が同図の（ｂ）に示すように排気リング７１の排気孔７１Ａを通過しようとしてもプラズマイオン及び電子は同図に（ｃ）に示すように磁場の作用を受けて磁力線Ｂを中心に旋回する。このプラズマイオン及び電子は排気孔７１Ａの内周面に衝突し、非プラズマ領域へ漏出せず、プラズマ領域内に閉じ込められる。従って、ウエハＷ外周縁部でのプラズマの拡散を防止し、ウエハＷ周縁部とウエハＷの中央部分とのプラズマ密度の均一性を保持することができ、ウエハＷ外周縁部でのエッチング等のプラズマ処理の低下を防止してプラズマ処理の面内均一性を高めることができる。
【００２７】
また、上記排気リング機構７は例えば図２の（ａ）、（ｂ）に示すように磁場封止手段７３を備えている。この磁場封止手段７３は、例えば鉄等の磁性体からなり、同図に示すように排気リング７１及び第１、第２リング磁石７２Ａ、７２Ｂを一体的に収納する磁性収納体として形成されている。そこで、以下では磁場封止手段７３を磁性収納体７３として説明する。このようにリング状の磁性収納体７３内に排気リング７１及び第１、第２リング磁石７２Ａ、７２Ｂを一体的に収納することで、図２の（ｂ）に示すように磁性収納体７３においてその外周面から内周面に向かう磁路Ｙが形成され、排気リング７１からの磁場漏洩を防止することができ、磁場を有効に利用することができ、ひいてはプラズマをより確実にプラズマ領域内へ閉じ込めることができる。この結果、処理容器１内のプラズマイオン及び電子をプラズマ領域に確実に閉じこめ、プラズマ処理の均一性を更に高めることができる。また、非プラズマ領域における処理容器１内壁をプラズマによる損傷から防止することができると共に副生成物の汚染から防止することができる。
【００２８】
また、第１リング磁石７２Ａは下部電極２と隣接しているため、下部電極２上面の外周縁部にも磁場が作用し、この磁場がウエハＷ外周縁部のエッチング時のエッチングレート等のプラズマ処理の面内均一性をより一層向上させることができる。
【００２９】
以上説明したように本実施形態によれば、排気リング機構７は、排気リング７１と、この排気リング７１の内周面及び外周面をそれぞれ被覆する第１、第２リング磁石７２Ａ、７２Ｂを備え、これらのリング磁石７２Ａ、７２Ｂ間で排気リング７１において径方向の水平磁場を形成するようにしたため、プラズマイオン及び電子が排気リング７１の排気孔７１Ａを通過しようとしても水平磁場の作用でプラズマイオン及び電子が排気孔７１Ａ内で旋回して衝突し、プラズマイオン及び電子の通過を阻止してプラズマをプラズマ領域に閉じ込めることができる。従って、ウエハＷ外周縁部でのプラズマの拡散を防止し、ウエハＷ周縁部とウエハＷの中央部分とのプラズマ密度の均一性を高めることができ、ウエハＷ外周縁部でのエッチング等のプラズマ処理の低下を防止してプラズマ処理の面内均一性を保持することができる。また、非プラズマ領域での処理容器１内壁をプラズマ損傷から防止することができると共に副生成物の汚染から防止することができる。また、下部電極２上面の外周縁部でも磁場形成手段７２によって磁場が形成され、この磁場の影響でエッチングレート等のプラズマ処理の均一性を高めることができる。更に、排気リング７１と第１、第２リング磁石７２Ａ、７２Ｂを磁性収納体７３内に収納したため、磁性収納体７３によって磁場の漏洩を防止し、磁場を無駄なく有効に利用し、プラズマをプラズマ領域により確実に閉じ込めることができる。
【００３０】
図３は本発明の他の実施形態を示す図である。本実施形態のプラズマ処理装置に用いられる排気リング機構１０は、例えば図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、排気リング１０１及び磁場形成手段１０２を備えている。磁場形成手段１０２は、同図に示すように、排気リング１０１の周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石１０２Ａによって構成されている。各磁石１０２Ａはそれぞれ板状に形成され、排気リング１０１に形成された細長形状の孔を埋めるようにして取り付けられている。そして、排気リング１０１において隣合う磁石１０２Ａ、１０２Ａ間で同図（ａ）の矢印Ｚで示すように時計方向の水平磁場が形成される。この磁場の磁力線Ｂはプラズマ及び電子の漏れる方向と略直交してるため、プラズマ領域のプラズマイオン及び電子が同図の（ｂ）に示すように排気リング１０１の排気孔１０１Ａを通過しようとしてもプラズマイオン及び電子は同図に（ｃ）に示すように磁場の作用を受けて磁力線を中心に旋回する。このプラズマイオン及び電子は排気リング１０１の排気孔１０１Ａの内周面に衝突し、非プラズマ領域へ漏出せず、プラズマ領域内に閉じ込められる。
【００３１】
以上説明したように本実施形態によれば、排気リング機構１０は、排気リング１０１と、この排気リング１０１の周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石１０２Ａによって構成され、これらの磁石１０２Ａ、１０２Ａ間で排気リング１０１において時計向の水平磁場を形成するようにしたため、プラズマ及び電子が排気リング１０１の排気孔１０１Ａを通過しようとしても水平磁場の作用でプラズマイオン及び電子が旋回して排気孔１０１Ａと衝突し、プラズマの通過を阻止してプラズマをプラズマ領域に閉じ込めることができる。従って、上記実施形態と同様の作用効果を期することができる。
【００３２】
図４は本発明の更に他の実施形態を示す図である。本実施形態のプラズマ処理装置に用いられる排気リング機構１１は、例えば図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、排気リング１１１及び磁場形成手段１１２を備えている。本実施形態の磁場形成手段１１２は、図２に示す排気リング機構７と同様に第１、第２リング磁石１１２Ａ、１１２Ｂとからなっているが、本実施形態の排気リング機構１１は図４の（ａ）、（ｂ）に示すように第１、第２リング磁石１１２Ａ、１１２Ｂが排気リング１１１下面の内周縁部及び外周縁部に接触させて配置されている点で、図２に示す排気リング機構７とは異なる構成を有している。このような構成から、第１リング磁石１１２Ａから第２リング磁石１１２Ｂに向かう磁場の一部、即ち第１リング磁石１１２Ａから第２リング磁石１１２Ｂに向かって湾曲して形成される磁場が全体的には図４の（ｂ）に示すように排気リング１１１の排気孔１１１Ａを略水平に横切る水平方向の磁場として形成される。この磁場の磁力線Ｂは、上記各実施形態と同様にプラズマイオン及び電子の漏れる方向と略直交してるため、プラズマ領域のプラズマイオン及び電子が同図の（ｂ）に示すように排気リング７１の排気孔７１Ａを通過しようとしてもプラズマイオン及び電子は磁場の作用を受けて磁力線Ｂを中心に旋回し非プラズマ領域へ漏出することなくプラズマ領域内に閉じ込められる。従って、本実施形態においても図２に示す排気リング機構７と同様の作用効果を期することができる。
【００３３】
また、図示してないが、図３に示す排気リング機構１０の磁場形成手段１０２を図４に示す実施形態と同様に排気リング１０１下面に放射状に配置しても同様の作用効果を期することができる。
【００３４】
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を設計変更することができる。例えば磁場形成手段は第１、第２リング磁石あるいは板状の磁石に制限されるものはなく、これらの磁石と同様の形態を呈する電磁石を用いても良い。第１、第２リング磁石の代わりに円弧状の磁石を排気リング全周に渡って配列したものであっても良い。また、磁場形成手段は、排気リングにおいて面方向の磁場を形成することができれば良く、磁場の向きは如何なる方向であっても良い。更に、磁石、電磁石、磁性収納体は、プラズマイオン、電子等の衝突により温度上昇があると磁場が変動し本来の機能を損なわれる虞があるため、これらを例えば表面がアルマイト加工されたアルミニウムケース内に収納するなどして被覆しても良い。また、排気リングは円形状の排気孔を有するものについて説明したが、排気孔はスリット等の他の形状であっても良い。また、上記各実施形態では平行平板型のプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが、排気リングを介してガス排気するタイプのプラズマ処理装置であれば、本発明の排気リング機構を適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、排気リング機構が、複数の排気孔が形成された非磁性体からなる排気リングと、この排気リングを面方向に沿って通り上記複数の排気孔を横切る磁場を形成する磁場形成手段と、を有し、排気リングの複数の排気孔を横切る磁場によって複数の排気孔を通ろうとするプラズマイオンや電子を排気孔に衝突させて非プラズマ領域への通過を阻止することができるため、複数の排気孔で十分なガス排気性を確保しつつ処理容器内のプラズマ領域内にプラズマを閉じ込めて、被処理体の外周縁部におけるプラズマ密度の低下を防止して被処理体の面内で均一なプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置に用いられる排気リング機構及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置及び排気リング機構の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】図１に示す排気リング機構の作用を説明するための図で、（ａ）はその一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の径方向の断面図、（ｃ）は（ａ）の周方向の断面図である。
【図３】本発明の排気リング機構の他の実施形態を示す図２に相当する図で、（ａ）はその一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の径方向の断面図、（ｃ）は（ａ）の周方向の断面図である。
【図４】本発明の排気リング機構の更に他の実施形態を示す図２に相当する図で、（ａ）はその一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の径方向の断面図である。
【符号の説明】
１処理容器
２下部電極（保持体）
７、１０、１１排気リング機構
７１、１０１、１１１排気リング
７１Ａ、１０１Ａ、１１１Ａ排気孔
７２、１０２、１１２磁場形成手段
７２Ａ、７２Ｂ、１１２Ａ、１１２Ｂリング磁石（磁石）
７３磁性収納体（磁性体）

Claims

処理容器内で被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ領域と接触し且つ上記プラズマ領域での生成ガスの排気流路を上記被処理体の径方向外側に形成する排気リング機構であって、上記排気リング機構は、複数の排気孔が形成された非磁性体からなる排気リングと、この排気リングを面方向に沿って通り上記複数の排気孔を横切る磁場を形成する磁場形成手段と、を有することを特徴とする排気リング機構。
上記磁場形成手段は、少なくとも磁場の一部を上記排気リング内に形成することを特徴とする請求項１に記載の排気リング機構。
上記磁場形成手段は、上記排気リングの内周面及び外周面それぞれに沿って配設された磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気リング機構。
上記磁場形成手段は、上記排気リング下面の内周縁部及び外周縁部に沿ってそれぞれ配設された磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気リング機構。
上記磁場形成手段は、上記排気リング内にその周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石または複数の電磁石によって構成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気リング機構。
上記磁場形成手段は、上記排気リング下面側にその周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石または複数の電磁石によって構成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気リング機構。
上記排気リング機構は、磁場封止手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の排気リング機構。
上記磁場封止手段は、磁性体からなることを特徴とする請求項７に記載の排気リング機構。
処理容器内に配設され且つ被処理体を保持する保持体と、この保持体と上記処理容器間に配設され且つ複数の排気孔を有する排気リング機構とを備え、上記被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、上記排気リング機構は、複数の排気孔が形成された非磁性体からなる排気リングと、この排気リングを面方向に沿って通り上記複数の排気孔を横切る磁場を形成する磁場形成手段と、を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
上記磁場形成手段は、少なくとも磁場の一部を上記排気リング内に形成することを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
上記磁場形成手段は、上記排気リングの内周面及び外周面それぞれに沿って配設された磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
上記磁場形成手段は、上記排気リング下面の内周縁部及び外周縁部に沿ってそれぞれ配設された磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
上記磁場形成手段は、上記排気リング内にその周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石または電磁石によって構成されてなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
上記磁場形成手段は、上記排気リング下面側にその周方向所定間隔を空けて放射状に配設された複数の磁石または複数の電磁石によって構成されてなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
上記排気リング機構は、磁場封止手段を有することを特徴とする請求項９〜請求項１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
上記磁場封止手段は、磁性体からなることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ処理装置。