JP4654738B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェハなどの処理対象物をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関するものである。
ウェハなどの処理対象物の表面処理を行う装置として、プラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置は、減圧雰囲気下でプラズマを発生させ、このプラズマの物理的・化学的作用により処理対象物表面のエッチング処理などを行うものである。プラズマは、プラズマ処理装置の密閉された処理室内を所定圧力に減圧してプラズマ発生用ガス（以下、単に「ガス」と略記する）を供給した状態で、処理室内の上部電極又は下部電極に高周波電圧を印加することにより発生する。
このようなプラズマ処理においては、処理目的によっては高密度のプラズマを発生させることが望ましい場合がある。例えばウェハなどのシリコン基板を対象としたプラズマエッチングを行う場合は、処理効率を向上させる目的で、比較的高い圧力のガスをシリコンウェハの表面に対して均一に吹き付けて供給する方法が用いられる。
このようなプラズマ処理に適した平行平板型の電極部材として、セラミックス粒子の焼結体である通気性の多孔質板から成るものが知られている（特許文献１，２，３）。このような多孔質板から成る電極部材を用いれば、高密度のプラズマを均一に発生させて安定したプラズマ処理をエッチング効率よく行うことができる。
特開２００２−２３１６３８号公報 特開２００３−７６８２号公報 特開２００３−２８２４６２号公報
処理室内の下部電極であるステージ上に処理対象物を載置し、上部電極又は下部電極に高周波電圧を印加してプラズマ処理を開始すると、下部電極の対向電極である上部電極側の多孔質板は急激に温度上昇する。代表的な多孔質板の直径は２２０ｍｍ又は３２０ｍｍ程度であり、またその厚さは２〜１０ｍｍ程度であるが、多孔質板はその全体が均一に温度上昇せず、ステージに対向する対向面（通常は下面）の中央部付近が先ず急激に温度上昇し（代表的には、約３０秒間で常温から２００℃程度まで急上昇）、多孔質板の外縁部は中央部付近よりも遅れながら緩やかに温度上昇する。このため、多孔質板には不均一な温度上昇にともなうひずみが生じ、多孔質板はその外縁部にクラック（多孔質板は一般に円板であるから、外周縁部に半径方向のクラック）が発生し、割れるなどして破損してしまうという問題点があった。
そこで本発明は、プラズマ処理時の急激な温度上昇にともなう熱膨張のために外縁部にクラックが発生するなどして多孔質板が破損するのを防止して、均一で安定したプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
請求項１記載のプラズマ処理装置は、下部電極であるステージと、このステージの上方にあってこのステージに対向する上部電極である対向電極と、このステージと対向電極が配設される処理室とを備え、前記ステージと前記対向電極の間のプラズマ処理空間にプラズマ発生用ガスを供給してプラズマを発生させて前記ステージに載置された処理対象物のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記対向電極が、ガス供給口が形成された本体部と、このガス供給口を塞ぐようにこの本体部の下側に配設されたセラミックス粒子の焼結体から成る通気性を有する円板状の多孔質板と、この多孔質板の外周縁部を支持する支持部材とを備え、前記多孔質板の前記外周縁部にその厚み方向に貫通するスリットを前記多孔質板の半径方向を長手方向にしてピッチをおいて複数形成し、かつ前記多孔質板の前記外周縁部の前記本体部との間には平面視してリング状の弾性材から成る緩衝部材を配設し、前記支持部材は前記多孔質板をその内部に収納する収納体であって、内方へ突出する突出部を備え、この突出部により前記多孔質板の前記外周縁部を下方から支持し、前記突出部は、前記支持部材に収納された前記多孔質板の前記スリットよりも内方へ張り出して前記スリットを閉塞する。
本発明によれば、プラズマ処理を開始するとセラミックス粒子の焼結体から成る通気性を有する円板状の多孔質板はステージの対向面の中央部付近から急激に温度上昇し、特に外縁部には温度上昇にともなうひずみが生じるが、このひずみはスリットに吸収されるので多孔質板は破損せず、安定したプラズマ処理を行うことができる。またスリットを支持部材で閉塞することにより、スリットからのガス漏れを防止し、処理空間全体に均一で安定したプラズマを発生させることができる。
図１は本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態における多孔質板の斜視図、図３は本発明の一実施の形態における多孔質板が収納された支持部材の斜視図、図４は本発明の一実施の形態における上部電極部の部分拡大断面図である。
まず図１を参照してプラズマ処理装置について説明する。図１において、真空チャンバ１の内部はプラズマ処理を行う処理室２となっており、処理室２の内部には、下部電極３および上部電極４が上下に対向して配設されて平行平板型のプラズマ処理装置を構成している。
下部電極３は、高周波電極であるステージ３１とその中央部から下方へ突出する突出部３２から構成されており、ステージ３１の外縁部に配設された絶縁部材３３を介して真空チャンバ１の内部に装着されている。下部電極３の突出部３２には高周波電源部５が接続されている。絶縁部材３３の側部には排気路６が形成されており、真空ポンプなどの排気ユニット７により処理室２内を真空吸引する。ステージ３１上には、ウェハなどの処理対象物Ｗが載置される。
対向電極である上部電極４は、平板（円板）状の本体部４１と、本体部４１の下面外周部に設けられた環状の支持部材４５と、本体部４１の下側の支持部材４５の内部に収納された多孔質板４３から構成されており、本体部４１の中央部から上方へ突出する突出部４２を介して真空チャンバ１に装着されている。この多孔質板４３は、上記引用文献１〜３に記載されたものと同様のセラミックス粒子の焼結体から成る通気性のものである。支持部材４５には、その内壁下部から内方（中心部側）へ突出する突出部４５’が突設されており、多孔質板４３はその外縁部（本実施の形態の多孔質板４３は円板であるから、外周縁部）を突出部４５’上に載せて本体部４１と支持部材４５で形成される内部空間に収納されている。
図２および図３において、上部電極４側に設けられた多孔質板４３は円板状であり、その外周縁部にはピッチをおいてスリットＳが多孔質板４３の半径方向を長手方向にして多
孔質板４３をその厚み方向（上下方向）に貫通して形成されている。多孔質板４３の直径が２２０ｍｍ又は３２０ｍｍ程度の場合、スリットＳの長さＬ１は望ましくは３〜１０ｍｍ程度、巾Ｌ２は０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であり、また望ましくは、スリットＳは１２０ｍｍ以下のピッチＬ３で形成されている。
図４は、本体部４１と支持部材４５と多孔質板４３の望ましい結合構造を示している。支持部材４５は本体部４１にボルト１０やナット１１などの止具により結合されている。突出部４５’の上面ａは内方へ向って下り勾配のテーパ面であり、また多孔質板４３の外周縁部下面ｂは外方へ向って上り勾配のテーパ面であり、上面ａと下面ｂはすき間を生じないようにぴったり接合している。また突出部４５’はスリットＳよりも内方（中心部側）まで延出しており、したがってスリットＳの下面側は突出部４５’に閉塞されており、これにより本体部４１の下面側のガス供給口Ｔ（後述）の気密性を保持し、ガス供給口Ｔに供給されたガスがスリットＳからプラズマ発生空間Ａにガスが漏れないようにしている。
多孔質板４３の外周縁部近くの上面は外方へ向って下り勾配のテーパ面ｃになっており、多孔質板４３の外周縁部近くの本体部４１との間には緩衝部材１２が配設されている。この緩衝部材１２は、樹脂ゴム等の弾性材から成っており、平面視してリング状であり、本体部４１の下面側の多孔質板４３との間の狭いガス流通空間であるガス供給口Ｔの気密性を確保している。
図１において、本体部４１および突出部４２にはこれらを上下に貫通するガス供給路４６が形成されている。本体部４１はアース部４４にアースされている。ガス供給部１３のガスは、ガス供給路４６からガス供給口Ｔへ供給され、多孔質板４３内を通過して下部電極３と上部電極４の間のプラズマ発生空間（プラズマ処理空間）Ａに供給される。なお本実施の形態では上部電極４をアースしているが、下部電極３をアースし、上部電極４を高周波電源に接続するようにしてもよい。
このプラズマ処理装置は上記のような構成より成り、次に動作を説明する。処理対象物Ｗをステージ３１に載置した状態で、排気ユニット７を作動させて処理室２内を減圧する。処理室２内が所定圧力に減圧されたならば、ガス供給部１３からガス供給口Ｔにガスを供給し、多孔質板４３内を通過させて両電極３，４の間のプラズマ発生空間Ａへ送出する。この状態で下部電極３に高周波電圧が印加されるとプラズマ発生空間Ａでプラズマが発生し、処理対象物Ｗはプラズマエッチングなどの表面処理が行われる。
上述のようにプラズマ処理を開始すると、プラズマ発生空間Ａは急激に温度上昇し、多孔質板４３は下部電極３に対向する対向面（下面）の中央部付近から急激に温度上昇する。この温度上昇にともなう熱膨張のために、多孔質板４３は特にその外周縁部にひずみを生じるが、このひずみはスリットＳに吸収されるので、外周縁部にはガス漏れの原因となるクラックは発生せず、均一で安定したプラズマ処理が行われる。
本発明によれば、プラズマ処理時には急激な温度上昇にともなう熱膨張のために多孔質板の外縁部にひずみを生じるが、このひずみはスリットに吸収されるので、外縁部にクラックが発生するなどして多孔質板が破損することはなく、したがって安定したプラズマ処理を行うことができ、特にウェハなどの表面エッチングのためのプラズマ処理装置として有用である。
本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の断面図 本発明の一実施の形態における多孔質板の斜視図 本発明の一実施の形態における多孔質板が収納された支持部材の斜視図 本発明の一実施の形態における上部電極部の部分拡大断面図
符号の説明
１ 真空チャンバ
２ 処理室
３ 下部電極
４ 上部電極（対向電極）
３１ ステージ
４１ 本体部
４３ 多孔質板
４５ 支持部材
４５’ 突出部
Ａ プラズマ発生空間（プラズマ処理空間）
Ｓ スリット
Ｔ ガス供給口
Ｗ 処理対象物

Claims (1)

  1. 下部電極であるステージと、このステージの上方にあってこのステージに対向する上部電極である対向電極と、このステージと対向電極が配設される処理室とを備え、前記ステージと前記対向電極の間のプラズマ処理空間にプラズマ発生用ガスを供給してプラズマを発生させて前記ステージに載置された処理対象物のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
    前記対向電極が、ガス供給口が形成された本体部と、このガス供給口を塞ぐようにこの本体部の下側に配設されたセラミックス粒子の焼結体から成る通気性を有する円板状の多孔質板と、この多孔質板の外周縁部を支持する支持部材とを備え、前記多孔質板の前記外周縁部にその厚み方向に貫通するスリットを前記多孔質板の半径方向を長手方向にしてピッチをおいて複数形成し、かつ前記多孔質板の前記外周縁部の前記本体部との間には平面視してリング状の弾性材から成る緩衝部材を配設し、
    前記支持部材は前記多孔質板をその内部に収納する収納体であって、内方へ突出する突出部を備え、この突出部により前記多孔質板の前記外周縁部を下方から支持し、
    前記突出部は、前記支持部材に収納された前記多孔質板の前記スリットよりも内方へ張り出して前記スリットを閉塞することを特徴とするプラズマ処理装置。
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