JP4826483B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、例えばＦＰＤ(Flat Panel Display)基板等の角型基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs plasma processing on a square substrate such as an FPD (Flat Panel Display) substrate.
例えばＦＰＤ基板の製造工程においては、その表面にパターンを形成する工程が含まれ、その工程においてはエッチングやスパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などのプラズマ処理が基板に施される。このようなプラズマ処理を行う装置としては例えば平行平板プラズマ処理装置が挙げられる。 For example, the manufacturing process of an FPD substrate includes a step of forming a pattern on the surface, and plasma processing such as etching, sputtering, and CVD (Chemical Vapor Deposition) is performed on the substrate. As an apparatus for performing such plasma processing, for example, a parallel plate plasma processing apparatus can be cited.
この種のプラズマ処理装置は、処理容器内の処理空間に下部電極を構成する載置台と、その載置台の上部に平行に設けられ、処理ガスの供給孔を備えた上部電極とを備えている。そして基板処理時には処理空間が真空引きされると共に前記ガス供給孔を介して処理ガスが処理容器内に供給され、処理空間が所定の圧力になると、上部電極に高周波が印加されて、これら上部電極と下部電極と間に電界が形成される。この電界により形成された処理ガスのプラズマにより前記載置台上の基板に処理が施される。 This type of plasma processing apparatus includes a mounting table that constitutes a lower electrode in a processing space in a processing container, and an upper electrode that is provided in parallel with the upper portion of the mounting table and includes a processing gas supply hole. . When the substrate is processed, the processing space is evacuated and a processing gas is supplied into the processing container through the gas supply hole. When the processing space reaches a predetermined pressure, a high frequency is applied to the upper electrode, and the upper electrode An electric field is formed between the lower electrode and the lower electrode. The substrate on the mounting table is processed by the plasma of the processing gas formed by this electric field.
図２８（ａ）は、そのプラズマ処理装置の一例である上部構造の縦断側面を示したものであり、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）の鎖線の矢印１Ａの横断平面を示したものである。図中１１は角板状の上部電極であり、厚さ方向に多数のガス供給孔１１ａが穿孔されている。図中１２は上部電極１１を支持する角型の上部電極ベースであり、その周縁部はフランジになっており、上部電極ベース１２と上部電極１１とにより処理ガスの拡散空間１３が形成されている。これら上部電極１１及び上部電極ベース１２は例えばアルミニウムにより構成されており、上部電極ベース１２には整合器１４ａを介して高周波電源１４が接続され、高周波が当該上部電極ベース１２を介して上部電極１１に印加される。
FIG. 28A shows a longitudinal side surface of an upper structure as an example of the plasma processing apparatus, and FIG. 28B shows a transverse plane of a
上部電極ベース１２の中央上部にはセラミックスなどの絶縁部材からなる流路部材１５が設けられており、流路部材１５の上部には、接地された金属製のガス供給管１６の一端が接続されている。ガス供給管１６は、流路部材１５のガス流路１５ａを経由して拡散空間１３に処理ガスを供給することができる。
A
図中１７はバッフル板であり、例えば中央と周縁部とに孔１７ａが穿孔されている。ガス供給管１６から拡散空間１３に供給された処理ガスは、バッフル板１７により、拡散空間１３全体に拡散し、上部電極１１のガス供給孔１１ａから下方の処理空間へ均一に供給される。また上部電極ベース１２はその内部に温調用の流体（チラー）の流路１２ａが形成されている。プラズマ処理中には拡散空間１３が減圧雰囲気になるため、この流体の熱は上部電極ベース１２の周縁部を介して上部電極１１に伝達され、プラズマ処理中にプラズマの熱に曝される上部電極１１の温度が制御される。なお図中１８は絶縁材料により構成された支持部であり、上部電極ベース１２を処理容器の上蓋１９から電気的に絶縁している。
In the figure,
ところで大型のＦＰＤ基板に対して処理を行うことができるようにプラズマ処理装置の大型化が進み、現在ではプラズマ処理装置は、Ｇ８世代と呼ばれるそのサイズが２２００×２５００ｍｍ2程度の基板に対して処理を行うことができるようになっている。しかしこのようにプラズマ処理装置が大型化したことにより、前記上部電極１１も大型化し、処理を行う際に前記流体の熱が上部電極１１の中央部に十分に伝わらず、その中央部の温度制御性が低下する。その結果として基板処理時に上部電極１１の中央部と周縁部との温度差が大きくなり、複数の基板を連続的に処理するにあたり、この温度差が不安定な状態となり、基板ごとに処理条件が変動して各基板間で処理にばらつきが生じるおそれがあり、また処理における面内均一性が悪化する懸念がある。
By the way, the size of the plasma processing apparatus has been increased so that processing can be performed on a large FPD substrate. At present, the plasma processing apparatus is processing a substrate called a G8 generation whose size is about 2200 × 2500
なお特許文献１には上部電極上にガス分散室と冷却室とを積層させたプラズマエッチング装置について記載されているが、これはウエハを処理するプラズマ処理装置の技術であり、角型基板のプラズマ処理装置の技術ではない。またその特許文献１の図５では冷却用の流体の流路を設けることが示されているがその構成が不明確である。
そこでプラズマ処理装置の上部は図２９に示すように構成される場合がある。図２８の上部構造との差異点を説明すると、上部電極ベース１２に温調流路１２ａが設けられておらず、上部電極１１の上部に温調板１０が設けられている。この温調板１０は、上部電極１１のガス供給孔１１ａと重なる孔１０ａと、この孔１０ａを避けるように設けられた温調流体の流路（不図示）とを備え、プラズマ処理中に上部電極１１を温調する。
Therefore, the upper part of the plasma processing apparatus may be configured as shown in FIG. The difference from the upper structure of FIG. 28 will be described. The temperature
しかし温調板１０において、ガス供給孔１１ａに合わせて多数設けられた孔１０ａ避けるように前記温調流体流路を形成することは難しく、このような温調板１０を設けることは一般にコストが高くなってしまうという問題がある。
However, in the
また、大型化した基板の面内均一性を保つために例えば図２８及び図２９に示した上部構造の拡散空間１３を横方向に区画して基板の中央領域、周縁領域に夫々処理ガスを供給するための区画領域を形成し、各区画領域に流路部材１５及びガス供給管１６を接続して処理ガスを供給することにより、基板の各部ごとに供給される処理ガスの量を制御することが検討されている。このような構成は特許文献２及び特許文献３に示されている。
Further, in order to maintain the in-plane uniformity of the enlarged substrate, for example, the
この場合、例えば基板上における中央領域と周縁領域との間でガスの供給量の均一化を測るために、中央領域よりも周縁領域のガス供給量が少なく設定される。その理由は基板の中央に供給される処理ガスは基板の表面に沿って周縁に広がるため、中央領域と周縁領域とのガスの供給量を同じにすると周縁領域のガス供給量が多くなってしまうからである。 In this case, for example, in order to measure the uniform gas supply amount between the central region and the peripheral region on the substrate, the gas supply amount in the peripheral region is set to be smaller than that in the central region. The reason is that the processing gas supplied to the center of the substrate spreads along the surface of the substrate to the periphery, so if the gas supply amount in the central region and the peripheral region is the same, the gas supply amount in the peripheral region increases. Because.
ところで上部電極ベース１２に高周波が印加されたときに、その上部電極ベースの電圧は数千Ｖ程度になり、その上部電極ベース１２の表面と金属により構成され、接地電位状態であるガス供給管１６の一端との間に大きな電位差が生じることになる。
By the way, when a high frequency is applied to the
ここで、平行な電極間で放電が生じる電圧（放電開始電圧）は、電極間のガス圧力（ｐ）と電極間距離（ｄ）との積の関数であり、ｆ（ｐｄ）で表されるとするパッシェンの法則が知られている。基板周縁領域へのガス供給量を少なくするために基板の周縁領域に対応する前記区画領域に連通するガス供給路の圧力を低下させると、この法則により例えば上部電極ベース１２とガス供給管１６との間に介在する流路部材１５のガス流路１５ａにおいてその放電開始電圧が、例えば３００Ｖ程度にまで低下し、その結果として当該ガス流路１５ａに不安定なプラズマが発生するおそれがある。このように不安定なプラズマが発生すると、上部電極１１に異常放電（アーキング）が発生することを本発明者らは確認しており、この異常放電により基板への正常な処理が妨げられたり、基板や上部電極がダメージを受けたりするおそれがある。また図３０の様な下部電極へ高周波を印加する場合でも、プラズマを均一化するための機構として、上部電極と処理容器との間にインピーダンス調整回路が設置されており、上部電極は接地電位にならない。この様な装置では上部電極に高周波電位が発生するため、同様な問題が生じる。前記インピーダンス調整回路について、詳しくは特許文献４に記載されている。
Here, the voltage at which discharge occurs between parallel electrodes (discharge start voltage) is a function of the product of the gas pressure (p) between the electrodes and the distance (d) between the electrodes, and is expressed by f (pd). Paschen's law is known. When the pressure of the gas supply path communicating with the partition region corresponding to the peripheral region of the substrate is reduced in order to reduce the gas supply amount to the peripheral region of the substrate, for example, the
図３０のプラズマエッチング装置の各部について簡単に説明すると、図中１Ａは基板Ｓの載置台を兼用する下部電極である。また図中１Ｂ，１Ｃは夫々プラズマ発生用、バイアス印加用の高周波電源であり、マッチングボックス１Ｄを介して前記下部電極１Ａに接続されている。また図中１Ｅはインピーダンス調整機構であり、上部電極ベース１２に接続されている。
Briefly describing each part of the plasma etching apparatus of FIG. 30,
以上のような問題に加え、大型基板を処理する場合には、上部電極が例えば異常放電などによりダメージを受けたときに、上部電極自体も大型であることから変換のコストが高いという問題がある。 In addition to the above problems, when processing a large substrate, when the upper electrode is damaged by, for example, abnormal discharge, there is a problem that the conversion cost is high because the upper electrode itself is also large. .
本発明の目的は、上記のような問題を解決することであり、角型基板をプラズマ処理する平行平板型プラズマ処理装置において、上部電極の温度制御性が良好で安定した処理を行うことのできるプラズマ処理装置を提供することにある。本発明の他の目的はこの種のプラズマ処理装置において、上部電極が損傷したときに交換に要するコストを低くできるプラズマ処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and in a parallel plate type plasma processing apparatus for plasma processing a square substrate, temperature controllability of the upper electrode is good and stable processing can be performed. It is to provide a plasma processing apparatus. Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus of this type that can reduce the cost required for replacement when the upper electrode is damaged.
本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内に処理ガスを供給してプラズマ化し、そのプラズマにより矩形状の基板を処理するプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に設けられ、基板が載置される下部電極と、
前記基板に前記処理ガスを供給するための多数のガス供給孔を備え、前記下部電極に対向して設けられた矩形状の板状の上部電極と、
前記上部電極の上面側を覆い、その上部電極との間に前記ガス供給孔に連通した処理ガスの拡散空間を形成する、平面形状が矩形状である上部電極ベースと、
この上部電極ベースの内周面により囲まれる領域内にて上部電極の上面と上部電極ベースの下面とを接続するように当該上部電極ベースに一体的に設けられ、前記拡散空間を複数に区画するように直線状に配置された複数の梁と、
前記上部電極ベースにて、前記複数の梁の各々の直上に当該梁に沿うように設けられ、上部電極を温調するための温調流体が通流する流体流路と、
前記上部電極ベースに設けられ、前記拡散空間へ処理ガスを導入するガス供給路と、
上部電極と下部電極との間に高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化するための高周波電源と、
を備えたことを特徴とする。
In the plasma processing apparatus of the present invention, a processing gas is supplied into a processing container to be converted into plasma, and a rectangular substrate is processed by the plasma.
A lower electrode provided in the processing vessel and on which a substrate is placed;
A plurality of gas supply holes for supplying the processing gas to the substrate, and a rectangular plate-like upper electrode provided to face the lower electrode;
An upper electrode base having a rectangular planar shape that covers the upper surface side of the upper electrode and forms a processing gas diffusion space communicating with the gas supply hole between the upper electrode and the upper electrode;
Provided integrally with the upper electrode base so as to connect the upper surface of the upper electrode and the lower surface of the upper electrode base within a region surrounded by the inner peripheral surface of the upper electrode base, and divides the diffusion space into a plurality of parts. A plurality of beams arranged in a straight line like
In the upper electrode base , a fluid flow path that is provided immediately above each of the plurality of beams along the beam, and through which a temperature adjusting fluid for adjusting the temperature of the upper electrode flows,
A gas supply path that is provided in the upper electrode base and introduces a processing gas into the diffusion space;
A high-frequency power source for supplying high-frequency power between the upper electrode and the lower electrode to turn the processing gas into plasma,
It is provided with.
例えば前記ガス供給路は、例えば区画領域ごとに設けられ、区画領域の間で互いに独立して処理ガスの流量を制御できるようにガス供給路に流量制御部が設けられており、区画領域の間で互いに独立して処理ガスの流量を制御するとは、区画領域が多数設けられる場合にその区画領域全ての流量を互いに独立制御することの他に区画領域をグループごとに分け、そのグループごとに流量を独立制御することも含む。そして前記梁は環状に形成されて拡散空間を内から外に向かう方向に区画していてもよく、例えば前記区画領域同士を連通するための連通孔が梁に穿設されている。
For example, the gas supply path is provided for each partition area, for example, and a flow rate control unit is provided in the gas supply path so that the flow rate of the processing gas can be controlled independently between the partition areas. In the case of controlling the flow rate of the processing gas independently of each other, in the case where a large number of partitioned areas are provided, in addition to controlling the flow rates of all the partitioned areas independently of each other, the partitioned areas are divided into groups, and the flow rates for each group are determined. Including independent control. The beam may be formed in an annular shape and partition the diffusion space in the direction from the inside to the outside. For example, a communication hole for communicating the partition regions is formed in the beam.
例えば上部電極は、複数の横方向に配列された分割電極により構成され、各分割電極の周縁部が梁に沿って分割されており、隣り合う分割電極の側壁は互いに斜めに並行するように形成されていてもよい。分割電極と梁との間には、封止部材が介在していてもよく、また分割電極は、圧縮された弾性体からなる導電性部材を介して梁に接続されていてもよい。なお基板は例えば矩形状であり、前記分割電極は矩形状に形成されており、その場合に例えば前記基板の縦横の各辺の長さは１．５ｍ以下であることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
For example, the upper electrode is composed of a plurality of divided electrodes arranged in the horizontal direction, the peripheral edge of each divided electrode is divided along the beam, and the side walls of adjacent divided electrodes are formed so as to be diagonally parallel to each other May be. A sealing member may be interposed between the divided electrode and the beam, and the divided electrode may be connected to the beam via a conductive member made of a compressed elastic body. The substrate is, for example, rectangular, and the divided electrodes are formed in a rectangular shape, and in this case, for example, the length of each side of the substrate is 1.5 m or less. The plasma processing apparatus as described.
前記ガス供給路は、例えば上部電極ベースに設けられると共に前記拡散空間に連通するガス供給路を備えた絶縁材からなる流路部材と、この流路部材の上流側に接続された金属製のガス供給管と、を含み、前記絶縁材からなる流路部材は、例えば少なくとも一部が上部電極ベースに埋設されている。また前記絶縁材からなる流路部材のガス供給路はその上流側から下流側が見通せないように屈曲して構成されていてもよい。 The gas supply path is, for example, a flow path member made of an insulating material provided on the upper electrode base and provided with a gas supply path communicating with the diffusion space, and a metal gas connected to the upstream side of the flow path member For example, at least a part of the flow path member made of the insulating material is embedded in the upper electrode base. The gas supply path of the flow path member made of the insulating material may be bent so that the downstream side cannot be seen from the upstream side.
さらに装置は前記絶縁材からなる流路部材内の圧力が設定圧力よりも低くなったときにその流路部材内に不活性ガスを供給して、当該圧力を昇圧するための手段を備えていてもよい。さらに例えば前記流体流路は梁の直上に、当該梁に沿うように形成されており、また例えば上部電極のガス供給孔は、マトリクス状に配列され、縦横の配列ピッチは２５ｍｍ以下である。 The apparatus further includes means for supplying an inert gas into the flow path member to increase the pressure when the pressure in the flow path member made of the insulating material becomes lower than a set pressure. Also good. Further, for example, the fluid flow path is formed immediately above the beam and along the beam. For example, the gas supply holes of the upper electrode are arranged in a matrix, and the vertical and horizontal arrangement pitch is 25 mm or less.
本発明においては、上部電極と温調流体が通流する流体流路を備えた上部電極ベースとにより構成される処理ガスの拡散空間において、上部電極の中央部上面と上部電極ベースの下面とを接続する接続部材が設けられている。その接続部材を介して前記温調流体の熱が上部電極の中央部に伝導して上部電極を温調するため、上部電極の温度制御性が良好になり、その結果、複数の基板に対して連続的にプラズマ処理を行う場合に、処理ごとにプラズマの熱を受けて、上部電極中央部の温度が変動し、基板間で処理がばらつくことを抑えることができる。また上部電極を分割した構成にすると、各分割電極は、上部電極に比べて小型であるため、製造工程において取り扱いや加工作業が容易であり、製造コストを抑えることができ、さらに異常放電などにより破損した場合であってもその破損箇所が含まれる分割電極だけを交換すればよいため、その交換に要するコストを低くできる。 In the present invention, the upper surface of the central portion of the upper electrode and the lower surface of the upper electrode base in the diffusion space of the processing gas constituted by the upper electrode and the upper electrode base having a fluid flow path through which the temperature control fluid flows. A connecting member for connection is provided. The heat of the temperature control fluid is conducted to the central portion of the upper electrode through the connecting member to control the temperature of the upper electrode, so that the temperature controllability of the upper electrode is improved. When plasma processing is continuously performed, it is possible to prevent the processing from being varied between the substrates due to fluctuations in the temperature of the central portion of the upper electrode due to the heat of the plasma for each processing. In addition, when the upper electrode is divided, each divided electrode is smaller than the upper electrode, so that handling and processing operations are easy in the manufacturing process, manufacturing cost can be reduced, and abnormal discharge, etc. Even if it is damaged, it is only necessary to replace the divided electrode including the damaged portion, so that the cost required for the replacement can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、ＦＰＤ基板に対してエッチング処理を行うための真空処理システムに本発明のプラズマ処理装置を適用した場合を例にして説明する。図１は前記真空処理システムの概観を示す斜視図、図２はその内部を示す水平断面図である。図中２Ａ，２Ｂは、外部から、多数のＦＰＤ基板Ｓを収容したキャリアＣ１，Ｃ２を載置するためのキャリア載置部であり、これらキャリアＣ１，Ｃ２は、例えば昇降機構２１により昇降自在に構成され、一方のキャリアＣ１には未処理基板Ｓ１が収容され、他方のキャリアＣ２には処理済みの基板Ｓ２が収容される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by taking as an example a case where the plasma processing apparatus of the present invention is applied to a vacuum processing system for performing an etching process on an FPD substrate. FIG. 1 is a perspective view showing an overview of the vacuum processing system, and FIG. 2 is a horizontal sectional view showing the inside thereof. In the figure, 2A and 2B are carrier mounting portions for mounting carriers C1 and C2 containing a large number of FPD substrates S from the outside. These carriers C1 and C2 can be moved up and down by, for example, a
またキャリア載置部２Ａ，２Ｂの奥側にはロードロック室２２と搬送室２３とが連接されると共に、キャリア載置部２Ａ，２Ｂの間には、前記２つのキャリアＣ１，Ｃ２と、ロードロック室２２との間で基板Ｓの受け渡しを行なうための基板搬送手段２５が支持台２４上に設けられており、この基板搬送手段２５は上下２段に設けられたアーム２５ａ，２５ｂと、これらを進退自在及び回転自在に支持する基台２５ｃと、を備えている。前記ロードロック室２２は、所定の減圧雰囲気に保持されるように構成され、その内部には図２に示すように、基板Ｓを支持するためのバッファラック２２ａが配設されている。図中２２ｂはポジショナーである。また前記搬送室２３の周囲には、本発明のプラズマ処理装置の一実施形態である３つのプラズマエッチング装置３が配設されている。
A
前記搬送室２３は、所定の減圧雰囲気に保持されるように構成され、その内部には図２に示すように搬送機構２６が配設されている。そしてこの搬送機構２６により、前記ロードロック室２２及び３つのエッチング装置３との間で基板Ｓが搬送されるようになっている。前記搬送機構２６は、昇降自在及び回転自在に設けられた基台２６ａと、この基台２６ａの一端に設けられ、当該基台２６ａに回動自在に設けられた第１アーム２６ｂと、第１アーム２６ｂの先端部に回動自在に設けられた第２アーム２６ｃと、第２アーム２６ｃに回動自在に設けられ、基板Ｓを支持するフォーク状の基板支持プレート２６ｄとを有しており、基台２６ａに内蔵された駆動機構により第１アーム２６ｂ、第２アーム２６ｃ及び基板支持プレート２６ｄを駆動させることにより、基板Ｓを搬送することが可能となっている。
The
また前記ロードロック室２２と搬送室２３との間、搬送室２３と各プラズマエッチング処理装置３との間、及びロードロック室２２と外側の大気雰囲気とを連通する開口部には、これらの間を気密にシールし、かつ開閉可能に構成されたゲートバルブ２７が夫々介挿されている。
Also, there are openings between the
次にプラズマエッチング装置３について、その縦断側面図である図３を参照しながら説明する。エッチング処理装置３は、その内部においてＦＰＤ基板Ｓに対して、エッチング処理を施すための角筒形状の処理容器３０を備えている。この処理容器３０は、平面形状が四角形状に構成され、天井部が開口する容器本体３１と、この容器本体３１の天井開口部を塞ぐように設けられた上蓋３２と、を備えている。
Next, the
容器本体３１内の底部には、基板Ｓを載置するための下部電極を構成する載置台３２が設けられており、支持部３３を介して水平に支持されている。支持部３３は容器本体３１の底部中央に設けられた開口部から下方へ伸長し支持板３３ａに支持されている。図中３３ｂはベローズ体であり、その上端は前記開口部の開口縁に、その下端は支持板３３ａの周縁に固定され、容器本体３１内が気密になるように構成されている。また図示しない昇降機構により支持板３３ａが昇降されることにより、載置台３２が昇降自在に構成される。載置台３２は、アルミニウムやＳＵＳなどの金属により構成され、導電路３３ｃを介して支持板３３ａに接続されており、当該導電路３３ｃ、支持板３３ａ、ベローズ体３３ｂを介して容器本体３１に電気的に接続され、接地されている。
A mounting table 32 constituting a lower electrode for mounting the substrate S is provided on the bottom of the
また容器本体３１の側壁下部には排気路３４を介して、例えば真空ポンプよりなる真空排気手段３５が接続されている。この真空排気手段３５には圧力調整部（不図示）が含まれており、当該圧力調整部が後述の制御部６Ａからの制御信号を受けることで、排気装置３５がその信号に従い、処理容器３０内を真空排気して処理容器３０内が所望の真空度に維持されるように構成されている。なお基板Ｓは、例えば一辺が２２００ｍｍ、他辺が２５００ｍｍ程度の大きさの角型に形成されている。
Further, a vacuum evacuation means 35 such as a vacuum pump is connected to the lower portion of the side wall of the
一方処理容器３０の前記載置台３２の上方には、基板Ｓに処理ガスを供給するための上部ガス供給機構４が設けられている。この上部ガス供給機構４について、より詳細に示した図４も参照しながら説明する。上部ガス供給機構４は、載置台３２の表面と対向するように設けられた上部電極４１と、その上部電極４１を支持する上部電極ベース４２と、ガス供給部５と、そのガス供給部５に接続される各ガス供給管６１〜６３とを備えている。
On the other hand, an upper
図５は上部電極４１及び上部電極ベース４２の下面側を示した斜視図である。この図に示すように上部電極４１は角板状に形成されており、その厚さ方向に多数のガス供給孔４１ａが穿孔されている。そしてこのガス供給孔４１ａは基板Ｓの辺に沿ってマトリクス状に配列されており、図中Ｌ１、Ｌ２で示す縦横の各ガス供給孔４１ａ間の距離（ピッチ）は例えば両方とも２５ｍｍである。
FIG. 5 is a perspective view showing the lower surfaces of the
上部電極ベース４２は、上部電極４１に対応する大きさを有する角板状に形成されており、その周縁部はフランジ部４２ａとして下方に突出するように形成されている。またフランジ部４２ａの内周面より囲まれる角形領域には大きさの異なる２つの環状この例では角型のリング状の梁４３ａ，４３ｂが内側からこの順に上部電極ベース４２の下面に一体的に設けられており、梁４３ａ，４３ｂ及びフランジ部４２ａは互いに間隔をあけるように形成されている。
The
上部電極４１の周縁部は、上部電極ベース４２のフランジ部４２ａに当該上部電極４１の下面側から図示しないボルトを挿入することにより着脱自在に固定され、これにより上部電極ベース４２が水平に支持されると共に梁４３ａ，４３ｂが上部電極ベース４２の上面に密着した状態となる。上部電極４１と上部電極ベース４２との密着面においてこれらの間には樹脂製のシール部材例えばＯリング４３ｃ，４３ｄ（図４参照）が介在している。なお上部電極ベース４２は絶縁部材からなる支持部３６を介して処理容器３０の上蓋３２に水平に支持される。
The peripheral portion of the
上部電極４１と上部電極ベース４２とにより囲まれる空間は、仕切り部材である梁４３ａ，４３ｂにより内から外に向かって３つの環状領域に区画され、基板Ｓの中央部上に処理ガスを供給するための第１の拡散空間４４ａ、基板Ｓの中央部と周縁部との間の中間部に処理ガスを供給するための第２の拡散空間４４ｂ、基板Ｓの周縁部に処理ガスを供給するための第３の拡散空間４４ｃとして構成されている。
A space surrounded by the
また上部電極ベース４２には温調流体流路４６が形成されており、この温調流体流路４６は、図６に示すように上部電極ベース４２の一角から当該ベース４２に進入し、フランジ部４２ａ、梁４３ｂ及び梁４３ａの上方を順次これらに沿って周回すると共に、いわば一筆書きで前記一角から流出側が引き出されるように周回方向が順次逆転して構成されている。この流路４６の一端及び他端は各々温調流体供給部４７に接続されており、温調流体供給部４７は、温調流体を温調流体流路４６に循環供給するように構成されている。プラズマエッチング処理時にこのように流路４６を温調流体が流通することで、フランジ部４２ａ、梁４３ａ及び梁４３ｂを介して前記流体の熱が上部電極４１に伝導し、上部電極４１が温調されるようになっている。
Further, a temperature
上記のようにプラズマエッチング装置３の上部電極ベース４２の温調流体流路４６については梁４３ａ，４３ｂに沿い且つ梁４３ａ，４３ｂの直上に設けられることで効率よくこれらの梁４３ａ，４３ｂを介して上部電極４１を温調することができる。ここで「温調流体流路４６が梁４３の直上に設けられる」とは、例えば図７中実線で示すような、流体流路４６を下方へ投影したときに、その投影領域全体が梁４３に収まる位置に流路４６が設けられる場合に限られず、例えば図７中二点鎖線で示すような、流体流路４６を下方へ投影したときに、その投影領域の一部のみが梁４３に収まる場合も含む。
As described above, the temperature adjusting
上部電極ベース４２及び上部電極４１は導電体例えばアルミニウムやＳＵＳなどの金属により構成されており、また上部電極ベース４２には整合器４７ａ及び給電棒４７ｂを介して高周波電源４７が接続されている。なお上部電極４１はシリコンなどの半導体で構成されてもよい。
The
続いてガス供給部５について説明する。ガス供給部５は各拡散空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃに夫々処理ガスを供給するように上部電極ベース４２に形成された３つのガス供給路４５と、これらガス供給路４５に夫々対応する位置にて、例えばその一部が上部電極ベース４２に埋設され、ガス供給路４５に連通するガス供給路５２が形成された絶縁材例えばセラミックスからなる円柱状の流路部材５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、を備えている。これら流路部材５１ａ，５１ｂ，５１ｃは各々同様に構成されており、夫々金属製のガス供給管６１，６２，６３の一端側のフランジ部に接続されている。なお各ガス供給管６１，６２，６３は接地されている。
Next, the
また前記絶縁材からなる流路部材５１ａ〜５１ｃ中のガス供給路５２は、図４及び図８に示すように拡散空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃに向かう途中で４つに分岐して横方向に広がった後、下方へ屈曲し、再び合流してガス供給路４５に連通するように構成されることで、その上流端から下流端が見通せないラビリンス構造を有している。なお、この例では１つの区画された拡散空間に対し、１つのガス供給路４５が開口し、処理ガスが供給されるようになっているが、ガス供給路４５は１つの区画された拡散空間に対して複数、例えば上部電極ベース４２において左右対称になるように設けられ、それらの各ガス供給路４５に流路部材５１ａ〜５１ｃが接続されるようになっていてもよい。
Further, the
このプラズマエッチング装置３においては、上部電極４１と上部電極ベース４２との間に形成される処理ガスの拡散空間４４が梁４３ａ，４３ｂにより３つの拡散空間４４ａ〜４４ｃに区画され、３つの流路部材５１ａ〜５１ｃのガス供給路５２から各拡散空間４４ａ〜４４ｃに処理ガスが供給される。そして基板Ｓ上における中央領域と周縁領域との間でガスの供給量の均一化を測るために、中央領域よりも周縁領域のガス供給量が少なく設定される。その理由は基板Ｓの中央に供給されるガスは基板Ｓの表面に沿って周縁に広がるため、中央領域と周縁領域とのガスの供給量を同じにすると、周縁領域のガス供給量が多くなってしまうからである。
In this
従って背景技術の欄で説明したように拡散空間を区画せず、一つのガス流路からその分割されていない拡散空間に処理ガスを供給するような構造における前記流路中の処理ガスの圧力に比べて、拡散空間４４ｃに対応する流路部材５１ｃのガス供給路５２の処理ガスの圧力は低くなり、ガス供給管６３とその下方の上部電極ベース４２との間において、既述のパッシェンの法則に従い放電開始電圧が低下する。従ってガス供給路５２が一直線に伸びていると、当該ガス供給路５２内にて絶縁破壊が生じて異常放電が起こりやすいが、上記のようにガス供給路５２を屈曲してガス供給管６３からガス供給路４５を見通せないようにすることで電荷が空間中を移動しにくくなり、その結果として異常放電の発生を抑えることができる。このような構造を採用する利点は、ガス供給管６３が金属製であることに基づくが、金属製でなくとも他の導電性部材により構成されている場合にも適用できる。またこのラビリンス構造は、特に周縁側の拡散空間にガスを供給する部分に効果的であるが、本例では各流路部材５１ａ〜５１ｃの全てに採用している。
Therefore, as described in the background art section, the pressure of the processing gas in the flow path in the structure in which the processing gas is supplied from one gas flow path to the undivided diffusion space without dividing the diffusion space. In comparison, the pressure of the processing gas in the
なお上部電極ベース４２とガス供給管６１〜６３との間に形成される絶縁部材により構成された流路においてその上流側から下流側が見えないような構成であれば、上記の電荷の直線移動を防ぐことができるので、ガス供給路５２の分岐は４つでなくとも、例えば２つでもよいし、Ｓ字状あるいは螺旋状に形成されていてもよい。なお図４中ガス供給管６１，６２，６３の一端と上部電極ベース４２との間の距離（流路部材５１ａ〜５１ｃの高さ）Ｈ１は例えば５０ｍｍ〜１５０ｍｍに設定される。
If the flow path formed by the insulating member formed between the
ガス供給管６１，６２，６３の他端は互いに合流して処理ガス供給源６４に接続されている。ガス供給管６１〜６３にはバルブやマスフローコントローラ（ＭＦＣ）が介設されており、これらバルブやＭＦＣはガス供給系６５を構成し、ガス供給系６５は、制御部６Ａから送信された制御信号に基づいて、各拡散空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃへの処理ガスの給断及び流量を制御することができるように構成されている。
The other ends of the
前記真空処理システムには例えばコンピュータからなる制御部６Ａが設けられている。制御部６Ａはプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部６Ａが真空処理システムの各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることで基板Ｓに対してエッチング処理が実施できるように命令が組まれている。また、例えばメモリにはプラズマエッチング装置３の処理圧力、処理時間、ガス流量、電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプラズマエッチング装置３の各部に送られることになる。
The vacuum processing system is provided with a
このプログラム（処理パラメータの入力用画面に関連するプログラムも含む）は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などにより構成される記憶媒体である記憶部６Ｂに格納されて制御部６Ａにインストールされる。
This program (including a program related to the process parameter input screen) is stored in the
次に、以上のように構成された真空処理システムの処理動作について説明する。先ず、基板搬送手段２５の２枚のアーム２５ａ，２５ｂを進退駆動させて、未処理基板Ｓ１を収容した一方のキャリアＣ１から２枚の基板Ｓ１を一度にロードロック室２２に搬入する。ロードロック室２２内においては、バッファラック２２ａにより基板Ｓ１を保持し、アーム２５ａ，２５ｂが退避した後、ロードロック室２２内を排気して、内部を所定の真空度まで減圧する。真空引き終了後、ポジショナー２２ｂにより基板Ｓ１の位置合わせを行なう。
Next, the processing operation of the vacuum processing system configured as described above will be described. First, the two
基板Ｓ１が位置合わせされた後、ロードロック室２２と搬送室２３との間のゲートバルブ２７を開き、搬送機構２６により２枚の基板Ｓ１のうち１枚を基板支持プレート２６ｄ上に受け取り、前記ゲートバルブ２７を閉じる。次いで搬送室２３と所定のプラズマエッチング装置３との間のゲートバルブ２７を開いて、前記基板Ｓ１を搬送機構２６により当該プラズマエッチング装置３に搬入し、前記ゲートバルブ２７を閉じる。
After the substrate S1 is aligned, the
プラズマエッチング装置３においては、例えば予め流体流路４６を温調手段４６により温調された流体例えばガルデンが流通し、上部電極ベース４２のフランジ部４２ａ及び梁４３ａ，４３ｂを介してその流体の熱が上部電極４１に伝導されて上部電極４１が例えば９０℃に保たれている。そして基板Ｓが載置台３２上に載置されると、処理ガス供給源６４からガス供給系６５を介して仕切られた各拡散空間４４ａ，４４ｂ，４４ｃへ、処理ガス例えばＣｌ2、ＳＦ6、ＣＦ4などのハロゲン系ガスが供給される。上部電極４１の設定温度は、処理ガスの種類などのプロセス条件に応じて決められる。各拡散空間４４ａ〜４４ｃに供給された処理ガスはこれら拡散空間４４ａ〜４４ｃ中を拡散し、上部電極４１のガス供給孔４１ａを介して基板Ｓの中央部、中間部、周縁部へ供給される。このときガス供給系６５においては、既述の理由から、ガス流量が４４ａ＞４４ｂ＞４４ｃの関係になる流量設定が行われる。また真空排気手段３５は、処理容器３０内を真空排気しており、当該排気手段３５に含まれる図示しない圧力調整部により、処理容器３０内が所定の圧力に調整される。
In the
然る後、高周波電源４７から整合器４７ａ、給電棒４７ｂ及び上部電極ベース４２を介して上部電極４１に高周波電力を供給し、これにより高周波が処理空間、載置台３２及び処理容器３０を介してアースにリターンする。この結果、上部電極４１と下部電極である載置台３２との間の処理空間にプラズマが形成され、基板Ｓに対するエッチング処理が行われる。
Thereafter, high-frequency power is supplied from the high-
このエッチング処理終了後、搬送機構２６が処理済基板を受け取り、ロードロック室２２に搬送する。ロードロック室２２に２枚の処理済基板Ｓ２が搬送された時点で処理済基板Ｓ２は、搬送手段２５のアーム２５ａ，２５ｂにより、処理済み基板用のキャリアＣ２に搬送される。これにより一枚の基板Ｓにおける処理が終了するが、この処理を未処理基板用のキャリアＣ１に搭載された全ての未処理基板Ｓ１に対して行う。
After this etching process, the
このようなプラズマエッチング装置３においては、次のような効果がある。上部電極４１は、温調流体により周縁のフランジ部４２ａだけでなく、中央よりの梁４３ａ，４３ｂを介して温調されるため、中央部の温度制御が容易になり、基板Ｓの連続処理を行う際に基板間で処理条件が変動することが抑えられ、またプラズマ処理の面内均一性も向上することから歩留まりが向上する。また背景技術で述べたように、温調板を上部電極４１に積層するといった構造が不要であるから製造コストを大幅に低く抑えられる。
Such a
更に上部電極４１の上側のガスの拡散空間を周縁部と中央部とに区画すると共に区画された拡散空間４４ａ〜４４ｃごとに独立してガスの流量調整を行うことができるため、中央部側の処理ガスの流量を周縁部側よりも大きくすることで基板Ｓに対して高い面内均一性を持って処理ガスを供給することができ、そしてこのようなガス供給制御により、周縁部のガス供給路の圧力が低くなってガス供給路内で異常放電が起こりやすい状態になっても既述のように絶縁部分のガス供給路５２をラビリンス構造にしているため、異常放電の発生が抑えられる。
Furthermore, the gas diffusion space on the upper side of the
また処理容器３０内を真空引きして所定の圧力にするには、拡散空間４４ａ〜４４ｃの雰囲気も吸引される必要があるが、背景技術の欄で説明したようにプラズマ処理装置の大型化により、このような拡散空間の容積は従来に比べて増加し、その結果として前記真空引きに要する時間は従来よりも長くなり、基板の処理速度が低下していることも問題となっている。しかしマトリクス状に配列したガス供給孔４１ａ群においてそのピッチを２５ｍｍ以下に設定することで後述の評価試験が示すようにこの真空引きの時間を短縮化することができる。
In order to evacuate the inside of the
続いてプラズマエッチング装置３の上部ガス供給機構の他の構成例について図９を参照しながら説明する。なお図中既述の実施形態と同じ構成となっている部分については同じ番号を用いている。この実施形態の上部ガス供給機構７は４枚の上部電極７１と上部電極ベース７２とガス供給部５３とを備えており、これらの上部電極７１は、図１０に示すようにあたかも既述の上部電極４１が十文字に４つに分割されたような形状を有している。図１０に示す各辺Ｌ３、Ｌ４の長さは例えば共に１．５ｍ以下である。なお図中７１ａはガス供給孔である。また上部電極ベース７２は既述の上部電極ベース４２と同様に構成されているが、その下面には十字型の梁７３が設けられており、その梁７３の４つの端部は、上部電極ベース７２の周縁のフランジ部７２ａに接続されている。
Next, another configuration example of the upper gas supply mechanism of the
４枚の上部電極７１は平面視、矩形状に配置され、その周縁部は、図１１に示すように上部電極７１の形状に対応するように形成された封止部材をなす樹脂製のシール材であるＯリング７４を介して、梁７３及びフランジ部７２ａに夫々密着するように図示しないボルトにより着脱自在に固定されており、互いに区画された４つの拡散空間７５ａが形成されている。この拡散空間７５ａは前記Ｏリング７４により高い気密性を持つように形成される。また上部電極ベース７２と上部電極７１との導電性即ち高周波の電流経路を確保するために、弾性体からなる導電性部材である、帯状の金属製の薄板をコイル状に巻いて構成したシールドスパイラル７６がＯリング７４を囲み、各上部電極７１の周縁部及び上部電極ベース７２に復元範囲内で押し潰された状態で介在し、密着するように設けられている。なお図が煩雑になるのを防ぐために図１０においてはＯリング７４及びシールドスパイラル７６の図示を省略している。
The four
上部電極ベース７２上には各拡散空間７５ａに対応する位置に４つのガス供給部５３が設けられており、このガス供給部５３は既述のガス供給部５と略同様に構成されている。
Four
各ガス供給部５３の流路部材５４にはガス供給管６１の一端が接続されており、このガス供給管６１の上流側は図１２（ａ）に示すように合流し、ガス供給系６５を介して処理ガス供給源６４に接続されている。
One end of a
また上部電極ベース７２には図１２（ｂ）に示すように平面視、上下左右に夫々対称で且つ梁７３及びフランジ部７２ａに沿ったグリッド状の流体流路７７が形成されており、上部電極ベース７２の一角から対角へ向けてこの流体流路７７を温調された流体が流通することにより、流体流路７７の真下に形成された梁７３及びフランジ部７２ａが温調され、それらを介して上部電極７１が温調されるようになっている。この流体流路７７にはいくつもの分岐点が設けられているが、上記のように上部電極ベース７２の一角から対角まで流体流路７７を流体が流通するにあたり、流体が各分岐点からどの経路に流れ込んでも、一定の距離を移動することになるため、流体のコンダクタンスは同等となり、温調流体が流路７７全体を均等に流通し、各上部電極７１を均一に温調することができる。
As shown in FIG. 12 (b), the
この実施形態によれば上部電極を分割した構成にしているため、各上部電極７１が小型になり、このため、上部電極の製作が容易になり、価格を低減できる。特にガス供給孔７１ａの加工作業が容易になることから、当該ガス供給孔７１ａのピッチを狭くすることができ、例えばそのピッチを２５ｍｍ以下にすることができるのでガス供給孔７１ａの個々のコンダクタンスが小さくても真空引き時間を短縮化できる。また小型であるため、メンテナンス時において上部電極ベース７２から各上部電極７１を取り外すことや再度取り付けを行うことが容易に行える。さらに異常放電などにより上部電極７１が破損した場合であってもその破損箇所が含まれる上部電極７１だけを交換すればよいため、コストの増加を防ぐことができる。分割電極である上部電極７１の寸法については、一辺が１．５ｍ以下であることが好ましい。
According to this embodiment, since the upper electrode is divided, each
続いて図１３を参照しながら他の上部ガス供給機構の構成例について説明する。この上部ガス供給機構８は、９枚の矩形の上部電極８１と上部電極ベース８２とを備えている。この９枚の上部電極８１は、平面視、矩形状に配列され、図１４に示すように既述の上部電極４１が後述の梁８３に沿って９枚に分割されたような構成となっており、その一辺の長さは例えば上部電極７１と同様に１．５ｍ以下になるように形成されている。また各上部電極８１の隣り合う側壁は図１３の点線の枠内で示すように、互いに並行する斜面として形成されている。これはエッチング処理中に処理ガスが処理空間から上部電極８１，８１の隙間に流れ込み、堆積物を形成してもこのように合わせ目が斜めになっていることで、摩擦により基板Ｓにその堆積物がパーティクルとして落下することを抑えることを目的としている。なおこのような構成は既述のように上部電極４１を４分割した場合にも適用できる。図中８１ａは処理ガスの供給孔である。
Next, a configuration example of another upper gas supply mechanism will be described with reference to FIG. The upper
前記上部電極ベース８２における既述の上部電極ベース４２，７２との差異点としては平面視、井桁に梁８３が形成されていることが挙げられる。各上部電極８１の周縁部は、この梁８３及び上部電極ベース８２の周縁部をなすフランジ部８２ａに密着するように当該上部電極ベース８２に固定され、それによって基板Ｓの中央に処理ガスを供給する１つの拡散領域８４ａと、基板Ｓの周縁部にガスを供給する８つの拡散空間８４ｂとが形成されている。図中８５はバッフル板であるが、これについては後述する。
A difference between the
上部電極ベース８２の上部には各拡散空間８４ａ，８４ｂに対応する位置に夫々セラミックスにより構成される流路部材５５ａ，５５ｂが設けられている。拡散空間８４ａに対応する流路部材５５ａの上部にはガス供給管６１の一端が、接続されており、また拡散空間８４ｂに対応する流路部材５５ｂの上部にはガス供給管６２の一端が接続されている。この流路部材５５ａ，５５ｂは、互いに同様に構成され、その内部に既述の流路部材５１ａのガス供給路５２に類似した４分岐するガス供給路５６を備えている。しかし図１５に示すようにガス供給路５６はその下端において収束せずに拡散空間８４ａ，８４ｂに向かい、それらに開口するように構成されている。
On the upper part of the
前記バッフル板８５は導電性部材により構成されており、各拡散空間８４ａ，８４ｂにおいてそのガス供給路５６を塞ぎ、且つその周縁部が上部電極ベース８２に密着している。図１５においてＨ２で示す絶縁距離であるガス供給管６１とバッフル板８５との距離（流路部材５５ｂの高さ）は例えば５０ｍｍ〜１５０ｍｍである。なお上記ガス供給路５２と同様ガス供給路５６において分岐は４つとすることに限られず、２つでもよい。
The
各ガス供給管６１，６２の上流側は互いに合流し、処理ガスの供給源６４に接続されている。そしてガス供給管６１，６２に介設されたガス供給系６５により拡散空間８４ａ、拡散空間８４ｂに供給する処理ガスの流量を夫々制御し、基板Ｓの中央部に供給する処理ガスの流量と基板Ｓの周縁部に供給する処理ガスの流量とを制御できるようになっている。
The upstream sides of the
また図１３及び図１６（ａ）に示すようにガス供給管６１，６２には分岐管９１，９２の一端が夫々接続されており、分岐管９１，９２の他端は互いに合流して配管９３を構成し、その配管９３はＨｅ（ヘリウム）ガスの供給源９４に接続されている。分岐管９１，９２には夫々バルブＶ１，バルブＶ２が夫々介設されており、配管９３には圧力制御機構９５が介設されている。圧力制御機構９５は、流量調整バルブとそのバルブの下流側の圧力を検出する圧力計とを備えており、ガス供給路５６の圧力が低くなり、ガス供給路５６内の異常放電が起こるような圧力になったときは、高周波を印加させないようにするとともに、圧力計の検出結果に基づいて前記流量調整バルブの開度が調整され、配管９３の下流側に設定された所定の流量のＨｅガスを供給する。また同様な機能は、ガス供給管６１，６２のガス流量を検出して行うこともできる。
Further, as shown in FIGS. 13 and 16 (a), one ends of
処理ガスが各拡散空間８４ａ，８４ｂに供給される際に、基板Ｓの中央部または周縁部のいずれかの流量が例えば予め決められた基準流量よりも低くなるようにレシピが組まれると、制御部６Ａの制御信号を受けて、バルブＶ１，Ｖ２のうちその基準流量よりも下回った側に対応するバルブ（Ｖ１あるいはＶ２）が開く。既述のように周縁部側の拡散空間への処理ガスの供給量を低くすることが多いが、この場合にはバルブＶ２が開くことになる。この場合を例にとると、例えば処理ガスの供給と同時に、Ｈｅガスが分岐管９２を介して処理ガスと共に対応する流路部材５５ｂに流入する。このときのＨｅガスの流量は、そのときの処理ガスの供給量が基準流量から不足している分だけを補償するように設定され、この結果その流路部材５５ｂのガス供給路５６が所定の圧力になるように制御され、既述のパッシェンの法則により放電開始電圧が高くなることで、放電の発生がより確実に抑えられるようになっている。
When the processing gas is supplied to the
上部電極ベース８２には図１６（ｂ）に示すように既述の上部電極ベース７２の流体流路７７に類似した平面視、上下左右に対称なグリッド状の流体流路８６が設けられており、当該流体流路８６は、上部電極ベース８２のフランジ部８２ａ及び梁８３上を通過するように形成されている。そして流体流路７７と同様に上部電極ベース８２の一角からその対角に向けて流体が流通し、流路７７における各分岐点から流体がどの経路に流れ込んでも、その角から対角に至るまでの流体が通る経路の距離が同じになり、流体流路８６全体を流体が均一に流れるようになっている。
As shown in FIG. 16B, the
なお上部電極ベース８２において図１７に示すように温調流体流路を形成してもよい。図１７（ａ），図１７（ｂ）は夫々この温調流体流路８７の平面図、斜視図であり、図１７（ｃ）は上部電極ベース８２の縦断側面図である。この流路８７は上部電極ベース８２の幅方向に伸びる中心ラインに沿って対称且つ上下２段の立体構造となっており、図１７（ａ），（ｂ）においては上段側の流路８７ａを実線で、下段側の流路８７ｂを点線で夫々示している。上段側の流路８７ａは、中央の拡散空間８４ａの投影領域を囲み、上部電極ベース８２の一辺に向かうように形成され、その一辺に向かう途中で下段側の流路８７ｂに連絡している。下段側の流路８７ｂは、上部電極ベース８２のフランジ部８２ａに沿って前記辺と対向する辺に向かう途中で分岐して上部電極ベース８２の４隅の拡散空間８４ｂの投影領域を囲むように形成されている。このように温調流体流路８７を構成しても、温調流体は上部電極ベース８２に供給されてから排出されるまでに一定の距離を移動することで、流体流路８７を均等に流通し、各上部電極８１を均一に温調することができる。
In addition, as shown in FIG. 17, a temperature control fluid channel may be formed in the
またこの上部電極ベース８２に設けられるガス供給部の流路部材は図１８に示すように構成してもよい。図１８に示す流路部材５７は例えばセラミックスにより構成され、流路部材５３と同様に直線状のガス供給路５８を備えており、その供給路５８の下端が拡径されるように流路部材５７の下部はフランジ状に構成されている。そしてガス供給路５８の拡径部に供給されたガスは既述のバッフル板８５により、拡散空間８４ａ，８４ｂ全体に拡散するように供給される。ガス供給路５８における放電を抑えるために図１８中Ｈ３で示す流路部材５７の高さは例えば１００ｍｍ〜３００ｍｍになるように構成される。
Further, the flow path member of the gas supply section provided on the
また上部ガス供給機構８において上部電極ベースは図１９に示すように構成してもよい。この上部電極ベース１０１は、上部電極ベース８２と略同様に構成され、梁８３により区画された計９つの拡散空間８４ａ，８４ｂを備えているが、図１９（ａ）に示すようにその上部には中央の拡散空間８４ａと４隅の拡散空間８４ｂとに対応する位置に、例えば既述のガス供給部５を介してガス供給管６１，６２が接続されている。また図１９（ｂ）に示すように梁８３において各拡散空間８４ｂ同士を区画する部分には横方向に連通孔８３ｃが設けられている。上部電極ベース８２の上部４隅のガス供給部５を構成する流路部材５１ａ及びガス供給路４５に処理ガスが供給されると、その処理ガスは対応する４隅の拡散空間８４ｂから、孔８３ｃを介して隣接する拡散空間８４ｂに流通し、基板Ｓの周縁部全体に供給されるようになっている。このような構成とすることでベース１０１周縁部の１つあたりの流路部材５１ａに供給される処理ガスの流量が低下することを抑えることができるため、これらの流路部材５１ａで放電が起こることをより確実に抑えることができる。
In the upper
なお図２０に示すように上部ガス供給機構を構成してもよい。この上部ガス供給機構１１０は、１６枚の上部電極１１１、上部電極ベース１１２及び後述するガス供給部５Ａを備えており、ガス供給孔１１１ａを備えた上部電極１１１は、上部電極４１が縦横に１６等分されたように形成されている。そして上部電極ベース１１２においては、図２１に示すようにこの１６枚の上部電極１１１に対応するように梁１１３は井桁状に形成されており、上部電極１１１と上部電極ベース１１２とに囲まれた計１６個の区画された拡散空間が形成される。区画された中央の４つの領域、その周囲に形成される１２個の領域を夫々拡散空間１１４ａ，１１４ｂとする。そして図２２（ａ）のようにガス供給管６１，６２による配管網が形成され、拡散空間１１４ａ，拡散空間１１４ｂに供給される処理ガスの流量が夫々制御され、基板Ｓの中央部に供給する処理ガスの流量と周縁部に供給する処理ガスの流量とが夫々独立して制御される。
Note that the upper gas supply mechanism may be configured as shown in FIG. The upper
また図２２（ｂ）に示すように格子状に温調流体の流路１１６が形成されており、この流体流路１１６は梁１１３及び上部電極ベース１１２のフランジ部１１２ａの上方を通過するように形成されている。そして上部電極ベース８２の流路８６と同様に上部電極のベース１１２の一角から対角へ向けて流体が流れ、前記梁１１３及び上部電極ベース１１２のフランジ部１１２ａを介して各上部電極１１１を冷却するように構成されている。
Further, as shown in FIG. 22B, temperature control fluid channels 116 are formed in a lattice shape, and the fluid channels 116 pass above the
ガス供給部５Ａは既述のガス供給部５と略同様に構成されているが、流路部材５１ａ〜５１ｃに代わり流路部材５Ｂを備えている。図２３に示すようにその内部に設けられているガス供給路５Ｃは流路部材５１のガス供給路５２と異なり、直線上に形成されている。そして既述の放電の発生を抑えるために、図中Ｈ４で表される流路部材５Ｂの高さ、つまり絶縁距離は、例えば１００ｍｍ〜３００ｍｍに設定される。
The
異常放電防止の対策として今まで述べてきた手法をまとめると、図８、図１５に示すように絶縁性の流路部材の流路をラビリンス構造とすること、図１８及び図２３に示すように流路の長さを例えば２００ｍｍと大きく設定すること及び図１６（ａ）に示すように流路の圧力制御機構を設けること、の３つが挙げられるが、いずれの実施形態においてもこれらを単独で実施してもよいし、あるいは前２者の各対策に加えて圧力制御機構を更に組み合わせるようにしてもよい。 Summarizing the techniques described so far as measures for preventing abnormal discharge, the flow path of the insulating flow path member has a labyrinth structure as shown in FIGS. 8 and 15, and as shown in FIGS. For example, the length of the flow path is set to be as large as 200 mm, and the pressure control mechanism for the flow path is provided as shown in FIG. 16 (a). It may be implemented, or a pressure control mechanism may be further combined in addition to the countermeasures of the former two.
また各実施形態で示した各上部ガス供給機構は、上部電極に高周波を印加するようなプラズマ処理装置だけでなく、下部電極に高周波が印加されるような処理装置にも適用できる。図２４は、上部ガス供給機構８をそのようなプラズマ処理装置に適用した例であり、図中１２１は載置台を兼用する基板Ｓの下部電極である。図中１２２は例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波電源であり、図中１２３は例えば３．２ＭＨｚのバイアス印加用の高周波電源である。これらの高周波電源１２２，１２３はマッチングボックス１２４を介して、前記下部電極１２１に接続されている。より詳しく説明すると、マッチングボックス１２４は筐体を備え、その筐体中に各高周波電源１２２用、１２３用の整合回路１２２ａ，１２３ａが夫々設けられており、各整合回路１２２ａ，１２３ａの後段で各高周波電源１２２、１２３からの給電ラインは結線され、図のように下部電極１２１の中心部に接続されている。また図中１２５、１２６は絶縁部材であり、下部電極１２１を支持し、処理容器３０から絶縁している。また上部電極ベース８２ａには高周波電源４７が接続される代わりにインピーダンス調整器１２７が接続されている。そして高周波電源１２２，１２３から夫々所定の高周波が下部電極１２１に印加されると、下部電極１２１と上部電極８１との間にプラズマが形成され、基板Ｓにエッチング処理が行われる。
Each upper gas supply mechanism shown in each embodiment can be applied not only to a plasma processing apparatus that applies a high frequency to the upper electrode, but also to a processing apparatus that applies a high frequency to the lower electrode. FIG. 24 shows an example in which the upper
（評価試験１）
ガス供給孔４１ａを縦横に等間隔に配列した既述のプラズマエッチング装置３を用いて処理容器３０内を酸素ガスにより２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）に調圧された状態から、真空引きが完了するまでの時間を測定した。ガス供給孔４１ａの配列パターンについてはそのピッチを表１のように３通りに設定した。なおピッチとは図５に置けるＬ１（＝Ｌ２）に相当する。
(Evaluation Test 1)
From the state in which the inside of the
評価結果は表１及び図２５に示すとおりである。ピッチが５０ｍｍのとき、所要時間５０秒であったが、ピッチを２５ｍｍに設定したときの所要時間は１６秒であり、またピッチを１２．５ｍｍに設定したときの所要時間は３秒であった。真空引きの所要時間は実用上２０秒以下であることが好ましいため、この試験の結果からピッチは２５ｍｍ以下であることが好ましいといえる。 The evaluation results are as shown in Table 1 and FIG. The required time was 50 seconds when the pitch was 50 mm, but the required time was 16 seconds when the pitch was set to 25 mm, and the required time was 3 seconds when the pitch was set to 12.5 mm. . Since the time required for evacuation is preferably 20 seconds or less in practice, it can be said that the pitch is preferably 25 mm or less from the result of this test.
（評価試験２）
評価試験２として、表面にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜が形成された基板Ｓについて背景技術に示した拡散空間が区画されていないプラズマエッチング装置を用いて基板Ｓの中央部、中間部、周縁部夫々のエッチングレートを測定した。またこの評価試験２のエッチング装置としては、図２４に示すように載置台を兼用する下部電極１２１にプラズマ形成用の高周波及びバイアス印加用の高周波が夫々印加される装置を用いた。なお処理する基板Ｓは既述の大きさを有している。処理中の処理容器３０内の圧力は６．６７Ｐａ（５０ｍＴ）に設定し、処理ガスとしてはＣｌ2（塩素）/ＳＦ6系ガスを用いた。ガス供給孔は、上部電極全面に存在するもの（シャワー開口面積が１００％）と上部電極の中央部のみに存在する（シャワー開口面積が５０％）上部電極とを用いることにより、開口面積を２通りに変化させて試験を行った。
(Evaluation test 2)
As the
図２６は、上記評価試験２の結果を示したグラフである。シャワー開口面積が５０％のとき、基板全体の平均エッチングレートは毎分２７００Åであり、シャワー開口面積が１００％のとき、基板全体の平均エッチングレートは毎分３０００Åである。またグラフ中３０％，１４％という数値は夫々基板全体のエッチングレートの均一性を示している。このグラフから上部電極４１の開口面積が小さくなると、基板Ｓの周縁部に比べて中央部のエッチングレートが早くなっていることが分かる。このことから、既述の実施形態の上部電極ベース４２，８２，１１２のように処理ガスの拡散空間を梁で区画し、処基板の中央部と周縁部とで夫々供給される処理ガスの流量を制御できるように構成することにより、基板各部のエッチングレートを任意に制御できることが分かる。なお従来、基板各部へのガス供給量を調整するためにシャワーの開口面積を変えるには上部電極を再設計及び再製作する必要があり、これには大きなコストがかかっていたが、既述の実施形態においては梁を利用して基板Ｓ各部への供給量を変更できるので、そのようにコストがかさむことを抑えることができる。
FIG. 26 is a graph showing the results of the
（評価試験３−１）
続いて評価試験３−１として図２４に示すように上部ガス供給機構８を備え、下部電極１２１にプラズマ形成用の高周波及びバイアス用の高周波が供給されるプラズマエッチング装置を用いて一定量の処理ガスを基板Ｓに供給してプラズマを形成するにあたり、基板Ｓ中央部へ供給するガス流量に対する基板Ｓ周縁部へ供給するガス流量を変化させて、その周縁部に対応する流路部材における放電の有無を測定した。ただしその流路部材としては図２７に示すものを用いた。この図の流路部材５９は流路部材５７と同様のガス供給路５８を備えているが、上部電極ベース８２上に突出した上部５９ａのみがセラミックスにより構成され、フランジ部を構成する下部５９ｂは金属であるＳＵＳにより構成されている。図２７中Ｈ５で示す上部電極ベース８２とガス供給管６１（６２）との距離（上部５９ａの高さ）Ｈ５は５０ｍｍに設定した。処理中におけるバイアス印加用の高周波電源の電力は５ｋＷに、プラズマ形成用の高周波電源１２２の電力は１５ｋＷに夫々設定した。また処理中の処理容器３０内の圧力は６．６７Ｐａ（５０ｍＴ）に設定し、処理ガスとしてはＯ2（酸素）/Ｃｌ2（塩素）系ガスを用いた。なお既述のようなＨｅガス供給源９４からのＨｅガスの供給は行っていない。
(Evaluation Test 3-1)
Subsequently, as an evaluation test 3-1, as shown in FIG. 24, an upper
下記の表２は試験の結果を示している。表中Ｃ/Ｅ流量比とは、基板中央部に対応する拡散空間８４ａに供給されるガス流量：基板周縁部に対応する１つの拡散空間８４ｂに供給されるガス流量の比を指している。この表２に示すように、周縁部のガス流量が少ないときには流路部材５９に、既述のパッシェンの法則に従い、放電が発生していることが分かる。また周縁部にガスを供給しないときには上部電極に異常放電が発生した。
Table 2 below shows the results of the test. The C / E flow rate ratio in the table refers to the ratio of the gas flow rate supplied to the
（評価試験３−２）
評価試験３−１と同様の試験を行ったが、流路部材としては図１８に示した流路部材５７を用いた。下記の表３はそのときの結果を示したものであり、いずれのＣ/Ｅ流量比においてもガス供給部は暗く、放電は観察されなかった。上部電極の異常放電も見られなかった。
(Evaluation Test 3-2)
A test similar to the evaluation test 3-1 was performed, but the
（評価試験３−３）
評価試験３−１と同様の試験を行ったが、流路部材としては図１５に示した流路部材５５ｂを用いた。下記の表４はそのときの結果を示したものであり、評価試験３−２と同様の結果になった。
(Evaluation Test 3-3)
A test similar to the evaluation test 3-1 was performed, but the
上記の評価試験３−１〜３−３により、実施の形態に示したように流路部材を構成することで、その流路部材の流路における放電の発生を抑えて、上部電極に異常放電が発生することを抑えることができることが確認された。 By configuring the flow path member as shown in the embodiment by the above evaluation tests 3-1 to 3-3, the occurrence of discharge in the flow path of the flow path member is suppressed, and the upper electrode is abnormally discharged. It was confirmed that it is possible to suppress the occurrence of.
Ｓ 基板
３３ 載置台
４ 上部ガス供給機構
４１ 上部電極
４２ 上部電極ベース
４３ａ，４３ｂ 梁
５ ガス供給部
５１ 流路部材
Claims (16)
前記処理容器内に設けられ、基板が載置される下部電極と、
前記基板に前記処理ガスを供給するための多数のガス供給孔を備え、前記下部電極に対向して設けられた矩形状の板状の上部電極と、
前記上部電極の上面側を覆い、その上部電極との間に前記ガス供給孔に連通した処理ガスの拡散空間を形成する、平面形状が矩形状である上部電極ベースと、
この上部電極ベースの内周面により囲まれる領域内にて上部電極の上面と上部電極ベースの下面とを接続するように当該上部電極ベースに一体的に設けられ、前記拡散空間を複数に区画するように直線状に配置された複数の梁と、
前記上部電極ベースにて、前記複数の梁の各々の直上に当該梁に沿うように設けられ、上部電極を温調するための温調流体が通流する流体流路と、
前記上部電極ベースに設けられ、前記拡散空間へ処理ガスを導入するガス供給路と、
上部電極と下部電極との間に高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化するための高周波電源と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus for supplying a processing gas into a processing container to turn it into plasma and processing a rectangular substrate with the plasma,
A lower electrode provided in the processing vessel and on which a substrate is placed;
A plurality of gas supply holes for supplying the processing gas to the substrate, and a rectangular plate-like upper electrode provided to face the lower electrode;
An upper electrode base having a rectangular planar shape that covers the upper surface side of the upper electrode and forms a processing gas diffusion space communicating with the gas supply hole between the upper electrode and the upper electrode;
Provided integrally with the upper electrode base so as to connect the upper surface of the upper electrode and the lower surface of the upper electrode base within a region surrounded by the inner peripheral surface of the upper electrode base, and divides the diffusion space into a plurality of parts. A plurality of beams arranged in a straight line like
In the upper electrode base , a fluid flow path that is provided immediately above each of the plurality of beams along the beam, and through which a temperature adjusting fluid for adjusting the temperature of the upper electrode flows,
A gas supply path that is provided in the upper electrode base and introduces a processing gas into the diffusion space;
A high-frequency power source for supplying high-frequency power between the upper electrode and the lower electrode to turn the processing gas into plasma,
A plasma processing apparatus comprising:
組み合わせて角型の環状に形成されたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is formed into a square annular shape in combination.
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