JP4895920B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に関する。

誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のプラズマ処理装置では、チャンバの上部が誘電体板で閉鎖され、この誘電体板上に高周波電力が投入されるコイルが配置された構成が知られている。チャンバ内は減圧されるので、大気圧を支持するための機械的強度を確保するために誘電体板はある程度の厚みを有する必要がある。しかし、誘電体板の厚みが厚いほど、コイルからプラズマへ投入される高周波パワーの損失が大きくなる。詳細には、誘電体板の厚みが厚いと、高周波パワーの投入損失が大きいので、高密度のプラズマを生成させるためには、大容量の高周波電源が必要となる。投入損失分は熱に変換されるので、高周波電源の大容量化に伴いこの発熱量が増加し、誘電体板及び周辺部品の温度上昇が顕著となる。その結果、基板処理枚数の増加に伴い、エッチングレート、均一性、形状等のプロセス特性に経時的変化（プロセスシフト）が生じる。

これに対し、例えば特許文献１及び２には、梁状構造物で誘電体板の下面側を支持することにより、機械的強度を確保しつつ誘電体板の薄型化を図ったプラズマ処理装置が開示されている。

一般にこの種の梁状構造物はアルミニウム製でアースされており、さらに表面はアルマイト処理等により高い硬度が付与されている。そのため、梁状構造物の表面はプラズマ中のイオンが衝突しても極めて削れにくい状態にあるものの、微量の削れが発生する。コンデンサ等の電子部品の製造プロセスでは、この梁状構造物表面の微量の削れは品質上問題とならない。しかし、ＩＣの製造プロセスでは、微量の金属汚染も品質に大きな影響を与える。例えば、ＩＣ回路を形成したシリコン基板を積層した３次元積層型集積回路では、シリコン基板間を接続するために埋込配線用の貫通孔、すなわちＳｉ貫通ビア（TSV: Through-Silicon Via）をシリコン基板に形成する必要がある。このＳｉ貫通ビアを形成するプロセスでは、梁状構造物表面の微量の削れ等の金属汚染の高水準での防止が必要な場合がある。

特開平１０−２７７８２号公報 特開２００１−１１０７７７号公報

本発明は、誘電体板を支持する梁状構造物を有するプラズマ処理装置において、梁状構造物表面の微量の削れを高水準で防止することを課題とする。

本発明は、
内部に基板が配置され、かつプロセスガスが導入される真空容器と、前記基板と対向する前記真空容器の上部開口に配置され、かつ複数の窓部を備える梁状構造物と、前記梁状構造物によって支持され、かつ前記窓部を介して前記真空容器の内部に臨む誘電体板と、前記梁状構造物の下面側に配置され、前記梁状構造物の下面全体を覆う誘電体材料からなるカバーと、前記誘電体板の上面側に配置され、高周波電力が投入されるプラズマ発生のためのコイルと、前記カバーの外周を支持すると共に、前記梁状構造物の下側に配置されて前記梁状構造物を支持する、前記梁状構造物とは別体のカバーホルダと、互いに間隔をあけて前記カバーホルダと前記カバーとの間に配置された不連続な複数の弾性部材とを備える、プラズマ処理装置を提供する。

梁状構造物の下面のうち少なくとも窓部以外の部分を誘電体材料からなるカバーで覆うことにより、プラズマ中のイオンの衝突に起因する梁状構造物表面の微量の削れを高水準で防止できる。

カバーの材質としては、被エッチング材料と同様の性質であり、かつ熱衝撃に対して強い誘電体材料が使用される。例えば、Ｓｉ系のＩＣデバイスのエッチングの場合にはカバー９の材料として石英（ＳｉＯ_２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）を使用でき、Ａｌ配線のエッチングの場合にはカバー９の材料として酸化アルミナを含むアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用できる。また、カバーの材質としては、プロセスガスに対して耐食性を有する誘電体材料が使用される。例えばプロセスガスがフッ素系ガスである場合には石英を使用でき、プロセスガスが塩素系ガスである場合にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を使用できる。

具体的には、前記カバーは、前記窓部の部分を含む前記梁状構造物の下面全体を覆う一体構造である。

代案としては、前記カバーは、前記梁状構造物の下面のうち前記窓部以外の部分を覆うカバー本体と、前記梁状構造物の下面の前記窓部の部分を覆い、かつ前記カバー本体に対して着脱可能である交換片とを備える。

梁状構造物の窓部を介して誘電体板が真空容器の内部に臨んでおり、梁状構造物の下面のうち窓部の部分では、プラズマ中のイオンが衝突することによるカバーの削れが他の部分と比較して顕著である。従って、この部分をカバー本体に対して着脱可能な交換片により構成すれば、削れが進行した交換片のみを交換してカバー本体は使用を継続できる。その結果、プラズマ処理装置のランニングコストを低減できる。

別の代案としては、前記カバーは、前記梁状構造物の前記窓部に対応する位置に厚み方向に貫通する窓孔を備え、前記誘電体板は前記窓部と前記窓孔を介して前記真空容器の内部に臨む。

さらに別の代案では、前記カバーは、厚み方向に関する細孔を前記梁状スペーサの窓部に対応する位置に備え、好ましくは高密度プラズマ生成領域から外れた位置に備えることにより、前記梁状構造物の下面側と前記カバーの上面側に形成された空間が、この細孔を介して前記真空容器の内部と連通する。

プラズマ処理装置は、前記カバーの外周を支持すると共に、前記梁状構造物の下側に配置されて前記梁状構造物を支持する、前記梁状構造物とは別体のカバーホルダをさらに備えることが好ましい。このカバーホルダを設ければ、カバーが梁状構造物の下面全体を覆う一体構造であっても、真空容器の内部に対してカバーホルダを介してプロセスガスを導入できる。また、カバーホルダとカバーの間に間隔をあけて複数の弾性部材を配置すれば、真空容器内を減圧した際に梁状構造物の下面側とカバーの上面側に形成された空間と真空容器の内部との圧力差が低減されるので、この圧力差に起因してカバーに作用する負荷を低減し、この負荷によるカバーの破損ないし割れを防止できる。さらに、カバーホルダの冷却機構（第１の冷却機構）を設けることで、プロセスガスの導入温度を梁状構造物とは独立して設定ないし制御できる。梁状構造物にも冷却機構（第２の冷却機構）を設けてもよい。これらの冷却機構で梁状構造物とカバーホルダを冷却することによりカバーの温度上昇を抑制でき、カバーの温度上昇に起因するエッチングレート、均一性、形状等のプロセス特性に経時的変化（プロセスシフト）や、放電のオン・オフの繰り返しに伴う温度昇降の繰り返しによって前述のカバーホルダとカバーの間に配置された弾性体等の劣化が進行するのを防止できる。

前記梁状構造物の窓部内に別体の前記誘電体板がそれぞれ配置されていることが好ましい。

誘電体板を分割構造とすることで、誘電体板が窓部を含む梁状構造物の上面全体に配置される構成、すなわち一体構造の誘電体板を梁状構造物で支持する構成と比較して、梁状構造物と誘電体板の厚みを低減できる。また、プラズマ発生のためのコイルの下端側を部分的に窓部内に配置することで、コイルを真空容器の内部により近接して配置できる。その結果、高周波パワーの投入損失を低減し、より高密度のプラズマを生成させることができる。

本発明のプラズマ処理装置は、誘電体板を支持する梁状構造物の下面のうち少なくとも誘電体板が真空容器の内部に臨む窓部以外を覆う誘電体材料からなるカバーを備える。そのため、プラズマ中のイオンの衝突に起因する梁状構造物表面の微量の削れを高水準で防止でき、３次元積層形集積回路のためのＳｉ貫通ビアの形成プロセス等の極めて微量の金属汚染が品質上問題となるプロセスを実行するのに適している。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のドライエッチング装置１を示す。ドライエッチング装置１は、その内部に基板２が収容される処理室を構成するチャンバ（真空容器）３を備える。チャンバ３は、全体として上部が開口した円筒状であるチャンバ本体４と、このチャンバ本体４の上部開口を密閉する蓋体５を備える。チャンバ３内を排気する真空排気装置２０が設けられている。また、チャンバ本体４には基板２を搬入出するためのゲート（図示せず）が設けられている。

蓋体５は、チャンバ本体４の側壁上端に支持されたカバーホルダ６と、このカバーホルダ６上に支持された梁状スペーサ（梁状構造物）７を備える。梁状スペーサ７には複数個（本実施形態では６個）の誘電体板８が支持され、カバーホルダ６にはカバー９の外周が支持されている。カバー９は梁状スペーサ７の下面側に配置され、梁状スペーサ７の下面を覆っている。後に詳述するように、カバーホルダ６にはプロセスガス供給源１９から供給されるプロセスガスをチャンバ３に噴出するためのガス導入口６ｃが設けられている。また、カバーホルダ６と梁状スペーサ７には、それぞれ冷媒循環装置１７Ａ，１７Ｂから供給される冷媒の循環流路５２（カバー９の循環流路の図示は省略する）が設けられている。

カバーホルダ６や梁状スペーサ７を構成する材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等のような十分な剛性を有する金属材料を使用できる。また、誘電体板８やカバー９を構成する材料としては、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、石英（ＳｉＯ_２）等の誘電体材料を使用できる。カバー９の材質については後に詳述する。

誘電体板８の上面側には、マルチスパイラルコイルであるＩＣＰコイル１１が配設されている。図２に示すようにＩＣＰコイル１１は平面視で中央から外周に向けて螺旋状に延びる複数（本実施形態では４本）の導電体１２からなる。平面視で中央の部分（巻き始め部分）では隣接する導電体１２間の隙間が広く、外周の部分ではこの隙間が狭い。換言すれば、導電体１２間の巻付密度は中央では粗で外周では密である。ＩＣＰコイル１１にはマッチング回路１３を介して、高周波電源１４が電気的に接続されている。

チャンバ３内の底部側には、バイアス電圧が印加される下部電極としての機能及び基板２を静電吸着等によって保持する機能を有する基板サセプタ１５が配設されている。基板サセプタ１５にはバイアス用の高周波電源１６から高周波電源が印加される。また、基板サセプタ１５内には冷媒の循環流路が設けられており、冷媒循環装置１７Ｃから供給される温調された冷媒がこの循環流路中を循環する。さらに、基板サセプタ１５の上面と基板２の裏面との間の微細な隙間にＨｅ等の伝熱ガスを供給する伝熱ガス循環装置１８が設けられている。

コントローラ１０は、高周波電源１４，１６、プロセスガス供給源１９、伝熱ガス循環装置１８、冷媒循環装置１７Ａ〜１７Ｃ、真空排気装置２０を含む装置全体の動作を制御する。

図３から図５を併せて参照して、蓋体５の構造を説明する。

図５に最も明瞭に表れているように、カバーホルダ６は全体として厚肉円環状であり、厚み方向に貫通する大面積の窓孔６ａが形成されている。カバーホルダ６の内側周面上端には、段差を形成することで、カバー９の下面の外周縁付近を載置するカバー支持部６ｂが形成されている。また、カバーホルダ６の上面は、梁状スペーサ７の後述する外周部７ａの下面を支持する。

図４Ｂ及び図５に示すように、カバーホルダ６のカバー支持部６ｂの上面には、複数個の棒状の弾性部材５０Ａが取り付けられている。本実施形態における弾性部材５０Ａは、後述するＯリング２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｄ，２１Ｆと同様のゴム製であり、弾性的に湾曲させることでカバー支持部６ｂ上に互いに間隔をあけて形成された平面視で円弧状の溝に収容されている。図５に表れているように、弾性部材５０Ａは平面視で互いに間隔をあけて配置されている。換言すれば、弾性部材５０Ａは平面視で、円環状等の無端形状ではなく、不連続に配置されている。弾性部材５０Ａには、共に剛体であるカバーホルダ６とカバー９との間に介在することで、両者間の接触応力を吸収する機能がある。

カバーホルダ６の内側側壁面には斜め下向きのガス導入口６ｃが複数個形成されている。カバーホルダ６の下面には環状の溝が形成されており、この溝の下端開口をＯリング２１Ａで封鎖することで環状ガス流路６ｄが形成されている。個々のガス導入口６ｃはこの環状ガス流路６ｄに連通している。環状ガス流路６ｄはガス導入路２２によりプロセスガス供給源１９に接続されている。従って、プロセスガス供給源１９から供給されるプロセスガスは、ガス導入路２２と環状ガス流路６ｄを経てガス導入口６ｃからチャンバ３内に噴出される。

カバーホルダ６の下面には環状ガス流路６ｄよりも外側にさらに２つの環状の溝が形成されており、これらのうちの内側の溝にはシール部材としてのＯリング２１Ｂが収容されている。このＯリング２１Ｂにより、カバーホルダ６とチャンバ本体４の側壁上端との間の密閉性が確保されている。また、Ｏリング２１Ｂの外側の溝には、スパイラル状の金属製コイル等である導電性を有する弾性体２１Ｃが収容されており、この弾性体２１Ｃを介してカバーホルダ６とチャンバ３の電気的導通が確保されている。Ｏリング２１Ｂよりも外側に配置することは、金属製コイル等である弾性体２１Ｃの腐食等を防止できる点で好ましい。後述するように、弾性体２１Ｃと同様の導電性を有する弾性体２１Ｅにより、梁状スペーサ７とカバーホルダ６との電気的導通が確保されている。チャンバ３、カバーホルダ６、及び梁状スペーサ７は弾性体２１Ｃ，２１Ｅにより電気的に互いに導通されており、これらのいずれかを接地することで筐体アースを行っている。

前述のように、カバーホルダ６は図示しない循環流路に冷媒循環装置１７Ａから供給される冷媒によって冷却される。

本実施形態におけるカバー９は、一体構造、具体的には厚みが一定の円板状である。カバー９は下面の外周縁付近が弾性部材５０Ａを介してカバー支持部６ｂ上に載置されることで、カバーホルダ６に支持されている。カバー９の厚みとカバー支持部６ｂを形成するための段差の深さは、チャンバ３内の減圧により弾性部材２１Ｆ，２１Ｄが厚み方向に圧縮されて梁状スペーサ７と誘電体板８が降下した場合でも、カバーホルダ６の上面とカバー９の上面とが概ね同一平面上に位置し、カバー９に対して破損を生じさせる力が加わらないように設定されている。

梁状スペーサ７及び誘電体板８の下面側とカバー９の上面側との間には微細な空間５１（図４Ａ及び図４Ｂ参照）がある。仮にカバー支持部６ｂ上の弾性部材５０Ａが無端状であるとすると、空間５１は大気が密閉された状態でチャンバ３の内部に対して遮断されるため、チャンバ３内を減圧した際に空間５１とチャンバ３の内部との圧力差によってカバー９に大きな負荷が作用し、その結果カバー９に破損ないし割れが生じる可能がある。しかし、複数の弾性部材５０Ａは互いに間隔をあけて不連続に配置され、弾性部材５０Ａ間の隙間を介して空間５１とチャンバ３の内部は連通しているので、チャンバ３内を減圧した際の空間５１とチャンバ３の内部との圧力差が低減される。従って、この圧力差に起因してカバー９に作用する負荷が低減され、カバー９の破損ないし割れを防止できる。このように平面視で不連続に複数個の弾性部材５０Ａを設けることで、カバーホルダ６とカバー９の接触応力を吸収しつつ、チャンバ３内の減圧した際のカバー９の破損ないし割れを防止している。

カバー９の材質は、基板２の被エッチング材料と同様の性質であり、かつ熱衝撃に対して強い誘電体材料である必要がある。例えば、Ｓｉ系のＩＣデバイスのエッチングの場合にはカバー９の材料として石英（ＳｉＯ_２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）を使用でき、Ａｌ配線のエッチングの場合にはカバー９の材料として酸化アルミナを含むアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用できる。また、カバー９の材質は、プロセスガスに対して耐食性を有する必要がある。例えば、プロセスガス（エッチングガス）がフッ素系ガスである場合には、カバー９の材料として石英や窒化アルミニウムを使用でき、プロセスガスが塩素系ガスである場合には、カバー９の材料としてアルミナや窒化アルミニウムを使用できる。

フッ素系ガスを用いてＳｉの深掘り、例えば深さ１０μm以上を、高いエッチングレート（例えば５μm/min以上）で行う際には、高密度のプラズマ（例えばＮｅが１０^１２cm^−３以上）を生成させる必要があるため、高パワーを投入する。このとき、カバー９の材料石英（ＳｉＯ_２）とすると、高密度プラズマに曝されるカバー９の摩耗が激しい。また、カバー９の材料をアルミナ（ＡｌＯ_２）とすると、削れ量は石英（ＳｉＯ_２）の場合の１／２０以下であるが、高パワーの投入による熱衝撃でカバー９が割れるおそれがある。これに対して、本実施形態では、Ｓｉの深絞りにおいてプロセスガス（エッチングガス）をフッ素ガスとした場合にカバー９の材料を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とすることで、カバー９の削れ量は石英（ＳｉＯ_２）の場合の１／３０以下に抑制されて耐食性に優れ、かつ耐熱衝撃性が高いため熱衝撃によるカバー９の割れが生じない。

本実施形態における梁状スペーサ７は、円環状の外周部７ａ、平面視で外周部７ａによって囲まれた領域の中央に位置する中央部７ｂ、及び中央部７ｂから外周部７ａまで放射状に延びる複数（本実施形態では６個）の梁部７ｃを備える。

梁状スペーサ７の外周部７ａの下面が、カバーホルダ６の上面に支持されている。外周部７ａの下面には２つの環状の溝が形成されており、これらのうちの内側の溝に収容されたＯリング２１Ｄによって梁状スペーサ７とカバーホルダ６との間の密閉性が確保されている。また、Ｏリング２１Ｄの外側の溝には、スパイラル状の金属製コイル等の導電性を有する弾性体２１Ｅが収容されている。この弾性体２１Ｅを介して梁状スペーサ７とカバーホルダ６との電気的導通が確保されている。Ｏリング２１Ｄよりも外側に配置することは、金属製コイル等である弾性体２１Ｅの腐食等を防止できる点で好ましい。

梁状スペーサ７の６個の梁部７ｃは、幅がほぼ一定の直方体状であり、平面視（図２参照）において等角度間隔で中央部７ｂから放射状に延びている。梁部７ｃの一端は中央部７ｂと一体に連結されており、他端は外周部７ａに一体に連結されている。

梁状スペーサ７の外周部７ａ、中央部７ｂ、及び梁部７ｃで囲まれた領域は、梁状スペーサ７を厚み方向に貫通する窓部７ｄを構成している。本実施形態の梁状スペーサ７はそれぞれ扇形状である６個の窓部７ｄを備える。

個々の窓部７ｄには誘電体板８が収容されている。換言すれば、一体構造の誘電体板を窓部７ｄの部分を含む梁状スペーサ７の上面全体に配置するのではなく、誘電体板を分割構造として個々の誘電体板８を窓部７ｄに収容している。個々の誘電体板８は梁状スペーサ７の窓部７ｄと対応した扇形板状である。誘電体板８は下部８ａと、この下部８ａよりも外形寸法を大きく設定した上部８ｂとを備える。下部８ａよりも外側に突出する上部８ｂの下面が被支持面８ｃを構成している。一方、梁状スペーサ７の窓部７ｄの周壁面の下端部分は内向きに突出しており、この突出部分の上面が支持面７ｅを構成している。誘電体板８は被支持面８ｃが支持面７ｅ上に載置されることで窓部７ｄ内に保持されている。支持面７ｅには環状の溝が形成されており、この溝にはＯリング２１Ｆが収容されている。このＯリング２１Ｆにより、個々の誘電体板８と梁状スペーサ７との間の密閉性が確保されている。

誘電体板８の下部８ａの厚みと梁状スペーサ７の下面から支持面７ｅまでの厚みは、チャンバ３内の減圧によりＯリング２１Ｂが厚み方向に圧縮された際に、誘電体板８の下面と梁状スペーサ７の下面は概ね同一平面上に位置するように設定されている。前述のように、チャンバ３内の減圧時にはカバーホルダ６及びカバー９の上面は概ね同一平面上に位置するので、チャンバ３内の減圧時には誘電体板８及び梁状スペーサ７の下面はカバーホルダ６及びカバー９の上面と概ね同一平面上に位置する。

梁状スペーサ７の上方には、個々の誘電体８をＯリング２１Ｆに押し付けて密閉性を高めるための付勢機構２４が設けられている。この付勢機構２４は上面側がばね２５によって下向きに弾性的に付勢されるベース板２６と、このベース板２６の下面からそれぞれ下向きに突出して下端が誘電体板８の上部８ｂに当接する複数個（本実施形態では６個）押さえ部材２７を備える。押さえ部材２７を介して作用するばね２５の弾性的な付勢力により、個々の誘電体板８の被支持面８ｃがＯリング２１Ｆ（窓部７ｄの支持面７ｅ）に押し付けられる。

誘電体板８は梁状スペーサ７の窓部７ｄとカバーホルダ６の窓孔６ａを介してチャンバ３の内部空間に臨んでいる。換言すれば、基板サセプタ１５側から見て窓孔６ａと窓部７ｄを介して誘電体板８の下部８ａの下面が見えている。梁状スペーサ７の下面のうちカバーホルダ６の窓孔６ａに臨む部分は窓部７ｄを含めた全体がカバー９により覆われている。換言すれば、梁状スペーサ７の下面の全体がカバー９で覆われることによってチャンバ３内に発生するプラズマに直接曝露されることなく保護されている。

図３及び図４Ａに示すように、梁状スペーサ７の中央部７ｂの下面には、複数個の棒状の弾性部材５０Ｂが取り付けられている。本実施形態における弾性部材５０Ｂは前述の弾性部材５０Ａと同様のゴム製であり、弾性的に湾曲させること中央部７ｂの下面に互いに間隔をあけて形成された底面視で円弧状の溝に収容されている。図４Ａに表れているように、弾性部材５０Ｂを収容する溝は脱落防止のために逆台形の断面形状を有する。弾性部材５０Ｂは平面視で、円環状等の無端形状ではなく、不連続に配置されている。弾性部材５０Ｂには、共に剛体である梁状スペーサ７とカバー９との間に介在することで、両者間の接触応力を吸収する機能がある。

仮に梁状スペーサ７の中央部７ｂの下面の弾性部材５０Ｂが無端状であるとすると、前述の梁状スペーサ７とカバー９の間の微細な空間５１のうち中央部７の部分が大気を密閉した状態でチャンバ３の内部に対して遮断されるので、チャンバ３内を減圧した際に空間５１とチャンバ３の内部との圧力差に起因する負荷でカバー９に破損ないし割れが生じる可能がある。しかし、複数の弾性部材５０Ｂは互いに間隔をあけて不連続に配置され、弾性部材５０Ｂ間の隙間を介して空間５１のうち梁状スペーサ７の中央部７ｂの下側の部分とチャンバ３の内部は連通しているので、チャンバ３内を減圧した際の空間５１とチャンバ３の内部との圧力差が低減される。従って、この圧力差に起因してカバー９に作用する負荷が低減され、カバー９の破損ないし割れを防止できる。このように平面視で不連続に複数個の弾性部材５０Ｂを設けることで、梁状スペーサ７とカバー９の接触応力を吸収しつつ、チャンバ３内を減圧した際のカバー９の破損ないし割れを防止している。

図３にのみ図示するように、梁状スペーサ７の梁部７ｃの下面にも、それぞれ棒状の弾性部材５０Ｃが取り付けられる。本実施形態における弾性部材５０Ｃは前述の弾性部材５０Ａ，５０Ｂと同様のゴム製であり、梁部７ｃの下面に設けられた底面視で直線状の溝に収容されている。隣接する弾性部材５０Ｃ間には十分な隙間が設けられており、空間５１とチャンバ３の内部との連通が確保されている。従って、これらの弾性部材５０Ｃも、梁状スペーサ７とカバー９の接触応力を吸収しつつ、チャンバ３内を減圧した際のカバー９の破損ないし割れを防止している。梁状スペーサ７の下面側には弾性部材５０Ｂ，５０Ｃのうちいずれか一方のみを取り付けてもよい。

図２を参照すると、本実施形態では、梁状スペーサ７に形成された冷媒の循環流路５２は、平面視で中央部７ｂを通り、かつ個々の窓部７ｄの周囲を取り囲むように形成されている。梁状スペーサ７の中央部７ｂは梁部７ｃのみを介して外周部７ａに連結されているため放熱効率が低く、プラズマ放電中に高温となりやすい。また、梁状スペーサ７の窓部７ｄに収容された個々の誘電体板８もプラズマ放電中に高温となる。本実施形態のような形態で循環流路５２を形成することにより、冷媒循環装置１７Ｂから供給される温調された冷媒で梁状スペーサ７を効果的に冷却できる。

以下、本実施形態のドライエッチング装置１の動作を説明する。まず、真空排気装置２０によってチャンバ３内が排気され、プロセスガス供給源１９からガス導入口６ｃを介してプロセスガス（エッチングガス）が導入される。エッチングの対象である基板２がＳｉである場合、プロセスガスとして例えばＳＦ_６等のフッ素系ガスが使用される。また、基板２がアルミニウムの場合、プロセスガスとして例えばＨＣｌ等の塩素系ガスが使用される。

次に、高周波電源１３からＩＣＰコイル９に高周波電力が投入され、チャンバ３内にプラズマが発生する。プラズマ中のラジカルやイオンが基板２の表面に輸送され、イオンは高周波電源１６から基板サセプタ１４に印加されるバイアス用の高周波電圧により加速されて基板２に衝突する。その結果基板２の表面がエッチングされる。

前述のようにＩＣＰコイル９を構成する導電体１１は外周で互いに密に配置されているので、梁状スペーサ７の下面近傍のＩＣＰコイル９の外周に対応する領域、すなわち個々の窓部７ｄのうち平面視で梁状スペーサ７の外周部７ａに近い領域にトロイダル状ないしはドーナツ状の高密度プラズマ（高密度プラズマ生成領域３１）が生成し、これが拡散プラズマ３０となって基板２に到達する。従って、梁状スペース７の表面、特に梁状スペーサ７の下面のうち高密度プラズマ生成領域３１と対応する部分に向けてプラズマ中のイオンが照射され、仮に梁状スペーサ７の下面がチャンバ３内に直接的に露出しているとイオンが高頻度で衝突することになる。しかし、前述のように梁状スペーサ７の下面はカバー９で覆われているので、プラズマ中のイオンは梁状スペーサ７の下面ではなく、それを覆っているカバー９に衝突する。そのため、カバー９の下面はイオンの衝突によって削れるが、前述のようにカバー９は被エッチング材料と同質の材料からなるのでエッチング品質への悪影響はない。一方、カバー９で覆ったことにより梁状スペーサ７の表面のイオンの衝突に起因する微小な削れはほぼ完全に防止できる。その結果、梁状スペーサ７の削れに起因する金属汚染が基板２のエッチング品質に悪影響を与えるのを、効果的に防止できる。

本実施形態では、一体構造で大面積の誘電体板を梁状スペーサ７の上面に支持するではなく、複数の窓部７ｄのそれぞれに小面積の誘電体板８を収容している。かかる分割構造としたことにより、一体構造の場合と比較して、チャンバ３内を減圧した際の大気圧を支持するための機械的強度（チャンバ３内を減圧した際の誘電体板８の変形をも考慮している。）を確保しつつ、梁状スペーサ７と誘電体板８自体の厚みを大幅に低減できる。また、本実施形態では１個のＩＣＰコイル１１を梁状スペーサ７の上方に配置しているが、複数個のＩＣＰコイルを設けた場合には、個々のＩＣＰコイルの下端側を部分的に個々の窓部７ｄ内に配置することができ、それによってＩＣＰコイルを真空容器３の内部により近接して配置できる。これらの理由により、誘電体板８を分割構造としたことで、ＩＣＰコイル１１への高周波パワーの投入損失を低減し、より高密度のプラズマを生成させることができる。

ドライエッチング時、カバーホルダ６と梁状スペーサ７は、それぞれ冷媒循環装置１７Ａ，１７Ｂから供給される冷媒によって冷却される。カバーホルダ６の冷媒循環装置１７Ａを梁状スペーサ７の冷媒循環装置１７Ｂとは別個に設けているので、カバーホルダ６に形成された環状ガス流路６ｄ及びガス導入口６ｃを介してチャンバ３内に導入されるプロセスガスの温度を、梁状スペーサ７の温度とは独立して設定ないし制御できる。

プラズマ放電中はカバー９の温度が最も上昇しやすい。カバー９が高温になると、基板処理枚数の増加に伴い、エッチングレート、均一性、形状等のプロセス特性に経時的変化（プロセスシフト）が生じる。また、カバー９が高温となると、放電のオン・オフの繰り返しに伴う温度昇降の繰り返しによって、Ｏリング２１Ａ〜２１Ｆや弾性部材５０Ａ〜５０Ｃの劣化が進行する。本実施形態では、カバーホルダ６と梁状スペーサ７を冷媒循環装置１７Ａ，１６Ｂから供給される冷媒で冷却しているので、カバー９の温度上昇を防止し、それによってカバー９が高温となることに起因する前述のプロセスシフトやＯリング等の劣化進行を防止できる。例えば、カバーホルダ６と梁状スペーサ７を冷却しないと、ドライエッチング中のカバー９の温度は３００℃程度に上昇するが、カバーホルダ６と梁状スペーサ７を冷媒循環装置１７Ａ，１７Ｂによって８０℃に温調すれば、ドライエッチング中のカバー９の温度を１００〜１５０℃程度に抑制できる。

（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態に係るドライエッチング装置１を示す。このドライエッチング装置１はカバー３２の構造が第１実施形態と相違する。具体的には、カバー３２はカバー本体３３と、このカバー本体３３に対して着脱可能である複数（本実施形態では６個）の交換片３４を備える。

図８を参照すると、イオンの衝突に起因するカバー３２の下面の削れ量は平面視でのカバー３２の中心からの距離に対して山形の分布を有する。具体的には、カバー３２の中心及びカバー３２の外周縁の領域、すなわちカバー３２のうち梁状スペーサ７の外周部７ａ及び中央部７ｂ（窓部７ｄ以外の部分）に対応する領域では削れ量が比較的少ない。前述のように、ＩＣＰコイル１１の導電体１１は外周で互いに密に配置されており、このＩＣＰコイル１１の外周に対応する領域に高密度プラズマ生成領域３１が生成される。カバー３２の中心と外周縁の中間にこの高密度生成領域に対応する領域があり、この領域（カバー３２の窓部７ｄに対応する部分）に削れ量のピークがあり、削れ量が比較的多い。本実施形態では、カバー３２のうち下面の削れ量が比較的少ない領域をカバー本体３３とし、削れ量が比較的多い領域を交換片３４としている。カバー３２の材質については、削れ量が比較的少ない領域のカバー本体３３を熱衝撃に強い材料である石英（ＳｉＯ_２）とし、削れ量が比較的多い領域の交換片３４を削れや摩耗が生じにくい材料である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とする組み合わせが、耐食性、耐磨耗性、及び耐熱衝撃性に優れた構成として好ましい。また、ここで熱衝撃性や耐磨耗性の点で許容できる場合には、交換片３４をアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）としても良い。

図６及び図７を参照すると、カバー本体３３は梁状スペーサ７と類似の構造を有する。すなわち、カバー本体３３は円環状の外周部３３ａ、平面視で外周部３３ａによって囲まれた領域の中央に位置する中央部３３ｂ、及び中央部３３ｂから外周部３３ａまで放射状に延びる複数（本実施形態では６個）の梁部３３ｃを備えている。外周部３３ａ、中央部３３ｂ、及び梁部３３ｃで囲まれた領域は、カバー本体３３を厚み方向に貫通する収容孔３３ｄを構成している。カバー本体３３の外周部３３ａ、中央部３３ｂ、及び梁部３３ｃは、それぞれ梁状スペーサ７の外周部７ａ、中央部７ｂ、及び梁部７ｃの下面を覆っている。換言すれば、カバー本体３３は梁状スペーサ７の下面のうち窓部７ｄ以外の部分を覆っている。

カバー本体３３の収容孔３３ｄは梁状スペーサ７の窓部７ｄに対向する位置に形成されており、形状及び面積も窓部７ｄと同様に設定されている。収容孔３３ｄの周壁面の下端部分は内向きに突出しており、この突出部分の上面が支持面３３ｅを構成している。個々の収容孔３３ｄにカバー３２の交換片３４が収容されている。個々の交換片３４は収容孔３３ｄと対応した扇形板状であり、下部３４ａと、この下部３４ａよりも外形寸法を大きく設定した上部３４ｂとを備える。下部３４ａよりも外側に突出する上部３４ｂの下面が被支持面３４ｃを構成している。交換片３４は被支持面３４ｃが支持面３３ｅ上に載置されることで収容孔３３ｄ内に保持されている。前述のようにカバー本体３３の収容孔３３ｄは梁状スペーサ７の窓部７ｄに対向する位置に形成されているので、カバー３２の交換片３４は梁状スペーサ７の下面のうち窓部７ｄに対応する部分を覆っている。交換片３４は収容孔３３ｄから出し入れしてカバー本体３３に対して着脱可能である。

カバー本体３３と交換片３４の厚みは同一であり、カバー本体３３に交換片３４を取り付けた状態での本実施形態におけるカバー３２は、第１実施形態におけるカバー９（図５参照）と同様に厚みが一定の円板状を呈する。

本実施形態におけるカバー３２は摩耗が比較的多い部分をカバー本体３３に対して着脱可能な交換片３４で構成しているので、削れが進行した交換片３４のみを交換してカバー本体３３は使用を継続できる。これによりドライエッチング装置１のランニングコストを低減できる。

カバー本体３３の支持面３３ｅに、前述した弾性部材５０Ａ，５０Ｂと同様の複数の弾性部材を、間隔をあけて不連続に配置し、カバー本体３３と交換片３４間の接触応力を吸収してもよい。支持面３３ｅに取り付ける弾性部材を無端状ではなく不連続としておけば、カバー３２と梁状スペーサ７や誘電体板８との間の微細な空間５１（図４Ａ，図４Ｂ参照）とチャンバ３の内部との連通を確保できるので、チャンバ３内を減圧した際の空間５１とチャンバ３の内部との圧力差に起因する負荷が作用することによるカバー３の破損ないし割れを防止できる。

第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（第３実施形態）
図９は本発明の第３実施形態に係るドライエッチング装置１を示す。このドライエッチング装置１はカバー４２の構造が第１実施形態と相違する。具体的には、カバー４２は梁状スペーサ７の窓部７ｄと対応する窓孔４２ｄを設けた構造である。

図１０を併せて参照すると、カバー４２は梁状スペーサ７と類似の構造を有する。すなわち、カバー４２は円環状の外周部４２ａ、平面視で外周部４２ａによって囲まれた領域の中央に位置する中央部４２ｂ、及び中央部４２ｂから外周部４２ａまで放射状に延びる複数（本実施形態では６個）の梁部４２ｃを備えている。外周部４２ａ、中央部４２ｂ、及び梁部４２ｃで囲まれた領域は、カバー４２を厚み方向に貫通する窓孔４２ｄを構成している。カバー４２の窓孔４２ｄは梁状スペーサ７の窓部７ｄに対向する位置に形成されており、形状及び面積も窓部７ｄと同様に設定されている。従って、本実施形態におけるカバー４２は、梁状スペーサ７の下面のうち外周部７ａ、中央部７ｂ、及び梁部７ｃの部分を覆っているが、窓部７ｄに対応する部分は覆っていない。

本実施形態における誘電体板８の下部８ａはカバー４２の窓孔４２ｄを貫通しており、誘電体板８の下部８ａの下面はカバー４２の下面と概ね同一平面上に位置している。

本実施形態のように梁状スペーサ７の下面のうち窓部７ｄを除く部分をカバー４２で覆った場合でも、プラズマ中のイオンが衝突することに起因する梁状スペーサ７の削れを防止できる。

第３実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（第４実施形態）
図１１及び図１２に示す本発明の第４実施形態に係るドライエッチング装置１は、カバー５３の構造が第１実施形態と相違する。具体的には、カバー５３には非常に細いこうアスペクト比の孔（細孔）５４を厚み方向に貫通するように設けている。この細孔５４によってカバー３２と梁状スペーサ７や誘電体板８との間の微細な空間５１（図４Ａ，図４Ｂ参照）とチャンバ３の内部との連通を確保できるので、チャンバ３内を減圧した際の空間５１とチャンバ３の内部との圧力差に起因する負荷が作用することによるカバー３の破損ないし割れを防止できる。細孔５４は平面視で梁状スペーサ７の窓部７ｄに対応する領域に設けられる。また、細孔５４は、プラズマ密度が高い領域、すなわち高密度プラズマ生成領域３１に対して平面視で外れた位置（本実施形態では梁状スペーサ７の中央部７ｂの外側近傍であるが誘電体板８の外周縁よりも外側であってもよい。）に設けられる。細孔５４のアスペクト比は、例えば６〜８程度（カバー３２の厚みが３〜４mm程度の場合には直径０．５mm程度）に設定される。細孔５４は、好ましくは高密度プラズマ生成領域３１から外れた位置に設けられ、かつ高アスペクト比の非常に細い孔であるので、高密度プラズマ３１と拡散プラズマ３０のいずれもが細孔５４を介してカバー５３と梁状スペーサ７との間の空間５１（図４Ａ参照）に入り込みにくく、誘電体板８の削れによる消耗が抑制される。

第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図１３は梁状スペーサ７と誘電体板の代案を示す。この代案では、梁状スペーサ７の中央部７ｂに追加の窓部７ｆが形成されており、この窓部７ｆに円形には円形の誘電体板４３が収容されている。図１４は梁状スペーサ７と誘電体板の別の代案を示す。この代案では、梁状スペーサ７の中央部７ｂを取り囲むように環状の横梁部７ｇを設け、６個の扇形状の窓部７ｈと、個々の扇形状の窓部７ｈの外側に位置する合計６個の円弧状の窓部７ｉを設けている。個々の窓部７ｈ，７ｉには誘電体板４４，４５が収容されている。

ＩＣＰ型のドライエッチング処理装置を例に本発明を説明したが、プラズマＣＶＤ装置等の他のプラズマ処理装置にも本発明を適用できる。また、実施形態における誘電体板はいずれも分割構造であるが、誘電体板は厚みが一定の円板状であってもよい。

本発明の第１実施形態に係るドライエッチング装置を示す模式的な断面図。 梁状スペーサとＩＣＰコイルを示す模式的な平面図。 梁状スペーサを示す模式的な平面図。 図１の部分拡大図（梁状スペーサの中央部付近）。 図１の部分拡大図（梁状スペーサの外周部付近）。 梁状スペーサ、誘電体板、カバーホルダ、及びカバーを示す模式的な分解斜視図。 本発明の第２実施形態に係るドライエッチング装置を示す模式的な断面図。 梁状スペーサ、誘電体板、カバーホルダ、及びカバーを示す模式的な分解斜視図。 梁状スペーサの中心からの位置と削れ量の関係を示す模式図。 本発明の第３実施形態に係るドライエッチング装置を示す模式的な断面図。 梁状スペーサ、誘電体板、カバーホルダ、及びカバーを示す模式的な分解斜視図。 本発明の第４実施形態にかかるドライエッチング装置を示す模式的な断面図。 梁状スペーサ、誘電体板、カバーホルダ、及びカバーを示す模式的な断面図。 梁状スペーサ及び誘電体板の代案を示す模式的な断面図。 梁状スペーサ及び誘電体板の他の代案を示す模式的な断面図。

符号の説明

１ ドライエッチング装置
２ 基板
３ チャンバ
４ チャンバ本体
５ 蓋体
６ カバーホルダ
６ａ 窓孔
６ｂ カバー支持部
６ｃ ガス導入口
６ｄ 環状ガス流路
７ 梁状スペーサ
７ａ 外周部
７ｂ 中央部
７ｃ 梁部
７ｄ 窓部
７ｅ 支持面
７ｆ 窓部
７ｇ 横梁部
７ｈ 窓部
７ｉ 窓部
８，４３，４４，４５ 誘電体板
８ａ 下部
８ｂ 上部
８ｃ 被支持面
９ カバー
１１ ＩＣＰコイル
１２ 導電体
１３ マッチング回路
１４，１６ 高周波電源
１５ 基板サセプタ
１７ 冷媒循環装置
１８ 伝熱ガス循環装置
１９ プロセスガス供給源
２０ 真空排気装置
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｄ，２１Ｆ Ｏリング
２１Ｃ，２１Ｅ 金属製コイル等の導電性を有する弾性体
２２ ガス導入路
２４ 付勢機構
２５ ばね
２６ ベース板
２７ 押さえ部材
３０ 拡散プラズマ
３１ 高密度プラズマ生成領域，高密度プラズマ
３２ カバー
３３ カバー本体
３３ａ 外周部
３３ｂ 中央部
３３ｃ 梁部
３３ｄ 収容孔
３３ｅ 支持面
３４ 交換片
３４ａ 下部
３４ｂ 上部
３４ｃ 被支持面
４２ カバー
４２ａ 外周部
４２ｂ 中央部
４２ｃ 梁部
４２ｄ 窓孔
５０Ａ〜５０Ｃ 弾性部材
５１ 空間
５２ 循環流路
５３ カバー
５４ 細孔

Claims (3)

1. 内部に基板（２）が配置され、かつプロセスガスが導入される真空容器（３）と、
   前記基板と対向する前記真空容器の上部開口に配置され、かつ複数の窓部（７ｄ，７ｆ，７ｈ，７ｉ）を備える梁状構造物（７）と、
   前記梁状構造物によって支持され、かつ前記窓部を介して前記真空容器の内部に臨む誘電体板（８，４３，４４，４５）と、
   前記梁状構造物の下面側に配置され、前記梁状構造物の下面全体を覆う誘電体材料からなるカバー（９，３２，４２）と、
   前記誘電体板の上面側に配置され、高周波電力が投入されるプラズマ発生のためのコイル（１１）と、
   前記カバーの外周を支持すると共に、前記梁状構造物の下側に配置されて前記梁状構造物を支持する、前記梁状構造物とは別体のカバーホルダ（６）と、
   互いに間隔をあけて前記カバーホルダと前記カバーとの間に配置された不連続な複数の弾性部材（５０Ａ）と
   を備える、プラズマ処理装置。
2. 前記カバーホルダを冷却する第１の冷却機構（１７Ａ）をさらに備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記梁状構造物を冷却する第２の冷却機構（１７Ｂ，５２）をさらに備える、請求項２に記載のプラズマ処理装置。

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