JP5154124B2

JP5154124B2 - プラズマ処理装置

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Publication number: JP5154124B2
Application number: JP2007089804A
Authority: JP
Inventors: 昌伸本田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2013-02-27
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Description

本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、直流電源に接続された電極を有するプラズマ処理装置に関する。

基板としてのウエハが収容される収容室と、該収容室内に配置され且つ高周波電源に接続された下部電極と、該下部電極と対向するように配置された上部電極とを備える平行平板型のプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置では、収容室内に処理ガスが導入され且つ収容室内に高周波電力が供給される。また、ウエハが収容室内に収容されて下部電極に載置されたときに、導入された処理ガスを高周波電力によってプラズマを発生させ、該プラズマ等によってウエハにプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す。

近年、プラズマ処理性能向上を目的として、上部電極を直流電源に接続して収容室内に直流電圧を印加するプラズマ処理装置が開発されている。収容室内に直流電圧を印加するためには、収容室内に表面が露出する、収容室内に印加された直流電圧のグランド電極（以下、単に「グランド電極」という）を設ける必要がある。ところが、反応性の処理ガスを用いてプラズマ処理を行う場合、グランド電極の表面に反応生成物（デポ）が付着してデポ膜が形成されることがある。

デポ膜は絶縁性であるため、上部電極からグランド電極への直流電流が阻害されて収容室内に直流電圧を印加することが不可能となり、その結果、収容室内におけるプラズマが不安定な状態に陥り、若しくはプラズマ処理特性が変化することがある。

これに対応して、本発明者は、実験を通じて、デポ膜形成の主因はプラズマ中の陽イオンであること、及びプラズマ処理装置内の構成部品が形成する隅部近傍には陽イオンが少ないという知見を得、該知見に基づいて、隅部近傍にグランド電極を配置することにより、該グランド電極の表面にデポ膜等が形成されるのを抑制することを提唱した（例えば、特許文献１参照。）。
特願２００６−０８１３５２号明細書

しかしながら、例え、隅部近傍にグランド電極を配置したとしても、グランド電極は依然として収容室内に露出したままなので、多少の陽イオンはグランド電極に到達してグランド電極の表面にデポ膜を形成する。該デポ膜はゆっくり形成されるため、直ちに収容室内へ直流電圧を印加できなくなる訳ではないが、例えば、プラズマ処理の積算時間が７０時間を経過すると、収容室内を流れる直流電流の値は１．４３Ａから１．３３Ａまで低下することが本発明者によって確認されている。該直流電流の値の低下はプラズマ処理特性の変化を招くという問題がある。

本発明の目的は、収容室内を流れる直流電流の値の低下を長時間に亘って抑制することができるプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマ処理を施す収容室と、前記収容室内に配置され、前記基板を載置する載置台と、通気穴を有し、前記載置台の下側外周に配置されて前記収容室を処理空間と排気空間とに仕切る排気プレートと、前記載置台に設けられ、高周波電力が供給される第１の電極と、前記載置台に載置された基板と対向するように前記収容室の上壁に設けられ、直流電圧が印加される第２の電極と、前記第１の電極の下部を覆うように前記処理空間に配置される、前記第２の電極に対するグランド電極と、前記収容室内を排気する排気装置とを備えるプラズマ処理装置であって、前記処理空間において前記通気穴へ向かう排気の流れに沿い、該排気の流れと前記グランド電極との間に介在し、且つ、前記グランド電極との間に断面が長尺状の溝状空間が該長尺状の断面の短辺が前記排気の流れの上流に向けて開口して形成されるように前記収容室内に配置される遮蔽部材を備えることを特徴とする。

請求項２記載のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマ処理を施す収容室と、前記基板を載置し、導電体部に高周波電圧が供給されることで前記収容室内の処理空間に高周波電力を供給する第１の電極と、前記第１の電極に対向して配置され、直流電圧が印加される第２の電極と、前記処理空間からガスを前記収容室の外へ排気する流路を前記収容室の側壁と前記第１の電極の側壁とにより形成する排気流路と、前記第１の電極の下方を覆うように前記排気流路に配置され、前記第２の電極に印加された直流電圧に対するグランド電極とを備えプラズマ処理装置であって、前記グランド電極と間に溝状空間が形成されるように前記グランド電極を囲う遮蔽部材を備え、前記溝状空間は前記排気の流れの上流に向けて開口することを特徴とする。

請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記溝状空間の開口部側における前記遮蔽部材の端部は、前記開口部側における前記グランド電極の端部よりも前記排気の流れに沿って突出することを特徴とする。
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記開口部側における前記遮蔽部材の端部の、前記開口部側における前記グランド電極の端部に対する突出量は３ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項８記載のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマ処理を施す収容室と、前記収容室内に配置され、前記基板を載置する載置台と、前記載置台に設けられ、高周波電力が供給される第１の電極と、前記載置台に載置された基板と対向するように前記収容室の上壁に設けられ、直流電圧が印加される第２の電極と、前記収容室内に設けられた構成部品の表面に露出する、前記第２の電極に対するグランド電極と、前記収容室内を排気する排気装置とを備えるプラズマ処理装置であって、前記収容室内において、前記構成部品の表面に沿い且つ前記グランド電極との間に断面が長尺状の溝状空間が該長尺状の断面の短辺が前記排気の流れの上流に向けて開口して形成されるように配置される遮蔽部材を備えることを特徴とする。

請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記溝状空間を形成する前記グランド電極及び前記遮蔽部材の間の間隙は０．５ｍｍよりも大きいことを特徴とする。
請求項１０記載のプラズマ処理装置は、請求項９記載のプラズマ処理装置において、前記間隙は２．５ｍｍ以上且つ５．０ｍｍ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は、請求項１０記載のプラズマ処理装置において、前記間隙は３．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記溝状空間の断面におけるアスペクト比は３．０以上であることを特徴とする。

請求項１３記載のプラズマ処理装置は、基板を収容してプラズマ処理を施す収容室と、前記収容室内に設けられ、前記基板を載置するサセプタと、前記サセプタに対向して配置されたシャワーヘッドと、前記サセプタに備えられ、高周波電力が供給される第１の電極と、前記シャワーヘッドに備えられ、直流電圧が印加される第２の電極と、前記収容室の内側壁と前記サセプタの側面との間に形成された排気流路と、前記排気流路内に配置され、前記第２の電極に対するグランド電極と、前記排気流路を通じて前記収容室内のガスを外部へ排気する排気装置とを備えるプラズマ処理装置であって、前記排気流路内での排気の流れと前記グランド電極との間に介在する遮蔽部材を備え、前記遮蔽部材は、前記グランド電極との間に所定間隙を置いて配置され、前記排気流れ方向における高さがグランド電極よりも高いことを特徴とする。

請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、直流電圧が印加されて直流電流が流れる収容室内において、遮蔽部材が、排気の流れに沿い、該排気の流れ及びグランド電極の間に介在し、且つグランド電極との間に断面が長尺状の溝状空間を形成するように配置される。収容室内においてプラズマは排気の流れに沿って分布し、陽イオンは該プラズマからグランド電極を含む構成部品に向けて移動するが、遮蔽部材は排気の流れ及びグランド電極の間に介在するため、該遮蔽部材は移動する陽イオンからグランド電極を遮蔽する。また、プラズマ中のラジカルは部材に付着しやすいため、該ラジカルは断面が長尺状の溝状空間の開口部近傍における両壁面に付着し、溝状空間には殆ど進入しない。したがって、溝状空間におけるグランド電極には陽イオンやラジカルが到達せず、その結果、該グランド電極には長時間に亘って陽イオンやラジカルに起因するデポ膜が形成されることがない。一方、プラズマ中の電子は自在に移動するため、溝状空間に進入してグランド電極に到達する。以上より、長時間に亘って電子のグランド電極への到達を維持することができ、もって、収容室内を流れる直流電流の値の低下を長時間に亘って抑制することができる。

請求項９記載のプラズマ処理装置によれば、溝状空間を形成するグランド電極及び遮蔽部材の間の間隙は０．５ｍｍよりも大きい。通常、プラズマと構成部品の間に存在するシースの厚さは０．５ｍｍ程度であるため、上記間隙を０．５ｍｍより大きくすると、溝状空間における開口部はプラズマと対向することができる。これにより、プラズマから開口部を介したグランド電極への電子の移動を行うことができるため、収容室内へ直流電流を確実に流すことができる。

請求項１０記載のプラズマ処理装置によれば、溝状空間を形成するグランド電極及び遮蔽部材の間の間隙は２．５ｍｍ以上且つ５．０ｍｍ以下であるため、溝状空間へのラジカルの進入を防止しつつ、該溝状空間への電子の進入は阻害しない。したがって、収容室内を流れる直流電流の値の低下を長時間に亘って確実に抑制することができる。

請求項１１記載のプラズマ処理装置によれば、溝状空間を形成するグランド電極及び遮蔽部材の間の間隙は３．５ｍｍ以上であるため、溝状空間の開口部が広くなり、溝状空間へ電子が円滑に進入することができ、プラズマの揺れの発生を防止することができる。

請求項１２記載のプラズマ処理装置によれば、溝状空間の断面におけるアスペクト比は３．０以上であるため、ラジカルは断面が長尺状の溝状空間の奥方へ進入する前に、該溝状空間の開口部近傍における両壁面に付着する。その結果、ラジカルは溝状空間の奥方には進入せず、もって、グランド電極の全面がデポ膜で覆われるのを長期間に亘って防止することができる。

請求項６記載のプラズマ処理装置によれば、溝状空間の開口部側における遮蔽部材の端部は、開口部側におけるグランド電極の端部よりも排気の流れに沿って突出するため、開口部から溝状空間へ進入しようとするラジカルを遮蔽部材へ積極的に付着させることができる。その結果、グランド電極がデポ膜で覆われるのを長期間に亘って防止することができる。

請求項７記載のプラズマ処理装置によれば、開口部側における遮蔽部材の端部の、開口部側におけるグランド電極の端部に対する突出量は３ｍｍ以下であるため、遮蔽部材の突出部が溝状空間への電子の進入を阻害するのを抑制することができ、もって、プラズマの揺れの発生を防止することができる。

請求項８記載のプラズマ処理装置によれば、直流電圧が印加されて直流電流が流れる収容室内において、遮蔽部材が、構成部品の表面に沿い且つ構成部品の表面に露出するグランド電極との間に断面が長尺状の溝状空間を形成するように配置される。収容室内においてプラズマは構成部品の表面に沿って分布し、陽イオンは該プラズマからグランド電極を含む構成部品に向けて移動するが、遮蔽部材は構成部品の表面に沿うように配置されるため、該遮蔽部材は移動する陽イオンからグランド電極を遮蔽する。また、プラズマ中のラジカルは部材に付着しやすいため、該ラジカルは断面が長尺状の溝状空間の開口部近傍における両壁面に付着し、溝状空間には殆ど進入しない。したがって、溝状空間におけるグランド電極には陽イオンやラジカルが到達せず、その結果、該グランド電極には長時間に亘って陽イオンやラジカルに起因するデポ膜が形成されることがない。一方、プラズマ中の電子は自在に移動するため、溝状空間に進入してグランド電極に到達する。以上より、長時間に亘って電子のグランド電極への到達を維持することができ、もって、収容室内を流れる直流電流の値の低下を長時間に亘って抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置は基板としての半導体ウエハＷにエッチング処理を施すように構成されている。

図１において、プラズマ処理装置１０は半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）を収容する略円筒形状の収容室１１を有し、該収容室１１は内部上方に処理空間ＰＳ（収容室内）を有する。処理空間ＰＳには後述するプラズマが発生する。また、収容室１１内にはウエハＷを載置する載置台としての円柱状のサセプタ１２が配置されている。収容室１１の内壁側面は側壁部材１３で覆われ、収容室１１の内壁上面は上壁部材１４で覆われる。側壁部材１３及び上壁部材１４はアルミニウムからなり、その処理空間ＰＳに面する面はイットリアや所定の厚さを有するアルマイトでコーティングされている。収容室１１は電気的に接地するため、側壁部材１３及び上壁部材１４の電位は接地電位である。また、サセプタ１２は、導電性材料、例えば、アルミニウムからなる導電体部１５と、該導電体部１５の側面を覆う、絶縁性材料からなる側面被覆部材１６（構成部品）と、該側面被覆部材１６の上に載置される、石英（Ｑｚ）からなるエンクロージャー部材１７とを有する。

プラズマ処理装置１０では、収容室１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって、処理空間ＰＳのガスを収容室１１の外へ排気する流路として機能する排気流路１８（収容室内）が形成される。この排気流路１８には、多数の通気穴を有する板状部材である排気プレート１９が配置される。該排気プレート１９は排気流路１８及び収容室１１の下部空間である排気空間ＥＳを仕切る。ここで、排気流路１８は排気空間ＥＳ及び処理空間ＰＳを連通させる。また、排気空間ＥＳには粗引き排気管２０及び本排気管２１が開口する。粗引き排気管２０にはＤＰ（Dry Pump）（図示しない）が接続され、本排気管２１にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）（図示しない）が接続される。

粗引き排気管２０、本排気管２１、ＤＰ及びＴＭＰ等は排気装置を構成し、粗引き排気管２０及び本排気管２１は処理空間ＰＳのガスを、排気流路１８及び排気空間ＥＳを介して収容室１１の外部へ排気する。具体的には、粗引き排気管２０は処理空間ＰＳを大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管２１は粗引き排気管２０と協働して処理空間ＰＳを大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。

サセプタ１２の導電体部１５には高周波電源２２が整合器２３を介して接続されており、該高周波電源２２は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力を導電体部１５に供給する。これにより、サセプタ１２は高周波電極として機能して４０ＭＨｚの高周波電力を処理空間ＰＳに供給する。なお、整合器２３は、導電体部１５からの高周波電力の反射を低減して高周波電力の導電体部１５への供給効率を最大にする。

また、導電体部１５には、さらに他の高周波電源２４が整合器２５を介して接続されており、該他の高周波電源２４は、高周波電源２２が供給する高周波電力より低い周波数、例えば、２ＭＨｚの高周波電力を導電体部１５に供給する。

サセプタ１２の上部には、静電電極板２６を内部に有する静電チャック２７が配置されている。静電チャック２７は或る直径を有する下部円板状部材の上に、該下部円板状部材より直径の小さい上部円板状部材を重ねた形状を呈し、静電電極板２６には下部直流電源２８が電気的に接続されている。サセプタ１２がウエハＷを載置するとき、該ウエハＷは静電チャック２７上に配される。このとき、静電電極板２６に負の直流電圧が印加されると、ウエハＷの裏面には正電位が発生するため、静電電極板２６及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってウエハＷは静電チャック２７の上面に吸着保持される。

また、サセプタ１２の上部には、サセプタ１２の上面に吸着保持されたウエハＷの周りを囲うように環状のフォーカスリング２９が配設される。このフォーカスリング２９はシリコン（Ｓｉ）又はシリカ（ＳｉＯ_２）からなり、処理空間ＰＳに露出し、該処理空間ＰＳのプラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、エッチング処理の効率を向上させる。また、フォーカスリング２９の周りには、該フォーカスリング２９の側面を保護する、石英からなる環状のカバーリング３０が配置されている。

サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室３１が設けられる。この冷媒室３１には、チラーユニット（図示せず）から冷媒用配管３２を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）液が循環供給され、当該冷媒によってサセプタ１２上面に吸着保持されたウエハＷの処理温度が制御される。

さらに、サセプタ１２の上面のウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給穴３３が開口している。これら複数の伝熱ガス供給穴３３は、サセプタ１２内部に配置された伝熱ガス供給ライン３４を介して伝熱ガス供給部（図示せず）に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを、伝熱ガス供給穴３３を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。

また、サセプタ１２の吸着面には、サセプタ１２の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン３５が配置されている。これらのプッシャーピン３５は吸着面から自在に突出する。ウエハＷにエッチング処理を施すためにウエハＷを吸着面に吸着保持するときは、プッシャーピン３５はサセプタ１２に収容され、エッチング処理が施されたウエハＷを収容室１１から搬出するときは、プッシャーピン３５は吸着面から突出してウエハＷを上方へ持ち上げる。

収容室１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド３６が配置されている。シャワーヘッド３６はバッファ室３７が内部に形成された、絶縁性材料からなる円板状のクーリングプレート３８と、該クーリングプレート３８に釣支される上部電極板３９と、クーリングプレート３８を覆う蓋体４０とを備える。上部電極板３９は処理空間ＰＳにその下面が露出し、導電性材料、例えば、シリコンからなる円板状の部材である。上部電極板３９の周縁部は絶縁性材料からなる環状のシールドリング４１によって覆われる。すなわち、上部電極板３９は、接地電位である収容室１１の壁部からクーリングプレート３８及びシールドリング４１によって電気的に絶縁されている。

また、上部電極板３９は上部直流電源４２と電気的に接続されており、上部電極板３９には負の直流電圧が印加されている。したがって、上部電極板３９は処理空間ＰＳに直流電圧を印加する。上部電極板３９には直流電圧が印加されるため、上部電極板３９及び上部直流電源４２の間に整合器を配置する必要がなく、従来のプラズマ処理装置のように上部電極板に整合器を介して高周波電源を接続する場合に比べて、プラズマ処理装置１０の構造を簡素化することができる。

クーリングプレート３８のバッファ室３７には処理ガス供給部（図示せず）からの処理ガス導入管４３が接続されている。また、シャワーヘッド３６は、バッファ室３７を処理空間ＰＳに連通させる複数の貫通ガス穴４４を有する。シャワーヘッド３６は、処理ガス導入管４３からバッファ室３７へ供給された処理ガスを、貫通ガス穴４４を介して処理空間ＰＳへ供給する。

プラズマ処理装置１０は、さらに、排気流路１８に配置された、断面がＬ字状の環状の接地リング４５（グランド電極）を有する。該接地リング４５は導電性材料、例えば、シリコンからなり、上部電極板３９が印加する直流電圧のグランド電極として機能する。また、接地リング４５は、サセプタ１２の側面被覆部材１６の下方においてサセプタ基部１５ａの側面を覆うように配置されている。すなわち、後述する遮蔽部材４６が存在しないと仮定した場合にサセプタ１２を側方から眺めたとき、接地リング４５は恰も側面被覆部材１６の表面に露出するように見える。この接地リング４５には上部電極板３９から放出された電子が到達し、これにより、処理空間ＰＳに直流電流が流れる。

このプラズマ処理装置１０では、処理空間ＰＳに高周波電力を供給することにより、該処理空間ＰＳにおいてシャワーヘッド３６から供給された処理ガスから高密度のプラズマを生成し、さらに、処理空間ＰＳの直流電流によって生成されたプラズマを所望の状態に保ち、該プラズマによってウエハＷにエッチング処理を施す。

ところで、生成されたプラズマ中には活性化された中性粒子であるラジカル、陽イオン及び電子が混在する。陽イオンやラジカル、特に、ＣＦ系の陽イオンやラジカルが接地リング４５に到達して付着すると、該接地リング４５の表面にデポ膜を形成することがある。

一般に、部材表面をデポ膜によって覆わせないためには、（１）形成されたデポ膜をイオンによるスパッタリングで除去する方法か、（２）部材表面に陽イオンやラジカルが到達するのを防ぐ方法のいずれかを用いる。ここで、（１）の方法はスパッタリング工程を設ける必要があるため、ウエハのエッチング処理工程が複雑になり、また、スパッタされて部材表面から剥離したデポがパーティクルとなる虞もある。そこで、本実施の形態では（２）の方法によって接地リング４５の表面にデポ膜が形成されるのを防止する。

ここで、プラズマ中の陽イオン、ラジカル及び電子は以下の移動特性を有する。

陽イオン：プラズマから該プラズマに対向する部材に向けて移動する
ラジカル：部材の表面に捕捉され易く、その傾向は、反応性の高いラジカルで顕著である
電子：移動に方向性がなく、各電子が自在に移動する
そして、本実施の形態では、上述した陽イオン、ラジカル及び電子の移動特性を考慮して、接地リング４５をプラズマから移動する陽イオンから遮蔽し且つラジカルを捕捉する部材を接地リング４５の近傍に設ける。具体的は、図１における接地リング４５を遮蔽する、下記に詳述する遮蔽部材４６をプラズマ処理装置１０の排気流路１８に設ける。

図２は、図１における接地リング及び該接地リングを遮蔽する遮蔽部材の概略構成を示す拡大断面図である。

図２において、断面がＬ字状の接地リング４５における下部延出部４５ａ上に環状の遮蔽部材４６が載置される。遮蔽部材４６は絶縁性材料、例えば、石英からなり、接地リング４５と同心状に配置される。また、接地リング４５（遮蔽部材４６）の径方向に沿う断面（すなわち、図２に示す断面）において、遮蔽部材４６は、側面被覆部材１６の表面に沿うように配置されて接地リング４５との間に断面が長尺状の溝状空間４７を形成する。ここで、排気流路１８における排気の流れ（図中白抜き矢印で示す）は側面被覆部材１６の表面に沿うため、上記断面において遮蔽部材４６も排気の流れに沿う。溝状空間４７は側面被覆部材１６の表面に露出する接地リング４５と排気の流れに沿う遮蔽部材４６とに挟まれるため、該溝状空間４７も排気の流れに沿い、遮蔽部材４６は該排気の流れ及び接地リング４５の間に介在する。なお、溝状空間４７は排気の流れの上流に向けて開口する。

また、溝状空間４７における開口部側（以下、単に「開口部側」という。）における遮蔽部材４６の端部４６ａは、該開口部側における接地リング４５の端部４５ｂよりも排気の流れに沿って突出する、具体的には、排気の流れの上流に向けて突出する。

排気流路１８では、プラズマ４８が排気の流れに沿い、且つ側面被覆部材１６等の構成部品の表面に沿って分布する。該プラズマ４８から図中「○」で示す陽イオンが側面被覆部材１６や接地リング４５に向けて移動するが、遮蔽部材４６が排気の流れ（すなわち、プラズマ４８）及び接地リング４５の間に介在するため、該遮蔽部材４６は移動する陽イオンから接地リング４５を遮蔽する。

また、図中「△」で示すラジカルがプラズマ４８から溝状空間４７へ進入しようとするが、ラジカルは大凡排気の流れに沿って移動するため、ラジカルは排気の流れの上流に向けてのみ開口する溝状空間４７へ進入しにくい。さらに、ラジカルは部材の表面に捕捉されやすいため、溝状空間４７の開口部近傍における両壁面に付着する。その結果、ラジカルは溝状空間４７には殆ど進入しない。特に、プラズマ処理装置１０では、開口部側における遮蔽部材４６の端部４６ａが、開口部側における接地リング４５の端部４５ｂよりも排気の流れの上流に向けて突出するので、ラジカルは遮蔽部材４６に積極的に付着する。

したがって、溝状空間４７における接地リング４５のグランド電極表面４５ｃには陽イオンやラジカルが到達せず、その結果、グランド電極表面４５ｃには長時間に亘って陽イオンやラジカルに起因するデポ膜が形成されることがない。

一方、図中「×」で示す電子は自在に移動するため、プラズマ４８から溝状空間４７へ進入してグランド電極表面４５ｃに到達する。これにより、処理空間ＰＳや排気流路１８に直流電流を流すことができる。

ところで、プラズマ処理装置１０において、図３に示すように、溝状空間４７を形成する接地リング４５のグランド電極表面４５ｃ及び遮蔽部材４６の間の間隙ｔが側面被覆部材１６及びプラズマ４８の間に存在するシース４９の厚さｔｓよりも小さく設定されると、溝状空間４７の開口部はプラズマ４８と対向することができない。その結果、プラズマ４８中の電子（図中「×」で示す。）は溝状空間４７へ進入することが困難になり、電子がグランド電極表面４５ｃへ到達しないため、処理空間ＰＳや排気流路１８に直流電粒が流れなくなる。

そこで、本実施の形態では、グランド電極表面４５ｃ及び遮蔽部材４６の間の間隙ｔがシース４９の厚さｔｓよりも大きく設定される。これにより、溝状空間４７の開口部はプラズマ４８と対向することができる。なお、通常、シースの厚さは０．５ｍｍ程度であるため、上記間隙ｔが０．５ｍｍよりも大きく設定される。

また、遮蔽部材４６の径方向に関する厚さは、該遮蔽部材４６の破損を防止して取り扱いを容易にする観点から、剛性を確保できる厚さ、例えば、５ｍｍ以上に設定される。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、排気流路１８において、遮蔽部材４６が、側面被覆部材１６等の表面に沿うと共に排気の流れに沿い、該排気の流れ及び接地リング４５の間に介在し、且つ接地リング４５との間に断面が長尺状の溝状空間４７を形成するように配置されるので、長時間に亘って電子のグランド電極表面４５ｃへの到達を維持することができ、もって、処理空間ＰＳや排気流路１８を流れる直流電流の値の低下を長時間に亘って抑制することができる。

また、プラズマ処理装置１０では、開口部側における遮蔽部材４６の端部４６ａが、開口部側における接地リング４５の端部４５ｂよりも排気の流れの上流に向けて突出するので、開口部から溝状空間４７へ進入しようとするラジカルを、溝状空間４７の開口部近傍における遮蔽部材４６へ積極的に付着させることができる。その結果、グランド電極表面４５ｃがデポ膜で覆われるのを長期間に亘って防止することができる。

さらに、プラズマ処理装置１０では、グランド電極表面４５ｃ及び遮蔽部材４６の間の間隙ｔが０．５ｍｍよりも大きく設定されるので、溝状空間４７の開口部をプラズマ４８と対向させることができ、もって、プラズマ４８から上記開口部を介したグランド電極表面４５ｃへの電子の移動を行うことができるため、処理空間ＰＳや排気流路１８へ直流電流を確実に流すことができる。

なお、上述した遮蔽部材４６は、接地リング４５の下部延出部４５ａ上に載置されたが、該遮蔽部材４６に接地リング４５の外周と係合する係合部を設け、接地リング４５及び遮蔽部材４６を係合させてもよい。

接地リング４５及び遮蔽部材４６は排気流路１８の排気プレート１９近傍に設けられたが、プラズマの近傍であれば処理空間ＰＳや排気流路１８の何処に設けてもよい。但し、断面が長尺状の溝状空間を接地リングと共に形成する遮蔽部材が排気の流れに沿うか、構成部品の表面に沿う必要がある。

また、接地リング４５はシリコンから構成されたが、シリコンカーバイトで構成してもよく、遮蔽部材４６もクォーツだけでなく、表面に絶縁膜が溶射された金属部材によって構成してもよい。

さらに、グランド電極としては接地リング４５のような環状部材に限られず、サセプタ１２の周りに配置された複数の導電性部材によってグランド電極を構成してもよい。

なお、上述したプラズマ処理装置１０では、サセプタ１２の導電体部１５に２種類の高周波電力を供給したが、サセプタ１２の導電体部１５及びシャワーヘッド３６の上部電極板３９にそれぞれ１種類の高周波電力を供給してもよい。この場合にも、上述した効果と同様の効果が得られる。

次に、本発明の実施例について説明する。

まず、本発明者は、プラズマ処理装置１０における遮蔽部材４６の有無が、処理空間ＰＳを流れる直流電流の値の低下速度（劣化速度）に与える影響について確認した。

実施例１
プラズマ処理装置１０において接地リング４５のグランド電極表面４５ｃ及び遮蔽部材４６の間の間隙ｔを２．５ｍｍに設定し、開口部側における遮蔽部材４６の端部４６ａの開口部側における接地リング４５の端部４５ｂからの突出量Ｔ（図２参照。以下、単に「遮蔽部材４６の突出量Ｔ」という。）を０ｍｍに設定した。

その後、当該プラズマ処理装置１０においてウエハＷへのエッチング処理を繰り返し、各エッチング処理において処理空間ＰＳを流れる直流電流の値を測定し、該測定された直流電流の値を図４のグラフに「×」で示した。そして、図４のグラフにおける実施例１の直流電流値の低下速度（以下、単に「低下速度」という。）の近似式を算出したところ、下記式（１）が得られた。

直流電流値＝ −１．７５×１０^−５×ウエハ処理枚数＋１．３３ … （１）
ここで、「−１．７５×１０^−５」が低下速度に該当する。

実施例２
プラズマ処理装置１０において間隙ｔを３．５ｍｍに設定し、遮蔽部材４６の突出量Ｔを３．０ｍｍに設定した。

その後、実施例１と同様に、当該プラズマ処理装置１０においてウエハＷへのエッチング処理を繰り返し、各エッチング処理において処理空間ＰＳを流れる直流電流の値を測定し、該測定された直流電流の値を図４のグラフに「△」で示した。そして、図４のグラフにおける実施例２の低下速度の近似式を算出したところ、下記式（２）が得られた。

直流電流値＝ −６．０４×１０^−６×ウエハ処理枚数＋１．３９ … （２）
ここで、「−６．０４×１０^−６」が低下速度（劣化速度）に該当する。

比較例１
プラズマ処理装置１０において遮蔽部材４６を取り除き、実施例１と同様に、当該プラズマ処理装置１０においてウエハＷへのエッチング処理を繰り返し、各エッチング処理において処理空間ＰＳを流れる直流電流の値を測定し、該測定された直流電流の値を図４のグラフに「○」で示した。そして、図４のグラフにおける比較例１の低下速度の近似式を算出したところ、下記式（３）が得られた。

直流電流値＝ −１．２１×１０^−４×ウエハ処理枚数＋１．４４ … （３）
ここで、「−１．２１×１０^−４」が低下速度（劣化速度）に該当する。

図４のグラフにおいて、実施例１，２及び比較例１の直流電流低下を比較すると、実施例１の低下速度は比較例１の低下速度の約１／７に改善され、さらに、実施例２の低下速度は比較例１の低下速度の約１／２０に改善されたことが分かった。

次に、本発明者は、間隙ｔが直流電流値の低下速度に与える影響について確認した。

実施例３
プラズマ処理装置１０において間隙ｔを４．０ｍｍに設定し、遮蔽部材４６の突出量Ｔを３．０ｍｍに設定した。

その後、実施例１と同様に、当該プラズマ処理装置１０においてウエハＷへのエッチング処理を繰り返し、各エッチング処理において処理空間ＰＳを流れる直流電流の値を測定し、該測定された直流電流の値を図５のグラフに「□」で示した。

実施例４
プラズマ処理装置１０において間隙ｔを５．０ｍｍに設定し、遮蔽部材４６の突出量Ｔを３．０ｍｍに設定した。

その後、実施例１と同様に、当該プラズマ処理装置１０においてウエハＷへのエッチング処理を繰り返し、各エッチング処理において処理空間ＰＳを流れる直流電流の値を測定し、該測定された直流電流の値を図５のグラフに「×」で示した。

また、実施例２（間隙ｔが３．５ｍｍ）における測定された直流電流の値も図５のグラフに「△」で示した。

図５のグラフにおいて、実施例２，３，４の直流電流の値を比較すると、いずれの実施例においても直流電流の値は殆ど変化することなく、直流電流値の低下速度はいずれの実施例でもほぼ０であることが分かった。

以上、実施例１〜４より、間隙ｔが２．５ｍｍ以上且つ５．０ｍｍ以下であれば、処理空間ＰＳを流れる直流電流の値の低下を長時間に亘って抑制することができることが分かった。これは、間隙ｔを２．５ｍｍ〜５．０ｍｍのいずれかに設定することで、溝状空間４７へのラジカルの進入を防止しつつ、該溝状空間４７への電子の進入を阻害することがないためと推察された。

また、間隙ｔが大きくなると、溝状空間４７にラジカルが進入し易くなり、グランド電極表面４５ｃにデポ膜が形成されて処理空間ＰＳを流れる直流電流の値が低下する虞があるが、実施例４に示すように、間隙ｔが５．０ｍｍであっても直流電流の値は殆ど変化しなかったことから、少なくとも間隙ｔが５．０ｍｍであれば、ラジカルは溝状空間４７の奥方へ進入してグランド電極表面４５ｃに到達する前に、溝状空間４７の開口部近傍における両壁面に付着することが分かった。ここで、遮蔽部材４６の排気の流れに沿う長さＬ（図２参照。）は１５ｍｍであることから、溝状空間４７の断面におけるアスペクト比は３．０である。したがって、溝状空間４７の断面におけるアスペクト比が３．０以上であれば、ラジカルは溝状空間４７の奥方に進入せず、もって、グランド電極表面４５ｃの全面がデポ膜で覆われるのを長期間に亘って防止することができるのが分かった。

ところで、間隙ｔが小さくなるか、溝状空間４７の断面におけるアスペクト比が大きくなる（すなわち、遮蔽部材４６の突出量Ｔが大きくなる）と、溝状空間４７へはラジカルだけでなく電子も進入しにくくなる。電子が進入しにくくなると、処理空間ＰＳに直流電流が流れにくくなる。そこで、本発明者は間隙ｔや突出量Ｔが直流電流の流れ易さに与える影響を検討した。

具体的には、処理空間ＰＳにおいて直流電流が流れにくくなると処理空間ＰＳのプラズマが揺らぐことから、間隙ｔや突出量Ｔの値を種々の値に変更してプラズマの揺れを観測した。

実施例５〜１３
まず、新品の接地リング４５を備えるプラズマ処理装置１０において、エッチング処理の際、間隙ｔや突出量Ｔの値を種々の値に変更してプラズマの揺れを観測した。そして、観測した結果を図６に示す表にまとめた。

図６の表より、間隙ｔが大きくなるほどプラズマの揺れは発生しにくく、間隙ｔが３．５ｍｍであれば、あまりプラズマの揺れは発生しないことが分かった。これは、接地リング４５と遮蔽部材４６が形成する空間の開口部が広くなり、該空間へ電子が円滑に進入することができるためと推察された。

また、接地リング４５と遮蔽部材４６が形成する空間が断面Ｌ字状であるとプラズマの揺れが発生し易い一方、少なくとも該空間が溝状空間であれば、プラズマの揺れが発生しないことも分かった。

以上より、接地リング４５及び遮蔽部材４６が溝状空間を形成し、接地リング４５及び遮蔽部材４６の間の間隙ｔが３．５ｍｍ以上であれば、プラズマの揺れの発生を防止することができることが分かった。

実施例１４〜２０
次に、プラズマ処理装置１０において、ウエハＷのエッチング処理を５０時間行った後、エッチング処理の際、間隙ｔや突出量Ｔの値を種々の値に変更してプラズマの揺れを観測した。そして、観測した結果を図７に示す表にまとめた。

図７の表より、突出量Ｔが大きくなるほどプラズマの揺れが発生し易いことが分かった。これは、突出量Ｔが大きいと遮蔽部材４６の端部４６ａが溝状空間４７への電子の進入を阻害するためであると推察された。特に、間隙ｔが４．０ｍｍである場合、突出量Ｔが６．５ｍｍだとプラズマの揺れが発生するのに対し、突出量Ｔが３ｍｍだとプラズマの揺れが発生しないことから、突出量Ｔは３ｍｍ以下であるのが好ましいのが分かった。

以上より、突出量Ｔが３ｍｍ以下であれば、プラズマの揺れの発生を防止することができることが分かった。

なお、図７の表においても、図６の表と同様に、間隙ｔが大きくなるほどプラズマの揺れは発生しにくいことが確認された。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。図１における接地リング及び該接地リングを遮蔽する遮蔽部材の概略構成を示す拡大断面図である。シースの厚さとグランド電極表面及び遮蔽部材の間の間隙との関係を説明するための図である。遮蔽部材の有無が処理空間内を流れる直流電流の値の低下速度に与える影響を示すグラフである。グランド電極表面及び遮蔽部材の間の間隙が処理空間内を流れる直流電流の値の低下速度に与える影響を示すグラフである。新品の接地リングを備えるプラズマ処理装置において、グランド電極表面及び遮蔽部材の間の間隙や遮蔽部材の端部の突出量の値を種々の値に変更してプラズマの揺れを観測した結果をまとめた表である。エッチング処理を５０時間行ったプラズマ処理装置において、グランド電極表面及び遮蔽部材の間の間隙や遮蔽部材の端部の突出量の値を種々の値に変更してプラズマの揺れを観測した結果をまとめた表である。

符号の説明

Ｗウエハ
ＰＳ処理空間
１０プラズマ処理装置
１１収容室
１２サセプタ
１６側面被覆部材
１８排気流路
３９上部電極板
４２上部直流電源
４５接地リング
４５ｃグランド電極表面
４６遮蔽部材
４６ａ端部
４７溝状空間
４８プラズマ
４９シース

Claims

基板を収容してプラズマ処理を施す収容室と、
前記収容室内に配置され、前記基板を載置する載置台と、
通気穴を有し、前記載置台の下側外周に配置されて前記収容室を処理空間と排気空間とに仕切る排気プレートと、
前記載置台に設けられ、高周波電力が供給される第１の電極と、
前記載置台に載置された基板と対向するように前記収容室の上壁に設けられ、直流電圧が印加される第２の電極と、
前記第１の電極の下部を覆うように前記処理空間に配置される、前記第２の電極に対するグランド電極と、
前記収容室内を排気する排気装置とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記処理空間において前記通気穴へ向かう排気の流れに沿い、該排気の流れと前記グランド電極との間に介在し、且つ、前記グランド電極との間に断面が長尺状の溝状空間が該長尺状の断面の短辺が前記排気の流れの上流に向けて開口して形成されるように前記収容室内に配置される遮蔽部材を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
基板を収容してプラズマ処理を施す収容室と、
前記基板を載置し、導電体部に高周波電圧が供給されることで前記収容室内の処理空間に高周波電力を供給する第１の電極と、
前記第１の電極に対向して配置され、直流電圧が印加される第２の電極と、
前記処理空間からガスを前記収容室の外へ排気する流路を前記収容室の側壁と前記第１の電極の側壁とにより形成する排気流路と、
前記第１の電極の下方を覆うように前記排気流路に配置され、前記第２の電極に印加された直流電圧に対するグランド電極とを備えプラズマ処理装置であって、
前記グランド電極と間に溝状空間が形成されるように前記グランド電極を囲う遮蔽部材を備え、前記溝状空間は前記排気の流れの上流に向けて開口することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記グランド電極は、環状で、断面がＬ字形状を有することを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
前記導電体部を覆うように配置された、絶縁性材料からなる被覆部材を更に備えることを特徴とする請求項２又は３記載のプラズマ処理装置。
前記排気流路に配置された、多数の通気孔を有する板状の排気プレートを更に備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記溝状空間の開口部側における前記遮蔽部材の端部は、前記開口部側における前記グランド電極の端部よりも前記排気の流れに沿って突出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記開口部側における前記遮蔽部材の端部の、前記開口部側における前記グランド電極の端部に対する突出量は３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
基板を収容してプラズマ処理を施す収容室と、
前記収容室内に配置され、前記基板を載置する載置台と、
前記載置台に設けられ、高周波電力が供給される第１の電極と、
前記載置台に載置された基板と対向するように前記収容室の上壁に設けられ、直流電圧が印加される第２の電極と、
前記収容室内に設けられた構成部品の表面に露出する、前記第２の電極に対するグランド電極と、
前記収容室内を排気する排気装置とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記収容室内において、前記構成部品の表面に沿い且つ前記グランド電極との間に断面が長尺状の溝状空間が該長尺状の断面の短辺が前記排気の流れの上流に向けて開口して形成されるように配置される遮蔽部材を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記溝状空間を形成する前記グランド電極と前記遮蔽部材との間の間隙は０．５ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記間隙は２．５ｍｍ以上且つ５．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
前記間隙は３．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
前記溝状空間の断面におけるアスペクト比は３．０以上であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
基板を収容してプラズマ処理を施す収容室と、
前記収容室内に設けられ、前記基板を載置するサセプタと、
前記サセプタに対向して配置されたシャワーヘッドと、
前記サセプタに備えられ、高周波電力が供給される第１の電極と、
前記シャワーヘッドに備えられ、直流電圧が印加される第２の電極と、
前記収容室の内側壁と前記サセプタの側面との間に形成された排気流路と、
前記排気流路内に配置され、前記第２の電極に対するグランド電極と、
前記排気流路を通じて前記収容室内のガスを外部へ排気する排気装置とを備えるプラズマ処理装置であって、
前記排気流路内での排気の流れと前記グランド電極との間に介在する遮蔽部材を備え、前記遮蔽部材は、前記グランド電極との間に所定間隙を置いて配置され、前記排気流れ方向における高さがグランド電極よりも高いことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記サセプタの側面は被覆部材により被覆されており、
前記グランド電極は、前記サセプタの前記被覆部材の表面に露出することを特徴とする請求項１３記載のプラズマ処理装置。
前記開口部側における前記遮蔽部材の端部の、前記開口部側における前記グランド電極の端部に対する突出量は３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３又は１４記載のプラズマ処理装置。
前記グランド電極は、シリコン又はシリコンカーバイトであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記遮蔽部材は、石英又は絶縁膜が溶射された金属部材であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記遮蔽部材は前記グランド電極と同心状に配置されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。