JPH0936088A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホルダ電極上に絶縁膜を介して被処理物を設
置し、該被処理物を静電吸着方式により該ホルダ電極に
吸着させてその温度を制御しつつ目的とする処理を施す
プラズマ処理装置において、従来のクランプ式密着プラ
ズマシールドを採用するときのような被処理物各部にお
ける温度の不均一や被処理物周縁部でのダストの発生を
防止しつつ、ホルダ電極上の絶縁膜をプラズマから保護
できるプラズマ処理装置を提供する。 【構成】 ホルダ電極２における絶縁膜２１上に設置さ
れる被処理物Ｓの周縁部ｓ１を、それに対し機械的、熱
的に絶縁された絶縁空間Ｘを維持して覆うシェイド部材
８を設け、これにより絶縁膜２１をプラズマから保護す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は処理用ガスをプラズ
マ化して、このガスプラズマのもとで被処理物に目的と
する処理を施すプラズマ処理装置、特に、被処理物ホル
ダを兼ねるホルダ電極上に被処理物を設置し、所定真空
下に、該ホルダ電極とこれに対する電極（ホルダ電極に
対向設置された電極、或いは電極を兼ねるプラズマ処理
チャンバ自体等）との間に処理用ガスを導入して該両電
極間に高周波電力を印加することで該導入ガスをプラズ
マ化し、このプラズマのもとで被処理物に目的とする処
理を施すプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のプラズマ処理装置としては、ガ
スプラズマによる各種ドライエッチング装置やプラズマ
ＣＶＤ装置等が知られているが、プラズマ処理の種類に
よっては被処理物の温度上昇を抑制しなければならない
ことがあり、逆に被処理物を適当に加熱しなければなら
ないことがある。例えば、反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）装置、プラズマエッチング装置、ＥＣＲプラズマ
エッチング装置、マグネトロンＲＩＥ装置等のドライエ
ッチング装置においては、プラズマに曝される被処理物
は通常温度上昇するが、この温度上昇により様々の不都
合が生じる。例えば、半導体ウェハ上、液晶表示装置用
ガラス基板上等において配線パターン等を形成するため
にその元になる膜の上にレジストでパターンを描いてド
ライエッチングする場合、該レジストが熱で損傷、変質
する等して所定のパターンにエッチングできない事態が
発生したり、ウェハ自身も損傷する等の事態が生じるこ
とがある。そのため、エッチング対象被処理物は通常冷
却される。プラズマＣＶＤ装置においては所望の膜を効
率良く形成するために必要に応じて被成膜処理物が加熱
されることがある。

【０００３】このように被処理物を冷却したり、加熱し
たりする被処理物の温度制御方式は種々提案されている
が、代表的なものの一つに静電吸着方式による温度制御
がある。これは、被処理物を設置するホルダ電極を適当
な手段で温度制御可能にしておく一方、被処理物を電気
絶縁膜を介してホルダ電極上に設置するようにし、これ
によりプラズマ下において被処理物に自己バイアス作用
で電荷を蓄積させるとともに該ホルダ電極に直流電圧を
印加して反対極性の電荷を蓄積させ、これら両電荷によ
る静電気力の作用で被処理物をホルダ電極上に吸着さ
せ、それにより該電極から該被処理物の温度を制御する
ものである。このように静電吸着方式を採用して被処理
物の温度を制御する場合、今述べたとおり、ホルダ電極
には絶縁膜が敷かれ、その上に被処理物が設置されるの
であるが、該絶縁膜のうち被処理物に覆われない周縁部
はプラズマに曝されると損傷する。そのため、通常、該
絶縁膜上の被処理物の周縁部にリング形のクランプリン
グ部材を押圧密着させることで該絶縁膜をプラズマから
遮断し保護している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに被処理物の周縁部にクランプリング部材を押圧密着
させるクランプ式密着プラズマシールドでは、クランプ
リング部材が被処理物に機械的、熱的に接触するため、
プラズマ処理中クランプリング部材と被処理物との間で
熱伝導が発生し、被処理物中の周縁部と他部との間で温
度が不均一になり、そのため、被処理物各部においてプ
ラズマ処理が不均一になるという問題がある。

【０００５】また、クランプリング部材が被処理物に機
械的に接触するため、被処理物周縁部でダストが発生
し、これがプラズマ処理に悪影響を与えるという問題が
ある。例えばエッチング処理においては被処理物表面に
エッチングしない部分を覆うために設けたレジストがク
ランプリング部材に付着し、これが剥落してダストにな
り、エッチング不良を招くという問題がある。

【０００６】そこで本発明は、温度制御可能であり、被
処理物ホルダを兼ねているホルダ電極の上に絶縁膜を介
して被処理物を設置し、所定真空下に、該ホルダ電極と
これに対する電極（ホルダ電極に対向設置された電極、
電極を兼ねるプラズマ処理チャンバ自身等）との間に処
理用ガスを導入して該両電極間に高周波電力を印加する
ことで該導入ガスをプラズマ化し、このプラズマのもと
で前記被処理物に目的とする処理を施すとともに、該処
理中、前記ホルダ電極に直流電圧を印加して前記被処理
物を該ホルダ電極に静電吸着しつつ該被処理物の温度を
制御するタイプのプラズマ処理装置であって、従来のク
ランプ式密着プラズマシールドによるときのような被処
理物各部における温度の不均一に起因するプラズマ処理
の不均一や、被処理物周縁部でのダストの発生を防止し
つつ、前記ホルダ電極における絶縁膜をプラズマから保
護できるプラズマ処理装置を提供することを課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明は、前記タイプのプラズマ処理装置であって、前
記絶縁膜の被処理物に覆われない周縁部をプラズマから
保護するように該絶縁膜上に設置される被処理物の周縁
部をそれに対し絶縁空間を保って覆うためのシェイド部
材（庇状部材）を設けたことを特徴とするプラズマ処理
装置を提供する。

【０００８】ここでシェイド部材と被処理物周縁部との
間の絶縁空間とは、両者が、ホルダ電極上の絶縁膜をプ
ラズマに曝す恐れのない範囲内で、機械的、熱的に接触
しないための絶縁空間のことである。この絶縁空間を得
るためのシェイド部材と被処理物周縁部との間の距離
は、プラズマ処理の種類、条件等にもよるが、概ね０．
３ｍｍ〜０．８ｍｍ程度を例示できる。

【０００９】また、シェイド部材（庇状部材）は、それ
には限定されないが、普通にはリング形状をとる。本発
明のプラズマ処理装置によると、被処理物がホルダ電極
における絶縁膜上に設置され、所定真空下に、該ホルダ
電極とそれに対する電極との間に処理用ガスが導入さ
れ、該両電極間に高周波電力が印加され、それにより該
ガスがプラズマ化され、該プラズマのもとで被処理物に
目的とする処理が施される。

【００１０】この処理中、ホルダ電極は被処理物の処理
温度に合わせて所定温度に制御され、且つ、ホルダ電極
に直流電圧が印加されることで被処理物がホルダ電極に
静電吸着され、かくして被処理物は絶縁膜を介して、温
度制御されたホルダ電極から所定温度に制御される。ま
た、ホルダ電極上の絶縁膜は、その上に設置される被処
理物の周縁部がシェイド部材により覆われることでプラ
ズマから保護される。このとき、該シェイド部材は被処
理物周縁部に対し機械的、熱的に絶縁された空間を介し
て該被処理物周縁部を覆うので、該シェイド部材と被処
理物との間に、従来のクランプ式密着プラズマシールド
によるときのような熱伝導が発生せず、従って被処理物
各部の温度は均一化し、それだけ被処理物各部のプラズ
マ処理が均一化するとともに、シェイド部材が被処理物
周縁部に機械的に接触しないので、被処理物周縁部での
ダストの発生が防止され、それだけダストの影響を受け
ることなく良好なプラズマ処理が実施される。

【００１１】本発明のプラズマ処理装置においては、プ
ラズマを不必要な箇所で発生させないためにホルダ電極
の周側面の外側に所定間隙を介してダークスペースシー
ルドを設置してもよい。また、この場合、ホルダ電極と
ダークスペースシールド間の電位差が大きく、両者間に
放電が発生する恐れがあるときは、これを防止するため
に、ホルダ電極及びダークスペースシールド間の間隙の
開口部を覆うように該ホルダ電極周縁部から庇状に延び
る庇状絶縁部材を設けてもよい。さらにこの場合、放電
を一層確実に防止するため、該庇状絶縁部材は、前記間
隙開口部に臨むダークスペースシールド端部の外面まで
囲むように外端部が屈曲形成されていてもよい。

【００１２】いずれにしても、前記のシェイド部材はホ
ルダ電極上に設置される被処理物に対し接近離反可能に
設けることができ、この場合において前記の庇状絶縁部
材を設けるときは、該庇状絶縁部材を、シェイド部材と
被処理物との間の前記の絶縁空間を設定するための該シ
ェイド部材の被処理物への接近限度を定めるストッパに
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明に係るプラズマ処理
装置の１例としてのドライエッチング装置を示してい
る。図１に示すエッチング装置は、エッチング処理チャ
ンバ１を含んでおり、チャンバ１内の底部にはホルダ電
極２が設けられている。

【００１４】また、チャンバ１にはエッチング用ガスを
供給するガス供給部４及びチャンバ１内を真空排気する
排気装置５（ゲート弁５１及びドライポンプ５２）が接
続されている。ホルダ電極２の上面には電気絶縁性膜２
１を敷設してある。電極２は電気絶縁体２０を介してチ
ャンバ底壁１１上に設置されており、マッチングボック
ス３１を介して高周波電源３２に接続されている。ま
た、電極２には直流電源３３も接続されており、直流電
源３３と電極２との間には高周波電源３２からの高周波
阻止のためのＬＣ回路３４が設けられている。

【００１５】この装置ではチャンバ１はホルダ電極２に
対する電極として機能するように接地されている。ホル
ダ電極２は冷却用冷媒の循環通路２１ａを内蔵してお
り、該通路には冷媒循環装置（ここでは冷却水循環装
置）２１ｂが接続されており、これによりホルダ電極２
の温度を制御できるようになっている。

【００１６】ホルダ電極２の周側面の外側には小さい間
隙Ｄを介して該周側面を囲繞する筒状のダークスペース
シールド６が配置されており、これはチャンバ底壁１１
上に立設され、チャンバ１と同電位（接地電位）におか
れている。ダークスペースシールド６の上端は電極２の
上面より若干下位置にある。この間隙Ｄはプラズマを発
生させない距離間隙である。

【００１７】ホルダ電極２の周縁部には平面視でリング
形状の電気絶縁部材７が配置されており、これは外方へ
庇状に延びてホルダ電極２とダークスペースシールド６
との間隙Ｄの上端開口部ｄの上方を僅かな間隙をおいて
覆い、さらにダークスペースシールド６の上を通過し、
ダークスペースシールド上端部６１の外面の外側へ下降
するように延びている。従って、絶縁部材７の外周端部
７１は屈曲形成されてダークスペースシールド上端部６
１の外面を覆っている。

【００１８】リング形状の庇状絶縁部材７の内周部７２
は電極２上の絶縁膜２１の周縁上面に設置されている。
庇状絶縁部材７の外周面とチャンバ１の内面との間には
孔あき板（ここではパンチングメタル）９が架設されて
おり、これはチャンバ１からの真空排気を妨げない程度
の通気性を有するが、プラズマのシールド機能を有する
ものである。

【００１９】庇状絶縁部材７の上方には平面視でリング
形状のシェイド部材８が配置されており、これはシェイ
ド部材ホルダリング８１に支持され、該ホルダリングは
チャンバ１の底壁１１を昇降可能に貫通するロッド８２
に連結されている。チャンバ底壁１１からチャンバ１外
へ突出したロッド８２の部分はチャンバ１とチャンバ外
のピストンシリンダ装置８３とに連接された伸縮自在の
気密ベローズ８４に囲繞され、該ピストンシリンダ装置
８３に連結されている。ロッド８２、ホルダリング８１
及びシェイド部材８は該ピストンシリンダ装置８３によ
り昇降駆動される。シェイド部材８はこの駆動により電
極２上に設置される被処理物Ｓの周縁部ｓ１に対し接近
離反できる。

【００２０】前記の庇状絶縁部材７の頂面７０は、シェ
イド部材８と被処理物Ｓとの間の絶縁空間Ｘを設定する
ための、該シェイド部材８の被処理物Ｓへの接近限度を
定めるストッパとなっている。シェイド部材８が被処理
物Ｓに接近して絶縁部材頂面７０に当接して得られるこ
の絶縁空間Ｘは、部材８と被処理物品Ｓの両者が、ホル
ダ電極２上の絶縁膜２１をプラズマに曝す恐れのない範
囲内で、機械的、熱的に接触しないための距離空間であ
る。

【００２１】以上説明したエッチング装置によると、半
導体ウェハ等の被処理物Ｓがホルダ電極２における絶縁
膜２１上に設置され、引き続きピストンシリンダ装置８
３の運転によりシェイド部材８が下降せしめられる。シ
ェイド部材８はその下降限で庇状絶縁部材７の頂面７０
に当接し、それによりシェイド部材８と被処理物周縁部
ｓ１との間に絶縁空間Ｘが形成されるとともに絶縁膜２
１のいままで露出していた周縁部分がプラズマ領域Ｐか
ら遮断される。

【００２２】そして排気装置５の運転による所定真空下
に、ホルダ電極２上方へガス供給部４からエッチング用
ガスが導入され、高周波電源３２から電極２へ高周波電
力が印加される。かくして導入ガスがプラズマ化され、
該プラズマのもとで被処理物Ｓに所定のエッチング処理
が施される。この処理中、ホルダ電極２は、冷媒通路２
１ａに冷却水循環装置２１ｂから冷却水が循環せしめら
れることで被処理物Ｓの処理温度に合わせて所定温度に
冷却制御され、且つ、ホルダ電極２に直流電源３３から
直流電圧が印加されることで被処理物Ｓがホルダ電極２
に静電吸着され、かくして被処理物Ｓは絶縁膜２１を介
して、温度制御されたホルダ電極２から所定温度に冷却
制御される。

【００２３】また、ホルダ電極２上の絶縁膜２１は、そ
の上に設置された被処理物Ｓの周縁部ｓ１がシェイド部
材８により覆われることでプラズマから保護される。こ
のとき、該シェイド部材８は被処理物周縁部ｓ１に対し
機械的、熱的に絶縁された空間Ｘを介して被処理物周縁
部ｓ１を覆うので、プラズマに曝されて熱を帯びたシェ
イド部材８と被処理物Ｓとの間に、従来のクランプ式密
着プラズマシールドによるときのような熱伝導が発生せ
ず、従って被処理物各部の温度は均一化し、それだけ被
処理物各部のプラズマ処理が均一化するとともに、シェ
イド部材８が被処理物周縁部ｓ１に機械的に接触しない
ので、被処理物周縁部ｓ１でのダストの発生が防止さ
れ、それだけダストの影響を受けることなく良好なプラ
ズマ処理が実施される。

【００２４】また、ホルダ電極２の周側面の外側にはダ
ークスペースシールド６が設けられており、これによ
り、ホルダ電極周側面に臨む、プラズマが不必要な領域
でのプラズマ発生が防止される。また、プラズマに直接
曝されたならば電界が集中して放電が発生し易いホルダ
電極・ダークスペースシールド間隙Ｄの開口部ｄの上方
からダークスペースシールド上端部６１の外面までがホ
ルダ電極２の周縁部から延びる庇状絶縁部材７で覆われ
ているので、該庇状絶縁部材７が電界集中部分を包み込
む状態となっており、これによりホルダ電極２・ダーク
スペースシールド６間での放電が防止されている。かく
してホルダ電極２及びダークスペースシールド６等が放
電による損傷の恐れなく安全である。

【００２５】以上説明した装置を用い、被処理物Ｓとし
て、シリコンウェハをホルダ電極２の絶縁膜２１上に設
置し、エッチング用ガスとして塩素、３塩化ホウ素、ク
ロロホルム及び窒素の混合ガスを導入し、処理圧力２０
０ｍＴｏｒｒ、高周波電力１３．５６ＭＨｚ、３５０Ｗ
でエッチング処理したところ、ウェハの温度は実質上各
部で均一であった。

【００２６】次に図１に示す装置において庇状絶縁部材
７のストッパとして作用する頂面７０部分を無くし、シ
ェイド部材８がホルダ電極２上の被処理物周縁部に押圧
密着される状態のエッチング装置と、図１に示す装置
のそれぞれを用いて行った面内温度均一性実験について
説明する。この試験は以下の条件で行った。

【００２７】 被処理物Ｓ ：シリコンウェハ ホルダ電極２の温度 ：７０℃ 処理チャンバ１の温度 ：７０℃ エッチングガス ：Ｎ₂ 、ＢＣｌ₃ 、Ｃｌ₂ 処理時間 ：５分間 高周波電力 ：１３．５６ＭＨｚ、３５０Ｗ 直流電源３３による印加電圧：７５０Ｖ プロセス処理圧力 ：２００ｍＴｏｒｒ 温度測定法 ：サーモラベル 図１の装置におけるシェイド部材８と被処理物Ｓ間の絶
縁空間Ｘ：0.5 ｍｍなお、サーモラベルは図２に示すよ
うに、ウェハ表面のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ Ｅの測定点に設け
た。

【００２８】結果は次表のとおりである。 被処理物の測定点到達温度（℃） Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ 装 置 110〜116 110 〜116 110 〜116 121 〜127 121 〜127 図１の装置 116〜121 116 〜121 116 〜121 116 〜121 116 〜121 この試験結果から、本発明に係る図１の装置では装置
より被処理物温度が各部で均一化されることが判る。装
置ではウェハの周縁部をプラズマに曝されて熱を帯び
たシェイド部材８により直接クランプする格好になって
いるため、被処理物Ｓの周縁部温度が全体的に高く、し
かも各部で不均一である。このような被処理物における
温度不均一はプラズマ処理、特にこのようなエッチング
処理では致命的欠陥となる。

【００２９】以上、ドライエッチング装置を例にとって
説明したが、本発明は他のプラズマ処理装置（プラズマ
ＣＶＤ装置等）にも適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、温
度制御可能であり、被処理物ホルダを兼ねているホルダ
電極の上に絶縁膜を介して被処理物を設置し、所定真空
下に、該ホルダ電極とこれに対する電極との間に処理用
ガスを導入して該両電極間に高周波電力を印加すること
で該導入ガスをプラズマ化し、このプラズマのもとで前
記被処理物に目的とする処理を施すとともに、該処理
中、前記ホルダ電極に直流電圧を印加して前記被処理物
を該ホルダ電極に静電吸着しつつ該被処理物の温度を制
御するタイプのプラズマ処理装置であって、従来のクラ
ンプ式密着プラズマシールドによるときのような被処理
物各部における温度の不均一に起因するプラズマ処理の
不均一や、被処理物周縁部でのダストの発生を防止しつ
つ、前記ホルダ電極における絶縁膜をプラズマから保護
できるプラズマ処理装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態であるドライエッチング装
置の概略構成を示す図である。

【図２】被処理物の面内温度均一性実験における被処理
物上の温度測定点を示す図である。

【符号の説明】

１ エッチング処理チャンバ ２ ホルダ電極（高周波電極） ２１ 絶縁膜 ２１ｂ 冷却水循環装置 ２１ａ 冷媒通路 ３１ マッチングボックス ３２ 高周波電源 ３３ 直流電源 ３４ ＬＣ回路 ４ エッチング用ガス供給部 ５ 排気装置 ６ ダークスペースシールド ６１ ダークスペースシールド上端部 ７ 放電防止用のリング形状の庇状絶縁部材 ７１ 絶縁部材７の外周屈曲端部 ７０ 絶縁部材７の頂面（ストッパ） ７２ 絶縁部材７の内周部 ８ シェイド部材 Ｘ 絶縁空間 ９ 孔あき板 Ｓ 被処理物 ｓ１ 被処理物周縁部 Ｐ プラズマ領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｒ Ｈ０５Ｈ 1/46 9216−2Ｇ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ (72)発明者 松田 耕自 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度制御可能であり、被処理物ホルダを
   兼ねているホルダ電極の上に絶縁膜を介して被処理物を
   設置し、所定真空下に、該ホルダ電極とこれに対する電
   極との間に処理用ガスを導入して該両電極間に高周波電
   力を印加することで該導入ガスをプラズマ化し、このプ
   ラズマのもとで前記被処理物に目的とする処理を施すと
   ともに、該処理中、前記ホルダ電極に直流電圧を印加し
   て前記被処理物を該ホルダ電極に静電吸着しつつ該被処
   理物の温度を制御するプラズマ処理装置において、前記
   絶縁膜の被処理物に覆われない周縁部をプラズマから保
   護するように該絶縁膜上に設置される被処理物の周縁部
   をそれに対し絶縁空間を保って覆うためのシェイド部材
   を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。