CN1929713A - 电极组件和等离子体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以防止电极板的损坏、并且可以防止部件个数的增加从而可以防止维护性的恶化的等离子体处理装置的电极组件。上部电极组件具有上部电极板(32)、冷却板(C/P)(34)、以及被配置在上部电极板(32)和C/P(34)之间的隔板(37)。上部电极板(32)具有贯通该上部电极板(32)的电极板气体通气孔(32a)。C/P(34)具有贯通该C/P(34)的C/P气体通气孔(34a)。隔板(37)具有贯通该隔板(37)的隔板气体通气孔(37a)。电极板气体通气孔(32a)、C/P气体通气孔(34a)和隔板气体通气孔(37a)不配置在同一直线上。

Description

电极组件和等离子体处理装置

技术领域

本发明涉及电极组件(electrode assembly)和等离子体处理装置，特别涉及具备具有气体通气孔的电极板的电极组件。

背景技术

迄今，对作为基板的半导体器件用晶片实施期望的等离子体处理的等离子体处理装置已为人所知。该等离子体处理装置具有收容晶片的处理室，在该处理室内配置有载置晶片并作为下部电极起作用的载置台(以下称为“基座”)和与该基座相对的上部电极。此外，载置台和上部电极中的至少一方与高频电源连接，载置台和上部电极向处理室的内部空间施加高频电力。

在该等离子体处理装置中，利用高频电力将被供给到处理室的内部空间的处理气体变成等离子体、生成离子和自由基，将该离子和自由基导向晶片，对晶片实施期望的等离子体处理、例如蚀刻处理。

上部电极具有：面向处理室的内部空间的上部电极板；具有导入从外部供给的处理气体并且下部敞开的缓冲室的电极支撑体；介于上部电极板和电极支撑体之间、并且将缓冲室的下部封闭的冷却板。在此，上部电极板、冷却板和电极支撑体构成电极组件。此外，上部电极板和冷却板分别具有贯通它们的多个气体通气孔。在上部电极中，上部电极板的气体通气孔与冷却板的气体通气孔连通，连通的气体通气孔将缓冲室的处理气体导入到处理室的内部空间。

在以往的等离子体处理装置中，反复对晶片实施期望的等离子体处理时，上部电极板被离子等磨削，因此，上部电极板的气体通气孔扩大。此外，上部电极板的气体通气孔和冷却板的气体通气孔被配置在同一直线上。因此，在对晶片实施期望的等离子体处理时，有时在处理室的内部空间产生的离子会反向流过上部电极板的气体通气孔、并侵入到冷却板的气体通气孔中。由于上部电极板由半导体的硅(Si)构成、而冷却板由导体的铝(Al)构成，所以，有因侵入冷却板的气体通气孔中的离子而产生异常放电、由此上部电极板损坏的问题。

近年来，已经在开发插入上部电极板的气体通气孔中的圆柱形嵌入部件。该嵌入部件具有在外周面形成的螺旋状的槽，通过使反向流过上部电极板的气体通气孔而侵入到该槽中的离子与槽的壁面碰撞，使离子的能量消失，由此，防止离子侵入到冷却板的气体通气孔中，从而防止上部电极板的损坏(例如，参照特开2004-356531号公报)。

但是，在将上述的嵌入部件应用于等离子体处理装置的情况下，由于上部电极板的气体通气孔有很多，所以需要很多嵌入部件，存在导致部件个数增加的问题。

此外，由于嵌入部件因离子的碰撞而消耗，所以，每隔规定的更换间隔必须进行更换，但在上述的等离子体处理装置中，由于需要很多的嵌入部件，所以更换操作麻烦，还存在维护性恶化的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以防止电极板的损坏、并且可以防止部件个数的增加从而可以防止维护性的恶化的电极组件和等离子体处理装置。

为了达到上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种等离子体处理装置具备的由电极板和中间部件构成的电极组件，上述电极板具有贯通该电极板的第一气体通气孔、并且上述中间部件具有贯通该中间部件的第二气体通气孔，其特征在于，该电极组件包括：被配置在上述电极板和上述中间部件之间的隔板，其中，该隔板使处理气体从上述第二气体通气孔通向上述第一气体通气孔，并且防止侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体侵入到上述第二气体通气孔中。

根据上述第一方面的结构，在等离子体处理装置具备的电极组件中，被配置在电极板和中间部件之间的隔板，使处理气体从中间部件的第二气体通气孔通向电极板的第一气体通气孔，并且防止侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体侵入上述第二气体通气孔，所以可以防止由于侵入到上述第二气体通气孔中的等离子体造成的异常放电而导致电极板损坏、并且可以防止部件个数的增加从而可以防止维护性的恶化。

优选：上述隔板具有至少由贯通该隔板的第三气体通气孔构成、并且连通上述第二气体通气孔和上述第一气体通气孔的气体流路；上述第一气体通气孔、上述第二气体通气孔和上述第三气体通气孔不配置在同一直线上。

根据上述第一方面的结构，连通第二气体通气孔和第一气体通气孔的隔板的气体流路中贯通隔板的第三气体通气孔、上述第一气体通气孔和上述第二气体通气孔不配置在同一直线上，所以可以使侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体的能量因碰撞而消失，由此，可以可靠地防止侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体侵入到上述第二气体通气孔中。

更优选：上述隔板是板状部件，上述气体流路具有在上述隔板的与上述中间部件相对的表面和上述隔板的与上述电极板相对的表面中的至少一个上形成的槽。

根据上述第一方面的结构，板状部件的隔板中的上述气体流路具有在隔板的与中间部件相对的表面和隔板的与电极板相对的表面中的任一个上形成的槽，所以通过将侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体导入槽中、并使其与隔板表面和中间部件表面碰撞，可以可靠地使等离子体的能量消失，由此，可以更可靠地防止侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体侵入到上述第二气体通气孔中。

更优选：上述电极组件具有由上述第一气体通气孔、上述第二气体通气孔和上述气体流路构成的处理气体供给通路，上述处理气体供给通路的电导为6.9×10⁵～2.1×10⁶。

根据上述第一方面的结构，由第一气体通气孔、第二气体通气孔和气体流路构成的处理气体供给通路的电导为6.9×10⁵～2.1×10⁶，所以，可以将处理气体的供给效率维持在与以往的等离子体处理装置相同的水平，从而可以防止基板处理的效率降低。

优选：上述隔板由多孔质材料构成。

根据上述第一方面的结构，由于隔板由多孔质材料构成，所以可以使侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体的能量通过与多孔质材料中的孔的壁面的碰撞而消失，由此，可以可靠地防止侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体侵入到上述第二气体通气孔中。

优选：上述电极板和上述中间部件电气导通。

根据上述第一方面的结构，电极板和中间部件电气导通，所以可以防止电极板带电、从而可以防止在上述第一气体通气孔中产生电场，因此可以防止侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体被电场活化并侵入到上述第二气体通气孔中。

优选：该电极组件具有至少一个将上述中间部件固定在上述电极板上的由导通材料构成的螺栓；上述电极板由半导体构成；上述中间部件由导体构成，并且具有覆盖表面的绝缘性膜；该绝缘性膜在上述螺栓和上述中间部件接触的区域的至少一部分中，使上述导体暴露。

根据上述第一方面的结构，覆盖中间部件表面的绝缘性膜，在将由导体构成的中间部件固定在由半导体构成的电极板上的由导通材料构成的螺栓和中间部件接触的区域中的至少一部分中，使导体暴露，所以可以可靠地使电极板和中间部件电气导通。

优选：该电极组件具有进行上述中间部件和上述隔板的定位的圆筒形定位销，该定位销的截面形状为C字形。

根据上述第一方面的结构，由于对中间部件和隔板进行定位的圆筒形定位销的截面形状为C字形，所以该定位销可以吸收热膨胀，因此可以防止隔板破损。

优选：上述隔板由硅或碳化硅构成。

根据上述第一方面的结构，由于隔板由硅或碳化硅构成，所以可以防止在上述第一气体通气孔中产生因侵入的等离子体造成的异常放电，因此可以可靠地防止电极板破损。

为了达到上述目的，根据本发明的第二方面，提供一种等离子体处理装置，其具有收容基板的处理室、配置在该处理室内的基板载置台、在上述处理室内与上述基板载置台相对的上部电极、和通过该上部电极向上述处理室内供给处理气体的处理气体供给部，上述上部电极是由电极板和中间部件构成的电极组件，上述电极板具有贯通该电极板的第一气体通气孔，并且上述中间部件具有贯通该中间部件的第二气体通气孔，其特征在于：上述电极组件具有被配置在上述电极板和上述中间部件之间的隔板，该隔板使处理气体从上述第二气体通气孔通向上述第一气体通气孔，并且防止侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体侵入到上述第二气体通气孔中。

根据上述第二方面的结构，在等离子体处理装置具备的电极组件中，被配置在电极板和中间部件之间的隔板，使处理气体从中间部件的第二气体通气孔通向电极板的第一气体通气孔、并且防止侵入到上述第一气体通气孔中的等离子体侵入到上述第二气体通气孔中，所以可以防止由于侵入到上述第二气体通气孔中的等离子体造成的异常放电而导致电极板损坏、并且可以防止部件个数的增加从而可以防止维护性的恶化。

优选：上述隔板具有至少由贯通该隔板的第三气体通气孔构成、并且连通上述第二气体通气孔和上述第一气体通气孔的气体流路；在上述电极组件中，上述第一气体通气孔、上述第二气体通气孔和上述第三气体通气孔不配置在同一直线上。

优选：上述电极组件具有由上述第一气体通气孔、上述第二气体通气孔和上述气体流路构成的处理气体供给通路，上述处理气体供给通路的电导为6.9×10⁵～2.1×10⁶。

优选：上述隔板由多孔质材料构成。

优选：在上述电极组件中，上述电极板和上述中间部件电气导通。

优选：上述电极组件具有进行上述中间部件和上述隔板的定位的圆筒形定位销，该定位销的截面形状为C字形。

优选：上述电极板由环状的第一电极板和在该第一电极板的内侧绝缘地配置的第二电极板构成，上述处理气体供给部具有对通过上述第一电极板被供给到上述处理室内的上述处理气体的流量和通过上述第二电极板被供给到上述处理室内的上述处理气体的流量的比率进行调整的流量控制装置。

根据上述第二方面的结构，对通过第一电极板被供给到处理室内的处理气体的流量和通过第二电极板被供给到处理室内的处理气体的流量的比率进行调整，所以可以任意地控制处理室内的自由基的空间分布特性。

根据下述的结合附图的详细说明，本发明的上述及其它目的、特征和优点将会变得更加明显。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的概略结构的截面图。

图2是表示图1中的上部电极周围的概略结构的放大截面图。

图3是从冷却板一侧看图2中的隔板的平面图。

图4A～4E是表示图2中的隔板气体通气孔、电极板气体通气孔和C/P气体通气孔的配置的变形例的图，图4(A)是表示第一变形例的图，图4(B)是表示第二变形例的图，图4(C)是表示第三变形例的图，图4(D)是表示第四变形例的图，图4(E)是表示第五变形例的图。

图5是表示用螺栓固定C/P、隔板和上部电极板的结构的截面图。

图6是表示用定位销对隔板和C/P进行定位的方法的立体图。

图7是表示配置在腔室盖和C/P之间的O形环的截面图。

图8是表示本发明的第二实施方式的等离子体处理装置中的上部电极周围的概略结构的放大截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

首先，对本发明的第一实施方式的等离子体处理装置进行说明。

图1是表示本实施方式的等离子体处理装置的概略结构的截面图。

在图1中，等离子体处理装置1被构成为电容耦合型平行平板等离子体蚀刻装置，例如，具有由表面进行了氧化铝膜处理(阳极氧化处理)的铝构成的圆筒形的腔室10(处理室)。使该处理室10安全接地。

圆柱形的基座支撑台12隔着陶瓷等的绝缘板11，被配置在腔室10的底部，在该基座支撑台12上配置有例如由铝构成的基座13。基座13构成下部电极，载置实施蚀刻处理的基板、例如半导体晶片W。

在基座13的上面配置有静电卡盘(ESC)14，用于通过静电吸附力保持半导体晶片W。静电卡盘14包括由导电膜构成的下部电极板15、和夹持该下部电极板15的一对绝缘层或绝缘薄片，直流电源16通过后述的连接端子58a和可动供电棒67，与该下部电极板15电连接。该静电卡盘14利用由直流电源16施加的直流电压而产生的库仑力或约翰逊·勒比克(Johnsen-Rahbek)力，吸附并保持半导体晶片W。

此外，在静电卡盘14的上面，在吸附并保持半导体晶片W的部分，配置有多个作为从静电卡盘14的上面伸出自由的升降销(liftingpin)的顶料销(pusher pin)56。这些顶料销56通过滚珠丝杠(未图示)与电动机(未图示)连接，通过滚珠丝杠将电动机的旋转运动转变成直线运动，从而可以从静电卡盘14的上面自由地伸出。在对半导体晶片W实施蚀刻处理的情况下，在静电卡盘14吸附并保持半导体晶片W时，顶料销56被收容在静电卡盘14中，在将已实施了蚀刻处理的半导体晶片W从生成等离子体的空间S(以下称为“等离子体生成空间S”)搬出时，顶料销56从静电卡盘14的上面伸出，使半导体晶片W脱离静电卡盘14并将其向上举起。

在静电卡盘14的周围并且在基座13的上面，配置有用于提高蚀刻的均匀性的、例如由硅(Si)构成的聚焦环17，在该聚焦环17的周围配置有保护该聚焦环17的侧部的包覆环(cover ring)54。此外，在基座13和基座支撑台12的侧面粘结例如由石英(SiO₂)构成的圆筒形的内壁部件18。

在基座支撑台12的内部配置有例如在圆周方向延伸的制冷剂室19。从外置的冷却单元(未图示)，通过配管20a、20b向制冷剂室19循环供给规定温度的制冷剂、例如冷却水。制冷剂室19通过制冷剂的温度控制基座13上的半导体晶片W的处理温度。

另外，从传热气体供给机构(未图示)，将传热气体、例如氦(He)气通过气体供给管线21供给到静电卡盘14的上面和半导体晶片W的背面之间。

在基座13的上方配置有与该基座13平行而且相对的上部电极22。在此，基座13和上部电极22之间的空间作为等离子体生成空间S(处理室的内部空间)起作用。上部电极22由与基座13隔开规定间隔相对配置的环状(annular)或环形(donut-shaped)的外侧上部电极23、和在该外侧上部电极23的半径方向内侧、与外侧上部电极23绝缘地配置的圆板形的内侧上部电极24构成。关于等离子体的生成，具有外侧上部电极23为主，内侧上部电极24为辅的关系。

图2是表示图1中的上部电极周围的概略结构的放大截面图。

在图2中，在外侧上部电极23和内侧上部电极24之间形成例如0.25～2.0mm的环状间隙，在该间隙中配置例如由石英构成的电介质25。此外，也可以在该间隙中配置陶瓷体，来取代由石英构成的电介质25。通过外侧上部电极23和内侧上部电极24夹持电介质25，形成电容器。该电容器的电容C1可根据间隙的尺寸和电介质25的介电常数，选定或调整为期望的值。此外，在外侧上部电极23和腔室10的侧壁之间，密封地配置有例如由氧化铝(Al₂O₃)或三氧化二钇(Y₂O₃)构成的环状的绝缘性屏蔽部件26。

外侧上部电极23优选由焦耳热少的低电阻的导电体或半导体、例如硅构成。上部高频电源31通过上部匹配器27、上部供电棒28、连接器29和供电筒30，与外侧上部电极23电连接。上部高频电源31输出13.5MHz以上的频率、例如60MHz的高频电压。上部匹配器27具有使负荷阻抗与上部高频电源31的内部(或输出)阻抗匹配的功能，使得在腔室10内生成等离子体时，上部高频电源31的输出阻抗与负荷阻抗表观上一致。此外，上部匹配器27的输出端子与上部供电棒28的上端连接。

供电筒30由大致圆筒形或圆锥形的导电板、例如铝板或铜板构成，下端在圆周方向连续地与外侧上部电极23连接，上端通过连接器29与上部供电棒28的下端部电连接。在供电筒30的外侧，腔室10的侧壁向上方延伸至高于上部电极22的高度位置，构成圆筒形的接地导体10a。该圆筒形接地导体10a的上端部通过筒形的绝缘部件31a，与上部供电棒28电绝缘。在本结构中，在从连接器29看的负荷电路中，通过供电筒30、外侧上部电极23和圆筒形接地导体10a，形成将供电筒30和外侧上部电极23作为波导的同轴线路。

内侧上部电极24具有上部电极板32和电极支撑体33，上部电极板32具有多个电极板气体通气孔32a(第一气体通气孔)，由例如硅或碳化硅(SiC)等半导体材料构成，电极支撑体33可拆卸地支撑该上部电极板32，由导电材料、例如表面实施了氧化铝膜处理的铝构成。用螺栓(未图示)将上部电极板32固定在电极支撑体33上。该螺栓的头部由配置在上部电极板32下部的环状屏蔽环53保护。

在上部电极板32中，各电极板气体通气孔32a贯通上部电极板32。在电极支撑体33的内部，形成导入后述的处理气体的缓冲室，该缓冲室由例如由O形环构成的环状分割部件43分割成的2个缓冲室、即中心缓冲室35和周边缓冲室36构成，下部敞开。在电极支撑体33的下方，配置有将缓冲室的下部封闭的冷却板(以下称为“C/P”)34(中间部件)。该C/P34由表面实施了氧化铝膜处理的铝构成，具有多个C/P气体通气孔34a(第二气体通气孔)。在C/P34中，各C/P气体通气孔34a贯通C/P34。

此外，由硅或碳化硅等半导体材料构成的隔板37介于上部电极板32和C/P34之间。

图3是从冷却板一侧看图2中的隔板的平面图。

在图3中，隔板37是圆板形部件，具有：在与C/P34相对的表面(以下简称为“上面”)上，与圆板同心地形成的多个上面环状槽37b；贯通隔板37、并且在各上面环状槽37b的底部开口的多个隔板气体通气孔37a(第三气体通气孔)。在已将隔板37和C/P34装配在一起的情况下，以与各C/P气体通气孔34a相对的方式配置各上而环状槽37b。

此外，隔板37具有：在与上部电极板32相对的表面(以下简称为“下面”)上，与圆板同心地形成的多个下面环状槽37c。在已将隔板37和上部电极板32装配在一起的情况下，下面环状槽37c也以与各电极板气体通气孔32a相对的方式配置。此外，各隔板气体通气孔37a也在下面环状槽37c的底部开口。隔板气体通气孔37a、上面环状槽37b和下面环状槽37c构成隔板气体流路，该隔板气体流路将C/P气体通气孔34a和电极板气体通气孔32a连通。

在此，将隔板37的厚度设定成该隔板37和C/P34的叠层厚度与以往的等离子体处理装置中的冷却板的厚度相同。由此，可以使上部电极板32的厚度与以往的等离子体处理装置中的上部电极板的厚度相同，从而可以使用以往的等离子体处理装置中的上部电极板作为上部电极板32。在本实施方式中，上述的上部电极板32、隔板37、C/P34和电极支撑体33构成上部电极组件，在等离子体装置1的维护等中，上部电极组件可以一次全部更换。

返回到图2，内侧上部电极24将从后述的处理气体供给源38导入缓冲室的处理气体，通过C/P34的C/P气体通气孔34a、隔板37的隔板气体流路和上部电极板32的电极板气体通气孔32a，供给到等离子体生成空间S中。在此，中心缓冲室35与在其下方存在的多个C/P气体通气孔34a、隔板气体流路和电极板气体通气孔32a构成中心喷头(处理气体供给通路)，周边缓冲室36与在其下方存在的多个C/P气体通气孔34a、隔板气体流路和电极板气体通气孔32a构成周边喷头(处理气体供给通路)。

此外，在中心喷头和周边喷头的任一个中，隔板气体通气孔37a、电极板气体通气孔32a和C/P气体通气孔34a都不配置在同一直线上，从而构成迷宫(labyrinth)。即，上述的3个气体通气孔中，在任一个气体通气孔的中心轴上，不配置其余两个中的任一个气体通气孔。在此，隔板气体通气孔37a、电极板气体通气孔32a和C/P气体通气孔34a的配置不限于图2所示的配置，也可以是图4A～图4E所示的配置。

例如，在图4(A)中，隔板气体通气孔37a和电极板气体通气孔32a被配置在同一直线上，但C/P气体通气孔34a不配置在隔板气体通气孔37a和电极板气体通气孔32a的中心轴上。此外，隔板37仅具有上面环状槽37b(即，将下面环状槽37c省略)该上面环状槽37b将C/P气体通气孔34a和隔板气体通气孔37a连通。

在图4(B)中，隔板气体通气孔37a和C/P气体通气孔34a被配置在同一直线上，但电极板气体通气孔32a不配置在隔板气体通气孔37a和C/P气体通气孔34a的中心轴上。此外，隔板37仅有下面环状槽37c(即，将上面环状槽37b省略)，该下面环状槽37c将电极板气体通气孔32a和隔板气体通气孔37a连通。

在图4(C)中，C/P气体通气孔34a和电极板气体通气孔32a不配置在同一直线上，并通过沿倾斜方向贯通隔板37的隔板气体通气孔37d连通。此外，隔板37没有上面环状槽37b，也没有下面环状槽37c。

在图4(D)中，C/P气体通气孔34a和电极板气体通气孔32a被配置在同一直线上，并通过以ㄑ字形贯通隔板37的隔板气体通气孔37e连通。

在图4(E)中，C/P气体通气孔34a和电极板气体通气孔32a被配置在同一直线上，并通过以螺旋形贯通隔板37的隔板气体通气孔37f连通。此外，除了图4A～图4E所示的配置以外，只要是在上述3个气体通气孔中，在任一个气体通气孔的中心轴上，不配置其余两个中的任一个气体通气孔的配置，任何配置都可以。

此外，在上述的任一配置中，中心喷头和周边喷头的电导优选与以往的等离子体处理装置中的上部电极板的气体通气孔和冷却板的气体通气孔的电导为相同水平，具体地说，优选以往的等离子体处理装置中的电导的±50％的范围、即6.9×10⁵～2.1×10⁶中的任何值。

返回到图1，在腔室10的外部配置有处理气体供给源38。该处理气体供给源38以期望的流量比向中心缓冲室35和周边缓冲室36供给处理气体。具体地说，来自处理气体供给源38的气体供给管39在中途分成两个支管39a、39b，并与中心缓冲室35和周边缓冲室36连接，支管39a、39b分别具有流量控制阀40a、40b(流量控制装置)。由于从处理气体供给源38到中心缓冲室35和周边缓冲室36的流路的电导被设定为相等，所以，通过调整流量控制阀40a、40b，可以任意地调整供给中心缓冲室35和周边缓冲室36的处理气体的流量比。另外，气体供给管39上配置有质量流量控制器(MFC)41和开关阀42。

根据以上的结构，等离子体处理装置1通过调整导入中心缓冲室35和周边缓冲室36的处理气体的流量比，可以任意调整从中心喷头喷出的气体的流量FC和从周边喷头喷出的气体的流量FE的比率(FC/FE)。此外，也可以单独地调整从中心喷头和周边喷头分别喷出的处理气体的每单位面积的流量。另外，通过配置分别对应于支管39a、39b的两个处理气体供气源，也可以独立或单独地设定从中心喷头和周边喷头分别喷出的处理气体的气体种类或气体混合比。

此外，上部高频电源31通过上部匹配器27、上部供电棒28、连接器29和上部供电筒44，与内侧上部电极24的电极支撑体33电连接。在上部供电筒44的中间配置有可以对电容进行可变调整的可变电容器45。此外，也可以在外侧上部电极23和内侧上部电极24中设置制冷剂室或冷却套管(未图示)，从而可以利用从外部的冷却单元(未图示)供给的制冷剂来控制电极的温度。

在腔室10的底部设置有排气口46，作为可变式蝶阀的自动压力控制阀(Automatic Pressure Control Valve)(以下称为“APC阀”)48和涡轮分子泵(Turbo Molecular Pump)(以下称为“TMP”)49通过排气歧管47与该排气口46连接。APC阀48与TMP49协同动作，将腔室10内的等离子体生成空间S减压至期望的真空度。此外，在排气口46和等离子体处理空间S之间，以包围基座支撑台12的方式配置具有多个通气孔的环状挡板50，该挡板50防止等离子体从等离子体生成空间S向排气口46泄漏。

此外，在腔室10的侧壁中配置有半导体晶片W的搬入搬出口51。在腔室10的外部配置有连接搬入搬出口51和与等离子体处理装置1相邻的基板输送装置(负载锁定模块)(未图示)的闸阀52。此外，在搬入搬出口51和等离子体生成空间S之间，配置有作为利用空气压力上下移动的滑阀的闸门55。在将半导体晶片W搬入搬出等离子体生成空间S时，闸阀52打开时，闸门55将搬入搬出口51与等离子体生成空间S隔断，防止等离子体通过搬入搬出口51向负载锁定模块泄漏。

此外，在等离子体处理装置1中，下部高频电源59通过下部供电筒57和下部匹配器58，与作为下部电极的基座13电连接。该下部高频电源59输出2～27MHz范围内的频率、例如2MHz的高频电压。下部匹配器58用于使负荷阻抗与下部高频电源59的内部(或输出)阻抗匹配，使得在腔室10内的等离子体生成空间S中生成等离子体时，下部高频电源59的内部阻抗与负荷阻抗表观上一致。

在下部供电筒57的内侧空间中，与下部电极板15连接并且贯通基座13的连接端子58a的端部露出，并配置有在该内侧空间中上下移动的可动供电棒67。当直流电源16向下部电极板15施加直流电压时，可动供电棒67上升，从而与连接端子58a接触；当直流电源16没有向下部电极板15施加直流电压时，可动供电棒67下降，从而离开连接端子58a。

可动供电棒67在底部有凸缘，而且，下部供电筒57也有向内侧空间突出的凸缘。在可动供电棒67的凸缘和下部供电筒57的凸缘之间，配置有限制可动供电棒67的上下移动的、由作为绝缘体的氮化硅(SiN)构成的弹簧60。在以往的等离子体处理装置中，由于弹簧由导体构成，所以因流过下部供电筒的高频电力引起的电磁感应，弹簧发热、变成高温，弹簧产生恶化。与此相对应，在本实施方式中，如上所述，由于弹簧60由绝缘体构成，所以不会产生因高频电力引起的电磁感应，弹簧60不会变成高温，因此可以防止弹簧60的恶化。

此外，在等离子体处理装置1中，使来自上部高频电源31的高频电力(60MHz)不接地、使来自下部高频电源59的高频电力(2MHz)接地的低通滤波器(LPF)61，与内侧上部电极24电连接。该LPF61优选由LR滤波器或LC滤波器构成。但是，即使1根导线也可以赋予来自上部高频电源31的高频电力足够的电抗，所以可以仅用1根导线代替LR滤波器或LC滤波器与内侧上部电极24电连接。另一方面，用于将来自上部高频电源31的高频电力接地的高通滤波器(HPF)62与基座13电连接。

此外，如图5所示，在内侧上部电极24中，利用由导体、例如SUS制成的螺栓63，固定C/P34、隔板37和上部电极板32。在此，在C/P34中的、螺栓63的头部接触的螺栓支撑面34b中，不存在覆盖C/P34表面的氧化铝膜(绝缘膜)，由于C/P34的铝露出，所以C/P34与螺栓63电气导通。另一方面，由半导体材料构成的上部电极板32具有与螺栓63的螺纹部螺纹连接的螺纹孔32b，螺栓63与该螺纹孔32b螺纹连接，所以上部电极板32与螺栓63电气导通。因此，C/P34和上部电极板32通过螺栓63电气导通。

在以往的等离子体处理装置中，冷却板和上部电极板不电气导通，一旦反复进行蚀刻处理，则上部电极板带电，从而在上部电极板和冷却板之间产生电位差，而且在上部电极板的气体通气孔中产生电场。侵入到上部电极板的气体通气孔中的离子由该电场活化，该离子侵入到冷却板的气体通气孔中。在本实施方式中，与此相对应，如上述那样将C/P34和上部电极板32电气导通。

此外，在本实施方式中，在6个部位用螺栓63固定C/P34、隔板37和上部电极板32，为了将C/P34和上部电极板32电气导通，可以使用至少一个部位的上述螺栓63。

另外，在内侧上部电极24中，在更换由上部电极板32、隔板37、C/P34和电极支撑体33构成的上述的上部电极组件的情况下，首先，必须装配更换用的上部电极板32、隔板37、C/P34和电极支撑体33。此时，如图6所示，用两个圆筒形的定位销64，对隔板37和C/P34进行定位。具体地说，将定位销64插入到在倒置的C/P34的与隔板37相对的面上开口的定位销孔34c中，将隔板37载置到C/P34上，使得从C/P34突出的定位销64插入到在隔板37的与C/P34相对的面上开口的定位销孔(未图示)中。此外，在图6中，省略了C/P34的气体通气孔34a的图示。

定位销64具有在侧面上沿上下方向贯通的缺口64a，截面形状呈C字形。此外，定位销64由树脂材料、例如Cerazole(注册商标)构成。

在以往的等离子体处理装置中，使用圆棒形的定位销进行冷却板和上部电极板的定位，但在反复进行蚀刻处理的情况下，定位销热膨胀，在上部电极板中产生以定位销孔为基点的裂缝。在本实施方式中，与此相对应，如上述那样用圆筒构成定位销64、并设置沿上下方向贯通的缺口64a，利用该缺口64a吸收热膨胀。

此外，在本实施方式中，使用树脂作为定位销64的材料，但只要是弹性材料，也可以使用金属等。

此外，在内侧上部电极24中，上部电极组件由设置在腔室10上面的腔室盖68覆盖。在此，如图7所示，在腔室盖68和C/P34之间配置有O形环65。该O形环65由宽的下部65b和窄的上部65a构成，被压缩并收容在C/P34的上面设置的O形环收容槽66中。

在以往的等离子体处理装置中，O形环的截面形状是圆形，在用腔室盖覆盖上部电极组件时，O形环与腔室盖的接触面积大，所以O形环粘合在腔室盖上。其结果，为了更换上部电极组件而打开腔室盖时，冷却板和腔室盖一起被提起。在本实施方式中，与此相对应，使O形环65中接触腔室盖68的上部65a的宽度变窄，由此使O形环65与腔室盖66的接触面积变小，从而可以防止O形环65粘合在腔室盖66上，因此可以防止将C/P34提起。

在等离子体处理装置1中，为了进行蚀刻，首先，使闸阀52成为打开状态，将加工对象的半导体晶片W搬入腔室10内，并载置在基座13上。然后，从处理气体供给源38，将处理气体、例如C4F8气体和氩气(Ar)的混合气体，以规定的流量和流量比，导入中心缓冲室35和周边缓冲室36，用APC阀48和TMP49将腔室10内的等离子体生成空间S的压力设定为适合蚀刻的值、例如几mTorr～1Torr范围内的任何值。

另外，由上部高频电源31以规定的功率向上部电极22(外侧上部电极23、内侧上部电极24)施加等离子体生成用的高频电力(60MHz)，并且由下部高频电源59以规定的功率向基座13施加蚀刻处理用的、具体地说是反应性蚀刻处理(Reactive Ion Etching：反应性离子蚀刻)的高频电力(2MHz)。此外，从直流电源16向静电卡盘14的下部电极板15施加的直流电压，将半导体晶片W静电吸附在基座13上。

接着，从中心喷头和周边喷头喷出的处理气体，在上部电极22和基座13之间的辉光放电中变成等离子体，利用此时生成的自由基和离子，对半导体晶片W的被处理面进行物理的或化学的蚀刻。

在等离子体处理装置1中，通过向上部电极22施加高频区域(离子不动的5～10MHz以上)的高频电力，在优选的解离状态下将等离子体高密度化，所以即使在更低压力的条件下也可以形成高密度的等离子体。

此外，如上所述，在内侧上部电极24中，由于可以任意调整与被静电吸附在基座13上的半导体晶片W相对的中心喷头和周边喷头的处理气体喷出流量的比率，所以可以在半导体晶片W的直径方向上，控制气体分子或自由基的密度的空间分布，因此也可以任意控制基于自由基的蚀刻特性的空间分布特性。

另一方面，在上部电极22中，作为用于生成等离子体的高频电极，以外侧上部电极23为主、以内侧上部电极24为辅，可以调整由上部高频电源31和下部高频电源59赋予上部电极22正下方的电子的电场强度的比率。因此，可以在直径方向上控制离子密度的空间分布，从而可以任意且精确地控制反应性离子蚀刻的空间特性。

在此，通过改变外侧上部电极23和内侧上部电极24之间的电场强度或投入电力的比率而进行的离子密度空间分布的控制，对于通过改变中心喷头和周边喷头之间的处理气体的流量或气体密度或气体混合比的比率而进行的自由基密度空间分布的控制，实质上没有影响。即，由中心喷头和周边喷头喷出的处理气体的解离在内侧上部电极24正下方的区域内进行，所以即使改变外侧上部电极23和内侧上部电极24之间的电场强度的平衡，对内侧上部电极24内(同一区域内)的中心喷头和周边喷头之间的自由基生成量乃至密度的平衡几乎不会产生影响。这样，在等离子体处理装置1中，实质上可以独立地控制离子密度的空间分布和自由基密度的空间分布。

此外，该等离子体处理装置1在外侧上部电极23的正下方产生大部分乃至过半的等离子体，并向内侧上部电极24的正下方扩散。因此，内侧上部电极24受到等离子体的离子的侵蚀少，所以可以有效地抑制上部电极板32的气体通气孔32a的磨削，可以大幅延长上部电极组件的更换寿命。

另一方面，由于外侧上部电极23没有气体喷出口，所以因离子的侵蚀造成的影响小，不会有外侧上部电极23代替内侧上部电极24而更换寿命变短的情况。

根据上述的等离子体处理装置1，在由上部电极板32、隔板37、C/P34和电极支撑体33构成的上部电极组件中，隔板气体通气孔37a、电极板气体通气孔32a和C/P气体通气孔34a不配置在同一直线上、构成迷宫，所以侵入到电极板气体通气孔32a中的离子的能量可以通过与电极板气体通气孔32a的壁面和隔板气体通气孔37a的壁面的碰撞而消失，由此，可以可靠地防止侵入到电极板气体通气孔32a中的离子侵入到C/P气体通气孔34a中。其结果，可以防止因侵入到C/P气体通气孔34a中的离子造成异常放电而导致上部电极板32损坏，并且由于不需要将阻止离子侵入隔板气体通气孔37a的插入部件插入到电极板气体通气孔32a中，所以可以防止部件个数的增加，从而可以防止维护性的恶化。

此外，即使上部电极板32的电极板气体通气孔32a被磨削，也可以防止离子侵入到C/P气体通气孔34a中，所以可以大幅延长上部电极板32的更换寿命，进而可以大幅延长上部电极组件的更换寿命。此外，隔板37正因为构成迷宫而存在，所以即使隔板37损耗也几乎不需更换。

在上述的等离子体处理装置1中，隔板气体流路具有在隔板37的上面形成的上面环状槽37b和在隔板37的下面形成的下面环状槽37c，所以隔板气体流路将侵入到电极板气体通气孔32a中的离子导入下面环状槽37c和上面环状槽37b，通过使离子与隔板37的下面、C/P34的表面和下面环状槽37c或上面环状槽37b的壁面碰撞，可以可靠地使离子的能量消失，由此，可以更可靠地防止侵入到电极板气体通气孔32a中的离子侵入到C/P气体通气孔34a中。

此外，在隔板37的上面和/或下面形成的槽不限于环状槽，只要在中心喷头和周边喷头中，C/P气体通气孔34a、隔板气体通气孔37a和电极板气体通气孔32a能一起构成迷宫的槽即可。

此外，在上述等离子体处理装置1中，由电极板气体通气孔32a、C/P气体通气孔34a和隔板气体流路构成的中心喷头或周边喷头的电导为6.9×10⁵～2.1×10⁶，所以与以往的等离子体处理装置中的上部电极板的气体通气孔和冷却板的气体通气孔的电导是相同水平，可以将处理气体的供给效率维持在与以往的等离子体处理装置相同的水平，因此可以防止蚀刻处理的效率降低。

另外，在上述的等离子体处理装置1中，由于上部电极板32和C/P34电气导通，所以可以防止上部电极板32带电、从而可以防止在电极板气体通气孔32a中产生电场，因此可以防止侵入到电极板气体通气孔32a中的离子被电场活化并侵入到C/P气体通气孔34a中。

此外，在上述的等离子体处理装置1中，不仅可以使上部电极板32和C/P34电气导通，而且可以使C/P34和隔板37电气导通。由此，可以防止在隔板气体通气孔37a中产生电场，从而可以防止侵入到隔板气体通气孔37a中的离子被活化。

此外，C/P34的氧化铝膜在该C/P34与隔板37的接触面上不存在，利用热喷镀在该接触面上形成硅膜，该硅膜与隔板37直接接触，而且隔板37与上部电极板32直接接触，由此也可以使上部电极板32与C/P34电气导通。

此外，在上述的等离子体处理装置1中，对C/P34和隔板37进行定位的圆筒形定位销64的截面形状为C字形，定位销64具有在侧面上沿上下方向贯通的缺口64a，所以该定位销64可以吸收热膨胀，从而可以防止隔板37损坏。

此外，定位销64对横向的应力可以柔软地变形，所以起到弹簧的作用，在将隔板37装配到C/P34上时，在隔板37相对C/P34产生偏离的情况下，即，在定位销64承受横向应力的情况下，可以使隔板37相对于C/P34移动，从而消除隔板37的偏离。

此外，也可以将与定位销64相同结构的定位销应用于隔板37和上部电极板32的装配，由此，可以防止上部电极板32损坏。

在上述的等离子体处理装置1中，上部电极板32和隔板37部由硅或碳化硅构成，但不需要用相同的材料构成上部电极板32和隔板37，上部电极板32和隔板37中的任何一个都可以由半导体或绝缘体构成，特别地，隔板37不直接暴露于等离子体，所以可以用例如陶瓷类或树脂类的材料构成。

接下来，对本发明的第二实施方式的等离子体处理装置进行说明。

本实施方式的构成和作用与上述的第一实施方式基本相同，仅在隔板由多孔质材料构成方面与上述第一实施方式不同。因此，省略对等离子体处理装置的与第一实施方式相同的结构和作用的说明，以下仅对与第一实施方式不同的结构和作用进行说明。

图8是表示本实施方式的等离子体处理装置中的上部电极周围的概略结构的放大截面图。

在图8中，等离子体处理装置80具有上部电极82，其包括：与基座13隔开规定的间隔相对配置的环状(annular)或环形(donut-shaped)的外侧上部电极23；和在该外侧上部电极23的半径方向内侧、与外侧上部电极23绝缘地配置的圆板形的内侧上部电极81。内侧上部电极81具有由上部电极板32、C/P34、介于上部电极板32和C/P34之间的多孔质隔板83、电极支撑体33构成的上部电极组件。

多孔质隔板83利用由半导体、例如硅和碳化硅，或绝缘体构成的多孔质材料构成。该多孔质隔板83使从C/P34的C/P气体通气孔34a喷出的处理气体透过上部电极板32的电极板气体通气孔32a。此外，该多孔质隔板捕集侵入到电极板气体通气孔32a中的离子，例如使该离子与多孔质材料中的孔的壁面碰撞，从而使能量消失。

根据上述的等离子体处理装置80，介于电极板32和C/P34之间的多孔质隔板83由多孔质材料构成，所以可以使侵入到电极板气体通气孔32a中的离子的能量通过与多孔质材料中的孔的壁面的碰撞而消失，由此，可以可靠地防止侵入到电极板气体通气孔32a中的离子侵入到C/P34气体通气孔34a中。其结果，可以防止因侵入到C/P34气体通气孔34a中的离子造成的异常放电而导致上部电极板32损坏。

本发明不限于上述的等离子体蚀刻处理装置，可以应用于对基板实施CVD处理、等离子体氧化处理、等离子体氮化处理、溅射处理等的等离子体处理的等离子体处理装置及其上部电极组件。

此外，在本发明中，实施等离子体处理的基板不限于半导体晶片，也可以是LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)和FPD(Flat PanelDisplay：平板显示器)等中使用的各种基板、光掩模、CD基板、印刷基板等。

Claims (16)

1.一种等离子体处理装置具备的由电极板和中间部件构成的电极组件，所述电极板具有贯通该电极板的第一气体通气孔、并且所述中间部件具有贯通该中间部件的第二气体通气孔，其特征在于，该电极组件包括：

被配置在所述电极板和所述中间部件之间的隔板，其中，

该隔板使处理气体从所述第二气体通气孔通向所述第一气体通气孔，并且防止侵入到所述第一气体通气孔中的等离子体侵入到所述第二气体通气孔中。

2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于：

所述隔板具有至少由贯通该隔板的第三气体通气孔构成、并且连通所述第二气体通气孔和所述第一气体通气孔的气体流路；

所述第一气体通气孔、所述第二气体通气孔和所述第三气体通气孔不配置在同一直线上。

3.如权利要求2所述的电极组件，其特征在于：

所述隔板是板状部件，所述气体流路具有在所述隔板的与所述中间部件相对的表面和所述隔板的与所述电极板相对的表面中的至少一个上形成的槽。

4.如权利要求2所述的电极组件，其特征在于：

具有由所述第一气体通气孔、所述第二气体通气孔和所述气体流路构成的处理气体供给通路，

所述处理气体供给通路的电导为6.9×10⁵～2.1×10⁶。

5.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于：

所述隔板由多孔质材料构成。

6.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于：

所述电极板和所述中间部件电气导通。

7.如权利要求6所述的电极组件，其特征在于：

具有至少一个将所述中间部件固定在所述电极板上的由导通材料构成的螺栓；

所述电极板由半导体构成；

所述中间部件由导体构成，并且具有覆盖表面的绝缘性膜；

该绝缘性膜在所述螺栓和所述中间部件接触的区域的至少一部分中，使所述导体暴露。

8.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于：

具有进行所述中间部件和所述隔板的定位的圆筒形定位销，

该定位销的截面形状为C字形。

9.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于：

所述隔板由硅或碳化硅构成。

10.一种等离子体处理装置，具有收容基板的处理室、配置在该处理室内的基板载置台、在所述处理室内与所述基板载置台相对的上部电极、和通过该上部电极向所述处理室内供给处理气体的处理气体供给部，所述上部电极是由电极板和中间部件构成的电极组件，所述电极板具有贯通该电极板的第一气体通气孔，并且所述中间部件具有贯通该中间部件的第二气体通气孔，其特征在于：

所述电极组件具有被配置在所述电极板和所述中间部件之间的隔板，

该隔板使处理气体从所述第二气体通气孔通向所述第一气体通气孔，并且防止侵入到所述第一气体通气孔中的等离子体侵入到所述第二气体通气孔中。

11.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述隔板具有至少由贯通该隔板的第三气体通气孔构成、并且连通所述第二气体通气孔和所述第一气体通气孔的气体流路；

在所述电极组件中，所述第一气体通气孔、所述第二气体通气孔和所述第三气体通气孔不配置在同一直线上。

12.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述电极组件具有由所述第一气体通气孔、所述第二气体通气孔和所述气体流路构成的处理气体供给通路，

所述处理气体供给通路的电导为6.9×10⁵～2.1×10⁶。

13.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述隔板由多孔质材料构成。

14.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：

在所述电极组件中，所述电极板和所述中间部件电气导通。

15.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述电极组件具有进行所述中间部件和所述隔板的定位的圆筒形定位销，

该定位销的截面形状为C字形。

16.如权利要求10所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述电极板由环状的第一电极板和在该第一电极板的内侧绝缘地配置的第二电极板构成，

所述处理气体供给部具有对通过所述第一电极板被供给到所述处理室内的所述处理气体的流量和通过所述第二电极板被供给到所述处理室内的所述处理气体的流量的比率进行调整的流量控制装置。

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