JP2001085398A - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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Abstract
いては,アノード電極をボルトにて容器に固定したもの
が一般的であったが,これではアノード電極に流入する
プラズマの熱の大部分がボルトを介して外部に放出され
るため,アノード電極に温度差が生じ,プラズマ処理性
能が不均一となったり,熱応力によってアノードが破損
してしまうといった問題点があった。 【解決手段】 チャンバ5の天板としてのチャック保持
ブロック3に,電源に接続され,絶縁層に覆われた静電
チャック電極6を取り付ける。そして,上記静電チャッ
ク電極6に電位を供給することにより,アノード電極1
を静電気力によって上記チャック保持ブロック3に吸着
保持させる。これにより,アノード電極に締め付け力や
伝熱量の不均一による温度差が生じることがなく,アノ
ード電極の温度差によるプラズマ処理性能の不均一や熱
応力によるアノードの破損などを防止できる。
Description
少なくとも被処理物が保持されるカソード電極と,該カ
ソード電極に対向するアノード電極とが設けられたプラ
ズマ処理装置に関するものである。
るプラズマ処理装置としては,従来から,いわゆる平行
平板型のプラズマ処理装置が広く使用されている。この
平行平板型のプラズマ処理装置では,例えば特開平7−
307334号公報に記載されているように,処理容器
内に,カソード電極とアノード電極とが所定の空間(プ
ラズマ処理空間)を隔てて対向して設置される。上記カ
ソード電極は,処理容器下部に設置され,その上面には
被処理物が載置される。また,上記アノード電極は,上
記処理容器の天板部分の内面側に固定される。ここで,
上記アノード電極の上記処理容器への固定方法として
は,例えば上記公報にも記載されているように,上記ア
ノード電極の周辺部分を複数のボルトにて固定する方法
が一般的であった。
ようにアノード電極をボルトにて処理容器に固定する
と,アノード電極に流入するプラズマの熱はその大部分
が上記アノード電極の周辺部分から外部に放出されるこ
とになるため,アノード電極の中央部と周辺部で温度差
が生じ,プラズマ処理性能が不均一となったり,或いは
熱応力によってアノードが破損してしまうといった問題
点があった。また,ボルト毎の締め付け力が均等でなけ
れば,アノード電極の温度分布に一層の不均一性をもた
らし,上記問題点は更に大きくなる。また,近年では,
例えば半導体デバイス製造産業において処理されるSi
ウェハのように被処理物の大型化が進んでおり,それに
伴うアノード電極の大型化によって上記問題点はより深
刻化している。本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
であり,その目的とするところは,アノード電極の温度
分布を均一化することにより,プラズマ処理室内におけ
るプラズマ処理性能を均一化すると共に,アノード電極
内部における熱応力の発生を抑制することが可能なプラ
ズマ処理装置を提供することである。
に,本発明は,所定の容器内に,被処理物が保持される
カソード電極と,該カソード電極に対向するアノード電
極とが設けられたプラズマ処理装置において,上記容器
に固定される保持部材に,電源に接続され,絶縁層に覆
われた静電チャック電極が取り付けられ,上記アノード
電極が,上記静電チャック電極に電位を供給することに
よって得られる静電気力によって上記保持部材に吸着保
持されてなることを特徴とするプラズマ処理装置として
構成されている。これにより,アノード電極に締め付け
力や伝熱量の不均一による温度差が生じることがなく,
アノード電極の温度差によるプラズマ処理性能の不均一
や熱応力によるアノードの破損などを防止できる。ま
た,更に上記保持部材と上記アノード電極との対向面間
に略一様な間隙を形成し,該間隙に伝熱用ガスを供給す
るようにすれば,アノード電極全面の伝熱効率の均一性
が更に高まり,それによってアノード電極の温度の均一
性も更に高まり,ひいてはプラズマ処理の均一性の更な
る向上が期待できる。尚,この時,上記間隙の周辺部を
シールするシール手段を設ければ,伝熱ガスがプラズマ
処理空間に漏れ出してプラズマ処理に悪影響を及ぼす不
具合を防止できる。また,上記保持部材に,上記アノー
ド電極の周辺部を補助的に保持するクランプを取り付け
れば,上記アノード電極の保持は更に確実なものとな
る。上記クランプを設置する場合には,上記間隙をシー
ルするシール部材は,例えば上記クランプと上記保持部
材との間,及び上記クランプと上記アノード電極との間
に設けることが考えられる。
を直接的若しくは間接的に加熱する加熱手段を設置すれ
ば,アノード電極の温度分布を能動的に制御することが
可能となり,より確実にアノード電極の温度分布の均一
化を図ることができる。このとき,上記保持部材に,上
記アノード電極の温度を直接的若しくは間接的に測定す
る温度測定手段を設置し,温度制御手段により,上記温
度測定手段による測定温度に基づいて上記加熱手段を制
御するようにすれば,アノード電極へのプラズマ流入熱
の時間的変動に追従させ,アノード電極の温度分布を常
に均一に保つことが可能である。
に,誘導結合プラズマ励起用のアンテナを設置し,有ア
ノード型ICP装置とすることも可能である。このと
き,上記保持部材若しくは上記アノード電極の所定位置
に,上記アンテナから供給されるRF電界を部分的にシ
ールドするRFシールド手段を設置すれば,各アンテナ
のRF電界の及ぶ範囲をそれぞれ制限することができ,
プラズマ密度の空間的分布の制御性を向上させることが
可能である。また,アノード電極にRF電力を供給する
場合には,上記保持部材に,高周波RF電源に接続さ
れ,絶縁層に覆われたRFカップリング電極を取付け,
上記RFカップリング電極から上記アノード電極に対し
て間接的にRF電力を供給するように構成することもで
きる。これにより,アノード電極に接点を設ける必要が
ないため,接点部分における局部加熱を防止でき,プラ
ズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損と
いった不具合を防止できる。また,その場合,上記静電
チャック電極を上記RFカップリング電極として兼用す
れば,装置構成及び製作工程を簡略化することができ,
コスト低減や信頼性向上が期待できる。
の実施の形態及び実施例につき説明し,本発明の理解に
供する。尚,以下の実施の形態及び実施例は,本発明を
具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定す
る性格のものではない。ここに,図1は本発明の実施の
形態に係るプラズマ処理装置Z1の概略構成を示す縦断
面模式図,図2は図1におけるアノード電極1の周辺部
の拡大図,図3は静電チャック電極を単極構造とした場
合の模式図,図4は静電チャック電極を双極構造とした
場合の模式図,図5,図6は伝熱ガス充填用間隙8をシ
ールするシール材17の取付け例,図7はヒータ18及
び測温素子19の配置例,図8は本発明を有アノード型
ICPに応用したプラズマ処理装置Z2の概略構成を示
す縦断面模式図,図9はRFカップリング電極22の配
置例,図10は静電チャック電極6を上記RFカップリ
ング電極22として兼用した場合の構成例,図11は上
記プラズマ処理装置Z2における静電チャック電極6或
いはRFカップリング電極22の構成例,図12は上記
プラズマ処理装置Z2におけるヒータ18′の構成例,
図13,図14はRFシールドリング24の配置例であ
る。
は,図1(全体概略図)及び図2(アノード電極近傍の
拡大図)に示すような概略構成を有する。上記プラズマ
処理装置Z1の導電性のチャンバ5(所定の容器に相
当)内には,カソード電極2とアノード電極1とが対向
するように配置されている。上記カソード電極2の上面
には,被処理物Wが載置される。また,上記チャンバ5
の上部には,天板としてのチャック保持ブロック3(保
持部材の一例)が固定されており,上記アノード電極1
は,上記チャック保持ブロック3に固定されたリング状
のクランプ4によりその周辺部において保持されてい
る。上記チャック保持ブロック3の内部には,冷媒が流
される冷媒溝9,プロセスガスが流されるプロセスガス
チャネル10,伝熱用ガスが流される伝熱用ガスチャネ
ル11が,例えば同心円状にそれぞれ1又は複数形成さ
れている。上記プロセスガスチャネル10は,連通路1
3を介して上記アノード電極1に形成された複数のプロ
セスガス供給口12と接続されており,上記プロセスガ
ス供給口12から,区分毎にガス種,流量等が調節され
たプロセスガスがプラズマ処理空間15に供給される。
持ブロック3の下面側(上記アノード電極1との対向面
側)には,絶縁層7で覆われた静電チャック電極6が埋
設されており,高電圧供給線16を介して高電圧電源に
接続されている。上記静電チャック電極6に高電圧を印
加することにより,上記アノード電極1と上記静電チャ
ック電極6とは静電気力によって互いに引き合い,これ
によって上記アノード電極1は上記チャック保持ブロッ
ク3の下面に吸着保持される。このように,本プラズマ
処理装置Z1では,上記アノード電極1をその全面に略
均等に作用する静電気力によって上記チャック保持ブロ
ック3に固定するため,アノード電極に締め付け力や伝
熱量の不均一による温度差が生じることがなく,アノー
ド電極の温度差によるプラズマ処理性能の不均一や熱応
力によるアノードの破損などを防止できる。ここで,上
記静電チャック電極6の配置方法としては,図3に示す
ようにアノード電極1に対して1つの静電チャック電極
6を対応させる単極構造と,図4に示すようにアノード
電極1に対して2つの静電チャック電極6a,6bを対
応させ,双方に正負の高電圧を与えるようにした双極構
造とが考えられる。図3に示す単極構造の場合には,ア
ノード電極1の吸着にはプラズマ着火(カソード電極2
への高電圧供給)が必要となるが,図4に示す双極構造
の場合にはアノード電極1の吸着にプラズマ着火は不要
である。
持ブロック3の下面と上記アノード電極1との対向面間
には,略一様な伝熱ガス充填用間隙8が形成されてお
り,上記チャック保持ブロック3の伝熱用ガスチャネル
11から連通路14を介して伝熱用ガスが供給されるよ
うになっている。上記伝熱ガス充填用間隙8に伝熱ガス
を供給することにより,アノード電極1全面の伝熱効率
の均一性が更に高まり,それによってアノード電極の温
度の均一性が更に高まり,ひいてはプラズマ処理の均一
性の更なる向上が期待できる。ここで,上記伝熱ガス充
填用間隙8内の伝熱ガスがプラズマ処理空間15に漏れ
出すと,プラズマ処理に悪影響を及ぼす場合があるた
め,上記伝熱ガス充填用間隙8と上記プラズマ処理空間
15との間にシール手段を施すことが望ましい。例え
ば,図5に示すように,クランプ4とチャック保持ブロ
ック3との間,及びクランプ4とアノード電極1との間
にシール17を施せば,アノード電極1の周辺部からの
伝熱ガスの漏洩を防止できる。更に,図6に示すよう
に,プロセスガス供給用の連通路13の周りにもシール
17を施すことで,上記連通路13からの伝熱ガスの漏
洩も防止できる。尚,伝熱ガスがプロセスガスの少なく
とも1種と同種の場合には,上記シールは必ずしも必要
ない。
プラズマ処理装置Z1では,チャンバ5の天板としての
チャック保持ブロック3の下面側に絶縁層7で覆われた
静電チャック電極6が埋設されており,これに高電圧を
印加することにより,静電気力によりアノード電極1を
上記チャック保持ブロック3の下面に吸着保持するよう
に構成されているため,アノード電極に締め付け力や伝
熱量の不均一による温度差が生じることがなく,アノー
ド電極の温度差によるプラズマ処理性能の不均一や熱応
力によるアノードの破損などを防止できる。更に,上記
チャック保持ブロック3の下面と上記アノード電極1と
の対向面間に略一様な伝熱ガス充填用間隙8が形成さ
れ,ここに伝熱用ガスが供給されるように構成されてい
るため,アノード電極1全面の伝熱効率の均一性が更に
高まり,それによってアノード電極の温度の均一性も更
に高まり,ひいてはプラズマ処理の均一性の更なる向上
が期待できる。また,上記アノード電極1は,クランプ
4によってその周辺部が補助的に保持されているため,
チャック保持ブロック3からの脱落を確実に防止でき
る。
において,例えば図7に示すように,チャック保持ブロ
ック3に1又は複数のヒータ18(加熱手段の一例)を
埋設し,温度制御を行うように構成すれば,アノード電
極1の温度分布を能動的に制御することが可能となり,
より確実にアノード電極1の温度分布の均一化を図るこ
とができる。尚,アノード電極の制御応答速度をなるべ
く速くするため,上記ヒータ18はアノード電極1に近
い位置(例えば静電チャック電極6の絶縁層7内)に設
置することが望ましい。更には,チャック保持ブロック
3に光透過ロッドを埋め込み,上記光透過ロッドを介し
て赤外線等をアノード電極1に照射するように構成し,
これを上記ヒータとして用いれば,アノード電極1を直
接加熱することができるため,アノード電極の温度制御
の応答性が更に向上する。また,上記チャック保持ブロ
ック3内(例えば静電チャック電極6の絶縁層7内)に
測温素子19(温度測定手段の一例)を挿入し,該測温
素子19による測定温度に基づいて,図示しない温度コ
ントローラにて上記ヒータ18を制御することで,アノ
ード電極1へのプラズマ流入熱の時間的変動に追従さ
せ,アノード電極1の温度分布を常に均一に保つことが
可能である。尚,上記測温素子19としては,アノード
電極1の温度を直接測定できるような素子を用いること
が望ましい。例えば,アノード電極1の裏面に光ファイ
バーの一端を配置し,他の一端を放射温度計に接続すれ
ばよい。これにより,より精度よくアノード電極の温度
を制御できる。更に,上記伝熱ガス充填用間隙8内のガ
ス圧を制御する図示しない伝熱ガス圧コントローラを設
置し,上記温度コントローラによるヒータ19の制御と
連動させて伝熱ガスの圧力を変化させるようにすること
で,アノード電極1の温度制御を更に効率よく行うこと
が可能となる。例えば,プラズマ発生時間帯では伝熱ガ
ス充填用間隙8内のガス圧を伝熱に必要となる所定の値
に設定してプラズマからアノード電極1への流熱を極力
チャック保持ブロック3に逃がすようにし,プラズマ消
滅時間帯(ウェハWを交換している時間帯)は上記ガス
圧を極力低くしてアノード電極1の熱量がなるべくチャ
ック保持ブロック3に伝熱しないように制御することが
考えられる。
ように,チャック保持ブロック3内に複数の誘導結合プ
ラズマ励起用アンテナ21を設置することで,有アノー
ド型ICP(Inductively Coupled Plasma)とすることも
可能である。またこのとき,アノード電極1にRF電力
を供給する場合には,アノード電極1に直接RF電力を
接続すると,その接点部分での抵抗が大きくなって局部
加熱が生じ,プラズマ処理性能が不均一となったり,或
いは熱応力によってアノードが破損してしまうといった
問題が新たに発生してしまう。そこで,図9に示すよう
に,例えばチャック保持ブロック3の絶縁層7内にRF
カップリング電極22を埋設し,静電容量性カップリン
グによりアノード電極1とRFカップリング電極22と
を高周波回路的に連通させるように構成すれば,上記の
ような問題は生じない。更に,図10に示すように,静
電チャック電極6を上記RFカップリング電極22とし
て兼用すれば,装置構成及び製作工程を簡略化すること
ができ,コスト低減や信頼性向上が期待できる。
は,アンテナとプラズマとの間に導電性部材を配置する
場合には,該導電性部材の形状は渦電流発生を阻止しう
るものとする必要がある。有アノード型ICPである上
記プラズマ処理装置Z2では,静電チャック電極6やR
Fカップリング電極22に例えば図11に示すようなス
リット23を設けることで,渦電流発生を阻止しうる構
成とすることが可能である。更に,上記プラズマ処理装
置Z2にヒータを設置する場合には,当然ながらヒータ
線とアンテナとの相互インダクタンスを極力小さくする
ことが望ましい。具体的には,例えば図12に示すよう
に,ヒータ18′のIN側線とOUT側線とをペアにし
て絶縁層7内に平面的に埋め込み,上記IN側線とOU
T側線との間隔は所定の絶縁性を確保できる程度で極力
狭くすればよい。
ICP装置で複数のアンテナを用いる場合には,プラズ
マ処理室内において各アンテナから供給されるRF電界
の及ぶ範囲をそれぞれ制限すれば,プラズマ密度の空間
的分布の制御性を向上させることが可能である。各アン
テナから供給されるRF電界の及ぶ範囲を制限する具体
的な方法としては,例えば図13,図14に示すよう
に,RFシールドリング24(RFシールド手段の一
例)を絶縁層7,或いはアノード電極1に配置すること
が考えられる。RFシールドリング24を図のように配
置することにより,各アンテナ21によるプラズマ発生
領域は,各アンテナの直下近傍に制限される。これによ
り,被処理物であるウェハ直上のどこかにプラズマ密度
の高い領域が局所的に発生したとすれば,その近傍のア
ンテナのみ,RF電力を調整すればよい。一方,上記R
Fシールドリング24を配置しなければ,プラズマ密度
の高い領域が局所的に発生したとしても,比較的遠いア
ンテナからの寄与分を考慮して全てのアンテナに流れる
電流を調整せざるを得ず,制御が複雑となってしまう。
容器内に,被処理物が保持されるカソード電極と,該カ
ソード電極に対向するアノード電極とが設けられたプラ
ズマ処理装置において,上記容器に固定される保持部材
に,電源に接続され,絶縁層に覆われた静電チャック電
極が取り付けられ,上記アノード電極が,上記静電チャ
ック電極に電位を供給することによって得られる静電気
力によって上記保持部材に吸着保持されてなることを特
徴とするプラズマ処理装置として構成されているため,
アノード電極に締め付け力や伝熱量の不均一による温度
差が生じることがなく,アノード電極の温度差によるプ
ラズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損
などを防止できる。また,更に上記保持部材と上記アノ
ード電極との対向面間に略一様な間隙を形成し,該間隙
に伝熱用ガスを供給するようにすれば,アノード電極全
面の伝熱効率の均一性が更に高まり,それによってアノ
ード電極の温度の均一性も更に高まり,ひいてはプラズ
マ処理の均一性の更なる向上が期待できる。尚,この
時,上記間隙の周辺部をシールするシール手段を設けれ
ば,伝熱ガスがプラズマ処理空間に漏れ出してプラズマ
処理に悪影響を及ぼす不具合を防止できる。また,上記
保持部材に,上記アノード電極の周辺部を補助的に保持
するクランプを取り付ければ,上記アノード電極の保持
は更に確実なものとなる。
を直接的若しくは間接的に加熱する加熱手段を設置すれ
ば,アノード電極の温度分布を能動的に制御することが
可能となり,より確実にアノード電極の温度分布の均一
化を図ることができる。このとき,上記保持部材に,上
記アノード電極の温度を直接的若しくは間接的に測定す
る温度測定手段を設置し,温度制御手段により,上記温
度測定手段による測定温度に基づいて上記加熱手段を制
御するようにすれば,アノード電極へのプラズマ流入熱
の時間的変動に追従させ,アノード電極の温度分布を常
に均一に保つことが可能である。
に,誘導結合プラズマ励起用のアンテナを設置し,有ア
ノード型ICP装置とすることも可能である。このと
き,上記保持部材若しくは上記アノード電極の所定位置
に,上記アンテナから供給されるRF電界を部分的にシ
ールドするRFシールド手段を設置すれば,各アンテナ
のRF電界の及ぶ範囲をそれぞれ制限することができ,
プラズマ密度の空間的分布の制御性を向上させることが
可能である。また,アノード電極にRF電力を供給する
場合には,上記保持部材に,高周波RF電源に接続さ
れ,絶縁層に覆われたRFカップリング電極を取付け,
上記RFカップリング電極から上記アノード電極に対し
て間接的にRF電力を供給するように構成することもで
きる。これにより,アノード電極に接点を設ける必要が
ないため,接点部分における局部加熱を防止でき,プラ
ズマ処理性能の不均一や熱応力によるアノードの破損と
いった不具合を防止できる。また,その場合,上記静電
チャック電極を上記RFカップリング電極として兼用す
れば,装置構成及び製作工程を簡略化することができ,
コスト低減や信頼性向上が期待できる。
Z1の概略構成を示す縦断面模式図。
図。
式図。
式図。
17の取付け例。
ズマ処理装置Z2の概略構成を示す縦断面模式図。
グ電極22として兼用した場合の構成例。
ャック電極6或いはRFカップリング電極22の構成
例。
18′の構成例。
例。
Claims (11)
- 【請求項1】 所定の容器内に,被処理物が保持される
カソード電極と,該カソード電極に対向するアノード電
極とが設けられたプラズマ処理装置において,上記容器
に固定される保持部材に,電源に接続され,絶縁層に覆
われた静電チャック電極が取り付けられ,上記アノード
電極が,上記静電チャック電極に電位を供給することに
よって得られる静電気力によって上記保持部材に吸着保
持されてなることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項2】 上記保持部材と上記アノード電極との対
向面間に略一様な間隙が形成され,上記間隙に伝熱用ガ
スが供給されてなる請求項1記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項3】 上記間隙の周辺部をシールするシール手
段を具備してなる請求項2記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項4】 上記保持部材に,上記アノード電極の周
辺部を補助的に保持するクランプが取り付けられてなる
請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項5】 上記保持部材に,上記アノード電極の周
辺部を補助的に保持するクランプが取り付けられ,上記
シール手段が,上記クランプと上記保持部材との間,及
び上記クランプと上記アノード電極との間に設けられて
なる請求項3記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項6】 上記保持部材に設置され,上記アノード
電極を直接的若しくは間接的に加熱する加熱手段を具備
してなる請求項1〜5のいずれかに記載のプラズマ処理
装置。 - 【請求項7】 上記保持部材に設置され,上記アノード
電極の温度を直接的若しくは間接的に測定する温度測定
手段と,上記温度測定手段による測定温度に基づいて上
記加熱手段を制御する温度制御手段とを具備してなる請
求項6記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項8】 上記保持部材の内部若しくは上方に,誘
導結合プラズマ励起用のアンテナが設置されてなる請求
項1〜7のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項9】 上記保持部材若しくは上記アノード電極
の所定位置に,上記アンテナから供給されるRF電界を
部分的にシールドするRFシールド手段が設置されてな
る請求項8記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項10】 上記保持部材に,高周波RF電源に接
続され,絶縁層に覆われたRFカップリング電極が取り
付けられ,上記RFカップリング電極から上記アノード
電極に対して間接的にRF電力が供給されるように構成
されてなる請求項1〜9のいずれかに記載のプラズマ処
理装置。 - 【請求項11】 上記静電チャック電極が,上記RFカ
ップリング電極として兼用されてなる請求項10記載の
プラズマ処理装置。
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JP25820199A JP4323021B2 (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | プラズマ処理装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP25820199A Expired - Lifetime JP4323021B2 (ja) | 1999-09-13 | 1999-09-13 | プラズマ処理装置 |
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