JP2002050612A - プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 量産性を向上させるプラズマ処理装置及びプ
ラズマ処理方法を提供する。 【解決手段】 電極周囲をセラミック状絶縁体部材で包
囲し、基板が直接接触する面以外の表面が絶縁体で被覆
され接地された導電性部材により、突き上げピン昇降空
間と電極基板間への伝熱ガスの供給用ガス溜まり空間と
が形成される。導電性部材は真空室内に積み上げられて
組み立てられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
ディスプレイパネルや太陽電池等の製造における薄膜形
成工程、あるいは、微細加工工程等に用いられ、真空室
内にプラズマを生成させて基板を処理するプラズマ処理
装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラズマ処理装置は、デバイスの
高機能化とその処理コストの低減のために、高精度化、
高速化、大面積化、低ダメージ化を実現する取り組みが
盛んに行なわれている。中でも、成膜においては基板内
の膜質均一性を得るため、また、微細加工に用いられる
ドライエッチングにおいては、寸法精度の確保のため
に、特に、基板温度を面内で均一に、かつ、精密に制御
することが要求されている。そのため、電極と基板との
間に伝熱ガスを封入して基板温度を制御するとともに、
機械構造的なクランプもしくは静電吸着電極を使用する
ことにより伝熱ガスを封入しても基板が移動しないよう
にしたプラズマ処理装置が使用され始めている。

【０００３】以下に、従来の静電吸着電極を用いたプラ
ズマ処理装置について説明する。

【０００４】図３は従来のプラズマ処理装置の反応室の
断面図である。第１の従来例として、以下このプラズマ
処理装置について説明する。

【０００５】図３において、真空室１０１は、エッチン
グガス導入装置１３０に接続されるガス導入口１３１
と、真空排気装置１２０を有する。真空室１０１内に
は、被処理基板１０２を静電吸着する基板保持台１０３
を備える。基板保持台１０３は、表面をセラミック１０
３ａと、内部に冷却水路（図示せず）を有し表面を絶縁
皮膜により被覆されたアルミニウム製ベース部１０３ｂ
からなり、セラミック１０３ａの表面から５００μｍの
位置にタングステンからなる１対の静電吸着用内部電極
１０３ｃ、１０３ｄを、アルミニウム製ベース部１０３
ｂにて挟んだ構造となっている。一方の内部電極１０３
ｃには正の電圧を印加し、他方の内部電極１０３ｄには
負の電圧を印加する構成である。基板保持台１０３に
は、上記被処理基板１０２を静電吸着するための直流電
源１０６、高周波フィルター１４０、及び高周波電力供
給装置１０７が接続されている。又、被処理基板１０２
を基板保持台１０３に設置及び離脱させるために被処理
基板を昇降させる突き上げ機構１０５がある。なお、１
１０は接地された上部電極である。

【０００６】このように構成された従来のプラズマ処理
装置１００について、以下にその動作を説明する。ま
ず、突き上げ機構１０５により昇降可能に基板保持台１
０３に載置された被処理基板１０２には、静電吸着電極
内の１対の内部電極１０３ｃ及び１０３ｄに、内部電極
１０３ｃ及び１０３ｄにそれぞれに対応して設けられた
直流電源１０６により、それぞれ、正の電圧及び負の電
圧が印加される。この結果、プラズマ処理に最適な温度
となる様に被処理基板１０２が基板保持台１０３の表面
に固定される。

【０００７】次の動作として、Ｈｅ（ヘリウム）供給機
構１０８ａにより、基板保持台１０３の上面側すなわち
基板１０２の裏面側にＨｅガスを導入し、ヘリウムガス
の圧力制御機構により、基板１０２が基板保持台１０３
から脱離しない程度のある圧力にＨｅガスを調圧する。
このとき、セラミック１０３ａとアルミニウム製ベース
部１０３ｂと内部電極１０３ｃ及び１０３ｄとを貫通す
るように形成されている複数の伝熱ガス導入穴１０３ｈ
を通じて、ほとんど同時的に基板１０２の裏面側にＨｅ
ガスを供給できる。その理由は、各伝熱ガス導入穴１０
３ｈの上流側の端部にガス溜まり１０８ｂが、表面を酸
化膜で被覆したアルミニウム製のハウジングで構成され
る真空室１０１とアルミニウムベース部１０３ｂとの間
に溝形状として形成されており、このガス溜まり１０８
ｂ内にＨｅガスを一旦溜めたのち、上記複数の伝熱ガス
導入穴１０３ｈに供給されるためである。そして、この
ように基板１０２の裏面側にＨｅガスが供給された状態
で、被処理基板１０２に対して通常のプラズマ処理が施
される。

【０００８】さらに、次の動作として、ガス導入口１３
１より反応ガスを導入し、真空室１０１内をプラズマ処
理が最も精度良くできる圧力に調圧し、高周波電源１０
７から高周波電力を内部電極１０３ｃ、１０３ｄに供給
することによりプラズマを生成させ、被処理基板１０２
の裏面をＨｅガスで効率よく冷却しながら、所望のドラ
イエッチングが達成される。エッチングが終了した後、
高周波電力、反応ガス、及び、基板裏面へのＨｅガスの
供給を止め、一旦、排気システム１２０にて真空排気を
行う。その後、基板１０２を搬送するため、突き上げ機
構１０５で基板保持台１０３から基板１０２を剥離さ
せ、所定の処理を終了する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本ドラ
イエッチング装置のようなプラズマ処理装置は、プラズ
マによってできる反応生成物が真空室１０１の内部、突
き上げ機構１０５の突き上げピン１０５ａの昇降空間１
０５ｂ、Ｈｅガスのガス溜まり１０８ｂに入り込み、ダ
ストとなり、デバイスの歩留まりを低下させる原因とな
る。よって、常にプラズマにさらされる真空室はもちろ
ん、ダスト侵入のある部品全体を、処理装置より取り外
して有機溶剤等で洗浄することが定期的に必要である。
そのためには、部品の組立及び取り外しの簡便性が課題
であった。

【００１０】また、近年の基板保持台へ印加するプラズ
マ生成用交流電力の１ＭＨｚ以下でかつワット密度６Ｗ
／ｃｍ²以上の高パワー化、及び処理時圧力の高真空化
１Ｐａ以下により、電極周辺あらゆる部材に電波が伝わ
り、すなわちアンテナ化し、そこを印加電極として、突
き上げピン昇降空間１０５ｂ、Ｈｅ供給ガス溜まり１０
８ｂにて異常放電が発生し、プラズマ効率が低下し、所
望の処理が得られないと言う課題が発生する。

【００１１】その対策として、特開平５−１５２２０９
号公報のように、真空室に面する部材を導電性部材によ
り包囲し、その部材を接地することで、真空室空間の異
常放電を防止するという案であるが、例えば図２に示す
ような完全な等方排気の構造をとって、対称的なガス流
れにより均一な放電の回り込みとなってプラズマを電極
周辺均等に引き込むことに特徴を持たせる場合には、真
空室空間のいかなる場所で放電が生じても無関係であ
る。しかしながら、図３のプラズマ処理装置では、突き
上げピン昇降空間１０５ｂ、Ｈｅ供給ガス溜まり１０８
ｂで異常放電が生じるのは、重大な問題である。

【００１２】よって、従来の対応策としては、突き上げ
ピン昇降空間及びＨｅ供給ガス溜まりといった空間をな
るべく電極より距離を離すことにより、絶縁性を確保し
ていた。

【００１３】また、従来例では、突き上げ機構１０５、
突き上げピン昇降空間１０５ｂ、ガス溜まり１０８ｂ
は、接地された真空室外側に位置し、電気的にシールド
された空間の外側にあることでプラズマ生成時のアンテ
ナによる異常放電を防止している。しかしながら、この
ような構成にすれば、構成部材が巨大化及び複雑化して
しまい、組み付け、取り外しは、真空室の外側と内側と
からの両方の作業になるため、非常に多くの労力が必要
であった。

【００１４】また、別の対策として、プラズマ効率を悪
化させることを前提に、突き上げピン昇降空間１０５
ｂ、ガス溜まり１０８ｂにおいて、定常的に放電させ、
そのためのプラズマスパッタによる部品摩耗、ダスト源
となる反応生成物の発生はメンテナンス毎に部品交換す
るか、洗浄するという作業が必要であり非常に生産性を
悪化させていた。

【００１５】また、発明者の調査したところ、印加周波
数が１ＭＨｚ以下であるとアルミニウム製ベース部１０
３ｂの内部の導通部を接地していても、アルミニウム製
ベース部の表面の絶縁皮膜が局所的に絶縁破壊してしま
い、電力が効率よく印加するための整合ができなくなる
という問題が発生する。

【００１６】また、別の対応策として、伝熱ガスの圧力
を放電の発生しにくい圧力まで低下させるといった方法
で対応していた。しかしながら、この方法は、基板温度
の面内均一性の悪化、基板温度と電極温度との差の拡
大、すなわち温度制御性の悪化、またはプロセス条件の
変更、特にプラズマ生成用の印加電力の変更により基板
温度が変化する等、プロセスマージンの縮小化を引き起
こしている。

【００１７】このように、いずれの従来方法において
も、量産性を低下させることになっていた。

【００１８】従って、本発明の目的は、上記問題を解決
することにあって、量産性を向上させることができるプ
ラズマ処理装置及び方法を提供することにある。

【００１９】具体的には、本発明の１つの観点として、
上記したような課題を解決するためになされたものであ
って、量産性を向上させるため、近年の印加電力の高パ
ワー化、及び低周波化、処理時圧力の高真空化において
も、電極周辺あらゆる部材のアンテナ化による、突き上
げピン昇降空間及びＨｅ供給ガス溜まりの異常放電発生
を防止し、効率の良いプラズマを生成させることができ
るプラズマ処理装置及び方法を提供することにある。

【００２０】また、本発明の別の観点として、量産性を
向上させるため、導電性部材表面の絶縁皮膜の絶縁破壊
を防止し、高周波電力が効率よく印加するための整合を
長期間行うことができるプラズマ処理装置及び方法を提
供することにある。

【００２１】また、本発明の別の観点として、量産性を
向上させるため、電極構成部品の巨大化、複雑化を無く
し、組み付け、取り外しの作業の簡便性を上げることが
できるプラズマ処理装置及び方法を提供することにあ
る。

【００２２】さらに、本発明の別の観点として、量産性
を向上させるため、プロセス条件の変更、特にプラズマ
生成用の印加電力の変更による基板温度の変化が減少
し、プロセスマージンの確保を行うことができるプラズ
マ処理装置及び方法を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下のように構成する。

【００２４】本発明の第１態様によれば、真空室と、真
空室内を排気する排気装置と、上記真空室内に配置され
かつ上記真空室内にプラズマを生成するための電極と、
上記電極に基板を昇降可能に載置するための基板突き上
げ機構と、上記電極と上記基板との間に伝熱ガスを供給
し、上記基板の温度を制御する基板冷却機構を有して、
上記真空室内にプラズマを生成させて上記基板を処理す
るプラズマ処理装置であって、上記突き上げ機構の上記
基板を昇降させる突き上げピンの昇降空間と、上記伝熱
ガスを上記電極と上記基板の間に複数の穴から供給する
ためのガス溜まり空間とを構成する部材が、上記真空室
内より積み上げ方式によって組み立てられていることを
特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

【００２５】本発明の第２態様によれば、上記突き上げ
ピンの昇降空間とガス溜まり空間とを構成する部材が、
上記真空室の底面から上方に向かうに従い、円筒状のハ
ウジング、上記突き上げ機構の駆動部分、円板状ハウジ
ング、上記電極を内蔵する基板保持台の順に積み重ねて
組み立てられるようにした第１の態様に記載のプラズマ
処理装置を提供する。

【００２６】本発明の第３態様によれば、真空室と、真
空室内を排気する排気装置と、上記真空室内に配置され
かつ上記真空室内にプラズマを生成するための電極と、
上記電極に基板を昇降可能に載置するための基板突き上
げ機構と、上記電極と上記基板との間に伝熱ガスを供給
し、上記基板の温度を制御する基板冷却機構を有して、
上記真空室内にプラズマを生成させて上記基板を処理す
るプラズマ処理装置であって、上記電極の周囲は、セラ
ミック状の絶縁体部材により包囲され、さらに上記基板
が直接接触する面以外は表面に絶縁体を被覆した導電性
部材により包囲され、かつ、上記導電性部材は接地され
ており、上記突き上げ機構の上記基板を昇降させる突き
上げピンの昇降空間と、上記伝熱ガスを上記電極と上記
基板の間に複数の穴から供給するためのガス溜まり空間
とが、上記接地された導電性部材内に構成されているこ
とを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

【００２７】本発明の第４態様によれば、上記接地され
た導電性部材は、上記真空室内より積み上げ方式によっ
て組み立てられている第３の態様に記載のプラズマ処理
装置を提供する。

【００２８】本発明の第５態様によれば、３００ｋＨｚ
以上１ＭＨｚ以下の高周波を使用して上記真空室内にプ
ラズマを生成するとともに、５０Ｐａ以上３０００Ｐａ
以下までの圧力範囲内に調整した上記伝熱ガスにより、
上記基板の温度を制御してプラズマ処理する第１〜４の
いずれか１つの態様に記載のプラズマ処理装置を提供す
る。

【００２９】本発明の第６態様によれば、１Ｐａ以下の
圧力領域で上記真空室内にプラズマを生成してプラズマ
処理する第１〜５のいずれか１つの態様に記載のプラズ
マ処理装置を提供する。

【００３０】本発明の第７態様によれば、電極に基板を
昇降可能に載置するための突き上げ機構の上記基板を昇
降させる突き上げピンの昇降空間と、電極と上記基板と
の間に供給される伝熱ガスを上記電極と上記基板の間に
複数の穴から供給するためのガス溜まり空間とを構成す
る部材が、真空室内に積み上げ方式によって組み立てら
れたのち、上記真空室内を排気して上記真空室内にプラ
ズマを生成するとともに、上記電極と上記基板との間に
上記伝熱ガスを供給して上記基板の温度を制御しながら
上記基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方法
を提供する。

【００３１】本発明の第８態様によれば、上記真空室の
底面から上方に向かうに従い、円筒状のハウジング、上
記突き上げ機構の駆動部分、円板状ハウジング、上記電
極を内蔵する基板保持台の順に積み重ねて組み立てるよ
うにした第７の態様に記載のプラズマ処理方法を提供す
る。

【００３２】本発明の第９態様によれば、電極の周囲
が、セラミック状の絶縁体部材により包囲され、さらに
上記電極に載置される基板が直接接触する面以外は表面
に絶縁体を被覆した導電性部材により包囲され、かつ、
上記導電性部材が接地される状態で、上記電極に上記基
板を昇降可能に載置するための突き上げ機構の上記基板
を昇降させる突き上げピンの昇降空間と、電極と上記基
板との間に供給される伝熱ガスを上記電極と上記基板の
間に複数の穴から供給するためのガス溜まり空間とを構
成する部材が、真空室内に積み上げ方式によって組み立
てられたのち、上記真空室内を排気して上記真空室内に
プラズマを生成するとともに、上記電極と上記基板との
間に上記伝熱ガスを供給して上記基板の温度を制御しな
がら上記基板を処理することを特徴とするプラズマ処理
方法を提供する。

【００３３】本発明の第１０態様によれば、３００ｋＨ
ｚ以上１ＭＨｚ以下の高周波を使用して上記真空室内に
プラズマを生成するとともに、５０Ｐａ以上３０００Ｐ
ａ以下までの圧力範囲内に調整した上記伝熱ガスによ
り、上記基板の温度を制御してプラズマ処理する第７〜
９のいずれか１つの態様に記載のプラズマ処理方法を提
供する。

【００３４】本発明の第１１態様によれば、１Ｐａ以下
の圧力領域で上記真空室内にプラズマを生成してプラズ
マ処理する第７〜１０のいずれか１つの態様に記載のプ
ラズマ処理方法を提供する。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる実施の形
態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００３６】本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理
装置及び方法の一具体例として反応性イオンエッチング
型のドライエッチング装置及び方法について、図１を用
いて説明する。

【００３７】図１において、真空室１は、反応ガスとし
てのエッチングガスを真空室１内に導入するためのエッ
チングガス導入装置３０に接続されるガス導入口３１
と、真空室１内を排気する真空排気装置２０を有する。
この真空排気装置２０は、具体的には、図２に示すよう
に、基板２の中心軸に対して、完全な等方排気の構造を
とっているため、反応ガスの流れによりプラズマを内部
電極周辺に均等に引き込むことができるようにしてい
る。なお、２０ｂは真空排気装置２０の排気口、２０ａ
は真空排気装置２０の開閉弁である。真空室１内には、
被処理基板２を静電吸着する基板保持台３を備える。基
板保持台３は、例えば厚さ５ｍｍのセラミック層３ａ
と、内部に冷却水路（図示せず）を有するアルミニウム
製ベース部３ｂとより構成されている。セラミック層３
ａの表面から例えば５００μｍの内部には、タングステ
ンからなる１対の静電吸着用内部電極３ｃ、３ｄを内蔵
し、セラミック層３ａは内部電極３ｃ、３ｄの下方まで
包囲している。一方の内部電極３ｃには正の電圧を印加
し、他方の内部電極３ｄには負の電圧を印加するように
している。その電圧印加を行うためにそれぞれの直流電
源６が高周波フィルター４０を介して１対の静電吸着用
内部電極３ｃ、３ｄに接続されているとともに、両方の
静電吸着用内部電極３ｃ、３ｄにプラズマ生成用の５０
０ｋＨｚのプラズマ生成用交流電源７が接続されてい
る。真空室１の内部の上端には絶縁体（図示せず）を介
して上部電極１０配置されるとともに真空室１とは別々
に接地され、上部電極１０は基板保持台３に載置される
基板２に対向するようにしている。さらに、伝熱ガスの
一例である冷却用Ｈｅ（ヘリウム）ガスを基板保持台３
の上面と基板２の裏面との間隙へ供給するための冷却用
Ｈｅガス供給機構８ａが設けられている。このＨｅガス
供給機構８ａは、基板冷却用のＨｅガスの供給及び供給
停止を行う開閉バルブ８ｄと、Ｈｅガスの供給流量を制
御する流量コントローラ８ｅとより構成されている。ま
た、Ｈｅガスの基板２の裏面でのＨｅガスの圧力を調整
するＨｅガス圧力調整機構８ｃは、後述する上記複数の
突き上げピン５ａの突き上げピン昇降空間５ｂからのＨ
ｅガスの排気及び排気停止を行う開閉バルブ８ｆと、Ｈ
ｅガスの排気管内の圧力を測定する圧力計８ｐと、排気
管によるＨｅガスの排気量を制御する絞り弁８ｖとから
構成されている。なお、各突き上げピン５ａは、後述す
る、セラミック層３ａと、内部電極３ｃ及び３ｄと、ア
ルミニウム製ベース部３ｂと、ハウジング９ｂとを貫通
して一斉に同期して昇降可能なように配置されている。

【００３８】基板保持台３の下部には、基板搬送のた
め、複数の突き上げピン５ａにより被処理基板２を突き
上げ可能とする突き上げ機構５を有している。突き上げ
機構５は、真空室１の外に駆動源となる回転モーター５
ｅを配置して、回転モーター５ｅと真空室内の駆動部分
とは、マグネットカップリング５ｄにより連結すること
により、真空室１内の駆動部分を真空室外の大気に対し
てシールされるようにしている。真空室１内の駆動部分
は、マグネットカップリング５ｄを介して回転する回転
軸５ｇと、回転軸５ｇに直結されかつマグネットカップ
リング５ｄを介して真空室内の回転軸５ｆに伝達される
回転モーター５ｅの回転運動を直線運動に変換する歯車
機構５ｃとより構成されている。歯車機構５ｃは、表面
が酸化膜で被覆されて絶縁性を持ったアルミニウム製の
円筒状のハウジング９ａ内に収納され、真空室１の内部
より組み付けできる構造となっている。ハウジング９ａ
は、金属で構成されて、真空室１と電気的導通を持って
接地状態となっているとともに、上記回転軸５ｆを回転
自在に収納する空間９ｃを有している。また、上記複数
の突き上げピン５ａの突き上げピン昇降空間５ｂも本ハ
ウジング９ａ内に構成され、金属で円板状に形成されて
電気的にハウジング９ａと導通したハウジング９ｂによ
り包囲されている。なお、ハウジング９ｂには、４ヵ所
の伝熱ガス導入穴３ｈが形成されている。また、ハウジ
ング９ａとハウジング９ｂとの間には、ガス溜まり８ｂ
が環状の溝形状に形成されている。ガス溜まり８ｂは、
基板保持台３、すなわち、セラミック層３ａと内部電極
３ｃ及び３ｄとアルミニウム製ベース部３ｂとに構成さ
れている複数例えば４ヵ所の伝熱ガス導入穴３ｈとつな
がっており、基板保持台３の上面と基板２の裏面との間
の隙間に４ヵ所の伝熱ガス導入穴３ｈからほとんど同時
的にＨｅガスが供給できる様に構成されている。

【００３９】また、上記ドライエッチング装置を自動運
転するため、エッチングガス導入装置３０と、真空排気
装置２０と、直流電源６と、プラズマ生成用交流電源７
と、Ｈｅガスの供給機構８ａと、突き上げ機構５などの
装置が制御装置（図示せず）に接続されてそれぞれの動
作が上記制御装置により制御されるようにしてもよい。

【００４０】以上のように構成された、ドライエッチン
グ装置について、図１を用いてその動作を説明する。

【００４１】まず、上端位置に位置した突き上げ機構５
の突き上げピン５ａにより被処理基板２が基板保持台３
の上面の上方で支持されたのち、突き上げ機構５により
突き上げピン５ａが下端位置まで下降して被処理基板２
が基板保持台３の上面に載置される。その後、静電吸着
電極内の１対の内部電極３ｃ及び３ｄにそれぞれの直流
電源６により正の電圧及び負の電圧がそれぞれ印加され
される。この結果、プラズマ処理に最適な温度となる様
に被処理基板２が静電吸着用内部電極３ｃ及び３ｄの表
面側に固定される。

【００４２】次の動作として、上記Ｈｅガス供給機構８
ａにより、基板保持台３の上面側すなわち基板２の裏面
側のガス溜まり８ｃに、Ｈｅガスを例えば１０ｃｃ／分
にて導入するとともに、内部電極３ｃ及び３ｄなどに形
成されている４ヵ所の伝熱ガス導入穴３ｈを通じて、ほ
とんど同時に基板保持台３の上面と基板２の裏面との間
にＨｅガスを供給する。上記Ｈｅガス圧力調整機構８ｃ
により基板２が基板保持台３から脱離しない程度のある
圧力、例えば１４００Ｐａ、に調圧する。

【００４３】さらに、次の動作として、一例として、エ
ッチングガス導入装置３０によりガス導入口３１より反
応ガスであるＡｒを２００ｃｃ／分にて導入し、０．５
Ｐａに調圧し、プラズマ生成用交流電源７から、一対の
内部電極３ｃ、３ｄに１ｋＷ供給することによりプラズ
マを生成させ、被処理基板２の裏面をＨｅガスで効率よ
く冷却しながら、被処理基板２に対して所望のドライエ
ッチングが達成される。

【００４４】ここで、突き上げピン昇降空間５ｂとガス
溜まり８ｂとは、セラミック層３ａにより絶縁性を充分
確保し、高周波が印加されている内部電極３ｃ、３ｄと
遮蔽され、かつ、接地状態であるハウジング９ａと同じ
く接地状態であるハウジング９ｂとにより突き上げピン
昇降空間５ｂが包囲されている。このため、セラミック
層３ａのアンテナ化が発生しても、そこは、充分なセラ
ミック層３ａの厚みによりパワー密度が低減されている
ため、プラズマ生成用交流電力の３ｋＷまで、３００ｋ
Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下の高周波、また、プラズマ処理時
の１Ｐａ以下の高真空化においても、一切、異常放電し
ないことが確認されている。

【００４５】また、伝熱ガスの圧力を１４００Ｐａとし
ているが、これも４０００Ｐａまで上げても放電しない
ことが確認されている。ただし、圧力の高い場合、調圧
時間が長くなりスループットに影響する。本ドライエッ
チング装置では３０００Ｐａより高圧では実使用に影響
が大きいため、不適である。逆に、５０Ｐａ未満では、
基板温度の面内均一性が１０％を越えるため、所望する
エッチングが得られない。

【００４６】さらに、次の動作として、エッチングが終
了した後、プラズマ生成用交流電源、反応ガス、及び、
基板裏面へのＨｅガスの供給を止め、一旦、真空排気装
置２０にて真空排気を行いながら、直流電源６の出力を
止め、その後、基板２を搬送するため、突き上げ機構５
を駆動して突き上げピン５ａを下端位置から上端位置ま
で上昇させて基板保持台３から基板２を剥離させ、所定
の処理を終了する。

【００４７】その後、本ドライエッチング装置をメンテ
ナンスする際には、以下のように分解することができ
る。すなわち、真空室内には、円筒状のハウジング９ａ
や基板保持台３などが積み上げられて組み立てられてい
る。すなわち、真空室１の底面から上方に向かうに従
い、円筒状のハウジング９ａ、歯車機構５ｃ及び突き上
げピン５ａなどの突き上げ機構５の駆動部分、円板状ハ
ウジング９ｂ、基板保持台３の順に積み重ねて組み立て
たのち、押さえリング５０を、ボルト８本（図示せず）
にて、真空室１の底部側に一括して固定保持している。
このため、８本のボルトを外して押さえリング５０を上
方に取り外すことのみで、ハウジング９ａ、歯車機構５
ｃなどの突き上げ機構５の駆動部分、ハウジング９ｂ、
基板保持台３を容易に取り外すことができる。また、基
板保持台３内の内部電極３ｃ、３ｄの周囲は絶縁性のセ
ラミック層３ａにより包囲され、さらに、基板２が直接
接触する面以外は、表面に絶縁体を被覆した導電性部
材、すなわち、表面が酸化膜で被覆されて絶縁性を持っ
たアルミニウム製の円筒状のハウジング９ａと電気的に
ハウジング９ａと導通したハウジング９ｂとにより包囲
されているため、電気的特性として非常にコンパクトに
絶縁されている。このため、これらの部材が巨大化する
ことなく構成できる。よって、組立及び取り外しの作業
性が高く、また、重量物を取り扱う危険性も低い。

【００４８】さらに、突き上げピン昇降空間５ｂとガス
溜まり８ｂとは、セラミック層３ａにより絶縁性を充分
確保し、高周波が印加されている内部電極３ｃ、３ｄと
遮蔽され、かつ、接地状態であるハウジング９ａと同じ
く接地状態であるハウジング９ｂとにより突き上げピン
昇降空間５ｂが包囲されている。このため、セラミック
層３ａのアンテナ化が発生しても、そこは、充分なセラ
ミック層３ａの厚みによりパワー密度が低減されている
ため、印加周波数が１ＭＨｚ以下であっても、基板保持
台周辺の全ての部材の絶縁皮膜表面が局所的に絶縁破壊
し、電力が効率よく印加するための整合ができなくなる
という問題も発生していない。

【００４９】以上のように、上記実施形態によれば、真
空室内には、円筒状のハウジング９ａや基板保持台３な
どが順に積み上げられて組み立てられている。すなわ
ち、具体的には、真空室１の底面から上方に向かうに従
い、円筒状のハウジング９ａ、歯車機構５ｃ及び突き上
げピン５ａなどの突き上げ機構５の駆動部分、円板状ハ
ウジング９ｂ、基板保持台３の順に積み重ねて組み立て
られている。この結果、ダスト侵入の可能性のある部品
全体を処理装置より取り外して定期的に有機溶剤等で洗
浄する場合などのために取り外すときには、組立て順と
は逆の順序で、基板保持台３、ハウジング９ｂ、歯車機
構５ｃなどの突き上げ機構５の駆動部分、ハウジング９
ａを容易に取り外すことができる。よって、部品の組立
及び取り外しの簡便性に優れたものとすることができ、
量産性を向上させることができる。

【００５０】また、突き上げピン昇降空間５ｂとガス溜
まり８ｂとは、セラミック層３ａにより絶縁性を充分確
保し、高周波が印加されている内部電極３ｃ、３ｄと遮
蔽され、かつ、接地状態であるハウジング９ａと同じく
接地状態であるハウジング９ｂとにより突き上げピン昇
降空間５ｂが包囲されている。このため、セラミック層
３ａのアンテナ化が発生しても、そこは、充分なセラミ
ック層３ａの厚みによりパワー密度が低減されているた
め、プラズマ生成用交流電力の３ｋＷまで、３００ｋＨ
ｚ以上１ＭＨｚ以下の高周波、また、プラズマ処理時の
１Ｐａ以下の高真空化においても、一切、異常放電しな
い。よって、近年の印加電力の高パワー化、及び、低周
波化、処理時圧力の高真空化においても、電極周辺あら
ゆる部材のアンテナ化による、突き上げピン昇降空間及
びＨｅ供給ガス溜まりでの異常放電発生を防止し、効率
の良いプラズマを生成させることができ、量産性を向上
させることができる。

【００５１】また、突き上げピン昇降空間５ｂとガス溜
まり８ｂとは、セラミック層３ａにより絶縁性を充分確
保し、高周波が印加されている内部電極３ｃ、３ｄと遮
蔽され、かつ、接地状態であるハウジング９ａと同じく
接地状態であるハウジング９ｂとにより突き上げピン昇
降空間５ｂが包囲されている。このため、セラミック層
３ａのアンテナ化が発生しても、そこは、充分なセラミ
ック層３ａの厚みによりパワー密度が低減されているた
め、５０Ｐａ以上３０００Ｐａ以下までの圧力範囲内に
調整した上記伝熱ガスにより上記基板の温度を制御して
いる状態で、プラズマ生成用交流電力の３ｋＷまで、３
００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の高周波、また、プラズマ
処理時の１Ｐａ以下の高真空化においても、一切、異常
放電しない。よって、導電性部材であるハウジング９ａ
の表面の酸化膜で構成される絶縁皮膜の絶縁破壊を防止
し、高周波電力が効率よく印加するための整合を長期間
行うことができ、量産性を向上させることができる。

【００５２】また、基板保持台３内の内部電極３ｃ、３
ｄの周囲は絶縁性のセラミック層３ａにより包囲され、
さらに、基板２が直接接触する面以外は、表面に絶縁体
を被覆した導電性部材、すなわち、表面が酸化膜で被覆
されて絶縁性を持ったアルミニウム製の円筒状のハウジ
ング９ａと電気的にハウジング９ａと導通したハウジン
グ９ｂとにより包囲されているため、電気的特性として
非常にコンパクトに絶縁されている。このため、これら
の部材が巨大化することなく構成できる。よって、電極
構成部品の巨大化、複雑化を無くし、組み付け、取り外
しの作業の簡便性を上げることができ、量産性を向上さ
せることができる。

【００５３】さらに、突き上げピン昇降空間５ｂとガス
溜まり８ｂとは、セラミック層３ａにより絶縁性を充分
確保し、高周波が印加されている内部電極３ｃ、３ｄと
遮蔽され、かつ、接地状態であるハウジング９ａと同じ
く接地状態であるハウジング９ｂとにより突き上げピン
昇降空間５ｂが包囲されている。このため、セラミック
層３ａのアンテナ化が発生しても、そこは、充分なセラ
ミック層３ａの厚みによりパワー密度が低減されている
ため、５０Ｐａ以上３０００Ｐａ以下までの圧力範囲内
に調整した上記伝熱ガスにより上記基板の温度を制御し
ている状態で、プラズマ生成用交流電力の３ｋＷまで、
３００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の高周波、また、プラズ
マ処理時の１Ｐａ以下の高真空化においても、一切、異
常放電しない。よって、上記伝熱ガスを５０Ｐａ以上３
０００Ｐａ以下までの圧力範囲内に調整することができ
るため、基板温度の面内均一性の悪化を防止し、基板温
度と電極温度との差の拡大を抑制し、すなわち温度制御
性の悪化を防止し、またはプロセス条件の変更、特にプ
ラズマ生成用の印加電力の変更により基板温度が変化す
ることを防止して、プロセスマージンの縮小化を防止す
ることができる。すなわち、プロセス条件の変更、特に
プラズマ生成用の印加電力の変更による基板温度の変化
が減少し、プロセスマージンの確保を行うことができ、
量産性を向上させることができる。

【００５４】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施できる。

【００５５】例えば、上記実施形態において、基板裏面
に流す伝熱ガスとしてＨｅガスを用いたが、これ以外の
不活性ガスや別のガスを用いても良い。

【００５６】また、上記実施形態において、基板裏面に
流すＨｅガスの配管系統は上記実施形態記載の系統に限
られるものでなく、基板裏面にガスを供給できればいず
れの配管系統を用いても良い。

【００５７】また、上記実施形態において、基板保持台
を一対の内部電極を有するいわゆる双極型の静電吸着電
極としたが、単極型の静電吸着電極に本発明の静電吸着
電極の形状を用いても同様の効果が得られる。

【００５８】また、上記実施形態において、反応性イオ
ンエッチング型のドライエッチング装置としたが、プラ
ズマの生成方法はこれに限られるものでなく、誘導結合
型、ＥＣＲ型、ヘリコン波型、表面波型等のプラズマ生
成方法としてもよい。

【００５９】また、上記実施形態において、ドライエッ
チング装置を例にとって説明したが、プラズマＣＶＤ装
置や、スパッタリング装置、アッシング装置に本発明を
用いてもよい。

【００６０】なお、上記様々な実施形態及び変形例のう
ちの任意の実施形態及び変形例を適宜組み合わせること
により、それぞれの有する効果を奏するようにすること
ができる。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、上記突
き上げ機構の上記基板を昇降させる突き上げピンの昇降
空間と、上記伝熱ガスを上記電極と上記基板の間に複数
の穴から供給するためのガス溜まり空間とを構成する部
材が、上記真空室内より積み上げ方式によって組み立て
られているため、取り外すときには、組立て順とは逆の
順序で容易に取り外すことができる。よって、部品の組
立及び取り外しの簡便性に優れたものとすることがで
き、量産性を向上させることができる。

【００６２】また、本発明において、上記電極の周囲
は、セラミック状の絶縁体部材により包囲され、さらに
上記基板が直接接触する面以外は表面に絶縁体を被覆し
た導電性部材により包囲され、かつ、上記導電性部材は
接地されており、上記突き上げ機構の上記基板を昇降さ
せる突き上げピンの昇降空間と、上記伝熱ガスを上記電
極と上記基板の間に複数の穴から供給するためのガス溜
まり空間とが、上記接地された導電性部材内に構成され
ている場合には、セラミック状の絶縁体部材であるセラ
ミック層のアンテナ化が発生しても、そこは、充分なセ
ラミック層の厚みによりパワー密度が低減されているた
め、プラズマ生成用交流電力の３ｋＷまで、３００ｋＨ
ｚ以上１ＭＨｚ以下の高周波、また、プラズマ処理時の
１Ｐａ以下の高真空化においても、一切、異常放電しな
い。よって、近年の印加電力の高パワー化、及び、低周
波化、処理時圧力の高真空化においても、電極周辺あら
ゆる部材のアンテナ化による、突き上げピン昇降空間及
びＨｅ供給ガス溜まりでの異常放電発生を防止し、効率
の良いプラズマを生成させることができ、量産性を向上
させることができる。さらに、導電性部材の表面の絶縁
皮膜の絶縁破壊を防止するこるとができ、高周波電力が
効率よく印加するための整合を長期間行うことができ、
量産性を向上させることができる。また、上記伝熱ガス
を５０Ｐａ以上３０００Ｐａ以下までの圧力範囲内に調
整することができるため、基板温度の面内均一性の悪化
を防止し、基板温度と電極温度との差の拡大を抑制し、
すなわち温度制御性の悪化を防止し、またはプロセス条
件の変更、特にプラズマ生成用の印加電力の変更により
基板温度が変化することを防止して、プロセスマージン
の縮小化を防止することができる。すなわち、プロセス
条件の変更、特にプラズマ生成用の印加電力の変更によ
る基板温度の変化が減少し、プロセスマージンの確保を
行うことができ、量産性を向上させることができる。

【００６３】また、上記電極の周囲は、セラミック状の
絶縁体部材により包囲され、さらに上記基板が直接接触
する面以外は表面に絶縁体を被覆した導電性部材により
包囲され、かつ、上記導電性部材は接地されており、上
記突き上げ機構の上記基板を昇降させる突き上げピンの
昇降空間と、上記伝熱ガスを上記電極と上記基板の間に
複数の穴から供給するためのガス溜まり空間とが、上記
接地された導電性部材内に構成されているため、電気的
特性として非常にコンパクトに絶縁されている。このた
め、これらの部材が巨大化することなく構成できる。よ
って、電極構成部品の巨大化、複雑化を無くし、組み付
け、取り外しの作業の簡便性を上げることができ、量産
性を向上させることができる。

【００６４】従って、近年の基板保持台へ印加するプラ
ズマ生成用交流電力の高パワー化、低周波化、及び処理
時圧力の高真空化により発生していた、突き上げピン昇
降空間及びＨｅ供給ガス溜まりの異常放電発生を防止
し、効率の良いプラズマを生成し、基板保持台構成部品
の組み付け、取り外しの作業を簡便性を上げ、プロセス
条件の変更による基板温度の変化を減少させ、プロセス
マージンの確保を実現することができる。この結果、量
産性を向上させるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の形態におけるプラズマ
処理装置の反応室の模式的な断面図である。

【図２】 本発明の上記実施形態の形態におけるプラズ
マ処理装置排気部の断面図である。

【図３】 従来のプラズマ処理装置の反応室の模式的な
断面図である。

【符号の説明】

１…真空室、２…被処理基板、３…基板保持台、３ａ…
セラミック層、３ｂ…アルミニウムベース、３ｃ，３ｄ
…内部電極、３ｈ…伝熱ガス導入穴、５…突き上げ機
構、５ａ…突き上げピン、５ｂ…突き上げピン昇降空
間、５ｃ…歯車機構、５ｄ…マグネットカップリング、
５ｅ…回転モーター、５ｆ…回転軸、６…直流電源、７
…プラズマ生成用交流電極、８ａ…Ｈｅガスの供給機
構、８ｃ…Ｈｅガス圧力調整機構、８ｄ…開閉バルブ、
８ｅ…流量コントローラ、８ｆ…開閉バルブ、８ｐ…圧
力計、８ｖ…絞り弁、９ａ，９ｂ…ハウジング、２０…
真空排気装置、２０ａ…開閉弁、２０ｂ…排気口、３０
…エッチングガス導入装置、３１…ガス導入口、４０…
高周波フィルター、５０…押さえリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｒ ５Ｆ０４５ 21/68 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ ５Ｆ１０３ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 前川 幸弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BC02 BC04 BC06 BD14 CA47 FC13 4K030 FA03 JA10 KA26 KA41 4K057 DA19 DA20 DD01 DD03 DE14 DG02 DG07 DG08 DM02 DM18 DM28 DM35 DM38 DM39 DM40 DN01 5F004 BA04 BA14 BA20 BB13 BB25 BB29 BB32 BC08 BD01 BD04 BD05 5F031 CA02 CA05 HA19 HA33 HA37 HA38 HA39 HA40 MA28 MA32 NA04 PA30 5F045 AA08 EM01 EM10 5F103 AA08 BB31

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室と、真空室内を排気する排気装置
   と、上記真空室内に配置されかつ上記真空室内にプラズ
   マを生成するための電極と、上記電極に基板を昇降可能
   に載置するための基板突き上げ機構と、上記電極と上記
   基板との間に伝熱ガスを供給し、上記基板の温度を制御
   する基板冷却機構を有して、上記真空室内にプラズマを
   生成させて上記基板を処理するプラズマ処理装置であっ
   て、 上記突き上げ機構の上記基板を昇降させる突き上げピン
   の昇降空間と、上記伝熱ガスを上記電極と上記基板の間
   に複数の穴から供給するためのガス溜まり空間とを構成
   する部材が、上記真空室内より積み上げ方式によって組
   み立てられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 上記突き上げピンの昇降空間とガス溜ま
   り空間とを構成する部材が、上記真空室の底面から上方
   に向かうに従い、円筒状のハウジング、上記突き上げ機
   構の駆動部分、円板状ハウジング、上記電極を内蔵する
   基板保持台の順に積み重ねて組み立てられるようにした
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 真空室と、真空室内を排気する排気装置
   と、上記真空室内に配置されかつ上記真空室内にプラズ
   マを生成するための電極と、上記電極に基板を昇降可能
   に載置するための基板突き上げ機構と、上記電極と上記
   基板との間に伝熱ガスを供給し、上記基板の温度を制御
   する基板冷却機構を有して、上記真空室内にプラズマを
   生成させて上記基板を処理するプラズマ処理装置であっ
   て、 上記電極の周囲は、セラミック状の絶縁体部材により包
   囲され、さらに上記基板が直接接触する面以外は表面に
   絶縁体を被覆した導電性部材により包囲され、かつ、上
   記導電性部材は接地されており、上記突き上げ機構の上
   記基板を昇降させる突き上げピンの昇降空間と、上記伝
   熱ガスを上記電極と上記基板の間に複数の穴から供給す
   るためのガス溜まり空間とが、上記接地された導電性部
   材内に構成されていることを特徴とするプラズマ処理装
   置。
4. 【請求項４】 上記接地された導電性部材は、上記真空
   室内より積み上げ方式によって組み立てられている請求
   項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 ３００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の高周波
   を使用して上記真空室内にプラズマを生成するととも
   に、５０Ｐａ以上３０００Ｐａ以下までの圧力範囲内に
   調整した上記伝熱ガスにより、上記基板の温度を制御し
   てプラズマ処理する請求項１〜４のいずれか１つに記載
   のプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 １Ｐａ以下の圧力領域で上記真空室内に
   プラズマを生成してプラズマ処理する請求項１〜５のい
   ずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 電極に基板を昇降可能に載置するための
   突き上げ機構の上記基板を昇降させる突き上げピンの昇
   降空間と、電極と上記基板との間に供給される伝熱ガス
   を上記電極と上記基板の間に複数の穴から供給するため
   のガス溜まり空間とを構成する部材が、真空室内に積み
   上げ方式によって組み立てられたのち、 上記真空室内を排気して上記真空室内にプラズマを生成
   するとともに、上記電極と上記基板との間に上記伝熱ガ
   スを供給して上記基板の温度を制御しながら上記基板を
   処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
8. 【請求項８】 上記真空室の底面から上方に向かうに従
   い、円筒状のハウジング、上記突き上げ機構の駆動部
   分、円板状ハウジング、上記電極を内蔵する基板保持台
   の順に積み重ねて組み立てるようにした請求項７に記載
   のプラズマ処理方法。
9. 【請求項９】 電極の周囲が、セラミック状の絶縁体部
   材により包囲され、さらに上記電極に載置される基板が
   直接接触する面以外は表面に絶縁体を被覆した導電性部
   材により包囲され、かつ、上記導電性部材が接地される
   状態で、上記電極に上記基板を昇降可能に載置するため
   の突き上げ機構の上記基板を昇降させる突き上げピンの
   昇降空間と、電極と上記基板との間に供給される伝熱ガ
   スを上記電極と上記基板の間に複数の穴から供給するた
   めのガス溜まり空間とを構成する部材が、真空室内に積
   み上げ方式によって組み立てられたのち、 上記真空室内を排気して上記真空室内にプラズマを生成
   するとともに、上記電極と上記基板との間に上記伝熱ガ
   スを供給して上記基板の温度を制御しながら上記基板を
   処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
10. 【請求項１０】 ３００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の高周
    波を使用して上記真空室内にプラズマを生成するととも
    に、５０Ｐａ以上３０００Ｐａ以下までの圧力範囲内に
    調整した上記伝熱ガスにより、上記基板の温度を制御し
    てプラズマ処理する請求項７〜９のいずれか１つに記載
    のプラズマ処理方法。
11. 【請求項１１】 １Ｐａ以下の圧力領域で上記真空室内
    にプラズマを生成してプラズマ処理する請求項７〜１０
    のいずれか１つに記載のプラズマ処理方法。