JP2004055704A - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】均一なエッチング分布を確保しつつコンパクトな装置を実現できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】処理対象のシリコンウェハ６を載置する第１電極３の上方に、プラズマ発生用ガスを吹き出すガス吹出部４ｅを備えた第２電極４を昇降自在に対向させた構成のプラズマ処理装置において、第２電極４の外側面４ｈと処理室の内側面２ｃとの間に、第２電極４の上方に形成される排気空間２ａよりも狭い隙間Ｇ１の空間Ｓ１を、放電空間２ｂ内のガスを排気空間２ａに排気するガス排気路として形成し、このガス排気路のコンダクタンスを排気空間２ａのコンダクタンスよりも十分に小さくする。これにより、ガス排気を偏りなく均一に行うことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【選択図】 図６
【解決手段】処理対象のシリコンウェハ６を載置する第１電極３の上方に、プラズマ発生用ガスを吹き出すガス吹出部４ｅを備えた第２電極４を昇降自在に対向させた構成のプラズマ処理装置において、第２電極４の外側面４ｈと処理室の内側面２ｃとの間に、第２電極４の上方に形成される排気空間２ａよりも狭い隙間Ｇ１の空間Ｓ１を、放電空間２ｂ内のガスを排気空間２ａに排気するガス排気路として形成し、このガス排気路のコンダクタンスを排気空間２ａのコンダクタンスよりも十分に小さくする。これにより、ガス排気を偏りなく均一に行うことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハなどの半導体基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に用いられるシリコンウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない基板の厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面の裏面を機械研磨することによって行われ、研磨加工後には機械研磨によってシリコン基板の研磨面に生成されたダメージ層をエッチングにより除去することを目的として、プラズマ処理が行われる。
【０００３】
このようなプラズマ処理用の装置として、減圧可能な処理室内に上下２枚の平行平板電極を配置し、一方の電極側からプラズマ発生用ガスを供給する方式のものが知られている。この方式では処理対象の基板は下側の電極上に載置され、上側の電極に設けられたガス吹出部からフッ素系ガスなどのプラズマ発生用ガスが基板の上面に吹き付けられる。そして、このプラズマ発生用ガスは、プラズマ処理によって生成される反応ガスとともに、下側の電極の下方に設けられた排気口から吸引・排気される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンウェハのように処理対象面の全面にわたって均一なエッチングを行う必要がある場合には、プラズマ発生用ガスをシリコンウェハの処理対象面に均一に供給するとともに、生成される反応ガスを均一に排気する必要がある。このため、従来のプラズマ処理装置においては、下側の電極周囲における圧力分布を極力均一にして排気を偏りなく行うため、圧力バッファとしての大容積の排気スペースを必要としていた。この結果、プラズマ処理装置の主構成部である処理室の小型化には限界があり、均一なエッチング分布を確保しつつコンパクトな装置を実現することが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、均一なエッチング分布を確保しつつコンパクトな装置を実現できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のプラズマ処理装置は、密閉された処理空間を形成可能な処理室と、処理室の底の中央部に処理対象物を保持する上面を露呈させた状態で配設された第１電極と、前記処理室内に第１電極に対向して前記第１電極よりも外側に広がった形状で配置され且つ昇降機構によって昇降可能な第２電極と、前記昇降機構によって前記第２電極が下降した状態において前記処理空間内の第２電極の上方および下方にそれぞれ形成される排気空間および放電空間と、前記処理室の側面に設けられた処理対象物の出し入れ用の開口部と、前記第２電極の下面中央部に形成され前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス吹出部と、前記排気空間に形成された排気ポートより排気を行って前記処理空間を減圧する真空排気部と、前記処理室の内面と前記第２電極の側面との間に第２電極の全周にわたって略均一な隙間で形成され前記放電空間内のガスを排気空間へ排気するガス排気路と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間にプラズマを発生させる高周波電源部とを備え、前記ガス排気路の隙間を前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを前記排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくした。
【０００７】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス排気路が略円筒形状である。
【０００８】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室の底の前記第１電極を取り囲む部分が絶縁体で構成されている。
【０００９】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記第２電極が、中央部の導電体とその外周部に絶縁体からなる張出部を備えた。
【００１０】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、密閉された処理空間を形成可能な処理室と、この処理室の底に装着された絶縁体と、処理対象物を保持する上面を露呈させた状態で前記絶縁体によって周囲を取り囲まれて埋設された第１電極と、前記処理室内に第１電極に対向して前記第１電極よりも外側に広がった張出部を全周にわたって有し且つ昇降機構によって昇降可能な第２電極と、前記昇降機構によって前記第２電極が下降した状態において前記処理空間内の第２電極の上方および下方にそれぞれ形成される排気空間および放電空間と、前記処理室の側面に設けられた処理対象物の出し入れ用の開口部と、前記第２電極の下面中央部に形成され前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス吹出部と、前記排気空間に形成された排気ポートより排気を行って前記処理空間を減圧する真空排気部と、前記絶縁体の上面と前記張出部の下面との間にこの第２電極の全周にわたって略均一な隙間で形成されたガス流路と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間にプラズマを発生させる高周波電源部とを備え、前記ガス流路の隙間を前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス流路におけるコンダクタンスを前記排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくした。
【００１１】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部の下面と前記絶縁体の上面が平行である。
【００１２】
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス流路が略中抜き円盤状である。
【００１３】
請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部の下面が前記ガス吹出部の下面よりも下方に突出している。
【００１４】
請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部が絶縁体で構成されている。
【００１５】
請求項１０記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室の内面と前記張出部の側面との間に、この第２電極の全周にわたって略均一且つ前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭い隙間のガス排気路を形成した。
【００１６】
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であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス排気路が略円筒形状である。
【００１７】
本発明によれば、処理空間内の第２電極の下方の放電空間内のガスを第２電極の上方の排気空間へ排気するガス排気路の隙間を、排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくして、ガス排気を偏りなく均一に行うことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図、図２は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の第１電極の側断面図、図３、図４は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図、図５は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の平断面図、図６は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の部分断面図である。
【００１９】
まず図１を参照してプラズマ処理装置の構成について説明する。図１において、真空チャンバ１の内部はプラズマ処理を行う処理室２となっており、減圧下でプラズマを発生させるための密閉された処理空間が形成可能となっている。処理室２は円筒形状となっており（図６参照）、処理室２の内部には、第１電極３および第２電極４が上下に対向して配設されている。第１電極３および第２電極４はそれぞれ円筒形状であり、処理室２内において同心配置となっている。
【００２０】
第１電極３は、処理室２の底部を埋める形で装着された２層の絶縁体５Ａ，５Ｂに周囲を取り囲まれ、処理室２の底の中央部に処理対象物を保持する上面を露呈させて固定された状態で配設されている。第１電極３はアルミニウムなどの導電体によって製作されており、円盤状の電極部３ａから下方に支持部３ｂを延出させた形状となっている。そして支持部３ｂを絶縁部材５Ｃを介して真空チャンバ１に保持させることにより、電気的に絶縁された状態で装着されている。
【００２１】
第２電極４は、第１電極３と同様にアルミニウムなどの導電体で製作されており、円盤状の電極部４ａから上方に支持部４ｂを延出させた形状となっている。支持部４ｂは真空チャンバ１と電気的に導通しており、昇降機構２４（図３）によって昇降可能となっている。第２電極４が下降した状態では、処理室２内の処理空間は、第２電極４によって機能が異なる２つの空間に仕切られる。
【００２２】
すなわち、第２電極４の下方の第１電極３との間には放電空間２ｂが形成され、第２電極４の上方には真空チャンバ１の天井面との間に排気空間２ａが形成される。放電空間２ｂは、第１電極３上に載置されたシリコンウェハ６を対象としてプラズマ処理を行うためのプラズマ放電を発生させる空間である。排気空間２ａは、放電空間２ｂ内のガスを外部に排気するための空間である。
【００２３】
次に、図１，図２を参照して、第１電極３の詳細構造について説明する。第１電極３の電極部３ａの上面は、処理対象物の基板であるシリコンウェハ６を載置する載置面となっており、シリコンウェハ６の外形よりも大きい形状となっている。ここでシリコンウェハ６は、表面側に論理回路が形成された半導体基板であり、回路形成面の裏側を機械加工によって研磨された後に、この裏面を対象としてプラズマ処理によるエッチングが行われる。そしてこのエッチングによって、機械加工により半導体基板の裏面に生成したマイクロクラックを除去する。
【００２４】
図２に示すように、第１電極３の上面は、シリコンウェハ６を載置したときのシリコンウェハ６の外形位置Ｐ１よりも所定幅Ｃだけ内側に位置する境界線Ｐ２によって、内外２つの部分に分けられている。すなわち、境界線Ｐ２から内側は、素材の導電体であるアルミニウムが上面に露呈した上面中央部Ａとなっており、境界線Ｐ２から外側は、上面中央部Ａを環状に取り囲んで設けられ導電体のアルミニウムが絶縁被覆層３ｆによって覆われた上面外周部Ｂとなっている。ここで、所定幅Ｃは必ずしも全周にわたって等しい幅である必要はなく、位置によって異なってもよい。
【００２５】
絶縁被覆層３ｆは、アルミナなどのセラミックによって形成されており、第１電極３が真空チャンバ１内に装着された状態では、図１に示すように、絶縁被覆層３ｆの外縁部は部分的に絶縁体５Ａによって覆われる（図６も参照）。これにより、第１電極３の外縁部は放電空間２ｂ内に発生したプラズマから絶縁され、異常放電の発生が防止される。
【００２６】
図２に示すようにシリコンウェハ６の表面（図２において下面側）の回路形成面には保護テープ６ａが貼着されており、プラズマ処理時には保護テープ６ａを第１電極３の上面３ｇに向け、機械研磨面を上向きにした状態で載置される。保護テープ６ａは、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁体の樹脂を１００μｍ程度の厚みの膜に形成した樹脂テープであり、粘着材によりシリコンウェハ６の回路形成面に貼着される。シリコンウェハ６に貼着された保護テープ６ａは、回路形成面（表面）に形成された絶縁層となっており、後述するようにこの絶縁層はシリコンウェハ６を静電吸着する際の誘電体として機能する。
【００２７】
シリコンウェハ６を第１電極３に載置する際には、図２に示すように、シリコンウェハ６の保護テープ６ａの中央部Ｄ、外縁部Ｅを、第１電極３の上面の上面中央部Ａ、上面周辺部Ｂの絶縁被覆層３ｆに、それぞれ接触させて載置する。この状態では、外形位置Ｐ１から境界線Ｐ２までの範囲において、第１電極３の上面３ｇに保持されたシリコンウェハ６の保護テープ６ａの外縁部Ｅと、絶縁被覆層３ｆとが重ね合わされて接触する。
【００２８】
シリコンウェハ６を静電吸着する際には、主に保護テープ６ａの中央部Ｄを静電吸着を行うための誘電体として利用して、シリコンウェハ６を上面中央部Ａで静電吸着する。このとき外縁部Ｅの範囲においても保護テープ６ａおよび絶縁被覆層３ｆを介してわずかながら静電吸着力が作用し、これらの静電吸着力によって、保護テープ６ａの外縁部Ｅは絶縁被覆層３ｆに密着する。
【００２９】
この密着状態では、第１電極３の上面において導電体が表面に露呈した上面中央部Ａの外周端である境界線Ｐ２の位置は、シリコンウェハ６の外径寸法のばらつきや第１電極３上における載置位置にのばらつきに拘わらず、シリコンウェハ６によって覆われる。これにより、第１電極３の導電部は放電空間２ｂ内のプラズマから確実に絶縁される。したがって、プラズマ放電中の第１電極３における異常放電を防止して、プラズマ処理装置の稼動状態を安定させることが可能となっている。
【００３０】
図２に示すように、第１電極３には上面に開口する吸着孔３ｅが多数設けられており、吸着孔３ｅは第１電極３の内部に設けられた吸引孔３ｃに連通している。吸引孔３ｃはガスライン切り換え開閉機構１１を介して真空吸着ポンプ１２に接続されており、ガスライン切り換え開閉機構１１は、図１に示すようにチッソガスを供給するＮ２ガス供給部１３及びヘリウムガスを供給するＨｅガス供給部１４に接続されている。ガスライン切り換え開閉機構１１を切り換えることにより、吸引孔３ｃを真空吸着ポンプ１２，Ｎ２ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に選択的に接続させることができる。
【００３１】
吸引孔３ｃが真空吸着ポンプ１２と連通した状態で真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔３ｅから真空吸引して第１電極３に載置されたシリコンウェハ６を真空吸着して保持する。したがって吸着孔３ｅ、吸引孔３ｃ、真空吸着ポンプ１２は第１電極３の上面３ｇに開口した吸着孔３ｅから真空吸引することにより、シリコンウェハ６を真空吸着して保持する真空保持手段となっている。
【００３２】
また、吸引孔３ｃをＮ２ガス供給部１３またはＨｅガス供給部１４に接続させることにより、吸着孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対してチッソガスまたはヘリウムガスを供給することができるようになっている。後述するように、チッソガスはシリコンウェハ６を載置面３ｇから強制的に離脱させる目的のブロー用ガスであり、ヘリウムガスはプラズマ処理時にシリコンウェハの冷却を促進する目的で吸着孔３ｅ内に充填される熱伝達用のガスである。
【００３３】
第１電極３には冷却用の冷媒流路３ｄが設けられており、冷媒流路３ｄは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路３ｄ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した第１電極３や第１電極３上の保護テープ６ａが冷却される。冷媒流路３ｄおよび冷却機構１０は、第１電極３を冷却する冷却手段となっている。
【００３４】
処理室２の排気空間２ａに連通して設けられた排気ポート１ａには、バルブ開放機構７を介して真空排気部８が接続されており、バルブ開放機構７を開放状態にして真空排気部８を駆動することにより、真空チャンバ１の処理室２内部が真空排気され、処理空２内が減圧される。真空排気部８は、排気空間２ａに形成された排気ポート１ａより排気を行って処理室２内を減圧する減圧手段となっている。
【００３５】
第１電極３は、マッチング回路１６を介して高周波電源部１７に電気的に接続されている。高周波電源部１７を駆動することにより、接地部１９に接地された真空チャンバ１と導通した第２電極４と第１電極３の間には高周波電圧が印加され、これにより処理室２内部でプラズマ放電が発生する。マッチング回路１６は、処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１７のインピーダンスを整合させる。第１電極３，第２電極４および高周波電源部１７は、載置面に載置されたシリコンウェハ６をプラズマ処理するためのプラズマを発生するプラズマ発生手段となっている。
【００３６】
また第１電極３には、ＲＦフィルタ１５を介して静電吸着用ＤＣ電源部１８が接続されている。静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動することにより、第１電極３の表面には、負電荷が蓄積される。そしてこの状態で高周波電源部１７を駆動して処理室２内にプラズマを発生させることにより、第１電極３上に載置されたシリコンウェハ６と接地部１９とを接続する直流回路が処理室２内のプラズマを介して形成され、これにより、第１電極３，ＲＦフィルタ１５，静電吸着用ＤＣ電源部１８，接地部１９，プラズマ、シリコンウェハ６を順次結ぶ閉じた直流回路が形成され、シリコンウェハ６には正電荷が蓄積される。
【００３７】
そして第１電極３に蓄積された負電荷とシリコンウェハ６に蓄積された正電荷との間にはクーロン力が作用し、このクーロン力によってシリコンウェハ６は誘電体としての保護テープ６ａを介して第１電極３に保持される。このとき、ＲＦフィルタ１５は、高周波電源部１７の高周波電圧が静電吸着用ＤＣ電源部１８に直接印加されることを防止する。第１電極３，静電吸着用ＤＣ電源部１８は、板状基板であるシリコンウェハ６を第１電極に静電吸着によって保持する静電吸着手段となっている。なお、静電吸着用ＤＣ電源部１８の極性は正負逆でもよい。
【００３８】
次に第２電極４の詳細構造について説明する。第２電極４は、中央の電極部４ａと電極部４ａを囲んで外周部に張り出して設けられた絶縁体からなる張出部４ｆを備えた構成となっている。張出部４ｆの外形は第１電極３よりも大きく、第１電極３よりも外側に広がった形状で配置されている。第２電極４の下面中央部には、ガス吹出部４ｅが設けられている。ガス吹出部４ｅは、放電空間２ｂにおいてプラズマ放電を発生するためのプラズマ発生用ガスを供給する。ガス吹出部４ｅは、内部に多数の微細孔を有する多孔質材料を円形の板状に加工した部材であり、ガス滞留空間４ｇ内に供給されたプラズマ発生用ガスを、これらの微細孔を介して放電空間２ｂ内に満遍なく吹き出させて均一な状態で供給する。
【００３９】
支持部４ｂ内には、ガス滞留空間４ｇに連通するガス供給孔４ｃが設けられており、ガス供給孔４ｃは開閉バルブ２０を介してプラズマ発生用ガス供給部２１に接続されている。開閉バルブ２０を開にした状態でプラズマ発生用ガス供給部２１を駆動することにより、フッ素系ガスを含んだプラズマ発生用ガスがガス吹出部４ｅより放電空間２ｂ内に供給される。
【００４０】
また第２電極４には冷却用の冷媒流路４ｄが設けられており、冷媒流路４ｄは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路４ｄ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した第２電極４が冷却される。
【００４１】
図３に示すように、処理室２の側面には、処理対象物の出し入れ用の開口部１ｂが設けられている（図５も参照）。開口部１ｂの外側には開閉機構２３によって昇降する扉２２が設けられており、扉２２を昇降させることにより開口部１ｂが開閉される。図４は、扉２２を下降させて開口部１ｂを開放した状態でシリコンウェハ６を出し入れする状態を示している。昇降機構２４により第２電極４を上昇させて第１電極３上に搬送用のスペースを確保した状態で、アーム２５ａに保持された吸着ヘッド２５を開口部１ｂを介して処理室２内に進入させることにより、シリコンウェハ６の出し入れが行われる。上記構成に示すように、排気空間２ａが広く確保できるような構成とすることにより、第２電極４を上昇させる際の電極間距離を広く確保することができ、処理対象物の出し入れ操作を容易に行うことができる。
【００４２】
ここで、図５を参照して、処理室２，第１電極３および第１電極３上に載置されるシリコンウェハ６、第２電極４の相互の平面位置関係について説明する。図５は、真空チャンバ１を水平方向に輪切りにした状態を示しており、図５に示す同心円は、外側から順に処理室２（真空チャンバ１）の内面２ｃ、第２電極４の外側面４ｈ（図６参照）、第１電極３の外側面３ｈ、シリコンウェハ６の外形位置を示す境界線Ｐ１，第１電極３の上面における境界線Ｐ２を示している。
【００４３】
図５から判るように、処理室２および第２電極４は略円筒形であり、したがって処理室２の内面２ｃと第２電極４の外側面４ｈとの間に形成された空間Ｓ１は、２つの同心円筒面に挟まれた円筒を開口部１ｂによって部分的に切り欠いた略円筒形状となっている。
【００４４】
次に、放電空間２ｂ内のガスを外周方向へ導くガス流路と、導かれたガスを排気空間２ａに排気するガス排気路について説明する。図６に示すように、第２電極４が下降した状態では、処理室２（真空チャンバ１）の内面と第２電極４の張出部４ｆの側面４ｈとの間には、第２電極４の全周にわたって略均一な隙間Ｇ１を有する形状の空間Ｓ１が形成される。この空間Ｓ１は、放電空間２ｂ内のガスを排気空間２ａへ排気するガス排気路として機能する。
【００４５】
また、張出部４ｆの下面と第１電極３の周囲に設けられた絶縁体５Ａの上面との間には、第２電極４の全周にわたって略均一な隙間Ｇ２を有する形状の空間Ｓ２が形成される。この空間Ｓ２は、ガス吹出部４ｅから放電空間２ｂ内に供給されたプラズマ発生用ガスや、プラズマ放電によって生成された反応ガスを外周方向に導くガス流路として機能する。
【００４６】
ここで、上記隙間Ｇ１，Ｇ２はともに、排気空間２ａの高さ方向の最大寸法Ｈ（図３参照）よりも狭くなるように、各部寸法が設定されている。これにより、ガスの流れやすさを示すコンダクタンスで比較した場合、ガス排気路としての空間Ｓ１，ガス流路としての空間Ｓ２におけるコンダクタンスを、排気空間２ａにおけるコンダクタンスよりも小さくすることができる。
【００４７】
減圧下にある処理室２内におけるプラズマ発生用ガスの流れ状態は、ガス分子の平均自由行程が大きい分子流の状態となっており、この分子流状態においてはコンダクタンスは圧力とは無関係にその空間の壁面間距離の３乗に比例する。したがって、前記の寸法Ｈに対してＧ１，Ｇ２が小さければ小さいほど、空間Ｓ１，Ｓ２におけるコンダクタンスは排気空間２ａにおけるコンダクタンスよりも小さくなる。すなわち、減圧下で行われるプラズマ処理において、空間Ｓ１，Ｓ２内におけるガスの流れと比較して、排気空間２ａ内においてガスはより流れやすくなっている。
【００４８】
したがって、プラズマ処理時に放電空間２ｂ内のガスを排気ポート１ａを介して排気する際に、空間Ｓ１から排気空間２ａ内に流入したガスはコンダクタンスが大きいことから速やかに排気ポート１ａを介して排出され、排気空間２ａ内におけるガスの流動状態の分布に大きなばらつきが生じない。このため、空間Ｓ１から排気空間２ａ内に流入するガスについては、第２電極４の全周にわたってほぼ均一な流入状態が実現される。また、空間Ｓ２内のガスが空間Ｓ１内に流入する際においても同様に、第２電極４の全周にわたってほぼ均一な流れが実現される。これにより、放電空間２ｂ内におけるガスの状態が均一化され、プラズマ処理によるエッチング分布を均一化することが可能となっている。
【００４９】
このプラズマ処理装置は上記のように構成されており、以下プラズマ処理方法について各図を参照しながら説明する。このプラズマ処理は、表面に絶縁層としての保護テープ６ａを有するシリコンウェハ６を第１電極３の上面に静電吸着によって保持した状態で、且つこの第１電極３を冷却しながらプラズマ処理を行うものである。
【００５０】
先ず処理対象物であるシリコンウェハ６が処理室２内に搬送され、第１電極３上に載置される。この後開口部１ｂが閉じられ、真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔３ｅ、吸引孔３ｃを介して真空吸引し、シリコンウェハ６は第１電極３の上面３ｇに密着した状態で真空吸着により保持される。
【００５１】
次いで真空排気部８を駆動して処理室２内を真空排気した後、プラズマ発生用ガス供給部２１によってプラズマ発生用ガスが処理室２内に供給される。そしてこの後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動してＤＣ電圧を印加し、高周波電源部１７を駆動してプラズマ放電を開始する。これにより放電空間２ｂにはプラズマが発生し、シリコンウェハ６を対象としたプラズマ処理が行われる。このプラズマ処理においては、第１電極３とシリコンウェハ６との間には静電吸着力が発生し、シリコンウェハ６は第１電極３に静電吸着力により保持される。
【００５２】
この静電吸着においては、図２に示すようにシリコンウェハ６の保護テープ６ａの中央部Ｄを第２電極３の上面中央部Ａに接触させ、保護テープ６ａの外縁部Ｅを第２電極３の上面周辺部Ｂの絶縁被覆層３ｆに接触させて載置する。そして主に保護テープ６ａの中央部Ｄを静電吸着を行うための誘電体として利用してシリコンウェハ６を上面中央部Ａで静電吸着するとともに、保護テープ６ａの外縁部Ｅを絶縁被覆層３ｆに密着させることにより、プラズマと第１電極３の上面中央部Ａとの間を絶縁する。
【００５３】
この後、ガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし、バックＨｅ導入が行われる。すなわち、真空吸引によるシリコンウェハ６の第１電極３への保持を解除した後に、Ｈｅガス供給部１４から伝熱用のヘリウムガスを吸引孔３ｂを介して供給し、吸着孔３ｅ内に充填する。このプラズマ処理においては、第１電極３は冷却機構１０によって冷却されており、プラズマ処理によって昇温したシリコンウェハ６の熱を伝熱性に富む気体であるヘリウムガスを介して第１電極３に伝達することにより、シリコンウェハ６の冷却が効率よく行われる。
【００５４】
そして所定のプラズマ処理時間が経過して放電を終了したならばバックＨｅを停止し、真空吸着を再びＯＮする。これにより、プラズマ放電が終了することにより消失した静電吸着力に替えて、真空吸着力によってシリコンウェハ６が第１電極３に保持される。
【００５５】
この後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を停止してＤＣ電圧をＯＦＦにし、大気開放機構９を駆動して処理室２内の大気開放を行う。この後、再びガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし、次いでウェハブローを行う。すなわちチッソガスを吸引孔３ｃを介して供給して吸着孔３ｅから噴出させ、シリコンウェハ６を第１電極３から離脱させる。そして開口部１ｂを開状態にし、シリコンウェハ６を処理室２の外部に搬送したならば、ウェハブローをＯＦＦし、プラズマ処理の１サイクルを終了する。
【００５６】
上記説明したように、本実施の形態に示すプラズマ処理においては、処理対象物が載置される第１電極３と対向して昇降自在に配設される第２電極４の上方に、処理対象物の出し入れ時の第２電極４の昇降代を兼ねた広い排気空間２ａを確保するようにしている。これにより、放電空間２ｂにおけるコンダクタンスを、第２電極４の下方の放電空間２ｂから排気空間２ａに至るまでのガス流路またはガス排気路におけるコンダクタンスよりも十分に大きくすることができ、ガス排気を偏りなく均一に行うことができる。
【００５７】
したがって、従来のプラズマ処理装置において排気を偏りなく行うために必要とされた圧力バッファとしての大容積の排気スペースを省くことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の側断面図である。本実施の形態２は、実施の形態１と同様構成の第１電極３，第２電極４を備えたプラズマ処理装置において、図７に示すように、処理室２を形成する真空チャンバ１Ａの内壁面の第２電極４の外側面に対向する範囲に凹状の溝部１ｃを設けるようにしたものである。これにより、実施の形態１と同様にガス排気路としての空間Ｓ１を確保しつつ、真空チャンバ１の外形寸法を小さくして、装置のコンパクト化を促進することができる。
【００５９】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の側断面図、図９は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の部分断面図である。本実施の形態３は、実施の形態１と同様構成のプラズマ処理装置において、図８に示すように、第２電極４０の張出部４０ｆの形状を実施の形態１における張出部４ｆから変更したものである。
【００６０】
図９に示すように、処理室の内面と絶縁体で形成された張出部４０ｆの側面との間には、第２電極４０の全周にわたって隙間Ｇ１の空間Ｓ１が形成されている。空間Ｓ１は実施の形態１と同様の構成となっており、同様に放電空間内のガスを排気空間に導くガス排気路として機能する。張出部４０ｆの下面は、ガス吹出部４０ｅの下面よりも下方に延出しており、第２電極４０を下降させた状態において、張出部４０ｆの下面は絶縁体５Ａの上面に対して平行となり、張出部４０ｆの下面と絶縁体５Ａの０上面との間に形成される空間Ｓ２０の隙間Ｇ３は、実施の形態１に示す隙間Ｇ２よりも小さくなっている。
【００６１】
この空間Ｓ２０は、絶縁体５Ａの上面と張出部４０ｆの下面との間にこの第２電極４０の全周にわたって略均一な隙間で形成され、放電空間内のガスを外側へ向かって流すガス流路となっている。このガス流路は、略円筒形の処理室２内において第２電極４０の下方側の放電空間を取り囲んで形成された略中抜き円板状の形状となっている。
【００６２】
上記構成を採用することにより、径方向に長さを持った狭隙間の空間Ｓ２０を形成することができ、張出部４０ｆの外側面と処理室２の内側面との間に全周にわたって均一なガス排気路が形成しにくい場合においても、実施の形態１に示すガス排気路による効果と同様に、ガスの流れを均一化して放電空間の圧力分布を均一化し、エッチングレートを均一化することができる。また、放電空間の外周を狭隙間の空間２０で取り囲むことにより、プラズマを放電空間内に閉じこめることができ、プラズマ処理の効率を向上させるという効果を得る。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、処理空間内の第２電極の下方の放電空間内のガスを第２電極の上方の排気空間へ排気するガス排気路の隙間を、排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくして、ガス排気を偏りなく均一に行うことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図２】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の第１電極の側断面図
【図３】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図４】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図５】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の平断面図
【図６】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の部分断面図
【図７】本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の側断面図
【図８】本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の側断面図
【図９】本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の部分断面図
【符号の説明】
１ 真空チャンバ
１ａ 排気ポート
１ｂ 開口部
２ 処理室
２ａ 排気空間
２ｂ 放電空間
３ 第１電極
３ｆ 絶縁被覆層
４、４０ 第２電極
４ｅ ガス吹出部
４ｆ、４０ｆ 張出部
６ シリコンウェハ
８ 真空排気部
１７ 高周波電源部
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハなどの半導体基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に用いられるシリコンウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない基板の厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面の裏面を機械研磨することによって行われ、研磨加工後には機械研磨によってシリコン基板の研磨面に生成されたダメージ層をエッチングにより除去することを目的として、プラズマ処理が行われる。
【０００３】
このようなプラズマ処理用の装置として、減圧可能な処理室内に上下２枚の平行平板電極を配置し、一方の電極側からプラズマ発生用ガスを供給する方式のものが知られている。この方式では処理対象の基板は下側の電極上に載置され、上側の電極に設けられたガス吹出部からフッ素系ガスなどのプラズマ発生用ガスが基板の上面に吹き付けられる。そして、このプラズマ発生用ガスは、プラズマ処理によって生成される反応ガスとともに、下側の電極の下方に設けられた排気口から吸引・排気される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンウェハのように処理対象面の全面にわたって均一なエッチングを行う必要がある場合には、プラズマ発生用ガスをシリコンウェハの処理対象面に均一に供給するとともに、生成される反応ガスを均一に排気する必要がある。このため、従来のプラズマ処理装置においては、下側の電極周囲における圧力分布を極力均一にして排気を偏りなく行うため、圧力バッファとしての大容積の排気スペースを必要としていた。この結果、プラズマ処理装置の主構成部である処理室の小型化には限界があり、均一なエッチング分布を確保しつつコンパクトな装置を実現することが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、均一なエッチング分布を確保しつつコンパクトな装置を実現できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のプラズマ処理装置は、密閉された処理空間を形成可能な処理室と、処理室の底の中央部に処理対象物を保持する上面を露呈させた状態で配設された第１電極と、前記処理室内に第１電極に対向して前記第１電極よりも外側に広がった形状で配置され且つ昇降機構によって昇降可能な第２電極と、前記昇降機構によって前記第２電極が下降した状態において前記処理空間内の第２電極の上方および下方にそれぞれ形成される排気空間および放電空間と、前記処理室の側面に設けられた処理対象物の出し入れ用の開口部と、前記第２電極の下面中央部に形成され前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス吹出部と、前記排気空間に形成された排気ポートより排気を行って前記処理空間を減圧する真空排気部と、前記処理室の内面と前記第２電極の側面との間に第２電極の全周にわたって略均一な隙間で形成され前記放電空間内のガスを排気空間へ排気するガス排気路と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間にプラズマを発生させる高周波電源部とを備え、前記ガス排気路の隙間を前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを前記排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくした。
【０００７】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス排気路が略円筒形状である。
【０００８】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室の底の前記第１電極を取り囲む部分が絶縁体で構成されている。
【０００９】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記第２電極が、中央部の導電体とその外周部に絶縁体からなる張出部を備えた。
【００１０】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、密閉された処理空間を形成可能な処理室と、この処理室の底に装着された絶縁体と、処理対象物を保持する上面を露呈させた状態で前記絶縁体によって周囲を取り囲まれて埋設された第１電極と、前記処理室内に第１電極に対向して前記第１電極よりも外側に広がった張出部を全周にわたって有し且つ昇降機構によって昇降可能な第２電極と、前記昇降機構によって前記第２電極が下降した状態において前記処理空間内の第２電極の上方および下方にそれぞれ形成される排気空間および放電空間と、前記処理室の側面に設けられた処理対象物の出し入れ用の開口部と、前記第２電極の下面中央部に形成され前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス吹出部と、前記排気空間に形成された排気ポートより排気を行って前記処理空間を減圧する真空排気部と、前記絶縁体の上面と前記張出部の下面との間にこの第２電極の全周にわたって略均一な隙間で形成されたガス流路と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間にプラズマを発生させる高周波電源部とを備え、前記ガス流路の隙間を前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス流路におけるコンダクタンスを前記排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくした。
【００１１】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部の下面と前記絶縁体の上面が平行である。
【００１２】
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス流路が略中抜き円盤状である。
【００１３】
請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部の下面が前記ガス吹出部の下面よりも下方に突出している。
【００１４】
請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部が絶縁体で構成されている。
【００１５】
請求項１０記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室の内面と前記張出部の側面との間に、この第２電極の全周にわたって略均一且つ前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭い隙間のガス排気路を形成した。
【００１６】
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であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス排気路が略円筒形状である。
【００１７】
本発明によれば、処理空間内の第２電極の下方の放電空間内のガスを第２電極の上方の排気空間へ排気するガス排気路の隙間を、排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくして、ガス排気を偏りなく均一に行うことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図、図２は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の第１電極の側断面図、図３、図４は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図、図５は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の平断面図、図６は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の部分断面図である。
【００１９】
まず図１を参照してプラズマ処理装置の構成について説明する。図１において、真空チャンバ１の内部はプラズマ処理を行う処理室２となっており、減圧下でプラズマを発生させるための密閉された処理空間が形成可能となっている。処理室２は円筒形状となっており（図６参照）、処理室２の内部には、第１電極３および第２電極４が上下に対向して配設されている。第１電極３および第２電極４はそれぞれ円筒形状であり、処理室２内において同心配置となっている。
【００２０】
第１電極３は、処理室２の底部を埋める形で装着された２層の絶縁体５Ａ，５Ｂに周囲を取り囲まれ、処理室２の底の中央部に処理対象物を保持する上面を露呈させて固定された状態で配設されている。第１電極３はアルミニウムなどの導電体によって製作されており、円盤状の電極部３ａから下方に支持部３ｂを延出させた形状となっている。そして支持部３ｂを絶縁部材５Ｃを介して真空チャンバ１に保持させることにより、電気的に絶縁された状態で装着されている。
【００２１】
第２電極４は、第１電極３と同様にアルミニウムなどの導電体で製作されており、円盤状の電極部４ａから上方に支持部４ｂを延出させた形状となっている。支持部４ｂは真空チャンバ１と電気的に導通しており、昇降機構２４（図３）によって昇降可能となっている。第２電極４が下降した状態では、処理室２内の処理空間は、第２電極４によって機能が異なる２つの空間に仕切られる。
【００２２】
すなわち、第２電極４の下方の第１電極３との間には放電空間２ｂが形成され、第２電極４の上方には真空チャンバ１の天井面との間に排気空間２ａが形成される。放電空間２ｂは、第１電極３上に載置されたシリコンウェハ６を対象としてプラズマ処理を行うためのプラズマ放電を発生させる空間である。排気空間２ａは、放電空間２ｂ内のガスを外部に排気するための空間である。
【００２３】
次に、図１，図２を参照して、第１電極３の詳細構造について説明する。第１電極３の電極部３ａの上面は、処理対象物の基板であるシリコンウェハ６を載置する載置面となっており、シリコンウェハ６の外形よりも大きい形状となっている。ここでシリコンウェハ６は、表面側に論理回路が形成された半導体基板であり、回路形成面の裏側を機械加工によって研磨された後に、この裏面を対象としてプラズマ処理によるエッチングが行われる。そしてこのエッチングによって、機械加工により半導体基板の裏面に生成したマイクロクラックを除去する。
【００２４】
図２に示すように、第１電極３の上面は、シリコンウェハ６を載置したときのシリコンウェハ６の外形位置Ｐ１よりも所定幅Ｃだけ内側に位置する境界線Ｐ２によって、内外２つの部分に分けられている。すなわち、境界線Ｐ２から内側は、素材の導電体であるアルミニウムが上面に露呈した上面中央部Ａとなっており、境界線Ｐ２から外側は、上面中央部Ａを環状に取り囲んで設けられ導電体のアルミニウムが絶縁被覆層３ｆによって覆われた上面外周部Ｂとなっている。ここで、所定幅Ｃは必ずしも全周にわたって等しい幅である必要はなく、位置によって異なってもよい。
【００２５】
絶縁被覆層３ｆは、アルミナなどのセラミックによって形成されており、第１電極３が真空チャンバ１内に装着された状態では、図１に示すように、絶縁被覆層３ｆの外縁部は部分的に絶縁体５Ａによって覆われる（図６も参照）。これにより、第１電極３の外縁部は放電空間２ｂ内に発生したプラズマから絶縁され、異常放電の発生が防止される。
【００２６】
図２に示すようにシリコンウェハ６の表面（図２において下面側）の回路形成面には保護テープ６ａが貼着されており、プラズマ処理時には保護テープ６ａを第１電極３の上面３ｇに向け、機械研磨面を上向きにした状態で載置される。保護テープ６ａは、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁体の樹脂を１００μｍ程度の厚みの膜に形成した樹脂テープであり、粘着材によりシリコンウェハ６の回路形成面に貼着される。シリコンウェハ６に貼着された保護テープ６ａは、回路形成面（表面）に形成された絶縁層となっており、後述するようにこの絶縁層はシリコンウェハ６を静電吸着する際の誘電体として機能する。
【００２７】
シリコンウェハ６を第１電極３に載置する際には、図２に示すように、シリコンウェハ６の保護テープ６ａの中央部Ｄ、外縁部Ｅを、第１電極３の上面の上面中央部Ａ、上面周辺部Ｂの絶縁被覆層３ｆに、それぞれ接触させて載置する。この状態では、外形位置Ｐ１から境界線Ｐ２までの範囲において、第１電極３の上面３ｇに保持されたシリコンウェハ６の保護テープ６ａの外縁部Ｅと、絶縁被覆層３ｆとが重ね合わされて接触する。
【００２８】
シリコンウェハ６を静電吸着する際には、主に保護テープ６ａの中央部Ｄを静電吸着を行うための誘電体として利用して、シリコンウェハ６を上面中央部Ａで静電吸着する。このとき外縁部Ｅの範囲においても保護テープ６ａおよび絶縁被覆層３ｆを介してわずかながら静電吸着力が作用し、これらの静電吸着力によって、保護テープ６ａの外縁部Ｅは絶縁被覆層３ｆに密着する。
【００２９】
この密着状態では、第１電極３の上面において導電体が表面に露呈した上面中央部Ａの外周端である境界線Ｐ２の位置は、シリコンウェハ６の外径寸法のばらつきや第１電極３上における載置位置にのばらつきに拘わらず、シリコンウェハ６によって覆われる。これにより、第１電極３の導電部は放電空間２ｂ内のプラズマから確実に絶縁される。したがって、プラズマ放電中の第１電極３における異常放電を防止して、プラズマ処理装置の稼動状態を安定させることが可能となっている。
【００３０】
図２に示すように、第１電極３には上面に開口する吸着孔３ｅが多数設けられており、吸着孔３ｅは第１電極３の内部に設けられた吸引孔３ｃに連通している。吸引孔３ｃはガスライン切り換え開閉機構１１を介して真空吸着ポンプ１２に接続されており、ガスライン切り換え開閉機構１１は、図１に示すようにチッソガスを供給するＮ２ガス供給部１３及びヘリウムガスを供給するＨｅガス供給部１４に接続されている。ガスライン切り換え開閉機構１１を切り換えることにより、吸引孔３ｃを真空吸着ポンプ１２，Ｎ２ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に選択的に接続させることができる。
【００３１】
吸引孔３ｃが真空吸着ポンプ１２と連通した状態で真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔３ｅから真空吸引して第１電極３に載置されたシリコンウェハ６を真空吸着して保持する。したがって吸着孔３ｅ、吸引孔３ｃ、真空吸着ポンプ１２は第１電極３の上面３ｇに開口した吸着孔３ｅから真空吸引することにより、シリコンウェハ６を真空吸着して保持する真空保持手段となっている。
【００３２】
また、吸引孔３ｃをＮ２ガス供給部１３またはＨｅガス供給部１４に接続させることにより、吸着孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対してチッソガスまたはヘリウムガスを供給することができるようになっている。後述するように、チッソガスはシリコンウェハ６を載置面３ｇから強制的に離脱させる目的のブロー用ガスであり、ヘリウムガスはプラズマ処理時にシリコンウェハの冷却を促進する目的で吸着孔３ｅ内に充填される熱伝達用のガスである。
【００３３】
第１電極３には冷却用の冷媒流路３ｄが設けられており、冷媒流路３ｄは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路３ｄ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した第１電極３や第１電極３上の保護テープ６ａが冷却される。冷媒流路３ｄおよび冷却機構１０は、第１電極３を冷却する冷却手段となっている。
【００３４】
処理室２の排気空間２ａに連通して設けられた排気ポート１ａには、バルブ開放機構７を介して真空排気部８が接続されており、バルブ開放機構７を開放状態にして真空排気部８を駆動することにより、真空チャンバ１の処理室２内部が真空排気され、処理空２内が減圧される。真空排気部８は、排気空間２ａに形成された排気ポート１ａより排気を行って処理室２内を減圧する減圧手段となっている。
【００３５】
第１電極３は、マッチング回路１６を介して高周波電源部１７に電気的に接続されている。高周波電源部１７を駆動することにより、接地部１９に接地された真空チャンバ１と導通した第２電極４と第１電極３の間には高周波電圧が印加され、これにより処理室２内部でプラズマ放電が発生する。マッチング回路１６は、処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１７のインピーダンスを整合させる。第１電極３，第２電極４および高周波電源部１７は、載置面に載置されたシリコンウェハ６をプラズマ処理するためのプラズマを発生するプラズマ発生手段となっている。
【００３６】
また第１電極３には、ＲＦフィルタ１５を介して静電吸着用ＤＣ電源部１８が接続されている。静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動することにより、第１電極３の表面には、負電荷が蓄積される。そしてこの状態で高周波電源部１７を駆動して処理室２内にプラズマを発生させることにより、第１電極３上に載置されたシリコンウェハ６と接地部１９とを接続する直流回路が処理室２内のプラズマを介して形成され、これにより、第１電極３，ＲＦフィルタ１５，静電吸着用ＤＣ電源部１８，接地部１９，プラズマ、シリコンウェハ６を順次結ぶ閉じた直流回路が形成され、シリコンウェハ６には正電荷が蓄積される。
【００３７】
そして第１電極３に蓄積された負電荷とシリコンウェハ６に蓄積された正電荷との間にはクーロン力が作用し、このクーロン力によってシリコンウェハ６は誘電体としての保護テープ６ａを介して第１電極３に保持される。このとき、ＲＦフィルタ１５は、高周波電源部１７の高周波電圧が静電吸着用ＤＣ電源部１８に直接印加されることを防止する。第１電極３，静電吸着用ＤＣ電源部１８は、板状基板であるシリコンウェハ６を第１電極に静電吸着によって保持する静電吸着手段となっている。なお、静電吸着用ＤＣ電源部１８の極性は正負逆でもよい。
【００３８】
次に第２電極４の詳細構造について説明する。第２電極４は、中央の電極部４ａと電極部４ａを囲んで外周部に張り出して設けられた絶縁体からなる張出部４ｆを備えた構成となっている。張出部４ｆの外形は第１電極３よりも大きく、第１電極３よりも外側に広がった形状で配置されている。第２電極４の下面中央部には、ガス吹出部４ｅが設けられている。ガス吹出部４ｅは、放電空間２ｂにおいてプラズマ放電を発生するためのプラズマ発生用ガスを供給する。ガス吹出部４ｅは、内部に多数の微細孔を有する多孔質材料を円形の板状に加工した部材であり、ガス滞留空間４ｇ内に供給されたプラズマ発生用ガスを、これらの微細孔を介して放電空間２ｂ内に満遍なく吹き出させて均一な状態で供給する。
【００３９】
支持部４ｂ内には、ガス滞留空間４ｇに連通するガス供給孔４ｃが設けられており、ガス供給孔４ｃは開閉バルブ２０を介してプラズマ発生用ガス供給部２１に接続されている。開閉バルブ２０を開にした状態でプラズマ発生用ガス供給部２１を駆動することにより、フッ素系ガスを含んだプラズマ発生用ガスがガス吹出部４ｅより放電空間２ｂ内に供給される。
【００４０】
また第２電極４には冷却用の冷媒流路４ｄが設けられており、冷媒流路４ｄは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路４ｄ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した第２電極４が冷却される。
【００４１】
図３に示すように、処理室２の側面には、処理対象物の出し入れ用の開口部１ｂが設けられている（図５も参照）。開口部１ｂの外側には開閉機構２３によって昇降する扉２２が設けられており、扉２２を昇降させることにより開口部１ｂが開閉される。図４は、扉２２を下降させて開口部１ｂを開放した状態でシリコンウェハ６を出し入れする状態を示している。昇降機構２４により第２電極４を上昇させて第１電極３上に搬送用のスペースを確保した状態で、アーム２５ａに保持された吸着ヘッド２５を開口部１ｂを介して処理室２内に進入させることにより、シリコンウェハ６の出し入れが行われる。上記構成に示すように、排気空間２ａが広く確保できるような構成とすることにより、第２電極４を上昇させる際の電極間距離を広く確保することができ、処理対象物の出し入れ操作を容易に行うことができる。
【００４２】
ここで、図５を参照して、処理室２，第１電極３および第１電極３上に載置されるシリコンウェハ６、第２電極４の相互の平面位置関係について説明する。図５は、真空チャンバ１を水平方向に輪切りにした状態を示しており、図５に示す同心円は、外側から順に処理室２（真空チャンバ１）の内面２ｃ、第２電極４の外側面４ｈ（図６参照）、第１電極３の外側面３ｈ、シリコンウェハ６の外形位置を示す境界線Ｐ１，第１電極３の上面における境界線Ｐ２を示している。
【００４３】
図５から判るように、処理室２および第２電極４は略円筒形であり、したがって処理室２の内面２ｃと第２電極４の外側面４ｈとの間に形成された空間Ｓ１は、２つの同心円筒面に挟まれた円筒を開口部１ｂによって部分的に切り欠いた略円筒形状となっている。
【００４４】
次に、放電空間２ｂ内のガスを外周方向へ導くガス流路と、導かれたガスを排気空間２ａに排気するガス排気路について説明する。図６に示すように、第２電極４が下降した状態では、処理室２（真空チャンバ１）の内面と第２電極４の張出部４ｆの側面４ｈとの間には、第２電極４の全周にわたって略均一な隙間Ｇ１を有する形状の空間Ｓ１が形成される。この空間Ｓ１は、放電空間２ｂ内のガスを排気空間２ａへ排気するガス排気路として機能する。
【００４５】
また、張出部４ｆの下面と第１電極３の周囲に設けられた絶縁体５Ａの上面との間には、第２電極４の全周にわたって略均一な隙間Ｇ２を有する形状の空間Ｓ２が形成される。この空間Ｓ２は、ガス吹出部４ｅから放電空間２ｂ内に供給されたプラズマ発生用ガスや、プラズマ放電によって生成された反応ガスを外周方向に導くガス流路として機能する。
【００４６】
ここで、上記隙間Ｇ１，Ｇ２はともに、排気空間２ａの高さ方向の最大寸法Ｈ（図３参照）よりも狭くなるように、各部寸法が設定されている。これにより、ガスの流れやすさを示すコンダクタンスで比較した場合、ガス排気路としての空間Ｓ１，ガス流路としての空間Ｓ２におけるコンダクタンスを、排気空間２ａにおけるコンダクタンスよりも小さくすることができる。
【００４７】
減圧下にある処理室２内におけるプラズマ発生用ガスの流れ状態は、ガス分子の平均自由行程が大きい分子流の状態となっており、この分子流状態においてはコンダクタンスは圧力とは無関係にその空間の壁面間距離の３乗に比例する。したがって、前記の寸法Ｈに対してＧ１，Ｇ２が小さければ小さいほど、空間Ｓ１，Ｓ２におけるコンダクタンスは排気空間２ａにおけるコンダクタンスよりも小さくなる。すなわち、減圧下で行われるプラズマ処理において、空間Ｓ１，Ｓ２内におけるガスの流れと比較して、排気空間２ａ内においてガスはより流れやすくなっている。
【００４８】
したがって、プラズマ処理時に放電空間２ｂ内のガスを排気ポート１ａを介して排気する際に、空間Ｓ１から排気空間２ａ内に流入したガスはコンダクタンスが大きいことから速やかに排気ポート１ａを介して排出され、排気空間２ａ内におけるガスの流動状態の分布に大きなばらつきが生じない。このため、空間Ｓ１から排気空間２ａ内に流入するガスについては、第２電極４の全周にわたってほぼ均一な流入状態が実現される。また、空間Ｓ２内のガスが空間Ｓ１内に流入する際においても同様に、第２電極４の全周にわたってほぼ均一な流れが実現される。これにより、放電空間２ｂ内におけるガスの状態が均一化され、プラズマ処理によるエッチング分布を均一化することが可能となっている。
【００４９】
このプラズマ処理装置は上記のように構成されており、以下プラズマ処理方法について各図を参照しながら説明する。このプラズマ処理は、表面に絶縁層としての保護テープ６ａを有するシリコンウェハ６を第１電極３の上面に静電吸着によって保持した状態で、且つこの第１電極３を冷却しながらプラズマ処理を行うものである。
【００５０】
先ず処理対象物であるシリコンウェハ６が処理室２内に搬送され、第１電極３上に載置される。この後開口部１ｂが閉じられ、真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔３ｅ、吸引孔３ｃを介して真空吸引し、シリコンウェハ６は第１電極３の上面３ｇに密着した状態で真空吸着により保持される。
【００５１】
次いで真空排気部８を駆動して処理室２内を真空排気した後、プラズマ発生用ガス供給部２１によってプラズマ発生用ガスが処理室２内に供給される。そしてこの後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動してＤＣ電圧を印加し、高周波電源部１７を駆動してプラズマ放電を開始する。これにより放電空間２ｂにはプラズマが発生し、シリコンウェハ６を対象としたプラズマ処理が行われる。このプラズマ処理においては、第１電極３とシリコンウェハ６との間には静電吸着力が発生し、シリコンウェハ６は第１電極３に静電吸着力により保持される。
【００５２】
この静電吸着においては、図２に示すようにシリコンウェハ６の保護テープ６ａの中央部Ｄを第２電極３の上面中央部Ａに接触させ、保護テープ６ａの外縁部Ｅを第２電極３の上面周辺部Ｂの絶縁被覆層３ｆに接触させて載置する。そして主に保護テープ６ａの中央部Ｄを静電吸着を行うための誘電体として利用してシリコンウェハ６を上面中央部Ａで静電吸着するとともに、保護テープ６ａの外縁部Ｅを絶縁被覆層３ｆに密着させることにより、プラズマと第１電極３の上面中央部Ａとの間を絶縁する。
【００５３】
この後、ガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし、バックＨｅ導入が行われる。すなわち、真空吸引によるシリコンウェハ６の第１電極３への保持を解除した後に、Ｈｅガス供給部１４から伝熱用のヘリウムガスを吸引孔３ｂを介して供給し、吸着孔３ｅ内に充填する。このプラズマ処理においては、第１電極３は冷却機構１０によって冷却されており、プラズマ処理によって昇温したシリコンウェハ６の熱を伝熱性に富む気体であるヘリウムガスを介して第１電極３に伝達することにより、シリコンウェハ６の冷却が効率よく行われる。
【００５４】
そして所定のプラズマ処理時間が経過して放電を終了したならばバックＨｅを停止し、真空吸着を再びＯＮする。これにより、プラズマ放電が終了することにより消失した静電吸着力に替えて、真空吸着力によってシリコンウェハ６が第１電極３に保持される。
【００５５】
この後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を停止してＤＣ電圧をＯＦＦにし、大気開放機構９を駆動して処理室２内の大気開放を行う。この後、再びガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし、次いでウェハブローを行う。すなわちチッソガスを吸引孔３ｃを介して供給して吸着孔３ｅから噴出させ、シリコンウェハ６を第１電極３から離脱させる。そして開口部１ｂを開状態にし、シリコンウェハ６を処理室２の外部に搬送したならば、ウェハブローをＯＦＦし、プラズマ処理の１サイクルを終了する。
【００５６】
上記説明したように、本実施の形態に示すプラズマ処理においては、処理対象物が載置される第１電極３と対向して昇降自在に配設される第２電極４の上方に、処理対象物の出し入れ時の第２電極４の昇降代を兼ねた広い排気空間２ａを確保するようにしている。これにより、放電空間２ｂにおけるコンダクタンスを、第２電極４の下方の放電空間２ｂから排気空間２ａに至るまでのガス流路またはガス排気路におけるコンダクタンスよりも十分に大きくすることができ、ガス排気を偏りなく均一に行うことができる。
【００５７】
したがって、従来のプラズマ処理装置において排気を偏りなく行うために必要とされた圧力バッファとしての大容積の排気スペースを省くことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の側断面図である。本実施の形態２は、実施の形態１と同様構成の第１電極３，第２電極４を備えたプラズマ処理装置において、図７に示すように、処理室２を形成する真空チャンバ１Ａの内壁面の第２電極４の外側面に対向する範囲に凹状の溝部１ｃを設けるようにしたものである。これにより、実施の形態１と同様にガス排気路としての空間Ｓ１を確保しつつ、真空チャンバ１の外形寸法を小さくして、装置のコンパクト化を促進することができる。
【００５９】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の側断面図、図９は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の部分断面図である。本実施の形態３は、実施の形態１と同様構成のプラズマ処理装置において、図８に示すように、第２電極４０の張出部４０ｆの形状を実施の形態１における張出部４ｆから変更したものである。
【００６０】
図９に示すように、処理室の内面と絶縁体で形成された張出部４０ｆの側面との間には、第２電極４０の全周にわたって隙間Ｇ１の空間Ｓ１が形成されている。空間Ｓ１は実施の形態１と同様の構成となっており、同様に放電空間内のガスを排気空間に導くガス排気路として機能する。張出部４０ｆの下面は、ガス吹出部４０ｅの下面よりも下方に延出しており、第２電極４０を下降させた状態において、張出部４０ｆの下面は絶縁体５Ａの上面に対して平行となり、張出部４０ｆの下面と絶縁体５Ａの０上面との間に形成される空間Ｓ２０の隙間Ｇ３は、実施の形態１に示す隙間Ｇ２よりも小さくなっている。
【００６１】
この空間Ｓ２０は、絶縁体５Ａの上面と張出部４０ｆの下面との間にこの第２電極４０の全周にわたって略均一な隙間で形成され、放電空間内のガスを外側へ向かって流すガス流路となっている。このガス流路は、略円筒形の処理室２内において第２電極４０の下方側の放電空間を取り囲んで形成された略中抜き円板状の形状となっている。
【００６２】
上記構成を採用することにより、径方向に長さを持った狭隙間の空間Ｓ２０を形成することができ、張出部４０ｆの外側面と処理室２の内側面との間に全周にわたって均一なガス排気路が形成しにくい場合においても、実施の形態１に示すガス排気路による効果と同様に、ガスの流れを均一化して放電空間の圧力分布を均一化し、エッチングレートを均一化することができる。また、放電空間の外周を狭隙間の空間２０で取り囲むことにより、プラズマを放電空間内に閉じこめることができ、プラズマ処理の効率を向上させるという効果を得る。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、処理空間内の第２電極の下方の放電空間内のガスを第２電極の上方の排気空間へ排気するガス排気路の隙間を、排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくして、ガス排気を偏りなく均一に行うことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図２】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の第１電極の側断面図
【図３】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図４】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図５】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の平断面図
【図６】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の部分断面図
【図７】本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の側断面図
【図８】本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の側断面図
【図９】本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の部分断面図
【符号の説明】
１ 真空チャンバ
１ａ 排気ポート
１ｂ 開口部
２ 処理室
２ａ 排気空間
２ｂ 放電空間
３ 第１電極
３ｆ 絶縁被覆層
４、４０ 第２電極
４ｅ ガス吹出部
４ｆ、４０ｆ 張出部
６ シリコンウェハ
８ 真空排気部
１７ 高周波電源部
Claims (11)
- 密閉された処理空間を形成可能な処理室と、処理室の底の中央部に処理対象物を保持する上面を露呈させた状態で配設された第１電極と、前記処理室内に第１電極に対向して前記第１電極よりも外側に広がった形状で配置され且つ昇降機構によって昇降可能な第２電極と、前記昇降機構によって前記第２電極が下降した状態において前記処理空間内の第２電極の上方および下方にそれぞれ形成される排気空間および放電空間と、前記処理室の側面に設けられた処理対象物の出し入れ用の開口部と、前記第２電極の下面中央部に形成され前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス吹出部と、前記排気空間に形成された排気ポートより排気を行って前記処理空間を減圧する真空排気部と、前記処理室の内面と前記第２電極の側面との間に第２電極の全周にわたって略均一な隙間で形成され前記放電空間内のガスを排気空間へ排気するガス排気路と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間にプラズマを発生させる高周波電源部とを備え、前記ガス排気路の隙間を前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを前記排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス排気路が略円筒形状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理室の底の前記第１電極を取り囲む部分が絶縁体で構成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
- 前記第２電極が、中央部の導電体とその外周部に絶縁体からなる張出部を備えたことを特徴とすることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
- 密閉された処理空間を形成可能な処理室と、この処理室の底に装着された絶縁体と、処理対象物を保持する上面を露呈させた状態で前記絶縁体によって周囲を取り囲まれて埋設された第１電極と、前記処理室内に第１電極に対向して前記第１電極よりも外側に広がった張出部を全周にわたって有し且つ昇降機構によって昇降可能な第２電極と、前記昇降機構によって前記第２電極が下降した状態において前記処理空間内の第２電極の上方および下方にそれぞれ形成される排気空間および放電空間と、前記処理室の側面に設けられた処理対象物の出し入れ用の開口部と、前記第２電極の下面中央部に形成され前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス吹出部と、前記排気空間に形成された排気ポートより排気を行って前記処理空間を減圧する真空排気部と、前記絶縁体の上面と前記張出部の下面との間にこの第２電極の全周にわたって略均一な隙間で形成されたガス流路と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間にプラズマを発生させる高周波電源部とを備え、前記ガス流路の隙間を前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス流路におけるコンダクタンスを前記排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 前記張出部の下面と前記絶縁体の上面が平行であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス流路が略中抜き円盤状であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
- 前記張出部の下面が前記ガス吹出部の下面よりも下方に突出していることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
- 前記張出部が絶縁体で構成されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理室の内面と前記張出部の側面との間に、この第２電極の全周にわたって略均一且つ前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭い隙間のガス排気路を形成したことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス排気路が略円筒形状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。
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