JP2007080555A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したプラズマ処理を効率よく行うことが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】半導体ウェハ５を対象としてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、真空チャンバ２の主体となるチャンバ容器４０の底部４０ｃに電極部材４６が装着された下部電極３を配置し、下部電極３の上方に外縁部５１ａよりも内側の下面側に下方に突出した突出面を備えた上部電極４を昇降自在に配設する。上部電極４を下部電極３に対して下降させて、外縁部５１ａをチャンバ容器４０の側壁部４０ａにおける中間高さＨＬに設けられた環状の密封面４０ｄに当接させ、下部電極３と上部電極４との間に密閉された処理空間２ａを形成する。これにより、上部電極４の上方は常圧空間２ｂとなり、異常放電の発生を防止して安定したプラズマ処理を効率よく行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハなどの板状のワークを対象として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。

電子機器の基板などに実装される半導体装置は、ウェハ状態で回路パターン形成が行われた半導体素子を個片に切り出すことにより製造される。近年半導体素子の薄化が進展し、ウェハ状態の半導体素子を切断して個片毎に分割するダイシング工程や、薄化加工のための機械研磨後のストレスリリーフ工程などをプラズマ処理によって行う方法が広く用いられるようになっている。

このような用途に用いられるプラズマ処理装置として、上部電極を下部電極に対して昇降自在に配設した構成のプラズマ処理装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このような構成を採用することにより、半導体ウェハを下部電極上に載置してプラズマ処理を実行する際の電極間距離を最適間隔に設定し、且つ半導体ウェハの搬送時には上部電極を上昇させて搬送動作のための適正クリアランスを確保することができるという利点がある。
特開２００１−２８４３３２号公報

しかしながら、上記特許文献例に示すプラズマ処理装置には、安定したプラズマ処理を効率よく行う上で、以下のような問題点があった。すなわち、プラズマ放電を発生させる真空チャンバ内において上部電極を昇降自在とする構成では、真空チャンバ内の上部電極の上方に電極の昇降代を確保するための空間が必要とされる。そしてプラズマ放電条件によっては、この上部電極の上方の空間内で異常放電を誘発する場合が避けがたい。この異常放電はプラズマ放電発生のための消費電力ロスやプラズマ放電のばらつきの要因となり、安定したプラズマ処理を効率よく行うことを阻害する要因の１つとなっていた。

そこで本発明は、安定したプラズマ処理を効率よく行うことができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理装置は、板状のワークを対象としてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、環状に連なった側壁部が設けられた筒状容器を主体とし前記側壁部に開口されたワーク出し入れ用の搬送口と前記側壁部において前記搬送口よりも高い位置に形成された環状の密封面とを有する真空チャンバと、前記搬送口を密閉する開閉自在な扉と、前記真空チャンバの前記側壁部に包囲された底部に配置されて上面に前記ワークが載置される下部電極と、前記密封面に当接可能な環状の外縁部を有するとともに前記外縁部よりも内側の下面側にこの外縁部の下面よりも下方に突出した突出面を備えた上部電極と、前記外縁部を前記密封面に当接させることにより前記下部電極と前記上部電極との間に密閉された処理空間を形成する昇降機構と、前記処理空間内においてプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えた。

本発明によれば、外縁部よりも内側の下面側に下方に突出した突出面を備えた上部電極を下部電極に対して下降させて上部電極の外縁部を真空チャンバに設けられた環状の密封
面に当接させ、下部電極と上部電極との間に密閉された処理空間を形成する構成を採用することにより、上部電極の上方での異常放電の発生を防止することができ、安定したプラズマ処理を効率よく行うことができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の構成説明図、図２、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの側断面図、図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの平面図、図５は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの部分断面図、図６は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における下部電極の側断面図、図７は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における吸着プレートの平面図、図８は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における吸着プレートの底面図、図９は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における上部電極の動作説明図、図１０は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの開閉動作の動作説明図、図１１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置に使用される電極部材の製造工程を示すフロー図、図１２，図１３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置に使用される電極部材の製造方法の工程説明図である。

まず図１を参照してプラズマ処理装置１の全体構成を説明する。プラズマ処理装置１は半導体ウェハなどの板状のワークを対象としてプラズマ処理を行う機能を有している。プラズマ処理装置１は減圧下でプラズマを発生させるための真空チャンバ２を備えている。真空チャンバ２の内部にはワークである半導体ウェハ５が載置される下部電極３が配置され、下部電極３の上方には、上部電極４が昇降自在に配設されている。上部電極４は真空チャンバ２の上部に当接する上部プレート６に設けられた昇降駆動部７によって昇降し、上部電極４が下降した状態では、下部電極３と上部電極４との間には密閉された処理空間２ａが形成される。そしてこの状態において、上部電極４の上方は処理空間２ａから隔離され、プラズマ放電が発生しない常圧空間２ｂとなる。

真空チャンバ２の側面には扉９によって閉じられたワーク出し入れ用の搬送口が設けられており、扉９を開放することにより、処理空間２ａ内への半導体ウェハ５の搬入・搬出を行うことができる。そして処理空間２ａ内において以下に説明するプラズマ発生手段によってプラズマを発生させることにより、下部電極３上に載置された半導体ウェハ５を対象としたプラズマ処理が行われる。ここでは、レジスト膜によるマスキングが施された半導体ウェハ５をプラズマエッチングすることにより半導体ウェハ５を個片に分割するプラズマダイシングや、プラズマダイシング後にレジスト膜をプラズマ処理によって除去するプラズマアッシングが行われる。

真空チャンバ２の内部空間には切換バルブ１２が接続されており、切換バルブ１２の吸引ポート１２ａには真空ポンプ１１が接続されている。切換バルブ１２を吸引ポート１２ａ側に切り替えた状態で真空ポンプ１１を駆動することにより、真空チャンバ２の内部空間が真空排気される。また切換バルブ１２を吸気ポート１２ｂ側に切換えることにより、真空チャンバ２の内部には大気が導入され、処理空間２ａ内の真空破壊が行われる。

プロセスガス供給部１３は流量制御バルブ１４、開閉バルブ１５を介して継手部材１６に接続されており、プロセスガス供給部１３を駆動することにより、上部電極４の下面から処理空間２ａ内に、プラズマ発生のためのプロセスガスが供給される。プラズマダイシングを行う場合にはＳＦ_６（６フッ化硫黄）などのフッ素系ガスが、またプラズマアッシングを行う場合には酸素ガスが、プロセスガスとして用いられる。半導体ウェハ５を対象としてフッ素系ガスを用いて行われるプラズマ処理において、処理効率を向上させるためには、処理空間２ａにおいて上部電極４と下部電極３との間隔を挟間隔に設定することが
望ましい。

下部電極３にはマッチング回路１８を介して高周波電源１７が電気的に接続されており、高周波電源１７を駆動することにより下部電極３と上部電極４との間には高周波電圧が印加される。処理空間２ａ内を真空排気した後にプロセスガスを供給した状態で、高周波電圧を印加することにより、処理空間２ａにおいてプラズマ放電が発生し処理空間２ａに供給されたプロセスガスがプラズマ状態となる。これにより、下部電極３上に載置された半導体ウェハ５を対象としたプラズマ処理が行われる。マッチング回路１８は、このプラズマ発生時において処理空間２ａ内のプラズマ放電回路と高周波電源１７のインピーダンスを整合させる。上記構成において、真空ポンプ１１、プロセスガス供給部１３、高周波電源１７、マッチング回路１８は、処理空間２ａ内においてプラズマを発生させるプラズマ発生手段となっている。

下部電極３には、上面に設けられた吸引・ブロー用の貫通孔から真空吸引・エアブローを行うための、独立した２系統の吸引・ブローラインが接続されている。すなわち下部電極３の外周部と連通した継手部材２７には、切換バルブ２４を含む第１の吸引・ブローラインＶＢ１が接続されており、下部電極３の中央部と連通した継手部材２８には、切換バルブ２５を含む第２の吸引・ブローラインＶＢ２が接続されている。

第１の吸引・ブローラインＶＢ１、第２の吸引・ブローラインＶＢ２は、それぞれ切換バルブ２４，２５の吸引ポート２４ａ、２５ａに吸引ポンプ２６を接続し、切換バルブ２４，２５の給気ポート２４ｂ、２５ｂに開閉バルブ２２、２３およびレギュレータ２０、２１を介して空圧源１９を接続した構成となっている。切換バルブ２４，２５をそれぞれ吸引ポート側、給気ポート側に切り替えることにより、下部電極３の上面の貫通孔から真空吸引、エアブローを選択的に行わせることができる。この時、レギュレータ２０、２１を調整することにより、空圧源１９からのエアーを任意圧力に設定することができる。

下部電極３、上部電極４にはそれぞれ内部に冷却水を循環させるための冷却孔が設けられており、下部電極３の冷却孔には継手部材３０、３１を介して、また上部電極４の冷却孔には継手部材３２、３３を介して冷却ユニット２９が接続されている。冷却ユニット２９を駆動することにより、下部電極３、上部電極４内の冷却孔内には冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時の発熱による下部電極３、上部電極４の過熱が防止される。

上記構成において、昇降駆動部７、真空ポンプ１１、切換バルブ１２、流量制御バルブ１４、開閉バルブ１５、高周波電源１７、マッチング回路１８、開閉バルブ２２、２３、切換バルブ２４、２５および吸引ポンプ２６は、制御部１０によって制御される。制御部１０が昇降駆動部７を制御することにより、上部電極４が昇降し、制御部１０が真空ポンプ１１、切換バルブ１２を制御することにより、処理空間２ａ内の真空排気および真空破壊が行われる。

そして制御部１０が流量制御バルブ１４、開閉バルブ１５を制御することにより、処理空間２ａへのプロセスガスの供給オン・オフおよびガス流量制御が行われる。また制御部１０が切換バルブ２４、２５、吸引ポンプ２６を制御することにより、下部電極３の上面からの真空吸引のタイミングが制御され、さらに切換バルブ２４、２５、開閉バルブ２２、２３を制御することにより、下部電極３の上面からのエアブローのタイミングが制御される。

次に図２、図３、図４、図５を参照して、真空チャンバ２の詳細構造を説明する。なお図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示している。図２〜図４において、真空チャンバ２の主体をなすチャンバ容器４０は、平面視して略正方形状の矩形ブロック（図４参照）の内
部を円形に切削除去することにより形成された筒状容器であり、外周部には環状に連なった側壁部４０ａが設けられている。

図２に示すように、側壁部４０ａの上部は側壁厚みが異なる側壁上部４０ｂとなっており、側壁上部４０ｂは側壁部４０ａの上端面Ｅよりも下方に設定された中間高さＨＬから上方に延出している。側壁部４０ａの下部と側壁上部４０ｂとの側壁厚みの相違による環状の段差部は、上部電極４が下降した状態において上部電極４が径方向に延出した外縁部５１ａが当接する環状の密封面４０ｄとなっている。そしてここでは密封面４０ｄは、側壁部４０ａの上端面Ｅよりも下方に位置する中間高さＨＬに形成された形態となっている。

図５に示すように、外縁部５１ａの下面に設けられたシール装着溝５１ｂには、シール部材６１が装着されており、さらに外縁部５１ａの下面には導通フィン６２が設けられている。上部電極４が下降するとシール部材６１が密封面４０ｄに押し付けられ、これにより処理空間２ａは外部に対して密封される。そしてこれとともに、導通フィン６２が密封面４０ｄに押し付けられることにより、中間プレート５１は、すなわち上部電極４は、接地部６３に接地されたチャンバー容器４０と電気的に導通する。

側壁部４０ａに包囲された底部４０ｃには、上面に半導体ウェハ５が載置される下部電極３が配置されている。側壁部４０ａには、下端を下部電極３の上面の高さレベルに合わせて、ワーク出し入れ用の搬送口４０ｆが、開口高さ寸法Ｈ１、開口幅寸法Ｂ（図４参照）の大きさで開口されている。ここで搬送口４０ｆは、上端が側壁部４０ａにおいて密封面４０ｄよりも所定の高さ寸法Ｄ１だけ下方に位置している。すなわち密封面４０ｄは、側壁部４０ａにおいて搬送口４０ｆよりも高い位置に形成されている。側壁部４０ａの外面には、搬送口４０ｆを密閉する扉９が設けられており、扉開閉機構（図示省略）によって扉９を移動させることにより、扉９は開閉自在となっている。

下部電極３の構成を説明する。底部４０ｃの上面には、誘電体４１を介して下方に軸部４２ａが延出した形状の電極装着部４２が保持されており、軸部４２ａは誘電体４３を介して底部４０ｃを下方に貫通している。電極装着部４２の上面には、冷却プレート４４と吸着部材４５とを一体にした構造の電極部材４６が、電極装着部４２に対して着脱自在に装着されている。電極部材４６の周囲は誘電体４３によって囲まれており、さらに誘電体４１、４３の外周面と側壁部４０ａの内周面との間には、アルミニウムなどの金属で製作されたシールド部材４７が装着されている。

シールド部材４７は、誘電体４１、４３の外周面が嵌合する形状の略円筒状部材である。シールド４７には、吸着部材４５の上面高さに合わせて、外径方向に延出して側壁部４０ａと誘電体４３との平面隙間を塞ぐ形状のフランジ部４７ａが設けられている。シールド部材４７は、側壁部４０ａと誘電体４１，４３との間の隙間をシールドして、異常放電を防止する機能を有するものである。フランジ部４７ａには、通気孔４７ｂが上下に貫通して設けられており、これにより、図３に示すように、下部電極３の上面側の処理空間２ａと側壁部４０ａの下部に、切換バルブ１２と接続して設けられた給排気口４０ｅとの間のエアの流通が可能となっている。

下部電極３の内部構造の詳細を、図６、図７，図８を参照して説明する。まず、下部電極３において処理対象の半導体ウェハ５の下面に当接して吸着保持する機能を有する電極部材４６について説明する。図６に示すように、電極部材４６は、冷却プレート４４の上面に吸着部材４５をろう付けにより接合して形成されている。吸着部材４５はアルミニウムなどの導電体を略円板形状に加工して製作された板状部材であり、上面には複数の貫通孔４５ａが形成されている。これらの貫通孔４５ａは、吸着部材４５の下面側に形成され
た中央空間４５ｂ、外周空間４５ｃと連通して設けられている。吸着部材４５の上面には、後述するように、誘電体であるアルミナを溶射した誘電膜が形成されており、この誘電膜は、貫通孔４５ａが吸着部材４５の上面に開口した孔部４５ｄ（図１３参照）のエッジを覆う形状となっている。

中央空間４５ｂ、外周空間４５ｃは、それぞれプラズマ処理の対象となる２種類の半導体ウェハ５、すなわち小型の半導体ウェハ５Ａと大型の半導体ウェハ５Ｂに対応して設けられている。半導体ウェハ５Ａを電極部材４６上に載置した状態において、半導体ウェハ５Ａによって覆われる範囲は中央エリアＡ１であり、中央空間４５ｂは中央エリアＡ１に対応した径寸法で円形に設けられている。また半導体ウェハ５Ｂを載置した状態では、中央エリアＡ１とともに、更にその外周部分に位置する外周エリアＡ２が半導体ウェハ５Ｂによって覆われる。そして外周空間４５ｃは外周エリアＡ２に対応した径寸法で、円環状に設けられている。

吸着部材４５と冷却プレート４４とを接着して一体化した状態では、中央空間４５ｂは冷却プレート４４の中央部に設けられた中央貫通孔４４ｂと連通し、外周空間４５ｃは冷却プレート４４の外縁部に設けられた側方貫通孔４４ｃと連通する。また冷却プレート４４の下面には、冷却水が循環するための円環状の冷却孔４４ａが形成されている。

電極部材４６を電極装着部４２に装着した状態では、図２に示すように中央空間４５ｂは、中央貫通孔４４ｂおよび軸部４２ａ内を上下に貫通して挿入された通気管４９Ａを介して継手部材２８と連通する。そして外周空間４５ｃは、側方貫通孔４４ｃを介して、さらに誘電体４１および底部４０ｃを貫通する誘電体４８に挿通する通気管４９Ｂを介して、継手部材２７と連通する。また冷却孔４４ａは、軸部４２ａの内部に設けられた冷媒流路４２ｂ、４２ｃを介して、継手部材３０、３１と連通する。

継手部材２７、継手部材２８には、図１に示す２系統の吸引・ブローラインＶＢ１，ＶＢ２がそれぞれ接続されており、図６に示す中央エリアＡ１、外周エリアＡ２内の各貫通孔４５ａから任意のタイミングにおいて真空吸引し、また正圧空気をブローすることが可能となっている。これにより、径サイズが異なる種類の半導体ウェハ５Ａ、５Ｂを共通の電極部材４６によって吸着保持し、また保持解除を行うことが可能となっている。

すなわち半導体ウェハ５Ａを対象とする場合には、中央空間４５ｂのみを吸引することによって半導体ウェハ５Ａを吸着部材４５に吸着保持する。そして半導体ウェハ５Ａの吸着を解除する場合には、中央空間４５ｂ内に正圧空気を送給して貫通孔４５ａからエアブローすることにより、半導体ウェハ５Ａを吸着部材４５上面から剥離する。

また半導体ウェハ５Ｂを対象とする場合には、中央空間４５ｂ、外周空間４５ｃの双方を吸引することによって半導体ウェハ５Ｂを吸着部材４５に吸着保持する。そして半導体ウェハ５Ｂの吸着を解除する場合には、まず中央空間４５ｂ内に正圧空気を送給し、次いで時間差をおいて外周空間４５ｃ内に正圧空気を送給する。これにより、ウェハの中央部分から先に剥離させることができ、サイズの大きい半導体ウェハ５Ｂを対象とする場合にあっても、少いエアブロー量で短時間でスムーズにウェハ剥離を行うことができる。

次に図７、図８を参照して電極部材４６に用いられる吸着部材４５の詳細形状を説明する。図７、図８は吸着部材４５の上面、下面をそれぞれ示している。図７、図８において、円板形状の吸着部材４５の下面には、吸着部材４５をそれぞれ所定深さだけ削り込むことにより、円形の中央空間４５ｂおよび中央空間４５ｂの外周に位置する円環状の外周空間４５ｃが形成されている。外周空間４５ｃの外縁は第１の環状接合面４５ｅによって外周面と隔てられており、中央空間４５ｂと外周空間４５ｃとは、第２の環状接合面４５ｆ
によって隔てられている。

中央空間４５ｂ、外周空間４５ｃの内部には、貫通孔４５ａが格子配列で形成されており、さらにこれらの貫通孔４５ａのうち隣接する４つの貫通孔４５ａに囲まれた位置には、正方形状の島状接合面４５ｇが同様に格子配列で設けられている。島状接合面４５ｇの底面は、第１の環状接合面４５ｅ、第２の環状接合面４５ｆと同一平面内にある。吸着部材４５を冷却プレート４４にろう付けによって接合する際には、これら第１の環状接合面４５ｅ、第２の環状接合面４５ｆ、島状接合面４５ｇが、冷却プレート４４の上面においてこれら接合面と対応する接合面にろう付けされる。

このように吸着部材４５、冷却プレート４４をろう付けにより接着して一体の電極部材４６を形成する構成において、第１の環状接合面４５ｅ、第２の環状接合面４５ｆに加えて、中央空間４５ｂ、外周空間４５ｃの範囲に島状接合面４５ｇを極力均一にしかも密に配置することにより、強固な接着強度を確保するとともに、プラズマ処理時の熱を吸着部材４５から冷却プレート４４に効率良く伝達することができるようになっている。なお吸着部材４５の下面に接着面を形成する場合において、第１の環状接合面４５ｅと第２の環状接合面４５ｆとを連結する接合面を、外周空間４５ｃを径方向に横切る形態で追加するようにしてもよい。

次に上部電極４および上部電極４を昇降させる昇降機構について説明する。図２に示すように、上部電極４はアルミニウムなどの導電体を上方に軸部５０ａが延出した形状に加工した保持部材５０を有している。保持部材５０の下面には、同じく導電体より成る略円板形状の中間プレート５１が固着されており、さらに中間プレート５１の下面には、保持リング５３によって外周を保持されたシャワープレート５２が装着されている。

中間プレート５１には、密封面４０ｄに当接する外縁部５１ａが外径方向に延出して設けられている。外縁部５１ａの内側に位置するシャワープレート５２、保持リング５３は、外縁部５１ａの下面よりも突出寸法Ｄ２だけ下方に突出した形状となっており、シャワープレート５２、保持リング５３の下面は、外縁部５１ａの下面よりも下方に突出した突出面となっている。

軸部５０ａは、上部プレート６に配設された軸受部５４によって上下動自在に保持されており、さらに上部プレート６に配置された昇降駆動部７に結合部材５５を介して結合されている。上部プレート６および軸受部５４は、上部電極４を昇降自在に保持する支持機構となっている。昇降駆動部７を駆動することにより上部電極４は昇降し、下降位置において中間プレート５１に設けられた外縁部５１ａが、チャンバ容器４０に設けられた密封面４０ｄに当接する。これにより、下部電極３の電極部材４６と上部電極４のシャワープレート５２との間には高さ寸法Ｈ２の処理空間２ａが形成される。

このとき、真空チャンバ２内において上部電極４の上方は、常に外気圧と等しい常圧空間２ｂとなる。したがって、処理空間２ａ内でプラズマを発生させるために上部電極４と下部電極３との間に高周波電圧を印加した場合においても、上部電極４の上方で異常放電が発生することがない。これにより、上部電極４を昇降自在に構成するために必要な昇降代を確保しつつ、異常放電に起因する消費電力ロスやプラズマ放電のばらつきを防止することができ、安定したプラズマ処理を効率よく行うことが可能となっている。

上部電極４において、外縁部５１ａの下面から保持リング５３の下面までの高さ寸法、すなわち突出面が外縁部５１ａの下面から下方に突出する突出寸法Ｄ２は、搬送口４０ｆの上端部から搬送口４０ｆの直上に位置する密封面４０ｄまでの高さ寸法Ｄ１よりも大きくなるように設定されている。したがって上部電極４が下降した状態では、保持リング５
３の下面は搬送口４０ｆの上端部よりも下方に位置する。これにより、処理空間２ａにおけるシャワープレート５２と吸着部材４５との間の高さ寸法Ｈ２、すなわち電極間隙間を、半導体ウェハ５を対象としたフッ素系ガスによるプラズマ処理を効率よく行うのに適した挟隙間に設定することが可能となっている。

そして図９に示すように、昇降駆動部７を異動して上部電極４を上昇させた状態では、保持リング５３は搬送口４０ｆよりも上方に位置する。そしてこの状態で扉９を開放することにより搬送口４０ｆは開状態となるが、このとき搬送口４０ｆの開口高さ寸法Ｈ１の範囲には上部電極４は存在しない。したがって、基板搬送機構６４によって半導体ウェハ５を処理空間２ａ内に搬入・搬出するワーク搬送動作において、基板板搬送機構６４と上部電極４との干渉を生じることがない。

すなわち本実施の形態に示すプラズマ処理装置においては、上部電極４における突出寸法Ｄ２が、チャンバ容器４０における高さ寸法Ｄ１よりも大きくなるように寸法設定を行うことにより、半導体ウェハ５を対象としたプラズマ処理を高い効率で行うのに望ましい電極間の挟隙間を実現しつつ、搬送動作を支障なく行うのに必要な開口高さ寸法Ｈ１を確保することが可能となっている。

上記構成において、上部電極４は密封面４０ｄに当接可能な環状の外縁部５１ａを有するとともに、外縁部５１ａよりも内側の下面側に外縁部５１ａの下面よりも下方に突出した突出面を備えた形態となっている。そして昇降駆動部７は、外縁部５１ａを密封面４０ｄに当接させることにより、下部電極３と上部電極４との間に密閉された処理空間２ａを形成する昇降機構となっている。そしてこの昇降機構は、上部電極４を昇降自在に保持する支持機構に装着された構成となっており、このような構成を採用することにより、真空チャンバ２の構造の簡易化・コンパクト化が実現されている。

図２において、シャワープレート５２の上面側に対応する中間プレート５１の下面には、ガス空間５１ｃが形成されている。ガス空間５１ｃは、軸部５０ａの内部を貫通する通気管４９Ｃを介して、継手部材１６に連通している。継手部材１６は、図１に示す開閉バルブ１５と接続されており、プロセスガス供給部１３から送られるプロセスガスは、ガス空間５１ｃまで到達した後、シャワープレート５２の微細孔から処理空間２ａ内に吹き出される。

保持部材５０の下面側には冷媒循環用の冷却ジャケット５０ｄが形成されており、冷却ジャケット５０ｄは軸部５０ａの内部に設けられた冷媒流路５０ｂ、５０ｃを介して継手部材３２、継手部材３３と連通している。継手部材３２、継手部材３３は、図１に示す冷却ユニット２９に接続されており、冷却ユニット２９を駆動して冷却ジャケット５０ｄに冷媒を循環させることにより、プラズマ処理によって昇温した中間プレート５１を冷却して過熱を防止する。

次に上部プレート６を上部電極４とともに開閉する開閉機構について説明する。図２、図３において、側壁上部４０ｂの上端面Ｅに当接した状態の上部プレート６の上面には、２本の開閉部材５７が結合ブロック５７ａによって固着されており、２本の開閉部材５７の一方側（図３において右側）の端部には、これらを連結する形で把持ロッド５６が結合されている。チャンバ容器４０の左側面にはヒンジブロック５８が固着されており、ヒンジブロック５８には水平なヒンジ軸５９が軸支されている。

開閉部材５７の他方側は、上部プレート６の外側まで延出して、ヒンジ軸５９によって軸支されている。さらに開閉部材５７の端部には、ダンパ６０がピン６０ａを介して結合されている。開閉部材５７、ヒンジブロック５８、ヒンジ軸５９は、上部プレート６を回
動させて開閉するヒンジ機構を構成している。上部プレート６を開放する際には、把持ロッド５６を把持して上方に持ち上げ、図１０に示すように、上部プレート６を上部電極４とともに、ヒンジ軸５９廻りに回動させる。

これにより、チャンバー容器４０は上面の開口部分が全面的に開放された状態となり、下部電極３における電極部材の交換や内部のクリーニングなどのメンテナンス作業を作業性良く行うことができる。すなわち、本実施の形態においては、上部電極４を保持する支持機構は、上述のヒンジ機構によって水平軸廻りに回動自在に装着された構成となっている。ダンパ６０は、開放された上部プレート６を閉じる際に上部電極４や上部プレート６の自重を支えるのに必要とされる保持力を軽減して、開閉作業動作を容易にする機能を有している。

次に下部電極３に使用される電極部材４６の製造方法について、図１１、図１２、図１３を参照して説明する。ここでは、電極部材４６を構成する吸着部材４５、冷却プレート４４を一体化して、下部電極３に装着される電極部材４６を製造する過程を示している。まず個別部品としての冷却プレート４４、吸着部材４５を、それぞれ機械加工により製作する（ＳＴ１Ａ），（ＳＴ１Ｂ）、すなわち図１２（ａ）に示すように、円板状部材に貫通孔４５ａ、中央空間４５ｂ、外周空間４５ｃ、第１の環状接合面４５ｅ、第２の環状接合面４５ｆを形成して吸着部材４５を製作し、同様に冷却ジャケット４４ａ、中央貫通孔４４ｂ、側方貫通孔４４ｃ、ろう付け面４４ｄを機械加工により形成して冷却プレート４４を製作する。ここで、吸着部材４５の下面の平面形状と冷却プレート４４のろう付け面４４ｄの平面形状が同一となるように、機械加工が行われる。

次いでろう付けが行われる（ＳＴ２）。すなわち図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ろう付け面４４ｄに第１の環状接合面４５ｅ、第２の環状接合面４５ｆをろう付けにより接合することにより、冷却プレート４４、吸着部材４５を一体化する。次いでアルミナ溶射が行われる（ＳＴ３）。すなわち冷却プレート４４と一体化された吸着部材４５の上面を対象として、誘電体であるアルミナを溶射して誘電膜を形成する。すなわち図１３（ａ）に示す状態の吸着部材４５の上面に、図１３（ｂ）に示すように、アルミナの溶射膜６５を形成する。

このとき、貫通孔４５ａが板状部材である吸着部材４５の上面に開口した孔部４５ｄにおいては、溶射膜６５が貫通孔４５ａ内に部分的に垂下して付着することにより、溶融したアルミナは孔部４５ｄのエッジに付着して覆う形状の孔部付着誘電膜６５ａとなる。またアルミナの溶射範囲は吸着部材４５の上面のみだけでなく、吸着部材４５の下面と同一平面形状のろう付け面４４ｄとが接合された状態において、図１３（ｃ）に示すように、吸着部材４５の側端面の全範囲と冷却プレート４４の側端面の一部（ろう付け面４４ｄから所定幅だけ下方の範囲）を含んだ範囲に、溶射膜６５が形成される。

この後、アルミナ溶射面を対象として表面研磨が行われる（ＳＴ４）。すなわち、図１３（ｃ）に示すように、吸着部材４５上面に溶射された溶射膜６５を機械研磨し、平滑な被覆面６５ａを形成する。この機械研磨により、貫通孔４５ａの孔部４５ｄを覆った孔部付着誘電膜６５ａの上面が部分的に除去され、当初孔径ｄ１で加工された貫通孔４５ａの開口部の有効孔径はｄ１よりも小さいｄ２となる。したがって、真空吸引やエアブローを適切に行う上で必要とされる孔径ｄ２よりも大きい孔径ｄ１で、貫通孔４５ａを穴明け加工することができる。これにより、加工難度が高い微細孔の穴明け加工を必要とせずに、微細径の貫通孔を設けることが可能となる。

すなわち上述の電極部材４６を製造する電極部材の製造方法は、吸着部材４５に複数の貫通孔４５ａを形成する貫通孔形成工程と、貫通孔４５ａが形成された吸着部材４５の上
面にアルミナを溶射することにより、貫通孔４５ａが吸着部材４５の上面に開口した孔部４５ｄのエッジを覆う形状の溶射膜６５を形成する溶射工程と、溶射膜６５が形成された吸着部材４５の表面を機械研磨する表面研磨工程とを含む形態となっている。

このように、下部電極３において上面に露呈されてプラズマに暴露される部分を上述のような形態の誘電膜で覆うことにより、次のような優れた効果を得る。従来装置においては、電極部材の表面は大部分が金属面が露呈した構成となっていたため、プラズマアッシングによって真空チャンバ内に付着した堆積物を除去するためのクリーニング実行の都度、電極部材の金属部分はプラズマに曝されることとなっていた。このため電極部材の表面はプラズマのスパッタリング効果によって除去され、電極部材の部品寿命が短くなって部品消耗コストが上昇するとともに、スパッタリングによる飛散物が装置内面に付着して汚染する結果となっていた。

これに対し、本実施の形態においては、電極部材４６の上面を誘電膜によって覆う構成としていることから、金属表面が直接プラズマに曝されることがない。したがって金属がスパッタリングによって除去されることによる飛散物の発生が抑制され、飛散物付着による装置内部の汚染を防止するとともに、下部電極を電極部材の部品寿命を延長させることが可能となっている。

さらに、本実施の形態においては、孔部４５ｄのエッジを覆った形状の孔部付着誘電膜６５ａを形成することにより、貫通孔４５ａの開口部のエッジ部分の耐エッチング性を向上させて局部的な部品寿命を延長させるとともに、エッジ部にて発生しやすい異常放電を防止することができる。また電極部材４６の外周面において、吸着部材４５の側端面と冷却プレート４４の側端面の一部を溶射膜６５で覆うことにより、下部電極３の外周近傍での異常放電の発生を防止することができる。

なお、電極部材４６を下部電極３に装着して半導体ウェハ５を対象としたプラズマ処理を反復実行する過程において、吸着部材４５の表面はプラズマのエッチング作用によってダメージを受け、被覆面６５ｂが荒れた状態となる。そしてこの表面ダメージが進行すると電極部材４６は使用に耐えない状態となり、新たな電極部材４６と交換される。従来は、表面ダメージが生じた電極部材４６は耐用寿命を過ぎた消耗部品として廃却処分されていたが、本実施の形態に示す電極部材４６は、以下のリサイクル方法によって再生処理を行うことにより、再使用が可能となっている。

このリサイクル方法においては、まず使用済みの電極部材４６において吸着部材４５上面の溶射膜６５をブラストなどの方法により除去する（膜除去工程）。次いで溶射膜６５が除去された後の吸着部材４５の上面に、図１３（ｂ）と同様に、再び溶射膜６５を溶射により形成する（再溶射工程）。そして溶射後の吸着部材４５の表面を再び機械研磨することにより、図１２（ｃ）に示すように吸着部材４５上面の溶射膜６５には平滑な被覆面６５ｂが形成され、再び使用可能な状態となる。これにより、複雑な機械加工や接合工程を経て製作される高コストの電極部材を繰り返し使用することが可能となり、プラズマ処理装置のランニングコストを低減することが可能となる。

本発明のプラズマ処理装置は、安定したプラズマ処理を効率よく行うことができるという効果を有し、半導体ウェハなどの板状のワークを対象としてプラズマ処理を行う用途に有用である。

本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の構成説明図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの側断面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの側断面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの平面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの部分断面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における下部電極の側断面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における吸着プレートの平面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における吸着プレートの底面図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における上部電極の動作説明図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における真空チャンバの開閉動作の動作説明図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置に使用される電極部材の製造工程を示すフロー図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置に使用される電極部材の製造方法の工程説明図 本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置に使用される電極部材の製造方法の工程説明図

符号の説明

１ プラズマ処理装置
２ 真空チャンバ
２ａ 処理空間
３ 下部電極
４ 上部電極
５ 半導体ウェハ
６ 上部プレート
７ 昇降駆動部
９ 扉部材
１１ 真空ポンプ
１３ プロセスガス供給部
１７ 高周波電源
４０ チャンバー容器
４０ａ 側壁部
４０ｄ 密封面
４０ｆ 搬送口
４４ 冷却プレート
４５ 吸着部材
４５ａ 貫通孔
４６ 電極部材
５０ 保持部材
５１ 中間プレート
５１ａ 外縁部
５９ ヒンジ軸
６５ 溶射膜

Claims (5)

1. 板状のワークを対象としてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   環状に連なった側壁部が設けられた筒状容器を主体とし前記側壁部に開口されたワーク出し入れ用の搬送口と前記側壁部において前記搬送口よりも高い位置に形成された環状の密封面とを有する真空チャンバと、前記搬送口を密閉する開閉自在な扉と、前記真空チャンバの前記側壁部に包囲された底部に配置されて上面に前記ワークが載置される下部電極と、前記密封面に当接可能な環状の外縁部を有するとともに前記外縁部よりも内側の下面側にこの外縁部の下面よりも下方に突出した突出面を備えた上部電極と、前記外縁部を前記密封面に当接させることにより前記下部電極と前記上部電極との間に密閉された処理空間を形成する昇降機構と、前記処理空間内においてプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記搬送口の上端部からこの搬送口の直上に位置する前記密封面までの寸法よりも、前記突出面が前記外縁部の下面から下方に突出する突出寸法が大きくなっており、前記外縁部を前記密封面に当接させた状態において前記突出面が前記搬送口の上端よりも下方に位置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。
3. 前記密封面は前記側壁部の上端面よりも下方に位置する中間高さに形成され、さらに前記上部電極を昇降自在に保持した支持機構を前記側壁部の上端面に配置したことを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記昇降機構は、前記支持機構に装着されていることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 前記支持機構は、ヒンジ機構によって水平軸廻りに回動自在に装着されていることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。

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