JP2007258470A

JP2007258470A - プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体

Info

Publication number: JP2007258470A
Application number: JP2006081351A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Honda; 昌伸本田; Naoki Matsumoto; 直樹松本; Satoshi Tanaka; 諭志田中; Yutaka Matsui; 裕松井
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP4885585B2; KR20070096864A; KR100852577B1

Abstract

【課題】プラズマの排気空間へのリークを防止することができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１０は基板処理室１１を備え、該基板処理室１１は、プラズマが発生する処理空間ＰＳと、該処理空間ＰＳのガス等を排気するための排気空間ＥＳと、処理空間ＰＳ及び排気空間ＥＳを連通させる排気流路１６と、処理空間ＰＳに高周波電力を印加するサセプタ１２と、処理空間ＰＳに直流電圧を印加する上部電極板３７と、排気流路１６に配置されている接地リング４４とを有し、該接地リング４４は電気的に接地され、且つシリコンから成る導電部４５及び該導電部４５の表面を部分的に覆う絶縁膜４６を有し、導電部４５の排気流路１６に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかに設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体に関する。

基板としてのウエハが搬入される処理空間を有する基板処理室と、該基板処理室内に配置され且つ高周波電源に接続された下部電極と、該下部電極と対向するように配置された上部電極とを備える平行平板型のプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置では、処理空間に導入された処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマを所望の状態に維持してウエハにプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す。また、プラズマ処理装置は処理空間と連通する排気空間を有し、該排気空間には処理空間の残ガス等を排気するための排気管等が開口する。

プラズマ処理装置では、処理空間に面する装置構成部品はアルマイトやイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等の絶縁性膜で覆われるが、排気空間に面する装置構成部品は絶縁性膜で覆われないか、若しくは極薄い絶縁性膜のみで覆われるため、処理空間及び排気空間の間に電位差が生じ、該電位差に応じて処理空間のプラズマにおける電子が排気空間に引き込まれる。その結果、プラズマが排気空間にリークする。

特に、近年、プラズマ処理性能向上を目的として、上部電極を直流電源に接続して処理空間に直流電圧を印加するプラズマ処理装置が開発されている。処理空間に直流電圧が印加されると、該処理空間には多量の電子が発生する。該多量の電子は上記電位差に応じて排気空間に引き込まれるため、多量のプラズマが排気空間にリークする。

排気空間にプラズマがリークすると、排気管で異常放電が発生することがあり、該排気管を破損させる虞がある。また、処理空間のプラズマ密度が低下するため、ウエハに所望のプラズマ処理を施すことが困難になる虞がある。

そこで、プラズマが排気空間へリークするのを防止する数々の方法が開発されている。例えば、基板処理室のアノード／カソード比を大きくすれば排気空間へのプラズマのリークが減少することが知られていることから、基板処理室のアノード／カソード比を大きくする方法、具体的には基板処理室内に配置されたウエハの載置台の側面積を大きくする方法、処理空間及び排気空間の間に排気プレートを設ける方法及び導通によって上記電位差を解消する方法（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
特開２００１−２４０９７３号公報

しかしながら、基板処理室のアノード／カソード比を大きくする方法ではプラズマ処理装置の大きさが大きくなりすぎるという問題がある。また、排気板を設ける方法では、処理空間からの残ガス等の排気効率が低下するという問題がある。さらに、電位差を解消するためには排気空間に面する装置構成部品を絶縁性膜で覆う必要があるが、プラズマ処理装置の製造コストが高くなるという問題がある。すなわち、プラズマの排気空間へのリークを防止するのは困難である。

本発明の目的は、プラズマの排気空間へのリークを防止することができるプラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、基板にプラズマ処理が施される処理空間、該処理空間のガスを排気するための排気空間及び該排気空間及び前記処理空間を連通させる排気流路を有する基板処理室を備えるプラズマ処理装置において、前記排気流路に配置され且つ電気的に接地する接地部品を備え、該接地部品は導電性材料からなる導電部を有し、前記導電部の前記排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかであることを特徴とする。

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において、前記処理空間に直流電圧を印加する直流電極を備えることを特徴とする。

請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記導電性材料は、シリコン、シリコンカーバイト及びアモルファスカーボンからなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項４記載のプラズマ処理方法は、基板にプラズマ処理が施される処理空間、該処理空間のガスを排気するための排気空間及び該排気空間及び前記処理空間を連通させる排気流路を有する基板処理室と、前記排気流路に配置され且つ電気的に接地する接地部品とを備え、前記接地部品は導電性材料からなる導電部を有し、前記導電部の前記排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかであるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、前記処理空間においてプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、前記プラズマ中の電子を前記接地部品に導入する電子導入ステップとを有することを特徴とする。

請求項５記載のプラズマ処理方法は、請求項４記載のプラズマ処理方法において、前記処理空間に直流電圧を印加する直流電圧印加ステップを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項６記載の記憶媒体は、基板にプラズマ処理が施される処理空間、該処理空間のガスを排気するための排気空間及び該排気空間及び前記処理空間を連通させる排気流路を有する基板処理室と、前記排気流路に配置され且つ電気的に接地する接地部品とを備え、前記接地部品は導電性材料からなる導電部を有し、前記導電部の前記排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかであるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、前記処理空間においてプラズマを生成するプラズマ生成モジュールと、前記プラズマ中の電子を前記接地部品に導入する電子導入モジュールとを有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によれば、電気的に接地する接地部品が排気空間及び処理空間を連通させる排気流路に配置され、該接地部品が有する導電部の排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかである。処理空間から排気流路に流入したプラズマ中の電子は接地部品に導入される。また、接地部品が有する導電部の排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２以上であるため、導電部及び電子の接触面積を充分確保することができる。したがって、電子が排気空間に引き込まれることがなく、もって、プラズマの排気空間へのリークを防止することができる。さらに、接地部品が有する導電部の排気流路に対する暴露面積は１０００ｃｍ^２以下であるため、処理空間の電圧が接地部品によって過剰に低下するのを防止でき、もって、プラズマ着火性能が低下するのを防止できる。

請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、処理空間に直流電圧を印加する直流電極を備える。処理空間に直流電圧が印加されると該処理空間に多量の電子が発生するが、該多量の電子が排気流路に流入しても接地部品に導入されるため、多量の電子が排気空間に引き込まれることがなく、もって、プラズマの排気空間へのリークを防止することができる。

請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、接地部品の導電部を構成する導電性材料は、シリコン、シリコンカーバイト及びアモルファスカーボンからなる群から選択された少なくとも１つであるので、接地部品が金属汚染源となることがなく、もって、基板の金属汚染の発生を防止することができる。

請求項４記載のプラズマ処理方法及び請求項６記載の記憶媒体によれば、排気流路によって排気空間と連通された処理空間においてプラズマが生成され、該プラズマ中の電子が、導電部の排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかであり且つ電気的に接地する接地部品に導入される。接地部品が有する導電部の排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２以上であるため、導電部及び電子の接触面積を充分確保することができる。したがって、電子が排気空間に引き込まれることがなく、もって、プラズマの排気空間へのリークを防止することができる。さらに、接地部品が有する導電部の排気流路に対する暴露面積は１０００ｃｍ^２以下であるため、処理空間の電圧が接地部品によって過剰に低下するのを防止でき、もって、プラズマ着火性能が低下するのを防止できる。

請求項５記載のプラズマ処理方法によれば、処理空間に直流電圧が印加される。処理空間に直流電圧が印加されると該処理空間に多量の電子が発生するが、該多量の電子が排気流路に流入しても接地部品に導入されるため、多量の電子が排気空間に引き込まれることがなく、もって、プラズマの排気空間へのリークを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置は基板としての半導体ウエハＷにＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理を施すように構成されている。

図１において、プラズマ処理装置１０は円筒形状の基板処理室１１を有し、該基板処理室１１は内部上方に処理空間ＰＳを有する。処理空間ＰＳには後述するプラズマが発生する。また、基板処理室１１内には、例えば、直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷ（以下、単に「ウエハＷ」という。）を載置する載置台としての円柱状のサセプタ１２が配置されている。基板処理室１１の内壁面は側壁部材１３で覆われる。該側壁部材１３はアルミニウムからなり、その処理空間ＰＳに面する面はイットリアや所定の厚さを有するアルマイトでコーティングされている。基板処理室１１は電気的に接地するため、側壁部材１３の電位は接地電位である。また、サセプタ１２は、導電性材料、例えば、アルミニウムからなる導電体部１４と、該導電体部１４の側面を覆う、絶縁性材料からなるサセプタ側面被覆部材１５とを有する。

プラズマ処理装置１０では、基板処理室１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって、サセプタ１２上方のガスを基板処理室１１の外へ排出する流路として機能する排気流路１６が形成される。この排気流路１６には、多数の通気穴４７を有する板状部材である排気プレート１７が配置される、該排気プレート１７は排気流路１６及び基板処理室１１の下部空間である排気空間ＥＳを仕切る。ここで、排気流路１６は排気空間ＥＳ及び処理空間ＰＳを連通させる。また、排気空間ＥＳには粗引き排気管１８及び本排気管１９が開口する。粗引き排気管１８にはＤＰ（Dry Pump）（図示しない）が接続され、本排気管１９にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）（図示しない）が接続される。また、排気空間ＥＳにおいて、該排気空間ＥＳに面する部品や内壁の表面は導電性材料が剥き出しであるか、極薄い絶縁性膜でのみ覆われる。したがって、処理空間ＰＳ及び排気空間ＥＳの間に電位差が発生する。

粗引き排気管１８、本排気管１９、ＤＰ及びＴＭＰ等は排気装置を構成し、粗引き排気管１８及び本排気管１９は処理空間ＰＳのガスを、排気流路１６及び排気空間ＥＳを介して基板処理室１１の外部へ排出する。具体的には、粗引き排気管１８は基板処理室１１内を大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管１９は粗引き排気管１８と協働して基板処理室１１内を大気圧から低真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。

サセプタ１２の導電体部１４には高周波電源２０が整合器（Matcher）２１を介して接続されており、該高周波電源２０は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力を導電体部１４に供給する。これにより、サセプタ１２の導電体部１４は高周波電極として機能する。また、整合器２１は、導電体部１４からの高周波電力の反射を低減して高周波電力の導電体部１４への供給効率を最大にする。また、導電体部１４には、さらに他の高周波電源２２が整合器２３を介して接続されており、該他の高周波電源２２は、高周波電源２０が供給する高周波電力より低い周波数、例えば、２ＭＨｚの高周波電力を導電体部１４に供給する。整合器２３は整合器２１と同様の機能を有する。以上より、サセプタ１２は４０ＭＨｚの高周波電力及び２ＭＨｚの高周波電力を処理空間ＰＳに印加する。

サセプタ１２の上方には、電極板２４を内部に有する円板状の静電チャック２５が配置されている。サセプタ１２がウエハＷを載置するとき、該ウエハＷは静電チャック２５上に配される。電極板２４には直流電源２６が電気的に接続されている。電極板２４に負の直流電圧が印加されると、ウエハＷの裏面には正電位が発生するため、電極板２４及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってウエハＷは静電チャック２５の上面に吸着保持される。

サセプタ１２の上方には、サセプタ１２の上面に吸着保持されたウエハＷの周りを囲うように環状のフォーカスリング２７が配設される。このフォーカスリング２７はシリコン（Ｓｉ）又はシリカ（ＳｉＯ_２）からなり、処理空間ＰＳに露出し、該処理空間ＰＳのプラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、ＲＩＥ処理の効率を向上させる。また、フォーカスリング２７の周りには、該フォーカスリング２７の側面を保護する、クォーツからなる環状のカバーリング２８が配置されている。

サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２９が設けられる。この冷媒室２９には、チラーユニット（図示せず）から冷媒用配管３０を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）液が循環供給され、当該冷媒の温度によってサセプタ１２上面に吸着保持されたウエハＷの処理温度が制御される。

さらに、サセプタ１２の上面のウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給穴３１が開口している。これら複数の伝熱ガス供給穴３１は、サセプタ１２内部に配置された伝熱ガス供給ライン３２を介して伝熱ガス供給部（図示せず）に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを、伝熱ガス供給穴３１を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。

また、サセプタ１２の吸着面には、サセプタ１２の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン３３が配置されている。これらのプッシャーピン３３は、モータ（図示せず）とボールねじ（図示せず）を介して接続され、ボールねじによって直線運動に変換されたモータの回転運動に起因して吸着面から自在に突出する。ウエハＷにＲＩＥ処理を施すためにウエハＷを吸着面に吸着保持するときには、プッシャーピン３３はサセプタ１２に収容され、ＲＩＥ処理が施されたウエハＷを基板処理室１１から搬出するときには、プッシャーピン３３はサセプタ１２の上面から突出してウエハＷをサセプタ１２から離間させて上方へ持ち上げる。

基板処理室１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにガス導入シャワーヘッド３４が配置されている。ガス導入シャワーヘッド３４はバッファ室３５が内部に形成された、絶縁性材料からなる電極板支持体３６と、該電極板支持体３６に釣支される上部電極板３７とを備える。上部電極板３７は処理空間ＰＳにその下面が露出する。また、上部電極板３７は導電性材料、例えば、シリコンからなる円板状の部材である。上部電極板３７の周縁部は絶縁性材料からなる環状のシールドリング３８によって覆われる。すなわち、上部電極板３７は、接地電位である基板処理室１１の壁部から電極板支持体３６及びシールドリング３８によって電気的に絶縁されている。

また、上部電極板３７は直流電源３９と電気的に接続されており、上部電極板３７には負の直流電圧が印加されている。したがって、上部電極板３７は処理空間ＰＳに直流電圧を印加する。上部電極板３７には直流電圧が印加されるため、上部電極板３７及び直流電源３９の間に整合器を配置する必要がなく、従来のプラズマ処理装置のように上部電極板に整合器を介して高周波電源を接続する場合に比べて、プラズマ処理装置１０の構造を簡素化することができる。

電極板支持体３６のバッファ室３５には処理ガス供給部（図示せず）からの処理ガス導入管４０が接続されている。また、ガス導入シャワーヘッド３４は、バッファ室３５を処理空間ＰＳに導通させる複数のガス穴４１を有する。ガス導入シャワーヘッド３４は、処理ガス導入管４０からバッファ室３５へ供給された処理ガスを、ガス穴４１を経由して処理空間ＰＳへ供給する。

また、基板処理室１１の側壁には、プッシャーピン３３によってサセプタ１２から上方へ持ち上げられたウエハＷの高さに対応する位置にウエハＷの搬出入口４２が設けられ、搬出入口４２には、該搬出入口４２を開閉するゲートバルブ４３が取り付けられている。

このプラズマ処理装置１０の基板処理室１１内では、上述したように、サセプタ１２の導電体部１４がサセプタ１２及び上部電極板３７の間の空間である処理空間ＰＳに高周波電力を印加することにより、該処理空間ＰＳにおいてガス導入シャワーヘッド３４から供給された処理ガスを高密度のプラズマにして陽イオンやラジカルを発生させ、さらに、上部電極板３７が処理空間ＰＳに直流電圧を印加することによってプラズマを所望の状態に保ち、陽イオンやラジカルによってウエハＷにＲＩＥ処理を施す。

また、プラズマ処理装置１０では、排気流路１６における排気プレート１７の近傍に接地リング４４（接地部品）が配置されている。接地リング４４は電気的に接地されており、導電性材料、例えば、シリコンからなる導電部４５と、該導電部４５の表面を覆う絶縁性材料からなる絶縁性膜４６とを備える。絶縁性膜４６は導電部４５の表面を部分的に覆うので、該導電部４５の表面の一部は排気流路１６に対して暴露される。導電部４５の排気流路１６に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかに設定される。また、接地リング４４はサセプタ１２の側面を囲うように配置されている。

プラズマ処理装置１０では、処理空間ＰＳにおいてプラズマが生成されると、該プラズマ中の電子は処理空間ＰＳ及び排気空間ＥＳの間の電位差に応じて排気流路１６へ流入する。特に、プラズマ処理装置１０では処理空間ＰＳに直流電圧が印加されるため、該処理空間ＰＳに多量の電子が発生する。ここで、一般に、電子は該電子の近傍に存在する陽極に導入されるため、排気流路１６へ流入した電子は接地リング４４、具体的には、排気流路１６に対して暴露される導電部４５の表面に導入される。その結果、排気流路１６へ流入した電子が排気空間ＥＳに引き込まれるのを防止する。

次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置が実行するプラズマ処理方法について説明する。

このプラズマ処理では、まず、ウエハＷが基板処理室１１内に搬入され、サセプタ１２の静電チャック２５上に配されると、静電チャック２５はウエハＷを吸着保持する。

次いで、排気装置が基板処理室１１内、特に、処理空間ＰＳを所定の圧力まで減圧し、ガス導入シャワーヘッド３４が処理ガスを処理空間ＰＳへ供給する。その後、サセプタ１２が処理空間ＰＳに高周波電力を印加することによって供給された処理ガスから高密度のプラズマを生成して陽イオンやラジカルを発生させる。また、上部電極板３７が処理空間ＰＳに直流電圧を印加することによってプラズマを所望の状態に保つ。所望の状態に保たれた陽イオンやラジカルはウエハＷにＲＩＥ処理を施す。

ＲＩＥ処理中において処理空間ＰＳのプラズマ中の電子は処理空間ＰＳ及び排気空間ＥＳの間の電位差に応じて排気流路１６へ流入し、排気流路１６に配置されている接地リング４４は、排気流路１６に対して暴露される導電部４５の表面に電子を導入する。

ウエハＷのＲＩＥ処理が終わると、排気装置は処理空間ＰＳの残ガス等を基板処理室１１の外部へ排出し、プラズマ処理装置１０はウエハＷを基板処理室１１から搬出し、本処理を終了する。

プラズマ処理装置１０によれば、電気的に接地する接地リング４４が排気空間ＥＳ及び処理空間ＰＳを連通させる排気流路１６に配置されるので、処理空間ＰＳのプラズマにおける電子が排気空間ＥＳに引き込まれることがない。また、プラズマ処理装置１０は処理空間ＰＳに直流電圧を印加する上部電極板３７を備えるため、処理空間ＰＳに直流電圧が印加されて該処理空間ＰＳに多量の電子が発生するが、該多量の電子は排気流路１６に流入しても接地リング４４に導入されるため、多量の電子が排気空間ＥＳに引き込まれることがない。その結果、プラズマの排気空間ＥＳへのリークを防止することができる。

また、プラズマ処理装置１０における基板処理室１１のアノード／カソード比が小さく（サセプタ１２の側面積が小さく）ても、接地リング４４を排気流路１６に配置すれば、上述した効果を奏することができるので、例え、アノード／カソード比が小さくてもプラズマの排気空間ＥＳへのリークを防止することができる。

上述したプラズマ処理装置１０では、接地リング４４が排気流路１６における排気プレート１７の近傍に配置されたが、排気流路１６において電子の密度はほぼ均一であることが知られているため、接地リング４４は排気流路１６におけるカバーリング２８の近傍に配置されてもよい。但し、接地リング４４を処理空間ＰＳに配置すると、該接地リング４４が処理空間ＰＳ中の電子を積極的に導入するため、処理空間ＰＳにおけるプラズマを所望の状態に保つことができなくなる。したがって、接地リング４４は処理空間ＰＳに配置しないのが好ましい。

また、排気空間ＥＳに開口する粗引き排気管１８及び本排気管１９内において異常放電が発生するのを防止する観点からは、例え、プラズマが排気プレート１７を越えても、該排気プレート１７から排気空間ＥＳ内に拡散するのを防止できればよい。この目的を達成するには、排気プレート１７の排気空間ＥＳ側に、排気プレート１７における通気穴４７の開口部を囲うように配置される接地リング４８を配置すればよい（図２参照。）。該接地リング４８は、電気的に接地され、且つシリコンからなる導電部４９と、該導電部４９の表面を部分的に覆う絶縁膜５０とを備える。接地リング４８では、通気穴４７をガスと共に通過してくる電子に対して導電部４９の表面の一部が暴露される。したがって、通気穴４７を通過した電子は導電部４９の表面の一部に導入される。その結果、排気プレート１７を越えた電子が排気空間ＥＳへ拡散するのを防止することができる。

プラズマ処理装置１０では、接地リング４４の導電部４５はシリコンから構成されるので、接地リング４４が金属汚染源となることがなく、もって、ウエハＷの金属汚染の発生を防止することができる。なお、接地リング４４の導電部４５を構成する導電性材料はシリコンに限られず、例えば、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、アモルファスカーボンや金属汚染を発生させない金属であってもよい。また、電子導入の観点からは、導電性材料が体積抵抗率の小さいものであるのが好ましい。

また、接地リング４４では導電部４５の表面が絶縁性材料からなる絶縁性膜４６で覆われたが、導電部４５が絶縁性膜４６で覆われることなく、導電部４５の全表面が排気流路１６に対して暴露されてもよい。但し、この場合にも、導電部４５の排気流路１６に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかに設定される。

また、本発明を適用可能なプラズマ処理装置は、処理空間においてプラズマが発生するものであればよい。具体的には、上述したプラズマ処理装置１０のように高周波電極としてのサセプタ１２に互いに異なる２周波の高周波電力が供給されるものだけでなく、上部電極板及びサセプタのそれぞれに高周波電力が供給されるものやサセプタに１つの高周波電力が供給されるものであってもよい。また、上部電極板に直流電圧が印加されない場合であっても処理空間にプラズマが生成されれば、該処理空間に電子も発生することから、上部電極板に直流電圧を印加しないプラズマ処理装置であっても本発明を適用することができる。

なお、上述したプラズマ処理装置１０においてＲＩＥ処理等が施される基板は半導体デバイス用の半導体ウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。

また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

実施例１
まず、上述したプラズマ処理装置１０において、直流電源３９から上部電極板３７へ−６００Ｖの直流電圧を印加させながら、高周波電源２０から４０ＭＨｚの高周波電力及び他の高周波電源２２から２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２の導電体部１４に供給し、処理空間ＰＳにおいてプラズマを生成した。そして、４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値を変更したときの、排気空間ＥＳへリークしたプラズマの発光強度を観察した。

４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値はそれぞれ５００Ｗ／１０００Ｗ／２０００Ｗ及び０Ｗ／１０００Ｗ／２０００Ｗの３水準に設定された。そして、観察された発光強度（単位はarb. units）を下記表１にまとめた。

比較例１
まず、上述したプラズマ処理装置１０において、接地リング４４をサセプタ１２から外した。さらに、直流電源３９から上部電極板３７へ−６００Ｖの直流電圧を印加させながら、高周波電源２０から４０ＭＨｚの高周波電力及び他の高周波電源２２から２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２の導電体部１４に供給し、処理空間ＰＳにおいてプラズマを生成した。そして、４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値を変更したときの、排気空間ＥＳへリークしたプラズマの発光強度を観察した。

４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値は、実施例１と同様に、それぞれ５００Ｗ／１０００Ｗ／２０００Ｗ及び０Ｗ／１０００Ｗ／２０００Ｗの３水準に設定された。そして、観察された発光強度（単位はarb. units）を下記表２にまとめた。

表１及び表２を比較すると、排気リング４４が排気流路１６に配置されていない比較例１では、４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値がいずれであっても、排気空間ＥＳへリークしたプラズマの発光強度が、許容される排気空間ＥＳへのプラズマのリーク量に相当する発光強度（以下、「許容発光強度」という。）である３００arb. unitsを大幅に上回る一方、接地リング４４が排気流路１６に配置されている実施例１では、４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値がいずれであっても、排気空間ＥＳへリークしたプラズマの発光強度が、許容発光強度を常に下回ることが分かった。すなわち、排気流路１６に接地リング４４を配置することによって排気空間ＥＳへのリークを防止することができるのが分かった。

次に、上部電極板３７に直流電圧を印加しない場合について考察を行った。

実施例２
まず、上述したプラズマ処理装置１０において、直流電源３９から上部電極板３７へ直流電圧を印加することなく、高周波電源２０から４０ＭＨｚの高周波電力及び他の高周波電源２２から２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２の導電体部１４に供給し、処理空間ＰＳにおいてプラズマを生成した。そして、４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値を変更したときの、処理空間ＰＳにおけるプラズマの状態、すなわち、プラズマが安定しているか否かを観察した。

ここでも４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値はそれぞれ５００Ｗ／１０００Ｗ／２０００Ｗ及び０Ｗ／１０００Ｗ／２０００Ｗの３水準に設定された。そして、観察されたプラズマの状態を下記表３にまとめた。

比較例２
まず、上述したプラズマ処理装置１０において、接地リング４４をサセプタ１２から外した。さらに、直流電源３９から上部電極板３７へ直流電圧を印加することなく、高周波電源２０から４０ＭＨｚの高周波電力及び他の高周波電源２２から２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２の導電体部１４に供給し、処理空間ＰＳにおいてプラズマを生成した。そして、４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値を変更したときの、排気空間ＥＳへリークしたプラズマの発光強度を観察した。

ここでも４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値はそれぞれ５００Ｗ／１０００Ｗ／２０００Ｗ及び０Ｗ／１０００Ｗ／２０００Ｗの３水準に設定された。そして、観察されたプラズマの状態を下記表４にまとめた。

表３及び表４を比較すると、排気リング４４が排気流路１６に配置されていない比較例２では、低電力が供給されている場合に処理空間ＰＳにおいてプラズマがハンチングして不安定な状態となった。これは、低電力のために処理空間ＰＳのプラズマの密度が低いところ、処理空間ＰＳから排気空間ＥＳへのプラズマのリークが発生したために、処理空間ＰＳのプラズマが安定した状態を維持することができなかったと考えられた。一方、接地リング４４が排気流路１６に配置されている実施例２では、４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値がいずれであってもプラズマは安定していた。これは、プラズマが排気空間ＥＳへリークすることがなかったため、処理空間ＰＳのプラズマ密度が低いときであっても該プラズマが安定した状態を維持できたためと考えられた。

また、上部電極板３７に直流電圧を印加しない場合であっても、排気流路１６に接地リング４４を配置することによって排気空間ＥＳへのプラズマのリークを防止できることが分かった。

次に、接地リング４４における導電部４５の排気流路１６に対する暴露面積について考察を行った。

具体的には、図３に示すように、絶縁性膜４６を全て除去した接地リング４４（図３（Ａ））（暴露面積：７８８．８ｃｍ^２）、絶縁性膜４６を上面から１ｍｍ幅で除去した接地リング４４（図３（Ｂ））（暴露面積：１３．０ｃｍ^２）、絶縁性膜４６を上面から３ｍｍ幅で除去した接地リング４４（図３（Ｃ））（暴露面積：３９．１ｃｍ^２）、絶縁性膜４６を上面から８ｍｍ幅で除去した接地リング４４（図３（Ｄ））（暴露面積：１３１．２ｃｍ^２）、絶縁性膜４６を上面及び下面から８ｍｍ幅で除去した接地リング４４（図３（Ｅ））（暴露面積：２６２．４ｃｍ^２）及び絶縁性膜４６を上面、下面及び側面の一部から除去した接地リング４４（図３（Ｆ））（暴露面積：３７２．４ｃｍ^２）を準備し、各接地リング４４を排気流路１６に配置したときの排気空間ＥＳへリークしたプラズマの発光強度を観察した。また、このとき、直流電源３９から上部電極板３７へ−６００Ｖの直流電圧を印加し、且つサセプタ１２の導電体部１４に供給される４０ＭＨｚの高周波電力の値及び２ＭＨｚの高周波電力の値の組み合わせを（５００Ｗ／０Ｗ）, （５００Ｗ／１０００Ｗ）, （５００Ｗ／２０００Ｗ）, （１０００Ｗ／０Ｗ）及び（１０００Ｗ／２０００Ｗ）のいずれかに設定した。そして、観察された発光強度を図４のグラフにまとめた。

なお、図４のグラフでは、横軸を導電部４５の暴露面積とし、縦軸を発光強度とした。また、（５００Ｗ／０Ｗ）の場合を「◆」で示し、（５００Ｗ／１０００Ｗ）の場合を「▲」で示し、（５００Ｗ／２０００Ｗ）の場合を「×」で示し、（１０００Ｗ／０Ｗ）の場合を「■」で示し且つ（１０００Ｗ／２０００Ｗ）の場合を「＋」で示した。

図４のグラフより、導電部４５の暴露面積が１００ｃｍ^２以上であると、排気空間ＥＳへリークしたプラズマの発光強度が、許容発光強度を下回ることが分かった。すなわち、導電部４５の排気流路１６に対する暴露面積を１００ｃｍ^２以上にすることによってプラズマの排気空間ＥＳへのリークを防止できるのが分かった。また、暴露面積が１００ｃｍ^２以上であれば発光強度はほとんど変化しないことから、暴露面積が１００ｃｍ^２以上であれば、導電部４５及び電子の接触面積を充分確保することができることが分かった。

また、導電部４５の排気流路１６に対する暴露面積が１０００ｃｍ^２を越える接地リング４４を製作し、排気流路１６に配置したところ、排気空間ＥＳへのプラズマのリークは観察されなかったものの、処理空間ＰＳにおけるプラズマ着火性能が大幅に低下した。これは、導電部４５の暴露面積が大きすぎるため、処理空間ＰＳにおいて処理ガスからプラズマを生成するために印加した電圧が導電部４５から逃げる、すなわち、処理空間ＰＳの電圧が接地リング４４によって過剰に低下するためと考察された。したがって、接地リング４４における導電部４５の排気流路１６に対する暴露面積は１０００ｃｍ^２以下であるのが好ましいことが分かった。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。接地リングの変形例を示す断面図である。暴露面積が異なる接地リングを示す断面図である。接地リングにおける導電部の暴露面積を変化させたときの排気空間におけるプラズマの発光強度を示すグラフである。

符号の説明

ＥＳ排気空間
ＰＳ処理空間
Ｗ半導体ウエハ
１０プラズマ処理装置
１１基板処理室
１２サセプタ
１６排気流路
２０高周波電源
２２他の高周波電源
３４ガス導入シャワーヘッド
３７上部電極板
３９直流電源
４４，４８接地リング
４５，４９導電部
４６，５０絶縁性膜

Claims

基板にプラズマ処理が施される処理空間、該処理空間のガスを排気するための排気空間及び該排気空間及び前記処理空間を連通させる排気流路を有する基板処理室を備えるプラズマ処理装置において、
前記排気流路に配置され且つ電気的に接地する接地部品を備え、該接地部品は導電性材料からなる導電部を有し、前記導電部の前記排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかであることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記処理空間に直流電圧を印加する直流電極を備えることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
前記導電性材料は、シリコン、シリコンカーバイト及びアモルファスカーボンからなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
基板にプラズマ処理が施される処理空間、該処理空間のガスを排気するための排気空間及び該排気空間及び前記処理空間を連通させる排気流路を有する基板処理室と、前記排気流路に配置され且つ電気的に接地する接地部品とを備え、前記接地部品は導電性材料からなる導電部を有し、前記導電部の前記排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかであるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、
前記処理空間においてプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、
前記プラズマ中の電子を前記接地部品に導入する電子導入ステップとを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
前記処理空間に直流電圧を印加する直流電圧印加ステップを有することを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
基板にプラズマ処理が施される処理空間、該処理空間のガスを排気するための排気空間及び該排気空間及び前記処理空間を連通させる排気流路を有する基板処理室と、前記排気流路に配置され且つ電気的に接地する接地部品とを備え、前記接地部品は導電性材料からなる導電部を有し、前記導電部の前記排気流路に対する暴露面積は１００ｃｍ^２乃至１０００ｃｍ^２のいずれかであるプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、
前記処理空間においてプラズマを生成するプラズマ生成モジュールと、
前記プラズマ中の電子を前記接地部品に導入する電子導入モジュールとを有することを特徴とする記憶媒体。