JP2007258471A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接地電極の表面にデポ膜が形成されるの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、処理空間ＰＳ及び排気空間ＥＳを連通させる排気流路１８と、該排気流路１８及び排気空間ＥＳを仕切る排気プレート１９と、処理空間ＰＳに高周波電力を印加するサセプタ１２と、該サセプタ１２の側面を覆うサセプタ側面被覆部材１６と、処理空間ＰＳに直流電圧を印加する上部電極板３９と、排気流路１８に配置されている接地リング４７とを有し、該接地リング４７は、接地リング４７の排気流路１８に露出する部分の断面形状がサセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれるように、配される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、直流電源に接続された電極を有するプラズマ処理装置に関する。

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、処理空間に処理ガスが導入され、上部電極及び下部電極の間の処理空間に高周波電力が印加される。また、ウエハが処理空間に搬入されて下部電極に載置されたときに、導入された処理ガスを高周波電力によってプラズマにしてイオン等を発生させ、該イオン等によってウエハにプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す。

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を印加するためには、処理空間に表面が露出する接地電位の電極（以下、「接地電極」という）を設ける必要がある。ところが、反応性の処理ガスを用いてプラズマ処理を行う場合、接地電極の表面に反応生成物（デポ）が付着してデポ膜が形成されることがある。デポ膜は絶縁性であるため、上部電極から接地電極への直流電流が阻害されて処理空間に直流電圧を印加することが不可能となり、その結果、処理空間におけるプラズマが不安定な状態に陥り、若しくはプラズマの特性が変化することがある。したがって、接地電極からデポ膜を除去する必要がある。

従来、電極表面のデポ膜の除去方法として、処理空間に酸素（O_２）ガスを導入し、酸素ガスから酸素イオンや酸素ラジカルを発生させ、デポ膜を酸素イオンや酸素ラジカルと反応させて除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６２−４０７２８号公報

しかしながら、上述したデポ膜の除去方法はウエハのプラズマ処理とは別の処理を実行する必要があり、ウエハからの半導体デバイスの生産性が低下するという問題がある。すなわち、電極表面のデポ膜を除去することは生産性の観点から現実的でないという問題がある。

本発明の目的は、接地電極の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができるプラズマ処理装置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を施す処理空間を有する基板処理室と、前記処理空間に高周波電力を印加する高周波電極と、前記処理空間に直流電圧を印加する直流電極と、前記基板処理室内に少なくとも一部が露出する接地電極とを備えるプラズマ処理装置であって、前記接地電極は前記基板処理室における複数の内面が交差して形成された隅部に配され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、前記基板処理室の断面において、前記接地電極の前記基板処理室内に露出する部分の断面形状は、前記複数の内面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項３記載のプラズマ処理装置は、基板にプラズマ処理を施す処理空間を有する基板処理室と、前記処理空間に高周波電力を印加する高周波電極と、前記処理空間に直流電圧を印加する直流電極と、前記基板処理室内に少なくとも一部が露出する接地電極とを備えるプラズマ処理装置であって、前記基板処理室は前記処理空間に対して凹んだ凹部を有し、前記接地電極は前記凹部に収容され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装置は、基板にプラズマ処理を施す処理空間を有する基板処理室と、前記処理空間に高周波電力を印加する高周波電極と、前記処理空間に直流電圧を印加する直流電極と、前記基板処理室内に少なくとも一部が露出する接地電極とを備えるプラズマ処理装置であって、前記接地電極は電子密度が小さい箇所に配されることを特徴とする。

請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置において、前記基板処理室の断面において、前記接地電極の前記基板処理室内に露出する部分の断面形状は、前記電子密度が１０^７ｃｍ^−３以下である位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれ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、接地電極は、基板にプラズマ処理を施す処理空間を有する基板処理室における複数の内面が交差して形成された隅部に配される。デポ膜はイオンによって形成されるが、処理空間で生成されたプラズマの電子が基板処理室の隅部には進入し難いため、該隅部においてイオンが少なくなる。したがって、イオンが接地電極に到達することがなく、もって、接地電極の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができる。

請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、基板処理室の断面において、接地電極の基板処理室内に露出する部分の断面形状は、複数の内面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれる。処理空間で生成されたプラズマのイオンは上記円内に進入することがない。したがって、接地電極の表面にデポ膜が形成されるのを確実に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、接地電極は、処理空間に対して凹んだ、基板処理室の凹部に収容される。デポ膜はイオンによって形成されるが、処理空間で生成されたプラズマの電子が基板処理室の隅部には進入し難いため、該隅部においてイオンが少なくなる。したがって、イオンが接地電極に到達することがなく、もって、接地電極の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができる。

請求項４記載のプラズマ処理装置によれば、接地電極は電子密度が小さい箇所に配される。電子密度が小さい箇所では電子に対して作用するイオンのクーロン電場が遮蔽される。すなわち、電子及びイオンが引き合うことがなく、電子及びイオンが混在することがないので、プラズマが存在しにくい。したがって、デポ膜を形成するイオンが接地電極に到達することがなく、もって、接地電極の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができる。

請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、基板処理室の断面において、接地電極の基板処理室内に露出する部分の断面形状は、電子密度が１０^７ｃｍ^−３以下である位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれる。電子密度が１０^７ｃｍ^−３以下である位置ではイオンのクーロン電場は５ｍｍ以上離れた電子に作用しないので、上記位置ではイオン及び電子が混在せず、プラズマが存在しない。したがって、接地電極の表面にデポ膜が形成されるのを確実に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は略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の内壁側面は側壁部材１３で覆われ、基板処理室１１の内壁上面は上壁部材１４で覆われる。側壁部材１３及び上壁部材１４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及び上壁部材１４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１５と、該導電体部１５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１６と、該サセプタ側面被覆部材１６の上に載置される、クォーツ（Ｑｚ）からなるエンクロージャー部材１７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１８が形成される。この排気流路１８には、多数の通気穴を有する板状部材である排気プレート１９が配置される。該排気プレート１９は排気流路１８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１８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２０及び本排気管２１が開口する。粗引き排気管２０にはＤＰ（Dry Pump）（図示しない）が接続され、本排気管２１にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）（図示しない）が接続される。

粗引き排気管２０、本排気管２１、ＤＰ及びＴＭＰ等は排気装置を構成し、粗引き排気管２０及び本排気管２１は処理空間ＰＳのガスを、排気流路１８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２０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２１は粗引き排気管２０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１５には高周波電源２２が整合器（Matcher）２３を介して接続されており、該高周波電源２２は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力を導電体部１５に供給する。これにより、サセプタ１２の導電体部１５は高周波電極として機能する。また、整合器２３は、導電体部１５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１５への供給効率を最大にする。また、導電体部１５には、さらに他の高周波電源２４が整合器２５を介して接続されており、該他の高周波電源２４は、高周波電源２２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１５に供給する。整合器２５は整合器２３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２６を内部に有する円板状の静電チャック２７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２７上に配される。電極板２６には直流電源２８が電気的に接続されている。電極板２６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２６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２７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２９が配設される。このフォーカスリング２９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２９の周りには、該フォーカスリング２９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３０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３１が設けられる。この冷媒室３１には、チラーユニット（図示せず）から冷媒用配管３２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３３が開口している。これら複数の伝熱ガス供給穴３３は、サセプタ１２内部に配置された伝熱ガス供給ライン３４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３３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３５が配置されている。これらのプッシャーピン３５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３５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３５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３６が配置されている。ガス導入シャワーヘッド３６はバッファ室３７が内部に形成された、絶縁性材料からなる電極板支持体３８と、該電極板支持体３８に釣支される上部電極板３９とを備える。上部電極板３９は処理空間ＰＳにその下面が露出する。また、上部電極板３９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３９の周縁部は絶縁性材料からなる環状のシールドリング４０によって覆われる。すなわち、上部電極板３９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３８及びシールドリング４０によって電気的に絶縁されている。

また、上部電極板３９は直流電源４１と電気的に接続されており、上部電極板３９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３９は処理空間ＰＳに直流電圧を印加する。上部電極板３９には直流電圧が印加されるため、上部電極板３９及び直流電源４１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３８のバッファ室３７には処理ガス供給部（図示せず）からの処理ガス導入管４２が接続されている。また、ガス導入シャワーヘッド３６は、バッファ室３７を処理空間ＰＳに導通させる複数のガス穴４３を有する。ガス導入シャワーヘッド３６は、処理ガス導入管４２からバッファ室３７へ供給された処理ガスを、ガス穴４３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３５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４４が設けられ、搬出入口４４には、該搬出入口４４を開閉するゲートバルブ４５が取り付けられている。

プラズマ処理装置１０は、さらに、排気流路１８に露出するように配置されている環状の接地リング４７（接地電極）を有する。該接地リング４７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。また、接地リング４７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、上部電極板３７が処理空間ＰＳに印加した直流電圧に起因して発生した電子が接地リング４７に導入される。

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１５がサセプタ１２及び上部電極板３９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３６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３９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。

ところで、本発明者は、本発明に先立ち、下記に示す従来のプラズマ処理装置４６において基板処理室１１内のデポ付着状況を観察した。

図２は、従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。従来のプラズマ処理装置は、その構成や作用が上述したプラズマ処理装置１０と基本的に同じであり、接地リングの配置位置がプラズマ処理装置１０と異なるのみである。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図２において、プラズマ処理装置４６は、排気流路１８におけるエンクロージャー部材１７の近傍に配置された接地リング４８を有する。接地リング４８の構成、機能はプラズマ処理装置１０における接地リング４７と同じである。

本発明者は、プラズマ処理装置４６において、処理空間ＰＳの圧力を６．６７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）に設定し、高周波電源２２から４０ＭＨｚの高周波電力を２１００Ｗで供給し、他の高周波電源２４から２ＭＨｚの高周波電力を５００Ｗで供給し、直流電源４１からは直流電圧を上部電極板３９に印加せず、Ｃ_４Ｆ_８ガス及びＡｒガスをそれぞれの流量を１０ｓｃｃｍ及び１０００ｓｃｃｍに設定して処理空間ＰＳに供給し、処理空間ＰＳにプラズマを生成した。そして、ＲＩＥ処理を５分間継続した場合における側壁部材１３、サセプタ側面被覆部材１６、エンクロージャー部材１７及び排気プレート１９の各表面におけるデポ付着速度（デポレート）を計測した。

図３は、従来のプラズマ処理装置の各構成部品におけるデポレートを示すグラフであり、図３（Ａ）は側壁部材におけるデポレートを示し、図３（Ｂ）は排気プレートにおけるデポレートを示し、図３（Ｃ）はサセプタ側面被覆部材及びエンクロージャー部材におけるデポレートを示す。図３（Ａ）及び（Ｃ）における縦軸は排気プレート１９からの位置を示し、図３（Ｂ）における横軸は側壁部材１３及び排気プレート１９の交差点からの位置を表す。また、図３（Ｂ）のグラフの横軸における６０ｍｍの点は排気プレート１９及びサセプタ側面被覆部材１６の交差点に対応する。なお、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）における矢印Ａ及び矢印Ｂは図２におけるＡ部及びＢ部にそれぞれ対応する。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）のグラフに示すように、矢印Ａ及び矢印Ｂではデポレートが小さく、図２におけるＡ部及びＢ部（隅部）、具体的には、基板処理室１１の断面において、側壁部材１３の表面及び排気プレート１９の表面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内、並びに、サセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内では、各表面にデポ膜がほとんど形成されないことが分かった。

そこで、本発明者は隅部にデポ膜がほとんど形成されない原因を探るべく、まず、側壁部材１３等の表面にデポが付着する原因を検討した。通常、デポが付着する原因としては、ＣＦ系のラジカルが各表面に衝突して付着する場合と、ＣＦ系の低エネルギーのイオンが各表面に到達してそのまま付着する場合とが考えられる。

まず、本発明者は、ラジカルと各表面との衝突の程度を調査すべく、プラズマ処理装置４６において高周波電源２２から４０ＭＨｚの高周波電力を５００Ｗで供給し、他の高周波電源２４からは２ＭＨｚの高周波電力を供給せず、Ｏ_２を含む処理ガスを処理空間ＰＳに供給して処理空間ＰＳに酸素ラジカルを発生させた。そして、該酸素ラジカルを用いてアッシング処理を行った場合における排気プレート１９の表面におけるエッチレートを計測した。アッシング処理においてエッチレートは衝突するラジカルの入射量に依存する。

図４は、アッシング処理時の排気プレートにおけるエッチレートを示すグラフである。図４における縦軸はエッチレート（Ｅ／Ｒ）を示し、同横軸は側壁部材１３及び排気プレート１９の交差点からの位置を表す。また、図４のグラフの横軸における６０ｍｍの点は排気プレート１９及びサセプタ側面被覆部材１６の交差点に対応する。なお、図４における矢印Ａ及び矢印Ｂは図２におけるＡ部及びＢ部にそれぞれ対応する。

図４のグラフに示すように、エッチレートは、矢印Ａの近傍、矢印Ｂの近傍、並びに矢印Ａ及び矢印Ｂの間でほとんど変化しない。すなわち、ラジカルの入射量は排気プレート１９の表面の全域においてほとんど変化しないことが分かった。一方、上述したように、排気プレート１９の表面におけるＡ部及びＢ部に対応する部分にはデポ膜がほとんど形成されない。以上より、排気プレート１９の表面において、ラジカルの入射量の分布とデポの付着量の分布が一致しないことが確認された。したがって、側壁部材１３等の表面にデポが付着する原因はＣＦ系の低エネルギーのイオンが各表面に到達してそのまま付着するためと分かった。

隅部にデポ膜がほとんど形成されないメカニズムは、明りょうに説明するのが困難であるが、上述したデポ付着原因の検討の結果、本発明者は以下に説明する仮説を類推するに至った。

すなわち、処理空間ＰＳにおいてプラズマが生成された際に発生する電子は、自由運動によって基板処理室１１内において拡散するが、基板処理室１１の各構成部品（例えば、側壁部材１３や排気プレート１９）の表面が交差して形成された隅部は処理空間ＰＳに対する間口が狭く、電子が進入し難いため、該隅部の電子密度が小さくなる。電子密度が小さい箇所では電子に対して作用するＣＦ系のイオンのクーロン磁場が遮蔽される（デバイ遮蔽）ため、電子及びＣＦ系のイオンが引き合うことがなく電子及びＣＦ系のイオンが混在することがない。したがって、該隅部ではプラズマが存在しにくくなり、ＣＦ系のイオンが少なくなる。その結果、側壁部材１３等の表面に到達するＣＦ系の低エネルギーのイオンはほとんど存在せず、該隅部にデポ膜がほとんど形成されない。

イオンのクーロン磁場が遮蔽された場合におけるイオンと該イオンのクーロン磁場が作用しない電子との最短距離をデバイ長というが、該デバイ長は、図５のグラフに示すように、電子密度が小さくなると長くなる。ここで、プラズマ処理装置４６では、側壁部材１３の表面及び排気プレート１９の表面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内、並びに、サセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内において、ＣＦ系のイオンのクーロン磁場が遮蔽されていると考えられる。したがって、Ａ部及びＢ部におけるデバイ長は５ｍｍであり、さらに、図５のグラフに基づいてＡ部及びＢ部の電子密度、少なくともサセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差する位置の電子密度は１０^７ｃｍ^−３以下であることが分かった。

また、基板処理室１１内を拡散する電子は、基板処理室１１の各構成部品の表面が交差して形成されたいずれの隅部にも進入し難いため、いずれの隅部においてもデポ膜がほとんど形成されないことが推察された。

本実施の形態では、上記得られた知見に基づいて、接地リング４７が、サセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差して形成された隅部、具体的には、基板処理室１１の断面において、接地リング４７の排気流路１８に露出する部分の断面形状がサセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれるように、配される。

プラズマ処理装置１０によれば、接地リング４７は、サセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差して形成された隅部、具体的には、基板処理室１１の断面において、該接地リング４７の排気流路１８に露出する部分の断面形状がサセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれるように、配される。デポ膜はＣＦ系のイオンによって形成されるが、処理空間ＰＳで生成されたプラズマの電子は上記隅部には進入し難いため、該隅部においてＣＦ系のイオンが少なくなる。したがって、ＣＦ系のイオンが接地リング４７に到達することがなく、もって、接地リング４７の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができる。

また、プラズマ処理装置１０では、接地リング４７は電子密度が１０^７ｃｍ^−３以下である箇所、具体的には、基板処理室１１の断面において、該接地リング４７の排気流路１８に露出する部分の断面形状が、電子密度が１０^７ｃｍ^−３以下である位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれるように、配される。電子密度が小さい箇所では電子に対して作用するＣＦ系のイオンのクーロン電場が遮蔽される。すなわち、電子及びＣＦ系のイオンが引き合うことがなく、電子及びＣＦ系のイオンが混在することがないので、プラズマが存在しにくい。したがって、デポ膜を形成するＣＦ系のイオンが接地リング４７に到達することがなく、もって、接地リング４７の表面にデポ膜が形成されるの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４７がサセプタ側面被覆部材１６の表面及び排気プレート１９の表面が交差して形成された隅部に配されたが、接地リング４７が配される隅部はこれに限られず、基板処理室１１の各構成部品の表面が交差して形成されたいずれの隅部（例えば、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）参照。）であってもよい。基板処理室１１内を拡散する電子はいずれの隅部にも進入し難いため、いずれの隅部においても接地リング４７の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができる。

また、接地リング４７は上述した隅部に配される代わりに、処理空間ＰＳに対して凹んだ、基板処理室１１の凹部に収容されてもよい。該凹部も処理空間ＰＳに対する間口が狭く、電子が進入し難いため、収容された接地リング４７の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができる。接地リング４７の断面形状も、図２に示すようなコの字状に限られず、Ｌ字状、横長の矩形状又は縦長の矩形状（図７（Ａ）〜図７（Ｃ）参照。）であってもよい。

プラズマ処理装置１０では、接地電極として環状の接地リング４７を用いたが、接地電極が環状である必要はなく、例えば、接地電極を分割された複数の導電体で構成し、各導電体をサセプタ１２の側面等に分散して配置してもよい。

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。

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。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

実施例１
上述したプラズマ処理装置１０において、処理空間ＰＳの圧力を６．６７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）に設定し、高周波電源２２から４０ＭＨｚの高周波電力を１０００Ｗで供給し、他の高周波電源２４からは２ＭＨｚの高周波電力を供給せず、直流電源４１から−６００Ｖの直流電圧を上部電極板３９に印加し、Ｃ_４Ｆ_８ガス、Ａｒガス及びＮ_２ガスをそれぞれの流量を６ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍ及び１２０ｓｃｃｍに設定して処理空間ＰＳに供給し、処理空間ＰＳにプラズマを生成した。そして、ＲＩＥ処理を５分間継続した場合の接地リング４７の表面におけるデポ膜の形成を観察した。

比較例１
上述したプラズマ処理装置４６において、ＲＩＥ処理の条件を実施例１と同様に設定し、該ＲＩＥ処理を５分間継続した場合の接地リング４８の表面におけるデポ膜の形成を観察した。

実施例１では接地リング４７の表面にデポ膜はほとんど形成されなかったが、比較例１では接地リング４８の全表面にデポ膜が形成された。以上より、接地リング４７を基板処理室１１の各構成部品の表面が交差して形成された隅部に配すると、接地リング４７の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができることが分かった。

次に、サセプタ１２に供給される高周波電力の値、上部電極板３９に印加される直流電圧の値及び接地リング４７の表面に形成されるデポ膜の関係について考察を行った。

実施例２
まず、プラズマ処理装置１０において、他の高周波電源２４から２ＭＨｚの高周波電力を１０００Ｗで供給する点以外はＲＩＥ処理の条件を実施例１と同様に設定し、該ＲＩＥ処理を５分間継続した場合の接地リング４７の表面におけるデポ膜の形成を観察した。

実施例３
まず、プラズマ処理装置１０において、高周波電源２２から４０ＭＨｚの高周波電力を２０００Ｗで供給する点以外はＲＩＥ処理の条件を実施例１と同様に設定し、該ＲＩＥ処理を５分間継続した場合の接地リング４７の表面におけるデポ膜の形成を観察した。

実施例４
まず、プラズマ処理装置１０において、直流電源４１から−１２００Ｖの直流電圧を上部電極板３９に印加する点以外はＲＩＥ処理の条件を実施例１と同様に設定し、該ＲＩＥ処理を５分間継続した場合の接地リング４７の表面におけるデポ膜の形成を観察した。

上記実施例１〜実施例４ではいずれも接地リング４７の表面にデポ膜はほとんど形成されなかった。以上より、接地リング４７を基板処理室１１の各構成部品の表面が交差して形成された隅部に配すると、直流電圧の値や高周波電力の値に関係なく、接地リング４７の表面にデポ膜が形成されるのを防止することができることが分かった。

また、上記実施例１〜実施例４ではいずれも接地リング４７に所定の値の直流電流が流れることが確認された。したがって、デポ膜形成防止のために電子密度が１０^７ｃｍ^−３以下である位置に接地リング４７を配置しても、該接地リング４７が上部電極板３９の対向電極として機能し、処理空間ＰＳに直流電圧を印加することができるのが分かった。

本発明の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。 従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 従来のプラズマ処理装置の各構成部品におけるデポレートを示すグラフであり、図３（Ａ）は側壁部材におけるデポレートを示し、図３（Ｂ）は排気プレートにおけるデポレートを示し、図３（Ｃ）はサセプタ側面被覆部材及びエンクロージャー部材におけるデポレートを示す。 アッシング処理時の排気プレートにおけるエッチレートを示すグラフである。 デバイ長及び電子密度の関係を示すグラフである。 接地リングの配置場所の変形例を示す図である。 接地リングの断面形状の変形例を示す図である。

符号の説明

ＥＳ 排気空間
ＰＳ 処理空間
Ｗ 半導体ウエハ
１０，４６ プラズマ処理装置
１１ 基板処理室
１２ サセプタ
１３ 側壁部材
１６ サセプタ側面被覆部材
１８ 排気流路
１９ 排気プレート
２２ 高周波電源
２４ 他の高周波電源
３９ 上部電極板
４７，４８ 接地リング

Claims (5)

1. 基板にプラズマ処理を施す処理空間を有する基板処理室と、前記処理空間に高周波電力を印加する高周波電極と、前記処理空間に直流電圧を印加する直流電極と、前記基板処理室内に少なくとも一部が露出する接地電極とを備えるプラズマ処理装置であって、
   前記接地電極は前記基板処理室における複数の内面が交差して形成された隅部に配されることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記基板処理室の断面において、前記接地電極の前記基板処理室内に露出する部分の断面形状は、前記複数の内面が交差する位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれ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. 基板にプラズマ処理を施す処理空間を有する基板処理室と、前記処理空間に高周波電力を印加する高周波電極と、前記処理空間に直流電圧を印加する直流電極と、前記基板処理室内に少なくとも一部が露出する接地電極とを備えるプラズマ処理装置であって、
   前記基板処理室は前記処理空間に対して凹んだ凹部を有し、
   前記接地電極は前記凹部に収容されることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 基板にプラズマ処理を施す処理空間を有する基板処理室と、前記処理空間に高周波電力を印加する高周波電極と、前記処理空間に直流電圧を印加する直流電極と、前記基板処理室内に少なくとも一部が露出する接地電極とを備えるプラズマ処理装置であって、
   前記接地電極は電子密度が小さい箇所に配されることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 前記基板処理室の断面において、前記接地電極の前記基板処理室内に露出する部分の断面形状は、前記電子密度が１０^７ｃｍ^−３以下である位置を中心にした半径５ｍｍの円内に含まれ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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