JP2007266296A

JP2007266296A - 基板処理装置及び側壁部品

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Publication number: JP2007266296A
Application number: JP2006089164A
Authority: JP
Inventors: Shosuke Endo; 昇佐遠藤; Takeshi Moriya; 剛守屋; Akitaka Shimizu; 昭貴清水
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP4709047B2

Abstract

【課題】異常放電の発生及び金属汚染の発生を防止することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１０は、チャンバ１１の側壁４２において、サセプタ１２及びガス導入シャワーヘッド３４の間の処理空間Ｓに対向する側壁部品としてのデポシールド４３を備え、デポシールド４３は、上部電極層４４と、下部電極層４５と、上部電極層４４及び下部電極層４５を包むように成形されたイットリアからなる絶縁部４６と、上部電極層４４に接続された上部直流電源４７と、下部電極層４５に接続された下部直流電源４８とを有し、絶縁部４６はイットリアの溶射によって形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置及び側壁部品に関し、特に、基板処理装置が備える処理室の側壁部品に関する。

基板としてのウエハにプラズマ処理を施す基板処理装置はウエハを収容する処理室を備え、該処理室内において発生したプラズマによってウエハにプラズマ処理が施される。処理室は、例えば、円筒形状を呈し、導電性材料、例えば、アルミニウムからなる。

ところで、処理室内におけるプラズマは種々の要因によって偏在することがあり、このとき、ウエハに施されるプラズマ処理の均一性を保つことが困難となる。したがって、プラズマの分布を制御する必要がある。また、処理室内にはパーティクルが浮遊するが、パーティクルがウエハの表面に付着すると、ウエハから製造される半導体デバイスに欠陥が生じるため、処理室内においてウエハの近傍からパーティクルを除去する必要がある。

プラズマやパーティクルは帯電していることから、近年、処理室の壁部材に所定の直流電圧を印加することによって処理室内のプラズマの分布を制御する方法やパーティクルの挙動を制御する方法が開発されている。特に、後者の方法として、シースによって正帯電させたパーティクルの挙動を壁部材への直流電圧印加のタイミングによって制御する方法（例えば、特許文献１参照。）が知られている。このような直流電圧が印加される壁部材はアルマイトが被膜されたアルミニウム部材からなる。
特開２００５−７２１７５号公報

しかしながら、アルマイトは膜厚を均一に保つのが困難であり、壁部材では局所的にアルマイトの薄膜部が発生する。このような壁部材に直流電圧を印加すると、薄膜部から異常放電が発生するという問題がある。

また、アルマイトは耐性が低いため、壁部材への直流電圧の印加を繰り返すと、アルマイトが絶縁破壊して壁部材ではアルミニウムの剥き出し部が発生することがある。この場合、異常放電だけでなく、処理室内の金属汚染が発生するという問題もある。

本発明の目的は、異常放電の発生及び金属汚染の発生を防止することができる基板処理装置及び側壁部品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記載の基板処理装置は、基板を収容して所定のプラズマ処理を施す処理室と、該処理室の底部に配置され且つ前記基板を載置する下部電極と、前記処理室の天井部に配置された上部電極とを備える基板処理装置において、前記上部電極及び前記下部電極の間の処理空間に対向する前記処理室の側壁を覆う側壁部品を備え、該側壁部品は、直流電圧が印加される電極層と、少なくとも前記電極層及び前記処理空間の間に介在し且つ前記電極層を覆う絶縁材からなる絶縁部とを有し、該絶縁部は前記絶縁材の溶射によって形成されることを特徴とする。

請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記側壁部品は前記下部電極に載置された前記基板の表面と対向しないように配置されることを特徴とする。

請求項３記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、前記処理室内のガスを排気する排気部を備え、前記電極層は少なくとも第１の電極及び第２の電極からなり、前記第１の電極及び前記排気部の間に前記第２の電極が配置され、前記第２の電極に印加される直流電圧の絶対値は前記第１の電極に印加される直流電圧の絶対値以上であることを特徴とする。

請求項４記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、前記処理室内のガスを排気する排気部を備え、前記絶縁部の厚さは前記処理空間から前記排気部にかけて小さくなることを特徴とする。

請求項５記載の基板処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記電極層は少なくとも第１の端子及び第２の端子を有し、前記第１の端子に印加される電圧と前記第２の端子に印加される電圧との間には所定の差が設定されることを特徴とする。

請求項６記載の基板処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記処理室内に所定のガスを導入するガス導入装置を備え、該ガス導入装置が前記処理室内に前記所定のガスを導入する間、前記電極層には変動する直流電圧が印加されることを特徴とする。

請求項７記載の基板処理装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記電極層は導電材の溶射によって形成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８記載の側壁部品は、基板を収容して所定のプラズマ処理を施す処理室と、該処理室の底部に配置され且つ前記基板を載置する下部電極と、前記処理室の天井部に配置された上部電極とを備える基板処理装置において、前記上部電極及び前記下部電極の間の処理空間に対向する前記処理室の側壁を覆う側壁部品であって、直流電圧が印加される電極層と、少なくとも前記電極層及び前記処理空間の間に介在し且つ前記電極層を覆う絶縁材からなる絶縁部とを有し、該絶縁部は前記絶縁材の溶射によって形成されることを特徴とする。

請求項１記載の基板処理装置及び請求項８記載の側壁部品によれば、上部電極及び下部電極の間の処理空間に対向する処理室の側壁を覆う側壁部品において、少なくとも電極層及び処理空間の間に介在し且つ電極層を覆う絶縁部は絶縁材の溶射によって形成されるので、側壁部品において絶縁部の薄膜部が発生することがなく、異常放電の発生を防止することができ、また、溶射膜は耐性が高いため、電極層の剥き出し部が発生することがなく、金属汚染の発生を防止することができる。

請求項２記載の基板処理装置によれば、側壁部品は下部電極に載置された基板の表面と対向しないように配置されるので、側壁部品の電極層に印加される直流電圧に応じて挙動するパーティクルが基板の表面に向かうことが無く、もって、基板の表面にパーティクルが付着するのを防止することができる。

請求項３記載の基板処理装置によれば、電極層は少なくとも第１の電極及び第２の電極からなり、第１の電極及び排気部の間に配置される第２の電極に印加される直流電圧の絶対値は第１の電極に印加される直流電圧の絶対値以上であるので、帯電しているパーティクルは第１の電極から第２の電極へ向けて加速されて排気部へと導かれる。その結果、パーティクルを処理室内から効果的に除去することができる。

請求項４記載の基板処理装置によれば、絶縁部の厚さは処理空間から排気部にかけて小さくなる。絶縁部の厚さが小さくなると該絶縁部の表面におけるポテンシャル電位の絶対値は大きくなるため、絶縁部の表面では処理空間から排気部に向けてポテンシャル電位の絶対値が大きくなる。したがって、帯電しているパーティクルは排気部へと加速されて導かれる。その結果、パーティクルを処理室内から効果的に除去することができる。

請求項５記載の基板処理装置によれば、電極層の第１の端子に印加される電圧と、該電極層の第２の端子に印加される電圧との間には所定の差が設定されるので、電極層において電流が流れて発熱する。部材に付着したパーティクルは該部材を加熱することにより生じる熱応力によって除去することができる。したがって、電極層を発熱させることにより、側壁部品に付着したパーティクルを熱応力によって効率的に除去することができる。

請求項６記載の基板処理装置によれば、処理室内に所定のガスが導入される間、電極層には変動する直流電圧が印加される。部材に付着したパーティクルは該部材に変動電圧を印加することによって生じる電磁応力により除去することができる。したがって、電極層に変動する直流電圧を印加することにより、側壁部品に付着したパーティクルを電磁応力によって効率的に除去することができる。また、除去されたパーティクルは所定のガスによって生じる粘性流によって処理室外へ効率的に排出される。

請求項７記載の基板処理装置によれば、電極層は導電材の溶射によって形成されるので、所望の形状の電極層を容易に実現することができ、もって、側壁部品において所望の電位分布を容易に実現することができる。その結果、理想的な処理室内のプラズマの分布の制御やパーティクルの挙動を実現することができる。

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。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。この基板処理装置は基板としての半導体ウエハにエッチング処理を施すように構成されている。

図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍの半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを収容する円筒状のチャンバ１１（処理室）を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷ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。

基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって、サセプタ１２上方のガスをチャンバ１１の外へ排出する流路として機能する側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中にはバッフル板１４が配置される。

バッフル板１４は多数の孔を有する板状部材であり、チャンバ１１を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。バッフル板１４によって仕切られたチャンバ１１の上部（以下、「反応室」という。）１７には後述するプラズマが発生する。この反応室１７の底部にはサセプタ１２が配置される。また、チャンバ１１の下部（以下、「マニホールド」という。）１８（排気部）にはチャンバ１１内のガスを排出する粗引き排気管１５及び本排気管１６が開口する。粗引き排気管１５にはＤＰ（Dry Pump）（図示しない）が接続され、本排気管１６にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）（図示しない）が接続される。また、バッフル板１４は反応室１７の後述する処理空間Ｓおいてに発生するイオンやラジカルを捕捉又は反射してこれらのマニホールド１８への漏洩を防止する。

粗引き排気管１５及び本排気管１６は反応室１７のガスをマニホールド１８を介してチャンバ１１の外部へ排出する。具体的には、粗引き排気管１５はチャンバ１１内を大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管１６は粗引き排気管１５と協働してチャンバ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には下部高周波電源２０が整合器（Matcher）２２を介して接続されており、該下部高周波電源２０は、所定の高周波電力をサセプタ１２に供給する。これにより、サセプタ１２は下部電極として機能する。また、整合器２２は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への供給効率を最大にする。

サセプタ１２の内部上方には、導電膜からなる円板状のＥＳＣ電極板２３が配置されている。ＥＳＣ電極板２３には直流電源２４が電気的に接続されている。ウエハＷは、直流電源２４からＥＳＣ電極板２３に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってサセプタ１２の上面に吸着保持される。また、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円環状のフォーカスリング２５が配設される。このフォーカスリング２５は処理空間Ｓに露出し、該処理空間ＳにおいてプラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、エッチング処理の効率を向上させる。

また、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２６が設けられる。この冷媒室２６には、チラーユニット（図示しない）から冷媒用配管２７を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデンが循環供給され、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。

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孔２８が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２８は、伝熱ガス供給ライン３０を介して伝熱ガス供給部（図示しない）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ガスを、伝熱ガス供給孔２８を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱をサセプタ１２に伝熱する。

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（図示しない）とボールねじ（図示しない）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にエッチング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、エッチング処理が施されたウエハＷをチャンバ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。

チャンバ１１（反応室１７）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（ガス導入装置）が配置されている。ガス導入シャワーヘッド３４には整合器３５を介して上部高周波電源３６が接続されており、上部高周波電源３６は所定の高周波電力をガス導入シャワーヘッド３４に供給するので、ガス導入シャワーヘッド３４は上部電極として機能する。なお、整合器３５の機能は上述した整合器２２の機能と同じである。

ガス導入シャワーヘッド３４は、多数のガス穴３７を有する天井電極板３８と、該天井電極板３８を着脱可能に支持する電極支持体３９とを有する。また、該電極支持体３９の内部にはバッファ室４０が設けられ、このバッファ室４０には処理ガス導入管４１が接続されている。ガス導入シャワーヘッド３４は、処理ガス導入管４１からバッファ室４０へ供給された処理ガスをガス穴３７を経由してチャンバ１１（反応室１７）内へ供給する。

チャンバ１１の側壁４２には、該側壁４２を覆い且つサセプタ１２及びガス導入シャワーヘッド３４の間の処理空間Ｓに対向する側壁部品としてのデポシールド４３が配置されている。デポシールド４３は、上部電極層４４（第１の電極）と、下部電極層４５（第２の電極）と、上部電極層４４及び下部電極層４５を包むように成形された絶縁材、例えば、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）からなる絶縁部４６とを有する。

デポシールド４３は円筒状の部品であり、サセプタ１２を囲うように配置される。また、上部電極層４４及び下部電極層４５もそれぞれ円筒状を呈し、チャンバ１１の上下方向（図中上下方向）に沿って縦列に配置される。具体的には、上部電極層４４は処理空間Ｓと対向するように配置され、下部電極層４５は上部電極層４４及びマニホールド１８の間に配置される。したがって、上部電極層４４及び下部電極層４５はいずれもサセプタ１２に載置されたウエハＷの表面と対向することがない。

また、デポシールド４３では、絶縁部４６が上部電極層４４及び処理空間Ｓの間に介在し、さらに、下部電極層４５及び側方排気路１３の間に介在する。したがって、上部電極層４４及び下部電極層４５はいずれも反応室１７に露出することがない。

デポシールド４３は、チャンバ１１の側壁４２にイットリアを溶射して絶縁性の下地層を形成し、該下地層上にセラミックとの密着性が良好な導電材、例えば、タングステン、ニクロム又はニオブを溶射して下部電極層４５や上部電極層４４を形成し、その後、下部電極層４５や上部電極層４４にイットリアを溶射して被膜を形成することによって製造される。なお、イットリアの下地層及び被膜が絶縁部４６を構成する。溶射によって形成された膜では膜厚のばらつきが少ないため、デポシールド４３では絶縁部４６の薄膜部が発生することがない。また、溶射によって比較的厚い膜厚を容易に実現することができるため、絶縁部４６の耐性を高くすることができる。さらに、上部電極層４４及び下部電極層４５も溶射によって形成されるため、マスキングテープ等を用いることによって所望の形状を呈する電極層を容易に実現することができる。

上部電極層４４及び下部電極層４５にはそれぞれ上部直流電源４７及び下部直流電源４８が電気的に接続される。したがって、下部電極層４５に印加される電圧は上部電極層４４に印加される電圧と独立して制御することができる。

この基板処理装置１０のチャンバ１１内では、上述したように、サセプタ１２及びガス導入シャワーヘッド３４に高周波電力を供給して処理空間Ｓに高周波電力を印加することにより、該処理空間Ｓ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イオンやラジカルを発生させ、該イオン等によってウエハＷにエッチング処理を施す。

なお、上述した基板処理装置１０の各構成部品の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵがエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。

基板処理装置１０では、ウエハＷにエッチング処理を施す際にイオン等がウエハの表面に存在する物質と反応して反応生成物が生成される。反応生成物は反応室１７の内壁に付着し、付着した反応生成物は次のエッチング処理中等に剥離してパーティクルとなる。これらのパーティクルは反応室１７内、特に処理空間Ｓを浮遊してウエハＷの表面に付着する。付着したパーティクルはウエハＷから製造される半導体デバイスの欠陥の要因となるため、浮遊するパーティクルを処理空間Ｓから除去する必要がある。この基板処理装置１０では、以下に説明するパーティクル除去方法でパーティクルを処理空間Ｓから除去する。

図２は、本実施の形態に係る基板処理装置におけるパーティクル除去方法を説明するための図である。

図２において、処理空間Ｓに浮遊するパーティクルＰの大部分が負に帯電する場合、上部電極層４４及び下部電極層４５に正の直流電圧を印加する。このとき、下部電極層４５に印加される正の直流電圧の値は上部電極層４４に印加される正の直流電圧の値以上である。

ここで、処理空間Ｓに浮遊するパーティクルＰは、上部電極層４４に印加された直流電圧に起因するクーロン力（以下、「上部電極層４４からのクーロン力」という。）によってデポシールド４３へ引きつけられて該デポシールド４３と弾性衝突し、さらに、処理空間Ｓ（若しくはサセプタ１２）の方へ跳ね返る。しかしながら、跳ね返ったパーティクルＰに上部電極層４４からのクーロン力が作用し続けるため、パーティクルＰは再びデポシールド４３へ引きつけられる。したがって、パーティクルＰはデポシールド４３と弾性衝突を繰り返す。このとき、下部電極層４５に印加される正の直流電圧の値は上部電極層４４に印加される正の直流電圧の値以上であるため、下部電極層４５に印加された直流電圧に起因するクーロン力（以下、「下部電極層４５からのクーロン力」という。）が上部電極層４４からのクーロン力以上となる。その結果、帯電しているパーティクルＰは、側方排気路１３において、上部電極層４４近傍から下部電極層４５近傍へ向けて加速して移動する。側方排気路１３には反応室１７からマニホールド１８へ向けての気体の流れ、例えば、粘性流が生じるため、下部電極層４５近傍へ移動してきたパーティクルＰは、バッフル板１４の穴を通過してマニホールド１８へと導かれる。マニホールド１８に導かれたパーティクルＰは粗引き排気管１５及び本排気管１６によってチャンバ１１の外部へ排出される。

なお、処理空間Ｓに浮遊するパーティクルＰの大部分が正に帯電する場合、上部電極層４４及び下部電極層４５には負の直流電圧を印加するのが好ましい。このとき、下部電極層４５に印加される負の直流電圧の値は上部電極層４４に印加される負の直流電圧の値以下に設定するのがより好ましい。

ところで、先行技術文献１に記載の基板処理装置では、ウエハに対向するガス導入シャワーヘッドの表面にもパーティクルの挙動を制御するための電極層が設けられる。ここで、例えば、処理空間に負に帯電するパーティクルのみが存在している場合には、ガス導入シャワーヘッドの表面の電極層に正の直流電圧を印加することによってパーティクルをガス導入シャワーヘッドに引きつけてウエハの表面から遠ざけることができるが、処理空間に負に帯電するパーティクルのみでなく、正に帯電するパーティクルも存在する場合には、ガス導入シャワーヘッドの表面の電極層に正の直流電圧を印加することにより、正に帯電するパーティクルをウエハの表面に向けて移動させることになる。その結果、パーティクルがウエハの表面に付着するのを防止することができない。

これに鑑みて、基板処理装置１０では、上部電極層４４及び下部電極層４５がいずれもサセプタ１２に載置されたウエハＷの表面と対向することがない。したがって、例えば、上部電極層４４や下部電極層４５に正の直流電圧を印加した場合、正に帯電するパーティクルは処理空間Ｓやサセプタ１２に向けて移動するのみであり、サセプタ１２に載置されているウエハＷの表面に向けて移動することがない。その結果、パーティクルがウエハＷの表面に付着するのを防止することができる。

また、デポシールド４３では、上部電極層４４は処理空間Ｓと対向するように配置されるため、上部電極層４４に印加する直流電圧の値を変化することによってデポシールド４３の表面におけるポテンシャル電位と処理空間Ｓとの電位差（以下、「デポシールド−処理空間電位差」という。）を制御することができる。しかしながら、デポシールド−処理空間電位差の制御方法はこれに限られない。

例えば、デポシールド４３の表面のポテンシャル電位は、上部電極層４４及び処理空間Ｓの間に介在する絶縁部４６（以下、「被膜絶縁部」という。）の容量に応じて変化する。したがって、被膜絶縁部の容量を変化させることにより、デポシールド−処理空間電位差を制御することができる。具体的には、被膜絶縁部の厚さを小さくすると、デポシールド−処理空間電位差を大きくすることができる。デポシールド−処理空間電位差は処理空間Ｓにおけるプラズマの分布やパーティクルの挙動に影響を与える。その結果、被膜絶縁部の容量を変化させることにより、処理空間Ｓにおけるプラズマの分布やパーティクルの挙動を制御することができる。

図３は、図１におけるデポシールドの上部電極層及び下部電極層へ直流電圧を印加するタイミングを示すシーケンス図であり、図３（Ａ）は直流電圧印加のタイミングの一例を示し、図３（Ｂ）は直流電圧印加のタイミングの他例を示す。

図３（Ａ）では、まず、下部高周波電源２０及び上部高周波電源３６によって処理空間Ｓに比較的低い高周波電力（図中の「ＲＦ」）が印加される。その後、上部直流電源４７及び下部直流電源４８がそれぞれ上部電極層４４及び下部電極層４５に直流電圧（図中の「ＤＣ」）を印加する。このとき、高周波電力の印加に起因して処理空間Ｓにプラズマが生じるが、該プラズマ中を浮遊するパーティクルはデポシールド４３へ引きつけられる。

次いで、処理空間Ｓに比較的高い高周波電力を印加することによって処理空間Ｓに高密度のプラズマを生じさせる。これにより、ウエハＷにエッチング処理を施す。ここで、ウエハＷにエッチング処理が施されている間、上部電極層４４及び下部電極層４５への直流電圧の印加は継続される。したがって、ウエハＷにエッチング処理が施されている間もパーティクルはデポシールド４３へ引きつけられる。

次いで、所定の時間経過後、処理空間Ｓに比較的低い高周波電力を印加することによって処理空間Ｓにおけるプラズマの密度を低下させ、その後、上部電極層４４及び下部電極層４５への直流電圧の印加を停止する。そして、処理空間Ｓへの高周波電力の印加を停止する。

また、図３（Ｂ）では、最初から、下部高周波電源２０及び上部高周波電源３６によって処理空間Ｓに比較的高い高周波電力が印加される。その後、上部直流電源４７及び下部直流電源４８がそれぞれ上部電極層４４及び下部電極層４５に直流電圧を印加する。また、ウエハＷにエッチング処理が施されている間、上部電極層４４及び下部電極層４５への直流電圧の印加は継続される。したがって、ウエハＷにエッチング処理が施されている間においてパーティクルはデポシールド４３へ引きつけられる。

次いで、所定の時間経過後、上部電極層４４及び下部電極層４５への直流電圧の印加を停止する。その後、処理空間Ｓへの高周波電力の印加を停止する。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）のいずれの場合においても、処理空間Ｓにプラズマが発生しているときに、該プラズマ中を浮遊するパーティクルがデポシールド４３に引きつけられる。その結果、パーティクルがウエハＷの表面に付着するのを防止することができる。

なお、デポシールド４３の上部電極層４４及び下部電極層４５への直流電圧印加のタイミングのシーケンスは上述したものに限られず、処理空間Ｓに高周波電力を印加している間に、直流電圧の印加が開始され且つ終了するシーケンスであればよい。

ところで、デポシールド４３の表面には上述した反応生成物が堆積物（デポジット）として付着することがある。また、デポシールド４３はパーティクルを引きつけるため、デポシールド４３の表面にパーティクルが付着することがある。

これに鑑みて、基板処理装置１０では、以下に説明する堆積物除去方法で堆積物等をデポシールド４３の表面から除去する。

図４は、図１の基板処理装置で実行される堆積物除去方法を説明するためのシーケンス図である。

堆積物除去方法では、図４に示すように、まず、ガス導入シャワーヘッド３４から所定流量のＮ_２ガス（所定のガス）を反応室１７内に導入する。このとき、Ｎ_２ガスに起因して反応室１７からマニホールド１８へ向けての粘性流が生じる。

次いで、反応室１７内へのＮ_２ガスの導入を継続したまま、上部直流電源４７及び下部直流電源４８がそれぞれ上部電極層４４及び下部電極層４５に正及び負に変動する直流電圧（図中の「ＤＣ」）を印加する。このとき、ガス導入シャワーヘッド３４の表面に付着する堆積物等には、変動する直流電圧に起因して電磁応力が繰り返して作用する。その結果、堆積物等の付着力が弱まり、一部の堆積物はデポシールド４３から剥離する。付着力が弱まった堆積物等は粘性流によってデポシールド４３から剥離し、剥離した堆積物等は粘性流によってマニホールド１８へ導かれ、さらに、粗引き排気管１５及び本排気管１６によってチャンバ１１の外部へ排出される。これにより、基板処理装置１０においてデポシールド４３の表面における堆積物やパーティクルを効率的に除去することができる。

なお、堆積物除去方法は上述した変動する直流電圧を利用する方法に限られず、以下に説明する熱応力を利用する方法であってもよい。具体的には、上部電極層４４や下部電極層４５のそれぞれに少なくとも２つの端子（図示しない）を設け、一の端子（第１の端子）に印加される直流電圧と他の端子（第２の端子）に印加される直流電圧との間に所定の差を設定する。例えば、一の端子に１０Ｖの直流電圧を印加し、他の端子に５Ｖの直流電圧を印加する。このとき、一の端子及び他の端子の電位差に応じて上部電極層４４や下部電極層４５には電流が流れるが、上部電極層４４や下部電極層４５はタングステン等によって形成されているため、ヒータとして機能し、電流に起因して発熱する。その結果、デポシールド４３が加熱される。デポシールド４３が加熱されると、堆積物及び絶縁部４６の熱膨張差に起因する熱応力が堆積物に作用し、堆積物等の付着力が弱まる。付着力が弱まった堆積物等は粘性流によってデポシールド４３から剥離してマニホールド１８へ導かれ、さらに、チャンバ１１の外部へ排出される。これによっても、基板処理装置１０においてデポシールド４３の表面における堆積物やパーティクルを効率的に除去することができる。

また、上部電極層４４や下部電極層４５をヒータとして機能させると同時に、パーティクルにクーロン力を作用させる電極として機能させるには、例えば、一の端子に１０５Ｖの直流電圧を印加すると共に、他の端子に１００Ｖの直流電圧を印加すればよい。これにより、上部電極層４４や下部電極層４５には電流が流れると共に、上部電極層４４や下部電極層４５の電位を約１００Ｖとすることができる。

上述した基板処理装置１０によれば、デポシールド４３において、絶縁部４６は、イットリアの溶射によって形成されるので、デポシールド４３において絶縁部４６の薄膜部が発生することがなく、異常放電の発生を防止することができると共に、薄膜部に作業者が触れることによる感電の発生を防止することができる。また、溶射によって形成された絶縁部４６は耐性が高いため、上部電極層４４や下部電極層４５の剥き出し部が発生することがなく、金属汚染の発生を防止することができる。

基板処理装置１０では、デポシールド４３の上部電極層４４及び下部電極層４５がいずれもサセプタ１２に載置されたウエハＷの表面と対向しないように配置されるので、上部電極層４４及び下部電極層４５に印加される直流電圧に応じて挙動するパーティクルがウエハＷの表面に向かうことが無く、もって、ウエハＷの表面にパーティクルが付着するのを防止することができる。

また、基板処理装置１０では、デポシールド４３の電極層は上部電極層４４及び下部電極層４５からなり、上部電極層４４及びマニホールド１８の間に配置される下部電極層４５に印加される直流電圧の絶対値は上部電極層４４に印加される直流電圧の絶対値以上であるので、パーティクルは上部電極層４４近傍から下部電極層４５近傍へ向けて加速されてマニホールド１８へと導かれる。その結果、パーティクルを反応室１７内から効果的に除去することができる。

さらに、基板処理装置１０では、上部電極層４４や下部電極層４５の一の端子に印加される直流電圧と、該上部電極層４４や下部電極層４５の他の端子に印加される直流電圧との間には所定の差が設定されるので、上部電極層４４や下部電極層４５において電流が流れて上部電極層４４や下部電極層４５が発熱する。これにより、デポシールド４３に付着した堆積物等を熱応力によって効率的に除去することができる。

また、通常、側壁を加熱するにはデポシールド４３とは別体のヒータを準備する必要があるが、基板処理装置１０では、デポシールド４３の上部電極層４４等がヒータとして機能する。したがって、別体のヒータを準備する必要がなく、基板処理装置１０の構成を簡素にすることができる。さらに、基板処理装置１０では、デポシールド４３の表面に近い上部電極層４４や下部電極層４５がヒータとして機能するため、デポシールド４３の表面に付着した堆積物等を迅速に加熱することができると共に、加熱に必要な熱量を低減することができる。

また、基板処理装置１０では、反応室１７内にＮ_２ガスが導入される間、上部電極層４４及び下部電極層４５に正及び負に変動する直流電圧が印加される。これにより、デポシールド４３に付着した堆積物等を電磁応力によって効率的に除去することができる。また、除去されたパーティクルはＮ_２ガスによって生じる粘性流によってチャンバ１１の外部へ効率的に排出される。

さらに、基板処理装置１０では、上部電極層４４及び下部電極層４５はタングステン等の導電材の溶射によって形成されるので、所望の形状の電極層を容易に実現することができ、もって、デポシールド４３の表面において所望の電位分布を容易に実現することができる。その結果、処理空間Ｓにおける理想的なプラズマの分布の制御やパーティクルの挙動を実現することができる。

なお、上述した基板処理装置１０におけるデポシールド４３が有する電極層は上部電極層４４及び下部電極層４５であったが、デポシールド４３が有する電極層の数はこれに限られず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、デポシールドの形状が上述した第１の実施の形態と異なる。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５は、本実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。

図５において、基板処理装置５０では、チャンバ１１の側壁４２に、該側壁４２を覆い且つ処理空間Ｓに対向する側壁部品としてのデポシールド５１が配置されている。デポシールド５１は、電極層５２と、電極層５２を包むように成形された絶縁部５３とを有する。

デポシールド５１は円筒状の部品であり、サセプタ１２を囲うように配置される。また、電極層５２も円筒状を呈し、サセプタ１２を囲うように配置される。したがって、電極層５２はサセプタ１２に載置されたウエハＷの表面と対向することがない。

また、デポシールド５１では、絶縁部５３が電極層５２及び処理空間Ｓの間に介在する。したがって、電極層５２は反応室１７に露出することがない。なお、電極層５２には直流電源５４が電気的に接続される。

デポシールド５１は、チャンバ１１の側壁４２にイットリアを溶射して絶縁性の下地層を形成し、該下地層上にセラミックとの密着性がよいイットリアを溶射して電極層５２を形成し、その後、電極層５２にイットリアを溶射して被膜を形成することによって製造される。なお、イットリアの下地層及び被膜が絶縁部５３を構成する。

デポシールド５１では、電極層５２及び処理空間Ｓの間に介在する絶縁部５３の厚さは一定ではなく、処理空間Ｓ近傍からマニホールド１８近傍（図中上方から下方）にかけて小さくなる。ここで、電極層５２に直流電圧を印加した際にデポシールド５１の表面に生じるポテンシャル電位（以下、「表面電位」という。）は絶縁部５３の厚さに応じて変化する。具体的には、絶縁部５３の厚さが小さくなるほど表面電位の絶対値が大きくなり、デポシールド５１では処理空間Ｓ近傍からマニホールド１８近傍に向けて表面電位の絶対値が大きくなる。したがって、マニホールド１８近傍の表面電位に起因するクーロン力が処理空間Ｓ近傍の表面電位に起因するクーロン力以上となる。その結果、帯電しているパーティクルは、側方排気路１３において、処理空間Ｓ近傍からマニホールド１８近傍へ向けて加速して移動する。側方排気路１３には反応室１７からマニホールド１８へ向けての粘性流が生じるため、マニホールド１８近傍へ移動してきたパーティクルＰは、バッフル板１４の穴を通過してマニホールド１８へと導かれる。マニホールド１８に導かれたパーティクルＰは粗引き排気管１５及び本排気管１６によってチャンバ１１の外部へ排出される。

上述した基板処理装置５０によれば、デポシールド５１において電極層５２及び処理空間Ｓの間に介在する絶縁部５３の厚さは処理空間Ｓ近傍からマニホールド１８近傍にかけて小さくなる。当該絶縁部５３の厚さが小さくなると表面電位の絶対値は大きくなるため、デポシールド５１の表面では処理空間Ｓ近傍からマニホールド１８近傍に向けて表面電位の絶対値が大きくなる。したがって、帯電しているパーティクルはマニホールド１８へと加速されて導かれる。その結果、パーティクルを反応室１７内から効果的に除去することができる。

また、上述した各実施の形態における基板処理装置はエッチング処理装置であったが、本発明を適用可能な基板処理装置はエッチング処理装置に限られず、プラズマを使用する基板処理装置、例えば、ＣＶＤ処理装置やアッシング処理装置が該当する。

また、上述した各実施の形態における基板処理装置においてエッチング処理が施される基板は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。

本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。本実施の形態に係る基板処理装置におけるパーティクル除去方法を説明するための図である。図１におけるデポシールドの上部電極層及び下部電極層へ直流電圧を印加するタイミングを示すシーケンス図であり、図３（Ａ）は直流電圧印加のタイミングの一例を示し、図３（Ｂ）は直流電圧印加のタイミングの他例を示す。図１の基板処理装置で実行される堆積物除去方法を説明するためのシーケンス図である。本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

Ｗウエハ
Ｓ処理空間
１０，５０基板処理装置
１１チャンバ
１２サセプタ
１３側方排気路
１７反応室
１８マニホールド
２０下部高周波電源
３４ガス導入シャワーヘッド
３６上部高周波電源
３８天井電極板
４２側壁
４３，５１デポシールド
４４上部電極層
４５下部電極層
４６,５３絶縁部
４７上部直流電源
４８下部直流電源
５２電極層

Claims

基板を収容して所定のプラズマ処理を施す処理室と、該処理室の底部に配置され且つ前記基板を載置する下部電極と、前記処理室の天井部に配置された上部電極とを備える基板処理装置において、
前記上部電極及び前記下部電極の間の処理空間に対向する前記処理室の側壁を覆う側壁部品を備え、
該側壁部品は、直流電圧が印加される電極層と、少なくとも前記電極層及び前記処理空間の間に介在し且つ前記電極層を覆う絶縁材からなる絶縁部とを有し、
該絶縁部は前記絶縁材の溶射によって形成されることを特徴とする基板処理装置。
前記側壁部品は前記下部電極に載置された前記基板の表面と対向しないように配置されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記処理室内のガスを排気する排気部を備え、
前記電極層は少なくとも第１の電極及び第２の電極からなり、前記第１の電極及び前記排気部の間に前記第２の電極が配置され、前記第２の電極に印加される直流電圧の絶対値は前記第１の電極に印加される直流電圧の絶対値以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
前記処理室内のガスを排気する排気部を備え、
前記絶縁部の厚さは前記処理空間から前記排気部にかけて小さくなることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
前記電極層は少なくとも第１の端子及び第２の端子を有し、前記第１の端子に印加される電圧と前記第２の端子に印加される電圧との間には所定の差が設定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記処理室内に所定のガスを導入するガス導入装置を備え、
該ガス導入装置が前記処理室内に前記所定のガスを導入する間、前記電極層には変動する直流電圧が印加されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
前記電極層は導電材の溶射によって形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
基板を収容して所定のプラズマ処理を施す処理室と、該処理室の底部に配置され且つ前記基板を載置する下部電極と、前記処理室の天井部に配置された上部電極とを備える基板処理装置において、前記上部電極及び前記下部電極の間の処理空間に対向する前記処理室の側壁を覆う側壁部品であって、
直流電圧が印加される電極層と、少なくとも前記電極層及び前記処理空間の間に介在し且つ前記電極層を覆う絶縁材からなる絶縁部とを有し、
該絶縁部は前記絶縁材の溶射によって形成されることを特徴とする側壁部品。