JP2011204764A - 基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】移動電極と筒状容器の一方の端壁の間の空間におけるプラズマの発生を抑制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、ウエハＷを収容する筒状のチャンバ１１と、該チャンバ１１内においてチャンバ１１の中心軸に沿って移動自在なシャワーヘッド２３と、チャンバ１１内においてシャワーヘッド２３に対向するサセプタ１２と、シャワーヘッド２３及びチャンバ１１の蓋１４を接続する伸縮自在なベローズ３１とを備え、シャワーヘッド２３及びサセプタ１２の間に存在する処理空間ＰＳに高周波電力が印加されるとともに処理ガスが導入され、シャワーヘッド２３及びチャンバ１１の側壁１３は非接触であり、シャワーヘッド２３及びチャンバ１１の蓋１４又は側壁１３とを電気的に接続するバイパス部材３５が配設される。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、処理室内を移動自在な電極を備える基板処理装置に関する。
基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマ処理を施す基板処理装置は、ウエハを収容し且つ内部を減圧可能なチャンバと、該チャンバ内部の下方に配された載置台（以下、「サセプタ」という。）と、チャンバ内部においてサセプタに対向するように配されたシャワーヘッドとを備える。サセプタはウエハを載置するとともに、高周波電源が接続されてチャンバ内部に高周波電力を印加する電極として機能し、シャワーヘッドはチャンバ内部に処理ガスを導入するとともに、接地されて接地電極として機能する。この基板処理装置では、チャンバ内部に供給された処理ガスを高周波電力によって励起してプラズマを生成し、該プラズマによってウエハにプラズマ処理を施す。
ところで、チャンバ内部、特に、シャワーヘッド及びサセプタの間の空間においてプラズマを適切に分布させるために、従来、サセプタを可動に構成してシャワーヘッド及びサセプタの間の処理空間の距離（以下、「ギャップ」という。）を調整可能な基板処理装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。また、近年、基板処理装置の周辺におけるレイアウト上の制約からサセプタではなくシャワーヘッドが移動自在に構成された基板処理装置が検討されている。
図１１は、シャワーヘッドが移動自在に構成された基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
図１１の基板処理装置１００では、円筒状のチャンバ１０１内部においてサセプタ１０２に対向するように配置されたシャワーヘッド１０３は、チャンバ１０１の内径とほぼ等しい外径を有する略円板状を呈し、図示省略したリフト機構によってチャンバ１０１内部においてピストンのように上下動する。また、シャワーヘッド１０３及びチャンバ１０１の天井壁１０１ａの間には該シャワーヘッド１０３の上下動に併せて伸縮するベローズ１０４が介在し、該ベローズ１０４は外気からチャンバ１０１内をシールする。なお、図１１中において、最も下降した場合のシャワーヘッド１０３を実線で示し、最も上昇した場合のシャワーヘッド１０３を破線で示す。
国際公開第２００３／００３４３７号パンフレットの第１図
しかしながら、この基板処理装置１００では、シャワーヘッド１０３の円滑な上下動を実現し、且つシャワーヘッド１０３及びチャンバ１０１の側壁１０１ｂのこすれによるパーティクルの発生を防止するために、シャワーヘッド１０３は該側壁１０１ｂからある程度の間隔を保つように構成される。すわなち、シャワーヘッド１０３は側壁１０１ｂへ接触しないため、シャワーヘッド１０３から側壁１０１ｂへ直流電流が流れることはなく、交流電流が流れることも殆どない。その結果、基板処理装置１００では、サセプタ１０２に印加された高周波電力に起因する高周波電流が、図１１中の矢印Ａで示すように、サセプタ１０２、処理空間ＰＳ、シャワーヘッド１０３、ベローズ１０４、チャンバ１０１の天井壁１０１ａ及び該チャンバ１０１の側壁１０１ｂの順で流れる。
ここでベローズ１０４は耐久性を考慮して、例えばステンレスで構成されているため、アルミで構成されている他の部位（チャンバ１０１やシャワーヘッド１０３等）よりもインピーダンスが大きい。その結果、ベローズ１０４に沿って、具体的には、シャワーヘッド１０３及びチャンバ１０１の天井壁１０１ａの間において電位差が生じ、シャワーヘッド１０３及び天井壁１０１ａの間に存在する空間（上部空間）ＵＳに電界が生じる。
この電界は処理空間ＰＳから上部空間ＵＳに進入した処理ガスを電離してプラズマを生じさせる。上部空間ＵＳで生じたプラズマはチャンバ１０１の壁面やシャワーヘッド１０３を消耗させ、またデポを生じさせるという問題がある。
本発明の目的は、移動電極と筒状容器の一方の端壁との間の空間におけるプラズマの発生を抑制することができる基板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記載の基板処理装置は、基板を収容する筒状容器と、該筒状容器内において前記筒状容器の中心軸に沿って移動自在な移動電極と、前記筒状容器内において前記移動電極に対向する対向電極と、前記移動電極及び前記筒状容器の一方の端壁を接続する伸縮自在な隔壁とを備え、前記移動電極及び前記対向電極の間の処理空間に高周波電力が印加されるとともに処理ガスが導入され、前記移動電極及び前記筒状容器の側壁は非接触である基板処理装置であって、前記移動電極と前記筒状容器の前記一方の端壁又は前記側壁とを電気的に接続するバイパス部材が配設されてい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、前記バイパス部材は、前記移動電極の移動に追従して変形自在であ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、前記バイパス部材における前記移動電極との第１の接続端とは別の第２の接続端は、前記筒状容器の前記一方の端壁の外周部に接続されてい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記載の基板処理装置において、前記バイパス部材における前記移動電極との第１の接続端とは別の第２の接続端は、前記移動電極の移動に伴って前記筒状容器の前記側壁に摺接しながら移動す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、前記バイパス部材は所定の幅を有する短冊状を呈しており、前記筒状容器の前記側壁に沿って均等に複数配設されてい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４のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記バイパス部材は、前記筒状容器と同心円状の環状部材であ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、前記バイパス部材は、アルミニウム板、銅板、チタンとアルミニウムとの合板、及びこれらの表面に絶縁コーティングを施したもののうちいずれか１つからなることを特徴とする。
請求項８記載の基板処理装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記バイパス部材の厚さは、該バイパス部材におけるスキンデプスの２倍以上であることを特徴とする。
請求項９記載の基板処理装置は、請求項８記載の基板処理装置において、前記バイパス部材の厚さは、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、移動電極と筒状容器の一方の端壁又は側壁とを電気的に接続するバイパス部材が配設されているので、移動電極と筒状容器の一方の壁面との電位差をなくして電界の発生を抑制することができ、もって、移動電極と筒状容器の一方の端壁との間の空間におけるプラズマの発生を抑制することができる。
本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１の基板処理装置におけるバイパス部材を示す拡大断面図である。 図１の基板処理装置における上部電極、シャワーヘッド、上部空間、ベローズ及び側壁をモデル化した等価回路である。 図３の等価回路における上部電極全体のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。 図４に対応するグラフであって、基板処理装置のベローズ径を３７０ｍｍとした場合の上部電極全体のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。 図４に対応するグラフであって、基板処理装置のベローズ径を４７０ｍｍとした場合の上部電極全体のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。 図１の基板処理装置におけるバイパス部材の変形例の構成を概略的に示す断面図である。 図１の基板処理装置におけるバイパス部材の他の変形例の構成を概略的に示す断面図である。 図１の基板処理装置におけるバイパス部材の別の変形例の構成を概略的に示す断面図である。 図１の基板処理装置におけるバイパス部材のさらに別の変形例の構成を概略的に示す断面図である。 シャワーヘッドが移動自在に構成された基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。この基板処理装置はウエハにドライ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のウエハＷを収容する円筒状のチャンバ１１（筒状容器）を有し、該チャンバ１１内の図中下方には半導体デバイス用のウエハＷを載置する円板形状のサセプタ１２（対向電極）が配置されている。チャンバ１１は円管状の側壁１３と、該側壁１３の図中上方の端部を覆う円板状の蓋１４（筒状容器の一方の端壁）とを有する。
チャンバ１１内はＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示省略）等によって減圧され、また、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示省略）によって制御される。
サセプタ１２には第１の高周波電源１５が第１の整合器１６を介して接続され、且つ第２の高周波電源１７が第２の整合器１８を介して接続されており、第１の高周波電源１５は比較的低い周波数、例えば、３．２ＭＨｚの高周波電力であるバイアス電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源１７は比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力であるプラズマ生成電力をサセプタ１２に印加する。そして、サセプタ１２はチャンバ１１内にプラズマ生成電力を印加する。
サセプタ１２の上部には、静電電極板１９を内部に有する静電チャック２０が配置されている。静電チャック２０は円板状のセラミック部材で構成され、静電電極板１９には直流電源２１が接続されている。静電電極板１９に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２０側の面（以下、「裏面」という。）には負の電位が生じて静電電極板１９及びウエハＷの裏面の間に電界が生じ、該電界に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２０に吸着保持される。
また、サセプタ１２には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、リング状部材であるフォーカスリング２２が載置される。フォーカスリング２２は、導電体、例えば、ウエハＷを構成する材料と同じ単結晶シリコンによって構成される。フォーカスリング２２は導電体からなるので、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２２上まで拡大してウエハＷの周縁部上におけるプラズマの密度を該ウエハＷの中央部上におけるプラズマの密度と同程度に維持する。これにより、ウエハＷの全面に施されるドライエッチング処理の均一性を維持することができる。
チャンバ１１内の上方には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２３（移動電極）が配置されている。シャワーヘッド２３は、多数のガス穴２４を有する円板状の絶縁性の上部電極板２５と、該上部電極板２５を着脱可能に釣支する導電性のクーリングプレート２６と、該クーリングプレート２６をさらに釣支するシャフト２７と、該シャフト２７の上端に配される処理ガス受入部２８とを有する。上部電極板２５は石英からなることが好ましい。シャワーヘッド２３は、蓋１４及び側壁１３を介して接地され、チャンバ１１内に印加されるプラズマ生成電力に対する接地電極として機能する。
シャフト２７は内部を図中上下方向に貫通するガス流路２９を有し、クーリングプレート２６は内部にバッファ室３０を有する。ガス流路２９は処理ガス受入部２８とバッファ室３０を接続し、各ガス穴２４はバッファ室３０及びチャンバ１１内を連通する。シャワーヘッド２３において、ガス穴２４、処理ガス受入部２８、ガス流路２９及びバッファ室３０は処理ガス導入系を構成し、該処理ガス導入系は処理ガス受入部２８に供給された処理ガスをチャンバ１１内、具体的には、シャワーヘッド２３及びサセプタ１２の間に存在する処理空間ＰＳへ導入する。
シャワーヘッド２３において上部電極板２５の外径はチャンバ１１の内径よりも若干小さく設定されるため、シャワーヘッド２３は側壁１３に接触しない。すなわち、シャワーヘッド２３はチャンバ１１内に遊合するように配置される。また、シャフト２７は蓋１４を貫通し、該シャフト２７の上部は基板処理装置１０の上方に配置されたリフト機構（図示省略）に接続される。該リフト機構はシャフト２７を図１中上下方向に移動させるが、このとき、シャワーヘッド２３はチャンバ１１内において該チャンバ１１の中心軸に沿い、ピストンのように上下動する。これにより、シャワーヘッド２３及びサセプタ１２の間の処理空間ＰＳの距離であるギャップを調整することができる。なお、シャワーヘッド２３の図中上下方向に関する移動量の最大値は、例えば７０ｍｍである。
シャフト２７は蓋１４と擦れる可能性があり、パーティクルの発生源となりうるため、その側面をベローズ３１が覆う。ベローズ３１は、例えば、ステンレスからなる伸縮自在な圧力隔壁であり、その一端は蓋１４に接続され、その他端はシャワーヘッド２３に接続される。また、ベローズ３１はチャンバ１１内をチャンバ１１外部からシールする機能も有する。
ここで、基板処理装置１０では、シャワーヘッド２３がチャンバ１１の側壁１３と接触していないため、処理空間ＰＳへ印加されたプラズマ生成電力に起因する高周波電流はシャワーヘッド２３を流れた後、シャワーヘッド２３と蓋１４との間の空間（以下、「上部空間」という。）ＵＳ、蓋１４及び側壁１３を流れて接地に到達するが、ベローズ３１のインピーダンスが大きいため、シャワーヘッド２３及び蓋１４の間において電位差が生じ、シャワーヘッド２３及び蓋１４の間の上部空間ＵＳに電界が生じる可能性がある。
本実施の形態では、これに対応して、シャワーヘッド２３と、チャンバ１１の一方の端壁である蓋１４との間に、これらを電気的に接続するバイパス部材３５が配設されている。
図２は、図１の基板処理装置におけるバイパス部材３５を示す拡大断面図である。
図２において、バイパス部材３５は、シャワーヘッド２３の移動に追従して変形自在であり、例えば短冊状のアルミニウム薄板を折り曲げたベローズで構成されている。バイパス部材３５におけるシャワーヘッド２３との接続部及びチャンバ１１の蓋１４との接続部は、それぞれ、例えばアルマイトからなるプレート部材３５ａを介してねじ３５ｂでねじ止めされている。
バイパス部材３５における短冊の幅は、例えば２００ｍｍであり、ベローズの山数は、例えば２山、山の高さ（奥行き寸法）は、例えば３５．４ｍｍである。ベローズの山数及び山の奥行きは、特に限定されるものではなく、基板処理装置の大きさ、バイパス部材の材質、成型性等に応じて適宜選択される。バイパス部材３５は、チャンバ１１の側壁に沿って、周方向に均等に、例えば６枚配設されている。バイパス部材３５は、基本的にアルミニウムの薄板からなり、その板厚は、バイパス部材３５の表裏面のそれぞれを流れるスキンデプスの２倍以上であり、例えば０．０８ｍｍである。
このような構成の基板処理装置１０の各構成部品、例えば、第１の高周波電源１５や第２の高周波電源１７の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示省略）のＣＰＵがドライ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、処理ガス受入部２８へ供給された処理ガスが処理ガス導入系を介して処理空間ＰＳへ導入され、該導入された処理ガスは、処理空間ＰＳへ印加されたプラズマ生成用電力によって励起されてプラズマとなる。プラズマ中の陽イオンは、サセプタ１２に印加されるバイアス電力に起因する負のバイアス電位によってサセプタ１２に載置されたウエハＷに向けて引きこまれ、該ウエハＷにドライエッチング処理を施す。
また、所定のドライエッチング処理が終了した後、シャワーヘッド２３が所定量だけ移動されて次のドライエッチング処理に適したギャップが選択され、このギャップに適した条件で、ウエハＷに対して次のドライエッチング処理が施される。このとき、バイパス部材３５は、シャワーヘッドの移動に追従して変形し、シャワーヘッド２３とチャンバ１１の蓋１４との電位差を解消する。
本実施の形態によれば、シャワーヘッド２３とチャンバ１１の一方の端壁である蓋１４とを電気的に接続するバイパス部材３５が配設されているので、サセプタ１２に印加されたプラズマ生成用電力に起因する高周波電流を、シャワーヘッド２３から、インピーダンスの大きいベローズ３１ではなく、バイパス部材３５を経て接地に流すことができる。従って、シャワーヘッド２３とチャンバ１１の蓋１４との電位差がなくなり、該シャワーヘッド２３と蓋１４との間の上部空間ＵＳにおける電界の発生を抑制することができ、もって、上部空間ＵＳにおけるプラズマの発生を抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、バイパス部材３５を、シャワーヘッド２３の移動に追従して変形自在であるベローズとしたので、シャワーヘッド２３の移動を拘束することなく、シャワーヘッド２３のスムーズな移動を確保することができる。
また、本実施の形態によれば、バイパス部材３５が、チャンバ１１の側壁１３に沿って周方向に等間隔に複数配設されているので、シャワーヘッド２３における電圧むらの発生を抑制することができ、もって、処理空間ＰＳ内におけるプラズマ分布の均一化を図ることができる。
本実施の形態において、バイパス部材３５は、アルミニウム薄板の他、銅薄板、チタンとアルミニウムのとの合板からなる薄板、及びこれらの表面に絶縁コーティングを施したもののうちいずれか１つからなることが好ましい。これら部材は、インピーダンスが小さく、バイパス部材として好適である。絶縁コーティング材としては、例えば、アルマイト、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が適用され、これらをバイパス部材表面に形成することによって絶縁コーティングが施される。絶縁コーティングを施すことにより、漏洩電流の発生を防止することができる。
本実施の形態において、パイパス部材３５の板厚はサセプタ１２に印加されるプラズマ生成用の高周波電力の周波数によって決定される。すなわち、パイパス部材３５の板厚は、主としてその表面及び裏面を流れる高周波電流を互いに干渉させないために、該パイパス部材３５の表裏面のそれぞれを流れるスキンデプスの２倍以上であることが好ましい。
バイパス部材３５のスキンデプスδは、下記式（１）によって求めることができる。
Figure 2011204764
ここで、バイパス部材３５としてアルミニウム薄板を適用した基板処理装置において、プラズマ生成用の高周波電力の周波数を４０ＭＨｚとした場合、バイパス部材３５における電流の角周波数「ω」は、２π×４０×１０６（Ｈｚ）、アルミニウムの絶対透磁率「μ」は、１．２６×１０−６（Ｈ／ｍ）、アルミニウムの電気伝導率「σ」は、３７．４×１０６（Ｓ／ｍ）となる。従って、これらを上記式（１）に代入してスキンデプスδを求めると、δ＝０．０１３ｍｍとなり、この場合におけるバイパス部材３５の板厚は、０．０１３×２＝０．０２６ｍｍ以上とされる。
バイパス部材３５の板厚がスキンデプスの２倍よりも小さくなると、表面及び裏面を流れる高周波電流が干渉を起こすことになる。また、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が高くなればなるほど、スキンデプスδは小さくなるので、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が４０ＭＨｚよりも大きい場合であっても、バイパス部材３５の板厚は、４０ＭＨｚの場合と同様であってもよく、この場合も表面及び裏面を流れる高周波電流が干渉することはない。
本実施の形態において、バイパス部材３５の板厚の下限値は、上述のように、スキンデプスの２倍であり、具体的には、例えば、プラズマ生成用の高周波電力の実用上最も高い周波数を１００ＭＨｚとした場合、そのスキンデプスδは、上記式（１）から、０．００８（ｍｍ）であり、バイパス部材３５の板厚は、その約２倍である０．０１６ｍｍ程度となる。一方、プラズマ生成用の高周波電力の実用上最も低い周波数を３ＭＨｚとした場合、これに対応する電流の角周波数「ω」（２π×３×１０６（Ｈｚ））に基づいて上記式（１）から求めたスキンデプスδは、０．０４７（ｍｍ）であり、バイパス部材３５の板厚は、その約２倍である０．１ｍｍとなり、これをバイパス部材の板厚の上限値とする。
バイパス部材３５の板厚は、上記範囲内で、ハンドリングのし易さ、寿命等を考慮して適宜決定される。また、バイパス部材３５は、短冊状の薄板１枚からなるものに限定されるものではなく、所定の厚さの薄板を２枚又はそれ以上を重ねて適用することもできる。
本実施の形態において、バイパス部材３５におけるチャンバ１１の蓋１４との接続部は、側壁１３に近い外周部であることが好ましい。これによって、接地に向かって流れる高周波電流がショートカットする経路が短くなるので、シャワーヘッド２３とチャンバ１１の蓋１４との電位差を効率よく低減して上部空間ＵＳにおけるプラズマの発生を防止することができる。
本実施の形態において、バイパス部材３５は、プラズマ生成用電力に起因する高周波電流を、シャワーヘッド２３からチャンバ１１の蓋１４を介して接地にバイパスさせるだけでなく、ベローズ３１の見かけ上の径を大きくして上部電極全体における共振周波数を変化させることにも寄与する。ここで、上部電極全体とは、基板処理装置１０における上部電極板２５、該上部電極板２５を含むシャワーヘッド２３、上部空間ＵＳ、ベローズ３１及びチャンバ１１の側壁１３を含む概念である。上部電極全体における共振周波数を変化させ、当該共振周波数と印加されるプラズマ生成用電力の周波数（以下、「印加周波数」という。）との重なりを回避することで、上部空間ＵＳにおける異常放電及びプラズマの発生を防止し、もって、上部空間ＵＳにおける部材の摩耗及びデポの堆積を防止することができる。
すなわち、本発明者は、図１の基板処理装置１０における上部電極板２５、該上部電極板２５を含むシャワーヘッド２３、上部空間ＵＳ、ベローズ３１及びチャンバ１１の側壁１３をモデル化して等価回路として現し、該等価回路における周波数特性をシミュレートすることで、上部電極全体の共振周波数が、基板処理装置１０において通常適用される印加周波数と重ならないための条件を求めた。
以下に、本発明者が求めた上部電極全体における共振周波数と印加周波数とが重ならないための条件について説明する。
図３は、図１の基板処理装置１０における上部電極板２５、シャワーヘッド２３、上部空間ＵＳ、ベローズ３１及び側壁１３をモデル化した等価回路である。図３において、上部電極板２５の容量に基づくコンデンサＣ１、クーリングプレート２６を内芯とする同軸構造Ｓ２、ベローズ３１を内芯とする同軸構造Ｓ３が直列に接続されており、上部空間ＵＳの容量に基づくコンデンサＣ４が、同軸構造Ｓ３に並列に接続されている。
このような等価回路において、バイパス部材３５を設置することでベローズ３１（図１参照）の見かけ上の径を変化させた場合の上部電極全体のインピーダンスの周波数特性をシミュレートして求め、結果を図４〜図６に示した。
図４〜図６は、図３の等価回路における上部電極全体のインピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
ここで、図４は、図１の基板処理装置１０において、特に対策を施さない場合であってベローズ３１の径（外径）が２７０ｍｍφの場合を示すものである。一方、図５は、図４に対応するグラフであって、基板処理装置１０のベローズ径を増大させて３７０ｍｍφとした場合のグラフ、具体的には、図１の基板処理装置１０において、バイパス部材３５を、ベローズ３１と同心状の円であって直径３７０ｍｍの円の円周上に等間隔に６枚配置し、これによってベローズ３１の見かけ上の径を３７０ｍｍφとした場合のグラフである。また、図６は、図４に対応するグラフであって、基板処理装置１０のベローズ径を増大させて４７０ｍｍφとした場合のグラフ、具体的には、図１の基板処理装置１０において、バイパス部材３５を、ベローズ３１と同心状の円であって直径４７０ｍｍの円の円周上に等間隔に６枚配置し、これによってベローズ３１の見かけ上の径を４７０ｍｍφとした場合のグラフである。
図４において、上部電極２３の可動範囲内におけるインピーダンスの周波数特性に上部電極全体の共振周波数と印加周波数との重なりが認められる。すなわち、ギャップ最小時における上部電極全体の共振周波数は４０ＭＨｚ付近にあり、これは基板処理装置１０における通常使用される印加周波数と重なる。したがって、異常放電を発生させる原因となる。一方、ギャップ最大時における共振周波数は７０ＭＨｚ付近にある。
これに対して、ベローズ３１の径を３７０ｍｍφまで増大させた図５では、ギャップ最小時における共振周波数が５０〜５５ＭＨｚ付近まで移動しており、印加周波数（例えば、４０ＭＨｚ）との重なりがなくなっている。ギャップ最大時における共振周波数は９０ＭＨｚ付近まで移動している。また、ベローズ径を４７０ｍｍφまで増大させた図６では、ギャップ最小時における共振周波数は８０ＭＨｚ付近まで移動して印加周波数（例えば、４０ＭＨｚ）との重なりがなくなっている。ギャップ最大時における共振周波数はグラフに表れず、１００ＭＨｚ以上のところまで移動していると考えられる。
このことから、通常、印加周波数として４０ＭＨｚの高周波電力が適用される図１の基板処理装置１０において、上部空間ＵＳにおける異常放電及びプラズマの発生を回避し、これによって上部空間ＵＳにおける部材の摩耗及びデポの堆積を防止するためには、ベローズ３１の径を増大させ、これによって上部電極全体の共振周波数を高周波数側に移動させて印加周波数と重ならないようにすることが有効であることが分かる。なお、ベローズ３１の径を増大させることによって、上部電極全体の共振周波数が高周波数側に移動する現象は、図４〜図６における周波数帯域に固有のものではなく、周波数帯域を上記以外の周波数に変化させた場合にも認められる普遍的なものと考えられる。
なお、図１の基板処理装置１０において、印加周波数として、例えば１００ＭＨｚの高周波電力を用いる場合は、上部電極２３の可動範囲内において共振周波数と印加周波数とが重ならないので（図４参照）、共振周波数を移動させるための特別な対策は不要である。
本実施の形態において、バイパス部材３５として、チャンバ１１の壁面１３に沿って周方向に等間隔に配設された複数の短冊状のベローズを用いたが、これに限定されるものではなく、バイパス部材３５は、チャンバ１１の全内周をカバーする環状部材であってもよく、該環状部材は、ベローズ状のものの他、後述する断面円弧状、断面半円形状、断面凹凸を有する曲線状、その他の形状とすることができる。これによって、シャワーヘッド２３表面における電圧むらの発生を抑制することができ、もって、処理空間ＰＳ内におけるプラズマ分布の均一化を図ることができ、ひいてはエッチレートの均一化を図ることができる。また、バイパス部材３５は、チャンバ１１内と大気とを隔離する圧力隔壁としてのベローズ３１と異なり、剛性を要しない。従って、薄板状、薄膜状、又は箔状の部材を適用することができる。
本実施の形態において、シャワーヘッド２３とチャンバ１１の端壁１４とを接続するバイパス部材３５を配設したが、これに代えてシャワーヘッド２３とチャンバ１１の側壁１３とを接続するバイパス部材を設けることもできる。
本実施の形態において、シャワーヘッド２３とチャンバ１１の側壁１３との間にリング状の誘電性部材を介在させることが好ましい。これによって、バイパス部材３５を経て接地に流れるグランドパス容量比が大きくなる。従って、バイパス部材を配設することによる効果が増大する。誘電性部材は、処理空間ＰＳで生じたプラズマに晒されるため、その構成材料はラジカルだけでなくイオンスパッタに対する耐性を有する必要があり、好ましくは、アルミナセラミック、窒化アルミ、窒化珪素、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、サファイア、ジルコニア等のセラミック系材料や石英が用いられるが、ポリテトラフルオロエチレン等の絶縁性樹脂やエンジニアプラスチック系樹脂を耐プラズマコーティングで覆った部材を用いてもよい。なお、リング状の誘電性部材の比誘電率としては約２〜３０程度であることが好ましい。
また、シャワーヘッド２３における上部空間ＵＳに対する対向面及び蓋１４の上部空間ＵＳに対する対向面にそれぞれ低誘電率材からなるキャパシタ層を配設することもでき、これによって、上部空間ＵＳにおける電圧降下代が小さくなり、上部空間ＵＳ内におけるプラズマの発生をより有効に防止できる。
次に、本実施の形態に係る基板処理装置におけるバイパス部材の変形例について説明する。
図７〜図９は、それぞれ図１の基板処理装置におけるバイパス部材の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
図７の基板処理装置は、短冊状のバイパス部材３６の長さ方向に沿った断面形状を半円形状にしたものである。また、図８の基板処理装置は、短冊状のバイパス部材３７の長さ方向に沿った断面形状を凹凸部を有する曲線状にしたものである。また、図９の基板処理装置は、短冊状のバイパス部材３８の長さ方向に沿った断面形状を円弧状にしたものであり、該円弧状のバイパス部材３８のシャワーヘッド２３との第１の接続端とは別の第２の接続端をチャンバ１１の側壁１３に接続させたものである。
図７乃至図９に示した実施の形態の変形例においても、図１及び図２に示した基板処理装置と同様、シャワーヘッド２３とチャンバ１１の蓋体１４との電位差をなくして上部空間ＵＳにおける電界の発生を抑制することができ、もって、上部空間ＵＳにおけるプラズマの発生を抑制することができる。
図１０は、図１の基板処理装置におけるバイパス部材のさらに別の変形例の構成を概略的に示す部分断面図である。
図１０において、この基板処理装置は、バイパス部材３９を、１端のみがシャワーヘッド２３に固定され、他端は、チャンバ１１の蓋１４及び側壁１３のいずれにも固定されておらず、シャワーヘッド２３の移動に伴ってチャンバ１１の側壁１３に摺接しながら移動するようにしたものである。
本実施の形態の変形例によれば、上記各実施の形態と同様、シャワーヘッド２３とチャンバ１１の蓋体１４との電位差をなくして上部空間ＵＳにおける電界の発生を抑制することができる。
また、本実施の形態の変形例によれば、バイパス部材としてシャワーヘッド２３の移動に伴って変形する部材以外の部材、例えば剛性の部材を適用することができ、もって、バイパス部材の選択の余地を広げることができる。
本実施の形態の変形例において、バイパス部材３９とシャワーヘッド２３との接続部に、該バイパス部材３９をチャンバ１１の側壁１３に押圧するばね部材を設けることが好ましい。これによって、プラズマ生成用の高周波電力に起因する高周波電流を効率よく接地方向に流すことができる。
上述した各実施の形態では、シャワーヘッド２３が移動し、シャワーヘッド２３及びチャンバ１１の側壁１３の間に隙間が存在する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、サセプタ１２が移動し、該サセプタ１２及びチャンバ１１の側壁１３の間に隙間が存在する装置にも同様に適用することができる。
以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
Ｗ ウエハ
ＰＳ 処理空間
ＵＳ 上部空間
１０ 基板処理装置
１１ チャンバ
１２ サセプタ
１３ 側壁
１４ 蓋
２３ シャワーヘッド
２５ 上部電極板
３５、３６、３７、３８、３９ バイパス部材
３５ａ プレート部材
３５ｂ ねじ

Claims (9)

  1. 基板を収容する筒状容器と、該筒状容器内において前記筒状容器の中心軸に沿って移動自在な移動電極と、前記筒状容器内において前記移動電極に対向する対向電極と、前記移動電極及び前記筒状容器の一方の端壁を接続する伸縮自在な隔壁とを備え、
    前記移動電極及び前記対向電極の間の処理空間に高周波電力が印加されるとともに処理ガスが導入され、前記移動電極及び前記筒状容器の側壁は非接触である基板処理装置であって、
    前記移動電極と前記筒状容器の前記一方の端壁又は前記側壁とを電気的に接続するバイパス部材が配設されていることを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記バイパス部材は、前記移動電極の移動に追従して変形自在であることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記バイパス部材における前記移動電極との第１の接続端とは別の第２の接続端は、前記筒状容器の前記一方の端壁の外周部に接続されてい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。
  4. 前記バイパス部材における前記移動電極との第１の接続端とは別の第２の接続端は、前記移動電極の移動に伴って前記筒状容器の前記側壁に摺接しながら移動することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  5. 前記バイパス部材は所定の幅を有する短冊状を呈しており、前記筒状容器の前記側壁に沿って均等に複数配設されてい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。
  6. 前記バイパス部材は、前記筒状容器と同心円状の環状部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載基板処理装置。
  7. 前記バイパス部材は、アルミニウム板、銅板、チタンとアルミニウムとの合板、及びこれらの表面に絶縁コーティングを施したもののうちいずれか１つからな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。
  8. 前記バイパス部材の厚さは、該バイパス部材におけるスキンデプスの２倍以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  9. 前記バイパス部材の厚さは、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８記載の基板処理装置。
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