JP2012195211A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空隙に供給されたガスを被処理基板に接触させ、該被処理基板の温度を制御するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】プラズマ処理槽１０１と、処理槽１０１内に配され、基板１０２を一面に接して載置する支持部材１０３と、処理槽１０１外に配されたガス供給手段１０４から、支持部材１０３と基板１０２との間の空隙１０３Ｄ内へ、ガスを供給する流路１０５と、を有し、空隙１０３Ｄは、空隙１０３Ｄを通してプラズマ処理槽１０１内にガスを誘導するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するものである。

成膜やドライエッチング等の工程におけるプラズマを用いた処理は、プラズマ処理槽内に配された支持部材に被処理基板を載置し、固定した状態で行われる。プラズマ処理中は、プラズマからの吸熱により、基板の温度が必要以上に上昇してしまう虞がある。そこで、吸熱による基板の温度上昇を抑える方法が、特許文献１に開示されている。

特許文献１によれば、支持部材の一面のうち、基板と接する領域に溝を設け、そこにヘリウムガスを導入する。そして、溝に導入されたヘリウムガスを基板に接触させ、これを冷却することにより、プラズマからの吸熱による基板の温度上昇を抑えることができる。ここで設けられる溝はヘリウムガスの流路をなし、支持部材の基板と接する一面のうち、基板が接する領域においてヘリウムガスが循環するように形成される。

しかしながら、支持部材の一面のうち基板と接する領域において、ヘリウムガスを循環させる場合には、ヘリウムガスを随時交換する必要がある。そのため、ヘリウムガスを溝（流路）に供給する手段と排出する手段のいずれも備えている必要があり、装置構成が複雑となる。また、ヘリウムガスを循環させる場合には、支持部材の一面のうち基板と接する領域において、流路が閉じている必要がある。したがって、流路の形状は制限されたものとなり、基板にヘリウムガスを接触させる領域が偏ってしまうため、基板全域の温度を均等に制御するのは難しい。

特願２００４−１３４４３７号公報

本発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、プラズマ処理槽内に配された支持部材の一面のうち被処理基板と接する領域において設けられた凹凸パターンと支持部材に載置された基板との間に空隙が形成されたプラズマ処理装置であって、該空隙が、そこに供給されたガスを処理槽内の空間へ誘導するような形状の流路をなすように構成されたプラズマ処理装置を提供することを、第一の目的とする。

また、上記構成を備えたプラズマ処理装置を用い、空隙に供給されたガスを被処理基板に接触させ、該被処理基板の温度を制御しつつ行うことが可能な、プラズマ処理方法を提供することを、第二の目的とする。

本発明の請求項１に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理槽と、前記処理槽内に配され、基板を一面に接して載置する支持部材と、前記処理槽外に配されたガス供給手段から、前記支持部材と前記基板との間の空隙内へ、ガスを供給する流路と、を有し、前記空隙は、該空隙を通して前記プラズマ処理槽内にガスを誘導するように形成されている、ことを特徴とする。

本発明の請求項２に係るプラズマ処理装置は、請求項１において、前記支持部材の一面の全域にわたって凹凸パターンが設けられている、ことを特徴とする。

本発明の請求項３に係るプラズマ処理装置は、請求項１において、前記支持部材の一面のうち、前記基板と接する領域にのみ凹凸パターンが設けられている、ことを特徴とする。

本発明の請求項４に係るプラズマ処理装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ガスは不活性ガスである、ことを特徴とする。

本発明の請求項５に係るプラズマ処理装置は、請求項４において、前記不活性ガスはヘリウムガスである、ことを特徴とする。

本発明の請求項６に係るプラズマ処理装置は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記ガスを供給する流路は、前記ガスが、前記基板の最外周から処理槽内へ均等に流出するように配されている、ことを特徴とする。

本発明の請求項７に係るプラズマ処理装置は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記支持部材は、静電チャックである、ことを特徴とする。

本発明の請求項８に係るプラズマ処理方法は、プラズマ処理槽と、前記処理槽内に配され、基板を一面に接して載置する支持部材と、前記処理槽外に配されたガス供給手段から、前記支持部材と前記基板との間の空隙内へ、ガスを供給する流路と、を有し、前記空隙が、該空隙を通して前記プラズマ処理槽内にガスを誘導するように形成されたプラズマ処理装置を用い、前記空隙に供給されたガスを前記プラズマ処理槽内に誘導しつつ、前記基板に対してプラズマ処理を行う、ことを特徴とする。

本発明に係るプラズマ処理装置によれば、空隙は、ガス供給手段から供給されたガスを、処理槽内の空間に誘導するように形成されている。そのため、空隙内のガスは、時間の経過とともに自然に、基板の最外周から排出される。そしてガスの排出速度は、そこに新たに供給されるガスの圧力により、調整することが出来る。したがって、空隙内からのガスの排出手段を別途設ける必要がなく、ガス排出手段を必須とする従来のプラズマ処理装置に比べて、装置構成を簡略化することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理方法によれば、上記プラズマ処理装置を用いることにより、被処理基板の支持部材と接する面に対してガスを均等に接触させ、該基板の温度を制御した状態でプラズマ処理を行うことができる。したがって、プラズマ処理中に、プラズマからの吸熱により、前記基板の温度が必要以上に上昇してしまうのを防ぐことができる。

（ａ）第一実施形態に係るプラズマ処理装置の、側面からみた断面図である。 （ｂ）基板と支持部材の間の空隙近傍を拡大し、ガスの流れを説明する図である。 第一実施形態に係るプラズマ処理装置の、上面からみた断面図である。 変形例１に係るプラズマ処理装置の、上面からみた断面図である。 変形例２に係るプラズマ処理装置の、上面からみた断面図である。 変形例３に係るプラズマ処理装置の、上面からみた断面図である。

以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。

＜第一実施形態＞
図１（ａ）は、第一実施形態に係るプラズマ処理装置１００と、それに付設されるガス供給手段１０４、および直流電源１０７の概略構成を示す図である。プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理槽１０１と、処理槽１０１の内部の底面に配され、被処理基板１０２を支持する部材（支持部材）１０３と、上部電極１０８および下部電極をなす支持部材１０３で構成されるプラズマを発生させる手段と、を備える。

支持部材１０３は、基板１０２と接する一面１０３Ｓの深さ方向の近傍において、空隙１０３Ｄを有する。また、支持部材１０３は、一端がガス供給手段１０４に、他端が空隙１０３Ｄにそれぞれ接続されたガス供給流路１０５を有する。

ガスＧは、ガス供給手段１０４から、ガス供給流路１０５を経由して、空隙１０３Ｄに供給される。空隙１０３Ｄ近傍の領域Ａを、図１（ｂ）に拡大して示す。

また、ガスＧは、処理槽１０１内においてプラズマ雰囲気Ｐ、基板１０２の積層膜等と化学反応を起こさないガスであることが求められるため、不活性ガスであることが望ましい。さらに、この不活性ガスは、温度上昇の制御に用いられるため、沸点が低く、冷媒としての機能を有するヘリウムガスであることが望ましい。

支持部材１０３は、少なくとも基板１０２が接して配される領域Ｂにおいては、平坦な形状をなす。また、支持部材１０３は、その内部に吸着電極１０７ａと吸着電極１０７ｂとからなる吸着電極対１０７を備えた静電チャック方式の基板吸着体をなす。この静電チャック方式の基板吸着体は、例えば、円盤状の誘電体からなり、電極１０７ａと１０７ｂとの間に直流電源１０６から供給される電圧を印加すると、電極１０７ａおよび１０７ｂは、それぞれ正または負に帯電する。

電極１０７ａおよび１０７ｂを帯電状態にした上で、基板１０２を支持部材１０３に近づけると、吸着部１０７ａ、１０７ｂが発する電気的な引力により、基板１０２の支持部材１０３との接触面が、支持部材１０３と引き合うように帯電する。これにより、プラズマＰを用いて処理する際に、基板１０２が支持部材１０３に吸着保持されるようになっている。したがって支持部材１０３は、基板１０２に対する成膜やエッチング等の工程において、プラズマを用いた処理を行う際に、基板１０２を空間的に固定する手段として用いることができる。

空隙１０３Ｄは、支持部材の一面１０３Ｓに設けられた複数の凹凸パターンに対して基板１０２を載置した際に、支持部材１０３と基板１０２との間に形成される空間に相当する。

また空隙１０３Ｄを構成する凹凸パターンは、少なくともガス供給流路１０５の開口部１０５Ｃから領域Ｂの最外周まで通じた流路をなしていればよく、規則的である必要はない。すなわち、凹凸パターンは、開口部１０５Ｃから領域Ｂの最外周までの経路において、各々ランダムな方向に曲がる形状であってもよい。また、凹凸パターンは、領域Ｂにおいて、各々合流、分岐をともなう形状であってもよい。

図１（ａ）、（ｂ）では、空隙を支持部材１０３側に設けた例を示しているが、空隙１０３Ｄは被処理基板１０２側に設けてもよい。すなわち、空隙１０３Ｄを構成する凹凸パターンは被処理基板１０２の支持部材１０３との接触面に形成してもよい。

図２は、プラズマ処理槽１０１の上面側から見た断面図である。支持部材の一面１０３Ｓにおける凹凸パターン１０３Ｅの分布を示すため、図２には、基板１０２は含まれていないが、実際には領域Ｂにおいて、支持部材１０３に載置されているものとする。本実施形態では、凹凸パターン１０３Ｅは、支持部材の一面１０３Ｓの全域にわたって設けられている。ガスＧはガス供給流路１０５の開口部１０５Ｃから領域Ｂの最外周に向かって流れ、処理槽１０１内部の空間に排出される。

規則的な凹凸パターンを形成する場合にはエッチング処理を行う必要があるが、各々ランダムな方向に延びる凹凸パターンであれば、支持部材の一面１０３Ｓを研磨して粗面化させることによって形成することもできる。

第一実施形態の構成において、空隙１０３Ｄは、ガス供給手段１０４から供給されたガスＧを、処理槽１０１内の空間に誘導するように形成されている。そのため、空隙１０３Ｄ内のガスＧは、時間の経過とともに自然に、領域Ｂの最外周から排出される。そしてガスＧが排出される速度は、そこに新たに供給するガスＧの圧力により、調整することが出来る。したがって、空隙内からのガスの排出手段を別途設ける必要がなく、ガス排出手段を必須とする従来のプラズマ処理装置に比べて、装置構成を簡略化することができる。

また第一実施形態の構成において、ガスＧは、ガス供給流路１０５の開口部１０５Ｃから領域Ｂの最外周に向けて一方的に流れる。すなわち領域ＢおいてガスＧを循環させないため、空隙１０３Ｄがなす流路は、閉じた形状でなくてもよい。流路の形状が制限されないため、領域Ｂにおいて、空隙１０３Ｄの占める割合を増やし、基板１０２にガスＧを接触させる面積を増やすことができる。したがって、基板１０２の温度を表面全域にわたって均等に制御することができる。

第一実施形態の構成を備えたプラズマ処理装置１００を用いることにより、被処理基板１０２の支持部材１０３と接する面に対してガスＧを均等に接触させ、基板１０２の温度を制御した状態でプラズマ処理を行うことができる。したがって、プラズマ処理中に、プラズマからの吸熱により、基板１０２の温度が必要以上に上昇してしまうのを防ぐことができる。

［変形例１］
図３は、プラズマ処理槽の上面側から見た断面図であり、第一実施形態の変形例１を示している。支持部材の一面２０３Ｓにおける凹凸パターン２０３Ｅの分布を示すため、図３には、被処理基板は含まれていないが、実際には領域Ｂにおいて、支持部材２０３に載置されているものとする。

変形例１の構成において、凹凸パターン２０３Ｅが、支持部材の一面のうち、基板と接する領域Ｂにおいてのみ設けられている点が、第一実施形態の構成と異なる。その他の部分の構成については、第一実施形態と同様であって、ガスＧはガス供給流路２０５の開口部２０５Ｃから領域Ｂの最外周に向かって流れ、処理槽２０１内部の空間に排出される。

すなわち、変形例１の構成によっても、空隙２０３Ｄは、ガス供給手段から供給されたガスＧを、処理槽２０１内の空間に誘導するように形成されている。そのため、空隙２０３Ｄ内のガスＧは、時間の経過とともに自然に、領域Ｂの最外周から排出される。そしてガスＧが排出される速度は、そこに新たに供給するガスＧの圧力により、調整することが出来る。したがって、空隙内からのガスの排出手段を別途設ける必要がなく、ガス排出手段を必須とする従来のプラズマ処理装置に比べて、装置構成を簡略化することができる。

また、変形例１の構成によっても、ガスＧは、ガス供給流路２０５の開口部２０５Ｃから領域Ｂの最外周に向けて一方的に流れる。すなわち領域ＢおいてガスＧを循環させないため、空隙２０３Ｄがなす流路は、閉じた形状でなくてもよい。流路の形状が制限されないため、領域Ｂにおいて、空隙２０３Ｄの占める割合を増やし、基板２０２にガスＧを接触させる面積を増やすことができる。したがって、基板２０２の温度を表面全域にわたって均等に制御することができる。

また、変形例１の構成を備えたプラズマ処理装置を用いることにより、被処理基板の支持部材と接する面に対してガスを均等に接触させ、該基板の温度を制御した状態でプラズマ処理を行うことができる。したがって、プラズマ処理中に、プラズマからの吸熱により、前記基板の温度が必要以上に上昇してしまうのを防ぐことができる。

なお、変形例１においては、凹凸パターン２０３Ｅを形成する領域を、支持部材の一面のうち基板が接する領域Ｂとした例を示したが、少なくとも領域Ｂが含まれていれば、これ以外の領域に凹凸パターン２０３Ｅが形成されてもよい。

［変形例２］
図４は、プラズマ処理槽の上面側から見た断面図であり、第一実施形態の変形例２を示している。支持部材の一面３０３Ｓにおける凹凸パターン３０３Ｅの分布を示すため、図４には、被処理基板は含まれていないが、実際には領域Ｂにおいて、支持部材３０３に載置されているものとする。

凹凸パターン３０３Ｅは、支持部材３０３の一面の全域にわたって設けられているが、ガス供給流路３０５が複数設けられている点が、第一実施形態と異なる。その他の部分の構成については、第一実施形態と同様であって、ガスＧは複数のガス供給流路３０５の各々の開口部３０５Ｃから領域Ｂの最外周に向かって流れ、処理槽３０１内部の空間に排出される。

複数のガス供給流路３０５を設けることにより、凹凸パターン３０３Ｅに対して複数個所で同時にガスを供給することができる。したがって、この場合、ガス供給流路の開口部３０５Ｃから領域Ｂの各箇所に向けて、ガスＧが移動する距離は、ガス供給流路が単数である場合に比べて短くなる。すなわち、変形例２の構成においては、基板温度の制御に要する時間を、ガス供給流路が単数である場合よりも短縮することができる。

変形例２の構成によっても、空隙３０３Ｄは、ガス供給手段から供給されたガスＧを、処理槽３０１内の空間に誘導するように形成されている。そのため、空隙３０３Ｄ内のガスＧは、時間の経過とともに自然に、領域Ｂの最外周から排出される。そしてガスＧが排出される速度は、そこに新たに供給するガスＧの圧力により、調整することが出来る。したがって、空隙内からのガスの排出手段を別途設ける必要がなく、ガス排出手段を必須とする従来のプラズマ処理装置に比べて、装置構成を簡略化することができる。

また、変形例２の構成によっても、ガスＧは、ガス供給流路３０５の開口部３０５Ｃから領域Ｂの最外周に向けて一方的に流れる。すなわち領域ＢおいてガスＧを循環させないため、空隙３０３Ｄがなす流路は、閉じた形状でなくてもよい。流路の形状が制限されないため、領域Ｂにおいて、空隙３０３Ｄの占める割合を増やし、基板３０２にガスＧを接触させる面積を増やすことができる。したがって、基板３０２の温度を表面全域にわたって均等に制御することができる。

また、変形例２の構成を備えたプラズマ処理装置を用いることにより、被処理基板の支持部材と接する面に対してガスを均等に接触させ、該基板の温度を制御した状態でプラズマ処理を行うことができる。したがって、プラズマ処理中に、プラズマからの吸熱により、前記基板の温度が必要以上に上昇してしまうのを防ぐことができる。

なお、変形例２においては、領域Ｂの中心から等距離の４箇所にガス供給流路３０５が１個ずつ形成された例を示したが、ガスＧが、領域Ｂの最外周から処理槽３０１内へ均等に流出する条件を満たせば、これ以外の配置で形成されてもよい。また、ガス供給流路３０５は５箇所以上に形成されてもよく、領域Ｂの外に形成されてもよい。

［変形例３］
図５は、プラズマ処理槽の上面側から見た断面図であり、第一実施形態の変形例３を示している。支持部材の一面４０３Ｓにおける凹凸パターン４０３Ｅの分布を示すため、図５には、被処理基板は含まれていないが、実際には領域Ｂにおいて、支持部材４０３に載置されているものとする。

変形例３の構成において、凹凸パターン４０３Ｅは、支持部材４０３の一面の全域にわたって設けられているが、ガス供給流路４０５が、領域Ｂの中心から外れた位置に設けられている点が、第一実施形態と異なる。また、凹凸パターン４０３Ｅは、ガスＧが領域Ｂの最外周から処理槽４０１内へ均等に流出する条件を満たすように形成される。すなわち、ガス供給流路４０５は、その開口部４０５Ｃから見て、領域Ｂの最外周に遠い方向に流れるガスＧ１が、近い方向に流れるガスＧ２よりも流れやすくなるように形成される。その他の部分の構成については、第一実施形態と同様であって、ガスＧはガス供給流路４０５の開口部４０５Ｃから領域Ｂの最外周に向かって流れ、処理槽４０１内部の空間に排出される。

すなわち、変形例３の構成によっても、空隙４０３Ｄは、ガス供給手段から供給されたガスＧを、処理槽４０１内の空間に誘導するように形成されている。そのため、空隙４０３Ｄ内のガスＧは、時間の経過とともに自然に、領域Ｂの最外周から排出される。そしてガスＧが排出される速度は、そこに新たに供給するガスＧの圧力により、調整することが出来る。したがって、空隙内からのガスの排出手段を別途設ける必要がなく、ガス排出手段を必須とする従来のプラズマ処理装置に比べて、装置構成を簡略化することができる。

また、変形例３の構成によっても、ガスＧは、ガス供給流路４０５の開口部４０５Ｃから領域Ｂの最外周に向けて一方的に流れる。すなわち領域ＢおいてガスＧを循環させないため、空隙４０３Ｄがなす流路は、閉じた形状でなくてもよい。流路の形状が制限されないため、領域Ｂにおいて、空隙４０３Ｄの占める割合を増やし、基板４０２にガスＧを接触させる面積を増やすことができる。したがって、基板４０２の温度を表面全域にわたって均等に制御することができる。

本発明は、被処理基板を支持部材に吸着させた状態において、プラズマ処理を行う場合に対し、広く適用することが出来る。

１００・・・プラズマ処理装置、１０１、２０１、３０１・・・プラズマ処理槽、
１０２、２０２、３０２・・・基板、１０３、２０３、３０３・・・支持部材、
１０３Ｓ、２０３Ｓ、３０３Ｓ・・・一面、１０４、２０４、３０４・・・ガス供給手段、１０５、２０５、３０５・・・空隙、１０６、２０６、３０６・・・ガス供給流路、
Ｇ・・・ガス。

Claims (8)

1. プラズマ処理槽と、
   前記処理槽内に配され、基板を一面に接して載置する支持部材と、
   前記処理槽外に配されたガス供給手段から、前記支持部材と前記基板との間の空隙内へ、ガスを供給する流路と、を有し、
   前記空隙は、該空隙を通して前記プラズマ処理槽内にガスを誘導するように形成されている、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記支持部材の一面の全域にわたって凹凸パターンが設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記支持部材の一面のうち、前記基板と接する領域にのみ凹凸パターンが設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記ガスは不活性ガスである、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
5. 前記不活性ガスはヘリウムガスである、ことを特徴とする請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
6. 前記ガスを供給する流路は、前記ガスが、前記基板の最外周から処理槽内へ均等に流出するように配されている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
7. 前記支持部材は、静電チャックである、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
8. プラズマ処理槽と、
   前記処理槽内に配され、基板を一面に接して載置する支持部材と、
   前記処理槽外に配されたガス供給手段から、前記支持部材と前記基板との間の空隙内へ、ガスを供給する流路と、を有し、
   前記空隙が、該空隙を通して前記プラズマ処理槽内にガスを誘導するように形成されたプラズマ処理装置を用い、
   前記空隙に供給されたガスを前記プラズマ処理槽内に誘導しつつ、前記基板に対してプラズマ処理を行う、ことを特徴とするプラズマ処理方法。

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