JP2013219100A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理容器内に設けられたグランド電極へのプラズマ処理による反応生成物の付着を抑制し、長時間にわたって安定的に処理容器内に直流電圧を印加できるようにする。
【解決手段】処理容器１１内に設けられた上部電極４２と下部電極１３との間に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、当該プラズマにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置１は、上部電極４２に直流電圧を印加する直流電源６１と、直流電源６１に接続されたグランド電極１００と、グランド電極１００の外方に設けられた環状の遮蔽部材１１０と、を有し、グランド電極１００の外周縁部には、下方に凹に窪んだ溝部１０１が形成され、遮蔽部材１１０は、その上端が前記グランド電極の上端より上方に位置するように形成され、遮蔽部材１１０におけるグランド電極１００より上方に位置する部位には、グランド電極１００の中心方向に向けて突出する突出部が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。

プラズマの作用により、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）などの被処理体上にエッチングや成膜等の微細加工を施す装置としては、平行平板型（容量結合型）プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、マイクロ波プラズマ処理装置等が実用化されている。

このうち、平行平板型プラズマ処理装置では、処理容器内に対向して設けられた上部電極及び下部電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加し、その電界エネルギーによりガスを励起させてプラズマを生成する。そして、生成された放電プラズマによって被処理体をプラズマ処理、例えばエッチング処理により微細加工を行う。

近年、このような平行平板型プラズマ処理装置においては、プラズマ処理の性能を向上させることを目的として、上部電極に直流電源を接続して処理容器内に直流電圧を印加することが提案されている。そのようなプラズマ処理装置においては、上部電極に直流電圧を印加するために、当該上部電極と一対をなす接地された電極（以下、「グランド電極」という）が処理容器内にその表面を露出して設けられる。

しかしながら、プラズマ処理による反応生成物がグランド電極の露出した表面に堆積し、上部電極とグランド電極間の直流電流が阻害されることがある。その結果、処理容器内に適切に直流電圧を印加することができなくなり、プラズマが不安定になるという問題が生じる。

そのため、このような問題を解消するために、グランド電極の近傍に遮蔽壁を設けることで、プラズマによる反応生成物のグランド電極への付着を抑制することが、例えば特許文献１に提案されている。

特開２００８−２５１７４４号公報

しかしながら、プラズマ処理による反応生成物の付着力が強い場合や、長時間のプラズマ処理を行った場合、上述のような対策を施してもグランド電極への反応生成物の付着が避けられず、経時的にグランド電極の機能が低下してしまっていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、処理容器内に設けられたグランド電極へのプラズマ処理による反応生成物の付着を抑制し、長時間にわたって安定的に処理容器内に直流電圧を印加できるようにすることを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、処理容器内に設けられた上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、当該プラズマにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、前記上部電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に設けられ、前記上部電極に印加された直流電圧に対するグランドとして機能するグランド電極と、前記グランド電極の外方に設けられた環状の遮蔽部材と、を有し、前記グランド電極の外周縁部には、第１の縁部を有する下方に凹に窪んだ溝部が形成され、前記遮蔽部材は、その上端が前記グランド電極の前記第１の縁部の上端より上方に位置するように形成され、前記遮蔽部材における前記グランド電極より上方に位置する部位には、前記グランド電極の中心方向に向けて突出する突出部が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、突出部を有する遮蔽部材によりグランド電極へのプラズマ処理による反応生成物の付着が抑制され、さらに、グランド電極に溝部が形成されることによりグランド電極が処理容器内に露出する部分の表面積が従来のグランド電極と比較して大きいので、グランド電極に反応生成物が付着した際のグランド電極の機能低下の割合を従来よりも小さくすることができる。その結果、長時間にわたって安定的に処理容器内に直流電圧を印加することが可能となる。

前記突出部は、その先端が、平面視において前記第１の縁部を跨いで前記グランド電極の溝部の鉛直上方に位置するように形成されていてもよい。

前記突出部の下端面と前記第１の縁部の上面との間には、所定距離の隙間が設けられていてもよい。

前記グランド電極には、前記溝部の内側に更に第２の縁部を有する他の溝部が形成されていてもよい。

前記突出部の下端面と前記第１の縁部の上面及び前記第２の縁部の上面との間には、所定距離の隙間が設けられていてもよい。

前記突出部の下端面と前記第１の縁部の上面との間の前記隙間と前記突出部の下端面と前記第２の縁部の上面との間の隙間の大きさが異なっていてもよい。

前記溝部には、当該溝部の幅を広げた領域が形成されていてもよい。

前記溝部における前記グランド電極の中心側の側面と前記突出部の先端との間の水平方向の距離の長さと、前記溝部の水平方向の幅の長さとの比は１：１〜１：３であってもよい。かかる場合、前記溝部における前記グランド電極の中心側の側面と前記突出部の先端との間の水平方向の距離は３ｍｍ〜５ｍｍ、前記溝部の水平方向の幅は３〜９ｍｍであってもよい。

本発明によれば、処理容器内に設けられたグランド電極へのプラズマ処理による反応生成物の付着を抑制し、長時間にわたって安定的に処理容器内に直流電圧を印加できる。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 グランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 グランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す横断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す横断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す横断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す横断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す横断面図である。 比較例にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。 比較例にかかるグランド電極及び遮蔽部材近傍の構成の概略を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態の一例について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の概略の構成を示す縦断面図である。本実施の形態に係るプラズマ処理装置１は、例えば平行平板型のプラズマエッチング処理装置である。

プラズマ処理装置１は、シリコン基板であるウェハＷを保持するウェハチャック１０が設けられた略円筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、接地線１２により電気的に接続されて接地されている。また、処理容器１１の内壁は、表面に耐プラズマ性の材料からなる溶射皮膜が形成されたライナ（図示せず）により覆われている。

ウェハチャック１０は、その下面を下部電極としてのサセプタ１３により支持されている。サセプタ１３は、例えばアルミニウム等の金属により略円盤状に形成されている。処理容器１１の底部には、絶縁板１４を介して支持台１５が設けられ、サセプタ１３はこの支持台１５の上面に支持されている。ウェハチャック１０の内部には電極（図示せず）が設けられており、当該電極に直流電圧を印加することにより生じる静電気力でウェハＷを吸着保持することができるように構成されている。

サセプタ１３の上面であってウェハチャック１０の外周部には、プラズマ処理の均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性の補正リング２０が設けられている。サセプタ１３、支持台１５及び補正リング２０は、例えば石英からなる円筒部材２１によりその外側面が覆われている。

支持台１５の内部には、冷媒が流れる冷媒路１５ａが例えば円環状に設けられており、当該冷媒路１５ａの供給する冷媒の温度を制御することにより、ウェハチャック１０で保持されるウェハＷの温度を制御することができる。また、ウェハチャック１０と当該ウェハチャック１０で保持されたウェハＷとの間に、伝熱ガスとして例えばヘリウムガスを供給する伝熱ガス管２２が、例えばウェハチャック１０、サセプタ１３、支持台１５及び絶縁板１４を貫通して設けられている。

サセプタ１３には、当該サセプタ１３に高周波電力を供給してプラズマを生成するための第１の高周波電源３０が、第１の整合器３１を介して電気的に接続されている。第１の高周波電源３０は、例えば２７〜１００ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば４０ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。第１の整合器３１は、第１の高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものであり、処理容器１１内にプラズマが生成されているときに、第１の高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンとが見かけ上一致するように作用する。

また、サセプタ１３には、当該サセプタ１３に高周波電力を供給してウェハＷにバイアスを印加することでウェハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電源４０が、第２の整合器４１を介して電気的に接続されている。第２の高周波電源４０は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば３．２ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。第２の整合器４１は、第１の整合器４１と同様に、第２の高周波電源４０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものである。

下部電極であるサセプタ１３の上方には、上部電極４２がサセプタ１３に対向して平行に設けられている。上部電極４２は、絶縁性の遮蔽部材５０を介して処理容器１１の上部に支持されている。これにより上部電極４２は、接地電位である処理容器１１から電気的に絶縁されている。

上部電極４２は、ウェハチャック１０に保持されたウェハＷと対向面を形成する電極板５１と、当該電極板５１を上方から支持する電極支持体５２とにより構成されている。電極板５１には、処理容器１１の内部に処理ガスを供給する複数のガス供給口５３が当該電極板５１を貫通して形成されている。電極板５１には、例えばジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体により構成され、本実施の形態においては例えばシリコンが用いられる。また、電極支持板５２は導電体により構成され、本実施の形態においては例えばアルミニウムが用いられる。

また、上部電極４２には、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０からの高周波をトラップするローパスフィルタ６０を介して、直流電源６１が電気的に接続されている。この直流電源６１により、上部電極４２には負の直流電圧が印加される。本実施の形態においては、負の直流電圧の電圧は１５０Ｖ〜１２００Ｖである。

第１の高周波電源３０、第１の整合器３１、第２の高周波電源４０、第２の整合器４１、直流電源６１は、後述する制御部１５０に接続されており、これらの動作は制御部１５０により制御される。

電極支持体５２内部の中央部には、略円盤状に形成されたガス拡散室５４が設けられている。また、電極支持体５２の下部には、ガス拡散室５４から下方に伸びるガス孔５５が複数形成され、ガス供給口５３は当該ガス孔５を介してガス拡散室５４に接続されている。

ガス拡散室５４には、ガス供給管７１が接続されている。ガス供給管７１には、図１に示すように処理ガス供給源７２が接続されており、処理ガス供給源７２から供給された処理ガスは、ガス供給管７１を介してガス拡散室５４に供給される。ガス拡散室５４に供給された処理ガスは、ガス孔５５とガス供給口５３を通じて処理容器１１内に導入される。すなわち、上部電極４２は、処理容器１１内に処理ガスを供給するシャワーヘッドとして機能する。なお、処理ガスとしては、従来のプラズマエッチングに用いられている種々のものを採用することができる。

ガス供給管７１には、流量調整機構７３が設けられており、処理ガス供給源７２からガス拡散室５５に供給するガスの量を制御することができる。流量調整機構７３は、例えばマスフローコントローラとバルブにより構成されている。

処理容器１１の底部には、処理容器１１の内壁と円筒部材２１の外側面とによって、処理容器１１内の雰囲気を当該処理容器１１の外部へ排出するための流路として機能する排気流路８０が形成されている。処理容器１１の底面には排気口９０が設けられている。排気口９０の下方には、排気室９１が形成されており、当該排気室９１には排気管９２を介して排気装置９３が接続されている。したがって、排気装置９３を駆動することにより、排気流路８０及び排気口９０を介して処理容器１１内の雰囲気を排気し、処理容器内を所定の真空度まで減圧することができる。

支持台１５の外側であって排気流路８０の下方には、環状の接地されたグランド電極１００が設けられている。グランド電極１００は導電性の材料、例えばシリコンなどにより形成されている。このグランド電極１００は、負の直流電圧が印加されて負極として機能する上部電極４２と対をなす正極（グランド）であり、上部電極４２に印加された直流電圧に対するグランドとして機能する。

グランド電極１００の外方には、当該グランド電極１００を排気流路８０から遮蔽し、プラズマによる反応生成物のグランド電極１００への付着を抑制する、遮蔽部材１１０が設けられている。遮蔽部材１１０は絶縁性材料、例えば石英によって環状に形成され、グランド電極１００と同心円状に配置されている。

次に、このグランド電極１００及び遮蔽部材１１０について詳述する。図２、図３に示されるように、環状のグランド電極１００は、円筒部材２１の下方であって処理容器１１の底部の上面に、支持台１５の側面を覆うように配置されている。処理容器１１の底部上面のグランド電極１００と接する部位には溶射皮膜によるライナが形成されておらず、グランド電極１００は、処理容器１１の底面と電気的に接続された状態となっている。これによりグランド電極１００は、処理容器１１を介して接地線１２により接地されている。また、グランド電極１００の支持台１５と反対側の表面は排気流路８０に露出している。そのため、グランド電極１００には、直流電圧を印加した際に上部電極４２の電極板５１から放出された電子が到達する。

グランド電極１００の外周縁部は、円筒部材２１の外側面よりも外方に突出している。そして、グランド電極１００の外周縁部の上面、より具体的には、円筒部材２１の外側面よりも外方に突出している部位の上面には、縁部（第１の縁部）Ｐを有する下方に凹に窪んだ、所定の幅Ｔの溝部１０１が形成されている。したがって、グランド電極１００を径方向に沿って切断した場合の縦断面の形状は、例えば図２に示すように、略Ｕ字状となっている。

遮蔽部材１１０は、内側面がグランド電極１００の縁部Ｐの外側面と接して設けられている。また、遮蔽部材１１０の下端は、処理容器１１の底面と接するように設けられ、これにより、グランド電極１００の外周面は、遮蔽部材１１０により覆われ、排気流路８０から遮蔽された状態になっている。

遮蔽部材１１０の上端部１１０ａは、グランド電極１００の縁部Ｐの上端面１００ａより上方に位置するように形成されている。また、上端部１１０ａには、グランド電極１００の中心方向（図２の右方向側）に向けて突出する突出部１１０ｂが形成されている。これにより、遮蔽部材１１０の縦断面の形状は、例えば図２に示すように、Ｌ字を上下反転させた形状となっている。

突出部１１０ｂの下面は、グランド電極１００の溝部１０１より外側の領域、即ち縁部Ｐの上端面１００ａと接して設けられている。この突出部１１０ｂは、その先端が、平面視において縁部Ｐを跨いでグランド電極１００の溝部１０１の鉛直上方に位置するように、例えば庇状に形成されている。換言すれば、突出部１１０ｂの先端と円筒部材２１の外周面との間に形成された隙間Ｕの間隔Ｇが、溝部１０１の幅Ｔよりも小さくなっている。そのため、グランド電極１００は、縁部Ｐの外周面と、縁部Ｐの上端面１００ａとが遮蔽部材１１０により覆われ、溝部１０１の上方の一部が、突出部１１０ｂにより覆われた状態となっている。したがって、グランド電極１００が排気流路８０に対して露出しているのは、溝部１０１の側面及び底面のみとなる。そして、排気流路８０においては、上方向から下方向に向かって形成された排気流に乗ってプラズマによる反応生成物が移動するが、遮蔽部材１１０によりグランド電極１００が覆われ、僅かに溝部１０１上方の隙間Ｕが開口するのみであるため、当該グランド電極１００の露出部分である溝部１０１にプラズマ処理による反応生成物が侵入しにくい。これにより、グランド電極１００への反応生成物の付着が抑制され、プラズマ処理装置１は安定したプラズマを維持することができる。

その一方、上部電極４２に印加された負の直流電圧により電極板５１から放出される電子は、排気流に左右されることなく処理容器１１内を自由に移動する。そのため、電極板５１から放出される電子は、遮蔽部材１１０により遮蔽されることなく、遮蔽部材１１０と円筒部材２１との間の隙間Ｕを通ってグランド電極１００に到達する。これにより、処理容器１１内に直流電流を流すことができる。なお、隙間Ｕの間隔Ｇが、円筒部材２１及び処理容器１１内のプラズマの存在するプラズマシースの厚みより小さい場合、電極板５１から放出される電子が隙間Ｕの間を通ってグランド電極１００に到達することが困難となる。そのため、隙間Ｕの間隔Ｇは、プラズマシースの厚みよりも大きくなるように設定される。なお、通常シースの厚みは０．５ｍｍ程度であるため、間隔Ｇは０．５ｍｍより大きくされ、本実施の形態においては、例えば３ｍｍに設定される。

なお、図２では、グランド電極１００の上端面１００ａと、グランド電極１００における円筒部材２１の下端面と接する部位との高さが同じであったが、これらの高さは必ずしも同じである必要はない。例えば図４に示すように、グランド電極１００の円筒部材２１側の高さを上端面１００ａよりも低くしてもよい。この場合も、遮蔽部材１１０によりグランド電極１００が覆われるため、当該グランド電極１００の溝部１０１へのプラズマ処理による反応生成物の侵入及び付着を抑制できる。

以上のプラズマ処理装置１には、既述のように制御部１５０が設けられている。制御部１５０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、各電源３０、４０、６１や各整合器３１、４１、及び流量調整機構７３などを制御して、プラズマ処理装置１を動作させるためのプログラムも格納されている。

なお、上記のプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部１５０にインストールされたものであってもよい。

本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上のように構成されており、次に、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１におけるプラズマエッチング処理について説明する。

プラズマエッチング処理にあたっては、先ず、処理容器１１内にウェハＷが搬入され、ウェハチャック１０上に載置されて保持される。ウェハＷには、エッチングマスクとして予めフォトレジストによるエッチングパターンが形成されている。次いで、排気装置９３により処理容器１１内を排気し、それと共に処理ガス供給源７２から処理ガスが所定の流量で処理容器１１内に供給される。

その後、第１の高周波電源３０と第２の高周波電源４０により、下部電極であるサセプタ１３に高周波電力を連続的に印加し、それと共に、直流電源８１により上部電極４２に負の直流電圧を連続的に印加する。これにより、処理容器１１内に供給された処理ガスは、上部電極４２とサセプタ１３との間でプラズマ化され、処理容器１１内のプラズマにより生成されるイオンやラジカルにより、ウェハＷのエッチング処理が行われる。なお、フォトレジストは負に帯電しており、エッチングの初期にはエッチング面において電荷が中和した状態である。そのため、高周波電力の印加のみによりエッチングを行った場合、アスペクト比が高くなると、エッチングホールの底に正イオンが堆積し、エッチング面が正の電荷に帯電するようになる。そのため、エッチングへの寄与が大きい正イオンの軌道が、エッチングホール内で電荷の反発により曲がってしまい、エッチングホールの形状に曲がりや歪みが生じてしまう。また、正イオンがエッチングホールの底部に到達し難くなるため、エッチングレートが低下してしまう。

ここで、本実施の形態においては、上部電極４２に負の直流電圧を印加するので、より多くの２次電子が生成されると共に大きく加速されてエッチングホール内に入射される。そのため、多くの２次電子及び負イオンをコンタクトホール内に供給することができる。その結果、正の電荷に帯電していたコンタクトホール内の電荷を中和することができるので、高周波電源によりプラズマを生成した際に、正イオンがエッチングホール内で曲がることがなくなり、良好なエッチングを行えるようになる。

そして、処理容器１１内の雰囲気は排気流路８０を通じて処理容器１１の底部の排気口９０から排気されるが、グランド電極１００は遮蔽部材１１０により覆われているため、グランド電極１００へのプラズマの反応生成物の堆積を抑制することができる。その一方で、電極板５１から放出される電子は、排気流に左右されることなく処理容器１１内を自由に移動する。そのため、電極板５１から放出される電子は、遮蔽部材１１０により遮蔽されることなく、遮蔽部材１１０と円筒部材２１との間の隙間Ｕを通ってグランド電極１００に到達するので、処理容器１１内に安定して直流電流を流すことができる。これによって、プラズマ処理装置１は、安定したプラズマを維持することができる。

また、グランド電極１００の外周縁部には、下方に凹に窪んだ溝部１０１が形成されているので、グランド電極１００の処理容器１１内に露出する表面積が従来の溝が無い場合と比較して大きい。そのため、従来の溝が無いグランド電極よりも、グランド電極１００に反応生成物が付着した際のグランド電極１００の機能低下の割合が小さい。したがって、以上の実施の形態によれば、プラズマ処理による反応生成物が遮蔽部材１１０と円筒部材２１との間の隙間Ｕを通ってグランド電極に付着した場合であっても、従来のグランド電極１００と比較して、長時間にわたって安定的に処理容器内に直流電圧を印加することができる。

なお、発明者が後述の比較試験を行って鋭意調査したところ、突出部１１０ｂの厚みは、２ｍｍ〜６ｍｍが好ましく、突出部１１０ｂの先端と円筒部材２１の外周面との間に形成された隙間Ｕの間隔Ｇは、３ｍｍ〜５ｍｍが好ましいことが確認された。また、溝部１０１の幅Ｔについては、３ｍｍ〜９ｍｍが好ましいことが確認された。さらには、隙間Ｕの間隔Ｇと、溝部１０１の幅Ｔとの比は、概ね１：１〜１：３とすることが好ましいことが確認された。

以上の実施の形態では、遮蔽部材１１０の突出部１１０ｂの下面がグランド電極１００の上端面１００ａと接して設けられていたが、突出部１１０ｂとグランド電極１００の上端面１００ａとは必ずしも接している必要は無い。例えば図５に示すように、上端面１００ａと突出部１１０ｂの下面との間に隙間Ｒが形成されていてもよい。このように隙間Ｒを形成することで、グランド電極１００の上端面１００ａの分だけ、グランド電極１００が処理容器１１内に露出する表面積が大きくなる。それにより、プラズマ処理による反応生成物の付着に対して、より多くのマージンを持たせることができる。なお、隙間Ｒを形成するにあたっては、遮蔽部材１１０そのものの高さを高くしてもよい。あるいは、例えば図５、図６に示すように、突出部１１０ｂの下面とグランド電極の上端面１００ａとの間にスペーサ１６０を同心円状に所定の間隔で設けてもよく、本実施の形態に限定されることなく様々な手法をとり得る。

また、以上の実施の形態では、グランド電極１００の外周縁部に溝部１０１を形成していたが、例えば図７、図８に示すように、当該溝部１０１の外側に更に縁部Ｑ（第２の縁部）を有する他の溝部１７０を設け、さらに、縁部Ｐの上端面１００ａと突出部１１０ｂの下面との間に隙間Ｒを形成するようにしてもよい。かかる場合においても、他の溝部１７０及び溝部１０１と他の溝部１７０との間の領域の上端面、即ち縁部Ｑの上端面１００ｂの分だけ、グランド電極１００が処理容器１１内に露出する表面積が大きくなる。これにより、プラズマ処理による反応生成物の付着に対して、より多くのマージンを持たせることができる。この際、例えば図９に示すように、縁部Ｐと縁部Ｑとの高さを異なるものとして、突出部１１０ｂの下端面と縁部Ｐの上端面１００ａとの間の隙間Ｒと、突出部１１０ｂの下端面と縁部Ｑの上端面１００ｂとの間の隙間Ｒの大きさが異なるようにしてもよい。なお、他の溝部１７０を形成した場合においても、遮蔽部材１１０の突出部１１０ｂは、その先端が、平面視において溝部１０１の鉛直上方に位置するように形成される。

なお、他の溝部１７０を形成した場合における遮蔽部材１１０の形状は、図７に示される形状に限定されるものではない。例えば図１０、図１１に示すように、遮蔽部材１１０の突出部１１０ｂの先端を他の溝部１７０の鉛直上方に位置するように形成し、溝部１０１と他の溝部１７０との間に、さらに円環状の他の遮蔽部材１７１をスペーサ１６０を介して設けるようにしてもよい。また、溝部１０１及び他の溝部１７０の側面と底面が処理容器１１内に露出する構造となっていれば、任意の構造を適用することができる。

なお、グランド電極１００の溝部１０１の内部においてもプラズマが発生するため、このプラズマによりグランド電極１００がスパッタされて削れることがある。その場合、グランド電極１００の形状が変化し、グランド電極１００にプラズマ処理による反応生成物が付着した場合と同様に、経時的にグランド電極１００の機能が低下してしまう。そのため、例えば図１２、図１３に示すように、溝部１０１内部のプラズマが発生する領域に対応する部位を予め削っておいた拡張部１０１ａを設けることで、スパッタによるグランド電極１００の機能低下を抑制することができる。なお、この拡張部１０１ａは、溝部１０１の全周にわたって設ける必要はなく、所定の間隔毎に設ければ足りる。また、図１２に示す断面は、図１３図のＩ−Ｉ’線の部分の断面図である。

実施例として、図２に示すグランド電極１００の溝部１０１の幅Ｔ及び遮蔽部材１１０の突出部１１０ｂの長さ（隙間Ｕの間隔Ｇ）を変化させてプラズマ処理を行い、グランド電極１００の経時的な機能低下に与える影響について確認試験を行った。この際、突出部１１０ｂの鉛直方向の厚みは３ｍｍとし、プラズマ処理の条件は、処理容器１１内の圧力が１５ｍＴｏｒｒ、第１の高周波電源３０の電力を２７００Ｗ、第２の高周波電源４０の電力を４５００Ｗ、直流電圧を１５０Ｖとし、処理ガスとしてＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２を３０／６００／２２ｓｃｃｍで供給した。また、比較例として、図１４に示すように、従来のように断面形状が直線状の遮蔽部材１８０、即ち、突出部１１０ｂを有していない遮蔽部材１８０（比較例１）、及び図１５に示すように、突出部１１０ｂを備えた遮蔽部材１１０（比較例２）についても、溝部１０１が形成されていないグランド電極１９０を用いて確認試験を行った。

確認試験の結果を表１に示す。処理容器１１内にプラズマを発生させ、４００秒経過後においてもＡｒの発光強度が１０００以下に維持されている場合を、グランド電極１００の機能が維持されているものとして「○」で、４００秒経過後においても１００以下に維持されている場合を「◎」で示した。表中の「×」は、４００秒未満でＡｒの発光強度が１０００を超えた場合である。なお、比較例１及び比較例２のグランド電極１９０には溝部１０１が形成されていないが、図１４及び図１５に示すように、遮蔽部材１１０、１８０とグランド電極１９０との間の幅を、便宜上幅Ｔとして表１に記載している。また、比較例１においては、突出部１１０ｂを有していない遮蔽部材１８０を用いており隙間Ｕが形成されないが、表１には便宜上、幅Ｔの値を隙間Ｕの間隔Ｇの値として記載している。

従来技術である比較例１においては、遮蔽部材による遮蔽が充分ではなく、４００秒後にはグランド電極１００の機能が低下している。また、Ｌ字状を上下反転させた形状の遮蔽部材１１０を用いた比較例２においても、４００秒後にはグランド電極１００の機能の低下が確認されている。本発明者によれば、遮蔽部材１１０による遮蔽機能は有効であるものの、溝部が形成されていないグランド電極においては、処理容器１１内に露出する部分の表面積が少ない。このため、遮蔽部材１１０と円筒部材２１との隙間を通過する少量のプラズマ処理による反応生成物による影響を受けてしまうものと推察される。

これに対して実施例１〜３においては、いずれもグランド電極１００の経時的な機能低下を抑制できることが確認された。なお、実施例１においては、隙間Ｕの間隔Ｇと溝部１０１の幅Ｔとが同じであるが、隙間Ｕの間隔Ｇを３ｍｍと設定することで遮蔽部材１１０による遮蔽効果が得られ、溝部１０１への反応生成物の付着を抑制できるものと推察される。この結果から、遮蔽部材１１０の突出部１１０ｂは、必ずしも溝部１１０ｂの鉛直上方に位置するように形成する必要はなく、隙間Ｕの間隔Ｇを所定の長さ以下、例えば３ｍｍ以下とすればよいことが確認された。

また、実施例２においては、隙間Ｕの間隔Ｇを５ｍｍと、実施例１と比較して大きく設定しているため、遮蔽部材１１０による遮蔽効果は実施例１より低いものと考えられる。しかしながら、溝部１０１の幅Ｔを７ｍｍと大きくすることで処理容器１１内に露出する部分の表面積を大きくしているので、結果として実施例１と同様にグランド電極１００の経時的な機能低下を抑制できているものと推察される。

なお、実施例３においては、隙間Ｕの間隔Ｇを３ｍｍ、溝部１０１の幅Ｔを９ｍｍとしている。このため、グランド電極１００の露出部の表面積の大きさと、遮蔽部材１１０による遮蔽効果が相俟って、４００秒経過後においてもアルゴンの発光強度が１００以下に維持されグランド電極１００の経時的な機能低下が効果的に抑制されることが確認された。

以上の結果から、突出部１１０ｂの先端と円筒部材２１の外周面との間に形成された隙間Ｕの間隔Ｇは、３ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、溝部１０１の幅Ｔについては、３ｍｍ〜９ｍｍが好ましいことが確認された。また、隙間Ｕの間隔Ｇと、溝部１０１の幅Ｔとの比は、概ね１：１〜１：３とすることが好ましいことが確認された。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ プラズマ処理装置
２ マイクロ波供給部
１０ ウェハチャック
１１ 処理容器
１２ 接地線
１３ サセプタ
１４ 絶縁板
１５ 支持台
２０ 補正リング
２１ 円筒部材
２２ 伝熱ガス管
３０ 第１の高周波電源
３１ 第１の整合器
４０ 第２の高周波電源
４１ 第２の整合器
４２ 上部電極
５０ 遮蔽部材
５１ 電極板
５２ 電極支持板
５３ ガス供給口
５４、５５ ガス拡散室
５６ ガス孔
６０ ローパスフィルタ
６１ 直流電源
６２ ガス流通路
７０ ガス導入口
７１ ガス供給管
７２ 処理ガス供給源
７３ 流量調整機構
８０ ローパスフィルタ
８１ 直流電源
９０ 排気口
９１ 排気室
９２ 排気管
９３ 排気装置
１００ グランド電極
１０１ 溝部
１１０ 遮蔽部材
１１０ｂ 突出部
１５０ 制御部
１６０ スペーサ
１７０ 他の溝部
Ｗ ウェハ
Ｔ 幅
Ｕ 隙間
Ｇ 間隔

Claims (9)

1. 処理容器内に設けられた上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、当該プラズマにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
   前記上部電極に直流電圧を印加する直流電源と、
   前記処理容器内に設けられ、前記上部電極に印加された直流電圧に対するグランドとして機能するグランド電極と、
   前記グランド電極の外方に設けられた環状の遮蔽部材と、を有し、
   前記グランド電極の外周縁部には、第1の縁部を有する下方に凹に窪んだ溝部が形成され、
   前記遮蔽部材は、その上端が前記グランド電極の前記第1の縁部の上端より上方に位置するように形成され、
   前記遮蔽部材における前記グランド電極より上方に位置する部位には、前記グランド電極の中心方向に向けて突出する突出部が形成されていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
2. 前記突出部は、その先端が、平面視において前記第1の縁部を跨いで前記グランド電極の溝部の鉛直上方に位置するように形成さ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. 前記突出部の下端面と前記第1の縁部の上面との間には、所定距離の隙間が設けられていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
4. 前記グランド電極には、前記溝部の外側に更に第２の縁部を有する他の溝部が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記突出部の下端面と前記第１の縁部の上面及び前記第２の縁部の上面との間には、所定距離の隙間が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記突出部の下端面と前記第１の縁部の上面との間の前記隙間と前記突出部の下端面と前記第２の縁部の上面との間の隙間の大きさが異なることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記溝部には、当該溝部の幅を広げた領域が形成されてい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。
8. 前記溝部における前記グランド電極の中心側の側面と前記突出部の先端との間の水平方向の距離の長さと、前記溝部の水平方向の幅の長さとの比は１：１〜１：３であることを特徴とする、請求項１〜３に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記溝部における前記グランド電極の中心側の側面と前記突出部の先端との間の水平方向の距離は３ｍｍ〜５ｍｍ、前記溝部の水平方向の幅は３〜９ｍｍであることを特徴とする、請求項８に記載のプラズマ処理装置。

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