JP2015126197A - 基板処理装置、シャッタ機構およびプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内での異常放電を抑制する。
【解決手段】プラズマ処理装置１は、被処理基板を搬入するための開口部５１を有する円筒状のチャンバ１０と、チャンバ１０の内壁に沿って配置され、開口部５１に対応する位置に開口部７１ａを有するデポシールド７１と、板状に形成され、開口部７１ａを開閉するシャッタ５５とを備え、シャッタ５５が開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の外縁は、シャッタ５５の厚み方向においてデポシールド７１と重なり、開口部７１ａの内縁は、シャッタ５５の厚み方向においてシャッタ５５と重なる。
【選択図】図６

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、基板処理装置、シャッタ機構およびプラズマ処理装置に関するものである。

従来、半導体デバイス用の被処理基板であるウエハに所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置は、例えばウエハを収容するチャンバを備え、チャンバ内には、ウエハを載置し下部電極として機能する載置台（以下、「サセプタ」）と、サセプタに対向する上部電極とが配置されている。また、載置台および上部電極の少なくとも一方には高周波電源が接続され、載置台および上部電極は処理室内空間に高周波電力を印加する。

プラズマ処理装置では、処理室内空間に供給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、発生させたイオン等をウエハに導いて、ウエハに所望のプラズマ処理、例えばエッチング処理を施す。

また、チャンバの側壁には、半導体ウエハの搬入・搬出用の開口部が設けられ、開口部を開閉するゲートバルブが配置される。ゲートバルブの開閉により半導体ウエハの搬入および搬出が行われる。チャンバ内には、エッチング副生物（デポ）が付着することを防止するデポシールドがチャンバの内壁に沿って設けられ、チャンバの開口部の位置に合わせて、デポシールドにも開口部が設けられる。

ゲートバルブはチャンバの外側（大気側）に配置されているので、開口部が大気側に突出した空間が形成される。チャンバ内で生成されたプラズマが開口部の空間まで拡散すると、プラズマの均一性が悪化したり、そのプラズマによりゲートバルブのシール部材が劣化する。そのため、チャンバおよびデポシールドの開口部は、シャッタによって遮断されるように構成される。また、シャッタは、例えばシャッタの駆動部が開口部の下方に配置され、駆動部により開閉駆動される。

特開２０１１−１７１７６３号公報 特開２０００−３１１０６号公報

しかしながら、上述した技術では、デポシールドとシャッタとの隙間が、シャッタの厚み方向の断面において、チャンバの内壁に至るまで直線状である。そのため、チャンバ内で発生したイオン等がこの隙間に進入した場合、イオン等はチャンバの内壁に至るまで失活せず、チャンバの内壁において異常放電が発生する。

開示する基板処理装置は、１つの実施態様において、被処理基板を搬入するための第１の開口部を有する円筒状のチャンバと、前記チャンバの内壁に沿って配置され、前記第１の開口部に対応する位置に第２の開口部を有する保護部材と、板状に形成され、前記第２の開口部を開閉する開閉部材とを備え、前記開閉部材が前記第２の開口部を閉じた状態において、前記開閉部材の外縁は、前記開閉部材の厚み方向において前記保護部材と重なり、前記第２の開口部の内縁は、前記開閉部材の厚み方向において前記開閉部材と重なる。

開示する基板処理装置の１つの態様によれば、チャンバ内での異常放電を抑制することが可能となるという効果を奏する。

図１は、第１の実施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２は、図１における上部電極周辺の概略構成を示す拡大断面図である。 図３は、デポシールドの概略形状の一例を示す斜視図である。 図４は、シャッタ付近の構成の一例を示す拡大図である。 図５は、シャッタがデポシールドの開口部を閉じている状態を説明するための説明図である。 図６は、図５のＡ−Ａ断面の一例を示す断面図である。 図７は、図５のＢ−Ｂ断面の一例を示す断面図である。 図８は、シャッタがデポシールドの開口部を閉じている状態におけるシャッタとデポシールドとの隙間の位置を説明するための図である。 図９は、シャッタとデポシールドとの隙間の幅を変えた場合の異常放電の有無を調べた実験結果の一例を示す説明図である。 図１０は、第２の実施形態におけるシャッタ付近の構成の一例を示す拡大図である。 図１１は、図１０のＣ−Ｃ断面の一例を示す断面図である。 図１２は、シャッタが開いた状態の一例を示す概略図である。 図１３は、シャッタが開いた状態の一例を示す概略図である。 図１４は、ガイド部材の変形例を示す断面図である。

開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、被処理基板を搬入するための第１の開口部を有する円筒状のチャンバと、チャンバの内壁に沿って配置され、第１の開口部に対応する位置に第２の開口部を有する保護部材と、板状に形成され、第２の開口部を開閉する開閉部材とを備え、開閉部材が第２の開口部を閉じた状態において、開閉部材の外縁は、開閉部材の厚み方向において保護部材と重なり、第２の開口部の内縁は、開閉部材の厚み方向において開閉部材と重なる。

また、開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、開閉部材が第２の開口部を閉じた状態において、開閉部材における、第１の開口部側の面と反対側の面側から、開閉部材の外縁と第２の開口部の内縁との間に見える隙間の幅が、１．１０ｍｍ以下である。

また、開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、開閉部材が第２の開口部を閉じた状態において、開閉部材における、第１の開口部側の面と反対側の面側から、開閉部材の上端における外縁と第２の開口部の上端における内縁との間に見える隙間の幅が、１．００ｍｍ以下であり、開閉部材における、第１の開口部側の面と反対側の面側から、開閉部材の左端における外縁と第２の開口部の左端における内縁との間に見える隙間の幅、および、開閉部材の右端における外縁と第２の開口部の右端における内縁との間に見える隙間の幅が、それぞれ０．８０ｍｍ以下である。

また、開示する基板処理装置は、１つの実施形態において、チャンバ内に設けられたリニアガイドをさらに備え、開閉部材は、リニアガイドによって案内される軌道に沿って第２の開口部を開閉する。

また、開示するシャッタ機構は、１つの実施形態において、プラズマ処理装置内の空間に基板を搬入する開口部を遮断し、開口部の隙間に異常放電を抑制するシャッタ機構であって、プラズマが生成される空間を区画する第１の部材と、空間からプラズマが外へ拡散しないように開口部を遮蔽する遮蔽部材とを備え、第１の部材と遮蔽部材の間に形成された隙間が、隙間内に異常放電が生成しない範囲の隙間に制御されている。

また、開示するシャッタ機構は、１つの実施形態において、隙間が、遮蔽部材の厚み方向において第１の部材と遮蔽部材とが重なるように形成される。

また、開示するシャッタ機構は、１つの実施形態において、遮蔽部材の上端における隙間の幅が、１．００ｍｍ以下であり、遮蔽部材の左端および右端における隙間の幅が、０．８０ｍｍ以下である。

また、開示するシャッタ機構は、１つの実施形態において、遮蔽部材が、プラズマ処理装置内に設けられたリニアガイドによって案内される軌道に沿って移動して開口部を遮蔽する。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、プラズマ処理装置内に空間を有し、空間内に基板が搬入されるチャンバと、チャンバの開口部を遮断するシャッタ機構とを備え、シャッタ機構は、プラズマが生成される空間を、チャンバ内の側壁に沿って区画する第１の部材と、空間からプラズマが外へ拡散しないように開口部を遮蔽する遮蔽部材とを有し、遮蔽部材が開口部を閉じた状態において、第１の部材と遮蔽部材の間に形成された隙間が、隙間内に異常放電が生成しない範囲の隙間に制御されている。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、隙間が、遮蔽部材の厚み方向において第１の部材と遮蔽部材とが重なるように形成される。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、遮蔽部材の上端における隙間の幅が、１．００ｍｍ以下であり、遮蔽部材の左端及び右端における隙間の幅は、０．８０ｍｍ以下である。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、遮蔽部材が、プラズマ処理装置内に設けられたリニアガイドによって案内される軌道に沿って移動して開口部を遮蔽する。

以下に、開示する基板処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施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２は、図１における上部電極周辺の概略構成を示す拡大断面図である。なお、以下では、基板処理装置がプラズマ処理装置である場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、シャッタ部材を有する任意の基板処理装置であってもよい。

図１において、プラズマ処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（処理室）１０を備える。チャンバ１０は保安接地されている。ただし、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置に限られず、誘導結合プラズマＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマなど、任意の形式のプラズマ処理装置であってよい。

チャンバ１０の底部には、セラミック等の絶縁板１１を介して円柱状のサセプタ支持台１２が配置され、このサセプタ支持台１２の上に、導電性の、例えばアルミニウム等からなるサセプタ１３が配置されている。サセプタ１３は下部電極として機能する構成を有し、エッチング処理が施される基板、例えば半導体ウエハＷを載置する。

サセプタ１３の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック（ＥＳＣ）１４が配置されている。静電チャック１４は、導電膜からなる電極板１５と、電極板１５を狭持する一対の絶縁層、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等の誘電体からなり、電極板１５には直流電源１６が接続端子を介して電気的に接続されている。この静電チャック１４は、直流電源１６によって印加された直流電圧に起因するクーロン力またはジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によって半導体ウエハＷを吸着保持する。

また、静電チャック１４の上面において半導体ウエハＷが吸着保持される部分には、静電チャック１４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（例えば３つ）が配置されている。これらのプッシャーピンは、モータ（図示せず）にボールねじ（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静電チャック１４の上面から自在に突出する。これにより、プッシャーピンは、静電チャック１４およびサセプタ１３を貫通して、内側空間において突没上下動する。半導体ウエハＷにエッチング処理を施す場合において静電チャック１４が半導体ウエハＷを吸着保持するときには、プッシャーピンは静電チャック１４に収容され、エッチング処理が施された半導体ウエハＷをプラズマ生成空間Ｓから搬出するときには、プッシャーピンは静電チャック１４から突出して半導体ウエハＷを静電チャック１４から離間させて上方へ持ち上げる。

サセプタ１３の周囲上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコン（Ｓｉ）からなるフォーカスリング１７が配置され、フォーカスリング１７の周囲には、フォーカスリング１７の側部を保護するカバーリング５４が配置されている。また、サセプタ１３およびサセプタ支持台１２の側面は、例えば石英（ＳｉＯ２）からなる円筒状の部材１８で覆われている。

サセプタ支持台１２の内部には、例えば円周方向に延在する冷媒室１９が配置されている。冷媒室１９には、外付けのチラーユニット（図示しない）から配管２０ａ、２０ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。冷媒室１９は冷媒の温度によってサセプタ１３上の半導体ウエハＷの処理温度を制御する。

また、伝熱ガス供給機構（図示しない）から伝熱ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスがガス供給ライン２１を介して静電チャック１４の上面および半導体ウエハＷの裏面の間に供給することで、半導体ウエハＷとサセプタ１３との熱移動が効率良く均一に制御される。

サセプタ１３の上方には、サセプタ１３と平行且つ対向するように上部電極２２が配置されている。ここで、サセプタ１３および上部電極２２の間に形成される空間はプラズマ生成空間Ｓ（処理室内空間）として機能する。上部電極２２は、サセプタ１３と所定の間隔を置いて対向配置されている環状またはドーナツ形状の外側上部電極２３と、外側上部電極２３の半径方向内側に外側上部電極２３と絶縁して配置されている円板形状の内側上部電極２４とで構成される。また、プラズマ生成に関して、外側上部電極２３が主で、内側上部電極２４が補助となる関係を有している。

図２に示すように、外側上部電極２３と内側上部電極２４との間には、例えば０．２５〜２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、ギャップに、例えば石英からなる誘電体２５が配置される。また、このギャップには石英からなる誘電体２５の代わりにセラミック体を配置してもよい。外側上部電極２３と内側上部電極２４とが誘電体２５を挟むことによってコンデンサが形成される。コンデンサのキャパシタンスＣ１は、ギャップの大きさと誘電体２５の誘電率とに応じて所望の値に選定または調整される。また、外側上部電極２３とチャンバ１０の側壁との間には、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）若しくはイットリア（Ｙ２Ｏ３）からなる環状の絶縁性遮蔽部材２６が気密に配置されている。

外側上部電極２３は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体、例えばシリコンで構成されることが好ましい。外側上部電極２３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９および給電筒３０を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部高周波電源３１は、１３．５ＭＨｚ以上の周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電圧を出力する。上部整合器２７は、上部高周波電源３１の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させ、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに、上部高周波電源３１の出力インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。また、上部整合器２７の出力端子は上部給電棒２８の上端に接続されている。

給電筒３０は、略円筒状または円錐状の導電板、例えばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極２３に接続され、上端がコネクタ２９を介して上部給電棒２８の下端部に電気的に接続されている。給電筒３０の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極２２の高さ位置よりも上方に延出して円筒状の接地導体１０ａを構成している。円筒状の接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材６９によって上部給電棒２８から電気的に絶縁されている。本構成においては、コネクタ２９から見た負荷回路において、給電筒３０、外側上部電極２３および接地導体１０ａによって給電筒３０および外側上部電極２３を導波路とする同軸線路が形成される。

内側上部電極２４は、多数の電極板ガス通気孔３２ａ（第１のガス通気孔）を有する、例えば、シリコンや炭化珪素（ＳｉＣ）等の半導体材料からなる上部電極板３２と、上部電極板３２を着脱可能に支持する導電材料、例えば表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなる電極支持体３３とを有する。上部電極板３２はボルト（図示しない）によって電極支持体３３に締結される。ボルトの頭部は上部電極板３２の下部に配置された環状のシールドリング５３によって保護される。

上部電極板３２において各電極板ガス通気孔３２ａは上部電極板３２を貫通する。電極支持体３３の内部には、後述する処理ガスが導入されるバッファ室が形成され、バッファ室は、例えばＯリングからなる環状隔壁部材４３で分割された２つのバッファ室、すなわち、中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６からなり、下部が開放されている。電極支持体３３の下方には、バッファ室の下部を閉塞するクーリングプレート（以下、「Ｃ／Ｐ」という。）３４（中間部材）が配置されている。Ｃ／Ｐ３４は、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムからなり、多数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ（第２のガス通気孔）を有する。Ｃ／Ｐ３４において各Ｃ／Ｐガス通気孔３４ａはＣ／Ｐ３４を貫通する。

また、上部電極板３２およびＣ／Ｐ３４の間には、シリコンや炭化珪素等の半導体材料からなるスペーサー３７が介在する。スペーサー３７は円板状部材であり、Ｃ／Ｐ３４に対向する表面（以下、単に「上面」という。）において円板と同心に形成された多数の上面環状溝３７ｂと、スペーサー３７を貫通し且つ各上面環状溝３７ｂの底部において開口する多数のスペーサーガス通気孔３７ａ（第３のガス通気孔）を有する。

内側上部電極２４は、後述する処理ガス供給源３８からバッファ室に導入された処理ガスを、Ｃ／Ｐ３４のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサー３７のスペーサーガス流路および上部電極板３２の電極板ガス通気孔３２ａを介して、プラズマ生成空間Ｓに供給する。ここで、中心バッファ室３５と、その下方に存在する複数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサーガス流路および電極板ガス通気孔３２ａとは中心シャワーヘッド（処理ガス供給経路）を構成し、周辺バッファ室３６と、その下方に存在する複数のＣ／Ｐガス通気孔３４ａ、スペーサーガス流路および電極板ガス通気孔３２ａとは周辺シャワーヘッド（処理ガス供給経路）を構成する。

また、図１に示すように、チャンバ１０の外部には処理ガス供給源３８が配置されている。処理ガス供給源３８は、中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６に処理ガスを所望の流量比で供給する。具体的には、処理ガス供給源３８からのガス供給管３９が途中で２つの分岐管３９ａおよび３９ｂに分岐して中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６にそれぞれ接続される。分岐管３９ａおよび３９ｂはそれぞれ流量制御弁４０ａ、４０ｂ（流量制御装置）を有する。処理ガス供給源３８から中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６までの流路のコンダクタンスが等しくなるように設定されているので、流量制御弁４０ａ、４０ｂの調整により、中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６に供給する処理ガスの流量比を任意に調整できるようになっている。さらに、ガス供給管３９にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４１および開閉バルブ４２が配置されている。

以上の構成により、プラズマ処理装置１は、中心バッファ室３５と周辺バッファ室３６とに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＣと周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＥとの比率（ＦＣ／ＦＥ）を任意に調整する。なお、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を個別に調整することも可能である。さらに、分岐管３９ａ、３９ｂのそれぞれに対応する２つの処理ガス供給源を配置することによって中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスのガス種またはガス混合比を独立または別個に設定することも可能である。ただし、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置１は、中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＣと周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦＥとの比率が調整できないものであってもよい。

また、内側上部電極２４の電極支持体３３には、上部整合器２７、上部給電棒２８、コネクタ２９および上部給電筒４４を介して上部高周波電源３１が電気的に接続されている。上部給電筒４４の途中には、キャパシタンスを可変調整できる可変コンデンサ４５が配置されている。なお、外側上部電極２３および内側上部電極２４にも冷媒室または冷却ジャケット（図示しない）を設けて、外部のチラーユニット（図示しない）から供給される冷媒によって電極の温度を制御してもよい。

チャンバ１０の底部には排気口４６が設けられ、この排気口４６に排気マニフォールド４７を介して可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（Automatic Pressure Control Valve）（以下、「ＡＰＣバルブ」という。）４８およびターボ分子ポンプ（Turbo Molecular Pump）（以下、「ＴＭＰ」という。）４９が接続されている。ＡＰＣバルブ４８およびＴＭＰ４９は協働して、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧する。また、排気口４６およびプラズマ処理空間Ｓの間には、複数の通気孔を有する環状のバッフル板５０がサセプタ１３を取り巻くように配置され、バッフル板５０はプラズマ生成空間Ｓから排気口４６へのプラズマの漏洩を防止する。

また、チャンバ１０の外側の側壁には、半導体ウエハＷの搬入・搬出用の開口部５１が設けられ、開口部５１を開閉するゲートバルブ５２が配置される。また、チャンバ１０の内側には、略円筒状のデポシールド７１がチャンバ１０の内壁に沿って配置されている。図３は、デポシールドの概略形状の一例を示す斜視図である。デポシールド７１は、図３に示すように側壁に開口部７１ａを有し、開口部７１ａがチャンバ１０の開口部５１と連通するように、チャンバ１０の内壁に沿ってチャンバ１０内に配置される。デポシールド７１は、チャンバ１０の内壁にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する保護部材として機能する。また、略円筒状のデポシールド７１の内壁は、例えばイットリア（Ｙ２Ｏ３）等で溶射によりコーティングされている。

半導体ウエハＷは、ゲートバルブ５２を開閉させて搬入・搬出される。ただし、ゲートバルブ５２はチャンバ１０の外側（大気側）に配置されているため、開口部５１が大気側突出した空間が形成されている。そのため、チャンバ１０内で生成したプラズマがその空間まで拡散して、プラズマの均一性の悪化や、ゲートバルブ５２のシール部材の劣化が起こる。そのため、シャッタ５５によってデポシールド７１の開口部７１ａを遮断することで、チャンバ１０の開口部５１とプラズマ生成空間Ｓとを遮断する。また、シャッタ５５を駆動する駆動部５６が例えばデポシールド７１の下方に配置され、シャッタ５５は、駆動部５６により上下に駆動され、デポシールド７１の開口部７１ａを開閉する。なお、デポシールド７１およびシャッタ５５を、まとめてシャッタ機構と称してもよい。

また、プラズマ処理装置１では、下部電極としてのサセプタ１３に下部整合器５８を介して下部高周波電源（第１高周波電源）５９が電気的に接続されている。この下部高周波電源５９は、２〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば２ＭＨｚの高周波電圧を出力する。下部整合器５８は、下部高周波電源５９の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓにプラズマが生成されているときに下部高周波電源５９の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。また、下部電極には、別の第２の下部高周波電源（第２高周波電源）を接続してもよい。この場合、第１高周波電源としては、例えば２ＭＨｚの高周波電圧が印可され、第２高周波電源としては、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が印可される。

また、プラズマ処理装置１では、内側上部電極２４に、上部高周波電源３１からの高周波電力（６０ＭＨｚ）をグランドに通さずに、下部高周波電源５９からの高周波電力（２ＭＨｚ）をグランドへ通すローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１が電気的に接続されている。このＬＰＦ６１は、好ましくは、ＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されることが好ましい。ただし、１本の導線でも上部高周波電源３１からの高周波電力に対して十分大きなリアクタンスを付与することが可能なので、ＬＲフィルタまたはＬＣフィルタの代わりに１本の導線を内側上部電極２４に電気的に接続するのみでもよい。一方、サセプタ１３には、上部高周波電源３１からの高周波電力をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６２が電気的に接続されている。

次に、プラズマ処理装置１においてエッチングを行う場合には、まずゲートバルブ５２およびシャッタ５５を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１３の上に載置する。そして、処理ガス供給源３８より処理ガス、例えばＣ４Ｆ８ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスを所定の流量および流量比で中心バッファ室３５および周辺バッファ室３６に導入し、ＡＰＣバルブ４８およびＴＭＰ４９によってチャンバ１０内のプラズマ生成空間Ｓの圧力をエッチングに適した値、例えば数ｍTorr〜１Torrの範囲内のいずれかの値に設定する。

さらに、上部高周波電源３１によってプラズマ生成用の例えば６０ＭＨｚ等の高周波電力を所定のパワーで上部電極２２（外側上部電極２３、内側上部電極２４）に印加するとともに、下部高周波電源５９からバイアス用の例えば２ＭＨｚ等の高周波電力を所定のパワーでサセプタ１３の下部電極に印加する。また、直流電源１６より直流電圧を静電チャック１４の電極板１５に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１３に静電吸着する。

そして、シャワーヘッドより噴出された処理ガスによって処理空間Ｓにプラズマが生成され、このとき生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面が物理的または化学的にエッチングされる。

プラズマ処理装置１では、上部電極２２に対して高い周波数領域（イオンが動けない例えば５〜１０ＭＨｚ以上）の高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化される。また、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。

一方、上部電極２２においては、プラズマ生成のための高周波電極として外側上部電極２３を主、内側上部電極２４を副とし、上部高周波電源３１および下部高周波電源５９によって上部電極２２直下の電子に与える電界強度の比率を調整可能にしている。したがって、イオン密度の空間分布を径方向で制御し、反応性イオンエッチングの空間的な特性を任意且つ精細に制御することができる。

次に、本実施形態におけるシャッタ５５付近の構成について説明する。図４は、シャッタ付近の構成の一例を示す拡大図である。シャッタ５５は、デポシールド７１の開口部７１ａを開閉する板状の部材であり、例えばアルミニウム材等によりに断面が略Ｌ字状に形成される。シャッタ５５の表面は、例えばイットリア（Ｙ２Ｏ３）等でコーティングされている。

また、図４の断面図に示すように、シャッタ５５の上端部には、導電性の弾性部材であるスパイラル５７が配置されている。また、図４に示すように、断面略Ｌ字状のシャッタ５５の下部において、プラズマ生成空間Ｓ側（図４の右側）に延伸している延伸部５５ａの上面にも、導電性のスパイラル５７が配置されている。

シャッタ５５は、駆動部５６によって上方に押し上げられることによりデポシールド７１の開口部７１ａを閉じ、駆動部５６により下方に引き下げられることによりデポシールド７１の開口部７１ａを開ける。シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の上部および下部に配置されたスパイラル５７がそれぞれデポシールド７１に当接することにより、シャッタ５５がスパイラル５７を介してデポシールド７１と電気的に接続される。デポシールド７１は、チャンバ１０の接地導体１０ａに接触しているため、シャッタ５５は、デポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、デポシールド７１を介して接地される。

図５は、シャッタがデポシールドの開口部を閉じている状態を説明するための説明図である。図５は、シャッタ５５およびデポシールド７１を、プラズマ生成空間Ｓ側（デポシールド７１の内側）から見た図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面の一例を示す断面図である。図７は、図５のＢ−Ｂ断面の一例を示す断面図である。

図６の断面図に示すように、シャッタ５５の上部において、シャッタ５５の厚み方向におけるプラズマ生成空間Ｓ側（図６のｙ方向側）には、接地導体１０ａ側（図６のｙ方向と反対方向側）よりも上方に延伸している凸部５５ｂが形成されている。また、デポシールド７１の開口部７１ａの上部において、シャッタ５５の厚み方向におけるプラズマ生成空間Ｓ側には、接地導体１０ａ側よりも上方に窪んでいる凹部７１ｂが形成されている。そして、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の凸部５５ｂが、デポシールド７１の開口部７１ａの凹部７１ｂと対向している。

また、図６の断面図に示すように、導電性のスパイラル５７ａは、シャッタ５５の上端部に形成された溝５５ｃに配置され、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、デポシールド７１の開口部７１ａの上端面７１ｃに当接する。また、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の上部のその他の部分と、デポシールド７１の開口部７１ａとの間には隙間が存在する。

ここで、例えば、シャッタ５５とデポシールド７１との隙間が、チャンバ１０の接地導体１０ａの内壁に至るまで直線状に存在するとすれば、プラズマ生成空間Ｓで発生したイオン等が、シャッタ５５とデポシールド７１との隙間に進入し、高いエネルギーを保ったまま接地導体１０ａの内壁に至り、接地導体１０ａの内壁で異常放電が発生する。異常放電が発生すると、接地導体１０ａの内壁の一部がはがれてプラズマ生成空間Ｓ内を漂い、パーティクル汚染の原因となる。また、異常放電が発生すると、プラズマ生成空間Ｓで生成されたプラズマのエネルギーが異常放電に奪われ、プラズマの密度低下や均一性の悪化が起こり、エッチングの品質が低下する。

これに対し本実施形態では、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の上部の外縁、即ち、凸部５５ｂの上端面が、シャッタ５５の厚み方向（図６のｙ方向）においてデポシールド７１と重なっている。また、デポシールド７１の開口部７１ａの内縁、即ち、開口部７１ａの上端面７１ｃが、シャッタ５５の厚み方向においてシャッタ５５と重なっている。

このような構成により、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の上端部とデポシールド７１との隙間は、図６の断面図に示したように、少なくとも一部がシャッタ５５の厚み方向とは異なる方向に折れ曲がった、いわゆるラビリンス構造となる。これにより、プラズマ生成空間Ｓで発生したイオン等が、例えば図６の矢印８０に示すようにシャッタ５５とデポシールド７１との隙間に進入した場合であっても、シャッタ５５やデポシールド７１の面で乱反射を繰り返して失活する。そのため、接地導体１０ａの内壁での異常放電を抑制することができる。

また、プラズマ生成空間Ｓで発生したイオン等が、シャッタ５５とデポシールド７１との隙間に進入する量を少なくできれば、高いエネルギーを保ったまま接地導体１０ａの内壁に至るイオン等の量を減らすことができ、異常放電の発生をさらに抑制することができる。シャッタ５５とデポシールド７１との隙間に進入するイオン等の量を、接地導体１０ａの内壁において異常放電が発生しない程度の量に抑えるためには、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、プラズマ生成空間Ｓ側（図６のｙ方向側）から、シャッタ５５の上端部とデポシールド７１との間に見える隙間Ｄ_Uの幅を、所定値以下に保つことが好ましい。隙間Ｄ_Uの好ましい値については後述する。

また、図７の断面図に示すように、シャッタ５５の左端部において、シャッタ５５の厚み方向におけるプラズマ生成空間Ｓ側（図７のｙ方向側）には、接地導体１０ａ側（図７のｙ方向と反対方向側）よりもシャッタ５５の面方向（図７のｚ方向と反対方向）に延伸している凸部５５ｄが形成されている。また、デポシールド７１の開口部７１ａの左端部において、シャッタ５５の厚み方向におけるプラズマ生成空間Ｓ側には、接地導体１０ａ側よりもシャッタ５５の面方向（図７のｚ方向と反対方向）に窪んでいる凹部７１ｄが形成されている。そして、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の凸部５５ｄが、デポシールド７１の開口部７１ａの凹部７１ｄと対向している。

また、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の左端部とデポシールド７１との間には隙間が存在する。本実施形態では、シャッタ５５の左端部とデポシールド７１の開口部７１ａの左端部との関係においても、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の左端部の外縁、即ち、凸部５５ｄの左端面が、シャッタ５５の厚み方向においてデポシールド７１と重なっている。また、デポシールド７１の開口部７１ａの内縁、即ち、開口部７１ａの左端面７１ｅが、シャッタ５５の厚み方向においてシャッタ５５と重なっている。

このような構成により、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、シャッタ５５の左端部とデポシールド７１の開口部７１ａとの隙間は、図７の断面図に示したように、少なくとも一部がシャッタ５５の厚み方向とは異なる方向に折れ曲がった、いわゆるラビリンス構造となる。これにより、プラズマ生成空間Ｓで発生したイオン等が、例えば図７の矢印８１に示すようにシャッタ５５とデポシールド７１との隙間に進入した場合であっても、シャッタ５５やデポシールド７１の面で乱反射を繰り返して失活する。そのため、接地導体１０ａの内壁での異常放電を抑制することができる。

また、シャッタ５５の左端部とデポシールド７１の開口部７１ａの左端部との隙間Ｄ_Sにおいても、その幅を所定値以下に保つことで、接地導体１０ａの内壁での異常放電をさらに抑制することができる。隙間Ｄ_Sの好ましい値については後述する。

なお、シャッタ５５の右端部およびデポシールド７１の開口部７１ａの右端部についても、左右を逆にするのみで、シャッタ５５の左端部およびデポシールド７１の開口部７１ａの左端部と同様に構成されている。そのため、シャッタ５５の右端部とデポシールド７１の開口部７１ａとの隙間においても、接地導体１０ａの内壁での異常放電が抑制される。

次に、シャッタ５５とデポシールド７１との隙間を変えた場合の異常放電の有無を調べた実験結果について説明する。図８は、シャッタがデポシールドの開口部を閉じている状態におけるシャッタとデポシールドとの隙間の位置を説明するための図である。図９は、シャッタとデポシールドとの隙間の幅を変えた場合の異常放電の有無を調べた実験結果の一例を示す説明図である。

実験では、図８に示すように、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態において、プラズマ生成空間Ｓ側から、シャッタ５５の左端に見える隙間Ｄ_S1およびＤ_S2、右端に見える隙間Ｄ_S3およびＤ_S4、ならびに、上端に見える隙間Ｄ_U1、Ｄ_U2、およびＤ_U3の幅をそれぞれ変化させて、異常放電の有無を調べた。

図９に示すように、実験１から３では、いずれもシャッタ５５とデポシール７１との隙間で異常放電が発生した。しかし、実験４では、シャッタ５５とデポシール７１との隙間で異常放電が発生しなかった。実験４の結果から、シャッタ５５の左右の端部については、デポシールド７１との隙間Ｄ_S1〜Ｄ_S4の幅の最大値が０．５１ｍｍ以下の場合に異常放電が発生しないことが分かった。また、実験４の結果から、シャッタ５５の上端部については、デポシールド７１との隙間Ｄ_U1〜Ｄ_U3の幅の最大値が０．７２ｍｍ以下であれば異常放電が発生しないことが分かった。

また、発明者は、更に実験を重ねた結果、シャッタ５５とデポシールド７１との隙間Ｄ_S1〜Ｄ_S4およびＤ_U1〜Ｄ_U3の幅の最大値が１．１０ｍｍ以下であれば異常放電の発生が抑えられることが分かった。そのため、シャッタ５５の左右の端部とデポシールド７１との隙間の幅、および、シャッタ５５の上端部とデポシールド７１との隙間の幅の中で、最大値が１．１０ｍｍ以下となるように、シャッタ５５とデポシールド７１との位置関係を調節することが好ましい。

また、発明者は、更に実験を重ねた結果、シャッタ５５の上端部については、デポシールド７１との隙間Ｄ_U1〜Ｄ_U3の幅の最大値が１．００ｍｍ以下であれば異常放電の発生がさらに抑えられることが分かった。そのため、シャッタ５５の上端部とデポシールド７１との隙間の幅の最大値が１．００ｍｍ以下となるように、シャッタ５５とデポシールド７１との位置関係を調節することが好ましい。シャッタ５５の上端部とデポシールド７１との隙間の幅は、例えば、シャッタ５５を駆動する駆動部５６の押し上げ量の調節、シャッタ５５の上端部に設けられるスパイラル５７の大きさや反発力の変更等によって実現することができる。

また、発明者は、更に実験を重ねた結果、シャッタ５５の左右の端部については、デポシールド７１との隙間Ｄ_S1〜Ｄ_S4の幅の最大値が０．８０ｍｍ以下であれば異常放電の発生がさらに抑えられることが分かった。そのため、シャッタ５５の左右の端部とデポシールド７１との隙間の幅の最大値が０．８０ｍｍ以下となるように、シャッタ５５とデポシールド７１との位置関係を調節することが好ましい。

以上、第１の実施形態について説明した。本実施形態のプラズマ処理装置１によれば、デポシールド７１とシャッタ５５との隙間における異常放電を抑制することが可能となる。これにより、プラズマ生成空間Ｓで生成されたプラズマの密度低下および均一性の悪化を抑制でき、エッチングの精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。図１０は、第２の実施形態におけるシャッタ付近の構成の一例を示す拡大図である。図１１は、図１０のＣ−Ｃ断面の一例を示す断面図である。図１２は、シャッタが開いた状態の一例を、デポシールド７１の内側から見た概略図である。図１３は、シャッタが開いた状態の一例を、デポシールド７１の外側から見た概略図である。図１０は、図１１のＤ−Ｄ断面の一例を示している。

本実施形態において、シャッタ５５とデポシールド７１との間には、ガイド部材８４が設けられる。ガイド部材８４は、ガイドレール８２と、ガイドレール８２に沿って移動するスライダ８３とを有する。ガイドレール８２は、例えば図１２に示すように、デポシールド７１の開口部７１ａの両側に１つずつ設けられる。また、ガイドレール８２は、例えば図１１および図１２に示すように、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態で、デポシールド７１の厚み方向においてシャッタ５５と重なるデポシールド７１の領域に、ねじ等により固定される。

スライダ８３は、例えば図１３に示すように、シャッタ５５の両側に１つずつ設けられる。また、スライダ８３は、例えば図１１および図１３に示すように、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態で、シャッタ５５の厚み方向においてデポシールド７１と重なるシャッタ５５の領域に、ねじ等により固定される。デポシールド７１へのガイドレール８２の取り付け位置を調節することにより、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態におけるシャッタ５５とデポシールド７１との隙間Ｄ_Sを調節することができる。

シャッタ５５は、駆動部５６によって上方に押し上げられた場合に、スライダ８３と共にガイドレール８２に沿って上昇する。これにより、ガイド部材８４は、デポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態のシャッタ５５の位置の精度を高めることができる。従って、ガイド部材８４は、シャッタ５５がデポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態におけるシャッタ５５とデポシールド７１との隙間Ｄ_Sを、高い精度で所定の値以下に保つことができる。

また、デポシールド７１の開口部７１ａを閉じた状態におけるシャッタ５５の面方向の位置精度を、駆動部５６のみで実現するとすれば、高度な位置合わせを実現するための機構を追加する必要がある。これに対して、本実施形態では、ガイド部材８４を用いてシャッタ５５とデポシールド７１との隙間Ｄ_Sの幅を制御するため、駆動部５６に追加の構成を設ける必要がなく、プラズマ処理装置１全体のコスト上昇を抑えることもできる。また、本実施形態では、ガイドレール８２が、デポシールド７１に取り付けられているため、ガイドレール８２の取り付け作業の負担を軽減することもできる。

（変形例）
図１４は、ガイド部材の変形例を示す断面図である。ガイドレール８２は、例えば図１４に示すように、チャンバ１０の接地導体１０ａの内壁に、ねじ等により固定されてもよい。本変形例では、接地導体１０ａの内壁にガイドレール８２を取り付けるため、ガイド部材８４の取り付け空間を広くとることができる。そのため、ガイドレール８２およびスライダ８３を、第２の実施形態におけるガイドレール８２およびスライダ８３よりも大きく形成することができる。そのため、ガイドレール８２およびスライダ８３の加工コストを削減することができ、プラズマ処理装置１全体のコスト上昇を抑えることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ａ 接地導体
５５ シャッタ
５５ｂ 凸部
５５ｃ 溝
５７ スパイラル
７１ デポシールド
７１ａ 開口部
７１ｂ 上端面
７１ｃ 上端面
８０ 矢印

Claims (12)

1. 被処理基板を搬入するための第１の開口部を有する円筒状のチャンバと、
   前記チャンバの内壁に沿って配置され、前記第１の開口部に対応する位置に第２の開口部を有する保護部材と、
   板状に形成され、前記第２の開口部を開閉する開閉部材と
   を備え、
   前記開閉部材が前記第２の開口部を閉じた状態において、
   前記開閉部材の外縁は、前記開閉部材の厚み方向において前記保護部材と重なり、
   前記第２の開口部の内縁は、前記開閉部材の厚み方向において前記開閉部材と重なることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記開閉部材が前記第２の開口部を閉じた状態において、
   前記開閉部材における前記第１の開口部側の面と反対側の面側から、前記開閉部材の外縁と前記第２の開口部の内縁との間に見える隙間の幅が、１．１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記開閉部材が前記第２の開口部を閉じた状態において、
   前記開閉部材における前記第１の開口部側の面と反対側の面側から、前記開閉部材の上端における外縁と前記第２の開口部の上端における内縁との間に見える隙間の幅が、１．００ｍｍ以下であり、
   前記開閉部材における前記第１の開口部側の面と反対側の面側から、前記開閉部材の左端における外縁と前記第２の開口部の左端における内縁との間に見える隙間の幅、および前記開閉部材の右端における外縁と前記第２の開口部の右端における内縁との間に見える隙間の幅が、それぞれ０．８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記チャンバ内に設けられたリニアガイドをさらに備え、
   前記開閉部材は、
   前記リニアガイドによって案内される軌道に沿って前記第２の開口部を開閉することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
5. プラズマ処理装置内の空間に基板を搬入する開口部を遮断し、開口部の隙間の異常放電を抑制するシャッタ機構であって、
   プラズマが生成される前記空間を区画する第１の部材と、
   前記空間から前記プラズマが外へ拡散しないように前記開口部を遮蔽する遮蔽部材と
   を備え、
   前記第１の部材と前記遮蔽部材の間に形成された前記隙間が、
   前記隙間内に異常放電が生成しない範囲の隙間に制御されていることを特徴とするシャッタ機構。
6. 前記隙間は、
   前記遮蔽部材の厚み方向において前記第１の部材と前記遮蔽部材とが重なるように形成されることを特徴とする請求項５に記載のシャッタ機構。
7. 前記遮蔽部材の上端における前記隙間の幅は、１．００ｍｍ以下であり、
   前記遮蔽部材の左端および右端における前記隙間の幅は、０．８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５または６に記載のシャッタ機構。
8. 前記遮蔽部材は、
   前記プラズマ処理装置内に設けられたリニアガイドによって案内される軌道に沿って移動して前記開口部を遮蔽することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のシャッタ機構。
9. プラズマ処理装置内に空間を有し、前記空間内に基板が搬入されるチャンバと、
   前記チャンバの開口部を遮断するシャッタ機構と
   を備え、
   前記シャッタ機構は、
   プラズマが生成される前記空間を、前記チャンバ内の側壁に沿って区画する第１の部材と、
   前記空間から前記プラズマが外へ拡散しないように前記開口部を遮蔽する遮蔽部材と
   を有し、
   前記遮蔽部材が前記開口部を閉じた状態において、前記第１の部材と前記遮蔽部材の間に形成された隙間が、前記隙間内に異常放電が生成しない範囲の隙間に制御されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
10. 前記隙間は、
    前記遮蔽部材の厚み方向において前記第１の部材と前記遮蔽部材とが重なるように形成されることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記遮蔽部材の上端における前記隙間の幅は、１．００ｍｍ以下であり、
    前記遮蔽部材の左端及び右端における前記隙間の幅は、０．８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記遮蔽部材は、
    前記プラズマ処理装置内に設けられたリニアガイドによって案内される軌道に沿って移動して前記開口部を遮蔽することを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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