JP3077008B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ある種のガスを放電させ
て得られたプラズマ中には、イオン、錯イオン、ラジカ
ルなどの活性種が存在し、これら活性種の利用分野の一
つとして半導体ウエハの表面処理が挙げられる。プラズ
マによる処理は、高精度なプロセス制御ができることな
どの理由から、半導体ウエハの製造プロセスでは、各種
の膜のエッチングや成膜などを行うためにプラズマ処理
が用いられている。

【０００３】プラズマを発生させる方法の一つとして処
理ガスに高周波電力を印加する方法があり、高周波電力
を利用したプラズマ処理装置例えばエッチング装置は、
従来図８に示すように構成されている。図８において１
は真空チャンバであり、この真空チャンバ１の上部及び
下部側には、夫々ガス供給部を兼用する上部電極１１と
サセプタを兼用する下部電極１２とが互いに対向するよ
うに設けられている。下部電極１２は、冷却溜１２ａを
備えたサセプタ支持台１２ｂに支持されると共に、高周
波電源Ｅに接続される。この下部電極１２の下方及び側
部には絶縁部１３を介して、例えばアルミニウムよりな
るグランド部材１４が配置されている。このグランド部
材１４は、接地されると共に、真空チャンバ１の側壁を
介して上部電極１１に電気的に接続されている。

【０００４】このような装置では、上部電極１１側から
処理ガスを導入し、排気管１５から真空排気して真空チ
ャンバ１内を所定の真空度に維持し、上部電極１１及び
下部電極１２間に高周波電力を印加することにより処理
ガスがプラズマ化し、下部電極１２上のウエハＷに対し
てエッチングが行われる。

【０００５】ところで上述のプラズマ装置は、メンテナ
ンス作業の容易性などの要請から、各部品に分解できる
ように構成されており、例えば上部電極１１及び下部電
極１２や、真空チャンバ１の壁部などのグランド部材に
ついても複数に分割可能に構成されている。そして真空
チャンバ１の底壁部を一例にとってグランド部材１４の
接合構造を図８中に示すと、グランド部材１４は上下の
グランド部材１４Ａ、１４Ｂに分割されており、これら
がボルト１６及びナット１７により締め付けられて面接
触している。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】上述の装置では、
グランド部材（分割構造体）１４Ａ、１４Ｂをボルト、
ナットを用いて互いに接続して面接触を確保している
が、このような接合構造は、ボルト、ナットによりグラ
ンド部材１４Ａ、１４Ｂが局部的に締め付けられてお
り、接触面同士が面内で均一に押え付けられていないの
で均一な面接触が確保できない。このためボルトの締め
付け具合などにより面接触の状態が変わってしまう。

【０００７】またグランド部材の上述の個所以外につい
ても、更にまたグランド部材以外の高周波の導電路に相
当する個所についても互いに接合して電気的導通を得る
場合があるが、面接触の状態が変わると高周波のインピ
ーダンスが異なってくるため、高周波効率（高周波電力
の発生効率）が変わってくる。

【０００８】従って１個の装置についてみると、メンテ
ナンスなどにより装置を分解して組み立てた後では、組
み立て前に比べて高周波効率が変わってしまい、処理速
度この場合エッチングレートが変わってしまうので、処
理後のウエハ表面の状態が大きく変わってしまう場合に
は処理時間などの設定を再調整しなければならない。更
にプラズマ処理装置を多数台用いる量産システムでは、
各装置の高周波効率のばらつきに伴いエッチングレート
がばらついてしまうので各装置間で一律の調整ができ
ず、システムの管理がしにくいし、各装置についてメン
テナンスを行うとメンテナンス前の管理状態を変更しな
ければならない。

【０００９】本発明は、このような事情にもとづいてな
されたものであり、その目的は、高周波の導電部材を互
いに接合して電気的導通を得るにあたって、電気的に安
定した接合が得られ、これにより安定したプラズマ処理
を行うことのできるプラズマ処理装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、真空
チャンバ内に配置された電極間に高周波電力を供給して
処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理体
を処理する装置であって、前記真空チャンバ内において
高周波電流が流れる複数の導電部材が分割可能に接合さ
れているプラズマ処理装置において、分割されている導
電部材の各々に形成された凹部と、前記分割されている
導電部材の各凹部に両端部が夫々嵌入され、前記導電部
材を互いに電気的に接続するための接合部材とを備え、
前記接合部材は両端部の少なくとも表面が導体で形成さ
れた収縮可能な弾性構造体であり、接合部材の復元力に
よりその外面を前記凹部の内面に押圧した状態で面接触
させることにより、電気的に安定した接合を確保するこ
とを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明は空チャンバ内に配置され
た電極間に高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化
し、このプラズマにより被処理体を処理する装置であっ
て、前記真空チャンバ内において高周波電流が流れる複
数の導電部材が分割可能に接合されているプラズマ処理
装置において、分割されている導電部材の少なくとも一
方の接合面に凹部が形成され、前記凹部に、少なくとも
表面が導体で形成され、接合方向に伸縮自在な弾性体を
嵌入し、その復元力により弾性体の端面を前記凹部の内
面及び他方の導電部材の接合面に押圧した状態で面接触
させることにより、電気的に安定した接合を確保するこ
とを特徴とする。

【００１２】

【作用】接合部材を設けた個所においては、分割されて
いる導電部材は、この接合部材を介して接合されるが、
接合部材は弾性構造であるため導電部材の凹部の内面に
押圧された状態で面接触する。従って良好な面接触が得
られるので装置間において高周波に対する導電部材のイ
ンピーダンスのばらつきが小さく、高周波電力の発生効
率のばらつき（つまりプラズマ状態のばらつき）も小さ
くなる。

【００１３】例えば請求項２項の発明のように接合部材
を弾性体例えば金属ベローズ体で構成した場合にもその
両端面が導電部材に押圧された状態で接触するので同様
にインピーダンスのばらつきが小さい。

【００１４】また１台の装置についてみれば、例えばメ
ンテナンスにより導電部材を分解して再び組み立てた後
もインピーダンスの変化は小さいので、例えば調整をし
なくても被処理体の処理状態が大きく変わらない。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の実施例に係るプラズマ処理装
置の全体構成図である。図中２は真空チャンバであり、
この真空チャンバ２の側壁の外側には、ウエハの搬出入
口を気密にシールするゲートバルブＧ１、Ｇ２が設けら
れると共に、底部には排気管２０が接続されている。前
記真空チャンバ２内の上部には、ガス供給部を兼用する
上部電極２１が配置されている。この上部電極２１はガ
ス噴射板２２を備え、ガス供給管２３よりの処理ガスを
当該噴射板２２を介して真空チャンバ２内に導入するよ
うに構成されている。

【００１６】前記上部電極２１の下方側には、これと対
向するようにサセプタを兼用する下部電極３が配設され
ており、この下部電極３は、アルミニウムなどの金属よ
りなり、例えば円柱状に形成されている。

【００１７】前記下部電極３の下部側にはサセプタ支持
台３１が配置され、このサセプタ支持台３１には、導入
管３２及び排出管３３を介して冷却媒体例えば液体窒素
が循環するように冷媒溜３４が形成されている。前記下
部電極３及びサセプタ支持台３１を組み合わせた構造体
の側面及び底面は例えばセラミックスなどの絶縁体３５
により覆われており、更にこの絶縁体３５の側面及び底
面は例えばアルミニウムなどの金属からなるグランド部
材４により覆われている。

【００１８】このグランド部材４は、底面側のグランド
部材４Ａと側面側のグランド部材４Ｂとに上下に分割さ
れた分割構造体として構成され、２つのグランド部材４
Ａ、４Ｂの接合部には後述する接合部材５が介在してい
る。また底面側のグランド部材４Ａは、同様に接合部材
５を介して真空チャンバ１の底壁部分４Ｃに接合されて
いる。

【００１９】前記サセプタ支持台３１、絶縁体３５及び
グランド部材４（４Ａ）の中央部には、内部導体管６１
が真空チャンバ１の下方側から突入して設けられてお
り、この内部導体管６１の上端は下部電極３に接続され
ると共に内部導体管６１の下端はマッチングボックスＭ
内のブロッキングコンデンサＣを介して高周波電源Ｅに
接続されている。なお内部導体管６１と絶縁体３５及び
グランド部材４との間には、気密シールの役割も兼ねた
絶縁部材６１ａが介挿されている。

【００２０】前記真空チャンバ１の下方側には、前記内
部導体管６１を囲むように外部導体管６２が設けられ、
この外部導体管６２は、上端部がグランド部材４（４
Ａ）に接続されると共に下端部がマッチングボックスＭ
内のアースに電気的に接続されている。また前記グラン
ド部材４Ｂは図示しない導電部材により真空チャンバ１
の側壁に電気的に接続されている。

【００２１】一方前記下部電極（サセプタ）３の表面に
は、例えば銅箔などからなる電極板６３を、例えばポリ
イミドシートなどからなる絶縁シート６４により両面か
ら挟んでサンドイッチ構造にした静電チャックシート６
５が設けられており、この静電チャックシート６５は、
下部電極３の周縁から裏面側に沿って中央部まで引き出
され、電極板６３が、前記内部導体管６１内を貫通して
いる給電線６６を介して直流電源６７に接続されてい
る。

【００２２】ここで前記グランド部材４Ａ、４Ｃの接合
構造に関して述べると、図２に拡大して示すようにグラ
ンド部材４Ａ、４Ｃの各接合面に、互いに対向するよう
に例えば同一形状の凹部４１を形成し、これら凹部４１
内に接合部材５が嵌入されている。この接合部材５は、
図３及び図４に示すように例えばアルミニウムの筒状体
５０の両端を内方側に即ち中心軸側に屈曲させると共
に、中央部を外方側に鍔状に突出させてその突出部５１
の断面形状がコ字形となるように構成されている。そし
てこの接合部材５は、周方向に４等分した各位置にて、
一端側から中央部の突出部５１を越えて若干他端側へ食
い込んだ個所まで細長い切り欠き部ａ１〜ａ４が形成さ
れると共に、周方向に４等分されかつ前記切り欠き部ａ
１〜ａ４とは周方向に４５度ずつずれた位置にて、他端
側から同様に細長い切り欠き部ｂ１〜ｂ４が形成されて
おり、更に筒状体５０の中には、図４に示すように例え
ばシリコンゴム５２が密入されている。

【００２３】次に上述実施例のプラズマ装置による半導
体ウエハの処理、及びグランド部材４Ａ、４Ｂの接合構
造の作用効果について述べる。

【００２４】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず被処理体である半導体ウエハＷを図示しない搬送アー
ムによりゲートバルブＧ１を介して、真空チャンバ２内
に搬入し、下部電極（サセプタ）３のウエハ載置面上に
図示しないプッシャーピンを介して載置する。そしてガ
ス供給管２３よりガス噴射板２２を介して、真空チャン
バ２内にプロセスガスを供給すると共に、排気管２０を
介して図示しない真空ポンプにより真空排気し、真空チ
ャンバ２内を所定の圧力に維持しながら、更に上部電極
２１と下部電極３との間に、高周波電源Ｅから高周波電
力例えば１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷを印加し、プラズマ
を発生させる。このプラズマで生成された反応性イオン
は半導体ウエハＷの表面に垂直に入射してウエハ表面の
被加工物質と物理化学反応を起こし、エッチングが行な
われる。

【００２５】ここで高周波電流は、高周波電源Ｅ→内部
導体管６１→下部電極３→プラズマ→上部電極２１→真
空チャンバ２の側壁→グランド部材４Ｂ及び真空チャン
バ２の底壁部分４Ｃ→グランド部材４Ａ→外部導体管６
２→高周波電源Ｅのループで流れる。一方このループ中
において導電部材が分割可能に構成されており、例えば
図１に示すように前記グランド部材４Ａ〜４Ｃが分割可
能に接合されているが、上述の接合部材５を用いている
ため、複数の装置間における高周波インピーダンスのば
らつきが小さく、また１台の装置について分割前後にお
ける高周波インピーダンスの変化の程度が小さい。

【００２６】即ち接合部材５に用いられている筒状体５
０は、軸方向に切り欠き部（ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４）
が形成されていて縦割り構造なので、半径方向に収縮可
能であり、また両端が内方側に屈曲していると共に中央
部が突出しているので上下方向にも伸縮可能である。つ
まりこの筒状体５０は弾性構造体である。

【００２７】従って例えばグランド部材４Ａ、４Ｃ（あ
るいは４Ａ、４Ｂ）の凹部４１の形状よりも接合部材５
の形状を若干大きくしておいて、接合部材５を凹部４１
内にその弾性力に抗して嵌入すると、その弾性力（復元
力）により接合部材５の外面が凹部４１の内面に押圧さ
れ、良好な面接触を確保できる。

【００２８】そして接合部材５は、上述の筒状体５０の
中にシリコンゴム５２を入れることに限定されるもので
はないが、上述実施例のようにシリコンゴム５２を密入
して筒状体５０を拡げた状態で凹部４１内に嵌入すれば
シリコンゴム５２の弾性作用により面同士が圧接するの
で、より一層良好な面接触が確保できる。そして高周波
電流は導電部材の表面部を流れるが、接合部材５の表面
全体が導電部材に面接触することから、導電部材の接合
間の高周波インピーダンスのばらつきが小さくなり、ま
たその値も小さくなる。

【００２９】この結果高周波電力の発生効率即ちプラズ
マの状態は、装置のメンテナンス前後でそれ程変わらな
いので調整が不要かあるいは必要であっても調整がわず
かな範囲であって大幅な変更をしなくて済むし、また多
数台用いる場合においても夫々の装置で処理したデバイ
スの特性のばらつきを抑制することができ、更に電力効
率が向上するので省エネルギー化が図れる。

【００３０】次に上述の接合部材５を用いて接合した場
合とネジ止めした場合とについて、高電流が流れている
ときのインピーダンスＺを比較するために以下のような
モデル実験を行った。 （テスト１） 図５（ａ）に示すように、１辺が３ｃｍの立方体形状の
アルミニウムブロックを２個７Ａ、７Ｂ用い、これらブ
ロック７Ａ、７Ｂ間を、上述の実施例のようにシリコン
ゴムの入った接合部材５により接合し、更に一方向から
４隅においてネジ７１により固定し、ブロック７Ａ、７
Ｂ間に１３．５６ＭＨｚ、１Ｖの電圧を印加してブロッ
ク７Ａ、７ＢのインピーダンスＺを測定し、またこのＺ
からインダクタンスＬを求めた。ただし接合部材５の長
さは４０ｍｍ、外径７．５ｍｍ（突出部５１の外径は
９．０ｍｍ、切り欠き部（ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４）の
幅は０．５ｍｍである。 （テスト２） テスト１の実験において、接合部材５の中にシリコンゴ
ムを入れない他は全く同様の測定を行った。 （テスト３） テスト１の実験においてネジ７１による固定を行わなか
った他は全く同様の測定を行った。 （テスト４） 図５（ｂ）に示すように１辺が３ｃｍの立方体形状の２
個のアルミブロック７Ａ、７Ｂ（図５（ａ）のブロック
との差は接合部材５の嵌合用の凹部が形成されていない
点である）を用い、一方向から４隅においてネジ７１に
より固定し、テスト１と同様にしてインピーダンスＺ及
びインダクタンスＬを測定した。テスト１〜４の結果は
表１の通りである。

【００３１】

【表１】 上述の結果はブロックの組を複数用意して平均値を求め
たものであるが、接合部材５を用いなかったテスト４で
は、接合部材５を用いたテスト１〜３の場合よりもイン
ピーダンスＺのばらつきが大きかった。またインピーダ
ンスＺの値は、接合部材５を用いた方がネジ止めの場合
よりも小さく、シリコンゴムを接合部材５の中に入れる
ことにより更に小さくなることが伺える。

【００３２】以上において導電部材を接合するにあたっ
ては、上述実施例のように接合部材５を、相互に対向す
る接合面間に位置させる代りに図６に示すように、導電
部材８Ａ、８Ｂの側面に凹部８１を夫々形成すると共
に、例えば両端部が上述実施例のような弾性構造のコ字
型の接合部材８０を用い、その両端部を夫々前記凹部８
１に嵌入するようにしてもよい。

【００３３】また本発明は、上述実施例で用いた接合部
材５を用いる代わりに、図６に示すように両端が平坦面
に形成された弾性体例えば金属ベローズ体よりなる接合
部材９０を用い、この接合部材９０の両端面を例えば導
電部材９Ａ、９Ｂの凹部４１の底面に押し付けるように
してもよく、このような構造においても金属ベローズ体
の弾性力により確実な面接触が得られるので、インピー
ダンスのばらつき、つまり高周波電力の発生効率のばら
つきが小さくなる。

【００３４】またこのような金属ベローズ体を用いる場
合には、導電部材の互いの接合面の一方側にのみ凹部を
形成し、この凹部の中に金属ベローズ体を嵌入し、金属
ベローズ体の一端側が他方の導電部材の接合面に押圧さ
れて面接触するように構成してもよい。

【００３５】そしてまた導電部材を接合部材により接合
する個所は、上述実施例で説明した個所のグランド部材
に限らず、上部電極や下部電極あるいは真空チャンバの
壁部などであってもよい。更に本発明は、真空チャンバ
内にてプラズマを発生させる装置に限らず、真空チャン
バよりも上流側のガス供給路中にてプラズマを発生さ
せ、そのプラズマを真空チャンバ内に導入する装置につ
いても適用できる。

【００３６】更にまた本発明では、プラズマエッチング
装置に限らず、プラズマＣＶＤ装置などの熱処理装置、
アッシング装置などにも適用できる。なお被処理体とし
ては半導体ウエハに限らずＬＣＤ基板などであってもよ
い。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、分割されている導電部
材の各々にあるいは一方に凹部を形成してこの中に接合
部材を嵌入し、接合部材の外面を凹部の内面に弾性力に
より押圧して面接触を得ているため、均一な面接触が得
られる。このため導電部材のインピーダンスのばらつき
が小さくなって高周波電力の発生効率のばらつきが小さ
くなる。この結果多数台の装置を使用する場合において
もそれぞれの装置で処理したデバイスの特性のバラツキ
を抑制することができ、また装置１台についてもメンテ
ナンス前後で前記効率が大きく変わらないのでデバイス
の特性が変わらず管理が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例のグランド部材の接合構造を示
す断面図である。

【図３】前記接合構造に用いられる接合部材を示す斜視
図である。

【図４】前記接合構造に用いられる接合部材を示す断面
図である。

【図５】接合部材を用いた場合と用いない場合との比較
試験を示す説明図である。

【図６】本発明の他の実施例の要部を示す断面図であ
る。

【図７】本発明の更に他の実施例の要部を示す断面図で
ある。

【図８】従来のプラズマ装置を示す略解断面図である。

【符号の説明】

２ 真空チャンバ ２１ 上部電極 ３ 下部電極 ４Ａ、４Ｂ グランド部材 ４Ｃ 底壁部分 ５ 接合部材 ５０ 筒状体 ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ４ 切り欠き部 ８０、９０ 接合部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−191370（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−264428（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−213430（ＪＰ，Ａ) 実公 昭45−3455（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に配置された電極間に高
   周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化し、このプラ
   ズマにより被処理体を処理する装置であって、前記真空
   チャンバ内において高周波電流が流れる複数の導電部材
   が分割可能に接合されているプラズマ処理装置におい
   て、分割されている導電部材の各々に形成された凹部
   と、前記分割されている導電部材の各凹部に両端部が夫
   々嵌入され、前記導電部材を互いに電気的に接続するた
   めの接合部材とを備え、 前記接合部材は両端部の少なくとも表面が導体で形成さ
   れた収縮可能な弾性構造体であり、接合部材の復元力に
   よりその外面を前記凹部の内面に押圧した状態で面接触
   させることにより、電気的に安定した接合を確保するこ
   とを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 真空チャンバ内に配置された電極間に高
   周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化し、このプラ
   ズマにより被処理体を処理する装置であって、前記真空
   チャンバ内において高周波電流が流れる複数の導電部材
   が分割可能に接合されているプラズマ処理装置におい
   て、分割されている導電部材の少なくとも一方の接合面
   に凹部が形成され、前記凹部に、少なくとも表面が導体
   で形成され、接合方向に伸縮自在な弾性体を嵌入し、そ
   の復元力により弾性体の端面を前記凹部の内面及び他方
   の導電部材の接合面に押圧した状態で面接触させること
   により、電気的に安定した接合を確保することを特徴と
   するプラズマ処理装置。