JP3695429B2

JP3695429B2 - Plasma processing equipment

Info

Publication number: JP3695429B2
Application number: JP2002209053A
Authority: JP
Inventors: 哲博岩井; 潔有田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: JP2004055704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェハなどの半導体基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置に用いられるシリコンウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない基板の厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面の裏面を機械研磨することによって行われ、研磨加工後には機械研磨によってシリコン基板の研磨面に生成されたダメージ層をエッチングにより除去することを目的として、プラズマ処理が行われる。
【０００３】
このようなプラズマ処理用の装置として、減圧可能な処理室内に上下２枚の平行平板電極を配置し、一方の電極側からプラズマ発生用ガスを供給する方式のものが知られている。この方式では処理対象の基板は下側の電極上に載置され、上側の電極に設けられたガス吹出部からフッ素系ガスなどのプラズマ発生用ガスが基板の上面に吹き付けられる。そして、このプラズマ発生用ガスは、プラズマ処理によって生成される反応ガスとともに、下側の電極の下方に設けられた排気口から吸引・排気される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンウェハのように処理対象面の全面にわたって均一なエッチングを行う必要がある場合には、プラズマ発生用ガスをシリコンウェハの処理対象面に均一に供給するとともに、生成される反応ガスを均一に排気する必要がある。このため、従来のプラズマ処理装置においては、下側の電極周囲における圧力分布を極力均一にして排気を偏りなく行うため、圧力バッファとしての大容積の排気スペースを必要としていた。この結果、プラズマ処理装置の主構成部である処理室の小型化には限界があり、均一なエッチング分布を確保しつつコンパクトな装置を実現することが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、均一なエッチング分布を確保しつつコンパクトな装置を実現できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のプラズマ処理装置は、密閉された処理空間を形成可能な処理室と、処理室の底の中央部に処理対象物を保持する上面を露呈させた状態で配設された第１電極と、前記処理室内に第１電極に対向して前記第１電極よりも外側に広がった形状で配置され且つ昇降機構によって昇降可能であって中央部の導電体と外周部に絶縁体からなる張出部を備えた第２電極と、前記昇降機構によって前記第２電極が下降した状態において前記処理空間内の第２電極の上方および下方にそれぞれ形成される排気空間および放電空間と、前記処理室の側面に設けられた処理対象物の出し入れ用の開口部と、前記第２電極の下面中央部に形成され前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス吹出部と、前記排気空間に形成された排気ポートより排気を行って前記処理空間を減圧する真空排気部と、前記処理室の内面と前記第２電極の側面との間に第２電極の全周にわたって略均一な隙間で形成され前記放電空間内のガスを排気空間へ排気するガス排気路と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間にプラズマを発生させる高周波電源部とを備え、前記ガス排気路の隙間を前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを前記排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくし、また前記排気空間は前記第２電極の昇降代を兼ねた広い排気空間とすることにより前記第２電極を上昇させた状態で広い電極間距離を確保して前記第１電極上に処理対象物の搬送用のスペースを確保するようにした。
【０００７】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス排気路が略円筒形状である。
【０００８】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室の底の前記第１電極を取り囲む部分が絶縁体で構成されている。
【００１０】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、密閉された処理空間を形成可能な処理室と、この処理室の底に装着された絶縁体と、処理対象物を保持する上面を露呈させた状態で前記絶縁体によって周囲を取り囲まれて埋設された第１電極と、前記処理室内に第１電極に対向して前記第１電極よりも外側に広がった張出部を全周にわたって有し且つ昇降機構によって昇降可能な第２電極と、前記昇降機構によって前記第２電極が下降した状態において前記処理空間内の第２電極の上方および下方にそれぞれ形成される排気空間および放電空間と、前記処理室の側面に設けられた処理対象物の出し入れ用の開口部と、前記第２電極の下面中央部に形成され前記放電空間にプラズマ発生用ガスを供給するガス吹出部と、前記排気空間に形成された排気ポートより排気を行って前記処理空間を減圧する真空排気部と、前記絶縁体の上面と前記張出部の下面との間にこの第２電極の全周にわたって略均一な隙間で形成されたガス流路と、前記第１電極に高周波電圧を印加することにより前記放電空間にプラズマを発生させる高周波電源部とを備え、前記ガス流路の隙間を前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス流路におけるコンダクタンスを前記排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくし、且つ前記処理室の内壁面の第２電極の外側面に対向する範囲に凹状の溝部を設けた。
【００１１】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部の下面と前記絶縁体の上面が平行である。
【００１２】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス流路が略中抜き円盤状である。
【００１３】
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部の下面が前記ガス吹出部の下面よりも下方に突出している。
【００１４】
請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記張出部が絶縁体で構成されている。
【００１５】
請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室の内面と前記張出部の側面との間に、この第２電極の全周にわたって略均一且つ前記排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭い隙間のガス排気路を形成した。
【００１６】
請求項１０記載のプラズマ処理装置は、請求項９記載のプラズマ処理装置であって、前記処理室および第２電極が略円筒形であり、前記ガス排気路が略円筒形状である。
【００１７】
本発明によれば、処理空間内の第２電極の下方の放電空間内のガスを第２電極の上方の排気空間へ排気するガス排気路の隙間を、排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくして、ガス排気を偏りなく均一に行うことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図、図２は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の第１電極の側断面図、図３、図４は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図、図５は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の平断面図、図６は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の部分断面図である。
【００１９】
まず図１を参照してプラズマ処理装置の構成について説明する。図１において、真空チャンバ１の内部はプラズマ処理を行う処理室２となっており、減圧下でプラズマを発生させるための密閉された処理空間が形成可能となっている。処理室２は円筒形状となっており（図６参照）、処理室２の内部には、第１電極３および第２電極４が上下に対向して配設されている。第１電極３および第２電極４はそれぞれ円筒形状であり、処理室２内において同心配置となっている。
【００２０】
第１電極３は、処理室２の底部を埋める形で装着された２層の絶縁体５Ａ，５Ｂに周囲を取り囲まれ、処理室２の底の中央部に処理対象物を保持する上面を露呈させて固定された状態で配設されている。第１電極３はアルミニウムなどの導電体によって製作されており、円盤状の電極部３ａから下方に支持部３ｂを延出させた形状となっている。そして支持部３ｂを絶縁部材５Ｃを介して真空チャンバ１に保持させることにより、電気的に絶縁された状態で装着されている。
【００２１】
第２電極４は、第１電極３と同様にアルミニウムなどの導電体で製作されており、円盤状の電極部４ａから上方に支持部４ｂを延出させた形状となっている。支持部４ｂは真空チャンバ１と電気的に導通しており、昇降機構２４（図３）によって昇降可能となっている。第２電極４が下降した状態では、処理室２内の処理空間は、第２電極４によって機能が異なる２つの空間に仕切られる。
【００２２】
すなわち、第２電極４の下方の第１電極３との間には放電空間２ｂが形成され、第２電極４の上方には真空チャンバ１の天井面との間に排気空間２ａが形成される。放電空間２ｂは、第１電極３上に載置されたシリコンウェハ６を対象としてプラズマ処理を行うためのプラズマ放電を発生させる空間である。排気空間２ａは、放電空間２ｂ内のガスを外部に排気するための空間である。
【００２３】
次に、図１，図２を参照して、第１電極３の詳細構造について説明する。第１電極３の電極部３ａの上面は、処理対象物の基板であるシリコンウェハ６を載置する載置面となっており、シリコンウェハ６の外形よりも大きい形状となっている。ここでシリコンウェハ６は、表面側に論理回路が形成された半導体基板であり、回路形成面の裏側を機械加工によって研磨された後に、この裏面を対象としてプラズマ処理によるエッチングが行われる。そしてこのエッチングによって、機械加工により半導体基板の裏面に生成したマイクロクラックを除去する。
【００２４】
図２に示すように、第１電極３の上面は、シリコンウェハ６を載置したときのシリコンウェハ６の外形位置Ｐ１よりも所定幅Ｃだけ内側に位置する境界線Ｐ２によって、内外２つの部分に分けられている。すなわち、境界線Ｐ２から内側は、素材の導電体であるアルミニウムが上面に露呈した上面中央部Ａとなっており、境界線Ｐ２から外側は、上面中央部Ａを環状に取り囲んで設けられ導電体のアルミニウムが絶縁被覆層３ｆによって覆われた上面外周部Ｂとなっている。ここで、所定幅Ｃは必ずしも全周にわたって等しい幅である必要はなく、位置によって異なってもよい。
【００２５】
絶縁被覆層３ｆは、アルミナなどのセラミックによって形成されており、第１電極３が真空チャンバ１内に装着された状態では、図１に示すように、絶縁被覆層３ｆの外縁部は部分的に絶縁体５Ａによって覆われる（図６も参照）。これにより、第１電極３の外縁部は放電空間２ｂ内に発生したプラズマから絶縁され、異常放電の発生が防止される。
【００２６】
図２に示すようにシリコンウェハ６の表面（図２において下面側）の回路形成面には保護テープ６ａが貼着されており、プラズマ処理時には保護テープ６ａを第１電極３の上面３ｇに向け、機械研磨面を上向きにした状態で載置される。保護テープ６ａは、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁体の樹脂を１００μｍ程度の厚みの膜に形成した樹脂テープであり、粘着材によりシリコンウェハ６の回路形成面に貼着される。シリコンウェハ６に貼着された保護テープ６ａは、回路形成面（表面）に形成された絶縁層となっており、後述するようにこの絶縁層はシリコンウェハ６を静電吸着する際の誘電体として機能する。
【００２７】
シリコンウェハ６を第１電極３に載置する際には、図２に示すように、シリコンウェハ６の保護テープ６ａの中央部Ｄ、外縁部Ｅを、第１電極３の上面の上面中央部Ａ、上面周辺部Ｂの絶縁被覆層３ｆに、それぞれ接触させて載置する。この状態では、外形位置Ｐ１から境界線Ｐ２までの範囲において、第１電極３の上面３ｇに保持されたシリコンウェハ６の保護テープ６ａの外縁部Ｅと、絶縁被覆層３ｆとが重ね合わされて接触する。
【００２８】
シリコンウェハ６を静電吸着する際には、主に保護テープ６ａの中央部Ｄを静電吸着を行うための誘電体として利用して、シリコンウェハ６を上面中央部Ａで静電吸着する。このとき外縁部Ｅの範囲においても保護テープ６ａおよび絶縁被覆層３ｆを介してわずかながら静電吸着力が作用し、これらの静電吸着力によって、保護テープ６ａの外縁部Ｅは絶縁被覆層３ｆに密着する。
【００２９】
この密着状態では、第１電極３の上面において導電体が表面に露呈した上面中央部Ａの外周端である境界線Ｐ２の位置は、シリコンウェハ６の外径寸法のばらつきや第１電極３上における載置位置にのばらつきに拘わらず、シリコンウェハ６によって覆われる。これにより、第１電極３の導電部は放電空間２ｂ内のプラズマから確実に絶縁される。したがって、プラズマ放電中の第１電極３における異常放電を防止して、プラズマ処理装置の稼動状態を安定させることが可能となっている。
【００３０】
図２に示すように、第１電極３には上面に開口する吸着孔３ｅが多数設けられており、吸着孔３ｅは第１電極３の内部に設けられた吸引孔３ｃに連通している。吸引孔３ｃはガスライン切り換え開閉機構１１を介して真空吸着ポンプ１２に接続されており、ガスライン切り換え開閉機構１１は、図１に示すようにチッソガスを供給するＮ₂ガス供給部１３及びヘリウムガスを供給するＨｅガス供給部１４に接続されている。ガスライン切り換え開閉機構１１を切り換えることにより、吸引孔３ｃを真空吸着ポンプ１２，Ｎ₂ガス供給部１３及びＨｅガス供給部１４に選択的に接続させることができる。
【００３１】
吸引孔３ｃが真空吸着ポンプ１２と連通した状態で真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔３ｅから真空吸引して第１電極３に載置されたシリコンウェハ６を真空吸着して保持する。したがって吸着孔３ｅ、吸引孔３ｃ、真空吸着ポンプ１２は第１電極３の上面３ｇに開口した吸着孔３ｅから真空吸引することにより、シリコンウェハ６を真空吸着して保持する真空保持手段となっている。
【００３２】
また、吸引孔３ｃをＮ₂ガス供給部１３またはＨｅガス供給部１４に接続させることにより、吸着孔３ｅからシリコンウェハ６の下面に対してチッソガスまたはヘリウムガスを供給することができるようになっている。後述するように、チッソガスはシリコンウェハ６を載置面３ｇから強制的に離脱させる目的のブロー用ガスであり、ヘリウムガスはプラズマ処理時にシリコンウェハの冷却を促進する目的で吸着孔３ｅ内に充填される熱伝達用のガスである。
【００３３】
第１電極３には冷却用の冷媒流路３ｄが設けられており、冷媒流路３ｄは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路３ｄ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した第１電極３や第１電極３上の保護テープ６ａが冷却される。冷媒流路３ｄおよび冷却機構１０は、第１電極３を冷却する冷却手段となっている。
【００３４】
処理室２の排気空間２ａに連通して設けられた排気ポート１ａには、バルブ開放機構７を介して真空排気部８が接続されており、バルブ開放機構７を開放状態にして真空排気部８を駆動することにより、真空チャンバ１の処理室２内部が真空排気され、処理空２内が減圧される。真空排気部８は、排気空間２ａに形成された排気ポート１ａより排気を行って処理室２内を減圧する減圧手段となっている。
【００３５】
第１電極３は、マッチング回路１６を介して高周波電源部１７に電気的に接続されている。高周波電源部１７を駆動することにより、接地部１９に接地された真空チャンバ１と導通した第２電極４と第１電極３の間には高周波電圧が印加され、これにより処理室２内部でプラズマ放電が発生する。マッチング回路１６は、処理室２内でプラズマを発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１７のインピーダンスを整合させる。第１電極３，第２電極４および高周波電源部１７は、載置面に載置されたシリコンウェハ６をプラズマ処理するためのプラズマを発生するプラズマ発生手段となっている。
【００３６】
また第１電極３には、ＲＦフィルタ１５を介して静電吸着用ＤＣ電源部１８が接続されている。静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動することにより、第１電極３の表面には、負電荷が蓄積される。そしてこの状態で高周波電源部１７を駆動して処理室２内にプラズマを発生させることにより、第１電極３上に載置されたシリコンウェハ６と接地部１９とを接続する直流回路が処理室２内のプラズマを介して形成され、これにより、第１電極３，ＲＦフィルタ１５，静電吸着用ＤＣ電源部１８，接地部１９，プラズマ、シリコンウェハ６を順次結ぶ閉じた直流回路が形成され、シリコンウェハ６には正電荷が蓄積される。
【００３７】
そして第１電極３に蓄積された負電荷とシリコンウェハ６に蓄積された正電荷との間にはクーロン力が作用し、このクーロン力によってシリコンウェハ６は誘電体としての保護テープ６ａを介して第１電極３に保持される。このとき、ＲＦフィルタ１５は、高周波電源部１７の高周波電圧が静電吸着用ＤＣ電源部１８に直接印加されることを防止する。第１電極３，静電吸着用ＤＣ電源部１８は、板状基板であるシリコンウェハ６を第１電極に静電吸着によって保持する静電吸着手段となっている。なお、静電吸着用ＤＣ電源部１８の極性は正負逆でもよい。
【００３８】
次に第２電極４の詳細構造について説明する。第２電極４は、中央の電極部４ａと電極部４ａを囲んで外周部に張り出して設けられた絶縁体からなる張出部４ｆを備えた構成となっている。張出部４ｆの外形は第１電極３よりも大きく、第１電極３よりも外側に広がった形状で配置されている。第２電極４の下面中央部には、ガス吹出部４ｅが設けられている。ガス吹出部４ｅは、放電空間２ｂにおいてプラズマ放電を発生するためのプラズマ発生用ガスを供給する。ガス吹出部４ｅは、内部に多数の微細孔を有する多孔質材料を円形の板状に加工した部材であり、ガス滞留空間４ｇ内に供給されたプラズマ発生用ガスを、これらの微細孔を介して放電空間２ｂ内に満遍なく吹き出させて均一な状態で供給する。
【００３９】
支持部４ｂ内には、ガス滞留空間４ｇに連通するガス供給孔４ｃが設けられており、ガス供給孔４ｃは開閉バルブ２０を介してプラズマ発生用ガス供給部２１に接続されている。開閉バルブ２０を開にした状態でプラズマ発生用ガス供給部２１を駆動することにより、フッ素系ガスを含んだプラズマ発生用ガスがガス吹出部４ｅより放電空間２ｂ内に供給される。
【００４０】
また第２電極４には冷却用の冷媒流路４ｄが設けられており、冷媒流路４ｄは冷却機構１０と接続されている。冷却機構１０を駆動することにより、冷媒流路４ｄ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した第２電極４が冷却される。
【００４１】
図３に示すように、処理室２の側面には、処理対象物の出し入れ用の開口部１ｂが設けられている（図５も参照）。開口部１ｂの外側には開閉機構２３によって昇降する扉２２が設けられており、扉２２を昇降させることにより開口部１ｂが開閉される。図４は、扉２２を下降させて開口部１ｂを開放した状態でシリコンウェハ６を出し入れする状態を示している。昇降機構２４により第２電極４を上昇させて第１電極３上に搬送用のスペースを確保した状態で、アーム２５ａに保持された吸着ヘッド２５を開口部１ｂを介して処理室２内に進入させることにより、シリコンウェハ６の出し入れが行われる。上記構成に示すように、排気空間２ａが広く確保できるような構成とすることにより、第２電極４を上昇させる際の電極間距離を広く確保することができ、処理対象物の出し入れ操作を容易に行うことができる。
【００４２】
ここで、図５を参照して、処理室２，第１電極３および第１電極３上に載置されるシリコンウェハ６、第２電極４の相互の平面位置関係について説明する。図５は、真空チャンバ１を水平方向に輪切りにした状態を示しており、図５に示す同心円は、外側から順に処理室２（真空チャンバ１）の内面２ｃ、第２電極４の外側面４ｈ（図６参照）、第１電極３の外側面３ｈ、シリコンウェハ６の外形位置を示す境界線Ｐ１，第１電極３の上面における境界線Ｐ２を示している。
【００４３】
図５から判るように、処理室２および第２電極４は略円筒形であり、したがって処理室２の内面２ｃと第２電極４の外側面４ｈとの間に形成された空間Ｓ１は、２つの同心円筒面に挟まれた円筒を開口部１ｂによって部分的に切り欠いた略円筒形状となっている。
【００４４】
次に、放電空間２ｂ内のガスを外周方向へ導くガス流路と、導かれたガスを排気空間２ａに排気するガス排気路について説明する。図６に示すように、第２電極４が下降した状態では、処理室２（真空チャンバ１）の内面と第２電極４の張出部４ｆの側面４ｈとの間には、第２電極４の全周にわたって略均一な隙間Ｇ１を有する形状の空間Ｓ１が形成される。この空間Ｓ１は、放電空間２ｂ内のガスを排気空間２ａへ排気するガス排気路として機能する。
【００４５】
また、張出部４ｆの下面と第１電極３の周囲に設けられた絶縁体５Ａの上面との間には、第２電極４の全周にわたって略均一な隙間Ｇ２を有する形状の空間Ｓ２が形成される。この空間Ｓ２は、ガス吹出部４ｅから放電空間２ｂ内に供給されたプラズマ発生用ガスや、プラズマ放電によって生成された反応ガスを外周方向に導くガス流路として機能する。
【００４６】
ここで、上記隙間Ｇ１，Ｇ２はともに、排気空間２ａの高さ方向の最大寸法Ｈ（図３参照）よりも狭くなるように、各部寸法が設定されている。これにより、ガスの流れやすさを示すコンダクタンスで比較した場合、ガス排気路としての空間Ｓ１，ガス流路としての空間Ｓ２におけるコンダクタンスを、排気空間２ａにおけるコンダクタンスよりも小さくすることができる。
【００４７】
減圧下にある処理室２内におけるプラズマ発生用ガスの流れ状態は、ガス分子の平均自由行程が大きい分子流の状態となっており、この分子流状態においてはコンダクタンスは圧力とは無関係にその空間の壁面間距離の３乗に比例する。したがって、前記の寸法Ｈに対してＧ１，Ｇ２が小さければ小さいほど、空間Ｓ１，Ｓ２におけるコンダクタンスは排気空間２ａにおけるコンダクタンスよりも小さくなる。すなわち、減圧下で行われるプラズマ処理において、空間Ｓ１，Ｓ２内におけるガスの流れと比較して、排気空間２ａ内においてガスはより流れやすくなっている。
【００４８】
したがって、プラズマ処理時に放電空間２ｂ内のガスを排気ポート１ａを介して排気する際に、空間Ｓ１から排気空間２ａ内に流入したガスはコンダクタンスが大きいことから速やかに排気ポート１ａを介して排出され、排気空間２ａ内におけるガスの流動状態の分布に大きなばらつきが生じない。このため、空間Ｓ１から排気空間２ａ内に流入するガスについては、第２電極４の全周にわたってほぼ均一な流入状態が実現される。また、空間Ｓ２内のガスが空間Ｓ１内に流入する際においても同様に、第２電極４の全周にわたってほぼ均一な流れが実現される。これにより、放電空間２ｂ内におけるガスの状態が均一化され、プラズマ処理によるエッチング分布を均一化することが可能となっている。
【００４９】
このプラズマ処理装置は上記のように構成されており、以下プラズマ処理方法について各図を参照しながら説明する。このプラズマ処理は、表面に絶縁層としての保護テープ６ａを有するシリコンウェハ６を第１電極３の上面に静電吸着によって保持した状態で、且つこの第１電極３を冷却しながらプラズマ処理を行うものである。
【００５０】
先ず処理対象物であるシリコンウェハ６が処理室２内に搬送され、第１電極３上に載置される。この後開口部１ｂが閉じられ、真空吸着ポンプ１２を駆動することにより、吸着孔３ｅ、吸引孔３ｃを介して真空吸引し、シリコンウェハ６は第１電極３の上面３ｇに密着した状態で真空吸着により保持される。
【００５１】
次いで真空排気部８を駆動して処理室２内を真空排気した後、プラズマ発生用ガス供給部２１によってプラズマ発生用ガスが処理室２内に供給される。そしてこの後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を駆動してＤＣ電圧を印加し、高周波電源部１７を駆動してプラズマ放電を開始する。これにより放電空間２ｂにはプラズマが発生し、シリコンウェハ６を対象としたプラズマ処理が行われる。このプラズマ処理においては、第１電極３とシリコンウェハ６との間には静電吸着力が発生し、シリコンウェハ６は第１電極３に静電吸着力により保持される。
【００５２】
この静電吸着においては、図２に示すようにシリコンウェハ６の保護テープ６ａの中央部Ｄを第２電極３の上面中央部Ａに接触させ、保護テープ６ａの外縁部Ｅを第２電極３の上面周辺部Ｂの絶縁被覆層３ｆに接触させて載置する。そして主に保護テープ６ａの中央部Ｄを静電吸着を行うための誘電体として利用してシリコンウェハ６を上面中央部Ａで静電吸着するとともに、保護テープ６ａの外縁部Ｅを絶縁被覆層３ｆに密着させることにより、プラズマと第１電極３の上面中央部Ａとの間を絶縁する。
【００５３】
この後、ガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし、バックＨｅ導入が行われる。すなわち、真空吸引によるシリコンウェハ６の第１電極３への保持を解除した後に、Ｈｅガス供給部１４から伝熱用のヘリウムガスを吸引孔３ｂを介して供給し、吸着孔３ｅ内に充填する。このプラズマ処理においては、第１電極３は冷却機構１０によって冷却されており、プラズマ処理によって昇温したシリコンウェハ６の熱を伝熱性に富む気体であるヘリウムガスを介して第１電極３に伝達することにより、シリコンウェハ６の冷却が効率よく行われる。
【００５４】
そして所定のプラズマ処理時間が経過して放電を終了したならばバックＨｅを停止し、真空吸着を再びＯＮする。これにより、プラズマ放電が終了することにより消失した静電吸着力に替えて、真空吸着力によってシリコンウェハ６が第１電極３に保持される。
【００５５】
この後、静電吸着用ＤＣ電源部１８を停止してＤＣ電圧をＯＦＦにし、大気開放機構９を駆動して処理室２内の大気開放を行う。この後、再びガスライン切り替え開閉機構１１を駆動して真空吸着をＯＦＦし、次いでウェハブローを行う。すなわちチッソガスを吸引孔３ｃを介して供給して吸着孔３ｅから噴出させ、シリコンウェハ６を第１電極３から離脱させる。そして開口部１ｂを開状態にし、シリコンウェハ６を処理室２の外部に搬送したならば、ウェハブローをＯＦＦし、プラズマ処理の１サイクルを終了する。
【００５６】
上記説明したように、本実施の形態に示すプラズマ処理においては、処理対象物が載置される第１電極３と対向して昇降自在に配設される第２電極４の上方に、処理対象物の出し入れ時の第２電極４の昇降代を兼ねた広い排気空間２ａを確保するようにしている。これにより、放電空間２ｂにおけるコンダクタンスを、第２電極４の下方の放電空間２ｂから排気空間２ａに至るまでのガス流路またはガス排気路におけるコンダクタンスよりも十分に大きくすることができ、ガス排気を偏りなく均一に行うことができる。
【００５７】
したがって、従来のプラズマ処理装置において排気を偏りなく行うために必要とされた圧力バッファとしての大容積の排気スペースを省くことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の側断面図である。本実施の形態２は、実施の形態１と同様構成の第１電極３，第２電極４を備えたプラズマ処理装置において、図７に示すように、処理室２を形成する真空チャンバ１Ａの内壁面の第２電極４の外側面に対向する範囲に凹状の溝部１ｃを設けるようにしたものである。これにより、実施の形態１と同様にガス排気路としての空間Ｓ１を確保しつつ、真空チャンバ１の外形寸法を小さくして、装置のコンパクト化を促進することができる。
【００５９】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の側断面図、図９は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の部分断面図である。本実施の形態３は、実施の形態１と同様構成のプラズマ処理装置において、図８に示すように、第２電極４０の張出部４０ｆの形状を実施の形態１における張出部４ｆから変更したものである。
【００６０】
図９に示すように、処理室の内面と絶縁体で形成された張出部４０ｆの側面との間には、第２電極４０の全周にわたって隙間Ｇ１の空間Ｓ１が形成されている。空間Ｓ１は実施の形態１と同様の構成となっており、同様に放電空間内のガスを排気空間に導くガス排気路として機能する。張出部４０ｆの下面は、ガス吹出部４０ｅの下面よりも下方に延出しており、第２電極４０を下降させた状態において、張出部４０ｆの下面は絶縁体５Ａの上面に対して平行となり、張出部４０ｆの下面と絶縁体５Ａの０上面との間に形成される空間Ｓ２０の隙間Ｇ３は、実施の形態１に示す隙間Ｇ２よりも小さくなっている。
【００６１】
この空間Ｓ２０は、絶縁体５Ａの上面と張出部４０ｆの下面との間にこの第２電極４０の全周にわたって略均一な隙間で形成され、放電空間内のガスを外側へ向かって流すガス流路となっている。このガス流路は、略円筒形の処理室２内において第２電極４０の下方側の放電空間を取り囲んで形成された略中抜き円板状の形状となっている。
【００６２】
上記構成を採用することにより、径方向に長さを持った狭隙間の空間Ｓ２０を形成することができ、張出部４０ｆの外側面と処理室２の内側面との間に全周にわたって均一なガス排気路が形成しにくい場合においても、実施の形態１に示すガス排気路による効果と同様に、ガスの流れを均一化して放電空間の圧力分布を均一化し、エッチングレートを均一化することができる。また、放電空間の外周を狭隙間の空間２０で取り囲むことにより、プラズマを放電空間内に閉じこめることができ、プラズマ処理の効率を向上させるという効果を得る。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、処理空間内の第２電極の下方の放電空間内のガスを第２電極の上方の排気空間へ排気するガス排気路の隙間を、排気空間の高さ方向の最大寸法よりも狭く設定することにより、このガス排気路におけるコンダクタンスを排気空間におけるコンダクタンスよりもよりも小さくして、ガス排気を偏りなく均一に行うことができ、エッチング分布の均一化を確保しつつコンパクトなプラズマ処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図２】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の第１電極の側断面図
【図３】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図４】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図
【図５】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の平断面図
【図６】本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の部分断面図
【図７】本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の側断面図
【図８】本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の側断面図
【図９】本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の部分断面図
【符号の説明】
１真空チャンバ
１ａ排気ポート
１ｂ開口部
２処理室
２ａ排気空間
２ｂ放電空間
３第１電極
３ｆ絶縁被覆層
４、４０第２電極
４ｅガス吹出部
４ｆ、４０ｆ張出部
６シリコンウェハ
８真空排気部
１７高周波電源部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing plasma processing on a semiconductor substrate such as a silicon wafer.
[0002]
[Prior art]
In a manufacturing process of a silicon wafer used in a semiconductor device, a thinning process is performed to reduce the thickness of the substrate as the semiconductor device is thinned. This thinning process is performed by mechanically polishing the back surface of the circuit forming surface after forming a circuit pattern on the surface of the silicon substrate. After the polishing process, the damage layer generated on the polished surface of the silicon substrate is mechanically polished. Plasma treatment is performed for the purpose of removing by etching.
[0003]
As such an apparatus for plasma processing, there is known an apparatus in which two parallel plate electrodes are arranged in a processing chamber capable of depressurization and a gas for generating plasma is supplied from one electrode side. In this method, the substrate to be processed is placed on the lower electrode, and a plasma generating gas such as a fluorine-based gas is blown onto the upper surface of the substrate from a gas blowing portion provided on the upper electrode. The plasma generating gas is sucked and exhausted from the exhaust port provided below the lower electrode together with the reaction gas generated by the plasma processing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When it is necessary to perform uniform etching over the entire surface to be processed like a silicon wafer, the plasma generating gas is uniformly supplied to the surface to be processed of the silicon wafer and the generated reaction gas is uniformly exhausted. There is a need to. For this reason, in the conventional plasma processing apparatus, a large volume exhaust space is required as a pressure buffer in order to perform exhaust without unevenness by making the pressure distribution around the lower electrode as uniform as possible. As a result, there is a limit to downsizing the processing chamber which is the main component of the plasma processing apparatus, and it has been difficult to realize a compact apparatus while ensuring a uniform etching distribution.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that can realize a compact apparatus while ensuring a uniform etching distribution.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The plasma processing apparatus according to claim 1 is disposed in a state in which a processing chamber capable of forming a sealed processing space and an upper surface holding a processing object are exposed at a central portion of a bottom of the processing chamber. The electrode is disposed in the processing chamber so as to face the first electrode and to extend outward from the first electrode, and can be moved up and down by a lifting mechanism. In addition, a conductor in the center and an overhang made of an insulator on the outer periphery Provided on the side surface of the processing chamber, a second electrode, an exhaust space and a discharge space formed above and below the second electrode in the processing space in a state where the second electrode is lowered by the lifting mechanism, respectively. Exhaust gas from an opening for taking in and out the object to be processed, a gas blowing part that is formed in the center of the lower surface of the second electrode, and supplies a gas for generating plasma to the discharge space, and an exhaust port formed in the exhaust space. And a gas in the discharge space formed between the inner surface of the processing chamber and the side surface of the second electrode with a substantially uniform gap over the entire circumference of the second electrode. A gas exhaust path for exhausting the gas to the exhaust space and a high-frequency power source that generates plasma in the discharge space by applying a high-frequency voltage to the first electrode, By setting narrower than the largest dimension in the height direction, lower than than the conductance of the conductances in the gas exhaust path in the exhaust space In addition, the exhaust space is a wide exhaust space that also serves as an ascending / descending allowance for the second electrode, so that a wide inter-electrode distance is secured in a state where the second electrode is raised, and a processing target is provided on the first electrode. To secure a space for transporting goods did.
[0007]
A plasma processing apparatus according to a second aspect is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the processing chamber and the second electrode are substantially cylindrical, and the gas exhaust path is substantially cylindrical.
[0008]
A plasma processing apparatus according to a third aspect is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein a portion surrounding the first electrode at the bottom of the processing chamber is formed of an insulator.
[0010]
Claim 4 The described plasma processing apparatus includes a processing chamber capable of forming a sealed processing space, an insulator mounted on the bottom of the processing chamber, and the insulator in a state where an upper surface holding a processing object is exposed. The first electrode is surrounded and embedded, and has a projecting portion that extends outward from the first electrode so as to face the first electrode in the processing chamber, and can be moved up and down by a lifting mechanism. Provided on the side surface of the processing chamber, a second electrode, an exhaust space and a discharge space formed above and below the second electrode in the processing space in a state where the second electrode is lowered by the lifting mechanism, respectively. A discharge opening through which the object to be processed is taken in and out, a gas blow-out portion that is formed in the center of the lower surface of the second electrode and supplies a gas for generating plasma to the discharge space, and an exhaust port formed in the exhaust space. And a gas flow path formed between the upper surface of the insulator and the lower surface of the overhanging portion with a substantially uniform gap over the entire circumference of the second electrode. A high-frequency power source that generates plasma in the discharge space by applying a high-frequency voltage to the first electrode, and the gap of the gas flow path is set to be narrower than the maximum dimension in the height direction of the exhaust space. Thus, the conductance in the gas flow path is made smaller than the conductance in the exhaust space. In addition, a concave groove is provided in a range facing the outer surface of the second electrode on the inner wall surface of the processing chamber. It was.
[0011]
Claim 5 The plasma processing apparatus according to claim 4 It is a plasma processing apparatus of description, Comprising: The lower surface of the said overhang | projection part and the upper surface of the said insulator are parallel.
[0012]
Claim 6 The plasma processing apparatus according to claim 4 It is a plasma processing apparatus of description, Comprising: The said process chamber and the 2nd electrode are substantially cylindrical shapes, and the said gas flow path is a substantially hollow disk shape.
[0013]
Claim 7 The plasma processing apparatus according to claim 4 It is a plasma processing apparatus of description, Comprising: The lower surface of the said protrusion part protrudes below rather than the lower surface of the said gas blowing part.
[0014]
Claim 8 The plasma processing apparatus according to claim 4 It is a plasma processing apparatus of description, Comprising: The said overhang | projection part is comprised with the insulator.
[0015]
Claim 9 The plasma processing apparatus according to claim 4 It is a plasma processing apparatus of description, Comprising: Between the inner surface of the said process chamber and the side surface of the said overhang | projection part, it is substantially uniform over the perimeter of this 2nd electrode, and is narrower than the largest dimension of the height direction of the said exhaust space. A gap gas exhaust passage was formed.
[0016]
Claim 10 The plasma processing apparatus according to claim 9 It is a plasma processing apparatus of description, Comprising: The said process chamber and the 2nd electrode are substantially cylindrical shapes, and the said gas exhaust path is a substantially cylindrical shape.
[0017]
According to the present invention, the gap in the gas exhaust path for exhausting the gas in the discharge space below the second electrode in the processing space to the exhaust space above the second electrode is greater than the maximum dimension in the height direction of the exhaust space. In addition, the conductance in this gas exhaust passage is made smaller than the conductance in the exhaust space by setting it to be narrow, so that the gas exhaust can be performed uniformly and with a compact plasma while ensuring uniform etching distribution. A processing device can be realized.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side sectional view of a plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view of a first electrode of the plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIGS. 5 is a side sectional view of the plasma processing apparatus of the first embodiment, FIG. 5 is a plan sectional view of the plasma processing apparatus of the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a partial cross section of the plasma processing apparatus of the first embodiment of the present invention. FIG.
[0019]
First, the configuration of the plasma processing apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the inside of a vacuum chamber 1 is a processing chamber 2 for performing plasma processing, and a sealed processing space for generating plasma under reduced pressure can be formed. The processing chamber 2 has a cylindrical shape (see FIG. 6), and a first electrode 3 and a second electrode 4 are disposed in the processing chamber 2 so as to face each other in the vertical direction. Each of the first electrode 3 and the second electrode 4 has a cylindrical shape and is concentrically arranged in the processing chamber 2.
[0020]
The first electrode 3 is surrounded by two layers of insulators 5 A and 5 B that are mounted so as to fill the bottom of the processing chamber 2, and exposes the upper surface that holds the processing object in the center of the bottom of the processing chamber 2. And arranged in a fixed state. The first electrode 3 is made of a conductor such as aluminum and has a shape in which a support portion 3b extends downward from a disk-shaped electrode portion 3a. The supporting portion 3b is mounted in an electrically insulated state by being held in the vacuum chamber 1 via the insulating member 5C.
[0021]
Similar to the first electrode 3, the second electrode 4 is made of a conductor such as aluminum, and has a shape in which the support portion 4b extends upward from the disk-shaped electrode portion 4a. The support portion 4b is electrically connected to the vacuum chamber 1 and can be lifted and lowered by a lifting mechanism 24 (FIG. 3). When the second electrode 4 is lowered, the processing space in the processing chamber 2 is divided into two spaces having different functions by the second electrode 4.
[0022]
That is, a discharge space 2 b is formed between the first electrode 3 below the second electrode 4, and an exhaust space 2 a is formed between the second electrode 4 and the ceiling surface of the vacuum chamber 1. . The discharge space 2b is a space for generating plasma discharge for performing plasma processing on the silicon wafer 6 placed on the first electrode 3. The exhaust space 2a is a space for exhausting the gas in the discharge space 2b to the outside.
[0023]
Next, the detailed structure of the first electrode 3 will be described with reference to FIGS. The upper surface of the electrode portion 3 a of the first electrode 3 is a mounting surface on which the silicon wafer 6 that is the substrate of the processing object is mounted, and has a shape larger than the outer shape of the silicon wafer 6. Here, the silicon wafer 6 is a semiconductor substrate having a logic circuit formed on the front surface side, and after the back side of the circuit forming surface is polished by machining, the back surface is etched by plasma processing. By this etching, microcracks generated on the back surface of the semiconductor substrate by machining are removed.
[0024]
As shown in FIG. 2, the upper surface of the first electrode 3 has two inner and outer portions by a boundary line P 2 positioned inside by a predetermined width C from the outer position P 1 of the silicon wafer 6 when the silicon wafer 6 is placed. It is divided into. That is, the inner side from the boundary line P2 is an upper surface central portion A in which aluminum as a material conductor is exposed on the upper surface, and the outer side from the boundary line P2 is provided to surround the upper surface central portion A in a ring shape. The upper surface outer peripheral portion B is covered with the insulating coating layer 3f. Here, the predetermined width C is not necessarily equal across the entire circumference, and may be different depending on the position.
[0025]
The insulating coating layer 3f is made of ceramic such as alumina, and when the first electrode 3 is mounted in the vacuum chamber 1, the outer edge portion of the insulating coating layer 3f is partially formed as shown in FIG. It is covered with an insulator 5A (see also FIG. 6). Thereby, the outer edge part of the 1st electrode 3 is insulated from the plasma which generate | occur | produced in the discharge space 2b, and generation | occurrence | production of abnormal discharge is prevented.
[0026]
As shown in FIG. 2, a protective tape 6a is attached to the circuit forming surface of the surface of the silicon wafer 6 (the lower surface side in FIG. 2), and the protective tape 6a faces the upper surface 3g of the first electrode 3 during plasma processing. It is mounted with the mechanical polishing surface facing upward. The protective tape 6a is a resin tape in which an insulating resin such as polyolefin, polyimide, or polyethylene terephthalate is formed into a film having a thickness of about 100 μm, and is adhered to the circuit forming surface of the silicon wafer 6 with an adhesive. The protective tape 6a attached to the silicon wafer 6 is an insulating layer formed on the circuit forming surface (front surface). As will be described later, this insulating layer is a dielectric when the silicon wafer 6 is electrostatically adsorbed. Function as.
[0027]
When the silicon wafer 6 is placed on the first electrode 3, as shown in FIG. 2, the center portion D and the outer edge portion E of the protective tape 6 a of the silicon wafer 6 are arranged at the center of the upper surface of the upper surface of the first electrode 3. A and the insulating coating layer 3f on the upper surface peripheral portion B are placed in contact with each other. In this state, in the range from the outer position P1 to the boundary line P2, the outer edge E of the protective tape 6a of the silicon wafer 6 held on the upper surface 3g of the first electrode 3 and the insulating coating layer 3f are overlapped and contacted. To do.
[0028]
When electrostatically attracting the silicon wafer 6, the silicon wafer 6 is electrostatically attracted at the center A on the upper surface mainly using the central portion D of the protective tape 6 a as a dielectric for electrostatic attraction. At this time, even in the range of the outer edge portion E, an electrostatic adsorption force acts slightly through the protective tape 6a and the insulating coating layer 3f, and by these electrostatic adsorption forces, the outer edge portion E of the protective tape 6a becomes the insulating coating layer 3f. Close contact with.
[0029]
In this close contact state, the position of the boundary line P2, which is the outer peripheral edge of the upper surface central portion A where the conductor is exposed on the upper surface of the first electrode 3, is the variation in the outer diameter size of the silicon wafer 6 and the first electrode 3. Regardless of the variation in the mounting position, the silicon wafer 6 is covered. Thereby, the electroconductive part of the 1st electrode 3 is reliably insulated from the plasma in the discharge space 2b. Therefore, it is possible to prevent abnormal discharge at the first electrode 3 during plasma discharge and to stabilize the operating state of the plasma processing apparatus.
[0030]
As shown in FIG. 2, the first electrode 3 is provided with a large number of suction holes 3 e that open to the upper surface, and the suction holes 3 e communicate with suction holes 3 c provided inside the first electrode 3. The suction hole 3c is connected to a vacuum suction pump 12 through a gas line switching opening / closing mechanism 11, and the gas line switching opening / closing mechanism 11 supplies N gas as shown in FIG. ₂ A gas supply unit 13 and a He gas supply unit 14 for supplying helium gas are connected. By switching the gas line switching opening / closing mechanism 11, the suction hole 3c is connected to the vacuum suction pump 12, N ₂ The gas supply unit 13 and the He gas supply unit 14 can be selectively connected.
[0031]
By driving the vacuum suction pump 12 in a state where the suction hole 3c communicates with the vacuum suction pump 12, the silicon wafer 6 placed on the first electrode 3 by vacuum suction is held by vacuum suction from the suction hole 3e. . Accordingly, the suction hole 3e, the suction hole 3c, and the vacuum suction pump 12 serve as vacuum holding means for vacuum-sucking and holding the silicon wafer 6 by vacuum suction from the suction hole 3e opened on the upper surface 3g of the first electrode 3. Yes.
[0032]
Further, the suction hole 3c is set to N ₂ By connecting to the gas supply unit 13 or the He gas supply unit 14, nitrogen gas or helium gas can be supplied to the lower surface of the silicon wafer 6 from the adsorption hole 3e. As will be described later, the nitrogen gas is a blow gas for forcibly releasing the silicon wafer 6 from the mounting surface 3g, and helium gas is filled in the adsorption holes 3e for the purpose of promoting cooling of the silicon wafer during plasma processing. Gas for heat transfer.
[0033]
The first electrode 3 is provided with a cooling coolant channel 3 d, and the coolant channel 3 d is connected to the cooling mechanism 10. By driving the cooling mechanism 10, a coolant such as cooling water circulates in the coolant channel 3 d, and thereby the first electrode 3 and the protective tape 6 a on the first electrode 3 heated by the heat generated during the plasma processing. Is cooled. The refrigerant flow path 3d and the cooling mechanism 10 are cooling means for cooling the first electrode 3.
[0034]
A vacuum exhaust unit 8 is connected to an exhaust port 1a provided in communication with the exhaust space 2a of the processing chamber 2 via a valve opening mechanism 7, and the vacuum exhaust unit 8 is opened by opening the valve opening mechanism 7. , The inside of the processing chamber 2 of the vacuum chamber 1 is evacuated and the inside of the processing air 2 is depressurized. The vacuum exhaust unit 8 serves as a decompression unit that exhausts air from the exhaust port 1a formed in the exhaust space 2a to decompress the inside of the processing chamber 2.
[0035]
The first electrode 3 is electrically connected to the high frequency power supply unit 17 via the matching circuit 16. By driving the high-frequency power supply unit 17, a high-frequency voltage is applied between the second electrode 4 and the first electrode 3 that are electrically connected to the vacuum chamber 1 grounded to the ground unit 19, and thereby plasma is generated inside the processing chamber 2. Discharge occurs. The matching circuit 16 matches the impedance of the plasma discharge circuit that generates plasma in the processing chamber 2 and the high-frequency power supply unit 17. The first electrode 3, the second electrode 4, and the high frequency power supply unit 17 serve as plasma generation means for generating plasma for plasma processing the silicon wafer 6 placed on the placement surface.
[0036]
The first electrode 3 is connected to a DC power supply unit 18 for electrostatic attraction via an RF filter 15. By driving the electrostatic attraction DC power supply unit 18, negative charges are accumulated on the surface of the first electrode 3. In this state, the high-frequency power supply unit 17 is driven to generate plasma in the processing chamber 2, so that a DC circuit that connects the silicon wafer 6 placed on the first electrode 3 and the ground unit 19 becomes a processing chamber. 2 to form a closed DC circuit that sequentially connects the first electrode 3, the RF filter 15, the electrostatic power supply DC power supply unit 18, the grounding unit 19, the plasma, and the silicon wafer 6. A positive charge is accumulated in the silicon wafer 6.
[0037]
A Coulomb force acts between the negative charge accumulated in the first electrode 3 and the positive charge accumulated in the silicon wafer 6, and the Coulomb force causes the silicon wafer 6 to pass through a protective tape 6a as a dielectric. It is held by the first electrode 3. At this time, the RF filter 15 prevents the high frequency voltage of the high frequency power supply unit 17 from being directly applied to the electrostatic adsorption DC power supply unit 18. The first electrode 3 and the DC power supply unit 18 for electrostatic attraction serve as electrostatic attraction means for holding the silicon wafer 6 that is a plate-like substrate on the first electrode by electrostatic attraction. The polarity of the electrostatic attraction DC power supply unit 18 may be positive or negative.
[0038]
Next, the detailed structure of the second electrode 4 will be described. The second electrode 4 includes a central electrode portion 4a and an overhang portion 4f made of an insulator that surrounds and surrounds the electrode portion 4a. The outer shape of the overhanging portion 4 f is larger than that of the first electrode 3, and is arranged in a shape spreading outward from the first electrode 3. A gas blowing part 4 e is provided at the center of the lower surface of the second electrode 4. The gas blowing unit 4e supplies a plasma generating gas for generating plasma discharge in the discharge space 2b. The gas blowing part 4e is a member obtained by processing a porous material having a large number of micropores into a circular plate shape, and the plasma generating gas supplied into the gas retention space 4g is passed through these micropores. Then, it is uniformly blown into the discharge space 2b and supplied in a uniform state.
[0039]
A gas supply hole 4c communicating with the gas retention space 4g is provided in the support part 4b, and the gas supply hole 4c is connected to the plasma generating gas supply part 21 via the opening / closing valve 20. By driving the plasma generating gas supply unit 21 with the open / close valve 20 opened, the plasma generating gas containing the fluorine-based gas is supplied into the discharge space 2b from the gas blowing unit 4e.
[0040]
The second electrode 4 is provided with a cooling coolant channel 4 d, and the coolant channel 4 d is connected to the cooling mechanism 10. By driving the cooling mechanism 10, a coolant such as cooling water circulates in the coolant channel 4 d, thereby cooling the second electrode 4 whose temperature has been raised by heat generated during the plasma processing.
[0041]
As shown in FIG. 3, an opening 1b for taking in and out the processing object is provided on the side surface of the processing chamber 2 (see also FIG. 5). A door 22 that is raised and lowered by an opening / closing mechanism 23 is provided outside the opening 1b, and the opening 1b is opened and closed by raising and lowering the door 22. FIG. 4 shows a state in which the silicon wafer 6 is taken in and out with the door 22 lowered and the opening 1b opened. The suction head 25 held by the arm 25a enters the processing chamber 2 through the opening 1b in a state where the second electrode 4 is lifted by the lifting mechanism 24 to secure a transfer space on the first electrode 3. By doing so, the silicon wafer 6 is taken in and out. As shown in the above configuration, by adopting a configuration in which the exhaust space 2a can be secured widely, a wide inter-electrode distance can be secured when the second electrode 4 is raised, and the processing object can be easily put in and out. Can be done.
[0042]
Here, with reference to FIG. 5, the mutual planar positional relationship between the processing chamber 2, the first electrode 3, the silicon wafer 6 placed on the first electrode 3, and the second electrode 4 will be described. FIG. 5 shows a state in which the vacuum chamber 1 is horizontally cut, and the concentric circles shown in FIG. 5 indicate the inner surface 2c of the processing chamber 2 (vacuum chamber 1) and the outer surface 4h of the second electrode 4 in order from the outside. (See FIG. 6), the outer surface 3h of the first electrode 3, the boundary line P1 indicating the outer position of the silicon wafer 6, and the boundary line P2 on the upper surface of the first electrode 3 are shown.
[0043]
As can be seen from FIG. 5, the processing chamber 2 and the second electrode 4 are substantially cylindrical, and therefore the space S1 formed between the inner surface 2 c of the processing chamber 2 and the outer surface 4 h of the second electrode 4 is 2. A cylindrical shape sandwiched between two concentric cylindrical surfaces is partially cut out by an opening 1b.
[0044]
Next, a gas flow path for guiding the gas in the discharge space 2b in the outer peripheral direction and a gas exhaust path for exhausting the guided gas to the exhaust space 2a will be described. As shown in FIG. 6, when the second electrode 4 is lowered, the second electrode 4 is interposed between the inner surface of the processing chamber 2 (vacuum chamber 1) and the side surface 4h of the overhanging portion 4f of the second electrode 4. A space S1 having a substantially uniform gap G1 is formed over the entire circumference. This space S1 functions as a gas exhaust path for exhausting the gas in the discharge space 2b to the exhaust space 2a.
[0045]
Further, a space S2 having a shape having a substantially uniform gap G2 over the entire circumference of the second electrode 4 is provided between the lower surface of the overhanging portion 4f and the upper surface of the insulator 5A provided around the first electrode 3. It is formed. This space S2 functions as a gas flow path that guides the plasma generating gas supplied from the gas blowing part 4e into the discharge space 2b and the reaction gas generated by the plasma discharge in the outer circumferential direction.
[0046]
Here, the dimensions of each part are set so that both of the gaps G1 and G2 are narrower than the maximum dimension H (see FIG. 3) in the height direction of the exhaust space 2a. As a result, when the conductance indicating the ease of gas flow is compared, the conductance in the space S1 as the gas exhaust path and the space S2 as the gas flow path can be made smaller than the conductance in the exhaust space 2a.
[0047]
The flow state of the plasma generating gas in the processing chamber 2 under reduced pressure is a molecular flow state in which the mean free path of gas molecules is large. In this molecular flow state, the conductance is the space regardless of the pressure. Is proportional to the cube of the distance between the walls. Therefore, the smaller the G1 and G2 with respect to the dimension H, the smaller the conductance in the spaces S1 and S2 than the conductance in the exhaust space 2a. That is, in the plasma processing performed under reduced pressure, the gas flows more easily in the exhaust space 2a than in the gas flow in the spaces S1 and S2.
[0048]
Therefore, when the gas in the discharge space 2b is exhausted through the exhaust port 1a during the plasma processing, the gas flowing from the space S1 into the exhaust space 2a has a high conductance and is quickly exhausted through the exhaust port 1a. The distribution of the gas flow state in the exhaust space 2a does not vary greatly. For this reason, the gas flowing into the exhaust space 2 a from the space S 1 is realized in a substantially uniform inflow state over the entire circumference of the second electrode 4. Similarly, when the gas in the space S2 flows into the space S1, a substantially uniform flow is realized over the entire circumference of the second electrode 4. Thereby, the state of the gas in the discharge space 2b is made uniform, and the etching distribution by the plasma processing can be made uniform.
[0049]
This plasma processing apparatus is configured as described above, and the plasma processing method will be described below with reference to the drawings. In this plasma treatment, the silicon wafer 6 having the protective tape 6a as an insulating layer on the surface is held on the upper surface of the first electrode 3 by electrostatic adsorption, and the plasma treatment is performed while the first electrode 3 is cooled. Is.
[0050]
First, a silicon wafer 6 as a processing object is transferred into the processing chamber 2 and placed on the first electrode 3. Thereafter, the opening 1b is closed, and the vacuum suction pump 12 is driven, whereby vacuum suction is performed through the suction holes 3e and the suction holes 3c, and the silicon wafer 6 is in vacuum contact with the upper surface 3g of the first electrode 3. Retained by adsorption.
[0051]
Next, after the evacuation unit 8 is driven to evacuate the processing chamber 2, the plasma generating gas supply unit 21 supplies the plasma generating gas into the processing chamber 2. After that, the electrostatic adsorption DC power supply unit 18 is driven to apply a DC voltage, and the high frequency power supply unit 17 is driven to start plasma discharge. As a result, plasma is generated in the discharge space 2b, and the plasma treatment for the silicon wafer 6 is performed. In this plasma treatment, an electrostatic adsorption force is generated between the first electrode 3 and the silicon wafer 6, and the silicon wafer 6 is held on the first electrode 3 by the electrostatic adsorption force.
[0052]
In this electrostatic adsorption, as shown in FIG. 2, the central portion D of the protective tape 6 a of the silicon wafer 6 is brought into contact with the upper surface central portion A of the second electrode 3, and the outer edge E of the protective tape 6 a is connected to the second electrode 3. It is placed in contact with the insulating coating layer 3f in the upper peripheral portion B of the substrate. The silicon wafer 6 is electrostatically adsorbed by the upper surface central portion A mainly using the central portion D of the protective tape 6a as a dielectric for electrostatic adsorption, and the outer edge E of the protective tape 6a is insulated by an insulating coating layer. By intimate contact with 3f, the plasma and the upper surface central portion A of the first electrode 3 are insulated.
[0053]
Thereafter, the gas line switching opening / closing mechanism 11 is driven to turn off the vacuum suction, and back He is introduced. That is, after releasing the holding of the silicon wafer 6 to the first electrode 3 by vacuum suction, helium gas for heat transfer is supplied from the He gas supply unit 14 through the suction hole 3b and filled in the suction hole 3e. . In this plasma processing, the first electrode 3 is cooled by the cooling mechanism 10, and the heat of the silicon wafer 6 heated by the plasma processing is transferred to the first electrode 3 through helium gas, which is a gas having high heat conductivity. By doing so, the silicon wafer 6 is efficiently cooled.
[0054]
When the discharge is finished after a predetermined plasma processing time has elapsed, the back He is stopped and the vacuum suction is turned on again. As a result, the silicon wafer 6 is held on the first electrode 3 by the vacuum suction force instead of the electrostatic suction force that disappears when the plasma discharge ends.
[0055]
Thereafter, the electrostatic power supply DC power supply unit 18 is stopped to turn off the DC voltage, and the atmosphere release mechanism 9 is driven to release the atmosphere in the processing chamber 2. Thereafter, the gas line switching opening / closing mechanism 11 is driven again to turn off the vacuum suction, and then the wafer is blown. That is, nitrogen gas is supplied through the suction hole 3 c and ejected from the suction hole 3 e, and the silicon wafer 6 is detached from the first electrode 3. When the opening 1b is opened and the silicon wafer 6 is transferred to the outside of the processing chamber 2, the wafer blow is turned off and one cycle of the plasma processing is completed.
[0056]
As described above, in the plasma processing shown in the present embodiment, the object to be processed is disposed above the second electrode 4 disposed so as to be movable up and down facing the first electrode 3 on which the object to be processed is placed. A wide exhaust space 2a that also serves as an ascending / descending allowance for the second electrode 4 when an object is taken in and out is secured. Thereby, the conductance in the discharge space 2b can be made sufficiently larger than the conductance in the gas flow path or the gas exhaust path from the discharge space 2b below the second electrode 4 to the exhaust space 2a. It can be performed uniformly without bias.
[0057]
Therefore, it is possible to save a large volume of exhaust space as a pressure buffer required for exhausting the plasma without bias in the conventional plasma processing apparatus, and realize a compact plasma processing apparatus while ensuring uniform etching distribution. can do.
[0058]
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a side sectional view of the plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is a plasma processing apparatus including the first electrode 3 and the second electrode 4 having the same configuration as that of the first embodiment. As shown in FIG. A concave groove 1c is provided in a range facing the outer surface of the second electrode 4 on the wall surface. As a result, the space S1 as the gas exhaust passage can be secured as in the first embodiment, and the external dimensions of the vacuum chamber 1 can be reduced to promote the compactness of the apparatus.
[0059]
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a side sectional view of the plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a partial sectional view of the plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, in the plasma processing apparatus having the same configuration as that of the first embodiment, as shown in FIG. 8, the shape of the protruding portion 40f of the second electrode 40 is changed from that of the protruding portion 4f in the first embodiment. It is a thing.
[0060]
As shown in FIG. 9, a space S 1 of the gap G 1 is formed over the entire circumference of the second electrode 40 between the inner surface of the processing chamber and the side surface of the overhang portion 40 f formed of an insulator. The space S1 has the same configuration as that of the first embodiment, and similarly functions as a gas exhaust path that guides the gas in the discharge space to the exhaust space. The lower surface of the overhanging portion 40f extends below the lower surface of the gas blowing portion 40e, and the lower surface of the overhanging portion 40f is parallel to the upper surface of the insulator 5A when the second electrode 40 is lowered. Thus, the gap G3 in the space S20 formed between the lower surface of the overhanging portion 40f and the 0 upper surface of the insulator 5A is smaller than the gap G2 shown in the first embodiment.
[0061]
This space S20 is formed with a substantially uniform gap over the entire circumference of the second electrode 40 between the upper surface of the insulator 5A and the lower surface of the overhanging portion 40f, and the gas flowing in the discharge space flows outward. It is a flow path. This gas flow path has a substantially hollow disk shape formed surrounding the discharge space below the second electrode 40 in the substantially cylindrical processing chamber 2.
[0062]
By adopting the above configuration, a narrow gap space S20 having a length in the radial direction can be formed, and uniform between the outer surface of the overhanging portion 40f and the inner surface of the processing chamber 2 over the entire circumference. Even when it is difficult to form a simple gas exhaust path, similarly to the effect of the gas exhaust path shown in the first embodiment, the gas flow is made uniform, the pressure distribution in the discharge space is made uniform, and the etching rate is made uniform. Can do. Further, by enclosing the outer periphery of the discharge space with the narrow gap space 20, the plasma can be confined in the discharge space, and the effect of improving the efficiency of the plasma processing is obtained.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, the gap in the gas exhaust path for exhausting the gas in the discharge space below the second electrode in the processing space to the exhaust space above the second electrode is greater than the maximum dimension in the height direction of the exhaust space. In addition, the conductance in this gas exhaust passage is made smaller than the conductance in the exhaust space by setting it to be narrow, so that the gas exhaust can be performed uniformly and with a compact plasma while ensuring uniform etching distribution. A processing device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of a first electrode of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a side sectional view of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional plan view of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial sectional view of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side sectional view of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a side sectional view of a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Vacuum chamber
1a Exhaust port
1b opening
2 treatment room
2a Exhaust space
2b Discharge space
3 First electrode
3f Insulation coating layer
4, 40 Second electrode
4e Gas outlet
4f, 40f overhang
6 Silicon wafer
8 Vacuum exhaust part
17 High frequency power supply

Claims

A processing chamber capable of forming a sealed processing space, a first electrode disposed in a state where an upper surface holding a processing object is exposed at a central portion of the bottom of the processing chamber, and a first electrode in the processing chamber A second electrode which is disposed in a shape spreading outward from the first electrode and can be moved up and down by an elevating mechanism, and has a central conductor and an overhang portion made of an insulator on the outer periphery. An exhaust space and a discharge space respectively formed above and below the second electrode in the processing space in a state where the second electrode is lowered by the lifting mechanism, and a processing object provided on a side surface of the processing chamber An opening for taking in and out, a gas blowing part for supplying a plasma generating gas to the discharge space formed at the center of the lower surface of the second electrode, and exhausting from an exhaust port formed in the exhaust space Depressurize the processing space A gas exhaust passage that is formed with a substantially uniform gap between the empty exhaust portion, the inner surface of the processing chamber, and the side surface of the second electrode over the entire circumference of the second electrode, and exhausts the gas in the discharge space to the exhaust space And a high-frequency power source that generates plasma in the discharge space by applying a high-frequency voltage to the first electrode, and the gap of the gas exhaust path is set narrower than the maximum dimension in the height direction of the exhaust space As a result, the conductance in the gas exhaust passage is made smaller than the conductance in the exhaust space, and the exhaust space is a wide exhaust space that also serves as an ascending / descending allowance for the second electrode. A plasma processing apparatus, wherein a wide inter-electrode distance is secured in a raised state to secure a space for transporting a processing object on the first electrode .

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the processing chamber and the second electrode are substantially cylindrical, and the gas exhaust path is substantially cylindrical.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a portion surrounding the first electrode at the bottom of the processing chamber is made of an insulator.

A processing chamber capable of forming a sealed processing space, an insulator attached to the bottom of the processing chamber, and a surface surrounded by the insulator with the upper surface holding the processing object exposed. A first electrode, a second electrode facing the first electrode and extending outward from the first electrode in the processing chamber over the entire circumference, and movable up and down by a lifting mechanism; and the lifting and lowering When the second electrode is lowered by the mechanism, an exhaust space and a discharge space formed above and below the second electrode in the processing space, and a processing object provided on the side surface of the processing chamber, respectively. An opening of the second electrode, a gas blow-out portion that is formed at the center of the lower surface of the second electrode and supplies a gas for generating plasma to the discharge space, and an exhaust port formed in the exhaust space exhausts the processing space. Decrease An evacuation part to be formed, a gas flow path formed between the upper surface of the insulator and the lower surface of the overhang part with a substantially uniform gap over the entire circumference of the second electrode, and a high-frequency voltage applied to the first electrode A high-frequency power supply unit for generating plasma in the discharge space by applying a gas, and by setting the gap of the gas flow path narrower than the maximum dimension in the height direction of the exhaust space, A plasma processing apparatus, wherein a conductance is made smaller than a conductance in the exhaust space , and a concave groove is provided in a range facing the outer surface of the second electrode on the inner wall surface of the processing chamber .

The plasma processing apparatus according to claim 4 , wherein a lower surface of the overhang portion and an upper surface of the insulator are parallel to each other.

The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the processing chamber and the second electrode have a substantially cylindrical shape, and the gas flow path has a substantially hollow disk shape.

The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein a lower surface of the protruding portion protrudes downward from a lower surface of the gas blowing portion.

The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the projecting portion is made of an insulator.

Between the inner surface of the processing chamber and the side surface of the overhang portion, a gas exhaust path having a gap that is substantially uniform over the entire circumference of the second electrode and narrower than the maximum dimension in the height direction of the exhaust space is formed. The plasma processing apparatus according to claim 4 .

The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the processing chamber and the second electrode are substantially cylindrical, and the gas exhaust path is substantially cylindrical.