JP3935642B2 - プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の電子デバイスの製造に利用されるドライエッチング等のプラズマ処理装置及び方法に関し、特に真空処理室内のガスを電磁波を用いて励起して発生させたプラズマを利用するプラズマ処理装置及び方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
真空処理室内のガスを電磁波を用いて励起し、発生したプラズマを利用して基板を処理するプラズマ処理装置においては、その誘電体からなる天板から基板面に向けてシャワー状に均一にガスを吹き出すように構成されている。
【0003】
この種の従来のプラズマ処理装置の概略構成を図3に示す。図3において、真空処理室21の上壁が誘電体から成る上側と下側の天板22、23にて構成され、かつ上側の天板22上にコイル24が配設されて高周波電源25に接続されている。また、上側の天板22に設けたガス導入経路26を通してガスを導入し、上下の天板22、23の間に設けた溝からなるガス経路27、及び下側の天板23に設けたガス吹き出し穴28を通して真空処理室21内に均等な状態でガスが吹き出すように構成されている。
【0004】
真空処理室21内のガスは、コイル24に高周波電源25から高周波電力を印加することによって発せられた電磁波により励起され、生じたプラズマによって真空処理室21内の基板ステージ29上に載置された基板30が処理される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、プラズマ処理を行う場合、真空処理室21内の目的の場所に均一にプラズマを生じさせることで基板上の薄膜を均一に加工することができるが、そのように均一にプラズマを生成させる手段としてプロセスガスを基板面に均一になるように供給することが有効であるとされている。
【0006】
しかし、従来のガスの吹き出し方法では、上側と下側の天板22、23が完全に密着していなければ両者の間に隙間が生じ、上下の天板22、23間に設けた溝からなるガス経路27以外の部分にもプロセスガスが流入し、そのためにプロセスガスを基板面に対して均一に供給することが難しいという問題を引き起こしていた。
【0007】
また、上下の天板22、23間に導入したガスにより、下側の天板23は常にガス圧を受けることになり、従って下側の天板23にはそのガス圧に耐えることのできる素材を選定することが要求される。天板23の選定に際しては、真空処理室21内に発生させるプラズマに対して耐プラズマ性のある素材を選定しなければならず、そのために素材によってはガス圧に耐え得るための強度を持たせるために天板23の板厚を大きくしなければならない。しかしながら、天板23の板厚を大とした場合、コイル24から発せられる電磁波が板厚に比例して弱められ、真空処理室21内に発生するプラズマ密度が下がるという問題があった。
【0008】
さらに、プラズマ処理を行う場合、処理中に生じる副生成物等が天板に付着し、その付着物が成長とともに天板23より落下して基板30表面を汚染するのを防止する目的で、処理中に天板23を加熱し、副生成物の付着を防止することが有効とされている。
【0009】
しかし、下側の天板23に真空処理室21内に発生させるプラズマに対して耐プラズマ性のある素材を用いても、上下の天板22、23間にガスを分布させる構造のため、下側の天板23はプラズマに励起される前のプロセスガスにも直接曝されることになり、そのために下側の天板23の素材がプロセスガスに対する耐蝕性に劣っていれば、下側の天板23はプロセスガスによって浸食され、天板23を加熱することで浸食はさらに加速されるという問題があった。
【0010】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、基板面へのガスの吹き出しを均一化できるとともに天板にかかる負荷を抑制できて、均一に高密度なプラズマを生成させることができ、またプラズマに励起される前のプロセスガスに天板が曝されるのを抑制できるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、真空処理室内にガスを供給するためのガス供給手段と、真空処理室内を排気するための排気手段と、真空処理室の誘電体からなる天板上に配設されたコイルとを備え、コイルから真空処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させ、真空処理室内の基板ステージ上に載置された基板を処理するように構成されたプラズマ処理装置において、天板内の1点を通過点として形成された1又は複数の空洞から成るガス主通路と天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布する手段を設けたプラズマ処理装置であって、天板を第1の天板と第2の天板からなる2枚構成とし、第1の天板にガス主通路とガス吹き出し穴を形成し、第2の天板にガス吹き出し穴と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴を形成し、かつ第2の天板に形成した貫通穴の口径を、第1の天板に形成したガス吹き出し穴の口径よりも大きくしたことを特徴とする。本発明によればガス圧にて天板の板面間に隙間を生じてガス分布が不均一になるというようなことがなく、またガス圧による負荷が天板に加わることもなく、負荷に耐えるように板厚を大きくする必要もないので、基板上へのガス分布を均等にして真空処理室内の目的の場所に均一にかつ高密度のプラズマを生じさせることができる。
【0012】
また、天板を第1の天板と第2の天板からなる2枚構成とし、第1の天板にガス主通路とガス吹き出し穴を形成し、第2の天板にガス吹き出し穴と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴を形成しているので、天板を2枚構成としても第2の天板にガス圧が作用するのを防止でき、第2の天板の板厚を薄くできてプラズマ密度を高くできるとともに、両天板間がプラズマに励起される前のプロセスガスに曝されるのを抑制でき、第2の天板は耐プラズマ性のある素材の選定を重要視すればよく、最適な素材を選定することができる。
【0013】
さらに、第2の天板に形成した貫通穴の口径を、第1の天板に形成したガス吹き出し穴の口径よりも大きくしているので、第2の天板にガス圧が作用するのをさらに確実に防止できる。
【0014】
また、本発明のプラズマ処理方法は、真空処理室内にガスを供給しながら排気して所定の圧力に制御し、真空処理室の誘電体からなる天板上に配設されたコイルにより電磁波を放射することによって真空処理室内にプラズマを発生させ、真空処理室内の基板ステージ上に載置された基板を処理するプラズマ処理方法において、天板内の1点を通過点として形成された1又は複数の空洞から成るガス主通路及び天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布しながら処理するプラズマ処理方法であって、天板を第1の天板と第2の天板からなる2枚構成とし、第1の天板に形成されたガス主通路とガス吹き出し穴を通り、第2の天板にガス吹き出し穴と同じ位置に形成されたガス吹き出し用の貫通穴から基板にガスを分布させ、かつ第1の天板のガス主通路からガス吹き出し穴を通ったガスを、第2の天板の口径の大きい貫通穴から基板上に分布させることを特徴とする。本発明によれば上記プラズマ処理装置の上記作用効果が得られる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理装置及び方法の一実施形態について、図1、図2を参照して説明する。
【0017】
図1において、真空処理室1の上壁が誘電体から成る上側と下側の第1と第2の天板2、3にて構成され、かつ第1の天板2上に多重のコイル4が配設されて高周波電源5に接続されている。また、ガス導入経路6から第1の天板2に向けてプロセスガスを供給するように構成されている。第1の天板2には、ガス導入経路6に連通するように、内部の1点を通過点とする1又は複数の空洞から成るガス主通路7が形成され、かつこのガス主通路7に天板2の底面から到達するようにガス吹き出し穴8が形成されている。第2の天板3にはガス吹き出し穴8と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴9が形成されている。
【0018】
ガス主通路7を構成する空洞の断面形状は円形であっても、多角形であってもよく、その断面積は3〜20mm2 程度とすればよく、ガス吹き出し穴8は例えば直径0.5〜2mm程度とすればよい。また、貫通穴9はガス吹き出し穴8より大口径とされている。
【0019】
真空処理室1は排気経路10にて排気可能に構成され、真空処理室1内の下部には基板ステージ11が配設され、その上に被処理物である基板12を保持するように構成されている。
【0020】
以上の構成において、基板12の処理時には、基板ステージ11上に基板12を載置し、排気経路10から真空排気する。真空排気後は、ガス導入経路6からプラズマ処理に必要なプロセスガスを導入する。プロセスガスは、第1の天板2に設けたガス主経路7を通って第1の天板2内で均等に拡がり、ガス吹き出し穴8を通って第1及び第2の天板2、3間の境界面に一様に到達し、第2の天板3に設けたガス吹き出し用の貫通穴9を通って基板12上に均一に分布される。
【0021】
ここで、第2の天板3の貫通穴9は、第1の天板2のガス吹き出し穴8と同じ位置に配置され、かつガス吹き出し穴8より大口径であることにより、プロセスガスの導入あるいはN2 ガス等の不活性ガスによる大気開放の際に、ガス吹き出し穴8から吹き出したガスが貫通穴9から容易に通過するため、第1及び第2の天板2、3間にガスが拡散することがない。これにより、第2の天板3にはガス圧による負荷が発生することはなく、負荷に耐えるように第2の天板3の板厚を厚くする必要はなく、コイル4から真空処理室1内に伝播される電磁波が弱められる程度を抑制できる。
【0022】
こうして、真空処理室1内へのプロセスガスを導入した後、コイル4に高周波電源5から高周波電力を印加することにより、真空処理室1内のガスがコイル4から真空処理室1内に発せられた電磁波により励起され、天板2、3の下部で生じたプラズマによって真空処理室1内の基板ステージ11上に載置された基板12が処理される。
【0023】
また、本実施形態によれば、第1及び第2の天板2、3間にガスが拡散することがない構造のため、第2の天板3はプラズマに励起される前のプロセスガスに曝されることが抑制される。これにより、第2の天板3がプロセスガスに浸食されることが相当量抑制できるため、第2の天板3の素材として、耐プラズマ性のある最適な素材の選定を重要視すれば良くなる。
【0024】
また、第2の天板3に設けられる貫通穴9の口径は、真空処理室1内でプラズマ処理中に第2の天板3が温度上昇する場合には、第2の天板3の最高到達温度に応じて、第1の天板2の素材と第2の天板3の素材の線膨張係数の差を考慮して算出されている。これにより、常温であっても、最高到達温度であっても、常に第1の天板2のガス吹き出し穴8から吹き出したプロセスガスは第2の天板3の貫通穴9を容易に通過できる。
【0026】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置及び方法によれば、以上のように天板内の1点を通過点として天板内に形成された1又は複数の空洞から成るガス主通路と天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布するように構成したので、ガス圧にて天板の板面間に隙間が生じてガス分布が不均一になるというようなことがなく、またガス圧による負荷が天板に加わることもなく、負荷に耐えるように板厚を大きくする必要もないので、基板上へのガス分布を均等にして真空処理室内の目的の場所に均一にかつ高密度のプラズマを生じさせることができる。
【0027】
また、天板を第1の天板と第2の天板からなる2枚構成とし、第1の天板にガス主通路とガス吹き出し穴を形成し、第2の天板にガス吹き出し穴と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴を形成したので、天板を2枚構成としても第2の天板にガス圧が作用するのを防止でき、第2の天板の板厚を薄くできてプラズマ密度を高くできるとともに、両天板間がプラズマに励起される前のプロセスガスに曝されるのを抑制でき、第2の天板は耐プラズマ性のある素材の選定を重要視すればよく、最適な素材を選定することができる。
【0028】
さらに、第2の天板に形成した貫通穴の口径を、第1の天板に形成したガス吹き出し穴の口径よりも大きくしたので、第2の天板にガス圧が作用するのをさらに確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図2】同実施形態の天板におけるガス主通路、ガス吹き出し穴及び貫通穴の配設状態の模式平面図である。
【図3】従来例のプラズマ処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1 真空処理室
2 第1の天板
3 第2の天板
4 コイル
6 ガス導入経路
7 ガス主通路
8 ガス吹き出し穴
9 貫通穴
10 排気経路
11 基板ステージ
12 基板
Claims (2)
- 真空処理室内にガスを供給するためのガス供給手段と、真空処理室内を排気するための排気手段と、真空処理室の誘電体からなる天板上に配設されたコイルとを備え、コイルから真空処理室内に電磁波を放射することでプラズマを発生させ、真空処理室内の基板ステージ上に載置された基板を処理するように構成されたプラズマ処理装置において、天板内の1点を通過点として形成された1又は複数の空洞から成るガス主通路と天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布する手段を設けたプラズマ処理装置であって、天板を第1の天板と第2の天板からなる2枚構成とし、第1の天板にガス主通路とガス吹き出し穴を形成し、第2の天板にガス吹き出し穴と同じ位置にガス吹き出し用の貫通穴を形成し、かつ第2の天板に形成した貫通穴の口径を、第1の天板に形成したガス吹き出し穴の口径よりも大きくしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
- 真空処理室内にガスを供給しながら排気して所定の圧力に制御し、真空処理室の誘電体からなる天板上に配設されたコイルにより電磁波を放射することによって真空処理室内にプラズマを発生させ、真空処理室内の基板ステージ上に載置された基板を処理するプラズマ処理方法において、天板内の1点を通過点として形成された1又は複数の空洞から成るガス主通路及び天板の底面からガス主通路に到達するように形成されたガス吹き出し穴を通して基板面上へガスを分布しながら処理するプラズマ処理方法であって、天板を第1の天板と第2の天板からなる2枚構成とし、第1の天板に形成されたガス主通路とガス吹き出し穴を通り、第2の天板にガス吹き出し穴と同じ位置に形成されたガス吹き出し用の貫通穴から基板にガスを分布させ、かつ第1の天板のガス主通路からガス吹き出し穴を通ったガスを、第2の天板の口径の大きい貫通穴から基板上に分布させることを特徴とするプラズマ処理方法。
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