JP4001354B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマエッチング装置やプラズマ成膜装置などのプラズマ処理装置（プラズマリアクタ）に関し、ＩＣ（半導体デバイス）やＬＣＤ（液晶表示パネル）あるいはＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）など高精度の製造工程において基板等を処理対象としてプラズマ処理すなわちプラズマ反応に基づく処理を行わせるのに好適なプラズマ処理装置に関する。
詳しくは、プラズマ処理に際して被処理物を乗載させておく電極についての改良に関する。
【０００２】
【背景の技術】
プラズマ処理装置の典型例として図４に全体構造の模式図を示したエッチング装置は、対向電極となる一対の平行平板の間にプラズマ空間を形成してシリコンウエハ等の基板（被処理物）を対象にエッチング処理（プラズマ処理）を行ういわゆる平行平板形エッチャー（ＲＩＥ）である。このような平行平板形のプラズマ処理装置は、一対の平行平板３，１０が上下に又は左右に並んで真空チャンバ４，５内に設けられていて、両平板３，１０間に形成されたプラズマ空間にプラズマ２を発生させ又は導入するとともにそのプラズマ空間（２）内に所定の処理ガスＡ等も導入する。そして、プラズマ空間（２）にてプラズマ反応を行わせ、これによってプラズマ空間（２）内の基板１表面に対してエッチング処理を施すようになっている。
【０００３】
この場合、プラズマの維持に必要な真空状態を確保するために、上の解放した箱状の真空チャンバ本体部４に対してその上部に開閉可能な真空チャンバ蓋部５が取着され、底部または側部には真空圧制御用の可変バルブ６を介在させてターボポンプ等の真空ポンプ７が接続される。
また、プラズマ２の励起やプラズマ処理の異方性強化などのために、プラズマ空間に臨む対向電極のうちプラズマ処理に際して被処理物を乗載させておく電極となるカソード部１０に対し、ブロッキングキャパシタ８を介してＲＦ電源９が接続される。ＲＦ電源９は、５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの周波数で出力パワーの可変なものがよく用いられ、接地されたアノード部３との間に交番電界を印加するとともにバイアス電圧も発生させるようになっている。
【０００４】
【従来の技術】
このようなカソード部１０すなわち被処理物乗載用の電極は、ウエハ１に印加するバイアス電圧を高めるために、電極のうち被処理物乗載面のところに緩衝層および絶縁体層が積層され、而もその際に緩衝層が中間層にされ絶縁体層が上層にされ、その絶縁体層には層状の導体が埋め込まれる。
図５にそのような電極の縦断面構造図を示したが、この図は、カソード部１０のうち上面のところに積層された部分を特に縦方向に拡大して層構造を明示したものである。
【０００５】
カソード部１０の上面には、接着剤１１，絶縁体膜１２，接着剤１３，金属膜１４，及び絶縁体膜１５がそれぞれ層状で順に積み上げられており、ウエハ１をカソード部１０に乗せたときカソード部１０に直接乗るのでなくそれらの積層物を介して間接的に乗るようになっている。なお、金属膜１４の層は、広がりが他の層の広がりよりも狭い範囲に抑えられて、接着剤１３と絶縁体膜１５との層間に埋もれたものとなっている。
【０００６】
これらのうちカソード部１０は、アルミニウム等の金属からなる板・筒・棒状体であり、接着剤１１の層は、エポキシ系等の非導電性の接着剤からなる厚さ８０μｍ程度のものであり、絶縁体膜１２の層は、ポリイミド等の絶縁体からなる厚さ２５μｍ程度のものであり、接着剤１３の層は、エポキシ系等の非導電性の接着剤からなる厚さ２０μｍ程度のものであり、金属膜１４の層は、銅等の良導体からなる厚さ５〜２０μｍ程度のものであり、絶縁体膜１５の層は、ポリイミド等の絶縁体からなる厚さ５０μｍ程度のもの又はアルミナセラミック等の絶縁体からなる厚さ３００μｍ程度のものである。そして、これらのうち接着剤１１の層が緩衝層となり、絶縁体膜１２から絶縁体膜１５までの多層部が、導体を埋め込んだ絶縁体層となっている。
【０００７】
このような絶縁体層を形成するには、絶縁体膜１５の片面のうち所定の範囲に対しスパッタリング等によって金属膜１４を被着させておいてから、この上に接着剤１３を塗るとともに、絶縁体膜１２を張り付け、接着剤１３が固まるまで平行な挟持具等で挟んでおいて厚さが一定になるようにする。それから、カソード部１０の被処理物乗載面に適合する広さのところを残して余分な周辺部分を切り落とす。
こうして、導体１４を埋め込んだ絶縁体層１２〜１５ができあがると、カソード部１０の被処理物乗載面のところに接着剤１１を塗り、その上に絶縁体膜１２が来るようにして絶縁体層１２〜１５を乗せ、絶縁体層１２〜１５の位置をカソード部１０の被処理物乗載面のところに一致させてから、接着剤１１の厚さが一定になるよう平坦な治具で押さえる。接着剤１１のはみ出した部分は接着剤１１が固まってから除去する。
【０００８】
こうして、カソード部１０が、緩衝層１１を介在させて絶縁体層１２〜１５を積層したものとなり、さらに真空チャンバ本体部４に収められて、プラズマ処理に供される。その際、プラズマ処理に伴う熱によって真空チャンバ内の各部材が熱膨張し、しかも熱膨張率の異なる絶縁体層１２〜１５とカソード部１０とで熱膨張の仕方が相違するため、緩衝層１１が無いと相対的に薄い絶縁体層１２〜１５に対して不所望な変形力や引き剥がそうとする力が強く掛かってしまうのに対し、緩衝層１１が存在することによってそのような力の影響が緩和される。
【０００９】
そして、ＲＦ電源９からカソード部１０に高周波が印加されると、上記のそれぞれの部材の誘電率および厚さに基づいて定まるバイアス電圧が、ウエハ１にも印加される。
具体的には、接着剤１１，１３と絶縁体膜１２，１５との誘電率がほぼ同じとして、ウエハ１に所望のバイアス電圧を掛けるために周波数４００ｋＨｚの高周波を３００Ｗのパワーで供給した場合、カソード部１０にはピーク対ピーク（Ｖｐｐ）で約３０００Ｖの電圧が印加されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のプラズマ処理装置では、被処理物にバイアス電圧を印加させるために電極に対して絶縁体層が接着されるが、その接着剤の層が、両者の熱膨張の差を緩和するための緩衝層も兼ねているため、単に接着するだけよりも厚くされる。このため、絶縁体層および緩衝層に依存して決まる被処理物と電極との間における容量は、緩衝層の無い状態に比べて小さくなる。
そして、この容量が小さいと、被処理物に所望のバイアス電圧を掛けるため電極に印加する電圧を高くしなければならない。
【００１１】
しかしながら、電極に印加される電圧が高いと、電極にまつわる異常放電が発生しやすい。異常放電が起きると、プラズマが乱れ、プラズマ処理が損なわれることになる。このため、電極に印加する電圧はできるだけ低く抑えたいのであるが、絶縁体層や緩衝層をこれ以上薄くするのは難しいうえ、それらのところに誘電率の高い別の部材を採用するのも絶縁性や接着性の観点からやはり難しい。
そこで、緩衝層等の厚さや材質に従来のものを踏襲しながら、その緩衝層等のところの容量を増大させるよう工夫することが課題となる。
【００１２】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電極に異常放電の起こり難いプラズマ処理装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために発明された第１乃至第３の解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【００１４】
［第１の解決手段］
第１の解決手段のプラズマ処理装置は（、出願当初の請求項１に記載の如く）、プラズマ空間に臨む被処理物乗載用の電極と、この電極に対し緩衝層を介在させて付設された絶縁体層とを備えたプラズマ処理装置において、前記緩衝層が導電性接着剤の含まれたものであることを特徴とする。
すなわち、（第１の導体を層状に埋め込んだ又はそのような導体の埋め込まれていない）絶縁体層が（少し厚めの接着層からなる）緩衝層を介して積層された電極を有し、この電極に被処理物を乗載させてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記緩衝層のうち少なくとも中央部分には導電性接着剤が用いられていることを特徴とする。
【００１５】
このような第１の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、絶縁性から導電性になった緩衝層のところが電気的には絶縁体層ではなく電極の延長部として機能することから、電極と被処理物との間の容量が、緩衝層および絶縁体層の厚さでなくほぼ絶縁体層の厚さだけに基づいて定まることになるので、緩衝層と被処理物との間の容量に等しくなる或いは近づく。
【００１６】
これにより、電極と被処理物との間の実質的な容量が増大して、電極に直接印加される電圧が低くてもバイアス電圧は足りるようになるので、電極にまつわる異常放電が起こり難くなる。
したがって、この発明によれば、電極に異常放電の起こり難いプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１７】
［第２の解決手段］
第２の解決手段のプラズマ処理装置は（、出願当初の請求項２に記載の如く）、上記の第１の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記緩衝層のところに（も第２の）導体が（やはり層状で）埋め込まれていることを特徴とする。
【００１８】
ここで、上記の「緩衝層のところに…埋め込まれ」とは、緩衝層に位置して埋め込まれていれば該当するという意味である。例えば、緩衝層に用いられた部材によってのみ埋め込まれていれば勿論該当するが、緩衝層に用いられた部材によってのみ埋め込まれている必要は無く、緩衝層に用いられた部材と他の隣接部材とによって埋め込まれていても該当する。
【００１９】
このような第２の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、導体のところで電位が均一化されることから、接着剤固化時の状況等に応じて導電性が不安定・不均一になりやすい緩衝層の導電性接着剤のところで電位分布が不均一になったとしても導体の存在によってその不均一が打ち消される。
これにより、固化時の状況等を気にしないで導電性接着剤を緩衝層に用いることができるので、性能が安定するとともに製造工程が容易なものとなる。
したがって、この発明によれば、電極に異常放電の起こり難いプラズマ処理装置を容易に実現することができる。
【００２０】
［第３の解決手段］
第３の解決手段のプラズマ処理装置は（、出願当初の請求項３に記載の如く）、上記の第１，第２の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記緩衝層のうち辺縁部に非導電性の部材が配されていることを特徴とする。
【００２１】
このような第３の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、緩衝層のうち中央部が電気的に電極の延長部として機能するようになっても、緩衝層のうち辺縁部は依然として絶縁体層の延長部として機能することから、緩衝層の外側面にまつわる異常放電が発生し難いという状態は、損なわれること無く維持される。
これにより、電極と被処理物間の容量増大に基づく異常放電の抑止効果を減殺させる要因が取り除かれるので、その抑止効果を確実に享受することができることとなる。
したがって、この発明によれば、電極に異常放電の一層起こり難いプラズマ処理装置を実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明のプラズマ処理装置についての実施形態を第１〜第３実施例により具体的に説明するが、第１実施例は、上述した第１，第２解決手段を具現化したものであり、第２，第３実施例は、上述の第３解決手段をも具現化したものである。なお、背景の技術において述べたことは何れの実施例にも共通するので、その再度の説明は割愛し、以下、従来例との相違点を中心に説明する。
【００２３】
【第１実施例】
本発明のプラズマ処理装置の第１実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、その電極の縦断面構造図であり、従来例における図５に対応したものである。
このプラズマ処理装置が従来例のものと相違するのは、非導電性の接着剤１１に代えて導電性の接着剤１１０が緩衝層に用いられている点と、絶縁体膜１２と接着剤１１０との境界面のうち中央部分に対し金属膜１１１が新たに設けられている点である。
【００２４】
接着剤１１０からなる緩衝層は、厚さが従来通り８０μｍ程度であるが、接着剤１１に炭素粉や銀ペーストが混入されたことで、導電性を示すものとなっている。
金属膜１１１の層は、金属膜１４と同様に銅等の良導体からなる厚さ５〜２０μｍ程度のものであり、絶縁体膜１２を絶縁体膜１５に張り付けるより前に予め絶縁体膜１２の片面のうち所定の範囲に対しスパッタリング等によって被着させておくことで、形成されたものである。
【００２５】
これにより、電極と絶縁体層との間に介在する緩衝層は、その中央部分ばかりか全域に亘って導電性接着剤が含まれたものであって、而も、そのところにも第２の導体が埋め込まれたものとなっている。
【００２６】
このようなプラズマ処理装置を作動させた場合、熱膨張率の異なる絶縁体層１２〜１５とカソード部１０とに関し、絶縁体層１２〜１５に掛かる不所望な変形力や引き剥がそうとする力の影響が緩衝層１１の存在によって緩和される。こうして、緩衝層の機能すなわち緩衝機能および接着機能は損なわれること無く従来通り維持される。
【００２７】
そして、ＲＦ電源９からカソード部１０に高周波が印加されると、上記のそれぞれの部材の誘電率および厚さに基づいて定まるバイアス電圧が、ウエハ１にも印加される。
具体的には、接着剤１１１を除いた絶縁体膜１２と接着剤１３と絶縁体膜１５との厚さに基づいて、カソード部１０とウエハ１との間の容量が、接着剤１１の厚さも含む従来例のものに比べて（（８０＋２５＋２０＋５０）／（２５＋２０＋５０））倍に増加する。
【００２８】
そこで、周波数４００ｋＨｚの高周波を３００Ｗのパワーで供給する場合、ウエハ１に所望のバイアス電圧を掛けるためには、カソード部１０に対してピーク対ピーク（Ｖｐｐ）で約１６００Ｖの電圧を印加すれば足りることになる。
こうして、カソード部１０の印加電圧を従来より低く抑えた状態でウエハ１にプラズマ処理を施すことができる。
【００２９】
【第２実施例】
図２に電極の縦断面構造図を示した本発明の第２実施例のプラズマ処理装置が上記の第１実施例のものと相違するのは、導電性接着剤１１０の範囲が緩衝層の中央部分に限縮され緩衝層の辺縁部分には非導電性の接着剤１１３が用いられている点と、カソード部１０の上面に逃げ溝１１２が形成されている点とである。接着剤１１３は、接着剤１１と同様のものが用いられる。
これにより、電極と絶縁体層との間に介在する緩衝層は、そのうちの中央部分には導電性接着剤および導体が含まれるとともに、そのうちの辺縁部には非導電性の部材が配されたものとなっている。
【００３０】
逃げ溝１１２は、緩衝層を中央部と辺縁部とに画する境界に対応して円環状や矩形状に彫り込んで形成されている。そして、カソード部１０の上面に接着剤１１０及び接着剤１１３を塗ってから絶縁体層１２〜１５をカソード部１０に張り付けた際に押されて溢れ出ようとする接着剤を流し込ませて逃がすようになっている。
【００３１】
このようなプラズマ処理装置の場合、ＲＦ電源９からカソード部１０に高周波が印加され、その際にカソード部１０の電位が大きく振れて、それに伴って接着剤１１０や金属膜１１１の電位も大きく変化した場合でも、接着剤１１３の電位は、それらと絶縁されているので、それほど大きくは変化しない。
こうして、緩衝層の中央部分すなわち緩衝層のうち辺縁部分を除くその内側のところには高い電圧が掛かっても、異常放電のまつわる緩衝層の外側面にはそれより低い電圧しか掛からないで済む。
【００３２】
【第３実施例】
図３に電極の縦断面構造図を示した本発明の第３実施例のプラズマ処理装置が上記の第２実施例のものと相違するのは、緩衝層の辺縁部における接着剤１１３のところに対しその代わりに絶縁体膜１１４が置かれている点である。
絶縁体膜１１４は、ポリイミド等の絶縁体からなる厚さ８０μｍ程度のフィルムが中央部を打ち抜かれて環状に形成されたものである。
これにより、この場合も、電極と絶縁体層との間に介在する緩衝層は、そのうちの中央部分には導電性接着剤および導体が含まれるとともに、そのうちの辺縁部には非導電性の部材が配されたものとなっている。
【００３３】
このようなプラズマ処理装置の場合、絶縁体層１２〜１５をカソード部１０の被処理物乗載面すなわちその上面に接着させる際に、緩衝層の厚さを一定にさせるための専用の治具等が無くても、単に押さえ付けるだけで簡単に、絶縁体膜１１４の厚みに基づき緩衝層の厚さが一意に定まる。
こうして、電極に異常放電の一層起こり難いプラズマ処理装置を容易に製造することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、緩衝層が電極の延長部としても機能するようにしたことにより、電極と被処理物との間の実質的な容量が増大して、その結果、電極に異常放電の起こり難いプラズマ処理装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００３５】
また、本発明の第２の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、導電性接着剤のところでも電位分布が均一になるようにしたことにより、電極に異常放電の起こり難いプラズマ処理装置を容易に実現することができたという有利な効果を奏する。
【００３６】
さらに、本発明の第３の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、緩衝層のうち中央部だけが電極の延長部として機能するようにしたことにより、電極に異常放電の一層起こり難いプラズマ処理装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプラズマ処理装置の第１実施例について、電極の縦断面構造図である。
【図２】 本発明の第２実施例について、電極の縦断面構造図である。
【図３】 本発明の第３実施例について、電極の縦断面構造図である。
【図４】 プラズマ処理装置の全体構造についての模式図である。
【図５】 従来の電極の縦断面構造図である。
【符号の説明】
１ ウエハ（基板、被処理物）
２ プラズマ
３ アノード部（平行平板の一方、上部電極、対向電極）
４ 真空チャンバ本体部
５ 真空チャンバ蓋部
６ 可変バルブ（圧力制御機構、排気手段）
７ 真空ポンプ（真空圧発生源、排気手段）
８ ブロッキングキャパシタ
９ ＲＦ電源（高周波印加回路）
１０ カソード部（平行平板の他方、下部電極、被処理物乗載電極、電極）
１１ 接着剤（絶縁性接着剤、非導電性接着層、緩衝接着層、緩衝層）
１２ 絶縁体膜（絶縁体薄板、封着絶縁層、導体埋込絶縁体層、絶縁体層）
１３ 接着剤（絶縁性、非導電性接着層、封着接着層、導体埋込絶縁体層）
１４ 金属膜（埋込導体箔、導電性埋込層、第１導体、導体埋込絶縁体層）
１５ 絶縁体膜（絶縁体薄板、封着絶縁層、導体埋込絶縁体層、絶縁体層）
１１０ 接着剤（導電性接着層、緩衝接着層、緩衝層）
１１１ 金属膜（良導体箔、導電性埋込層、第２導体、導体）
１１２ 逃げ溝（接着剤溢出空間、仕切溝）
１１３ 接着剤（環状絶縁性接着剤、非導電性接着部材、緩衝層辺縁部）
１１４ 絶縁体膜（環状絶縁体板、非導電性介挿部材、緩衝層辺縁部）

Claims (3)

1. プラズマ空間に臨む被処理物乗載用の電極を備えたプラズマ処理装置において、
   前記電極の表面には、前記電極に近い方から、導電性接着剤層、第２の金属膜層、第２の絶縁体層、接着剤層、第１の金属膜層、第１の絶縁体層が順に積み上げられており、
   前記第１の金属膜層および前記第２の金属膜層は前記電極の中央部分にのみ存在することを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記導電性接着剤層の辺縁部には非導電性部材が配されていることを特徴とする請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
3. 前記電極の表面の前記導電性接着剤層と前記非導電性部材との境界に対応して逃げ溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載されたプラズマ処理装置。

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