JP4104193B2 - 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、プラズマ成膜装置やプラズマエッチング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。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハ等を処理対象とするプラズマ処理装置は、真空チャンバ内に形成されたプラズマ処理空間にプラズマを発生させ又は導入するとともにそのプラズマ処理空間内に所定の処理ガス等も導入して、プラズマ処理空間にてプラズマ反応を行わせ、これによってプラズマ処理空間内の被処理物に対して成膜やエッチングといった表面処理等を施すようになっている。
そのような真空チャンバ部には、真空ポンプ等の排気系や、プラズマ励起用のＲＦ電源に加えて、処理ガスを導入するためのガス配管なども外付けされている。
【０００３】
真空チャンバ部に導入されるガスには、ＣＦ系ガス等の反応性ガスを含み励起されてプラズマとなる処理ガスの他、反応性では無いが励起されてプラズマとなるアルゴン等の非反応性ガスや、励起されることを予定しないヘリウム等の冷却ガスなどが挙げられ、これらは、種類や役割に応じて個別のガス配管により又は適宜混合されて共通のガス配管により真空チャンバ部へ送給される。
そして、このようなガス配管によるガス路は、ガス配管の先端が接続されたところから真空チャンバ部の内部へ延びており、最終的にはプラズマ処理空間に至って開口するように形成されている。なお、冷却ガスのガス路は、プラズマ処理空間内に被処理物が導入されているときにはその被処理物の裏側に至って開口する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなガス路の開口がプラズマに曝されたり、その開口周辺にプラズマ励起電圧に匹敵する電位差が生じたりすると、ガス路の中にまでプラズマが成長・発生してしまうことがある。しかも、かかる不所望な現象はプラズマ密度が高いほど或いは電位差が大きいほど更には開口が広いほど頻発する傾向がある。
このため、従来のプラズマ処理装置では、真空チャンバ部内のプラズマ処理空間に対するガス路の開口をプラズマから遠くてプラズマの来にくいところに形成するか、ガス路の開口を絞って細く形成する必要があった。
【０００５】
しかしながら、プラズマから遠くに開口したり、ガス路の開口を絞ったりしたのでは、ガス流の制御に基づくプラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率あるいは冷却効率といった観点から、好ましく無い。また、これを回避するために細い開口を多数形成するのは、加工精度が厳しくなるうえ個数も増えるので、穿孔作業やその検査確認作業などに困難が伴う。
そこで、真空チャンバ部の内部においてプラズマに曝されたりプラズマ励起可能な電圧がかかるようなところに対しガス路の開口を広めに形成してもその中にプラズマが来ないように工夫することが課題となる。
【０００６】
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、ガス路にプラズマの来ないプラズマ処理装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【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４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。
【０００８】
［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）、プラズマ処理空間の形成された真空チャンバ部を具備するプラズマ処理装置において、前記真空チャンバ部の内部に延びた（ガス導入用またはガス排出用の）ガス路のうち前記真空チャンバ部の内部における全部又は一部に対し多孔質絶縁部材が装填されていることを特徴とする。
【０００９】
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、プラズマ処理時に真空チャンバ部で必要とされる処理ガスや冷却ガス等のガスは、真空チャンバ部の外からガス路を介してその内部へ導入等されるが、その際、真空チャンバ部の内部で多孔質絶縁部材の装填されているところでは、その多孔質絶縁部材の細孔を通って流れる。しかも、そのような細孔の中では、原子等の平均自由行程が短かい等のためプラズマ状態の維持が困難となる。
【００１０】
これにより、ガス路の断面や開口が広くても、ガスは細孔を通るのでプラズマ化が阻止されることとなる。
したがって、この発明によれば、ガス路にプラズマの来ない或いは少なくとも来にくいプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１１】
［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、前記ガス路が前記プラズマ処理空間に対して直接に又は間接的に開口する直前のところに前記多孔質絶縁部材が装填されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、上記の「間接的に開口」とは、装置自体の静的な構造としては開口が形成されていて連通しうるようになっているが、プラズマ処理時には被処理物等によって開口が一時的・動的に覆われたり塞がれたりして、時には連通状態が阻害されるようなものであっても含まれるという意味である。
【００１３】
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、ガスは、ガス路のうちでもプラズマに曝されやすい或いは高いチャージ電圧の生じ易い部分であるプラズマ処理空間への開口のところで例え一部がプラズマ化したとしても、開口の直前のところに装填された多孔質絶縁部材の中やさらにその奥にまでプラズマ化することは無い。
【００１４】
これにより、ガス路内のプラズマ化を阻止しつつガス路の開口を広く形成することができ、ガス流を増やす一方で開口数を減らすことも可能となる。
したがって、この発明によれば、プラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率あるいは冷却効率に優れ而も製造の容易なプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１５】
［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の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記真空チャンバ部は、前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通したプラズマ発生空間が分散等して形成されたものであり、前記多孔質絶縁部材は、前記ガス路が前記プラズマ発生空間に開口するところの直前に装填されたものであることを特徴とする。
【００１６】
ここで、上記の「分散等」とは、点状に分かれて散在しているという文字通りの分散の他、密接とは言えない程度に離れるように分割されている場合や、線状，破線状，直・曲線状などで複数の又はそれらの混在するものがプラズマ処理空間との隣接部・連通部に分布している場合、さらには環状，円状，多角形状、スパイラル状のものが同心で若しくは非同心で多数が列設され又は単独で広く形成されている場合も該当する意味である。
【００１７】
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、プラズマ空間の分離および隣接連通という条件を維持することによりプラズマダメージやチャージアップの低減およびプラズマにおけるラジカル種の成分とイオン種の成分との比率適正化という基本的要請に応えるとともに、プラズマ発生空間を分散させてプラズマ発生空間とプラズマ処理空間との断面積比を変えることでプラズマ発生空間にイオン種が長時間止まらないで済むようにしたことによりプラズマ成分比率の適正化・制御性を積極的に高めるとともにプラズマ分布の均一性確保とプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入阻止という要請にも応えているので、プラズマ処理に良質のプラズマが供されることとなる。
【００１８】
しかも、プラズマ発生空間に開口したガス路を流れるガスは、プラズマ発生空間で高密度プラズマを生成させたとしても、開口の直前のところに装填された多孔質絶縁部材によってプラズマ状態の伝搬が阻止されるのでプラズマ化することは無い。
これにより、ガス路内のプラズマ化を阻止しつつプラズマ発生を積極的に行うことが可能となる。
したがって、この発明によれば、プラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率に一層優れたプラズマ処理装置を実現することができる。
【００１９】
［第４の解決手段］
第４の解決手段のプラズマ処理装置は（、出願当初の請求項４に記載の如く）、上記の第１〜第３の解決手段のプラズマ処理装置であって、前記ガス路のうち前記真空チャンバ部から外部へ延びたところ又はその直前のところに前記多孔質絶縁部材と同じ材質かこれより目の細かい（材質のものでできた）フィルタが介挿されていることを特徴とする。
【００２０】
このような第４の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、真空チャンバ部に配された多孔質絶縁部材は、ガス路内でのプラズマ化を阻止することに加えて、ガスによって運ばれたパーティクルがプラズマ処理空間へ流入するのも防止する。また、ガスによって運ばれたパーティクルは、ガスがフィルタを通過するとその際にフィルタによって捕捉され、多孔質絶縁部材のところまで到達することがない。そこで、多孔質絶縁部材に捕捉されるパーティクルは、ガス路のうち多孔質絶縁部材とフィルタとの間の部分に潜んでいたものに限られることとなる。
【００２１】
これにより、ガス路に長期間継続してガスを流しても、多孔質絶縁部材に捕捉されるパーティクルは増えないので、多孔質絶縁部材が目詰まりすることが無くなる。多孔質絶縁部材が目詰まりすると、ガス流量の制御性が低下するので、多孔質絶縁部材の交換や清掃などの保守作業が必要になるが、多孔質絶縁部材は真空チャンバ部の内部に装填されているので、その保守作業は容易でない。これに対し、フィルタは外部からの取り外しが容易となっている。
したがって、この発明によれば、ガス路にプラズマの来ない或いは少なくとも来にくいプラズマ処理装置をメンテナンス容易に実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のプラズマ処理装置を実施するための望ましい形態は、基板をプラズマ処理空間に搬入してその表面にプラズマ処理を施すために、真空チャンバ部において上下に対向電極となる一対の平行平板を具えこれら平行平板間にプラズマ処理空間を形成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記一対の平行平板のうち上方の一方の平板に又はその隣接機構部に前記プラズマ処理空間と隣接し且つ連通したプラズマ発生空間が分散して形成されていることに加えて、前記真空チャンバ部の外部配管から前記真空チャンバ部内の前記隣接機構部まで延びて前記プラズマ発生空間に開口した第１ガス路に対し少なくともその開口直前のところに多孔質絶縁部材が装填され、前記真空チャンバ部の外部配管から前記真空チャンバ部内の前記一方の平板まで延びて前記プラズマ処理空間に開口した第２ガス路に対し少なくともその開口直前のところに多孔質絶縁部材が装填され、前記真空チャンバ部の外部配管から前記真空チャンバ部内における前記一対の平行平板のうち他方の平板まで延びて前記プラズマ処理空間またはそこに搬入された基板の裏面に向けて開口した第３ガス路に対し少なくともその開口直前のところに多孔質絶縁部材が装填されているものである。
【００２３】
【実施例】
本発明のプラズマ処理装置の一実施例としてのプラズマエッチャーについて、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、その全体的な断面構造模式図であり、図２は、そのプラズマ発生部についてのものであり、図３は、そのプラズマ処理部についてのものである。
【００２４】
このプラズマエッチャーは（図１参照）、プラズマ空間を確保するために真空チャンバ本体部２及び真空チャンバ蓋部３を含みこれらで囲まれた真空チャンバ部と、プラズマの維持や制御のためそれに付加された外付け部とに大別される。真空チャンバ部には、プラズマ空間のうちのプラズマ処理空間１０を確保するための平行平板部１１，１５と、プラズマ空間のうちのプラズマ発生空間２２を確保するための隣接機構部としてのプラズマ発生チャンバ部２１及びその付加部とが含まれる。
【００２５】
外付け部には、プラズマ処理空間１０を適度な真空度にするために真空チャンバ本体部２に連結された可変バルブ４や真空ポンプ５が含まれる。また、プラズマ用ガスＡ，処理ガスＢ，冷却ガスＣを真空チャンバ部へ送給するための配管等も含まれる。さらに、プラズマ励起エネルギーを供給するＲＦ電源３１，３２や、図示しない電子制御回路も、外付け部に含まれるものである。
【００２６】
平行平板部は、共に金属製で一対の平行平板となるアノード１１及びカソード１５を有していて、アノード１１が上方に配置され、エッチング対象のウエハ等の基板１を乗載させて支持するカソード１５が下方に配置されて、これらによって挟まれたところに低温プラズマ用のプラズマ処理空間１０が形成されるものとなっている。
アノード１１は（図２の断面図を参照）、予め、多数の連通口１２が貫通して穿孔されるとともに、処理ガスＢを導入するための処理ガス送給路１３が連通口１２を避けつつ張り巡らされ、処理ガス送給路１３からプラズマ処理空間１０へ向けて開口した多数の処理ガス供給口１４も開口形成されたものとなっている。
【００２７】
このアノード１１の上には、これに隣接して絶縁物製のプラズマ発生チャンバ２１が装着されており、このプラズマ発生チャンバ２１には、プラズマ発生空間２２となる複数の環状溝が同心に彫り込まれて形成されている。これにより、プラズマ発生空間２２が分散等したものとなっている。そして、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２の開口側（図では下面）をアノード１１の上面に密着した状態で固設される。その際、プラズマ発生空間２２の開口がアノード１１の連通口１２に重なるように位置合わせがなされる。これにより、このプラズマ処理装置は、その真空チャンバ部２，３において、プラズマ処理空間１０が形成されるとともに、プラズマ処理空間に隣接し且つ連通したプラズマ発生空間２２も分散して形成されたものとなっている。
【００２８】
また、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２のさらに奥にプラズマ用ガス送給路２３がやはり環状に形成され、プラズマ用ガス送給路２３からプラズマ発生空間２２に向けて開口した小孔からなる多数のプラズマ用ガス供給口２４で両者２２，２３が連通されていて、プラズマ発生空間２２は底部（図では上方）からプラズマ発生用ガスＡの供給を受けて高密度プラズマを発生させ連通口１２を介してプラズマ処理空間１０へそれを送り込むものとなっている。
さらに、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２を囲む側壁と底部とを残すようにしてプラズマ発生空間２２開口側の裏の面（図では上面）が削り取られる。そして、プラズマ発生空間２２の両側壁を挟むようにして、コイル２６及び永久磁石片２５が環状に付加される。
【００２９】
永久磁石片２５は、縦の長さがプラズマ発生空間２２のそれにほぼ等しくされ、且つ横のプラズマ発生空間２２方向へ磁極が向くようにされ、さらに環状の不所望な誘起電流を断つために小片に分けて形成されている。そして、多数の永久磁石片２５がプラズマ発生空間２２側壁に沿って列設されることで、プラズマ発生空間２２に対応した環状の磁気回路が構成される。そして、プラズマ発生空間２２には、磁気の山に囲まれた言わば磁気の盆地ができて、ここに電子が効率良く捕捉されるようになっている。
【００３０】
ＲＦ電源３１は、その出力パワーが可変のものであり、接地されたアノード１１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ために、その出力は図示しないブロッキングキャパシタを介してカソード１５へ送給される。これには、低温プラズマ１０の強化に或る程度寄与する電界をプラズマ処理空間１０に印加するために、周波数５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚのものがよく用いられる。また、ＲＦ電源３２は、やはり出力パワーが可変のものであり、プラズマ発生空間２２を挟む両コイル２６を駆動してプラズマ発生空間２２に交番磁界を印加するようになっている。高密度プラズマの発生および強化に寄与する磁界をプラズマ発生空間２２に印加するために、その最大出力パワーは大きく、その周波数は１３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとされることが多い。
【００３１】
プラズマ用ガスＡはアルゴン等の非反応性ガス成分だけからなり、それを導入するための第１ガス路は（図１，図２参照）、ガス供給源から外部配管にて真空チャンバ蓋部３に至り、そこから内部配管にてプラズマ発生チャンバ部２１の各プラズマ用ガス送給路２３に到達する。そして、それらのプラズマ用ガス送給路２３にはプラズマ用ガス供給口２４の近くも含めてセラミックや樹脂でできた多孔質絶縁部材が充填され、また外部配管の途中には同じ多孔質絶縁部材の詰まったフィルタ６がガス漏れせずに着脱しうるよう前後にストップバルブも付けられて設けられている。これにより、このプラズマ処理装置は、励起させる非反応性ガスを導入するための第１ガス路が真空チャンバ部の外部から内部まで延びてプラズマ発生空間に対して直接に開口しており、その開口する直前のところに多孔質絶縁部材が装填されたものとなっている。また、その第１ガス路のうち真空チャンバ部から外部へ延びたところに真空チャンバ部の内部に装填された多孔質絶縁部材と同じ材質からなるフィルタが交換容易に介挿されたものともなっている。
【００３２】
処理ガスＢはＣＦ系ガス等の反応性ガスに適量の希釈ガスを混合させたもの等からなり、それを導入するための第２ガス路は（図１，図２参照）、ガス供給源から外部配管にて真空チャンバ蓋部３に至り、そこから内部配管にてアノード１１内の各処理ガス送給路１３に到達する。そして、それらの処理ガス送給路１３には処理ガス供給口１４の近くも含めてセラミックや樹脂でできた多孔質絶縁部材が充填され、またその外部配管の途中には同じ多孔質絶縁部材の詰まったフィルタ７がガス漏れせずに着脱しうるよう前後にストップバルブも付けられて設けられている。これにより、このプラズマ処理装置は、励起させる反応性ガスを導入するための第２ガス路が真空チャンバ部の外部から内部まで延びてプラズマ処理空間に対して直接に開口しており、その開口する直前のところに多孔質絶縁部材が装填されたものとなっている。また、その第２ガス路のうち真空チャンバ部から外部へ延びたところに真空チャンバ部の内部に装填された多孔質絶縁部材と同じ材質からなるフィルタが交換容易に介挿されたものともなっている。
【００３３】
カソード１５は（図３（ａ）の断面図を参照）、絶縁部材１８を介在させてカソード支持台１９によって真空チャンバ本体部２の内部底面中央で水平に支持され、接地されたカソード支持台１９や真空チャンバ本体部２から電気的に絶縁されている。カソード１５の中央には下方から冷却ガス送給路１５ａが穿孔形成されており、その下方になる絶縁部材１８，カソード支持台１９，及び真空チャンバ本体部２底面の該当個所にも冷却ガス送給路１５ａに連なる冷却ガス送給路１９ａが貫通して形成されるとともに、その冷却ガス送給路１９ａの下端開口部には冷却ガスＣの外部配管が接続されるようになっている。
【００３４】
また、カソード１５の上面には（図３（ｂ）の部分拡大図を参照）薄い誘電体膜１７が接着剤１６で貼着されていて、その上に乗載された基板１が帯電すると絶縁物を介した静電引力によってその基板１がカソード１５にチャッキングされるようになっている。この誘電体膜１７には、その上面に対し浅い冷却ガス作用溝１７ｂが基板１の裏面の大部分をカバーするよう形成され、その冷却ガス作用溝１７ｂの溝底を貫通して多数の冷却ガス供給口１７ａが穿孔形成されている。そして、それぞれの冷却ガス供給口１７ａの下方になるカソード１５の該当個所にも、上面から下方へ向けて冷却ガス送給路１５ｃが穿孔形成され、さらに、それら冷却ガス送給路１５ｃの下端が上述の冷却ガス送給路１５ａの上端に連通するよう冷却ガス送給路１５ｂがカソード１５中で広く張り巡らせて形成されている。
【００３５】
そして、冷却ガスＣには、静電チャック機能を損なわないよう数Ｔｏｒｒ〜十数Ｔｏｒｒ（数ｈＰａ〜十数ｈＰａ）程度の圧力にされたヘリウムが用いられ、それを導入するための第３ガス路は（図１，図３参照）、ガス供給源から外部配管にて真空チャンバ本体部２に至り、そこから順に冷却ガス送給路１９ａ，冷却ガス送給路１５ａ，冷却ガス送給路１５ｂを経て各冷却ガス送給路１５ｃに到達する。そして、それらの冷却ガス送給路１５ｃのうち冷却ガス供給口１７ａの近くにはセラミックや樹脂でできた多孔質絶縁部材１５ｄが装填され、また、冷却ガス送給路１９ａと冷却ガス送給路１５ａとが絶縁部材１８を貫通して連らなるところにも多孔質絶縁部材１９ｂが装填され、さらに、その外部配管の途中には同じ多孔質絶縁部材の詰まったフィルタ６がガス漏れせずに着脱しうるよう前後にストップバルブも付けられて設けられている。これにより、このプラズマ処理装置は、励起させる予定のない冷却ガスを被処理物の裏面に導入するための第３ガス路が真空チャンバ部の外部から内部まで延びてプラズマ処理空間に対して間接的に開口しており、その開口する直前のところ及び途中のところに多孔質絶縁部材が装填されたものとなっている。また、その第３ガス路のうち真空チャンバ部から外部へ延びたところに真空チャンバ部の内部に装填された多孔質絶縁部材と同じ材質からなるフィルタが交換容易に介挿されたものともなっている。
【００３６】
このような構成のプラズマエッチャーについて、その使用態様及び動作を説明する。
【００３７】
先ず、真空チャンバ蓋部３を閉めて真空チャンバ本体部２の内部さらにはプラズマ処理空間１０及びプラズマ発生空間２２を密閉する。それから、自動処理を開始させると、図示しない基板搬入口を介して横から水平状態の基板１が真空チャンバ２，３内へ搬入されてカソード１５の上面に乗せられる。そして、基板搬入口等が閉められると同時に真空ポンプ５による真空引きが行われ、真空チャンバ２，３内は、速やかに真空状態になり、可変バルブ４等によってプラズマ処理に適した真空圧に保たれる。
【００３８】
その状態でプラズマ用ガスＡの供給を開始させると、プラズマ用ガスＡは、フィルタ６で不所望なパーティクル等を除去されてから、各プラズマ用ガス送給路２３に分かれてそこの多孔質絶縁部材の細孔を通り、さらにプラズマ用ガス供給口２４からプラズマ発生空間２２へ導入される。そして、ＲＦ電源３２も動作させると、プラズマ発生空間２２内にコイル２６を介してＲＦ電磁界が印加され、プラズマ発生空間２２内のプラズマ用ガスＡの電子が激しく運動させられる。このとき、電子は、永久磁石片２５による磁気回路の働きによってプラズマ発生空間２２に長く留まり、環状空間内を螺旋運動しながら飛び回ってプラズマ用ガスＡを励起させる。こうして、プラズマ発生空間２２内に高密度プラズマが発生する。
【００３９】
その高密度プラズマは、イオン種生成に大きく寄与する１０〜１５ｅＶ以上の高いエネルギーのものがプラズマ発生空間２２に封じられた電子に多く含まれていることから、イオン種成分の比率が高いものとなる。そして、プラズマ発生空間２２で膨張した高密度プラズマは、特にそのラジカル種およびイオン種成分は、膨張圧力によって速やかにプラズマ処理空間１０へ運ばれる。また、プラズマ発生空間２２内の高密度プラズマの一部にはプラズマ用ガス供給口２４の中へ入り込んでくるものが有り、さらにその一部にはプラズマ用ガス送給路２３にまで到達するものも有るが、それらはプラズマ用ガス送給路２３内の多孔質絶縁部材のところまで来てそれに衝突するとエネルギーを失ってプラズマ状態が維持できなくなり、速やかに通常のガス状態に戻る。
こうして、プラズマ用ガス送給路２３内に不所望なプラズマを誘発させること無くプラズマ発生空間２２に高密度プラズマが形成される。
【００４０】
また、その状態で処理ガスＢの供給も開始させると、処理ガスＢは、フィルタ７で不所望なパーティクル等を除去されてから、各処理ガス送給路１３に分かれてそこの多孔質絶縁部材の細孔を通り、さらに処理ガス供給口１４からプラズマ処理空間１０へ導入される。そうすると、プラズマ発生空間２２から送り込まれた高密度プラズマと混合されて、低温プラズマとなる。そして、ＲＦ電源３１も動作させると、プラズマ処理空間１０にもアノード１１及びカソード１５を介してＲＦ電界が印加される。こちらには電子を封じ込める磁気回路等がないので、処理ガスＢ等が励起されても高密度プラズマができないで、低温プラズマのままとなる。ＲＦ電源３１からのパワーだけの場合、低温プラズマ１０は、１０〜１５ｅＶ以上のエネルギーを持った電子が少ないので、ラジカル種成分の比率が高くなる。もっとも、この装置における低温プラズマの場合は、上述の高密度プラズマが混合されるので、実際のラジカル種成分とイオン種成分との比率は、ＲＦ電源３１，３２の出力比等に応じて両者の中間における何れかの比率となる。
【００４１】
このプラズマ処理空間１０内の低温プラズマの場合も、その一部には処理ガス供給口１４の中へ入り込んでくるものが有り、さらにその一部には処理ガス送給路１３にまで到達するものも有るが、それらは処理ガス送給路１３内の多孔質絶縁部材のところまで来てそれに衝突するとエネルギーを失ってプラズマ状態が維持できなくなり、速やかに通常のガス状態に戻る。
こうして、この場合も、処理ガス送給路１３内に不所望なプラズマを誘発させること無くプラズマ処理空間１０に低温プラズマが形成される。
【００４２】
そして、プラズマ処理空間の低温プラズマにおけるラジカル種成分とイオン種成分との比率が適宜に可変制御され、そのときのエッチングにとって最適な条件の下で効率よくエッチング処理が進むと、基板１の温度が上がり過ぎてしまうので、放熱させるために、基板１の裏面へ冷却ガスＣを送り込む必要が生じる。
そこで、冷却ガスＣの供給を開始させると、冷却ガスＣは、フィルタ８で不所望なパーティクル等を除去されてから、順に冷却ガス送給路１９ａ，多孔質絶縁部材１９ｂの細孔，冷却ガス送給路１５ａ，冷却ガス送給路１５ｂ，冷却ガス送給路１５ｃ，多孔質絶縁部材１５ｄの細孔，及び冷却ガス供給口１７ａを通って、基板１裏面の冷却ガス作用溝１７ｂへ導入される。
【００４３】
その際、プロセス条件等に応じて誘電体膜１７の上下両面間には大きな電位差がかかることから、冷却ガス供給口１７ａの中で時には放電が行われるため、励起を予定していなかった冷却ガスＣが不所望に励起されてプラズマ化しかかることも有るが、そのプラズマは、冷却ガス送給路１５ｃの方へ延びようとしても多孔質絶縁部材１５ｄによって阻止されるので、狭い冷却ガス供給口１７ａの中だけに閉じこめられ、やがて消滅する。
こうして、カソード１５の冷却ガス送給路１５ｃ及び冷却ガス送給路１５ｂ内に不所望なプラズマを誘発させること無く基板１の裏面へ冷却ガスＣを送り込むことができる。
【００４４】
また、誘電体膜１７ほどではないにしても、絶縁部材１８を挟むカソード１５とカソード支持台１９とについても、冷却ガス送給路１９ａを通して放電しようとする大きな電位差が生じるが、冷却ガス送給路１９ａのうちその放電経路に当たる部分には多孔質絶縁部材１９ｂが装填されていて、放電が阻止される。例え放電がなされても、持続しないので、そこにプラズマは発生しない。
こうして、冷却ガスＣのガス路内に不所望なプラズマを誘発させること無く基板１を冷却することができる。
【００４５】
このように本発明のプラズマ処理装置にあっては、第１，第２，第３ガス路の何れについても、その開口端や途中のところにプラズマを不所望に誘発させるということが無いので、各開口１４，１５ｄ，１７ａの径に対する制約も緩和されており、適度な流速で従来より多くのガスを供給することが可能である。
例えば、冷却ガス供給口１７ａの直径は、多孔質絶縁部材１５ｄの無いときには０．１ｍｍが上限となるのに対し、多孔質絶縁部材１５ｄを具えたこのプラズマエッチャーの場合、ガス流に対する抵抗が十分に小さく更に加工も容易な０．５〜１．０ｍｍ程度の適宜な値になっていて、基板１を静電チャックしたままで十分に冷却することができる。
【００４６】
【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、ガスの流れを妨げることなくそのプラズマ化を阻止するようにしたことにより、ガス路にプラズマの来な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。
【００４７】
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、ガス路内のプラズマ化を阻止しつつガス路の開口を広く形成しうるようにしたことにより、プラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率あるいは冷却効率に優れ而も製造の容易な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を奏する。
【００４８】
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、ガス路内のプラズマ化を阻止しつつプラズマ発生を積極的に行いうるようにしたことにより、プラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率に一層優れた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。
【００４９】
また、本発明の第４の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、ガス路に長期間ガスを流しても目詰まりしないようにしたことにより、ガス路にプラズマの来ないプラズマ処理装置をメンテナンス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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプラズマ処理装置の一実施例としてのプラズマエッチャーについて、その断面構造模式図である。
【図２】 そのプラズマ発生部である。
【図３】 そのプラズマ処理部である。
【符号の説明】
１ 基板（被処理物、ウエハ）
２ 真空チャンバ本体部（真空チャンバ部）
３ 真空チャンバ蓋部（真空チャンバ部）
４ 可変バルブ（可変絞り、圧力制御機構、圧力制御手段、外付け部）
５ 真空ポンプ（外付け部）
６ フィルタ（非反応性ガス送給路、第１ガス路、外付け部）
７ フィルタ（反応性ガス送給路、第２ガス路、外付け部）
８ フィルタ（非励起ガス送給路、第３ガス路、外付け部）
１０ プラズマ処理空間（低温プラズマ空間、真空チャンバ部）
１１ アノード（平行平板の一方、真空チャンバ部）
１２ 連通口
１３ 処理ガス送給路（反応性ガス送給路、第２ガス路）
１４ 処理ガス供給口（反応性ガス供給口、第２ガス路）
１５ カソード（平行平板の他方、基板支持体、真空チャンバ部）
１５ａ 冷却ガス送給路（非励起ガス送給路、第３ガス路）
１５ｂ 冷却ガス送給路（非励起ガス送給路、第３ガス路）
１５ｃ 冷却ガス送給路（非励起ガス送給路、第３ガス路）
１５ｄ 多孔質絶縁部材
１６ 接着剤
１７ 誘電体膜（静電チャック部材）
１７ａ 冷却ガス供給口（非励起ガス供給口、第３ガス路）
１７ｂ 冷却ガス作用溝（非励起ガス作用空間）
１８ 絶縁部材
１９ カソード支持台
１９ａ 冷却ガス送給路（非励起ガス送給路、第３ガス路）
１９ｂ 多孔質絶縁部材
２１ プラズマ発生チャンバ部（隣接機構部、真空チャンバ部）
２２ プラズマ発生空間（高密度プラズマ空間）
２３ プラズマ用ガス送給路（非反応性ガス送給路、第１ガス路）
２４ プラズマ用ガス供給口（非反応性ガス供給口、第１ガス路）
２５ 永久磁石片（磁気回路用の磁性部材）
２６ コイル（第２印加回路）
３１ ＲＦ電源（第１印加回路、外付け部）
３２ ＲＦ電源（第２印加回路、外付け部）

Claims (1)

1. 一対の平行平板であるアノードおよびカソードの間にプラズマ処理空間が形成された真空チャンバ部を具備するプラズマ処理装置において、
   前記アノードには前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通したプラズマ発生空間が環状に形成されており、更に、前記プラズマ発生空間へのガス供給口を備えたガス送給路を備え、前記ガス送給路に多孔質絶縁部材が装填されており、
   前記カソードの平板の表面に形成された冷却ガス供給口と対応する前記カソードの平板内に形成された冷却ガス送給路に多孔質絶縁部材が装填され、更に、前記冷却ガス送給路と連通し、前記カソードの平板を貫通する冷却ガス送給路にも多孔質絶縁部材が装填されており、
   前記ガス送給路と連通した前記真空チャンバ部の外部配管の途中および前記冷却ガス送給路と連通した前記真空チャンバ部の外部配管の途中にそれぞれ前記多孔質絶縁部材と同じ材質または前記多孔質絶縁部材より目の細かい材質の多孔質絶縁部材が装填されたフィルタが介挿されている
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。

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