JP4840127B2

JP4840127B2 - プラズマエッチング装置

Info

Publication number: JP4840127B2
Application number: JP2006343987A
Authority: JP
Inventors: 尚吾置田; 彰三渡邉
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JP2008159660A

Description

本発明は微細なパターン加工を行うような電子デバイスの製造に利用されるプラズマエッチング装置に関し、詳しくは、耐圧誘電体部材を介してチャンバー内に反応ガスのプラズマを発生させてエッチングを行う第１の電極と、プラズマエッチングに際してチャンバーの耐圧誘電体部材側の内表面に反応生成物が付着するのを防止する第２の電極とを組み合わせ備えたプラズマエッチング装置に関するものである。

このような第１、第２の電極を組み合わせたプラズマエッチング装置は既に知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許文献１は特に、第１の電極を高周波アンテナとし、第２の電極を高周波アンテナと並列に可変チョークまたは可変コンデンサを介して同一高周波電源に接続する構成を開示している。このような構成では、第１の電極により耐圧誘電体部材を介しチャンバー内にプラズマを発生させてチャンバー内の対向電極に支持された被処理物を処理するのに併せ、第２の電極により耐圧誘電体部材の内表面上に一様な電界を形成して耐圧誘電体部材の内表面に膜が付着するのを防止するが、特に、第２の電極に供給する電力をチョークや可変コンデンサにて制御することにより、プロセス中は耐圧誘電体部材の内表面がエッチングされないようにすることができ、プロセスとプロセスとの間ではクリーニングプロセスが行えるものとなる。

一方、特許文献２は、第２の電極をそれぞれ独立に高周波電力が印加される分割電極とするか、第２の電極を移動させることを提案している。このような構成では、耐圧誘電体部材の内表面の反応生成物の付着厚さの分布に応じて、分割電極それぞれに供給する高周波電圧を調整するか、第２の電極を移動させることにより、耐圧誘電体部材の内表面における第１の電極直下の領域が削られることを防止しながら、チャンバー内に残留して耐圧誘電体部材の内表面に異なった厚さで付着しようとする各領域の反応生成物を十分にエッチングすることができる。
特許第３４２９３９１号公報特開２００５−２５９８３６号公報

しかし、第２の電極ｂに電源ｃから供給する高周波電力を特許文献１に記載のように制御するにしても、既述したように第２の電極ｂの全体に供給して耐圧誘電体部材ｄの内表面に一様な電界を形成し、また、被処理物上で密度分布が均一なプラズマｅを発生させるのに対し、耐圧誘電体部材ｄの内表面下でのプラズマｅの密度が発生域によって種々に差ができる。例えば図２０の第５欄、Ａ〜Ｃ、Ｅ〜Ｇに例示するように中央部の密度が高く周辺部へ向け密度が低下するような密度分布では、その分布差に応じて耐圧誘電体部材ｄの内表面の中央部でのプラズマｅが多く、周辺部では少なくなる傾向を示す。また、図２０の第５欄、Ｄに例示するように周辺部で中央部よりも高くなる密度分布を示す場合もあり、周辺部でのプラズマｅが多く、中央部で少なくなる傾向を示し、耐圧誘電体部材ｄの内表面の削れに差を及ぼす。また、耐圧誘電体部材ｄへの反応生成物の付着度（図ではデポレート）分布も、図２０第４欄、Ａ〜Ｇに例示するように中央部で高く周辺部へ向け低下する場合があるし、図示しないが周辺部で高く中央部で低下する場合もあるというように一定せず、これも耐圧誘電体部材ｄの内表面の削れ量の不均一をもたらす。

ここに、プラズマｅの密度分布のパターンと反応生成物の付着量分布のパターンとは、それらを図２０の第３欄、Ａ〜Ｇに示すように重畳したときの双方の高低の差が耐圧誘電体部材ｄの内表面の削れ量に相関し、図２０の第２欄、Ａ〜Ｇに示すように耐圧誘電体部材ｄの内表面の削れ量（図では削れレート）の分布が決まる。これら削れ量の分布に対応した実際の削れ状態は図２０の第１欄、Ａ〜Ｇに例示するようになる。

図２０のＢではプラズマｅの密度分布のパターンと反応生成物の付着量分布のパターンとに高低の差がほとんどなく、耐圧誘電体部材ｄの内表面が削れるにしてもその量は少なく、かつほぼ平坦であって理想的な削れ条件といえる。また、図２０のＦではプラズマｅの密度分布のパターンと反応生成物の付着量分布のパターンとに若干の差はあるがその差がほぼ均一なことから、図２０のＢの場合よりは少し深く削れるがほぼ平坦であって理想に近い削れ条件といえる。しかし、図２０のＡ、Ｃ〜Ｅ、Ｇでは中央部や周辺部が部分的に多く削れており、高価な耐圧誘電体部材ｄの耐圧強度が早期に低下する問題がある。

一方、特許文献２に記載のように第２の電極ｂを分割電極としてそれぞれに独立して、従って、それぞれにパワーの異なった高周波電力を供給して耐圧誘電体部材ｄの内表面における領域によって異なる付着量に対応しようとしても、連続した変化には対応し切れない問題がある上、第２の電極ｂ、高周波電力を供給する電源ｃ、電源ｃをオン、オフする駆動系のそれぞれが、第２の電極ｂを分割する数だけ必要となるので、装置が高価になる。

本発明の目的は、複雑化、大幅なコスト上昇なく、プラズマおよび加工の均一性、反応生成物の付着防止を損なわずに、耐圧誘電体部材の削れによる問題を回避できるプラズマエッチング装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明のプラズマエッチング装置の第１の態様によれば、減圧可能なチャンバーと、このチャンバーの内部に設けられ被処理物を支持する対向電極と、前記チャンバーの隔壁をなす耐圧誘電体部材の外に設けられチャンバー内に反応ガスからのプラズマを発生させて対向電極に支持する被処理物をエッチングする第１の電極と、この第１の電極のチャンバー側に設けられてチャンバーの耐圧誘電体部材側の内表面に反応生成物が付着するのを防止する第２の電極とを備えたプラズマエッチング装置において、前記第２の電極を前記耐圧誘電体部材の内側に配してカバーで覆ったことを特徴としている。

このような構成では、第２の電極を耐圧誘電体部材の内側に配置してカバーで覆う構造上、耐圧誘電体部材の内表面は第１の電極によってチャンバー内に発生するプラズマに曝されないので、反応生成物が付着したりプラズマによって削られることがなく、削れ補償分の増圧が不要で従来よりも薄型にできる。また、カバーは表皮材で耐圧強度が要らないし、寿命による交換が容易なため、耐圧誘電体部材未満の薄いものに選択でき、第２の電極や耐圧誘電体部材をプラズマや反応生成物から十分に保護して、増圧不要な耐圧誘電体部材と併せ、第１、第２の電極の作用を従来以上に低下させることはない。特に、第２の電極はチャンバー内に位置して、カバーを介しその配置密度および供給電力をより反映させてプラズマ生成域に効率良く働くので、高周波ではもとより、低周波にても、カバー表面への反応生成物の付着を、部分的に違う付着度に見合って過不足なく防止し、過剰な付着防止による過剰な削れが部分的に生じることもなくなる。

また、カバーは、チャンバー内に露出してそこに発生するプラズマに曝されるので、本発明の第２の態様によれば、耐エッチング性部材であることを好適とし、これにより寿命が向上する。

本発明のプラズマエッチング装置の第３の態様によれば、第２の電極を回転または往復弧回動させる駆動手段を備えたことを特徴としている。

これにより、第２の電極の配置密度の設定によって周方向に分散して配置される第２の電極部と高周波透過部が、第２の電極の回転または往復弧回動に伴い周方向に移動されて、第１の電極からの高周波の透過位置、および第２の電極からのパワーの出力位置を周方向に移動させて平均化するので、第１の電極によるチャンバー内でのプラズマの発生と、第２の電極によるカバーの内表面への反応生成物の付着防止、削れ防止とをより均一にすることができる。

本発明のプラズマエッチング装置の第４の態様によれば、第２の電極は、カバーの内表面への反応生成物の付着度とカバーの削れ量との部分的な違いに応じて配置密度の差を有して設けたことを特徴としている。

これにより、第２の電極がカバーの内表面への反応生成物の付着度の部分的な違いに応じて配置密度の差を有していることにより、第２の電極からのパワーをカバーの内表面における部分的な反応生成物の付着度の違いに応じて弱め、カバーの内表面への各部での反応生成物の付着度の違いに応じて過不足なく働くようにするので、カバーの内表面に反応生成物が付着するのを各部において十分に防止し、しかも、カバーの内表面の削れが部分的に多くなるようなことがなくなる。また、第２の電極の配置密度設定のために形成される第２の電極が位置しない周方向位置、径方向位置では第１の電極からチャンバー内への高周波の透過により全体での透過効率を高められる。

本発明のプラズマエッチング装置の第５の態様によれば、第２の電極は、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部を有した単体、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部と中央部を打ち抜いた穴状の高周波透過部とを持った単体、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部と中央部を打ち抜いた穴状で中央部に向く放射状の突出片を有した高周波透過部とを持った単体、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部と中央部を打ち抜いた穴状の高周波透過部を持った外周体およびこの外周体の穴部に環状の高周波透過部となる隙間を持って配置されて外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部を有した中央体との組み合わせ体、のいずれかで配置密度の差を設定してあることを特徴としている。

これにより、第２の電極の周方向、径方向での多様な配置態様を選択して部分的な配置密度の差を多様に設定することができる。

本発明のプラズマエッチング装置の第６の態様によれば、第２の電極は、スリット状の高周波透過部の間に窓状に開口した高周波透過部を有して配置密度の差を設定していることを特徴としている。

これにより、スリット状の高周波透過部の間の窓状の高周波透過部によって第２の電極の周方向での配置密度をさらに弱め、また第１の電極からの高周波のチャンバー内への透過効率を高められる。

本発明のプラズマエッチング装置の第７の態様によれば、第２の電極の高周波透過部は、誘電体により埋められていることを特徴としている。

これにより、第２の電極に高周波透過部による導体近接部分があっても、そこを埋める誘電体によって空間とはならず導体近接部分間で放電するのを防止することができる。

そこで、本発明のプラズマエッチング装置の第８の態様によれば、第２の電極の高周波透過部を埋める誘電体は、耐圧誘電体部材の突出部であることを特徴としている。

これにより、第２の電極が耐圧誘電体部材と対面する構成を利用して第２の電極の高周波透過部を誘電体で埋めることが実現し、しかも、第２の電極と耐圧誘電体部材とを一体で取り扱えるし、第２の電極が複数に分割、分断される場合にカバーにより一体に支持できる。また、この一体支持はカバーの取り替えを邪魔することにはならない。

本発明のプラズマエッチング装置の第９の態様によれば、チャンバーは、上端が開口したチャンバー本体部と、このチャンバー本体部の上端開口を閉じる耐圧誘電体部材を有して前記上端開口を開閉する蓋部とを備え、第２の電極およびカバーは蓋部側に支持され、少なくともカバーは着脱できるように支持してあることを特徴としている。

これにより、カバーが削られて耐圧誘電体部材や第２の電極に対するプラズマや反応生成物から保護できないかそれに近い寿命に達しても、蓋部を開くことによってチャンバー内に面していたカバーがチャンバー外に持ち出されて露出させられるので、簡単かつ短時間に交換できる。また、蓋部を開くとチャンバー本体部の上端開口を開放できチャンバー内の清掃も併せできる。

本発明のプラズマエッチング装置の第１０の態様によれば、チャンバーは、上端が開口したチャンバー本体部と、このチャンバー本体部を閉じる耐圧誘電体部材を有して前記上端開口を開閉する蓋部とを備え、第２の電極は蓋部側に支持され、カバーは前記チャンバー本体の上端開口部に着脱できるように支持してあることを特徴としている。

これにより、カバーが削られて耐圧誘電体部材や第２の電極に対するプラズマや反応生成物から保護できないかそれに近い寿命に達しても、蓋部を開くことによって第２の電極をチャンバー本体部側に支持されたカバーから分離して外部へ持ち去り、カバーをチャンバー本体部の上端開口部に露出されるので、単独に取り出し簡単かつ短時間に交換できる。また、蓋部を開くとチャンバー本体部の上端開口を開放できチャンバー内の清掃も併せできる。

そこで、本発明の第１１の態様である第２の電極を真空中に配置し、カバーを薄くすることで、低周波に対する透過率を向上することができ、実質的に低周波電力が印加できるようになる。

したがって、第２の電極への低周波電力印加により、第２の電極の容量結合プラズマがウエハエッチングのプラズマ発生へ寄与し難くなるため、第１の電極による耐圧誘電体部材やカバーなどへ付着する反応生成物除去に関して、より独立した制御が可能になる。

本発明のプラズマエッチング装置によれば、耐圧誘電体部材はチャンバー内に発生するプラズマに曝されず削れ補償分の増圧が不要で、表皮材であるカバーは耐圧強度が要らず、材質選択の自由度も高く、寿命時の交換が容易なため、耐圧誘電体部材未満の薄いもの、誘電率、誘電損を優先して選択でき、双方が第１の電極による従来通りの均一なプラズマ発生と加工を特に阻害するようなことなしに、第２の電極はチャンバー内に位置して薄く、誘電率、誘電損の低いものとできるカバーを介しその配置密度および供給電力をより反映させてプラズマ発生域に効率良く働き、カバー表面への反応生成物の付着を、部分的に違う付着度に見合って過不足なく防止し、部分的に過剰な付着や削れなくその厚みに対する寿命度を高められる。従って、反応生成物の発生やそれの残留によるパーティクルの発生が多くなるような加工に有効である。

以下、本発明のプラズマエッチング装置の実施の形態について、図１〜図１８、図２１を参照して説明する。しかし、以下の説明は本発明の具体例であって特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。

本実施の形態のプラズマエッチング装置は、図１に示すように減圧可能で供給口１ａから反応ガス１０を供給して排気ガスを図示しない排気口から排気するチャンバー１と、このチャンバー１の内部に設けられ被処理物２を支持する対向電極３と、チャンバー１の隔壁をなす耐圧誘電体部材５の外に設けられチャンバー１内に反応ガス１０からのプラズマ６を発生させて対向電極３上の被処理物２に働かせエッチングなどのプラズマ処理を行わせる第１の電極４と、この第１の電極４のチャンバー１側に設けられてチャンバー１の第１の電極４側の内表面に反応生成物が付着するのを防止する第２の電極７とを備えている。ここに、第１の電極４は誘導結合コイル（ＩＣＰコイル）であって高周波アンテナをなし、耐圧誘電体部材５を介しチャンバー１内にプラズマ６を発生させ、このプラズマ６が対向電極３上の被処理物２の表面に働くことによってエッチングなどのプラズマ処理を行わせる。また、第２の電極７はファラデーシールド電極（ＦＳ電極）であって、チャンバー１の第１の電極４側の内表面に沿う一様な電界を形成してプラズマ処理時に生じる反応生成物が付着するのを防止する。

このようなプラズマ処理プロセスのために、対向電極３には図示しない電源から整合器としてのコンデンサなどを介して高周波を供給し、プラズマ６を被処理物２側に働かせるようにする。第１の電極４には電源１１から高周波電力を整合器としての可変コンデンサ１２などを介して供給し、所定のエッチレートでプラズマ処理できるようにする。また、第１の電極４は図１に示すような立体的な配置形態なども含めプラズマ６が被処理物２の表面に一様な密度分布をもって発生するように調整され、被処理物２の表面が設定したエッチレートにて均一にプラズマ処理されるようにする。なお、高周波は一般に３０ｋＨｚ〜３００ＧＨｚとされるのに対し、プラズマ発生装置に適用される高周波範囲はＨＦと称される３〜３０ＭＨｚ程度の狭い範囲である。第２の電極７には電源１３から整合器としての可変コンデンサ１４などを介して第１の電極４の場合と同様な高周波、あるいはそれ以下の低周波を供給し、可変コンデンサ１４の調整によってチャンバー１の第１の電極４側の内表面５ａに反応生成物が付着するのを防止できる。

しかし、既述したように第１の電極４の働きによるプラズマ６の発生は、被処理物２の表面上で一様な分布となるように制御できるが、耐圧誘電体部材５の内表面５ａの下では中央部では周辺部よりも分布が高くなるといった偏った分布傾向を示す。これに対し、第２の電極７の働きによる耐圧誘電体部材５の内表面５ａに沿って形成する電界の強弱は可変コンデンサ１４で調整できるが、電界の形成状態は耐圧誘電体部材５の内表面５ａに沿う一様なものであるので、このままでは、耐圧誘電体部材５の内表面５ａでのプラズマ６の働きと電界の働きとのバランスを採ることはできない。このため、反応生成物の部分的な付着や耐圧誘電体部材５の内表面５ａの部分的な削れが生じる。

そこで、本実施の形態では、図１に示す例、図２に示す例、図３に示す例、図４に示す例、図５に示す例、図６に示す例のそれぞれがそうであるように、前記第２の電極７を前記耐圧誘電体部材５の内側に配してカバー２１で覆った基本構成を採用している。このように、第２の電極７を耐圧誘電体部材５の内側に配置してカバー２１で覆う構造上、耐圧誘電体部材５の内表面が第１の電極４によってチャンバー１内に発生するプラズマ６に曝されないので、反応生成物が付着したりプラズマ６によって削られることがなく、削れ補償分だけ従来よりも薄型化できる。また、カバー２１は耐圧誘電体部材５や第１の電極４に担持される表皮材であり、耐圧誘電体部材５のような耐圧強度が要らないし、寿命による交換が容易なため、耐圧誘電体部材５未満の薄いものにて、優先して材料選択できる自由度が高く、第２の電極７や耐圧誘電体部材５をプラズマ６や反応生成物から十分に保護して、しかも、薄型な耐圧誘電体部材５と併せ、第１、第２の電極４、７の作用を従来以上に低下させることはない。特に、第２の電極７はチャンバー１内に位置して、薄いカバー２１を介しその配置密度および供給電力をより反映させてプラズマ６の発生域に対し効率よく働くので、高周波はもとより、低周波にても、カバー２１表面への反応生成物の付着を、部分的に違う付着度に見合って過不足なく防止し、過剰な付着や削れが部分的に生じることもなくなる。

この結果、耐圧誘電体部材５はプラズマ６に曝されず従来要していた削れ補償分の薄型化ができ、表皮材であるカバー２１は耐圧強度が要らず、寿命時の交換が容易で、材質の選択自由度が高いため、耐圧誘電体部材５に比してそれ未満はもとより十分に数分の１〜十数分の１程度と薄いものでよく、双方が第１の電極４による従来通りの均一なプラズマ発生と加工を特に阻害するようなことなしに、第２の電極７はチャンバー１内に位置して薄いカバー２１を介しその配置密度および供給電力をより反映させてプラズマ発生域に効率よく働き、高周波はもとより、低周波にてもカバー２１の内表面への反応生成物の付着を、部分的に違う付着度に見合って過不足なく防止し、過剰な付着防止によるカバー２１の過剰な削れが部分的に生じることもなくその厚みに対する寿命度を高められる。なお、カバー２１は、耐圧誘電体部材５や第２の電極７に代ってチャンバー１内に露出してそこに発生するプラズマ６に曝されるので、耐エッチング性部材であることを好適とし、その耐エッチング度と厚みに応じ寿命が向上する。

ところで、以上のように耐圧誘電体部材５上に第２の電極７がある構成の場合に、これに低周波電力を印加すると、下記のような問題がある。

耐圧誘電体部材５に付着した反応生成物（デポ物）を除去するための実効的なパワー（低周波）を第２の電極７に印加すると、第２の電極７に発生する電圧のピークからピークへの値（Ｖｐｐ）が大きくなり、例えば、第２の電極７とチャンバー１の筐体間やＩＣＰコイルである第１の電極４間でショートを起こすといった問題がある。これは、周波数が低いほど、誘電体を介してプラズマと容量結合させる場合に、電波の透過率が減衰し、容量結合に必要とされる印加電力が大きくなることが原因である。

また、第２の電極７に高周波電力を印加した場合、第２の電極７による容量結合成分がウエハエッチングのプラズマ生成にも寄与するため、第１の電極４と第２の電極７により生成したプラズマ６は、第１の電極４による誘導結合プラズマと第２の電極７による容量結合プラズマの和となる。

誘導結合プラズマは容量結合プラズマよりプラズマ密度が大きいため、第１の電極４によるプラズマ生成と第２の電極７による耐圧誘電体部材５の反応生成物除去の独立制御がほぼできているといえるが、第１の電極４への高周波電力印加パワーが低い場合等は、高周波電力を印加した第２の電極７からの容量結合プラズマの割合が相対的に高くなるため、独立制御が悪化する問題がある。

そこで、第２の電極７を真空中に配置し、カバー２１を薄くすることで、低周波に対する透過率を向上することができ、実質的に低周波電力が印加できるようになる。

したがって、第２の電極７への低周波電力印加により、第２の電極７の容量結合プラズマがウエハエッチングのプラズマ発生へ寄与し難くなるため、第１の電極４による耐圧誘電体部材５やカバー２１などへ付着する反応生成物除去に関して、より独立した制御が可能になる。

本実施の形態ではチャンバー１の隔壁をなす耐圧誘電体部材５はチャンバー１の減圧に対する耐圧強度を必要としていることから、剛性の高い石英などとしている。これに対し、誘電体であるカバー２１は耐圧強度が不要な上、寿命による交換が可能なため、エッチングガスとしてＦ系ガスを用いる場合は、ＡｌＮセラミックス、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナセラミックス）、Ｙ₂Ｏ₃（イットリアセラミックス）等が選択でき、Ｃｌ系ガスを用いる場合は、石英、ＳｉＣセラミックス、ＳｉＮセラミックス等が選択できる。

さらに、図１〜図６に示す各例のそれぞれは、チャンバー１を、上端が開口したチャンバー本体部１０１と、このチャンバー本体部１０１の上端開口１０１ａを閉じるように既述の耐圧誘電体部材５を有して前記上端開口１０１ａを開閉する蓋部１０２とを有したものとしている。

特に、図１の例、図２の例、図３の例、図６の例では、第２の電極７およびカバー２１は蓋部１０２側に支持され、少なくともカバー２１は着脱できるように支持してある。これにより、カバー２１が削られて耐圧誘電体部材５や第２の電極７に対するプラズマ６や反応生成物から保護できないかそれに近い寿命に達しても、蓋部１０２を開くことによって各図に実線で示すようにチャンバー１内に面していたカバー２１が、各図に仮想線で示すようにチャンバー１外に持ち出されて露出させられるので、簡単かつ短時間に交換できる。また、蓋部１０２を開くとチャンバー本体部１０１の上端開口１０１ａを開放できチャンバー１内の清掃も併せできる。

これに代って、図４に示す例、図５に示す例では、第２の電極７は蓋部１０２側に支持され、カバー２１は前記チャンバー本体部１０１の上端開口部に着脱できるように支持してある。これにより、カバー２１が削られて耐圧誘電体部材５や第２の電極７に対するプラズマ６や反応生成物から保護できないかそれに近い寿命に達しても、蓋部１０２を開くことによって第２の電極７を各図に仮想線で示すようにチャンバー本体部１０１側に支持されたカバー２１から分離して外部へ持ち去り、カバー２１をチャンバー本体部１０１の上端開口１０１ａ部に露出されるので、単独に取り出し簡単かつ短時間に交換できる。また、蓋部１０２を開くとチャンバー本体部１０１の上端開口１０１ａを開放できチャンバー本体部１０１内の清掃も併せできる。

ここで、第１、第２の電極４、７に対する電源１１、１３からの電力供給系は図１〜図６に示す各例において、蓋部１０２の側に設け、チャンバー本体部１０１の開口１０１ａと蓋部１０２との間のシールは、耐圧性の十分なチャンバー本体部１０１の開口１０１ａ部と耐圧誘電体部材５との間にＯリングなどであるシール部材２２を挟持して行い、シール部での耐圧性を確保している。つまり減圧時にシール漏れがないようチャンバー１を密閉できるようにしている。しかし、シール部材２２はその他必要な図示位置や不図示の箇所に設ける。また、蓋部１０２はチャンバー本体部１０１の開口１０１ａの一縁にヒンジ部材２３によって開閉できるように連結してあり、蓋部１０２を真上に向くまで開放することで安定し、開いた蓋部１０２を安定させる特別な作業や支持部材を必要とせずにカバー２１を取り替えられる。しかも、カバー２１は水平な姿勢で真上に向くので、耐圧強度の不要な第２の電極７などへのねじ止め、クリップ止め、嵌め合わせ、粘着などを含むどのような支持方式による場合でも簡単に取り外し、また新規のカバー２１を簡単に装着できる。しかし、そのための蓋部１０２の連結構造や支持構造は自由に選択できる。

さらに、図１の例、図２の例、図６の例では、チャンバー本体部１０１の開口１０１ａ部と蓋部１０２との間のシール部材２２による前記シールにカバー２１が邪魔しない例として、チャンバー本体部１０１の開口１０１ａ内に嵌まり込む構造としている。

また、図３の例、図４の例では、チャンバー本体部１０１の開口１０１ａ部と蓋部１０２とのシール部材２２によりシール部に達しない内側の開口１０１ａ部と蓋部１０２との間にカバー２１の外周を挟み込んで、耐圧誘電体部材５がチャンバー１内に露出するのを確実に回避できるようにしているので、カバー２１による耐圧誘電体部材５に対する保護度合がより高まる。しかも、カバー２１と開口１０１ａとの間にもシール部材２２を設けて、万一にもプラズマ６などが耐圧誘電体部材５に直接及ぶようなことを防止して耐圧誘電体部材５のより安全を図っている。

これらとは別に、図５に示す例では、チャンバー本体部１０１の開口１０１ａ部と耐圧誘電体部材５およびカバー２１の重なり部との間にシール部材２２を設けることにより、耐圧強度のある耐圧誘電体部材５と開口１０１ａとの間にカバー２１およびシール部材２２を挟持することと、カバー２１が開口１０１ａの側に支持される構造であることとにより、高いシール性を確保しやすくしている。

いずれにしても、カバー２１の外周が開口１０１ａと耐圧誘電体部材５との間に挟まれるなどチャンバー１の内面域から外部に出ていると、その外部に出た部分はプラズマ６に曝されないので、ねじ止めなどするのにプラズマ６からの影響を配慮しなくてよい利点がある。

図３に示す例では、耐圧誘電体部材５、第２の電極７、カバー２１を蓋部１０２の側の装備品として取り扱う支持構造を利用して、反応ガス１０の供給口１ａをそれらの中央部を貫通する通路として形成してある。これにより、図１の例で示すように開口１０１ａの周方向に配列した複数の供給口１ａから反応ガス１０を供給してプラズマ６がより広域により均一な密度で発生しやすくするのに代えて、反応ガス１０を中央部１箇所から供給して同様な効果が得られる。これを達成するのに第２の電極７のアース側電極兼用の供給口管２４を形成し、これを絶縁部材２５で外周および下端面を覆って耐圧誘電体部材５側から耐圧誘電体部材５、第２の電極７を貫通してカバー２１に設けた供給口１ａまで挿入し第２の電極７との結線などによる電気的接続と供給口１ａとの通路接続とを満足する構造としてある。場合によっては供給口管２４の内周面や上端面も絶縁材で覆うこともできる。

また、図２、図４に示す例では、第２の電極７を回転または往復弧回動させる駆動手段３１を備えたものとしている。これにより、第２の電極７の配置密度の設定によって周方向に分散して配置される第２の電極７部の存在部と一般にスリット状などとされる不存在部である後述する高周波透過部とが、第２の電極７の回転または往復弧回動に伴い周方向に移動されて、第１の電極４からの高周波の透過位置、および第２の電極７からのパワーの出力位置を周方向に移動させて平均化するので、第１の電極４によるチャンバー１内でのプラズマ６の発生と、第２の電極７によるカバー２１の内表面への反応生成物の付着防止、削れ防止とをより均一にすることができる。駆動手段３１は蓋部１０２内に設けたモータ３２に直結の駆動ギヤ３３を第２の電極７の回転軸３４に設けた受動ギヤ３５に噛み合わせてあるが、具体的構成は自由に選択できる。

ここで、第２の電極７は、高周波透過部の周方向、径方向の配列パターンによって、カバー２１の内表面への反応生成物の付着度とカバー２１の削れ量との部分的な違いに応じて配置密度の差を有して設けたものとすることができる。これにより、第２の電極７がカバー２１の内表面への反応生成物の付着度の部分的な違いに応じて配置密度の差を有していることにより、第２の電極７からのパワーをカバー２１の内表面における部分的な反応生成物の付着度の違いに応じて弱め、カバー２１の内表面への各部での反応生成物の付着度の違いに応じて過不足なく働くようにするので、カバー２１の内表面に反応生成物が付着するのを各部において十分に防止し、しかも、耐圧誘電体部材の内表面の削れが部分的に多くなるようなことがなくなる。また、カバー２１の配置密度設定のために形成される第２の電極７が位置しない周方向位置、径方向位置では第１の電極４からチャンバー１内への高周波の透過により全体での透過効率を高められる。

具体的には、第２の電極７は、図７に示す例のように外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部７ａを有した単体、あるいは図８に示す例のように外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部７ａと中央部を打ち抜いた穴状の高周波透過部７ｂとを持った単体としたり、図９、図１０、図１１に示す各例の第２の電極７のように、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部７ａと中央部を打ち抜いた穴状の高周波透過部７ｂを持った外周体７ｄおよびこの外周体７ｄの穴部状の高周波透過部７ｂに環状の高周波透過部７ｅとなる隙間を持って配置されて外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部７ａを有した中央体７ｆとの組み合わせ体などとしてよく、このような第２の電極７の周方向、径方向での多様な配置態様を選択して部分的な配置密度の差を多様に設定することができる。また、図１５〜図１７の各例に示すように、第２の電極７におけるスリット状の高周波透過部７ａの間に窓状に開口した高周波透過部７ｇを有して配置密度の差を設定することもでき、スリット状の高周波透過部７ａの間の窓状の高周波透過部７ｇによって第２の電極７の周方向での配置密度をさらに弱め、また第１の電極４からの高周波のチャンバー１内への透過効率を高められる。

特に、図１２〜図１７に示す各例では、既述した各種パターンで形成する高周波透過部７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｇを、図１２（ｂ）、図１５（ｂ）に代表して断面を示すように誘電体で埋めてある。これにより、第２の電極７に高周波透過部７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｇによる導体近接部分があっても、そこを埋める誘電体によって空間とはならず導体近接部分間で放電するのを防止することができる。そこで、第２の電極７の高周波透過部７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｇを埋めている誘電体を、耐圧誘電体部材５の一部とすることができる。これにより、第２の電極７が耐圧誘電体部材５と対面する構成を利用して第２の電極７の高周波透過部７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｇを誘電体で埋めることが実現し、しかも、第２の電極７と耐圧誘電体部材５とを一体で取り扱えるし、第２の電極７が複数に分割、分断される場合に耐圧誘電体部材５により一体に支持できる。また、この耐圧誘電体部材５による一体支持はカバー２１が複雑な形状にならないため、カバー２１の取り替えを邪魔することにはならない。

また、第２の電極７の高周波透過部を埋めている誘電体を前記耐圧誘電体部材５の一部としたが、ウエハエッチング性に悪影響を及ぼさなければ、別体に構成してもよい。なお、第２の電極７を複数に分割する場合は、その分割に応じ第２の電極７への電力印加を分割して行ってもよい。

図５の例、図６の例では、第２の電極７を外周体７ｄと中央体７ｆとに分割した形態としてあり、接続されている同一の電源１３から可変コンデンサ１４により調整した同一の電力を供給してもよいが、それぞれに対応した可変コンデンサなどを利用した分配器４１によって外周体７ｄと中央体７ｆとに供給する電力を異なって分配するようにしている。これによって、前記第２電極７の配置密度の関係とともに、あるいは別に、第２の電極７による作用力を中央部と周辺部とでカバー２１の内表面への反応生成物の付着度が周辺部が中央部よりも低くなったり、高くなったりするような場合に対応しやすくしている。

なお、ここでも、図５、図６に示すように、第１の電極４には電源１１が、第２の電極７には電源１３が、それぞれ別々に接続されているが、第１の電極４と第２の電極７とを並列に可変チョークまたは可変コンデンサを介して同一高周波電源に接続する構成にしてもよい（図示せず）。または、図２１に示すように、第1の電極４には電源１１を可変チョークまたは可変コンデンサ１２を介し接続し、第２の電極７には可変チョークまたは可変コンデンサ１４を接続し、電源１１から発振された電力を第1の電極４から空気を介して第２の電極７に重畳させ第1の電極４と第２の電極７のそれぞれに印加される電力比を可変チョークまたは可変コンデンサ１２、１４で調整するようにしてもよい。

また、誘電体であるカバー２１は、その厚みによってエッチレートが変化させられる関係から、カバー２１の厚みを部分的に変えてカバー２１の内表面への削れの均一性を調整することもできる。１つの実施例としてウエット酸化膜とした場合、図１８に示すような厚さとエッチレートの関係を示した。

最後に図６に示す例では、耐圧誘電体部材５をドーム型にしてあるので、平板に比して耐圧強度が向上するので、耐圧強度が高くなる分だけさらに薄型とすることができ、第１の電極４によるエッチレートを上げられる。

本発明はプラズマ用の電極と反応生成物の付着防止電極とを用いるプラズマエッチング装置において、均一なプラズマエッチング、付着防止を損なわないで、耐圧誘電体部材の削れを回避できる。

本発明に係る実施形態のプラズマエッチング装置の第１の例を示す要部の概略断面図である。本発明に係る実施形態のプラズマエッチング装置の第２の例を示す要部の概略断面図である。本発明に係る実施形態のプラズマエッチング装置の第３の例を示す要部の概略断面図である。本発明に係る実施形態のプラズマエッチング装置の第４の例を示す要部の概略断面図である。本発明に係る実施形態のプラズマエッチング装置の第５の例を示す要部の概略断面図である。本発明に係る実施形態のプラズマエッチング装置の第６の例を示す要部の概略断面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の１つの例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第１の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第２の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第３の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第４の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第５の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第６の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第７の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第８の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第９の例を示す平面図である。図１〜図６に示す装置に適用される第２の電極の第１０の例を示す平面図である。誘電体の厚みとエッチレートとの関係を示すグラフである。従来のプラズマエッチング装置の概略構成例を示す断面図である。従来の装置でのプラズマ発生状態、反応生成物付着状態、耐圧誘電体部材の削れ状態を示す説明図である。本発明に係る実施形態のプラズマエッチング装置の概略構成の第２の電極への電力印加方法の他の例を示す要部の断面図である。

符号の説明

１チャンバー
２被処理物
３対向電極
４第１の電極
５耐圧誘電体部材
６プラズマ
７第２の電極
７ａ、７ｂ、７ｅ、７ｇ高周波透過部
７ｄ外周体
７ｆ中央体
１１、１３電源
１２、１４可変コンデンサ
２１カバー（誘電体）
２２シール部材
３１駆動手段
４１分配器

Claims

減圧可能なチャンバーと、このチャンバーの内部に設けられ被処理物を支持する対向電極と、前記チャンバーの隔壁をなす耐圧誘電体部材の外に設けられチャンバー内に反応ガスからのプラズマを発生させて対向電極に支持する被処理物をエッチングする第１の電極と、この第１の電極のチャンバー側に設けられてチャンバーの耐圧誘電体部材側の内表面に反応生成物が付着するのを防止する第２の電極とを備えたプラズマエッチング装置において、
前記第２の電極を前記耐圧誘電体部材の内側に配してカバーで覆ったことを特徴とするプラズマエッチング装置。
カバーは、耐エッチング性部材である請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
第２の電極を回転または往復弧回動させる駆動手段を備えた請求項１、２のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
第２の電極は、カバーの内表面への反応生成物の付着度とカバーの削れ量との部分的な違いに応じて配置密度の差を有して設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
第２の電極は、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部を有した単体、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部と中央部を打ち抜いた穴状の高周波透過部とを持った単体、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部と中央部を打ち抜いた穴状で中央部に向く放射状の突出片を有した高周波透過部とを持った単体、外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部と中央部を打ち抜いた穴状の高周波透過部を持った外周体およびこの外周体の穴部に環状の高周波透過部となる隙間を持って配置されて外周から所定の間隔とこの間隔よりも小さい幅とを持って放射状に切り込んだスリット状の高周波透過部を有した中央体との組み合わせ体、のいずれかで配置密度の差を設定してある請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
第２の電極は、スリット状の高周波透過部の間に窓状に開口した高周波透過部を有して配置密度の差を設定している請求項５に記載のプラズマエッチング装置。
第２の電極の高周波透過部は、誘電体により埋められている請求項５、６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
第２の電極の高周波透過部を埋める誘電体は、耐圧誘電体部材の突出部である請求項７に記載のプラズマエッチング装置。
チャンバーは、上端が開口したチャンバー本体部と、このチャンバー本体部の上端開口を閉じる耐圧誘電体部材を有して前記上端開口を開閉する蓋部とを備え、第２の電極およびカバーは蓋部側に支持され、少なくともカバーは着脱できるように支持してある請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
チャンバーは、上端が開口したチャンバー本体部と、このチャンバー本体部を閉じる耐圧誘電体部材を有して前記上端開口を開閉する蓋部とを備え、第２の電極は蓋部側に支持され、カバーは前記チャンバー本体の上端開口部に着脱できるように支持してある請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。
第２の電極に低周波電力を印加した請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプラズマエッチング装置。