JPH06252101A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理室の下方側のマッチングボックスと処理
室とを同軸ケーブルに代わる二重管構造の高周波給電棒
により接続してなるプラズマ処理装置において、高周波
給電棒内の結露を防止して絶縁性の確保と腐食の抑制と
を図ること。 【構成】 高周波給電棒４の例えば内部導体棒４１に抵
抗発熱線６１を巻装し、サセプタ支持台２の設定温度に
影響を与えない程度に高周波給電棒４を加熱する。また
高周波給電棒４の下端に受け皿６４を冠着して水滴がマ
ッチングボックス５に流れ落ちないように構成し、更に
受け皿６４に仕切り壁６５を設けて、溜り水による内部
導体棒４１と外部導体管４２との間の短絡を防止する。
更にまた内部導体棒４１と外部導体管４２との間を低露
点ガス雰囲気としても同様の効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ある種のガスを放電させ
て得られたプラズマ中には、イオン、錯イオン、ラジカ
ルなどの活性種が存在し、これら活性種の利用分野の一
つとして半導体ウエハの表面処理が挙げられる。プラズ
マによる処理は、高精度なプロセス制御ができることな
どの理由から、半導体ウエハの製造プロセスでは、各種
の膜のエッチングや成膜などを行うためにプラズマ処理
が用いられている。

【０００３】プラズマを発生させる方法の一つとして処
理ガスに高周波電力を印加する方法があり、この方法を
利用したプラズマ装置例えば枚葉式エッチング装置は、
気密シール構造の処理室内に下部電極をなすサセプタ
と、これと対向するように上部電極をなすガス導入室と
を配置し、サセプタとガス導入室との間に高周波電圧を
印加してプラズマを発生させ、サセプタ上に載置された
被処理体例えば半導体ウエハの表面をエッチングするよ
うに構成される。

【０００４】従来このようなプラズマ処理装置では、サ
セプタと高周波電源とを接続する手段として同軸ケーブ
ルが用いられていたが、シールド線と処理室との接続が
面倒であると共に、この接続の仕方によって装置のイン
ピーダンスが変化するという問題があり、また大電力用
の同軸ケーブルの誘電体として用いられるテフロンが高
価であるなどの理由から、最近では、同軸ケーブルの代
わりに二重管構造の高周波給電棒が検討されている。

【０００５】このような高周波給電棒を用いたエッチン
グ装置の従来例を図５に示すと、処理室９内にガス供給
部を兼用する上部電極９１と、サセプタ支持台９２上に
支持されたサセプタを兼用する下部電極９３とが対向配
置され、高周波給電棒の内部導体棒９４が処理室９の下
方側から下部電極９３まで突入されると共に、高周波給
電棒の外部導体管９５が処理室９の底壁に接続されてい
る。この底壁は、処理室９の側壁を介して上部電極９１
に電気的に接続されている。

【０００６】前記内部導体棒９４及び外部導体管９５の
下端部は夫々マッチングボックスＭ内のマッチング回路
ＭＣを介して高周波電源Ｅ及びアースに電気的に接続さ
れている。また内部導体棒９４及び外部導体管９５の下
端部とマッチング回路ＭＣとは給電棒９４ａ、９５ａに
より夫々されている。なお図５中９６は排気管、９７、
９８は絶縁部、Ｗは被処理体であるウエハである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一方上述のプラズマ処
理装置では、処理時にサセプタを冷却する場合があり、
例えばサセプタを支持するサセプタ支持台の内部に冷却
媒体例えば液体窒素を循環させる冷媒溜９９を設けてウ
エハＷを例えば１０℃以下に冷却し、液体窒素などの冷
却媒体を用いる場合には−１０℃以下例えば−３０〜−
１００℃もの低温に冷却する。しかしながらこのように
してサセプタを冷却すると、高周波給電棒も相当低い温
度になるため、大気中に含まれる水分が高周波給電棒の
内部導体棒と外部導体管との表面に結露し、これにより
内部導体棒と外部導体管との間の絶縁や内部に静電チャ
ック用給電線が配設される場合にはこれらの間の絶縁が
悪くなり、短絡事故のおそれがある。

【０００８】また内部導体棒や外部導体管が腐食して高
周波電力の給電効率が悪くなり、このためウエハＷの処
理がばらついてしまい、歩留まりが低下するという問題
があったし、更に腐食が進行すると腐食物が剥離して短
絡のおそれがあった。

【０００９】更にまたマッチングボックスＭは効率の上
からできるだけ高周波給電棒に接近させて配置すること
が要請されるが、水滴が高周波給電棒を伝ってマッチン
グボックスＭ内に滴下してマッチング回路部品や接続部
品などの電気部品が腐食し、同様の問題が生じるおそれ
がある。

【００１０】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、高周波給電棒の結露を抑え
て高周波電力の給電効率の低下を抑え、また短絡事故の
おそれのないプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、処理
室内にて下部電極と上部電極との間に高周波電力を供給
して処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより下部
電極上の被処理体を処理するプラズマ処理装置におい
て、下端側が高周波電源に電気的に接続され、前記処理
室の下方側から下部電極まで設けられた内部導体棒と、
下端側が接地され上端側が処理室の底部に接続された外
部導体管とよりなる二重管構造の高周波給電棒と、この
高周波給電棒を加熱するための加熱手段と、を備えてな
ることを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、高周波給電棒の下部側に、当該高周波給電棒内の水
滴を受けるための絶縁材よりなる受け皿を設けたことを
特徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、処理室内にて下部電極
と上部電極との間に高周波電力を供給して処理ガスをプ
ラズマ化し、このプラズマにより下部電極上の被処理体
を処理するプラズマ処理装置において、下端側が高周波
電源に電気的に接続され、前記処理室の下方側から下部
電極まで設けられた内部導体棒と、下端側が接地され上
端側が処理室の底部に接続された外部導体管とよりなる
二重管構造の高周波給電棒と、この高周波給電棒の内部
導体棒と外部導体棒との間に低露点ガスを導入するガス
導入手段と、を備え、前記高周波給電棒の内部導体棒と
外部導体棒との間を低い露点ガス雰囲気としたことを特
徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１の発明において、高周波給電棒をあま
り高温に加熱するとこの熱が下部電極に伝熱して被処理
体の設定温度が変化してしまうので、被処理体の設定温
度に影響を及ぼさないよう加熱手段により加熱する。こ
れにより高周波給電棒の結露が抑えられ、高い絶縁性が
確保でき、腐食も抑えられる。

【００１５】また請求項２の発明では、下部電極が可成
り低温に冷却されて高周波給電棒に結露し、高周波給電
棒を伝って水滴が垂れてきても受け皿に溜まり、マッチ
ングボックス内への水滴の侵入が防止できる。この場合
受け皿を外側部分と内側部分とに区画するなどの形状に
作っておくことにより受け皿内の水滴による短絡は防止
できる。

【００１６】更に請求項３の発明のように内部導体棒と
外部導体管との間を低露点ガス雰囲気としておくことに
よっても、高周波給電棒の結露が抑えられる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置例えばエッ
チング装置の全体構成を示す略断面図である。図１に示
す処理室１には、外側壁に図示しないロードロック室と
の間を気密にシールするゲートバルブ１１、１２が設け
られると共に、処理室１内の底面中央部には、例えばア
ルミニウム等の導電性金属よりなる、例えば円柱状のサ
セプタ支持台２が配設されている。

【００１８】このサセプタ支持台２の内部には冷却媒体
を循環させる冷媒溜２１が形成され、これには導入管２
１Ａと排出管２１Ｂが設けられていて、導入管２１Ａを
介して冷媒溜２１内に供給された冷却媒体例えば液体窒
素は排出管２１Ｂを介して装置外部へ排出される。さら
にサセプタ支持台２には、サセプタ支持台２の温度を検
出するための例えばフロロプチック・サ−モメトリ(Flu
oroptic Thermometry)からなる温度モニタ２２が設けら
れている。またサセプタ支持台２及びサセプタ３の周囲
には、絶縁部２３を介して、処理室１の壁部に連続する
グランド部材１３が配設されている。

【００１９】サセプタ支持台２の上には例えばアルミニ
ウム等の導電性金属よりなり、下部電極をなすサセプタ
３が、例えばボルトによって取付けられており、サセプ
タ３の上面には、静電チャックシート３１が接続されて
いる。静電チャックシート３１は例えば電解箔銅からな
る電極板３２を例えばポリイミドフィルム３３からなる
絶縁膜で両側から被覆して構成され、半導体ウエハＷは
この静電チャックシート３１を介してサセプタ２上に載
置される。

【００２０】前記処理室１の下方側には、高周波給電棒
４を介してマッチングボックス５が配置されており、こ
の高周波給電棒４は、管状体よりなる内部導体棒４１と
外部導体管４２とを同心円状に配置してなる二重管構造
をなしている。前記内部導体棒４１の上端部はサセプタ
３の下面に接合されると共に、内部導体棒４１の下端部
は給電棒４３と、マッチングボックス５内のブロッキン
グコンデンサなどを含むマッチング回路部５０とを介し
て高周波電源５１に電気的に接続されている。

【００２１】前記外部導体管４２の上端部は、処理室１
の底壁に電気的に接続されると共に、外部導体管４２の
下端部は給電棒４４及び前記マッチング回路部５０を介
して接地されている。図中２０は絶縁部である。なおマ
ッチングボックス５と高周波電源５１との間の導電路は
例えば同軸ケーブルにより構成される。

【００２２】前記高周波給電棒４は、高周波電力を効率
良く供給するために抵抗率の少ない導電性の材質、例え
ば銀または銅から構成され、銅を用いた場合にはその表
面に銀メッキされる。そして前記内部導体棒４１外周面
には加熱手段例えば抵抗発熱線６１が巻装されており、
この抵抗発熱線６１は図２に示すように電源部６２に接
続されている。この電源部６２は、装置コントローラ６
３に接続され、この装置コントローラ６３によって例え
ば温度モニタ２２よりの検出温度が所定値を越えた場合
には抵抗発熱線６３への供給電力を小さくするかあるい
はオフにするなどの制御が行われる。なおこの装置コン
トローラ６３は温度モニタ２２よりの検出温度にもとづ
いて冷媒流量などを制御する機能を有する。

【００２３】前記高周波給電棒４の下端部には、絶縁材
よりなる受け皿６４が冠着されている。この受け皿６４
は、内部導体棒４１の管壁あるいは外部導体管４２の内
面を伝って降りてきた水滴を受けてマッチングボックス
５へ滴下しないようにするためのものであり、内部導体
棒４１と外部導体管４２とが受け皿６４内の溜り水によ
り短絡しないように例えば受け皿６４に仕切り壁６５が
形成されている。

【００２４】前記給電棒４３、４４は夫々上端部が内部
導体棒４１の内面及び外部導体管の内面に接合されてお
り、前記受け皿６４を貫通している。また前記内部導体
棒４１内には、受け皿６４の中央突起部６６を突き抜け
て下方側に伸びる給電線３４が貫通して設けられており
（ただし図３では省略してある）、この給電線３４は下
端側がマッチングボックス５内に設けられた直流電源５
３にスイッチ５４を介して接続されると共に、上端側は
サセプタ３の下方側のほぼ中央部において、静電チャッ
クシート３１の電極板３２に電気的に接続されている。
このため静電チャックシート３１は、その一部がサセプ
タ３の側壁から下方側へ引き出されており、サセプタ３
の下方側のほぼ中央部において絶縁膜３３は剥離されて
電極板３２が露出している。

【００２５】さらにサセプタ３の上方には、処理室１の
側壁に電気的に接続された、ガス導入部を兼用する上部
電極７１がこれと対向するように配設されている。この
上部電極７１には、例えばＣＨＦ₃ 、ＣＦ₄ 等の処理ガ
スや不活性ガスを処理室１内に供給するためのガス供給
管７２が接続されると共に、上部電極７１の下面側に
は、処理ガスを処理室１内に例えばシャワー状に供給す
るための、例えばアルマイト等からなるガス拡散板７３
が設けられている。また処理室１の下部には、図示しな
い真空ポンプに接続された排気管１４が設けられてい
る。

【００２６】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず被処理体である半導体ウエハＷを図示しない搬送アー
ムによりゲートバルブ１１を介して処理室１内に搬入
し、サセプタ３の上面に静電チャックシート３１を介し
て載置する。そしてガス導入管７２により、上部電極７
１、ガス拡散板７３を介して処理室１内に処理ガスを供
給すると共に、排気管１４を介して真空排気し、処理室
１内を所定の圧力に維持する。

【００２７】一方高周波電源５１→マッチング回路部５
０→内部導体棒４１→サセプタ３→上部電極７１→処理
室１の壁部→外部導体管４２→接地のループで例えば１
３．５６ＭＨｚ、１Ｋｗの高周波電力を印加し、上部電
極７１及びサセプタ３間にプラズマを発生させて、半導
体ウエハＷに対してエッチング処理が行われる。なお高
周波の周波数は、例えば４０ＭＨｚとしても良い。

【００２８】またこのエッチング処理中は、マッチング
ボックス５内の直流電源５３からスイッチ５４を介して
直流電圧を電極板３２に印加し、この時に発生する静電
気力により、半導体ウエハＷを静電チャックシートを介
してサセプタ３上に吸着保持する。そしてプラズマ処理
後半導体ウエハＷを図示しない搬送アームによってゲー
トバルブ１２を介して図示しないロードロック室に搬送
する。

【００２９】ここで温度モニタ２２の監視により冷却媒
体の供給量や、図示しないヒータの動作が制御される
と、サセプタ２上の半導体ウエハＷの温度が所望の温
度、例えば−３０〜−１００℃となるように制御され
る。

【００３０】このようにサセプタ支持台２を冷却する
と、サセプタ支持台２に接触する内部導体棒４１や、内
部導体棒４１を介して外部導体管４２も冷却され、これ
により内部導体棒４１や外部導体管４２の内外壁の表面
に結露を生じるが、この結露を抑えるための抵抗発熱線
６１を通電して加熱する。

【００３１】ここで抵抗発熱線６１は内部導体棒４１の
外表面に巻装されているので、外部導体管４２について
も二重管の内部空間を伝熱して加熱され、従って高周波
給電棒４全体を効果的に加熱することができ、結露を防
止することができるし、また実際に結露が生じた場合に
おいても、水分を蒸発させ除去することができる。さら
に結露の量が多く、水滴が内部導体棒４１や外部導体管
４２の壁面を伝って下方へ流れた場合には、これらの水
滴は高周波給電棒４の下部側に設けられた受け皿６４に
溜められ、例えば抵抗発熱線６１の加熱により蒸発して
除去される。

【００３２】ここで上述のような加熱を行う場合、サセ
プタ支持台２が設定温度を越えないようにすることが必
要であり、抵抗発熱線６１の巻装領域や通電量は、この
ような点を考慮して決定される。また抵抗発熱線６１の
通電制御は、種々の方法を採用できるが、例えば上述の
ように温度モニタ２２の検出温度にもとづいて通電量の
制御やオン、オフ制御などを行えばサセプタ３の温度制
御に影響を及ぼすおそれがない。

【００３３】このように本実施例のエッチング処理装置
では、高周波給電棒４に抵抗発熱線６１を設けて高周波
給電棒４を加熱しているため、サセプタ支持台２の冷却
による高周波給電棒４の結露を抑えることができ、また
結露が生じた場合においても、水分を蒸発させて除去す
ることができる。さらに高周波給電棒４の下部側に受け
皿６４を設けたので、結露した水滴がマッチングボック
ス５内へ流れ落ちるのを防ぐことができる。

【００３４】以上において抵抗発熱線は、内部導体棒及
び外部導体管の両方に巻装してもよいし、また加熱手段
としては抵抗発熱線の代りに、例えば高周波給電棒４の
周囲から輻射熱を与えるものであってもよい。更に受け
皿６４は、外部導体管４２の外周面を水滴が伝ってくる
場合には、外周縁を外部導体管４２よりも大きくしてこ
の水滴を受けるように構成してもよい。

【００３５】次に本発明の第２実施例について説明す
る。図４に示すように高周波給電棒４の外部導体管４２
には、低露点ガス例えばＳＦ₆ ガスの図示しないガス供
給源に一端が接続されたガス導入管８１の他端側が開閉
弁８２を介して接続されると共に、開閉弁８３を介して
排気手段８４が接続され、また内部導体棒４１にはガス
導入口８５が形成されている。この例ではガス供給源と
ガス導入管８１とによりガス導入手段が構成される。ま
た排気手段８４は例えば処理室１内を真空引きする真空
ポンプなどが兼用される。なお開閉弁８２、８３は装置
コントロ−ラ６３により制御する。

【００３６】本実施例の作用について説明すると、先ず
装置コントロ−ラ６３の制御信号により開閉弁８３を開
き、排気手段８４により高周波給電棒４の内部導体棒４
１の内部空間、及び内部導体棒４１と外部導体管４２と
の間を排気して減圧雰囲気例えば１０^-2Ｔｏｒｒ以下に
した後開閉弁８３を閉じ、一方装置コントロ−ラ６３の
制御信号により開閉弁８２を開いて高周波給電棒４内に
例えばＳＦ₆ ガスを導入する。ここでＳＦ₆ ガスはガス
導入口８５を介して内部導体棒４１内にも導入され、高
周波給電棒４の内部全体に充満する。このようにして高
周波給電棒４内を低露点ガスによってほぼ大気圧以上、
例えば２ｋｇｆ／ｃｍ² の雰囲気にする。

【００３７】このように本実施例では、高周波給電棒４
の内部を低露点ガス雰囲気とすることにより、内部導体
棒４１や外部導体管４２の表面に水分が付着するのを抑
制でき、サセプタ支持台２を冷却した際の高周波給電棒
４の結露を防ぐことができる。従って本実施例は上述の
第１実施例と同様の効果を有する。また第１の実施例の
ように加熱手段と併せて作用させればより効率よく結露
を防止することができる。更に低露点ガスは、ＳＦ₆ ガ
スに限らず例えば水分含有量が極めて少ない空気であっ
てもよく、また高周波給電棒４の内外でガスを循環させ
てこのガスを外部で乾燥し、高周波給電棒４に戻すよう
にしても良い。

【００３８】また本発明は、エッチング処理装置に限定
されるものではなく、高周波給電棒４により電力を供給
し、半導体ウエハやＬＣＤ基板のような被処理体をプラ
ズマ処理する装置であれば、プラズマＣＶＤ等の熱処理
装置、アッシング装置等にも適用できる。なお高周波給
電棒は、大気中の水分により結露する場合もあるので本
発明は、サセプタ支持台に冷却溜がない場合にも適用で
きる。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、高周波給電棒
を加熱手段により加熱しているので、高周波給電棒の結
露を抑えることができ、また結露が生じた場合も水分を
蒸発させて除去することができる。従って高周波給電棒
の二重管の間を確実に絶縁することができるので短絡事
故を防止でき、また腐食が抑えられるので高周波電力の
給電効率の低下を防止できる。

【００４０】また請求項２の発明のように高周波給電棒
の下端に受け皿を設ければ、マッチングボックス内への
水滴の侵入を防止することができる。

【００４１】更に請求項３の発明のように内部導体棒と
外部導体管との間を低露点ガス雰囲気としておくことに
よっても、高周波給電棒の結露が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例の要部を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例の要部を示す破断斜視図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例の要部を示す構成図であ
る。

【図５】エッチング装置の従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 処理室 ２ サセプタ支持台 ２１ 冷媒溜 ３ サセプタ ４ 高周波給電棒 ４１ 内部導体棒 ４２ 外部導体管 ５ マッチングボックス ６１ 抵抗発熱線 ６４ 受け皿 ７１ 上部電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内にて下部電極と上部電極との間
   に高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化し、この
   プラズマにより下部電極上の被処理体を処理するプラズ
   マ処理装置において、 下端側が高周波電源に電気的に接続され、前記処理室の
   下方側から下部電極まで設けられた内部導体棒と、下端
   側が接地され上端側が処理室の底部に接続された外部導
   体管とよりなる二重管構造の高周波給電棒と、 この高周波給電棒を加熱するための加熱手段と、 を備えてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 高周波給電棒の下部側に、当該高周波給
   電棒内の水滴を受けるための絶縁材よりなる受け皿を設
   けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
   置。
3. 【請求項３】 処理室内にて下部電極と上部電極との間
   に高周波電力を供給して処理ガスをプラズマ化し、この
   プラズマにより下部電極上の被処理体を処理するプラズ
   マ処理装置において、 下端側が高周波電源に電気的に接続され、前記処理室の
   下方側から下部電極まで設けられた内部導体棒と、下端
   側が接地され上端側が処理室の底部に接続された外部導
   体管とよりなる二重管構造の高周波給電棒と、 この高周波給電棒の内部導体棒と外部導体棒との間に低
   露点ガスを導入するガス導入手段と、 を備え、 前記高周波給電棒の内部導体棒と外部導体棒との間を低
   露点ガス雰囲気としたことを特徴とするプラズマ処理装
   置。