JPH0710933U - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プロセスガス及び制御ガスを同時に排気して
もガスを混合させたり逆流させたりすることなく排気す
ることができ、試料Ｓを連続処理する場合でも異常放電
の発生を防止することができ、試料Ｓの損傷を防止する
ことができ、しかも効率化を図ることができるプラズマ
処理装置１０を提供すること。 【構成】 プロセスガスを供給する開口部１２ａを有す
る上部電極１２と、試料Ｓが載置されかつ試料Ｓの温度
を制御するための冷媒の供給口２４ａを有する下部電極
１３と、上部電極１２および下部電極１３へのガス供給
配管１６ｃ、２４ｃおよび排気配管１６ｅ、２４ｅを備
えたプラズマ処理装置１０において、上部電極１２およ
び下部電極１３からの排気配管１６ｃ、２４ｃが各々独
立して主排気配管２６に接続されているプラズマ処理装
置１０。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はプラズマ処理装置に関し、より詳細には静電チャックやメカチャック 等により試料台に試料を固定し、該試料の裏面にガスを供給し、前記試料の温度 制御を行いながらプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、半導体製造過程の薄膜形成工程やドライエッチング工程等で使用される プラズマ処理装置においては、処理中の試料がプラズマの照射を受けることによ り高温に加熱され、該試料が高温になると、良好な処理ができなかったり、試料 が破損したりするという問題が発生する。この問題に対処するため、高い熱伝導 率を有する金属を用いて形成された試料台に冷却機構が埋設されたプラズマ処理 装置が広く用いられている。該プラズマ処理装置における前記試料の温度制御は 主として前記試料台からの熱伝導により行われる。すなわち、まず前記冷却機構 により前記試料台の温度制御が行われ、該試料台表面から前記試料に熱伝導され 、該試料の温度が制御される。しかし、該試料が前記試料台上に載置されるだけ では、前記試料と前記試料台との密着性が悪く、良好な前記試料の温度制御を行 うことは困難である。そこで近年、試料台と試料との密着性を良好にするため、 リング状の押え板や爪状の押え治具等の機械的機構、あるいは静電力の吸着作用 を利用する静電チャック等を用い、前記試料を前記試料台上に密着させるプラズ マ処理装置が開発されてきている。

【０００３】 図２は従来の押え板を用いたプラズマ処理装置を示した模式的断面図であり、 図中３０はプラズマ処理装置を示している。処理室１１の上方には上部電極１２ がセラミックシールド２０に支持されており、この上部電極１２はアルミニウム 等の金属にアルマイト処理が施されて形成されている。また、上部電極１２の上 方にはシ−ルプレ−ト１５が配設され、このシ−ルプレ−ト１５の中央部にはプ ロセスガス供給路１６が形成されており、プロセスガス供給路１６にはガス供給 源（図示せず）が接続されている。また、シ−ルプレ−ト１５と上部電極１２と の間にはバッフル板２１が介装されており、このバッフル板２１に形成された開 口部２１ａ及び上部電極１２に形成された開口部１２ａから処理室１１にプロセ スガスが拡散されて供給されるようになっている。また、セラミックシールド２ ０には試料を試料台３４に固定するための押え板１９が取り付けられている。

【０００４】 また、上部電極１２に対向して処理室１１の下部には所定の距離を保って下部 電極３３が配設されており、下部電極３３は高い熱伝導率を有する金属を用いて 形成されている。また下部電極３３の周囲は下部電極３３以外の電気的グランド がのぞかないように絶縁層３３ａで覆われており、下部電極３３底部には冷媒を 循環させるための冷媒循環路３８が形成されており、これら下部電極３３、絶縁 層３３ａ及び冷媒循環路３８を含んで試料台３４が構成されている。また、試料 台３４上面には試料が載置されるようになっており、試料台３４外周下方には排 気路１７が配設されている。また、上部電極１２及び下部電極３３には高周波電 源２２が接続されており、上部電極１２をアースし、下部電極３３に高周波電力 を印加する場合はＲＩＥモードとなり、下部電極３３をアースし、上部電極１２ に高周波電力を印加する場合はプラズマモードとなる。

【０００５】 このように構成されたプラズマ処理装置３０を用いて試料にプラズマ処理を施 す場合、まず該試料を被エッチング面を上面にして試料台３４上に載置する。次 に、上部電極１２と押え板１９とを備えたセラミックシールド２０を降下させ、 押え板２９により前記試料を押圧固定する。この後、所定の真空度に設定した処 理室１１内にプロセスガス供給路１６からプロセスガスを供給し、下部電極３３ をアースする。その後、高周波電源２２から上部電極１２に高周波電力を印加す ると、プロセスガスがプラズマ化され、前記試料にプラズマ処理が施される。そ して、所定の温度に設定された冷媒を冷媒循環路３８に循環させることにより処 理中の前記試料の温度を制御する。

【０００６】 プラズマ処理装置３０では、押え板１９を用いて前記試料周辺部を試料台３４ 上に固定することによりある程度の密着性は得られるものの、この密着性は前記 試料及び試料台３４の表面の粗さや平面度等に大きく依存し、しかも前記試料裏 面は微視的には粗い状態であるため、良好な密着性を得ることはできず、十分な 熱伝導を得ることは困難であった。また、特に処理室１１内が真空である場合、 試料台３４と前記試料との間にわずかなすき間があっても熱は伝わらない。この ため、押え板１９を用いて前記試料を固定しても該試料の良好な温度制御を行う ことは困難であった。

【０００７】 また、爪状の押え治具や静電チャック等を用いたプラズマ処理装置においても 、試料台からの熱伝導を利用して試料の温度を制御するため、上記したプラズマ 処理装置３０の場合と同様の問題があった。

【０００８】 そこでこのような問題を解決するために、試料台と試料との間に試料温度制御 用ガス（以下、制御ガスと記す。）を供給し、この制御ガスにより前記試料の温 度を制御する試料台が考案されている（実開平２−７３３号公報）。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

上記した実開平２−７３３号公報記載の試料台においては、試料台内に制御ガ ス室及びガス供給路が形成され、前記制御ガス室から供給口を通過させて前記試 料裏面に制御ガスを供給することにより前記試料の温度を制御するようになって いる。

【００１０】 このような試料台がプラズマ処理装置に配設された場合、図３に示したように ガス供給路５４は分岐して一方はガス圧制御装置５５が介装されたガス供給配管 ５４ｃに供給バルブ５４ｂを介して接続されている。また、プロセスガス供給路 １６は分岐して一方はガス供給配管１６ｃに供給バルブ１６ｂを介して接続され ている。

【００１１】 また、ガス供給路５４の他方は排気バルブ５４ｄを介して分岐排気配管５７の 一端に接続され、プロセスガス供給路１６の他方は排気バルブ１６ｄを介して分 岐排気配管５７の一端に接続されており、分岐排気配管５７の他端はポンプ（図 示せず）が接続された排気を行うための主排気配管５６に接続されている。

【００１２】 このような構成のプラズマ処理装置を用い、連続して前記試料を処理する場合 、前記試料台への前記試料の設置及び離脱が繰り返し行われる。その際、この設 置及び離脱のタイミングに合わせてプロセスガス及び制御ガスの供給及び排気を 行う必要があり、またこれらのプロセスガス及び制御ガスの排気は効率化を図る ため、通常同時に行われる。

【００１３】 しかしながら、分岐排気配管５７は１／４インチのＳＵＳ配管を用いて形成さ れていて細いため、プロセスガス及び制御ガスを同時に排気すると、スムーズな 排気が行われにくく、合流部分でガスが溜りやすい。また、通常制御ガスの圧力 は０〜数Ｔｏｒｒ、プロセスガスの圧力は数百ｍＴｏｒｒ程度で制御されており 、プロセスガスの排気圧力と制御ガスの排気圧力とに差が生じ、圧力の高い方の ガスが低い方のガスに一時的に流入する場合がある。このため、プロセスガス成 分中の多原子分子等の不純物を含んだ制御ガスが排気バルブ５４ｄを通過し、ガ ス供給路５４内に流入することがある。この時点で、排気処理を終了し、ガスの 供給を開始する場合、排気バルブ１６ｄ、５４ｄを閉じた状態で、供給バルブ１ ６ｂ、５４ｂを開け、プロセスガスを処理室１１内に供給して処理を行うと同時 にガス圧が制御された制御ガスを供給することになるが、この際不純物を含んだ 制御ガスが前記試料裏面に供給されることになる。そして、前記不純物が前記試 料台に印加された高周波により分極してプラズマとなり、前記試料台と試料Ｓ間 で異常放電が発生し、この異常放電により試料Ｓ裏面がダメージを受けるという 課題があった。

【００１４】 本考案はこのような課題に鑑みなされたものであって、プロセスガス及び制御 ガスを同時に排気してもガスを混合させたり逆流させたりすることなく排気する ことができ、試料を連続処理する場合でも異常放電の発生を防止することができ 、前記試料の損傷を防止することができ、しかも効率化を図ることができるプラ ズマ処理装置を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案に係るプラズマ処理装置は、プロセスガスを 供給する開口部を有する上部電極と、試料が載置されかつ該試料の温度を制御す るための冷媒の供給口を有する下部電極と、前記上部電極および前記下部電極へ のガス供給配管および排気配管を備えたプラズマ処理装置において、前記上部電 極および前記下部電極からの前記排気配管が各々独立して主排気配管に接続され ていることを特徴としている。

【００１６】

【作用】

上記した構成のプラズマ処理装置によれば、前記上部電極および前記下部電極 からの前記排気配管が各々独立して主排気配管に接続されているので、排気され るプロセスガスと制御ガスとが太い主排気配管に流入する時点で拡散し、圧力が 大きく下がる。その後、拡散したガスがポンプに引かれ排出される。このため、 プロセスガス及び制御ガスを同時に排気してもガスが混合したり逆流したりする ことなく排気が行われ、前記試料を連続処理する場合でも異常放電の発生が防止 され、前記試料の損傷が防止され、しかも効率化が図られる。

【００１７】

【実施例】

以下、本考案に係るプラズマ処理装置の実施例を図面に基づいて説明する。な お、実施例に係るプラズマ処理装置の構成は図２に示した従来のプラズマ処理装 置装置の構成と略同様であるため、ここでは同じ部分の説明は省略し、従来のも のと相違する箇所についてのみその構成を説明する。また、従来例と同一の構成 部品には同一の符合を付すこととする。 図１は実施例に係る平行平板型のプラズマ処理装置を示した模式的断面図であ る。図中１０はプラズマ処理装置装置を示しており、また図中１４は試料台を示 している。アルミニウム等の熱伝導率の高い金属を用いて形成された下部電極１ ３の周囲は下部電極１３以外の電気的グランドがのぞかないように絶縁層１３ａ で覆われている。また、下部電極１３内には冷媒室１８が形成されており、下部 電極１３下部には冷媒室１８に冷媒を供給するための冷媒供給路１８ａと、冷媒 室１８冷媒を排出するための冷媒排出路１８ｂとが接続されている。また、下部 電極１３中央部には制御ガスとしてヘリウムガス等を供給するためのガス供給路 ２４が形成されており、下部電極１３上面全面には制御ガスの供給口２４ａが一 様に形成され、この供給口２４ａにより試料Ｓ裏面全面に制御ガスが供給される ようになっている。これら下部電極１３、絶縁層１３ａ、冷媒室１８、ガス供給 路２４及び供給口２４ａを含んで試料台１４が構成されている。

【００１８】 また、ガス供給路２４は分岐して一方はガス圧制御装置２５が介装された内径 が６．３５ｍｍのガス供給配管２４ｃに供給バルブ２４ｂを介して接続されてい る。また、プロセスガス供給路１６は分岐して一方は内径が６．３５ｍｍのガス 供給配管１６ｃに供給バルブ１６ｂを介して接続されている。また、ガス供給路 ２４の他方は内径が６．３５ｍｍの排気配管２４ｅの一端に排気バルブ２４ｄを 介して接続され、プロセスガス供給路１６の他方は内径が６．３５ｍｍの排気配 管１６ｅの一端に排気バルブ１６ｄを介して接続されており、排気配管２４ｅの 他端と排気配管１６ｅの他端とは各々独立してポンプ（図示せず）が接続された 排気を行うための内径が８０ｍｍのＳＵＳ配管からなる主排気配管２６に接続さ れている。

【００１９】 このような構成のプラズマ処理装置１０において、処理後のプロセスガスと制 御ガスを同時に排気する場合、まず主排気配管２６に接続されたポンプを稼動さ せ、次に供給バルブ１６ｂ、２４ｂを閉め、その後排気バルブ１６ｄ、２４ｄを 開けることにより、プロセスガスと制御ガスとは混合することなく主排気配管２ ６から同時に排出される。

【００２０】 表１は実施例に係るプラズマ処理装置１０と、比較例として従来の１／４イン チのＳＵＳ配管からなる主排気配管５６（図３参照）が接続されたプラズマ処理 装置とを用い、処理後にプロセスガス及び制御ガスを同時に排気し、その後所定 条件の下で試料Ｓにプラズマ処理を施し、試料Ｓ裏面の状態を目視により観察し た結果を示したものである。

【００２１】

【表１】

【００２２】 表１から明らかなように、比較例に係るプラズマ処理装置を用いた場合、試料 Ｓ裏面には供給口（図示せず）の上方にあたる部分に数カ所の異常放電の跡が発 生したが、実施例に係るプラズマ処理装置１０を用いた場合は、異常放電の跡は 発生しなかった。このように、排気配管１６ｅ、２４ｅが各々独立して主排気配 管２６に接続されることにより、異常放電の発生が防止されることを確認するこ とができた。

【００２３】 以上説明したように実施例に係るプラズマ処理装置１０にあっては、上部電極 １２および下部電極１３からの排気配管１６ｅ、２４ｅが各々独立して主排気配 管２６に接続されているので、排気されるプロセスガスと制御ガスとを太い主排 気配管２６に流入する時点で拡散させることができ、圧力を大きく下げることが できる。その後、拡散したガスを主排気配管２６から排出することができる。こ のため、プロセスガス及び制御ガスを同時に排気してもガスを混合させたり逆流 させたりすることなく排気を行うことができ、試料Ｓを連続処理する場合でも異 常放電の発生を防止することができ、試料Ｓの損傷を防止することができ、しか も効率化を図ることができる。

【００２４】 なお、本実施例ではプラズマ処理装置が平行平板型プラズマ処理装置である場 合を例にとって説明したが、別の実施例ではプラズマ処理装置がＥＣＲエッチャ ーやＥＣＲＣＶＤ装置等である場合においても同様に本考案を適用することがで きる。

【００２５】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案に係るプラズマ処理装置においては、プロセスセス ガスを供給する開口部を有する上部電極と、試料が載置されかつ該試料の温度を 制御するための冷媒の供給口を有する下部電極と、前記上部電極および前記下部 電極へのガス供給配管および排気配管を備えたプラズマ処理装置において、前記 上部電極および前記下部電極からの前記排気配管が各々独立して主排気配管に接 続されているので、排気されるプロセスガスと制御ガスとを太い主排気配管に流 入する時点で拡散させることができ、圧力を大きく下げることができる。その後 、拡散したガスを前記主排気配管から排出することができる。このため、プロセ スガス及び制御ガスを同時に排気してもガスを混合させたり逆流させたりするこ となく排気を行うことができ、前記試料を連続処理する場合でも異常放電の発生 を防止することができ、前記試料の損傷を防止することができ、しかも効率化を 図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るプラズマ処理装置の実施例を示し
た模式的断面図である。

【図２】従来のプラズマ処理装置を示した模式的断面図
である。

【図３】別の従来のプラズマ処理装置における配管部分
を示した模式的断面図である。

【符号の説明】

１０ プラズマ処理装置 １２ 上部電極 １２ａ 開口部 １３ 下部電極 １６ｃ、２４ｃ ガス供給配管 １６ｅ、２４ｅ 排気配管 ２４ａ 供給口 ２６ 主排気配管 Ｓ 試料

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスガスを供給する開口部を有する
   上部電極と、試料が載置されかつ該試料の温度を制御す
   るための冷媒の供給口を有する下部電極と、前記上部電
   極および前記下部電極へのガス供給配管および排気配管
   を備えたプラズマ処理装置において、前記上部電極およ
   び前記下部電極からの前記排気配管が各々独立して主排
   気配管に接続されていることを特徴とするプラズマ処理
   装置。