JPH0935893A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理物のホルダを兼ねるホルダ電極の周囲
にダークスペースシールドを設置したプラズマ処理装置
において、例えば静電吸着方式により被処理物をホルダ
電極に吸着して温度制御するときのようにホルダ電極と
ダークスペースシールド間の電位差が大きくなるような
場合でも、該ダークスペースシールドによりホルダ電極
周側面に臨む領域でのプラズマ発生を防止しつつホルダ
電極とダークスペースシールド間の放電を簡単、安価に
防止する。 【構成】 ホルダ電極２及びダークスペースシールド６
間の絶縁空間Ｄの開口部ｄを覆うようにホルダ電極２の
周縁部から庇状に延びる庇状絶縁部材７を設け、ダーク
スペースシールド６の内面に電気絶縁性フィルム６０を
設けたプラズマ処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は処理用ガスをプラズ
マ化して、このガスプラズマのもとで被処理物に目的と
する処理を施すプラズマ処理装置、特に、被処理物ホル
ダを兼ねるホルダ電極上に被処理物を設置し、所定真空
下に、該ホルダ電極とこれに対する電極（ホルダ電極に
対向設置された電極、或いは電極を兼ねるプラズマ処理
チャンバ自体等）との間に処理用ガスを導入して該両電
極間に高周波電力を印加することで該導入ガスをプラズ
マ化し、このプラズマのもとで被処理物に目的とする処
理を施すプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のプラズマ処理装置としては、ガ
スプラズマによる各種ドライエッチング装置やプラズマ
ＣＶＤ装置等が知られているが、プラズマを不必要な箇
所で発生させないためにホルダ電極の周側面の外側にダ
ークスペースシールドが小さい間隙をおいて設置される
ことがある。

【０００３】しかし、ホルダ電極とダークスペースシー
ルド間の電位差が高くなると、両者間に放電が発生する
ことがあり、放電が生じるとホルダ電極やダークスペー
スシールドが損傷する等の被害が発生する。ホルダ電極
とダークスペースシールド間の電位差が高くなる場合と
して次のような場合がある。

【０００４】すなわち、プラズマ処理の種類によっては
被処理物の温度上昇を抑制しなければならないことがあ
り、逆に被処理物を適当に加熱しなければならないこと
がある。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装
置、プラズマエッチング装置、ＥＣＲプラズマエッチン
グ装置、マグネトロンＲＩＥ装置等のドライエッチング
装置においては、プラズマに曝される被処理物は通常温
度上昇するが、この温度上昇により様々の不都合が生じ
る。例えば、半導体ウェハ上、液晶表示装置用ガラス基
板上等において配線パターン等を形成するためにその元
になる膜の上にレジストでパターンを描いてドライエッ
チングする場合、該レジストが熱で損傷、変質する等し
て所定のパターンにエッチングできない事態が発生した
り、ウェハ自身も損傷する等の事態が生じることがあ
る。そのため、エッチング対象被処理物は通常冷却され
る。プラズマＣＶＤ装置においては所望の膜を効率良く
形成するために必要に応じて被成膜処理物が加熱される
ことがある。

【０００５】このように被処理物を冷却したり、加熱し
たりする被処理物の温度制御方式は種々提案されている
が、代表的なものの一つに静電吸着方式による温度制御
がある。これは、被処理物を設置するホルダ電極を適当
な手段で温度制御可能にしておく一方、被処理物を電気
絶縁膜を介してホルダ電極上に設置するようにし、これ
によりプラズマ下において被処理物に自己バイアス作用
で電荷を蓄積させるとともに該ホルダ電極に直流電圧を
印加して反対極性の電荷を蓄積させ、これら両電荷によ
る静電気力の作用で被処理物をホルダ電極上に密着さ
せ、それにより該電極から該被処理物の温度を制御する
ものである。

【０００６】先に述べたダークスペースシールドを設置
するとともにこのような静電吸着方式による被処理物温
度制御手段を採用すると、ホルダ電極とダークスペース
シールド間の電位差が大きくなり、両者間に放電が発生
することがある。この問題を解消するための一手法とし
て、ホルダ電極とダークスペースシールド間の間隙をパ
ッシェン曲線より算出した放電防止可能の絶縁空間に維
持することが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな絶縁空間を維持しても、プラズマ処理チャンバ内の
気圧やホルダ電極に印加される直流電圧が変化すると絶
縁破壊が生じ、放電が発生することがあった。そしてホ
ルダ電極・ダークスペースシールド間に放電が発生する
と、ホルダ電極やダークスペースシールドが損傷した
り、前記の被処理物の静電吸着力が得られなくなる等の
問題が生じた。

【０００８】そこで本発明は、被処理物ホルダを兼ねて
おり、周側面の外側に絶縁空間を介してダークスペース
シールドが設置されたホルダ電極の上に被処理物を設置
し、所定真空下に、該ホルダ電極とこれに対する電極と
の間に処理用ガスを導入して該両電極間に高周波電力を
印加することで該導入ガスをプラズマ化し、このプラズ
マのもとで前記被処理物に目的とする処理を施すプラズ
マ処理装置であって、例えば静電吸着方式を採用して被
処理物をホルダ電極に吸着して温度制御するときのよう
にホルダ電極とダークスペースシールド間の電位差が大
きくなるようなときでも、該ホルダ電極・ダークスペー
スシールド間で放電が発生せず、安全にプラズマ処理を
実施できるプラズマ処理装置を提供することを課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するため研究を重ねたところ、ホルダ電極とダークス
ペースシールド間の放電は、これら両者間の絶縁空間が
開口していてその開口部付近がプラズマに直接曝されて
いることに大きい原因があることを見出した。本発明は
この知見に基づくもので、被処理物ホルダを兼ねてお
り、周側面の外側に絶縁空間を介してダークスペースシ
ールドが設置されたホルダ電極上に被処理物を設置し、
所定真空下に、該ホルダ電極とこれに対する電極との間
に処理用ガスを導入して該両電極間に高周波電力を印加
することで該導入ガスをプラズマ化し、このプラズマの
もとで前記被処理物に目的とする処理を施すプラズマ処
理装置において、前記ホルダ電極及びダークスペースシ
ールド間の絶縁空間の開口部を覆うように該ホルダ電極
周縁部から庇状に延びる庇状絶縁部材を設けたことを特
徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。

【００１０】ここでホルダ電極・ダークスペースシール
ド間の絶縁空間は、予定されるプラズマ処理チャンバ内
の処理気圧、ホルダ電極に印加される電圧に基づきパッ
シェンの法則により算出される放電防止可能の絶縁距離
空間であるとともにプラズマを発生させない距離空間で
ある。本発明は、ホルダ電極・ダークスペースシールド
間の電位差が大きくなる装置、例えば前記ホルダ電極が
温度制御可能であって前記被処理物を絶縁膜を介して該
ホルダ電極上に設置し、前記目的とする処理中、前記ホ
ルダ電極に直流電圧を印加して前記被処理物を該ホルダ
電極に静電吸着しつつ該被処理物の温度を制御する静電
吸着方式による被処理物温度制御を行うプラズマ処理装
置に好適である。

【００１１】前記ホルダ電極に対する電極としては、ホ
ルダ電極に対向させて設置した電極の他、ホルダ電極を
設けたプラズマ処理のための、対向電極を兼ねる処理チ
ャンバ自体である場合等も考えられる。なお、高周波電
力の印加はプラズマ処理にもよるが、例えばホルダ電極
に対して行う場合を挙げることができる。

【００１２】本発明のプラズマ処理装置によると、被処
理物がホルダ電極上に設置され、所定真空下に、該ホル
ダ電極とそれに対する電極との間に処理用ガスが導入さ
れ、該両電極間に高周波電力が印加され、それにより該
ガスがプラズマ化され、該プラズマのもとで被処理物に
目的とする処理が施される。また、静電吸着方式による
被処理物温度制御を行うプラズマ処理装置にあっては、
被処理物は絶縁膜を介してホルダ電極上に設置され、処
理中、ホルダ電極は被処理物の処理温度に合わせて所定
温度に制御され、且つ、ホルダ電極に直流電圧が印加さ
れることで被処理物がホルダ電極に静電吸着され、かく
して被処理物は絶縁膜を介して、温度制御されたホルダ
電極から所定温度に制御される。

【００１３】いずれにしても、ホルダ電極の周側面の外
側には絶縁空間を介してダークスペースシールドが設け
られており、これにより、ホルダ電極周側面に臨む、プ
ラズマが不必要な領域でのプラズマ発生が防止される。
また、プラズマに直接曝されると電界が集中して放電が
発生し易いホルダ電極・ダークスペースシールド間隙開
口部がホルダ電極周縁部から延びる庇状絶縁部材で覆わ
れているので、ホルダ電極・ダークスペースシールド間
での放電が簡単、安価に防止され、ホルダ電極及びダー
クスペースシールド等が安全である。

【００１４】なお、放電を一層確実に防止するため、庇
状絶縁部材は、前記絶縁空間開口部に臨むダークスペー
スシールド端部の外面まで囲むように外端部が屈曲形成
されていてもよい。また、ホルダ電極・ダークスペース
シールド間の耐電圧を向上させて両者間の放電を一層確
実に防止するために、ダークスペースシールドの内面
に、前記絶縁空間を維持したまま電気絶縁性フィルムを
設けてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明に係るプラズマ処理
装置の１例としてのドライエッチング装置を示してい
る。図１に示すエッチング装置は、エッチング処理チャ
ンバ１を含んでおり、チャンバ１内の底部にはホルダ電
極２が設けられている。

【００１６】また、チャンバ１にはエッチング用ガスを
供給するガス供給部４及びチャンバ１内を真空排気する
排気装置５（ゲート弁５１及びドライポンプ５２）が接
続されている。ホルダ電極２は電極本体２１及びそれに
積層されたカソードトッププレート２２を含み、トップ
プレート２２の上面には電気絶縁性膜２３を敷設してあ
る。

【００１７】電極２は電気絶縁体２０を介してチャンバ
底壁１１上に設置されており、マッチングボックス３１
を介して高周波電源３２に接続されている。また、電極
２には直流電源３３も接続されており、直流電源３３と
電極２との間には高周波電源３２からの高周波阻止のた
めのＬＣ回路３４が設けられている。この装置ではチャ
ンバ１はホルダ電極２に対する電極として機能するよう
に接地されている。

【００１８】ホルダ電極２はその本体２１内に冷却用冷
媒の循環通路２１ａを有し、該通路には冷媒循環装置
（ここでは冷却水循環装置）２１ｂが接続されており、
これによりホルダ電極２の温度を制御できるようになっ
ている。ホルダ電極２の周側面の外側には絶縁空間Ｄを
介して該周側面を囲繞する筒状のダークスペースシール
ド６が配置されており、これはチャンバ底壁１１上に立
設され、チャンバ１と同電位（接地電位）におかれてい
る。ダークスペースシールド６の上端は電極本体２１の
上面より若干下位置にある。

【００１９】この絶縁空間Ｄは、予定されるチャンバ１
内の処理気圧及び電源３３からの電極２への印加電圧に
基づきパッシェンの法則より算出される放電防止可能の
絶縁空間距離であるとともに、プラズマを発生させない
距離空間である。ホルダ電極２の周縁部には平面視でリ
ング形状の電気絶縁部材７が配置されており、これは外
方へ庇状に延びてホルダ電極２とダークスペースシール
ド６との間隙Ｄの上端開口部ｄの上方を僅かな間隙をお
いて覆い、さらにダークスペースシールド６の上を通過
し、ダークスペースシールド上端部６１の外面の外側へ
下降するように延びている。従って、絶縁部材７の外周
端部７１は屈曲形成されてダークスペースシールド上端
部６１の外面を覆っている。

【００２０】リング形状の庇状絶縁部材７の内周部７２
は電極２の本体２１上面に設置されてカソードトッププ
レート２２の周側面を囲繞している。前記の絶縁膜２３
はこの内周部７２の上面まで延在している。前記の庇状
絶縁部材７はここでは全体が、商品名ウムテルで知られ
るジェネラル・エレクトリック社製の電気絶縁性のポリ
エーテルイミドのブロック体を切削加工して簡単安価に
形成されている。

【００２１】なお、絶縁部材７の材質はウムテルである
必要はなく、他の電気絶縁性材料からなっていてもよ
い。また、ここでは、ダークスペースシールド６の内面
に商品名カプトンフィルムで知られるデュポン社製の電
気絶縁性のポリイミド系樹脂フィルム６０を接着剤にて
貼着し、耐電圧を強化してある。

【００２２】なお、ダークスペースシールド６内面のカ
プトンフィルムは他の電気絶縁性フィルムであってもよ
い。いずれにしても、このフィルムは無くてもよいが、
耐電圧を強化して、一層確実に放電を防止しようとする
とき等、必要に応じて設ければよい。庇状絶縁部材７の
外周面とチャンバ１の内面との間には孔あき板（ここで
はパンチングメタル）９が架設されており、これはチャ
ンバ１からの真空排気を妨げない程度の通気性を有する
が、プラズマのシールド機能を有するものである。

【００２３】以上説明したエッチング装置によると、半
導体ウェハ等の被処理物Ｓがホルダ電極２における絶縁
膜２３上に設置され、排気装置５の運転による所定真空
下に、ホルダ電極２上方へガス供給部４からエッチング
用ガスが導入され、高周波電源３２から電極２へ高周波
電力が印加される。かくして導入ガスがプラズマ化さ
れ、該プラズマのもとで被処理物Ｓに所定のエッチング
処理が施される。

【００２４】この処理中、ホルダ電極２は、冷媒通路２
１ａに冷却水循環装置２１ｂから冷却水が循環せしめら
れることで被処理物Ｓの処理温度に合わせて所定温度に
冷却制御され、且つ、ホルダ電極２に直流電源３３から
直流電圧が印加されることで被処理物Ｓがホルダ電極２
に静電吸着され、かくして被処理物Ｓは絶縁膜２３を介
して、温度制御されたホルダ電極２から所定温度に冷却
制御される。

【００２５】また、ホルダ電極２の周側面の外側にはダ
ークスペースシールド６が設けられており、これによ
り、ホルダ電極周側面に臨む、プラズマが不必要な領域
でのプラズマ発生が防止される。また、プラズマに直接
曝されたならば電界が集中して放電が発生し易いホルダ
電極・ダークスペースシールド間隙開口部ｄの上方から
ダークスペースシールド上端部６１の外面までがホルダ
電極周縁部から延びる庇状絶縁部材７で覆われているの
で、該庇状絶縁部材７が電界集中部分を包み込む状態と
なっており、これによりホルダ電極２・ダークスペース
シールド６間での放電が簡単に防止されている。

【００２６】また、この装置では、ダークスペースシー
ルド６の内面に電気絶縁性フィルム６０を貼着してある
から、一層確実に放電が防止されている。かくしてホル
ダ電極２及びダークスペースシールド６等が放電による
損傷の恐れなく安全である。以上説明した装置を用い、
被処理物Ｓとして、シリコンウェハをホルダ電極２の絶
縁膜２３上に設置し、エッチング用ガスとして塩素、３
塩化ホウ素、クロロホルム及び窒素の混合ガスを導入
し、処理圧力２００ｍＴｏｒｒ、高周波電力１３．５６
ＭＨｚ、３５０Ｗでエッチング処理したところ、安定し
たエッチング性能が得られた。

【００２７】次に図１に示す装置において庇状絶縁部材
７及びダークスペースシールド６内面の電気絶縁性膜６
０を省略した従来型のプラズマ処理装置（装置Ａ）、図
１に示す装置においてダークスペースシールド６内面の
電気絶縁性フィルム６０を省略したプラズマ処理装置
（装置Ｂ）及び図１に示す装置（装置Ｃ）を用いて行っ
た絶縁確認試験について説明する。

【００２８】この試験では、シリコンウェハを絶縁膜２
３上に設置した。ホルダ電極２へ印加する高周波（１
３．５６ＭＨｚ）電力を５０Ｗ刻みで増加させた、チャ
ンバ１内へ導入したガスは窒素ガスであり、圧力は５０
ｍＴｏｒｒとした。また、ホルダ電極２へ印加する静電
吸着用直流電圧は装置Ａでは５００Ｖ、装置Ｂ及びＣで
は７５０Ｖとした。

【００２９】耐高周波電力限界値は下表のとおりであっ
た。この試験結果から、本発明に係る装置Ｂ、Ｃでは従
来型装置Ａより耐電圧限界が向上していることが判る。
また、ダークスペースシールド６内面に絶縁性フィルム
６０を貼着した装置Ｃでは印加高周波電力８００Ｗ時で
も安定した絶縁状態が得られた。

【００３０】 耐電圧限界 ホルダ電極２への印加直流電圧 装置Ａ ２５０Ｗ ５００Ｖ 装置Ｂ ４００Ｗ ７５０Ｖ 装置Ｃ ８００Ｗでも安定絶縁状態 ７５０Ｖ 以上、ドライエッチング装置を例にとって説明したが、
本発明はホルダ電極の周囲にダークスペースシールドが
設置された各種プラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置
等）、或いはさらに、ホルダ電極に被処理物を静電吸着
方式により密着させて被処理物の温度制御を行う各種プ
ラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置等）にも適用でき
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、被
処理物ホルダを兼ねており、周側面の外側に絶縁空間を
介してダークスペースシールドが設置されたホルダ電極
の上に被処理物を設置し、所定真空下に、該ホルダ電極
とこれに対する電極との間に処理用ガスを導入して該両
電極間に高周波電力を印加することで該導入ガスをプラ
ズマ化し、このプラズマのもとで前記被処理物に目的と
する処理を施すプラズマ処理装置であって、例えば静電
吸着方式により被処理物をホルダ電極に吸着して温度制
御するときのようにホルダ電極とダークスペースシール
ド間の電位差が大きくなるような場合でも、前記ダーク
スペースシールドにより前記ホルダ電極周側面に臨む領
域でのプラズマ発生を防止しつつ前記ホルダ電極とダー
クスペースシールド間の放電を簡単、安価に防止できる
プラズマ処理装置を提供することができる。

【００３２】ダークスペースシールドの内面に電気絶縁
性フィルムを設けるときは、一層確実にホルダ電極・ダ
ークスペースシールド間の放電を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態であるドライエッチング装
置の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１ エッチング処理チャンバ ２ ホルダ電極（高周波電極） ２１ 電極２の本体 ２２ カソードトッププレート ２３ 絶縁膜 ２１ｂ 冷却水循環装置 ２１ａ 冷媒通路 ３１ マッチングボックス ３２ 高周波電源 ３３ 直流電源 ３４ ＬＣ回路 ４ エッチング用ガス供給部 ５ 排気装置 ６ ダークスペースシールド ６１ ダークスペースシールド上端部 ７ 放電防止用のリング形状の庇状絶縁部材 ７１ 絶縁部材７の外周屈曲端部 ７２ 絶縁部材７の内周部 ９ 孔あき板 Ｓ エッチング対象被処理物

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 松田 耕自 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理物ホルダを兼ねており、周側面の
   外側に絶縁空間を介してダークスペースシールドが設置
   されたホルダ電極の上に被処理物を設置し、所定真空下
   に、該ホルダ電極とこれに対する電極との間に処理用ガ
   スを導入して該両電極間に高周波電力を印加することで
   該導入ガスをプラズマ化し、このプラズマのもとで前記
   被処理物に目的とする処理を施すプラズマ処理装置にお
   いて、前記ホルダ電極及びダークスペースシールド間の
   絶縁空間の開口部を覆うように該ホルダ電極周縁部から
   庇状に延びる庇状絶縁部材を設けたことを特徴とするプ
   ラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 前記ダークスペースシールドの内面に、
   前記絶縁空間を維持したまま電気絶縁性フィルムを設け
   た請求項１記載のプラズマ処理装置。