JPH0935894A - 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
間の間隙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とともに該開口部ｄに挿入される放
電防止リング部７１を有する庇状絶縁部材７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、或いは接地された処理チャンバ自
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吸着さ
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ホルダ電極と
ダークスペースシールド間の間隙を大きくすることが考
えられるが、それでは逆にその間隙のなかでプラズマが
発生してしまう。

【０００７】そのため、これまでは、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、両者間に放電
が発生する恐れがあるときは、簡易な放電防止手段とし
て、電気絶縁性のフィルム（例えば電気絶縁性のポリイ
ミド系樹脂フィルム）を帯状に切断したものをリング状
乃至筒状に形成して、これをホルダ電極とダークスペー
スシールド間の間隙に挿入することで絶縁を持たせてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絶縁性
フィルムをリング状乃至筒状に形成してホルダ電極・ダ
ークスペースシールド間隙に挿入する場合、実際には該
リング状乃至筒状フィルムを簡単に精度よく製作するこ
とが難しく、また、前記間隙に挿入したとき、電極側に
寄ったり、ダークスペーシールド側に寄ったりして位置
が安定し難く、さらに製作精度が悪いことと位置安定性
が悪いこと等により設置状態で各部に微妙な高さの違い
が生じるなどし、これらのため、特に電界が集中するホ
ルダ電極・ダークスペースシールド間隙の開口部付近で
放電が発生し易くなる。しかも放電が発生するか否かは
ホルダ電極、ダークスペースシールド及びその周辺部材
を全部組み立てて動作させるまでわからず、一旦放電が
発生すると、再組み立てが必要になり、放電により損傷
した部品は交換しなければならず、きわめて不経済であ
る。

【０００９】また、ホルダ電極は通常プラズマ処理チャ
ンバに絶縁部材を介して設置され、ダークスペースシー
ルドは該チャンバに取り付けられるため、実際にはホル
ダ電極・ダークスペースシールド間の間隙をホルダ電極
周囲で均一に設定することが困難であり、広い隙間部分
や狭い隙間部分が生じてしまい、狭い隙間部分では放電
が発生し易い。また、このような隙間部分の大小によっ
ても前記の絶縁性フィルムの挿入設置が不安定になり、
放電が発生し易くなるという問題もある。

【００１０】そこで本発明は、被処理物ホルダを兼ねて
おり、周側面の外側に所定間隙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
供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明は、被処理物ホルダを兼ねており、周側面の外側
に所定間隙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間隙の
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
るとともに少なくとも該開口部に挿入される放電防止リ
ング部を有す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。

【００１２】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。

【００１３】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
に対し行う場合を挙げることができる。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。

【００１４】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。

【００１５】いずれにしても、ホルダ電極の周側面の外
側には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、本来なら電
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、且つ、該絶縁部材における放電
防止リング部が少なくとも該間隙開口部に挿入されてい
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。

【００１６】また、該放電防止リング部をホルダ電極・
ダークスペースシールド間隙開口部に挿入するようにし
たので、ホルダ電極・ダークスペースシールド間隙をホ
ルダ電極周囲にわたり容易に略均等に設定でき、この点
からも放電防止が確実化し、また、ホルダ電極、ダーク
スペースシールド及びその周辺部材の組み立てが容易と
なる。

【００１７】なお、放電を一層確実に防止するため、庇
状絶縁部材は、前記間隙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、耐電圧を強化してホルダ電極・ダ
ークスペースシールド間で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内面に電気絶縁性フィ
ルムを貼着する等して設置してもよい。

【００１８】

【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。

【００１９】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２
３を敷設してある。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。

【００２０】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。ホル
ダ電極２はその本体２１内に冷却用冷媒の循環通路２１
ａ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。

【００２１】ホルダ電極２の周側面の外側には該周側面
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。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
７２は屈曲形成されてダークスペースシールド上端部６
１の外面を覆っている。

【００２２】また、この庇状絶縁部材７の途中部分下面
には放電防止リング部７１が一体的に形成されており、
これは前記の間隙Ｄの上端開口部ｄに緩い嵌め合い程度
の精度で挿入され、その下端はダークスペースシールド
６の上端部外面外側へ下降した外端部７２の下端と同高
さ位置にある。放電防止リング部７１は各部厚さ一様に
形成されており、ホルダ電極２とダークスペースシール
ド６との間隙Ｄをホルダ電極周囲にわたって略均等に設
定するための治具としても作用し、これにより該間隙Ｄ
を調整時間を節約して容易に各部略均等に設定できる。
間隙Ｄは、ホルダ電極２の周側面に臨むプラズマ不必要
な領域にプラズマを発生させない狭いものである。

【００２３】リング形状の庇状絶縁部材７の内周部７３
は電極２の本体２１上面に設置され、且つ、カソードト
ッププレート２２及び絶縁膜２３の周側面を囲繞してい
る。そして絶縁部材７の上面にはリング形の被処理物ガ
イド部材８が設置され、このガイド部材８の内周部は絶
縁膜２３の外周縁部を覆っている。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。

【００２４】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
く、また、放電防止リング部７１はあと付けで設けられ
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。

【００２５】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。

【００２６】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がガイド部材８に案内されて
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。

【００２７】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。

【００２８】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、本来なら電界が
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、且つ、該絶縁部材７における
放電防止リング部７１が開口部ｄに挿入されているの
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。

【００２９】なお、ホルダ電極２とダークスペースシー
ルド６間の間隙中間部分は平行平板状態となっていて電
界が集中しないからこの部分まで放電防止リング部７１
がなくても放電は十分抑制される。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。

【００３０】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、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、周側面の外側に所定間隙を
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 放電防止リング部 ７２ 絶縁部材７の外周屈曲端部 ７２ 絶縁部材７の内周部 ８ ガイド部材 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

Claims (1)

【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
   外側に所定間隙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
   間隙の開口部を覆うように該ホルダ電極周縁部から庇状
   に延びるとともに少なくとも該開口部に挿入される放電
   防止リング部を有す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。