JPH10308299A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波電力が伝達される箇所の構成を改善
し、高周波電力を効率よくプラズマに供給する。 【解決手段】 高周波電力を供給することによって生じ
るプラズマを用いて被処理対象の加工を行うプラズマ処
理装置において、高周波電力が伝達される箇所、例えば
基板サセプター２１と給電棒２４との間に、一定以上の
ストロークを有するスプリング１１とプランジャー１２
とからなる接続用部材を複数配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
等に用いるプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造には、ＲＩＥ装置やプ
ラズマＣＶＤ装置等、プラズマを用いて加工を行う装置
が多く利用されている。上記プラズマ処理装置では、通
常、周波数数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ、電力数百ＫＷ〜数Ｋ
Ｗの高周波を用いてプラズマを発生している。例えばＲ
ＩＥ装置では、高周波電源で発生させた高周波電力を整
合器を経て加工すべき基板を載せたサセプターに印加す
ることにより導入したガスを放電させ、プラズマを発生
させている。通常、ハロゲン等の反応性が高いガスを導
入してプラズマ化することにより、シリコン基板、ポリ
シリコンやアルミニウム等の導電材料、二酸化シリコン
等の絶縁材料などのエッチングを行っている。

【０００３】ところで、高周波を基板サセプターに印加
してプラズマを発生させると、基板周辺部からプラズマ
が回り込むこと等により、基板サセプターも次第に摩耗
する。このため、数十〜数百時間の放電を行う毎に基板
サセプターを交換する必要がある。

【０００４】そこで、容易かつ短時間に基板サセプター
を交換するために、図６に示すような構成が従来用いら
れてきた。すなわち、整合器８６を介して高周波電源８
５に接続された給電棒８１にスプリング８２（押しば
ね）を巻き付け、このスプリング８２により基板８４が
載置された基板サセプター８３に給電棒８１を押し付け
て、基板サセプター８３と給電棒８１とを接続するとい
うものである。

【０００５】一般的にプラズマのインピーダンスは実抵
抗成分が数オームと低く、例えば２〜３ＫＷの電力を印
加しようとすると、整合器から基板サセプターには１０
０Ａ弱もの大電流が流れることが知られている。

【０００６】しかし、図６に示したような押しばね方式
により基板サセプター８３と給電棒８１とを接続したも
のでは、接触面が必ずしも平坦ではないため点接触にな
りやすく、再現性良く接触抵抗を低下させることが困難
であった。したがって、接触抵抗が高いために、プラズ
マに有効に電力が供給されないという問題があった。ま
た、発熱や故障の原因になることもあり、さらにエッチ
ング速度やエッチング後の形状に変化が生じるという問
題もあった。その他、ゲート絶縁膜の静電破壊をもたら
す等、素子の電気特性を劣化させることも最近報告され
るようになってきている。

【０００７】また、図７に示すフィンガースプリングと
呼ばれる方式も考案されている。この方式は、燐青銅な
どの弾性の優れた金属板８７を短冊状に切り込んで折り
曲げ、これを基板サセプター８３と給電棒８１との間に
設けて接触抵抗を低下させようというものである。しか
し、上記押しばね方法と同様に点接触であることに変わ
りはなく、先に述べたようなトラブルの発生頻度を若干
低減できるだけであり、問題点を完全に解決できるもの
ではない。また、フィンガースプリングは、構造上線路
長が長くインダクタンスが大きいため、高い周波数の使
用には適していなという問題も有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の構
造では、基板サセプターの交換作業等において、基板サ
セプターと給電棒との接続状態が不十分となり、その結
果プラズマに有効に高周波電力が供給されない等の問題
があった。

【０００９】本発明の目的は、高周波電力が伝達される
箇所の構成を改善し、高周波電力を効率よくプラズマに
供給することが可能なプラズマ処理装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明におけるプラズマ
処理装置は、高周波電力の供給によって生じるプラズマ
を用いて被処理対象（半導体基板等）の加工（被処理対
象に対するエッチングや成膜）を行うプラズマ処理装置
（ＲＩＥ装置やＣＶＤ装置）において、高周波電力が伝
達される箇所（例えば、基板サセプターと給電棒とが接
続される箇所、容器側壁と容器天板とが接続される箇
所）に一定以上のストロークを有する導電性弾性部材
（例えばらせん状のスプリング）を少なくとも含んだ接
続用部材を複数配置したことを特徴とする。

【００１１】前記接続用部材は、前記導電性弾性部材と
この導電性弾性部材の少なくとも一端に設けた接触用部
材（例えばプランジャー）とによって構成されているこ
とが好ましい。

【００１２】前記発明によれば、例えば基板サセプター
をメンテナンス等のために取り替えた場合にも、複数の
接続用部材によって基板サセプターと給電棒とを確実に
低抵抗で接続することができる。したがって、高周波電
力を効率よく安定してプラズマに供給することができ
る。

【００１３】また、前記プラズマ処理装置には、プラズ
マへの高周波電力の伝達時におけるプラズマへの実効電
力を増加させる（最大にする）手段、或いはプラズマへ
の高周波電力の伝達時における反射係数を減少させる
（最小にする）手段（具体的にはリアクタンス素子等）
をさらに設けてもよい。このような構成を設けることに
より、より効率よく高周波電力をプラズマに供給するこ
とが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施形
態について説明する。まず、本発明の第１の実施形態に
ついて図１及び図２を参照して説明する。図１はプラズ
マ処理装置における基板サセプタと給電棒とを接続ユニ
ットブロックを用いて接続したときの構成を示した図で
あり、図２は接続ユニットブロックの断面構成を示した
図である。

【００１５】接続ユニットブロック１０は、一定のスト
ロークを有する複数のスプリング１１（押しばね）、各
スプリング１１の両端に設けられたプランジャー１２及
びこれらを取り囲む囲む壁部１３から構成されている。
スプリング１１は弾性の優れたベリリウム銅を用いて作
製され、プランジャー１２は接触抵抗の低い白金合金を
用いて作製されている。

【００１６】半導体ウエハ等の被処理基板２３を載置す
る基板サセプター２１には、接続ユニットブロック１０
と接触する面側に金めっき２２が施されている。これ
は、基板サセプター２１表面の高周波抵抗を低下させる
とともに、基板サセプター２１表面が酸化されて抵抗が
増大するのを防止するためである。

【００１７】基板サセプター２１に高周波電力を給電す
る給電棒２４には、基板サセプター２１と同様、接続ユ
ニットブロック１０と接触する面側に金めっき２５が施
されている。また、給電棒２４には整合器２７を介して
高周波電源２６（出力インピーダンスは５０オーム）が
接続されており、高周波電力が接続ユニットブロック１
０を介して基板サセプター２１に供給される。整合器２
７では、２以上のリアクタンス素子の値を変化させるこ
とにより、実抵抗数オームでかつキャパシティブなプラ
ズマインピーダンスに整合させることができる。整合器
２７によって整合をとることにより、給電棒２４に流れ
る高周波電流を大幅に増加させることができる。

【００１８】接続ユニットブロック１０が基板サセプタ
ー２１と給電棒２４との間に接続された状態では、接続
ユニットブロック１０の全体に設けられた複数のスプリ
ング１１によって各プランジャー１２が基板サセプター
２１及び給電棒２４に押し当てられる。このように、ス
プリング１１及びプランジャー１２からなる接続用部材
を複数設けているので、基板サセプター２１或いは給電
棒２４の表面の凹凸等により、基板サセプター２１と接
続ユニットブロック１０との間、或いは給電棒２４と接
続ユニットブロック１０との間に隙間ができたとして
も、スプリング１１のストロークの範囲内であれば確実
に接触をとることができる。また、接続ユニットブロッ
ク１０の壁部１３が内部のスプリング１１等を保護する
ため、接続状態を安定に保つことができる。

【００１９】また、接続ユニットブロック１０は、装置
から取り外された状態では図２に示すような状態となっ
ている（このときの特にスプリング１１の断面に着目し
た図を図９に示す。）。スパイラルが比較的密な部分１
１ａと疎な部分１１ｂから構成されている。接続ユニッ
トブロック１０が基板サセプター２１と給電棒２４との
間に接続された状態では、図１に示すように（このとき
の特にスプリング１１の断面に着目した図を図８に示
す。）、スプリング１１が圧縮されることによってスパ
イラル１１ａを上下方向に相互接触させる。このとき、
スプリング１１の抵抗及びインダクタンス成分を減少さ
せることができ、接続ユニットブロック１０での電力損
失を低減させることが可能となる。また、同時にスパイ
ラル１１ｂによって確実にばねを与え接触をとることが
可能となる。

【００２０】以上のような構成を採用することにより、
基板サセプター２１を取り替えた場合にも、複数のスプ
リング１１及びプランジャー１２を用いた接続ユニット
ブロック１０によって基板サセプター２１と給電棒２４
とを確実に低抵抗で接続することができる。したがっ
て、高周波電源２６からの高周波電力を効率よく安定し
て基板サセプター２１に供給することができ（高周波電
力を効率よく安定してプラズマに供給することがで
き）、エッチング速度や微細パターンの加工形状の変化
等、プロセス特性の変化を抑えることができる。

【００２１】なお、本実施形態ではスプリング１１の両
端にプランジャー１２を設けていたが、これは少なくと
もスプリング１１の一端に設ければよく、他端は溶接や
ネジ止め等の他の方法によって接続するようにしてもよ
い。

【００２２】つぎに、本発発明の第２の実施形態につい
て図３等を参照して説明する。本実施形態では、接続ユ
ニットブロック１０には、第１の実施形態で述べたスプ
リング１１及び上下のプランジャー１２からなる複数の
接続用部材に加え、スプリング１１の周囲に筒状の形状
を持ったシールド板３１が設けてある。このようにシー
ルド板３１を設けることにより、高周波の漏洩を防止す
ることができるとともに、スプリング１１のインダクタ
ンスと浮遊分布キャパシタンスとで直列共振回路が形成
されるため、接続ユニットブロック１０での電力損失を
低減することが可能となる。

【００２３】共振周波数はスプリング１１の伸縮によっ
て変化する。したがって、実際に高周波を供給している
ときの状態、すなわち接続ユニットブロック１０を基板
サセプター２１と給電棒２４との間に接続してスプリン
グ１１が圧縮された状態でのリアクタンスに整合するよ
うに、スプリング１１とシールド板３１との間隔やシー
ルド板３１の表面積を決定することにより、高周波電力
を損失少なく伝達することが可能となる。

【００２４】なお、図３に示した例では、それぞれのス
プリング１１の周囲にシールド板３１を配置したが、接
続ユニットブロック１０の壁部１３の内側に沿った領域
にのみシールド板を設けてもよく、また一部のスプリン
グ１１の周囲にのみシールド板を配置するようにしても
よい。

【００２５】また、図３に示した例では、スプリング１
１とシールド板３１との間隔及びシールド板３１の表面
積によってキャパシタンス成分を調整したが、図４に示
すように、シールド板３１とグランドとの間に調整用の
コンデンサー３２を挿入して整合をとってもよい。

【００２６】つぎに、本発発明の第３の実施形態につい
て図５を参照して説明する。本実施形態では、平行平板
型のＲＩＥ装置の容器側壁４３と容器天板４４（上部電
極、対向電極）とを接続するために、エラストマー等で
形成された真空シール４５の外側に、スプリング４１及
びプランジャー４２からなる複数の接続用部材を側壁４
３の円周方向全体にわたって設けている。また、プラン
ジャー４２が接する対向電極４４の表面には金めっき４
６が施されている。４７はガス導入口、４８は排気口で
ある。

【００２７】ＲＩＥ装置では、高周波電源５３から整合
器５４を介して基板サセプター５１に高周波電力が供給
され、この高周波電力によって発生したプラズマ５０に
より基板５２のエッチングが行われるが、高周波電流は
基板サセプター５１から対向電極４４、容器側壁４３を
経てグランドへと流れている。一方、対向電極４４は通
常メンテナンス等を考慮して開閉可能となっているた
め、対向電極４４と容器側壁４３との間の接触抵抗を低
下させることが要求される。そこで、本例のように、対
向電極４４と容器側壁４３との間にスプリング４１及び
プランジャー４２からなる接続用部材を設けることによ
り、第１の実施形態等と同様の効果を得ることができ
る。

【００２８】なお、図５では、整合器５４から基板サセ
プター５１への高周波電力の経路を簡単化して描いてい
るが、第１の実施形態等と同様の構成を採用することも
もちろん可能である。

【００２９】このように、スプリング４１及びプランジ
ャー４２からなる接続用部材を容器側壁４３の円周方向
全体にわたって複数設けているので、対向電極４４と容
器側壁４３との間に僅かな隙間ができても、スプリング
４１のストロークの範囲内であれば確実に接触をとるこ
とができる。したがって、対向電極４４を何度開閉して
も、対向電極４４と容器側壁４３とを確実に低抵抗で接
続することが可能である。

【００３０】以上にような構成を採用することにより、
高周波電源５３からの高周波電力を効率よく安定して供
給することができ、エッチング速度や微細パターンの加
工形状等、プロセス特性の変化を抑えることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではな
く、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して
実施可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、複数の接続用部材によ
って高周波電力が伝達される箇所を確実に低抵抗で接続
することができるので、高周波電力を効率よく安定して
プラズマに供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示した説明図。

【図２】図１に示した接続ユニットブロックを装置に取
り付けていないときの状態を示した説明図。

【図３】本発明の第２の実施形態の一例を示した説明
図。

【図４】本発明の第２の実施形態の他の例を示した説明
図。

【図５】本発明の第３の実施形態を示した説明図。

【図６】従来技術の一例を示した説明図。

【図７】従来技術の他の例を示した説明図。

【図８】図１におけるスプリングの断面構成について示
した図。

【図９】図２におけるスプリングの断面構成について示
した図。

【符号の説明】

１０…接続ユニットブロック １１、４１…スプリング（導電性弾性部材） １２、４２…プランジャー（接触用部材） １３…壁部 ２１…基板サセプター ２３、５２…基板（被処理試料） ２４…給電棒 ３１…シールド板 ３２…調整用コンデンサー ４３…容器側壁 ４４…容器天板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電力の供給によって生じるプラズ
   マを用いて被処理対象の加工を行うプラズマ処理装置に
   おいて、高周波電力が伝達される箇所に一定以上のスト
   ロークを有する導電性弾性部材を少なくとも含んだ接続
   用部材を複数配置したことを特徴とするプラズマ処理装
   置。
2. 【請求項２】 前記接続用部材は、前記導電性弾性部材
   とこの導電性弾性部材の少なくとも一端に設けた接触用
   部材とによって構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載のプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記導電性弾性部材はらせん状のスプリ
   ングによって構成されていることを特徴とする請求項１
   又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載のプラズマ処理装
   置には、プラズマへの高周波電力の伝達時におけるプラ
   ズマへの実効電力を増加させる手段がさらに設けてある
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載のプラズマ処理装
   置には、プラズマへの高周波電力の伝達時における反射
   係数を減少させる手段がさらに設けてあることを特徴と
   するプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 高周波電力の供給によって生じるプラズ
   マを用いて被処理対象の加工を行うプラズマ処理装置に
   おいて、高周波電源から高周波電力が供給される給電棒
   と被処理対象を載置する基板サセプターとの間に、一定
   以上のストロークを有する導電性弾性部材及びこの導電
   性弾性部材の少なくとも一端に設けた接触用部材とによ
   って構成され前記給電棒と前記基板サセプターを電気的
   に導通させる複数の接続用部材と、この複数の接続用部
   材を取り囲む壁部とからなる脱着可能な接続ユニットを
   設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 少なくとも前記壁部の内側には導電部が
   形成されていることを特徴とする請求項６に記載のプラ
   ズマ処理装置。
8. 【請求項８】 高周波電力の供給によって生じるプラズ
   マを用いて被処理対象の加工を行うプラズマ処理装置に
   おいて、プラズマ処理が行われる容器の側壁の内部に、
   一定以上のストロークを有する導電性弾性部材及びこの
   導電性弾性部材の少なくとも一端に設けた接触用部材と
   によって構成され、前記容器の側壁とプラズマに電界を
   印加するための上部電極となる前記容器の天板を電気的
   に導通させる接続用部材を複数配置したことを特徴とす
   るプラズマ処理装置。