JPH11149995A

JPH11149995A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH11149995A
Application number: JP9330952A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Okumura; 裕奥村; Toshihisa Nozawa; 俊久野沢; Kiyotaka Ishibashi; 清隆石橋; Kazuki Shigeyama; 和基茂山
Original assignee: FOI KK; Kobe Steel Ltd; FOI Corp
Current assignee: FOI KK; Kobe Steel Ltd; FOI Corp
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: JP4104193B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス路にプラズマが来ないようにする。【解決手段】プラズマ処理空間１０の形成された真空チ
ャンバ部２，３を具備するプラズマ処理装置において、
真空チャンバ部２，３の内部に延びたガス路（ガスＡ，
Ｂ，Ｃ用のガス路）のうち真空チャンバ部２，３の内部
における全部又は一部１３，１５ｄ，１９ｂ，２３に対
し多孔質絶縁部材が装填される。ガス路の開口が広くな
っても、多孔質絶縁部材のところでプラズマの伝搬成長
および発生が阻止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プラズマ成膜装
置やプラズマエッチング装置などのプラズマ処理装置
（プラズマリアクタ）に関し、ＩＣ（半導体デバイス）
やＬＣＤ（液晶表示パネル）あるいはＰＤＰ（プラズマ
ディスプレイパネル）など高精度の製造工程において基
板等を処理対象としてプラズマ処理すなわちプラズマ反
応に基づく処理を行わせるのに好適なプラズマ処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハ等を処理対象とするプラ
ズマ処理装置は、真空チャンバ内に形成されたプラズマ
処理空間にプラズマを発生させ又は導入するとともにそ
のプラズマ処理空間内に所定の処理ガス等も導入して、
プラズマ処理空間にてプラズマ反応を行わせ、これによ
ってプラズマ処理空間内の被処理物に対して成膜やエッ
チングといった表面処理等を施すようになっている。そ
のような真空チャンバ部には、真空ポンプ等の排気系
や、プラズマ励起用のＲＦ電源に加えて、処理ガスを導
入するためのガス配管なども外付けされている。

【０００３】真空チャンバ部に導入されるガスには、Ｃ
Ｆ系ガス等の反応性ガスを含み励起されてプラズマとな
る処理ガスの他、反応性では無いが励起されてプラズマ
となるアルゴン等の非反応性ガスや、励起されることを
予定しないヘリウム等の冷却ガスなどが挙げられ、これ
らは、種類や役割に応じて個別のガス配管により又は適
宜混合されて共通のガス配管により真空チャンバ部へ送
給される。そして、このようなガス配管によるガス路
は、ガス配管の先端が接続されたところから真空チャン
バ部の内部へ延びており、最終的にはプラズマ処理空間
に至って開口するように形成されている。なお、冷却ガ
スのガス路は、プラズマ処理空間内に被処理物が導入さ
れているときにはその被処理物の裏側に至って開口す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ガス路の開口がプラズマに曝されたり、その開口周辺に
プラズマ励起電圧に匹敵する電位差が生じたりすると、
ガス路の中にまでプラズマが成長・発生してしまうこと
がある。しかも、かかる不所望な現象はプラズマ密度が
高いほど或いは電位差が大きいほど更には開口が広いほ
ど頻発する傾向がある。このため、従来のプラズマ処理
装置では、真空チャンバ部内のプラズマ処理空間に対す
るガス路の開口をプラズマから遠くてプラズマの来にく
いところに形成するか、ガス路の開口を絞って細く形成
する必要があった。

【０００５】しかしながら、プラズマから遠くに開口し
たり、ガス路の開口を絞ったりしたのでは、ガス流の制
御に基づくプラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率あ
るいは冷却効率といった観点から、好ましく無い。ま
た、これを回避するために細い開口を多数形成するの
は、加工精度が厳しくなるうえ個数も増えるので、穿孔
作業やその検査確認作業などに困難が伴う。そこで、真
空チャンバ部の内部においてプラズマに曝されたりプラ
ズマ励起可能な電圧がかかるようなところに対しガス路
の開口を広めに形成してもその中にプラズマが来ないよ
うに工夫することが課題となる。

【０００６】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、ガス路にプラズマの来ないプ
ラズマ処理装置を実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明された第１乃至第４の解決手段について、
その構成および作用効果を以下に説明する。

【０００８】［第１の解決手段］第１の解決手段のプラ
ズマ処理装置は（、出願当初の請求項１に記載の如
く）、プラズマ処理空間の形成された真空チャンバ部を
具備するプラズマ処理装置において、前記真空チャンバ
部の内部に延びた（ガス導入用またはガス排出用の）ガ
ス路のうち前記真空チャンバ部の内部における全部又は
一部に対し多孔質絶縁部材が装填されていることを特徴
とする。

【０００９】このような第１の解決手段のプラズマ処理
装置にあっては、プラズマ処理時に真空チャンバ部で必
要とされる処理ガスや冷却ガス等のガスは、真空チャン
バ部の外からガス路を介してその内部へ導入等される
が、その際、真空チャンバ部の内部で多孔質絶縁部材の
装填されているところでは、その多孔質絶縁部材の細孔
を通って流れる。しかも、そのような細孔の中では、原
子等の平均自由行程が短かい等のためプラズマ状態の維
持が困難となる。

【００１０】これにより、ガス路の断面や開口が広くて
も、ガスは細孔を通るのでプラズマ化が阻止されること
となる。したがって、この発明によれば、ガス路にプラ
ズマの来ない或いは少なくとも来にくいプラズマ処理装
置を実現することができる。

【００１１】［第２の解決手段］第２の解決手段のプラ
ズマ処理装置は（、出願当初の請求項２に記載の如
く）、上記の第１の解決手段のプラズマ処理装置であっ
て、前記ガス路が前記プラズマ処理空間に対して直接に
又は間接的に開口する直前のところに前記多孔質絶縁部
材が装填されていることを特徴とする。

【００１２】ここで、上記の「間接的に開口」とは、装
置自体の静的な構造としては開口が形成されていて連通
しうるようになっているが、プラズマ処理時には被処理
物等によって開口が一時的・動的に覆われたり塞がれた
りして、時には連通状態が阻害されるようなものであっ
ても含まれるという意味である。

【００１３】このような第２の解決手段のプラズマ処理
装置にあっては、ガスは、ガス路のうちでもプラズマに
曝されやすい或いは高いチャージ電圧の生じ易い部分で
あるプラズマ処理空間への開口のところで例え一部がプ
ラズマ化したとしても、開口の直前のところに装填され
た多孔質絶縁部材の中やさらにその奥にまでプラズマ化
することは無い。

【００１４】これにより、ガス路内のプラズマ化を阻止
しつつガス路の開口を広く形成することができ、ガス流
を増やす一方で開口数を減らすことも可能となる。した
がって、この発明によれば、プラズマ状態の制御性やプ
ラズマ処理効率あるいは冷却効率に優れ而も製造の容易
なプラズマ処理装置を実現することができる。

【００１５】［第３の解決手段］第３の解決手段のプラ
ズマ処理装置は（、出願当初の請求項３に記載の如
く）、上記の第１の解決手段のプラズマ処理装置であっ
て、前記真空チャンバ部は、前記プラズマ処理空間に隣
接し且つ連通したプラズマ発生空間が分散等して形成さ
れたものであり、前記多孔質絶縁部材は、前記ガス路が
前記プラズマ発生空間に開口するところの直前に装填さ
れたものであることを特徴とする。

【００１６】ここで、上記の「分散等」とは、点状に分
かれて散在しているという文字通りの分散の他、密接と
は言えない程度に離れるように分割されている場合や、
線状，破線状，直・曲線状などで複数の又はそれらの混
在するものがプラズマ処理空間との隣接部・連通部に分
布している場合、さらには環状，円状，多角形状、スパ
イラル状のものが同心で若しくは非同心で多数が列設さ
れ又は単独で広く形成されている場合も該当する意味で
ある。

【００１７】このような第３の解決手段のプラズマ処理
装置にあっては、プラズマ空間の分離および隣接連通と
いう条件を維持することによりプラズマダメージやチャ
ージアップの低減およびプラズマにおけるラジカル種の
成分とイオン種の成分との比率適正化という基本的要請
に応えるとともに、プラズマ発生空間を分散させてプラ
ズマ発生空間とプラズマ処理空間との断面積比を変える
ことでプラズマ発生空間にイオン種が長時間止まらない
で済むようにしたことによりプラズマ成分比率の適正化
・制御性を積極的に高めるとともにプラズマ分布の均一
性確保とプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガ
ス流入阻止という要請にも応えているので、プラズマ処
理に良質のプラズマが供されることとなる。

【００１８】しかも、プラズマ発生空間に開口したガス
路を流れるガスは、プラズマ発生空間で高密度プラズマ
を生成させたとしても、開口の直前のところに装填され
た多孔質絶縁部材によってプラズマ状態の伝搬が阻止さ
れるのでプラズマ化することは無い。これにより、ガス
路内のプラズマ化を阻止しつつプラズマ発生を積極的に
行うことが可能となる。したがって、この発明によれ
ば、プラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率に一層優
れたプラズマ処理装置を実現することができる。

【００１９】［第４の解決手段］第４の解決手段のプラ
ズマ処理装置は（、出願当初の請求項４に記載の如
く）、上記の第１〜第３の解決手段のプラズマ処理装置
であって、前記ガス路のうち前記真空チャンバ部から外
部へ延びたところ又はその直前のところに前記多孔質絶
縁部材と同じ材質かこれより目の細かい（材質のもので
できた）フィルタが介挿されていることを特徴とする。

【００２０】このような第４の解決手段のプラズマ処理
装置にあっては、真空チャンバ部に配された多孔質絶縁
部材は、ガス路内でのプラズマ化を阻止することに加え
て、ガスによって運ばれたパーティクルがプラズマ処理
空間へ流入するのも防止する。また、ガスによって運ば
れたパーティクルは、ガスがフィルタを通過するとその
際にフィルタによって捕捉され、多孔質絶縁部材のとこ
ろまで到達することがない。そこで、多孔質絶縁部材に
捕捉されるパーティクルは、ガス路のうち多孔質絶縁部
材とフィルタとの間の部分に潜んでいたものに限られる
こととなる。

【００２１】これにより、ガス路に長期間継続してガス
を流しても、多孔質絶縁部材に捕捉されるパーティクル
は増えないので、多孔質絶縁部材が目詰まりすることが
無くなる。多孔質絶縁部材が目詰まりすると、ガス流量
の制御性が低下するので、多孔質絶縁部材の交換や清掃
などの保守作業が必要になるが、多孔質絶縁部材は真空
チャンバ部の内部に装填されているので、その保守作業
は容易でない。これに対し、フィルタは外部からの取り
外しが容易となっている。したがって、この発明によれ
ば、ガス路にプラズマの来ない或いは少なくとも来にく
いプラズマ処理装置をメンテナンス容易に実現すること
ができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明のプラズマ処理装置を実施
するための望ましい形態は、基板をプラズマ処理空間に
搬入してその表面にプラズマ処理を施すために、真空チ
ャンバ部において上下に対向電極となる一対の平行平板
を具えこれら平行平板間にプラズマ処理空間を形成して
プラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、前記一
対の平行平板のうち上方の一方の平板に又はその隣接機
構部に前記プラズマ処理空間と隣接し且つ連通したプラ
ズマ発生空間が分散して形成されていることに加えて、
前記真空チャンバ部の外部配管から前記真空チャンバ部
内の前記隣接機構部まで延びて前記プラズマ発生空間に
開口した第１ガス路に対し少なくともその開口直前のと
ころに多孔質絶縁部材が装填され、前記真空チャンバ部
の外部配管から前記真空チャンバ部内の前記一方の平板
まで延びて前記プラズマ処理空間に開口した第２ガス路
に対し少なくともその開口直前のところに多孔質絶縁部
材が装填され、前記真空チャンバ部の外部配管から前記
真空チャンバ部内における前記一対の平行平板のうち他
方の平板まで延びて前記プラズマ処理空間またはそこに
搬入された基板の裏面に向けて開口した第３ガス路に対
し少なくともその開口直前のところに多孔質絶縁部材が
装填されているものである。

【００２３】

【実施例】本発明のプラズマ処理装置の一実施例として
のプラズマエッチャーについて、その具体的な構成を、
図面を引用して説明する。図１は、その全体的な断面構
造模式図であり、図２は、そのプラズマ発生部について
のものであり、図３は、そのプラズマ処理部についての
ものである。

【００２４】このプラズマエッチャーは（図１参照）、
プラズマ空間を確保するために真空チャンバ本体部２及
び真空チャンバ蓋部３を含みこれらで囲まれた真空チャ
ンバ部と、プラズマの維持や制御のためそれに付加され
た外付け部とに大別される。真空チャンバ部には、プラ
ズマ空間のうちのプラズマ処理空間１０を確保するため
の平行平板部１１，１５と、プラズマ空間のうちのプラ
ズマ発生空間２２を確保するための隣接機構部としての
プラズマ発生チャンバ部２１及びその付加部とが含まれ
る。

【００２５】外付け部には、プラズマ処理空間１０を適
度な真空度にするために真空チャンバ本体部２に連結さ
れた可変バルブ４や真空ポンプ５が含まれる。また、プ
ラズマ用ガスＡ，処理ガスＢ，冷却ガスＣを真空チャン
バ部へ送給するための配管等も含まれる。さらに、プラ
ズマ励起エネルギーを供給するＲＦ電源３１，３２や、
図示しない電子制御回路も、外付け部に含まれるもので
ある。

【００２６】平行平板部は、共に金属製で一対の平行平
板となるアノード１１及びカソード１５を有していて、
アノード１１が上方に配置され、エッチング対象のウエ
ハ等の基板１を乗載させて支持するカソード１５が下方
に配置されて、これらによって挟まれたところに低温プ
ラズマ用のプラズマ処理空間１０が形成されるものとな
っている。アノード１１は（図２の断面図を参照）、予
め、多数の連通口１２が貫通して穿孔されるとともに、
処理ガスＢを導入するための処理ガス送給路１３が連通
口１２を避けつつ張り巡らされ、処理ガス送給路１３か
らプラズマ処理空間１０へ向けて開口した多数の処理ガ
ス供給口１４も開口形成されたものとなっている。

【００２７】このアノード１１の上には、これに隣接し
て絶縁物製のプラズマ発生チャンバ２１が装着されてお
り、このプラズマ発生チャンバ２１には、プラズマ発生
空間２２となる複数の環状溝が同心に彫り込まれて形成
されている。これにより、プラズマ発生空間２２が分散
等したものとなっている。そして、プラズマ発生チャン
バ２１は、プラズマ発生空間２２の開口側（図では下
面）をアノード１１の上面に密着した状態で固設され
る。その際、プラズマ発生空間２２の開口がアノード１
１の連通口１２に重なるように位置合わせがなされる。
これにより、このプラズマ処理装置は、その真空チャン
バ部２，３において、プラズマ処理空間１０が形成され
るとともに、プラズマ処理空間に隣接し且つ連通したプ
ラズマ発生空間２２も分散して形成されたものとなって
いる。

【００２８】また、プラズマ発生チャンバ２１は、プラ
ズマ発生空間２２のさらに奥にプラズマ用ガス送給路２
３がやはり環状に形成され、プラズマ用ガス送給路２３
からプラズマ発生空間２２に向けて開口した小孔からな
る多数のプラズマ用ガス供給口２４で両者２２，２３が
連通されていて、プラズマ発生空間２２は底部（図では
上方）からプラズマ発生用ガスＡの供給を受けて高密度
プラズマを発生させ連通口１２を介してプラズマ処理空
間１０へそれを送り込むものとなっている。さらに、プ
ラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２を囲
む側壁と底部とを残すようにしてプラズマ発生空間２２
開口側の裏の面（図では上面）が削り取られる。そし
て、プラズマ発生空間２２の両側壁を挟むようにして、
コイル２６及び永久磁石片２５が環状に付加される。

【００２９】永久磁石片２５は、縦の長さがプラズマ発
生空間２２のそれにほぼ等しくされ、且つ横のプラズマ
発生空間２２方向へ磁極が向くようにされ、さらに環状
の不所望な誘起電流を断つために小片に分けて形成され
ている。そして、多数の永久磁石片２５がプラズマ発生
空間２２側壁に沿って列設されることで、プラズマ発生
空間２２に対応した環状の磁気回路が構成される。そし
て、プラズマ発生空間２２には、磁気の山に囲まれた言
わば磁気の盆地ができて、ここに電子が効率良く捕捉さ
れるようになっている。

【００３０】ＲＦ電源３１は、その出力パワーが可変の
ものであり、接地されたアノード１１との間に交番電界
を印加するとともにバイアス電圧も発生させるために、
その出力は図示しないブロッキングキャパシタを介して
カソード１５へ送給される。これには、低温プラズマ１
０の強化に或る程度寄与する電界をプラズマ処理空間１
０に印加するために、周波数５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの
ものがよく用いられる。また、ＲＦ電源３２は、やはり
出力パワーが可変のものであり、プラズマ発生空間２２
を挟む両コイル２６を駆動してプラズマ発生空間２２に
交番磁界を印加するようになっている。高密度プラズマ
の発生および強化に寄与する磁界をプラズマ発生空間２
２に印加するために、その最大出力パワーは大きく、そ
の周波数は１３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとされることが多
い。

【００３１】プラズマ用ガスＡはアルゴン等の非反応性
ガス成分だけからなり、それを導入するための第１ガス
路は（図１，図２参照）、ガス供給源から外部配管にて
真空チャンバ蓋部３に至り、そこから内部配管にてプラ
ズマ発生チャンバ部２１の各プラズマ用ガス送給路２３
に到達する。そして、それらのプラズマ用ガス送給路２
３にはプラズマ用ガス供給口２４の近くも含めてセラミ
ックや樹脂でできた多孔質絶縁部材が充填され、また外
部配管の途中には同じ多孔質絶縁部材の詰まったフィル
タ６がガス漏れせずに着脱しうるよう前後にストップバ
ルブも付けられて設けられている。これにより、このプ
ラズマ処理装置は、励起させる非反応性ガスを導入する
ための第１ガス路が真空チャンバ部の外部から内部まで
延びてプラズマ発生空間に対して直接に開口しており、
その開口する直前のところに多孔質絶縁部材が装填され
たものとなっている。また、その第１ガス路のうち真空
チャンバ部から外部へ延びたところに真空チャンバ部の
内部に装填された多孔質絶縁部材と同じ材質からなるフ
ィルタが交換容易に介挿されたものともなっている。

【００３２】処理ガスＢはＣＦ系ガス等の反応性ガスに
適量の希釈ガスを混合させたもの等からなり、それを導
入するための第２ガス路は（図１，図２参照）、ガス供
給源から外部配管にて真空チャンバ蓋部３に至り、そこ
から内部配管にてアノード１１内の各処理ガス送給路１
３に到達する。そして、それらの処理ガス送給路１３に
は処理ガス供給口１４の近くも含めてセラミックや樹脂
でできた多孔質絶縁部材が充填され、またその外部配管
の途中には同じ多孔質絶縁部材の詰まったフィルタ７が
ガス漏れせずに着脱しうるよう前後にストップバルブも
付けられて設けられている。これにより、このプラズマ
処理装置は、励起させる反応性ガスを導入するための第
２ガス路が真空チャンバ部の外部から内部まで延びてプ
ラズマ処理空間に対して直接に開口しており、その開口
する直前のところに多孔質絶縁部材が装填されたものと
なっている。また、その第２ガス路のうち真空チャンバ
部から外部へ延びたところに真空チャンバ部の内部に装
填された多孔質絶縁部材と同じ材質からなるフィルタが
交換容易に介挿されたものともなっている。

【００３３】カソード１５は（図３（ａ）の断面図を参
照）、絶縁部材１８を介在させてカソード支持台１９に
よって真空チャンバ本体部２の内部底面中央で水平に支
持され、接地されたカソード支持台１９や真空チャンバ
本体部２から電気的に絶縁されている。カソード１５の
中央には下方から冷却ガス送給路１５ａが穿孔形成され
ており、その下方になる絶縁部材１８，カソード支持台
１９，及び真空チャンバ本体部２底面の該当個所にも冷
却ガス送給路１５ａに連なる冷却ガス送給路１９ａが貫
通して形成されるとともに、その冷却ガス送給路１９ａ
の下端開口部には冷却ガスＣの外部配管が接続されるよ
うになっている。

【００３４】また、カソード１５の上面には（図３
（ｂ）の部分拡大図を参照）薄い誘電体膜１７が接着剤
１６で貼着されていて、その上に乗載された基板１が帯
電すると絶縁物を介した静電引力によってその基板１が
カソード１５にチャッキングされるようになっている。
この誘電体膜１７には、その上面に対し浅い冷却ガス作
用溝１７ｂが基板１の裏面の大部分をカバーするよう形
成され、その冷却ガス作用溝１７ｂの溝底を貫通して多
数の冷却ガス供給口１７ａが穿孔形成されている。そし
て、それぞれの冷却ガス供給口１７ａの下方になるカソ
ード１５の該当個所にも、上面から下方へ向けて冷却ガ
ス送給路１５ｃが穿孔形成され、さらに、それら冷却ガ
ス送給路１５ｃの下端が上述の冷却ガス送給路１５ａの
上端に連通するよう冷却ガス送給路１５ｂがカソード１
５中で広く張り巡らせて形成されている。

【００３５】そして、冷却ガスＣには、静電チャック機
能を損なわないよう数Ｔｏｒｒ〜十数Ｔｏｒｒ（数ｈＰ
ａ〜十数ｈＰａ）程度の圧力にされたヘリウムが用いら
れ、それを導入するための第３ガス路は（図１，図３参
照）、ガス供給源から外部配管にて真空チャンバ本体部
２に至り、そこから順に冷却ガス送給路１９ａ，冷却ガ
ス送給路１５ａ，冷却ガス送給路１５ｂを経て各冷却ガ
ス送給路１５ｃに到達する。そして、それらの冷却ガス
送給路１５ｃのうち冷却ガス供給口１７ａの近くにはセ
ラミックや樹脂でできた多孔質絶縁部材１５ｄが装填さ
れ、また、冷却ガス送給路１９ａと冷却ガス送給路１５
ａとが絶縁部材１８を貫通して連らなるところにも多孔
質絶縁部材１９ｂが装填され、さらに、その外部配管の
途中には同じ多孔質絶縁部材の詰まったフィルタ６がガ
ス漏れせずに着脱しうるよう前後にストップバルブも付
けられて設けられている。これにより、このプラズマ処
理装置は、励起させる予定のない冷却ガスを被処理物の
裏面に導入するための第３ガス路が真空チャンバ部の外
部から内部まで延びてプラズマ処理空間に対して間接的
に開口しており、その開口する直前のところ及び途中の
ところに多孔質絶縁部材が装填されたものとなってい
る。また、その第３ガス路のうち真空チャンバ部から外
部へ延びたところに真空チャンバ部の内部に装填された
多孔質絶縁部材と同じ材質からなるフィルタが交換容易
に介挿されたものともなっている。

【００３６】このような構成のプラズマエッチャーにつ
いて、その使用態様及び動作を説明する。

【００３７】先ず、真空チャンバ蓋部３を閉めて真空チ
ャンバ本体部２の内部さらにはプラズマ処理空間１０及
びプラズマ発生空間２２を密閉する。それから、自動処
理を開始させると、図示しない基板搬入口を介して横か
ら水平状態の基板１が真空チャンバ２，３内へ搬入され
てカソード１５の上面に乗せられる。そして、基板搬入
口等が閉められると同時に真空ポンプ５による真空引き
が行われ、真空チャンバ２，３内は、速やかに真空状態
になり、可変バルブ４等によってプラズマ処理に適した
真空圧に保たれる。

【００３８】その状態でプラズマ用ガスＡの供給を開始
させると、プラズマ用ガスＡは、フィルタ６で不所望な
パーティクル等を除去されてから、各プラズマ用ガス送
給路２３に分かれてそこの多孔質絶縁部材の細孔を通
り、さらにプラズマ用ガス供給口２４からプラズマ発生
空間２２へ導入される。そして、ＲＦ電源３２も動作さ
せると、プラズマ発生空間２２内にコイル２６を介して
ＲＦ電磁界が印加され、プラズマ発生空間２２内のプラ
ズマ用ガスＡの電子が激しく運動させられる。このと
き、電子は、永久磁石片２５による磁気回路の働きによ
ってプラズマ発生空間２２に長く留まり、環状空間内を
螺旋運動しながら飛び回ってプラズマ用ガスＡを励起さ
せる。こうして、プラズマ発生空間２２内に高密度プラ
ズマが発生する。

【００３９】その高密度プラズマは、イオン種生成に大
きく寄与する１０〜１５ｅＶ以上の高いエネルギーのも
のがプラズマ発生空間２２に封じられた電子に多く含ま
れていることから、イオン種成分の比率が高いものとな
る。そして、プラズマ発生空間２２で膨張した高密度プ
ラズマは、特にそのラジカル種およびイオン種成分は、
膨張圧力によって速やかにプラズマ処理空間１０へ運ば
れる。また、プラズマ発生空間２２内の高密度プラズマ
の一部にはプラズマ用ガス供給口２４の中へ入り込んで
くるものが有り、さらにその一部にはプラズマ用ガス送
給路２３にまで到達するものも有るが、それらはプラズ
マ用ガス送給路２３内の多孔質絶縁部材のところまで来
てそれに衝突するとエネルギーを失ってプラズマ状態が
維持できなくなり、速やかに通常のガス状態に戻る。こ
うして、プラズマ用ガス送給路２３内に不所望なプラズ
マを誘発させること無くプラズマ発生空間２２に高密度
プラズマが形成される。

【００４０】また、その状態で処理ガスＢの供給も開始
させると、処理ガスＢは、フィルタ７で不所望なパーテ
ィクル等を除去されてから、各処理ガス送給路１３に分
かれてそこの多孔質絶縁部材の細孔を通り、さらに処理
ガス供給口１４からプラズマ処理空間１０へ導入され
る。そうすると、プラズマ発生空間２２から送り込まれ
た高密度プラズマと混合されて、低温プラズマとなる。
そして、ＲＦ電源３１も動作させると、プラズマ処理空
間１０にもアノード１１及びカソード１５を介してＲＦ
電界が印加される。こちらには電子を封じ込める磁気回
路等がないので、処理ガスＢ等が励起されても高密度プ
ラズマができないで、低温プラズマのままとなる。ＲＦ
電源３１からのパワーだけの場合、低温プラズマ１０
は、１０〜１５ｅＶ以上のエネルギーを持った電子が少
ないので、ラジカル種成分の比率が高くなる。もっと
も、この装置における低温プラズマの場合は、上述の高
密度プラズマが混合されるので、実際のラジカル種成分
とイオン種成分との比率は、ＲＦ電源３１，３２の出力
比等に応じて両者の中間における何れかの比率となる。

【００４１】このプラズマ処理空間１０内の低温プラズ
マの場合も、その一部には処理ガス供給口１４の中へ入
り込んでくるものが有り、さらにその一部には処理ガス
送給路１３にまで到達するものも有るが、それらは処理
ガス送給路１３内の多孔質絶縁部材のところまで来てそ
れに衝突するとエネルギーを失ってプラズマ状態が維持
できなくなり、速やかに通常のガス状態に戻る。こうし
て、この場合も、処理ガス送給路１３内に不所望なプラ
ズマを誘発させること無くプラズマ処理空間１０に低温
プラズマが形成される。

【００４２】そして、プラズマ処理空間の低温プラズマ
におけるラジカル種成分とイオン種成分との比率が適宜
に可変制御され、そのときのエッチングにとって最適な
条件の下で効率よくエッチング処理が進むと、基板１の
温度が上がり過ぎてしまうので、放熱させるために、基
板１の裏面へ冷却ガスＣを送り込む必要が生じる。そこ
で、冷却ガスＣの供給を開始させると、冷却ガスＣは、
フィルタ８で不所望なパーティクル等を除去されてか
ら、順に冷却ガス送給路１９ａ，多孔質絶縁部材１９ｂ
の細孔，冷却ガス送給路１５ａ，冷却ガス送給路１５
ｂ，冷却ガス送給路１５ｃ，多孔質絶縁部材１５ｄの細
孔，及び冷却ガス供給口１７ａを通って、基板１裏面の
冷却ガス作用溝１７ｂへ導入される。

【００４３】その際、プロセス条件等に応じて誘電体膜
１７の上下両面間には大きな電位差がかかることから、
冷却ガス供給口１７ａの中で時には放電が行われるた
め、励起を予定していなかった冷却ガスＣが不所望に励
起されてプラズマ化しかかることも有るが、そのプラズ
マは、冷却ガス送給路１５ｃの方へ延びようとしても多
孔質絶縁部材１５ｄによって阻止されるので、狭い冷却
ガス供給口１７ａの中だけに閉じこめられ、やがて消滅
する。こうして、カソード１５の冷却ガス送給路１５ｃ
及び冷却ガス送給路１５ｂ内に不所望なプラズマを誘発
させること無く基板１の裏面へ冷却ガスＣを送り込むこ
とができる。

【００４４】また、誘電体膜１７ほどではないにして
も、絶縁部材１８を挟むカソード１５とカソード支持台
１９とについても、冷却ガス送給路１９ａを通して放電
しようとする大きな電位差が生じるが、冷却ガス送給路
１９ａのうちその放電経路に当たる部分には多孔質絶縁
部材１９ｂが装填されていて、放電が阻止される。例え
放電がなされても、持続しないので、そこにプラズマは
発生しない。こうして、冷却ガスＣのガス路内に不所望
なプラズマを誘発させること無く基板１を冷却すること
ができる。

【００４５】このように本発明のプラズマ処理装置にあ
っては、第１，第２，第３ガス路の何れについても、そ
の開口端や途中のところにプラズマを不所望に誘発させ
るということが無いので、各開口１４，１５ｄ，１７ａ
の径に対する制約も緩和されており、適度な流速で従来
より多くのガスを供給することが可能である。例えば、
冷却ガス供給口１７ａの直径は、多孔質絶縁部材１５ｄ
の無いときには０．１ｍｍが上限となるのに対し、多孔
質絶縁部材１５ｄを具えたこのプラズマエッチャーの場
合、ガス流に対する抵抗が十分に小さく更に加工も容易
な０．５〜１．０ｍｍ程度の適宜な値になっていて、基
板１を静電チャックしたままで十分に冷却することがで
きる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１の解決手段のプラズマ処理装置にあっては、ガス
の流れを妨げることなくそのプラズマ化を阻止するよう
にしたことにより、ガス路にプラズマの来ないプラズマ
処理装置を実現することができたという有利な効果が有
る。

【００４７】また、本発明の第２の解決手段のプラズマ
処理装置にあっては、ガス路内のプラズマ化を阻止しつ
つガス路の開口を広く形成しうるようにしたことによ
り、プラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率あるいは
冷却効率に優れ而も製造の容易なプラズマ処理装置を実
現することができたという有利な効果を奏する。

【００４８】さらに、本発明の第３の解決手段のプラズ
マ処理装置にあっては、ガス路内のプラズマ化を阻止し
つつプラズマ発生を積極的に行いうるようにしたことに
より、プラズマ状態の制御性やプラズマ処理効率に一層
優れたプラズマ処理装置を実現することができたという
有利な効果が有る。

【００４９】また、本発明の第４の解決手段のプラズマ
処理装置にあっては、ガス路に長期間ガスを流しても目
詰まりしないようにしたことにより、ガス路にプラズマ
の来ないプラズマ処理装置をメンテナンス容易に実現す
ることができたという有利な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施例として
のプラズマエッチャーについて、その断面構造模式図で
ある。

【図２】そのプラズマ発生部である。

【図３】そのプラズマ処理部である。

【符号の説明】

１基板（被処理物、ウエハ）２真空チャンバ本体部（真空チャンバ部）３真空チャンバ蓋部（真空チャンバ部）４可変バルブ（可変絞り、圧力制御機構、圧力制御
手段、外付け部）５真空ポンプ（外付け部）６フィルタ（非反応性ガス送給路、第１ガス路、外
付け部）７フィルタ（反応性ガス送給路、第２ガス路、外付
け部）８フィルタ（非励起ガス送給路、第３ガス路、外付
け部）１０プラズマ処理空間（低温プラズマ空間、真空チャ
ンバ部）１１アノード（平行平板の一方、真空チャンバ部）１２連通口１３処理ガス送給路（反応性ガス送給路、第２ガ
ス路）１４処理ガス供給口（反応性ガス供給口、第２ガ
ス路）１５カソード（平行平板の他方、基板支持体、真空チ
ャンバ部）１５ａ冷却ガス送給路（非励起ガス送給路、第３ガ
ス路）１５ｂ冷却ガス送給路（非励起ガス送給路、第３ガ
ス路）１５ｃ冷却ガス送給路（非励起ガス送給路、第３ガ
ス路）１５ｄ多孔質絶縁部材１６接着剤１７誘電体膜（静電チャック部材）１７ａ冷却ガス供給口（非励起ガス供給口、第３ガ
ス路）１７ｂ冷却ガス作用溝（非励起ガス作用空間）１８絶縁部材１９カソード支持台１９ａ冷却ガス送給路（非励起ガス送給路、第３ガ
ス路）１９ｂ多孔質絶縁部材２１プラズマ発生チャンバ部（隣接機構部、真空チャ
ンバ部）２２プラズマ発生空間（高密度プラズマ空間）２３プラズマ用ガス送給路（非反応性ガス送給
路、第１ガス路）２４プラズマ用ガス供給口（非反応性ガス供給
口、第１ガス路）２５永久磁石片（磁気回路用の磁性部材）２６コイル（第２印加回路）３１ＲＦ電源（第１印加回路、外付け部）３２ＲＦ電源（第２印加回路、外付け部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者野沢俊久兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５−５株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者石橋清隆兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５−５株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者茂山和基兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５−５株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ処理空間の形成された真空チャン
バ部を具備するプラズマ処理装置において、前記真空チ
ャンバ部の内部に延びたガス路のうち前記真空チャンバ
部の内部における全部又は一部に対し多孔質絶縁部材が
装填されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記ガス路が前記プラズマ処理空間に対し
て直接に又は間接的に開口する直前のところに前記多孔
質絶縁部材が装填されていることを特徴とする請求項１
記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記真空チャンバ部は、前記プラズマ処理
空間に隣接し且つ連通したプラズマ発生空間が分散等し
て形成されたものであり、前記多孔質絶縁部材は、前記
ガス路が前記プラズマ発生空間に開口するところの直前
に装填されたものであることを特徴とする請求項１記載
のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記ガス路のうち前記真空チャンバ部から
外部へ延びたところ又はその直前のところに前記多孔質
絶縁部材と同じ材質かこれより目の細かいフィルタが介
挿されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の
何れかに記載されたプラズマ処理装置。