JPWO2015137364A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

ミニマルファブ製造装置の狭い空間にプラズマエッチング処理に必要な全ての機能を組み込んだプラズマ装置を提供する。半導体ウエハ（１８）にプラズマエッチング処理を行うためのプラズマ処理室（１２）を備え、プラズマ処理室（１２）には、マイクロプラズマ供給部と、供給されたマイクロプラズマにＲＦ重畳する上部電極（３５）を備える。半導体ウエハ（１８）を支持するウエハ支持装置（１９）は、エッチング処理の間、プラズマ処理室（１２）の内部で半導体ウエハ（１８）を支持する。ウエハ支持装置（１９）は、プラズマ処理室（１２）の外部に配置された駆動部に連結されて支持されている。駆動部は、エッチング処理の間、ウエハ支持装置（１９）をプラズマ処理室（１２）の内部で繰り返しウエハ処理面に対し平行にスキャニング移動させる。

Description

本発明は、半導体デバイス等を製造するミニマルファブシステムに適した処理装置、特にプラズマ処理に有用な処理装置に関する。

現状の半導体製造システムは、ウエハの大口径化（１２インチ〜）に伴い、装置自体が大型化・高コスト化し、最新の半導体工場（メガファブ生産システム）を立ち上げるには３０００〜５０００億円もの巨額の投資資金が必要であるとされている。また、大口径のウエハを用いるシステムは大量生産には効率的であるが、その装置を多品種少量生産に向けて稼働すると、稼働率等の課題から、ユーザが必要とする個数の１個あたりの製造コストが非常に高くなってしまう。

そのため、半導体デバイスなどの製造システムとして、０．５インチサイズ（ハーフインチサイズ。正確には、直径１２．５ｍｍ。）のウエハに１個のデバイスを作成することを基本とし、その製造システムを構成する各処理工程それぞれを可搬性の処理装置で構成して、それら処理装置をレシピに沿ってフローショップやジョブショップ等に再配置することを容易にすることで、少量生産でかつ多品種生産に適切に対応することができるようにするミニマルファブシステムが本出願人より提案されている。（特許文献１）このミニマルファブシステムでは、現状の半導体製造システムに比べ１／１０００程度の極めて少ない設備投資額で済むと期待されており、また運転コストが低いなどのため多品種少量生産に適した生産システムとなることが期待されている。

このミニマルファブシステムに用いられる処理装置は、それぞれが半導体製造装置の処理工程における個々の処理（特許文献１では、これを「単一処理」と定義している。）の一つを担うものとされている。それらは、例えばウエハ洗浄装置であり、レジスト塗布装置であり、ウエハ露光装置であり、プラズマ処理装置であり、またイオン注入装置であったりする。この処理装置の内部空間には、その処理に必要な、例えば塗布装置、露光装置、あるいはプラズマ発生装置などとともに、それらを駆動するに必要な電源装置や制御装置などが一緒に組み込まれる。そして、これら処理装置が半導体製造のレシピ順（処理フロー順）に並べられる。ワークであるウエハは、並べられたそれら処理装置間を順に搬送され、各処理装置において該当する処理が順に施される。

したがって、この処理装置は、レシピが変更されるたびにそのレシピに合わせて配置位置を自在に再配置することが可能なように、しかも、配置を変更した際に予め作業フロア上の規定の位置に規則正しく並置された供給系や排水系、給電系等と接続が可能なように、人が運べる程度の可搬式でかつ統一された所定の大きさとされている。この処理装置の大きさは、前記特許文献１に記載の処理装置によれば、幅０．３０ｍ×奥行０．４５ｍ×高さ１．４４ｍの外形寸法とされており、それ自体極めて小さいばかりか、半導体製造レシピに従って６０個並べたとしても、その占有床面積は、既存の１２インチの半導体製造装置と比較して極めて小さいものとされている。

また、このミニマルファブシステムのもう１つの特徴は、ワークであるウエハが、外気から実質的に遮断された独自の密閉搬送システムによって、処理装置間を搬送される生産システムとされていることである。したがって、それぞれの処理装置内の所定の処理空間のみが、必要な処理雰囲気、例えば、クリーンルーム空間や真空状態空間などとされていることで十分であり、処理装置自体をクリーンルーム内に配置する必要が無い。これは、半導体処理装置自体が巨大なクリーンルーム内に配置されている既存の半導体製造システムとは、基本的に異なる点である。したがって、このミニマルファブシステムでは、処理装置をクリーンルーム内に配置する必要がないので、作業員はクリーンルーム内での作業を強いられることなく、通常の作業環境の中で作業することができる。また巨大なクリーンルーム空間を作る必要がないので、省エネルギともなっている。このように、ミニマルファブシステムは、従来装置を単に小型にしただけの生産システムではなく、革新的な次世代生産システムとして注目されている。

このように、デバイス製造のためのミニマルファブシステムを構築するには、全処理装置が統一された所定の大きさの処理装置であることが必要である。そこで、ミニマルファブ生産システム組み込むことが可能なプラズマ処理装置を構成しようとすると、上記したような例えば幅０．３０ｍ×奥行０．４５ｍ×高さ１．４４ｍの外形寸法の処理装置の狭小な内部空間にプラズマエッチング機能の全てを納める必要がある。従来の大口径のウエハを処理対象とするプラズマ処理装置では、減圧した反応室内部で半導体基板面の全面に対しエッチングガスを均一に供給し、プラズマ放電によってエッチングを進行させ、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等で冷却するものが知られている（特許文献２）。しかし、このようなプラズマ処理装置は、大口径のウエハを対象とする装置としては装置自体の大きさはそれほど問題とはならないが、これを前述のミニマルファブシステムに組み込む処理装置とするには、プラズマ発生装置やそのための電源装置などが大きすぎる。

特開２０１２−５４４１４号公報 特開２０１２−８４８４８号公報

このように、ミニマルファブシステムに組み込む処理装置は、装置全体の収納空間のみならず、その中で各種処理を行う処理空間も極めて小さいので、そのような狭小な空間内に各種の機能を組み込まなければならない。例えば、プラズマ処理装置を例にすると、従来のプラズマ処理装置に比べ極めて狭小な空間に、半導体ウエハを受け入れる気密室を取り付け、該気密室内で半導体ウエハを支持してプラズマを発生させ、かつ、安定したプラズマエッチングが行えるように制御しなければならない。また、そのための電源装置、制御装置やガス供給装置なども、一緒にその処理装置内部に組み込まなければならない。また、ハーフインチサイズの小さなウエハを、処理空間の所定の処理位置に確実に搬送・保持するための搬送機能を持たなければならない。そして、ウエハ全面にわたり均一な処理が行われなければならない。

しかしながら、例えば、上記した大口径のプラズマ発生装置をこのような狭小な空間に組み込み、高密度プラズマを安定的に発生させようとしても、電源装置さえも収まらない。そこで、このような狭小な処理空間に対応すべく、低出力電源で高密度プラズマが得られるマイクロプラズマの利用が考えられるが、低出力電源で高密度プラズマの発生が可能であるとしても、これまでデバイス製造装置に用いられてこなかった。その理由は、マイクロプラズマには、（１）プラズマの発生が等方的であり、したがって、等方性エッチングとなってしまうこと、（２）他の熱プラズマほどの高温ではないが、熱を伴うプラズマであることから、しばしば、いわゆる「レジスト焼け」が発生してしまうこと、（３）ライターの炎のよう、と形容されるように、形成されるプラズマに濃度の「揺らぎ」が発生し、プラズマ濃度が不安定であること、（４）生成するプラズマは小さな反応場であるので、スポット照射しかできず、ハーフインチサイズのウエハを対象にするといえども、ウエハ全体を均一に照射させるのは困難であること、さらには、（５）リソグラフィ技術におけるプラズマエッチングの常識では、ウエハ面内を均一にエッチングするためには、プラズマの空間分布もウエハ上で均一にすべきであるという考え方が一般的であり、局所的なプラズマの活用は従来一顧だにされてこなかった。これは主に、リソグラフィ技術が物理の専門家によって発達してきたことによると考えられること、等であった。さらに、プラズマ処理装置に限らず、このような狭小な気密室内で、ハーフインチサイズの小さなワークを処理位置に確実に搬送・保持し、またワークの処理面全面を均一に処理し、必要に応じてワークを冷却する機能を組み込んだ例はなく、それ自体極めて困難である。

本発明は、ミニマルファブシステムにおける狭い処理空間に必要なウエハ（ワーク）処理機能を組み込んだ、ミニマルファブシステムに好適な均一処理装置、特にマイクロプラズマ処理に最適な処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、処理対象のウエハを支持するウエハ支持装置と、前記ウエハ支持装置の上部に設けられたウエハ保持部と、前記ウエハ保持部を収納し、外気から実質的に遮断された処理室と、前記処理室内に設けられたウエハ処理部と、を有するミニマルファブシステム用処理装置であって、前記ウエハ支持装置は、前記ウエハ保持部と、前記ウエハ保持部を支持して前記処理室外へ延長する軸部と、前記処理室外で前記軸部に接続し、前記軸部をＸＹＺ軸方向に移動する駆動部と、前記ウエハ処理部による処理がウエハ全面にわたり均一となるように前記駆動部を制御する制御装置と、を有し、前記駆動部の作動により、前記ウエハ保持部に保持されたウエハが、前記処理室内の前記ウエハ処理部に対しウエハ全面にわたり相対的に移動可能とされていることを特徴とするミニマルファブシステム用処理装置である。

このように、狭小な処理空間であるのもかかわらず、外部からウエハ（ワーク）を確実に支持し、しかもウエハ全面にわたり処理装置を均一に適用することができる。またウエハの冷却効率にも優れている。より具体的には実施の形態例に記載しているが、プラズマ電源装置は、マイクロプラズマを発生させることのできる出力が小さいもので良いので、小型の電源装置にすることができ、極めて省スペースにすることができる。また、発生したマイクロプラズマにＲＦを重畳することにより、マイクロプラズマの等方性を改善することができるので、エッチレートを向上することができる。また、発生しているマイクロプラズマに対してワークをその処理面内で、処理が均一になるように移動させるので、発生するプラズマに多少の揺らぎが生成されるとしてもワークの処理面を均一にプラズマ処理することができる。また、ワークを処理平面内でスキャニング移動させることにより、スポット照射であるとしても均一なエッチング処理が行えるし、そのようにスキャニングしたとしても、ワーク自体の被処理面積が小さいことから、その処理時間を特に考慮する必要はない。このような均一処理を短時間で効率的に実現することは、大口径のウエハを用いるメガファブシステムでは不可能である。なお、ここでのスキャニングとは、露光装置などの図形をパターニングする処理装置におけるスキャニングとは異なる。つまり、パターニングにおいては、ワーク上に不均一な構造を加工することを目的とするので、極めて微細なスキャニング制御を行う必要があるが、本発明におけるスキャニングは、そのようなパターニングのためのスキャニングではなく、処理装置による処理をワークの処理面内で均一に行わせる目的で行うものであって、例えば処理装置に対しリサージュ図形を描くようにＸＹ軸方向移動させるものである。また、ワーク支持装置を通してワークやプラズマ給電電極を冷却することができるので、構造的に省スペースであるとともに効率的な冷却が行える。これによりレジスト焼けを防止することもできる。

本発明によれば、ミニマルファブシステムに組み込むに好適な処理装置、とりわけ狭小な処理空間であるのもかかわらず、該処理空間外からワークを確実に支持し、冷却効率に優れ、ウエハ全面にわたり均一な処理を可能とする機能をコンパクトに構成した処理装置を提供することができる。特に、プラズマ処理装置に適用した場合には、マイクロプラズマを効果的に使用することができるので、ミニマルファブシステムに組み込むに好適なプラズマ処理装置を提供することができる。

本実施の形態例にかかるプラズマ処理装置Ｍのプラズマ処理室１２を上方から見た外観斜視図である。 プラズマ処理装置Ｍの概念図である。 プラズマ処理装置Ｍの主要部側面図である。 ウエハ支持装置１９の主要部斜視図である。 ウエハ受台２０の斜視図である。 ウエハ支持装置１９の動作を示す主要部分解斜視図である。 駆動機構の斜視図である。 （ａ）はプラズマ処理室１２の底面とその下方の状態を示す斜視図、（ｂ）は主要部縦断面図である。 ミニマルファブシステムに組み込まれるプラズマ処理装置Ｍの外観斜視図である。 本実施の形態例にかかる他の実施例（１）であって、（ａ）はウエハ支持台２２の斜視図で、（ｂ）はウエハが載置されたウエハ支持台２２周辺の縦断面図である。 本実施の形態例にかかる他の実施例（２）であって、ウエハ支持台２２周辺の縦断面図である。 本発明のプラズマ処理装置の有効性を示す説明図。（ａ）は、マイクロプラズマにＲＦを重畳することの有効性を説明する図、（ｂ）はウエハをスキャニングすることに伴い面内エッチレートの均一性が向上したことを説明する図である。 本発明に関連する第１形態に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。 上記プラズマ処理装置にてウエハをエッチングしている状態を示す説明図である。 上記プラズマ処理装置が収容される筐体を示す外観図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は背面図である。 上記プラズマ処理装置に使用されるノズルを示す概略斜視図である。 上記ノズルの他の形態を示す概略斜視図である。 本発明に関連する第２形態に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。 本発明に関連する第３形態に係るプラズマ処理装置の一部を示す概略図である。 本発明に関連する第４形態に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。 上記プラズマ処理装置にてウエハをエッチングしている状態を示す説明図である。 本発明に関連する実施例１ないし６に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。 上記実施例１ないし６に係るプラズマ処理装置によるウエハのスキャン条件を示す図で、（ａ）は初期位置からの距離Ｒ移動、（ｂ）は半径Ｒの回転走査である。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、本発明の実施の形態例では、ミニマルファブシステム用の処理装置を、プラズマ処理装置を例に説明する。プラズマ処理装置Ｍの全体構成を、図９を用いて説明する。このプラズマ処理装置Ｍは、前述したミニマルファブシステムにおける他の処理装置と同じ、外形が、幅（ｘ）０．３０ｍ×奥行（ｙ）０．４５ｍ×高さ（ｚ）１．４４ｍとされている。このプラズマ処理装置Ｍは、プラズマ処理室１２を収納する本体部Ｍａと、電源装置や制御装置、ガス供給装置等を収納する制御収納部Ｍｂとを有している。また、プラズマ処理装置Ｍの前部は、ウエハを本体部Ｍａ内のプラズマ処理室に搬送する前室Ｍｃが設けられている。該前室Ｍｃは、ミニマルファブシステムの他の全ての処理装置に共通な搬送機能および外形形状を有するものとして構成されている。プラズマ処理装置Ｍの下部には、該プラズマ処理装置Ｍを床上の所定の位置に位置決め保持する支持部ｍが設けられている。

プラズマ処理装置Ｍで処理されるための半導体ウエハ（ワーク）１８は、ウエハ収納用のシャトル（図示せず）内に１枚ずつ収納されて、プラズマ処理装置Ｍへ搬送される。該シャトルは、０．５インチ径（ハーフインチサイズ。正確には直径１２．５ｍｍ）の１枚の半導体ウエハが、外気から実質的に遮断された状態で収納されるように構成されている。

前室Ｍｃの上部には、前室Ｍｃとシャトルとを接続するドッキングポート８２が設けられている。前室Ｍｃ内部には、ドッキングポート８２に接続するウエハ搬送用空間が設けられており、該ウエハ搬送用空間は高真空ポンプにより高真空状態とすることができるように構成されている。また、該ウエハ搬送用空間とプラズマ処理室１２との間には、気密用のゲートバルブ１４が設けられている（図２）。さらに、該ウエハ搬送用空間には、ドッキングポート８２上のシャトル内のウエハ１８を外気と遮断した状態で取り出し、取り出したウエハ１８を、開扉したゲートバルブ１４を通過させて、プラズマ処理室１２内のウエハ支持装置１９まで搬送する搬送機構（図示せず）が設けられている。なお、前室Ｍｃの上方には、ディスプレイ式の操作パネル８１が設けられている。

このように、このミニマルファブシステムには、シャトルや前室Ｍｃ内に設けられる搬送機構等からなる、微粒子とガス分子を外界から実質的に遮断する密閉型搬送機構(Particle-Lock Airtight Docking:ＰＬＡＤシステム)が設けられている。ターゲットとしての半導体ウエハ１８は、該ＰＬＡＤシステムによって、別の処理装置からシャトルを介して前室Ｍｃ内に搬入され、前室Ｍｃ内の搬送機構（図示せず）によって、プラズマ処理室１２内のウエハ支持装置（ワーク支持装置）１９上へ搬入される。そして、該ウエハ支持装置上でプラズマエッチング処理された半導体ウエハ１８は、同じく該ＰＬＡＤシステムによって、ドッキングポート８２上のシャトル内へ搬出される（戻される）。このようにプラズマ処理された半導体ウエハ１８は、該シャトルに収納されて、レシピに従って次の処理装置まで搬送される。

プラズマ処理室の外観を図２に示す。このプラズマ処理室１２には、前室Ｍｃとの間で半導体ウエハ１８を出し入れするためのゲートバルブ１４が設けられている。該ゲートバルブ１４が、前室Ｍｃと通じるウエハ出入り口となり、プラズマ処理室１２内を所定の真空度に保持することができるように構成されている。さらに、プラズマ処理室１２には、内部にＣＦ_４等の活性ガスを供給するガス供給口１５とガス排出口１６とが設けられている。これらは、エッチング用ガスを供給、排気するための機構である。これらガスの供給源などの供給機構も、図１に示すプラズマ処理装置Ｍの内部の空間に収容される。

プラズマ処理室１２におけるプラズマ生成機構について、図１を用いて説明する。このプラズマ処理室１２の上部には、ＣＦ_４／Ａｒガスの供給管に筒状電極を数ミリ程度の間隔で設け、その間に所定の高電圧を印加するように構成されたマイクロプラズマ発生装置Ｍｏが配置されている。本実施の形態例では、印加電圧は、８ＫＨｚ、ピーク値７ｋＶ、出力２０Ｗであった。このマイクロプラズマ発生装置Ｍｏにより生成したマイクロプラズマが、プラズマ処理室１２内へ供給される。

さらに、プラズマ処理室１２内には、供給されたマイクロプラズマに対し、ＲＦ重畳するためのＲＦプラズマ装置Ｍｒが配置されている。このＲＦプラズマ装置Ｍｒは、ウエハ１８が載置されるウエハ支持台２２に下部電極３５を設け、該下部電極３５に交流を印加するように構成されたものである。本実施の形態例では、印加した高周波は、１３．５６ＭＨｚ、２５〜５０Ｗ、真空度は、１００パスカルである。以上のように、本実施の形態例におけるプラズマ処理装置Ｍにおいては、マイクロプラズマを生成させた後、そのマイクロプラズマにさらにＲＦ重畳することができるように構成されている。この構成により、プラズマ処理室１２内部には、プラズマ特性長を小さくしたマイクロプラズマジェットＰが生成される。

さらに、生成したマイクロプラズマジェットＰを半導体ウエハ１８に対し均等に照射させるために、ウエハ支持台２２を、載置した半導体ウエハ１８の被処理面に平行（つまり、図１に示すＸ方向。ウエハ支持台２２に平行な方向。）にスキャニング移動させるよう構成されている。このスキャニング移動させるための構成については後述する。

ここで、上記のように構成したプラズマ処理装置Ｍのエッチング特性について説明する。図１２に示すように、横軸をウエハポジション、縦軸にエッチングレイトをとり、前述したＲＦ重畳効果およびウエハ支持台２２のスキャン効果について調査した。ウエハ径は１２．５ｍｍなので半径６．２５ｍｍがウエハエッジとなる。ウエハはクランプ２４で固定されており、最外周から０．５ｍｍ幅でクランプ２４の押さえ代がある。そこで、中心から５ｍｍまでの領域を１ｍｍおきにデータプロットした。

図１２（ａ）に示すように、RF追加効果については、マイクロプラズマのみＯＮの場合は、１０ｎｍ／ｍｉｎ程度の平均エッチレートで小さな凸の分布が現れた。また、RFプラズマのみの場合は、４０ｎｍ／ｍｉｎ程度のフラットなウエハ面内エッチレート分布が得られた。これに対し、両方ＯＮさせた場合は、グラフに示したとおり、ガウス分布的な形状となったが、２つのプラズマの和の合計より明らかに大きなエッチレートが得られた。つまり、この２つのプラズマを合わせることで、相乗効果が現れたことが判る。

図１２（ｂ）に示すように、ステージスキャン（ＸＹスキャニング）効果については、ステージスキャンを行わなかった場合の面内エッチレート分布は、ガウス分布的な形状となったが、ステージスキャンすることで、不均一性は、３．５％まで向上した。したがって、ステージスキャンは、劇的な効果があったことが判る。

図３はプラズマ処理室１２を含む主要部の側面図である。図中の一点鎖線はプラズマ処理室１２の外壁面位置を示している。プラズマ処理室１２の外観図は示していない。プラズマ処理室１２の下側は、概略側面図である。プラズマ処理室１２の内部には、その底板を貫通するように、ウエハ支持装置１９の上端が突き出している。該ウエハ支持装置１９は、その上端に半導体ウエハ１８を把持するためのウエハ保持部が設けられ、そのウエハ保持部の下は、プラズマ処理室１２の外側に延長する軸部となっている。該ウエハ保持部は、ウエハ受台２０、ウエハ支持台２２、およびウエハ押え板２４からなり、このうち、ウエハ受台２０は、この軸部の最外側を形成する保護管２８の上端に固定されて、処理室内の所定位置に支持されている。そして、該ウエハ受台２０の中央部には上下方向に貫通する円筒状の貫通口２０ａが設けられており、該貫通口２０ａには、該ウエハ受台２０に対し上下動するウエハ支持台２２が設けられている。該ウエハ支持台２２はその上端面が半導体ウエハ１８を処理位置に載置する載置面とされており、該ウエハ支持台２２と、該ウエハ支持台２２の上方に設けられたウエハ押え板２４とによって、半導体ウエハ（ワーク）１８（図３には示されていない。）を挟んで支持するように構成されている。これらウエハ受台２０、ウエハ支持台２２、およびウエハ押え板２４等からなるウエハ把持機構については、後に詳しく説明する。

さらに、該ウエハ受台２０の下方には、該ウエハ受台２０に連続するように保護管２８が設けられ、該保護管２８の内部には、冷媒供給管３０、冷却管３２、給電体３４、下部電極３５（図３では図示せず。）が設けられている。冷媒供給管３０は、冷却管３２を覆うように設けられて冷却管３２に対し冷媒を供給するように構成されている。給電体３４は、下部電極３５に給電するように設けられており、冷却管３２は、該給電体３４に巻回して該給電体３４および下部電極３５を冷却するとともに、冷媒供給管３０へ供給されている冷媒を冷却するように構成されている。これにより、ウエハ支持台２２上の半導体ウエハ１８は、冷媒供給管３０内の冷媒によって冷却される。ウエハ受台２０を支える保護管２８、ウエハ支持台２２を支える冷媒供給管３０、あるいは冷却管３２等はいずれもステンレスパイプ等により構成されている。また、ウエハ支持台２２は、載置される半導体ウエハ１８に対する冷却効果の高い材質、例えばセラミック等で構成すると好ましい。図３では、ウエハ押さえ板２４とウエハ受台２０と保護管２８は、輪郭のみを一点鎖線で示した。冷媒供給管３０は輪郭のみを実線で示した。また、保護管２８の内部は破線で図示し、その下方の部分は図示を省略した。

図４は、ウエハ支持装置１９の主要部斜視図である。図５は、ウエハ受台２０の斜視図である。図６は、ウエハ支持装置１９の動作を示す主要部分解斜視図である。これら図４〜６を用いて、以下、ウエハ支持装置の上端部に設けられたウエハ保持部によるウエハ把持機構について説明する。図４に示すように、ウエハ支持装置１９の上端部には、ウエハ保持部つまり、ウエハ受台２０とウエハ支持台２２とウエハ押さえ板２４とが設けられている。このうち、ウエハ受台２０は、図５に示すように、保護管２８の上端に固定されて処理室内の所定位置に支持されている。また、その中央部に円筒状の貫通口２０ａが設けられており、該貫通口２０ａの上端部には、ハーフインチサイズの半導体ウエハ１８が嵌りこむウエハ保持溝（ウエハ載置部）３６が略半月状に設けられている。さらに、該ウエハ受台２０には、該貫通口２０ａを横断するように、ウエハ受台２０の側面まで伸びるアーム用溝３８が、ウエハ保持溝３６よりも下方に深く形成されている。

また、該ウエハ受台２０の該貫通口２０ａにはウエハ支持台２２の軸部が挿入されており、該ウエハ支持台２２は、その上端面がウエハ保持溝３６に対して上方位置および下方位置に位置取りできるように、ウエハ受台２０に対し上下方向移動が可能に構成されている。さらに、該ウエハ受台２０の側面には上下方向に、ウエハ押え板２４の脚部２４ａを案内する案内溝２５、およびウエハ押え板２４とウエハ受台２０とに引張り力を与えるスプリング２６ａを収納するためのスプリング用溝２６が設けられている。

図４に示すように、ウエハ押さえ板２４は、ウエハ受台２０の案内溝２５に沿って、ウエハ支持台２２が昇降する方向にスライドするように構成されている。ウエハ押さえ板２４は、図６に示すように、保護管２８の上端とスプリング２６ａにより連結されている。このスプリング２６ａの弾力で、ウエハ押さえ板２４は半導体ウエハ１８の周辺部をウエハ支持台２２方向に押さえ付ける。ウエハ保持溝３６には、前室Ｍｃから延びるアーム（前記したＰＬＡＤシステムの一部を構成するもの。図示せず）によって搬送された半導体ウエハ１８が嵌り込む。アーム用溝３８は、該アームを通過させるためのものである。これにより、前室Ｍｃからゲートバルブ１４を通過して伸長する該アームの先端部が、該アーム用溝３８へ侵入し、ウエハ受台２０に衝突することなく、ウエハ保持溝３６に陥入している半導体ウエハ１８にアクセスすることができる（あるいは、該アームの先端部が、その先端部に保持した半導体ウエハ１８を、ウエハ受台２０に衝突することなくウエハ保持溝３６まで搬入させ、その後、安全に前室Ｍｃまで戻ることができる。）。なお、ウエハ押さえ板２４とウエハ受台２０とは、例えば、いずれもセラミックの成型品により構成されている。

図６は、ウエハ支持装置１９の動作を示す主要部分解斜視図である。この図は、ウエハ受台２０を取り除いた状態を示し、（ａ）は半導体ウエハ１８を受け入れた直後の状態、（ｂ）は半導体ウエハ１８をウエハ支持台２２が持ち上げてウエハ押さえ板２４に押し付けた状態を示している。（ｂ）の状態では、スプリング２６ａが若干伸びて、ウエハ支持台２２とウエハ押さえ板２４とで半導体ウエハ１８を挟んでいることがよく分かる。このウエハ支持台２２の直下にある下部電極３５によりＲＦプラズマ（マイクロプラズマジェットＰ）が発生して、エッチング処理が行われる。

図６に示すように、ウエハ支持台２２は、ＰＬＡＤアームによってウエハ受台２０のウエハ保持溝（ウエハ載置部）３６に受け入れられた半導体ウエハ１８を、ウエハ押さえ板２４に押しつけるように昇降する。ウエハ押さえ板２４は、ウエハ受台２０の案内溝２５に沿って、ウエハ支持台２２が昇降する方向にスライドするように構成されている。ウエハ押さえ板２４は、保護管２８の上端とスプリング２６ａにより連結されている。このスプリング２６ａの弾力で、ウエハ押さえ板２４は半導体ウエハ１８の周辺部をウエハ支持台２２方向に押さえ付ける。このように、ウエハ受台２０は、前記アームによって搬入された半導体ウエハ１８を、そのウエハ保持溝３６に受け入れ、ウエハ支持台２２は、ウエハ受台２０のウエハ保持溝に差し入れられたウエハを掬い取り、ウエハ押さえ板２４と共同して半導体ウエハ１８を挟んで固定し支持するのである。そして、ウエハ支持台２２は、この状態から半導体ウエハ１８を処理室内の所定高さに保持し（図６（ｂ））、半導体ウエハ１８に対しエッチング処理が行われる。このように、本実施の形態例では、プラズマ処理室１２内に搬送された半導体ウエハ１８を、プラズマ処理室１２内で昇降するウエハ支持台２２と該ウエハ支持台２２に追従するウエハ押え板２４とで固定支持するので、簡便な機構でありながら、確実に所定位置に保持することができる。

前述したように、図１に示したプラズマ処理室１２の中央に半導体ウエハ１８を静止させておくだけでなく、エッチング処理中にプラズマ処理室１２内をスキャニング移動すると、プラズマ処理室１２の内部に供給されるＲＦプラズマ（マイクロプラズマジェットＰ）を有効かつ均一に利用できることが分かった。しかしながら、極小に作られたプラズマ処理室１２の内部に駆動機構を収容するのは困難である。そこで、本発明では、ウエハ支持台２２を、プラズマ処理室１２の外に設けた駆動機構によって駆動するように構成されている。次に、図３および図７，８を用いて、この駆動機構について説明する。

図３に示すように、ウエハ支持台２２は冷媒供給管３０に支持されており、また、ウエハ受台２０は保護管２８に支持されている。さらに、冷媒供給管３０は保護管２８の内部でその軸方向に自由に移動できるように支持されている。冷媒供給管３０の内部には、ヘリウム等の不活性ガスと、この不活性ガスを冷却するための冷却水等の冷媒を収容した冷却管３２と、放電用の電極３５に課電するための給電体３４とが収容されている。この冷媒は、駆動機構側から電極３５側に供給されて再び駆動機構側に戻るように供給されている。

プラズマ処理室１２の底板には、保護管２８がＸＹＺ方向に移動可能な範囲で穴が設けられおり、その穴の周囲には上部リング４４が取り付けられている。保護管２８はこの上部リング４４を貫通して下方に延長されている。上部リング４４には、フレキシブルに変形可能な外筒４８を挟んで、下方に下部リング４６が接続されている。保護管２８は上部リング４４と外筒４８と下部リング４６とを貫通して、昇降装置６２にその下端を接続固定されている。下部リング４６と保護管２８との間は、プラズマ処理室１２の気密を保持するためのシーリングが施されている。

図３および図７に示すように、冷媒供給管３０の下端は、下部リング４６と第１駆動板５０と第２駆動板５６とを貫通して昇降装置６２に固定されている。保護管２８と外筒４８と昇降装置６２の内部は、気密室１２の内部と同様に減圧されている。昇降装置６２の下端から保護管２８中へ、冷媒や不活性ガスが供給される。保護管２８と下部リング４６と第１駆動板５０と昇降装置６２とは連結固定されていて、後で説明するＸＹ平面内で前後左右に移動する。このように、本実施の形態例では、ウエハ支持台２２、半導体ウエハ１８、および給電体３４等を同時に効率的に冷却することができる。また、ウエハ支持台２２を、給電体３４を収容した冷媒供給管３０と、該冷媒供給管３０を収容した保護管２８とにより支持したので、半導体ウエハ１８とウエハ支持台２２を効率的に冷却できるとともに、半導体ウエハ１８の支持構造をコンパクトかつ強固に構成することができる。さらに、図３に示すように、冷媒供給管３０をプラズマ処理室１２の下方にまで達する長いものにすることができるので、冷却管３２を用いて十分に冷却用ガスを冷却することができる。

ウエハ支持台２２は昇降装置６２によって保護管２８の軸方向（図７のＺ軸方向）に移動する。第１駆動板５０は、第１モータ５２により第１駆動ねじ５４を回転させて、保護管２８を、その軸と交差する方向（図７のＸ軸方向）に移動させる。第２駆動板５６は、第２モータ５８により第２駆動ねじ６０を回転させて、第１駆動板５０を、その軸と交差する方向（図７のＹ軸方向）に移動させる。プラズマ処理室１２の内部で、半導体ウエハ１８がエッチング用の活性ガスに均一に接触するように、第１駆動板５０と第２駆動板５６とを駆動するための制御装置（図示せず）が設けられている。該制御装置により、第１駆動板５０と第２駆動板５６とは、半導体ウエハ１８が処理室１２内のマイクロプラズマに均一に晒されるように、保護管２８をＸＹ軸方向移動させる。このＸＹ軸方向移動させる駆動パターンは、円運動でもジグザグ運動でも構わないが、ウエハ上でのプラズマの照射領域が、プラズマ照射中に停止することのない移動方法、たとえば、リサージュ曲線を描くようにスキャニング移動させるパターンであれば、より効率的かつ均一なプラズマ処理が可能である。描画装置のように超微細なスキャニング移動は必要ない。そのため、第１駆動ねじ５４、第１駆動板５０、第２駆動ねじ６０、第２駆動板５６等からなる駆動装置およびその制御装置は、保護管２８のＸＹ軸方向移動が粗移動で良いように構成されている。なお、第２モータ５８と第２駆動ねじ６０は、図３に示したミニマル処理装置本体のＺ軸方向駆動板６３に固定されている。

図８はプラズマ処理室１２の底面の穴の周囲に固定された上部リング４４とその下方の状態を示す斜視図である。この図８には、実線の状態から一点鎖線の状態まで保護管２８が移動したときの動作を例示した。第１駆動板５０が移動すると、これに固定された保護管２８が移動する。このとき、外筒４８が斜めに変形する状態を示している。上部リング４４には保護管２８の直径に比べて十分に大きな穴が設けられており、保護管２８の図７の水平方向（ＸＹ方向）の移動を許容する。下部リング４６が第１駆動板５０と第２駆動板５６により駆動されて、図７で説明したＸＹ軸方向の平面内で移動する。上部リング４４はプラズマ処理室１２（図３）に固定されていて動かないが、４８がフレキシブルに変形して、その動きを吸収する。外筒４８は圧力ホースのような柔構造のものが好ましい。これによって、ウエハ支持台２２はＸ，Ｙ方向に比較的自由に変位することができ、スキャニング移動を可能とする。このように、本実施の形態例では、半導体ウエハを支持するウエハ支持装置１９を、プラズマ処理室１２の外部に配置した駆動機構に連結してスキャニング移動させるので、狭小なプラズマ処理室１２であっても良好なプラズマ処理が可能となる。

図８（ｂ）には、上部リング４４の中心部の縦断面図を示した。この図８に示す実施例では、上部リング４４と保護管２８の隙間を塞ぐように、複数の可動ワッシャ７０が設けられている。該可動ワッシャ７０は、開口径が少しずつ異なる複数のワッシャで構成されており、これらワッシャを水平方向に隙間を開けることなくずらして積み重ねておく。これにより、保護管２８のＸＹ軸方向の動きを妨げられることはなく、しかも上方からの落下物を確実に受け止めることができる。この可動ワッシャ７０により、プラズマ処理室１２内部の異物が外筒４８の内部に落下するのを防止できる。例えば、半導体ウエハ１８をウエハ受台２０上に乗せるときに、半導体ウエハ１８がなにかに衝突して落下したとしても、可動ワッシャ７０はそれをプラズマ処理室１２の内部に保持することで、回収を容易にする。このように、前記可動ワッシャ７０からなる遮蔽部材がスキャニング移動に追従して可動となっていることにより、ワークが処理位置に確実に搬送されると共に、軸に密着して外挿されているので、例えワークがワーク支持面から何らかの原因で落下したとしても、該遮蔽部材で受け止めることができるので、落下したワークを取り出すに容易である。

ウエハ支持台２２、半導体ウエハ１８、および下部電極３５等を冷却する冷却機構については、上記した実施の形態例のほか、図１０に示すような他の実施例（１）でもよい。図１０（ａ）はウエハ支持台２２の斜視図で、（ｂ）は半導体ウエハ１８を乗せたウエハ支持台２２を、（ａ）の矢印Ａ方向に切断したところを示す縦断面図である。図１０（ａ）に示すように、ウエハ支持台２２の上面には、半導体ウエハ１８を冷却するための凹部３９が設けられている。凹部３９には、数個の冷却口４０と上孔４３が開口している。そして上孔４３は、ウエハ支持台２２の側面に設けられた排気孔４２に連通している。図１０（ｂ）に示すように、冷却口４０は、ウエハ支持台２２と外部電極６９に設けられた通気口４１を通じて冷媒供給管３０の内部と繋がっている。また、凹部３９に面して設けられた上孔４３は側面に設けられた排気孔４２に連通しており、その連通路は斜め下に向けて形成されている。したがって、排気孔４２から排出される冷却用ガスは、図１０（ｂ）に示すように、ウエハ支持台２２に載置されている半導体ウエハ１８よりも下方に向けて排出される。

図１０（ｂ）に示すように、給電体３４はその終端で外部導体６７が所定長除去されている。外部導体６７は外部電極６９に電気接続されている。また、内部導体６６は中心部の下部電極３５に電気接続されている。該下部電極３５と外部電極６９との間は、ウエハ支持台２２と絶縁スペーサ６４により絶縁されている。給電体３４の内部導体６６と外部導体６７の間にはＲＦプラズマ発生に必要な電圧が供給されており、中心部の下部電極３５と外部電極６９との間に形成される電界により、ウエハ支持台２２の上方にＲＦプラズマ（マイクロプラズマジェットＰ）を発生させる。

以上の構成により、冷媒供給管３０に注入した冷却用ガスは、通気口４１を経て、凹部３９に開口する冷却口４０から、凹部３９内に流入する。したがって、該冷却用ガスは、凹部３９に広がって半導体ウエハ１８の裏面を直接冷却することができる。そして、半導体ウエハ１８の裏面を冷却して温度上昇した冷却用ガスは、上孔４３から排気孔４２を経て、プラズマ処理室１２へ斜め下方に排出される。このように、半導体ウエハ１８は、図４に示したような機構でウエハ支持台２２とウエハ押さえ板２４とで挟んで固定しているから、半導体ウエハ１８の下面の広い面積を冷却用ガスで直接冷却しながら、エッチング処理を進めることができる。したがって、半導体ウエハ１８を直接冷却することができるので、単に熱伝導で冷却するよりも冷却効率が良い。また、外部電極６９も通気口４１を通過する冷却用ガスで冷却される。さらに、外部電極６９は給電体３４の内部導体６７と接しているから熱伝導で放熱できる。さらに、プラズマ処理室１２へ排出される冷却用ガスは、ウエハ支持台２２上に載置された半導体ウエハ１８よりも下方に放出されるので、ＲＦプラズマ（マイクロプラズマジェットＰ）による半導体ウエハ１８のプラズマ処理に影響を及ぼすことはない。

ウエハ支持台２２、半導体ウエハ１８および下部電極３５等を冷却する冷却機構については、上記した実施の形態例のほか、図１１に示すような他の実施例（２）でもよい。図１１は、ウエハ支持台２２’を含むウエハ支持機構の縦断面図である。図１１に示すように、半導体ウエハ１８はウエハ支持台２２’のウエハ載置面に載置されている。ＲＦプラズマ発生のための下部電極および給電体３４’は一体に構成されており、ウエハ支持台２２を支持している。該下部電極および給電体３４’は、外管の内部に内管を有する２重構造となっており該内管の中の空間部、および該内管とそれを包む外管との隙間が冷却用媒体の経路となるように構成されている。したがって、該下部電極および給電体３４’を冷却するための冷却媒体は、例えば、矢印に示すように、内筒内から給電体内に供給され、内筒と外筒の間隙を通り外部に排出される。したがって、該下部電極および給電体３４’は、冷却媒体によって直接冷却されており、半導体ウエハ１８は、下部電極に接するウエハ支持台２２’を介して間接的に冷却されている。これにより、電極自体をウエハ支持装置１９の下部構造としつつ、しかも電極内部に冷却媒体を流す構造となっているので、構造が簡単であるにもかかわらず電極の冷却を効率的に行うことができるので、半導体ウエハ１８の冷却が間接的となるも、効率的な半導体ウエハ１８の冷却を行うことができる。さらに、本実施の形態例では、下部電極３５への給電機能とともに、半導体ウエハ１８および給電体３４の冷却機能とを有していることで、マイクロプラズマ特有のレジスト焼けを回避するとともに、電極の冷却とウエハ支持機構の強度の確保とを行うことができる。なお、この実施の形態例（２）では、給電体と電極部とを一体に形成してあるが、必ずしも一体でなくても良く、給電体に直接電極を接続して、電極下部に冷媒が接する構造であればよい。

本発明の実施の形態例では、以上の構成の装置を使用して、次のようにエッチング処理が行われる。始めに、プラズマ処理室１２のゲートバルブ１４（図２）を開いて、図示しないＰＬＡＤ搬送装置のアームにより、半導体ウエハ１８をプラズマ処理室１２内部に送り込む。そのアームは、ウエハ受台２０のアーム用溝３８（図５）に沿って半導体ウエハ１８を搬送し、ウエハ受台２０のウエハ保持溝（ウエハ載置部）３６に半導体ウエハ１８を置く。そして、アームはアーム用溝３８に沿って待避する。その後、ウエハ受台２０の下方から図６に示したようにして、ウエハ支持台２２が上昇し、ウエハ押さえ板２４に半導体ウエハ１８を押しつけて、半導体ウエハを所定高さ位置に支持する。

上記のようにエッチング処理のための準備ができた後、プラズマ処理室１２の内部と外筒４８の内部を減圧にして、マイクロプラズマ発生装置Ｍｏを駆動させながらエッチング用のガスをガス供給口１５へ供給する。これにより、マイクロプラズマがプラズマ処理室１２内へ供給される。その後、給電体３４を通じて下部電極３５に課電して、半導体ウエハ１８の周囲にＲＦプラズマ（マイクロプラズマジェットＰ）を発生させる。これでエッチング処理が開始される。ＲＦプラズマ放電により温度上昇する半導体ウエハ１８や下部電極３５等は、冷媒供給管３０を通じて供給する不活性ガス等の冷媒で冷却する。不活性ガスは冷却管３２に接触して十分に冷却された状態で連続的に供給される。

エッチング処理の間、ウエハ支持台２２に支持された半導体ウエハ１８は、プラズマ処理室１２の内部を保護管２８の軸と交差する方向にスキャニング移動する。エッチング処理が終了した後は、ウエハ支持台２２が下降して、半導体ウエハ１８がウエハ受台２０のウエハ保持溝３６に収容された状態に戻る。その後、プラズマ処理室１２のゲートバルブ１４が開放されて、半導体ウエハ１８が図示しないアームにより取り出される。

上記実施の形態例では、上部リング４４と保護管２８の隙間を塞ぐ遮蔽部材について、開口径が少しずつ異なる複数の可動ワッシャ７０を用いているが、これに限ることなく、例えば、摺動方向に柔軟に変形するベローズを用いるなど、他の実施の形態例も用いることができる。また、上記実施の形態例では、スプリング２６ａを用いてウエハ押え板２４をウエハ支持台２２に押圧しているが、これに限ることなく、例えばスプリング２６ａを用いず単にウエハ押え板２４の自重によって押圧する構成とすることなど、他の実施の形態例も用いることができる。また、上記実施の形態例では、ガス供給口１５から供給するガスをＣＦ_４／Ａｒガスとしたが、もちろんこれに限ることなく、他のプラズマエッチング用ガスに適用することができる。また、上記実施の形態例では、冷却用冷媒に不活性ガスを用いているが、これに限ることなく、他の冷却用冷媒、例えば冷却水などを用いることができることはもちろんである。さらに、上記実施の形態例は、ハーフインチサイズの半導体ウエハ１８に対するプラズマ処理装置（いわゆる、ミニマルファブシステム）に適用して最適であるが、これに限ることなく、通常サイズの半導体ウエハに適用可能なことは明らかである。また、処理対象はウエハに限らず、３次元ＩＣなどのウエハ状以外のワークにも適用ができることは明らかである。上記実施の形態例では、ウエハ処理部をプラズマ処理装置としたが、該ウエハ処理部を、例えば、スパッタリング装置、ＳＥＭ検査装置、ウエハ表面への噴霧コーティング装置、あるいはＣＶＤ装置等とすることができる。これらの処理部においては、ウエハの処理面全面に対し相対的にスキャニングすることで、ウエハ処理面全面に対し均一な処理を遂行することができる。

以上、本発明の実施の形態例について説明したが、本発明は、上記実施の形態例に限るものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。

本実施の形態例は、このように、極めて狭小なプラズマ処理室１２の内部で半導体ウエハ１８を確実に支持するための支持機能とともに、生成プラズマに濃度揺らぎが発生したとしてもエッチング処理を効率的かつ均一に行うためのスキャニング移動機能とを有し、しかもこれら機能を極めてコンパクトな構造で実現している。そして、このウエハ支持機能および、またはスキャニング機能を有する処理装置は、マイクロプラズマ処理装置に用いることで最適であるが、マイクロプラズマ処理に限ることなく、他のプラズマ処理あるいは他の半導体処理、たとえばスパッタ処理等に用いることができることは明らかである。それによって、極めて狭小な処理室内でのウエハ（ワーク）の保持と処理位置への（または、処理位置からの）搬送が確実に行え、また、処理室の外に駆動機構を設けることで、処理室内の清浄度を向上させるとともに清浄な環境に保たねばならない空間をコンパクトに構成することもできる。さらには、前記遮蔽部材７０や外筒４８によりウエハ（ワーク）の処理室内での安全な確保とスキャニングの際の自由度を確保することができる。

次いで、本発明に関連する形態を図に基づいて説明する。

［第１形態］
図１３は、本発明に関連する第１形態に係るプラズマ処理装置を示す概略図ある。図１４は、プラズマ処理装置にてウエハをエッチングしている状態を示す説明図である。図１５は、プラズマ処理装置が収容される筐体を示す外観図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は背面図である。図１６は、プラズマ処理装置に使用されるノズルを示す概略斜視図である。

本発明に関連する第１形態に係るプラズマ処理装置Ｍは、図１５に示すように、予め規格された大きさの筐体１０２内に収容されたミニマルファブ（minimal fabrication）構想に基づくミニマルプラズマエッチング装置である。ここで、このミニマルファブ構想とは、多品種少量という半導体製造市場に最適なもので、省資源・省エネルギ・省投資・高性能な多様なファブに対応でき、例えば特開２０１２−５４４１４号公報に記載の生産をミニマル化させるミニマル生産システムを実現させるものである。

また、筐体１０２は、上下方向に長手方向を有する略直方体状に形成されたモジュールであり、内部への微粒子およびガス分子のそれぞれを遮断する構造とされている。この筐体１０２の上側の装置上部としての本体部Ｍａには、ウエハ１８をプラズマエッチングするためのプラズマ処理装置Ｍが収容されている。ここで、プラズマ処理装置Ｍによるプラズマエッチングとしては、ウエハ１８の表面上に積層されているレジストパターンに対応させてウエハ１８の表面をエッチングするものである。

プラズマ処理装置Ｍより下方の本体部Ｍａの背面には、このプラズマ処理装置Ｍでのプラズマエッチングに用いられる、例えばエッチングガスＧ等を供給するための供給部１０３ａ等が設けられている。このエッチングガスＧは、筐体１０２外で生成等されてから供給部１０３ａを介してプラズマ処理装置Ｍ内へ供給される。

さらに、筐体１０２の下側には、本体部Ｍａ内のプラズマ処理装置Ｍを制御する制御装置等を内蔵させるための装置下部としての制御収納部Ｍｂが設けられている。この制御収納部Ｍｂには、プラズマ処理装置Ｍでのエッチングの際に用いられる冷却ユニット１０９や電源ユニット１１０等が収容されている。また、制御収納部Ｍｂの背面には、プラズマ処理装置Ｍでのエッチングの際に用いられた後のエッチングガスＧ等の気体を筐体１０２外へ排出させるアウトレットとなる排出部１０３ｂが設けられている。そして、この排出部１０３ｂは、この排出部１０３ｂから排出されてくる気体を貯留するタンク（図示せず）等に接続されている。

また、筐体１０２の本体部Ｍａの上下方向の中間部には、この本体部Ｍａの正面側が上方に凹状に切り欠かれた形状とされている。そして、この本体部Ｍａの上側の正面側には、操作パネル８１が取り付けられている。また、この本体部Ｍａの下側の部分は、ウエハ１８を筐体１０２内に搬入させる前室Ｍｃとされている。そして、この前室Ｍｃの上面の略中央部には、搬送容器としてのミニマルシャトル（図示せず）を設置するためのシャトル収容部としての略円形状のドッキングポート８２が設けられている。ここで、前室Ｍｃは、筐体１０２内への微粒子およびガス分子のそれぞれを遮断する構成とされている。すなわち、この前室Ｍｃは、ミニマルシャトル内に収容されているウエハ１８を外気に曝す等することなく筐体１０２内へ出し入れできるようにするためのＰＬＡＤ（Particle Lock Air-tight Docking）システムとされている。

そして、前室Ｍｃ内には、ドッキングポート８２から搬入されてくるウエハ１８をプラズマ処理装置Ｍの所定位置へ搬送するとともに、このプラズマ処理装置Ｍにてエッチングされた後のウエハ１８をドッキングポート８２へ搬出するための搬送装置（図示せず）が収容されている。なお、この搬送装置としては、例えば特開２０１１−９６９４２号公報に記載のワーク搬送装置等が用いられる。

＜プラズマ処理装置＞
次いで、プラズマ処理装置Ｍは、筐体１０２内の前室Ｍｃの後側上部のウエハ処理室としてのプラズマ処理室１２内に収容されている。そして、このプラズマ処理装置Ｍにてエッチングするウエハ１８は、所定の大きさ、例えば直径１２．５ｍｍ（ハーフインチサイズ）の円形状の表面を有し、単結晶シリコン（Ｓｉ）にて構成された円盤状に形成されている。そして、このウエハ１８の表面には、予め所定のレジストパターンが形成され、プラズマエッチング前の状態とされている。

さらに、プラズマ処理装置Ｍは、いわゆるＬＦマイクロプラズマ方式とステージＲＦプラズマ方式とを併用したものである。すなわち、このプラズマ処理装置Ｍは、後述するガス供給管１０５ｄに取り付けられたＬＦ印加部１０８に低周波電圧を印加してエッチングガスＧ中に多量のフッ素ラジカル（Ｆ）を発生させるとともに、ウエハ支持台２２に取り付けられたＲＦ印加板１０６ｄに高周波電圧を印加してイオンシースを発生させ、エッチングガスＧ中のＣＦ_４やＡｒを励起させてイオン化させたプラスイオン（ＣＦ_３ ^＋、Ａｒ ^＋）とともに多量のフッ素ラジカル（Ｆ）をウエハ１８の表面に略垂直に叩き込んで垂直エッチングするものである。

具体的に、このプラズマ処理装置Ｍは、図１３に示すように、チャンバであるプラズマ処理室１２と、このプラズマ処理室１２内に設置されるステージとしてのウエハ支持台２２とを備え、このウエハ支持台２２をプラズマ処理室１２にて気密に覆う構成とされている。

＜チャンバ＞
プラズマ処理室１２は、例えば石英ガラス等の外部から低周波電圧を印加することが可能な透明な材料にて構成されている。そして、このプラズマ処理室１２は、円筒状の本体部１０５ａを有し、この本体部１０５ａの軸方向を上下方向に沿わせて設置され、この本体部１０５ａの上端側が円盤状の上板１０５ｂにて閉塞された形状とされている。また、この上板１０５ｂの中心位置には、矩形状の開口部１０５ｃが形成されており、この開口部１０５ｃには、ガス供給部としての、例えば角筒状のガス供給管１０５ｄの下端側が同心状に嵌合されて取り付けられている。このガス供給管１０５ｄは、本体部１０５ａの内寸法より小さく、ウエハ１８の外寸法より若干大きな外寸法を有する断面矩形筒状に形成されており、このガス供給管１０５ｄの下端側の一部を上板１０５ｂの外側から開口部１０５ｃに内嵌合させた状態とされ、この開口部１０５ｃに溶接等されて一体的に取り付けられている。ここで、ガス供給管１０５ｄの形状としては、角筒状以外の形状、例えば円筒状等であってもよい。

ガス供給管１０５ｄの下端部には、ブロック状のノズル１０７が内嵌合されて取り付けられている。このノズル１０７は、ガス供給管１０５ｄの内寸法に略等しい外寸法を有する角柱状の本体部１０７ａを備えている。この本体部１０７ａは、上下方向の端面の長手寸法がウエハ１８の外径寸法より若干大きく形成されている。また、この本体部１０７ａには、図１６に示すように、複数のガス挿通孔１０７ｂが穿設されている。これらガス挿通孔１０７ｂは、本体部１０７ａの高さ方向に沿った直線状に形成されており、これらガス挿通孔１０７ｂを平行かつ等間隔に離間させた状態とされ、本体部１０７ａの一端面から他端面へ直線状に貫通させて設けられている。すなわち、これらガス挿通孔１０７ｂは、ノズル１０７全体に亘って設けられており、このノズル１０７の各ガス挿通孔１０７ｂを通過させることによって、エッチングガスＧを略均等にウエハ１８に吹き付ける構成とされている。

また、ガス供給管１０５ｄの上部には、ガス供給口１０５ｅが接合されている。ここで、ガス供給口１０５ｅとしては、ガス供給管１０５ｄの上端部を同心状に縮径させて形成する他、ガス供給管１０５ｄに枝管（図示せず）を設ける等し、この枝管に接続して設けても良い。具体的に、ガス供給口１０５ｅには、メタルチューブ１０５ｆが取り付けられ、このメタルチューブ１０５ｆを介して、ガス供給口１０５ｅから、例えば四フッ化炭素とアルゴン（Ａｒ）との混合ガス（ＣＦ_４／Ａｒ）等のエッチングガスＧがプラズマ処理室１２内に供給される。なお、このエッチングガスＧとしては、四フッ化炭素（ＣＦ_４）のみにて構成されたガスとすることもできる。

また、ガス供給管１０５ｄには、このガス供給管１０５ｄを介してウエハ１８に吹き付けるエッチングガスＧ中にマイクロプラズマ（径のサイズがμｍ〜ｍｍオーダの微小プラズマ）Ｍを発生させるためのノズルプラズマ発生部としてのＬＦ印加部１０８が設けられている。このＬＦ印加部１０８は、ノズル１０７からウエハ１８へ吹き付けるエッチングガスＧ中にマイクロプラズマＭＰを発生させ、このマイクロプラズマＭＰ由来のフッ素ラジカル（Ｆ）を多量に発生させるラジカル発生部である。具体的に、このＬＦ印加部１０８は、ガス供給管１０５ｄの上板１０５ｂより上方に突出している部分の上側および下側のそれぞれに取り付けられた電極部１０８ａ，１０８ｂを有している。ここで、下側の電極部１０８ｂは、ガス供給管１０５ｄの上板１０５ｂより上方に突出している部分の下端側の縁部に取り付けられている。また、これら電極部１０８ａ，１０８ｂは、ガス供給管１０５ｄの外側に銅線を周方向に巻き付けられてコイル状に構成されている。

さらに、これら電極部１０８ａ，１０８ｂ間に低周波電源１１０ａが取り付けられており、この低周波電源１１０ａから電極部１０８ａ，１０８ｂ間に高圧低周波電圧が印加され、これら電極部１０８ａ，１０８ｂを介してガス供給管１０５ｄ内を通過するエッチングガスＧ中にマイクロプラズマＭＰを発生させる。すなわち、ＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間に印加される高圧低周波電圧は、エッチングガスＧ中に高圧交流励起プラズマを発生させる誘電体バリア放電であって、例えば電圧：１０ｋＶｐ−ｐ、周波数：８ｋＨｚ程度の交流高電圧がマイクロプラズマＭＰの発生の主要因とされている。

＜ステージ＞
ウエハ支持台２２は、プラズマ処理室１２内に収容されつつ、このプラズマ処理室１２の上下方向に軸方向を沿わせつつ、このプラズマ処理室１２の開口部１０５ｃの鉛直下に設置されている。すなわち、このウエハ支持台２２は、後述するＲＦ印加板１０６ｄを、プラズマ処理室１２のガス供給口１０５ｅに対し同心状に位置させつつ、このガス供給口１０５ｅから所定間隔ほど下方に間隔を空けた位置に設置されている。すなわち、このウエハ支持台２２は、プラズマ処理室１２のガス供給口１０５ｅからノズル１０７を介して吹き出してくるおそれのあるマイクロプラズマＭＰが、ウエハ支持台２２上のＲＦ印加板１０６ｄへ直接当たない程度の間隔を空けてプラズマ処理室１２内に取り付けられている。

具体的に、ウエハ支持台２２は、円柱状の本体部１０６ａを備え、この本体部１０６ａの軸方向を上下方向に沿わせた状態で設置されている。この本体部１０６ａの上端面は、閉塞されて平坦な円盤状の設置面１０６ｂとされており、この設置面１０６ｂ上にウエハ１８が設置される構成とされている。すなわち、本体部１０６ａは、ウエハ１８の外径寸法より若干大きな外径寸法に形成され、このウエハ１８の外径寸法より若干大きな径寸法を有する設置面１０６ｂとされている。

この設置面１０６ｂは、絶縁性を有する絶縁板１０６ｃを備え、この絶縁板１０６ｃ上にステージプラズマ発生部としての下部電極であるＲＦ印加板１０６ｄが積層されている。ここで、これら絶縁板１０６ｃおよびＲＦ印加板１０６ｄは、それぞれ略円盤状に形成されており、このＲＦ印加板１０６ｄ上にウエハ１８が設置される。そして、ＲＦ印加板１０６ｄは、ＬＦ印加部１０８とともにプラズマ処理室１２内に上方から下方に向かう垂直な電界Ｅを形成させ、このプラズマ処理室１２内にイオンシースを発生させるとともに、ウエハ１８上へ送られるエッチングガスＧ中にプラズマＰを発生させてエッチングガスＧを励起させてイオン化させるイオンアシスト部である。

具体的に、ＲＦ印加板１０６ｄは、例えば１３．５６ＭＨｚ等の高周波電圧（ＲＦ）が印加され、このＲＦ印加板１０６ｄ上に設置されるウエハ１８を含む領域、すなわちウエハ１８上およびその周囲にプラズマＰを発生させ、このウエハ１８に吹き付けられるエッチングガスＧを構成するＣＦ_４およびＡｒ等を励起してイオン化させたりラジカル化させてプラスイオン（ＣＦ_３ ^＋、Ａｒ^＋）やフッ素ラジカル（Ｆ）とする。さらに、このＲＦ印加板１０６ｄの下端側の中心部に電極部１０６ｅが設けられ、この電極部１０６ｅを介して高周波電圧がプラズマ処理室１２外に設置された高周波電源１１０ｂから印加される。

また、ウエハ支持台２２には、このウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄ上に設置されるウエハ１８を冷却するための冷却部としての冷却ユニット１０９が取り付けられている。この冷却ユニット１０９は、例えば水冷式とされており、ウエハ支持台２２の本体部１０６ａおよび絶縁板１０６ｃを介してＲＦ印加板１０６ｄを冷却することにより、このＲＦ印加板１０６ｄ上に設置されているウエハ１８を冷却する構成とされている。さらに、この冷却ユニット１０９は、制御収納部Ｍｂ内に収容されて取り付けられている。なお、電源ユニット１１０は、低周波電源１１０ａと高周波電源１１０ｂとを備えている。

さらに、プラズマ処理室１２の下方には、このプラズマ処理室１２の下端を閉塞する蓋体１１１ａが取り付けられており、この蓋体１１１ａには、プラズマ処理室１２内を真空引きするための真空引き部としての真空形成装置１１１が取り付けられている。この真空形成装置１１１もまた、制御収納部Ｍｂ内に収容されて取り付けられており、プラズマ処理室１２内のウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄ上にウエハ１８が設置された状態で、このプラズマ処理室１２内を真空引きする構成とされている。

次に、上記第１実施形態のプラズマ処理装置Ｍを用いたプラズマエッチング方法について説明する。

まず、エッチング前のウエハ１８が収容されたミニマルシャトルを、筐体１０２の前室Ｍｃのドッキングポート８２に嵌合させて設置する。この状態で、筐体１０２の所定位置、例えば操作パネル８１等に表示等されているスタートスイッチ（図示せず）を押す。このとき、冷却ユニット１０９が駆動されウエハ支持台２２の冷却が開始される。

さらに、ドッキングポート８２に設置されたミニマルシャトルが開放され、このミニマルシャトル内に収容されているウエハ１８が、搬送装置にてプラズマ処理装置Ｍのウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄ上へ搬送され設置される。このとき、ウエハ支持台２２は、例えばウエハ支持台２２とプラズマ処理室１２とが相対的に上下動される等して、プラズマ処理室１２内からウエハ支持台２２が取り出された状態とされている。

この後、プラズマ処理装置Ｍのプラズマ処理室１２が蓋体１１１ａにて密封され、このプラズマ処理室１２内が略真空になるまで真空形成装置１１１にて真空引きされる。この状態で、プラズマ処理室１２のガス供給口１０５ｅに取り付けられたメタルチューブ１０５ｆを介してガス供給口１０５ｅからエッチングガスＧがプラズマ処理室１２内に供給され、このプラズマ処理室１２内の圧力が所定の圧力に維持される。この後、低周波電源１１０ａがオンされＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間に低周波電圧が印加されるとともに、高周波電源１１０ｂがオンされ電極部１０６ｅを介してＲＦ印加板１０６ｄに高周波電圧が印加され、図１４に示すように、プラズマ処理室１２内に、ウエハ１８に向かう方向に沿った電位傾斜が形成され、垂直な電界Ｅが形成される。

この結果、エッチングガスＧは、ＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間を通過する際に、これら電極部１０８ａ，１０８ｂ間に印加されている低周波電圧によってエッチングガスＧ中にマイクロプラズマＭＰを発生させ、このエッチングガスＧを構成するＣＦ_４中のフッ素をラジカル化させ、多量のフッ素ラジカル（Ｆ）を発生させる。すなわち、このエッチングガスＧ中のＣＦ_４がＣＦ_３とＦとに分離（ＣＦ_４＋ｅ→ＣＦ_３＋Ｆ＋ｅ）されて、多量のフッ素ラジカル（Ｆ）が生成される。また、このフッ素ラジカルは、エッチングガスＧとともに、ガス供給口１０５ｅに取り付けられたノズル１０７の各ガス挿通孔１０７ｂを通過することによって吹き付け方向が略平行に整流され、略均等にウエハ１８上に吹き付けられる。

さらに、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄに印加された高周波電圧によって、このＲＦ印加板１０６ｄの周囲にプラズマＰが発生され、このＲＦ印加板１０６ｄの周囲に上下方向に沿ったイオンシースとともに電界Ｅが形成される。この結果、ノズル１０７から吹き出されたエッチングガスＧがウエハ１８上に叩き付けられる直前で励起されてイオン化されたプラスイオン（ＣＦ_３ ^＋、Ａｒ^＋）とともにラジカル化されたフッ素ラジカル（Ｆ）がウエハ１８上に垂直に叩き付けられ、このウエハ１８上に設けられたレジストパターンを介して、ウエハ１８がプラズマエッチング（非等方エッチング）される。

すなわち、ＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間に印加された低周波電圧と、ＲＦ印加板１０６ｄに印加された高周波電圧とによって、マイクロプラズマＭＰ由来のフッ素ラジカル（Ｆ）が多量にウエハ１８上に供給され、このウエハ１８を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）へのフッ素ラジカル（Ｆ）の反応が効率化されるとともに、エッチングガスＧ中のＡｒ^＋やＣＦ_３ ^＋等のプラスの電荷を有するイオン（プラスイオン）がウエハ１８上に送られ、このウエハ１８を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）へのフッ素ラジカル（Ｆ）の反応がアシストされて高効率化され、このウエハ１８表面の単結晶シリコン結合（Ｓｉ−Ｓｉ）が切断されプラズマエッチングされていく。

このとき、ウエハ１８の表面においては、このウエハ１８を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）とフッ素ラジカル（Ｆ）とが反応（Ｓｉ［個体］＋４Ｆ→ＳｉＦ_４［気体］）して、このウエハ１８表面のプラズマエッチングが進行していく。さらに、ウエハ１８の表面においては、エッチングガスＧ中のＡｒやＣＦ_４等が励起されてイオン化（Ａｒ^＋、ＣＦ _３ ^＋）され、これらプラスイオンによるイオンアシストによって、ウエハ１８を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）とフッ素ラジカル（Ｆ）との反応が促進され、ウエハ１８表面のエッチング反応が促進され高速化される。

この後、ウエハ１８のエッチングが完了した後、プラズマ処理室１２の密封が解除され、例えばウエハ支持台２２とプラズマ処理室１２とを相対的に上下動させる等して、プラズマ処理室１２内からウエハ支持台２２を取り出し、このウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄ上に設置されているウエハ１８を、搬送装置による引き戻し動作にてミニマルシャトル上に設置されてから、このミニマルシャトルが閉操作されてウエハ１８が収容される。さらに、このウエハ１８が収容されたミニマルシャトルを、前室Ｍｃのドッキングポート８２から取り外すことによって、ウエハ１８が搬出される。この後、冷却ユニット１０９の駆動が停止されウエハ支持台２２の冷却が停止される。

上述のように、上記第１形態のプラズマ処理装置Ｍにおいては、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄ上にウエハ１８を設置させた状態でプラズマ処理室１２内を真空形成装置１１１にて真空引きしつつ、ガス供給管１０５ｄからプラズマ処理室１２内へエッチングガスＧを供給する。この状態で、ガス供給管１０５ｄ内の先端側に取り付けられたノズル１０７からウエハ１８へ吹き付けるエッチングガスＧ中にＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間に印加された低周波電圧による誘電体バリア放電によって高圧交流励起プラズマ（マイクロプラズマＭＰ）を発生させ、エッチングガスＧ中に多量のフッ素ラジカル（Ｆ）を発生させる。

そして、この多量のフッ素ラジカルがエッチングガスＧとともにノズル１０７の各ガス挿通孔１０７ｂを通過することによって、吹き付け方向が略垂直方向に整流されるとともに、これらフッ素ラジカルおよびエッチングガスＧの密度が略均一にされる。この後、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄに印加された高周波電圧によって、このＲＦ印加板１０６ｄ上に設置されたウエハ１８上およびその周囲に存在するエッチングガスＧ中に発生させたプラズマＰにてエッチングガス中のＣＦ_４やＡｒ等を励起させるとともに、ウエハ１８上に形成されている垂直方向の電界Ｅにてイオンシースさせつつ、イオン化させたＣＦ_３ ^＋、Ａｒ^＋とともにラジカル化させたフッ素ラジカル（Ｆ）を、ウエハ１８の表面に略垂直に叩き込んでエッチングする構成とした。

この結果、ＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間に印加された低周波電圧によりガス供給管１０５ｄ内にマイクロプラズマＭＰを発生させることにより、ノズル１０７から噴出されるエッチングガスのガス流の効果によって、ウエハの表面まで効率良くフッ素ラジカル（Ｆ）を輸送でき、また、ノズル１０７のガス輸送効果も加わり、結果として、マイクロプラズマＭＰ由来のフッ素ラジカル（Ｆ）を多量にウエハ１８上に叩き付けることができる同時に、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄに印加された高周波電圧によって、エッチングガスＧ中のＣＦ_４およびＡｒを励起させたＣＦ_３ ^＋やＡｒ^＋等のプラスイオンをウエハ１８上に叩き付けることができる。よって、これらプラスイオンによるアシストのもと、ウエハ１８を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）へのフッ素ラジカルの反応、すなわちウエハ１８表面の単結晶シリコン結合（Ｓｉ−Ｓｉ）の切断（プラズマエッチング）を効率良くかつ高速に行うことができる。

ここで、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄ上に設置されたウエハ１８を、冷却ユニット１０９にて冷却するとともに、エッチングガスＧをウエハ１８上へ吹き付けるためのノズル１０７を、ＲＦ印加板１０６ｄから遠ざけたことにより、ガス供給管１０５ｄ内で発生させたマイクロプラズマＭＰがウエハ１８に直接当たらなくなり、プラズマ照射によるレジストダメージが防止され、このガス供給管１０５ｄ内で発生させた多量のフッ素ラジカル（Ｆ）を、ノズル１０７からのエッチングガスＧの吹き出しとともに、ウエハ１８上に多量に吹き付けることができる。また同時に、この多量のフッ素ラジカルとともにエッチングガスＧをウエハ１８上に叩き付けてエッチングする際のウエハ１８の温度上昇を適切に抑制でき、例えばウエハ１８上に積層させたレジストパターンの焼き付き等を防止できるから、このウエハ１８をより精度良くエッチングすることができる。

さらに、エッチングガスＧがノズル１０７の各ガス挿通孔１０７ｂを通過する際に、このエッチングガスＧの吹き付け方向が略平行とされて整流されるため、このノズル１０７にてエッチングガスＧおよびラジカルをウエハ１８上に略均等に叩き付けることができる。また、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄに印加された高周波電圧によって、このＲＦ印加板１０６ｄ上に設置されたウエハ１８上およびその周囲に存在するエッチングガスＧ中にプラズマＰを発生させ、エッチングガスＧをウエハ１８に叩き付ける直前の位置で、エッツングガスＧを効率良く励起させてイオン化およびラジカル化できる。よって、ノズル１０７からウエハ１８へ吹き付けるエッチングガスＧをより効率良くイオン化およびラジカル化できるから、比較的小さなハーフインチサイズのウエハ１８であっても精度良くエッチングすることができる。

また、直線状の複数のガス挿通孔１０７ｂが平行に等間隔に設けられて構成されたノズル１０７を用いることにより、このノズル１０７の各ガス挿通孔１０７ｂを通過したエッチングガスＧの密度を略均一にでき、このエッチングガスＧをウエハ１８へ均等に吹き付けることができるから、比較的簡単な構成のノズル１０７を用い、ウエハ１８を精度良くエッチングすることができる。

なお、上記第１形態においては、複数のガス挿通孔１０７ｂが平行かつ等間隔に設けられたノズル１０７にてガス供給管１０５ｄから供給されるエッチングガスＧをウエハ１８上に略均等に吹き付ける構成とした。しかしながら、図１７に示す他の形態のように、中心部にガス挿通孔１０７ｂが開口された円筒状の複数の管体１１２を平行かつ等間隔に集積させたノズル１０７としても、ガス挿通孔１０７ｂから供給されるエッチングガスＧをウエハ１８上に略均等に吹き付けることができる。この場合には、複数のガス挿通孔１０７ｂを本体部１０７ａに設ける等する必要が無くなるため、ウエハ１８を精度良くエッチングできるノズル１０７をより簡単な構成とすることができる。また、プラズマ処理室１２のガス供給管１０５ｄを、複数のガス供給孔（図示せず）が形成された管状としたり、このガス供給管１０５ｄのガス供給口１０５ｅに複数のノズル１０７を取り付けたりした構成とすることもできる。特に、上記第１形態においては、実験の結果、最大で５００ｎｍ／ｍｉｎ程度の高いエッチングレイトにできるから、後述する第２形態の場合に比べ、明らかに技術的に優位なウエハ１８の処理が可能である。

［第２形態］
図１８は、本発明に関連する第２形態に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。

本第２形態が前述した第１形態と異なるのは、第１形態は、ウエハ支持台２２上に設置されるウエハ１８に高周波電圧を印加するＲＦ印加板１０６ｄが設けられた構成であるのに対し、第２形態は、ＲＦ印加板１０６ｄがなく、高圧交流励起プラズマのみでウエハ１８をプラズマエッチングする。すなわち、第２形態に係るプラズマ処理装置Ｍにおいては、図１８に示すように、プラズマ処理室１２は第１形態と同様に構成されているものの、ウエハ支持台２２の構造が第１形態と相違する。具体的に、ウエハ支持台２２は、設置面１０６ｂ上に絶縁板１０６ｃが設置され、この絶縁板上６ｃにウエハ１８が設置される。

そして、このプラズマ処理装置Ｍにおいては、冷却ユニット１０９が駆動されウエハ支持台２２の冷却が開始されるとともに、ウエハ支持台２２の絶縁板１０６ｃ上にウエハ１８が設置される。この後、上記第１形態と同様に、プラズマ処理室１２が密封され、このプラズマ処理室１２内を真空形成装置１１１にて真空引きさせる。この状態で、プラズマ処理室１２のガス供給口１０５ｅからエッチングガスＧがプラズマ処理室１２内に供給された後、低周波電源１１０ａがオンされＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間に低周波電圧が印加される。

この結果、エッチングガスＧがＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間を通過する際に、これら電極部１０８ａ，１０８ｂ間に印加されている低周波電圧によってエッチングガスＧ中にマイクロプラズマＭＰが発生される。このとき、エッチングガスＧ中のＣＦ_４がＣＦ_３とＦとに分離されて、多量のフッ素ラジカル（Ｆ）が生成される。

また、エッチングガスＧは、ノズル１０７の各ガス挿通孔１０７ｂを通過する際に吹き付け方向が略平行に整流され、略均等にウエハ１８上に吹き付けられ、このウエハ１８上に設けられたレジストパターンを介してウエハ１８がプラズマエッチングされていく。このとき、ウエハ１８の表面においては、このウエハ１８を構成する単結晶シリコン（Ｓｉ）とフッ素ラジカル（Ｆ）とが反応（Ｓｉ［個体］＋４Ｆ→ＳｉＦ_４［気体］）して、このウエハ１８表面のプラズマエッチングが進行していく。

このように構成した第２形態は、プラズマ処理室１２に取り付けられたＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間に印加された低周波電圧によってエッチングガスＧ中にマイクロプラズマＭＰを発生でき、ノズル１０７の各ガス挿通孔１０７ｂを通過する際にエッチングガスＧの吹き付け方向が略平行に整流され、略均等にウエハ１８上に多量のフッ素ラジカル（Ｆ）を叩き付けることができ、このウエハ１８上に設けられたレジストパターンを介してウエハ１８を精度良くエッチングすることができる。

特に、本第２形態においては、実験の結果、プラズマ処理室１２内の圧力が大気圧から数ｋＰａ付近の場合は、エッチングレイトが５〜１０μｍ／ｍｉｎとなり、プラズマ密度が高く、プラズマ柱が噴出してウエハ１８上に直接照射してしまい、ウエハ１８上のレジストパターンを損傷させてしまうおそれがある。このため、レジストパターンが積層されたウエハ１８のエッチングには適さないものの、単結晶シリコン単体のベアウエハ等の局所エッチングは可能である。

これに対し、プラズマ処理室１２内の圧力を数百Ｐａから１ｋＰａ付近にした場合は、エッチングレイトが低く、３０ｎｍ／ｍｉｎ程度となるものの、レジストパターンが積層されたウエハ１８のエッチングに適用できる。この場合には、エッチング時にウエハ１８を冷却ユニット１０９にて冷却しなくても、ウエハ１８の発熱が少なく、レジストパターンのレジスト耐性を保つことができる。しかしながら、エッチング時にウエハ１８を冷却ユニット１０９にて冷却した場合に比べると、レジストパターンの変質のおそれがあるため、レジストパターンの剥離（アッシング）に手間が掛かるおそれがある。

さらに、プラズマ処理室１２内の圧力を１ｋＰａ以下に真空引きした場合には、ガス供給管１０５ｄの下流でマイクロプラズマＭＰが拡散し、ウエハ１８表面へのフッ素ラジカルの供給ができるから、レジストパターンが積層されたウエハ１８のエッチングが可能となる。ただし、この場合においては、ガス供給管１０５ｄとウエハ１８との間の距離を近づけすぎる（例えば５ｍｍ未満）と、ウエハ１８上のレジストパターンが破損してしまうおそれがある。

［第３形態］
図１９は、本発明の第３形態に係るプラズマ処理装置の一部を示す概略図である。

本発明に関連する第３形態が前述した第１形態と異なるのは、第１形態は、固定式のウエハ支持台２２であるのに対し、第３形態は、移動式のウエハ支持台２２とし、プラズマエッチング時にウエハ支持台２２を移動させてウエハ１８をスキャンする。すなわち、第３形態に係るプラズマ処理装置Ｍは、ウエハ支持台２２以外の構成は、上記第１形態と同様の構成とされ、図１９に示すように、ウエハ支持台２２の構造が第１形態と相違する。

具体的に、ウエハ支持台２２は、ウエハ１８が設置されるウエハホルダ１６１を備えている。ウエハホルダ１６１には、ウエハホルダ１６１をＸ軸方向に移動させるＸ軸ステージ１６２と、ウエハホルダ１６１をＹ軸方向に移動させるＹ軸ステージ１６３とを備えたスキャン部としてのスキャン機構１６０が取り付けられている。スキャン機構１６０は、ノズル１０７からのエッチングガスＧの吹き付け方向に交差するＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに向けてウエハホルダ１６１を移動させる。Ｘ軸ステージ１６２には、Ｘ軸ステージ１６２を介してウエハホルダ１６１をＸ軸方向に移動させる駆動源として直進モータ１６４が取り付けられている。Ｙ軸ステージ１６３にもまた、Ｙ軸ステージ１６３を介してウエハホルダ１６１をＹ軸方向に移動させる駆動源として直進モータ１６５が取り付けられている。

以上により、本第３形態のプラズマ処理装置Ｍにおいては、ウエハホルダ１６１上に設置されたウエハ１８をプラズマエッチングする際に、スキャン機構１６０の各直進モータ１６４，１６５の駆動を適宜制御して、ウエハ１８上のエッチングポイントをＸ軸方向およびＹ軸方向においてスキャンさせる。この結果、プラズマ密度の揺らぎ、サイズおよび装置構成等によって生じ得るウエハ１８表面内のエッチングレイトの不均一性を均一化することが可能となる。すなわち、プラズマエッチング時のスキャン機構１６０によるスキャン速度およびスキャンパターン等を制御して、エッチングレイトが大きなマイクロプラズマＭＰの下流域に曝す時間をウエハ１８表面の部分ごとに調整することによって、ウエハ１８表面における均一なエッチングが可能となる。

ここで、１２インチ程度の大口径のウエハを用いる従来のメガファブにおいては、プラズマエッチングする対象のウエハが大きいことから、プラズマエッチング時にウエハを走査してスキャンすることは不可能である。一方で、プラズマ処理装置Ｍにおいては、直径１２．５ｍｍ（ハーフインチサイズ）の円形状のウエハ１８を対象としているため、プラズマエッチング時のウエハ１８のスキャニングが可能となり、ウエハ１８表面内におけるエッチングレイトの均一化が可能である。

［第４形態］
図２０は、本発明に関連する第４形態に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。図２１は、プラズマ処理装置にてウエハをエッチングしている状態を示す説明図である。

本第４形態が前述した第１形態と異なるのは、第１形態は、プラズマ処理室１２のガス供給管１０５ｄにＬＦ印加部１０８が設けられた構成であるのに対し、第４形態は、ＬＦ印加部１０８がなく、ステージＲＦプラズマのみでウエハをプラズマエッチングする。すなわち、第４形態に係るプラズマ処理装置Ｍにおいては、図２０に示すように、ウエハ支持台２２は第１形態と同様に構成されているものの、プラズマ処理室１２の構造が第１形態と相違する。具体的に、このプラズマ処理室１２のガス供給管１０５ｄには、ＬＦ印加部１０８の各電極部１０８ａ，１０８ｂが取り付けられておらず、このガス供給管１０５ｄから供給されノズル１０７を通過したエッチングガスＧが、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄ上に設置されたウエハ１８に吹き付けられる。

そして、このプラズマ処理装置Ｍにおいては、冷却ユニット１０９が駆動されウエハ支持台２２の冷却が開始されるとともに、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄ上にウエハ１８が設置される。この後、上記第１形態と同様に、プラズマ処理室１２が密封され、このプラズマ処理室１２内を真空形成装置１１１にて真空引きさせる。この状態で、プラズマ処理室１２のガス供給口１０５ｅからエッチングガスＧがプラズマ処理室１２内に供給された後、高周波電源１１０ｂがオンされ電極部１０６ｅを介して高周波電圧がＲＦ印加板１０６ｄに印加される。

さらに、エッチングガスＧがノズル１０７を通過する際に、このエッチングガスＧの吹き出し方向が略平行に整流されてウエハ１８上へ吹き付けられる。このとき、このエッチングガスＧは、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄに印加された高周波電圧によってエッチングガスＧ中にプラズマＰが発生され、ウエハ１８上に設けられたレジストパターンを介してウエハ１８がプラズマエッチングされる。

またこのとき、ウエハ１８上においては、ＲＦ印加板１０６ｄに印加させた高周波電圧によって、エッチングガスＧ中のＣＦ_４がＣＦ_３とＦとに分離されてフッ素ラジカル（Ｆ）が生成される。さらに、ウエハ１８上においては、エッチングガスＧ中のアルゴンガスやＣＦ_４等がイオン化（Ａｒ^＋、ＣＦ_３ ^＋）し、これらプラスイオンによるイオンアシストによって、ウエハ１８を構成するシリコン（Ｓｉ）とフッ素ラジカル（Ｆ）との反応（Ｓｉ［個体］＋４Ｆ→ＳｉＦ_４［気体］）が促進され、ウエハ１８表面のエッチング反応が促進される。

このように構成した第４形態は、ウエハ支持台２２のＲＦ印加板１０６ｄに印加された高周波電圧にてエッチングガスＧ中にプラズマＰを発生でき、ノズル１０７の各ガス挿通孔１０７ｂを通過する際に吹き付け方向を略平行に整流でき、略均等にウエハ１８上にエッチングガスＧを吹き付けることができる。よって、このウエハ１８上に設けられたレジストパターンを介してウエハ１８を精度良くエッチングすることができる。

特に、第４形態においては、実験の結果、プラズマ処理室１２内の圧力が２ｋＰａより高い場合には、このプラズマ処理室１２内にプラズマＰを発生できないため、このプラズマ処理室１２内を、放電可能となる２ｋＰａ以下の圧力に真空引きしなればならない。すなわち、プラズマ処理室１２内の圧力が２ｋＰａ以下で、エッチングレイトが最大で１５０ｎｍ／ｍｉｎ程度の場合に、ウエハ１８を冷却ユニット１０９にて冷却すれば、レジストパターンが積層されたウエハ１８のエッチングが可能となる。これに対し、ウエハ１８を冷却ユニット１０９にて冷却しない場合には、レジスト耐性が乏しく、レジストパターンの変質のおそれがあるため、レジストパターンの剥離（アッシング）に手間が掛かるおそれがある。

＜その他＞
なお、上記各形態では、少なくともＬＦ印加部１０８の電極部１０８ａ，１０８ｂ間への低周電圧の印加を用いて、レジストパターンが積層されたウエハ１８をエッチングする構成とした。しかしながら、各形態はこれに限定されることはなく、レジストパターンが積層された単結晶シリコン構造のウエハ１８以外であっても、対応させて用いることができる。

また、プラズマ処理室１２に対してガス供給管１０５ｄを移動可能とし、このガス供給管１０５ｄを水平方向に走査してウエハ１８をスキャンする構成としたり、ガス供給管１０５ｄを大口径とし、複数のノズル１０７を取り付けてエッチングガスＧを整流する構成としたりすることにより、ハーフインチサイズのミニマルウエハより大きな大口径ウエハであっても対応させて用いることができる。

次に、本発明に関連するプラズマ処理装置の実施例１ないし６について、図２２および図２３を参照して説明する。

図２２は、本発明の実施例１ないし６に係るプラズマ処理装置Ｍを示す概略図である。図２３は、実施例１ないし６に係るプラズマ処理装置Ｍによるウエハ１８のスキャン条件を示す図で、（ａ）は初期位置Ｏからの距離Ｒ移動、（ｂ）は半径Ｒの回転走査である。

図２２に示すように、各実施例に係るプラズマ処理装置Ｍにおいては、外径６ｍｍかつ内径４ｍｍのノズル１０７を用い、プラズマ処理室１２内の圧力を１８０Ｐａとしている。また、低周波電源１１０ａにて電極部間に８ｋＨｚの低周波電圧を印加させ、かつ高周波電源１１０ｂにてＲＦ印加板１０６ｄに１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加させつつ、冷却ユニット１０９にてＲＦ印加板１０６ｄを冷却する構成とされている。

エッチングガスＧとして、ＣＦ_４／Ａｒガス（ＣＦ_４：３５ｓｃｃｍ、Ａｒ：８５ｓｃｃｍ）を用い、いわゆるＲＦパワーを２５Ｗとしている。スキャン機構１６０によるスキャン条件は、図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示すように、ウエハ１８の初期位置（中心位置）Ｏから半径（距離）Ｒ＝４ｍｍほど移動した場合の線速度Ｖを２ｍｍ／ｓとし、ウエハ１８を回転走査（ウエハ１８の自転なし）させる。各実施例においては、外径１２．５ｍｍのウエハ１８とし、ウエハ１８の外周縁から０．５ｍｍまでの範囲は、クランプ２４にて押えられて押え代とされ、ウエハ１８の中心位置Ｏから５ｍｍまでの領域につき１ｍｍおきにエッチングレイトを測定している。

そして、ＲＦ追加効果確認として、スキャン機構１６０にてウエハ１８をスキャンせず、電極部１０８ａ，１０８ｂ間に低周波電圧を印加させマイクロプラズマのみＯＮさせた場合（実施例１）、ＲＦ印加板１０６ｄに高周波電圧を印加させＲＦのみＯＮさせた場合（実施例２）、電極部１０８ａ，１０８ｂ間への低周波電圧の印加およびＲＦ印加板１０６ｄへの高周波電圧の印加の両方をＯＮさせた場合（実施例３）のそれぞれにつき、ウエハ１８のポジション（位置）［ｍｍ］に対するエッチングレイト［ｎｍ／ｍｉｎ］を測定した。

この結果、図１２（ａ）に示すように、実施例１においては、１０ｎｍ／ｍｉｎ程度の平均したエッチングレイトで、小さな凸状のエッチングレイト分布が得られた。実施例２においては、４０ｎｍ／ｍｉｎ程度の平坦なウエハ１８表面のエッチングレイト分布が得られた。実施例３においては、ガウス分布的な形状のエッチングレイト分布となったものの、上記実施例１および実施例２のエッチングレイトの合計よりも、実施例３のエッチングレードの平均が大きく、９８．１ｎｍ／ｍｉｎとなり明らかに大きなエッチングレイトを得ることができた。

したがって、マイクロプラズマおよびＲＦのそれぞれをＯＮさせた場合に、ウエハ１８をより高速にエッチングできることが分かった。ただし、上記実施例３においては、エッチングレイトの不均一性が２２．７％と大きい結果となった。

さらに、スキャン効果確認として、マイクロプラズマのみＯＮさせつつスキャン機構１６０にてウエハ１８をスキャンさせた場合（実施例４）、ＲＦのみＯＮさせつつスキャン機構１６０にてウエハ１８をスキャンさせた場合（実施例５）、マイクロプラズマおよびＲＦの両方をＯＮさせつつスキャン機構１６０にてウエハ１８をスキャンさせた場合（実施例６）のそれぞれにつき、ウエハ１８のポジション（位置）［ｍｍ］に対するエッチングレイト［ｎｍ／ｍｉｎ］を測定した。この結果、図１２（ｂ）に示すように、実施例４および実施例５のエッチングレイトに比べ、実施例６のエッチングレードの平均が７８．８ｎｍ／ｍｉｎと大きく、その不均一性が３．５％と上記実施例３に比べ、明らかに小さくなった。したがって、マイクロプラズマＷおよびＲＦのそれぞれをＯＮさせつつウエハ１８をスキャンすることにより、ウエハ１８をより精度良くエッチングできることが分かった。

１２ プラズマ処理室（処理室）
１４ ゲートバルブ
１５ ガス供給口
１６ ガス排出口
１８ 半導体ウエハ（ワーク）
１９ ウエハ支持装置
２０ ウエハ受台
２２、２２’ ウエハ支持台
２４ ウエハ押さえ板
２５ 案内溝
２６ スプリング用溝
２６ａ スプリング
２８ 保護管
３０ 冷媒供給管（冷媒供給部）
３２ 冷却管
３４、３４’給電体（給電部）
３５ 下部電極
３６ ウエハ保持溝（ウエハ載置部）
３８ アーム用溝
３９ 凹部
４０ 冷却口
４１ 通気口
４２ 排気孔
４３ 上孔
４４ 上部リング
４６ 下部リング
４８ 外筒
５０ 第１駆動板
５２ 第１モータ
５４ 第１駆動ねじ
５６ 第２駆動板
５８ 第２モータ
６０ 第２駆動ねじ
６２ 昇降装置
６３ Ｚ軸方向駆動板
６４ 絶縁スペーサ
６６ 内部導体
６７ 外部導体
６８ 絶縁体
６９ 外部電極
７０ 可動ワッシャ（遮蔽部材）
８２ ドッキングポート
Ｍ プラズマ処理装置
Ｍａ 本体部
Ｍｂ 制御収納部
Ｍｃ 前室

Claims (10)

1. 処理対象のウエハを支持するウエハ支持装置と、前記ウエハ支持装置の上部に設けられたウエハ保持部と、前記ウエハ保持部を収納し、外気から実質的に遮断された処理室と、前記処理室内に設けられたウエハ処理部と、を有するミニマルファブシステム用処理装置であって、
   前記ウエハ支持装置は、前記ウエハ保持部と、前記ウエハ保持部を支持して前記処理室外へ延長する軸部と、前記処理室外で前記軸部に接続し、前記軸部をＸＹＺ軸方向に移動する駆動部と、前記ウエハ処理部による処理がウエハ全面にわたり均一となるように前記駆動部を制御する制御装置と、を有し、
   前記駆動部の作動により、前記ウエハ保持部に保持されたウエハが、前記処理室内の前記ウエハ処理部に対しウエハ全面にわたり相対的に移動可能とされている
   ことを特徴とするミニマルファブシステム用処理装置。
2. 前記処理室の底部には、前記軸部がＸＹＺ軸方向に移動可能な範囲の穴が設けられており、前記穴による前記処理室と前記軸部との間隙をふさぐ遮蔽部材が、前記ウエハ保持部のＸＹＺ方向への移動を妨げないように設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のミニマルファブシステム用処理装置。
3. 前記遮蔽部材が、開口径の異なる複数の可動ワッシャからなる
   ことを特徴とする請求項２に記載のミニマルファブシステム用処理装置。
4. 前記ウエハ保持部は、ウエハ受台とウエハ支持台とウエハ押さえ板とを有し、
   前記ウエハ受台は、前記処理室内へ搬送された前記ウエハを載置するウエハ載置部を有し、
   前記ウエハ支持台は、前記軸部の上端部に設けられ、前記軸部が前記駆動部によって上昇するに伴い前記ウエハ載置部に載置された前記ウエハを前記ウエハ押さえ板に押しつけるように昇降し、
   前記ウエハ押さえ板は、上昇する前記ウエハの周辺部を押さえて、前記ウエハ支持台と協働して前記ウエハを固定して支持する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のミニマルファブシステム用処理装置。
5. 前記ウエハ処理部は、前記処理室へマイクロプラズマを供給するマイクロプラズマ発生部と、前記処理室内に設けられ、供給された前記マイクロプラズマに高周波を重畳するＲＦプラズマ発生部と、を有するプラズマ処理部であって、
   前記ウエハ支持装置は、前記軸部内に、前記ＲＦプラズマ発生部へ給電する給電部と、前記ウエハおよび前記給電部の冷却のための冷媒を供給する冷媒供給部とが設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のミニマルファブシステム用処理装置。
6. 前記ウエハ支持装置の前記軸部は、外側が前記ウエハ受台を支持する保護管とされ、前記保護管内部に、前記ウエハ支持台を支持する冷媒供給管が設けられて前記冷媒供給部とされ、
   前記冷媒供給管は、前記保護管の内部でその軸方向に自由に移動できるように前記ウエハ支持台を支持しており、
   前記冷媒供給管の内部には、不活性ガスおよび前記不活性ガスを冷却するための冷媒を収容した冷却管と、前記ＲＦプラズマ発生部に給電するための給電体とが収容されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のミニマルファブシステム用処理装置。
7. 前記冷却管は前記給電体を取り巻くように配置され、前記冷却管の内部には、前記駆動部側から前記ＲＦプラズマ発生装置の電極側に供給されて再び駆動部側に戻るように冷媒が供給される
   ことを特徴とする請求項６に記載のミニマルファブシステム用処理装置。
8. 前記給電部は、外管と、前記外管の内部に設けられる内管の二重構造となって前記ウエハ支持台を支持し、前記給電部の上端に前記ＲＦプラズマ発生部の電極が接続されてなり、
   前記内管の内部空間と、前記内管と前記外管の空隙空間とが連通して冷却用冷媒の通路が構成されており、前記給電部および前記電極を冷却する
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のミニマルファブシステム用処理装置。
9. 前記処理室の底部には前記穴を囲む上部リングが取り付けられ、前記ウエハ受台を支持する前記保護管は前記上部リングを貫通して前記処理室の外部に延長されており、前記上部リングにはフレキシブルに変形する外筒を挟んで下部リングが接続されており、
   前記保護管は前記外筒を貫通して、前記下部リングとともに前記駆動部にその一端を接続固定され、前記駆動部は前記下部リングに固定されて前記冷媒供給管の下端を支持し、
   前記冷媒供給管に支持された前記ウエハ支持台は、前記ウエハを支持固定するために、前記駆動部によって前記保護管の軸方向に移動し、
   前記保護管は、前記駆動部によって前記保護管の軸と交差する方向にスキャニング移動する
   ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のミニマルファブシステム用処理装置。
10. 前記ウエハをハーフインチサイズの半導体ウエハとし、前記ウエハ処理部がプラズマ処理部である
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のミニマルファブシステム用処理装置。