WO2015151147A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2015151147A1
WO2015151147A1 PCT/JP2014/059423 JP2014059423W WO2015151147A1 WO 2015151147 A1 WO2015151147 A1 WO 2015151147A1 JP 2014059423 W JP2014059423 W JP 2014059423W WO 2015151147 A1 WO2015151147 A1 WO 2015151147A1
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WO
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exhaust
opening
processing
chamber
plasma
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/059423
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English (en)
French (fr)
Inventor
利泰 速水
賢一 富阪
Original Assignee
Ｓｐｐテクノロジーズ株式会社
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Publication date
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Priority to JP2014534689A priority patent/JP5669991B1/ja
Priority to PCT/JP2015/052664 priority patent/WO2015151570A1/ja
Priority to JP2016511419A priority patent/JP6175558B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32816—Pressure
    • H01J37/32834—Exhausting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/18—Vacuum control means
    • H01J2237/182—Obtaining or maintaining desired pressure
    • H01J2237/1825—Evacuating means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means

Definitions

  • the present invention provides a plasma processing in which a predetermined processing gas is supplied into a evacuated processing chamber to form plasma, and a plasma processing is performed on a substrate on a base disposed in a processing section in the processing chamber by the plasma processing gas. More particularly, the present invention relates to a plasma processing apparatus capable of performing plasma processing on a substrate with a uniform flow velocity and flow rate of a processing gas around the substrate.
  • Examples of the plasma treatment include plasma etching treatment for etching a substrate (such as a silicon substrate or a silicon carbide substrate) by ions or radicals contained in the plasma-ized treatment gas, and plasma CVD treatment for forming a thin film on the substrate.
  • plasma etching treatment for etching a substrate (such as a silicon substrate or a silicon carbide substrate) by ions or radicals contained in the plasma-ized treatment gas
  • plasma CVD treatment for forming a thin film on the substrate.
  • plasma processing apparatuses have been proposed that are used when these plasma processes are performed on a substrate.
  • This conventional apparatus includes a reaction chamber, a dielectric plate provided on the upper surface of the reaction chamber, an induction coil installed on the dielectric plate, a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the dielectric coil, and a lower portion of the reaction chamber.
  • an annular rectifying plate for partitioning the exhaust chamber and the exhaust chamber.
  • the annular rectifying plate functions as a so-called dispersion plate (baffle plate).
  • a plurality of communication holes are formed in the annular rectifying plate, and the reaction chamber and the exhaust chamber communicate with each other through the communication holes. is doing.
  • the reaction chamber is sufficiently evacuated by a vacuum pump or the like connected to the gas exhaust hole.
  • the processing gas is supplied into the reaction chamber, and exhaust of the processing gas is started from the gas exhaust hole to maintain the reaction chamber at a predetermined pressure.
  • a predetermined high-frequency power is supplied to the dielectric coil to generate plasma in the reaction chamber, and the substrate is subjected to plasma treatment by this plasma.
  • the exhaust of the processing gas or the like proceeds more in the portion provided with the gas exhaust hole in the exhaust chamber than in the portion opposed to the portion provided with the gas exhaust hole with the lower electrode interposed therebetween.
  • the flow rate of the processing gas is high and the flow rate is high. Therefore, in the periphery of the substrate, the time during which the plasma-ized process gas stays is shorter or the plasma density is lower above the portion where the gas exhaust hole is provided than above the opposite portion. As a result, a difference in film formation rate or etching rate occurs between the two.
  • the uniformity of the flow velocity and flow rate of the processing gas etc. around the substrate can be improved by changing the number, diameter, distribution, etc. of the communication holes formed in the dispersion plate.
  • the etching conditions such as the flow rate of gas supplied into the processing chamber and the pressure in the processing chamber are changed, the dispersion plate must be replaced and the number, diameter, and distribution of communication holes must be adjusted each time. , You will have to do complicated work.
  • An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that can improve the uniformity of plasma density and plasma residence time around the substrate.
  • the present invention for solving the above problem is: After exhausting the inside of the processing chamber by the exhaust mechanism, the processing gas is supplied to the processing unit set in the processing chamber, the supplied processing gas is turned into plasma, and the plasma processing gas is used to convert the processing gas into the processing unit.
  • a plasma processing apparatus for plasma processing a substrate on a base arranged in The exhaust mechanism includes at least a vacuum pump having an intake port, In the processing chamber, an exhaust part which is a space communicating with the processing part is set below the processing part, and a manifold part which is a space communicating with the exhaust part is set adjacent to the exhaust part, In the portion corresponding to the manifold portion, an opening to which the suction port of the vacuum pump is connected is formed,
  • the manifold section, the effective cross-sectional area S 1 of the flow path the opening of the opening area S 3 or more and a length L 1 is the processing of the portion in which an opening is formed in the chamber thickness L 3 or more and Is set to be
  • the exhaust unit, the flow passage effective area S 1 or more in the effective cross-sectional area S 2 is the manifold of the channel, which and is configured as such height L 2 becomes the length L 1 or more of said manifold portion Related to the plasma processing apparatus.
  • a substrate is first placed on a base.
  • the vacuum pump is operated to start the exhaust of the gas in the processing chamber, and the processing chamber is depressurized to a predetermined pressure.
  • the processing gas is supplied into the processing chamber, and the supplied processing gas is turned into plasma in a state where the processing chamber is maintained at a predetermined pressure.
  • the substrate on the base is subjected to plasma processing with the plasma processing gas.
  • the manifold portion, the effective cross-sectional area S 1 of the flow path opening area S 3 or more openings, and the length L 1 is opening formed in the processing chamber They were together to have a thickness L 3 or more parts, the exhaust unit, the effective cross-sectional area S 2 of the flow path effective sectional area S 1 or more channels in the manifold, and a height L 2 is manifold portion of so that the length L 1 or more.
  • the conductance is not lowered between the exhaust part and the vacuum pump, and the pressure inside the exhaust part can be made uniform, so that the processing gas flowing from the processing part to the exhaust part, etc.
  • the flow velocity and flow rate of the substrate are almost uniform around the substrate. Therefore, it is possible to easily improve the uniformity of the plasma density around the substrate and the residence time of the plasma without providing a conventional dispersion plate, and the plasma processing speed such as the film forming speed and the etching speed on the substrate can be improved.
  • the plasma treatment can be performed on the substrate while improving the uniformity. In addition, even if the plasma processing conditions are changed, the plasma density around the substrate and the uniformity of the plasma residence time can be improved without performing complicated operations such as replacing the dispersion plate.
  • a plasma treatment can be performed on the substrate while the treatment speed is uniform.
  • the opening area S 3 of the opening is set to 1100 to 2200 mm 2, and the effective cross-sectional area S 2 of the flow path in the exhaust section, preferably in the 1.6 to 3.9 times the aperture area S 3 of the opening.
  • S 2 / S 3 is preferably 25:35 to 31:43, and the length of the manifold portion when the thickness L 3 of the portion where the opening is formed in the processing chamber is used as a reference.
  • the ratio L 1 / L 3 : L 2 / L 3 between L 1 and the height L 2 of the exhaust part is preferably 8:11 to 10:14.
  • the opening area S 3 of the opening is 1100 to 1400 mm 2
  • the effective cross-sectional area S 1 of the flow path in the manifold section is 2500 to 3100 mm 2
  • the effective cross-sectional area S 2 of the flow path in the exhaust section is 3500 to 4300 mm. 2
  • the thickness L 3 of 40 ⁇ 60 mm of the portion where the opening in the processing chamber is formed, a length L 1 of 80 ⁇ 100 mm of the manifold portion, the height L 2 of 110 ⁇ 140 mm of the exhaust portion It is also good. Even in this case, it is possible to configure a plasma processing apparatus that can be suitably used for plasma processing on a substrate having a diameter of 1 inch or less.
  • the exhaust conductance of the exhaust section at the connection portion with the processing section is set to be 10 times or more of the exhaust conductance of the vacuum pump, and the processing It is preferable that the exhaust conductance in the opening of the chamber, the exhaust conductance in the manifold, and the exhaust conductance in the exhaust are set so as to sequentially increase in exhaust conductance.
  • a dispersion plate having a through hole penetrating the front and back and a communicating portion penetrating the front and back in the processing chamber, the state where the base is inserted into the through hole, and
  • the processing unit and the exhaust unit may be defined by the dispersion plate and may be communicated with each other via the communication unit.
  • the ratio S 2 : S 4 between the effective cross-sectional area S 2 of the flow path in the exhaust part and the opening area S 4 of the communicating part of the dispersion plate is 35:11 to 43:14. It is preferable to do.
  • the amount of processing gas flowing from the processing section to the exhaust section is sufficiently smaller than the amount of processing gas flowing from the exhaust section to the manifold section, thereby improving the uniformity of pressure in the exhaust section.
  • the uniformity of the flow velocity and flow rate of the processing gas flowing from the processing section to the exhaust section around the substrate can be increased, and the plasma density and the plasma residence time around the substrate can be made uniform easily.
  • effective cross-sectional area of the flow path refers to the area of the cut surface when cut along a plane perpendicular to the flow direction, and the area of the cut surface changes along the flow direction. Is the area of the smallest part.
  • the uniformity of the flow rate and the flow velocity of the processing gas around the substrate is improved, and the plasma density and the plasma residence time around the substrate are easier and higher than those in the past. It can be made uniform with accuracy, and the plasma processing rate such as the film forming rate and the etching rate for the substrate can be made uniform.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 1. It is the top view which showed the dispersion plate of the plasma etching apparatus which concerns on one Embodiment. It is a figure for demonstrating operation
  • the plasma processing apparatus of this example is a plasma etching apparatus, and performs plasma etching processing on a substrate having a diameter of 1 inch or less.
  • the plasma etching apparatus 1 of this example includes a processing chamber 2 in which a plasma generation unit 3, a processing unit 4, an exhaust unit 5 and a manifold unit 6 are set in an internal space, and the plasma generation unit A processing gas supply mechanism 15 for supplying a processing gas to the unit 3, a coil 18 disposed outside a portion of the processing chamber 2 where the plasma generation unit 3 is set, and a coil for supplying high-frequency power to the coil 18 A power supply mechanism 19; a base 25 disposed in the processing unit 4 for mounting the substrate K; a base power supply mechanism 27 for supplying high-frequency power to the base 25; and the processing chamber. 2 is provided with an exhaust mechanism 30 that exhausts the gas in 2 and adjusts the pressure in the processing chamber 2 in conjunction with a pressure gauge (not shown).
  • the processing chamber 2 includes a first chamber 2a, a second chamber 2b connected to the lower side of the first chamber 2a, and a third chamber 2c connected to the side of the second chamber 2b. .
  • a plasma generation unit 3 is set in the internal space of the first chamber 2a, a processing unit 4 communicating with the plasma generation unit 3 is set in an upper region of the internal space in the second chamber 2b, and a lower region.
  • the exhaust unit 5 communicating with the processing unit 4 is set, and the manifold unit 6 communicating with the exhaust unit 5 is set in the internal space of the third chamber 2c. It is in a state of communication.
  • the first chamber 2a is shaped so that its inner diameter is 15 mm or more and 50 mm or less, which is a size corresponding to a substrate K having a diameter of 1 inch or less, and the second chamber 2b has an inner diameter that is larger than the inner diameter of the first chamber 2a. Is also greatly molded.
  • a dispersion plate 7 having a through-hole 7a penetrating front and back and having a diameter larger than the diameter of the base 25 is formed in the inner wall of the second chamber 2b in the through-hole 7a. 25 is inserted so that a gap 7b functioning as a communicating portion is formed between the inner peripheral surface of the through hole 7a and the outer peripheral surface of the base 25.
  • the processing unit 4 and the exhaust unit 5 are partitioned by a dispersion plate 7 and communicated with each other through a gap 7b.
  • the third chamber 2c extends in a horizontal direction from the side wall of the second chamber 2b, the tip portion has a semicircular shape when viewed from above, the opening 8 is formed on the lower surface, and the opening 8 is A flange joint 8a is formed at the formed portion, and an opening 9 is formed at a position on the upper surface facing the opening 8.
  • the opening 8 is formed such that a predetermined interval M is provided between the edge of the opening 8 and the inner wall surface of the tip of the third chamber 2c.
  • the width is preferably 20% or more of the diameter.
  • the manifold portion 6 has an effective cross-sectional area S 1 of the flow path in the manifold portion 6, in other words, a cross-sectional area when cut by a vertical plane orthogonal to the longitudinal direction of the manifold portion 6 (shaded portion in FIG. 3).
  • the exhaust part 5 has an effective cross-sectional area S 2 of the flow path in the exhaust part 5, in other words, a cross-sectional area excluding the base 25 part when cut along a horizontal plane (shaded part in FIG. 4) is a manifold.
  • the effective cross-sectional area S 1 of the flow path in the portion 6 is larger, and the height L 2 is longer than the length L 1 of the manifold portion 6.
  • the effective sectional area S 1 of the flow path in the manifold 6 for example, a shape such as the shape of the manifold portion 6 is narrowed toward the front end side from the exhaust unit 5 side (such as a tapered shape), The cross-sectional area at the narrowest part.
  • the opening area S 3 of the opening 8 is set to 1100 to 2200 mm 2 and the exhaust the effective cross-sectional area S 2 of the flow path in the section 5, it is preferable to be 1.6 to 3.9 times the aperture area S 3 of the opening 8, also has the opening 8 in the third chamber 2c the thickness L 3 of the formed part and 40 ⁇ 60 mm, preferably a height L 2 of the exhaust unit 5 is set at 1.8 to 3.5 times of the thickness L 3.
  • the effective cross-sectional area S 1 of the flow path in the manifold section 6 is 2500 to 3100 mm 2
  • the effective cross-sectional area S 2 of the flow path in the exhaust section 5 is 3500 to 4300 mm 2
  • the opening area S 3 of the opening 8 is with the 1100 ⁇ 1400 mm 2
  • the length L 1 of 80 ⁇ 100 mm of the manifold 6 the height L 2 of 110 ⁇ 140 mm of the exhaust unit 5, the portion where the opening 8 in the third chamber 2c is formed it is preferable that the thickness L 3 and 40 ⁇ 60 mm.
  • FIG. 5 is a top view of the dispersion plate 7, and the alternate long and short dash line in FIG. 5 indicates the base 25 inserted through the through hole 7a.
  • the processing gas supply mechanism 15 is connected to an etching gas supply unit 16 for supplying an etching gas such as SF 6 gas, and one end to a plurality of discharge ports provided in the first chamber 2a, and the other end to the etching gas.
  • a supply pipe 17 connected to the supply unit 16 is provided, and an etching gas is supplied from the etching supply unit 16 through the supply pipe 17 into the plasma generation unit 3.
  • the etching gas is not limited to SF 6 gas, and other fluorine-based gases such as CF 4 , NF 3 , and IF 5 can be used.
  • the coil 18 is disposed outside the first chamber 2a so as to surround the first chamber 2a, and high-frequency power is supplied by a coil power supply mechanism 19 described later.
  • the coil power supply mechanism 19 includes an impedance matching unit 20 connected to the coil 18 and a high frequency power source 21 connected to the impedance matching unit 20, and supplies high frequency power to the coil 18 as described above. Mechanism.
  • the base 25 is disposed in the processing unit 4 and is moved up and down by the lifting cylinder 26.
  • the base power supply mechanism 27 includes an impedance matching unit 28 connected to the base 25 and a high frequency power source 29 connected to the impedance matching unit 28, and supplies a high frequency power to the base 25. It is.
  • the exhaust mechanism 30 has an intake port, the vacuum pump 31 having the intake port connected to the opening 8, the valve body 32 inserted through the opening 9, and the valve body 32 moving in the vertical direction.
  • the valve body 32 and the moving mechanism 34 function as an opening / closing mechanism.
  • the vacuum pump 31 (for example, its exhaust speed is about 30 L / s) has a flange joint 31a formed at the intake port, and the flange joint 31a is connected to a flange joint 8a formed in the third chamber 2c. Thus, the intake port is connected to the opening 8.
  • a vacuum pump it is preferable that it is a pump corresponding to high vacuum drawing, and a turbo-molecular pump, a cryopump, an oil diffusion pump etc. can be illustrated.
  • the valve body 32 includes a shaft portion 32a and a flat contact portion 32b provided at the tip of the shaft portion 32a.
  • An annular seal member 33 is fixed to the lower surface of the contact portion 32b.
  • the annular seal member 33 has an inner diameter larger than the diameter of the opening 8, and the annular seal member 33 comes into contact with the periphery of the opening 8 when the contact 32 b is brought close to the opening 8.
  • the airtightness between the third chamber 2c and the contact portion 32 can be maintained.
  • the opening 9 of the third chamber 2c is detachably attached to the lid body 10 having a through hole through which the shaft portion 32a of the valve body 32 is inserted in a state where the valve body 32 is inserted.
  • an annular seal member 11 is interposed between the lid 10 and the upper surface of the third chamber 2c, and the airtightness between the lid 10 and the third chamber 2c in a state where the lid 10 is attached. Sex is to be maintained.
  • the moving mechanism 34 is a mechanism for moving the valve body 32 in the vertical direction, in other words, in the axial direction, and is supported by the support member 12 fixed on the upper surface of the lid body 10. It is disposed on the body 10. Examples of the moving mechanism 34 include a pneumatic cylinder and an electric cylinder.
  • the vacuum pump 31 is driven in a state in which the contact portion 32 b of the valve body 32 is moved away from the opening 8 by the moving mechanism 34.
  • the gas in the plasma generating unit 3, the processing unit 4, the exhaust unit 5 and the manifold unit 6) can be exhausted, and the valve body 32 is moved up and down by the moving mechanism 34, so that the contact unit 32 b and the opening 8
  • FIG. 6 shows a state in which the valve body 32 is brought close to the opening 8.
  • valve body 32 and the moving mechanism 34 can be easily removed from the processing chamber 2 by pulling upward together with the lid body 10, thereby improving maintainability.
  • valve body 32 is provided in the manifold portion 6 of the third chamber 2c, the apparatus can be made compact, and etching is performed on a substrate having a diameter of 1 inch or less like the plasma etching apparatus 1 of this example. It is possible to construct a small plasma etching apparatus that performs processing.
  • the substrate K having a mask with a predetermined pattern formed thereon is placed on the base 25 at the lowered position, and then the base 25 is raised to the processing position by the lift cylinder 26, and then the exhaust mechanism 30 is placed. As a result, the exhaust of gas in the processing chamber 2 (plasma generating unit 3, processing unit 4, exhaust unit 5 and manifold unit 6) is started.
  • the effective sectional area S 1 of the manifold portion 6 is made larger than the opening area S 3 of the opening 8.
  • the intake port of the vacuum pump 31 is connected to the opening 8 formed in the third chamber 2c without a pipe or the like, so that the distance between the inside of the processing chamber 2 and the intake port of the vacuum pump 31 is increased.
  • the inside of the processing chamber 2 can be efficiently exhausted and the pressure can be quickly reduced to a high vacuum state.
  • high frequency power is supplied from the high frequency power source 21 to the coil 18 to generate an induction electric field in the plasma generation unit 3.
  • an etching gas is supplied from the etching gas supply unit 16 into the plasma generation unit 3.
  • the supplied etching gas is turned into plasma.
  • the high frequency power supplied to the coil 18 is preferably 40 MHz or more and more preferably 50 W or less.
  • high frequency power is supplied from the high frequency power supply 29 to the base 25.
  • the etching gas converted into plasma in the plasma generation unit 3 descends to the processing unit 4 and reaches the substrate K, whereby the surface of the substrate K is etched, and an etching structure is formed on the surface of the substrate K. It is formed.
  • ions in the plasma are irradiated toward the substrate K, and so-called ion-assisted etching is performed.
  • the pressure in the processing chamber 2 is monitored, and the processing chamber 2 has a predetermined pressure (for example, about 1 to 5 Pa) and a predetermined gas flow rate (from 1 to 5).
  • the exhaust speed is adjusted by changing the vertical position of the valve body 32 by the moving mechanism 34 so that the distance becomes 10 sccm.
  • etching gas or the like plasmaized etching gas or non-plasmaized etching gas (hereinafter simply referred to as “etching gas or the like”) in the plasma generation unit 3 passes through the gap 7 b of the dispersion plate 7.
  • the gas flows from the processing unit 4 to the exhaust unit 5, reaches the intake port of the vacuum pump 31 via the manifold unit 6, and is discharged to the outside, depending on the amount of etching gas supplied.
  • the discharge amount of the etching gas or the like is adjusted, and the inside of the processing chamber 2 is maintained at a predetermined pressure.
  • the pressure distribution in the exhaust part is biased. Specifically, a pressure difference is generated between a part close to the vacuum pump and a part away from the vacuum pump. In this case, the flow rate and flow rate of the etching gas or the like flowing from the processing unit 4 to the exhaust unit 5 is not uniform, and the etching rate with respect to the substrate is not uniform.
  • the opening area S 3 of the opening 8, the effective cross-sectional area S 1 of the flow path in the manifold section 6, and the effective cross-sectional area S of the flow path in the exhaust section 5. 2 is gradually increased, and the thickness L 3 of the portion of the third chamber 2 c where the opening 8 is formed, the length L 1 of the manifold portion 6, and the height L 2 of the exhaust portion 5 are gradually increased.
  • the conductance is gradually increased from the vacuum pump 31 to the exhaust unit 5 so that the inside of the exhaust unit 5 has a uniform pressure, whereby the processing unit 4 and the exhaust unit are disposed around the substrate K.
  • the flow velocity and flow rate of the etching gas or the like flowing to 5 are made uniform.
  • the processing unit than the amount of an etching gas flowing from the exhaust unit 5 to the manifold 6
  • the amount of etching gas or the like flowing from 4 to the exhaust part 5 is sufficiently reduced, so that the inside of the exhaust part 5 can be made more uniform pressure.
  • the flow velocity and flow rate of the etching gas and the like around the substrate K can be made uniform, and the etching process can be performed on the substrate at a uniform speed.
  • the plasma etching apparatus 1 that performs an etching process on a small-diameter substrate having a diameter of 1 inch or less is used, but an apparatus that performs an etching process on a larger-diameter substrate can also be constructed.
  • the ratio S between the effective cross-sectional area S 2 of the flow path in the effective cross-sectional area S 1 and the exhaust unit 5 of the flow path in the manifold 6 1 / S 3 : S 2 / S 3 is set to 25:35 to 31:43, and the manifold portion 6 is based on the thickness L 3 of the portion where the opening 8 is formed in the third chamber 2c.
  • the ratio L 1 / L 3 : L 2 / L 3 between the length L 1 and the height L 2 of the exhaust part 5 is 8:11 to 10:14.
  • the exhaust conductance of the exhaust unit 5 at the connection portion with the processing unit 4 is preferably set to 5 times or more of the exhaust conductance of the vacuum pump 31 and set to 10 times or more. More preferably.
  • a vacuum pump 31 (turbo molecular pump) having an exhaust conductance (exactly, exhaust speed) of 30 L / s is used, and an exhaust conductance at a connection portion of the exhaust unit 5 with the processing unit 4 is 346 L / s. If it is configured to be s, the exhaust conductance of the exhaust unit 5 at the connection portion with the processing unit 4 is 10 times or more the exhaust conductance of the vacuum pump 31. Then, the flow rate and flow rate of the etching gas and the like around the substrate K can be made uniform, and the etching process can be performed on the substrate K at a uniform rate.
  • plasma etching is performed so that the exhaust conductance at the opening 8 of the processing chamber 2 is 161 L / s, the exhaust conductance at the manifold 6 is 275 L / s, and the exhaust conductance at the exhaust 5 is 346 L / s.
  • the exhaust conductance from the opening 8 to the exhaust unit 5 sequentially increases, so that exhaust efficiency is improved, and the flow rate and flow rate of the etching gas and the like around the substrate K can be made uniform.
  • Etching can be performed on the substrate K at a uniform rate.
  • the through hole 7 a of the dispersion plate 7 is formed so that its diameter is larger than the diameter of the base 25, and the inner peripheral surface of the through hole 7 a and the outer peripheral surface of the base 25 are
  • the gap 7b is made to function as a communication portion, but the present invention is not limited to this, and a plurality of communication holes may be provided so that the communication holes function as communication portions.
  • the flange joint 8a is formed in the third chamber 2c, and the flange joint 31a of the vacuum pump 31 is connected to the flange joint 8a, so that the intake port and the opening 8 are connected.
  • the flange joint 31a of the vacuum pump 31 is fixed to the lower surface of the third chamber 2c by screwing or the like without providing the flange joint in the third chamber 2c.
  • the inlet and the opening 8 may be connected.
  • the plasma processing apparatus is embodied as a plasma etching apparatus.
  • the present invention is not limited to this.
  • a plasma CVD apparatus used for forming a thin film on a substrate
  • it may be embodied as a plasma ashing apparatus used when removing the resist.
  • the so-called inductively coupled (ICP) plasma etching apparatus 1 including the coil 18 is used.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is a so-called capacitively coupled apparatus including parallel plate electrodes. It can be embodied as a (CCP) plasma etching apparatus.
  • the substrate K is not limited at all, and examples thereof include a substrate made of silicon, silicon carbide, sapphire, compound semiconductor, glass, resin, or the like.

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Abstract

　プラズマエッチング装置１は、プラズマ生成部３が設定された第１チャンバ２ａ、上部領域に処理部４が設定され、下部領域に排気部５が設定された第２チャンバ２ｂ及びマニホールド部６が設定される第３チャンバ２ｃからなる処理チャンバ２や、第３チャンバ２ｃの開口部８に接続された真空ポンプ３１を有する排気機構３０などを備えており、開口部８の開口面積Ｓ３よりもマニホールド部６の有効断面積Ｓ１の方が大きく、マニホールド部６の有効断面積Ｓ１よりも排気部５の有効断面積Ｓ２の方が大きく、第３チャンバ２ｃの開口部８が形成された部分の厚さＬ３よりもマニホールド部６の長さＬ１の方が長く、マニホールド部６の長さＬ１よりも排気部５の高さＬ２の方が長くなっている。

Description

プラズマ処理装置
　本発明は、排気した処理チャンバ内に所定の処理ガスを供給してプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによって処理チャンバ内の処理部に配設された基台上の基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関し、特に、基板の周囲における処理ガスの流速や流量を均一にして基板にプラズマ処理することができるプラズマ処理装置に関する。
　上記プラズマ処理としては、プラズマ化した処理ガスに含まれるイオンやラジカルによって、基板（シリコン基板や炭化ケイ素基板など）をエッチングするプラズマエッチング処理や、基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ処理などがあり、従来から、これらのプラズマ処理を基板に施す際に用いられるプラズマ処理装置は多数提案されている。
　ところで、プラズマ処理装置によって基板をプラズマ処理する際に、基板の周囲を流れるプラズマ化した処理ガスの流速や流量が不均一であると、基板周囲におけるプラズマ密度やプラズマの滞留時間が不均一になり、基板に対する成膜速度やエッチング速度の均一性が得られ難いという問題がある。そのため、従来から、基板周囲における処理ガスの流速や流量が均一になるようにした上で、処理チャンバ内の排気を行うことができる装置が提案されており、このような装置として、例えば、特開平９－２２３６７２号公報に開示されたプラズマ処理装置（以下、「従来装置」という）がある。
　この従来装置は、反応室や、当該反応室の上面に設けられた誘電板、この誘電板の上に設置された誘導コイル、この誘電コイルに高周波電力を供給する高周波電源、反応室の下部に設置され、上面に基板が載置される下部電極、反応室の下方且つ下部電極の周囲に形成され、側面にガス排気孔が設けられた排気室、下部電極の周囲に配設され、反応室と排気室とを区画する環状整流板などから構成されている。尚、環状整流板は、所謂分散板（バッフル板）として機能するものであり、当該環状整流板には、複数の連通孔が形成され、この連通孔を介して反応室と排気室とが連通している。
　従来装置によれば、まず、下部電極上に基板を載置した後、ガス排気孔に接続された真空ポンプ等によって反応室内を十分に真空引きする。ついで、反応室内に処理ガスを供給するとともに、ガス排気孔から処理ガスの排気を開始し、反応室内を所定の圧力に維持する。しかる後、誘電コイルに所定の高周波電力を供給して、反応室内にプラズマを生成し、このプラズマによって基板にプラズマ処理を施す。
　この従来装置においては、ガス排気孔から処理ガスの排気を開始した際に、反応室から排気室へと排気されるプラズマ化された処理ガスやプラズマ化されていない処理ガスなど（以下、単に「処理ガス等」という）の流速や流量を分散板によって変化させて、基板周囲における処理ガス等の流速や流量を調整し、これらを均一にするようにして、基板周囲におけるプラズマの密度やプラズマの滞留時間をほぼ同じにし、基板に対する成膜速度やエッチング速度の均一性の向上を図っている。
特開平９－２２３６７２号公報
　ところが、上記従来装置のように、反応室から排気室へと排気される処理ガス等の流速や流量を変化させる分散板を設けたとしても、基板の周囲におけるプラズマの密度やプラズマの滞留時間の均一性を高めるのには限界があり、基板に対する成膜速度やエッチング速度の均一性の更なる向上を図ることができないという問題がある。
　即ち、上記従来装置においては、排気室におけるガス排気孔が設けられた部分の方が、当該ガス排気孔が設けられた部分に下部電極を挟んで対向する部分よりも処理ガス等の排気が進み易い、言い換えれば、処理ガス等の流速が早く、流量も多くなる。そのため、基板の周囲において、前記対向する部分の上方よりもガス排気孔が設けられた部分の上方の方が、プラズマ化された処理ガスが滞留する時間が短くなる、或いは、プラズマの密度が低くなり、両者の間で成膜速度やエッチング速度に差が生じてしまう。
　尚、分散板に形成される連通孔の数や径、分布などを変化させることによって、基板周囲における処理ガス等の流速や流量の均一性を向上させることが可能であると考えられるが、その場合、処理チャンバ内に供給するガスの流量や処理チャンバ内の圧力といったエッチング条件を変えると、その都度、分散板を取り換えて、連通孔の数や径、分布などの調整を行わなければならなくなり、煩雑な作業を要しなければならなくなる。
　本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、処理チャンバ内を排気する際に、基板の周囲における処理ガス等の流速や流量の均一性を、従来よりも容易且つ精度良く向上させることができ、基板周囲におけるプラズマ密度やプラズマの滞留時間の均一性の向上を図ることができるプラズマ処理装置の提供を、その目的とする。
　上記解題を解決するための本発明は、
　排気機構によって処理チャンバ内を排気した後、該処理チャンバ内に設定された処理部に処理ガスを供給して、この供給した処理ガスをプラズマ化し、該プラズマ化された処理ガスによって、前記処理部内に配設された基台上の基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
　前記排気機構は、吸気口を有する真空ポンプを少なくとも備え、
　前記処理チャンバは、前記処理部と連通した空間である排気部が該処理部の下方に設定されるとともに、前記排気部と連通した空間であるマニホールド部が該排気部に隣接して設定され、前記マニホールド部に対応する部分に、前記真空ポンプの吸気口が接続される開口部が形成されており、
　前記マニホールド部は、流路の有効断面積Ｓ１が前記開口部の開口面積Ｓ３以上、且つその長さＬ１が前記処理チャンバにおける前記開口部が形成された部分の厚さＬ３以上となるように設定され、
　前記排気部は、流路の有効断面積Ｓ２が前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ１以上、且つその高さＬ２が前記マニホールド部の長さＬ１以上となるように設定されているプラズマ処理装置に係る。
　このプラズマ処理装置によれば、まず基台上に基板を載置する。ついで、真空ポンプを作動させて、処理チャンバ内の気体の排気を開始し、当該処理チャンバ内を所定の圧力まで減圧する。
　次に、排気機構によって処理チャンバ内の気体の排気を行いつつ、処理チャンバ内に処理ガスを供給して、当該処理チャンバ内を所定の圧力に維持した状態で、供給した処理ガスをプラズマ化し、このプラズマ化された処理ガスによって基台上の基板をプラズマ処理する。
　ここで、本発明に係るプラズマ処理装置においては、マニホールド部を、流路の有効断面積Ｓ１が開口部の開口面積Ｓ３以上、且つその長さＬ１が処理チャンバにおける開口部が形成された部分の厚さＬ３以上となるようにするとともに、排気部を、流路の有効断面積Ｓ２がマニホールド部における流路の有効断面積Ｓ１以上、且つその高さＬ２がマニホールド部の長さＬ１以上となるようにしている。
　このようにすることで、排気部から真空ポンプまでの間において、コンダクタンスが低下しないようにして、排気部内全体の圧力を均一にすることができるため、処理部から排気部へと流れる処理ガス等の流速や流量が基板周囲においてほぼ均一なものになる。したがって、従来のような分散板を設けるまでもなく、基板周囲のプラズマ密度やプラズマの滞留時間の均一性を容易に向上させることができ、基板に対する成膜速度やエッチング速度などのプラズマ処理速度の均一性を向上させた上で、基板に対してプラズマ処理を施すことができる。また、プラズマ処理の条件を変えたとしても、分散板の取り換えなどの煩雑な作業を行うことなく、基板周囲のプラズマ密度やプラズマの滞留時間の均一性を向上させることができ、基板周囲におけるプラズマ処理速度を均一にした上で、基板にプラズマ処理を施すことができる。
　尚、排気部から真空ポンプまでの間において、少なくともコンダクタンスが低下しないようにし、且つ装置サイズが大型化し過ぎるのを防止するために、前記開口部の開口面積Ｓ３を１１００～２２００ｍｍ２とし、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ２を、前記開口部の開口面積Ｓ３の１．６～３．９倍とするのが好ましい。また、前記処理チャンバにおける前記開口部が形成された部分の厚さＬ３を４０～６０ｍｍとし、前記排気部の高さＬ２を前記厚さＬ３の１．８～３．５倍とするのが好ましい。このようにすることで、直径１インチ以下の基板に対するプラズマ処理に好適に用いることができるプラズマ処理装置を構成することができる。
　或いは、前記開口部の開口面積Ｓ３を基準とした場合の、前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ１と前記排気部における流路の有効断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ３：Ｓ２／Ｓ３は２５：３５～３１：４３であるのが好ましく、前記処理チャンバにおける前記開口部が形成された部分の厚さＬ３を基準とした場合の、前記マニホールド部の長さＬ１と前記排気部の高さＬ２との比Ｌ１／Ｌ３：Ｌ２／Ｌ３は８：１１～１０：１４であるのが好ましい。
　或いは、前記開口部の開口面積Ｓ３を１１００～１４００ｍｍ２、前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ１を２５００～３１００ｍｍ２、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ２を３５００～４３００ｍｍ２とし、前記処理チャンバにおける前記開口部が形成された部分の厚さＬ３を４０～６０ｍｍ、前記マニホールド部の長さＬ１を８０～１００ｍｍ、前記排気部の高さＬ２を１１０～１４０ｍｍとしても良い。このようにしても、直径１インチ以下の基板に対するプラズマ処理に好適に用いることができるプラズマ処理装置を構成することができる。
　或いは、本発明の別の態様として、前記排気部の、前記処理部との接続部における排気コンダクタンスは、前記真空ポンプの排気コンダクタンスの１０倍以上に設定されているのが好ましく、また、前記処理チャンバの前記開口部における排気コンダクタンス、前記マニホールド部における排気コンダクタンス、及び前記排気部における排気コンダクタンスが、順次大きな排気コンダクタンスとなるように設定されているのが好ましい。
　また、本発明に係るプラズマ処理装置においては、前記処理チャンバ内に、表裏に貫通した貫通穴及び表裏に貫通した連通部を有する分散板を、前記貫通穴内に前記基台が挿通された状態となるように設け、前記処理部と排気部とを、前記分散板によって画定するとともに、前記連通部を介して連通させた構成としても良い。上述したように、本発明によれば、分散板を設けることなく、基板周囲のプラズマ密度やプラズマの滞留時間の均一性を容易に向上させることができ、基板に対する成膜速度やエッチング速度などのプラズマ処理速度の均一性を向上させた上で、基板に対してプラズマ処理を施すことが可能であるが、分散板を設けることで、処理部から排気部へと排気される処理ガス等の流速や流量を、当該分散板によって更に好適に調整することができるため、基板周囲におけるプラズマ密度やプラズマの滞留時間の均一性をより一層向上させることができ、また、当該分散板により、これより下流域にプラズマの影響が及ぶのを防止することができる。
　尚、上記プラズマ処理装置においては、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ２と前記分散板の連通部の開口面積Ｓ４との比Ｓ２：Ｓ４を３５：１１～４３：１４とすることが好ましい。このようにすれば、排気部からマニホールド部へと流れる処理ガス等の量よりも処理部から排気部へと流れる処理ガス等の量を十分に少なくして排気部内の圧力の均一性を高めることができ、これにより、基板周囲における処理部から排気部へと流れる処理ガス等の流速や流量の均一性を高め、基板周囲におけるプラズマ密度やプラズマの滞留時間を均一にし易くできる。
　尚、本願でいう「流路の有効断面積」とは、流れ方向と直交する面に沿って切断した際の切断面の面積をいい、流れ方向に沿って切断面の面積が変化する場合については、最も小さくなる部分の面積をいう。
　以上のように、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、基板周囲における処理ガスの流量や流速の均一性を高めて、当該基板周囲におけるプラズマ密度やプラズマの滞留時間を従来よりも容易且つ高精度に均一化することができ、基板に対する成膜速度やエッチング速度などのプラズマ処理速度の均一化を図ることができる。
本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示した正断面図である。 図１におけるＡ－Ａ間の断面図である。 図１におけるＢ－Ｂ間の断面図である。 図１におけるＣ－Ｃ間の断面図である。 一実施形態に係るプラズマエッチング装置の分散板を示した上面図である。 一実施形態に係るプラズマエッチング装置の動作を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示した正断面図である。
　以下、本発明の具体的な実施形態について、図面に基づき説明する。尚、本例のプラズマ処理装置はプラズマエッチング装置であり、直径１インチ以下の基板に対してプラズマエッチング処理を行う。
　図１～図５に示すように、本例のプラズマエッチング装置１は、内部空間にプラズマ生成部３、処理部４、排気部５及びマニホールド部６が設定された処理チャンバ２と、前記プラズマ生成部３に処理ガスを供給する処理ガス供給機構１５と、処理チャンバ２のプラズマ生成部３が設定される部分の外方に配設されたコイル１８と、このコイル１８に高周波電力を供給するコイル電力供給機構１９と、前記処理部４内に配設され、基板Ｋを載置するための基台２５と、この基台２５に高周波電力を供給する基台電力供給機構２７と、前記処理チャンバ２内の気体を排気し、図示しない圧力計と連動して処理チャンバ２内の圧力を調整する排気機構３０とを備えている。
　前記処理チャンバ２は、第１チャンバ２ａと、当該第１チャンバ２ａの下方に連設された第２チャンバ２ｂと、この第２チャンバ２ｂの側方に連設された第３チャンバ２ｃとからなる。前記第１チャンバ２ａの内部空間にはプラズマ生成部３が設定され、第２チャンバ２ｂにおける内部空間の上部領域には前記プラズマ生成部３に連通した処理部４が設定されるとともに、下部領域には当該処理部４に連通した排気部５が設定され、第３チャンバ２ｃの内部空間には前記排気部５に連通したマニホールド部６が設定されており、プラズマ生成部３からマニホールド部６までが連通した状態となっている。
　前記第１チャンバ２ａは、その内径が直径１インチ以下の基板Ｋに見合った寸法である１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように成形され、第２チャンバ２ｂは、その内径が第１チャンバ２ａの内径よりも大きく成形されている。
　また、第２チャンバ２ｂの内壁には、表裏に貫通し、直径が前記基台２５の直径よりも大径に形成された貫通穴７ａを有する分散板７が、貫通穴７ａ内に前記基台２５が挿通された状態となるように取り付けられており、貫通穴７ａの内周面と基台２５の外周面との間には、連通部として機能する隙間７ｂが形成されるようになっている。そして、前記処理部４と排気部５とは、分散板７によって区画されるとともに、隙間７ｂを介して連通している。
　前記第３チャンバ２ｃは、前記第２チャンバ２ｂの側壁から水平方向に沿って延設され、先端部が上面視半円形状をなし、下面に開口部８が形成されるとともに、開口部８が形成された部分にフランジ継手８ａが形成され、上面の、開口部８と対向する位置には開口部９が形成されている。尚、前記開口部８は、その縁部が第３チャンバ２ｃにおける先端部の内壁面との間に所定の間隔Ｍが空くように形成されており、この間隔Ｍの広さは、開口部８の直径の２０％以上の広さとすることが好ましい。
　前記マニホールド部６は、当該マニホールド部６における流路の有効断面積Ｓ１、言い換えれば、マニホールド部６の長手方向に直交する垂直面で切断した際の断面積（図３中の網掛け部分）が開口部８の開口面積Ｓ３よりも大きく、且つその長さＬ１が第３チャンバ２ｃにおける開口部８が形成された部分の厚さＬ３よりも長くなっている。また、前記排気部５は、当該排気部５における流路の有効断面積Ｓ２、言い換えれば、水平面で切断した際の基台２５部分を除く断面積（図４中の網掛け部分）がマニホールド部６における流路の有効断面積Ｓ１よりも大きく、且つその高さＬ２がマニホールド部６の長さＬ１よりも長くなっている。
　尚、マニホールド部６における流路の有効断面積Ｓ１は、例えば、マニホールド部６の形状が排気部５側から先端側に向けて狭くなるような形状（テーパ形状など）である場合には、最も狭い部分における断面積をいう。
　本例のプラズマエッチング装置１のように、直径１インチ以下の基板に対してプラズマエッチング処理を施す装置である場合には、前記開口部８の開口面積Ｓ３を１１００～２２００ｍｍ２とし、前記排気部５における流路の有効断面積Ｓ２を、前記開口部８の開口面積Ｓ３の１．６～３．９倍とするのが好ましく、また、前記第３チャンバ２ｃにおける前記開口部８が形成された部分の厚さＬ３を４０～６０ｍｍとし、前記排気部５の高さＬ２を前記厚さＬ３の１．８～３．５倍とするのが好ましい。或いは、前記マニホールド部６における流路の有効断面積Ｓ１を２５００～３１００ｍｍ２、前記排気部５における流路の有効断面積Ｓ２を３５００～４３００ｍｍ２、前記開口部８の開口面積Ｓ３を１１００～１４００ｍｍ２とするとともに、前記マニホールド部６の長さＬ１を８０～１００ｍｍ、前記排気部５の高さＬ２を１１０～１４０ｍｍ、前記第３チャンバ２ｃにおける開口部８が形成された部分の厚さＬ３を４０～６０ｍｍとすることが好ましい。
　また、前記分散板７と基台２５との間に形成された隙間７ｂの開口面積Ｓ４（図５中の網掛け部分）は、前記排気部５における流路の有効断面積Ｓ２よりも小さくなっている。尚、排気部５における流路の有効断面積Ｓ２と隙間７ｂの開口面積Ｓ４との比Ｓ２：Ｓ４は、３５：１１～４３：１４とすることが好ましい。尚、図５は、分散板７の上面図であり、同図中の一点鎖線は貫通穴７ａに挿通される基台２５を示している。
　前記処理ガス供給機構１５は、ＳＦ６ガスなどのエッチングガスを供給するエッチングガス供給部１６と、一端が前記第１チャンバ２ａに設けられた複数の吐出口に接続され、他端が前記エッチングガス供給部１６に接続された供給管１７とを備え、前記エッチング供給部１６から供給管１７を介してプラズマ生成部３内にエッチングガスを供給する。尚、エッチングガスとしては、ＳＦ６ガスに限られるものではなく、他のフッ素系ガス、例えば、ＣＦ４やＮＦ３、ＩＦ５などを用いることができる。
　コイル１８は、前記第１チャンバ２ａの外方に、これを囲むように配設されており、後述するコイル電力供給機構１９によって高周波電力が供給されるようになっている。
　前記コイル電力供給機構１９は、前記コイル１８に接続されたインピーダンス整合器２０と、このインピーダンス整合器２０に接続された高周波電源２１とからなり、上述したように、コイル１８に高周波電力を供給する機構である。
　前記基台２５は、上述したように、処理部４内に配設され、昇降シリンダ２６によって昇降されるようになっている。
　前記基台電力供給機構２７は、前記基台２５に接続されたインピーダンス整合器２８と、このインピーダンス整合器２８に接続された高周波電源２９とからなり、前記基台２５に高周波電力を供給する機構である。
　前記排気機構３０は、吸気口を有し、当該吸気口が開口部８に接続された真空ポンプ３１と、前記開口部９に挿通された弁体３２と、当該弁体３２を上下方向に移動させる移動機構３４とから構成されており、弁体３２及び移動機構３４が開閉機構として機能する。
　前記真空ポンプ３１（例えば、その排気速度は３０Ｌ／ｓ程度）は、吸気口にフランジ継手３１ａが形成されており、当該フランジ継手３１ａが前記第３チャンバ２ｃに形成されたフランジ継手８ａに接続されることによって、吸気口が開口部８に接続されている。尚、真空ポンプとしては、高真空引きに対応したポンプであることが好ましく、ターボ分子ポンプやクライオポンプ、油拡散ポンプなどを例示することができる。
　前記弁体３２は、軸部３２ａ及び当該軸部３２ａの先端に設けられた平板状の当接部３２ｂからなり、当接部３２ｂの下面には環状シール部材３３が固設されている。また、前記環状シール部材３３は、その内径が開口部８の直径よりも大きく、当接部３２ｂを開口部８に接近させた際に、当該環状シール部材３３が開口部８の周囲に当接し、第３チャンバ２ｃと当接部３２との間の気密性を保つことができるようになっている。尚、第３チャンバ２ｃの開口部９は、弁体３２が挿通された状態で、当該弁体３２の軸部３２ａが挿通される貫通穴が形成された蓋体１０が着脱自在に取り付けられており、蓋体１０と第３チャンバ２ｃの上面との間には、環状シール部材１１が介装され、蓋体１０が取り付けられた状態において、蓋体１０と第３チャンバ２ｃとの間の気密性が保たれるようになっている。
　前記移動機構３４は、前記弁体３２を上下方向、言い換えれば、軸方向に沿って移動させる機構であり、前記蓋体１０の上面に固設された支持部材１２によって支持された状態で、蓋体１０上に配設されている。尚、移動機構３４としては、空圧シリンダや電動シリンダなどを例示することができる。
　この排気機構３０によれば、移動機構３４によって、弁体３２の当接部３２ｂを開口部８から離反した位置に移動させた状態で、真空ポンプ３１を駆動させることにより、処理チャンバ２内（プラズマ生成部３、処理部４、排気部５及びマニホールド部６）の気体を排気することができ、移動機構３４によって弁体３２を上下方向に移動させて、当接部３２ｂと開口部８との間の空間の大きさを変えることにより、排気速度を変化させ、処理チャンバ２内の圧力を調整することができる。図６には、弁体３２を開口部８に近づけた状態を示した。
　尚、弁体３２及び移動機構３４は、蓋体１０とともに上方向に引き上げることで、処理チャンバ２から容易に取り外すことができるようになっており、これにより、メンテナンス性が向上している。
　また、弁体３２を第３チャンバ２ｃのマニホールド部６内に設けた構成としているため、装置をコンパクトにすることができ、本例のプラズマエッチング装置１のような直径１インチ以下の基板にエッチング処理を施す小型のプラズマエッチング装置の構築が可能となっている。
　次に、以上の構成を備えたプラズマエッチング装置１を用いて、基板Ｋ（例えば、シリコン基板）にエッチング処理を施す過程について説明する。
　まず、下降位置にある基台２５上に、表面に所定パターンのマスクが形成された基板Ｋを載置し、ついで、基台２５を昇降シリンダ２６によって処理位置まで上昇させた後、排気機構３０によって処理チャンバ２内（プラズマ生成部３、処理部４、排気部５及びマニホールド部６）の気体の排気を開始する。
　ところで、処理チャンバ２内の排気を開始してから当該処理チャンバ２内が低真空状態になるまでの間は、気体分子同士の衝突が支配的であり、気体分子の平均自由行程の短い粘性流領域にあたるため、この状態においては、気体分子が処理チャンバ２内から押し出されるようにして真空ポンプ３１の吸気口へと到達し、気体分子が処理チャンバ２内から排出されて処理チャンバ２内の排気が進む。しかしながら、処理チャンバ２内の真空度が高くなると、気体分子同士の衝突よりも気体分子と処理チャンバ２内壁との衝突が支配的となり、気体分子の平均自由行程が長くなる、即ち、粘性流領域から分子流領域へと移行する。そして、分子流領域においては、平均速度で自由に動き回る気体分子が真空ポンプ３１の吸気口に到達しなければ、気体分子が処理チャンバ２内から排出されないため、気体分子が真空ポンプ３１の吸気口に到達する確率を高めなければ、排気効率が著しく低下する。
　そこで、本例のプラズマエッチング装置１においては、前記マニホールド部６の有効断面積Ｓ１を開口部８の開口面積Ｓ３よりも大きくするようにしている。これにより、粘性流領域及び分子流領域の双方の場合において、マニホールド部６から開口部８まで気体が流れる際のコンダクタンスを高めるようにしている。
　また、第３チャンバ２ｃに形成された開口部８に配管等を介さずに真空ポンプ３１の吸気口を接続するようにして、処理チャンバ２内と真空ポンプ３１の吸気口との間の距離を極力短くすることによって、処理チャンバ２内の気体分子が真空ポンプ３１の吸気口に到達する確率を高め、分子流領域における排気効率を高めるようにしている。
　更に、開口部８の縁部と第３チャンバ２ｃにおける先端部の内壁面との間に間隔Ｌを空けて、開口部８から見た立体角を広くすることにより、図２に示すように、第３チャンバ２ｃの先端側を介して気体分子Ｍが開口部８に到達することも可能となり、処理チャンバ２内から真空ポンプ３１の吸気口に気体分子が到達する確率をより高めている。
　したがって、本例のプラズマエッチング装置１によれば、処理チャンバ２内を効率良く排気して、高真空状態まで素早く減圧することができる。
　ついで、コイル１８に高周波電源２１から高周波電力を供給し、プラズマ生成部３内に誘導電界を生じさせ、この状態で、エッチングガス供給部１６からプラズマ生成部３内にエッチングガスを供給し、当該供給されたエッチングガスをプラズマ化する。尚、コイル１８に供給する高周波電力は、周波数を４０ＭＨｚ以上とすることが好ましく、大きさを５０Ｗ以下とすることがより好ましい。
　しかる後、高周波電源２９から基台２５に高周波電力を供給する。その後、プラズマ生成部３内でプラズマ化されたエッチングガスは、処理部４へと降下して基板Ｋ上に至り、これにより、基板Ｋの表面がエッチングされ、当該基板Ｋの表面にエッチング構造が形成される。本例のエッチング処理においては、基台２５に高周波電力を供給し、基板Ｋにバイアス電位を与えているため、プラズマ中のイオンが基板Ｋに向けて照射され、所謂イオンアシストエッチングが行われる。
　尚、基板Ｋにエッチング処理を施している間は、処理チャンバ２内の圧力を監視し、当該処理チャンバ２内が所定の圧力（例えば、１～５Ｐａ程度）、及び所定のガス流量（１～１０ｓｃｃｍ）となるように、移動機構３４によって弁体３２の上下方向の位置を変化させて排気速度の調整を行う。
　即ち、エッチング処理中においては、プラズマ生成部３内のプラズマ化されたエッチングガスやプラズマ化されなかったエッチングガス（以下、単に「エッチングガス等」という）が、分散板７の隙間７ｂを介して処理部４から排気部５へと流れ、マニホールド部６を経由して真空ポンプ３１の吸気口へと到達して外部へと排出されるようになっており、供給されるエッチングガスの量に応じて、エッチングガス等の排出量を調整し、処理チャンバ２内が所定の圧力に保たれる。
　ここで、従来のプラズマエッチング装置においては、排気部内の圧力分布に偏りが生じる、具体的には、真空ポンプに近い部分と真空ポンプから離れている部分との間で圧力差が生じるため、基板の周囲において、処理部４から排気部５へと流れるエッチングガス等の流速や流量が不均一となり、基板に対するエッチング速度が不均一となるという問題が発生していた。
　そこで、本例のプラズマエッチング装置１においては、上述したように、開口部８の開口面積Ｓ３、マニホールド部６における流路の有効断面積Ｓ１、排気部５における流路の有効断面積Ｓ２を徐々に大きくするとともに、第３チャンバ２ｃにおける開口部８が形成された部分の厚さＬ３、マニホールド部６の長さＬ１、排気部５の高さＬ２を徐々に長くすることによって、真空ポンプ３１から排気部５までコンダクタンスを徐々に大きくするようにして、排気部５内が均一な圧力となるようにしており、これにより、基板Ｋの周囲において、処理部４から排気部５へと流れるエッチングガス等の流速や流量が均一なものとなるようになっている。
　また、排気部５における流路の有効断面積Ｓ２よりも前記隙間７ｂの開口面積Ｓ４を小さくしているため、排気部５からマニホールド部６へと流れるエッチングガス等の量よりも処理部４から排気部５へと流れるエッチングガス等の量が十分に少なくなり、排気部５内をより均一な圧力にすることができるようになっている。
　したがって、本例のプラズマエッチング装置１によれば、基板Ｋの周囲におけるエッチングガス等の流速や流量を均一にすることができ、基板に対して均一な速度でエッチング処理を施すことができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る態様は何らこれに限定されるものではない。
　例えば、上例においては、直径が１インチ以下である小径の基板にエッチング処理を施すプラズマエッチング装置１としたが、より大径の基板にエッチング処理を施す装置を構築することもできる。尚、この場合においては、開口部の開口面積Ｓ３を基準とした場合の、マニホールド部６における流路の有効断面積Ｓ１と排気部５における流路の有効断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ３：Ｓ２／Ｓ３を２５：３５～３１：４３とするとともに、第３チャンバ２ｃにおける開口部８が形成された部分の厚さＬ３を基準とした場合の、マニホールド部６の長さＬ１と排気部５の高さＬ２との比Ｌ１／Ｌ３：Ｌ２／Ｌ３を８：１１～１０：１４とすることが好ましい。
　また、上例において、前記排気部５の、前記処理部４との接続部における排気コンダクタンスは、前記真空ポンプ３１の排気コンダクタンスの５倍以上に設定されていることが好ましく、１０倍以上に設定されているのがより好ましい。
　一例として、排気コンダクタンス（正確には、排気速度）が３０Ｌ／ｓの真空ポンプ３１（ターボ分子ポンプ）を使用し、前記排気部５の、前記処理部４との接続部における排気コンダクタンスが３４６Ｌ／ｓとなるように構成すれば、前記排気部５の、前記処理部４との接続部における排気コンダクタンスは、前記真空ポンプ３１の排気コンダクタンスの１０倍以上となる。そして、このようにすれば、基板Ｋの周囲におけるエッチングガス等の流速や流量を均一にすることができ、基板Ｋに対して均一な速度でエッチング処理を施すことができる。
　更に、例えば、前記処理チャンバ２の前記開口部８における排気コンダクタンスが１６１Ｌ／ｓ、前記マニホールド部６における排気コンダクタンスが２７５Ｌ／ｓ、前記排気部５における排気コンダクタンスが３４６Ｌ／ｓとなるようにプラズマエッチング装置１を構成すれば、開口部８から排気部５までの排気コンダクタンスが順次大きくなるため、より排気の効率良くなり、基板Ｋの周囲におけるエッチングガス等の流速や流量を均一にすることができ、基板Ｋに対して均一な速度でエッチング処理を施すことができる。
　また、上例では、分散板７の貫通穴７ａを、その直径が基台２５の直径よりも大径となるように形成し、貫通穴７ａの内周面と基台２５の外周面との間の隙間７ｂを連通部として機能させるようにしているが、これに限られるものではなく、複数の連通孔を設けて、当該連通孔を連通部として機能させるようにしても良い。
　更に、上例においては、第３チャンバ２ｃにフランジ継手８ａを形成し、当該フランジ継手８ａに真空ポンプ３１のフランジ継手３１ａを接続することで、吸気口と開口部８とを接続するようにしているが、図７に示すプラズマエッチング装置５０のように、第３チャンバ２ｃにフランジ継手を設けずに、真空ポンプ３１のフランジ継手３１ａを第３チャンバ２ｃの下面にネジ止め等によって固設することで、吸気口と開口部８とを接続するようにしても良い。
　また、上例では、本発明に係るプラズマ処理装置をプラズマエッチング装置として具現化したものを例示したが、これに限られるものではなく、例えば、基板に薄膜を形成する際に用いるプラズマＣＶＤ装置や、レジストを除去する際に用いられるプラズマアッシング装置として具現化しても良い。
　更に、上例では、コイル１８を備えた所謂誘導結合形（ＩＣＰ）のプラズマエッチング装置１としたが、これに限られるものではなく、本発明は、平行平板の電極を備えた所謂容量結合形（ＣＣＰ）のプラズマエッチング装置として具現化できる。
　また、基板Ｋについても、何ら制限はなく、その一例としては、シリコン、炭化ケイ素、サファイア、化合物半導体、ガラス、樹脂などからなる基板を例示することができる。
　１　　プラズマエッチング装置
　２　　処理チャンバ
　２ａ　第１チャンバ
　２ｂ　第２チャンバ
　２ｃ　第３チャンバ
　３　　プラズマ生成部
　４　　処理部
　５　　排気部
　６　　マニホールド部
　７　　分散板
　７ａ　貫通穴
　７ｂ　隙間
　８　　開口部
　８ａ　フランジ継手
　１０　蓋体
　１５　処理ガス供給機構
　１８　コイル
　１９　コイル電力供給機構
　２５　基台
　２７　基台電力供給機構
　３０　排気機構
　３１　真空ポンプ
　３１ａ　フランジ継手
　３２　弁体
　３４　移動機構

Claims (9)

  1. 　排気機構によって処理チャンバ内を排気した後、該処理チャンバ内に設定された処理部に処理ガスを供給して、この供給した処理ガスをプラズマ化し、該プラズマ化された処理ガスによって、前記処理部内に配設された基台上の基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
    　前記排気機構は、吸気口を有する真空ポンプを少なくとも備え、
    　前記処理チャンバは、前記処理部と連通した空間である排気部が該処理部の下方に設定されるとともに、前記排気部と連通した空間であるマニホールド部が該排気部に隣接して設定され、前記マニホールド部に対応する部分に、前記真空ポンプの吸気口が接続される開口部が形成されており、
    　前記マニホールド部は、流路の有効断面積Ｓ１が前記開口部の開口面積Ｓ３以上、且つその長さＬ１が前記処理チャンバにおける前記開口部が形成された部分の厚さＬ３以上となるように設定され、
    　前記排気部は、流路の有効断面積Ｓ２が前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ１以上、且つその高さＬ２が前記マニホールド部の長さＬ１以上となるように設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 　前記開口部の開口面積Ｓ３は１１００～２２００ｍｍ２であり、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ２は、前記開口部の開口面積Ｓ３の１．６～３．９倍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。
  3. 　前記処理チャンバにおける前記開口部が形成された部分の厚さＬ３は４０～６０ｍｍであり、前記排気部の高さＬ２は前記厚さＬ３の１．８～３．５倍であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
  4. 　前記開口部の開口面積Ｓ３を基準とした場合の、前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ１と前記排気部における流路の有効断面積Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ３：Ｓ２／Ｓ３が２５：３５～３１：４３であり、
    　前記処理チャンバにおける前記開口部が形成された部分の厚さＬ３を基準とした場合の、前記マニホールド部の長さＬ１と前記排気部の高さＬ２との比Ｌ１／Ｌ３：Ｌ２／Ｌ３が８：１１～１０：１４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。
  5. 　前記開口部の開口面積Ｓ３は１１００～１４００ｍｍ２、前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ１は２５００～３１００ｍｍ２、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ２は３５００～４３００ｍｍ２であり、
    　前記処理チャンバにおける前記開口部が形成された部分の厚さＬ３は４０～６０ｍｍ、前記マニホールド部の長さＬ１は８０～１００ｍｍ、前記排気部の高さＬ２は１１０～１４０ｍｍ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。
  6. 　前記排気部の、前記処理部との接続部における排気コンダクタンスが、前記真空ポンプの排気コンダクタンスの１０倍以上に設定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。
  7. 　前記処理チャンバの前記開口部における排気コンダクタンス、前記マニホールド部における排気コンダクタンス、及び前記排気部における排気コンダクタンスが、順次大きな排気コンダクタンスとなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は６記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記処理チャンバ内には、表裏に貫通した貫通穴及び表裏に貫通した連通部を有する分散板が、前記貫通穴内に前記基台が挿通された状態となるように設けられており、
    　前記処理部と排気部とは、前記分散板によって画定されるとともに、前記連通部を介して連通していることを特徴とする請求項１乃至７記載のいずれかのプラズマ処理装置。
  9. 　前記排気部における流路の有効断面積Ｓ２と前記分散板に連通部の開口面積Ｓ４との比Ｓ２：Ｓ４が３５：１１～４３：１４であることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
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