JP2004165460A

JP2004165460A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2004165460A
Application number: JP2002330075A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Osada; 智明長田; Yoshikazu Nozaki; 芳和野崎
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: KR100639076B1; US20040149216A1; KR20040042873A; US7849815B2; TW200409827A; JP4141234B2; CN1288725C; TWI250219B; US20090044910A1; CN1501452A

Abstract

【課題】プラズマ密度の不均一化や電力損失を防止しつつプラズマを閉じ込めを行うことを可能にする。
【解決手段】処理チャンバー１内のプラズマ形成領域にガス導入系２がガスを導入し、プラズマ形成手段３がエネルギーを与えてプラズマＰを形成する。基板ホルダー４上に保持された基板９がプラズマＰによって処理される。プラズマ形成領域以外の場所にプラズマＰが拡散するのを規制するプラズマシールド７２は、プラズマ形成領域を取り囲む筒状であってプラズマＰに接する表面は絶縁体である。プラズマシールド７２が有する開口７２０を通してプラズマＰが拡散しないよう、開口７２０に向かって拡散する電子が流れ込むようにして拡散防止用電極８が設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、プラズマによって基板の表面に所定の処理を施すプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマによって基板の表面に所定の処理を施すことは、各種半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の製造において盛んに行われている。例えば、基板の表面に微細な回路を形成する場合には、レジストパターンをマスクとしたエッチング工程において、プラズマによって基板をエッチングするプラズマエッチングが行われている。また、各種導電膜や絶縁膜の作成においては、プラズマ中での気相反応を利用したプラズマＣＶＤ（化学蒸着）の手法が実用化されている。プラズマ処理装置では、処理チャンバー内に高周波放電や直流二極放電によってプラズマを形成し、所定位置に基板を配置しながら、プラズマの作用によって処理を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなプラズマ処理装置において、処理時間を短くして生産性を高めるには、プラズマ密度を高くすることが必要である。プラズマ密度を高くするには、プラズマの拡散を防止し、ある領域に閉じ込めるようにすることが効果的である。
プラズマを閉じ込める一つの方法として、放電シールドを設ける方法がある。放電シールドは、プラズマを取り囲むようにして設けられた金属製の部材であり、アースされる。アースされた放電シールドの外側には電界が生じないため、プラズマが放電シールドの内側に閉じ込められる。しかしながら、放電シールドによると、放電シールドに荷電粒子が流れ込むため、放電シールドの付近でプラズマ密度が低くなり、プラズマ密度が不均一になる問題がある。また、アースを通して流れる電流が、処理に寄与するプラズマの形成に貢献していない場合、それは電力のロスとなり、電力効率が低下する。
【０００４】
プラズマ密度の不均一化や電力損失を防止しつつプラズマを閉じ込める方法として、プラズマに接する表面が絶縁体となっているシールドでプラズマ形成領域を取り囲む方法がある。周知のように、アースされた金属の表面を絶縁体で覆い、プラズマをその表面に接触させると、その表面は絶縁電位（浮遊電位）を帯びる。絶縁電位は、イオンに比べた電子の高い移動度のため、数ボルトから数十ボルト程度の負の電位となる。表面が絶縁電位であるシールドには、実質的に荷電粒子は流れ込まないため、プラズマ密度の低下や電力の損失はない。
【０００５】
しかしながら、プラズマ形成領域を完全にシールドで取り囲むことはできず、何らかの開口が必要である。例えば、プラズマ形成領域を排気したり、プラズマ形成領域にガスを導入したりするため、又は、プラズマ形成領域を臨む位置に基板を配置したりするため、シールドは何らかの開口を有する。この場合、シールドの表面を絶縁体にして内部にプラズマを閉じ込めようとしても、プラズマは、シールドの開口を通して両極性拡散し易い。即ち、開口を通して移動度の高い電子が拡散し、それにつられて電気的中性を保とうとしてイオンが拡散していく。この結果、開口を通して外側にプラズマが拡散する。従って、プラズマ密度の不均一化や電力損失を防止しつつプラズマを閉じ込めを行うことは、実際には難しい。
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、プラズマ密度の不均一化や電力損失を防止しつつプラズマを閉じ込めを行うことが可能な実用的なプラズマ処理装置を提供する技術的意義を有する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えた処理チャンバーと、処理チャンバー内に設定されたプラズマ形成領域に所定のガスを導入するガス導入系と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマ形成領域にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、形成されたプラズマによって処理される処理チャンバー内の位置に基板を保持する基板ホルダーとを備えたプラズマ処理装置であって、
プラズマ形成領域以外の場所にプラズマが拡散するのを規制するプラズマシールドが設けられており、
プラズマシールドはプラズマ形成領域を取り囲む筒状であってプラズマに接する表面は絶縁体となっており、
プラズマシールドは少なくとも一つの開口を有し、この開口を通してプラズマが拡散しないようこの開口に向かって拡散する電子又はこの開口を通して拡散した電子が流れ込むようにして設けられた拡散防止用電極を備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記プラズマ形成手段は、前記基板ホルダーに対向するようにして設けられた対向電極と、対向電極又は前記基板ホルダーに電圧を印加するプラズマ用電源とから構成されていて、前記プラズマ形成領域は、基板ホルダーと対向電極の間の空間に設定されており、前記拡散防止用電極は、対向電極から見たとき、基板ホルダーの基板保持面より遠い位置に配置されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記拡散防止用電極は、アースされているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記拡散防止用電極には、任意の電圧を印加する拡散防止用電源が接続されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記拡散防止用電極は、プラズマによりエッチングされた際に処理の品質を汚損しない材料を放出するものとなっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項５の構成において、前記ガスは、フッ化炭素系ガスであって、前記処理はプラズマエッチングであり、前記拡散防止用電極はカーボンで形成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項５の構成において、前記基板はシリコン製であり、前記拡散防止用電極もシリコン製であるという構成を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の第一の実施形態であるプラズマ処理装置の正面概略図である。図１に示す装置は、プラズマエッチングを行う装置となっている。具体的に説明すると、図１に示す装置は、排気系１１を備えた処理チャンバー１と、処理チャンバー１内に設定されたプラズマ形成領域に所定のガスを導入するガス導入系２と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマ形成領域にプラズマＰを形成するプラズマ形成手段３と、形成されたプラズマＰによって処理される処理チャンバー内１の位置に基板９を保持する基板ホルダー４とを備えている。
【０００８】
処理チャンバー１は、気密な真空容器である。処理チャンバー１には、図１に示すように、ゲートバルブ１０等を介して搬送チャンバー５が気密に接続されている。搬送チャンバー５内には、搬送ロボット５１が設けられている。搬送チャンバー５には、不図示のゲートバルブを介して不図示のロードロックチャンバーが気密に接続されている。基板９は、搬送ロボット５１によりロードロックチャンバーを経由して大気側から処理チャンバー１に搬送され、処理後に大気側に戻されるようになっている。
処理チャンバー１は、電気的には接地されている。そして、処理チャンバー１は排気系１１により１０^−６〜１０^−７Ｔｏｒｒ程度に排気されるよう構成されている。排気系１１はターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えており、不図示の排気速度調整器が設けられている。
【０００９】
本実施形態では、ガス導入系２は、図１に示すように、四フッ化炭素ガス、アルゴンガス及び酸素ガスを処理チャンバー１内に導入することができるものとなっている。ガス導入系２は、これらのガスをそれぞれ溜めた不図示のガスボンベと、各ガスボンベと処理チャンバー１とをつなぐ配管２１に設けられたバルブ２２や流量調整器２３等によって構成されている。
【００１０】
プラズマ形成手段３は、基板ホルダー４に対向するようにして処理チャンバー１内に設けられた対向電極３１と、対向電極３１に電圧を印加して放電を生じさせてプラズマＰを形成するプラズマ用電源３２とから主に構成されている。
本実施形態では、対向電極３１は、ガス導入系２によるガス導入の経路に兼用されている。即ち、対向電極３１は中空構造であり、下面にガス吹き出し孔３１０が多数設けられている。ガス導入系２は、対向電極３１内に一旦ガスを導入し、ガス吹き出し孔３１０から下方に吹き出させるようにしている。
【００１１】
基板ホルダー４は、上面（基板保持面）に載置された基板９を保持する台のような構成となっている。基板ホルダー４は、金属製のホルダー本体４１と、ホルダー本体４１に固定された誘電体ブロック４２とから主に構成されている。基板ホルダー４は、対向電極３１に対して平行に対向するよう設けられており、対向電極３１と基板ホルダー４とは平行平板電極構造を成すようになっている。
【００１２】
プラズマ用電源３２には、本実施形態では、周波数６０ＭＨｚで出力２ｋＷ程度の高周波電源が採用されている。プラズマ用電源３２が対向電極３１に印加する高周波電圧により、対向電極３１と基板ホルダー４との間に高周波放電が生じ、高周波エネルギーが与えられたガスがプラズマ化してプラズマＰが形成されるようになっている。プラズマ用電源３２は、本実施形態では高周波電源であり、整合器３２１を介して対向電極３１に接続されている。
【００１３】
本実施形態の装置では、上記エッチング処理の際、基板９を所定の温度に冷却しながら温度調節する基板温度調節手段が設けられている。基板温度調節手段は、具体的には、基板ホルダー４を介して基板９を冷却する冷却機構４３となっている。冷却機構４３は、基板ホルダー４内に設けられた空洞４０内に冷媒を流通させて冷却するものとなっている。冷却機構４３は、空洞４０内に冷媒を導入する冷媒導入管４３１と、空洞から冷媒を排出する冷媒排出管４３２と、冷媒を所定温度に再冷却して空洞に戻すサーキュレータ４３３等から構成されている。
【００１４】
また、冷却機構４３による冷却の効率や精度、再現性等を高めるため、本実施形態の装置には、基板９と基板ホルダー４との間の熱交換用ガスを導入する熱交換用ガス導入系５が設けられている。基板９と基板ホルダー４との面接触させた場合でも、両者の表面は完全な平坦面ではなく微小な凹凸があるので、界面に微小な空間が形成される。この空間は真空圧力であって熱伝達効率が悪い。そこで、ヘリウムのような熱伝達効率を良い熱交換用ガスを導入して圧力を高め、熱伝達効率を良くしている。そして、熱交換用ガスが導入された比較的圧力の高い空間を基板９と基板ホルダー４との間に確保するため、図１に示すように、基板ホルダー４の基板保持面に凹部４２０を設け、この凹部４２０内に熱交換用ガスを導入するようにしている。
【００１５】
また、本実施形態の装置は、上記基板温度調節手段による温度調節の効率や精度、再現性等をさらに高めるため、基板９を基板ホルダー４に静電吸着する静電吸着機構６を備えている。静電吸着機構６は、誘電体ブロック４２内に設けられた吸着用電極６１と、吸着用電極６１に吸着用の電圧を印加する吸着用電源６２とから主に構成されている。吸着用電源６２が与える電圧により誘電体ブロック４２が誘電分極し、基板保持面に静電気が誘起される。これにより、基板９が基板保持面に静電吸着されるようになっている。尚、吸着用電源６２には、吸着用電源６２に高周波が到達するのを防止するフィルタ回路６３が設けられている。
【００１６】
また、本実施形態では、プラズマＰからイオンを引き出して基板９に垂直に入射させるためバイアス用電源４４が基板ホルダー４に接続されている。バイアス用電源４４は、周波数１．６ＭＨｚで出力２ｋＷ程度の高周波電源であり、整合器４４１を介して基板ホルダー４に接続されている。プラズマＰが形成されている状態でバイアス用電源４４が基板ホルダー４に高周波電圧を印加すると、高周波とプラズマＰとの相互作用により基板９に負の直流分ので電圧である自己バイアス電圧が与えられる。これにより、プラズマＰからイオンが引き出され、イオンの衝撃エネルギーの利用等により、上記エッチング処理が効率良く行われる。
【００１７】
尚、基板ホルダー４に保持された基板９を取り囲むようにして補助リング４５が設けられている。補助リング４５は、誘電体ブロック４２の表面の保護や、基板９の周辺部での処理の不均一化防止のために設けられている。
尚、基板ホルダー４と、接地電位に維持される処理チャンバー１との間を絶縁するため、絶縁部４６が設けられている。基板ホルダー４は、絶縁部４６を介して処理チャンバー１の底壁部に気密に取り付けられている。また、基板ホルダー４の周囲を取り囲むようにして、別の絶縁部４７が設けられている。
【００１８】
図１に示す装置の大きな特徴点は、プラズマ形成領域へのプラズマの閉じ込めのための構造にある。以下、この点について説明する。
前述したように、本実施形態では、プラズマ形成領域は、基板ホルダー４とこれに対向する対向電極３１の間の空間に設定されている。本実施形態では、このプラズマ形成領域を取り囲むようにして二つのプラズマシールド７１，７２が設けられている。一つは、プラズマ形成領域へのプラズマの閉じ込めをメインに行うプラズマシールド（以下、主シールド）７１である。もう一つは、処理チャンバー１内の空間を仕切る隔壁を兼ねたプラズマシールド（以下、隔壁シールド）７２である。
【００１９】
主シールド７１は、全体としては円筒状の部材である。基板ホルダー４や対向電極３１も、円盤状又は円柱状であり、これらは皆、同軸上に位置している。基板９も、基板ホルダー４上で同軸の位置に保持される。
本実施形態では、主シールド７１は円筒状となっている。主シールド７１は、上端部が処理チャンバー１の上壁部に固定されている。主シールド７１の上端部は、処理チャンバー１の上壁部を気密に貫通しており、この部分でアースされている。
【００２０】
主シールド７１は、対向電極３１の保持の役目も兼ねている。主シールド７１は、内側に突出したフランジ部を有し、このフランジ部の上に対向電極３１が保持されている。尚、対向電極３１は、絶縁ブロック３３で取り囲まれており、対向電極３１と主シールド７１とは、絶縁されている。
主シールド７１の下端は、基板ホルダー４の上面（基板保持面）より少し下方に位置している。つまり、主シールド７１は、下端開口内に基板ホルダー４の上側部分を挿入したような状態で取り付けられている。
【００２１】
隔壁シールド７２も、主シールド７１と同軸の筒形（円筒形又は多角筒形）である。主シールド７１は、処理チャンバー１の上壁部と下壁部とをつなぐようにして設けられており、内側に対向電極３１と基板ホルダー４とを収容している。隔壁シールド７２は、下半分の部分に排気用開口７２０を有する。隔壁シールド７２の外側には、排気室１００が設けられている。排気室１００には、メインバルブ１０１が設けられている。排気系１１は、排気用開口７２０及び排気室１００内を通して隔壁シールド７２内を排気する。その他、隔壁シールド７２は、基板９の出し入れのための不図示の開口（以下、基板搬送用開口）を有する。
【００２２】
主シールド７１や隔壁シールド７２の表面は、絶縁体となっている。具体的に説明すると、主シールド７１や隔壁シールド７２やアルミニウムのような金属製であるが、その表面はアルマイトのような絶縁体で覆われている。これは、前述したように、荷電粒子の流入によるプラズマ密度の不均一化や電力の損失を防止するためである。
【００２３】
本実施形態の大きな特徴点は、プラズマシールド７１，７２の開口に向かって流れる電子又は開口を通して流れた電子が流れ込むようにして設けられた拡散防止用電極８が設けられている点である。以下、この点について説明する。
前述したように、プラズマシールド７１，７２の表面を絶縁体としておくことで、表面が絶縁電位となり、プラズマ密度の不均一化や電力の損失が防止できる。しかしながら、プラズマシールド７１，７２に開口が設けられていると、開口を通してプラズマが両極性拡散し易い。本実施形態では、主シールド７１の下端開口や隔壁シールド７２の排気用開口７２０がこの開口に相当している。
【００２４】
ここで、発明者の研究によると、プラズマシールド７１，７２の表面のうち、プラズマが拡散し易い開口の付近に部分的に表面が導電体である領域を設けてやると、拡散が抑制できることが判明した。具体的には、主シールド７１の下端面のみ、絶縁物のコーティングを除去し、金属を露出させ、それにアース用の金属製部材（以下、グラウンドブロックと呼ぶ）を接続すると、排気用開口７２０を通した隔壁シールド７２外へのプラズマの拡散を防止できることが判明した。表１、図２及び図３は、この点を確認した実験の結果について示している。
【００２５】
この実験は、以下のような条件により行われた。
・導入されたガスとその流量
・Ｃ_４Ｈ_８：２２．５ｓｃｃｍ
・Ａｒ：５００ｓｃｃｍ
・Ｏ_２：１０ｓｃｃｍ
・プラズマ用電源：６０ＭＨｚ，１．６ｋＷ
・バイアス用電源：１．６ＭＨｚ，１．８ｋＷ
・吸着用電源：＋１００Ｖ（ｄｃ）
・凹部４２０内のＨｅの圧力：３０Ｔｏｒｒ
【００２６】
また、隔壁シールド７２として、排気用開口７２０の大きさの違う二つのものを用意して実験を行った。一つは直径１．５ｍｍのもの、もう一つは直径２．０ｍｍのものである。圧力を変化させながら、隔壁シールド７２内にプラズマを閉じ込めることができるかどうかを確かめた。また、排気用開口７２０の大きさの違いにより、排気特性がどう変わるかを確認するため、真空ポンプの能力を一定に保ちながら、基板９の付近での到達圧力がどのようになるかを測定した。
【００２７】
【表１】

まず、表１に示すように、グラウンドブロックが無く、すべて絶縁体で覆われた主シールド７１を使用した場合、排気用開口７２０の大きさが直径１．５ｍｍの場合には、基板９の付近の圧力は、２５ｍＴｏｒｒまでしか下がらなかったものの、プラズマが閉じ込められる圧力範囲は、５０ｍＴｏｒｒまでであった。また、排気用開口７２０の大きさが直径２．０ｍｍの場合、基板９の付近の圧力は１６ｍＴｏｒｒまで下げられたものの、プラズマが閉じ込められる圧力範囲は、３０ｍＴｏｒｒまでに狭まった。
尚、圧力が高くなると、シースの幅が狭くなるほか、平均自由行程が短くなるため、シースによって加速されるイオンが中性ガス分子に衝突する割合が高くなる。このため、排気用開口７２０を通してプラズマが拡散し易くなり、ある程度の圧力を越えると、プラズマの閉じ込めができなくなる。
【００２８】
また一方、グラウンドブロックがある場合には、排気用開口７２０の大きさが直径１．５ｍｍのとき、プラズマが閉じ込められる圧力範囲は、１００ｍＴｏｒｒ以上までに広がった。また、排気用開口７２０の大きさが直径２．０ｍｍのときでも、プラズマが閉じ込められる圧力範囲は、１００ｍＴｏｒｒまで広がった。このように、グラウンドブロックがある場合には、無い場合に比べて、プラズマを閉じ込めることのできる圧力範囲が広がることが確認された。
【００２９】
次に、プラズマの状態を観察するため、対向電極３１に生じたＶｄｃの時間的変化を測定した結果について説明する。Ｖｄｃとは、プラズマに接触した導電体の表面にキャパシタンスを介して高周波電圧を印加した際に現れる直流分の電圧のことである。電子の高い移動度のため、導電体の表面は、高周波に負の直流電圧を重畳したような電位変化となる。この負の直流電圧がＶｄｃである。
図２は数十秒程度の比較的短いスパンにおけるＶｄｃの変化を、図３は電源の積算動作時間が０〜２００時間程度までの比較的長いスパンにおけるＶｄｃの変化を測定した結果を示している。
【００３０】
図２に示すように、グラウンドブロックがある場合、Ｖｄｃは、−３６０Ｖ程度で安定している。しかしながら、グラウンドブロックが無い場合、所々にリップル状のＶｄｃの増加が見られる。発明者が観察したところでは、このようなリップル状のＶｄｃの増加が見られた際には、排気室１００内での瞬間的な発光が観察されている。従って、リップル状のＶｄｃの増加は、瞬間的に排気室１００内にプラズマが拡散したことを示しているものと考えられる。
【００３１】
また、図３に示すように、グラウンドブロックがある場合、０〜２００時間程度の積算動作時間において、Ｖｄｃは−３６０Ｖ程度で安定している。しかしながら、グラウンドブロックが無い場合、積算動作時間が少ないうちはＶｄｃは徐々に低下する傾向を見せ、積算動作時間が２０時間程度になった後、−２６０Ｖ程度に安定している。この理由も、排気用開口７２０を通したプラズマの漏れ（拡散）に起因しており、プラズマ形成に伴う膜堆積の影響があるものと考えられる。即ち、プラズマ処理においては、処理チャンバー１内の露出面に膜堆積が生ずることが多い。例えばフッ化炭素系ガスを使用したプラズマエッチングでは、プラズマ中で生じた分解生成物により処理チャンバー１内の露出面に炭素系重合膜が堆積する。積算動作時間が少ないうちは、排気用開口７２０からプラズマが拡散しているものの、積算動作時間が多くなるにつれ、堆積物により排気用開口７２０の径が小さくなる。この結果、排気用開口７２０を通したプラズマの拡散が生じなくなり、Ｖｄｃが安定する。積算動作時間が大きくなるにつれてＶｄｃが除々に小さくなり、やがて安定する傾向は、このような状態を示しているものと思われる。
【００３２】
いずれにしても、このようにＶｄｃが変化することは、プラズマの状態が不安定なことを意味し、処理の再現性の点で問題があることを意味する。グラウンドブロックがある場合、このような問題はなく、再現性の高い処理が常に行える。このようにグラウンドブロックがあることによりプラズマの拡散が抑制され、プラズマの状態が安定化する点は、グラウンドブロックを通して放電回路が形成されていることに起因するものと考えられる。つまり、絶縁体である主シールド７１の表面に溜まる電子は、グラウンドブロックを通してアースに流れ込む。このため、過剰に溜まった電子が外側の隔壁シールド７２に向かって流れることが少なくなる。この結果、隔壁シールド７２の排気用開口７２０を通したプラズマの拡散が抑制されるものと考えられる。
【００３３】
本実施形態では、このような知見に基づき、グラウンドブロックに相当するものとして、拡散防止用電極８を設けている。図４は、図１に示す装置に設けられた拡散防止用電極８を示す正面断面概略図である。
本実施形態では、拡散防止用電極８は、主シールド７１の下端に設けられている。拡散防止用電極８は、主シールド７１と同径の円環状である。拡散防止用電極８は、ねじ止め又はクランプ等の方法により、主シールド７１に対して着脱自在に取り付けられている。
【００３４】
図４に示すように、主シールド７１は、金属製の本体７１１の表面に絶縁体の層（以下、表面絶縁層）７１２を施した構成である。表面絶縁層７１２は、例えばアルマイト処理により設けられる。主シールド７１の下端には表面絶縁層７１２は設けられておらず、そこに拡散防止用電極８が短絡されている。主シールド７１は前述したようにアースされているから、拡散防止用電極８も主シールド７１（の本体７１１）を介してアースされている。前述したように、拡散防止用電極８には、主シールド７１の表面絶縁層７１２に過剰に溜まった電子が流れ込むため、隔壁シールド７２に向けての電子の拡散が抑制される。このため、排気用開口７２０を通したプラズマの拡散が抑制され、プラズマの安定化により再現性の高い処理が行える。
【００３５】
拡散防止用電極８を設ける場所は、プラズマ処理の効率や均一性の観点で重要である。上述したように、拡散防止用電極８は電子が流れる込む所であるため、対向電極３１と基板ホルダー４との間の空間（プラズマ形成領域）に近いところに設けると、プラズマの分布に大きく影響を与える。場合によっては、多くの電流が拡散防止用電極８を経てアース側に流れるため、周辺部分でプラズマ密度が極端に低下してしまったり、拡散防止用電極８からアース側の回路に多くの電力が消費され、基板９の付近にプラズマを形成するのにあまり使われなくなってしまうという問題が生ずる。つまり、プラズマの不均一化により処理が不均一になったり、基板９の付近のプラズマ密度の低下により処理速度が遅くなったりする問題である。
このような問題を避けるには、対向電極３１から見たとき、基板ホルダー４の基板保持面より遠い位置に拡散防止用電極８を設けると良い。図１から解るように、本実施形態ではこの位置に配置されている
【００３６】
また、拡散防止用電極８は、プラズマシールド７１，７２が有する開口を通したプラズマの拡散を防止するものであるため、この開口に向かって拡散する電子又はこの開口を通して拡散した電子が流れ込むようにして設けられることが重要である。この点について、図５を使用して説明する。図５は、拡散防止用電極８の配置位置について説明するための図である。
【００３７】
図５において、プラズマＰを形成するプラズマ形成領域から離れた場所に、開口７０が存在している。この場合、図５（１）のように、プラズマ形成領域から開口７０に向けての電子の拡散経路の途中に拡散防止用電極８を設けてもよい。これが、前述した本実施形態の構成である。また、場合によっては、図５（２）に示すように、開口７０を通した電子の拡散経路のうち、開口７０の出口付近に設けても良い。この場合でも、開口７０を通して遠くには電子が拡散しないため、プラズマＰの両極性拡散が抑制される。さらに、図５（３）に示すように、開口７０内（例えば開口７０の縁）に拡散防止用電極８を設けても良い。
【００３８】
尚、本実施形態では、プラズマ処理の際にプラズマの作用によって炭素重合膜が堆積するが、拡散防止用電極８によってプラズマの拡散が防止されているため、隔壁シールド７２、特に隔壁シールド７２の排気用開口７２０の縁への膜堆積が防止される。排気用開口７２０の縁への膜堆積が多くなると、開口が小さくなってコンダクタンスが変わる問題があるが、本実施形態ではこのような問題も小さい。尚、ガス圧や電力等の条件によっては、膜堆積でなくプラズマによるエッチングの方が支配的になることがあるが、この場合でも、隔壁シールド７２へのプラズマの拡散が抑制されているので、隔壁シールド７２がエッチングされる可能性も小さい。
【００３９】
また、本実施形態では、拡散防止用電極８は、カーボンで形成されている。この点は、プラズマによって拡散防止用電極８がエッチングされる可能性があることを考慮し、処理の品質を汚損しないようにとの配慮である。本実施形態の装置は、フッ化炭素系ガスを使用したプラズマエッチングを行う装置である。従って、拡散防止用電極８がプラズマによりエッチングされた場合でも、放出される材料は炭素であって、特に問題とはならない。拡散防止用電極８の材料としては、シリコンでも良い。基板９がシリコン製である場合、エッチングされても品質の汚損にはならない。
尚、拡散防止用電極８が着脱自在である点は、処理を重ねるうちに拡散防止用電極８は摩耗するので、定期的に交換する必要があるためである。
【００４０】
次に、本願発明の第二の実施形態について説明する。
図６は、本願発明の第二の実施形態であるプラズマ処理装置の正面概略図である。図６に示す装置も、図１に示す装置と同様、排気系１１を備えた処理チャンバー１と、処理チャンバー１内に設定されたプラズマ形成領域に所定のガスを導入するガス導入系２と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマ形成領域にプラズマＰを形成するプラズマ形成手段３と、形成されたプラズマＰによって処理される処理チャンバー１内１の位置に基板９を保持する基板ホルダー４４とを備えている。
【００４１】
図６に示す実施形態では、プラズマシールド７１，７２とは別個に拡散防止用電極８が設けられている。拡散防止用電極８は、基板ホルダー４の側方に設けられている。拡散防止用電極８は、基板ホルダー４を取り囲むリング状である。拡散防止用電極８の位置は、基板ホルダー４の基板保持面より下方の位置であり、対向電極３１から見たとき、基板ホルダー４の基板保持面より遠い位置である。
【００４２】
図６に示すように、拡散防止用電極８には、拡散防止用電源８１が接続されている。拡散防止用電源８１は、拡散防止用電源８１にプラズマ拡散防止用の電圧を印加するものである。本実施形態では、拡散防止用電源８１は、−２０Ｖ程度の負の直流電圧をするものとなっている。拡散防止用電源８１にある程度の負の直流電圧が印加されると、プラズマＰ中の電子を押し返す働きをする。この結果、プラズマの両極性拡散が抑制される。あまり大きな負の電圧が印加されると、イオンを多く引き寄せることによりかえって両極性拡散を助長してしまう結果となる。拡散防止用電圧は、イオンに対する電子の移動度の大きさを補償しつつ、拡散防止用電極８付近に電子を留めておく程度の大きさにすることが好ましい。
【００４３】
本実施形態によれば、拡散防止用電極８が、プラズマシールド７１，７２とは別個に設けられているので、プラズマシールド７１，７２の配置位置や形状とは無関係に拡散防止用電極８を設けることができ、設計上の自由度が高い。但し、拡散防止用電極８をプラズマシールド７１，７２の一部としたり、プラズマシールド７１，２７に取り付けたりすると、構造がシンプルになるメリットがある。また、本実施形態では、拡散防止用電源８１は、任意の電圧を拡散防止用電極８に印加することができるので、処理条件に併せて拡散防止機能を最適化することができる。
【００４４】
尚、拡散防止用電極８の形状としては、基板ホルダー４と同軸の円周上に均等間隔に配置された複数の直方体状又は球状等のものでも良い。また、拡散防止用電極８の材料として処理の品質を汚損しないようにすることは、必ずしも必要ではなく、プラズマによりエッチングされないようにしたり、エッチングされても問題の無い位置に設けたりすることで、他の材料の使用を可能にすることができる。拡散防止用電極８の他の材料としては、タングステン等の高融点金属が挙げられる。さらに、拡散防止用電極８が拡散を防止する開口としては、前述した排気用開口７２０の他、基板９の出し入れのための開口や、主シールド７１の下端開口（基板ホルダー４を配置するための開口）等でも良い。
尚、プラズマ用電源３２は、基板ホルダー４に接続される場合もあり、基板ホルダー４を介して放電用の電界を設定する場合もある。また、プラズマ処理としては、エッチングの他、ＣＶＤやアッシング、表面酸化や表面窒化等の表面改質が挙げられる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１記載の発明によれば、シールドの開口からのプラズマの拡散が拡散防止用電極により抑制されるので、プラズマが安定し、再現性の高い処理が行える。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、拡散防止用電極が、対向電極から見たとき、基板ホルダーの基板保持面より遠い位置に配置されているので、プラズマ密度の極端な不均一化や低下が無い。このため、処理の不均一化や処理速度の低下の問題が生じない。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、任意の電圧を拡散防止用電極に印加することができるので、処理条件に併せて拡散防止機能を最適化することができる。
また、請求項５、６又は７記載の発明によれば、上記効果に加え、拡散防止用電極からの放出物により処理の品質が汚損されないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第一の実施形態であるプラズマ処理装置の正面概略図である。
【図２】拡散防止用電極８の効果について確認した実験の結果を示す図であり、数十秒程度の比較的短いスパンにおけるＶｄｃの変化を示している。
【図３】拡散防止用電極８の効果について確認した実験の結果を示す図であり、電源の積算動作時間が０〜２００時間程度までの比較的長いスパンにおけるＶｄｃの変化を示している。
【図４】図１に示す装置に設けられた拡散防止用電極８を示す正面断面概略図である。
【図５】拡散防止用電極８の配置位置について説明するための図である。
【図６】本願発明の第二の実施形態であるプラズマ処理装置の正面概略図である。
【符号の説明】
１処理チャンバー
２ガス導入系
３プラズマ形成手段
３１対向電極
３２プラズマ用電源
４基板ホルダー
４１ホルダー本体
４２誘電体ブロック
４３冷却機構
４４バイアス用電源
４５補助リング
６静電吸着機構
７１主シールド
７２隔壁シールド
７２０排気用開口
８拡散防止用電極
８１拡散防止用電源
９基板

Claims

排気系を備えた処理チャンバーと、処理チャンバー内に設定されたプラズマ形成領域に所定のガスを導入するガス導入系と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマ形成領域にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、形成されたプラズマによって処理される処理チャンバー内の位置に基板を保持する基板ホルダーとを備えたプラズマ処理装置であって、
プラズマ形成領域以外の場所にプラズマが拡散するのを規制するプラズマシールドが設けられており、
プラズマシールドはプラズマ形成領域を取り囲む筒状であってプラズマに接する表面は絶縁体となっており、
プラズマシールドは少なくとも一つの開口を有し、この開口を通してプラズマが拡散しないようこの開口に向かって拡散する電子又はこの開口を通して拡散した電子が流れ込むようにして設けられた拡散防止用電極を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記プラズマ形成手段は、前記基板ホルダーに対向するようにして設けられた対向電極と、対向電極又は前記基板ホルダーに電圧を印加するプラズマ用電源とから構成されていて、前記プラズマ形成領域は、基板ホルダーと対向電極の間の空間に設定されており、前記拡散防止用電極は、対向電極から見たとき、基板ホルダーの基板保持面より遠い位置に配置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。
前記拡散防止用電極は、アースされてい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。
前記拡散防止用電極には、任意の電圧を印加する拡散防止用電源が接続されてい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。
前記拡散防止用電極は、プラズマによりエッチングされた際に処理の品質を汚損しない材料を放出するものとなっていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のプラズマ処理装置。
前記ガスは、フッ化炭素系ガスであって、前記処理はプラズマエッチングであり、前記拡散防止用電極はカーボンで形成されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
前記基板はシリコン製であり、前記拡散防止用電極もシリコン製であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。