JP4283366B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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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、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）をはじめとする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。
【０００３】
図９は、従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置の概略構成を示す正面図である。図９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内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入系１２と、導入されたプロセスガスにエネルギーを与えて処理チャンバー内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマによって処理される位置に基板を保持する基板ステージ２とを備えている。
【０００４】
図９に示す装置では、高周波放電によってプラズマを形成するようになっている。即ち、プラズマ形成手段は、処理チャンバー１内に高周波電界を設定する高周波電源４４によって構成されている。基板ステージ２は高周波放電のための下部電極４をその一部として備えており、下部電極４に高周波電源４４が接続されている。
【０００５】
また、下部電極４の上方には、上部電極５が設けられている。上部電極５は、処理チャンバー１とともに接地されている。上部電極５と下部電極４とは、一対の平行平板電極のように平行に対向している。
上部電極５は、処理チャンバー１内へのプロセスガスの供給経路にも兼用されている。即ち、上部電極５は、中空状であり、下面にガス吹き出し孔５１を多数有する。プロセスガス導入系１２の配管は上部電極５に接続されており、プロセスガスは、上部電極５の内部空間に一旦供給された後、ガス吹き出し孔５１から吹き出して下方の放電空間に導入されるようになっている。
【０００６】
基板ステージ２は、上面に基板９を載置して保持するようになっている。基板ステージ２は、基板９の温度を制御するための基板温度制御機構３を備えている。基板温度制御機構３は、基板ステージ２内に形成された空洞４１に温媒を流通させるものであり、空洞４１につながる温媒流入口４２に接続された温媒供給管３２と、空洞４１につながる温媒流出口４３に接続された温媒排出管３３と、温媒供給管３２と温媒排出管３３との間に設けられたサーキュレータ３１等から構成されている。
また、上記基板温度制御機構３による温度制御の精度を高めるため、基板９を静電気によって基板ステージ２に吸着する静電吸着機構４５が設けられている。静電吸着機構４５は、基板ステージ２の一部として上部に設けられた誘電体ブロック２１内に埋設された吸着電極４５１と、吸着電極４５１に直流電圧を印加する吸着電源４５２とから主に構成されている。尚、基板ステージ２の周囲は、絶縁ブロック２４で覆われている。
【０００７】
図９に示す装置では、基板ステージ２上に基板９が載置されると、静電吸着機構４５が動作して基板９が基板ステージ２に静電吸着される。その後、プロセスガス導入系１２が動作してプロセスガスが所定の流量で導入され、この状態でプラズマ形成手段が動作する。即ち、高周波電源４４が動作してプロセスガスに高周波放電が生じ、プラズマが形成される。このプラズマの作用によって、基板９の表面に所定の処理が施される。
例えばフッ化炭素系ガスを導入してプラズマを形成し、プラズマ中で生成されるフッ化炭素ラジカルやフッ素ラジカル等との反応を利用して基板９の表面をエッチングする。この際、プラズマと基板９との間に電界を設定してプラズマ中のイオンを基板９に入射させるリアクティブイオンビームエッチング（ＲＩＥ）を行うと、異方性エッチングが行えるため好適である。
【０００８】
具体的には、基板９に高周波電圧を与えて高周波とプラズマとの相互作用により基板９に負の自己バイアス電位を与える。この負の自己バイアス電位により基板９に垂直な電界が設定され、プラズマ中のイオンが垂直に入射する。そして、イオン入射によるエネルギーがラジカルのエッチング反応に作用し、イオンが入射した部分にのみ効率的にエッチングが行われる。この結果、レジストパターンの開口から垂直にエッチングが進行し、サイドエッチ等の問題のないエッチングが行われる。
【０００９】
尚、基板ステージ２の基板保持面の周囲には、保護リング２３が設けられている。保護リング２３は、基板ステージ２の表面をプラズマから保護するためのものである。基板ステージ２の基板９によって覆われない表面部分は、処理の際にプラズマに晒される恐れがある。プラズマに晒されると、プラズマ中の活性種等の作用により表面がエッチングされ、基板ステージ２の材料のパーティクルが処理チャンバー１内に放出される。基板ステージ２の材料はステンレス等であり、基板９とは異なることが多い。従って、パーティクルが基板９の表面に付着すると、表面を汚損し、回路欠陥等を生じさせる場合がある。
そこで、プラズマに晒される恐れのある基板ステージ２の表面部分を覆うようにして、保護リング２３が設けられている。保護リング２３は、基板９と同様のシリコン等の材料であり、エッチングされても問題が無いようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のプラズマ処理装置では、基板ステージ２の表面や基板ステージ２の基板保持面の側方に存在する部材の表面に生成物が堆積する問題があった。この問題について、図１０を使用して説明する。図１０は、図９に示す従来のプラズマ処理装置の問題点を説明した図であり、図９に示す基板ステージ２の周辺部分を拡大した図である。
【００１１】
前述したプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置では、エッチングの競合現象として生成物の堆積が生じている。例えば上述したようにフッ化炭素系ガスを導入してエッチングを行う場合、フッ素及び炭素から構成されている重合膜が生成物として堆積する。この場合、基板の表面等では堆積速度よりエッチング速度の方が遙かに高いため、このような膜が実際に堆積することはない。
【００１２】
しかしながら、図１０（１）に示すように、基板ステージ２の一部として設けられた誘電体ブロック２１の側面には、生成物１０が実際に堆積する。この理由は、図９に示す装置はＲＩＥを行う装置であることに関係している。即ち、前述した通り、ＲＩＥでは、イオン入射のエネルギーを利用してエッチングを行う。従って、イオンが入射しないところでは、活性種が存在していてもエッチングが十分に進行しない。
図１０（１）に示すように、誘電体ブロック２１の上面（基板保持面）は基板９よりも少し小さく、従って、誘電体ブロック２１の側面へのイオン入射は基板９によって遮蔽された状態となる。このため、誘電体ブロック２１側面にはイオンが十分に入射せず、エッチングが十分に進行しない。この結果、堆積現象のみが専ら進行し、生成物１０が堆積する。
堆積した生成物１０は、内部応力等が原因で剥離する場合がある。剥離した生成物１０は、パーティクルとなり、処理チャンバー１内を浮遊する。このパーティクルが基板９の表面に付着すると、回路の断線等の致命的な欠陥を発生させる場合がある。
【００１３】
また、堆積した生成物１０が基板９の搬入又は搬出の際などに飛散し、図１０（２）に示すように基板保持面に付着することがある。基板保持面に生成物１０が付着した状態で基板９が載置されると、基板ホルダー２と基板９との接触性が悪くなって基板温度制御機構３による温度制御の再現性が十分に得られなくなる。また、局所的に熱接触性の悪い部分ができるため、基板９の温度が不均一になり、プラズマ処理の均一性も悪くなる。さらに、プラズマに対する基板９の姿勢も変化するため、自己バイアス電位の与えられ方も不均一になり、この点もプラズマ処理の再現性や均一性を悪くする原因になる。
【００１４】
このような生成物１０の堆積は、上述したプラズマエッチング装置に限らず、他のプラズマ処理装置でも一般的に見られる現象である。例えば、プラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）装置では、もともと膜堆積用の装置であるため、基板の表面以外の不必要な場所への膜堆積が見られるし、アッシング（レジスト除去）装置などでも、除去したレジストの残査が生成物として堆積する現象が見られる。
本願の発明は、このようなプラズマ処理装置における生成物の堆積の問題を解決するために成されたものであり、生成物の堆積を抑制することで、パーティクルの発生や処理の再現性低下等の問題を未然に防ぐ技術的意義を有する。
【００１５】
【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プロセスガスを導入するプロセスガス導入系と、導入されたプロセスガスにエネルギーを与えて処理チャンバー内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマによって処理される位置に基板を保持する基板ステージとを備えたプラズマ処理装置であって、前記基板ステージの表面又は基板ステージの基板保持面の側方に設けられた部材の表面に生成物が堆積するのを抑制するための堆積抑制用ガスを供給する堆積抑制用ガス供給系が設けられており、
堆積抑制用ガス供給系は、堆積抑制用ガスを基板ステージと基板との間を経由して基板ステージの側方に流出させるものであり、
基板ステージの基板保持面は、保持された基板に接触する突起と、基板に接触しない突起とを有する凹凸状に形成されており、基板に接触しない突起は、基板保持面の周縁に沿って延びる円周状の突起であり、基板に接触する突起は、この円周状の突起の内側に形成されているという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記基板に接触する突起は、均等間隔で設けられた複数の突起であるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、基板を静電気によって基板ステージに吸着する静電吸着機構が設けられており、前記基板に接触する突起の基板に接触する面の全面積は、基板の裏面の面積の５％以上１０％以下であるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記生成物は、処理チャンバー内に導入されたガスの反応により生成し堆積するものであり、前記堆積抑制用ガスは、プリカーサ濃度を低下させるものであるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記基板ステージは、当該基板ステージを所定の温度に維持して前記基板の温度を制御する基板温度制御機構を備えており、前記基板ステージと前記基板との間で熱を伝える熱伝達用のガスを前記基板ステージと前記基板との間に供給する熱伝達用ガス供給系が設けられており、この熱伝達用ガス供給系は、前記堆積抑制用ガス供給系が兼用されているという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記基板ステージ内には当該基板ステージの側方に前記堆積抑制用ガスを導く側面用ガス供給路が設けられており、前記堆積抑制用ガス供給系は、前記基板ステージと基板との間を経由することに加えて、この側面用ガス供給路を経由させて基板ステージの側面から堆積抑制用ガスを供給するものであるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至６いずれかの構成において、前記堆積抑制用ガス供給系は、供給する堆積抑制用ガスの流量を調整する流量調整器を備えており、この流量調整器は、堆積抑制用ガスの流量を１０ｃｃ／分以上５０ｃｃ／分以下の流量とするものであるという構成を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明の第一の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示した断面概略図である。以下の説明では、従来の技術の説明と同様、プラズマ処理装置の一例としてプラズマエッチング装置を採り上げて説明する。
【００１７】
図１に示すプラズマ処理装置は、図９に示す従来の装置と同様に、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内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入系１２と、導入されたプロセスガスにエネルギーを与えて処理チャンバー１内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマによって処理される位置に基板９を保持する基板ステージ２とを備えている。
【００１８】
処理チャンバー１は、不図示のゲートバルブを備えた気密な容器で、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、不図示の排気速度調整器が設けられている。
プロセスガス導入系１２は、プラズマ処理に必要なプロセスガスを所定の流量で導入できるようになっている。本実施形態の装置は、従来と同様にプラズマエッチングを行うようになっており、プロセスガスとしてフッ化炭素系ガスを導入するようになっている。具体的には、プロセスガス導入系１２は、四フッ化炭素等のプロセスガスを溜めたガスボンベ１２１と、処理チャンバー１とガスボンベ１２１を繋ぐ配管１２２と、配管１２２に設けられたバルブ１２３や流量調整器１２４とから主に構成されている。
【００１９】
基板ステージ２は、処理チャンバー１内のプラズマに晒される位置に基板９を保持する台状の部材であり、その上面に基板９を保持するようになっている。基板ステージ２は、基板９が直接保持される部材である誘電体ブロック２１と、誘電体ブロック２１を載せた下部電極４とから構成されている。
【００２０】
基板ステージ２の上方には、従来の装置と同様に上部電極５が設けられている。本実施形態では、上部電極５は、絶縁材５３を介して処理チャンバー１内に設けられている。上部電極５と下部電極４とは、一対の平行平板電極のように平行に対向している。
上部電極５は、処理チャンバー１内へのプロセスガスの供給経路にも兼用されている。即ち、上部電極５は、中空状であり、下面にガス吹き出し孔５１を多数有する。プロセスガス導入系１２の配管１２２は上部電極５に接続されており、プロセスガスは、上部電極５の内部空間に一旦供給された後、ガス吹き出し孔５１から吹き出して下方の放電空間に導入されるようになっている。
【００２１】
プラズマ形成手段には、プロセスガス導入系１２より処理チャンバー１内に導入されたプロセスガスに高周波電力を印加して、高周波放電によりプラズマを形成するものが採用されている。具体的には、プラズマ形成手段は、上述した上部電極５に接続されたプラズマ用高周波電源５２により構成されている。プラズマ用高周波電源５２は、周波数１３．５６ＭＨｚで、出力が最大で２５００Ｗ程度のものである。上部電極５とプラズマ用高周波電源５２との間には不図示の整合器が設けられている。
【００２２】
また、本実施形態の装置では、プラズマからイオンを引き出して基板９に垂直に入射させるよう基板９に対して垂直な電界を設定する電界設定手段が設けられている。電界設定手段としては、高周波電力とプラズマとの相互作用により基板９に負の自己バイアス電位を与えるものが採用される。具体的には、電界設定手段は、下部電極４に接続された高周波電源４４により構成されている。自己バイアス電位を与えるものとして、基板９と高周波電源４４との間に適当なキャパシタンスが必要である。本実施形態では、上述した誘電体ブロック２１がこのキャパシタンスを与えている。
【００２３】
高周波電源４４によって下部電極４に高周波電圧を印加すると、このキャパシタンスの充放電にプラズマ中の電子とイオンが作用し、電子とイオンの移動度の違いによって基板９に負の自己バイアス電位が生じる。プラズマの空間電位は殆ど０Ｖであるため、プラズマと基板９との間に基板９にむかって徐々に電位が下がる電界が設定される。プラズマ中の正イオンはこの電界によって基板９に垂直に入射する。
また、従来の装置と同様に、上述した上部電極５にプラズマ用高周波電源５２を設けずに、この高周波電源４４によってプラズマを形成する場合もある。
【００２４】
基板ステージ２は、従来の装置と同様に基板温度制御機構３を備えている。本実施形態では、室温より低い温媒を基板ステージ２内に流通させて基板ステージ２を介して基板９を冷却するようになっている。この温媒としては、水よりも融点の低い液体、例えば、住友３Ｍ社製ＦＸ−３００やアウジモント社製ガルテンＨＴ等が用いられる。この温媒を−２０〜３０℃程度の範囲の所定の温度に保つことにより、基板９は７０〜１２０℃程度の範囲の所定の温度に冷却維持される。
【００２５】
また、本実施形態では、従来の装置と同様に、基板９を静電気によって基板ステージ２に吸着する静電吸着機構４５が設けられている。尚、基板ステージ２の周囲は、絶縁ブロック２４で覆われている。絶縁ブロック２４は、プラズマにより基板ステージ２が損傷するのを防ぐためのものであり、セラミック、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性の絶縁体で形成されている。
【００２６】
さて、本実施形態の大きな特徴点は、基板ステージ２の表面又は基板ステージ２の基板保持面の側方に設けられた部材の表面に生成物が堆積するのを防ぐための堆積抑制用ガスを供給する堆積抑制用ガス供給系２５が設けられている点である。本実施形態の装置では、基板ステージ２の一部として設けた誘電体ブロック２１の表面や保護リング２３の内側面に生成物が堆積する恐れがあり、これらの面が「基板ステージの表面又は基板ステージの基板保持面の側方に設けられた部材の表面」（以下、堆積面と称す）に相当している。
【００２７】
堆積抑制用ガス供給系２５は、基板ステージ２内及び基板ステージ２と基板９との間の空間を経由して基板ステージ２の側方に堆積抑制用ガスを供給するようになっている。具体的には、堆積抑制用ガス供給系２５は、堆積抑制用のガスを溜めたガスボンベ２５１と、ガスボンベ２５１と基板ステージ２を繋ぐ配管２５２と、配管２５２上に設けられたバルブ２５３や流量調整器２５４とから主に構成されている。
【００２８】
基板ステージ２内には、基板ステージ２の上側の空間である基板ステージ２と基板９との間の空間に堆積抑制用ガスを供給するガス供給路２５５（以下、上側用ガス供給路）が形成されている。上側用ガス供給路２５５は、基板ステージ２の中心を垂直に貫くように設けられている。そして、この上側用ガス供給路２５５の下端開口に堆積抑制用ガス供給系２５の配管２５２が気密に接続されており、堆積抑制用ガスがこの上側用ガス供給路２５５を経由して基板ステージ２と基板９との間に供給されるようになっている。
【００２９】
本実施形態では、上記基板ステージ２と基板９との間に供給された堆積抑制用ガスが効率よく基板ステージ２の側方に流出するよう、基板保持面の形状に工夫を加えている。この点について、図１及び図２を使用して説明する。図２は、基板保持面の形状を説明する平面概略図である。
【００３０】
基板ステージ２の基板保持面は、図１及び図２から分かるように、複雑な凹凸を成した面となっている。具体的には、図２に示すように、基板保持面の周縁に沿って延びるようにして周状突起２９が設けられている。周状突起２９は、幅が１．５ｍｍ程度の円周状である。また、周状突起２９の内側には、複数の小突起２８が設けられている。小突起２８は、直径３ｍｍ程度の円柱状であり、約５ｍｍ程度の均等間隔で設けられている。尚、上側ガス供給路２５５の上端開口は、基板保持面の中央に位置している。
【００３１】
周状突起２９の高さは、小突起２８のより少し低くなっている。このため、基板９が基板ステージ２に保持された際、小突起２８の上端面は基板９の裏面に接触するものの、周状突起２９の上端面は、基板９の裏面には接触しないようになっている。例えば、小突起２８の高さは１０μｍ程度、周状突起２９の高さは５μｍ程度である。
堆積抑制用ガス供給系２５によって基板ステージ２に供給された堆積抑制用ガスは、基板ステージ２内の上側用ガス供給路２５５を通って流れ、上端開口から基板９と基板ステージ２との間の空間に流出する。流出した堆積抑制用ガスは、小突起２８の間をすり抜けるようにして流れ、周状突起２９と基板９との間の隙間を通って基板ステージ２の側方に流出するようになっている。
【００３２】
基板保持面が上述したような小突起２８及び周状突起２９からなる凹凸面でなく、通常の平坦面である場合でも、堆積抑制用ガスを流すことは可能である。というのは、鏡面加工等の特殊な処理を施さない限り、微視的には凹凸があって微小な隙間が形成されているから、上側用ガス供給路２５５を通して基板９と基板ステージ２との間に堆積抑制用ガスを供給すると、堆積抑制用ガスは微小な隙間を通って流れ、基板ステージ２の側方に流出させることができる。しかしながら、この場合、隙間が小さいためにコンダクタンスが小さく、小さい流量でしか堆積抑制用ガスを流せない。流量を多くしようとすると、圧力で基板９が基板ステージ２から浮いてしまう。
一方、本実施形態では、前述したように、小突起２８及び周状突起２９からなる相当程度大きな凹凸が基板保持面に形成されているので、堆積抑制用ガスのコンダクタンスが十分大きくなっている。このため、必要な流量で堆積抑制用ガスを流しても基板９が浮いてしまうことがない。
【００３３】
尚、基板ステージ２上で処理された基板９は、吸着電源４５２の動作が停止された後、不図示の搬送ロボットのアームにより基板ステージ２から持ち上げられる。この場合、小突起２８の基板９の裏面と接触する上端面の面積が基板９の裏面の面積の１０％を超えると、小突起２８の上端面上の残留電荷の影響が大きくなり、残留吸着力によって基板９が上手く持ち上げられない問題が生じる恐れがある。
【００３４】
逆に、小突起２８の上端面の全面積を小さくすると、コンダクタンスが大きくなって堆積抑制用ガスの流量を大きくできるが、基板９の静電吸着が十分でなくなる恐れがある。十分な静電吸着力を確保するには、小突起２８の上端面の全面積が基板９の裏面の面積の５％を下回らないようにすることが好ましい。結局、十分な静電吸着力を確保しつつ十分な流量で堆積抑制用ガスを流すには、小突起２８の上端面の全面積を基板９の裏面の面積の５〜１０％程度にすることが好ましい。
【００３５】
次に、上記堆積抑制用ガスの流出によって生成物１０の堆積が抑制される状況について図３を用いて説明する。図３は、堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
前述したように、プラズマ処理装置では、生成物が特定の反応によって生成され、堆積面に堆積する。生成物は、最終的には堆積面での表面反応によって生成される場合が多い。この場合、最終的な生成物の前の段階の物質（プリカーサ）が、堆積面を臨む空間（以下、堆積空間）に飛来してきている。本実施形態の装置では、基板保持面からはみ出した基板９の周辺部と、保護リング２３と、基板ステージ２とで囲まれた空間にプリカーサが飛来してきている。このプリカーサが堆積面に達し、堆積面での最終的な表面反応を経て生成物を堆積させる。
【００３６】
ここで、上述したように基板ステージ２の側方に流出する堆積抑制用ガスは、堆積空間に供給され、この空間に飛来してきているプリカーサと混じり合う。この結果、堆積空間におけるプリカーサの濃度が低下し、プリカーサが堆積面に達して表面反応により生成物に変化する確率が減少する。また、基板ステージ２の側方に流出する堆積抑制用ガスは、堆積空間を経由して拡散し、最終的には排気系１１によって排気される。この際、堆積抑制用ガスの分子は、堆積空間に飛来するプリカーサに衝突して押し返し、プリカーサが堆積面に到達するのを妨害することがある。このような物理的な作用によっても、堆積面での生成物の堆積が抑制される。
【００３７】
また、本実施形態の装置では、基板保持面の周状突起２９と基板９との間を通り基板９の裏面に沿って流れる堆積抑制用ガスの流れが存在する。この堆積抑制用ガスの流れは、基板９の周辺部の裏面や周状突起２９の上端面に向かって飛来するプリカーサを押し返す作用がある。また、万が一、基板９の裏面や周状突起２９の上端面に生成物が堆積しても、堆積抑制用ガスの流れによって容易に剥離する。このため、従来見られたような基板保持面への生成物の堆積によって基板９が持ち上がってしまうことがさらに効果的に防止されている。
【００３８】
尚、生成物の堆積が抑制されるとはいっても、堆積面へのプリカーサの到達を完全にゼロにすることができないから、非常に低い堆積速度で生成物が堆積する。従って、非常に多くのプラズマ処理を繰り返すうちに、図３に示すように、生成物１０が堆積することが避けられない。しかしながら、生成物１０は、図３に示すように、基板ステージ２の基板保持面の周縁の高さよりも低い空間で堆積するのにとどまる。これは、前述した通り、基板ステージ２の基板保持面の周縁から基板９の裏面に沿って側方に流れる堆積抑制用ガスの物理的な作用によるものである。つまり、堆積抑制用ガスの流れによってプリカーサが押し返されるため、この基板ステージ２の基板保持面よりも上側の空間に生成物１０が堆積することはない。従って、従来のように生成物１０の堆積が基板９の裏面や基板ステージ２の基板保持面にまで達したりすることはない。
【００３９】
また、周状突起２９が設けられる構成は、この周状突起２９が設けられない構成に比べ、基板ステージ２の側方に流出する堆積抑制用ガスの流速を速めることができる。即ち、周状突起２９が存在することにより、基板保持面の周辺部分における堆積抑制用ガスの流路の断面積が小さくなる。この結果、周状突起２９の上端面付近を流れる際の堆積抑制用ガスの流速は速くなる。このため、上記基板９の裏面や周状突起２９の上端面への生成物の堆積抑制の効果がより高く得られるようになっている。
【００４０】
また、本実施形態における堆積抑制用ガス供給系２５は、基板温度制御機構３による熱を効率よく基板９に伝えるための熱伝達用ガス供給系に兼用されている。前述したように、本実施形態の装置では、基板ステージ２内に基板温度制御機構３が設けられており、基板ステージ２を介して基板９と熱交換を行うことにより基板９を所定の温度に調節するようになっている。この際、処理チャンバー１内は排気系１１によって真空圧力となるので、従来の装置では、基板ステージ２と基板９との間の空間も真空圧力になる。従って、基板ステージ２と基板９との間の熱伝達効率が低下する。
【００４１】
一方、本実施形態の装置では、堆積抑制用ガス供給系２５によって供給された堆積抑制用ガスは、基板ステージ２と基板９との間の空間の圧力を上昇させる。この結果、基板ステージ２と基板９との間の熱伝達効率が向上し、基板温度制御機構３による温度制御の効率や精度が向上する。
本実施形態では、熱伝達用ガス供給系に兼用された堆積抑制用ガス供給系２５は、堆積抑制用ガスとしてヘリウムを用いている。ヘリウムを採用することは、これが希ガスであるため、基板９と周状突起２９との間から処理チャンバー１内に流出しても、プラズマ処理に影響を与えることが少ないためである。また、ヘリウムは、希ガスのなかでも熱伝達効率が大きいため、熱伝達用ガスとしても適している。
【００４２】
尚、堆積抑制用ガス供給系２５は、堆積抑制用ガスを流量１０〜５０ｃｃ／分で供給するようにすることが好ましい。熱伝達効率の向上のためにはより多くの堆積抑制用ガスを供給することが好ましいが、プラズマ処理への影響を考慮すると、処理チャンバー１内へ導入される全ガス流量（プロセスガス＋堆積抑制用ガス）の１０％程度が堆積抑制用ガスの流量の上限である。また、堆積抑制用ガスが１０ｃｃ／分程度以下の流量であると、プリカーサ濃度の低下による生成物堆積抑制の効果が十分でなかったり、熱伝達効率向上の効果が十分でなかったりする恐れがある。
【００４３】
次に、第一の実施形態のプラズマ処理装置における動作について説明する。
まず、基板９は不図示の搬送ロボットのアームにより不図示のゲートバルブを通して処理チャンバー１内に搬入される。基板ステージ２上に基板９が載置されると、静電吸着機構４５が動作して、基板９は基板ステージ２に静電吸着される。処理チャンバー１内が排気系１１によって所定の圧力まで排気されると、プロセスガス導入系１２が動作し、四フッ化炭素等のプロセスガスが所定の流量で導入される。また、並行して堆積抑制用ガス供給系２５により、堆積抑制用ガスが誘電体ブロック２１と基板９との間に供給され、基板９と周状突起２９との間から基板ステージ２の側方に流出する。
【００４４】
プラズマ形成手段を構成するプラズマ用高周波電源５２により上部電極５に高周波電力が印加されると、導入されたプロセスガスに高周波放電が生じ、プロセスガスがプラズマ化する。同時に、高周波電源４４により下部電極４に高周波電圧を印加すると、高周波とプラズマとの相互作用により基板９の表面には負の自己バイアス電圧が生じる。この負の自己バイアス電圧により、基板９に垂直な電界が設定され、プラズマ中のイオンが垂直に入射する。プラズマ中では、フッ化炭素系のラジカルが生成される。そして、入射イオンのエネルギーを利用しながらこのラジカルとの反応により基板９の表面がエッチングされる。
【００４５】
この際、前述したように、基板ステージ２の側方に堆積抑制用ガスが供給されることにより、生成物の堆積の原因物質であるプリカーサの濃度が減少し、生成物の堆積が防止される。このため、堆積した生成物の剥離に起因したパーテクルの発生が抑制される。また、従来見られたような生成物の堆積に起因した基板９の姿勢変化が無く、再現性に優れた処理を行うことができる。このようなことから、本実施形態では、従来の装置に比べ製品の歩留まりを飛躍的に向上させることができる。
【００４６】
次に、本願発明の第二の実施形態のプラズマ処理装置について説明する。図４は、第二の実施形態のプラズマエッチング装置の構成を示す断面概略図である。
上述した第一の実施形態では、堆積抑制用ガスを誘電体ブロック２１と基板９との間に供給し、基板ステージ２の側方にこの堆積抑制用ガスが流出するよう構成された。第二の実施形態では、堆積抑制用ガスを基板ステージ２の側面から基板ステージ２の側方に供給する構成になっている。
具体的には、基板ステージ２内には、基板ステージ２の側面から基板ステージ２の側方に堆積抑制用ガスを供給するガス供給路（以下、側面用ガス供給路）２１１が設けられている。図４及び図５を用いて側面用ガス供給路２１１の構成を説明する。図５は、図４に示す装置における一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図である。
【００４７】
側面用ガス供給路２１１は、図４及び図５に示すように、中央に設けられた円環状流路２１１Ａと、円環状流路２１１Ａから放射状に延びるようにして設けられた放射状流路２１１Ｂと、円環状流路２１１Ａから垂直に下方に延びるようにして設けられた垂直流路２１１Ｃとからなっている。垂直流路２１１Ｃは基板ステージ２の下面に達しており、堆積抑制用ガス供給系２７の配管２７２が接続されている。また、放射状流路２１１Ｂは、基板ステージ２の側面まで達しており、その先端がガス流出口２１１Ｄになっている。
【００４８】
堆積抑制用ガス供給系２７は、アルゴン等の堆積抑制用ガスを溜めたガスボンベ２７１と、ガスボンベ２７１と、基板ステージ２をつなぐ配管２７２と、配管２７２上に設けられたバルブ２７３や流量調節器２７４とから主に構成されている。配管２７２を通して堆積抑制用ガス供給系２７が堆積抑制用ガスを供給すると、堆積抑制用ガスは、垂直流路２１１Ｃを上昇して円環状流路２１１Ａに達し、円環状流路２１１Ａ内に一旦溜まる。そして、堆積抑制用ガスは、円環状流路２１１Ａから放射状流路２１１Ｂを経て基板ステージ２の側面のガス流出口２１１Ｄから流出し、基板ステージ２の側方に供給されるようになっている。
【００４９】
次に、図６を用いて第二の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明する。図６は、第二の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
前述したように、第二の実施形態においては、基板ステージ２の側面から堆積抑制用ガスが堆積空間に供給される。この結果、第一の実施形態の場合と同様に、堆積空間に飛来するプリカーサの濃度を低下させ、堆積面への生成物の堆積を防止する。
【００５０】
この第二の実施形態においても、堆積面への生成物の堆積を完全にゼロにすることはできず、図６に示すように、非常に低い堆積速度で生成物１０が堆積することが避けられない。生成物は、図６に示すように、基板ステージ２の側面のガス流出口２１１Ｄから下側の空間に堆積する。この理由は、ガス流出口２１１Ｄから上側の空間では、ガス流出口２１１Ｄからの堆積抑制用ガスの流れがあり、この流れの物理的な作用により生成物の堆積が殆どゼロになるからである。
【００５１】
ここで、図３と図６とを比べると分かる通り、第二の実施形態では、第一の実施形態に比べて最終的な生成物１０の堆積量は少ない。このことは、パーティクルの発生原因となる物質が少ないことを意味する。従って、第一の実施形態に比べて第二の実施形態の方がパーティクルの発生の確率がさらに小さくなっている。
【００５２】
第二の実施形態における堆積抑制用ガスとしては、アルゴン等の希ガス又は不活性ガスが好適に用いられる。尚、この第二の実施形態においては、堆積抑制用ガスの流量は、１０〜５０ｃｃ／分とすることが好ましい。１０ｃｃ／分より少ないと、堆積抑制用ガスの量が不足し、プリカーサ濃度の低下による生成物堆積抑制効果が十分得られない恐れがある。また、５０ｃｃ／分より多いか又はプロセスガスの流量＋堆積抑制用ガスの流量の１０％より多いと、基板９の上方の空間に堆積抑制用ガスが拡散し、プラズマ処理に必要な反応を阻害する恐れがある。
【００５３】
第二の実施形態においても、基板温度制御機構３による熱を効率よく基板９に伝えるための熱伝達用ガス供給系２６が設けられている。但し、この熱伝達用ガス供給系２６は、第一の実施形態と異なり、堆積抑制用ガス供給系に兼用されてはいない。熱伝達用ガス供給系２６は、ヘリウム等の熱伝達用のガスを溜めたガスボンベ２６１と、ガスボンベ２６１と基板ステージ２とを繋ぐ配管２６２と、配管２６２上に設けられたバルブ２６３や流量調節器２６４とから主に構成されている。
基板ステージ２の中心には、第一の実施形態と同様に上側用ガス供給路２５５が設けられている。配管２６２と上側用ガス供給路２５５は気密に接続されており、熱伝達用ガスが誘電体ブロック２１と基板９との間に供給されるようになっている。
【００５４】
また、第二の実施形態では、供給された熱伝達用ガスは、堆積抑制の役割を持たないため、基板ステージ２の側方へ流出しないような構成になっている。具体的には、誘電体ブロック２１の基板保持面は、第一の実施形態と同様に、小突起２８と周状突起２９とが形成されている。但し、第一の実施形態と異なり、周状突起２９は小突起２８と同じ高さであり、基板ステージ２に基板９が保持された際、小突起２８の上端面とともに周状突起２９の上端面も基板９の裏面に接するようになっている。従って、熱伝達用ガスが基板ステージ２と基板９との間に供給されると、この熱伝達用ガスは基板ステージ２の側方に流出しない。
【００５５】
熱伝達用ガスが基板ステージ２の側方に流出しない構成であるため、熱伝達用ガスの供給量は、第一の実施形態における堆積防止用ガスに比べて少ない。即ち、基板９が基板ステージ２に静電吸着された後、熱伝達用ガス供給系２６を動作させて所定量の熱伝達用ガスを供給し、基板９と基板ステージ２との間の空間の圧力が所定の値になったら、熱伝達用ガスの供給は止められる。
また、第二の実施形態では、生成物の堆積抑制という技術課題とは無関係に熱伝達用ガスの種類や流量を定めることができるというメリットもある。
【００５６】
次に、本願発明の第三の実施形態のプラズマ処理装置について説明する。図７は、第三の実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す断面概略図である。第三の実施形態の装置では、第一の堆積抑制用ガス供給系６及び第二の堆積抑制用ガス供給系７を備えている。
まず、第一の堆積抑制用ガス供給系６は、基板ステージ２と基板９との間に堆積抑制用ガスを供給するようになっている。そして、基板ステージ２と基板９との間に堆積抑制用ガスが供給されると、基板ステージ２の側方にこの堆積抑制用ガスが流出するようになっている。
【００５７】
具体的には、基板ステージ２には、第一の実施形態と同様の上側用ガス供給路２５５が設けられている。この上側用ガス供給路２５５は、第一の堆積抑制用ガス供給系６の配管６２と気密に接続されており、堆積抑制用ガスが基板ステージ２と基板９との間に供給されるようになっている。尚、第一の堆積抑制用ガス供給系６は、同様に、ヘリウム等の堆積抑制用ガスを溜めたガスボンベ６１と、ガスボンベ６１と基板ステージ２とをつなぐ配管６２と、配管６２上に設けられたバルブ６３や流量調節器６４とから主に構成されている。
【００５８】
また、基板ステージ２の基板保持面には、同様に小突起２８及び周状突起２９が設けられている。小突起２８及び周状突起２９の構成は、第一の実施形態と同様である。即ち、第一の堆積抑制用ガス供給系６により上側用ガス供給路２５５を経由して誘電体ブロック２１と基板９との間に堆積抑制用ガスが供給されると、堆積抑制用ガスは小突起２８の間をすり抜けるようにして流れ、基板９と周状突起２９との間から基板ステージ２の側方に流出するようになっている。
【００５９】
一方、第二の堆積抑制用ガス供給系７は、基板ステージ２の側面から堆積抑制用ガスを供給するようになっている。具体的には、基板ステージ２には、第二の実施形態と同様に側面用ガス供給路２１１が設けられている。そして、この側面用ガス供給路２１１と第二の堆積抑制用ガス供給系７の配管７２とが気密に接続されており、堆積抑制用ガスが基板ステージ２の側面から供給されるようになっている。尚、第二の堆積抑制用ガス供給系７は、同様に、アルゴン等の堆積抑制用ガスを溜めたガスボンベ７１と、ガスボンベ７１と基板ステージ２とをつなぐ配管７２と、配管７２上に設けられたバルブ７３や流量調節器７４とから主に構成されている。
【００６０】
次に、図８を用いて第三の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明する。図８は、第三の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
【００６１】
第三の実施形態においても、第一の堆積抑制用ガス供給系６と第二の堆積抑制用ガス供給系７とから供給された堆積抑制用ガスにより、堆積空間に飛来するプリカーサの濃度が低下し、堆積面への生成物の堆積が抑制される。また、この際、第一の堆積抑制用ガス供給系６は、基板ステージ２の基板保持面の周縁（周状突起２９の上端面）から基板２の裏面に沿って基板ステージ２の側方に向けて堆積防止用ガスを流出させるので、堆積抑制用ガスの物理的な作用により、基板９の裏面や基板保持面の周縁への生成物の堆積が特に抑制される。そして、極めて低い堆積速度で生成物が堆積するのが避けられないものの、第二の堆積抑制用ガス供給系７により、基板ステージ２の側面から堆積抑制用ガスが供給されるので、第二の実施形態の場合と同様、生成物の堆積は途中で停止し、パーティクルの発生がさらに抑制される。
【００６２】
この第三の実施形態における第一の堆積抑制用ガス供給系６は、第一の実施形態の場合と同様、熱伝達用ガス供給系に兼用されている。即ち、第二の堆積防止用ガス供給系７はアルゴン等の希ガス又は不活性ガスを供給すれば足りるものの、第一の堆積防止用ガス供給系６はヘリウム等の熱伝達効率の良いガスを供給するよう構成されている。但し、堆積防止用ガスが二つの経路から供給されるため、第一の堆積防止用ガス供給系６のガス流量は、第一の実施形態における堆積抑制用ガス供給系７よりも少なくてよい。また、同様の理由から、第二の堆積防止用ガス供給系７のガス流量も第二の実施形態より少ない。第一の堆積防止用ガス供給系６のガス流量と第二の堆積防止用ガス供給系７のガス流量の合計は、前述したのと同様の理由から１０〜５０ｃｃ／分程度又は全ガス流量の１０％以下であることが好ましい。尚、第一の堆積抑制用ガス供給系６のガス流量が少なくて済む構成は、大流量のガスの流れによる基板ステージ２からの基板９の浮き上がりの恐れを少なくする意味で好適な構成となっている。
【００６３】
以上の説明では、プラズマエッチング装置を例に採り上げたが、本願の発明は、プラズマＣＶＤ装置やアッシング装置等の他のプラズマ処理装置にも同様に実施できる。
尚、請求項１の発明は、プリカーサ濃度を低下させることを必須条件としていない。これは、生成物の堆積がある種の反応の結果でない場合があり、前述した物理的作用のみからなる場合のようにプリカーサ濃度の低下によらない生成物堆積抑制の構成があり得ることを想定したものである。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１の発明によれば、堆積抑制用ガスが供給されることにより、基板ステージの側方に存在する部材の表面に生成物が堆積することを防ぐことができる。この結果、生成物の剥離に起因したパーティクルの発生が抑制され、プラズマ処理の品質を向上させることができる。また、基板ステージの基板保持面や基板の裏面に沿って堆積抑制用ガスが流れるので、これらの面への生成物の堆積を物理的に抑制することもできる。従って、基板保持面への生成物の堆積による基板の姿勢変化等の問題も未然に防止され、再現性に優れたプラズマ処理が行える。さらに、周状突起により、基板ステージの側方に流出する堆積抑制用ガスの流速を早めることができるので、堆積抑制の効果がより高く得られる。
また、請求項３の発明によれば、上記請求項１の発明の効果に加え、十分な静電吸着力を確保しつつ十分な流量で堆積抑制用ガスを流すことができる。
また、請求項４の発明によれば、上記請求項１乃至３いずれかの発明の効果に加え、生成物の堆積がある種の反応の結果である場合、より好適な構成となる。
また、請求項５の発明によれば、上記請求項１乃至４いずれかの発明の効果に加え、基板温度制御機構による基板の温度調整の効率や精度が向上するとともに、生成物の堆積抑制と熱伝達効率の向上とが一つのガス供給系で行えるため、装置の構成が簡略化される。
また、請求項６の発明によれば、上記請求項１乃至５いずれかの発明の効果に加え、基板ステージの側面からも堆積防止用ガスが流出するので、基板ステージの側面への生成物の堆積がさらに物理的な作用によっても抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第一の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示した断面概略図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置における基板ステージ２の基板保持面の形状を説明する平面概略図である。
【図３】第一の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
【図４】第二の実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す断面概略図である。
【図５】図４に示す装置の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図である。
【図６】第二の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
【図７】第三の実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す断面概略図である。
【図８】第三の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
【図９】従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置の概略構成を示す正面図である。
【図１０】図９に示す従来のプラズマ処理装置の問題点を説明した図であり、図９に示す基板ステージ２の周辺部分を拡大した図である。
【符号の説明】
１ 処理チャンバー
１０ 生成物
１１ 排気系
１２ プロセスガス導入系
２ 基板ステージ
２１ 誘電体ブロック
２１１ 側面用ガス供給路
２３ 保護リング
２４ 絶縁ブロック
２５ 堆積抑制用ガス供給系
２５５ 上側用ガス供給路
２６ 熱伝達用ガス供給系
２７ 堆積抑制用ガス供給系
２８ 小突起
２９ 周状突起
３ 基板温度制御機構
４ 下部電極
４４ 高周波電源
４５ 静電吸着機構
４５１ 吸着電極
４５２ 吸着電源
５ 上部電極
５１ ガス吹き出し孔
５２ プラズマ用高周波電源
５３ 絶縁材
６ 第一の堆積抑制用ガス供給系
７ 第二の堆積抑制用ガス供給系
９ 基板
【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、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）をはじめとする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。
【０００３】
図９は、従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置の概略構成を示す正面図である。図９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内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入系１２と、導入されたプロセスガスにエネルギーを与えて処理チャンバー内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマによって処理される位置に基板を保持する基板ステージ２とを備えている。
【０００４】
図９に示す装置では、高周波放電によってプラズマを形成するようになっている。即ち、プラズマ形成手段は、処理チャンバー１内に高周波電界を設定する高周波電源４４によって構成されている。基板ステージ２は高周波放電のための下部電極４をその一部として備えており、下部電極４に高周波電源４４が接続されている。
【０００５】
また、下部電極４の上方には、上部電極５が設けられている。上部電極５は、処理チャンバー１とともに接地されている。上部電極５と下部電極４とは、一対の平行平板電極のように平行に対向している。
上部電極５は、処理チャンバー１内へのプロセスガスの供給経路にも兼用されている。即ち、上部電極５は、中空状であり、下面にガス吹き出し孔５１を多数有する。プロセスガス導入系１２の配管は上部電極５に接続されており、プロセスガスは、上部電極５の内部空間に一旦供給された後、ガス吹き出し孔５１から吹き出して下方の放電空間に導入されるようになっている。
【０００６】
基板ステージ２は、上面に基板９を載置して保持するようになっている。基板ステージ２は、基板９の温度を制御するための基板温度制御機構３を備えている。基板温度制御機構３は、基板ステージ２内に形成された空洞４１に温媒を流通させるものであり、空洞４１につながる温媒流入口４２に接続された温媒供給管３２と、空洞４１につながる温媒流出口４３に接続された温媒排出管３３と、温媒供給管３２と温媒排出管３３との間に設けられたサーキュレータ３１等から構成されている。
また、上記基板温度制御機構３による温度制御の精度を高めるため、基板９を静電気によって基板ステージ２に吸着する静電吸着機構４５が設けられている。静電吸着機構４５は、基板ステージ２の一部として上部に設けられた誘電体ブロック２１内に埋設された吸着電極４５１と、吸着電極４５１に直流電圧を印加する吸着電源４５２とから主に構成されている。尚、基板ステージ２の周囲は、絶縁ブロック２４で覆われている。
【０００７】
図９に示す装置では、基板ステージ２上に基板９が載置されると、静電吸着機構４５が動作して基板９が基板ステージ２に静電吸着される。その後、プロセスガス導入系１２が動作してプロセスガスが所定の流量で導入され、この状態でプラズマ形成手段が動作する。即ち、高周波電源４４が動作してプロセスガスに高周波放電が生じ、プラズマが形成される。このプラズマの作用によって、基板９の表面に所定の処理が施される。
例えばフッ化炭素系ガスを導入してプラズマを形成し、プラズマ中で生成されるフッ化炭素ラジカルやフッ素ラジカル等との反応を利用して基板９の表面をエッチングする。この際、プラズマと基板９との間に電界を設定してプラズマ中のイオンを基板９に入射させるリアクティブイオンビームエッチング（ＲＩＥ）を行うと、異方性エッチングが行えるため好適である。
【０００８】
具体的には、基板９に高周波電圧を与えて高周波とプラズマとの相互作用により基板９に負の自己バイアス電位を与える。この負の自己バイアス電位により基板９に垂直な電界が設定され、プラズマ中のイオンが垂直に入射する。そして、イオン入射によるエネルギーがラジカルのエッチング反応に作用し、イオンが入射した部分にのみ効率的にエッチングが行われる。この結果、レジストパターンの開口から垂直にエッチングが進行し、サイドエッチ等の問題のないエッチングが行われる。
【０００９】
尚、基板ステージ２の基板保持面の周囲には、保護リング２３が設けられている。保護リング２３は、基板ステージ２の表面をプラズマから保護するためのものである。基板ステージ２の基板９によって覆われない表面部分は、処理の際にプラズマに晒される恐れがある。プラズマに晒されると、プラズマ中の活性種等の作用により表面がエッチングされ、基板ステージ２の材料のパーティクルが処理チャンバー１内に放出される。基板ステージ２の材料はステンレス等であり、基板９とは異なることが多い。従って、パーティクルが基板９の表面に付着すると、表面を汚損し、回路欠陥等を生じさせる場合がある。
そこで、プラズマに晒される恐れのある基板ステージ２の表面部分を覆うようにして、保護リング２３が設けられている。保護リング２３は、基板９と同様のシリコン等の材料であり、エッチングされても問題が無いようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のプラズマ処理装置では、基板ステージ２の表面や基板ステージ２の基板保持面の側方に存在する部材の表面に生成物が堆積する問題があった。この問題について、図１０を使用して説明する。図１０は、図９に示す従来のプラズマ処理装置の問題点を説明した図であり、図９に示す基板ステージ２の周辺部分を拡大した図である。
【００１１】
前述したプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置では、エッチングの競合現象として生成物の堆積が生じている。例えば上述したようにフッ化炭素系ガスを導入してエッチングを行う場合、フッ素及び炭素から構成されている重合膜が生成物として堆積する。この場合、基板の表面等では堆積速度よりエッチング速度の方が遙かに高いため、このような膜が実際に堆積することはない。
【００１２】
しかしながら、図１０（１）に示すように、基板ステージ２の一部として設けられた誘電体ブロック２１の側面には、生成物１０が実際に堆積する。この理由は、図９に示す装置はＲＩＥを行う装置であることに関係している。即ち、前述した通り、ＲＩＥでは、イオン入射のエネルギーを利用してエッチングを行う。従って、イオンが入射しないところでは、活性種が存在していてもエッチングが十分に進行しない。
図１０（１）に示すように、誘電体ブロック２１の上面（基板保持面）は基板９よりも少し小さく、従って、誘電体ブロック２１の側面へのイオン入射は基板９によって遮蔽された状態となる。このため、誘電体ブロック２１側面にはイオンが十分に入射せず、エッチングが十分に進行しない。この結果、堆積現象のみが専ら進行し、生成物１０が堆積する。
堆積した生成物１０は、内部応力等が原因で剥離する場合がある。剥離した生成物１０は、パーティクルとなり、処理チャンバー１内を浮遊する。このパーティクルが基板９の表面に付着すると、回路の断線等の致命的な欠陥を発生させる場合がある。
【００１３】
また、堆積した生成物１０が基板９の搬入又は搬出の際などに飛散し、図１０（２）に示すように基板保持面に付着することがある。基板保持面に生成物１０が付着した状態で基板９が載置されると、基板ホルダー２と基板９との接触性が悪くなって基板温度制御機構３による温度制御の再現性が十分に得られなくなる。また、局所的に熱接触性の悪い部分ができるため、基板９の温度が不均一になり、プラズマ処理の均一性も悪くなる。さらに、プラズマに対する基板９の姿勢も変化するため、自己バイアス電位の与えられ方も不均一になり、この点もプラズマ処理の再現性や均一性を悪くする原因になる。
【００１４】
このような生成物１０の堆積は、上述したプラズマエッチング装置に限らず、他のプラズマ処理装置でも一般的に見られる現象である。例えば、プラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）装置では、もともと膜堆積用の装置であるため、基板の表面以外の不必要な場所への膜堆積が見られるし、アッシング（レジスト除去）装置などでも、除去したレジストの残査が生成物として堆積する現象が見られる。
本願の発明は、このようなプラズマ処理装置における生成物の堆積の問題を解決するために成されたものであり、生成物の堆積を抑制することで、パーティクルの発生や処理の再現性低下等の問題を未然に防ぐ技術的意義を有する。
【００１５】
【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プロセスガスを導入するプロセスガス導入系と、導入されたプロセスガスにエネルギーを与えて処理チャンバー内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマによって処理される位置に基板を保持する基板ステージとを備えたプラズマ処理装置であって、前記基板ステージの表面又は基板ステージの基板保持面の側方に設けられた部材の表面に生成物が堆積するのを抑制するための堆積抑制用ガスを供給する堆積抑制用ガス供給系が設けられており、
堆積抑制用ガス供給系は、堆積抑制用ガスを基板ステージと基板との間を経由して基板ステージの側方に流出させるものであり、
基板ステージの基板保持面は、保持された基板に接触する突起と、基板に接触しない突起とを有する凹凸状に形成されており、基板に接触しない突起は、基板保持面の周縁に沿って延びる円周状の突起であり、基板に接触する突起は、この円周状の突起の内側に形成されているという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記基板に接触する突起は、均等間隔で設けられた複数の突起であるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、基板を静電気によって基板ステージに吸着する静電吸着機構が設けられており、前記基板に接触する突起の基板に接触する面の全面積は、基板の裏面の面積の５％以上１０％以下であるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記生成物は、処理チャンバー内に導入されたガスの反応により生成し堆積するものであり、前記堆積抑制用ガスは、プリカーサ濃度を低下させるものであるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記基板ステージは、当該基板ステージを所定の温度に維持して前記基板の温度を制御する基板温度制御機構を備えており、前記基板ステージと前記基板との間で熱を伝える熱伝達用のガスを前記基板ステージと前記基板との間に供給する熱伝達用ガス供給系が設けられており、この熱伝達用ガス供給系は、前記堆積抑制用ガス供給系が兼用されているという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記基板ステージ内には当該基板ステージの側方に前記堆積抑制用ガスを導く側面用ガス供給路が設けられており、前記堆積抑制用ガス供給系は、前記基板ステージと基板との間を経由することに加えて、この側面用ガス供給路を経由させて基板ステージの側面から堆積抑制用ガスを供給するものであるという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至６いずれかの構成において、前記堆積抑制用ガス供給系は、供給する堆積抑制用ガスの流量を調整する流量調整器を備えており、この流量調整器は、堆積抑制用ガスの流量を１０ｃｃ／分以上５０ｃｃ／分以下の流量とするものであるという構成を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明の第一の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示した断面概略図である。以下の説明では、従来の技術の説明と同様、プラズマ処理装置の一例としてプラズマエッチング装置を採り上げて説明する。
【００１７】
図１に示すプラズマ処理装置は、図９に示す従来の装置と同様に、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内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入系１２と、導入されたプロセスガスにエネルギーを与えて処理チャンバー１内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマによって処理される位置に基板９を保持する基板ステージ２とを備えている。
【００１８】
処理チャンバー１は、不図示のゲートバルブを備えた気密な容器で、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、不図示の排気速度調整器が設けられている。
プロセスガス導入系１２は、プラズマ処理に必要なプロセスガスを所定の流量で導入できるようになっている。本実施形態の装置は、従来と同様にプラズマエッチングを行うようになっており、プロセスガスとしてフッ化炭素系ガスを導入するようになっている。具体的には、プロセスガス導入系１２は、四フッ化炭素等のプロセスガスを溜めたガスボンベ１２１と、処理チャンバー１とガスボンベ１２１を繋ぐ配管１２２と、配管１２２に設けられたバルブ１２３や流量調整器１２４とから主に構成されている。
【００１９】
基板ステージ２は、処理チャンバー１内のプラズマに晒される位置に基板９を保持する台状の部材であり、その上面に基板９を保持するようになっている。基板ステージ２は、基板９が直接保持される部材である誘電体ブロック２１と、誘電体ブロック２１を載せた下部電極４とから構成されている。
【００２０】
基板ステージ２の上方には、従来の装置と同様に上部電極５が設けられている。本実施形態では、上部電極５は、絶縁材５３を介して処理チャンバー１内に設けられている。上部電極５と下部電極４とは、一対の平行平板電極のように平行に対向している。
上部電極５は、処理チャンバー１内へのプロセスガスの供給経路にも兼用されている。即ち、上部電極５は、中空状であり、下面にガス吹き出し孔５１を多数有する。プロセスガス導入系１２の配管１２２は上部電極５に接続されており、プロセスガスは、上部電極５の内部空間に一旦供給された後、ガス吹き出し孔５１から吹き出して下方の放電空間に導入されるようになっている。
【００２１】
プラズマ形成手段には、プロセスガス導入系１２より処理チャンバー１内に導入されたプロセスガスに高周波電力を印加して、高周波放電によりプラズマを形成するものが採用されている。具体的には、プラズマ形成手段は、上述した上部電極５に接続されたプラズマ用高周波電源５２により構成されている。プラズマ用高周波電源５２は、周波数１３．５６ＭＨｚで、出力が最大で２５００Ｗ程度のものである。上部電極５とプラズマ用高周波電源５２との間には不図示の整合器が設けられている。
【００２２】
また、本実施形態の装置では、プラズマからイオンを引き出して基板９に垂直に入射させるよう基板９に対して垂直な電界を設定する電界設定手段が設けられている。電界設定手段としては、高周波電力とプラズマとの相互作用により基板９に負の自己バイアス電位を与えるものが採用される。具体的には、電界設定手段は、下部電極４に接続された高周波電源４４により構成されている。自己バイアス電位を与えるものとして、基板９と高周波電源４４との間に適当なキャパシタンスが必要である。本実施形態では、上述した誘電体ブロック２１がこのキャパシタンスを与えている。
【００２３】
高周波電源４４によって下部電極４に高周波電圧を印加すると、このキャパシタンスの充放電にプラズマ中の電子とイオンが作用し、電子とイオンの移動度の違いによって基板９に負の自己バイアス電位が生じる。プラズマの空間電位は殆ど０Ｖであるため、プラズマと基板９との間に基板９にむかって徐々に電位が下がる電界が設定される。プラズマ中の正イオンはこの電界によって基板９に垂直に入射する。
また、従来の装置と同様に、上述した上部電極５にプラズマ用高周波電源５２を設けずに、この高周波電源４４によってプラズマを形成する場合もある。
【００２４】
基板ステージ２は、従来の装置と同様に基板温度制御機構３を備えている。本実施形態では、室温より低い温媒を基板ステージ２内に流通させて基板ステージ２を介して基板９を冷却するようになっている。この温媒としては、水よりも融点の低い液体、例えば、住友３Ｍ社製ＦＸ−３００やアウジモント社製ガルテンＨＴ等が用いられる。この温媒を−２０〜３０℃程度の範囲の所定の温度に保つことにより、基板９は７０〜１２０℃程度の範囲の所定の温度に冷却維持される。
【００２５】
また、本実施形態では、従来の装置と同様に、基板９を静電気によって基板ステージ２に吸着する静電吸着機構４５が設けられている。尚、基板ステージ２の周囲は、絶縁ブロック２４で覆われている。絶縁ブロック２４は、プラズマにより基板ステージ２が損傷するのを防ぐためのものであり、セラミック、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン）等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性の絶縁体で形成されている。
【００２６】
さて、本実施形態の大きな特徴点は、基板ステージ２の表面又は基板ステージ２の基板保持面の側方に設けられた部材の表面に生成物が堆積するのを防ぐための堆積抑制用ガスを供給する堆積抑制用ガス供給系２５が設けられている点である。本実施形態の装置では、基板ステージ２の一部として設けた誘電体ブロック２１の表面や保護リング２３の内側面に生成物が堆積する恐れがあり、これらの面が「基板ステージの表面又は基板ステージの基板保持面の側方に設けられた部材の表面」（以下、堆積面と称す）に相当している。
【００２７】
堆積抑制用ガス供給系２５は、基板ステージ２内及び基板ステージ２と基板９との間の空間を経由して基板ステージ２の側方に堆積抑制用ガスを供給するようになっている。具体的には、堆積抑制用ガス供給系２５は、堆積抑制用のガスを溜めたガスボンベ２５１と、ガスボンベ２５１と基板ステージ２を繋ぐ配管２５２と、配管２５２上に設けられたバルブ２５３や流量調整器２５４とから主に構成されている。
【００２８】
基板ステージ２内には、基板ステージ２の上側の空間である基板ステージ２と基板９との間の空間に堆積抑制用ガスを供給するガス供給路２５５（以下、上側用ガス供給路）が形成されている。上側用ガス供給路２５５は、基板ステージ２の中心を垂直に貫くように設けられている。そして、この上側用ガス供給路２５５の下端開口に堆積抑制用ガス供給系２５の配管２５２が気密に接続されており、堆積抑制用ガスがこの上側用ガス供給路２５５を経由して基板ステージ２と基板９との間に供給されるようになっている。
【００２９】
本実施形態では、上記基板ステージ２と基板９との間に供給された堆積抑制用ガスが効率よく基板ステージ２の側方に流出するよう、基板保持面の形状に工夫を加えている。この点について、図１及び図２を使用して説明する。図２は、基板保持面の形状を説明する平面概略図である。
【００３０】
基板ステージ２の基板保持面は、図１及び図２から分かるように、複雑な凹凸を成した面となっている。具体的には、図２に示すように、基板保持面の周縁に沿って延びるようにして周状突起２９が設けられている。周状突起２９は、幅が１．５ｍｍ程度の円周状である。また、周状突起２９の内側には、複数の小突起２８が設けられている。小突起２８は、直径３ｍｍ程度の円柱状であり、約５ｍｍ程度の均等間隔で設けられている。尚、上側ガス供給路２５５の上端開口は、基板保持面の中央に位置している。
【００３１】
周状突起２９の高さは、小突起２８のより少し低くなっている。このため、基板９が基板ステージ２に保持された際、小突起２８の上端面は基板９の裏面に接触するものの、周状突起２９の上端面は、基板９の裏面には接触しないようになっている。例えば、小突起２８の高さは１０μｍ程度、周状突起２９の高さは５μｍ程度である。
堆積抑制用ガス供給系２５によって基板ステージ２に供給された堆積抑制用ガスは、基板ステージ２内の上側用ガス供給路２５５を通って流れ、上端開口から基板９と基板ステージ２との間の空間に流出する。流出した堆積抑制用ガスは、小突起２８の間をすり抜けるようにして流れ、周状突起２９と基板９との間の隙間を通って基板ステージ２の側方に流出するようになっている。
【００３２】
基板保持面が上述したような小突起２８及び周状突起２９からなる凹凸面でなく、通常の平坦面である場合でも、堆積抑制用ガスを流すことは可能である。というのは、鏡面加工等の特殊な処理を施さない限り、微視的には凹凸があって微小な隙間が形成されているから、上側用ガス供給路２５５を通して基板９と基板ステージ２との間に堆積抑制用ガスを供給すると、堆積抑制用ガスは微小な隙間を通って流れ、基板ステージ２の側方に流出させることができる。しかしながら、この場合、隙間が小さいためにコンダクタンスが小さく、小さい流量でしか堆積抑制用ガスを流せない。流量を多くしようとすると、圧力で基板９が基板ステージ２から浮いてしまう。
一方、本実施形態では、前述したように、小突起２８及び周状突起２９からなる相当程度大きな凹凸が基板保持面に形成されているので、堆積抑制用ガスのコンダクタンスが十分大きくなっている。このため、必要な流量で堆積抑制用ガスを流しても基板９が浮いてしまうことがない。
【００３３】
尚、基板ステージ２上で処理された基板９は、吸着電源４５２の動作が停止された後、不図示の搬送ロボットのアームにより基板ステージ２から持ち上げられる。この場合、小突起２８の基板９の裏面と接触する上端面の面積が基板９の裏面の面積の１０％を超えると、小突起２８の上端面上の残留電荷の影響が大きくなり、残留吸着力によって基板９が上手く持ち上げられない問題が生じる恐れがある。
【００３４】
逆に、小突起２８の上端面の全面積を小さくすると、コンダクタンスが大きくなって堆積抑制用ガスの流量を大きくできるが、基板９の静電吸着が十分でなくなる恐れがある。十分な静電吸着力を確保するには、小突起２８の上端面の全面積が基板９の裏面の面積の５％を下回らないようにすることが好ましい。結局、十分な静電吸着力を確保しつつ十分な流量で堆積抑制用ガスを流すには、小突起２８の上端面の全面積を基板９の裏面の面積の５〜１０％程度にすることが好ましい。
【００３５】
次に、上記堆積抑制用ガスの流出によって生成物１０の堆積が抑制される状況について図３を用いて説明する。図３は、堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
前述したように、プラズマ処理装置では、生成物が特定の反応によって生成され、堆積面に堆積する。生成物は、最終的には堆積面での表面反応によって生成される場合が多い。この場合、最終的な生成物の前の段階の物質（プリカーサ）が、堆積面を臨む空間（以下、堆積空間）に飛来してきている。本実施形態の装置では、基板保持面からはみ出した基板９の周辺部と、保護リング２３と、基板ステージ２とで囲まれた空間にプリカーサが飛来してきている。このプリカーサが堆積面に達し、堆積面での最終的な表面反応を経て生成物を堆積させる。
【００３６】
ここで、上述したように基板ステージ２の側方に流出する堆積抑制用ガスは、堆積空間に供給され、この空間に飛来してきているプリカーサと混じり合う。この結果、堆積空間におけるプリカーサの濃度が低下し、プリカーサが堆積面に達して表面反応により生成物に変化する確率が減少する。また、基板ステージ２の側方に流出する堆積抑制用ガスは、堆積空間を経由して拡散し、最終的には排気系１１によって排気される。この際、堆積抑制用ガスの分子は、堆積空間に飛来するプリカーサに衝突して押し返し、プリカーサが堆積面に到達するのを妨害することがある。このような物理的な作用によっても、堆積面での生成物の堆積が抑制される。
【００３７】
また、本実施形態の装置では、基板保持面の周状突起２９と基板９との間を通り基板９の裏面に沿って流れる堆積抑制用ガスの流れが存在する。この堆積抑制用ガスの流れは、基板９の周辺部の裏面や周状突起２９の上端面に向かって飛来するプリカーサを押し返す作用がある。また、万が一、基板９の裏面や周状突起２９の上端面に生成物が堆積しても、堆積抑制用ガスの流れによって容易に剥離する。このため、従来見られたような基板保持面への生成物の堆積によって基板９が持ち上がってしまうことがさらに効果的に防止されている。
【００３８】
尚、生成物の堆積が抑制されるとはいっても、堆積面へのプリカーサの到達を完全にゼロにすることができないから、非常に低い堆積速度で生成物が堆積する。従って、非常に多くのプラズマ処理を繰り返すうちに、図３に示すように、生成物１０が堆積することが避けられない。しかしながら、生成物１０は、図３に示すように、基板ステージ２の基板保持面の周縁の高さよりも低い空間で堆積するのにとどまる。これは、前述した通り、基板ステージ２の基板保持面の周縁から基板９の裏面に沿って側方に流れる堆積抑制用ガスの物理的な作用によるものである。つまり、堆積抑制用ガスの流れによってプリカーサが押し返されるため、この基板ステージ２の基板保持面よりも上側の空間に生成物１０が堆積することはない。従って、従来のように生成物１０の堆積が基板９の裏面や基板ステージ２の基板保持面にまで達したりすることはない。
【００３９】
また、周状突起２９が設けられる構成は、この周状突起２９が設けられない構成に比べ、基板ステージ２の側方に流出する堆積抑制用ガスの流速を速めることができる。即ち、周状突起２９が存在することにより、基板保持面の周辺部分における堆積抑制用ガスの流路の断面積が小さくなる。この結果、周状突起２９の上端面付近を流れる際の堆積抑制用ガスの流速は速くなる。このため、上記基板９の裏面や周状突起２９の上端面への生成物の堆積抑制の効果がより高く得られるようになっている。
【００４０】
また、本実施形態における堆積抑制用ガス供給系２５は、基板温度制御機構３による熱を効率よく基板９に伝えるための熱伝達用ガス供給系に兼用されている。前述したように、本実施形態の装置では、基板ステージ２内に基板温度制御機構３が設けられており、基板ステージ２を介して基板９と熱交換を行うことにより基板９を所定の温度に調節するようになっている。この際、処理チャンバー１内は排気系１１によって真空圧力となるので、従来の装置では、基板ステージ２と基板９との間の空間も真空圧力になる。従って、基板ステージ２と基板９との間の熱伝達効率が低下する。
【００４１】
一方、本実施形態の装置では、堆積抑制用ガス供給系２５によって供給された堆積抑制用ガスは、基板ステージ２と基板９との間の空間の圧力を上昇させる。この結果、基板ステージ２と基板９との間の熱伝達効率が向上し、基板温度制御機構３による温度制御の効率や精度が向上する。
本実施形態では、熱伝達用ガス供給系に兼用された堆積抑制用ガス供給系２５は、堆積抑制用ガスとしてヘリウムを用いている。ヘリウムを採用することは、これが希ガスであるため、基板９と周状突起２９との間から処理チャンバー１内に流出しても、プラズマ処理に影響を与えることが少ないためである。また、ヘリウムは、希ガスのなかでも熱伝達効率が大きいため、熱伝達用ガスとしても適している。
【００４２】
尚、堆積抑制用ガス供給系２５は、堆積抑制用ガスを流量１０〜５０ｃｃ／分で供給するようにすることが好ましい。熱伝達効率の向上のためにはより多くの堆積抑制用ガスを供給することが好ましいが、プラズマ処理への影響を考慮すると、処理チャンバー１内へ導入される全ガス流量（プロセスガス＋堆積抑制用ガス）の１０％程度が堆積抑制用ガスの流量の上限である。また、堆積抑制用ガスが１０ｃｃ／分程度以下の流量であると、プリカーサ濃度の低下による生成物堆積抑制の効果が十分でなかったり、熱伝達効率向上の効果が十分でなかったりする恐れがある。
【００４３】
次に、第一の実施形態のプラズマ処理装置における動作について説明する。
まず、基板９は不図示の搬送ロボットのアームにより不図示のゲートバルブを通して処理チャンバー１内に搬入される。基板ステージ２上に基板９が載置されると、静電吸着機構４５が動作して、基板９は基板ステージ２に静電吸着される。処理チャンバー１内が排気系１１によって所定の圧力まで排気されると、プロセスガス導入系１２が動作し、四フッ化炭素等のプロセスガスが所定の流量で導入される。また、並行して堆積抑制用ガス供給系２５により、堆積抑制用ガスが誘電体ブロック２１と基板９との間に供給され、基板９と周状突起２９との間から基板ステージ２の側方に流出する。
【００４４】
プラズマ形成手段を構成するプラズマ用高周波電源５２により上部電極５に高周波電力が印加されると、導入されたプロセスガスに高周波放電が生じ、プロセスガスがプラズマ化する。同時に、高周波電源４４により下部電極４に高周波電圧を印加すると、高周波とプラズマとの相互作用により基板９の表面には負の自己バイアス電圧が生じる。この負の自己バイアス電圧により、基板９に垂直な電界が設定され、プラズマ中のイオンが垂直に入射する。プラズマ中では、フッ化炭素系のラジカルが生成される。そして、入射イオンのエネルギーを利用しながらこのラジカルとの反応により基板９の表面がエッチングされる。
【００４５】
この際、前述したように、基板ステージ２の側方に堆積抑制用ガスが供給されることにより、生成物の堆積の原因物質であるプリカーサの濃度が減少し、生成物の堆積が防止される。このため、堆積した生成物の剥離に起因したパーテクルの発生が抑制される。また、従来見られたような生成物の堆積に起因した基板９の姿勢変化が無く、再現性に優れた処理を行うことができる。このようなことから、本実施形態では、従来の装置に比べ製品の歩留まりを飛躍的に向上させることができる。
【００４６】
次に、本願発明の第二の実施形態のプラズマ処理装置について説明する。図４は、第二の実施形態のプラズマエッチング装置の構成を示す断面概略図である。
上述した第一の実施形態では、堆積抑制用ガスを誘電体ブロック２１と基板９との間に供給し、基板ステージ２の側方にこの堆積抑制用ガスが流出するよう構成された。第二の実施形態では、堆積抑制用ガスを基板ステージ２の側面から基板ステージ２の側方に供給する構成になっている。
具体的には、基板ステージ２内には、基板ステージ２の側面から基板ステージ２の側方に堆積抑制用ガスを供給するガス供給路（以下、側面用ガス供給路）２１１が設けられている。図４及び図５を用いて側面用ガス供給路２１１の構成を説明する。図５は、図４に示す装置における一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図である。
【００４７】
側面用ガス供給路２１１は、図４及び図５に示すように、中央に設けられた円環状流路２１１Ａと、円環状流路２１１Ａから放射状に延びるようにして設けられた放射状流路２１１Ｂと、円環状流路２１１Ａから垂直に下方に延びるようにして設けられた垂直流路２１１Ｃとからなっている。垂直流路２１１Ｃは基板ステージ２の下面に達しており、堆積抑制用ガス供給系２７の配管２７２が接続されている。また、放射状流路２１１Ｂは、基板ステージ２の側面まで達しており、その先端がガス流出口２１１Ｄになっている。
【００４８】
堆積抑制用ガス供給系２７は、アルゴン等の堆積抑制用ガスを溜めたガスボンベ２７１と、ガスボンベ２７１と、基板ステージ２をつなぐ配管２７２と、配管２７２上に設けられたバルブ２７３や流量調節器２７４とから主に構成されている。配管２７２を通して堆積抑制用ガス供給系２７が堆積抑制用ガスを供給すると、堆積抑制用ガスは、垂直流路２１１Ｃを上昇して円環状流路２１１Ａに達し、円環状流路２１１Ａ内に一旦溜まる。そして、堆積抑制用ガスは、円環状流路２１１Ａから放射状流路２１１Ｂを経て基板ステージ２の側面のガス流出口２１１Ｄから流出し、基板ステージ２の側方に供給されるようになっている。
【００４９】
次に、図６を用いて第二の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明する。図６は、第二の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
前述したように、第二の実施形態においては、基板ステージ２の側面から堆積抑制用ガスが堆積空間に供給される。この結果、第一の実施形態の場合と同様に、堆積空間に飛来するプリカーサの濃度を低下させ、堆積面への生成物の堆積を防止する。
【００５０】
この第二の実施形態においても、堆積面への生成物の堆積を完全にゼロにすることはできず、図６に示すように、非常に低い堆積速度で生成物１０が堆積することが避けられない。生成物は、図６に示すように、基板ステージ２の側面のガス流出口２１１Ｄから下側の空間に堆積する。この理由は、ガス流出口２１１Ｄから上側の空間では、ガス流出口２１１Ｄからの堆積抑制用ガスの流れがあり、この流れの物理的な作用により生成物の堆積が殆どゼロになるからである。
【００５１】
ここで、図３と図６とを比べると分かる通り、第二の実施形態では、第一の実施形態に比べて最終的な生成物１０の堆積量は少ない。このことは、パーティクルの発生原因となる物質が少ないことを意味する。従って、第一の実施形態に比べて第二の実施形態の方がパーティクルの発生の確率がさらに小さくなっている。
【００５２】
第二の実施形態における堆積抑制用ガスとしては、アルゴン等の希ガス又は不活性ガスが好適に用いられる。尚、この第二の実施形態においては、堆積抑制用ガスの流量は、１０〜５０ｃｃ／分とすることが好ましい。１０ｃｃ／分より少ないと、堆積抑制用ガスの量が不足し、プリカーサ濃度の低下による生成物堆積抑制効果が十分得られない恐れがある。また、５０ｃｃ／分より多いか又はプロセスガスの流量＋堆積抑制用ガスの流量の１０％より多いと、基板９の上方の空間に堆積抑制用ガスが拡散し、プラズマ処理に必要な反応を阻害する恐れがある。
【００５３】
第二の実施形態においても、基板温度制御機構３による熱を効率よく基板９に伝えるための熱伝達用ガス供給系２６が設けられている。但し、この熱伝達用ガス供給系２６は、第一の実施形態と異なり、堆積抑制用ガス供給系に兼用されてはいない。熱伝達用ガス供給系２６は、ヘリウム等の熱伝達用のガスを溜めたガスボンベ２６１と、ガスボンベ２６１と基板ステージ２とを繋ぐ配管２６２と、配管２６２上に設けられたバルブ２６３や流量調節器２６４とから主に構成されている。
基板ステージ２の中心には、第一の実施形態と同様に上側用ガス供給路２５５が設けられている。配管２６２と上側用ガス供給路２５５は気密に接続されており、熱伝達用ガスが誘電体ブロック２１と基板９との間に供給されるようになっている。
【００５４】
また、第二の実施形態では、供給された熱伝達用ガスは、堆積抑制の役割を持たないため、基板ステージ２の側方へ流出しないような構成になっている。具体的には、誘電体ブロック２１の基板保持面は、第一の実施形態と同様に、小突起２８と周状突起２９とが形成されている。但し、第一の実施形態と異なり、周状突起２９は小突起２８と同じ高さであり、基板ステージ２に基板９が保持された際、小突起２８の上端面とともに周状突起２９の上端面も基板９の裏面に接するようになっている。従って、熱伝達用ガスが基板ステージ２と基板９との間に供給されると、この熱伝達用ガスは基板ステージ２の側方に流出しない。
【００５５】
熱伝達用ガスが基板ステージ２の側方に流出しない構成であるため、熱伝達用ガスの供給量は、第一の実施形態における堆積防止用ガスに比べて少ない。即ち、基板９が基板ステージ２に静電吸着された後、熱伝達用ガス供給系２６を動作させて所定量の熱伝達用ガスを供給し、基板９と基板ステージ２との間の空間の圧力が所定の値になったら、熱伝達用ガスの供給は止められる。
また、第二の実施形態では、生成物の堆積抑制という技術課題とは無関係に熱伝達用ガスの種類や流量を定めることができるというメリットもある。
【００５６】
次に、本願発明の第三の実施形態のプラズマ処理装置について説明する。図７は、第三の実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す断面概略図である。第三の実施形態の装置では、第一の堆積抑制用ガス供給系６及び第二の堆積抑制用ガス供給系７を備えている。
まず、第一の堆積抑制用ガス供給系６は、基板ステージ２と基板９との間に堆積抑制用ガスを供給するようになっている。そして、基板ステージ２と基板９との間に堆積抑制用ガスが供給されると、基板ステージ２の側方にこの堆積抑制用ガスが流出するようになっている。
【００５７】
具体的には、基板ステージ２には、第一の実施形態と同様の上側用ガス供給路２５５が設けられている。この上側用ガス供給路２５５は、第一の堆積抑制用ガス供給系６の配管６２と気密に接続されており、堆積抑制用ガスが基板ステージ２と基板９との間に供給されるようになっている。尚、第一の堆積抑制用ガス供給系６は、同様に、ヘリウム等の堆積抑制用ガスを溜めたガスボンベ６１と、ガスボンベ６１と基板ステージ２とをつなぐ配管６２と、配管６２上に設けられたバルブ６３や流量調節器６４とから主に構成されている。
【００５８】
また、基板ステージ２の基板保持面には、同様に小突起２８及び周状突起２９が設けられている。小突起２８及び周状突起２９の構成は、第一の実施形態と同様である。即ち、第一の堆積抑制用ガス供給系６により上側用ガス供給路２５５を経由して誘電体ブロック２１と基板９との間に堆積抑制用ガスが供給されると、堆積抑制用ガスは小突起２８の間をすり抜けるようにして流れ、基板９と周状突起２９との間から基板ステージ２の側方に流出するようになっている。
【００５９】
一方、第二の堆積抑制用ガス供給系７は、基板ステージ２の側面から堆積抑制用ガスを供給するようになっている。具体的には、基板ステージ２には、第二の実施形態と同様に側面用ガス供給路２１１が設けられている。そして、この側面用ガス供給路２１１と第二の堆積抑制用ガス供給系７の配管７２とが気密に接続されており、堆積抑制用ガスが基板ステージ２の側面から供給されるようになっている。尚、第二の堆積抑制用ガス供給系７は、同様に、アルゴン等の堆積抑制用ガスを溜めたガスボンベ７１と、ガスボンベ７１と基板ステージ２とをつなぐ配管７２と、配管７２上に設けられたバルブ７３や流量調節器７４とから主に構成されている。
【００６０】
次に、図８を用いて第三の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明する。図８は、第三の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
【００６１】
第三の実施形態においても、第一の堆積抑制用ガス供給系６と第二の堆積抑制用ガス供給系７とから供給された堆積抑制用ガスにより、堆積空間に飛来するプリカーサの濃度が低下し、堆積面への生成物の堆積が抑制される。また、この際、第一の堆積抑制用ガス供給系６は、基板ステージ２の基板保持面の周縁（周状突起２９の上端面）から基板２の裏面に沿って基板ステージ２の側方に向けて堆積防止用ガスを流出させるので、堆積抑制用ガスの物理的な作用により、基板９の裏面や基板保持面の周縁への生成物の堆積が特に抑制される。そして、極めて低い堆積速度で生成物が堆積するのが避けられないものの、第二の堆積抑制用ガス供給系７により、基板ステージ２の側面から堆積抑制用ガスが供給されるので、第二の実施形態の場合と同様、生成物の堆積は途中で停止し、パーティクルの発生がさらに抑制される。
【００６２】
この第三の実施形態における第一の堆積抑制用ガス供給系６は、第一の実施形態の場合と同様、熱伝達用ガス供給系に兼用されている。即ち、第二の堆積防止用ガス供給系７はアルゴン等の希ガス又は不活性ガスを供給すれば足りるものの、第一の堆積防止用ガス供給系６はヘリウム等の熱伝達効率の良いガスを供給するよう構成されている。但し、堆積防止用ガスが二つの経路から供給されるため、第一の堆積防止用ガス供給系６のガス流量は、第一の実施形態における堆積抑制用ガス供給系７よりも少なくてよい。また、同様の理由から、第二の堆積防止用ガス供給系７のガス流量も第二の実施形態より少ない。第一の堆積防止用ガス供給系６のガス流量と第二の堆積防止用ガス供給系７のガス流量の合計は、前述したのと同様の理由から１０〜５０ｃｃ／分程度又は全ガス流量の１０％以下であることが好ましい。尚、第一の堆積抑制用ガス供給系６のガス流量が少なくて済む構成は、大流量のガスの流れによる基板ステージ２からの基板９の浮き上がりの恐れを少なくする意味で好適な構成となっている。
【００６３】
以上の説明では、プラズマエッチング装置を例に採り上げたが、本願の発明は、プラズマＣＶＤ装置やアッシング装置等の他のプラズマ処理装置にも同様に実施できる。
尚、請求項１の発明は、プリカーサ濃度を低下させることを必須条件としていない。これは、生成物の堆積がある種の反応の結果でない場合があり、前述した物理的作用のみからなる場合のようにプリカーサ濃度の低下によらない生成物堆積抑制の構成があり得ることを想定したものである。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１の発明によれば、堆積抑制用ガスが供給されることにより、基板ステージの側方に存在する部材の表面に生成物が堆積することを防ぐことができる。この結果、生成物の剥離に起因したパーティクルの発生が抑制され、プラズマ処理の品質を向上させることができる。また、基板ステージの基板保持面や基板の裏面に沿って堆積抑制用ガスが流れるので、これらの面への生成物の堆積を物理的に抑制することもできる。従って、基板保持面への生成物の堆積による基板の姿勢変化等の問題も未然に防止され、再現性に優れたプラズマ処理が行える。さらに、周状突起により、基板ステージの側方に流出する堆積抑制用ガスの流速を早めることができるので、堆積抑制の効果がより高く得られる。
また、請求項３の発明によれば、上記請求項１の発明の効果に加え、十分な静電吸着力を確保しつつ十分な流量で堆積抑制用ガスを流すことができる。
また、請求項４の発明によれば、上記請求項１乃至３いずれかの発明の効果に加え、生成物の堆積がある種の反応の結果である場合、より好適な構成となる。
また、請求項５の発明によれば、上記請求項１乃至４いずれかの発明の効果に加え、基板温度制御機構による基板の温度調整の効率や精度が向上するとともに、生成物の堆積抑制と熱伝達効率の向上とが一つのガス供給系で行えるため、装置の構成が簡略化される。
また、請求項６の発明によれば、上記請求項１乃至５いずれかの発明の効果に加え、基板ステージの側面からも堆積防止用ガスが流出するので、基板ステージの側面への生成物の堆積がさらに物理的な作用によっても抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第一の実施の形態のプラズマ処理装置の構成を示した断面概略図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置における基板ステージ２の基板保持面の形状を説明する平面概略図である。
【図３】第一の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
【図４】第二の実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す断面概略図である。
【図５】図４に示す装置の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図である。
【図６】第二の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
【図７】第三の実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す断面概略図である。
【図８】第三の実施形態において堆積抑制用ガスが生成物の堆積を抑制する状況について説明した断面概略部分図である。
【図９】従来のプラズマ処理装置の一例としてのプラズマエッチング装置の概略構成を示す正面図である。
【図１０】図９に示す従来のプラズマ処理装置の問題点を説明した図であり、図９に示す基板ステージ２の周辺部分を拡大した図である。
【符号の説明】
１ 処理チャンバー
１０ 生成物
１１ 排気系
１２ プロセスガス導入系
２ 基板ステージ
２１ 誘電体ブロック
２１１ 側面用ガス供給路
２３ 保護リング
２４ 絶縁ブロック
２５ 堆積抑制用ガス供給系
２５５ 上側用ガス供給路
２６ 熱伝達用ガス供給系
２７ 堆積抑制用ガス供給系
２８ 小突起
２９ 周状突起
３ 基板温度制御機構
４ 下部電極
４４ 高周波電源
４５ 静電吸着機構
４５１ 吸着電極
４５２ 吸着電源
５ 上部電極
５１ ガス吹き出し孔
５２ プラズマ用高周波電源
５３ 絶縁材
６ 第一の堆積抑制用ガス供給系
７ 第二の堆積抑制用ガス供給系
９ 基板
Claims (7)
- 排気系を備えた処理チャンバーと、処理チャンバー内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入系と、導入されたプロセスガスにエネルギーを与えて処理チャンバー内にプラズマを形成するプラズマ形成手段と、プラズマによって処理される位置に基板を保持する基板ステージとを備えたプラズマ処理装置であって、前記基板ステージの表面又は基板ステージの基板保持面の側方に設けられた部材の表面に生成物が堆積するのを抑制するための堆積抑制用ガスを供給する堆積抑制用ガス供給系が設けられており、
堆積抑制用ガス供給系は、堆積抑制用ガスを基板ステージと基板との間を経由して基板ステージの側方に流出させるものであり、
基板ステージの基板保持面は、保持された基板に接触する突起と、基板に接触しない突起とを有する凹凸状に形成されており、基板に接触しない突起は、基板保持面の周縁に沿って延びる円周状の突起であり、基板に接触する突起は、この円周状の突起の内側に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記基板に接触する突起は、均等間隔で設けられた複数の突起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。
- 基板を静電気によって基板ステージに吸着する静電吸着機構が設けられており、前記基板に接触する突起の基板に接触する面の全面積は、基板の裏面の面積の５％以上１０％以下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。
- 前記生成物は、処理チャンバー内に導入されたガスの反応により生成し堆積するものであり、前記堆積抑制用ガスは、プリカーサ濃度を低下させるものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記基板ステージは、当該基板ステージを所定の温度に維持して前記基板の温度を制御する基板温度制御機構を備えており、前記基板ステージと前記基板との間で熱を伝える熱伝達用のガスを前記基板ステージと前記基板との間に供給する熱伝達用ガス供給系が設けられており、この熱伝達用ガス供給系は、前記堆積抑制用ガス供給系が兼用され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。
- 前記基板ステージ内には当該基板ステージの側方に前記堆積抑制用ガスを導く側面用ガス供給路が設けられており、前記堆積抑制用ガス供給系は、前記基板ステージと基板との間を経由することに加えて、この側面用ガス供給路を経由させて基板ステージの側面から堆積抑制用ガスを供給するものであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記堆積抑制用ガス供給系は、供給する堆積抑制用ガスの流量を調整する流量調整器を備えており、この流量調整器は、堆積抑制用ガスの流量を１０ｃｃ／分以上５０ｃｃ／分以下の流量とするものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のプラズマ処理装置。
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