特許 5669991 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5669991

(24)【登録日】2014年12月26日

(45)【発行日】2015年2月18日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20150129BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20150129BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101G

   H05H1/46 L

   H05H1/46 M

   H05H1/46 A

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-534689(P2014-534689)

(86)(22)【出願日】2014年3月31日

(86)【国際出願番号】JP2014059423

【審査請求日】2014年8月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】511265154

【氏名又は名称】ＳＰＰテクノロジーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104662

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智司

(72)【発明者】

【氏名】速水 利泰

(72)【発明者】

【氏名】富阪 賢一

【審査官】 杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２４９４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０３３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１８５５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−２０４１１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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Ｓ_１が前記開口部の開口面積Ｓ_３以上、且つその長さＬ_１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Ｌ_３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Ｓ_２が前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ_１以上、且つその高さＬ_２が前記マニホールド部の長さＬ_１以上となるように設定されており、
前記マニホールド部底面と前記排気部底面とが同じ高さ位置にあり、
前記開口部は、前記排気部と前記マニホールド部とが連通する部分とは反対側のマニホールド部の端部の下部に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。

【請求項2】

前記開口部の開口面積Ｓ_３は１１００〜２２００ｍｍ^２であり、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ_２は、前記開口部の開口面積Ｓ_３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。

【請求項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Ｌ_３は４０〜６０ｍｍであり、前記排気部の高さＬ_２は前記厚さＬ_３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。

【請求項4】

前記開口部の開口面積Ｓ_３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Ｓ_１と前記排気部における流路の有効断面積Ｓ_２との比Ｓ_１／Ｓ_３：Ｓ_２／Ｓ_３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Ｌ_３を基準とした場合の、前記マニホールド部の長さＬ_１と前記排気部の高さＬ_２との比Ｌ_１／Ｌ_３：Ｌ_２／Ｌ_３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。

【請求項5】

前記開口部の開口面積Ｓ_３は１１００〜１４００ｍｍ^２、前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ_１は２５００〜３１００ｍｍ^２、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ_２は３５００〜４３００ｍｍ^２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Ｌ_３は４０〜６０ｍｍ、前記マニホールド部の長さＬ_１は８０〜１００ｍｍ、前記排気部の高さＬ_２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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項9】

前記排気部における流路の有効断面積Ｓ_２と前記分散板に連通部の開口面積Ｓ_４との比Ｓ_２：Ｓ_４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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平９−２２３６７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【課題を解決するための手段】

【0012】

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Ｓ_１が前記開口部の開口面積Ｓ_３以上、且つその長さＬ_１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Ｌ_３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Ｓ_２が前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ_１以上、且つその高さＬ_２が前記マニホールド部の長さＬ_１以上となるように設定されており、
前記マニホールド部底面と前記排気部底面とが同じ高さ位置にあり、
前記開口部は、前記排気部と前記マニホールド部とが連通する部分とは反対側のマニホールド部の端部の下部に形成されているプラズマ処理装置に係る。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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Ｓ_１が開口部の開口面積Ｓ_３以上、且つその長さＬ_１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Ｌ_３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Ｓ_２がマニホールド部における流路の有効断面積Ｓ_１以上、且つその高さＬ_２がマニホールド部の長さＬ_１以上となるようにしている。

【0016】

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。

【0017】

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Ｓ_３を１１００〜２２００ｍｍ^２とし、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ_２を、前記開口部の開口面積Ｓ_３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Ｌ_３を４０〜６０ｍｍとし、前記排気部の高さＬ_２を前記厚さＬ_３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。

【0018】

或いは、前記開口部の開口面積Ｓ_３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Ｓ_１と前記排気部における流路の有効断面積Ｓ_２との比Ｓ_１／Ｓ_３：Ｓ_２／Ｓ_３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Ｌ_３を基準とした場合の、前記マニホールド部の長さＬ_１と前記排気部の高さＬ_２との比Ｌ_１／Ｌ_３：Ｌ_２／Ｌ_３は８：１１〜１０：１４であるのが好ましい。

【0019】

或いは、前記開口部の開口面積Ｓ_３を１１００〜１４００ｍｍ^２、前記マニホールド部における流路の有効断面積Ｓ_１を２５００〜３１００ｍｍ^２、前記排気部における流路の有効断面積Ｓ_２を３５００〜４３００ｍｍ^２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Ｌ_３を４０〜６０ｍｍ、前記マニホールド部の長さＬ_１を８０〜１００ｍｍ、前記排気部の高さＬ_２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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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Ｓ_２と前記分散板の連通部の開口面積Ｓ_４との比Ｓ_２：Ｓ_４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。

【0023】

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。

【発明の効果】

【0024】

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。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】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2】図１におけるＡ−Ａ間の断面図である。

【図3】図１におけるＢ−Ｂ間の断面図である。

【図4】図１におけるＣ−Ｃ間の断面図である。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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Ｓ_１、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Ｓ_３よりも大きく、且つその長さＬ_１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Ｌ_３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Ｓ_２、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Ｓ_１よりも大きく、且つその高さＬ_２がマニホールド部６の長さＬ_１よりも長くなっている。

【0033】

尚、マニホールド部６における流路の有効断面積Ｓ_１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。

【0034】

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Ｓ_３を１１００〜２２００ｍｍ^２とし、前記排気部５における流路の有効断面積Ｓ_２を、前記開口部８の開口面積Ｓ_３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Ｌ_３を４０〜６０ｍｍとし、前記排気部５の高さＬ_２を前記厚さＬ_３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Ｓ_１を２５００〜３１００ｍｍ^２、前記排気部５における流路の有効断面積Ｓ_２を３５００〜４３００ｍｍ^２、前記開口部８の開口面積Ｓ_３を１１００〜１４００ｍｍ^２とするとともに、前記マニホールド部６の長さＬ_１を８０〜１００ｍｍ、前記排気部５の高さＬ_２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Ｌ_３を４０〜６０ｍｍとすることが好ましい。

【0035】

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Ｓ_４（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Ｓ_２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Ｓ_２と隙間７ｂの開口面積Ｓ_４との比Ｓ_２：Ｓ_４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。

【0036】

前記処理ガス供給機構１５は、ＳＦ_６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、ＳＦ_６ガスに限られるものではなく、他のフッ素系ガス、例えば、ＣＦ_４やＮＦ_３、ＩＦ_５などを用いることができる。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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Ｓ_１を開口部８の開口面積Ｓ_３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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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Ｓ_３、マニホールド部６における流路の有効断面積Ｓ_１、排気部５における流路の有効断面積Ｓ_２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Ｌ_３、マニホールド部６の長さＬ_１、排気部５の高さＬ_２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。

【0061】

また、排気部５における流路の有効断面積Ｓ_２よりも前記隙間７ｂの開口面積Ｓ_４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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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Ｓ_３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Ｓ_１と排気部５における流路の有効断面積Ｓ_２との比Ｓ_１／Ｓ_３：Ｓ_２／Ｓ_３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Ｌ_３を基準とした場合の、マニホールド部６の長さＬ_１と排気部５の高さＬ_２との比Ｌ_１／Ｌ_３：Ｌ_２／Ｌ_３を８：１１〜１０：１４とすることが好ましい。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【符号の説明】

【0073】

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

【要約】

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Ｓ_３よりもマニホールド部６の有効断面積Ｓ_１の方が大きく、マニホールド部６の有効断面積Ｓ_１よりも排気部５の有効断面積Ｓ_２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Ｌ_３よりもマニホールド部６の長さＬ_１の方が長く、マニホールド部６の長さＬ_１よりも排気部５の高さＬ_２の方が長くなっている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】