プラズマ処理装置
【課題】処理ガスや反応生成物が基板の外周側縁部の上側に滞留するのを防止したり、基台にバイアス電位を均一にかけることができるプラズマ処理装置などを提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１は、処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に配設され、基板Ｋが載置される基台と、処理ガスを供給するガス供給装置と、供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置４０と、基台の電極１７に高周波電圧を印加する高周波電源４５と、環状且つ板状に形成され、基台上に載置された基板Ｋの外周側縁部上面を内周側縁部により覆う保護部材２５と、基台を駆動して、基台上の基板Ｋが保護部材２５により覆われる保護位置と覆われない退避位置との間で昇降させる駆動装置２３とを備えており、保護部材２５は、基台が保護位置に移動したときに、基板Ｋの上面から保護部材２５の上面までの高さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下となる板厚に形成される。
【解決手段】プラズマ処理装置１は、処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に配設され、基板Ｋが載置される基台と、処理ガスを供給するガス供給装置と、供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置４０と、基台の電極１７に高周波電圧を印加する高周波電源４５と、環状且つ板状に形成され、基台上に載置された基板Ｋの外周側縁部上面を内周側縁部により覆う保護部材２５と、基台を駆動して、基台上の基板Ｋが保護部材２５により覆われる保護位置と覆われない退避位置との間で昇降させる駆動装置２３とを備えており、保護部材２５は、基台が保護位置に移動したときに、基板Ｋの上面から保護部材２５の上面までの高さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下となる板厚に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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基板を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理の一例としてエッチング処理があり、このエッチング処理の対象となる基板（例えば、シリコン基板）の外周側縁部上面には、レジスト膜や酸化膜が形成されていないことがある。この場合、処理チャンバ内に配置された基台上に基板を載置した後、前記処理チャンバ内に処理ガスを供給，プラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記基板にプラズマ処理を施すと、前記基板上面の、レジスト膜や酸化膜が形成されていない環状の部分がエッチングされることになる。
【０００３】
しかしながら、この部分のエッチングを防止する必要がある場合もあり、このようなときには、例えば、特開平５−３４７３６２号公報に記載された保持具により基板を保持すると効果的である。
【０００４】
この保持具は、基板が載置される円形状のステージと、このステージに載置された基板の外周側縁部上面を押さえるリング状の押さえと、この押さえを昇降させる、前記ステージに取り付けられたシリンダとを備えて構成されており、基板の外周側縁部上面が押さえによって押さえられているので、この基板の外周側縁部上面については、ステージに与えられたバイアス電位によるイオン入射が行われず、エッチングが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記保持具では、基板の外周側縁部上面のエッチングが防止されるものの、以下に説明するような問題があった。即ち、押さえの厚みが厚く、ステージ上の基板上面から押さえ上面までの高さが高いため、エッチング処理に費やされた処理ガスやエッチング処理で生じた反応生成物が、押さえの内周部であって基板の外周側縁部の上側に滞留し易く、これらをスムーズに排気することができないという問題、ステージの、基板の外周側縁部にバイアス電位がかかり難く、ステージにかかるバイアス電位が不均一になるという問題があった。そして、これらの問題のために、エッチングにより形成される穴や溝の側壁が基板上面に対して垂直ではなく、傾斜するなど、エッチング形状が悪くなって基板を高精度にエッチングすることができなかった。
【０００７】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、プラズマ処理に費やされた処理ガスやプラズマ処理で生じた反応生成物が基板の外周側縁部の上側に滞留するのを防止することができるとともに、基板が載置される基台にバイアス電位を均一にかけ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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、
閉塞空間を有する処理チャンバと、
高周波電圧が印加される電極、及び、この電極上に設けられ、基板が載置される絶縁体を有し、前記処理チャンバ内に配設される基台と、
前記基台の絶縁体上に載置された基板を吸着してこの基台上に固定する吸着手段と、
前記処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記基台の電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段と、
前記処理チャンバ内のガスを排気して内部を減圧する排気手段と、
環状且つ板状に形成され、その内周側縁部によって、前記基台上に載置された基板の外周側縁部上面を覆う保護部材と、
前記基台及び保護部材のいずれか一方を昇降させ、これを、前記基台上の基板が前記保護部材により覆われる保護位置と、覆われない退避位置との間で移動させる駆動手段とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記保護部材の少なくとも前記基板を覆う部分は、前記保護位置において、前記基板上面から前記保護部材上面までの高さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下となる板厚に形成されてなることを特徴とするプラズマ処理装置に係る。
【０００９】
この発明によれば、基台の絶縁体上に基板が載置され、吸着手段によって基台上に固定された後、駆動手段により基台及び保護部材のいずれか一方が駆動されて退避位置から保護位置に昇降移動せしめられ、基台上の基板の外周側縁部上面が保護部材の内周側縁部により覆われると、ガス供給手段により処理チャンバ内に処理ガスが供給され、供給された処理ガスがプラズマ生成手段によりプラズマ化されるとともに、電圧印加手段により高周波電圧が基台の電極に印加されてこの電極と処理ガスのプラズマとの間に電位差（バイアス電位）が生ぜしめられる。尚、処理チャンバ内のガスは排気手段によって排気されており、内部の圧力が所定圧力に減圧されている。
【００１０】
そして、基台上の基板には、プラズマ中のラジカルや、バイアス電位により基板側に移動，入射するプラズマ中のイオンによって所定のプラズマ処理が施されるが、このとき、基板の外周側縁部上面におけるイオン入射が保護部材によって防止され、これにより、基板は、その外周側縁部上面を除いた部分がプラズマ処理される。
【００１１】
尚、前記保護位置とは、保護部材により基台上の基板が覆われる位置のことであり、前記退避位置とは、保護部材により基台上の基板が覆われない位置のことである。また、前記プラズマ処理としては、例えば、エッチング処理，アッシング処理及び成膜処理などを挙げることができ、このような処理の対象となる基板としては、例えば、シリコン基板やガラス基板などを挙げることができる。
【００１２】
ところで、上記プラズマ処理装置では、上述のように、保護部材の少なくとも基板を覆う部分の板厚を、保護位置において基板上面から保護部材上面までの高さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように形成している。これは、１ｍｍよりも小さいと、板厚が薄くなって強度不足となるからであり、５ｍｍよりも大きいと、プラズマ処理に費やされた処理ガスやプラズマ処理で生じた反応生成物が、保護部材の内周部であって基板の外周側縁部の上側に滞留し易く、これらをスムーズに排気することができないという問題や、基板の外周側縁部において電極とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難く、生じるバイアス電位が不均一になるという問題を生じるからである。
【００１３】
したがって、上記範囲とすれば、ガスの流れを良くして、プラズマ処理に費やされた処理ガスやプラズマ処理で生じた反応生成物の滞留を防止することができるとともに、基板の外周側縁部において電極とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難くなるのを防止してバイアス電位を均一に生じさせることができ、効果的にプラズマ処理を実施することができる。尚、より好ましい範囲としては、前記高さが１ｍｍ以上２ｍｍ以下となる板厚である。
【００１４】
尚、前記基台の電極は、その外径が前記基板の外径よりも大径に形成されて、前記基台上に固定される基板よりも外周部が外側に張り出すように設けられていることが好ましい。このようにすれば、基板の外周側縁部において電極とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難くなるのをより効果的に防止してバイアス電位をより均一に生じさせることが可能になり、更に効果的にプラズマ処理を実施することができる。
【００１５】
また、前記基台の電極は、その外周部の、前記基台上の基板からの張出量が２９ｍｍ以下となるように構成されていることが好ましい。上述のように、前記電極は、その外周部が基台上の基板よりも外側に張り出すように設けることが望ましいのであるが、その張出量が大き過ぎると、却って逆効果となる。これは、一定の高周波電圧が電極に印加されたときに生じるバイアス電位の大きさは、電極上面の表面積が大きくなるほど小さくなるので、前記張出量が大きいほど、生じるバイアス電位が小さくなるからである。このような観点から、前記張出量は２９ｍｍ以下であることが好ましく、この範囲であれば、一定の高周波電圧を電極に印加したときに所定レベル以上のバイアス電位を生じさせることができる。
【００１６】
また、前記基台の絶縁体と保護部材は同一材料から構成され、前記基台の絶縁体の厚さは、前記基板の外周側縁部より中央側の領域に対応する部分の厚さ（Ｘ）が前記基板の外周側縁部付近の領域に対応する部分の厚さ（Ｙ）よりも厚く形成され、前記厚さ（Ｘ）は、前記厚さ（Ｙ）と、前記基板を覆う部分の前記保護部材の板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しいことが好ましい。このようにすれば、電極とプラズマとの間に存在する絶縁物を同じ性質（例えば、同じ比誘電率）にすることができるとともに、基台及び保護部材のいずれか一方が保護位置に移動した状態で、電極とプラズマとの間に存在する絶縁物の厚さを基板の外周側縁部においても同じにすることができるので、生じるバイアス電位を基板の全面に渡って均一にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、処理ガスや反応生成物の滞留を防止すること、及び、バイアス電位を均一に生じさせることができる。これにより、基板に対しプラズマ処理を効果的に施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示した断面図である。
【図２】図１における矢示Ａ方向の平面図である。
【図３】図１におけるＢ部の詳細図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る基板保持装置の一部分の概略構成を示した断面図である。
【図５】シリコン基板の中心からの距離と、エッチングによって形成される穴や溝の側壁傾斜角度との関係を示したグラフである。
【図６】従来例に係る基板保持装置の一部分の概略構成を示した断面図である。
【図７】側壁傾斜角度を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示した断面図であり、図２は、図１における矢示Ａ方向の平面図であり、図３は、図１におけるＢ部の詳細図である。
【００２０】
図１乃至図３に示すように、本例のプラズマ処理装置たるエッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、エッチング対象であるシリコン基板Ｋを保持する基板保持装置１５と、基板保持装置１５により保持されたシリコン基板Ｋの外周側縁部上面を覆う保護部材２５と、保護部材２５を支持する支持部材２６と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置３０と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置３５と、処理チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置４０と、基板保持装置１５の第１電極１７及び第２電極２１に高周波電圧を印加する基台用高周波電源４５などを備える。
【００２１】
前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する下部容器１２及び上部容器１３から構成され、上部容器１３は、下部容器１２よりも小さく形成される。
【００２２】
前記基板保持装置１５は、円板状をした第１電極１７と、第１電極１７の上面に形成され、シリコン基板Ｋが上面に載置される第１絶縁体１８と、第１電極１７に直流電圧を印加する直流電源１９とを備え、直流電源１９によって第１電極１７に直流電圧を印加することによりシリコン基板Ｋと第１絶縁体１８との間に吸着力を生じさせてシリコン基板Ｋを吸着，保持する静電チャック１６と、第１電極１７が上面に配設される円板状の下部部材２０と、環内部に第１電極１７が配置されて内周面が第１電極１７の外周面に当接するように下部部材２０上に設けられる第２電極２１と、第２電極２１の上面及び外周面を覆うように下部部材２０上に設けられる第２絶縁体２２と、下部部材２０の下面に接続され、この下部部材２０を下降端位置と上昇端位置との間で昇降させる昇降シリンダ２３とから構成されており、前記第１電極１７，第１絶縁体１８，下部部材２０，第２電極２１及び第２絶縁体２２は、前記下部容器１２内に配置される。
【００２３】
前記第１電極１７及び第１絶縁体１８は、その外周部がシリコン基板Ｋの外周部よりも内側に小さくなっており、前記第２絶縁体２２は、その内周側上面が第１絶縁体１８の上面よりも低くなっている。また、第２絶縁体２２とシリコン基板Ｋの外周面との間には隙間Ｓが形成されており、この隙間Ｓが小さいと、均一にバイアス電位を生じさせ難くなることから、この隙間Ｓは、例えば、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍ程度であることが好ましい。前記第２電極２１は、静電チャック１６上に吸着，保持されたシリコン基板Ｋよりも外周部が外側に張り出しており、その張出量Ｐが２９ｍｍ以下となっている。
【００２４】
また、前記第１電極１７及び第２電極２１は、例えば、アルミニウムから構成され、前記第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２は、例えば、セラミック（例えば、酸化アルミニウムからなるセラミック）から構成される。尚、前記第１電極１７，第１絶縁体１８，下部部材２０，第２電極２１及び第２絶縁体２２からなる構造体は、シリコン基板Ｋが載置される基台として機能する。また、前記第１電極１７及び第２電極２１が１つの電極を、前記第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２が１つの絶縁体を構成している。また、前記基板保持装置１５は、図４に示すように、前記第２電極２１を省略して、前記第１電極１７及び第１絶縁体１８の外周部に前記第２絶縁体２２のみを設けるようにしても良い。
【００２５】
前記保護部材２５は、アルミニウムにアルマイトコーティングを施したもの或いはセラミック（例えば、酸化アルミニウムからなるセラミック）からなる環状且つ板状の部材から構成されており、前記下部部材２０が上昇端位置にあるときに、前記静電チャック１６上に吸着，保持されたシリコン基板Ｋの外周側縁部上面を内周側縁部により覆うようになっている。また、保護部材２５は、前記下部部材２０が上昇端位置にあるとき、シリコン基板Ｋの上面からこの保護部材２５の上面までの高さＨが１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下となるような板厚に形成されている。尚、この保護部材２５は、前記第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２と同じ材料から構成することが好ましく、本例では、同一材料から構成されている。
【００２６】
また、更に、保護部材２５は、下部部材２０が上昇端位置にあるとき、内周側の下面の一部が前記第２絶縁体２２の上面に当接するようになっており、前記第１絶縁体１８の厚さ（Ｘ），第２絶縁体２２の内周側縁部（シリコン基板Ｋの外周側縁部付近）における厚さ（Ｙ）及び保護部材２５の内周側縁部における板厚（Ｚ）の関係は、前記厚さ（Ｘ）が前記厚さ（Ｙ）と前記板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しくなる関係となっている。尚、下部部材２０の上昇端位置は、保護部材２５によって静電チャック１６上のシリコン基板Ｋが覆われる保護位置と、下部部材２０の下降端位置は、保護部材２５によって静電チャック１６上のシリコン基板Ｋが覆われない退避位置となっており、この保護位置及び退避位置には前記昇降シリンダ２３によって移動せしめられる。また、保護部材２５とシリコン基板Ｋの外周側縁部上面及び外周面との間には隙間が形成されており、保護部材２５とシリコン基板Ｋの外周面との間の隙間Ｔは、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ程度であることが好ましい。また、保護部材２５には、表裏に貫通するガス抜き用の貫通穴２５ａが形成されている。
【００２７】
前記支持部材２６は、前記下部容器１２の底面上に配設された環状のベース２７と、ベース２７上に立設され、上端が保護部材２５の外周側下面を支持する複数の支柱２８とから構成されており、各支柱２８の内側に前記下部部材２０などが配置されている。
【００２８】
前記排気装置３０は、排気ポンプ３１と、排気ポンプ３１と下部容器１２の側面とを接続する排気管３２とから構成され、排気管３２を介して下部容器１２内の気体を排気し、処理チャンバ１１の内部を所定圧力にする。前記ガス供給装置３５は、前記処理ガスとしてエッチングガスを含んだガスを供給するガス供給部３６と、ガス供給部３６と上部容器１３の上面とを接続する供給管３７とから構成され、ガス供給部３６から供給管３７を介して上部容器１３内に処理ガスを供給する。
【００２９】
前記プラズマ生成装置４０は、上部容器１３の外周部に配設された複数のコイル４１と、各コイル４１に高周波電圧を印加するコイル用高周波電源４２とから構成され、コイル用高周波電源４２によってコイル４１に高周波電圧を印加することにより、上部容器１３内に供給された処理ガスをプラズマ化する。前記基台用高周波電源４５は、前記第１電極１７及び第２電極２１に高周波電圧を印加することにより、この第１電極１７及び第２電極２１と処理チャンバ１１内のプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせる。
【００３０】
以上のように構成された本例のエッチング装置１によれば、まず、シリコン基板Ｋが処理チャンバ１１の下部容器１２内に搬入され、静電チャック１６の第１絶縁体１８の上面に載置された後、直流電源１９により直流電圧が第１電極１７に印加されてシリコン基板Ｋが吸着，保持されるとともに、昇降シリンダ２３により下部部材２０が下降端位置から上昇端位置に移動せしめられてシリコン基板Ｋの外周側縁部上面が保護部材２５の内周側縁部により覆われる。
【００３１】
ついで、ガス供給装置３５により処理チャンバ１１内に処理ガスが供給されるとともに、コイル用高周波電源４２によりコイル４１に高周波電圧が印加されて、供給された処理ガスがプラズマ化され、また、基台用高周波電源４５により高周波電圧が第１電極１７及び第２電極２１に印加されてバイアス電位が生ぜしめられる。尚、このとき、処理チャンバ１１内は、排気装置３０により所定圧力に調整されている。
【００３２】
そして、静電チャック１６上のシリコン基板Ｋは、プラズマ中のラジカルや、バイアス電位によりシリコン基板Ｋ側に移動，入射するプラズマ中のイオンによってエッチングされるが、このとき、シリコン基板Ｋの外周側縁部上面におけるイオン入射が保護部材２５によって防止されているので、シリコン基板Ｋは、その外周側縁部上面を除いた部分がエッチングされる。
【００３３】
この後、エッチングが完了すると、昇降シリンダ２３により下部部材２０が上昇端位置から下降端位置に移動せしめられ、シリコン基板Ｋが下部容器１２の外部に搬出される。
【００３４】
ところで、上記エッチング装置１では、上述のように、保護部材２５の板厚を、下部部材２０が上昇端位置に移動したときにシリコン基板Ｋの上面から保護部材２５の上面までの高さＨが１ｍｍ以上５ｍｍ以下（より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下）となるように形成している。これは、１ｍｍよりも小さいと、板厚が薄くなって強度不足となるからであり、５ｍｍよりも大きいと、エッチング処理に費やされた処理ガスやエッチング処理で生じた反応生成物が、保護部材２５の内周部であってシリコン基板Ｋの外周側縁部の上側に滞留し易く、これらをスムーズに排気することができないという問題や、シリコン基板Ｋの外周側縁部において第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難く、生じるバイアス電位が不均一になるという問題を生じるからである。
【００３５】
したがって、上記範囲とすれば、ガスの流れを良くして、エッチング処理に費やされた処理ガスやエッチング処理で生じた反応生成物の滞留を防止することができるとともに、シリコン基板Ｋの外周側縁部において第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難くなるのを防止してバイアス電位を均一に生じさせることができる。これにより、エッチングによって形成される穴や溝の側壁が傾斜するのを防止してシリコン基板Ｋを高精度にエッチングすることができる。
【００３６】
また、第１電極１７の外周部に第２電極２１を設けて、第１電極１７及び第２電極２１からなる構造体の外径をシリコン基板Ｋの外径よりも大径にするとともに、この構造体の外周部が静電チャック１６上のシリコン基板Ｋよりも外側に張り出すようにしたので、シリコン基板Ｋの外周側縁部において第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難くなるのをより効果的に防止してバイアス電位をより均一に生じさせることが可能になり、より精度良くシリコン基板Ｋにエッチングを施すことができる。
【００３７】
また、第２電極２１の外周部の張出量Ｐを２９ｍｍ以下としているのは、一定の高周波電圧が第１電極１７及び第２電極２１に印加されたときに生じるバイアス電位の大きさは、第１電極１７及び第２電極２１の上面の表面積が大きくなるほど小さくなるからである。したがって、前記張出量Ｐが大きいほど表面積が大きくなって、生じるバイアス電位が小さくなるが、張出量Ｐがこの範囲であれば、一定の高周波電圧を第１電極１７及び第２電極２１に印加したときに所定レベル以上のバイアス電位を生じさせることができる。
【００３８】
また、第１絶縁体１８，第２絶縁体２２及び保護部材２５を同一材料から構成し、第１絶縁体１８の厚さ（Ｘ），第２絶縁体２２の内周側縁部における厚さ（Ｙ）及び保護部材２５の内周側縁部における板厚（Ｚ）の関係を、前記厚さ（Ｘ）が前記厚さ（Ｙ）と前記板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しくなるようにしているので、第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間に存在する絶縁物を同じ性質（例えば、同じ比誘電率）にすることができるとともに、下部部材２０が上昇端位置に移動したときに、第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間に存在する絶縁物の厚さをシリコン基板Ｋの外周側縁部においても同じにすることができるので、生じるバイアス電位をシリコン基板Ｋの全面に渡って均一にすることができる。
【００３９】
因みに、前記高さＨを変えて、６インチのシリコン基板Ｋに直径５００μｍで深さ４００μｍの穴が形成されるようにエッチングしたところ、シリコン基板Ｋの中心からの距離と穴の側壁の傾斜角度γとの関係について図５に示すような実験結果が得られた。図５では、高さＨが７．８ｍｍを実験例１として、高さＨが６ｍｍを実験例２として、高さＨが５ｍｍを実験例３として、高さＨが４ｍｍを実験例４として、高さＨが３ｍｍを実験例５として、高さＨが２ｍｍを実験例６として示しており、実験例１では、図６に示すような従来例に係る基板保持装置１５’を用い、実験例２〜６では、図４に示すような基板保持装置１５を用いた。また、図５には、実験例７として、前記高さＨが２ｍｍで図３に示すような基板保持装置１５を用いたときの実験結果を併せて示している。
【００４０】
尚、穴の側壁の傾斜角度γは次のようにして算出する。即ち、図７に示すように、穴５０の側壁が垂直に形成された場合の側壁５１，５３と実際の側壁５２，５４との、穴５０の底部におけるずれ量Ｗ１，Ｗ２を、穴５０の側壁のＬ方向及びＲ方向についてそれぞれ測定して次の数式１により傾斜角度α，βを算出した後、次の数式２により傾斜角度γを求める。また、傾斜角度α，βは、側壁５２，５４が側壁５１，５３よりもＬ方向に傾斜しているときは正の角度として、Ｒ方向に傾斜しているときは負の角度として算出する。図７において、符号Ｄは穴の深さであり、符号Ｍはマスクである。
【００４１】
（数式１）
α＝ｔａｎ−１（Ｗ１／Ｄ）、β＝ｔａｎ−１（Ｗ２／Ｄ）
【００４２】
（数式２）
γ＝（α＋β）／２
【００４３】
この図５に示すように、実験例１〜６から、シリコン基板Ｋの中心からの距離が大きくなるほど、即ち、シリコン基板Ｋの外周側に近づくほど、傾斜角度γは大きくなるが、高さＨが低ければ、シリコン基板Ｋの中心からの距離が大きくなっても傾斜角度γが小さいことが分かる。尚、実験例１と実験例２〜６では、用いた基板保持装置１５’，１５が異なるが、実験結果にはさほど影響しないものと思われる。
【００４４】
また、シリコン基板Ｋの中心からの距離が約４０ｍｍ以上のところにおいて、高さＨが２ｍｍ〜５ｍｍまでの場合は、高さＨが２ｍｍから３ｍｍに、高さＨが３ｍｍから４ｍｍに、高さＨが４ｍｍから５ｍｍにといったように高さＨが高くなると、ほぼ同じような割合で傾斜角度γが大きくなるが、高さＨが６ｍｍ及び７．８ｍｍの場合は、高さＨが２ｍｍ〜５ｍｍまでの場合よりも傾斜角度γが大きくなる割合が高くなっている。
【００４５】
これらのことから、高さＨを５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下とすることで、傾斜角度γを一定角度以下に収めて高精度なエッチング形状が得られることが分かる。したがって、処理ガスや反応生成物の滞留を防止したり、バイアス電位を均一に生じさせることが可能であることが分かる。
【００４６】
また、実験例６及び７からは、第１電極１７及び第２電極２１からなる構造体の外周部をシリコン基板Ｋの外周部よりも外側に大きくすることで、より傾斜角度γが小さくなっていることが分かる。したがって、バイアス電位をより均一に生じさせ、これにより、より高精度なエッチング形状が得られることが分かる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００４８】
上例では、前記第１電極１７と第２電極２１を別部材から構成したが、これらを一体的に構成しても良い。また、前記保護部材２５を固定するのではなく、前記第１電極１７，第１絶縁体１８，下部部材２０，第２電極２１及び第２絶縁体２２からなる構造体を固定し、保護部材２５を保護位置と退避位置との間で昇降させるようにしても良い。
【００４９】
また、保護部材２５は、下部部材２０が上昇端位置にあるときにシリコン基板Ｋの上面からこの保護部材２５の上面までの高さＨが１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下となる板厚に、その全体の板厚が形成されていても良いが、保護部材２５のシリコン基板Ｋを覆う部分だけがそのような板厚に形成されていたり、保護部材２５のシリコン基板Ｋを覆う部分を含む内周側がそのような板厚に形成されていても良い。この場合において、保護部材２５のその他の部分における板厚は８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
また、前記保護部材２５，第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２は、上述のように、同一材料から構成することが好ましいが、これは、材料が同じであれば、保護部材２５，第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２の厚さを調整して、第１絶縁体１８の厚さ（Ｘ）を、第２絶縁体２２の内周側縁部における厚さ（Ｙ）と保護部材２５の内周側縁部における板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しくするだけで、簡単に、生じるバイアス電位をシリコン基板Ｋの全面に渡って均一にすることができるからである。但し、保護部材２５，第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２を構成する各材料の物性値を考慮し、前記厚さ（Ｘ），厚さ（Ｙ）及び板厚（Ｚ）をそれぞれ調整することにより、生じるバイアス電位をシリコン基板Ｋの全面に渡って均一にすることができるのであれば、保護部材２５，第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２を異なる材料から構成しても何ら差し支えない。
【００５１】
また、上例では、プラズマ処理の一例としてエッチング処理を挙げたが、これに限定されるものではなく、アッシング処理や成膜処理などにも本発明を適用することができる。また、処理対象となる基板Ｋは、シリコン基板に限られず、ガラス基板など、どのような基板であっても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ エッチング装置
１１ 処理チャンバ
１５ 基板保持装置
１６ 静電チャック
１７ 第１電極
１８ 第１絶縁体
１９ 直流電源
２０ 下部部材
２１ 第２電極
２２ 第２絶縁体
２３ 昇降シリンダ
２５ 保護部材
２６ 支持部材
３０ 排気装置
３５ ガス供給装置
４０ プラズマ生成装置
４１ コイル
４２ コイル用高周波電源
４５ 基台用高周波電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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基板を処理するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理の一例としてエッチング処理があり、このエッチング処理の対象となる基板（例えば、シリコン基板）の外周側縁部上面には、レジスト膜や酸化膜が形成されていないことがある。この場合、処理チャンバ内に配置された基台上に基板を載置した後、前記処理チャンバ内に処理ガスを供給，プラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記基板にプラズマ処理を施すと、前記基板上面の、レジスト膜や酸化膜が形成されていない環状の部分がエッチングされることになる。
【０００３】
しかしながら、この部分のエッチングを防止する必要がある場合もあり、このようなときには、例えば、特開平５−３４７３６２号公報に記載された保持具により基板を保持すると効果的である。
【０００４】
この保持具は、基板が載置される円形状のステージと、このステージに載置された基板の外周側縁部上面を押さえるリング状の押さえと、この押さえを昇降させる、前記ステージに取り付けられたシリンダとを備えて構成されており、基板の外周側縁部上面が押さえによって押さえられているので、この基板の外周側縁部上面については、ステージに与えられたバイアス電位によるイオン入射が行われず、エッチングが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４７３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記保持具では、基板の外周側縁部上面のエッチングが防止されるものの、以下に説明するような問題があった。即ち、押さえの厚みが厚く、ステージ上の基板上面から押さえ上面までの高さが高いため、エッチング処理に費やされた処理ガスやエッチング処理で生じた反応生成物が、押さえの内周部であって基板の外周側縁部の上側に滞留し易く、これらをスムーズに排気することができないという問題、ステージの、基板の外周側縁部にバイアス電位がかかり難く、ステージにかかるバイアス電位が不均一になるという問題があった。そして、これらの問題のために、エッチングにより形成される穴や溝の側壁が基板上面に対して垂直ではなく、傾斜するなど、エッチング形状が悪くなって基板を高精度にエッチングすることができなかった。
【０００７】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、プラズマ処理に費やされた処理ガスやプラズマ処理で生じた反応生成物が基板の外周側縁部の上側に滞留するのを防止することができるとともに、基板が載置される基台にバイアス電位を均一にかけ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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、
閉塞空間を有する処理チャンバと、
高周波電圧が印加される電極、及び、この電極上に設けられ、基板が載置される絶縁体を有し、前記処理チャンバ内に配設される基台と、
前記基台の絶縁体上に載置された基板を吸着してこの基台上に固定する吸着手段と、
前記処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記基台の電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段と、
前記処理チャンバ内のガスを排気して内部を減圧する排気手段と、
環状且つ板状に形成され、その内周側縁部によって、前記基台上に載置された基板の外周側縁部上面を覆う保護部材と、
前記基台及び保護部材のいずれか一方を昇降させ、これを、前記基台上の基板が前記保護部材により覆われる保護位置と、覆われない退避位置との間で移動させる駆動手段とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記保護部材の少なくとも前記基板を覆う部分は、前記保護位置において、前記基板上面から前記保護部材上面までの高さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下となる板厚に形成されてなることを特徴とするプラズマ処理装置に係る。
【０００９】
この発明によれば、基台の絶縁体上に基板が載置され、吸着手段によって基台上に固定された後、駆動手段により基台及び保護部材のいずれか一方が駆動されて退避位置から保護位置に昇降移動せしめられ、基台上の基板の外周側縁部上面が保護部材の内周側縁部により覆われると、ガス供給手段により処理チャンバ内に処理ガスが供給され、供給された処理ガスがプラズマ生成手段によりプラズマ化されるとともに、電圧印加手段により高周波電圧が基台の電極に印加されてこの電極と処理ガスのプラズマとの間に電位差（バイアス電位）が生ぜしめられる。尚、処理チャンバ内のガスは排気手段によって排気されており、内部の圧力が所定圧力に減圧されている。
【００１０】
そして、基台上の基板には、プラズマ中のラジカルや、バイアス電位により基板側に移動，入射するプラズマ中のイオンによって所定のプラズマ処理が施されるが、このとき、基板の外周側縁部上面におけるイオン入射が保護部材によって防止され、これにより、基板は、その外周側縁部上面を除いた部分がプラズマ処理される。
【００１１】
尚、前記保護位置とは、保護部材により基台上の基板が覆われる位置のことであり、前記退避位置とは、保護部材により基台上の基板が覆われない位置のことである。また、前記プラズマ処理としては、例えば、エッチング処理，アッシング処理及び成膜処理などを挙げることができ、このような処理の対象となる基板としては、例えば、シリコン基板やガラス基板などを挙げることができる。
【００１２】
ところで、上記プラズマ処理装置では、上述のように、保護部材の少なくとも基板を覆う部分の板厚を、保護位置において基板上面から保護部材上面までの高さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように形成している。これは、１ｍｍよりも小さいと、板厚が薄くなって強度不足となるからであり、５ｍｍよりも大きいと、プラズマ処理に費やされた処理ガスやプラズマ処理で生じた反応生成物が、保護部材の内周部であって基板の外周側縁部の上側に滞留し易く、これらをスムーズに排気することができないという問題や、基板の外周側縁部において電極とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難く、生じるバイアス電位が不均一になるという問題を生じるからである。
【００１３】
したがって、上記範囲とすれば、ガスの流れを良くして、プラズマ処理に費やされた処理ガスやプラズマ処理で生じた反応生成物の滞留を防止することができるとともに、基板の外周側縁部において電極とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難くなるのを防止してバイアス電位を均一に生じさせることができ、効果的にプラズマ処理を実施することができる。尚、より好ましい範囲としては、前記高さが１ｍｍ以上２ｍｍ以下となる板厚である。
【００１４】
尚、前記基台の電極は、その外径が前記基板の外径よりも大径に形成されて、前記基台上に固定される基板よりも外周部が外側に張り出すように設けられていることが好ましい。このようにすれば、基板の外周側縁部において電極とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難くなるのをより効果的に防止してバイアス電位をより均一に生じさせることが可能になり、更に効果的にプラズマ処理を実施することができる。
【００１５】
また、前記基台の電極は、その外周部の、前記基台上の基板からの張出量が２９ｍｍ以下となるように構成されていることが好ましい。上述のように、前記電極は、その外周部が基台上の基板よりも外側に張り出すように設けることが望ましいのであるが、その張出量が大き過ぎると、却って逆効果となる。これは、一定の高周波電圧が電極に印加されたときに生じるバイアス電位の大きさは、電極上面の表面積が大きくなるほど小さくなるので、前記張出量が大きいほど、生じるバイアス電位が小さくなるからである。このような観点から、前記張出量は２９ｍｍ以下であることが好ましく、この範囲であれば、一定の高周波電圧を電極に印加したときに所定レベル以上のバイアス電位を生じさせることができる。
【００１６】
また、前記基台の絶縁体と保護部材は同一材料から構成され、前記基台の絶縁体の厚さは、前記基板の外周側縁部より中央側の領域に対応する部分の厚さ（Ｘ）が前記基板の外周側縁部付近の領域に対応する部分の厚さ（Ｙ）よりも厚く形成され、前記厚さ（Ｘ）は、前記厚さ（Ｙ）と、前記基板を覆う部分の前記保護部材の板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しいことが好ましい。このようにすれば、電極とプラズマとの間に存在する絶縁物を同じ性質（例えば、同じ比誘電率）にすることができるとともに、基台及び保護部材のいずれか一方が保護位置に移動した状態で、電極とプラズマとの間に存在する絶縁物の厚さを基板の外周側縁部においても同じにすることができるので、生じるバイアス電位を基板の全面に渡って均一にすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、処理ガスや反応生成物の滞留を防止すること、及び、バイアス電位を均一に生じさせることができる。これにより、基板に対しプラズマ処理を効果的に施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示した断面図である。
【図２】図１における矢示Ａ方向の平面図である。
【図３】図１におけるＢ部の詳細図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る基板保持装置の一部分の概略構成を示した断面図である。
【図５】シリコン基板の中心からの距離と、エッチングによって形成される穴や溝の側壁傾斜角度との関係を示したグラフである。
【図６】従来例に係る基板保持装置の一部分の概略構成を示した断面図である。
【図７】側壁傾斜角度を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示した断面図であり、図２は、図１における矢示Ａ方向の平面図であり、図３は、図１におけるＢ部の詳細図である。
【００２０】
図１乃至図３に示すように、本例のプラズマ処理装置たるエッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、エッチング対象であるシリコン基板Ｋを保持する基板保持装置１５と、基板保持装置１５により保持されたシリコン基板Ｋの外周側縁部上面を覆う保護部材２５と、保護部材２５を支持する支持部材２６と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置３０と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置３５と、処理チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置４０と、基板保持装置１５の第１電極１７及び第２電極２１に高周波電圧を印加する基台用高周波電源４５などを備える。
【００２１】
前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する下部容器１２及び上部容器１３から構成され、上部容器１３は、下部容器１２よりも小さく形成される。
【００２２】
前記基板保持装置１５は、円板状をした第１電極１７と、第１電極１７の上面に形成され、シリコン基板Ｋが上面に載置される第１絶縁体１８と、第１電極１７に直流電圧を印加する直流電源１９とを備え、直流電源１９によって第１電極１７に直流電圧を印加することによりシリコン基板Ｋと第１絶縁体１８との間に吸着力を生じさせてシリコン基板Ｋを吸着，保持する静電チャック１６と、第１電極１７が上面に配設される円板状の下部部材２０と、環内部に第１電極１７が配置されて内周面が第１電極１７の外周面に当接するように下部部材２０上に設けられる第２電極２１と、第２電極２１の上面及び外周面を覆うように下部部材２０上に設けられる第２絶縁体２２と、下部部材２０の下面に接続され、この下部部材２０を下降端位置と上昇端位置との間で昇降させる昇降シリンダ２３とから構成されており、前記第１電極１７，第１絶縁体１８，下部部材２０，第２電極２１及び第２絶縁体２２は、前記下部容器１２内に配置される。
【００２３】
前記第１電極１７及び第１絶縁体１８は、その外周部がシリコン基板Ｋの外周部よりも内側に小さくなっており、前記第２絶縁体２２は、その内周側上面が第１絶縁体１８の上面よりも低くなっている。また、第２絶縁体２２とシリコン基板Ｋの外周面との間には隙間Ｓが形成されており、この隙間Ｓが小さいと、均一にバイアス電位を生じさせ難くなることから、この隙間Ｓは、例えば、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍ程度であることが好ましい。前記第２電極２１は、静電チャック１６上に吸着，保持されたシリコン基板Ｋよりも外周部が外側に張り出しており、その張出量Ｐが２９ｍｍ以下となっている。
【００２４】
また、前記第１電極１７及び第２電極２１は、例えば、アルミニウムから構成され、前記第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２は、例えば、セラミック（例えば、酸化アルミニウムからなるセラミック）から構成される。尚、前記第１電極１７，第１絶縁体１８，下部部材２０，第２電極２１及び第２絶縁体２２からなる構造体は、シリコン基板Ｋが載置される基台として機能する。また、前記第１電極１７及び第２電極２１が１つの電極を、前記第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２が１つの絶縁体を構成している。また、前記基板保持装置１５は、図４に示すように、前記第２電極２１を省略して、前記第１電極１７及び第１絶縁体１８の外周部に前記第２絶縁体２２のみを設けるようにしても良い。
【００２５】
前記保護部材２５は、アルミニウムにアルマイトコーティングを施したもの或いはセラミック（例えば、酸化アルミニウムからなるセラミック）からなる環状且つ板状の部材から構成されており、前記下部部材２０が上昇端位置にあるときに、前記静電チャック１６上に吸着，保持されたシリコン基板Ｋの外周側縁部上面を内周側縁部により覆うようになっている。また、保護部材２５は、前記下部部材２０が上昇端位置にあるとき、シリコン基板Ｋの上面からこの保護部材２５の上面までの高さＨが１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下となるような板厚に形成されている。尚、この保護部材２５は、前記第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２と同じ材料から構成することが好ましく、本例では、同一材料から構成されている。
【００２６】
また、更に、保護部材２５は、下部部材２０が上昇端位置にあるとき、内周側の下面の一部が前記第２絶縁体２２の上面に当接するようになっており、前記第１絶縁体１８の厚さ（Ｘ），第２絶縁体２２の内周側縁部（シリコン基板Ｋの外周側縁部付近）における厚さ（Ｙ）及び保護部材２５の内周側縁部における板厚（Ｚ）の関係は、前記厚さ（Ｘ）が前記厚さ（Ｙ）と前記板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しくなる関係となっている。尚、下部部材２０の上昇端位置は、保護部材２５によって静電チャック１６上のシリコン基板Ｋが覆われる保護位置と、下部部材２０の下降端位置は、保護部材２５によって静電チャック１６上のシリコン基板Ｋが覆われない退避位置となっており、この保護位置及び退避位置には前記昇降シリンダ２３によって移動せしめられる。また、保護部材２５とシリコン基板Ｋの外周側縁部上面及び外周面との間には隙間が形成されており、保護部材２５とシリコン基板Ｋの外周面との間の隙間Ｔは、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ程度であることが好ましい。また、保護部材２５には、表裏に貫通するガス抜き用の貫通穴２５ａが形成されている。
【００２７】
前記支持部材２６は、前記下部容器１２の底面上に配設された環状のベース２７と、ベース２７上に立設され、上端が保護部材２５の外周側下面を支持する複数の支柱２８とから構成されており、各支柱２８の内側に前記下部部材２０などが配置されている。
【００２８】
前記排気装置３０は、排気ポンプ３１と、排気ポンプ３１と下部容器１２の側面とを接続する排気管３２とから構成され、排気管３２を介して下部容器１２内の気体を排気し、処理チャンバ１１の内部を所定圧力にする。前記ガス供給装置３５は、前記処理ガスとしてエッチングガスを含んだガスを供給するガス供給部３６と、ガス供給部３６と上部容器１３の上面とを接続する供給管３７とから構成され、ガス供給部３６から供給管３７を介して上部容器１３内に処理ガスを供給する。
【００２９】
前記プラズマ生成装置４０は、上部容器１３の外周部に配設された複数のコイル４１と、各コイル４１に高周波電圧を印加するコイル用高周波電源４２とから構成され、コイル用高周波電源４２によってコイル４１に高周波電圧を印加することにより、上部容器１３内に供給された処理ガスをプラズマ化する。前記基台用高周波電源４５は、前記第１電極１７及び第２電極２１に高周波電圧を印加することにより、この第１電極１７及び第２電極２１と処理チャンバ１１内のプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせる。
【００３０】
以上のように構成された本例のエッチング装置１によれば、まず、シリコン基板Ｋが処理チャンバ１１の下部容器１２内に搬入され、静電チャック１６の第１絶縁体１８の上面に載置された後、直流電源１９により直流電圧が第１電極１７に印加されてシリコン基板Ｋが吸着，保持されるとともに、昇降シリンダ２３により下部部材２０が下降端位置から上昇端位置に移動せしめられてシリコン基板Ｋの外周側縁部上面が保護部材２５の内周側縁部により覆われる。
【００３１】
ついで、ガス供給装置３５により処理チャンバ１１内に処理ガスが供給されるとともに、コイル用高周波電源４２によりコイル４１に高周波電圧が印加されて、供給された処理ガスがプラズマ化され、また、基台用高周波電源４５により高周波電圧が第１電極１７及び第２電極２１に印加されてバイアス電位が生ぜしめられる。尚、このとき、処理チャンバ１１内は、排気装置３０により所定圧力に調整されている。
【００３２】
そして、静電チャック１６上のシリコン基板Ｋは、プラズマ中のラジカルや、バイアス電位によりシリコン基板Ｋ側に移動，入射するプラズマ中のイオンによってエッチングされるが、このとき、シリコン基板Ｋの外周側縁部上面におけるイオン入射が保護部材２５によって防止されているので、シリコン基板Ｋは、その外周側縁部上面を除いた部分がエッチングされる。
【００３３】
この後、エッチングが完了すると、昇降シリンダ２３により下部部材２０が上昇端位置から下降端位置に移動せしめられ、シリコン基板Ｋが下部容器１２の外部に搬出される。
【００３４】
ところで、上記エッチング装置１では、上述のように、保護部材２５の板厚を、下部部材２０が上昇端位置に移動したときにシリコン基板Ｋの上面から保護部材２５の上面までの高さＨが１ｍｍ以上５ｍｍ以下（より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下）となるように形成している。これは、１ｍｍよりも小さいと、板厚が薄くなって強度不足となるからであり、５ｍｍよりも大きいと、エッチング処理に費やされた処理ガスやエッチング処理で生じた反応生成物が、保護部材２５の内周部であってシリコン基板Ｋの外周側縁部の上側に滞留し易く、これらをスムーズに排気することができないという問題や、シリコン基板Ｋの外周側縁部において第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難く、生じるバイアス電位が不均一になるという問題を生じるからである。
【００３５】
したがって、上記範囲とすれば、ガスの流れを良くして、エッチング処理に費やされた処理ガスやエッチング処理で生じた反応生成物の滞留を防止することができるとともに、シリコン基板Ｋの外周側縁部において第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難くなるのを防止してバイアス電位を均一に生じさせることができる。これにより、エッチングによって形成される穴や溝の側壁が傾斜するのを防止してシリコン基板Ｋを高精度にエッチングすることができる。
【００３６】
また、第１電極１７の外周部に第２電極２１を設けて、第１電極１７及び第２電極２１からなる構造体の外径をシリコン基板Ｋの外径よりも大径にするとともに、この構造体の外周部が静電チャック１６上のシリコン基板Ｋよりも外側に張り出すようにしたので、シリコン基板Ｋの外周側縁部において第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間にバイアス電位が生じ難くなるのをより効果的に防止してバイアス電位をより均一に生じさせることが可能になり、より精度良くシリコン基板Ｋにエッチングを施すことができる。
【００３７】
また、第２電極２１の外周部の張出量Ｐを２９ｍｍ以下としているのは、一定の高周波電圧が第１電極１７及び第２電極２１に印加されたときに生じるバイアス電位の大きさは、第１電極１７及び第２電極２１の上面の表面積が大きくなるほど小さくなるからである。したがって、前記張出量Ｐが大きいほど表面積が大きくなって、生じるバイアス電位が小さくなるが、張出量Ｐがこの範囲であれば、一定の高周波電圧を第１電極１７及び第２電極２１に印加したときに所定レベル以上のバイアス電位を生じさせることができる。
【００３８】
また、第１絶縁体１８，第２絶縁体２２及び保護部材２５を同一材料から構成し、第１絶縁体１８の厚さ（Ｘ），第２絶縁体２２の内周側縁部における厚さ（Ｙ）及び保護部材２５の内周側縁部における板厚（Ｚ）の関係を、前記厚さ（Ｘ）が前記厚さ（Ｙ）と前記板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しくなるようにしているので、第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間に存在する絶縁物を同じ性質（例えば、同じ比誘電率）にすることができるとともに、下部部材２０が上昇端位置に移動したときに、第１電極１７及び第２電極２１とプラズマとの間に存在する絶縁物の厚さをシリコン基板Ｋの外周側縁部においても同じにすることができるので、生じるバイアス電位をシリコン基板Ｋの全面に渡って均一にすることができる。
【００３９】
因みに、前記高さＨを変えて、６インチのシリコン基板Ｋに直径５００μｍで深さ４００μｍの穴が形成されるようにエッチングしたところ、シリコン基板Ｋの中心からの距離と穴の側壁の傾斜角度γとの関係について図５に示すような実験結果が得られた。図５では、高さＨが７．８ｍｍを実験例１として、高さＨが６ｍｍを実験例２として、高さＨが５ｍｍを実験例３として、高さＨが４ｍｍを実験例４として、高さＨが３ｍｍを実験例５として、高さＨが２ｍｍを実験例６として示しており、実験例１では、図６に示すような従来例に係る基板保持装置１５’を用い、実験例２〜６では、図４に示すような基板保持装置１５を用いた。また、図５には、実験例７として、前記高さＨが２ｍｍで図３に示すような基板保持装置１５を用いたときの実験結果を併せて示している。
【００４０】
尚、穴の側壁の傾斜角度γは次のようにして算出する。即ち、図７に示すように、穴５０の側壁が垂直に形成された場合の側壁５１，５３と実際の側壁５２，５４との、穴５０の底部におけるずれ量Ｗ１，Ｗ２を、穴５０の側壁のＬ方向及びＲ方向についてそれぞれ測定して次の数式１により傾斜角度α，βを算出した後、次の数式２により傾斜角度γを求める。また、傾斜角度α，βは、側壁５２，５４が側壁５１，５３よりもＬ方向に傾斜しているときは正の角度として、Ｒ方向に傾斜しているときは負の角度として算出する。図７において、符号Ｄは穴の深さであり、符号Ｍはマスクである。
【００４１】
（数式１）
α＝ｔａｎ−１（Ｗ１／Ｄ）、β＝ｔａｎ−１（Ｗ２／Ｄ）
【００４２】
（数式２）
γ＝（α＋β）／２
【００４３】
この図５に示すように、実験例１〜６から、シリコン基板Ｋの中心からの距離が大きくなるほど、即ち、シリコン基板Ｋの外周側に近づくほど、傾斜角度γは大きくなるが、高さＨが低ければ、シリコン基板Ｋの中心からの距離が大きくなっても傾斜角度γが小さいことが分かる。尚、実験例１と実験例２〜６では、用いた基板保持装置１５’，１５が異なるが、実験結果にはさほど影響しないものと思われる。
【００４４】
また、シリコン基板Ｋの中心からの距離が約４０ｍｍ以上のところにおいて、高さＨが２ｍｍ〜５ｍｍまでの場合は、高さＨが２ｍｍから３ｍｍに、高さＨが３ｍｍから４ｍｍに、高さＨが４ｍｍから５ｍｍにといったように高さＨが高くなると、ほぼ同じような割合で傾斜角度γが大きくなるが、高さＨが６ｍｍ及び７．８ｍｍの場合は、高さＨが２ｍｍ〜５ｍｍまでの場合よりも傾斜角度γが大きくなる割合が高くなっている。
【００４５】
これらのことから、高さＨを５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下とすることで、傾斜角度γを一定角度以下に収めて高精度なエッチング形状が得られることが分かる。したがって、処理ガスや反応生成物の滞留を防止したり、バイアス電位を均一に生じさせることが可能であることが分かる。
【００４６】
また、実験例６及び７からは、第１電極１７及び第２電極２１からなる構造体の外周部をシリコン基板Ｋの外周部よりも外側に大きくすることで、より傾斜角度γが小さくなっていることが分かる。したがって、バイアス電位をより均一に生じさせ、これにより、より高精度なエッチング形状が得られることが分かる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００４８】
上例では、前記第１電極１７と第２電極２１を別部材から構成したが、これらを一体的に構成しても良い。また、前記保護部材２５を固定するのではなく、前記第１電極１７，第１絶縁体１８，下部部材２０，第２電極２１及び第２絶縁体２２からなる構造体を固定し、保護部材２５を保護位置と退避位置との間で昇降させるようにしても良い。
【００４９】
また、保護部材２５は、下部部材２０が上昇端位置にあるときにシリコン基板Ｋの上面からこの保護部材２５の上面までの高さＨが１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下となる板厚に、その全体の板厚が形成されていても良いが、保護部材２５のシリコン基板Ｋを覆う部分だけがそのような板厚に形成されていたり、保護部材２５のシリコン基板Ｋを覆う部分を含む内周側がそのような板厚に形成されていても良い。この場合において、保護部材２５のその他の部分における板厚は８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
また、前記保護部材２５，第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２は、上述のように、同一材料から構成することが好ましいが、これは、材料が同じであれば、保護部材２５，第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２の厚さを調整して、第１絶縁体１８の厚さ（Ｘ）を、第２絶縁体２２の内周側縁部における厚さ（Ｙ）と保護部材２５の内周側縁部における板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しくするだけで、簡単に、生じるバイアス電位をシリコン基板Ｋの全面に渡って均一にすることができるからである。但し、保護部材２５，第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２を構成する各材料の物性値を考慮し、前記厚さ（Ｘ），厚さ（Ｙ）及び板厚（Ｚ）をそれぞれ調整することにより、生じるバイアス電位をシリコン基板Ｋの全面に渡って均一にすることができるのであれば、保護部材２５，第１絶縁体１８及び第２絶縁体２２を異なる材料から構成しても何ら差し支えない。
【００５１】
また、上例では、プラズマ処理の一例としてエッチング処理を挙げたが、これに限定されるものではなく、アッシング処理や成膜処理などにも本発明を適用することができる。また、処理対象となる基板Ｋは、シリコン基板に限られず、ガラス基板など、どのような基板であっても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ エッチング装置
１１ 処理チャンバ
１５ 基板保持装置
１６ 静電チャック
１７ 第１電極
１８ 第１絶縁体
１９ 直流電源
２０ 下部部材
２１ 第２電極
２２ 第２絶縁体
２３ 昇降シリンダ
２５ 保護部材
２６ 支持部材
３０ 排気装置
３５ ガス供給装置
４０ プラズマ生成装置
４１ コイル
４２ コイル用高周波電源
４５ 基台用高周波電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉塞空間を有する処理チャンバと、
高周波電圧が印加される電極、及び、この電極上に設けられ、基板が載置される絶縁体を有し、前記処理チャンバ内に配設される基台と、
前記基台の絶縁体上に載置された基板を吸着してこの基台上に固定する吸着手段と、
前記処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記基台の電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段と、
前記処理チャンバ内のガスを排気して内部を減圧する排気手段と、
環状且つ板状に形成され、その内周側縁部によって、前記基台上に載置された基板の外周側縁部上面を覆う保護部材と、
前記基台及び保護部材のいずれか一方を昇降させ、これを、前記基台上の基板が前記保護部材により覆われる保護位置と、覆われない退避位置との間で移動させる駆動手段とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記保護部材の少なくとも前記基板を覆う部分は、前記保護位置において、前記基板上面から前記保護部材上面までの高さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下となる板厚に形成されてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基台の電極は、その外径が前記基板の外径よりも大径に形成されて、前記基台上に固定される基板よりも外周部が外側に張り出すように設けられてな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】
前記基台の電極は、その外周部の、前記基台上の基板からの張出量が２９ｍｍ以下となるように構成されてなることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基台の絶縁体と保護部材は同一材料から構成され、
前記基台の絶縁体の厚さは、前記基板の外周側縁部より中央側の領域に対応する部分の厚さ（Ｘ）が前記基板の外周側縁部付近の領域に対応する部分の厚さ（Ｙ）よりも厚く形成され、
前記厚さ（Ｘ）は、前記厚さ（Ｙ）と、前記基板を覆う部分の前記保護部材の板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しいことを特徴とする請求項２又は３記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
閉塞空間を有する処理チャンバと、
高周波電圧が印加される電極、及び、この電極上に設けられ、基板が載置される絶縁体を有し、前記処理チャンバ内に配設される基台と、
前記基台の絶縁体上に載置された基板を吸着してこの基台上に固定する吸着手段と、
前記処理チャンバ内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理チャンバ内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記基台の電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段と、
前記処理チャンバ内のガスを排気して内部を減圧する排気手段と、
環状且つ板状に形成され、その内周側縁部によって、前記基台上に載置された基板の外周側縁部上面を覆う保護部材と、
前記基台及び保護部材のいずれか一方を昇降させ、これを、前記基台上の基板が前記保護部材により覆われる保護位置と、覆われない退避位置との間で移動させる駆動手段とを備えたプラズマ処理装置であって、
前記保護部材の少なくとも前記基板を覆う部分は、前記保護位置において、前記基板上面から前記保護部材上面までの高さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下となる板厚に形成されてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基台の電極は、その外径が前記基板の外径よりも大径に形成されて、前記基台上に固定される基板よりも外周部が外側に張り出すように設けられてな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】
前記基台の電極は、その外周部の、前記基台上の基板からの張出量が２９ｍｍ以下となるように構成されてなることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基台の絶縁体と保護部材は同一材料から構成され、
前記基台の絶縁体の厚さは、前記基板の外周側縁部より中央側の領域に対応する部分の厚さ（Ｘ）が前記基板の外周側縁部付近の領域に対応する部分の厚さ（Ｙ）よりも厚く形成され、
前記厚さ（Ｘ）は、前記厚さ（Ｙ）と、前記基板を覆う部分の前記保護部材の板厚（Ｚ）とを合計した値と略等しいことを特徴とする請求項２又は３記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１９２４８８（Ｐ２０１０−１９２４８８Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３２１４５（Ｐ２００９−３２１４５）
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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