JP2016058670A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】処理室内に形成したプラズマを用いて試料台上に載せられた試料を処理するプラズマ処理装置であって、試料台は、基材上面に誘電体製の膜と、この誘電体製の膜の上方で接着剤を挟んで接合されその内部に高周波電力が供給される膜状の電極を有した焼結板とを有し、前記高周波電力を供給する膜状の電極とのコネクタ部が、前記貫通孔内に配置され上部が前記膜状の電極と接合され下部が前記高周波電力の給電経路の端部と接続される導体部及び前記貫通孔内で前記導体部の外周を囲んで前記導体部と前記基材との間に配置され絶縁性材料から構成されたボスとを備え、導体部の中心の棒状部材とその周囲を囲むソケットとの上端がボスより高い位置に配置され、ソケットの上端においてソケットと棒状部材との間への接着剤の入り込みを防止する構成を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空容器内部に配置された処理室内に配置した試料台上に載せられた処理対象のウエハをこの処理室内に形成したプラズマを用いてエッチング処理するプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法に係り、特に、半導体ウエハ等の基板状の試料を載せた試料台内の電極に高周波電力を供給しつつ当該試料を処理するプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスの回路を半導体ウエハ等の試料上に形成する製造工程では、半導体ウエハ上に予めされた配置された複数の膜層から構成された膜構造をプラズマを用いてエッチングするドライエッチングが行われている。このようなドライエッチングを行うプラズマ処理装置は、プラズマを形成するために所定の真空度にされる真空容器を備え、内部の空間である処理室内にウエハ等の試料を配置して処理用のガスを供給してプラズマを形成し、このプラズマ内で形成される反応性の粒子と荷電粒子とを利用して、膜構造のうち回路のゲートや絶縁層を構成する薄膜をマスク層に沿ってエッチングするものが一般的である。

従来のプラズマ処理装置は、真空処理容器の内部に配置されたプラズマが形成され試料が配置される処理室と、これに連結されて処理室内に処理用のガスを供給するガス供給装置と、処理室内の圧力を所望の値に維持するターボ分子ポンプ等の真空排気装置、その上面に載置された被処理材である半導体ウエハを静電気力により吸着して保持する試料台と、処理室内にプラズマを発生させるための電界、または磁界を供給するプラズマ生成装置等を備えて構成される。プラズマ生成装置により供給された電界または磁界により、処理室内にその天井面に配置された導入孔を通して供給された処理ガスの粒子を励起してプラズマが形成され、プラズマ内の反応性粒子とウエハ上面の膜構造の材料とが相互作用を生起してエッチング処理が進行する。

近年は、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、より微細な加工をより高い精度で実施すること、つまりは加工精度の向上が要求されると共に、処理対象の膜層を複数のステップでエッチングする場合にもより高いスループットで処理する要求が高まっている。このような要求に対応するため、複数のステップ各々でのエッチングにおいて最適な処理の条件を短時間で実現する、例えば最適なウエハの温度を実現することが求められている。このような異なる条件で実施される複数のステップにおいて最適な温度をスループットをできるだけ損なうことなく実現するには、ウエハまたはこれを載置する試料台の温度を短時間で変化させ精度良く調節する構成が必要となる。

このような短時間でウエハの温度を変化させる上では、ウエハが載せられる試料台の上部の熱容量をできるだけ小さくすることが有効である。そのためには、試料台のウエハと接触する上面とウエハまたは試料台の温度を調節するために試料台内に配置されるヒータや熱交換媒体が通流する流路等の温度調節手段との距離を小さくすることや上部を構成する部材の点数を少なくしてウエハと温度調節手段との間の熱伝達の効率を高くすることが考えられる。

従来のプラズマ処理装置においては、このような課題を達成する手段として、ウエハを静電吸着するために直流電力が供給される膜状の電極に、ウエハ上にバイアス電位を形成するために供給される高周波電力を供給することが考えられてきた。このような従来の技術としては、特開平６−４５２８５（特許文献１）が知られている。この従来技術では、試料台内に配置された静電吸着用の膜状の電極を上方から見て複数個に分割し、処理の速度や加工後の形状の分布がウエハの上面の方向についてバラつきが小さくなるように、複数の電極に供給される高周波電力の電圧値を調節することで、エッチング処理の特性のバラつきを所望の範囲内にするものである。

特開平６−４５２８５号公報

しかしながら、上記従来のプラズマ処理装置では、以下の点についての考慮が不十分であったため、問題が生じていた。

すなわち、上記従来技術では、直流の電圧と高周波電力（交流電圧）とが静電吸着用の膜状の電極に供給されるために、高い電圧だけでなく従来のものよりも大きな電流が流れることになる。このため、電極は当該電流によって生じる発熱量が大きくなり、ウエハの温度の分布のばらつきが大きくなってしまう。

このため、従来の技術では、処理の条件を所望の値のものに実現することができずウエハの処理の歩留まりが損なわれていた。本発明の目的は、処理の歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。

上記目的は、処理室内に形成したプラズマを用いて試料台上に載せられた試料を処理するプラズマ処理装置であって、試料台は、基材上面に配置され溶射により形成された誘電体製の膜と、この誘電体製の膜の上方で接着剤を挟んで当該誘電体製の膜と接合され内部に高周波電力が供給される膜状の電極を有した焼結板とを有し、前記高周波電力を供給する膜状の電極とのコネクタ部が、前記貫通孔内に配置され上部が前記膜状の電極と接合され下部が前記高周波電力の給電経路の端部と接続される導体部及び前記貫通孔内で前記導体部の外周を囲んで前記導体部と前記基材との間に配置され絶縁性材料から構成されたボスとを備え、導体部の中心の棒状部材とその周囲を囲むソケットとの上端がボスより高い位置に配置され、ソケットの上端においてソケットと棒状部材との間への接着剤の入り込みを防止する構成を備えたことにより達成される。

本発明によれば、高周波が印加される給電部内部の接着剤の強電界を緩和することで異常発熱をなくし、ウエハホットスポットがなくなるので、給電部付近の温度起因のデバイス不良をなくすことが可能となる。

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係るウエハ載置用電極の給電部の構成を拡大して示す縦断面図である。 図２に示す給電部の周囲の温度の分布を数値シミュレーションして得られた結果を示す図である。 図２に示す実施例に係るウエハ載置用電極の給電部を形成する一段階の状態を示す縦断面図である。 図２に示す本実施例の給電部に高周波電力が供給された際の当該給電部の周囲における電界の強度の分布をシミュレーションした結果を示す図である。 図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例の別の変形例に係るプラズマ処理装置のウエハ載置用電極の膜状の電極への給電部の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

以下、本発明の実施例を図１により説明する。図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。特に、本例ではプラズマを形成する手段としてマイクロ波によるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いて処理対象の半導体ウエハ等の試料をエッチング処理する装置を説明する。

真空容器１０１の上部の円筒形の部材の上端に、円板形状を有してマイクロ波の電界が透過する石英等の誘電体製の材料から構成された誘電体窓１０３が載せられて真空容器１０１が構成され、その内外が気密に封止される。封止された真空容器の内部には、半導体ウエハ等の被処理材であるウエハ１０９が配置されプラズマ１１６が形成される円筒形状を有した処理室１０４が形成される。

また、真空容器１０１の下方には処理室１０４と連通する真空排気口１１０を介し真空排気装置（図示省略）が連結され、真空容器１０１の上方には、誘電体窓１０３の上方に配置されて内部をマイクロ波の電界が伝播する導波管１０５と導波管１０５の端部に配置されたマグネトロン等の電磁波発生用電源１０６、誘電体窓１０３の上方を覆い真空容器の側方周囲を囲んで配置された磁場発生用コイル１０７が配置されている。誘電体窓１０３下方であって処理室１０４の天井面を構成する位置に、円板形状の中央部にエッチング処理用のガスが下方の処理室１０４内に導入される複数の貫通孔が配置された石英製のシャワープレート１０２が配置されている。

電磁波発生用電源１０６により発振されて形成された電界は、誘電体窓１０３の上方に配置された導波管１０５の内部を伝播して処理室１０４内に導入されて、処理室１０４内の処理用ガスを励起してプラズマ１１６を生成する。電界の周波数は特に限定されないが、本実施例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられる。円筒形の処理室１０４の側方の外周及び天井面の外側上方に配置され磁場を形成する磁場発生コイル１０７から処理室内に供給される磁界は、２．４５ＧＨｚの電界との相互作用によりＥＣＲを形成できる強度に調節され、処理室１０４内に高密度のプラズマ１１６が生成される。

また、処理室１０４内のプラズマ１１６が生成される空間の下方には、その上面が誘電体窓１０３に対向して配置された試料台であるウエハ載置用電極１０８が備えられている。ウエハ載置用電極１０８は内部に金属製の円板または円筒形の部材である基材を有しその上面にはアルミナやイットリア等のセラミクスで構成された誘電体膜１２０が被覆されて、ウエハ１０９に合わせて略円形にされた誘電体膜１２０上面に処理対象の試料であるウエハ１０９が載置される。なお、ウエハ載置用電極１０８の側壁の外周には、ウエハ載置用電極１０８がプラズマや処理用ガスの反応性の高い粒子と相互作用したりウエハ１０９の処理中に生じた反応生成物が付着したりすることへ対応するために石英等の誘電体材料で構成された円筒形のサセプタ１１３が配置されウエハ載置用電極１０８を囲んでいる。

誘電体膜１２０の内部には、ウエハ１０９を静電吸着するための静電気力を形成するための複数の導電膜１１１が配置され、これに高周波フィルター１２５を介して電気的に接続された直流電源１２６からの直流電力が供給される。本実施例では、高周波フィルター１２５と導電膜１１１との間の給電経路上には、整合回路１２８を介して高周波電源１２４が電気的に接続されており、この構成によりウエハ１０９の処理中において静電吸着用の導電膜１１１に高周波電力が供給されて、ウエハ１０９の上方の処理室１０４内に形成されるプラズマ１１６の電位との間で電位差を有したバイアス電位がウエハ１０９上に形成される。

直流電源１２６からの静電吸着用の直流電流のみが導体膜１１１に供給される場合では、誘電体膜１２０によりウエハ載置用電極１０８の基材に流れようとする電流の大部分が遮断される。これに対して、高周波電源１２４からの高周波電力の電流が導体膜１１１に供給される本実施例の構成では、誘電体膜１２０を通過して基材に大電流が流れ易くなる。

ウエハ載置用電極１０８の基材部分にはその温度を検知する温度センサ（図示省略）やウエハ１０９を誘電体膜１２０上方で上下する持ち上げピンの位置を検知する位置センサ（図示省略）等のセンサが配置されており、これらは電気的ノイズが多発する条件の下にあると誤動作してしまい、ウエハ１０９の適切な処理を妨げてしまう虞がある。また、一般的にウエハ載置用電極１０８の基材の内部にはウエハ１０９を通してプラズマ１１６から受ける熱や、図示していないがウエハ載置用電極１０８の基材はヒータを内蔵して構成された場合にはそのヒータからの熱を取り除いてウエハ１０９の処理に適した温度にする、つまりは冷却するために熱交換媒体（冷媒）が内部を流れる冷媒流路が配置されている。図１には図示されていないが、基材内の冷媒流路に供給される冷媒も大きな電流が当該基材に供給されて電界の内側に配置された場合は静電気を帯びてしまう。

このような冷媒も上記センサの誤動作ひいてはウエハ１０９の不良な処理を生起してしまう。そこで、本実施例では、図１のようにウエハ載置用電極１０８の基材はアース１１２に電気的に接続されて接地電位にされている。

本実施例において、ウエハ載置用電極１０８は、上下方向について処理室１０４の中央部に配置され、その上方の空間に処理用のガスが下向きに供給されプラズマ１１６が形成される。処理用ガスやプラズマ１１６で処理に関わらなかった一部や処理中に形成された反応生成物の粒子はウエハ１０９処理室１０４の内側壁とウエハ載置用電極１０８の外側壁との間の空間を通りウエハ載置用電極１０８下方の空間に流入する。さらに、処理室１０４の底面であって円筒形のウエハ載置用電極１０８の下向きの投影領域（直下方）には処理室１０４内の粒子を排出するための真空排気口１１０が配置され、本実施例は、この真空排気口１１０と連通された真空ポンプの動作により、処理室１０４内が排気されて減圧可能に構成されている。

真空容器１０１の側壁と連結された図示しない別の真空容器の内部に配置された搬送用のロボットのアーム上に載せられた未処理のウエハ１０９は、当該アームの伸長によって処理室１０４内側に搬入されウエハ載置用電極１０８に受け渡される。ウエハ載置用電極１０８上面の誘電体膜１２０上に載せられたウエハ１０９は、導体膜１１１に直流電源１２６から印加される直流電圧を用いて形成された静電気力により誘電体膜１２０上に吸着されて保持される。

この状態で、エッチング処理用のガスは、図示しないガス源からマスフローコントロ−ラ（図示省略）により流量を調節されてガス供給ようの管路を通り、真空容器１０１内の誘電体窓１０３とシャワープレート１０２との間の隙間に導入されて当該隙間内で拡散した後、シャワープレート１０２の貫通孔を通って処理室１０４内に上方から導入される。真空ポンプの動作により処理室１０４内は排気されており、処理用ガスの導入量速度と真空排気口１１０からの処理室１０４内のガス、粒子の排気量速度とのバランスにより、処理室１０４の圧力が処理に適した範囲内の値にされたことが図示しない制御装置により検出された後、処理室１０４内に上記電界及び磁界が供給されてプラズマ１１６が生成される。

プラズマ１１６が生成されている状態で、ウエハ載置用電極１０８の誘電体膜１２０内の導体膜１１１に電気的に接続された高周波電源１２４からウエハ１０９上にＲＦバイアスを形成するための高周波電力が供給されると、バイアス電位とプラズマ１１６の電位との電位差に応じて、プラズマ１１６からウエハ１０９に向かうようにプラズマ１１６内のイオン等荷電粒子が誘引されてウエハ１０９上面に形成された膜構造に衝突し処理が開始される。すなわち、このような荷電粒子の衝突によるエネルギーを用いてプラズマ１１６または処理用ガスの反応性粒子とウエハ１０９上の膜構造の処理対象の膜の材料の反応が促進されてエッチング処理が進行する。ガスのうち処理に供されなかった一部や処理中により発生した反応生成物は、上記の通り、処理用ガスの流れに乗ってウエハ載置用電極１０８の下方に運ばれ真空排気口１１０から処理室１０４外に排出される。

本実施例の電極給電部を図２を用いて説明する。図２は、図１に示す実施例に係るウエハ載置用電極の給電部の構成を拡大して示す縦断面図である。本図は、図１のウエハ載置用電極１０８を、導体膜１１１に電気的に接続された高周波電源１２４または直流電源１２６と導体膜１１１との間の給電経路が導体膜１１１と接続されるコネクタを中心にして拡大して示した図であり、コネクタ部分の周囲に配置される誘電体膜１２０、導体膜１１１、電極基材ヘッド１３１の一部分が示されており、図上実線により示されたこれらの端縁は部材自体の外周縁を示すものではない。

本実施例では、内部に静電吸着用の電極としての機能と並行して高周波バイアス電位形成用の電極としての機能を有する導電膜１１１を内包する焼結板１４０がヒータ膜１４３を内包する誘電体材料が溶射により形成された絶縁性膜１４３上に接着剤１４２を挟んで接合された構成を備えている。図１に示すように、直流電源１２６から出力された直流電力の電圧は高周波カットフィルター１２５を介して導体膜１１１に導入される。また、高周波電源１２４から発生した高周波電力が整合回路１２８を介して導体膜１１１に導入される。

上記の直流電力と高周波電力は、給電経路上の高周波カットフィルター１２５よりもウエハ載置用電極１０８に近い位置で重畳されて給電経路を通して導体膜１１１に供給される。すなわち、重畳された高周波電力と直流電力とは給電レセプタクル１３２を経由し、それと接触したソケット１３５を介し当該ソケット１３５の下端部とはんだ１３３により接続された中心導体１３６を通り当該中心導体１３６の上端においてこれとはんだ１３８により接合された導体膜１１１に供給される。

導体膜１１１に印加される直流電流の電圧は、誘電体膜１２０を挟んでその上に載せられたウエハ１０９との間で電荷を蓄積し静電気を形成して、ウエハ１０９を静電吸着する。また、中心導体１３６及び導体膜１１１に伝達される高周波電力は誘電体膜１２０を通過し、図示していないウエハ１０９上にバイアス電位を形成する。従来の技術では、直流電力のみが導体膜１１１に供給されていたため絶縁体である誘電体膜１２０がウエハとの間でコンデンサとして機能し電圧は生起しても、ウエハ１０９、電極基材ヘッド１３１には電流はほとんど流れなかった。

しかし本実施例では高周波電力が導体膜１１１に供給されることで、コンデンサを所定のインピーダンスとみなして高周波電力による電流が電極基材ヘッド１３１にも流れ易くなる。その場合には、給電経路にもこのような電流が流れることになる。

このようなコネクタを含む給電経路と導体膜１１１との間を接続する給電部は冷媒で冷却されている電極基材ヘッド１３１内に配置された部分であるので、真空あるいは大気で浮いている部分で断熱状態に近いため熱が逃げ難い箇所となり、誘電体膜１２０が構成するウエハ１０９の載置面上で局所的な高温となり易い、所謂、特異点（ホットスポット）となってしまう虞が有る。このため、給電部の直上のウエハ１０９の箇所ではそのエッチング処理の結果としての加工後の形状が他の箇所のものと異なってしまい、これから得られる半導体デバイスの性能が所期のものに成らない不良となってウエハ１０９の処理の歩留まりが損なわれてしまう。

発明者らは、このような課題を解決するため、高周波電力が供給される状態での給電部について温度の分布の検討を行った。その結果を図３に示す。図３は、図２に示す給電部の周囲の温度の分布を数値シミュレーションして得られた結果を示す図である。

本図では、図２の中心導体１３６の上下方向の中心軸の図上右側の温度についてのみ温度の分布を数値演算した結果示している。本図の通り、給電部、特に中心導体１３６は、その部分が電極基材ヘッド１３１から離れるほど温度が高くなっているのが分かる。なお、中心導体１３６の図上下部の電極基材ヘッド１３１から距離が離れた部分に関してはウエハ１０９からも離れるためウエハに与える影響は少なくなっていく。そのため、ウエハ１０９近くの発熱を抑えることが重要である。

これを解決するため本実施例は、接着剤が相対的に強い電界の形成される領域に配置されることを抑制する構成を備えている。この点を図４を用いて説明する。図４は、図２に示す実施例に係るウエハ載置用電極の給電部を形成する一段階の状態を示す縦断面図である。

ウエハ１０９に接する誘電体膜１２０の表面は、プラズマ耐性が高いこと及び清浄であることが必要である。本実施例では、例えばアルミナやイットリア等のセラミクスを焼成して形成した焼結体による焼結板１４０で構成した。このようなウエハ１０９に接する部分を溶射により形成した膜で構成した場合には、表面に形成された気孔内に処理室１０４内に浮遊する粒子が入り込んで吸着易く、また膜は粒子により構成されているためプラズマ１１６との相互作用によって表面が変形し易く表面からの微粒子や付着物の欠片等が遊離してウエハ１０９の汚染が増大する虞が有る。

焼結板１４０は、その内部に導電膜１１１を内包した状態で円板形状に焼成されて形成されるため、両者の焼結温度が近いものが好ましい。例えば、導電膜１１１にはタングステン等の材料を用いる。この焼結された板状の焼結板１４０内に配置された穴を通して中心導体１３６を導体膜１１１に接続させはんだ１３８により接合し一体化させる。

また、誘電体膜１２０のうち電極基材ヘッド１１１上面に配置されて上方の焼結板１４０に覆われてウエハ１０９に接しない部分は、プラズマに接しないため溶射でも良く、本例はヒータ膜１４１と絶縁性膜１４３とを溶射により形成する。溶射で製作する理由は後に述べる。

電極基材ヘッド１３１側の給電部を構成するには、電極基材ヘッド１３１に予め形成された貫通孔内に円筒形であって外側の形状が貫通孔の内壁に密着する形状を有した絶縁性ボス１３４を嵌め込んで接着する。この際、絶縁性ボス１３４の上端は、電極基材ヘッド１３１の上面とほぼ同一の高さとなる面の形状を有している。

絶縁ボス１３４上端面と共に電極基材ヘッド１３１の上面にセラミクス等の材料を溶射し、絶縁ボス１３４と電極基材ヘッド１３１との間の境界面が溶射で形成される絶縁性膜１４３で覆われるようにする。その後、ヒータ膜１４１を溶射により形成した後当該ヒータ膜１４１を覆って再度セラミクス等の材料を用いた溶射によって絶縁性膜１４３が形成される。このような構成により、焼結板１４０がヒータ膜１４３が内包さえた絶縁性膜１４３上に接着される際に、接着剤１４２が絶縁ボス１３１と電極基材ヘッド１３１との間の隙間に入り込まないようにされる。

高周波電力による高い電圧が印加される中心導体１３６からアース１１２に接続されて接地電位にされた電極基材ヘッド１３１との間には電位差に依る強い電界が生じてしまい、焼結板１４０と絶縁性膜１４３とが接着剤を介して接着された状態で高周波電力が導体膜１１１に供給されると、当該強い電界が形成される部分に接着剤１４２が介在することになる。本実施例では接着剤１４２は絶縁性を有していることが望ましく、このような材料である接着剤１４２は、通常誘電損失が大きく大きな電界に曝されると熱を発生する。

発熱量と電界の強さ等のパラメータとは以下の通りの関係がある。すなわち、発熱の量は、電界の強さ（Ｅ／ｄ）の２乗、周波数ｆ、比誘電率εｒ、誘電損失ｔａｎδに比例する。

接着剤１４２の誘電損失ｔａｎδは周囲の材料と比較して相対的に大きく、発熱源となる。特に、中心導体１３６が真空あるいは大気で浮いており熱容量が小さいためにホットスポットの要因となってしまう。そこで、本実施例では給電経路が構成された状態で、導電体製のソケット１３５の上方に配置されソケット１３５上部と嵌合して接触した電界コントロール用の管状の導電性ソケット１３７を備えている。

導電性ソケット１３７はソケット１３５と同様に導電性の部材により構成され、ソケット１３５と同様に電極基材ヘッド１３１及び絶縁ボス１３４の内側壁の上部と棒状の部材である中心導体１３６の上部との間で後者の外周を囲んで配置されている。本実施例の導電性ソケット１３７とソケット１３５とは前者の下端部の外周と後者の上端部の内周壁との各々に予め形成された雄螺子と雌螺子とにより嵌合して１つの導体製の部材として高周波電力を伝達するものであり、焼結板１４０が絶縁性膜１４３上に接着された状態で各々管状の内部の中心部に中心導体１３６が配置される管状の構成を備えている。

導電性ソケット１３７は、絶縁ボス１３４が電極基材ヘッド１３１の給電部内蔵のための貫通孔内に嵌め込まれた状態でその上端面が電極基材ヘッド１３１上面と共に絶縁性膜１４３によって被覆された後、絶縁性ボス１３４の上方からその内側の貫通孔内に挿入されて上下方向と水平方向の位置が定められる。この状態で導電性ソケット１３７の雄螺子が形成された下端部は絶縁性ボス１３４の内側の貫通孔内で下方に突出している。

給電部を配置するための電極基材ヘッド１３１の貫通孔の下方からソケット１３５を挿入してその上部に予め形成された雌螺子部と嵌合させて両者を一体に連結する。このことにより、ソケット１３５と導電性ソケット１３７とが一体にされると共に螺子で連結される両者の間に管状の絶縁ボスの内側壁から内側に突出したフランジ部分を挟んで位置が固定されることで、一体のソケットが電極基材ヘッド１３１内部で当該電極基材ヘッド１３１または絶縁ボス１３４に対して位置が固定される。

円管状の形状を備えて下方に位置するソケット１３５の下端部は管の内部の中心に位置する中心導体１３６の下端部とはんだ１３３により接合されて、両者は電気的に接続される。この状態で、ソケット１３５及び導電性ソケット１３７の管の内周壁面と棒状の中心導体１３６の外周壁との間には距離が開けられており、製造の際の公差によって両者の配置の位置のバラつきが有っても両者の表面が接触して歪みや外力が加わって損傷したり変形したりすることが抑制される。

ソケット１３５の下部の外周は円筒形状を有し、その外周壁面は給電経路に電気的に接続された円筒形状を有した給電レセプタクル１３２の内側の凹み部に挿入されて当該給電経路と電気的に接続される。より詳細には、給電レセプタクル１３２上端で上方に開口を有した凹み部の内周壁に形成され中心側に突出したリング状の凸部の先端で定められる凸部の内径は、ソケット１３５下部の外周壁面の外形と等しいか僅かに小さくされ、両者が嵌め合わされ挿入された状態で両者の表面が確実に接触するように構成されている。

本実施例では、導電性ソケット１３７の上端の表面が絶縁性膜１４３の表面の近傍に配置される寸法を導電性ソケット１３７が備えることで、中心導体１３６付近の強電界を緩和する構成を備えている。ソケット１３５と導電性ソケット１３７の接続は、ネジ止めでも、低融点金属での接合でも、導電性接着剤でも良く、導電性ソケット１３７の電位がソケット１３５と概略同電位となることが重要である。

また、この電界コントロール性を決めるのが、ソケット１３５の高さであり、電極焼結膜に近ければ近いほど中心導体１３６回りの電界を緩和する効果がある。この緩和効果を具体的に求めるために図５に電界解析をした結果を示す。

図５は、図２に示す本実施例の給電部に高周波電力が供給された際の当該給電部の周囲における電界の強度の分布をシミュレーションした結果を示す図である。本解析結果のコンター色に対応する数値幅は図６（ａ）〜（ｃ）で全て同じでありその値は０〜８ｅ⁶（Ｖ／ｍ）である。

この結果から、ソケットがない場合には図５（ａ）のように芯線近くに強電界を生じ、真空あるいは大気で浮いている芯線がホットスポットとなる。一方で、図５（ｂ）のように、ソケット１３５上端の高さを電極基材トップ面から１ｍｍ下にすると、電界が緩和されたことが分かる。

さらに図５（ｃ）のように、電極基材トップ面までソケット高さをもってくると、さらに電界が緩和されているのが分かる。このように電界コントロールソケットを基材上面から１ｍｍ以下にすることで、実用上十分に電界が緩和されて発熱を抑制できることが判った。

また、電界コントロール用の導電性ソケット３７上端部には内部が漏斗状に凹まされた形状を有しており、中心導体１３６と導電性ソケット１３７との間の隙間は図上中心導体１３６の上下方向の軸について下に向かうにつれてその隙間の水平方向の大きさ（隙間の寸法）や断面積が小さくなるように構成されている。このような凹み部の形状を備えることにより、当該漏斗形状にされた凹み部の内側へ接着剤に流動し易くすることで、より強い電界が形成されている箇所である、導電性ソケット３７の外周側壁とこれを囲む絶縁ボス１３４との間の隙間へ接着剤が流入してしまうことが抑制され、給電部における発熱の量が低減される。

また、はんだ１３３の代わりに、機械的ネジ固定で導線を挟み込んで固定して、ロウ付けにより固定しても良い。さらにまた、導電性ソケット１３７とソケット１３５の周囲には電気抵抗の低い材料でメッキを施すのが良い。

何故なら、このソケット１３５や導電性ソケット１３７には高周波電力が供給され、当該高周波電力は表皮効果によりこれらの部材の表面を伝播するため、表面部分の抵抗を低くすることでより効率良く電力を伝達でき発熱量も低減できる。そこで、電気抵抗の低い金や銀、Ｎｉのメッキをソケット１３５や導電性ソケット１３７の表面に施工することが好ましい。本実施例では、バイアス形成用の高周波電力として数１０ＫＨｚ〜数１００ＭＨｚの範囲内の値のものが用いられ、これらの周波数では表皮厚みが１００μｍ以下となることから、製作上の容易さを考慮して上記メッキの厚さを０．１〜１０μｍの範囲内の値にすることが望ましい。

さらに、本実施例では、外形は異なる径の円筒形が連なった管状の形状を有したソケット１３５の管内側の上部には、上方に配置されて連結される導電性ソケット１３７の先端（図上下端）部の外周側に配置された雄螺子と契合する雌螺子が配置されている。さらに、雌螺子部の下方の管内壁は、図上下方に向って径が小さくなる漏斗状の形状を有しており、中心導体１３６がソケット１３５及び導電性ソケット１３７の内部の中心を通って配置された状態で、中心導体１３６とソケット１３５との間の隙間は図上中心導体１３６の上下方向の軸について下に向かうにつれてその隙間の水平方向の大きさ（隙間の寸法）や断面積が小さくなるように構成されている。

漏斗状に形成された導電性ソケット１３７上部の凹み部に流入した接着剤１４２は、当該凹み部内壁と棒状の中心導体１３６側壁との間の隙間を重さに従って流動して下方に移動する虞が有る。図２の実施例では、上記のソケット１３５の管内の漏斗状の内壁により隙間断面積が下方に向かうにつれて減少する構成により、接着剤１４２がさらに下方へ流れようとする動きを妨げて更に下方の箇所まで到達することが抑制される。

接着剤１４２が中心導体１３６下端とソケット１３５とを接続しているはんだ１３３に到達してしまうと、半田が接着剤１４２の温度上昇による体積の膨張により力を受けてクリープひずみを生じてしまう虞が有る。図２の実施例では、接着剤１４２とはんだ１３３との間に接着剤１４２の流動を妨げてこれを止める構成を備え、これらの接触が生じないようにしている。

この構成により、はんだ１３３が力を受けて損傷してソケット１３５と中心導体１３６との接合が損なわれないようにされている。また、はんだ１３３の材料としてＳｎ・Ｎｉ・Ｃｕ系のものを用いることで熱応力に対する疲労耐性が高くされている。これらの構成を備えた本実施例では、はんだ１３３の上部と接着剤１４２との接触が抑制され疲労寿命を約１０倍にすることができる。

また、中心導体１３６とソケット１３５との間には接着剤１４２により充填されない隙間が配置されるため、ソケット１３５の内壁面や中心導体１３６の外周壁面のクリーニングを実施可能な構成にされている。上記漏斗状の形状を配位する他、ソケット１３５の途中に接着剤１４２を内側から抜く貫通孔を配置しても良い。

図１の例では、ウエハ電極１０８の基材部分をアース１１２に電気的に接続したが、図６に示すように、基材部分がインピーダンス素子１２７を介してアース１１２に電気的に接続される構成であっても良い。このような構成により高周波電力による帯電を防止でき冷媒の静電気防止となる。

さらに、図１の実施例の別の変形例に係るプラズマ処理装置のウエハ載置用電極１０８の膜状の電極への給電部の構成を図７を用いて説明する。上記のように、焼結板１４０と絶縁性膜１４３とを接着する接着剤１４２がウエハ載置用電極１０８において高い電界が形成される領域に存在することが局所的な発熱の原因となることから、本変形例では、図７に示すように、接着剤を出来るだけ使用せずに給電部を構成した。

本図では、図２または４に示した実施例と同じ構成の部材には同じ符号を付しており、必要が無い限り説明は省略している。図１乃至４に係る実施例と図７に示す変形例との差異は、２つの異なる半径の部分が連なった導電性材料製の円筒形の部材である導電体ボス１５０を絶縁ボス１３４の貫通孔に上方から嵌めて位置を固定し、あるいは１ｍｍ以下の隙間に接着剤１４２を挟んで固定することで発熱を低減し、導電体ボス１５０上面及び絶縁性膜１４３の上面に溶射により導電体膜１５１を作成した上で、その上面に焼結板１５２を接着剤等で接合する点である。

本例において、導電体ボス１５１の円形の上面と絶縁性膜１４３の上面とは上下方向の高さ位置は等しいかこれと見做せる程度に近接していることが望ましい。これは、溶射を用いて両者を覆って導電体膜１５１を形成する際に、導電体ボス上面と絶縁性溶射膜１４３上面の段差が大きいと、膜が切れ目や隙間なしに溶射により形成できないことを避けるためのである。本例では、これらの上面の段差は０．５ｍｍ以下が好ましい。なお、焼結板１５２に代えて溶射により誘電体または絶縁材により膜を形成しても良い。

このような構成を用いることで、図２に示した実施例のように、中心導体１３６と焼結板１４０内の導体膜１１１とをはんだ１３８を用いて接合させて、ソケット１３５及び導電性ソケット１３７の内部に挿入する必要がなくなる。図２に示した中心導体１３６と導電性ソケット１３７との間の隙間のような両者の位置のずれを吸収するための隙間を大きく採る必要はなくなり、例え接着剤１４２を使用してもこの隙間は従来より小さくできるため接着剤１４２量は少量でよく、接着剤１４２による発熱を抑えることが可能となる。上記の導電体ボス１５０の下に導電体ソケット１３５の接合はネジ止めでも金属性の導電性接着剤や低融点金属で接合する構造でも良く、一体物でも良い。

上記の例では、エッチング処理の対象となる膜をシリコン酸化膜とし、エッチングガス及びクリーニングガスとして例えば、前述の四フッ化メタンガス、酸素ガス、トリフルオロメタンガスを用いたが、被エッチング材料としては、シリコン酸化膜だけでなく、ポリシリコン膜、フォトレジスト膜、反射防止有機膜、反射防止無機膜、有機系材料、無機系材料、シリコン酸化膜、窒化シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、Ｌｏｗ−ｋ材料、Ｈｉｇｈ−ｋ材料、アモルファスカーボン膜、Ｓｉ基板、メタル材料等においても同等の効果が得られる。またエッチングを実施するガスとしては、例えば、例えば、塩素ガス、臭化水素ガス、四フッ化メタンガス、三フッ化メタン、二フッ化メタン、アルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア、八フッ化プロパン、三フッ化窒素、六フッ化硫黄ガス、メタンガス、四フッ化シリコンガス、四塩化シリコンガス、塩素ガス、臭化水素ガス、四フッ化メタンガス、三フッ化メタン、二フッ化メタン、アルゴンガス、ヘリウムガス、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、アンモニア、八フッ化プロパン、三フッ化窒素、六フッ化硫黄ガス、メタンガス、四フッ化シリコンガス、四塩化シリコンガスヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガス等が使用できる。

また、上記の実施例では、マイクロ波ＥＣＲ放電を利用したエッチング処理を実施する装置を説明したが、他の放電（有磁場ＵＨＦ放電、容量結合型放電、誘導結合型放電、マグネトロン放電、表面波励起放電、トランスファー・カップルド放電）を利用したドライエッチング装置においても同様の作用効果がある。また上記各実施例では、エッチング装置について述べたが、プラズマ処理を行うその他のプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置等についても同様の作用効果がある。

１０１…真空容器、１０２…シャワープレート、１０３…誘電体窓、１０４…処理室、１０５…導波管、１０６…電磁波発生用電源、１０７…コイル、１０８…ウエハ載置用電極、１０９…ウエハ、１１０…真空排気口、１１１…導電体膜、１１２…アース、１１３…サセプタ、１１６…プラズマ、１２０…誘電体膜、１２４…高周波電源、１２５…高周波カットフィルター、１２６…直流電源、１２７…インピーダンス素子、１２８…整合器、１３１…電極ヘッド基材、１３２…給電レセプタクル、１３３…はんだ、１３４…絶縁ボス、１３５…ソケット１、１３６…中心導体、１３７…導電性ソケット、１４０…焼結板、１４１…ヒータ膜、１４２…接着剤、１４３…絶縁性膜。

Claims (10)

1. 真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、この処理室内に配置されその上面に処理対象の試料が載置されて静電吸着される試料台とを備え、前記処理室内に形成したプラズマを用いて前記試料を処理するプラズマ処理装置であって、
   前記試料台は、接地電位にされた金属製の基材と、この基材上面に配置され溶射により形成された誘電体製の膜と、この誘電体製の膜の上方で接着剤を挟んで当該誘電体製の膜と接合され内部に高周波電力が供給される膜状の電極を有した焼結板と、前記基材の内部に配置された貫通孔の内部に配置され前記膜状の電極と電気的に接続されて前記高周波電力を供給するコネクタ部とを有し、
   前記コネクタ部は、前記貫通孔内に配置され上部が前記膜状の電極と接合され下部が前記高周波電力の給電経路の端部と接続される導体部及び前記貫通孔内で前記導体部の外周を囲んで前記導体部と前記基材との間に配置され絶縁性材料から構成されたボスとを備え、
   前記ボスの上端において前記基材と当該ボスとの境界がその上面とともに前記誘電体製の膜で覆われたものであって、
   前記導体部は、その上部が前記膜状の電極と接続された導体製の棒状部材と、前記棒状部材と前記ボスとの間で前記棒状部材を囲んで配置され前記給電経路と接続される導体製のソケットであってその下部が当該棒状部材と接続され且つその上部が上端まで前記棒状部材を外周で隙間をあけて囲むソケットとを備え、前記焼結板が前記誘電体製の膜上に接合された状態で前記ソケットの上端の上下方向の位置が前記ボスの上端と前記焼結板との間に位置するプラズマ処理装置。
   
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記接着剤が前記ソケットの上端部において前記棒状部材と前記ソケットとの間の隙間に配置されたプラズマ処理装置。
   
3. 請求項１また２に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記基材がインピーダンス素子を介して接地されたプラズマ処理装置。
   
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ソケットの上端と前記基材の上面との上下方向の距離が０〜３ｍｍであるプラズマ処理装置。
   
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ソケットの上端と前記誘電体製の膜の上面との上下方向の距離が０〜１ｍｍであるプラズマ処理装置。
   
6. 請求項１乃至５の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記棒状部材と前記ソケットとがＳｎ，Ｎｉ，Ｃｕを成分として含むはんだで接続されたプラズマ処理装置。
   
7. 請求項１乃至６の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記棒状部材を前記隙間をあけて囲む前記ソケットの上端部の内側壁面が前記隙間の大きさが下方に向かって窄まった漏斗状の形状を備えたプラズマ処理装置。
   
8. 請求項１乃至８の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ソケットがその表面を被覆する金メッキを備えたプラズマ処理装置。
   
9. 請求項８に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記金メッキの厚さが０．１〜１０μｍであるプラズマ処理装置。
   
10. 請求項１乃至９の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
    前記膜状の電極に前記試料を静電吸着するための直流電力が印加された後に前記高周波電力が供給されて当該試料の処理がされるプラズマ処理装置。