等离子体处理装置及其中使用的排气结构的制作方法

本发明涉及对基板进行等离子体处理的等离子体处理装置及其中使用的排气结构。

背景技术：

在半导体器件和平板显示器(FPD)的制造步骤中，存在对基板进行等离子体蚀刻和成膜处理等等离子体处理的步骤。

在这样的等离子体处理中，使用等离子体蚀刻装置、等离子体CVD成膜装置等各种等离子体处理装置。在使用等离子体处理装置进行等离子体处理时，将基板载置在设置于保持真空的处理室内的载置台上，在这样的状态下在处理室内生成规定气体的等离子体，对基板实施等离子体处理。

在等离子体处理装置中，为了防止处理室内的处理区域中生成的异物或等离子体侵入排气区域，通常设置有挡板(baffle plate)，该挡板具有通过形成网眼结构或隙缝结构等的开口部而确保了通气性的结构(例如专利文献1)。

另外，在专利文献1中，具有开口部的挡板以电浮置状态设置，而专利文献2中公开了使这样的挡板接地的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-252245号公报

专利文献2：日本特开2010-238980号公报

技术实现要素：

发明想要解决的技术问题

不过，在这样的等离子体处理装置中，为了高效地诱引等离子体中的离子，存在对载置台施加高频偏置的情况。在大型基板的等离子体处理中，需要使这样的高频偏置为高功率。

当像这样对载置台施加高频偏置时，排气口成为相对电极，在排气口部分会产生电容耦合等离子体。

在挡板处于电浮置状态的情况下，由于该等离子体不会失活，因此等离子体进入排气部，在压力控制阀(APC)、真空泵的入口部分会局部地发生辉光放电，部件产生消耗。

另一方面，在挡板接地的情况下，由于等离子体在挡板上失活，因此排气部中的放电受到抑制。不过，由于在接地的挡板上四处发生辉光放电，排气空间的放电变得不稳定。

因而，本发明的问题在于，提供一种在对载置台施加高功率的高频电力的情况下，能够有效地防止等离子体侵入排气部和挡板上方放电变得不稳定的等离子体处理装置和在这样的等离子体处理装置中使用的排气结构。

用于解决技术问题的技术方案

为解决上述问题，本发明第一方面提供一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：处理室，其用于收纳基板并对该基板实施等离子体处理；载置台，其具有在上述处理室内载置基板的载置面；对上述处理室内供给处理气体的处理气体供给系统；对上述处理室内进行排气的排气部；等离子体生成机构，其生成用于对载置在上述载置台上的基板进行等离子体处理的等离子体；用于对上述载置台施加偏置用高频电力的高频电源；和设置在从上述处理室去往上述排气部的排气口部分或其附近的、具有多个开口的第一开口挡板和第二开口挡板，上述第一开口挡板设置在排气路径的下游侧，上述第二开口挡板设置在排气路径的上游侧，上述第一开口挡板和上述第二开口挡板均由导电性材料构成，上述第一开口挡板被接地，上述第二开口挡板处于电浮置状态，上述第一开口挡板和上述第二开口挡板以可在它们之间生成稳定放电的间隔设置。

本发明第二方面一种等离子体处理装置中的排气结构，其特征在于：上述等离子体处理装置包括：处理室，其用于收纳基板并对该基板实施等离子体处理；载置台，其具有在上述处理室内载置基板的载置面；对上述处理室内供给处理气体的处理气体供给系统；对上述处理室内进行排气的排气部；等离子体生成机构，其生成用于对载置在上述载置台上的基板进行等离子体处理的等离子体；和用于对上述载置台施加偏置用高频电力的高频电源，上述排气结构将供给到上述处理室的处理气体引导至上述排气部，上述排气结构包括设置在从上述处理室去往上述排气部的排气口部分或其附近的、具有多个开口的第一开口挡板和第二开口挡板，上述第一开口挡板设置在排气路径的下游侧，上述第二开口挡板设置在排气路径的上游侧，上述第一开口挡板和上述第二开口挡板均由导电性材料构成，上述第一开口挡板被接地，上述第二开口挡板处于电浮置状态，上述第一开口挡板和上述第二开口挡板以可在它们之间生成稳定放电的间隔设置。

上述第一开口挡板优选被设置成覆盖上述排气部的排气配管的入口部分。上述第一开口挡板与上述第二开口挡板的间隔优选为1～10mm。

上述第一开口挡板和上述第二开口挡板能够构成为隙缝状或网眼状，或者具有大量的冲孔。

上述第一开口挡板和上述第二开口挡板的开口率优选为61.5％以下。

并且能够采用这样的结构，即，还包括由导电性材料构成的不具有开口部的多个分隔部件，该多个分隔部件分隔出对基板进行等离子体处理的处理区域和与上述排气部连通的排气区域，上述多个分隔部件与接地电位连接，相邻的分隔部件彼此分离地配置以在它们之间形成将供给到上述处理区域的处理气体引导至上述排气区域的空间。该情况下优选还包括由导电性材料构成的、不具有开口部并且与接地电位连接的遮掩部件，该遮掩部件在与上述分隔部件不同的高度位置上以在在俯视图中遮掩上述空间的至少一部分的方式设置。

还能够采用这样的结构，即，上述处理室具有俯视形状为矩形的空间，上述载置台的俯视形状呈矩形，用于载置矩形的基板。

上述等离子体生成机构能够包括用于在上述处理区域中生成电感耦合等离子体的高频天线。上述高频天线可以隔着电介质窗设置在上述处理室的上部，也可以隔着金属窗设置在上述处理室的上部。

发明效果

根据本发明，在从处理室去往排气部的排气口部分或其附近以接地的状态设置第一开口挡板，并且在它的排气路径上游侧以电浮置状态设置第二开口挡板，并且，将第一开口挡板和第二开口挡板以在它们之间形成稳定放电的程度的间隔配置，所以能够抑制等离子体泄漏到排气部，并且能够抑制挡板上方的不稳定的辉光放电，在处理室内生成稳定的等离子体。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的等离子体处理装置的垂直截面图。

图2是表示本发明一实施方式的等离子体处理装置的水平截面图。

图3是表示本发明一实施方式的等离子体处理装置的排气部的细节的截面图。

图4是表示第一和第二开口挡板之结构例的图。

图5是表示排气口的配置之另一例的水平截面图。

图6是表示对载置台施加高频偏置时产生电容耦合等离子体的状况的示意图。

图7是用于说明本实施方式中的设置了两级的开口挡板的情况下的作用效果的图。

图8是表示变形例的等离子体处理装置的图，(a)是水平截面图，(b)是表示分隔部件与遮掩部件的位置关系的立体图。

附图标记说明

1：主体容器

2：电介质壁(电介质部件)

3：天线室

4：处理室

13：高频天线

14：匹配器

15：高频电源

16：供电部件

19：供电线

20：处理气体供给系统

22：端子

23：载置台

27：偏置用高频电源

30：排气口

31：排气配管

32：自动压力控制阀(APC)

33：真空泵

34：第一开口挡板

35：第二开口挡板

40：排气部

41：处理区域

42：排气区域

50：分隔部件

34a、50a、52a：接地线

52：遮掩部件

60：空间

100：控制部

G：基板。

具体实施方式

以下参照附图对本发明实施方式进行说明。图1是表示本发明一实施方式的等离子体处理装置的垂直截面图，图2是其水平截面图，图3是表示排气部的细节的截面图。

本实施方式的等离子体处理装置构成为电感耦合等离子体处理装置，该电感耦合等离子体处理装置中生成电感耦合等离子体，对例如FPD用玻璃基板这样的矩形基板进行蚀刻处理或灰化处理等电感耦合等离子体处理。

该等离子体处理装置具有由导电性材料、例如内壁面经阳极氧化处理的铝构成的方筒形的气密的主体容器1。该主体容器1被可分解地组装，通过接地线1a接地。主体容器1由电介质壁2上下划分为天线室3和处理室4。电介质壁2构成处理室4的顶壁。电介质壁2由Al₂O₃等陶瓷、石英等构成。

在主体容器1上的天线室3的侧壁3a与处理室4的侧壁4a之间，设置有向内侧突出的支承架5，电介质壁2被载置在该支承架5之上。

在电介质壁2的下侧部分嵌入有处理气体供给用的喷淋壳体11。喷淋壳体11设置成十字状，形成从下方支承电介质壁2的结构，例如梁结构。并且，支承上述电介质壁2的喷淋壳体11形成为由多根吊杆(未图示)悬挂在主体容器1的顶棚上的状态。支承架5和喷淋壳体11也可以被电介质部件覆盖。

该喷淋壳体11由导电性材料优选金属、例如为了不产生污染物而在其内表面和外表面进行了阳极氧化处理的铝构成。该喷淋壳体11中形成有水平延伸的气体流路12，该气体流路12与向下方延伸的多个气体喷出孔12a连通。另一方面，在电介质壁2的上表面中央，以与该气体流路12连通的方式设置有气体供给管20a。气体供给管20a从主体容器1的顶棚贯通至其外侧，与包括处理气体供给源和阀系统等的处理气体供给系统20连接。从而，在等离子体处理中，从处理气体供给系统20供给的处理气体经气体供给管20a供给至喷淋壳体11内，并从其下表面的气体喷出孔12a喷出到处理室4内。

天线室3内设置有高频(RF)天线13。高频天线13是将由铜或铝等导电性良好的金属构成的天线用线13a配置成环状或螺旋状等一直以来使用的任意形状而构成的。也可以是具有多个天线部的多重天线。

天线用线13a的端子22与向天线室3的上方延伸的供电部件16连接。供电部件16的上端通过供电线19与高频电源15连接。另外，供电线19上也可安装有匹配器14。此外，高频天线13利用由绝缘部件构成的间隔物17从电介质壁2离开。这样，通过从高频电源15对高频天线13供给例如频率为13.56MHz的高频电力，在处理室4内形成感应电场，从喷淋壳体11供给的处理气体因该感应电场而等离子体化，生成电感耦合等离子体。

在处理室4内的底壁4b上，以隔着电介质壁2与高频天线13相对的方式，经绝缘体部件24固定有载置台23，其中该载置台23具有用于载置矩形基板G的载置面。绝缘体部件24呈框状。载置台23包括由导电性材料、例如表面经阳极氧化处理的铝构成的主体23a，和以包围主体23a的外周的方式设置的绝缘体框架23b。载置在载置台23上的基板G由静电吸盘(未图示)吸附保持。

在载置台23上，经主体容器1的底壁、绝缘体部件24插入贯通有用于搬入和搬出基板G的升降销(未图示)。升降销由设置在主体容器1外的升降机构(未图示)升降驱动而进行基板G的搬入和搬出。另外，载置台23也可以具有可通过升降机构而升降的结构。

载置台23的主体23a通过供电线25经匹配器26连接至偏置用高频电源27。该高频电源27在等离子体处理中对载置台施加高频偏置(偏置用高频电力)。高频偏置的频率例如为6MHz。在该偏置用高频电力的作用下，处理室4内生成的等离子体中的离子被高效地诱引到基板G。

另外，在载置台23内，为了控制基板G的温度而设置有由陶瓷加热器等加热机构或制冷剂流路等构成的温度控制机构和温度传感器(均未图示)。

此外，载置台23构成为，在载置了基板G时在其背面侧形成冷却空间(未图示)，并且载置台23连接有用于以规定压力对该冷却空间供给作为热传递用气体的He气体的He气体流路28。通过像这样对基板G的背面侧供给热传递用气体，能够在真空下实现基板G的良好的温度控制性。

处理室4的底壁4b的底部中央形成有开口部4c，供电线25、He气体流路28和温度控制机构的配管、配线穿过开口部4c导出到主体容器1外。

在处理室4的四个侧壁4a中的一个上，设置有用于搬入和搬出基板G的搬入搬出口29a和对其进行开闭的闸阀29。

在处理室4的内壁(侧壁4a的内侧部分)与载置台23之间，设置有将处理室4内分隔为处理区域41和排气区域42的4片分隔部件50。分隔部件50采用呈不具有开口部的矩形的、由金属等导电性材料形成的板材所构成。各分隔部件50与载置台23的各侧面对应地设置，经接地线50a连接至接地电位。另外，也可以使分隔部件50与侧壁4a电连接而使其经主体容器1接地。

相邻的分隔部件50彼此分离地配置，以在它们之间形成使供给到处理区域41的气体引导到排气区域的空间60，空间60存在于分隔部件50形成面的四个角落。

处理区域41是处理室4中位于分隔部件50之上的区域，是供形成用于对基板G进行等离子体处理的电感耦合等离子体的区域。另外，排气区域42是处理室4中位于分隔部件50之下的区域，是用于导入来自处理区域41的处理气体并将其排出的区域。

在处理室4的底壁4b的四个角落分别设置有排气口30，各排气口30设置有排气部40。排气部40包括：与排气口30连接的排气配管31；通过调整排气配管31的开度来控制处理室4内的压力的自动压力控制阀(APC)32；和用于经排气配管31对处理室4内排气的真空泵33。这样，利用真空泵33对处理室4内排气，在等离子体处理中，调整自动压力控制阀(APC)32的开度来将处理室4内设定并维持于规定的真空气氛。

如图3所示，在排气口30部分，以覆盖排气配管31的入口部分的方式设置有第一开口挡板34，在第一开口挡板34的上方(即排气路径的上游侧)离开规定长度的位置，以与第一开口挡板34相对的方式设置有第二开口挡板35。即，在排气口30设置有上下两级结构的开口挡板。第一开口挡板34和第二开口挡板35由金属等导电性材料构成，具有大量的开口，例如呈图4的(a)所示的隙缝状，或图4的(b)所示的网眼状，或图4的(c)所示的具有大量冲孔的结构。

第一开口挡板34安装在构成排气配管31上部的内周的绝缘部件36上，通过接地线34a接地。另外，第一开口挡板34与第二开口挡板35之间设置有呈环状的绝缘间隔物37，第二开口挡板35为电浮置状态。这样的两级开口挡板以可在它们之间实现稳定放电的间隔配置。利用第一开口挡板34和第二开口挡板35，如后文所述，能够抑制等离子体泄漏到排气部40，并且能够形成稳定的等离子体。

在自动压力控制阀(APC)32与真空泵33之间，设置有用于防止异物侵入真空泵33的网眼部件38。网眼部件38由金属等导电性材料构成，并被接地。

第一开口挡板34与第二开口挡板35的间隔的优选范围为1～10mm。另外，第一开口挡板34和第二开口挡板35的开口率优选为61.5％以下。

此外，排气口30的数量和位置根据装置的大小而适应设定。例如，也可以如图5的水平截面图所示，将排气口30沿着处理室4的各侧壁4a两个两个地设置，共计设置8个。

本实施方式的等离子体处理装置包括由微处理器(计算机)构成的控制部100、用户接口101和存储部102。控制部100对等离子体处理装置的各结构部、例如阀、高频电源、真空泵等发送指令，对它们进行控制。用户接口101包括供操作员进行用于管理等离子体处理装置的指令输入等的输入操作的键盘、将等离子体处理装置的工作状况可视化显示的显示器等，与控制部100连接。存储部102存储有用于利用控制部100的控制来实现等离子体处理装置中执行的各种处理的控制程序、用于根据处理条件来使等离子体处理装置的各结构部执行处理的程序即处理方案，与控制部100连接。处理方案存储在存储部102中的存储介质上。存储介质可以是内置于计算机中的硬盘、半导体存储器，也可以是CDROM、DVD、闪存等可移动介质。另外，也可以适当地从其它装置经例如专用线路传输方案。这样，根据需要通过来自用户接口101的指示等从存储部102调用任意的处理方案，使控制部100执行该方案，从而在控制部100的控制下执行等离子体处理装置中的期望的处理。

接着，说明使用以上构成的等离子体处理装置对基板G实施等离子体处理、例如等离子体蚀刻或等离子体灰化时的处理动作。

首先，在打开闸阀29的状态下，利用搬运机构(未图示)将基板G从搬入搬出口29a搬入处理室4内，载置在载置台23的载置面上，之后利用静电吸盘(未图示)将基板G固定在载置台23上。接着，从处理气体供给系统20经喷淋壳体11的气体喷出孔12a对处理室4内供给处理气体，并且在利用自动压力控制阀(APC)32控制压力的同时利用真空泵33经排气配管31从排气口30对处理室4内进行真空排气，来将处理室内维持在例如0.66～26.6Pa左右的压力气氛。

另外，此时为了避免基板G的温度上升和温度变化，经He气体流路28对基板G的背面侧的冷却空间供给作为热传递用气体的He气体。

接着，从高频电源15对高频天线13施加例如13.56MHz的高频电力，由此隔着电介质壁2在处理室4内形成均匀的感应电场。在这样形成的感应电场的作用下，处理气体在处理室4内等离子体化，生成高密度的电感耦合等离子体。利用该等离子体对基板G进行等离子体处理，例如对基板G的规定的膜进行等离子体蚀刻或等离子体灰化。此时，作为高频偏置同时从高频电源27对载置台23施加例如频率为6MHz的高频电力，将处理室4内生成的等离子体中的离子高效地诱引到基板G。

处理气体在处理室4内的处理区域41中等离子体化而被提供给等离子体处理后，由真空泵33抽吸而从形成在相邻的分隔部件50之间的空间60到达排气区域42，从排气口30经排气配管31被排出。

通过对载置台23施加高频偏置，如图6所示，以处理室4的内壁和排气口30附近的被接地的导电体作为相对电极，产生电容耦合等离子体。此时，在基板G为大型基板的情况下，需要对载置台23施加高功率的高频电力，若相对电极较小则会产生电弧，在电气上变得不稳定。因此，在处理室4的内壁(侧壁4a的内侧部分)与载置台23之间的位置上，将不具有开口部的多个分隔部件50接地设置来使其作为相对电极发挥作用，通过扩大相对电极来确保电气稳定性。另外，在相邻的分隔部件50之间形成有通至排气区域42的空间60，也利用分隔部件50进行排气的控制。

不过，即使像这样设置多个接地的分隔部件50，根据处理条件的不同，当通过真空泵33的抽吸而使得等离子体被吸引到排气口30附近，并且该等离子体侵入排气部40内部时，例如在自动压力控制阀(APC)32附近因放电而产生发光(电弧)，其表面的阳极氧化膜、真空泵33上的网眼部件38会产生消耗。

对此，如图7的(a)所示，若在排气口30仅设置接地的第一开口挡板34，则由于等离子体在第一开口挡板34上失活，所以等离子体向排气部40的侵入受到抑制，能够抑制在自动压力控制阀(APC)32附近因放电而产生的发光(电弧)。不过，处理室4中接地电位产生偏倚，其上方区域发生不稳定的辉光放电，出现因四处放电引起的闪烁，处理室4内的等离子体变得不稳定。

另一方面，如图7的(b)所示，若在排气口30仅设置电浮置状态的第二开口挡板35，则由于第二开口挡板35为等离子体电位，所以其上方区域不会发生不稳定的辉光放电。不过，由于等离子体不会在电浮置状态的第二开口挡板35上失活，所以不能有效地防止等离子体侵入排气部40，不能充分抑制自动压力控制阀(APC)32附近因放电而产生的发光(电弧)。

因此，在本实施方式中，如图7的(c)所示，将下级侧的接地的第一开口挡板34和上级侧(排气路径的上游侧)的电浮置状态的第二开口挡板35，以可在它们之间实现稳定放电的间隔设置为两级。即，电浮置状态的第二开口挡板35为等离子体电位，在与接地的第一挡板之间产生电位差。因此，通过适当地调整这些开口挡板间的间隔，在它们之间形成稳定的放电，等离子体被保持。这样，穿过第二开口挡板35的离子和电子被该等离子体束缚。由此，可推测第一开口挡板34和第二开口挡板35之间形成了没有闪烁的稳定的辉光放电。另外，吸引到排气口30的等离子体在下级侧的第一开口挡板34上失活，所以能够抑制在自动压力控制阀(APC)32附近因放电而产生的发光(电弧)。此外，由于上级侧的第二开口挡板35为等离子体电位，所以处理室4的接地电位的偏倚得到了缓和。于是，在这样的作用下，能够在处理室4内生成稳定的等离子体。

此时，第一开口挡板34与第二开口挡板35的间隔如上所述设置为可在它们之间生成稳定放电的程度的间隔。若间隔过大，则它们之间不能产生稳定放电，难以抑制在接地的第一开口挡板34上发生不稳定的辉光放电的现象。而若它们的间隔过小，则无法利用第一开口挡板34使等离子体充分失活，难以防止等离子体侵入排气部40。从这样的观点出发，第一开口挡板34与第二开口挡板35的间隔优选1～10mm的范围。

另外，从要获得将等离子体束缚的效果，和在第一开口挡板34与第二开口挡板35之间形成稳定的放电的效果之观点出发，第一开口挡板34和第二开口挡板35的开口率优选61.5％以下。

这样，根据本实施方式，在排气口30部分，以覆盖排气配管31的入口部分的方式、以接地的状态设置第一开口挡板34，并且在它的排气路径上游侧以电浮置状态设置第二开口挡板35，并且，将第一开口挡板34和第二开口挡板35以在它们之间形成稳定放电的程度的间隔配置，所以能够抑制等离子体泄漏到排气部40，并且能够抑制挡板上方的不稳定的辉光放电，在处理室4内生成稳定的等离子体。

接着对本实施方式的变形例进行说明。图8的(a)是表示变形例的等离子体处理装置的水平截面图，图8的(b)是表示该等离子体处理装置中的分隔部件与遮掩部件的位置关系的立体图。该等离子体处理装置除了在形成于相邻的分隔部件50之间的空间60的下方位置设置有遮掩部件52之外，与图1的等离子体处理装置采用同样的结构。

遮掩部件52采用由金属等导电性材料形成的板材所构成，分别配置在处理室4的内壁(侧壁4a的内侧部分)与载置台23之间的四个角落，且位于分隔部件50的下方位置。遮掩部件52配置成在俯视时其至少一部分与分隔部件50重叠，将空间60遮掩。并且，遮掩部件52通过接地线52a连接至接地电位。也可以使遮掩部件52经主体容器1或分隔部件50接地。

像这样，通过在分隔部件50的下方位置以将空间60遮掩的方式设置接地的遮掩部件52，相对于存在于处理区域41中的等离子体能够遮掩排气路径，能够抑制等离子体被吸引至排气口30。

另外，即使遮掩部件52不将空间60完全遮掩而是遮掩空间60的一部分，也能够获得一定程度的遮掩效果。并且，遮掩部件52只要设置在与分隔部件50不同的高度位置即可，也可以设置在分隔部件50的上方位置。

此外，本发明不限于上述实施方式，可以存在各种变形。例如，在上述实施方式中，说明了作为电感耦合型等离子体处理装置，在处理室的上部隔着电介质窗设置有高频天线的情况，但也能够适用于不是隔着电介质窗而是隔着金属窗设置有高频天线的情况。该情况下，处理气体的供给可以不从梁结构等十字状的喷淋壳体来供给，而是在金属窗上设置气体喷淋部来供给气体。

另外，在上述实施方式中，说明了对于被施加偏置用高频电力的载置台的相对电极的面积较小的电感耦合型等离子体处理装置，本发明能够特别有效地应用的情况，但不限于此，只要是载置台被施加偏置用高频电力的等离子体处理装置就能够应用，例如即使是使用了微波的等离子体处理装置或相对电极的面积较大的电容耦合型(平行平板型)等离子体处理装置也能够应用。

另外，在上述实施方式中，说明了将第一开口挡板和第二开口挡板设置在排气口部分的例子，但不限于此，也可以设置在排气口的附近。另外，第一开口挡板并不必须覆盖排气配管的入口部分，只要配置在能够抑制等离子体泄漏到排气部的位置上即可。此外，也可以在处理室4的内壁(侧壁4a的内侧部分)与载置台23之间的整个面设置第一开口挡板和第二开口挡板。

另外，在上述实施方式中，说明了将相邻的分隔部件之间的空间形成在处理室的四个角落的例子，但不限定于此。

另外，在上述实施方式中，说明了将第一和第二开口挡板应用于排气机构的孔部分的例子，但只要是观察口、基板搬入搬出口等、设置在等离子体处理装置的处理容器上的开口就能够应用。

此外，上述实施方式中说明了将本发明应用于进行等离子体蚀刻和等离子体灰化的装置中的情况，但也能够应用于CVD成膜等其它等离子体处理装置。另外，在上述实施方式中，说明了作为基板使用FPD用矩形基板的例子，但也能够应用于对其它的矩形基板进行处理的情况，并且不限于矩形，例如也能够应用于半导体晶圆等圆形的基板。