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JP3992018B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェハのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
半導体装置に用いられるウェハの製造工程では、半導体装置の薄型化にともない基板の厚さを薄くするための薄化加工が行われる。この薄化加工は、シリコン基板の表面に回路パターンを形成した後に、回路形成面の裏面を機械研磨することによって行われる。そして研磨加工後には、機械研磨によってシリコン基板の研磨面に生成されたダメージ層をエッチングにより除去することを目的として、プラズマ処理が行われる。
ウェハには複数のサイズが存在するため、このようなウェハのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置は、同一装置によって異なるサイズのウェハを処理可能であることが望ましい。このため、従来よりウェハが載置される電極の一部または全体を、対象となるウェハのサイズに応じて交換可能に構成したプラズマ処理装置が知られている（例えば特許文献１，２参照）。特許文献１に示す例は、電極を複数層に分割した構成としておき、処理対象のウェハが載置される最上層部分のみを交換するものであり、また特許文献２に示す例は、内部に冷却水の流路が形成された電極全体を交換するようにしている。
特開平１０−２２３７２５号公報 特開２００１−２１０６２２号公報
しかしながら上述の先行技術例に示すプラズマ処理装置には、次のような難点がある。まずプラズマ処理過程においては、プラズマの熱によって加熱される電極やウェハが過度に昇温することを防止するため、電極を適切に冷却することが必要となるが、特許文献１に示す例では、電極が分割されていることから、電極の交換部分と非交換部分との接触面において熱伝達が遮断され、冷却効率の低下を免れない。
また特許文献２に示す例では、高価な電極体をウェハサイズ毎に準備する必要があることから、必然的にコスト上昇を招くという問題に加えて、狭いスペース内で電極全体を着脱する必要があることから、交換作業時の作業性が悪く手間と時間を要する。さらにこの交換作業蒔には電極内部に残留する冷却水が処理室内に漏出し、この漏水によって処理室内を汚損する不具合が生じやすい。このように、従来のプラズマ処理装置では、サイズの異なる複数種類のウェハを簡便安価に同一のプラズマ処理装置によって処理対象とすることが困難であった。
そこで本発明は、サイズの異なる複数種類のウェハを簡便安価に同一のプラズマ処理装置によって処理対象とすることができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のプラズマ処理装置は、表側の面に絶縁シートが貼り付けられたウェハの裏面に対してプラズマ処理を行い、少なくとも大サイズおよび小サイズの２種類のウェハをプラズマ処理の対象とするプラズマ処理装置であって、密閉空間を形成する処理室の内部に配置され前記大サイズのウェハよりも広い載置面を備えこの載置面に前記絶縁シートを接触させた状態でウェハを載置可能な一体型の電極体と、前記密閉空間の気体を排気して減圧する減圧手段と、減圧された前記密閉空間にプラズマ発生用のガスを供給するガス供給手段と、前記電極体に対向して配置された対向電極と、前記電極
体と対向電極との間に高周波電圧を印加して前記プラズマ発生用のガスをプラズマ状態にするプラズマ発生手段と、前記電極体に直流電圧を印加することにより前記載置面上のウェハを静電吸着する直流電圧印加手段と、前記電極体を冷却する冷却手段とを備え、前記電極体の載置面は、この載置面の中央部に設けられ電極体の素材である金属が露呈した第１領域と、前記第１領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第１絶縁領域と、さらに第１絶縁領域の外側に環状に拡がって設けられ前記金属が露呈した第２領域と，前記第２領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第２絶縁領域とに区画され、前記第１領域と前記第１絶縁領域との境界を載置面の中央に載置された小サイズのウェハの外周よりも内側とするとともにこの第１絶縁領域と前記第２領域との境界を前記小サイズのウェハの外周の外側とし、前記第２領域と前記第２絶縁領域との境界を載置面の中央に載置された大サイズのウェハの外周よりも内側とするとともにこの第２絶縁領域を前記大サイズのウェハの外周の外側まで拡げ、さらに前記載置面に着脱自在であって前記第２領域を完全に覆う環状のカバー部材を備えた。
また本発明のプラズマ処理装置は、表側の面に絶縁シートが貼り付けられたウェハの裏面に対してプラズマ処理を行い、少なくとも大サイズおよび小サイズの２種類のウェハをプラズマ処理の対象とするプラズマ処理装置であって、密閉空間を形成する処理室の内部に配置され前記大サイズのウェハよりも広い載置面を備えこの載置面に前記絶縁シートを接触させた状態でウェハを載置可能な一体型の電極体と、前記密閉空間の気体を排気して減圧する減圧手段と、減圧された前記密閉空間にプラズマ発生用のガスを供給するガス供給手段と、前記電極体に対向して配置された対向電極と、前記電極体と対向電極との間に高周波電圧を印加して前記プラズマ発生用のガスをプラズマ状態にするプラズマ発生手段と、前記電極体に直流電圧を印加することにより前記載置面上のウェハを静電吸着する直流電圧印加手段と、前記電極体を冷却する冷却手段とを備え、前記電極体の載置面は、この載置面の中央部に設けられ電極体の素材である金属が露呈した第１領域と、前記第１領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第１絶縁領域と、さらに第１絶縁領域の外側に環状に拡がって設けられ前記金属が露呈した第２領域と，前記第２領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第２絶縁領域とに区画され、前記第１領域と前記第１絶縁領域との境界を載置面の中央に載置された小サイズのウェハの外周よりも内側とするとともにこの第１絶縁領域と前記第２領域との境界を前記小サイズのウェハの外周の外側とし、前記第２領域と前記第２絶縁領域との境界を載置面の中央に載置された大サイズのウェハの外周よりも内側とするとともにこの第２絶縁領域を前記大サイズのウェハの外周の外側とし、さらに、前記第１領域および第２領域に形成された複数の吸着孔と、これらの吸着孔から真空吸引することにより前記載置面にウェハを真空吸着により保持する真空吸引手段とを備え、前記載置面に着脱自在であって前記第２領域の表面に密着して第２領域の全面ならびにこの第２領域に形成された全ての吸着孔を完全に覆う環状のカバー部材を備えた。
本発明によれば、処理対象のウェハが載置される電極体の載置面を、この載置面の中央部に電極体と同心配置の円形に設けられ電極体の素材である金属が露呈した第１領域と、第１領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第１絶縁領域と、さらに第１絶縁領域の外側に環状に拡がって設けられ金属が露呈した第２領域と，第２領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第２絶縁領域とに区画し、第１絶縁領域、第２絶縁領域をそれぞれ小サイズのウェハ、大サイズのウェハの外周位置に応じて配置することにより、サイズの異なる複数種類のウェハを簡便安価に同一のプラズマ処理装置によって処理対象とすることができる。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図、図２は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の真空チャンバの側断面図、図３は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の断面図、図４は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の平面図、図５は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図、図６，図８は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の斜視図、図７、図９は本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図である。
まず図１、図２を参照してプラズマ処理装置の構成について説明する。このプラズマ処理装置は、表側の面に絶縁シートが貼り付けられたウェハの裏面に対してプラズマ処理を行うものであり、ここでは少なくとも大サイズおよび小サイズの２種類のウェハを含む複数種類のウェハをプラズマ処理の対象としている。
図１において、真空チャンバ１は上面側に蓋部材１ａを備えた容器であり、蓋部材１ａはヒンジ機構５によって開閉自在となっている（図２参照）。蓋部材１ａの上面の端部にはロック用のシリンダ７が配設されており、蓋部材１ａの閉状態においてロッド７ａが真空チャンバ１の側面に固定された嵌合部１ｄ内に嵌合することにより、蓋部材１ａが密閉状態でロックされる。
蓋部材１ａを閉じることにより真空チャンバ１の内部には密閉空間が形成される。この密閉空間は、減圧下でプラズマを発生させてプラズマ処理を行う処理室２となっている。真空チャンバ１の側面には扉部材８を備えた開口部１ｂが設けられている。扉部材８を昇降させることにより開口部１ｂは開閉し、これにより、処理室２内への処理対象物の搬入および処理室２から外部への処理対象物の搬出が行われる。また図２に示すように、蓋部材１ａをヒンジ機構５によって上方へ回動させることにより、処理室２は上側が全面的に開放状態となり、後述するように、ウェハサイズの切換時の段取り替え作業や内部のメンテナンスが容易に行えるようになっている。
処理室２の内部には、第１電極３および第２電極４が上下に対向して配設されている。第２電極４は、第１電極３に対向する対向電極となっている。第１電極３および第２電極４はそれぞれ円筒形状であり、処理室２内において同心配置となっている。第１電極３はアルミニウムなどの導電性の金属によって製作されており、電極部３ａ（電極体）が装着された円盤状の本体部から下方に支持部３ｃを延出させた形状となっている。そして支持部３ｃを絶縁部材を介して真空チャンバ１に保持させることにより、電気的に絶縁された状態で真空チャンバ１に装着される。電極部３ａ上には、処理対象のウェハ（図５に示すウェハ６Ａ，６Ｂ参照）が載置される。
第２電極４は、第１電極３と同様にアルミニウムなどの導電性の金属で製作されており、円盤状の電極部４ａから上方に支持部４ｂを延出させた形状となっている。支持部４ｂは真空チャンバ１と電気的に導通した状態で保持されており、蓋部材１ａを閉じた状態で、下方の第１電極３の電極部３ａとの間にはプラズマ放電を発生させる放電空間２ａが形成される。
処理室２に連通して設けられた排気ポート１ｃには真空排気部１１が接続されており、真空排気部１１を駆動することにより、真空チャンバ１の処理室２内部が真空排気され、処理空２内が減圧される。真空排気部１１は、密閉空間である処理室２内の気体を排気ポート１ｃより排気して処理室２内を減圧する減圧手段となっている。
第１電極３は、高周波電源部１６に電気的に接続されている。高周波電源部１６を駆動することにより、接地された真空チャンバ１と導通した第２電極４と第１電極３の間には高周波電圧が印加され、これにより処理室２内部でプラズマ放電が発生する。高周波電源
部１６は、第１電極３と第２電極４の間に高周波電圧を印加して、プラズマ発生用のガスをプラズマ状態にするプラズマ発生手段となっている。
また第１電極３には、ＲＦフィルタ１３を介して静電吸着用ＤＣ電源部１２（直流電源部）が接続されている。静電吸着用ＤＣ電源部１２を駆動することにより、第１電極３の表面には、負電荷が蓄積される。そしてこの状態で高周波電源部１６を駆動して処理室２内にプラズマを発生させることにより、ウェハ６には正電荷が蓄積される。
そして第１電極３に蓄積された負電荷とウェハ６に蓄積された正電荷との間にはクーロン力が作用し、このクーロン力によってウェハ６は誘電体としての絶縁シート６ａを介して第１電極３に保持される。このとき、ＲＦフィルタ１３は、高周波電源部１６の高周波電圧が静電吸着用ＤＣ電源部１２に直接印加されることを防止する。静電吸着用ＤＣ電源部１２は、第１電極３の電極体３ａに直流電圧を印加することにより載置面上のウェハを静電吸着する直流電圧印加手段となっている。
次に第２電極４の詳細構造について説明する。第２電極４の下面中央部には、ガス吹出孔４ｄが設けられている。ガス吹出孔４ｄは、支持部４ｂ内に設けられたガス供給孔４ｃを介してガス供給部１７に接続されている。ガス吹出孔４ｄは、多孔質板４ｅで覆われており、ガス吹出孔４ｄから吹き出したガスは、多孔質板４ｅで拡散される。ガス供給部１７を駆動することにより、フッ素系ガスを含んだプラズマ発生用ガスがガス吹出孔４ｄおよび多孔質板４ｅを通って放電空間２ａ内に供給される。ガス供給部１７は、減圧された処理室２内にプラズマ発生用のガスを供給するガス供給手段となっている。
図１に示す構成において、シリンダ７，真空排気部１１，静電吸着用ＤＣ電源部１２、真空吸引ポンプ１４，冷却機構１５，高周波電源装置１６，ガス供給部１７は、制御部１０によって制御され、制御部１０がこれら各部を制御することにより、プラズマ処理が実行される。
ここでプラズマ処理装置の処理対象となるウェハについて説明する。ウェハは表面側に論理回路が形成された半導体基板であり、回路形成面の裏側を機械加工によって研磨された後に、この裏面を対象としてプラズマ処理によるエッチングが行われる。そしてこのエッチングによって、機械加工により半導体基板の裏面に生成したマイクロクラックを除去する。
ウェハの表面（図５、図７，図９において下面側）の回路形成面には絶縁シート６ａが貼着されており、プラズマ処理時には絶縁シート６ａを第１電極３の上面に設けられた載置面３ｂに接触させ、機械研磨面を上向きにした状態で載置される。絶縁シート６ａは、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁体の樹脂を１００μｍ程度の厚みの膜に形成した樹脂シートであり、粘着材によりウェハ６の回路形成面に貼着される。ウェハ６に貼着された絶縁シート６ａは、ウェハ６の回路形成面を保護するとともに、後述するようにウェハ６を静電吸着する際の誘電体として機能する。
このプラズマ処理装置は前述のように複数のサイズ（この例では大（１２インチ）、小（８インチ）２種類のサイズ）のウェハ６Ａ，６Ｂを対象としており、共通の電極部３ａ上に大小２種類のウェハのいずれかを載置してプラズマ処理を行うようにしている。このため、電極部３ａの上面の載置面３ｂは、これら複数種類のウェハのうち大サイズのウェハ６Ａが載置可能なよう、大サイズのウェハ６Ａよりも広い形状となっている。そして小サイズのウェハ６Ｂを対象とする場合には、ウェハサイズの違いによって載置面３ｂがウェハに覆われずに露呈する範囲がプラズマによってダメージを受けないよう、別途設けられたカバー部材で露呈範囲を覆うようにしている。
次に図３、図４、図５を参照して、上述のように２種類のサイズのウェハ６Ａ，６Ｂに対して共通に使用可能な電極部３ａが装着された第１電極３の詳細構造について説明する。図３は第１電極３の断面を示している。第１電極３は、略円板形状の部材の上面に円形の凹状部２０ａを設けた形状の基部２０に、凹状部２０ａの内部に嵌合する一体型の電極部３ａおよび基部２０の外側に嵌合する外環部材２２を組み付けた構成となっている。
電極部３ａの上面には、載置面３ｂに開口する吸着孔３ｅが多数設けられており、吸着孔３ｅは電極部３ａの内部に水平方向に設けられた内部孔３ｄを介して支持部３ｃの下端部に開口した吸引孔３ｇに連通している。図１に示すように吸引孔３ｇは真空吸着ポンプ１４に接続されており、真空吸着ポンプ１４を駆動することにより、吸着孔３ｅから真空吸引して載置面３ｂに載置されたウェハを真空吸着して保持する。真空吸着ポンプ１４は、吸着孔３ｅから真空吸引することにより載置面３ｂにウェハを真空吸着により保持する真空吸引手段となっている。電極部３ａと基部２０との当接面にはシール部材２３が装着されており、これにより真空吸引時の気密が確保される。
電極部３ａの下面側には複数の周方向の溝と径方向の溝が加工されている。電極体３ａを凹部２０ａ内に組み付けた状態で、これらの溝は電極体３ａを冷却するための冷媒流路３ｆを形成する。冷媒流路３ｆの両端部は支持部３ｃの下端部に開口しており、図１に示すように、冷媒流路３ｆは冷却機構１５と接続されている。冷却機構１５を駆動することにより、冷媒流路３ｆ内を冷却水などの冷媒が循環し、これによりプラズマ処理時に発生した熱によって昇温した電極体３ａや電極体３ａ上に載置されたウェハ６の絶縁シート６ａが冷却される。冷媒流路３ｆおよび冷却機構１５は電極体３ａを冷却する冷却手段となっている。電極体３ａと基部２０との当接面にはシール部材２４が装着されており、これにより冷媒循環状態における水密が確保される。
次に電極体３ａの載置面３ｂについて説明する。電極体の載置面は同心円状の境界により複数の区画に区分されている。すなわち、図４に示すように、載置面３ｂの中央部には、電極体３ａと同心配置された円形の区画である第１領域３１が設けられている。第１領域３１の表面には電極体３ａの素材である導電性の金属が露呈しており、第１領域３１には吸着孔３ｅが形成されている。そして第１領域３１の外側には、第１領域３１の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜２７（図３，図５参照）で覆われた第１絶縁領域３１ａが設けられている。絶縁膜２７は、アルミナ系のセラミックにより製作されている。
さらに第１絶縁領域３１ａの外側には、環状に拡がった区画である第２領域３２が設けられている。第２領域３２の表面には第１領域３１と同様に電極体３ａの素材である金属が露呈されており、同様に吸着孔３ｅが形成されている。そしてさらに第２領域３２の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜２６（図３，図６参照）で覆われた第２絶縁領域３２ａが設けられている。絶縁膜２６も同様にアルミナ系のセラミックにより製作されている。
次に図５を参照して、載置面３ｂの上述の区画における絶縁領域、すなわち絶縁膜２６，２７によって載置面３ｂが覆われた領域と、ウェハサイズとの関連について説明する。これらの絶縁領域は、放電空間２ａにおいて電極体３ａの導電部である金属が直接プラズマに曝されるのを防止するために設けられている。図５は、載置面３ｂの中央に大サイズのウェハ６Ａ，小サイズのウェハ６Ｂをそれぞれ載置した場合の、ウェハ外周位置と絶縁膜２６，２７との位置関係を示している。
ここで、ウェハ６Ａを載置する場合には、載置時の導入ガイド用と載置面３ｂにおけるウェハ位置ずれ防止用とを兼ねたリング部材２９が外環部材２２上に装着される。またウェハ６Ｂを載置する場合には、上述の導入ガイド・位置ずれ防止用を兼ねた着脱自在のカ
バー部材２５が載置面３ｂに装着される。カバー部材２５の機能については後述する。
まず、ウェハ６Ｂと第１絶縁領域３１ａとの位置関係を説明する。図５に示すように、第１領域３１と第１絶縁領域３１ａとの境界Ｃ１（図４参照）は、載置面３ｂの中央に載置されたウェハ６Ｂの外周よりも内側に位置し、境界Ｃ１はウェハ６Ｂによって完全に覆われるようになっている。そして第１絶縁領域３１ａと第２領域３２との境界Ｃ２（図４参照）は、ウェハ６Ｂの外周の外側に配置され、ウェハ６Ｂによって覆われないようになっている。
さらに、第２領域３２と第２絶縁領域３２ａとの境界Ｃ３（図４参照）は、載置面３ｂの中央に配置されたウェハ６Ａの外周よりも内側に位置し、境界Ｃ３は、ウェハ６Ａによって完全に覆われるようになっている。そして、第２絶縁領域３２ａの外縁境界Ｃ４（図４参照）は、ウェハ６Ａの外周の外側に位置し、ウェハ６Ａによって覆われないようになっている。
カバー部材２５について説明する。カバー部材２５は、セラミックスより構成された環状の部材（図８参照）であり、載置面３ｂに装着された状態では、第２領域３２（境界Ｃ２〜境界Ｃ３の範囲）の上方を完全に覆うような形状・サイズとなっている。カバー部材２５は、ウェハ６Ｂをプラズマ処理の対象とする場合に載置部３ｂに装着され、ウェハ６Ａをプラズマ処理の対象とする場合には載置部３ｂから取り外される。
カバー部材２５を載置面３ｂに装着する際には、環状の閉塞部材９が載置面３ｂの第２領域３２上に装着される。閉塞部材９は、ウェハ６Ａ，６Ｂと同材質のシリコンより成る環状プレートの片面（図５においては下面）に、ウェハ６Ａ，６Ｂに貼り付けられている絶縁シート６ａと同じ材質の絶縁シート９ａを貼り付けたダミーウェハとなっている。なお、閉塞部材９としては、これ以外にもガラスエポキシ、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂製プレートであってもよい。
閉塞部材９を装着することにより、吸着孔３ｅから真空吸引する際に閉塞部材９が載置面３ｂに密着し、第２領域３２の複数の吸着孔３ｅが閉塞される。これにより、ウェハ６Ｂを対象とする場合に必要な吸引範囲である第１領域３１の吸着孔３ｅのみから真空吸引することができる。そして閉塞部材９の装着状態においては、閉塞部材９はカバー部材２５によって上方を完全に覆われる。これにより、閉塞部材９がプラズマに曝されることがなく、部品損耗を防止することができる。
なお、本実施の形態では、カバー部材２５の外径とリング部材２９の外径を同じ寸法で形成している（図５参照）が、わざと外径を異ならせることにより、外径の違いを光学センサで検出してカバー部材２５が電極体３ａ上に装着されているかどうかを自動検出できるようにしてもよい。
次に、プラズマ処理について説明する。ウェハ６Ａを対象とする場合には、図６に示すように、準備作業としてリング部材２９を電極体３ａに装着する。この作業は図２に示すように、処理室２を開放した状態で行われる。この作業が完了して処理室２が閉じられたならばプラズマ処理作業が開始され、電極体３ａにウェハ６Ａが載置される。ウェハ６Ａの載置状態においては、図７に示すように、ウェハ６Ａの外周は絶縁膜２６上にあり、絶縁膜２６と第２領域３２との境界Ｃ３はウェハ６Ａによって完全に覆われる。
またウェハ６Ｂを対象とする場合には、図８に示すように、準備作業として閉塞部材９を電極体３ａに装着し、次いで閉塞部材９を覆ってカバー部材２５を装着する。この作業が完了して処理室２が閉じられたならばプラズマ処理作業が開始され、電極体３ａにウェ
ハ６Ｂが載置される。ウェハ６Ｂの載置状態においては、図９に示すように、ウェハ６Ｂの外周は絶縁膜２７上にあり、絶縁膜２７と第１領域３１との境界Ｃ１はウェハ６Ｂによって完全に覆われる。
上述のウェハ切換時に行われる段取り替えにおいては、図２に示すように、処理室２を開放した状態で、リング部材２９やカバー部材２５の交換を作業性よく行えるようになっている。またこの段取り替えに際しては、電極体３ａは一体型となっていることから、電極体冷却用の冷媒流路３ｆが完全に閉じた状態で作業を行うことができ、冷媒の漏出による処理室２内部の汚損が発生しない。
ウェハ６Ａ、６Ｂのいずれかが載置面３ｂ載置されたならば、処理室２を閉鎖してプラズマ処理が行われる。プラズマ処理作業においては、まず真空吸着ポンプ１４を駆動することにより、吸着孔３ｅ、吸引孔３ｇを介して真空吸引し、ウェハ６Ａ，６Ｂを載置面３ｂに密着させた状態で真空吸着により保持する。
次いで真空排気部１１を駆動して処理室２内を真空排気した後、ガス供給部１７によってプラズマ発生用ガスが処理室２内に供給される。そしてこの後、静電吸着用ＤＣ電源部１２を駆動してＤＣ電圧を印加し、高周波電源部１６を駆動してプラズマ放電を開始する。これにより放電空間２ａにはプラズマが発生し、ウェハ６Ａ（６Ｂ）を対象としたプラズマ処理が行われる。このプラズマ処理においては、電極体３ａとウェハ６Ａ（６Ｂ）との間には静電吸着力が発生し、ウェハ６Ａ（６Ｂ）は電極体３ａに静電吸着力により保持される。
この静電吸着においては、絶縁シート６ａの中央部分を電極体３ａの中央部に接触させ、絶縁シート６ａの外縁部を絶縁膜２６または２７に接触させる。そして主に絶縁シート６ａの中央部を静電吸着を行うための誘電体として利用してウェハ６Ａ（６Ｂ）を上面中央部で静電吸着するとともに、絶縁シート６ａの外縁部を絶縁膜に密着させることにより、プラズマと電極体３ａの導電部との間を絶縁する。これにより、静電吸着用の電荷がプラズマ側にリークすることがなく、効率の良い静電吸着が実現される。
上記プラズマ処理過程において、ウェハ６Ａ、６Ｂのいずれを対象とする場合においても、電極体３ａの表面における導電部である第１領域３１、第２領域３２は、放電空間２ａに発生したプラズマから確実に絶縁され、したがって、プラズマ放電中の異常放電を防止して、プラズマ処理装置の稼動状態を安定させることが可能となっている。
（実施の形態２）
図１０、図１２は本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図、図１１は本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置のカバー部材の斜視図である。本実施の形態２は、実施の形態１に示すプラズマ処理装置において、カバー部材２５を内外２つのリングに分割した構成としたものである。
図１０において、第１電極３は実施の形態１の図５に示す第１電極３と同一構成であり、基部２０に電極部３ａを嵌合させ、外側に外環部材２２を組み付けた構成となっている。電極体３ａの上面の載置面３ｂは、同様に絶縁膜２６，２７によって、第１領域３１、第２領域３２、第１絶縁領域３１ａ、第２絶縁領域３２ａに区分されている（図４参照）。
本実施の形態２においても、ウェハ６Ｂをプラズマ処理の対象とする場合には、実施の形態１と同様の閉塞部材９が載置面３ｂに第２領域３２を完全に覆って載置され、さらに閉塞部材９を覆って実施の形態１におけるカバー部材２５と同機能のカバー部材１２５が
装着される。ここで用いられるカバー部材１２５は、実施の形態１におけるカバー部材２５を、内外２つのリング状部材、すなわち外側リング１２５ａ、内側リング１２５ｂに分割した構成となっている。外側リング１２５ａ、内側リング１２５ｂは、カバー部材２５と同様にセラミックスよりなる。
図１１に示すように、内側リング１２５ｂには、外側リング１２５ａの外縁部１２５ｅが係合する段差部１２５ｉが設けられており、図１０に示すように，外縁部１２５ｅが段差部１２５ｉに係合することにより、実施の形態１におけるカバー部材２５と同一外形形状・同機能のカバー部材１２５が形成される。ここで外縁部１２５ｅが段差部１２５ｉに係合する嵌合部の嵌め合いは、外縁部１２５ｅの外径が段差部１２５ｉの内径よりも所定のギャップ量Ｇ、すなわちプラズマ処理過程における外側リング１２５ａと内側リング１２５ｂの熱膨張差によって決定されるギャップ量だけ小さい隙間嵌めとなっている。
図１２は、ウェハ６Ｂをプラズマ処理の対象とする場合に上述のカバー部材１２５を装着した状態を示している。すなわちカバー部材１２５は、外環部材２２の上面の絶縁部材２６との段差部分に、外側リング１２５ａを嵌着することにより装着される。そして内側リング１２５ｂは、外側リング１２５ａの上部から内側へ延出して閉塞部材９を覆う形状となっていることから、外側リング１２５ａは肉厚のリングとなっており、内側リング１２５ｂは絶縁部材２６の段差部の高さ差に閉塞部材９を覆うための隙間分を加えた分だけ外側リング１２５ａよりも薄肉となっている。すなわち、カバー部材１２５は、肉厚の外側リング１２５ａと外側リング１２５ａに係合する肉薄の内側リング１２５ｂとで構成されている。
なおカバー部材１２５の装着状態において、カバー部材１２５は内外２分割であることから、外側リング１２５ａを残置したまま内側リング１２５ｂのみを取り外してしまう誤操作の可能性がある。このような誤操作を防止するため、カバー部材１２５の装着や取り外しの際には、外側リング１２５ａに専用の把手（図示省略）を取り付けて常に外側リング１２５ａを内側リング１２５ｂに係合させて一体化した状態で取り扱うようにしている。
ウェハ６Ｂの載置状態においては、図９と同様に、ウェハ６Ｂの外周は絶縁膜２７上にあり、絶縁膜２７と第１領域３１との境界Ｃ１はウェハ６Ｂによって完全に覆われる。そして、絶縁膜２６と絶縁膜２７との間の第２領域３２は、閉塞部材９によって覆われ、さらに閉塞部材９の上方は、カバー部材１２５によって覆われる。プラズマ処理過程においては、カバー部材１２５の上面はプラズマに曝されており、プラズマの熱作用によりカバー部材１２５の温度は上昇する。
ここで放電空間２ａにおけるプラズマ密度は均一ではなく、電極体３ａの外側に位置する部分では内側と比較してプラズマ密度は低くなる。このため、カバー部材１２５がプラズマによって昇温する過程において、内側部分と外側部分との間に温度差が生じる。そしてこの温度差のため、カバー部材１２５の熱膨張挙動においては、内側リング１２５ｂの熱変位の方が外側リング１２５ａの熱変位よりも大きくなる。
このとき、前述のように内側リング１２５ｂが外側リング１２５ａに係合する嵌合部の嵌め合いは、上述の熱膨張差を考慮した隙間嵌めとなっていることから、膨張した内側リング１２５ｂが外側リング１２５ａによって拘束されることによる熱応力が発生しない。したがって、カバー部材を一体型で設ける場合に発生しやすい熱応力によるカバー部材の破損を防止することができる。
（実施の形態３）
図１３、図１５は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図、図１４は本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置のカバー部材の斜視図である。本実施の形態３は、実施の形態１に示すプラズマ処理装置において、カバー部材２５に閉塞部材９の機能を併せ持たせるようにしたものである。
図１３において、第１電極３は実施の形態１の図５に示す第１電極３と同一構成であり、基部２０に電極部３ａを嵌合させ、外側に外環部材２２を組み付けた構成となっている。電極体３ａの上面の載置面３ｂは、同様に絶縁膜２６，２７によって、第１領域３１、第２領域３２、第１絶縁領域３１ａ、第２絶縁領域３２ａに区分されており、第１領域３１、第２領域３２にはそれぞれ吸着孔３ｅが設けられている（図４参照）。
本実施の形態３においては、ウェハ６Ｂをプラズマ処理の対象とする場合には、第２領域３２を環状のカバー部材２２５によって覆うとともに、第２領域３２に位置する吸着孔３ｅをカバー部材２２５によって閉塞する。この吸着孔閉塞のため、カバー部材２２５には、第１電極３への装着状態において、下面が載置面３ｂに当接するような形状となっている。
そして、カバー部材２５と同様にセラミックスで製作されたカバー部材２２５の本体部が第２領域３２に当接する範囲には、樹脂層３３が貼着されている。樹脂層３３は、ポリイミドなど耐熱性に優れた樹脂のシートを、同様に耐熱性に優れたエポキシ樹脂などの接着剤３４により貼着して形成される。図１４は、このような樹脂層３３が形成されたカバー部材２２５を反転した状態を示している。すなわち、カバー部材２２５はセラミックスの本体部より成り、この本体部の下面であって第２領域３２に接する位置には、樹脂層３３が形成されている。
図１５は、ウェハ６Ｂをプラズマ処理の対象とする場合に、上述のカバー部材２２５を装着した状態を示している。すなわちカバー部材２２５は、外環部材２２の上面の絶縁部材２６との段差部分に、外側の肉厚部分を嵌着することにより装着される。そして内側の樹脂層３３が形成された閉塞面は、第２領域３２の全面を完全に覆って載置面３ｂに当接し、第２領域３２に位置する全ての吸着孔３ｅを覆って閉塞する。
すなわち、本実施の形態３においては、載置面３ｂに着脱自在であって第２領域３２の表面に密着して第２領域３２の全面ならびにこの第２領域３２に形成された全ての吸着孔３ｅを完全に覆う環状のカバー部材２２５を備えた構成となっている。このような構成を採用することにより、第２領域３２の吸着孔３ｅを閉塞するための閉塞部材を別途準備して段取り替え時に着脱する必要がなく、コスト低減とともに段取り替え時の労力低減を図ることが可能となっている。
（実施の形態４）
図１６、図１８は本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図、図１７は本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置のカバー部材の斜視図である。本実施の形態４は、実施の形態３に示すプラズマ処理装置において、カバー部材２２５を内外２つのリングに分割した構成としたものである。
図１６において、第１電極３は実施の形態１の図５に示す第１電極３と同一構成であり、基部２０に電極部３ａを嵌合させ、外側に外環部材２２を組み付けた構成となっている。電極体３ａの上面の載置面３ｂは、同様に絶縁膜２６，２７によって、第１領域３１、第２領域３２、第１絶縁領域３１ａ、第２絶縁領域３２ａに区分されている（図４参照）。
本実施の形態４においても、ウェハ６Ｂをプラズマ処理の対象とする場合には、実施の形態３と同様に、第２領域３２をカバー部材３２５によって覆うとともに、第２領域３２に位置する吸着孔３ｅをカバー部材３２５によって閉塞する。ここで用いられるカバー部材３２５は、実施の形態３におけるカバー部材２２５を、同様にセラミックスよりなる２つのリング状部材、すなわち外側リング３２５ａ、内側リング３２５ｂに分割した構成となっており、内側リング３２５ｂの下面には、樹脂層３３が接着剤３４によって貼着されている。
図１６，図１７に示すように、内側リング３２５ｂには、外側リング３２５ａの外縁部３２５ｅが係合する段差部３２５ｉが設けられており、外縁部３２５ｅが段差部３２５ｉに係合することにより、実施の形態３におけるカバー部材２２５と同一外形形状のカバー部材３２５が形成される。ここで外縁部３２５ｅが段差部３２５ｉに係合する嵌合部の嵌め合いは、実施の形態２における場合と同様に、プラズマ処理過程における内側リング３２５ｂの熱膨張代を考慮して決定される所定のギャップＧだけ小さい隙間嵌めとなっている。
図１８は、ウェハ６Ｂをプラズマ処理の対象とする場合に上述のカバー部材３２５を装着した状態を示している。すなわち外側リング３２５ａは、外環部材２２の上面の絶縁部材２６との段差部分に外側の肉厚部分を嵌着することにより装着される。そして内側リング３２５ｂの下面の樹脂層３３が貼着された閉塞面は、第２領域３２の全面を完全に覆って載置面３ｂに当接し、第２領域３２に位置する全ての吸着孔３ｅを覆って閉塞する。
そして内側リング３２５ｂは、外側リング３２５ａの上部から内側へ延出して載置面３ｂを覆う形状となっていることから、外側リング３２５ａは肉厚のリングとなっており、内側リング１２５ｂは絶縁部材２６の段差部の高さ差分だけ薄肉となっている。すなわち、カバー部材３２５は、肉厚の外側リング１２５ａと外側リング３２５ａに係合する肉薄の内側リング３２５ｂとで構成され、内側リング３２５ｂの下面であって第２領域３２に接する位置には、吸着孔閉塞用の樹脂層３３が形成されている。
なおカバー部材３２５の装着状態において、カバー部材３２５は実施の形態２に示す例と同様に内外２分割であることから、外側リング３２５ａを残置したまま内側リング３２５ｂのみを取り外す同様の誤操作を防止するため、カバー部材３２５の装着や取り外しの際には、外側リング３２５ａに専用の把手（図示省略）を取り付けて常に外側リング３２５ａを内側リング３２５ｂに係合させて一体化した状態で取り扱うようにしている。
プラズマ処理過程においては、前述の各実施の形態と同様にカバー部材３２５の上面はプラズマに曝されることによって温度が上昇する。このとき、放電空間２ａにおけるプラズマ密度の不均一により、カバー部材３２５の内側部分と外側部分との間に温度差が生じるが、実施の形態２に示す場合と同様に、内側リング３２５ｂと外側リング３２５ａとの嵌合部の嵌め合いは、外側リング３２５ａと内側リング３２５ｂとの熱膨張差を考慮した隙間嵌めとなっていることから、膨張した内側リング３２５ｂが外側リング３２５ａによって拘束されることによる熱応力が発生せず、カバー部材を一体型で設ける場合に発生しやすい熱応力によるカバー部材の破損を防止することができる。
（実施の形態５）
図１９は本発明の実施の形態５のプラズマ処理装置の電極体の斜視図である。前述の各実施の形態１，２，３，４においては、大小２種類のウェハ６Ａ、６Ｂを処理対象とする例を示しているが、本発明は２種類には限定されず、これ以上の複数種類を対象とする場合であってもよい。例えば、図１９に示すように、ウェハ６Ｂよりもさらに小さいウェハ６Ｃをも含めて処理対象とする場合には、載置面３ｂのウェハ６Ｃの外周位置に対応する
位置に絶縁膜２６，２７と同様の絶縁膜２８によって覆われた絶縁領域を追加して形成し、ウェハ６Ｃのサイズに応じたカバー部材２５０を準備する。この場合には、ウェハ６Ａ、６Ｂとの間に大サイズ、小サイズの関係が成立するとともに、ウェハ６Ａ、６Ｃとの間にも大サイズ、小サイズの関係が成立している。
ここで、カバー部材２５０は、実施の形態１，３に示すカバー部材２５，２２５のように一体型でもよく、また実施の形態２，４に示すカバー部材１２５，３２５のように２分割型であってもよい。そしてカバー部材として、実施の形態１，２に示すカバー部材２５，１２５のように、下面に樹脂層が形成されていないタイプを用いる場合には、ウェハ６Ｃのサイズに対応した閉塞部材９０を準備する。また実施の形態３，４に示すカバー部材２２５，３２５のように、下面に樹脂層３３が形成されたタイプを用いる場合には、もちろん閉塞部材は必要とされない。
本発明のプラズマ処理装置は、サイズの異なる複数種類のウェハを簡便安価に同一のプラズマ処理装置によって処理対象とすることができるという効果を有し、プラズマによるウェハのエッチング処理を目的とするプラズマ処理装置に有用である。
本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の側断面図 本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の真空チャンバの側断面図 本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の断面図 本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の平面図 本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の斜視図 本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の斜視図 本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置のカバー部材の斜視図 本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置のカバー部材の斜視図 本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置のカバー部材の斜視図 本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置の電極体の部分断面図 本発明の実施の形態５のプラズマ処理装置の電極体の斜視図
符号の説明
１ 真空チャンバ
２ 処理室
３ 第１電極
３ａ 電極体
３ｂ 載置面
３ｅ 吸着孔
４ 第２電極
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ ウェハ
６ａ 絶縁シート
１０ 制御部
１１ 真空排気部
１２ 静電吸着用ＤＣ電源部
１４ 真空吸引ポンプ
１６ 高周波電源装置
１７ ガス供給部
２５、１２５、２２５、３２５ カバー部材
２６、２７ 絶縁膜
３１ 第１領域
３１ａ 第１絶縁領域
３２ 第２領域
３２ａ 第２絶縁領域
１２５ａ、３２５ａ 外側リング
１２５ｂ、３２５ｂ 内側リング

Claims (12)

  1. 表側の面に絶縁シートが貼り付けられたウェハの裏面に対してプラズマ処理を行い、少なくとも大サイズおよび小サイズの２種類のウェハをプラズマ処理の対象とするプラズマ処理装置であって、
    密閉空間を形成する処理室の内部に配置され前記大サイズのウェハよりも広い載置面を備えこの載置面に前記絶縁シートを接触させた状態でウェハを載置可能な一体型の電極体と、前記密閉空間の気体を排気して減圧する減圧手段と、減圧された前記密閉空間にプラズマ発生用のガスを供給するガス供給手段と、前記電極体に対向して配置された対向電極と、前記電極体と対向電極との間に高周波電圧を印加して前記プラズマ発生用のガスをプラズマ状態にするプラズマ発生手段と、前記電極体に直流電圧を印加することにより前記載置面上のウェハを静電吸着する直流電圧印加手段と、前記電極体を冷却する冷却手段とを備え、
    前記電極体の載置面は、この載置面の中央部に設けられ電極体の素材である金属が露呈した第１領域と、前記第１領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第１絶縁領域と、さらに第１絶縁領域の外側に環状に拡がって設けられ前記金属が露呈した第２領域と，前記第２領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第２絶縁領域とに区画され、
    前記第１領域と前記第１絶縁領域との境界を載置面の中央に載置された小サイズのウェハの外周よりも内側とするとともにこの第１絶縁領域と前記第２領域との境界を前記小サイズのウェハの外周の外側とし、前記第２領域と前記第２絶縁領域との境界を載置面の中央に載置された大サイズのウェハの外周よりも内側とするとともにこの第２絶縁領域を前記大サイズのウェハの外周の外側とし、さらに前記載置面に着脱自在であって前記第２領域を完全に覆う環状のカバー部材を備えたこと特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記カバー部材は、小サイズのウェハをプラズマ処理の対象とする場合に前記載置面に装着され、大サイズのウェハをプラズマ処理の対象とする場合には前記載置面から取り外されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記カバー部材はセラミックスで構成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。
  4. 前記カバー部材が、肉厚の外側リングとこの外側リングに係合する肉薄の内側リングとで構成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。
  5. 前記第１絶縁領域を覆う絶縁膜ならびに第２絶縁領域を覆う絶縁膜が、アルミナ系のセラミック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。
  6. 前記第１領域および第２領域に形成された複数の吸着孔と、これらの吸着孔から真空吸引することにより前記載置面にウェハを真空吸着により保持する真空吸引手段と、前記カバー部材を前記載置面に装着する際に前記第２領域上に装着され第２領域の複数の吸着孔を閉塞する環状の閉塞部材とを備え、この閉塞部材は前記カバー部材に完全に覆われることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記閉塞部材は、前記ウェハと同材質の環状プレートの片面にウェハに貼り付けられている絶縁シートと同じ材質の絶縁シートを貼り付けて構成したことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
  8. 表側の面に絶縁シートが貼り付けられたウェハの裏面に対してプラズマ処理を行い、少なくとも大サイズおよび小サイズの２種類のウェハをプラズマ処理の対象とするプラズマ
    処理装置であって、
    密閉空間を形成する処理室の内部に配置され前記大サイズのウェハよりも広い載置面を備えこの載置面に前記絶縁シートを接触させた状態でウェハを載置可能な一体型の電極体と、前記密閉空間の気体を排気して減圧する減圧手段と、減圧された前記密閉空間にプラズマ発生用のガスを供給するガス供給手段と、前記電極体に対向して配置された対向電極と、前記電極体と対向電極との間に高周波電圧を印加して前記プラズマ発生用のガスをプラズマ状態にするプラズマ発生手段と、前記電極体に直流電圧を印加することにより前記載置面上のウェハを静電吸着する直流電圧印加手段と、前記電極体を冷却する冷却手段とを備え、
    前記電極体の載置面は、この載置面の中央部に設けられ電極体の素材である金属が露呈した第１領域と、前記第１領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第１絶縁領域と、さらに第１絶縁領域の外側に環状に拡がって設けられ前記金属が露呈した第２領域と，前記第２領域の外側を環状に包囲し表面が絶縁膜で覆われた第２絶縁領域とに区画され、
    前記第１領域と前記第１絶縁領域との境界を載置面の中央に載置された小サイズのウェハの外周よりも内側とするとともにこの第１絶縁領域と前記第２領域との境界を前記小サイズのウェハの外周の外側とし、前記第２領域と前記第２絶縁領域との境界を載置面の中央に載置された大サイズのウェハの外周よりも内側とするとともにこの第２絶縁領域を前記大サイズのウェハの外周の外側とし、
    さらに、前記第１領域および第２領域に形成された複数の吸着孔と、これらの吸着孔から真空吸引することにより前記載置面にウェハを真空吸着により保持する真空吸引手段とを備え、前記載置面に着脱自在であって前記第２領域の表面に密着して第２領域の全面ならびにこの第２領域に形成された全ての吸着孔を覆う環状のカバー部材を備えたこと特徴とするプラズマ処理装置。
  9. 前記カバー部材は、小サイズのウェハをプラズマ処理の対象とする場合に前記載置面に装着され、大サイズのウェハをプラズマ処理の対象とする場合には前記載置面から取り外されることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記カバー部材はセラミックスの本体部より成り、この本体部の下面であって前記第２領域に接する位置に樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記カバー部材が、外側リングとこの外側リングに係合する内側リングを有し、前記内側リングの下面であって前記第２領域に接する位置に樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
  12. 前記第１絶縁領域を覆う絶縁膜ならびに第２絶縁領域を覆う絶縁膜が、アルミナ系のセラミック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。
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