(57)【要約】【課題】  イットリア粒子の脱粒を抑制するガス供給部材及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】実施形態に係るガス供給部材は、第１の径を有するガス流路と、ガス流路の一方の端部に接続され、端部から前記第１の径よりも大きい第２の径となるように開口径が増大し、主面側に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備える。吐出口を構成する面上に直接イットリア含有膜が設けられ、ガス流路の側面上には、アルミナ膜が設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の径を有するガス流路と、前記ガス流路の一方の端部に接続され、前記端部から前記第１の径よりも大きい第２の径となるように開口径が増大し、主面側に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備えるガス供給部材であって、
前記吐出口を構成する面上に直接イットリア含有膜が設けられ、前記ガス流路の側面上には、アルミナ膜が設けられることを特徴とするガス供給部材。
【請求項２】
前記イットリア含有膜は、前記ガス流路には、形成されないことを特徴とする請求項１に記載のガス供給部材。
【請求項３】
前記吐出口を構成する面は、テーパ面及び主面を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス供給部材。
【請求項４】
前記吐出口を構成する面は、曲面を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガス供給部材。
【請求項５】
チャンバ内に、処理対象を保持する保持する処理対象保持手段と、前記チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、を備え、前記処理対象保持手段に前記吐出口が対向するように配置される請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のガス供給部材を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガス供給部材及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造における加工プロセスにおいて、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を行うプラズマ処理装置が用いられることが多い。このようなＲＩＥを行うプラズマ処理装置では、チャンバ内を低圧にした状態で、弗素系ガスや塩素系ガスをチャンバ内に導入してプラズマ化し、エッチングを行う。このため、プラズマ処理装置の内壁や内部構成部材は、プラズマに曝され、腐食されやすく、保護膜として、イットリアやアルミナなどのプラズマ耐性の高い材料がコーティングされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６０１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、イットリア粒子の脱粒を抑制するガス供給部材及びプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係るガス供給部材は、第１の径を有するガス流路と、ガス流路の一方の端部に接続され、端部から前記第１の径よりも大きい第２の径となるように開口径が増大し、主面側に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備える。吐出口を構成する面上に直接イットリア含有膜が設けられ、ガス流路の側面上には、アルミナ膜が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図。
【図２】本発明の実施形態に係るガス供給部材を示す断面図。
【図３】本発明の実施形態に係るガス供給部材の製造方法を示す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るガス供給部材を示す断面図。
【図５】本発明の実施形態に係るガス供給部材を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ガス流路と、ガス流の下流側に設けられる吐出口と、を有するガス供給路を備えるガス供給部材のうち、シャワーヘッドの吐出口を構成する面上には、ポーラスなアルミナ膜が設けられ、アルミナ膜（アルマイト）上にイットリア含有膜が設けられることがある。この場合、アルミナ膜は、母材のＡｌとアルミナの熱膨張係数の差から、母材の膨張により、アルミナ膜にクラックが発生し、この結果アルミナ膜上のイットリア含有膜にもクラックが発生することがある。すなわち、アルミナ膜のクラック発生に起因してイットリア中のイットリアが脱粒し、プラズマ処理装置のチャンバ内に飛散するという問題があった。
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる膜の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、プラズマ処理装置１０として、ＲＩＥ装置を例示している。プラズマ処理装置１０は、気密に構成されたたとえばアルミニウム製のチャンバ１１を有している。このチャンバ１１は接地されている。
【００１０】
チャンバ１１内には、処理対象としての被処理基板Ｗを水平に支持するとともに、下部電極として機能する支持テーブル２１が設けられている。支持テーブル２１の表面上には、図示しないが被処理基板Ｗを静電吸着する静電チャック機構など保持機構が設けられている。支持テーブル２１の側面および底面の周縁部を覆うように絶縁リング２２が設けられており、絶縁リング２２で覆われた支持テーブル２１の上方の外周には、フォーカスリング２３が設けられている。このフォーカスリング２３は、被処理基板Ｗのエッチング時に、電界が被処理基板Ｗの周縁部で鉛直方向（被処理基板面に垂直な方向）に対して偏向しないように電界を調整するために設けられる部材である。
【００１１】
また、支持テーブル２１は、チャンバ１１内の中央付近に位置するように、チャンバ１１の中央付近の底壁から鉛直上方に筒状に突出する支持部１２上に、絶縁リング２２を介して支持されている。絶縁リング２２とチャンバ１１の側壁との間には、バッフル板２４が設けられている。バッフル板２４は、板の厚さ方向を貫通する複数のガス排出孔２５を有する。また、支持テーブル２１には、高周波電力を供給する給電線３１が接続されており、この給電線３１にブロッキングコンデンサ３２、整合器３３および高周波電源３４が接続されている。高周波電源３４からは所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２１に供給される。
【００１２】
下部電極として機能する支持テーブル２１に対向するように、支持テーブル２１の上部に上部電極として機能するシャワーヘッド４１が設けられている。シャワーヘッド４１は支持テーブル２１と平行に対向するように、支持テーブル２１から所定の距離を隔てたチャンバ１１の上部付近の側壁に固定される。このような構造によって、シャワーヘッド４１と支持テーブル２１とは、一対の平行平板電極を構成している。また、シャワーヘッド４１には、板の厚さ方向を貫通する複数のガス供給路４２が設けられている。
【００１３】
チャンバ１１の上部付近には、プラズマ処理時に使用される処理ガスが供給されるガス供給口１３が設けられており、ガス供給口１３には配管を通じて図示しないガス供給装置が接続されている。
【００１４】
支持テーブル２１とバッフル板２４よりも下部のチャンバ１１にはガス排気口１４が設けられており、ガス排気口１４には配管を通じて図示しない真空ポンプが接続されている。
【００１５】
このように、チャンバ１１内の支持テーブル２１およびバッフル板２４と、シャワーヘッド４１とで仕切られた領域は、プラズマ処理室６１となり、シャワーヘッド４１で仕切られたチャンバ１１内の上部の領域は、ガス供給室６２となり、支持テーブル２１およびバッフル板２４で仕切られたチャンバ１１内の下部の領域はガス排気室６３となる。
【００１６】
このような構成のプラズマ処理装置１０のプラズマ生成領域に接する側の構成部材の面、すなわちプラズマ処理室６１の構成部材の表面に保護膜５０が形成される。具体的には、プラズマ処理室６１を構成するチャンバ１１の内壁側面、シャワーヘッド４１のプラズマ処理室６１側の表面、バッフル板２４のプラズマ処理室６１側の表面、フォーカスリング２３の表面、支持テーブル２１の被処理基板Ｗを載置する側の表面に、イットリアを含有する膜（以下、イットリア膜という）を有する保護膜５０が形成される。
【００１７】
このように構成されたプラズマ処理装置１０での処理の概要について説明する。まず、支持テーブル２１上に処理対象である被処理基板Ｗが載置され、たとえば静電チャック機構によって固定される。ついで、ガス排気口１４に接続される図示しない真空ポンプでチャンバ１１内が真空引きされる。このとき、ガス排気室６３とプラズマ処理室６１との間は、バッフル板２４に設けられたガス排出孔２５によって接続されており、プラズマ処理室６１とガス供給室６２との間は、シャワーヘッド４１のガス供給路４２によって接続されているので、ガス排気口１４に繋がる真空ポンプによってチャンバ１１内全体が真空引きされる。
【００１８】
その後、チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からガス供給室６２に処理ガスが供給され、シャワーヘッド４１のガス供給路４２を介してプラズマ処理室６１に供給される。プラズマ処理室６１内の圧力が所定の圧力に達すると、シャワーヘッド４１（上部電極）を接地した状態で、支持テーブル２１（下部電極）に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室６１内にプラズマを生成させる。ここで、下部電極には高周波電圧が印加されているので、プラズマと被処理基板との間に電位勾配が生じ、プラズマガス中のイオンが支持テーブル２１へと加速されることになり、エッチング処理が行われる。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に係るガス供給部材を示す断面図である。ガス供給部材であるシャワーヘッド４１には、ガス供給路４２が設けられている。ガス供給路４２は、たとえば図１に示すように、シャワーヘッド４１の上面から下面（ガス流の下流側の面）に向かって、シャワーヘッド４１を構成する部材を貫通するように設けられる。ガス供給路４２は、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の一方の端部から、第１の径よりも大きい第２の径となるように傾斜的に開口径が増大する吐出口４２２と、を有する。すなわち、一例では、シャワーヘッド４１は、ガス供給路４２の吐出口４２２付近でその開口径が大きくなるように、テーパ面を有するようにテーパ形状に加工される。シャワーヘッド４１の構成部材としては、たとえばアルミニウムなどを例示することができる。
【００２０】
このようなシャワーヘッド４１において、保護膜として機能するアルミナ膜５２は、ガス流路の側面上に設けられ、屈曲部４３近傍まで設けられる。ここで、屈曲部４３とは、被膜形成対象が互いに平行でない複数の面（平面または曲面）で構成されるときに、１つの面を基準にして、他の面が９０度よりも大きな角度で前記１つの面と接合し、突状部を形成している部分のことをいう。屈曲部４３付近のアルミナ膜５２上には、イットリア膜５１が設けられてもよいが、アルミナ膜５２上にイットリア膜５１が設けられない方が望ましい。
【００２１】
シャワーヘッド４１において、保護膜として機能するイットリア膜は、吐出口４２２の形成面とシャワーヘッド４１の一方の主面である下流側の面の屈曲部４３近傍に設けられる。また、本実施形態の一例では、ガス流路４２１と吐出口４２２との境界の屈曲部４３付近に形成されたイットリア膜の側面が、ガス流路４２１の内面と略面一となるように形成される。すなわち、吐出口４２２の上部屈曲部４３付近のイットリア膜によって形成されるリング構造は、第１の径と略同一の径を有する。保護膜としては、５０〜１００μｍの厚さのイットリア膜であればよい。
【００２２】
イットリア膜５１として、被膜形成対象である構成部材５５上に形成された通常のイットリア膜でもよいし、イットリア膜５１を表面からイットリア膜５１の厚さの範囲で溶融させた溶融固化膜を有するものでもよい。この場合、すべての厚さのイットリア膜を溶融固化膜としてもよいし、表面から所定の厚さ範囲が溶融された溶融固化膜と、溶融されていない非溶融固化膜との積層構造としてもよい。溶融固化膜は非溶融固化膜に比して粒子間の空隙が抑制され、緻密であり、表面が平坦化された状態を有し、非溶融固化膜に比して密度が高い。非溶融固化膜の密度範囲は、２．０〜４．０ｇ／ｃｍ3であることが望ましく、溶融固化膜の密度範囲としては、４．０〜５．０ｇ／ｃｍ3であることが望ましい。
【００２３】
次に、このような保護膜５０のシャワーヘッド４１への形成方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係るガス供給部材の製造方法を示す断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、たとえばアルミニウムで構成され、ガス供給路４２が形成されたシャワーヘッド４１の下流側の面（吐出口４２２側の面）上と、吐出口４２２からガス流路４２１の一部にかけた側面上に、アルミナ膜５２からなる保護膜を５０〜１００μｍの厚さで形成する。
【００２４】
その後、図３（ｂ）に示すように、シャワーヘッド４１の吐出口４２２を構成する面、すなわち主面及びテーパ面上にあるアルミナ膜５２を除去し、ガス流路４２１上にのみアルミナ膜を残す。アルミナ膜の除去は、例えば、アルマイトの微粒子を吹き付けるサンドブラスト処理により行われる。
【００２５】
次いで、図３（ｃ）に示すように、ガス供給路４２が形成されたシャワーヘッド４１の下流側の面（吐出口４２２側の面）上と、シャワーヘッドの主面上に保護膜としてのイットリア膜５１を形成する。保護膜を構成するイットリア膜の形成方法としては、溶射法、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法、エアロゾルデポジション（Aerosol  Deposition）法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いることができる。
【００２６】
ついで、図３（ｄ）に示すように、ガス流路４２１におけるアルミナ膜５２上に形成されたイットリア膜５１を、例えば研磨などの方法により除去する。これにより、イットリア膜５１は、シャワーヘッド４１の屈曲部４３を構成する一方の面（下方の面）のみに形成される。以上で、図２に示される構造のシャワーヘッド４１が得られる。
【００２７】
なお、図３（ｃ）のイットリア膜５１の形成では、イットリア膜を溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いて形成した後、イットリア膜に表面処理を施し、イットリア膜の表面から形成した膜厚の範囲内で溶融させた後固化させるようにしてもよい。表面処理として、たとえばレーザアニール処理やプラズマジェット処理などの選択的に表面を熱溶融できる方法を用いることができる。
【００２８】
ここで、比較例と比較したときの第１の実施形態の効果について説明する。図４は、シャワーヘッドの吐出口付近の様子を模式的に示す断面図である。ガス供給部材であるシャワーヘッド４１には、たとえばシャワーヘッド４１の上面から下流側の面に向かって、シャワーヘッド４１を構成する部材を貫通するようにガス供給路４２が設けられる。ガス供給路４２は、第１の径を有するガス流路４２１と、ガス流路４２１の一方の端部から、第１の径よりも大きい第２の径となるように傾斜的に開口径が増大する吐出口４２２と、を有する。この図４の例では、アルミナ膜５２は、シャワーヘッド４１の下流側の面と、吐出口４２２の側面と、のいずれにも設けられている。つまり、吐出口４２２を構成する面上にもアルミナ膜５２が設けられる構造となる。
【００２９】
一般的に、アルミニウムの線膨張係数は、２４×１０-6／℃程度であり、アルミナ又はイットリアの線膨張係数は、７×１０-6／℃程度であり、両者の線膨張係数の差が大きい。そのため、プラズマ処理中の加熱で熱膨張が生じる際に、アルミナ膜５２にクラックが発生しやすくなる。特に、シャワーヘッド４１を構成するアルミニウムとの密着性は、イットリアより、アルミナの方が小さい。したがって、アルミナ膜５２にはクラックがより発生しやすい。
【００３０】
一方、第１の実施形態では、図２に示すように、シャワーヘッド４１のガス流路４２１の側面上にのみアルミナ膜５２が設けられ、吐出口４２２を構成する面上には、アルミナ膜５２は設けられておらず、直接イットリア膜５１が設けられている。これにより、プラズマ処理中の加熱でシャワーヘッド４１とイットリア膜５１との間に熱膨張差が生じても、シャワーヘッド４１と密着力が高いイットリア膜５１は、クラックが入りにくい構造となっている。
【００３１】
以上に述べた第１の実施形態に係るガス供給部材によれば、シャワーヘッド４１のガス流路４２１の側面上にのみアルミナ膜５２が設けられ、吐出口４２２を構成する面上には、アルミナ膜５２は設けられておらず、直接イットリア膜５１が設けられている。これにより、プラズマ処理中の加熱でシャワーヘッド４１とイットリア膜５１との間に熱膨張差が生じても、シャワーヘッド４１と密着力が高いイットリア膜５１は、クラックが入り、イットリア粒子が脱粒することを抑制することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態を模式的に示す断面図である。図２に示した第１の実施形態では、母材であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する面とガス流の下流側の面（下面）がそれぞれ曲面ではなく、それぞれの面が所定の角度で接続されて角部４４を有しているが、図５に示した第２の実施形態では、母材であるシャワーヘッド４１のガス流路４２１を形成する面とシャワーヘッド４１の下流側の面とが滑らかな曲面によって接続される場合を示している。ここで、ガス流路４２１との接続部から離れるにしたがって吐出口４２２の開口径が増大し、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａでの開口径が第１の径よりも大きい第２の径となる形状を有するように、吐出口４２２を構成する曲面が構成される。図５の例では、吐出口４２２を構成する面のすべてが曲面によって構成される場合が示されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも吐出口４２２を形成する面とシャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａとの接続部付近（図６の角部４４に対応する領域）で曲面を有していればよい。なお、シャワーヘッド４１の下流側の面４１Ａは、吐出口４２２から吐出されるガスがプラズマ化される際に、プラズマが生成される領域に面するシャワーヘッド４１を構成する面である。また、図７におけるシャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する曲面における曲率半径は、１００〜５００μｍ程度であることが望ましい。
【００３３】
シャワーヘッド４１の吐出口４２２を形成する面上に形成される保護膜５０の膜厚は略一定であってもよいし、吐出口４２２の中央付近に向かうにつれて、保護膜５０の膜厚が徐々に薄くなってもよい。
【００３４】
なお、その他については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。たとえば、使用されるイットリア膜５１及びアルミナ膜５２については、第１の実施形態と同様である。さらに、保護膜５０を構成するイットリア膜の形成方法も第１の実施形態に示した方法を用いることができる。
【００３５】
第２の実施形態によれば、下地であるシャワーヘッド４１の吐出口４２２の形成面が曲面で形成され、その上にイットリア膜５１を形成したので、第１の実施形態よりも更に角部に集中する応力が緩和されるため、第１の実施形態よりもクラックが発生することを抑制することができる。
【００３６】
また、第１及び第２の実施形態では、ＲＩＥ装置のシャワーヘッド４１に形成される保護膜５０を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、シャワーヘッド４１以外の部材、たとえばチャンバ１１の内壁、バッフル板２４、フォーカスリング２３、プラズマ処理対象を保持する支持テーブル２１などに第１及び第２の実施形態による保護膜５０を形成することができる。
【００３７】
さらに、上記した説明では、プラズマ処理装置１０としてＲＩＥ装置を例に挙げて説明したが、アッシング装置、ＣＤＥ（Chemical  Dry  Etching）装置、ＣＶＤ装置などの処理装置全般や半導体製造装置全般に、上記した実施形態を適用することができる。
【００３８】
なお、本発明は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３９】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０…プラズマ処理装置
１１…チャンバ
１２…支持部
１３…ガス供給口
１４…ガス排気口
２１…支持テーブル
２２…絶縁リング
２３…フォーカスリング
２４…バッフル板
２５…ガス排出孔
３１…給電線
３２…ブロッキングコンデンサ
３３…整合器
３４…高周波電源
４１…シャワーヘッド
４２…ガス供給路
４３…屈曲部
４４…角部
５０…保護膜
５１…イットリア膜
５２…アルミナ膜
６１…プラズマ処理室
６２…ガス供給室
６３…ガス排気室
Ｗ…被処理基板
【図１】
2014157944.tif 000003
【図２】
2014157944.tif 000004
【図３】
2014157944.tif 000005
【図４】
2014157944.tif 000006
【図５】
2014157944.tif 000007