(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置内において被処理基板と対向配置されるプラズマ処理装置用電極板であって、厚さ方向に貫通する通気孔が複数設けられてなり、前記通気孔は、前記被処理基板側に位置する放電面から板厚の１／３以上２／３以下の範囲が該放電面側に向かって拡がるテーパ形状のテーパ状穴部に設けられ、前記放電面の反対側に位置する反対面に、前記厚さ方向に延びる入口側穴部が厚さ方向に対して傾斜して設けられ、該入口側穴部と前記テーパ状穴部との間に、これらを連通する垂直穴部を介して屈曲部が形成されており、前記入口側穴部の前記厚さ方向に対する傾斜角度は、前記テーパ状穴部の前記厚さ方向に対する斜面の角度より大きいことを特徴とするプラズマ処理装置用電極板。
【請求項２】
前記テーパ形状の斜面が、前記厚さ方向に対して５°以上１１°以下の角度で形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用電極板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置においてプラズマ生成用ガスを厚さ方向に通過させながら放電するプラズマ処理装置用電極板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造プロセスに使用されるプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置は、チャンバー内に、高周波電源に接続される上部電極と下部電極とを、例えば、上下方向に対向配置し、下部電極の上に被処理基板を配置した状態として、上部電極に形成した通気孔からエッチングガスを被処理基板に向かって流通させながら高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、被処理基板にエッチング等の処理を行う構成とされている。
【０００３】
このプラズマ処理装置で使用される上部電極として、一般に、シリコン製の電極板を冷却板に固定し重ね合わせた積層電極板が用いられており、プラズマ処理中に上昇する電極板の熱は、冷却板を通して放熱されるように構成されている。
電極板に設けられる通気孔（貫通細孔）は、通常は、その厚さ方向に平行に形成されているが（特許文献１参照）、プラズマ処理を繰り返し行うことにより、プラズマにさらされる部分が削られて消耗するため、通気孔の径が大きく変化する。特に通気孔のプラズマ発生領域側の被処理基板に対向する開口部は、侵食される。これに伴って、プラズマの一部がエッチングガスの流れに逆らって逆流し、通気孔から電極板の背面に向けてプラズマが入り込むと、冷却板の一部がスパッタされて、被処理基板が汚染されるおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献２には、電極板の通気孔（ガス整流孔）の孔径が、ガス導入側の孔径をｄ１、ガス噴出側の孔径をｄ２としたときに、ｄ２＜ｄ１となるように形成した電極板が提案されている。この場合、ガス導入側よりガス噴出側で圧力が高くなるため、ガス整流孔へのプラズマの入り込みを抑制することができるとされている。
また、特許文献３には、通気孔（貫通孔）のプラズマ面側端部、又は両端部に、通気孔の端面を大径部とするテーパ形状を設けた電極板が提案されている。通気孔のプラズマ面側端部をテーパ形状とすることで、エッチングガスを拡散させるとともに、放電が電極面に集中することを防いで電極面の局所的な消耗を無くし、異物の脱落を防止できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３‐２８９０６４号公報
【特許文献２】特開２００１‐２２３２０４号公報
【特許文献３】特開２０００‐５８５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２では、通気孔から噴出されるエッチングガスの流れが速くなるため、通気孔の直下とそれ以外の場所とで、エッチングガスの密度が不均一となり、被処理基板全体に均一なエッチング処理ができなくなるおそれがある。
また、特許文献３の通気孔に設けられたテーパ形状は、僅かなテーパ形状であるため、エッチングガスの十分な拡散効果を得ることは難しい。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プラズマの逆流を防止して冷却板の損傷を防ぐことができ、被処理基板に面内均一なプラズマ処理を行わせることができるプラズマ処理装置用電極板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電極板は、プラズマ処理装置内において被処理基板と対向配置されるプラズマ処理装置用電極板であって、厚さ方向に貫通する通気孔が複数設けられてなり、前記通気孔は、前記被処理基板側に位置する放電面から板厚の１／３以上２／３以下の範囲が該放電面側に向かって拡がるテーパ形状のテーパ状穴部に設けられ、前記放電面の反対側に位置する反対面に、前記厚さ方向に延びる入口側穴部が厚さ方向に対して傾斜して設けられ、該入口側穴部と前記テーパ状穴部との間に、これらを連通する垂直穴部を介して屈曲部が形成されており、前記入口側穴部の前記厚さ方向に対する傾斜角度は、前記テーパ状穴部の前記厚さ方向に対する斜面の角度より大きいことを特徴とする。
【０００９】
通気孔のテーパ形状に沿ってエッチングガスを水平方向に拡散させることができるので、エッチングの面内均一性を向上させることができる。
また、エッチンガスの供給側に位置するテーパ状穴部の上部を、放電面側の開口部に比べて小径に設けることで、テーパ状穴部の放電面側よりも上部の方がエッチングガスの流速が大きくなっており、この大きい流速の部分でプラズマの逆流を抑制し、各通気孔を通じて冷却板に到達することを防止できる。
また、通気孔に屈曲部を設けたことで、直進性の高いプラズマの逆流をより確実に防止することができる。
【００１０】
本発明の電極板において、前記テーパ形状の斜面が、前記厚さ方向に対して５°以上１１°以下の角度で形成されているとよい。
このようなテーパ形状を有する通気孔を形成することで、さらにプラズマの逆流防止効果を高められるとともに、エッチングガスの拡散性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマの逆流を防止して冷却板の損傷を防ぐことができるとともに、エッチングガスの流れを均一に保ち、被処理基板に面内均一なプラズマ処理を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の電極板の通気孔部分の要部縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の電極板の通気孔部分の要部縦断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態の電極板の通気孔部分の要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の電極板の第１実施形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、この電極板が用いられるプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置１について説明する。
このプラズマエッチング装置１は、図１の概略断面図に示されるように、真空チャンバー２内の上部に電極板（上部電極）３が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台（下部電極）４が電極板３と相互間隔をおいて平行に設けられている。この場合、上部の電極板３は絶縁体５により真空チャンバー２の壁に対して絶縁状態に支持されているとともに、架台４の上には、静電チャック６と、その周りを囲むシリコン製の支持リング７とが設けられており、静電チャック６の上に、支持リング７により周縁部を支持した状態でウエハ（被処理基板）８を載置するようになっている。また、真空チャンバー２の上部にはエッチングガス供給管９が設けられ、このエッチングガス供給管９から送られてきたエッチングガスは拡散部材１０を経由した後、電極板３に設けられた通気孔１１を通してウエハ８に向かって流され、真空チャンバー２の側部の排出口１２から外部に排出される構成とされている。一方、電極板３と架台４との間には高周波電源１３により高周波電圧が印加されるようになっている。
【００１５】
また、電極板３は、シリコンによって円板状に形成されており、その背面には熱伝導性に優れるアルミニウム等からなる冷却板１４が固定され、この冷却板１４にも電極板３の通気孔１１に連通するように、この通気孔１１と同じピッチで貫通孔１５が形成されている。そして、電極板３は、背面が冷却板に接触した状態でねじ止め等によってプラズマ処理装置１内に固定される。電極板３の詳細構造については後述する。
【００１６】
プラズマエッチング装置１では、高周波電源１３から高周波電圧を印加してエッチングガスを供給すると、このエッチングガスは拡散部材１０を経由して、電極板３に設けられた通気孔１１を通って電極板３と架台４との間の空間に放出され、この空間内でプラズマとなってウエハ８に当り、このプラズマによるスパッタリングすなわち物理反応と、エッチングガスの化学反応とにより、ウエハ８の表面がエッチングされる。
また、ウエハ８の均一なエッチングを行う目的で、発生したプラズマをウエハ８の中央部に集中させ、外周部へ拡散するのを阻止して電極板３とウエハ８との間に均一なプラズマを発生させるために、通常、プラズマ発生領域１６がシリコン製のシールドリング１７で囲われた状態とされている。
【００１７】
次に、本発明の第１実施形態の電極板３の詳細構造について図２を参照しながら説明する。
第１実施形態の電極板３には、厚さ方向に平行に貫通する通気孔１１が複数設けられている。この通気孔１１は、プラズマエッチングを行う際に、電極板３とウエハ８との間にエッチングガスを供給するために用いられる。なお、電極板３は、単結晶シリコン、柱状晶シリコン、又は多結晶シリコンにより円板状に形成されている。
【００１８】
通気孔１１は、図２に示すように、ウエハ８側の放電面３０ａに開口し、その放電面３０ａ側に向かって拡がるテーパ形状に設けられたテーパ状穴部２１と、放電面３０ａと反対側の反対面３０ｂに開口して設けられた垂直穴部２２とが同一軸芯上に互いに連通して形成されている。
そして、テーパ状穴部２１は、放電面３０ａからの深さｘが、板厚ｔの１／３以上２／３以下の範囲に設けられ、そのテーパ形状の斜面２３は、電極板３の厚さ方向に対して５°以上１１°以下の角度θで形成されている。
なお、本実施形態においては、通気孔１１は、ドリルにより加工している。例えば、板厚ｔが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の電極板３に対して、垂直穴部２２の開口部の穴径ｄ２は０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、テーパ状穴部２１の開口部の穴径ｄ１は０．３ｍｍより大きく３．８ｍｍ以下に形成され、通気孔１１が構成されている。
【００１９】
このように構成した電極板３においては、テーパ状穴部２１のテーパ形状に沿ってエッチングガスを水平方向に拡散させることができるので、エッチングの面内均一性を向上させることができる。
また、テーパ状穴部２１は、その上部が、放電面３０ａ側の開口部に比べて小径に設けられているので、放電面３０ａ側よりも上部の方がエッチングガスの流速が大きくなっている。そのため、この大きい流速の部分でプラズマの逆流を抑制し、各通気孔１１を通じて冷却板に到達することを防止できる。
【００２０】
なお、上述したように、テーパ状穴部２１は、深さｘを板厚ｔの１／３以上２／３以下の範囲に設け、斜面２３の角度θを５°以上１１°以下に設けることが好ましい。
深さｘが板厚ｔの１／３未満であると、テーパ状穴部２１によるエッチングガスの拡散効果が十分に得られず、エッチングガスを水平方向に拡散させることが難しい。そして、深さｘが板厚ｔの２／３を超える場合は、テーパ状穴部２１の開口部の穴径ｄ１が大きくなり過ぎるため、通気孔１１同士の間隔を広げて配置しなければならず、エッチングガスの拡散効果が十分に得られないとともに、プラズマの逆流を阻止することが難しくなる。
また、斜面２３の角度θが１１°を超える場合にも、テーパ状穴部２１の開口部の穴径ｄ１が大きくなり過ぎるため、プラズマの逆流を阻止することが難しくなる。また、プラズマを均一に発生させるためには、電極板３（上部電極）と架台４（下部電極）との間の中間付近でエッチングガスが均一に拡散するようにすることが望ましい。例えば、電極板３と架台４との間の距離が３０ｍｍ〜５０ｍｍである場合、その中間距離（１５ｍｍ〜２５ｍｍ）付近にエッチングガスを均一に集めるには、斜面２３の角度θは５°以上とすることが望ましい。斜面２３の角度θが５°未満の場合には、エッチングガスが電極板３の厚さ方向に沿うように整流されてしまい、エッチングガスを水平方向に拡散させることが難しい。
【００２１】
また、図３は、本発明の第２実施形態を示している。この第２実施形態の電極板３１においては、図３に示すように、通気孔４１が、放電面３０ａ側に位置するテーパ状穴部２１と、反対面３０ｂ側に位置する入口側穴部２５と、テーパ状穴部２１と入口側穴部２５とを連通する垂直穴部２４とで構成されている。
入口側穴部２５は、電極板３１の厚さ方向に対して傾斜して形成されており、この入口側穴部２５とテーパ状穴部２１との間には、垂直穴部２４を介して屈曲部２６が形成されている。また、入口側穴部２５の傾斜角度αは、テーパ状穴部２１の斜面２３の角度θよりも大きく設定され、放電面３０ａ側から逆流しようとする直進するプラズマの入射角度よりも大きく設定されている。さらに、入口側穴部２５の穴径は、テーパ状穴部２１の最小径（上部の穴径）と同じか、それより小さく設定されている。
【００２２】
このように、通気孔４１に屈曲部２６を設けることで、直進性の高いプラズマの逆流を抑制することができる。また、入口側穴部２５の穴径をテーパ状穴部２１の最小径以下に設定することで、入口側穴部２５内のエッチンガスの流速を、テーパ状穴部２１内の流速よりも大きくできる。これにより、プラズマの逆流を抑制することができる。
また、第１実施形態の電極板３と同様に、テーパ状穴部２１を設けることにより、プラズマの逆流を防止して冷却板の損傷を防ぐことができるとともに、エッチングガスの流れを均一に保ち、ウエハに面内均一なプラズマ処理を行わせることができる。
その他の構成は、第１実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
図４は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態の電極板３２においては、通気孔５１は、テーパ形状の斜面２３に沿って延びる傾斜穴部２７が設けられ、垂直な入口側穴部２９と連通するように形成されている。そして、入口側穴部２９とテーパ状穴部２１との間には、傾斜穴部２７を介して屈曲する屈曲部２８が形成されている。また、入口側穴部２９の穴径は、テーパ状穴部２１の最小径（上部の穴径）と同じか、それより小さく設定されている。
このように構成された電極板３２においても、直進性の高いプラズマの逆流を抑制できるとともに、エッチングガスの流れを均一に保つことができる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  プラズマエッチング装置
２  真空チャンバー
３，３１，３２  電極板（上部電極）
４  架台（下部電極）
５  絶縁体
６  静電チャック
７  支持リング
８  ウエハ（被処理基板）
９  エッチングガス供給管
１０  拡散部材
１１，４１，５１  通気孔
１２  排出口
１３  高周波電源
１４  冷却板
１５  貫通孔
１６  プラズマ発生領域
１７  シールドリング
２１  テーパ状穴部
２２，２４  垂直穴部
２３  斜面
２５，２９  入口側穴部
２６，２８  屈曲部
２７  傾斜穴部
３０ａ  放電面
３０ｂ  反対面
【図１】
0005895603.tif 000002
【図２】
0005895603.tif 000003
【図３】
0005895603.tif 000004
【図４】
0005895603.tif 000005