(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、前記被処理基板と対向する放電面側に、厚さ方向に対して斜めに形成された傾斜孔部を有し、前記放電面には、前記傾斜孔部の開口端部を切り欠く凹部が形成されており、前記傾斜孔部の傾斜方向に沿う断面において、該傾斜孔部の１８０°対向する二つの周縁と該傾斜孔部に交差する凹部の切欠面とのなす角度が、両周縁部で同じ角度の直角又は鋭角に設定されており、前記切欠面は平面であり、この切欠面に前記傾斜孔部の開口端部が開口していることを特徴とするプラズマ処理装置用電極板。
【請求項２】
前記通気孔は、前記放電面の反対側に位置する反対面から該放電面に向けて厚さ方向途中まで形成された入口側孔部を有し、該入口側孔部と前記傾斜孔部とが連通することにより屈曲して設けられていることを特徴とする請求項１に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及び特許文献３には、通気孔を屈曲させた状態に形成した電極板が提案されている。特許文献２では、電極板の表側と裏側とで異なる方向に孔加工して、両方の孔を電極板の内部で接続することにより屈曲した通気孔（貫通細孔）を形成している。また、特許文献３では、電極板本体の取付孔に緊密に嵌合するガス孔部材を備え、そのガス孔部材に、屈曲部が少なくとも２箇所以上形成された通気孔（貫通孔）を形成している。
【０００５】
このように、通気孔の途中に屈曲部を設けた場合、エッチングガスの流れに逆らって逆流するプラズマが、そのまま電極板の背面に通過することを防止できるので、冷却板の損傷を抑制できるとされている。
また、通気孔から噴出されたエッチングガスは、徐々に流速を弱めながら周囲に拡散するが、エッチングガス流れを、電極板の厚み方向に対して傾斜させることで、そのエッチングガスを周囲に均一に拡散させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３‐２８９０６４号公報
【特許文献２】特開２００８‐６０１９７号公報
【特許文献３】特開２０１０‐１０３２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、通気孔の被処理基板側に位置する孔部を電極板の厚み方向に対して傾斜させて設けた場合、通気孔から噴出されるエッチングガスの流れは、電極板の表面に引き寄せられるように流れる。この場合、傾斜孔に沿ってエッチングガスを供給することができず、目標とするエッチングガスの拡散効果を得ることが難しい。したがって、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。
【０００８】
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、プラズマの逆流を抑制して冷却板の損傷を防ぐことができるとともに、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】
【０００９】
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、前記被処理基板と対向する放電面側に、厚さ方向に対して斜めに形成された傾斜孔部を有し、前記放電面には、前記傾斜孔部の開口端部を切り欠く凹部が形成されており、前記傾斜孔部の傾斜方向に沿う断面において、該傾斜孔部の１８０°対向する二つの周縁と該傾斜孔部に交差する凹部の切欠面とのなす角度が、両周縁部で同じ角度の直角又は鋭角に設定されており、前記切欠面は平面であり、この切欠面に前記傾斜孔部の開口端部が開口していることを特徴とする。
【００１０】
傾斜孔部の開口端部に上記のように設定された凹部を形成することで、通気孔から噴出されるエッチングガスの流れに影響を与えることなく、エッチングガスを傾斜孔部の軸方向（傾斜方向）に沿って流すことができる。これにより、エッチングガスを所望の方向に沿って噴出させることができ、エッチングガスを均一に拡散させることができるので、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。
また、通気孔が電極板の厚さ方向に対して傾斜して設けられているため、凹部を形成しない場合には、開口端部において、傾斜孔部の内周面の一部がプラズマ発生領域に向けられ、その内周面にプラズマが反射してエッチングガスの流れに逆らって逆流する現象が生じるおそれがある。しかし、開口端部に凹部を設けることにより、傾斜孔部の内周面の一部が切り欠かれるので、プラズマ発生領域に対向する面が減少し、プラズマが傾斜孔部の内周面に反射して通気孔に侵入することを防止できる。したがって、プラズマの逆流を抑制でき、プラズマによる冷却板の損傷を防ぐことができる。
【００１１】
また、平面の切欠面に傾斜孔部の開口端部が開口していることから、エッチングガスを傾斜孔部の軸方向に沿って確実に流すことができるので、エッチングガスを円滑に拡散させることができる。また、この場合、凹部を平面で切り欠いて形成しているので、加工が容易である。
【００１２】
本発明の電極板において、前記通気孔は、前記放電面の反対側に位置する反対面から該放電面に向けて厚さ方向途中まで形成された入口側孔部を有し、該入口側孔部と前記傾斜孔部とが連通することにより屈曲して設けられているとよい。
通気孔を電極板の厚さ方向の途中で屈曲して設けることで、プラズマが傾斜孔部に侵入し、エッチングガスの流れに逆らって逆流した場合でも、プラズマがそのまま電極板の背面に通過することを防止でき、プラズマによる冷却板の損傷をより確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
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】
【００１４】
【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】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
通気孔１１は、図２に示すように、ウエハ８と対向する放電面３０ａ側に、電極板３の厚さ方向に対して斜めに形成された傾斜孔部２１と、放電面３０ａと反対側の反対面３０ｂ側に、厚さ方向と平行に形成された垂直な入口側孔部２２とが互いに連通して形成されている。そして、これら傾斜孔部２１と入口側孔部２２との間には、屈曲部２５が形成され、通気孔１１は屈曲して設けられている。また、傾斜孔部２１の先端は、入口側孔部２２よりも延長され、延長部２６が設けられている。
電極板３の放電面３０ａには、傾斜孔部２１の開口端部を切り欠く凹部２３が形成されており、開口端部における内周面が切り欠かれている。この凹部２３は、傾斜孔部２１の開口端部が、その軸方向と直角に交差する平面（切欠面２４）に開口するように形成されている。なお、図中符号２１Ｏは、傾斜孔部２１の軸線を示しており、符号２２Ｏは、入口側孔部２２の軸線を示している。
また、凹部２３は、図２に示すように、傾斜孔部２１の傾斜方向に沿う断面において、傾斜孔部２１の１８０°対向する二つの周縁２１Ａ，２１Ｂと、その傾斜孔部２１に交差する凹部２３の切欠面２４とのなす角度α，βが、両周縁部で同じ角度（図２では、略９０°）に設定されている。
【００２０】
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、傾斜孔部２１の孔径及び入口側孔部２２の孔径が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下に形成され、通気孔１１が構成されている。
【００２１】
このように構成した電極板３においては、傾斜孔部２１の開口端部の角度α，βが同じ角度で形成されていることから、通気孔１１から噴出されるエッチングガスの流れに影響を与えることなく、エッチングガスを傾斜孔部２１の傾斜方向に沿って流すことができる。これにより、エッチングガスを所望の方向に沿って噴出させることができ、エッチングガスを均一に拡散させることができるので、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。
また、傾斜孔部２１の開口端部には凹部２３が設けられており、その開口端部における内周面が切り欠かれているので、プラズマ発生領域に対向する面が減少し、プラズマが傾斜孔部２１の内周面に反射して通気孔１１に侵入することを防止できる。また、通気孔１１に屈曲部２５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、プラズマによる冷却板の損傷を防ぐことができる。さらに、この実施形態の電極板３においては、傾斜孔部２１に沿ってプラズマが侵入したとしても、延長部２６で塞き止められるので、入口側孔部２２への侵入を確実に防止することができる。
【００２２】
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、通気孔４１は、電極板３１の厚さ方向に対して斜めに形成された傾斜孔部２１と、この傾斜孔部２１の傾斜方向と異なる方向に斜めに形成された入口側孔部２７とが連通するように形成されている。そして、傾斜孔部２１と入口側孔部２７との間には、屈曲部２９が形成され、傾斜孔部２１の先端は、入口側孔部２７よりも延長して設けられている。
【００２３】
電極板３１の放電面３０ａには、傾斜孔部２１の開口端部を一部切り欠くように凹部２８が形成されている。この実施形態では、凹部２８は、ドリルにより加工されており、その孔径は、傾斜孔部２１の孔径と同じか、それより大きく形成されている。また、この凹部２８は、傾斜孔部２１の傾斜方向に沿う面内に延びて形成されており、図３に示すように、傾斜孔部２１の傾斜方向に沿う断面において、傾斜孔部２１の１８０°対向する二つの周縁２１Ａ，２１Ｂのうち、周縁２１Ａ側を切り欠いて形成されている。そして、これら周縁２１Ａ，２１Ｂと、その傾斜孔部２１に交差する凹部２８の切欠面２４とのなす角度α，βは、両周縁部で同じ角度に設定されている。なお、図３に示す電極板３１においては、角度α，βは、鋭角に設けられている。また、図中符号２７Ｏは、入口側孔部２７の軸線を示しており、符号２８Ｏは、凹部２８を形成する孔の軸線を示している。
このように構成された電極板３１においても、第１実施形態の電極板３と同様に、凹部２８を設けることにより、エッチングガスを傾斜孔部２１の傾斜方向に沿って流すことができ、プラズマの逆流を抑制することができる。
【００２４】
また、図４は、本発明の第３実施形態を示している。上述した実施形態においては、通気孔を、傾斜孔部と入口側孔部とを連通させて設けることにより屈曲させて設けたが、この第３実施形態の電極板３２においては、図４に示すように、通気孔５１が、電極板３２の放電面３０ａから反対面３０ｂにかけて貫通する傾斜孔部２１により形成されている。そして、放電面３０ａに、傾斜孔部２１の傾斜孔部２１の開口端部を切り欠く凹部２３が形成されている。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。
第３実施形態の電極板３２においても、傾斜孔部２１の開口端部を切り欠く凹部２３を設けることにより、エッチングガスを傾斜孔部２１の傾斜方向に沿って流すことができ、プラズマの逆流を抑制することができる。
【００２５】
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。
例えば、傾斜孔部の傾斜方向に沿う断面において、その傾斜孔部の１８０°対向する二つの周縁と傾斜孔部に交差する凹部の切欠面とのなす角度を、両周縁部で同じ角度となるように設定することが好ましいが、両周縁部の角度が必ずしも厳密に同一に設定されるものでなくてもよい。また同様に、凹部は、傾斜孔部の開口端部が、その軸方向と直角に交差する平面に開口するように形成されることが好ましいが、必ずしも厳密な意味で９０°に交差する平面に形成されるものでなくてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
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  傾斜孔部
２１Ｏ，２２Ｏ，２７Ｏ，２８Ｏ  軸線
２１Ａ，２１Ｂ  周縁
２２，２７  入口側孔部
２３，２８  凹部
２４  切欠面
２５，２９  屈曲部
３０ａ  放電面
３０ｂ  反対面
【図１】
0006014994.tif 000002
【図２】
0006014994.tif 000003
【図３】
0006014994.tif 000004
【図４】
0006014994.tif 000005