(57)【要約】【課題】電極板の中央部と外周部に生じる温度差を小さくして、プラズマ処理の面内均一性を向上さ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。【解決手段】厚さ方向に貫通するガス通過孔１１が複数形成されるとともに、これらガス通過孔１１を避けて溝状又はスポット状の凹部２１Ａ〜２１Ｆが背面部の面方向に分散するように形成され、電極板３の単位体積当たりの凹部２１Ａ〜２１Ｆの占有体積が、電極板３の中央部に比べて外周部の方が大きく形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数形成されるとともに、これらガス通過孔を避けて溝状又はスポット状の凹部が背面部の面方向に分散するように形成され、電極板の単位体積当たりの前記凹部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が大きく形成され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】
複数枚の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数形成されてなり、これら電極構成板の積層面間に、前記ガス通過孔を避けて溝状又はスポット状の中空部が面方向に分散するように形成され、電極板の単位体積当たりの前記中空部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が大きく形成され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３】
厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数形成されるとともに、これらガス通過孔を避けて溝状又はスポット状の凹部が背面部の面方向に分散するように形成され、電極板の単位体積当たりの前記凹部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が小さく形成され、前記凹部内に熱伝導材が設けられ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４】
複数枚の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数形成されてなり、これら電極構成板の積層面間に、前記ガス通過孔を避けて溝状又はスポット状の中空部が面方向に分散するように形成され、電極板の単位体積当たりの前記中空部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が小さく形成され、前記中空部内に熱伝導材が設けられていることを特徴とする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貫通孔から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。このプラズマ処理装置に用いられる電極板は、例えば単結晶シリコンにより外径４００ｍｍ程度の円板状に形成され、その面全体に内径約０．５ｍｍのガス通過孔が８ｍｍ程度のピッチで多数貫通状態に形成される。
【０００３】
また、この電極板の背面にはアルミニウム製などの金属からなる冷却板が設けられる。
例えば、特許文献１では、電極板の背面に、表面にアルマイト処理されたアルミニウム等の金属からなる冷却板が設けられており、また、特許文献２では、電極板の背面に金属膜を介して冷却板が締結固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３２３１４号公報
【特許文献２】特開平１１−２５６３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のように構成されたプラズマ処理装置では、ウエハの口径が２００ｍｍから３００ｍｍに大型化し、また、数ｎｍの寸法ばらつきが許されない厳しいプロセス制御が要求されるようになってきており、プラズマエッチングなどのプラズマ処理に対して、高い面内均一性が不可欠になってきている。
この要求を実現するために、プラズマ処理中において電極板の外周部と中央部との温度を一定にすることが望ましいが、現状では、電極板の外周部は周辺に放熱し易いのに対して中央部は放熱しにくく、中央部と外周部との間に温度差が生じて、プラズマ処理の面内均一性を確保する障害になっていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電極板の中央部と外周部に生じる温度差を小さくして、プラズマ処理の面内均一性を向上させることができるプラズマ処理装置用電極板の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電極板は、厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数形成されるとともに、これらガス通過孔を避けて溝状又はスポット状の凹部が背面部の面方向に分散するように形成され、電極板の単位体積当たりの前記凹部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が大きく形成されていることを特徴とする。
また、本発明の電極板は、複数枚の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数形成されてなり、これら電極構成板の積層面間に、前記ガス通過孔を避けて溝状又はスポット状の中空部が面方向に分散するように形成され、電極板の単位体積当たりの前記中空部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が大きく形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の電極板において、凹部又は中空部が形成されていることにより、その部分が断熱空間となっている。そして、電極板全体としては、凹部又は中空部が面方向に分散するように設けられていることから、断熱空間が面方向に分散することになる。この場合、電極板の単位面積当たりの凹部又は中空部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が大きく形成されているので、電極板の外周部の方が中央部より厚さ方向の熱伝達に対して断熱効果が大きく、これにより、周辺に放熱し易い電極板の外周部の厚さ方向への熱伝達を抑制して、電極板全体として、外周部と中央部との温度差を小さくすることができる。
電極板の単位体積当たりの前記凹部の占有体積を電極板の中央部に比べて外周部の方で大きく形成する手段としては、凹部又は中空部の横断面積を電極板の中央部に比べて外周部の方で大きくする、凹部又は中空部が横断面積としては一様の場合、その配設間隔を中央部に比べて外周部の方で小さくする、あるいは、これらの横断面積と配設間隔とを組み合わせる、などの手段を適用することができる。
【０００９】
本発明の電極板は、厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数形成されるとともに、これらガス通過孔を避けて溝状又はスポット状の凹部が背面部の面方向に分散するように形成され、電極板の単位体積当たりの前記凹部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が小さく形成され、前記凹部内に熱伝導材が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の電極板は、複数枚の電極構成板が積層されるとともに、これら電極構成板を厚さ方向に貫通するガス通過孔が複数形成されてなり、これら電極構成板の積層面間に、前記ガス通過孔を避けて溝状又はスポット状の中空部が面方向に分散するように形成され、電極板の単位体積当たりの前記中空部の占有体積が、電極板の中央部に比べて外周部の方が小さく形成され、前記中空部内に熱伝導材が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この場合は、先の発明とは逆で、凹部又は中空部内に設けた熱伝導材によって電極板の放熱性を高めつつこれを面方向に沿って制御することができる。すなわち、熱伝導材による占有体積が電極板の中央部に比べて外周部の方が小さく形成されることにより、中央部は電極板の厚さ方向に放熱し易いのに対して外周部は厚さ方向への放熱がしにくくなっている。これにより、全体として均等な放熱を行わせるようにしたものである。したがって、プラズマ放電面で発生した熱は、この熱伝導材を経由して速やかに背面側に伝達されて冷却板に放散される。その結果、電極板全体として、外周部と中央部との温度差を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電極板によれば、その背面に形成した凹部又は内部に形成した中空部が面方向に分散し、単位体積当たりの占有体積が電極板の中央部と外周部とで異なっていることにより、電極板の中央部と外周部とで熱の伝達性を制御して、中央部と外周部との温度差を小さくすることができ、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】
【００１２】
【図１】本発明の電極板の第１実施形態を示す（ａ）が背面図、（ｂ）が縦断面図である。
【図２】図１の電極板が用いられるプラズマ処理装置の例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の電極板の第２実施形態を示す（ａ）が背面図、（ｂ）が縦断面図である。
【図４】本発明の電極板の第３実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の電極板の第４実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明の電極板の第５実施形態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の電極板の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について説明する。
このプラズマエッチング装置１は、図２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に設けられたガス通過孔１１を通してウエハ８に向って流され、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。
【００１４】
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のガス通過孔１１に連通するように、このガス通過孔１１と同じピッチで貫通孔１５が形成されている。この電極板３の構造については後述する。
【００１５】
この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に設けられたガス通過孔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。
【００１６】
次に、電極板３の詳細構造について図１を参照しながら説明する。
この電極板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おり、ガス通過孔１１は、径の異なる複数の同心円上に並んで多数設けられている。
また、この電極板３は、冷却板１４に接合される背面部に、リング溝状の凹部２１A〜２１Fが同心状に複数形成されている。これら凹部２１A〜２１Fは、ガス通過孔１１が形成する各ピッチ円ｐ１〜ｐ７の間に一つずつ配置されており、図１（ｂ）に示すように、いずれも同じ深さに形成されているが、その最も外周部に配置された凹部２１Ａが最も広幅に形成され、この最外周部の凹部２１Ａから半径方向内方に向かうに従って漸次幅を小さくするようにして複数の凹部２１B〜２１Eが配置され、最も内周側の中央部付近に配置される凹部２１Fの幅が最も小さく形成されている。
【００１７】
そして、この電極板３は、その背面が冷却板１４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。この固定状態では、背面の凹部２１A〜２１Fは冷却板１４によって覆われることにより、リング状の空洞部となる。したがって、電極板３と冷却板１４との間に、電極板３の外周部から中央部に向かうにしたがって漸次断面積を小さくした複数のリング状の空洞部が形成される。
【００１８】
この電極板３を使用してプラズマ処理を行うことにより、背面の凹部２１A〜２１Fによる空間が断熱空間となり、電極板３の内部を伝導する熱は、凹部２１A〜２１Fの部分で厚さ方向への熱伝達が遮断され、その分、放熱が抑制されることになる。そして、この凹部２１A〜２１Fの断面積が電極板３の外周部から中央部に向かうにしたがって漸次小さくなっていることにより、凹部２１A〜２１Fによる断熱効果が外周部では大きく、中央部では小さくなる。
したがって、この電極板３は、厚さ方向の熱伝達が中央部よりも外周部で進みにくい状態となっており、その外周部は本来、半径外方等の周辺には放熱され易い状態であることにより、これらの総和として、電極板３全体としては面内で均等に放熱されることになる。これにより、電極板３の中央部と外周部との温度差を小さくして、温度を面内で均一にし、プラズマ処理の面内均一性、例えばエッチング深さの面内均一性を向上させることができる。
【００１９】
図３は本発明の電極板の第２実施形態を示している。
この実施形態の電極板２５も、冷却板１４に接触する背面に、リング溝状の凹部２６A〜２６Fが同心状に複数（ガス通過孔１１のピッチ円ｐ１〜ｐ７の間に一つずつ）設けられている点は、第１実施形態の電極板３の場合と同様である。第１実施形態の電極板３では、各凹部２１A〜２１Fの深さは一定にし、その幅を電極板３の外周部から中央部に向けて変えていったが、第２実施形態の電極板２５は、図２（ｂ）に示すように、その背面の各凹部２６A〜２６Fの幅が一定で、深さが電極板２５の外周部から中央部に向けて漸次浅くなるように形成されている。
したがって、凹部２６A〜２６Fの横断面積としては、第１実施形態のものと同様に、電極板２５の外周部から中央部に向かうにしたがって漸次小さくなっており、第１実施形態の電極板３と同様に、電極板２５の中央部と外周部との温度差を小さくして、温度を面内で均一にし、プラズマ処理の面内均一性を向上させることができる。
【００２０】
図４は本発明の電極板の第３実施形態を示している。
この実施形態の電極板３１は、二枚の電極構成板３２を積層した構成とされ、これらの積層面の間にリング状の中空部３３Ａ〜３３Ｆが同心状に複数（ガス通過孔１１のピッチ円ｐ１〜ｐ７の間に一つずつ）形成されている。これら中空部３３は、各電極構成板３２の積層面に同一形状で形成した凹溝を突き合わせることにより形成されている。また、各中空部３３Ａ〜３３Ｆとも、電極板３１の厚さ方向に沿う寸法は同じに設定されているが、電極板３１の面方向に沿う幅は、電極板３１の外周部から中央部に向けて漸次小さくなるように設定されている。
したがって、この電極板３１は、各中空部３３Ａ〜３３Ｆの横断面積が電極板３１の外周部から中央部に向けて漸次小さくなるように形成され、上記各実施形態の電極板と同様の効果が得られる。
【００２１】
図５は本発明の電極板の第４実施形態を示している。
この実施形態の電極板３５は、第３実施形態のものと同様に二枚の電極構成板３６を積層した構成とされ、これらの積層面の間に形成したリング状の中空部３７Ａ〜３７Ｆが、電極板３５の面方向に沿う幅寸法は同じに設定され、厚さ方向に沿う寸法が電極板３５の外周部から中央部に向けて漸次小さくなるように設定されている。
この電極板３５においても、中空部３７Ａ〜３７Ｆの横断面積が電極板３５の外周部から中央部に向けて漸次小さくなっており、上記実施形態のものと同様の効果が得られる。
【００２２】
以上の各実施形態は、電極板に凹部又は中空部による断熱空間を形成し、その断熱空間の横断面積を電極板の外周部から中央部に向けて変えていくことにより、電極板の厚さ方向の放熱特性を制御して、これを面内均一にするようにしたものであるが、電極板に、その構成材であるシリコンよりも熱伝導性に優れる熱伝導材を配設することにより、電極板の放熱特性を制御するようにしてもよい。
図６に示す第５実施形態は、そのような熱伝導材を配設した電極板を示している。この電極板４１は、その背面にリング溝状の凹部４２Ａ〜４２Ｆが同心状に複数（ガス通過孔１１のピッチ円ｐ１〜ｐ７の間に一つずつ）形成されるとともに、これら凹部４２Ａ〜４２Ｆの横断面積が、上記の各実施形態のものとは逆に、電極板４１の外周部から中央部に向けて漸次大きくなるように形成され、その凹部４２Ａ〜４２Ｆ内に熱伝導材４３が緊密に配設されている。
この電極板４１においては、厚さ方向に伝わる熱が熱伝導材４３の部分で速やかに移動して背面の冷却板１４に伝えられる。そして、その場合に、その熱伝導材４３の横断面積が電極板４１の外周部から中央部に向けて漸次大きくなっているので、周辺に放熱し易い外周部よりも放熱しにくい中央部の方が厚さ方向には熱伝導性が高くなり、これにより、全体として面内均一な放熱特性とされ、放電面の温度分布が面内均一になる。
【００２３】
このように電極板４１に熱伝導材４３を配設する場合、その横断面積を電極板４１の外周部から中央部に向けて漸次大きくすることにより、温度分布の面内均一性を達成することができる。この場合、第５実施形態では、第１実施形態のものと同じ考え方により、各凹部４２Ａ〜４２Ｆは同一深さで幅を変えた例を図示したが、第２実施形態のように幅は同じで深さを変える（電極板の外周部から中央部に向けて漸次深くする）ようにしてもよいし、第３実施形態あるいは第４実施形態のように、二枚の電極構成板の間に形成した中空部内に熱伝導材を配設してもよい。
熱伝導材としては、電極板の本体を構成しているシリコンよりも熱伝導性の良い金属として、例えばアルミニウム等を適用することができる。また、導電性接着剤も適用可能であり、導電性接着剤としては、銀、銅、アルミニウム、インジウム等の金属ろう、エポキシ樹脂等の接着剤に銀、アルミニウム、ニッケル、カーボン等の導電フィラーを混入した導電性接着剤などを用いることができる。
【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。
例えば、上記各実施形態では、ガス通過孔を同心円状に並べたことにより、そのピッチ円の間に配置されるように凹部又は中空部をリング状に形成したが、ガス貫通孔を縦横にマトリクス状に配置し、凹部又は中空部をこれらガス貫通孔の間を通る平面視格子状に形成してもよい。また、これら凹部又は中空部を溝状でなく、ガス通過孔を避けた位置にスポット状に分散させてもよい。
【００２５】
また、これら凹部又は中空部の横断面積を電極板の外周部から中央部に向けて変えていったが、横断面積は変えずに、例えば電極板の外周部では狭い間隔で配置し、中央部では広い間隔で配置するなど、配置間隔を変えるようにしてもよい。また、横断面積と配置間隔との両方を組み合わせて異ならせるようにしてもよい。要は、電極板の単位体積当たりの凹部又は中空部の占有体積を電極板の中央部と外周部とで変えればよく、外周部の厚さ方向の断熱効果を中央部より大きくする場合は、単位体積当たりの凹部又は中空部の占有体積が電極板の中央部に比べて外周部の方で大きく形成されるようにすればよく、凹部又は中空部に熱伝導材を配設して中央部の厚さ方向の放熱を促進させる場合は、単位体積当たりの凹部又は中空部の占有体積が電極板の外周部に比べて中央部の方で大きく形成されるようにすればよい。
【００２６】
さらに、第３実施形態及び第４実施形態のように複数枚の電極構成板を積層して電極板とする場合、三枚以上の電極構成板を重ね合わせた構成としてもよい。また、これら複数枚の電極構成板の内、放電面を形成する下側電極構成板の貫通孔を厚さ方向に対して傾斜させることにより屈曲したガス通過孔を形成するようにしてもよく、プラズマの背面側への回り込み防止に有効である。
【符号の説明】
【００２７】
１  プラズマ処理装置
２  真空チャンバ
３  電極板
１１  ガス通過孔
１３  高周波電源
１４  冷却板
１５  貫通孔
２１Ａ〜２１Ｆ  凹部
２５  電極板
２６Ａ〜２６Ｆ  凹部
３１  電極板
３２  電極構成板
３３Ａ〜３３Ｆ  中空部
３５  電極板
３６  電極構成板
３７Ａ〜３７Ｆ  中空部
４１  電極板
４２Ａ〜４２Ｆ  凹部
４３  熱伝導材
ｐ１〜ｐ７  ピッチ円
【図１】
2011014720.tif 000003
【図２】
2011014720.tif 000004
【図３】
2011014720.tif 000005
【図４】
2011014720.tif 000006
【図５】
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【図６】
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