(57)【要約】【課題】デポ物の脱落を防止し、パーティクルの発生を抑制す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通気孔３１が複数設けられたプラズマ処理装置用電極板３であって、通気孔３１は、厚さ方向両端の開口端から厚さ方向の中央部にかけて漸次拡径した断面形状の内壁面を有しており、開口端の孔径をＡ、中央部の孔径をＢとしたときに、（Ｂ−Ａ）≧０．１ｍｍを満足する構成とされ、開口端の孔径Ａが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、中央部の孔径Ｂが０．６ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とされる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通する通気孔が複数設けられたプラズマ処理装置用電極板であって、前記通気孔は、厚さ方向両端の開口端から厚さ方向の中央部にかけて漸次拡径した断面形状の内壁面を有しており、前記開口端の孔径をＡ、前記中央部の孔径をＢとしたときに、（Ｂ−Ａ）≧０．１ｍｍを満足する構成とされ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】
前記開口端の孔径Ａが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とされ、前記中央部の孔径Ｂが０．６ｍｍ以上１．３ｍｍ以下と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用電極板。
【請求項３】
厚さが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下とされることを特徴とする請求項１又は２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一対の電極を、例えば上下方向に対向配置し、その下側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、冷却板を通じて放熱されるようになっている。このため、電極板のエッチンガスが流出する被処理基板側の温度はプラズマの発生により高くなるが、冷却板側は冷却されており、温度が低くなる。また、電極板に設けられる通気孔は、通常は電極板の厚さ方向に平行に形成されており、通気孔内にプラズマが回り込むことにより、冷却されている冷却板側の通気孔内壁及びその近傍の表面に、反応生成物が固化して付着しやすくなる（以下、この付着する反応生成物をデポ物という。）。そして、デポ物は、通気孔内を高速で通過するエッチングガスにより脱落してパーティクルとなり、このパーティクルが被処理基板に付着して、不良品が発生するといわれている。
【０００４】
そこで、特許文献１には、デポ物が脱落してパーティクルとなることを防止すべく、冷却板側の通気孔の孔径を所定の通気孔の孔径より大きくすることが提案されている。この場合、通気孔の冷却板側にデポ物が生成されても、エッチングガスが流入する冷却板側の通気孔内を流れるエッチングガスの流速が緩められるので、通気孔内壁に付着したデポ物のエッチングガス流速による脱落が抑えられ、パーティクルの発生を減少させることができるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、通気孔（貫通細孔）の内壁面を、冷却板側の内壁面については、表面粗さを大きくして粗面により形成し、被処理基板側の内壁面ついては平滑面で形成することが記載されている。これにより、生成されたデポ物が通気孔内壁面の粗面に強固に付着するため、エッチングガスの流速により脱落し難くなり、長時間プラズマエッチングを行っても、パーティクルの発生を抑えることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１‐１０２３５７号公報
【特許文献２】特開２００６‐１９６４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載される電極板では、通気孔から噴出す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２に記載される電極板のように、通気孔の内壁面を粗面と平滑面とで組み合わせて形成する場合には、加工工程が煩雑となることが懸念される。また、エッチングガスが通気孔内を高速で通過する際には、エッチングガスが通気孔の内壁面に沿って流れることから、デポ物の脱落を促しやすく、デポ物の落下を完全に防ぐことは難しい。このため、パーティクルの発生を抑制するために、さらなる対策が求められている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、デポ物の脱落を防止し、パーティクルの発生を抑制す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】
本発明は、厚さ方向に貫通する通気孔が複数設けられたプラズマ処理装置用電極板であって、前記通気孔は、厚さ方向両端の開口端から厚さ方向の中央部にかけて漸次拡径した断面形状の内壁面を有しており、前記開口端の孔径をＡ、前記中央部の孔径をＢとしたときに、（Ｂ−Ａ）≧０．１ｍｍを満足する構成とされることを特徴とする。
【００１０】
各通気孔の内壁面を、電極板の厚さ方向両端の開口端から厚さ方向の中央部にかけて漸次拡径した断面形状を有する形状とし、各通気孔の開口端の孔径Ａを中央部の孔径Ｂよりも小径に設けているので、エッチングガスが通気孔の内壁面を擦らずに通過する。このため、エッチングガスの流れによって通気孔の内壁面に付着したデポ物の脱落が促されることが防止され、パーティクルの発生を抑制することができる。
なお、通気孔の開口端の孔径Ａと中央部の孔径Ｂとの孔径差が０．１ｍｍよりも小さくなると、通気孔の内壁面をエッチングガスの流れから離して配置することが難しくなり、エッチングガスの流れによってデポ物の落下が誘発されるおそれがある。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置用電極板において、前記開口端の孔径Ａが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とされ、前記中央部の孔径Ｂが０．６ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とされるとよい。
エッチングガスを円滑に供給するためには、開口端の孔径Ａが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とされることが望ましい。なお、孔径Ａが１．０ｍｍを超えると、エッチングガスの流れに逆らってプラズマが逆流しやすくなり、冷却板がスパッタされるおそれが生じる。
また、中央部の孔径Ｂの下限は、開口端の孔径Ａとの関係で孔径差が０．１ｍｍ以上となるように設定されることから、孔径Ｂは、少なくとも０．６ｍｍ以上とされる。一方、孔径Ｂが大径化すると、電極板の一定面積内に設けられる通気孔の数が少なくなり、各通気孔から流出するエッチングガスの供給量が減少してプラズマ発生量が少なくなるので、被処理基板のエッチング効率の低下につながることから、孔径Ｂは１．３ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置用電極板は、厚さが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下とされるとよい。
厚さが薄い３ｍｍ未満、又は厚さが厚い１５ｍｍを超える電極板においては、通気孔の形状を電極板への開口端から中央部にかけて漸次拡径した断面形状に加工することが難しい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、各通気孔を電極板の開口端から中央部にかけて漸次拡径した断面形状を有する形状とすることにより、デポ物の脱落を防止して、パーティクルの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態のプラズマ処理装置用電極板の平面図である。
【図２】図１のＸ‐Ｘ線に沿うプラズマ処理装置用電極板の要部断面図である。
【図３】図１のプラズマ処理装置用電極板が用いられるプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】本発明のプラズマ処理装置用電極板の要部断面図であり、各通気孔のレーザ加工工程を説明する図である。
【図５】通気孔の平面図であり、加工に用いるレーザの軌跡を説明する模式図である。
【図６】ウォータジェット加工による通気孔の加工を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置用電極板の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、このプラズマ処理装置用電極板（以下、電極板と称す。）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１００について説明する。
プラズマエッチング装置１００は、図３に示すように、真空チャンバー２内の上側に電極板（上側電極）３が設けられるとともに、下側に上下動可能な架台（下側電極）４が電極板３と相互間隔をおいて平行に設けられる。この場合、上側の電極板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、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が載置されるようになっている。また、真空チャンバー２の上側には、エッチングガス供給管２１が設けられ、このエッチングガス供給管２１から送られてきたエッチングガスは、拡散部材９を経由した後、電極板３に設けられた通気孔３１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２２から外部に排出される構成とされる。一方、電極板３と架台４との間には、高周波電源１０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１１が固定されている。この冷却板１１にも、電極板３の通気孔３１に連通するように、この通気孔３１と同じピッチで貫通孔１２が形成されている。そして、電極板３は、背面が冷却板１１に接触した状態でねじ止め等によってプラズマエッチング装置１００内に固定される。
【００１７】
そして、本実施形態の電極板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、厚さ３ｍｍ以上１５ｍｍ以下、直径２００ｍｍ以上５５０ｍｍ以下の円板に形成され、この電極板３には、図１に示すように、数ｍｍ〜１０ｍｍピッチで数百〜１０００個の通気孔３１が縦横に整列した状態で厚さ方向に平行に貫通するように形成されている。
各通気孔３１は、電極板３の厚さ方向両端の開口端から厚さ方向の中央部にかけて漸次拡径した断面形状の内壁面を有しており、図２に示すように、各通気孔３１は、開口端の孔径Ａが中央部の孔径Ｂよりも小径に設けられ、内壁面が樽状に形成されている。また、開口端の孔径Ａと中央部の孔径Ｂとは、（Ｂ−Ａ）≧０．１ｍｍを満足する構成とされる。
【００１８】
そして、開口端の孔径Ａは０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とされ、中央部の孔径Ｂは０．６ｍｍ以上１．３ｍｍ以下とされる。例えば、厚みが１２ｍｍの電極板３においては、孔径Ａが０．５ｍｍ、孔径Ｂが０．７ｍｍ、孔径差（Ｂ−Ａ）が０．２ｍｍとされる。
なお、開口端の孔径Ａは、エッチングガスを円滑に供給するために０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成される。また、孔径Ａが大きくなると、エッチングガスの流れに逆らってプラズマが逆流しやすくなり、冷却板がスパッタされるおそれが生じることから、上限を１．０ｍｍとしている。
【００１９】
また、中央部の孔径Ｂの下限は、開口端の孔径Ａとの関係で孔径差が０．１ｍｍ以上となるように設定するために、少なくとも０．６ｍｍ以上とされる。一方、孔径Ｂが大径化すると、電極板３の一定面積内に設けられる通気孔３１の数が少なくなる。このため、各通気孔３１から流出するエッチングガスの供給量が減少してプラズマ発生量が少なくなり、ウエハのエッチング効率の低下につながることから、孔径Ｂは１．３ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００２０】
このように構成される電極板３の各通気孔３１は、例えばレーザにより加工することができる。この際、単結晶シリコン等からなる電極板を加工するレーザ光源としては、波長２００〜６００ｎｍの短波長パルスレーザを用いることができる。
電極板３は、図４に示すように、単結晶シリコン等からなるシリコンインゴットを、ダイヤモンドバンドソーなどで略円板状に薄く切断することにより形成した電極板原板３０の一方の表面側から、レーザ光Ｌを照射することにより、通気孔３１を１つずつ加工して製造される。
【００２１】
電極板原板３０への通気孔３１の加工は、例えば図５に示すように、レーザ光Ｌの焦点スポットＳを電極板原板３０の面方向に沿って旋回させることにより、レーザ光Ｌを符号Ｃで示すように円形に照射し、この円形照射Ｃをさらに電極板原板３０の面方向に円運動させながら、レーザ光Ｌの焦点スポットＳを電極板原板３０の厚さ方向に移動させて行う。そして、レーザ光Ｌの焦点スポットＳの移動と同時に、図４に示すように電極板原板３０を傾斜させながら回転させることにより、樽状の内壁面が形成された通気孔３１が形成される。また、レーザ加工においては、レーザ光Ｌの照射により電極板原板３０が加熱されて蒸発することにより、その照射部分が局部的に除去されて加工がなされる。
そして、１つの通気孔３１の加工を完了したら、順次別の通気孔３１の加工を施すことにより、複数の通気孔３１が形成された電極板３を製造することができる。
【００２２】
なお、厚さ１０ｍｍの電極板原板において、孔径Ａを０．５ｍｍ、孔径Ｂを０．６ｍｍ、孔径差（Ｂ−Ａ）を０．１ｍｍとする通気孔３１を加工する際には、最も窪んで形成される中央部の孔径Ｂを加工するために、電極板原板３０を少なくとも１．１５°以上の傾斜角度θで傾斜させる必要がある。
【００２３】
このように各通気孔３１の内壁面を、電極板３の厚さ方向両端の開口端から厚さ方向の中央部にかけて漸次拡径した断面形状を有する形状とした電極板３においては、各通気孔３１の開口端の孔径Ａを、中央部の孔径Ｂよりも小径に設けているので、図２に白抜き矢印で示すように、エッチングガスが通気孔３１の内壁面を擦らずに通過する。このため、エッチングガスの流れによって通気孔３１の内壁面に付着したデポ物３５の脱落が促されることが防止され、パーティクルの発生を抑制することができる。
なお、通気孔３１の開口端の孔径Ａと中央部の孔径Ｂとの孔径差が０．１ｍｍよりも小さくなると、通気孔３１の内壁面をエッチングガスの流れから離して配置することが難しくなる。この場合、エッチングガスの流れによってデポ物３５の落下が誘発されるおそれがあることから、通気孔の孔径差（Ｂ−Ａ）を０．１ｍｍ以上に形成することが望ましい。
【００２４】
また、電極板３の厚さが薄い３ｍｍ未満、又は厚さが厚い１５ｍｍを超える場合には、通気孔３１の形状を開口端から中央部にかけて漸次拡径した断面形状に加工することが難しくなることから、上記実施形態のように、電極板３の厚さは、３ｍｍ以上１５ｍｍとすることが望ましい。
【実施例】
【００２５】
本発明の効果を確認するために、通気孔の各寸法を変更して複数の電極板を製造し、各電極板を用いてウエハ（被処理基板）のエッチングを行い、ウエハ上に発生したパーティクルの個数を計測した。
電極板は、外径３００ｍｍ（１２インチ）、厚さ１０ｍｍの単結晶シリコンの円板を用いて作製し、その単結晶シリコンの円板に、レーザ加工により表１に示す寸法の通気孔を形成した。この際、電極板を加工するレーザ光源としては、波長２００〜６００ｎｍの短波長パルスレーザを用いた。
なお、表１に示す試料１の電極板については、従来のストレート状の内壁面を有する通気孔を形成したものである。また、その他の試料２〜１３の電極板は、樽状の内壁面を有する通気孔を形成した。
【００２６】
そして、各電極板を、図３に示されるようなプラズマエッチング装置１００に取り付けるとともに、予めＣＶＤ法によりＳｉＯ２層を形成したウエハを対向して取り付け、以下の条件でエッチング試験を実施し、５０時間処理後、１００時間処理後、２００時間処理後、３００時間処理後の合計４回のタイミングで、ウエハ上に発生した０．３μｍ以上の大きさのパーティクルの個数を計測した。
【００２７】
（エッチング条件）
ウエハサイズ：φ３００ｍｍ
チャンバー内圧力：２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）
エッチングガス組成：９０ｓｃｃｍＣＨＦ３＋４ｓｃｃｍＯ２＋１５０ｓｃｃｍＨｅ
高周波電力：２ｋＷ
周波数：２０ｋＨｚ
処理時間：５０，１００，２００，３００時間
なお、ｓｃｃｍとは。ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｃ／ｍｉｎの略であり、１ａｔｍ（大気圧１０１３Ｐａ）で、０℃あるいは２５℃などの一定温度で規格化された１分間あたりの流量（ｃｃ）をいう。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１からわかるように、孔径差（Ｂ−Ａ）を０．１ｍｍ以上として樽状の通気孔を形成した試料３〜５，７〜９，１１〜１３においては、従来のストレート状の通気孔を形成した試料１及び、孔径差（Ｂ−Ａ）を０．１ｍｍ未満として樽状の通気孔を形成した試料２，６，１０と比較して、パーティクルの個数を大幅に減少させることができた。
【００３０】
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、通気孔３１の加工は、レーザによる加工に限定されるものではなく、他の方法により加工することも可能である。例えば、図６に示すように、加圧された水Ｗを小径ノズル６１から電極板原板３０に噴射することにより行うウォータジェット加工により、通気孔３１を加工することもできる。この場合、この噴射される水Ｗには研磨材が含有されており、シリコン等の硬質材により形成される電極板原板３０を円滑に加工することができる。
【符号の説明】
【００３１】
２  真空チャンバー
３  電極板（プラズマ処理装置用電極板）
４  架台
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  拡散部材
１０  高周波電源
１１  冷却板
１２  貫通孔
２１  エッチングガス供給管
２２  排出口
３０  電極板原板
３１  通気孔
３５  デポ物
６１  小径ノズル
１００  プラズマエッチング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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