(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板の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、
前記通気孔が、前記電極板の中心部から外周部にかけて少なくとも３周以上の同心円の円周上に並べられており、
前記電極板の中心部側の最内周上に形成された前記通気孔の平均孔径が直径０．１ｍｍ以上直径３．０ｍｍ以下とされ、
前記最内周上に形成された前記通気孔の平均孔径と最外周上に形成された前記通気孔の平均孔径との内外径差が０．０１０ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下とされ、
隣接する円周上の前記通気孔の平均孔径の径差が０．００４ｍｍ以下で形成され、同径の前記通気孔が３周以上連続することなく、前記中心部から前記外周部にかけて段階的に縮径した前記通気孔が並べ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―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複数の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に使用される上部電極として、一般に同径の通気孔が複数形成された電極板が使用される。ところが、電極板は、使用されるにつれて被処理基板側がプラズマにさらされてエッチングされ、また通気孔内にプラズマが回り込むことにより通気孔の内壁がエッチングされる。この際、電極板の外周部よりも中央部がエッチングされやすい。このため、電極板の使用時間が長くなるにつれて各通気孔から流通するエッチングガスの量に偏りが生じ、被処理基板へのプラズマ処理量にも偏りが生じて面内均一な処理を行うことができなくなる。
【０００４】
この点、特許文献１には、電極板の通気孔（小径孔）が穿設される外周領域と内周領域の、外周領域内の通気孔より内周領域内の通気孔の孔径を大きくすることで、外周領域内の通気孔群から噴出するエッチングガス流量と、内周領域内の通気孔群から噴出するエッチングガス流量とが被処理基板の表面上でほぼ等しくなり、エッチングレートが全表面内で均一に保たれ、均一にエッチングされた半導体ウエハが高歩留まりで得られることが記載されている。また、電極板の通気孔も経時的にエッチングされるが、両領域の通気孔群の孔径差は長時間保持されるので、電極板の交換頻度が減少し、エッチング加工の生産性が向上する。さらに、この特許文献１には、内側領域内の通気孔の最大孔径は、外周領域内の通気孔の最大孔径よりも２５μｍ（０．０２５ｍｍ）以上大きく穿設しておくのがよく、２５μｍ未満では孔径差が小さすぎて、エッチングガス流量の差が大きくなってしまい、均一なエッチングができにくいことが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、電極板の中心を中心とする３つの円周上に通気孔を等ピッチに形成し、通気孔の径を電極板の中心から離れるにしたがって小さくすることが記載されており、これにより、電極板の外側から流れ出るガスと相俟って反応容器内の下部のガス分布を均等なものとなり、被処理基板（ウエハ）の表面のガス分布が均等となり、安定したエッチング処理が行われることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１‐５４４８８号公報
【特許文献２】特開昭６２‐５１２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１又は特許文献２に記載されるように、従来からプラズマ処理の面内均一性を向上させるために、電極板に対する種々の対策が行われているが、製品の歩留まり向上のために、さらなる改善が求められている。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被処理基板に面内均一なプラズマ処理を行う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、電極板の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、前記通気孔が、前記電極板の中心部から外周部にかけて少なくとも３周以上の同心円の円周上に並べられており、前記電極板の中心部側の最内周上に形成された前記通気孔の平均孔径が直径０．１ｍｍ以上直径３．０ｍｍ以下とされ、前記最内周上に形成された前記通気孔の平均孔径と最外周上に形成された前記通気孔の平均孔径との内外径差が０．０１０ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下とされ、隣接する円周上の前記通気孔の平均孔径の径差が０．００４ｍｍ以下で形成され、同径の前記通気孔が３周以上連続することなく、前記中心部から前記外周部にかけて段階的に縮径した前記通気孔が並べられている。
【００１０】
電極板の中心部から外周部にかけて通気孔の孔径を段階的に、また、同径の通気孔を３周以上連続させることなく緩やかに縮径して形成することで、エッチングガスの流通を中心部から外周部にかけて均一にでき、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。
なお、最内周上の通気孔の平均孔径と最外周上の通気孔の平均孔径との内外径差が０．０１０ｍｍ未満では、エッチングガスの流量を中心部から外周部にかけて均一化する十分な効果が得られない。一方、内外径差が０．０２５ｍｍを超える場合も、エッチングガスの流量を中心部から外周部にかけて均一化することができず、プラズマ処理の均一性が低下する。また、隣接する円周上の通気孔の平均孔径の径差が０．００４ｍｍを超える場合や、同径の通気孔を３周以上連続させた場合も、エッチングガスの流量にばらつきが生じ、プラズマ処理の均一性を低下させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極板の中心部から外周部にかけてエッチングガスを均一に流通させることができ、被処理基板に面内均一なプラズマ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のプラズマ処理装置用電極板の実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置用電極板の中心部から外周部にかけての要部断面図である。
【図３】プラズマ処理装置用電極板が用いられるプラズマエッチング装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の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、プラズマ処理装置用電極板１（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）１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１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１は絶縁体３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５と、その周りを囲むシリコン製の支持リング６とが設けられており、静電チャック５上に支持リング６により周縁部を支持した状態でウエハ（被処理基板）７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８を経由した後、電極板１に設けられた通気孔１１を通してウエハ７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１と架台４との間には、高周波電源９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１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１５が固定されている。この冷却板１５にも、電極板１の通気孔１１に連通するように、通気孔１１と同じピッチで貫通孔１６が形成されている。そして、電極板１は、背面が冷却板１５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。
【００１５】
本実施形態の電極板１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、例えば厚さｔ５〜２０ｍｍ程度、直径１００〜６００ｍｍ程度の円板に形成され、この電極板１には、図１及び図２に示すように、数ｍｍ〜１０ｍｍのピッチで数百〜３０００個程度の通気孔１１が厚さ方向に平行に貫通して形成されており、各通気孔１１は、電極板１の中心部から外周部にかけて少なくとも３周以上の同心円の円周ｓ１〜ｓ１１上に並べられている。また、各通気孔１１は、隣接する円周上の通気孔１１の平均孔径の径差Δｄが０．００４ｍｍ以下となるように形成され、同径の通気孔１１が３周以上連続することなく、電極板１の中心部から外周部にかけて段階的に縮径した通気孔１１が並べられている。そして、最も径の大きい電極板１の中心部側の最内周である円周ｓ１上に形成された通気孔１１の平均孔径ｄ１が直径０．１ｍｍ以上直径３．０ｍｍ以下とされ、円周ｓ１上に形成された通気孔１１の平均孔径ｄ１と最外周である円周ｓ１１上に形成された通気孔１１の平均孔径ｄ１１との内外径差が０．０１０ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下とされる。
【００１６】
なお、平均孔径を具体的に説明すると、例えば、図１に示す電極板１では、円周ｓ１上に通気孔１１が４個形成されていることから、円周ｓ１上の通気孔１１の平均孔径ｄ１は、これら４個の通気孔１１の孔径を平均した値となる。また、円周ｓ５上には通気孔１１が３２個形成されていることから、円周ｓ５上の通気孔１１の平均孔径ｄ５は、これら３２個の通気孔１１の孔径を平均した値となる。
【００１７】
なお、このように構成される電極板１の各通気孔１１は、例えば、電極板１となる素板に、ドリル加工によって厚さ方向に貫通する貫通孔を複数形成し、ドリル加工の後にエッチング処理を施すことにより形成される。ドリル加工による貫通孔の加工は、電極板１の中心部側の円周ｓ１上に貫通孔を加工した後、その円周ｓ１に隣接する円周ｓ２上に貫通孔を加工し、次いで円周ｓ３上に貫通孔を加工するという様に、電極板１の中心部側の最内周の円周ｓ１から外周部側の最外周の円周ｓ１１にかけて順に加工を行うとよい。このように、電極板１の中心部側から外周部側にかけて通気孔１１となる貫通孔を加工することで、ドリルの刃先の摩耗が伴う場合にも、中心部側から外周部側に向けて縮径した貫通孔を容易に加工することができる。
【００１８】
上述したように、電極板１の中心部から外周部にかけて通気孔１１の孔径を段階的に、また、同径の通気孔１１を３周以上連続させることなく緩やかに縮径して形成することで、エッチングガスの流通を電極板１の中心部から外周部にかけて均一にでき、プラズマ処理の均一性を向上させることができる。
なお、最内周（円周ｓ１）上の通気孔１１の平均孔径ｄ１と最外周（円周ｓ１１）上の通気孔１１の平均孔径ｄ１１との内外径差が０．０１０ｍｍ未満では、エッチングガスの流量を電極板１の中心部から外周部にかけて均一化する十分な効果が得られない。一方、内外径差が０．０２５ｍｍを超える場合も、エッチングガスの流量を電極板１の中心部から外周部にかけて均一化することができず、プラズマ処理の均一性が低下する。また、隣接する円周上の通気孔１１の平均孔径の径差Δｄが０．００４ｍｍを超える場合や、同径の通気孔１１を３周以上連続させた場合も、エッチングガスの流量にばらつきが生じ、プラズマ処理の均一性を低下させる。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明の効果を確認するために、表１に示すように通気孔の孔径を変更した複数の電極板を作製し、作製した各電極板を用いて、ウエハ（被処理基板）のエッチングを行った。
各電極板は、厚さ１０ｍｍ、直径４００ｍｍの円板状の素板により形成され、この素板の直径３００ｍｍの範囲内に、直径０．４７０ｍｍ以上０．５１０ｍｍ以下の孔径の通気孔を形成し、各通気孔は、図１に示すように、円周ｓ１〜ｓ１１の１１周で構成される同心円の各円周ｓ１〜ｓ１１上に並べて形成した。そして、各円周ｓ１〜ｓ１１上の通気孔は、それぞれ最内周の円周ｓ１上に４個、円周ｓ２上に１０個、円周ｓ３上に１６個、円周ｓ４上に２４個、円周ｓ５上に３２個、円周ｓ６上に４０個、円周ｓ７上に４８個、円周ｓ８上に６０個、円周ｓ９上に７２個、円周ｓ１０上に８０個、そして最外周の円周ｓ１１上に１００個形成し、電極板ごとに合計４８６個の通気孔を形成した。各電極板の円周ｓ１〜ｓ１１上の通気孔の平均孔径ｄ１〜ｄ１１は、表１に示すとおりである。
【００２０】
なお、表１の「内外径差（ｄ１−ｄ１１）」は、最内周の円周ｓ１上の通気孔の平均孔径ｄ１と最外周の円周ｓ１１上の通気孔の平均孔径ｄ１１との差分（ｄ１−ｄ１１）である。また、「最大隣接径差Δｄｍａｘ」は、隣接する円周上の通気孔の平均孔径の径差Δｄ、すなわち隣接する円周上の通気孔の平均孔径どうしの差分（ｄ１−ｄ２）、（ｄ２−ｄ３）、（ｄ３−ｄ４）、（ｄ４−ｄ５）、（ｄ５−ｄ６）、（ｄ６−ｄ７）、（ｄ７−ｄ８）、（ｄ８−ｄ９）、（ｄ９−ｄ１０）、（ｄ１０−ｄ１１）のうちの最大値である。
【００２１】
そして、各電極板を用いて、ＣＶＤによりＳｉＯ２層を施した直径１５２ｍｍのウエハに対し、チャンバ―内圧力：１０−１Ｔｏｒｒ、ガス流量比：９０ｓｃｃｍＣＨＦ３＋４ｓｃｃｍＯ２＋１５０ｓｃｃｍＨｅ、高周波電力：３００Ｗ、エッチング時間：１．０ｍｉｎ．の条件で、プラズマエッチングを行った。そして、各ウエハのエッチング均一性を測定した。結果を表１に示す。
なお、ウエハのエッチング均一性は、ウエハの最も深くエッチングされた所の深さ：Ａを測定し、さらに最も浅くエッチングされた所の深さ：Ｂを測定し、このＡ及びＢの測定値を（（Ａ−Ｂ）／Ｂ）×１００（％）の式に代入し求めた値である。
【００２２】
【表１】
0006485270.tif 000002
【００２３】
表１からわかるように、電極板の中心部から外周部にかけて通気孔の孔径を段階的に、また、同径の通気孔を３周以上連続させることなく緩やかに縮径して形成することで、プラズマ処理のエッチング均一性を向上させることができる。
また、最内周（円周ｓ１）上の通気孔の平均孔径ｄ１と最外周（円周ｓ１１）上の通気孔の平均孔径ｄ１１との内外径差（ｄ１−ｄ１１）が０．０１０ｍｍ未満（従来例１）では、エッチングガスの流量を電極板の中心部から外周部にかけて均一化する十分な効果が得られず、エッチング均一性が低下した。一方、内外径差（ｄ１−ｄ１１）が０．０２５ｍｍを超える場合（比較例１〜４）も、エッチングガスの流量を電極板の中心部から外周部にかけて均一化することができず、エッチング均一性が低下した。また、隣接する円周上の通気孔の平均孔径の径差Δｄが０．００４ｍｍを超える場合（比較例１〜４）や、同径の通気孔を３周以上連続させた場合（比較例４）も、エッチングガスの流量にばらつきが生じ、エッチング均一性を低下させることがわかった。
【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  電極板（プラズマ処理装置用電極板）
２  真空チャンバー
３  絶縁体
４  架台
５  静電チャック
６  支持リング
７  ウエハ（被処理基板）
８  拡散部材
１０  高周波電源
１５  冷却板
【図１】
0006485270.tif 000003
【図２】
0006485270.tif 000004
【図３】
0006485270.tif 000005