(57)【要約】【課題】ガスシャワープレートと高周波電極本体との電気的な接続が確実に行なわれ、安定したプラズマ領域が形成されるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】反応容器１内に所定の反応ガスを噴出すためのガスシャワープレート８が、ウェハ４が載置されるステージ３と対向するように配設されている。ガスシャワープレート８は高周波電極本体７に固定され、高周波電極本体７には高周波電源５が接続されている。ガスシャワープレート８における高周波電極本体７と接触する側の部分には溝１０が形成され、帯状の金属片をスパイラル状に巻上げた金属チューブ１１ａが配設されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に配設された互いに対向する電極部間に高周波電圧を印加することにより生成されるプラズマ領域に、基板を晒すことで基板に所定の処理を施すためのプラズマ処理装置であって、
互いに対向する前記電極部の一方は、
高周波電圧が印加される電極本体部と、
前記電極本体部に装着され、所定の反応ガスを互いに対向する前記電極部の他方の側に向けて噴出すための噴出し部と、
前記電極本体部と前記噴出し部との間に配設され、付勢力により前記噴出し部と前記電極本体部との双方に接触して前記噴出し部と前記電極本体部とを電気的に接続する金属導通部と
を備えた、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記金属導通部は弾性体である、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記電極本体部および前記噴出し部のいずれかに形成された溝部を備え、
前記金属導通部は前記溝部に配設された、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記金属導通部は帯状の金属片をスパイラル状に巻上げたチューブである、請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記金属導通部は金属線を編上げたチューブである、請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記溝部は蛇行するように形成された、請求項３〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記溝部は渦巻状に形成された、請求項３〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記金属導通部は前記電極本体部をなす材料の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料から形成された、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記金属導通部は、金、銀、銅、アルミニウム、鉄およびニッケルからなる群から選ばれる少なくともいずれかの材料を含む、請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置に関し、特に、互いに対向する電極間に印加される高周波電圧によって電極間に生成されるプラズマによって、基板に所定の処理を施すためのプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造する際に、半導体基板上に所定の膜を形成したり、形成された膜にエッチングを施したりするための製造装置の一つとして、プラズマ処理装置がある。そのような従来のプラズマ処理について説明する。
【０００３】
まず、反応容器内にはウェハが載置されるステージが配設されている。反応容器内を減圧するための真空ポンプが設けられている。反応容器内に所定の反応ガスを噴出すためのガスシャワープレートが、ステージと対向するように配設されている。
【０００４】
ガスシャワープレートが高周波電極を兼ねるように、ガスシャワープレートには高周波電極本体が取り付けられている。その高周波電極本体には高周波電源が接続されている。ステージは接地電位に固定される。
【０００５】
また、所定の反応ガスをガスシャワープレートに送り込むための反応ガス導入系が設けられている。
【０００６】
次に、上述したプラズマ処理装置の動作として、プラズマを利用した化学気相成長法によってシリコン酸化膜を形成する場合について説明する。
【０００７】
まず、ステージ上にシリコン単結晶のウェハが載置される。所定のガスとして、たとえばテトラエトキシシランと酸素が反応ガス導入系によってガスシャワープレートに送り込まれる。送り込まれた反応ガスはガスシャワープレートから反応容器内へ噴出される。
【０００８】
高周波電源によって高周波電極本体を経てガスシャワープレートに高周波電圧が印加される。ステージとガスシャワープレートとの間で送り込まれた反応ガスがプラズマ状態になって、ウェハ上にシリコン酸化膜が形成される。
【０００９】
プラズマ処理装置では、処理とともにガスシャワープレートに反応生成物が徐々に堆積する。堆積した反応生成物は最終的にはガスシャワープレートから剥離してウェハ上に落下し、半導体装置の歩留りを低下させる要因となる。
【００１０】
そのため、ガスシャワープレートを定期的にクリーニングする必要がある。ガスシャワープレートを定期的にクリーニングするためには、高周波電極本体からガスシャワープレートを容易に取り外すことができる構造が求められる。
【００１１】
一方、ガスシャワープレートは高周波電極としての役目も兼ねるために、高周波電極本体とガスシャワープレートとの電気的な接合が良好である必要がある。そのガスシャワープレートは高周波電極本体にネジにより固定されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−１１２１６８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラズマ処理装置が稼動することで反応容器内で生成されるプラズマ（プラズマ輻射）によって、ガスシャワープレートの表面温度が上昇することになる。
【００１４】
そのため、熱膨張によってガスシャワープレートが高周波電極本体に対して反ってしまい、ガスシャワープレートと高周波電極本体との間に隙間が生じることがある。隙間が生じると、高周波電極本体に対するガスシャワープレートの電気的な接続が不良となってしまい、プラズマの生成が不安定になることがある。
【００１５】
隙間が生じることに起因する電気的な接続不良を解消するために、特開平６−１１２１６８号公報では、電極と反応容器との張り合せ面に導電性Ｏリングを装着するという技術が提案されている。
【００１６】
しかしながら、このような導電性Ｏリングをガスシャワープレートと高周波電極本体との間に装着しようとすると、以下のような問題点が想定される。
【００１７】
まず、導電性Ｏリングはゴム系の材料であることから導電性Ｏリングはある程度の抵抗を有する。そのため、高周波電極本体に印加された所定の高周波電圧が、ガスシャワープレートの部分では電圧が降下するおそれがある。
【００１８】
また、ガスシャワープレートの部分は、プラズマ輻射によって２００℃以上の温度に達することがあり、そのような温度領域では導電性Ｏリングの耐熱性が十分ではないおそれがある。
【００１９】
さらに、ガスシャワープレートの部分はプラズマの雰囲気に晒されるために、導電性Ｏリングが容易に腐食しやすいおそれがある。
【００２０】
以上のようなことから、結局、ガスシャワープレートと高周波電極本体との電気的な接続が不安定になるという問題が依然としてあった。
【００２１】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ガスシャワープレートと高周波電極本体との電気的な接続が確実に行なわれ、安定したプラズマ領域が形成されるプラズマ処理装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、反応容器内に配設された互いに対向する電極部間に高周波電圧を印加することにより生成されるプラズマ領域に、基板を晒すことで基板に所定の処理を施すためのプラズマ処理装置である。その互いに対向する電極部の一方は、電極本体部と噴出し部と金属導通部とを備えている。電極本体部には高周波電圧が印加される。噴出し部は電極本体部に装着され、所定の反応ガスを互いに対向する電極部の他方の側に向けて噴出す。金属導通部は電極本体部と噴出し部との間に配設され、付勢力により噴出し部と電極本体部との双方に接触して噴出し部と電極本体部とを電気的に接続する。
【００２３】
この構成によれば、電極本体部と噴出し部との間に金属導通部が配設されていることで、熱膨張によって噴出し部と電極本体部との間に隙間が生じた場合においても、付勢力によって金属導通部が噴出し部と電極本体部との双方に密着することになる。これにより、噴出し部は金属導通部を介して電極本体部と電気的に接続される領域が増加して、噴出し部における電荷の蓄積や放電の繰返しが抑制される。また、金属導通部であることで、噴出し部における電圧降下の防止、耐熱性の向上および腐食の防止を図ることができる。その結果、安定したプラズマ領域を確実に形成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１に示すように、プラズマ処理装置では、反応容器１内にはウェハ４が載置されるステージ３が配設されている。反応容器１内を減圧するための真空ポンプ２が設けられている。反応容器１内に所定の反応ガスを噴出すためのガスシャワープレート８が、ステージ３と対向するように配設されている。
【００２５】
ガスシャワープレート８が高周波電極を兼ねるように、ガスシャワープレート８には高周波電極本体７が取り付けられている。その高周波電極本体７には高周波電源５が接続されている。ステージ３は接地電位に固定されている。
【００２６】
また、所定の反応ガスをガスシャワープレート８に送り込むための反応ガス導入系６が設けられている。
【００２７】
図２に示すように、そのガスシャワープレート８における高周波電極本体７と接触する側の部分には溝１０が形成されている。その溝１０には帯状の金属片をスパイラル状に巻上げた金属チューブ１１ａが配設されている。
【００２８】
金属片がスパイラル状に巻上げられることで、金属チューブ１１ａは弾性力を有する。その金属チューブ１１ａが溝１０に配設された状態でガスシャワープレート８は、高周波電極本体７にネジ９によって固定されることになる。
【００２９】
図３に示すように、ガスシャワープレート８が高周波電極本体７に固定された状態では、金属チューブ１１ａはガスシャワープレート８と高周波電極本体７とによって径方向に両側から押付けられる。これにより、金属チューブ１１ａは、その弾性力によってガスシャワープレート８と高周波電極本体７との双方に密着することになる。
【００３０】
次に、上述したプラズマ処理装置の動作として、プラズマを利用した化学気相成長法によってシリコン酸化膜を形成する場合について説明する。
【００３１】
まず、ステージ３上にシリコン単結晶のウェハ４が載置される。所定のガスとして、たとえばテトラエトキシシランと酸素が、反応ガス導入系６によってガスシャワープレート８に送り込まれる。送り込まれた反応ガスは、ガスシャワープレート８から反応容器１内へ噴出される。
【００３２】
高周波電源５によって高周波電極本体７から金属チューブ１１ａを経てガスシャワープレート８に高周波電圧が印加される。ステージ３とガスシャワープレート８との間で送り込まれた反応ガスがプラズマ状態になって、ウェハ４上にシリコン酸化膜が形成される。
【００３３】
シリコン酸化膜を形成する場合、反応ガスとしては、上述したガスの他に、たとえばモノシランと酸素、あるいは、モノシランと亜酸化窒素等が用いられる。
【００３４】
上述したプラズマ処理装置では、特に、ガスシャワープレート８が高周波電極本体７に固定された状態で、その弾性力によってガスシャワープレート８と高周波電極本体７との双方に密着する金属チューブ１１ａが配設されている。
【００３５】
金属チューブ１１ａが配設されていることによる効果について、従来のプラズマ処理装置との比較で説明する。
【００３６】
図４に示すように、本プラズマ処理装置では、ガスシャワープレート８は高周波電極本体７にネジ９により固定され、そのガスシャワープレート８と高周波電極本体７との間には、金属チューブ１１ａが配設されている。これに対して、図５に示すように、従来のプラズマ処理装置では、ガスシャワープレート８と高周波電極本体７との間には金属チューブは配設されていない。
【００３７】
まず、図６に示すように、ガスシャワープレート８が高周波電極本体７に対して反っていない状態では、ガスシャワープレート８は十分に広い接触面積をもって高周波電極本体７に接触していることになる。
【００３８】
この場合には、電荷の蓄積や異常放電はなくガスシャワープレート８の直下には安定したプラズマ領域が形成される。
【００３９】
プラズマ領域１２が形成されるとプラズマ輻射によって、ガスシャワープレート８の表面温度が上昇することになる。そのため、図７に示すように、熱膨張によってガスシャワープレート８が高周波電極本体７に対して反ってしまい、ガスシャワープレート８と高周波電極本体７との間に隙間が生じることになる。
【００４０】
隙間が生じると、ガスシャワープレート８は、高周波電極本体７に対して部分的に接触することになり電気的な接続が不良となる。そのため、図８に示すように、ガスシャワープレート８が高周波電極本体７に接触していない部分では電荷の蓄積が起こる一方、ガスシャワープレート８が高周波電極本体７に接触している部分では蓄積された電荷の異常放電１３が生じやすくなる。
【００４１】
そのため、ガスシャワープレート８の直下に形成されるプラズマ領域の状態が不安定になることがある。その結果、ウェハ４面内の膜厚の均一性が悪化したり、ウェハ４間の成膜速度にばらつきが生じやすくなる。また、異常放電１３によって異物も発生しやすくなる。
【００４２】
このような従来のプラズマ処理装置に対して、本プラズマ処理装置では、上述したように、弾力性を有する金属チューブ１１ａがガスシャワープレート８と高周波電極本体７との間に配設されている。
【００４３】
そのため、反応容器１内で生成されるプラズマ（プラズマ輻射）によって、ガスシャワープレート８の表面温度が上昇して、熱膨張によってガスシャワープレート８と高周波電極本体７との間に隙間が生じた場合においても、図９に示すように、金属チューブ１１ａの有する弾性力（付勢力）によって、金属チューブ１１ａはガスシャワープレート８と高周波電極本体７との双方に密着することになる。
【００４４】
これにより、ガスシャワープレート８は金属チューブ１１ａを介して高周波電極本体７と電気的に確実に接続される領域が増加して、ガスシャワープレート８における電荷の蓄積や放電の繰返しが抑制される。
【００４５】
その結果、安定したプラズマ領域を形成することができて、ウェハ４面内の膜厚の均一性の向上、ウェハ４間の成膜速度のばらつきの低減および異物の低減を図ることができる。
【００４６】
また、導電性Ｏリング等の部材と比べると、金属チューブでは電気抵抗が比較的低く、高周波電極本体７に印加された所定の高周波電圧がガスシャワープレート８の部分において電圧降下が生じることがなくなる。
【００４７】
また、金属チューブ１１ａでは、プラズマ輻射によって２００℃以上の温度に達しても十分な耐熱性を有する。さらに、ガスシャワープレート８の部分がプラズマ領域に晒されても、金属チューブ１１ａは容易に腐食することがない。
【００４８】
なお、上述したプラズマ処理装置では、金属チューブ１１ａが配設される溝１０として、図３に示すように、ガスシャワープレート８の外縁に沿って円弧状に形成された溝１０を例に挙げた。
【００４９】
本プラズマ処理装置では、このような溝１０の他に、たとえば図１０に示すように、ガスシャワープレート８に蛇行するように形成された溝１０であってもよい。また、たとえば図１１に示すように、渦巻状に形成された溝１０であってもよい。
【００５０】
このような溝１０に金属チューブ１１ａが配設されることによって、金属チューブ１１ａと高周波電極本体７との接触面積および金属チューブ１１ａとガスシャワープレート８との接触面積がさらに増加する。
【００５１】
これにより、ガスシャワープレート８と高周波電極本体７との電気的な接続が安定して、ウェハ４に所望のプラズマ処理を安定して施すことができる。
【００５２】
また、ガスシャワープレート８と高周波電極本体７との間に配設される金属導通部として、帯状の金属片をスパイラル状に巻上げた金属チューブ１１ａを例に挙げて説明した。
【００５３】
本プラズマ処理装置では金属導通部としては、ガスシャワープレート８と高周波電極本体７との間に隙間が生じたとしても、ガスシャワープレート８と高周波電極本体７との双方に密着するように、適当な弾性力を有しているものが望ましい。  このため、たとえば図１２および図１３に示すように、金属線を筒状に編上げることによって形成された金属チューブ１１ｂを用いてもよい。また、チューブ状のものに限られず、たとえば図１４に示すように、波型金属導通部１１ｃを用いてもよい。
【００５４】
また、金属導通部としては、高周波電極本体７をなす材料の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料から形成されていることが望ましい。
【００５５】
これにより、熱膨張した際の高周波電極本体７における金属導通部の接触面積が増加することになって、より安定した電気的接続を図ることができる。
【００５６】
さらに、具体的に金属導通部の材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、鉄およびニッケルからなる群から選ばれる少なくともいずれかの材料を含むことが望ましい。
【００５７】
また、上述したプラズマ処理装置では、シリコン酸化膜等の成膜を行なう場合を例に挙げて説明したが、この他に、エッチングを施す場合にも適用することができる。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５９】
【発明の効果】
本発明に係るプラズマ処理装置によれば、電極本体部と噴出し部との間に金属導通部が配設されていることで、熱膨張によって噴出し部と電極本体部との間に隙間が生じた場合においても、付勢力によって金属導通部が噴出し部と電極本体部との双方に密着することになる。これにより、噴出し部は金属導通部を介して電極本体部と電気的に接続される領域が増加して、噴出し部における電荷の蓄積や放電の繰返しが抑制される。また、金属導通部であることで、噴出し部における電圧降下の防止、耐熱性の向上および腐食の防止を図ることができる。その結果、安定したプラズマ領域を確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】同実施の形態において、金属チューブの部分斜視図である。
【図３】同実施の形態において、ガスシャワープレートおよび高周波電極本体の分解斜視図である。
【図４】同実施の形態において、ガスシャワープレートと高周波電極本体との取付け部分を示す部分断面図である。
【図５】同実施の形態において、プラズマ処理装置の効果を説明するための比較となるプラズマ処理装置におけるガスシャワープレートと高周波電極本体との取付け部分を示す部分断面図である。
【図６】同実施の形態において、プラズマ処理装置の効果を説明するための比較となるプラズマ処理装置の状態を示す第１の断面図である。
【図７】同実施の形態において、プラズマ処理装置の効果を説明するための比較となるプラズマ処理装置の状態を示す第２の断面図である。
【図８】同実施の形態において、プラズマ処理装置の効果を説明するための比較となるプラズマ処理装置の状態を示す第３の断面図である。
【図９】同実施の形態において、プラズマ処理装置の効果を説明するための一状態を示す断面図である。
【図１０】同実施の形態において、ガスシャワープレートに形成される溝の変形例を示す斜視図である。
【図１１】同実施の形態において、ガスシャワープレートに形成される溝の他の変形例を示す斜視図である。
【図１２】同実施の形態において、金属チューブの変形例を示す正面図である。
【図１３】同実施の形態において、金属チューブの変形例を示す側面図である。
【図１４】同実施の形態において、金属導通部の変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
１  反応容器、２  真空ポンプ、３  ステージ、４  ウェハ、５  高周波電源、６  反応ガス導入系、７  高周波電極本体、８  ガスシャワープレート、９  ネジ、１０  溝、１１ａ，１１ｂ  金属チューブ、１１ｃ  波型金属導通部、１２  プラズマ領域、１３  異常放電。
【図１】
2004356509.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004356509.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004356509.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004356509.tif 000013
【図１２】
2004356509.tif 000014
【図１３】
2004356509.tif 000015
【図１４】
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