(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体用入口と、プレナム空間と、孔の配列部を有していて前記プレナム空間の下流の端部を横切って広がっている第一の気体供給用プレートまたはマニホルドとを具備する、プラズマ処理装置用の気体供給用装置において、該気体供給用装置が前記第一の気体供給用プレートの下流側に隣接する別個のイオン化用プレートをさらに具備しており、該イオン化用プレートが、前記第一の気体供給用プレート内の各孔と共に整列される開口部を備えて形成されており、前記第一の気体供給用プレートは前記イオン化用プレートの上流に位置しており、
さらに、前記イオン化用プレートの下流に位置する第二の気体供給用プレートを具備し、
前記イオン化用プレートの上流側の面が前記第一の気体供給用プレートに対して平行に広がっていると共に、前記イオン化用プレートの孔の内面は、前記イオン化用プレートの下流側から上流側に向かって前記イオン化用プレートの全厚さ部分にわたってテーパが付けられていることを特徴とする気体供給用装置。
【請求項２】
前記開口部の断面が前記孔の断面よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の気体供給用装置。
【請求項３】
前記開口部の断面が下流方向に増大していることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の気体供給用装置。
【請求項４】
前記気体供給用プレートが直流に関して導電性であって接地されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の気体供給用装置。
【請求項５】
前記気体供給用プレートが直流に関して非導電性であるようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の気体供給用装置。
【請求項６】
前記気体供給用プレートがセラミック材料から形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の気体供給用装置。
【請求項７】
前記気体供給用装置が一つまたは多数のプレートのための加熱装置または冷却装置をさらに具備することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の気体供給用装置。
【請求項８】
前記加熱装置または前記冷却装置が加熱要素または冷却要素と協動するさらなるプレートを具備し、該さらなるプレートが他の前記プレートの間に挟み込まれることを特徴とする請求項７に記載の気体供給用装置。
【請求項９】
前記気体供給用プレートと前記イオン化用プレートとが異なる材料から形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の気体供給用装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の気体供給装置と前記イオン化用プレートに接続されたＲＦ電源とを具備する、イオン化気体を供給するための気体供給用装置。
【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使用する気体供給用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数のプロセス、例えばプラズマエッチング、化学蒸着法、および強度のプラズマによる真空メッキにおいて、気体または蒸気がプラズマ装置の室を横切って比較的均一に供給されるように、一種類または数種類の気体または蒸気を反応用室内に導入するのが望ましい。このことはシャワー式ヘッド部として公知な部材によって達成され、これらシャワー式ヘッド部は、入口からの気体を受け入れるプレナム空間を形成するケーシングと、多数の微細な出口を形成している出口用プレートとを典型的には具備している。
【０００３】
そのようなシャワー式ヘッド部はしばしば電極も具備していて、多数の要求を満たす必要があり、時にはこれら要求は矛盾する場合がある。従って、これらシャワー式ヘッド部は気体の流れを均一にもしくは制御して大面積部分に供給する必要がある。これらシャワー式ヘッド部には適切なＲＦ電極が設けられている必要がある。これらシャワー式ヘッド部は気体用出口を通過する気体を可能な限りイオン化させる必要がある。これらシャワー式ヘッド部はプレナム空間の内部において気体をイオン化させる必要はない。これらシャワー式ヘッド部は粒子がワークピース上に滑落するのを避ける必要がある。シャワー式ヘッド部は大面積部分にわたって均一にまたは制御して熱放射される必要がある。これらシャワー式ヘッド部は処理時の化学作用に対して非反応性である必要がある。さらにこれらシャワー式ヘッド部は熱的および機械的に安定している必要がある。前述した特徴は本質的ではあるが、現実には設計者はこれら特徴の多くを妥協している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのようなシャワー式ヘッド部の実施例は米国特許第４８５４２６３号明細書および同第５４２３９３６号明細書に開示されている。これらの場合においては、出口用プレートまたは出口用マニホルドはＲＦ電極として働く。気体用入口側の気圧は下流側の気圧よりも高いので、シャワー式ヘッド部のプレナム空間の内部でプラズマが点弧作用を起こすという問題がしばしば生ずる。この点弧作用によって粒子が形成されてワークピース上に滑落し、プラズマにさらされるよう形成されていない部品にエロージョンが起きて処理装置に有害な影響を与える場合がある。直径が極めて小さい穴からなる極めて正確な配列部を製造するのは、かなり困難である。マニホルドを室の内部においてプラズマにさらす場合には、機械加工してマニホルド内の穴の配列部を形成するのに最も便利である材料ではない特別の材料を使用する必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一つの態様によれば、本発明は気体用入口と、プレナム空間と、孔の配列部を有していて前記プレナム空間の下流の端部を横切って広がっている気体供給用プレートまたはマニホルドとを具備する、プラズマ処理装置用の気体供給用装置において、該気体供給用装置が前記気体供給用プレートの下流側に隣接する別個のイオン化用プレートをさらに具備しており、該イオン化用プレートが、前記気体供給用プレート内の各孔と共に整列される開口部を備えて形成されていることを特徴とする気体供給用装置に関する。
【０００６】
このプラズマ反応装置においては、気体供給用プレートまたはマニホルドはＲＦ駆動式ではないが、気体供給用プレートとイオン化用プレートとが隣接している場合には気体供給用プレートまたはマニホルドはＲＦに容量結合しうるのが好ましい。
イオン化用プレート（またはＲＦ電極）と気体供給用プレートまたはマニホルドとが別個に形成されていることによって、多数の利点が迅速に導かれる。
【０００７】
１．イオン化用プレートをプラズマ環境に適した材料から製造することができる。
２．イオン化用プレート内の開口部は気体流れを形成せず、これら開口部をさらに大型にできてさらに容易に機械加工できる。
３．気体供給用プレートまたはマニホルドを「耐プラズマ性」材料から製造する必要はなく、必要とされる機械加工処理に適した材料を選択できる。
【０００８】
４．気体供給用プレートまたはマニホルドが直流に関して導電性である場合には、気体供給用プレートまたはマニホルドを接地でき、気体供給用プレートまたはマニホルドは暗部用遮蔽部として働く。電極としての機能が必要とされない場合には気体供給用プレートまたはマニホルドを他の適切な材料、例えばセラミックスから製造することもできる。
【０００９】
５．気体供給用プレートまたはマニホルドとイオン化用プレートまたは電極とを互いに置き換えて予備品の費用を少なくすることができる。
６．気体供給用マニホルドを極めて薄く製造でき、従って孔を形成するための極めて広範囲の製造技術を利用することができる。この場合には、イオン化用プレートの構造的強さを利用して、孔をイオン化用プレートの上流面に単に配置できる。
【００１０】
７．イオン化用プレートの下流側を容易に整形することができて、均一性、または他の特性を高めることができる。
８．気体供給用プレートとイオン化用プレートとの間において熱の変化が生じる場合には、または、例えば気体供給用プレートがセラミックスから製造される場合には、気体供給用プレートまたはマニホルドとプレナム空間を形成するケーシングとの間の封止部を考慮することなしに、イオン化用プレートを高温にすることができる。現状では、エラストマ製封止部が有する温度限界と把持用装置により把持できる材料的制限とのために、このことは重要な問題である。
【００１１】
本発明に基づく気体供給用装置の設計者は、気体供給用装置を使用している特別のプラズマ反応装置に応じて定まる一つまたは多数のこれら利点を利用できる。
イオン化用プレートの開口部の断面は孔の断面よりも大きく、これら開口部の断面は下流方向に増大している。前述したように気体供給用プレートは導電性であって接地または略接地され、あるいは気体供給用プレートを非導電性材料から形成してもよい。
【００１２】
処理作用が「離れた」プラズマ源を要求する場合には、気体供給用装置はイオン化用プレートの下流に位置する第二の気体供給用プレートをさらに具備してもよい。
これらプレートのいずれかもしくは全てには加熱装置または冷却装置が組み入れられており、さらに、またはあるいは、加熱装置または冷却装置が組み入れられているさらなるプレートを設けて、現存するプレート間に挟み込んでも良い。
【００１３】
本発明は前述したような気体供給用装置に組み入れられているプラズマ用孔を有していて、イオン化用プレートに接続されるＲＦ電源をさらに有している。
本発明は前述したように形成されているが、本発明は前述または後述する発明性ある特徴のあらゆる組み合わせを含んでよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明を種々の方法で実施してもよい。特別の実施態様は添付図面を参照する実施例によって説明されるであろう。
図１において、公知の形状のプラズマ反応装置１０が示されている。プラズマ反応装置１０は室１１と、ワークピース用支持部１２と、真空ポンプ式出口１３と、シャワー式ヘッド部１４と、第一の気体供給部１５および第二の気体供給部１６と、ＲＦ電源１７とを具備しており、ＲＦ電源１７はシャワー式ヘッド部１４に接続されており、このシャワー式ヘッド部１４はプラズマを放出するための電極として働く。二つの気体供給部が示されているが、単一の気体供給部を使用することも同様に好ましい。通常の使用においては、プラズマは室１１内に放出され、要求される処理が、支持部１２上に支持されるウェハーまたは他のワークピース上において行われる。
【００１５】
図２を参照すると、シャワー式ヘッド部１４の下流側の面は、気体供給用プレートまたはマニホルド１８と、気体供給用プレート１８の下流側に位置するイオン化用プレート１９とを具備する二部材からなる構造体より構成されている。イオン化用プレートはＲＦ電源１７に接続されているのが分かる。
気体供給用プレート１８は、正確に配置されて形成された孔２０からなる配列部を備えて形成されており、これら孔２０自体が気体を流れさせて気体流れを供給している。イオン化用プレート１９は、気体の解離作用および良好なイオン化作用を可能にするために整列された末広形状大型開口部２１を備えて形成されている。
【００１６】
この解決法の主な利点は既に前述しているが、官能基の分離作用に応じて、選択する材料を変更することができ、それにより、例えばイオン化用プレート１９を、（薄い被覆部または薄層によってまたはこれらを用いること無しに）耐プラズマ性を有していて製造もしくは取替するのに安価である材料から製造することができるようになる。この材料は粒子が滑落するのを妨げることができる。同様に、気体供給用プレートはイオン化用プレート１９によってプラズマから離されているので、プラズマの存在を考慮すること無しに、気体供給用プレートを多数の小穴を形成するのに適した材料から製造することができる。
【００１７】
イオン化用プレート１９を加熱するか、または高温にしてもよい。従来のシャワー式ヘッド部の電極用マニホルドの場合のように気体用封止部を形成する必要がないために、熱的に限界を有するエラストマ製気体用封止部を取り付けることはない。同様に、把持装置を使用して気体供給用プレート１８を封止する。イオン化用プレート１９を製造できる材料は、そのような封止部に必要とされる材料の物性によって制限されない。
【００１８】
イオン化用プレート１９を照射用加熱装置として動作させること、またはイオン化用プレート１９の表面では放射率が制御されているようにすることが利点でありうる。イオン化用プレート１９をエラストマ製封止部に適した温度よりも高温にできるので、ワークピースに対する処理作用を向上させることができる。気体供給用装置の異なる部品を少なくとも１００度までの温度範囲内で変化させられることが予想される。
【００１９】
気体供給用プレート１８が導電性である場合には、気体供給用プレート１８を暗部用遮蔽部として働くよう接地してもよい。
図３においては、さらなる気体供給用プレート２２がイオン化用プレート１９の下流側に追加されていて、離れたプラズマ源を形成している。円形の平面図に示されるように、第二の気体供給用プレート２２には孔２３の別の配列部が存在している。
【図面の簡単な説明】
【図１】シャワー式ヘッド部を備えたプラズマ反応用室の略図である。
【図２】本発明の一つの態様に基づくシャワー式ヘッド部の前方を通る縦断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様の単一の供給用ポートを通る縦断面図である。
【符号の説明】
１０…プラズマ反応装置
１１…室
１２…支持部
１３…出口
１４…シャワー式ヘッド部
１５…気体供給部
１６…気体供給部
１７…電源
１８…気体供給用プレート
１９…イオン化用プレート
２０…孔
２１…開口部
【図１】
0004745482.tif 000002
【図２】
0004745482.tif 000003
【図３】
0004745482.tif 000004