(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力が供給され前記プラズマを生成するためのガスが供給されるガス供給部が形成された第一の電極と、前記第一の電極と対向し前記試料が載置される第二の電極とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給部を貫通する複数の第一のガス孔を介してガスが供給され前記第一の電極の下方に配置された第一のガス供給板と前記第一のガス供給板を貫通する複数の第二のガス孔を介してガスが供給され前記第一のガス供給板の下方に配置された第二のガス供給板と前記第一の電極の温度を制御する温度制御手段をさらに備え、
前記第二のガス供給板は、内部を貫通する複数の第三のガス孔を有するとともに前記第二のガス孔を介して供給されたガスを前記第三のガス孔を介して前記処理室内に供給し、
第一のガス流路の各々の上方から前記第一のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路の各々の下方から前記第二のガス孔が接続され、
第二のガス流路の各々の上方から前記第二のガス孔が接続され、
前記第二のガス流路の各々の下方から前記第三のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、同心円状に前記第一のガス供給板に形成され、
前記第一の電極の材質は導体であり、
前記第一のガス供給板の材質および前記第二のガス供給板の材質は石英であり、
平面図における前記第一のガス流路と前記平面図における前記第二のガス流路は、重なっており、
前記第二のガス供給板の前記平面図における前記第一のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の一方の隣に位置するように前記第一のガス孔が前記ガス供給部に形成され、
前記平面図における前記第二のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の他方の隣に位置するように前記第二のガス孔が前記第一のガス供給板に形成され、
前記ガス供給部は、前記第一のガス供給板に接し、
前記第一のガス供給板は、前記第二のガス供給板に接し、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路の断面形状は、溝状であり、
前記第一のガス流路の幅は、前記ガス供給部と前記第一のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第二のガス流路の幅は、前記第一のガス供給板と前記第二のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第一のガス流路の深さおよび前記第二のガス流路の深さは、前記第一のガス流路内および前記第二のガス流路内に発生する電圧が放電開始電圧より小さくなる深さであり、
前記放電開始電圧は、パッシェンの法則に基づいて求められ、前記第一のガス流路内の圧力と前記第一のガス流路の深さとの積が１．５Ｔｏｒｒ×ｃｍ以下となる放電開始電圧であり、
前記第一のガス孔の孔径、前記第二のガス孔の孔径及び前記第三のガス孔の孔径は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内の孔径であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス孔の数および前記第二のガス孔の数は、前記第三のガス孔の数の半分であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力が供給され前記プラズマを生成するためのガスが供給されるガス供給部が形成された第一の電極と、前記第一の電極と対向し前記試料が載置される第二の電極とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給部を貫通する複数の第一のガス孔を介してガスが供給され前記第一の電極の下方に配置された第一のガス供給板と前記第一のガス供給板を貫通する複数の第二のガス孔を介してガスが供給され前記第一のガス供給板の下方に配置された第二のガス供給板と前記第一の電極の温度を制御する温度制御手段をさらに備え、
前記第二のガス供給板は、内部を貫通する複数の第三のガス孔を有するとともに前記第二のガス孔を介して供給されたガスを前記第三のガス孔を介して前記処理室内に供給し、
第一のガス流路の各々の上方から前記第一のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路の各々の下方から前記第二のガス孔が接続され、
第二のガス流路の各々の上方から前記第二のガス孔が接続され、
前記第二のガス流路の各々の下方から前記第三のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、放射状、螺旋状または格子状に前記第一のガス供給板に形成され、
前記第一の電極の材質は導体であり、
平面図における前記第一のガス流路と前記平面図における前記第二のガス流路は、重なっており、
前記第二のガス供給板の前記平面図における前記第一のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の一方の隣に位置するように前記第一のガス孔が前記ガス供給部に形成され、
前記平面図における前記第二のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の他方の隣に位置するように前記第二のガス孔が前記第一のガス供給板に形成され、
前記ガス供給部は、前記第一のガス供給板に接し、
前記第一のガス供給板は、前記第二のガス供給板に接し、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路の断面形状は、溝状であり、
前記第一のガス流路の幅は、前記ガス供給部と前記第一のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第二のガス流路の幅は、前記第一のガス供給板と前記第二のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第一のガス流路の深さおよび前記第二のガス流路の深さは、前記第一のガス流路内および前記第二のガス流路内に発生する電圧が放電開始電圧より小さくなる深さであり、
前記放電開始電圧は、パッシェンの法則に基づいて求められ、前記第一のガス流路内の圧力と前記第一のガス流路の深さとの積が１．５Ｔｏｒｒ×ｃｍ以下となる放電開始電圧であり、
前記第一のガス孔の孔径、前記第二のガス孔の孔径及び前記第三のガス孔の孔径は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内の孔径であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス供給板の材質および前記第二のガス供給板の材質は石英であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項４に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス供給板の材質は、石英であり、
前記第二のガス供給板の材質は、酸化イットリウム(Ｙ２Ｏ３)であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項５に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス孔の数および前記第二のガス孔の数は、前記第三のガス孔の数の半分であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項６に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス孔の数および前記第二のガス孔の数は、前記第三のガス孔の数の半分であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力が供給され前記プラズマを生成するためのガスが供給されるガス供給部が形成された第一の電極と、前記第一の電極と対向し前記試料が載置される第二の電極とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給部を貫通する複数の第一のガス孔を介してガスが供給され前記第一の電極の下方に配置された第一のガス供給板と前記第一のガス供給板を貫通する複数の第二のガス孔を介してガスが供給され前記第一のガス供給板の下方に配置された第二のガス供給板と前記第一の電極の温度を制御する温度制御手段をさらに備え、
前記第二のガス供給板は、内部を貫通する複数の第三のガス孔を有するとともに前記第二のガス孔を介して供給されたガスを前記第三のガス孔を介して前記処理室内に供給し、
第一のガス流路の各々の上方から前記第一のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路の各々の下方から前記第二のガス孔が接続され、
第二のガス流路の各々の上方から前記第二のガス孔が接続され、
前記第二のガス流路の各々の下方から前記第三のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、前記第一のガス供給板に形成され、
前記第一の電極の材質は導体であり、
前記第一のガス供給板の材質は、石英であり、
前記第二のガス供給板の材質は、酸化イットリウム(Ｙ２Ｏ３)であり、
平面図における前記第一のガス流路と前記平面図における前記第二のガス流路は、重なっており、
前記第二のガス供給板の前記平面図における前記第一のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の一方の隣に位置するように前記第一のガス孔が前記ガス供給部に形成され、
前記平面図における前記第二のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の他方の隣に位置するように前記第二のガス孔が前記第一のガス供給板に形成され、
前記ガス供給部は、前記第一のガス供給板に接し、
前記第一のガス供給板は、前記第二のガス供給板に接し、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路の断面形状は、溝状であり、
前記第一のガス流路の幅は、前記ガス供給部と前記第一のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第二のガス流路の幅は、前記第一のガス供給板と前記第二のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第一のガス流路の深さおよび前記第二のガス流路の深さは、前記第一のガス流路内および前記第二のガス流路内に発生する電圧が放電開始電圧より小さくなる深さであり、
前記放電開始電圧は、パッシェンの法則に基づいて求められ、前記第一のガス流路内の圧力と前記第一のガス流路の深さとの積が１．５Ｔｏｒｒ×ｃｍ以下となる放電開始電圧であり、
前記第一のガス孔の孔径、前記第二のガス孔の孔径及び前記第三のガス孔の孔径は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内の孔径であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、同心円状に前記第一のガス供給板に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、放射状に前記第一のガス供給板に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、螺旋状に前記第一のガス供給板に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、格子状に前記第一のガス供給板に形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２０】
試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力が供給され前記プラズマを生成するためのガスが供給されるガス供給部が形成された第一の電極と、前記第一の電極と対向し前記試料が載置される第二の電極とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給部を貫通する複数の第一のガス孔を介してガスが供給され前記第一の電極の下方に配置された第一のガス供給板と前記第一のガス供給板を貫通する複数の第二のガス孔を介してガスが供給され前記第一のガス供給板の下方に配置された第二のガス供給板と前記第一の電極の温度を制御する温度制御手段をさらに備え、
前記第二のガス供給板は、内部を貫通する複数の第三のガス孔を有するとともに前記第二のガス孔を介して供給されたガスを前記第三のガス孔を介して前記処理室内に供給し、
第一のガス流路の各々の上方から前記第一のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路の各々の下方から前記第二のガス孔が接続され、
第二のガス流路の各々の上方から前記第二のガス孔が接続され、
前記第二のガス流路の各々の下方から前記第三のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、格子状に前記第一のガス供給板に形成され、
前記第一の電極の材質は導体であり、
平面図における前記第一のガス流路と前記平面図における前記第二のガス流路は、重なっており、
前記第二のガス供給板の前記平面図における前記第一のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の一方の隣に位置するように前記第一のガス孔が前記ガス供給部に形成され、
前記平面図における前記第二のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の他方の隣に位置するように前記第二のガス孔が前記第一のガス供給板に形成され、
前記ガス供給部は、前記第一のガス供給板に接し、
前記第一のガス供給板は、前記第二のガス供給板に接し、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路の断面形状は、溝状であり、
前記第一のガス流路の幅は、前記ガス供給部と前記第一のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第二のガス流路の幅は、前記第一のガス供給板と前記第二のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第一のガス流路の深さおよび前記第二のガス流路の深さは、前記第一のガス流路内および前記第二のガス流路内に発生する電圧が放電開始電圧より小さくなる深さであり、
前記放電開始電圧は、パッシェンの法則に基づいて求められ、前記第一のガス流路内の圧力と前記第一のガス流路の深さとの積が１．５Ｔｏｒｒ×ｃｍ以下となる放電開始電圧であり、
前記第一のガス孔の孔径、前記第二のガス孔の孔径及び前記第三のガス孔の孔径は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内の孔径であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス供給板の材質および前記第二のガス供給板の材質は石英であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載のプラズマ処理装置において、
前記第一のガス供給板の材質は、石英であり、
前記第二のガス供給板の材質は、酸化イットリウム(Ｙ２Ｏ３)であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載のプラズマ処理装置において、
前記処理室内に磁場を形成する磁場形成手段をさらに備え、
前記プラズマを生成するための高周波電力は、２００ＭＨｚの高周波電力であり、
前記第二の電極に供給される高周波電力は、４ＭＨｚの高周波電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチングに代表されるプラズマ処理は、真空排気手段を有する真空容器内に原料ガスを導入し、該原料ガスを電磁波によりプラズマ化して被加工試料にさらすことで被加工試料表面のマスク部以外をエッチングし、所望の形状を得る半導体微細加工処理である。被加工試料面内での加工均一性にはプラズマの分布、被加工試料面内の温度分布、供給ガスの組成および流量分布等が影響する。特に特許文献１に開示された平行平板型のプラズマ処理装置では、被加工試料の対面に配置される微細なガス放出孔が多数形成されたシャワープレートから原料ガスが供給され、かつ被加工試料とシャワープレート間の距離も比較的短いことからシャワープレートから供給されるガス供給分布が、加工速度や加工形状等に影響する。平行平板型のプラズマ処理装置は、この特性を活用して、加工速度や形状の被加工試料面内の分布を制御し、所望の均一性を得ることができる利点を有する。
【０００３】
しかし、平行平板型のプラズマ処理装置は、シャワープレート近傍にプラズマを形成するための強い高周波電界が存在し、その電界によりシャワープレートに形成されたガス孔内で放電が生じる場合がある。ガス孔内での放電は、異物の発生やシャワープレート裏面に配置される導電性部材等からの汚染を生じさせる。またガス孔内での放電箇所に対応した被加工試料面位置での加工形状にも影響を与え不良発生の要因ともなる。さらにガス孔内での放電が生じる場合、シャワープレート孔の消耗量も増加し、シャワープレートの交換周期が短くなり製造コストの増加を招く等の課題がある。
【０００４】
上記した課題に対応するため、通常シャワープレートに施すガス孔径を極力小径とする。例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのガス孔を用いることで、孔側壁での電子の消滅確立を高めてガス孔内での放電リスクを低減させることができる。しかし、ガス孔径の小径化だけでは、本質的なガス孔内での放電防止にはならず、放電条件の制約（放電電力や放出ガス流量の制限等）となってしまう。またガス孔を小径化するとシャワープレートの加工費が高額となり、コスト増加の要因となる。さらに、通常均一なガス放出にはシャワープレートの背面に位置する導体部に施されたガス孔とシャワープレートに施すガス孔位置を一致させる必要性があるが、ガス孔径が小さいとガス孔を一致させるのが精度上困難となり、ガス放出の面内均一が低下したり、ガス放出の再現性が得られなくなる場合が生じる。
【０００５】
また、特許文献１には、シャワープレートのガス孔内で生じる異常放電を抑制するために、上部電極は、第一のガス孔が施されたシャワープレートと、シャワープレート背面に配置され第二のガス孔が施された導体板と、導体板の中心部に配置され第三のガス孔が施された絶縁板と、導体板の背面に配置され温度制御機能及びガス分散部を有するアンテナ基材部からなり、シャワープレートと絶縁板との界面には径方向に第一の微小隙間を有し、絶縁板と導体板との界面には径方向に第二の微小隙間を有し、第一のガス孔と第三のガス孔の中心が周方向または径方向にずれているプラズマ処理装置が開示されている。
【０００６】
しかし、この装置では、導体板の中心部の異常放電の抑制は可能であるが、中心部以外の異常放電抑制は考慮されていない。また、上記の第一のガス孔と第三のガス孔は、ずれているが、この第一のガス孔と第三のガス孔のずれによるガス流れのコンダクタンス不足に対して十分に考慮されていない。
【０００７】
以上の結果従来のシャワープレート構造では、エッチング条件の制約、均一性の低下および再現性の低下からプラズマによる加工性能の十分引き出せない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−９２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は「背景技術」で述べた、プラズマ処理装置におけるガス放出の均一性、再現性の向上をはかり、さらにはガス供給手段部での異常放電発生やそれに起因する異物や汚染等にて制約される放電条件（放電電力や放出ガス流量）の大幅な緩和を可能とするガス供給手段を備えたプラズマ処理装置を実現するものであり、本発明の目的は、平行平板型のプラズマ処理装置であっても、広域なプロセス条件での安定したプラズマ生成と均一性や再現性に優れた加工性能を有するプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための一実施形態として、  試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力が供給され前記プラズマを生成するためのガスが供給されるガス供給部が形成された第一の電極と、前記第一の電極と対向し前記試料が載置される第二の電極とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給部を貫通する複数の第一のガス孔を介してガスが供給され前記第一の電極の下方に配置された第一のガス供給板と前記第一のガス供給板を貫通する複数の第二のガス孔を介してガスが供給され前記第一のガス供給板の下方に配置された第二のガス供給板と前記第一の電極の温度を制御する温度制御手段をさらに備え、
前記第二のガス供給板は、内部を貫通する複数の第三のガス孔を有するとともに前記第二のガス孔を介して供給されたガスを前記第三のガス孔を介して前記処理室内に供給し、
第一のガス流路の各々の上方から前記第一のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路の各々の下方から前記第二のガス孔が接続され、
第二のガス流路の各々の上方から前記第二のガス孔が接続され、
前記第二のガス流路の各々の下方から前記第三のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、同心円状に前記第一のガス供給板に形成され、
前記第一の電極の材質は導体であり、
前記第一のガス供給板の材質および前記第二のガス供給板の材質は石英であり、
平面図における前記第一のガス流路と前記平面図における前記第二のガス流路は、重なっており、
前記第二のガス供給板の前記平面図における前記第一のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の一方の隣に位置するように前記第一のガス孔が前記ガス供給部に形成され、
前記平面図における前記第二のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の他方の隣に位置するように前記第二のガス孔が前記第一のガス供給板に形成され、
前記ガス供給部は、前記第一のガス供給板に接し、
前記第一のガス供給板は、前記第二のガス供給板に接し、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路の断面形状は、溝状であり、
前記第一のガス流路の幅は、前記ガス供給部と前記第一のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第二のガス流路の幅は、前記第一のガス供給板と前記第二のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第一のガス流路の深さおよび前記第二のガス流路の深さは、前記第一のガス流路内および前記第二のガス流路内に発生する電圧が放電開始電圧より小さくなる深さであり、
前記放電開始電圧は、パッシェンの法則に基づいて求められ、前記第一のガス流路内の圧力と前記第一のガス流路の深さとの積が１．５Ｔｏｒｒ×ｃｍ以下となる放電開始電圧であり、
前記第一のガス孔の孔径、前記第二のガス孔の孔径及び前記第三のガス孔の孔径は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内の孔径であることを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【００１１】
また、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力が供給され前記プラズマを生成するためのガスが供給されるガス供給部が形成された第一の電極と、前記第一の電極と対向し前記試料が載置される第二の電極とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給部を貫通する複数の第一のガス孔を介してガスが供給され前記第一の電極の下方に配置された第一のガス供給板と前記第一のガス供給板を貫通する複数の第二のガス孔を介してガスが供給され前記第一のガス供給板の下方に配置された第二のガス供給板と前記第一の電極の温度を制御する温度制御手段をさらに備え、
前記第二のガス供給板は、内部を貫通する複数の第三のガス孔を有するとともに前記第二のガス孔を介して供給されたガスを前記第三のガス孔を介して前記処理室内に供給し、
第一のガス流路の各々の上方から前記第一のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路の各々の下方から前記第二のガス孔が接続され、
第二のガス流路の各々の上方から前記第二のガス孔が接続され、
前記第二のガス流路の各々の下方から前記第三のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、放射状、螺旋状または格子状に前記第一のガス供給板に形成され、
前記第一の電極の材質は導体であり、
平面図における前記第一のガス流路と前記平面図における前記第二のガス流路は、重なっており、
前記第二のガス供給板の前記平面図における前記第一のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の一方の隣に位置するように前記第一のガス孔が前記ガス供給部に形成され、
前記平面図における前記第二のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の他方の隣に位置するように前記第二のガス孔が前記第一のガス供給板に形成され、
前記ガス供給部は、前記第一のガス供給板に接し、
前記第一のガス供給板は、前記第二のガス供給板に接し、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路の断面形状は、溝状であり、
前記第一のガス流路の幅は、前記ガス供給部と前記第一のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第二のガス流路の幅は、前記第一のガス供給板と前記第二のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第一のガス流路の深さおよび前記第二のガス流路の深さは、前記第一のガス流路内および前記第二のガス流路内に発生する電圧が放電開始電圧より小さくなる深さであり、
前記放電開始電圧は、パッシェンの法則に基づいて求められ、前記第一のガス流路内の圧力と前記第一のガス流路の深さとの積が１．５Ｔｏｒｒ×ｃｍ以下となる放電開始電圧であり、
前記第一のガス孔の孔径、前記第二のガス孔の孔径及び前記第三のガス孔の孔径は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内の孔径であることを特徴とするプラズマ処理装置とする。
更に、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力が供給され前記プラズマを生成するためのガスが供給されるガス供給部が形成された第一の電極と、前記第一の電極と対向し前記試料が載置される第二の電極とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給部を貫通する複数の第一のガス孔を介してガスが供給され前記第一の電極の下方に配置された第一のガス供給板と前記第一のガス供給板を貫通する複数の第二のガス孔を介してガスが供給され前記第一のガス供給板の下方に配置された第二のガス供給板と前記第一の電極の温度を制御する温度制御手段をさらに備え、
前記第二のガス供給板は、内部を貫通する複数の第三のガス孔を有するとともに前記第二のガス孔を介して供給されたガスを前記第三のガス孔を介して前記処理室内に供給し、
第一のガス流路の各々の上方から前記第一のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路の各々の下方から前記第二のガス孔が接続され、
第二のガス流路の各々の上方から前記第二のガス孔が接続され、
前記第二のガス流路の各々の下方から前記第三のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、前記第一のガス供給板に形成され、
前記第一の電極の材質は導体であり、
前記第一のガス供給板の材質は、石英であり、
前記第二のガス供給板の材質は、酸化イットリウム(Ｙ２Ｏ３)であり、
平面図における前記第一のガス流路と前記平面図における前記第二のガス流路は、重なっており、
前記第二のガス供給板の前記平面図における前記第一のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の一方の隣に位置するように前記第一のガス孔が前記ガス供給部に形成され、
前記平面図における前記第二のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の他方の隣に位置するように前記第二のガス孔が前記第一のガス供給板に形成され、
前記ガス供給部は、前記第一のガス供給板に接し、
前記第一のガス供給板は、前記第二のガス供給板に接し、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路の断面形状は、溝状であり、
前記第一のガス流路の幅は、前記ガス供給部と前記第一のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第二のガス流路の幅は、前記第一のガス供給板と前記第二のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第一のガス流路の深さおよび前記第二のガス流路の深さは、前記第一のガス流路内および前記第二のガス流路内に発生する電圧が放電開始電圧より小さくなる深さであり、
前記放電開始電圧は、パッシェンの法則に基づいて求められ、前記第一のガス流路内の圧力と前記第一のガス流路の深さとの積が１．５Ｔｏｒｒ×ｃｍ以下となる放電開始電圧であり、
前記第一のガス孔の孔径、前記第二のガス孔の孔径及び前記第三のガス孔の孔径は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内の孔径であることを特徴とするプラズマ処理装置とする。
更にまた、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための高周波電力が供給され前記プラズマを生成するためのガスが供給されるガス供給部が形成された第一の電極と、前記第一の電極と対向し前記試料が載置される第二の電極とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給部を貫通する複数の第一のガス孔を介してガスが供給され前記第一の電極の下方に配置された第一のガス供給板と前記第一のガス供給板を貫通する複数の第二のガス孔を介してガスが供給され前記第一のガス供給板の下方に配置された第二のガス供給板と前記第一の電極の温度を制御する温度制御手段をさらに備え、
前記第二のガス供給板は、内部を貫通する複数の第三のガス孔を有するとともに前記第二のガス孔を介して供給されたガスを前記第三のガス孔を介して前記処理室内に供給し、
第一のガス流路の各々の上方から前記第一のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路の各々の下方から前記第二のガス孔が接続され、
第二のガス流路の各々の上方から前記第二のガス孔が接続され、
前記第二のガス流路の各々の下方から前記第三のガス孔が接続され、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路は、格子状に前記第一のガス供給板に形成され、
前記第一の電極の材質は導体であり、
平面図における前記第一のガス流路と前記平面図における前記第二のガス流路は、重なっており、
前記第二のガス供給板の前記平面図における前記第一のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の一方の隣に位置するように前記第一のガス孔が前記ガス供給部に形成され、
前記平面図における前記第二のガス孔が前記平面図における前記第三のガス孔の他方の隣に位置するように前記第二のガス孔が前記第一のガス供給板に形成され、
前記ガス供給部は、前記第一のガス供給板に接し、
前記第一のガス供給板は、前記第二のガス供給板に接し、
前記第一のガス流路および前記第二のガス流路の断面形状は、溝状であり、
前記第一のガス流路の幅は、前記ガス供給部と前記第一のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第二のガス流路の幅は、前記第一のガス供給板と前記第二のガス供給板との接触面積が５０％以上となる幅であり、
前記第一のガス流路の深さおよび前記第二のガス流路の深さは、前記第一のガス流路内および前記第二のガス流路内に発生する電圧が放電開始電圧より小さくなる深さであり、
前記放電開始電圧は、パッシェンの法則に基づいて求められ、前記第一のガス流路内の圧力と前記第一のガス流路の深さとの積が１．５Ｔｏｒｒ×ｃｍ以下となる放電開始電圧であり、
前記第一のガス孔の孔径、前記第二のガス孔の孔径及び前記第三のガス孔の孔径は、それぞれ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内の孔径であることを特徴とするプラズマ処理装置とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、平行平板型のプラズマ処理装置であっても、広域なプロセス条件での安定したプラズマ生成と均一性や再現性に優れた加工性能を有するプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例に係るプラズマ処理装置の基本構成断面図である。
【図２】図１のＡで示すガス供給手段部の概略構造断面図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置におけるガス供給手段部を下側（下部電極側）から見た概略構造平面図であり、上側は全体図、下側は部分拡大図を示す。
【図４】従来のプラズマ処理装置における課題を説明するための要部（シャワープレートおよび上部電極）の概略構造断面図である。
【図５】図４に示す要部において、開口径による異常放電の生じやすさを説明するための上部電極の断面図であり、左側は開口径が大の場合、中央は開口径が中の場合、右側は開口径が小の場合を示す。
【図６】放電開始電圧とｐｄ積（雰囲気ガスの圧力と電極間距離との積）との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態では、被加工試料に対面する位置に配置される上部電極に平面状のガス供給手段を備え、該ガス供給手段が２層の同径部材で構成され、各層の部材それぞれに複数のガス放出孔を備え、さらに各層のガス孔間を平面方向に形成された溝状のガス連結構造にて流体連結させたガス供給構造を特徴とする。これにより、各層の部材に形成するガス孔が平面的に一致しないように配置することが可能となる。
【００１５】
本発明によれば、被加工試料面に対して均一で安定なガス供給を再現性よく実現でき、さらにガス供給手段部で生じる異常放電にて制約される放電条件を大幅に緩和できるため広範なプロセス条件での処理が可能なプラズマ処理装置が提供可能となる。
【００１６】
以下、本発明について実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１を、図１を用いて説明する。図１は、本実施例におけるプラズマ処理装置の基本構成断面図を示す。まず図１における装置構成を説明する。図１は平行平板型のプラズマ処理装置を示し、被加工試料設置手段（試料ステージ）１上に配置される被加工試料（ウエハ）２の対向位置に配置される上部電極３および上部電極３の被加工試料２側にガス供給手段である同径の第１の平面状部材４と第２の平面状部材５とが配置されている。第１の平面状部材４および第２の平面状部材５へのガス供給は、通常アルミやステンレスで構成される上部電極３に形成されたガス供給部６から行われる。なお、第１と第２の平面状部材は同径である必要はないが、同径とした方が実用的である。
【００１８】
次に、ガス供給手段部について図２と図３を用いて説明する。図２は図１に示すプラズマ処理装置におけるガス供給手段部の概略構造断面図、図３は概略構造平面図であり、上部電極３のガス供給部６、第１の平面状部材４および第２の平面状部材５部分の詳細図を示す。図２は図１の点線部Ａの詳細図で、上部電極３のガス供給部６、第１の平面状部材４のガス孔８および第２の平面状部材５部のガス孔１０の断面図を示す。なお、ガス孔６、ガス孔８およびガス孔１０は平面的にずれて配置されており、ガス孔６とガス孔８は第１の溝７を介して、ガス孔８とガス孔１０は第２の溝９を介して接続されている。この構成について図３を用いて説明する。
【００１９】
図３は、被加工試料２側から第２の平面状部材５を見た平面図を示す。プラズマの原料ガスは、導体で形成された上部電極３に形成されたガス供給部６から、周方向に形成された第１の溝７を介して、第１の平面状部材４のガス孔８に導かれる。また第１の平面状部材４のガス孔８を通過したガスは、平面的に第１の溝と重なるように周方向に形成された第２の溝９を介して、第２の平面状部材のガス孔１０に導かれ、最終的に放電空間１１に導入される構造となっている。図３に示されるように、上部電極３に形成されたガス供給部６（図３の点線にて示したガス孔）と第１の平面状部材４のガス孔８（図３にて細い実線にて示したガス孔）は平面的に一致しない箇所にそれぞれ形成される構造となっている。同様に、第１の平面状部材４のガス孔８（図３にて細い実線にて示したガス孔）と第２の平面状部材５のガス孔１０（図３にて太い実線にて示したガス孔）も平面的に一致しない位置にそれぞれ形成されている。なお、第１の溝と第２の溝とは平面的に重なるように形成する必要はないが、重なるように形成した方が簡単な構造で製造し易い。
【００２０】
本実施例では、第１の平面状部材４および第２の平面状部材５に石英を用いた。また図２に示される第１の溝７および第２の溝９は第１の平面状部材の両面にそれぞれ形成した。なお、ガス供給手段は必ずしも２枚の平面状部材で構成する必要はないが、溝が形成し易いため２枚で構成する方が実用的である。また、第１の溝７や第２の溝９は第１の平面状部材４に設ける必要はなく、上部電極や第２の平面状部材に形成することもできるが、第１の平面状部材４の両面に設ける方が加工し易く実用的である。図１、図２、図３に示す第１の平面状部材４のガス孔８および第２の平面状部材５のガス孔１０の孔径は０．４〜０．５ｍｍとした。各平面状部材の厚さは１５ｍｍとした。また図２に第１の溝７と第２の溝は、溝幅（平面方向の空間幅）が３ｍｍ、溝高さを０．３ｍｍとした。また本実施例では、第２の平面状部材５のガス孔１０、第１の平面状部材４のガス孔８および上部電極３に形成されるガス供給部６を同心円状に配置し、第２の平面状部材５のガス孔１０の孔数に対して、第１の平面状部材４のガス孔８および上部電極３に形成されるガス供給部６のガス孔数を半分とした。具体的には、第２の平面状部材５のガス孔１０が７５０個、第１の平面状部材４のガス孔８および上部電極３に形成されるガス供給部６のガス孔数が３７５個とした。また図１の実施例における装置構成では、上部電極３に高周波電源１３からの高周波電力を整合器１２を介して供給し、該高周波電力と真空容器１４の外に配置されたソレノイドコイル１５による磁力の相互作用で放電空間１１にプラズマ１６を形成する構造となっている。被加工試料２を設置する被加工試料設置手段１には、プラズマ生成用とは別の高周波電源１７が整合器１８を介して接続されている。高周波電源１７からの高周波電力は、プラズマ１６中からイオンを加速して被加工試料２に照射する機能を有する。また被加工試料設置手段１には冷却手段１９が接続されており、被加工試料２の温度を調節する機能を有する。図１の実施例では、上部電極３に供給する高周波電力の周波数を２００ＭＨｚ、被加工試料設置手段１に供給する高周波電力の周波数を４ＭＨｚとした。なお、符号２４は上部電極温度制御手段である。
【００２１】
次に本発明が解決しようとする従来装置における課題を図４にて説明する。図４は平行平板型装置の上部電極に施される一般的なガス供給構造の断面模式図で、ガス放出孔部近辺の拡大図を示す。通常図４に示すガス孔が平面方向に複数個配置されている。図４の従来装置では、導体で形成される上部電極２０に形成されるガス供給部２１と同一位置にシャワープレート２２のガス孔２３が形成される。
【００２２】
図４の構造にて放電空間に安定したガス放出を行うには、上部電極２０に形成されるガス供給部２１とシャワープレート２２のガス孔２３を一致して配置する必要がる。このとき上部電極２０に形成されるガス供給部２１の大きさがシャワープレート２２のガス孔２３と同程度の大きさの場合、孔位置のずれにより孔毎にガスの放出量に差が生じたり、取り付け毎にその状況が変化し、ガス放出の均一性や再現性が得られなくなる。また使用中の温度上昇に伴う熱膨張等により、シャワープレート２２のガス孔２３と上部電極２０に形成されるガス供給部２１の相対位置が変化し、ガス放出の状態が経時的に変化してしまう場合も生じる。シャワープレート２２は通常交換部品であるため、上部電極２０からの着脱が必要であり、装着の毎に確実にガス孔が一致するよう高い取り付け精度が要求される。
【００２３】
しかし、精度だけでは確実にガス孔を一致させるのは困難なため図４に示すように、上部電極２０に施すガス供給部２１の大きさをシャワープレート２２のガス孔径に比べて大きくすることで、多少の孔ずれが生じてもガス孔同士が完全にずれるのを防止している。しかしこの構造では、上部電極２０に施すガス供給部２１の孔径を相当量拡大する必要があり、該ガス供給部２１の孔内で異常放電を発生させるリスクが大きくなる。特に図４の構造では、シャワープレート２２のガス孔２３を介して、プラズマから電子等活性な粒子が直接ガス供給部２１の孔内に侵入してくることから、空間の大きさに加えて放電のきっかけとなる活性粒子の混入が加わり異常放電がさらに生じやすい状況となる。よって、異常放電を防止するには上部電極２０に印加する高周波電力やガス供給部２１から放出するガス流量を制限する必要があり、プロセス性能に制約が生じる。
【００２４】
また図４の構造では、通常導体で形成される上部電極２０の表面が、シャワープレート２２のガス孔２３を介してプラズマから直接見通せる位置に配置されることになる。前記したように、シャワープレート２２のガス孔からはプラズマ中より電子や活性な粒子が侵入してくるため、導体である上部電極の表面に影響を与え金属汚染や異物の発生を生じる場合もある。上部電極２０の表面を安定な材料でコーティングする等の対策は可能であるが、コーティングは使用時間によりコーティングが劣化または剥離するため、前記汚染や異物の対策には定期的な上部電極２０の部分的交換が必要となりランニングコストの増加や装置稼働率の低下をもたらす。
【００２５】
図４にて説明した課題に対して、図１、図２、図３を用いて説明した本実施例に係るプラズマ処理装置の動作とその効果を説明する。図２より第１の平面状部材４には、上部電極３側に第１の溝７が形成されており、この溝に上部電極３に形成されたガス供給部６からのガスが供給される。第１の溝７に供給されたガスは第１の溝７の平面方向に流れ、ガス供給部６とは平面的に異なる位置に配置されたガス孔８を介して第２の溝９に流れる。つづいてガスは第２の溝９の平面方向に流れ、ガス孔８とは平面的に異なる位置に配置されたガス孔１０から放電空間１１に放出される。上記ガスの流れから、上部電極３に形成されたガス供給部６、第１の平面状部材４のガス孔８および第２の平面状部材５のガス孔１０は各孔径に対して十分広い溝幅を有する第１の溝７および第２の溝９を介して流体的に連結されるため、図４の従来装置構成で問題となるガス供給の連結部における孔ずれが生じない。この結果、安定かつ再現性の高いガス放出特性を維持できる。また前記理由から、上部電極３に形成されたガス供給部６の孔径を最小化でき、上部電極３に形成されたガス供給部６の異常放電を抑止できる。
【００２６】
次に、ガス供給部６の孔径が小さいほど異常放電が生じにくくなる理由について図５を用いて説明する。図５は図４の上部電極２０に形成されるガス供給部２１の詳細図を示し、ガス供給部２１の径による等電位面の様子を示す。ガス供給部２１の開口径が大きい場合、上部電極２０に印加される高周波電力の電界による等電位面２５が孔内に侵入（電界が孔内に侵入）する。その結果、ガス供給部２１の孔内に電界２６が発生し、この電界２６によりガス供給部２１内で放電が生じやすくなる。図５に示すように、ガス供給部２１内に染込む等電位面２５は、ガス供給部２１の開口径が小さくなると少なくなり、同時にガス供給部２１内に生じる電界２６も無くなる。これによりガス供給部２１の孔径が小さいほど異常放電のリスクを低減できる。
【００２７】
またガス供給部２１における異常放電の生じ易さは、図６に示すＰａｓｃｈｅｎの法則からも説明できる。放電の生じやすさは、空間の大きさとその領域のガス圧力の積に依存する。図６は、ガス圧力ｐと空間の大きさｄの積（ｐｄ積）に対する、各種ガスにおける放電開始電圧を示し、放電開始電圧が高いほど放電が生じにくいことを示す。ガス供給部６の異常放電は、上部電極３と第１の平面状部材４の界面付近で生じる。通常上部電極３と第１の平面状部材４の界面付近のガス圧力は、１０〜１５Ｔｏｒｒである。よって図６からガス圧力が１５Ｔｏｒｒの場合、放電空間となるガス供給部６の孔径が１ｍｍ以下で放電開始電圧が高くなり異常放電が生じにくくなる。図５および図６での説明はあくまでもその傾向を示し、また放電空間も孔径のみではなく孔深さ方向もある程度影響する。よって、実際は孔径１ｍｍよりさらに小さい孔径とすることで異常放電発生抑制のマージンを拡大できる。実際本実施例では、ガス供給部６の孔径を０．５ｍｍとした。これによりガス供給部６での異常放電発生を大幅に抑制し、さらにガスの通過も容易になる構造を実現した。
【００２８】
さらに、図２、図３を用いて説明した本実施例に係るプラズマ処理装置では、放電空間１１からシャワープレートとして機能する第２の平面状部材５のガス孔１０を介して直接見通せる部材は第１の平面状部材４であり、プラズマ１６から活性な粒子が上部電極３に到達することはない（電子や励起された活性粒子は、第２の平面状部材５のガス孔１０、第２の溝９、第１の平面状部材４のガス孔８を通過する過程でガス分子または通過する部材側壁との衝突により消滅または脱励起するため上部電極３面に到達できない）。これにより第１の平面状部材４および第２の平面状部材５を石英等の材料で形成することで導体である金属で形成される上部電極部材からの金属汚染や異物の発生を防止できる。金属汚染の観点からはプラズマが腐食性の場合、特に有効である。
【００２９】
次に図１、図２、図３における第１の溝７および第２の溝９について説明する。本実施例では、第１の溝７および第２の溝９を第１の平面状部材４の表裏に形成し、その溝幅を３ｍｍ、溝高さを０．３ｍｍとした。第１の溝７および第２の溝９は、図３に示すように同心円状の同一径に配置されたガス孔を連結するように形成した。図３に示す構成では、同心円状に配置したガス孔の径方向のピッチを１０ｍｍ（径方向のガス孔間距離）とした。よって第１の溝７および第２の溝９の溝幅は各径に配置されるガス孔間が十分分離できる程度の幅として３ｍｍ（各径間のガス遮蔽幅７ｍｍ）とした。また第１の溝７および第２の溝９の溝の溝高さは該溝内での異常放電を抑制する目的で０．３ｍｍとしている。プラズマ形成に用いる高周波電力の電界は、上部電極３、第１の平面状部材４および第２の平面状部材５の厚み方向に作用する。よって、該電界は第１の溝７および第２の溝９の溝高さ方向に作用することになり、異常放電の防止には該溝高さが重要なパラメータとなる。図６に空間での放電しやすさの目安として用いられるパッシェンの法則に基づく放電開始電圧のｐｄ積（電界作用方向の距離と圧力の積）依存性を示す。図６から横軸であるｐｄ積（電界作用方向の距離と圧力の積）が１．５Ｔｏｒｒ・ｃｍ以下の場合、放電開始電圧が急激に高くなることが確認できる。放電開始電圧が高くなるということは、放電が発生しにくくなることを意味する。本実施例では放電空間１１の処理圧力が１×１０−３Ｔｏｒｒから０．１５Ｔｏｒｒの範囲であり、ガス流量は最大２０００ｓｃｃｍである。この使用条件では、第１の溝７および第２の溝９部の圧力は最大１５Ｔｏｒｒ程度となる。第１の溝７および第２の溝９内の最大圧力と図６とから、異常放電の防止には溝高さ×圧力（ｐｄ積）が１．５Ｔｏｒｒ・ｃｍ以下となることが望ましいと言える。よって、第１の溝７および第２の溝９の溝高さを１ｍｍ以下とすることで異常放電を抑制できることがわかる。本実施例では、さらに安全性を高める目的で第１の溝７および第２の溝９の溝高さを０．３ｍｍ（ｐｄ積０．５Ｔｏｒｒ・ｃｍ以下）とした。第１の溝７および第２の溝９の溝幅（本実施例では３ｍｍ）を比較的大きくできることで溝高さが０．３ｍｍと異常放電に対して十分マージンを持っても平面方向のガスコンダクタンスを十分確保することができ、図３に示した各径内に均一なガスを供給することが可能となる。また溝幅は、あまり広くすると上部電極３、第１の平面状部材４、第２の平面状部材５それぞれの接触面積が小さくなってしまう。通常上部電極は上部電極温度制御手段２４により温度制御されており、接触面積が小さいと各部材間での熱伝達が十分行えず、特にプラズマに接する第２の平面状部材５の温度制御が困難となる。よって、溝幅は各部材間の接触面積が５０％以上確保できる程度の幅を有することが望ましい。また図３に示す構成では、第１の溝７および第２の溝９を同心円状に配置したが、各ガス孔を連結してガス流路として作用するならば放射状やら螺旋状、格子状に配置してもよい。但し、電界分布を考慮すると同心円状や格子状が望ましい。
【００３０】
本実施例における図１、図２、図３に示す構成では、第１の平面状部材４および第２の平面状部材５の材質を石英（ＳｉＯ２）としたが、他に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化アルミニュウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）およびケイ素（Ｓｉ）を用いても同様な効果があることは言うまでもない。また、図１、２、３に示す構成では、第１の平面状部材４および第２の平面状部材５の材質を同一材料（石英）で構成したが、前記したＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉおよび石英を組み合わせても同様な効果があることは言うまでもない。特に第２の平面状部材はプラズマ１６に接するため、耐プラズマ性の高さを優先して選択することが望ましい。例えば、第２の平面状部材をＹ２Ｏ３で構成し、第１の平面状部材をＹ２Ｏ３またはその他の材料で構成することで、プラズマによる消耗が少なく本実施例の効果を有した装置が実現可能となる。また被加工試料２に対面する位置に配置される上部電極３は、プラズマの生成と被加工試料２に印加される高周波電圧の対向アースとしての機能を有する。プラズマ生成や被加工試料２に印加される高周波電圧の対向アースの効果には第１の平面状部材４および第２の平面状部材５の導電性や誘電率が影響する。これら観点と前記したプラズマ耐性の観点からも第１の平面状部材４および第２の平面状部材５の材質の組み合わせを考慮することがある。例えば、実施例に示した第１の平面状部材４と第２の平面状部材５を共に石英（ＳｉＯ２）で形成する場合は、プラズマ生成の面では誘電率が低い（石英の比誘電率は約４）ことでプラズマ均一化に有利であるが、対向アースとしては誘電率が低いためインピーダンスが高くなることで不利となる。そこで第１の平面状部材４を石英で構成し、第２の平面状部材５を誘電率が高く対向アースとしてのインピーダンスを低くできるＹ２Ｏ３（Ｙ２Ｏ３の比誘電率は約１１で石英に比べ約２．７５倍高い）で構成することで、実施例に記載した構成に対して対向アースとしての機能を高められると同時にプラズマ耐性を高めることが可能となる。
【００３１】
本実施例では、プラズマの形成に２００ＭＨｚの高周波電力、被加工試料２に印加する高周波電力を４ＭＨｚとしたが、他の周波数によるプラズマ生成および被加工試料バイアスを実施する場合においても本発明は同様な効果があることは言うまでもない。また同様にソレノイドコイル１５による磁場の無い構成においても同様な効果があることは言うまでもない。
【００３２】
また、本実施例では、第２の平面状部材５のガス孔数に対して第１の平面状部材４のガス孔８の数および上部電極３に施されたガス供給部６の数は半分としたが、同等な数またはさらに減少させた数形成してもそれぞれの位置が平面状で一致しないように配置せれていれば同様な効果があることは言うまでもない。
【００３３】
また、本実施例では、第１の平面状部材４のガス孔８および第２の平面状部材５のガス孔１０の孔径を０．４〜０．５ｍｍとしたが、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲のガス孔径を用いても同様な効果があることは言うまでもない。
【００３４】
また、本実施例では上部電極３をアルミまたはスレンレス等の金属で形成したが、その表面および原料ガスが接する部分を酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニュウム）Ａｌ２Ｏ３、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、ポリイミドのいずれかでコーティングすることで汚染や異物のさらなる低減を図ることが可能となる。
【００３５】
図１〜図３に示す構成を有するプラズマエッチング装置を用いて、シリコンウエハ上に形成された半導体膜や絶縁膜をエッチングしたところ、従来に比してガスの均一性、再現性が改善され、放電条件が緩和され、ウエハ汚染や付着異物が低減された。
【００３６】
以上、本実施例によれば、平行平板型のプラズマ処理装置であっても、広域なプロセス条件での安定したプラズマ生成と均一性や再現性に優れた加工性能を有するプラズマ処理装置を提供することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、半導体装置の製造装置、特にリソグラフィー技術によって描かれたパタンをマスクに半導体材料のエッチング処理を行うプラズマエッチング装置に関する。本発明により、被加工試料の対面する位置に配置した平面状のガス供給手段からの均一かつ再現性や安定性の高いガス供給が可能となる。さらに、該平面状のガス供給手段部での異常放電や汚染の発生抑制マージンを大幅に拡大できることで、これら防止のために通常実施する放電条件の制約を大幅に緩和することが可能となる。以上の結果、加工速度の均一性および加工形状の均一性やその再現性を向上させることが可能なプラズマ処理装置が実現できる。
【符号の説明】
【００３９】
１…被加工試料設置手段、２…被加工試料、３…上部電極、４…第１の平面状部材、５…第２の平面状部材、６…上部電極に形成されたガス供給部、７…第１の溝、８…第１の平面状部材４のガス孔、９…第２の溝、１０…第２の平面状部材５のガス孔、１１…放電空間、１２…整合器、１３…高周波電源、１４…真空容器、１５…ソレノイドコイル、１６…プラズマ、１７…高周波電源、１８…整合器、１９…冷却手段、２０…上部電極、２１…ガス供給部、２２…シャワープレート、２３…シャワープレート２２のガス孔、２４…上部電極温度制御手段、２５…等電位面、２６…電界。
【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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