(57)【要約】【課題】反応容器に反応ガスを導入・排出する開口体に設けた貫通孔による反応容器外部への影響を低減し、反応容器内の雰囲気を均一化する。【解決の手段】密閉反応容器の反応ガスの出入り口に設けた開口体２の貫通孔２１が円形に配列されており、中心軸に対して傾斜させてあり、開口体２を通じて反応容器内に生じた反応の影響が外部に伝達されるのが阻止される。貫通孔２１が複数同心円上に対称にかつ垂直軸に対して傾斜して形成してあるので、開口体を通過したガスは渦流となり、反応容器内の雰囲気を均一化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの導入・排出用の貫通孔を有する盤状の開口体であって、貫通孔が同心円上に配列されており、かつ、貫通孔が円の中心軸に対して傾斜している開口体。
【請求項２】
請求項２において、同心円が２以上である開口体。
【請求項３】
請求項１または２において、貫通孔が同心円の中心軸に関して線対称に配列されている開口体。
【請求項４】
請求項３において、同心円上に配列された貫通孔の傾斜方向が、開口体を通過したガスが中心軸の周りの渦流となるものである開口体。
【請求項５】
開口体の素材の盤体を傾斜ターンテーブル上に設置し、ターンテーブルをその中心軸に対して回転させて位置決めし、中心軸からの同心円上に垂直方向から穿孔して中心軸に対して傾斜した貫通孔を形成する開口体の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、穿孔位置を傾斜ターンテーブルの最下点と最上点を結ぶ線上以外の位置において垂直方向に穿孔する開口体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通孔を有する開口体、例えば半導体素子の製造過程におけるアッシング装置やエッチング装置などにおいて、微細な貫通孔が設けてあるプラズマ生成用の電極である開口体、または、処理ガスを石英ガラス製の反応容器中への導入、または、排出する際のガス流路となる微細な貫通孔を有する開口体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエーハのエッチング工程に使用されるプラズマエッチング装置は、図９に示すように、反応性ガスによる低温プラズマ中の活性化原子（ラジカル）と試料の化学反応により揮発性化合物を作り試料を加工するものである。プラズマエッチングの代表例ではフレオン(ＣＦ4)ガスを用いて、シリコンをエッチング加工するもので、フレオンの解離により生成した原子状フッ素とウエーハ上のシリコンがＳｉＦ4ガスを形成して固体から気化して表面のエッチングがなされる。
【０００３】
このプラズマエッチング用電極２は、図１０に示すように、一般には単結晶シリコン製の肉厚の円盤のその片側の周面を面取り加工し、平坦な盤面をレーザー加工やドリル加工により、多数の貫通孔２１を形成して処理ガスの流路とした開口体である。
このガス流路となるφ０．１〜０．５ｍｍの貫通孔２１は、電極面に対して垂直に形成されている。この電極２は図９に示すように保持用リング３を介して、プラズマエッチング装置１に取り付けられ、電極２の直下に間隙をおいてウエーハ４が対向設置されてプラズマエッチング処理される。
プラズマエッチング装置のシリコン製電極だけでなく、開口体としては、密閉反応容器への反応ガスの出入り口に設けられる石英ガラス製のガス導入板、もしくはガス噴出板が挙げられる。
【０００４】
従来の開口体の貫通孔は、盤面に垂直に形成されており、反応容器に設置された場合、反応容器内での反応の影響が貫通孔を通じて源流側に遡り易いものであった。この影響を減少させるために、貫通孔の断面積を小さくするなどの対策が講じられているが、断面積を小さくすると流量の確保が難しくなり、必要流量確保のために貫通孔の数を増加させなければならず、製造コストの上昇となる。
【０００５】
複数の貫通孔２１を設けた場合、反応容器内の雰囲気を均一にするためには、貫通孔の配置は、開口体面に均一に設けなければならず、図１０に示すように中心軸に対して対称に貫通孔２１を配置していた。
この貫通孔の加工形成方法は、ＸＹ軸で動くテーブル上に石英ガラス円盤等のワークを固定し、Ｚ軸方向に上下動するドリルで貫通孔を形成していた。
【０００６】
ワークをテーブル上に傾斜させることで斜めの貫通孔を盤体に形成することは可能であるが、複数の貫通孔を盤体の中心軸に対して線対称に形成することができず、反応容器内に導入されるガス流の中心軸に関する対称性が崩れ、容器内の雰囲気を均一にできないものであった。
【特許文献１】特開平１０−１３９５４７号公報
【特許文献２】特開２０００−２８６２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、開口体に形成する貫通孔の配列及びその方向を特定のものとすることによって反応容器内での反応の影響を反応容器外部に与え難くし、また、開口体を通過したガスが渦流となるようにして反応容器内の雰囲気を均一化するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ガスの導入・排出用の貫通孔を有する盤状の開口体であって、貫通孔が同心円上に配列されており、かつ同心円の中心軸に対して傾斜させることによって開口体を通過したガスが渦流となるようにしたものである。
更に、同心円は、２以上であり、貫通孔を同心円の中心軸に関して線対称に形成することによってガス流は渦流となって反応容器内の雰囲気を均一化する。
この開口体を製造するため、素材の盤体を傾斜したターンテーブル上に設置し、ターンテーブルをその中心軸に対して回転させて穿孔位置を決定し、中心軸からの同心円上に垂直方向から穿孔して中心軸に対して傾斜した貫通孔を形成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の開口体は、貫通孔が開口体の中心軸に対して傾斜させてあるので、反応容器内の反応の影響が貫通孔を含め、外部に伝わりにくい構造となる。
すなわち、貫通孔の開口部同士が２次元的に重ならないようにずらした配置となっているので、物理的に遮蔽されて、開口体の内外部それぞれの環境への影響を低減することができる。例えば、遮光性の開口体の場合、開口体の中心軸の延長線上に配置した点光源から発した光線を遮蔽することができる。この特性により、反応容器内での反応により生成されたエネルギー線や蛍光などの発光現象による外部に対する影響を開口体で遮断することができる。
開口体に設ける傾斜貫通孔を複数とし、それらを開口体の中心軸に対して線対称に配列することで、貫通孔を通過したガスは、反応容器内において渦流となり、反応容器内の反応領域へ効率良くガスを供給すると共に、反応容器内の雰囲気を均一化するなど制御する。
【００１０】
ＸＹ軸方向に移動可能なテーブル上に傾斜可能なターンテーブルを設けたので、ターンテーブルの回転軸を中心とする同心円上にワークの中心軸に対して傾斜した貫通孔を容易に中心軸に対して線対称に形成することができる。
傾斜ターンテーブル上での穿孔位置を適宜に選択することによって、任意な方向性を持たせた貫通孔を有する開口体を形成することができ、貫通孔を通ったガスに渦流を生じさせることができる。
貫通孔の傾斜角度、傾斜方向を任意に組み合わせることによって、排気系の位置による不均一化の改善や側壁への付着の低減を図るために、反応容器内へのガスの供給や排出方向をコントロールして、ガスの流れや反応容器内の雰囲気を制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１及び図２に示すように、開口体２は、φ５０ｍｍ×６ｍｍの石英ガラス円盤の表面に２０度の傾斜角で中心軸に向かうφ０．２ｍｍの貫通孔２１を３つの同心円上に配列したものであり、かつ、貫通孔２１は、中心軸Ｃとは交差せず、中心軸Ｃを巻くように形成してある。
したがって、貫通孔２１を通過したガスは中心軸Ｃを巻く渦流となり、反応室内の雰囲気を均一化することができる。また、貫通孔２１が盤面に対して傾斜しているため、反応室内の状態変化等が貫通孔２１を通じて外部に伝わるのを防止することができる。
【００１２】
図３は、盤体に傾斜貫通孔を中心軸Ｃに対して線対称に形成するための加工装置の概念図を示したものであり、ＸＹ軸方向に移動可能であるとともに傾斜可能なターンテーブル５とＸＹ平面に垂直なＺ軸方向の穿孔装置６からなるものであり、傾斜角をθで示している。
開口体２に形成される貫通孔の傾斜角度に等しく傾斜させたターンテーブル５の回転中心軸Ｃと開口体２の素材の中心を合致させてセットし、中心軸Ｃから適宜の距離に穿孔装置６が位置するようにターンテーブルを移動させて位置決めし、穿孔して貫通孔２１を形成する。次にターンテーブル５を所定の角度回転して穿孔することによって図２のように円周上に配列された貫通孔２１が形成される。
【００１３】
ターンテーブル５の移動によって穿孔装置６の位置を最初の位置より中心軸から離れた位置に位置決めし、同様に穿孔することによって、最初に形成された貫通孔２１とは同心円上に貫通孔が形成される。
従って、盤体に設けた貫通孔の角度は、ターンテーブルの基準平面（Ｘ’−Ｙ’平面）と加工機の水平基準面（Ｘ−Ｙ平面）の垂線とからなる角度となり、貫通孔の内外面の開口部同士が２次元的に重なり合わないように、開口体の厚さに応じて任意の角度として貫通孔の開口部を任意にずらすことが可能となる。
穿孔装置６の固定位置を適宜に選択することによって、貫通孔２１の傾斜方向を決めることができるとともに、形成された貫通孔２１は常に中心軸に対して線対称となる。
【００１４】
貫通孔２１の傾斜方向については、傾斜ターンテーブル５の最上点Ａと最下点Ｂを結ぶ線Ｌ１と中心軸Ｃを通りＬ１に直行する線Ｌ２で区画される領域によって決まる。図４及び図５に示すように、Ｌ１上で中心軸ＣよりＲ１の距離の上側領域で垂直方向に貫通孔２１を穿孔すると、貫通孔２１はターンテーブル５の傾斜角（θ）と等しい傾斜孔となり、その穿孔方向の延長線は、矢印でしめす回転中心軸Ｃに向かうものとなり、ターンテーブル５を一定角度回転して穿孔していくと、貫通孔２１は逆向きの円錐形の一部を形成するものとなる。中心軸Ｃからの距離Ｒ２の位置に穿孔装置を移動させて穿孔すると、同じ向きの貫通孔２１が同心円に形成され、図１に示す断面形状の開口体２が得られる。
【００１５】
Ｌ１上で中心軸Ｃより下側の領域で垂直方向に貫通孔２１を穿孔すると、貫通孔２１はターンテーブル５の傾斜角（θ）と等しい傾斜孔となり、その延長線は中心軸Ｃから離れるが、上方への延長線は中心軸Ｃに向かうものとなり、ターンテーブル５を一定角度回転して円形状に穿孔していくと、貫通孔２１は円錐形の一部を形成するものとなる。穿孔位置を同心円上で変えることにより、図６に示すように、穿孔方向が中心軸Ｃに向かうものと離れるものとが混在した開口体２を形成することができる。
【００１６】
穿孔位置を線Ｌ１からはずし、線Ｌ２より上方の領域で垂直方向に穿孔すると、貫通孔２１の延長線は中心軸Ｃとは交差せずにねじれの位置関係となるので、貫通孔２１は中心軸を巻く形状に形成される。したがって開口体２の貫通孔２１を通過したガスは中心軸に向かう渦流となる。
また、線Ｌ２より下方の領域で穿孔すると、形成された貫通孔２１は、中心軸Ｃから離れる方向に向かうものとなり、開口体２の貫通孔２１を通過したガスは中心軸Ｃから離れる外向きの渦流となる。
線Ｌ２の上で穿孔した場合、貫通孔２１は平面視では、円の接線方向に向かうものとなる。
【００１７】
従って、穿孔位置を線Ｌ１上からはずした場合の貫通孔２１の傾斜方向については、渦流の巻き込み方向、巻き込み角度といえ、同心円上に加工された貫通孔２１の中心軸Ｃがターンテーブル５の基準平面（Ｘ’−Ｙ’平面）に投影してできる線と、基準平面上の同心円の接線からなる角度となり、同一円周上に開けた穿孔位置が線Ｌ１より遠ざかるにつれて、より緩やかな巻き込み角度を持った渦流となる。
ターンテーブル５の回転により穿孔した線対称に配置された貫通孔の投影図を図７に示す。図７の（ａ）は、図４のａ点の位置でターンテーブルの回転（９０度毎に穿孔：１回転）により線対称に開けた貫通孔２１の投影図である。矢印は貫通孔２１の向きを表わしている。図７の（ｂ）は、図４のｂ点で穿孔し、ターンテーブル５の回転で線対称に開けた貫通孔２１の投影図、図７の（ｃ）は、図４のｃ点での貫通孔の投影図である。
このように穿孔位置を傾斜ターンテーブルの最下点と最上点を結ぶ線Ｌ１上以外の位置とした場合は、開口体を通過したガスは、中心軸の周りの渦流となり、線Ｌ１上に穿孔した場合は、中心軸に向かう或いは遠ざかるガス流となる。
【００１８】
各同心円毎に穿孔位置を任意に選択して、貫通孔の傾斜方向を任意に組合わせることにより、例えば反応室のプラズマ発生領域にガスを効率良く供給して、ガス（未反応ガス、あるいは反応後のガス）の反応容器内壁への付着を極力防止すると共に、ガスの均一拡散による雰囲気の安定化を図ることが可能となる。
【００１９】
図８（１）に示す写真は、φ５０ｍｍ×６ｍｍの石英ガラス円盤を１０、２０、３０度の傾斜角に傾斜させたターンテーブル上に設置し、ターンテーブルの中心からの同心円上に、レーザー加工でφ０．２ｍｍの貫通孔を形成したものの断面写真である。
図８（２）は、φ５０ｍｍ×６ｍｍのシリコン円盤をダイヤモンドドリルを用いてφ０．５ｍｍの貫通孔を形成したものの断面写真である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の開口体の断面図。
【図２】本発明の開口体の平面図。
【図３】傾斜貫通孔加工装置の概念図。
【図４】貫通孔の穿孔位置と傾斜方向の説明図。
【図５】貫通孔の穿孔位置と傾斜方向の説明図。
【図６】傾斜方向の異なる貫通孔を有する開口体の断面図。
【図７】線対称に配置された貫通孔の投影図。
【図８】本発明方法によって形成した傾斜貫通孔の断面写真。
【図９】開口体の電極を使用したプラズマエッチング装置の断面図。
【図１０】従来の開口体の断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１    プラズマエッチング装置
２    開口体（電極）
２１  貫通孔
３    保持用リング
４    ウエーハ
５    ターンテーブル
６    穿孔装置
【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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【図７】
2007067005.tif 000009
【図９】
2007067005.tif 000010
【図１０】
2007067005.tif 000011
【図８】
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