(57)【要約】【課題】電極板の洗浄回数を減らすことができ、洗浄から次の洗浄までのプラズマエッチング時間を一層長くして、効率良く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。【解決手段】電極板３は、厚さ方向に貫通する通気孔１１が複数設けられてなり、通気孔１１は、放電面３ａに開口して設けられる小径の第１穴部２１と、その反対面３ｂ側に開口して設けられ第１穴部２１より穴径が大きい大径の第２穴部２２とが互いに連通して形成されており、第１穴部２１と第２穴部２２との接続部には、第１穴部２１の開口を取り囲むようにリング状の凹溝部２３が設けられ、凹溝部２３の内周壁面と第１穴部２１の内壁面とで形成される立壁部２４が設けられている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置内において被処理基板と対向配置されるプラズマ処理装置用電極板であって、厚さ方向に貫通する通気孔が複数設けられてなり、前記通気孔は、前記被処理基板側に位置する放電面に開口して設けられる小径の第１穴部と、その反対面側に開口して設けられ該第１穴部より穴径が大きい大径の第２穴部とが互いに連通して形成されており、前記第１穴部と前記第２穴部との接続部には、前記第１穴部の開口を取り囲むようにリング状の凹溝部が設けられ、該凹溝部の内周壁面と前記第１穴部の内壁面とで形成される立壁部が設け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。
【請求項２】
前記第１穴部が形成された放電側電極構成板と、前記第２穴部が形成された固定側電極構成板とを積層して設けられ、前記放電側電極構成板の前記固定側電極構成板との積層面に、前記凹溝部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用電極板。
【請求項３】
前記立壁部の先端部の厚みが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の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、チャンバー内に、高周波電源に接続される上部電極と下部電極とを、例えば、上下方向に対向配置し、下部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で使用される上部電極として、一般に、シリコン製の電極板を冷却板に固定し重ね合わせた積層電極板が用いられており、プラズマ処理中に上昇する電極板の熱は、冷却板を通して放熱されるように構成されている。
このような上部電極を用いてプラズマ処理を行うと、上部電極に設けられた通気孔のエッチングガス流出側はプラズマの発生により温度が高くなるが、一方で、通気孔のエッチングガス流入側は冷却板により冷却されていることから温度が低くなる。そのため、長時間プラズマエッチングを行うと、温度の低いエッチングガス流入側近傍の通気孔内壁面にエッチングガス中のＣＨＦ３またはＣＦ４などが反応して生成された固体のＣｘＨｙＦｚが付着して（以下、この付着物をデポ物という）、通気孔内壁面に堆積したデポ物が脱落することによりパーティクルとなる。そして、このパーティクルが被処理基板に付着することにより、被処理基板に不良が発生することがある。
【０００４】
そこで、特許文献１では、上部電極の通気孔内壁面を粗面にするなどして凹凸を形成し、その凹凸によるアンカー効果によって、デポ物が長時間脱落することを防止する工夫がなされている。
特許文献２では、上部電極の通気孔内壁面に断面鋸刃状の溝を形成し、また、その溝の底部を溝の開口部よりも下方に位置するように傾斜させて設けることにより、エッチングガスの流れ方向に対するデポ物のアンカー効果を高めて、通気孔内壁面に付着したデポ物が長時間脱落することを防止し、次の洗浄までの時間を延ばす工夫がなされている。
また、特許文献３では、通気孔のエッチングガス流入側近傍の穴径を大きくすることで、エッチングガス流入側近傍のエッチングガスの流速を緩め、通気孔内壁に付着したデポ物の脱落を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９６４９１号公報
【特許文献２】特開２００９−１５２２３１号公報
【特許文献３】特開２００１−１０２３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のように、通気孔内壁面に凹凸や溝を設けてデポ物のアンカー効果を高める構成とした場合や、特許文献３のように、エッチングガスの流速を緩めてデポ物の脱落を防止する構成とした場合であっても十分とは言えない。デポ物の付着量が多くなると洗浄が行われるが、洗浄までの時間を長くして、プラズマエッチング時間を長くすることが求められている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電極板の洗浄回数を減らすことができ、洗浄から次の洗浄までのプラズマエッチング時間を一層長くして、効率良く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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電極板は、プラズマ処理装置内において被処理基板と対向配置されるプラズマ処理装置用電極板であって、厚さ方向に貫通する通気孔が複数設けられてなり、前記通気孔は、前記被処理基板側に位置する放電面に開口して設けられる小径の第１穴部と、その反対面側に開口して設けられ該第１穴部より穴径が大きい大径の第２穴部とが互いに連通して形成されており、前記第１穴部と前記第２穴部との接続部には、前記第１穴部の開口を取り囲むようにリング状の凹溝部が設けられ、該凹溝部の内周壁面と前記第１穴部の内壁面とで形成される立壁部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
通気孔のエッチングガス流入側（電極板の反対面側）は冷却板により冷却されていることから温度が低くなり、第２穴部のエッチングガス流入側近傍にデポ物が生成、付着することがあるが、付着したデポ物が脱落しても、第１穴部と第２穴部との接続部に設けた凹溝部に堆積させて保持することができる。また、エッチングガスの流れに沿って堆積したデポ物が第１穴部に運ばれるのを立壁部で阻止できるので、デポ物が落下して被処理基板にパーティクルが付着することを防止できる。これにより、電極板の洗浄を必要とするまでの使用寿命が長くなり、洗浄回数を減らすことができるので、効率良くプラズマ処理を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の電極板は、前記第１穴部が形成された放電側電極構成板と、前記第２穴部が形成された固定側電極構成板とを積層して設けられ、前記放電側電極構成板の前記固定側電極構成板との積層面に、前記凹溝部が形成されているとよい。
両電極構成板に加工を施した後に積層して電極板を構成するので、各電極構成板においては小径の通気孔や細幅の凹溝部を容易に加工することができる。また、放電側電極構成板の積層面に立壁部を設ける際に、形成される凹溝部の溝幅を広くして、その外周壁面を積層される固定側電極構成板の第２穴部の穴径よりも大きく加工することもできる。この場合、デポ物を収納する部分を増やすことができる。
【００１１】
本発明の電極板において、前記立壁部の先端部の厚みが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設けられているとよい。
立壁部の先端部の厚みが０．０５ｍｍ未満であると、その先端部で放電が起こり易くなったり、先端部が欠けたりして、パーティクルを誘発するおそれがある。また、先端部の厚みが０．５ｍｍを超えると、上方から落下してくるデポ物を凹溝部に溜めることが難しくなり、パーティクルの抑制効果が低下する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、デポ物が落下して被処理基板にパーティクルが付着することを防止できるので、電極板の洗浄回数を減らすことができるとともに、洗浄を必要とするまでの使用寿命を長くすることができるので、効率良くプラズマ処理を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の電極板を、放電面の反対側から見た要部平面図である。
【図３】図２に示す電極板の要部断面図である。
【図４】本発明の電極板の第２実施形態を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の電極板の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
まず、この電極板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１について説明する。
このプラズマエッチング装置１は、図１の概略断面図に示されるように、真空チャンバー２内の上部に電極板（上部電極）３が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台（下部電極）４が電極板３と相互間隔をおいて平行に設けられている。この場合、上部の電極板３は絶縁体５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の上には、静電チャック６と、その周りを囲むシリコン製の支持リング７とが設けられており、静電チャック６の上に、支持リング７により周縁部を支持した状態でウエハ（被処理基板）８を載置するようになっている。また、真空チャンバー２の上部にはエッチングガス供給管９が設けられ、このエッチングガス供給管９から送られてきたエッチングガスは拡散部材１０を経由した後、電極板３に設けられた通気孔１１を通してウエハ８に向かって流され、真空チャンバー２の側部の排出口１２から外部に排出される構成とされている。一方、電極板３と架台４との間には高周波電源１３により高周波電圧が印加されるようになっている。
【００１５】
また、電極板３は、シリコンによって円板状に形成されており、そ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１４が固定され、この冷却板１４にも電極板３の通気孔１１に連通するように、この通気孔１１と同じピッチで貫通孔１５が形成されている。そして、電極板３は、背面が冷却板に接触した状態でねじ止め等によってプラズマ処理装置１内に固定される。電極板３の詳細構造については後述する。
【００１６】
プラズマエッチング装置１では、高周波電源１３から高周波電圧を印加してエッチングガスを供給すると、このエッチングガスは拡散部材１０を経由して、電極板３に設けられた通気孔１１を通って電極板３と架台４との間の空間に放出され、この空間内でプラズマとなってウエハ８に当り、このプラズマによるスパッタリングすなわち物理反応と、エッチングガスの化学反応とにより、ウエハ８の表面がエッチングされる。
また、ウエハ８の均一なエッチングを行う目的で、発生したプラズマをウエハ８の中央部に集中させ、外周部へ拡散するのを阻止して電極板３とウエハ８との間に均一なプラズマを発生させるために、通常、プラズマ発生領域１６がシリコン製のシールドリング１７で囲われた状態とされている。
【００１７】
次に、電極板３の詳細構造について図２及び図３を参照しながら説明する。
本実施形態の電極板３には、厚さ方向に平行に貫通する通気孔１１が複数設けられている。この通気孔１１は、プラズマエッチングを行う際に、電極板３とウエハ８との間にエッチングガスを供給するために用いられる。なお、電極板３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円板状に形成されている。
【００１８】
通気孔１１は、図２及び図３に示すように、小径の第１穴部２１と、第１穴部２１より大径の第２穴部２２とが同一軸芯上に互いに連通して形成されている。第１穴部２１は電極板３の放電面３ａに開口し、第２穴部２２は放電面３ａの反対面３ｂに開口して設けられている。
第１穴部２１と第２穴部２２との接続部、言い換えれば、第２穴部２２の底面には、第１穴部２１の開口を取り囲むようにリング状の凹溝部２３が設けられており、この凹溝部２３の内周壁面と第１穴部２１の内壁面とで形成される立壁部２４が形成されている。
なお、通気孔１１は、両穴部２１，２２のドリル加工後に、レーザー加工により凹溝部２３を加工して形成される。例えば、板厚ｔが１０ｍｍとされる電極板３に対して、第１穴部２１の穴径ｄ１は０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、第２穴部２２の穴径ｄ２は０．８ｍｍ以上３ｍｍ以下に形成されている。また、第２穴部２２の長さＬ２は５ｍｍに形成されており、その第２穴部２２の底面に深さｘが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の凹溝部２３が設けられ、立壁部２４の先端部の厚みｗは０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に形成されている。
また、両穴部２１，２２は、レーザー加工により形成することもでき、両穴部２１，２２の加工後に、凹溝部２３をレーザー加工により形成することで、通気孔１１をレーザー加工のみで形成することができる。
【００１９】
このように構成した電極板３においては、プラズマ処理中に、反対面３ｂ近傍に位置する通気孔１１の内壁面に付着したデポ物が脱落しても、第１穴部２１と第２穴部２２との接続部に設けられたリング状の凹溝部２３に堆積させて保持することができる。また、エッチングガスの流れに沿って堆積したデポ物が、第１穴部２１に運ばれるのを立壁部２４で阻止できるので、デポ物が落下してウエハ８にパーティクルが付着することを防止できる。これにより、電極板の洗浄を必要とするまでの使用寿命が長くなり、洗浄回数を減らすことができるので、効率良くプラズマ処理を行うことができる。
【００２０】
図４は、本発明の第２実施形態を示している。
この第２実施形態の電極板３０においては、図４に示すように、放電側電極構成板３１と固定側電極構成板３２とを積層した構成とされている。そして、両電極構成板３１，３２には、それぞれ厚さ方向に平行に貫通する穴部２１，２２が多数設けられている。これら放電側電極構成板３１に形成された第１穴部２１と、固定側電極構成板３２に形成された第２穴部２２とは、積層した状態では同一軸芯上に互いに連通して配置され、通気孔４１を形成する。
また、放電側電極構成板３１には、固定側電極構成板３２との積層面に、第１穴部２１の開口を取り囲むようにリング状の凹溝部２５が設けられており、この凹溝部２５の内周壁面と第１穴部２１の内壁面とで形成される立壁部２６が形成されている。また、凹溝部２５は、第２穴部２２の内壁面の下方位置に、その内壁面から半径方向外方に潜り込むように形成されており、凹溝部２５の内周壁面の直径は、第２穴部２２の穴径ｄ２より小さいが、凹溝部２５の外周壁面の直径ｄ３は、固定側電極構成板３２の第２穴部２２の穴径ｄ２よりも大きく形成されている。
この場合、両電極構成板３１，３２の両穴部２１，２２はドリル加工により形成しており、放電側電極構成板３１の凹溝部２５はレーザー加工又はエンドミル加工により形成している。
【００２１】
両電極構成板３１，３２に穴部２１，２２及び凹溝部２５の加工を施した後に積層して、電極板３０を構成するので、各電極構成板３１，３２に小径の穴部や細幅の凹溝部を容易に加工することができる。また、放電側電極構成板３１の積層面に形成される凹溝部２５は、立壁部２６を設ける際に、凹溝部２５の溝幅を広く加工して、凹溝部２５の外周壁面を、積層される固定側電極構成板３２の第２穴部２２の穴径ｄ２よりも大きく加工することができる。この場合、デポ物を収納する部分を増やすことができるので、電極板の洗浄を必要とするまでの時間を更に長くすることができる。
その他の構成は、第１実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２２】
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。
例えば、上記実施形態においては、凹溝部を、ドリル加工及びレーザー加工により形成したが、超音波加工を利用することもできる。
また、通気孔を構成する両穴部は、電極板の厚さ方向に平行に形成されるものでなくてもよいし、同軸芯上に設けられるものでなくてもよい。例えば、両穴部を屈曲状態に接続される構成としてもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１  プラズマエッチング装置
２  真空チャンバー
３，３０  電極板
３ａ  放電面
３ｂ  反対面
４  架台
５  絶縁体
６  静電チャック
７  支持リング
８  ウエハ
９  エッチングガス供給管
１０  拡散部材
１１，４１  通気孔
１２  排出口
１３  高周波電源
１４  冷却板
１５  貫通孔
１６  プラズマ発生領域
１７  シールドリング
２１  第１穴部
２２  第２穴部
２３，２５  凹溝部
２４，２６  立壁部
３１  放電側電極構成板
３２  固定側電極構成板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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