(57)【要約】【課題】被処理基板に面内均一なプラズマ処理を行わせることができるとともに、プラズマの逆流を確実に防止して冷却板の損傷及び被処理基板の汚染を防ぐ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】厚さ方向に貫通する複数の通気孔１１が設けられるとともに、各通気孔１１は、放電面２１に開口する噴出側孔部２２と、その反対面に開口する導入側孔部２３とを厚さ方向の中間部で連結してなり、噴出側孔部２２は、導入側孔部２３との連結部２４から放電面２１に向かうにしたがって相互に離間する方向に傾斜する複数の細孔２５により構成され、導入側孔部２３は、連結部２４における横断面積と同じか又はそれより小さい横断面積を有し、各細孔２５の長さ方向に対して交差する方向に形成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通する複数の通気孔が設けられるとともに、各通気孔は、放電面に開口する噴出側孔部と、その反対面に開口する導入側孔部とを厚さ方向の中間部で連結してなり、前記噴出側孔部は、前記導入側孔部との連結部から放電面に向かうにしたがって相互に離間する方向に傾斜する複数の細孔により構成され、前記導入側孔部は、前記連結部における横断面積と同じか又はそれより小さい横断面積を有し、前記各細孔の長さ方向に対して交差する方向に形成さ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】
前記導入側孔部は、厚さ方向に対して交差する方向に傾斜し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。
【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。
この場合、電極板に設けられる通気孔は、通常は、その厚さ方向に平行に形成されるが（特許文献１参照）、エッチングの面内均一性を向上させるために特許文献２記載の電極板が提案されている。
【０００４】
この特許文献２においては、ガス噴出孔（通気孔）は、深さが電極板の厚さよりも浅くかつ軸が電極板の厚さ方向になるように設けられている有底大径孔部分と、この有底大径孔部分の底部分から電極板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かって電極板の片面に貫通している複数の貫通細孔とから構成されている。そして、電極板の厚さ方向に対して非平行な方向に向かってエッチングガスが流出するため、エッチングガスの流れが交差し、そのためにエッチングガスの流れが和らげながらウエハに衝突する。このため、エッチングの面内均一性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３‐２８９０６４号公報
【特許文献２】特開２００９‐３８２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電極板は、プラズマ処理を繰り返し行うことにより、プラズマにさらされる部分が削られて消耗するが、通気孔においてはプラズマの一部がエッチングガスの流れに逆らって逆流する現象が生じる。この通気孔は厚さ方向に貫通しているため、通気孔から電極板の背面に向けてプラズマが入り込むと、冷却板の一部がスパッタされて、被処理基板が汚染されるおそれがある。特許文献２記載の電極板では、貫通細孔が傾斜しているので、プラズマが進入しにくいが、この貫通細孔に沿ってプラズマが進入すると、逆流を防止することが難しい。
【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、被処理基板に面内均一なプラズマ処理を行わせることができるとともに、プラズマの逆流を確実に防止して冷却板の損傷及び被処理基板の汚染を防ぐことができるプラズマ処理装置用電極板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置用電極板は、厚さ方向に貫通する複数の通気孔が設けられるとともに、各通気孔は、放電面に開口する噴出側孔部と、その反対面に開口する導入側孔部とを厚さ方向の中間部で連結してなり、前記噴出側孔部は、前記導入側孔部との連結部から放電面に向かうにしたがって相互に離間する方向に傾斜する複数の細孔により構成され、前記導入側孔部は、前記連結部における横断面積と同じか又はそれより小さい横断面積を有し、前記各細孔の長さ方向に対して交差する方向に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
傾斜した複数の細孔により噴出側孔部が構成されているので、放電面からプラズマ用ガスを細孔の傾斜方向に噴出する。したがって、各噴出側孔部からのプラズマ用ガスの流れが交差することにより、分散しながらガスが流れ、面内均一なプラズマ処理を行うことができる。また、噴出側孔部の各細孔が傾斜しているので、プラズマが進入しにくい。この噴出側孔部の機能は特許文献２記載の発明と同様である。
【００１０】
しかしながら、特許文献２記載の電極板では、プラズマが貫通細孔に沿って進入すると、この貫通細孔は有底大径孔部分の底部分に開口し、かつ有底大径孔部分の径が大きいため、有底大径孔部分の内部にまでプラズマが侵入し、その結果、冷却板に到達するおそれがある。
これに対して、本発明の電極板では、噴出側孔部に沿ってプラズマが上昇したとしても、導入側孔部は、噴出側孔部の各細孔の長さ方向と交差し、かつ連結部における横断面積と同じか小さい横断面積に形成されているので、その連結部から導入側通路にかけて横断面積を広げることなく屈曲した通路となり、これにより、連結部を越えてプラズマが逆流することが防止される。
【００１１】
本発明の電極板において、前記導入側孔部は、厚さ方向に対して交差する方向に傾斜しているとよい。
この場合も、噴出側孔部の各細孔は相互に傾斜しているので、この細孔の傾斜とともに導入側孔部の傾斜により、プラズマの逆流をより確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置用電極板によれば、ガスの流れを均一に保ち、被処理基板に面内均一なプラズマ処理を行わせることができるとともに、プラズマの逆流を確実に防止して冷却板の損傷を防ぐことができる。
【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実施形態の電極板の一部を省略した断面図である。
【図３】図２の電極板の通気孔部分の縦断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の電極板の通気孔部分の縦断面図であり、図４に対する変形例を示す。
【図６】本発明の第３実施形態の電極板の通気孔部分の縦断面図であり、図７のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面に相当する。
【図７】図６の電極板のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。
【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エッチング装置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、本発明の第１実施形態の電極板３の詳細構造について図２〜図４を参照しながら説明する。
この電極板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〜図４に示すように、プラズマ発生領域１６に向けられる放電面２１に開口する噴出側孔部２２と、その反対面に開口する導入側孔部２３とが厚さ方向の中間部で連結されて構成されている。噴出側孔部２２は、厚さ方向の中間位置に設けられる導入側孔部２３との連結部２４から放電面２１に向かうにしたがって相互に離間する方向に傾斜する複数の細孔２５により構成されている。図示例では、噴出側孔部２２は２本の細孔２５により構成され、これら細孔２５は、電極板３の厚さ方向に対して同じ角度θで傾斜している。
【００１９】
一方、導入側孔部２３は、厚さ方向に沿って形成されていることにより、噴出側孔部２２の両細孔２５のいずれとも交差する方向に延びている。この場合、導入側孔部２３の横断面積は、図示例では各細孔２５の横断面積と同じ横断面積に設定されている。したがって、通気孔１１の内周面は細孔２５から導入側孔部２３に至るまで段差のない平滑な内周面に形成されているが、導入側孔部２３の横断面積は、各細孔２５と必ずしも同じ横断面積でなくともよく、これらの連結部２４における横断面積と同じか又はそれより小さい横断面積に設定される。そして、これら導入側孔部２３と噴出側孔部２２の両細孔２５とが、このような形状、配置とされていることにより、通気孔１１全体としては逆Ｙ字状をなす形状とされている。
【００２０】
なお、導入側孔部２３、噴出側孔部２２の具体的寸法等は特に限定されるものではないが、例えば、導入側孔部２３は内径が０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ、噴出側孔部２２の各細孔２５も内径が０．２ｍｍ〜０．８ｍｍに形成され、各細孔２５は電極板３の厚さ方向とのなす角度θが１０°〜３０°で傾斜している。また、連結部２４の位置は、電極板３の厚さの中央位置、つまり導入側孔部２３の長さＬ１と噴出側孔部２２の長さＬ２とが電極板３の厚さの半分ずつを占める比率（Ｌ１：Ｌ２＝５：５の比率）で形成される位置から、噴出側孔部２２の方が導入側孔部２３よりも長い比率、例えば導入側孔部２３の長さＬ１と噴出側孔部２２の長さＬ２との比率が３：７となる位置の範囲内に配置される。そして、このような通気孔１１が５ｍｍ〜４０ｍｍのピッチで直径２００ｍｍ〜６００ｍｍの電極板３に多数設けられる。
【００２１】
このように構成した電極板３において、導入側孔部２３から導入されたエッチングガスは、噴出側孔部２２の各細孔２５から垂直方向に対して傾斜して噴出するので、各細孔２５からのエッチングガスの流れが隣接する通気孔１１の間で交差することにより、分散しながらガスが流れ、面内均一なプラズマ処理を行うことができる。この分散効果を発揮するには、細孔の角度θが１０°以上が好ましく、３０°を超えると、孔明け加工において隣接する通気孔と干渉するおそれがあるので、その角度θは３０°以内が好ましい。
【００２２】
また、噴出側孔部２２の各細孔２５は電極板３の厚さ方向に対して傾斜して形成されているので、プラズマが進入しにくいが、万一、プラズマが細孔２５に沿って進入したとしても、導入側孔部２３は、各細孔２５の横断面積と同じ横断面積に設定されているので、図３の破線で示すように導入側孔部２３の内周面にプラズマが衝突し、それ以上の上昇を防止することができる。因みに、前述した特許文献２記載の電極板の場合では、貫通細孔（本実施形態の細孔に相当）に沿ってプラズマが上昇したとすると、広い有底大径部分から電極板の上方にプラズマが抜けて冷却板に到達するおそれがある。
この実施形態では、プラズマが細孔２５に沿って逆流したとしても導入側孔部２３によってそれ以上の上昇を防止し、冷却板まで到達することを確実に防止することができる。
【００２３】
なお、前述したように、導入側孔部２３の横断面積は、各細孔２５の横断面積と同じ横断面積に設定されているが、連結部２４における横断面積より小さい横断面積に設定されていると、導入側孔部２３でのガスの流速も大きくなるのでプラズマの逆流防止効果をさらに高めることができる。
導入側孔部２３の長さＬ１と噴出側孔部２２の長さＬ２との比は、噴出側孔部２２はプラズマ処理の進行とともに開口部が消耗してくるので、なるべく長い方がよく、電極板３の厚さの半分以上を占めるものとし、長過ぎると、プラズマの逆流防止機能を損なうおそれがあるので、Ｌ１：Ｌ２＝３：７までとするのが好ましい。
【００２４】
図５は、本発明の第２実施形態の電極板を示している。第１実施形態の電極板３では、図３のＡ−Ａ線に沿う断面では、導入側孔部２３、噴出側孔部２２とも電極板３の厚さ方向に沿って形成したが、この実施形態の電極板３１においては、通気孔３２が、導入側孔部３３を電極板３１の厚さ方向に対して傾斜させて形成している。図５のＢ−Ｂ線に沿う断面は図３に示す形状と同様に逆Ｙ字状になる。
この電極板３１においては、噴出側孔部２２の傾斜した細孔２５により、ガスを分散させることができるので、面内均一なプラズマ処理を行うことができるとともに、通気孔３２内において、電極板３１を貫通する方向に直線状に連通する部分が第１実施形態のものより少なくなるため、プラズマの逆流をより確実に防止することができる。
【００２５】
図６及び図７は、本発明の第３実施形態の電極板を示している。この実施形態の電極板３５においては、通気孔３６は、導入側孔部３７も噴出側孔部２２と同様、２本の細孔３８により構成されており、これら導入側孔部３７の細孔３８と噴出側孔部２２の細孔２５とがＸ字状をなすように連結されている。この場合、導入側孔部３７は図５と同様に電極板３５の厚さ方向に対して傾斜して形成される。この図６は図７のＤ−Ｄ線に沿う断面に相当している。
この第３実施形態の電極板３５においても、噴出側孔部２２の傾斜した細孔２５により、ガスを分散させることができるので、面内均一なプラズマ処理を行うことができるのは前述の各実施形態のものと同様である。この実施形態の場合は、導入側孔部３７の細孔３８と噴出側孔部２２の細孔２５とがＸ字状をなしているので、これらが同一平面状に配置される場合は、導入側孔部３７の細孔３８と噴出側孔部２２の細孔２５と直線状に連通するため、その直線に沿って斜めに進入したプラズマの逆流のおそれが生じるが、噴出側孔部２２の両細孔２５により形成される仮想平面に対して導入側孔部３７の両細孔３８により形成される仮想平面が屈曲した配置とされているので、プラズマの逆流を防止することができる。
【００２６】
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。
第３実施形態では、図６に示すようにＸ字状をなす通気孔３７を図７に示すように屈曲させたが、導入側孔部の両細孔の傾斜角度と、噴出側孔部の両細孔の傾斜角度とを異ならせるなどにより、導入側孔部の細孔と噴出側孔部の細孔とが直線状に連通しないようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  プラズマエッチング装置（プラズマ処理装置）
２  真空チャンバー
３  電極板（上部電極）
４  架台（下部電極）
５  絶縁体
６  静電チャック
７  支持リング
８  ウエハ（被処理基板）
９  エッチングガス供給管
１０  拡散部材
１１  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  放電面
２２  噴出側孔部
２３  導入側孔部
２４  連結部
２５  細孔
３１  電極板
３２  通気孔
３３  導入側孔部
３５  電極板
３６  通気孔
３７  導入側孔部
３８  細孔
【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】
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