(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートに複数の吹出口を有するマイクロ波励起プラズマ装置用のシャワープレートにおいて、該吹出口は、該プレートに開けられた孔と、該孔に挿入された該孔よりも小さな径を有する円柱との間に形成される空間により形成されていることを特徴とするマイクロ波励起プラズマ装置用のシャワープレート。
【請求項２】
該吹出口をテーパー状にしたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波励起プラズマ装置用のシャワープレート。
【請求項３】
該シャワープレートは誘電体材料からなることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波励起プラズマ装置用のシャワープレート。
【請求項４】
側面に開口する入口と、中央部において上面側に開口する出口と、該入口と該出口とを連通し、内部に形成された通路とからなるガス導入路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のマイクロ波励起プラズマ装置用のシャワープレート。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項記載のシャワープレートを用いたマイクロ波励起プラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シャワープレート、シャワープレートの周辺構造及びプロセス装置に係る。より詳細には、大型基板上への均一なプロセスガス供給が可能なシャワープレート、シャワープレート周辺構造及びそれを用いたプロセス装置に関する。
【０００２】
【関連する技術】
従来、シャワープレート、その周辺構造については以下のような技術が知られている。
（１）直径０．１μｍ程度の多数の小さな孔（吹出口）１０４を垂直または斜めにあけたシャワープレート（図１）をウェーハ直上に設けて、そのシャワープレート１０２からガスをプロセス空間に供給する技術。
（２）シャワープレート１０２にあけた孔（吹出口）１０４にガスを送るのに、シャワープレート１０２の上に１ｍｍ程度のギャップ１０３を空けて隙間板１０１を置き、シャワープレート１０２と隙間板１０１との間のギャップ１０３に側面からガスを流し込む技術。
（３）マイクロ波プラズマプロセス装置の場合、マイクロ波の吸収の少ないセラミックス等の材料を用いた直径０．５ｍｍ程度の多数の孔をあけ、（２）の技術を用いたシャワープレートをマイクロ波導入部に設ける技術。
【０００３】
しかし、上記従来技術には、次のような問題がある。
１．（１）の技術では、小さい穴加工が可能なＳｉやＡｌなどに材料が限定され、マイクロ波を透過するセラミックスなどには加工ができなかった。例えばアルミナの板に０．１μｍの孔１０４をあける場合、その深さの限界は０．２μｍ程度である。また小さな孔の場合、真っ直ぐにかつ孔１０４の内面を鏡面仕上げしてあけることが技術的に困難であった。
【０００４】
２．（１）の技術では、各孔１０４から等しくガスが吹き出すように各孔１０４にガスを送るギャップ１０３とプロセス室との間の圧力差を大きくする必要があるが、そのために孔１０４から勢いよくガスが噴き出して孔１０４の配列パターンの不均一を生じることがあった。
【０００５】
３．（２）の技術では、プロセスガス流量を減らした場合等に、側面のガスを流し込む場所に近い孔１０４からより多くのガスが吹き出すために、プロセス空間にガスの不均一が生じていた。この傾向は処理するウェーハが２００ｍｍ、３００ｍｍと大口径化するに従い顕著になっている。
【０００６】
４．（３）の技術では、マイクロ波励起のプラズマがプロセス空間ではなく、シャワープレート１０２とその上に載せる隙間板１０１との間のガスを広げる空間に着火することがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、材料に関わりなく吹出口の形成が容易なシャワープレートを提供することを目的とする。
【０００８】
マイクロ波励起プラズマ装置に用いた場合、シャワープレートとその上に載せる隙間板とのギャップにおいてプラズマが着火するのを防ぐことが可能なシャワープレートを提供することを目的とする。
【０００９】
また、吹出口の配列パターンの不均一のないシャワープレートの周辺構造を提供することを目的とする。
【００１０】
また、ガス流量を減らした場合にもガスの吹き出し量のチャンバーの中心軸に対し軸対称性が保つことができるシャワープレート周辺構造を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明のマイクロ波励起プラズマ装置用のシャワープレートは、プレートに複数の吹出口を有するマイクロ波励起プラズマ装置用のシャワープレートにおいて、該吹出口は、該プレートに開けられた孔と、該孔に挿入された該孔よりも小さな径を有する円柱との間に形成される空間により形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、吹出口は、プレートに開けた孔自体により構成されるのではなく、孔と孔に挿入された円柱との間に形成される空間により構成される。従来は孔の径は０．１μｍ程度であったが、本発明では、ｍｍのオーダーで孔を開ければよいため、孔開け加工の困難なセラミックス（誘電体材料）などであっても容易に加工することが可能である。従って、誘電体材料によりシャワープレートを製造することが可能となり、誘電体材料からなるシャワープレートをマイクロ波励起プラズマ装置に用いれば、シャワープレートとその上に載せる隙間板とのギャップにおいてプラズマが着火するのを防ぐことが可能となる。
【００１３】
なお、吹出口をテーパー状にすればガスの吹出をより均一にすることができる。
【００１４】
本発明のシャワープレートは、プレートに複数の吹出口を有するシャワープレートと、
該シャワープレートの上方に、シャワープレートとの間でギャップを形成して配置された隙間板と、
該ギャップ内にプロセスガスを導入するためのガス導入路と、
を有するシャワープレート周辺構造において、
該シャワープレートの側面に開口する入口と、シャワープレート中央部において該ギャップ側に開口する出口と、該入口と該出口とに連通し、該シャワープレート内部に形成された通路とにより該ガス導入路が構成されていることを特徴とする。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、本発明範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１７】
（実施例１）
図２に本実施例を示す。
本実施例のシャワープレートは、吹出口２０７は、プレート２０２に開けられた孔と、孔に挿入された孔よりも小さな径を有する円柱２０４との間に形成される空間により形成されている。
【００１８】
以下本実施例をより詳細に説明する。
図２に示す２００ｍｍウェーハプロセス用のシャワープレートを作製した。直径３５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのシャワープレート２０２の中央直径２００ｍｍの範囲に、２０ｍｍ間隔で孔加工した。直径２．１ｍｍの孔をあけ、孔の上部は雌ネジ２０６を挿入するため２ｍｍの深さで直径６ｍｍに広げた。
【００１９】
一方、円柱２０４は直径２．０ｍｍとし、その先端には雄ネジ２０５を形成した。
【００２０】
円柱２０４を孔に挿入し、雌ネジ２０６で固定した。なお、雌ネジ２０６には切り欠き２０８が入れてあり、この切欠２０８をガスの通り道とした。
【００２１】
このシャワープレート２０２の上に１ｍｍのギャップ２０３を空けて板２０１を置き、シャワープレート側面から導入したガスがこの１ｍｍのギャップ２０３を広がり各吹出口２０７にガスが供給されるようにした。
【００２２】
シャワープレート２０２、円柱２０４、雌ネジ２０６、および上に載せる隙間板２０１にはアルミニウムを用いた。
【００２３】
図５に示す測定系を用いてシャワープレートの各吹出口のコンダクタンスを測定した。各吹出口の入口及び出口にガスラインを固定し、流量コントローラー５０４で一定量の空気を流し、真空ポンプ５０７で排気した。排気速度はコンダクタンスバルブ５０６で調整した。
【００２４】
２つの圧力計５０５の指示する圧力の平均値を横軸に、そのときの流量及び排気速度から計算される孔のコンダクタンスを横軸にとったデータを図６に示す。図には比較のため、直径０．５ｍｍの孔のデータも載せた。設計寸法から計算されるコンダクタンスにほぼ等しいコンダクタンスが得られていることが確認された。エッチングプロセスでの典型的なチャンバー圧力２０ｍＴｏｒｒでのコンダクタンスの吹出口間のばらつきは、従来の孔で１０％あるのに対し、本発明の構造では５％とばらつきが小さくなっていることが確認された。
【００２５】
上記実施例では、孔にそれより小さな円柱を挿入したが、ほぼ同じ直径の円筒の一部分を削るか、溝を作ってギャップを設けても良い。また孔側の一部分に溝を設けても良い。ギャップを０．１ｍｍとしたが、これはプロセス圧力、流量等のプロセス条件に応じて必要なコンダクタンスになるよう設計すれば良い。材料はアルミニウムを用いたがこれに限る必要は無く、銅、ステンレス鋼、Ｓｉやアルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックスを用いても良い。
【００２６】
（実施例２）
本例では、実施例１の加工に加えて、図３に示すように、吹出口のガス吹き出し口側に４５度のテーパー構造を持たせた。すなわちシャワープレート側はガス吹き出し口側５ｍｍを円錐状に広げ、挿入する円柱は下側５ｍｍに円錐を付けた形にした。テーパー部の隙間は０．５ｍｍと大き目にし、吹出口３０７のコンダクタンスは円柱３０４部の隙間０．５ｍｍで絞るようにした。
【００２７】
このシャワープレートを図７に示す、２００ｍｍウェーハ対応のダイポールリングマグネットを用いた高周波励起平行平板型マグネトロンエッチング装置に取り付けて、５０００ｓｃｃｍのアルゴン、四塩化フッ素混合ガスを流し、１３．５６ＭＨｚ、１０００Ｗの高周波電力をウェーハステージに投入して、２００ｍｍ口径のシリコン酸化膜付きのウェーハ７０４のエッチングを行った。ガスは配管７０２を通してシャワープレート側面から導入した。
【００２８】
高周波電源７０９はブロッキングコンデンサー７０８を介してウェーハステージに接続した。チャンバー壁７０６の外側にはチャンバーを取り囲むようにダイポールリングマグネット７０５を設置した。シャワープレートとウェーハの距離が２０ｍｍの場合、図１に示す従来のシャワープレートでは、孔の配列パターンにエッチング速度分布が生じたが、本発明の図３に示すシャワープレートを用いた場合はこうした分布は観察されなかった。
【００２９】
（実施例３）
図４に本実施例を示す。
本実施例のシャワープレート周辺構造は、プレートに複数の吹出口（図示せず）を有するシャワープレート４０２と、
シャワープレート４０２の上方に、シャワープレート４０２との間でギャップ４０３を形成して配置された隙間板４０１と、
ギャップ４０３内にプロセスガスを導入するためのガス導入路と、
を有するシャワープレート周辺構造において、
シャワープレート４０２の側面に開口する入口４０５と、シャワープレート中央部においてギャップ４０３側に開口する出口４０６と、入口４０５と出口４０６とに連通し、シャワープレート４０２内部に形成された通路４０４とによりガス導入路が構成されている。
【００３０】
以下本実施例をより詳細に説明する。
本例では、実施例２の加工に加えて、シャワープレート４０２の各吹出口（図示せず）にガスを送るシャワープレート４０２とその上の隙間板４０１板とのギャップ４０３へのガス供給において、図４に示すようにシャワープレート４０２の側面から中央部に通じる直径３ｍｍの通路４０４をあけて、シャワープレート４０２の中央からギャップ４０３にガスが供給されるようにした。
【００３１】
このシャワープレートを図７の２００ｍｍウェーハ対応のダイポールリングマグネットを用いた高周波励起平行平板型マグネトロンエッチング装置に取り付けて、実施例２に示したのと同じエッチングプロセスを行った。プロセスガス流量を１００ｓｃｃｍに減らした場合、実施例２のシャワープレーとではガス供給口側からガスが多く吹き出し、その部分のエッチング速度が高くなった。本例のシャワープレートでは、出口４０６のある中央部がエッチング速度が高くなったが、分布は点対称であり、中央部と周囲部とのエッチング速度の差は、実施例２のシャワープレート４０２での出口４０６側とその反対側との差と比べて小さくなっていることが確認された。
【００３２】
（実施例４）
本例では、実施例３に加え、さらに図８に示すようにシャワープレートの上部に突起８０１を吹出口８０３のない部分に設けて、シャワープレートの上に板８０４を載せた時にこの突起が隙間板８０４に当たるためギャップの高さが面内で均一になるようにした。
【００３３】
さらにこのシャワープレートをマイクロ波プラズマに用いる場合に、そのスペーサーの表面でプラズマが損失するためギャップでのプラズマ着火が起こりにくいようにした。シャワープレートとその吹出口、およびシャワープレートの上に載せる隙間板８０４は、マイクロ波をよく透過するアルミナを用いた。シャワープレート上部の突起は１ｍｍ角、高さ１ｍｍとした。
【００３４】
このシャワープレートを図９に示すラジアルラインスロットアンテナを用いた２．４５ＧＨｚマイクロ波励起プラズマ装置のマイクロ波導入部に設置し、マイクロ波を投入した時にシャワープレートのギャップにプラズマが着火するかどうか調べた。マイクロ波は同軸同波管９０６を通ってラジアルラインスロットアンテナ９０５に供給され、マイクロ波はこのアンテナ９０５から平面波としてチャンバーに供給される。プラズマ９０３はシャワープレート９０１とウェーハ９０４の間のプロセス空間に発生する。
【００３５】
図１０に、ギャップ内でプラズマが着火する最小マイクロ波電力のギャップ圧力依存性を示す。本例のシャワープレート上部に突起を設けて、上に載せる隙間板８０４とのスぺーサーとした場合、スペーサーが無い時と比べてギャップ内でプラズマが着火する電力が大きくなっていることから、本例の構造がギャップ内でプラズマを着火しにくくする効果が確認された。
【００３６】
上記実施例ではアルミナを用いたが必ずしもアルミナを用いる必要はなく、例えば窒化アルミニウムや窒化シリコンを用いても良い。また突起はシャワープレートに載せる板に付けてもよいし、スぺーサーを置いてもよい。また形状は正方形を碁盤の目状に並べたものに限らず、螺旋状や同心円と放射線の組み合わせなどの形状で溝を掘っても構わない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば次の諸々の効果が達成される。
材料に関わりなく吹出口の形成が容易である。
【００３８】
マイクロ波励起プラズマ装置に用いた場合、シャワープレートとその上に載せる隙間板とのギャップにおいてプラズマが着火するのを防ぐことが可能である。
吹出口の配列パターンの不均一を無くすことができる。
【００３９】
ガス流量を減らした場合にもガスの吹き出し量のチャンバーの中心軸に対し軸対称性が保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の真っ直ぐな孔のガス吹き出し口を有するシャワープレートの断面図である。
【図２】実施例１に係る、大き目の孔に円柱を挿入したガス吹き出し部を有するシャワープレートの断面図である。
【図３】実施例２に係る、大き目の孔に円柱を挿入したガス吹き出し部で吹き出し先端がテーパー状に広がった構造を有するシャワープレートの断面図である。
【図４】実施例３に係る、シャワープレート側面から中央上部に通じる孔をあけることにより、シャワープレートの各孔にガスを送るギャップへガスを導入する部分をシャワープレートの中央に有するシャワープレートの断面図である。
【図５】実施例１に係る、シャワープレートの各孔のコンダクタンスの測定系の概念図である。
【図６】実施例１に係る、シャワープレートの孔のコンダクタンスの設計値と実測値の一例を示すグラフである。
【図７】実施例１から３に係る、図１から３を取り付けることが可能な、ダイポールリングマグネットを用いた高周波励起平行平板型マグネトロンエッチング装置の概念図である。
【図８】実施例４に係る、シャワープレートの各孔にガスを送るギャップ部分を、シャワープレートの上部に縦横の溝を設けて、その上に別の板を載せることによって形成したシャワープレートである。
【図９】実施例４に係る、図８の構造を有するシャワープレートを取り付けたラジアルラインスロットアンテナを用いたマイクロ波励起プラズマ装置の概念図である。
【図１０】実施例４に係る、図９のプラズマ装置を用いて測定した、ギャップ内でのプラズマ着火が起こる最小マイクロ波電力の圧力依存性を示すデータである。
【符号の説明】
１０１、２０１、４０１  隙間板、
１０２、２０２、４０２  シャワープレート、
１０３、２０３、４０３  ギャップ、
１０４、２０７、３０７  吹出口、
２０４、３０４  円柱、
２０５  雄ネジ、
２０６  雌ネジ、
２０８  切欠、
４０４  通路、
４０５  入口、
４０６  出口、
５０４  流量コントローラー、
５０５  圧力計、
５０６  コンダクタンスバルブ、
５０７  真空ポンプ、
７０４  ウェーハ、
７０２  配管、
７０５  ダイポールリングマグネット、
７０６  チャンバー壁、
７０８  ブロッキングコンデンサー、
７０９  高周波電源、
８０１  突起、
８０３  吹出口、
８０４  隙間板、
９０１  シャワープレート、
９０３  プラズマ、
９０４  ウェーハ、
９０５  ラジアルラインスロットアンテナ、
９０６  同軸同波管。
【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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【図８】
0004124383.tif 000009
【図９】
0004124383.tif 000010
【図１０】
0004124383.tif 000011