JP2007067150A - プラズマ処理装置用のシャワープレート及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有効径が大きく、被処理基板の汚染を防ぐことができ、製造が容易であり、支持部材に容易に取り付けることができるプラズマ処理装置用のシャワープレートを提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置において被処理基板に対向する支持部材に対して、真円とは異なる形状の頭部と、これより細い軸部とからなる締結部材を介して支持されるシャワープレートであって、ガス供給のための貫通孔を有し、支持部材に面する側に、ガス供給孔より外側領域に、複数の貫通していない挿入穴が形成され、挿入穴は、締結部材が挿入される挿入口と、挿入口から深さ方向に伸び、少なくとも一部が挿入口より幅広な掛着部からなるものであり、支持部材を通し挿入口から挿入された締結部材の頭部を掛着部内で回転させ、掛着部を頭部に引っ掛けることで、締結部材を露出させずにシャワープレートが前記支持部材に支持されるものであるプラズマ処理装置用のシャワープレート。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の基板に対しプラズマドライエッチングを行う際に使用するプラズマ処理装置用のシャワープレート及びプラズマ処理装置に関する。

従来、半導体デバイスを製造する際に使用する装置として、プラズマドライエッチング装置に代表される平行平板型のプラズマ処理装置が知られている。例えば図６に示されるように、プラズマ処理装置２０のチャンバー２６内において、下部電極２３と対向する位置に上部電極ユニット２４が設けられている。

上部電極ユニット２４は、主にアルミニウム等からなる支持部材２１とシャワープレート２２から構成されている。シャワープレート２２には処理ガスを供給するための貫通孔（ガス供給孔）２５が多数形成され、その外側の領域には支持部材２１に固定するための孔（不図示）が貫通加工されている。そして、上部電極ユニット２４を構成する際には、例えばアルマイト処理をしたアルミニウム製のネジを用い、シャワープレート２２の固定用の孔に被処理基板（シリコンウエーハ等）２７と対向する面側から挿入して締め付けることによりシャワープレート２２を支持部材２１に固定する。

ウエーハ２７を処理する際には、上部電極ユニット２４を高周波電源（不図示）に接続するとともに、シャワープレート２２のガス供給孔２５を通じてウエーハ側に処理用のガスを整流して供給することによりウエーハ２７との間にプラズマが発生し、ウエーハ２７に対して所望のエッチング処理を施すことができる。
なお、下部電極２３の外周部にはウエーハ２７に対して均一に処理を行うためのフォーカスリング２８が設けられている。

このようなプラズマドライエッチング装置２０では、ウエーハ２７とシャワープレート２２との間にプラズマを発生させてエッチング処理を行うため、その原理上、ウエーハ２７のみならず、シャワープレート２２もエッチングされ、パーティクルやコンタミネーション（汚染）を引き起こすという問題がある。特に、近年の半導体デバイスの高集積化、微細化に伴い、シャワープレート２２に要求される性能や品質も一段と厳しくなっている。

そこで、コンタミネーション等の発生を低減するべく、従来のカーボンやアルミニウム製のシャワープレートに代わり、処理するシリコンウエーハと同素材であるシリコンを材料としたシャワープレートが注目を集めている。シリコンを材料としてシャワープレートを作製すれば、シャワープレートがエッチングされても汚染は大きく低減されることになる。従って、シャワープレート自体によるデバイスへの悪影響が抑制され、歩留り及び生産性の向上をはかることができる。
しかしながら、シリコン製のシャワープレートを用いても、ウエーハと対向する面側では前述の固定用のネジが露出しているため、これがコンタミネーションの発生原因となってしまう。

これに対して、コンタミネーションの発生をより効果的に防ぐため、図７に示されるようなカバーリング２９を設けることが提案されている。すなわち、図８に示されるようにシャワープレート２２の取り付け用の孔３１にネジ３０を嵌め込んで支持部材２１に固定した後、ネジ３０の露出している部分（頭部３０ａ）を覆うカバーリング２９を設ける。これによりネジ３０はプラズマに曝されず、コンタミネーションをより効果的に防ぐというものである。
ところが、上記のようなカバーリング２９を設けるとなると、プラズマ処理には本来不要である部品が増え、その取り付け作業も必要となるため、コストの上昇や作業性の低下を招いてしまう。また、カバーリング２９により覆われる外側領域ではガス供給孔は機能しないので、実質的にシャワープレート２２の有効径が小さくなるという問題もある。

そこで、シャワープレートにおいて支持部材に面する側の外側領域に、貫通しない穴を設け、この穴にネジ孔を設けた合成樹脂等からなるソケットを嵌め込み、さらにソケットのネジ孔に対して支持部材側からネジを締め付けることによりシャワープレートを取り付けることが提案されている（特許文献１参照）。このようなシャワープレートは支持部材に取り付けてもネジが露出せず、カバーリングも不要となる。
しかし、ソケットやソケットを嵌め込む穴の構造が複雑であり、製造コストが高くなるほか、支持部材側の取り付け用の各穴とソケットに設けた各孔を全て正確に一致させる必要があり、それを確認しながらの作業が難しいなど、支持部材に固定する際の作業が煩雑であるという問題がある。

特開２００３−２９７８０６号公報

上記問題に鑑み、本発明は、有効径が大きく、被処理基板の汚染を防ぐことができるほか、製造が容易であり、さらに支持部材に容易に取り付けることができるプラズマ処理装置用のシャワープレートを提供することを主な目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、プラズマ処理装置において被処理基板に対向する位置に配置された支持部材に対して、真円とは異なる形状の頭部と、これより細い軸部とからなる締結部材を介して支持されるシャワープレートであって、ガスを供給するための貫通孔を有し、前記支持部材に面する側において、前記ガス供給孔より外側領域に、前記締結部材の頭部を挿入するための複数の貫通していない挿入穴が形成されており、該挿入穴は、締結部材の頭部が挿入される挿入口と、該挿入口から深さ方向に伸び、少なくとも一部が挿入口より幅広になっている掛着部とからなるものであり、前記支持部材を通して挿通された締結部材の頭部を回転させることによって、前記挿入口から挿入された前記締結部材の頭部を前記掛着部内で回転させ、前記掛着部を前記回転された締結部材の頭部に引っ掛けることで、締結部材を露出させずにシャワープレートが前記支持部材に支持されるものであることを特徴とするプラズマ処理装置用のシャワープレートを提供する（請求項１）。

このような構造のシャワープレートであれば、製造が容易であるほか、ソケット等の複雑な補助部材を用いずに、締結部材を回転させるだけで容易に着脱することができ、作業性に極めて優れたものとなる。また、カバーリングが不要で有効径が大きく、ネジ等の締結部材が露出しないので、ウエーハ等の被処理基板に対する汚染を効果的に防ぐことができる。

このとき、前記挿入口の形状が前記締結部材の頭部の断面形状に相似するものであることが好ましい（請求項２）。
このように、挿入口の形状が締結部材の頭部の断面形状に相似するものであれば、挿入口に対して締結部材を正確な位置、角度に設定しないと挿入することができないため、定められた位置に対して精度よくシャワープレートを固定することができる。また、掛着部内で回転させ、掛着部を引っ掛けた締結部材の頭部は掛着部から一層はずれにくくなり、シャワープレートを固定する保持力が充分得られるので、シャワープレートを確実に固定することができる。

また、前記シャワープレートが、直径が３００〜５００ｍｍの範囲内にあり、厚みが５〜３０ｍｍの範囲内にあるものであることが好ましい（請求項３）。
上記のような大きさのシャワープレートであれば素材を入手し易く、穴の加工も容易である。また、典型的な被処理基板であるシリコンウエーハの直径は主に２００〜３００ｍｍの範囲内であるので、上記のような大きさのシャワープレートであれば、ウエーハ全体を均一に処理することができるものとなる。

さらに、本発明では、前記のシャワープレートを備えたものであることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
本発明に係るシャワープレートを備えたプラズマ処理装置であれば、ネジ等の締結部材が露出していないので、シリコンウエーハ等の被処理基板を汚染せず処理することができる。また、カバーリング等の補助的な部材も不要であるので安価なものとなる。

本発明に係るシャワープレートは、締結部材の回転により容易に着脱することができ、作業性に極めて優れたものとなる。また、カバーリングやソケット等の複雑な補助部材が不要であるので安価なものとなり、締結部材を露出させずにシャワープレートを支持部材に取り付けることができるので、被処理基板の汚染を効果的に防ぐことができる。

以下、本発明に係るシャワープレートに関し、添付の図面に基づいてより具体的に説明する。
図１は本発明に係るシャワープレートの一例の概略を示している。また、図２は本発明に係るシャワープレートを備えたプラズマエッチング装置であり、シャワープレート１が締結部材８を介して支持部材９に支持されている様子が示されている。
このシャワープレート１は、図１に示されるようにガスを整流して供給するための微小な貫通孔（ガス供給孔）２が外側領域（外周領域）を除いて全体的に多数形成され、ガス供給孔２の外側領域の同心円上には、締結部材８を介して支持部材９に取り付けるための挿入穴５が８ヶ所に等間隔で形成されている。

図３は挿入穴５を拡大して示したものである。図３（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａにおける断面図である。挿入穴５は被処理基板に面する側には貫通せずに支持部材９に面する側１０にのみ形成されており、締結部材８の頭部８ａを挿入するための挿入口３と、挿入口３から挿入された締結部材８の真円形状ではない頭部８ａを回転させるための挿入口３より幅広の空間である掛着部４とからなっている。

挿入口３は、使用する締結部材８の頭部８ａを挿入できる大きさに、頭部８ａの断面形状に相似して形成されている。
一方、掛着部４は挿入口３から深さ方向に伸び、少なくとも一部が挿入口３よりも幅広になるように形成されている。例えば、図３（Ｂ）に見られるように、挿入口３から深さ方向にまっすぐ伸びた後、段差６が設けられ、挿入口３よりも幅が広くなっている。このように、締結部材８の頭部８ａを掛着部４内で回転させることのできる空間を有するとともに、回転された頭部８ａに、掛着部４を段差６で引っ掛けられるように形成されている。
なお、掛着部４は必ずしも図３（Ｂ）に示されるような段差６が形成されている必要はなく、挿入口３から深さ方向に幅が広くなるように傾斜しているものとすることもできる。上記のように、一部が挿入口３よりも幅広になっており、挿入口３から挿入された締結部材８の頭部８ａを掛着部４内で回転させることができ、回転された頭部８ａに掛着部４を引っ掛けることが可能な構造であれば構わない。

このようなシャワープレート１の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば以下のような手順により容易に製造することができる。
まず、シリコン単結晶インゴットを所定の厚さで切り出して円板形とする。シャワープレート（円板）の大きさは被処理基板（ウエーハ）の大きさ等に応じて適宜決めれば良いが、加工性や製造コストの面から、直径が３００〜５００ｍｍの範囲内とすることが好ましい。この範囲内の大きさのプレートであれば入手し易く、加工も容易であるので、製造コストを低く抑えることができる。例えば、直径が３００ｍｍのシリコン単結晶インゴットはシリコンウエーハ用としてチョクラルスキー法により近年量産されるようになっており、比較的容易に入手することができる。

また、プレート１の厚みについては、本発明に係るシャワープレート１は支持部材９に取り付けるために貫通しない挿入穴５を形成するので、プレートの厚みが５ｍｍ未満であるとこの挿入穴５の形成が難しくなるおそれがある。一方、３０ｍｍを越えると、ガス供給孔としての貫通孔２の形成が難しくなるおそれがある。従って、プレートの厚みは５〜３０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。

上記のようにインゴットから切り出したプレートに対し、ガス供給孔２として例えば直径０．５〜５ｍｍの範囲内の貫通孔２を多数形成する。
一方、ガス供給孔２より外側の領域には、所定の径のドリル等を用いて締結部材８の頭部８ａを挿入するための挿入穴５（挿入口３および掛着部４）を形成する。このとき、挿入穴５は、支持部材と面する側１０から形成し、貫通しないものとする。
形成の仕方としては、例えば、掛着部４の底部にあたる深さまで挿入口３の位置よりドリル等で掘り、その後、形成すべき掛着部４に応じた厚さの切削治具を備えたツールを用い、上記のドリルによる穴に挿入した後、該穴の中心の周りを公転および自転させながら掛着部４を形成する。この挿入穴５の形成方法は特に限定されるものではなく、所望の形状に掘ることができれば良い。

また、挿入穴５の数はプレートの大きさに応じて適宜決めれば良く、図１のように８個に限定されるものではない。また、形成位置も特に限定されない。ただし、穴の数が少なかったり、形成位置が偏っていたりすると各穴における負荷が大きくなって破損するおそれがあるため、シャワープレート１が安定して支持されるように、挿入穴５は３箇所以上とし、また、同心円上で等間隔に形成することが好ましい。

なお、掛着部４の幅は、挿入口３の外接円径と同じかそれ以上であることが好ましい。特には１〜２０ｍｍの範囲内で大きく形成されていることが好ましい。掛着部４の幅が挿入口３の外接円径より小さいと、挿入口３より挿入された締結部材８の頭部８ａを掛着部４内で回転させることができないおそれがあり、掛着部４の幅と挿入口３の外接円径との差が２０ｍｍを越えるとなると加工が難しくなるおそれがある。従って、上記範囲内であれば、加工が容易であり、また、締結部材８の頭部８ａを掛着部４内で回転させることができる。
また、図３等に示す例では、掛着部４が円柱状の空間に形成されており、締結部材８の頭部８ａが１回転できるようになっているが、例えば、頭部８ａが４５度程度しか回転できない比較的小さな空間であっても良く、その回転された頭部８ａに掛着部を十分に引っ掛けられる形状であれば構わない。

上記のように外側領域に、ネジ等の締結部材８の頭部８ａを挿入するための挿入口３と、頭部８ａを回転させることのできる空間を有し、回転させた頭部８ａに引っ掛かる掛着部４とから成る挿入穴５が形成されたシャワープレート１は、ソケットのような複雑な補助部材を用いることなく、締結部材８を介して支持部材９に容易に、かつ確実に取り付けることができる。以下、シャワープレート１をプラズマ処理装置の支持部材９に取り付ける手順の一例を図４および図５を用いて説明する。

まず、真円とは異なる形状の頭部８ａと、これより細い軸部８ｂとからなるネジ等の締結部材８を用意する（図４（Ｃ）、図５（Ｃ））。なお、本発明に係るシャワープレート１は締結部材８が露出することなく支持部材９に取り付けることができるので、締結部材８の材質は特に限定されない。一般的には、アルミニウムや他の金属製のものを好適に使用することができるが、高い強度を有する樹脂等で作製したものでも良い。また、本発明の締結部材８とは、上記のように、頭部の形状が真円ではなく、軸部が頭部よりも細いものであればネジに限らず、ピンやボルト等も好適に用いることができる。頭部８ａが真円とは異なるものとされるのは、挿入口３から挿入された頭部８ａを回転させることによって掛着部４に引っ掛けることができるようにするためである。

次いで、支持部材９に対し、締結部材８の軸部８ｂを仮固定する。このとき締結部材８の軸部全体を支持部材中に埋め込むのではなく、シャワープレート１の挿入穴５の深さとほぼ同じ長さの分以上が突出するように仮固定する。

支持部材９に対しシャワープレート１の各挿入口３に対応して位置、角度を調整して締結部材８をそれぞれ固定した後、各締結部材８の頭部８ａを、シャワープレート１の各挿入口３から挿入穴５に挿入する（図４（Ａ）、図５（Ａ）、それぞれ上から見た平面図とＡ−Ａにおける断面図である。）。そして、全ての締結部材８の頭部８ａを挿入穴５に挿入し、掛着部４内に締結部材８の頭部８ａが収まっている状態で、仮固定していた締結部材８を回転させ、その後固定する。このとき、掛着部４の内部で回転された締結部材８の頭部８ａに段差６が引っ掛かっている（図４（Ｂ）、図５（Ｂ）、それぞれ上から見た平面図とＢ−Ｂにおける断面図である。）。これにより、図２に示したように締結部材８が露出せずに、シャワープレート１を支持部材９に容易に、かつ、確実に支持することができる。
また、このようなシャワープレート１は、カバーリングが不要であるので、有効径が大きいものとなり、さらに、ソケットのような複雑な構造の補助部材も不要となるので、非常に安価なものとなる。

そして、図２に示した、このような本発明のシャワープレート１を備えたプラズマ処理装置１１においては、上記のように、本発明のシャワープレート１は、支持部材９および挿入穴５に通され、回転した締結部材８を介して支持されている。このシャワープレート１以外の下部電極１２、フォーカスリング１３、チャンバー１４等の他の部分は特に限定されず、従来のものを用いることが可能である。
このような本発明のプラズマ処理装置１１を用いてシリコンウエーハ２７のプラズマエッチングを行えば、プレート自体がエッチングされてもウエーハに対する汚染は極めて低く抑えられ、半導体デバイス等の歩留り及び生産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例）
単結晶シリコンを母材として、直径３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのプレートを用意した。
プレートの厚さ方向にガス供給孔となる貫通孔を形成した後、その外側の領域における同心円上の８ヶ所に、支持部材に面する側から、締結部材の挿入口と締結部材の頭部を回転させるための掛着部を有する挿入穴を形成した。ここで挿入口は一辺の長さが６ｍｍの正四角形とした。一方、掛着部としては、挿入口から４ｍｍの深さに段差を設けるとともに、挿入口の同心上で直径１２ｍｍ、最大深さ８ｍｍの円柱状の空間を形成した。

一方、軸部が直径４ｍｍ、長さが５０ｍｍのアルミニウム製棒の先に、断面形状が一辺の長さが５．５ｍｍの正四角形をした頭部が設けられた締結部材を用意した。
この締結部材を、シャワープレートの各挿入穴に対応する支持部材の穴から挿入した。締結部材の頭部が挿入口を通過し掛着部内に収められた際に、締結部材を時計方向に４５度回転させることにより、上記の段差を回転された締結部材の頭部に引っ掛けて、シャワープレートを支持部材に容易に支持することができた。

このシャワープレートを具備するプラズマ処理装置を用いて、ＣＦ_４を含有するガスを供給しながら、直径３００ｍｍのシリコンウエーハに対してプラズマ処理を行ったところ、コンタミネーションは発生せず、問題無く処理することができた。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明に係るシャワープレートはシリコンウエーハのプラズマエッチング用に限定されず、例えばシャワープレートの材質については、被処理基板の材質に応じて同じもの、あるいは被処理基板に対して汚染を引き起こさないものを適宜選択すれば良い。

本発明に係るシャワープレートの一例を示す概略平面図である。 本発明に係るシャワープレートを具備したプラズマ処理装置の一例を示す概略図である。 挿入穴を拡大した概略図である。（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図 （Ａ）本発明に係るシャワープレートに締結部材を挿入した状態の一例を示す平面図及び断面図である。（Ｂ）本発明に係るシャワープレートを締結部材で支持した状態の一例を示す概略図である。（Ｃ）締結部材の一例を示す平面図及び断面図である。 （Ａ）本発明に係るシャワープレートに締結部材を挿入した状態の他の一例を示す平面図及び断面図である。（Ｂ）本発明に係るシャワープレートを締結部材で支持した状態の他の一例を示す概略図である。（Ｃ）締結部材の他の一例を示す平面図及び断面図である。 従来のプラズマエッチング装置の一例を示す概略図である。 カバーリングを備えたプラズマエッチング装置の一例を示す概略図である。 カバーリングを取り付ける手順を示す概略説明図である。

符号の説明

１…本発明のシャワープレート、 ２、２５…ガス供給孔、 ３…挿入口、 ４…掛着部、 ５…挿入穴、 ６…段差、 ８…締結部材、 ８ａ…頭部、 ８ｂ…軸部、 ９、２１…支持部材、 １０…支持部材に面する側、 １１…本発明のプラズマ処理装置、 １２、２３…下部電極、 １３、２８…フォーカスリング、 １４、２６…チャンバー、 ２０…従来のプラズマ処理装置、 ２２…従来のシャワープレート、 ２４…上部電極ユニット、 ２７…被処理基板（シリコンウエーハ）、 ２９…カバーリング、 ３０…ネジ、 ３０ａ…ネジの頭部、 ３１…取り付け用の孔。

Claims (4)

1. プラズマ処理装置において被処理基板に対向する位置に配置された支持部材に対して、真円とは異なる形状の頭部と、これより細い軸部とからなる締結部材を介して支持されるシャワープレートであって、ガスを供給するための貫通孔を有し、前記支持部材に面する側において、前記ガス供給孔より外側領域に、前記締結部材の頭部を挿入するための複数の貫通していない挿入穴が形成されており、該挿入穴は、締結部材の頭部が挿入される挿入口と、該挿入口から深さ方向に伸び、少なくとも一部が挿入口より幅広になっている掛着部とからなるものであり、前記支持部材を通して挿通された締結部材の頭部を回転させることによって、前記挿入口から挿入された前記締結部材の頭部を前記掛着部内で回転させ、前記掛着部を前記回転された締結部材の頭部に引っ掛けることで、締結部材を露出させずにシャワープレートが前記支持部材に支持されるものであることを特徴とするプラズマ処理装置用のシャワープレート。
2. 前記挿入口の形状が前記締結部材の頭部の断面形状に相似するものであることを特徴とする請求項１に記載のシャワープレート。
3. 前記シャワープレートが、直径が３００〜５００ｍｍの範囲内にあり、厚みが５〜３０ｍｍの範囲内にあるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシャワープレート。
4. 前記請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシャワープレートを備えたものであることを特徴とするプラズマ処理装置。

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