JP2010103225A

JP2010103225A - プラズマ処理装置用電極板

Info

Publication number: JP2010103225A
Application number: JP2008271866A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fujita; 悟史藤田; Takashi Yonehisa; 孝志米久
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-05-06

Abstract

【課題】屈曲した貫通孔を簡単に製作することができる電極板を提供する。
【解決手段】厚さ方向に沿う複数の貫通孔３２を有するプラズマ処理装置用電極板２１において、厚さ方向に貫通する複数の取り付け孔２２を有する電極板本体２３と、電極板本体２３の各取り付け孔２２に緊密に嵌合するガス孔部材２４とを備えるとともに、ガス孔部材２４に貫通孔３２がそれぞれ形成され、ガス孔部材２４は貫通孔３２を介して縦割状に複数に分割可能とされ、各分割パーツの縦割り面に溝が形成され、これら分割パーツが縦割り面で合わせられることにより、厚さ方向の途中に屈曲部が少なくとも２個以上有する貫通孔３２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ生成用ガスを通過させる貫通孔を有するプラズマ処理装置用電極板に関する。

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電極板と架台とを例えば上下に対向配置し、架台の上にシリコンウエハを載置した状態として、電極板に形成した貫通孔からガスをシリコンウエハ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、シリコンウエハにエッチング等の処理を行う構成とされている。このプラズマ処理装置に用いられる電極板は、例えば単結晶シリコンにより外径４００ｍｍ程度の円板状に形成され、その面全体に内径約０．５ｍｍの貫通孔が８ｍｍ程度のピッチで多数形成される。また、この電極板の背面にはアルミニウム製の冷却板が設けられる。

この電極板において、一般には貫通孔は厚さ方向に沿って直線状に形成されるが、プラズマが貫通孔を通して電極板の背面の冷却板まで入り込んで金属汚染されることを防止するために、貫通孔を屈曲させた状態に形成したものがある。
例えば、特許文献１記載の技術では、貫通孔の位置及び向きを変えた二枚の電極板を重ね合わせることにより、屈曲した貫通孔を形成している。また、特許文献２記載の技術では、１枚の電極板の表側と裏側とで異なる方向に孔加工して、両方の孔を内部で接続する構成とされている。
特開２００２−２４６３７１号公報特開２００８−６０１９７号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、二枚の電極板で位置、向きの異なる貫通孔を正確に位置決めする必要があり、また、特許文献２記載の技術でも、両方からの孔を正確に位置決めして接続する必要がある。この場合、いずれの技術も、多数形成される貫通孔のすべてを位置決めすることは容易でない。
また、特許文献２記載の技術では屈曲部は一箇所に限られるのに対して、特許文献１記載の技術では、電極板の枚数を多くすれば屈曲部を多く形成することができ、プラズマの逆流防止に有効と考えられるが、例えば４００ｍｍ径の電極板が複数枚必要であるとともに、そのすべてに多数の貫通孔を形成する必要があり、コスト増を招き易い。また、プラズマの逆流防止には、屈曲部の増加とともに、その角度を小さくするとよいが、両特許文献記載の技術では、貫通孔の屈曲部が鈍角の緩やかなものに限られる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、屈曲した貫通孔を簡単に製作することができるとともに、プラズマの逆流をより確実に防止することができる電極板を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理装置用電極板は、厚さ方向に沿う複数の貫通孔を有するプラズマ処理装置用電極板において、厚さ方向に貫通する複数の取り付け孔を有する電極板本体と、該電極板本体の各取り付け孔に緊密に嵌合するガス孔部材とを備えるとともに、前記ガス孔部材に前記貫通孔がそれぞれ形成され、各貫通孔には、前記厚さ方向の途中に屈曲部が少なくとも二箇所以上形成されていることを特徴とする。

電極板本体とガス孔部材とを分けたことにより、ガス孔部材は、円柱状、角柱状、円錐状、角錘状等に形成することができ、取り付け孔に緊密嵌合されると、その外周面が取り付け孔の内周面に密接させられる。このため、ガス孔部材の外周面に開口や隙間が形成されていても、電極板本体の取り付け孔に緊密嵌合されることにより、外周面の開口や隙間は取り付け孔の内周面によって閉塞させられることになる。
したがって、ガス孔部材を縦割り状に分割して、その縦割り面に溝を形成する、あるいは、ガス孔部材の両端から貫通方向に途中まで孔を開け、これらの先端を貫通方向と交差する方向に開けた孔によって連結する、ガス孔部材を厚さ方向に積み重ねた構造とし、それら各パーツに形成した孔を各パーツの端面の凹部で連通する、などにより、厚さ方向に貫通する孔を屈曲した状態に形成することができる。そして、その外周面の隙間や貫通方向に交差する孔の開口は取り付け孔の内周面で閉塞することができる。しかも、その屈曲部を任意の角度で形成することができるとともに、少なくとも二箇所以上の屈曲部を有することから、プラズマの逆流をより確実に防止することができる。また、各ガス孔部材に貫通孔を形成するものであるため、その取扱いも容易である。

すなわち、本発明のプラズマ処理装置用電極板において、前記ガス孔部材は前記貫通孔を介して縦割状に複数のパーツに分割可能とされ、前記貫通孔は、その少なくとも一つのパーツの縦割り分割面に形成された溝によって構成されているものとすることができる。
また、前記貫通孔は、前記ガス孔部材の両端から前記厚さ方向の途中位置まで形成された入口孔及び出口孔と、前記ガス孔部材の外周面から前記厚さ方向と交差する方向に沿って形成され前記入口孔及び出口孔の先端を連結状態とする連結孔とから構成されているものとしてもよい。
さらに、前記ガス孔部材は、複数のパーツが前記厚さ方向に積み重ねられてなり、これらパーツには、前記厚さ方向に沿う小孔がそれぞれ形成されるとともに、これらパーツどうしの接触面に、隣接するパーツの小孔どうしを連通状態とする凹部が形成されている構成としてもよい。

本発明のプラズマ処理装置用電極板によれば、電極板本体の取り付け孔に緊密嵌合されるガス孔部材を単独で取り扱うことができるとともに、ガス孔部材の外周面に隙間や開口が生じたとしても取り付け孔の内周面で閉塞することができるので、このガス孔部材に、屈曲した状態の貫通孔を簡単に形成することができる。しかも、屈曲部を任意の角度で形成することができるとともに、少なくとも二箇所以上の屈曲部を有することから、プラズマの逆流をより確実に防止することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
まず、この電極板が用いられるプラズマ処理装置の実施形態としてプラズマエッチング装置について説明する。
このプラズマエッチング装置１は、図７の断面概略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３が設けられるとともに、下部に上下動可能な架台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が設けられており、静電チャック６の上に支持リング７と共にウエハ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に設けられた貫通孔１１を通してウエハ８に向って流され、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。
なお、電極板３は、例えば単結晶シリコン、柱状昌シリコン、多結晶シリコンによって直径４００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの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、電極板３の貫通孔１１に連通するように、この貫通孔１１と同じピッチで貫通孔１５が形成されている。

そして、この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に設けられた貫通孔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の中心部に集中させ、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がシールドリング１７で囲われた状態とされている。

次に、このようなプラズマエッチング装置１等に用いられる電極板の実施形態について説明する。
図１は、電極板の第１実施形態を示している。この電極板２１は、複数の取り付け孔２２を有する円板状の電極板本体２３と、この電極板本体２３の各取り付け孔２２内に緊密嵌合される複数のガス孔部材２４とから構成されている。
電極板本体２３の取り付け孔２２は、小径部２５と大径部２６との二段構造とされ、放電面２１ａ側に小径部２５、背面２１ｂ側に大径部２６が配置されている。例えば、小径部２５が内径２ｍｍ、大径部２６が内径４ｍｍとされ、その内周面はポリッシング加工される。

また、ガス孔部材２４は、外形は、取り付け孔２２に緊密嵌合される小径部２７と大径部２８との二段構造とされ、図２に示すように、径方向に沿う縦割り分割面２９で二つの分割パーツ３０に分割され、各分割パーツ３０の縦割り分割面２９にエンドミル加工やフライス加工によって溝３１が形成されている。そして、これら溝３１を合わせるようにして両分割パーツ３０の縦割り分割面２９を突き合わせて一体化することにより、二つの溝３１により断面円形の貫通孔３２が形成されるようになっている。この場合、溝３１は途中の二箇所で屈曲しており、したがって、貫通孔３２は、電極板２１の厚さ方向の途中の二箇所に屈曲部Ｃが形成される。
そして、このように一体化したガス孔部材２４が電極板本体２３の各取り付け孔２２に背面側から挿入され、その取り付け孔２２内に緊密嵌合されると、電極板２１の背面２１ｂから放電面２１ａに抜ける屈曲状態の貫通孔３２が形成される。

このようにして形成された電極板２１は、二箇所で屈曲した貫通孔３２によりプラズマが貫通孔３２を経由して背面２１ｂ側に逆行することが防止され、その背面２１ｂに固定される冷却板１４（図７参照）の損傷、金属汚染の問題が生じないものである。しかも、溝３１を加工するものであるから、その屈曲部を任意の角度で形成することができ、屈曲部の角度を小さくすることにより、プラズマの逆流を確実に防止することができる。例えば、放電面２１ａ又は背面２１ｂとのなす角度θ_１を４５°〜８０°、途中の屈曲部Ｃののうちの少なくとも一箇所の角度θ_２を３０°〜９０°にするとよい。

なお、この実施形態の場合、分割パーツの縦割り分割面に溝を加工する構成であるから、屈曲箇所も三箇所以上形成することが可能であり、溝の形状として、複数の曲線を組み合わせたもの、クランク状に複数回屈曲するもの等、種々の形状に形成することができ、それらの分割パーツを用いることにより、種々の形に屈曲した貫通孔を形成することができる。
いずれの場合も、縦割り分割面に溝として形成した後に突き合わせて貫通孔にするのであるから、屈曲状態の貫通孔を簡単に形成することができる。また、各貫通孔の一つずつに対応してガス孔部材が設けられているから、ガス孔部材を個々に交換するなどが可能であり、加工精度や損耗等に応じて交換することができる。

図３は、電極板の第２実施形態を示している。この電極板４１も、図１のものと同様に電極板本体２３の取り付け孔２２にガス孔部材４２が緊密嵌合される構成とされているが、そのガス孔部材４２が分割構造ではなく、一体ものとして形成されている。
すなわち、ガス孔部材４２は、取り付け孔２２の内周面に緊密嵌合される外周面を有する、小径部４３及び大径部４４の二段構造をなす円柱状に形成されている。
また、貫通孔４５は、放電面４１ａ側に配置されるガス孔部材４２の端面から電極板４１の厚さ方向の途中位置まで形成された放電面側小孔４６と、背面４２ｂ側に配置されるガス孔部材４２の端面から厚さ方向の途中位置まで形成された背面側小孔４７と、これら両小孔４６，４７の先端部を厚さ方向と直交する径方向に沿って連結する連結孔４８とから構成されている。この場合、連結孔４８はガス孔部材４２の外周面の一箇所から径方向に沿って形成され、その先端はガス孔部材４２の内部で止められている。したがって、貫通孔４５の開口は、図４に示すように、ガス孔部材４２の放電面４１ａ側の端面に配置される放電面側開口４６ａと、背面４１ｂ側の端面に配置される背面側開口４７ａと、外周面に開口する外周面側開口４８ａとの三箇所となる。

そして、このガス孔部材４２を電極板本体２３の取り付け孔２２に嵌合すると、三箇所の開口４６ａ，４７ａ，４８ａのうち、外周面側開口４８ａは、取り付け孔２２の内周面によって閉塞され、したがって、貫通孔４５は、背面側及び放電面側の両開口４６ａ，４７ａを経由して途中の二箇所に屈曲部Ｃを有する形状とされる。
この電極板４１の貫通孔４５は、ガス孔部材４２への孔開け加工によって形成されるが、このガス孔部材４２は小部品であることから、その取扱いも容易で、その分、精度よく加工することが可能である。また、３個の小孔により少なくとも二箇所の屈曲部Ｃを形成することができるとともに、その屈曲部Ｃの角度も小さく形成することができる。図３及び図４に示す例では、貫通孔４５に９０°の屈曲部Ｃが二箇所形成されている。

図５は、電極板の第３実施形態を示している。この電極板５１も、電極板本体５２の取り付け孔５３にガス孔部材５４が緊密嵌合される構成とされている点は、図１及び図３の各実施形態の場合と同様であるが、そのガス孔部材５４が、図１のように縦割りではなく、横割り状に分割された構成とされている。
この場合、取り付け孔５３は、小径部５５と大径部５６との二段構造とされているが、大径部５６はストレート円筒内周面に形成されているのに対して、小径部５５は、放電面５１ａ側から背面５１ｂ側にかけて漸次径が大きくなる円錐テーパ状に形成されている。この小径部５５のテーパの最大径は大径部５６の内径より小さく設定される。そしてガス孔部材５４は、小径部側分割パーツ５７と大径部側分割パーツ５８との二つの分割パーツが電極板５１の厚さ方向に積み重ねられて構成されており、取り付け孔５３に合わせて、大径部側分割パーツ５８はストレートの円柱状、小径部側分割パーツ５７は円錐テーパ状に形成されている。

また、貫通孔５９は、各分割パーツ５７，５８に厚さ方向に小孔６０，６１が形成されているとともに、これら小孔６０，６１の軸心がずれた状態とされており、小径部側分割パーツ５７において、大径部側分割パーツ５８と接する面に、図６（ａ）に示すように径方向に沿う溝状の凹部６２が形成されている。この凹部６２が、小径部側分割パーツ５７と大径部側分割パーツ５８との二つの小孔６０，６１のずれを埋めるように、これら二つの孔６０，６１にまたがって配置されることにより、両小孔６０，６１の間を凹部６２によって連結した状態に貫通孔５９が形成される。したがって、この貫通孔５９も９０°の屈曲部Ｃが二箇所形成される。
また、この実施形態の場合、小径部側分割パーツ５７及び大径部側分割パーツ５８の小孔６０，６１は、いずれも貫通状態に加工され、また、小径部側分割パーツ５７の端面で溝６２を形成する加工となるから、小孔６０，６１の位置を確認しながら溝加工することができ、作業性がよい。

また、二つの小孔６０，６１を連結する場合、図６（ｂ）に示す構成としてもよい。この図６（ｂ）では、小径部側分割パーツ５７（説明の便宜のため図６（ａ）と同じ符号とする）の端面に円形の座ぐり穴状に凹部６３が形成されており、その半径が、小径部側分割パーツ５７の小孔６０及び大径部側分割パーツ５８の小孔６１のうちの中心からの半径距離が大きいものよりも大きく設定されていることにより、この凹部６３内に両小孔６０，６１が開口するようになっている。したがって、この図６（ｂ）では、両小孔６０，６１が座ぐり状の凹部６３によって連通した貫通孔となる。
この図６（ｂ）に示す構造の場合、凹部６３が座ぐり穴状に形成されているから、小孔６０，６１及び凹部６３ともレーザ、ドリル等による孔開け加工とすることができ、また、両小孔６０，６１に若干の位置ずれが生じていたとしても座ぐり穴状の凹部６３が両小孔６０，６１を確実に連通状態とすることができ、さらに作業性がよくなる。
この第３実施形態のように分割パーツを電極板の厚さ方向に積み重ねてガス孔部材とする場合、三分割以上に分割した分割パーツによって構成してもよく、貫通孔に三箇所以上の屈曲部を形成することができる。

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、第１実施形態のガス孔部材では、二分割した両分割パーツともに溝を形成して、これらを重ね合わせることにより貫通孔が形成される構成としたが、分割パーツの一方の縦割り分割面にのみ溝を形成することとしてもよい。また、貫通孔の全長を同じ内径に形成する場合の他、部分的に内径を変えてもよい。その他、各寸法は一例であり、要求される性能等に応じて変更してもよい。

本発明の電極板の第１実施形態を示す一部のガス孔部材を抜き出した状態の縦断面図である。図１の電極板に用いられているガス孔部材を拡大して示す分解斜視図である。本発明の電極板の第２実施形態を示す図１同様の縦断面図である。図３の電極板に用いられているガス孔部材を拡大して示す斜視図である。本発明の電極板の第３実施形態を示す図１同様の縦断面図である。図４の電極板に用いられているガス孔部材のうち、小径部側分割パーツを示す上面図であり、（ａ）（ｂ）で凹部の形状が異なる二種類の小径部側分割パーツを示す。本発明の電極板が用いられるプラズマエッチング装置の例を示す縦断面図である。

符号の説明

２１電極板
２１ａ放電面
２１ｂ背面
２２取り付け孔
２３電極板本体
２４ガス孔部材
２５小径部
２６大径部
２７小径部
２８大径部
２９縦割り分割面
３０分割パーツ（パーツ）
３１溝
３２貫通孔
４１電極板
４１ａ放電面
４１ｂ背面
４２ガス孔部材
４３小径部
４４大径部
４５貫通孔
４６放電面側小孔
４６ａ放電面側開口
４７背面側小孔
４７ａ背面側開口
４８連結孔
４８ａ外周面側開口
５１電極板
５１ａ放電面
５１ｂ背面
５２電極板本体
５３取り付け孔
５４ガス孔部材
５５小径部
５６大径部
５７小径部側分割パーツ（パーツ）
５８大径部側分割パーツ（パーツ）
５９貫通孔
６０，６１小孔
６２凹部
６３凹部
Ｃ屈曲部

Claims

厚さ方向に沿う複数の貫通孔を有するプラズマ処理装置用電極板において、厚さ方向に貫通する複数の取り付け孔を有する電極板本体と、該電極板本体の各取り付け孔に緊密に嵌合するガス孔部材とを備えるとともに、前記ガス孔部材に前記貫通孔がそれぞれ形成され、各貫通孔には、前記厚さ方向の途中に屈曲部が少なくとも二箇所以上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。
前記ガス孔部材は前記貫通孔を介して縦割状に複数のパーツに分割可能とされ、前記貫通孔は、その少なくとも一つのパーツの縦割り分割面に形成された溝によって構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。
前記貫通孔は、前記ガス孔部材の両端から前記厚さ方向の途中位置まで形成された入口孔及び出口孔と、前記ガス孔部材の外周面から前記厚さ方向と交差する方向に沿って形成され前記入口孔及び出口孔の先端を連結状態とする連結孔とから構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置用電極板。
前記ガス孔部材は、複数のパーツが前記厚さ方向に積み重ねられてなり、これらパーツには、前記厚さ方向に沿う小孔がそれぞれ形成されるとともに、これらパーツどうしの接触面に、隣接するパーツの小孔どうしを連通状態とする凹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。