JP6014994B2 - Electrode plate for plasma processing equipment - Google Patents
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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。 The present invention relates to an electrode plate for a plasma processing apparatus that discharges a plasma generating gas while passing it in the thickness direction in the plasma processing apparatus.
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。 A plasma processing apparatus such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD apparatus used in a semiconductor device manufacturing process has, for example, an upper electrode and a lower electrode connected to a high-frequency power source disposed in a chamber facing each other in the vertical direction, With the substrate to be processed disposed on the electrode, plasma is generated by applying a high-frequency voltage while etching gas is circulated from the air hole formed in the upper electrode toward the substrate to be processed, and etching is performed on the substrate to be processed. And the like.
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。
電極板に設けられる通気孔(貫通細孔)は、通常は、その厚さ方向に平行に形成されているが(特許文献1参照)、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ため、通気孔の径が大きく変化する。特に通気孔のプラズマ発生領域側の被処理基板に対向する開口部は、侵食される。これに伴って、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し、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。
As the upper electrode used in this plasma processing apparatus, a laminated electrode plate is generally used in which a silicon electrode plate is fixed to a cooling plate and overlapped, and the heat of the electrode plate rising during the plasma processing is cooled. It is configured to dissipate heat through the plate.
The air holes (through-holes) provided in the electrode plate are usually formed in parallel to the thickness direction (see Patent Document 1). However, by repeatedly performing the plasma treatment, the portion exposed to the plasma is reduced. The diameter of the vent hole changes greatly because it is worn away. In particular, the opening facing the substrate to be processed on the plasma generation region side of the air hole is eroded. Along with this, a part of the plasma flows back against the flow of the etching gas, and when the plasma enters from the vent hole toward the back surface of the electrode plate, a part of the cooling plate is sputtered and the substrate to be processed is contaminated. There is a risk of being.
そこで、特許文献2及び特許文献3には、通気孔を屈曲させた状態に形成した電極板が提案されている。特許文献2では、電極板の表側と裏側とで異なる方向に孔加工して、両方の孔を電極板の内部で接続することにより屈曲した通気孔(貫通細孔)を形成している。また、特許文献3では、電極板本体の取付孔に緊密に嵌合するガス孔部材を備え、そのガス孔部材に、屈曲部が少なくとも2箇所以上形成された通気孔(貫通孔)を形成している。 Therefore, Patent Document 2 and Patent Document 3 propose electrode plates formed with bent air holes. In Patent Document 2, holes are formed in different directions on the front side and the back side of the electrode plate, and bent holes are formed by connecting both holes inside the electrode plate (through pores). In Patent Document 3, a gas hole member that fits tightly into the mounting hole of the electrode plate body is provided, and a vent hole (through hole) in which at least two bent portions are formed is formed in the gas hole member. ing.
このように、通気孔の途中に屈曲部を設けた場合、エッチングガスの流れに逆らって逆流するプラズマが、そのまま電極板の背面に通過することを防止できるので、冷却板の損傷を抑制できるとされている。
また、通気孔から噴出されたエッチングガスは、徐々に流速を弱めながら周囲に拡散するが、エッチングガス流れを、電極板の厚み方向に対して傾斜させることで、そのエッチングガスを周囲に均一に拡散させることができる。
In this way, when a bent portion is provided in the middle of the vent hole, it is possible to prevent plasma that flows backward against the flow of the etching gas from passing through the back surface of the electrode plate as it is, so that damage to the cooling plate can be suppressed. Has been.
In addition, the etching gas ejected from the vent hole diffuses to the surroundings while gradually decreasing the flow velocity, but the etching gas flow is inclined with respect to the thickness direction of the electrode plate so that the etching gas is uniformly distributed around the surroundings. Can be diffused.
しかし、通気孔の被処理基板側に位置する孔部を電極板の厚み方向に対して傾斜させて設けた場合、通気孔から噴出されるエッチングガスの流れは、電極板の表面に引き寄せられるように流れる。この場合、傾斜孔に沿ってエッチングガスを供給することができず、目標とするエッチングガスの拡散効果を得ることが難しい。したがって、エッチングガスの密度が不均一となり、被処理基板全体に均一なエッチング処理ができなくなるおそれがある。 However, when the hole located on the substrate side of the vent hole is inclined with respect to the thickness direction of the electrode plate, the flow of the etching gas ejected from the vent hole is attracted to the surface of the electrode plate. Flowing into. In this case, the etching gas cannot be supplied along the inclined hole, and it is difficult to obtain a target etching gas diffusion effect. Therefore, the density of the etching gas becomes non-uniform, and there is a possibility that uniform etching cannot be performed on the entire substrate to be processed.
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、プラズマの逆流を抑制して冷却板の損傷を防ぐことができるとともに、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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to prevent the cooling plate from being damaged by suppressing the backflow of the plasma and to perform the in-plane uniform plasma processing on the substrate to be processed. An object of the present invention is to provide an electrode plate for a plasma processing apparatus capable of performing
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、前記被処理基板と対向する放電面側に、厚さ方向に対して斜めに形成された傾斜孔部を有し、前記放電面には、前記傾斜孔部の開口端部を切り欠く凹部が形成されており、前記傾斜孔部の傾斜方向に沿う断面において、該傾斜孔部の180°対向する二つの周縁と該傾斜孔部に交差する凹部の切欠面とのなす角度が、両周縁部で同じ角度の直角又は鋭角に設定されており、前記切欠面は平面であり、この切欠面に前記傾斜孔部の開口端部が開口していることを特徴とする。 The electrode plate of the present invention is an electrode plate for a plasma processing apparatus disposed opposite to a substrate to be processed in the plasma processing apparatus, and is provided with a plurality of vent holes penetrating in the thickness direction. On the discharge surface side facing the substrate to be processed, there is an inclined hole portion that is formed obliquely with respect to the thickness direction, and the discharge surface is formed with a recess that cuts off the opening end of the inclined hole portion. In the cross section along the inclination direction of the inclined hole portion, the angle formed between two peripheral edges of the inclined hole portion that are 180 ° opposite to each other and the notch surface of the concave portion that intersects the inclined hole portion is It is set to the right angle or acute angle of the same angle , The said notch surface is a plane, The opening edge part of the said inclined hole part is opening to this notch surface, It is characterized by the above-mentioned.
傾斜孔部の開口端部に上記のように設定された凹部を形成することで、通気孔から噴出されるエッチングガスの流れに影響を与えることなく、エッチングガスを傾斜孔部の軸方向(傾斜方向)に沿って流すことができる。これにより、エッチングガスを所望の方向に沿って噴出させることができ、エッチングガスを均一に拡散させることができるので、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。
また、通気孔が電極板の厚さ方向に対して傾斜して設けられているため、凹部を形成しない場合には、開口端部において、傾斜孔部の内周面の一部がプラズマ発生領域に向けられ、その内周面にプラズマが反射して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おそれがある。しかし、開口端部に凹部を設けることにより、傾斜孔部の内周面の一部が切り欠かれるので、プラズマ発生領域に対向する面が減少し、プラズマが傾斜孔部の内周面に反射して通気孔に侵入することを防止できる。したがって、プラズマの逆流を抑制でき、プラズマによる冷却板の損傷を防ぐことができる。
By forming the concave portion set as described above at the opening end portion of the inclined hole portion, the etching gas is supplied in the axial direction (inclined direction) without affecting the flow of the etching gas ejected from the vent hole. Direction). Thus, the etching gas can be ejected along a desired direction, and the etching gas can be uniformly diffused, so that the in-plane uniform plasma treatment can be performed on the substrate to be processed.
In addition, since the air holes are provided so as to be inclined with respect to the thickness direction of the electrode plate, when the recess is not formed, a part of the inner peripheral surface of the inclined hole is formed in the plasma generation region at the opening end. There is a possibility that a phenomenon occurs in which the plasma is reflected on the inner peripheral surface thereof and flows backward against the flow of the etching gas. However, by providing a recess at the opening end, a part of the inner peripheral surface of the inclined hole is cut out, so that the surface facing the plasma generation region is reduced and the plasma is reflected on the inner peripheral surface of the inclined hole. Thus, it is possible to prevent the air from entering the vent hole. Therefore, the back flow of plasma can be suppressed and damage to the cooling plate due to plasma can be prevented.
また、平面の切欠面に傾斜孔部の開口端部が開口していることから、エッチングガスを傾斜孔部の軸方向に沿って確実に流すことができるので、エッチングガスを円滑に拡散させることができる。また、この場合、凹部を平面で切り欠いて形成しているので、加工が容易である。 In addition, since the opening end of the inclined hole portion is opened in the flat cut-out surface, the etching gas can be reliably flowed along the axial direction of the inclined hole portion, so that the etching gas can be diffused smoothly. Can do. Further, in this case, since the concave portion is formed by cutting out with a flat surface, the processing is easy.
本発明の電極板において、前記通気孔は、前記放電面の反対側に位置する反対面から該放電面に向けて厚さ方向途中まで形成された入口側孔部を有し、該入口側孔部と前記傾斜孔部とが連通することにより屈曲して設けられているとよい。
通気孔を電極板の厚さ方向の途中で屈曲して設けることで、プラズマが傾斜孔部に侵入し、エッチングガスの流れに逆らって逆流した場合でも、プラズマがそのまま電極板の背面に通過することを防止でき、プラズマによる冷却板の損傷をより確実に防ぐことができる。
In the electrode plate of the present invention, the vent hole has an inlet side hole portion formed from the opposite surface located on the opposite side of the discharge surface to the middle of the thickness direction toward the discharge surface. It is preferable that the portion and the inclined hole portion are bent and provided by communicating with each other.
By providing a vent hole that is bent halfway in the thickness direction of the electrode plate, even if the plasma enters the inclined hole portion and flows back against the flow of the etching gas, the plasma passes through the back surface of the electrode plate as it is. This can prevent the damage to the cooling plate due to plasma more reliably.
本発明によれば、プラズマの逆流を防止して冷却板の損傷を防ぐことができるとともに、エッチング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。 According to the present invention, it is possible to prevent the reverse flow of the plasma and prevent the cooling plate from being damaged, to keep the etching gas flow uniform, and to perform the in-plane uniform plasma processing on the substrate to be processed.
以下、本発明の電極板の第1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。
Hereinafter, a first embodiment of an electrode plate of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a plasma etching apparatus 1 will be described as a plasma processing apparatus using this electrode plate.
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1, the plasma etching apparatus 1 is provided with an electrode plate (upper electrode) 3 in the upper part of the vacuum chamber 2 and a gantry (lower electrode) 4 that can be moved up and down in the lower part. Are provided in parallel with the electrode plate 3 at a distance from each other. In this case, the upper electrode plate 3 is supported in an insulated state by the
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。
The electrode plate 3 is formed in a disk shape with silicon, and a
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。
In the plasma etching apparatus 1, when an etching gas is supplied by applying a high-frequency voltage from a high-
Further, for the purpose of uniformly etching the
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を参照しながら説明する。
第1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。
Next, the detailed structure of the electrode plate 3 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The electrode plate 3 of the first embodiment is provided with a plurality of vent holes 11 penetrating in parallel with the thickness direction. The air holes 11 are used to supply an etching gas between the electrode plate 3 and the
通気孔11は、図2に示すように、ウエハ8と対向する放電面30a側に、電極板3の厚さ方向に対して斜めに形成された傾斜孔部21と、放電面30aと反対側の反対面30b側に、厚さ方向と平行に形成された垂直な入口側孔部22とが互いに連通して形成されている。そして、これら傾斜孔部21と入口側孔部22との間には、屈曲部25が形成され、通気孔11は屈曲して設けられている。また、傾斜孔部21の先端は、入口側孔部22よりも延長され、延長部26が設けられている。
電極板3の放電面30aには、傾斜孔部21の開口端部を切り欠く凹部23が形成されており、開口端部における内周面が切り欠かれている。この凹部23は、傾斜孔部21の開口端部が、その軸方向と直角に交差する平面(切欠面24)に開口するように形成されている。なお、図中符号21Oは、傾斜孔部21の軸線を示しており、符号22Oは、入口側孔部22の軸線を示している。
また、凹部23は、図2に示すように、傾斜孔部21の傾斜方向に沿う断面において、傾斜孔部21の180°対向する二つの周縁21A,21Bと、その傾斜孔部21に交差する凹部23の切欠面24とのなす角度α,βが、両周縁部で同じ角度(図2では、略90°)に設定されている。
As shown in FIG. 2, the
On the
In addition, as shown in FIG. 2, the
なお、本実施形態においては、通気孔11は、ドリルにより加工している。例えば、板厚tが5mm以上20mm以下の電極板3に対して、傾斜孔部21の孔径及び入口側孔部22の孔径が0.3mm以上0.8mm以下に形成され、通気孔11が構成されている。
In the present embodiment, the
このように構成した電極板3においては、傾斜孔部21の開口端部の角度α,βが同じ角度で形成されていることから、通気孔11から噴出されるエッチングガスの流れに影響を与えることなく、エッチングガスを傾斜孔部21の傾斜方向に沿って流すことができる。これにより、エッチングガスを所望の方向に沿って噴出させることができ、エッチングガスを均一に拡散させることができるので、ウエハに面内均一なプラズマ処理を行わせることができる。
また、傾斜孔部21の開口端部には凹部23が設けられており、その開口端部における内周面が切り欠かれているので、プラズマ発生領域に対向する面が減少し、プラズマが傾斜孔部21の内周面に反射して通気孔11に侵入することを防止できる。また、通気孔11に屈曲部25を設けることで、直進性の高いプラズマの逆流を抑制することができ、プラズマによる冷却板の損傷を防ぐことができる。さらに、この実施形態の電極板3においては、傾斜孔部21に沿ってプラズマが侵入したとしても、延長部26で塞き止められるので、入口側孔部22への侵入を確実に防止することができる。
In the electrode plate 3 configured as described above, the angles α and β of the opening end portion of the
Moreover, since the recessed
図3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31においては、通気孔41は、電極板31の厚さ方向に対して斜めに形成された傾斜孔部21と、この傾斜孔部21の傾斜方向と異なる方向に斜めに形成された入口側孔部27とが連通するように形成されている。そして、傾斜孔部21と入口側孔部27との間には、屈曲部29が形成され、傾斜孔部21の先端は、入口側孔部27よりも延長して設けられている。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the
電極板31の放電面30aには、傾斜孔部21の開口端部を一部切り欠くように凹部28が形成されている。この実施形態では、凹部28は、ドリルにより加工されており、その孔径は、傾斜孔部21の孔径と同じか、それより大きく形成されている。また、この凹部28は、傾斜孔部21の傾斜方向に沿う面内に延びて形成されており、図3に示すように、傾斜孔部21の傾斜方向に沿う断面において、傾斜孔部21の180°対向する二つの周縁21A,21Bのうち、周縁21A側を切り欠いて形成されている。そして、これら周縁21A,21Bと、その傾斜孔部21に交差する凹部28の切欠面24とのなす角度α,βは、両周縁部で同じ角度に設定されている。なお、図3に示す電極板31においては、角度α,βは、鋭角に設けられている。また、図中符号27Oは、入口側孔部27の軸線を示しており、符号28Oは、凹部28を形成する孔の軸線を示している。
このように構成された電極板31においても、第1実施形態の電極板3と同様に、凹部28を設けることにより、エッチングガスを傾斜孔部21の傾斜方向に沿って流すことができ、プラズマの逆流を抑制することができる。
A
Similarly to the electrode plate 3 of the first embodiment, the
また、図4は、本発明の第3実施形態を示している。上述した実施形態においては、通気孔を、傾斜孔部と入口側孔部とを連通させて設けることにより屈曲させて設けたが、この第3実施形態の電極板32においては、図4に示すように、通気孔51が、電極板32の放電面30aから反対面30bにかけて貫通する傾斜孔部21により形成されている。そして、放電面30aに、傾斜孔部21の傾斜孔部21の開口端部を切り欠く凹部23が形成されている。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。
第3実施形態の電極板32においても、傾斜孔部21の開口端部を切り欠く凹部23を設けることにより、エッチングガスを傾斜孔部21の傾斜方向に沿って流すことができ、プラズマの逆流を抑制することができる。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In the above-described embodiment, the vent hole is provided by bending the inclined hole portion and the inlet-side hole portion so as to communicate with each other. In the
Also in the
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、傾斜孔部の傾斜方向に沿う断面において、その傾斜孔部の180°対向する二つの周縁と傾斜孔部に交差する凹部の切欠面とのなす角度を、両周縁部で同じ角度となるように設定することが好ましいが、両周縁部の角度が必ずしも厳密に同一に設定されるものでなくてもよい。また同様に、凹部は、傾斜孔部の開口端部が、その軸方向と直角に交差する平面に開口するように形成されることが好ましいが、必ずしも厳密な意味で90°に交差する平面に形成されるものでなくてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the cross section along the inclination direction of the inclined hole portion, the angle formed between two peripheral edges of the inclined hole portion that are 180 ° opposite to each other and the notch surface of the concave portion that intersects the inclined hole portion is the same angle at both peripheral edge portions. However, it is not always necessary to set the angles of both peripheral portions to be exactly the same. Similarly, the concave portion is preferably formed so that the opening end portion of the inclined hole portion opens in a plane intersecting at right angles to the axial direction, but in a strict sense, it is not necessarily in a plane intersecting 90 °. It does not have to be formed.
1 プラズマエッチング装置
2 真空チャンバー
3,31,32 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
11,41,51 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 傾斜孔部
21O,22O,27O,28O 軸線
21A,21B 周縁
22,27 入口側孔部
23,28 凹部
24 切欠面
25,29 屈曲部
30a 放電面
30b 反対面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma etching apparatus 2
4 frame (lower electrode)
5
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Etching
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