JP7194941B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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図1に、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置である誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置1の構成を示す鉛直断面図である。ドライエッチング装置1は、概略、上方に開口した略円筒形状を有するチャンバ10(反応室ともいう)と、チャンバ10の開口を覆うように設けられた誘電体部材40と、誘電体部材40の上方に配置された誘導コイル55と、チャンバ10に対向するカバー部材70と、誘電体部材40とカバー部材70との間に配置されたFS電極板80(FS:ファラデーシールド)と、を備える。
チャンバ10は、誘電体部材40が開口を覆うことにより密閉することができる。またチャンバ10は、詳細については後述するが、ガス供給源からプラズマの原料ガス(プロセスガス)をチャンバ10内に導入するためのガス導入口12と、チャンバ10内に原料ガスをガス噴出口14とを有する。さらにチャンバ10は、チャンバ10内のガスを外部に排出するガス排出口(図示せず)を有する。チャンバ10は、減圧ポンプ(図示せず)を用いて、内部のガスを排気することにより、減圧状態に維持することができる。
なお、チャンバ10は、好ましくはアルミニウムもしくはステンレス鋼(SUS)等の十分な剛性を有する金属材料、または表面をアルマイト加工したアルミニウムを用いて構成されるが、これに限定されるものではない。
誘電体部材40は、チャンバ10の開口に沿った円形形状を有する絶縁板である。誘電体部材40は、チャンバ10の開口を塞ぐように配置されると、チャンバ10を密閉することができる。誘電体部材40は、図1に示すように平坦な両面を有するが、これに限定されない。例えば誘導コイル55の周縁部に対応する位置において、誘電体部材40に環状溝(図示せず)を設けてもよい。また誘導コイル55の周縁部をチャンバ10により近づけるために、誘電体部材40に環状溝に配置してもよい。こうして誘導コイル55の周縁部に対応するチャンバ10の原料ガスを、より効率的に(電力損失を抑制して)プラズマ化することができる。
なお、誘電体部材40は、例えば石英(SiO2)、酸化イットリウム(Y2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al2O3)等の誘電体材料を用いて形成してもよい。また誘電体部材40の厚みは、例えば35mmであってもよい。
誘導コイル55は、誘電体部材40の上方に配置され、その両端にはICP高周波電圧(周波数は例えば13.56MHz)を印加する第1高周波電源57が接続されている。誘導コイル55は、3次元的な螺旋形状を有する。図2は、誘導コイル55の一例を示す平面図である。図2の誘導コイル55は、中心から外周側に向けて螺旋状に延びる4本の導体により形成されている。導体は、例えば、リボン状の金属板であってもよいし、金属線であってもよい。誘導コイル55は、チャンバ10の開口の中心に向かって、誘電体部材からの距離が増加するように螺旋状に構成される。
本発明に係るカバー部材70は、同様に円形形状を有する絶縁板であり、チャンバ10に対向するように配置されるが、前掲特許文献1に記載のカバー部材とは異なり、ガス噴出孔を備えていない。すなわちカバー部材70は、ガス噴出孔を設けるためではないが、エッチングされた基板の配線層から飛散した金属物質等の不揮発性物質が直接、誘電体部材40に付着することを防止するための防着板として設けられている。
なお、カバー部材70は、石英(SiO2)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化イットリウム(Y2O3)、およびアルミナ(Al2O3)等の誘電体材料を用いて形成してもよい。
FS電極板80(FS:ファラデーシールド)は、誘電体部材40とカバー部材70との間に配置され、FS高周波電圧(周波数は例えば2MHz)を印加する第2高周波電源42が接続されている。FS電極板80にFS高周波電圧を印加することにより、FS電極板80とチャンバ10内のプラズマとの間にバイアス電圧を形成する。プラズマによりエッチングされた基板Sの配線層から飛散した金属物質等の不揮発性物質がカバー部材70に付着することがあるが、FS電極板80のバイアス電圧で加速されたプラズマ化されたイオン等の荷電粒子がカバー部材70に付着した不揮発性物質に衝突して物理的に除去することができる。
次に、プラズマのプロセスガス(原料ガス)をガス導入口12からガス噴出口14に至るまで案内する複数の流路と、これらを構成する各構成部品について以下説明する。図3は、実施形態に係るガス分配部20、誘電体部材40、第1環状部材50、第2環状部材60およびカバー部材70の構成を示す、図1の拡大断面図である。図4(a)は、第1環状部材50の平面図であり、図4(b)は、第1環状部材50の端面図であり、図4(c)は、図4(b)の周縁部を拡大した拡大端面図である。同様に、図5(a)は、第2環状部材60の平面図であり、図5(b)は、第2環状部材60の端面図であり、図5(c)は、図5(b)の周縁部を拡大した拡大端面図である。
なお、第1環状部材50および第2環状部材60の構成材料としては、チャンバ10と同様、アルミニウムもしくはステンレス鋼(SUS)等の十分な剛性を有する金属材料、または表面をアルマイト加工したアルミニウムを用いて構成されるが、これに限定されるものではない。
本体流路22は、ガス分配部20のガス導入口12から半径方向内側に向かって延び、さらに曲折してガス分配部20の上面24まで貫通するように構成されている。ガス分配部20は、上面24に上面凹部25を有し、上面凹部25には周方向に延びる上面Oリング26が収容され、ボルト等の固定部材(図示せず)を用いてガス分配部20と誘電体部材40が固定(ねじ止め)されたとき、本体流路22内のプロセスガスが、ガス分配部20と誘電体部材40との間の隙間を介して外部に漏れ出さないように構成されている。同様に、ガス分配部20は、下面27に下面凹部28を有し、下面凹部28には周方向に延びる下面Oリング29が収容され、ガス分配部20とチャンバ10が固定されたとき、チャンバ10内のプロセスガスが、ガス分配部20および第1環状部材50とチャンバ10との間の隙間を介して外部に漏れ出さないように構成されている。すなわち上面Oリング26および下面Oリング29は、チャンバ10を封止する機能を有する。
ガス分配部20は、その上面24と、誘電体部材40の平坦な下面44との間において、半径方向に延びる第1流路30を形成する。第1流路30は、本体流路22と流体連通している。またガス分配部20は、周方向に連続して延びる環状溝部32を有し、同様に誘電体部材40の平坦な下面44と環状溝部32との間に環状流路34を形成する。環状流路34は、第1流路30と流体連通している。なお本願では、本体流路22と環状流路34とを流体連通させる第1流路30の一部を上流部31といい、環状流路34と第2流路38(後述)とを流体連通させる第1流路30の一部を下流部33という。
図3に示すように、ガス分配部20の内径は、カバー部材70の外径より大きくなるように設計され、ガス分配部20の内周面36とカバー部材70の外周面72との間に第2流路38が形成される。図3に示す第2流路38は、略鉛直方向に延びるように形成されているが、これに限定されず、ガス分配部20の内周面36およびカバー部材70の外周面72は、水平方向に対して傾斜するように形成してもよい。第2流路38は、第1流路30の下流部33と流体連通している。
カバー部材70の厚みは、誘電体部材40と第2環状部材60との間の距離より小さくなるように設計され、誘電体部材40とカバー部材70との間、およびカバー部材70と第2環状部材60との間に隙間が形成され、後者の隙間を第3流路62という。第3流路62は、第2流路38と流体連通している。
第2環状部材60をドリル穿孔して貫通孔を形成することにより、第3流路62と流体連通する複数の第4流路68を極めて容易に機械加工することができる。第4流路68は、第2環状部材60の等角度位置(例えば72カ所、図示せず)に形成されているが、より数少なくても、あるいはより数多くてもよい。ただし、チャンバ10内のプラズマ状態を均一に分布させるためには、第4流路68は、チャンバ10の中心に点対称に配置されることが好ましい。
第4流路68と流体連通する複数の噴出流路58は、図3に示すように、水平方向に対して下向きに傾斜して延びており、第1環状部材50および第2環状部材60が協働することにより形成される。例えば、第1環状部材50が第1傾斜面59を有し、第2環状部材60が第1傾斜面59に当接する第2傾斜面69を有するとき、噴出流路58は、第1傾斜面59および第2傾斜面69のうちの少なくとも一方に溝部を設けることにより形成される。
上記実施形態の変形例として、図6に示すように、第1環状部材50と第2環状部材60とを一体にした合体環状部材90(単に「環状部材」ともいう。)にドリル穿孔することにより、第2流路38に直接連通し、水平方向に対して下向きに傾斜して延びる複数の貫通孔(噴出流路58)を形成してもよい。換言すると、図3に示す第4流路68は、略鉛直方向に延びているが、この変形例において、傾斜して延びる噴出流路58として形成してもよい。
Claims (7)
- 開口を有するチャンバと、
前記チャンバの前記開口を覆うように設けられた誘電体部材と、
ガス導入口を含む本体流路を有し、前記チャンバと前記誘電体部材との間に配置されたガス分配部と、
前記ガス分配部に固定された第1環状部材と、
前記第1環状部材に固定された第2環状部材と、を備え、
前記第1環状部材および前記第2環状部材が協働して、前記本体流路と連通する噴出流路を形成し、
前記噴出流路は、ガス噴出口を含み、水平方向に対して下向きに傾斜して延びている、
プラズマ処理装置。 - 前記第1環状部材は、第1面を有し、
前記第2環状部材は、前記第1面に当接する第2面を有し、
前記第1面には第1溝部が形成され、および/または前記第2面には第2溝部が形成されており、
前記噴出流路は、前記第1溝部と前記第2面、前記第2溝部と前記第1面、または前記第1溝部と前記第2溝部が互いに対向して形成される、
請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記噴出流路は、水平方向に対して下向きに25度±5度の角度で傾斜して延びる、
請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。 - 前記誘電体部材と第2環状部材との間に前記ガス分配部と対向するように配置されたカバー部材をさらに備え、
前記本体流路は、前記誘電体部材と前記ガス分配部との間に形成された第1流路、前記ガス分配部と前記カバー部材との間に形成された第2流路、前記カバー部材と前記第2環状部材との間に形成された第3流路、および前記第2環状部材を貫通する第4流路を介して、前記噴出流路と連通している、
請求項1~3のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記第1流路は、前記誘電体部材と前記ガス分配部との間に形成された環状流路と前記本体流路とを連通させる上流部と、前記環状流路と前記第2流路とを連通させる下流部とを含み、
前記環状流路は、前記下流部と、前記第2流路と、前記第3流路と、複数の前記第4流路を介して、周方向に形成された複数の前記噴出流路と連通している、
請求項4に記載のプラズマ処理装置。 - 前記誘電体部材の上方に設けられたコイルをさらに備え、
前記コイルは、前記開口の中心に向かって、前記誘電体部材からの距離が増加するように螺旋状に構成される、
請求項1~5のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。 - 開口を有するチャンバと、
前記チャンバの前記開口を覆うように設けられた誘電体部材と、
ガス導入口を含む本体流路を有し、前記チャンバと前記誘電体部材との間に配置されたガス分配部と、
前記ガス分配部に固定された環状部材と、
前記誘電体部材と前記環状部材との間に配置されたカバー部材と、を備え、
前記環状部材は、ガス噴出口を含み、水平方向に対して下向きに傾斜して延びる噴出流路を有し、
前記本体流路は、前記誘電体部材と前記ガス分配部との間に形成された第1流路、および前記ガス分配部と前記カバー部材との間に形成された第2流路を介して、前記噴出流路と連通している、
プラズマ処理装置。
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