JPH0473289B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体製造装置に係り、特にウエハ処
理の均一性に優れたプラズマ利用の半導体製造装
置に関するものである。

〔発明の背景〕

真空室内にガスを供給し、上下一対の平行平板
形の電極間に高周波電力を印加し、グロー放電に
よつて供給したガスをプラズマ化してウエハを処
理するドライエツチング装置、薄膜形成装置等の
半導体製造装置においては、均一なエツチング
性，均一な膜形成性が強く望まれている。特にウ
エハの大径化の傾向が強い最近では、均一処理性
は益々重要な装置性能となつている。業界で複数
のウエハを同時に処理する装置から１枚のウエハ
を処理する装置（１枚処理装置）への転換の傾向
が強いのは後者が均一処理性に優れているためで
ある。

処理の均一性はプラズマの分布状況にも影響さ
れるが、ガスの流れ状況に強い影響を受ける。特
に１枚処理装置においては対向電極から供給され
るガスをウエハ面上の全ての位置で等量かつ等速
度で供給することが重要である。

さらに、対向電極からのガス供給線速度（以
下、ガス速度と略）は次の理由により音速を越え
ない範囲にとどめることが重要である。すなわ
ち、ガス速度が音速を越えると圧力，密度，温度
等の状態量が不連続となり、これらが周囲に伝播
し、プラズマ状態を乱し、この結果、ウエハ処理
の一様性に悪影響を及ぼす。

従来の技術は対向電極からのガスの供給を１枚
の分散板を通して行つた。すなわち、対向電極を
電極の軸を中空に、かつ電極のケーシングと多数
の孔を有する分散板の間に空室を設けて構成し
た。ガスは軸の中空部から空室を半径方向へ流
れ、分散板の孔から真空室へ供給された。かかる
従来技術ではガス速度を音速以下で、かつ等しく
することが困難であつた。分散板の孔からのガス
速度は孔の上下、すなわち、対向電極の空室と真
空室との圧力差の関数であり、この圧力差が分散
板の孔の位置によつて変らなければ概ね等しいガ
ス速度が得られる。しかしガスが軸の中空部から
空室を半径方向へ流れる際に圧力損失を生じ空室
の圧力は中心部が高く、周辺部が小さい分布とな
り、この結果、ガス速度は中心部が大きく、周辺
部が小さくなつていた。空室の圧力が高く、した
がつて空室と真空室の圧力差が大きくとれれば、
分散板の孔からのガス速度を均一となすことがで
きるが、音速に対する臨界圧力のため、空室の圧
力を高くできない、すなわち真空室圧力に対する
空室の臨界圧力の比はガスの比熱比で定まり、比
熱比が1.3〜1.6の半導体用ガスで、その比は1.8〜
2.0となることは周知の事柄である。換言すれば、
分散板からのガス速度を音速以下となすために
は、空室と真空室との圧力差を真空室圧力の80〜
100％以下に維持せねばならない。この圧力差は
真空室圧力がおおよそ1torr以下の半導体製造装
置においては非常に小さい圧力差である。さらに
半導体製造装置の操作においては供給ガスの流量
は相当広い範囲に変化させられるのが普通であり
最小流量に対する最大流量の比で５〜10程度が要
求される。最大流量においても音速以下に維持す
る必要があり、最大流量で分散板の孔の総面積が
決定される。したがつて真空室の圧力が小さいこ
ととあいまつて、ガス流量が小さい操作条件で
は、空室の圧力は均一分布から大きく逸脱し、軸
に近い中心部から大部分のガスが流れ、分散板の
機能が損われ、ウエハ処理の均一性が悪くなつ
た。

上記したように、従来技術では１枚の分散板を
通してガスを真空室に供給しているために、分散
板の孔からのガス速度が一様にならぬことに起因
する、ウエハ処理の不均一性を惹き起すという問
題点を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、対向電極からウエハ載置用電
極（以下、テーブルと略）に載置されるウエハ表
面へ等速，等量のガスを供給することで、ウエハ
処理の均一性を向上できる半導体製造装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、真空室にテーブルと対向して内設さ
れる対向電極を、一端面が開放され他端面にガス
流通路を有する軸が連結されたケーシングと、該
ケーシングの一端面に構設されガス流通路と連通
した空室をケーシングと形成する分散板と、空室
をガス流通路側の空室と分散板側の空室とに連通
可能に分離して空室に内設された他の分散板とで
構成し、分散板のテーブルに載置されるウエハ表
面をカバーする範囲に同一開口面積，同一ピツチ
の孔を配置し、他の分散板に中心部から外縁端部
に向かうにしたがい同心円上の開口面積の和が大
きくなる孔を配置したことを特徴とするもので、
対向電極からテーブルに載置されたウエハ表面へ
等速，等量のガスを供給しようとするものであ
る。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明
する。

第１図〜第３図で、真空室１０には、対向電極
２０とテーブル３０とが放電空間４０を有し、こ
の場合、上下方向に対向して内設されている。対
向電極２０は、一端面（第１図では、下端面）が
開放され他端面（第１図では、上端面）にガス流
通路１１を有する軸１２が連結されたケーシング
２１と、ケーシング２１の一端面（第１図では、
下端面）に構設されガス流通路１１と連通した空
室４１をケーシング２１と形成する分散板２２
と、空室４１をガス流通路１１側の空室（以下、
第１空室と略）４２と分散板２２側の空室（以
下、第２空室と略）４３とに連通可能に分離して
空室４１に内設された他の分散板２３とで構成さ
れている。

この場合、軸１２は、ケーシング２１の他端面
の中心部に連結され、また、ガス供給装置（図示
省略）に連結されたガス導管（図示省略）がガス
流通路１１と連通して軸１２に連結されている。

分散板２２は、多孔体、例えば、多数の孔２４
が穿設された多孔板で形成されている（第２図）。
他の分散板２３は、多孔板、例えば、多数の孔２
５が穿設された多孔板で形成されている（第３
図）。この場合、他の分散板２３の孔２５は、他
の分散板２３の中心を通る複数の放射線上に、か
つ、等ピツチの同心円上に配置され、孔２５の開
口面積は、他の分散板２３の中心部から外縁端部
に向うにしたがつて漸次大きくなつている。すな
わち、中心部から外縁端部に向かうにしたがい同
心円上の開口面積の和が大きくなつている。ま
た、分散板２２の孔２４は、分散板２２の外周辺
部を除くテーブル３０に載置されるウエハ５０表
面をカバー可能な範囲内に、同一開口面積、同一
ピツチで規則的に配置（正三角形配置あるいは正
四角形配置）される。孔２４のピツチは、テーブ
ル３０に載置されるウエハ５０表面へのガス供給
の等方性を増すために小さい方が好ましい。

なお、テーブル３０の側面並びに放電空間４０
と反対側面は、電気絶縁体３１で被覆されてい
る。また、テーブル３０の放電空間４０と反対側
面には、電気絶縁体３１で外周面を被覆され、一
端部が真空室１０内に突出しその底壁に気密に設
けられた軸１３が連結されている。テーブル３０
には、熱媒溝３２が形成され、軸１３には、熱媒
溝３２に連通して熱媒流通路１４ａ，１４ｂが形
成されている。軸１３には、電源、例えば、高周
波電源６０が接続されている。また、真空室１０
の底壁には、排気ノズル１５が設けられ、排気ノ
ズル１５は、真空室１０外に設置された真空排気
装置（図示省略）に連結されている。また、真空
室１０は、外部との間でウエハ５０を搬入出可能
な構造となつている。

例えば、真空室１０は、真空排気装置により所
定圧力まで減圧排気される。この減圧排気完了
後、真空室１０には、外部よりウエハ５０が搬入
され、このウエハ５０は、この場合、テーブル３
０の中央部に載置される。一方、ガス供給装置か
らのガスはガス導管を介してガス流通路１１に供
給され、ガス流通路１１を流通した後に、第１空
室４２，第２空室４３を順次通過して放電空間４
０、つまり、ウエハ５０表面に供給される。

この場合、ガス流通路１１を流通した後に第１
空室４２に供給されたガスは、第１空室４２内を
半径方向へ流動する。この際、圧力損失が生じ他
の分散板２３の中心部から外縁端部に向うにした
がつて孔２５を通過するガス速度は漸次小となる
が、しかし、孔２５の開口面積が中心部から外縁
端部に向つて漸次大きくなつているために、孔２
５におけるそれぞれのガスの第２空室４３への供
給量は、他の分散板２３の中心部においても周辺
部においても等量となる。このため、その後の第
２空室４３においては、ガスの圧力は、第２空室
４３の全域で一定となり、分散板２２の孔２４か
らのガス速度は、孔２４の位置に関係なく等速と
なる。また、分散板２２の孔２４がウエハ５０表
面をカバー可能な範囲内に同一開口面積、同一ピ
ツチで規則的に配置されているため、ウエハ５０
表面へ等速，等量のガスが供給される。

このようなガスの供給と共に、真空室１０内が
処理に必要な圧力に調整される。その後、高周波
電源６０が入力され対向電極２０とテーブル３０
との間にグロー放電が生じ、この放電によりガス
はプラズマ化される。このプラズマによりウエハ
５０が所定の処理され、ウエハ５０表面に供給さ
れたガスは、テーブル３０を迂回して排気ノズル
１５を通つた後に真空排気装置により排気され
る。

このようなプラズマによる処理の際、ウエハ５
０は所定温度に調整される。すなわち、真空室１
０外に設置された熱媒温度制御装置（図示省略）
によつて温度を制御された熱媒は、熱媒流通路１
４ａを経て熱媒溝３２に供給され熱媒溝３２を流
通する。この間に熱媒は、テーブル３０を介しウ
エハ５０の温度を所定温度に調整する。その後、
熱媒溝３２を流通した熱媒は、熱媒流通路１４ｂ
を経て熱媒温度制御装置に戻される。

本実施例のような半導体製造装置では、対向電
極からテーブルに載置されたウエハ表面へガスを
等速，等量で供給できるので、ウエハ処理の均一
性を向上できる。

第４図は、他の分散板の他の実施例を示すもの
で、他の分散板２３′には、一つの同心円上の孔
２５が放射線の一つ飛びに、かつ、隣接する孔２
５が同一放射線上とならないように互いにずらさ
れ配置されている。また、孔２５の開口面積は、
他の分散板２３′の中心部から外縁端部に向うに
したがつて漸次大きくなつている。すなわち、中
心部から外縁端部に向かうにしたがい同心円上の
開口面積の和が大きくなつている。

このような他の分散板を用いた場合は、他の分
散板から第２空室へのガス供給の等量性を一実施
例の場合より更に向上させることができる。

第５図は、他の分散板の更に他の実施例を示す
もので、他の分散板２３″には、開口面積が等し
い孔２５が他の分散板２３″の中心部から外縁端
部に向うにしたがつて同心円上の個数を漸次多く
して配置されている。すなわち、中心部から外縁
端部に向かうにしたがい同心円上の開口面積の和
が大きくなつている。

このような他の分散板を用いた場合は、一実施
例、他の実施例と比較し孔の総開口面積が等しい
場合、他の分散板から第２空室へのガス供給の等
量性を更に向上させることができ、また、孔の開
口面積が同一であるため、他の分散板の加工も容
易となる。

なお、本実施例では、分散板と他の分散板とを
形成する多孔体として多孔板を用いているが、多
孔体としては、その他に網目状物，多孔質鋳造
物，多孔質セラミツクス，多孔質焼結金属等を用
いても良い。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、真空室にテー
ブルと対向して内設される対向電極を、一端面が
開放され他端面にガス流通路を有する軸が連結さ
れたケーシングと、該ケーシングの一端面に構設
されガス流通路と連通した空室をケーシングと形
成する分散板と、空室を第１空室と第２空室とに
連通可能に分離して空室に内設された他の分散板
とで構成し、分散板のテーブルに載置されるウエ
ハ表面をカバーする範囲に同一開口面積，同一ピ
ツチの孔を配置し、他の分散板に中心部から外縁
端部に向かうにしたがい同心円上の開口面積の和
が大きくなる孔を配置したことで、対向電極から
テーブルに載置されたウエハ表面へガスを等速，
等量で供給できるので、ウエハ処理の均一性を向
上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による半導体製造装置の一実
施例を示す真空室の縦断面図、第２図は、第１図
の対向電極を構成する分散板の平面図、第３図
は、第１図の対向電極を構成する他の分散板の平
面図、第４図は、他の分散板の他の実施例を示す
平面図、第５図は、他の分散板の更に他の実施例
を示す平面図である。 １０……真空室、１１……ガス流通路、１２…
…軸、２０……対向電極、２１……ケーシング、
２２……分散板、２３，２３′，２３″……他の分
散板、２４，２５……孔、３０……テーブル、４
１……空室、４２……第１空室、４３……第２空
室、５０……ウエハ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空室に対向電極とテーブルとが対向して内
   接され、対向電極を介して真空室内にガスを供給
   すると共に、対向電極とテーブルとの間でグロー
   放電を生ぜしめてテーブルに載置されたウエハを
   処理する装置において、 前記対向電極を、前記テーブル側に面する端面
   が開放され他端面にガス流通路を有する軸を連結
   したケーシングと、前記ケーシングの開放側端面
   に構設され前記ケーシング内に前記ガス流通路と
   連通する空室を形成する分散板と、前記ケーシン
   グ内に設けられ前記空室をガス流通路側の空室と
   分散板側の空室とに分離する他の分散板とで構成
   し、 前記分散板の前記テーブルに載置される前記ウ
   エハ表面をカバーする範囲に同一開口面積，同一
   ピツチの孔を配置し、 前記他の分散板に中心部から外縁端部に向かう
   にしたがい同心円上の開口面積の和が大きくなる
   孔を配置したことを特徴とする半導体製造装置。 ２ 前記他の分散板に設けた孔は、前記他の分散
   板の中心を通る複数の放射線上に、かつ、等ピツ
   チの同心円上に配置され、前記他の分散板の中心
   部から外縁端部に向かうにしたがい孔の開口面積
   を大きくした特許請求の範囲第１項記載の半導体
   製造装置。 ３ 前記他の分散板に設けた孔は、一つの同心円
   上の孔が放射線の一つとびに、かつ、隣接する孔
   が同一放射線上とならないように互いにずらして
   配置され、前記他の分散板の中心部から外縁端部
   に向かうにしたがい孔の開口面積を大きくした特
   許請求の範囲第１項記載の半導体製造装置。 ４ 前記他の分散板に設けた孔は、孔の開口面積
   を等しくし、かつ、前記他の分散板の中心部から
   外縁端部に向かうにしたがい同心円上の孔の個数
   を多くして配置した特許請求の範囲第１項記載の
   半導体製造装置。