WO2005067022A1

WO2005067022A1 - シャワープレート、プラズマ処理装置、及び製品の製造方法

Info

Publication number: WO2005067022A1
Application number: PCT/JP2004/014421
Authority: WO
Inventors: Tadahiro Ohmi; Masaki Hirayama; Tetsuya Goto
Original assignee: Tadahiro Ohmi; Masaki Hirayama; Tetsuya Goto
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2005-07-21
Also published as: US7879182B2; TW200522205A; US20070144671A1; KR101172334B1; TWI374497B; KR20060127094A

Abstract

シャワープレートに配置するガス放出孔の単位面積あたりの配置数を、シャワープレート中心から離れるに従って増加させる、もしくは、ガス放出孔の孔半径をシャワープレート中心から離れるに従って増加させることにより、プラズマ励起ガス流を均一にし、これによって、被処理基板の均一処理を可能にする。

Description

シャワープレート、プラズマ処理装置、及び製品の製造方法

技術分野

本発明は、半導体基板、液晶表示基板等の被処理体に C VD、 R I E等のエツチング、アツシング、酸化、窒化、酸窒化等の処理を行なうプラズマ処理装置及ぴ当該プラズマ処理装置を用いて半導体装置等の製品を製造する製造方法に関し、特にこれらプラズマ処理装置または製明造方法において使用されるシャワープレートに関する。田背景技術

従来、この種の半導体製造装置として、特開 2 0 0 2 - 2 9 9 3 3 0号公報（以下、文献 1と呼ぶ）に記載されたようなプラズマ処理装置が用いられている。文献 1に記載されているように、当該プラズマ処理装置は、処理室内にマイクロ波を放射するラジアルラインスロットアンテナ (以下、アンテナと呼ぶ）、アンテナから放射されるマイク口波の波長を圧縮する遅相板、当該遅相板に対して間隔を置いて配置されたカバープレートを備えている。当該プラズマ処理装置はまた、カバープレートの直下に置かれ、多数のガス放出孔を備えた低損失誘電体によつて構成されたシャワープレートを備えている。更に、シャワープレートの下部には、間隔を置いて、多数のノズルを備えた導体構造物が配置されている。

シャワープレート内部には、プラズマ発生用のガスが供給される。この状態でアンテナからマイクロ波が与えられると、シャワープレートと導体構造物との間の空間に高密度のプラズマが発生する。当該プラズマは導体構造物を介して、半導体ウェハーを処理する処理空間に導かれる。このような構成では、導体構造物のノズルから放出された処理ガスがシャワープレート下部に形成された高密度プラズマによって励起される。 - この場合、シャワープレートには、処理室の外壁に設けられたプラズマガス供給ポートに連通するプラズマガスの供給通路が形成されている。プラズマガス供給ポートから A rや K r等のプラズマ励起ガスがシャワープレート内の供給通路に与えられる。更に、励起ガスは供給通路及ぴシャワープレートのガス放出孔から処理室内に導入されている。

上記したラジアルラインスロットアンテナを備えたプラズマ処理装置では、シャワープレート直下の空間に均一な高密度プラズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低い。そのため被処理基板にダメージが生じることがなく、また処理容器の器壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じることもなレ、。

—方、シャワープレートには、同一サイズの多数のガス放出孔が均一且つ一様に配置されている。換言すれば、シャワープレートに配列されるガス放出孔の分布及びサイズはシャワープレート全面に亘つて一様である。

本発明者等の実験によれば、同一サイズのガス放出孔が全面にたり一様に分布したシャワープレートを使用して、 CVD (Chemical Vapor Deposition ) 等の成膜プロセスを行った場合には基板に形成される膜の膜厚が不均一になる一方、

(RIE) (Reactive Ion Etching) 等のエッチングプロセスを行った場合、エッチングレートが不均一になることが判明した。更に、シャワープレートへの処理ガス堆積によるプロセスの不安定化、歩留まりの劣化、スループットの劣化という問題も生じることも判明した。

本発明の目的は、前述したプラズマ処理装置に伴う種々の不具合の原因を究明して、これらの不具合を軽減できる手法を提供することである。

本発明の具体的な目的は、均一な膜形成或いは均一なエッチングレートを実現できるプラズマ処理装置或いは半導体製造装置を提供することである。

本発明に更に具体的な目的は均一な膜形成或いは均一なエッチングレートを実現するのに役立つシャワープレートを提供することである。

本発明の他の目的は上記したシャワープレートを使用して製品を製造する方法を提供することである。発明の開示

本発明者等は、上記不具合の原因を鋭意検討した結果、以下の事実を見出した。同一サイズのガス放出孔が一様に分布したシャワープレートを使用した場合、基板中央部には周辺部に配置されたガス放出孔からのガスも被処理基板に照射される。そのため、被処理基板へ到達する単位時間、単位面積あたりのガス分子の量について、被処理基板中央部の方が被処理基板周辺部に比べて多くなり、ガス嘖出流がシャワープレートから離れた距離において不均一となり、面内均一性が確保できない。このように、シャワープレートからのガス放出が乱れると、導体構造物に形成された処理ガス放出ノズルから噴出されたガスが、シャワープレートと導体構造物との間の高密度プラズマが形成されている空間に到達してしまい、処理ガスの過剰解離や、シャワープレートへ堆積してしまうという問題点も見出された。

このことから、本発明では、被処理基板の面内へ均一なガス供給を可能とするシャワープレート、当該シャワープレートを含むプラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置を使用した製造方法を提案する。

本発明の一態様によれば、ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、シャワープレートの中心部における単位面積あたりの放出孔の孔の合計面積と周辺部における単位面積あたりの放出孔の孔の合計面積とが異なることを特徴とするシャワープレートが得られる。具体的には、シャワープレートの中心部における単位面積あたりの放出孔の孔の合計面積が周辺部における単位面積あたりの放出孔の孔の合計面積よりも小さい。

本発明の別の態様によれば、ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、シャワープレート中心部における放出孔の個々の孔面積が周辺部における放出孔の個々の孔の面積よりも小さいことを特徴とするシャワープレ一トが得られる。

本発明の更に別の態様によれば、ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャヮ一プレートにおいて、シャワープレート中心部における単位面積あたりの放出孔の孔の個数が周辺部における単位面積あたりの放出孔の孔の個数よりも少ないことを特徴とするシャワープレートが得られる。

本発明の他の態様によれば、ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、シャワープレート中心部における放出孔の孔の間隔が周辺部における放出孔の孔の間隔よりも短いことを特徴とするシャワープレートが得られる。

更に、別の態様によれば、ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、放出孔が同心円状に配置され、シャワープレート中心部における放出孔の孔の間隔が周辺部における放出孔の孔の間隔よりも短いことを特徴とするシャワープレートが得られる。

本発明の他の態様によれば、ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、放出孔はガスが孔内に流入する側で幅が 0 . 5 mm超、 5 mm 以下の部分を有し、ガスが孔から流出する側で幅が 0 . 0 2 mm以上好ましくは 0 . 0 5 mm以上、かつ 1 mm以下好ましくは 0 . 5 mm以下の部分を有することを特徴とするシャワープレートが得られる。

本発明のシャワープレートは、放出孔のガス流出側の直径がプラズマシース厚の 2倍以下であることを特徴とする。また、放出孔はガス流入側からガス流出側に向かって孔径が変化していることを特徴とする。

また、本発明のシャワープレートは放出孔のうち、少なくともガス流出側における孔径のシャワープレート全体におけるバラツキが 1 %以内、好ましくは 0 . 2 5 %以内であることを特徵とする。また、シャワープレートの両面のうち、少なくともガスを流出させる側の面が平坦面ではないこと、例えばシャワープレートのガスを流出させる側の面が中央部より周辺部が突出していること、あるいはシャワープレートの周辺部の厚さが中央部の厚さよりも大きいことを特徴とする。複数の放出孔のうちの少なくとも一部の放出孔の少なくともガスを流出させる側の部分の中心軸は、シャワープレートの少なくとも中央部の被処理物に対向すベき面の法線に対して傾いていてもよい。中心軸の傾きは、好ましくは、少なくとも一部の放出孔からのガスがシャワープレートの中心方向であって被処理物の置かれるべき方向に向けて放出されるようになされている。また、ガスをシャワープレートの放出孔内に流入させる側の面へガスを系外から導入する手段をシャヮ一プレートの中心部ではなくて周辺部に設けたことも本発明の特徴の一つである。前述したシャワープレートはプラズマ処理装置に使用される。また、前述したシャワープレートはプラズマ処理方法に用いられ、プラズマ処理を適用した半導体装置や表示装置の製造に用いられる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明における課題を説明するためのグラフであり、ガス噴流の速度分布を示すグラフである。

図 2は、従来技術における単位時間 ·単位面積当り、基板に到達するガス分子の数の基板位置依存性を示すグラフである。

図 3は、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す図である。図 4 ( a ) 及び図 4 ( b ) はそれぞれ図 3に示されたシャワープレートを具体的に説明する平面図及び断面図である。

図 5は、本発明に係るシャワープレートにおける単位面積当りの孔個数と、シャワープレート中心からの距離依存性を説明する図である。

図 6は、本発明と従来技術におけるガス流束の基板からの距離依存性を示すグラフである。

図 7 ( a ) 及び図 7 ( b ) はそれぞれ本発明の第 2の実施形態に係るマイクロ波ブラズマ処理装置に使用されるシャワープレートの上面図及び断面図である。図 8は、本発明の第 2の実施形態に係るシャワープレートに形成されるガス放出孔の直径と、シャワープレート中心からの距離との関係を示す図である。

図 9は、本発明と従来技術とにおけるガス流束と基板中心からの距離との関係を示すグラフである。

図 1 0は、本発明の第 4の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す図である。

図 1 1 ( a ) 及び図 1 1 ( b ) はそれぞれシャワープレートの孔を具体的に説明する断面図である。

図 1 2は、シャワープレートにおける単位面積当りの孔個数と、シャワープレート中心からの距離依存性を説明する図である。

図 1 3は、本発明の第 5の実施形態に用いられるシャワープレートの断面図である。

図 1 4は、本発明の第 6の実施形態に用いられるシャワープレートの断面図である。

図 1 5は、本発明の第 7の実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成を示す図である。

図 1 6は、本発明のシャワープレートにおけるガス放出孔の直径誤差と、ガス流量誤差との関係を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

はじめに、本発明の原理について説明する。

ガスが半径 b。の孔から放出された場合の速度 u (r，_Z)は、ナビエ ·ストークス方程式を解くことにより、以下の式（1 ) で与えられる。）

ここで、 rはそれぞれ孔の中心軸からの径方向距離、 z は孔の出口からの中心軸上の距離である。また、 μ、 p、 Uoはそれぞれガスの粘性係数、ガスの質量密度、ガスの放出孔での初速度である。同時に、孔からのガスが広がる距離は、で定義すると、以下の式 ( 2 ) で与えられる。 bi/₂(z) = 23.1

•^P Q ( 2 ) ここで、 P はガス圧力（mTorr ) Q はガス流量（sccm) である。幅 b _1/2はガスの径方向速度分布において、中心軸上の速度の半分になる径方向位置、すなわちガス速度の半値幅を表している。

図 1に圧力が l Torr,ガス放出孔直径 (^ 0， 2删、 Ar ガスを噴出した場合における種々の位置 z におけるガスの速度分布の例を示す。

図 1から明らかなとおり、放出孔から噴出するガスは距離、 z に比例して、その分布が広がる。 ' 図 2には、上記式（1 ) 及び（2 ) に基づいて、シャワープレート全面に単位面積あたり同一に孔を配置した場合における分析結果が示されている。図 2に示すように、被処理基板中央部は周辺部に比べ多くガス分子が到達してしまう。上記した結果に基づき、本発明では、ガス放出孔の分布をシャワープレートの中心部とその周辺部で変化させる。具体的には、単位面積あたりの配置数を径方向に中心から離れるに従い多くするカ若しくは、放出孔の面積をプレート中心から径方向に増加させることで、被処理基板へ到達するガス分子の面内分布を均一化することが出来る。

このことをより具体的に説明すると、まず、ガス放出孔から放出されるガス流量 Q は次式（3 ) で与えられる。

Q=1349 X d^ L X (PrPo) X (Pi+Po)/2 (Pa- m3/s) ( 3 ) ここで、 d は放出孔の孔の直径、 L は孔の長さ、 Poはそれぞれ孔の入口側の圧力、出口側の圧力である。

ガス放出孔の直径は高密度プラズマが孔へ入り込まないように設計する必要がある。ガス放出孔にプラズマが流入すると、異常放電やガスの堆積が発生し、マイク口波の伝送効率や歩留まりの劣化が発生してしまう。これらを防止するには、孔径をプラズマシース厚の 2倍以下に設定すれば良い。プラズマのシース厚を d とすれば、次式（4 ) で与えられる。

ただし、 m i 、 m _e はそれぞれプラズマイオン質量、電子質量である。え。はデバイ長であり、次式（5 ) で与えられる。

ここで、 ε。は真空の誘電率、 k はボルツマン定数、 T _eは電子温度、 n _eはブラズ' マの電子密度、 e は素電荷量である。これらの式で与えられるシース厚は使用されるプラズマのガス種、電子温度、プラズマ電子密度により、 0 . 0 1 mmから 5 mm程度まで変化するので、孔径はその値に対応させてシース厚の 2倍以下となる 0 . 0 2 mm以上、 1 0 mm以下に設定すればよい。孔径は、このようにプラズマシースの厚さの 2倍以下であれば、プラズマがガス放出側から孔中に入り込むことが防止できる力直径は好ましくは 0 . 5 mm以下、より好ましくは 0 . 1 111111から0 . 3 mmに設定するのが望ましい。また、ガス通過のコンダクタンスを考慮して、 0 . 0 5 mm以上とするのが好ましい。そして、径が好ましくは 0 . 0 5 mm以上 0 . 5 mm以下の孔はガス流出側すなわちプラズマ発生側に 0 . 2 mmから 2 mmの長さで設け、他の部分、すなわち、ガス流入側はこれよりも大きい、 0 . 5 mm超、 5 mm以下の径とする。この程度であれば、孔内でブラズマが立つのを防止できる。もちろん、プラズマのシーズ厚によっては 1 0 mm 以下であってもよい。なお、シャワープレートの厚さは、真空シールのための機械的強度から 2 0 mm以上が好ましく、製造しやすさから 3 0 mm以下が好ましレ、。

また、シャワープレート一力バープレート間の空間のコンダクタンスは、前記空間に圧力差が発生すると式（3 ) より、ガス流量制御が困難となるため、ガス放出孔のコンダクタンスより十分大きく設定することが望ましい。よって、中心部及ぴ周辺部の圧力は実質的に同一である。

式（3 ) より、放出孔からのガス流量は孔直径の 4乗に比例し、また、式（2 ) からガス速度広がりの半値幅はガス流量の平方根に反比例することが分る。よつて、ガス速度広がりは孔直径の 2乗に反比例する。このことにより、シャワープレートの周辺部のガス放出孔の孔直径を中心部に比べて大きくすることで、ガス速度広がりを抑えることができ被処理基板へ単位時間 ·単位面積あたりに到達するガス分子数の分布を均一化することが実現する。若しくは、全ての孔の面積を同じにしたときは、単位面積あたりの放出孔の個数をプレート中心から径方向に増加させることで、均一化が可能となる。

ガス放出孔から放出されるガス流量は孔径の 4乗に比例する。図 1 6は、流量誤差の孔径誤差依存性を示している。流量の誤差に対応してプラズマ被処理物のプロセス均一性（成膜厚の均一性、エッチング量の均一性等）が劣化するため、プロセス均一性を 4 %以内に抑えるためには孔径誤差を 1 %以内にするのが好ましレ、。望ましくはプロセス均一性を 1 %に抑えるために孔径誤差は 0 . 2 5 %以内に抑える事が望ましい。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

第 1の実施形態

図 3を参照すると、 RIE (Reactive Ion Etching) プロセス用のマイクロ波プラズマ処理装置が示されている。図示されたマイク口波プラズマ処理装置は複数の排気ポート 8を介して排気される処理室 1 0を有する。処理室 1 0中には被処理基板 1 2を保持する保持台 1 4が配置されている。処理室 1 0を均一に排気するため、処理室 1 0は保持台 1 4の周囲にリング状の空間を規定しており、複数の排気ポート 8は空間に連通するように等間隔で、すなわち、被処理墓板 1 2に対して軸対称に配列されている。この排気ポート 8の配列により、処理室 1 0を排気ポート 8により均一に排気することができる。

処理室 1 0の上方には、保持台 1 4上の被処理基板 1 2に対応する位置に、処理室 1 0の外壁の一部として、低マイクロ波誘電損失の誘電体（アルミナが好ましい）よりなり多数の開口部、即ち、ガス放出孔 1 5を形成された板状のシャヮ一プレート 2 0がシールリングを介して取り付けられている。更に、処理室 1 0 には、シャワープレート 2 0の外側、即ち、シャワープレート 2 0に対して保持台 1 4とは反対側に、同じく低マイクロ波誘電損失の誘電体よりなるカバープレート 2 2力別のシールリングを介して取り付けられている。

シャワープレート 2 0の上面と、カバープレート 2 2との間には、プラズマ励起ガスを充填するプラズマガス空間が形成されており、複数のガス放出孔 1 5の各々はプラズマガス空間に連通するように形成されている。さらに、シャワープレート 2 0の内部には処理室 1 0の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート 2 4に連通するプラズマガスの供給通路 2 6が形成されている。プラズマガス供給ポート 2 4に供給された A rや K r等のプラズマ励起ガスは、供給通路 2 6からプラズマガス空間を介してガス放出孔 1 5に供給され、処理室 1 0内の上方空間へ導入される。

図示されたプラズマ処理装置では、処理室 1 0中、シャワープレート 2 0と被処理基板 1 2との間に、導体構造物 2 8が配置されている。この導体構造物 2 8 には、外部の処理ガス源（図示せず）から処理室 1 0に形成された処理ガス通路を介して処理ガスを供給する多数のノズルが形成されている。当該導体構造物 2 8のノズルの各々は、供給された処理ガスを、導体構造物 2 8と被処理基板 1 2 との間の下方空間に放出する。導体構造物 2 8には、 P舞接するノズルとの間に、上方空間において形成されたプラズマを拡散により、効率よく通過させるような大きさの開口部が形成されている。

このような構造を有する導体構造物 2 8からノズルを介して処理ガスを下方空間に放出した場合、放出された処理ガスは上方空間において形成された高密度プラズマにより励起される。ただし、シャワープレート 2 0からのプラズマ励起ガスがシャワープレート 2 0と導体構造物 2 8との間の上方空間から、導体構造物

2 8と被処理基板 1 2との間の下方空間へ向かって流れているため、処理ガスがシャワープレート 2 0と導体構造物 2 8との間の上方空間へ戻る成分は少なく、高密度プラズマに晒されることによる過剰解離でガス分子の分解が少ないため、高品質の基板処理が可能である。

図 4 ( a ) 及び図 4 ( b ) を参照して、図 3に示されたシャワープレート 2 0 の構成をより具体的に説明する。図 4 ( a ) に示されたシャワープレート 2 0は

3 6 1 mmの直径を有する。シャワープレート 2 0の表面領域は直径 8 O mmの中心部 2 0 aとその周辺部 2 0 bとに分けることができる。この例では、中心部 2 0 aには 4つのガス放出孔 1 5が設けられる一方、周辺部 2 0 bの直径 2 1 0 mmの位置に、 1 6個のガス放出孔 1 5が設けられている。更に、周辺部 2 0 b の直径 3 1 0 mmの位置には、 2 4個のガス放出孔 1 5が設けられている。この例では、各ガス放出孔 1 5のサイズは同一であるものとする。

このことからも明らかな通り、図示されたシャワープレート 2 0は中心部 2 0 aカら外側に行く程、ガス放出孔 1 5の数が多くなつている。換言すると、図 4 ( a ) に示された例では、ガス放出孔 1 5の数がシャワープレート 2 0の中心からの距離に依存して増加していることが分る。即ち、周辺部 2 O bのガス放出孔 1 5の分布が中心部 2 0 aにおけるガス放出孔 1 5の分布よりも高くなつている。尚、図 4は本発明を簡略化して説明するために、ガス放出孔 1 5の数を実際の数よりも著しく少なく示している。 1 図 4 (b) に示されているように、シャワープレート 20に設けられている各ガス放出孔 1 5はカバープレート側に、直径 1mmの開口を有し、処理室 10の空間側に直径 0. 1mmの開口を有している。また、ガス放出孔 1 5のカバープレート 22の開口深さは 19 mmであり、ガス放出孔 1 5の空間側開口深さは 1 mmであ。。

図 5を参照すると、シャワープレート 20の中心からの距離と、ガス放出孔 1 5の数との関係が示されている。ここでは、横軸にシャワープレートの中心からの距離が示され、縦軸に単位面積当りのガス放出孔の個数（個 Zm² ) が示されている。図からも明らかなとおり、中心から 5 Ommの位置に、単位面積当り約 300個/ m² 、 1 0 Ommの位置に、単位面積当り約 450個 Zm² 、 1 50 mmの位置に、単位面積当り約 490個/ m² のガス放出孔が形成されている。このように、本発明に係るシャワープレートは、シャワープレート 20の外側に向かうにつれ増加するガス放出孔の配置を有している。換言すれば、本発明に係るシャワープレートのガス放出孔の配置は径方向依存性を有している。このダラフの関数形は、

y =- 0. 01 73 ² + 5. 3574 x + 71. 51 7

である。

図 6を参照すると、本発明に係るシャワープレートを使用して、 200mmゥヱハーをプラズマ処理した場合におけるウェハー上での単位時間 ·単位面積あたりに到達するガス分子数のウェハー面内分布が示されている。図に示すように、従来のシャワープレートを使用した場合、均一性が 2. 9%であったが、本発明のシャワープレートでは、より高い均一性（0. 23%) を実現できた。

第 2実施形態

図 7 (a) 及び図 7 (b) を参照すると、 CVD及ぴ酸窒化膜プロセス用マイク口波プラズマ処理装置に適したシャワープレート 20が示されている。 CVD及び酸窒化膜プロセス用マイク口波プラズマ処理装置全体の構造自体は図 3と同様であるので、ここでは説明を省略する。当該マイクロ波プラズマ処理装置内に使用されているシャワープレート 20は 40 Ommの直径、 2 Ommの厚さを有している。ガス放出孔 1 5は 2 Omm間隔に設けられている。図 7 (a) に示された P T/JP2004/014421 シャワープレート 2 0は、直径がシャワープレート 2 0の外側に行く程、大きくなるようなガス放出孔 1 5を有している。言い換えれば、図示されたシャワープレート 2 0は、その外側に向かうに従ってガス放出孔 1 5の直径が増加する構造を有している。

図 7 ( b ) には、単一のガス放出孔 1 5の一例が示されており、図示されたガス放出孔 1 5は力パープレート側から直径 1 mmの開口を有し、処理室側に直径 a (mm)の開口を有している。力パープレート側の開口深さは 1 9 mmであり、処理室側の開口深さは l _mmである。ここで、直径 aは、図 8に示すように、シャワープレートの外側へ向かうに従って開口直径が 0 . 1〜0 . 1 1 mmの範囲で増加する構造とした。

このようなシャワープレート 2 0を用いて、 3 0 0 mmウェハーを処理すると、図 9に示すような結果が得られた。即ち、図 9には、ウェハー上での単位時間 ' 単位面積あたりに到達するガス分子数のウェハー面内分布が示されている。開口直径を外側に向かうに従って増加させた本発明の構造を有するシャワープレートを使用した場合、均一性において従来構造では 1 . 9 %であったのに対し、本発明では、 0 . 9 %という高均一な到達ガス分布が得られた。

第 3の実施形態

本発明の第 3の実施形態に係るシャワープレートは R I E用マイクロ波プラズマ処理装置に適用される。この場合、 R I E用マイクロ波プラズマ処理装置は導体構造物 2 8からノズルを介して処理ガスとして C ₅ F ₈、 0 ₂、 A rを空間に放出する点で第 1実施形態に係るプラズマ処理装置とは異なっている。

このような R I E用マイクロ波プラズマ処理装置に用いられるシャワープレート 2 0は、図 5及び図 6に示されたシャワープレート 2 0と同様に、単位面積当りのガス放出孔の個数を径方向依存性を持たせて配置している。また、この実施形態に係るシャワープレート 2 0の上面の空間には、プラズマ励起ガスとして、 A rガスが充填され、この Arガスは供給通路からガス放出孔 2 0に供給して、処理室 1 0内へ導入される。

この構成の R I E用マイクロ波プラズマ処理装置においても、均一なガスフ口一を実現でき、処理ガスがシャワープレート 2 0と導体構造物 2 8の間の空間へ戻ることなく、処理ガスの過剰解離を防いで、高アスペクト比のコンタクトホーノレエッチングを髙エッチングレートで均一に行なうことができた。

上に説明した実施形態では、被処理基板として半導体ウェハーを処理する場合についてのみ説明したが、本発明は何等これに限定されることなく、液晶表示装置用基板、有機 E L表示装置等の処理にも適用できる。また、シャワープレートの中心から周辺へのガス放出孔の数又は径の変化は連続的に行われても良いし、或いは、不連続的に行われても良い。

第 4の実施形態

図 1 0を参照すると、 PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition ) プロセス用マイクロ波プラズマ処理装置が示されている。図示されたマイクロ波プラズマ処理装置は複数の排気ポート 1 0 1を介して排気される処理室 1 0 2を有する。処理室 1 0 2中には被処理基板 1 0 3を保持する保持台 1 0 4が配置されている。処理室 1 0 2を均一に排気するため、処理室 1 0 2は保持台 1 0 4の周囲にリング状の空間を規定しており、複数の排気ポート 1 0 1は空間に連通するように等間隔で、すなわち、被処理基板 1 0 3に対して軸対称に配列されている。この排気ポート 1 0 1の配列により、処理室 1 0 2を気ポート 1 0 1より均一に排気することができる。

処理室 1 0 2の上方には、保持台 1 0 4の処理基板 1 0 3に対応する位置に、処理室 1 0 2の外壁の一部として、比誘電率が 9 . 8で、かつ低マイク口波誘電損失（誘電損失が 1 X 10— ⁴以下）である誘電体のアルミナよりなり、多数（2 3 8個）の開口部、即ちガス放出孔 1 0 5が形成された板状のシャワープレート 1 0 6がシールリング 1 0 7を介して取り付けられている。更に、処理室 1 0 2には、シャワープレート 1 0 6の外側、即ち、シャワープレート 1 0 6に対して保持台 1 0 4とは反対側に、アルミナよりなるカバープレート 1 0 8が、別のシールリング 1 0 9を介して取り付けられている。シャワープレート 1 0 6の上面と、カバープレート 1 0 8との間には、プラズマ励起ガスを充填する空間 1 1 0が形成されている。換言すると、カバープレート 1 0 8において、カバープレート 1 0 8のシャワープレート 1 0 6側の面に多数の突起物 1 1 1が形成され、さらにカバープレート 1 0 8の周辺も突起物 1 1 1と同一面まで突出している突起リング 1 12が形成されているため、シャワープレート 1 06とカバープレート 1 0 8の間に空間 1 10が形成される。ガス放出孔 105は空間 1 10に対応する位置に配置されている。

シャワープレート 106は、直径 360 mm、外周部の厚さは 25 mmである。直径 1 5 Omm以内に対しては、 10 mm凹んだ構造をしている。換言すれば、直径 1 50mm以內において厚さは 15mmとなっている。凹部の周辺は 45° の' テーパ構造としているため、直径 17 Ommより外側の厚さが 25 mmとなる。テーパの角度は 45° に限られることはなく、またテーパの角は R をつけて電界集中を抑える構造にするのが望ましい。図 1 1 (a)，図 1 1 (b) に、シャワープレート 106に空けられたガス放出孔 105の断面図を示す。図 1 1 (a)は、凹部でない位置（シャワープレート 106において、直径 1 5 Ommの外側）に空けられたガス放出孔 1 05である。プラズマが励起される処理室 102側は、直径 0. lmm、長さ 0. 5 mmの孔が空けられており、 45° のテーパ部を介して直径 1 mmの孔に接続されている。直径 1 mmの孔とテ一パ部を合わせた孔の長さは 24. 5mmとなる。図 1 1 ( b ) は、凹部（シャワープレート 106において直径 1 7 Ommの内側）に空けられたガス放出孔 105の断面図を示している。プラズマが励起される処理室 102側は、直径 0. lmm、長さ 0. 5m mの孔が空けられており、 45° のテーパ部を介して直径 lmmの孔に接続されている。直径 lmmの孔とテ一パ部を合わせた孔の長さは 14. 5mmとなる。本実施例ではテーパ部にガス放出孔は空けられていないが、テーパ部にガス放出孔を空けても良い。

図 1 2を参照すると、同図には本実施例におけるシャワープレート 106に開けられたガス放出孔 105の単位面積あたりの個数とシャワープレート中心からの距離の関係を示している。このグラフの関数形は、

y = 0.018x² + 0.71x + 467.2

であり、ガス放出孔の配置は径方向依存性を有し、シャワープレート 106の外側に向かうにつれ単位面積あたりのガス放出孔の配置数が増加している。

本発明にかかるシャワープレートにより被処理基板 10³へ均一なガス供給を行ない、かつ均一なプラズマ到達分布を同時に達成し、被処理基板 103の上面内にぉレ、て均一な処理が可能となった。

第 5の実施形態

図 1 3は、本発明の第 5の実施形態に係るシャワープレート 2 0 1を示している。シャワープレート 2 0 1は、 RIE用マイクロ波プラズマ処理装置に適用される。このような RIE用マイクロ波プラズマ装置に用いられるシャワープレート 2 0 1は、図 1 2と同様に、ガス放出孔が配置されている。ただし、シャワープレートの直径 6 0 mm以内に配置されている 1 6個のガス放出孔 2 0 2においては. ガス放出孔 2 0 2の軸が、シャワープレート 2 0 1の上面もしくは下面の法線べクトルに対して、 20° の角度をもたせ、被処理基板 1 0 3の中心方向に向けられている。軸を中心方向に傾ける角度は 20° に限られることはなく、またこの角度に径方向依存性を持たせても良い。

この構成のシャワープレートにおけるガスフローの検討を行なったところ、被処理基板中央での特異点が消滅し、被処理基板全体にわたる均一なガスフ口一が実現したことが判明した。

第 6の実施形態

図 1 4は、本発明の第 6の実施形態に係るシャワープレートを示している。当該シャワープレートは、 RIE用マイクロ波プラズマ処理装置に適用される。この場合、導体構造物 2 8からノズルを介して処理ガスとして C ₅ F ₈、〇₂、 A rを空間に放出する点で第 1の実施形態に係るプラズマ処理装置とは異なっている。このような RIE 用マイクロ波プラズマ装置に用いられるシャワープレート 3 0 1は、図 1 2と同様に、ガス放出孔が配置されている。ただし、シャワープレートの直径 6 0 mm以内に配置されている 1 6個のガス放出孔 3 0 2においては、ガス放出孔 3 0 2の軸が、シャワープレート 3 0 1の上面もしくは下面の法線べクトノレに対して、 .20° の角度をもたせ、被処理基板 1 0 3の中心方向に向けられている。

この構成の RIE マイク口波プラズマ処理装置を使用した結果、被処理基板中央におけるガスフローの特異点が消滅し、均一なガスフローが実現し、さらに被処理基板へ到達するプラズマ流束も均一となり、高エッチングレートで高均一なェッチングプロセスが可能となつた。第 Ίの実施形態

図 1 5を参照すると、 RIE (Reactive Ion Etching) プロセス用マイクロ波プラズマ処理装置が示されている。第 1の実施形態から第 6の実施形態と内容が同じものについては、説明を省略する。図 1 5を参照するに、プラズマ励起ガス供給ポート 4 0 1がシーノレリング 4 0 5を介してシャワ^"プレート 4 0 6に接続されている。プラズマ励起ガスは、系外からプラズマ励起ガス供給ポート 4 0 1より、シャワープレート 4 0 6とカバープレートの間に形成された前記プラズマガス空' 間の外周部へ連通するように設けられたプラズマ励起ガス供給通路 4 0 2を介して前記プラズマガス空間へ導入される。プラズマ励起ガス供給ポート 4 0 1及びそれに対応したブラズマ励起ガス供給通路 4 0 2は、均一なガス供給を行なうために複数個設置されるのが望ましい。このような RIE 用マイクロ波プラズマ装置に用いられるシャワープレート 4 0 6は、図 1 4と同様なガス放出孔が配置されている。本実施形態においては、さらにシャワープレート 4 0 6の中心に、垂直にもう 1つのガス放出孔 4 0 4が空けられている。この構成.の RIE マイクロ波プラズマ処理装置を使用した結果、被処理基板中央におけるガスフローの特異点が消滅し、均一なガスフローが実現し、さらに被処理基板へ到達するプラズマ流束も均一となり、高エッチングレートで高均一なエッチングプロセスが可能となつた。

以上説明してきたように、本発明によると、シャワープレートは膜形成、エツチング等のプラズマ処理を行なうプラズマ装置に適用して、被処理基板表面全体に均一に処理ガスを供給することができ、処理ガスの不均一な接触や解離を防止して、基板全体を均一に処理できると言う利点がある。

Claims

請求の範囲

1 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記シャワープレートの中心部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の合計面積と周辺部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の合計面積とが異なることを特徴とするシャワープレート。

2 . 請求項 1において、前記シャワープレートの中心部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の合計面積が周辺部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の合計面積よりも小さいことを特徴とするシャワープレート。

3 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記シャワープレート中心部における前記放出孔の個々の孔面積が周辺部における前記放出孔の個々の孔の面積よりも小さいことを特徴とするシャワープレート。

4 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記シャワープレート中心部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の個数が周辺部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の個数よりも少ないことを特徴とするシャワープレート。

5 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記放出孔の面積が前記シャワープレートの中心から径方向に増加していることを特徴とするシャワープレート。

6 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記放出孔の単位面積あたりの個数が中心から径方向に増加することを特徵とするシャワープレー卜。

7 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記シャワープレート中心部における前記放出孔の孔の間隔が周辺部における前記放出孔の孔の間隔よりも短いことを特徴とするシャワープレート。

8 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記放出孔が同心円状に配置され、前記シャワープレート中心部における前記放出孔の孔の間隔が周辺部における前記放出孔の孔の間隔よりも短いことを特徴とするシャワープレート。

9. ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記放出孔は前記ガスが孔から流出する側の直径がブラズマシース厚の 2倍以下であることを特徴とするシャワープレート。

10. 請求項 9において、前記放出孔はガスが孔内に流入する側から前記ガスが孔から流出する側に向かって孔径が変化していることを特徴とするシャワープレート。

1 1. 請求項 10において、前記ガスが孔から流出する側の直径が 0. 02m m以上、 10 mm以下であることを特徴とするシャワープレート。

12. ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記放出孔はガスが孔内に流入する側で幅が 0. 5 mm超、 5 mm以下の部分を有し, 前記ガスが孔から流出する側で幅が 0. 02mm以上、 0. 5mm以下の部分を有することを特徴とするシャワープレート。

13. 請求項 1 2において、前記幅が 0. 02 mm以上、 0. 5 mm以下の部分は長さが 0. 2 mmから 2 mmであることを特徴とするシャワープレート。

14. 請求項 1 1または 1 3において、シャワープレートの厚さが少なくとも 2 Ommであることを特徴とする、ャワープレート。

15. ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記放出孔のガスが孔から流出する側における孔径のシャワープレート全体におけるバラツキが 1 %以内であることを特徴とするシャワープレート。

16. 請求項 1 5において、前記放出孔のガスが孔から流出する側の孔径のシャワープレート全体におけるパラツキが 0. 25%以内であることを特徴とするシャワープレート。

1 7. 請求項 1乃至 15のいずれか一つにおいて、シャワープレートの両面のうち、少なくともガスを流出させる側の面が平坦面ではないことを特徴とするシャワープレート。

18. 請求項 1 7において、シャワープレートのガスを流出させる側の面が中央部より周辺部が突出していることを特徴とするシャワープレート。

1 9. 請求項 1 7において、シャワープレートの周辺部の厚さが中央部の厚さよりも大きいことを特徴とするシャワープレート。

2 0 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、前記複数の放出孔のうちの少なくとも一部の放出孔の少なくともガスを流出させる側の部分の中心軸が、シャワープレー卜の少なくとも中央部の被処理物に対向すベき面の法線に対して傾いていることを特徴とするシャワープレート。

2 1 . 請求項 2 0において、前記中心軸の傾きは、前記少なくとも一部の放出孔からのガスがシャワープレートの中心方向であつて被処理物の置かれるべき方向に向けて放出されるようになされていることを特徴とするシャワープレート。

2 2 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートにおいて、ガスをシャワープレートの前記放出孔内に流入させる側の面へ前記ガスを系外から導入する手段を前記シャワープレートの周辺部に設けたことを特徴とするシャヮープレート。

2 3 , ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートを含むプラズマ処理装置において、前記シャワープレート中心部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の合計面積が周辺部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の合計面積よりも小さいことを特徴とするブラズマ処理装置。

2 4 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートを含むプラズマ処理装置において、前記シャワープレート中心部における前記放出孔の個々の孔面積が周辺部における前記放出孔の個々の孔の面積よりも小さいことを特徴とするプラズマ処理装置。

2 5 . ガスを放出する複数の放出孔を備えたシャワープレートを含むプラズマ処理装置において、前記シャワープレート中心部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の個数が周辺部における単位面積あたりの前記放出孔の孔の個数よりも少ないことを特徴とするプラズマ処理装置。

2 6 . 請求項 2 3乃至 2 5のいずれか一つにおいて、前記放出孔の面積が中心から径方向に増加している前記シャワープレートを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。

2 7 . 請求項 2 3乃至 2 5のいずれか 3において、前記放出孔の単位面積あたりの個数が中心から径方向に増加する前記シャワープレートを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。

28. 請求項 1乃至 22のいずれか一つに記載されたシャワープレートを備えたことを特徴とするブラズマ処理装置。

29. 請求項 1乃至 22のいずれか一つに記載されたシャワープレートを使用して処理を行い、製品を製造することを特徴とする製品の製造方法。

30. 請求項 29において、前記製品は半導体装置であることを特徴とする製品の製造方法。

31. 請求項 29において、前記製品は液晶表示装置又は有機 EL表示装置であることを特徴とする製品の製造方法。