プラズマ処理装置用のガスシャワープレート
下部電極3と上部電極4の間のプラズマ処理空間Aにプラズマを発生させ、下部電極3上に載置された処理対象物Wのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、上部電極4を構成するガスシャワープレート43の外縁部にプラズマ処理時の温度急上昇にともなう熱膨張によるひずみを吸収するための切り欠き部Sを等ピッチにて複数形成することで、プラズマ処理時の急激な温度上昇にともなう熱膨張のために、ガスシャワープレートの外縁部にクラックが発生するなどして破損するのを防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウェハなどの処理対象物をプラズマ処理するプラズマ処理装置に備えられるプラズマ処理装置用のガスシャワープレートに関するものである。
【背景技術】
【0002】
ウェハなどの処理対象物の表面処理を行う装置として、プラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置は、減圧雰囲気下でプラズマを発生させ、このプラズマの物理的・化学的作用により処理対象物表面のエッチング処理などを行うものである。プラズマは、プラズマ処理装置の密閉された処理室内を所定圧力に減圧してプラズマ発生用ガス(以下、単に「ガス」と略記する)を供給した状態で、処理室内の上部電極又は下部電極に高周波電圧を印加することにより発生する。
【0003】
このようなプラズマ処理においては、処理目的によっては高密度のプラズマを発生させることが望ましい場合がある。例えばウェハなどのシリコン基板を対象としたプラズマエッチングを行う場合は、処理効率を向上させる目的で、比較的高い圧力のガスをシリコンウェハの表面に対して均一に吹き付けて供給する方法が用いられる。
【0004】
このようなプラズマ処理に適した平行平板型の電極部材であるガスシャワープレートとして、セラミックス粒子の焼結体である通気性の多孔質板から成るものが知られている(例えば、特開2002−231638号公報、特開2003−7682号公報、及び特開2003−282462号公報参照)。このような多孔質板として形成されたガスシャワープレートを用いれば、高密度のプラズマを均一に発生させて安定したプラズマ処理をエッチング効率よく行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
処理室内の下部電極上に処理対象物を載置し、上部電極又は下部電極に高周波電圧を印加してプラズマ処理を開始すると、下部電極の対向電極である上部電極側の多孔質板として形成されたガスシャワープレートは急激に温度上昇する。代表的な多孔質板の直径は220mm又は320mm程度であり、またその厚さは2〜10mm程度であるが、ガスシャワープレートはその全体が均一に温度上昇せず、下部電極に対向する対向面(通常は下面)の中央部付近が先ず急激に温度上昇し(代表的には、約30秒間で常温から200℃程度まで急上昇)、ガスシャワープレートの外縁部は中央部付近よりも遅れながら緩やかに温度上昇する。このため、ガスシャワープレートには不均一な温度上昇にともなうひずみが生じ、ガスシャワープレートはその外縁部にクラック(ガスシャワープレートは一般に円板であるから、外周縁部に半径方向のクラック)が発生し、割れるなどして破損してしまうという問題点がある。
【0006】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、プラズマ処理時の急激な温度上昇にともなう熱膨張のために、クラックが発生するなどして破損するのを防止して、安定したプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【0008】
本発明の第1態様によれば、ガス供給部から供給されたプラズマ発生用ガスをプラズマ処理装置の上部電極と下部電極の間のプラズマ処理空間に送出するガスシャワープレートであって、
セラミックス粒子の焼結体により通気性を有する多孔質板として形成され、その外縁部にその厚み方向に貫通する熱膨張吸収のための切り欠き部を複数形成したプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0009】
本発明の第2態様によれば、上記多孔質板は円板であり、
上記円板の外縁部に配置された環状の領域であって、上記プラズマ処理装置により支持される支持領域と、上記支持領域により囲まれた上記円板形状の外縁部内側の円形領域であって、上記プラズマ発生用ガスを通過させるガス通過領域とを有し、
上記それぞれの切り欠き部は、上記支持領域内において、上記ガス通過領域との境界に近接するように形成されている第1態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0010】
本発明の第3態様によれば、前記多孔質板は円板であり、前記それぞれの切り欠き部は外周縁部に等ピッチをおいて形成されている第1態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0011】
本発明の第4態様によれば、上記それぞれの切り欠き部は、同じ大きさ及び形状を有する第3態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0012】
本発明の第5態様によれば、上記それぞれの切り欠き部において、少なくとも上記多孔質板の中心側の内周面が曲面状に形成されている第1態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0013】
本発明の第6態様によれば、その内周面全体が曲面となるように、上記それぞれの切り欠き部が形成されている第5態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0014】
本発明の第7態様によれば、上記それぞれの切り欠き部は、スリット形状を有する第1態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、プラズマ処理を開始するとガスシャワープレートは中央部付近から急激に温度上昇し、その外縁部と中央部付近との間に大きな温度差が生じ、その結果、特に外縁部には温度上昇にともなうひずみが生じるが、このひずみは上記外縁部に設けたそれぞれの切り欠き部にて吸収させることができるので、ガスシャワープレートの外縁部にクラックが発生するなどしてガスシャワープレートが破損するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【0017】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0018】
まず、図1を参照して本実施形態にかかるガスシャワープレートを備えるプラズマ処理装置について説明する。図1において、真空チャンバ1の内部はプラズマ処理を行う処理室2となっており、処理室2の内部には、下部電極3および上部電極4が上下に対向して配設されて平行平板型のプラズマ処理装置を構成している。
【0019】
下部電極3は、高周波電極であるステージ31とその中央部から下方へ突出する突出部32から構成されており、ステージ31の外縁部に配設された絶縁部材33を介して真空チャンバ1の内部に装着されている。下部電極3の突出部32には高周波電源部5が接続されている。絶縁部材33の側部には排気路6が形成されており、真空ポンプなどの排気ユニット7により処理室2内を真空吸引する。ステージ31上には、ウェハなどの処理対象物Wが載置される。
【0020】
対向電極である上部電極4は、平板(円板)状の本体部41と、本体部41の下面外周部に設けられた環状の支持部材45と、本体部41の下側の支持部材45の内部に収納されたガスシャワープレート43から構成されており、本体部41の中央部から上方へ突出する突出部42を介して真空チャンバ1に装着されている。
【0021】
このガスシャワープレート43は、セラミックス粒子の焼結体から成る通気性を有する多孔質体により円板状に形成されたセラミック多孔質板である。具体的には、このガスシャワープレート43、すなわちセラミック多孔質板は、セラミックの骨格部が3次元の網目状に連続して形成され、内部に多数の空孔部(隙間)を有する3次元網目構造となっている。そしてこの3次元網目構造のそれぞれの空孔部は互いに連通されており、ガスシャワープレート43の一方の面に供給されたガスを他方の面へと通過させるための多数の不規則経路が形成されている。
【0022】
このセラミック多孔質体としては、セラミックフォームを使用することがより好ましい。このセラミックフォームは、セル膜を除去した軟質ウレタンフォームの表面にセラミックスラリーを被覆した後、焼成することにより得られる。そしてセラミックフォームは孔径が非常に小さくても空隙率が高くかつ圧力損失が低いため、より均一にプラズマを分散させることができる。このようなセラミックフォームとしては、化学成分としてAl2O3成分が95wt%以上、SiO2が2wt%以下の材質であることがより好ましい。Al2O3に少量のSiO2を含有させることで、耐熱衝撃性に優れた電極部材として最適なセラミックフォームとなる。そしてこのセラミックフォームは、かさ密度が好ましくは1.0〜2.0g/cm3、より好ましくは1.2〜1.8g/cm3、及び曲げ強度が5〜15Mpaの範囲であることがより好ましい。かさ密度が、1.0g/cm3未満では骨格が細くて強度及び耐熱衝撃性が不足し、かさ密度が2.0g/cm3を越えると圧力損失が高くなる。また、曲げ強度が5kg未満では強度及び耐熱衝撃性が不十分で、15Mpaを越えると圧力損失が高くなりプラズマの分散が悪くなる。なお、「かさ密度 (bulk density)」とは、質量(g)/体積(cm3)により表される密度である。その体積の測定方法としてが、セラミックフォームを立方体又は直方体に切断した試験片を作成し、その外形寸法(縦、横、高さ)をノギス等の計測器で測定した値から算出される。
【0023】
支持部材45は、このガスシャワープレート43をその内側に配置させて支持可能とするように環状形状を有している。さらに支持部材45には、その内壁下部から内方(中心部側)へ環状に突出する突出部(あるいは環状支持端部)45’が突設されており、ガスシャワープレート43はその外縁部(本実施の形態のガスシャワープレート43は円板であるから、外周縁部)全体を突出部45’上に載せて本体部41と支持部材45で形成される内部空間に収納されている。
【0024】
図2および図3において、上部電極4側に設けられたガスシャワープレート43は円板状であり、その外周縁部には所定の間隔ピッチをおいて切り欠き部の一例であるスリットSがガスシャワープレート43の半径方向を長手方向にしてガスシャワープレート43をその厚み方向(上下方向)に貫通して形成されている。例えば、ガスシャワープレート43の直径が220mm又は320mm程度の場合、スリットSの長さL1は望ましくは3〜10mm程度であり、巾L2は0.5mm〜1.0mm程度であり、また望ましくは、スリットSは120mm以下の間隔ピッチL3で形成されている。なお、このような切り欠き部は、ガスシャワープレート43をその半径方向に視た場合には、凹部(recess portion)であるとも言うことができる。
【0025】
図4は、本体部41と支持部材45とガスシャワープレート43の望ましい結合構造を示している。支持部材45は本体部41にボルト10やナット11などの止具により結合されている。突出部45’の上面aは内方へ向って下り勾配のテーパ面であり、またガスシャワープレート43の外周縁部下面bは外方へ向って上り勾配のテーパ面であり、上面aと下面bはすき間を生じないように密接して接合している。また突出部45’はスリットSよりも内方(中心部側)まで延出しており、したがってスリットSの下面側は突出部45’に閉塞されており、これにより本体部41の下面側のガス供給口T(後述)の気密性を保持し、ガス供給口Tに供給されたガスがスリットSからプラズマ発生空間Aにガスが漏れないようにしている。なお、ガスシャワープレート43の外周縁部と支持部材45の突出部45’にテーパ面を設けることにより、ガスシャワープレート43が突出部45’に支持された状態において、ガスシャワープレート43の下面と支持部材45の下面の高さ位置を略同一とすることができ、その結果、テーパ面を設けないような場合と比して、プラズマ処理時における放電の安定性を向上させることができる。
【0026】
ガスシャワープレート43の外周縁部近くの上面は外方へ向って下り勾配のテーパ面cになっており、ガスシャワープレート43の外周縁部近くの本体部41との間には緩衝部材12が配設されている。この緩衝部材12は、樹脂ゴム等の弾性材から成っており、平面視してリング状であり、本体部41の下面側のガスシャワープレート43との間の狭いガス流通空間であるガス供給口Tの気密性を確保している。
【0027】
図1において、本体部41および突出部42にはこれらを上下に貫通するガス供給路46が形成されている。本体部41はアース部44にアースされている。ガス供給部13のガスは、ガス供給路46からガス供給口Tへ供給され、ガスシャワープレート43内を通過して下部電極3と上部電極4の間のプラズマ発生空間(プラズマ処理空間)Aに供給される。なお本実施の形態では上部電極4をアースしているが、下部電極3をアースし、上部電極4を高周波電源に接続するようにしてもよい。
【0028】
このプラズマ処理装置は上記のような構成より成り、次に動作を説明する。処理対象物Wをステージ31に載置した状態で、排気ユニット7を作動させて処理室2内を減圧する。処理室2内が所定圧力に減圧されたならば、ガス供給部13からガス供給口Tにガスを供給し、ガスシャワープレート43内を通過させて両電極3,4の間のプラズマ発生空間Aへ送出する。この状態で下部電極3に高周波電圧が印加されるとプラズマ発生空間Aでプラズマが発生し、処理対象物Wはプラズマエッチングなどの表面処理が行われる。
【0029】
上述のようにプラズマ処理を開始すると、プラズマ発生空間Aは急激に温度上昇し、ガスシャワープレート43は下部電極3に対向する対向面(下面)の中央部付近から急激に温度上昇する。この温度上昇にともなう熱膨張のために、ガスシャワープレート43は特にその外周縁部にひずみを生じるが、このひずみはスリットSに吸収されるので、外周縁部にはガス漏れの原因となるクラックは発生せず、均一で安定したプラズマ処理が行われる。
【0030】
ここで、具体的に本実施形態のガスシャワープレート43による熱膨張により生じるひずみを吸収する原理について図面を用いて説明する。この説明にあたって、スリット等の切り欠き部が形成されていない構造を有する従来のガスシャワープレート543の模式平面図を図5Aに示し、図5Aの従来のガスシャワープレート543におけるA−A線模式断面図を図5Bに示す。また、本実施形態のスリットSが形成されているガスシャワープレート43の模式平面図を図6Aに示し、図6Aのガスシャワープレート43におけるB−B線模式断面図を図6Bに示す。
【0031】
まず、図5A及び図5Bに示すように、円板形状を有するガスシャワープレート543はその環状の外周縁部の下面全体において、支持部材545の突出部545’により支持されており、この部分が環状の領域である支持領域R1となっており、ガスシャワープレート543の下面がプラズマ発生空間Aに露出することなく覆われた状態とされている。一方、この外周縁部の内側においては、ガスシャワープレート543の下面がプラズマ発生空間Aに露出されているとともに、ガス供給口Tに供給されたプラズマ発生用のガスがガスシャワープレート543内を通過してプラズマ発生空間Aに供給することが可能となるガス通過領域R2となっている。
【0032】
プラズマ処理が開始されて、プラズマ発生空間Aの温度が急激に上昇すると、まずガスシャワープレート543において、ガス通過領域R2に相当する部分の温度が急激に上昇される。一方、その周囲の領域である支持領域R1は、突出部545’により覆われてプラズマ処理空間Aには露出されていないため、ガス通過領域R2と比してその温度上昇は緩やかなものとなる。そのため、ガス通過領域R2に相当する部分が高温となり、支持領域R1に相当する部分が相対的に低温となって、両者の間に大きな温度差(例えば50℃程度)が生じて、熱膨張量の差異が生じる。その結果、図5A及び図5Bに示すように、ガスシャワープレート543のガス通過領域R2からその周囲の支持領域R1に向けた半径方向の応力F1が放射状に生じる。特に、支持領域R1においては、外周端部においてその応力が最大となり、その応力F2が円周方向に生じることとなる。このような状況においては、ガスシャワープレート543の外周縁部にて、上記円周方向に作用する応力F2によりクラック等が生じやすくなってしまう。
【0033】
これに対して、図6A及び図6Bに示す本実施形態のガスシャワープレート43においては、支持領域R1に複数のスリットSが形成されているため、ガス通過領域R2にて同様に半径方向の応力F1が作用しても、支持領域R1の外周端部において発生する応力(引っ張り応力)F3を、それぞれのスリットSの間の区間にて分割することができ、応力F3の大きさを小さくすることができる。すなわち、それぞれのスリットSにおいて、その隙間間隔が拡がるように微小に弾性変形が行われることで、応力F3の大きさを小さくすることが可能となる。
【0034】
このようなスリットSの熱膨張吸収機能をより効果的に得るためには、スリットSの端部が、支持領域R1内において、ガス通過領域R2との境界に近接するように位置されている、すなわち、支持領域R1内において、半径方向のスリットSの切り込み深さがより深くなるように形成されていることが好ましい。このようにスリットSを形成することで、その形状による弾性変形量を増加させることができ、熱膨張により生じる応力の抑制効果をより向上させることができる。
【0035】
なお、上述の本実施形態においては、ガスシャワープレート43に切り欠き部の一例としてスリットSが形成された場合について説明したが、その他様々な変形例を適用することもできる。
【0036】
例えば、図7のガスシャワープレート143の外周縁部における部分拡大模式平面図に示すように、大略U字形状のスリットS’が形成されるような場合であってもよい。このようなU字形状のスリットS’においては、ガスシャワープレート143の中心側の内周面が曲面にて形成されているため、応力集中を抑制する効果を得ることができ、スリットS’の内周面にクラック等が発生することを防止することができる。このようなスリットS’は、例えば、図8の模式説明図に示すように、外周端面が曲面にて構成された円盤状の切削工具150を用いて切削加工により形成することができる。なお、このようなスリットS’に形成される曲面は、緩やかな曲面として形成されることが、応力集中を抑制するという観点からは好ましい。
【0037】
そこで、例えば、図9のガスシャワープレート243の外周縁部における部分拡大模式平面図に示すように、その内周面を曲面のみで構成した大略半円状の切り欠き部Cが形成されるような場合であってもよい。この切り欠き部Cにおいては、ガスシャワープレートの半径方向の切り込み深さ寸法Aが、図7のスリットS’の切り込み深さ寸法Aと同一であるものの、その内周面が全て曲面で形成されているため、円周方向の幅である開口寸法B2が、スリットS’の開口寸法B1よりも大きく形成されている。このように切り欠き部Cの内周面を曲面のみ(あるいはその大部分が曲面)で形成することにより、応力をより分散させることができ、クラック等の発生防止をより確実なものとすることができる。なお、このような切り欠き部Cは、例えば、図10の模式説明図に示すように、円形断面を有する棒状の切削工具250を用いて切削加工により形成することができる。
【0038】
なお、本実施形態の上記それぞれの態様において、ガスシャワープレートの外周縁部において生じる応力をより均一に緩和するために、それぞれの切り欠き部(スリットも含む)は、その形状及び大きさを同一とし、さらに等間隔ピッチにて配置されることが好ましい。
【0039】
ただし、ガスシャワープレートの外周縁部において、切り欠き部が占める容積と、ガスシャワープレートの強度維持との観点から、比較的大きな切り欠き部と小さな切り欠き部を混在させて形成するような場合であってもよい。このような場合には、それぞれの切り欠き部の配置に対称性を持たせるようにすることが、応力緩和の均一性の観点からは好ましい。
【0040】
また、上述の実施形態において、熱膨張によるひずみを吸収するための切り欠き部の弾性変形を阻害しないことを条件として、ガスシャワープレートにおけるそれぞれの切り欠き部内に他の部材が配置されるような場合であってもよい。また、切り欠き部の内周面に対して、ガスの通過を抑制するように表面加工等がなされるような場合であってもよい。このようにすることで、ガスシャワープレートにおいて切り欠き部の内周面を通過してガスが通過することを抑制できる場合もあるからである。
【0041】
本発明によれば、プラズマ処理時には急激な温度上昇にともなう熱膨張のためにガスシャワープレートの外縁部にひずみを生じるが、このひずみは切り欠き部に吸収されるので、外縁部にクラックが発生するなどしてガスシャワープレートが破損することはなく、したがって安定したプラズマ処理を行うことができ、特にウェハなどの表面エッチングのためのプラズマ処理装置のガスシャワープレートとして有用である。
【0042】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【0043】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【0044】
2005年4月5日に出願された日本国特許出願No.2005−108330号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】図1は、本発明の一実施形態におけるガスシャワープレートを備えるプラズマ処理装置の断面図である。
【図2】図2は、上記実施形態におけるガスシャワープレートの斜視図である。
【図3】図3は、上記実施形態におけるガスシャワープレートが収納された支持部材の斜視図(一部切り欠き断面含む)である。
【図4】図4は、上記実施形態における上部電極部の部分拡大断面図である。
【図5A】図5Aは、従来のガスシャワープレートの模式平面図である。
【図5B】図5Bは、図5Aの従来のガスシャワープレートにおけるA−A線模式断面図である。
【図6A】図6Aは、上記実施形態のガスシャワープレートの模式平面図である。
【図6B】図6Bは、図6AのガスシャワープレートにおけるB−B線模式断面図である。
【図7】図7は、上記実施形態の変形例にかかるガスシャワープレートのスリットの形状を示す部分模式平面図である。
【図8】図8は、図7のスリットの形成方法を説明する模式説明図である。
【図9】図9は、上記実施形態の別の変形例にかかるガスシャワープレートの切り欠き部の形状を示す部分模式平面図である。
【図10】図10は、図9の切り欠き部の形成方法を説明する模式説明図である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウェハなどの処理対象物をプラズマ処理するプラズマ処理装置に備えられるプラズマ処理装置用のガスシャワープレートに関するものである。
【背景技術】
【0002】
ウェハなどの処理対象物の表面処理を行う装置として、プラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置は、減圧雰囲気下でプラズマを発生させ、このプラズマの物理的・化学的作用により処理対象物表面のエッチング処理などを行うものである。プラズマは、プラズマ処理装置の密閉された処理室内を所定圧力に減圧してプラズマ発生用ガス(以下、単に「ガス」と略記する)を供給した状態で、処理室内の上部電極又は下部電極に高周波電圧を印加することにより発生する。
【0003】
このようなプラズマ処理においては、処理目的によっては高密度のプラズマを発生させることが望ましい場合がある。例えばウェハなどのシリコン基板を対象としたプラズマエッチングを行う場合は、処理効率を向上させる目的で、比較的高い圧力のガスをシリコンウェハの表面に対して均一に吹き付けて供給する方法が用いられる。
【0004】
このようなプラズマ処理に適した平行平板型の電極部材であるガスシャワープレートとして、セラミックス粒子の焼結体である通気性の多孔質板から成るものが知られている(例えば、特開2002−231638号公報、特開2003−7682号公報、及び特開2003−282462号公報参照)。このような多孔質板として形成されたガスシャワープレートを用いれば、高密度のプラズマを均一に発生させて安定したプラズマ処理をエッチング効率よく行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
処理室内の下部電極上に処理対象物を載置し、上部電極又は下部電極に高周波電圧を印加してプラズマ処理を開始すると、下部電極の対向電極である上部電極側の多孔質板として形成されたガスシャワープレートは急激に温度上昇する。代表的な多孔質板の直径は220mm又は320mm程度であり、またその厚さは2〜10mm程度であるが、ガスシャワープレートはその全体が均一に温度上昇せず、下部電極に対向する対向面(通常は下面)の中央部付近が先ず急激に温度上昇し(代表的には、約30秒間で常温から200℃程度まで急上昇)、ガスシャワープレートの外縁部は中央部付近よりも遅れながら緩やかに温度上昇する。このため、ガスシャワープレートには不均一な温度上昇にともなうひずみが生じ、ガスシャワープレートはその外縁部にクラック(ガスシャワープレートは一般に円板であるから、外周縁部に半径方向のクラック)が発生し、割れるなどして破損してしまうという問題点がある。
【0006】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、プラズマ処理時の急激な温度上昇にともなう熱膨張のために、クラックが発生するなどして破損するのを防止して、安定したプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【0008】
本発明の第1態様によれば、ガス供給部から供給されたプラズマ発生用ガスをプラズマ処理装置の上部電極と下部電極の間のプラズマ処理空間に送出するガスシャワープレートであって、
セラミックス粒子の焼結体により通気性を有する多孔質板として形成され、その外縁部にその厚み方向に貫通する熱膨張吸収のための切り欠き部を複数形成したプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0009】
本発明の第2態様によれば、上記多孔質板は円板であり、
上記円板の外縁部に配置された環状の領域であって、上記プラズマ処理装置により支持される支持領域と、上記支持領域により囲まれた上記円板形状の外縁部内側の円形領域であって、上記プラズマ発生用ガスを通過させるガス通過領域とを有し、
上記それぞれの切り欠き部は、上記支持領域内において、上記ガス通過領域との境界に近接するように形成されている第1態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0010】
本発明の第3態様によれば、前記多孔質板は円板であり、前記それぞれの切り欠き部は外周縁部に等ピッチをおいて形成されている第1態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0011】
本発明の第4態様によれば、上記それぞれの切り欠き部は、同じ大きさ及び形状を有する第3態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0012】
本発明の第5態様によれば、上記それぞれの切り欠き部において、少なくとも上記多孔質板の中心側の内周面が曲面状に形成されている第1態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0013】
本発明の第6態様によれば、その内周面全体が曲面となるように、上記それぞれの切り欠き部が形成されている第5態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【0014】
本発明の第7態様によれば、上記それぞれの切り欠き部は、スリット形状を有する第1態様に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレートを提供する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、プラズマ処理を開始するとガスシャワープレートは中央部付近から急激に温度上昇し、その外縁部と中央部付近との間に大きな温度差が生じ、その結果、特に外縁部には温度上昇にともなうひずみが生じるが、このひずみは上記外縁部に設けたそれぞれの切り欠き部にて吸収させることができるので、ガスシャワープレートの外縁部にクラックが発生するなどしてガスシャワープレートが破損するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【0017】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0018】
まず、図1を参照して本実施形態にかかるガスシャワープレートを備えるプラズマ処理装置について説明する。図1において、真空チャンバ1の内部はプラズマ処理を行う処理室2となっており、処理室2の内部には、下部電極3および上部電極4が上下に対向して配設されて平行平板型のプラズマ処理装置を構成している。
【0019】
下部電極3は、高周波電極であるステージ31とその中央部から下方へ突出する突出部32から構成されており、ステージ31の外縁部に配設された絶縁部材33を介して真空チャンバ1の内部に装着されている。下部電極3の突出部32には高周波電源部5が接続されている。絶縁部材33の側部には排気路6が形成されており、真空ポンプなどの排気ユニット7により処理室2内を真空吸引する。ステージ31上には、ウェハなどの処理対象物Wが載置される。
【0020】
対向電極である上部電極4は、平板(円板)状の本体部41と、本体部41の下面外周部に設けられた環状の支持部材45と、本体部41の下側の支持部材45の内部に収納されたガスシャワープレート43から構成されており、本体部41の中央部から上方へ突出する突出部42を介して真空チャンバ1に装着されている。
【0021】
このガスシャワープレート43は、セラミックス粒子の焼結体から成る通気性を有する多孔質体により円板状に形成されたセラミック多孔質板である。具体的には、このガスシャワープレート43、すなわちセラミック多孔質板は、セラミックの骨格部が3次元の網目状に連続して形成され、内部に多数の空孔部(隙間)を有する3次元網目構造となっている。そしてこの3次元網目構造のそれぞれの空孔部は互いに連通されており、ガスシャワープレート43の一方の面に供給されたガスを他方の面へと通過させるための多数の不規則経路が形成されている。
【0022】
このセラミック多孔質体としては、セラミックフォームを使用することがより好ましい。このセラミックフォームは、セル膜を除去した軟質ウレタンフォームの表面にセラミックスラリーを被覆した後、焼成することにより得られる。そしてセラミックフォームは孔径が非常に小さくても空隙率が高くかつ圧力損失が低いため、より均一にプラズマを分散させることができる。このようなセラミックフォームとしては、化学成分としてAl2O3成分が95wt%以上、SiO2が2wt%以下の材質であることがより好ましい。Al2O3に少量のSiO2を含有させることで、耐熱衝撃性に優れた電極部材として最適なセラミックフォームとなる。そしてこのセラミックフォームは、かさ密度が好ましくは1.0〜2.0g/cm3、より好ましくは1.2〜1.8g/cm3、及び曲げ強度が5〜15Mpaの範囲であることがより好ましい。かさ密度が、1.0g/cm3未満では骨格が細くて強度及び耐熱衝撃性が不足し、かさ密度が2.0g/cm3を越えると圧力損失が高くなる。また、曲げ強度が5kg未満では強度及び耐熱衝撃性が不十分で、15Mpaを越えると圧力損失が高くなりプラズマの分散が悪くなる。なお、「かさ密度 (bulk density)」とは、質量(g)/体積(cm3)により表される密度である。その体積の測定方法としてが、セラミックフォームを立方体又は直方体に切断した試験片を作成し、その外形寸法(縦、横、高さ)をノギス等の計測器で測定した値から算出される。
【0023】
支持部材45は、このガスシャワープレート43をその内側に配置させて支持可能とするように環状形状を有している。さらに支持部材45には、その内壁下部から内方(中心部側)へ環状に突出する突出部(あるいは環状支持端部)45’が突設されており、ガスシャワープレート43はその外縁部(本実施の形態のガスシャワープレート43は円板であるから、外周縁部)全体を突出部45’上に載せて本体部41と支持部材45で形成される内部空間に収納されている。
【0024】
図2および図3において、上部電極4側に設けられたガスシャワープレート43は円板状であり、その外周縁部には所定の間隔ピッチをおいて切り欠き部の一例であるスリットSがガスシャワープレート43の半径方向を長手方向にしてガスシャワープレート43をその厚み方向(上下方向)に貫通して形成されている。例えば、ガスシャワープレート43の直径が220mm又は320mm程度の場合、スリットSの長さL1は望ましくは3〜10mm程度であり、巾L2は0.5mm〜1.0mm程度であり、また望ましくは、スリットSは120mm以下の間隔ピッチL3で形成されている。なお、このような切り欠き部は、ガスシャワープレート43をその半径方向に視た場合には、凹部(recess portion)であるとも言うことができる。
【0025】
図4は、本体部41と支持部材45とガスシャワープレート43の望ましい結合構造を示している。支持部材45は本体部41にボルト10やナット11などの止具により結合されている。突出部45’の上面aは内方へ向って下り勾配のテーパ面であり、またガスシャワープレート43の外周縁部下面bは外方へ向って上り勾配のテーパ面であり、上面aと下面bはすき間を生じないように密接して接合している。また突出部45’はスリットSよりも内方(中心部側)まで延出しており、したがってスリットSの下面側は突出部45’に閉塞されており、これにより本体部41の下面側のガス供給口T(後述)の気密性を保持し、ガス供給口Tに供給されたガスがスリットSからプラズマ発生空間Aにガスが漏れないようにしている。なお、ガスシャワープレート43の外周縁部と支持部材45の突出部45’にテーパ面を設けることにより、ガスシャワープレート43が突出部45’に支持された状態において、ガスシャワープレート43の下面と支持部材45の下面の高さ位置を略同一とすることができ、その結果、テーパ面を設けないような場合と比して、プラズマ処理時における放電の安定性を向上させることができる。
【0026】
ガスシャワープレート43の外周縁部近くの上面は外方へ向って下り勾配のテーパ面cになっており、ガスシャワープレート43の外周縁部近くの本体部41との間には緩衝部材12が配設されている。この緩衝部材12は、樹脂ゴム等の弾性材から成っており、平面視してリング状であり、本体部41の下面側のガスシャワープレート43との間の狭いガス流通空間であるガス供給口Tの気密性を確保している。
【0027】
図1において、本体部41および突出部42にはこれらを上下に貫通するガス供給路46が形成されている。本体部41はアース部44にアースされている。ガス供給部13のガスは、ガス供給路46からガス供給口Tへ供給され、ガスシャワープレート43内を通過して下部電極3と上部電極4の間のプラズマ発生空間(プラズマ処理空間)Aに供給される。なお本実施の形態では上部電極4をアースしているが、下部電極3をアースし、上部電極4を高周波電源に接続するようにしてもよい。
【0028】
このプラズマ処理装置は上記のような構成より成り、次に動作を説明する。処理対象物Wをステージ31に載置した状態で、排気ユニット7を作動させて処理室2内を減圧する。処理室2内が所定圧力に減圧されたならば、ガス供給部13からガス供給口Tにガスを供給し、ガスシャワープレート43内を通過させて両電極3,4の間のプラズマ発生空間Aへ送出する。この状態で下部電極3に高周波電圧が印加されるとプラズマ発生空間Aでプラズマが発生し、処理対象物Wはプラズマエッチングなどの表面処理が行われる。
【0029】
上述のようにプラズマ処理を開始すると、プラズマ発生空間Aは急激に温度上昇し、ガスシャワープレート43は下部電極3に対向する対向面(下面)の中央部付近から急激に温度上昇する。この温度上昇にともなう熱膨張のために、ガスシャワープレート43は特にその外周縁部にひずみを生じるが、このひずみはスリットSに吸収されるので、外周縁部にはガス漏れの原因となるクラックは発生せず、均一で安定したプラズマ処理が行われる。
【0030】
ここで、具体的に本実施形態のガスシャワープレート43による熱膨張により生じるひずみを吸収する原理について図面を用いて説明する。この説明にあたって、スリット等の切り欠き部が形成されていない構造を有する従来のガスシャワープレート543の模式平面図を図5Aに示し、図5Aの従来のガスシャワープレート543におけるA−A線模式断面図を図5Bに示す。また、本実施形態のスリットSが形成されているガスシャワープレート43の模式平面図を図6Aに示し、図6Aのガスシャワープレート43におけるB−B線模式断面図を図6Bに示す。
【0031】
まず、図5A及び図5Bに示すように、円板形状を有するガスシャワープレート543はその環状の外周縁部の下面全体において、支持部材545の突出部545’により支持されており、この部分が環状の領域である支持領域R1となっており、ガスシャワープレート543の下面がプラズマ発生空間Aに露出することなく覆われた状態とされている。一方、この外周縁部の内側においては、ガスシャワープレート543の下面がプラズマ発生空間Aに露出されているとともに、ガス供給口Tに供給されたプラズマ発生用のガスがガスシャワープレート543内を通過してプラズマ発生空間Aに供給することが可能となるガス通過領域R2となっている。
【0032】
プラズマ処理が開始されて、プラズマ発生空間Aの温度が急激に上昇すると、まずガスシャワープレート543において、ガス通過領域R2に相当する部分の温度が急激に上昇される。一方、その周囲の領域である支持領域R1は、突出部545’により覆われてプラズマ処理空間Aには露出されていないため、ガス通過領域R2と比してその温度上昇は緩やかなものとなる。そのため、ガス通過領域R2に相当する部分が高温となり、支持領域R1に相当する部分が相対的に低温となって、両者の間に大きな温度差(例えば50℃程度)が生じて、熱膨張量の差異が生じる。その結果、図5A及び図5Bに示すように、ガスシャワープレート543のガス通過領域R2からその周囲の支持領域R1に向けた半径方向の応力F1が放射状に生じる。特に、支持領域R1においては、外周端部においてその応力が最大となり、その応力F2が円周方向に生じることとなる。このような状況においては、ガスシャワープレート543の外周縁部にて、上記円周方向に作用する応力F2によりクラック等が生じやすくなってしまう。
【0033】
これに対して、図6A及び図6Bに示す本実施形態のガスシャワープレート43においては、支持領域R1に複数のスリットSが形成されているため、ガス通過領域R2にて同様に半径方向の応力F1が作用しても、支持領域R1の外周端部において発生する応力(引っ張り応力)F3を、それぞれのスリットSの間の区間にて分割することができ、応力F3の大きさを小さくすることができる。すなわち、それぞれのスリットSにおいて、その隙間間隔が拡がるように微小に弾性変形が行われることで、応力F3の大きさを小さくすることが可能となる。
【0034】
このようなスリットSの熱膨張吸収機能をより効果的に得るためには、スリットSの端部が、支持領域R1内において、ガス通過領域R2との境界に近接するように位置されている、すなわち、支持領域R1内において、半径方向のスリットSの切り込み深さがより深くなるように形成されていることが好ましい。このようにスリットSを形成することで、その形状による弾性変形量を増加させることができ、熱膨張により生じる応力の抑制効果をより向上させることができる。
【0035】
なお、上述の本実施形態においては、ガスシャワープレート43に切り欠き部の一例としてスリットSが形成された場合について説明したが、その他様々な変形例を適用することもできる。
【0036】
例えば、図7のガスシャワープレート143の外周縁部における部分拡大模式平面図に示すように、大略U字形状のスリットS’が形成されるような場合であってもよい。このようなU字形状のスリットS’においては、ガスシャワープレート143の中心側の内周面が曲面にて形成されているため、応力集中を抑制する効果を得ることができ、スリットS’の内周面にクラック等が発生することを防止することができる。このようなスリットS’は、例えば、図8の模式説明図に示すように、外周端面が曲面にて構成された円盤状の切削工具150を用いて切削加工により形成することができる。なお、このようなスリットS’に形成される曲面は、緩やかな曲面として形成されることが、応力集中を抑制するという観点からは好ましい。
【0037】
そこで、例えば、図9のガスシャワープレート243の外周縁部における部分拡大模式平面図に示すように、その内周面を曲面のみで構成した大略半円状の切り欠き部Cが形成されるような場合であってもよい。この切り欠き部Cにおいては、ガスシャワープレートの半径方向の切り込み深さ寸法Aが、図7のスリットS’の切り込み深さ寸法Aと同一であるものの、その内周面が全て曲面で形成されているため、円周方向の幅である開口寸法B2が、スリットS’の開口寸法B1よりも大きく形成されている。このように切り欠き部Cの内周面を曲面のみ(あるいはその大部分が曲面)で形成することにより、応力をより分散させることができ、クラック等の発生防止をより確実なものとすることができる。なお、このような切り欠き部Cは、例えば、図10の模式説明図に示すように、円形断面を有する棒状の切削工具250を用いて切削加工により形成することができる。
【0038】
なお、本実施形態の上記それぞれの態様において、ガスシャワープレートの外周縁部において生じる応力をより均一に緩和するために、それぞれの切り欠き部(スリットも含む)は、その形状及び大きさを同一とし、さらに等間隔ピッチにて配置されることが好ましい。
【0039】
ただし、ガスシャワープレートの外周縁部において、切り欠き部が占める容積と、ガスシャワープレートの強度維持との観点から、比較的大きな切り欠き部と小さな切り欠き部を混在させて形成するような場合であってもよい。このような場合には、それぞれの切り欠き部の配置に対称性を持たせるようにすることが、応力緩和の均一性の観点からは好ましい。
【0040】
また、上述の実施形態において、熱膨張によるひずみを吸収するための切り欠き部の弾性変形を阻害しないことを条件として、ガスシャワープレートにおけるそれぞれの切り欠き部内に他の部材が配置されるような場合であってもよい。また、切り欠き部の内周面に対して、ガスの通過を抑制するように表面加工等がなされるような場合であってもよい。このようにすることで、ガスシャワープレートにおいて切り欠き部の内周面を通過してガスが通過することを抑制できる場合もあるからである。
【0041】
本発明によれば、プラズマ処理時には急激な温度上昇にともなう熱膨張のためにガスシャワープレートの外縁部にひずみを生じるが、このひずみは切り欠き部に吸収されるので、外縁部にクラックが発生するなどしてガスシャワープレートが破損することはなく、したがって安定したプラズマ処理を行うことができ、特にウェハなどの表面エッチングのためのプラズマ処理装置のガスシャワープレートとして有用である。
【0042】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【0043】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【0044】
2005年4月5日に出願された日本国特許出願No.2005−108330号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】図1は、本発明の一実施形態におけるガスシャワープレートを備えるプラズマ処理装置の断面図である。
【図2】図2は、上記実施形態におけるガスシャワープレートの斜視図である。
【図3】図3は、上記実施形態におけるガスシャワープレートが収納された支持部材の斜視図(一部切り欠き断面含む)である。
【図4】図4は、上記実施形態における上部電極部の部分拡大断面図である。
【図5A】図5Aは、従来のガスシャワープレートの模式平面図である。
【図5B】図5Bは、図5Aの従来のガスシャワープレートにおけるA−A線模式断面図である。
【図6A】図6Aは、上記実施形態のガスシャワープレートの模式平面図である。
【図6B】図6Bは、図6AのガスシャワープレートにおけるB−B線模式断面図である。
【図7】図7は、上記実施形態の変形例にかかるガスシャワープレートのスリットの形状を示す部分模式平面図である。
【図8】図8は、図7のスリットの形成方法を説明する模式説明図である。
【図9】図9は、上記実施形態の別の変形例にかかるガスシャワープレートの切り欠き部の形状を示す部分模式平面図である。
【図10】図10は、図9の切り欠き部の形成方法を説明する模式説明図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス供給部から供給されたプラズマ発生用ガスをプラズマ処理装置の上部電極と下部電極の間のプラズマ処理空間に送出するガスシャワープレートであって、
セラミックス粒子の焼結体により通気性を有する多孔質板として形成され、その外縁部にその厚み方向に貫通する熱膨張吸収のための切り欠き部を複数形成したプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項2】
上記多孔質板は円板であり、
上記円板の外縁部に配置された環状の領域であって、上記プラズマ処理装置により支持される支持領域と、上記支持領域により囲まれた上記円板形状の外縁部内側の円形領域であって、上記プラズマ発生用ガスを通過させるガス通過領域とを有し、
上記それぞれの切り欠き部は、上記支持領域内において、上記ガス通過領域との境界に近接するように形成されている請求項1に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項3】
前記多孔質板は円板であり、前記それぞれの切り欠き部は外周縁部に等ピッチをおいて形成されている請求項1記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項4】
上記それぞれの切り欠き部は、同じ大きさ及び形状を有する請求項3に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項5】
上記それぞれの切り欠き部において、少なくとも上記多孔質板の中心側の内周面が曲面状に形成されている請求項1に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項6】
その内周面全体が曲面となるように、上記それぞれの切り欠き部が形成されている請求項5に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項7】
上記それぞれの切り欠き部は、スリット形状を有する請求項1に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項1】
ガス供給部から供給されたプラズマ発生用ガスをプラズマ処理装置の上部電極と下部電極の間のプラズマ処理空間に送出するガスシャワープレートであって、
セラミックス粒子の焼結体により通気性を有する多孔質板として形成され、その外縁部にその厚み方向に貫通する熱膨張吸収のための切り欠き部を複数形成したプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項2】
上記多孔質板は円板であり、
上記円板の外縁部に配置された環状の領域であって、上記プラズマ処理装置により支持される支持領域と、上記支持領域により囲まれた上記円板形状の外縁部内側の円形領域であって、上記プラズマ発生用ガスを通過させるガス通過領域とを有し、
上記それぞれの切り欠き部は、上記支持領域内において、上記ガス通過領域との境界に近接するように形成されている請求項1に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項3】
前記多孔質板は円板であり、前記それぞれの切り欠き部は外周縁部に等ピッチをおいて形成されている請求項1記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項4】
上記それぞれの切り欠き部は、同じ大きさ及び形状を有する請求項3に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項5】
上記それぞれの切り欠き部において、少なくとも上記多孔質板の中心側の内周面が曲面状に形成されている請求項1に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項6】
その内周面全体が曲面となるように、上記それぞれの切り欠き部が形成されている請求項5に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【請求項7】
上記それぞれの切り欠き部は、スリット形状を有する請求項1に記載のプラズマ処理装置用のガスシャワープレート。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【公表番号】特表2008−535203(P2008−535203A)
【公表日】平成20年8月28日(2008.8.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−525093(P2007−525093)
【出願日】平成18年4月4日(2006.4.4)
【国際出願番号】PCT/JP2006/307521
【国際公開番号】WO2006/107113
【国際公開日】平成18年10月12日(2006.10.12)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】(000170716)黒崎播磨株式会社 (314)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年8月28日(2008.8.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年4月4日(2006.4.4)
【国際出願番号】PCT/JP2006/307521
【国際公開番号】WO2006/107113
【国際公開日】平成18年10月12日(2006.10.12)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【出願人】(000170716)黒崎播磨株式会社 (314)
【Fターム(参考)】
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