JP4102873B2 - プラズマ処理装置用電極板及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置用電極板およびプラズマ処理装置に関し、更に詳しくは、例えばプラズマ雰囲気において半導体処理基板をエッチング処理するためのプラズマエッチング装置用電極板およびプラズマエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマエッチング処理やプラズマＣＶＤ処理等を含むプラズマ処理技術は、半導体装置の製造や液晶表示装置の製造等において広く使用されている。そして、これらの技術を含む典型的なプラズマ処理装置は、処理室内に対向配置された上部電極と下部電極を備え、上部電極に高周波電力を印加して処理室内の処理ガスをプラズマ化することにより、下部電極上に載置された被処理基板にプラズマ処理が施される。また、上部電極には、プラズマ生成のための高周波電力およびプロセス処理のための処理ガス以外に、電極を所望の温度に冷却するための冷却水が供給される。
【０００３】
さて、従来のプラズマ処理装置に用いられる上部電極について例えば図８に示す概念図を参照しながら説明する。上部電極１は、図８の（ａ）に示すように、複数のガス孔２Ａが全面に分散して形成された例えば石英からなる電極板２と、電極板２を支持し且つ電極板２との間で熱交換を行う例えばアルミニウムからなる支持部材３と、電極板２および支持部材３の周縁部を閉塞するように配置される円環状のシールドリング４とを有する。
【０００４】
そして、上部電極１を組み立てる場合には、図８（ｂ）に示すように、まず、支持部材３の底面と電極板２の上面とを面接触させた後、これら両者２、３を螺子５を用いて固定し、その後、異常放電または金属汚染等を防止するため、図８（ｃ）に示すように、電極板２の周囲にシールドリング４を配置して処理室内に露出している螺子５の頭部を閉塞する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電極板２は、石英などから構成されるため、強度や加工容易性等の問題により、電極板２に螺子孔を形成するのは好ましくなく、従来では、電極板２の外縁近傍に貫通する孔２Ｂを設け、アルミニウムなどからなる支持部材３側に螺子孔を設けるようにしている。従って、処理室側（下部電極側）から支持部材側の螺子孔に螺子５を螺合して電極板２と支持部材３とを接合しなくてはならず、延いては、上述したように電極板２の周囲にシールドリング４を取り付けて螺子５をプラズマから隔離する必要があった。
【０００６】
また、異常放電を防止したり、所望のプロセスを実行するためには、処理室内には、出来るだけ凹凸を設けないよう考慮する必要があり、それを充足するために、電極板２と支持部材３との接合箇所の形状が一層複雑化して、コスト高となる問題があった。更に、電極板２の外縁部またはその近傍には螺子５を挿通するための貫通孔２Ｂを設けたりするため、上述のように形状が非常に複雑化し、処理ガスを処理室内に導入するガス孔２Ａの最外周径（有効ガス孔径）を拡大することができないという制約があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、有効ガス孔径を拡大することができると共に電極板の締結手段をプラズマから確実に隠蔽することができ、しかも低コストでプラズマに接する面を平坦に形成することができる新規なプラズマ処理装置用電極板及びプラズマ処理装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置用電極板は、被処理基板を保持する電極に対向して配置された支持部材の下端に締結手段によって着脱可能に取り付けられ、前記電極上の被処理基板に対して処理ガスを供給する複数のガス吐出孔を有するプラズマ処理装置用電極板において、前記電極板は、螺子孔が形成されたソケットと、このソケットを収容する収容部とを有し、前記締結手段を前記収容部内に収容された前記ソケットの螺子孔に螺合して前記電極板を前記支持部材に接合することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置用電極板は、請求項１に記載の発明において、前記収容部は、内部に前記ソケットと直接的または間接的に係合する段付部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置用電極板は、請求項１または２記載の発明において、前記収容部に収容された前記ソケットの螺子孔は、前記支持部材と接合する面側に開口することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載のプラズマ処理装置用電極板は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記電極と前記電極板とは、上下方向に離間して配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載のプラズマ処理装置は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置用電極板を有することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置用電極板及びプラズマ処理装置を、図１〜図７を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態のプラズマ処理装置、例えばプラズマエッチング処理装置１０は、例えば図１に示すように、アルミニウムなどの導電性材料よりなる処理容器１１を有し、この処理容器１１内にはエアシリンダ等の昇降機構１２により昇降自在な下部電極１３が設けられている。下部電極１３は、アルミニウムなどよりなる複数の部材により被処理基板Ｗを保持するように構成されている。この下部電極１３の内部には冷却ジャケット等の温度調整手段１４が設けられている。この温度調整手段１４によって下部電極１３上に保持された被処理基板Ｗの処理面温度を所望の値に設定することができる。
【００１５】
温度調整手段１４は冷却ジャケット内に冷媒を循環させるための導入管１５及び排出管１６を有し、適当な温度に調整された冷媒が導入管１５によって冷却ジャケット内に供給され、熱交換後の冷媒が排出管１６によって外部に排出される。尚、冷却ジャケットに代えて加熱ヒータやペルチエ素子等を下部電極１３内に設けて構成しても良い。
【００１６】
下部電極１３の上面に被処理基板Ｗを吸着保持する静電チャック１７が載置されている。静電チャック１７は焼結または溶射成形したセラミックスからなる層の間にタングステン電極層を挟持して構成とされている。そして、可変電圧源１８からタングステン電極層にフィルタ１９及びリード線２０を介して直流高電圧を印加することによって、下部電極１３上に載置された被処理基板Ｗをセラミックス層に対して静電吸着する。
【００１７】
また、静電チャック１７上に吸着保持された被処理基板Ｗを囲むように環状のフォーカスリング２１が配設され、このフォーカスリング２１は、プロセスに応じて絶縁性または導電性の材料が選択して用いられ、反応性イオンを閉じ込めるまたは拡散させるよう作用する。更に、下部電極１３と処理容器１１には複数の排気孔が穿設された排気リング２２が下部電極１３表面よりも下側に位置させて下部電極１３を囲むように配置されている。この排気リング２２により、排気流の流れが整えられると共に下部電極１３と後述する上部電極２３との間にプラズマが最適に閉じ込められる。
【００１８】
下部電極１３の上方には、それに対向するように上部電極２３が例えば５ｍｍ〜１５０ｍｍの間隔で離間して設けられている。下部電極１３は、上述したように、上部電極２３に近接または離間するように昇降自在に構成されており、前記間隔は、昇降機構１２を駆動することによって、被処理基板Ｗの被処理膜の性質や組成等に応じて自在に調整することができる。また、下部電極１３には阻止コンデンサを含むインピーダンス整合器２４を介して高周波電源２５が接続され、高周波電源２５から下部電極１３に対して例えば２〜１３．５６ＭＨｚの高周波電力（バイアス）が印加される。上部電極２３には阻止コンデンサを含むインピーダンス整合器２６を介して高周波電源２７が接続され、高周波電源２７から上部電極２３に対して例えば１３．５６〜１００ＭＨzの高周波電力が印加される。
【００１９】
上部電極２３には処理ガス供給管２８が接続され、処理ガス供給源２９から処理容器１１内に例えば臭素系の処理ガスが流量制御装置３０及び処理ガス供給管２８を介して供給される。処理容器１１内に導入された処理ガスは、高周波電源２７により処理ガスをプラズマ化して被処理基板Ｗにエッチング処理を施す。更に、処理容器１１の側面側にはゲートバルブ３１を介して真空予備室３２が連結され、この真空予備室３２内に設けられた搬送アーム３３を駆動させることによって真空予備室３２と処理容器１１との間において被処理基板Ｗの受け渡しが行われる。
【００２０】
次に、図２を参照して本実施形態の上部電極２３の細部について詳述する。
上部電極２３は、例えば図２に示すように、上から順に上部部材３４、クーリングプレート３５及び電極板３６を層状に積み重ねて構成とされ、更に、これらの部材と処理容器１１との間には、アルミナなどから円環状に形成されたインシュレータ３７、３８が設けられる。上部部材３４は、その内部にガス供給管２８から真下に延びるガス供給路３９と、その内部に冷媒が循環する冷却ジャケット４０とを有し、クーリングプレート３５を介して電極板３６を所望の温度に制御する。ガス供給路３９は、上部部材３４の下面とクーリングプレート３５の上面と間に形成された空間４１に連通し、この空間４１においてガス供給路３９を介して供給された処理ガスを水平方向に拡散する。
【００２１】
クーリングプレート３５は、例えば陽極酸化処理されたアルミニウムから円盤状に形成されている。このクーリングプレート３５には、図２に示すように、電極板３６の各ガス吐出孔３６Ａに連通する複数のガス供給経路３５Ａが上下方向に形成されている。従って、クーリングプレート３５と電極板３６とを接合した状態において、空間４１内で拡散した処理ガスは、クーリングプレート３５の各ガス供給経路３５Ａ及びこれらと連通する電極板３６のガス吐出孔３６Ａを介して処理容器１１内の被処理基板Ｗに対して均一に供給される。
【００２２】
而して、電極板３６は、石英などから円盤状に形成され、その外径はクーリングプレート３５の底面と略同一に設定され、上述したように、処理ガスをその全面に広い範囲に亘って分散して形成された複数のガス吐出孔３６Ａを介して処理容器１１内に均一に供給することができる。また、クーリングプレート３５にはガス供給経路３５Ａの外側に位置させた複数の貫通孔３５Ｂが周方向に沿って形成され、アルミニウムまたはステンレスなどからなる螺子４２（締結手段）を各貫通孔３５Ｂに挿通し、この螺子４２を電極板３６に付加的に設けられた後述のソケット（螺子孔）に螺合することによって、クーリングプレート３５と電極板３６とを強固に接合するように構成されている。即ち、クーリングプレート３５は電極板３６を支持する支持部材として機能する。
【００２３】
上部電極２３について図３及び図４を参照して更に詳述する。図３の（ａ）に示すように、電極板３６の外周縁部またはその近傍には、外周縁から最外周のガス吐出孔３６Ａの近傍まで径方向に延びる、細長形状の溝４３（収容部）が複数設けられている。この溝４３は、図３（ｂ）に示すように、電極板３６の上面に開口する開口部４３Ａと、その開口部４３Ａの内側で幅広に形成された幅広部４３Ｂとを有し、これらの境界部分に段付部４３Ｃを形成する。このように構成された溝４３に、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すソケット４４が取り付けられる。
【００２４】
ソケット４４は、例えばエンジニアリングプラスチック、好ましくはセラゾール（商品名）などのポリベンゾイミダゾール樹脂によって細長形状に形成されている。ソケット４４は、図４（ａ）に示すように、一端（図４の（ａ）の下側）が円弧状に形成され、他端（図４の（ａ）の上側）が直線状に形成されている。更に一端側には螺子孔４４Ａが設けられている。また、ソケット４４は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、その両側面に鍔部４４Ｂが長さ方向に連続し形成され、正面形状が逆Ｔ字状に形成されている。そして、ソケット４４を電極板３６の溝４３に挿脱することによって、電極板３６に対して着脱可能に取り付けることができる。尚、ソケット４４は、エンジニアリングプラスチックに限定されるものでなく、アルミニウムまたはステンレスなどから構成しても良い。
【００２５】
上述したように、ソケット４４の一端側の上面には、螺子孔４４Ａが形成されているので、電極板３６の溝４３（収容部）にソケット４４を取り付けた状態で、電極板３６の開口部４３Ａから螺子孔４４Ａを確認することができる。換言すれば、本実施形態の上部電極２３は、螺子孔４４Ａが形成されたソケット４４を電極板３６に取り付けて電極板３６に螺子孔４４Ａを付加的に設けるように構成されている。尚、ソケットは、１またはそれ以上の螺子孔を有し、電極板に相当する相手部材の溝や孔などの収容部に収容されるもの全てを包含する。
【００２６】
そして、電極板３６をクーリングプレート３５に取り付ける場合には、クーリングプレート３５の貫通孔３５Ｂと、電極板３６の開口部４３Ａ内に収容されたソケット４４の螺子孔４４Ａとを平面視において互いに一致させた状態で、電極板３６の上面と、クーリングプレート３５の底面とを面接触させつつ、クーリングプレート３５の上面側から貫通孔３５Ｂに螺子４２（締結手段）を挿入しソケット４４の螺子孔４４Ａと螺合することによって、クーリングプレート３５と電極板３６とを接合することができる。このように、電極板３６の上面側に螺子孔４４Ａが開口するようにソケット４４を電極板３６に取り付け、螺子４２を処理空間（プラズマ空間）から隠れた領域で螺合するよう構成しているので、螺子４２（締結手段）をプラズマ空間から隔離することができる。そして、ソケット４４の鍔部４４Ｂと電極板３６の段付部４３Ｃとを直接的に係合させることによって、電極板３６をクーリングプレート３５によって確実に支持することができる。
【００２７】
本発明の他の実施形態について図５〜図７を参照して詳述する。尚、上述の実施形態と同一または類似する部分については同一符号を付し、本実施形態の特徴を中心に説明する。
【００２８】
本実施形態における電極板３６は、図３に示す上記実施形態の電極板３６と同様、石英などから円盤状に形成され、処理ガスを処理容器１１内に供給するためのガス吐出孔３６Ａを有する。そして、電極板３６の外縁近傍には、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視において略円形状の孔４５が複数設けられている。この孔４５は、図５（ｂ）に示すように、円形状の開口部４５Ａと、開口部４５Ａよりも直径方向に幅広（楕円形状）に形成された幅広部４５Ｂとを有している。そして、これらの開口部４５Ａと幅広部４５Ｂの境界部分に段付部４５Ｃが形成されている。このように構成された孔４５に、図６に示すホルダ４６と、図７に示すソケット４７とがそれぞれ取り付けられる。即ち、孔４５がソケット４７を収容する収容部として機能する。
【００２９】
ホルダ４６は、例えばエンジニアリングプラスチック、好ましくはセラゾール（商品名）などのポリベンゾイミダゾール樹脂によって形成されている。このホルダ４６は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１部材４６１と第２部材４６２とから構成されている。第１、第２部材４６１、４６２は、平面的に見て円弧状で互いに左右対称になるように形成されている。第１、第２部材４６１、４６２それぞれの外周側には鍔部４６１Ａ、４６２Ａが形成され、それぞれの内周側には段付部４６１Ｂ、４６２Ｂ及び雌螺子からなる係合部４６１Ｃ、４６２Ｃが形成されている。そして、第１部材４６１の端面４６１Ｄと、第２部材４６２の端面４６２Ｄとを互いに突き合わせた状態で、ホルダ４６を電極板３６の孔４５に挿入し、第１、第２部材４６１、４６２に囲まれた空間４８に、図７に示すソケット４７を挿入する。
【００３０】
ソケット４７は、ホルダ４６と同一材料、つまり例えばエンジニアリングプラスチック、好ましくはセラゾール（商品名）などのポリベンゾイミダゾール樹脂によって一体的に形成される。ソケット４７は、図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、鍔部４７Ａと螺子部４７Ｂとを有し、略円筒形状に形成されている。このソケット４７は、螺子部４７Ｂを介して第１、第２部材４６１、４６２の各係合部４６１Ｃ、４６２Ｃからなる螺子孔と螺合する。
【００３１】
即ち、空間部４８（螺子孔）にソケット４７を挿入し、ドライバなどの治具をソケット４７の溝４７Ｃに係合させつつ、その軸心方向に回転力を付与させることによって、ホルダ４６（第１部材および第２部材）は孔４５内で幅方向に移動して位置決めされる。そして、ソケット４７の螺子部４７Ｂが、ホルダ４６の係合部４６１Ｃ、４６２Ｃからなる螺子孔と係合（螺合）しつつ、鍔部４７Ａが段付部４６１Ｂ、４６２Ｂに当接して電極板３６にホルダ４６及びソケット４７を固定することができる。
【００３２】
このようにソケット４７は、ホルダ４６を介して間接的に電極板３６の孔４５（収容部）に収容されるように構成されている。尚、ホルダ４６及びソケット４７は、エンジニアリングプラスチックに限定されるものでなく、アルミニウムまたはステンレスなどから構成されていても良いことは言うまでもない。
【００３３】
また、ソケット４７の中心部には、螺子孔４７Ｄが形成されているので、電極板３６の孔４５にホルダ４６及びソケット４７を取り付けた状態において、電極板３６の上面側（クーリングプレート３５側）に螺子孔４７Ｄを確認することができる。そして、クーリングプレート３５に設けられた貫通孔３５Ｂと、電極板３６の孔４５（ソケット４７の螺子孔４７Ｄ）とを、平面視において互いに一致させ、ホルダ４６及びソケット４７を取り付けた電極板３６上面と、クーリングプレート３５の底面とを面接触させつつ、クーリングプレート３５の上面側（クーリングプレート３５が取り付けられる側）から貫通孔３５Ｂに所定の締結部材（螺子）を挿入し、ソケット４７に形成された螺子孔４７Ｄを用いてクーリングプレート３５と電極板３６とを接合することができる。そして、ホルダ４６の鍔部４６１Ａ、４６２Ａと電極板３６の段付部４５Ｃとを互いに係合させる、即ち、ソケット４７と電極板３６の段付部４５Ｃとを間接的に係合させることによって、電極板３６をクーリングプレート３５によって確実に支持することができる。
【００３４】
以上説明したように上記各本実施形態によれば、電極板３６にソケット４４、４７を収容する収容部４３、４５を設け、この収容部４３、４５に螺子孔４４Ａ、４７Ｄが形成されたソケット４４、４７を収容させることによって、電極板３６自体に螺子孔を設けることなく、付加的に螺子孔を形成することが可能である。従って、支持部材側（プラズマ空間と反対側）から螺子を取り付けるように構成することができるので、プラズマ空間に螺子が曝される虞がなく、従来のように、螺子を閉塞する部材（シールドリング）を設けたり、敢えて複雑な形状にして処理容器内に凹凸を形成しないよう考慮する必要もない。よって、実に簡単な構成として、低コスト化を図ることができると共に、電極板の外縁近傍までガス吐出孔を形成して、有効ガス孔径を拡大することが可能である。
【００３５】
また、上記各実施形態において、電極板３６に細長形状の溝４３または円形状の孔４５を収容部として設け、その収容部にソケット４４、４７を収容させる構成を例に挙げて説明したが、螺子孔を有するソケットを、支持部材（クーリングプレート）が取り付けられる側に螺子孔が開口されるように取り付ける構成であれば、収容部の形状や数、およびソケットの形状や構造等は上述の実施の形態に限定されるものではない。
【００３６】
また、上記各実施形態において、上部部材、支持部材（クーリングプレート）及び電極板が層状に積み重ねた構成の上部電極を例に挙げて説明したが、それに限定されるものではなく、例えば、上部部材と支持部材とが一体的に構成されていても良いことは言うまでもない。
【００３７】
更に、上記各実施形態において、被処理基板を保持する電極と、それに対向する電極板（上部電極）とが、上下方向に平行に配置されている場合を例に挙げて説明したが、それに限定されず、本発明は、例えば２つの電極が水平方向に離間して配置される処理装置にも適用することができる。また、上部電極及び下部電極の各々に高周波電力を印加する構成の処理装置を例に挙げて説明したが、いずれか一方の電極（たとえば下部電極）に高周波電力を印加する処理装置に適用することもできる。
【００３８】
また、上記各実施形態において、平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。本発明は、マグネトロン型や誘導結合型などの各種プラズマ処理装置にも適用できる。また、本発明は、エッチング処理のみならず、アッシング処理や成膜処理などの各種プラズマ処理を行う装置にも適用できる。また、本発明は、ＬＣＤ用ガラス基板に処理を施す装置にも適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１〜請求項５に記載の発明によれば、有効ガス孔径を拡大することができると共に電極板の締結手段をプラズマから確実に隠蔽することができ、しかも低コストでプラズマに接する面を平坦に形成することができるプラズマ処理装置用電極板及びプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の上部電極を示す概略的な拡大断面図である。
【図３】図２に示す上部電極の電極板を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３に示す電極板の収容部に取り付けられるソケットを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図５】電極板の他の実施の形態を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図５に示す電極板の収容部に取り付けられるホルダを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。
【図７】図６に示すホルダに取り付けられるソケットを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。
【図８】従来技術による上部電極を示し、（ａ）は組み付けられた状態を示す縦断面図であり、（ｂ）は支持部材に電極板を取り付ける状態を示す縦断面図であり、（ｃ）はシールドリングを取り付ける状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ プラズマエッチング装置
１１ 処理容器
１３ 下部電極
２３ 上部電極
２８ 処理ガス供給管
３４ 上部部材
３５ クーリングプレート（支持部材）
３５Ｂ 貫通孔
３４Ａ ガス供給経路
３６ 電極板
３６Ａ ガス吐出孔
４２ 螺子（締結手段）
４３ 溝（収容部）
４３Ａ 開口部
４３Ｂ 幅広部
４３Ｃ 段付部
４４ ソケット
４４Ａ 螺子孔螺子孔
４５ 孔（収容部）
４５Ａ 開口部
４５Ｂ 幅広部
４５Ｃ 段付部
４７ ソケット
４７Ａ 螺子孔
４６ ホルダ
Ｗ 被処理基板

Claims (5)

1. 被処理基板を保持する電極に対向して配置された支持部材の下端に締結手段によって着脱可能に取り付けられ、前記電極上の被処理基板に対して処理ガスを供給する複数のガス吐出孔を有するプラズマ処理装置用電極板において、前記電極板は、螺子孔が形成されたソケットと、このソケットを収容する収容部とを有し、前記締結手段を前記収容部内に収容された前記ソケットの螺子孔に螺合して前記電極板を前記支持部材に接合することを特徴とするプラズマ処理装置用電極板。
2. 前記収容部は、内部に前記ソケットと直接的または間接的に係合する段付部を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用電極板。
3. 前記収容部に収容された前記ソケットの螺子孔は、前記支持部材と接合する面側に開口することを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理装置用電極板。
4. 前記電極と前記電極板とは、上下方向に離間して配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のプラズマ処理装置用電極板。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置用電極板を有することを特徴とするプラズマ処理装置。

Images