WO2007083795A1

WO2007083795A1 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: WO2007083795A1
Application number: PCT/JP2007/050914
Authority: WO
Inventors: Caizhong Tian; Toshihisa Nozawa; Kiyotaka Ishibashi
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2007-07-26
Also published as: TW200741856A; KR100954128B1; CN101371341B; EP1975986A4; TWI443735B; EP1975986A1; KR20080037703A; CN101371341A

Abstract

　プラズマ処理装置は、真空処理容器（３４）と、この容器内に設けられ、被処理体（Ｗ）が載置される載置台（３６）とを備える。処理容器（３４）は、上部開口が形成された筒状の容器本体（３４Ａ）と、この本体の上部開口に気密に装着されて電磁波を透過する誘電体製の天板（５０）とを有する。天板を通じてプラズマ発生用の電磁波を容器内へ供給する電磁波供給系（５４）と、容器内へ処理ガスを含むガスを供給するガス供給系（１１０）とが備えられる。天板（５０）には、ガス供給系より供給されるガスを容器内に噴き出すガス噴射穴（１０８）が形成される。各噴射穴（１０８）内に、通気性を有する誘電体製の放電防止部材（１２０）が配置される。

Description

明細書

プラズマ処理装置

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハ等に対して電磁波により生じたプラズマを作用させて処理を施す際に使用されるプラズマ処理装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、半導体製品の製造工程にお、て、成膜、エッチング、アツシング等の処理のためにプラズマ処理装置が使用される。特に、 0. lmTorr (13. 3mPa)〜数 Torr ( 数百 Pa)程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラズマを立てることができることから、マイクロ波を用いて高密度プラズマを発生させるプラズマ処理装置が使用される傾向にある。

このようなプラズマ処理装置は、例えば特開平 3— 191073号公報、特開平 5— 34 3334号公報、特開平 9— 181052号公報、特開 2003— 332326号公報、特開 200 4— 039972号公報に開示されている。

[0003] マイクロ波を用いた一般的なプラズマ処理装置を図 18を参照して概略的に説明する。

図 18に示すプラズマ処理装置 2は、真空処理容器 4内に半導体ウェハ Wを載置する載置台 6が設けられている。この載置台 6に対向する処理容器 4の上部に、マイクロ波を透過する円板状の天板 8を気密に設けている。処理容器 4の側壁には、容器内へガスを導入するためのガスノズル 9が設けられている。

[0004] 天板 8の上面に平面アンテナ部材 10と、遅波材 12とを設置している。アンテナ部材 10には多数のマイクロ波放射孔 14が形成されている。アンテナ部材 10の中心部に同軸導波管 16の中心導体 18を接続し、マイクロ波発生器 20より発生したマイクロ波をモード変換器 22を介して導くようになって、る。

[0005] そして、マイクロ波をアンテナ部材 10の半径方向へ放射状に伝播させつつ平面ァンテナ部材 10の放射孔 14から放射させる。放射されたマイクロ波は、天板 8を透過して処理容器 4内へ導入される。このマイクロ波により処理容器 4内の処理空間 Sに発生するプラズマを用いて、半導体ウェハ Wにエッチングや成膜などのプラズマ処理を施すようになつている。

[0006] この場合、必要な処理ガスは、処理容器 4の側壁に設けたガスノズル 9より供給される。このため、ノズル 9に近いウェハ Wの外側と、ウェハ Wの中心部とでは、拡散する処理ガスがプラズマに晒される時間に応じて、ガスの解離度が異なってしまう。これに起因して、ウェハ面内におけるプラズマ処理の結果、例えばエッチングレートや形成される膜厚が不均一になってしまう場合があった。

[0007] このため、例えば特開平 5— 345982号公報に開示されているような対策もとられている。すなわち、同軸導波管 16の中心を通る棒状の中心導体 18を空洞状態として内部にガス流路を設ける。また、天板 8を貫通するようにしてガス流路を設けて、中心導体 18のガス流路と連通させる。これにより、処理空間 Sの中心部に直接的に処理ガスを導入する。

[0008] し力しながら、この場合、天板 8の中央部に形成されたガス通路の内部における電界強度が或る程度高ぐまた、ガス通路の先端開口力処理空間内のプラズマがガス通路内へ侵入し易くなることから、ガス通路内でプラズマ異常放電が生じてしまう場合があった。このため、このプラズマ異常放電により天板 8の中央部が過度に加熱されて、天板 8が破損する、といった問題があった。

そこで、天板 8自体に、中心部まで半径方向に延びるガス通路を形成することも考えられる。しかし、この場合にも、ガス通路内の電界強度が高ぐまた、ガス通路の先端開口力も処理空間内のプラズマがガス通路内へ侵入し易くなつて、プラズマ異常放電が発生してしまうので、この構造を採用することはできな、。

また多数のガス噴射穴を有するガラス管を格子状に組んでシャワーヘッドを作り、これを処理容器の上部に設けた構造も提案されている。しかし、この場合にもガラス管内にプラズマ異常放電が発生し、好ましくない。

発明の開示

[0009] 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、処理容器の天板やシャワーヘッドを通じてプラズマ発生用の電磁波とガスとを処理容器内へ導入するプラズマ処理装置にぉヽて、プラズマ異常放電の発生を防止することにある。

[0010] この目的を達成するために、本発明は、

上部開口が形成された筒状の容器本体と、この本体の前記上部開口に気密に装着されて電磁波を透過する誘電体製の天板とを有する真空処理容器と、

前記処理容器内に設けられ、被処理体が載置される載置台と、

前記天板を通じてプラズマ発生用の電磁波を前記処理容器内へ供給する電磁波供給系と、

前記処理容器内へ処理ガスを含むガスを供給するガス供給系と、

を備え、

前記天板に、前記ガス供給系より供給されるガスを前記処理容器内に噴き出すガス噴射穴が形成され、この噴射穴内に、通気性を有する誘電体製の放電防止部材が配置されて、る、ことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

このように、処理容器の天板に設けたガス噴射穴に通気性を有する誘電体製の放電防止部材を設けることで、処理容器内へのガス噴射穴を通じたガスの導入を確保しつつ、ガス噴射穴内でのプラズマ異常放電を防止することができる。

[0011] 前記天板に、複数のガス噴射穴が互いに離間して設けられ、各噴射穴内に、それぞれ前記放電防止部材が配置されることが好ましい。

前記天板に、前記ガス供給系より供給されるガスを前記ガス噴射穴へ導くガス流路が形成される場合には、このガス流路内にも前記放電防止部材が配置されることが望ましい。これにより、ガス流路におけるガスの流通を確保しつつ、ガス流路内でのプラズマ異常放電をも防止することができる。

前記放電防止部材を構成する主要な材料は、特に熱膨張率の観点から、前記天板の材料と同一であることが好まし、。

前記放電防止部材は多孔質材料で形成することができる。その場合、前記多孔質材料の細孔直径は 0. 1mm以下であることが好まし!/、。

前記ガス噴射穴の直径を、前記天板中を伝搬する前記電磁波の波長の 1Z2以下とすることが好ましい。

例えば、前記電磁波供給系は、前記天板上に設けられた平面アンテナ部材と、

マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、

前記マイクロ波発生器で発生した前記マイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬する導波管と、

を有する。

或いは、前記電磁波供給系は、

高周波を発生する高周波発生器と、

前記天板上に配置され、前記高周波発生器に接続された誘導コイルと、を有する。

[0012] 前記放電防止部材は、

通気性を有する誘電体製の放電防止部材本体と、

前記本体の少なくとも側面を覆う、通気性のない誘電体製の緻密部材と、を有することが好ましい。

例えば、前記緻密部材は、予め筒状に形成されている。あるいは、前記緻密部材は、前記本体の表面にコーティングした接着剤を硬化させることにより形成された接着剤層よりなる。

前記天板に、前記ガス供給系より供給されるガスを前記ガス噴射穴へ導くガス流路が形成され、前記ガス流路と前記ガス噴射穴との間に、前記ガス流路の断面積よりも大きな断面積を有するガスヘッド空間が設けられていることが好ましい。

前記放電防止部材本体は、

前記ガス噴射穴の開口に対応するガス噴射面と、

前記噴射面の反対側のガス導入面と、

前記導入面に形成されたガス導入凹部と、

を有することが好ましい。

[0013] 本発明はまた、

真空処理容器と、

前記処理容器の上部に設けられ、前記処理容器内へ処理ガスを含むガスを噴き出す複数のガス噴射口が形成されたガス噴射面を有するシャワーヘッドと、

前記載置台を下部電極とし、前記シャワーヘッドを上部電極として、両電極間に印可される高周波を供給する高周波供給系と、

を備え、

前記シャワーヘッドのガス噴射面に、通気性を有する誘電体製の放電防止部材が取り付けられて、る、ことを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

この装置においても、前記放電防止部材は多孔質材料で形成することができるが、多孔質材料の細孔直径は 0. 1mm以下であることが好ま U、。

[0014] もう 1つの観点から、本発明は、

筒状の容器本体の上部開口に気密に装着されてプラズマ処理装置の処理容器を形成する天板であって、

前記処理容器内にガスを噴き出すガス噴射穴が形成された、電磁波を透過する誘電体製の天板本体と、

前記本体のガス噴射穴内に配置された、通気性を有する誘電体製の放電防止部材と、

を備えたことを特徴とする天板を提供する。

この天板本体に、前記ガス噴射穴へガスを導くガス流路が形成されて、てもよ、。

[0015] さらに他の観点から、本発明は、

筒状の容器本体の上部開口に気密に装着されてプラズマ処理装置の処理容器を形成する天板の製造方法であって、

前記処理容器内にガスを噴き出すガス噴射穴が形成された、電磁波を透過する誘電体製の天板本体を準備する工程と、

通気性を有する誘電体製の放電防止部材本体と、この本体の少なくとも側面を覆う通気性のない誘電体製の緻密部材とを有する放電防止部材を形成する工程と、前記放電防止部材を、前記天板本体の前記ガス噴射穴内に装着する工程と、を備えたことを特徴とする天板の製造方法を提供する。

例えば、前記放電防止部材を形成する工程は、

予め筒状に形成された前記緻密部材を準備する副工程と、前記筒状の緻密部材内に前記放電防止部材本体の材料を詰めて焼成する副ェ程と、

を含む。

あるいは、前記放電防止部材を形成する工程は、

前記放電防止部材本体の全表面に、溶融状態の前記緻密部材の材料である接着剤をコーティングして硬化させることで接着剤層を形成する副工程と、

前記ガス噴射穴の開口に対応する前記放電防止部材本体のガス噴射面から前記接着剤層を除去する副工程と、

前記放電防止部材本体の前記噴射面とは反対側のガス導入面に、ガス導入凹部を形成する副工程と、

を含む

例えば、前記放電防止部材を装着する工程において、前記放電防止部材と前記ガス噴射穴との間に接着剤が適用される。

あるいは、前記放電防止部材を装着する工程において、前記放電防止部材を前記ガス噴射穴へ挿入した状態で、前記放電防止部材と前記天板とがー体焼成される。図面の簡単な説明

[図 1]は、本発明に係るプラズマ処理装置の第 1実施形態を示す縦断面図；

[図 2]は、図 1に示した装置における天板の底面図；

[図 3]は、図 2に示した天板を構成する下側天板部材の平面図；

[図 4A]は、図 3に示した下側天板部材を放電防止部材を設ける前の状態で示す図； [図 4B]は、図 4Aの A— A線断面図；

[図 5]は、図 4Bに示した下側天板部材に基づいて、天板の製造過程を示す図； [図 6]は、天板の変形例を示す縦断面図；

[図 7]は、天板の他の変形例を示す縦断面図；

[図 8]は、本発明のプラズマ処理装置の第 2実施形態を示す縦断面図；

[図 9]は、本発明のプラズマ処理装置の第 3実施形態を示す縦断面図；

[図 10]は、本発明のプラズマ処理装置の第 4実施形態の天板を示す縦断面図；

[図 11]は、図 10に示した天板の要部を拡大して示す図； [図 12]は、図 11に示した天板の組み立て図；

[図 13]は、本発明のプラズマ処理装置の第 5実施形態の天板の要部を拡大して示す縦断面図；

[図 14]は、図 13に示した放電防止部材の製造工程を示す図；

[図 15A]は、図 11に示した第 4実施形態の天板の変形例を示す図；

[図 15B]は、図 13に示した第 5実施形態の天板の変形例を示す図；

[図 16]は、図 11に示した第 4実施形態の天板のもう 1つの変形例を示す図；

[図 17]は、矩形状の天板を示す底面図；

[図 18]は、従来の一般的なマイクロ波プラズマ処理装置を示す縦断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態の形態について添付図面を参照して説明する。

<第 1実施形態 >

図 1に示すプラズマ処理装置 32は、プラズマを用いてエッチング処理を行う装置である。この装置 32は、内部に密閉された処理空間 Sを画成する真空処理容器 34を備えている。この処理容器 34は、上部開口が形成された円筒状の容器本体 34Aと、この本体 34Aの上部開口に装着される円板状の天板 50とを有している。天板 50は、本体 34Aの上部開口に対して、 Oリング等のシール部材 51を介して気密に装着される。容器本体 34Aは、例えばアルミニウム等の導体により形成されて接地されている

[0018] この処理容器 34内には、上面に被処理体としての半導体ウェハ Wを載置する載置台 36が設けられる。この載置台 36は、例えばアルミナ等のセラミックにより略円板状に形成され、支柱 38によって容器底部上に支持されている。

容器本体 34Aの側壁には、処理空間 Sに対してウェハを搬入'搬出する時に開閉するゲートバルブ 40が設けられている。また、容器本体 34Aの底部には、排気口 42 が設けられる。この排気口 42〖こは、圧力制御弁 44および真空ポンプ 46が順次介接された排気路 48が接続されており、必要に応じて処理容器 34内を所定の圧力まで真空引きできるようになつている。 [0019] 載置台 36の下方には、ウェハ Wの搬出入時にこれを昇降させる複数、例えば 3本の昇降ピン 82 (図 1においては 2本のみ記す）が設けられている。昇降ピン 82は、伸縮可能なベローズ 84を介して容器本体 34A底部を貫通して設けた昇降ロッド 86により昇降される。載置台 36には、昇降ピン 82を挿通させるためのピン揷通孔 88が形成されている。載置台 36の全体は耐熱材料、例えばアルミナ等のセラミックにより構成されている。載置台 36には、加熱手段として例えば薄板状の抵抗加熱ヒータ 92が埋め込んで設けられている。このヒータ 92は、支柱 38内を通る配線 94を介してヒータ電源 96に接続されている。

[0020] 載置台 36の上面側には、導体線 98を有する静電チャック 100が設けられている。

この静電チャック 100でウエノ、 Wを静電吸着できるようになって、る。この静電チヤック 100の導体線 98は、配線 102を介して直流電源 104に接続されている。この配線 102には、例えば 13. 56MHzのバイアス用の高周波電力を印加するための高周波電源 106が接続されている。

[0021] 天板 50の本体は、マイクロ波を透過する誘電体、例えば石英や Al O等のセラミツ

2 3

クで形成されて、る。この天板 50の厚さは耐圧性を考慮して例えば 20mm程度に設定される。この天板 50の本体には、後述するように、複数のガス噴射穴 108と、ガス流路 112とが形成されて、る。

[0022] この装置 32は、プラズマ発生用の電磁波であるマイクロ波を天板 50を通じて処理容器 34内へ導入する電磁波供給系 54を備えている。この電磁波供給系 54は、天板 50の上面に設けられた円板状の平面アンテナ部材 56と、例えば 2. 45GHzや 8. 3 5GHzのマイクロ波を発生するマイクロ波発生器 70とを有して、る。アンテナ部材 56 上に遅波材 58が設けられる。この遅波材 58は、マイクロ波の波長を短縮するために高誘電率特性を有する材料、例えば窒化アルミでできている。平面アンテナ部材 56 は、遅波材 58を覆う導電性の円筒状容器よりなる導波箱 60の底板として構成されている。導波箱 60の上部には、これを冷却する冷却ジャケット 62が設けられる。

[0023] 導波箱 60は、平面アンテナ部材 56の外周部において処理容器 34と導通している。導波箱 60の上部の中心には、同軸導波管 64の外管 64Aが接続されている。同軸導波管 64の内部導体 64Bは、遅波材 58の中心貫通孔を通って平面アンテナ部材 5 6の中心部に接続される。同軸導波管 64は、モード変換器 66を介して矩形導波管 6 8に接続されている。この導波管 68は、インピーダンス整合を図るマッチング回路 72 を介してマイクロ波発生器 70に接続されて、る。

[0024] 平面アンテナ部材 56は、導電性材料、例えば表面が銀メツキされた銅板或いはァルミ板よりなる。アンテナ部材 56の寸法は、例えば、 300mmサイズのウェハに対応する場合には、直径力 00〜500mm、厚みが 1〜数 mmである。アンテナ部材 56には、例えばスロット状のマイクロ波放射孔 74が多数形成されている。このマイクロ波放射孔 74の配置形態は、特に限定されず、例えば同心円状、渦巻状、或いは放射状に配置させてもよいし、アンテナ部材全面に均一になるように分布させてもよい。この平面アンテナ部材 56は、いわゆる RLSA (Radial Line Slot Antenna)方式のアンテナ構造となっており、これにより、高密度プラズマおよび低電子エネルギーの特徴が得られる。

[0025] この装置 32は、処理ガスを含むガスを流量制御しつつ処理容器 34内へ供給するガス供給系 110を備えている。上述したように、天板 50には複数のガス噴射穴 108と、ガス流路 112とが形成されている。ガス噴射穴 108は、下方の処理空間 Sに向けてガスを噴き出すよう、天板 50の下面に開口している。ガス流路 112は、各噴射穴 108 の上端部どうしを連通して天板 50内部を水平方向に延びており、ガス供給系 110より供給されるガスを各噴射穴 108へ導くようになつている。各ガス噴射穴 108およびガス流路 112内には、通気性を有する誘電体製の放電防止部材 120および 122が充填されている。

[0026] 図 2にも示すように、ガス噴射穴 108は、天板 50下面の略全体に亘つて、互いに離間して分散形成されている。噴射穴 108は、同心円の内側円周上に位置するガス噴射穴 108Aと外側円周上に位置するガス噴射穴 108Bとに分けられる。なお、 1つの円周上、あるいは 3つ以上の同心円周上に、それぞれ噴射穴 108を配列してもよい。

[0027] ガス流路 112は、内側ガス流路 112Aと外側ガス流路 112Bとに分かれている。内側ガス流路 112Aは、内側の噴射穴 108Aどうしを互いに連通している。この内側ガス流路 112Aは、天板 50の外周まで半径方向に延びるガス流路 112AAを含んでヽる。また、外側ガス流路 112Bは、外側の噴射穴 108Bどうしを互いに連通している。この外側ガス流路 112Bも、天板 50の外周まで半径方向に延びるガス流路 112BB を含んでいる。

[0028] 図 3に示すガス噴射穴 108の直径 D1は、天板 50中を伝搬する電磁波（マイクロ波 )の波長 λ οの 1Z2以下、例えば l〜35mm程度の寸法を有する。直径 D1が波長 λ οの 1Z2よりも大きいと、噴射穴 108の部分での比誘電率が他の部分力も大きく変化する。その結果、噴射穴 108の部分の電界密度が他の部分とは異なって、プラズマ密度に大きな偏りを生じるので好ましくない。

各ガス流路 112A, 112Bの直径（幅） D2は、ガスの流れを阻害しない範囲で可能な限り小さぐ少なくともガス噴射穴 108の直径 D1よりも小さいことが好ましい。これにより、マイクロ波、或いは電界の分布に悪影響を与えないようにする。

[0029] 放電防止部材 120, 122を形成するための通気性を有する誘電体材料は、細孔直径が 0. 1mm以下の多孔質材料であることが好ましい。細孔直径が 0. 1mmより大きい場合には、マイクロ波によるプラズマ異常放電の発生する確率が大きくなつてしまう。放電防止部材 120, 122を形成する多孔質材料は、内部で無数の細孔が互いに連通して通気性をもたらして、る。

[0030] 図 1に戻って、以上のように構成されたプラズマ処理装置 32の全体の動作は、例えばマイクロコンピュータよりなる制御手段 130により制御される。このコンピュータのプログラムはフロッピや CD (Compact Disc)やフラッシュメモリ等の記憶媒体 132に記憶されている。具体的には、この制御手段 130からの指令により、ガスの供給や流量制御、マイクロ波や高周波の供給や電力制御、プロセス温度やプロセス圧力の制御等が行われる。

[0031] ここで、天板 50の製造方法の一例を簡単に説明する。ここでは、下側天板部材 50 Aと上側天板部材 50Bとを接合して天板 50を形成する。まず、図 4Aおよび図 4Bに示すように、下側天板部材 50Aの母材となる円板状のガラス基板を用意する。このガラス基板に、各ガス噴射穴 108に対応する貫通孔 124と、各ガス流路 112に対応する溝 126とを形成する。

[0032] 次に、図 5に示すように、各貫通孔 124および溝 126内に、放電防止部材 128 (12 0, 122)の材料となる、溶融状態の気泡を含んだ多孔質石英を流し込んで固化させる。その後、基板の表面全体を研磨して平坦ィ匕して、下側天板部材 50Aを完成させる。次に、下側天板部材 50A上に、別途平坦化された円板状のガラス基板よりなる上側天板部材 50Bを載置する。そして、両天板部材 50A、 50Bを、石英の歪点以下の温度で焼成乃至熱処理して互いに接合する。このようにして、多孔質石英製の放電防止部材 120, 122が充填された状態の天板 50が完成する。

[0033] 次に、以上のように構成された処理装置 32を用いて行なわれるプラズマ処理、例えばエッチング処理にっ、て説明する。

まず、半導体ウェハ Wを、ゲートバルブ 40を通じて処理容器 34内に搬入し、載置台 36上に載置し、静電チャック 100により吸着する。このウェハ Wは抵抗加熱ヒータ 92により所定のプロセス温度に維持される。ガス供給系 110により、例えば C1ガス、

2

Oガスおよび Nガス等のガスをそれぞれ所定の流量で処理容器 34内に供給する。

2 2

これらのガスは、天板 50のガス流路 112A, 112Bを通じて各ガス噴射穴 108A, 10 8Bより処理容器 34内に噴き出される。一方、圧力制御弁 44を制御して処理容器 34 内を所定のプロセス圧力に維持する。

[0034] これと同時に、電磁波供給系 54において、マイクロ波発生器 70で発生させたマイク口波を、平面アンテナ部材 56に供給して、遅波材 58によって波長が短くされたマイク口波を処理容器 34内に導入する。これにより、処理空間 S内にプラズマを発生させ、エッチング処理を行う。

[0035] 具体的には、 CI、 O、 Nの各ガスがプラズマ化されて生ずる活性種によって、ゥェ

2 2 2

ハ W表面の被エッチング層がエッチングされて除去される。またエッチング処理に際しては、バイアス用高周波電源 106より静電チャック 100中の導体線 98へバイアス用の高周波が印加されている。これにより、活性種等をウェハ表面に対して直進性良く Iき込むようにして、エッチング形状ができるだけ崩れな、ようにして、る。

[0036] この装置 32では、ガス流路 112A, 112Bを通じて供給されるガス力天板 50下面の略全体に分散配置されたガス噴射穴 108A, 108Bから下方へシャワー状態で拡散させて供給される。このため、ガスを処理空間 S全体に均一に供給することができる。

そして、各ガス噴射穴 108およびガス流路 112には、通気性のある放電防止部材 1 20, 122が充填されているので、マイクロ波による異常放電を発生させることなくガスの流通を確保することができる。また、ガス噴射穴 108に設けた多孔質材料製の放電防止部材 120により、ガスがあらゆる方向へ拡散されつつ放出されるので、ガスを処理空間 S全体により均一に分散させることができる。特に、各放電防止部材 120, 12 2の多孔質材料は、その細孔直径が 0. 1mm以下に設定されているので、異常放電の発生を略確実に阻止することができる。

[0037] また、ガス噴射穴 108の直径 D1を、天板 50の誘電体中を伝搬するマイクロ波の波長 λ οの 1Z2以下に設定しているので、噴射穴 108の部分における比誘電率の変化を小さくできる。従って、ガス噴射穴 108の部分の電界分布の変化を抑制できるので、噴射穴 108を設けたにもかかわらず、プラズマ密度の均一性を高く維持することができる。一例として、天板 50を比誘電率が 3. 78の石英ガラスで構成し、直径 D1 力 S32mmのガス噴射穴 108内に比誘電率が 2. 7の多孔質石英を埋め込んで、電界強度をシミュレーションした (天板内波長:約 64mm)。その結果、ガス噴射穴 108の直下の電界強度は半分程度しか減少せず、使用に十分耐え得ることが確認できた。

[0038] なお、ガス噴射穴 108が、内側および外側のガス噴射穴 108A, 108Bの 2グループに分かれて、るので、各グループ毎にガス流量を独立制御可能とすることもできる。その場合は、処理空間 Sに更に均一な分布で、或いは所望の分布状態でガスを供給することができる。なお、必要に応じて 3グループ以上のガス噴射穴を設けてもよい。また、ガス噴射穴 108の各グループ毎に異なる種類のガスの供給するようにしてもよい。

[0039] 放電防止部材 120, 122を構成する主要な材料は、熱膨張率の観点から、天板 50 本体の材料と同一であることが望ましい。例えば、天板 50本体に石英ガラスを用いた時には、放電防止部材 120, 122に多孔質石英を用い、天板 50本体にセラミック材を用いた時には放電防止部材 120, 122に多孔質セラミックを用いるのがよい。ここでセラミック材としては、アルミナ、シリカ、燐酸カルシウム、 SiC、ジルコユア等を用いることができる。また、多孔質セラミックは、例えば特開 2002— 343788号公報、特開 2003— 95764号公報、特開 2004— 59344号公報等に開示されている多孔質セラミックを用、ることができる。 [0040] ガス噴射穴 108の数は、図示例に限定されない。例えば図 6に示す変形例のように、天板 50の中心部に単一のガス噴射穴 108を設けるようにしてもよい。

また、図 7に示す他の変形例のように、天板 50にガス流路を設けないで、ガス噴射穴 108にガスを供給する金属製のガス管 136を天板 50の上方に配置してもよ、。この場合には、ガス噴射穴 108は天板 50を上下方向へ貫通して設けられる。そして、噴射穴 108の上端部にガス管 136のフランジ部 138を、 Oリング等のシール部材 140 を介して気密に接続する。ガス管 136は、平面アンテナ部材 56におけるマイクロ波の伝搬に悪影響を与えないために、できるだけ細くし、且つ導電性の良好な金属材料、例えば銅等で形成するのがよい。

[0041] <第 2実施形態 >

プラズマ発生用の電磁波としては、マイクロ波に限定されず、例えばマイクロ波よりも周波数の低、高周波を用いることもできる。

図 8に示す本発明の第 2実施形態では、電磁波として高周波を用いると共に、電磁波供給系に誘導コイル 142を用いている。図 8において、図 1に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。

[0042] 図 8に示すように、天板 50のガス噴射穴 108やガス流路 112およびこれに充填される放電防止部材 120, 122は、図 1に示す第 1実施形態と同様に構成される。一方、本実施形態の電磁波供給系 54は、天板 50上に近接して設けられる誘導コイル 142 と、これに接続されて高周波を発生する高周波発生器 144とを有している。高周波の周波数としては、例えば 13. 56MHzを用いることができる。高周波発生器 144と誘導コイル 142との間には、インピーダンス整合のためのマッチング回路 146が介設されている。

[0043] 本実施形態では、誘導コイル 142に高周波を供給すると、天板 50を介して処理空間 Sに電界が発生する。本実施形態においても、第 1実施形態の場合と同様、ガス噴射穴 108やガス流路 112内に異常放電を発生させることなく、処理空間 Sにガスを均一〖こ分散させることができる。

[0044] <第 3実施形態 >

図 9に示す本発明の第 3実施形態では、電磁波として高周波を用いると共に電磁波供給系 54の一部として平行平板型電極を用いている。図 9において、図 1および図 8に示す構成部分と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。

[0045] 図 9に示す本発明の第 3実施形態では、処理容器の 34上部に絶縁材 152を介して取り付けられた金属製の円筒形シャワーヘッド 150を備えられている。このシャワーヘッド 150は、処理容器 34内へガスを噴き出す複数のガス噴射口 154が形成されたガス噴射面（下面） 155を有している。本実施形態の電磁波供給系 54は、載置台 36 を下部電極とし、シャワーヘッド 150を上部電極として、両電極 36, 150間に印可される高周波を供給する高周波供給系として形成されている。具体的には、処理容器 34の上部には天板に代えてシャワーヘッド 150が設けられ、このシャワーヘッド 150 に対して、マッチング回路 146を介して高周波発生器 144が接続されて、る。

[0046] シャワーヘッド 150のガス噴射面 155に、ガス噴射口 154を覆うようにして、通気性を有する誘電体製の円板形放電防止部材 156が取り付けられている。この放電防止部材 156により、各噴射ガス口 154内に異常放電を発生させることなぐ各噴射ガス口 154から放出されるガスを処理空間 Sに均一に分散させることができる。

[0047] <第 4実施形態 >

次に、本発明のプラズマ処理装置の第 4実施形態について説明する。本実施形態の天板以外の構成は、第 1又は第 2実施形態の構造と同一であるから、その説明を省略する。

[0048] 上記第 1又は第 2実施形態においては、天板 50本体のガス噴射穴 108内へ放電防止部材 120をそのまま取り付けるようにしていることから、次のような問題がある。すなわち、多孔質材料等の通気性を有する材料力もなる放電防止部材 120は、表面が平滑でなぐ寸法精度も低くなりやすい。このため、放電防止部材 120の外周面と、ガス噴射穴 108の内周面を構成する緻密な材料 (石英やセラミック材）との間に僅かな隙間が発生し易くなる。この隙間を介して、処理空間内のプラズマがガス流路内へ侵入し、異常放電を生じさせる懸念がある。

そこで、この第 4実施形態では、放電防止部材に関して、その取り扱いを容易化すると共に寸法精度を高め、更にプラズマリークの生じないような装着を行うようにしている。

[0049] 具体的には、図 10乃至図 12に示すように、本実施形態の放電防止部材 162は、上記放電防止部材 120に対応する放電防止部材本体 161と、この本体 161の少なくともその側面を覆う、通気性のない誘電体製の緻密部材 160とで構成されている。より具体的には、円柱状の放電防止部材本体 161の側面が緻密部材 160により覆われて放電防止部材 162が形成されている。

また、本実施形態の天板 50には、水平方向に延びる主ガス流路 112と、主ガス流路 112から分岐して下方へ延びる分岐ガス流路 112aとが形成されて、る。この分岐ガス流路 112aの先端部は、ガス噴射穴 108の中央部に連通されて、る。

[0050] 本実施形態の天板 50の製造は次のようにして行われる（図 12)。まず、複数のガス噴射穴 108が形成された天板 50本体と、そのガス噴射穴 108に対応する数の放電防止部材本体 161とを準備する。次に、各放電防止部材本体 161の側面を緻密部材 160で覆って、それぞれ放電防止部材 162を形成する。そして、これらの放電防止部材 162を、天板 50本体の各ガス噴射穴 108へ装着する。

その際、放電防止部材 162とガス噴射穴との間に接着剤が適用（apply)される。この場合、接着剤 164は、ガス噴射穴 108の内壁面と、放電防止部材 162 (緻密部材 160)の表面の少なくとも一方に付着させておけばよい。図 12は、緻密部材 160の表面にのみ接着剤 164を付着させた状態を示している。

[0051] 放電防止部材 162を形成する工程は、予め筒状に形成された緻密部材 160を準備する副工程と、筒状の緻密部材 160内に放電防止部材本体 161の材料を詰めて焼成する副工程とで行うことができる。そのような緻密部材 160としては、例えば石英や、 Al O 等のセラミック材の緻密材料よりなる筒状 (ここでは円筒状)のパイプ材 16

2 3

6を用いることができる。

また、上記接着剤 164としては、例えば石英一アルミナ系接着剤を用いることができる。天板 50本体に対する放電防止部材本体 162の装着は、そのような接着剤 164 が溶融するような高温状態、例えば 500〜1000°C程度で行われる。

[0052] 放電防止部材 162の高さおよび直径はそれぞれ 10mm程度であり、パイプ材 166 の肉厚は 2〜4mm程度である力これらの数値には特に限定されない。また分岐ガス流路 112aの内径は、電磁界分布に影響を与えな、ように可能な限り細か!/、方がよぐ典型的には上記波長 λ οの 1Z10以下、好ましくは l〜2mm程度である。

[0053] この第 4実施形態の場合にも、放電防止部材 162によって、ガス噴射穴 108内でプラズマ異常放電を発生させることなくガスの流通を確保することができる。

[0054] また、放電防止部材 162の外周面を形成する緻密部材 160 (特にパイプ材 166)は、放電防止部材本体 161に比べて外径寸法の精度を高めることができる。このため、放電防止部材 162をガス噴射穴 108内に隙間が生じないように精度良く接合させて取り付けることができる。特に、ガス噴射穴 108の形成された天板 50本体の材料である石英やセラミック材と、緻密部材 160を形成する石英やセラミック材とは同じ緻密材同士なので、その境界部分に僅かな隙間も発生させることなく精度良く装着することが可能である。このため、処理空間 S内のプラズマがガス噴射穴 108内やガス流路 1 12a、 112内へ侵入して異常放電が発生することを略確実に防止することができる。

[0055] また、放電防止部材 162は、ガス噴射穴 108内への装着前に、個別に特性検査を行うことにより、不良品を装着前に予め除去することができる。従って、天板 50の完成後の不良品率を大幅に抑制することができる。

なお、緻密部材 160を用いないで放電防止部材本体 161を単独でガス噴射穴 10 8内へ装着した場合には、接着剤 164が偏在したり、接合境界部分に隙間が発生したりして、不良品率が 20%程度あった。これに対して、本実施形態の場合には、不良品率を 10%程度まで抑制することができた。

[0056] <第 5実施形態 >

次に、本発明のプラズマ処理装置の第 5実施形態について説明する。本実施形態の天板以外の構成は、第 1又は第 2実施形態の構造と同一であるから、その説明を省略する。また、天板の構成についても、上記第 4実施形態と同一部分については、その説明を省略する。

[0057] 図 13に示す本実施形態の放電防止部材 172は、放電防止部材本体 161の側面を覆う緻密部材 160として、上記第 4実施形態におけるパイプ材 166等の予め筒状に形成された緻密部材に代えて、接着剤層 168を用いている。また、本実施形態の放電防止部材 172は、放電防止部材本体 161の、ガス噴射穴 108の開口に対応するガス噴射面 174とは反対側のガス導入面 176に（図 14 (D) )、ガス導入凹部 170が形成されている。この放電防止部材 172も、上記放電防止部材 162と同様、接着剤 1 64を用いてガス噴射穴 108内に接着して取り付けるようにしている。緻密部材 160を構成する接着剤層 168の材質としては、例えば放電防止部材 162を接着する接着剤 164と同じものを用いることができる。

[0058] ここで、図 14に示す放電防止部材 172の製造工程を説明する。まず、図 14 (A)に示すように、通気性を有する誘電体材料 (例えば多孔性材料)で円筒形に形成された放電防止部材本体 161を準備する。次に、図 14 (B)に示すように、この放電防止部材本体 161の全表面に、高温で溶融状態の緻密材料である接着剤を (浸漬法等によって)コーティングして冷却硬化させることで、接着剤層 168を形成する。これにより、放電防止部材本体 161の全表面が接着剤層 168で封止されることになる。

[0059] 次に、図 14 (C)に示すように、ガス噴射穴 108の開口に対応する放電防止部材本体 161のガス噴射面 174から接着剤層 168を除去して噴射面 174を露出させ、面出しを行う。そして、図 14 (D)に示すように、噴射面 174とは反対側のガス導入面 176 に (接着剤層 168を貫通して)ガス導入凹部 170を形成する。なお、ガス導入凹部 17 0の形成を行ってから、ガス噴射面 174からの接着剤層 168の除去を行ってもよい。

[0060] この第 5実施形態の場合にも、第 4実施形態と同様な作用効果を発揮することができる。また、この第 5実施形態の場合には、ガス導入凹部 170によって、ガスを放電防止部材本体 161の奥深くまで導入した後で本体 161内に拡散させることができる。このため、例えば接着剤 164が分岐ガス流路 112a側に一部飛び出した状態で固化しても、この影響を受けることなぐ放電防止部材本体 161の噴射面 174からガスを均一に分散させて供給することができる。また、放電防止部材 172が有するコンダクタンスに悪影響を与えることもない。

[0061] この放電防止部材 172も、これをガス噴射穴 108内へ装着前に個別に特性検査を行うことにより、不良品を装着前に予め除去することができる。従って、天板 50の完成後の不良品率を大幅に抑制することができる。本実施形態の場合には、放電防止部材 172の装着後の天板の不良品率を 1〜2%にまで抑制することができた。

なお、ガス導入凹部 170を図 11に示す第 4実施形態に適用することもできる。 [0062] <第 4および第 5実施形態の変形例 >

次に、第 4および第 5実施形態の変形例について説明する。図 15Aは第 4実施形態の変形例を示し、図 15Bは第 5実施形態の変形例を示す。

図 15Aおよび図 15Bに示す変形例では、分岐ガス流路 112aとガス噴射穴 108との間に、当該流路 112aの断面積よりも大きな断面積を有するガスヘッド空間 180が形成されている。このガスヘッド空間 180により、放電防止部材本体 161内へより均一にガスを拡散させることができる。

[0063] 特に、図 15Aに示す場合には、過剰な接着剤 164のはみ出しによる悪影響を抑制するために、ガスヘッド空間 180を、放電防止部材本体 161の直径よりも大きぐ緻密部材 160の外径よりも小さ、直径を有する円柱形に形成するのが好ま、。

このように、放電防止部材 162、 172のガス導入側にガスヘッド空間 180を設けた場合には、過剰な接着剤 164がはみ出しても、これが放電防止部材本体 161のガス導入面 176を覆うことがない。従って、放電防止部材 162、 172の装着後にコンダクタンスに悪影響を与えることを防止することができる。

[0064] また、図 7に示す構造に第 4実施形態を適用して、図 16に示す第 4実施形態のもう 1つの変形例のように構成してもよ、。

すなわち、図 16に示す変形例では、天板 50の上方に配置した金属製のガス管 13 6から、天板 50を垂直に貫通するガス流路 112aを介して、放電防止部材 162を装着したガス噴射穴 108へガスを導入するようになってヽる。

このようなガス管 136を設けた構造は、図 15Aに示す第 4実施形態の変形例、第 5 実施形態、および図 15Bに示す第 5実施形態の変形例にも適用することができる。

[0065] 以上の図 10乃至図 16に示した実施形態において、放電防止部材 162、 172をガス噴射穴 108内へ装着する工程において、接着剤 164を適用する場合を例にとって説明したが、これに限定されない。例えば、接着剤 164を用いないで、放電防止部材 162、 172をガス噴射穴 108内へ挿入した状態で、部材 162、 172と天板 50本体とを、高温状態、例えば 700〜900°C程度に維持して一体焼成 (互いに溶着)するようにしてもよい。

[0066] 以上の各実施形態では、被処理体として円板状の半導体ウェハ Wを処理する場合を例にとって説明した力例えば LCD (Liquid Crystal Display)基板等のような矩形板状の被処理体であってもよヽ。

図 17はこのような矩形状の被処理体を処理するプラズマ処理装置のための天板の変形例を示す。そのような処理装置では、処理容器の水平断面が矩形状に成形されており、これに対応して図 17に示すように、天板 50も平面形状が矩形状をなしている。そして、ガス噴射穴 108は、天板 50の長手方向に延びる互いに平行な複数（図では 2つ）の直線上に、それぞれ互ヽ〖こ間隔を置ヽて配置される。

なお、各実施形態にお!、て説明した各寸法は単に一例を示したに過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。また、被処理体は、半導体ウェハや LCD基板に限定されず、その他のガラス基板、セラミック基板等であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 上部開口が形成された筒状の容器本体と、この本体の前記上部開口に気密に装着されて電磁波を透過する誘電体製の天板とを有する真空処理容器と、

を備え、

前記天板に、前記ガス供給系より供給されるガスを前記処理容器内に噴き出すガス噴射穴が形成され、この噴射穴内に、通気性を有する誘電体製の放電防止部材が配置されて、る、ことを特徴とするプラズマ処理装置。

[2] 前記天板に、複数のガス噴射穴が互いに離間して設けられ、各噴射穴内に、それぞれ前記放電防止部材が配置される、ことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[3] 前記天板に、前記ガス供給系より供給されるガスを前記ガス噴射穴へ導くガス流路が形成され、このガス流路内にも前記放電防止部材が配置される、ことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[4] 前記放電防止部材を構成する主要な材料は、前記天板の材料と同一である、ことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[5] 前記放電防止部材は多孔質材料で形成されてヽる、ことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[6] 前記多孔質材料の細孔直径は 0. 1mm以下である、ことを特徴とする請求項 5記載のプラズマ処理装置。

[7] 前記ガス噴射穴の直径を、前記天板中を伝搬する前記電磁波の波長の 1Z2以下とした、ことを特徴とする請求項 1記載のプラズマ処理装置。

[8] 前記電磁波供給系は、

前記天板上に設けられた平面アンテナ部材と、

マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器で発生した前記マイクロ波を前記平面アンテナ部材へ伝搬する導波管と、

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。

[9] 前記電磁波供給系は、

高周波を発生する高周波発生器と、

前記天板上に配置され、前記高周波発生器に接続された誘導コイルと、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。

[10] 前記放電防止部材は、

通気性を有する誘電体製の放電防止部材本体と、

前記本体の少なくとも側面を覆う、通気性のない誘電体製の緻密部材と、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。

[11] 前記緻密部材は、予め筒状に形成されている、ことを特徴とする請求項 10記載のプラズマ処理装置。

[12] 前記緻密部材は、前記本体の表面にコーティングした接着剤を硬化させることにより形成された接着剤層よりなる、ことを特徴とする請求項 10記載のプラズマ処理装置

[13] 前記天板に、前記ガス供給系より供給されるガスを前記ガス噴射穴へ導くガス流路が形成され、

前記ガス流路と前記ガス噴射穴との間に、前記ガス流路の断面積よりも大きな断面積を有するガスヘッド空間が設けられて、る、ことを特徴とする請求項 10記載のブラズマ処理装置。

[14] 前記放電防止部材本体は、

前記ガス噴射穴の開口に対応するガス噴射面と、

前記噴射面の反対側のガス導入面と、

前記導入面に形成されたガス導入凹部と、

を有する、ことを特徴とする請求項 10記載のプラズマ処理装置。

[15] 真空処理容器と、

前記処理容器内に設けられ、被処理体が載置される載置台と、前記処理容器の上部に設けられ、前記処理容器内へ処理ガスを含むガスを噴き出す複数のガス噴射口が形成されたガス噴射面を有するシャワーヘッドと、

を備え、

前記シャワーヘッドのガス噴射面に、通気性を有する誘電体製の放電防止部材が取り付けられて、る、ことを特徴とするプラズマ処理装置。

[16] 前記放電防止部材は多孔質材料で形成されている、ことを特徴とする請求項 15記載のプラズマ処理装置。

[17] 前記多孔質材料の細孔直径は 0. 1mm以下である、ことを特徴とする請求項 16記載のプラズマ処理装置。

[18] 筒状の容器本体の上部開口に気密に装着されてプラズマ処理装置の処理容器を形成する天板であって、

を備えたことを特徴とする天板。

[19] 前記天板本体に、前記ガス噴射穴へガスを導くガス流路が形成されてヽる、ことを特徴とする請求項 18記載の天板。

[20] 筒状の容器本体の上部開口に気密に装着されてプラズマ処理装置の処理容器を形成する天板の製造方法であって、

通気性を有する誘電体製の放電防止部材本体と、この本体の少なくとも側面を覆う通気性のない誘電体製の緻密部材とを有する放電防止部材を形成する工程と、前記放電防止部材を、前記天板本体の前記ガス噴射穴内に装着する工程と、を備えたことを特徴とする天板の製造方法。

[21] 前記放電防止部材を形成する工程は、

予め筒状に形成された前記緻密部材を準備する副工程と、

前記筒状の緻密部材内に前記放電防止部材本体の材料を詰めて焼成する副ェ程と、

を含むことを特徴とする請求項 20記載の天板の製造方法。

[22] 前記放電防止部材を形成する工程は、

を含むことを特徴とする請求項 20記載の天板の製造方法。

[23] 前記放電防止部材を装着する工程にお!、て、前記放電防止部材と前記ガス噴射穴との間に接着剤が適用される、ことを特徴とする請求項 20記載の天板の製造方法

[24] 前記放電防止部材を装着する工程にお!、て、前記放電防止部材を前記ガス噴射穴へ挿入した状態で、前記放電防止部材と前記天板とがー体焼成される、ことを特徴とする請求項 20記載の天板の製造方法。