JP2005033167A

JP2005033167A - Shower plate, plasma processing device and method of producing products

Info

Publication number: JP2005033167A
Application number: JP2003434769A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Masaki Hirayama; 昌樹平山; Tetsuya Goto; 哲也後藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP4502639B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that difficulty in supplying of uniform plasma excitation gas from a shower plate causes disturbance of a plasma excitation gas flow resulting in difficulty in uniform processing of a substrate to be processed. <P>SOLUTION: The plasma excitation gas flow is uniformed by increasing the number of gas discharging holes per unit area arranged in a shower plate with progression away from the center of the shower plate, or alternatively, by increasing the hole radius of the gas discharging hole with progression away from the center of the shower plate, whereby uniform processing of the substrate to be processed is enabled. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体基板、液晶表示基板等の被処理体にＣＶＤ、ＲＩＥ等のエッチング、アッシング、酸化、窒化、酸窒化等の処理を行うプラズマ処理装置及び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造方法において使用されるシャワープレートに関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing processing such as etching, ashing, oxidation, nitriding, oxynitriding, etc. on a target object such as a semiconductor substrate and a liquid crystal display substrate, and a semiconductor device using the plasma processing apparatus. In particular, the present invention relates to a shower plate used in these plasma processing apparatuses or manufacturing methods.

従来、この種の半導体製造装置として、特許文献１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。特許文献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スロットラインアンテナ、アンテナから放射されるマイクロ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配置されたカバープレート、及び、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って構成されたシャワープレートを備えている。また、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。 Conventionally, as this type of semiconductor manufacturing apparatus, a plasma processing apparatus as described in Patent Document 1 has been used. As described in Patent Document 1, the plasma processing apparatus includes a radial slot line antenna that radiates microwaves into a processing chamber, a retardation plate that compresses the wavelength of microwaves radiated from the antenna, and the retardation plate. And a cover plate disposed at a distance from each other, and a shower plate which is disposed immediately below the cover plate and is constituted by a low-loss dielectric having a large number of gas discharge holes. In addition, a conductor structure having a large number of nozzles is disposed below the shower plate at intervals.

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、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。 Gas for generating plasma is supplied into the shower plate. When microwaves are applied from the antenna in this state, high-density plasma is generated in the space between the shower plate and the conductor structure. The plasma is guided through a conductor structure to a processing space for processing a semiconductor wafer. In such a configuration, the processing gas emitted from the nozzle of the conductor structure is excited by the high-density plasma formed at the lower part of the shower plate.

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おり、プラズマガス供給ポートからＡｒやＫｒ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ている。更に、励起ガスは供給通路及び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。 In this case, the shower plate is provided with a plasma gas supply passage communicating with the plasma gas supply port provided on the outer wall of the processing chamber, and plasma excitation gas such as Ar and Kr is supplied from the plasma gas supply port to the shower plate. Is provided in the supply passage. Further, the excitation gas is introduced into the processing chamber from the supply passage and the gas discharge hole of the shower plate.

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く、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い。 In the plasma processing apparatus provided with the radial line slot antenna described above, uniform high-density plasma is formed in the space immediately below the shower plate. The high-density plasma thus formed has a low electron temperature, so that the substrate to be processed is not damaged, and metal contamination due to sputtering of the vessel wall of the processing vessel does not occur.

一方、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って一様である。 On the other hand, a large number of gas discharge holes of the same size are uniformly and uniformly arranged in the shower plate. In other words, the distribution and size of the gas discharge holes arranged in the shower plate are uniform over the entire surface of the shower plate.

特開２００２−２９９３３０号公報JP 2002-299330 A

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わ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、基板に形成される膜の膜厚が不均一になり、Reactive Ion Etching (RIE)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。 According to the experiments by the present inventors, when a film forming process such as CVD (Chemical Vapor Deposition) is performed using a shower plate in which gas discharge holes of the same size are uniformly distributed over the entire surface, it is formed on the substrate. It has been found that the etching rate becomes non-uniform when an etching process such as Reactive Ion Etching (RIE) is performed. Furthermore, it has been found that problems such as process instability, yield deterioration, and throughput deterioration due to processing gas deposition on the shower plate also occur.

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。 An object of the present invention is to investigate the causes of various problems associated with the above-described plasma processing apparatus and provide a technique that can reduce these problems.

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。 A specific object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus or a semiconductor manufacturing apparatus capable of realizing uniform film formation or uniform etching rate.

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。 A more specific object of the present invention is to provide a shower plate useful for achieving uniform film formation or uniform etching rate.

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。 Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a product using the shower plate described above.

本発明者等は、上記不具合の原因を鋭意検討した結果、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、ガス噴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と言う事実を見出した。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。 As a result of earnestly examining the cause of the above problems, the present inventors have used a shower plate in which gas discharge holes of the same size are uniformly distributed, from the gas discharge holes arranged in the peripheral part at the center of the substrate. Because the gas is also irradiated to the substrate to be processed, the unit time to reach the substrate to be processed and the amount of gas molecules per unit area are larger at the center of the substrate to be processed than the periphery of the substrate to be processed, The present inventors found the fact that the gas jet flow becomes non-uniform at a distance away from the shower plate, and the in-plane uniformity cannot be secured. As described above, when the gas discharge from the shower plate is disturbed, the gas ejected from the processing gas discharge nozzle formed in the conductor structure forms a high-density plasma between the shower plate and the conductor structure. It has also been found that the gas reaches the space, excessive dissociation of the processing gas, and deposits on the shower plate.

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。 Accordingly, the present invention proposes a shower plate that enables uniform gas supply to the surface of the substrate to be processed, a plasma processing apparatus including the shower plate, and a manufacturing method using the plasma processing apparatus.

本発明の一態様よれば、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、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が得られる。具体的には、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。 According to one aspect of the present invention, in a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the total area of the holes of the discharge holes per unit area in the central part of the shower plate and the unit area in the peripheral part A shower plate is obtained in which the total area of the discharge holes is different. Specifically, the total area of the holes of the discharge holes per unit area in the central part of the shower plate is smaller than the total area of the holes of the discharge holes per unit area in the peripheral part.

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、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が得られる。 According to another aspect of the present invention, in the shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the individual hole areas of the discharge holes in the central part of the shower plate are the individual holes of the discharge holes in the peripheral part. A shower plate characterized by being smaller than the area is obtained.

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が得られる。 According to still another aspect of the present invention, in a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the number of holes in the discharge hole per unit area in the central portion of the shower plate is per unit area in the peripheral portion. The number of the discharge holes is smaller than that of the discharge hole.

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、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が得られる。 According to another aspect of the present invention, in a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the interval between the discharge holes at the center of the shower plate is greater than the interval between the holes at the periphery. A shower plate characterized by a short length can be obtained.

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、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が得られる。 Furthermore, according to another aspect, in the shower plate provided with a plurality of discharge holes for discharging gas, the discharge holes are arranged concentrically, and the interval between the holes of the discharge hole in the center part of the shower plate is a peripheral part. A shower plate is obtained which is shorter than the interval between the discharge holes.

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、前記放出孔はガスが孔内に流入する側で幅が０.５ｍｍ超、５ｍｍ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以上好ましくは０.０５ｍｍ以上、かつ１ｍｍ以下好ましくは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が得られる。 According to another aspect of the present invention, in the shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the discharge hole has a width of more than 0.5 mm and less than 5 mm on the side where the gas flows into the hole. And a shower plate having a width of 0.02 mm or more, preferably 0.05 mm or more, and 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less on the side where the gas flows out of the hole.

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、前記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。 The shower plate of the present invention is characterized in that the diameter of the gas outlet side of the discharge hole is not more than twice the thickness of the plasma sheath. The discharge hole is characterized in that the hole diameter changes from the gas inflow side to the gas outflow side.

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０．２５％以内であることを特徴とする。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。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べき面の法線に対して傾いていてもよい。前記中心軸の傾きは、好ましくは、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。 Moreover, the shower plate of the present invention is characterized in that the variation in the entire diameter of the shower plate at least on the gas outflow side of the discharge holes is within 1%, preferably within 0.25%. Further, of the both surfaces of the shower plate, at least the surface on the side from which gas flows out is not a flat surface, for example, the surface on the side from which the gas flows out of the shower plate protrudes from the central portion, or the shower plate The thickness of the peripheral part is larger than the thickness of the central part. A central axis of at least a part of the plurality of discharge holes on the side from which gas flows out is inclined with respect to a normal line of a surface to be opposed to an object to be processed in at least a central part of the shower plate. It may be. The inclination of the central axis is preferably such that the gas from the at least part of the discharge holes is discharged toward the center of the shower plate and in the direction in which the workpiece is to be placed. Another feature of the present invention is that means for introducing the gas from outside the system to the surface of the shower plate on the side where the gas flows into the discharge hole is provided not at the center of the shower plate but at the periphery. One.

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。 The aforementioned shower plate is used in a plasma processing apparatus. The shower plate described above is used in a plasma processing method, and is used for manufacturing a semiconductor device or a display device to which plasma processing is applied.

以下、本発明の原理について説明する。 Hereinafter, the principle of the present invention will be described.

ガスが半径b₀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、

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、ρ、U₀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、b_1/2で定義すると、

で与えられる。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1Torr, ガス放出孔直径φ0.2mm、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２からも明らかなとおり、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。 The velocity u (r, z) when the gas is released from the hole of radius b ₀ is obtained by solving the Navier-Stokes equation:

Given in. Here, r is a radial distance from the central axis of the hole, and z is a distance on the central axis from the outlet of the hole. Μ, ρ, and U ₀ are the gas viscosity coefficient, the gas mass density, and the initial velocity at the gas discharge hole, respectively. At the same time, the distance that the gas spreads from the hole is defined as b _1/2 ,

Given in. Here, P is a gas pressure (mTorr), and Q is a gas flow rate (sccm). The width b _1/2 represents the radial position at which the velocity on the central axis is half that in the radial velocity distribution of the gas, that is, the half width of the gas velocity. FIG. 1 shows examples of gas velocity distributions at various positions z when pressure is 1 Torr, gas discharge hole diameter φ0.2 mm, and Ar gas is ejected. As is clear from FIG. 2, the distribution of the gas ejected from the discharge hole is increased in proportion to the distance z.

ここで、上式（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図２に示されている。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。 Here, based on the above formulas (1) and (2), the analysis result in the case where the same holes are arranged per unit area on the entire surface of the shower plate is shown in FIG. As shown in FIG. 2, more gas molecules reach the central portion of the substrate to be processed than the peripheral portion.

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か、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。 Based on the above results, in the present invention, the distribution of the gas discharge holes is changed between the central portion of the shower plate and its peripheral portion. Specifically, by increasing the number of arrangements per unit area with increasing distance from the center in the radial direction, or by increasing the area of the discharge holes in the radial direction from the center of the plate, the number of gas molecules that reach the substrate to be processed is increased. The in-plane distribution can be made uniform.

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は次式で与えられる。 This will be explained more specifically. First, the gas flow rate Q discharged from the gas discharge hole is given by the following equation.

ただし、ここでdは放出孔の孔の直径、Lは孔の長さ、P₁、P₀はそれぞれ孔の入口側の圧力、出口側の圧力である。 Here, d is the diameter of the hole of the discharge hole, L is the length of the hole, and P ₁ and P ₀ are the pressure on the inlet side and the pressure on the outlet side, respectively.

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、マイクロ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、

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、電子質量であり、λ_Dはデバイ長であり、

で与えられる。ここで、ε₀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はプラズマの電子密度、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、０．０１ｍｍから５ｍｍ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０．０２ｍｍ以上、１０ｍｍ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が、直径は好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍから０.３ｍｍ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、０.０５ｍｍ以上とするのが好ましい。そして、径が好ましくは０.０５ｍｍ以上０.５ｍｍ以下の孔はガス流出側すなわちプラズマ発生側に０.２ｍｍから２ｍｍ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、０.５ｍｍ超、５ｍｍ以下の径とする。この程度であれば、孔内でプ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１０ｍｍ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２０ｍｍ以上が好ましく、製造しやすさから３０ｍｍ以下が好ましい。 The diameter of the gas discharge hole must be designed so that high-density plasma does not enter the hole. When plasma flows into the gas discharge hole, abnormal discharge and gas deposition occur, resulting in deterioration of microwave transmission efficiency and yield. In order to prevent these, the hole diameter may be set to twice or less the plasma sheath thickness. If the plasma sheath thickness is d,

Given in. Where m _i and _me are the plasma ion mass and electron mass, respectively, λ _D is the Debye length,

Given in. Here, ε ₀ is the vacuum dielectric constant, k is the Boltzmann constant, _Te is the electron temperature, _ne is the electron density of the plasma, and e is the elementary charge. The sheath thickness given by these equations varies from 0.01 mm to 5 mm depending on the plasma gas type, electron temperature, and plasma electron density to be used. Therefore, the hole diameter is less than twice the sheath thickness corresponding to the value. What is necessary is just to set to 0.02 mm or more and 10 mm or less. If the hole diameter is not more than twice the thickness of the plasma sheath in this way, the plasma can be prevented from entering the hole from the gas discharge side, but the diameter is preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.1 mm. Is preferably set to 0.3 mm. In consideration of the conductance of gas passage, it is preferably 0.05 mm or more. A hole having a diameter of preferably 0.05 mm or more and 0.5 mm or less is provided with a length of 0.2 mm to 2 mm on the gas outflow side, that is, the plasma generation side, and the other part, that is, the gas inflow side is larger than this. The diameter is more than 0.5 mm and not more than 5 mm. If it is this level, it can prevent that a plasma stands in a hole. Of course, it may be 10 mm or less depending on the plasma seed thickness. The thickness of the shower plate is preferably 20 mm or more from the viewpoint of mechanical strength for vacuum sealing, and preferably 30 mm or less from the viewpoint of ease of production.

また、シャワープレート−カ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、中心部及び周辺部の圧力は実質的に同一である。 Further, it is desirable that the conductance of the space between the shower plate and the cover plate is set sufficiently larger than the conductance of the gas discharge hole because it is difficult to control the gas flow rate according to Equation (3) when a pressure difference occurs in the space. . Therefore, the pressure in the central portion and the peripheral portion is substantially the same.

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。よって、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で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。 From equation (3), it can be seen that the gas flow rate from the discharge hole is proportional to the fourth power of the hole diameter, and from equation (2), the half-value width of the gas velocity spread is inversely proportional to the square root of the gas flow rate. Thus, the gas velocity spread is inversely proportional to the square of the hole diameter. As a result, the number of gas molecules that reach the substrate to be processed per unit time and unit area by suppressing the gas velocity spread by increasing the diameter of the gas discharge holes around the shower plate compared to the center. It is possible to achieve a uniform distribution. Alternatively, when all the holes have the same area, the number of discharge holes per unit area can be increased in the radial direction from the center of the plate, thereby making it possible to make the holes uniform.

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１６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い。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0.25％以内に抑える事が望ましい。 The gas flow rate discharged from the gas discharge hole is proportional to the fourth power of the hole diameter. FIG. 16 shows the dependency of the flow rate error on the hole diameter error. Since the process uniformity (uniformity of film thickness, uniformity of etching amount, etc.) of the plasma processing object deteriorates corresponding to the flow rate error, the hole diameter error should be reduced to keep the process uniformity within 4%. It is preferable to make it within 1%. Desirably, the hole diameter error should be kept within 0.25% in order to keep process uniformity at 1%.

本発明によると、シャワープレートは膜形成、エッチング等のプラズマ処理を行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。 According to the present invention, the shower plate can be applied to a plasma apparatus for performing plasma processing such as film formation and etching, so that the processing gas can be uniformly supplied to the entire surface of the substrate to be processed. There is an advantage that the entire substrate can be processed uniformly by preventing dissociation.

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第１実施形態：
図３を参照すると、Reactive Ion Etching (RIE)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。図示されたマイクロ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１０を有し、前記処理室１０中には被処理基板１２を保持する保持台１４が配置されている。処理室１０を均一に排気するため、処理室１０は保持台１４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、被処理基板１２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１０を排気ポート８により均一に排気することができる。 First embodiment:
Referring to FIG. 3, a microwave plasma processing apparatus for a reactive ion etching (RIE) process is shown. The illustrated microwave plasma processing apparatus has a processing chamber 10 that is exhausted through a plurality of exhaust ports 8, and a holding table 14 that holds a substrate 12 to be processed is disposed in the processing chamber 10. In order to uniformly exhaust the processing chamber 10, the processing chamber 10 defines a ring-shaped space around the holding table 14, and the plurality of exhaust ports 8 are equally spaced so as to communicate with the space, that is, the object to be processed. They are arranged axially symmetrically with respect to the substrate 12. Due to the arrangement of the exhaust ports 8, the processing chamber 10 can be uniformly exhausted by the exhaust ports 8.

処理室１０上には、保持台１４上の被処理基板１２に対応する位置に、処理室１０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１５を形成された板状のシャワープレート２０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１０には、シャワープレート２０の外側、即ち、シャワープレート２０に対して保持台１４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２２が、別のシールリングを介して取り付けられている。 On the processing chamber 10, a plurality of openings made of a dielectric material (preferably alumina) having a low microwave dielectric loss is formed as a part of the outer wall of the processing chamber 10 at a position corresponding to the substrate 12 to be processed on the holding table 14. The plate-shaped shower plate 20 in which the gas discharge hole 15 is formed is attached via a seal ring. Further, in the processing chamber 10, a cover plate 22 made of a dielectric material having a low microwave dielectric loss is provided on the outside of the shower plate 20, that is, on the side opposite to the holding table 14 with respect to the shower plate 20, as another seal. It is attached via a ring.

シャワープレート２０の上面と、カバープレート２２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１５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２０の内部には処理室１０の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート２４に連通するプラズマガスの供給通路２６が形成されている。プラズマガス供給ポート２４に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ励起ガスは、供給通路２６からプラズマガス空間を介してガス放出孔１５に供給され、処理室１０内へ導入される。 A plasma gas space filled with plasma excitation gas is formed between the upper surface of the shower plate 20 and the cover plate 22, and each of the plurality of gas discharge holes 15 is formed to communicate with the plasma gas space. ing. Further, a plasma gas supply passage 26 communicating with a plasma gas supply port 24 provided on the outer wall of the processing chamber 10 is formed inside the shower plate 20. The plasma excitation gas such as Ar or Kr supplied to the plasma gas supply port 24 is supplied from the supply passage 26 to the gas discharge hole 15 through the plasma gas space, and is introduced into the processing chamber 10.

図示されたプラズマ処理装置では、処理室１０中、シャワープレート２０と被処理基板１２との間に、導体構造物２８が配置されている。この導体構造物２８には、外部の処理ガス源（図示せず）から処理室１０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２８のノズルの各々は、供給された処理ガスを、導体構造物２８と被処理基板１２との間の空間に放出する。導体構造物２８には、隣接するノズルとの間に、前記空間において形成されたプラズマを前記空間から前記空間に拡散により、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。 In the illustrated plasma processing apparatus, a conductor structure 28 is disposed in the processing chamber 10 between the shower plate 20 and the substrate 12 to be processed. The conductor structure 28 is formed with a number of nozzles for supplying a processing gas from an external processing gas source (not shown) through a processing gas passage formed in the processing chamber 10. Each of the nozzles of the conductor structure 28 discharges the supplied processing gas to the space between the conductor structure 28 and the substrate to be processed 12. In the conductor structure 28, an opening having a size that allows the plasma formed in the space to pass through the space from the space to the space efficiently is formed between adjacent nozzles.

このような構造を有する導体構造物２８からノズルを介して処理ガスを前記空間に放出した場合、放出された処理ガスは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、前記シャワープレート２０からのプラズマ励起ガスがシャワープレート２０と導体構造物２８との間の空間から、導体構造物２８と被処理基板１２との間の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２０と導体構造物２８の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。 When the processing gas is discharged from the conductor structure 28 having such a structure to the space via the nozzle, the discharged processing gas is excited by the high-density plasma formed in the space. However, the plasma excitation gas from the shower plate 20 flows from the space between the shower plate 20 and the conductor structure 28 toward the space between the conductor structure 28 and the substrate 12 to be processed. Since there are few components that return the gas to the space between the shower plate 20 and the conductor structure 28 and the gas molecules are not decomposed due to excessive dissociation due to exposure to high-density plasma, high-quality substrate processing is possible.

図４（ａ）及び（ｂ）を参照して、図３に示されたシャワープレート２０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２０は３６１ｍｍの直径を有し、シャワープレート２０の表面領域は直径８０ｍｍの中心部２０ａとその周辺部２０ｂとに分けることができ、この例では、中心部２０ａには、４つのガス放出孔１５が設けられ、他方、周辺部２０ｂの直径２１０ｍｍの位置に、１６個のガス放出孔１５が設けられ、更に、周辺部２０ｂの直径３１０ｍｍの位置には、２４個のガス放出孔１５が設けられている。この例では、各ガス放出孔１５のサイズは同一であるものとする。 With reference to FIG. 4 (a) and (b), the structure of the shower plate 20 shown by FIG. 3 is demonstrated more concretely. The shower plate 20 shown in FIG. 4A has a diameter of 361 mm, and the surface region of the shower plate 20 can be divided into a central portion 20a having a diameter of 80 mm and a peripheral portion 20b thereof. Four gas discharge holes 15 are provided in the portion 20a, and 16 gas discharge holes 15 are provided at a position of 210 mm in the diameter of the peripheral portion 20b, and further, at a position of 310 mm in the diameter of the peripheral portion 20b. , 24 gas discharge holes 15 are provided. In this example, it is assumed that the gas discharge holes 15 have the same size.

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２０は中心部２０ａから外側に行く程、ガス放出孔１５の数が多くなっている。換言すると、図４（ａ）に示された例では、ガス放出孔１５の数がシャワープレート２０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２０ｂのガス放出孔１５の分布が中心部２０ａにおけるガス放出孔１５の分布よりも高くなっている。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１５の数を実際の数よりも著しく少なく示している。 As is clear from this, the number of the gas discharge holes 15 increases as the illustrated shower plate 20 goes outward from the central portion 20a. In other words, in the example shown in FIG. 4A, it can be seen that the number of gas discharge holes 15 increases depending on the distance from the center of the shower plate 20. That is, the distribution of the gas discharge holes 15 in the peripheral portion 20b is higher than the distribution of the gas discharge holes 15 in the central portion 20a. FIG. 4 shows the number of gas discharge holes 15 significantly smaller than the actual number in order to simplify and explain the present invention.

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１５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１５のカバープレート２２の開口深さは１９ｍｍであり、ガス放出孔１５の空間側開口深さは1mmである。 As shown in FIG. 4B, each gas discharge hole 15 provided in the shower plate 20 has an opening with a diameter of 1 mm on the cover plate side, and a diameter of 0.1 mm on the space side of the processing chamber 10. Has an opening. Moreover, the opening depth of the cover plate 22 of the gas discharge hole 15 is 19 mm, and the space side opening depth of the gas discharge hole 15 is 1 mm.

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１５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及び縦軸に単位面積当りのガス放出孔の個数（個／ｍ^２）がそれぞれ示されている。図からも明らかなとおり、中心から５０ｍｍの位置に、単位面積当り約３００個／ｍ^２、１００ｍｍの位置に、単位面積当り約４５０個／ｍ^２、１５０ｍｍの位置に、単位面積当り約４９０個／ｍ^２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させ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。このグラフの関数形は
ｙ＝−０.０１７３ｘ^２＋５.３５７４ｘ＋７１.５１７
である。 Referring to FIG. 5, the relationship between the distance from the center of the shower plate 20 and the number of gas discharge holes 15 is shown. Here, the horizontal axis represents the distance from the center of the shower plate, and the vertical axis represents the number of gas discharge holes per unit area (pieces / m ² ). As is apparent from the figure, about 300 pieces / m ² per unit area at a position of 50 mm from the center, about 450 pieces / m ² per unit area at a position of 100 mm, and about 490 pieces per unit area at a position of 150 mm. A gas discharge hole of / m ² is formed. Thus, the shower plate according to the present invention has an arrangement of gas discharge holes that increase as it goes to the outside of the shower plate 20. In other words, the arrangement of the gas discharge holes of the shower plate according to the present invention has a radial dependency. The functional form of this graph is y = −0.0173x ² + 5.3574x + 71.517.
It is.

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ウェ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ーハ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。 Referring to FIG. 6, the distribution of the number of gas molecules reaching the unit time / unit area on the wafer when the 200 mm wafer is plasma processed using the shower plate according to the present invention is shown. Yes. As shown in the figure, when the conventional shower plate was used, the uniformity was 2.9%, but with the shower plate of the present invention, higher uniformity (0.23%) could be realized.

第２実施形態：
図７（ａ）及び（ｂ）を参照すると、CVＤ及び酸窒化膜プロセス用マイクロ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ロ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400mmの直径、20mmの厚さを有している。ガス放出孔１５は20ｍｍ間隔に設けられている。図７(ａ)に示されたシャワープレート２０は、直径がシャワープレート２０の外側に行く程、広くなるようなガス放出孔１５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２０は、その外側に向かうに従ってガス放出孔１５の直径が増加する構造を有している。 Second embodiment:
Referring to FIGS. 7A and 7B, a shower plate 20 suitable for a microwave plasma processing apparatus for CVD and oxynitride film processing is shown. The overall structure of the CVD and oxynitride film processing microwave plasma processing apparatus is the same as that shown in FIG. The shower plate 20 used in the microwave plasma processing apparatus has a diameter of 400 mm and a thickness of 20 mm. The gas discharge holes 15 are provided at intervals of 20 mm. The shower plate 20 shown in FIG. 7A has a gas discharge hole 15 that becomes wider as the diameter goes to the outside of the shower plate 20. In other words, the illustrated shower plate 20 has a structure in which the diameter of the gas discharge hole 15 increases toward the outside.

図７（ｂ）には、単一のガス放出孔１５の一例が示されており、図示されたガス放出孔１５はカバープレート側から直径1mmの開口を有し、処理室側に直径a(mm)の開口を有している。カバープレート側の開口深さは１９ｍｍであり、処理室側の開口深さは1mm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０.１〜０.１１ｍｍ範囲で増加する構造とした。 FIG. 7B shows an example of a single gas discharge hole 15. The illustrated gas discharge hole 15 has an opening having a diameter of 1 mm from the cover plate side, and a diameter a ( mm) openings. The opening depth on the cover plate side is 19 mm, and the opening depth on the processing chamber side is 1 mm. Here, as shown in FIG. 8, the diameter “a” has a structure in which the opening diameter increases in the range of 0.1 to 0.11 mm toward the outside of the shower plate.

このようなシャワープレート２０を用いて、300mm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ーハ面内分布が示されており、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。 When a 300 mm wafer was processed using such a shower plate 20, the result shown in FIG. 9 was obtained. That is, FIG. 9 shows the distribution in the wafer surface of the number of gas molecules reaching per unit time and unit area on the wafer, and has the structure of the present invention in which the opening diameter is increased toward the outside. When the shower plate was used, the uniformity was 1.9% in the conventional structure, whereas in the present invention, a highly uniform reaching gas distribution of 0.9% was obtained.

第３実施形態：
本発明の第３実施形態に係る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、ＲＩＥ用マイクロ波プラズマ処理装置は導体構造物２８からノズルを介して処理ガスとしてC₅F₈、O₂、Ar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。 Third embodiment:
The shower plate according to the third embodiment of the present invention is applied to a microwave plasma processing apparatus for RIE. In this case, the RIE microwave plasma processing apparatus is different from the plasma processing apparatus according to the first embodiment in that C ₅ F ₈ , O ₂ , and Ar are discharged as processing gases from the conductor structure 28 through the nozzle. Is different.

このようなＲＩＥ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２０は、図５及び図６に示されたシャワープレート２０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２０の上面の空間には、プラズマ励起ガスとして、Arガスが充填され、このArガスは供給通路からガス放出孔２０に供給して、処理室１０内へ導入される。 Like the shower plate 20 shown in FIGS. 5 and 6, the shower plate 20 used in such an RIE microwave plasma processing apparatus has a radial dependence on the number of gas discharge holes per unit area. It is arranged. Further, the space on the upper surface of the shower plate 20 according to this embodiment is filled with Ar gas as a plasma excitation gas, and this Ar gas is supplied from the supply passage to the gas discharge hole 20 and introduced into the processing chamber 10. Is done.

この構成のＲＩＥ用マイクロ波プラズマ処理装置においても、均一なガスフローを実現でき、処理ガスがシャワープレート２０と導体構造物２８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ルエッチングを高エッチングレートで均一に行うことができた。 Even in the microwave plasma processing apparatus for RIE of this configuration, a uniform gas flow can be realized, and the processing gas does not return to the space between the shower plate 20 and the conductor structure 28, thereby preventing excessive dissociation of the processing gas, High aspect ratio contact hole etching was performed uniformly at a high etching rate.

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ＥＬ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。 In the embodiment described above, only the case where a semiconductor wafer is processed as a substrate to be processed has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to processing of substrates for liquid crystal display devices, organic EL display devices, and the like. Is also applicable. Further, the change in the number or diameter of the gas discharge holes from the center to the periphery of the shower plate may be performed continuously or may be performed discontinuously.

第４実施形態：
図１０を参照すると、Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)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１０１を介して排気される処理室１０２を有し、前記処理室１０２中には被処理基板１０３を保持する保持台１０４が配置されている。処理室１０２を均一に排気するため、処理室１０２は保持台１０４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１０１は空間に連通するように等間隔で、すなわち、被処理基板１０３に対して軸対称に配列されている。この排気ポート１０１の配列により、処理室１０２を排気ポート１０１より均一に排気することができる。 Fourth embodiment:
Referring to FIG. 10, a microwave plasma processing apparatus for a Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) process is shown. The illustrated microwave plasma processing apparatus includes a processing chamber 102 that is exhausted through a plurality of exhaust ports 101, and a holding table 104 that holds a substrate 103 to be processed is disposed in the processing chamber 102. In order to uniformly exhaust the processing chamber 102, the processing chamber 102 defines a ring-shaped space around the holding table 104, and the plurality of exhaust ports 101 are equally spaced so as to communicate with the space, that is, the object to be processed. They are arranged in axial symmetry with respect to the substrate 103. Due to the arrangement of the exhaust ports 101, the processing chamber 102 can be exhausted uniformly from the exhaust ports 101.

処理室１０２上には、保持台１０４の処理基板１０３に対応する位置に、処理室１０２の外壁の一部として、比誘電率が９．８で、かつ低マイクロ波誘電損失（誘電損失が1×10^-4以下）である誘電体のアルミナよりなり、多数（２３８個）の開口部、即ちガス放出孔１０５が形成された板状のシャワープレート１０６がシールリング１０７を介して取り付けられている。更に、処理室１０２には、シャワープレート１０６の外側、即ち、シャワープレート１０６に対して保持台１０４とは反対側に、アルミナよりなるカバープレート１０８が、別のシールリング１０９を介して取り付けられている。シャワープレート１０６の上面と、カバープレート１０８との間には、プラズマ励起ガスを充填する空間１１０が形成されている。換言すると、前記カバープレート１０８において、前記カバープレート１０８の前記シャワープレート１０６側の面に多数の突起物１１１が形成され、さらに前記カバープレート１０８の周辺も前記突起物１１１と同一面まで突起している突起リング１１２が形成されているため、前記シャワープレート１０６と前記カバープレート１０８の間に前記空間１１０が形成される。前記ガス放出孔１０５は前記空間１１０に配置されている。 On the processing chamber 102, at a position corresponding to the processing substrate 103 of the holding table 104, as a part of the outer wall of the processing chamber 102, the dielectric constant is 9.8 and the low microwave dielectric loss (dielectric loss is 1). × 10 ^-4 or less) made of alumina of the dielectric is, the opening of a number (238 pieces), i.e. the gas discharge hole 105 is formed plate-shaped shower plate 106 is attached via a seal ring 107 . Further, a cover plate 108 made of alumina is attached to the processing chamber 102 through another seal ring 109 on the outside of the shower plate 106, that is, on the opposite side of the shower plate 106 from the holding table 104. Yes. A space 110 filled with plasma excitation gas is formed between the upper surface of the shower plate 106 and the cover plate 108. In other words, in the cover plate 108, a large number of protrusions 111 are formed on the surface of the cover plate 108 on the shower plate 106 side, and the periphery of the cover plate 108 protrudes to the same surface as the protrusions 111. Since the protruding ring 112 is formed, the space 110 is formed between the shower plate 106 and the cover plate 108. The gas discharge hole 105 is disposed in the space 110.

シャワープレート１０６は、直径360mm、外周部の厚さは25mmである。直径150mm以内に対しては、10mm凹んだ構造をしている。換言すれば、直径150mm以内において厚さは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170mmより外側の厚さが25mm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１１(a),(b)に、前記シャワープレート６に空けられたガス放出孔１０５の断面図を示す。(a)は、凹部でない位置（シャワープレートにおいて、直径150mmの外側）に空けられたガス放出孔１０５である。プラズマが励起される処理室２側は、直径0.1mm、長さ0.5mmの孔が空けられており、45°のテーパ部を介して直径1mmの孔に接続されている。直径1mmの孔とテーパ部を合わせた孔の長さは24.5mmとなる。(b)は、凹部（シャワープレートにおいて直径170mm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２側は、直径0.1mm、長さ0.5mmの孔が空けられており、45°のテーパ部を介して直径1mmの孔に接続されている。直径1mmの孔とテー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１２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。 The shower plate 106 has a diameter of 360 mm and an outer peripheral portion thickness of 25 mm. For diameters within 150mm, it has a 10mm concave structure. In other words, the thickness is 15 mm within a diameter of 150 mm. Since the periphery of the recess has a 45 ° taper structure, the thickness outside the diameter of 170 mm is 25 mm. The taper angle is not limited to 45 °, and it is desirable that the taper angle is R to suppress the electric field concentration. FIGS. 11A and 11B are sectional views of the gas discharge hole 105 formed in the shower plate 6. (a) is a gas discharge hole 105 formed at a position that is not a recess (outside of the diameter of 150 mm in the shower plate). On the processing chamber 2 side where the plasma is excited, a hole having a diameter of 0.1 mm and a length of 0.5 mm is formed and connected to a hole having a diameter of 1 mm via a 45 ° taper portion. The total length of the hole with a diameter of 1 mm and the tapered portion is 24.5 mm. (b) has shown sectional drawing of the gas discharge hole 105 vacated in the recessed part (inside a diameter of 170 mm in a shower plate). On the processing chamber 2 side where the plasma is excited, a hole having a diameter of 0.1 mm and a length of 0.5 mm is formed and connected to a hole having a diameter of 1 mm via a 45 ° taper portion. The total length of the hole with a diameter of 1 mm and the tapered portion is 14.5 mm. In this embodiment, no gas discharge hole is formed in the tapered portion, but a gas discharge hole may be formed in the tapered portion. Referring to FIG. 12, this figure shows the relationship between the number of gas discharge holes 105 per unit area formed in the shower plate 106 in this embodiment and the distance from the center of the shower plate. The function form of this graph is
y = 0.018x ² + 0.71x + 467.2
In addition, the arrangement of the gas discharge holes has a radial dependency, and the number of gas discharge holes arranged per unit area increases toward the outside of the shower plate 106.

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の上面内において均一な処理が可能となった。 The shower plate according to the present invention allows uniform gas supply to the substrate 103 to be processed and achieves a uniform plasma arrival distribution at the same time, enabling uniform processing within the upper surface of the substrate 103 to be processed.

第５実施形態
図１３を参照すると、本発明の第５実施形態に係るシャワープレート２０１を示している。前記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２０１は、図１２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60mm以内に配置されている16個のガス放出孔２０２においては、前記ガス放出孔２０２の軸が、シャワープレート２０１の上面もしくは下面の法線ベクトルに対して、20°の角度をもたせ、被処理基板１０３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。 Fifth Embodiment Referring to FIG. 13, a shower plate 201 according to a fifth embodiment of the present invention is shown. The shower plate is applied to a microwave plasma processing apparatus for RIE. The shower plate 201 used in such a RIE microwave plasma apparatus is provided with gas discharge holes as in FIG. However, in 16 gas discharge holes 202 arranged within a diameter of 60 mm of the shower plate, the axis of the gas discharge hole 202 is 20 ° with respect to the normal vector of the upper surface or the lower surface of the shower plate 201. An angle is given and directed toward the center of the substrate 103 to be processed. The angle at which the axis is tilted in the central direction is not limited to 20 °, and this angle may be dependent on the radial direction.

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ローが実現したことが判明した。 Examination of the gas flow in the shower plate having this configuration revealed that the singular point at the center of the substrate to be processed disappeared and a uniform gas flow over the entire substrate to be processed was realized.

第６実施形態
図１４を参照すると、本発明の第６実施形態に係るシャワープレートを示している。前記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２８からノズルを介して処理ガスとしてC5F8、O2、Ar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。 Sixth Embodiment Referring to FIG. 14, a shower plate according to a sixth embodiment of the present invention is shown. The shower plate is applied to a microwave plasma processing apparatus for RIE. In this case, the plasma processing apparatus according to the first embodiment is different in that C5F8, O2, and Ar are discharged from the conductor structure 28 through the nozzles as processing gases.

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３０１は、図１２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60mm以内に配置されている16個のガス放出孔３０２においては、前記ガス放出孔３０２の軸が、シャワープレート３０１の上面もしくは下面の法線ベクトルに対して、20°の角度をもたせ、被処理基板１０３の中心方向に向けられている。 The shower plate 301 used in such a RIE microwave plasma apparatus is provided with gas discharge holes as in FIG. However, in the 16 gas discharge holes 302 arranged within a diameter of 60 mm of the shower plate, the axis of the gas discharge hole 302 is 20 ° with respect to the normal vector of the upper surface or the lower surface of the shower plate 301. An angle is given and directed toward the center of the substrate 103 to be processed.

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った。 As a result of using the RIE microwave plasma processing apparatus of this configuration, the singular point of the gas flow at the center of the substrate to be processed disappears, a uniform gas flow is realized, and the plasma flux reaching the substrate to be processed is also uniform. A highly uniform etching process at a high etching rate has become possible.

第７実施形態
図１５を参照すると、Reactive Ion Etching (RIE)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実施例から第６実施例と内容が同じものについては、説明を省略する。図１５を参照するに、プラズマ励起ガス供給ポート４０１がシールリング４０５を介してシャワープレート４０６に接続されている。プラズマ励起ガスは、系外から前記プラズマ励起ガス供給ポート４０１より、シャワープレート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４０２を介して前記プラズマガス空間へ導入される。前記プラズマ励起ガス供給ポート４０１及びそれに対応したプラズマ励起ガス供給通路４０２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４０６は、図１４と同様なガス放出孔が配置されている。本実施例においては、さらに前記シャワープレート４０６の中心に、垂直にもう1つのガス放出孔４０４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った。 Seventh Embodiment Referring to FIG. 15, a microwave plasma processing apparatus for a reactive ion etching (RIE) process is shown. Description of the same contents as those in the first to sixth embodiments is omitted. Referring to FIG. 15, the plasma excitation gas supply port 401 is connected to the shower plate 406 via the seal ring 405. The plasma excitation gas is supplied from outside the system through the plasma excitation gas supply port 401 provided so as to communicate with the outer periphery of the plasma gas space formed between the shower plate and the cover plate. Through the plasma gas space. It is preferable that a plurality of the plasma excitation gas supply ports 401 and the plasma excitation gas supply passages 402 corresponding to the plasma excitation gas supply ports 401 are installed in order to perform uniform gas supply. The shower plate 406 used in such a microwave plasma apparatus for RIE has a gas discharge hole similar to that shown in FIG. In the present embodiment, another gas discharge hole 404 is formed vertically in the center of the shower plate 406. As a result of using the RIE microwave plasma processing apparatus of this configuration, the singular point of the gas flow at the center of the substrate to be processed disappears, a uniform gas flow is realized, and the plasma flux reaching the substrate to be processed is also uniform. A highly uniform etching process at a high etching rate has become possible.

本発明における課題を説明するグラフであり、ここでは、ガス噴流の速度分布を示すグラフである。It is a graph explaining the subject in this invention, and is a graph which shows the velocity distribution of a gas jet here. 従来における単位時間・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。It is a graph which shows the board | substrate position dependence of the number of the gas molecules which arrive at a board | substrate per unit time and unit area in the past. 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。It is a figure which shows schematic structure of the microwave plasma processing apparatus which concerns on this invention. （ａ）及び（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。(A) And (b) is the top view and sectional drawing which illustrate the shower plate shown by FIG. 3, respectively. 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。It is a figure explaining the number of the holes per unit area in the shower plate concerning the present invention, and the distance dependence from the shower plate center. 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。It is a graph which shows the distance dependence from the board | substrate of the gas flux in this invention and a prior art. （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発明第2の実施形態に係るマイクロ波プ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。(A) And (b) is the top view and sectional drawing of the shower plate used for the microwave plasma processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, respectively. 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。It is a figure which shows the relationship between the diameter of the gas discharge hole formed in the shower plate which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and the distance from a shower plate center. 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。It is a graph which shows the relationship between the gas flux in this invention and a prior art, and the distance from a substrate center. 本発明の第４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。It is a figure which shows schematic structure of the microwave plasma processing apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. （ａ）及び（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。(A) And (b) is sectional drawing which demonstrates the hole of a shower plate, respectively. 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。It is a figure explaining the number of holes per unit area in a shower plate, and the distance dependence from the center of a shower plate. 本発明の第５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。It is sectional drawing of the shower plate used for 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６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。It is sectional drawing of the shower plate used for 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７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。It is a figure which shows schematic structure of the microwave plasma processing apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. 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。It is a graph which shows the relationship between the diameter error of the gas discharge hole in the shower plate of this invention, and a gas flow rate error.

Claims

In a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the total area of the holes of the discharge holes per unit area in the central part of the shower plate and the total area of the holes of the discharge holes per unit area in the peripheral part Shower plate characterized by being different.

2. The shower plate according to claim 1, wherein the total area of the holes of the discharge holes per unit area in the central part of the shower plate is smaller than the total area of the holes of the discharge holes per unit area in the peripheral part. .

In the shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, each hole area of the discharge hole in the central portion of the shower plate is smaller than the area of each hole of the discharge hole in the peripheral portion. Shower plate.

In a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the number of holes in the discharge hole per unit area in the center of the shower plate is less than the number of holes in the discharge hole per unit area in the peripheral part Shower plate characterized by that.

A shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, wherein the area of the discharge holes increases in the radial direction from the center of the shower plate.

A shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, wherein the number of the discharge holes per unit area increases in the radial direction from the center.

A shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, wherein the interval between the discharge holes in the central portion of the shower plate is shorter than the interval between the discharge holes in the peripheral portion.

In a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the discharge holes are arranged concentrically, and the interval between the discharge holes in the center of the shower plate is greater than the interval between the discharge holes in the peripheral portion. The shower plate is also characterized by its short length.

A shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, wherein the discharge hole has a diameter on the side from which the gas flows out of the hole being not more than twice the thickness of the plasma sheath.

10. The shower plate according to claim 9, wherein a diameter of the discharge hole is changed from a side where the gas flows into the hole toward a side where the gas flows out of the hole.

11. The shower plate according to claim 10, wherein a diameter of the gas flowing out from the hole is 0.02 mm or more and 10 mm or less.

In a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the discharge hole has a portion with a width of more than 0.5 mm and less than 5 mm on the side where the gas flows into the hole, and the gas flows out of the hole. A shower plate having a portion having a width of 0.02 mm or more and 0.5 mm or less on the side.

The shower plate according to claim 12, wherein a length of the width of 0.02 mm to 0.5 mm is 0.2 mm to 2 mm.

14. The shower plate according to claim 11 or 13, wherein the shower plate has a thickness of at least 20 mm.

A shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, wherein a variation in the entire diameter of the shower plate on the side where the gas of the discharge holes flows out of the holes is within 1%.

16. The shower plate according to claim 15, wherein variation in the entire shower plate with a hole diameter on the side from which the gas of the discharge hole flows out from the hole is within 0.25%.

16. The shower plate according to any one of claims 1 to 15, wherein at least a surface on the side from which gas flows out of both surfaces of the shower plate is not a flat surface.

18. The shower plate according to claim 17, wherein a peripheral surface of the shower plate has a peripheral surface projecting from a central surface of the shower plate.

The shower plate according to claim 17, wherein the thickness of the peripheral portion of the shower plate is larger than the thickness of the central portion.

In the shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the central axis of at least the part of the plurality of discharge holes on the side from which the gas flows out is at least the central part of the shower plate. A shower plate which is inclined with respect to a normal line of a surface to be opposed to the object to be processed.

21. The inclination of the central axis according to claim 20, wherein the gas from the at least some of the discharge holes is discharged toward the center of the shower plate and in the direction in which the workpiece is to be placed. Shower plate characterized by that.

In the shower plate having a plurality of discharge holes for discharging the gas, means for introducing the gas from outside the system to the surface of the shower plate on the side where the gas flows into the discharge hole is provided at the periphery of the shower plate. Shower plate characterized by that.

In a plasma processing apparatus including a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the total area of the holes of the discharge holes per unit area in the shower plate central portion is the number of the discharge holes per unit area in the peripheral portion. A plasma processing apparatus characterized by being smaller than the total area of the holes.

In a plasma processing apparatus including a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the individual hole areas of the discharge holes in the center of the shower plate are smaller than the areas of the individual holes of the discharge holes in the peripheral part. A plasma processing apparatus.

In a plasma processing apparatus including a shower plate having a plurality of discharge holes for discharging gas, the number of holes in the discharge hole per unit area in the center of the shower plate is the number of holes in the discharge hole per unit area in the peripheral part. The plasma processing apparatus, wherein the number is less than the number of the plasma processing apparatuses.

26. The plasma processing apparatus according to claim 23, comprising the shower plate in which an area of the discharge hole is increased in a radial direction from a center.

26. The plasma processing apparatus according to claim 23, comprising the shower plate in which the number of the discharge holes per unit area increases in a radial direction from the center.

A plasma processing apparatus comprising the shower plate according to any one of claims 1 to 22.

A method for producing a product, characterized in that a product is produced by performing treatment using the shower plate according to any one of claims 1 to 22.

30. The method of manufacturing a product according to claim 29, wherein the product is a semiconductor device.

30. The method of manufacturing a product according to claim 29, wherein the product is a liquid crystal display device or an organic EL display device.