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JP6007143B2 - シャワーヘッド、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法 - Google Patents

シャワーヘッド、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、シャワーヘッド、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法に関するものである。
半導体デバイスや液晶表示デバイスといった電子デバイスの製造においては、被処理体上への成膜や被処理体に対するエッチングといった処理が行われる。このような被処理体の処理には、プラズマ処理装置が広く用いられており、その一種として、平行平板型のプラズマ処理装置が用いられている。
平行平板型のプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、及びシャワーヘッドを備えている。載置台は、下部電極を含んでおり、処理容器内に設けられている。シャワーヘッドは、載置台の上方に設けられており、載置台上に載置された被処理体に向けて処理ガスを供給する。また、シャワーヘッドは、上部電極を構成している。平行平板型のプラズマ処理装置では、シャワーヘッドから処理容器内に処理ガスが供給され、また、上部電極と下部電極との間に高周波電界が生成される。これにより、処理ガスのプラズマが生成され、処理ガス中の原子及び/又は分子の活性種により被処理体が処理される。
このようなプラズマ処理装置には、被処理体に対する処理が当該被処理体の面内においてばらつくこと(以下、「面内ばらつき」という)を低減させることが要求される。下記の特許文献1には、面内ばらつきを低減させるために、被処理体の面内の複数の領域に向けて供給する処理ガスの流量、及び/又はガス種を調整することを可能としたプラズマ処理装置が記載されている。
具体的に、特許文献1のプラズマ処理装置では、シャワーヘッドは、対向板を備えている。対向板は、同軸状に複数の領域を有しており、当該複数の領域の各々には複数のガス噴射口が形成されている。また、対向板の直上には、複数のガス拡散室が同軸状に設けられている。即ち、対向板の中央の第1の領域の直上には、第1のガス拡散室が設けられており、第1の領域の外側において環状に延在する対向板の第2の領域の直上には、第2のガス拡散室が設けられており、第2の領域の外側において環状に延在する対向板の第3の領域の直上には、第3のガス拡散室が設けられている。第1のガス拡散室は、第1の領域に設けられた複数のガス噴射口が接続しており、第2のガス拡散室は、第2の領域に設けられた複数のガス噴射口に接続しており、第3のガス拡散室は、第3の領域に設けられた複数のガス噴射口に接続している。
また、特許文献1のプラズマ処理装置は、複数のガス分岐路、即ち複数のガス導入管を有しており、ガスソースからのガスが、複数のガス導入管をそれぞれ介して、複数のガス拡散室に供給されるよう構成されている。具体的に、第1のガス拡散室に接続する第1のガス導入管は、第1〜第3のガス拡散室の中心軸線に沿って延びている。一方、第2及び第3のガス拡散室にそれぞれ接続する第2及び第3のガス導入管は、前記中心軸線から離れて延びている。したがって、第2及び第3のガス導入管は、第2及び第3のガス拡散室の中心軸線から離れた位置で第2の第3のガス拡散室にそれぞれ接続している。
特開2009−117477号公報
特許文献1のプラズマ処理装置では、第2の領域に設けられた複数のガス噴射口から噴射されるガスの流量にバラツキが生じ得る。また、第3の領域に設けられた複数のガス噴射口から噴射されるガスの流量にバラツキが生じ得る。即ち、同じガス拡散室に直結しているガス噴射口であっても、ガス導入管の接続位置の近傍に設けられたガス噴射口と当該接続位置から離れたガス噴射口では、ガスの噴射量が異なる。その結果、被処理体に対する処理の面内バラツキが生じ得る。
したがって、同一のガス拡散室に接続された複数のガス噴射口から噴射されるガスの流量の差を低減させるよう、ガス供給経路を構成する必要がある。これと共に、シャワーヘッドにガスが入力されてから複数の領域のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させる必要がある。
一側面においては、プラズマ処理装置用のシャワーヘッドが提供される。このシャワーヘッドは、ガス噴射プレート、及び、該ガス噴射プレート上に設けられたガス供給部を備えている。ガス供給部は、第1のガス供給経路及び第2のガス供給経路を軸線に対して同軸状に画成している。第1のガス供給経路は、前記軸線に沿った領域に設けられており、ガス噴射プレートにおいて前記軸線に沿って延在する第1の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給する。第2のガス供給経路は、第1のガス供給経路が設けられた前記領域を前記軸線に対して外側から囲む領域に設けられており、ガス噴射プレートにおいて第1の領域と同軸状に該第1の領域を囲むように延在する第2の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給する。
第1のガス供給経路は、ガス供給部の第1のガスラインに接続する第1のガス拡散室、複数の第2のガスライン、第2のガス拡散室、複数の第3のガスライン、及び、第3のガス拡散室が順に接続されることにより構成されている。第2のガス供給経路は、ガス供給部の第4のガスラインに接続する第4のガス拡散室、複数の第5のガスライン、第5のガス拡散室、複数の第6のガスライン、及び、第6のガス拡散室が順に接続されることにより構成されている。複数の第2のガスラインは、前記軸線に対して周方向に配置され、第1のガス拡散室及び第2のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有している。複数の第3のガスラインは、前記周方向に配置され、第2のガス拡散室及び第3のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有している。複数の第5のガスラインは、前記周方向に配置され、第4のガス拡散室及び第5のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有している。複数の第6のガスラインは、前記周方向に配置され、第5のガス拡散室及び第6のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有している。一形態においては、第1のガスラインまたは第4のガスラインの少なくとも何れか一つが前記軸線から離れて延在している。
このシャワーヘッドでは、第1のガスラインの第1のガス拡散室に対する接続位置から第1の領域の複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスは、第2のガスラインのコンダクタンス及び第3のガスラインのコンダクタンスに主に依存する。第2のガスラインのコンダクタンス及び第3のガスラインのコンダクタンスは、第1のガスラインの第1のガス拡散室に対する接続位置から第1の領域の複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスに対して略等しく寄与する。したがって、第1のガスラインの第1のガス拡散室に対する接続位置から第1の領域の複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスの差異が小さくなり、その結果、第1のガスラインが前記軸線から離れて延在していても、第1の領域の複数のガス噴射口からのガスの流量の差異が低減される。
同様に、このシャワーヘッドでは、第4のガスラインの第4のガス拡散室に対する接続位置から第2の領域の複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスは、第5のガスラインのコンダクタンス及び第6のガスラインのコンダクタンスに主に依存する。第5のガスラインのコンダクタンス及び第6のガスラインのコンダクタンスは、第4のガスラインの第4のガス拡散室に対する接続位置から第2の領域の複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスに対して略等しく寄与する。したがって、第4のガスラインの第4のガス拡散室に対する接続位置から第2の領域の複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスの差異が小さくなり、その結果、第4のガスラインが前記軸線から離れて延在していても、第2の領域の複数のガス噴射口からのガスの流量の差異が低減される。
さらに、第1のガス供給経路及び第2のガス供給経路の各々が三つのガス拡散室を含んでいるので、第1のガス供給経路の容積及び第2のガス供給経路の容積を互いに近づけることが可能となる。ここで、シャワーヘッドにガスが入力されてからガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間は、ガス供給経路の容積に依存する。したがって、このシャワーヘッドによれば、シャワーヘッドにガスが入力されてから第1及び第2のガス供給経路を介して対応のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。
一形態においては、第4のガスラインは第1のガスラインよりも前記軸線から離れて延在しており、第4のガス拡散室は、第1のガス拡散室よりも外側において前記周方向に延在しており、第5のガス拡散室は、第2のガス拡散室よりも外側において前記周方向に延在しており、第5のガス拡散室は、第4のガス拡散室よりも前記軸線から離れている。この形態によれば、第5のガス拡散室を、第4のガス拡散室よりも軸線から離して延在させているので、第5のガス拡散室の容積を調整するための設計の自由度が増す。
一形態においては、ガス供給部は、第1のガス拡散室及び第4のガス拡散室を画成する上段部材と、複数の第2のガスライン及び複数の第5のガスラインを画成する中段部材と、該中段部材と接する面側において第2のガス拡散室及び第5のガス拡散室を画成し、ガス噴射プレートと接する面側において第3のガス拡散室及び第6のガス拡散室を画成する下段部材と、を有し、上段部材、中段部材、及び下段部材が積層されることにより形成されている。
一形態においては、中段部材は、上段部材と接する面側に、第1のガス拡散室に連続して該第1の拡散室を拡張する拡張領域を画成していてもよい。また、一形態においては、中段部材は、下段部材と接する面側に、第2のガス拡散室に連続して該第2の拡散室を拡張する拡張領域を画成していてもよい。
一形態においては、ガス供給部は、軸線に対して同軸状に第3のガス供給経路を更に画成している。第3のガス供給経路は、ガス噴射プレートにおいて第2の領域と同軸状に該第2の領域を囲むように延在する第3の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給する。第3のガス供給経路は、ガス供給部の第7のガスラインに接続する第7のガス拡散室、複数の第8のガスライン、第8のガス拡散室、複数の第9のガスライン、及び、第9のガス拡散室が順に接続されることにより構成されている。複数の第8のガスラインは、前記周方向に配置され、第7のガス拡散室及び第8のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有する。複数の第9のガスラインは、前記周方向に配置され、第8のガス拡散室及び第9のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有する。第7のガスラインは、前記軸線に沿って延在する第1の流路、及び、第1の流路から分岐する複数の第2の流路であり前記軸線に対して放射方向に延在し且つ前記周方向に分布するよう配列された該複数の第2の流路を含む。
この形態では、第7のガスラインは、前記軸線に沿って延在する第1の流路と、前記軸線から放射方向に延び且つ前記周方向に分布するよう配列された複数の第2の流路を有している。即ち、外部からのガスを受ける第7のガスラインは、略等しいコンダクタンスをもち周方向に分散された複数の経路により、第7のガス拡散室に接続している。したがって、第7のガスラインから第3の領域の複数のガス噴射口それぞれまでのコンダクタンスの差異は本来的に小さくなる。また、第1のガス供給経路及び第2のガス供給経路と同様に、第3のガス供給経路は、三つのガス拡散室を含んでいるので、第1のガス供給経路の容積、第2のガス供給経路の容積、及び第3のガス供給経路の容積を互いに近づけることが可能となる。したがって、このシャワーヘッドによれば、シャワーヘッドにガスが入力されてから第1〜第3のガス供給経路を介して対応のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。
一形態においては、上段部材は、前記第1の流路、及び、前記放射方向に延び且つ前記周方向に分布するよう配列された複数の溝が形成された第1の部材と、第1の部材と共に前記複数の第2の流路を画成するよう前記複数の溝を閉じる第2の部材と、を含む。第1の部材及び第2の部材は、ステンレス製であり、拡散接合により互いに接合されていてもよい。通常、複数の部材によってガスの流路を構成する場合には、部材の境界からガスが漏れ出すことを防ぐために、流路に沿って封止部材が設けられる。しかしながら、封止部材を設けるためのスペースを確保する必要があり、複数の部材が組み合わされて形成される複合体の厚みが大きくなる。一方、本形態によれば、第1の部材と第2の部材が拡散接合により互いに接合されることによって形成される複合体として上段部材が構成されているので、当該複合体の厚みを小さくすることが可能となる。
また、別の一側面においては、処理ガスのプラズマにより被処理体を処理するプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理空間を画成する処理容器と、処理空間の上方に設けられた上記一側面及び上記形態のうち何れかのシャワーヘッドであり、上部電極を構成する該シャワーヘッドと、被処理体を載置するための載置領域を有し、前記軸線上に該載置領域の中心が位置するように前記処理容器内に設けられており、下部電極を構成する載置台と、前記軸線から離れて延在して前記第1のガスラインに接続する第1のガス導入管と、前記軸線から離れて延在して前記第4のガスラインに接続する第2のガス導入管と、前記軸線に対して放射方向に沿った水平磁界成分を含む磁界を前記処理空間内で発生させるための電磁石であり、前記シャワーヘッド上に設けられており、前記第1のガス導入管及び前記第2のガス導入管を囲むように周方向に延在する、該電磁石と、を備える。
このプラズマ処理装置は、上述したシャワーヘッドを備えているので、ガス噴射プレートの各領域の複数のガス噴射口それぞれから噴射されるガスの流量の差を低減することが可能である。また、シャワーヘッドにガスが入力されてから複数のガス供給経路を介して対応のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。よって、このプラズマ処理装置によれば、被処理体の処理におけるバラツキを低減することが可能となる。
また、シャワーヘッドの上段部材が拡散接合によって接合された第1の部材と第2の部材から構成されている場合には、これら第1の部材と第2の部材を含む複合体の厚みが小さくなり、結果的にシャワーヘッドの厚みが小さくなる。したがって、電磁石によって発生された磁界を効率的に処理空間内に導入することが可能となる。
また、更に別の一側面においては、上述したプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法が提供される。この方法は、シャワーヘッドから処理空間に第1のガスを供給して該第1のガスのプラズマを発生させる工程と、シャワーヘッドから処理空間に前記第1のガスとは異なるガス種の第2のガスを供給して該第2のガスのプラズマを発生させる工程と、を含み、第1のガスのプラズマを発生させる工程と第2のガスのプラズマを発生させる工程とが交互に繰り返される。上述したプラズマ処理装置によれば、シャワーヘッドにガスが入力されてから複数のガス供給経路を介して対応のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。したがって、第1のガスのプラズマを発生させる工程と第2のガスのプラズマを発生させる工程とを交互に切り換えても、シャワーヘッドの複数の領域に形成された複数のガス噴射口からガスが噴射される時間の差異が低減され得る。故に、被処理体の処理における面内バラツキを低減することが可能となる。
一形態においては、第1のガスは、被処理体をエッチングするためのガスであり、第2のガスは、被処理体上に膜を形成するためのガスであってもよい。例えば、第1のガスは、被処理体の被エッチング層をエッチングするためのガスであり、第2のガスは、被エッチング層に形成された溝やホールを画成する側壁面、及び、マスクを保護するための膜を形成するためのガスである。
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、同一のガス拡散室に接続された複数のガス噴射口から噴射されるガスの流量の差を低減させることが可能となり、また、異なる複数のガス供給経路にガスが入力されてから対応の領域のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能となる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 一実施形態に係るシャワーヘッドを概略的に示す断面図である。 図2のIII−III線で矢視したシャワーヘッドの断面図である。 シャワーヘッドの第1の部材及び第2の部材の接合状態の斜視図である。 シャワーヘッドの第1の部材及び第2の部材の分解斜視図である。 図2のVI−VI線で矢視したシャワーヘッドの断面図である。 図2のVII−VII線で矢視したシャワーヘッドの断面図である。 図2のVIII−VIII線で矢視したシャワーヘッドの断面図である。 参考例のプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 第1のガス供給経路を概略的に示す図である。 第1のガス供給経路のコンダクタンスを示す図である。 第1のガス供給経路内のコンダクタンスの差異を示す図である。 第2のガス供給経路を概略的に示す図である。 第2のガス供給経路のコンダクタンスを示す図である。 第2のガス供給経路内のコンダクタンスの差異を示す図である。 第3のガス供給経路を概略的に示す図である。 第3のガス供給経路のコンダクタンスを示す図である。 第3のガス供給経路内のコンダクタンスの差異を示す図である。 第1〜第3のガス供給経路の容積を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。 実験例及び比較実験例1の結果を示す図である。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図1に示すプラズマ処理装置10は、処理容器12を備えている。処理容器12は、略円筒状の容器であり、その内部に処理空間PSを画成している。この処理空間PSは、排気装置VSによって減圧可能となっている。
処理空間PS内には、載置台14が設けられている。載置台14は、基台14a及び静電チャック14bを含んでいる。基台14aは、アルミニウムといった導電性の部材から構成されており、略円盤形状を有している。基台14aの上面の周縁領域には、被処理体(以下、「ウエハ」という)Wのエッジを囲むように、フォーカスリングFRが設けられている。また、基台14aの上面の中央領域には、静電チャック14bが設けられている。
静電チャック14bは、例えば、絶縁膜の内層として設けられた電極膜を有し、略円盤形状を有している。静電チャック14bには、直流電源からスイッチを介して電極膜に供給される直流電圧により静電力を発生して、ウエハWを吸着する。静電チャック14bの上面は、ウエハWを載置するための載置領域を構成している。ウエハWは、載置領域の中心を上下方向に通過する軸線AXに、その中心が一致するよう、静電チャック14bの載置領域に載置される。
基台14aは、下部電極を構成している。この基台14aには、プラズマ生成用の高周波電力を発生する高周波電源HFSが、第1の整合器MU1を介して接続されている。高周波電源HFSは、例えば、周波数100MHzの高周波電力を発生する。また、第1の整合器MU1は、当該第1の整合器MU1の出力インピーダンスと負荷側(下部電極側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、高周波電源HFSは、上部電極を構成するシャワーヘッドSHに接続されていてもよい。
また、基台14aには、イオン引き込み用の高周波バイアス電力を発生する高周波電源LFSが、第2の整合器MU2を介して接続されている。高周波電源LFSは、例えば、周波数3.2MHzの高周波電力を発生する。また、第2の整合器MU2は、当該第2の整合器MU2の出力インピーダンスと負荷側(下部電極側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
載置台14の上には、処理空間PSを介して当該載置台14と対面するように、シャワーヘッドSHが設けられている。一実施形態においては、シャワーヘッドSHは、上部電極を構成しており、基台14aに高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッドSH、即ち上部電極と、基台14a、即ち、下部電極との間に、高周波電界が形成される。
図2は、一実施形態に係るシャワーヘッドを概略的に示す断面図である。以下、図1と共に、図2を参照する。シャワーヘッドSHは、ガス噴射プレート16、及び、ガス供給部18を含んでいる。ガス噴射プレート16は、略円盤形状を有しており、その中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。ガス噴射プレート16は、処理空間PSを介して、載置台14と対面している。
一実施形態では、ガス噴射プレート16は、上側プレート部16a及び下側プレート部16bから構成され得る。上側プレート部16aは、略円盤形状を有しており、例えば、アルミニウムから構成される。上側プレート部16aの表面にはアルマイト処理が施されるか、或いは、イットリアといった材料から構成された膜が形成され得る。下側プレート部16bは、略円盤形状を有しており、上側プレート部16aの下面に結合されている。下側プレート部16bは、例えば、シリコン、或いは、石英といった材料から構成され得る。
ガス噴射プレート16は、軸線AXに対して同軸状に延在する複数の領域の各々において、複数のガス噴射口を提供している。図2に示す実施形態では、ガス噴射プレート16は、三つの領域R1,R2,R3を有している。領域R1は、軸線AXに沿って延在する円盤形状の領域である。領域R1には、軸線AX方向にガス噴射プレート16を貫通する複数のガス噴射口16iが形成されている。複数のガス噴射口16iは、領域R1において軸線AXに直交する方向に分散配置されている。この領域R1は、ウエハWの中心から、ウエハWの中心とエッジの間の中間までの領域に対面するように、設けられている。
領域R2は、領域R1を囲むように、軸線AXに対して周方向に延在している。領域R2は、環状板形状の領域であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように延在している。領域R2には、軸線AX方向にガス噴射プレート16を貫通する複数のガス噴射口16jが形成されている。複数のガス噴射口16jは、領域R2において軸線AXに直交する方向に分散配置されている。この領域R2は、ウエハWのエッジを含むエッジ領域に対面するように設けられている。
また、領域R3は、領域R2を囲むように周方向に延在している。領域R3は、環状板形状の領域であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように延在している。領域R3には、軸線AX方向にガス噴射プレート16を貫通する複数のガス噴射口16kが形成されている。複数のガス噴射口16kは、領域R3において軸線AXに直交する方向に分散配置されている。この領域R3は、ウエハWのエッジよりも外側の領域、例えば、フォーカスリングFRに対面するように設けられている。
これら領域R1,R2,R3のそれぞれには、ガス供給部18によって個別に処理ガスが供給される。このため、プラズマ処理装置10では、ガス供給部18は、軸線AXに対して同軸状に第1のガス供給経路、第2のガス供給経路、及び、第3のガス供給経路を画成している。
第1のガス供給経路は、ガスソースGS1からの処理ガスを、第1の領域R1の複数のガス噴射口16iに供給する。ガスソースGS1は、バルブV11、マスフローコントローラといった流量制御器M1、及びバルブV12を介してガス導入管IP1に接続されている。このガス導入管IP1は、ガスソースGS1からの処理ガスを第1のガス供給経路に導入する。ガス導入管IP1は、軸線AXから離れて延びて、シャワーヘッドSHに接続している。
第2のガス供給経路は、ガスソースGS2からの処理ガスを、第2の領域R2の複数のガス噴射口16jに供給する。ガスソースGS2は、バルブV21、マスフローコントローラといった流量制御器M2、及びバルブV22を介してガス導入管IP2に接続されている。このガス導入管IP2は、ガスソースGS2からの処理ガスを第2のガス供給経路に導入する。ガス導入管IP2は、ガス導入管IP1よりも軸線AXから離れて延びて、シャワーヘッドSHに接続している。
第3のガス供給経路は、ガスソースGS3からの処理ガスを、第3の領域R3の複数のガス噴射口16kに供給する。ガスソースGS3は、バルブV31、マスフローコントローラといった流量制御器M3、及びバルブV32を介してガス導入管IP3に接続されている。このガス導入管IP3は、ガスソースGS3からの処理ガスを第3のガス供給経路に導入する。ガス導入管IP3は、軸線AXに沿って延びており、シャワーヘッドSHに接続している。
なお、図1及び図2に示す実施形態では、第1〜第3のガス供給経路はそれぞれ、別個のガスソースに接続されているが、第1〜第3のガス供給経路のうち少なくとも二つが共通のガスソースから分配された処理ガスを受けるように構成されていてもよい。
以下、シャワーヘッドSHの第1〜第3のガス供給経路について、図1及び図2と共に、図3〜図8を参照して、説明する。図3は、図2のIII−III線で矢視したシャワーヘッドの断面図である。図3には、後述する第2の部材22の上面と同一平面に沿った断面を上方から見た状態が示されている。図4は、シャワーヘッドの第1の部材及び第2の部材の接合状態の斜視図であり、図5は、シャワーヘッドの第1の部材及び第2の部材の分解斜視図である。図6は、図2のVI−VI線で矢視したシャワーヘッドの断面図である。図6には、第1のガス拡散室D11、第4のガス拡散室D21、及び第7のガス拡散室の高さ方向(即ち、軸線AX方向)の中間を横切る断面を上方から見た状態が示されている。図7は、図2のVII−VII線で矢視したシャワーヘッドの断面図である。図7には、第2のガス拡散室D12、第5のガス拡散室D22、及び第8のガス拡散室D32の高さ方向の中間を横切る断面を上方から見た状態が示されている。また、図8は、図2のVIII−VIII線で矢視したシャワーヘッドの断面図である。図8には、第3のガス拡散室D13、第6のガス拡散室D23、及び第8のガス拡散室D33の高さ方向の中間を横切る断面を上方から見た状態が示されている。なお、図1及び図2に示す断面は、図3及び図6〜8のII−II線で矢視した縦断面に対応している。
図1〜図8に示すように、ガス供給部18は、第1のガス供給経路の構成要素として、第1のガス拡散室D11、複数の第2のガスラインL12、第2のガス拡散室D12、複数の第3のガスラインL13、及び、第3のガス拡散室D13を画成している。また、ガス供給部18は、第2のガス供給経路の構成要素として、第4のガス拡散室D21、複数の第5のガスラインL22、第5のガス拡散室D22、複数の第6のガスラインL23、及び、第6のガス拡散室D23を画成している。さらに、ガス供給部18は、第3のガス供給経路の構成要素として、第7のガス拡散室D31、複数の第8のガスラインL32、第8のガス拡散室D32、複数の第9のガスラインL33、及び、第9のガス拡散室D33を画成している。
第1のガス供給経路は、軸線AXに沿った領域に設けられており、第1のガス拡散室D11、複数の第2のガスラインL12、第2のガス拡散室D12、複数の第3のガスラインL13、及び、第3のガス拡散室D13が上流から順に接続されることにより構成されている。第1のガス拡散室D11は、ガスラインL11に接続している。ガスラインL11は、シャワーヘッドSHの外部からガスを受けるためのガス入力ラインであり、図2に示すように、ガス導入管IP1に接続されている。ガスラインL11は、軸線AXから離れており、且つ、軸線AXと略平行に延在している。
図2及び図6に示すように、ガス拡散室D11は、軸線AXに沿って延在する略円盤形状の空間であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。図2に示すように、このガス拡散室D11の下流且つガス拡散室D13の上流には、ガス拡散室D12が設けられている。即ち、ガス拡散室D11の下方にガス拡散室D12が設けられており、当該ガス拡散室D12の下方にガス拡散室D13が設けられている。ガス拡散室D13は、上述した第1の領域R1の直上に設けられており、ガス噴射口16iに接続されている。図2、図7及び図8に示すように、ガス拡散室D12及びD13は双方共に、軸線AXに沿って延在する略円盤形状の空間であり、これらガス拡散室D12及びD13の中心軸線は、軸線AXに一致している。
図2に示すように、ガス拡散室D11とガス拡散室D12の間には、複数のガスラインL12が介在している。図2及び図6に示すように、複数のガスラインL12は、軸線AXと略平行に延在しており、軸線AXに対して周方向に配置されている。一実施形態においては、複数のガスラインL12は、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。一実施形態では、複数のガスラインL12のうち一つは、軸線AXに沿って延在しており、複数のガスラインL12のうちその他は、軸線AXに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインL12の一端は、ガス拡散室D11に接続しており、当該ガスラインL12の他端は、ガス拡散室D12に接続している。これらガスラインL12は、ガス拡散室D11及びガス拡散室D12のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
図2に示すように、ガス拡散室D12とガス拡散室D13の間には、複数のガスラインL13が介在している。図2及び図7に示すように、複数のガスラインL13は、軸線AXと略平行に延在しており、軸線AXに対して周方向に配置されている。一実施形態においては、複数のガスラインL13は、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。一実施形態では、複数のガスラインL13のうち一つは、軸線AXに沿って延在しており、複数のガスラインL13のうちその他は、軸線AXを中心とする二つの円弧に沿って周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインL13の一端は、ガス拡散室D12に接続しており、当該ガスラインL13の他端は、ガス拡散室D13に接続している。これらガスラインL13は、ガス拡散室D12及びガス拡散室D13のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
第2のガス供給経路は、第1のガス供給経路が設けられた前記領域を軸線AXに対して外側から囲む領域に設けられており、第4のガス拡散室D21、複数の第5のガスラインL22、第5のガス拡散室D22、複数の第6のガスラインL23、及び、第6のガス拡散室D23が上流から順に接続されることにより構成されている。第4のガス拡散室D21は、ガスラインL21に接続している。ガスラインL21は、シャワーヘッドSHの外部からガスを受けるためのガス入力ラインであり、図2に示すように、ガス導入管IP2に接続されている。ガスラインL21は、ガスラインL11よりも軸線AXから離れており、且つ、軸線AXと略平行に延在している。ガスラインL21は、その下流に設けられたガス拡散室D21に接続している。
図2及び図6に示すように、ガス拡散室D21は、略環状板形状の空間であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。ガス拡散室D21は、軸線AXに対してガス拡散室D11よりも外側において、周方向に延在している。図2に示すように、このガス拡散室D21の下流且つガス拡散室D23の上流には、ガス拡散室D22が設けられている。
図2及び図7に示すように、ガス拡散室D22は、略環状板形状の空間であり、ガス拡散室D21に対して外側斜め下方において、周方向に延在している。ガス拡散室D22は、ガス拡散室D12よりも外側において当該ガス拡散室D12を囲むように設けられている。また、ガス拡散室D22は、ガス拡散室D21よりも軸線AXから離れて延在している。
図2及び図8に示すように、ガス拡散室D23は、上述した第2の領域R2の直上に設けられており、ガス噴射口16jに接続されている。ガス拡散室D23は、略環状板形状の空間であり、ガス拡散室D22の下方において、軸線AXに対して周方向に延在している。
図2に示すように、ガス拡散室D21とガス拡散室D22の間には、複数のガスラインL22が介在している。図2及び図6に示すように、複数のガスラインL22は、下方に向かうにつれて軸線AXから離れるように傾斜して延在しており、軸線AXに対して周方向に配置されている。一実施形態においては、複数のガスラインL22は、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。また、一実施形態では、複数のガスラインL22は、軸線AXに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインL22の一端は、ガス拡散室D21に接続しており、当該ガスラインL22の他端は、ガス拡散室D22に接続している。これらガスラインL22は、ガス拡散室D21及びガス拡散室D22のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
図2に示すように、ガス拡散室D22とガス拡散室D23の間には、複数のガスラインL23が介在している。図2及び図7に示すように、複数のガスラインL23は、軸線AXと略平行に延在しており、軸線AXに対して周方向に配置されている。一実施形態においては、複数のガスラインL23は、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。一実施形態では、複数のガスラインL23は、軸線AXを中心とする円弧に沿って周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインL23の一端は、ガス拡散室D22に接続しており、当該ガスラインL23の他端は、ガス拡散室D23に接続している。これらガスラインL23は、ガス拡散室D22及びガス拡散室D23のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
第3のガス供給経路は、第2のガス供給経路が設けられた前記領域を軸線AXに対して外側から囲む領域に設けられており、第7のガス拡散室D31、複数の第8のガスラインL32、第8のガス拡散室D32、複数の第9のガスラインL33、及び、第9のガス拡散室D33が上流から順に接続されることにより構成されている。第7のガス拡散室D31は、ガスラインL31に接続している。ガスラインL31は、シャワーヘッドSHの外部からガスを受けるためのガス入力ラインである。ガスラインL31は、図2に示すように、ガス導入管IP3に接続されている。
図2及び図3に示すように、ガスラインL31は、第1の流路FL1、及び、複数の第2の流路FL2を含んでいる。また、一実施形態では、ガスラインL31は、ガス分岐部FLB、及び、複数の貫通孔FLHを含んでいる。第1の流路FL1は、軸線AXに沿って延在している。第1の流路FL1の一端は、ガス導入管IP3に接続されており、第1の流路FL1の他端は、ガス分岐部FLBに接続している。
ガス分岐部FLBは、略円盤形状の空間であり、複数の第2の流路FL2は、ガス分岐部FLBにおいて第1の流路FL1から分岐している。即ち、複数の第2の流路FL2は、軸線AX側の一端において、ガス分岐部FLBを介して第1の流路FL1に接続している。また、複数の第2の流路FL2は、軸線AXに対して放射方向に延在しており、且つ、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。一実施形態では、複数の第2の流路FL2は、周方向において均等な間隔をもって配列されている。また、複数の第2の流路FL2の他端には、軸線AXに略平行に延びる複数の貫通孔FLHがそれぞれ接続している。これら貫通孔FLHは、当該貫通孔FLHの下方に設けられたガス拡散室D31に接続している。
図2、図3、及び図6に示すように、ガス拡散室D31は、略環状板形状の空間であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。ガス拡散室D31は、軸線AXに対してガス拡散室D21よりも外側において、周方向に延在している。図2に示すように、このガス拡散室D31の下流且つガス拡散室D33の上流には、ガス拡散室D32が設けられている。
図2及び図7に示すように、ガス拡散室D32は、略環状板形状の空間であり、ガス拡散室D31に対して外側斜め下方において、周方向に延在している。ガス拡散室D32は、ガス拡散室D22よりも外側において当該ガス拡散室D22を囲むように設けられている。また、ガス拡散室D32は、ガス拡散室D31よりも軸線AXから離れて延在している。
図2及び図8に示すように、ガス拡散室D33は、上述した第3の領域R3の直上に設けられており、ガス噴射口16kに接続されている。ガス拡散室D33は、略環状板形状の空間であり、その上部においてはガス拡散室D32を囲み、その下部においてはガス拡散室D23を囲むように、周方向に延在している。
図2に示すように、ガス拡散室D31とガス拡散室D32の間には、複数のガスラインL32が介在している。図2及び図6に示すように、複数のガスラインL32は、下方に向かうにつれて軸線AXから離れるように傾斜して延在しており、軸線AXに対して周方向に配置されている。一実施形態においては、複数のガスラインL32は、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。また、一実施形態では、複数のガスラインL32は、軸線AXに対して周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインL32の一端は、ガス拡散室D31に接続しており、当該ガスラインL32の他端は、ガス拡散室D32に接続している。これらガスラインL32は、ガス拡散室D31及びガス拡散室D32のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
また、図7に示すように、ガス拡散室D32とガス拡散室D33の間には、複数のガスラインL33が介在している。複数のガスラインL33は、軸線AXに対して放射方向に延在しており、軸線AXに対して周方向に配置されている。一実施形態においては、複数のガスラインL33は、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。また、一実施形態では、複数のガスラインL33は、周方向に均等な間隔をもって配列されている。これらガスラインL33の一端は、ガス拡散室D32に接続しており、当該ガスラインL33の他端は、ガス拡散室D33に接続している。これらガスラインL33は、ガス拡散室D32及びガス拡散室D33のコンダクタンスよりも、低いコンダクタンスを有している。
図2〜図8に示すように、一実施形態では、ガス供給部18は、上段部材を構成する第1の部材20及び第2の部材22、中段部材24、及び、下段部材26を含んでおり、これら上段部材、中段部材24、及び、下段部材26が積層されることによって、形成されている。
第1の部材20及び第2の部材22は、双方共にステンレスから構成されており、第1の部材の上面と第2の部材22の下面とが互いに拡散接合されることにより一体化され、これにより上段部材を構成している。図3及び図5に示すように、第2の部材22は、略円盤形状を有しており、その上面には、ガス分岐部FLBとなる略円盤形状の凹部22a、及び、第2の流路FL2となる複数の溝22bが形成されている。凹部22aは軸線AXに沿って設けられており、複数の溝22bは、その一端において凹部22aに接続しており、軸線AXに対して放射方向に延びている。また、第2の部材22には、複数の貫通孔FLHが形成されており、当該複数の貫通孔FLHはそれぞれ、複数の溝22bの他端に接続している。
第1の部材20は、略円盤形状の中央部20a、及び、中央部20aから放射方向に延び出した複数の突出部20bを含んでいる。中央部20aには、軸線AXに沿って延びる第1の流路FL1が形成されている。この第1の流路FL1は、第1の部材20と第2の部材22が互いに接合されると、凹部22a、即ち、ガス分岐部FLBに接続される。また、第1の部材20及び第2の部材22には、これら部材20及び22を軸線AX方向に貫通するガスラインL11及びガスラインL22が形成されている。
また、第1の部材20の中央部20a及び複数の突出部20bは、第1の部材20と第2の部材22が互いに接合されると、凹部22a及び複数の溝22bの上側開口を閉じるようになっている。これにより、ガス分岐部FLB及び複数の第2の流路FL2が画成される。このように、第1の部材20及び第2の部材22は、拡散接合により互いに接合されることによって、封止部材を用いることなく、ガスラインL11、ガスラインL21、及びガスラインL31を画成することができる。その結果、これらガスラインを画成するための複合体の厚みを小さくすることが可能となっている。
図2及び図6に示すように、第2の部材22の下面には、凹部22c、環状の溝22d、及び、環状の溝22eが形成されている。凹部22cは、略円盤形状の空間であり、軸線AXに沿って設けられている。この凹部22cは、第1の部材20と第2の部材22からなる上段部材が中段部材24上に搭載されると、ガス拡散室D11の上側部分を構成する。環状の溝22dは、軸線AXに対して周方向に延在しており、凹部22cと環状の溝22eとの間に設けられている。環状の溝22eは、環状の溝22eの外側において周方向に延在している。これら環状の溝22d及び環状の溝22eはそれぞれ、第1の部材20と第2の部材22からなる上段部材が中段部材24上に搭載されると、ガス拡散室D21及びガス拡散室D31を構成する。
図2に示すように、中段部材24は、略円盤形状を有しており、例えば、アルミニウムといった金属から構成される。中段部材24の上面には、凹部24aが形成されている。この凹部24aは、略円盤形状の空間であり、軸線AXに沿って設けられている。第1の部材20と第2の部材22からなる上段部材が中段部材24上に搭載されると、凹部24aは、凹部22cに連続し、ガス拡散室D11の下側部分を構成する。即ち、この凹部24aは、ガス拡散室D11を拡張する拡張領域として機能する。
中段部材24には、当該中段部材24を貫通するガスラインL12、ガスラインL22、及びガスラインL32が形成されている。また、中段部材24の下面には、凹部24bが形成されている。凹部24bは、略円盤形状の空間であり、軸線AXに沿って設けられている。この凹部24bは、中段部材24が下段部材26上に搭載されると、ガス拡散室D12の上側部分を構成する。即ち、凹部24bは、ガス拡散室D12を拡張する拡張領域として機能する。
下段部材26は、略円盤形状の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。下段部材26の上面には、凹部26a、環状の溝26b、及び、環状の溝26cが形成されている。凹部26aは、略円盤形状の空間であり、軸線AXに沿って設けられている。この凹部26aは、中段部材24が下段部材26上に搭載されると、中段部材24の凹部24bに連続して、ガス拡散室D12の下側部分を構成する。
環状の溝26bは、軸線AXに対して周方向に延在しており、凹部26aと環状の溝26cとの間に設けられている。環状の溝26cは、環状の溝26bの外側において周方向に延在している。これら環状の溝26b及び環状の溝26cはそれぞれ、中段部材24が下段部材26上に搭載されると、ガス拡散室D22及びガス拡散室D23構成する。
また、下段部材26の上面には、図7に示すように、環状の溝26cから当該下段部材26の外周面まで、軸線AXに対して放射方向に延びる複数の溝26dが形成されている。複数の溝26dの上側開口は、中段部材24が下段部材26上に搭載されると当該中段部材24によって閉じられる。これにより、複数の溝26dは、ガス拡散室D32とガス拡散室D33とを接続するガスラインL33を構成する。
図2に示すように、下段部材26には、当該下段部材26を貫通するガスラインL13、及びガスラインL23が形成されている。下段部材26の下面には、凹部26e及び環状の溝26fが形成されている。凹部26eは、略円盤形状の空間であり、軸線AXに沿って設けられている。凹部26eは、下段部材26がガス噴射プレート16上に搭載されると、ガス拡散室D13を構成する。また、環状の溝26fは、凹部26eを囲むように、軸線AXに対して周方向に延在している。環状の溝26fは、下段部材26がガス噴射プレート16上に搭載されると、ガス拡散室D23を構成する。
また、図2に示すように、中段部材24とガス噴射プレート16との間には、下段部材26を収容するための略円盤形状の空間が画成されている。この空間の直径は、下段部材26の直径よりも大きくなっており、下段部材26の外周面と当該空間を画成する壁面とによって、ガス拡散室D33が画成されている。
なお、図2には示されていないが、ガス拡散室D11及びガス拡散室D21の気密を確保するために、ガス拡散室D11とガス拡散室D21との間において周方向に延在する封止部材が、第2の部材22と中段部材24の間に設けられ得る。また、ガス拡散室D21及びガス拡散室D31の気密を確保するために、ガス拡散室D21とガス拡散室D31との間において周方向に延在する封止部材が、第2の部材22と中段部材24の間に設けられ得る。また、ガス拡散室D31の気密を確保するために、ガス拡散室D31の外周に沿って周方向に延在する封止部材が、第2の部材22と中段部材24の間に設けられ得る。
また、ガス拡散室D12及びガス拡散室D22の気密を確保するために、ガス拡散室D12とガス拡散室D22との間において周方向に延在する封止部材が、中段部材24と下段部材26の間に設けられ得る。また、ガス拡散室D22及びガス拡散室D32の気密を確保するために、ガス拡散室D22とガス拡散室D32との間において周方向に延在する封止部材が、中段部材24と下段部材26の間に設けられ得る。
また、ガス拡散室D31及びガス拡散室D32の気密を確保するために、ガス拡散室D31とガス拡散室D32との間において周方向に延在する封止部材が、下段部材26と上側プレート部16aの間に設けられ得る。また、ガス拡散室D32及びガス拡散室D33の気密を確保するために、ガス拡散室D32とガス拡散室D33との間において周方向に延在する封止部材が、下段部材26と上側プレート部16aの間に設けられ得る。さらに、ガス拡散室D33の気密を確保するために、ガス拡散室D33の外周に沿って周方向に延在する封止部材が、中段部材24と上側プレート部16aの間に設けられ得る。
以上説明したシャワーヘッドSHの第1のガス供給経路においては、第1のガス拡散室D11と第2のガス拡散室D12との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配置された複数の第2のガスラインL12が介在しており、第2のガス拡散室D12と第3のガス拡散室D13との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配置された複数の第3のガスラインL13が介在している。また、第2のガス供給経路においては、第4のガス拡散室D21と第5のガス拡散室D22との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配置された複数の第5のガスラインL22が介在しており、第5のガス拡散室D22と第6のガス拡散室D23との間に、低いコンダクタンスを有し周方向に配置された複数の第6のガスラインL23が介在している。
このシャワーヘッドSHでは、第1のガスラインL11が第1のガス拡散室D11に接続する位置が軸線AXから離れているので、当該第1のガスラインL11が第1のガス拡散室D11に接続する位置から複数の第2のガスラインL12が第1のガス拡散室D11に接続している位置までのそれぞれのコンダクサンスには相違が生じる。しかしながら、このシャワーヘッドSHでは、第1のガスラインL11の第1のガス拡散室D11に対する接続位置から第1の領域R1の複数のガス噴射口16iそれぞれまでの合成コンダクタンスは、第2のガスラインL12のコンダクタンス及び第3のガスラインL13のコンダクタンスに主に依存する。第2のガスラインL12のコンダクタンス及び第3のガスラインL13のコンダクタンスは、第1のガスラインL11から第1の領域R1の複数のガス噴射口16iそれぞれまでの合成コンダクタンスに対して略等しく寄与する。したがって、第1のガスラインL11の第1のガス拡散室D11に対する接続位置から第1の領域R1の複数のガス噴射口16iそれぞれまでの合成コンダクタンスの差異が小さくなり、その結果、第1の領域R1の複数のガス噴射口16iからのガスの流量の差異が低減される。
同様に、第4のガスラインL21が第4のガス拡散室D21に接続する位置が軸線AXから離れているので、第4のガスラインL21が第4のガス拡散室D21に接続する位置から複数の第5のガスラインL22が第4のガス拡散室D21に接続している位置までのそれぞれのコンダクサンスには相違が生じる。しかしながら、このシャワーヘッドSHでは、第4のガスラインL21の第4のガス拡散室D21に対する接続位置から第2の領域R2の複数のガス噴射口16jそれぞれまでの合成コンダクタンスは、第5のガスラインL22のコンダクタンス及び第6のガスラインL23のコンダクタンスに主に依存する。第5のガスラインL22のコンダクタンス及び第6のガスラインL23のコンダクタンスは、第4のガスラインL21の第4のガス拡散室D21に対する接続位置から第2の領域R2の複数のガス噴射口16jそれぞれまでの合成コンダクタンスに対して略等しく寄与する。したがって、第4のガスラインL21の第4のガス拡散室D21に対する接続位置から第2の領域R2の複数のガス噴射口16jそれぞれまでの合成コンダクタンスの差異が小さくなり、その結果、第2の領域R2の複数のガス噴射口16jからのガスの流量の差異が低減される。
また、第1のガス供給経路及び第2のガス供給経路の各々が三つのガス拡散室を含んでいるので、第1のガス供給経路の容積及び第2のガス供給経路の容積を互いに近づけることが可能となる。ここで、シャワーヘッドにガスが入力されてからガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間は、ガス供給経路の容積に依存する。したがって、このシャワーヘッドSHによれば、シャワーヘッドSHにガスが入力されてから第1及び第2のガス供給経路を介して対応のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。
また、第7のガスラインL31は、軸線AXに沿って延在する第1の流路FL1と、軸線AXから放射方向に延び且つ周方向に分布するよう配列された複数の第2の流路FL2を有している。即ち、外部からのガスを受ける第7のガスラインL31は、略等しいコンダクタンスをもち周方向に分散された複数の経路により、第7のガス拡散室D31に接続している。したがって、第7のガスラインL31から第3の領域R3の複数のガス噴射口16kそれぞれまでの合成コンダクタンスの差異は本来的に小さくなる。また、第1のガス供給経路及び第2のガス供給経路と同様に、第3のガス供給経路は、三つのガス拡散室を含んでいるので、第1のガス供給経路の容積、第2のガス供給経路の容積、及び第3のガス供給経路の容積を互いに近づけることが可能となる。したがって、シャワーヘッドSHによれば、シャワーヘッドSHにガスが入力されてから第1〜第3のガス供給経路を介して対応のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。
また、このシャワーヘッドSHを備えるプラズマ処理装置10によれば、領域R1〜R3の複数のガス噴射口16i,16j,16kそれぞれから噴射されるガスの流量の差が低減され、また、シャワーヘッドSHにガスが入力されてから第1〜第3のガス供給経路を介して対応のガス噴射口16i,16j,16kからガスが噴射されるまでの時間の差異を低減させることが可能である。よって、このプラズマ処理装置10によれば、ウエハWに対する処理の面内バラツキを低減することが可能となる。
また、上述したように、ガス供給部18の一部、具体的には、ガスラインL11、ガスラインL21、ガスラインL31、ガス拡散室D11、ガス拡散室D21、及びガス拡散室D31を、拡散接合によって一体化された第1の部材20及び第2の部材22からなる複合体によって構成することができる。第1の部材20及び第2の部材22からなる複合体、即ち上段部材によれば、ガス供給部18の一部を構成する部品の厚みを小さくすることが可能である。結果的に、プラズマ処理装置10では、シャワーヘッドSHの厚みを小さくすることが可能となる。これにより、プラズマ処理装置10では、処理空間PS内のプラズマ密度分布を調整するために、電磁石によって発生される磁場を効率的に処理空間PS内に導入することが可能となる。この電磁石の構成について、以下に詳細に説明する。
図1に示すように、シャワーヘッドSH上には、電磁石30が搭載されている。電磁石30は、コア部材32、及び、コイル34〜35を備えている。コア部材32は、ベース部40、及び、複数の円筒部41〜43が一体形成された構造を有しており、磁性材料から構成されている。ベース部40は、略環状板形状を有しており、その中心軸線が軸線AXに沿うように設けられている。ベース部40の下面からは、複数の円筒部41〜43が下方に延び出している。円筒部41〜43の各々は、円筒形状を有しており、それらの中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。円筒部42は円筒部41の外側に設けられており、円筒部43は円筒部42の外側に設けられている。これら円筒部41〜43の下端は、ウエハWのエッジよりも外側上方に位置している。
円筒部41と円筒部42の間には、溝が画成されている。この溝には、円筒部41の外周面に沿って巻き回されたコイル34が収容されている。円筒部42と円筒部43の間にも溝が画成されており、当該溝には、円筒部42の外周面に沿って巻き回されたコイル35が収容されている。コイル34の両端、及び、コイル35の両端にはそれぞれ、電流源が接続されている。電流源からコイル34及び/又はコイル35に電流を与えると、処理空間PS内の電磁石30の下方の領域において、軸線AXに対して放射方向に沿った水平磁界成分を含む磁界が生成される。
一般的に、平行平板型のプラズマ処理装置では、軸線AX近傍の領域でプラズマ密度が大きく、軸線AXから離れるにつれてプラズマ密度が小さくなるプラズマ密度分布が生じる。電磁石30によって生成される磁界は、このようなプラズマ密度分布を均一化することを可能とする。即ち、電磁石30によって上述した水平磁界成分をもつ磁界が形成されると、当該水平磁界成分に基づくローレンツ力を電子が受ける。これにより、電子は、軸線AXに対して周方向にドリフト運動を行う。上述したように、円筒部41〜43の下端は、ウエハWのエッジよりも外側上方に設けられているので、水平磁界成分を含む磁界はウエハWのエッジよりも外側上方において発生し、したがって、電子は、ウエハWのエッジよりも外側上方において周方向にドリフト運動を行う。このようにドリフト運動を行う電子によって、ウエハWのエッジよりも外側上方において、処理ガスの解離が促進され、その結果、ウエハWのエッジよりも外側上方のプラズマ密度が向上される。故に、電磁石30によれば、軸線AXに対して放射方向におけるプラズマ密度分布が均一化される。また、電磁石30は、その厚みが薄くなるように構成されたシャワーヘッドSH上に搭載されているので、電磁石30から効率的に磁界を処理空間PSに導入することが可能となる。
再び図1を参照すると、プラズマ処理装置10は、更に制御部Cntを備え得る。制御部Cntは、プログラム可能なコンピュータ装置であることができ、高周波電源HFSの高周波電力の大きさ、高周波電源LFSの高周波バイアス電力の大きさ、排気装置VSの排気量、ガスソースGS1〜GS3の処理ガスの流量、及び、電磁石30のコイルに与える電流量を調整することができる。そのために、制御部Cntは、メモリに格納されるか、又は、入力装置によって入力されるレシピに従って、高周波電源HFS、高周波電源LFS、排気装置VS、ガスソースGS1〜GS3に接続されたバルブ及び流量制御器、並びに、電磁石30のコイルに接続された電流源に制御信号を送出することができる。
以下、シャワーヘッドSHの各ガス供給経路に関する数値計算例について説明する。また、ここでは、図9に示す参考例のプラズマ処理装置100のシャワーヘッドSH100の各ガス供給経路に関する数値計算例についても説明する。図9は、参考例のプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
図9に示すプラズマ処理装置100は、シャワーヘッドSHに代えてシャワーヘッドSH100を備える点において、プラズマ処理装置10と異なっている。シャワーヘッドSH100は、第1の領域R1〜R3のそれぞれにガスを供給する第1〜第3のガス供給経路の各々、二つのガス拡散室のみを有している点において、シャワーヘッドSHと異なっている。
具体的には、シャワーヘッドSH100の第1のガス供給経路は、ガスラインL111、ガス拡散室D111、複数のガスラインL112、及びガス拡散室D112を含んでいる。ガスラインL111は、軸線AXから離れて設けられており、軸線AXと平行に延在している。ガスラインL111は、一端において、軸線AXから離れて延在するガス導入管IP101に接続している。ガスラインL111の他端はガス拡散室D111に接続している。ガス拡散室D111は、略円盤形状の空間であり、軸線AXに沿って設けられている。このガス拡散室D111には、複数のガスラインL112の一端が接続されている。複数のガスラインL112は、軸線AXと平行に延在しており、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。複数のガスラインL112の他端は、ガス拡散室D112に接続している。ガス拡散室D112は、略円盤形状の空間であり、軸線AXに沿って設けられている。ガス拡散室D112は、第1の領域R1の直上に設けられており、複数のガス噴射口116iに接続している。
シャワーヘッドSH100の第2のガス供給経路は、ガスラインL121、ガス拡散室D121、複数のガスラインL122、及びガス拡散室D122を含んでいる。ガスラインL121は、ガスラインL111よりも軸線AXから離れて設けられており、軸線AXと平行に延在している。ガスラインL121は、一端において、軸線AXから離れて延在するガス導入管IP102に接続している。ガスラインL121の他端はガス拡散室D121に接続している。ガス拡散室D121は、略環状板形状の空間であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。このガス拡散室D121には、複数のガスラインL122の一端が接続されている。複数のガスラインL122は、軸線AXと平行に延在しており、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。複数のガスラインL122の他端は、ガス拡散室D122に接続している。ガス拡散室D122は、略環状板形状の空間であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。ガス拡散室D122は、第2の領域R2の直上に設けられており、複数のガス噴射口116jに接続している。
シャワーヘッドSH100の第3のガス供給経路は、ガスラインL131、ガス拡散室D131、複数のガスラインL132、及びガス拡散室D132を含んでいる。ガスラインL131は、ガスラインL121よりも軸線AXから離れて設けられており、軸線AXと平行に延在している。ガスラインL131は、一端において、軸線AXから離れて延在するガス導入管IP103に接続している。ガスラインL131の他端はガス拡散室D131に接続している。ガス拡散室D131は、略環状板形状の空間であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。このガス拡散室D131には、複数のガスラインL132の一端が接続されている。複数のガスラインL132は、軸線AXと平行に延在しており、軸線AXに対して周方向に分布するように配列されている。複数のガスラインL132の他端は、ガス拡散室D132に接続している。ガス拡散室D132は、略環状板形状の空間であり、その中心軸線が軸線AXと一致するように設けられている。ガス拡散室D132は、第3の領域R3の直上に設けられており、複数のガス噴射口116kに接続している。
以下では、最初に合成コンダクタンスの数値計算例について説明する。ガス噴射口からのガスの流量は、対応のガス供給経路の入力端の圧力とガス噴射口の開口端の圧力との間の差圧と当該入力端からガス噴射口までの合成コンダクタンスの積によって規定される。したがって、同一のガス拡散室に接続された複数のガス噴射口からのガスの流量の差異は、前記入力端とこれらガス噴射口までの合成コンダクタンスの差異によって表わすことができる。そこで、シャワーヘッドSH及びシャワーヘッドSH100の領域R1〜R3の各々について、ガス供給経路の入力端から複数のガス噴射口までの合成コンダクタンスの最大と最小との差を示すこととする。
まず、第1のガス供給経路の入力端とこれに対応する複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差の計算方法について、図10を参照して説明する。図10は、第1のガス供給経路を概略的に示す図であり、図10の(a)には、シャワーヘッドSHの第1のガス供給経路が示されており、図10の(b)には、シャワーヘッドSH100の第1のガス供給経路が示されている。
図10の(a)に示すように、シャワーヘッドSHに関しては、第1の領域R1の複数のガス噴射口16iのうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL11とガス拡散室D11との接続位置、即ち入力端からの距離が最も小さいガス噴射口16iNと当該入力端との間の合成コンダクタンスCC3maxと、第1の領域R1の複数のガス噴射口16iのうち軸線AXに交差する方向において当該入力端からの距離が最も大きいガス噴射口16iFと当該入力端との間の合成コンダクタンスCC3minを計算した。
具体的には、合成コンダクタンスCC3maxを求めるために、ガスラインL11とガスラインL12Nの間のガス拡散室D11の区間D11N、ガスラインL12N、ガスラインL12NとガスラインL13Nの間のガス拡散室D12の区間D12N、ガスラインL13N、ガスラインL13Nとガス噴射口16iNの間のガス拡散室D13の区間D13N、及び、ガス噴射口16iNを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL12Nは、複数のガスラインL12のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL11からの距離が最も小さいガスラインである。また、ガスラインL13Nは、複数のガスラインL13のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL11からの距離が最も小さいガスラインである。
また、合成コンダクタンスCC3minを求めるために、ガスラインL11とガスラインL12Fの間のガス拡散室D11の区間D11F、ガスラインL12F、ガスラインL12FとガスラインL13Fの間のガス拡散室D12の区間D12F、ガスラインL13F、ガスラインL13Fとガス噴射口16iFの間のガス拡散室D13の区間D13F、及び、ガス噴射口16iFを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL12Fは、複数のガスラインL12のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL11からの距離が最も大きいガスラインである。また、ガスラインL13Fは、複数のガスラインL13のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL11からの距離が最も大きいガスラインである。
図10の(b)に示すように、シャワーヘッドSH100に関しては、第1の領域R1の複数のガス噴射口116iのうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL111とガス拡散室D111との接続位置、即ち入力端からの距離が最も小さいガス噴射口116iNと当該入力端との間の合成コンダクタンスCC2maxと、第1の領域R1の複数のガス噴射口116iのうち軸線AXに交差する方向において当該入力端からの距離が最も大きいガス噴射口116iFと当該入力端との間の合成コンダクタンスCC2minを計算した。
合成コンダクタンスCC2maxを求めるために、ガスラインL111とガスラインL112Nの間のガス拡散室D111の区間D111N、ガスラインL112N、ガスラインL112Nとガス噴射口116iNの間のガス拡散室D112の区間D112N、及び、ガス噴射口116iNを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL112Nは、複数のガスラインL112のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL111からの距離が最も小さいガスラインである。
また、合成コンダクタンスCC2minを求めるために、ガスラインL111とガスラインL112Fの間のガス拡散室D111の区間D111F、ガスラインL112F、ガスラインL112Fとガス噴射口116iFの間のガス拡散室D112の区間D112F、及び、ガス噴射口116iFを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL112Fは、複数のガスラインL112のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL111からの距離が最も大きいガスラインである。
区間D11NのコンダクタンスCC31、区間D11FのコンダクタンスCC32、ガスラインL12N及びL12FのコンダクタンスCC33、区間D12N及び区間D12FのコンダクタンスCC34、ガスラインL13N及びL13FのコンダクタンスCC35、区間D13N及び区間D13FのコンダクタンスCC36、ガス噴射口16iN及びガス噴射口16iFのコンダクタンスCC37を、図11の(a)に示す。また、区間D111NのコンダクタンスCC21、区間D111FのコンダクタンスCC22、ガスラインL112N及びL112FのコンダクタンスCC23、区間D112N及び区間D112FのコンダクタンスCC24、ガス噴射口116iN及びガス噴射口116iFのコンダクタンスCC25を図11の(b)に示す。
そして、図11の(a)に示すコンダクタンスを用いて求めた合成コンダクタンスCC3maxと合成コンダクタンスCC3minの差を算出することにより、シャワーヘッドSHの第1のガス供給経路の入力端とこれに対応する複数のガス噴射口16iそれぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差を評価した。また、図11の(b)に示すコンダクタンスを用いて求めた合成コンダクタンスCC2maxと合成コンダクタンスCC2minの差を算出することにより、シャワーヘッドSH100の第1のガス供給経路の入力端とこれに対応する複数のガス噴射口116iそれぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差を評価した。
図12に、CC3maxとCC3minとの差、CC2maxとCC2minとの差を示す。図12から明らかなように、CC3maxとCC3minとの差は、CC2maxとCC2minとの差よりも相当に小さい値となっている。このことから、シャワーヘッドSHによれば、第1の領域R1の複数のガス噴射口16iから噴射されるガスの流量の差異が低減されることが確認された。
次いで、第2のガス供給経路とこれに対応する複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差の計算方法について、図13を参照して説明する。図13は、第2のガス供給経路を概略的に示す図であり、図13の(a)には、シャワーヘッドSHの第2のガス供給経路が示されており、図13の(b)には、シャワーヘッドSH100の第2のガス供給経路が示されている。
図13の(a)に示すように、シャワーヘッドSHに関しては、第2の領域R2の複数のガス噴射口16jのうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL21とガス拡散室D21との接続位置、即ち入力端からの距離が最も小さいガス噴射口16jNと当該入力端との間の合成コンダクタンスCE3maxと、第2の領域R2の複数のガス噴射口16jのうち軸線AXに交差する方向において当該入力端からの距離が最も大きいガス噴射口16jFと当該入力端との間の合成コンダクタンスCE3minを計算した。
具体的には、合成コンダクタンスCE3maxを計算するために、ガスラインL21とガスラインL22Nの間のガス拡散室D21の区間D21N、ガスラインL22N、ガスラインL22NとガスラインL23Nの間のガス拡散室D22の区間D22N、ガスラインL23N、ガスラインL23Nとガス噴射口16jNの間のガス拡散室D23の区間D23N、及び、ガス噴射口16jNを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL22Nは、複数のガスラインL22のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL21からの距離が最も小さいガスラインである。また、ガスラインL23Nは、複数のガスラインL23のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL21からの距離が最も小さいガスラインである。
また、合成コンダクタンスCE3minを計算するために、ガスラインL21とガスラインL22Fの間のガス拡散室D21の区間D21F、ガスラインL22F、ガスラインL22FとガスラインL23Fの間のガス拡散室D22の区間D22F、ガスラインL23F、ガスラインL23Fとガス噴射口16jFの間のガス拡散室D23の区間D23F、及び、ガス噴射口16jFを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL22Fは、複数のガスラインL22のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL21からの距離が最も大きいガスラインである。また、ガスラインL23Fは、複数のガスラインL23のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL21からの距離が最も大きいガスラインである。
図13の(b)に示すように、シャワーヘッドSH100に関しては、第2の領域R2の複数のガス噴射口116jのうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL121とガス拡散室D121との接続位置、即ち入力端からの距離が最も小さいガス噴射口116jNと当該入力端との間の合成コンダクタンスCE2maxと、第2の領域R2の複数のガス噴射口116jのうち軸線AXに交差する方向において当該入力端からの距離が最も大きいガス噴射口116jFと当該入力端との間の合成コンダクタンスCE2minを計算した。
合成コンダクタンスCE2maxを求めるために、ガスラインL121とガスラインL122Nの間のガス拡散室D121の区間D121N、ガスラインL122N、ガスラインL122Nとガス噴射口116jNの間のガス拡散室D122の区間D122N、及び、ガス噴射口116jNを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL122Nは、複数のガスラインL122のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL121からの距離が最も小さいガスラインである。
また、合成コンダクタンスCE2minを求めるために、ガスラインL121とガスラインL122Fの間のガス拡散室D121の区間D121F、ガスラインL122F、ガスラインL122Fとガス噴射口116jFの間のガス拡散室D122の区間D122F、及び、ガス噴射口116jFを含む経路のコンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL122Fは、複数のガスラインL122のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL121からの距離が最も大きいガスラインである。
区間D21NのコンダクタンスCE31、区間D21FのコンダクタンスCE32、ガスラインL22N及びL22FのコンダクタンスCE33、区間D22N及び区間D22FのコンダクタンスCE34、ガスラインL23N及びL23FのコンダクタンスCE35、区間D23N及び区間D23FのコンダクタンスCE36、ガス噴射口16jN及びガス噴射口16jFのコンダクタンスCE37を、図14の(a)に示す。また、区間D121NのコンダクタンスCE21、区間D121FのコンダクタンスCE22、ガスラインL122N及びL122FのコンダクタンスCE23、区間D122N及び区間D122FのコンダクタンスCE24、ガス噴射口116jN及びガス噴射口116jFのコンダクタンスCE25を、図14の(b)に示す。
そして、図14の(a)に示したコンダクタンスを用いて求めた合成コンダクタンスCE3maxと合成コンダクタンスCE3minの差を算出することにより、シャワーヘッドSHの第2のガス供給経路の入力端とこれに対応する複数のガス噴射口16jそれぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差を評価した。また、図14の(b)に示したコンダクタンスを用いて求めた合成コンダクタンスCE2maxと合成コンダクタンスCE2minの差を算出することにより、シャワーヘッドSH100の第2のガス供給経路の入力端とこれに対応する複数のガス噴射口116jそれぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差を求めた。
図15に、CE3maxとCE3minとの差、CE2maxとCE2minとの差を示す。図15から明らかなように、CE3maxとCE3minとの差は、CE2maxとCE2minとの差よりも相当に小さい値となっている。このことから、シャワーヘッドSHによれば、第2の領域R2の複数のガス噴射口16jから噴射されるガスの流量の差異が低減されることが確認された。
次いで、第3のガス供給経路とこれに対応する複数のガス噴射口それぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差の計算方法について、図16を参照して説明する。図16は、第3のガス供給経路を概略的に示す図であり、図16の(a)には、シャワーヘッドSHの第3のガス供給経路が示されており、図16の(b)には、シャワーヘッドSH100の第3のガス供給経路が示されている。
図16の(a)に示すように、シャワーヘッドSHに関しては、ガスラインL31の第1の流路FL1が軸線AXに沿って延在しているので、第3の領域R3の複数のガス噴射口16kのうち軸線AXに対して対称に設けられた二つのガス噴射口16kN及び16kFのうち一方と、ガスラインL31とガス拡散室D31との接続位置、即ち入力端との間の合成コンダクタンス、二つのガス噴射口16kN及び16kFのうち他方と当該入力端との間の合成コンダクタンスをそれぞれ、CV3max及びCV3minとして計算した。
具体的には、合成コンダクタンスCV3maxを求めるために、ガスラインL31とガスラインL22Nの間のガス拡散室D31の区間D31N、ガスラインL32N、ガスラインL32NとガスラインL33Nの間のガス拡散室D32の区間D32N、ガスラインL33N、ガスラインL33Nとガス噴射口16kNの間のガス拡散室D33の区間D33N、及び、ガス噴射口16kNを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL32Nは、複数のガスラインL32のうち軸線AXに交差する方向においてガス噴射口16kNからの距離が最も小さいガスラインである。また、ガスラインL33Nは、複数のガスラインL33のうち軸線AXに交差する方向においてガス噴射口16kNからの距離が最も小さいガスラインである。
また、合成コンダクタンスCV3minを求めるために、ガスラインL31とガスラインL32Fの間のガス拡散室D31の区間D31F、ガスラインL32F、ガスラインL32FとガスラインL33Fの間のガス拡散室D32の区間D32F、ガスラインL33F、ガスラインL33Fとガス噴射口16kFの間のガス拡散室D33の区間D33F、及び、ガス噴射口16kFを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL32Fは、複数のガスラインL32のうち軸線AXに交差する方向においてガス噴射口16kFからの距離が最も小さいガスラインである。また、ガスラインL33Fは、複数のガスラインL33のうち軸線AXに交差する方向においてガス噴射口16kFからの距離が最も小さいガスラインである。
図16の(b)に示すように、シャワーヘッドSH100に関しては、第3の領域R3の複数のガス噴射口116kのうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL131からの距離が最も小さいガス噴射口116kNと、ガスラインL131とガス拡散室D131との接続位置、即ち入力端との間の合成コンダクタンスCV2maxと、第3の領域R3の複数のガス噴射口116kのうち軸線AXに交差する方向において当該入力端からの距離が最も大きいガス噴射口116kFと当該入力端との間の合成コンダクタンスCV2minを計算した。
合成コンダクタンスCV2maxを求めるために、ガスラインL131とガスラインL132Nの間のガス拡散室D131の区間D131N、ガスラインL132N、ガスラインL132Nとガス噴射口116kNの間のガス拡散室D132の区間D132N、及び、ガス噴射口116kNを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL132Nは、複数のガスラインL132のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL131からの距離が最も小さいガスラインである。
また、合成コンダクタンスCV2minを求めるために、ガスラインL131とガスラインL132Fの間のガス拡散室D131の区間D131F、ガスラインL132F、ガスラインL132Fとガス噴射口116kFの間のガス拡散室D132の区間D132F、及び、ガス噴射口116kFを含む経路の合成コンダクタンスを計算した。ここで、ガスラインL132Fは、複数のガスラインL132のうち軸線AXに交差する方向においてガスラインL131からの距離が最も大きいガスラインである。
区間D31NのコンダクタンスCV31、区間D31FのコンダクタンスCV32、ガスラインL32N及びL32FのコンダクタンスCV33、区間D32N及び区間D32FのコンダクタンスCV34、ガスラインL33N及びL33FのコンダクタンスCV35、区間D33N及び区間D33FのコンダクタンスCV36、ガス噴射口16kN及びガス噴射口16kFのコンダクタンスCV37を図17の(a)に示す。また、区間D131NのコンダクタンスCV21、区間D131FのコンダクタンスCV22、ガスラインL132N及びL132FのコンダクタンスCV23、区間D132N及び区間D132FのコンダクタンスCV24、ガス噴射口116kN及びガス噴射口116kFのコンダクタンスCV25を図17の(b)に示す。
そして、図17の(a)に示したコンダクタンスを用いて求めた合成コンダクタンスCV3maxと合成コンダクタンスCV3minの差を算出することにより、シャワーヘッドSHの第3のガス供給経路の入力端とこれに対応する複数のガス噴射口16kそれぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差を評価した。また、図17の(b)に示したコンダクタンスを用いて求めた合成コンダクタンスCV2maxと合成コンダクタンスCV2minの差を算出することにより、シャワーヘッドSH100の第3のガス供給経路の入力端とこれに対応する複数のガス噴射口116kそれぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差を評価した。
シャワーヘッドSHでは、ガスラインL31の第1の流路FL1が軸線AXに沿って設けられており、第2の流路FL2によってガスが均等に放射方向に分配されて、ガス拡散室D31に与えられるので、第3のガス供給経路の入力端から複数のガス噴射口16kそれぞれまでの経路のコンダクタンスの差異は、本来的に少ない。したがって、図18に示すように合成コンダクタンスCV3maxと合成コンダクタンスCV3minとの差異は、略「0」である。一方、シャワーヘッドSH100の第3のガス供給経路の入力端とこれに対応する複数のガス噴射口116kそれぞれまでの合成コンダクタンスの最大と最小との差は、図18のCV2maxとCV2minの差から明らかなように、相当に大きな値を有している。このことから、シャワーヘッドSHによれば、第3の領域R3の複数のガス噴射口16kそれぞれから噴射されるガスの流量の差異が低減されることが確認された。
次に、シャワーヘッドSHの第1〜第3のガス供給経路それぞれの容積を計算し、シャワーヘッドSH100の第1〜第3のガス供給経路それぞれの容積を計算した。この計算では、ガス拡散室D11を直径95mm、高さ9mmの空間として設定し、ガスラインL12を内径5.5mm、長さ11.7mmの管として設定し、ガス拡散室D12を直径110mmm、高さ6.5mmの空間として設定し、ガスラインL13を内径3mm、長さ3mmの管として設定し、ガス拡散室D13を直径156mm、高さ6.5mmの空間として設定した。また、ガス拡散室D21を内径110mm、外径156mm、高さ6mmの環状空間として設定し、ガスラインL22を内径6mm、長さ35.4mmの管として設定し、ガス拡散室D22を内径180mmm、外径220mm、高さ4.5mmの環状空間として設定し、ガスラインL23を内径3mm、長さ3mmの管として設定し、ガス拡散室D23を内径171mm、外径305mm、高さ6.5mmの環状空間として設定した。また、ガス拡散室D31を内径180mm、外径215m、高さ6mmの環状空間として設定し、ガスラインL32を内径4mm、長さ35.4mmの管として設定し、ガス拡散室D32を内径246mmm、外径305mm、高さ4.5mmの環状空間として設定し、ガスラインL33を断面積0.25mm、長さ7.5mmの管として設定し、ガス拡散室D33を内径320mm、外径345mm、高さ13mmの環状空間として設定した。
また、シャワーヘッドSH100については、以下の通りの設定を行った。即ち、ガス拡散室D111を直径158mm、高さ5mmの空間として設定し、ガスラインL112を内径10mm、長さ6mmの管として設定し、ガス拡散室D112を直径156mm、高さ7.5mmの空間として設定した。また、ガス拡散室D121を内径242mm、外径274.5mm、高さ5mmの環状空間として設定し、ガスラインL122を内径10mm、長さ6mmの管として設定し、ガス拡散室D122を内径171mm、外径302.5mm、高さ7.5mmの空間として設定した。また、ガス拡散室D131を内径289.5mm、外径334mm、高さ5mmの環状空間として設定し、ガスラインL132を内径8mm、長さ6mmの管として設定し、ガス拡散室D132を内径317.5mm、外径345mm、高さ7.5mmの空間として設定した。
以上の設定の下で算出したシャワーヘッドSHの第1〜第3のガス供給経路それぞれの容積VC3、VE3、VV3、及び、シャワーヘッドSH100の第1〜第3のガス供給経路それぞれの容積VC2、VE2、VV2を、図19に示す。図19の容積VC3、VE3、VV3を、容積VC2、VE2、VV2と対比すれば明らかなように、シャワーヘッドSHでは、第1〜第3のガス供給経路それぞれの容積を互いに近づけることが可能となっている。ガス供給経路の容積は、当該ガス供給経路にガスが入力されたから対応のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間に対して相関を有している。したがって、シャワーヘッドSHによれば、第1〜第3のガス供給経路のそれぞれにガスが入力されてから対応のガス噴射口からガスが噴射されるまでの時間の差異を低減することができることが確認された。
以下、シャワーヘッドSHを有するプラズマ処理装置10を用いて好適に実施することができるプラズマ処理方法について説明する。図20は、一実施形態に係るプラズマ処理方法の流れ図である。図20に示すように、このプラズマ処理方法は、ウエハWが載置台14上に載置された状態で、工程ST1及び工程ST2が繰り返して実施される。
工程ST1では、第1のガスのプラズマが処理空間PS内で生成される。一実施形態では、第1のガスは、ウエハWをエッチングするためのガスであり得る。かかる第1のガスは、ハロゲン元素を含むガスであり得る。例えば、ウエハWのシリコン層をエッチングするときには、HBrといったガスが第1のガスとして用いられ得る。なお、工程ST1において、領域R1、R2、R3のガス噴射口16i,16j,16kから供給されるガスは、同一のものであってもよく、互いに異なっていてもよい。
工程ST2では、第1のガスとは異なるガス種の第2のガスのプラズマが処理空間PS内で生成される。一実施形態では、第2のガスは、ウエハW上に膜を形成するためのガスであり得る。即ち、第2のガスは、ウエハWの表面に堆積性を有するガスであり得る。このようなガスとしては、フルオロカーボン系ガスが例示され得る。なお、工程ST2において、領域R1、R2、R3のガス噴射口16i,16j,16kから供給されるガスは、同一のものであってもよく、互いに異なっていてもよい。
図20に示す方法では、工程ST1と工程ST2が、終了条件を満たすまで繰り返される(工程ST3)。終了条件が満たされるか否かは、終点検出によって判断されてもよく、或いは、工程ST1と工程ST2を含むサイクルが所定回数行われたか否かによって判断されてもよい。
図20に示す方法では、第1のガスと第2のガスが交互に切り換えられる。上述しように、プラズマ処理装置10によれば、シャワーヘッドSHの領域R1、R2、R3のガス噴射口16i,16j,16kからガスが噴射される時間の差異が低減されるので、ガス噴射口16i,16j,16kから噴射される第1のガスと第2のガスの切り換えが、略同一の時間で行われる。したがって、この方法によれば、ウエハWに対する処理の面内バラツキが低減され得る。
以下、図20に示すプラズマ処理方法の評価のために行った実験例について説明する。この実験例では、直径300mmの基板上に一様に設けられたフォトレジストを有するウエハWを処理対象として、図20に示すプラズマ処理方法を実施した。具体的には、工程ST1においてプラズマ処理装置10のガスソースGS1〜GS3からSFガスを3秒間供給し、工程ST2においてガスソースGS1〜GS3からArガスを3秒間供給し、これら工程ST1及びST2を含むサイクルを20回繰り返した。なお、工程ST1におけるSFガスの流量は700sccmであり、工程ST2におけるArガスの流量は700sccmであった。また、高周波電源HFSの高周波電力は3500Wであり、高周波電源LFSの高周波バイアス電力は0Wであった。
そして、ウエハWの中心に対して互いに異なる半径をもつ三つの円弧上の各々において、複数ポイントのエッチングレートを求めて、エッチングレートの均一性を算出した。エッチングレートは、処理前後のフォトレジストの膜厚の差異に基づいて算出した。また、エッチングレートの均一性は、(エッチングレートの最大値―エッチングレートの最小値)/(エッチングレートの平均値×2)×100により求めた。
また、比較実験例として、図9に示したプラズマ処理装置100を用いて実験例と同様のウエハWに同様の処理を行った。比較実験例のウエハWに関しても同様に、ウエハWの中心に対して互いに異なる半径をもつ三つの円弧上の各々において、複数ポイントのエッチングレートを求めて、エッチングレートの均一性を算出した。
図21に実験例及び比較実験例において求めたエッチングレートの均一性を示す。図21に示すグラフの横軸は、上述した三つの円弧の半径を示しており、縦軸はエッチングレートの均一性(%)を示している。図21から明らかなように、実験例のエッチングレートの均一性は、比較実験例のエッチングレートの均一性よりも相当に小さく、したがって、プラズマ処理装置10を用いたプラズマ処理方法によれば、ウエハWに対する処理の面内バラツキが低減されることが確認された。
10…プラズマ処理装置、AX…軸線、12…処理容器、PS…処理空間、14…載置台、14b…静電チャック、HFS…高周波電源、LFS…高周波電源、30…電磁石、VS…排気装置、Cnt…制御部、SH…シャワーヘッド、16…ガス噴射プレート、R1…第1の領域、R2…第2の領域、R3…第3の領域、16i…ガス噴射口(第1の領域)、16j…ガス噴射口(第2の領域)、16k…ガス噴射口(第3の領域)、18…ガス供給部、L11…第1のガスライン、D11…第1のガス拡散室、L12…第2のガスライン、D12…第2のガス拡散室、L13…第3のガスライン、D13…第3のガス拡散室、L21…第4のガスライン、D21…第4のガス拡散室、L22…第5のガスライン、D22…第5のガス拡散室、L23…第6のガスライン、D23…第6のガス拡散室、L31…第7のガスライン、D31…第7のガス拡散室、D32…第8のガス拡散室、D33…第9のガス拡散室、L32…第8のガスライン、L33…第9のガスライン、FL1…第1の流路、FL2…第2の流路、IP1…第1のガス導入管、IP2…第2のガス導入管、IP3…第3のガス導入管。

Claims (9)

  1. ガス噴射プレート、及び、該ガス噴射プレート上に設けられたガス供給部を備えるプラズマ処理装置用のシャワーヘッドであって、
    前記ガス供給部は、第1のガス供給経路及び第2のガス供給経路を軸線に対して同軸状に画成しており、
    前記第1のガス供給経路は、前記軸線に沿った領域に設けられており、前記ガス噴射プレートにおいて前記軸線に沿って延在する第1の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給し、
    前記第2のガス供給経路は、前記第1のガス供給経路が設けられた前記領域を前記軸線に対して外側から囲む領域に設けられており、前記ガス噴射プレートにおいて前記第1の領域と同軸状に該第1の領域を囲むように延在する第2の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給し、
    前記第1のガス供給経路は、前記ガス供給部の第1のガスラインに接続する第1のガス拡散室、複数の第2のガスライン、第2のガス拡散室、複数の第3のガスライン、及び、第3のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記第2のガス供給経路は、前記ガス供給部の第4のガスラインに接続する第4のガス拡散室、複数の第5のガスライン、第5のガス拡散室、複数の第6のガスライン、及び、第6のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記複数の第2のガスラインは、前記軸線に対して周方向に配置され、前記第1のガス拡散室及び前記第2のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第3のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第2のガス拡散室及び前記第3のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第5のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第4のガス拡散室及び前記第5のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第6のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第5のガス拡散室及び前記第6のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有
    前記ガス供給部は、
    前記第1のガス拡散室及び前記第4のガス拡散室を画成する上段部材と、
    前記複数の第2のガスライン及び前記複数の第5のガスラインを画成する中段部材と、
    前記中段部材と接する面側において前記第2のガス拡散室及び前記第5のガス拡散室を画成し、前記ガス噴射プレートと接する面側において前記第3のガス拡散室及び前記第6のガス拡散室を画成する下段部材と、
    を有し、前記上段部材、前記中段部材、及び前記下段部材が積層されることにより形成されており、
    前記中段部材は、前記上段部材と接する面側に、前記第1のガス拡散室に連続して該第1のガス拡散室を拡張する拡張領域を画成している、
    シャワーヘッド。
  2. 前記中段部材は、前記下段部材と接する面側に、前記第2のガス拡散室に連続して該第2のガス拡散室を拡張する拡張領域を画成している、請求項に記載のシャワーヘッド。
  3. ガス噴射プレート、及び、該ガス噴射プレート上に設けられたガス供給部を備えるプラズマ処理装置用のシャワーヘッドであって、
    前記ガス供給部は、第1のガス供給経路及び第2のガス供給経路を軸線に対して同軸状に画成しており、
    前記第1のガス供給経路は、前記軸線に沿った領域に設けられており、前記ガス噴射プレートにおいて前記軸線に沿って延在する第1の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給し、
    前記第2のガス供給経路は、前記第1のガス供給経路が設けられた前記領域を前記軸線に対して外側から囲む領域に設けられており、前記ガス噴射プレートにおいて前記第1の領域と同軸状に該第1の領域を囲むように延在する第2の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給し、
    前記第1のガス供給経路は、前記ガス供給部の第1のガスラインに接続する第1のガス拡散室、複数の第2のガスライン、第2のガス拡散室、複数の第3のガスライン、及び、第3のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記第2のガス供給経路は、前記ガス供給部の第4のガスラインに接続する第4のガス拡散室、複数の第5のガスライン、第5のガス拡散室、複数の第6のガスライン、及び、第6のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記複数の第2のガスラインは、前記軸線に対して周方向に配置され、前記第1のガス拡散室及び前記第2のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第3のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第2のガス拡散室及び前記第3のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第5のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第4のガス拡散室及び前記第5のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第6のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第5のガス拡散室及び前記第6のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記ガス供給部は、
    前記第1のガス拡散室及び前記第4のガス拡散室を画成する上段部材と、
    前記複数の第2のガスライン及び前記複数の第5のガスラインを画成する中段部材と、
    前記中段部材と接する面側において前記第2のガス拡散室及び前記第5のガス拡散室を画成し、前記ガス噴射プレートと接する面側において前記第3のガス拡散室及び前記第6のガス拡散室を画成する下段部材と、
    を有し、前記上段部材、前記中段部材、及び前記下段部材が積層されることにより形成されており、
    前記中段部材は、前記下段部材と接する面側に、前記第2のガス拡散室に連続して該第2のガス拡散室を拡張する拡張領域を画成している、
    シャワーヘッド。
  4. 前記ガス供給部は、前記軸線に対して同軸状に第3のガス供給経路を更に画成しており、
    前記第3のガス供給経路は、前記ガス噴射プレートにおいて前記第2の領域と同軸状に該第2の領域を囲むように延在する第3の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給し、前記ガス供給部の第7のガスラインに接続する第7のガス拡散室、複数の第8のガスライン、第8のガス拡散室、複数の第9のガスライン、及び、第9のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記複数の第8のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第7のガス拡散室及び前記第8のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第9のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第8のガス拡散室及び前記第9のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記第7のガスラインは、前記軸線に沿って延在する第1の流路、及び、前記第1の流路から分岐する複数の第2の流路であり前記軸線に対して放射方向に延在し且つ前記周方向に分布するよう配列された該複数の第2の流路を含む、
    請求項1〜の何れか一項に記載のシャワーヘッド。
  5. ガス噴射プレート、及び、該ガス噴射プレート上に設けられたガス供給部を備えるプラズマ処理装置用のシャワーヘッドであって、
    前記ガス供給部は、第1のガス供給経路及び第2のガス供給経路を軸線に対して同軸状に画成しており、
    前記第1のガス供給経路は、前記軸線に沿った領域に設けられており、前記ガス噴射プレートにおいて前記軸線に沿って延在する第1の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給し、
    前記第2のガス供給経路は、前記第1のガス供給経路が設けられた前記領域を前記軸線に対して外側から囲む領域に設けられており、前記ガス噴射プレートにおいて前記第1の領域と同軸状に該第1の領域を囲むように延在する第2の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給し、
    前記第1のガス供給経路は、前記ガス供給部の第1のガスラインに接続する第1のガス拡散室、複数の第2のガスライン、第2のガス拡散室、複数の第3のガスライン、及び、第3のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記第2のガス供給経路は、前記ガス供給部の第4のガスラインに接続する第4のガス拡散室、複数の第5のガスライン、第5のガス拡散室、複数の第6のガスライン、及び、第6のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記複数の第2のガスラインは、前記軸線に対して周方向に配置され、前記第1のガス拡散室及び前記第2のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第3のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第2のガス拡散室及び前記第3のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第5のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第4のガス拡散室及び前記第5のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第6のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第5のガス拡散室及び前記第6のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記ガス供給部は、前記軸線に対して同軸状に第3のガス供給経路を更に画成しており、
    前記第3のガス供給経路は、前記ガス噴射プレートにおいて前記第2の領域と同軸状に該第2の領域を囲むように延在する第3の領域に形成された複数のガス噴射口に処理ガスを供給し、前記ガス供給部の第7のガスラインに接続する第7のガス拡散室、複数の第8のガスライン、第8のガス拡散室、複数の第9のガスライン、及び、第9のガス拡散室が順に接続されることにより構成されており、
    前記複数の第8のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第7のガス拡散室及び前記第8のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記複数の第9のガスラインは、前記周方向に配置され、前記第8のガス拡散室及び前記第9のガス拡散室のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、
    前記第7のガスラインは、前記軸線に沿って延在する第1の流路、及び、前記第1の流路から分岐する複数の第2の流路であり前記軸線に対して放射方向に延在し且つ前記周方向に分布するよう配列された該複数の第2の流路を含む、
    シャワーヘッド。
  6. 前記第1のガスライン及び前記第4のガスラインのうち少なくとも何れか一つが前記軸線から離れて延在している、請求項1〜5の何れか一項に記載のシャワーヘッド。
  7. 処理ガスのプラズマにより被処理体を処理するプラズマ処理装置であって、
    処理空間を画成する処理容器と、
    前記処理空間の上方に設けられた請求項1〜6の何れか一項に記載のシャワーヘッドであり、上部電極を構成する該シャワーヘッドと、
    被処理体を載置するための載置領域を有し、前記軸線上に該載置領域の中心が位置するように前記処理容器内に設けられており、下部電極を構成する載置台と、
    前記軸線から離れて延在して前記第1のガスラインに接続する第1のガス導入管と、
    前記軸線から離れて延在して前記第4のガスラインに接続する第2のガス導入管と、
    前記軸線に対して放射方向に沿った水平磁界成分を含む磁界を前記処理空間内で発生させるための電磁石であり、前記シャワーヘッド上に設けられており、前記第1のガス導入管及び前記第2のガス導入管を囲むように周方向に延在する、該電磁石と、
    を備えるプラズマ処理装置。
  8. 請求項7に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
    前記シャワーヘッドから前記処理空間に第1のガスを供給して該第1のガスのプラズマを発生させる工程と、
    前記シャワーヘッドから前記処理空間に前記第1のガスとは異なるガス種の第2のガスを供給して該第2のガスのプラズマを発生させる工程と、
    を含み、前記第1のガスのプラズマを発生させる工程と前記第2のガスのプラズマを発生させる工程とが交互に繰り返される、
    プラズマ処理方法。
  9. 前記第1のガスは、被処理体をエッチングするためのガスであり、
    前記第2のガスは、前記被処理体上に膜を形成するためのガスである、
    請求項8に記載の方法。
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