特開 2023-76088 シャワーヘッド電極組立体及びプラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023076088

(43)【公開日】2023-06-01

(54)【発明の名称】シャワーヘッド電極組立体及びプラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230525BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20230525BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

H01L21/302 101B

H05H1/46 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021189273

(22)【出願日】2021-11-22

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 良輔

(72)【発明者】

【氏名】花岡 秀敏

(72)【発明者】

【氏名】有吉 文彬

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084BB07

2G084CC04

2G084CC05

2G084CC09

2G084CC12

2G084CC33

2G084DD02

2G084DD15

2G084DD21

2G084DD23

2G084DD24

2G084DD37

2G084DD38

2G084DD55

2G084FF15

2G084FF32

5F004AA16

5F004BA09

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB25

5F004BB26

5F004BB28

5F004CA04

5F004CA06

(57)【要約】

【課題】シャワーヘッド電極組立体の内部で発生する異常放電を防止する。
【解決手段】プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体であって、複数の第１ガス流路を有する電極であり、プラズマに露出される表面を有する前記電極と、前記電極に取り付けられ、複数の前記第１ガス流路と連通する複数の第２ガス流路を有する裏当て部材と、を備え、複数の前記第２ガス流路のそれぞれは、スリット形状の長穴であり、前記シャワーヘッド電極組立体の中心軸に対して前記長穴の径方向の長さが前記長穴の円周方向の長さよりも長くなるように構成されるシャワーヘッド電極組立体が提供される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体であって、
複数の第１ガス流路を有する電極であり、プラズマに露出される表面を有する前記電極と、
前記電極に取り付けられ、複数の前記第１ガス流路と連通する複数の第２ガス流路を有する裏当て部材と、を備え、
複数の前記第２ガス流路のそれぞれは、スリット形状の長穴であり、前記シャワーヘッド電極組立体の中心軸に対して前記長穴の径方向の長さが前記長穴の円周方向の長さよりも長くなるように構成される、
シャワーヘッド電極組立体。

【請求項2】

複数の前記第２ガス流路のそれぞれは、前記長穴の長手方向に並んで配置された２つ及至７つの前記第１ガス流路と連通するように構成される、
請求項１に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項3】

前記長穴は、前記電極の裏面と接する前記裏当て部材の支持面において面取りされている、
請求項１又は２に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項4】

前記長穴は、前記裏当て部材の前記支持面の反対面の開口において面取りされている、
請求項３に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項5】

前記長穴の径方向の面取り量と円周方向の面取り量とは同じである、
請求項３又は４に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項6】

複数の前記第２ガス流路のそれぞれに沿った全圧の低下量と複数の前記第１ガス流路のそれぞれに沿った全圧の低下量との比は、０．６：１．０及至１．２：１．０である、
請求項１から５のいずれか一項に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項7】

複数の前記第２ガス流路のそれぞれに沿った全圧の低下量と複数の前記第１ガス流路のそれぞれに沿った全圧の低下量との比は、０．８：１．０及至１．１：１．０である、
請求項６に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項8】

複数の前記第２ガス流路のそれぞれに沿った全圧の低下量と複数の前記第１ガス流路のそれぞれに沿った全圧の低下量との比は、０．９：１．０及至１．０：１．０である、
請求項６又は７に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項9】

複数の前記第１ガス流路のそれぞれは、前記第２ガス流路との接続部分に絞り部を有する、
請求項１から８のいずれか一項に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項10】

複数の前記第２ガス流路のそれぞれは、前記長穴の面取りされている部分の内縁の径方向の長さが５．0ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、
請求項１から９のいずれか一項に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項11】

複数の前記第２ガス流路のそれぞれは、前記長穴の面取りされている部分の外縁が平面視で楕円形状を有する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項12】

複数の前記第１ガス流路のそれぞれは、少なくとも一部が平面視で前記第２ガス流路から見通せる位置に配置されている、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項13】

前記裏当て部材は、アルミニウムで形成され、表面にアルマイト処理が施されている、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項14】

前記電極は、シリコンで形成されている、
請求項１から１３のいずれか一項に記載のシャワーヘッド電極組立体。

【請求項15】

請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のシャワーヘッド電極組立体を備える、
プラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、シャワーヘッド電極組立体及びプラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理装置において、複数のガス流路から処理ガスを処理室内に供給するシャワーヘッドが用いられる。例えば、特許文献１は、第２の部材に取り付けられる第１の部材を含み、第１及び第２の部材は、流体連通する第１及び第２のガス流路を有するシャワーヘッドを開示している。かかるシャワーヘッドにおいて処理ガスがガス流路を通って流れる場合、第１及び第２のガス流路に沿って全圧の低下が発生し、第２のガス流路に沿った全圧の低下の割合は、第１のガス流路に沿った全圧の低下の割合よりも大きいことを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１０－５１４１６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、シャワーヘッドの内部で発生する異常放電を防止する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、プラズマ処理装置のシャワーヘッド電極組立体であって、複数の第１ガス流路を有する電極であり、プラズマに露出される表面を有する前記電極と、前記電極に取り付けられ、複数の前記第１ガス流路と連通する複数の第２ガス流路を有する裏当て部材と、を備え、複数の前記第２ガス流路のそれぞれは、スリット形状の長穴であり、前記シャワーヘッド電極組立体の中心軸に対して前記長穴の径方向の長さが前記長穴の円周方向の長さよりも長くなるように構成されるシャワーヘッド電極組立体が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、シャワーヘッドの内部で発生する異常放電を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るプラズマ処理システムの構成例を示す図。

【図2】参考例に係るシャワーヘッドの一部を拡大した縦断面図。

【図3】実施形態に係るシャワーヘッドの一部を拡大した縦断面図。

【図4】実施形態に係るガス流路の一部を拡大した縦断面図。

【図5】実施形態に係る裏当て部材の支持面の一部を示す図。

【図6】実施形態に係る第１ガス流路及び第２ガス流路の構成の変形例を示す図。

【図7】実施形態に係る処理ガスの圧力の低下量についてシミュレーション結果の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

本明細書において平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直、円には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円が含まれてもよい。

【0010】

以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。

【0011】

プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１とプラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。

【0012】

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

【0013】

一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。

【0014】

リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

【0015】

また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

【0016】

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス流路を有する。

【0017】

シャワーヘッド１３は、プラズマに露出される表面を有する上部電極１３Ｂ、及び上部電極１３Ｂに上部電極１３Ｂの裏面側から取り付けられる裏当て部材１３Ａを有する。上部電極１３Ｂ及び裏当て部材１３Ａは円盤形状である。上部電極１３Ｂは、複数の第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２を有する。裏当て部材１３Ａは、複数の第２ガス流路１３Ａｈを有する。具体的には、１つの第２ガス流路１３Ａｈに２つの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２が連通する。第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２を総称して第１ガス流路１３Ｂｈともいう。裏当て部材１３Ａには、例えば、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる流路が形成され、シャワーヘッド１３を冷却する機能を有してもよい。裏当て部材１３Ａはクーリングプレートとも呼ばれる。

【0018】

ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数の第２ガス流路１３Ａｈ及び複数の第１ガス流路１３Ｂｈを通り、プラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

【0019】

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

【0020】

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

【0021】

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。

【0022】

第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0023】

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。

【0024】

種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

【0025】

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

【0026】

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

【0027】

［シャワーヘッド］
次に、本実施形態に係るシャワーヘッド（シャワーヘッド電極組立体）１３の構成について、参考例に係るシャワーヘッド１１３と比較しながら説明する。図２（ａ）は参考例に係るシャワーヘッド１１３の一部を拡大した縦断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ－Ａ面から上部電極１１３Ｂの裏面の一部を平面視した図である。図３（ａ）は、実施形態に係るシャワーヘッド１３の一部を拡大した縦断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ面から上部電極１３Ｂの裏面の一部を平面視した図である。

【0028】

（参考例）
図２に示す参考例に係るシャワーヘッド１１３は、表面１１３ＢＳ２及びその反対面である裏面１１３ＢＳ１を有する上部電極１１３Ｂ、及び支持面１１３ＡＳを有し、上部電極１１３Ｂに取り付けられる裏当て部材１１３Ａを有する。支持面１１３ＡＳは裏当て部材１１３Ａの下面であり、上部電極１１３Ｂの裏面（上面）１１３ＢＳ１と接触する。表面１１３ＢＳ２は上部電極１１３Ｂの下面であり、プラズマに露出される。

【0029】

シャワーヘッド１１３には、複数の第１ガス流路１１３Ｂｈ及び複数の第２ガス流路１１３Ａｈが垂直方向に連通し、複数の同心円上に設けられる。図２（ａ）のＡ－Ａ面から平面視した図２（ｂ）は、支持面１１３ＡＳと裏面１１３ＢＳ１との境界から裏面１１３ＢＳ１側を見たときのガス流路であり、複数の同心円上に設けられたガス流路の一部を示す。以下では、例として図２（ｂ）に示す中心ＣＴに対して同心円上（同一円周上）に設けられる４つの第１ガス流路１１３Ｂｈ及び４つの第２ガス流路１１３Ａｈについて説明する。中心ＣＴは、シャワーヘッド１１３の中心軸が通る点であり、円盤形状の上部電極１１３Ｂ及び裏当て部材１１３Ａの中心軸は、シャワーヘッド１１３の中心軸と共通である。

【0030】

裏当て部材１１３Ａは、例えば、アルミニウムで形成され、表面にアルマイト処理が施され、これによりプラズマ耐性を有する。裏当て部材１１３Ａは、ガス拡散室１１３ｂから支持面１１３ＡＳへガスを供給するための複数の第２ガス流路１１３Ａｈを有する。ガス拡散室１１３ｂに導入された処理ガスは、複数の第２ガス流路１１３Ａｈを通って上部電極１１３Ｂ側に排出される。すなわち、処理ガスは、複数の第２ガス流路１１３Ａｈを流通する。複数の第２ガス流路１１３Ａｈのそれぞれは丸穴である。

【0031】

上部電極１１３Ｂは、プラズマ処理空間１０ｓに高周波電力（ＲＦ電力）を供給する電極である。上部電極１１３Ｂは、例えば、シリコンで形成される。上部電極１１３Ｂの表面１１３ＢＳ２は、プラズマ処理空間１０ｓに接し、プラズマに露出される。上部電極１１３Ｂは、表面１１３ＢＳ２及び裏面１１３ＢＳ１を貫通する複数の第１ガス流路１１３Ｂｈを有する。複数の第１ガス流路１１３Ｂｈのそれぞれは丸穴である。

【0032】

図２（ｂ）に示すように、４つの第１ガス流路１１３Ｂｈ及び４つの第２ガス流路１１３Ａｈは、中心ＣＴに対して同心円上（同一円周上）に、互いに離隔して等間隔に設けられる。４つの第２ガス流路１１３Ａｈのそれぞれは、４つの第１ガス流路１１３Ｂｈのそれぞれに一対一に接続される。

【0033】

シャワーヘッド１１３は、ガス拡散室１１３ｂに供給された処理ガスを、複数の第２ガス流路１１３Ａｈから複数の第１ガス流路１１３Ｂｈに通してプラズマ処理空間１０ｓへ導入する構造になっている。

【0034】

係る構造のシャワーヘッド１１３では、上部電極１１３Ｂと裏当て部材１１３Ａとの境界近傍にて異常放電が発生する場合がある。つまり、上部電極１１３Ｂの裏面１１３ＢＳ１に形成された第１ガス流路１１３Ｂｈ内及び／又は裏当て部材１１３Ａの支持面１１３ＡＳに形成された第２ガス流路１１３Ａｈ内のコンダクタンスの低下により処理ガスの圧力が充分に低下していないことがある。このとき、シャワーヘッド１１３の内部、すなわち、第２ガス流路１１３Ａｈ及び／又は第１ガス流路１１３Ｂｈの内部にて異常放電が発生する。これにより、上部電極１１３Ｂ及び／又は裏当て部材１１３Ａに破損や消耗が生じたり、処理ガスの供給に不具合が生じたりする。

【0035】

（実施形態）
これに対して、本実施形態に係るシャワーヘッド１３は、上部電極１３Ｂと裏当て部材１３Ａとの境界にて第１ガス流路１３Ｂｈ及び第２ガス流路１３Ａｈ内のコンダクタンスを増加させて処理ガスの圧力を充分に低下させる。これにより、シャワーヘッド１３の内部、すなわち、第１ガス流路１３Ｂｈ及び第２ガス流路１３Ａｈの内部にて異常放電が発生することを防止する。本実施形態に係るシャワーヘッド１３の構成例について、図３を参照して説明する。

【0036】

本実施形態に係るシャワーヘッド１３は、表面１３ＢＳ２及びその反対面である裏面１３ＢＳ１を有する上部電極１３Ｂ、及び支持面１３ＡＳを有し、上部電極１３Ｂに取り付けられる裏当て部材１３Ａを有する。支持面１３ＡＳは裏当て部材１３Ａの下面であり、上部電極１３Ｂの裏面（上面）１３ＢＳ１と接触する。表面１３ＢＳ２は上部電極１３Ｂの下面であり、プラズマに露出される。

【0037】

シャワーヘッド１３では、複数の第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２及び複数の第２ガス流路１３Ａｈが垂直方向に連通し、複数の同心円上に設けられる。図３（ａ）のＢ－Ｂ面から平面視した図３（ｂ）は、支持面１３ＡＳと裏面１３ＢＳ１との境界から裏面１３ＢＳ１側を見たときのガス流路であり、複数の同心円上に設けられたガス流路の一部を示す。以下では、例として図３（ｂ）に示す中心ＣＴに対して同心円上に設けられる８つの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２及び４つの第２ガス流路１３Ａｈについて説明する。中心ＣＴは、シャワーヘッド１３の中心軸が通る点であり、円盤形状の上部電極１３Ｂ及び裏当て部材１３Ａの中心軸は、シャワーヘッド１３の中心軸と共通である。

【0038】

裏当て部材１３Ａは、例えば、アルミニウムで形成され、表面にアルマイト処理が施され、これによりプラズマ耐性を有する。裏当て部材１３Ａは、ガス拡散室１３ｂから支持面１３ＡＳへガスを供給するための複数の第２ガス流路１３Ａｈを有する。ガス拡散室１３ｂに導入された処理ガスは、複数の第２ガス流路１３Ａｈを通って上部電極１３Ｂ側に排出される。すなわち、処理ガスは、複数の第２ガス流路１３Ａｈを流通する。複数の第２ガス流路１３Ａｈのそれぞれは、中心ＣＴに対して径方向に延びる長穴である。換言すれば、複数の第２ガス流路１３Ａｈのそれぞれは、中心ＣＴに対して径方向の長さが円周方向の長さよりも長くなるように構成される。

【0039】

上部電極１３Ｂは、プラズマ処理空間１０ｓに高周波電力（ＲＦ電力）を供給する電極である。上部電極１３Ｂは、例えば、シリコンで形成される。上部電極１３Ｂの裏面１３ＢＳ１は、裏当て部材１３Ａに接触する。上部電極１３Ｂの表面１３ＢＳ２は、プラズマ処理空間１０ｓに接する。すなわち、上部電極１３Ｂの表面１３ＢＳ２は、プラズマ処理空間１０ｓの内面を形成し、プラズマに露出される。上部電極１３Ｂは、表面１３ＢＳ２及び裏面１３ＢＳ１を貫通する複数の第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２を有する。複数の第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２のそれぞれは丸穴である。

【0040】

図３（ｂ）に示すように、４つの第１ガス流路１３Ｂｈ１及び４つの第１ガス流路１３Ｂｈ２は、それぞれが中心ＣＴに対して同心円上に、互いに離隔して等間隔に設けられる。４つの第２ガス流路１３Ａｈのそれぞれは、８つの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２のそれぞれに一対二に接続される。すなわち、１つの第２ガス流路１３Ａｈには２つの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２が接続される。これにより、１つの第２ガス流路１３Ａｈ及び２つの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２を１組として、４組（４つの第２ガス流路１３Ａｈ及び８つの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２）が互いに離隔して設けられる。

【0041】

図４（ａ）及び（ｂ）は、図３（ａ）のガス拡散室１３ｂ下のガス流路を更に拡大して示した縦断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すガス流路の寸法を示す。なお、図４（ａ）及び（ｂ）は、後述する図５のＣ－Ｃ断面である。

【0042】

上部電極１３Ｂの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２は、裏面１３ＢＳ１及び表面１３ＢＳ２を貫通し、第２ガス流路１３Ａｈの底部に連通する。第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２のそれぞれは、第２ガス流路１３Ａｈとの接続部分（底部下側）に絞り部１３Ｂｈ１２、１３Ｂｈ２２を有する。絞り部１３Ｂｈ１２、１３Ｂｈ２２によって、上部電極１３Ｂの表面１３ＢＳ２がプラズマに暴露されて消耗した場合にも、第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２の出口側（表面１３ＢＳ２側）の圧力をほぼ一定にすることができる。

【0043】

第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２は、第２ガス流路１３Ａｈの長穴の長手方向に並んで配置されている。第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２は、それぞれ第２ガス流路１３Ａｈの長手方向の側面１３Ａｈ３に沿って垂直方向に延在した位置に設けられる。

【0044】

図５（ａ）は、実施形態に係る裏当て部材１３Ａの支持面１３ＡＳの一部を平面視した図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す第２ガス流路１３Ａｈの１つを拡大して示した図である。図５（ａ）に示すように、複数の第２ガス流路１３Ａｈのそれぞれは、スリット形状の長穴であり、シャワーヘッド１３の中心軸に対して長穴の径方向の長さが円周方向の長さよりも長くなるように構成されている。図５（ａ）は、円周方向に１周目、２周目、３周目、４周目・・・に配置された第２ガス流路１３Ａｈを示す。すべての第２ガス流路１３Ａｈの長穴の長手方向の両端を通る仮想線は中心ＣＴを通る（図３（ｂ）参照）。同じ周の長穴同士の間隔は等しく、異なる周の長穴同士の間隔は、中心ＣＴから遠ざかるほど狭くなっている。

【0045】

図４及び図５に示すように、第２ガス流路１３Ａｈは、裏当て部材１３Ａのガス拡散室１３ｂとの境界面１３ＡＲ（支持面１３ＡＳの反対面）の開口及び支持面１３ＡＳにおいて面取りされている。面取りされている部分は、第２ガス流路１３Ａｈの側面１３Ａｈ３に対して外側に傾斜する傾斜面１３Ａｈ１、１３Ａｈ２である。面取りされている部分は、全周に亘って形成されている。第２ガス流路１３Ａｈは、長穴の外縁、すなわち面取りした傾斜面１３Ａｈ１、１３Ａｈ２の外周が略楕円形状を有する。また、第２ガス流路１３Ａｈのそれぞれは、平面視で長穴の内縁、すなわち第２ガス流路１３Ａｈの側面１３Ａｈ３で囲まれた部分が細長いスリット形状を有する。

【0046】

図４では、面取り部を平らな傾斜面１３Ａｈ１、１３Ａｈ２として示したが、傾斜面１３Ａｈ１、１３Ａｈ２は外側に湾曲した曲面を有してもよい。これにより、第２ガス流路１３Ａｈの長穴の開口部において角部を無くし、緩やかな面とすることで第２ガス流路１３Ａｈにおいて異常放電の発生をより抑制できる。なお、副次的効果として、角部をなくすことで裏当て部材１３Ａのアルマイト処理（表面処理）を容易にすることができる。

【0047】

図４（ｂ）に示すように、第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２の直径（φ１）は、例えば０．８ｍｍであり、絞り部１３Ｂｈ１２、１３Ｂｈ２２の直径（φ２）は、例えば０．５ｍｍである。

【0048】

裏当て部材１３Ａの厚さＨ１は７．０ｍｍであり、上部電極１３Ｂの厚さＨ２は２０ｍｍである。絞り部１３Ｂｈ１２、１３Ｂｈ２２の長さは、絞り部１３Ｂｈ１２、１３Ｂｈ２２を含む第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２の全体の長さ２０ｍｍの１／１０程度である。

【0049】

図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、第２ガス流路１３Ａｈの長穴の内縁の長手方向の幅Ｗ１は５．０ｍｍであり、長穴の外縁の長手方向の幅Ｗ２は８．０ｍｍである。第２ガス流路１３Ａｈの長穴の内縁の短手方向の幅Ｄ１は０．２ｍｍであり、長穴の外縁の短手方向の幅Ｄ３は３．２ｍｍである。面取り部の幅Ｄ２は平面視で１．５ｍｍである。長穴の径方向の面取り量と円周方向の面取り量とは同じであり、平面視で１．５ｍｍである。長穴の径方向の面取り量と円周方向の面取り量とを同じにすることで面取りの加工を容易にできる。ただし、長穴の径方向の面取り量と円周方向の面取り量とは異なっていてもよい。なお、本実施形態では、全周に亘って面取り量は等しい。

【0050】

第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２のそれぞれは、少なくとも一部が平面視で第２ガス流路１３Ａｈから見通せる位置に配置されている。第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２は、第２ガス流路１３Ａｈの長穴の両端に配置されることに限らず、長穴の長手方向に並んで配置されることができる。

【0051】

（変形例）
図６は、実施形態に係る第２ガス流路１３Ａｈ及び第１ガス流路１３Ｂｈの構成の変形例を示す図である。図６（ａ）～（ｃ）では、第２ガス流路１３Ａｈの内縁の長手方向の幅Ｗ１は１５ｍｍであり、外縁の長手方向の幅Ｗ２は１８ｍｍである。その他の寸法は図５（ｂ）に示す寸法と同じである。よって、第２ガス流路１３Ａｈの内縁の長手方向の幅Ｗ１は、５．０ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってよい。また、第２ガス流路１３Ａｈの外縁の長手方向の幅Ｗ２は、８．０ｍｍ以上１８ｍｍ以下であってよい。

【0052】

第２ガス流路１３Ａｈの長手方向の長さを長くすることで、第２ガス流路１３Ａｈのそれぞれに連通させる第１ガス流路１３Ｂｈの数を増やすことができる。図６（ａ）の場合、１つの第２ガス流路１３Ａｈに２つの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２を連通させている。図６（ｂ）の場合、１つの第２ガス流路１３Ａｈに４つの第１ガス流路１３Ｂｈ１～１３Ｂｈ４を連通させている。図６（ｃ）の場合、１つの第２ガス流路１３Ａｈに７つの第１ガス流路１３Ｂｈ１～１３Ｂｈ７を連通させている。第１ガス流路１３Ｂｈ１～１３Ｂｈ７の直径φは０．５ｍｍである。

【0053】

以上に説明したシャワーヘッド１３では、ガス拡散室１３ｂに供給された処理ガスを、第２ガス流路１３Ａｈに通す。処理ガスは、第２ガス流路１３Ａｈの底面で連通する２つ以上の第１ガス流路１３Ｂｈに分岐して流れる。これにより、裏当て部材１３Ａと上部電極１３Ｂとの境界にて第１ガス流路１３Ｂｈ及び第２ガス流路１３Ａｈ内のコンダクタンスを増加させ、これにより、処理ガスの圧力を充分に低下させることができる。この結果、シャワーヘッド１３の内部、すなわち、第１ガス流路１３Ｂｈ及び第２ガス流路１３Ａｈの内部にて異常放電が発生することを防止できる。

【0054】

［シミュレーション結果］
第１ガス流路１３Ｂｈ及び第２ガス流路１３Ａｈにおける処理ガスの圧力の低下量についてシミュレーションを行った。図７は、実施形態に係る処理ガスの圧力の低下量についてシミュレーションを行った結果を参考例と比較して示す図である。

【0055】

図７（ａ）は、参考例における処理ガスの圧力の低下量のシミュレーション結果を示す。参考例では、第２ガス流路１１３Ａｈが裏当て部材１１３Ａを貫通し、垂直方向に接続された第１ガス流路１１３Ｂｈ１、１１３Ｂｈ２が上部電極１１３Ｂを貫通する。

【0056】

第１ガス流路１１３Ｂｈ１の直径は第２ガス流路１１３Ａｈの直径よりも大きく、第１ガス流路１１３Ｂｈ２の直径は第１ガス流路１１３Ｂｈ１の直径よりも大きい。つまり、第１ガス流路１１３Ｂｈ２は第１ガス流路１１３Ｂｈ１から拡径し、プラズマ処理空間１０ｓに開口している。

【0057】

図７（ｂ）は、図３及び図４を示して説明した本実施形態に係る第２ガス流路１３Ａｈの底面で２つの第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２に分岐する構成における、ガス流路内の処理ガスの圧力の低下量のシミュレーション結果を示す。

【0058】

図７（ａ）及び図７（ｂ）のいずれも、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力を１７ｍＴｏｒｒ（２．２７Ｐａ）に設定した。供給するガスの総流量は約６００ｓｃｃｍ、ガス流路（ガス穴）の個数は１０００個とした。本実施形態では、第２ガス流路１３Ａｈが約１０００個、第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２がそれぞれ１０００個設けられている設定とした。本実施形態ではプラズマ処理空間１０ｓに２０００個の穴が開口している。一方、参考例では、垂直に連通する第２ガス流路１１３Ａｈ、第１ガス流路１１３Ｂｈ１、１１３Ｂｈ２からなる丸穴が約１０００個設けられている設定とした。参考例ではプラズマ処理空間１０ｓに１０００個の穴が開口している。

【0059】

処理ガスの圧力Ｐ１～Ｐ４のシミュレーション結果を図７（ａ）及び（ｂ）の表に示す。参考例では、第１ガス流路１１３Ｂｈ２の出口の処理ガスの圧力Ｐ１、第１ガス流路１１３Ｂｈ２の入口の圧力Ｐ２、裏当て部材１１３Ａと上部電極１１３Ｂとの境界の第１ガス流路１１３Ｂｈ１の圧力Ｐ３、第２ガス流路１１３Ａｈの入口の圧力Ｐ４を算出した。圧力Ｐ１以外の圧力Ｐ２～Ｐ４については各ガス流路のセンター、ミドル、エッジの圧力を算出した。

【0060】

本実施形態では、第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２の出口の処理ガスの圧力Ｐ１、絞り部の出口の圧力Ｐ２、裏当て部材１３Ａと上部電極１３Ｂとの境界の第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２の圧力Ｐ３、第２ガス流路１３Ａｈの入口の圧力Ｐ４を算出した。圧力Ｐ１以外の圧力Ｐ２～Ｐ４については各ガス流路のセンター、ミドル、エッジの圧力を算出した。

【0061】

この結果、参考例では、第２ガス流路１１３Ａｈの入口の圧力を１００％（全圧）として、第２ガス流路１１３Ａｈに沿った全圧の低下量は２６％であり、第１ガス流路１１３Ｂｈ（第１ガス流路１１３Ｂｈ１、１１３Ｂｈ２）に沿った全圧の低下量は７４％である。センター、ミドル、エッジのいずれについても概ね同じ低下量となっている。つまり、第２ガス流路１１３Ａｈに沿った全圧の低下量と第１ガス流路１１３Ｂｈに沿った全圧の低下量との比は、２６％：７４％＝０．４：１．０である。

【0062】

これに対して、本実施形態では、第２ガス流路１３Ａｈの入口の圧力を１００％（全圧）として、第２ガス流路１３Ａｈに沿った全圧の低下量は４７％であり、第１ガス流路１３Ｂｈ（第１ガス流路１３Ｂｈ１、１３Ｂｈ２）に沿った全圧の低下量は５３％である。センター、ミドル、エッジのいずれについても概ね同じ低下量となっている。つまり、第２ガス流路１３Ａｈに沿った全圧の低下量と第１ガス流路１３Ｂｈに沿った全圧の低下量との比は、４７％：５３％＝０．９：１．０である。

【0063】

よって、本実施形態に係るシャワーヘッド１３は、参考例と比較して、裏当て部材１３Ａと上部電極１３Ｂとの境界において処理ガスの圧力を充分に下げることができる。処理ガスの圧力を下げることによって、裏当て部材１３Ａと上部電極１３Ｂとの境界において、異常放電の発生を防止できる。

【0064】

なお、本実施形態に係るシャワーヘッド１３では、第２ガス流路１３Ａｈに沿った全圧の低下量と第１ガス流路１３Ｂｈに沿った全圧の低下量との比は、０．６：１．０及至１．２：１．０であってもよい。これによれば、裏当て部材１３Ａと上部電極１３Ｂとの境界において処理ガスの圧力を下げることができ、異常放電の発生を防止できる。

【0065】

ただし、第２ガス流路１３Ａｈに沿った全圧の低下量と第１ガス流路１３Ｂｈに沿った全圧の低下量との比は、０．８：１．０及至１．１：１．０であればより好ましく、０．９：１．０及至１．０：１．０であれば更に好ましい。これによれば、裏当て部材１３Ａと上部電極１３Ｂとの境界において処理ガスの圧力を下げることができ、異常放電の発生をより確実に防止できる。

【0066】

以上に説明したように、本実施形態のシャワーヘッド１３及びプラズマ処理装置１によれば、シャワーヘッド１３の内部で発生する異常放電を防止することができる。

【符号の説明】

【0067】

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
１３ シャワーヘッド
１３Ａ 裏当て部材
１３Ａｈ 第２ガス流路
１３Ｂ 上部電極
１３Ｂｈ 第１ガス流路
２１ ガスソース
２０ ガス供給部
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ａ 第１のＤＣ生成部
３２ｂ 第２のＤＣ生成部
４０ 排気システム
１１１ 本体部
１１２ リングアセンブリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】