特開 2024-106239 分散板、ガス供給機構及び基板処理装置

(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】P2024106239

(43)【公開日】2024-08-07

(54)【発明の名称】分散板、ガス供給機構及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20240731BHJP

   H01L 21/31 20060101ALN20240731BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

H01L21/31 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023010473

(22)【出願日】2023-01-26

(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】加藤 貴彰

【テーマコード（参考）】

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030AA03

4K030AA06

4K030AA13

4K030AA16

4K030AA17

4K030AA18

4K030BA40

4K030CA04

4K030CA12

4K030EA05

4K030EA06

4K030FA01

4K030GA02

4K030HA01

4K030JA10

4K030LA02

4K030LA15

5F045AA08

5F045AA15

5F045AB33

5F045AC01

5F045AC05

5F045AC07

5F045AC16

5F045AD01

5F045AE01

5F045BB15

5F045BB20

5F045DP03

5F045DQ10

5F045EE17

5F045EF05

5F045EF14

5F045EH14

5F045EH19

5F045EK07

(57)【要約】

【課題】熱応力を低減することができる分散板、ガス供給機構及び基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置の処理容器内に配置される分散板であって、中央部と前記中央部を囲む外周部とを有する、円盤状の本体部と、前記中央部に形成され、前記処理容器内の基板を処理する第１空間へ開口する複数の第１孔と、を備え、前記本体部は、前記中央部に前記本体部を厚さ方向に貫通するスリットを有する、分散板が提供される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理装置の処理容器内に配置される分散板であって、
中央部と前記中央部を囲む外周部とを有する、円盤状の本体部と、
前記中央部に形成され、前記処理容器内の基板を処理する第１空間へ開口する複数の第１孔と、を備え、
前記本体部は、
前記中央部に前記本体部を厚さ方向に貫通するスリットを有する、
分散板。

【請求項2】

前記スリットは、前記中央部の中心から又は前記中心を通る径方向の線から所定角度傾けて前記外周部に向かって形成されている、
請求項１に記載の分散板。

【請求項3】

前記スリットは、前記中央部の中心から又は前記中心から所定角度傾けて放射状に形成されている、
請求項２に記載の分散板。

【請求項4】

前記スリットは、前記外周部に向かって複数に分岐している、
請求項３に記載の分散板。

【請求項5】

前記スリットは、周方向に形成されている、
請求項１に記載の分散板。

【請求項6】

前記スリットは、前記中央部の中心を通る軸に対して回転対称に形成されている、
請求項１に記載の分散板。

【請求項7】

前記スリットは、前記複数の第１孔を横切って前記本体部を厚さ方向に貫通する、
請求項１～６のいずれか一項に記載の分散板。

【請求項8】

前記スリットは、前記複数の第１孔を避けて前記本体部を厚さ方向に貫通する、
請求項１～６のいずれか一項に記載の分散板。

【請求項9】

前記スリットは、前記複数の第１孔の中心を結ぶように形成されている、
請求項７に記載の分散板。

【請求項10】

前記スリットの末端は、前記複数の第１孔の少なくともいずれかに繋がっている、
請求項１～６のいずれか一項に記載の分散板。

【請求項11】

前記スリットは、同一の幅である、
請求項１～６のいずれか一項に記載の分散板。

【請求項12】

前記スリットは、異なる幅である、
請求項１～６のいずれか一項に記載の分散板。

【請求項13】

前記スリットの幅は、前記中央部の中心から前記外周部に向かって細くなる、
請求項１２に記載の分散板。

【請求項14】

前記複数の第１孔は、第１ガスを前記第１空間へ供給し、
前記本体部は、
前記中央部に形成されている拡散路であって、前記第１ガスとは別の第２ガスを拡散する前記拡散路と、
前記拡散路から前記第１空間へ前記第２ガスを通す複数の第２孔と、
を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の分散板。

【請求項15】

請求項１～６のいずれか一項に記載の分散板を備えるガス供給機構。

【請求項16】

請求項１～６のいずれか一項に記載の分散板を備えるガス供給機構と、
前記分散板に対向して設けられた載置台と、を有し、
前記ガス供給機構から供給されるガスにより前記載置台に載置された基板を処理する、基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、分散板、ガス供給機構及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１は、シャワープレートの直下に、プラズマ中のイオンをトラップするための複数の貫通穴が設けられた板部材を配置することを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２０３１５５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、熱応力を低減することができる分散板、ガス供給機構及び基板処理装置を提供する。

【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、基板処理装置の処理容器内に配置される分散板であって、中央部と前記中央部を囲む外周部とを有する、円盤状の本体部と、前記中央部に形成され、前記処理容器内の基板を処理する第１空間へ開口する複数の第１孔と、を備え、前記本体部は、前記中央部に前記本体部を厚さ方向に貫通するスリットを有する、分散板が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、熱応力を低減することができる分散板、ガス供給機構及び基板処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面斜視図。

【図2】図１のプラズマ処理装置のシャワーヘッドとその周辺を示す断面図。

【図3】第１実施例のスリットを示す図２のＡ－Ａ断面図。

【図4】スリットを有しない分散板への熱応力のシミュレーション結果の一例を示す図。

【図5】第２実施例のスリットを示す図２のＡ－Ａ断面図。

【図6】第３実施例のスリットを示す図２のＡ－Ａ断面図。

【図7】第４実施例のスリットを示す図２のＡ－Ａ断面図。

【図8】第５実施例のスリットを示す図２のＡ－Ａ断面図。

【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ほど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、一致には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直、略円、略一致が含まれてもよい。

【0010】

［基板処理装置］
基板処理には、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置による成膜処理やＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置によるエッチング処理がある。ＶＨＦ又はＵＨＦの電磁波（高周波）を使用して生成したプラズマにより成膜処理及び／又はエッチング処理を行う場合、１３．５６ＭＨｚを一例とする高周波を使用して生成したプラズマと比較してイオンによるダメージが低い。また、高密度プラズマにより堆積速度やエッチング速度の上昇、高被覆性等を期待できる。

【0011】

一方、ＡＬＤ装置やＡＬＥ装置では、短時間で繰り返しガスの切り替えを行う。よって、高速なガスの切り替えを実現するために処理空間を小さくすることが重要である。

【0012】

本実施形態に係る基板処理装置は、基板の処理空間及びプラズマ空間の間に設けられ、これらの空間を画定する分散板を有する。処理空間及びプラズマ空間の高さは、ガス置換効率の向上等を図るために数ミリ（例えば２ｍｍ）から十数ミリであり、非常に狭い。このため、分散板は、プラズマ空間にて生成されたプラズマからの入熱と基板の載置台に内蔵されたヒータからの熱を受ける。分散板の中央部には多数の孔が設けられており、分散板の水平方向の熱伝導に寄与する固体断面積を減らすため、分散板の中央部の温度は外周部の温度よりも上がりやすくなる。その結果、分散板には、温度上昇により低下するアルミ合金の強度に対してそれを上回る熱応力が発生する場合がある。分散板の強度を上回る熱応力が発生すると分散版が塑性変形する可能性がある。プラズマを均一に制御するためにはプラズマ空間の寸法を均一に保つことが重要であるが、塑性変形した分散板はもとには戻らず、プラズマ空間や処理空間の寸法が変化し、プラズマ生成効率を低下させ、基板へのプラズマ制御の均一性が損なわれる場合がある。そこで、以下に説明する一実施形態では、熱応力を低減することができる分散板を備える基板処理装置を提案する。

【0013】

［プラズマ処理装置］
以下、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１００の一例を示す断面模式図である。

【0014】

プラズマ処理装置１００は、処理容器１０と、処理容器１０内に配置された載置台２０と、載置台２０の上方に位置するシャワーヘッド３０と、制御装置８０とを有する。プラズマ処理装置１００は、一実施形態に係る基板処理装置の一例である。

【0015】

処理容器１０は、プラズマ処理装置１００の内部空間を画定する。半導体ウェハを一例とする基板Ｗは処理容器１０の内部空間において処理される。処理容器１０は、略円筒形状を有しており、処理容器１０内の上方においてシャワーヘッド３０が配置されている。処理容器１０は、アルミニウム等の金属から形成されている。処理容器１０は、接地されている。

【0016】

処理容器１０の側壁は、通路２５を提供している。基板Ｗは、処理容器１０の内部と外部との間で搬送されるときに、通路２５を通過する。通路２５は、ゲートバルブ２６によって開閉可能である。ゲートバルブ２６は、処理容器１０の側壁に沿って設けられている。

【0017】

処理容器１０の底部は、排気口２２を提供している。排気口２２は、排気管２３を介して排気装置２４に接続されている。排気装置２４は、図示しない自動圧力制御弁を有する圧力制御器及びターボ分子ポンプ等の真空ポンプを含む。処理容器１０の内部のガスは、排気口２２を介して排気装置２４によって外部に排気することができる。基板Ｗの処理は、処理容器１０内を真空雰囲気に制御して行われる。

【0018】

載置台２０は、その上に基板Ｗを載置する。基板Ｗは、略水平な状態で載置台２０上に載置される。載置台２０は、支持部材２１によって支持されていてもよい。支持部材２１は、処理容器１０の底部から上方に延びている。載置台２０及び支持部材２１は、窒化アルミニウム等の誘電体から形成され得る。

【0019】

シャワーヘッド３０は、上部電極４２と分散板４１とを有する。上部電極４２と分散板４１とは、載置台２０の上方にて対向して設けられている。上部電極４２および分散板４１は、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス等の金属からなる。

【0020】

上部電極４２は、円盤状の上部シャワープレート４２Ｄと、円盤状であってプラズマ空間１０ｕ側が凹面になっている支持プレート４２Ｕを含む。分散板４１は、処理容器１０内であって上部電極４２の下方に設けられる。上部シャワープレート４２Ｄと分散板４１とは多孔板であり、複数の孔からガスを供給するシャワープレート構造を有している。シャワーヘッド３０は、分散板４１を備えるガス供給機構の一例である。

【0021】

支持プレート４２Ｕの下方には、上部シャワープレート４２Ｄを挟んでプラズマ空間１０ｕが形成されている。支持プレート４２Ｕと上部シャワープレート４２Ｄとで画定される空間はガス拡散室４３として機能する。

【0022】

上部シャワープレート４２Ｄの下面は、凸型などの形状を有してもよい。また、上部シャワープレート４２Ｄの直下に誘電体を薄い板で形成し、外力により変形（たわみ）させ、上部シャワープレート４２Ｄの金属表面との隙間を変化させることによりプラズマを制御してもよい。

【0023】

上部電極４２には、高周波電源５０から整合器５１及び電力伝送線路５４を介してＶＨＦ帯の高周波電力が供給される。ＶＨＦ帯の高周波電力をＶＨＦ電力ともいう。分散板４１は、下部シャワープレート４１Ｄを有する。下部シャワープレート４１Ｄを挟んでプラズマ空間１０ｕの反対側には、下部シャワープレート４１Ｄと載置台２０の間に処理空間１０ｓが形成されている。上部電極４２と分散板４１との間のプラズマ空間１０ｕには、ＶＨＦ電力が供給され、かつ、後述するガスが供給される。プラズマ処理装置１００は、プラズマ空間１０ｕにてガスからプラズマを生成し、プラズマ空間１０ｕから処理空間１０ｓにプラズマ中のラジカルやイオン等の活性種を供給するリモートタイプのプラズマ処理装置である。

【0024】

電力伝送線路５４は、処理容器１０の天壁１０ａに形成された貫通穴２７を通り、上部電極４２に接続されている。本実施形態では、高周波電源５０から供給される高周波電力の周波数は、ＶＨＦ帯の周波数であり、３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚである。ただし、高周波電源５０から供給される高周波電力の周波数は、これに限らず、例えばＵＨＦ帯の周波数であってもよいし、１３ＭＨｚ又はこれ以上のＲＦ波の周波数であってもよい。ＵＨＦ波の周波数は３００ＭＨｚ～３ＧＨｚである。

【0025】

下部シャワープレート４１Ｄは、上部シャワープレート４２Ｄの下方にて上部シャワープレート４２Ｄに対向する。下部シャワープレート４１Ｄの直径は、上部シャワープレート４２Ｄの直径よりも大きく、処理容器１０の直径に等しい。下部シャワープレート４１Ｄの外周は処理容器１０の側壁にて処理容器１０の上部と下部との間に挟まれて固定されている。これにより、下部シャワープレート４１Ｄは処理容器１０の内部をシャワーヘッド３０が設けられた上部空間１２と、載置台２０が設けられた下部空間１１とに区画する。

【0026】

支持プレート４２Ｕの外周に沿って、天壁１０ａと支持プレート４２Ｕとの間に導波路５３が形成されている。導波路５３は、さらに処理容器１０の側壁と支持プレート４２Ｕとの間に垂直方向に延び、下部シャワープレート４１Ｄの外周上面まで延在する。上部シャワープレート４２Ｄと下部シャワープレート４１Ｄとの間には環状の誘電体の放射部４４が配置されている。放射部４４の外周面の直径は、上部シャワープレート４２Ｄの直径と等しい。放射部４４は、導波路５３を伝搬したＶＨＦ電力を透過させ、プラズマ空間１０ｕに放射する。

【0027】

上部シャワープレート４２Ｄには、上部電極４２を上下に貫通する複数の貫通孔４２ａが設けられている。反応ガスは、反応ガス供給源６３からガス供給ライン６４を通って天壁１０ａを貫通する貫通孔６５、天壁１０ａと支持プレート４２Ｕとを繋ぐ環状部材６６及び支持プレート４２Ｕを貫通する貫通孔６７を通り、支持プレート４２Ｕのガス拡散室４３に供給される。反応ガスは、ガス拡散室４３に連通する上部シャワープレート４２Ｄの複数の貫通孔４２ａからプラズマ空間１０ｕに放出される。

【0028】

分散板４１は、例えば厚さが１２ｍｍ程度の円盤状の下部シャワープレート４１Ｄを有する。下部シャワープレート４１Ｄは、円盤状の本体部の一例である。更に、分散板４１は、下部シャワープレート４１Ｄを上下に貫通し、処理空間１０ｓへ開口する複数のガス孔４１ｂ（貫通孔）を有する。処理空間１０ｓは、処理容器１０内の基板Ｗを処理する第１空間の一例である。プラズマ空間１０ｕに供給され、プラズマで励起されたガスおよびプラズマ中のラジカル、イオンの活性種は、複数のガス孔４１ｂから処理空間１０ｓへ供給され、基板処理に使用される。

【0029】

［第１実施例のスリット］
図１に加えて図２及び図３を参照しながら説明を続ける。図２は、図１のプラズマ処理装置１００のシャワーヘッド３０とその周辺を示す断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図の一例であり、第１実施例のスリット４６を示す。

【0030】

図１～図３に示すように、下部シャワープレート４１Ｄの外周には、２カ所に流路（拡散路）４１ｃと連通するガス供給口６２が形成されている。下部シャワープレート４１Ｄの中央部４１Ｄ１は、下部シャワープレート４１Ｄの外周部４１Ｄ２に囲まれた領域である。中央部４１Ｄ１の領域にて複数のガス孔４１ｂ及びスリット４６が下部シャワープレート４１Ｄを貫通し、複数のガス孔４１ｂ及びスリット４６以外の空間は、隔壁４５を介して原料ガスが流れる流路４１ｃとなっている。つまり、複数のガス孔４１ｂ及びスリット４６と流路４１ｃとは隔壁４５により仕切られている。隔壁４５は、例えばアルミニウム合金により形成されてもよい。原料ガスは、図１に示すように、原料ガス供給源６０からガス供給ライン６１を通って２分岐し、ガス供給口６２から流路４１ｃ内に供給される。

【0031】

図１及び図２に示すように、下部シャワープレート４１Ｄには複数のガス孔４１ａが設けられている。複数のガス孔４１ａは、分散板４１の流路４１ｃの下部に設けられ、処理空間１０ｓに向けて下向きに開口する。すなわち、複数のガス孔４１ａは、下部シャワープレート４１Ｄの載置台２０に対向する面に開口する。原料ガスは、下部シャワープレート４１Ｄ内の流路４１ｃを流れ、複数のガス孔４１ａから処理空間１０ｓへ供給される。

【0032】

ＡＬＤ法による成膜処理を実行する場合、まず、原料ガスを下部シャワープレート４１Ｄの複数のガス孔４１ａから処理空間１０ｓへ供給する。このとき、ＶＨＦ電力は供給しない。これにより、原料ガスは基板Ｗの表面に化学吸着する。

【0033】

基板Ｗに原料ガスを吸着させた後、処理容器１０内にＮ_２ガス等の不活性ガス（パージガス）を供給することにより処理容器１０内の原料ガスを不活性ガスで置換する。次に、反応ガスを上部シャワープレート４２Ｄの複数の貫通孔４２ａからプラズマ空間１０ｕに供給する。このとき、放射部４４からプラズマ空間１０ｕにＶＨＦ電力が供給され、反応ガスはプラズマ空間１０ｕにてプラズマ化される。プラズマで励起された反応ガスおよびプラズマ中のラジカル、イオンの活性種は、複数のガス孔４１ｂから処理空間１０ｓへ導入される。これにより、基板Ｗ上に吸着した原料ガスを反応ガスにより反応させる。原料ガスがシリコン含有ガス、反応ガスがＮＨ_３ガス又はＮ_２ガスの場合、ＮＨ_３分子の分解により生じたＮＨｘラジカルにより、基板Ｗの表面のシリコン含有ガスが窒化され、基板Ｗ上にシリコン窒化膜が成膜される。

【0034】

複数のガス孔４１ｂは、第１ガス（反応ガス）を第１空間（処理空間１０ｓ）へ供給する複数の第１孔の一例である。第１ガスは反応ガスに加えてプラズマ励起用ガスを含んでもよい。プラズマ励起用ガスはＡｒガス等の不活性ガスであってもよい。

【0035】

下部シャワープレート４１Ｄ内の流路４１ｃは、中央部４１Ｄ１に形成されている拡散路であって、第１ガスとは別の第２ガス（原料ガス）を拡散する拡散路の一例である。また、複数のガス孔４１ａは、流路４１ｃから第１空間（処理空間１０ｓ）へ第２ガスを通す複数の第２孔の一例である。第２ガスは、原料ガスとしてのシリコン含有ガスを含む。シリコン含有ガスは、シラン（ＳｉＨ_４）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２：ＤＣＳ）ガス、又はトリシリルアミン（Ｓｉ_３Ｈ_９Ｎ：ＴＳＡ）ガスであってもよい。第２ガスは原料ガスに加えてアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを含んでもよい。

【0036】

上部電極４２の複数の貫通孔４２ａの直径は、分散板４１の複数のガス孔４１ｂの直径よりも小さい。複数のガス孔４１ｂから反応ガスを処理空間１０ｓへ供給する間、複数の貫通孔４２ａからＡｒガス等の希釈ガスを流すことで、処理空間１０ｓへ供給された反応ガスが複数の貫通孔４２ａへ進入することを抑制することができる。このときの希釈ガスは、反応ガスの進入を抑制するための抑制ガスとしての機能を有する。抑制ガスとしての機能を有する希釈ガスは、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、Ｈ_２ガス又はＯ_２ガスの少なくともいずれかであってよい。

【0037】

制御装置８０は、ＡＬＤ法による成膜等の種々の工程をプラズマ処理装置１００に実行させるコンピュータが実行可能な命令を処理する。制御装置８０は、種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１００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、制御装置８０の一部又は全てがプラズマ処理装置１００に含まれてもよい。制御装置８０は、処理部、記憶部及び通信インターフェースを含んでもよい。制御装置８０は、例えばコンピュータにより実現される。処理部は、記憶部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、記憶部に格納され、処理部によって記憶部から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ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に接続されている通信回線であってもよい。処理部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部は、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は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１００との間で通信を行ってもよい。

【0038】

上部電極４２と分散板４１との間の間隔（プラズマ空間１０ｕの高さ）及び分散板４１と載置台２０との間の間隔（処理空間１０ｓの高さ）は、数ミリから十数ミリである。気層中での活性種の失活を抑制し、ガス置換効率を向上させるために、これらの空間は狭いことが望ましい。この結果、分散板４１の下部シャワープレート４１Ｄは、プラズマからの入熱と載置台２０内のヒータからの熱を受けやすい。下部シャワープレート４１Ｄには多数の孔が設けられており、これらの孔は下部シャワープレート４１Ｄの水平方向の熱伝導に寄与する固体断面積を減らすため、下部シャワープレート４１Ｄの中央部４１Ｄ１の温度は外周部４１Ｄ２の温度よりも上がりやすくなる。その結果、アルミ合金で構成された下部シャワープレート４１Ｄには温度上昇により低下するアルミ合金の強度に対してそれを上回る熱応力が発生し、変形が生じる場合がある。

【0039】

図４は、図３のスリット４６を有しない分散板への熱応力のシミュレーション結果の一例を示す。図４の横軸は円盤状の分散板の中心Ｏを０として径方向の位置を示し、左縦軸は分散板の温度を示し、右縦軸は分散板にかかる応力（熱応力）を示す。

【0040】

分散板の中央部から外周部へ熱が逃げていくため、分散板の温度（計算値）を示す線Ａは、中央部が高く、外周部へ向かって低くなっている。この結果、分散板の熱に対する耐力（温度を代入した補完値）を示す線Ｂは、中央部が低く、外周部へ向かって高くなっている。分散板にかかる応力を示す線Ｃは、中央部の中心Ｏである０ｍｍ付近から径方向に約４０ｍｍの領域にて耐力を示す線Ｂを超え、分散板のアルミ合金の強度（耐力）に対してそれを上回る熱応力が発生し、変形が生じる可能性があることがわかる。

【0041】

（第１実施例）
そこで、本実施形態に係る分散板４１は、図３に示すように、中央部４１Ｄ１に下部シャワープレート４１Ｄを厚さ方向に貫通するスリット４６を有する。スリット４６は、中央部４１Ｄ１の中心Ｏから外周部４１Ｄ２に向かって形成されている。スリット４６は、中央部４１Ｄ１の中心Ｏから放射状に形成されている。スリット４６は、中央部４１Ｄ１の中心Ｏから外周部４１Ｄ２に向かう間に複数に分岐している。

【0042】

図３の第１実施例では、６本のスリット４６が、中央部４１Ｄ１の中心Ｏから６０度の等角度で放射状に形成されているが、これに限らず、６本よりも多い又は６本よりも少ない複数本のスリット４６が等角度で放射状に形成されてもよい。また、第１実施例のスリット４６は、中心Ｏから径方向に等距離伸びた位置において二分岐している。これにより、スリット４６の末端は、周方向にほぼ等間隔に１２本形成される。ただし、分岐の回数は１回に限らず、２回以上であってもよい。また、スリット４６の分岐は二分岐に限らず、三分岐又はそれ以上であってもよい。外周部４１Ｄ２に向かうスリット４６の本数は、段階的に増加してもよい。

【0043】

スリット４６は、中央部４１Ｄ１の中心Ｏを通る軸に対して回転対称に形成されている。３６０／ｎ度回転させると重なるものをｎ回対称という。図３の第１実施例のスリット４６は、６回対称であり、６０度回転させるとほぼ重なる隙間である。

【0044】

第１実施例のスリット４６は、中央部４１Ｄ１に形成された複数のガス孔４１ｂ同士を繋ぐように複数のガス孔４１ｂを横切って下部シャワープレート４１Ｄを厚さ方向に貫通する。第１実施例のスリット４６は、複数のガス孔４１ｂのそれぞれの中心を結ぶように形成されている。複数のガス孔４１ｂの間を結ぶスリット４６は、同一の幅である。第１実施例のスリット４６は、分岐後、三角形の二辺を形成するように複数のガス孔４１ｂを結ぶように形成されているが、分岐後のスリット４６が形成する形状は三角形に限らない。

【0045】

下部シャワープレート４１Ｄにスリット４６を形成することにより、分散板４１の温度分布に応じて、温度が高くなりやすい中央部４１Ｄ１に対して温度が低くなりやすい外周部４１Ｄ２との膨張差による応力が発生しにくくなる。これにより、下部シャワープレート４１Ｄがヒータやプラズマから熱を受けたときに下部シャワープレート４１Ｄに発生する応力を緩和し、分散板４１の熱応力を低減することができる。これにより、分散板４１の垂直方向の変形を抑制することができる。また、温度が高くなるほど分散板４１はスリット４６が狭くなる方向に膨張する。このため、実際の使用環境ではスリット４６の隙間が狭くなり、プラズマ空間１０ｕから処理空間１０ｓに供給する反応ガスの分布などスリット４６が他に与える影響も小さくすることができる。

【0046】

特に、第１実施例のスリット４６は、中央部４１Ｄ１の中心Ｏから外周部４１Ｄ２に向かう隙間であり、中心Ｏから放射状に形成されている。このため、下部シャワープレート４１Ｄの中心Ｏから外周部４１Ｄ２に熱が伝わることをスリット４６が邪魔せず、スリット４６の有無によって下部シャワープレート４１Ｄの温度分布は変わらない。このため、スリット４６の有無によって下部シャワープレート４１Ｄの温度分布に伴って発生する応力は変わらない。よって、入熱による下部シャワープレート４１Ｄの膨張及び収縮に応じてスリット４６の幅が変化することにより、下部シャワープレート４１Ｄに発生する応力を緩和することができる。この結果、分散板４１の垂直方向の変形を抑制することができる。

【0047】

プラズマからの入熱やヒータの熱により下部シャワープレート４１Ｄが膨張及び収縮した状態を測定しておき、スリット４６の幅を膨張の程度に応じて定めてもよい。次に、スリットの幅が同一の第２実施例のスリット４６Ａ及びスリットの幅が異なる第３実施例のスリット４６Ｂについて、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、図２のＡ－Ａ断面図の一例であり、第２実施例のスリット４６Ａを示す。図６は、図２のＡ－Ａ断面図の一例であり、第３実施例のスリット４６Ｂを示す。

【0048】

（第２実施例）
図５の第２実施例のスリット４６Ａは、下部シャワープレート４１Ｄを貫通する隙間であり、中央部４１Ｄ１の中心Ｏから外周部４１Ｄ２に向かって放射状に形成されている。第２実施例のスリット４６Ａは、８回対称であり、４５度回転させると重なる。第２実施例のスリット４６Ａは、複数のガス孔４１ｂを避けて下部シャワープレート４１Ｄを貫通する部分と、複数のガス孔４１ｂを横切って下部シャワープレート４１Ｄを貫通する部分と、を有する。第２実施例のスリット４６Ａは同一の幅を有する。

【0049】

（第３実施例）
図６の第３実施例のスリット４６Ｂは、下部シャワープレート４１Ｄを貫通する隙間であり、中央部４１Ｄ１の中心Ｏから外周部４１Ｄ２に向かって放射状に形成されている。第２実施例のスリット４６Ｂは、８回対称であり、４５度回転させると重なる。第３実施例のスリット４６Ｂは、複数のガス孔４１ｂを避けて下部シャワープレート４１Ｄを貫通する部分と、複数のガス孔４１ｂを横切って下部シャワープレート４１Ｄを貫通する部分と、を有する。

【0050】

第３実施例のスリット４６Ｂは異なる幅を有する。スリット４６Ｂの幅は、中央部４１Ｄ１の中心Ｏから外周部４１Ｄ２に向かって徐々に細くなっている。つまり、第３実施例では中央部４１Ｄ１にて入熱が多いため、スリット４６Ｂの幅を中央部４１Ｄ１は広く、外周部４１Ｄ２は狭くする。

【0051】

このようにスリット４６Ｂの幅は、下部シャワープレート４１Ｄの膨張量を加味して設計してよい。これにより、基板処理時のプラズマやヒータからの入熱による下部シャワープレート４１Ｄの膨張量に従いスリット４６Ｂを塞ぐ又は狭くすることができる。これにより、基板処理時にはスリット４６Ｂが概ね塞がれることによって下部シャワープレート４１Ｄに発生する応力が緩和された状態で複数のガス孔４１ｂから望ましいコンダクタンスのガスを供給することができる。

【0052】

スリット４６Ｂの末端は、複数のガス孔４１ｂの少なくともいずれかに繋がることが好ましい。スリット４６Ｂの末端４６ｅでは応力が集中しやすい。そこで、第３実施例では、８本のスリット４６Ｂのそれぞれの末端４６ｅは、中央部４１Ｄ１の最外周に配置された２つのガス孔４１ｂに繋がっている。これにより、スリット４６Ｂの末端４６ｅにて応力が集中することを回避することができる。

【0053】

なお、スリットは、複数のガス孔４１ｂを横切って下部シャワープレート４１Ｄを貫通する部分と、複数のガス孔４１ｂを避けて下部シャワープレート４１Ｄを貫通する部分と、の少なくともいずれかを有していればよい。

【0054】

（第４実施例）
図７は、図２のＡ－Ａ断面図の一例であり、第４実施例のスリット４６Ｃを示す。第４実施例のスリット４６Ｃは、中心Ｏを通る径方向の線（図７では破線で示す）から角度θだけ傾けて配置される。つまり、第４実施例のスリット４６Ｃは、下部シャワープレート４１Ｄを貫通する隙間であり、中央部４１Ｄ１の中心Ｏを通る径方向の線から所定角度θ傾けて外周部４１Ｄ２に向かって放射状に形成されている。第４実施例のスリット４６Ｃは、６回対称であり、６０度回転させると重なる。第４実施例のスリット４６Ｃは、複数のガス孔４１ｂを避けて下部シャワープレート４１Ｄを厚さ方向に貫通する。

【0055】

６本のスリット４６Ｃのそれぞれの末端４６ｅは、中央部４１Ｄ１の最外周に配置された２つのガス孔４１ｂに繋がっている。これにより、スリット４６Ｃの末端４６ｅにて応力が集中することを回避することができる。

【0056】

スリットの末端にて応力が集中することを回避する他の方法としては、スリットの末端のＲを５～６ｍｍ程度に設計してもよい。

【0057】

（第５実施例）
図８は、図２のＡ－Ａ断面図の一例であり、第５実施例のスリット４６Ｄを示す。第５実施例のスリット４６Ｄは、周方向に円周上に隣り合うガス孔４１ｂ同士を繋ぐように形成され、下部シャワープレート４１Ｄを貫通する隙間である。第５実施例のスリット４６Ｄは、中央部４１Ｄ１の中心Ｏに最も近い位置にて周方向に配置された６つのガス孔４１ｂを２つずつ繋ぐスリット４６Ｄ１が周方向に形成されている。また、中央部４１Ｄ１の中心Ｏに次に近い位置にて周方向に配置された１２のガス孔４１ｂのうちの９つを３つずつ繋ぐスリット４６Ｄ２が周方向に形成されている。スリット４６Ｄ２は、１２のガス孔４１ｂを４つずつ繋いでもよい。スリット４６Ｄ１とスリット４６Ｄ２とは、同心円状に形成されている。下部シャワープレート４１Ｄの中心Ｏから外周部４１Ｄ２への熱伝導にスリット４６Ｄ１及びスリット４６Ｄ２が与える影響を少なくするために、スリット４６Ｄ１は周方向に配置されたガス孔４１ｂのうち隣接するガス孔４１ｂの一部には形成されていない。スリット４６Ｄ２も同様に周方向に配置されたガス孔４１ｂのうち隣接するガス孔４１ｂの一部には形成されていない。例えば、図８の例では、スリット４６Ｄ１は周方向に一つ置きに隣接するガス孔４１ｂは繋がれていない。ただし、スリット４６Ｄ１及びスリット４６Ｄ２の配置は、図８に示す例に限られない。第５実施例においてもスリット４６Ｄ１及びスリット４６Ｄ２は、中心Ｏを通る軸に対して回転対称に形成されている。図８の例では、スリット４６Ｄ１及びスリット４６Ｄ２は３回対称であり、１２０度回転させるとほぼ重なる隙間である。

【0058】

図８には図示していないが、中央部４１Ｄ１の領域において、中央部４１Ｄ１の中心Ｏに対して同心円状にスリット４６Ｄ１及びスリット４６Ｄ２の外側に他のスリット４６Ｄを形成してもよい。これによっても、下部シャワープレート４１Ｄの応力を緩和し、分散板４１の熱応力を低減することができる。これにより、分散板４１の垂直方向の変形を抑制することができる。

【0059】

［その他］
図３、図５～図８に示すように、下部シャワープレート４１Ｄは、中央部４１Ｄ１と中央部４１Ｄ１を囲む外周部４１Ｄ２を有する。複数の孔やスリットは中央部４１Ｄ１に設けられ、外周部４１Ｄ２には設けられていない。つまり、外周部４１Ｄ２は環状であり、下部シャワープレート４１Ｄを厚み方向に貫通するスリット４６、４６Ａ～４６Ｄを有する中央部４１Ｄ１の外周に連続して形成され、中央部４１Ｄ１と一体となって分散板４１を構成している。

【0060】

中央部４１Ｄ１の半径と、外周部４１Ｄ２の径方向の幅との比は、１：０．０５～１：０．５である。このように中央部４１Ｄ１に対して外周部４１Ｄ２の領域を広く設計することにより、中央部４１Ｄ１から外周部４１Ｄ２までの温度分布が緩やかになる。これにより、スリット４６、４６Ａ～４６Ｄによって下部シャワープレート４１Ｄの応力を効率的に緩和し、分散板４１の熱応力を低減することができる。

【0061】

以上では、分散板４１にスリット４６を設ける例を説明したが、これに限らない。図１の分散板４１及び上部電極４２の少なくともいずれかにスリット４６を設けてもよい。また、図１のシャワーヘッド３０は、上部電極４２を有しなくてもよい。

【0062】

また、スリット４６と流路４１ｃとは隔壁４５により隔離されている。これにより、スリット４６が原料ガスの供給に影響を与えない構造となっている。

【0063】

以上に説明したように、分散板４１にスリットを設けることにより、分散板４１の温度が高くなりやすい中央部４１Ｄ１の中心部の膨張に対して温度が低くなりやすい外周部４１Ｄ２との膨張差による応力が発生しにくくなる。また分散板４１はスリットが狭くなる方向に膨張するため、実際の使用環境ではスリットの隙間が狭くなり、スリット自体が他に与える影響も小さくすることができる。これにより、温度上昇により下部シャワープレート４１Ｄの強度が低下するために発生する応力で分散板４１が塑性変形することを避けるために、載置台２０と分散板４１との距離を広げる必要が無くなる。また、分散板４１が塑性変形することを避けるために、基板処理時に処理温度を高くできなかったり、プラズマ生成用の高周波電力を高くできなかったりする等の制約を排除することができる。これにより、生産性向上のための基板処理装置の小容量化、ＶＨＦ又はＵＨＦの利用と投入電力の増大による堆積高速化などの効果を制限せずに、分散板４１を配置することによるプラズマ均一性制御、イオンフラックス制御等の効果を期待することができる。

【0064】

今回開示された実施形態に係る分散板、ガス供給機構及び基板処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0065】

上記実施形態では、ガス供給孔として機能する複数の孔を有する分散板４１にスリット４６、４６Ａ～４６Ｄを設けたが、これに限らない。例えば、スリット４６、４６Ａ～４６Ｄは、複数の孔を有し、上部の電極との間に発生するプラズマの制御を目的とする中間電極、グランド電極、イオンカットフィルタ、イオントラップに適用することができる。また、複数の孔を有し、熱又は光の制御を目的とする遮熱板、遮蔽版、吸収板、反射板等に適用してもよい。

【符号の説明】

【0066】

１０ 処理容器
１０ｕ プラズマ空間
１０ｓ 処理空間
２０ 載置台
３０ シャワーヘッド
４１ 分散板
４１ａ ガス孔
４１ｂ ガス孔（貫通孔）
４１ｃ 流路
４１Ｄ 下部シャワープレート
４２ 上部電極
４２ａ 貫通孔
４２Ｄ 上部シャワープレート
４４ 放射部
４６、４６Ａ～４６Ｄ スリット
８０ 制御装置
１００、１００ａ プラズマ処理装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】