特開 2025-97711 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】P2025097711

(43)【公開日】2025-07-01

(54)【発明の名称】基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20250624BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20250624BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20250624BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101B

H01L21/31 C

C23C16/455

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023214058

(22)【出願日】2023-12-19

(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】溝井 公亮

(72)【発明者】

【氏名】友部 卓也

(72)【発明者】

【氏名】櫛引 伶矢

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 純

【テーマコード（参考）】

4K030

5F004

5F045

【Ｆターム（参考）】

4K030EA03

4K030EA06

4K030FA03

4K030GA02

4K030JA03

5F004AA01

5F004BA09

5F004BB12

5F004BB13

5F004BB28

5F004CA06

5F045AA08

5F045BB02

5F045DP03

5F045EF05

5F045EH14

(57)【要約】

【課題】ガスの切り替え時間を短くすることで、基板処理の効率化を促すことができる技術を提供する。
【解決手段】基板処理装置は、基板を収容する内部空間を有する処理容器と、前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、前記処理容器に設けられ、前記内部空間に前記ガスを供給するシャワーヘッドと、を備える。前記シャワーヘッドは、前記ガス供給部により供給された前記ガスを拡散するガス拡散室と、前記内部空間と前記ガス拡散室とを連通する複数のガス孔と、を有する。前記拡散室の前記シャワーヘッドの厚み方向に沿った高さが０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲に設定されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を収容する内部空間を有する処理容器と、
前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器に設けられ、前記内部空間に前記ガスを供給するシャワーヘッドと、を備える基板処理装置であって、
前記シャワーヘッドは、前記ガス供給部により供給された前記ガスを拡散するガス拡散室と、前記内部空間と前記ガス拡散室とを連通する複数のガス孔と、を有し、
前記ガス拡散室の前記シャワーヘッドの厚み方向に沿った高さが０．１～５ｍｍの範囲に設定されている、
基板処理装置。

【請求項2】

前記シャワーヘッドは、水平方向に沿って前記ガス拡散室を区画した複数の領域と、前記複数の領域の各々に前記ガスを流入させる複数のガス流路と、を有し、
前記複数の領域の前記シャワーヘッドの厚み方向に沿った高さが全て０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲に設定されている、
請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記シャワーヘッドは、平面視で円形状に形成され
前記複数の領域の各々に連通する前記複数のガス流路の連通路は、前記シャワーヘッドの同じ半径距離の周方向に沿って３つ以上設けられる、
請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記複数のガス流路の各々は、前記シャワーヘッドの厚み方向と直交する方向に延在し、分岐点において分岐することで３つ以上の前記連通路にそれぞれ連通する横通路を備え、
前記横通路は、前記分岐点で分岐した部分の相互の長さが均等であり、かつ対称形状である、
請求項３に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記シャワーヘッドに前記ガスを供給する配管を備え、
前記配管の配管径は、３／８ｉｎｃｈ以下である、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、処理容器（真空容器）に設けられたシャワーヘッド（電極体）から処理容器の内部空間にガスを供給してプラズマを生成する基板処理装置（表面処理装置）が開示されている。この種の基板処理装置は、シャワーヘッドから供給するガスの種類を適宜のタイミングで切り替えることにより、処理容器に収容した基板に対して所望の基板処理を施すことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８－３２５７５９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、簡単な構成によりガスの切り替え時間を短くして、処理の効率化を促進できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によれば、基板を収容する内部空間を有する処理容器と、前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、前記処理容器に設けられ、前記内部空間に前記ガスを供給するシャワーヘッドと、を備える基板処理装置であって、前記シャワーヘッドは、前記ガス供給部により供給された前記ガスを拡散するガス拡散室と、前記内部空間と前記ガス拡散室とを連通する複数のガス孔と、を有し、前記ガス拡散室の前記シャワーヘッドの厚み方向に沿った高さが０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲に設定されている、基板処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一態様によれば、ガスの切り替え時間を短くすることで、基板処理の効率化を促すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るプラズマ処理装置を有するプラズマ処理システムの全体構成を概略的に示す図である。

【図2】ガス供給部およびシャワーヘッドの一部を概略的に示す図である。

【図3】シャワーヘッドを示す断面図である。

【図4】シャワーヘッドのガス流路を示す断面図である。

【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】

まず実施形態に係る基板処理装置であるプラズマ処理装置１を有するプラズマ処理システムの構成例について、図１を参照しながら説明する。

【0010】

プラズマ処理システムは、容量結合プラズマ処理装置１および制御部２を含む。容量結合プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０および排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１およ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５０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５０は、基板支持部１１の上方に配置される。実施形態において、シャワーヘッド５０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５０、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａおよび基板支持部１１により規定された内部空間であるプラズマ処理空間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つのガス排気口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド５０および基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。

【0011】

基板支持部１１は、本体部１１１およびリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウエハ）Ｗを支持するための基板支持面１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面１１１ｂとを有する。本体部１１１のリング支持面１１１ｂは、平面視で本体部１１１の基板支持面１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の基板支持面１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の基板支持面１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１のリング支持面１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台および静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１または複数の環状部材を含む。１または複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、リングアセンブリ１１２およ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、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間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。

【0012】

シャワーヘッド５０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５０は、少なくとも１つの導入接続部５５、ガス拡散室５４、および複数のガス孔５１３を有する。導入接続部５５に供給された処理ガスは、ガス拡散室５４を通過して複数のガス孔５１３からプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド５０は、導電性部材を含む。シャワーヘッド５０の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド５０に加えて、側壁１０ａに形成された１または複数の開口部に取り付けられる１または複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

【0013】

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１および少なくとも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５０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また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またはパルス化する１またはそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

【0014】

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、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材および／またはシャワーヘッド５０の導電性部材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また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信号を基板支持部１１の導電性部材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。

【0015】

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａおよび第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基板支持部１１の導電性部材および／またはシャワーヘッド５０の導電性部材に結合され、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、１３ＭＨｚ～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または複数のソースＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材および／またはシャワーヘッド５０の導電性部材に供給される。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基板支持部１１の導電性部材に結合され、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。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号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、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚ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または複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0016】

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および第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、基板支持部１１の導電性部材に接続され、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、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、シャワーヘッド５０の導電性部材に接続され、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、シャワーヘッド５０の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１および第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。なお、第１および第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。

【0017】

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気口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁およ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、ドライポンプまたはこれらの組み合わせを含んでもよい。

【0018】

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の一部また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、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、および通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、また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。

【0019】

次に、以上のプラズマ処理装置１において、プラズマ処理チャンバ１０に処理ガスを供給するガス供給部２０およびシャワーヘッド５０の構成について、図２を参照しながら具体的に説明する。

【0020】

ガス供給部２０は、複数のガスソース２１の各々に接続される複数の流量制御器２２を内部に収容したガスボックス２３を備える。また、ガス供給部２０は、ガスボックス２３の２次側に接続される上流配管２４と、上流配管２４に接続されるフロースプリッタ（分流器）２６と、フロースプリッタ２６の２次側に接続される第１下流配管２７、第２下流配管２８および第３下流配管２９を有する。また、上流配管２４には、当該上流配管２４の流路を開閉するバルブ２４ｖが設けられている。

【0021】

上流配管２４は、ガスボックス２３の内部において各流量制御器２２に接続されている。上流配管２４は、バルブ２４ｖの開放状態で各流量制御器２２のうち少なくとも１つの流量制御器２２から処理ガスを供給する一方で、バルブ２４ｖの閉塞状態で処理ガスの供給を遮断する。

【0022】

フロースプリッタ２６は、上流配管２４と、第１下流配管２７、第２下流配管２８および第３下流配管２９との間に設けられる。フロースプリッタ２６は、上流配管２４から流入する処理ガスを、適宜の配分で第１下流配管２７、第２下流配管２８、および第３下流配管２９に分流させる。

【0023】

第１下流配管２７、第２下流配管２８および第３下流配管２９は、プラズマ処理チャンバ１０のシャワーヘッド５０の導入接続部５５に接続され、導入接続部５５を介してシャワーヘッド５０に設定された複数（３つ）の領域の各々にガスを供給する。詳細には、シャワーヘッド５０は、当該シャワーヘッド５０の中心から半径方向外側に向かって、中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３を有している。中央領域Ｒ１は、平面視で正円形状の領域であり、基板支持部１１に載置される基板Ｗの中央付近に対向する。外周領域Ｒ２は、中央領域Ｒ１の外側を周回する円環形状の領域であり、基板支持部１１に載置される基板Ｗの外周付近およびリングアセンブリ１１２に対向する。最外周領域Ｒ３は、外周領域Ｒ２のさらに外側を周回する円環形状の領域であり、基板支持部１１よりも半径方向外側の部位（排気溝、ガス排気口１０ｅ等）に対向する。

【0024】

シャワーヘッド５０は、ガス拡散室５４の一連の空間の半径方向に沿って中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３を設定しており、相互に独立した複数のガス流路５２２を中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３にそれぞれ接続にしている。つまり、中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３は、ガス拡散室５４を空間的に隔離（区画）しているわけではなく、複数のガス流路５２２の接続位置に応じて便宜的に設定した領域である。なお、シャワーヘッド５０は、図示しない隔壁等に中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３を空間的に隔離した構成でもよい。

【0025】

第１下流配管２７は、導入接続部５５を介してシャワーヘッド５０の中央領域Ｒ１にメインの処理ガスを供給する。第２下流配管２８は、導入接続部５５を介してシャワーヘッド５０の外周領域Ｒ２にメインの処理ガスを供給する。第３下流配管２９は、導入接続部５５を介してシャワーヘッド５０の最外周領域Ｒ３にガスを供給する。

【0026】

上流配管２４の配管径は、例えば、３／８ｉｎｃｈ以下に設定するとよく、一層好ましくは、１／４ｉｎｃｈ以下に設定するとよい。実施形態に係る上流配管２４の配管径は、１／４ｉｎｃｈに設定している。また、上流配管２４の配管長は、第１下流配管２７の配管長、第２下流配管２８および第３下流配管２９の配管長よりも充分に長い。このような設定により、ガス供給部２０は、メインの処理ガスを供給する配管全体の容積を一層小さくでき、複数種類の処理ガスを切り替える場合に、処理ガスの切り替えにかかる時間を短くすることが可能となる。なお、ガス供給部２０は、上流配管２４に加えて、第１下流配管２７、第２下流配管２８および第３下流配管２９の配管径についても、３／８ｉｎｃｈ以下としてよく、さらに１／４ｉｎｃｈ以下としてもよい。これにより、処理ガスの切り替えにかかる時間をより短くできる。

【0027】

そして、ガス供給部２０は、ガスボックス２３からフロースプリッタ２６までの上流配管２４の配管長を、従来の配管長よりも短くしている。配管長の短縮は、例えば、ガスボックス２３をプラズマ処理チャンバ１０に近接した位置に配置する、配管の配策を直線状にする等して実現できる。この結果、ガス供給部２０は、ガスの配管全体としての容積を一層小さくすることが可能となる。

【0028】

また、従来は、図２中の点線および符号２７'に示すように、中央領域Ｒ１に連なる第１下流配管２７に関して２つに分岐する分岐配管としていた。実施形態に係る第１下流配管２７は、分岐配管とせずに１つの配管のみとすることで、当該第１下流配管２７（ひいては配管全体）の容積をより一層小さくしている。

【0029】

次に、シャワーヘッド５０の具体的な構成について、図３を参照しながら説明していく。シャワーヘッド５０は、複数の部材を積層した積層構造を呈している。複数の部材としては、プラズマ処理空間１０ｓに露出されるシャワープレート５１、シャワープレート５１の上面に積層される拡散プレート５２、および拡散プレート５２の上面に積層されるクーリングプレート５３があげられる。なお、シャワーヘッド５０の積層構造は、これらのプレートのみに限定されず、別の層（プレート等）を備えてよい。

【0030】

シャワープレート５１は、平面視で正円形状を呈している。また、シャワープレート５１は、側面断面視で円環形状の外周部５１１と、外周部５１１の内側においてプラズマ処理空間１０ｓの天井面を形成する底部５１２と、を有する扁平な凹形状に形成されている。シャワーヘッド５０は、このシャワープレート５１の凹部５１ｃに拡散プレート５２を配置している。シャワープレート５１の底部５１２には、複数のガス孔５１３が形成されている。複数のガス孔５１３は、シャワーヘッド５０の中心から半径方向外側に向かって環状またはマトリックス状に配列されている。

【0031】

拡散プレート５２は、平面視で、シャワープレート５１よりもひと回り小さい正円形状を呈している。拡散プレート５２は、外周付近に設けられるシール部材５６を介して、シャワープレート５１の底部５１２に気密に設置される。この拡散プレート５２は、複数の部材を拡散接合等の接合手段によって一体的な部材に形成したものであってよい。あるいは、拡散プレート５２は、３次元造形装置により連続した部材に形成されてもよい。

【0032】

拡散プレート５２は、シャワープレート５１の底部５１２に接触する第１面５２ｓ１と、第１面５２ｓ１の反対側の面でありクーリングプレート５３に接触する第２面５２ｓ２と、を有する。そして、拡散プレート５２は、シャワープレート５１との間にガス拡散室５４を形成するための拡散用凹部５２１を、第１面５２ｓ１に有する。

【0033】

さらに、拡散プレート５２は、拡散用凹部５２１の中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２および最外周領域Ｒ３に対応する各位置にそれぞれ連通する複数のガス流路５２２を有する。詳細には、各ガス流路５２２は、中央領域Ｒ１の底面（図３では天面）に連通する中央領域流路５２３、外周領域Ｒ２の底面に連通する外周領域流路５２４、および最外周領域Ｒ３の底面に連通する最外周領域流路５２５を含む。

【0034】

中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５は、拡散プレート５２の厚み方向の中間層から上層（第２面５２ｓ２側）にわたって形成され、相互に離隔している。中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５は、中間層において水平方向に延在する横通路５２３ａ、５２４ａ、５２５ａと、横通路５２３ａ、５２４ａ、５２５ａから各拡散用凹部５２１に連通する連通路５２３ｏ、５２４ｏ、５２５ｏ（図４も参照）と、をそれぞれ有する。また、中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５は、上層の拡散プレート５２の中央付近において厚み方向に延在する縦通路５２３ｉ、５２４ｉ、５２５ｉ（図４も参照）をそれぞれ有する。これら中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５の具体的な形状は、後に詳述する。

【0035】

拡散プレート５２の第２面５２ｓ２の中心には、導入接続部５５が連結されている。導入接続部５５は、中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５の各々に連通する複数の導入路５５１を内部に有する円筒形状に形成されている。導入接続部５５の外周面には、各導入路５５１に連通すると共に、ガス供給部２０の第１下流配管２７、第２下流配管２８、第３下流配管２９を接続するための複数のポート５５２が設けられている。

【0036】

具体的には、導入路５５１ａおよびポート５５２ａは、第１下流配管２７と中央領域流路５２３とを連通する。したがって、シャワーヘッド５０は、第１下流配管２７から供給された処理ガスを、拡散プレート５２の中央領域流路５２３、ガス拡散室５４の中央領域Ｒ１の順に流通させる。さらに、シャワーヘッド５０は、ガス拡散室５４の中央領域Ｒ１で拡散した処理ガスを、シャワープレート５１の各ガス孔５１３からプラズマ処理空間１０ｓに吐出する。

【0037】

導入路５５１ｂおよびポート５５２ｂは、第２下流配管２８と外周領域流路５２４とを連通する。したがって、シャワーヘッド５０は、第２下流配管２８から供給された処理ガスを、拡散プレート５２の外周領域流路５２４、ガス拡散室５４の外周領域Ｒ２の順に流通させる。さらに、シャワーヘッド５０は、ガス拡散室５４の外周領域Ｒ２で拡散した処理ガスを、シャワープレート５１の各ガス孔５１３からプラズマ処理空間１０ｓに吐出する。

【0038】

導入路５５１ｃおよびポート５５２ｃは、第３下流配管２９と最外周領域流路５２５とを連通する。したがって、シャワーヘッド５０は、第３下流配管２９から供給された処理ガスを、拡散プレート５２の最外周領域流路５２５、最外周領域Ｒ３の順に流通させる。さらに、シャワーヘッド５０は、ガス拡散室５４の最外周領域Ｒ３で拡散したガスを、シャワープレート５１の各ガス孔５１３からプラズマ処理空間１０ｓに吐出する。

【0039】

以上のシャワープレート５１および拡散プレート５２のうちいずれか一方または両方は、電源３０からソースＲＦ信号、バイアスＲＦ信号等が供給されることで、プラズマを生成する導電性部材（上部電極）に構成される。このため例えば、シャワープレート５１および拡散プレート５２は、導電性を有する材料により形成される。導電性を有する材料の一例としては、炭素（Ｃ：グラファイト等）、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、アルミニウム（Ａｌ）またはこれらの材料を組み合わせたもの等があげられる。

【0040】

一方、クーリングプレート５３は、導入接続部５５を挿通可能な貫通孔を有する円環形状に形成されている。クーリングプレート５３は、シャワープレート５１の外周部５１１および拡散プレート５２の第２面５２ｓ２を覆うように積層される。クーリングプレート５３は、冷媒流路を内部に備える。

【0041】

冷却構造５３１の冷媒流路は、円周方向に延びる渦巻き状または環状等に形成されている。また、冷却構造５３１は、プラズマ処理チャンバ１０の外部に図示しないチラーユニットを備え、チラーユニットから冷媒流路に低温の冷媒を供給および排出して、当該冷媒を循環させる。冷媒としては、冷却水やガルデン（登録商標）等が用いられる。これにより、クーリングプレート５３には、プラズマの入熱により高温となるシャワープレート５１および拡散プレート５２を冷却できる。

【0042】

クーリングプレート５３は、シャワープレート５１および拡散プレート５２を冷却するために、熱伝導率が高い材料により形成されることが好ましい。このクーリングプレート５３の材料としては、例えば、陽極酸化処理が施されたアルミニウムやアルミニウム合金等があげられる。

【0043】

プラズマ処理チャンバ１０は、図示しない絶縁部材を介して、上記のシャワーヘッド５０（シャワープレート５１、拡散プレート５２およびクーリングプレート５３の積層構造）を側壁１０ａの上端に保持している。シャワープレート５１と拡散プレート５２の積層状態により、拡散用凹部５２１は、ガス拡散室５４をその境界部に形成する。

【0044】

そして、実施形態に係るシャワーヘッド５０は、プラズマ処理空間１０ｓに供給する複数種類のガスの切り替えを迅速化するために、ガス拡散室５４の容積を可及的に小さくしている。具体的には、シャワーヘッド５０は、ガス拡散室５４の高さＨ（シャワーヘッド５０の厚み方向に沿った高さ）を、０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲に設定している。これにより、ガス拡散室５４は、複数種類のガスの切り替えにかかる時間の短縮化と、室内に流入したガスの拡散性とを両立することが可能となる。なお、ガス拡散室５４は、上記したように拡散プレート５２の拡散用凹部５２１により形成されるため、ガス拡散室５４の高さＨは拡散用凹部５２１の深さに相当する。

【0045】

つまり、ガス拡散室５４の高さＨが５ｍｍ以下であることで、ガス拡散室５４の容積を従来に比べて充分に小さくできる。仮に、ガス拡散室５４の高さＨが５ｍｍよりも大きい（高い）場合には、ガス拡散室５４の全体の容積が大きくなり、複数種類のガスの切り替えにかかる時間が増加する。したがって、ガス拡散室５４の高さＨの上限は、５ｍｍ以下に限らず、ガスの高速切り替えを図るために、４ｍｍ以下とすることがより好ましく、３ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

【0046】

また、ガス拡散室５４の高さＨの下限である０．１ｍｍは、拡散プレート５２に拡散用凹部５２１を切削加工する場合などの加工限界の寸法である。つまり、ガス拡散室５４の高さが低くければ低い程、ガス拡散室５４の容積が小さくなりガスの高速切り替えが促進されるが、０．１ｍｍ未満の深さの底面を面方向に沿って均一に加工することは困難と言える。ただし好ましくは、各ガス拡散室５４の高さＨは、各ガス孔５１３の直径以上に設定するとよい。例えば、ガス孔５１３の直径が０．５ｍｍの場合には、各ガス拡散室５４の高さＨを０．５ｍｍ以上に設定する。これにより、各ガス流路５２２から各ガス拡散室５４に流入したガスが、それぞれの室内において充分に拡散されないまま、各ガス孔５１３から吐出されることをより確実に抑制できる。各ガス拡散室５４の高さＨの下限についてまとめると、基本的には０．１ｍｍ以上であるが、これに限らず、０．３ｍｍ以上とすることが好ましく、０．５ｍｍ以上とすることがより好ましく、１．０ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。

【0047】

実施形態に係るガス拡散室５４の中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３の高さＨは相互に同一に設定している。あるいは、中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３の各高さは、相互に異なってもよい。例えば、中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３に向かって高さを順に高くすることで、プラズマ処理空間１０ｓの中央領域Ｒ１付近からガスを先に切り替えるようにしてもよい。その後、外周領域Ｒ２付近、最外周領域Ｒ３付近の順にガスが切り替わることで、前のガスの滞留抑制を期待することができる。あるいは、中央領域Ｒ１から最外周領域Ｒ３に向かって高さを順に低くすることで、プラズマ処理空間１０ｓの最外周領域Ｒ３付近からガスを先に切り替えるようにしてもよい。

【0048】

なお、ガス拡散室５４の容積を小さくした場合に、ガス拡散室５４におけるガスの拡散性が低下する懸念がある。そのため、実施形態に係るプラズマ処理装置１は、拡散プレート５２の各ガス流路５２２において、ガスを３つ以上に分流し、同じ半径距離の周方向に設けられた３つ以上のガス流路５２２からガス拡散室５４にガスを流入させる構成としている。以下、この拡散プレート５２の各ガス流路５２２の構成について図４を参照しながら説明する。

【0049】

なお、図４において、黒塗りの丸は、導入接続部５５に連通する各ガス流路５２２（中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５）の縦通路５２３ｉ、５２４ｉ、５２５ｉが形成された位置である。また、白塗りの丸は、各ガス拡散室５４に連通する各ガス流路５２２（中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５）の連通路５２３ｏ、５２４ｏ、５２５ｏが形成された位置である。つまり、導入接続部５５から拡散プレート５２に供給されたガスは、黒丸から白丸に向かって流れる。

【0050】

また、上記したように、シャワーヘッド５０は、中心から半径方向外側に向かって順に、中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２および最外周領域Ｒ３を設定している。このため、拡散プレート５２は、中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３の各々に連通するように、中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５を配策している。

【0051】

中央領域流路５２３の横通路５２３ａは、中心の縦通路５２３ｉの分岐点５２３ｊから４方向（図４のダイアゴナル方向）に分岐して略同じ長さで延在し、中央領域Ｒ１に連通する４つの連通路５２３ｏに至っている。中心の縦通路５２３ｉから４つの連通路５２３ｏまでの各流路長は、概ね一致している。また、分岐点５２３ｊで４つに分岐した分岐後のデザインも、相互に略対称形状となっている。

【0052】

外周領域流路５２４の横通路５２４ａは、中心の縦通路５２４ｉから図４の右側に短く延在した位置の第１分岐点５２４ｊ１において２方向（図４の略上下方向）に分岐する。さらに、横通路５２３ａは、それぞれ上下かつ円弧形状に略同じ長さ蛇行した各第２分岐点５２４ｊ２において、２方向（図４の略左右方向）に分岐する。そして、横通路５２４ａは、各第２分岐点５２４ｊ２から左右かつ円弧形状に略同じ長さで延在し、外周領域Ｒ２に連通する４つの連通路５２４ｏに至っている。中心の縦通路５２４ｉから４つの連通路５２４ｏまでの各流路長は、概ね一致している。また、第１分岐点５２４ｊ１で２つに分岐した分岐形状および各第２分岐点５２４ｊ２で２つに分岐した分岐後のデザインも、相互に略対称形状となっている。

【0053】

最外周領域流路５２５の横通路５２５ａは、中心の縦通路５２５ｉから図４の左側に延在した位置の第１分岐点５２５ｊ１において２方向（図４の略上下方向）に分岐する。さらに、横通路５２５ａは、それぞれ上下かつ円弧形状に略同じ長さ蛇行した各第２分岐点５２５ｊ２において、２方向（図４の略左右方向）に分岐する。そして、横通路５２５ａは、各第２分岐点５２５ｊ２から左右かつ円弧形状に略同じ長さで延在し、最外周領域Ｒ３に連通する４つの連通路５２５ｏに至っている。中心の縦通路５２５ｉから４つの連通路５２５ｏまでの各流路長は、概ね一致している。また、第１分岐点５２５ｊ１で２つに分岐した分岐形状および各第２分岐点５２５ｊ２で２つに分岐した分岐のデザインも、相互に略対称形状となっている。

【0054】

このように、中央領域流路５２３、外周領域流路５２４および最外周領域流路５２５は、拡散プレート５２の内部において４つに分岐することで、流入したガスを均等的に４つに分流できる。中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３には、同じ周方向上において等間隔に離れた４つの連通路５２３ｏ、５２４ｏ、５２５ｏから均等にガスが流入する。よって、ガス拡散室５４では、中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３においてそれぞれ４箇所に分流されたガスを拡散することになり、ガスを円滑かつ迅速に拡散できる。

【0055】

以上のように、実施形態にプラズマ処理装置１は、各ガス拡散室５４のシャワーヘッド５０の厚み方向に沿った高さが０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲に設定されているという簡単な構成によって、ガスの切り替え時間を短くして、処理の効率化を促進できる。特に、シャワーヘッド５０は、ガス拡散室５４を複数の領域に区画してそれぞれにガスを流すことで、各ガス拡散室５４の高さＨが低い場合でも、ガスの拡散性を維持しながら、複数種類のガスの高速切り替えを実現することが可能となる。

【0056】

また、シャワーヘッド５０は、複数のガス流路５２２の連通路５２３ｏ、５２４ｏ、５２５ｏを、シャワーヘッド５０の同じ半径距離の周方向に沿って３つ以上備える。これにより、各ガス拡散室５４の高さＨが低い場合（０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲）でも、各ガス拡散室５４に流入する前に各ガス流路５２２にて予めガスを拡散でき、各ガス拡散室５４の拡散性をより高めることができる。

【0057】

さらに、複数のガス流路５２２の各連通路５２３ｏ、５２４ｏ、５２５ｏにそれぞれ連通する横通路５２３ａ、５２４ａ、５２５ａの分岐点で分岐した部分の相互の長さが均等であり、かつ対称形状である。これにより、横通路５２３ａ、５２４ａ、５２５ａは、ガス拡散室５４に対して処理ガスを均等に分散させることが可能となり、ガスの拡散性を高め、エッチングレートの均一化等を促すことができる。

【0058】

またさらに、シャワーヘッド５０にガスを供給する上流配管２４、第１下流配管２７、第２下流配管２８、第３下流配管２９のうち１つ以上の配管径が３／８ｉｎｃｈ以下である。これにより、プラズマ処理装置１は、配管内の流路の容積も小さくでき、配管を流通するガスについても一層迅速に切り替えることが可能となる。

【0059】

なお、本開示に係る基板処理装置（プラズマ処理装置１）は、上記に限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、シャワーヘッド５０は、ガス拡散室５４を３つの領域（中央領域Ｒ１、外周領域Ｒ２、最外周領域Ｒ３）に分けた構成としたが、これに限らず、１つまたは２つの領域、あるいは４つ以上の領域に分けた構成でもよい。また実施形態において、シャワーヘッド５０は、ガス拡散室５４の各領域にそれぞれ４つの連通路５２３ｏ、５２４ｏ、５２５ｏを接続した構成としたが、これに限らず、３つの連通路、または５つ以上の連通路を接続した構成でもよい。あるいは、各連通路５２３ｏ、５２４ｏ、５２５ｏの数は、相互に異なってもよい。

【0060】

以上に開示された実施形態は、例えば、以下の態様を含む。
［付記１］
基板を収容する内部空間を有する処理容器と、
前記処理容器にガスを供給するガス供給部と、
前記処理容器に設けられ、前記内部空間に前記ガスを供給するシャワーヘッドと、を備える基板処理装置であって、
前記シャワーヘッドは、前記ガス供給部により供給された前記ガスを拡散するガス拡散室と、前記内部空間と前記ガス拡散室とを連通する複数のガス孔と、を有し、
前記ガス拡散室の前記シャワーヘッドの厚み方向に沿った高さが０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲に設定されている、
基板処理装置。
［付記２］
前記シャワーヘッドは、水平方向に沿って前記ガス拡散室を区画した複数の領域と、前記複数の領域の各々に前記ガスを流入させる複数のガス流路と、を有し、
前記複数の領域の前記シャワーヘッドの厚み方向に沿った高さが全て０．１ｍｍ～５ｍｍの範囲に設定されている、
付記１に記載の基板処理装置。
［付記３］
前記シャワーヘッドは、平面視で円形状に形成され
前記複数の領域の各々に連通する前記複数のガス流路の連通路は、前記シャワーヘッドの同じ半径距離の周方向に沿って３つ以上設けられる、
付記２に記載の基板処理装置。
［付記４］
前記複数のガス流路の各々は、前記シャワーヘッドの厚み方向と直交する方向に延在し、分岐点において分岐することで３つ以上の前記連通路にそれぞれ連通する横通路を備え、
前記横通路は、前記分岐点で分岐した部分の相互の長さが均等であり、かつ対称形状である、
請求項３に記載の基板処理装置。
［付記５］
前記シャワーヘッドに前記ガスを供給する配管を備え、
前記配管の配管径は、３／８ｉｎｃｈ以下である、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【0061】

今回開示された実施形態に係る基板処理装置（プラズマ処理装置１）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。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形およ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。

【0062】

本開示の基板処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。また、本開示の基板処理装置は、ガスを内部空間に供給する一方で、プラズマを生成しない処理容器を有する装置であってもよい。

【符号の説明】

【0063】

１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
２０ ガス供給部
５０ シャワーヘッド
５１３ ガス孔
５４ ガス拡散室
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】