(57)【要約】半導体製造装置のチャンバー内においてウエハ保持体に対向して設けられるシャワーヘッドであって、板状のセラミックス基体と、セラミックス基体を厚み方向に貫通する複数の貫通孔と、セラミックス基体をウエハ保持体に対向する面側から見た複数のゾーン内にそれぞれ埋設された高周波用の複数の導電体とを、備える。
2018190218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置のチャンバー内においてウエハ保持体に対向して設けられるシャワーヘッドであって、
板状のセラミックス基体と、
前記セラミックス基体を厚み方向に貫通する複数の貫通孔と、
前記セラミックス基体を前記ウエハ保持体に対向する面側から見た複数のゾーン内にそれぞれ埋設された高周波用の複数の導電体とを、備えたシャワーヘッド。
【請求項２】
前記複数の導電体は、前記セラミックス基体の前記厚み方向において異なる位置にそれぞれ埋設されている、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記セラミックス基体の前記厚み方向において前記複数の導電体のうち少なくとも1つとは異なる位置に埋設され、前記少なくとも1つの導電体と電気的に接続された引出回路と、前記セラミックス基体の周縁部に配置され、前記引出回路を介して前記少なくとも1つの導電体と電気的に接続された端子部と、をさらに有する、請求項１又は請求項２に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記セラミックス基体に埋設された抵抗発熱体をさらに有する、
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記抵抗発熱体は、前記複数の導電体の少なくとも一つと前記セラミックス基体の前記厚み方向において異なる位置に埋設されている、請求項４に記載のシャワーヘッド
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シャワーヘッドに関する。本出願は、２０１７年４月１４日出願の日本出願２０１７-０８０３１０号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩなどの半導体デバイスを製造する半導体製造装置では、チャンバー内に搭載したサセプタとも称するウエハ保持体に半導体ウエハを載置し、裏面側から加熱しながら表面にＣＶＤ、スパッタリングなどの成膜処理、エッチング処理などの各種の薄膜処理を施すことが行われている。この薄膜処理はプラズマ雰囲気下で行う場合があり、そのための半導体製造装置には、上記ウエハ保持体に高周波（ＲＦ）電極の一方（下部電極）が埋設されており、該下部電極に対向するようにウエハ保持体の上方にもう一方の高周波電極（上部電極）が設けられている。そして、これら電極間に高周波（ＲＦ）電圧を印加することで、電極間に存在する原料ガスをプラズマ状態にしている。【０００３】
上記の半導体製造装置では、ウエハ保持体の上方に、チャンバー内に上記原料ガスを導入するためのシャワーヘッドが設けられている。このシャワーヘッドにおいて、ウエハ保持体のウエハ載置面に対向する部分は、該ウエハ載置面に向けて均等に原料ガスを供給できるように、多数のガス放出孔を備えた円板状部材で形成されている。そこでこの円板状部材に高周波電極用の導電性部材を埋設することで、上記した上部電極の役割をシャワーヘッドに兼用させることが可能になる。例えば特許文献１には、複数のガス放出孔を有するシャワーヘッド用のセラミックスプレートの内部に高周波発生用の上部電極回路を埋設し、このセラミックスプレートを保持する金属製支持体と該上部電極回路とをバネを用いて電気的に接続する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９４０１７号公報
【発明の概要】
【０００５】
半導体製造装置のチャンバー内においてウエハ保持体に対向して設けられるシャワーヘッドであって、板状のセラミックス基体と、セラミックス基体を厚み方向に貫通する複数の貫通孔と、セラミックス基体をウエハ保持体に対向する面側から見た複数のゾーン内にそれぞれ埋設された高周波用の複数の導電体とを、備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】図１Ａは、第１実施形態のシャワーヘッドの模式的な平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Aにおける１Ｂ−１Ｂ断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１実施形態のシャワーヘッドにおいて模式的な縦断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２AのシャワーヘッドをＡ１−Ａ１で切断したときの矢視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図２Ｂに対応する矢視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図２Ｂに対応する矢視図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、第１実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図２Ｂに対応する矢視図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、第１実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図２Ｂに対応する矢視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第２実施形態のシャワーヘッドにおいて模式的な縦断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４ＡのシャワーヘッドをＡ２−Ａ２で切断した時の矢視図及びＢ２−Ｂ２で切断したときの矢視図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図４Ｂに対応する矢視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図４Ｂに対応する矢視図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、第２実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図４Ｂに対応する矢視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図４Ａのシャワーヘッドにおいて第１層と第２層を交換したときの模式的な断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６ＡのシャワーヘッドをＡ３−Ａ３で切断した時の矢視図及びＢ３−Ｂ３で切断したときの矢視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６Ａのシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図６Ｂに対応する矢視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６Ａのシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図６Ｂに対応する矢視図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図６Ａのシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図６Ｂに対応する矢視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第３実施形態のシャワーヘッドの模式的な縦断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８AのシャワーヘッドをＡ４−Ａ４で切断した時の矢視図、Ｂ４−Ｂ４で切断した時の矢視図、及びＣ４−Ｃ４で切断したときの矢視図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第３実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図８Ｂに対応する矢視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第３実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図８Ｂに対応する矢視図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、第３実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図８Ｂに対応する矢視図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第４実施形態のシャワーヘッドの模式的な縦断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０AのシャワーヘッドをＡ５−Ａ５で切断した時の矢視図及びＢ５−Ｂ５で切断したときの矢視図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、第４実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図１０Bに対応する矢視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、第４実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図１０Bに対応する矢視図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第５実施形態のシャワーヘッドの模式的な縦断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Bは、図１２AのシャワーヘッドをＡ６−Ａ６で切断した時の矢視図、Ｂ６−Ｂ６で切断したときの矢視図及びＣ６−Ｃ６で切断したときの矢視図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、第５実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図１２Bに対応する矢視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、第５実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図１２Bに対応する矢視図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、第５実施形態のシャワーヘッドの様々な代替例の一例であり、図１２Bに対応する矢視図である。
【図１４】図１４は、半導体製造装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
上記したように、シャワーヘッドにおいて複数のガス放出孔を有する円板状部材に上部電極を埋設することで、ウエハ保持体の上方の構造を簡素化することができる。しかしながら、チャンバーには側壁の一部に半導体ウエハの出し入れを行うロードロック等が設けられているため、ウエハ保持体は周囲の状況が一様でなく、ウエハ保持体とシャワーヘッドとの間の空間に生成されるプラズマが局所的に不均質になることがあった。その結果、半導体ウエハの表面の薄膜処理に局所的な差異が生じ、半導体デバイスの品質にばらつきが生ずることがあった。
【０００８】
本開示は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、ウエハ保持体とシャワーヘッドとの間の空間に生成されるプラズマの特性を局所的に調整することが可能なシャワーヘッドを提供することを目的としている。
【０００９】
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。本開示のシャワーヘッドは、半導体製造装置のチャンバー内においてウエハ保持体に対向して設けられるシャワーヘッドであって、板状のセラミックス基体と、セラミックス基体を厚み方向に貫通する複数の貫通孔と、セラミックス基体をウエハ保持体と対向する面側から見た複数のゾーン内にそれぞれ埋設された高周波用の複数の導電体とを、備える。これにより、ウエハ保持体とシャワーヘッドとの間の空間に生成されるプラズマの特性を局所的に調整することができる。
【００１０】
上記のシャワーヘッドの実施形態においては、複数の導電体は、セラミックス基体の厚み方向において異なる位置にそれぞれ埋設されていてもよい。これにより、各導電体の形状やその給電部の配置箇所、個数等の設計の自由度を高めることができる。
【００１１】
上記のシャワーヘッドの実施形態においては、セラミックス基体の厚み方向において複数の導電体のうち少なくとも1つとは異なる位置に埋設され、少なくとも1つの導電体と電気的に接続された引出回路と、セラミックス基体の周縁部に配置され、引出回路を介して少なくとも1つの導電体と電気的に接続された端子部と、をさらに有してもよい。これにより、導電体の給電部分等に局所的な電気的負荷をかけることなく導電体に給電を行うことができる。
【００１２】
上記のシャワーヘッドの実施形態においては、セラミックス基体に埋設された抵抗発熱体をさらに有してもよい。これにより、プラズマの温度調整を行うことができる。抵抗発熱体は、複数の導電体の少なくとも一つとセラミックス基体の厚み方向において異なる位置に埋設されてもよい。これにより、導電体や抵抗発熱体の形状、それらの給電部の設置箇所、個数等の設計の自由度を高めることができる。
【００１３】
次に、第１の実施形態のシャワーヘッドについて図面を参照しながら説明する。図１４を参照して、第１実施形態のシャワーヘッド４は、半導体ウエハ２に対してプラズマＣＶＤなどのプラズマ雰囲気下での薄膜処理が行われるチャンバー３内において、処理対象物である半導体ウエハ２を保持して加熱するウエハ保持体８の上方に設けられている。図１Ａ、図１Ｂを参照して、シャワーヘッド４は、ガス放出部となる厚み３.０〜１０.０ｍｍ程度、外径３００〜４００ｍｍ程度の円板状のセラミックス基体１０を有している。セラミックス基体１０には、セラミックス基体１０を厚み方向に貫通する貫通孔であるガス放出孔１０ａが設けられている。ガス放出孔１０ａは内径０.１〜５.０ｍｍ程度の大きさである。図１Ａに示されるように、複数のガス放出孔１０ａは一例として放射状に設けられる。
【００１４】
シャワーヘッド４はウエハ保持体８のウエハ載置面９に対して平行に向き合うように設けられている。これによりウエハ載置面９に向けて均一にプラズマ生成用の原料ガスを供給することができる。セラミックス基体１０の材質であるセラミックスには、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム等を用いることができる。これらのセラミックスの中では熱伝導率が高く耐腐食性にも優れた窒化アルミニウムが好ましい。
【００１５】
図２A、図２Bを参照して、セラミックス基体１０の内部にＲＦ電極（高周波用電極）の上部電極として３個の導電体が埋設されている。具体的には内側導電体１１Ａ、外側導電体１１Ｂ、１１Ｃが埋設されている（以降、内側導電体、外側導電体それぞれを単に導電体と記載することもある）。これら３個の導電体１１Ａ〜１１Ｃは、セラミックス基体１０の厚み方向において、略中央部の同じ層内に設けられている。これら３個の導電体１１Ａ〜１１Ｃは、セラミックス基体１０においてウエハ保持体３に対向する面（以降、対向面とも称する）を３つに分割することで画定される３ゾーン内にそれぞれ配されている。すなわち、上記のセラミックス基体１０の厚み方向略中央部に位置する層の中心部側に略円形の形状を有する１個の内側導電体１１Ａが配されており、内側導電体１１Ａをとり囲む外周側に円環形状を周方向に２等分した形状を有する２個の外側導電体１１Ｂ及び１１Ｃが配されている。
【００１６】
これら導電体１１Ａ〜１１Ｃに給電するための端子部（図示せず）はセラミックス基体１０の周縁部に設けられている。その理由は、端子部をセラミックス基体１０の中央部に設けると、その部分ではガス放出孔を設けることができなくなるので均等なガス放出が阻害されるからである。端子部がセラミックス基体１０の周縁部に設けられているため、内側導電体１１Ａには、図２Ｂに示すように、半径方向外側に突出する２個の突出部１１Ａａが設けられている。これらは外側導電体１１Ｂ及び１１Ｃの対向する端部同士の間に存在する２ヶ所の間隙部にそれぞれ位置している。これら２個の突出部１１Ａａに端子部が接続している。尚、外側導電体１１Ｂ及び１１Ｃは共にセラミックス基体１０の周縁部に位置しているので、いずれも任意の部位に端子部を接続することができる。外側導電体１１Ｂ及び１１Ｃの全体に均等に電圧を印加できるようにするため、端子部は、周方向の中央部に接続するのが好ましい。
【００１７】
上記の３つの導電体１１Ａ〜１１Ｃの材質は導電性を有するものであれば特に制約はない。材質としては、例えばステンレス箔などの金属箔を用いてもよいし、タングステン等の金属粉を含んだペーストをスクリーン印刷及び焼成して形成してもよい。尚、前述したようにセラミックス基体１０にはその厚み方向に貫通する複数の貫通孔であるガス放出孔１０ａが設けられているため、上記第１実施形態のシャワーヘッド４の導電体１１Ａ〜１１Ｃには、各ガス放出孔１０ａに対応する位置に図示しない開口部が設けられている。これは、以降に説明する他の実施形態のシャワーヘッド４の導電体においても同様である。
【００１８】
このように本開示の第１実施形態のシャワーヘッド４は、セラミックス基体１０の対向面に画定した３ゾーンにそれぞれ３つの導電体１１Ａ〜１１Ｃが配されているので、それらに別々にＲＦ電圧を印加することによりシャワーヘッド１０とこれに対向するウエハ保持体との間に生成されるプラズマの特性を局所的に調整することができる。尚、上記の第１実施形態はセラミックス基体１０の対向面を図２Ｂに示す分割パターンで３ゾーンに画定した場合について説明した。しかし、これに限定されるものではなく、様々な分割パターンやゾーン数が考えられる。
【００１９】
例えば図３Ａ〜図３Ｄには、上記した第１実施形態のセラミックス基体１０の様々な代替例が示されている。すなわち、図３Ａにはセラミックス基体１１０の対向面を５ゾーンに分割した場合が示されている。具体的には、セラミックス基体１１０の厚み方向の略中央部の層内のうち、中心部側に略円形の形状を有する１個の内側導電体１１１Ａが配されており、これをとり囲む外周側に円環形状を周方向に４等分した形状を有する４個の外側導電体１１１Ｂ〜１１１Ｅが配されている。内側導電体１１１Ａには、周方向に均等な間隔をあけて半径方向外側に突出する４個の突出部１１１Ａａが設けられており、これらは隣接する外側導電体の互いに対向する端部同士の間に位置している。そして、この突出部１１１Ａａに端子部（図示せず）が電気的に接続している。一方、各外側導電体は、その周方向の中央部に端子部（図示せず）が電気的に接続している。
【００２０】
上記の図２Ａ、図２Ｂ及び図３Ａの例では、セラミックス基体の対向面が中心部側と外周側に分割された上で更に該外周側が周方向に均等に分割された分割パターンを有するものであったが、図３Ｂ〜図３Ｄの代替例はセラミックス基体の対向面が周方向にのみ均等に分割された分割パターンを有している。すなわち、図３Ｂの代替例は、セラミックス基体２１０の対向面をその周方向に４等分した４ゾーンに中心角９０°の扇形形状を有する４個の導電体２１１Ａ〜２１１Ｄがそれぞれ配されている。図３Ｃの代替例は、セラミックス基体３１０の対向面をその周方向に６等分した６ゾーンに中心角６０°の扇形形状を有する６個の導電体３１１Ａ〜３１１Ｆがそれぞれ配されている。図３Ｄの代替例は、セラミックス基体４１０の対向面をその周方向に８等分した８ゾーンに中心角４５°の扇形形状を有する８個の導電体４１１Ａ〜４１１Ｈがそれぞれ配されている。このように、対向面を分割するゾーン数が増えると、よりきめ細かくプラズマの物性を調整することができる。
【００２１】
次に図４Ａ、図４Ｂを参照しながら本発明の第２の実施形態のシャワーヘッド４について説明する。図４Ａに示すように、この第２実施形態のシャワーヘッド４が有するセラミックス基体２０は、ＲＦ電極の上部電極としての２個の導電体２１Ａ、２１Ｂが、セラミックス基体２０の厚み方向において互いに異なる層にそれぞれ埋没されている。すなわち、図４Ｂに示すように、セラミックス基体２０の中心部側に位置する略円形の形状を有する内側導電体２１Ａは、セラミックス基体２０内においてその厚み方向中央部より対向面側に位置する層内に埋没されている。一方、セラミックス基体２０の外周側に位置する円環形状を有する外側導電体２１Ｂは、セラミックス基体２０内においてその厚み方向中央部より対向面の反対面側に位置する層内に埋設されている。
【００２２】
これら導電体２１Ａ、２１Ｂに給電するための端子部（図示せず）は前述したようにセラミックス基体３０の周縁部に設けられているため、それとの電気的接続のため導電体２１Ａは半径方向外側に突出する２個の突出部２１Ａａが設けられている。この第２実施形態のシャワーヘッドは２個の導電体が互いに異なる層内に埋没されているので、上記の突出部２１Ａａが外側導電体２１Ｂ物理的に干渉することはない。但し、突出部２１Ａａに接続する端子部に干渉しないように、外側導電体２１Ｂの対応する外周部分は、湾曲状に切り欠かれている。
【００２３】
上記の第２実施形態のシャワーヘッド４は内側導電体２１Ａに２個の突出部２１Ａａが設けられているが、これに限定されるものではなく、図５Ａのセラミックス基体１２０に示すように、より安定的に給電できるように周方向に均等な間隔をあけて突出部を４個設けてもよい。また、外側導電体の形状も上記の円環形状に限定されるものではなく、図５Ｂのセラミックス基体２２０に示すように、円環形状を周方向に２等分した形状でもよいし、図５Ｃのセラミックス基体３２０に示すように、円環形状を周方向に４等分した形状でもよい。なお、上記のように外側導電体を周方向に分割する場合は、内側導電体の突出部を隣接する外側導電部の対向する端部同士の間に配するのが好ましい。このようにセラミックス基体をより多くのゾーンに分割して複数の導電体をそれぞれ配することにより、プラズマの局所的な特性をよりきめ細かく調整することができる。
【００２４】
上記の図４Ａ、図４Ｂ及び図５Ａ〜図５Ｃに示すシャワーヘッド４は、いずれもセラミックス基体の中心部側に位置する略円形の形状を有する内側導電体が、セラミックス基体２０内においてその厚み方向中央部より対向面側に位置する層内に埋設され、外側導電体はセラミックス基体２０内においてその厚み方向中央部より対向面の反対面側に位置する層内に位置するものであった。しかし、これに限定されるものではなく、図６Ａ、図６Ｂに示すようにその逆であってもよい。
【００２５】
すなわち、この図６Ａに示すセラミックス基体４２０では、セラミックス基体４２０の中心部側に位置する略円形の形状を有する導電体４２１Ａが、セラミックス基体４２０内においてその厚み方向中央部より対向面の反対面側に位置する層内に埋没されている。一方、セラミックス基体４３０の外周側に位置する円環形状を有する導電体４２１Ｂは、セラミックス基体４２０内においてその厚み方向中央部より対向面側に位置する層内に埋設されている。このように、セラミックス基体４２０の外周側に位置する外側導電体４２１Ｂを対向面に近い側の層内に埋設することで、中心部側に位置する内側導電体４２１Ａの突出部４２１Ａａに電気的に接続させる端子部が外側導電体４２１Ｂに物理的に干渉しなくなるので導電体の形状を簡素化することができる。
【００２６】
また、この図６Ａの場合においても突出部の数を増やしたり３ゾーン以上に分割したりしてもよく、例えば図７Ａのセラミックス基体５２０に示すように、より安定的に給電できるように周方向に均等な間隔をあけて突出部を４個設けてもよい。また、図７Ｂのセラミックス基体６２０に示すように、円環形状を周方向に２等分した形状でもよいし、図７Ｃのセラミックス基体７２０に示すように円環形状を周方向に４等分した形状でもよい。
【００２７】
次に図８Ａ、図８Ｂを参照しながら本開示の第３の実施形態のシャワーヘッド４について説明する。図８Ａに示すように、このセラミックス基体３０にはＲＦ電極の上部電極用としての内側導電体３１Ａと外側導電体３１Ｂがセラミックス基体３０の厚み方向において互いに異なる位置にそれぞれ埋設されている。そして、それら２個の導電体のうちの１個には引出回路である引出部３２が電気的に接続されている。さらに、外側導電体３１Ｂには端子部５が接続されている。端子部５は、セラミックス基体３０から突出している。
【００２８】
具体的には、図８Ｂに示すように、略円形の形状を有する導電体３１Ａは、セラミックス基体３０内においてその厚み方向中央部より対向面側に位置する層内であって且つその中心部側に埋設されている。一方、円環形状を有する導電体３１Ｂは、セラミックス基体３０内においてその厚み方向中央部より対向面の反対面側に位置する層内であって且つその外周部側に埋設されている。そして、セラミックス基体３０の厚み方向においてこれら２つの層の間に位置する層であって且つその中心部側に略円形の形状を有する引出部３２が埋設されている。この引出部３２は周方向に均等な間隔をあけて半径方向外側に突出する２個の突出部３２ａが設けられており且つ中心部において接続部３３を介して上記内側導電体３１Ａに電気的に接続している。接続部３３の個数は複数でもよく、これにより当該接続部の電気的負荷を分散させることができる。尚、外側導電体３１Ｂのうち上記突出部３２ａに対応する位置は、突出部３２ａに端子部が接続される場合を考慮し、端子部との物理的な干渉を避けるため外周側が湾曲状に切り欠かれている。
【００２９】
上記の第３実施形態のシャワーヘッド４は引出部３２に２個の突出部３２ａが設けられているが、これに限定されるものではない。図９Ａのセラミックス基体１３０に示すように、より安定的に給電できるように周方向に均等な間隔をあけて突出部を４個設けてもよい。また、外側導電体の形状も上記の円環形状に限定されるものではない。図９Ｂのセラミックス基体２３０に示すように円環形状を周方向に２等分した形状でもよいし、図９Ｃのセラミックス基体３３０に示すように、円環形状を周方向に４等分した形状でもよい。
【００３０】
上記接続部３３の材質は導電性を有するものであれば特に制約はない。一例とし、円柱状のセラミックス部材の外表面を金属層で覆ったものが好ましい。この場合の金属層は、セラミックス部材の表面に金属ペーストを塗布した後、脱脂及び焼成して形成してもよいし、セラミックス部材に外嵌させるべく予め筒状に成形した金属製スリーブを用いてもよい。また、上記のセラミックス部材は、上記のセラミックス基体３０とほぼ同じ熱膨張係数を有するものが好ましく、同じ材質であるのがより好ましい。これにより、ヒートサイクルによる熱膨張や熱収縮が繰り返されても当該セラミックス部材をセラミックス基体３０と同様に膨張・収縮させることができるので、破損等の問題が生じにくくなる。
【００３１】
上記の第１〜第３の実施形態のシャワーヘッド４は、いずれもセラミックス基体内にＲＦ電極の上部電極のみが埋設されるものであったが、これに限定されるものではなく、上記上部電極に加えて抵抗発熱体が埋設されていてもよい。例えば図１０Ａ、図１０Ｂに示す本開示の第４の実施形態のシャワーヘッドは、セラミックス基体４０においてその厚み方向中央部より対向面側に位置する層内に上部電極用の導電体４１が埋設されており、セラミックス基体４０内においてその厚み方向中央部より対向面の反対面側に位置する層内に１個の発熱抵抗体４４が埋設されている。この発熱抵抗体４４は、具体的には同心円状の複数の湾曲部とそれらの互いに隣接するもの同士を接続する複数の直線部とが一筆書き状に連結した形状の回路パターンを有しており、セラミックス基体４０内においてその厚み方向中央部より対向面の反対面側に位置する層内に、前述したガス放出孔１０ａの位置及び周縁部を除くほぼ全面に埋設されている。そして、この発熱抵抗体４４の両端部は、図示しない端子部に電気的に接続している。
【００３２】
上記した第４実施形態のシャワーヘッド４は、ＲＦ電極の上部電極として１個の導電体がセラミックス基体に埋設されるものであったが、これに限定されるものではなく、図１１Ａのセラミックス基体１４０のように、対向面を３つに分割した３ゾーンに３個の導電体１４１Ａ、１４１Ｂ、１４１Ｃがそれぞれ埋設されていてもよいし、図１１Ｂのセラミックス基体２４０のように、対向面を５つに分割した５ゾーンに５個の導電体２４１Ａ〜２４１Ｅがそれぞれ埋設されていてもよい。
【００３３】
次に図１２Ａ、図１２Ｂを参照しながら本開示の第５の実施形態のシャワーヘッド４について説明する。図１２Ａに示すように、この第５実施形態のシャワーヘッド４が有するセラミックス基体５０は、上記第４実施形態と同様に、セラミックス基体５０内においてその厚み方向中央部より対向面の反対面側に位置する層内に１個の発熱抵抗体５４が埋設されていることに加えてＲＦ電極の上部電極として２個の導電体５１Ａ、５１Ｂがセラミックス基体５０の厚み方向において互いに異なる層にそれぞれ埋没されている。
【００３４】
すなわち、図１２Ｂに示すように、セラミックス基体５０の中心部側に位置する略円形の形状を有する内側導電体５１Ａは、セラミックス基体５０内においてその厚み方向中央部より対向面側に位置する層内に埋没されている。一方、セラミックス基体５０の外周側に位置する円環形状を有する外側導電体５１Ｂは、セラミックス基体５０内において上記発熱抵抗体５４が埋設されている層と、上記導電体５１Ａが埋設されている層との間に位置する層内に埋設されている。
【００３５】
これら導電体５１Ａ、５１Ｂに給電するための端子部（図示せず）は前述したようにセラミックス基体５０の周縁部に設けられているため、それとの電気的接続のため、導電体５１Ａは半径方向外側に突出する２個の突出部５１Ａａが設けられている。この第５実施形態のシャワーヘッドは２個の導電体が互いに異なる層内にそれぞれ埋没されているので、上記の突出部５１Ａａが外側導電体５１Ｂ物理的に干渉することはない。但し、突出部５１Ａａに接続される端子部に干渉しないように、外側導電体５１Ｂの対応する外周部分は、湾曲状に切り欠かれている。
【００３６】
上記の第５実施形態のシャワーヘッドは内側導電体５１Ａに２個の突出部５１Ａａが設けられているが、これに限定されるものではなく、図１２Ａのセラミックス基体１５０に示すように、より安定的に給電できるように周方向に均等な間隔をあけて突出部を４個設けてもよい。また、外側導電体の形状も上記の環状に限定されるものではなく、図１２Ｂのセラミックス基体２５０に示すように、円環形状を周方向に２等分した形状でもよいし、図１２Ｃのセラミックス基体３５０に示すように、円環形状を周方向に４等分した形状でもよい。
【実施例】
【００３７】
窒化アルミニウム粉末９９.５質量部に焼結助剤として酸化イットリウム０.５質量部を加え、更にバインダー、有機溶剤を加えて、ボールミル混合することにより、スラリーを作製した。得られたスラリーをスプレードライ法で噴霧することにより顆粒を作製し、これをプレス成形して２枚の同形状の成形体を作製した。これら成形体を窒素雰囲気中にて７００℃の条件で脱脂した後、窒素雰囲気中において１８５０℃で焼結して、２枚の窒化アルミニウム焼結体を得た。得られた焼結体を、直径３８０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状に加工した。【００３８】
これら２枚の窒化アルミニウムの焼結体のうちの一方の片面に、図２Ｂに示す内側導電体１１Ａ及び外側導電体１１Ｂ、１１Ｃを形成すべくＷペーストをスクリーン印刷により塗布してから窒素雰囲気中にて７００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中にて１８３０℃で焼成した。そして、もう一方の焼結体の片面に接着用の窒化アルミニウムを主成分とする接着材料を塗布してから脱脂を行った。これら２枚の窒化アルミニウム焼結体を上記導電体１１Ａ〜１１Ｃが内側となるように重ね合わせて接合させた。【００３９】
このようにして作製した接合体に対して、マシニング加工を用いて内径１.０ｍｍのガス放出孔１０ａを図１Ａに示すような配置パターンとなるように穿設した。更に周縁部に内側導電体１１Ａの突出部１１Ａａ及び外側導電体１１Ｂ、１１Ｃの各周方向中央部にそれぞれ達するザグリ穴を加工し、そこにＷ製の電極端子部を嵌入してこれら導電体に電気的に接続した。このようにして試料１のシャワーヘッドを作製した。【００４０】
比較のため、上記の導電体１１Ａ〜１１Ｃの代わりに、それらを合計した面積を有する円形の導電体を１個形成し、その周縁部に周方向に均等な間隔をあけて４個の電極端子部を電気的に接続した以外は上記と同様にして試料２のシャワーヘッドを作製した。【００４１】
これら試料１及び２のシャワーヘッドを各々半導体製造装置のチャンバー内に設置してプラズマＣＶＤによる成膜処理を行った。その結果、試料２のシャワーヘッドを用いた場合は、ロードロックが設けられている側の成膜層の膜厚が薄くなる結果となった。これはロードロックの影響によりロードロック側の温度が下がるか若しくはプラズマ密度が下がることが要因と考えられる。これに対して試料１のシャワーヘッドを用いた場合でも試料１と同様の傾向が見られたので、ロードロック側のプラズマ密度を上げるべくロードロック側に位置する導電体１１Ｂの印加電圧及び印加周波数を調整したところ、ウエハ全体の成膜層の膜厚をほぼ均一にすることが可能となった。【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１    半導体製造装置
２    半導体ウエハ
３    チャンバー
４    シャワーヘッド
５    端子部
８    ウエハ保持体
９    ウエハ載置面
１０、２０、３０、４０、５０、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、２１０、２２０、２３０、２４０、３１０、３２０、３５０、４１０、４２０、５２０、６２０、７２０、    セラミックス基体
１０ａ    ガス放出孔
１１Ａ、１１１Ａ、２１Ａ、３１Ａ、４２１Ａ、１４１Ａ、２４１Ａ、５１Ａ    内側導電体
１１Ｂ、１１Ｃ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄ、１１１Ｅ、２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂ、４２１Ｂ、４２２Ｂ、４２３Ｂ、４２４Ｂ、３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂ、３４Ｂ、１４１Ｂ、１４１Ｃ、２４１Ｂ、２４１Ｃ、２４１Ｄ、２４１Ｅ、５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂ、５４Ｂ    外側導電体
２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃ、２１１Ｄ、３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、３１１Ｄ、３１１Ｅ、３１１Ｆ、４１１Ａ、４１１Ｂ、４１１Ｃ、４１１Ｄ、４１１Ｅ、４１１Ｆ、４１１Ｇ、４１１Ｈ    導電体
１１Ａａ、２１Ａａ、３２ａ、５１Ａａ、１１１Ａａ、４２１Ａａ    突出部
３２    引出部
３３    接続部
４４、５４    抵抗発熱体
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月10日(2019.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置のチャンバー内においてウエハ保持体に対向して設けられるシャワーヘッドであって、
円形で板状のセラミックス基体と、
前記セラミックス基体を厚み方向に貫通する複数の貫通孔と、
高周波用の複数の導電体とを備え、
前記セラミックス基体は、前記ウエハ保持体に対抗する面側から見た際に、複数のゾーンに分割されており、
前記複数の導電体は、前記複数のゾーンのそれぞれに個別に埋設されており、
前記複数のゾーンは、前記円形を中心部分と前記中心部分の周囲にある環状部分とに分割している、又は、前記円形を周方向に沿って複数に分割している、シャワーヘッド。
【請求項２】
前記複数の導電体は、前記セラミックス基体の前記厚み方向において異なる位置にそれぞれ埋設されている、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記セラミックス基体の前記厚み方向において前記複数の導電体のうち少なくとも１つとは異なる位置に埋設され、前記少なくとも１つの導電体と電気的に接続された引出回路と、前記セラミックス基体の周縁部に配置され、前記引出回路を介して前記少なくとも１つの導電体と電気的に接続された端子部と、をさらに有する、請求項１又は請求項２に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記セラミックス基体に埋設された抵抗発熱体をさらに有する、 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記抵抗発熱体は、前記複数の導電体の少なくとも一つと前記セラミックス基体の前記厚み方向において異なる位置に埋設されている、請求項４に記載のシャワーヘッド。
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月29日(2020.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置のチャンバー内においてウエハ保持体に対向して設けられるシャワーヘッドであって、
円形で板状のセラミックス基体と、
前記セラミックス基体を厚み方向に貫通する複数の貫通孔と、
高周波用の複数の導電体とを備え、
前記セラミックス基体は、前記ウエハ保持体に対向する面側から見た際に、複数のゾーンに分割されており、
前記複数の導電体は、前記複数のゾーンのそれぞれに個別に埋設されており、
前記複数のゾーンは、前記円形を中心部分と前記中心部分の周囲にある環状部分とに分割している、又は、前記円形を周方向に沿って複数に分割しており、
前記複数の導電体の各々は、前記セラミックス基体の周縁部に埋設されている部分において給電される、シャワーヘッド。
【請求項２】
半導体製造装置のチャンバー内においてウエハ保持体に対向して設けられるシャワーヘッドであって、
円形で板状のセラミックス基体と、
前記セラミックス基体を厚み方向に貫通する複数の貫通孔と、
高周波用の複数の導電体とを備え、
前記セラミックス基体は、前記ウエハ保持体に対向する面側から見た際に、複数のゾーンに分割されており、
前記複数の導電体は、前記複数のゾーンのそれぞれに個別に埋設されており、
前記複数のゾーンは、前記円形を中心部分と前記中心部分の周囲にある環状部分とに分割している、又は、前記円形を周方向に沿って複数に分割しており、
前記複数の導電体は、前記セラミックス基体の前記厚み方向において異なる位置にそれぞれ埋設されている、シャワーヘッド。
【請求項３】
前記セラミックス基体の前記厚み方向において前記複数の導電体のうち少なくとも１つとは異なる位置に埋設され、前記少なくとも１つの導電体と電気的に接続された引出回路と、前記セラミックス基体の周縁部に配置され、前記引出回路を介して前記少なくとも１つの導電体と電気的に接続された端子部と、をさらに有する、請求項１又は請求項２に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記セラミックス基体に埋設された抵抗発熱体をさらに有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記抵抗発熱体は、前記複数の導電体の少なくとも一つと前記セラミックス基体の前記厚み方向において異なる位置に埋設されている、請求項４に記載のシャワーヘッド。
【国際調査報告】
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