(57)【要約】【課題】処理の効率を向上可能なシャワーヘッドを提供する。【解決手段】一つの実施形態に係るシャワーヘッドは、ヘッドと、磁界発生部とを備える。前記ヘッドは、第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有し、内部に部屋が設けられるとともに、それぞれが前記第１の面と前記部屋に面する前記第２の面とに開いて前記部屋に連通する複数の孔が設けられる。前記磁界発生部は、前記複数の孔の内部において前記第１の面及び前記第２の面の間に磁界を生じさせるよう構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有し、内部に部屋が設けられるとともに、それぞれが前記第１の面と前記部屋に面する前記第２の面とに開いて前記部屋に連通する複数の孔が設けられた、ヘッドと、
前記複数の孔の内部において前記第１の面及び前記第２の面の間に磁界を生じさせるよう構成された磁界発生部と、
を具備するシャワーヘッド。
【請求項２】
前記磁界発生部の磁化方向は、前記複数の孔が延びる方向に沿う、請求項１のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記ヘッドは、非磁性体で作られる、請求項１又は請求項２のシャワーヘッド。
【請求項４】
非磁性体で作られた非磁性部、をさらに具備し、
前記ヘッドの内部に、前記非磁性部又は前記磁界発生部を収容可能な複数の空間が設けられ、
前記複数の空間のうち一つに前記磁界発生部が収容され、前記複数の空間のうち他の一つに前記非磁性部が収容される、
請求項３のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記磁界発生部は、前記複数の孔のうち少なくとも一つを囲む、請求項３又は請求項４のシャワーヘッド。
【請求項６】
前記磁界発生部は、前記複数の孔のうち少なくとも一つを囲むように巻かれたコイルを有する、請求項３又は請求項４のシャワーヘッド。
【請求項７】
前記複数の孔は、第１の孔と、第２の孔と、を含み、
前記磁界発生部は、前記第１の孔の内部において前記第１の面及び前記第２の面の間に磁界を生じさせるよう構成された第１の磁界発生部と、前記第２の孔の内部において前記第１の面及び前記第２の面の間に磁界を生じさせるよう構成された第２の磁界発生部と、を有し、
前記第１の磁界発生部は、前記第２の磁界発生部が前記第２の孔の内部において生じさせる磁界の磁束密度と異なる磁束密度の磁界を、前記第１の孔の内部において生じさせることが可能である、
請求項１乃至請求項６のいずれか一つのシャワーヘッド。
【請求項８】
前記磁界発生部は、それぞれが前記第１の面及び前記第２の面の間に磁界を生じさせるよう構成された複数の磁石を有し、
前記複数の孔はそれぞれ、前記複数の磁石のうち一つに囲まれる、
請求項１乃至請求項７のうちいずれか一つのシャワーヘッド。
【請求項９】
対象物が配置されるよう構成された配置部と、
前記部屋に流体を供給され、前記配置部に配置された前記対象物へ前記複数の孔から前記流体を吐出するよう構成された、請求項１乃至請求項８のいずれか一つのシャワーヘッドと、
前記部屋に供給される前記流体の供給状態を調整可能な調整部と、
を具備する処理装置。
【請求項１０】
前記ヘッドと前記対象物とに電位差を生じさせて前記ヘッドと前記対象物との間で前記流体をプラズマ化するよう構成された電源、
をさらに具備し、
前記複数の孔はそれぞれ、前記第１の面に開く第１の通路と、前記第２の面に開くとともに前記第１の通路よりも狭い第２の通路と、を含み、
前記電源は、前記第１の通路の内部でホローカソード放電を生じさせる、
請求項９の処理装置。
【請求項１１】
第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有し、それぞれが前記第１の面と前記第２の面とに開く複数の孔が設けられた、壁と、
前記複数の孔の内部において前記第１の面及び前記第２の面の間に磁界を生じさせるよう構成された磁界発生部と、
を具備するシャワープレート。
【請求項１２】
前記磁界発生部は、前記複数の孔のうち少なくとも一つを囲む、請求項１１のシャワープレート。
【請求項１３】
前記複数の孔はそれぞれ、前記第１の面に開く第１の通路と、前記第２の面に開くとともに前記第１の通路よりも狭い第２の通路と、を含む、請求項１１又は請求項１２のシャワープレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、シャワーヘッド、処理装置、及びシャワープレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の孔から対象物へ流体を吐出するシャワーヘッドを備えた処理装置が知られる。処理装置は、一例として、シャワーヘッドから吐出された流体をプラズマ化することで、対象物の表面に膜を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０２１４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シャワーヘッドが備えられる処理装置において、孔から吐出された流体に含まれる粒子の密度を調整することで、処理装置における処理の効率が向上することがあり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施形態に係るシャワーヘッドは、ヘッドと、磁界発生部とを備える。前記ヘッドは、第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有し、内部に部屋が設けられるとともに、それぞれが前記第１の面と前記部屋に面する前記第２の面とに開いて前記部屋に連通する複数の孔が設けられる。前記磁界発生部は、前記複数の孔の内部において前記第１の面及び前記第２の面の間に磁界を生じさせるよう構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態のシャワーヘッドの一部を示す斜視図である。
【図３】図３は、第１の実施形態のシャワーヘッドの一部を示す断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の底壁の一部を示す断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態の第１の壁の一部及び複数の磁石を示す斜視図である。
【図６】図６は、第１の実施形態の一つの孔の周辺における底壁の一部を示す断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る第１の壁の一部及び複数の磁石を示す斜視図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る第１の壁を示す平面図である。
【図９】図９は、第４の実施形態に係るシャワーヘッドの一部を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態の底壁の一部を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態のシャワーヘッドの概略的な回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明について、複数の表現が記載されることがある。複数の表現がされた構成要素及び説明は、記載されていない他の表現がされても良い。さらに、複数の表現がされない構成要素及び説明も、記載されていない他の表現がされても良い。
【０００８】
図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置１０を概略的に示す断面図である。半導体製造装置１０は、処理装置の一例であり、例えば、製造装置、加工装置、吐出装置、供給装置、プラズマ処理装置、及び装置とも称され得る。なお、処理装置は半導体製造装置１０に限らず、対象となる物体に、例えば加工、洗浄、及び試験のような処理を行う他の装置であっても良い。
【０００９】
各図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸は、半導体製造装置１０の幅に沿う。Ｙ軸は、半導体製造装置１０の奥行き（長さ）に沿う。Ｚ軸は、半導体製造装置１０の高さに沿う。本実施形態において、Ｚ軸は鉛直方向に延びる。なお、Ｚ軸が延びる方向と、鉛直方向とが異なっても良い。
【００１０】
図１に示される第１の実施形態の半導体製造装置１０は、例えば、プラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）装置である。半導体製造装置１０は、他の装置であっても良い。半導体製造装置１０は、製造部１１と、ステージ１２と、シャワーヘッド１３と、ガス供給装置１４と、制御部１６とを有する。
【００１１】
製造部１１は、例えば、筐体とも称され得る。ステージ１２は、配置部の一例であり、例えば、載置部及び台とも称され得る。シャワーヘッド１３は、例えば、流路構造、吐出装置、供給装置、噴出装置、分配装置、排出装置、部材、及び部品とも称され得る。
【００１２】
製造部１１の内部に、気密に密閉可能なチャンバ２１が設けられる。チャンバ２１は、例えば、部屋又は空間とも称され得る。半導体製造装置１０は、例えば、チャンバ２１において、半導体ウェハ（以下、ウェハと称する）Ｗを処理する。ウェハＷは、対象物の一例である。製造部１１は、上壁２３と、側壁２４とを有する。
【００１３】
上壁２３は、内面２３ａを有する。内面２３ａは、下方向に向く略平坦な面である。側壁２４は、内側面２４ａを有する。内側面２４ａは、略水平方向に向く面である。内面２３ａ及び内側面２４ａは、チャンバ２１の一部を区画する。すなわち、内面２３ａ及び内側面２４ａは、チャンバ２１の内部に向く。側壁２４に、複数の排気口２７が設けられる。排気口２７からチャンバ２１の気体が吸引されることで、チャンバ２１が略真空にされる。
【００１４】
ステージ１２及びシャワーヘッド１３は、チャンバ２１に配置される。なお、図１に示されるように、ステージ１２の一部及びシャワーヘッド１３の一部が、チャンバ２１の外に位置しても良い。
【００１５】
ステージ１２は、支持部１２ａを有する。支持部１２ａは、チャンバ２１に位置し、上壁２３の内面２３ａに向いてウェハＷを支持する。言い換えると、ステージ１２にウェハＷが配置される。ステージ１２はヒータを有し、支持部１２ａに支持されたウェハＷを加熱することが可能である。
【００１６】
ステージ１２は、例えば、ウェハＷを吸引することにより、当該ウェハＷを支持部１２ａに固定できる。さらに、ステージ１２は、モータのような駆動装置に接続され、ウェハＷを支持した状態で回転可能である。
【００１７】
シャワーヘッド１３は、例えば、製造部１１の上壁２３に取り外し可能に取り付けられる。シャワーヘッド１３は、間隔を介してステージ１２の支持部１２ａに支持されたウェハＷに面する。
【００１８】
シャワーヘッド１３は、図１の矢印で示すように、ウェハＷへガスＧを吐出可能である。ガスＧは、流体の一例である。なお、流体は気体に限らず、液体のような他の流体であっても良い。ガスＧは、例えば、ウェハＷに酸化膜又は窒化膜を形成する。なお、ガスＧは、この例に限らない。
【００１９】
図２は、第１の実施形態のシャワーヘッド１３の一部を示す斜視図である。図３は、第１の実施形態のシャワーヘッド１３の一部を示す断面図である。図３に示すように、シャワーヘッド１３は、ヘッド本体３１と、複数の磁界発生部３２と、複数の非磁性部３３とを有する。ヘッド本体３１は、ヘッドの一例である。
【００２０】
ヘッド本体３１は、例えば、ガスＧ及びプラズマＰに耐性を有し、非磁性体であり、導電体である材料によって作られる。ヘッド本体３１は、この例に限られない。図２に示すように、ヘッド本体３１は、拡散部３５と、管部３６とを有する。
【００２１】
拡散部３５は、Ｘ‐Ｙ平面上で広がる略円盤状に形成される。管部３６は、拡散部３５の略中央部からＺ軸に沿う正方向（Ｚ軸の矢印が向く方向、上方向）に延びる略円筒状に形成される。
【００２２】
図１に示すように、管部３６は、上壁２３を貫通する。例えば、管部３６が上壁２３に固定されることで、シャワーヘッド１３が製造部１１の上壁２３に取り付けられる。なお、シャワーヘッド１３は、他の手段により製造部１１に取り付けられても良い。
【００２３】
図２に示すように、拡散部３５は、底壁４１と、周壁４２と、上壁４３とを有する。底壁４１は、壁及びシャワープレートの一例である。さらに、拡散部３５の内部に、拡散室４５が設けられる。拡散室４５は、部屋の一例であり、例えば、空間、通路、及び流路とも称され得る。拡散室４５は、底壁４１と、周壁４２と、上壁４３とによって囲まれる。
【００２４】
底壁４１は、Ｘ‐Ｙ平面上で広がる略円盤状に形成される。底壁４１は、外面４１ａと、内面４１ｂとを有する。外面４１ａは、第１の面の一例である。内面４１ｂは、第２の面の一例である。
【００２５】
図３に示すように、外面４１ａは、Ｚ軸に沿う負方向（Ｚ軸の矢印が向く方向の反対方向、下方向）に向く略平坦な面であり、シャワーヘッド１３のＺ軸に沿う負方向の端に位置する。外面４１ａは、シャワーヘッド１３の外部に向く。言い換えると、外面４１ａは、シャワーヘッド１３の外面の一部を形成する。なお、外面４１ａは、曲面であっても良いし、凹凸を有しても良い。外面４１ａは、隙間を介して、ステージ１２の支持部１２ａに支持されたウェハＷに面する。言い換えると、ステージ１２は、外面４１ａが向く位置にウェハＷを支持する。
【００２６】
内面４１ｂは、外面４１ａの反対側に位置し、Ｚ軸に沿う正方向に向く略平坦な面である。なお、内面４１ｂは、曲面であっても良いし、凹凸を有しても良い。内面４１ｂは、拡散室４５に面し、拡散室４５の一部を区画する。
【００２７】
図２に示すように、周壁４２は、底壁４１の縁から、Ｚ軸に沿う正方向に延びる略円筒形の壁である。上壁４３は、Ｘ‐Ｙ平面上で広がる略円盤状に形成される。上壁４３の縁は、周壁４２により底壁４１の縁に接続される。
【００２８】
管部３６の内部に、供給路３６ａが設けられる。供給路３６ａは、Ｚ軸に沿う方向に延び、拡散室４５に連通する。供給路３６ａは、例えば配管を介して、図１のガス供給装置１４に連通する。すなわち、ガス供給装置１４は、当該配管及び供給路３６ａを介して、拡散室４５に接続される。
【００２９】
図３に示すように、底壁４１に複数の孔５０が設けられる。孔５０は、例えば、開口、貫通口、及び吐出口とも称され得る。複数の孔５０はそれぞれ、外面４１ａと内面４１ｂとに開き、拡散室４５に連通するとともに、シャワーヘッド１３の外部に連通する。
【００３０】
本実施形態において、複数の孔５０は、互いに略同一の形状を有する。なお、複数の孔５０が、互いに異なる形状を有する複数の孔５０を含んでも良いし、互いに大きさが異なる複数の孔５０を含んでも良い。
【００３１】
図４は、第１の実施形態の底壁４１の一部を示す断面図である。図４に示すように、複数の孔５０はそれぞれ、第１の通路５１と、第２の通路５２とを有する。第１の通路５１は、例えば、拡大部、拡径部、放電部、及び空洞とも称され得る。第２の通路５２は、例えば、縮小部、縮径部、及び吐出路とも称され得る。
【００３２】
第１の通路５１は、底壁４１の外面４１ａに開く、略円形の断面を有する孔である。第２の通路５２は、底壁４１の内面４１ｂに開く、略円形の断面を有する孔である。第１の通路５１及び第２の通路５２は、Ｚ軸に沿う方向に略直線状に延びる。このため、孔５０はＺ軸に沿う方向に延びる。第２の通路５２の内径は、第１の通路５１の内径よりも短い。言い換えると、第２の通路５２は、第１の通路５１よりも狭い。
【００３３】
第２の通路５２は、第１の通路５１に連通する。すなわち、孔５０は、内面４１ｂからＺ軸に沿う負方向に延び、第１の通路５１と第２の通路５２との接続部で拡大され、外面４１ａまでＺ軸に沿う負方向に延びる。
【００３４】
第１の通路５１と第２の通路５２とは、同一の中心軸Ａｘに沿って配置される。言い換えると、第１の通路５１と第２の通路５２とは、同一軸上に配置される。複数の孔５０はそれぞれ、当該孔５０の中心軸Ａｘを有する。
【００３５】
底壁４１は、第１の壁６１と、第２の壁６２とを有する。第１の壁６１及び第２の壁６２は、Ｘ‐Ｙ平面上で広がる略円盤状に形成される。Ｚ軸に沿う方向における、第１の壁６１の長さ（厚さ）は、第２の壁６２の長さ（厚さ）よりも長い。
【００３６】
第１の壁６１は、底壁４１の外面４１ａを含む。言い換えると、第１の壁６１が、底壁４１の外面４１ａを形成する。第１の壁６１は、外面４１ａの反対側に位置するとともにＺ軸に沿う正方向に向く第１の接合面６１ａを有する。
【００３７】
第１の壁６１に、孔５０の第１の通路５１と第２の通路５２の一部とが設けられる。さらに、第１の壁６１に、複数の窪み６５が設けられる。窪み６５は、空間の一例であり、例えば、凹部、穴、及び収容部とも称され得る。窪み６５は、第１の壁６１の第１の接合面６１ａに開く。
【００３８】
第１の実施形態において、窪み６５は、略円環状の断面を有し、中心軸Ａｘに沿って延びる。すなわち、窪み６５は、中心軸Ａｘから離間した位置で中心軸Ａｘまわりに回転する方向に延びる。窪み６５は、間隔を介して孔５０を囲む。窪み６５と、当該窪み６５に囲まれる孔５０とは、共通の中心軸Ａｘを有し、同一軸上に配置される。なお、窪み６５は、他の形状に形成されても良い。
【００３９】
孔５０の第１の通路５１の一部と第２の通路５２の一部とが、窪み６５に囲まれる。言い換えると、第１の通路５１の一部と第２の通路５２の一部とが、窪み６５の内側に位置する。Ｚ軸に沿う負方向における窪み６５の端部は、Ｚ軸に沿う正方向における第１の通路５１の端部から、Ｚ軸に沿う負方向に離間する。
【００４０】
第２の壁６２は、底壁４１の内面４１ｂを含む。言い換えると、第２の壁６２が、底壁４１の内面４１ｂを形成する。第２の壁６２は、内面４１ｂの反対側に位置するとともにＺ軸に沿う負方向に向く第２の接合面６２ａを有する。
【００４１】
第２の壁６２は、第２の接合面６２ａが第１の接合面６１ａに接合されることで、第１の壁６１に取り付けられる。これにより、第２の壁６２は、窪み６５を塞ぐ。このように第２の壁６２に塞がれた窪み６５は、ヘッド本体３１の内部に設けられる。
【００４２】
第２の壁６２に、孔５０の第２の通路５２の一部が設けられる。第２の壁６２が第１の壁６１に取り付けられることで、第１の壁６１に設けられた第２の通路５２の一部と、第２の壁６２に設けられた第２の通路５２の一部とが連通する。
【００４３】
複数の磁界発生部３２は、複数の磁石７１を有する。磁石７１は、例えば、永久磁石である。第１の実施形態において、磁石７１は、略円環状の断面を有し、孔５０の中心軸Ａｘに沿って延びる略円筒状に形成される。磁石７１は、他の形状に形成されても良い。
【００４４】
Ｚ軸に沿う正方向における磁石７１の端部に、磁石７１のＳ極が設けられる。Ｚ軸に沿う負方向における磁石７１の端部に、磁石７１のＮ極が設けられる。すなわち、磁石７１の磁化方向は、Ｚ軸に沿う方向であり、孔５０が延びる方向に沿う。なお、磁石７１において、Ｚ軸に沿う正方向の端部にＮ極が設けられ、Ｚ軸に沿う負方向の端部にＳ極が設けられても良い。
【００４５】
図５は、第１の実施形態の第１の壁６１の一部及び複数の磁石７１を示す斜視図である。図５に示すように、複数の磁石７１は、複数の窪み６５に収容される。このように、底壁４１は、磁界発生部３２の磁石７１を有する。第１の実施形態において、複数の窪み６５の数は、複数の磁石７１の数よりも多い。このため、複数の磁石７１は、複数の窪み６５のうち幾つかに収容される。なお、複数の窪み６５の全てに磁石７１が収容されても良いし、複数の窪み６５のうち一つに磁石７１が収容されても良い。
【００４６】
窪み６５に収容された磁石７１は、間隔を介して一つの孔５０を囲む。磁石７１と、当該磁石７１に囲まれる孔５０とは、共通の中心軸Ａｘを有し、同一軸上に配置される。磁石７１は、孔５０の第１の通路５１の一部と第２の通路５２の一部とを囲む。言い換えると、第１の通路５１の一部と第２の通路５２の一部とが、磁石７１の内側に位置する。Ｚ軸に沿う負方向における磁石７１の端部は、Ｚ軸に沿う正方向における第１の通路５１の端部から、Ｚ軸に沿う負方向に離間する。
【００４７】
図４に示すように、磁石７１は、孔５０の内部において磁界Ｍを生じさせる。図４は、磁界Ｍの磁力線の一例を矢印で示す。磁石７１が生じさせる磁界Ｍは、底壁４１の外面４１ａ及び内面４１ｂの間で、当該磁石７１が囲む孔５０の中心軸Ａｘに沿って延びる磁力線を有する。なお、磁界Ｍは、磁石７１の外部にも磁力線を有する。
【００４８】
図５に示すように、非磁性部３３は、磁石７１と同じく略円環状の断面を有し、中心軸Ａｘに沿って延びる略円筒状に形成される。非磁性部３３は、ヘッド本体３１と同じく、例えば、ガスＧ及びプラズマＰに耐性を有し、非磁性体であり、導電体である材料によって作られる。なお、非磁性部３３は、他の材料により作られても良い。
【００４９】
複数の非磁性部３３は、複数の窪み６５に収容される。第１の実施形態において、複数の窪み６５の数は、複数の非磁性部３３の数よりも多い。このため、複数の非磁性部３３は、複数の窪み６５のうち幾つかに収容される。なお、複数の窪み６５のうち一つに非磁性部３３が収容されても良いし、複数の窪み６５のいずれにも非磁性部３３が収容されなくても良い。このように、複数の窪み６５は、非磁性部３３又は磁界発生部３２である磁石７１を収容可能である。
【００５０】
図３に示すように、複数の孔５０は、複数の第１の孔５０Ａと、複数の第２の孔５０Ｂとを含む。第１の孔５０Ａは、例えば、複数の孔５０のうち、底壁４１の中央に近い幾つかの孔５０である。第２の孔５０Ｂは、例えば、複数の孔５０のうち、第１の孔５０Ａよりも底壁４１の中央から遠い幾つかの孔５０である。
【００５１】
第１の孔５０Ａと第２の孔５０Ｂとは、互いに共通の形状及び大きさを有する。このため、第１の孔５０Ａ及び第２の孔５０Ｂはそれぞれ、第１の通路５１及び第２の通路５２を有する。なお、第１の孔５０Ａの形状及び大きさと第２の孔５０Ｂの形状及び大きさとが異なっても良い。
【００５２】
複数の磁界発生部３２は、複数の第１の磁界発生部３２Ａと、複数の第２の磁界発生部３２Ｂとを含む。第１の磁界発生部３２Ａは、例えば、複数の磁界発生部３２のうち、底壁４１の中央に近い幾つかの磁界発生部３２である。第２の磁界発生部３２Ｂは、複数の磁界発生部３２のうち、第１の磁界発生部３２Ａよりも底壁４１の中央から遠い幾つかの磁界発生部３２である。
【００５３】
第１の磁界発生部３２Ａ及び第２の磁界発生部３２Ｂはそれぞれ、磁石７１を有する。第１の磁界発生部３２Ａの磁石７１は、第１の孔５０Ａを囲む。第２の磁界発生部３２Ｂの磁石７１は、第２の孔５０Ｂを囲む。
【００５４】
複数の第１の磁界発生部３２Ａは、第１の孔５０Ａの内部において底壁４１の外面４１ａ及び内面４１ｂの間に磁界Ｍを生じさせる。複数の第２の磁界発生部３２Ｂは、第２の孔５０Ｂの内部において底壁４１の外面４１ａ及び内面４１ｂの間に磁界Ｍを生じさせる。
【００５５】
第１の磁界発生部３２Ａが生じさせる磁界Ｍの磁束密度は、第２の磁界発生部３２Ｂが生じさせる磁界Ｍの磁束密度よりも低い。すなわち、第１の磁界発生部３２Ａは、第２の磁界発生部３２Ｂが第２の孔５０Ｂの内部において生じさせる磁界Ｍの磁束密度と異なる磁束密度の磁界Ｍを、第１の孔５０Ａの内部に生じさせる。なお、第１の磁界発生部３２Ａが生じる磁界Ｍの磁束密度と、第２の磁界発生部３２Ｂが生じる磁界Ｍの磁束密度とは、この例に限られない。
【００５６】
図４に示すように、半導体製造装置１０は、交流電源７５をさらに有する。交流電源７５は、電源の一例である。交流電源７５は、シャワーヘッド１３の底壁４１と、ステージ１２に支持されたウェハＷとに、高周波電圧を印加する。交流電源７５は、底壁４１とウェハＷとの間に電位差を生じさせる。
【００５７】
図１に示すガス供給装置１４は、シャワーヘッド１３の供給路３６ａに接続され、供給路３６ａから拡散室４５に、ガスＧを供給する。ガス供給装置１４は、タンク１４ａとバルブ１４ｂとを有する。バルブ１４ｂは、調整部の一例である。調整部は、ポンプのような他の装置であっても良い。
【００５８】
タンク１４ａは、ガスＧを収容し、バルブ１４ｂ及び配管を介して供給路３６ａに接続される。バルブ１４ｂが開かれることで、ガス供給装置１４は、タンク１４ａのガスＧを供給路３６ａに供給する。バルブ１４ｂが閉じられると、ガス供給装置１４は、ガスＧの供給を停止する。さらに、バルブ１４ｂの開閉量が調整されることで、ガスＧの流量が調整される。このように、バルブ１４ｂは、ガスＧの供給状態を調整可能である。
【００５９】
制御部１６は、例えば、ＣＰＵのような処理装置と、ＲＯＭやＲＡＭのような記憶装置と、を有する。制御部１６は、例えば、ステージ１２、ガス供給装置１４、及び交流電源７５を制御する。
【００６０】
半導体製造装置１０は、以下に説明するように、チャンバ２１のウェハＷに図４の膜Ｃを成膜する。膜Ｃは、例えば、酸化膜又は窒化膜である。制御部１６は、ガス供給装置１４のバルブ１４ｂを開かせ、シャワーヘッド１３にガスＧを供給させる。ガスＧは、供給路３６ａを通って、拡散室４５に供給される。ガスＧは、拡散室４５で、例えばＸ‐Ｙ平面に沿う方向に拡散する。ガスＧは、拡散室４５に連通する複数の孔５０から、ステージ１２上に配置されたウェハＷに向かって吐出される。
【００６１】
さらに、図４に示すように、制御部１６は、交流電源７５により、底壁４１とウェハＷとの間に電位差を生じさせる。これにより、ガスＧはシャワーヘッド１３の底壁４１とウェハＷとの間でプラズマ化し、プラズマＰを生じる。ガスＧ及びプラズマＰは、ウェハＷの表面に膜Ｃを成長させる。このように、プラズマＰを生じるプラズマＣＶＤによってウェハＷの表面に膜Ｃが成長し、膜Ｃが成膜されたウェハＷが製造される。
【００６２】
図６は、第１の実施形態の一つの孔５０の周辺における底壁４１の一部を示す断面図である。図６に示すように、孔５０の第１の通路５１の内部において、高密度プラズマＰＨが生じる。高密度プラズマＰＨは、プラズマＰのうち、底壁４１とウェハＷとの間のプラズマＰよりも密度が高いプラズマである。高密度プラズマＰＨは、例えば、以下のように生じる。
【００６３】
上述のように、磁石７１が、孔５０の内部において磁界Ｍを生じさせる。一般的に、電荷を持つ粒子は、磁界Ｍにおいてローレンツ力により磁力線まわりに旋回する。例えば、ガスＧ及びプラズマＰに含まれるとともに電荷を持つ粒子である電子ＰＥやイオン（ラジカル）ＰＩは、磁界Ｍの磁力線まわりに旋回する。電子ＰＥは、イオンＰＩよりも軽いため、ローレンツ力を受けやすい。
【００６４】
孔５０の第１の通路５１の内部では、磁界Ｍが生じるとともに、磁界Ｍの磁力線が集中する。このため、電子ＰＥが磁界Ｍの磁力線まわりに旋回することで、第１の通路５１の内部における電子ＰＥの密度が向上する。別の表現によれば、第１の通路５１の内部において、電子ＰＥが磁界Ｍの磁力線によりトラップされる（捕獲される）。このため、第１の通路５１の内部において、電子ＰＥが原子ＰＡに衝突しやすくなる。すなわち、原子ＰＡのイオン化及びガスＧのプラズマ化が促進され、第１の通路５１におけるプラズマＰの密度が向上する。従って、第１の通路５１で高密度プラズマＰＨが生じる。
【００６５】
さらに、交流電源７５が第２の通路５２よりも広い第１の通路５１が設けられた底壁４１に電圧を印加することで、第１の通路５１の内部でホローカソード放電が生じる。ホローカソード放電により、第１の通路５１の内部で、電子ＰＥが中心軸Ａｘを中心とする往復運動を行う。このため、第１の通路５１の内部における電子ＰＥの密度が向上し、電子ＰＥが原子ＰＡに衝突しやすくなる。すなわち、原子ＰＡのイオン化及びガスＧのプラズマ化が促進され、第１の通路５１におけるプラズマＰの密度が向上する。従って、第１の通路５１で高密度プラズマＰＨが生じる。
【００６６】
以上のように、磁界Ｍとホローカソード放電とによって、第１の通路５１における密度が向上し、第１の通路５１に高密度プラズマＰＨが生じる。磁石７１に囲まれた第１の通路５１で生じる高密度プラズマＰＨの密度は、非磁性部３３に囲まれた第１の通路５１で生じる高密度プラズマＰＨの密度よりも高い。
【００６７】
さらに、底壁４１の中央に近い第１の孔５０Ａを囲む第１の磁界発生部３２Ａの磁界Ｍの磁束密度は、底壁４１の中央から遠い第２の孔５０Ｂを囲む第２の磁界発生部３２Ｂの磁界Ｍの磁束密度よりも低い。このため、第１の孔５０Ａの第１の通路５１で生じる高密度プラズマＰＨの密度は、第２の孔５０Ｂの第１の通路５１で生じる高密度プラズマＰＨの密度よりも低い。
【００６８】
以上のように、複数の窪み６５に、第１の磁界発生部３２Ａ、第２の磁界発生部３２Ｂ、及び非磁性部３３のいずれかが選択的に収容されることで、底壁４１の外面４１ａに沿う方向（面内方向）における高密度プラズマＰＨの密度が調整される。例えば、高密度プラズマＰＨ、及び当該高密度プラズマＰＨを含むプラズマＰ全体の密度は、ガスＧの種類に応じ、ウェハＷに均一に膜Ｃが成長するように調整される。
【００６９】
シャワーヘッド１３は、例えば、三次元プリンタによる積層造形によって製造される。これにより、底壁４１の内部に磁界発生部３２が配置されたシャワーヘッド１３が容易に製造される。なお、シャワーヘッド１３の製造方法はこの例に限らない。
【００７０】
以上説明された第１の実施形態に係るシャワーヘッド１３を備えた半導体製造装置１０において、磁界発生部３２が、複数の孔５０の内部において外面４１ａ及び内面４１ｂの間に磁界Ｍを発生させる。このため、孔５０の内部を磁界Ｍの磁力線が通る。例えば、拡散室４５から複数の孔５０を通ってヘッド本体３１の外部に吐出されるガスＧが電荷を持つ粒子（電子ＰＥやイオンＰＩ）を有する場合、当該粒子がローレンツ力により磁力線のまわりを旋回する。すなわち、粒子が磁力線のまわりに集まるため、磁力線が通る孔５０の内部及び孔５０の近傍における粒子の密度が向上する。粒子である電子ＰＥの密度が向上することで、電子ＰＥとガスＧの原子ＰＡとの衝突による電離が生じやすくなり、ガスＧがプラズマ化しやすくなる。従って、プラズマＰの密度が向上し、シャワーヘッド１３を備える半導体製造装置１０における成膜速度が向上する。言い換えると、半導体製造装置１０における膜Ｃの形成処理の効率が向上する。
【００７１】
磁界発生部３２の磁化方向は、複数の孔５０が延びる方向に沿う。これにより、磁力線がヘッド本体３１に干渉することが抑制され、孔５０の内部及び孔５０の近傍において電子ＰＥのような粒子の密度が向上しやすくなる。
【００７２】
ヘッド本体３１は、非磁性体で作られる。これにより、磁界発生部３２によりヘッド本体３１全体が磁化されることが抑制され、磁界Ｍによる電子ＰＥのような粒子の集中を制御しやすくなる。
【００７３】
ヘッド本体３１の内部に設けられた複数の窪み６５のうち一つに磁界発生部３２が収容され、複数の窪み６５のうち他の一つに非磁性体で作られた非磁性部３３が収容される。すなわち、複数の窪み６５に磁界発生部３２又は非磁性部３３を選択的に収容することで、例えばガスＧの種類に応じて、外面４１ａと平行な方向においてプラズマＰの密度を調整することができる。言い換えると、プラズマＰの分布を制御することができる。
【００７４】
磁界発生部３２は、複数の孔５０のうち少なくとも一つを囲む。本実施形態では、複数の孔５０はそれぞれ、複数の磁石７１のうち一つに囲まれる。これにより、磁石７１が生じさせる磁界Ｍの磁力線の中心と孔５０の中心軸Ａｘとを一致させることができ、孔５０の内部及び孔５０の近傍において電子ＰＥのような粒子の密度が向上しやすくなる。
【００７５】
第１の磁界発生部３２Ａは、第２の磁界発生部３２Ｂが第２の孔５０Ｂの内部において生じさせる磁界Ｍの磁束密度と異なる磁束密度の磁界Ｍを、第１の孔５０Ａの内部において生じさせることが可能である。これにより、例えばガスＧの種類に応じて、外面４１ａと平行な方向においてプラズマＰの密度を調整することができる。
【００７６】
交流電源７５は、第２の通路５２よりも広い第１の通路５１の内部でホローカソード放電を生じさせる。これにより、第１の通路５１の内部で電子ＰＥのような電荷を持つ粒子が往復運動するため、第１の通路５１の内部における粒子の密度が向上する。粒子である電子ＰＥの密度が向上することで、電子ＰＥとガスＧの原子ＰＡとの衝突による電離が生じやすくなり、ガスＧがプラズマ化しやすくなる。従って、プラズマＰの密度が向上し、例えば、半導体製造装置１０における成膜速度が向上する。
【００７７】
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態について、図７を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
【００７８】
図７は、第２の実施形態に係る第１の壁６１の一部及び複数の磁石７１を示す斜視図である。図７に示すように、第２の実施形態において、窪み６５と、窪み６５に収容される磁石７１又は非磁性部３３は、複数の孔５０を囲む。
【００７９】
複数の孔５０のそれぞれと、当該孔５０を囲む磁石７１又は非磁性部３３との間の距離（例えば、最短距離）は、略均等である。なお、孔５０と磁石７１又は非磁性部３３との間の距離が、不均等であっても良い。
【００８０】
磁石７１は、当該磁石７１が囲む複数の孔５０の内部において磁界Ｍを生じさせる。磁石７１が生じさせる磁界Ｍは、底壁４１の外面４１ａ及び内面４１ｂの間で、当該磁石７１が囲む孔５０の中心軸Ａｘに沿って延びる磁力線を有する。
【００８１】
以上説明された第２の実施形態のシャワーヘッド１３を備えた半導体製造装置１０において、磁界発生部３２は、複数の孔５０のうち少なくとも一つを囲む。本実施形態のように、磁界発生部３２が複数の孔５０を囲む場合、一つの磁界発生部３２により複数の孔５０の内部において磁界Ｍを発生させることが可能であり、磁界発生部３２の数を少なくすることができる。さらに、複数の磁界発生部３２と複数の孔５０との間の距離は均等である。これにより、複数の孔５０の内部に生じる磁界Ｍの強さを略均等にすることができる。
【００８２】
（第３の実施形態）
以下に、第３の実施形態について、図８を参照して説明する。図８は、第３の実施形態に係る第１の壁６１を示す平面図である。図８に示すように、第３の実施形態において、磁石７１及び非磁性部３３は、棒状に形成される。例えば、窪み６５、磁石７１、及び非磁性部３３は、Ｚ軸に沿う方向に延びる円柱状に形成される。図８は、理解のため、ハッチングを付して磁石７１及び非磁性部３３を示す。なお、窪み６５、磁石７１、及び非磁性部３３は、他の形状に形成されても良い。
【００８３】
複数の孔５０のそれぞれと、当該孔５０に隣接する磁石７１又は非磁性部３３との間の距離は、略均等である。なお、孔５０と磁石７１又は非磁性部３３との間の距離が、不均等であっても良い。
【００８４】
磁石７１は、当該磁石７１に隣接する複数の孔５０の内部において磁界Ｍを生じさせる。磁石７１が生じさせる磁界Ｍは、底壁４１の外面４１ａ及び内面４１ｂの間で、当該磁石７１が囲む孔５０の中心軸Ａｘに沿って延びる磁力線を有する。
【００８５】
以上説明された第３の実施形態のシャワーヘッド１３を備えた半導体製造装置１０において、磁界発生部３２がＺ軸に沿う方向に延びる柱状に形成される。これにより、磁界発生部３２の配置の自由度が向上する。さらに、複数の磁界発生部３２と複数の孔５０との間の距離は均等である。これにより、複数の孔５０の内部に生じる磁界Ｍの強さを略均等にすることができる。
【００８６】
（第４の実施形態）
以下に、第４の実施形態について、図９乃至図１１を参照して説明する。図９は、第４の実施形態に係るシャワーヘッド１３の一部を示す断面図である。図９に示すように、第４の実施形態の複数の磁界発生部３２は、複数のコイル８１を有する。
【００８７】
複数のコイル８１は、複数の窪み６５に収容される。このように、底壁４１は、磁界発生部３２のコイル８１を有する。コイル８１は、窪み６５が囲む孔５０を囲むよう巻かれた円筒状に形成される。別の表現によれば、コイル８１は、孔５０の中心軸Ａｘに沿う円筒状に形成される。コイル８１は、他の形状に形成されても良い。
【００８８】
図１０は、第４の実施形態の底壁４１の一部を示す断面図である。図１０に示すように、コイル８１は、電流を流されることで磁化され、電磁石として機能し、磁界Ｍを生じる。コイル８１の磁化方向は、Ｚ軸に沿う方向であり、孔５０が延びる方向に沿う。コイル８１が生じさせる磁界Ｍの向きは、コイル８１に流される電流によって変わる。
【００８９】
第４の実施形態において、第２の壁６２は、複数の円筒部６２ｂを有する。円筒部６２ｂは、第２の接合面６２ａから突出するとともに、複数の窪み６５のうち少なくとも一つに収容される。コイル８１は、円筒部６２ｂの内部に設けられる。円筒部６２ｂが窪み６５に収容されることで、コイル８１が窪み６５に収容される。
【００９０】
さらに、図９に示すように、第４の実施形態において、非磁性部３３は、第２の壁６２と一体に形成される。非磁性部３３は、第２の接合面６２ａから突出するとともに、複数の窪み６５のうち少なくとも一つに収容される。
【００９１】
第４の実施形態において、第２の壁６２は、例えば、エンジニアリングプラスチックのような合成樹脂によって作られる。コイル８１は、例えば、インサート成形により第２の壁６２の内部に設けられる。第２の壁６２は、シャワーヘッド１３の内部に位置する。このため、第２の壁６２がプラズマＰに晒されることが抑制される。
【００９２】
図１１は、第４の実施形態のシャワーヘッド１３の概略的な回路図である。図１１に示すように、第４の実施形態の半導体製造装置１０は、電源８５と、複数の配線８６と、第１の可変抵抗器８７と、第２の可変抵抗器８８と、第３の可変抵抗器８９とを有する。
【００９３】
電源８５は、例えば、直流電源である。なお、電源８５は、交流電源であっても良い。電源８５は、シャワーヘッド１３の外部に位置する。配線８６は、電源８５と、複数のコイル８１とを電気的に接続する。配線８６は、例えば、インサート成形により、第２の壁６２、周壁４２、上壁４３、及び管部３６の内部を通される。なお、配線８６はこの例に限られない。
【００９４】
複数のコイル８１は、複数の第１のコイル８１Ａと、複数の第２のコイル８１Ｂと、複数の第３のコイル８１Ｃとを含む。第１のコイル８１Ａは、第１の磁界発生部の一例である。第２のコイル８１Ｂは、第２の磁界発生部の一例である。
【００９５】
第１のコイル８１Ａは、例えば、複数のコイル８１のうち、底壁４１の中央に近い幾つかのコイル８１である。第２のコイル８１Ｂは、複数のコイル８１のうち、第１のコイル８１Ａよりも底壁４１の中央から遠い幾つかのコイル８１である。第３のコイル８１Ｃは、複数のコイル８１のうち、第２のコイル８１Ｂよりも底壁４１の中央から遠い幾つかのコイル８１である。
【００９６】
複数の第１のコイル８１Ａは、配線８６によって、直列に接続されるとともに、電源８５に接続される。第１の可変抵抗器８７は、複数の第１のコイル８１Ａと電源８５との間に設けられ、電源８５から複数の第１のコイル８１Ａに流れる電流値を調整する。
【００９７】
複数の第２のコイル８１Ｂは、配線８６によって、直列に接続されるとともに、電源８５に接続される。第２の可変抵抗器８８は、複数の第２のコイル８１Ｂと電源８５との間に設けられ、電源８５から複数の第２のコイル８１Ｂに流れる電流値を調整する。
【００９８】
複数の第３のコイル８１Ｃは、配線８６によって、直列に接続されるとともに、電源８５に接続される。第３の可変抵抗器８９は、複数の第３のコイル８１Ｃと電源８５との間に設けられ、電源８５から複数の第３のコイル８１Ｃに流れる電流値を調整する。なお、複数の第１のコイル８１Ａ、複数の第２のコイル８１Ｂ、及び複数の第３のコイル８１Ｃは、並列に接続されても良い。
【００９９】
図１に示す制御部１６が、第１乃至第３の可変抵抗器８７〜８９を個別に制御する。例えば、制御部１６は、第１乃至第３の可変抵抗器８７〜８９の電気抵抗値を互いに異ならせる。これにより、第１のコイル８１Ａは、第２のコイル８１Ｂが孔５０の内部で生じさせる磁界Ｍの磁束密度と異なる磁束密度の磁界Ｍを、孔５０の内部において生じさせる。図９に示すように、例えば、第１のコイル８１Ａは、第１の孔５０Ａの内部で磁界Ｍを生じさせ、第２のコイル８１Ｂは、第２の孔５０Ｂの内部で磁界Ｍを生じさせる。
【０１００】
さらに、第２のコイル８１Ｂは、第３のコイル８１Ｃが孔５０の内部で生じさせる磁界Ｍの磁束密度と異なる磁束密度の磁界Ｍを、孔５０の内部において生じさせる。このように、第１のコイル８１Ａ、第２のコイル８１Ｂ、及び第３のコイル８１Ｃがそれぞれ生じさせる磁界Ｍの磁束密度が異なる。
【０１０１】
第１乃至第３の可変抵抗器８７〜８９が第１のコイル８１Ａ、第２のコイル８１Ｂ、及び第３のコイル８１Ｃに流れる電流値を異ならせることで、第１のコイル８１Ａ、第２のコイル８１Ｂ、及び第３のコイル８１Ｃがそれぞれ生じさせる磁界Ｍの磁束密度が調整される。これにより、底壁４１の外面４１ａに沿う方向における高密度プラズマＰＨの密度が調整される。例えば、高密度プラズマＰＨ、及び当該高密度プラズマＰＨを含むプラズマＰ全体の密度は、ガスＧの種類に応じ、ウェハＷに均一に膜Ｃが成長するように調整される。
【０１０２】
第１のコイル８１Ａ、第２のコイル８１Ｂ、及び第３のコイル８１Ｃがそれぞれ生じさせる磁界Ｍの磁束密度は、他の手段により調整されても良い。例えば、スイッチが、ガスＧの種類に応じ、第１のコイル８１Ａ、第２のコイル８１Ｂ、及び第３のコイル８１Ｃのそれぞれと電源８５との間を電気的に接続（オン）又は切断（オフ）しても良い。
【０１０３】
以上説明された第４の実施形態のシャワーヘッド１３を備えた半導体製造装置１０において、磁界発生部３２は、複数の孔５０のうち少なくとも一つを囲むように巻かれたコイル８１を有する。これにより、コイル８１に流れる電流により、磁界Ｍの磁束密度を調整することができる。コイル８１は、コイル及び磁界発生部の一例である。すなわち、磁界発生部は、シャワーヘッド１３に設けられ、磁界を生じさせることが可能であれば良い。本実施形態において、コイル８１に電流を流す電源８５はシャワーヘッド１３の外部に設けられるが、電源８５がシャワーヘッド１３の内部に設けられても良い。
【０１０４】
以上説明された第１乃至第４の実施形態において、孔５０は第１の通路５１及び第２の通路５２を有し、第１の通路５１の内部でホローカソード放電が生じる。しかし、孔５０は一定の内径を有する孔であっても良い。この場合も、磁界Ｍによって、シャワーヘッド１３の外部であって孔５０の近傍において、電子ＰＥが磁界Ｍの磁力線によりトラップされる。このため、シャワーヘッド１３とウェハＷとの間において、電子ＰＥが原子ＰＡに衝突しやすくなり、プラズマＰの密度が向上する。
【０１０５】
第１乃至第４の実施形態において、底壁４１はシャワーヘッド１３と一体に形成される。しかし、底壁４１は、独立した部品としてのシャワープレートであっても良い。例えば、シャワープレートである底壁４１がチャンバ２１に取り付けられることで、底壁４１の内面４１ｂと上壁２３の内面２３ａとの間に拡散室４５が形成される。当該拡散室４５に、ガス供給装置１４からガスＧが供給される。
【０１０６】
以上説明された少なくとも一つの実施形態によれば、磁界発生部が、複数の孔の内部において第１の面及び第２の面の間に磁界を発生させる。このため、孔の内部を磁力線が通る。例えば、部屋から複数の孔を通ってヘッドの外部に吐出される流体が電荷を持つ粒子を有する場合、当該粒子がローレンツ力により磁力線のまわりを旋回する。すなわち、粒子が磁力線のまわりに集まるため、磁力線が通る孔の内部及び孔の近傍における粒子の密度が向上する。粒子である電子の密度が向上することで、電子と流体の原子との衝突による電離が生じやすくなり、流体がプラズマ化しやすくなる。従って、密度が向上し、例えば、プラズマＣＶＤの効率が向上する。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…半導体製造装置、１２…ステージ、１３…シャワーヘッド、１４…ガス供給装置、１４ｂ…バルブ、３１…ヘッド本体、３２…磁界発生部、３２Ａ…第１の磁界発生部、３２Ｂ…第２の磁界発生部、３３…非磁性部、４１…底壁、４１ａ…外面、４１ｂ…内面、４５…拡散室、５０…孔、５０Ａ…第１の孔、５０Ｂ…第２の孔、５１…第１の通路、５２…第２の通路、６５…窪み、７１…磁石、７５…交流電源、８１…コイル、８１Ａ…第１のコイル、８１Ｂ…第２のコイル、８１Ｃ…第３のコイル、Ｗ…ウェハ、Ｇ…ガス、Ｐ…プラズマ、Ａｘ…中心軸、Ｍ…磁界。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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