(57)【要約】【課題】熱の応答性及び均熱性のよいシャワーヘッドアセンブリを提供する。【解決手段】電極板と該電極板を支持するセラミックスの基体とを有し、ガスを供給するシャワーヘッドアセンブリであって、前記セラミックスの基体は、前記基体の中心側及び周縁側に形成される第１及び第２のガス拡散空間と、前記第１及び第２のガス拡散空間の上方位置に設けられる第１及び第２のヒータ電極層と、前記第１及び第２のガス拡散空間の上方位置であって前記第１及び第２のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第１及び第２の冷媒流路と、前記第１及び第２のガス拡散空間を介してガスを供給する第１及び第２のガス供給路と、を有し、前記基体の内部に接合面がないように作製されているシャワーヘッドアセンブリが提供される。【選択図】図２
2015095551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板と該電極板を支持するセラミックスの基体とを有し、ガスを供給するシャワーヘッドアセンブリであって、
前記セラミックスの基体は、
前記基体の中心側に形成される第１のガス拡散空間と、
前記基体の周縁側に形成される第２のガス拡散空間と、
前記第１のガス拡散空間の上方位置に設けられる第１のヒータ電極層と、
前記第２のガス拡散空間の上方位置に設けられる第２のヒータ電極層と、
前記第１のガス拡散空間の上方位置であって前記第１のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第１の冷媒流路と、
前記第２のガス拡散空間の上方位置であって前記第２のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第２の冷媒流路と、
前記第１のガス拡散空間を介してガスを供給する第１のガス供給路と、
前記第２のガス拡散空間を介してガスを供給する第２のガス供給路と、を有し、
前記基体の内部に接合面がないように作製されているシャワーヘッドアセンブリ。
【請求項２】
前記セラミックスの基体は、
複数のシート状のセラミックスに、前記第１のガス拡散空間、前記第２のガス拡散空間、前記第１のヒータ電極層、前記第２のヒータ電極層、前記第１の冷媒流路、前記第２の冷媒流路、前記第１のガス供給路及び前記第２のガス供給路を形成して積層させ、焼成及び圧縮することで前記基体の内部に接合面がないように作製されている、
請求項１に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
【請求項３】
前記シャワーヘッドアセンブリは、
処理室内に第１電極と第２電極とを対向して配設し、前記第２電極に載置された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の前記第１電極として用いられ、前記第１電極と前記第２電極との少なくともいずれかに印加された高周波電力により前記第１電極から供給されたガスからプラズマを生成し、
前記電極板は、前記第２電極と対向し、
前記セラミックスの基体は、
前記電極板の前記第２電極側とは反対側の面に中心部と周縁部とで高さが異なる形状の誘電体部を有する、
請求項１又は２に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
【請求項４】
前記第１のガス供給路は、
第１のガス導入口と第１のガス導出口と前記第１のガス拡散空間とを接続し、該第１のガス導入口と該第１のガス導出口とが一直線上に配置されないように迂回して形成され、
前記第２のガス供給路は、
第２のガス導入口と第２のガス導出口と前記第２のガス拡散空間とを接続し、該第２のガス導入口と該第２のガス導出口とが一直線上に配置されないように迂回して形成される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
【請求項５】
前記セラミックスの基材は、
炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（ＳｉＮ）又は酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）のいずれかにより形成される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のシャワーヘッドアセンブリ。
【請求項６】
処理室内に第１電極と第２電極とを対向して配設し、前記第１電極として用いられるシャワーヘッドアセンブリからガスを供給し、前記第１電極と前記第２電極との少なくともいずれかに印加された高周波電力によりプラズマを生成し、前記第２電極に載置された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記シャワーヘッドアセンブリは、
電極板と、該電極板を支持するセラミックスの基体とを有し、
前記セラミックスの基体は、
前記基体の中心側に形成される第１のガス拡散空間と、
前記基体の周縁側に形成される第２のガス拡散空間と、
前記第１のガス拡散空間の上方位置に設けられる第１のヒータ電極層と、
前記第２のガス拡散空間の上方位置に設けられる第２のヒータ電極層と、
前記第１のガス拡散空間の上方位置であって前記第１のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第１の冷媒流路と、
前記第２のガス拡散空間の上方位置であって前記第２のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第２の冷媒流路と、
前記第１のガス拡散空間を介してガスを供給する第１のガス供給路と、
前記第２のガス拡散空間を介してガスを供給する第２のガス供給路と、を有し、
前記基体の内部に接合面がないように作製され、
前記第１のヒータ電極層と前記第１の冷媒流路とにより前記第１電極の中心側の温度を調整し、前記第２のヒータ電極層と前記第２の冷媒流路とにより前記第２電極の周縁側の温度を調整する、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャワーヘッドアセンブリ及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に所望の微細加工を施すために、基板を適切な温度に制御することは重要である。そこで、載置台の基体に設けられた発熱体と流体流路とにより構成されたセラミックスヒーターを用いて載置台を所望の温度に制御し、載置台上の基板に所定の処理を施すことが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
プラズマ処理装置において、ガスを供給するシャワーヘッドアセンブリが使用されることがある。シャワーヘッドアセンブリの基体には、ガスの供給に偏りが生じないようにガス拡散空間が設けられることがある。また、基体には、シャワーヘッドアセンブリを適切な温度に制御するように発熱体と流体流路とが設けられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６０４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャワーヘッドアセンブリの温度制御においても基体の熱の応答性や均熱性がよければ、基体の温度制御から目標温度になるまでに要する時間を短縮でき、温度の面内分布のバラツキや温度の経時変化に対するプロセス特性の変化を最小限に抑えることができる。これにより、良好なプラズマプロセスが実現できる。
【０００６】
しかしながら、シャワーヘッドアセンブリに発熱体を埋設したり、流体流路を形成したりすると、機械的加工により基体の内部に接合面が生じ、その接合面で生じる熱抵抗により、熱の応答性や均熱性が低下する。
【０００７】
上記課題に対して、一側面では、熱の応答性及び均熱性のよいシャワーヘッドアセンブリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一の態様によれば、
電極板と該電極板を支持するセラミックスの基体とを有し、ガスを供給するシャワーヘッドアセンブリであって、
前記セラミックスの基体は、
前記基体の中心側に形成される第１のガス拡散空間と、
前記基体の周縁側に形成される第２のガス拡散空間と、
前記第１のガス拡散空間の上方位置に設けられる第１のヒータ電極層と、
前記第２のガス拡散空間の上方位置に設けられる第２のヒータ電極層と、
前記第１のガス拡散空間の上方位置であって前記第１のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第１の冷媒流路と、
前記第２のガス拡散空間の上方位置であって前記第２のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第２の冷媒流路と、
前記第１のガス拡散空間を介してガスを供給する第１のガス供給路と、
前記第２のガス拡散空間を介してガスを供給する第２のガス供給路と、を有し、
前記基体の内部に接合面がないように作製されているシャワーヘッドアセンブリが提供される。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、
処理室内に第１電極と第２電極とを対向して配設し、前記第１電極として用いられるシャワーヘッドアセンブリからガスを供給し、前記第１電極と前記第２電極との一方または両方に印加された高周波電力によりプラズマを生成し、前記第２電極に載置された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記シャワーヘッドアセンブリは、
電極板と、該電極板を支持するセラミックスの基体とを有し、
前記セラミックスの基体は、
前記基体の中心側に形成される第１のガス拡散空間と、
前記基体の周縁側に形成される第２のガス拡散空間と、
前記第１のガス拡散空間の上方位置に設けられる第１のヒータ電極層と、
前記第２のガス拡散空間の上方位置に設けられる第２のヒータ電極層と、
前記第１のガス拡散空間の上方位置であって前記第１のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第１の冷媒流路と、
前記第２のガス拡散空間の上方位置であって前記第２のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第２の冷媒流路と、
前記第１のガス拡散空間を介してガスを供給する第１のガス供給路と、
前記第２のガス拡散空間を介してガスを供給する第２のガス供給路と、を有し、
前記基体の内部に接合面がないように作製され、
前記第１のヒータ電極層と前記第１の冷媒流路とにより前記第１電極の中心側の温度を調整し、前記第２のヒータ電極層と前記第２の冷媒流路とにより前記第２電極の周縁側の温度を調整する、プラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱の応答性及び均熱性のよいシャワーヘッドアセンブリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図。
【図２】一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの一部の縦断面図。
【図３】一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造に使用するロールコンパクション（ＲＣ）法を説明するための図。
【図４】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図５】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図６】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図７】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図８】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図９】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図１０】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図１１】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図１２】ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリの製造例。
【図１３】一実施形態に係る温度制御方法の一例を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１３】
［プラズマ処理装置］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態にかかるプラズマ処理装置の縦断面図である。ここでは、平行平板プラズマにおいて上部電極及び下部電極に高周波電力を印加するプラズマ処理装置を例に挙げて説明する。ただし、プラズマ処理装置の構成は、これに限られず、上部電極及び下部電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加する構成であればよい。
【００１４】
プラズマ処理装置１０は、内部が気密に保持され、電気的に接地されたチャンバＣ（処理室）を有している。チャンバＣは円筒状であり、例えば表面を陽極酸化処理されたアルミニウム等から形成されている。内部にはシリコンウェハＷ（以下、単に「ウェハＷ」という。）を支持する載置台１００が設けられている。載置台１００の基材１００ａは、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成されている。載置台１００は、クランプ１０１を介してネジ１０１ａによって支持台１０４に支持されている。支持台１０４は、アルミニウムから形成されている。載置台１００は、下部電極として機能する第２電極の一例である。載置台１００の外周には、例えば石英等の絶縁体からなる円筒状の内壁部材１０３が設けられ、チャンバＣと載置台１００とを絶縁する。
【００１５】
載置台１００上部の外周には、フォーカスリング１０５が設けられている。フォーカスリング１０５は、シリコン（Ｓｉ）から形成されている。載置台１００の上面には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁層１０６ｂ内にチャック電極１０６ａが埋設された構造を有している。絶縁層１０６ｂは、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）から形成されている。チャック電極１０６ａには、直流電圧源１１２が接続されている。直流電圧源１１２から電極１０６ａに直流電圧が印加されると、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。
【００１６】
載置台１００の内部には、流路１０２が形成されている。流路１０２には、例えばガルデンや冷却水等の冷媒が循環され、これにより、ウェハＷは所定の温度に調整される。伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１１３に通して静電チャック１０６上のウェハＷ裏面に供給する。
【００１７】
載置台１００には、第１の整合器１１１ａを介して第１の高周波電源１１０ａが接続されている。第１の高周波電源１１０ａは、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を載置台１００に印加する。
【００１８】
載置台１００の上方には、シャワーヘッドアセンブリ１１６が設けられている。シャワーヘッドアセンブリ１１６は、絶縁部材１４５を介してチャンバＣの側壁に支持される。シャワーヘッドアセンブリ１１６は、上部電極として機能する第１電極の一例である。シャワーヘッドアセンブリと載置台１００とは、対向して配設された一対の電極構造をなす。
【００１９】
シャワーヘッドアセンブリは、電極板１１６ａと電極板１１６ａを支持する基体１１６ｂとを有している。基体１１６ｂは、電極板１１６ａの載置台１００と対向する面とは反対側の面にて電極板１１６ａと接合され、電極板１１６ａを着脱可能に支持する。
【００２０】
基体１１６ｂは、セラミックスにより形成されている。本実施形態では、基体１１６ｂは、炭化珪素（ＳｉＣ）により形成される。しかし、基材１００ａは、これに限られず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（ＳｉＮ）又は酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）のいずれかにより形成されてもよい。
【００２１】
基体１１６ｂの中心側には第１のガス拡散空間１１７ａが形成され、周縁側には第２のガス拡散空間１１７ｂが形成されている。第１のガス拡散空間１１７ａには第１のガス供給路１２０ａが連結し、第２のガス拡散空間１１７ｂには第２のガス供給路１２０ｂが連結している。ガス供給源１２１は、第１のガス供給路１２０ａに第１のガスを供給する。第１のガスは、第１のガス拡散空間１１７ａにて拡散され、分岐した複数の第１のガス供給路１２０ａを介して電極板１１６ａに設けられたガス導出孔１２２ａからチャンバＣの内部に導出される。ガス供給源１２１は、第２のガス供給路１２０ｂに第２のガスを供給する。第２のガスは、第２のガス拡散空間１１７ｂにて拡散され、分岐した複数の第２のガス供給路１２０ｂを介して電極板１１６ｂに設けられたガス導出孔１２２ｂからチャンバＣの内部に導出される。これにより、第１のガス及び第２のガスは、チャンバＣの内部のプラズマ処理空間にシャワー状に導出される。なお、第１のガス及び第２のガスは、同一のガス種であってもよい。
【００２２】
第１のガス拡散空間１１７ａの上方位置には、第１のヒータ電極層１１８ａが設けられ、第２のガス拡散空間１１７ｂの上方位置には、第２のヒータ電極層１１８ｂが設けられている。第１のヒータ電極層１１８ａ及び第２のヒータ電極層１１８ｂには、交流電源１１３が接続され、交流電源１１３から供給される電力により加熱され、基体１１６ｂを昇温させるようになっている。
【００２３】
第１のガス拡散空間１１７ａの上方位置であって第１のヒータ電極層１１８ａの上方位置には、第１の冷媒流路１１９ａが形成されている。第２のガス拡散空間１１７ｂの上方位置であって第２のヒータ電極層１１８ｂの上方位置には、第２の冷媒流路１１９ｂが形成されている。第１の冷媒流路１１９ａ及び第２の冷媒流路１１９ｂには、冷媒供給源１２３が接続され、冷媒供給源１２３から供給される、例えばガルデンや冷却水等の冷媒が循環され、基体１１６ｂを降温させるようになっている。これにより、ウェハＷは所定の温度に調整される。
【００２４】
シャワーヘッド１１６には、第２の整合器１１１ｂを介して第２の高周波電源１１０ｂが接続されている。第２の高周波電源１１０ｂは、例えば２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲、例えば２ＭＨｚの周波数の高周波電力をシャワーヘッド１１６に印加する。
【００２５】
シャワーヘッド１１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４が電気的に接続されている。ローパスフィルタ１２４は、第２の高周波電源１１０ｂからの高周波を遮断し、第２の高周波電源１１０ｂからの高周波をグランドに通すためのものである。一方、載置台１００には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１４が電気的に接続されている。ハイパスフィルタ１１４は、第１の高周波電源１１０ａからの高周波を遮断し、第１の高周波電源１１０ａからの高周波をグランドに通すためのものである。
【００２６】
円筒状の蓋体１１５は、チャンバＣの側壁からシャワーヘッド１１６の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。蓋体１１５は導体であり、接地されている。チャンバＣの底部には、排気口１７１が形成されている。排気口１７１には、排気装置１７３が接続されている。排気装置１７３は、図示しない真空ポンプを有し、真空ポンプを作動させることによりチャンバＣ内を所定の真空度まで減圧する。
【００２７】
制御部２００は、プラズマ処理装置１０に取り付けられた各部、たとえばガス供給源１２１、排気装置１７３、高周波電源１１０ａ、１１０ｂ、直流電圧源１１２及び伝熱ガス供給源８５を制御する。制御部２００は、温度測定部Ｔにより検出された温度を取得する。
【００２８】
制御部２００は、図示しないＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＯＭ又はＲＡＭに格納された各種レシピに従ってプラズマ処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、ＥＳＣ温度など）、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、伝熱ガス流量などが記載されている。
【００２９】
これにより、レシピに従ってプラズマ処理が実行され、載置台１００及びシャワーヘッド１１６を所望の温度に制御した状態で載置台１００上のウェハＷにエッチング処理等のプラズマ処理が施される。その際、第１のヒータ電極層１１８ａと第１の冷媒流路１１９ａとによりシャワーヘッド１１６の中心側の温度が調整される。また、第２のヒータ電極層１１８ｂと第２の冷媒流路１１９ｂとによりシャワーヘッド１１６の周縁側の温度が調整される。
【００３０】
［シャワーヘッドアセンブリの構成］
シャワーヘッドアセンブリ１１６は、電極板１１６ａの裏面側（載置台１００側とは反対側の面）に電極板１１６ａに接するように、中心部と周縁部とで高さが異なる形状の誘電体部を有している。以下、誘電体部を含むシャワーヘッドアセンブリ１１６の詳細な構成について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１のシャワーヘッドアセンブリ１１６の一部を拡大した図である。
【００３１】
第１のガスは、中心側に形成される第１のガス供給路１２０ａ、第１のガス拡散空間１１７ａを通ってガス導出孔１２２ａからチャンバＣ内の中心側に導入される。第１のガス拡散空間１１７ａの上方位置に設けられた第１のヒータ電極層１１８ａ及び第１の冷媒流路１１９ａは、シャワーヘッドアセンブリ１１６の中心側の温度の制御を行う。
【００３２】
また、本実施形態では、第２のガスは、周縁側に形成される第２のガス供給路１２０ｂ、第２のガス拡散空間１１７ｂを通ってガス導出孔１２２ｂからチャンバＣ内の周縁側に導入される。第２のガス拡散空間１１７ｂの上方位置に設けられた第２のヒータ電極層１１８ｂ及び第２の冷媒流路１１９ｂは、シャワーヘッドアセンブリ１１６の周縁側の温度の制御を行う。かかる構成により、本実施形態にかかるシャワーヘッドアセンブリ１１６では、中心側及び周縁側の２ゾーンに分けてゾーン毎のガス供給及び温度制御が可能である。
【００３３】
本実施形態では、誘電体部の一例として空洞部１２５（比誘電率＝１）が設けられている。空洞部１２５には、その周縁部から中心部へ向けて徐々に高さが高くなるように段差が設けられている。例えば、空洞部１２５は、直径が異なる２つの円板状空洞部１２５ａ、１２５ｂを直径の大きい順に下から同心円状に複数積み重ねた形状であってもよい。ここでは、２つの円板状空洞部を積み重ねたが、３つ以上の円板状空洞部を積み重ねてもよい。
【００３４】
空洞部１２５は、比誘電率が１の誘電体として機能し、シャワーヘッドアセンブリ１１６に供給される高周波電力の周波数において共振が生じ、かつ空洞部１２５内に電極板１１６ａに対して直交する電界が生じるように各円板状空洞部１２５ａ、１２５ｂの寸法が決定される。このように空洞部１２５に共振が生じ、電極板１１６ａに対して直交する電界が生じる場合、空洞部１２５の電界と電極板１１６ａの電界とが結合し、空洞部１２５の電界によって電極板１１６ａにおける空洞部１２５の直下（例えば電極中心部から電極周縁部まで）の電界を制御することができる。
【００３５】
空洞部１２５にこれと同形状の誘電体部材を埋め込んで誘電体部を構成してもよい。これによれば、埋め込んだ誘電体部材の誘電率により誘電体部の誘電率が決まるため、誘電体部材を選ぶことによって誘電体部の誘電率を所望の誘電率にすることができる。なお、誘電体部材としては、比誘電率が１〜１０のものが好ましい。誘電体部材としては、例えば、石英（比誘電率  ３〜１０）、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックス（比誘電率  ５〜１０）、テフロン（登録商標）、ポリイミド等の樹脂（比誘電率  ２〜３）を挙げることができる。
【００３６】
図２（ｂ）は、シャワーヘッドアセンブリ１１６の変形例を示した図である。図２（ａ）との相違は、第１及び第２のヒータ電極層１１８ａ、１１８ｂと、第１及び第２の冷媒流路１１９ａ、１１９ｂとの配置位置が、上下で逆になっている点のみである。
【００３７】
つまり、図２（ｂ）のシャワーヘッドアセンブリ１１６では、第１のガス拡散空間１１７ａの上方位置であって第１のヒータ電極層１１８ａの下方位置に第１の冷媒流路１１９ａが形成されている。同様に、第２のガス拡散空間１１７ｂの上方位置であって第２のヒータ電極層１１８ｂの下方位置に第２の冷媒流路１１９ｂが形成されている。図２（ｂ）の場合にも、図２（ａ）の場合と同様にゾーン毎のガス供給及び温度制御が可能である。
【００３８】
［シャワーヘッドの製造方法］
次に、本発明の一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリ１１６の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリ１１６の製造に使用するロールコンパクション（ＲＣ）法（以下、単に「ＲＣ法」ともいう。）を説明するための図である。図４〜図１２は、ＲＣ法を用いた一実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリ１１６の製造例を示した図である。
【００３９】
本実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリ１１６の基体１１６ｂの製造に使用するＲＣ法では、炭化珪素（以下、ＳｉＣと表記する。）の基体１１６ｂを製造するための原料であるシリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）の粉末が、所望の混合比率でコンテナ２５０に投入される。コンテナ２５０は、投入された原料を混合してスラリーＡを作る。スラリーＡは、フィーダ２６０から線状に排出され（図３のＢ）、回転する２つの圧延ロール２７０により圧縮され、これにより、ＳｉＣのセラミックスシートＳ（シート状のセラミックス）が形成される。
【００４０】
ＳｉＣのセラミックスシートＳは、レーザ加工により所望の形状に形成される。例えば、図４〜図１１には、７枚のセラミックスシートＳａ〜Ｓｇがそれぞれレーザ加工された状態が示されている。基体１１６ｂは、７枚のセラミックスシートＳａ〜Ｓｇを７層積層させて焼成及び圧縮することで作製される。
【００４１】
図５に示したセラミックスシートＳａは、第１層目（最上層）であり、ガス導入口が形成されている。具体的には、第１のガスを導入する第１のガス導入口１２０ａ１及び第２のガスを導入する第２のガス導入口１２０ｂ１が形成されている。
【００４２】
図６に示したセラミックスシートＳｂは、第２層目であり、主に第２のガスを流す第２のガス供給路１２０ｂが形成されている。セラミックスシートＳｂは、第２のガス供給路１２０ｂを形成可能な厚さを有する。第２のガス供給路１２０ｂは、ガス穴が周方向に四等分される位置に形成されるように四分岐する経路が形成されている。これにより、周縁側に設けられた概ねリング状の第２のガス拡散空間１１７ｂに４箇所から均等にガスを供給することができる。第２のガス拡散空間１１７ｂへのガス供給口が一つであると、第２のガス拡散空間１１７ｂは幅の狭いバッファ空間であるため、空間内のコンダクタンスが悪いために内部において圧力に偏りが生じ、ガスを均一に供給できなくなる。これに対して、第２のガス拡散空間１１７ｂに４箇所からガスを供給することで、空間内の圧力が均一になり、内部に供給されるガスの流量に偏りが生じ難い。
【００４３】
このように、セラミックスシートＳｂでは、レーザ加工によりシート内に複雑なガス経路を形成することができる。なお、セラミックスシートＳｂには、第１のガスを流す一つの第１のガス供給路１２０ａの断面が形成されている。
【００４４】
図７に示したセラミックスシートＳｃは、第３層目であり、第１のガスを流す一つの第１のガス供給路１２０ａの断面及び第２のガスを流す四つの第２のガス供給路１２０ｂの断面が形成されている。
【００４５】
図８に示したセラミックスシートＳｄは、第４層目であり、主に第１のガスを流す第１のガス供給路１２０ａが形成されている。セラミックスシートＳｄは、第１のガス供給路１２０ａを形成可能な厚さを有する。第１のガス供給路１２０ａは、中心側に設けられた第１のガス拡散空間１１７ａにガスを供給するように、中心に位置するガス穴へ第１のガスを流す経路が形成されている。なお、セラミックスシートＳｄには、第２のガスを流す四つの第２のガス供給路１２０ｂの断面が形成されている。
【００４６】
図９に示したセラミックスシートＳｅは、第５層目であり、第１のガスを流す一つの第１のガス供給路１２０ａの断面及び第２のガスを流す四つの第２のガス供給路１２０ｂの断面が形成されている。
【００４７】
図１０に示したセラミックスシートＳｆは、第６層目であり、第１のガス供給路１２０ａと連通し、第１のガスを拡散する第１のガス拡散空間１１７ａ、及び第２のガス供給路１２０ｂと連通し、第２のガスを拡散する第２のガス拡散空間１１７ｂが形成されている。第１のガス拡散空間１１７ａ及び第２のガス拡散空間１１７ｂの底面には、第１のガスをチャンバＣ側に導くためのガス孔Ｈ１及び第２のガスをチャンバＣ側に導くためのガス孔Ｈ２が均等に多数形成されている。
【００４８】
図１１に示したセラミックスシートＳｇは、第７層目であり、第１のガス導出口１２０ａ及び第２のガス導出口１２０ｂが均等に配置されている。これにより、第１のガス導出口１２０ａによって第１のガスがウェハＷの中心側にシャワー状に供給され、第２のガス導出口１２０ｂによって第２のガスがウェハＷの周縁側にシャワー状に供給される。
（焼成及び圧縮）
セラミックスシートＳａ〜Ｓｇは、各シート間に接着剤を塗布して積層された状態で処理炉に投入され、焼成及び圧縮される。本実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリ１１６の基体１１６ｂは、バルク材ではなく、薄いセラミックスのシート材の積層構造であるため焼成が速く、処理炉の使用時間を短縮できる。また、固相焼結により粒子を結合させるため、ＳｉＣの基材の強度は、バルク材と同等またはそれ以上となる。
【００４９】
セラミックスシートＳａ〜Ｓｇの層間の接着剤は、焼成時に昇華してなくなる。これにより、本実施形態に係るシャワーヘッドアセンブリ１１６の基体１１６ｂは、内部に接合面がないように作製される。つまり、シャワーヘッドアセンブリ１１６の基体１１６ｂは、一体焼成により接合面がない状態で、その内部にガス供給路等の中空構造体を形成できる。これにより、セラミックスのシート材の層間の熱抵抗がなくなり、熱の応答性及び均熱性のよいシャワーヘッドアセンブリ１１６を作製することができる。また、基体１１６ｂの内部のガス供給路等の構造は、レーザ加工により形成するため、様々な形状を柔軟に形成できる。
【００５０】
たとえば、上記実施形態では、図６のセラミックスシートＳｂに第２のガス供給路１２０ｂを形成し、図８のセラミックスシートＳｄに第１のガス供給路１２０ａを形成した例について説明した。しかし、図１２に示されるように、第１のガス供給路１２０ａと第２のガス供給路１２０ｂとを一枚のセラミックスシートＳｂ'に形成してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、図４〜図１１を用いてセラミックスシートＳａ〜Ｓｇに形成された第１及び第２のガス拡散空間１１７ａ、１１７ｂと第１及び第２のガス供給路１２０ａ、１２０ｂとについて説明した。しかし、第１のヒータ電極層１１８ａ及び第２のヒータ電極層１１８ｂも同様に積層されたセラミックスシートＳのいずれかのシート内の任意の位置に埋め込み、積層させることができる。第１の冷媒流路１１９ａ及び第２の冷媒流路１１９ｂも同様にセラミックスシートＳのいずれかのシート内の任意の位置に形成し、積層させることができる。
【００５２】
これにより、基体１１６ａは、内部に第１及び第２のガス拡散空間１１７ａ、１１７ｂ、第１及び第２のヒータ電極層１１８ａ、１１８ｂ、第１及び第２の冷媒流路１１９ａ、１１９ｂ、第１及び第２のガス供給路１２０ａ、１２０ｂが形成された状態であって接合面がない状態に作製することができる。
【００５３】
また、ＲＣ法を用いたシャワーヘッドアセンブリ１１６の製造方法によれば、ガスの導入口及びガス導出口を任意の位置に任意の個数だけ形成することができる。シャワーヘッドアセンブリ１１６のガスの導入口及びガス導出口が一直線上にあると、ガス経路を長くできないため、異常放電を防止することが難しい。
【００５４】
そこで、第１のガス供給路１２０ａは、第１のガスを導入する第１のガス導入口とガスを導出する第１のガス導出口と第１のガス拡散空間１１７ａとを接続し、第１のガス導入口と第１のガス導出口とが一直線上に配置されないように迂回して形成される。
【００５５】
また、第２のガス供給路１２０ｂは、第２のガスを導入する第２のガス導入口とガスを導出する第２のガス導出口と第２のガス拡散空間１１７ｂとを接続し、第２のガス導入口と第２のガス導出口とが一直線上に配置されないように迂回して形成される。これにより、シャワーヘッドアセンブリ１１６における異常放電を防止することができる。
【００５６】
［温度制御方法］
最後に、シャワーヘッドアセンブリ１１６の温度制御について簡単に説明する。図１３は、一実施形態にかかる温度制御方法の一例を示したフローチャートである。シャワーヘッドアセンブリ１１６を中心側と周縁側の二つのゾーンＺ１、Ｚ２に分けた場合、以下に説明するように、各領域Ｚは、制御部２００により独立して温度制御される。
【００５７】
図１３の温度制御処理が開始されると、まず、温度制御対象の領域を示す変数ｉに「１」が代入される（ステップＳ１０）。次に、制御部２００は、温度測定部Ｔにより検出された温度を取得する（ステップＳ１１）。温度測定部Ｔは、各領域の温度を検出する機能を有していれば、どのような構成であってもよい。例えば、温度測定部Ｔは、静電チャック４０の裏面を走査して各領域の温度を検出してもよい。例えば、温度測定部Ｔは、静電チャック５０の各領域又は所定位置に設けられた熱電対や温度センサであってもよい。
【００５８】
次に、制御部２００は、測定温度と設定温度（目標温度）との差分に基づき、領域Ｚ１の温度調整が必要かを判定する（ステップＳ１２）。温度調整の必要がないと判定された場合、ステップＳ１４に進む。
【００５９】
一方、温度調整の必要があると判定された場合、制御部２００は、領域Ｚ１に組み込まれた第１のヒータ電極層１１８ａ及び第１の冷媒流路１１９ａによって領域Ｚ１を所定の温度に制御する。
【００６０】
次に、制御部２００は、変数ｉが領域数ｎ（＝２）よりも大きいかを判定する（ステップＳ１４）。変数ｉが領域数２よりも小さい又は等しい場合、変数ｉに「１」が加算され（ステップＳ１５）、ステップＳ１１に戻り、制御部２００は、ステップＳ１１〜Ｓ１４を実行することで、次の領域Ｚ２の温度制御を行う。
【００６１】
ステップＳ１１にて制御部２００は、温度測定部Ｔにより検出された温度を取得し、ステップＳ１２において、温度調整の必要がないと判定された場合、ステップＳ１４に進む。一方、温度調整の必要があると判定された場合、制御部２００は、領域Ｚ２に組み込まれた第２のヒータ電極層１１８ｂへの電流供給及び第２の冷媒流路１１９ｂへの冷媒供給によって領域Ｚ２を所定の温度に制御する。
【００６２】
変数ｉが領域数２よりも大きくなったとき、制御部２００は、領域Ｚ１、Ｚ２についての温度調整が完了したと判断し、本温度制御処理を終了する。
【００６３】
以上、シャワーヘッドアセンブリ及びプラズマ処理装置の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、シャワーヘッドアセンブリ１１６の製造方法としてＲＣ法を例示したが、これに限られない。例えば、シャワーヘッドアセンブリ１１６は、セラミックシートを使用してドクターブレード法等によっても作製することができる。
【００６５】
また、例えば、上記実施形態では、２ゾーンに分けてガスを供給し、温調制御を行うことが可能なシャワーヘッドアセンブリ１１６について説明した。しかし、シャワーヘッドアセンブリ１１６の内部構造は、これに限られず、３ゾーン、４ゾーン、多ゾーンに分けてガスを供給し、温調制御を行うことが可能に基体１１６ａの内部の構成を変えてもよい。
【００６６】
また、第１及び第２のヒータ電極層１１８ａ、１１８ｂと第１及び第２の冷媒流路１１９ａ、１１９ｂとを上下に複数層積層させてもよい。また、第１及び第２のヒータ電極層１１８ａ、１１８ｂの一方を単層、他方を複数層にしてもよい。これにより、積極的に不均一な温度分布に制御することも可能となる。
【００６７】
また、本発明にかかるシャワーヘッドアセンブリ１１６は、プラズマ処理装置全般に適用することができる。例えば、本発明にかかるシャワーヘッドアセンブリ１１６は、エッチング装置、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、アッシング処理装置、その他の成膜装置に適用可能である。その際、プラズマ処理装置にてプラズマを発生させる手段としては、容量結合型プラズマ(ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)発生手段、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)発生手段、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）発生手段、ラジアルラインスロットアンテナから生成したマイクロ波プラズマやＳＰＡ（Slot Plane Antenna）プラズマを含むマイクロ波励起表面波プラズマ発生手段、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance Plasma）発生手段等を用いることができる。また、本発明に係るシャワーヘッドアセンブリ１１６は、プラズマ以外の手段で基板を処理する基板処理装置にも使用可能である。
【００６８】
本発明において処理を施される被処理基板は、上記実施形態にて説明に使用したウェハＷに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０：プラズマ処理装置
１００：載置台
１１６：シャワーヘッドアセンブリ
１１６ａ：電極板
１１６ｂ：基体
１１７ａ：第１のガス拡散空間
１１７ｂ：第２のガス拡散空間
１１８ａ：第１のヒータ電極層
１１８ｂ：第２のヒータ電極層
１１９ａ：第１の冷媒流路
１１９ｂ：第２の冷媒流路
１２０ａ：第１のガス供給路
１２０ｂ：第２のガス供給路
１２５：空洞部
２００：制御部
Ｃ：チャンバ
【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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【図１２】
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【図１３】
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