(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置の処理室に配されて該処理室内の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部が有するシャワープレートであって、
前記処理ガス供給部内に形成され且つ前記処理ガスが導入される処理ガス導入空間及び前記処理空間の間に介在し、
前記処理ガス導入空間及び前記処理空間を連通させる処理ガス供給経路を有し、
前記処理ガス供給経路は、前記処理ガス導入空間側に形成された複数のガス穴と、前記処理空間側に形成された複数のガス溝とを有し、前記複数のガス穴及び前記複数のガス溝は、前記複数のガス穴が、前記複数のガス溝の底部において該ガス溝の長さ方向に沿って均等に開口するようにして互いに連通し、
前記複数のガス溝の流路断面積の合計値は、前記複数のガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上であり、前記ガス溝の深さは５ｍｍよりも大きいことを特徴とするシャワープレート。
【請求項２】
前記複数のガス溝は、前記処理空間側の表面において直線状且つ互いに平行に形成されることを特徴とする請求項１記載のシャワープレート。
【請求項３】
厚さ方向に関して２分割された第１の部材及び第２の部材からなり、
前記第１の部材は前記ガス導入空間側に配され、且つ前記第２の部材は前記処理空間側に配され、
前記複数のガス穴は前記第１の部材に形成されるとともに、前記複数のガス溝は前記第２の部材に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のシャワープレート。
【請求項４】
基板を収容して処理を施す処理室と、該処理室に配されて該処理室内の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備える基板処理装置であって、
前記処理ガス供給部は、該処理ガス供給部内に形成され且つ前記処理ガスが導入される処理ガス導入空間及び前記処理空間の間に介在するシャワープレートを有し、
該シャワープレートは前記処理ガス導入空間及び前記処理空間を連通させる処理ガス供給経路を有し、
前記処理ガス供給経路は、前記シャワープレートの前記処理ガス導入空間側に形成された複数のガス穴と、前記シャワープレートの前記処理空間側に形成された複数のガス溝とを有し、前記複数のガス穴及び前記複数のガス溝は、前記複数のガス穴が、前記複数のガス溝の底部において該ガス溝の長さ方向に沿って均等に開口するようにして互いに連通し、
前記複数のガス溝の流路断面積の合計値は、前記複数のガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上であり、前記ガス溝の深さは５ｍｍよりも大きいことを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
前記処理ガス供給部は、前記処理ガス導入空間及び前記シャワープレートの間に介在し、且つ該シャワープレートを冷却するクーリングプレートを有し、
該クーリングプレートは、前記処理ガス導入空間及び前記処理ガス供給経路を連通させる複数の貫通穴を有することを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板を収容して処理を施す処理室と、該処理室に配されて該処理室内の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備える基板処理装置であって、
前記処理ガス供給部は、該処理ガス供給部内に形成され且つ前記処理ガスが導入される処理ガス導入空間及び前記処理空間の間に介在するシャワープレートと、前記処理ガス導入空間及び前記シャワープレートの間に介在し、且つ該シャワープレートを冷却するクーリングプレートとを有し、
前記シャワープレートは、厚さ方向に貫通し且つ前記処理空間に連通する複数のガス溝を有し、
前記クーリングプレートは、前記処理ガス導入空間及び前記複数のガス溝を連通させる複数のガス穴であって、前記複数のガス溝の底部において該ガス溝の長さ方向に沿って均等に開口するガス穴を有し、
前記複数のガス溝の流路断面積の合計値は、前記複数のガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上であり、前記ガス溝の深さは５ｍｍよりも大きいことを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャワープレート及び基板処理装置に関し、特に、基板処理装置が備えるチャンバ内の処理空間へ処理ガスを供給するシャワーヘッドが有するシャワープレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、基板処理装置は、基板としてのウエハを収容するチャンバを備え、該チャンバ内の処理空間において処理ガスから発生したプラズマを用いてウエハにプラズマ処理を施す。処理ガスはチャンバの上部に配されたシャワーヘッドによって該チャンバ内の処理空間へ供給される。
【０００３】
図１０は、従来の基板処理装置が備えるシャワーヘッドの構造を概略的に示す図であり、図１０（Ａ）は従来のシャワーヘッドの断面図であり、図１０（Ｂ）は従来のシャワーヘッドを下方から眺めた底面図である。なお、図１０（Ａ）は図１０（Ｂ）における線IX−IXに沿う断面図である。
【０００４】
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）において、シャワーヘッド９０は、円板状のシャワープレート９１と、該シャワープレート９１の上に配された円板状のクーリングプレート９２と、シャワープレート９１を保持するプレート保持体９３とを有する。該プレート保持体９３は円柱状の部材からなり、該円柱が下方から刳り抜かれ、該刳り抜かれた部分にシャワープレート９１及びクーリングプレート９２を収容する。収容されたクーリングプレート９２はプレート保持体９３とともに、該プレート保持体９３内に空間９４を形成する。該空間９４へは処理ガス導入管９５から処理ガスが導入される。また、収容されたシャワープレート９１はチャンバ内の処理空間（図示しない）へ対向する。
【０００５】
シャワープレート９１及びクーリングプレート９２はそれぞれ厚さ方向に貫通する複数のガス穴９６，９７を有し、該ガス穴９６，９７を介して空間９４及び処理空間が連通する。空間９４へ導入された処理ガスはガス穴９６，９７を介して処理空間へ供給される。ここで、特に図１０（Ｂ）に示すように、ガス穴９６は分散して配されるため、処理ガスも分散して供給される。
【０００６】
ところで、従来から、処理空間のプラズマがガス穴９６，９７へ入り込み、ガス穴９６，９７内で異常放電が発生することが知られている。異常放電が発生するとクーリングプレート９２を覆うアルマイトが剥がれてパーティクルが発生する。
【０００７】
そこで、シャワープレートやクーリングプレートのガス穴をラビリンス状に形成し、各ガス穴にプラズマが侵入しにくくすることによってガス穴内の異常放電の発生を防止する等の対策が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００７−５４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例え、ガス穴をラビリンス状に形成してもシャワープレートの使用時間がある程度経過するとやはりガス穴内で異常放電が発生するという問題がある。
【０００９】
ガス穴９６内で異常放電が発生したシャワープレート９１では、図１１に示すように、処理空間側においてガス穴９６が風船状に膨らんでいることから、ガス穴９６内において局所的な放電（局所放電）が発生し、該局所放電によってガス穴９６が徐々に削られ、ガス穴９６における膨らみが或る値を超えると、途端に異常放電が発生しているものと推察される。
【００１０】
本発明の目的は、使用時間が経過してもシャワープレートの寿命を延ばすために異常放電の発生を防止することができるシャワープレート及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１記載のシャワープレートは、基板処理装置の処理室に配されて該処理室内の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部が有するシャワープレートであって、前記処理ガス供給部内に形成され且つ前記処理ガスが導入される処理ガス導入空間及び前記処理空間の間に介在し、前記処理ガス導入空間及び前記処理空間を連通させる処理ガス供給経路を有し、前記処理ガス供給経路は、前記処理ガス導入空間側に形成された複数のガス穴と、前記処理空間側に形成された複数のガス溝とを有し、前記複数のガス穴及び前記複数のガス溝は、前記複数のガス穴が、前記複数のガス溝の底部において該ガス溝の長さ方向に沿って均等に開口するようにして互いに連通し、前記複数のガス溝の流路断面積の合計値は、前記複数のガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上であり、前記ガス溝の深さは５ｍｍよりも大きいことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載のシャワープレートは、請求項１記載のシャワープレートにおいて、前記複数のガス溝は、前記処理空間側の表面において直線状且つ互いに平行に形成されることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載のシャワープレートは、請求項１又は２記載のシャワープレートにおいて、厚さ方向に関して２分割された第１の部材及び第２の部材からなり、前記第１の部材は前記ガス導入空間側に配され、且つ前記第２の部材は前記処理空間側に配され、前記複数のガス穴は前記第１の部材に形成されるとともに、前記複数のガス溝は前記第２の部材に形成されることを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項４記載の基板処理装置は、基板を収容して処理を施す処理室と、該処理室に配されて該処理室内の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備える基板処理装置であって、前記処理ガス供給部は、該処理ガス供給部内に形成され且つ前記処理ガスが導入される処理ガス導入空間及び前記処理空間の間に介在するシャワープレートを有し、該シャワープレートは前記処理ガス導入空間及び前記処理空間を連通させる処理ガス供給経路を有し、前記処理ガス供給経路は、前記シャワープレートの前記処理ガス導入空間側に形成された複数のガス穴と、前記シャワープレートの前記処理空間側に形成された複数のガス溝とを有し、前記複数のガス穴及び前記複数のガス溝は、前記複数のガス穴が、前記複数のガス溝の底部において該ガス溝の長さ方向に沿って均等に開口するようにして互いに連通し、前記複数のガス溝の流路断面積の合計値は、前記複数のガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上であり、前記ガス溝の深さは５ｍｍよりも大きいことを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の基板処理装置は、請求項４記載の基板処理装置において、前記処理ガス供給部は、前記処理ガス導入空間及び前記シャワープレートの間に介在し、且つ該シャワープレートを冷却するクーリングプレートを有し、該クーリングプレートは、前記処理ガス導入空間及び前記処理ガス供給経路を連通させる複数の貫通穴を有することを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項６記載の基板処理装置は、基板を収容して処理を施す処理室と、該処理室に配されて該処理室内の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部とを備える基板処理装置であって、前記処理ガス供給部は、該処理ガス供給部内に形成され且つ前記処理ガスが導入される処理ガス導入空間及び前記処理空間の間に介在するシャワープレートと、前記処理ガス導入空間及び前記シャワープレートの間に介在し、且つ該シャワープレートを冷却するクーリングプレートとを有し、前記シャワープレートは、厚さ方向に貫通し且つ前記処理空間に連通する複数のガス溝を有し、前記クーリングプレートは、前記処理ガス導入空間及び前記複数のガス溝を連通させる複数のガス穴であって、前記複数のガス溝の底部において該ガス溝の長さ方向に沿って均等に開口するガス穴を有し、前記複数のガス溝の流路断面積の合計値は、前記複数のガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上であり、前記ガス溝の深さは５ｍｍよりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載のシャワープレート及び請求項４記載の基板処理装置によれば、処理ガス導入空間及び処理空間を連通させ、処理ガス導入空間側に形成された複数のガス穴と処理空間側に形成された複数のガス溝とを有する処理ガス供給経路において、全てのガス溝の流路断面積の合計値は、全てのガス穴の流路断面積の合計値よりも大きい。処理ガス導入空間から処理空間への処理ガスの供給の際に、該供給に応じて処理ガス供給経路内の処理ガスの圧力が高まると、処理ガス供給経路内において処理ガスから局所放電が発生するが、全てのガス溝の流路断面積の合計値は全てのガス穴の流路断面積の合計値よりも大きいので、処理ガスの供給の際にガス溝内の処理ガスの圧力が高まることがなく、ガス溝内で局所放電が発生することがない。その結果、ガス溝が徐々に削れられるのを防止することができ、もって、使用時間が経過してもシャワープレートの寿命を延ばすために異常放電の発生を防止することができる。また、複数のガス穴は、複数のガス溝の底部において該ガス溝の長さ方向に沿って均等に開口するように配置されるので、各ガス溝内へ処理ガスをほぼ均等に分散させることができ、もって、シャワープレートから処理空間へ処理ガスを均等に供給することができる。
【００２１】
また、請求項１記載のシャワープレート及び請求項４記載の基板処理装置によれば、全てのガス溝の流路断面積の合計値は、全てのガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上であるので、処理ガスの供給の際にガス溝内の処理ガスの圧力が高まるのを確実に防止することができ、もって、使用時間が経過しても異常放電の発生を確実に防止することができる。
【００２２】
更に、請求項１記載のシャワープレート及び請求項４記載の基板処理装置によれば、ガス溝の深さは５ｍｍより大きい。処理空間から処理ガス供給経路へイオンが進入し、該イオンが処理ガス導入空間側の表面に到達した場合、該表面近傍にて異常放電を起こす可能性があるが、イオンは処理空間側の表面からせいぜい５ｍｍの深さまでしか進入しないため、ガス溝の深さを５ｍｍより大きくすれば、イオンが処理ガス導入空間側の表面に到達することがなく、これにより、イオンに起因する異常放電の発生を防止することができる。
【００２３】
請求項２記載のシャワープレートによれば、複数のガス溝は処理空間側の表面において直線状且つ互いに平行に形成されるので、各ガス溝を容易に加工成形することができ、もって、シャワープレートのコストを低減することができる。
【００２５】
請求項３記載のシャワープレートによれば、厚さ方向に関して２分割された第１の部材及び第２の部材からなり、第１の部材はガス導入空間側に配され、且つ第２の部材は処理空間側に配され、複数のガス穴は第１の部材に形成されるとともに、複数のガス溝は第２の部材に形成されるので、各ガス穴及び各ガス溝をより容易に加工成形することができる。
【００２６】
請求項５記載の基板処理装置によれば、処理ガス導入空間及びシャワープレートの間に介在するクーリングプレートは処理ガス導入空間及び処理ガス供給経路を連通させる複数の貫通穴を有するので、該クーリングプレートは処理ガスの供給を阻害することなく、該シャワープレートを冷却することができる。
【００２７】
請求項６記載の基板処理装置によれば、シャワープレートにおいて厚さ方向に貫通する全てのガス溝の流路断面積の合計値は、クーリングプレートにおいて処理ガス導入空間及び複数のガス溝を連通させる全てのガス穴の流路断面積の合計値よりも大きい。処理ガス導入空間から処理空間への処理ガスの供給の際に、該供給に応じて処理空間に連通するガス溝の処理ガスの圧力が高まると、ガス溝において処理ガスから局所放電が発生するが、全てのガス溝の流路断面積の合計値は全てのガス穴の流路断面積の合計値よりも大きいので、処理ガスの供給の際にガス溝内の処理ガスの圧力が高まることがなく、ガス溝内で局所放電が発生することがない。その結果、ガス溝が徐々に削れられるのを防止することができ、もって、使用時間が経過してもシャワープレートの寿命を延ばすために異常放電の発生を防止することができる。また、複数のガス穴であって、複数のガス溝の底部において該ガス溝の長さ方向に沿って均等に開口するガス穴を有するので、各ガス溝内へ処理ガスをほぼ均等に分散させることができ、もって、シャワープレートから処理空間へ処理ガスを均等に供給することができる。
また、全てのガス溝の流路断面積の合計値は、全てのガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上であるので、処理ガスの供給の際にガス溝内の処理ガスの圧力が高まるのを確実に防止することができ、もって、使用時間が経過しても異常放電の発生を確実に防止することができる。更に、ガス溝の深さは５ｍｍより大きい。処理空間から処理ガス供給経路へイオンが進入し、該イオンが処理ガス導入空間側の表面に到達した場合、該表面近傍にて異常放電を起こす可能性があるが、イオンは処理空間側の表面からせいぜい５ｍｍの深さまでしか進入しないため、ガス溝の深さを５ｍｍより大きくすれば、イオンが処理ガス導入空間側の表面に到達することがなく、これにより、イオンに起因する異常放電の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に係るシャワープレートを備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。この基板処理装置は基板としての半導体ウエハにプラズマ処理としてのエッチング処理を施すように構成されている。
【００３０】
図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍの半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを収容するチャンバ１１（処理室）を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって、サセプタ１２上方のガスをチャンバ１１の外へ排出する流路として機能する側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
【００３１】
排気プレート１４は多数の孔を有する板状部材であり、チャンバ１１を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１の上部（以下、「反応室」という。）１７には、後述するプラズマが発生する。また、チャンバ１１の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１８にはチャンバ１１内のガスを排出する粗引き排気管１５及び本排気管１６が開口する。粗引き排気管１５にはＤＰ（Dry Pump）（図示しない）が接続され、本排気管１６にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）（図示しない）が接続される。また、排気プレート１４は反応室１７における、サセプタ１２及び後述するシャワーヘッド３０の間の処理空間Ｓにおいて発生するイオンやラジカルを捕捉又は反射してこれらのマニホールド１８への漏洩を防止する。
【００３２】
粗引き排気管１５及び本排気管１６は反応室１７のガスをマニホールド１８を介してチャンバ１１の外部へ排出する。具体的には、粗引き排気管１５はチャンバ１１内を大気圧から低真空状態まで減圧し、本排気管１６は粗引き排気管１５と協働してチャンバ１１内を低真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。
【００３３】
サセプタ１２には第１の高周波電源１９が第１の整合器２０を介して接続されており、該第１の高周波電源１９は、比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する。これにより、サセプタ１２は高周波電極として機能して４０ＭＨｚの高周波電圧を処理空間Ｓに印加する。なお、第１の整合器２０は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への供給効率を最大にする。
【００３４】
また、サセプタ１２には、第２の高周波電源２１も第２の整合器２２を介して接続されており、該第２の高周波電源２１は、第１の高周波電源１９が供給する高周波電力より低い周波数、例えば、２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に供給する。
【００３５】
サセプタ１２の上部には、静電電極板２３を内部に有する静電チャック２４が配置されている。静電チャック２４は或る直径を有する下部円板状部材の上に、該下部円板状部材より直径の小さい上部円板状部材を重ねた形状を呈する。なお、静電チャック２４はセラミックからなり、サセプタ１２にウエハＷを載置するとき、該ウエハＷは静電チャック２４における上部円板状部材の上に配される。
【００３６】
また、静電チャック２４では、静電電極板２３に直流電源２５が電気的に接続されている。静電電極板２３に正の直流高電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２４側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２３及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２４における上部円板状部材の上において吸着保持される。
【００３７】
また、静電チャック２４には円環状のフォーカスリング２６が載置される。フォーカスリング２６は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、静電チャック２４における上部円板状部材の上に吸着保持されたウエハＷの周りを囲う。また、フォーカスリング２６は、処理空間ＳのプラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、エッチング処理の効率を向上させる。
【００３８】
また、サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２７が設けられる。この冷媒室２７には、チラーユニット（図示しない）から冷媒用配管２８を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック２４を介してウエハＷ及びフォーカスリング２６を冷却する。
【００３９】
静電チャック２４における上部円板状部材の上のウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２９が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２９は、伝熱ガス供給ライン３０を介して伝熱ガス供給部（図示しない）に接続され、該伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを、伝熱ガス供給孔２９を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱を静電チャック２４に効果的に伝達する。
【００４０】
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド３０（処理ガス供給部）が配置されている。シャワーヘッド３０は、円板状のシャワープレート３１と、該シャワープレート３１の上に配された円板状のクーリングプレート３２と、シャワープレート３１を保持するプレート保持体３３とを有する。
【００４１】
プレート保持体３３は下方から中央部が刳り抜かれた円柱状の部材からなり、該刳り抜かれた部分にシャワープレート３１及びクーリングプレート３２を収容する。収容されたクーリングプレート３２はプレート保持体３３とともに、該プレート保持体３３内に空間３４（処理ガス導入空間）を形成し、該空間３４へは処理ガス導入管３５から処理ガスが導入される。また、シャワープレート３１は処理空間Ｓへ対向するので、エッチング処理の際、シャワープレート３１は処理空間Ｓのプラズマからの入熱によって温度が上昇するが、クーリングプレート３２はシャワープレート３１を冷却してエッチング処理を安定化する。
【００４２】
シャワープレート３１は厚さ方向に貫通する処理ガス供給経路３６を有し、クーリングプレート３２は厚さ方向に貫通する複数のガス穴３７（貫通穴）を有する。空間３４及び処理空間Ｓは処理ガス供給経路３６及びガス穴３７を介して連通し、空間３４へ導入された処理ガスは処理ガス供給経路３６及びガス穴３７を介して処理空間Ｓへ供給される。
【００４３】
また、シャワーヘッド３０では、シャワープレート３１はシリコンからなり、クーリングプレート３２は表面にアルマイト被膜が形成されたアルミからなる。なお、シャワープレート３１の構成については後で詳述する。
【００４４】
この基板処理装置１０では、サセプタ１２に高周波電力を供給して、処理空間Ｓに高周波電圧を印加することにより、該処理空間Ｓにおいてシャワーヘッド３０から供給された処理ガスを高密度のプラズマにしてイオンやラジカルを発生させ、該イオン等によってウエハＷにエッチング処理を施す。
【００４５】
なお、上述した基板処理装置１０の各構成部品の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵがエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００４６】
ところで、上述した従来のシャワープレートのガス穴における局所放電の発生メカニズムについては、明瞭に説明するのが困難であるが、ガス穴９６における膨らみの位置や、エッチング処理中におけるガス穴９６近傍及び内部の環境を考慮し、本発明者は、以下に説明する仮説を類推するに至った。
（１）エッチング処理中、空間９４の圧力は１０Ｔｏｒｒ（１．３×１０３Ｐａ）であり且つ処理空間の圧力は３０ｍＴｏｒｒ（４．０Ｐａ）程度であるため、空間９４から処理空間への処理ガスの供給の際に、ガス穴９６における処理ガスの処理空間側近傍の圧力は約１Ｔｏｒｒとなる。１Ｔｏｒｒは比較的高圧であり、ガス穴９６における処理ガスの処理空間側近傍において処理ガスの分子が数多く存在することを示す。
（２）そして、エッチング中にガス穴９６に進入した電子が数多く存在する処理ガスの分子と衝突して電離反応を起こし、これにより、局所放電が発生する。なお、電離度合い（電離レート）は下記式で示される。
電離レート  ＝  電離レート係数  ×  電子密度  ×  処理ガス密度  
この仮説に基づけば、ガス穴９６における処理ガスの圧力を低下させると処理ガスの分子が少なくなり（分子密度が低下し）、該処理ガスの分子と電子との衝突確率が低下するため、局所放電が発生しにくくなる。
【００４７】
そこで、本発明者は、上記仮説を立証すべく、まず、電子がガス穴９６に進入するか否かの確認のために下記に示すコンピュータを用いたシミュレーションを行った。
【００４８】
図３は、エッチング処理中におけるシャワープレートのガス穴への電子の進入のシミュレーション結果を示すグラフであり、縦軸は電子の密度を示し、横軸はシャワープレートの処理空間側の表面（以下、「底面」という。）からの距離を示す。横軸においてガス穴の深さは負の値で示される。
【００４９】
図３のグラフでは、ガス穴において底面から０ｍｍ以下では電子の密度が０である。但し、図３のシミュレーション結果は高周波のある位相における結果であり、他の位相におけるシミュレーション結果では、ガス穴において底面から０ｍｍ以下でも電子の密度が０以上であった。したがって、電子はガス穴に進入しており、該進入した電子が処理ガスの分子と衝突することが確認された。
【００５０】
また、発明者は、処理ガスの圧力（処理ガス密度）と局所放電の発生との関係を探るべく、或るガス穴９６における処理ガスの圧力を低下させてエッチング処理を行った。具体的には、図２に示すように、ガス穴９７の空間９４側の開口部を蓋９８で閉塞し、ガス穴９６，９７への処理ガスの流入を防止してガス穴９６，９７の圧力を処理空間の圧力と同じ３０ｍＴｏｒｒに設定し、エッチング処理を行った。
【００５１】
エッチング処理の間、ガス穴９６において局所放電の発生は観測されず、エッチング処理後にガス穴９６の形状を調査したところ、風船状の膨らみは発生していないことを確認した。すなわち、処理ガスの圧力（処理ガス密度）を低下させると局所放電は発生しないことが分かった。
【００５２】
以上より、本発明者は、上記シャワープレートのガス穴における局所放電の発生メカニズムの仮説が正しいことを立証した。
【００５３】
さらに、本発明者は、シャワープレート３１における処理ガス供給経路３６の詳細な形状を決定すべく、下記に説明する実験を行った。
【００５４】
処理ガス供給経路３６における処理ガスの圧力を低下させるには、処理ガス供給経路３６の流路断面積（処理ガスの流線に垂直な断面における断面積、以下同じ。）を大きくするのが簡便である。そこで、本発明者は、シャワープレートにおけるガス穴を増やし、該増やされた全ガス穴の流路断面積の合計値が、従来のシャワープレート（シャワープレート９１）における全ガス穴（ガス穴９６）の流路断面積の合計値の１．７５倍となるシャワープレートを準備して基板処理装置においてエッチング処理を行ったところ、異常放電が発生しないことを確認した。これにより、シャワープレートにおける全ガス穴の流路断面積の合計値を従来のシャワープレートにおける全ガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上にすれば確実に局所放電の発生を防止できることが分かった。
【００５５】
さらに、処理空間Ｓから処理ガス供給経路３６のガス穴へ陽イオンが進入し、該陽イオンがシャワープレート３１における空間３４側の表面（以下、「頂面」という。）（より具体的には、シャワープレート３１及びクーリングプレート３２の境界）に到達した場合、該頂面近傍にて異常放電を起こす可能性があるため、本発明者は、コンピュータを用いてエッチング処理中にガス穴へ陽イオン（Ａｒ＋）がどの程度進入するかをシミュレートした。
【００５６】
図４は、エッチング処理中におけるシャワープレートのガス穴への陽イオンの進入のシミュレーション結果を示すグラフであり、縦軸は陽イオンの密度を示し、横軸はシャワープレートの底面からの距離を示す。横軸においてガス穴の深さは負の値で示される。
【００５７】
図４のグラフから、ガス穴において陽イオンの密度は底面から５ｍｍの深さまで０以上であること、すなわち、陽イオンはガス穴へ５ｍｍほど進入することが分かった。これにより、ガス穴の深さを５ｍｍより大きくすると、陽イオンが処理ガス供給経路を通り抜けて頂面に到達することがなく、陽イオンに起因する異常放電の発生を防止できることが分かった。
【００５８】
本発明は、上述した知見に基づくものであり、本実施の形態では、シャワープレート３１が以下に説明する形状を有する。
【００５９】
図５は、本実施の形態に係るシャワープレートの構成を概略的に示す図であり、図５（Ａ）は同シャワープレートを有するシャワーヘッドの拡大断面図であり、図５（Ｂ）は同シャワープレートを下方から眺めた底面図である。なお、図５（Ａ）は図５（Ｂ）における線IV−IVに沿う断面図である。また、図６は、図５（Ｂ）における線V−Vに沿う断面図である。
【００６０】
図５（Ａ），図５（Ｂ）及び図６において、シャワープレート３１を厚さ方向に貫通する処理ガス供給経路３６は、空間３４側においてシャワープレート３１の厚さ方向に沿って穿設された複数のガス穴４０と、処理空間Ｓ側において同厚さ方向に沿って形成された複数のスリット状のガス溝４１とを有する。
【００６１】
各ガス溝４１は、シャワープレート３１の底面において直線状且つ互いに平行に形成され、隣接する２つのガス溝４１のピッチは５ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍのいずれかに設定されるが、シャワープレート３１強度確保の観点からはピッチが大きいことが好ましい。
【００６２】
各ガス穴４０は各ガス溝４１と連通するが、各ガス穴４０は各ガス溝４１の配置場所に対応して配置される。具体的には、各ガス穴４０は対応するガス溝４１の底部において該ガス溝４１の長さ方向に沿って均等に開口するように配置され、ガス穴４０のピッチはいずれのガス溝４１においても同じ値である。各ガス穴４０の直径は０．３ｍｍ〜５ｍｍのいずれかであるが、加工性の観点からは大きい方が好ましい。各ガス溝４１の幅は０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍのいずれかであり、ガス溝４１への電子の進入を防止する観点からは小さい方が好ましく、少なくとも従来のシャワープレート９１のガス穴９６の直径である０．５ｍｍよりは小さくする必要がある。なお、ガス溝４１の幅の下限はレーザ加工やカッター加工の下限値によって決定される。
【００６３】
各ガス溝４１の深さ（図６中の「ｄ」）は５ｍｍより大きく、好ましくは８ｍｍより大きく設定される。これにより、処理ガス供給経路３６に陽イオンが進入しても、該陽イオンはガス穴４０に進入することがなく、ましてや処理ガス供給経路３６を通り抜けて頂面に到達することがない。
【００６４】
また、シャワープレート３１における全てのガス溝４１の流路断面積の合計値は、全てのガス穴４０の流路断面積の合計値よりも大きく設定され、具体的には、全てのガス溝４１の流路断面積の合計値が、全てのガス穴４０の流路断面積の合計値の１．７５倍以上、好ましくは２．０倍以上となるように設定される。これにより、ガス溝４１における処理ガスの圧力はガス穴４０における処理ガスの圧力よりも確実に低くなる。一方、シャワーヘッド３０では、全てのガス穴４０の流路断面積の合計値は、従来のシャワープレート（シャワープレート９１）における全ガス穴（ガス穴９６）の流路断面積の合計値とほぼ同じとなるように設定される。したがって、全てのガス溝４１の流路断面積の合計値は、従来のシャワープレートにおける全ガス穴の流路断面積の合計値の１．７５倍以上となる。これにより、ガス溝４１における処理ガスの圧力は従来のシャワープレートのガス穴における処理ガスの圧力よりも確実に低くなる。
【００６５】
本実施の形態に係るシャワープレート３１によれば、空間３４及び処理空間Ｓを連通させ、空間３４側に穿設された複数のガス穴４０と処理空間Ｓ側に形成された複数のガス溝４１とを有する処理ガス供給経路３６において、全てのガス溝４１の流路断面積の合計値は、全てのガス穴４０の流路断面積の合計値よりも大きい。空間３４から処理空間Ｓへの処理ガスの供給の際に、該供給に応じて処理ガス供給経路３６内の処理ガスの圧力が高まると、処理ガス供給経路３６内において処理ガスから局所放電が発生するが、全てのガス溝４１の流路断面積の合計値は全てのガス穴４０の流路断面積の合計値（従来のシャワープレートにおける全ガス穴の流路断面積の合計値）の１．７５倍以上であるので、処理ガスの供給の際にガス溝４１内の処理ガスの圧力が従来のシャワープレートのように高まることがなく、ガス溝４１内で局所放電が発生することがない。その結果、ガス溝４１が徐々に削れられるのを防止することができ、もって、使用時間が経過してもシャワープレート３１の寿命を延ばすために異常放電の発生を確実に防止することができる。
【００６６】
上述したシャワープレート３１では、流路断面積の拡大のために、ガス穴の数の増加や各ガス穴の直径の拡大ではなく、ガス溝４１を形成する。ガス溝４１はレーザ加工やカッター加工によって容易に形成できるとともに狭幅を容易に実現できるので、シャワープレート３１のコスト低減とガス溝４１への処理空間Ｓからの電子の進入抑制とを同時に実現することができる。
【００６７】
また、上述したシャワープレート３１では、図５（Ｂ）に示すように、底面において各ガス溝４１の両端がシャワープレート３１の外縁に到達しないように各ガス溝４１は形成される。これにより、シャワープレート３１の剛性を確保することができ、もって、シャワープレート３１が容易に破損するのを防止することができる。
【００６８】
上述したシャワープレート３１では、ガス溝４１の深さは５ｍｍより大きいので、陽イオンが処理ガス供給経路３６を通り抜けて頂面に到達することがなく、これにより、陽イオンに起因する異常放電の発生を防止することができる。
【００６９】
また、上述したシャワープレート３１では、複数のガス溝４１は底面において直線状且つ互いに平行に形成されるので、各ガス溝４１を容易に加工成形することができ、もって、シャワープレート３１のコストを低減することができる。
【００７０】
さらに、上述したシャワープレート３１では、複数のガス穴４０は、対応するガス溝４１の底部において該ガス溝４１の長さ方向に沿って均等に開口するように配置されるので、各ガス溝４１内へ処理ガスをほぼ均等に分散させることができ、もって、シャワープレート３１から処理空間Ｓへ処理ガスを均等に供給することができる。また、処理ガスを均等に供給することができるので、底面におけるガス溝４１の配置パターンには比較的自由度があり、これにより、シャワープレート３１の設計を容易にすることができる。
【００７１】
また、上述したシャワーヘッド３０では、空間３４及びシャワープレート３１の間に介在するクーリングプレート３２は空間３４及び処理ガス供給経路３６を連通させる複数のガス穴３７を有するので、該クーリングプレート３２は処理ガスの供給を阻害することなく、該シャワープレート３１を冷却することができる。
【００７２】
上述したシャワープレート３１はシリコンによって構成されたが、シャワープレート３１を構成する材料はシリコンに限られず、石英やアルミであってもよい。アルミで構成される場合には、表面に絶縁被膜が溶射される。
【００７３】
また、上述したシャワープレート３１は１枚の円板状部材によって構成されたが、シャワープレート３１は複数の円板状部材を積層することによって構成してもよい。例えば、シャワープレートをその厚さ方向に関して２分割する、空間３４側に配される上部部材（第１の部材）及び処理空間Ｓ側に配される下部部材（第２の部材）（いずれも図示しない）によって構成し、各ガス穴４０を上部部材に形成するとともに、各ガス溝４１を下部部材に形成してもよい。これにより、各ガス穴４０、各ガス溝４１はそれぞれ上部部材、下部部材を貫通することによって形成できるため、各ガス穴４０及び各ガス溝４１をより容易に加工成形することができる。
【００７４】
上述したシャワープレート３１では、各ガス溝４１がシャワープレート３１の底面において直線状且つ互いに平行に形成されたが、図７（Ａ）に示すように各ガス溝４２を格子状に形成してもよく、また、図７（Ｂ）に示すように各ガス溝４３を放射状に形成してもよい。いずれの場合も、シャワープレートから処理空間Ｓへ処理ガスをより分散させて供給することができる。なお、上述したように、底面におけるガス溝４１の配置パターンには比較的自由度がある。なお、図７（Ａ）及び７（Ｂ）においてクーリングプレート３２のガス穴３７は図示が省略されている。
【００７５】
また、上述したシャワープレート３１では、処理ガス供給経路３６をガス穴４０及びガス溝４１によって構成したが、図８（Ａ）に示すように処理ガス供給経路３６をスリット状のガス溝４４のみで構成してもよい。この変形例では、クーリングプレート３２の各ガス穴３７は各ガス溝４４の長さ方向に沿って均等に開口する。また、各ガス溝４４は、シャワープレート３１の剛性を確保するために、シャワープレート３１のガス溝４１よりも短く形成される（図８（Ｂ）参照。）。また、シャワープレート３１における全てのガス溝４４の流路断面積の合計値は、クーリングプレート３２における全てのガス穴３７の流路断面積の合計値よりも大きく設定される。なお、図８（Ｂ）においてクーリングプレート３２のガス穴３７は図示が省略されている。
【００７６】
本変形例では、空間３４から処理空間Ｓへの処理ガスの供給の際に、該供給に応じてガス溝４４内の処理ガスの圧力が高まると、ガス溝４４内において処理ガスから局所放電が発生する可能性があるが、全てのガス溝４４の流路断面積の合計値は、（上述したように、従来のシャワープレートにおける全ガス穴の流路断面積の合計値とほぼ同じである）全てのガス穴３７の流路断面積の合計値よりも大きいので、処理ガスの供給の際にガス溝４４内の処理ガスの圧力が従来のシャワープレートのように高まることがなく、ガス溝４４内で局所放電が発生することがない。
【００７７】
また、シャワーヘッド３０が２種類の処理ガスを同時に処理空間Ｓに供給する場合には、空間３４がＯリング４５によってセンター部３４ａとエッジ部３４ｂとに分割され、エッジ部３４ｂには他の処理ガス導入管４６から処理ガスが導入されるが（図９（Ａ）参照。）、ガス溝４１はセンター部３４ａやエッジ部３４ｂに対応して分割されることはない（図９（Ｂ）参照。）。これにより、２種類のガスを処理空間Ｓに供給する前に、該２種類のガスをガス溝４１内で混合することができ、処理空間Ｓにおいて各種ガスが偏在するのを防止することができる。なお、図９（Ｂ）においてクーリングプレート３２のガス穴３７は図示が省略されている。
【００７８】
上述したシャワープレート３１は半導体ウエハにエッチング処理を施す基板処理装置１０に適用されたが、シャワープレート３１と同様の構成を有するシャワープレートは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板にプラズマ処理を施す基板処理装置にも適用することができる。
【００７９】
また、上述した基板処理装置１０では、サセプタ１２に２種類の高周波電力が供給されたが、サセプタ１２及びシャワーヘッド３０のそれぞれに１種類の高周波電力が供給されてもよい。この場合、シャワープレート３１及びクーリングプレート３２の間に電極板が配され、該電極板に高周波電源が接続される。また、電極板には各ガス穴４０及び各ガス溝４１を連通させる複数のガス穴が形成されるが、電極板における全てのガス穴の流路断面積の合計値は、処理ガスの流れを妨げないように、少なくともクーリングプレート９２における全てのガス穴４０の流路断面積の合計値よりも大きく設定される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態に係るシャワープレートを備える基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】シャワープレートにおける異常放電が発生しなかったガス穴を示す拡大断面図である。
【図３】エッチング処理中におけるシャワープレートのガス穴への電子の進入のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】エッチング処理中におけるシャワープレートのガス穴への陽イオンの進入のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】本実施の形態に係るシャワープレートの構成を概略的に示す図であり、図５（Ａ）は同シャワープレートを有するシャワーヘッドの拡大断面図であり、図５（Ｂ）は同シャワープレートを下方から眺めた底面図である。
【図６】図５（Ｂ）における線V−Vに沿う断面図である。
【図７】本実施の形態に係るシャワープレートの変形例の構成を概略的に示す図であり、図７（Ａ）は第１の変形例の底面図であり、図７（Ｂ）は第２の変形例の底面図である。
【図８】本実施の形態に係るシャワープレートの第３の変形例の構成を概略的に示す図であり、図８（Ａ）は同シャワープレートを有するシャワーヘッドの拡大断面図であり、図８（Ｂ）は同シャワープレートを下方から眺めた底面図である。
【図９】本実施の形態に係るシャワープレートの第４の変形例の構成を概略的に示す図であり、図９（Ａ）は同シャワープレートを有するシャワーヘッドの拡大断面図であり、図９（Ｂ）は同シャワープレートを下方から眺めた底面図である。
【図１０】従来の基板処理装置が備えるシャワーヘッドの構造を概略的に示す図であり、図１０（Ａ）は従来のシャワーヘッドの断面図であり、図１０（Ｂ）は従来のシャワーヘッドを下方から眺めた底面図である。
【図１１】シャワープレートにおける異常放電が発生したガス穴を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
Ｗ  ウエハ
Ｓ  処理空間
１０  基板処理装置
１１  チャンバ
３０，９０  シャワーヘッド
３１，９１  シャワープレート
３２，９２  クーリングプレート
３４，９４  空間
３６  処理ガス供給経路
３７，４０，９６，９７  ガス穴
４１，４２，４３，４４  ガス溝
【図１】
0005150217.tif 000002
【図２】
0005150217.tif 000003
【図３】
0005150217.tif 000004
【図４】
0005150217.tif 000005
【図５】
0005150217.tif 000006
【図６】
0005150217.tif 000007
【図７】
0005150217.tif 000008
【図８】
0005150217.tif 000009
【図９】
0005150217.tif 000010
【図１０】
0005150217.tif 000011
【図１１】
0005150217.tif 000012