(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で基板を処理する処理チャンバーに設けられ、前記基板を載置するための載置台と対向する対向面を有する対向電極を形成し、当該対向面から前記基板に向けてガスをシャワー状に供給し、前記載置台との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、当該プラズマによって前記基板の処理を行うためのシャワーヘッドであって、
前記対向面の中央部から前記基板に向けてガスを供給する中央側ガス供給部と、
前記対向面の周辺部から前記基板に向けてガスを供給する周辺側ガス供給部と、
前記中央側ガス供給部と前記周辺側ガス供給部との間に設けられた多数の排気孔を有し前記対向面から排気する排気部と
を具備し、
前記中央側ガス供給部は前記対向面の中央部に設けられ、前記基板に向けてガスを吐出する複数の中央側ガス吐出孔と、前記複数の中央側ガス吐出孔と連通する、前記シャワーヘッド内部に設けられた中央側ガス拡散空間と、前記中央側ガス拡散空間にガスを供給するガス導入部とを含み、
前記周辺側ガス供給部は、前記対向面の周辺部に設けられ、前記基板に向けてガスを吐出する複数の周辺側ガス吐出孔と、前記複数の周辺側ガス吐出孔と連通する、前記シャワーヘッド内に設けられた周辺側ガス拡散空間とを含み、
前記中央側ガス拡散空間と前記周辺側ガス拡散空間とは前記シャワーヘッドの内部に放射状に設けられた複数のガス流路によって連通されている
ことを特徴とするシャワーヘッド。
【請求項２】
内部で基板を処理する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
前記載置台と対向する対向面を有する対向電極を形成し、当該対向面から前記基板に向けてガスをシャワー状に供給し、前記載置台との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、当該プラズマによって前記基板の処理を行うためのシャワーヘッドと
を有する基板処理装置であって、
前記シャワーヘッドが、
前記対向面の中央部から前記基板に向けてガスを供給する中央側ガス供給部と、
前記対向面の周辺部から前記基板に向けてガスを供給する周辺側ガス供給部と、
前記中央側ガス供給部と前記周辺側ガス供給部との間に設けられた多数の排気孔を有し前記対向面から排気する排気部と
を具備し、
前記中央側ガス供給部は前記対向面の中央部に設けられ、前記基板に向けてガスを吐出する複数の中央側ガス吐出孔と、前記複数の中央側ガス吐出孔と連通する、前記シャワーヘッド内部に設けられた中央側ガス拡散空間と、前記中央側ガス拡散空間にガスを供給するガス導入部とを含み、
前記周辺側ガス供給部は、前記対向面の周辺部に設けられ、前記基板に向けてガスを吐出する複数の周辺側ガス吐出孔と、前記複数の周辺側ガス吐出孔と連通する、前記シャワーヘッド内に設けられた周辺側ガス拡散空間とを含み、
前記中央側ガス拡散空間と前記周辺側ガス拡散空間とは前記シャワーヘッドの内部に放射状に設けられた複数のガス流路によって連通されている
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の基板処理装置であって、
前記基板の処理が、エッチング処理である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、基板のプラズマ処理等に使用されるシャワーヘッド及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板等の基板を処理する処理装置として、基板と対向するように設けられたシャワーヘッドからシャワー状にガスを供給しつつ基板の処理を行う基板処理装置が使用されている。
【０００３】
例えば、処理チャンバー内に処理ガスのプラズマを発生させ、このプラズマによって処理チャンバー内に配置した基板のプラズマ処理、例えば、エッチング処理や成膜処理を行うプラズマ処理装置では、上記のシャワーヘッドが基板を載置する載置台と対向する対向電極を構成し、シャワーヘッドから所定の処理ガスをシャワー状に供給するとともに載置台（基板）の周囲から処理チャンバーの下方へ排気し、これとともに、シャワーヘッドと載置台との間に高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを発生させる構成のものが知られている。
【０００４】
また、シャワーヘッドの周囲から処理チャンバーの上方に向けて排気を行うよう構成されたプラズマ処理装置も知られている（例えば、特許文献１参照。）。さらに、シャワーヘッドの中央部から排気するよう構成されたＣＶＤ装置も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第２６６２３６５号公報
【特許文献２】特開２００４−３３９５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来の技術では、載置台（基板）の周囲から処理チャンバーの下方へ排気するか、又はシャワーヘッドの周囲から処理チャンバーの上方に向けて排気する構成となっている。このため、シャワーヘッドから供給されたガスが基板の中央部から周辺部に向けて流れる流れを形成し、基板の中央部と周辺部とで処理の状態に差が生じ易く、処理の面内均一性が低下するという課題があった。また、シャワーヘッドの中央部から排気する技術においては、シャワーヘッドから供給されたガスが基板の周辺部から中央部に向けて流れる流れを形成し、上記の場合と同様に、基板の中央部と周辺部とで処理の状態に差が生じ易く、処理の面内均一性が低下するという課題があった。なお、上記のような処理の面内均一性の低下は、被処理基板、例えば半導体ウエハ等が大型化されるに連れて、顕著になる傾向にある。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べて処理の均一性の向上を図ることのできるシャワーヘッド及び基板処理装置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】
【０００７】
請求項１記載のシャワーヘッドは、内部で基板を処理する処理チャンバーに設けられ、前記基板を載置するための載置台と対向する対向面を有する対向電極を形成し、当該対向面から前記基板に向けてガスをシャワー状に供給し、前記載置台との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、当該プラズマによって前記基板の処理を行うためのシャワーヘッドであって、前記対向面の中央部から前記基板に向けてガスを供給する中央側ガス供給部と、前記対向面の周辺部から前記基板に向けてガスを供給する周辺側ガス供給部と、前記中央側ガス供給部と前記周辺側ガス供給部との間に設けられた多数の排気孔を有し前記対向面から排気する排気部とを具備し、前記中央側ガス供給部は前記対向面の中央部に設けられ、前記基板に向けてガスを吐出する複数の中央側ガス吐出孔と、前記複数の中央側ガス吐出孔と連通する、前記シャワーヘッド内部に設けられた中央側ガス拡散空間と、前記中央側ガス拡散空間にガスを供給するガス導入部とを含み、前記周辺側ガス供給部は、前記対向面の周辺部に設けられ、前記基板に向けてガスを吐出する複数の周辺側ガス吐出孔と、前記複数の周辺側ガス吐出孔と連通する、前記シャワーヘッド内に設けられた周辺側ガス拡散空間とを含み、前記中央側ガス拡散空間と前記周辺側ガス拡散空間とは前記シャワーヘッドの内部に放射状に設けられた複数のガス流路によって連通されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の基板処理装置は、内部で基板を処理する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、前記載置台と対向する対向面を有する対向電極を形成し、当該対向面から前記基板に向けてガスをシャワー状に供給し、前記載置台との間に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、当該プラズマによって前記基板の処理を行うためのシャワーヘッドとを有する基板処理装置であって、前記シャワーヘッドが、前記対向面の中央部から前記基板に向けてガスを供給する中央側ガス供給部と、前記対向面の周辺部から前記基板に向けてガスを供給する周辺側ガス供給部と、前記中央側ガス供給部と前記周辺側ガス供給部との間に設けられた多数の排気孔を有し前記対向面から排気する排気部とを具備し、前記中央側ガス供給部は前記対向面の中央部に設けられ、前記基板に向けてガスを吐出する複数の中央側ガス吐出孔と、前記複数の中央側ガス吐出孔と連通する、前記シャワーヘッド内部に設けられた中央側ガス拡散空間と、前記中央側ガス拡散空間にガスを供給するガス導入部とを含み、前記周辺側ガス供給部は、前記対向面の周辺部に設けられ、前記基板に向けてガスを吐出する複数の周辺側ガス吐出孔と、前記複数の周辺側ガス吐出孔と連通する、前記シャワーヘッド内に設けられた周辺側ガス拡散空間とを含み、前記中央側ガス拡散空間と前記周辺側ガス拡散空間とは前記シャワーヘッドの内部に放射状に設けられた複数のガス流路によって連通されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の基板処理装置は、請求項２記載の基板処理装置であって、前記基板の処理が、エッチング処理であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来に比べて処理の均一性の向上を図ることのできるシャワーヘッド及び基板処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，２は、本実施形態に係るシャワーヘッドの構成を示すもので、図１は、シャワーヘッド１００の断面概略構成を模式的に示し、図２はシャワーヘッド１００の下側面１０１の外観概略構成を模式的に示すものである。なお、図２に示すシャワーヘッド１００の下側面１０１は、後述するように基板を載置する載置台と対向する対向面を形成するものである。
【００１５】
シャワーヘッド１００は、導電性を有する材料、例えば表面に陽極酸化処理を施したアルミニウム等から板状（本実施形態では円板状）に形成されている。このシャワーヘッド１００の中央部には、図２にも示すように、処理ガスを供給するための中央側ガス吐出孔１０が複数設けられている。また、シャワーヘッド１００の周辺部には、図２にも示すように、処理ガスを供給するための周辺側ガス吐出孔１１が複数設けられている。そして、中央側ガス吐出孔１０と、周辺側ガス吐出孔１１との間の領域には、多数の排気孔３０が設けられている。これらの排気孔３０は、口径が例えば３ｍｍ程度とされており、１０インチ径の半導体ウエハを処理するためのシャワーヘッド１００の場合、２８００個程度設けられている。
【００１６】
図１に示すように、シャワーヘッド１００内の中央部には、上記した中央側ガス吐出孔１０に対応した中央側ガス拡散空間１２が形成されており、シャワーヘッド１００内の周辺部には、上記した周辺側ガス吐出孔１１に対応した周辺側ガス拡散空間１３が環状に形成されている。そして、中央側ガス拡散空間１２と周辺側ガス拡散空間１３とは、シャワーヘッド１００の中央部から周辺部に放射状に設けられた複数（例えば４つ）のガス流路１４によって連通されている。
【００１７】
また、上記中央側ガス拡散空間１２には、ガス導入部１５が接続されている。そして、図１に矢印で示すように、ガス導入部１５から中央側ガス拡散空間１２に供給された処理ガスは、中央側ガス吐出孔１０から吐出されるとともに、ガス流路１４を通って周辺側ガス拡散空間１３に導かれ、周辺側ガス吐出孔１１から吐出されるようになっている。なお、本実施形態では、ガス導入部１５を中央側ガス拡散空間１２にのみ設け、中央側ガス拡散空間１２からガス流路１４を通って周辺側ガス拡散空間１３に処理ガスが導かれるように構成されているが、周辺側ガス拡散空間１３にも別途ガス供給部を設け、中央側ガス拡散空間１２と周辺側ガス拡散空間１３に別々に処理ガスを導入するよう構成することもできる。このような構成とすれば、中央側ガス吐出孔１０からのガスの吐出状態と、周辺側ガス吐出孔１１からのガスの吐出状態とを独立に制御することができ、夫々から異なった種類のガスを吐出させることもできる。
【００１８】
また、シャワーヘッド１００内の中央側ガス拡散空間１２と周辺側ガス拡散空間１３との間の領域には、上記した排気孔３０に連通された排気用空間３１が設けられており、図１中に矢印で示すように、この排気用空間３１を介して排気孔３０から排気するよう構成されている。
【００１９】
上記のように、シャワーヘッド１００は、その下側面（基板との対向面）１０１の周辺部に設けられた周辺側ガス吐出孔１１からガスを供給する周辺側ガス供給部と、中央部に設けられた中央側ガス吐出孔１０からガスを供給する中央側ガス供給部と、外周側ガス供給部と中央側ガス供給部との間に設けられた多数の排気孔３０から排気する排気部とを具備した構成となっている。
【００２０】
図３は、上記シャワーヘッド１００を具備した基板処理装置としてのプラズマエッチング装置２００の構成を示すものである。このプラズマエッチング装置２００は、電極板が上下平行に対向し、プラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。
【００２１】
プラズマエッチング装置２００は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり円筒形状に成形された処理チャンバー（処理容器）２０１を有しており、この処理チャンバー２０１は接地されている。処理チャンバー２０１内の底部にはセラミックなどの絶縁板２０２を介して、略円柱状のサセプタ支持台２０３が設けられている。さらに、このサセプタ支持台２０３の上には、被処理基板としての半導体ウエハを載置し、かつ、下部電極を構成するサセプタ（載置台）２０４が設けられている。このサセプタ２０４には、図示しない高周波電源等の高周波電力印加装置が接続されている。
【００２２】
サセプタ２０４の上側には、その上に半導体ウエハを静電吸着するための静電チャック２０５が設けられている。静電チャック２０５は、絶縁材の間に電極を配置して構成されており、この電極に直流電圧を印加することにより、クーロン力によって半導体ウエハを静電吸着する。
【００２３】
サセプタ２０４には、図示しない冷却機構が設けられており、静電チャック２０５上に吸着された半導体ウエハを所定の温度に温度調整できるようになっている。また、処理チャンバー２０１の側壁部には、半導体ウエハを処理チャンバー２０１内に搬入、搬出するための開口２０６が形成されており、ここには、開口２０６を気密に閉塞するための図示しない開閉機構（ゲートバルブ）が設けられている。
【００２４】
サセプタ２０４の上方に、サセプタ２０４と所定間隔を隔てて対向するように、図１に示したシャワーヘッド１００が配置されている。そして、シャワーヘッド１００が上部電極となり、サセプタ２０４が下部電極となる一対の対向電極が形成されている。
【００２５】
シャワーヘッド１００のガス導入部１５には、ガス供給配管２１０が接続されている。ガス供給配管２１０には、図示しないガス供給機構から所定の処理ガス（エッチングガス）が供給される。
【００２６】
また、シャワーヘッド１００の上部には、排気部２２０が設けられており、この排気部２２０には、図示しないフィルタ機構を介してターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有する排気系が接続されている。なお、フィルタ機構は、処理チャンバー２０１の処理空間（シャワーヘッド１００とサセプタ２０４との間の空間）に対して上方に向けて排気しているため、処理チャンバー２０１の処理空間内で発生したパーティクル等が、一旦排気部２２０内に導入された後、処理チャンバー２０１の処理空間内に逆流することを防止するとともに、パーティクル等が真空ポンプ等の排気系に侵入することを防止するためのものである。
【００２７】
上記構成のプラズマエッチング装置２００によって、半導体ウエハのプラズマエッチングを行う場合、まず、半導体ウエハは、開口２０６から処理チャンバー２０１内へと搬入され、静電チャック２０５上に載置される。そして、半導体ウエハが静電チャック２０５上に静電吸着される。次いで、開口２０６が閉じられ、排気系によって、処理チャンバー２０１内が所定の真空度まで真空引きされる。
【００２８】
その後、所定流量の所定の処理ガス（エッチングガス）が、ガス供給配管２１０からシャワーヘッド１００のガス導入部１５に供給され、この処理ガスは、シャワーヘッド１００の中央側ガス吐出孔１０及び周辺側ガス吐出孔１１からシャワー状にサセプタ２０４上の半導体ウエハに供給される。
【００２９】
そして、処理チャンバー２０１内の圧力が、所定の圧力に維持された後、サセプタ２０４に所定の周波数，例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加される。これにより、上部電極としてのシャワーヘッド１００と下部電極としてのサセプタ２０４との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。このプラズマによって、半導体ウエハに所定のエッチング処理が行われる。
【００３０】
上記のエッチング処理において、シャワーヘッド１００の中央側ガス吐出孔１０からシャワー状に供給された処理ガスは、周辺方向に拡散しつつ、排気孔３０から排気される。また、シャワーヘッド１００の周辺側ガス吐出孔１１からシャワー状に供給された処理ガスは、中央方向に拡散しつつ、排気孔３０から排気される。このように、半導体ウエハの径方向に沿って、双方向に向かう２つの処理ガスの流れが形成されるので、従来のように半導体ウエハの中央部から周辺部或いは周辺部から中央部に向かう一方向の処理ガスの流れが形成される場合に比べて半導体ウエハに供給される処理ガスをより均一化することができ、半導体ウエハの各部に均一なエッチング処理を施すことができる。すなわち、処理の面内均一性を向上させることができる。
【００３１】
そして、所定のプラズマエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハが処理チャンバー２０１内から搬出される。
【００３２】
上記構成のプラズマエッチング装置２００におけるガスの流れのシミュレーション結果を図４に示す。また、比較のため従来の処理チャンバーの下部から排気するタイプのプラズマエッチング装置におけるガスの流れのシミュレーション結果を図５に示す。シミュレーションのモデルは扇型(θ１０度)、ガス孔の個数は上記実施形態を再現し、排気孔は面排気として開口率、コンダクタンスを設定した。また、図４、図５において、上段はガス流量が１００ｓｃｃｍの場合、中段はガス流量が５００ｓｃｃｍの場合、下段ガス流量が１０００ｓｃｃｍの場合を示し、面積比で一定量噴出する設定となっており、圧力は４．０Ｐａ（３０mTorr）、温度は６０℃である。
【００３３】
図４に示されるように、本実施形態のプラズマエッチング装置２００では、ガス流量が多くなっても、中央側の流れと周辺側の流れは、略同じ傾向を示している。また、ガスは、中央側と周辺側で略同じ速度で流れており、半導体ウエハの対向面において近い距離で対称的に排気されているので、半導体ウエハ面内におけるレジデンスタイムが、中央側と周辺側で略同じとなる。これに対して、図５に示されるように、従来のプラズマエッチング装置では、周辺側のガスの流れが、中央側のガスの流れより多くなり、中央側に供給されたガスが比較的ゆっくり流れるのに対して周辺側に供給されたガスは速く流れる傾向を示す。また、半導体ウエハの中央側と周辺側とでは、ガスの流れの距離も異なっており、半導体ウエハ面内におけるレジデンスタイムが、中央側と周辺側で異なっている。このシミュレーション結果から分かるように、本実施形態のプラズマエッチング装置２００によれば、従来に比べて均一な処理を行うことができる。
【００３４】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、本発明をプラズマエッチング装置に適用した場合について説明したが、プラズマエッチング装置に限らず、ＣＶＤ装置等の成膜装置や他の基板処理装置にも適用することができる。また、上記の実施形態では、シャワーヘッドが接地電位とされる場合について説明したが、シャワーヘッドに高周波電力を印加するタイプの装置についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態のシャワーヘッドの構成を示す図。
【図２】図１のシャワーヘッドの下面図。
【図３】本発明の一実施形態のプラズマエッチング装置の構成を示す図。
【図４】実施形態のプラズマエッチング装置におけるガスの流れをシミュレーションした結果を示すシミュレーション画像の写真。
【図５】従来のプラズマエッチング装置におけるガスの流れをシミュレーションした結果を示すシミュレーション画像の写真。
【符号の説明】
【００３６】
１０……中央側ガス吐出孔、１１……周辺側ガス吐出孔、１２……中央側ガス拡散空間、１３……周辺側ガス拡散空間、１４……ガス流路、１５……ガス導入部、３０……排気孔、３１……排気用空間、１００……シャワーヘッド、１０１……下側面（対向面）。
【図１】
0005202050.tif 000002
【図２】
0005202050.tif 000003
【図３】
0005202050.tif 000004
【図４】
0005202050.tif 000005
【図５】
0005202050.tif 000006