JP2006324400A - Showerhead and surface wave exciting plasma processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面波励起プラズマ処理室に対して各種ガスを供給するシャワーヘッドおよびこのシャワーヘッドを用いる表面波励起プラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a shower head for supplying various gases to a surface wave excited plasma processing chamber and a surface wave excited plasma processing apparatus using the shower head.
表面波励起プラズマを利用したプラズマ処理装置では、導波管内を伝搬するマイクロ波を誘電体窓を通してチャンバ内に導入し、誘電体窓の表面に生じた表面波によってチャンバ内の触媒ガスを励起し、表面波励起プラズマを生成する。被処理物を処理する反応性のメインガスは、チャンバの側面に設けられた1つのガス導入口からチャンバ内に導入されている(例えば、特許文献1参照)。 In a plasma processing apparatus using surface wave excitation plasma, a microwave propagating in a waveguide is introduced into a chamber through a dielectric window, and the catalyst gas in the chamber is excited by the surface wave generated on the surface of the dielectric window. Generate surface wave excitation plasma. A reactive main gas for processing an object to be processed is introduced into the chamber from one gas inlet provided on the side surface of the chamber (see, for example, Patent Document 1).
上記の特許文献1の装置では、チャンバ側方の1つのガス導入口からガスを噴出させるので、チャンバ内の被処理物に対してガスの供給が不均一になるという問題がある。
In the apparatus disclosed in
(1)請求項1の発明は、表面波励起プラズマ処理装置のチャンバ内へ処理用ガスを噴出させる噴出管を有するシャワーヘッドに適用され、噴出管には、その長手軸の方向に延在する1または複数の隔壁によって分割され、長手軸の方向に延在する複数段の中空室が設けられ、隔壁には、初段の中空室から導入された処理用ガスを次段の中空室へ流入させる複数の連通孔が長手軸の方向に所定間隔で設けられ、最終段の中空室には、処理用ガスをチャンバ内へ噴出させる複数のガス噴出孔が長手軸の方向に所定間隔で設けられることを特徴とする。
(2)請求項2によるシャワーヘッドは、請求項1に記載のシャワーヘッドにおいて、ガス噴出孔は、長手軸と直交する一方向に処理用ガスが噴出するように設けられることを特徴とする。
(3)請求項3によるシャワーヘッドは、請求項2に記載のシャワーヘッドにおいて、噴出管には、ガス噴出孔の向きを変更するために長手軸の回りに回転可能にチャンバに取り付ける取付部が設けられることを特徴とする。
(4)請求項4によるシャワーヘッドは、請求項1に記載のシャワーヘッドにおいて、最終段の中空室は、初段の中空室の両側に長手軸の方向に延在してそれぞれ設けられ、最終段の中空室のガス噴出孔は、長手軸方向と直交して互いに外方に向いた方向にそれぞれ処理用ガスを噴出するように設けられることを特徴とする。
(5)請求項5によるシャワーヘッドは、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシャワーヘッドにおいて、最終段の中空室に面して設けられるガス流入孔としての連通孔とガス噴出孔、もしくは中間段の中空室に面して設けられるガス流入孔としての連通孔とガス流出孔としての連通孔とは互いに対向しないように配設されていることを特徴とする。
(6)請求項6によるシャワーヘッドは、請求項1〜5のいずれか一項に記載のシャワーヘッドにおいて、最終段の中空室のガス噴出孔が形成される外面を覆って、ガス噴出孔に対向する位置に小孔を有する防着板が配設されることを特徴とする。
(7)請求項7によるシャワーヘッドは、請求項6に記載のシャワーヘッドにおいて、小孔の径は、防着板の厚さと寸法が同じか小さいことを特徴とする。
(8)請求項8の発明による表面波励起プラズマ処理装置は、チャンバ内の上部空間で表面波励起プラズマを生成し、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシャワーヘッドを水平方向に延在するように配置してチャンバ内の下部空間へ処理用ガスを導入し、処理用ガスを解離、反応させて各種プラズマ処理を行うことを特徴とする。
(9)請求項9の発明は、請求項8に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、チャンバ内の中央部には、請求項4〜7のいずれか一項に記載のシャワーヘッドのうち、処理用ガスを互いに外方を向いた方向に噴出させるように構成された第1のシャワーヘッドを配置し、第1のシャワーヘッドの両側には、請求項2,3,5〜7のいずれか一項に記載のシャワーヘッドのうち、処理用ガスを一方向に噴出させるように構成された第2のシャワーヘッドをそれぞれ配置することを特徴とする。
(1) The invention of
(2) The shower head according to
(3) The shower head according to
(4) The shower head according to claim 4 is the shower head according to
(5) The shower head according to
(6) A showerhead according to a sixth aspect is the showerhead according to any one of the first to fifth aspects, wherein the showerhead covers the outer surface where the gas ejection holes of the hollow chamber in the final stage are formed, An adhesion-preventing plate having a small hole is disposed at an opposing position.
(7) The shower head according to claim 7 is characterized in that, in the shower head according to
(8) A surface wave excitation plasma processing apparatus according to the invention of claim 8 generates surface wave excitation plasma in an upper space in the chamber, and the shower head according to any one of
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the surface wave excitation plasma processing apparatus according to the eighth aspect, in the central portion in the chamber, the shower head according to any one of the fourth to seventh aspects, A first shower head configured to eject process gas in a direction facing each other is disposed, and on either side of the first shower head, any one of
本発明によれば、初段の中空室へ導入した処理用ガスを、連通孔を介して次段の中空室へ導いた後にガス噴出孔からチャンバ内へ噴出するようにしたので、各段の中空室内ではガス圧が一様になり、チャンバ内の被処理物に対して処理用ガスを均一に供給することができる。 According to the present invention, since the processing gas introduced into the first-stage hollow chamber is guided to the next-stage hollow chamber through the communication hole and then ejected from the gas ejection hole into the chamber, The gas pressure becomes uniform in the room, and the processing gas can be supplied uniformly to the object to be processed in the chamber.
以下、本発明の実施の形態によるシャワーヘッドを用いた表面波励起プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)処理装置(以下、SWP処理装置と略す)について、図1〜6を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態によるSWP処理装置の構成を模式的に示す縦断面図(X−Z面切断)である。図2は、本発明の実施の形態によるSWP処理装置の構成を模式的に示す縦断面図(Y−Z面切断)である。
Hereinafter, a surface wave plasma (SWP) processing apparatus (hereinafter abbreviated as SWP processing apparatus) using a shower head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view (XZ plane cut) schematically showing a configuration of a SWP processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view (YZ plane cut) schematically showing the configuration of the SWP processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
図1、図2を参照すると、SWP処理装置100は、チャンバ1と、マイクロ波導波管2と、誘電体板3と、表面波励起プラズマを生成させるプロセスガスを導入する複数のプロセスガス導入部4と、表面波励起プラズマによって分解される材料ガス(この明細書では処理用ガスとも呼ぶ)を導入する複数のシャワーヘッド10A,10B,20とを備える。チャンバ1は、チャンバ本体1aと蓋体1bとを有する密閉容器であり、その内部空間に生成するプラズマを利用して被処理基板Sに対してエッチングや成膜などのプラズマ処理を施す。チャンバ本体1aには、被処理基板Sを保持する基板ホルダー5と、不図示の真空ポンプに配管接続され、チャンバ1内の排気をするための真空排気口6とが設けられている。基板ホルダー5は、Z方向の移動や回転が可能であり、ヒータ5aが組み込まれている。チャンバ本体1aの側面(Y−Z面)には円形の開口部がシャワーヘッド10A,10B,20に対応して設けられている。後述するように、その開口部にOリング1eを介してシャワーヘッド10A,10B,20が回転可能に支持される。
Referring to FIGS. 1 and 2, the
マイクロ波導波管2は、アルミニウム合金や銅合金などで作製され、Y方向に延在する直管状を呈し、チャンバ1の蓋体1bに取り付けられている。マイクロ波導波管2の底板2aには、管の軸方向に沿って複数のスロットアンテナ2bが所定間隔で配設されている。スロットアンテナ2bは、例えば、底板2aを貫通して形成される長矩形状の開口である。底板2aの内面は磁界面(H面)と呼ばれる。
The
誘電体板3は、石英、アルミナ、ジルコニア等の誘電性材料を平板状に加工したものであり、また、その板厚方向にプロセスガスを導入するための貫通孔3aが穿設されている。誘電体板3は、X−Y面に沿って広がる平板であり、その上面がマイクロ波導波管2の底板2aに接して配設されているとともに、Oリング1cを介して蓋体1bに取り付けられているので、チャンバ1内の気密を保持できる。
The
プロセスガス導入部4は、チャンバ1の蓋体1bに固設されており、不図示のガス供給系からのプロセスガスを蓋体1bの貫通孔1dへ導く。プロセスガスは誘電体板3の貫通孔3aを通してチャンバ1内へ導入される。プロセスガスは、N2ガス、O2ガス、H2ガス等の反応性のガスおよびArガス、Heガス、Neガス、Krガス、Xeガス等の希ガスである。
The process gas introduction unit 4 is fixed to the
シャワーヘッド10Aと10Bは同型であり、いずれも、図1、図2のX方向に延在する直管状を呈し、誘電体板3と被処理基板Sとの間に互いに平行に配置されている。シャワーヘッド20も、図2のX方向に延在する直管状を呈し、2本のシャワーヘッド10A,10Bのほぼ中間に、シャワーヘッド10A,10Bと平行に配置されている。なお、シャワーヘッド10A,10B,20の矢印は、後述するガスの噴出方向を表す。
The
図3も参照して、シャワーヘッド10A,10Bについて詳細に説明する。図3は、シャワーヘッド10A,10Bを模式的に示す図であり、図3(a)は、図2のIII−III線断面図、すなわちシャワーヘッド10A,10Bをその長手方向に沿って切断した縦断面図、図3(b)は、図3(a)のI−I線で切断した断面図である。
The
シャワーヘッド10A,10Bは、それぞれ円筒断面の取付け部101と、矩形筒状のガス噴出部102と、防着板103とを備える。シャワーヘッド10A,10Bは、取付け部101をOリング1eを介した状態でチャンバ本体1aに取り付けられ、図1に示されるように、軸廻りに回転できる構造になっている。取付け部101の外周部はOリング1eに密着しているので、シャワーヘッド10A,10Bを回転させてもチャンバ1内の気密を保持できる。
The
ガス噴出部102には、上下2段の中空構造を形成する第1室11および第2室12が設けられ、取付け部101には、不図示のガス供給系からの材料ガスを第1室11へ導くガス導入ポート14が設けられる。ここで、第1室11が初段の中空室であり、第2室12が最終段の中空室である。上段の第1室11と下段の第2室12とを仕切る隔壁、つまり第1室11の底板である分散板11aには、開口径がほぼ等しい複数のガス噴出孔11bが穿設されている。これらのガス噴出孔11bは、第1室11と第2室12とを互いに連通する連通孔である。下段の第2室12の底板は分散板12aであり、分散板12aには開口径がほぼ等しい複数のガス噴出孔12bが穿設されている。
The
図3(a)に示されるように、ガス噴出孔11bと12bは、いずれも規則正しく配置されている。但し、ガス噴出孔11bと12bとは、図3(a)の上下方向で一列に並ばないように、つまり、ガス噴出孔11bと12bとが対向しないようにずらして配置されている。また、ガス噴出孔11b,12bは、ガス導入ポート14の開口に比べて遥かに小さい断面積の孔として形成されている。
As shown in FIG. 3A, the
分散板12aの表面には、分散板12aのガス噴出孔12bの配置、開口径に合わせて小孔103aが穿設されている防着板103が設けられている。すなわち、防着板103は、分散板12aのガス噴出孔12bを除いた領域をカバーするように配設されている。
小孔103aの内径は、防着板103の厚さ以下に設定され、また、図3(b)に示されるように、小孔103aの開口部103bには面取り加工が施されている。
On the surface of the
The inner diameter of the
図4も参照して、シャワーヘッド20について詳細に説明する。図4は、シャワーヘッド20を模式的に示す図であり、図4(a)は、図2のIV−IV線断面図、すなわちシャワーヘッド20をその長手方向に沿って切断した縦断面図、図4(b)は、図4(a)のII−II線で切断した断面図である。
The
シャワーヘッド20は、円筒断面の取付け部201と、矩形筒状のガス噴出部202と、防着板203とを備える。すなわち、シャワーヘッド20も、シャワーヘッド10A,10Bと同様に、取付け部201をOリングを介した状態でチャンバ本体1aに回転可能に取り付けられている。
The
ガス噴出部202には、中央の第1室21と、第1室21を挟んで両側に設けられる第2室22の合計3室が設けられる。取付け部201には、不図示のガス供給系からの材料ガスを第1室21へ導くガス導入ポート24が設けられる。ここで、第1室21が初段の中空室であり、第2室22が最終段の中空室である。中央の第1室21とその両側の第2室22とを仕切る隔壁、つまり第1室21の底板である分散板21aには、開口径がほぼ等しい複数のガス噴出孔21bが穿設されている。これらのガス噴出孔21bは、第1室11と第2室22とを互いに連通する連通孔である。第2室22の底板は分散板22aであり、分散板22aには開口径がほぼ等しい複数のガス噴出孔22bが穿設されている。
The gas ejection part 202 is provided with a total of three chambers: a central
図4(a)に示されるように、ガス噴出孔21bと22bは、いずれも規則正しく配置されている。但し、ガス噴出孔21bと22bとは、図4(a)の上下方向で一列に並ばないように、つまり、ガス噴出孔21bと22bとが対向しないようにずらして配置されている。また、ガス噴出孔21b,22bは、ガス導入ポート24の開口に比べて遥かに小さい断面積の孔として形成されている。
As shown in FIG. 4A, the gas ejection holes 21b and 22b are both regularly arranged. However, the gas ejection holes 21b and 22b are arranged so as not to line up in a line in the vertical direction of FIG. 4A, that is, so that the gas ejection holes 21b and 22b do not face each other. Further, the gas ejection holes 21 b and 22 b are formed as holes having a cross-sectional area far smaller than the opening of the
分散板22aの表面には、分散板22aのガス噴出孔22bの配置、開口径に合わせて小孔203aが穿設された防着板203が設けられている。すなわち、防着板203は、分散板22aのガス噴出孔22bを除いた領域をカバーするように配設されている。小孔203aの内径は、防着板203の厚さ以下に設定され、図4(b)に示されるように、小孔203aの開口部203bには面取り加工が施されている。なお、以上の説明から分かるように、シャワーヘッド20は、図4(b)において左右対称構造である。
On the surface of the
図5は、実施の形態によるSWP処理装置の概略構成を示す平面図であり、複数のシャワーヘッド10A,10B,20への材料ガスの供給経路を示すものである。シャワーヘッド10A,10B,20には、ガス供給系7によりガスG1が、ガス供給系8によりガスG1とは別種のガスG2が供給される。ガス供給系7では、不図示のガス供給源に接続される配管7aが3本に分岐され、3本の配管のそれぞれにマスフローコントローラ7b,7c,7dが配設されている。同様に、ガス供給系8では、3本の分岐配管のそれぞれにマスフローコントローラ8b,8c,8dが配設されている。
FIG. 5 is a plan view showing a schematic configuration of the SWP processing apparatus according to the embodiment, and shows a supply path of the material gas to the plurality of shower heads 10A, 10B, 20. The shower heads 10 </ b> A, 10 </ b> B, and 20 are supplied with a gas G <b> 1 by the gas supply system 7 and a gas G <b> 2 different from the gas G <b> 1 by the gas supply system 8. In the gas supply system 7, a
マスフローコントローラ7b,7c,7dの出口側とマスフローコントローラ8b,8c,8dの出口側とがそれぞれ接続されているので、ガスG1,G2が混合され、材料ガスとしてシャワーヘッド10A,10B,20に供給される。つまり、シャワーヘッド10Aには、マスフローコントローラ7b,8bからの材料ガスが、シャワーヘッド10Bには、マスフローコントローラ7d,8dからの材料ガスが、シャワーヘッド20には、マスフローコントローラ7c,8cからの材料ガスが供給される。材料ガスは、例えばSiH4ガス、Si2H6ガス、NH3ガス等のシリコン薄膜或いはシリコン化合物薄膜の成分を含むガスである。
Since the outlet sides of the
再び図1〜図4を参照しながら、上記のように構成されたSWP処理装置100によるプラズマ処理について説明する。プロセスガス導入部4によりプロセスガスを、シャワーヘッド10A,10B,20により材料ガスをチャンバ1内へ導入しながら、真空排気口6を介して排気を行うことによって、チャンバ1内は所定の圧力に保持される。
The plasma processing by the
図2および3に示されるように、材料ガスは、シャワーヘッド10A,10Bのガス導入ポート14から第1室11へ導かれ、複数のガス噴出孔11bを通って第2室12へ移送され、複数のガス噴出孔12b、小孔103aを通ってシャワーヘッド10A,10Bの外部、すなわちチャンバ1内へ放出される。ガス噴出孔11bの開口断面積は非常に小さいので、第1室11へ導入された材料ガスは、ガス噴出孔11b,12bの多段配置により、複数のガス噴出孔12bから均一に噴出される。すなわち、シャワーヘッド10A,10Bから被処理基板Sへ向けて材料ガスが均等に供給される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the material gas is guided from the
図2および4に示されるように、材料ガスは、シャワーヘッド20のガス導入ポート24から第1室21へも導かれる。第1室21へも導かれた材料ガスは、複数のガス噴出孔21bを通って第2室22へ移送され、複数のガス噴出孔22b、小孔203aを通ってシャワーヘッド20の両側から外部、すなわちチャンバ1内へ水平方向に放出される。ガス噴出孔21bの開口断面積は非常に小さいので、第1室21へ導入された材料ガスは、
ガス噴出孔21b,22bの多段配置により、複数のガス噴出孔22bから均一に噴出される。すなわち、シャワーヘッド20から被処理基板Sに対して材料ガスが均等に供給される。
As shown in FIGS. 2 and 4, the material gas is also led from the
Due to the multistage arrangement of the gas ejection holes 21b and 22b, the gas ejection holes are uniformly ejected from the plurality of gas ejection holes 22b. That is, the material gas is uniformly supplied from the
不図示のマイクロ波発生装置からマイクロ波をマイクロ波導波管2へ導入し、スロットアンテナ2bを通して誘電体板3へ放射させ、誘電体板3を介してチャンバ1内に導入する。このマイクロ波のエネルギーによりチャンバ1内のプロセスガスが電離、解離してプラズマが生成される。プラズマの電子密度がカットオフ以上になると、マイクロ波は表面波となってプラズマと誘電体板3との境界面に沿って伝搬し、誘電体板3の全域に拡がる。その結果、誘電体板3の面積に対応する領域に高密度プラズマ、すなわち表面波励起プラズマが生成する。この表面波励起プラズマにより材料ガスが分解、反応を起こし、プラズマの近傍に配置された被処理基板Sに対してCVD成膜、エッチング、アッシングなどのプラズマ処理が行われる。
A microwave is introduced from a microwave generator (not shown) into the
図6を参照しながら、表面波励起プラズマを用いて被処理基板SにCVD成膜するプロセスを説明する。
図6は、実施の形態によるSWP処理装置におけるチャンバ内部の反応過程を示す模式図である。図6では、シャワーヘッド10Aのみが図示されているが、実際は、図2または図5のように複数のシャワーヘッド10A,10B,20が配置されている。図6で説明するのは、シリコン窒化膜の成膜過程の例であり、プロセスガスとしてN2ガス、H2ガス、Arガスを用い、材料ガスとしてSiH4ガス、NH3ガスを用い、チャンバ1内の圧力を1〜100Paの範囲の所定圧力に設定する。ガスの導入比率やチャンバ1内の圧力などは適宜選択する。
A process for forming a CVD film on the substrate S to be processed using surface wave excitation plasma will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a reaction process inside the chamber in the SWP processing apparatus according to the embodiment. In FIG. 6, only the
誘電体板3から被処理基板Sまでの空間領域を5つに分けて説明すると、領域1では、表面波励起プラズマが生成され、活性な窒素ラジカルが多数生成される。ラジカルの他にもイオンや電子が生成される。
領域2は、生成された窒素ラジカルの拡散領域である。生成されたラジカル種は、被処理基板Sの方向、つまり図6中、下方向に拡散し、シャワーヘッド10A,10B,20に到達するまでに十分均一に分布している。窒素ラジカルは、各シャワーヘッドの間を通過し、さらに下方向に拡散していく。この領域に、シャワーヘッド10A,10B,20からSiH4ガスとNH3ガスを上述したように均一に放出する。
When the space region from the
領域3では、窒素ラジカルによるSiH4ガス、NH3ガスの解離反応が促進され、窒化シリコンの前駆体が領域内の各地点で均一に生成され、下方向に拡散していく。
領域4は、シリコン窒化膜の形成可能領域である。
領域5では、被処理基板Sまで到達した窒化シリコン分子が基板表面に堆積する。窒化シリコン分子は、基板ホルダー5に組み込まれたヒータ5aにより加熱された被処理基板Sの表面温度により、マイグレーションを起こし、最終的に薄膜の膜質(結晶性、屈折率、内部応力など)が決定される。
In
The region 4 is a region where a silicon nitride film can be formed.
In the
以上説明した表面波励起プラズマ処理装置では、次のようにして基板Sに対して各種のプラズマ処理を行う。すなわち、チャンバ1内の上部空間で表面波励起プラズマを励起させてプロセスガスからラジカル種を生成し、シャワーヘッド10A,10B,20により下部空間へ材料ガスを導入し、各シャワーヘッドの間を通過してチャンバ1内の下部空間へダウンフローするラジカル種により材料ガスを解離、反応させて、被処理基板S上に成膜する。
In the surface wave excitation plasma processing apparatus described above, various types of plasma processing are performed on the substrate S as follows. That is, the surface wave excitation plasma is excited in the upper space in the
上述した本実施の形態のシャワーヘッド10A,10B,20を有するSWP処理装置100は、次のような作用効果を奏する。
(1)シャワーヘッド10A,10Bの第1室11および第2室12の順に材料ガスを送出するとき、第1室11、第2室12と多段に配置したことで、ガス噴出孔12bから被処理基板Sに対して材料ガスを均一に供給することができる。シャワーヘッド20も同様の作用効果を奏する。
(2)シャワーヘッド10A,10Bのガス噴出孔11bと12bとを図3(a)の上下方向で一列に並ばないようにずらして配置することにより、第2室12のガス圧力分布の均一性が更に向上し、被処理基板Sに対して材料ガス供給の均一化を一層向上させることができる。シャワーヘッド20も同様の作用効果を奏する。
(3)シャワーヘッド10A,10Bを軸廻りに回転させることにより、ガス噴出方向を変えることができるので、他のシャワーヘッドによるガス供給状態を考慮して、被処理基板S上でのガス濃度分布の均一化を一層図ることができる。
(4)シャワーヘッド20を、チャンバ1内で水平の両方向にガスを噴出するように構成したので、隣接するシャワーヘッド10A,10Bとの間にも十分に材料ガスを供給でき、被処理基板S上でのガス濃度分布の均一化を図ることができる。
(5)シャワーヘッド10A,10Bの分散板12aの外表面に防着板103を配設することにより、分散板12aへの反応生成物の付着を防止でき、分散板12aのメンテナンス頻度を低減できる。つまり、防着板103の交換だけで済み、分散板12aのクリーニングや交換の回数が減る。また、小孔103aの孔径を防着板103の厚さ以下に設定しているので、ローディング効果を利用でき、ガス噴出孔12bの目詰まりを防止することができる。シャワーヘッド20の防着板203についても同様の作用効果を奏する。
(6)上記(1)〜(4)の効果により、SWP処理装置100は、被処理基板Sに対して均一なCVD成膜が可能となり、膜厚、膜質が均一な薄膜が得られる。
(7)複数のシャワーヘッド10A,10B,20を並設するとともに、シャワーヘッド毎にマスフローコントローラを設けてガス供給量やガスG1,G2の混合比率を細かく制御するようにした。その結果、被処理基板S上でのガス濃度分布の均一性が向上するので、プラズマの大面積化、基板の大型化にも対応できる。
The
(1) When the material gas is sent out in the order of the
(2) Uniformity of gas pressure distribution in the
(3) Since the gas ejection direction can be changed by rotating the shower heads 10A and 10B around the axis, the gas concentration distribution on the substrate S to be processed in consideration of the gas supply state by other shower heads. Can be made more uniform.
(4) Since the
(5) By disposing the
(6) Due to the effects (1) to (4), the
(7) A plurality of shower heads 10A, 10B, and 20 are arranged in parallel, and a mass flow controller is provided for each shower head to finely control the gas supply amount and the mixing ratio of the gases G1 and G2. As a result, since the uniformity of the gas concentration distribution on the substrate S to be processed is improved, it is possible to cope with an increase in the plasma area and an increase in the size of the substrate.
以上では、SWP処理装置100により被処理基板Sに成膜する場合について説明したが、本発明によるSWP処理装置によりエッチング処理やアッシング処理を行うこともできる。この場合、プラズマ発生に寄与するプロセスガスをチャンバの上部空間に噴出させ、エッチング処理やアッシング処理に寄与する処理用ガス(本実施の形態では、材料ガス)を、上述したシャワーヘッド10A,10B,20からチャンバの下方空間に噴出させればよい。
Although the case where a film is formed on the substrate S to be processed by the
次に、図7および図8を参照してSWP処理装置100の変形例について説明する。
図7は、SWP処理装置100Aを模式的に示す縦断面図である。図8は、図7のSWP処理装置100Aの概略構成を示す平面図であり、複数のシャワーヘッド10C,10D,20Aへの材料ガスの供給経路を示すものである。図7および図8で説明する変形例は、上述した実施形態のシャワーヘッド10A,10B,20あるいはSWP処理装置100と下記2点で異なる。
(1)シャワーヘッド10C,10Dは、それぞれ両端にガス導入ポート14A,14Bを有する。また、シャワーヘッド20Aも、両端にガス導入ポート24A,24Bを有する。シャワーヘッド10C,10Dは、ガス導入ポート14A,14Bの外周部をOリング1eに密着させて軸廻りに回転できる構造になっている。なお、シャワーヘッド10C,10Dは同型のものであるが、説明の便宜上、区別して示す。
(2)SWP処理装置100Aは、真空排気口6を覆うように近接配置された排気補正板30を有する。
Next, a modification of the
FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing the
(1) The shower heads 10C and 10D have
(2) The
上記(1)について図8を参照すると、チャンバ1内のシャワーヘッド10C,20A,10Dには、ガス供給系7によりガスG1が、ガス供給系8によりガスG1とは別種のガスG2が供給される。ガス供給系7は、配管7aが3本に分岐され、3本の配管のそれぞれにマスフローコントローラ7b,7c,7dが配設されている。同様に、ガス供給系8では、3本の分岐配管のそれぞれにマスフローコントローラ8b,8c,8dが配設されている。マスフローコントローラ7b,7c,7dの出口側とマスフローコントローラ8b,8c,8dの出口側とがそれぞれ接続されているので、ガスG1,G2が混合される。混合ガス(G1+G2)は、それぞれ分岐部P11,P12,P13で2つに分岐する。そして、分岐部P11で分岐した混合ガスは、シャワーヘッド10Dのガス導入ポート14A,14Bから、分岐部P12で分岐した混合ガスは、シャワーヘッド20Aのガス導入ポート24A,24Bから、分岐部P13で分岐した混合ガスは、シャワーヘッド10Cのガス導入ポート14A,14Bから各シャワーヘッドへ導入される。このように、シャワーヘッド10C,20A,10Dのそれぞれの第1段の室へ各シャワーヘッドの両端からガス導入が可能な構造としたので、第1段の室のガス圧力分布はより均一となり、最終段の室のガス圧力分布の均一性も増し、被処理基板Sに対して材料ガス供給の均一化を図ることができる。
Referring to FIG. 8 regarding the above (1), the gas G1 is supplied from the gas supply system 7 to the shower heads 10C, 20A, and 10D in the
上記(2)について図7を参照すると、排気補正板30は、チャンバ1の下方に、基板ホルダー5の支柱5bを取り囲むように設けられる環状の板である。一般に、SWP処理装置は、基板ホルダー5を中央に配置するため、真空排気口6は中央から離れた位置に配置せざるを得ない。したがって、チャンバ1内のガスの流れ、あるいはガス濃度分布が装置内で非対称となる傾向がある。排気補正板30を真空排気口6を覆うように近接配置することにより、ガスの流れ、あるいはガス濃度分布の対称性が向上し、均一なプラズマ処理が可能となる。
Referring to FIG. 7 for the above (2), the
本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。例えば、シャワーヘッド10A〜10Dおよびシャワーヘッド20,20Aの中空構造は、2段に限らず3段以上の多段としてもよい。3段以上の中空室を設ける場合、中間に位置する中空室のガス流入孔とガス流出孔との位置関係も、対向させずにずらすようにするのが好ましい。また、シャワーヘッドのガス噴出孔11b,21b,12b,22bの寸法、形状、配置などに関しては様々な変形が考えられる。さらに、チャンバ内でのシャワーヘッド10A〜10D,20,20Aの配置や個数に関しても様々な変形が考えられる。例えば、被処理基板が小面積の場合は、シャワーヘッド10A〜10Dのうち、1つを用いてもよい。
The present invention is not limited to the embodiments described above as long as the characteristics are not impaired. For example, the hollow structures of the shower heads 10A to 10D and the shower heads 20 and 20A are not limited to two stages, and may be multistages of three or more stages. When three or more stages of hollow chambers are provided, the positional relationship between the gas inflow holes and the gas outflow holes of the hollow chamber located in the middle is preferably shifted without being opposed to each other. Moreover, various deformation | transformation can be considered regarding the dimension, shape, arrangement | positioning, etc. of the
1:チャンバ 2:マイクロ波導波管
3:誘電体板 4:プロセスガス導入部
10A〜10D,20,20A:シャワーヘッド
11,21:第1室 11a,21a:分散板
11b,21b:ガス噴出孔 12,22:第2室
12a,22a:分散板 12b,22b:ガス噴出孔
14,14A,14B,24,24A,24B:ガス導入ポート
30:排気補正板 100:SWP処理装置
101,201:取付け部 102,202:ガス噴出部
103,203:防着板 103a,203a:小孔
S:被処理基板
1: Chamber 2: Microwave waveguide 3: Dielectric plate 4: Process
Claims (9)
前記噴出管には、その長手軸の方向に延在する1または複数の隔壁によって分割され、前記長手軸の方向に延在する複数段の中空室が設けられ、
前記隔壁には、初段の前記中空室から導入された前記処理用ガスを次段の中空室へ流入させる複数の連通孔が前記長手軸の方向に所定間隔で設けられ、
最終段の中空室には、前記処理用ガスを前記チャンバ内へ噴出させる複数のガス噴出孔が前記長手軸の方向に所定間隔で設けられることを特徴とするシャワーヘッド。 A shower head having an ejection pipe for ejecting a processing gas into a chamber of a surface wave excitation plasma processing apparatus,
The ejection pipe is divided by one or more partition walls extending in the direction of the longitudinal axis, and provided with a plurality of hollow chambers extending in the direction of the longitudinal axis,
In the partition wall, a plurality of communication holes through which the processing gas introduced from the first-stage hollow chamber flows into the second-stage hollow chamber are provided at predetermined intervals in the direction of the longitudinal axis,
A shower head characterized in that a plurality of gas ejection holes for ejecting the processing gas into the chamber are provided in the final-stage hollow chamber at predetermined intervals in the direction of the longitudinal axis.
前記ガス噴出孔は、前記長手軸と直交する一方向に前記処理用ガスが噴出するように設けられることを特徴とするシャワーヘッド。 The showerhead according to claim 1, wherein
The gas ejection hole is provided so that the processing gas is ejected in one direction orthogonal to the longitudinal axis.
前記噴出管には、前記ガス噴出孔の向きを変更するために前記長手軸の回りに回転可能に前記チャンバに取り付ける取付部が設けられることを特徴とするシャワーヘッド。 The shower head according to claim 2,
The shower head, wherein the ejection pipe is provided with a mounting portion attached to the chamber so as to be rotatable around the longitudinal axis in order to change the direction of the gas ejection hole.
前記最終段の中空室は、前記初段の中空室の両側に前記長手軸の方向に延在してそれぞれ設けられ、
前記最終段の中空室の前記ガス噴出孔は、前記長手軸方向と直交して互いに外方に向いた方向にそれぞれ前記処理用ガスを噴出するように設けられることを特徴とするシャワーヘッド。 The showerhead according to claim 1, wherein
The final-stage hollow chambers are respectively provided to extend in the direction of the longitudinal axis on both sides of the first-stage hollow chamber,
The shower head is characterized in that the gas ejection holes of the hollow chamber in the final stage are provided so as to eject the processing gas in the directions orthogonal to the longitudinal direction and facing outward.
最終段の中空室に面して設けられるガス流入孔としての前記連通孔と前記ガス噴出孔、もしくは中間段の中空室に面して設けられるガス流入孔としての前記連通孔とガス流出孔としての前記連通孔とは互いに対向しないように配設されていることを特徴とするシャワーヘッド。 In the shower head as described in any one of Claims 1-4,
As the communication hole and the gas ejection hole as the gas inflow hole provided facing the hollow chamber of the final stage, or as the communication hole and the gas outflow hole as the gas inflow hole provided to face the hollow chamber of the intermediate stage The shower head is arranged so as not to be opposed to each other.
前記最終段の中空室の前記ガス噴出孔が形成される外面を覆って、前記ガス噴出孔に対向する位置に小孔を有する防着板が配設されることを特徴とするシャワーヘッド。 In the shower head as described in any one of Claims 1-5,
A shower head, characterized in that a deposition plate having a small hole is disposed at a position facing the gas ejection hole so as to cover an outer surface of the final-stage hollow chamber where the gas ejection hole is formed.
前記小孔の径は、前記防着板の厚さと寸法が同じか小さいことを特徴とするシャワーヘッド。 The shower head according to claim 6, wherein
The diameter of the small hole is the same as or smaller than the thickness and dimension of the deposition preventing plate.
前記チャンバ内の中央部には、請求項4〜7のいずれか一項に記載のシャワーヘッドのうち、前記処理用ガスを互いに外方を向いた方向に噴出させるように構成された第1のシャワーヘッドを配置し、
前記第1のシャワーヘッドの両側には、請求項2,3,5〜7のいずれか一項に記載のシャワーヘッドのうち、前記処理用ガスを一方向に噴出させるように構成された第2のシャワーヘッドをそれぞれ配置することを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。 In the surface wave excitation plasma processing apparatus according to claim 8,
In the center part in the said chamber, among the shower heads as described in any one of Claims 4-7, it was comprised so that the said process gas might be ejected in the direction which mutually turned outward. Place the shower head,
The second of the shower heads according to any one of claims 2, 3, 5 to 7, wherein the processing gas is jetted in one direction on both sides of the first shower head. Each of the shower heads is provided with a surface wave excitation plasma processing apparatus.
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