JP2011100882A

JP2011100882A - シャワーヘッド、シャワーヘッド製造方法、およびシャワーヘッド再生方法

Info

Publication number: JP2011100882A
Application number: JP2009255153A
Authority: JP
Inventors: Fumitomo Kawahara; 史朋河原
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: JP5528773B2

Abstract

【課題】上部板と下部板との間で生じる摩擦を緩衝し、パーティクルの発生を抑制することができるシャワーヘッドを提供する。
【解決手段】ヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成されると共に上部板１０と下部板１２との間に介在して上部板１０と下部板１２とを互いに接合する熱融着シート１１を備えるシャワーヘッドとする。前記上部板１０，前記下部板１２および前記熱融着シート１１は、それぞれ複数の貫通孔１３，１４，１５を有し、前記熱融着シート１１に形成された複数の貫通孔１５は、それぞれ前記上部板および前記下部板に形成された複数の貫通孔１３，１４よりも大きな径を有することが好ましい。
【選択図】図２

Description

この発明は、プラズマ処理装置で用いられるシャワーヘッドに係り、特に、導電性を有する上部板とプラズマに対する耐食性を有する下部板との積層体からなるシャワーヘッドに関する。
また、この発明は、このようなシャワーヘッドを製造する方法および再生する方法にも関している。

ドライプロセスによる基板の処理において、プラズマを発生させるための反応ガスを基板の上方に供給すると共に電圧を印加することでプラズマを発生させ、プラズマ化した反応ガスが基板上にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が利用されている。このようなプラズマ処理装置では、気相中で発生したパーティクルおよび基板以外で成長した膜片などがプラズマ処理空間内を浮遊し、プラズマ処理された基板の品質を低下させることが問題となっている。

プラズマ処理装置で用いられるシャワーヘッドも、パーティクル発生の要因となっている。シャワーヘッド２１は、図４に示すように、導電性を有し電極として機能する上部板２２とプラズマに対する耐食性を有する下部板２３とをロウ材や半田などにより接合した積層体からなり、その上面から下面に貫通した複数の噴出孔２４を有する。シャワーヘッド２１の上部板２２側に供給された反応ガスが複数の噴出孔２４から基板に向けて均一に供給されると共に、上部板２２に電圧が印加されてプラズマが発生される。このプラズマの発生による温度変化により、図４の矢印で示すように、上部板２２と下部板２３の熱膨張係数の差に起因して両者の間に摩擦が生じパーティクルが発生する。

そこで、例えば、特許文献１には、基板の成膜においてその空間内に副生的に生成されるパーティクルや膜片が底面へ降り落ち、反応ガスを排気するガス排気口の近くに集まるような粉飛散防止装置が提案されている。この粉飛散防止装置では、ハニカム状の多孔板により気流を細分化することで、底面に堆積したパーティクルが気流で舞い上がることを抑制している。

特開平０８−０１３１５０号公報

しかしながら、パーティクルの発生を抑制するという根本的な問題は解決されておらず、特に、シャワーヘッドにより発生されるパーティクルは基板の上方で発生するため、基板に付着する前にパーティクルを除去するのは困難であった。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、上部板と下部板との間で生じる摩擦を緩衝し、パーティクルの発生を抑制することができるシャワーヘッドを提供することを目的とする。
また、この発明は、このようなシャワーヘッドを製造する方法および再生する方法を提供することも目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るシャワーヘッドは、ガス供給源から供給されたガスを複数の噴出孔を介してプラズマ発生空間に噴出すると共に噴出されたガスにプラズマ発生のための電圧を印加する電極として機能するシャワーヘッドであって、導電性を有する上部板と、プラズマに対する耐食性を有する下部板と、ヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成されると共に前記上部板と前記下部板との間に介在して前記上部板と前記下部板とを互いに接合する熱融着シートとを備えたことを特徴とする。

ここで、前記上部板、前記下部板および前記熱融着シートは、それぞれ前記複数の噴出孔に対応した複数の貫通孔を有し、前記熱融着シートに形成された複数の貫通孔は、それぞれ前記上部板および前記下部板に形成された複数の貫通孔よりも大きな径を有することが好ましい。

また、本発明に係るシャワーヘッド製造方法は、ガス供給源から供給されたガスを複数の噴出孔を介してプラズマ発生空間に噴出すると共に噴出されたガスにプラズマ発生のための電圧を印加する電極として機能するシャワーヘッドを製造するシャワーヘッド製造方法であって、導電性を有する上部板とプラズマに対する耐食性を有する下部板とをこれらの間にヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成される熱融着シートを介在させて積層し、前記熱融着シートの熱融着により前記上部板と前記下部板とを互いに接合させることを特徴とする。

ここで、前記複数の噴出孔に対応した複数の貫通孔を前記上部板、前記熱融着シート、および前記下部板のそれぞれに形成した後、それぞれに形成された複数の貫通孔の位置を一致させて前記上部板、前記熱融着シート、および前記下部板を積層し、前記上部板と前記下部板とを互いに接合することで前記複数の噴出孔を形成することができる。
また、前記上部板、前記熱融着シート、および前記下部板を積層し、前記熱融着シートの熱融着により前記上部板と前記下部板とを互いに接合した後に前記複数の噴出孔を形成することもできる。

また、本発明に係るシャワーヘッド再生方法は、ガス供給源から供給されたガスを複数の噴出孔を介してプラズマ発生空間に噴出すると共に噴出されたガスにプラズマ発生のための電圧を印加する電極として機能するシャワーヘッドを再生するシャワーヘッド再生方法であって、前記シャワーヘッドは、導電性を有する上部板と、前記プラズマ発生空間に面する下部板と、ヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成されると共に前記上部板と前記下部板との間に介在して前記上部板と前記下部板とを互いに接合する熱融着シートとを備え、使用済みの前記シャワーヘッドを加熱して前記熱融着シートを溶融または軟化させ、前記上部板と前記下部板とを互いに分離し、前記上部板および前記下部板のうち一方を新たなものに交換すると共に他方を再利用し、新たな一方の上部板または下部板と再利用する他方の前記上部板または前記下部板とをこれらの間にヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成される新たな熱融着シートを介在させて積層し、前記新たな熱融着シートの熱融着により新たな前記一方の上部板または下部板と再利用する前記他方の上部板または下部板とを互いに接合することを特徴とする。
ここで、使用済みの前記シャワーヘッドが加熱され前記上部板と前記下部板とに互いに分離された後、再利用される前記他方の上部板または下部板は洗浄により再利用に供され、新たな前記一方の上部板または下部板と接合されてもよい。

本発明によれば、上部板と下部板との間で生じる摩擦を緩衝し、パーティクルの発生を抑制することができる。

この発明の一実施形態に係るシャワーヘッドを備えたプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。シャワーヘッドの構成を示す分解斜視図である。シャワーヘッドの構成を示す断面図である。従来におけるシャワーヘッドの構成を示す断面図である。

以下に、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るシャワーヘッド１を備えたプラズマ処理装置の構成を示す。プラズマ処理装置は、内部を外部から気密に保つ真空チャンバ２を有する。

真空チャンバ２内の上面には反応ガスを供給するためのガス供給口３が設置され、真空チャンバ２内の下面には反応ガスを排気するためのガス排気口４が設置されている。ガス供給口３は図示しないガス供給源に接続されており、ガス供給源によりプラズマを発生させるための反応ガスがガス供給口３を介して真空チャンバ２内に供給される。また、ガス排気口４は図示しない減圧装置に接続されており、減圧装置により真空チャンバ２内を所定の真空度にすると共に、反応ガスが供給されても真空チャンバ２内が所定の真空度を維持するよう調節を行う。減圧装置としては、真空ポンプ、クライオコイル等が利用できる。

ガス供給口３は、導電性を有する材料で形成されたシャワーヘッド保持部材５と接続されている。シャワーヘッド保持部材５はその内部に中空の空間であるガス供給室６を有し、ガス供給室６にはガス供給口３から反応ガスが供給される。なお、シャワーヘッド保持部材５と真空チャンバ２とは互いに電気的に絶縁されている。
シャワーヘッド保持部材５の下側には、ガス供給室６の下面を覆うようにシャワーヘッド１が取り付けられている。シャワーヘッド１には、その上面から下面に貫通する複数の噴出孔７が形成されており、ガス供給室６から供給される反応ガスが複数の噴出孔７を介してシャワーヘッド１の下方に噴出される。また、シャワーヘッド１は導電性の材料で形成された上部電極を有し、シャワーヘッド１の下方にプラズマ発生空間Ｐが形成される。

真空チャンバ２内の下部には、シャワーヘッド１と対向する位置にプラズマ発生空間Ｐを挟んで、保持台８が設置されている。保持台８の内部には、下部電極と静電チャック用電極が設置されている。下部電極は、シャワーヘッド１の上部電極と平行に設置され、接地されている。これにより、保持台８の下部電極とシャワーヘッド１の上部電極とは、プラズマを発生させるための電極対を形成する。一方、静電チャック用電極は、保持台の上部に設置され、図示しない高圧直流電源から電圧が印加されることによって、保持台８の上面に設置された基板Ｓとの間で静電力を発生させ、基板Ｓを保持台８に固定する。なお、保持台８と真空チャンバ２とは互いに電気的に絶縁されている。

シャワーヘッド１の上部電極は、シャワーヘッド保持部材５を介して高周波電源９に接続されている。高周波電源９は、プラズマを発生させるための電力を供給する電源で、プラズマ処理装置に利用されている公知の高周波電源が利用できる。

図２にシャワーヘッド１の構成を示す。シャワーヘッド１は、それぞれ円盤形状を有する上部板１０、熱融着シート１１、および下部板１２の積層体からなる。
上部板１０は、導電性を有する材料で形成されてシャワーヘッド保持部材５を介して高周波電源９と接続されており、保持台８の下部電極と対をなす上部電極として機能する。上部板１０を形成する導電性を有する材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、金属基複合材料（ＭＭＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が利用できる。上部板１０には、シャワーヘッド１に形成される複数の噴出孔７に対応して、上面から下面に貫通する複数の貫通孔１３が形成されている。なお、上部板１０に形成される複数の貫通孔１３の径は、２〜０．５ｍｍであるのが好ましい。
下部板１２は、プラズマに対する耐食性を有しパーティクルの発生の少ない材料で形成され、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）等が利用できる。下部板１２には、シャワーヘッド１に形成される複数の噴出孔７に対応して、上面から下面に貫通する複数の貫通孔１４が形成されており、その複数の貫通孔１４の径は、例えば、０．５ｍｍ程度であるのが好ましい。

熱融着シート１１は、上部板１０と下部板１２との間に介在して両者の摩擦を緩衝し、熱融着により上部板１０と下部板１２とを互いに接合する含フッ素重合体から形成される。熱融着シート１１を形成する含フッ素重合体としては、例えば、特許第３８８５８０５号に開示のヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体等が利用できる。熱融着シート１１には、シャワーヘッド１に形成される複数の噴出孔７に対応して、上面から下面に貫通する複数の貫通孔１５が形成されている。熱融着シート１１に形成される複数の貫通孔１５の径は、上部板１０および下部板１２の貫通孔よりも大きい径を有するのが好ましく、例えば、２〜５ｍｍの径を有するのが好ましい。

上部板１０、熱融着シート１１、および下部板１２のそれぞれに上述したような複数の貫通孔１３，１５，１４を形成し、これらの貫通孔１３，１５，１４の位置を互いに合わせて上部板１０、熱融着シート１１、および下部板１２を積層し、３００〜３５０℃で１０〜２０分間の加熱をすることで、熱融着シート１１により上部板１０と下部板１２とを互いに接合することができる。
また、このようにして熱融着されたシャワーヘッド１は、同じように３００〜３５０℃で加熱することで熱融着シート１１を溶融または軟化させることにより、上部板１０および下部板１２から熱融着シート１１を取り外すことができる。
このような構成を有するシャワーヘッド１は、図３に示すように、シャワーヘッド１の上部板１０を上面にしてガス供給室６の下面を覆うように取り付けられ、上部板１０と高周波電源９とがシャワーヘッド保持部材５を介して接続されている。ガス供給源からガス供給室６に供給された反応ガスは、シャワーヘッド１に形成された複数の噴出孔７を介してシャワーヘッド１の下方に噴出される。

次に、図１に示したシャワーヘッド１を備えたプラズマ処理装置の動作を説明する。

まず、真空チャンバ２内に設けられたガス供給室６を覆うように、上部板１０、熱融着シート１１、および下部板１２による積層体から構成されるシャワーヘッド１が上部板１０を上面にしてシャワーヘッド保持部材５に取り付けられる。また、保持台８には、静電チャックの作用により基板Ｓが保持される。
続いて、減圧装置によりガス排気口４から真空チャンバ２内の空気が排気され、真空チャンバ２内が所定の真空度になると、反応ガスがガス供給源からガス供給室６に供給される。減圧装置は、真空チャンバ２内の排気を調整し、反応ガスが供給されても真空チャンバ２内が所定の真空度になるよう調節している。

ガス供給室６に供給された反応ガスは、シャワーヘッド１に形成された複数の噴出孔７を介して、シャワーヘッド１と基板Ｓとの間に噴出される。一方、シャワーヘッド１の上部板１０には、シャワーヘッド保持部材５を介して高周波電源９から電圧が印加される。これにより、シャワーヘッド１の上部板１０と保持台８の下部電極とで電極対が形成され、これらの間に噴出された反応ガスが励起されプラズマが発生する。
基板Ｓの表面が、このようにして発生したプラズマに曝され、基板Ｓにプラズマ処理が施される。

ここで、プラズマの発生による温度変化により、上部板１０と下部板１２との熱膨張係数の差に起因して両者の形状が変化するが、熱融着シート１１が上部板１０と下部板１２との摩擦を緩衝することによりパーティクルの発生を抑制することができ、プラズマ処理面の品質を向上させることが可能となる。

プラズマ処理が完了すると、次の基板Ｓを保持台８に保持させ、同様の作業を繰り返す。ここで、シャワーヘッド１の下部板１２はプラズマに対する耐食性を有するが、長時間に亘ってプラズマに曝され続けることで下部板１２が腐食されるおそれがある。このような場合であっても、剥離可能な熱融着シート１１により、腐食された下部板１２のみを交換し使用可能な上部板１０を再利用してシャワーヘッド１を再生させることができる。
例えば、シャワーヘッド保持部材５からシャワーヘッド１を取り外し、３００〜３５０℃で熱融着シート１１が溶融または軟化するまで加熱処理を行い、上部板１０と下部板１２とを互いに分離する。続いて、腐食された下部板１２を新しいものと交換し、洗浄された上部板１０、新たな熱融着シート１１、および新たな下部板１２を積層して、３００〜３５０℃で１０〜２０分間の加熱処理を行い、熱融着シート１１の熱融着により再利用された上部板１０と新たな下部板１２とを互いに接合してシャワーヘッド１を再生させることができる。
また、シャワーヘッド１の上部板１０も反応ガスに長時間に亘って曝され続けることで腐食されるおそれがあるが、このような場合であっても、同様にして、剥離可能な熱融着シート１１により、腐食された上部板１０のみを交換し使用可能な下部板１２を再利用してシャワーヘッド１を再生させることができる。

このように、シャワーヘッド１を構成する上部板１０または下部板１２の一方が腐食されても、使用可能な他方の上部板１０または下部板１２に付着した熱融着シート１１の残骸を洗浄等の簡便な処理を行って取り除くだけで再利用でき、簡単な作業でシャワーヘッド１を再生させることができる。
なお、本実施形態の使用可能な他方の上部板１０または下部板１２は、洗浄することにより再利用に供されているが、他方の上部板１０または下部板１２から熱融着シート１１などの付着物を除去できればよく、例えば、その表面を掻き取るまたは研磨するなどして再利用に供してもよい。

再生されたシャワーヘッド１は、真空チャンバ２内のシャワーヘッド保持部材５に取り付けられ、上部板１０および下部板１２のうち一方が再び腐食されるまで同様に使用される。

本実施形態のシャワーヘッドによれば、熱融着シート１１が上部板１０と下部板１２との摩擦を緩衝することによりパーティクルの発生を抑制することができ、プラズマ処理された基板Ｓの品質を向上させることが可能となる。また、シャワーヘッド１を構成する上部板１０または下部板１２の一方が腐食されても、使用可能な他方の上部板１０または下部板１２を洗浄等の簡便な処理を行うだけで再利用でき、簡単な作業でシャワーヘッド１を再生させることができる。

なお、本実施形態において、シャワーヘッドは、上部板、熱融着シート、および下部板のそれぞれに複数の貫通孔を形成し、これらの貫通孔の位置を互いに合わせて熱融着シートにより上部板と下部板とを互いに接合させているが、上部板、熱融着シート、および下部板を積層して熱融着シートにより上部板と下部板とを互いに接合させた後に、その上面から下面に貫通する複数の噴出孔を形成してもよい。

また、本実施形態において、シャワーヘッドは、反応ガスを用いて基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において用いられているが、同じくプラズマを発生させ反応ガスと共に原料ガスを用いて半導体基板上に成膜を行う半導体製造装置に同様に適用することができ、パーティクルの発生を抑制して高品質の膜形成を行うことが可能となる。

１，２１シャワーヘッド、２真空チャンバ、３ガス供給口、４ガス排気口、５シャワーヘッド保持部材、６ガス供給室、７，２４噴出孔、８保持台、９高周波電源、１０，２２上部板、１１熱融着シート、１２，２３下部板、１３，１４，１５貫通孔、Ｓ基板、Ｐプラズマ発生空間

Claims

ガス供給源から供給されたガスを複数の噴出孔を介してプラズマ発生空間に噴出すると共に噴出されたガスにプラズマ発生のための電圧を印加する電極として機能するシャワーヘッドであって、
導電性を有する上部板と、
プラズマに対する耐食性を有する下部板と、
ヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成されると共に前記上部板と前記下部板との間に介在して前記上部板と前記下部板とを互いに接合する熱融着シートと
を備えたことを特徴とするシャワーヘッド。
前記上部板、前記下部板および前記熱融着シートは、それぞれ前記複数の噴出孔に対応した複数の貫通孔を有し、
前記熱融着シートに形成された複数の貫通孔は、それぞれ前記上部板および前記下部板に形成された複数の貫通孔よりも大きな径を有することを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
ガス供給源から供給されたガスを複数の噴出孔を介してプラズマ発生空間に噴出すると共に噴出されたガスにプラズマ発生のための電圧を印加する電極として機能するシャワーヘッドを製造するシャワーヘッド製造方法であって、
導電性を有する上部板とプラズマに対する耐食性を有する下部板とをこれらの間にヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成される熱融着シートを介在させて積層し、
前記熱融着シートの熱融着により前記上部板と前記下部板とを互いに接合させることを特徴とするシャワーヘッド製造方法。
前記複数の噴出孔に対応した複数の貫通孔を前記上部板、前記熱融着シート、および前記下部板のそれぞれに形成した後、それぞれに形成された複数の貫通孔の位置を一致させて前記上部板、前記熱融着シート、および前記下部板を積層し、前記上部板と前記下部板とを互いに接合することで前記複数の噴出孔が形成されることを特徴とする請求項３に記載のシャワーヘッド製造方法。
前記上部板、前記熱融着シート、および前記下部板を積層し、前記熱融着シートの熱融着により前記上部板と前記下部板とを互いに接合した後に前記複数の噴出孔を形成することを特徴とする請求項３に記載のシャワーヘッド製造方法。
ガス供給源から供給されたガスを複数の噴出孔を介してプラズマ発生空間に噴出すると共に噴出されたガスにプラズマ発生のための電圧を印加する電極として機能するシャワーヘッドを再生するシャワーヘッド再生方法であって、
前記シャワーヘッドは、
導電性を有する上部板と、
前記プラズマ発生空間に面する下部板と、
ヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成されると共に前記上部板と前記下部板との間に介在して前記上部板と前記下部板とを互いに接合する熱融着シートと
を備え、
使用済みの前記シャワーヘッドを加熱して前記熱融着シートを溶融または軟化させ、
前記上部板と前記下部板とを互いに分離し、
前記上部板および前記下部板のうち一方を新たなものに交換すると共に他方を再利用し、
新たな一方の上部板または下部板と再利用する他方の前記上部板または前記下部板とをこれらの間にヒドロキシル基を有する含フッ素エチレン性重合体から構成される新たな熱融着シートを介在させて積層し、
前記新たな熱融着シートの熱融着により新たな前記一方の上部板または下部板と再利用する前記他方の上部板または下部板とを互いに接合することを特徴とするシャワーヘッド再生方法。
使用済みの前記シャワーヘッドが加熱され前記上部板と前記下部板とに互いに分離された後、再利用される前記他方の上部板または下部板は洗浄により再利用に供され、新たな前記一方の上部板または下部板と接合されることを特徴とする請求項６に記載のシャワーヘッド再生方法。