JP2012074733A

JP2012074733A - 基板処理装置

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Publication number: JP2012074733A
Application number: JP2011272198A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Handa; 達也半田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2027-03-12
Also published as: JP5426647B2

Abstract

【課題】基板上における異常放電の発生を防止することができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１０は、順に積層された、天井電極板２５、冷却板２６及び上部電極支持体２７を有する円板状のシャワーヘッド２４を備え、上部電極支持体２７は上部高周波電源３０に接続され、冷却板２６は中央バッファ室３４と周縁バッファ室３５とを内部に有し、上部電極支持体２７には２つのクランプ３８が中央バッファ室３４に対応する位置に配置され、且つ２つのクランプ４０が周縁バッファ室３５に対応する位置に配置され、各クランプ３８，４０はそれぞれガス供給系３９，４１に接続され、２つのクランプ３８は、シャワーヘッド中心を中心とする円周上において１８０°±３°毎に配置され、２つのクランプ４０も、シャワーヘッド中心を中心とする円周上において１８０°±３°毎に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板処理装置及び電極構造体に関し、特に、高周波電源及び処理ガスを供給するガス供給装置に接続された電極構造体を備える基板処理装置に関する。

基板としてのウエハＷにプラズマ処理、例えば、エッチング処理を施す基板処理装置６０として、図６に示す、ウエハＷを収容するチャンバ６１と、該チャンバ６１内に配置されてウエハＷを載置する載置台６２と、該載置台６２に対向して配置され、チャンバ６１内に処理ガスを導入する円板状のシャワーヘッド６３とを備えるものが知られている。この基板処理装置６０では、載置台６２及びシャワーヘッド６３のそれぞれに高周波電源６４，６５が接続されており、これらは電極としても機能する。そして、載置台６２及びシャワーヘッド６３がチャンバ６１内に高周波電力を供給して電界を発生させる。該電界は処理ガスからプラズマを発生させ、該プラズマがウエハＷにプラズマ処理を施す。

ところで、ウエハＷへ均一にプラズマ処理を施すためにはウエハＷ上のプラズマ密度の分布を均一にする必要があるが、プラズマ密度の分布を均一にするためには、電界の分布を均一にする必要がある。そこで、例えば、基板処理装置６０のように、高周波電源６５に接続され、且つシャワーヘッド６３へ該シャワーヘッド６３の中心に関して対称に接続される分岐導波体（給電筒）６６を設け、これにより、電界の分布を均一にする基板処理装置６０が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、プラズマ密度の分布はシャワーヘッドから導入される処理ガスの分布にも左右される。そこで、図７に示すように、基板処理装置の電極構造体７０において、シャワーヘッド７１内に２つに区切られたバッファ室７２ａ，７２ｂを設け、各バッファ室７２ａ，７２ｂに処理ガスを供給するガス供給装置（図示しない）を個別のガス供給系７３ａ，７３ｂを介して接続し、各ガス供給系７３ａ，７３ｂにおける処理ガスの流量を制御することが知られている。この電極構造体７０では各バッファ室７２ａ，７２ｂがウエハを収容するチャンバ内と連通し、バッファ室７２ａ，７２ｂ内へ供給される処理ガスの流量を制御することによってシャワーヘッド７１がチャンバ内へ導入する処理ガスの分布を制御している。

なお、電極構造体７０では、各ガス供給系７３ａ，７３ｂ及び各バッファ室７２ａ，７２ｂの接続部７４ａ，７４ｂは、シャワーヘッド７１の中心に関する同一角度上、すなわち、同一半径方向上に配置されている。

特開平８−３２５７５９号公報

しかしながら、上述した図７の電極構造体７０を用いてウエハＷにエッチング処理を施した際、ウエハＷにおいて微少な異常放電（アーキング）が発生することがあった。具体的には、アーキングが、接続部７４ａ，７４ｂが配置される位置とシャワーヘッド７１の中心に関して対称の位置において発生した。アーキングはウエハＷ上に形成される半導体デバイスの配線や絶縁膜を破壊することがあるため、アーキングの発生を防止する必要がある。

本発明の目的は、基板上における異常放電の発生を防止することができる基板処理装置及び電極構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、円板状の基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台と、高周波電源と、処理ガスを供給するガス供給装置と、前記高周波電源と接続され且つ少なくとも１つのガス供給系を介して前記ガス供給装置と接続される円板状の電極構造体とを備える基板処理装置において、前記電極構造体は、前記載置台と対向して配置され、内部に少なくとも１つのバッファ室を有し、且つ前記ガス供給系と接続される複数の接続部を有し、各前記バッファ室は、多数のガス穴を介して前記収容室内と連通すると共に、前記複数の接続部を介して前記ガス供給系と連通し、各前記バッファ室に関し、前記複数の接続部は、前記電極構造体の中心を中心とする円周上において均等間隔に配置されることを特徴とする。

請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記電極構造体は内部に複数の前記バッファ室を有し、全前記バッファ室に対応する前記接続部の合計数をｎとした場合、各前記接続部は、前記電極構造体の中心を中心とする回転角度で３６０°／ｎ±３°毎に配置されることを特徴とする。

請求項３記載の基板処理装置は、請求項１又は２記載の基板処理装置において、前記電極構造体は、前記収容室側から順に積層された天井電極板、冷却板及び上部電極体によって構成され、該天井電極板、前記冷却板及び前記上部電極体は導電性材料からなり、前記複数の接続部は前記上部電極体に配置され、該上部電極体は前記高周波電源と接続されることを特徴とする。

請求項４記載の基板処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記ガス供給系は少なくとも前記接続部に接続される部分が絶縁性材料からなることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項５記載の電極構造体は、円板状の基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台と、高周波電源と、処理ガスを供給するガス供給装置とを備える基板処理装置が有する電極構造体において、円板状を呈すると共に、前記高周波電源と接続され且つ少なくとも１つのガス供給系を介して前記ガス供給装置と接続され、前記載置台と対向して配置され、内部に少なくとも１つのバッファ室を有し、且つ前記ガス供給系と接続される複数の接続部を有し、各前記バッファ室は、多数のガス穴を介して前記収容室内と連通すると共に、前記複数の接続部を介して前記ガス供給系と連通し、各前記バッファ室に関し、前記複数の接続部は、前記電極構造体の中心を中心とする円周上において均等間隔に配置されることを特徴とする。

請求項１記載の基板処理装置及び請求項５記載の電極構造体によれば、高周波電源と接続される電極構造体が有する各バッファ室に関し、少なくとも１つのガス供給系と接続される複数の接続部は、電極構造体の中心を中心とする円周上において均等間隔に配置される。これにより、各バッファ室内へ処理ガスを均等に供給することができ、もって、各バッファ室を介して収容室内へ導入される処理ガスの分布を均一にすることができると共に、電極構造体の構造を該電極構造体の中心に関して対称的にすることができ、もって、収容室内に発生する電界の分布を均一にすることができる。その結果、基板上のプラズマ密度の分布を均一にすることができ、もって、基板上における異常放電の発生を防止することができる。

請求項２記載の基板処理装置によれば、全バッファ室に対応する接続部の合計数をｎとした場合、各接続部は、電極構造体の中心を中心とする回転角度で３６０°／ｎ±３°毎に配置されるので、各バッファ室を介して収容室内へ導入される処理ガスの分布をより均一にすることができると共に、電極構造体の構造をより対称的にすることができる。

請求項３記載の基板処理装置によれば、複数の接続部は、高周波電源と接続される上部電極体に配置されるので、高周波電力が供給される上部電極体の構造を対称的にすることができ、もって、収容室内に発生する電界の分布を確実に均一にすることができる。

請求項４記載の基板処理装置によれば、ガス供給系は少なくとも接続部に接続される部分が絶縁性材料からなるので、該ガス供給系が電界の分布に影響を与えることが無く、もって、収容室内に発生する電界の分布をより確実に均一にすることができる。

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。

まず、本発明の実施の形態に係る基板処理装置について説明する。

図１は、本実施の形態に係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エッチング処理を施すように構成されている。

図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍである円板状の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを収容するチャンバ１１（収容室）を有し、該チャンバ１１内の底面には円柱状のサセプタ支持台１２が配置され、該サセプタ支持台１２上には円柱状のサセプタ１３（載置台）が配置されている。

サセプタ１３の上には、ＥＳＣ（Electrostatic Chuck）１４（載置台）が配置されて
いる。ＥＳＣ１４は、例えば、アルミニウムからなり、ＥＳＣ１４の上面にはアルミナ等のセラミック等が溶射されて溶射皮膜（図示しない）が形成される。該溶射皮膜内には、直流電源１５が電気的に接続されている静電電極板１６が配される。

チャンバ１１内に収容されたウエハＷは、ＥＳＣ１４の上面（以下、「載置面」という。）に載置される。静電電極板１６に直流電源１５から正の高直流電圧が印加されると、載置面と接触するウエハＷの接触面には負電位が発生して静電電極板１６及びウエハＷの接触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・ラーベック力によってウエハＷはＥＳＣ１４の載置面に吸着保持される。

ＥＳＣ１４の載置面には、複数の伝熱ガス供給孔１７が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔１７は、伝熱ガス供給ライン１８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１７を介してウエハＷの接触面及び載置面の間に供給する。ウエハＷの接触面及び載置面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱をＥＳＣ１４に効果的に伝達する。

サセプタ１３は、例えば、アルミニウム合金からなり、サセプタ１３には下部高周波電源１９が下部整合器（Matcher）２０を介して接続されており、該下部高周波電源１９は
比較的低い周波数の高周波電力をサセプタ１３に供給する。これにより、サセプタ１３は、後述するシャワーヘッド２４及び該サセプタ１３の間の空間である処理空間Ｓに高周波電力を供給する下部電極として機能する。また、下部整合器２０は、下部高周波電源１９の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合させる。

サセプタ支持台１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２１が設け
られる。この冷媒室２１には、チラーユニット（図示しない）から冷媒用配管２２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支持台１２はＥＳＣ１４を介してウエハＷを冷却する。

また、ＥＳＣ１４上には円環状のフォーカスリング２３が配される。フォーカスリング２３は、導電性材料、例えば、シリコンからなり、ＥＳＣ１４の載置面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２３は、処理空間Ｓに発生したプラズマをウエハ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。

チャンバ１１の天井部には、ＥＳＣ１４に載置されたウエハＷと対向するように円板状のシャワーヘッド２４（電極構造体）が配置されている。該シャワーヘッド２４は、処理空間Ｓ側から順に積層された、天井電極板２５、冷却板２６及び上部電極支持体２７（上部電極体）を有する。上部電極支持体２７には給電筒２８及び上部整合器２９を介して上部高周波電源３０が接続されている。該上部高周波電源３０は上部電極支持体２７に比較的高い周波数の高周波電力を供給する。天井電極板２５、冷却板２６及び上部電極支持体２７は導電性材料、例えば、アルミニウム合金からなるため、上部電極支持体２７に供給された高周波電力は冷却板２６及び天井電極板２５を介して処理空間Ｓに供給される。すなわち、シャワーヘッド２４は処理空間Ｓに高周波電力を供給する上部電極として機能する。なお、上部整合器２９の機能は上述した下部整合器２０と同じである。

なお、シャワーヘッド２４の外周部は円環状の誘電体部材３１で覆われており、該誘電体部材３１はシャワーヘッド２４をチャンバ１１の壁部から絶縁する。また、給電筒２８の外側は、筐体状の接地導電性部材３２で覆われており、接地導電性部材３２の上面中央部において給電筒２８が貫通している。接地導電性部材３２及び給電筒２８の間には絶縁性部材３３が介在する。

また、シャワーヘッド２４において、冷却板２６は、該シャワーヘッド２４の中心（以下、「シャワーヘッド中心」という。）を中心とする円板状の空間からなる中央バッファ室３４と、該中央バッファ室３４と同心の円環状の空間からなる周縁バッファ室３５とを内部に有し、中央バッファ室３４及び周縁バッファ室３５は円環状隔壁部材、例えば、Ｏリング３７によって区画されている。さらに、冷却板２６及び天井電極板２５は、中央バッファ室３４及び周縁バッファ室３５を処理空間Ｓと連通させる多数の貫通ガス穴３６を有する。

また、シャワーヘッド２４では上部電極支持体２７に導電性材料、例えば、アルミニウムからなる複数のクランプ３８，４０（接続部）が配置されている。具体的には、２つのクランプ３８が中央バッファ室３４に対応する位置に配置され、２つのクランプ４０が周縁バッファ室３５に対応する位置に配置されている。２つのクランプ３８は２つに分岐したパイプからなる中央ガス供給系３９と接続され、２つのクランプ４０は２つに分岐したパイプからなる周縁ガス供給系４１と接続されている。なお、中央ガス供給系３９及び周縁ガス供給系４１においてそれぞれクランプ３８，４０に接続される部分、具体的には、接地導電性部材３２の内部に存在する部分は、絶縁性材料、具体的には、樹脂からなる。

中央バッファ室３４は２つのクランプ３８を介して中央ガス供給系３９と連通し、周縁バッファ室３５は２つのクランプ４０を介して周縁ガス供給系４１と連通している。なお、中央ガス供給系３９及び周縁ガス供給系４１は、処理ガス及び付加ガスの混合ガスの中央ガス供給系３９及び周縁ガス供給系４１のそれぞれへの流量を調整する分流量調整装置４２に接続されている。該分流量調整装置４２は、処理ガスを供給する処理ガス供給装置及び付加ガスを供給する付加ガス供給装置（ともに図示しない）に接続されている。なお、本実施の形態における処理ガスは、例えば、ＣＦ系のガスや酸素ガスが該当し、付加ガ
スは、例えば、アルゴンガスが該当する。

シャワーヘッド２４では、分流量調整装置４２から中央ガス供給系３９及び周縁ガス供給系４１を介して処理ガスを含む混合ガスが中央バッファ室３４及び周縁バッファ室３５に導入され、該導入された混合ガスは多数の貫通ガス穴３６を介して処理空間Ｓに導入される。したがって、シャワーヘッド２４はガス導入装置として機能する。また、シャワーヘッド２４では、冷却板２６内に冷媒室（図示しない）が設けられ、該冷媒室内には後述する冷媒導入部４３ａ，４３ｂから導入された冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が供給される。冷却板２６は、中央バッファ室３４及び周縁バッファ室３５内に導入された混合ガスを冷媒室の冷媒によって冷却する。

本実施の形態では、周縁バッファ室３５に対応する貫通ガス穴３６から導入される混合ガスは、載置面に載置されたウエハＷの周縁部に向けて分布し、中央バッファ室３４に対応する貫通ガス穴３６から導入される混合ガスは、載置面に載置されたウエハＷの中央部に向けて分布する。なお、分流量調整装置４２が中央ガス供給系３９及び周縁ガス供給系４１のそれぞれへ分配する混合ガスの流量を調整することにより、ウエハＷ上の混合ガスの密度分布を調整することができる。

図２は、図１におけるシャワーヘッド、クランプ、中央ガス供給系及び周縁ガス供給系の位置関係を概略的に示す平面図である。

図２において、中央バッファ室３４に対応する２つのクランプ３８は、シャワーヘッド中心を中心とする円周上において均等間隔、具体的には１８０°±３°毎に配置されている。一方、中央バッファ室３４はシャワーヘッド中心を中心とする円板状の空間からなる。したがって、中央バッファ室３４において、混合ガスはシャワーヘッド中心を中心として対称的に導入される。その結果、中央バッファ室３４内へ混合ガスを均等に供給することができる。

また、周縁バッファ室３５に対応する２つのクランプ４０も、シャワーヘッド中心を中心とする円周上において均等間隔、具体的には１８０°±３°毎に配置されており、周縁バッファ室３５はシャワーヘッド中心を中心とする円環状の空間からなる。したがって、周縁バッファ室３５においても、混合ガスはシャワーヘッド中心を中心として対称的に導入される。その結果、周縁バッファ室３５内へ混合ガスを均等に供給することができる。

さらに、シャワーヘッド２４では、クランプ３８，４０の合計数は４であり、シャワーヘッド中心を中心とする回転系において各クランプ３８，４０は、回転角度で３６０°／４±３°毎に配置されている。具体的には、隣接するクランプ３８，４０の間における、シャワーヘッド中心を中心とする回転角度は９０°±３°である。これにより、混合ガスを、中央バッファ室３４及び周縁バッファ室３５を介して処理空間Ｓへ対称的に導入することができる。したがって、処理空間Ｓへ導入される混合ガスの分布をより均一にすることができる。

なお、シャワーヘッド２４では、クランプ３８，４０や中央ガス供給系３９、周縁ガス供給系４１を避けるように、冷媒導入部４３ａ，４３ｂ、並びに、測温センサであるＰＴセンサ４４が配置されている。

図１に戻り、基板処理装置１０では、サセプタ１３にはハイパスフィルタ４５が電気的に接続され、該ハイパスフィルタ４５は上部高周波電源３０からの高周波電力をグランドに通電する。また、シャワーヘッド２４にはローパスフィルタ４６が電気的に接続され、該ローパスフィルタ４６は下部高周波電源１９からの高周波電力をグランドに通電する。

また、基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とＥＳＣ１４（サセプタ１３）の側面とによって、ＥＳＣ１４上方のガスをチャンバ１１の外へ排出する流路が形成され、該流路の途中には排気プレート４７が配置される。該排気プレート４７は多数の孔を有する板状部材であり、処理空間Ｓにおいて発生するプラズマを捕捉又は反射してプラズマの漏洩を防止する。

この基板処理装置１０では、処理空間Ｓにシャワーヘッド２４から混合ガスが導入されてサセプタ１３及びシャワーヘッド２４から高周波電力が供給されると、処理空間Ｓにおいて高周波電界が発生し、混合ガス中の処理ガスが励起されてプラズマとなる。該プラズマはウエハＷにエッチング処理を施す。

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。

本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、中央バッファ室３４に関し、中央ガス供給系３９と接続される２つのクランプ３８は、シャワーヘッド中心を中心とする円周上において均等間隔に配置される。また、周縁バッファ室３５に関し、周縁ガス供給系４１と接続される２つのクランプ４０は、シャワーヘッド中心を中心とする円周上において均等間隔に配置される。これにより、中央バッファ室３４及び周縁バッファ室３５内へ処理ガスを均等に供給することができ、もって、中央バッファ室３４及び周縁バッファ室３５を介して処理空間Ｓへ導入される処理ガスの分布を均一にすることができる。また、高周波電力を処理空間Ｓに供給するシャワーヘッド２４の構造をシャワーヘッド中心に関して対称的にすることができ、もって、処理空間Ｓに発生する電界の分布を均一にすることができる。その結果、ウエハＷ上に発生するプラズマ密度の分布を均一にすることができ、もって、ウエハＷ上におけるアーキングの発生を防止することができる。

上述した基板処理装置１０では、合計数が４つのクランプ３８，４０に関し、各クランプ３８，４０は、シャワーヘッド中心を中心とする回転角度で９０°ｎ±３°毎に配置される。したがって、処理空間Ｓへ導入される処理ガスの分布をより均一にすることができる。また、シャワーヘッド２４の構造をシャワーヘッド中心に関してより対称的にすることができる。

また、上述した基板処理装置１０では、４つのクランプ３８，４０が、上部高周波電源３０と接続される上部電極支持体２７に配置されるので、高周波電力が供給される上部電極支持体２７及び４つのクランプ３８，４０がなす構造を対称的にすることができ、もって、処理空間Ｓに発生する電界の分布を確実に均一にすることができる。

さらに、上述した基板処理装置１０では、中央ガス供給系３９及び周縁ガス供給系４１はそれぞれクランプ３８，４０に接続される部分が樹脂からなるので、上部電極支持体２７に供給される高周波電力がクランプ３８，４０を介して中央ガス供給系３９及び周縁ガス供給系４１に伝わることがない。したがって、中央ガス供給系３９及び周縁ガス供給系４１は処理空間Ｓにおける電界の分布に影響を与えることが無く、もって、処理空間Ｓに発生する電界の分布をより確実に均一にすることができる。

上述した実施の形態では、２つのクランプが各バッファ室に対応して上部電極支持体２７に配置されたが、各バッファ室に対応して配置されるクランプの数は２つに限られず、例えば、３つ以上であってもよい。この場合、各バッファ室に対応するＮ個のクランプは、シャワーヘッド中心を中心とする円周上において均等間隔、具体的には、３６０°／Ｎ毎に配置される。

また、シャワーヘッド２４が有するバッファ室の数も２つに限られず、１つ又は３つ以上であってもよい。この場合においても、上部電極支持体２７に配置されるクランプの合計数をｎ個とすると、シャワーヘッド中心を中心とする回転系において各クランプは、回転角度で３６０°／ｎ±３°毎に配置される。例えば、図３に示すように、シャワーヘッド２４が３つのバッファ室を有し、上部電極支持体２７において各バッファ室に対応して配置されるクランプの数が２つである場合には、クランプの合計数は６であり、シャワーヘッド中心を中心とする回転系において各クランプは、回転角度で６０°±３°毎に配置される。

また、上述した実施の形態では、冷媒導入部４３ａ，４３ｂはシャワーヘッド中心に関して対称に配置されていないが、上部電極支持体２７において２つの冷媒導入部をシャワーヘッド中心に関して対称、具体的には、シャワーヘッド中心を中心とする円周上において均等間隔、例えば、１８０°±３°毎に配置してもよい。これにより、シャワーヘッド２４の構造をシャワーヘッド中心に関してさらに対称的にすることができ、処理空間Ｓに発生する電界の分布を確実に均一にすることができる。また、その他、上部電極支持体２７に配置される複数の構成要素は可能な限り、シャワーヘッド中心に関して対称的に配置するのがよい。

なお、上述した実施の形態において、クランプ等の配置の位置公差として±３°が設定されているが、一般的な機械加工の公差も±３°であるため、上述したクランプ等の配置を実現するために、特別な公差管理は不要であり、もって、シャワーヘッド２４の製造コストの上昇を防止することができる。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

実施例
まず、基板処理装置１０においてウエハＷにエッチング処理を施した際、ウエハＷにおけるアーキングの発生の有無を観測したところ、アーキングの発生は確認されなかった。また、ウエハＷの表面における電荷分布を観測したところ、電荷分布は同心円分布となり、円周方向に関して電荷の偏在の発生は確認されなかった。

また、基板処理装置１０においてウエハＷの酸化膜にエッチング処理を施し、このときのエッチレートの分布を観測し、該観測結果を図４（Ｂ）のグラフに示した。さらに、基板処理装置１０においてウエハＷのフォトレジスト膜にエッチング処理を施し、このときのエッチレートの分布を観測し、該観測結果を図５（Ｂ）のグラフに示した。

比較例
まず、図７の電極構造体７０を備える基板処理装置（以下、「従来の基板処理装置」という。）においてウエハＷにエッチング処理を施した際、ウエハＷにおけるアーキングの発生の有無を観測したところ、接続部７４ａ，７４ｂが配置される位置とシャワーヘッド７１の中心に関して対称の位置においてアーキングの発生を確認した。また、ウエハＷの表面における電荷分布を観測したところ、接続部７４ａ，７４ｂが配置される位置とシャワーヘッド７１の中心に関して対称の位置において電荷の偏在の発生を確認した。

また、従来の基板処理装置においてウエハＷの酸化膜にエッチング処理を施し、このときのエッチレートの分布を観測し、該観測結果を図４（Ａ）のグラフに示した。さらに、従来の基板処理装置においてウエハＷのフォトレジスト膜にエッチング処理を施し、このときのエッチレートの分布を観測し、該観測結果を図５（Ａ）のグラフに示した。

実施例と比較例とを比較すると、比較例ではアーキングが発生し、電荷の偏在も発生した一方、実施例ではアーキングが発生せず、電荷の偏在も発生しなかったことから、実施例では、処理空間Ｓへ導入される処理ガスの分布が均一となり、且つ処理空間Ｓに発生した電界の分布も均一になった結果、ウエハＷ上に発生したプラズマ密度の分布が均一になったことが分かった。

また、図４（Ａ）のグラフ及び図４（Ｂ）のグラフを比較し、さらに、図５（Ａ）のグラフ及び図５（Ｂ）のグラフを比較した結果、酸化膜のエッチング処理、及びフォトレジスト膜のエッチング処理のいずれにおいても、実施例におけるエッチレートの分布のばらつきが、比較例におけるエッチレートの分布のばらつきよりも小さいことが分かった。ここからも、実施例では、ウエハＷ上に発生したプラズマ密度の分布が均一になったことが分かった。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。図１におけるシャワーヘッド、クランプ、中央ガス供給系及び周縁ガス供給系の位置関係を概略的に示す平面図である。本実施の形態に係る電極構造体の変形例の構成を概略的に示す断面図である。本実施の形態に係る基板処理装置及び従来の基板処理装置を用いてウエハの酸化膜にエッチング処理を施した場合におけるエッチレートの分布を示すグラフであり、図４（Ａ）は従来の基板処理装置を用いたときを示し、図４（Ｂ）は本実施の形態に係る基板処理装置を用いたときを示す。本実施の形態に係る基板処理装置及び従来の基板処理装置を用いてウエハのフォトレジスト膜にエッチング処理を施した場合におけるエッチレートの分布を示すグラフであり、図５（Ａ）は従来の基板処理装置を用いたときを示し、図５（Ｂ）は本実施の形態に係る基板処理装置を用いたときを示す。従来の基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。従来の電極構造体の構成を概略的に示す平面図である。

Ｓ処理空間
Ｗウエハ
１０基板処理装置
１１チャンバ
１３サセプタ
１４ＥＳＣ
１９下部高周波電源
２４シャワーヘッド
３４中央バッファ室
３５周縁バッファ室
３８，４０クランプ
３９中央ガス供給系
４１周縁ガス供給系

本発明は、基板処理装置に関し、特に、高周波電源及び処理ガスを供給するガス供給装置に接続されたシャワーヘッドを備える基板処理装置に関する。

本発明の目的は、基板上における異常放電の発生を防止することができる基板処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、円板状の基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置すると共に第１の高周波電力が供給される載置台と、前記載置された基板に対向するように配置され、多数の貫通ガス穴を有し、第２の高周波電力が供給される円板状のシャワーヘッドとを備えた基板処理装置において、前記シャワーヘッドの中心に形成された空間からなる中央バッファ室と、該中央バッファ室の周縁部に順次形成された環状の空間からなる２つ以上の環状バッファ室と、前記シャワーヘッド内の空間を前記シャワーヘッドの径方向に関して区画することによって前記中央バッファ室及び前記２つ以上の環状バッファ室を形成する複数の環状隔壁部材と、前記中央バッファ室及び前記２つ以上の環状バッファ室にそれぞれ接続されて当該バッファ室にそれぞれ処理ガス及び付加ガスを供給する複数のパイプと、前記複数のパイプを経由する前記処理ガス及び前記付加ガスの分流量をそれぞれ調整する分流量調整装置と、を有し、前記中央バッファ室に接続された第１のパイプ及び前記２つ以上の環状バッファ室にそれぞれ接続された第２〜第ｎのパイプは、それぞれ当該バッファ室の円周上において均等間隔に少なくとも２つに分岐して接続されており、前記第１のパイプ乃至第ｎのパイプにおける前記分岐された接続部は、それぞれ前記シャワーヘッドの中心に関して対称的に配置されると共に、前記第１のパイプ乃至第ｎのパイプにおける前記分岐された複数の接続部からなる全ての接続部に関し、一の接続部が、隣接する他の接続部から、前記シャワーヘッドの中心を中心とする回転角度においてそれぞれ等しい角度だけずれるように配置されており、前記処理ガス及び前記付加ガスの混合ガスが前記シャワーヘッドの中心に関して対称的且つ均一に前記収容室内へ供給されて前記収容室内の処理空間に発生する電界の分布を均一にすることを特徴とする。

請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記シャワーヘッドは、前記収容室内の処理空間側から順に積層された天井電極板、冷却板及び上部電極体によって構成され、該天井電極板、前記冷却板及び前記上部電極体はそれぞれ導電性材料からなることを特徴とする。

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において、前記冷却板は内部に配置された冷却室及び該冷却室に冷媒を導入する少なくとも２つの冷媒導入部を有し、前記冷媒導入部は前記シャワーヘッドの中心に関して対称的に配置されていることを特徴とする。

請求項４記載の基板処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記シャワーヘッドの中心部へ直接接続され、前記第２の高周波電力を前記シャワーヘッドへ供給する給電筒をさらに備えることを特徴とする。

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、前記給電筒の外側は筐体状の接地導電性部材で覆われており、前記第１のパイプ乃至第ｎのパイプにおける前記接地導電性部材の内部に存在する部分は絶縁性材料からなることを特徴とする。
また、請求項６記載の基板処理装置は、請求項５記載の基板処理装置において、前記第１のパイプ乃至第ｎのパイプにおける前記接地導電性部材の内部に存在する部分は樹脂からなることを特徴とする。
また、請求項７記載の基板処理装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記２つ以上の環状バッファ室は、２つであり、前記第ｎのパイプは、第３のパイプであることを特徴とする。

本発明によれば、基板処理装置が、シャワーヘッドの中心に形成された空間からなる中央バッファ室と、その周縁部に順次形成された２つ以上の環状バッファ室とを有し、中央バッファ室に接続された第１のパイプ及び２つ以上の環状バッファ室にそれぞれ接続された第２〜第ｎのパイプは、それぞれ当該バッファ室の円周上において均等間隔に少なくとも２つに分岐して接続されている。また、第１のパイプ乃至第ｎのパイプにおける分岐された接続部は、それぞれシャワーヘッドの中心に関して対称的に配置されると共に、第１のパイプ乃至第ｎのパイプにおける分岐された複数の接続部からなる全ての接続部に関し、一の接続部が、隣接する他の接続部から、シャワーヘッドの中心を中心とする回転角度においてそれぞれ等しい角度だけずれるように配置されている。これによって、処理ガス及び付加ガスの混合ガスをシャワーヘッドの中心に関して対称的且つ均一に収容室内へ供給して収容室内の処理空間に発生する電界の分布を均一にすることができ、もって、基板上における異常放電を防止することができる。

Claims

円板状の基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台と、高周波電源と、処理ガスを供給するガス供給装置と、前記高周波電源と接続され且つ少なくとも１つのガス供給系を介して前記ガス供給装置と接続される円板状の電極構造体とを備える基板処理装置において、
前記電極構造体は、前記載置台と対向して配置され、内部に少なくとも１つのバッファ室を有し、且つ前記ガス供給系と接続される複数の接続部を有し、
各前記バッファ室は、多数のガス穴を介して前記収容室内と連通すると共に、前記複数の接続部を介して前記ガス供給系と連通し、
各前記バッファ室に関し、前記複数の接続部は、前記電極構造体の中心を中心とする円周上において均等間隔に配置されることを特徴とする基板処理装置。
前記電極構造体は内部に複数の前記バッファ室を有し、
全前記バッファ室に対応する前記接続部の合計数をｎとした場合、各前記接続部は、前記電極構造体の中心を中心とする回転角度で３６０°／ｎ±３°毎に配置されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
前記電極構造体は、前記収容室側から順に積層された天井電極板、冷却板及び上部電極体によって構成され、該天井電極板、前記冷却板及び前記上部電極体は導電性材料からなり、
前記複数の接続部は前記上部電極体に配置され、該上部電極体は前記高周波電源と接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理装置。
前記ガス供給系は少なくとも前記接続部に接続される部分が絶縁性材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
円板状の基板を収容する収容室と、該収容室内に配置されて前記基板を載置する載置台と、高周波電源と、処理ガスを供給するガス供給装置とを備える基板処理装置が有する電極構造体において、
円板状を呈すると共に、前記高周波電源と接続され且つ少なくとも１つのガス供給系を介して前記ガス供給装置と接続され、
前記載置台と対向して配置され、内部に少なくとも１つのバッファ室を有し、且つ前記ガス供給系と接続される複数の接続部を有し、
各前記バッファ室は、多数のガス穴を介して前記収容室内と連通すると共に、前記複数の接続部を介して前記ガス供給系と連通し、
各前記バッファ室に関し、前記複数の接続部は、前記電極構造体の中心を中心とする円周上において均等間隔に配置されることを特徴とする電極構造体。