JP2014143101A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャワーヘッドの複数のガス拡散室それぞれの内部においてガスの拡散の偏りを低減させることが可能な簡易な構造を有するプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】シャワーヘッドにはガス導入管３４、下方に向けて開口する複数のガス吐出孔６０ｈが設けられており、互いに分離された第１のガス拡散室ＧＲ１及び、第２のガス拡散室ＧＲ２が、複数のガス吐出孔６０ｈ上に設けられている。第１のガス拡散室ＧＲ１は、載置台の中央を通過する中心軸線Ｚに沿って延在している。第２のガス拡散室ＧＲ２は、第１のガス拡散室ＧＲ１の周囲において周方向に延在している。ガス導入管３４は、筒状の第１の管壁３４ａ、及び、第１の管壁の外側に設けられた筒状の第２の管壁３４ｂを有しており、第１のガス導入路ＧＣ１を第１の管壁３４ａの内側に画成し、第２のガス導入路ＧＣ２を第１の管壁３４ａと第２の管壁３４ｂとの間に画成している。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。

半導体デバイスや液晶表示デバイスといった電子デバイスの製造においては、被処理体上への成膜や被処理体に対するエッチングといった処理が行われる。このような被処理体の処理には、プラズマ処理装置が広く用いられており、その一種として、平行平板型のプラズマ処理装置が用いられている。

平行平板型のプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、及びシャワーヘッドを備えている。載置台は、下部電極を含んでおり、処理容器内に設けられている。シャワーヘッドは、載置台の上方に設けられており、載置台上に載置された被処理体に向けて処理容器内に処理ガスを供給する。また、シャワーヘッドは、上部電極を構成している。かかる平行平板型のプラズマ処理装置では、シャワーヘッドから処理容器内に処理ガスが供給され、また、上部電極と下部電極との間において高周波電界が生成される。これにより、処理ガスのプラズマが生成され、処理ガス中の分子及び／又は分子の活性種により被処理体が処理される。

このようなプラズマ処理装置には、被処理体の面内の全領域における処理のばらつきを低減させることが要求される。下記の特許文献１には、処理のばらつきを低減させるために、被処理体の面内の複数の領域に向けて供給する処理ガスの流量、及び／又はガス種を調整することを可能としたプラズマ処理装置が記載されている。

具体的には、特許文献１のプラズマ処理装置では、シャワーヘッド内に複数のガス拡散室が同軸状に設けられている。即ち、シャワーヘッドの中央領域には第１のガス拡散室が設けられており、第１のガス拡散室の外側に環状の第２のガス拡散室が設けられており、第２のガス拡散室の外側に環状の第３のガス拡散室が設けられている。また、特許文献１のプラズマ処理装置は、複数のガス分岐路を有し、ガスソースからの処理ガスが、複数のガス分岐路をそれぞれ介して、調整された流量で複数のガス拡散室に供給されるよう構成されている。

特開２００９−１１７４７７号公報

特許文献１のプラズマ処理装置では、第１のガス拡散室には、その中心にガス分岐路が接続されている。即ち、第１〜第３のガス拡散室の中心軸線に沿って、第１のガス拡散室に接続するガス分岐路が延びている。一方、第２のガス拡散室及び第３のガス拡散室には、前記中心軸線から離れた位置において対応のガス分岐路が接続している。したがって、特許文献１のプラズマ処理装置では、ガス分岐路の接続位置の近傍領域と当該接続位置から離れた領域に対して少ない偏りでガスを拡散させるためには、第２のガス拡散室及び第３のガス拡散室が比較的大きな空間を有するように構成することが必要となり得る。或いは、多数のガス分岐路を前記中心軸線に対して対称に設けて、第２のガス拡散室及び第３のガス拡散室に接続する必要が生じ得る。

かかる背景の下、本技術分野においては、シャワーヘッドの複数のガス拡散室それぞれの内部においてガスの拡散の偏りを低減させることが可能な簡易な構造を有するプラズマ処理装置が要請されている。

一側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、シャワーヘッド、及びガス導入管を備えている。載置台は、処理容器内に設けられており、下部電極を含んでいる。シャワーヘッドは、載置台の上方に設けられ、上部電極を構成している。ガス導入管は、シャワーヘッドの上方に設けられており、当該シャワーヘッドに接続されている。シャワーヘッドには、下方に向けて開口する複数のガス吐出孔が設けられており、互いに分離された第１のガス拡散室、及び、第２のガス拡散室が、複数のガス吐出孔上に設けられている。第１のガス拡散室は、載置台の中央を通過する中心軸線に沿って延在している。第２のガス拡散室は、少なくとも第１のガス拡散室の周囲において前記中心軸線に対して周方向に延在している。ガス導入管は、前記中心軸線に沿って設けられた筒状の第１の管壁、及び、第１の管壁の外側に設けられた筒状の第２の管壁を有し、第１のガス拡散室にガスを導入するための第１のガス導入路を第１の管壁の内側に画成し、第２のガス拡散室にガスを導入するための第２のガス導入路を第１の管壁と第２の管壁との間に画成している。

このプラズマ処理装置では、ガス導入管は、略同軸に設けられた第１及び第２の管壁を有しており、これら管壁により前記中心軸線を略中心とする第１のガス導入路及び第２のガス導入路を画成している。したがって、ガス導入管は、比較的簡易な構造で前記中心軸線に対して略同軸に延びる第１のガス導入路及び第２のガス導入路を提供することができる。また、ガス導入管は、前記中心軸線に沿って延在するシャワーヘッドの第１のガス拡散室と略同軸に第１のガス導入路を提供し、前記中心軸線に沿って略環状に延在する第２のガス拡散室と略同軸に第２のガス導入路を提供している。したがって、第１のガス導入路から前記第１のガス拡散室の周方向の各領域までの距離が略同一の距離となり、第２のガス導入路から第２のガス拡散室の周方向の各領域までの距離が略同一の距離となる。その結果、第１のガス拡散室及び第２のガス拡散室の内部におけるガスの拡散の偏りを低減させることが可能となる。

一形態においては、シャワーヘッドは、複数のガス吐出孔が形成されたシャワープレート部、第１の壁部、第２の壁部、及び、ガス分配部を有する。第１の壁部は、前記中心軸線が延在する方向に延びる筒形状を有し、シャワープレート部上に設けられ、第１のガス拡散室を画成する。第２の壁部は、前記中心軸線が延在する方向に延びる筒形状を有し、シャワープレート部上に且つ第１の壁部の周囲に設けられ、第１の壁部と共に第２のガス拡散室を画成する。ガス分配部は、第１の壁部及び第２の壁部上に設けられている。ガス分配部には、第２のガス導入路の下方から第２のガス拡散室の上方まで前記中心軸線に対して放射方向に延在する複数のガス流路が設けられている。この形態のプラズマ処理装置では、放射方向に延在する複数のガス流路により第２のガス導入路からのガスを第２のガス拡散室の上方まで導くことができる。

一形態においては、ガス分配部は、第１層及び第２層を有する。第１層は、上面、並びに、第１の壁部の頂部及び第２の壁部の頂部に結合された下面を含む。第２層は、第１層の上面上に設けられている。第１層の上面には、第２のガス導入路の下方から第２のガス拡散室の上方まで前記中心軸線に対して放射方向に延在する複数の溝が形成されており、当該複数の溝は前記複数のガス流路を構成している。第１層には、第２のガス拡散室の上方において当該第１層を貫通して複数のガス流路と第２のガス拡散室を接続する複数の貫通孔が設けられている。

別の一形態においては、シャワーヘッドは、複数のガス吐出孔が形成されたシャワープレート部、第１の壁部、第２の壁部、第１の上壁部、及び第２の上壁部を有する。第１の壁部は、前記中心軸線が延在する方向に延びる筒形状を有し、シャワープレート部上に設けられている。第２の壁部は、前記中心軸線が延在する方向に沿って延びる筒形状を有し、シャワープレート部上に且つ第１の壁部の周囲に設けられている。第１の上壁部は、シャワープレート部に対面するように第１の壁部上に設けられている。第２の上壁部は、第１の上壁部よりも上方おいてシャワープレート部に対面するよう第２の壁部上に設けられている。この形態では、第１の壁部の内側且つ第１の上壁部の下方に第１のガス拡散室が形成されており、第１の壁部と第２の壁部の間、及び、第１の上壁部と第２の上壁部との間に、第２のガス拡散室が形成されている。ガス導入管の第１の管壁は、第１のガス拡散室に接する下端部を含み、当該第１の管壁の下端部には、第１のガス導入路と第１のガス拡散室とを連通させる複数の第１の孔が形成されている。また、ガス導入管の第２の管壁は、第１の上壁部と第２の上壁部との間において第２のガス拡散室に接する下端部を含み、当該第２の壁部の下端部には、第２のガス導入路と第２のガス拡散室とを連通させる複数の第２の孔が形成されている。この形態では、第２のガス拡散室が、ガス導入管の近傍から放射方向に延在し、更に、シャワープレート部上において延在する。したがって、第２のガス導入路からのガスを、第２のガス拡散室のシャワープレート上の領域まで、その拡散の偏りを抑制しつつ導くことができる。

一形態においては、複数の第１の孔及び第２の複数の孔は、前記中心軸線に対して放射方向に延びており、複数の第１の孔は、前記中心軸線に対して周方向に均等に配置されており、複数の第２の孔は、前記中心軸線に対して周方向に均等に配置されている。この形態によれば、ガス導入管からのガスを各ガス拡散室内に放射方向に供給することができ、各ガス拡散室内でのガスの拡散の偏りを更に低減させることが可能となる。

なお、シャワーヘッド内のガス拡散室の個数は三つ以上であってもよく、ガス導入管のガス導入路の個数は三つ以上であってもよい。例えば、シャワーヘッドには、下方に向けて開口する複数のガス吐出孔上に設けられた第３のガス拡散室が更に設けられており、第３のガス拡散室は、少なくとも第２のガス拡散室の周囲において前記中心軸線に対して周方向に延在し、ガス導入管は、第２の管壁の外側に設けられた筒状の第３の管壁を更に有し、第３のガス拡散室にガスを導入するための第３のガス導入路を第２の管壁と第３の管壁との間に画成していてもよい。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、シャワーヘッドの複数のガス拡散室それぞれの内部においてガスの拡散の偏りを低減させることが可能な簡易な構造を有するプラズマ処理装置が提供される。

一実施形態のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管を示す斜視図である。 一実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管を示す分解斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ってとった断面を示す図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿ってとった断面を示す図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線に沿ってとった断面を示す図である。 別の一実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管を示す分解斜視図である。 別の実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管の組立体の断面を示す図である。 別の実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管の組立体の断面を示す図である。 別の実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管の組立体の断面を示す図である。 更に別の実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管を示す破断して示す斜視図である。 図１１のシャワーヘッド及びガス導入管の一部を拡大して示す破断斜視図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。

図１は、一実施形態のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１には、プラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。プラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板プラズマ処理装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、その内部において処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されている。処理容器１２の内側表面は、プラズマ耐性を確保するために、アルマイト処理されるか、又は、Ｙ_２Ｏ_３といった被覆材によってコーティングされている。また、この処理容器１２は保安接地されている。

処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒上の支持部１４が配置されている。この支持部１４は、載置台１６を支持している。載置台１６は、下部電極１８及び静電チャック２０を含んでいる。

下部電極１８は、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８には、整合器ＭＵ１を介して第１の高周波電源ＨＦＳが接続されている。第１の高周波電源ＨＦＳは、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。整合器ＭＵ１は、第１の高周波電源ＨＦＳの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

また、下部電極１８には、整合器ＭＵ２を介して第２の高周波電源ＬＦＳが接続されている。第２の高周波電源ＬＦＳは、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波電力（高周波バイアス電力）を発生して、当該高周波バイアス電力を下部電極１８に供給する。高周波バイアス電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。整合器ＭＵ２は、第２の高周波電源ＬＦＳの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

下部電極１８上には、静電チャック２０が設けられている。静電チャック２０は、下部電極１８と共に被処理体（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）Ｗ（以下、「ウエハＷ」という）を支持するための載置台を構成している。静電チャック２０は、導電膜である電極２０ａを一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極２０ａには、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック２０は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着保持することができる。

下部電極１８上、且つ、静電チャック２０の周囲には、フォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、ウエハＷの処理の面内均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、被処理体の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン、又は石英から構成され得る。

下部電極１８の内部には、冷媒室２４が設けられている。冷媒室２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、静電チャック２０上に載置されたウエハＷの温度が制御される。また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック２０の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

また、載置台１６の上方には、シャワーヘッド３０が設けられている。シャワーヘッド３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。このシャワーヘッド３０には、ガス導入管３４が接続されている。シャワーヘッド３０は、ガス導入管３４から導入されるガスを処理空間Ｓに供給する。また、シャワーヘッド３０は、上部電極を構成している。プラズマ処理装置１０では、この上部電極と下部電極１８との間に高周波電界が形成されることにより、処理空間Ｓ内のガスが励起され、プラズマが生成される。その結果、載置台１６上に載置されたウエハＷが、ガスを構成する分子又は原子の活性種によって処理される。なお、プラズマ処理装置１０による処理としては、エッチング、成膜といった種々の処理が例示される。

処理容器１２の底部側においては、排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、支持部１４と処理容器１２の内壁との間において環状に延在している。この排気プレート４８は、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得るものである。排気プレート４８には、その上側の空間と下側の空間を連通させるための多数の貫通孔が形成されている。

排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

以下、図２〜図６を参照して、プラズマ処理装置１０のシャワーヘッド３０及びガス導入管３４について詳細に説明する。図２は、一実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管を示す斜視図である。図３は、一実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管を示す分解斜視図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ってとった断面を示す図である。図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿ってとった断面を示す図である。また、図６は、図２のＶＩ−ＶＩ線に沿ってとった断面を示す図である。

シャワーヘッド３０は、互いに分離された複数のガス拡散室を画成し、これら複数のガス拡散室に接続する複数のガス吐出孔を提供している。シャワーヘッド３０においては、複数のガス拡散室は、軸線Ｚを略中心として略同軸に形成されている。ガス導入管３４は、シャワーヘッド３０の上方から軸線Ｚに沿って延在して、シャワーヘッド３０に接続している。なお、軸線Ｚは、載置台１６の略中心を鉛直方向に通過する中心軸線であり、ウエハＷが静電チャック２０上に載置された状態では、ウエハＷの略中心を鉛直方向に通過する軸線である。

一実施形態においては、シャワーヘッド３０は、図２に示すように、上部電極部６０、及びガス分配部６２を有している。上部電極部６０は、例えば、アルミニウムから構成されており、その表面はアルマイト処理されるか、又は、Ｙ_２Ｏ_３といった被覆材によってコーティングされている。上部電極部６０は、軸線Ｚを中心とする略円形の平面形状を有している。

上部電極部６０は、図３〜図５に示すように、シャワープレート部６０ｐ、壁部ＣＷ１、壁部ＣＷ２、壁部ＣＷ３、及び壁部ＣＷ４を含んでいる。シャワープレート部６０ｐは、略円盤形状を有しており、その中心軸線が軸線Ｚと略一致するように設けられている。シャワープレート部６０ｐは、処理空間Ｓを挟んで載置台１６と対面している。シャワープレート部６０ｐには、複数のガス吐出孔６０ｈが形成されている。複数のガス吐出孔６０ｈは、シャワープレート部６０ｐの全面にわたって分布している。また、複数のガス吐出孔６０ｈは、シャワープレート部６０ｐを貫通しており、載置台１６に向けて開口している。このシャワープレート部６０ｐの外縁は、軸線Ｚ方向に視た場合に、静電チャック２０の外縁及びウエハＷの外縁よりも若干外側に位置している。これにより、シャワーヘッド３０からのガスが、ウエハＷの全面に向けて処理空間Ｓに供給されるようになっている。

壁部ＣＷ１、壁部ＣＷ２、壁部ＣＷ３、及び壁部ＣＷ４は、シャワープレート部６０ｐ上に設けられている。壁部ＣＷ１、壁部ＣＷ２、壁部ＣＷ３、及び壁部ＣＷ４は、軸線Ｚを略中心として略同軸に設けられた円筒形状を有している。壁部ＣＷ２は、壁部ＣＷ１の周囲、即ち軸線Ｚに直交する方向において壁部ＣＷ１の外側に設けられている。壁部ＣＷ３は、壁部ＣＷ２の外側に設けられており、また、壁部ＣＷ４は、壁部ＣＷ３の外側に設けられている。これら壁部ＣＷ１、壁部ＣＷ２、壁部ＣＷ３、及び壁部ＣＷ４の下端は、シャワープレート部６０ｐの上面に接続している。

かかる構造の上部電極部６０では、壁部ＣＷ１の内側にガス拡散室ＧＲ１が形成されており、当該ガス拡散室ＧＲ１は軸線Ｚに沿って延在する。また、壁部ＣＷ１と壁部ＣＷ２の間にガス拡散室ＧＲ２が形成されており、壁部ＣＷ２と壁部ＣＷ３との間にガス拡散室ＧＲ３が形成されており、壁部ＣＷ３と壁部ＣＷ４の間にガス拡散室ＧＲ４が形成されている。即ち、シャワーヘッド３０では、ガス拡散室ＧＲ２、ガス拡散室ＧＲ３、及びガス拡散室ＧＲ４が、ガス拡散室ＧＲ１の周囲において軸線Ｚに対して周方向に延在している。換言すると、ガス拡散室ＧＲ１、ガス拡散室ＧＲ２、ガス拡散室ＧＲ３、及びガス拡散室ＧＲ４は、軸線Ｚを略中心として略同軸に延在している。

上部電極部６０上には、ガス分配部６２が設けられている。一実施形態においては、ガス分配部６２は、第１層６４及び第２層６６を有している。第１層６４は、軸線Ｚを略中心とする略円盤形状を有している。この第１層６４は、上面６４ｔ及び下面６４ｂを含んでいる。第１層６４は、下面６４ｂが壁部ＣＷ１、壁部ＣＷ２、壁部ＣＷ３、及び壁部ＣＷ４の頂部に接続するよう、上部電極部６０上に設けられている。第１層６４には、軸線Ｚに沿って延びる貫通孔ＴＨ１が形成されている。この第１層６４の上面６４ｔ上には、第２層６６が設けられている。一実施形態においては、第２層６６は環状の板であり、当該第２層６６には軸線Ｚに沿って当該第２層６６を貫通する孔６６ｈが形成されている。

第１層６４の上面６４ｔには、複数の溝ＦＧ２、複数の溝ＦＧ３、及び複数の溝ＦＧ４が形成されている。図示した実施形態においては、各四つの溝ＦＧ２、溝ＦＧ３、及び溝ＦＧ４が、上面６４ｔに形成されている。複数の溝ＦＧ２は、軸線Ｚに対して所定のピッチで周方向に均等に配列されている。複数の溝ＦＧ３も、軸線Ｚに対して所定のピッチで周方向に均等に配列されている。また、複数の溝ＦＧ４も、軸線Ｚに対して所定のピッチで周方向に均等に配列されている。

図２、図３、及び図４に示すように、複数の溝ＦＧ２は、軸線Ｚ近傍から軸線Ｚに対して放射方向に延在している。複数の溝ＦＧ２の軸線Ｚ近傍の内側端部は、第２層６６の孔６６ｈの下方に位置している。複数の溝ＦＧ２の軸線Ｚ近傍の外側端部は、ガス拡散室ＧＲ２の上方に位置している。第１層６４には、複数の溝ＦＧ２とガス拡散室ＧＲ２とを接続する複数の貫通孔ＴＨ２が形成されている。一実施形態においては、一つの溝ＦＧ２からは三つの貫通孔ＴＨ２がガス拡散室ＧＲ２まで延びており、当該三つの貫通孔ＴＨ２は軸線Ｚに対して放射方向に配列されている。なお、一つの溝ＦＧ２からガス拡散室ＧＲ２まで延びる貫通孔ＴＨ２の数は、一以上の任意の個数であってよい。

また、図２、図３、及び図５に示すように、複数の溝ＦＧ３は、軸線Ｚ近傍から放射方向に延在している。複数の溝ＦＧ３の軸線Ｚ近傍の内側端部は、第２層６６の孔６６ｈの下方に位置している。複数の溝ＦＧ３の軸線Ｚ近傍の外側端部は、ガス拡散室ＧＲ３の上方に位置している。第１層６４には、複数の溝ＦＧ３とガス拡散室ＧＲ３とを接続する複数の貫通孔ＴＨ３が形成されている。一実施形態においては、一つの溝ＦＧ３からは三つの貫通孔ＴＨ３がガス拡散室ＧＲ３まで延びており、当該三つの貫通孔ＴＨ３は放射方向に配列されている。なお、一つの溝ＦＧ３からガス拡散室ＧＲ３まで延びる貫通孔ＴＨ３の数は、一以上の任意の個数であってよい。

また、図２、図３、及び図６に示すように、複数の溝ＦＧ４は、軸線Ｚ近傍から軸線Ｚに対して放射方向に延在している。複数の溝ＦＧ４の軸線Ｚ近傍の内側端部は、第２層６６の孔６６ｈの下方に位置している。複数の溝ＦＧ４の軸線Ｚ近傍の外側端部は、ガス拡散室ＧＲ４の上方に位置している。第１層６４には、複数の溝ＦＧ４とガス拡散室ＧＲ４とを接続する複数の貫通孔ＴＨ４が形成されている。一実施形態においては、一つの溝ＦＧ４からは三つの貫通孔ＴＨ４がガス拡散室ＧＲ４まで延びており、当該三つの貫通孔ＴＨ４は放射方向に配列されている。なお、一つの溝ＦＧ４からガス拡散室ＧＲ４まで延びる貫通孔ＴＨ４の数は、一以上の任意の個数であってよい。

このシャワーヘッド３０に接続するガス導入管３４は、管壁３４ａ、管壁３４ｂ、管壁３４ｃ、及び管壁３４ｄを有している。管壁３４ａは、軸線Ｚを略中心として当該軸線Ｚが延在する方向（以下、「軸線Ｚ方向」という）に延びる略円筒形状を有している。管壁３４ｂは、軸線Ｚ方向に延在する略円筒形状を有しており、管壁３４ａを囲むよう当該管壁３４ａの外側に設けられている。管壁３４ｃは、軸線Ｚ方向に延在する略円筒形状を有しており、管壁３４ｂを囲むように当該管壁３４ｂの外側に設けられている。また、管壁３４ｄは、軸線Ｚ方向に延在する略円筒形状を有しており、管壁３４ｃを囲むように当該管壁３４ｃの外側に設けられている。即ち、一実施形態のガス導入管３４では、管壁３４ａ、管壁３４ｂ、管壁３４ｃ、及び管壁３４ｄが、軸線Ｚを略中心にして略同軸に設けられている。

このガス導入管３４は、管壁３４ａの内側にガス導入路ＧＣ１を画成しており、管壁３４ａと管壁３４ｂの間にガス導入路ＧＣ２を画成しており、管壁３４ｂと管壁３４ｃの間にガス導入路ＧＣ３を画成しており、管壁３４ｃと管壁３４ｄの間にガス導入路ＧＣ４を画成している。即ち、ガス導入管３４は、軸線Ｚを中心として同軸に設けられたガス導入路ＧＣ１〜ＧＣ４を画成している。

一実施形態においては、ガス導入管３４は、更に下端壁３４ｆを更に有している。下端壁３４ｆには、管壁３４ａ、管壁３４ｂ、管壁３４ｃ、及び管壁３４ｄの下端が接続している。下端壁３４ｆには、軸線Ｚに沿って延びる貫通孔ＣＨ１が形成されている。貫通孔ＣＨ１の上端は、ガス導入路ＧＣ１に接続しており、貫通孔ＣＨ１の下端は、第１層６４の貫通孔ＴＨ１に接続している。これら貫通孔ＣＨ１及び貫通孔ＴＨ１を介して、ガス導入路ＧＣ１は、ガス拡散室ＧＲ１に接続されている。これによって、ガス導入路ＧＣ１を流れるガスは、ガス拡散室ＧＲ１内に導かれ、ガス拡散室ＧＲ１に接続されたガス吐出孔６０ｈから主としてウエハＷの中央領域に向けて供給される。

また、図３及び図４に示すように、下端壁３４ｆには、複数の貫通孔ＣＨ２が設けられている。複数の貫通孔ＣＨ２の上端は、ガス導入路ＧＣ２に接続しており、複数の貫通孔ＣＨ２の下端は、複数の溝ＦＧ２の内側端部にそれぞれ接続している。したがって、ガス導入路ＧＣ２は、貫通孔ＣＨ２、溝ＦＧ２、及び、貫通孔ＴＨ２を介して、ガス拡散室ＧＲ２に接続されている。これによって、ガス導入路ＧＣ２を流れるガスは、ガス拡散室ＧＲ２内に導かれ、ガス拡散室ＧＲ２に接続されたガス吐出孔６０ｈから主としてウエハＷの中央とエッジの中間領域に向けて供給される。

また、図３及び図５に示すように、下端壁３４ｆには、複数の貫通孔ＣＨ３が設けられている。複数の貫通孔ＣＨ３の上端は、ガス導入路ＧＣ３に接続しており、複数の貫通孔ＣＨ３の下端は、複数の溝ＦＧ３の内側端部にそれぞれ接続している。したがって、ガス導入路ＧＣ３は、貫通孔ＣＨ３、溝ＦＧ３、及び、貫通孔ＴＨ３を介して、ガス拡散室ＧＲ３に接続されている。これによって、ガス導入路ＧＣ３を流れるガスは、ガス拡散室ＧＲ３内に導かれ、ガス拡散室ＧＲ３に接続されたガス吐出孔６０ｈから主としてウエハＷのエッジ近傍の領域に向けて供給される。

また、図３及び図６に示すように、下端壁３４ｆには、複数の貫通孔ＣＨ４が設けられている。複数の貫通孔ＣＨ４の上端は、ガス導入路ＧＣ４に接続しており、複数の貫通孔ＣＨ４の下端は、複数の溝ＦＧ４の内側端部にそれぞれ接続している。したがって、ガス導入路ＧＣ４は、貫通孔ＣＨ４、溝ＦＧ３、及び、貫通孔ＴＨ４を介して、ガス拡散室ＧＲ４に接続されている。これによって、ガス導入路ＧＣ４を流れるガスは、ガス拡散室ＧＲ４内に導かれ、ガス拡散室ＧＲ４に接続されたガス吐出孔６０ｈから主としてウエハＷのエッジに向けて供給される。

なお、ガス導入路ＧＣ１〜ＧＣ４の各々には、専用の一以上のガスソースが、バルブ及び流量制御器（例えば、マスフローコントローラ）を介して接続されていてもよい。或いは、ガス導入路ＧＣ１〜ＧＣ４のうち二以上のガス導入路に、一以上のガスソースからのガスがフロースプリッタを介して供給されてもよい。

以上説明した実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、シャワーヘッド３０内において複数のガス拡散室ＧＲ１〜ＧＲ４が軸線Ｚに対して同軸状に設けられている。また、このシャワーヘッド３０には、軸線Ｚに対して同軸状にガス導入路ＧＣ１〜ＧＣ４を画成するガス導入管３４が接続している。したがって、ガス導入路ＧＣ２からガス拡散室ＧＲ２の周方向の各領域までの距離が略同一の距離となり、ガス導入路ＧＣ３からガス拡散室ＧＲ３の周方向の各領域までの距離が略同一の距離となり、また、ガス導入路ＧＣ４からガス拡散室ＧＲ４の周方向の各領域までの距離が略同一の距離となる。その結果、中央のガス拡散室ＧＲ１に加えて、当該ガス拡散室ＧＲ１の外側に設けられたガス拡散室ＧＲ２〜ＧＲ４においてもガスの拡散の偏りを低減することが可能となる。また、シャワーヘッド３０に接続するガス導入管３４は、同軸状に設けられた複数の管壁に基づく簡易な構造により、同軸状にガス導入路ＧＣ１〜ＧＣ４を提供することが可能となっている。

また、ガス分配部６２には、放射方向に延びる複数の溝が周方向に均等に配列されてガス流路を構成しており、当該複数の溝が対応のガス導入路の下方から対応のガス拡散室の上方まで延びている。したがって、ガス拡散室ＧＲ１の外側に設けられたガス拡散室にも均等にガスを導くことが可能となる。

また、ガス分配部６２に形成された各溝と対応のガス拡散室の間には、放射方向に配列された複数の貫通孔が介在している。これにより、ガス拡散室内におけるガスの拡散の偏りを低減させることが可能となる。

以下、別の実施形態について説明する。図７は、別の一実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管を示す分解斜視図である。図８〜図１０は、別の実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管の組立体の断面を示す図であり、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿ってとった断面を示しており、図９は、図７のＩＸ−ＩＸ線に沿ってとった断面を示しており、図１０は、図７のＸ−Ｘ線に沿ってとった断面を示している。

シャワーヘッド３０は、第２層６６に代えて、図７〜図１０に示すように第２層６６Ａを備えていてもよい。この実施形態では、ガス導入管３４の下端壁３４ｆが第２層６６Ａの上面に接している。このため、第２層６６Ａには、貫通孔６６ａ、複数の貫通孔６６ｂ、複数の貫通孔６６ｃ、及び複数の貫通孔６６ｄが形成されている。貫通孔６６ａは、貫通孔ＴＨ１と貫通孔ＣＨ１との間に介在している。複数の貫通孔６６ｂはそれぞれ、複数の溝ＦＧ２の内側端部と複数の貫通孔ＣＨ２との間に介在している。複数の貫通孔６６ｃはそれぞれ、複数の溝ＦＧ３の内側端部と複数の貫通孔ＣＨ３の間に介在している。また、複数の貫通孔６６ｄはそれぞれ、複数の溝ＦＧ４の内側端部と複数の貫通孔ＣＨ４の間に介在している。この実施形態においても、ガス導入管３４のガス導入路ＧＣ１〜ＧＣ４からのガスを、ガス拡散室ＧＲ１〜ＧＲ４にそれぞれ導くことが可能である。

次いで、図１１及び図１２を参照する。図１１は、更に別の実施形態のシャワーヘッド及びガス導入管を示す破断して示す斜視図である。また、図１２は、図１１のシャワーヘッド及びガス導入管の一部、即ち、ガス導入管の近傍を拡大して示す破断斜視図である。更に別の実施形態において、プラズマ処理装置１０は、シャワーヘッド３０及びガス導入管３４に代えて、図１１及び図１２に示すシャワーヘッド３０Ｂ及びガス導入管３４Ｂを備えていてもよい。

シャワーヘッド３０Ｂは、三つのガス拡散室ＧＲ１、ＧＲ２、及びＧＲ３を画成している。このシャワーヘッド３０Ｂは、シャワープレート部６０ｐ、壁部ＣＷ１、壁部ＣＷ２、壁部ＣＷ３、上壁部ＵＷ１、上壁部ＵＷ２、及び上壁部ＵＷ３を有している。

壁部ＣＷ１は、軸線Ｚを略中心として軸線Ｚ方向に延びる円筒形状を有している。また、壁部ＣＷ２は、軸線Ｚを略中心として軸線Ｚ方向に延びる円筒形状を有しており、壁部ＣＷ１の外側に設けられている。また、壁部ＣＷ３は、軸線Ｚを略中心として軸線Ｚ方向に延びる円筒形状を有しており、壁部ＣＷ２の外側に設けられている。壁部ＣＷ１〜ＣＷ３の下端は、シャワープレート部６０ｐに接続している。

壁部ＣＷ１上には上壁部ＵＷ１が設けられている。上壁部ＵＷ１は、略円盤形状を有しており、その外縁において壁部ＣＷ１の頂部に接続している。この上壁部ＵＷ１の下方且つ壁部ＣＷ１の内側には、ガス拡散室ＧＲ１が形成されている。

壁部ＣＷ２は、軸線Ｚ方向において壁部ＣＷ１の頂部よりも高い位置まで延在している。この壁部ＣＷ２上には上壁部ＵＷ２が設けられている。上壁部ＵＷ２は、略円盤形状を有しており、その外縁において壁部ＣＷ２の頂部に接続している。この上壁部ＵＷ２と上壁部ＵＷ１との間、且つ、壁部ＣＷ１と壁部ＣＷ２との間には、ガス拡散室ＧＲ２が形成されている。

壁部ＣＷ３は、軸線Ｚ方向において壁部ＣＷ２の頂部よりも高い位置まで延在している。この壁部ＣＷ３上には上壁部ＵＷ３が設けられている。上壁部ＵＷ３は、略円盤形状を有しており、その外縁において壁部ＣＷ３の頂部に接続している。この上壁部ＵＷ３と上壁部ＵＷ２との間、且つ、壁部ＣＷ２と壁部ＣＷ３との間には、ガス拡散室ＧＲ３が形成されている。

かかる構造のシャワーヘッド３０Ｂでは、ガス拡散室ＧＲ１は、軸線Ｚに沿って設けられている。また、ガス拡散室ＧＲ２は、ガス拡散室ＧＲ１の周囲において軸線Ｚに対して周方向に延在しており、ガス拡散室ＧＲ３は、ガス拡散室ＧＲ２の周囲において軸線Ｚに対して周方向に延在している。さらに、ガス拡散室ＧＲ２は、軸線Ｚの近傍からガス拡散室ＧＲ１の上方を通って、シャワープレート部６０ｐ上まで延在している。また更に、ガス拡散室ＧＲ３は、軸線Ｚの近傍からガス拡散室ＧＲ２の上方を通って、シャワープレート部６０ｐ上まで延在している。

また、ガス導入管３４Ｂは、管壁３４ａ、管壁３４ｂ、及び、管壁３４ｃを有している。管壁３４ａは、軸線Ｚを略中心として軸線Ｚ方向に延びる略円筒形状を有している。管壁３４ｂは、軸線Ｚ方向に延在する略円筒形状を有しており、管壁３４ａの外側に設けられている。管壁３４ｃは、軸線Ｚ方向に延在する略円筒形状を有しており、管壁３４ｂの外側に設けられている。このガス導入管３４Ｂは、管壁３４ａの内側にガス導入路ＧＣ１を画成しており、管壁３４ａと管壁３４ｂの間にガス導入路ＧＣ２を画成しており、管壁３４ｂと管壁３４ｃの間にガス導入路ＧＣ３を画成している。

管壁３４ａの下端部３４ｐは、ガス拡散室ＧＲ１の内部まで延びている。管壁３４ａの下端部３４ｐには、軸線Ｚに対して放射方向に当該管壁３４ａを貫通する複数の孔３４ｉが形成されている。これら複数の孔３４ｉは、軸線Ｚに対して周方向に均等に配列されている。したがって、ガス導入路ＧＣ１からのガスは、放射方向にガス拡散室ＧＲ１内に放出され、また、周方向に均等に拡散される。

管壁３４ｂの下端部３４ｑは、上壁部ＵＷ１と上壁部ＵＷ２の間においてガス拡散室ＧＲ２に接している。管壁３４ｂの下端部３４ｑには、軸線Ｚに対して放射方向に当該管壁３４ｂを貫通する複数の孔３４ｊが形成されている。これら複数の孔３４ｊは、軸線Ｚに対して周方向に均等に配列されている。したがって、ガス導入路ＧＣ２からのガスは、放射方向にガス拡散室ＧＲ２内に放出され、また、周方向に均等に拡散される。

また、管壁３４ｃの下端部３４ｒは、上壁部ＵＷ２と上壁部ＵＷ３の間においてガス拡散室ＧＲ３に接している。管壁３４ｃの下端部３４ｒには、軸線Ｚに対して放射方向に当該管壁３４ｃを貫通する複数の孔３４ｋが形成されている。これら複数の孔３４ｋは、軸線Ｚに対して周方向に均等に配列されている。したがって、ガス導入路ＧＣ３からのガスは、放射方向にガス拡散室ＧＲ３内に放出され、また、周方向に均等に拡散される。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、シャワーヘッドに形成されるガス拡散室の個数は二以上の任意の個数であることができ、ガス導入管が画成するガス導入路の個数もガス拡散室の個数に対応して任意の個数に変更可能である。

１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…載置台、１８…下部電極、２０…静電チャック、３０，３０Ｂ…シャワーヘッド、６０…上部電極部、６０ｐ…シャワープレート部、６０ｈ…ガス吐出孔、ＣＷ１，ＣＷ２，ＣＷ３，ＣＷ４…壁部、ＧＲ１，ＧＲ２，ＧＲ３，ＧＲ４…ガス拡散室、６２…ガス分配部、６４…第１層、６４ｂ…下面、６４ｔ…上面、ＦＧ２，ＦＧ３，ＦＧ４…溝、ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ４…貫通孔、６６，６６Ａ…第２層、６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄ…貫通孔、６６ｈ…孔、ＵＷ１，ＵＷ２，ＵＷ３…上壁部、３４，３４Ｂ…ガス導入管、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…管壁、３４ｆ…下端壁、ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４…貫通孔、ＧＣ１，ＧＣ２，ＧＣ３，ＧＣ４…ガス導入路、３４ｐ…管壁３４ａの下端部、３４ｑ…管壁３４ｂの下端部、３４ｒ…管壁３４ｃの下端部、３４ｉ…孔、３４ｊ…孔、３４ｋ…孔、Ｓ…処理空間、Ｗ…ウエハ、Ｚ…中心軸線。

Claims (6)

1. 処理容器と、
   前記処理容器内に設けられ、下部電極を含む載置台と、
   前記載置台の上方に設けられ、上部電極を構成するシャワーヘッドと、
   前記シャワーヘッドの上方に設けられており、該シャワーヘッドに接続されたガス導入管と、
   を備え、
   前記シャワーヘッドには、下方に向けて開口する複数のガス吐出孔が設けられており、互いに分離された第１のガス拡散室、及び、第２のガス拡散室が複数のガス吐出孔上に設けられており、
   前記第１のガス拡散室は、前記載置台の中央を通過する中心軸線に沿って延在し、
   前記第２のガス拡散室は、少なくとも前記第１のガス拡散室の周囲において前記中心軸線に対して周方向に延在し、
   前記ガス導入管は、前記中心軸線に沿って設けられた筒状の第１の管壁、及び、前記第１の管壁の外側に設けられた筒状の第２の管壁を有し、前記第１のガス拡散室にガスを導入するための第１のガス導入路を前記第１の管壁の内側に画成し、前記第２のガス拡散室にガスを導入するための第２のガス導入路を前記第１の管壁と前記第２の管壁との間に画成する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記シャワーヘッドは、
   前記複数のガス吐出孔が形成されたシャワープレート部と、
   前記中心軸線が延在する方向に延びる筒形状を有し、前記シャワープレート部上に設けられ、前記第１のガス拡散室を画成する第１の壁部と、
   前記中心軸線が延在する方向に延びる筒形状を有し、前記シャワープレート部上に且つ前記第１の壁部の周囲に設けられ、前記第１の壁部と共に前記第２のガス拡散室を画成する第２の壁部と、
   第１の壁部及び前記第２の壁部上に設けられたガス分配部と、
   を有し、
   前記ガス分配部には、前記第２のガス導入路の下方から前記第２のガス拡散室の上方まで前記中心軸線に対して放射方向に延在する複数のガス流路が設けられている、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記ガス分配部は、
   上面、並びに、前記第１の壁部の頂部及び前記第２の壁部の頂部に結合された下面を含む第１層と、
   前記第１層の上面上に設けられた第２層と、
   を有し、
   前記第１層の上面には、
   前記第２のガス導入路の下方から前記第２のガス拡散室の上方まで前記中心軸線に対して放射方向に延在する複数の溝が形成されており、該複数の溝は前記複数のガス流路を構成しており、
   前記第１層には、前記第２のガス拡散室の上方において該第１層を貫通して前記複数のガス流路と前記第２のガス拡散室を接続する複数の貫通孔が設けられている、
   請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記シャワーヘッドは、
   前記複数のガス吐出孔が形成されたシャワープレート部と、
   前記中心軸線が延在する方向に延びる筒形状を有し、前記シャワープレート部上に設けられた第１の壁部と、
   前記中心軸線が延在する方向に延びる筒形状を有し、前記シャワープレート部上に且つ前記第１の壁部の周囲に設けられた第２の壁部と、
   前記シャワープレート部に対面するように前記第１の壁部上に設けられた第１の上壁部と、
   前記第１の上壁部よりも上方おいて前記シャワープレート部に対面するよう前記第２の壁部上に設けられた第２の上壁部と、
   を有し、
   前記第１の壁部の内側且つ前記第１の上壁部の下方に前記第１のガス拡散室が形成されており、
   前記第１の壁部と前記第２の壁部の間、及び、前記第１の上壁部と前記第２の上壁部との間に、前記第２のガス拡散室が形成されており、
   前記第１の管壁は、前記第１のガス拡散室に接する下端部を含み、該第１の管壁の該下端部には、前記第１のガス導入路と前記第１のガス拡散室とを連通させる複数の第１の孔が形成されており、
   前記第２の管壁は、前記第１の上壁部と前記第２の上壁部との間において前記第２のガス拡散室に接する下端部を含み、該第２の壁部の該下端部には、前記第２のガス導入路と前記第２のガス拡散室とを連通させる複数の第２の孔が形成されている、
   請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記複数の第１の孔及び前記第２の複数の孔は、前記中心軸線に対して放射方向に延びており、
   前記複数の第１の孔は、前記中心軸線に対して周方向に均等に配置されており、
   前記複数の第２の孔は、前記中心軸線に対して周方向に均等に配置されている、
   請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記シャワーヘッドには、下方に向けて開口する複数のガス吐出孔上に設けられた第３のガス拡散室が更に設けられており、
   前記第３のガス拡散室は、少なくとも前記第２のガス拡散室の周囲において前記中心軸線に対して周方向に延在し、
   前記ガス導入管は、前記第２の管壁の外側に設けられた筒状の第３の管壁を更に有し、前記第３のガス拡散室にガスを導入するための第３のガス導入路を前記第２の管壁と前記第３の管壁との間に画成する、
   請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。

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