JP2016225018A

JP2016225018A - ガス処理装置およびそれに用いる多分割シャワーヘッド

Info

Publication number: JP2016225018A
Application number: JP2015107142A
Authority: JP
Inventors: 田中　誠治; Seiji Tanaka; 誠治田中; 芳彦佐々木; Yoshihiko Sasaki; 里吉　務; Tsutomu Satoyoshi; 務里吉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-12-28

Abstract

【課題】分割シャワーヘッドの面積が異なっても、ニードルバルブとフローメーターを用いることなく、各分割シャワーヘッドから均一なガス供給を行う。【解決手段】ガス処理装置は、処理室と、シャワーヘッドと、処理ガス供給部と、配管系とを具備する。シャワーヘッドは、複数の分割シャワーヘッドに分割された、多分割シャワーヘッドであり、配管系は、ガス供給部から複数の分割シャワーヘッドに個別的に処理ガスを供給する複数の配管を有し、分割シャワーヘッドは、ベース部材２１１と、ベース部材にガス拡散空間を介して設けられた、多数のガス吐出孔２１２ａを有するシャワープレート２１２と、ガス拡散空間内に設けられ、多数のガス吐出孔２１３ａを有し、シャワープレート２１２よりもコンダクタンスが小さいバッフルプレート２１３とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、処理容器内に処理ガスを供給してガス処理を行うガス処理装置およびそれに用いる多分割シャワーヘッドに関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造工程においては、矩形状のガラス基板にプラズマエッチングや成膜処理等のプラズマ処理を行う工程が存在し、このようなプラズマ処理を行うためにプラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等の種々のプラズマ処理装置が用いられる。プラズマ処理装置としては、高真空度で高密度のプラズマを得ることができるという大きな利点を有する誘導結合プラズマ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：ＩＣＰ）処理装置が注目されている。

従来の誘導結合プラズマ処理装置は、高周波アンテナと処理室との間に被処理基板に対応した矩形状の誘電体窓が介在されており、高周波アンテナに高周波電力を印加することにより、処理室内に誘導結合プラズマが生成される。

近時、被処理基板のサイズが大型化しており、例えばＬＣＤ用の矩形状ガラス基板では、短辺×長辺の長さが、約１５００ｍｍ×約１８００ｍｍのサイズから約２２００ｍｍ×約２４００ｍｍのサイズへ、さらには約２８００ｍｍ×約３０００ｍｍのサイズへと著しく大型化している。このため、誘導結合プラズマ処理装置の天壁を構成する矩形状の誘電体窓も大型化している。

しかしながら、誘電体窓を構成する石英等の誘電体材料は脆いため大型化には不向きである。このため、誘電体窓の代わりに、延性材料である金属からなる金属窓を用い、矩形状の金属窓を分割し、分割された金属窓どうしを絶縁することで、処理室の天壁を構成するようにした誘導結合プラズマ処理装置が提案されている（特許文献１）。

また、分割タイプの金属窓を用いた誘導結合プラズマ処理装置において、金属窓を構成する複数の分割片にガスを吐出するシャワーヘッドの機能を持たせて、処理ガスを効率的にかつ均一に供給する技術も提案されている（特許文献２）。

特開２０１２−２２７４２７号公報特開２０１５−２２８０６号公報

ところで、複数に分割した金属窓をシャワーヘッドとして使用する場合、複数に分割した金属窓に対応する複数の分割シャワーヘッドにそれぞれ配管を接続してガスを吐出するが、複数の分割シャワーヘッドで均一なガス供給を行うために、ガス配管を等長配管として各分割シャワーヘッドにおける処理ガスのコンダクタンスを合わせることが行われている。

しかし、分割シャワーヘッドによって面積が異なる場合が生じ、その場合には等長配管にするのみでは各分割シャワーヘッドにおけるガスのコンダクタンスが相違するため、均一なガス供給を行うことが困難である。このため、ニードルバルブとフローメーターを用いて分割シャワーヘッドに供給する処理ガスの流量調整を行うことが考えられるが、これらは高価であり、構造も複雑であるため、装置コストが高く、メンテナンス性が悪いという問題がある。また、設置スペースの確保が困難であり、さらに、広い流量範囲で高精度の流量調整が困難であるという問題もある。

したがって、本発明は、シャワーヘッドを複数に分割して、それぞれの分割シャワーヘッドに処理ガスを供給する場合において、分割シャワーヘッドの面積が異なっても、ニードルバルブとフローメーターを用いることなく、各分割シャワーヘッドから均一なガス供給を行うことができるガス処理装置およびそれに用いる多分割シャワーヘッドを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、基板にガス処理を施すガス処理装置であって、基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを導入するシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドに処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理ガス供給部から前記シャワーヘッドにガスを供給する配管系とを具備し、前記シャワーヘッドは、複数の分割シャワーヘッドに分割された、多分割シャワーヘッドであり、前記配管系は、前記処理ガス供給部から前記複数の分割シャワーヘッドに個別的に前記処理ガスを供給する複数の配管を有し、前記分割シャワーヘッドは、ベース部材と、前記ベース部材にガス拡散空間を介して設けられた、多数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、前記ガス拡散空間内に設けられ、多数のガス吐出孔を有し、前記シャワープレートよりもコンダクタンスが小さいバッフルプレートとを有することを特徴とするガス処理装置を提供する。

本発明の第２の観点は、基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置として構成されるガス処理装置であって、基板を収容する処理室と、前記処理室内の基板が配置される領域に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、前記誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられ、金属窓として機能するとともに前記処理室内に処理ガスを導入するシャワーヘッドと、前記シャワーヘッドに処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理ガス供給部から前記シャワーヘッドにガスを供給する配管系とを具備し、前記シャワーヘッドは、絶縁部材を介して複数の分割シャワーヘッドに分割された、多分割シャワーヘッドであり、前記配管系は、前記処理ガス供給部から前記複数の分割シャワーヘッドに個別的に前記処理ガスを供給する複数の配管を有し、前記分割シャワーヘッドは、ベース部材と、前記ベース部材にガス拡散空間を介して設けられた、多数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、前記ガス拡散空間内に設けられ、多数のガス吐出孔を有し、前記シャワープレートよりもコンダクタンスが小さいバッフルプレートとを有することを特徴とするガス処理装置を提供する。

本発明の第３の観点は、処理室内の基板にガス処理を施すガス処理装置において、処理ガス供給部から供給された処理ガスを前記処理室内に導入する、複数の分割シャワーヘッドに分割された、多分割シャワーヘッドであって、前記分割シャワーヘッドは、ベース部材と、前記ベース部材にガス拡散空間を介して設けられた、多数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、前記ガス拡散空間内に設けられ、多数のガス吐出孔を有し、前記シャワープレートよりもコンダクタンスが小さいバッフルプレートとを有し、前記処理ガス供給部から前記複数の分割シャワーヘッドに、それぞれ個別的に接続された配管を介して前記処理ガスが供給されることを特徴とする多分割シャワーヘッドを提供する。

上記第１〜第３の観点において、前記複数の分割シャワーヘッドとして、第１分割シャワーヘッドと、前記第１分割シャワーヘッドよりも面積が小さい第２分割シャワーヘッドとを含むものを用いることができる。

また、前記バッフルプレートのガス吐出孔の数を調整することにより、前記バッフルプレートのコンダクタンスを調整することが好ましい。前記複数の配管は、等長配管として構成されることが好ましい。前記バッフルプレートのコンダクタンスは、前記シャワープレートのコンダクタンスの３０％以下であることが好ましい。

前記多分割シャワーヘッドは、複数の前記分割シャワーヘッドを有する複数のガス供給エリアを有し、前記複数のガス供給エリアへは、それぞれ別個の処理ガス供給部から処理ガスが供給されるように構成することができる。

本発明は、シャワーヘッドを複数の分割シャワーヘッドに分割された、多分割シャワーヘッドとして構成し、分割シャワーヘッドを、ベース部材と、ベース部材にガス拡散空間を介して設けられた、多数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、ガス拡散空間内に設けられ、多数のガス吐出孔を有し、前記シャワープレートよりもコンダクタンスが小さいバッフルプレートとを有するものとし、ガス供給部から複数の分割シャワーヘッドに、それぞれ個別的に接続された配管を介して処理ガスを供給するようにした。これにより、分割シャワーヘッドのコンダクタンスを小さくすることができ、ガス流量に対するシャワープレートや配管のコンダクタンスの影響を小さくすることができる。このため、分割シャワーヘッドの面積が異なっても、ニードルバルブとフローメーターを用いることなく、各分割シャワーヘッドから均一なガス供給を行うことができる。

本発明のガス処理装置の一実施形態である誘導結合プラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられる高周波アンテナの例を示す図である。図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられるシャワーヘッドの分割態様の例を模式的に示す平面図である。図１の誘導結合プラズマ処理装置に用いられるシャワーヘッドの各分割シャワーヘッドへのガス供給態様を示す図である。分割シャワーヘッドの内部構造を示す断面図である。分割シャワーヘッドのシャワープレートを示す平面図である。分割シャワーヘッドのバッフルプレートを示す平面図である。バッフルプレートが設けられていない大きさが異なる分割シャワーヘッドを用いた場合のガス供給状態を示す模式図、および大きさが異なる分割シャワーヘッドにおけるシャワープレート吐出孔数、コンダクタンス、ガス流量を示す図である。バッフルプレートが設けられた大きさが異なる分割シャワーヘッドを用いた場合のガス供給状態を示す模式図、および大きさが異なる分割シャワーヘッドにおけるシャワープレート吐出孔数、コンダクタンス、ガス流量を示す図である。大きさが異なる分割シャワーヘッドを用い、小さい分割シャワーヘッドにオリフィスを設けた場合のガス供給状態を示す模式図、およびその際の総流量を変化させた場合の実流量と想定流量を示す図である。バッフルプレートが設けられた大きさが異なる分割シャワーヘッドを用いた場合のガス供給状態を示す模式図、およびその際の総流量を変化させた場合の実流量と想定流量を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明のガス処理装置の一実施形態である誘導結合プラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。

図１に示す誘導結合プラズマ処理装置は、矩形基板、例えば、ＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する際のメタル膜、ＩＴＯ膜、酸化膜等のエッチングや、レジスト膜のアッシング処理等のプラズマ処理に用いることができる。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。

この誘導結合プラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより電気的に接地されている。

本体容器１は、本体容器１と絶縁されて形成された矩形状のシャワーヘッド２により上下にアンテナ室３および処理室４に区画されている。シャワーヘッド２は金属窓として機能し、処理室４の天壁を構成する。金属窓となるシャワーヘッド２は、例えば、非磁性体で導電性の金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金で構成される。また、シャワーヘッド２の耐プラズマ性を向上させるために、シャワーヘッド２の処理室４側の表面に誘電体膜や誘電体カバーを設けてもよい。誘電体膜としては陽極酸化膜または溶射セラミックス膜を挙げることができる。また誘電体カバーとしては石英製またはセラミックス製のものを挙げることができる。

アンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には、本体容器１の内側に突出する支持棚５、および支持梁６が設けられている。支持棚５および支持梁６は導電性材料、望ましくはアルミニウム等の金属で構成される。シャワーヘッド２は後述するように絶縁部材７を介して複数の分割シャワーヘッドに分割されて構成されている。そして、複数の分割シャワーヘッドに分割されたシャワーヘッド２は、絶縁部材７を介して支持棚５および支持梁６に支持される。支持梁６は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。複数の分割シャワーヘッドには、処理ガス供給機構２０からガス供給管２１を介して処理ガスが供給され、それぞれの分割シャワーヘッドに形成されたガス吐出孔から処理ガスが吐出される。シャワーヘッド２の構造およびガス供給態様の詳細については後述する。

シャワーヘッド２の上のアンテナ室３内には、シャワーヘッド２に面するように高周波アンテナ１３が配置されている。高周波アンテナ１３は絶縁部材からなるスペーサ（図示せず）によりシャワーヘッド２から離間して配置されており、矩形状のシャワーヘッド２に対応する面内で金属窓として機能するシャワーヘッド２を周回するように設けられ、例えば図２に示すように、渦巻き状に形成される。この例では、導電性材料、例えば銅などからなる４本のアンテナ線１３１，１３２，１３３，１３４を９０°ずつ位置をずらして巻回して全体が渦巻状となるようにした多重（四重）アンテナを構成し、アンテナ線の配置領域が略額縁状をなしている。また、一本または複数のアンテナ線を環状にした環状アンテナであってもよい。

高周波アンテナ１３には、給電線１６、整合器１７を介して第１の高周波電源１８が接続されている。そして、プラズマ処理の間、高周波アンテナ１３に第１の高周波電源１８から延びる給電線１６を介して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給されることで、後述するように金属窓として機能するシャワーヘッド２に誘起されるループ電流を介して、処理室４内のプラズマ生成領域に誘導電界が形成され、この誘導電界によりシャワーヘッド２から供給された処理ガスが、処理室４内のプラズマ生成領域においてプラズマ化される。

処理室４内の底部には、シャワーヘッド２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、被処理基板として、矩形状のＦＰＤ用ガラス基板（以下単に基板と記す）Ｇを載置するための載置台２３が絶縁体部材２４を介して固定されている。載置台２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台２３に載置された基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。

載置台２３の上部周縁部には絶縁性のシールドリング２５ａが設けられ、載置台２３の周面には絶縁リング２５ｂが設けられている。載置台２３には基板Ｇの搬入出のためのリフターピン２６が、本体容器１の底壁、絶縁体部材２４を介して挿通されている。リフターピン２６は、本体容器１外に設けられた昇降機構（図示せず）により昇降駆動して基板Ｇの搬入出を行うようになっている。

本体容器１外には、整合器２８および第２の高周波電源２９が設けられており、載置台２３には給電線２８ａにより整合器２８を介して第２の高周波電源２９が接続されている。この高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が３．２ＭＨｚの高周波電力を載置台２３に印加する。このバイアス用の高周波電力により生成されたセルフバイアスによって、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き込まれる。

さらに、載置台２３内には、基板Ｇの温度を制御するため、ヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも本体容器１の底面および絶縁体部材２４に設けられた開口部１ｂを通して本体容器１外に導出される。

処理室４の側壁４ａには、基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開閉するゲートバルブ２７が設けられている。また、処理室４の底部には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される。この排気装置３０により、処理室４が排気され、プラズマ処理中、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

載置台２３に載置された基板Ｇの裏面側には冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路４１が設けられている。このように基板Ｇの裏面側に熱伝達用ガスを供給することにより、真空下において基板Ｇのプラズマ処理による温度上昇や温度変化を抑制することができるようになっている。

この誘導結合プラズマ処理装置の各構成部は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなる制御部１００に接続されて制御される構成となっている。また、制御部１００には、オペレータによる誘導結合プラズマ処理装置を管理するためのコマンド入力等の入力操作を行うキーボードや、誘導結合プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０１が接続されている。さらに、制御部１００には、誘導結合プラズマ処理装置で実行される各種処理を制御部１００の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて誘導結合プラズマ処理装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわち処理レシピが格納された記憶部１０２が接続されている。処理レシピは記憶部１０２の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、コンピュータに内蔵されたハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０１からの指示等にて任意の処理レシピを記憶部１０２から呼び出して制御部１００に実行させることで、制御部１００の制御下で、誘導結合プラズマ処理装置での所望の処理が行われる。

次に、シャワーヘッド２について説明する。
誘導結合プラズマは、高周波アンテナに高周波電流が流れることにより、その周囲に磁界が発生し、その磁界により誘起される誘導電界を利用して高周波放電を起こし、それにより生成するプラズマである。処理室４の天壁として金属窓を用いる場合、面内で周方向に周回されるように設けられた高周波アンテナ１３では、渦電流および磁界が金属窓の裏面側、すなわち処理室４側に到達しないため、プラズマが生成されない。このため、本実施形態では、高周波アンテナ１３に流れる高周波電流によって生じる磁界および渦電流が処理室４側に到達するように、金属窓として機能するシャワーヘッド２を絶縁部材７で複数の分割シャワーヘッドに分割する。

図３は、シャワーヘッド２の分割態様の例を模式的に示す平面図である。図３に示すように、シャワーヘッド２は、内側領域２０１と、内側領域２０１を囲むように設けられた外側領域２０２とを有する。内側領域２０１は、シャワーヘッド２の長辺２ａに対応する長辺２０１ａとシャワーヘッドの短辺２ｂに対応する短辺２０１ｂを有し、長辺２０１ａを含む台形状の一対の第１分割シャワーヘッド２０１ｃと、短辺２０１ｂを含む三角形状の一対の第２分割シャワーヘッド２０１ｄとに４分割されている。また、外側領域２０２は、シャワーヘッド２の長辺２ａに沿って設けられた一対の第３分割シャワーヘッド２０２ａと、短辺２ｂに沿って設けられた一対の第４分割シャワーヘッド２０２ｂと、４つの隅部を構成する第５分割シャワーヘッド２０２ｃとに８分割されている。

内側領域２０１の第１分割シャワーヘッド２０１ｃと、第２分割シャワーヘッド２０１ｄとは、高周波アンテナ１３の高周波電流による誘導電界の電界強度が同じになるように、径方向の長さが等しく形成されている。このため、第１分割シャワーヘッド２０１ｃが台形状となり第２分割シャワーヘッド２０１ｄが三角形状となるとともに、第１分割シャワーヘッド２０１ｃの面積が第２分割シャワーヘッド２０１ｄよりも大きく形成される。

また、外側領域２０２の第３分割シャワーヘッド２０２ａおよび第４分割シャワーヘッド２０２ｂは、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄの間の大きさで、ほぼ同じ面積を有している。第５分割シャワーヘッド２０２ｃは、第１分割シャワーヘッド２０１ｄよりも小さい面積である。

図４は、各分割シャワーヘッドへのガス供給態様を示す図であるが、処理ガス供給機構２０から各分割シャワーヘッドへのガス供給エリアが３つのエリアに分かれている。第１ガス供給エリアは、内側領域２０１を構成する一対の第１分割シャワーヘッド２０１ｃおよび一対の第２分割シャワーヘッド２０１ｄに処理ガスを供給するものであり、これら４つの分割シャワーヘッドに処理ガス供給機構２０から第１マスフローコントローラ２２ａで流量制御してガス供給管２１を介してそれぞれ個別的に処理ガスを供給するようになっている。また、第２ガス供給エリアは、外側領域２０２の一対の第３分割シャワーヘッド２０２ａおよび一対の第４分割シャワーヘッド２０２ｂに処理ガスを供給するものであり、これら４つの分割シャワーヘッドに処理ガス供給機構２０から第２マスフローコントローラ２２ｂで流量制御してガス供給管２１を介してそれぞれ個別的に処理ガスを供給するようになっている。さらに第３ガス供給エリアは、外側領域２０２の４つの第５分割シャワーヘッド２０２ｃに処理ガスを供給するものであり、これら４つの第５分割シャワーヘッド２０２ｃに処理ガス供給機構２０から第３マスフローコントローラ２２ｃで流量制御してガス供給管２１を介してそれぞれ個別的に処理ガスを供給するようになっている。第１ガス供給エリア、第２ガス供給エリア、第３ガス供給エリアへは、第１マスフローコントローラ２２ａ、第２マスフローコントローラ２２ｂ、第３マスフローコントローラ２２ｃにより、それぞれ独立した流量で処理ガスの供給がなされるため、第１マスフローコントローラ２２ａ、第２マスフローコントローラ２２ｂ、第３マスフローコントローラ２２ｃがそれぞれ独立したガス供給部として機能する。このとき、各マスフローコントローラから各分割シャワーヘッドまでのガス供給管２１は、等長配管となっていることが好ましいが、それに限定されない。

図５は、分割シャワーヘッドの内部構造を示す断面図である。第１分割シャワーヘッド２０１ｃ、第２分割シャワーヘッド２０１ｄ、第３分割シャワーヘッド２０２ａ、第４分割シャワーヘッド２０２ｂ、第５分割シャワーヘッド２０２ｃはいずれも同様の内部構造を有しており、図５に示すように、ベース部材２１１と、ベース部材２１１の下面にガス拡散空間を介して設けられたシャワープレート２１２と、ガス拡散空間の内部にガス拡散空間を二分するように設けられたバッフルプレート２１３とを有する。

ベース部材２１１の下面の周縁部２１１ａはシャワープレート２１２を取り付ける取り付け部となっており、下面の中央部にはガス拡散空間となる凹部２１１ｂが形成されている。凹部２１１ｂの内部にはバッフルプレート２１３設置用の段差２１１ｃが形成されている。そして、段差２１１ｃにバッフルプレート２１３が固定ネジ２１５により取り付けられ、周縁部２１１ａにシャワープレート２１２が固定ネジ２１４により取り付けられる。これにより、ガス拡散空間が二分される。すなわち、ベース部材２１１とバッフルプレート２１３との間に第１ガス拡散空間２１６が形成され、バッフルプレート２１３とシャワープレート２１２との間に第２ガス拡散空間２１７が形成される。また、ベース部材２１１には、上面から第１のガス拡散空間２１６に至るガス導入孔（図示せず）が形成されており、ガス導入孔にはガス供給管２１（図５には図示せず）が接続されている。

図６に示すように、シャワープレート２１２には多数のガス吐出孔２１２ａが等間隔に規則的に形成されている。また、図７に示すように、バッフルプレート２１３には多数のガス吐出孔２１３ａが、シャワープレート２１２のガス吐出孔２１２ａに対応して、等間隔に規則的に形成されている。また、ガス吐出孔２１２ａは、全ての分割シャワーヘッドにおいて、同じ大きさおよび同じ間隔を有している。バッフルプレート２１３のガス吐出孔２１３ａは、コンダクタンスがシャワープレート２１２よりも小さくなるように、その径がシャワープレート２１２のガス吐出孔２１２ａの径よりも小さく形成されている。このため、バッフルプレート２１３を設けることにより、分割シャワーヘッドの全体のコンダクタンスが小さくなる。バッフルプレート２１３のコンダクタンスは、シャワープレート２１２のコンダクタンスの３０％以下であることが好ましい。

シャワープレート２１２のガス吐出孔２１２ａの径は、例えば１ｍｍ程度であり、バッフルプレート２１３のガス吐出孔２１３ａの径は、例えば０．５ｍｍ程度である。

バッフルプレート２１３のガス吐出孔２１３ａは、ガス吐出の面内均一性に影響を与えないため、必ずしも等間隔に設けなくてもよい。また、ガス吐出孔２１３ａの数等を調整することにより、バッフルプレート２１３のコンダクタンスを調整することが可能である。例えば、ガス吐出孔２１３ａのいくつかを適宜の詰め物で塞ぐことや、ガス吐出孔の数等を変えてコンダクタンスを異ならせた複数のバッフルプレートを準備しておき、これらのいずれかを用いることや、ガス吐出孔を開閉可能な開閉機構を設けること等の手法を用いることができる。なお、コンダクタンスは抵抗の逆数であり、コンダクタンスが小さくなることにより抵抗が大きくなる。

次に、以上のように構成される誘導結合プラズマ処理装置を用いて基板Ｇに対してプラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。

まず、ゲートバルブ２７を開にした状態で搬入出口２７ａから搬送機構（図示せず）により基板Ｇを処理室４内に搬入し、載置台２３の載置面に載置した後、静電チャック（図示せず）により基板Ｇを載置台２３上に固定する。次に、処理ガス供給機構２０からガス供給管２１を介して処理ガスを金属窓の機能を有するシャワーヘッド２へ供給し、シャワーヘッド２から処理室４内に処理ガスをシャワー状に吐出させる。そして、排気装置３０により排気管３１を介して処理室４内を真空排気するとともに、圧力制御バルブ（図示せず）により、処理室内を例えば０．６６〜２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。

また、このとき基板Ｇの裏面側の冷却空間には、基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避するために、Ｈｅガス流路４１を介して、熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給する。

次いで、高周波電源１８から例えば１ＭＨｚ以上２７ＭＨｚ以下の高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより金属窓として機能するシャワーヘッド２を介して処理室４内に均一な誘導電界を生成する。このようにして生成された誘導電界により、処理室４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このプラズマにより、基板Ｇに対してプラズマ処理として、例えばプラズマエッチング処理が行われる。

この場合に、処理ガス供給機構２０からシャワーヘッド２を介しての処理ガスの供給は、内側領域２０１を構成する一対の第１分割シャワーヘッド２０１ｃおよび一対の第２分割シャワーヘッド２０１ｄに処理ガスを供給する第１ガス供給エリア、外側領域２０２の一対の第３分割シャワーヘッド２０２ａおよび一対の第４分割シャワーヘッド２０２ｂに処理ガスを供給する第２ガス供給エリア、外側領域２０２の４つの第５分割シャワーヘッド２０２ｃに処理ガスを供給する第３ガス供給エリアに分かれており、これらガス供給エリアへは、それぞれマスフローコントローラ２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより流量制御されて処理ガスの供給がなされ、各ガス供給エリアの複数の分割シャワーヘッドへは、分岐した処理ガス供給管を介してそれぞれ独立に処理ガスが供給される。

このとき、特に第１ガス供給エリアにおいては、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄとで大きさが異なり、両者のシャワープレート２１２のガス吐出孔２１２ａの数が異なるため、両者でシャワープレート２１２のコンダクタンスが相違し、また、配管のコンダクタンスも両者で相違する。よって、ガス供給管２１を等長配管にしただけでは均一なガス供給を行うことが困難である。

そこで、本実施形態では、各分割シャワーヘッドにシャワープレート２１２よりもコンダクタンスが小さいバッフルプレート２１３をシャワープレート２１２の上流側に設ける。これにより、分割シャワーヘッド全体のコンダクタンスを小さくすることができ、ガス流量に対するシャワープレートや配管のコンダクタンスの影響を小さくすることができる。このため、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄ一つのガス吐出孔あたりの処理ガス流量の均一性を高めることができる。また、バッフルプレート２１３のガス吐出孔２１３ａの数を調整することで、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄから吐出する処理ガスの流量を所望の値に調整することができる。

以下、この点について図８、９を参照して具体的に説明する。
第１分割シャワーヘッド２０１ｃのシャワープレートＡのガス吐出孔数Ｓ_Ａと第２分割シャワーヘッド２０１ｄのシャワープレートＢのガス吐出孔数Ｓ_Ｂの比Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｂは、これらの面積比に対応しており、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄとで均一な処理ガス供給を行うためには、第１分割シャワーヘッド２０１ｃから吐出される処理ガスの流量Ｑ_Ａと、第２分割シャワーヘッド２０１ｄから吐出される処理ガスの流量Ｑ_Ｂの比Ｑ_Ａ／Ｑ_Ｂを、Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｂとほぼ等しくすること、つまり、一つの吐出孔あたりの流量を極力均一にする必要がある。

バッフルプレートが設けられていない従来の場合は、図８に示すように、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと、第２分割シャワーヘッド２０１ｄのサイズおよびシャワープレートＡ、Ｂのガス吐出孔数Ｓ_Ａ、Ｓ_Ｂは仕様によって決まっており、変化させることができない。また、これらのコンダクタンスＣ_Ａ、Ｃ_Ｂも、配管（処理ガス供給管）のコンダクタンスとシャワープレートのコンダクタンスにより決まり、調整することができない。したがって、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと、第２分割シャワーヘッド２０１ｄの流量Ｑ_Ａ、Ｑ_Ｂも調整することができない。このとき、供給圧力をＰ_１とすると、Ｑ_Ａ＝Ｃ_Ａ×Ｐ_１、Ｑ_Ｂ＝Ｃ_Ｂ×Ｐ_１となる。また、当然のことながら、ガス吐出孔の数が多い第１分割シャワーヘッド２０１ｃのほうがガス吐出孔の数が少ない第２分割シャワーヘッド２０１ｄよりもコンダクタンスが大きくなる。つまりＣ_Ａ＞Ｃ_Ｂである。また、シャワープレートのガス吐出孔数が多い第１分割シャワーヘッド２０１ｃのほうがガス吐出孔数が少ない第２分割シャワーヘッド２０１ｄよりもガス流量が多くなる。つまり、Ｑ_Ａ＞Ｑ_Ｂである。しかし、このようにコンダクタンスが異なる場合、ガス吐出孔数の比Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｂと処理ガス流量比はＱ_Ａ／Ｑ_Ｂが近接した値とはならず、Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｂの値がＱ_Ａ／Ｑ_Ｂよりもかなり大きい値となる。すなわち、Ｑ_Ａ／Ｑ_ＢがＳ_Ａ／Ｓ_Ｂにほぼ等しい理想の流量比の場合よりもＱ_Ｂの値が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態では、図９に示すように、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと、第２分割シャワーヘッド２０１ｄにシャワープレートよりもコンダクタンスが小さいバッフルプレートＡ、Ｂを設ける。バッフルプレートを設けても、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと、第２分割シャワーヘッド２０１ｄのサイズおよびシャワープレートＡ、Ｂのガス吐出孔数Ｓ_Ａ、Ｓ_Ｂは仕様によって決まっており、変化させることができないが、バッフルプレートにより、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと、第２分割シャワーヘッド２０１ｄのコンダクタンスＣ_Ａ、Ｃ_Ｂを小さくすることができ、ガス流量に対するシャワープレートや配管のコンダクタンスの影響を小さくすることができる。したがって、Ｑ_Ａ／Ｑ_Ｂを適正Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｂに近づけて、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄの処理ガス流量の均一性（一つのガス吐出孔あたりの処理ガス流量の均一性）を高めることができる。

また、バッフルプレートは、シャワープレートとは異なり、ガス吐出の面内均一性に影響を与えないため、そのガス吐出孔数等を調整してそのコンダクタンスを調整することにより、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄのコンダクタンスＣ_Ａ、Ｃ_Ｂを調整することが可能である。これにより、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄから吐出する処理ガスの流量を所望の値に調整することができ、第１分割シャワーヘッド２０１ｃと第２分割シャワーヘッド２０１ｄの処理ガス流量の均一性をより一層高めることができる。

さらに、このようにバッフルプレートによりコンダクタンスを調整することにより、各分割シャワーヘッドに処理ガスを供給する分岐配管の長さが異なる場合でも適切な流量に調整することが可能であり、必ずしも等長配管にする必要はない。

また、図１０に示すように、第２分割シャワーヘッド２０１ｄの配管にオリフィスを設けて流量調整を行う場合には、総流量Ｑが小さければＱ_Ａ、Ｑ_Ｂの実流量を想定流量に一致させることができるが、総流量Ｑが増加するとオリフィスにチョークが生じて第２分割シャワーヘッド２０１ｄの実流量と想定流量とのズレが生じてしまう。したがって、広い範囲の処理ガス流量において流量制御することが困難である。

これに対して、本実施形態のように、シャワープレートの上流側にコンダクタンスが小さいバッフルプレートを設ける場合には、図１１に示すように、チョークが生じず、広い流量範囲で、Ｑ_Ａ、Ｑ_Ｂの実流量と想定流量とをほぼ一致させることができる。また、オリフィスは断面積が小さい配管での流量制御であるのに対し、バッフルプレートは断面積が大きい分割シャワーヘッド内での流量制御を行うので、バッフルプレートを用いることにより流量制御の精度をより高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ガス処理装置として誘導結合プラズマ処理装置によりプラズマエッチングを行う場合について示したが、プラズマエッチングに限らずプラズマＣＶＤ等の他のプラズマ処理であってもよく、また、容量結合型のプラズマ処理装置であってもよく、さらに、ガスを供給する処理であれば、熱ＣＶＤ等の非プラズマ処理であってもよい。

また、上記実施形態におけるシャワーヘッドの分割態様は例示に過ぎず、本発明はいかなる分割態様のシャワーヘッドを用いる場合に適用可能である。

さらにまた、上記実施形態では本発明をＦＰＤ用のガラス基板に適用した例について説明したが、これに限らず、半導体基板等、他の基板に適用可能であることはいうまでもない。

１；本体容器
２；シャワーヘッド
３；アンテナ室
４；処理室
５；支持棚
６；支持梁
７；絶縁部材
１３；高周波アンテナ
２０１ｃ；第１分割シャワーヘッド
２０１ｄ；第２分割シャワーヘッド
２１１；ベース部材
２１２；シャワープレート
２１２ａ；ガス吐出孔
２１３；バッフルプレート
２１３ａ；ガス吐出孔
Ｇ；基板

Claims

基板にガス処理を施すガス処理装置であって、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内に処理ガスを導入するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドに処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガス供給部から前記シャワーヘッドにガスを供給する配管系と
を具備し、
前記シャワーヘッドは、複数の分割シャワーヘッドに分割された、多分割シャワーヘッドであり、
前記配管系は、前記処理ガス供給部から前記複数の分割シャワーヘッドに個別的に前記処理ガスを供給する複数の配管を有し、
前記分割シャワーヘッドは、
ベース部材と、
前記ベース部材にガス拡散空間を介して設けられた、多数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、
前記ガス拡散空間内に設けられ、多数のガス吐出孔を有し、前記シャワープレートよりもコンダクタンスが小さいバッフルプレートと
を有することを特徴とするガス処理装置。
基板に誘導結合プラズマ処理を施す誘導結合プラズマ処理装置として構成されるガス処理装置であって、
基板を収容する処理室と、
前記処理室内の基板が配置される領域に誘導結合プラズマを生成するための高周波アンテナと、
前記誘導結合プラズマが生成されるプラズマ生成領域と前記高周波アンテナとの間に配置され、基板に対応して設けられ、金属窓として機能するとともに前記処理室内に処理ガスを導入するシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドに処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガス供給部から前記シャワーヘッドにガスを供給する配管系と
を具備し、
前記シャワーヘッドは、絶縁部材を介して複数の分割シャワーヘッドに分割された、多分割シャワーヘッドであり、
前記配管系は、前記処理ガス供給部から前記複数の分割シャワーヘッドに個別的に前記処理ガスを供給する複数の配管を有し、
前記分割シャワーヘッドは、
ベース部材と、
前記ベース部材にガス拡散空間を介して設けられた、多数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、
前記ガス拡散空間内に設けられ、多数のガス吐出孔を有し、前記シャワープレートよりもコンダクタンスが小さいバッフルプレートと
を有することを特徴とするガス処理装置。
前記複数の分割シャワーヘッドとして、第１分割シャワーヘッドと、前記第１分割シャワーヘッドよりも面積が小さい第２分割シャワーヘッドとを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス処理装置。
前記バッフルプレートのガス吐出孔の数を調整することにより、前記バッフルプレートのコンダクタンスを調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス処理装置。
前記複数の配管は、等長配管として構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス処理装置。
前記バッフルプレートのコンダクタンスは、前記シャワープレートのコンダクタンスの３０％以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガス処理装置。
前記シャワーヘッドは、複数の前記分割シャワーヘッドを有する複数のガス供給エリアを有し、前記複数のガス供給エリアへは、それぞれ別個の処理ガス供給部から処理ガスが供給されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガス処理装置。
処理室内の基板にガス処理を施すガス処理装置において、処理ガス供給部から供給された処理ガスを前記処理室内に導入する、複数の分割シャワーヘッドに分割された、多分割シャワーヘッドであって、
前記分割シャワーヘッドは、
ベース部材と、
前記ベース部材にガス拡散空間を介して設けられた、多数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、
前記ガス拡散空間内に設けられ、多数のガス吐出孔を有し、前記シャワープレートよりもコンダクタンスが小さいバッフルプレートと
を有し、
前記処理ガス供給部から前記複数の分割シャワーヘッドに、それぞれ個別的に接続された配管を介して前記処理ガスが供給されることを特徴とする多分割シャワーヘッド。
前記複数の分割シャワーヘッドとして、第１分割シャワーヘッドと、前記第１分割シャワーヘッドよりも面積が小さい第２分割シャワーヘッドとを含むことを特徴とする請求項８に記載の多分割シャワーヘッド。
前記バッフルプレートのガス吐出孔の数を調整することにより、前記バッフルプレートのコンダクタンスを調整することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の多分割シャワーヘッド。
前記複数の配管は、等長配管として構成されることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の多分割シャワーヘッド。
前記バッフルプレートのコンダクタンスは、前記シャワープレートのコンダクタンスの３０％以下であることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の多分割シャワーヘッド。
複数の前記分割シャワーヘッドを有する複数のガス供給エリアを有し、前記複数のガス供給エリアへは、それぞれ別個の処理ガス供給部から処理ガスが供給されることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の多分割シャワーヘッド。