JP2023113354A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】シャワーヘッドから処理空間に別々に供給された二種類のガスの一方が他方のガスのガス拡散室への逆流を抑制する。【解決手段】プラズマ処理装置は、処理空間を内部に有する処理容器と、第１のガスと第２のガスとを独立して処理空間に供給するシャワーヘッドと、制御部と、を備える。シャワーヘッドは、第１、第２のガスを拡散させる第１、第２のガス拡散室１０１、１０２と、第１、第２のガスを噴出する複数の第１、第２の開口１１１、１１２と、第１、第２のガス拡散室と複数の第１、第２の開口とを夫々連通させる複数の第１、第２のガス供給路１２１、１２２と、を有する。制御部は、第１のガス拡散室と処理空間との圧力差が４７Ｐａ以上、第１のガス供給路１つ当たりのガス流量が０．１５ｓｃｃｍ以上となるよう制御を行う。第１のガス供給路夫々の少なくとも一部に隘路１２１ａが設けられ、隘路の太さに対する長さのアスペクト比が１０以上である。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
特許文献１では、チャンバ内の載置台に表面にシリコン酸化膜が形成された被処理体を載置し、載置台の上方に載置台に載置された被処理体に対応するように設けられたシャワープレートの複数のガス吐出孔から載置台上の被処理体に反応ガスであるＨＦガス及びＮＨ３ガスを吐出する。そして、これらのガスと非処理体表面のシリコン酸化膜とを反応させる処理を行い、その後、この反応により生成した反応生成物を加熱して分解除去することによりエッチングする。また、特許文献１のシャワーヘッドは、シャワープレートを有し、シャワープレートに設けられた複数の第１のガス吐出孔からＨＦガスを吐出し、シャワープレートに設けられた複数の第２の吐出孔からＮＨ３ガスを吐出する構造である。
国際公開２０１３－１８３４３７号公報
本開示にかかる技術は、ガス種毎のガス拡散室が積層されたシャワーヘッドを用いる場合において、シャワーヘッドから処理空間に別々に供給された二種類のガスの一方が、シャワーヘッド内の他方のガスのガス拡散室へ逆流し混合されるのを抑制する。
本開示の一態様は、第１のガスと第２のガスにより基板に処理を施す基板処理装置であって、
前記基板に対し前記処理が施される処理空間を内部に有する処理容器と、前記第１のガスと前記第２のガスとを独立して前記処理空間に供給するシャワーヘッドと、制御部と、を備え、前記シャワーヘッドは、前記第１のガスを拡散させる第１のガス拡散室と、該第１のガス拡散室の下側に配置され、前記第２のガスを拡散させる第２のガス拡散室と、を内部に有し、前記第１のガスを噴出する複数の第１の開口と、前記第２のガスを噴出する複数の第２の開口と、を下面に有し、前記第１のガス拡散室と前記複数の第１の開口とを連通させる複数の第１のガス供給路と、前記第２のガス拡散室と前記複数の第２の開口とを連通させる複数の第２のガス供給路と、を有し、前記制御部は、前記第１のガス拡散室と前記処理空間との圧力差が４７Ｐａ以上、前記複数の第１のガス供給路の１つあたりのガス流量が０．１５ｓｃｃｍ以上となるよう制御を行い、前記第１のガス供給路それぞれの少なくとも一部に隘路が設けられ、該隘路の太さに対する長さのアスペクト比が１０以上である。
本開示によれば、ガス種毎のガス拡散室が積層されたシャワーヘッドを用いる場合において、シャワーヘッドから処理空間に独立して供給された二種類のガスの一方が、シャワーヘッド内の他方のガスのガス拡散室へ逆流し混合されるのを抑制することができる。
本実施形態にかかる基板処理装置としてのプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 部分窓の構成の概略を示す縦断面図である。 第１のプレートの下面図である。 第２のプレートの下面図である。 第３のプレートの下面図である。 第１のガス供給路隘路の寸法を説明するための図である。 シミュレーション結果を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。
液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程では、ガラス基板等の基板に対し、エッチング処理や成膜処理等の処理が基板処理装置により施される。
基板処理装置は、処理対象の基板が収容される処理容器と、処理容器内の処理空間に処理ガスを供給するシャワーヘッドと、を有する。
複数種類のガスが必要な処理では、複数種類のガスをシャワーヘッド内で混合させずに、シャワーヘッドから別々に供給し、処理チャンバ内にて混合させるポストミックス方式がしばしば用いられる。ポストミックス方式は、例えば、処理に用いるガスが可燃性ガスと支燃性ガスでありシャワーヘッド内で混合させると爆発等が生じる恐れがある場合に用いられる。
また、ポストミックス方式においては、シャワーヘッドとして、一のガスを水平方向に拡散させる一のガス拡散室と、他のガスを水平方向に拡散させる他のガス拡散室とが上下方向に積層された多段構造を有するものが用いられることがある。このシャワーヘッドでは、一のガス拡散室内の一のガスを処理空間に噴出する一の噴出孔と、他のガス拡散室内の他のガスを処理空間に噴出する他の噴出孔とが、シャワーヘッド下面に個別に設けられている。
しかし、多段構造のシャワーヘッドを用いた場合、一方のガス用の噴出孔から処理空間に噴出された一方のガスが、他方のガス用のガス噴出孔を逆流しシャワーヘッド内で他方のガスと混合されるおそれがある
そこで、本開示にかかる技術は、ガス種毎のガス拡散室が積層されたシャワーヘッドを用いる場合において、シャワーヘッドから処理空間に独立して供給された二種類のガスの一方が、シャワーヘッド内の他方のガスのガス拡散室へ逆流し混合されるのを抑制する。
以下、本実施形態にかかる基板処理装置及び基板処理方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜プラズマ処理装置１＞
図１は、本実施形態にかかる基板処理装置としてのプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
図１のプラズマ処理装置１は、２種類の処理ガスにより、基板としての、矩形のガラス基板Ｇ（以下、「基板Ｇ」という）に処理を施す。より具体的には、プラズマ処理装置１は、処理として、２種類の処理ガスのプラズマを用いたプラズマ処理を基板Ｇに施す。本実施形態において、プラズマ処理装置１が行うプラズマ処理は、ＦＰＤ用の成膜処理である。ただし、プラズマ処理装置１が行うプラズマ処理は、ＦＰＤ用のエッチング処理、アッシング処理等であってもよい。プラズマ処理装置１が行うプラズマ処理により、基板Ｇ上に、発光素子や発光素子の駆動回路等の電子デバイスが形成される。
プラズマ処理装置１は、角筒形状の容器本体１０を備える。容器本体１０は、導電性材料、例えばアルミニウムから形成され、電気的に接地されている。プラズマ処理に腐食性のあるガスが用いられる場合には、容器本体１０の内壁面は、耐腐食性を向上させる目的で、陽極酸化処理等の耐腐食コーティング処理が施される。また、容器本体１０の上面には開口が形成されている。この開口は、容器本体１０と絶縁されて設けられた矩形状の金属窓２０によって気密に塞がれ、具体的には、金属窓２０及び後述の金属枠１４によって気密に塞がれる。容器本体１０及び金属窓２０によって囲まれた空間は、基板Ｇに対し処理（具体的にはプラズマ処理）が施される処理空間Ｓ１となり、金属窓２０の上方側の空間は、後述の高周波アンテナ（誘導結合アンテナ）８０が配置されるアンテナ室Ｓ２となる。容器本体１０の側壁には、処理空間Ｓ１内に基板Ｇを搬入出するための搬入出口１１及び搬入出口１１を開閉するゲートバルブ１２が設けられている。
処理空間Ｓ１の下部側には、金属窓２０と対向するように、基板Ｇを支持する基板支持部３０が設けられている。基板支持部３０は、基板Ｇが載置される本体部３１を有し、本体部３１が脚部３２を介して容器本体１０の底面に設置されている。
本体部３１は、導電性材料、例えばアルミニウムで構成されている。本体部３１の表面は、表面の輻射率を向上させるため、陽極酸化処理若しくはセラミック溶射処理等のコーティング処理が施されている。
また、必要に応じ、本体部３１にバイアス用の高周波電源を接続してもよい。
容器本体１０の底面には、排気口１３が形成され、この排気口１３には真空ポンプ等を有する排気部５０が接続されている。処理空間Ｓ１は、この排気部５０によって減圧される。排気部５０は、複数の排気口１３のそれぞれに設けられてもよいし、複数の排気口１３に共通に設けられてもよい。
容器本体１０の側壁の上面側には、アルミニウム等の金属材料から形成された矩形状の枠体である金属枠１４が設けられている。容器本体１０と金属枠１４との間には、処理空間Ｓ１を気密に保つためのシール部材（図示せず）が設けられている。また、容器本体１０と金属枠１４と金属窓２０とが、処理空間Ｓ１を内部に有する処理容器を構成する。
金属窓２０は、複数の部分窓２１に分割され、これらの部分窓２１が金属枠１４の内側に配置され、全体として矩形状の金属窓２０を構成している。部分窓２１は、平面視における形状は共通ではなく、例えば、平面視四角形状（例えば、台形）のものや平面視三角形状のものがある。
部分窓２１はそれぞれ、第１の処理ガスと第２の処理ガスとを独立して処理空間Ｓ１に同時に供給可能に構成されたシャワーヘッドである。第１の処理ガスは、例えば可燃性ガスであり、本実施形態においてはＳｉＨ４ガスである。第２の処理ガスは、例えば支燃性ガス（具体的には酸化性ガス）であり、本実施形態においてはＯ２ガスである。
金属枠１４に隣接する部分窓２１は、絶縁部材２２によって金属枠１４から電気的に絶縁されると共に、隣り合う部分窓２１同士も絶縁部材２２によって互いに電気的に絶縁されている。
絶縁部材２２には、当該絶縁部材２２を保護するため、当該絶縁部材２２の処理空間Ｓ１側の面を覆う絶縁部材カバー２３が設けられている。
また、各部分窓２１は、保持部（図示せず）を介してアンテナ室Ｓ２の天井面側から吊り下げられ保持されている。
部分窓２１の構造の詳細については後述する。
さらに、各部分窓２１は、第１供給管６０を介して第１ガス源６１に接続されている。具体的には、各部分窓２１の導入口１３１（後述の図２参照）が第１供給管６０を介して第１ガス源６１に接続されている。第１供給管６０には、第１供給機構６２が介設されている。第１供給機構６２は、開閉弁６２ａ、流量調整弁６２ｂを備え、第１ガス源６１からの第１の処理ガスを、流量を調整して部分窓２１に供給する。
また、各部分窓２１は、第２供給管６３を介して第２ガス源６４に接続されている。具体的には、各部分窓２１の導入口１３２（後述の図２参照）が第２供給管６３を介して第２ガス源６４に接続されている。第２供給管６３には、第２供給機構６５が介設されている。第２供給機構６５は、開閉弁６５ａ、流量調整弁６５ｂを備え、第２ガス源６４からの第２の処理ガスを、流量を調整して部分窓２１に供給する。
なお、図示の便宜上、図では、１つの部分窓２１にのみ、第１供給管６０及び第２供給管６３が接続された状態を示しているが、実際には各部分窓２１に、第１供給管６０及び第２供給管６３が接続されている。
さらに、金属窓２０の上方側には天板部７０が配置されている。天板部７０は、金属枠１４上に設けられた側壁部７１によって支持されている。
上述の金属窓２０、側壁部７１及び天板部７０にて囲まれた空間はアンテナ室Ｓ２を構成し、アンテナ室Ｓ２の内部には、部分窓２１に面するように高周波アンテナ８０が配置されている。
高周波アンテナ８０は、例えば、絶縁材料から形成されるスペーサ（図示せず）を介して部分窓２１から離間して配置される。高周波アンテナ８０は、各部分窓２１に対応する面に沿い、矩形状の金属窓２０の周方向に沿って周回するように、例えば渦巻状に、同心状に複数形成され多環状のアンテナを構成する。
各高周波アンテナ８０には、整合器４０を介して、プラズマ生成手段としての高周波電源４１が接続されている。各高周波アンテナ８０には、高周波電源４１から整合器４０を介して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。これにより、プラズマ処理の間、部分窓２１それぞれの表面の上面から下面に循環する渦電流が誘起され、この渦電流のうち下面に流れる電流によって処理空間Ｓ１の内部に誘導電界が形成される。部分窓２１から供給された処理ガスは、誘導電界によって処理空間Ｓ１の内部においてプラズマ化される。
さらに、プラズマ処理装置１には、処理空間Ｓ１の圧力を測定する圧力計９０が設けられている。
また、プラズマ処理装置１には制御部Ｕが設けられている。制御部Ｕは、例えばＣＰＵ等のプロセッサやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１における基板Ｇに対する処理を制御するプログラムが格納されている。上述のプログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部Ｕにインストールされたものであってもよい。プログラムの一部または全ては専用ハードウェア（回路基板）で実現してもよい。
＜部分窓２１＞
図２は、部分窓２１の構成の概略を示す縦断面図である。図３～図５はそれぞれ後述の第１～第３のプレートの下面図である。
各部分窓２１は、図２に示すように、第１のガス拡散室１０１と第２のガス拡散室１０２を内部に有し、複数の第１の開口１１１と複数の第２の開口１１２を下端に有する。
第１のガス拡散室１０１は、第１の処理ガス（本実施形態ではＳｉＨ４ガス）を水平方向に拡散させる。第２のガス拡散室１０２は、第１のガス拡散室１０１の下側に配置され、第２の処理ガス（本実施形態ではＯ２ガス）を水平方向に拡散させる。第１の開口１１１それぞれは、第１のガス拡散室１０１内の第１の処理ガスを処理空間Ｓ１に噴出する。第２の開口１１２それぞれは、第２のガス拡散室１０２内の第２の処理ガスを処理空間Ｓ１に噴出する。
また、各部分窓２１は、複数の第１のガス供給路１２１と複数の第２のガス供給路１２２をさらに有する。
複数の第１のガス供給路１２１は、第１のガス拡散室１０１と複数の第１の開口１１１とを連通させる。すなわち、第１のガス供給路１２１それぞれは、対応する第１の開口１１１と第１のガス拡散室１０１とを連通させる。第１のガス供給路１２１それぞれは、第２のガス拡散室１０２を通過する。この通過の際、第２のガス拡散室１０２内の第２の処理ガスが第１のガス供給路１２１に混入することがないよう、第１のガス供給路１２１と第２のガス拡散室１０２は例えば後述の誘導管２２２の管壁により隔てられている。
また、第１のガス供給路１２１それぞれの少なくとも一部に隘路１２１ａ（すなわち第１のガス供給路１２１における他の部分よりも狭い部分）が形成されている。
複数の第２のガス供給路１２２は、第２のガス拡散室１０２と複数の第２の開口１１２とを連通させる。すなわち、第２のガス供給路１２２それぞれは、対応する第２の開口１１２と第２のガス拡散室１０２とを連通させる。
部分窓２１は、具体的には、第１のプレート２０１と第２のプレート２０２と第３のプレート２０３とを上からこの順に重ねた構成となっている。
図２及び図３に示すように、第１のプレート２０１の下面には１つの凹所２１１が形成されており、この凹所２１１が第２のプレート２０２に塞がれることにより第１のガス拡散室１０１が形成されている。
同様に、図２及び図４に示すように、第２のプレート２０２の下面には１つの凹所２２１が形成されており、この凹所２２１が第３のプレート２０３に塞がれることにより第２のガス拡散室１０２が形成されている。
また、第１のプレート２０１の上面には、図２に示すように、第１の処理ガスの導入口１３１と第２の処理ガスの導入口１３２とが形成されている。
導入口１３１は、第１のガス導入路１４１を介して第１のガス拡散室１０１に連通している。第１のガス導入路１４１は、鉛直方向に延在し且つ第１のプレート２０１を貫通するように、形成されている。
図の例では、導入口１３１の数は１つであるが、２つ以上であってもよい。
導入口１３２は、第２のガス導入路１４２を介して第２のガス拡散室１０２に連通している。第２のガス導入路１４２は、鉛直方向に延在するように形成されている。また、第２のガス導入路１４２は、第１のプレート２０１及び第２のプレート２０２に跨り且つ第１のガス拡散室１０１を通過するように形成されている。第２のガス導入路１４２における第１のガス拡散室１０１を通過する部分には、その中空部分が第２のガス導入路１４２を形成する誘導管２１２が設けられている。これにより、第１のガス拡散室１０１内の第１の処理ガスが第２のガス導入路１４２に混入することがないようにしている。誘導管２１２は、第１のガス拡散室１０１を鉛直方向に貫通するように設けられている。
図の例では、導入口１３２及び誘導管２１２の数は１つであるが、２つ以上であってもよい。
また、前述の複数の第１のガス供給路１２１及び複数の第２のガス供給路１２２もそれぞれ、鉛直方向に延在するように形成されている。
第１のガス供給路１２１それぞれは、第２のプレート２０２及び第３のプレート２０３に跨り且つ第２のガス拡散室１０２を通過するように形成されている。第１のガス供給路１２１における第２のガス拡散室１０２を通過する部分には、その中空部分が第１のガス供給路１２１を形成する誘導管２２２が設けられている。誘導管２２２は、第２のガス拡散室１０２を鉛直方向に貫通するように設けられている。本実施形態では、誘導管２２２は、第２のプレート２０２の下面から突出するように形成されているが、その一部または全部が第３のプレート２０３に上面から突出するように形成されていてもよい。また、図の例では、前述の隘路１２１ａが、誘導管２２２内に形成されている。ただし、隘路１２１ａは、その一部または全部が誘導管２２２外に形成されてもよい。
第２のガス供給路１２２それぞれは、第３のプレート２０３を貫通するように形成されている。
また、前述の複数の第１の開口１１１及び複数の第２の開口１１２は、図５に示すように、第３のプレート２０３の下面において千鳥配置されている。
なお、誘導管２１２の数は誘導管２２２の数より少ない。これにより第１のガス拡散室１０１の方が第２のガス拡散室１０２より大きくなっている。第１の処理ガスであるＳｉＨ４ガスは、第２の処理ガスであるＯ２ガスに比べて、プラズマ処理時に各部分窓２１への供給流量が低いため、拡散しにくい。しかし、本実施形態では、第１の処理ガスを拡散させる第１のガス拡散室１０１は上述のように第２のガス拡散室１０２より大きいため、供給流量が低くても第１の処理ガスを第２の処理ガスと同様に拡散させることができる。
第１～第３のプレート２０１～２０３はそれぞれ、例えば、非磁性体で導電性の材料（アルミニウム等）により構成される。また、第１の処理ガスとして腐食性ガスが用いられる場合には、第１の処理ガスに触れる以下の部分は、耐腐食性を向上させるため、陽極酸化処理等の耐腐食性コーティングが施されていてもよい。
すなわち、
・第１のプレート２０１の第１のガス導入路１４１を形成する面、
・第１のプレート２０１及び第２のプレート２０２の第１のガス拡散室１０１を形成する面、
・第２のプレート２０２及び第３のプレート２０３の第１のガス供給路１２１を形成する面、
・第３のプレート２０３の処理空間Ｓ１側の面である下面
は、耐腐食性コーティングが施されていてもよい。さらに、第３のプレート２０３の下面は、耐プラズマ性を向上させるため、酸化イットリウム等のセラミックで被覆する処理等の耐プラズマコーティングが施されている。
また、第１の処理ガスに触れる上述の部分は、少なくとも一部が、ステンレス製の部品で構成されていてもよい。
第２のプレート２０２は締結ネジ（図示せず）によって第１のプレート２０１に締結され、第３のプレート２０３も締結ネジ（図示せず）によって第２のプレート２０２に締結されている
また、第１のプレート２０１と第２のプレート２０２とが互いに接触する部分、及び、第２のプレート２０２と第３のプレート２０３とが互いに接触する部分には、第１の処理ガス及び第２の処理ガスを封止するためのＯリング（図示せず）が設けられている。
図６は、第１のガス供給路１２１隘路１２１ａの寸法を説明するための図である。
前述のように、第１のガス供給路１２１には隘路１２１ａが形成されている。隘路１２１ａの太さ（具体的には直径）Ｒ１に対する長さＬ１のアスペクト比（Ｌ１／Ｒ１）を大きくすることにより、第２の開口１１２から噴出された第２の処理ガスが、隘路１２１ａを含む第１のガス供給路１２１を逆流して第１のガス拡散室１０１に混入するのを抑制することができる。本実施形態において上記アスペクト比は１０以上である。
なお、装置の大型化の抑制等の観点から隘路１２１ａの長さＬを調節することにより、上記アスペクト比を大きくすることは難しいため、隘路１２１ａの直径Ｒ１を細くすることによりアスペクト比が１０以上とされる。
本実施形態においては、第２のガス供給路１２２の下端にも隘路１２２ａが形成されている。隘路１２２ａについても、その太さＲ２に対する長さＬ２のアスペクト比（Ｌ２／Ｒ２）を１０以上としてもよい。
＜基板処理＞
次に、プラズマ処理装置１における基板処理について説明する。
まず、制御部Ｕの制御の下、ゲートバルブ１２が開かれ、基板Ｇが、搬入出口１１を介して処理空間Ｓ１内に搬入され、基板支持部３０上に載置される。その後、ゲートバルブ１２が閉じられる。
続いて、制御部Ｕの制御の下、各部分窓２１の第１及び第２の開口１１１、１１２からそれぞれ、第１の処理ガスとしてのＳｉＨ４ガス及び第２の処理ガスとしてのＯ２ガスが同時且つ個別に処理空間Ｓ１内に供給される。また、排気部５０による処理空間Ｓ１の排気が行われ、処理空間Ｓ１内が所望の圧力に調節される。
この際、制御部Ｕは、以下の条件（１）～（３）を満たすよう制御を行い、具体的には、以下の条件（１）～（３）を満たすよう、圧力計９０での測定結果等に基づいて、第１供給機構６２、第２供給機構６５及び排気部５０を制御する。
（１）第１のガス拡散室１０１と処理空間Ｓ１との圧力差が４７Ｐａ以上。
（２）複数の第１のガス供給路１２１の１つあたりのガス流量が複数の第２のガス供給路１２２の１つあたりのガス流量より高い。
（３）複数の第１のガス供給路１２１の１つあたりのガス流量が０．１５ｓｃｃｍ以上。
また、上記（１）を満たすために、制御部Ｕは、以下の条件（４）を満たすよう制御を行い、具体的には、以下の条件（４）を満たすよう第１供給機構６２、第２供給機構６５及び排気部５０を制御する。
（４）処理空間Ｓ１の圧力が１Ｐａ～５Ｐａ（好ましくは１．３～４．０Ｐａ）。
次いで、制御部Ｕの制御の下、基板Ｇに、処理として成膜処理が施される。具体的には、制御部Ｕの制御の下、高周波電源４１から高周波アンテナ８０に高周波電力が供給され、これにより金属窓２０を介して処理空間Ｓ１内に誘導電界が生じる。その結果、誘導電界により、処理空間Ｓ１内のＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスがプラズマ化され、高密度の誘導結合プラズマが生成され、基板ＧにＳｉＯ膜が形成される。
このプラズマによるＳｉＯ膜の成膜中も、制御部Ｕは、上記条件（１）～（３）を満たすよう制御を行う。
成膜完了後、制御部Ｕの制御の下、高周波電源４１からの電力供給、部分窓２１を介した処理ガス供給が停止され、排気部５０により、処理空間Ｓ１からＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスが排出される。そして、搬入時とは逆の順序で基板Ｇが搬出される。
これにより一連の基板処理が終了する。
＜シミュレーション＞
本発明者らは、上述のような構成の部分窓２１から処理空間Ｓ１に独立して供給されたＳｉＨ４ガス及びＯ２ガスのうちのＯ２ガスが、部分窓２１内の第１のガス拡散室１０１へ逆流し、ＳｉＨ４ガスと混合される割合について、すなわち、Ｏ２ガスの逆拡散について、シミュレーションを行った。その結果を、図７～図９に示す。なお、以下のシミュレーションＡ～Ｃにおいて、第１のガス供給路１２１及び第２のガス供給路１２２の数がそれぞれ１つずつであること、第２のガス供給路１２２の隘路１２２ａの直径Ｒ２が１ｍｍ、長さＬ２が５ｍｍであることは、共通である。
（シミュレーションＡ）
シミュレーションＡでは、第１の処理ガスであるＳｉＨ４ガスの流量が、第２の処理ガスであるＯ２ガスの逆拡散に与える影響を検証した。また、シミュレーションＡでは、ＳｉＨ４ガスとＯ２ガスの流量比を１：１０、第１のガス供給路１２１の隘路１２１ａの直径Ｒ１を０．８ｍｍ、同長さＬ１を８ｍｍ、同アスペクト比を１０で固定とした。
図７に示すように、シミュレーションＡによれば、ＳｉＨ４ガスとＯ２ガスの流量比が１：１０で同じであっても、ＳｉＨ４ガスの流量が高い程、第１のガス拡散室１０１の処理空間Ｓ１との差圧が大きくなっていた。また、ＳｉＨ４ガスの流量が高い程、上段混入率すなわち第１のガス拡散室１０１へのＯ２ガスの混入率が低下していた。具体的には、ＳｉＨ４ガスの流量が０．２ｓｃｃｍ以上であれば、上記差圧が４６．７Ｐａを超え上段混入率が目標値である２％を下回るのに対し、ＳｉＨ４ガスの流量が０．１ｓｃｃｍと低い場合、上記差圧が３４．５程度と低く上段混入率が目標値である２．０％を大きく上回っていた。
なお、下段混入率すなわち第２のガス拡散室１０２へのＳｉＨ４ガスの混入率は、ＳｉＨ４ガスの流量によらず、０％であった。
（シミュレーションＢ）
シミュレーションＢでは、ＳｉＨ４ガスとＯ２ガスの流量比が１：１０であり且つＳｉＨ４ガスの流量が０．１ｓｃｃｍと低く上段混入率が大きい場合において、第１のガス供給路１２１の隘路１２１ａの上記アスペクト比を大きくすることにより、上段混入率が改善されるかについて検証した。また、シミュレーションＢでは、隘路１２１ａの長さＬ１を８ｍｍで固定とした。
図８に示すように、シミュレーションＢによれば、隘路１２１ａの上記アスペクト比を大きくすることにより、第１のガス拡散室１０１の処理空間Ｓ１との差圧が大きくなり、上段混入率が低下していた。具体的には、アスペクト比が２７の場合では、アスペクト比が１０の場合と比べ、上段混入率は１／４．４となっていた。これは、アスペクト比が大きくなることにより隘路１２１ａの両端における差圧が大きくなるからである。しかし、上段混入率は依然として２％を上回っていた。
また、シミュレーションＡ、Ｂの結果によれば、隘路１２１ａの上記アスペクト比よりも、ＳｉＨ４ガスの流量の方が、上段混入率に与える影響が大きいことが推測される。
なお、下段混入率は、隘路１２１ａの上記アスペクト比によらず、０％であった。
（シミュレーションＣ）
そこで、シミュレーションＣでは、Ｏ２ガスの流量を変更せずにＳｉＨ４ガスの流量のみ変更した場合における、上段混入率の変化について検証した。このシミュレーションＣでは、Ｏ２ガスの流量を１ｓｃｃｍ、第１のガス供給路１２１の隘路１２１ａの直径Ｒ１を０．３ｍｍ、同長さＬ１を８ｍｍ、同アスペクト比を２７で固定とした。
図９に示すように、シミュレーションＣによれば、Ｏ２ガスの流量を変更せずにＳｉＨ４ガスの流量を０．１ｓｃｃｍから０．１５ｓｃｃｍに増加させることで、第１のガス拡散室１０１の処理空間Ｓ１との差圧が大きくなり、上段混入率が２．０％以下、さらには、より高水準の目標値である１．０％をも下回り、具体的には０．４０％にまで低下していた。
また、シミュレーションＡ～Ｃによれば、ＳｉＨ４ガスの流量が０．１５ｓｃｃｍであれば、隘路１２１ａの上記アスペクト比が１０の場合でも、第１のガス拡散室１０１の差圧については４７Ｐａ以上とはならないものの、上段混入率は約１．７６％（０．４×１０．２／２．３）となり、目標値２．０％以下になるものと推測される。上記推測値は、シミュレーションＢのアスペクト比１０の場合と２７の場合の結果と、シミュレーションＣのＳｉＨ４ガスの流量が０．１５ｓｃｃｍの場合の結果とを比較することにより算出される。
なお、下段混入率は、ＳｉＨ４ガスの流量によらず、０％であった。
（その他のシミュレーション）
また、本発明者らは、第２の処理ガスとしてＯ２ガスの代わりにＮ２ガスを用い、Ｎ２ガスの流量を３．８ｓｃｃｍとし、ＳｉＨ４ガスの流量を０．４ｓｃｃｍと大きくした場合における、隘路１２１ａの上記アスペクト比が上段混入率に与える影響について検証した。
このシミュレーションでは、ＳｉＨ４ガスの流量が０．４ｓｃｃｍとかなり大きいため、隘路１２１ａの上記アスペクト比が小さくても、第１のガス拡散室１０１の処理空間Ｓ１との差圧が大きく、上段混入率が低いことが予測される。しかし、シミュレーション結果によれば、隘路１２１ａの上記アスペクト比が５と小さい場合は、上記差圧が約４５Ｐａと大きいものの、上段混入率が１．５％と高かった。それに対し、隘路１２１ａの上記アスペクト比が１０の場合は、上記差圧が約７５Ｐａと大きく、且つ、上段混入率が０．０４％と低かった。
以上のシミュレーション結果を踏まえ、本実施形態では、
第１のガス供給路１２１の隘路１２１ａの太さＲ１に対する長さＬ１のアスペクト比を１０以上とし、
第１のガス拡散室１０１の処理空間Ｓ１との差圧が４７Ｐａ以上、複数の第１のガス供給路１２１の１つあたりのガス量が０．１５ｓｃｃｍ以上となるよう制御が行われる。
そのため、上段混入率すなわち第１のガス拡散室１０１への第２の処理ガス（具体的にはＯ２ガス）の混入率を低下させることができる。つまり、処理空間Ｓ１に噴出された第２の処理ガスが、隘路１２１ａを含む第１のガス供給路１２１を逆流して第１のガス拡散室１０１に混入するのをさらに抑制することができる。したがって、第１の処理ガスと第２の処理ガスとが混合されることによる危険が生じるのを抑制することができる。
＜変形例＞
以上の例では、ＳｉＯ膜の成膜用の支燃性ガスとして、Ｏ２ガスを用いていたが、代わりに、Ｎ２Ｏガスを用いてもよいし、Ｏ２ガスとＮ２Ｏガスの混合ガスを用いてもよい。
第１の処理ガス及び第２の処理ガスは、ＳｉＯ膜以外の膜の成膜に用いるものであってもよい。例えば、ＳｉＮ膜の成膜に用いるものであってもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ プラズマ処理装置
１０ 容器本体
１４ 金属枠
２０ 金属窓
２１ 部分窓
３０ 基板支持部
１０１ 第１のガス拡散室
１０２ 第２のガス拡散室
１１１ 第１の開口
１１２ 第２の開口
１２１ 第１のガス供給路
１２１ａ 隘路
１２２ 第２のガス供給路
Ｇ ガラス基板
Ｓ１ 処理空間
Ｕ 制御部

Claims (9)

  1. 第１のガスと第２のガスにより基板に処理を施す基板処理装置であって、
    前記基板に対し前記処理が施される処理空間を内部に有する処理容器と、
    前記第１のガスと前記第２のガスとを独立して前記処理空間に供給するシャワーヘッドと、
    制御部と、を備え、
    前記シャワーヘッドは、
    前記第１のガスを拡散させる第１のガス拡散室と、該第１のガス拡散室の下側に配置され、前記第２のガスを拡散させる第２のガス拡散室と、を内部に有し、
    前記第１のガスを噴出する複数の第１の開口と、前記第２のガスを噴出する複数の第２の開口と、を下面に有し、
    前記第１のガス拡散室と前記複数の第１の開口とを連通させる複数の第１のガス供給路と、前記第２のガス拡散室と前記複数の第２の開口とを連通させる複数の第２のガス供給路と、を有し、
    前記制御部は、前記第１のガス拡散室と前記処理空間との圧力差が４７Ｐａ以上、前記複数の第１のガス供給路の１つあたりのガス流量が０．１５ｓｃｃｍ以上となるよう制御を行い、
    前記第１のガス供給路それぞれの少なくとも一部に隘路が設けられ、
    該隘路の太さに対する長さのアスペクト比が１０以上である、基板処理装置。
  2. 前記第２のガス拡散室を貫通する誘導管を有し、
    該誘導管は、前記第１のガス供給路それぞれの一部を構成する、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記第１のガスと前記第２のガスのいずれか一方が可燃性ガスであり、他方が支燃性ガスである、請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記第１のガスが可燃性ガスであり、前記第２のガスが支燃性ガスである、請求項３に記載の基板処理装置。
  5. プラズマ生成手段をさらに備え、
    該プラズマ生成手段を用いて前記第１のガスと前記第２のガスから生成したプラズマにより、前記処理として成膜処理を施す、請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  6. 基板処理装置を用いて第１のガスと第２のガスにより基板に処理を施す基板処理方法であって、
    前記基板処理装置は、
    前記基板に対し前記処理が施される処理空間を内部に有する処理容器と、
    前記第１のガスと前記第２のガスとを独立して前記処理空間に供給するシャワーヘッドと、を備え、
    前記シャワーヘッドは、
    前記第１のガスを拡散させる第１のガス拡散室と、該第１のガス拡散室の下側に配置され、前記第２のガスを拡散させる第２のガス拡散室と、を内部に有し、
    前記第１のガスを噴出する複数の第１の開口と、前記第２のガスを噴出する複数の第２の開口と、を下面に有し、
    前記第１のガス拡散室と前記複数の第１の開口とを連通させる複数の第１のガス供給路と、前記第２のガス拡散室と前記複数の第２の開口とを連通させる複数の第２のガス供給路と、を有し、
    前記第１のガス供給路それぞれの少なくとも一部に隘路が設けられ、
    該隘路の太さに対する長さのアスペクト比が１０以上であり、
    前記第１のガス拡散室と前記処理空間との圧力差が４７Ｐａ以上、前記複数の第１のガス供給路の１つあたりのガス流量が０．１５ｓｃｃｍ以上となるよう制御を行い、前記基板に前記処理を施す、基板処理方法。
  7. 前記第１のガスと前記第２のガスのいずれか一方が可燃性ガスであり、他方が支燃性ガスである、請求項６に記載の基板処理方法。
  8. 前記第１のガスが可燃性ガスであり、前記第２のガスが支燃性ガスである、請求項７に記載の基板処理方法。
  9. 前記基板処理装置は、プラズマ生成手段をさらに備え、
    該プラズマ生成手段を用いて前記第１のガスと前記第２のガスから生成したプラズマにより、前記処理として成膜処理を施す、請求項６～８のいずれか１項に記載の基板処理方法。
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