JP2023123190A - 基板処理装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023123190000001
【課題】ガス流路の設計の自由度を向上する基板処理装置を提供する。
【解決手段】処理チャンバと、前記処理チャンバ内に設けられ、基板を保持する基板支持部と、前記基板支持部に対向するシャワーヘッドと、を備え、前記シャワーヘッドは、ガスを吐出するガス流路が形成されたシャワープレートと、前記シャワープレートを保持して冷却するクーリングプレートと、を有し、前記クーリングプレートは、ガスを分配するガス分配層を有する第1プレートと、冷媒が供給される冷媒流路及び前記ガス分配層で分配されたガスが供給されるガス拡散空間を有する、第2プレートと、前記第1プレートと前記第2プレートとを締結する締結部材と、を有する、基板処理装置。
【選択図】図2

Description

本開示は、基板処理装置に関する。
特許文献1には、ガス分配プレートアセンブリであって、金属マトリックス複合体を含むベースプレートと、接着層によりベースプレートに結合されたシリコンディスクを含む有孔フェイスプレートを含むガス分配プレートアセンブリが開示されている。
また、特許文献2には、電極板と該電極板を支持するセラミックスの基体とを有し、ガスを供給するシャワーヘッドアセンブリであって、前記セラミックスの基体は、前記基体の中心側に形成される第1のガス拡散空間と、前記基体の周縁側に形成される第2のガス拡散空間と、前記第1のガス拡散空間の上方位置に設けられる第1のヒータ電極層と、前記第2のガス拡散空間の上方位置に設けられる第2のヒータ電極層と、前記第1のガス拡散空間の上方位置であって前記第1のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第1の冷媒流路と、前記第2のガス拡散空間の上方位置であって前記第2のヒータ電極層の上方又は下方の位置に形成される第2の冷媒流路と、前記第1のガス拡散空間を介してガスを供給する第1のガス供給路と、前記第2のガス拡散空間を介してガスを供給する第2のガス供給路と、を有し、前記基体の内部に接合面がないように作製されているシャワーヘッドアセンブリが開示されている。
特表2019-523995号公報 特開2015-95551号公報
一の側面では、本開示は、ガス流路の設計の自由度を向上する基板処理装置を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、処理チャンバと、前記処理チャンバ内に設けられ、基板を保持する基板支持部と、前記基板支持部に対向するシャワーヘッドと、を備え、前記シャワーヘッドは、ガスを吐出するガス流路が形成されたシャワープレートと、前記シャワープレートを保持して冷却するクーリングプレートと、を有し、前記クーリングプレートは、ガスを分配するガス分配層を有する第1プレートと、冷媒が供給される冷媒流路及び前記ガス分配層で分配されたガスが供給されるガス拡散空間を有する、第2プレートと、前記第1プレートと前記第2プレートとを締結する締結部材と、を有する、基板処理装置を提供することができる。
容量結合型の基板処理装置の構成例を説明するための図の一例。 本実施形態に係るクーリングプレートの構成を説明する断面図の一例。 本実施形態に係るクーリングプレートの分解断面図の一例。 ガス均等分配層の構成を説明する上面図の一例。 ガス均等分配層の構成を説明する底面図の一例。 流路形成層の構成を説明する上面図の一例。 流路形成層の構成を説明する底面図の一例。 ガス均等分配層の構成を説明する上面図の他の一例。 ガス均等分配層の構成を説明する底面図の他の一例。 参考例に係るクーリングプレートの構造について説明する断面図の一例。 本実施形態に係るクーリングプレートと参考例に係るクーリングプレートとを対比する図。
以下、図面を参照して種々の例示的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する。
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図1は、容量結合型の基板処理装置の構成例を説明するための図の一例である。
プラズマ処理システムは、容量結合型の基板処理装置1及び制御部2を含む。容量結合型の基板処理装置1は、プラズマ処理チャンバ(処理チャンバ)10、ガス供給部20、電源30及び排気システム40を含む。また、基板処理装置1は、基板支持部11及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ10内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド13を含む。基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10内に配置される。シャワーヘッド13は、基板支持部11の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド13は、プラズマ処理チャンバ10の天部(ceiling)の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ10は、シャワーヘッド13、プラズマ処理チャンバ10の側壁10a及び基板支持部11により規定されたプラズマ処理空間10sを有する。プラズマ処理チャンバ10は、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間10sに供給するための少なくとも1つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも1つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ10は接地される。シャワーヘッド13及び基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10の筐体とは電気的に絶縁される。
基板支持部11は、本体部111及びリングアセンブリ112を含む。本体部111は、基板Wを支持するための中央領域111aと、リングアセンブリ112を支持するための環状領域111bとを有する。ウェハは基板Wの一例である。本体部111の環状領域111bは、平面視で本体部111の中央領域111aを囲んでいる。基板Wは、本体部111の中央領域111a上に配置され、リングアセンブリ112は、本体部111の中央領域111a上の基板Wを囲むように本体部111の環状領域111b上に配置される。従って、中央領域111aは、基板Wを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域111bは、リングアセンブリ112を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
一実施形態において、本体部111は、基台1110及び静電チャック1111を含む。基台1110は、導電性部材を含む。基台1110の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック1111は、基台1110の上に配置される。静電チャック1111は、セラミック部材1111aとセラミック部材1111a内に配置される静電電極1111bとを含む。セラミック部材1111aは、中央領域111aを有する。一実施形態において、セラミック部材1111aは、環状領域111bも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック1111を囲む他の部材が環状領域111bを有してもよい。この場合、リングアセンブリ112は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック1111と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するRF(Radio Frequency)電源31及び/又はDC(Direct Current)電源32に結合される少なくとも1つのRF/DC電極がセラミック部材1111a内に配置されてもよい。この場合、少なくとも1つのRF/DC電極が下部電極として機能する。後述するバイアスRF信号及び/又はDC信号が少なくとも1つのRF/DC電極に供給される場合、RF/DC電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台1110の導電性部材と少なくとも1つのRF/DC電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極1111bが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部11は、少なくとも1つの下部電極を含む。
リングアセンブリ112は、1又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、1又は複数の環状部材は、1又は複数のエッジリングと少なくとも1つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
また、基板支持部11は、静電チャック1111、リングアセンブリ112及び基板のうち少なくとも1つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路1110a、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路1110aには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路1110aが基台1110内に形成され、1又は複数のヒータが静電チャック1111のセラミック部材1111a内に配置される。また、基板支持部11は、基板Wの裏面と中央領域111aとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
シャワーヘッド13は、ガス供給部20からの少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間10s内に導入するように構成される。シャワーヘッド13は、少なくとも1つのガス供給口13a(13a1~13a3)、少なくとも1つのガス拡散室13b(13b1~13b3)、及び複数のガス導入口13c(13c1~13c3)を有する。ガス供給口13aに供給された処理ガスは、ガス拡散室13bを通過して複数のガス導入口13cからプラズマ処理空間10s内に導入される。
また、図1に示すシャワーヘッド13は、ガス導入部51と、ガス導入部52と、ガス導入部53と、を有する。ガス導入部51は、プラズマ処理チャンバ10内の基板Wの中心領域(センター領域)にガスを導入する。ガス導入部52は、ガス導入部51よりも外側領域(中間領域)にガスを導入する。ガス導入部53は、ガス導入部52よりも外側領域(エッジ領域)にガスを導入する。ガス導入部51、ガス導入部52及びガス導入部53は、同心状に配置されている。
ガス拡散室13bは、ガス拡散室13b1と、ガス拡散室13b2と、ガス拡散室13b3と、を有する。
ガス拡散室13b1には、ガス供給口13a1及び複数のガス導入口13c1が、ガスが通流可能に接続される。ガス導入部51は、ガス供給口13a1、ガス拡散室13b1、複数のガス導入口13c1を有する。また、ガス拡散室13b2には、ガス供給口13a2及び複数のガス導入口13c2が、ガスが通流可能に接続される。ガス導入部52は、ガス供給口13a2、ガス拡散室13b2、複数のガス導入口13c2を有する。また、ガス拡散室13b3には、ガス供給口13a3及び複数のガス導入口13c3が、ガスが通流可能に接続される。ガス導入部53は、ガス供給口13a3、ガス拡散室13b3、複数のガス導入口13c3を有する。
また、シャワーヘッド13は、少なくとも1つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド13に加えて、側壁10aに形成された1又は複数の開口部に取り付けられる1又は複数のサイドガス注入部(SGI:Side Gas Injector)を含んでもよい。
また、シャワーヘッド13は、クーリングプレート131と、シャワープレート132と、を有する。クーリングプレート131は、例えば、アルミニウムで形成され、シャワープレート132を保持する。また、クーリングプレート131は、保持したシャワープレート132を冷却する機能を有する。また、クーリングプレート131は、ガス拡散室13bが形成される。シャワープレート132は、例えばSi、SiC等で形成され、ガス導入口13cが形成される。
ガス供給部20は、少なくとも1つのガスソース21及び少なくとも1つの流量制御器22を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部20は、少なくとも1つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース21からそれぞれに対応の流量制御器22を介してシャワーヘッド13に供給するように構成される。各流量制御器22は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部20は、少なくとも1つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する1又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
電源30は、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ10に結合されるRF電源31を含む。RF電源31は、少なくとも1つのRF信号(RF電力)を少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間10sに供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、RF電源31は、プラズマ処理チャンバ10において1又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスRF信号を少なくとも1つの下部電極に供給することにより、基板Wにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Wに引き込むことができる。
一実施形態において、RF電源31は、第1のRF生成部31a及び第2のRF生成部31bを含む。第1のRF生成部31aは、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースRF信号(ソースRF電力)を生成するように構成される。一実施形態において、ソースRF信号は、10MHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第1のRF生成部31aは、異なる周波数を有する複数のソースRF信号を生成するように構成されてもよい。生成された1又は複数のソースRF信号は、少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に供給される。
第2のRF生成部31bは、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも1つの下部電極に結合され、バイアスRF信号(バイアスRF電力)を生成するように構成される。バイアスRF信号の周波数は、ソースRF信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスRF信号は、ソースRF信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスRF信号は、100kHz~60MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第2のRF生成部31bは、異なる周波数を有する複数のバイアスRF信号を生成するように構成されてもよい。生成された1又は複数のバイアスRF信号は、少なくとも1つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースRF信号及びバイアスRF信号のうち少なくとも1つがパルス化されてもよい。
また、電源30は、プラズマ処理チャンバ10に結合されるDC電源32を含んでもよい。DC電源32は、第1のDC生成部32a及び第2のDC生成部32bを含む。一実施形態において、第1のDC生成部32aは、少なくとも1つの下部電極に接続され、第1のDC信号を生成するように構成される。生成された第1のバイアスDC信号は、少なくとも1つの下部電極に印加される。一実施形態において、第2のDC生成部32bは、少なくとも1つの上部電極に接続され、第2のDC信号を生成するように構成される。生成された第2のDC信号は、少なくとも1つの上部電極に印加される。
種々の実施形態において、第1及び第2のDC信号のうち少なくとも1つがパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、DC信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第1のDC生成部32aと少なくとも1つの下部電極との間に接続される。従って、第1のDC生成部32a及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第2のDC生成部32b及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも1つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、1周期内に1又は複数の正極性電圧パルスと1又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第1及び第2のDC生成部32a,32bは、RF電源31に加えて設けられてもよく、第1のDC生成部32aが第2のRF生成部31bに代えて設けられてもよい。
排気システム40は、例えばプラズマ処理チャンバ10の底部に設けられたガス排出口10eに接続され得る。排気システム40は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間10s内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
制御部2は、本開示において述べられる種々の工程を基板処理装置1に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部2は、ここで述べられる種々の工程を実行するように基板処理装置1の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部2の一部又は全てが基板処理装置1に含まれてもよい。制御部2は、処理部2a1、記憶部2a2及び通信インターフェース2a3を含んでもよい。制御部2は、例えばコンピュータ2aにより実現される。処理部2a1は、記憶部2a2からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部2a2に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部2a2に格納され、処理部2a1によって記憶部2a2から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ2aに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース2a3に接続されている通信回線であってもよい。処理部2a1は、CPU(Central Processing Unit)であってもよい。記憶部2a2は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース2a3は、LAN(Local Area Network)等の通信回線を介して基板処理装置1との間で通信してもよい。
次に、本実施形態に係るクーリングプレート131について、図2から図7を用いて更に説明する。図2は、本実施形態に係るクーリングプレート131の構成を説明する断面図の一例である。図3は、本実施形態に係るクーリングプレート131の分解断面図の一例である。図4は、ガス均等分配層(ガス分配層)212の構成を説明する上面図の一例である。図5は、ガス均等分配層212の構成を説明する底面図の一例である。なお、図4において、ガス流路311,321,331に対応する位置を破線で図示し、図5において、ガス流路319,329,339に対応する位置を破線で図示する。図6は、A方向(図3参照)矢視した流路形成層222の構成を説明する上面図の一例である。図7は、B方向(図3参照)矢視した流路形成層222の構成を説明する底面図の一例である。なお、図4から図7において、直交する水平方向をそれぞれX方向Y方向とし、高さ方向Z方向として示す。
クーリングプレート131は、ガス分配流路300が形成される第1プレート210と、ガス拡散流路400及び冷媒流路500が形成される第2プレート220と、を有する。第1プレート210と第2プレート220とは、ボルト230で接合される。
第1プレート210は、接続IF(インターフェース)層211と、ガス均等分配層212と、第1の中間IF(インターフェース)層213と、を有する。第1プレート210は、板状の接続IF層211、ガス均等分配層212及び第1の中間IF層213を拡散接合、ロウ付け等によって形成される。また、第1プレート210は、例えば、アルミニウム、SUS(ステンレス)等で形成される。
接続IF層211は、ガス供給部20からガスが供給される。即ち、接続IF層211は、ガス供給口13a1(図1参照)と接続されるガス流路311を有する。また、接続IF層211は、ガス供給口13a2(図1参照)と接続されるガス流路321を有する。また、接続IF層211は、ガス供給口13a3(図1参照)と接続されるガス流路331を有する。ガス流路311,321,331は、接続IF層211を板厚方向に貫通する流路である。
ガス均等分配層212は、接続IF層211から供給されたガスを分配する。即ち、ガス均等分配層212は、接続IF層211に設けられたガス流路311から供給されたガスを第1の中間IF層213に設けられた複数のガス流路319に分配する分配流路312を有する。分配流路312は、貫通流路313と、連通流路314と、貫通流路315と、分配流路316と、貫通流路317と、を有する(図4,5参照)。貫通流路313は、ガス均等分配層212を板厚方向に貫通する流路であり、接続IF層211のガス流路311及び連通流路314を連通させる。連通流路314は、ガス均等分配層212の下面側に形成された凹溝と第1の中間IF層213の上面とによって形成される流路であり、貫通流路313及び貫通流路315を連通させる。貫通流路315は、ガス均等分配層212を板厚方向に貫通する流路であり、連通流路314及び分配流路316を連通させる。分配流路316は、ガス均等分配層212の上面側に形成された凹溝と接続IF層211の下面とによって形成される流路であり、貫通流路315及び貫通流路317を連通させる。また、分配流路316は、貫通流路315から複数の貫通流路317に向かって複数(図4,5に示す一例では4)に分岐する。また、分配流路316は、貫通流路315から各貫通流路317までの流路長が互いに等しく形成されている。貫通流路317は、ガス均等分配層212を板厚方向に貫通する流路であり、分配流路316及び第1の中間IF層213のガス流路319を連通させる。
また、ガス均等分配層212は、接続IF層211に設けられたガス流路321から供給されたガスを第1の中間IF層213に設けられた複数のガス流路329に分配する分配流路322を有する(図4,5参照)。分配流路322は、貫通流路323と、分配流路324と、を有する。貫通流路323は、ガス均等分配層212を板厚方向に貫通する流路であり、接続IF層211のガス流路321及び分配流路324を連通させる。分配流路324は、ガス均等分配層212の下面側に形成された凹溝と第1の中間IF層213の上面とによって形成される流路であり、貫通流路323及び第1の中間IF層213のガス流路329を連通させる。また、分配流路324は、貫通流路323から複数のガス流路329に向かって複数(図4,5に示す一例では4)に分岐する。また、分配流路324は、貫通流路323から各ガス流路329までの流路長が互いに等しく形成されている。
また、ガス均等分配層212は、接続IF層211に設けられたガス流路331から供給されたガスを第1の中間IF層213に設けられた複数のガス流路339に分配する分配流路332を有する(図4,5参照)。分配流路332は、貫通流路333と、分配流路334と、を有する。貫通流路333は、ガス均等分配層212を板厚方向に貫通する流路であり、接続IF層211のガス流路331及び分配流路334を連通させる。分配流路334は、ガス均等分配層212の下面側に形成された凹溝と第1の中間IF層213の上面とによって形成される流路であり、貫通流路333及び第1の中間IF層213のガス流路339を連通させる。また、分配流路334は、貫通流路333から複数のガス流路339に向かって複数(図4,5に示す一例では4)に分岐する。また、分配流路334は、貫通流路333から各ガス流路339までの流路長が互いに等しく形成されている。
このように、接続IF層211に設けられたガス流路311,321,331から供給されたガスを第1の中間IF層213に設けられた複数のガス流路319,329,339に分配する分配流路312,322,332が形成されたガス均等分配層212は、多層構造に形成される。即ち、図4及び図5に示すように、ガス均等分配層212は、ガス均等分配層212の上面側に形成された上面ガス流路と、ガス均等分配層212の下面側に形成された下面ガス流路と、ガス均等分配層212の上面側(上面ガス流路)と下面側(下面ガス流路)とを貫通する貫通ガス流路と、を有する2層構造となる。図4及び図5に示す例において、分配流路312は、上面ガス流路としての分配流路316と、下面ガス流路としての連通流路314と、貫通ガス流路としての貫通流路313,315,317と、を有する。また、分配流路322において、下面ガス流路としての分配流路324と、貫通ガス流路としての貫通流路323と、を有する。また、分配流路332において、下面ガス流路としての分配流路334と、貫通ガス流路としての貫通流路333と、を有する。なお、多層構造は、2層に限られるものではなく、2層以上であればよい。
第1の中間IF層213は、ガス均等分配層212で分配されたガスを第2プレート220の第2の中間IF層221に供給する。即ち、第1の中間IF層213は、4つのガス流路319、4つのガス流路329、4つのガス流路339を有する。ガス流路319,329,339は、第1の中間IF層213を板厚方向に貫通する流路である。
また、第1プレート210には、第1プレート210と第2プレート220とをボルト230で固定する際、ボルト230を挿通するザグリ穴240が設けられている。
また、第1プレート210には、第2プレート220の第2の中間IF層221と接続する冷媒配管(図示せず)を挿通する貫通穴250が設けられている。
第2プレート220は、第2の中間IF(インターフェース)層221と、流路形成層222と、ガス穴層223と、を有する。第2プレート220は、板状の第2の中間IF層221、流路形成層222及びガス穴層223を拡散接合、ロウ付け等によって形成される。また、第2プレート220は、例えば、アルミニウムで形成され、拡散接合等によって接合された後に表面にアルマイト処理が施され、これにより、第2プレート220はプラズマ耐性を有する。第2プレート220は、第1プレート210よりもプラズマ処理空間10s側に配置されている。
第2の中間IF層221は、第1プレート210の第1の中間IF層213からガスが供給される。即ち、第2の中間IF層221は、ガス流路319と連通するガス流路411を有する。また、第2の中間IF層221は、ガス流路329と連通するガス流路421を有する。また、第2の中間IF層221は、ガス流路339と連通するガス流路431を有する。ガス流路411,421,431は、第2の中間IF層221を板厚方向に貫通する流路である。また、第1プレート210と第2プレート220の対向面には、シール部材260が設けられる。
シール部材260は、ガス流路319とガス流路411とを連通させつつ封止する。また、シール部材260は、ガス流路329とガス流路421とを連通させつつ封止する。また、シール部材260は、ガス流路339とガス流路431とを連通させつつ封止する。
また、第2の中間IF層221は、冷媒流路501,503を有する。冷媒流路501,503は、第2の中間IF層221を板厚方向に貫通する流路である。
また、第2の中間IF層221には、後述する流路形成層222の液抜き穴415,425,435(図6、図7参照)と連通する貫通穴(図示せず)が設けられている。
流路形成層222は、第2の中間IF層221からガスが供給されるガス拡散空間413を有する。即ち、流路形成層222は、ガス流路411と連通する貫通流路412と、ガス拡散空間413と、を有する。貫通流路412は、流路形成層222を板厚方向に貫通する流路であり、第2の中間IF層221のガス流路411及びガス拡散空間413を連通させる。ガス拡散空間413は、流路形成層222の下面側に形成された凹溝とガス穴層223の上面とによって形成される円形状の空間であり、図1に示すガス拡散室13b1に対応する。ガス拡散空間413内には、複数の支柱413Pが設けられている。また、貫通流路412は、ガス拡散空間413の中心軸と同軸の円周上に等間隔に複数(図7の例では4つ)配置される。
また、流路形成層222は、第2プレート220の内壁面(ガス流路411、貫通流路412、ガス拡散空間413、ガス穴414)をアルマイト処理する際に電極(図示せず)を挿入し、アルマイト処理後に溶液を排出することに用いられる液抜き穴(アルマイト成膜用貫通穴)415を有している。液抜き穴415は、流路形成層222を板厚方向に貫通する流路であり、第2の中間IF層221の貫通穴(図示せず)及びガス拡散空間413を連通させる。液抜き穴415は、プラグ(埋め栓)によって封止される。
同様に、流路形成層222は、ガス流路421と連通する貫通流路422と、ガス拡散空間423と、液抜き穴(アルマイト成膜用貫通穴)425と、を有する。ガス拡散空間423は、流路形成層222の下面側に形成された凹溝とガス穴層223の上面とによって形成される円環形状の空間であり、図1に示すガス拡散室13b2に対応する。ガス拡散空間423内には、複数の支柱423Pが設けられている。また、貫通流路422は、ガス拡散空間423の中心軸と同軸の円周上に等間隔に複数(図7の例では4つ)配置される。また、液抜き穴425は、プラグ(埋め栓)によって封止される。
また、流路形成層222は、ガス流路431と連通する貫通流路432と、ガス拡散空間433と、液抜き穴(アルマイト成膜用貫通穴)435と、を有する。ガス拡散空間433は、流路形成層222の下面側に形成された凹溝とガス穴層223の上面とによって形成される円環形状の空間であり、図1に示すガス拡散室13b3に対応する。ガス拡散空間433内には、複数の支柱433Pが設けられている。また、貫通流路432は、ガス拡散空間433の中心軸と同軸の円周上に等間隔に複数(図7の例では4つ)配置される。また、液抜き穴435は、プラグ(埋め栓)によって封止される。
ガス穴層223は、ガス拡散空間413からシャワープレート132にガスを供給する。即ち、ガス穴層223は、複数のガス穴414、424,434を有する。ガス穴414は、ガス穴層223を板厚方向に貫通する流路であり、ガス拡散空間413とプラズマ処理空間10s(図1参照)と、を連通させる。ガス穴424は、ガス穴層223を板厚方向に貫通する流路であり、ガス拡散空間423とプラズマ処理空間10sと、を連通させる。ガス穴434は、ガス穴層223を板厚方向に貫通する流路であり、ガス拡散空間433とプラズマ処理空間10sと、を連通させる。
以上のように、ガス供給口13a1から供給された処理ガスは、ガス流路311、分配流路312(貫通流路313、連通流路314、貫通流路315、分配流路316、貫通流路317)、ガス流路319、ガス流路411、貫通流路412を介して、ガス拡散空間413に供給される。そして、ガス拡散空間413からガス穴414及びクーリングプレート131のガス導入口13c1(図1参照)を介して、プラズマ処理空間10s内にガスが供給される。また、ガス供給口13a2から供給された処理ガスは、ガス流路321、分配流路322(貫通流路323、分配流路324)、ガス流路329、ガス流路421、貫通流路422を介して、ガス拡散空間423に供給される。そして、ガス拡散空間423からガス穴424及びクーリングプレート131のガス導入口13c2(図1参照)を介して、プラズマ処理空間10s内にガスが供給される。また、ガス供給口13a3から供給された処理ガスは、ガス流路331、分配流路332(貫通流路333、分配流路334)、ガス流路339、ガス流路431、貫通流路432を介して、ガス拡散空間433に供給される。そして、ガス拡散空間433からガス穴434及びクーリングプレート131のガス導入口13c3(図1参照)を介して、プラズマ処理空間10s内にガスが供給される。
また、流路形成層222は、冷媒流路501,503と連通する冷媒流路502を有する。冷媒流路502は、流路形成層222の上面側に形成された凹溝と第2の中間IF層221の下面とによって形成される流路である。冷媒流路501から供給された冷媒は、冷媒流路502を流れ、冷媒流路503から排出される。ここで、プラズマ処理空間10sに生成されたプラズマからの熱がシャワープレート132(図1参照)に入熱する。クーリングプレート131は、シャワープレート132と接する第2プレート220の冷媒流路502に冷媒を供給することで抜熱し、シャワープレート132を冷却することができる。
以上のように、本実施形態に係るクーリングプレート131によれば、ガス供給口13aから供給されたガスを均等に分配してガス拡散室13bに供給するガス均等分配層212を別体にすることができる。これにより、クーリングプレート131の構造を簡素化し、製作コストを低減することができる。また、第1プレート210にSUS等を用いることができ、材料の選択性が向上する。また、流路設計の自由度を向上させることができる。
また、トーナメント形状に分岐する分配流路312,322,332を多層構造とすることができる。これにより、1つの平面状でガス流路を迂回させる場合と比較して、流路長を短くすることができる。これにより、ガスをパルスで構成する基板処理装置において、ガスのオンオフの応答性を向上させることができる。
なお、ガス均等分配層212の形状は、図4及び図5に示す構造に限られるものではない。図8は、ガス均等分配層212の構成を説明する上面図の他の一例である。図9は、ガス均等分配層212の構成を説明する底面図の他の一例である。なお、図8において、ガス流路311,321,331に対応する位置を破線で図示し、図9において、ガス流路319,329,339に対応する位置を破線で図示する。また、図8及び図9において、直交する水平方向をそれぞれX方向、Y方向とし、高さ方向をZ方向として示す。
図8及び図9に示すガス均等分配層212は、接続IF層211に設けられたガス流路311から供給されたガスを第1の中間IF層213に設けられた複数のガス流路319に分配する分配流路を有する。分配流路は、貫通流路361と、連通流路362と、を有する。貫通流路361は、ガス均等分配層212を板厚方向に貫通する流路であり、接続IF層211のガス流路311及び連通流路362を連通させる。連通流路362は、ガス均等分配層212の下面側に形成された凹溝と第1の中間IF層213の上面とによって形成される流路であり、貫通流路361及び第1の中間IF層213のガス流路319を連通させる。
また、ガス均等分配層212は、接続IF層211に設けられたガス流路321から供給されたガスを第1の中間IF層213に設けられた複数のガス流路329に分配する分配流路を有する。分配流路は、分配流路371と、貫通流路372と、を有する。分配流路371は、ガス均等分配層212の上面側に形成された凹溝と接続IF層211の下面とによって形成される流路であり、接続IF層211のガス流路321及び貫通流路372を連通させる。貫通流路372は、ガス均等分配層212を板厚方向に貫通する流路であり、分配流路371及び分配流路373を連通させる。分配流路373は、ガス均等分配層212の下面側に形成された凹溝と第1の中間IF層213の上面とによって形成される流路であり、貫通流路372及び第1の中間IF層213のガス流路329を連通させる。
また、ガス均等分配層212は、接続IF層211に設けられたガス流路331から供給されたガスを第1の中間IF層213に設けられた複数のガス流路339に分配する分配流路を有する。分配流路は、分配流路381と、貫通流路382と、を有する。分配流路381は、ガス均等分配層212の上面側に形成された凹溝と接続IF層211の下面とによって形成される流路であり、接続IF層211のガス流路331及び貫通流路382を連通させる。貫通流路382は、ガス均等分配層212を板厚方向に貫通する流路であり、分配流路381及び分配流路383を連通させる。分配流路383は、ガス均等分配層212の下面側に形成された凹溝と第1の中間IF層213の上面とによって形成される流路であり、貫通流路382及び第1の中間IF層213のガス流路339を連通させる。
即ち、図8及び図9に示すように、ガス均等分配層212は、ガス均等分配層212の上面側に形成された上面ガス流路と、ガス均等分配層212の下面側に形成された下面ガス流路と、ガス均等分配層212の上面側(上面ガス流路)と下面側(下面ガス流路)とを貫通する貫通ガス流路と、を有する2層構造となる。図8及び図9に示す例において、ガス流路311からガス流路319にガスを供給する流路は、下面ガス流路としての連通流路362と、貫通ガス流路としての貫通流路361と、を有する。また、ガス流路321からガス流路329にガスを分配する分配流路は、上面ガス流路としての分配流路371と、下面ガス流路としての分配流路373と、貫通ガス流路としての貫通流路372と、を有する。また、ガス流路331からガス流路339にガスを分配する分配流路は、上面ガス流路としての分配流路381と、下面ガス流路としての分配流路383と、貫通ガス流路としての貫通流路382と、を有する。
このように、図8及び図9に示すガス均等分配層212では、3系統のガスに対して、流路長を等しくすることができる。また、流路の容積を等しくすることができる。これにより、ガス供給をパルス制御する際の応答性を更に向上させることができる。
ここで、図10を用いて参考例に係るクーリングプレート131Aの構造について説明する。参考例に係るクーリングプレート131Aは、接続IF(インターフェース)層601と、冷媒流路形成層602と、ガス分配拡散層603と、ガス穴層604と、を有する。
ガス流路611は、接続IF層601を貫通する流路である。ガス流路612は、ガス流路611と連通し、冷媒流路形成層602を貫通する流路である。分配流路613は、ガス分配拡散層603の上面に形成された凹溝と冷媒流路形成層602の下面とによって形成され、複数に分岐する流路である。ガス流路614は、分配流路613と連通し、ガス分配拡散層603を貫通する流路である。ガス拡散空間615は、ガス分配拡散層603の下面に形成された凹溝とガス穴層604の上面とによって形成された空間である。ガス穴616は、ガス拡散空間615と連通し、ガス穴層604を貫通する流路である。これにより、ガス供給口13a(図1参照)から供給されたガスは、ガス流路611,612を経由して、分配流路613に供給され、分配流路613で複数のガス流路614に分配され、ガス拡散空間615に供給される。そして、ガス拡散空間615からガス穴616に供給される。
冷媒流路501,503は、接続IF層601を貫通する流路である。冷媒流路502は、冷媒流路形成層602の上面に形成された凹溝と接続IF層601の下面とによって形成された流路である。これにより、冷媒流路501から供給された冷媒は、冷媒流路502を流れ、冷媒流路503から排出される。
図11は、本実施形態に係るクーリングプレート131と参考例に係るクーリングプレート131Aとを対比するグラフである。
図11(b)に示すように、参考例に係るクーリングプレート131Aにおいて、ガスを供給する貫通穴は、接続IF層601、冷媒流路形成層602、ガス分配拡散層603にわたって形成される。また、参考例に係るクーリングプレート131Aにおいて、冷媒を供給する貫通穴は、接続IF層601にわたって形成される。また、参考例に係るクーリングプレート131Aにおいて、ガス拡散空間615等の内表面をアルマイト処理する際に電極棒を挿入し、処理後に溶液を排出するために用いられるアルマイト成膜用貫通穴は、接続IF層601、冷媒流路形成層602、ガス分配拡散層603にわたって形成される。
ここで、ガス流路611とガス流路612とは、同軸に形成される。一方、分配流路613を介して接続されるガス流路614は、ガス流路611及びガス流路612とは軸が異なる位置に設けられる。このため、クーリングプレート131Aの上面側には、ガス流路611とは異なる位置に、クーリングプレート131Aの上面側からガス拡散空間615に向かって貫通するアルマイト成膜用貫通穴を設けられる。このため、多数のアルマイト成膜用貫通穴が冷媒流路502となる凹溝を形成する冷媒流路形成層602の上面及び分配流路613となる凹溝を形成するガス分配拡散層603の上面を通り、冷媒流路502及び分配流路613及び設計の自由度が低下する。
これに対し、図11(a)に示すように、ガスを均等分配するガス均等分配層212は、冷媒流路502及びガス拡散空間413,423,433が形成される流路形成層222と別体に形成される。このため、ガス拡散空間413,423,433等の内表面をアルマイト処理する際に電極棒を挿入し、処理後に溶液を排出するために用いられるアルマイト成膜用貫通穴は、第2の中間IF層221、流路形成層222にわたって形成される。
よって、アルマイト成膜用貫通穴の位置に影響されずガス分配流路300をレイアウトすることができ、ガス分配流路300の設計の自由度を向上することができる。また、ガス流路の構造をシンプルに形成でき、ガスの流路長を短くすることができる。これにより、ガスをパルスで構成する基板処理装置において、ガスのオンオフの応答性を向上させることができる。
また、ガス流路411と貫通流路412とは、同軸に形成され、ガス拡散空間413まで連通する。同様に、ガス流路421と貫通流路422とは、同軸に形成され、ガス拡散空間423まで連通する。また、ガス流路431と貫通流路432とは、同軸に形成され、ガス拡散空間433まで連通する。このため、ガス供給に用いる貫通穴(ガス流路411,421,431及び貫通流路412,422,432)をアルマイト処理する際に電極棒を挿入し、処理後に溶液を排出するための穴として兼用することができる。例えば、図7に示す例において、貫通流路412,422,432を電極棒を挿入する貫通孔として用い、液抜き穴415,425,435をガス拡散空間413,423,433から溶液を排出するための貫通孔として用いることができる。これにより、アルマイト成膜用貫通穴の数を削減することができる。この結果、冷媒流路500の設計の自由度を向上することができる。
更に、ガス均等分配層212(第1プレート210)をステンレス、流路形成層222(第2プレート220)をアルミニウムで形成する等、異なる材料を用いることができる。ただし、ガス均等分配層212(第1プレート210)及び流路形成層222(第2プレート220)のいずれもアルミニウムで形成してもよい。
また、本実施形態に係るクーリングプレート131では、冷媒流路502は、ガス均等分配層212よりも下に配置される。よって、参考例に係るクーリングプレート131Aと比較して、冷媒流路502をシャワープレート132に近づけることができる。これにより、冷却性を向上させることができる。また、アルマイト成膜用貫通穴の数を削減することにより、冷媒流路502を形成する面積を広くすることができ、冷却性を向上することができる。この結果、プラズマからの入熱に対する抜熱性を高めることができるため、RF電源31から更に高パワーなRF信号を出力するプロセスにも対応できる。
なお、本実施形態に係るクーリングプレート131を備える基板処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10内にプラズマを生成するプラズマ処理装置であるものとして説明したが、これに限られるものではない。クーリングプレート131を例えば、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)装置等の基板処理装置に適用してもよい。
以上、プラズマ処理システムの実施形態等について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
W 基板
1 基板処理装置
2 制御部
10 プラズマ処理チャンバ(処理チャンバ)
10s プラズマ処理空間
11 基板支持部
13 シャワーヘッド
13a ガス供給口
13b ガス拡散室
13c ガス導入口
20 ガス供給部
30 電源
40 排気システム
51~53 ガス導入部
131 クーリングプレート
132 シャワープレート
210 第1プレート
211 接続IF層
212 ガス均等分配層(ガス分配層)
213 第1の中間IF層
220 第2プレート
221 第2の中間IF層
222 流路形成層
223 ガス穴層
230 ボルト(締結部材)
240 ザグリ穴
250 貫通穴
260 シール部材
300 ガス分配流路
311,321,331 ガス流路
312,322,332 分配流路
319,329,339 ガス流路
400 ガス拡散流路
411,421,431 ガス流路
412,422,432 貫通流路
413,423,433 ガス拡散空間
414,424,434 ガス穴
415,425,435 液抜き穴
413P,423P,433P 支柱
502 冷媒流路

Claims (9)

  1. 処理チャンバと、
    前記処理チャンバ内に設けられ、基板を保持する基板支持部と、
    前記基板支持部に対向するシャワーヘッドと、を備え、
    前記シャワーヘッドは、
    ガスを吐出するガス流路が形成されたシャワープレートと、
    前記シャワープレートを保持して冷却するクーリングプレートと、を有し、
    前記クーリングプレートは、
    ガスを分配するガス分配層を有する第1プレートと、
    冷媒が供給される冷媒流路及び前記ガス分配層で分配されたガスが供給されるガス拡散空間を有する、第2プレートと、
    前記第1プレートと前記第2プレートとを締結する締結部材と、を有する、
    基板処理装置。
  2. 前記第1プレートは、
    ガス供給部からガスが供給される接続インターフェース層と、
    前記接続インターフェース層から供給されたガスを分配する前記ガス分配層と、
    前記ガス分配層で分配されたガスを前記第2プレートに供給する第1の中間インターフェース層と、を有する、
    請求項1に記載の基板処理装置。
  3. 前記第2プレートは、
    前記第1プレートからガスが供給される第2の中間インターフェース層と、
    前記冷媒流路及び第2の中間インターフェース層からガスが供給されるガス拡散空間を有する流路形成層と、
    前記ガス拡散空間から前記シャワープレートにガスを供給するガス穴層と、を有する、
    請求項1または請求項2に記載の基板処理装置。
  4. 前記冷媒流路は、前記ガス分配層よりも下に配置される、
    請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  5. 前記ガス分配層は、上面側に形成された上面ガス流路、下面側に形成された下面ガス流路及び前記上面側と前記下面側とを貫通する貫通流路が形成された多層構造を有する、
    請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  6. 前記第1プレートと前記第2プレートとの対向面にシール部材が設けられる、
    請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  7. 前記第1プレート及び前記第2プレートは、アルミニウムで形成される、
    請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  8. 前記第1プレートは、ステンレスで形成され、
    前記第2プレートは、アルミニウムで形成される、
    請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の基板処理装置。
  9. 前記第2プレートは、前記第1プレートよりもプラズマ処理空間側に配置される、
    請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の基板処理装置。
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