JP6157061B2 - ガス供給装置及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板を処理する処理空間が分割されて形成された複数の領域にガスを分配して供給するガス供給装置及び基板処理装置に関する。
基板としての半導体デバイス用ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）を処理室に収容し、該処理室内で生成されたプラズマによってウエハにプラズマ処理を施す基板処理装置では、ウエハに均一にプラズマ処理を施すために、処理室内のウエハに対向する処理空間において均一にプラズマを分布させる必要がある。
プラズマの分布は処理空間における処理ガスの分布に左右されることから、処理空間を複数の領域に分割し、各領域に向けて導入される処理ガスの流量を制御可能な基板処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記基板処理装置では、処理空間に面するシャワーヘッド内に分割された複数の領域のそれぞれに対応して複数のガス拡散室が設けられ、各ガス拡散室に供給された処理ガスが多数のガス穴を介して各領域へ導入されるが、各ガス拡散室へ供給される処理ガスの流量が調整されることにより、各領域に向けて導入される処理ガスの流量が制御される。
さらに、各領域において処理ガスを均等に分布させるためには、各ガス拡散室において処理ガスを均等に分布させるのが好ましく、そのために、各ガス拡散室へ処理ガスを供給するための複数のガス供給口を、当該ガス拡散室の中心に関して対称且つ均等に配置し、さらに、ガス供給源から各ガス供給口までの各ガス供給路の距離を同一にすることが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２では、図２４に示す、上下に貫通する複数のガス供給口２５０ａ，２５０ｂが均等に配置された板状のマニフォールド（ガス分配板）２５１を設け、マニフォールド２５１の上面に分岐するガス供給溝２５２ａ，２５２ｂを形成し、ガス供給溝２５２ａ，２５２ｂの各々において、ガス供給源（図示しない）との連通箇所２５３ａ，２５３ｂから各ガス供給口２５０ａ，２５０ｂまでの距離が同一に設定される。
これにより、各ガス供給口２５０ａから処理ガスを同一タイミング且つ同一圧力で供給することができるとともに、各ガス供給口２５０ｂから処理ガスを同一タイミング且つ同一圧力で供給することができる。
特開２００８−１１７４７７号公報 米国特許第 ７６７４３９４号公報
しかしながら、今後ウエハのさらなる大口径化が進み、さらに、プラズマ処理、例えば、ドライエッチング処理による加工の微細化が要求されるため、処理空間においてより均一にプラズマを分布させる必要がある。そのため、シャワーヘッドにおいてガス拡散室の数を増やして処理空間をより数多くの領域に分割する必要があるが、特許文献２では、複数のガス供給溝を１つのガス分配板に形成するため、各ガス供給溝同士の干渉等を考慮すると、形成可能なガス供給溝の数が限られる。その結果、ガス供給溝の各々に対応するガス拡散室の数を増やすことができず、処理空間においてより均一にプラズマを分布させることができないという問題がある。
本発明の目的は、処理空間においてより均一にプラズマを分布させることができるガス供給装置及び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記載のガス供給装置は、処理ガス供給源から処理空間へ処理ガスを供給し、且つ付加ガス供給源から前記処理空間へ付加ガスを供給するガス供給装置であって、前記処理空間に対向し且つ多数の貫通穴を有する対向板と、複数のガス分配板と、蓋板とを備え、前記対向板、前記複数のガス分配板、及び蓋板がこの順で積層され、最も前記対向板寄りの前記ガス分配板における前記対向板側の面には複数のガス拡散室が形成され、前記ガス分配板の各々には、前記処理ガス供給源から前記複数のガス拡散室の各々へ個別に前記処理ガスを供給するガス供給路、又は、前記付加ガス供給源から前記複数のガス拡散室の各々へ個別に前記付加ガスを供給する他のガス供給路が形成され、前記処理ガス供給源及び前記複数のガス拡散室の各々は、１つの前記処理ガス供給路のみで接続され、前記付加ガス供給源及び前記複数のガス拡散室の各々は、１つの前記他のガス供給路のみで接続され、前記ガス分配板の各々において、前記ガス供給路は複数の分岐路に分岐し、前記処理ガス供給源から各前記分岐路の先端までの距離は同一であり、又は、前記他のガス供給路は複数の他の分岐路に分岐し、前記付加ガス供給源から各前記他の分岐路の先端までの距離は同一であることを特徴とする。
請求項２記載のガス供給装置は、請求項１記載のガス供給装置において、各前記分岐路のコンダクタンスは同一であり、各前記他の分岐路のコンダクタンスは同一であることを特徴とする。
請求項３記載のガス供給装置は、請求項１又は２記載のガス供給装置において、前記ガス供給装置は前記処理空間を介して円板状の基板に対向し、前記複数のガス拡散室は複数の溝状空間を含み、前記複数の溝状空間は前記基板の外縁よりも外側に対向するように形成されることを特徴とする。
請求項４記載のガス供給装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス供給装置において、前記複数のガス分配板の各々は円板状部材からなり、前記複数のガス拡散室は、前記円板状部材の中心に形成された円板状空間と、該円板状空間と同心に形成された前記複数の溝状空間と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記載の基板処理装置は、処理空間へ基板を収容する処理室と、前記基板と対向するように配置されて処理ガス供給源から前記処理空間へ処理ガスを供給し、且つ付加ガス供給源から前記処理空間へ付加ガスを供給するガス供給装置とを備える基板処理装置であって、前記ガス供給装置は、前記処理空間に対向し且つ多数の貫通穴を有する対向板と、複数のガス分配板と、蓋板とを有し、前記対向板、前記複数のガス分配板、及び蓋板がこの順で積層され、最も前記対向板寄りの前記ガス分配板における前記対向板側の面には複数のガス拡散室が形成され、前記ガス分配板の各々には、前記処理ガス供給源から前記複数のガス拡散室の各々へ個別に前記処理ガスを供給するガス供給路、又は、前記付加ガス供給源から前記複数のガス拡散室の各々へ個別に前記付加ガスを供給する他のガス供給路が形成され、前記処理ガス供給源及び前記複数のガス拡散室の各々は、１つの前記処理ガス供給路のみで接続され、前記付加ガス供給源及び前記複数のガス拡散室の各々は、１つの前記他のガス供給路のみで接続され、前記ガス分配板の各々において、前記ガス供給路は複数の分岐路に分岐し、前記処理ガス供給源から各前記分岐路の先端までの距離は同一であり、又は、前記他のガス供給路は複数の他の分岐路に分岐し、前記付加ガス供給源から各前記他の分岐路の先端までの距離は同一であることを特徴とする。
本発明によれば、ガス分配板の各々には、ガス供給源からガス拡散室のいずれかへガスを供給するガス供給路が１つ形成されるので、ガス分配板を増やすことによってガス供給路を容易に増やすことができ、もって、ガス拡散室の数を増やして処理空間をより数多くの領域に分割することができる。また、ガス分配板の各々において、ガス供給路は複数の分岐路に分岐し、ガス供給源から各分岐路の先端までの距離は同一である。その結果、処理空間においてより均一にプラズマを分布させることができる。
本発明の実施の形態に係るガス供給装置を備え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の構成を概略的に示す斜視図である。 各ガス分配板、冷却板及び蓋板が積層された場合における各ガス供給路の配置の様子を示す平面図である。 最下層のガス分配板に形成された中央ガス拡散室、周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室の配置の様子を示す底面図である。 周縁ガス拡散室へ処理ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す平面図である。 図５におけるガス供給路の断面図である。 周縁ガス拡散室へ付加ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す平面図である。 最外ガス拡散室へ処理ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す平面図である。 最外ガス拡散室へ付加ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す平面図である。 周縁ガス拡散室へ処理ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す断面図である。 周縁ガス拡散室へ付加ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す断面図である。 最外ガス拡散室へ処理ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す断面図である。 最外ガス拡散室へ付加ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す断面図である。 最下層のガス分配板に形成された中央ガス拡散室、周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室の変形例の配置の様子を示す断面図である。 最下層のガス分配板に形成された中央ガス拡散室、周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室の変形例の配置の様子を示す底面図である。 本発明の実施の形態に係るガス供給装置の第１の変形例における周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室へ処理ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す平面図である。 第１の変形例における周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室へ付加ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す平面図である。 第１の変形例における周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室へ処理ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す断面図である。 第１の変形例における周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室へ付加ガスを供給するガス供給路の配置の様子を示す断面図である。 第１の変形例において各ガス分配板、冷却板及び蓋板が積層された場合における各ガス供給路の配置の様子を示す平面図である。 第１の変形例において最下層のガス分配板に形成された中央ガス拡散室、周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室の配置の様子を示す底面図である。 本発明の実施の形態に係るガス供給装置の第２の変形例における中央ガス拡散室、周縁ガス拡散室及び最外ガス拡散室の配置の様子を示す断面図である。 図２２における線Ａ−Ａに沿う断面図である。 従来のガス分配板の構成を概略的に示す平面図である。
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ガス供給装置を備え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ガス供給装置を備え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において、基板処理装置１０は、ウエハＷを収容するチャンバ１１（処理室）と、該チャンバ１１内の略中央に配置されてウエハＷを載置する略円柱状の載置台１２と、該載置台１２と対向するようにチャンバ１１の天井に配置されるシャワーヘッド１３（ガス供給装置）と、チャンバ１１内を排気する排気装置１４とを備える。
載置台１２は、導電体、例えば、アルミからなる円柱状の基部１５と、該基部１５の上面に配置される静電チャック１６と、基部１５の周りを覆う絶縁体からなるシールド１７を有する。また、静電チャック１６には直流電源１８に接続される静電電極板１９が内蔵されている。さらに、載置台１２は、静電チャック１６に静電吸着されるウエハＷの周りを囲むように配置される、半導体、例えば、シリコンからなるフォーカスリング２０と、該フォーカスリング２０の周りを囲む石英からなるシールドリング２１とを有する。
載置台１２の基部１５には給電棒２２、及び下の整合器２３を介して高周波電源２４が接続され、該高周波電源２４は基部１５へ高周波電力を供給し、載置台１２の周りには多数の貫通穴を有するリング板状の排気プレート２５が配置される。
シャワーヘッド１３は、外部の処理ガス源及び付加ガス源から処理ガス及び付加ガスを載置台１２及びシャワーヘッド１３の間の処理空間Ｓに導入する。シャワーヘッド１３の構成の詳細は後述する。
基板処理装置１０では、基部１５へ供給された高周波電力によって処理空間Ｓに生じる電界が、処理空間Ｓに導入された処理ガスを励起してプラズマを発生させ、該プラズマによってウエハＷに所定のプラズマ処理、例えば、ドライエッチング処理を施す。ウエハＷへ所定のプラズマ処理を施す際、排気装置１４はチャンバ１１内を減圧し、排気プレート２５は処理空間Ｓのプラズマが排気装置１４へ流入するのを防止する。
シャワーヘッド１３は、処理空間Ｓに対向し、多数の貫通ガス穴２６を有する対向板２７と、４つのガス分配板２８〜３１と、冷却板３２と、蓋板３３とを有する。対向板２７、ガス分配板２８〜３１、冷却板３２及び蓋板３３は全て外径が同一の円板状部材からなり、図２に示すように、シャワーヘッド１３においてこの順で積層される。
最も対向板２７寄りのガス分配板２８における対向板２７側の面（図１における下面）には、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６が形成される。図４に示すように、中央ガス拡散室３４はガス分配板２８の中心に形成された円板状空間からなり、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６は、中央ガス拡散室３４と同心に形成された２つの環溝状空間からなる。中央ガス拡散室３４及び周縁ガス拡散室３５の間には壁部３７が形成され、且つ周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６の間には壁部３８が形成されるため、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ供給された処理ガスや付加ガスが混合されることはない。また、図１に示すように、周縁ガス拡散室３５は載置台１２に載置されたウエハＷと対向するように形成され、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６は、ウエハＷに対向せず、フォーカスリング２０やシールドリング２１と対向するように形成される。
さらに、シャワーヘッド１３では、冷却板３２の内部には冷媒通路３２ａが設けられ、該冷媒通路３２ａ内を流れる冷媒によって冷却板３２、引いてはシャワーヘッド１３全体の温度が調整される。
シャワーヘッド１３には、処理ガス源に接続されて処理ガスを導入する処理ガス導入系３９と、付加ガス源に接続されて付加ガスを導入する付加ガス導入系４０とが接続される。処理ガス導入系３９において、処理ガス源に接続された配管４１は分流器４２によって２つの配管４３，４４に分岐され、配管４４はさらに２つの配管４４ａ，４４ｂに分岐される。配管４３，４４ａ，４４ｂはそれぞれ接続部４５ａ〜４５ｃを介して蓋板３３へ接続され、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ処理ガスを供給する。また、付加ガス導入系４０において、付加ガス源に接続された配管４６は３つの配管４６ａ〜４６ｃに分岐される。配管４６ａ〜４６ｃはそれぞれ接続部４７ａ〜４７ｃを介して蓋板３３へ接続され、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ付加ガスを供給する。
処理ガス導入系３９では、配管４４ｂにバルブ４８が配され、分流器４２による処理ガスの分配調整やバルブ４８の開閉によって中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ供給される処理ガスの流量が個別に調整される。中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ供給された処理ガスは対向板２７の各貫通ガス穴２６を介して処理空間Ｓへ導入されるが、上述したように、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ供給される処理ガスの流量が個別に調整されるので、処理空間Ｓにおける中央ガス拡散室３４に対向する部分（以下、「中央部分」という。）、周縁ガス拡散室３５に対向する部分（以下、「周縁部分」という。）、及び最外ガス拡散室３６に対向する部分（以下、「最外部分」という。）へ導入される処理ガスの流量も個別に制御される。すなわち、処理空間Ｓが３つの部分（中央部分、周縁部分、最外部分）に分割され、中央部分、周縁部分、最外部分へ導入される処理ガスの流量は個別に制御される。
付加ガス導入系４０では、配管４６ａにバルブ４９ａが配され、且つ配管４６ｃにバルブ４９ｃが配され、バルブ４９ａ，４９ｃの開閉によって中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ供給される付加ガスの流量が個別に調整される。中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ供給された付加ガスは対向板２７の各貫通ガス穴２６を介して処理空間Ｓへ導入されるが、上述したように、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６へ供給される付加ガスの流量が個別に調整されるので、処理空間Ｓにおける中央部分、周縁部分、及び最外部分へ導入される付加ガスの流量も個別に制御される。すなわち、付加ガスに関しても、処理空間Ｓにおける中央部分、周縁部分、最外部分へ導入される付加ガスの流量が個別に制御される。
シャワーヘッド１３では、接続部４５ａ及び接続部４７ａが蓋板３３の略中央に配置され、接続部４５ａ及び接続部４７ａの各々から中央ガス拡散室３４に向けて該シャワーヘッド１３を厚み方向に貫通する垂直ガス供給路５０，５１が形成される。垂直ガス供給路５０，５１の各々は、図４に示すように、中央ガス拡散室３４の略中央に開口するので、垂直ガス供給路５０，５１を介して中央ガス拡散室３４へ供給される処理ガス及び付加ガスは中央ガス拡散室３４において均等に自由拡散して分布する。その結果、中央ガス拡散室３４に対応する各貫通ガス穴２６から処理空間Ｓの中央部分へ均等に処理ガス及び付加ガスが導入されるため、該中央部分において処理ガスや付加ガスを均等に分布させ、さらには、プラズマを均一に分布させることができる。
また、シャワーヘッド１３のガス分配板２８〜３１のそれぞれには、周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６へ処理ガス又は付加ガスを分配して供給するガス供給路が１つずつ形成される。
具体的には、ガス分配板３１には、図５や図１０に示すように、蓋板３３側の面（図１０における上面）において、接続部４５ｂを介して導入された処理ガスを周縁ガス拡散室３５へ分配して供給するガス供給路５２が形成される。ガス分配板３０には、図７や図１１に示すように、蓋板３３側の面（図１１における上面）において、接続部４７ｂを介して導入された付加ガスを周縁ガス拡散室３５へ分配して供給するガス供給路５３が形成される。ガス分配板２９には、図８や図１２に示すように、蓋板３３側の面（図１２における上面）において、接続部４５ｃを介して導入された処理ガスを最外ガス拡散室３６へ分配して供給するガス供給路５４が形成される。また、ガス分配板２８には、図９や図１３に示すように、蓋板３３側の面（図１３における上面）において、接続部４７ｃを介して導入された付加ガスを最外ガス拡散室３６へ分配して供給するガス供給路５５が形成される。すなわち、１つのガス分配板に１つのガス供給路が形成される。なお、図５，７〜１３では説明を簡単にするために一部の形状が省略され、各ガス供給路５２〜５５の断面は、図６に示すように、Ｕ字形状を呈し、幅及び深さはそれぞれ５〜１０ｍｍに設定される。
より、具体的には、周縁ガス拡散室３５へ供給される処理ガスに関し、シャワーヘッド１３では、接続部４５ｂから蓋板３３及び冷却板３２を厚み方向に貫通し、且つガス供給路５２の端部である連通箇所５２ａに連通する垂直ガス供給路５６が形成される。また、ガス供給路５２からガス分配板２８〜３１を厚み方向に貫通して周縁ガス拡散室３５（図５において破線で示す。）に開口する４つの垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄが形成される。４つの垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄは、周縁ガス拡散室３５の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される。
ガス供給路５２はガス分配板３１の上面において連通箇所５２ａから各垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄへ向けて各分岐路５２ｂ〜５２ｅに分岐し、各分岐路５２ｂ〜５２ｅの先端において各垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄが開口する。シャワーヘッド１３では、連通箇所５２ａから各分岐路５２ｂ〜５２ｅの先端までの距離が同一に設定されるので、接続部４５ｂから各垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄの周縁ガス拡散室３５における開口部までの距離は同一となる。また、シャワーヘッド１３では、垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄの断面積は同一に設定され、且つ分岐路５２ｂ〜５２ｅの断面積も同一に設定されるため、接続部４５ｂから各垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄの周縁ガス拡散室３５における開口部までのコンダクタンスも同一となる。
その結果、周縁ガス拡散室３５において各垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄの開口部から供給される処理ガスの流量、圧力及びタイミングが同一となり、これにより、周縁ガス拡散室３５において処理ガスが均等に分布する。
なお、図５において、ガス供給路５２は平面視Ｈ字状に分岐するが、ガス供給路５２の分岐形態はこれに限られず、連通箇所５２ａから各分岐路５２ｂ〜５２ｅの先端までの距離が同一であれば、いずれの形態で形成されてもよい。
周縁ガス拡散室３５へ供給される付加ガスに関し、シャワーヘッド１３では、接続部４７ｂから蓋板３３、冷却板３２及びガス分配板３１を厚み方向に貫通し、且つガス供給路５３の端部である連通箇所５３ａに連通する垂直ガス供給路５８が形成される。また、ガス供給路５３からガス分配板２８〜３０を厚み方向に貫通して周縁ガス拡散室３５（図７において破線で示す。）に開口する４つの垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄが形成される。４つの垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄは、周縁ガス拡散室３５の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される。
ガス供給路５３はガス分配板３０の上面において連通箇所５３ａから各垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄへ向けて各分岐路５３ｂ〜５３ｅに分岐し、各分岐路５３ｂ〜５３ｅの先端において各垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄが開口する。シャワーヘッド１３では、連通箇所５３ａから各分岐路５３ｂ〜５３ｅの先端までの距離が同一に設定されるので、接続部４７ｂから各垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄの周縁ガス拡散室３５における開口部までの距離は同一となる。また、シャワーヘッド１３では、垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄの断面積は同一に設定され、且つ分岐路５３ｂ〜５３ｅの断面積も同一に設定されるため、接続部４７ｂから各垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄの周縁ガス拡散室３５における開口部までのコンダクタンスも同一となる。
その結果、周縁ガス拡散室３５において各垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄの開口部から供給される付加ガスの流量、圧力及びタイミングが同一となり、これにより、周縁ガス拡散室３５において付加ガスが均等に分布する。
なお、図７において、ガス供給路５３は平面視Ｈ字状に分岐するが、ガス供給路５３の分岐形態はこれに限られず、連通箇所５３ａから各分岐路５３ｂ〜５３ｅの先端までの距離が同一であれば、いずれの形態で形成されてもよい。
最外ガス拡散室３６へ供給される処理ガスに関し、シャワーヘッド１３では、接続部４５ｃから蓋板３３、冷却板３２及びガス分配板３１，３０を厚み方向に貫通し、且つガス供給路５４の端部である連通箇所５４ａに連通する垂直ガス供給路６０が形成される。また、ガス供給路５４からガス分配板２８，２９を厚み方向に貫通して最外ガス拡散室３６（図８において破線で示す。）に開口する４つの垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄが形成される。４つの垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄは、最外ガス拡散室３６の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される。
ガス供給路５４はガス分配板２９の上面において連通箇所５４ａから各垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄへ向けて各分岐路５４ｂ〜５４ｅに分岐し、各分岐路５４ｂ〜５４ｅの先端において各垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄが開口する。シャワーヘッド１３では、連通箇所５４ａから各分岐路５４ｂ〜５４ｅの先端までの距離が同一に設定されるので、接続部４５ｃから各垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄの最外ガス拡散室３６における開口部までの距離は同一となる。また、シャワーヘッド１３では、垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄの断面積は同一に設定され、且つ分岐路５４ｂ〜５４ｅの断面積も同一に設定されるため、接続部４５ｃから各垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄの最外ガス拡散室３６における開口部までのコンダクタンスも同一となる。
その結果、最外ガス拡散室３６において各垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄの開口部から供給される処理ガスの流量、圧力及びタイミングが同一となり、これにより、最外ガス拡散室３６において処理ガスが均等に分布する。
なお、図８において、ガス供給路５４は平面視Ｈ字状に分岐するが、ガス供給路５４の分岐形態はこれに限られず、連通箇所５４ａから各分岐路５４ｂ〜５４ｅの先端までの距離が同一であれば、いずれの形態で形成されてもよい。
また、最外ガス拡散室３６へ供給される付加ガスに関し、シャワーヘッド１３では、接続部４７ｃから蓋板３３、冷却板３２及びガス分配板３１〜２９を厚み方向に貫通し、且つガス供給路５５の端部である連通箇所５５ａに連通する垂直ガス供給路６２が形成される。また、ガス供給路５５からガス分配板２８を厚み方向に貫通して最外ガス拡散室３６（図９において破線で示す。）に開口する４つの垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄが形成される。４つの垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄは、最外ガス拡散室３６の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される。
ガス供給路５５はガス分配板２８の上面において連通箇所５５ａから各垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄへ向けて各分岐路５５ｂ〜５５ｅに分岐し、各分岐路５５ｂ〜５５ｅの先端において各垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄが開口する。シャワーヘッド１３では、連通箇所５５ａから各分岐路５５ｂ〜５５ｅの先端までの距離が同一に設定されるので、接続部４７ｃから各垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄの最外ガス拡散室３６における開口部までの距離は同一となる。また、シャワーヘッド１３では、垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄの断面積は同一に設定され、且つ分岐路５５ｂ〜５５ｅの断面積も同一に設定されるため、接続部４７ｃから各垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄの最外ガス拡散室３６における開口部までのコンダクタンスも同一となる。
その結果、最外ガス拡散室３６において各垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄの開口部から供給される付加ガスの流量、圧力及びタイミングが同一となり、これにより、最外ガス拡散室３６において付加ガスが均等に分布する。
なお、図９において、ガス供給路５５は平面視Ｈ字状に分岐するが、ガス供給路５５の分岐形態はこれに限られず、連通箇所５５ａから各分岐路５５ｂ〜５５ｅの先端までの距離が同一であれば、いずれの形態で形成されてもよい。
本実施の形態に係るガス供給装置としてのシャワーヘッド１３によれば、ガス分配板２８〜３１の各々には、処理ガス供給源や付加ガス供給源から周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６のいずれかへ処理ガス又は付加ガスを供給する１つのガス供給路５２（５３，５４又は５５）が形成される、すなわち、１つのガス分配板に１つのガス供給路が形成されるので、図３に示すように、ガス分配板２８〜３１、冷却板３２及び蓋板３３が積層されてガス供給路５２〜５５の配置箇所が平面視において重なった場合であっても、ガス供給路５２〜５５の各々は、他のガス供給路から独立して処理ガスや付加ガスを周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６へ供給することができる。換言すれば、シャワーヘッド１３では、各ガス供給路同士の干渉等を考慮する必要がないので、ガス分配板を増やすことによってガス供給路を容易に増やすことができ、もって、ガス拡散室の数を増やして処理空間Ｓをより数多くの領域に分割することができる。
また、接続部４５ｂから各垂直ガス供給路５７ａ〜５７ｄの周縁ガス拡散室３５における開口部までのコンダクタンスも同一とされ、接続部４７ｂから各垂直ガス供給路５９ａ〜５９ｄの周縁ガス拡散室３５における開口部までのコンダクタンスも同一とされる。さらに、接続部４５ｃから各垂直ガス供給路６１ａ〜６１ｄの最外ガス拡散室３６における開口部までのコンダクタンスも同一とされ、接続部４７ｃから各垂直ガス供給路６３ａ〜６３ｄの最外ガス拡散室３６における開口部までのコンダクタンスも同一とされる。その結果、周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６において処理ガスや付加ガスが均等に分布する。その結果、処理空間Ｓにおける周縁部分や最外部分へ均等に処理ガス及び付加ガスが導入され、処理空間Ｓにおいてより均一にプラズマを分布させることができる。
上述したシャワーヘッド１３の複数のガス拡散室は、円板状部材であるガス分配板２８の中心に形成された円板状空間の中央ガス拡散室３４と、該中央ガス拡散室３４と同心に形成された２つの環溝状空間である周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６とからなる。よって、処理ガスや付加ガスは中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６を介して処理空間Ｓへ対称に導入され、処理ガスや付加ガスから生成されるプラズマを処理空間においてより確実に均一に分布させることができる。
また、上述したシャワーヘッド１３では、周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６は、ウエハＷの外縁よりも外側に位置するフォーカスリング２０やシールドリング２１と対向するように形成される。これにより、周縁ガス拡散室３５だけでなく最外ガス拡散室３６から導入される処理ガスや付加ガスの流量を制御することによってウエハＷの外縁近傍において導入される処理ガスや付加ガスの分布を細かく制御することができ、もって、ウエハＷの外縁近傍におけるプラズマの分布をより詳細に制御することができる。
さらに、上述したシャワーヘッド１３では、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６へ個別に付加ガスが供給されるので、付加ガスの影響を処理空間Ｓにおける中央部分、周縁部分及び最外部分毎に制御することができ、もって、処理空間Ｓにおいてプラズマの分布をより詳細に制御することができる。
上述したシャワーヘッド１３では、各ガス分配板２８〜３１に対応する垂直ガス供給路の数は４であったが、周縁ガス拡散室３５又は最外ガス拡散室３６における各垂直ガス供給路の開口部が周縁ガス拡散室３５又は最外ガス拡散室３６の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置されれば、垂直ガス供給路の数はこれに限られない。また、ガス分配板２８〜３１はこの順に積層されなくてもよく、各垂直ガス供給路５６，５７ａ〜５７ｄ，５８，５９ａ〜５９ｄ，６０，６１ａ〜６１ｄ，６２，６３ａ〜６３ｄが干渉しない限り、ガス分配板２８〜３１の積層順序は変更することができる。
さらに、上述したシャワーヘッド１３では、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６がそれぞれ１つの空間からなるが、例えば、図１４及び図１５に示すように、ガス分配板２８の下面に多数の環溝状空間６４を同心状に形成し、各環溝状空間６４を中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６の各々に割り当ててもよい。例えば、図１４及び図１５では、内側の６本の環溝状空間６４が中央ガス拡散室３４を構成し、中央ガス拡散室３４の外側の３本の環溝状空間６４が周縁ガス拡散室３５を構成し、且つ最外周の１本の環溝状空間６４が最外ガス拡散室３６を構成する。なお、図１４では、ガス供給路５５が省略されている。
以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上述したシャワーヘッド１３では、１つのガス分配板に１つのガス供給路が形成されたが、１つのガス分配板に２つのガス供給路が形成されてもよい。具体的には、シャワーヘッド７１が、下から順に積層された対向板２７、円板状部材からなる２つのガス分配板６５，６６、冷却板３２及び蓋板３３からなり、ガス分配板６５には、ガス分配板２８と同様に、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６が形成される。ガス分配板６６には、図１６や図１８に示すように、蓋板３３側の面（図１８における上面）において、接続部４５ｂを介して導入された処理ガスを周縁ガス拡散室３５へ分配して供給するガス供給路６７が形成されるとともに、接続部４５ｃを介して導入された処理ガスを最外ガス拡散室３６へ分配して供給するガス供給路６８が形成される。また、ガス分配板６５には、図１７や図１９に示すように、蓋板３３側の面（図１９における上面）において、接続部４７ｂを介して導入された付加ガスを周縁ガス拡散室３５へ分配して供給するガス供給路６９が形成される。さらに、ガス分散板６５には、接続部４７ｃを介して導入された付加ガスを最外ガス拡散室３６へ分配して供給するガス供給路７０が形成される。なお、図１６〜１９では説明を簡単にするために一部の形状が省略される。
より、具体的には、周縁ガス拡散室３５へ供給される処理ガスに関し、シャワーヘッド７１では、接続部４５ｂからガス供給路６７の端部である連通箇所６７ａに連通する垂直ガス供給路７２が形成される。また、ガス供給路６７からガス分配板６５，６６を厚み方向に貫通して周縁ガス拡散室３５（図１６において破線で示す。）に開口する２つの垂直ガス供給路７３ａ，７３ｂが形成される。２つの垂直ガス供給路７３ａ，７３ｂは、周縁ガス拡散室３５の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される（図２１参照。）。
ガス供給路６７はガス分配板６６の上面において連通箇所６７ａから各垂直ガス供給路７３ａ，７３ｂへ向けて各分岐路６７ｂ，６７ｃに分岐し、各分岐路６７ｂ，６７ｃの先端において各垂直ガス供給路７３ａ，７３ｂが開口する。シャワーヘッド７１では、連通箇所６７ａから各分岐路６７ｂ，６７ｃの先端までの距離が同一に設定され、垂直ガス供給路７３ａ，７３ｂの断面積は同一に設定され、且つ分岐路６７ｂ，６７ｃの断面積も同一に設定されるため、接続部４５ｂから各垂直ガス供給路７３ａ，７３ｂの周縁ガス拡散室３５における開口部までのコンダクタンスは同一となる。
また、最外ガス拡散室３６へ供給される処理ガスに関し、シャワーヘッド７１では、接続部４５ｃからガス供給路６８の端部である連通箇所６８ａに連通する垂直ガス供給路７４が形成される。また、ガス供給路６８からガス分配板６５，６６を厚み方向に貫通して最外ガス拡散室３６（図１６において破線で示す。）に開口する２つの垂直ガス供給路７５ａ，７５ｂが形成される。２つの垂直ガス供給路７５ａ，７５ｂは、最外ガス拡散室３６の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される（図２１参照。）。
ガス供給路６８はガス分配板６６の上面において連通箇所６８ａから各垂直ガス供給路７５ａ，７５ｂへ向けて各分岐路６８ｂ，６８ｃに分岐し、各分岐路６８ｂ，６８ｃの先端において各垂直ガス供給路７５ａ，７５ｂが開口する。シャワーヘッド７１では、連通箇所６８ａから各分岐路６８ｂ，６８ｃの先端までの距離が同一に設定され、垂直ガス供給路７５ａ，７５ｂの断面積は同一に設定され、且つ分岐路６８ｂ，６８ｃの断面積も同一に設定されるため、接続部４５ｃから各垂直ガス供給路７５ａ，７５ｂの最外ガス拡散室３６における開口部までのコンダクタンスは同一となる。
なお、図１６において、ガス供給路６７は平面視Ｖ字状に分岐し、ガス供給路６８も平面視Ｖ字状に分岐するが、ガス供給路６７，６８の分岐形態はこれに限られず、連通箇所６７ａから各分岐路６７ｂ，６７ｃの先端までの距離が同一であり、また、連通箇所６８ａから各分岐路６８ｂ，６８ｃの先端までの距離が同一であれば、いずれの形態で形成されてもよい。
また、周縁ガス拡散室３５へ供給される付加ガスに関し、シャワーヘッド７１では、接続部４７ｂからガス供給路６９の端部である連通箇所６９ａに連通する垂直ガス供給路７６が形成され、また、ガス供給路６９からガス分配板６５を厚み方向に貫通して周縁ガス拡散室３５（図１７において破線で示す。）に開口する２つの垂直ガス供給路７７ａ，７７ｂが形成される。２つの垂直ガス供給路７７ａ，７７ｂは、周縁ガス拡散室３５の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される（図２１参照。）。ガス供給路６９はガス分配板６５の上面において連通箇所６９ａから各垂直ガス供給路７７ａ，７７ｂへ向けて各分岐路６９ｂ，６９ｃに分岐し、各分岐路６９ｂ，６９ｃの先端において各垂直ガス供給路７７ａ，７７ｂが開口する。シャワーヘッド７１では、連通箇所６９ａから各分岐路６９ｂ，６９ｃの先端までの距離が同一に設定される。また、垂直ガス供給路７７ａ，７７ｂの断面積は同一に設定され、且つ分岐路６９ｂ，６９ｃの断面積も同一に設定される。その結果、接続部４７ｂから各垂直ガス供給路７７ａ，７７ｂの周縁ガス拡散室３５における開口部までのコンダクタンスは同一となる。
また、最外ガス拡散室３６へ供給される付加ガスに関し、シャワーヘッド７１では、接続部４７ｃからガス供給路７０の端部である連通箇所７０ａに連通する垂直ガス供給路７８が形成される。また、ガス供給路７０からガス分配板６５を厚み方向に貫通して最外ガス拡散室３６（図１７において破線で示す。）に開口する２つの垂直ガス供給路７９ａ，７９ｂが形成される。２つの垂直ガス供給路７９ａ，７９ｂは、最外ガス拡散室３６の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される（図２１参照。）。
ガス供給路７０はガス分配板６５の上面において連通箇所７０ａから各垂直ガス供給路７９ａ，７９ｂへ向けて各分岐路７０ｂ，７０ｃに分岐し、各分岐路７０ｂ，７０ｃの先端において各垂直ガス供給路７９ａ，７９ｂが開口する。シャワーヘッド７１では、連通箇所７０ａから各分岐路７０ｂ，７０ｃの先端までの距離が同一に設定され、垂直ガス供給路７９ａ，７９ｂの断面積は同一に設定される。また、分岐路７０ｂ，７０ｃの断面積も同一に設定される。したがって、接続部４７ｃから各垂直ガス供給路７９ａ，７９ｂの最外ガス拡散室３６における開口部までのコンダクタンスは同一となる。
なお、図１７において、ガス供給路６９は平面視Ｖ字状に分岐し、ガス供給路７０も平面視Ｖ字状に分岐するが、ガス供給路６９，７０の分岐形態はこれに限られず、連通箇所６９ａから各分岐路６９ｂ，６９ｃの先端までの距離が同一であり、また、連通箇所７０ａから各分岐路７０ｂ，７０ｃの先端までの距離が同一であれば、いずれの形態で形成されてもよい。
シャワーヘッド７１では、１つのガス分配板に２つのガス供給路が形成されるが、当該ガス分配板を複数積層することにより、図２０に示すように、ガス分配板６５，６６、冷却板３２及び蓋板３３が積層されてガス供給路６７〜７０の配置箇所が平面視において重なった場合であっても、各ガス供給路６７〜７０同士の干渉等を考慮する必要がない。よって、ガス分配板を増やすことによってガス供給路を容易に増やすことができ、ガス拡散室の数を増やして処理空間Ｓをより数多くの領域に分割することができる。
上述したシャワーヘッド１３やシャワーヘッド７１では、ガス分配板に形成されたガス供給路を用いて周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６へ均等に処理ガスや付加ガスを供給することにより、周縁ガス拡散室３５や最外ガス拡散室３６において処理ガスや付加ガスを均等に分布させたが、上下に配置されて互いに連通する２つのガス拡散室を設けることにより、各ガス拡散室において処理ガスや付加ガスを均等に分布させてもよい。
具体的には、図２２や図２３に示すように、シャワーヘッド８０が、下から順に積層された対向板２７、円板状部材からなる２つのガス分配板８１，８２、冷却板３２及び蓋板３３からなる。ガス分配板８１には、ガス分配板２８と同様に、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６が形成される。また、ガス分配板８２にも、ガス分配板８１と同様に、中央ガス拡散室３４、周縁ガス拡散室３５及び最外ガス拡散室３６が形成される。
ガス分配板８１の中央ガス拡散室３４（以下、「下の中央ガス拡散室３４」という。）及びガス分配板８２の中央ガス拡散室３４（以下、「上の中央ガス拡散室３４」という。）は、各中央ガス拡散室３４の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される複数の垂直ガス供給穴８３によって連通する。また、ガス分配板８１の周縁ガス拡散室３５（以下、「下の周縁ガス拡散室３５」という。）及びガス分配板８２の周縁ガス拡散室３５（以下、「上の周縁ガス拡散室３５」という。）は、各周縁ガス拡散室３５の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される複数の垂直ガス供給穴８４によって連通する。さらに、ガス分配板８１の最外ガス拡散室３６（以下、「下の最外ガス拡散室３６」という。）及びガス分配板８２の最外ガス拡散室３６（以下、「上の最外ガス拡散室３６」という。）は、各最外ガス拡散室３６の中心に関して対称に配置され、且つ周方向に均等に配置される複数の垂直ガス供給穴８５によって連通する。
シャワーヘッド８０では、上の中央ガス拡散室３４に供給された処理ガスや付加ガスが自由拡散によって上の中央ガス拡散室３４においてある程度均等に分布した後、周方向に均等に分布する垂直ガス供給穴８３によって下の中央ガス拡散室３４へ供給される。また、下の中央ガス拡散室３４に供給された処理ガスや付加ガスはさらなる自由拡散によって下の中央ガス拡散室３４において均等に分布する。上の周縁ガス拡散室３５に供給された処理ガスや付加ガスが自由拡散によって上の周縁ガス拡散室３５においてある程度均等に分布した後、周方向に均等に分布する垂直ガス供給穴８４によって下の周縁ガス拡散室３５へ供給される。また、下の周縁ガス拡散室３５に供給された処理ガスや付加ガスはさらなる自由拡散によって下の周縁ガス拡散室３５において均等に分布する。上の最外ガス拡散室３６に供給された処理ガスや付加ガスが自由拡散によって上の最外ガス拡散室３６においてある程度均等に分布した後、周方向に均等に分布する垂直ガス供給穴８５によって下の最外ガス拡散室３６へ供給される。また、下の最外ガス拡散室３６に供給された処理ガスや付加ガスはさらなる自由拡散によって下の最外ガス拡散室３６において均等に分布する。すなわち、シャワーヘッド８０では、処理ガスや付加ガスが自由拡散を２回行うため、各ガス拡散室（下の中央ガス拡散室３４、下の周縁ガス拡散室３５、下の最外ガス拡散室３６）において処理ガスや付加ガスを均等に分布させることができる。
Ｓ 処理空間
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理装置
１１ チャンバ
１３，７１，８０ シャワーヘッド
２８〜３１，６５，６６，８１，８２ ガス分配板
３４ 中央ガス拡散室
３５ 周縁ガス拡散室
３６ 最外ガス拡散室
３９ 処理ガス導入系
４０ 付加ガス導入系
５２〜５５，６７〜７０ ガス供給路

Claims (5)

  1. 処理ガス供給源から処理空間へ処理ガスを供給し、且つ付加ガス供給源から前記処理空間へ付加ガスを供給するガス供給装置であって、
    前記処理空間に対向し且つ多数の貫通穴を有する対向板と、複数のガス分配板と、蓋板とを備え、
    前記対向板、前記複数のガス分配板、及び蓋板がこの順で積層され、
    最も前記対向板寄りの前記ガス分配板における前記対向板側の面には複数のガス拡散室が形成され、
    前記ガス分配板の各々には、前記処理ガス供給源から前記複数のガス拡散室の各々へ個別に前記処理ガスを供給するガス供給路、又は、前記付加ガス供給源から前記複数のガス拡散室の各々へ個別に前記付加ガスを供給する他のガス供給路が形成され、
    前記処理ガス供給源及び前記複数のガス拡散室の各々は、１つの前記処理ガス供給路のみで接続され、前記付加ガス供給源及び前記複数のガス拡散室の各々は、１つの前記他のガス供給路のみで接続され、
    前記ガス分配板の各々において、前記ガス供給路は複数の分岐路に分岐し、前記処理ガス供給源から各前記分岐路の先端までの距離は同一であり、又は、前記他のガス供給路は複数の他の分岐路に分岐し、前記付加ガス供給源から各前記他の分岐路の先端までの距離は同一であることを特徴とするガス供給装置。
  2. 各前記分岐路のコンダクタンスは同一であり、各前記他の分岐路のコンダクタンスは同一であることを特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
  3. 前記ガス供給装置は前記処理空間を介して円板状の基板に対向し、
    前記複数のガス拡散室は複数の溝状空間を含み、
    前記複数の溝状空間は前記基板の外縁よりも外側に対向するように形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のガス供給装置。
  4. 前記複数のガス分配板の各々は円板状部材からなり、前記複数のガス拡散室は、前記円板状部材の中心に形成された円板状空間と、該円板状空間と同心に形成された前記複数の溝状空間と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項に記載のガス供給装置。
  5. 処理空間へ基板を収容する処理室と、前記基板と対向するように配置されて処理ガス供給源から前記処理空間へ処理ガスを供給し、且つ付加ガス供給源から前記処理空間へ付加ガスを供給するガス供給装置とを備える基板処理装置であって、
    前記ガス供給装置は、前記処理空間に対向し且つ多数の貫通穴を有する対向板と、複数のガス分配板と、蓋板とを有し、
    前記対向板、前記複数のガス分配板、及び蓋板がこの順で積層され、
    最も前記対向板寄りの前記ガス分配板における前記対向板側の面には複数のガス拡散室が形成され、
    前記ガス分配板の各々には、前記処理ガス供給源から前記複数のガス拡散室の各々へ個別に前記処理ガスを供給するガス供給路、又は、前記付加ガス供給源から前記複数のガス拡散室の各々へ個別に前記付加ガスを供給する他のガス供給路が形成され、
    前記処理ガス供給源及び前記複数のガス拡散室の各々は、１つの前記処理ガス供給路のみで接続され、前記付加ガス供給源及び前記複数のガス拡散室の各々は、１つの前記他のガス供給路のみで接続され、
    前記ガス分配板の各々において、前記ガス供給路は複数の分岐路に分岐し、前記処理ガス供給源から各前記分岐路の先端までの距離は同一であり、又は、前記他のガス供給路は複数の他の分岐路に分岐し、前記付加ガス供給源から各前記他の分岐路の先端までの距離は同一であることを特徴とする基板処理装置。
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