JP7126431B2 - シャワーヘッドおよびガス処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、シャワーヘッドおよびガス処理装置に関する。
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の所定の膜にプラズマエッチング等のプラズマ処理を行う工程が存在する。このような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（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：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いるが、基板の大型化にともない、近時、金属窓を用い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）。特許文献１では、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し、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、処理ガスをチャンバー内に導入する。このような装置によりプラズマエッチングを行う場合には、Ｃｌ２ガスのような腐食性の高いガスが用いられる。
特開２０１６－２２５０１８号公報
本開示は、高腐食性の処理ガスを用いても腐食を抑制することができるシャワーヘッドおよびガス処理装置を提供する。
本開示の一態様に係るシャワーヘッドは、基板にガス処理を施すガス処理装置において、基板が配置されるチャンバー内に、腐食性の処理ガスを供給するシャワーヘッドであって、ベース部材と、処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、前記ベース部材と前記シャワープレートの間の一部に設けられ、前記処理ガスが導入され、前記複数のガス吐出孔に連通するガス拡散空間と、を備え、前記シャワープレートは、基材が金属で構成され、前記シャワープレートの前記ガス拡散空間および前記ガス吐出孔に面した部分は、耐食性金属材または耐食性皮膜で覆われており、前記ベース部材は、アルミニウムまたはアルミニウム含有合金で構成された基材と、前記ガス拡散空間に面した部分に前記基材を覆うように設けられた、耐食性金属材で構成されたカバー部材とを有し、前記ベース部材および前記シャワープレートの、前記ガス拡散空間よりも外側の部分が接触し、シール部材でシールされた状態で固定されており、前記カバー部材の端部には、前記シャワープレートの表面に接触しない状態で折り曲げられた折り曲げ部が形成され、前記シール部材は、前記シャワープレートの前記耐食性金属材または耐食性皮膜に接触し、かつ前記折り曲げ部により押し付けられた状態で保持される。
本開示によれば、高腐食性の処理ガスを用いても腐食を抑制することができるシャワーヘッドおよびガス処理装置が提供される。
一実施形態に係るシャワーヘッドが適用されたプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。 シャワーヘッドの第１の例を示す断面図である。 シャワーヘッドの第２の例を示す断面図である。 シャワーヘッドの第３の例を示す断面図である。 シャワーヘッドの第４の例を示す断面図である。 シャワーヘッドの第５の例を示す断面図である。 シャワーヘッドの第６の例を示す断面図である。 シャワーヘッドの第７の例を示す断面図である。 シャワーヘッドの第８の例を示す断面図である。
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
＜プラズマ処理装置＞
最初に、一実施形態に係るシャワーヘッドが適用されたプラズマ処理装置について説明する。図１は、一実施形態に係るシャワーヘッドが適用されたプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。
図１に示すプラズマ処理装置は、誘導結合プラズマ処理装置として構成され、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金属膜のエッチングに好適に用いることができる。
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により上下に区画されており、上側がアンテナ室を画成するアンテナ容器３となっており、下側が処理室を画成するチャンバー（処理容器）４となっている。シャワーヘッド２は金属窓として機能し、チャンバー４の天壁を構成する。
アンテナ容器３の側壁３ａとチャンバー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は絶縁部材７を介して複数に分割されて構成されている。そして、複数に分割されたシャワーヘッド２の分割部分は、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。なお、支持梁６を設ける代わりに、シャワーヘッド２を複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井から吊り下げるようにしてもよい。
金属窓となるシャワーヘッド２の各分割部５０は、後述するように、基材が非磁性体の金属で構成され、ベース部材５２と、複数のガス吐出孔５４を有するシャワープレート５３と、ベース部材５２とシャワープレート５３との間の一部に設けられた箱型のガス拡散空間５１とを有している。ベース部材５２の中央部に凹部を有し、ベース部材５２の凹部の外側部分とシャワープレート５３とがネジ止めされ、ベース部材５２の凹部とシャワープレート５３に囲まれた領域がガス拡散空間５１となる。ガス拡散空間５１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導入される。ガス拡散空間５１は複数のガス吐出孔５４に連通し、ガス拡散空間５１から複数のガス吐出孔５４を介して処理ガスが吐出される。
シャワーヘッド２の上のアンテナ容器３内には、シャワーヘッド２のチャンバー４側とは反対側の面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は導電性材料、例えば銅などからなり、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、例えば渦巻き状に形成される。また、環状に形成されていてもよく、アンテナ線は一本でも複数本でもよい。
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。これにより、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、チャンバー４内に誘導電界が形成される。そして、この誘導電界により、チャンバー４内のシャワーヘッド２直下のプラズマ生成空間Ｓにおいて、シャワーヘッド２から供給された処理ガスがプラズマ化され、誘導結合プラズマが生成される。すなわち、高周波アンテナ１３および第１の高周波電源１８がプラズマ生成機構として機能する。
チャンバー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。この第２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、チャンバー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。
チャンバー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、チャンバー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、チャンバー４内が排気され、プラズマ処理中、チャンバー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は、さらに制御部１００を有している。制御部１００は、コンピュータからなり、プラズマ処理装置の各構成部を制御するＣＰＵからなる主制御部と、入力装置と、出力装置と、表示装置と、記憶装置とを有している。記憶装置には、プラズマ処理装置で実行される各種処理のパラメータが記憶されており、また、プラズマ処理装置で実行される処理を制御す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媒体がセットされるようになっている。主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいてプラズマ処理装置に所定の処理を実行させるように制御する。
＜シャワーヘッド＞
次に、一実施形態に係るシャワーヘッド２についてさらに詳細に説明する。
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。チャンバー４の天壁として１枚の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、すなわちチャンバー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チャンバー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で複数に分割された構造とする。
シャワーヘッド２の分割部５０は、ベース部材５２の基材およびシャワープレート５３の基材が非磁性の金属で構成され、少なくともベース部材５２の基材は、例えばアルミニウム（またはアルミニウム含有合金）で構成されている。ベース部材５２とシャワープレート５３との間は、シール部材（図１では図示せず）でシールされている。
シャワーヘッド２の処理ガスに接触する部分、すなわち、分割部５０のベース部材５２のガス拡散空間５１に面した部分、ならびにシャワープレート５３のガス拡散空間５１およびガス吐出孔５４に面した部分は、ガス拡散空間５１に導入される処理ガスと接触しても腐食されない程度の耐食性を備える耐食性金属材または耐食性皮膜で覆われている。また、シール部材は、処理ガスがベース部材５２の基材およびシャワープレート５３の基材に直接接触しないように設けられている。
以下にシャワーヘッド２（分割部５０）のいくつかの具体例について説明する。
［第１の例］
図２は、シャワーヘッド２（分割部５０）の第１の例を示す断面図である。本例では、ベース部材５２の基材６１およびシャワープレート５３の基材７１はいずれもアルミニウム製である。アルミニウム材としては表面が陽極酸化処理したものを用いることが好ましい。
ベース部材５２は、ガス拡散空間５１に面した部分に、基材６１を覆うように設けられた、耐食性金属で構成されたカバー部材６２を有している。カバー部材６２は、ガス拡散空間５１に沿った箱型形状をなしている。カバー部材６２を構成する耐食性金属としては、ステンレス鋼やハステロイ等のニッケル基合金等、ニッケル含有金属が好適である。チタン等の他の耐食性金属を用いることもできる。
シャワープレート５３は、ガス吐出孔５４に面した部分に設けられた複数のスリーブ７２と、ガス拡散空間５１に面した部分に設けられた耐食性皮膜７３と、プラズマ生成空間Ｓに面した部分に設けられた耐プラズマ性皮膜７４とを有している。
スリーブ７２は、基材７１に嵌め込まれ、ガス吐出孔５４を規定する。スリーブ７２は、耐食性金属またはセラミックスからなる。耐食性金属としては、ステンレス鋼やハステロイ等のニッケル基合金等、ニッケル含有金属が好適である。チタン等の他の耐食性金属を用いることもできる。セラミックスとしては、アルミナ、石英等を用いることができる。
ガス吐出孔５４は、ガス拡散空間５１側の大径部と、プラズマ生成空間Ｓ側の小径部とを有している。プラズマ生成空間Ｓ側を小径部にしたのは、プラズマ生成空間Ｓからプラズマがガス吐出孔５４の奥に入り込むのを防止するためである。
耐食性皮膜７３は、処理ガスに対して耐食性を有する材料からなる。耐食性皮膜７３としては、セラミックス溶射皮膜やテフロン（登録商標）コートが好ましく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）溶射皮膜が特に好ましい。溶射皮膜としては、含浸材を含浸させたものがより好ましく、含浸材としてはアクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコーン樹脂等の合成樹脂が用いられる。
耐プラズマ性皮膜７４は、プラズマ空間Ｓに生成される処理ガスのプラズマに対する耐久性を有する材料からなる。耐プラズマ性皮膜７４としては、セラミックス溶射皮膜が好ましく、耐プラズマ性の高いイットリア（Ｙ２Ｏ３）溶射皮膜またはＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系混合溶射皮膜（イットリア、アルミナ、およびシリカ（または窒化珪素）の混合溶射皮膜）等のイットリウム含有酸化物溶射皮膜がより好ましい。溶射皮膜としては、含浸材を含浸させたものがより好ましく、含浸材としてはアクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコーン樹脂等の合成樹脂が用いられる。
ベース部材５２の基材６１とシャワープレート５３の基材７１とは、ガス拡散空間５１の外側で接触するようにネジ止めにより固定されており、その接触部の内側には、両者の間をシールするようにシール部材８１が設けられている。カバー部材６２の端部にシャワープレート５３の表面に接触しない状態で折り曲げられた折り曲げ部６２ａを有し、折り曲げ部６２ａは、リング状のシール部材８１を押し付けるように接触した状態で設けられている。折り曲げ部６２ａの先端部は、ベース部材５２の表面に接触している。折り曲げ部６２ａにより、シール部材８１が保持される。また、シール部材８１は耐食性皮膜７３に接触している。これにより、腐食性の処理ガスが、基材６１および基材７１のガス拡散空間５１の外側部分に到達することが阻止される。カバー部材６２は、取り付け部材８２により、基材６１に取り付けられている。取り付け部材８２とカバー部材６２との間にはシール部材８９が設けられ、腐食性の処理ガスが基材６１へ到達することが阻止される。また、カバー部材６２はシャワープレート５３の表面に接触することなく隙間を設けた状態で折り曲げられている。このため、シャワーヘッド２にループ電流が誘起された際に、カバー部材６２と基材７１との間に局所放電が発生することを抑制できる。さらに、熱膨張差等によりカバー部材６２とシャワープレート５３との擦れに伴うパーティクルの発生が抑制される。
このように、比較的簡易な構成で、ガス拡散空間５１およびガス吐出孔５４に面している接ガス部分が全て耐食性材料で覆うことができ、既存のシャワーヘッド２の構造を大きく変化させずに、腐食性の処理ガスに対するシャワーヘッド２の腐食を有効に抑制することができる。また、シール部材８１によりシールされていることにより、腐食性の処理ガスがベース部材５２の基材６１およびシャワープレート５３の基材７１に達することをより効果的に抑制することができる。さらに、シール部材８１は腐食性の処理ガスに対して耐食性のあるフッ素ゴム等が用いられているので、シール部材８１の腐食も抑制される。
［第２の例］
図３は、シャワーヘッド２（分割部５０）の第２の例を示す断面図である。本例においては、基本構造は第１の例と同じである。本例では、シール部材８１がカバー部材６２ではなくリング状をなす耐食性固定部材８３で保持・固定されている点が第１の例とは異なっている。耐食性固定部材８３はＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）のような絶縁性の耐食性樹脂からなり、固定部材８４で固定されている。固定部材８４は、カバー部材６２とともに取り付け部材８２によって基材６１に取り付けられている。取り付け部材８２とカバー部材６２との間にはシール部材８９が設けられ、腐食性の処理ガスが基材６１へ到達することが阻止される。また、本例でもシール部材８１は、カバー部材６２および耐食性皮膜７３に接触している。このため、本例も第１の例と同様の効果を得ることができる。また、ベース部材５２とシャワープレート５３の間に設けたシール部材８１を絶縁性の耐食性樹脂からなる耐食性固定部材８３にて保持しているので、耐食性固定部材８３とシャワープレート５３との間で放電が発生することを防ぐことができる。
［第３の例］
図４は、シャワーヘッド２（分割部５０）の第３の例を示す断面図である。本例では、シャワープレート５３は、第１の例と同様、基材７１と、複数のスリーブ７２と、耐食性皮膜７３と、耐プラズマ性皮膜７４とを有している。
一方、ベース部材５２は、基材６１のガス拡散空間５１上面側の面を覆うように形成された耐食性皮膜６３と、基材６１のガス拡散空間５１側面側の面を覆うように設けられた、耐食性金属からなるリング状部材６４を有している。
耐食性皮膜６３としては、上述の耐食性皮膜７３と同様、セラミックス溶射皮膜やテフロン（登録商標）コートが好ましく、アルミナ溶射皮膜が特に好ましい。溶射皮膜としては、含浸材を含浸させたものがより好ましく、含浸材としてはアクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコーン樹脂等の合成樹脂が用いられる。
リング状部材６４は、耐食性金属からなる。耐食性金属としては、ステンレス鋼やハステロイ等のニッケル基合金等、ニッケル含有金属が好適である。チタン等の他の耐食性金属を用いることもできる。
リング状部材６４の上面および下面にはリング状の溝が形成されており、これらの溝にはそれぞれシール部材８５および８６が嵌め込まれている。シール部材８５および８６は、それぞれベース部材５２の耐食性皮膜６３が形成された面、およびシャワープレート５３の耐食性皮膜７３が形成された面に密着されるようになっている。ベース部材５２の基材６１とシャワープレート５３の基材７１とはネジ止めにより固定されており、ベース部材５２とリング状部材６４との間、およびリング状部材６４とシャワープレート５３との間は、シール部材８５および８６によりシールされる。
このように、本例においても、比較的簡易な構成で、ガス拡散空間５１およびガス吐出孔５４に面している接ガス部分が全て耐食性材料で覆うことができ、既存のシャワーヘッド２の構造を大きく変化させずに、腐食性の処理ガスに対するシャワーヘッド２の腐食を有効に抑制することができる。また、シール部材８５および８６は、耐食性金属で形成されたリング状部材６４、耐食性皮膜６３、７３に密着しているので、リング状部材６４との隙間から基材６１および基材７１に腐食性の処理ガスが到達することも阻止される。また、シール部材８５および８６は腐食性の処理ガスに対して耐食性のあるフッ素ゴム等が用いられているので、処理ガスによる腐食も抑制される。
［第４の例］
図５は、シャワーヘッド２（分割部５０）の第４の例を示す断面図である。本例においては、基本構造は第３の例と同じであるが、基材６１のガス拡散空間５１上面側の面に、第３の例の耐食性皮膜６３の代わりに、カバー部材６２と同様の、耐食性金属からなるカバー部材６５を設けた点が異なる。カバー部材６５は、取り付け部材８２で基材６１に取り付けられている。取り付け部材８２とカバー部材６５との間にはシール部材８９が設けられ、腐食性の処理ガスが基材６１へ到達することが阻止される。
本例では、第３の例とほぼ同様に、ガス拡散空間５１およびガス吐出孔５４に面している接ガス部分が全て耐食性材料で覆われており、第３の例と同様の効果を得ることができる。
［第５の例］
図６は、シャワーヘッド２（分割部５０）の第５の例を示す断面図である。本例においては、第４の例のカバー部材６５とリング状部材６４とを一体にした一体部材６６を設けたものであり、他は第４の例と同様である。一体部材６６は、図４の例と同様、取り付け部材８２で基材６１に取り付けられている。取り付け部材８２と一体部材６６との間にはシール部材８９が設けられ、腐食性の処理ガスが基材６１へ到達することが阻止される。
したがって、第４の例と同様の効果が得られる他、第４の例で存在する、カバー部材６５とリング状部材６４との隙間から処理ガスがベース部材５２の基材６１側に漏出するおそれをなくすことができる。
［第６の例］
図７は、シャワーヘッド２（分割部５０）の第６の例を示す断面図である。本例では、シャワープレート５３は、第１の例と同様、基材７１と、複数のスリーブ７２と、耐食性皮膜７３と、耐プラズマ性皮膜７４とを有している。
一方、ベース部材５２は、基材６１のガス拡散空間５１に面した部分の全面に耐食性皮膜６７を有している。耐食性皮膜６７としては、上述の耐食性皮膜７３と同様、セラミックス溶射皮膜やテフロン（登録商標）コートが好ましく、アルミナ溶射皮膜が特に好ましい。溶射皮膜としては、含浸材を含浸させたものがより好ましく、含浸材としてはアクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコーン樹脂等の合成樹脂が用いられる。
また、ベース部材５２の基材６１の下面のガス拡散空間５１の外側部分には、リング状溝５２ａが形成されている。耐食性皮膜６７は、基材６１の下面に沿ってガス拡散空間５１の外方に延び、リング状溝５２ａ内にも形成されている。また、シャワープレート５３の耐食性皮膜７３は、基材７１の上面に沿ってガス拡散空間の外方のリング状溝５２ａに対応する部分まで延びている。
ベース部材５２の基材６１とシャワープレート５３の基材７１とは、リング状溝５２ａ内にリング状のシール部材８７が挿入された状態でねじ止めされる。シール部材８７として腐食性の処理ガスに対して耐食性のあるフッ素ゴム等を用いることができる。
このように、本例においても、比較的簡易な構成で、ガス拡散空間５１およびガス吐出孔５４に面している接ガス部分が全て耐食性材料で覆うことができ、既存のシャワーヘッド２の構造を大きく変化させずに、腐食性の処理ガスに対するシャワーヘッド２の腐食を有効に抑制することができる。また、ベース部材５２とシャワープレート５３の継ぎ目の部分は、耐食性皮膜６７および７３の間にシール部材８７が介在されているので、腐食性の処理ガスによる腐食をより効果的に抑制することができる。
［第７の例］
図８は、シャワーヘッド２（分割部５０）の第７の例を示す断面図である。本例では、ベース部材５２は、第６の例と同様、基材６１のガス拡散空間５１に面した部分の全面に耐食性皮膜６７を有している。耐食性皮膜６７は、基材６１の下面に沿ってガス拡散空間５１の外方に延びている。ただし、ガス拡散空間５１の周縁部に傾斜が設けられている点、およびリング状の溝が形成されていない点が第６の例とは異なっている。
一方、シャワープレート５３は、耐食性金属からなる基材７５を有し、基材７５のプラズマ生成空間Ｓに面した部分には、耐プラズマ性皮膜７４が形成されている。ガス吐出孔５４は、基材７５に直接形成されている。基材７５は、ガス拡散空間５１およびガス吐出孔５４に露出している。基材７５を構成する耐食性金属としては、ステンレス鋼やハステロイ等のニッケル基合金等、ニッケル含有金属が好適である。チタン等の他の耐食性金属を用いることもできる。シャワープレート５３の上面のガス拡散空間５１よりも外側部分には、リング状溝５３ａが形成されている。なお、ベース部材５２の耐食性皮膜６７は、リング状溝５３ａよりも外側へ延びている。
ベース部材５２の基材６１とシャワープレート５３の基材７５とは、リング状溝５３ａ内にリング状のシール部材８８が挿入された状態でねじ止めされる。シール部材８８として腐食性の処理ガスに対して耐食性のあるフッ素ゴム等を用いることができる。
ベース部材５２は体積が大きいため、重量制限等によりステンレス鋼等の耐食性金属を用いることが困難であるが、シャワープレート５３は体積が小さいため、本例のように、耐プラズマ性皮膜７４を除く部分全体をステンレス鋼等の耐食性金属で構成することが可能である。
このように、本例においても、比較的簡易な構成で、ガス拡散空間５１およびガス吐出孔５４に面している接ガス部分が全て耐食性材料で覆うことができ、既存のシャワーヘッド２の構造を大きく変化させずに、腐食性の処理ガスに対するシャワーヘッド２の腐食を有効に抑制することができる。また、ベース部材５２とシャワープレート５３の継ぎ目の部分は、耐食性皮膜６７および耐食性金属からなる基材７５によりシールされており、また、これらの間にシール部材８８が介在されているので、腐食性の処理ガスによる腐食をより効果的に抑制することができる。
また、ガス拡散空間５１の周縁部に傾斜が設けられることにより、ガス拡散室５１の側面がゆるやか(断面で見た際に鈍角)になるので、例えば溶射により耐食性皮膜６７を形成する際に、溶射材粒子の付着密度が高い緻密な膜を形成することができる。
［第８の例］
図９は、シャワーヘッド２（分割部５０）の第８の例を示す断面図である。本例においては、基本構造は第７の例と同じである。本例では、ベース部材５２において、基材６１のガス拡散空間５１に面した部分の全面に、耐食性皮膜６７の代わりに、耐食性金属からなるカバー部材６８を設けた点のみが第７の例と異なっている。耐食性金属としては、ステンレス鋼やハステロイ等のニッケル基合金等、ニッケル含有金属が好適である。チタン等の他の耐食性金属を用いることもできる。なお、カバー部材６８は、取り付け部材８２により基材６１に取り付けられている。取り付け部材８２とカバー部材６８との間にはシール部材８９が設けられ、腐食性の処理ガスが基材６１へ到達することが阻止される。
本例においては、第７の例の耐食性皮膜６７が耐食性金属からなるカバー部材６８に置き換わっただけであるから、第７の例と同様の効果を得ることができる。
＜プラズマ処理装置の動作＞
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）により所定の膜が形成された基板Ｇをチャンバー４内に搬入し、載置台２３の載置面に載置する。次いで、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。そして、排気装置３０によりチャンバー４内を真空排気しつつ、圧力制御バルブ（図示せず）により、チャンバー４内を例えば０．６６～２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。この状態で、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からチャンバー４内に処理ガスをシャワー状に吐出させる。
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、第１の高周波電源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を介してチャンバー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、チャンバー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に対してプラズマエッチング処理が行われる。
処理ガスとしては、従来からフッ素系や塩素系等の腐食性ガスが用いられているが、最近では処理装置の高温化等により、処理ガスの腐食性がより高まっている。このような高腐食性の処理ガスを用いる場合には、特にプラズマ空間Ｓよりも上流部分のプラズマ化する前の段階の接ガス部分についても十分な腐食対策を行う必要性があることが判明した。
特許文献１には、処理ガスが供給されるシャワーヘッド２内部における腐食防止対策については記載されていない。
そこで、本実施形態では、シャワーヘッド２（分割部５０）の処理ガスに接触する部分、すなわち、ベース部材５２のガス拡散空間５１に面した部分、ならびにシャワープレート５３のガス拡散空間５１およびガス吐出孔５４に面した部分を、耐食性金属材または耐食性皮膜で覆う。これにより、比較的簡易な構成で、金属製のシャワーヘッドの接ガス部分の腐食を抑制することができる。
具体的には、上述した第１～第８の例に示すように、ベース部材５２のガス拡散空間５１に面した部分に、ステンレス鋼等の耐食性金属からなるカバー部材６２、セラミックス溶射皮膜のような耐食性皮膜６３，６７、耐食性金属からなるリング状部材６４を用いる。また、シャワープレート５３のガス拡散空間５１に面した部分に耐食性皮膜７３を設け、ガス吐出孔５４に面した部分に耐食性金属またはセラミックスからなるスリーブ７２を設けるか、また、シャワープレート５３の基材７１自体を耐食性金属で構成する。これにより、シャワーヘッド２の高腐食性の処理ガスによる腐食を有効に抑制することができる。
また、ベース部材５２の基材６１およびシャワープレート５３の基材７１との間は、耐食性金属や耐食性皮膜でシールされ、さらにシール部材８１，８５，８６，８７，８８でシールされているので、処理ガスが腐食の可能性がある金属部へ到達することが阻止される。
耐食性皮膜としては、セラミックス溶射皮膜やテフロン（登録商標）コートが好ましい。特に、Ｃｌ２ガス等のハロゲン系の高腐食性の処理ガスを用いる場合には、アルミナ溶射皮膜が好ましい。また、溶射皮膜は含浸材が含浸されたものが好ましい。含浸材を含浸させることにより、溶射皮膜の気孔が封孔され、高腐食性の処理ガスによる腐食をより効果的に抑制することができる。含浸材としてはアクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコーン樹脂等の合成樹脂が用いられる。これらの樹脂は、主剤と硬化剤の材料を選択することにより、充填性や耐食性を良好にすることができ、封孔による腐食抑制効果をより高めることができる。
また、シャワープレート５３のプラズマ空間Ｓに接する面には、処理ガスのプラズマに対して耐プラズマ性を有する耐プラズマ性皮膜７４で覆われているので、処理ガスのプラズマに対する耐性も高い。耐プラズマ性皮膜７４として、セラミックス溶射皮膜、特に、イットリア（Ｙ２Ｏ３）溶射皮膜またはＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系混合溶射皮膜（イットリア、アルミナ、およびシリカ（または窒化珪素）の混合溶射皮膜）等のイットリウム含有酸化物溶射皮膜がより好ましく、より高い耐プラズマ性を得ることができる。また、一層高い耐プラズマ性を得る観点から、溶射皮膜は含浸材を含浸させて封孔したものがより好ましい。この場合にも、含浸材としては、充填性や耐プラズマ性を良好にすることができるアクリル樹脂、エポキシ樹脂、またはシリコーン樹脂等の合成樹脂が用いられる。
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全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、添付の特許請求の範囲およ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。
例えば、上記実施形態では、誘導結合プラズマ処理装置を用いた例を示したが、これに限らず、基材が金属のシャワーヘッドであれば、容量結合プラズマ処理装置等の他のプラズマ処理装置であってもよく、プラズマを用いないガス処理であってもよい。また、ベース部材の基材およびシャワープレートの基材を非磁性の金属で構成したが、誘導結合プラズマ処理装置以外であれば、非磁性金属に限らない。
また、上記実施形態では、エッチング装置を例にとって説明したが、それに限らず、アッシングやＣＶＤ等の腐食性の高いガスを用いるガス処理装置であれば適用可能である。
１；本体容器
２；シャワーヘッド
３；アンテナ容器
４；チャンバー
５；支持棚
６；支持梁
７；絶縁部材
１３；高周波アンテナ
１８；第１の高周波電源
２０；処理ガス供給機構
５０；分割部
５１；ガス拡散空間
５２；ベース部材
５３；シャワープレート
５４；ガス吐出孔
６１；基材
６２，６５，６８；カバー部材
６６；一体部材
６３，６７；耐食性皮膜
６４；リング状部材
７１，７５；基材
７２；スリーブ
７３；耐食性皮膜
７４；耐プラズマ性皮膜
８１，８５，８６，８７，８８，８９；シール部材
Ｇ；基板

Claims (15)

  1. 基板にガス処理を施すガス処理装置において、基板が配置されるチャンバー内に、腐食性の処理ガスを供給するシャワーヘッドであって、
    ベース部材と、
    処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、
    前記ベース部材と前記シャワープレートの間の一部に設けられ、前記処理ガスが導入され、前記複数のガス吐出孔に連通するガス拡散空間と、
    を備え、

    前記シャワープレートは、基材が金属で構成され、前記シャワープレートの前記ガス拡散空間および前記ガス吐出孔に面した部分は、耐食性金属材または耐食性皮膜で覆われており、
    前記ベース部材は、アルミニウムまたはアルミニウム含有合金で構成された基材と、前記ガス拡散空間に面した部分に前記基材を覆うように設けられた、耐食性金属材で構成されたカバー部材とを有し、
    前記ベース部材および前記シャワープレートの、前記ガス拡散空間よりも外側の部分が接触し、シール部材でシールされた状態で固定されており、前記カバー部材の端部には、前記シャワープレートの表面に接触しない状態で折り曲げられた折り曲げ部が形成され、前記シール部材は、前記シャワープレートの前記耐食性金属材または耐食性皮膜に接触し、かつ前記折り曲げ部により押し付けられた状態で保持される、シャワーヘッド。
  2. 基板にガス処理を施すガス処理装置において、基板が配置されるチャンバー内に、腐食性の処理ガスを供給するシャワーヘッドであって、
    ベース部材と、
    処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、
    前記ベース部材と前記シャワープレートの間の一部に設けられ、前記処理ガスが導入され、前記複数のガス吐出孔に連通するガス拡散空間と、
    を備え、
    前記シャワープレートは、基材が金属で構成され、前記シャワープレートの前記ガス拡散空間および前記ガス吐出孔に面した部分は、耐食性金属材または耐食性皮膜で覆われており、
    前記ベース部材は、アルミニウムまたはアルミニウム含有合金で構成された基材と、前記ガス拡散空間に面した部分に前記基材を覆うように設けられた、耐食性金属材で構成された構成されたカバー部材とを有し、
    前記ベース部材および前記シャワープレートの、前記ガス拡散空間よりも外側の部分が接触し、シール部材でシールされた状態で固定されており、前記シール部材は、前記カバー部材および前記シャワープレートの前記耐食性金属材または耐食性皮膜に接触し、かつ前記ガス拡散空間の端部に設けられたリング状の耐食性樹脂により保持されている、シャワーヘッド。
  3. 基板にガス処理を施すガス処理装置において、基板が配置されるチャンバー内に、腐食性の処理ガスを供給するシャワーヘッドであって、
    ベース部材と、
    処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、
    前記ベース部材と前記シャワープレートの間の一部に設けられ、前記処理ガスが導入され、前記複数のガス吐出孔に連通するガス拡散空間と、
    を備え、
    前記シャワープレートは、基材が金属で構成され、前記シャワープレートの前記ガス拡散空間および前記ガス吐出孔に面した部分は、耐食性金属材または耐食性皮膜で覆われており、
    前記ベース部材は、アルミニウムまたはアルミニウム含有合金で構成され、前記ガス拡散空間に対応する凹部を有する基材と、前記基材の前記ガス拡散空間の上面側の面を覆うように形成された耐食性皮膜と、前記基材の前記ガス拡散空間の側面側の面を覆うように設けられた、耐食性金属材で構成されたリング状部材とを有する、シャワーヘッド。
  4. 基板にガス処理を施すガス処理装置において、基板が配置されるチャンバー内に、腐食性の処理ガスを供給するシャワーヘッドであって、
    ベース部材と、
    処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、
    前記ベース部材と前記シャワープレートの間の一部に設けられ、前記処理ガスが導入され、前記複数のガス吐出孔に連通するガス拡散空間と、
    を備え、
    前記シャワープレートは、基材が金属で構成され、前記シャワープレートの前記ガス拡散空間および前記ガス吐出孔に面した部分は、耐食性金属材または耐食性皮膜で覆われており、

    前記ベース部材は、アルミニウムまたはアルミニウム含有合金で構成され、前記ガス拡散空間に対応する凹部を有する基材と、前記基材の前記ガス拡散空間の上面側の面を覆うように形成された耐食性金属材で構成されたカバー部材と、前記基材の前記ガス拡散空間の側面側の面を覆うように設けられた、耐食性金属で構成されたリング状部材とを有する、シャワーヘッド。
  5. 前記カバー部材と前記リング状部材は一体に形成されている、請求項４に記載のシャワーヘッド。
  6. 前記リング状部材と前記ベース部材との間、および前記リング状部材と前記シャワープレートとの間に設けられた、シール部材をさらに有する、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
  7. 基板にガス処理を施すガス処理装置において、基板が配置されるチャンバー内に、腐食性の処理ガスを供給するシャワーヘッドであって、
    ベース部材と、
    処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワープレートと、
    前記ベース部材と前記シャワープレートの間の一部に設けられ、前記処理ガスが導入され、前記複数のガス吐出孔に連通するガス拡散空間と、
    を備え、
    前記ベース部材および前記シャワープレートは、基材が金属で構成され、
    前記ベース部材の前記ガス拡散空間に面した部分は、耐食性皮膜で覆われており、
    前記シャワープレートの、前記ガス拡散空間に面した部分は、耐食性皮膜で覆われており、前記ガス吐出孔に面した部分は、耐食性金属材または耐食性被膜で覆われており、
    前記ベース部材側の前記耐食性皮膜と、前記シャワープレート側の耐食性皮膜は、前記ガス拡散空間よりも外側の部分に延びて、これらが互いに接触しない状態であり、前記ガス拡散空間よりも外側の部分に、前記ベース部材側の前記耐食性皮膜と前記シャワープレート側の耐食性皮膜との間に形成されたシール部材を有する、シャワーヘッド。
  8. 前記耐食性金属材は、ニッケル含有金属で構成されている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
  9. 前記ニッケル含有金属は、ステンレス鋼またはニッケル基合金である、請求項８に記載のシャワーヘッド。
  10. 前記耐食性皮膜は、セラミックス溶射皮膜である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
  11. 前記セラミックス溶射皮膜は、アルミナ溶射皮膜である、請求項１０に記載のシャワーヘッド。
  12. 前記セラミックス溶射皮膜は、合成樹脂からなる封孔材で封孔されている、請求項１０または請求項１１に記載のシャワーヘッド。
  13. 前記シャワープレートは、アルミニウムまたはアルミニウム含有合金で構成された基材と、前記ガス拡散空間に面した部分に前記基材を覆うように設けられた耐食性皮膜と、前記基材に嵌め込まれ、前記複数のガス吐出孔を覆うように設けられた複数のスリーブとを有する、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
  14. 前記ガス処理装置は、前記チャンバー内に処理ガスのプラズマを生成してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であり、前記シャワープレートは、前記プラズマが接触する面に形成された、耐プラズマ性皮膜を有する、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
  15. 基板にガス処理を施すガス処理装置であって、
    基板を収容するチャンバーと、
    前記チャンバー内で基板を載置する載置台と、
    前記チャンバー内に、前記載置台と対向するように設けられ、プラズマを生成するための腐食性の処理ガスを前記チャンバー内に供給する、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のシャワーヘッドと、
    を具備する、ガス処理装置。
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