KR20190139868A - 샤워 헤드 - Google Patents

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KR20190139868A
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아키라 미쿠모
시게노부 사키타
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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    • H05B3/28—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
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Abstract

반도체 제조 장치의 챔버 내에서 웨이퍼 유지체에 대향하여 마련되는 샤워 헤드로서, 판형의 세라믹스 기체와, 세라믹스 기체를 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍과, 세라믹스 기체를 웨이퍼 유지체에 대향하는 면측에서 본 복수의 존 내에 각각 매설된 고주파용의 복수의 도전체를 구비한다.

Description

샤워 헤드
본 개시는 샤워 헤드에 관한 것이다. 본 출원은 2017년 4월 14일 출원된 일본 출원 제2017-080310호에 기초하는 우선권을 주장하며, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.
LSI 등의 반도체 디바이스를 제조하는 반도체 제조 장치에서는, 챔버 내에 탑재한 서셉터라고도 칭하는 웨이퍼 유지체에 반도체 웨이퍼를 배치하고, 이면측으로부터 가열하면서 표면에 CVD, 스퍼터링 등의 성막 처리, 에칭 처리 등의 각종 박막 처리를 실시하는 것이 행해지고 있다. 이 박막 처리는 플라즈마 분위기 하에서 행하는 경우가 있고, 그것을 위한 반도체 제조 장치에는, 상기 웨이퍼 유지체에 고주파(RF) 전극의 한쪽(하부 전극)이 매설되어 있고, 그 하부 전극에 대향하도록 웨이퍼 유지체의 상방에 다른 한쪽의 고주파 전극(상부 전극)이 마련되어 있다. 그리고, 이들 전극 사이에 고주파(RF) 전압을 인가함으로써, 전극 사이에 존재하는 원료 가스를 플라즈마 상태로 하고 있다.
상기 반도체 제조 장치에서는, 웨이퍼 유지체의 상방에, 챔버 내에 상기 원료 가스를 도입하기 위한 샤워 헤드가 마련되어 있다. 이 샤워 헤드에 있어서, 웨이퍼 유지체의 웨이퍼 배치면에 대향하는 부분은, 그 웨이퍼 배치면을 향하여 균등하게 원료 가스를 공급할 수 있도록, 다수의 가스 방출 구멍을 구비한 원판형 부재로 형성되어 있다. 그래서 이 원판형 부재에 고주파 전극용의 도전성 부재를 매설함으로써, 상기한 상부 전극의 역할을 샤워 헤드에 겸용시킬 수 있게 된다. 예컨대 특허문헌 1에는, 복수의 가스 방출 구멍을 갖는 샤워 헤드용의 세라믹스 플레이트의 내부에 고주파 발생용의 상부 전극 회로를 매설하고, 이 세라믹스 플레이트를 유지하는 금속제 지지체와 상기 상부 전극 회로를 스프링을 이용하여 전기적으로 접속하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2008-294017호 공보
반도체 제조 장치의 챔버 내에서 웨이퍼 유지체에 대향하여 마련되는 샤워 헤드로서, 판형의 세라믹스 기체와, 세라믹스 기체를 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍과, 세라믹스 기체를 웨이퍼 유지체에 대향하는 면측에서 본 복수의 존 내에 각각 매설된 고주파용의 복수의 도전체를 구비한다.
도 1a는 제1 실시형태의 샤워 헤드의 모식적인 평면도이다.
도 1b는 도 1a에 있어서의 1B-1B 단면도이다.
도 2a는 제1 실시형태의 샤워 헤드에 있어서 모식적인 종단면도이다.
도 2b는 도 2a의 샤워 헤드를 A1-A1로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 3a는 제1 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 2b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 3b는 제1 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 2b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 3c는 제1 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 2b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 3d는 제1 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 2b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 4a는 제2 실시형태의 샤워 헤드에 있어서 모식적인 종단면도이다.
도 4b는 도 4a의 샤워 헤드를 A2-A2로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면 및 B2-B2로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 5a는 제2 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 4b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 5b는 제2 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 4b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 5c는 제2 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 4b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 6a는 도 4a의 샤워 헤드에 있어서 제1 층과 제2 층을 교환하였을 때의 모식적인 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 샤워 헤드를 A3-A3으로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면 및 B3-B3으로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 7a는 도 6a의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 6b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 7b는 도 6a의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 6b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 7c는 도 6a의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 6b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 8a는 제3 실시형태의 샤워 헤드의 모식적인 종단면도이다.
도 8b는 도 8a의 샤워 헤드를 A4-A4로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면, B4-B4로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면 및 C4-C4로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 9a는 제3 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 8b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 9b는 제3 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 8b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 9c는 제3 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 8b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 10a는 제4 실시형태의 샤워 헤드의 모식적인 종단면도이다.
도 10b는 도 10a의 샤워 헤드를 A5-A5로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면 및 B5-B5로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 11a는 제4 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 10b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 11b는 제4 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 10b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 12a는 제5 실시형태의 샤워 헤드의 모식적인 종단면도이다.
도 12b는 도 12a의 샤워 헤드를 A6-A6으로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면, B6-B6으로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면 및 C6-C6으로 절단하였을 때의 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 13a는 제5 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 12b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 13b는 제5 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 12b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 13c는 제5 실시형태의 샤워 헤드의 여러 가지 대체예의 일례이고, 도 12b에 대응하는 화살표 방향에서 본 도면이다.
도 14는 반도체 제조 장치의 개략 단면도이다.
상기한 바와 같이, 샤워 헤드에 있어서 복수의 가스 방출 구멍을 갖는 원판형 부재에 상부 전극을 매설함으로써, 웨이퍼 유지체의 상방의 구조를 간소화할 수 있다. 그러나, 챔버에는 측벽의 일부에 반도체 웨이퍼의 출납을 행하는 로드 록 등이 마련되어 있기 때문에, 웨이퍼 유지체는 주위의 상황이 똑같지 않아, 웨이퍼 유지체와 샤워 헤드 사이의 공간에 생성되는 플라즈마가 국소적으로 불균질해는 경우가 있었다. 그 결과, 반도체 웨이퍼의 표면의 박막 처리에 국소적인 차이가 생겨, 반도체 디바이스의 품질에 편차가 생기는 경우가 있었다.
본 개시는 이러한 종래의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 웨이퍼 유지체와 샤워 헤드 사이의 공간에 생성되는 플라즈마의 특성을 국소적으로 조정하는 것이 가능한 샤워 헤드를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
먼저 본 개시의 실시형태를 열기하여 설명한다. 본 개시의 샤워 헤드는, 반도체 제조 장치의 챔버 내에 있어서 웨이퍼 유지체에 대향하여 마련되는 샤워 헤드로서, 판형의 세라믹스 기체와, 세라믹스 기체를 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍과, 세라믹스 기체를 웨이퍼 유지체와 대향하는 면측에서 본 복수의 존 내에 각각 매설된 고주파용의 복수의 도전체를 구비한다. 이에 의해, 웨이퍼 유지체와 샤워 헤드 사이의 공간에 생성되는 플라즈마의 특성을 국소적으로 조정할 수 있다.
상기 샤워 헤드의 실시형태에 있어서는, 복수의 도전체는, 세라믹스 기체의 두께 방향에 있어서 상이한 위치에 각각 매설되어 있어도 좋다. 이에 의해, 각 도전체의 형상이나 그 급전부의 배치 부분, 개수 등의 설계의 자유도를 높일 수 있다.
상기 샤워 헤드의 실시형태에 있어서는, 세라믹스 기체의 두께 방향에 있어서 복수의 도전체 중 적어도 하나와는 상이한 위치에 매설되고, 적어도 하나의 도전체와 전기적으로 접속된 인출 회로와, 세라믹스 기체의 둘레 가장자리부에 배치되고, 인출 회로를 통해 적어도 하나의 도전체와 전기적으로 접속된 단자부를 더 가져도 좋다. 이에 의해, 도전체의 급전 부분 등에 국소적인 전기적 부하를 가하는 일없이 도전체에 급전을 행할 수 있다.
상기 샤워 헤드의 실시형태에 있어서는, 세라믹스 기체에 매설된 저항 발열체를 더 가져도 좋다. 이에 의해, 플라즈마의 온도 조정을 행할 수 있다. 저항 발열체는, 복수의 도전체 중 적어도 하나와 세라믹스 기체의 두께 방향에 있어서 상이한 위치에 매설되어도 좋다. 이에 의해, 도전체나 저항 발열체의 형상, 이들의 급전부의 설치 부분, 개수 등의 설계의 자유도를 높일 수 있다.
다음에, 제1 실시형태의 샤워 헤드에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 14를 참조하여, 제1 실시형태의 샤워 헤드(4)는, 반도체 웨이퍼(2)에 대하여 플라즈마 CVD 등의 플라즈마 분위기 하에서의 박막 처리가 행해지는 챔버(3) 내에 있어서, 처리 대상물인 반도체 웨이퍼(2)를 유지하여 가열하는 웨이퍼 유지체(8)의 상방에 마련되어 있다. 도 1a, 도 1b를 참조하여, 샤워 헤드(4)는, 가스 방출부가 되는 두께 3.0∼10.0 ㎜ 정도, 외직경 300∼400 ㎜ 정도의 원판형의 세라믹스 기체(10)를 가지고 있다. 세라믹스 기체(10)에는, 세라믹스 기체(10)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍인 가스 방출 구멍(10a)이 마련되어 있다. 가스 방출 구멍(10a)은 내직경 0.1∼5.0 ㎜ 정도의 크기이다. 도 1a에 나타내는 바와 같이, 복수의 가스 방출 구멍(10a)은 일례로서 방사형으로 마련된다.
샤워 헤드(4)는 웨이퍼 유지체(8)의 웨이퍼 배치면(9)에 대하여 평행하게 마주보도록 마련되어 있다. 이에 의해 웨이퍼 배치면(9)을 향하여 균일하게 플라즈마 생성용의 원료 가스를 공급할 수 있다. 세라믹스 기체(10)의 재질인 세라믹스에는, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 산화알루미늄 등을 이용할 수 있다. 이들 세라믹스 중에서는 열전도율이 높고 내부식성도 우수한 질화알루미늄이 바람직하다.
도 2a, 도 2b를 참조하여, 세라믹스 기체(10)의 내부에 RF 전극(고주파용 전극)의 상부 전극으로서 3개의 도전체가 매설되어 있다. 구체적으로는 내측 도전체(11A), 외측 도전체(11B, 11C)가 매설되어 있다(이후, 내측 도전체, 외측 도전체 각각을 단순히 도전체라고 기재하는 경우도 있음). 이들 3개의 도전체(11A∼11C)는, 세라믹스 기체(10)의 두께 방향에 있어서, 대략 중앙부의 같은 층 내에 마련되어 있다. 이들 3개의 도전체(11A∼11C)는, 세라믹스 기체(10)에 있어서 웨이퍼 유지체(3)에 대향하는 면(이후, 대향면이라고도 칭함)을 3개로 분할함으로써 획정되는 3존 내에 각각 배치되어 있다. 즉, 상기 세라믹스 기체(10)의 두께 방향 대략 중앙부에 위치하는 층의 중심부측에 대략 원형의 형상을 갖는 1개의 내측 도전체(11A)가 배치되어 있고, 내측 도전체(11A)를 둘러싸는 외주측에 원환 형상을 둘레 방향으로 2등분한 형상을 갖는 2개의 외측 도전체(11B 및 11C)가 배치되어 있다.
이들 도전체(11A∼11C)에 급전하기 위한 단자부(도시하지 않음)는 세라믹스 기체(10)의 둘레 가장자리부에 마련되어 있다. 그 이유는, 단자부를 세라믹스 기체(10)의 중앙부에 마련하면, 그 부분에서는 가스 방출 구멍을 마련할 수 없게 되기 때문에 균등한 가스 방출이 저해되기 때문이다. 단자부가 세라믹스 기체(10)의 둘레 가장자리부에 마련되어 있기 때문에, 내측 도전체(11A)에는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 반경 방향 외측으로 돌출하는 2개의 돌출부(11Aa)가 마련되어 있다. 이들은 외측 도전체(11B 및 11C)의 대향하는 단부끼리의 사이에 존재하는 2부분의 간극부에 각각 위치하고 있다. 이들 2개의 돌출부(11Aa)에 단자부가 접속하고 있다. 또한, 외측 도전체(11B 및 11C)는 함께 세라믹스 기체(10)의 둘레 가장자리부에 위치하고 있기 때문에, 모두 임의의 부위에 단자부를 접속할 수 있다. 외측 도전체(11B 및 11C)의 전체에 균등하게 전압을 인가할 수 있도록 하기 위해, 단자부는, 둘레 방향의 중앙부에 접속하는 것이 바람직하다.
상기 3개의 도전체(11A∼11C)의 재질은 도전성을 갖는 것이면 특별히 제약은 없다. 재질로서는, 예컨대 스테인레스박 등의 금속박을 이용하여도 좋고, 텅스텐 등의 금속 가루를 포함한 페이스트를 스크린 인쇄 및 소성하여 형성하여도 좋다. 또한, 전술한 바와 같이 세라믹스 기체(10)에는 그 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍인 가스 방출 구멍(10a)이 마련되어 있기 때문에, 상기 제1 실시형태의 샤워 헤드(4)의 도전체(11A∼11C)에는, 각 가스 방출 구멍(10a)에 대응하는 위치에 도시하지 않는 개구부가 마련되어 있다. 이것은, 이후에 설명하는 다른 실시형태의 샤워 헤드(4)의 도전체에 있어서도 동일하다.
이와 같이 본 개시의 제1 실시형태의 샤워 헤드(4)는, 세라믹스 기체(10)의 대향면에 획정한 3존에 각각 3개의 도전체(11A∼11C)가 배치되어 있기 때문에, 이들에 따로따로 RF 전압을 인가함으로써 샤워 헤드(10)와 이것에 대향하는 웨이퍼 유지체 사이에 생성되는 플라즈마의 특성을 국소적으로 조정할 수 있다. 또한, 상기 제1 실시형태는 세라믹스 기체(10)의 대향면을 도 2b에 나타내는 분할 패턴으로 3존으로 획정한 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지 분할 패턴이나 존수가 생각된다.
예컨대 도 3a∼도 3d에는, 상기한 제1 실시형태의 세라믹스 기체(10)의 여러 가지 대체예를 나타내고 있다. 즉, 도 3a에는 세라믹스 기체(110)의 대향면을 5존으로 분할한 경우를 나타내고 있다. 구체적으로는, 세라믹스 기체(110)의 두께 방향의 대략 중앙부의 층 내에서, 중심부측에 대략 원형의 형상을 갖는 1개의 내측 도전체(111A)가 배치되어 있고, 이것을 둘러싸는 외주측에 원환 형상을 둘레 방향으로 4등분한 형상을 갖는 4개의 외측 도전체(111B∼111E)가 배치되어 있다. 내측 도전체(111A)에는, 둘레 방향에 균등한 간격을 두고 반경 방향 외측으로 돌출하는 4개의 돌출부(111Aa)가 마련되어 있고, 이들은 인접한 외측 도전체의 서로 대향하는 단부끼리의 사이에 위치하고 있다. 그리고, 이 돌출부(111Aa)에 단자부(도시하지 않음)가 전기적으로 접속하고 있다. 한편, 각 외측 도전체는, 그 둘레 방향의 중앙부에 단자부(도시하지 않음)가 전기적으로 접속하고 있다.
상기한 도 2a, 도 2b 및 도 3a의 예에서는, 세라믹스 기체의 대향면이 중심부측과 외주측으로 분할된 뒤에 더욱 상기 외주측이 둘레 방향으로 균등하게 분할된 분할 패턴을 갖는 것이었지만, 도 3b∼도 3d의 대체예는 세라믹스 기체의 대향면이 둘레 방향으로만 균등하게 분할된 분할 패턴을 가지고 있다. 즉, 도 3b의 대체예는, 세라믹스 기체(210)의 대향면을 그 둘레 방향으로 4등분한 4존에 중심각 90°의 부채형 형상을 갖는 4개의 도전체(211A∼211D)가 각각 배치되어 있다. 도 3c의 대체예는, 세라믹스 기체(310)의 대향면을 그 둘레 방향으로 6등분한 6존에 중심각 60°의 부채형 형상을 갖는 6개의 도전체(311A∼311F)가 각각 배치되어 있다. 도 3d의 대체예는, 세라믹스 기체(410)의 대향면을 그 둘레 방향으로 8등분한 8존에 중심각 45°의 부채형 형상을 갖는 8개의 도전체(411A∼411H)가 각각 배치되어 있다. 이와 같이, 대향면을 분할하는 존수가 증가하면, 보다 세밀하게 플라즈마의 물성을 조정할 수 있다.
다음에 도 4a, 도 4b를 참조하면서 본 발명의 제2 실시형태의 샤워 헤드(4)에 대해서 설명한다. 도 4a에 나타내는 바와 같이, 이 제2 실시형태의 샤워 헤드(4)가 갖는 세라믹스 기체(20)는, RF 전극의 상부 전극으로서의 2개의 도전체(21A, 21B)가, 세라믹스 기체(20)의 두께 방향에 있어서 서로 상이한 층에 각각 매몰되어 있다. 즉, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 기체(20)의 중심부측에 위치하는 대략 원형의 형상을 갖는 내측 도전체(21A)는, 세라믹스 기체(20) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면측에 위치하는 층 내에 매몰되어 있다. 한편, 세라믹스 기체(20)의 외주측에 위치하는 원환 형상을 갖는 외측 도전체(21B)는, 세라믹스 기체(20) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면의 반대면측에 위치하는 층 내에 매설되어 있다.
이들 도전체(21A, 21B)에 급전하기 위한 단자부(도시하지 않음)는 전술한 바와 같이 세라믹스 기체(30)의 둘레 가장자리부에 마련되어 있기 때문에, 그것과의 전기적 접속을 위해 도전체(21A)는 반경 방향 외측으로 돌출하는 2개의 돌출부(21Aa)가 마련되어 있다. 이 제2 실시형태의 샤워 헤드는 2개의 도전체가 서로 상이한 층 내에 매몰되어 있기 때문에, 상기 돌출부(21Aa)가 외측 도전체(21B)에 물리적으로 간섭하는 일은 없다. 단, 돌출부(21Aa)에 접속하는 단자부에 간섭하지 않도록, 외측 도전체(21B)가 대응하는 외주 부분은, 만곡형으로 절결되어 있다.
상기 제2 실시형태의 샤워 헤드(4)는 내측 도전체(21A)에 2개의 돌출부(21Aa)가 마련되어 있지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 도 5a의 세라믹스 기체(120)에 나타내는 바와 같이, 보다 안정적으로 급전할 수 있도록 둘레 방향에 균등한 간격을 두고 돌출부를 4개 마련하여도 좋다. 또한, 외측 도전체의 형상도 상기 원환 형상에 한정되는 것이 아니고, 도 5b의 세라믹스 기체(220)에 나타내는 바와 같이, 원환 형상을 둘레 방향으로 2등분한 형상이어도 좋고, 도 5c의 세라믹스 기체(320)에 나타내는 바와 같이, 원환 형상을 둘레 방향으로 4등분한 형상이어도 좋다. 또한, 상기한 바와 같이 외측 도전체를 둘레 방향으로 분할하는 경우는, 내측 도전체의 돌출부를 인접하는 외측 도전부의 대향하는 단부끼리의 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 세라믹스 기체를 보다 많은 존으로 분할하여 복수의 도전체를 각각 배치함으로써, 플라즈마의 국소적인 특성을 보다 세밀하게 조정할 수 있다.
상기 도 4a, 도 4b 및 도 5a∼도 5c에 나타내는 샤워 헤드(4)는, 모두 세라믹스 기체의 중심부측에 위치하는 대략 원형의 형상을 갖는 내측 도전체가, 세라믹스 기체(20) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면측에 위치하는 층 내에 매설되고, 외측 도전체는 세라믹스 기체(20) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면의 반대면측에 위치하는 층 내에 위치하는 것이었다. 그러나, 이에 한정되는 것이 아니고, 도 6a, 도 6b에 나타내는 바와 같이 그 반대여도 좋다.
즉, 이 도 6a에 나타내는 세라믹스 기체(420)에서는, 세라믹스 기체(420)의 중심부측에 위치하는 대략 원형의 형상을 갖는 도전체(421A)가, 세라믹스 기체(420) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면의 반대면측에 위치하는 층 내에 매몰되어 있다. 한편, 세라믹스 기체(430)의 외주측에 위치하는 원환 형상을 갖는 도전체(421B)는, 세라믹스 기체(420) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면측에 위치하는 층 내에 매설되어 있다. 이와 같이, 세라믹스 기체(420)의 외주측에 위치하는 외측 도전체(421B)를 대향면에 가까운 측의 층 내에 매설함으로써, 중심부측에 위치하는 내측 도전체(421A)의 돌출부(421Aa)에 전기적으로 접속시키는 단자부가 외측 도전체(421B)에 물리적으로 간섭하지 않게 되기 때문에 도전체의 형상을 간소화할 수 있다.
또한, 이 도 6a의 경우에 있어서도 돌출부의 수를 늘리거나 3존 이상으로 분할하거나 하여도 좋고, 예컨대 도 7a의 세라믹스 기체(520)에 나타내는 바와 같이, 보다 안정적으로 급전할 수 있도록 둘레 방향에 균등한 간격을 두고 돌출부를 4개 마련하여도 좋다. 또한, 도 7b의 세라믹스 기체(620)에 나타내는 바와 같이, 원환 형상을 둘레 방향으로 2등분한 형상이어도 좋고, 도 7c의 세라믹스 기체(720)에 나타내는 바와 같이 원환 형상을 둘레 방향으로 4등분한 형상이어도 좋다.
다음에 도 8a, 도 8b를 참조하면서 본 개시의 제3 실시형태의 샤워 헤드(4)에 대해서 설명한다. 도 8a에 나타내는 바와 같이, 이 세라믹스 기체(30)에는 RF 전극의 상부 전극용으로서의 내측 도전체(31A)와 외측 도전체(31B)가 세라믹스 기체(30)의 두께 방향에 있어서 서로 상이한 위치에 각각 매설되어 있다. 그리고, 이들 2개의 도전체 중 1개에는 인출 회로인 인출부(32)가 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 외측 도전체(31B)에는 단자부(5)가 접속되어 있다. 단자부(5)는, 세라믹스 기체(30)로부터 돌출하고 있다.
구체적으로는, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 대략 원형의 형상을 갖는 도전체(31A)는, 세라믹스 기체(30) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면측에 위치하는 층 내이며 또한 그 중심부측에 매설되어 있다. 한편, 원환 형상을 갖는 도전체(31B)는, 세라믹스 기체(30) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면의 반대면측에 위치하는 층 내이며 또한 그 외주부측에 매설되어 있다. 그리고, 세라믹스 기체(30)의 두께 방향에 있어서 이들 2개의 층 사이에 위치하는 층이며 또한 그 중심부측에 대략 원형의 형상을 갖는 인출부(32)가 매설되어 있다. 이 인출부(32)는 둘레 방향에 균등한 간격을 두고 반경 방향 외측으로 돌출하는 2개의 돌출부(32a)가 마련되어 있고 또한 중심부에 있어서 접속부(33)를 통해 상기 내측 도전체(31A)에 전기적으로 접속하고 있다. 접속부(33)의 개수는 복수여도 좋고, 이에 의해 상기 접속부의 전기적 부하를 분산시킬 수 있다. 또한, 외측 도전체(31B) 중 상기 돌출부(32a)에 대응하는 위치는, 돌출부(32a)에 단자부가 접속되는 경우를 고려하여, 단자부와의 물리적인 간섭을 피하기 위해 외주측이 만곡형으로 절결되어 있다.
상기 제3 실시형태의 샤워 헤드(4)는 인출부(32)에 2개의 돌출부(32a)가 마련되어 있지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 도 9a의 세라믹스 기체(130)에 나타내는 바와 같이, 보다 안정적으로 급전할 수 있도록 둘레 방향에 균등한 간격을 두고 돌출부를 4개 마련하여도 좋다. 또한, 외측 도전체의 형상도 상기 원환 형상에 한정되는 것이 아니다. 도 9b의 세라믹스 기체(230)에 나타내는 바와 같이 원환 형상을 둘레 방향으로 2등분한 형상이어도 좋고, 도 9c의 세라믹스 기체(330)에 나타내는 바와 같이, 원환 형상을 둘레 방향으로 4등분한 형상이어도 좋다.
상기 접속부(33)의 재질은 도전성을 갖는 것이면 특별히 제약은 없다. 일례로서, 원주형의 세라믹스 부재의 외표면을 금속층으로 덮은 것이 바람직하다. 이 경우의 금속층은, 세라믹스 부재의 표면에 금속 페이스트를 도포한 후, 탈지 및 소성하여 형성하여도 좋고, 세라믹스 부재에 밖에서 끼우기 위해 미리 통형으로 성형한 금속제 슬리브를 이용하여도 좋다. 또한, 상기 세라믹스 부재는, 상기 세라믹스 기체(30)와 거의 동일한 열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하고, 동일한 재질인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 히트 사이클에 의한 열팽창이나 열수축이 반복되어도 상기 세라믹스 부재를 세라믹스 기체(30)와 마찬가지로 팽창·수축시킬 수 있기 때문에, 파손 등의 문제가 생기기 어려워진다.
상기 제1∼제3 실시형태의 샤워 헤드(4)는, 모두 세라믹스 기체 내에 RF 전극의 상부 전극만이 매설되는 것이었지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 상기 상부 전극에 더하여 저항 발열체가 매설되어 있어도 좋다. 예컨대 도 10a, 도 10b에 나타내는 본 개시의 제4 실시형태의 샤워 헤드는, 세라믹스 기체(40)에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면측에 위치하는 층 내에 상부 전극용의 도전체(41)가 매설되어 있고, 세라믹스 기체(40) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면의 반대면측에 위치하는 층 내에 1개의 발열 저항체(44)가 매설되어 있다. 이 발열 저항체(44)는, 구체적으로는 동심원형의 복수의 만곡부와 이들의 서로 인접하는 것끼리를 접속하는 복수의 직선부가 일필휘지형으로 연결된 형상의 회로 패턴을 가지고 있고, 세라믹스 기체(40) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면의 반대면측에 위치하는 층 내에, 전술한 가스 방출 구멍(10a)의 위치 및 둘레 가장자리부를 제외한 거의 전체면에 매설되어 있다. 그리고, 이 발열 저항체(44)의 양단부는, 도시하지 않는 단자부에 전기적으로 접속하고 있다.
상기 제4 실시형태의 샤워 헤드(4)는, RF 전극의 상부 전극으로서 1개의 도전체가 세라믹스 기체에 매설되는 것이었지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 도 11a의 세라믹스 기체(140)와 같이, 대향면을 3개로 분할한 3존에 3개의 도전체(141A, 141B, 141C)가 각각 매설되어 있어도 좋고, 도 11b의 세라믹스 기체(240)와 같이, 대향면을 5개로 분할한 5존에 5개의 도전체(241A∼241E)가 각각 매설되어 있어도 좋다.
다음에 도 12a, 도 12b를 참조하면서 본 개시의 제5 실시형태의 샤워 헤드(4)에 대해서 설명한다. 도 12a에 나타내는 바와 같이, 이 제5 실시형태의 샤워 헤드(4)가 갖는 세라믹스 기체(50)는, 상기 제4 실시형태와 마찬가지로, 세라믹스 기체(50) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면의 반대면측에 위치하는 층 내에 1개의 발열 저항체(54)가 매설되어 있는 것에 더하여, RF 전극의 상부 전극으로서 2개의 도전체(51A, 51B)가 세라믹스 기체(50)의 두께 방향에 있어서 서로 상이한 층에 각각 매몰되어 있다.
즉, 도 12b에 나타내는 바와 같이, 세라믹스 기체(50)의 중심부측에 위치하는 대략 원형의 형상을 갖는 내측 도전체(51A)는, 세라믹스 기체(50) 내에 있어서 그 두께 방향 중앙부보다 대향면측에 위치하는 층 내에 매몰되어 있다. 한편, 세라믹스 기체(50)의 외주측에 위치하는 원환 형상을 갖는 외측 도전체(51B)는, 세라믹스 기체(50) 내에 있어서 상기 발열 저항체(54)가 매설되어 있는 층과, 상기 도전체(51A)가 매설되어 있는 층 사이에 위치하는 층 내에 매설되어 있다.
이들 도전체(51A, 51B)에 급전하기 위한 단자부(도시하지 않음)는 전술한 바와 같이 세라믹스 기체(50)의 둘레 가장자리부에 마련되어 있기 때문에, 그것과의 전기적 접속을 위해, 도전체(51A)는 반경 방향 외측으로 돌출하는 2개의 돌출부(51Aa)가 마련되어 있다. 이 제5 실시형태의 샤워 헤드는 2개의 도전체가 서로 상이한 층 내에 각각 매몰되어 있기 때문에, 상기 돌출부(51Aa)가 외측 도전체(51B)에 물리적으로 간섭하는 일은 없다. 단, 돌출부(51Aa)에 접속되는 단자부에 간섭하지 않도록, 외측 도전체(51B)가 대응하는 외주 부분은, 만곡형으로 절결되어 있다.
상기 제5 실시형태의 샤워 헤드는 내측 도전체(51A)에 2개의 돌출부(51Aa)가 마련되어 있지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 도 13a의 세라믹스 기체(150)에 나타내는 바와 같이, 보다 안정적으로 급전할 수 있도록 둘레 방향에 균등한 간격을 두고 돌출부를 4개 마련하여도 좋다. 또한, 외측 도전체의 형상도 상기 환형에 한정되는 것이 아니고, 도 13b의 세라믹스 기체(250)에 나타내는 바와 같이, 원환 형상을 둘레 방향으로 2등분한 형상이어도 좋고, 도 13c의 세라믹스 기체(350)에 나타내는 바와 같이, 원환 형상을 둘레 방향으로 4등분한 형상이어도 좋다.
실시예
질화알루미늄 분말 99.5 질량부에 소결 조제로서 산화이트륨 0.5 질량부를 부가하고, 또한 바인더, 유기 용제를 부가하여, 볼밀 혼합함으로써, 슬러리를 제작하였다. 얻어진 슬러리를 스프레이 드라이법으로 분무함으로써 과립을 제작하고, 이것을 프레스 성형하여 2장의 동형상의 성형체를 제작하였다. 이들 성형체를 질소 분위기 중에서 700℃의 조건으로 탈지한 후, 질소 분위기 중에 있어서 1850℃에서 소결하여, 2장의 질화알루미늄 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체를, 직경 380 ㎜, 두께 5 ㎜의 원판형으로 가공하였다.
이들 2장의 질화알루미늄의 소결체 중 한쪽의 편면에, 도 2b에 나타내는 내측 도전체(11A) 및 외측 도전체(11B, 11C)를 형성하도록 W 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하고 나서 질소 분위기 중에서 700℃로 탈지한 후, 질소 분위기 중에서 1830℃로 소성하였다. 그리고, 다른 한쪽의 소결체의 편면에 접착용의 질화알루미늄을 주성분으로 하는 접착 재료를 도포하고 나서 탈지를 행하였다. 이들 2장의 질화알루미늄 소결체를 상기 도전체(11A∼11C)가 내측이 되도록 중합시켜 접합시켰다.
이와 같이 하여 제작한 접합체에 대하여, 머시닝 가공을 이용하여 내직경 1.0 ㎜의 가스 방출 구멍(10a)을 도 1a에 나타내는 것과 같은 배치 패턴이 되도록 천공하였다. 또한 둘레 가장자리부에 내측 도전체(11A)의 돌출부(11Aa) 및 외측 도전체(11B, 11C)의 각 둘레 방향 중앙부에 각각 달하는 카운터보어를 가공하고, 그곳에 W제의 전극 단자부를 끼워넣어 이들 도전체에 전기적으로 접속하였다. 이와 같이 하여 시료 1의 샤워 헤드를 제작하였다.
비교를 위해, 상기 도전체(11A∼11C) 대신에, 이들을 합계한 면적을 갖는 원형의 도전체를 1개 형성하고, 그 둘레 가장자리부에 둘레 방향에 균등한 간격을 두고 4개의 전극 단자부를 전기적으로 접속한 것 이외에는 상기와 같이 하여 시료 2의 샤워 헤드를 제작하였다.
이들 시료 1 및 2의 샤워 헤드를 각각 반도체 제조 장치의 챔버 내에 설치하여 플라즈마 CVD에 의한 성막 처리를 행하였다. 그 결과, 시료 2의 샤워 헤드를 이용한 경우는, 로드 록이 마련되어 있는 측의 성막층의 막 두께가 얇아지는 결과로 되었다. 이것은 로드 록의 영향에 의해 로드 록측의 온도가 내려가거나 또는 플라즈마 밀도가 내려가는 것이 요인이라고 생각된다. 이에 대하여 시료 1의 샤워 헤드를 이용한 경우라도 시료 1과 동일한 경향이 보였기 때문에, 로드 록측의 플라즈마 밀도를 올리기 위해 로드 록측에 위치하는 도전체(11B)의 인가 전압 및 인가 주파수를 조정한 바, 웨이퍼 전체의 성막층의 막 두께를 거의 균일하게 하는 것이 가능해졌다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서, 어떠한 면으로부터도 제한적인 것이 아니라고 이해되어야 한다. 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 반도체 제조 장치
2 : 반도체 웨이퍼
3 : 챔버
4 : 샤워 헤드
5 : 단자부
8 : 웨이퍼 유지체
9 : 웨이퍼 배치면
10, 20, 30, 40, 50, 110, 120, 130, 140, 150, 210, 220, 230, 240, 310, 320, 350, 410, 420, 520, 620, 720 : 세라믹스 기체
10a : 가스 방출 구멍
11A, 111A, 21A, 31A, 421A, 141A, 241A, 51A : 내측 도전체
11B, 11C, 111B, 111C, 111D, 111E, 21B, 22B, 23B, 24B, 421B, 422B, 423B, 424B, 31B, 32B, 33B, 34B, 141B, 141C, 241B, 241C, 241D, 241E, 51B, 52B, 53B, 54B : 외측 도전체
211A, 211B, 211C, 211D, 311A, 311B, 311C, 311D, 311E, 311F, 411A, 411B, 411C, 411D, 411E, 411F, 411G, 411H : 도전체
11Aa, 21Aa, 32a, 51Aa, 111Aa, 421Aa : 돌출부
32 : 인출부
33 : 접속부
44, 54 : 저항 발열체

Claims (5)

  1. 반도체 제조 장치의 챔버 내에서 웨이퍼 유지체에 대향하여 마련되는 샤워 헤드로서,
    판형의 세라믹스 기체와,
    상기 세라믹스 기체를 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍과,
    상기 세라믹스 기체를 상기 웨이퍼 유지체에 대향하는 면측에서 본 복수의 존 내에 각각 매설된 고주파용의 복수의 도전체
    를 구비한 샤워 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 도전체는 상기 세라믹스 기체의 상기 두께 방향에 있어서 상이한 위치에 각각 매설되어 있는 것인 샤워 헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세라믹스 기체의 상기 두께 방향에 있어서 상기 복수의 도전체 중 적어도 하나와는 상이한 위치에 매설되고, 상기 적어도 하나의 도전체와 전기적으로 접속된 인출 회로와, 상기 세라믹스 기체의 둘레 가장자리부에 배치되고, 상기 인출 회로를 통해 상기 적어도 하나의 도전체와 전기적으로 접속된 단자부를 더 갖는 샤워 헤드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹스 기체에 매설된 저항 발열체를 더 갖는 샤워 헤드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저항 발열체는 상기 복수의 도전체 중 적어도 하나와 상기 세라믹스 기체의 상기 두께 방향에 있어서 상이한 위치에 매설되어 있는 것인 샤워 헤드.
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