JP2006324400A - シャワーヘッドおよび表面波励起プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャンバ内へ処理用ガス（材料ガス）を均一に供給すること。
【解決手段】 表面波励起プラズマ処理装置１００には、チャンバ１内へ材料ガスを導入するためのシャワーヘッド１０Ａが設けられている。シャワーヘッド１０Ａは、上下２段の中空構造を形成する第１室１１および第２室１２を有する。材料ガスは、ガス導入ポート１４から第１室１１へ導かれ、分散板１１ａに穿設されている複数のガス噴出孔１１ｂを通って第２室１２へ移送され、分散板１２ａに穿設されている複数のガス噴出孔１２ｂを通ってチャンバ１内へ放出される。このとき、第１室１１のガス圧力勾配は小さく、第２室１２のガス圧力勾配はさらに小さくなるので、被処理基板Ｓへ向けて材料ガスを均一に供給することができる。その結果、プラズマ処理の均一性も向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面波励起プラズマ処理室に対して各種ガスを供給するシャワーヘッドおよびこのシャワーヘッドを用いる表面波励起プラズマ処理装置に関する。

表面波励起プラズマを利用したプラズマ処理装置では、導波管内を伝搬するマイクロ波を誘電体窓を通してチャンバ内に導入し、誘電体窓の表面に生じた表面波によってチャンバ内の触媒ガスを励起し、表面波励起プラズマを生成する。被処理物を処理する反応性のメインガスは、チャンバの側面に設けられた１つのガス導入口からチャンバ内に導入されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３４８８９８号公報（第４頁、図１）

上記の特許文献１の装置では、チャンバ側方の１つのガス導入口からガスを噴出させるので、チャンバ内の被処理物に対してガスの供給が不均一になるという問題がある。

（１）請求項１の発明は、表面波励起プラズマ処理装置のチャンバ内へ処理用ガスを噴出させる噴出管を有するシャワーヘッドに適用され、噴出管には、その長手軸の方向に延在する１または複数の隔壁によって分割され、長手軸の方向に延在する複数段の中空室が設けられ、隔壁には、初段の中空室から導入された処理用ガスを次段の中空室へ流入させる複数の連通孔が長手軸の方向に所定間隔で設けられ、最終段の中空室には、処理用ガスをチャンバ内へ噴出させる複数のガス噴出孔が長手軸の方向に所定間隔で設けられることを特徴とする。
（２）請求項２によるシャワーヘッドは、請求項１に記載のシャワーヘッドにおいて、ガス噴出孔は、長手軸と直交する一方向に処理用ガスが噴出するように設けられることを特徴とする。
（３）請求項３によるシャワーヘッドは、請求項２に記載のシャワーヘッドにおいて、噴出管には、ガス噴出孔の向きを変更するために長手軸の回りに回転可能にチャンバに取り付ける取付部が設けられることを特徴とする。
（４）請求項４によるシャワーヘッドは、請求項１に記載のシャワーヘッドにおいて、最終段の中空室は、初段の中空室の両側に長手軸の方向に延在してそれぞれ設けられ、最終段の中空室のガス噴出孔は、長手軸方向と直交して互いに外方に向いた方向にそれぞれ処理用ガスを噴出するように設けられることを特徴とする。
（５）請求項５によるシャワーヘッドは、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシャワーヘッドにおいて、最終段の中空室に面して設けられるガス流入孔としての連通孔とガス噴出孔、もしくは中間段の中空室に面して設けられるガス流入孔としての連通孔とガス流出孔としての連通孔とは互いに対向しないように配設されていることを特徴とする。
（６）請求項６によるシャワーヘッドは、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシャワーヘッドにおいて、最終段の中空室のガス噴出孔が形成される外面を覆って、ガス噴出孔に対向する位置に小孔を有する防着板が配設されることを特徴とする。
（７）請求項７によるシャワーヘッドは、請求項６に記載のシャワーヘッドにおいて、小孔の径は、防着板の厚さと寸法が同じか小さいことを特徴とする。
（８）請求項８の発明による表面波励起プラズマ処理装置は、チャンバ内の上部空間で表面波励起プラズマを生成し、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシャワーヘッドを水平方向に延在するように配置してチャンバ内の下部空間へ処理用ガスを導入し、処理用ガスを解離、反応させて各種プラズマ処理を行うことを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、請求項８に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、チャンバ内の中央部には、請求項４〜７のいずれか一項に記載のシャワーヘッドのうち、処理用ガスを互いに外方を向いた方向に噴出させるように構成された第１のシャワーヘッドを配置し、第１のシャワーヘッドの両側には、請求項２，３，５〜７のいずれか一項に記載のシャワーヘッドのうち、処理用ガスを一方向に噴出させるように構成された第２のシャワーヘッドをそれぞれ配置することを特徴とする。

本発明によれば、初段の中空室へ導入した処理用ガスを、連通孔を介して次段の中空室へ導いた後にガス噴出孔からチャンバ内へ噴出するようにしたので、各段の中空室内ではガス圧が一様になり、チャンバ内の被処理物に対して処理用ガスを均一に供給することができる。

以下、本発明の実施の形態によるシャワーヘッドを用いた表面波励起プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）処理装置（以下、ＳＷＰ処理装置と略す）について、図１〜６を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるＳＷＰ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図（Ｘ−Ｚ面切断）である。図２は、本発明の実施の形態によるＳＷＰ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図（Ｙ−Ｚ面切断）である。

図１、図２を参照すると、ＳＷＰ処理装置１００は、チャンバ１と、マイクロ波導波管２と、誘電体板３と、表面波励起プラズマを生成させるプロセスガスを導入する複数のプロセスガス導入部４と、表面波励起プラズマによって分解される材料ガス（この明細書では処理用ガスとも呼ぶ）を導入する複数のシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０とを備える。チャンバ１は、チャンバ本体１ａと蓋体１ｂとを有する密閉容器であり、その内部空間に生成するプラズマを利用して被処理基板Ｓに対してエッチングや成膜などのプラズマ処理を施す。チャンバ本体１ａには、被処理基板Ｓを保持する基板ホルダー５と、不図示の真空ポンプに配管接続され、チャンバ１内の排気をするための真空排気口６とが設けられている。基板ホルダー５は、Ｚ方向の移動や回転が可能であり、ヒータ５ａが組み込まれている。チャンバ本体１ａの側面（Ｙ−Ｚ面）には円形の開口部がシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０に対応して設けられている。後述するように、その開口部にＯリング１ｅを介してシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０が回転可能に支持される。

マイクロ波導波管２は、アルミニウム合金や銅合金などで作製され、Ｙ方向に延在する直管状を呈し、チャンバ１の蓋体１ｂに取り付けられている。マイクロ波導波管２の底板２ａには、管の軸方向に沿って複数のスロットアンテナ２ｂが所定間隔で配設されている。スロットアンテナ２ｂは、例えば、底板２ａを貫通して形成される長矩形状の開口である。底板２ａの内面は磁界面（Ｈ面）と呼ばれる。

誘電体板３は、石英、アルミナ、ジルコニア等の誘電性材料を平板状に加工したものであり、また、その板厚方向にプロセスガスを導入するための貫通孔３ａが穿設されている。誘電体板３は、Ｘ−Ｙ面に沿って広がる平板であり、その上面がマイクロ波導波管２の底板２ａに接して配設されているとともに、Ｏリング１ｃを介して蓋体１ｂに取り付けられているので、チャンバ１内の気密を保持できる。

プロセスガス導入部４は、チャンバ１の蓋体１ｂに固設されており、不図示のガス供給系からのプロセスガスを蓋体１ｂの貫通孔１ｄへ導く。プロセスガスは誘電体板３の貫通孔３ａを通してチャンバ１内へ導入される。プロセスガスは、Ｎ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２ガス等の反応性のガスおよびＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス等の希ガスである。

シャワーヘッド１０Ａと１０Ｂは同型であり、いずれも、図１、図２のＸ方向に延在する直管状を呈し、誘電体板３と被処理基板Ｓとの間に互いに平行に配置されている。シャワーヘッド２０も、図２のＸ方向に延在する直管状を呈し、２本のシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂのほぼ中間に、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂと平行に配置されている。なお、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０の矢印は、後述するガスの噴出方向を表す。

図３も参照して、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂについて詳細に説明する。図３は、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂを模式的に示す図であり、図３（ａ）は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、すなわちシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂをその長手方向に沿って切断した縦断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ線で切断した断面図である。

シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ円筒断面の取付け部１０１と、矩形筒状のガス噴出部１０２と、防着板１０３とを備える。シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂは、取付け部１０１をＯリング１ｅを介した状態でチャンバ本体１ａに取り付けられ、図１に示されるように、軸廻りに回転できる構造になっている。取付け部１０１の外周部はＯリング１ｅに密着しているので、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂを回転させてもチャンバ１内の気密を保持できる。

ガス噴出部１０２には、上下２段の中空構造を形成する第１室１１および第２室１２が設けられ、取付け部１０１には、不図示のガス供給系からの材料ガスを第１室１１へ導くガス導入ポート１４が設けられる。ここで、第１室１１が初段の中空室であり、第２室１２が最終段の中空室である。上段の第１室１１と下段の第２室１２とを仕切る隔壁、つまり第１室１１の底板である分散板１１ａには、開口径がほぼ等しい複数のガス噴出孔１１ｂが穿設されている。これらのガス噴出孔１１ｂは、第１室１１と第２室１２とを互いに連通する連通孔である。下段の第２室１２の底板は分散板１２ａであり、分散板１２ａには開口径がほぼ等しい複数のガス噴出孔１２ｂが穿設されている。

図３（ａ）に示されるように、ガス噴出孔１１ｂと１２ｂは、いずれも規則正しく配置されている。但し、ガス噴出孔１１ｂと１２ｂとは、図３（ａ）の上下方向で一列に並ばないように、つまり、ガス噴出孔１１ｂと１２ｂとが対向しないようにずらして配置されている。また、ガス噴出孔１１ｂ，１２ｂは、ガス導入ポート１４の開口に比べて遥かに小さい断面積の孔として形成されている。

分散板１２ａの表面には、分散板１２ａのガス噴出孔１２ｂの配置、開口径に合わせて小孔１０３ａが穿設されている防着板１０３が設けられている。すなわち、防着板１０３は、分散板１２ａのガス噴出孔１２ｂを除いた領域をカバーするように配設されている。
小孔１０３ａの内径は、防着板１０３の厚さ以下に設定され、また、図３（ｂ）に示されるように、小孔１０３ａの開口部１０３ｂには面取り加工が施されている。

図４も参照して、シャワーヘッド２０について詳細に説明する。図４は、シャワーヘッド２０を模式的に示す図であり、図４（ａ）は、図２のＩＶ−ＩＶ線断面図、すなわちシャワーヘッド２０をその長手方向に沿って切断した縦断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図である。

シャワーヘッド２０は、円筒断面の取付け部２０１と、矩形筒状のガス噴出部２０２と、防着板２０３とを備える。すなわち、シャワーヘッド２０も、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂと同様に、取付け部２０１をＯリングを介した状態でチャンバ本体１ａに回転可能に取り付けられている。

ガス噴出部２０２には、中央の第１室２１と、第１室２１を挟んで両側に設けられる第２室２２の合計３室が設けられる。取付け部２０１には、不図示のガス供給系からの材料ガスを第１室２１へ導くガス導入ポート２４が設けられる。ここで、第１室２１が初段の中空室であり、第２室２２が最終段の中空室である。中央の第１室２１とその両側の第２室２２とを仕切る隔壁、つまり第１室２１の底板である分散板２１ａには、開口径がほぼ等しい複数のガス噴出孔２１ｂが穿設されている。これらのガス噴出孔２１ｂは、第１室１１と第２室２２とを互いに連通する連通孔である。第２室２２の底板は分散板２２ａであり、分散板２２ａには開口径がほぼ等しい複数のガス噴出孔２２ｂが穿設されている。

図４（ａ）に示されるように、ガス噴出孔２１ｂと２２ｂは、いずれも規則正しく配置されている。但し、ガス噴出孔２１ｂと２２ｂとは、図４（ａ）の上下方向で一列に並ばないように、つまり、ガス噴出孔２１ｂと２２ｂとが対向しないようにずらして配置されている。また、ガス噴出孔２１ｂ，２２ｂは、ガス導入ポート２４の開口に比べて遥かに小さい断面積の孔として形成されている。

分散板２２ａの表面には、分散板２２ａのガス噴出孔２２ｂの配置、開口径に合わせて小孔２０３ａが穿設された防着板２０３が設けられている。すなわち、防着板２０３は、分散板２２ａのガス噴出孔２２ｂを除いた領域をカバーするように配設されている。小孔２０３ａの内径は、防着板２０３の厚さ以下に設定され、図４（ｂ）に示されるように、小孔２０３ａの開口部２０３ｂには面取り加工が施されている。なお、以上の説明から分かるように、シャワーヘッド２０は、図４（ｂ）において左右対称構造である。

図５は、実施の形態によるＳＷＰ処理装置の概略構成を示す平面図であり、複数のシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０への材料ガスの供給経路を示すものである。シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０には、ガス供給系７によりガスＧ１が、ガス供給系８によりガスＧ１とは別種のガスＧ２が供給される。ガス供給系７では、不図示のガス供給源に接続される配管７ａが３本に分岐され、３本の配管のそれぞれにマスフローコントローラ７ｂ，７ｃ，７ｄが配設されている。同様に、ガス供給系８では、３本の分岐配管のそれぞれにマスフローコントローラ８ｂ，８ｃ，８ｄが配設されている。

マスフローコントローラ７ｂ，７ｃ，７ｄの出口側とマスフローコントローラ８ｂ，８ｃ，８ｄの出口側とがそれぞれ接続されているので、ガスＧ１，Ｇ２が混合され、材料ガスとしてシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０に供給される。つまり、シャワーヘッド１０Ａには、マスフローコントローラ７ｂ，８ｂからの材料ガスが、シャワーヘッド１０Ｂには、マスフローコントローラ７ｄ，８ｄからの材料ガスが、シャワーヘッド２０には、マスフローコントローラ７ｃ，８ｃからの材料ガスが供給される。材料ガスは、例えばＳｉＨ_４ガス、Ｓｉ_２Ｈ_６ガス、ＮＨ_３ガス等のシリコン薄膜或いはシリコン化合物薄膜の成分を含むガスである。

再び図１〜図４を参照しながら、上記のように構成されたＳＷＰ処理装置１００によるプラズマ処理について説明する。プロセスガス導入部４によりプロセスガスを、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０により材料ガスをチャンバ１内へ導入しながら、真空排気口６を介して排気を行うことによって、チャンバ１内は所定の圧力に保持される。

図２および３に示されるように、材料ガスは、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂのガス導入ポート１４から第１室１１へ導かれ、複数のガス噴出孔１１ｂを通って第２室１２へ移送され、複数のガス噴出孔１２ｂ、小孔１０３ａを通ってシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂの外部、すなわちチャンバ１内へ放出される。ガス噴出孔１１ｂの開口断面積は非常に小さいので、第１室１１へ導入された材料ガスは、ガス噴出孔１１ｂ，１２ｂの多段配置により、複数のガス噴出孔１２ｂから均一に噴出される。すなわち、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂから被処理基板Ｓへ向けて材料ガスが均等に供給される。

図２および４に示されるように、材料ガスは、シャワーヘッド２０のガス導入ポート２４から第１室２１へも導かれる。第１室２１へも導かれた材料ガスは、複数のガス噴出孔２１ｂを通って第２室２２へ移送され、複数のガス噴出孔２２ｂ、小孔２０３ａを通ってシャワーヘッド２０の両側から外部、すなわちチャンバ１内へ水平方向に放出される。ガス噴出孔２１ｂの開口断面積は非常に小さいので、第１室２１へ導入された材料ガスは、
ガス噴出孔２１ｂ，２２ｂの多段配置により、複数のガス噴出孔２２ｂから均一に噴出される。すなわち、シャワーヘッド２０から被処理基板Ｓに対して材料ガスが均等に供給される。

不図示のマイクロ波発生装置からマイクロ波をマイクロ波導波管２へ導入し、スロットアンテナ２ｂを通して誘電体板３へ放射させ、誘電体板３を介してチャンバ１内に導入する。このマイクロ波のエネルギーによりチャンバ１内のプロセスガスが電離、解離してプラズマが生成される。プラズマの電子密度がカットオフ以上になると、マイクロ波は表面波となってプラズマと誘電体板３との境界面に沿って伝搬し、誘電体板３の全域に拡がる。その結果、誘電体板３の面積に対応する領域に高密度プラズマ、すなわち表面波励起プラズマが生成する。この表面波励起プラズマにより材料ガスが分解、反応を起こし、プラズマの近傍に配置された被処理基板Ｓに対してＣＶＤ成膜、エッチング、アッシングなどのプラズマ処理が行われる。

図６を参照しながら、表面波励起プラズマを用いて被処理基板ＳにＣＶＤ成膜するプロセスを説明する。
図６は、実施の形態によるＳＷＰ処理装置におけるチャンバ内部の反応過程を示す模式図である。図６では、シャワーヘッド１０Ａのみが図示されているが、実際は、図２または図５のように複数のシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０が配置されている。図６で説明するのは、シリコン窒化膜の成膜過程の例であり、プロセスガスとしてＮ_２ガス、Ｈ_２ガス、Ａｒガスを用い、材料ガスとしてＳｉＨ_４ガス、ＮＨ_３ガスを用い、チャンバ１内の圧力を１〜１００Ｐａの範囲の所定圧力に設定する。ガスの導入比率やチャンバ１内の圧力などは適宜選択する。

誘電体板３から被処理基板Ｓまでの空間領域を５つに分けて説明すると、領域１では、表面波励起プラズマが生成され、活性な窒素ラジカルが多数生成される。ラジカルの他にもイオンや電子が生成される。
領域２は、生成された窒素ラジカルの拡散領域である。生成されたラジカル種は、被処理基板Ｓの方向、つまり図６中、下方向に拡散し、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０に到達するまでに十分均一に分布している。窒素ラジカルは、各シャワーヘッドの間を通過し、さらに下方向に拡散していく。この領域に、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０からＳｉＨ_４ガスとＮＨ_３ガスを上述したように均一に放出する。

領域３では、窒素ラジカルによるＳｉＨ_４ガス、ＮＨ_３ガスの解離反応が促進され、窒化シリコンの前駆体が領域内の各地点で均一に生成され、下方向に拡散していく。
領域４は、シリコン窒化膜の形成可能領域である。
領域５では、被処理基板Ｓまで到達した窒化シリコン分子が基板表面に堆積する。窒化シリコン分子は、基板ホルダー５に組み込まれたヒータ５ａにより加熱された被処理基板Ｓの表面温度により、マイグレーションを起こし、最終的に薄膜の膜質（結晶性、屈折率、内部応力など）が決定される。

以上説明した表面波励起プラズマ処理装置では、次のようにして基板Ｓに対して各種のプラズマ処理を行う。すなわち、チャンバ１内の上部空間で表面波励起プラズマを励起させてプロセスガスからラジカル種を生成し、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０により下部空間へ材料ガスを導入し、各シャワーヘッドの間を通過してチャンバ１内の下部空間へダウンフローするラジカル種により材料ガスを解離、反応させて、被処理基板Ｓ上に成膜する。

上述した本実施の形態のシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０を有するＳＷＰ処理装置１００は、次のような作用効果を奏する。
（１）シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂの第１室１１および第２室１２の順に材料ガスを送出するとき、第１室１１、第２室１２と多段に配置したことで、ガス噴出孔１２ｂから被処理基板Ｓに対して材料ガスを均一に供給することができる。シャワーヘッド２０も同様の作用効果を奏する。
（２）シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂのガス噴出孔１１ｂと１２ｂとを図３（ａ）の上下方向で一列に並ばないようにずらして配置することにより、第２室１２のガス圧力分布の均一性が更に向上し、被処理基板Ｓに対して材料ガス供給の均一化を一層向上させることができる。シャワーヘッド２０も同様の作用効果を奏する。
（３）シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂを軸廻りに回転させることにより、ガス噴出方向を変えることができるので、他のシャワーヘッドによるガス供給状態を考慮して、被処理基板Ｓ上でのガス濃度分布の均一化を一層図ることができる。
（４）シャワーヘッド２０を、チャンバ１内で水平の両方向にガスを噴出するように構成したので、隣接するシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂとの間にも十分に材料ガスを供給でき、被処理基板Ｓ上でのガス濃度分布の均一化を図ることができる。
（５）シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂの分散板１２ａの外表面に防着板１０３を配設することにより、分散板１２ａへの反応生成物の付着を防止でき、分散板１２ａのメンテナンス頻度を低減できる。つまり、防着板１０３の交換だけで済み、分散板１２ａのクリーニングや交換の回数が減る。また、小孔１０３ａの孔径を防着板１０３の厚さ以下に設定しているので、ローディング効果を利用でき、ガス噴出孔１２ｂの目詰まりを防止することができる。シャワーヘッド２０の防着板２０３についても同様の作用効果を奏する。
（６）上記（１）〜（４）の効果により、ＳＷＰ処理装置１００は、被処理基板Ｓに対して均一なＣＶＤ成膜が可能となり、膜厚、膜質が均一な薄膜が得られる。
（７）複数のシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０を並設するとともに、シャワーヘッド毎にマスフローコントローラを設けてガス供給量やガスＧ１，Ｇ２の混合比率を細かく制御するようにした。その結果、被処理基板Ｓ上でのガス濃度分布の均一性が向上するので、プラズマの大面積化、基板の大型化にも対応できる。

以上では、ＳＷＰ処理装置１００により被処理基板Ｓに成膜する場合について説明したが、本発明によるＳＷＰ処理装置によりエッチング処理やアッシング処理を行うこともできる。この場合、プラズマ発生に寄与するプロセスガスをチャンバの上部空間に噴出させ、エッチング処理やアッシング処理に寄与する処理用ガス（本実施の形態では、材料ガス）を、上述したシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０からチャンバの下方空間に噴出させればよい。

次に、図７および図８を参照してＳＷＰ処理装置１００の変形例について説明する。
図７は、ＳＷＰ処理装置１００Ａを模式的に示す縦断面図である。図８は、図７のＳＷＰ処理装置１００Ａの概略構成を示す平面図であり、複数のシャワーヘッド１０Ｃ，１０Ｄ，２０Ａへの材料ガスの供給経路を示すものである。図７および図８で説明する変形例は、上述した実施形態のシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂ，２０あるいはＳＷＰ処理装置１００と下記２点で異なる。
（１）シャワーヘッド１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれ両端にガス導入ポート１４Ａ，１４Ｂを有する。また、シャワーヘッド２０Ａも、両端にガス導入ポート２４Ａ，２４Ｂを有する。シャワーヘッド１０Ｃ，１０Ｄは、ガス導入ポート１４Ａ，１４Ｂの外周部をＯリング１ｅに密着させて軸廻りに回転できる構造になっている。なお、シャワーヘッド１０Ｃ，１０Ｄは同型のものであるが、説明の便宜上、区別して示す。
（２）ＳＷＰ処理装置１００Ａは、真空排気口６を覆うように近接配置された排気補正板３０を有する。

上記（１）について図８を参照すると、チャンバ１内のシャワーヘッド１０Ｃ，２０Ａ，１０Ｄには、ガス供給系７によりガスＧ１が、ガス供給系８によりガスＧ１とは別種のガスＧ２が供給される。ガス供給系７は、配管７ａが３本に分岐され、３本の配管のそれぞれにマスフローコントローラ７ｂ，７ｃ，７ｄが配設されている。同様に、ガス供給系８では、３本の分岐配管のそれぞれにマスフローコントローラ８ｂ，８ｃ，８ｄが配設されている。マスフローコントローラ７ｂ，７ｃ，７ｄの出口側とマスフローコントローラ８ｂ，８ｃ，８ｄの出口側とがそれぞれ接続されているので、ガスＧ１，Ｇ２が混合される。混合ガス（Ｇ１＋Ｇ２）は、それぞれ分岐部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３で２つに分岐する。そして、分岐部Ｐ１１で分岐した混合ガスは、シャワーヘッド１０Ｄのガス導入ポート１４Ａ，１４Ｂから、分岐部Ｐ１２で分岐した混合ガスは、シャワーヘッド２０Ａのガス導入ポート２４Ａ，２４Ｂから、分岐部Ｐ１３で分岐した混合ガスは、シャワーヘッド１０Ｃのガス導入ポート１４Ａ，１４Ｂから各シャワーヘッドへ導入される。このように、シャワーヘッド１０Ｃ，２０Ａ，１０Ｄのそれぞれの第１段の室へ各シャワーヘッドの両端からガス導入が可能な構造としたので、第１段の室のガス圧力分布はより均一となり、最終段の室のガス圧力分布の均一性も増し、被処理基板Ｓに対して材料ガス供給の均一化を図ることができる。

上記（２）について図７を参照すると、排気補正板３０は、チャンバ１の下方に、基板ホルダー５の支柱５ｂを取り囲むように設けられる環状の板である。一般に、ＳＷＰ処理装置は、基板ホルダー５を中央に配置するため、真空排気口６は中央から離れた位置に配置せざるを得ない。したがって、チャンバ１内のガスの流れ、あるいはガス濃度分布が装置内で非対称となる傾向がある。排気補正板３０を真空排気口６を覆うように近接配置することにより、ガスの流れ、あるいはガス濃度分布の対称性が向上し、均一なプラズマ処理が可能となる。

本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。例えば、シャワーヘッド１０Ａ〜１０Ｄおよびシャワーヘッド２０，２０Ａの中空構造は、２段に限らず３段以上の多段としてもよい。３段以上の中空室を設ける場合、中間に位置する中空室のガス流入孔とガス流出孔との位置関係も、対向させずにずらすようにするのが好ましい。また、シャワーヘッドのガス噴出孔１１ｂ，２１ｂ，１２ｂ，２２ｂの寸法、形状、配置などに関しては様々な変形が考えられる。さらに、チャンバ内でのシャワーヘッド１０Ａ〜１０Ｄ，２０，２０Ａの配置や個数に関しても様々な変形が考えられる。例えば、被処理基板が小面積の場合は、シャワーヘッド１０Ａ〜１０Ｄのうち、１つを用いてもよい。

本発明の実施の形態に係るＳＷＰ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図（Ｘ−Ｚ面切断）である。 本発明の実施の形態に係るＳＷＰ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図（Ｙ−Ｚ面切断）である。 実施の形態に係るシャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂを模式的に示す図であり、図３（ａ）は、シャワーヘッド１０Ａ，１０Ｂをその長手方向に沿って切断した縦断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ線で切断した断面図である。 実施の形態に係るシャワーヘッド２０を模式的に示す図であり、図４（ａ）は、シャワーヘッド２０をその長手方向に沿って切断した縦断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図である。 実施の形態に係るＳＷＰ処理装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態に係るＳＷＰ処理装置におけるチャンバ内部の反応過程を示す模式図である。 ＳＷＰ処理装置１００の変形例を模式的に示す縦断面図である。 図７の変形例のＳＷＰ処理装置の概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１：チャンバ ２：マイクロ波導波管
３：誘電体板 ４：プロセスガス導入部
１０Ａ〜１０Ｄ，２０，２０Ａ：シャワーヘッド
１１，２１：第１室 １１ａ，２１ａ：分散板
１１ｂ，２１ｂ：ガス噴出孔 １２，２２：第２室
１２ａ，２２ａ：分散板 １２ｂ，２２ｂ：ガス噴出孔
１４，１４Ａ，１４Ｂ，２４，２４Ａ，２４Ｂ：ガス導入ポート
３０：排気補正板 １００：ＳＷＰ処理装置
１０１，２０１：取付け部 １０２，２０２：ガス噴出部
１０３，２０３：防着板 １０３ａ，２０３ａ：小孔
Ｓ：被処理基板

Claims (9)

1. 表面波励起プラズマ処理装置のチャンバ内へ処理用ガスを噴出させる噴出管を有するシャワーヘッドであって、
   前記噴出管には、その長手軸の方向に延在する１または複数の隔壁によって分割され、前記長手軸の方向に延在する複数段の中空室が設けられ、
   前記隔壁には、初段の前記中空室から導入された前記処理用ガスを次段の中空室へ流入させる複数の連通孔が前記長手軸の方向に所定間隔で設けられ、
   最終段の中空室には、前記処理用ガスを前記チャンバ内へ噴出させる複数のガス噴出孔が前記長手軸の方向に所定間隔で設けられることを特徴とするシャワーヘッド。
2. 請求項１に記載のシャワーヘッドにおいて、
   前記ガス噴出孔は、前記長手軸と直交する一方向に前記処理用ガスが噴出するように設けられることを特徴とするシャワーヘッド。
3. 請求項２に記載のシャワーヘッドにおいて、
   前記噴出管には、前記ガス噴出孔の向きを変更するために前記長手軸の回りに回転可能に前記チャンバに取り付ける取付部が設けられることを特徴とするシャワーヘッド。
4. 請求項１に記載のシャワーヘッドにおいて、
   前記最終段の中空室は、前記初段の中空室の両側に前記長手軸の方向に延在してそれぞれ設けられ、
   前記最終段の中空室の前記ガス噴出孔は、前記長手軸方向と直交して互いに外方に向いた方向にそれぞれ前記処理用ガスを噴出するように設けられることを特徴とするシャワーヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシャワーヘッドにおいて、
   最終段の中空室に面して設けられるガス流入孔としての前記連通孔と前記ガス噴出孔、もしくは中間段の中空室に面して設けられるガス流入孔としての前記連通孔とガス流出孔としての前記連通孔とは互いに対向しないように配設されていることを特徴とするシャワーヘッド。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のシャワーヘッドにおいて、
   前記最終段の中空室の前記ガス噴出孔が形成される外面を覆って、前記ガス噴出孔に対向する位置に小孔を有する防着板が配設されることを特徴とするシャワーヘッド。
7. 請求項６に記載のシャワーヘッドにおいて、
   前記小孔の径は、前記防着板の厚さと寸法が同じか小さいことを特徴とするシャワーヘッド。
8. チャンバ内の上部空間で表面波励起プラズマを生成し、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシャワーヘッドを水平方向に延在するように配置して前記チャンバ内の下部空間へ処理用ガスを導入し、前記処理用ガスを解離、反応させて各種プラズマ処理を行うことを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。
9. 請求項８に記載の表面波励起プラズマ処理装置において、
   前記チャンバ内の中央部には、請求項４〜７のいずれか一項に記載のシャワーヘッドのうち、前記処理用ガスを互いに外方を向いた方向に噴出させるように構成された第１のシャワーヘッドを配置し、
   前記第１のシャワーヘッドの両側には、請求項２，３，５〜７のいずれか一項に記載のシャワーヘッドのうち、前記処理用ガスを一方向に噴出させるように構成された第２のシャワーヘッドをそれぞれ配置することを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。

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