JP2009302324A - ガスリング、半導体基板処理装置および半導体基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各ガス噴出口から均一にガスを噴出させることができるガスリングを提供する。
【解決手段】ガスリング１１は、環状であって、外部からガスリング１１内にガスを導入させるガス導入口１２ａ、１２ｂと、ガス導入口１２ａ、１２ｂから導入されたガスを噴出する複数のガス噴出口１８ａ〜１８ｈと、ガス導入口１２ａ、１２ｂから各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈまで環状に沿って延びる複数の分岐路２１ａ〜２１ｆとを備える。ここで、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈから各分岐路２１ａ〜２１ｆの分岐点となる中央部２３ａ、２３ｄまでの距離は、それぞれ等しい。
【選択図】図１

Description

この発明は、ガスリング、半導体基板処理装置および半導体基板処理方法に関するものであり、特に、複数のガス噴出口を備えるガスリング、このようなガスリングを含む半導体基板処理装置、およびこのようなガスリングを用いた半導体基板処理方法に関するものである。

ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体装置は、後に半導体基板（ウェーハ）となる被処理基板にエッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の複数の処理を施して製造される。具体的には、例えば、プラズマを発生させた処理容器内に処理用の反応ガスを供給し、被処理基板に対してＣＶＤ処理による成膜を行なったり、エッチング処理を行なっている。

ここで、処理容器内に反応ガスを供給する際には、被処理基板に対して反応ガスを噴出するようにして供給するガスシャワーヘッド（ガスリング）を用いる場合がある。図１６は、従来におけるガスシャワーヘッドの一例を示す図である。図１６を参照して、ガスシャワーヘッド１０１は、ガラス管を円環状に折曲げた形状である。ガスシャワーヘッド１０１は、外部からその内部にガスを導入するガス導入口１０２と、ガス導入口１０２から導入されたガスを噴出する合計１６個のガス噴出口とを含む。１６個のガス噴出口はそれぞれ、円環状の本体部１０４の内径側に開口するように設けられている。また、１６個のガス噴出口はそれぞれ、周方向に等配となるように設けられている。ガス導入口１０２から導入されたガスは、その内部を通って、ガス噴出口からガスシャワーヘッド１０１の内径側に噴出される。

なお、上記したような構成のガスシャワーヘッドを備え、半導体基板の処理を行う熱処理装置が、特開２０００−１８２９７４号公報（特許文献１）に開示されている。

また、ＷＯ００／７４１２７号公報（特許文献２）においても、被処理基板に対してプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置で使用されるガスシャワーヘッドが開示されている。図１７に示すように、特許文献２に開示されたガスシャワーヘッド１１１は、石英管で形成され、複数のガス噴出口１１３が設けられたガスの流路１１２が格子状に組み合わされた形状である。複数のガス噴出口１１３はそれぞれ、等間隔となるように設けられている。
特開２０００−１８２９７４号公報（図５） ＷＯ００／７４１２７号公報（図１３）

特許文献１に示すようなガスシャワーヘッド１０１によると、ガス導入口１０２から導入されたガスを、複数設けられたガス噴出口のそれぞれから均一に噴出させることは困難である。ガスは、矢印Ｚ_１で示すようにガス導入口１０２から所定の圧力、所定の流量でガスシャワーヘッド１０１内に導入される。ここで、ガス導入口１０２に近い側のガス噴出口１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃでは、導入された圧力および流量をほとんど維持したまま、ガス噴出口１０３ａ、１０３ｂから矢印Ｚ_２で示す方向にガスが噴出される。しかし、ガス導入口１０２から遠い側のガス噴出口１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆでは、圧力損失等により、低い圧力や少ない流量でガス噴出口１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆから矢印Ｚ_３で示す方向にガスが噴出されることになる。このように、ガス導入口１０２から近い側のガス噴出口１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃとガス導入口１０２から遠い側のガス噴出口１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆとで噴出するガスの圧力やガスの流量が異なることとなり、それぞれのガス噴出口１０３ａ〜１０３ｆで均一にガスを噴出することができない。

このような場合、導入するガスの種類やガスの圧力、ガスの流量等に応じて、例えば、ガス噴出口の径を各ガス噴出口で異ならせることにより、それぞれのガス噴出口から均一にガスを噴出するよう対応することは可能である。しかし、導入するガスの種類やガスの圧力、ガスの流量等の条件が僅かでも変化すれば対応できなくなってしまう。

また、このようなガスシャワーヘッド１０１を備える半導体基板処理装置によると、被処理基板に対して各ガス噴出口から均一にガスを噴出することができないため、被処理基板に対して適切にエッチングやＣＶＤ等の処理を行うことができない。

この発明の目的は、各ガス噴出口から均一にガスを噴出させることができるガスリングを提供することである。

この発明の他の目的は、被処理基板に対してエッチング処理やＣＶＤ処理を適切に行うことができる半導体基板処理装置を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、被処理基板に対してエッチング処理やＣＶＤ処理を適切に行うことができる半導体基板処理方法を提供することである。

この発明に係るガスリングは、環状のガスリングであって、外部からガスリング内にガスを導入させるガス導入口と、ガス導入口から導入されたガスを噴出する複数のガス噴出口と、ガス導入口から各ガス噴出口まで環状に沿って延びる複数の分岐路とを備える。ここで、各ガス噴出口から各分岐路の分岐点までの距離は、それぞれ等しい。

このようなガスリングによると、各ガス噴出口から各分岐路の分岐点までの距離はそれぞれ等しいため、各ガス噴出口から噴出されるガスの圧力やガスの流量を同じにすることができる。したがって、各ガス噴出口から均一にガスを噴出することができる。

好ましくは、ガスリングは、円環状である。

さらに好ましくは、複数のガス噴出口は、それぞれ等配に設けられている。

さらに好ましい一実施形態として、各ガス噴出口から分岐点までの流路抵抗成分（コンダクタンス）は、それぞれ等しい。

また、複数のガス噴出口は、それぞれ円形状であって、複数の円形状のガス噴出口の径は、それぞれ等しくなるよう構成してもよい。

この発明の他の局面において、半導体基板処理装置は、その内部で被処理基板に処理を行う処理容器と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、保持台に保持された被処理基板に向かって処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部とを備える。反応ガス供給部は、保持台に保持された被処理基板の中央領域に向かって処理用の反応ガスを噴出するインジェクターと、上記したいずれかであって、保持台に保持された被処理基板の端部領域に向かって処理用の反応ガスを噴出するガスリングとを含む。ガスリングは、保持台に保持された被処理基板の真上領域を避けた位置に設けられている。

また、プラズマ発生手段は、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、保持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を処理容器内に導入する誘電板とを含む。

被処理基板にエッチング処理やＣＶＤ処理を行う半導体基板処理装置において、図１６に示すようなガスシャワーヘッド１０１を用いて被処理基板の処理用の反応ガスを供給した場合、反応ガスを均一に各ガス噴出口から噴出することができないため、被処理基板に対して均一に処理を行うことが困難となる。

さらに、以下の問題が生ずる虞がある。図１８は、図１６に示すガスシャワーヘッドを含む半導体基板処理装置としてのプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。図１８を参照して、プラズマ処理装置１２１は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１２１に備えられるガスシャワーヘッド１０１は、被処理基板Ｗを保持する保持台１２２上に配置されている。ガスシャワーヘッド１０１は、保持台１２２上に保持された被処理基板Ｗの真上領域１２５に配置される。

プラズマ処理装置１２１においては、誘電体で形成され、プラズマ処理装置１２１の処理容器１２３内にマイクロ波を導入する誘電板（天板）１２４の直下でプラズマが生成される。生成したプラズマは誘電板１２４の下方側へ拡散していく。ここで、保持台１２２上に保持された被処理基板Ｗの真上領域１２５にガスシャワーヘッド１０１が配置されていると、ガスシャワーヘッド１０１によるプラズマの遮蔽により、被処理基板Ｗの真上領域１２５におけるプラズマが不均一となってしまう。そうすると、被処理基板Ｗに対する処理が不均一となってしまう。すなわち、被処理基板Ｗに対する処理の程度がばらつくことになる。なお、図１７に示す特許文献２に開示されたガスシャワーヘッド１１１を用いた場合についても同様に、格子状のガスの流路１１２がプラズマを遮蔽することとなり、被処理基板Ｗの真上領域１２５におけるプラズマが不均一となってしまう。

しかし、半導体基板処理装置を上記したような構成として、被処理基板上の真上領域を避けた位置にガスリングを設けることにより、被処理基板の真上領域における遮蔽物をなくすことができる。そうすると、被処理基板の真上領域においてプラズマを均一にすることができる。また、上記した構成のガスリングおよびインジェクターにより、被処理基板の各部に対して反応ガスを均一に噴出することができる。したがって、被処理基板の処理速度分布を均一にすることができる。

さらに好ましくは、被処理基板が、円板状であるとき、ガスリングは、円環状であり、ガスリングの内径は、被処理基板の外径よりも大きい。こうすることにより、円板状の被処理基板に対して、確実に真上領域を避けた構成とすることができる。

また、処理容器は、保持台の下方側に位置する底部と、底部の外周から上方向に延びる側壁とを含み、ガスリングは、側壁内に埋設されている構成としてもよい。

この発明のさらに他の局面において、半導体基板処理方法は、被処理基板を処理して半導体基板を製造する半導体基板処理方法であって、被処理基板の中央領域に処理用の反応ガスを噴出するインジェクターと、上記したいずれかであって、被処理基板の端部領域に処理用の反応ガスを噴出するガスリングとを準備する工程と、処理容器内に設けられた保持台に被処理基板を保持させる工程と、処理容器内にプラズマを発生させる工程と、インジェクターおよびガスリングから被処理基板に向かって処理用の反応ガスを噴出し、発生させたプラズマにより被処理基板の処理を行う処理工程とを含む。

このような半導体基板処理方法によると、被処理基板に対して反応ガスを均一に噴出することができるため、被処理基板の処理を均一に行うことができる。

このようなガスリングによると、各ガス噴出口から各分岐路の分岐点までの距離はそれぞれ等しいため、各ガス噴出口から噴出されるガスの圧力やガスの流量を同じにすることができる。したがって、各ガス噴出口から均一にガスを噴出することができる。

また、このような半導体基板処理装置によると、被処理基板上の真上領域を避けた位置にガスリングを設けることにより、被処理基板の真上領域における遮蔽物をなくすことができる。そうすると、被処理基板の真上領域においてプラズマを均一にすることができる。また、上記した構成のガスリングおよびインジェクターにより、被処理基板の各部に対して反応ガスを均一に噴出することができる。したがって、被処理基板の処理速度分布を均一にすることができる。

また、このような半導体処理方法によると、被処理基板に対して反応ガスを均一に噴出することができるため、半導体基板の処理を均一に行うことができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るガスリングを示す図である。図２は、図１に示すガスリングを図１中のＩＩ−ＩＩ断面で切断した場合の断面図である。図３は、図２中のＩＩＩで示す部分の拡大図である。図４は、図２中のＩＶで示す部分の拡大図である。図５は、図１に示すガスリングの一部を図１中のＶ−Ｖ断面で切断した場合の断面図である。図６は、図１中のＶＩで示す部分の拡大図である。図７は、図１に示すガスリングの一部を図１中の矢印ＶＩＩで示す方向から見た図である。なお、理解の容易の観点から、図１において、ガスリングの一部を断面で示している。

図１〜図７を参照して、ガスリング１１は、半導体装置を製造する場合において、後に半導体基板となる被処理基板に対してエッチング処理やＣＶＤ処理等を行う際に、反応ガスを供給する部材として主に用いられる。ガスリングを備えた半導体基板処理装置の具体的な構成については、後述する。

ガスリング１１は、円環状である。すなわち、その本体部１３を円環状とした形状である。ガスリング１１の内径は、例えば、３００ｍｍが選択される。ガスリング１１の外径は、例えば、３２０ｍｍが選択される。ガスリング１１の材質は、例えば、石英ガラスが選択される。

ガスリング１１は、外部からガスリング１１内にガスを導入する２つのガス導入口１２ａ、１２ｂを備える。各ガス導入口１２ａ、１２ｂは、真直ぐな管状、ここでは、図１における紙面左右方向に延びる形状であって、中空である。各ガス導入口１２ａ、１２ｂは、円環状の本体部１３の外径面１４ａから外径側に突出するように設けられている。各ガス導入口１２ａ、１２ｂは、円環状の本体部１３の中心Ｐを中心として、１８０度対向する位置に設けられている。各ガス導入口１２ａ、１２ｂの外径側の端部１５ａ、１５ｂ側から、ガスリング１１内にガスが導入される。なお、各ガス導入口１２ａ、１２ｂに導入されるガスの圧力や流量は、同じとなるよう構成されている。

ガスリング１１は、ガスリング１１本体を支持する２つの支持部１６ａ、１６ｂを備える。支持部１６ａ、１６ｂは、中空ではなく、真直ぐな棒状である。各支持部１６ａ、１６ｂについても、円環状の本体部１３の中心Ｐを中心として、１８０度対向する位置に設けられている。支持部１６ａ、１６ｂは、ガス導入口１２ａ、１２ｂとそれぞれ中心Ｐを中心として９０度の角度の位置に設けられている。すなわち、ガス導入口１２ａ、１２ｂ、支持部１６ａ、１６ｂは、本体部１３の外径面１４ａにおいて、それぞれ中心Ｐを中心として９０度ずつ異なる位置に設けられている。各支持部１６ａ、１６ｂの外径側の端部１７ａ、１７ｂをガスリング１１の外径側に配置された他部材（図示せず）に取り付けることにより、ガスリング１１本体を支持する。

ガスリング１１は、ガス導入口１２ａ、１２ｂから導入されたガスを噴出する８つのガス噴出口１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈを備える。各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈは、本体部１３の内径側に設けられている。具体的には、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈは、本体部１３の内径面１４ｂを開口するように設けられている。ガス導入口１２ａから導入されたガスは、４つのガス噴出口１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄからそれぞれ矢印Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｂ_４で示す内径側に向かって噴出される。ガス導入口１２ｂから導入されたガスは、４つのガス噴出口１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈからそれぞれ矢印Ｂ_５、Ｂ_６、Ｂ_７、Ｂ_８で示す内径側に向かって噴出される。

各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈは、等配に設けられている。この場合、円環状の本体部１３において、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈは、周方向に等配になるように設けられている。

各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈは、円形状となるように設けられている。ここで、円形状については、円の中心が本体部１３の厚み方向の中央に位置するように設けられている。また、円形状の各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈの径は、それぞれ等しく構成されている。各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈの径は、例えば、φ１ｍｍが選択される。

ガスリング１１は、ガス導入口１２ａから各ガス噴出口１８ａ〜１８ｄまで環状に沿って延びる複数の分岐路２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備える。同様に、ガスリング１１は、ガス導入口１２ｂから各ガス噴出口１８ｅ〜１８ｈまで環状に沿って延びる複数の分岐路２１ｄ、２１ｅ、２１ｆを備える。

ここで、分岐路の構成について説明する。分岐路は、ガス導入口１２ａに通ずる第一の分岐路２１ａと、第一の分岐路２１ａからガス噴出口１８ａ、１８ｂに通ずる第二の分岐路２１ｂおよび第一の分岐路２１ａからガス噴出口１８ｃ、１８ｄに通ずる第二の分岐路２１ｄとを含む。第二の分岐路２１ｂ、２１ｃはそれぞれ、第一の分岐路２１ａの内径側に配置されている。

第一の分岐路２１ａは、円環状の本体部１３に沿って延びる形状である。すなわち、第一の分岐路２１ａは、円弧状である。第一の分岐路２１ａの周方向の長さは、円環状の本体部１３の周方向の長さの８分の１となるよう構成されている。第一の分岐路２１ａは、第一の分岐路２１ａの周方向の中央部２３ａがガス導入口１２ａの内径側の端部１７ｃに位置するよう構成されている。第一の分岐路２１ａの中央部２３ａの外径側には、ガス導入口１２ａに通ずる開口孔２２ａが設けられている。この開口孔２２ａを通じて、ガス導入口１２ａから第一の分岐路２１ａ内にガスが導入される。

矢印Ａ_１で示すように、ガス導入口１２ａから導入されたガスは、第一の分岐路２１ａの周方向の中央部２３ａにおいて分岐され、図１中の矢印Ａ_２の方向で示す周方向一方側および図１中の矢印Ａ_３の方向で示す周方向他方側に送られる。ここで、第一の分岐路２１ａの周方向の中央部２３ａが、分岐点となる。

第二の分岐路２１ｂについても、円弧状であって、円環状の本体部１３に沿って延びる形状である。また、第二の分岐路２１ｂの周方向の長さについても、第一の分岐路２１ａと同様に、円環状の本体部１３の周方向の長さの８分の１となるよう構成されている。第二の分岐路２１ｂは、第二の分岐路２１ｂの周方向の中央部２３ｂが第一の分岐路２１ａの周方向の一方端部２４ａに位置するよう構成されている。第二の分岐路２１ｂの周方向の中央部２３ｂの外径側には、第一の分岐路２１ａの端部２４ａに通ずる開口孔２２ｂが設けられている。この開口孔２２ｂにより、第一の分岐路２１ａから第二の分岐路２１ｂ内にガスが導入される。

第二の分岐路２１ｂ内に導入されたガスは、第二の分岐路２１ｂの周方向の中央部２３ｂによって分岐され、図１中の矢印Ａ_４の方向で示す周方向一方側および図１中の矢印Ａ_５の方向で示す周方向他方側に送られる。そして、本体部１３の内径面１４ｂ側に開口されたガス噴出口１８ａ、１８ｂから噴出される。

第一および第二の分岐路２１ａ、２１ｂは、図２に示すように、その断面が矩形状となるように構成されている。また、その断面積についても周方向において同じとなるよう構成されている。このような矩形状の断面を有する第一および第二の分岐路２１ａ、２１ｂは、２つの石英ガラス部材を溶接することにより形成される。このような構成を含むガスリング１１の製造方法の詳細については、後述する。

第二の分岐路２１ｃは、第二の分岐路２１ｃの周方向の中央部２３ｃが第一の分岐路２１ａの周方向の他方端部２４ｂに位置するよう構成されている。第二の分岐路２１ｃの周方向の中央部２３ｃの外径側には、第一の分岐路２１ａの端部２４ｂに通ずる開口孔２２ｃが設けられている。この開口孔２２ｃにより、第一の分岐路２１ａから第二の分岐路２１ｃ内にガスが導入される。

第二の分岐路２１ｃ内に導入されたガスは、第二の分岐路２１ｃの周方向の中央部２３ｃにおいて分岐され、第二の分岐路２１ｃ内を通って、本体部１３の内径面１４ｂ側に開口されたガス噴出口１８ｃ、１８ｄから噴出される。なお、第二の分岐路２１ｃのその他の構成については、第二の分岐路２１ｂと同様であるので、その説明を省略する。

また、第一の分岐路２１ｄ、および第二の分岐路２１ｅ、２１ｆの構成については、第一の分岐路２１ａ、および第二の分岐路２１ｂ、２１ｃの構成と同様であり、開口孔２２ｄ、２２ｅ、２２ｆによって第一の分岐路２１ｄと第二の分岐路２１ｅ、２１ｆとが通ずる構成であるため、その説明を省略する。すなわち、ガスリング１１は、図１において左右対称および上下対称の形状である。

ここで、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈから各分岐路２１ａ〜２１ｆの分岐点となる中央部２３ａ、２３ｄまでの距離は、それぞれ等しく構成されている。具体的には、ガス噴出口１８ａから分岐点となる中央部２３ａまでの距離と、ガス噴出口１８ｂから分岐点となる中央部２３ａまでの距離と、ガス噴出口１８ｃから分岐点となる中央部２３ａまでの距離と、ガス噴出口１８ｄから分岐点となる中央部２３ａまでの距離と、ガス噴出口１８ｅから分岐点となる中央部２３ｄまでの距離と、ガス噴出口１８ｆから分岐点となる中央部２３ｄまでの距離と、ガス噴出口１８ｇから分岐点となる中央部２３ｄまでの距離と、ガス噴出口１８ｈから分岐点となる中央部２３ｄまでの距離とは、それぞれ等しくなるよう構成されている。

このような構成のガスリング１１は、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈから各分岐路２１ａ〜２１ｆの分岐点となる中央部２３ａ、２３ｄまでの距離はそれぞれ等しいため、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈから噴出されるガスの圧力やガスの流量を同じにすることができる。したがって、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈから均一にガスを噴出することができる。

また、ガスリング１１は、円環状であるため、周方向に均一にガスを噴出することができる。

また、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈは、周方向に等配に設けられているため、周方向に均一にガスを噴出することができる。

なお、上記の実施の形態において、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈから分岐点となる中央部２３ａ、２３ｄまでの流路抵抗成分（コンダクタンス）、すなわち、分岐路内におけるガスの流れやすさを、それぞれ等しくすることが好ましい。ここでは、分岐路２１ａ内の流路抵抗成分と分岐路２１ｄ内の流路抵抗成分とを同じとしている。また、分岐路２１ｂ内の流路抵抗成分と分岐路２１ｃ内の流路抵抗成分と分岐路２１ｅ内の流路抵抗成分と分岐路２１ｆ内の流路抵抗成分とを同じとしている。こうすることにより、より均一にガスを噴出することができる。

すなわち、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈから分岐点となる中央部２３ａ、２３ｄまでの流路抵抗を、それぞれ等しくする。ここでは、各分岐路２１ａ〜２１ｆにおいて、図２に示す断面形状を等しくしている。こうすることにより、より均一にガスを噴出することができる。

なお、上記の実施の形態においては、各ガス噴出口１８ａ〜１８ｈの形状を円形状としたが、これに限らず、矩形状や多角形状等、その他の形状であっても構わない。

また、上記の実施の形態においては、第一の分岐路２１ａ、２１ｄの内径側に第二の分岐路２１ｂ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｆを配置する構成としたが、これに限らず、径方向の同じ位置、すなわち、第一の分岐路２１ａ、２１ｄと第二の分岐路２１ｂ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｆとが上下方向に配置される場合についても適用される。

なお、上記の実施の形態において、ガスリング１１は、第一の分岐路２１ａ、２１ｂ、および第一の分岐路２１ａ、２１ｄからそれぞれ分岐する第二の分岐路２１ｂ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｆを備える構成であったが、これに限らず、第二の分岐路２１ｂ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｆからさらに分岐する第三の分岐路や、さらに分岐する第四以上の分岐路を備える構成についても適用される。この場合、例えば、分岐路についてはそれぞれ、円環状の本体部の周方向の長さの１６分の１、３２分の１が選択される。

また、ガス導入口１２ａ、１２ｂについては、１つであっても構わない。この場合、第一の分岐路は、円環状の本体部１３に対して半円状となる。

なお、ガス噴出口についても、８つより多い構成または８つよりも少ない構成としてもよい。この場合、少なくともガス噴出口は３つ以上あればよい。さらに、上記した第三および第四以上の分岐路と併せて、１６個、３２個のガス噴出口を設け、これらを等配に設けることにより、よりきめ細かいガスの圧力等の均一性を実現することができる。

ここで、上記したガスリングの製造方法について、図３を用いて説明する。まず、板厚Ｌ_１の石英ガラス板２５ａ、および板厚Ｌ_１よりも厚い板厚Ｌ_２である石英ガラス板２５ａ、２５ｂを準備する。そして、板厚Ｌ_１である石英ガラス板２５ａについては、その外形形状が、図１に示すような環状となるように加工する。一方、板厚がＬ_２である石英ガラス板２５ｂについては、まず、第一および第二の分岐路を形成するように一方の面２６ｂから深さＬ_３まで石英ガラス板２５ｂを削る。この場合の加工は、例えば、切削加工により行われる。次に、上記と同様に、その外形形状が、図１に示すような環状となるように加工し、ガス噴出口を開口する。その後、石英ガラス板２５ａ、２５ｂ同士を面２６ａ、２６ｂが対面するように溶接する。そして、ガス導入口１２ａ、１２ｂを取り付けて、ガスリング１１を形成する。

このように構成することにより、より精度よくガスリング１１を形成することができる。したがって、ガスの噴出の均一性を十分確保することができる。

次に、上記したガスリング１１を含む半導体基板処理装置としてのプラズマ処理装置の構成について説明する。

図８は、この発明の一実施形態に係るガスリング１１を含む半導体基板処理装置としてのプラズマ処理装置３１の要部を示す概略断面図である。図８を参照して、プラズマ処理装置３１は、その内部で後に半導体基板となる被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う処理容器３２と、処理容器３２内に配置され、処理容器３２内で処理容器３２の底部４０ａの中央から上方向に延びるように設けられた支持部３８上に配置され、その上に被処理基板Ｗを静電チャックにより保持する円板状の保持台３４と、高周波電源（図示せず）等から構成されており、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器（図示せず）と、保持台３４と対向する位置に設けられ、マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を処理容器３２内に導入する誘電板３６と、保持台３４に保持された被処理基板Ｗに向かってプラズマ処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部３３と、プラズマ処理装置３１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。マイクロ波発生器および誘電板３６は、処理容器３２内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段である。

制御部は、反応ガス供給部３３におけるガス流量、処理容器３２内の圧力等、被処理基板Ｗをプラズマ処理するためのプロセス条件を制御する。反応ガス供給部３３により供給される反応ガスは、被処理基板Ｗにおいて、中央領域と中央領域の周辺に位置する端部領域とが均一になるように供給される。なお、反応ガス供給部３３の具体的な構成については、後述する。

処理容器３２は、底部４０ａと、底部４０ａの外周から上方向に延びる側壁４０ｂとを含む。処理容器３２の上部側は開口しており、処理容器３２の上部側に配置される誘電板３６およびシール部材（図示せず）によって、処理容器３２は密封可能に構成されている。プラズマ処理装置３１は、真空ポンプおよび排気管（いずれも図示せず）等を有し、減圧により処理容器３２内の圧力を所定の圧力とすることができる。なお、排気管が接続される排気口３７は、保持台３４の下方側に位置する底部４０ａの一部を開口するようにして設けられている。

保持台３４の内部には、プラズマ処理時において、被処理基板Ｗを所定の温度とするために加熱するヒータ（図示せず）が設けられている。マイクロ波発生器は、高周波電源（図示せず）等から構成されている。なお、保持台３４にも、プラズマ処理時にバイアス電圧を任意に付与する高周波電源（図示せず）が接続されている。

誘電板３６は、円板状であって、誘電体で構成されている。誘電板３６の下部側には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ状に凹んだ環状の凹部３９が設けられている。この凹部３９により、誘電板３６の下部側にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。

プラズマ処理装置３１は、マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を処理装置３２内に導入する導波管４１と、マイクロ波を伝播する遅波板４２と、複数設けられたスロット穴４３からマイクロ波を誘電板３６に導入する薄板円板状のスロットアンテナ４４とを備える。マイクロ波発生器により発生させたマイクロ波は、導波管４１を通って、遅波板４２に伝播され、スロットアンテナ４４に設けられた複数のスロット穴４３から誘電板３６に導入される。誘電板３６に導入されたマイクロ波により、誘電板３６の直下に電界を生じさせ、プラズマ着火により処理容器３２内にマイクロ波によるプラズマが生成される。

ここで、反応ガス供給部３３の具体的な構成について説明する。反応ガス供給部３３は、保持台３４に保持された被処理基板Ｗの中央領域に向かって反応ガスを噴出するインジェクター４５と、上記した図１〜図７に示す構成を有し、保持台３４に保持された被処理基板Ｗの端部領域に向かって反応ガスを噴出する円環状のガスリング１１とを含む。

誘電板３６には、径方向の中央領域において板厚方向に貫通し、インジェクター４５を収容する収容部３５が設けられている。インジェクター４５は、収容部３５に収容されるように設けられている。インジェクター４５は、保持台３４に対向する対向面に設けられた複数の孔４６により、被処理基板Ｗの中央領域に向かってプラズマ処理用の反応ガスを噴出する。孔４６は、保持台３４に対向する誘電板３６の下面４８よりも誘電板３６の内方側に位置する。なお、インジェクター４５から噴出される反応ガスの方向を、矢印Ｄ_１で示す。

ガスリング１１は、支持部１６ａ、１６ｂを処理容器３２の側壁４０ｂに取り付けるようにして設けられている。ガスリング１１の内径Ｃ_１は、保持台３４上に保持された被処理基板Ｗの外径Ｃ_２よりも大きく構成されている。ガスリング１１から噴出される反応ガスの方向を、矢印Ｄ_２で示す。

なお、インジェクター４５およびガスリング１１においては、被処理基板Ｗを処理するための反応ガスおよびプラズマ励起用ガス（Ａｒ）が供給される。

次に、この発明の一実施形態に係るガスリング１１を含むプラズマ処理装置３１を用いた被処理基板Ｗのプラズマ処理方法について説明する。

まず、上記した構成のプラズマ処理装置３１を準備する。すなわち、保持台３４に保持された被処理基板Ｗの中央領域に向かって反応ガスを噴出するインジェクター４５と、上記した構成を有し、保持台３４に保持された被処理基板Ｗの端部領域に向かって反応ガスを噴出するガスリング１１とを含む反応ガス供給部３３を備えるプラズマ処理装置３１を準備する。ここでいう反応ガスは、成膜用のガス、クリーニングガス、エッチングガス等を含む。

そして、後に半導体基板となる被処理基板Ｗを保持台３４上に保持させる。次に、処理容器３２内を所定の圧力に減圧する。その後、プラズマ励起用のガスを導入し、プラズマ励起用のマイクロ波をマイクロ波発生器により発生させ、誘電板３６を介して処理容器３２内にマイクロ波を導入することにより、処理容器３２内にプラズマを発生させる。この場合、誘電板３６の直下においてプラズマが生成される。生成したプラズマは誘電板３６の下方側の領域に拡散される。

その後、反応ガス供給部３３により反応ガスを供給する。具体的には、インジェクター４５によって保持台３４に保持された被処理基板Ｗの中央領域に向かって反応ガスを噴出し、ガスリング１１によって保持台３４に保持された被処理基板Ｗの端部領域に向かって反応ガスを噴出する。このようにして、被処理基板Ｗにプラズマ処理を行う。

ここで、円環状のガスリング１１の内径を保持台３４上に保持された被処理基板Ｗの外径よりも大きくして、被処理基板Ｗ上の真上領域４７を避けた位置にガスリング１１を設けることにより、被処理基板Ｗの真上領域４７における遮蔽物をなくすことができる。そうすると、被処理基板Ｗの真上領域４７においてプラズマを均一にすることができる。また、上記した構成のガスリング１１およびインジェクター４５により、被処理基板Ｗの各部に対して反応ガスを均一に噴出することができる。したがって、被処理基板Ｗの処理速度分布を均一にすることができる。

なお、上記した構成のガスリング１１は、本体部１３の内径面１４ｂ側にガス噴出口１８ａ〜１８ｈを設けることとしたが、本体部１３の下面側にガス噴出口を設けることにしてもよい。具体的には、図３に示す面２６ｃに設けることにしてもよい。こうすることにより、下方向にガスを噴出して、被処理基板Ｗに反応ガスを噴出することができる。また、被処理基板Ｗの端部領域に向かって斜め下方向にガスを噴出するようガス噴出口を設けることにしてもよい。具体的には、例えば、面２６ｃと内径面１４ｂとの間に形成される角部にガス噴出口を設けるようにする。

なお、ガス噴出口の径やガスの圧力、ガスの流量等を調整して、インジェクター４５からのガスの噴出を行なわずに、被処理基板の各部に対して反応ガスを均一に噴出するよう構成してもよい。

ここで、上記したプラズマ処理装置３１においてＣＶＤ処理を行った半導体基板と、従来における処理装置においてＣＶＤ処理を行った半導体基板との差異について説明する。図９は、従来の処理装置に含まれるガスリング５１を示す図である。図９を参照して、ガスリング５１は、一つのガス導入口５２と、８つのガス噴出口５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ、５３ｆ、５３ｇ、５３ｈとを含む。ガス噴出口５３ａ〜５３ｈは、それぞれ等配に設けられている。ガス導入口５２から各ガス噴出口５３ａ〜５３ｈまでの距離は、等しいものもあるが、等しくないものもある。

図１０は、図９に示すガスリングを含む従来の処理装置においてＣＶＤ処理を行った場合の半導体基板の膜厚の分布状態を示す図である。図１０において、中心Ｏに近い領域を領域２８ａで示し、中心Ｏから遠い端部の領域を領域２８ｂで示す。図１１は、上記したプラズマ処理装置３１においてＣＶＤ処理を行った場合の半導体基板の膜厚の分布状態を示す図である。図１１において、中心Ｏに近い領域を領域２９ａで示し、中心Ｏから遠い端部の領域を領域２９ｂで示す。図１２は、図１０に示す半導体基板において、成膜した膜厚と半導体基板における位置との関係を示すグラフである。図１３は、図１１に示す半導体基板において成膜した膜厚と半導体基板における位置との関係を示すグラフである。図１２および図１３において、縦軸は、膜厚（Å）を示し、横軸は、中心Ｏからの距離（ｍｍ）を示す。また、図１４において、半導体基板における図１２および図１３中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｗ軸を示す。なお、いずれにおいても、反応ガス（プロセスガス）としては、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）、酸素、アルゴンを含む混合ガスを用い、ＳｉＯ膜の成膜を行なった。また、図１０に示す半導体基板の処理においては、成膜圧力を６５ｍＴｏｒｒとし、図１１に示す半導体基板の処理においては、成膜圧力を３６０ｍＴｏｒｒとした。

また、成膜レートは、図１０に示す半導体基板の処理においては、〜３６００Å／分、図１１に示す半導体基板の処理においては、〜４０００Å／分であった。σ（ばらつき）については、図１０に示す半導体基板においては、４．４％、図１１に示す半導体基板においては、２．９％であった。ここで、成膜圧力が低ければ、成膜レートのウェーハ面内均一性は向上する傾向がある。

図９〜図１４を参照して、従来の処理装置における成膜では、基板端部に向かうに従い、膜厚が大きく異なっていくとともに、各軸によって膜厚のばらつきがある。これに対し、上記した構成の処理装置における成膜では、基板端部と基板中央との膜厚の差は小さく、各軸における膜厚のばらつきも小さい。面内均一性、ここでは、成膜された膜厚の均一性については、図１１に示すような処理装置における処理の方が、図１０に示すような処理装置における処理よりも優れていることが分かる。

このように、上記したプラズマ処理装置によると、プラズマ処理装置におけるＣＶＤ処理において、均一な成膜を行うことができる。

なお、上記したプラズマ処理装置において、ガスリングを処理容器の側壁に埋設するよう構成することにしてもよい。図１５は、この場合におけるプラズマ処理装置の一部を示す断面図であり、図８中のＸＶで示す部分に相当する。図１５を参照して、プラズマ処理装置６１に含まれる処理容器６２の側壁６３は、内径側に突出する突出部６４を含む。そして、ガスリング６５は、突出部６４の一部に埋設されている。このように構成することによっても、上記した効果を奏することができる。

なお、上記の実施の形態においては、円環状のガスリングについて説明したが、これに限らず、例えば、直線部分を含む矩形状や多角形状等、その他の形状の環状のガスリングの場合についても適用される。また、ガスリングの材質については、アルミナを適用することもできる。

なお、上記の実施の形態においては、２枚の石英ガラス板を溶接することにより、ガスリングを形成することにしたが、これに限らず、２枚以上の石英ガラス板を用いて、これらを溶接し、上記構成のガスリングを形成することにしてもよい。さらに、例えば、複数のガラス管を準備してこれらを例えば円弧状に折曲げ、上記した構成のガスリングを形成することにしてもよい。

また、上記の実施の形態においては、プラズマ処理装置において、インジェクターを用いることとしたが、これに限らず、インジェクターを用いない構成のプラズマ処理装置においても、適用可能である。すなわち、プラズマ処理装置において、この発明の一実施形態に係るガスリングのみを用いて、反応ガス等を供給することとしてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、プラズマＣＶＤ処理を行う場合について説明したが、これに限らず、プラズマエッチング処理等を行う場合についても適用される。

また、上記の実施の形態においては、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置であったが、これに限らず、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏａｎｎｃｅ）プラズマ、平行平板型プラズマ等をプラズマ源とするプラズマ処理装置についても適用される。

なお、上記の実施の形態については、ガスリングは、プラズマ処理装置における反応ガスを供給する反応ガス供給部材として適用することにしたが、これに限らず、プラズマ以外で被処理基板の処理を行う半導体基板処理装置に適用することもできる。さらに、ガスを噴出して供給するその他の装置についても適用される。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るガスリングは、半導体基板処理装置に備えられ、反応ガスを噴射して供給する際に、有効に利用される。

この発明に係る半導体基板処理装置および半導体基板処理方法は、被処理基板の処理速度分布を均一にすることが要求される場合に、有効に利用される。

この発明の一実施形態に係るガスリングを示す図である。 図１に示すガスリングを図１中のＩＩ−ＩＩ断面で切断した場合の断面図である。 図２中のＩＩＩで示す部分の拡大図である。 図２中のＩＶで示す部分の拡大図である。 図１に示すガスリングを図１中のＶ−Ｖ断面で切断した場合の断面図である。 図１中のＶＩで示す部分の拡大図である。 図１に示すガスリングを図１中の矢印ＶＩＩで示す方向から見た図である。 この発明の一実施形態に係るガスリングを備えるプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。 従来におけるガスシャワーヘッドを示す図である。 図９に示すガスシャワーヘッドを用いてＣＶＤ処理を行った場合の半導体基板の膜厚の分布状態を示す図である。 この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置においてＣＶＤ処理を行った場合の半導体基板の膜厚の分布状態を示す図である。 図１０に示す半導体基板において、成膜した膜厚と半導体基板における位置との関係を示すグラフである。 図１１に示す半導体基板において、成膜した膜厚と半導体基板における位置との関係を示すグラフである。 半導体基板における図１２および図１３中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｗ軸を示す図である。 この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置の一部を示す拡大断面図である。 従来におけるガスシャワーヘッドの一例を示す図である。 従来における格子状のガスシャワーヘッドを示す図である。 図１６に示すガスシャワーヘッドを含む半導体基板処理装置としての従来のプラズマ処理装置の一部を示す概略断面図である。

符号の説明

１１，５１，６５ ガスリング、１２ａ，１２ｂ，５２ ガス導入口、１３ 本体部、１４ａ 外径面、１４ｂ 内径面、１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，２４ａ，２４ｂ 端部、１６ａ，１６ｂ，３８ 支持部、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ，１８ｇ，１８ｈ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆ，５３ｇ，５３ｈ ガス噴出口、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ 分岐路、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ 開口孔、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 中央部、２５ａ，２５ｂ 石英ガラス板、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 面、２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂ，４７ 領域、３１，６１ プラズマ処理装置、３２，６２ 処理容器、３３ 反応ガス供給部、３４ 保持台、３５ 収容部、３６ 誘電板、３７ 排気口、３９ 凹部、４０ａ 底部、４０ｂ，６３ 側壁、４１ 導波管、４２ 遅波板、４３ スロット穴、４４ スロットアンテナ、４５ インジェクター、４６ 孔、４８ 下面、６４ 突出部。

Claims (10)

1. 環状のガスリングであって、
   外部から前記ガスリング内にガスを導入させるガス導入口と、
   前記ガス導入口から導入されたガスを噴出する複数のガス噴出口と、
   前記ガス導入口から前記各ガス噴出口まで環状に沿って延びる複数の分岐路とを備え、
   前記各ガス噴出口から前記各分岐路の分岐点までの距離は、それぞれ等しい、ガスリング。
2. 前記ガスリングは、円環状である、請求項１に記載のガスリング。
3. 複数の前記ガス噴出口は、それぞれ等配に設けられている、請求項１または２に記載のガスリング。
4. 前記各ガス噴出口から前記分岐点までの流路抵抗成分は、それぞれ等しい、請求項１〜３のいずれかに記載のガスリング。
5. 複数の前記ガス噴出口は、それぞれ円形状であって、
   複数の円形状の前記ガス噴出口の径は、それぞれ等しい、請求項１〜４のいずれかに記載のガスリング。
6. その内部で被処理基板に処理を行う処理容器と、
   前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、
   前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
   前記保持台に保持された前記被処理基板に向かって処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部とを備える半導体基板処理装置であって、
   前記反応ガス供給部は、前記保持台に保持された前記被処理基板の中央領域に向かって処理用の反応ガスを噴出するインジェクターと、
   請求項１〜５のいずれかに記載され、前記保持台に保持された前記被処理基板の端部領域に向かって処理用の反応ガスを噴出する前記ガスリングとを含み、
   前記ガスリングは、前記保持台に保持された被処理基板の真上領域を避けた位置に設けられている、半導体基板処理装置。
7. 前記プラズマ発生手段は、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、前記保持台と対向する位置に設けられ、マイクロ波を前記処理容器内に導入する誘電板とを含む、請求項６に記載の半導体基板処理装置。
8. 前記被処理基板は、円板状であって、
   前記ガスリングは、円環状であり、
   前記ガスリングの内径は、前記被処理基板の外径よりも大きい、請求項６または７に記載の半導体基板処理装置。
9. 前記処理容器は、前記保持台の下方側に位置する底部と、前記底部の外周から上方向に延びる側壁とを含み、
   前記ガスリングは、前記側壁内に埋設されている、請求項６〜８のいずれかに記載の半導体基板処理装置。
10. 被処理基板を処理して半導体基板を製造する半導体基板処理方法であって、
    被処理基板の中央領域に処理用の反応ガスを噴出するインジェクターと、請求項１〜５のいずれかに記載され、被処理基板の端部領域に処理用の反応ガスを噴出するガスリングとを準備する工程と、
    処理容器内に設けられた保持台に被処理基板を保持させる工程と、
    処理容器内にプラズマを発生させる工程と、
    インジェクターおよびガスリングから被処理基板に向かって処理用の反応ガスを噴出し、発生させたプラズマにより被処理基板の処理を行う処理工程とを含む、半導体基板処理方法。

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